为了在基材表面上制备热障涂层结构(10)，提供具有等离子体炬(4)的工作腔室(2)，等离子体射流(5)这样产生：等离子体气体被引导穿过等离子体炬(4)并在那里通过电气体放电、电磁感应或微波加热，并且等离子体射流(5)被导向至该引入工作腔室中的基材(3)的表面。为了制备热障涂层，在等离子体炬(4)和基材(3)之间另外施加电压以在等离子体炬(4)和基材(3)之间产生电弧并且通过该电弧清洁该基材表面，其中在电弧清洁后该基材(3)保持在工作腔室中并且在经清洁的基材表面上产生具有0.02μm至2μm厚度的氧化物层(11)，和在附加步骤中通过等离子体喷涂方法施加热障涂层(12)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在根据权利要求1的前述部分的基材表面上制备热障涂层结构 (thermal barrier coating structure)的方法和涉及使用该方法制备的基材。
技术介绍
热障涂层用在机器和方法中以保护经受来自热效应的热应变、热气体腐蚀和侵蚀的零件。机器和方法的效率的提高经常仅可能伴随着方法温度的提高，使得相应地必须保护暴露的零件。航空发动机和固定式燃气轮机中的涡轮叶片即是如此，例如，其通常提供有单层或多层热障涂层体系以保护涡轮叶片免受高方法温度的作用和延长使用周期和使用寿命ο热障涂层体系根据应用可包含一个或多个层，例如阻挡层，特别地扩散阻挡层、粘结促进层、热气体腐蚀保护层、保护层、热障涂层和/或覆盖层。在前述涡轮叶片的例子中， 基材通常由Ni合金或Co合金制备。施加到该涡轮叶片上的热障涂层体系可以，例如，以上升顺序包含下述涂层-金属阻挡层，例如，来自NiAl相或NiCr相或合金；-金属粘结促进层，其也作为热气体腐蚀保护层，并且其可以例如至少部分地由金属铝化物(metal aluminide)或由MCrAlY合金进行制备，其中M代表金属Fe，Ni或Co之一或Ni和Co的组合；-氧化物陶瓷保护层，例如主要是Al2O3或其它氧化物；-氧化物陶瓷热障涂层，例如是稳定的氧化锆；和-氧化物陶瓷平滑层或覆盖层，例如稳定的氧化锆或Si02。热障涂层结构，其制备将在下面所述，包含至少一个氧化物陶瓷保护层和至少一个氧化物陶瓷热障涂层。将该热障涂层结构施加至金属基材表面上，该金属基材表面如在上述提及的涡轮叶片的例子中能够被提供有金属粘结促进层和/或热气体腐蚀保护层。文献US 5, 238, 752中，描述了热障涂层结构的制备，其被施加至金属基材表面上。该基材本身由Ni合金或Co合金组成，但是金属基材表面由25 μ m厚至125 μ m厚的Ni 铝化物或Pt铝化物的粘结促进层形成。在该基材表面上形成0. 03 μ m至3 μ m厚的Al2O3 氧化物陶瓷保护层，并且随后通过电子束物理蒸气沉积(EB-PVD)沉积125 μ m至725 μ m厚的^O2和6% -20% Y2O3氧化物陶瓷热障涂层。在EB-PVD方法中，待被沉积用于热障涂层的物质，例如具有8% Y2O3的，通过高真空中的电子束被变成蒸气相并且从所述蒸气相凝结于待涂覆的部件上。如果方法参数以合适的方式选择，产生柱状微结构。在US5，238，752中描述的热障涂层结构的制备具有通过EB-PVD沉积热障涂层的装置成本相对高并且EB-PVD不允许该热障涂层的任何非视线(NL0Q施加的缺点，但是，例如采用低压等离子体喷涂(LPPS)同样可能涂覆位于在边缘后和从等离子体炬看不见的基材部分。从W003/087422A1中知道通过LPPS薄膜方法同样能够制造具有柱状结构的热障涂层。在W003/087422A1中描述的等离子体喷涂方法中，待涂层材料通过等离子体射流喷涂至金属基材的表面上。在这方面，涂层材料被注入粉末射流散焦的等离子体中并且在低方法压力下在此进行部分或完全熔化，该低方法压力小于lOmbar。为此目的，产生具有足够高比热含量的等离子体，使得共计至少5重量％涂层材料的主要部分变为气相。将各向异性结构化层施加至具有涂层材料的基材。在该层中，形成各向异性微结构的拉长微粒主要与基材表面垂直地直立排列，其中，该微粒通过低材料过渡区相互排列并且因此形成柱状结构。在W003/087422A1中描述的用于制备具有柱状结构的热障涂层的等离子体喷涂方法提到与LPPS薄膜方法相关，因为，如此它们，它使用宽等离子体射流，其通过等离子体炬内部压力(典型地IOOkPa)与小于lOltfa的工作腔室内的压力之间的压力差产生。但是， 由于使用所述方法产生的热障涂层能够高达Imm厚或更厚并且因此实际上不能由术语“薄膜”涵盖，所述方法在下面将称为等离子体喷涂物理蒸气沉积方法或缩写为PS-PVD。申请人:已经发现，如果使用根据修改后的方法制备的热障涂层结构，能够提高包含根据W003/087422A1制备的热障涂层的热障涂层体系的热循环阻抗(thermal cycling resistance)0
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在基材表面上制备热障涂层(thermal barrier coating)结构的方法，采用该方法能够提高具有通过等离子体喷涂方法制备的热障涂层的热障涂层体系的热循环阻抗(thermal cycling resistance)。该目的根据本专利技术通过在权利要求1中限定的方法来实现。根据本专利技术的在基材表面上中，提供具有等离子体炬的工作腔室，等离子体射流如此产生等离子体气体被引导穿过等离子体炬并在那里通过电气体放电(electric gas discharge)和/或电磁感应和/或微波进行加热，并且等离子体射流被导向至该被引入工作腔室中的基材的表面。在该中，在等离子体炬和基材之间额外施加电压，以在等离子体炬和基材之间产生电弧并且通过该电弧来清洁基材表面，在该电弧清洁后基材仍保持在工作腔室中。在以这种方法清洁的基材表面上产生具有0.02μπι至5μπι或0.02μπι至2μπι厚度的氧化物层，并且在附加的步骤中通过等离子体喷涂方法施加至少一个热障涂层。有利地，在制备该热障涂层结构期间，典型地在整个方法期间，该基材保持在工作腔室内。典型地，基材和/或基材表面为金属的，其中能够例如通过粘结促进层和/或热气体腐蚀保护层(例如金属铝化物(如NiAl，NiPtAl或PtAl)层，或MCrAlY类型的合金层， 其中M = i7e、Co、Ni或NiCo)形成基材表面。如果需要，在上述热障涂层结构之前，能够通过等离子体喷涂方法或通过另外合适的方法向基材表面施加粘结促进层和/或热气体腐蚀保护层。在有利的实施方案中，在制备热障涂层结构期间，监测和/或控制在工作腔室中气氛的压力和/或组成。在有利的实施方案变型中，在电弧清洁基材表面期间，工作腔室压力总计小于lkPa。在更有利的实施方案变型中，在产生该氧化物层期间，工作腔室包含氧或含氧气体。该氧化物层能够例如如此热产生加热基材表面，例如通过等离子体射流。同样能够通过PS-PVD或通过化学方法产生氧化物层，例如通过等离子体喷涂化学蒸气沉积(PS-CVD)，其中典型地工作腔室中的压力低于lkPa，并且其中，根据需要，至少一种活性组分以固体和/或液体和/或气体形式注入等离子体射流中。产生的氧化物层有利地具有小于3%或小于的孔隙度和/或大于90%或大于 95%由热稳定氧化物形成，S卩，由在基材的使用条件下是热稳定的氧化物(如Ci-Al2O3)形成。在更有利的实施方案中，至少一个热障涂层由陶瓷材料制备，其中陶瓷材料能够由例如氧化锆，特别地用钇，铈，钪，镝或钆稳定的氧化锆组成和/或能够包含氧化锆，特别地用钇，铈，钪，镝或钆稳定的氧化锆。在有利的实施方案变型中，至少一个热障涂层通过在高于50kPa的工作腔室压力下的热等离子体喷涂和/或通过在5kPa至50kPa的工作腔室压力下的低压等离子体喷涂 (LPPS)进行施加。在更有利的实施方案变型中，至少一个热障涂层通过在小于5kPa，典型地小于 IkPa的工作腔室压力下的等离子体喷涂物理蒸气沉积(PS-P本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·冯尼森，M·金德拉特，R·C·施密德，
申请(专利权)人：苏舍美特科公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。