专利名称：多层制品的制作方法
技术领域：
总体而言，本发明涉及涂覆制品。具体而言，本发明概括地涉及以涡轮机部件形式的涂覆制品。此外，本发明概括地涉及其中涂层为涡轮机部件提供抗腐蚀和防粘着性的以涡轮机部件形式的涂覆制品。
背景技术：
腐蚀可以在诸如但不限于燃气涡轮机动叶和喷嘴的涡轮机部件中和其上产生。当燃烧含有过量钒(V)的成灰燃料达到含钒灰分会引起这些元件上的腐蚀的程度时，腐蚀会变得明显。燃料未必一定包含钒，而是燃烧并形成带有灰分的燃烧气体的任何燃料。燃烧含有高含量V( > IOOppm)的重燃油(HFO)的燃气涡轮机可能易于受到产生的灰分的冲击和腐蚀，其归因于钒和被加到这些燃料中以便抑制腐蚀的镁抑制剂的反应。 这些灰分颗粒的冲击及其腐蚀作用可导致涡轮机部件材料损失，可能影响涡轮机部件的完整。在一些情况下，涡轮机部件可具有被施用以求保护涡轮机部件免受氧化的涂层；然而， 这些涂层中的一些可能不足以抵抗灰分的冲击和腐蚀。
发明内容
简言之，根据本发明的一方面，一种制品包括第一外层；第二中间层；和底材。第二中间层在第二界面接触第一外层且在第一界面接触底材；另外，第一外层包含 Al203-Ti02。第二中间层包含功能梯度材料，所述功能梯度材料包含如下组成紧邻第一界面基本不含Al2O3-TW2且在第二界面具有其量基本等于第一外层的Al203-Ti02。简言之，根据本发明的另一方面，一种制品包括第一外层；第二中间层；和底材。 第二中间层在第二界面接触第一外层且在第一界面接触底材；且第一外层包含Al2O3-TiO215 第二中间层包含钇稳定的氧化锆。简言之，根据本发明的再一方面，一种制品包括第一层和底材。第一层包含 NiCr-Cr2C3材料，其中所述NiCr-Cr2C3材料提供抗腐蚀和防粘着性。
在参考附图阅读以下详述时将更加透彻地理解本发明的这些和其它特征、方面和优势，在整个附图中相同的符号表示相同部件，其中图1为如本发明涵盖的示例性涂层的示意图；图2为如本发明涵盖的另一示例性涂层的示意图；且(层1应当包括150)图3为如本发明涵盖的另一示例性涂层的示意图。(层1应当包括NiCr-Cr2C3)
具体实施例方式下文将描述本发明的一个或多个具体实施方案。为了提供这些实施方案的简洁描述，在本说明书中可能没有描述出实际实施的所有特征。应该理解的是，在任何这类实际实施的开发过程中，如在任何工程和设计项目中，必须进行许多实施具体决断以实现开发者的具体目标，诸如顺从体系相关和商业相关的限制，在各实施之间这可能不同。此外，应该理解的是，这一开发努力可能是复杂且耗时的，但无论如何对于受益于本公开的普通技术人员都将是设计、构造和制造的常规任务。应当理解的是，虽然本文可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应该受到这些术语的限制。这些术语仅仅是用来区别各元件。例如，在不脱离示例性实施方案的范围的情况下，可将第一元件称为第二元件，类似地，可将第二元件称为第一元件。 如本文所用，术语“和/或”包括相关所列项目中一个或多个中的任何和所有组合。本文所用的术语只是用于描述特定实施方案，并非想要限制示例性实施方案。如本文中所用，除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式“一”和“该”还包括复数形式。还应当理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本文中使用时明确说明存在所陈述的特征、 整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或增加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。本发明的一方面(举例但决不限制本发明)在于提供表现出增强的抗腐蚀和/或抗冲击性的涂层。如本发明所涵盖，这些涂层提供给制品增强的抗腐蚀和/或抗冲击涂层。 例如，如本发明涵盖的制品可包括涡轮机部件。所述涡轮机部件可为燃气涡轮机部件，诸如但不限于动叶、静叶、喷嘴、衬里、燃气涡轮机燃烧体系的部件、燃烧器、过渡件、桨叶或涡轮机(包括燃气涡轮机)的任何其它热气路径部件，本说明书将以非限制性方式参考本发明来提到涡轮机部件或“制品”。如本发明涵盖的涂层提供增强的抗腐蚀和/或抗冲击涂层，其可用于可使用重燃油(HFO)的涡轮机，其中这些重质燃料机器中的V含量低于约IOOppm且通常在约20-约 60ppm范围内。因此，如本发明涵盖的提供增强的抗腐蚀和/或抗冲击性涂层的涂层可避免涡轮机部件可在正常间隔之前发生的过早整修。本发明的一方面提供在MCrAlY底材上的抗腐蚀陶瓷外涂层，其成为涡轮机部件的一部分。参考附图，如本发明涵盖的陶瓷涂层1(如在图1、图2和图3中所示)通常将表现出与其所施用的底材100或金属部件相媲美或更光滑的光滑度。所述底材可包括MCrAlY 涡轮机部件。如本发明涵盖的陶瓷涂层1的光滑度在涡轮机部件的使用过程中可随时间而被保持，因为与涡轮机部件的金属底材和任何现有涡轮机部件涂层相比，该涂层具有抗腐蚀性。涡轮机部件的金属底材100或任何现有涡轮机部件涂层100(图2、开始可能比较光滑， 但随着涡轮机部件的使用将变得比较粗糙且光滑性降低。涡轮机部件的使用导致涡轮机部件的光滑性质因诸如但不限于灰分腐蚀的腐蚀而变粗糙。该腐蚀可导致涡轮机部件结垢更厉害。如本发明所涵盖，在用于涡轮机的燃料的燃烧期间形成的诸如灰分粒子的粒子可以从已知硬陶瓷涂层弹回，而不是粘到涂层上。对于上述多层结构，如本发明涵盖的涂层1 可包含氧化铝、氧化铝-二氧化钛、NiCr-Cr2C3和掺杂/稀土稳定的氧化锆中的至少一种。如本发明涵盖的该陶瓷涂层可通过高速气流等离子体喷枪用粒度在约5-约45微米范围的原料粉末施用。预期这种方法将生成具有表面Ra为约100微英寸的光滑涂层。如本发明涵盖的陶瓷涂层1的厚度在约0. 002-约0. 010英寸范围，或为至少约10密耳、或约10密耳-约15密耳。可被称作抗腐蚀抗粘着或第一外层300的陶瓷涂层1包括Al2O3-TW2涂层。第一外层300的TW2组成可在约0-约20%范围变化、例如在约0-约 13%范围内。如本发明涵盖的涂层包括第二中间层200或201。第二中间层200或201在第二界面接触第一外层300且在第一界面接触底材100。如图1中所图示，第二中间层201可作为功能梯度材料施用于底材/现有涂层上。 第二中间层201中的该功能梯度材料包括Al2O3-TiA涂层，其中TiA从基本约0到约20% 变化，例如在约0-约13%范围内，其中TiA是呈梯度的，即从在底材100处的第一界面的基本0到与第一外层的第二界面的约20%变化且例如在约0到约13%范围内。或者，根据本发明的再一方面，第二中间层200可包含钇稳定的氧化锆(YSZ)材料，所述材料包含稀土元素。这些稀土元素可包含钽(Ta)、镱( )、铈(Ce)和/或钪(Sc) 中的至少一种。这些稀土元素可帮助第二中间层200更好地粘着。如本发明涵盖的陶瓷涂层1能够经受住燃气涡轮机的几乎所有阶段中经历的温度和环境。如本发明涵盖的陶瓷涂层1可具有至少一个第一外层且第二中间层包含粉末。所述粉末可作为具有在约5 μ m-约45 μ m范围的直径的粉末材料而提供。在本发明的再一方面，图3图示了适合在燃气涡轮机的第2阶段或更高温度阶段使用的如本发明涵盖的涂层包含NiCr-Cr2C3。该涂层400具有在底材1和任何现有涂层 (在本发明的范围内的该实施方案中没有加以说明)上的单层构造。涂层400能够经受住燃气涡轮机的所述第2和更高阶段的温度，该温度比燃气涡轮机的第1阶段的温度高。热气路径部件诸如但不限于动叶、静叶、喷嘴、衬里、燃气涡轮机燃烧体系的部件、 燃烧器、过渡件、桨叶或可通过燃烧重燃油(HFO)操作的燃气涡轮机的任何其它热气路径部件。这些燃气涡轮机用如本发明涵盖的涂层1涂覆，且将保护涡轮机部件免受因涡轮机内部产生的灰分/颗粒物质引起的冲击/腐蚀/结垢损害。如本发明涵盖的涂层旨在用于燃烧含有高于约IOOppm的钒(V)含量的重燃油的燃气涡轮机。就被抑制的V环境、抗灰分腐蚀性而言，选择如本发明涵盖的涂层1的化学为惰性的，且其可使用细粉末和高速气流等离子体喷涂方法施用。因此，涂层1可在燃气涡轮机的热气路径中生成抵抗由灰分引起的结垢/粘着的致密光滑涂层。施用如本发明涵盖的抗冲击且抗粘着防腐蚀涂层1的优势在于延长热气路径和燃气涡轮机部件寿命。因此，这些部件可经受得住预期修理间隔期。并且，如果燃气涡轮机具备如本发明涵盖的涂层1，则水洗除灰的频率将降低，允许涡轮机操作或“正常运行时间” 更长，在这种情况下涡轮机可产生更多电力。本文公开的范围包括端点在内且可以组合(例如，“至多约25%重量或更特别地讲约5%重量-约20%重量”的范围包括“约5%重量-约25%重量”范围的端点和所有中间值等”)。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，术语“第一”、“第二”等在本文中不表示任何顺序、数量或重要性，而是用以区别各元件，且单数形式的术语在本文中并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及项目。结合数量使用的修饰语“约” 将所说明的值包括在内且具有由上下文规定的含义(例如，包括与特定数量的测量相关的误差度)。如本文所用的“(一种或多种)”包括单数和复数个其修饰的术语，由此包括一种或多种该术语(例如，(一种或多种)着色剂包括一种或多种着色剂)。贯穿本说明书提到 “一个实施方案”、“另一实施方案”、“实施方案”等是指结合实施方案描述的特定要素(例如特征、结构和/或特性)包括在本文所述的至少一个实施方案中，且可存在于或可不存在于其它实施方案中。另外，应理解所述要素在各种实施方案中可以任何合适的方式组合。
虽然在本文中仅说明并描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员将想到许多修改和变化。因此，所附权利要求将涵盖所有这类属于本发明的真实精神内的修改和变化。
权利要求
1.一种制品，其包括 第一外层(300)；第二中间层000，201)；和底材(100)；其中第二中间层(200，201)在第二界面接触第一外层(300)且在第一界面接触底材 (100)；第一外层(300)包含Al2O3-TW2且第二中间层(200，201)包含功能梯度材料，所述功能梯度材料包含如下组成紧邻第一界面基本不含Al2O3-TiO2且在第二界面具有其量基本等于第一外层(300)的Al2O3-TiO215
2.权利要求1的制品，其中第一外层(300)包含Al2O3-TiO2，其中TW2的量为第一层的约 20%。
3.权利要求1的制品，其中第二中间层O00，201)的厚度至少为约10密耳。
4.权利要求1的制品，其中底材(100)包括MCrAlY涡轮机部件。
5.权利要求1的制品，其中底材(100)包括底层和在所述底层上的涂层。
6.一种制品，其包括 第一外层(300)；第二中间层000，201)；和底材(100)；其中第二中间层(200，201)在第二界面接触第一外层(300)且在第一界面接触底材 (100)；第一外层(300)包含Al2O3-TW2且第二中间层(200，201)包含钇稳定的氧化锆。
7.权利要求6的制品，其中第二中间层O00，201)的所述钇稳定的氧化锆进一步包含稀土掺杂成分。
8.权利要求6的制品，其中所述稀土掺杂成分包括钽、镱、铈和钪中的至少一种。
9.权利要求6的制品，其中底材(100)包括底层和在所述底层上的涂层。
10.一种制品，其包括 第一层；底材(100)；其中第一层包含NiCr-Cr2C3材料，所述NiCr-Cr2C3材料提供抗腐蚀和防粘着性。
全文摘要
本发明公开了一种制品，所述制品包括第一外层(300)；第二中间层(200，201)；和底材(100)；其中第二中间层(200，201)在第二界面接触第一外层(300)且在第一界面接触底材(100)。第一外层(300)包含Al2O3-TiO2且第二中间层(200，201)包含功能梯度材料。所述功能梯度材料包含如下组成紧邻第一界面基本不含Al2O3-TiO2且在第二界面具有其量基本等于第一外层(300)的Al2O3-TiO2。
文档编号B32B33/00GK102205672SQ2011100659
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月7日 优先权日2010年3月5日
发明者D·索科洛夫, J·L·马戈利斯, M·M·莫利耶, V·K·帕里克, 刘煜照 申请人:通用电气公司