專利名稱：多層制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總體而言，本發(fā)明涉及涂覆制品。具體而言，本發(fā)明概括地涉及以渦輪機部件形式的涂覆制品。此外，本發(fā)明概括地涉及其中涂層為渦輪機部件提供抗腐蝕和防粘著性的以渦輪機部件形式的涂覆制品。
背景技術(shù)：
腐蝕可以在諸如但不限于燃?xì)鉁u輪機動葉和噴嘴的渦輪機部件中和其上產(chǎn)生。當(dāng)燃燒含有過量釩(V)的成灰燃料達到含釩灰分會引起這些元件上的腐蝕的程度時，腐蝕會變得明顯。燃料未必一定包含釩，而是燃燒并形成帶有灰分的燃燒氣體的任何燃料。燃燒含有高含量V( > IOOppm)的重燃油(HFO)的燃?xì)鉁u輪機可能易于受到產(chǎn)生的灰分的沖擊和腐蝕，其歸因于釩和被加到這些燃料中以便抑制腐蝕的鎂抑制劑的反應(yīng)。 這些灰分顆粒的沖擊及其腐蝕作用可導(dǎo)致渦輪機部件材料損失，可能影響渦輪機部件的完整。在一些情況下，渦輪機部件可具有被施用以求保護渦輪機部件免受氧化的涂層；然而， 這些涂層中的一些可能不足以抵抗灰分的沖擊和腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
簡言之，根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種制品包括第一外層；第二中間層；和底材。第二中間層在第二界面接觸第一外層且在第一界面接觸底材；另外，第一外層包含 Al203-Ti02。第二中間層包含功能梯度材料，所述功能梯度材料包含如下組成緊鄰第一界面基本不含Al2O3-TW2且在第二界面具有其量基本等于第一外層的Al203-Ti02。簡言之，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制品包括第一外層；第二中間層；和底材。 第二中間層在第二界面接觸第一外層且在第一界面接觸底材；且第一外層包含Al2O3-TiO215 第二中間層包含釔穩(wěn)定的氧化鋯。簡言之，根據(jù)本發(fā)明的再一方面，一種制品包括第一層和底材。第一層包含 NiCr-Cr2C3材料，其中所述NiCr-Cr2C3材料提供抗腐蝕和防粘著性。


在參考附圖閱讀以下詳述時將更加透徹地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)勢，在整個附圖中相同的符號表示相同部件，其中圖1為如本發(fā)明涵蓋的示例性涂層的示意圖；圖2為如本發(fā)明涵蓋的另一示例性涂層的示意圖；且(層1應(yīng)當(dāng)包括150)圖3為如本發(fā)明涵蓋的另一示例性涂層的示意圖。(層1應(yīng)當(dāng)包括NiCr-Cr2C3)
具體實施例方式下文將描述本發(fā)明的一個或多個具體實施方案。為了提供這些實施方案的簡潔描述，在本說明書中可能沒有描述出實際實施的所有特征。應(yīng)該理解的是，在任何這類實際實施的開發(fā)過程中，如在任何工程和設(shè)計項目中，必須進行許多實施具體決斷以實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，諸如順從體系相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限制，在各實施之間這可能不同。此外，應(yīng)該理解的是，這一開發(fā)努力可能是復(fù)雜且耗時的，但無論如何對于受益于本公開的普通技術(shù)人員都將是設(shè)計、構(gòu)造和制造的常規(guī)任務(wù)。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然本文可使用術(shù)語第一、第二等來描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)該受到這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅僅是用來區(qū)別各元件。例如，在不脫離示例性實施方案的范圍的情況下，可將第一元件稱為第二元件，類似地，可將第二元件稱為第一元件。 如本文所用，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項目中一個或多個中的任何和所有組合。本文所用的術(shù)語只是用于描述特定實施方案，并非想要限制示例性實施方案。如本文中所用，除非上下文另外清楚地指明，否則單數(shù)形式“一”和“該”還包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語“包括”和/或“包含”當(dāng)在本文中使用時明確說明存在所陳述的特征、 整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或增加一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。本發(fā)明的一方面(舉例但決不限制本發(fā)明)在于提供表現(xiàn)出增強的抗腐蝕和/或抗沖擊性的涂層。如本發(fā)明所涵蓋，這些涂層提供給制品增強的抗腐蝕和/或抗沖擊涂層。 例如，如本發(fā)明涵蓋的制品可包括渦輪機部件。所述渦輪機部件可為燃?xì)鉁u輪機部件，諸如但不限于動葉、靜葉、噴嘴、襯里、燃?xì)鉁u輪機燃燒體系的部件、燃燒器、過渡件、槳葉或渦輪機(包括燃?xì)鉁u輪機)的任何其它熱氣路徑部件，本說明書將以非限制性方式參考本發(fā)明來提到渦輪機部件或“制品”。如本發(fā)明涵蓋的涂層提供增強的抗腐蝕和/或抗沖擊涂層，其可用于可使用重燃油(HFO)的渦輪機，其中這些重質(zhì)燃料機器中的V含量低于約IOOppm且通常在約20-約 60ppm范圍內(nèi)。因此，如本發(fā)明涵蓋的提供增強的抗腐蝕和/或抗沖擊性涂層的涂層可避免渦輪機部件可在正常間隔之前發(fā)生的過早整修。本發(fā)明的一方面提供在MCrAlY底材上的抗腐蝕陶瓷外涂層，其成為渦輪機部件的一部分。參考附圖，如本發(fā)明涵蓋的陶瓷涂層1(如在圖1、圖2和圖3中所示)通常將表現(xiàn)出與其所施用的底材100或金屬部件相媲美或更光滑的光滑度。所述底材可包括MCrAlY 渦輪機部件。如本發(fā)明涵蓋的陶瓷涂層1的光滑度在渦輪機部件的使用過程中可隨時間而被保持，因為與渦輪機部件的金屬底材和任何現(xiàn)有渦輪機部件涂層相比，該涂層具有抗腐蝕性。渦輪機部件的金屬底材100或任何現(xiàn)有渦輪機部件涂層100(圖2、開始可能比較光滑， 但隨著渦輪機部件的使用將變得比較粗糙且光滑性降低。渦輪機部件的使用導(dǎo)致渦輪機部件的光滑性質(zhì)因諸如但不限于灰分腐蝕的腐蝕而變粗糙。該腐蝕可導(dǎo)致渦輪機部件結(jié)垢更厲害。如本發(fā)明所涵蓋，在用于渦輪機的燃料的燃燒期間形成的諸如灰分粒子的粒子可以從已知硬陶瓷涂層彈回，而不是粘到涂層上。對于上述多層結(jié)構(gòu)，如本發(fā)明涵蓋的涂層1 可包含氧化鋁、氧化鋁-二氧化鈦、NiCr-Cr2C3和摻雜/稀土穩(wěn)定的氧化鋯中的至少一種。如本發(fā)明涵蓋的該陶瓷涂層可通過高速氣流等離子體噴槍用粒度在約5-約45微米范圍的原料粉末施用。預(yù)期這種方法將生成具有表面Ra為約100微英寸的光滑涂層。如本發(fā)明涵蓋的陶瓷涂層1的厚度在約0. 002-約0. 010英寸范圍，或為至少約10密耳、或約10密耳-約15密耳?？杀环Q作抗腐蝕抗粘著或第一外層300的陶瓷涂層1包括Al2O3-TW2涂層。第一外層300的TW2組成可在約0-約20%范圍變化、例如在約0-約 13%范圍內(nèi)。如本發(fā)明涵蓋的涂層包括第二中間層200或201。第二中間層200或201在第二界面接觸第一外層300且在第一界面接觸底材100。如圖1中所圖示，第二中間層201可作為功能梯度材料施用于底材/現(xiàn)有涂層上。 第二中間層201中的該功能梯度材料包括Al2O3-TiA涂層，其中TiA從基本約0到約20% 變化，例如在約0-約13%范圍內(nèi)，其中TiA是呈梯度的，即從在底材100處的第一界面的基本0到與第一外層的第二界面的約20%變化且例如在約0到約13%范圍內(nèi)?；蛘?，根據(jù)本發(fā)明的再一方面，第二中間層200可包含釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)材料，所述材料包含稀土元素。這些稀土元素可包含鉭(Ta)、鐿( )、鈰(Ce)和/或鈧(Sc) 中的至少一種。這些稀土元素可幫助第二中間層200更好地粘著。如本發(fā)明涵蓋的陶瓷涂層1能夠經(jīng)受住燃?xì)鉁u輪機的幾乎所有階段中經(jīng)歷的溫度和環(huán)境。如本發(fā)明涵蓋的陶瓷涂層1可具有至少一個第一外層且第二中間層包含粉末。所述粉末可作為具有在約5 μ m-約45 μ m范圍的直徑的粉末材料而提供。在本發(fā)明的再一方面，圖3圖示了適合在燃?xì)鉁u輪機的第2階段或更高溫度階段使用的如本發(fā)明涵蓋的涂層包含NiCr-Cr2C3。該涂層400具有在底材1和任何現(xiàn)有涂層 (在本發(fā)明的范圍內(nèi)的該實施方案中沒有加以說明)上的單層構(gòu)造。涂層400能夠經(jīng)受住燃?xì)鉁u輪機的所述第2和更高階段的溫度，該溫度比燃?xì)鉁u輪機的第1階段的溫度高。熱氣路徑部件諸如但不限于動葉、靜葉、噴嘴、襯里、燃?xì)鉁u輪機燃燒體系的部件、 燃燒器、過渡件、槳葉或可通過燃燒重燃油(HFO)操作的燃?xì)鉁u輪機的任何其它熱氣路徑部件。這些燃?xì)鉁u輪機用如本發(fā)明涵蓋的涂層1涂覆，且將保護渦輪機部件免受因渦輪機內(nèi)部產(chǎn)生的灰分/顆粒物質(zhì)引起的沖擊/腐蝕/結(jié)垢損害。如本發(fā)明涵蓋的涂層旨在用于燃燒含有高于約IOOppm的釩(V)含量的重燃油的燃?xì)鉁u輪機。就被抑制的V環(huán)境、抗灰分腐蝕性而言，選擇如本發(fā)明涵蓋的涂層1的化學(xué)為惰性的，且其可使用細(xì)粉末和高速氣流等離子體噴涂方法施用。因此，涂層1可在燃?xì)鉁u輪機的熱氣路徑中生成抵抗由灰分引起的結(jié)垢/粘著的致密光滑涂層。施用如本發(fā)明涵蓋的抗沖擊且抗粘著防腐蝕涂層1的優(yōu)勢在于延長熱氣路徑和燃?xì)鉁u輪機部件壽命。因此，這些部件可經(jīng)受得住預(yù)期修理間隔期。并且，如果燃?xì)鉁u輪機具備如本發(fā)明涵蓋的涂層1，則水洗除灰的頻率將降低，允許渦輪機操作或“正常運行時間” 更長，在這種情況下渦輪機可產(chǎn)生更多電力。本文公開的范圍包括端點在內(nèi)且可以組合(例如，“至多約25%重量或更特別地講約5%重量-約20%重量”的范圍包括“約5%重量-約25%重量”范圍的端點和所有中間值等”)?！敖M合”包括共混物、混合物、合金、反應(yīng)產(chǎn)物等。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等在本文中不表示任何順序、數(shù)量或重要性，而是用以區(qū)別各元件，且單數(shù)形式的術(shù)語在本文中并不表示數(shù)量的限制，而是表示存在至少一個所提及項目。結(jié)合數(shù)量使用的修飾語“約” 將所說明的值包括在內(nèi)且具有由上下文規(guī)定的含義(例如，包括與特定數(shù)量的測量相關(guān)的誤差度)。如本文所用的“(一種或多種)”包括單數(shù)和復(fù)數(shù)個其修飾的術(shù)語，由此包括一種或多種該術(shù)語(例如，(一種或多種)著色劑包括一種或多種著色劑)。貫穿本說明書提到 “一個實施方案”、“另一實施方案”、“實施方案”等是指結(jié)合實施方案描述的特定要素(例如特征、結(jié)構(gòu)和/或特性)包括在本文所述的至少一個實施方案中，且可存在于或可不存在于其它實施方案中。另外，應(yīng)理解所述要素在各種實施方案中可以任何合適的方式組合。
雖然在本文中僅說明并描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到許多修改和變化。因此，所附權(quán)利要求將涵蓋所有這類屬于本發(fā)明的真實精神內(nèi)的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種制品，其包括 第一外層(300)；第二中間層000，201)；和底材(100)；其中第二中間層(200，201)在第二界面接觸第一外層(300)且在第一界面接觸底材 (100)；第一外層(300)包含Al2O3-TW2且第二中間層(200，201)包含功能梯度材料，所述功能梯度材料包含如下組成緊鄰第一界面基本不含Al2O3-TiO2且在第二界面具有其量基本等于第一外層(300)的Al2O3-TiO215
2.權(quán)利要求1的制品，其中第一外層(300)包含Al2O3-TiO2，其中TW2的量為第一層的約 20%。
3.權(quán)利要求1的制品，其中第二中間層O00，201)的厚度至少為約10密耳。
4.權(quán)利要求1的制品，其中底材(100)包括MCrAlY渦輪機部件。
5.權(quán)利要求1的制品，其中底材(100)包括底層和在所述底層上的涂層。
6.一種制品，其包括 第一外層(300)；第二中間層000，201)；和底材(100)；其中第二中間層(200，201)在第二界面接觸第一外層(300)且在第一界面接觸底材 (100)；第一外層(300)包含Al2O3-TW2且第二中間層(200，201)包含釔穩(wěn)定的氧化鋯。
7.權(quán)利要求6的制品，其中第二中間層O00，201)的所述釔穩(wěn)定的氧化鋯進一步包含稀土摻雜成分。
8.權(quán)利要求6的制品，其中所述稀土摻雜成分包括鉭、鐿、鈰和鈧中的至少一種。
9.權(quán)利要求6的制品，其中底材(100)包括底層和在所述底層上的涂層。
10.一種制品，其包括 第一層；底材(100)；其中第一層包含NiCr-Cr2C3材料，所述NiCr-Cr2C3材料提供抗腐蝕和防粘著性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制品，所述制品包括第一外層(300)；第二中間層(200，201)；和底材(100)；其中第二中間層(200，201)在第二界面接觸第一外層(300)且在第一界面接觸底材(100)。第一外層(300)包含Al2O3-TiO2且第二中間層(200，201)包含功能梯度材料。所述功能梯度材料包含如下組成緊鄰第一界面基本不含Al2O3-TiO2且在第二界面具有其量基本等于第一外層(300)的Al2O3-TiO2。
文檔編號B32B33/00GK102205672SQ2011100659
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者D·索科洛夫, J·L·馬戈利斯, M·M·莫利耶, V·K·帕里克, 劉煜照 申請人:通用電氣公司