[发明专利]具有烧绿石相的双层多孔层体系

说明书

本发明涉及根据权利要求1和2的具有烧绿石的层体系。

这样的层体系具有包含基于镍或钴的金属合金的基材。这类产品主要作为燃气涡轮机的元件，特别是作为燃气涡轮机叶片或热屏蔽。所述元件暴露于侵蚀性燃烧气体的热气流。因此必须能够承受高的热负荷。另外要求所述元件是耐氧化和耐腐蚀的。主要是对移动的元件，例如燃气涡轮机叶片，但也对静止的元件提出机械要求。其中应用暴露于热气体的元件的燃气涡轮机的功率和效率随着运行温度的升高而增加。为了达到高的效率和高的功率，利用陶瓷材料涂布特别是高温负荷的燃气涡轮机的部件。所述涂布的陶瓷材料在热气流和金属基材之间起到隔热层的作用。

通过涂层来保护金属基体免受热气流侵蚀。现代的元件多数具有多种涂层，它们分别满足特殊的目的。因此存在多层体系。

因为燃气涡轮机的功率和效率随着运行温度的升高而增加，人们一直在尝试通过改善涂层体系来达到燃气涡轮机更高的效率。

EP 0 944 746 B1公开了烧绿石作为隔热层的用途。然而，材料用作隔热层不仅需要良好的隔热特性，而且还需要对基材良好的结合。

EP 0 992 603 A1公开了由氧化钆和氧化锆构成的隔热层体系，它们应不具有烧绿石结构。

本发明的目的因此是提供一种层体系，它具有良好的隔热特性以及对基材良好的结合，并因此整个层体系具有长使用寿命。

所述目的通过根据权利要求1和2的层体系来实现。

在从属权利要求中列出其它有利的方案，它们可以以有利的方式和方法任意组合，实现更多优势。

本发明基于下面的知识，即整个体系必须作为一个单元来考虑，而不可以作为一个或多个单个层彼此分离地考虑和优化，从而实现长的使用寿命。

图1示出根据本发明的层体系；

图2示出超级合金的列表；

图3示出涡轮机叶片的透视图；

图4示出燃烧室的透视图；

图5示出涡轮燃气机。

附图和说明书只说明实施例。

图1示出根据本发明的层体系1。

层体系1具有金属基材4，所述基材特别用于在高温下的元件，包含基于镍或钴的超级合金(图2)，更特别地是由它们组成。

特别地，存在仅具有一种组成的仅仅一个金属层7。还可以优选考虑双层金属层7，但不考虑由交替的金属和/或陶瓷层构成的多层体系。

在基材4上优选直接存在金属连接层7，特别是NiCoCrAlX类型的金属连接层7，它优选具有(11至13)重量％的钴；(20至22)重量％的铬；(10.5至11.5)重量％的铝；(0.3至0.5)重量％的钇；(1.5至2.5)重量％的铼，和镍，或优选具有(24至26)重量％的钴；(16至18)重量％的铬；(9.5至11)重量％的铝；(0.3至0.5)重量％的钇；(1至1.8)重量％的铼和余量镍，且特别是分别由所列出的元素组成。

在基材4上同样优选直接存在金属连接层7，特别是NiCoCrAlX类型的金属连接层7，它优选具有(重量％)：26％至30％的镍，特别是28％的镍；20％至28％的铬，特别是24％的铬；8％至12％的铝，特别是10％的铝；0.1％至3％的钇，特别是0.6％的钇，和钴，特别是由它们组成，或者所述金属连接层(7)是由不同组成的双层金属层，特别是具有外β-NiAl层，并且特别是由两个金属层组成。

优选在施加其它陶瓷层之前在金属连接层7上已经形成氧化铝层，或者在操作期间产生这种氧化铝层(TGO)。

在金属连接层7或氧化铝层(未示出)上一般来说存在内陶瓷层10，优选为全部稳定化的氧化锆层或更优选为部分稳定化的氧化锆层。优选使用钇稳定的氧化锆(YSZ)，优选使用6重量％至8重量％的钇。同样可以使用氧化钙、氧化铈和/或氧化铪来稳定氧化锆。

氧化锆优选作为等离子喷涂层(APS、LPPS、VPS等)来施加，优选还可以利用电子束蒸镀(EBPVD)作为柱状结构(kolumnare Struktur)来施加。

在稳定化的氧化锆层10上施加外陶瓷层13，所述外陶瓷层主要由烧绿石相构成，也就是具有至少90重量％的烧绿石相，它具有铪酸钆(GHO)，特别是Gd₂Hf₂O₇，或者锆酸钆(GZO)，特别是Gd₂Zr₂O₇，特别是由它们组成。