[发明专利]高温部件的磨蚀/腐蚀防护涂层

说明书

本发明涉及一种制品以及涉及一种防护该制品免受磨蚀和腐蚀侵蚀的方法，所述侵蚀包括在高温下的颗粒冲击损伤。

US4,055,705(授于Stecura等人)，4,321,310(授于Ulion等人)和4,321,311(授于Strangman)中公开了用于镍基或钴基高温合金制的气轮机部件的涂层体系。上述专利中所公开的涂层体系包括位于粘合层或粘合涂层上的陶瓷隔热层，该隔热层具有柱状晶粒的组织结构。所述粘合层或粘合涂层依次位于基体上并将该隔热层粘合于该基体上。该粘合层或粘合涂层是由MCrAlY型合金制成，即含铬、铝和稀土金属(如钆)的、以铁、钴和镍中至少一种元素为基的合金。其它元素也可含在MCrAlY合金中，下面给出例子。该粘合层的一个重要特征是在MCrAlY合金表面形成薄的氧化铝层来粘结该隔热层。

授予Duderstadt等人的US5,238,752公开了一种用于汽轮机部件的涂层体系，它也包括陶瓷隔热层和将该隔热层粘合于该基体上的粘合层或粘合涂层。该粘合层由金属间铝化物组成，特别是镍铝化物或铂铝化物。界面层也具有用于粘结隔热层的薄氧化铝层。

授于Ulion等人的US5,262,245公开了一种通过省去粘合层而试图简化包括隔热层的用于汽轮机部件的涂层体系的研究结果。为此，公开了一种高温合金的成分，它可用于制造汽轮机部件基体并且通过合适的处理能在其外表面形成氧化铝层。该氧化铝层用于直接将陶瓷隔热层粘结在该基体上，省去了需要将特定的粘合层插入于基体和隔热层之间。

授予Giggins等人的US5,087,477公开了一种通过物理汽相蒸沉(PVD)将陶瓷隔热层沉积在汽轮机部件上的方法，该方法包括用电子束蒸发形成隔热层的化合物并于部件处建立一种具有控制氧含量的气氛来接受该隔热层。

授予Czech等人的US5,154,885，5,268,238，5,273,712和5,401,307公开了用于汽轮机部件的增强的涂层体系，包括MCrAlY合金保护涂层。公开的MCrAlY合金具有严格平衡的化学成分以得到特别好的耐腐蚀性和抗氧化性，以及特别好的与用作基体的高温合金的性能间的相配性(机械性能、化学性能)。该MCrAlY合金是镍基和/或钴基的。也讨论了其它元素的加入，特别是硅和铼。已表明了铼是特别有利的添加元素。也表明所有MCrAlY合金非常适合作为粘合层用于粘结隔热层，特别是在下面公开的本发明范围之内。

在由W.Dienst著的《高温材料》一书(WerkstofftechnicheVerlagesgesellschaft mbH，Karlsruhe，DE，1978)中，公开了用于高温合金的抗氧化涂层，见第6章第92页。特别是，铝化物涂层可用于镍或钴合金，而硅化物涂层可用于钒、钼、钨、铌或钽合金。硅化物涂层可基本上由VSi₂、MoSi₂或WSi₂组成；也考虑到(Cr；Ti；Nb)Si₂和(Cr，Ti，Ta)Si₂，特别是对于铌和钽合金。可以通过包埋烧结工艺随后进行扩散回火而将硅化物层涂于基体上。

如同现有技术中广泛讨论的那样，高温下遭受腐蚀物质侵蚀(包括由氧化物质或其它腐蚀性化学品的侵蚀)的如汽轮机部件那样的制品也常常会被磨蚀。对于暴露于热气流中的汽轮机部件尤为如此，该热气流可能携带固体颗粒如分布其中的灰尘颗粒，并使汽轮机部件遭受这些颗粒引起的磨蚀。

所述金属保护层于使用温度下本质上是相当韧性的并且在这种磨蚀侵蚀下不是太易损坏。如果这种保护层受到颗粒的冲击，颗粒会粘附在该涂层上，甚至可能会由此而变形，但不太可能使基体产生裂纹或甚至产生散裂。

对于在汽轮机部件表面形成的并且遭受磨蚀侵蚀的陶瓷隔热层来说情况就完全不同了。由于陶瓷本质是脆性的，如果陶瓷涂层遭受颗粒的碰撞或冲击则必须考虑产生裂纹和散裂，所述颗粒是随热气流沿部件吹过时冲击或碰撞涂层的。

最需要考虑的是部件表面区域内增加的磨蚀侵蚀，下文中将该区域定义为“危险区域”，该区域在或大或小程度上横向暴露于吹过的热气流。对于汽轮机的翼面部件来说，该翼面部件包括用于固定该部件的固定部分和遭受汽轮机中热气流的翼面部分，其危险区域包括翼面部分的导向边，该导向边由吹过该部件的气流所确定。