專利名稱：耐用的反應(yīng)性隔熱涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隔熱涂層材料，其在維護期間與渦輪發(fā)動機中的隔熱涂層上的沉積物起反應(yīng)，從而在隔熱涂層和沉積物之間的界面處或附近形成幾乎不能滲透的阻擋層相，本發(fā)明還涉及一種用于形成這種隔熱涂層的方法，以及具有這種隔熱涂層的渦輪發(fā)動機部件。
背景技術(shù)：
由與沙子相關(guān)的隔熱涂層的損傷而引起的渦輪翼型的老化對于所有在沙漠環(huán)境中使用的渦輪發(fā)動機而言都是一項極其重要的考慮因素。這類損傷可能造成發(fā)動機不運轉(zhuǎn)而需要進行大量的修理工作。
與沙子相關(guān)的損傷是由于流體沙子沉積物穿透到隔熱涂層中而造成的，其會導致金屬剝落并加速任何裸露金屬的氧化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種隔熱涂層系統(tǒng)，其降低了渦輪發(fā)動機部件的與沙子相關(guān)的損傷。這種隔熱涂層系統(tǒng)大致地包括選自鋯酸鹽、鉿酸鹽、鈦酸鹽和其混合物的材料，這種材料已經(jīng)過混合處理，使得這種材料包含大約25-99重量％的至少一種氧化物。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種渦輪發(fā)動機部件，其大致地包括襯底和隔熱涂層，所述隔熱涂層包括選自鋯酸鹽、鉿酸鹽、鈦酸鹽和其混合物的材料，所述材料已經(jīng)摻雜了大約20-100重量％的至少一種氧化物。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于形成涂層系統(tǒng)的方法，這種涂層系統(tǒng)減輕了與沙子相關(guān)的損傷。該方法大致地包括，提供襯底的步驟，以及將選自鋯酸鹽、鉿酸鹽、鈦酸鹽和其混合物的材料沉積到襯底上的步驟，所述材料已經(jīng)摻雜了大約20-100重量％的至少一種氧化物。
在以下詳述描述和附圖中，將闡述本發(fā)明的耐用反應(yīng)性隔熱涂層的其它細節(jié)，以及附帶的其它目的和優(yōu)點，其中相似的標號表示相似的元件。


圖1是帶有本發(fā)明涂層的渦輪發(fā)動機部件的示意圖；圖2是帶有根據(jù)本發(fā)明一個備選涂層系統(tǒng)的渦輪發(fā)動機部件的示意圖。
具體實施例方式
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，某些涂層會與流體沙子沉積物起反應(yīng)，并且反應(yīng)產(chǎn)物形成了抑制流體沙子穿透到涂層中的阻擋層。反應(yīng)產(chǎn)物已經(jīng)被確定為主要包含氧化釔、氧化鈣、氧化鋯和二氧化硅的氧化磷灰石硅酸鹽(silicate oxyapatite)/石榴石。本發(fā)明涉及一種用于部件，例如渦輪發(fā)動機部件的涂層系統(tǒng)，其利用了這一發(fā)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在參看圖1，本發(fā)明的涂層系統(tǒng)18包括至少一層選自鋯酸鹽、鉿酸鹽、鈦酸鹽和其混合物的材料，該材料已經(jīng)摻雜了大約25-100重量％的至少一種氧化物。為了形成涂層系統(tǒng)18，將至少一層選自鋯酸鹽、鉿酸鹽、鈦酸鹽和其混合物的材料層10，涂覆到襯底14的表面12上，襯底14例如為渦輪發(fā)動機部件，包括但不限于葉片或輪葉?？捎糜谛纬筛鲗?0的材料包括、但不局限于鋯酸釓、鋯酸鑭、鈦酸釹和鉿酸釓。各層10中的材料與至少一種金屬氧化物混合，并且優(yōu)選包含大約25至99重量％，優(yōu)選大約40-70重量％的至少一種金屬氧化物，所述金屬選自鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、銦和釔。例如，所述至少一種氧化物可以是其中一種前述稀土元素的倍半氧化物。
襯底14可由任何合適的材料形成，例如鎳基超合金、鈷基合金、鉬基合金或鈦合金。
可通過例如電子束物理氣相沉積(EB-PVD)或空氣等離子體噴涂技術(shù)來涂覆各層10。其它可用于沉積各層10的方法包括、但不局限于溶膠凝膠技術(shù)、漿液(slurry)技術(shù)、濺射技術(shù)、化學氣相沉積技術(shù)、HVOF和可紫外線硫化的樹脂技術(shù)。
用于執(zhí)行沉積各層10的優(yōu)選工藝是EB-PVD。當執(zhí)行這個工藝時，可將襯底14放置在涂覆室中，并加熱到1700至2000華氏度范圍內(nèi)的溫度。涂覆室可保持在0.05至2.0毫托范圍內(nèi)的壓力下。原料進給速度可為0.3至2.0英寸/小時。涂覆時間可在20至120分鐘的范圍內(nèi)。
每個沉積的涂層10可具有1.0至50密耳，優(yōu)選為1.0至15密耳的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的隔熱涂層材料大層10將與熔融沙子沉積物起反應(yīng)，并形成氧化磷灰石硅酸鹽和/或石榴石的阻擋層相，以阻擋進一步的穿透。
本發(fā)明的涂層系統(tǒng)是一種有利的隔熱涂層系統(tǒng)，其阻礙了熔融硅酸鹽材料的穿透。這種涂層系統(tǒng)提供了在出現(xiàn)沙子引起的渦輪翼型損傷的環(huán)境下的增強的耐用性。
現(xiàn)在參看圖2，如果需要，可將金屬結(jié)合涂層30沉積在襯底14上，以便將襯底14粘合在層10上。金屬結(jié)合涂層30可以是MCrAlY結(jié)合涂層，其中M是鎳、鈷和鐵中的至少一種金屬。作為備選，金屬結(jié)合涂層30可以是鋁化物或鋁化鉑的結(jié)合涂層。結(jié)合涂層30可具有大約0.5至20密耳，優(yōu)選為大約0.5至10密耳范圍內(nèi)的厚度。可通過低壓等離子體噴涂、HVOF(高速氧氣燃料)、陰極電弧工藝、擴散工藝、空氣等離子體噴涂工藝或涂鍍工藝，以及通過任何能夠形成致密均勻金屬結(jié)構(gòu)的工藝，來沉積出結(jié)合涂層30。
權(quán)利要求
1.一種渦輪發(fā)動機部件，包括襯底；和隔熱涂層系統(tǒng)，其包括至少一層選自鋯酸鹽、鉿酸鹽、鈦酸鹽及其混合物的材料，所述材料已經(jīng)與至少一種氧化物混合，使得每一所述層包含大約25至99重量％的所述至少一種氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機部件，其特征在于，每一所述層包含大約40至70重量％的所述至少一種氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機部件，其特征在于，所述材料選自鋯酸釓、鋯酸鑭、鈦酸釹和鉿酸釓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機部件，其特征在于，所述至少一種氧化物包括至少一種選自鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、銦和釔的材料的氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機部件，其特征在于，每一所述層具有1.0至50密耳范圍內(nèi)的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機部件，其特征在于，每一所述層具有1.0至15密耳范圍內(nèi)的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機部件，其特征在于，所述襯底由選自鎳基合金、鈷基合金和鉬基合金的材料形成，并且，所述渦輪發(fā)動機部件還包括位于所述襯底和所述隔熱涂層之間的金屬結(jié)合涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪發(fā)動機部件，其特征在于，所述結(jié)合涂層具有大約0.5至20密耳范圍內(nèi)的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪發(fā)動機部件，其特征在于，所述結(jié)合涂層具有大約0.5至10密耳范圍內(nèi)的厚度。
10.一種用于為部件提供保護以免受到與沙子相關(guān)的損傷的方法，所述方法包括如下步驟提供襯底；通過沉積出至少一層選自鋯酸鹽、鉿酸鹽、鈦酸鹽和其混合物的第一材料來形成隔熱涂層系統(tǒng)，所述第一材料已經(jīng)與至少一種氧化物混合，使得每一所述層包含大約25至99重量％的所述至少一種氧化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述沉積步驟包括沉積出所述第一材料的至少一層，所述第一材料已經(jīng)摻雜了大約40重量％至70重量％的所述至少一種氧化物。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述沉積步驟包括，沉積選自鋯酸釓、鋯酸鑭、鈦酸釹和鉿酸釓的材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述沉積步驟還包括，從至少一種材料的氧化物中選擇所述至少一種氧化物，并將所述第一材料與所述至少一種所選擇的氧化物混合起來，所述這種材料選自鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、銦和釔。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述沉積步驟包括，將每一所述層沉積出大約1.0至50密耳范圍內(nèi)的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述沉積步驟包括，將每一所述層沉積出大約1.0至15密耳范圍內(nèi)的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述提供襯底的步驟包括，提供由選自鎳基合金、鈷基合金和鉬基合金的材料所形成的襯底。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括將所述襯底放置到涂覆室中；在所述涂覆室中將所述襯底加熱到1700至2000華氏度范圍內(nèi)的溫度；將所述涂覆室中的壓力保持在0.05至2.0毫托范圍內(nèi)的壓力下；和執(zhí)行所述沉積步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括在所述襯底和所述隔熱涂層系統(tǒng)之間沉積金屬結(jié)合涂層。
19.一種用于部件的涂層系統(tǒng)，包括至少一層選自鋯酸鹽、鉿酸鹽、鈦酸鹽和其混合物的第一材料，所述第一材料已經(jīng)與至少一種氧化物混合，使得每一所述層包含大約25至99重量％的所述至少一種氧化物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，每一所述層包含大約40重量％至70重量％的所述至少一種氧化物。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述材料選自鋯酸釓、鋯酸鑭、鈦酸釹和鉿酸釓。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的涂層，其特征在于，所述至少一種氧化物包括至少一種選自鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、銦和釔的材料的氧化物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種渦輪發(fā)動機部件，其具有襯底和涂敷在襯底上的隔熱涂層。這種隔熱涂層包括選自鋯酸鹽、鉿酸鹽、鈦酸鹽和其混合物的第一材料層，所述第一材料已經(jīng)與至少一種氧化物混合，并包含大約25至99重量％的至少一種氧化物。所述至少一種氧化物包括至少一種選自鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、銦和釔的材料的氧化物。如果需要，在襯底和隔熱涂層系統(tǒng)之間可存在金屬結(jié)合涂層。本發(fā)明描述了一種用于形成本發(fā)明的隔熱涂層系統(tǒng)的方法。
文檔編號F01D5/28GK101024738SQ20071000730
公開日2007年8月29日 申請日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者D·A·利頓, K·W·施利希廷, M·弗雷林, J·G·斯梅吉爾, D·B·斯諾, M·J·馬洛尼 申請人:聯(lián)合工藝公司