[发明专利]涂覆有抵抗CMAS的组合物的、开裂受控的部件以及相应的处理方法

说明书

本发明涉及一种涡轮机部件，其包括由金属材料或复合材料构成的基材，并且还包括用于抵抗CMAS型化合物渗入的保护涂层，该涂层至少部分地覆盖基材的表面，保护涂层包括多个基本层，该多个基本层包括第一组件的基本层的基本层，该第一组件的基本层的基本层被插入在第二组件的基本层的基本层之间，第一组件的每个基本层和第二组件的每个基本层包括抗CMAS化合物，并且第一组件的基本层与第二组件的基本层之间的每个接触区域形成界面，该界面有利于裂缝沿着所述界面扩展。

技术领域

本发明涉及一种涡轮机部件，诸如高压涡轮叶片或燃烧室壁。

背景技术

在涡轮喷气发动机中，由燃烧室产生的排放气体可以达到超过1200℃或者甚至1600℃的高温。与这些排放气体接触的涡轮喷气发动机的部件必须能够在这些高温下维持其机械性能。特别地，高压涡轮或HPT的组件必须受到保护以防止表面温度的过度升高，以便保证其功能完整性并限制氧化和腐蚀。

已知的是，以“超合金”制造涡轮喷气发动机的某些部件。超合金是高强度金属合金的族，其可以在相对接近其熔点的温度(通常是其熔化温度的0.7倍至0.8倍)下工作。由陶瓷基质复合物或CMC制造部件也是已知的。

已知的是，利用作为热屏障和/或环境屏障的涂层对由所述材料制成的部件的表面进行覆盖。

热或环境屏障通常包括：绝热层，该绝热层的功能是限制经涂覆的组件的表面温度；以及保护层，以保护基材免受氧化和/或腐蚀。陶瓷层通常覆盖保护层。举例来说，绝热层可以由氧化钇化氧化锆制成。

可以在保护层之前沉积金属涂层，并且可以通过对金属涂层进行氧化来形成保护层。金属涂层在超合金基材的表面与保护层之间提供粘结：金属涂层有时被称为“粘结涂层”。

另外，可以在沉积绝热层之前使保护层预氧化，以形成通常被称为热生长氧化物(TGO)的致密的氧化铝层，以促进绝热层的粘附力并增强抗氧化和腐蚀的保护功能。

在涡轮机部件的整个运作周期中，确保热屏障和环境屏障的使用寿命令人满意是至关重要的。这种使用寿命一方面尤其取决于屏障对于热循环的抗性，另一方面取决于屏障对于环境侵略(诸如侵蚀和腐蚀)的抗性。在存在富含二氧化硅型无机化合物的颗粒的情况下，或如果位于富含通常称为CMAS的化合物(特别是包含钙、镁、铝和硅的氧化物)的大气中，则热屏障或环境屏障可能会快速地降解。CMAS可能会在熔融状态下渗入热屏障或环境屏障中，特别是渗入形成在屏障层的内部体积中的裂缝中。一旦渗入，CMAS化合物的颗粒就可能导致屏障部分地化学溶解，或者CMAS化合物的颗粒可能在屏障内变硬并且降低热屏障或环境屏障的机械强度性能。

为了防止诸如为CMAS化合物的高温液态污染物渗透到涂层中，已知的是，抗CMAS沉积物会通过抗CMAS沉积物与CMAS化合物的化学物类之间的自发化学反应来促进紧密的屏障层形成在经涂覆部件的表面上。由此形成的紧密的屏障层阻挡了熔融的CMAS化合物在待保护的部件内的前进。这种抗CMAS沉积物可以直接施加在基材上以形成完整的热屏障或环境屏障，或者可以施加在功能化层中。于是，抗CMAS沉积物与CMAS化合物之间的反应动力学与涂层内、特别是涂层中的裂缝内的CMAS化合物的渗透动力学相竞争。

然而，当待保护的部件出现横向裂缝时，抗CMAS沉积物的有效性就会降低。