[发明专利]涂布方法、涂层和涂布组件

说明书

技术领域

本发明涉及制造的组件和制造组件的方法。更具体地，本发明涉及涂布方法、涂层和涂布组件。

背景技术

现代的高效燃气涡轮具有超过约2000℉（1093℃）的燃烧温度，而且由于对更高效的发动机的需求持续，故燃烧温度持续增加。形成“热气路径”燃烧器和涡轮节的很多组件直接暴露于侵蚀性的热燃烧气，例如，燃烧器衬里、燃烧和涡轮节之间的转换导管以及涡轮静叶片和旋转叶片和周围的环形片(ring segment)。除热应力以外，这些和其它组件还暴露于进一步损耗所述组件的机械应力和负荷。

很多传统上用来制造用于燃气涡轮发动机的热气路径区的大多数燃气涡轮组件的钴基和镍基超合金材料通过用热障涂层涂布所述组件而与热气流隔离，以在这种侵蚀性的高温燃烧环境中经受住长期操作。

热障涂层体系通常由四个层组成：金属基底、金属粘合涂层、热生长的氧化物和陶瓷顶涂层。陶瓷顶涂层一般由氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）组成，其由于具有极低的导热性同时在应用中一般所见的标称操作温度下保持稳定，因而是期望的。涂敷这些陶瓷顶涂层可为昂贵的，和/或涂敷方法有限。

YSZ是一种熟知的用来提高高温金属中所用的金属的性能的材料。YSZ一般通过高温热喷涂布法来涂敷。YSZ增加高温基底金属的操作温度。此外，将粘合涂层涂敷在YSZ和高温金属之间，降低YSZ和高温金属之间的热不匹配，这提高抗剥落性。

气体涡轮发动机可使用很多不同燃料来操作。这些燃料在发动机的燃烧器区中在处于或超过2000℉（1093℃）的温度下燃烧，且燃烧的气体用来使位于发动机燃烧器区之后的发动机涡轮区旋转。当从燃烧的热气提取能量时，通过旋转的涡轮区产生功率。使用最便宜的可得燃料来操作气体涡轮发动机通常在经济上有利。较丰富和便宜的石油烧料中的一种是重质燃料油（HFO）。HFO为经济燃料的原因之一是它不经深度精炼或它是精炼过程的剩余部分。不经深度提炼，其含有很多杂质。这些杂质之一为钒，其在燃烧高温下形成氧化钒（V₂O₅）。虽然将MgO作为燃料添加剂添加并充当钒物类反应（其在热障涂层的外表面上或附近形成惰性钒酸镁化合物）的抑制剂，但是MgO不完全防止YSZ热障涂层的侵蚀，因为氧化钒可穿透热障涂层中的微裂缝和多孔结构(porosity)，提供的通路不仅通往YSZ热障涂层，而且通往下面的粘合涂层。V₂O₅为酸性氧化物，其可在出现于这些热障涂层的裂缝和多孔结构中使氧化钇从YSZ渗出。侵蚀机制由以下反应提供：

ZrO₂(Y₂O₃) + V₂O₅ → ZrO₂ (单斜晶) + 2YVO₄

因此，V₂O₅保持迅速侵蚀YSZ的能力，导致其损坏并被热气流除去。TBC的损失使基底金属和任何剩余的结合涂层在升高的温度下暴露于燃烧热气。在这些升高的温度下，基底金属和结合涂层经受来自燃烧热气的腐蚀，这缩短它们的寿命。因此，必须在较短时间间隔内更换组件，例如燃烧器和涡轮叶片，这还意味着在涡轮不产生功率期间对涡轮的额外维护时间。

在本领域中期望不遭受以上缺点的涂布方法、涂层和涂布组件。

发明内容

在一个示例性实施方案中，涂布方法包括提供MCrAlY基底、将热障涂层涂敷到MCrAlY基底、将闪层（flash layer）涂敷到热障涂层和将反应产物沉积物涂敷到热障涂层上。闪层包括惰性陶瓷。反应产物沉积物包括选自以下的反应产物：氧化镁化合物、原钒酸镁化合物、钒酸镁化合物、焦钒酸镁化合物、硫酸镁化合物和它们的组合。反应产物为掺杂燃料的副产物。

在另一个示例性实施方案中，涂层包括热障涂层、包括惰性陶瓷的闪层、位于热障涂层上的反应产物沉积物，反应产物沉积物包括选自以下的反应产物：氧化镁化合物、原钒酸镁化合物、钒酸镁化合物、焦钒酸镁化合物、硫酸镁化合物和它们的组合。反应产物为掺杂燃料的副产物。

在另一个示例性实施方案中，涂布组件包括MCrAlY基底、热障涂层、包括惰性陶瓷的闪层、位于热障涂层上的反应产物沉积物，反应产物沉积物包括选自以下的反应产物：氧化镁化合物、原钒酸镁化合物、钒酸镁化合物、焦钒酸镁化合物、硫酸镁化合物和它们的组合。反应产物为掺杂燃料的副产物。

本发明请求保护：

1. 一种涂布方法，其包含：

提供MCrAlY基底；