[发明专利]金属合金组合物及包含该组合物的物品

说明书

技术领域

本公开涉及可在燃气轮机发动机中用作覆盖涂层和/或粘合涂层的金属合金组合物。

背景技术

用于燃气轮机发动机高温区域的金属合金表面的保护，可通过覆盖涂层和/或置于粘合涂层上的阻热性涂层(TBC)的使用来实现。覆盖涂层和TBC保护下面的金属合金基体免受热和热气体的腐蚀环境的侵害。通常用TBC和覆盖涂层涂覆的燃气轮机组件包括活动部件和固定部件，例如涡轮机叶片和轮叶、气体混合导管、涡轮机轮盖、桶、喷嘴、燃烧室衬里和变流装置，及其他遭受高热和腐蚀气体的条件的组件。TBC和覆盖涂层通常包含这些组件的外在部分或表面。TBC和/或覆盖涂层的存在在热的燃烧气体和金属合金基体之间提供了降低热的屏障，并且能防止、缓和或减少对基体的潜在热和/或氧化引起的损害。

保护金属合金涡轮机组件的最有效的涂层是那些称为MCrAlY的涂层，其中M通常为钴、镍、铁或其组合。这些涂层可用作覆盖涂层或粘合涂层。

存在于金属合金组合物中的铝可扩散到金属合金基体中，这是不期望的。该扩散减少了金属合金组合物中铝的含量，而铝对形成保护性氧化铝表面是必要的。出现了表面涂层和基体中的其他元素，例如镍、钴或铬的交叉扩散，这也是不期望的。

其中金属合金组合物可用于TBC和金属合金基体之间的粘合涂层。TBC在燃气轮机运行期间对层离和层裂敏感。层裂和层离可由几种因素引起，这些因素包括热生长氧化物层(TGO)的存在，该层可在TBC和粘合涂层界面之间的界面形成。TGO的形成可能是粘合涂层中铝的氧化的结果，并可以通过铝从粘合涂层到TBC的扩散促进，引起粘合涂层结构的变化，该变化可进一步引起TBC和粘合涂层之间的张力失配。TBC层裂后，通过粘合涂层中的铝内含物防止系统的氧化，该铝内含物形成氧化铝保护层。

因此，对具有用于粘合涂层和覆盖涂层的改善的扩散性质的金属合金组合物有需求。具有改善的扩散性的粘合涂层可如所期望地减慢或延迟TBC的层裂和层离发生。

发明内容

发明概述

在一个实施方案中，本领域中的上述缺陷可通过组合物克服，该组合物包含MCrAlY组合物；选自镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥的镧系元素，及包含至少一种前述镧系元素的组合；及选自铪、锆、钛的第4族金属及其组合；其中M为镍，或者镍和金属的组合，所述金属选自钴、铁及钴和铁的组合，Cr为铬，Al为铝，及Y为钇。在另一个实施方案中，该组合物还包含选自硅、锗的第14族元素及其组合。

在另一个实施方案中，组合物包含约16％至约50％重量的钴，约20％至约35％重量的镍，约15％至约25％重量的铬，约7％至约15％重量的铝，约0.1％至约1％重量的钇，约0.2％至约1％重量的铪，约0.5％至约1％重量的钆，及约0.5％至约4％重量的硅；其中所有重量百分率基于该组合物的总重量计。

在另一个实施方案中，物品包含上面所描述的组合物。

发明详述

意外的是，已发现向包含MCrAlY组合物的组合物中加入约0.1％至约5％重量的镧系元素，及约0.05％至约5％重量的第4族金属，特别是铪、锆、钛或这些元素的组合，导致具有铝成分缓慢扩散性的组合物。该组合物可还包括约0.1％至约8％重量的第14族元素，特别是硅和/或锗，其中其存在可进一步减慢铝的扩散。此类组合物最好用作粘合涂层和覆盖涂层。

本文中公开的组合物包含MCrAlY组合物；选自铪、锆、钛的第4族金属或这些金属的组合，镧系元素及第14族元素，特别是硅和/或锗。如本文中使用，“MCrAlY”指包含铬、铝、钇及金属M的组合物，金属M选自镍或镍与钴和/或铁的组合；“镧系元素”指镧系或镧系元素，这些元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱。镧系或镧系元素也包括镥。

金属M选自镍，或镍与钴和/或铁的组合。它在组合物中的量基于该组合物总重量计为约10％至约80％重量，特别是约12％至约75％重量，更特别是约14％至约70％重量，还更特别是约16％至约65％重量。在一个实施方案中，M为镍。在另一个实施方案中，M为镍和钴的组合。在另一个实施方案中，M为镍和铁的组合。在再一个实施方案中，M为镍、铁和钴的组合。