[发明专利]阻热涂层

说明书

本发明涉及用于金属基材的涂层。这样的涂层可以是绝热的，并且可以在它们暴露于高温、热流和/或腐蚀环境中的工业过程中所用的表面的保护方面得到应用。

绝热涂层的一种通常应用是燃气轮机部件如轮机叶片的保护。这样的部件通常由基于富含铁、钴或镍的组合物的高温超级耐热合金形成。这些组合物为了在高应力部件中的机械性能如蠕变和抗疲劳性而被优化。然而，所述合金不能以任何显著长的时间段耐受氧化或腐蚀性侵蚀。

为了克服这种缺陷，已知的是对部件涂覆保护涂层。一种这样的涂层由被氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)的面涂层覆盖的MCrAlY合金粘结涂层(其中M为Ni和/或Co)组成。YSZ面涂层具有低的热导率，因此减少部件在高环境温度下的暴露，特别是在与内部冷却系统连接时。

备选地，部件表面可以富含铝，以通过在部件(基材)上的物理沉积或通过气相沉积而形成粘结涂层。这些工艺中的一些还可以应用其它有益的元素如铂。然后通过如上所述的面涂层覆盖粘结涂层。

通过这些方法制备的粘结涂层中的初始铝浓度在10至55原子％的范围内。

在所有已知的情况下，无论是涉及富含铝的单独的粘结涂层或表面的涂覆，涂覆产品在燃气轮机内的操作条件下的暴露导致利用存在于粘结涂层中的铝在粘结涂层和面涂层之间的界面上生长出连续的氧化铝层。该氧化铝层有助于YSZ面涂层的机械性保持，并且防止部件在所经历的高温(高于900℃)下的氧化损害，从而有效密封表面而防止进一步的损害，并且也可以有助于YSZ面涂层的机械性保持，特别是在早期阶段。在粘结涂层上形成氧化铝的过程消耗了铝的粘结涂层；然而，存在于初始粘结涂层中的铝的量足以持续到部件的寿命。

然而，氧化铝层在防止轮机部件经受在中等温度(约600至900℃)的氧化损害和/或腐蚀条件方面并不那么成功，比如可以在使用劣质燃料(特别是生物燃料)的工业燃气轮机中证实。结果，使用这些燃料的能力受到限制，并且通常迫使轮机在更低温度下运行以使腐蚀最小化，从而降低效率。因此，需要一种被优化用于腐蚀或中等温度氧化条件的保护涂层。

根据本发明的第一方面，提供一种涂覆产品，其包含金属基材、富铝层、氧化铬形成层和任选的绝热涂层；其中所述氧化铬形成层位于所述基材和绝热涂层(或不存在绝热涂层时的外表面)之间，并且富铝层位于所述基材和所述氧化铬形成层之间。

如本文中所用的，′氧化铬形成层′意指在暴露于处于中等温度(例如约600至900℃)的氧化环境时将形成氧化铬层的材料(典型为合金)的层。因此，应理解，氧化铬形成层必须含有某些形式的铬。在一些实施方案中，氧化铬形成层中富铬而贫铝。至于其它化学物种的要求对于技术人员而言是显而易见的。

在一些实施方案中，氧化铬形成层的铬含量为至少30原子％。在一些另外的实施方案中，氧化铬形成层的铬含量为至少40原子％或至少50原子％。在一些另外的实施方案中，氧化铬形成层的铬含量为50至90原子％。

如本文中所用的，′贫铝′(如涉及富铬而贫铝的层)意在表示铝含量足够低而不干扰氧化铬的形成。在一些实施方案中，氧化铬形成层的铝含量少于5原子％，少于3原子％，少于2原子％或少于1原子％。

相反，应理解，′富铝′意在表示铝含量足够高，使得在氧化条件下，除氧化铬以外还形成氧化铝，或形成氧化铝而不是形成氧化铬。在一些实施方案中，富铝层是氧化铝形成层，即，在暴露于氧化环境时将形成氧化铝层的材料(典型为合金)的层。

在一些实施方案中，绝热涂层包含氧化钇稳定的氧化锆。在一些另外的实施方案中，绝热涂层基本上由氧化钇稳定的氧化锆组成。

在一些实施方案中，氧化铬形成层包括位于基材和绝热涂层之间的粘结涂层中的层。在一些另外的实施方案中，氧化铬形成层位于最接近绝热涂层的粘结涂层的表面，例如在粘结涂层与绝热涂层的界面处。

在一些实施方案中，粘结涂层包括不形成氧化铬的第一层和形成氧化铬的第二层。在一些另外的实施方案中，第二层位于第一层和绝热涂层之间。富铝层可以形成第一层。例如，第一层可以包含MCrAlY，其中M选自Ni，Co和它们的混合物。备选地，第一层可以包含富含铝的MCrAlY。第二层可以包含NiCr合金的层。备选地或另外地，第二层可以包括非氧化铬形成材料(如第一层的材料)的层，该非氧化铬形成材料经化学改变(如通过富含铬)使得其是氧化铬形成材料。

在一些另外的实施方案中，粘结涂层还包括位于第一层和第二层之间的第三层。第三层可以富含铝。特别是，第三层的铝含量可以大于第一层的铝含量。

应理解，粘结涂层可以包括另外的(未规定的)层。