用于超合金的三相粘合涂层涂料体系的制作方法

本发明包括涉及一种用于超合金的涂料组合物和涂料体系的实施例。更具体来说，本发明包括涉及在镍基超合金基体上采用镍基三相γ、γ'、β涂料组合物的涂料体系的实施例。

超合金部件通常用于各种应用中，包括例如飞机发动机、燃气涡轮机和船用涡轮机工业。通常，超合金部件的质量对于它们的成功运作是必不可少的，其可涉及在恶劣的热环境中(例如，在燃气涡轮发动机中)的操作。因此，易受损坏的某些超合金部件视情况由一个或多个涂层(例如，粘合涂层)保护，这些涂层用于帮助保持超合金部件的质量。然而，迄今为止，采用粘合涂层的涂料体系通常具有不太理想的属性，例如基体相容性和热障涂层(tbc)剥落寿命。因此，需要一种允许改善整体超合金部件性能的改进涂料体系。

尽管已经论述了传统技术的某些方面以促进本发明的公开内容，但是申请人绝不否认这些技术方面，并且应设想，要求保护的发明可以包含本说明书所论述的传统技术方面中的一个或多个。

在本说明书中，在参考或论述文献、法规或知识项时，本参考或论述并不是承认文件、法规或知识项或其任何组合在优先权日期时是公开可用的，向公众公开，部分公知常识，或根据适用的法律规定以其他方式构成现有技术；或者已知与尝试解决同本说明书有关的任何问题相关。

技术实现要素：

简而言之，本发明的实施例满足改进的整体tbc粘合涂层基体性能的需要。

更具体来说，本发明的实施例提供涂料组合物和采用所述涂料组合物的涂料体系，所述涂料组合物和涂料体系保护可能用于例如恶劣的热环境的镍基超合金基体(例如，涡轮机、燃烧室和燃气涡轮发动机的增强器部件)。

本发明的实施例可解决上文论述的本领域的一个或多个问题和缺陷。然而，应设想，本发明可用于解决许多技术领域中的其他问题和缺陷。因此，要求保护的本发明不应必须被解释为限于解决本说明书所论述的任何特定问题或缺陷。

本发明公开的涂料组合物、涂料体系和方法的某些实施例具有若干特征，其中没有一个单一特征单独负责它们的期望属性。不限于如所附权利要求书所定义的涂料组合物、涂料体系和方法，现将简要论述它们更突出的特征。在考虑此论述之后，特别是在阅读了本说明书中标题为“具体实施方式”的部分之后，将理解本说明书公开的各种实施例的特征如何提供优于现有技术的许多优点。这些优点可包括但不限于提供改进的涂料组合物和涂料体系，以及提供可受益于尤其是改善的循环氧化寿命或热障涂层(tbc)剥落性能(由直至发生tbc剥落或分离的暴露长度来限定)的改进制品。

在一方面，本发明提供一种镍基金属涂料组合物，所述镍基金属涂料组合物包含：

-2-12重量％(wt％)钴；

-4-8重量％铬；

-8-25重量％铝；

-5-10重量％钽；和

-35-81重量％镍，

所述涂料组合物包含三相γ、γ'、β微结构，其中涂料组合物的至少5体积％存在于β相中，并且剩余者存在于γ相和γ'相中。

在第二方面，本发明提供一种基体上的涂料体系，所述涂料体系包含：

-镍基超合金基体；和

-安置在所述基体上的镍基金属涂料组合物，所述涂料组合物包含：

-2-12重量％钴；

-4-8重量％铬；

-8-25重量％铝；

-5-10重量％钽；和

-35-81重量％镍，

所述涂料组合物包含三相γ、γ'、β微结构，其中涂料组合物的至少5体积％存在于β相中，并且剩余者存在于γ相和γ'相中。

在第三方面，本发明提供了一种用于改善包含镍基超合金基体的制品的循环氧化寿命或tbc剥落性能的方法，所述方法包含用镍基金属涂料组合物涂覆基体的至少一部分，所述镍基金属涂料组合物包含：

-2-12重量％钴；

-4-8重量％铬；

-8-25重量％铝；

-5-10重量％钽；和

-35-81重量％镍，

所述涂料组合物包含三相γ、γ'、β微结构，其中涂料组合物的至少5体积％存在于β相中，并且剩余者存在于γ相和γ'相中。

通过结合所附权利要求和附图阅读以下对本发明各方面的详细描述，可以清楚地了解本发明的这些和其他特征和优势。

附图说明

图1是高压涡轮叶片的透视图。

图2示出了根据本发明的实施例的涂料体系。

图3是图1的叶片的一部分沿线2-2的横截面视图，并且示出了根据本发明的实施例的涂料体系。

图4是示出根据本发明的实施例的涂料体系的fct循环测试结果的图表。

图5是示出本发明的实施例(bc5x)和比较实例n5基体以及β-nial粘合涂层在100-1300℃之间的温度范围内的真实cte的图表。

具体实施方式

本发明的实施例整体涉及涂料组合物，涉及在镍基超合金基体上包含涂料组合物的涂料体系，以及涉及与涂料组合物和涂料体系相关的方法。

尽管本发明易于呈许多不同形式的实施例，但是示出和描述了本发明的某些实施例。然而，应理解，本公开内容被认为是本发明原理的范例，并不意图将本发明限制于所示实施例。

本发明的涂料组合物和涂料体系的实施例可用于例如保护在以相对高的温度为特征的环境中操作并且因此可能经受严重的热应力和热循环的部件。此类部件的显著非限制性实例包括高压和低压涡轮喷嘴和燃气涡轮发动机的叶片、护罩、燃烧器衬套和增强器硬件。一个此类实例是图1所示的高压涡轮叶片10。叶片10通常包括翼型件12，在燃气涡轮发动机的运行期间，热燃烧气体被引导到所述翼型件，并且所述翼型件的表面因此受到氧化、腐蚀和侵蚀的严重攻击。翼型件12使用形成在叶片10的根部区段16上的燕尾榫14锚固到涡轮盘(未示出)。尽管可参考图1中所示的高压涡轮叶片10描述本发明的实施例和优点，但是本发明的教示通常适用于这样的任何镍基部件，在所述镍基部件上可使用涂料体系来保护部件免受其环境影响。

图2描绘了根据本发明的实施例的涂料体系11。涂料体系11包含镍基超合金基体22(其在所示实施例中为图1中所示的叶片10)和涂料组合物24。

涂料组合物24是镍基金属涂料组合物，所述镍基金属涂料组合物包含：

-2-12重量％钴(co)；

-4-8重量％铬(cr)；

-8-25重量％铝(al)；

-5-10重量％钽(ta)；和

-35-81重量％镍(ni)，

所述涂料组合物包含三相γ(ni)、γ'(例如，ni3al)、β(例如，nial)微结构，其中涂料组合物的至少5体积％存在于β相中，并且剩余者存在于γ相和γ'相中。

如上所述，涂料组合物24包含：

2-12重量％钴(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，9-11重量％、7-8重量％等)；

4-8重量％铬(例如，4、5、6、7或8重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，5-7重量％)；

8-25重量％铝(例如，8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24或25重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，9-16重量％)；

5-10重量％钽(例如，5、6、7、8、9或10重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，5-7重量％)；和

35-81重量％镍(例如，35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80或81重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，54-72重量％)。

在一些实施例中，涂料组合物24包含9-11重量％钴；5-7重量％铬；9-16重量％铝；5-8重量％钽；和54-72重量％镍。

涂料组合物24包含三相γ、γ'、β微结构，其中涂料组合物的至少5体积％存在于β相中，并且剩余者存在于γ相和γ'相中。换句话说，涂料组合物24具有包括至少γ、γ'和β(至少5体积％)相超合金的微结构。在一些实施例中，一个或多个附加相(例如，碳化物相)可以存在于涂料组合物24的微结构中。在一些实施例中，涂料组合物24的微结构的至少95％由γ、γ'和β相组成。在一些实施例中，涂料组合物24的微结构的至少98％由γ、γ'和β相组成。在一些实施例中，涂料组合物24的微结构由γ、γ'和β相超合金组成。

在一些实施例中，涂料组合物24的5-60体积％(例如，5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59或60体积％)存在于β(beta)相中(例如，nial)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，20-45体积％)。

在一些实施例中，涂料组合物24包含三相γ、γ'、β微结构，其中：

涂料组合物的5-35体积％(例如，5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34或35体积％)存在于γ(gamma)相中(例如，ni)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，5-30体积％)；

涂料组合物的25-70体积％(例如，25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69或70体积％)存在于γ’(gamma-prime)相中(例如，ni3al)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，30-50体积％)；和

涂料组合物的5-60体积％(例如，5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59或60体积％)存在于β(beta)相中(例如，nial)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，20-45体积％)。

在一些实施例中，涂料组合物24包含这样的微结构，在所述微结构中：涂料组合物24的5-30体积％存在于γ相中；涂料组合物24的30-50体积％存在于γ'相中；和涂料组合物24的20-45体积％存在于β相中。

在一些实施例中，涂料组合物24包含0.01至2重量％(例如，0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2.0重量％)的铪、硅、锆或其组合，包括其中的任何和所有范围和子范围。

铂族金属(pgm)是化学、物理和结构上相似的六种过渡金属元素(铱(ir)、锇(os)、钯(pd)、铂(pt)、铑(rh)、钌(ru))。尽管本发明的涂料组合物24的一些实施例包含一种或多种pgm，但申请人意外地发现，即使省略pgm，本发明的组合物也能够改善保护(例如，改善循环氧化寿命或tbc剥落性能)。因此，在一些实施例中，涂料组合物24不包含铂族金属。

在一些实施例中，涂料组合物24包含铂。例如，在一些实施例中，涂料组合物24包含0.1至15重量％(例如，0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9、14.0、14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9或15.0重量％)铂，包括其中的任何和所有范围和子范围。在其他实施例中，涂料组合物24不包含铂。

在一些实施例中，涂料体系11包含一种或多种pgm。在其他实施例中，涂料体系11不包含pgm。

在一些实施例中，涂料体系11包含铂。在其他实施例中，涂料体系11不包含铂。

在各实施例中，涂料组合物24用于在暴露于氧化环境时在环境上保护基体22，并提供铝储库，如图3所示氧化铝表面层(氧化铝结瘤)28从所述铝储库生长以促进tbc26的粘附。涂料组合物24可以以任何本领域可接受的方式沉积。本领域普通技术人员将理解，所需的沉积/形成方式可取决于涂料组合物24的组成而变化。例如，在一些实施例中，使用单步骤或多步骤沉积工艺涂覆涂料组合物24，需要或无需后续热处理。

在本发明的一些实施例中，涂料组合物24可以通过本领域通常使用的方法形成(沉积)，例如等离子喷涂、化学气相沉积、阴极电弧沉积、高速喷涂、热喷涂或本领域技术人员使用的任何其他工艺。

在一些实施例中，在形成之后，随后在1800-2200°f下热处理涂料组合物24以实现3相γ、γ’、β微结构。

在一些实施例中，涂料组合物24具有10至约500μm的平均厚度(例如，10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、127、128、129、130、131、132、133、134、135、136、137、138、139、140、141、142、143、144、145、146、147、148、149、150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195、196、197、198、199、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490或500μm)，包括其中的任何和所有范围和子范围。发现此类实施例足以保护下层基体22，并且在需要时提供足够的铝供应以形成氧化铝结瘤28。

在一些实施例中，涂料组合物24具有约15至约400微米的平均厚度。

在一些实施例中，涂料组合物24具有约20至约50微米的平均厚度。

在一些实施例中，涂料组合物24中的特定元素如铬(cr)和钽(ta)被优化以匹配特定镍基超合金基体22中的化学势。这样做是为了使涂料组合物24与镍基超合金基体22之间的特定元素(例如，cr或ta)的扩散最小化。

铝是涂料组合物24的抗氧化和耐腐蚀性的主要贡献者之一。氧化铝(al2o3)的形成为涂料组合物24和镍基高温合金基体22提供了抗氧化和耐腐蚀性以免进一步暴露于恶劣环境。因此，本发明的各实施例优化涂料组合物24中的铝含量。在涂料组合物24的一些实施例中，铝含量在涂料组合物24中最大化，同时保持三相γ、γ’、β微结构具有所需的γ、γ’、β体积分数。

在各实施例中，仔细设计涂料组合物24中每种元素的浓度以使抗氧化和耐腐蚀性(例如，铝或钴含量)最大化并使涂料组合物24和镍基超合金基体22之间的相互扩散最小化。

涂料组合物24的微结构中所有三相(γ、γ’、β)的存在优化了对环境(例如，氧化和腐蚀)攻击的耐受性以及对热循环的耐受性(例如，tbc剥落寿命)。涂料组合物24中存在β和(在一定程度上)γ’相改善了涂层的抗氧化性和耐腐蚀性。而涂料组合物24中的γ和γ’相改善了微结构稳定性和与镍基超合金基体22的相容性。

具有三相γ、γ’、β微结构的粘合涂层导致基体与粘合涂层之间的热膨胀系数(cte)不匹配减少。图5是示出本发明的实施例(bc5x，下文详细描述)、n5基体以及单相β-nial(不含铂)粘合涂层在100-1300℃之间的温度范围内的真实cte的图表。bc5x示例性实施例粘合涂层与基体的更好相容性和更高强度导致在暴露期间粘合涂层更少起褶皱，并且改善氧化物/tbc界面处的粘附，从而增加其对热循环的耐受性。

涂料体系11的镍基超合金基体22可具有需要本发明涂料组合物和体系的实施例所提供的益处的任何镍基超合金子组分组合物。这些基体的选择在本领域普通技术人员的能力范围内。

在一些实施例中，镍基超合金基体22包含选自单晶超合金、定向凝固的超合金和多晶超合金的材料。

如本文所用的“单晶超合金”包括形成为单晶使得在材料中通常不存在大角度晶界的合金。

本文所用的“定向凝固的超合金”包括具有柱状晶粒结构的合金，其中在凝固过程中产生的晶界平行于生长方向对准。

本文所用的“多晶超合金”包括具有随机取向等轴晶粒结构的合金，包括粉末加工合金。

在一些实施例中，镍基超合金基体22包含大部分镍。例如，在一些实施例中，镍基超合金基体22包含50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79或80重量％镍，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，50-80重量％等)。

在一些实施例中，除镍之外，镍基超合金基体22包含选自钴、铬、钼、钨、铼、铝、钽、铪、铌、钛、钌、碳、硼硅和锆的一种或多种元素。

在一些实施例中，镍基超合金基体22包含：

3-20重量％钴(例如，3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9、14.0、14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、15.0、16.1、16.2、16.3、16.4、16.5、16.6、16.7、16.8、16.9、17.0、17.1、17.2、17.3、17.4、17.5、17.6、17.7、17.8、17.9、18.0、18.1、18.2、18.3、18.4、18.5、18.6、18.7、18.8、18.9、19.0、19.1、19.2、19.3、19.4、19.5、19.6、19.7、19.8、19.9或20.0重量％)，包括其中的任何和所有范围以及子范围(例如，3-17重量％、5-15重量％、7-8重量％、8-11重量％)；

2-22重量％铬(例如，2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9、14.0、14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、15.0、16.1、16.2、16.3、16.4、16.5、16.6、16.7、16.8、16.9、17.0、17.1、17.2、17.3、17.4、17.5、17.6、17.7、17.8、17.9、18.0、18.1、18.2、18.3、18.4、18.5、18.6、18.7、18.8、18.9、19.0、19.1、19.2、19.3、19.4、19.5、19.6、19.7、19.8、19.9、20.0、20.1、20.2、20.3、20.4、20.5、20.6、20.7、20.8、20.9、21.0、21.1、21.2、21.3、21.4、21.5、21.6、21.7、21.8、21.9或22.0重量％)，包括其中的任何和所有范围以及子范围(例如，2-14重量％、5-10重量％、6.5-7.5重量％)；

0-4重量％钼(例如，0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或4.0重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，0-3重量％、0.5-2.5重量％、1-2重量％)；

0-10重量％钨(例如，0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9或10.0重量％)，包括其中的任何和所有范围以及子范围(例如，3-10重量％、4-8重量％、4.5-5.5重量％)；

0-6重量％铼(例如，0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9或6.0重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，0.1-5.5重量％、2-4重量％、2.5-3.5重量％)；

2-8重量％铝(例如，2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9或8.0重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，4-8重量％、6-7重量％)；

0-10重量％钽(例如，0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9或10.0重量％)，包括其中的任何和所有范围以及子范围(例如，3-10重量％、6-7重量％)；

0-2重量％铪(例如，0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2.0重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，0-1.7重量％、0.1-0.6重量％)；

0-5重量％铌(例如，0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，0-1重量％)；

0-4重量％钛(例如，0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或4.0重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，0-3.5重量％)；

0-5重量％钌(例如，0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0重量％)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如，0-4.5重量％)；和

其余为镍。

在一些实施例中，本发明的涂料体系11另外包含一个或多个其他层。例如，图3描绘了图1的叶片的一部分沿线2-2的横截面视图，并且示出了根据本发明的实施例的涂料体系11'。除了镍基超合金基体22和涂料组合物24之外，涂料体系11'还包含热障涂层(tbc)26和任选的氧化铝表面层28。在图3中，陶瓷层(tbc)26用涂料组合物24粘合到叶片基体22上，所述涂料组合物在所示实施例中用作tbc26的粘合涂层。

在存在的情况下，tbc26可以任何本领域可接受的方式沉积。例如，在一些实施例中，通过热喷涂工艺或物理气相沉积(pvd)来沉积，诸如通过电子束物理气相沉积(ebpvd)来沉积。在各实施例中，tbc26包含陶瓷材料，例如，氧化钇稳定的氧化锆(ysz)(例如，包含约3至约20重量％氧化钇的材料(3-20％ysz))。在一些实施例中，tbc26包含氧化钇、不稳定的氧化锆和/或由其他氧化物稳定的氧化锆。用于tbc26的显著替代材料包括配制成具有比7％ysz低的导热系数(低k)的那些材料，所述材料的显著实例在以下专利文件中公开：同是本申请人为受让人的rigney等人的美国专利第6,586,115号，bruce等人的美国专利第6,686,060号，darolia等人的美国专利第6,808,799号，bruce等人的美国专利第6,890,668号，和bruce的美国专利第7,060,365号，和rickerby的美国专利第6,025,078号。用于tbc26的其他合适的陶瓷材料包括那些抵抗剥落避免受到诸如cmas(氧化钙、氧化镁、氧化铝和二氧化硅的共晶)之类的化合物污染的材料。例如，tbc26可以由能够与熔融的cmas相互作用以形成熔融温度显著高于cmas的化合物的材料形成，使得cmas与所述材料的反应产物不会熔融并渗入tbc。抗cmas涂层的实例包括氧化铝、含氧化铝的ysz和氧化铪基陶瓷，所述实例在同是本申请人为受让人的美国专利第5,660,885号、第5,683,825号、第5,871,820号、第5,914,189号、第6,627,323号、第6,720,038号和第6,890,668号中公开，所述专利的关于抗cmas涂覆材料的公开内容在此以引用的方式并入本文。用于tbc的其他潜在陶瓷材料包括配制成具有优于7％ysz的抗蚀性和/或抗冲击性的那些材料。这些材料的实例包括上述抗cmas材料中的某些，特别是美国专利第5,683,825号和第6,720,038号中报告的氧化铝。其他抗蚀和抗冲击组合物包括在同是本申请人为受让人的美国专利第6,982,126号和同是本申请人为受让人的美国专利申请案第10/708,020号中公开的孔隙率降低的ysz，在同是本申请人为受让人的美国专利申请案第10/708,020号中公开的完全稳定的氧化锆(例如，大于17％的ysz)，以及化学改性氧化锆基陶瓷。将tbc26沉积到足以为下层的基体22和叶片10提供所需热保护的厚度。例如，在一些实施例中，tbc26具有约75至300μm量级的厚度(例如，75、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290或300μm)，包括其中的任何和所有范围和子范围)。

在一个方面，本发明提供一种制品，所述制品包含上述涂料组合物或涂料体系。

在一些实施例中，(例如，图1的涡轮叶片10)，所述制品是燃气涡轮机部件。

在另一方面，本发明提供了保护镍基超合金基体的方法，所述方法包含用上述涂料组合物24涂覆基体的至少一部分。

在一些实施例中，本发明提供了一种用于改善包含镍基超合金基体的制品的循环氧化寿命或tbc剥落性能的方法，所述方法包含用镍基金属涂料组合物24涂覆基体的至少一部分。

本发明的数个实施例在以下示例中描述。

示例

在n5超合金基体上制备表i的涂料组合物，从而形成根据本发明的非限制性实施例的涂料体系。

在示例1中，通过阴极电弧沉积技术沉积bc5x涂层。后续的热处理在1850-2000°f之间进行，以将三相微结构设定为约14体积％γ，51体积％γ’和35体积％β。

对于比较示例，根据us5,658,614，通过镀铂和铝化处理扩散铝化物涂层β-(ni,pt)al。比较示例是单相β-(ni,pt)al粘合涂层。其平均组成(仅主要元素——其他元素如co、ta等在涂层形成过程中由于扩散而存在于粘合涂层中)列于表i中。

表i

随后通过eb-pvd方法用部分稳定的氧化锆涂覆示例性粘合涂层的组合物，以直接在所述粘合涂层上形成热障层(tbc)。后续炉循环测试(fct)在2125°f进行，以评估涂料体系的循环行为耐久性。样品在2125°f与室温(25°f)之间循环，直到检测到显著的tbc剥落。图4是示出根据本发明的实施例的bc5x涂料体系和比较性单相β-(ni,pt)al涂料体系的fct循环测试结果的图表。

使用目前最先进的β-(ni,pt)al涂层，大约四分之一的tbc在2125°f下约300个循环时剥落。而即使在1,000个循环之后，示例性实施例的涂层也未显示出tbc剥落。总之，比较性测试表明，示例性实施例的涂层提供了优于β-(ni,pt)al目前最先进的涂层超过3倍的改进。

本专利申请文件中所使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并不在于限制本发明。除非上下文另有明确指示，否则本说明书中所使用的单数形式“一(a、an)”和“所述”旨在还包括复数形式。应将进一步理解，术语“包含(comprise)”(和包含的任何形式，例如“包含(comprises)”和“包含(comprising)”)、“具有(have)”(和具有的任何形式，例如“具有(has)”和“具有(having)”)、“包括(include)”(和包括的任何形式，例如“包括(includes)”和“包括(including)”)以及“含有(contain)”(和含有的任何形式，例如“含有(contains)”和“含有(containing)”)是开放式连接动词。因此，“包含”、“具有”、“包括”或“含有”一个或多个步骤或元件的方法或制品拥有那些一个或多个步骤或元件，但不限于仅拥有那些一个或多个步骤或元件。同样，“包含”、“具有”、“包括”或“含有”一个或多个特征的方法步骤或制品元件拥有那些一个或多个特征，但不限于仅拥有那些一个或多个特征。此外，以某种方式配置的制品或结构至少以这种方式配置，但是也可以以未列出的方式配置。

本说明书所使用的术语“包含”和“包括”或其语法变体应被视为指定所述特征、整数、步骤或部件，但不排除添加一个或多个附加特征、整数、步骤、部件或其群组。此术语包括术语“由......组成”和“基本上由......组成”。

当在本说明书中使用时，短语“基本上由......组成”或其语法变体应被视为指定所述特征、整数、步骤或部件，但不排除添加一个或多个附加特征、整数、步骤、部件或其群组，但前提是附加特征、整数、步骤、部件或其群组不会实质上改变所要求保护的组合物、装置或方法的基本和新颖特点。

本说明书中引用的所有出版物均以引用方式并入到本文，如同每个单独的出版物被具体和单独地指出为以引用方式并入本文，如同在此完全阐述一样。

除非另有明确说明，否则通过引用并入的主题不被认为是对任何权利要求限制的替代。

在整个说明书中引用一个或多个范围的情况下，每个范围旨在为用于呈现信息的简写格式，其中该范围被理解为包含该范围内的每个离散点，如同在此完全阐述一样。

尽管本说明书已经描述和描绘了本发明的若干方面和实施例，但是本领域技术人员可以影响替代方面和实施例以实现相同的目的。因此，本公开和所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这些进一步和替代方面和实施例。

应了解，上述说明旨在说明而非限定。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此结合使用。此外，可以进行许多修改以使得特定情况或材料适用于多个实施例的教示，而不脱离这些实施例的范围。尽管本说明书中所述材料的大小和类型旨在定义多个实施例的参数，但是它们不以任何方式做出限定并且仅为示例性的。在查阅上述描述后，许多其他实施例将对所属领域的技术人员而言显而易见。因此，多个实施例的范围应相对于随附权利要求书以及这些权利要求的等效物的完整范围确定。在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(inwhich)”用作相应术语“包含(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等效词。此外，在随附权利要求书中，“第一”、“第二”、“第三”等术语仅用作标签，并不用于对相应对象做出数值要求。此外，随附权利要求书中的限制并非以装置加功能的方式撰写，并且并不旨在基于《美国法典》第35编第112条第六项来解释，除非且直到此类权利要求限制明确使用词语“装置用于”，后跟不含进一步结构的功能说明。应理解，无需根据任意特定实施例来实现上述所有此类目标或优点。因此，例如，所属领域的技术人员将认识到，可实施或实行本说明书中所述的系统和技术，从而实现或优化本说明书所教示的一个优点或一组优点，而无需实现本说明书所教示或建议的其他目标或优点。

尽管仅结合有限数目的实施例详细描述了本发明，但应易于理解的是，本发明并不局限于此类公开的实施例。相反，本发明可经修改以涵盖之前并未描述、但与本发明的精神和范围相符合的任何数目的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述本发明的多个实施例，但是应了解，本公开的各方面可以仅包括一些上述实施例。因此，本发明不应被视为受前述说明书的限制，而是仅受所附权利要求书的范围的限制。

本说明书使用多个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的专利保护范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域中的技术人员得出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的覆盖范围内。