[发明专利]用于高温部件的具有多孔基体的涂层

说明书

提供了一种用于在基底上形成涂层的方法。对包括基底（12）、处于基底（12）上的多孔基体（14）和处于多孔基体（14）上或内部的浸渍材料（16）的组件（10），所述方法包括从能量源（20）施加一定量的能量（18），该一定量的能量（18）有效地熔化浸渍材料（16）和基底的一部分。以这种方式，浸渍材料（16）浸渍多孔基体（14）。所述方法还包括冷却组件（10）以提供包括与基底（12）成为一体的多孔基体（14）的涂层（26）。

技术领域

本发明总体上涉及材料增强，并且更具体而言，涉及用于在基底上提供强化和保护涂层的过程以及所产生的结构。

背景技术

燃气涡轮机或其他超级合金部件的结构修复通常被认为是用匹配的合金材料来更换受损的材料，并且实现接近原制造部件规格（例如，原规格的至少70%的极限抗拉强度）的性能，例如强度等。例如，优选的是对已经受表面开裂的涡轮机叶片进行结构修复，使得降低进一步开裂的风险并且叶片被恢复至原材料结构和尺寸规格。用于陆基发电和用于航空航天应用的这些动叶和静叶通常由超级合金材料形成。术语“超级合金”在本文中如它在本领域中通常被使用的那样被用于表示即使在高温下也表现出优异的机械强度和耐蠕变性的高度耐腐蚀和耐氧化的合金。超级合金通常包括高的镍或钴含量。

由于超级合金材料的开发，已采用各种策略来给材料提供机械强度，以在新的制造或修理期间提高其寿命。一些元素可以在固溶体中提供强度。示例包括Co、Cr、Fe、Mo、W、Ta和Re。碳化物沉淀也可以增加强度。形成碳化物的元素包括W、Ta、Ti、Mo、Nb、Hf和Cr。最特别地，超级合金材料可以通过形成称为gamma prime（γ'）的析出相（precipitate phase）来强化。该相具有基本组成Ni₃(AI,Ti)。如果大小适当并具有足够的体积分数，则该相提供显著的强化，最特别地是对于镍基超级合金而言。一些超级合金也被称为gamma doubleprime（γ''）的另一种析出物强化。该析出物具有组成Ni₃Nb，并且对于强化一些镍和镍/铁基超级合金而言是重要的。γ'相具有有序的晶格，其有助于给材料提供增加的强度。此外，已经开发了用于超级合金的单晶凝固技术，其使得能够从铸件中完全消除晶界，以及增加γ'析出物的体积分数。替代性地，超级合金可以定向凝固，以便仅包括纵向定向的晶粒用于增加强度。

氧化物弥散强化（ODS）的合金由于其高温强度和抗氧化性而对高温使用也具有吸引力。然而，由于制造中的困难，包括有限的可成形性（特别是复杂的形状）、有限的可加工性、可焊性、可制造性或可修复性，这样的合金在实践中仅发现有限的应用。由于ODS材料到基底的不充分结合的问题，这种合金作为层或涂层的潜在应用甚至更具挑战性。

附图说明

根据附图在下面的描述中解释本发明，这些附图示出了：

图1图示了根据本发明的一个方面的包括浸渍的多孔基体的涂层的形成；

图2图示了根据本发明的一个方面将金属氧化物粉末添加到图1的材料，以在浸渍的多孔基体上形成外部金属氧化物层；

图3图示了根据本发明的一个方面将粉末状焊剂包含到金属氧化物粉末中以形成熔渣层。

具体实施方式

本发明人已开发了一种用于在基底上形成包括强化和保护性高温网的涂层的新颖的过程。在某些方面，本文所述的过程将包括例如金属氧化物、陶瓷或碳材料之类的高温材料的多孔基体放置在基底上，并且之后，使处于多孔基体上或内部的浸渍材料熔化，以用该材料浸渍多孔基体。多孔基体在该过程期间基本上不熔化。然而，基底的一部分也被熔化。浸渍到多孔基体中的材料与基底相容。因此，当基底和熔融材料冷却时，多孔基体被熔合到基底。以这种方式，可以在基底上形成包括强化和保护性高温网的涂层。在一个实施例中，例如金属氧化物材料之类的高温材料也被设置在浸渍材料或多孔基体上，被熔化和冷却以形成外部保护层，该外部保护层与未熔化的多孔基体一体化（integrate），以扩展强化和保护性的高温材料网。