[发明专利]具有低热导率的耐久性热屏蔽涂料

说明书

技术领域

本发明主要涉及在高温应用如燃气涡轮发动机中应用的热屏蔽涂 料。具体地，本发明涉及一种隔热陶瓷涂料，其具有低导热率以及长 使用期限，并且涉及施加所述涂料的金属制品，如涡轮元件(例如叶 片和叶轮)以防止所述元件在高温运行期间过热。

发明背景

先进的燃气涡轮发动机通过使用升高的操作温度不断地追求更高 的推进和效率。但是，升高温度的要求受到大多数高级镍和钴基超级 合金涡轮叶片和叶轮在暴露于热、氧化、侵蚀和腐蚀环境下保持其机 械强度能力的限制。因而，期望的是提高涡轮发动机的操作温度，同 时减少向金属元件的热传递。一种措施就是将热屏蔽涂料施加到涡轮 的叶片和叶轮上以使这些元件与高温操作环境隔绝。热屏蔽涂料降低 金属基体温度的能力取决于热屏蔽涂料的热导率。因此期望开发具有 低热导率的热屏蔽涂料以有效地隔离传向涡轮发动机中使用元件的热 量，并且提供一种具有较长使用期限的涂覆元件。

目前已经尝试通过调整现行7YSZ热屏蔽涂料体系的化学和微观 结构降低热屏蔽涂料的热导率，正如EP0816526A2、美国专利 6071628、美国专利5846605、美国专利6183884B1、美国专利5792521、 美国专利5687679、WO 1/63008和美国专利6284323B1所披露。这 些措施不同程度地降低了热屏蔽涂料的热导率，其中所报道的最低值 为典型的7重量％氧化钇稳定氧化锆(7YSZ)热导率的约一半。

本发明的主要目的是通过提供具有低热导率的新陶瓷材料来降低 热屏蔽涂料的热导率。本发明还提供一种将所述热屏蔽涂料体系施加 到金属零件的方法，以提供增强的隔热能力和延长的耐久性以及提高 的耐侵蚀性。

附图简要说明

图1显示了通过EBPVD施加到金属粘合层的陶瓷涂层，即溶有 Z的Nd_xZr_1-xO_y。

图2显示了以层状微观结构施加的陶瓷涂层，即溶有Z的 Nd_xZr_1-xO_y。

图3(a)和3(b)显示了在陶瓷涂层，即溶有Z的Nd_xZr_1-xO_y上的保护性陶瓷面层。

发明概述

简要地说，本发明提供一种应用于金属制品的热屏蔽陶瓷涂料， 所述陶瓷涂料具有式Nd_xZr_1-xO_y，其中溶有Z，其中0＜x＜0.5且 1.75＜y＜2，Z为选自Y、Mg、Ca、Hf的金属和其混合物的氧化物。

在一种实施方案中，涂料中存在最高7摩尔％氧化钕。在另一种 实施方案中，Z是氧化钇并且添加至少6重量％氧化钇。

发明详述

本发明提供一种溶有Z的式Nd_xZr_1-xO_y热屏蔽陶瓷涂料，其中， 0＜x＜0.5且1.75＜y＜2，Z为选自Y、Mg、Ca、Hf的金属和其混合物 的氧化物。所述陶瓷通过将Nd氧化物和所选择的金属氧化物掺入主 体氧化锆陶瓷形成非烧绿石晶体结构而形成。优选的实施方案是其中 Z为氧化钇。具有溶入其中的氧化钇的Nd_xZr_1-xO_y陶瓷涂料可通过掺 入2-15摩尔％、优选最高7摩尔％Nd₂O₃制备。氧化钇的含量一般为 2-14摩尔％，优选至少6重量％。在其它实施方案中，铪与氧化钇一 起加入，铪加入量一般为约0.5-6重量％，优选1.5-4重量％。将本发 明陶瓷涂料施加到金属制品上，产生具有下述性能的热屏蔽涂料：低 热导率，耐侵蚀，高的耐循环氧化性从而赋予增强的耐久性。

在一种优选实施方案中，所述涂料包含最高7摩尔％氧化钕，例 如2-7摩尔％。认为较低的氧化钕含量提供了一种具有增强耐侵蚀性 的涂料。较高的稀土氧化物含量提供了在循环氧化试验中较早破碎的 热屏蔽涂层。实例为具有7摩尔％Nd₂O₃和5摩尔％Y₂O₃(8重量％) 的涂层。