热障涂层制造技术

提供涂层部件以及它们的形成方法。涂层部件可包括：具有表面的基底以及在基底表面上的热障涂层。热障涂层包括在其中的多个细长的表面连接的孔隙，其中热障涂层包括在热障材料内的多个非球形颗粒。的多个非球形颗粒。的多个非球形颗粒。

【技术实现步骤摘要】
热障涂层


[0001]本专利技术整体涉及适用于在暴露于高温环境(比如，通过燃气涡轮发动机的热气体流动路径)的部件上的涂层体系中使用的组合物。更具体地，本专利技术涉及用于热障涂层(thermal barrier coating)(TBC)体系中的组合物。

技术介绍

[0002]燃气涡轮发动机通常包括入口、风扇、一个以上的压缩机、燃烧器和至少一个涡轮。压缩机压缩空气，该空气被引导至燃烧器，在燃烧器中空气与燃料混合。然后将混合物点燃以产生热燃烧气体。该燃烧气体被引导至涡轮，其中，涡轮从燃烧气体中提取能量以用于驱动压缩机，以及用于产生有用功以推进飞行中的航空器或驱动负载(例如发电机)。热障涂层(TBC)在燃气涡轮发动机的部件(比如燃烧室、高压涡轮(HPT)叶片(blade)和轮叶(vane))上的使用日益增加。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供涂层部件，所述涂层部件包括：具有表面的基底；以及热障涂层，所述热障涂层在基底表面的至少一部分上，热障涂层包括在其中的多个细长的表面连接的孔隙，热障涂层包括在热障材料内的多个非球形颗粒。
[0004]本专利技术还提供在基材表面上形成涂层的方法，所述方法包括：热等离子喷涂或室温喷涂多个非球形颗粒和热障材料的混合物，形成热障涂层，所述热障涂层具有在其中的多个细长的表面连接的孔隙。
附图说明
[0005]在说明书中参考附图阐述了针对本领域普通技术人员的本专利技术的完整且能够实现的公开(包括其最佳模式)，其中：
[0006]图1是根据本专利技术的示例性方面的示例性涂层部件(coated component)的截面示意图；
[0007]图2是根据本专利技术的示例性方面的另一示例性涂层部件的截面示意图；以及
[0008]图3是根据本专利技术的示例性方面的燃气涡轮发动机的截面图。
具体实施方式
[0009]现在将详细参考本专利技术的当前实施方式，其一个以上的示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代图中的特征。附图和描述中相同或相似的标号已用于指代本专利技术的相同或相似部分。
[0010]本文中所使用的用语“示例性”是指“用作示例、范例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为比其他实施方式优选或有利。另外，除非另有特别指明，否则本文中描述的所有实施方式应当被认为是示例性的。
[0011]除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该/所述”包括复数指代。
[0012]例如“A、B和C中的至少一个”的上下文中的术语“至少一个”是指仅A、仅B、仅C或A、B和C的任意组合。
[0013]在本专利技术中，化学元素使用它们的常用化学缩写来讨论，例如在元素周期表上常见的化学缩写。例如，氢由其常用化学缩写H表示；氦由其常用化学缩写He表示；等等。
[0014]如本文所使用，“Ln”是指稀土元素或稀土元素的混合物。更具体地，“Ln”是指钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)的稀土元素或它们的混合物。
[0015]在本专利技术中，当层被描述为在另一层或基底“上”或“上方”时，应当理解，除非有明确相反地陈述，否则各层可以彼此直接接触或者在各层之间具有另一层或特征。因此，这些术语仅仅描述了各层彼此之间的相对位置，并不一定意味着“在
······
的顶部”(on top of)，这是因为上方或下方的相对位置取决于装置相对于观看者的取向。
[0016]如本文所使用，“卡尺直径”(也称为“费雷特(Feret)直径”)是沿着指定方向的物体尺寸的度量。通常，它可以被定义为两个平行平面以垂直于该指定方向限制该物体时，两个平行平面之间的距离。
[0017]如本文所使用，颗粒的“长径比(aspect ratio)”术语是指颗粒的最大卡尺直径长度除以同一颗粒的最小卡尺直径长度。例如，圆形颗粒在颗粒周围具有相等的长度，并且因此长径比为1。在另一示例中，最大量度的卡尺直径为100微米(μm)且最小量度的卡尺直径为10μm的微粒的长径比为10(即，100μm除以10μm为10)。需要说明的是，长径比与度量单位无关，这是因为只要度量单位相同的话则该式会抵消用于测量长度的特定单位。
[0018]术语“涡轮机器”或“涡轮机械”是指包括一个以上的压缩机、发热部(例如，燃烧部)和一个以上的涡轮的机器，所述涡轮一起产生扭矩输出。
[0019]术语“燃气涡轮发动机”是指具有涡轮机器作为其全部动力源或一部分动力源的发动机。示例性燃气涡轮发动机包括涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等，以及这些发动机中的一种或多种的混电(hybrid
‑
electric)版本。陶瓷热障涂层被设计成具有低热导率。为了降低热导率，可以对热障涂层进行微结构改变和组成改变。
[0020]通常，TBC的热隔离使得这样的部件能够经受较高的工作温度，提高部件耐久性，并且提高发动机可靠性。为了使TBC在其所保护的部件的整个计划生命周期内保持有效，期望TBC在部件的整个生命周期内具有低热导率，包括高温漂移(high temperature excursion)。此外，期望TBC具有高韧性，从而减少侵蚀和冲击对HPT的旋转部件、燃烧器部件和静态涡轮部件(例如，涡轮喷嘴)造成的损坏。低热导率TBC可以通过减少热损失并潜在地允许更高的温度操作来提高发动机效率。
[0021]可使用等离子喷涂工艺(例如，空气
‑
等离子喷涂(APS)、悬浮液等离子喷涂(SPS)、溶液前驱体等离子喷涂(SPPS)等)来施加当前热障材料(例如，8YSZ)以在部件上形成涂层。例如，通过SPS形成的涂层可具有柱状微结构，该柱状微结构具有高孔隙率，从而导致较低的热导率，但也会限制涂层的耐侵蚀性和韧性。因此，期望TBC技术的进一步改进，特别是当TBC被用于针对要求更高的发动机设计的部件进行热隔离时。
[0022]整体地，提供涂层部件及其制造方法，所述涂层部件具有热障涂层，热障涂层包括多个细长的表面连接的孔隙。通常，不意图限制或改变多个细长的表面连接的孔隙的含义，多个细长的表面连接的孔隙可以被称为柱状微结构和/或致密、垂直开裂的微结构。特别是当柱状微结构由热障材料(比如陶瓷热障材料)形成使之包含微结构内的多个细长的表面连接的孔隙以增加循环寿命时。不希望受任何特定理论的约束，可认为，与没有柱间孔隙率的类似涂层相比，柱状微结构在用热喷涂工艺形成时会导致较低的涂层热导率。因此，涂层可以用相同的材料形成，但由于柱间孔隙率的大小和形状，具有较低的热导率。一些热障涂层不具有表面连接的孔隙，取而代之地是形成更连续的涂层，具有内部孔隙率和/或水平微裂纹。这些热障涂层可以用热喷涂技术(例如空气
‑
等离子喷涂)或室温喷涂技术沉积，其中颗粒在室温下喷涂。虽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.涂层部件，所述涂层部件包括：具有表面的基底；以及热障涂层，所述热障涂层在基底表面的至少一部分上，热障涂层包括在其中的多个细长的表面连接的孔隙，热障涂层包括在热障材料内的多个非球形颗粒。2.根据权利要求1所述的涂层部件，其中，热障涂层还包括多个表面连接的微孔裂纹，所述多个表面连接的微孔裂纹连接至所述表面或所述多个细长的表面连接的孔隙中的至少一个。3.根据权利要求1所述的涂层部件，其中，热障涂层是热喷涂的屏障涂层。4.根据权利要求1所述的涂层部件，其中，热障材料包含热障涂层的50vol％～99vol％。5.根据权利要求1所述的涂层部件，其中，多个非球形颗粒包含耐CM...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：