专利名称：双层式保护涂层及其相关方法
技术领域：
本发明一般涉及燃气轮发动机技术,具14#及暴露于恶劣条件下的涡轮机零
件(turt)ine components)的保护凃层。
背景技术：
燃气轮发动机在极端'驗环境下工作。许多热naii零件由基TH和钴的超 合金过程，所述超合金在暴露于恶劣条件时，氧it^蚀损伤可能会穿3tiaA 超合金基体。以这种方式损伤的零件必须取出并在返回使用之前必须修复。而 修复斑呈会^>该部分的壁厚，并最终陶氏劐牛絲。
发明内容
在示例性但非限定性的实驗案中，本文描述了施加在麟或钴基超合金基 体上的包括扩散PtAl(或PdAl)的内层和抗氧化性外层的双层式凃层。这种體 保护基底超合金剩牛免魏化和腐蚀，如同本雄一步描述的那样。
更具体地，PtAl(或PdAl)扩散内层由两个步骤制成。首先，Mil方激咖电 镀、涂布鄉料法沉积Pt,随后通过气相沉积或其它合适的方法沉积铝。抗氧 化性外层包含MCrA!Y合金以及其它添加元素(X)， 1#凃于扩散内层上，其中 M选自Fe、 Ni和Co，且X选自一种或多禾tft化增强元素(oxidationenhancing element )。
在抗氧化外层和镍基或钴基超合金基体之间添加PtAl(或PdAl)扩散内层，用 来减慢铝从抗氧化外层扩散到镍基或钴基超合金基体。这很重要，因为铝从抗 氧化外层扩散到基体降低了外层的抗氧化能力。M减慢铝扩散到基体自级 合金S^",基体的氧化和腐鹏率降低，从而提高部件寿命。
因此，本文公开了双层式保护层，包括其上具有傲户性鹏式凃层的涡轮机 零件，包括超合金基体；和施力赃基体上的鹏式保护涂层，其中双层式保 护涂层包括铂(或钯)铝化物的第一内层；和施加在所述第一内层上的抗氧化
第二外层，所述第二外层包含MCrAIX合金，其中M选自Fe、 Ni和Co, X选
自稀土元素。
另一方面,本发明涉及提高Ni基或Co基超合金涡轮机##^氧化性能的方 法，包括在涡轮机零件上沉积双层式保护涂层，皿以下步骤完成在涡轮机 零件的表面上制备第一扩散铀铝化物(或钯铝化物)内层，和沉积包含MCrA!X 合金的第二外层，其中M选自Fe、 Ni和Co， X选自稀土元素。
下面结合唯一的附图来对发明进，亍说明。
该唯一附图是在超合金涡轮机零件基体上的双层式保护涂层的示意横截面图。
具体实施例方式
参照该唯一附图，基体10可以是任意燃气轮机割牛尤其Jiii受极端,环 境的热气通道零件的一部分。该示例性实施方案中的零件基体是常用于所述零 件的 或钴基超合金。^XJ1式涂层12施加于,10上,保护，使其^it 氧化和腐蚀的损害。
涂层12的第一内层織占合层(bond coat) 14可以包含(be comprised of)Pt(或 Pd)铝化物(PtAl或PdAl)，也即，PtAl或PdAl扩散靴物凃层。首先通过合 适的工艺，例如电镀、涂布鄉料的方法沉积Pt (或Pd)组分。内层14的组 ^g通过气相技术(在覆层上方气相沉积或化学气相沉积(CVD)) ^T分末涂覆 (pack powder)技术优选以铝化物的形式来施加。在这些过程中，可以添加Si、 Hf、 Re、 Ru、 Ge、 Pt、 Pd、 Ta或任何其它^S的已知氧化增强元素来减少或减 慢氧化皮的形成。这可以通过如下方式 行在铝化物之前电镀在该部分上， 或者以粉末鄉料形式混入铝化物中，^加到蒸气中(在MM上方或CFD)。 还可以在零件的表面(所有的或者其中的一部分)施加铝或者f^带并扩散。此 外，铝或IS+带还可以赚到该部分上射广散。
在基体10上提供了扩散铝化物内层14之后，可以通过樹可合适的喷涂方法 来施加涂层12的保护性(抗氧化)外层16。外层16优选是MCrAlY合金加上 X添加剂，其中M魏自Fe、Ni和/或Co的金属,其中X J^乙或另一稀土元素。
在示例性非限定性示例中，Cr为10-25 wt%， Al为5-15 wt%, X为0.1-8wt%, 余量M是0^65wt0/。的Co、 0"65wt^的Ni和0"65wto/o的Fe。第二层通过粉^/ 线材喷凃工艺例如真空等离子、高速含繊料、空气等离子、电弧喷、麟施加。
舰提供具有PtAl (或PdAl)扩散内层14的鹏式涂层12，减慢了铝从保 护性外层16向基体10的扩散。通过减慢铝到基体的扩散，保护性外层16的抗 氧化性维持更长的时间，从而提高了基体10 (或者燃气轮机零件)的寿命。
应该认识到本发明的双层式保护涂层12可以应用于ftj可暴露^^燃气轮机热 气体通道的恶劣刹牛下的任何镍基或钴基超合^轮机零件。
尽管本发明是结合现今被认为是最有实际意义和,的实施方案来说明的， 但是应该理解本发明不仅仅限于公开的实施方案，相反的，它旨在覆盖包括在 所附权利要求的范围和精神之内的各种z郷和等同的排列。
部件列表
基体10
鹏式涂层12 第一内层織占合层14 保护性外层16 。
权利要求
1. 其上具有保护性双层式涂层的涡轮机零件，包括超合金基体10；和施加在所述基体上的双层式保护涂层12，其中所述双层式保护涂层包括扩散Pt和Al的第一内层14；和施加在所述第一内层上的抗氧化第二外层16，所述第二外层包含MCrAlX合金，其中M选自Fe、Ni和Co，X选自稀土元素。
2. 权利要求1的涡轮机##，其中所述合金S^ 10由镍基或钴基超合金 构成。
3. 权利要求1的涡轮机割牛，其中所述第一内层14包括离散的Pt和Al 组分。
4. 权利要求2的涡轮机零件，其中所述第一内层14包括离散的Pt和Al 组分。
5. 权利要求l的涡轮机零件，其中所述零件包括燃气轮机的热气体通道零件。
6. 权利要求1的涡轮机零件，其中所述第一内层14包括一种或多种氧化 增强元素。
7. 提髙Ni基或Co基超合金涡轮机零件的抗氧化性能的方法，包括 在涡轮机劐牛上沉积I层式保矛户凃层12, ^M51在所述涡轮机零件的表面上制造Pt或Pd的扩散铝化物第一内层14进行；和在所述第一内层上喷涂包含MCrAlX合金的第二外层16,其中M是选自 Fe、 Ni和Co的金属，其中X选自钇或者另一种稀土元素。
8. 权利要求7的方法，其中所述第一内层在两个离散步骤中皿首先在所 述表面上施加Pt或Pd并随后施加Al而制成。
9. 权利要求7的方法，其中所述Pt或Pd皿电镀、涂布皿料法沉积。
10. 权利要求7的方法，其中所述MCrAlX合金包含10-25 wt%Cr、5-15 wt% Al、 0.1-8wty。X和^ftM为0^65wty。的Co、 Ni或Fe。
全文摘要
本发明涉及双层式保护涂层及其相关方法，具体而言公布了其上具有双层式保护涂层的涡轮机零件，包括超合金基体；和施加在基体上的双层式保护涂层，其中所述双层式保护涂层包括Pt和Al的第一内层和施加在所述第一内层上的抗氧化第二外层；第二外层包含MCrAlX合金，其中M选自Fe、Ni和Co，X是钇或另一种稀土元素。提高Ni基或Co基超合金涡轮机零件抗氧化性能的方法，包括在涡轮机零件上沉积双层式保护涂层，这通过以下步骤完成在涡轮机零件的表面上沉积第一Pt-Al内层；和在第一内层上沉积包含MCrAlX合金的第二外层，其中M是选自Fe、Ni和Co的金属，X是钇或者另一种稀土元素。
文档编号B32B33/00GK101391499SQ20081016118
公开日2009年3月25日 申请日期2008年9月19日 优先权日2007年9月21日
发明者D·V·布奇, K·B·莫里 申请人:通用电气公司