[发明专利]热屏蔽涂层系统以及制造和利用热屏蔽涂层的方法

说明书

提供了一种涂层，其包括第一表面和第二表面。该涂层包括多个生长域。多个生长域中的至少一个生长域的定向相对于涂层的第一表面是非垂直的。多个生长域中的一个或多个生长域包括多个至少部分熔化和固化的颗粒。

背景技术

本发明涉及用于高温应用，例如燃气涡轮组件的热屏蔽涂层和热屏蔽涂层系统。

现代燃气涡轮的设计受到更高的涡轮效率要求的驱动。可通过在更高温度下操作涡轮提高涡轮效率是被广泛认可的。通常各种技术用于将粘合涂层和热屏蔽涂层应用于涡轮的翼型和内燃机构件上，例如过渡段和燃烧衬套，从而确保在这些较高温度下令人满意的寿命范围。

通常热屏蔽涂层配置为用于在不脱离构件的条件下承受底层构件中的应变。热屏蔽涂层通常由陶瓷材料制成，其具有比其底层金属构件相对较低的内在延展性；因此，通常将各种显微结构化特征并入到热屏蔽涂层中，以便为热屏蔽涂层提供改善的应变公差。例如，通过等离子体喷涂工艺沉积出来的热屏蔽涂层通常包含显著的孔隙率、垂直的细微裂纹或这两者，作为增强热屏蔽涂层承受应变的性能的方法。作为示例，通过蒸气工艺，例如物理气相沉积(PVD)沉积出来的热屏蔽涂层通常是在鼓励离散的紧密装填的柱状晶粒的成核和生长的条件下制成的，其提供了具有相对较高程度的应变公差的适应性显微结构。

虽然同等离子体喷涂工艺相比，PVD工艺在相对较小的构件上提供了具有合适的应变公差的涂层。然而，同等离子体喷涂工艺相比，PVD工艺需要昂贵的装备，包括真空室和支撑设备。另一方面，常规的热喷涂工艺倾向于产生具有比PVD工艺更低应变公差和基质附着力的涂层，并且通常需要辅助的表面制备工艺，例如喷砂处理和粗糙粘合涂层的沉积，以便提供对底层构件足够的附着力。

粘合涂层通常用于促进热屏蔽涂层对底层构件的附着力，并在构件高温曝光期间抑制底层构件的氧化。具有氧化铝涂层的粘合涂层通常在热屏蔽涂层系统中用于为基质提供抗氧化能力，并增强热屏蔽涂层的附着力。为了具有足够的附着力，等离子体喷涂的热屏蔽涂层通常沉积在具有粗糙表面的粘合涂层上，例如重叠的MCrAlY粘合涂层。相对较光滑的粘合涂层，例如通过气相铝化(VPA)形成的粘合涂层时常不被认为是适合于通过等离子体喷涂方法沉积热屏蔽涂层的候选项。

因此，需要热屏蔽涂层呈现高的应变公差、高的附着力并减少对表面制备工艺的需求，其可通过相对较廉价且可规模化的工艺，例如等离子体喷涂工艺来应用。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种涂层，其包括第一表面和第二表面。涂层包括多个生长域，其中多个生长域中的至少一个生长域的定向相对于第一表面涂层是非垂直的。多个生长域的一个或多个生长域包括多个至少部分熔化和固化的颗粒。

在另一实施例中，可提供一种热屏蔽涂层系统。该系统包括基质、粘合涂层和涂层，基质包括第一表面和第二表面，粘合涂层设置在基质第一表面的至少一部分上，并且涂层设置在粘合涂层的至少一部分上，其中涂层包括多个生长域，其中多个生长域中的至少一个生长域的定向相对于在粘合涂层和涂层之间的界面是非垂直的。多个生长域的一个或多个生长域包括多个至少部分熔化和固化的颗粒。

在又一实施例中，提供了一种用于对表面进行涂层的方法。该方法包括提供悬浮液，其包括悬浮在液体介质中进料材料，并以相对表面切线小于大约75度的喷涂角度对表面进行喷涂。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些以及其它特征、方面和优势，其中在所有附图中相似的标号表示相似的部件，其中：

图1是根据本技术实施例的示例性的热屏蔽涂层系统的横截面图，其具有包括平坦表面的构件；

图2是根据本技术实施例的示例性的热屏蔽涂层系统的横截面图，其具有包括非平坦表面的构件；

图3-5是根据本技术实施例的热屏蔽涂层系统的部分的显微照片，其具有以三个不同的喷涂角度沉积出来的热屏蔽涂层；