[发明专利]具有铬含量不同的NiCoCrAlY双保护层的层系统和合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种层系统和用于其的合金，所述层系统具有两层的NiCoCrAlY层，其中减少热生长氧化层(TGO)中的开裂敏感度。

背景技术

在燃气轮机的热气体路径中使用镍基和钴基材料。然而，这些材料由于其优化到尽可能高的强度而通常在热气体中不具有足够的抗氧化性和抗高温腐蚀性。因此，材料必须由适当的保护覆层保护以免受热气体侵蚀。此外，为了提高涡轮机入口温度，还附加地将基于氧化锆的陶瓷层施加到最高热负荷的部件上以用于隔热。为了实现尽可能高的运行温度和以热气体来加载的部件的长的使用寿命，需要一种由附着层和隔热层组成的、优化适应的层系统。附着层的组成在此具有核心意义。

为了解决该问题，将保护层施加到最热的部件上，部分作为用于隔热层的附着层。这些层通常由所谓的NiCoCrAlY覆盖层构成，所述NiCoCrAlY覆盖层除了镍和/或钴之外还能够包含铬、铝、硅、铼、钽和稀土金属元素、如钇、铪等。然而，在表面温度继续升高的情况下，会在保护层上造成损伤，所述损伤导致层失效或导致隔热层剥落。通常使用铼。

然而，铼具有下述缺点：成本因其份额而明显提高。这在过去几年中是尤其重要的并且也在今后具有大的意义。

在层表面的温度升高的情况下或者在保护层的较长的使用时间内开发一种合适的保护层，所述保护层在该边界条件下与含铼的层相比具有改进的、结合有足够好的热机械稳定性的抗氧化性，同时具有更低的成本。这仅能够通过保护层的非常均衡的化学组分来实现。尤其地，在此元素Ni、Co、Cr、Al、Y是重要的。

因为这些元素由于扩散也与基本材料相互作用，所以同样需要着重考虑这种情况。

发明内容

因此，本发明的目的是解决上述问题。

所述目的通过根据权利要求1所述的层系统和根据权利要求14所述的合金来实现。

在从属权利要求中列举其它有利的措施，所述措施能够任意彼此组合，以便实现其它优点。

说明书和附图仅代表本发明的实施例。

通常假设：由于铬从层到与所述层相比通常具有更低的铬含量的基本材料中的相对强的相互扩散，所以层中的和基本材料中的铬含量之间的差异不应大于大约5％。否则会出现或多或少严重的柯肯达尔多孔性，所述柯肯达尔多孔性导致具有基本材料的复合层提早失效。这已经根据所执行的模型计算得到证实。根据实验已经证实了所述表现，如对基于IN 738 LC的低铬含量的和高铬含量的层进行比较所表明的那样。

另一方面，在层的铬含量的上限的情况下需考虑的是，在层中存在为大约13重量％铬(Cr)的低的铬含量的情况下，在表面上通常出现伴随着“多缝开裂(Multiple Cracking)”的尖晶石形成，这同样导致保护层系统的缩短的使用寿命。保护层的非常均衡的组成虽然已经带来良好的结果，但是仍不是最优的。

由于上述原因，寻找一种兼具所有优点的解决方案。

在此所提出的解决方案提出将层组成作为双重层的组合，所述双重层相对于迄今为止的层组成在上述问题方面具有改进。

所描述的说明在附件中示意性地并且作为金相图像示出。

提出一种保护层，所述保护层相对于迄今为止所使用的层具有更好的抗氧化性和良好的热学性能并且由于替换铼而具有明显的成本优势。除此之外，相互扩散行为应是相同的或者是更好的。相对于通常的层组成，双重层的上层具有>20％铬、特别是>22％铬(Cr)的铬含量。因此，避免了TGO中的尖晶石形成和“多缝开裂”。最上方的层中的铬(Cr)的较高的含量具有两个原因：一方面，虽然在固溶退火时铬(Cr)蒸发，但是在最上方的层中保持足够Cr存在，以便将铝的活性保持为高的，并且另一方面铬用作为用于稳定的α-氧化铝的成核剂。

双重层的下层(朝向基本材料的边界层)反之具有明显更低的铬含量，优选为大约11重量％至16重量％铬(Cr)。这防止在与基本材料的边界面上的降低使用寿命的柯肯达尔多孔性。

层的其它的组成部分基于最优份额的镍(Ni)、钴(Co)、铝(Al)、稀土元素(Y，…)等，但是不包括铼(Re)。

示例：

双重保护层至少具有：

下方的NiCoCrAlY层下层(10)：

具有如下组分(以重量％说明)的NiCoCrAlY保护层

Ni含量：其余

钴(Co)：22％至26％、尤其是23％至25％，

铬(Cr)：11％至16％、尤其是13％，

铝(Al)：10.5％至12.0％、尤其是11.5％，