[发明专利]用于高温运行的制品以及制备方法

说明书

描述了具有耐高温降解的涂层的制品以及用于制备所述制品的方法。制品(100)包含在基材(120)上布置的涂层(110)。所述涂层(110)包含多个细长的与表面连接的空隙(130)。所述制品(100)还包括在涂层(110)的至少一些空隙(130)内布置的保护剂(150)；所述保护剂(150)包含能与液体标称CMAS起化学反应以形成在所述标称CMAS的结晶范围以外的固体结晶产物的物质。该固体结晶产物的熔融温度大于约1200℃。所述方法通常包括以有效浓度在涂层(110)的与表面连接的空隙(130)内布置上述保护剂(150)，以基本上防止CMAS材料进入到其中布置保护剂(150)的空隙(130)内。

背景

本公开总体上涉及采用热保护性涂层的制品。更具体地，本公开涉及采用由于与灰尘材料的高温相互作用而耐降解的涂层的制品。

热屏障涂层通常用于在高温下操作或暴露于高温的制品。航空涡轮和陆基涡轮，例如，可包括一个或多个被热屏障涂层保护的部件。在正常的操作条件下，涂布的部件可能易受各种类型的破坏的影响，包括来自环境污染物的腐蚀、氧化和侵蚀。

对于涡轮部件，特别关注的环境污染物组合物为含有钙、镁、铝、硅，和它们的混合物的氧化物的那些；被燃气轮机发动机吸入的污垢、灰和尘，例如通常由这样的化合物组成。这些氧化物通常组合，以形成包含混合的钙-镁-铝-硅-氧化物系统(Ca-Mg-Al-Si-O)的污染物组合物，下文中称为CMAS。在高涡轮操作温度下，这些环境污染物可粘附于热的热屏障涂层表面，因此引起热屏障涂层破坏。例如，CMAS可形成在涡轮的操作温度下为液体或熔融的组合物。熔融的CMAS组合物可溶解热屏障涂层，或者通过渗入涂层中的孔、通道、裂纹或其它腔，可填充其多孔结构。冷却后，渗入的CMAS组合物固化并且降低涂层应变耐受，因此引发和传播裂纹，这可引起涂层材料脱层和散裂。这可进一步导致部分或完全失去对部件或组件的下面的金属基材提供的热保护。此外，热屏障涂层的剥落可在金属基材中产生热斑，导致过早部件失效。过早部件失效可导致计划外的维修以及部件更换，导致降低的性能和提高的操作和运行成本。

因此，需要改进的涂层系统，其对热屏障涂层提供保护，当在高温下操作或暴露于高温时，免于环境污染物的不利影响。具体地，需要改进的涂层系统，和制备所述涂层的方法，其提供保护，免于沉积的CMAS的不利影响。

概述

提供本发明的实施方案以满足该要求和其它要求。一种实施方案为包含在基材上布置的涂层的制品。所述涂层包含多个细长的与表面连接的空隙。所述制品还包括在涂层的至少一些空隙内布置的保护剂；所述保护剂包含能与液体标称CMAS起化学反应以形成在所述标称CMAS的结晶范围以外的固体结晶产物的物质。该固体结晶产物的熔融温度大于约1200℃。

另一种实施方案为用于制备制品(例如上述制品)的方法。所述方法通常包括在涂层的与表面连接的空隙内以有效浓度布置上述保护剂，以基本上防止CMAS材料进入到其中布置保护剂的空隙内。更具体地，所述方法包括在涂层的多个细长的与表面连接的空隙内布置保护剂；其中所述保护剂包含能与标称CMAS起化学反应以形成在所述标称CMAS的结晶范围以外的固体结晶产物的物质，其中所述固体结晶产物的熔融温度大于约1200℃，并且其中所述保护剂以有效浓度存在于涂层中，以基本上防止所述标称CMAS进入到其中布置保护剂的空隙内。

本发明包含以下方面：

方面1. 一种制品(100)，所述制品包含：

在基材(120)上布置的涂层(110)，所述涂层(110)包含多个细长的与表面连接的空隙(130)；和

在涂层(110)的至少一些空隙(130)内布置的保护剂(150)；

其中所述保护剂(150)包含能与液体标称CMAS起化学反应以形成在所述标称CMAS的结晶范围以外的固体结晶产物的物质，

其中所述固体结晶产物的熔融温度大于约1200℃。