[发明专利]热和环境阻挡涂层组合物

说明书

提供涂布基材，其包含：基材；和包含具有式Ln₂ABO₈的化合物的阻挡涂层，其中Ln包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥或其混合物；A包括Si、Ti、Ge、Sn、Ce、Hf、Zr或其组合；和B包括Mo、W或其组合。在一个实施方案中，B包括Mo。

优先权信息

本申请要求Kirby等人在2014年6月30日提交的标题为“Thermal andEnvironmental Barrier Coating Compositions and Methods of Deposition (热和环境阻挡涂层组合物以及沉积方法)”的美国临时专利申请序号62/018,983和Kirby等人在2014年10月28日提交的标题为“Thermal And Environmental Barrier CoatingCompositions And Methods Of Deposition (热和环境阻挡涂层组合物以及沉积方法)”的美国临时专利申请序号62/069,346的优先权。两个优先权申请的公开内容通过引用结合在本文中。

发明领域

概括而言，本发明的实施方案涉及用于陶瓷部件和/或金属部件的热和环境阻挡涂层及其制备方法。

发明背景

不断寻求用于燃气涡轮发动机的较高操作温度以便改进其有效性。然而，当操作温度提高时，发动机的部件的高温耐用性必须相应地提高。高温能力的显著进步业已通过铁、镍和钴基超合金的配制获得。然而，在由超合金构建的许多热气路径部件的情况下，热阻挡涂层(TBC)可以用于使部件绝缘且可以在承受负载的合金和涂层表面之间维持明显的温差，因此限制结构部件的热暴露。

虽然业已发现超合金广泛用于在整个燃气涡轮发动机中且尤其是在较高温工段中使用的部件，但是业已提议可替代的较轻重量的基材材料，例如陶瓷基质复合材料(CMC)材料。CMC和整体陶瓷部件可以涂有环境阻挡涂层(EBC)以保护它们免受高温发动机工段的苛刻环境。EBC可以提供致密、气密密封来抵抗热燃烧环境中的腐蚀气体。在干燥的高温环境中，硅基(非氧化物) CMC和整体陶瓷经受氧化以形成保护性氧化硅片状物(scale)。然而，氧化硅与例如见于燃气涡轮发动机中的高温蒸汽快速反应，以形成挥发性硅物类。这种氧化/挥发过程会在发动机部件的寿命期间导致显著的材料损失或衰退。这种衰退还在包含氧化铝的CMC和整体陶瓷部件中出现，原因是氧化铝也与高温蒸汽反应以形成挥发性铝物类。

当前，用于CMC和整体陶瓷部件的大多数EBC由三层涂层体系组成，所述三层涂层体系一般包括粘结涂布层、施加到粘结涂布层的至少一个过渡层和施加到过渡层的任选的外层。任选地，二氧化硅层可以存在于粘结涂布层和相邻的过渡层之间。这些层一起可以为CMC或整体陶瓷部件提供环境保护。

更具体而言，所述粘结涂布层可以包含硅且一般可以具有约0.5密耳(约12.7 μm)-约6密耳(约152 μm)的厚度。对于硅基非氧化物CMC和整体陶瓷，所述粘结涂布层充当氧化阻挡物以防止基材氧化。所述二氧化硅层可以施加到粘结涂布层，或者可以在粘结涂布层上自然或有意形成。所述过渡层通常可以包含莫来石、铝硅酸钡锶(BSAS)及其各种组合，而任选的外层可以包含BSAS。可以存在1-3个过渡层，各个层具有约0.1密耳(约2.5 μm)-约6密耳(约152 μm)的厚度，且任选的外层可以具有约0.1密耳(约2.5 μm)-约40密耳(约1mm)的厚度。

过渡层和外层各自可以具有不同的孔隙率。在约10%或更小的孔隙率下，所述层对燃烧环境中的热气体气密密封。在约10%-约40%孔隙率的情况下，所述层可以呈现机械完整性，但热气体可以渗透通过涂布层损坏下面的EBC。虽然至少一个过渡层或外层为气密的是有必要的，但是可能有利的是具有一些较高孔隙率范围的层以减轻由涂层材料和基材之间的任何热膨胀失配引发的机械应力。