[发明专利]产生功能层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据相应类别中的独立权利要求前序部分所述的产生功能层的方法和具有这种功能层的部件。

背景技术

根据本发明的方法包括WO-A-03/087422或US-A-5853815中披露的一种普通类型的等离子喷涂工艺作为第一步骤。这种等离子喷涂工艺是一种用于产生称作LPPS(低压等离子喷涂)薄膜的热喷涂工艺。本发明涉及对该方法的进一步改进以及根据本发明的方法涂覆的部件。

使用LPPS薄膜工艺，传统的LPPS等离子喷涂方法是改进的方法形式，等离子体(“等离子焰”或“等离子射流”)流过的空间由于改进而扩大，并延长至长达2.5m的长度。等离子体的几何形状范围导致粉末射流的均匀扩大(散开)，用原料气将所述粉末射流喷射到等离子体中。粉末射流的材料均匀分布地行进到衬底的大大扩展的表面上，所述材料在等离子体中分散成云状物并完全或部分熔化。在所述衬底上产生薄层，所述薄层的层厚可小于10μm，并由于均匀分布而形成致密的覆盖物。通过薄层的多次涂敷可以产生具有特定特性的较厚涂层，使得这样的涂层适于用作功能层。例如通过多次涂敷可以产生多孔涂层，所述多孔涂层适于用作催化活性材料的载体(参见EP-A-1034843＝P.6947)。

功能层会被涂敷或施加到形成衬底的基体上，且通常包含不同的部件层。例如，在高处理温度下驱动的燃气轮机(固定式燃气轮机或航空发动机)的叶片涂有单层或多层的第一部件层，这制造出对热气体腐蚀的抵抗性。涂敷到第一部件层且用于陶瓷材料的第二涂层形成绝热层。LPPS等离子喷涂工艺适于产生第一层。优选使用生产带有柱状微结构的涂层的方法来生成绝热层。这种结构层大致包括圆柱形小体或微粒，所述小体或微粒的中心轴线垂直对准衬底的表面。过渡区侧向地/在侧面约束所述微粒，沉积材料在所述过渡区中的密度小于微粒的密度。这种具有各向异性微结构的涂层对于交变应力更具弹性，所述交变应力由重复出现的温度变化引起。所述涂层以基本上可逆的方式对交变应力作出反应，即，没有裂缝的形成或材料的剥落，因此，与不具有柱状微结构的普通涂层的工作寿命相比，所述涂层的工作寿命被显著地延长。

使用薄膜方法可以生成各向异性微结构，所述薄膜方法是一种气相沉积法。在这种称为“EB-PVD”(电子束-物理气相沉积)的方法中，在高真空中用电子束将用于绝热层的待沉积的物质变为气相，所述物质由此凝结到待涂覆的部件上。如果适当地选取工艺参数，那么就能得到柱状微结构。这种气相沉积法的一个缺点是设备成本高。此外，在产生包含多个部件层(part layer)的涂层时，相同的设备不能用于LPPS等离子喷涂工艺和EB-PVD工艺。因此，必须实施多个作业循环来进行涂覆。

根据已经提到的WO-A-03/087422可知，这种具有细长微粒的各向异性微结构也可通过LPPS薄膜方法制造，所述细长微粒基本上垂直于衬底的表面竖直排列，并且通过具有少量材料的过渡区彼此相对分界，从而具有柱状结构。

具有柱状微结构的绝热层也用于航空发动机，特别是例如用作导向叶片和转子叶片的涡轮叶片上的防热层，且经常暴露于所处的极端操作条件下。除了热应力高以外，已经发现侵蚀也导致这些防热层的性能下降。例如当这些防热层用于沙漠地区时就观察到因侵蚀引起的显著的磨损迹象，在所述沙漠地区中，空气以高比例的沙粒为特征。

发明内容

因此，本发明的目的是要提出一种产生功能层的方法，用所述方法可以产生绝热层，所述绝热层具有各向异性柱状微结构并且提高了耐蚀性。本发明进一步地是要提出一种具有这种层的部件。

实现这一目的本发明的主题以相应类别的独立权利要求为特征。

因此根据本发明提出了一种用于制造功能层的方法，在所述方法中，在第一步骤中，涂覆材料以粉末射流的形式通过等离子喷涂工艺喷涂到衬底的表面上，其中，涂覆材料以小于10000Pa的低处理压力喷射到等离子体中，所述等离子体使粉末射流散开并部分地或全部地熔化，其中，生成了具有足够高比焓的等离子体，使得很大比例的、重量百分比达到至少5％的涂覆材料变为气相，在衬底上出现各向异性结构层，其中，形成各向异性微结构的细长微粒(或称颗粒)基本上垂直于衬底的表面竖直排列，具有少量材料的过渡区相对于彼此确定所述微粒的界限。在第二步骤中，使用用作加强介质的液体填充所述层的毛细空间以加强所述层，所述加强介质包括在其中包含的金属(Me)的至少一种盐，所述金属可热转变为金属氧化物，随着加强介质被涂敷到所述层的表面，在等待渗透进毛细空间之后进行热量的引入以形成氧化物。