[发明专利]提供热障涂层的方法和具有所述涂层的衬底

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在衬底上提供热障涂层的方法，其包含在所述衬底上提供金属粘结涂层，随后在所述金属涂层上提供热生长氧化物，此后涂覆陶瓷涂层，其中所述热生长氧化物是通过对所述粘结涂层的预氧化处理而实现。

背景技术

通常，本领域熟知的方法是，涡轮叶片以及经受高温的其它物件都可以通过提供陶瓷涂层来进行保护。由于氧化物和衬底具有不同的热膨胀系数且相关组件的温度条件改变，因此陶瓷涂层与下层衬底的粘附就存在问题。一种解决方法是在所述衬底上提供粘结涂层。这种粘结涂层优选为能够在其上热生长氧化物的金属涂层。此类氧化物对于陶瓷障涂层来说是极佳的粘附表面。

为成功构造这种分层结构，粘结涂层与热生长氧化物之间的粘附是相当重要的。此外，粘结涂层中金属的损耗应尽可能的少以增加相关组件的使用寿命。所生长的氧化物主要为氧化铝。旨在不形成尖晶石的情况下实现α-Al₂O₃层。而且，最后还应尽可能地防止亚稳态氧化铝的存在。

如上文所述构造热障涂层的优势为相对较低的成本和提供所述涂层的方式简易。然而，在迅速改变温度的环境下，使用寿命相对有限，这将使得制造所述涂层比制造其它现有技术涂层昂贵。

EP-0567252 A1揭示一种晶须锚定的热障涂层(whisker-anchoredthermal barrier coating)。所述晶须优选延伸穿过粘结涂层。所述粘结涂层的厚度通常为约100μm。已发现，所述结构会导致过早产生裂缝。

EP-0992612 A2涉及一种含铝粘结涂层，其包含30-60原子％的铝。

发明内容

本发明旨在提供一种热障涂层，利用这种涂层，可改进粘结涂层与热生长氧化物之间的粘附，从而使陶瓷涂层损坏的几率降低。此外，本发明旨在显著增加所述热障涂层的使用寿命。

根据本发明，这可以用技术方案实现。

一种在衬底上提供热障涂层的方法，其包含在所述衬底上提供金属粘结涂层，随后在所述金属涂层上提供热生长氧化铝，此后涂覆陶瓷涂层，其中所述热生长氧化铝通过对所述粘结涂层的预氧化处理而实现，所述方法的特征在于，在提供所述粘结涂层后并且在对其进行所述预氧化处理之前，通过使所述粘结涂层在低于10^-3Pa的压力下经受1000-1200℃的温度达5-60分钟来使其退火

通过在预氧化提供于衬底上的粘结涂层之前使用退火步骤，可以通过蒸发去除应实现热生长氧化物的表面处所存在的铬。由于表面处不再存在相当多的铬，故能够促进氧化铝的生长。

如果粘结涂层包含钇(用于清除杂质)，那么通过退火处理将在粘结涂层的外表面处存在有氧化钇。在氧化处理过程中，将产生氧化钇氧化铝石榴石小微晶，其充当将热生长氧化物固定在粘结涂层上的栓钉。

粘结涂层优选包含MCrAlX粘结涂层，其中M为Ni、Co，其中X为用于清除杂质的反应性元素，诸如钇、锆或铪。

在退火处理期间，使用相对较低的如低于10^-3Pa的压力来提高纯度。这种方法可以在5-60分钟内实现并且更尤其在约10分钟内实现。所述处理相对简单，并且可以容易地并入所述过程中以提供热生长氧化物。

在退火步骤后，优选在同一熔炉内实现预氧化步骤。也就是说，将氧气或氧气-惰性气体混合物注入所述熔炉中。优选这是在受控环境下、诸如在介于1000℃与1200℃之间的温度和介于10-10⁴Pa之间的氧分压下实现。在这些条件下，能够保证主要形成α-Al₂O₃。归因于先前的退火步骤，故粘结涂层的外表面相对清洁并且富集铝。已发现，使用如上文所述的方法，氧化铝的颗粒尺寸相对较大。α-Al₂O₃颗粒的横向尺寸应相对较大，即，大于1μm。这是重要的，因为通过氧化铝的氧扩散主要是沿着颗粒边界进行。通过具有相对较大尺寸的氧化铝颗粒，颗粒边界的总长度将降低。氧化时间优选在1与5小时之间。

据观察，具有根据本发明的热障涂层的衬底具有比不具有根据本发明的热障涂层的衬底长200-400％的使用寿命。

这意味着，例如飞机涡轮的保养间隔可增加，从而减少非操作时间。

氧分压不应增加到10⁴Pa以上，这是因为超过10⁴Pa的压力将产生尖晶石。如果压力低于10Pa，那么氧化钇氧化铝石榴石将不再起到将热生长氧化物固定于粘结涂层上的栓钉的作用。