阻碍/取消环境阻隔涂层中的蠕变劣化的复合结合覆层制造技术

本发明专利技术涉及一种阻碍/取消环境阻隔涂层中的蠕变劣化的复合结合覆层。燃气涡轮叶片可具有施加到其表面的结合覆层。结合覆层可包含硅和反应性材料。该反应性材料可与在结合层处生成的热生长氧化物反应以防止并且取消蠕变。一个或多个保护层可施加到结合层。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及燃气涡轮叶片，并且特别涉及用于燃气涡轮叶片的抗蠕变涂层系统。
技术介绍
还可称作为燃气轮机的燃气涡轮为加速气体、从而迫使气体进入燃烧室(其中，加热以便增大气体的体积)的内燃机。膨胀的气体然后被引向涡轮，以便提取由膨胀的气体产生的能量。燃气涡轮具有许多实际的应用，包括用作喷气发动机以及用在工业动力生成系统中。在燃气涡轮内加速以及引导气体通常使用转动的叶片来完成。能量的提取典型地通过从燃烧室朝向燃气涡轮叶片(其由通过涡轮叶片而离开燃气涡轮的膨胀的气体的力而旋转)推动膨胀的气体来完成。由于离开的气体的高温，燃气涡轮叶片必须构造成以便忍受极端操作条件。在许多系统中，使用了复杂的涡轮叶片冷却系统。虽然燃气涡轮叶片一般由金属构成，更多高级的材料现在被用于这样的叶片，诸如陶瓷以及陶瓷基体复合材料。当使用这样的高级材料或者仅仅金属来构造燃气涡轮叶片时，可施加涂层来提供对叶片的附加的保护以及增强的耐热性。
技术实现思路
燃气涡轮叶片可具有施加到其表面的结合覆层。结合覆层可包含硅和反应性材料。反应性材料可与在结合层处生成的热生长氧化物(TGO)反应以防止并且取消(reverse)螺变。一个或多个保护层可施加到结合层。公开了一种用于减轻并且防止蠕变的方法。包含硅和反应性材料的结合层可施加到燃气涡轮叶片的表面。反应性材料可与在结合层处生成的热生长氧化物反应以防止并且取消蠕变。一个或多个保护层可施加到结合层。当结合附图阅读时，前述概要以及随后的详细描述更好理解。为了说明所要求保护的主题，在附图中示出了说明不同实施例的示例；尽管如此，本专利技术不限于特定的系统和公开的方法。附图说明当参考附图阅读随后的详细描述时，本主题的这些和其它的特征、方面以及优点将变得更好理解，其中: 图1为施加到叶片表面的涂层的非限制性的示例。图2为施加到叶片表面的涂层的另一个非限制性的示例以及可能产生的蠕变。图3为施加到叶片表面的、包括结合覆层的涂层的非限制性的示例，涂层包括钛粒子。图4为施加到叶片表面的、包括结合覆层的涂层的另一个非限制性的示例，涂层包括钛粒子。图5为施加到叶片表面的、包括结合覆层的涂层的另一个非限制性的示例，涂层包括钛粒子。部件列表 110涡轮叶片衬底(图1、2) 120结合覆层(图1、2) 130热生长氧化物(TGO)(图1、2) 140环境阻隔涂层(EBC)层(图1、2) 150EBC 层 (图 1、2) 160EBC 层 (图 1、2) 170EBC 层 (图 1、2) 310涡轮叶片衬底(图3、4、5) 320结合覆层(图3、4、5) 330TGO (图 4、5) 340EBC 层 (图 3、4、5) 380钛纳米粒子(图3、4) 390二氧化钛分子(图4、5)。具体实施例方式在一个实施例中，环境阻隔涂层(EBC)可施加到由陶瓷基体复合材料(CMC)构成的燃气涡轮叶片。当燃气涡轮在运转时，EBC可帮助保护叶片不受环境物体(诸如可与叶片发生接触的热气、水蒸气以及氧气)的影响。EBC可为硅基的(EBC)，并且其可作为若干层不同材料来施加。在本公开的实施例中，在各个层中的材料可为任何材料，包括陶瓷材料，并且可使用任何方式或方法来施加这样的材料，包括大气等离子体喷涂(APS)、活性离子注入、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、浸涂以及电泳沉积(EH))。图1示出了可施加到CMC叶片的示例涂层。这样的叶片的衬底110可涂有可用作结合覆层并且辅助使EBC层结合到衬底110的结合层120。在一个实施例中，结合层120可为硅结合覆层。EBC层140可施加在结合层120上。附加的EBC层150、160以及170可进一步施加在EBC层140上面。可使用任何方式以及方法将任何数量的EBC层施加到衬底110以及本文所公开的任何其它的叶片或表面，并且任何材料可用于本文所公开的任何叶片、结合层以及EBC层，包括结合层120，EBC层140、150、160以及170，以及用于衬底110。所有这样的实施例都构思为处于本公开的范围内。在其中可配置有衬底110的燃气涡轮的环境中，热气可导致结合层120氧化并且熔化(由于这样的气体引起的升高的温度)。熔化和氧化后，结合层120可形成可为粘性的玻璃层的粘性的流体层130。在一些实施例中，粘性的流体层130可由热生长氧化物(TGO)组成。如在图2中所示，粘性的流体层130可在由施加到衬底110的离心载荷以及关于外侧的EBC层(诸如层140、150、160以及170)的热膨胀系数(CTE)的不匹配而引起的剪切应力下移动。这样的移动可称作为通常所说的“蠕变”现象的结果。在材料科学中，蠕变为在应力的影响下固体材料慢慢移动或永久变形的趋向。EBC层140、150、160以及170的蠕变可限制衬底110的可用寿命，尤其当EBC层140、150、160以及170中的任何一层出现裂纹时。在一个实施例中，活性成分一诸如钛(Ti)、一氧化钛(TiO)或者钛与一氧化钛的组合一可与硅一起包含在合成材料中，其可用于结合层。图3示出了这样的实施例的示例。注意，代替钛或者除了钛之外，其它的反应性材料可用在结合层中，诸如锆、铪、妒(rutherfordium)以及I凡。在一些实施例中，钛在结合层中可能是最有活性的。与娃相比，钛可具有对氧的增加的亲合性，并且因此可如本文所述的那样减少以及取消TGO的形成。钛还可用作在Y (Gamma)相和Y ’相中的固溶体增强剂。钛的高的熔点还将防止在大多数操作条件下的液相传输。结合层320可施加到叶片310。EBC层340可施加在结合层320之上。结合层320可至少部分地由硅组成，并且可包括与氧化物的离子反应的粒子，诸如，例如可由钛、一氧化钛、或者钛与一氧化钛的组合组成的钛纳米粒子380。纳米粒子可被用于如本文所公开的结合层中所包括的任何粒子，以便提供更大的反应表面积。尽管如此，构思了在本公开的范围内的其它类型的粒子。生成TGO之后，在结合层320中的钛粒子的原子可与在生成的TGO中存在的氧原子结合。在一个实施例中，钛纳米粒子380可包括呈一氧化钛(TiO)形式的钛,其已知为非常有活性并且非化学计量的。在低温时，由于暴露于水蒸气或者气体或者通过任何其它的机制，在结合层320处可发生氧化。图4示出了一个示例实施例，其中，TGO层330已经形成。在该实施例中，不是仅仅结合层320中的硅与生成的氧化物的离子反应以形成TGO层330，钛纳米粒子380也可与氧化物的离子反应，从而对结合层320的反应来说，建立了竞争反应。在一个实施例中，钛纳米粒子380的分子和/或原子可与氧化物的离子的氧原子结合以生成二氧化钛(TiO2) 390，因此减少了由于氧化而作为二氧化硅的硅损失，并且延长了结合层320的使用寿命。在该实施例中，钛纳米粒子380的原子和/或在其中包含的一氧化钛的分子与TGO层330的离子的结合还可减少形成的TGO的量，因此减少了可由于结合层320的氧化而生成TGO层330而引入的蠕变的量。此外，因为一氧化钛非常有活性，在钛纳米粒子380中包含的一氧化钛可从二氧化硅(其在温度高到足以激活钛纳米粒子380中的元素钛(Ti)之前可存在于TGO层33本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮叶片，包括：表面；施加到所述表面的结合层，所述结合层包含硅并且具有与在所述结合层处生成的热生长氧化物化学反应的反应性材料；以及施加到所述结合层的保护层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R达斯，JM德沃克斯，张健，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：