用于高温作业的制品及相关方法技术

提出了一种用于高温作业的制品。该制品包括基底和设置在该基底上的热障涂层。热障涂层包括分散在无机粘合剂中的多个铝基颗粒，其中铝基颗粒通过无机粘合剂基本上彼此间隔开，使得热障涂层基本上是电绝缘和热绝缘的。还提出了制作该制品的方法。

Products and related methods for high temperature operation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高温作业的制品及相关方法
技术介绍
本公开一般地涉及用于高温作业(高温服役，高温设备，hightemperatureservice)的制品中使用的涂层。更具体地，本公开涉及包括热障涂层(thermalbarriercoatings)的制品。热障涂层通常用于在高温下操作或暴露在高温的制品，例如燃气涡轮发动机(燃气轮机，gasturbineengines)。还发现在汽车工业中使用热障涂层对发动机的效率产生重大影响。热障涂层通常允许更高的操作温度，从而实现更高的燃料效率。热障涂层材料的选择受到诸如以下要求的限制：高熔点、室温和操作温度之间无/最小相转变、低热导率、化学惰性、与下层基底(基板，衬底，substrate)的热膨胀匹配以及对下层基底的良好粘附性。通常，陶瓷(例如，氧化钇稳定的氧化锆、锆酸盐、烧绿石等)已成功地用作热障涂层材料。然而，对于诸如汽车应用的应用，由于金属基底与陶瓷材料之间的不良化学相容性，陶瓷材料可能不具有成本效益，并且可能遭受与下层金属基底(例如，铝基(基于铝的，铝类，aluminum-based)基底)的粘附性较差的缺点。铝基和氧化铝基涂层在本领域中都是已知的，并且例如用作超合金(超耐热合金，superalloy)基底的扩散涂层或用作钢基底的牺牲性耐电化腐蚀涂层。通常，用于高温涡轮发动机应用的钴基或镍基超合金包含铝，铝是该材料沉淀强化的关键组分。然而，长时间暴露在氧化温度下可能会导致表面处的铝消耗。由于铝的损失会损害超合金的完整性，因此已经研究了抵抗这种损失的技术。用于增加超合金基底的铝含量(即，在其表面区域中)的一种方法在本领域中有时被称为“铝化(镀铝，aluminiding)”或“渗铝(aluminizing)”。在这样的过程中，通过在基底上施加铝基或氧化铝基涂层(例如，作为包括粘合剂的浆料)并且在大于870℃的温度下对该涂层进行扩散热处理来将铝引入基底中。升高的温度使铝熔化并扩散到下层基底中，形成各种金属间化合物(intermetallics)，例如金属铝化物化合物。例如，在镍基超合金基底的情况下，铝扩散并与镍结合形成各种镍-铝化物合金。因此，基于金属铝化物的扩散涂层需要使用相当高的温度(大于870℃)的热处理。在这种高温下，用于涂层沉积的粘合剂组分通常会挥发，并且在热处理之后的最终涂层基本上由金属铝化物组成。已经开发出用于高强度钢的耐腐蚀涂层，以防止/最小化应力腐蚀开裂。一种常见的可商购的涂层采用水基浆料，该浆料包含在酸性溶液中的铝基分散体，该酸性溶液包含阴离子如磷酸根和铬酸根。在暴露于加热和固化后，这些浆料转变为不溶的导电金属/陶瓷复合材料。对这些涂层配方进行设计和加工，以使涂层既具有牺牲性又具有导电性，从而使基底具有电化性能。在某些情况下，当涂层的基底是黑色金属(含铁金属，ferrousmetal)时，涂层中的铝粉通常会通过在盐雾或其他腐蚀性气氛中发生的电化学反应的方式牺牲自己，最终使得几乎没有或根本没有黑色金属基底的腐蚀。还已经确定，通过如此处理涂层以使其导电，可以大大提高涂层在提供增强的腐蚀防护方面的牺牲性能。通常，通过冷加工(抛光)涂层表面或通过热处理，使铝填充涂层具有牺牲和电化活性。目的是生产一种牺牲性的导电铝涂层，即会腐蚀并保护相邻的基础金属区域免受腐蚀。因此，这些组合物中的铝负载保持足够高，使得涂层是导电的。此外，涂层被设计成使得涂层中的铝含量在使用过程中减少，从而使涂层牺牲。然而，基于扩散的铝化物涂层或牺牲性电化涂层可能无法在充当热障涂层的同时有效地提供所需的特性。例如，牺牲性电化涂层由于铝在涂层中的较高负载而可能具有高的热导率值，因此可能不满足热障涂层的热导率要求。此外，基于扩散的铝化物涂层或牺牲性电化涂层可能不具有与基底匹配的期望的热膨胀系数，这可能导致涂层潜在的层裂和失效。因此，需要可以用作热障涂层的改善的涂层组合物。此外，需要用于形成热障涂层的改善方法。
技术实现思路
本公开的一个实施方式涉及一种制品，该制品包括基底和设置在该基底上的热障涂层。热障涂层包括分散在粘合剂中的多个铝基颗粒(基于铝的颗粒，aluminum-basedparticles)，其中铝基颗粒通过粘合剂基本上彼此间隔开，使得热障涂层基本上是电绝缘和热绝缘的(隔热的，thermallyinsulating)。本公开的另一个实施方式涉及一种包括汽车组件的制品。汽车组件包括基底和设置在基底上的热障涂层。热障涂层包括分散在粘合剂中的多个铝基颗粒，其中多个铝基颗粒包括核-壳结构，其中核-壳结构的核包括铝金属并且核-壳结构的壳包括粘合剂与铝和氧化铝中的一种或两种的复合物。本公开的另一个实施方式涉及在基底上形成热障涂层的方法。该方法包括使包括多个铝基颗粒和无机粘合剂的浆料与基底的表面接触以形成浆料涂层。该方法还包括在足以固化浆料涂层并形成热障涂层的条件下热处理浆料涂层，其中铝基颗粒通过热障涂层中的粘合剂基本上彼此间隔开，使得热障涂层基本上是电绝缘和热绝缘的。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，其中，在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：图1示出了根据本公开的实施方式的制品的示意图；图2示出了根据本公开的实施方式的制品的示意图；图3示出了根据本公开的实施方式的制品的示意图；图5示出了根据本公开的实施方式的制品的示意图；图6示出了根据本公开的实施方式的形成热障涂层的方法的流程图；和图7示出了根据本公开的实施方式的形成热障涂层的方法。具体实施方式如在整个说明书和权利要求书中在本文所用，近似语言可以被用来修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致它所涉及的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(例如“约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此以及整个说明书和权利要求书中，可以组合和/或互换范围限制，除非上下文或语言另有指示，否则这种范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。在以下说明书和权利要求中，单数形式“一(a)”、“一种(an)”和“该(the)”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。如本文所用，术语“或”并不意味着是排他的，并且是指存在所引用的组件中的至少一个，并且包括其中可以存在所引用的组件的组合的实例，除非上下文另外明确指出。如本文所用，术语“可能”和“可能是”表示在一组情况下发生的可能性；具有指定的性质、特征或功能；和/或通过表达与限定动词相关的能力、性能或可能性中的一个或多个来限定另一个动词。因此，“可能”和“可能是”的使用表示修饰语显然适合、有能力或适合于指定的容量、功能或用法，同时考虑到在某些情况下，修饰语有时可能不适合、有能力或合适。如本文所用，术语“涂层”是指以连续或不连续的方式设置在下层表面的至少一部分上的材料。此外，术语“涂层”并不一定意味着所设置的材料的均匀厚度，所设置的材料可以具有均匀或可变的厚度。术语“涂层”可以指涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制品，包括：/n基底；和/n设置在所述基底上的热障涂层，其中所述热障涂层包括分散在无机粘合剂中的多个铝基颗粒，其中所述铝基颗粒通过所述无机粘合剂基本上彼此间隔开，使得所述热障涂层基本上是电绝缘和热绝缘的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170706 US 62/529,165;20180207 US 15/891,2411.一种制品，包括：
基底；和
设置在所述基底上的热障涂层，其中所述热障涂层包括分散在无机粘合剂中的多个铝基颗粒，其中所述铝基颗粒通过所述无机粘合剂基本上彼此间隔开，使得所述热障涂层基本上是电绝缘和热绝缘的。


2.根据权利要求1所述的制品，其中所述热障涂层中的所述多个铝基颗粒的平均畴尺寸在约0.5微米至约30微米的范围内。


3.根据权利要求1所述的制品，其中所述热障涂层中的所述无机粘合剂的平均畴尺寸在约0.5微米至约5微米的范围内。


4.根据权利要求1所述的制品，其中所述多个铝基颗粒以约20vol％至约70vol％范围内的量存在于所述热障涂层中，并且所述无机粘合剂以约30vol％至约80vol％范围内的量存在于所述热障涂层中。


5.根据权利要求1所述的制品，其中所述多个铝基颗粒包括铝金属、氧化铝、铝合金或它们的组合。


6.根据权利要求1所述的制品，其中所述无机粘合剂包括铬酸盐、磷酸盐、钼酸盐、钒酸盐、钨酸盐或它们的组合。


7.根据权利要求1所述的制品，其中所述无机粘合剂基本上不含六价铬。


8.根据权利要求1所述的制品，其中所述多个铝基颗粒包括核-壳结构。


9.根据权利要求8所述的制品，其中所述核-壳结构的核包含铝金属，并且所述核-壳结构的壳包含铝和氧化铝中的一种或两种与所述无机粘合剂的复合物。


10.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品包括汽车组件、机车组件、船舶组件或医疗组件。


11.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品包括柴油发...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦斯·伯纳德·科尔，伯纳德·帕特里克·比利，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US