[发明专利]具有反应相涂层的带槽的陶瓷涂层及形成其的方法

说明书

提供一种涂覆的构件连同其形成的方法，该涂覆的构件包括带槽的陶瓷涂层，该陶瓷涂层具有设置在其上的反应相涂层，用于改进对环境污染物组合物的抵抗性。涂覆的构件可包括限定表面的基底、设置在基底的表面上的陶瓷涂层以及设置在环境污染物组合物层上的反应相涂层。陶瓷涂层包括设置在陶瓷涂层中的多个槽，其形成陶瓷涂层材料的节段。

技术领域

本发明的实施例大体上涉及陶瓷涂层(例如，热障涂层)，并涉及保护涂层，其对设置在用于涡轮机的构件(如燃气涡轮发动机)的热障涂层的顶部上的环境污染物组合物具有反应性。

背景技术

陶瓷涂层(并且更特别地，热障涂层(“TBC”))典型地用于在高温下操作或者暴露于高温的制品中。航空涡轮和陆基涡轮例如可包括由热障涂层保护的一个或更多个构件。在正常的操作条件下，涂覆的构件可易受各种类型的损害，包括侵蚀、氧化以及来自环境污染物的腐蚀。

随着燃烧气体的燃烧温度升高，燃气涡轮发动机的效率提高。当燃烧温度升高时，需要改进的涡轮构件的高温耐久性。镍和钴基超级合金材料现在广泛用于热气体流动路径中的构件，如燃烧器衬里和燃烧器过渡件，以及涡轮旋转叶片和固定叶片(定向凝固和单晶)。然而，甚至这些最新的超级合金也不能够胜任在有时可超过1400℃的温度下长期操作。在许多应用中，金属基底涂覆有TBC陶瓷绝热材料，以便降低构件的下置金属节段的使用温度。

燃气涡轮发动机中使用的TBC的应变耐受性通过使用由空气等离子喷涂(APS)方法产生的TBC内的贯穿厚度的小孔和裂缝以及由电子束物理气相沉积(EBPVD)方法产生的柱状TBC而得到提高。

燃气涡轮发动机的高压涡轮区段的气体温度在最近几年有所升高，并且因此陶瓷TBC变得越来越容易受到熔化沉积物的腐蚀，该熔化沉积物随着空气的摄入而吸入硅质颗粒(例如，灰尘、沙子、火山灰、碎屑)造成。即使当利用颗粒移除策略时，小直径颗粒仍然能够到达涡轮区段，在那里它们熔化，并且通过其相互连接的柱间小孔网络渗透。

更具体而言，环境污染物组合物(如含有钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)的一些组合的灰尘)经常被吸入到燃气涡轮发动机的热区段中。灰尘可沉积在发动机中的构件上，并且由于高的周围温度，可被熔化。对于涡轮构件而言，特别关注的环境污染物组合物为含有钙、镁、铝、硅以及它们的混合物的氧化物的那些；例如，由燃气涡轮发动机吸入的尘土、灰烬以及灰尘通常由此类化合物组成。这些氧化物通常结合以形成污染物组合物，其包含混合的钙-镁-铝-硅-氧化物体系(Ca-Mg-Al-Si-O)，在下文被称为“CMAS”。在高的涡轮操作温度下，这些环境污染物可粘附于热的热障涂层表面，并且因此引起对热障涂层的损坏。例如，CMAS可形成在涡轮的操作温度下为液体或被熔化的组合物。熔化的CMAS组合物可溶解热障涂层，或者可通过渗透涂层中的小孔、通道、裂缝或其它腔来填充其多孔结构。在冷却后，渗透的CMAS组合物凝固并降低涂层应变耐受性，因此引发并传播可引起涂层材料分层和剥落的裂缝。这可进一步导致提供给零件或构件的下置金属基底的热保护部分或完全丧失。此外，热障涂层的剥落可在金属基底中产生热点，导致构件过早失效。构件失效过早可导致计划外的维护以及零件更换，从而导致性能降低，并且操作和维修成本增加。

此外，随着CMAS渗透，TBC中生成的应力可引起涂层的早期剥落。TBC的剥落在金属基底中产生热点，导致构件寿命缩短。剥落继而导致计划外的维护以及零件更换，从而导致操作成本增加和维修成本增加。

TBC的日常维护包括剥离TBC材料，并且将TBC材料重新施加到构件上。此类操作需要发动机拆卸或构件剥离过程，使得新的TBC可施加到(多个)构件的表面上。此类拆卸过程致使发动机停机，导致长时间段无法工作。作为备选，用清洗剂和其它清洁剂冲洗发动机的内部构件可给发动机带来其它不希望的问题。

因此，一种改进的TBC涂覆的金属构件(特别是用于燃气涡轮发动机的构件)的设计，以及延长TBC涂层的寿命的工艺(尤其是用于燃气涡轮发动机的热区段构件的持续操作)在本领域中为合乎需要的。

发明内容