[发明专利]涂覆有热屏障的涡轮机部件和获得它的方法

说明书

本发明涉及一种涂覆有至少一层第一热屏障层(33)的涡轮机部件(30)，该至少一层第一热屏障层(33)包括陶瓷材料和分散在所述第一层中的第一陶瓷纤维(34)。第一层可在热屏障材料以及用于保护抵抗铝硅酸钙镁的材料之间包括化学组分的梯度，该梯度的含量在第一层的外部区域上较大，和/或第一层可以是多孔的并且具有孔隙率梯度，使得第一层的外部部分具有减小的孔隙率。本发明还追求一种用于制造这种部件的方法，该方法经由湿法在部件上形成第一层。

技术领域

本发明涉及用于在高温环境中使部件热绝缘的热屏障涂层的总体领域。本发明更具体地应用于用于保护航空燃气涡轮机中的由超级合金或陶瓷基质复合材料制成的部件的热屏障。

背景技术

在荒漠环境中或高污染外界中运行的航空涡轮机的热部分中存在的部件，由于来自在由发动机吸入的空气中存在的砂和碱化合物的损害被迅速降解。这些化合物，称为铝硅酸钙镁(CMAS)(具体包括钙、镁、铝和硅的氧化物)，能使提供热屏障并覆盖涡轮机的热部分中的某些部件的涂层降解。

在热屏障被CMAS化合物降解的机制中，注意到CMAS化合物在液态时渗入到热屏障中，以及热屏障(传统上由基于用氧化钇稳定氧化锆YSZ的陶瓷构成)的溶解和再沉淀，从而形成贫氧化钇的氧化锆的分离结节。这两种机制降低了热屏障的机械性能，并可能导致其在发动机的冷却阶段期间破裂。此外，固体颗粒的吸入导致热屏障侵蚀现象，该屏障随后脱落并离开暴露下面的基板，从而降低了部件的寿命。

因此，需要一种涂覆有热屏障的涡轮机部件，该热屏障具有抗CMAS特性和改善的使用寿命。还需要一种制造这种部件的方法，该方法具有降低的实施成本。

发明内容

本发明的主要目的因此是通过提出一种涂覆有至少第一陶瓷层的涡轮机部件以克服这些缺点，该至少第一陶瓷层形成热屏障并且包括分散在所述第一层中的具有第一陶瓷纤维的陶瓷材料。

在根据本发明的部件的第一热屏障层中存在第一陶瓷纤维用作增加热屏障的机械强度及其对CMAS化合物的耐受能力。这些陶瓷纤维用作增强热屏障并减少裂缝的传播，在涡轮机的运行期间和当它被CMAS化合物的攻击时，裂缝的传播可以与屏障的循环氧化同时产生。总之，陶瓷纤维在第一热屏障层中用作强化物，以改善该层的固有机械性能。陶瓷纤维还可以呈现抵挡CMAS材料的性能。

在一实施例中，第一层中第一陶瓷纤维的质量含量可以在30％至90％的范围内。例如，第一层中第一陶瓷纤维的质量含量可以在50％至90％的范围内或甚至在70％至90％的范围内。通常，第一陶瓷层中第一陶瓷纤维的含量足以执行机械增强功能。

在一实施例中，第一陶瓷纤维的平均长度可小于或等于50微米(μm)。术语“平均长度”是指纤维的D50长度。

在一实施例中，第一热屏障层的平均厚度在100μm至200μm的范围内。

在一实施例中，第一层的陶瓷材料可以是由稀土氧化物稳定的氧化锆，例如，由氧化钇稳定的或部分稳定的氧化锆(YSZ或8YSZ)。

在一实施例中，第一陶瓷纤维可以由选自以下的材料组成：稀土氧化物稳定的氧化锆、稀土氧化物、烧绿石结构、稀土锆酸盐、氧化铝Al₂O₃及其混合物。在一实施例中，第一陶瓷纤维可以包括用于提供保护抵抗铝硅酸钙镁的材料，以进一步增强抵抗CMAS化合物的热屏障层。例如，该纤维可包括氧化铝和至少一种稀土锆酸盐的混合物，以化学强化抵抗CMAS化合物的第一热屏障层，特别是当该层包括氧化钇部分稳定的氧化锆时。

在一实施例中，第一陶瓷纤维可以由与第一热屏障层的材料相同的材料构成。

在一实施例中，第一层的材料的热膨胀系数与第一陶瓷纤维的材料的热膨胀系数之间的差异可以小于或等于4×10^-6K^-1(每开尔文)，或甚至小于或等于在2×10^-6K^-1。