[发明专利]热障涂层体系、用其涂覆的部件和对部件施用热障涂层体系的方法

说明书

技术领域

本发明涉及热障涂层(TBC)体系领域，具体涉及多层基于YSZ的涂层体系、用其涂覆的部件和对部件施用这样的热障涂层体系的方法。

现有技术

迄今为止，TBC体系依靠通过热喷雾(例如常压等离子体喷雾)或气相沉积方法(如物理气相沉积)沉积的氧化钇稳定的氧化锆的陶瓷层；其沉积在MCrAlY或PtAl粘合涂层上，所述MCrAlY或PtAl粘合涂层沉积在基底材料上。

迄今为止，TBC材料的第一选择为由Stecura在US 4,485,151中公开的6-8％重量的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)组合物。用6-8％重量氧化钇稳定的氧化锆制备的TBC在涂覆工艺之后构成亚稳四方相的大部分，其在暴露于高温期间分解。该分解过程可导致TBC体系不稳定和脱层。

在过去的二十年间，在改善(TBC)体系方面已经进行了许多尝试。

已经瞄准了两个主要目标：

-降低TBC材料的导热性，这样降低了冷却需求，

-增加TBC材料的高温稳定性，使得允许在较高表面温度下操作涂覆零件。

这两个目标均关系到将与燃气涡轮机效率增加相关的冷却需求的降低。

在关于改善TBC材料的最初研究期间，焦点集中在使用基于氧化锆的材料和优化其掺杂以得到材料的改善的高温稳定性或降低的导热性。

在本发明的上下文中，以下文献值得关注：

US 4,335,190公开了具有厚度为约1.5pm的内层的由氧化钇稳定的氧化锆制成的多层体系。US 5,840,434公开了含有具有柱状结构的外层的多层氧化锆涂层。EP 0 605 196公开了在内层中具有0％孔隙率且在外层中具有10-20％孔隙率的多层氧化锆涂层。US 6,930,066公开了用大于30％重量Y₂O₃稳定的单层氧化锆涂层。

EP1 514 953公开了具有由立方YSZ组成的外层的多层氧化锆涂层。US 6,887,595公开了具有由用以下各物稳定的立方氧化锆组成的外层的多层体系：1)Yb、Nd、Yb+La、Nd+La(5-49％摩尔)；2)Y、Ca、Ce、Sc、Mg、In(＜4％摩尔)；3)Hf(0.5-40％摩尔)或Ta(0.5-10％摩尔)。

US 4,328,285公开了由氧化铈稳定的氧化锆制成的单层涂层。WO 01/83851公开了耐环境污染的多层体系，其具有由氧化铈稳定的氧化锆构成的外层，且所述外层明显比内层薄。

US 6,812,176和US 7,186,466公开了由用多种成团簇掺杂元素稳定的氧化锆制成的单层涂层，所述掺杂元素大部分为稀土元素。EP 1550 642公开了由YSZ(＞91％摩尔)+1)Y、Ca、Ce、Sc、Mg或In+2)La、Gd、Nd、Sm或Dy+3)Yb或Er制成的单层涂层。

EP 1 550 645公开了由用La和Nd掺杂或用La和Yb掺杂的YSZ制成的单层涂层。EP 1 627 862公开了由用来自Y、Gd、Ca、Ce、Mg、Sc、In的一种元素稳定的氧化镧掺杂的氧化锆制成的涂层。US6,890,668公开了由具有立方萤石结构的(Er，Nd，Sm)-SZ制成的单层涂层。EP 1 588 992公开了由掺杂有Y、Ca、Ce、Sc、Mg、In、La、Gd、Nd、Dy、Er、Yb、Eu或Pr的Hf-SZ制成的多层涂层。

US 4,913,961公开了由Sc-SZ制成的单层涂层。

US 4,335,190公开了具有厚度为约1.5pm的内层的由氧化钙稳定的氧化锆制成的多层体系。

WO 01/83851(优先权日：2000年4月27日)公开了耐环境污染的多层体系，其具有由氧化钙稳定的氧化锆构成的外层，且所述外层明显比内层薄。

EP 1 507 022公开了由掺杂有五价氧化物的YSZ制成的单层涂层，所述五价氧化物可为Ta(1-4％摩尔)。

US 2002164430公开了由CaZrO₃制成的单层涂层，其中Ca用另一元素如Sr部分取代。

EP 1 900 848公开了具有由具有石榴石结构的材料制成的外层的多层涂层，所述涂层将降低砂子相关的损坏。

US 6,863,999公开了稀土元素磷酸盐(磷钇矿或磷铈镧矿)的单层涂层。

JP63274751公开了具有由稳定的氧化锆制成的外层和内层体系和由尖晶石构成的中间层的多层涂层。