[发明专利]多层的热障涂层

说明书

技术领域

本发明涉及热障涂层，更特别地，涉及多层的热障涂层。

背景技术

典型地暴露于高温的部件，如燃气轮发动机的涡轮，典型地包括热障涂层系统以保护部件免于氧化和腐蚀。例如，常规的热障涂层系统包括保护部件的多个层。典型地，涂层系统包括部件表面上的金属粘结层和金属粘结层上的陶瓷面层，金属粘结层与扩散穿过陶瓷面层的氧起反应优选地形成粘附氧化铝层，其保护部件免于氧化和腐蚀。

虽然有效，但这种热障涂层系统通常使用昂贵的材料并且倾向于在金属粘结层和部件表面之间形成反应区。金属粘结层的元素组分和部件的难熔金属组分可能在制造和随后的维护过程中扩散，以形成反应区并起反应形成沉淀相。反应区的形成导致在部件表面的化学成分的局部改变，这可能危及部件的机械完整性。

因而，需要一种便宜的热障涂层系统，其具有减少或消除反应区的层的布置。本发明针对那些需求，同时避免了现有技术的缺陷和不足。

发明内容

一组示例性的热障涂层系统，该系统包括基底、在基底上的第一过渡金属层、在第一过渡金属层上的粘结层、在粘结层上的第二过渡金属层和可选的在第二过渡金属层上的陶瓷面层。在一个实例中，第一过渡金属层和第二过渡金属层包括铂，铂抑制粘结层的氧化并阻止基底和粘结层之间的反应。

一种制造热障涂层系统的示例性方法，该方法包括下列步骤：在基底上形成第一过渡金属层，在第一过渡金属层上形成粘结层，在粘结层上形成第二过渡金属层，和可选地在第二过渡金属层上形成陶瓷面层。在实施例中，粘结层的形成可以包括使原料如镍、钴、铬、铝和/或钇汽化，并且电力地偏压基底以优先地将汽化的原料凝结在基底或第一过渡金属层上。

在另一个方面，一种示例性的热障涂层系统包括在其中具有难熔金属组分的镍合金基底，在基底上设置扩散阻挡层，在扩散阻挡层上设置粘结层，并且在粘结层上设置可选的陶瓷面层。在实施例中，可以存在有设置于粘结层和陶瓷面层之间的另一个扩散阻挡层。在实施例中，粘结层包括MCrAlY，其中M包括镍、钴、铁或其组合中的至少一种。扩散阻挡层包括阻止难熔金属从基底扩散到粘结层中的过渡金属。

附图说明

从下面对目前优选的实施例的详细说明，本发明的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将是显而易见的，伴随详细说明的附图可简要地描述如下：

图1是示例性燃气轮发动机的示意图；

图2是示例性热障涂层系统的示意性横剖视图；

图3是用于在部件上沉积粘结层的阴极弧沉积过程。

具体实施方式

图1表示示例性燃气轮发动机10例如用于推进的燃气轮发动机10的所选的部分。在该实施例中，燃气轮发动机10沿圆周设置在发动机中心线12周围。发动机10包括风扇14、压缩机部分16、燃烧部分18和包括涡轮叶片22与涡轮导向叶片24的涡轮部分20。如已知的，在压缩机部分16中压缩的空气与在燃烧部分18中燃烧的燃料混合以产生在涡轮部分20中膨胀的热气体。图1是仅仅用于说明目的的稍微示意性的视图，不是对所披露的实例的限制。另外，存在有各种类型的燃气轮发动机，它们中的许多都能受益于这里披露的实例，该实例并不局限于所示的设计。

图2图示出图1中所示的涡轮叶片22之一的所选的部分30，尽管这个实例是参考涡轮叶片22描述的，但应当理解，该实例也能应用于涡轮导向叶片24或燃气轮发动机10内的其他部件。

涡轮叶片22的部分30包括由镍基超级合金制造的底层的基底32，镍基超级合金包括难熔金属，例如钌或铼。在镍基超级合金内难熔金属元素的存在在涡轮叶片22内提供了蠕变阻力(或抗蠕变)的好处。

热障涂层系统34位于基底32上以保护基底32免受氧化和腐蚀。在这个实例中，热障涂层系统34包括具有第一过渡金属层36、粘结层38、第二过渡金属层40和可选的陶瓷面层42的叠垛的层布置，即，第一过渡金属层36、粘结层38和第二过渡金属层40可以用作“孤立”系统或与陶瓷面层42结合使用。在所披露的实例中，第一过渡金属层36和第二过渡金属层40包括过渡金属。粘结层38包括MCrAlY材料，其中M包括镍、钴、铁或其组合中的至少一种，Cr是铬，Al是铝，而Y是钇，并且陶瓷面层42包括陶瓷材料，如被钇稳定的锆、被钆稳定的锆或其他陶瓷材料。在看到本说明书时，本领域的一个技术人员将会认识到，取决于特定应用的需要，粘结层38的成分可以改变。