氧化钛锶和由其制得的可磨损涂料制造技术

本发明专利技术提供可磨损涂料。该涂料包含与诸如氧化钇稳定的氧化锆之类的陶瓷组合的ＳｒＴｉＯ，或与诸如ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ之类的ＭｃｒＡｌＸ组合的ＳｒＴｉＯ。该可磨损涂料适合在燃气轮机的高温环境中使用。本发明专利技术还提供了涂布这种涂料的金属制品和可磨损组件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氧化钛锶(strontium titanium oxides)和它们在涂料中的应用。特 别地，氧化钛锶可以用于陶瓷或金属涂料中以便为燃气轮机、涡轮增压器、压缩机、汽轮机 等提供可磨损涂料(abradable coatings)。
技术介绍
容易以受控方式磨损的材料用于一些应用中，包括用作可磨损密封物。旋转的部 分和固定的可磨损密封物之间的接触造成可磨损材料腐蚀成一定的形态，该形态在接触 区与运动的部分密切吻合并适合运动的部分。换句话说，运动的部分磨损掉一部分可磨 损的密封物以便该密封物呈现一种与运动部分精确配合的几何构型，即密合间隙(close clearance gap)。这能有效地形成具有极其严格的容限的密封。可磨损密封物的一种特定的应用是它们在轴向流燃气轮机中的使用。轴向流燃气 轮机的旋转压缩机或转子是由数个依附在轴上的叶片组成的，轴安装在保护罩内。操作时， 轴和叶片在保护罩内旋转。在发动机的压缩机部分和“热”燃烧部分中，轮机保护罩的内表 面最优地涂布可磨损材料。在保护罩中轴和叶片组合的初始布局使得叶片尖端尽可能与可 磨损涂层靠近。本领域的技术人员会理解，减少轴向流燃气轮机中的回流以便使轮机的效率最大 化很重要。这一点是通过使叶片尖端和保护罩内壁之间的间隙最小化来实现的。然而，当 轮机叶片旋转时，由于离心力原因它们在一定程度上膨胀。然后，旋转的叶片尖端接触可磨 损材料并在涂层中精确地刻划规定的凹槽而不接触保护罩本身。这些凹槽提供允许叶片在 上升的温度下旋转所需的精确的间隙，并由此为轮机提供基本上适合定制的密封。为了使涡轮机叶片在可磨损涂层中切出凹槽，形成该涂层的材料必须较容易磨损 而不会磨损叶片尖端。这需要仔细平衡涂料中的材料。在这种环境中，可磨损涂料也必须 对颗粒腐蚀性和在上升的温度下的其它退化作用显示出良好的抗性。抗腐蚀性对于在发动机的整个寿命中保持统一的间隙是必须的，否则发动机的使 用性能会受到不利的影响。作为约3000次发动后密封腐蚀的结果，常规的商业轮机发动 机显示在叶片尖端周围的气流增加2%。这多数归功于可磨损密封物和叶片尖端翼剖面 (blade airfolil tip)的腐蚀，和叶片尖端和密封物之间的摩擦相互作用。在气路速度较 高的军用发动机应用中，抗腐蚀性极其重要。在燃气发动机或航空发动机的压缩机部分使用的气密物有几种。历史上最老的是 金属毛毡(feltmetal)，它包含数种金属纤维。这种密封物的缺点包括，它必须铜焊到基材 上并且它是高度多孔的。人们已经提出几种其它的可磨损涂料，包括蜂窝状的或多孔的金3属结构；硬性陶瓷，诸如和MgO ；具有包埋的聚合物颗粒的铝-硅金属基质；或六方形 的氮化硼粉末颗粒。后者这些涂料的缺点是它们的温度限制性，聚合物涂料的温度限制是 315°C，六方氮化硼涂料的温度限制是480°C。在高温下用于轮机发动机的压缩机部分的可磨损材料也包括NiCrAl/膨润土涂 料和诸如美国专利第5434210号中描述的可磨损物质，该专利公开了一种用于热喷涂的复 合物粉末，该复合物粉末包含三种组分金属或陶瓷基质材料中的一种、固体润滑剂和聚合 物。一般就这样喷涂的涂料包含具有分散的六方氮化硼颗粒和聚合物的Co合金基质。然 后将聚合物烧尽，最终高多孔的结构仅含有分散在整个以Co为基础的基质中的六方氮化 硼颗粒。由这种材料制得的涂料具有可接受的可磨损性，但是抗腐蚀性低。寻求用于轮机压缩机部分的合适的材料是朝着发动机燃烧室步进的更高热水平 问题的结果。更高的温度需要工作温度更高的材料。对高温氧化作用敏感的材料，诸如塑 料、石墨或六方氮化硼，在它们的工作温度以上变成短效材料，仅剩下对高腐蚀敏感的弱化 的框架或完全退化和剥落。其它材料，诸如含有膨润土的材料，在上升的温度下能改变硬 度，变成研磨剂。人们已经通过制造多孔的热障涂料(TBC)开发了用于轮机高温燃烧部分的可磨 损物。这已经通过引入可降低温度的材料，诸如高温聚合物，和/或使用热喷雾六方氮化硼 (两者都提供多孔的涂料)而得以实现。对制得的涂层进行热处理以便分解可降解的材料， 否则它就在轮机操作过程中被烧尽。这些材料的问题是，制得的多孔涂层缺乏机械强度，造 成涂层在热循环周期后结构性损坏。由于TBC的毁坏，这种方法制造了对于尺寸控制无用 并对轮机部分的结构完整性有危险的涂料。人们仍然需要用于高温环境的、提供所需抗腐 蚀性、可磨损性和热稳定性水平的热稳定性可磨损涂料。专利技术概述一方面，本专利技术提供一种粉末涂料组合物，其包含氧化钛锶和陶瓷。另一方面，本 专利技术提供一种粉末涂料组合物，其包含氧化钛锶和一种或多种金属和/或金属合金。在另 外的方面，提供具有这些涂料的金属制品。在其它方面，提供一种可磨损的密封组件，该组 件包含基体和通过热喷涂沉积在所述基体上的可磨损密封涂料。所述的可磨损密封涂料包 含i)氧化钛锶和陶瓷或ii)氧化钛锶和金属和/或金属合金。从以下的图片、详细描述和附加的权利要求中将更容易看出本专利技术的这些方面和 其它方面。附图简要说明通过以下的图片进一步说明了本专利技术，其中附图说明图1 是 SrO-TiO2 的相图;图2是就这样喷涂的SrTiO和氧化钇稳定的氧化锆的显微照片；图3是就这样喷涂的SrTiO和NiCrAlY的显微照片。图4是就这样喷涂的SrTiO和NiCr的显微照片。优选实施方式的详细说明如本文包括实施例所使用的，或者除非另外明白地指出，所有的数字都可读作前 面加了“约”，即使该词没有明白地显示。同样，本文引用的任何数字范围意图包括所有包含 在其中的亚范围。如本文所使用的，术语“聚合物”指低聚物和均聚物及共聚物。在一个方面，本专利技术提供一种涂料组合物，其包含氧化钛锶和陶瓷。陶瓷以用作燃 气轮机环境中的热障涂料而闻名。如本文中使用的，术语“可磨损陶瓷”是指与陶瓷组合的 SrTiO0氧化钛锶包含25-60重量％的Sr2TiO4和75_40重量％的Sr3Ti2O7，可从新泽西州 的卡姆登市埃克斯舍姆公司(Exotherm Corporation of Camden, NJ)购买。如本文所使 用的，相互交换使用的术语“氧化钛锶”和“钛酸锶”指这些氧化物的混合物，以特定的通式 Sr2Ti04/Sr3Ti207或更通用的通式SrTiO表示。在一种实施方式中，SrTiO是包含两种氧化 物的混合晶体。同样，在一种优选的实施方式中，氧化钛锶包含40-50重量％的Sr2TiO4和 60-50重量％的Sr3Ti2O715可从图1中显示的相图看出，在本专利技术的涂料中使用的Sr2TiO4/ Sr3Ti2O7在广泛的温度范围内非常稳定。因此，本专利技术的可磨损陶瓷涂料和可磨损金属涂料 (如下文定义和进一步描述的)可以同时用在压缩机和轮机的可磨损应用中。这与现有技 术涂料相反，在现有技术涂料中，在压缩机和轮机应用中使用不同的材料以便适应每一种 应用的不同的温度状况。如本文中使用的，术语“陶瓷”指无机的非金属材料。陶瓷通常是天然的晶体， 是在金属和非金属元素之间形成的化合物，例如如铝和氧(氧化铝-Al2O3)、钙和氧(氧化 钙-CaO)以及硅和氮(氮化硅-Si3N4)。合适的陶瓷的例子包括铝和镁的氧化物，诸如Al2O3 和MgO、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉末涂料组合物，其包含氧化钛锶和一种或多种金属和／或金属合金。

【技术特征摘要】
US 2005-11-2 11/264,868一种粉末涂料组合物，其包含氧化钛锶和一种或多种金属和/或金属合金。2.如权利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述氧化钛锶包含25-60重量％的 Sr2TiO4 和 75-40 重量 ％的 Sr3Ti2O7。3.如权利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述氧化钛锶的粒度为15-120微米。4.如权利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述金属和/或金属合金的粒度为 1-125微米。5.如权利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述氧化钛锶和/或金属和/或金属合 金颗粒是亚微米至微米尺寸的粉末的聚集体。6.如权利要求1所述的粉末涂料，其特征在于，所述组合物包含以该涂料组合物的重 量为基准计，...

【专利技术属性】
技术研发人员：JB胡多尔斯顿，R扎托斯基，J马佐里克，
申请(专利权)人：HC施塔克公司，HC施塔克有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]