[发明专利]生产用于保护金属部件的多层系统热障的方法和装配有这种保护系统的部件

权利要求书

1.一种用于生产用于保护由超级合金所制造的金属部件的多层系统（24）热障（23）的方法，其特征在于：该方法包括在SPS机械套（1）中，通过快速烧结所述金属件（22）上叠置的层中保护材料（24），产生热处理，所述层包括在超级合金基质（22）上至少两层锆基耐火陶瓷（2a、2b），第一陶瓷层（2a），其称作内层和与所述基质（22）化学地和热地相容，和称作外层的最后的陶瓷层（2b），其设置在其它层之上，所述外层（2b）具有对CMAS类型污染物更高的物理化学抗性特性，和/或比所述内层（2a）更高的热抗性特性。

2.根据权利要求1的用于生产热障的方法，其中所述内层（2a）具有明显地高于所述最后陶瓷层（2b）的热膨胀系数的热膨胀系数。

3.根据权利要求1或权利要求2中任一的用于生产热障的方法，其中所述外层（2）的物理化学抗性特性涉及烧结、腐蚀、侵蚀和/或空气动力学特性，通过陶瓷的选择实现这些特性，分别地涉及热传导率、孔隙率、硬度和/或粗糙度，它们适于通过SPS机械的热处理和由热处理加强，这样相对于所述内层（2a），所述外层（2b）具有选自下列的至少一个特征：更低的热膨胀、更高的硬度、更低的热传导率、明显更高的烧结温度、更少的开放孔隙率和/或更低的粗糙度。

4.根据前述权利要求之一的用于生产热障的方法，其中形成金属亚层（21）的金属片的组件设置在所述超级合金基质（22）和所述陶瓷层（2a、2b）之间。

5.根据前述权利要求之一的用于生产热障的方法，其中所述套（11）装配有加压装置和电力加电装置（16a、16b）和用于脉冲电流通过所述室（11）的电接触（12a、14a；12b、14b），并且其中在生产步骤中，根据温度、压力和时间可控的快速烧结循环（D_T、D_P）进行加压和同时脉冲电流的通过，使用的温度阈值（P2）在1000℃和1600℃之间，优选地1100℃和1400℃之间，并且压力阈值（P3）在15Mpa和150Mpa之间，优选地10Mpa和100Mpa之间，这样所述热障（23）具有组分（G）、孔隙率(G1)和用于一方面锚定到所述金属亚层（21），另一方面用于保护和/或外部平滑的功能梯度。

6.一种由超级合金所制造的金属部件，其装配有包括热障的和根据前述权利要求中任一权利要求的方法所产生的保护系统，其特征在于所述金属部件由此包括由镍基超级合金所构成的基质（22）、具有铂富集β-(Ni，Pt)Al和/或α-NiPtAl相的金属亚层（21），通过快速烧结的部件生产期间，通过热生长所形成的TGO氧化物层（25），以及通过所述方法由至少两个化学地和热-机械地相容的锆基陶瓷层（2a、2b）所形成的和具有外面（2e）的热障（23），第一陶瓷层（2a），称为内层，尽可能靠近所述金属亚层（21）设置，其与所述亚层（21）化学地和热地相容，和最后的外陶瓷层（2b），尽可能地靠近所述热障（23）的所述外面（2e）设置，其中设计所述最后的层（2b）以比内层（2a）具有更高的物理化学和/或热抗性特性。

7.根据前述权利要求的金属部件，其中所述内陶瓷（2a）比所述外陶瓷（2b）具有更高的热膨胀系数，并且所述外陶瓷（2b）比所述内陶瓷（2a）具有明显低的热传导率，并且具有比所述内层（2a）明显更高的自然烧结温度和/或最高工作温度。

8.根据权利要求6或权利要求7中任一权利要求的金属部件，其中所述热障（23）具有从所述金属亚层（21）到所述外面（2e）的组成和孔隙率梯度（3），和一方面用于锚定到所述金属亚层（21）上以及另一方面用于保护/和平滑所述外面（2e）的功能梯度。

9.根据前述权利要求所述的金属部件，其中所述陶瓷（2a、2b）选自氧化钇部分稳定的氧化锆的“YSZ”化合物，掺杂有氧化钆的YSZ的化合物“GYSZ”，锆酸镧（La₂Zr₂O₇）的“LZ”化合物和部分地氧化铈化锆酸镧的“LZC”化合物。

10.根据前述权利要求所述的金属部件，其中所述内/外陶瓷（2a、2b）有利地选自下面一对：氧化钇的质量百分比x大于或等于7%质量的xYSZ/LZ，xYSZ/LZC和xYSZ/GYSZ，特别地，x=7和x=8%质量。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的金属部件，其中LZC化合物是LZyC(1-y)，其中y=70%，y和1-y表示另外百分比的锆和部分地氧化铈化的锆酸铈，并且掺杂YSZ的化合物是tGvYSZ，其中氧化钆的质量百分比t等于2%和YSZ的质量百分比v等于8%。