[发明专利]包括镍基单晶超合金基板的部件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种用于制造包括镍基单晶超合金基板(2)的部件(1)的方法。该方法的特征在于包括以下步骤：制造镍基单晶超合金基板(2)；在所述基板(2)上形成涂层(3)，该涂层包括至少一个含铝和铂的第一类型的层(30)，至少一个含铝、硅、铂的第二类型的层(31)以及含镍、铝、硅和铂的第三类型的层(32)，所述第三类型的层(32)在呈层叠的涂层(3)的最外层；以及，在所述第三类型的层(32)上形成硅掺杂的氧化铝层(4)。

技术领域

本发明属于镍基单晶超合金领域。

更具体地，本发明涉及用于制造包括镍基单晶超合金基板的部件的方法，以及包括镍基单晶超合金基板的部件。

背景技术

术语“超合金”是指在高温和高压下对氧化、腐蚀、蠕变和循环应力(特别是机械应力或热应力)表现出非常好耐性的复合合金。这些超合金的具体应用是制造航空用部件，例如涡轮叶片。

现有技术中已知晓从内到外依次包括：镍基单晶超合金基板、一个或多个底层和隔热层的部件。

在附图1中，可以看到这种部件的实施例的示意性横截面图。其依次包括：镍基单晶超合金基板A；选自NiAlPt、MCrAlY的合金的底层(sous-couche)B，其中M为Co和/或Ni；氧化物(诸如氧化铝)的层C；以及最后，隔热层D。

大量研究已表明，超合金与其涂层之间化学成分的相互扩散以及氧气扩散引起的氧化铝层晶界的氧化都会对部件的寿命产生负面影响。

当上述部件例如为在800℃至1600℃的温度下使用的涡轮叶片时，可以知晓的是，由于基板的超合金与覆盖它的不同层之间化学成分的不同，故此它们之间相互扩散是显著的。例如，底层B的铝会扩散到基板A，或者基板中的钛会扩散到底层B。与这种现象相关的扩散通量可能会产生不同的后果。

首先，上述通量导致氧化铝层C的过早耗尽，从而引起底层B的马氏体转变(β-NiAl相转变成γ'-Ni3Al相)。这些转变产生裂纹并引起氧化物层的脱落。

其次，超合金中某些元素(例如钛)或某些杂质(例如硫)的扩散将劣化氧化物层C和隔热层D之间的粘附性。

另一方面，相互扩散会导致二级反应区(SRZ)的形成，这将显著降低经涂覆的超合金的机械性能(蠕变、疲劳强度)。

最后，当上述部件为涡轮叶片时，来自燃烧室的热气体(主要是氧气)扩散通过多孔隔热层，直到到达氧化铝层。这导致氧化铝层的晶界的氧化和氧化铝层的膨胀。这种演变伴随着由于晶界生长导致的长期压缩应力，从而导致底层B的表面起伏(称为“褶皱”)和隔热层D的粘附力的损失(脱落)。有趣的是注意到，在底层B为β-(Ni,Pt)Al相形式的情况下，这种现象进一步增加，因为在该底层B和基板A的超合金的成分之间存在显著差异。

为了限制相互扩散的负面影响并且延长经涂覆的超合金的寿命，现有技术中已知的解决方案是在超合金基板A和底层B之间插入厚度为几微米的扩散阻挡层。

该扩散阻挡层例如由氧化铝或由铼基合金的致密层构成，并且已发现基板A的超合金中的某些元素(例如钛或硫)在该扩散阻挡层中的扩散减慢。

然而，考虑到扩散阻挡层、底层B和基板A之间的热膨胀系数的差异，该扩散阻挡层的使用降低了部件的热疲劳强度。此外，在机械疲劳应力期间，该扩散阻挡层在扩散阻挡层处加剧了裂纹萌生。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出用于获得覆盖有涂层和氧化铝层的镍基单晶超合金基板的技术方案，同时：

在不会劣化超合金的机械性能的情况下，限制超合金基板和所述涂层的层之间的相互扩散现象；

限制氧化铝层的晶界的氧化；

以及，延长整个系统(经涂覆的基板)的寿命。