[发明专利]与覆盖层兼容的热障涂层系统

说明书

形成保护性氧化物涂层的材料和方法。高温涂层系统(108)至少包括热障涂层(104)和热障涂层(104)上的热稳定的抗沉积保护层(106)。

相关申请的交叉引用

本国际申请要求在2017年1月30日提交的题为“具有可提高抗沉积性的兼容覆盖层的热障涂层系统”的美国临时专利申请序列号62/452,124的权益，其全部公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及高温涂层材料，并且更具体地涉及用于热障涂层(TBC)的覆盖层及其制造方法。

背景技术

燃气轮机包括用于容纳压缩机区段、燃烧区段和涡轮机区段的壳体或汽缸。空气供应在压缩机区段中被压缩并被引导到燃烧区段中。压缩空气进入燃烧入口并与燃料混合。然后燃烧空气/燃料混合物以产生高温和高压气体。然后，该工作气体经过燃烧器过渡部并进入涡轮机的涡轮机区段中。

通常，涡轮机区段包括多排导叶，其将工作气体引导至涡轮机叶片的翼型部分。工作气体行进通过涡轮机区段，使涡轮机叶片旋转，从而转动转子。转子还附接到压缩机区段，从而转动压缩机以及用于发电的发电机。通过将流过燃烧区段的气体加热到与实际应用一样高的温度来实现燃气轮机的高效率。然而，热气体可能使各种金属涡轮机部件，如燃烧器、过渡管、导叶、环形段以及在流过涡轮机时所经过的涡轮机叶片退化。

出于这个原因，已经开发了保护涡轮机部件免受极端温度影响的策略，诸如开发和选择适于承受这些极端温度的高温材料和在操作期间保持部件充分冷却的冷却策略。一种这样的策略包括将热障涂层(Thermal barrier coating，简称TBC)沉积到部件的衬底表面上以减少到衬底的热流，并因此降低下面的衬底的暴露温度。因此，TBC必须在高温服务环境中具有高耐久性。然而，随着发动机工作温度的升高，污染物组合物和TBC之间的化学和机械相互作用变得更具侵蚀性。例如，熔融的污染物组合物可以与TBC反应或者可以渗入其孔和开口中，从而引发和传播裂缝，并从而引起TBC材料的分层和损耗。

特别地，钙、镁、铝、硅、钛及其混合物的氧化物可以结合以形成称为CMAS(Ca-Mg-Al-SiO)的污染物组合物。CMAS污染物组合物可与发动机部件上的TBC结合以形成低熔点共晶体并腐蚀性地破坏TBC。这些熔融的污染物组合物可以渗入TBC的孔，并且在冷却时，熔融的材料可能固化为沉积物。无论是否与其他CMAS成分结合，发动机中的铁和镍氧化物也会在TBC上形成有害沉积物并导致TBC失效。沉积物可以为CMAS组合物、富含镍和/或铁的氧化物或其组合，从而形成低熔点共晶体。当发生这种情况时，可能在TBC中引发和传播裂缝，并且TBC的应变顺应性可能降低，从而增加散裂的风险并丧失TBC的热保护性能。

已经提出了许多用于保护TBC免受CMAS相关损伤等的涂层溶液。通常，这些保护层或涂层被描述为对CMAS是不可渗透的、牺牲性的或不润湿的。不可渗透的涂层通常表征为抑制熔融的CMAS的渗透。牺牲涂层与CMAS反应以增加CMAS的熔融温度和粘度，从而抑制改性CMAS渗入到相关的TBC中。非润湿涂层降低了固体TBC和与其接触的熔融CMAS之间的吸引力，以减少CMAS渗入TBC中。对于示例性保护涂层系统，参见美国专利号6,720,038；6,627,323；6,465,090；5,914,189；5,871,820；5,773,141；以及5,660,885。

发明内容

在本发明的一个方面，高温涂层系统包括：热障涂层；以及热障涂层上的热稳定的抗沉积保护层。

在本发明的另一方面，一种部件包括：衬底；衬底上的热障涂层；以及热障涂层上的热稳定的抗沉积保护层。

附图说明

参考以下附图、描述和权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。

借助于附图更详细地示出了本发明。附图示出了优选的配置，但并不限制本发明的范围。