专利名称：具有基材相容性的抗氧化涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及保护涂层领域，所述保护涂层应用于在升高温度下使用的金属部件上，并且特别是可应用于燃气涡轮发动机领域中。
背景技术：
热段涡轮发动机零件上的目前的金属涂层提供氧化和腐蚀保护，并且充当在燃气涡轮发动机中使用的部件或零件上的陶瓷热障涂层的粘结层。MCrAlY和铝化物涂层均被研发用于确保在用于部件或零件基材的当时的基体合金上的可接受的性能。较新的单晶基体合金虽然能够提供改进的机械性能，但是与当前的粘结层在一起会表现出氧化弊端以及有害的反应区。对于涡轮发动机零件来说，具有能够与基材材料相容的涂层是十分重要的。
发明内容
根据本公开，提供了一种涂层，其与镍基或者钴基超级合金相容。根据本公开，提供了一种涂层，其包括ll_14wt%的铬、ll_14wt%的钴、7.5-9.5wt%的铝、0.20-0.60wt% 的钇、0.10-0.50wt% 的铪、0.10-0.30wt% 的硅、0.10-0.20wt% 的锆、以及余量的镍。此外，根据本公开，提供了一种部件，例如涡轮发动机零件，其具有基材和施加在所述基材上的涂层，所述涂层包括ll_14wt%的铬、ll-14wt%的钴、7.5-9.5wt%的铝、
0.20-0.60wt% 的钇、0.10-0.50wt% 的铪、0.10-0.30wt% 的硅、0.10-0.20wt% 的锆以及余量的镍。具有基材相容性的抗氧化涂层的其它细节在下述的附图以及详细的说明中进行阐述，其中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1描述了一个部件，其具有施加在其上的涂层。
具体实施例方式现在参照图1，部件10，例如涡轮发动机零件，具有基材11，在其上施加有涂层12，所述涂层12赋予所述部件以抗氧化性，并且与形成所述部件的材料相容。如果需要的话，所述涂层12可以直接施加在基 材的表面14上。基材11可以由许多各种不同的金属材料形成，包括但不限于镍基或钴基超级合金。举例来说，基材11可以是单晶镍基超级合金。涂层12 包括 ll-14wt% 的铬、ll-14wt% 的钴、7.5-9.5wt% 的铝、0.20-0.60wt% 的钇、0.10-0.50wt%的铪、0.10-0.30wt%的硅、0.10-0.20wt%的锆、以及余量的镍。从上述组
合物中可以看出的，其具有降低的铝含量，这在易于形成SRZ的合金中减少了 SRZ的形成。涂层12中更多的铝可能会产生反应区问题，而更少的铝不能提供足够的铝来维持良好的保护等级。更少的活性元素(Y，Hf, Si和Zr)可能提高氧化动力学，而更多的活性元素可能会导致短路氧化。更多的铬可能会减少主导相，Y相(ga_a prime),而更少的铬可能会损害抗热腐蚀性。用于涂层12的极其合适的组合物恰好位于上述范围中间。涂层12可以使用等离子喷涂或者物理气相沉积技术来施加至基材11，由此而形成部件10。举例来说，涂层可以使用阴极电弧沉积来施加。涂层12特别是可用作粘结层。在这种情况下，涂层12将会被直接施加在基材11的至少一个表面14上。热障涂层(未示出)可以施加在涂层12上。在这里描述的涂层相对于传统的MCrAH或者铝化物或钼铝化物涂层显示出少得多的次级反应区的形成，特别是当应用于可能遭受微结构不稳定性的更高代的单晶合金时更是如此。使得这些超级合金坚硬并抗蠕变的元素可能会使它们趋于不稳定，特别是在涂层附近。已知从涂层中扩散过来的铝会加剧这一问题。这是因为来自涂层的铝可以与合金结合并形成被称为次级反应区的层。该层具有差的机械性能并且与拓扑密堆集(TCP)特性相联系，所述拓扑密堆集(TCP)特性会促进开裂和向Y’基体(而非合金其余部分中的Y基体)的转变。如上所指出的，使用本文所述的涂层，SRZ的形成减少。具有本文所述组成的涂层表现出抗腐蚀性，抗高温氧化性，以及类似于MCrAH涂层的机械性能。这一涂层的EB-PVD热障涂层抗剥落能力为基准涂层的8倍。使含有抗氧化涂层和热障涂层的部件经受燃气热腐蚀试验(burner rig testing)和2050 °F ,其中所述抗氧化涂层具有根据本公开所述的组成。据发现所述涂层的平均热障涂层剥落为由传统的具有更高的钴和铬含量的NiCoCrAH材料形成的组合物涂层的864%。燃气热腐蚀试验显示本文所述的涂层的抗 氧化性为对比涂层的92%(单管法@ 2150 °F)，抗热腐蚀性为对比涂层的130% (燃气热腐蚀O 1600 °F)，并且高周疲劳和热机械疲劳与对比涂层相当。在本文中提供了具有基材相容性的抗氧化涂层。虽然在所述涂层的具体实施方式
的上下文中对其进行了描述，但对于阅读了上述说明的本领域技术人员来说，其它未预见到的替换、改进和变形都将变得显而易见。因此，这些替换、改进和变形均应落入所附的权利要求的广泛范围之内。
权利要求
1.用于润轮发动机零件上的抗氧化涂层，包括ll_14wt%的铬、ll-14wt%的钴、7.5-9.5wt% 的铝、0.20-0.60wt% 的钇、0.10-0.50wt% 的铪、0.10-0.30wt% 的硅、0.10-0.20wt%的锆以及余量的镍。
2.包括基材和沉积在所述基材的表面上的涂层的部件，所述涂层包括ll_14wt%的铬、ll-14wt% 的钴、7.5-9.5wt% 的铝、0.20-0.60wt% 的钇、0.10-0.50wt% 的铪、0.10-0.30wt% ^硅、0.10-0.20wt%的锆以及余量的镍。
3.根据权利要求2的部件，其中所述基材包括镍基超级合金。
4.根据权利要求2的部件，其中所述基材包括钴基超级合金。
5.根据权利要求2的部件，其中所述涂层直接施加在所述基材的表面。
6.根据权利要求2的部件，其中所述部件为涡轮发动机零件。
7.用于在部件上形成抗氧化涂层的方法，所述方法包括步骤: 提供具有基材的部件； 在所述基材的表面上形成涂层；并且所述涂层形成步骤包括形成包括ll_14wt%的铬、ll-14wt% 的钴、7.5-9.5wt% 的铝、0.20-0.60wt% 的钇、0.10-0.50wt% 的铪、0.10-0.30wt% 的硅、0.10-0.20wt%的锆以及余量的镍的涂层。
8.根据权利要求7的工艺，其中所述部件提供步骤包括提供具有基材的部件，所述基材由镍基超级合金和钴基 超级合金中的一种形成。
全文摘要
一种抗氧化涂层，其组成包括11-14wt%的铬、11-14wt%的钴、7.5-9.5wt%的铝、0.20-0.60wt%的钇、0.10-0.50wt%的铪、0.10-0.30wt%的硅、0.10-0.20wt%的锆以及余量的镍。
文档编号F01D5/28GK103184452SQ201210577858
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者B.J.齐默曼, M.J.马罗尼 申请人:联合工艺公司