[发明专利]处理方法、形成氧化物的处理组合物和经处理的部件

说明书

公开了用于燃气涡轮部件102的处理方法300、形成氧化物的处理组合物104和经处理的部件102，所述部件包括粘结涂层116和陶瓷涂层。所述陶瓷涂层与处理组合物接触。所述处理组合物包含载体和在所述载体内悬浮的颗粒状氧化物形成材料。所述颗粒状氧化物形成材料为氧化钇、锑或氧化锡中的一种或多种。将所述处理组合物加热以在所述陶瓷涂层上形成氧化物覆盖涂层122。所述经处理的部件102包括陶瓷涂层以及腐蚀抑制剂和氧化物之一或两者，所述氧化物通过具有腐蚀抑制剂的形成氧化物的处理组合物104形成。

技术领域

本发明涉及制造部件和制造部件的处理。更具体而言，本发明涉及处理方法、处理和用于抵抗腐蚀侵袭的经处理的部件。

背景技术

现代的高效率燃烧涡轮具有超过约2000℉(1093℃)的点火温度，且点火温度随对更高效率发动机的需求继续发展而继续提高。形成燃烧器和“热气体通路”涡轮段的许多部件直接暴露到侵蚀性热燃烧气体，例如，燃烧器衬里、燃烧段和涡轮段之间的转换管，和涡轮静叶和旋转叶片以及围绕环部分。除了热应力之外，这些和其他部件还暴露到在部件上进一步存在的机械应力和负载。

传统上用于制造在燃烧涡轮发动机的热气体通路段中使用的大多数燃烧涡轮部件的许多钴基和镍基超合金材料通过用热阻挡或金属覆盖涂层涂覆部件而绝缘于热气流，以便在该侵袭性高温燃烧环境中经受住长期操作。

热阻挡涂层系统常常由四层组成：金属基材、金属粘结涂层、热生长氧化物和陶瓷顶层。所述陶瓷顶层通常包含氧化钇稳定化的氧化锆(YSZ)，这对于具有非常低的导热性同时在应用中通常发现的标称操作温度下保持稳定是合乎需要的。这种陶瓷顶层可能施加起来昂贵和/或限制于施加方法。

YSZ为用于改进高温应用中使用的金属的性能的公知材料。YSZ通常通过高温热喷涂涂覆方法施加。YSZ提高高温基材金属的操作温度。另外，在YSZ和高温金属之间施加粘结涂层，降低YSZ和高温金属之间的热膨胀失配，这改善了剥落抵抗力。

燃气涡轮发动机可以使用许多不同燃料操作。这些燃料在2000℉(1093℃)或超过其的温度下在发动机的燃烧器段中燃烧，且燃烧的气体用于使位于发动机的燃烧器段尾部的发动机涡轮段旋转。当能量从燃烧的热气体提取时，通过旋转涡轮段产生动力。使用可利用的最便宜燃料操作燃气涡轮发动机一般经济上有利。更充足且便宜的石油燃料之一为粗制油燃料。粗制油燃料为经济型燃料的原因之一为其不重度精炼。不重度精炼，其包含许多杂质。这些杂质之一为钒，其在燃烧的高温下形成氧化钒(V₂O₅)。尽管MgO作为燃料添加剂加入，且充当用于在热阻挡涂层的外表面上或其附近形成惰性钒酸镁化合物的钒物类的反应的抑制剂，但是MgO无法完全避免YSZ热阻挡涂层的侵袭，因为氧化钒可以渗透热阻挡涂层中的微观裂纹和孔隙，提供不仅到YSZ热阻挡涂层而且到下面的粘结涂层的通道。V₂O₅为酸性氧化物，其可以从在这种热阻挡涂层中出现的裂纹和孔隙中的YSZ浸析(leach)氧化钇。通过以下反应提供侵袭机制：

ZrO₂(Y₂O₃) + V₂O₅ →ZrO₂ (单斜晶系) + 2YVO₄

因此，V₂O₅保持快速侵袭YSZ的能力，导致其恶化且通过热气流除去。在升高的温度下，失去TBC将基材金属和任何剩余的粘结涂层暴露到燃烧的热气体。在这些升高的温度下，基材金属和粘结涂层经受来自燃烧的热气体的腐蚀，这缩短了它们的寿命。因此，部件例如燃烧器和涡轮叶片，必须在较短时间间隔中替换，这还意味着涡轮的额外维护时间，在该时间期间，不产生动力。由于这些缺点，粗制油燃料在具有可以有规律弃去的便宜部件的蒸汽锅炉中使用。