用于提高CMAS抵抗力的开槽陶瓷涂层及其形成方法技术

提供了一种用于燃气涡轮发动机的涂覆部件。涂覆部件包括具有表面的基底和陶瓷涂层。陶瓷涂层包括一个或多个线性狭槽和一个或多个非线性狭槽。一个或多个线性狭槽与一个或多个非线性狭槽相交。多个线性狭槽和多个非线性狭槽形成陶瓷涂层材料的部段。

【技术实现步骤摘要】
用于提高CMAS抵抗力的开槽陶瓷涂层及其形成方法
本专利技术的实施例大体上涉及用于诸如燃气涡轮发动机的涡轮机的部件的陶瓷涂层(例如，热障涂层和环境障涂层)。
技术介绍
最新的高性能燃气涡轮发动机大体上需要热障涂层(TBC)。燃气涡轮发动机的效率随着燃烧气体的燃烧温度的升高而提高。随着燃烧温度的升高，需要提高涡轮部件的高温耐久性。镍基和钴基超合金材料现在广泛用于热气体流动路径中的部件，诸如燃烧器衬里和燃烧器过渡件以及涡轮旋转和固定叶片(定向凝固和单晶)。然而，即使是这些最新的超级合金也不能在有时可超过1400℃的温度下经受长期操作。在许多应用中，金属基底涂覆有陶瓷绝缘材料的TBC，以降低部件下面金属部段的服务温度。通过使用由空气等离子喷涂(APS)和悬浮等离子喷涂(SPS)方法产生的TBC内的孔和贯穿厚度的裂缝，以及使用由电子束物理气相沉积(EBPVD)方法产生的柱状TBC，在燃气涡轮发动机中使用的TBC的应变耐受度增加。然而，环境粉尘(诸如含有钙镁铝硅酸盐的某种组合(CMAS)的粉尘)经常被吸入燃气涡轮发动机的高温区段中。粉尘可沉积在发动机中的部件上，并且由于环境温度较高，可变成熔融的。所得的低粘度液体渗入保护金属基底的部件上的TBC的工程化孔和/或柱中。一旦液态CMAS在冷却时固化，TBC的柔顺性和涂层的应变耐受能力便急剧降低。应变耐受性所需的涂层特征由固化的CMAS填充。此外，随着CMAS渗透，TBC中产生的应力可导致涂层的早期剥落。TBC的剥落在金属基底上产生热点，导致部件寿命缩短。剥落又导致计划外的维护以及零件更换，导致操作成本增加和维修成本增加。近年来，燃气涡轮发动机的高压涡轮区段中的气体温度不断升高，因此陶瓷TBC变得越来越容易受到随着空气的吸入而摄入硅质颗粒物(例如，粉尘、沙子、火山灰、碎片)所产生的熔融CMAS沉积物的侵蚀。即使当采用颗粒去除策略时，小直径颗粒仍然能够到达涡轮区段，在那里它们熔融，并通过其互连的柱间孔网络渗透。因此，本领域需要一种涂覆TBC的金属部件的改进设计，特别是用于燃气涡轮发动机的部件。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本专利技术的实践获知。在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于燃气涡轮发动机的涂覆部件。该涂覆部件限定了纵向方向，并且涂覆部件包括限定表面的基底和沿着基底的表面设置的陶瓷涂层。陶瓷涂层具有设置在陶瓷涂层中的多个线性狭槽，以及设置在陶瓷涂层中的多个非线性狭槽，多个非线性狭槽与多个线性狭槽相交。多个线性狭槽和多个非线性狭槽形成陶瓷涂层材料的部段。在某些示例性实施例中，多个线性狭槽中的每一个从纵向方向径向地延伸。在某些示例性实施例中，基底的表面具有平面区域和平面外区域，使得平面外区域上的所有点与平面区域在不同的平面上。多个线性狭槽中的至少一个设置在平面区域和平面外区域两者上。在某些示例性实施例中，多个线性狭槽中的每一个延伸到陶瓷涂层中达一深度，并且多个线性狭槽中的每一个之间的最大距离不大于多个线性狭槽的深度的约2.5倍。在某些示例性实施例中，多个线性狭槽和多个非线性狭槽仅设置在陶瓷涂层中，并且不延伸到基底的表面中。在某些示例性实施例中，多个线性狭槽中的每一个之间的距离在涂覆部件的最内部段处为约430微米至约490微米，并且多个线性狭槽中的每一个之间的距离随着其远离最内部段而连续增加。在某些示例性实施例中，线性狭槽中的至少一个与设置有线性狭槽的表面处的切线之间的角度为约10度至约85度。在某些示例性实施例中，多个非线性狭槽中的每一个围绕涂覆部件中的孔口周向地延伸。在某些示例性实施例中，涂覆部件是燃烧室的燃料喷嘴隔热罩。在某些示例性实施例中，涂覆部件是用于燃烧室的穹顶组件的部件。在某些示例性实施例中，多个线性狭槽中的每一个和多个非线性狭槽中的每一个延伸到陶瓷涂层中达50微米至1000微米深。在某些示例性实施例中，陶瓷涂层包括氧化钇稳定的氧化锆、稀土稳定的氧化锆组合物、莫来石、氧化铝、二氧化铈、稀土锆酸盐、稀土氧化物、金属-玻璃复合材料或它们的组合。在本公开的另一个示例性实施例中，一种形成用于燃气涡轮发动机的涂覆部件的方法包括：沿着基底的表面形成陶瓷涂层；沿着陶瓷涂层形成多个线性狭槽；以及沿着陶瓷涂层形成与多个线性狭槽相交的多个非线性狭槽，使得多个线性狭槽和多个非线性狭槽形成陶瓷涂层材料的部段。在某些示例性实施例中，多个线性狭槽中的每一个从纵向方向径向地延伸。在某些示例性实施例中，基底的表面具有平面区域122和平面外区域124，使得平面外区域124上的所有点与平面区域在不同的平面上，其中，形成多个线性狭槽的步骤包括在平面区域122和平面外区域124两者上形成多个线性狭槽中的至少一个。在某些示例性实施例中，形成多个线性狭槽的步骤包括仅在陶瓷涂层中形成至少一个线性狭槽，使得该至少一个线性狭槽不延伸到基底的表面或结合涂层中，并且形成多个非线性狭槽的步骤包括仅在陶瓷涂层中形成至少一个非线性狭槽，使得该至少一个非线性狭槽不延伸到基底的表面或结合涂层中。在某些示例性实施例中，多个线性狭槽中的每一个之间的距离在涂覆部件的最内部段处为约430微米至约490微米，并且多个线性狭槽中的每一个之间的距离随着其远离最内部段而连续增加。在某些示例性实施例中，形成多个非线性狭槽的步骤包括在涂覆部件的孔口周围的周向方向上形成非线性狭槽。在某些示例性实施例中，多个线性狭槽中的每一个延伸到陶瓷涂层中达一深度，并且多个线性狭槽中的每一个之间的最大距离不大于多个线性狭槽的深度的约2.5倍。技术方案1.一种用于燃气涡轮发动机的涂覆部件，所述涂覆部件限定纵向方向，所述涂覆部件包括：基底，其限定表面；和陶瓷涂层，其沿着所述基底的表面设置，所述陶瓷涂层包括：设置在所述陶瓷涂层中的多个线性狭槽；以及设置在所述陶瓷涂层中的多个非线性狭槽，其与所述多个线性狭槽相交，所述多个线性狭槽和所述多个非线性狭槽形成所述陶瓷涂层材料的部段。技术方案2.根据技术方案1所述的涂覆部件，其特征在于，所述多个线性狭槽中的每一个从所述纵向方向径向地延伸。技术方案3.根据技术方案1所述的涂覆部件，其特征在于，所述基底的表面具有平面区域和平面外区域，使得所述平面外区域上的所有点与所述平面区域在不同的平面上，其中，所述多个线性狭槽中的至少一个设置在所述平面区域和所述平面外区域两者上。技术方案4.根据技术方案1所述的涂覆部件，其特征在于，所述多个线性狭槽中的每一个延伸到所述陶瓷涂层中达一深度，并且所述多个线性狭槽中的每一个之间的最大距离不大于所述多个线性狭槽的深度的约2.5倍。技术方案5.根据技术方案1所述的涂覆部件，其特征在于，所述多个线性狭槽和所述多个非线性狭槽仅设置在所述陶瓷涂层中，并且不延伸到所述基底的表面中。技术方案6.根据技术方案1所述的涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃气涡轮发动机的涂覆部件，所述涂覆部件限定纵向方向，所述涂覆部件包括：/n基底，其限定表面；和/n陶瓷涂层，其沿着所述基底的表面设置，所述陶瓷涂层包括：/n设置在所述陶瓷涂层中的多个线性狭槽；以及/n设置在所述陶瓷涂层中的多个非线性狭槽，其与所述多个线性狭槽相交，所述多个线性狭槽和所述多个非线性狭槽形成所述陶瓷涂层材料的部段。/n

【技术特征摘要】
20191226 US 16/7270041.一种用于燃气涡轮发动机的涂覆部件，所述涂覆部件限定纵向方向，所述涂覆部件包括：
基底，其限定表面；和
陶瓷涂层，其沿着所述基底的表面设置，所述陶瓷涂层包括：
设置在所述陶瓷涂层中的多个线性狭槽；以及
设置在所述陶瓷涂层中的多个非线性狭槽，其与所述多个线性狭槽相交，所述多个线性狭槽和所述多个非线性狭槽形成所述陶瓷涂层材料的部段。


2.根据权利要求1所述的涂覆部件，其特征在于，所述多个线性狭槽中的每一个从所述纵向方向径向地延伸。


3.根据权利要求1所述的涂覆部件，其特征在于，所述基底的表面具有平面区域和平面外区域，使得所述平面外区域上的所有点与所述平面区域在不同的平面上，其中，所述多个线性狭槽中的至少一个设置在所述平面区域和所述平面外区域两者上。


4.根据权利要求1所述的涂覆部件，其特征在于，所述多个线性狭槽中的每一个延伸到所述陶瓷涂层中达一深度，并且所述多个线性狭槽中的每一个之...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·克沙文，C·A·约翰逊，陈鸿强，B·P·布莱，B·A·小普里查德，M·M·德德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US