[发明专利]涂层体系

说明书

本发明涉及针对组件的涂层体系，并涉及两个彼此能相对移动的组件形成的组合件(assembly)。

许多用于化学腐蚀性环境的组件必须承受超过1000℃的高温。因此，它们必须受到保护以确保长的使用寿命。对于作为现代燃气轮机的部件的组件而言，尤其如此，因为一般趋势是升高燃烧温度以提高效率。

因此，在燃气轮机中的热区域中的大多数组件由高抗性合金制备。此外，它们受到特殊的涂层体系的保护。这些涂层体系可以包括在金属基材上的粘合层、在所述粘合层上的耐氧化层，也即MCrAlX层，和一个或多个具有绝热性质的陶瓷层。这些层的组合形成了保护该组件的绝热涂层。

在燃气轮机设计中的一个关键方面是密封在热区域中移动部件之间的间隙。如果密封不充分，那么热的气体会泄露，由此降低汽轮机的总效率。再者，密封机构必须在腐蚀性气氛中经受高温。为了满足一致性和耐受性的目标，使用了可磨损的涂层体系。

所述可磨损的涂层体系配备在两个能相对移动的组件的组合件的一个组件上，所述两个能相对移动的组件在它们之间形成间隙。所述另一个组件与可磨损体系呈滑动接触设置。由此密封了所述组件之间的间隙。在运行期间，如果两个组件彼此相对移动，未经涂覆的组件擦掉可磨损涂层的一部分。

已知的可磨损涂层体系包括粘合涂层和至少一个由陶瓷制成的可磨损层。在许多情况下，所述陶瓷含由Y₂O₃和/或和/或Yb₂O₃稳定化的ZrO₂。

在使用期间，可磨损层由于烧结效应(这增加了层的硬度)丧失了该层的部分可磨损性质。结果，未经涂覆的组件的基材部分被擦掉，由此降低了密封的一致性和使得需要更早地替换未经涂覆的组件。

降低该效应的一种改进的涂层体系公开在EP 1484426A2中。其包括粘合涂层和第一和第二锆层，所述第一和第二锆层均由Y₂O₃和Yb₂O₃之一稳定化。尽管如此，在所述涂层体系暴露于高温时，由于仍然发生一定程度的烧结，其可磨损性质受到负面影响。

因此，本发明的目标在于提供具有进一步提高的耐烧结效应的涂层体系。

该目标通过配备在多孔陶瓷层上的可磨损陶瓷层解决。

出人意料地已经发现，如果将可磨损陶瓷层提供在多孔陶瓷层上，涂层体系对烧结的抗性可以进一步提高。在这种情况下，涂层体系作为整体保持其可磨损性质，即使其暴露于高温达长时间也是如此。

根据本发明的第一实施方案，所述多孔陶瓷层具有≥20体积％的孔隙率，优选≥22体积％和≤28体积％，更优选≥24体积％且≤26体积％。

还可能的是，所述多孔陶瓷层包括陶瓷材料。所述陶瓷材料可以是用Yb₂O₃和/或Y₂O₃稳定化的ZrO₂。在多孔层中Y₂O₃的量可以为6wt％-10wt％的范围。在优选实施方案中，所述多孔陶瓷层包括8wt％Y₂O₃。

所述多孔陶瓷层可以为150μm-300μm，优选180μm-250μm，更优选190μm-240μm和最优选225μm厚。

根据本发明的另一实施方案，所述可磨损陶瓷层4可以包括用Yb₂O₃和/或Y₂O₃稳定化的ZrO₂。在这种情况下，Yb₂O₃的量可以为至少30wt％，优选33wt％。

在本发明的一个优选实施方案中，该可磨损陶瓷层具有≥20体积％的孔隙率，优选≥25体积％和≤40体积％，和更优选≥27体积％和≤35体积％。

所述可磨损陶瓷层可以为300μm-800μm，优选350μm-700μm，更优选400μm-600μm和最优选500μm厚。

根据本发明的又一优选实施方案，所述涂层体系包括位于多孔陶瓷层之下的陶瓷层。优选地，所述陶瓷层具有比该多孔陶瓷层更低的孔隙率。

所述陶瓷层可以包括由Y₂O₃和/或Yb₂O₃稳定化的ZrO₂。优选地，Y₂O₃的量为6wt％-10wt％范围，更优选的是其为8wt％。