[发明专利]用于保护EBC和CMC层的涂层及其热喷涂方法

说明书

多层涂层布置包括在基材上的环境障涂层(EBC)；和在EBC上的至少一个致密的垂直裂纹(DVC)涂层。所述至少一个DVC层耐侵蚀、耐水蒸气腐蚀和耐钙‑镁‑铝‑硅酸盐(CMAS)。

相关申请的优先权

本申请要求2018年12月18日提交的美国临时申请No. 62/781,324的优先权，其公开内容整体并入本文作为参考。

背景技术

1.公开领域

实例实施方案涉及耐侵蚀、耐水蒸气腐蚀和耐钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)的多层陶瓷涂层，其保护可覆盖(overly)陶瓷基复合材料(CMC)基材的环境障涂层(EBC)。还公开了耐CMAS的多层陶瓷的涂覆方法。

2.背景信息

EBC有利于保护CMC免受氧化和其它水蒸气侵袭。在高温燃气涡轮发动机环境中(例如，最高达1600℃)，EBC可能会受到侵蚀、外来物损害、水蒸气腐蚀和CMAS侵袭。稀土硅酸盐(RE₂SiO₅或RE₂Si₂O₇)是EBC材料候选物的实例。然而，稀土硅酸盐在高温、高压蒸汽环境下，可能会因为与水蒸气反应而发生凹陷。此外，稀土硅酸盐体系不能保护EBC免受CMAS侵袭。CMAS的灰尘渗透以及CMAS与EBC之间的化学反应会导致EBC剥落(spall)，即分解成小薄片，这可能导致对下面的CMC层或基材的保护丧失。

钇稳定的氧化锆(YSZ)热障涂层已用于燃气涡轮发动机，并在燃烧环境中呈现出良好的耐水蒸气腐蚀性能。然而，YSZ涂层和层通常比较低CTE的CMC层具有更大的热膨胀系数(CTE)，例如在 ~10x10^-6/℃范围内，通常具有~4x10^-6/℃的CTE。因此，耐应变涂层微观结构有利于在EBC/CMC上施加YSZ基涂层。

发明内容

鉴于上述问题和缺点，需要改进EBC/CMC涂覆体系的耐侵蚀、耐水蒸气腐蚀和耐CMAS性。实例实施方案包括用于保护EBC/CMC涂覆体系的耐侵蚀、耐水蒸气腐蚀和耐CMAS的陶瓷面漆。还公开了涂覆方法。

实例实施方案包括多层涂层布置，其包括在基材上的EBC；和在EBC上的至少一个致密的垂直裂纹(DVC)涂层，所述至少一个DVC层耐侵蚀、耐水蒸气腐蚀和耐CMAS。

本公开通过其各个方面、实施方案和/或特定特征或子组件中的一个或多个，尤其提供了包括耐侵蚀、耐水蒸气腐蚀和耐CMAS的DVC面漆的多层涂层，所述多层涂层被涂覆到EBC上。在实例实施方案中，所述多层涂层不需要中间层，例如在DVC面漆和EBC之间的一个或多个多孔的垂直裂纹(PVC)中间涂层，以减轻DVC面漆与EBC之间的CTE差异。在其它实例实施方案中，至少部分地由于高耐应变DVC层的存在，不需要中间PVC涂层来减轻DVC面漆与EBC之间的CTE差异。

实例实施方案包括涂覆体系，其中首先将一个或多个EBC层施加到CMC基材上。随后，将一个或多个耐侵蚀、耐水蒸气腐蚀和耐CMAS的致密垂直裂纹(DVC)涂层作为顶层施加或沉积在一个或多个EBC层上。

在实例实施方案中，DVC层的孔隙率可以小于5%，且DVC层内的裂纹可以部分地延伸穿过DVC层的厚度，即穿过小于50%的厚度，或穿过约50%的DVC层厚度，并且甚至可以延伸穿过DVC层的整个厚度。在实施方案中，裂纹可以是基本上垂直的裂纹并且可以在每英寸20至200个裂纹的密度范围内。

根据实例实施方案，EBC/CMC组件的使用寿命可以通过DVC顶层的存在而延长，这延长并改善了包括EBC/CMC组件的机器或发动机的工作寿命。