适合用于保护暴露于高温环境的组件，具有提高的抗脱层性和抗气蚀性的环境隔离涂层、其施加方法和由其制备的制品。用于含硅基底的环境隔离涂层系统包括在含硅基底上的粘合涂层和在粘合涂层上的至少一个陶瓷环境隔离层。粘合涂层包括硅和至少一种包括元素钛的掺杂材料。掺杂材料以足够提高粘合涂层的抗脱层性和抗气蚀性的量位于粘合涂层内的晶粒间界处。
【技术实现步骤摘要】
抗气蚀性环境隔离涂层
本专利技术一般涉及适用于保护暴露于高温环境(例如燃气涡轮发动机的有害热环境)的组件的涂层系统。更具体地讲，本专利技术涉及在例如陶瓷基质复合材料(CMC)的组件的含硅区域上的粘合涂层，并且涉及在粘合涂层的晶粒间界中加入掺杂剂，以提高环境隔离涂层系统(EBC, environmental barrier coating)的抗脱层性和抗气蚀性。
技术介绍
不断寻求燃气涡轮发动机的较高操作温度以提高其效率。虽然已通过形成铁、镍和钴基超合金显著提高高温能力，但一直研究替代材料。例如，目前正考虑复合材料用于此类高温应用，如燃烧器衬垫、轮叶、护罩、翼片和燃气涡轮发动机的其它热段组件。特别关注基于硅的复合材料，例如碳化硅(SiC)作为基质和/或增强材料。在很多高温应用中，保护性涂层对含硅材料有益，或者是含Si材料所需要的。这类涂层应通过抑制含Si材料在腐蚀性含水环境中降解的主要机制来提供环境保护，即，形成挥发性一氧化硅(SiO)和氢氧化硅(Si(OH)4)产物。具有这些功能的涂层系统以下被称为环境隔离涂层(EBC)系统。关于涂层材料的重要性质包括与含SiC材料相容的热膨胀系数(CTE)、对氧化剂的低渗透性、低热导率、稳定性和与含Si材料和从氧化形成的二氧化硅鳞皮(scale)的化学相容性。已研究在含Si基底上使用的多种单层和多层EBC系统。用氧化钇部分或完全稳定化的氧化锆(YSZ)涂层作为热障层显示极佳的环境耐性。然而，由于CTE不匹配(与SiC/SiC复合材料的约4.9ppm/°C相比，对于YSZ为约10ppm/°C )，YSZ不良地粘合到含Si材料(SiC或硅)。已提出将富铝红柱石(3A1203 $ 2Si02)、钡-锶-铝硅酸盐(BSAS ； (Bal-xSrx)O-Al2O3-SiO2)和其它碱土铝硅酸盐作为保护性涂层用于含Si材料。例如，颁予Lee等的美国专利N0.5，496，644和颁予McCluskey等的美国专利N0.5，869，146公开了使用富铝红柱石，颁予 Eaton 等的美国专利 N0.6，254，935,6, 365，288,6, 387，456 和 6，410，148 公开了用BSAS作为外部保护性隔离涂层用于含硅基底。在Eaton等的专利中，描述了 BSAS隔离涂层是用中间层(粘合涂层)粘合到含硅基底的，除了其它可能的材料外，中间层可以为富铝红柱石或富铝红柱石与BSAS的混合物。然而，随着涂层厚度增加，由于单独涂层和基底之间CTE不匹配导致的应变能也增加，这可导致涂层系统脱粘和散裂。另外，在粘合涂层包含硅时，硅优先与氧反应成非气态产物。得到的氧化硅(SiO2)层虽然有时合乎需要，但可能降低EBC系统的抗气蚀性，甚至由于与其它EBC层的CTE不匹配而导致脱层或散裂。因此，减小氧化硅层生长的方法和系统对于某些应用合乎需要。鉴于上述，可以理解，存在与现有技术相关的某些问题、缺点或不利，并且如果研发具有提高的抗脱层性和抗气蚀性的改进的EBC系统，以至少部分克服或避免这些问题、缺点或不利，将是合乎需要的。
技术实现思路
本专利技术提供适合用于保护暴露于高温环境的组件，具有提高的抗脱层性和抗气蚀性的环境隔离涂层、其施加方法和由其制备的制品。根据本专利技术的第一方面，用于含硅基底的环境隔离涂层系统包括在含硅基底上的粘合涂层和在粘合涂层上的至少一个陶瓷环境隔离层。粘合涂层包括硅和至少一种包括元素钛的掺杂材料。掺杂材料以足够提高粘合涂层的抗脱层性和抗气蚀性的量位于粘合涂层内的晶粒间界处。根据本专利技术的第二方面，制品包括含硅基底和在含硅基底上的环境隔离涂层系统。环境隔离涂层系统包括在含硅基底上的粘合涂层和在粘合涂层上的至少一个陶瓷环境隔离层。粘合涂层包括硅和至少一种包括元素钛的掺杂材料。掺杂材料以足够提高粘合涂层的抗脱层性和抗气蚀性的量位于粘合涂层内的晶粒间界处。根据本专利技术的第三方面，在含硅基底上施加环境隔离涂层系统的方法包括:在含硅基底上形成包括硅的粘合涂层；以使得掺杂材料以足够提高粘合涂层的抗脱层性和抗气蚀性的量位于粘合涂层内的晶粒间界处的方式，用包括元素钛的掺杂材料掺杂粘合涂层；并且在粘合涂层上施加至少一个陶瓷层。具体而言，本专利技术提供如下方面: 1.一种用于含硅基底的环境隔离涂层系统，所述环境隔离涂层系统包含: 在含硅基底上的粘合涂层，所述粘合涂层包含硅和至少一种包含元素钛的掺杂材料，所述掺杂材料以足够提高粘合涂层的抗脱层性和抗气蚀性的量位于粘合涂层内的晶粒间界处；和 在粘合涂层上的至少一 个陶瓷环境隔离层。2.方面I的环境隔离涂层系统，其中元素钛以约5%重量至约15%重量的量存在于粘合涂层中。3.方面I的环境隔离涂层系统，其中含硅基底包含陶瓷基质复合材料。4.方面I的环境隔离涂层系统，其中掺杂材料以至少10%重量的量位于粘合涂层的晶粒间界处。5.方面I的环境隔离涂层系统，其中含硅基底为燃气涡轮机的组件。6.方面I的环境隔离涂层系统，其中粘合涂层具有约2.6ppm/°C至约4.0ppm/°C之间的热膨胀系数。7.一种制品，所述制品包含: 含硅基底；和 在含硅基底上的环境隔离涂层系统，所述环境隔离涂层系统包含: 在含硅基底上的粘合涂层，所述粘合涂层包含硅和至少一种包含元素钛的掺杂材料，所述掺杂材料以足够提高粘合涂层的抗脱层性和抗气蚀性的量位于粘合涂层内的晶粒间界处；和 在粘合涂层上的至少一个陶瓷环境隔离层。8.方面7的制品，其中元素钛以约5%重量至约15%重量的量存在于粘合涂层中。9.方面7的制品，其中含硅基底包含陶瓷基质复合材料。10.方面7的制品，其中掺杂材料以至少10%重量的量位于粘合涂层的晶粒间界处。11.方面7的制品，其中制品为燃气涡轮机的组件。12.方面7的制品，其中粘合涂层具有约2.6ppm/°C至约4.0ppm/°C之间的热膨胀系数。13.一种在含硅基底上施加环境隔离涂层系统的方法，所述方法包括: 在含娃基底上形成包含娃的粘合涂层； 以使得掺杂材料以足够提高粘合涂层的抗脱层性和抗气蚀性的量位于粘合涂层内的晶粒间界处的方式，用包含元素钛的掺杂材料掺杂粘合涂层；并且在粘合涂层上施加至少一个陶瓷层。14.方面13的方法，其中元素钛以约5%重量至约15%重量的量存在于粘合涂层中。15.方面13的方法，其中含硅基底包含陶瓷基质复合材料。16.方面13的方法，其中掺杂材料以至少10%重量的量位于粘合涂层的晶粒间界处。17.方面13的方法，其中掺杂步骤通过离子注入进行。18.方面13的方法，其中含硅基底为燃气涡轮机的组件。19.方面13的方法，其中粘合涂层具有约2.6ppm/°C至约4.0ppm/°C之间的热膨胀系数。 本专利技术的技术效果是用具有提高的抗脱层性和抗气蚀性的改进的EBC系统保护暴露于高温环境的组件的能力。通过以下详细说明，本专利技术的其他方面和优点将得到更好理解。【附图说明】图1为具有根据本专利技术的一个实施方案的环境隔离涂层系统的陶瓷制品的横截面视图的示意性说明。图2为根据本专利技术的一个实施方案的图1的环境隔离涂层系统的粘合涂层的显微结构的示意性说明。部件清单 10 制品110 12 基底112 14 系统114 16 层116 18 层118 20 层本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于含硅基底的环境隔离涂层系统，所述环境隔离涂层系统包含：在含硅基底上的粘合涂层，所述粘合涂层包含硅和至少一种包含元素钛的掺杂材料，所述掺杂材料以足够提高粘合涂层的抗脱层性和抗气蚀性的量位于粘合涂层内的晶粒间界处；和在粘合涂层上的至少一个陶瓷环境隔离层。
【技术特征摘要】
2012.08.15 US 13/5859981.一种用于含硅基底的环境隔离涂层系统，所述环境隔离涂层系统包含: 在含硅基底上的粘合涂层，所述粘合涂层包含硅和至少一种包含元素钛的掺杂材料，所述掺杂材料以足够提高粘合涂层的抗脱层性和抗气蚀性的量位于粘合涂层内的晶粒间界处；和 在粘合涂层上的至少一个陶瓷环境隔离层。2.权利要求1的环境隔离涂层系统，其中元素钛以约5%重量至约15%重量的量存在于粘合涂层中。3.权利要求1的环境隔离涂层系统，其中含硅基底包含陶瓷基质复合材料。4.权利要求1的环境隔离涂层系统，其中掺杂材料以至少10%重量的量位于粘合涂层的晶粒间界处。5.权利要求1的环境隔离涂层系统，其中含硅基...
【专利技术属性】
技术研发人员：R达斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：
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