用调质材料内涂覆功能层的方法技术

本发明专利技术提供一种用调质材料内涂覆由基础材料制成的多孔功能层的孔的方法，该调质材料降低了基础材料的扩散和/或该基础材料与其周围介质的反应性。按本发明专利技术，该调质材料由气相沉积到孔的内表面上。已认识到，与根据至今的现有技术可实现的相比，通过气相沉积可将调质材料明显更深地引入功能层的孔体系中。特别适用的是，如果不将调质材料本身引入孔体系中，而引入一种或两种该调质材料前体，由前体在孔的内表面上形成有效的调质材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。现有技术适于高温使用的构件如燃气轮机的涡轮叶片由根据对构件所提的机械要求所选定的母体材料制成。所述母体材料例如可以是耐热钢。因为按热力学基本定律，例如燃气轮机的效率随运行温度增加而明显提高，所以需将运行温度提高到超出该母体材料保持稳定的温度。为此构件将配置多孔的绝热层。不利的是，这种绝热层在持续的高温应用中通常遭受不可逆的老化过程，直到最后从构件上剥落。因此，如果由于绝热层局部缺失而非等同于最终失效，则必需将该部件耗费地拆卸和重新涂覆。由DE 10200803 Al已知，在该绝热层的基础材料中引入调质材料的杂质相。公开了一些在制备绝热层时就可引入这种调质材料的方法。但也存在一种需求，即可将该调质材料在事后才引入已存在的基础材料的多孔体系中。基础材料和调质材料的施加应可以相互独立地最优化，并且希望可更新在高温使用中所磨损的调质材料。为此，DE 10200803 Al公开了一种方法，在该方法中调质材料作为在液相中的极细粉末利用毛细管力渗入基础材料的多孔体系中。由此可获得的调质材料渗入基础材料的多孔体系中的深度和用该调质材料可获得的绝热层的耐久性的改进是明显的，但毫无疑问也发现有待改进的潜力。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种方法，以此方法可将调质材料更深地引入到基础材料的多孔体系中，并且以此可对该层的耐久性具有更大的作用。本专利技术的目的是通过根据独立权利要求的方法实现的。其它有利的方案由其从属权利要求得出。在本专利技术范围内，研制了用调质材料内涂覆由基础材料制成的多孔功能层的孔的方法，该调质材料降低了基础材料的扩散和/或该基础材料与其周围介质的反应性。根据本专利技术,将该调质材料由气相沉积到孔的内表面上。已发现，与根据至今的现有技术可以实现的相比，通过气相沉积可将调质材料明显更深地弓I入功能层的孔体系中。适于高温使用的绝热层、保护层、磨合层和其它功能层均被设计为多孔的，借此一方面这些层能有效地粘附在经涂覆的构件上，并且另一方面可对温度变化膨胀耐受地作出反应。在1000°c或更高的运行温度，常常甚至为1300°c或更高的运行温度下，其导致功能层中的应力松弛。因此选择具有熔点高于1000°c，优选高于2000°C的基础材料是有利的。如果构件由运行温度冷却下来，则该构件比功能层收缩得更快，因为通常构件的热膨胀系数比功能层更大。已发现，功能层中的孔隙度以及微裂纹提供了余量，在该余量内至少可部分补偿冷却时在功能层内以及在功能层和构件之间所产生的机械应力。因此，对根据本专利技术的涂层有利的是选择具有孔隙度为5体积％或更高，优选15-20体积％的基础材料。特别是具有孔径小于I微米和高的深宽比(孔的深度)的孔分布的基础材料有利于用本方法涂覆。在热喷涂的层中常存在这种孔分布。本专利技术方法特别适用于具有这样的孔分布的多孔基础材料，其中具有孔径小于I微米的孔通常占孔隙度的40%以上，特别是占60%以上。这意指大部分的孔隙度在I微米以下的范围。在EB-PVD-层中也存在类似的孔大小分布，这意指借助于电子-束物理汽相沉积-法所涂覆的基底层。通常所有的绝热层均可考虑作为基底层。随运行时间不断增加，该功能层的基础材料通常 会趋于烧结。该基础材料的颗粒在具有强烈弯曲即弯曲半径的区域的接触面上相触及。这时，在运行温度下基础材料的原子或分子的扩散变得容易。该基础材料易于从接触面扩散进弯曲区，以使该弯曲变平，并因此使该弯曲区的势能最小化。由此使接触面变大。该效果通过将材料沿弯曲区表面输送到曲率最大处而增强，并且通过所转移的材料可最大地减小势能。这导致颗粒之间的接触面不断增大以及部分导致该材料的孔的封闭。因此提高了层中该材料的E-模量和由此提高了应力，并同时失去了通过微裂纹消除应力的可能性。如果贮存的弹性能量超过了该体系的能量释放速率，则该功能层的材料的耐负荷能力将变得越来越低，并最终被剥离。因为该基础材料由于孔的逐渐封闭而被压实，所以从宏观上可观察到为该基础材料的逐步收缩(烧结收缩)的老化过程。本专利技术的作用即着眼于此。该特别深地被引入到功能层的孔体系中的调质材料在颗粒之间的弯曲区中形成对基础材料的原子或分子的扩散的屏障，并同时保护基础材料免受腐蚀性运行环境的影响。为此，其有利地具有对该基础材料的原子或分子慢的扩散常数。该常数应有利地小于10_15 m2/s。在热喷涂的基底层中，例如可没有困难地实现最高为50微米深度的涂层。这里尤其有利地证实了以ALD-法(原子层沉积法)得到的涂层。该调质材料也有利地具有低的自扩散系数。因为自扩散系数常与熔点相关，所以这里选用具有高熔点，优选高于2000°C的材料。此外，如果该调质材料对基础材料有很大程度的惰性(这里小的可溶性是有利的)和对周围介质特别是运行中对功能层所设定的气氛呈惰性是有利的。因此，例如在运行中设定空气气氛的情况中，氧化性材料作为调质材料是有利的。与根据现有技术以粉末状由液相引入的调质材料相比，该调质材料通常不仅更深地渗入到孔体系中，而且在那里也显示出更好的效果。该通过根据本专利技术的方法制备的功能层通常具有高的密度(孔隙度小于2体积％)、高的层厚均匀性和依涂覆温度不同而得到的球状至柱状的构造。特别是前两个层特性，用现有技术的液相渗入(例如溶胶-凝胶)通常是不可实现的，这是由于该表面的不同的弯曲半径和与此相关的不同的毛细管力。在本专利技术范围内，均匀的层厚意指这样的效果，即在孔入口处和多倍孔直径的深度处的层厚之间的差别是非常小的，特别是小于10%，并且对于具有孔径小于I ym (次微米范围)的孔也是如此。该高密度难于无裂纹地实现，并且在其它涂覆方法中通常需要高的烧结温度。根据本专利技术，可制备多孔绝热层体系的内涂层，其包括具有稳定材料(氧化物，铝氧化物、锆氧化物、烧绿石、钙钛矿、铝酸盐、尖晶石等)的氧化物陶瓷材料(含不同稳定剂的二氧化锆等)。此外，也可以是陶瓷(纤维复合_)材料的多孔保护层体系的内涂层(环境屏障涂层(EBCs))。该氧化物陶瓷保护层材料可以是具有不同稳定剂的二氧化锆(如YSZ)、烧绿石、钙钛矿、铝酸盐、尖晶石、硅酸盐等。该渗入材料有利地选自氧化物，特别是铝氧化物、锆氧化物、烧绿石、钙钛矿、铝酸盐、尖晶石等。此外，根据本专利技术的方法可实现施加在复杂构件(涡轮机叶片、燃烧室部件或燃气轮机的排气接管)上的涂层的内涂覆，例如那种通常出现最高温的区域处具有最大层厚的内涂层的绝热层。 所制备的作为扩散屏障层的功能层的效果决定性地取决于如何恰好地用调质材料润湿基础材料颗粒相接触的接触面上的强烈弯曲的区域。可由气相引入的最小调质材料单元例如是簇、分子或甚至是单个的原子。与用无论多精细研磨的粉末相比，用该最小单元可明显更密实地隔离该接触面的弯曲区域以防止扩散和腐蚀。在一个简单的实施方案中，可将该调质材料通过PVD (物理汽相沉积)引入孔中。在此情况下，基本上可用该调质材料涂覆从该调质材料源出发以直接视线可看到的那些孔的内表面区域(视线涂覆(line-of-sight Beschichtung))。在本专利技术的一个有利的方案中，该调质材料在惰性气流中被引入孔中。以此方式可有利地将可用PVD涂覆的孔体系的区域扩展到直接视线以外(高通量-PVD)。在本专利技术的一个特别有利的方案中，将前体引入孔中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.16 DE 102010015470.91.用调质材料内涂覆基础材料的多孔功能层的孔的方法，该调质材料降低了基础材料的扩散和/或该基础材料与其周围介质的反应性，其特征在干，该调质材料从气相沉积到孔的内表面上。2.根据前项权利要求的方法，其特征在于，将所述调质材料在惰性气流中引入孔中。3.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，将前体引入孔中，该前体在孔的内表面上与基础材料反应生成调质材料和/或该前体分解成调质材料。4.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于， 将第一前体PA引入孔中，其积聚积在基础材料上的孔的内表面上和/或与其发生反应，因此形成层A，其中，该前体PA不积聚在层A上，并且不与其发生反应，随后 将第二前体PB引入孔中，其积聚在层A上和/或与其发生反应，因此形成层AB，其中，该前体PB不积聚在层AB上，并且不与其发生反应。5.根据前项权利要求的方法，其特征在干，随后将前体PA引入孔中并积聚在层AB上和/或与其反应，因此形成层ABA，其中，该前体PA不积聚在层ABA上并且也不与其反应。6.根据前项权利要求的方法，其特征在干，随后将前体PB引入孔中并积聚在层ABA上和/或与其反应，因此形成层ABAB，其中，该前体PB不积聚在层ABAB上并且也不与其反应。7.根据前述两项权利要求之一的方法，其特征在于，将前体PA和PB交替引入孔中循环重复进行。8.根据前述4项权利要求之一的方法，其特征在干，选择在孔的内表面上形成官能性羟基基团的基础材料。9.根据前项权利要求的方法，其特征在干，选择这样的前体PA和PB，以使层A或ABA在其表面上各自形成官能性甲基基团。10.根据前述2项权利要求之一的方法，其特征在于，选择这样的前体PA和PB，以使层AB或A...

【专利技术属性】
技术研发人员：R瓦森，F冯达伦，D塞博尔德，DE马克，G莫尔，D施特弗，
申请(专利权)人：于利奇研究中心有限公司，
类型：
国别省市：