热障涂层体系、用其涂覆的部件和对部件施用热障涂层体系的方法

专利名称：热障涂层体系、用其涂覆的部件和对部件施用热障涂层体系的方法
技术领域：
本发明涉及热障涂层(TBC)体系领域，具体涉及多层基于YSZ的涂层体系、用其涂覆的部件和对部件施用这样的热障涂层体系的方法。
现有技术迄今为止，TBC体系依靠通过热喷雾(例如常压等离子体喷雾)或气相沉积方法 (如物理气相沉积)沉积的氧化钇稳定的氧化锆的陶瓷层；其沉积在MCrAlY或PtAl粘合涂层上，所述MCrAlY或PtAl粘合涂层沉积在基底材料上。迄今为止，TBC材料的第一选择为由Stecura在US 4，485，151中公开的6-8%重量的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)组合物。用6-8%重量氧化钇稳定的氧化锆制备的TBC在涂覆工艺之后构成亚稳四方相的大部分，其在暴露于高温期间分解。该分解过程可导致TBC 体系不稳定和脱层。在过去的二十年间，在改善(TBC)体系方面已经进行了许多尝试。已经瞄准了两个主要目标-降低TBC材料的导热性，这样降低了冷却需求，-增加TBC材料的高温稳定性，使得允许在较高表面温度下操作涂覆零件。这两个目标均关系到将与燃气涡轮机效率增加相关的冷却需求的降低。在关于改善TBC材料的最初研究期间，焦点集中在使用基于氧化锆的材料和优化其掺杂以得到材料的改善的高温稳定性或降低的导热性。在本发明的上下文中，以下文献值得关注US 4，335，190公开了具有厚度为约1. 5pm的内层的由氧化钇稳定的氧化锆制成的多层体系。US 5，840，434公开了含有具有柱状结构的外层的多层氧化锆涂层。EP 0 605 196公开了在内层中具有0%孔隙率且在外层中具有10-20%孔隙率的多层氧化锆涂层。US 6，930，066公开了用大于30%重量^O3稳定的单层氧化锆涂层。EPl 514 953公开了具有由立方YSZ组成的外层的多层氧化锆涂层。US 6，887，595公开了具有由用以下各物稳定的立方氧化锆组成的外层的多层体系1)%、Nd、 Yb+La、Nd+La(5-49% 摩尔)；2) Y、Ca、Ce、Sc、Mg、In( < 4%摩尔)；3)Hf(0. 5-40%摩尔) 或 Ta(0. 5-10%摩尔)。US 4，328，285公开了由氧化铈稳定的氧化锆制成的单层涂层。WO 01/83851公开了耐环境污染的多层体系，其具有由氧化铈稳定的氧化锆构成的外层，且所述外层明显比
内层薄。US 6，812，176和US 7，186，466公开了由用多种成团簇掺杂元素稳定的氧化锆制成的单层涂层，所述掺杂元素大部分为稀土元素。EP 1550 642公开了由YSZ(>91%摩尔)+1) Y、Ca、Ce、Sc、Mg 或 In+2) La、Gd、Nd、Sm 或 Dy+3) Yb 或 Er 制成的单层涂层。EP 1 550 645公开了由用La和Nd掺杂或用La和％掺杂的YSZ制成的单层涂层。EP 1 627 862公开了由用来自Y、Gd、Ca、Ce、Mg、k、In的一种元素稳定的氧化镧掺杂的氧化锆制成的涂层。US6，890，668公开了由具有立方萤石结构的(Er，Nd，Sm)-SZ制成的单层涂层。EP 1 588 992 公开了由掺杂有 Y、Ca、Ce、Sc、Mg Jn、La、Gd、Nd、Dy、Er、Yb、Eu 或ft·的Hf-SZ制成的多层涂层。US 4，913，961公开了由Sc-SZ制成的单层涂层。US 4，335，190公开了具有厚度为约1. 5pm的内层的由氧化钙稳定的氧化锆制成的多层体系。WO 01/83851(优先权日2000年4月27日)公开了耐环境污染的多层体系，其具有由氧化钙稳定的氧化锆构成的外层，且所述外层明显比内层薄。EP 1 507 022公开了由掺杂有五价氧化物的YSZ制成的单层涂层，所述五价氧化物可为iTa(1-4%摩尔)。US 2002164430公开了由CdrO3制成的单层涂层，其中Ca用另一元素如Sr部分取代。EP 1 900 848公开了具有由具有石榴石结构的材料制成的外层的多层涂层，所述涂层将降低砂子相关的损坏。US 6，863，999公开了稀土元素磷酸盐(磷钇矿或磷铈镧矿)的单层涂层。JP63274751公开了具有由稳定的氧化锆制成的外层和内层体系和由尖晶石构成的中间层的多层涂层。US 2006/0078750公开了层状结构，其中，在部件上，施用第一粘合涂层，随后施用由7YSZ组成的第一陶瓷层。在该第一陶瓷层上，提供第二陶瓷层。在不同的可能情况之中， 对于第二陶瓷层，提出多种稀土元素掺杂的氧化钇稳定的氧化锆。在US 6887595中以及在 EP1806435中，公开了类似结构。发明_既述因此，本发明的目的在于提供尤其适用于诸如在燃气涡轮机、压缩机等的流动部分中暴露于热腐蚀性气流的部件的改善的热障涂层体系。此外，本发明的一个目的在于提供生产这种热障涂层体系的方法和提供至少在区域中用这种热障涂层体系涂覆的部件。因此，本发明的目的为权利要求1的热障涂层体系、权利要求14的方法和权利要求15的部件。具体地说，提出在基底材料上的热障涂层体系，其包括其下表面与所述基底材料直接接触且其上表面与第一陶瓷层直接接触的粘合涂层，且包括在所述涂层体系的最外热气暴露表面上的第二陶瓷层。换句话说，在通常为金属(包括合金)的基底材料上，首先是粘合涂层，跟着并直接接触的是第一陶瓷层，随后要么直接跟着形成所述涂层体系的最外热气暴露表面的第二陶瓷层，要么在该第二陶瓷层和第一陶瓷层之间还存在中间层。应注意的是，第二陶瓷层还可通过某种类型浸渍或薄保护层在其热气暴露表面上再涂覆。此外， 应注意的是，第一陶瓷层以及第二陶瓷层也可为使用不同材料或相同材料的多层结构。措词“不同材料”将包括具有相同成分(原子)但以不同比例或不同相的材料。通常，第一陶瓷层和第二陶瓷层由不同材料制成。根据本发明，第一陶瓷层由氧化钇含量为6-8%重量(6w/O-8W/OY202)的氧化钇稳定的氧化锆(ZrO2)组成。
具体地说，如在US 4，485，151中所述，可提供氧化钇含量为6_8%重量的氧化钇稳定的氧化锆(ZrO2),且关于第一陶瓷层的该可能材料选择，将US 4，485，151的公开内容具体纳入本发明中。在供选方案中，第一陶瓷层由YTaO4掺杂的氧化锆或二氧化钛掺杂的氧化锆组成。 同样可能的是，第一陶瓷层由这些不同材料的组合(混合物和/或层)组成。优选，在YTaO4 掺杂的氧化锆的情况下，ZrO2掺杂有15-22%摩尔的YTaO4。根据本发明，此外第二陶瓷层的材料选自以下材料中的一种或数种YTaO4掺杂的氧化锆、二氧化钛掺杂的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆、多种稀土元素掺杂的氧化钇稳定的氧化锆、氧化铈稳定的氧化锆、含氧化铈的钙钛矿材料、钇铝石榴石材料、磷铈镧矿材料(通常具有通用结构RE (PO4)，其中RE = Ce、La、Nd、Pr、Y，还可包含至多20% Th)、尖晶石材料及其组合、混合物、合金、共混物或多层结构。应当理解，对于第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料的上述定义的条件为，如果第一陶瓷层由YTaO4掺杂的氧化锆和/或二氧化钛掺杂的氧化锆组成，则第二陶瓷层的材料不选自YTaO4掺杂的氧化锆和/或二氧化钛掺杂的氧化锆。换句话说，第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料在任何情况下需要不同。迄今为止，TBC体系没有提供超越本领域现状的显著改善。已经提出了缺乏成功的原因之一在于一些YSZ性质的组合效应1)四方氧化锆表现出对材料提供韧性机制的铁弹性行为；2)四方氧化锆在低温下可转化为单斜氧化锆且在高温下可转化为立方氧化锆。这些相变中的任一种都导致TBC不稳定及其失效。出于这种原因，只有相图的6 %重量^O3掺杂的&02至约12%重量IO3掺杂的^O2的所谓不可转化的四方区域四方氧化锆才可用于 TBC中。认为韧性机制在粘合涂层与TBC的界面处是重要的，在此处热应力最高且通常TBC 失效通过裂纹发生。韧性机制提供减慢裂缝蔓延的机制。在TBC的外表面，Y^的高温稳定性对于TBC的寿命至关重要，因为TBC经受的温度诱发YSZ显著分解。TBC的分解形成低氧化钇含量的相，该相在冷却时可从四方相变为单斜相，且在加热时变回四方相。该相变伴随着体积变化，这诱发TBC中的额外应力且可能导致其失效。在多层TBC的情况下，情形不同，这是因为可以在与粘合涂层的界面处使用具有优良机械性质的材料且对于最外层使用具有高温稳定性的6%重量IO3掺杂的^O2至约 12%重量IO3掺杂的^O2的其他材料。我们因此提出了多层TBC体系，该体系具有作为基底材料的金属(优选M基超合金)、粘合涂层(优选MCrAlY)、具有6-8%重量的氧化钇的氧化钇稳定的氧化锆或具有优良韧性机制的另外材料的第一陶瓷层、和由与具有6-8%重量的氧化钇的氧化钇稳定的氧化锆相比具有增加的高温稳定性的材料制成的第二陶瓷层。如上文所讨论，具有6-8%重量的氧化钇的氧化钇稳定的氧化锆的层允许在粘合涂层与TBC的界面处提供韧性机制，且外层将减少具有6-8%重量的氧化钇的氧化钇稳定的氧化锆当前遇到的在高温下分解形成在冷却时将转化成单斜相的不合需要的低氧化钇含量的四方相的问题。另外，新TBC材料在高温下可具有降低的烧结速率。TBC烧结导致TBC刚性增加，导致TBC体系中应力水平增加且 TBC失效风险增加。如上所述，第一陶瓷层优选由YTaO4掺杂的氧化锆或二氧化钛掺杂的氧化锆或这些不同材料的组合(混合物和/或层)组成。在这种情况下，第二陶瓷层可选自以下材料中的一种或数种=YhO4掺杂的氧化锆、二氧化钛掺杂的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆、多种稀土元素掺杂的氧化钇稳定的氧化锆、氧化铈稳定的氧化锆、含氧化铈的钙钛矿材料、钇铝石榴石材料、磷铈镧矿材料(通常具有通用结构RE (PO4)，RE = Ce、La、Nd、Pr、Y，还可含有至多20%的Th)、尖晶石材料及其组合、混合物、合金、共混物或多层结构，条件还是，如果第一陶瓷层由YTaO4掺杂的氧化锆和/或二氧化钛掺杂的氧化锆组成，则第二陶瓷层的材料不选自YTaO4掺杂的氧化锆和/或二氧化钛掺杂的氧化锆。换句话说，第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料在任何情况都需要不同。如果第一陶瓷层由氧化钇含量为6-8%重量(6w/0-8w/0 Y2O2)的氧化钇稳定的氧化锆( )组成，则优选第二陶瓷层选自以下材料中的一种或数种=YTaO4掺杂的氧化锆、 二氧化钛掺杂的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆、含氧化铈的钙钛矿材料、钇铝石榴石材料、 磷铈镧矿材料(通常具有通用结构RE(PO4)，RE = Ce、La、Nd、Pr、Y，还可含有至多20%的 Th)、尖晶石材料及其组合、混合物、合金、共混物或多层结构，条件还是，如果第一陶瓷层由 YTaO4掺杂的氧化锆和/或二氧化钛掺杂的氧化锆组成，则第二陶瓷层的材料不选自YTaO4 掺杂的氧化锆和/或二氧化钛掺杂的氧化锆。换句话说，第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料在任何情况都需要不同。因此，在这种情况下，优选第二陶瓷层不含多种稀土元素掺杂的氧化钇稳定的氧化锆或氧化铈稳定的氧化锆。在这方面，具体提到本领域现状的上述文献，特别是US 2006/0078750、US 6887595以及EP 1806435，全都仅明确公开了层状结构，其中， 在部件上，首先施用粘合涂层，随后为由糧组成的第一陶瓷层，且在该特定的第一陶瓷层上，提供基于多种稀土元素掺杂的氧化钇稳定的氧化锆的第二陶瓷层。在本发明的另一优选的实施方案中，所述基底材料为金属，优选为超合金、更优选为M基超合金。一般来说，如燃气涡轮机的热气路径中使用的典型基底材料可形成用于根据本发明的热障涂层体系的基底材料。根据本发明的另一优选的实施方案，所述粘合涂层包含优选由CrAl基底材料组成的全部材料。优选其包含MCrAlRX基底材料或由MCrAlRX基底材料组成，其中M选自Fe、 (0、附或&)/·，R选自Y或Yb，且其中X为任选的且例如可选自Pt、Hf、Si、Zr、Ta、Re和 Ru及其组合。如上所述，根据另一优选的实施方案，第二陶瓷层的下表面与第一陶瓷层(的上表面)直接接触，意味着第一陶瓷层与第二陶瓷层彼此直接接触且没有中间层。为了多层结构的足够机械强度，优选在这两层(第一陶瓷层和第二陶瓷层)之间的界面为分级的或通过在这两层之间提供机械粘着的粗糙界面提供。在如上所述而选择材料的情况下第一陶瓷层以及第二陶瓷层当然可为由数个陶瓷层构成的层状结构。然而，根据另一优选的实施方案，第一陶瓷层以及第二陶瓷层为单层。措词“单层”指由一种相同材料(相同相、相同组成/成分比例)制成的整层。然而， 未必暗指单层是以单一沉积工艺产生，这种单层也可以连续沉积步骤产生，其中，在各步骤中沉积相同材料。根据另一优选的实施方案，具体地说，第二陶瓷层可由具有不同组成和/或微观结构和/或相组成的至少两个陶瓷层构成。如果第一陶瓷层或第二陶瓷层使用YTaO4掺杂的氧化锆，则优选所述氧化锆掺杂有14-17%摩尔的YTa04。如果第一陶瓷层或第二陶瓷层使用二氧化钛掺杂的氧化锆，则优选所述氧化锆掺杂有4-14%摩尔的Ti02。如果第二陶瓷层使用多种稀土元素掺杂的氧化钇稳定的氧化锆，则优选氧化钇掺杂由NdAb、Gd/Yb和/或SmAb的组合提供。如果第二陶瓷层使用氧化铈稳定的氧化锆，则优选所述氧化锆掺杂有20-30%摩尔的CeO2。如果第二陶瓷层使用含氧化铈的钙钛矿材料，则优选该材料选自BaCeO3和/或 SrCeO3O如果第二陶瓷层使用磷铈镧矿，则优选所述磷铈镧矿选择为LaPO4，任选包含Th。如果第二陶瓷层使用尖晶石，则优选所述尖晶石选自BaY2O4和/或Si%04。根据本发明的又一优选的实施方案，第一陶瓷层具有根据水银孔隙率测定法或通过图像分析测定在10-40%范围内、优选在15-30%范围内的孔隙率。此外优选第一陶瓷层具有50-1000 μ m、优选100-500 μ m的厚度。关于第二陶瓷层，优选其具有5-80%、优选5-25%的孔隙率。第二陶瓷层优选具有分级孔隙率，其中，在与第一陶瓷层的界面处孔隙率为 20-80%、优选为20-25%，且在与热气的界面处，孔隙率降为5-20%、优选5-10%。根据另一优选的实施方案，第二陶瓷层具有300-2000 μ m的厚度。此外，通常优选的是，在单一第二陶瓷层的情况下，第一陶瓷层的厚度小于第二陶瓷层的厚度，且在多个第二陶瓷层的情况下，第一陶瓷层的厚度小于多个第二陶瓷层的总厚度。此外，本发明涉及制作如上所述的热障涂层体系的方法。优选所述方法的特征在于，在第一步骤中(任选在诸如研磨和/或清洁和/或化学处理的金属基底材料的预先表面准备之后)，将粘合涂层施用到金属基底材料的部件上。 粘合涂层优选通过使用热喷雾和/或电子束物理气相沉积施用。随后，在第二步骤中，将第一陶瓷层以一个或数个步骤直接施用到粘合涂层上。优选该陶瓷层使用选自以下的方法施用电泳沉积、等离子体喷雾、电子束物理气相沉积、粉末涂覆、真空粉末喷雾沉积、化学沉积、激光辅助沉积、离子束辅助沉积。现在，要么，可施用中间陶瓷层，随后施用第二陶瓷层， 或者，优选地，将第二陶瓷层直接施用到第一陶瓷层上。相应地，在第三步骤中，第二陶瓷层或数个第二陶瓷层以一个或数个步骤施用到第一陶瓷层上，任选随后施用保护层或对表面进行保护性浸渍。施用该第二陶瓷层的方法优选选自上文对于施用第一陶瓷层所述的方法之一。此外，本发明涉及包括优选使用如上所述方法生产的如上所述涂层体系的部件， 尤其是燃气涡轮机的热气暴露部件。本发明的其他实施方案在从属权利要求中概述。附图
简述在下文中参考附图描述本发明的优选实施方案，其是出于说明本发明的优选实施方案的目的，而不是为了限制本发明。在附图中图la)为垂直于具有含两个陶瓷层的热障涂层体系的部件的表面平面的示意性剖面图；图lb)与图la)相同，只是具有三个陶瓷层。优选实施方案的描述本发明由具有金属基底材料1、粘合涂层2、具有6-8%重量的氧化钇的氧化钇稳定的氧化锆的第一陶瓷层3和由任何以下材料制成的第二陶瓷层4的多层TBC体系组成-YTaO4掺杂的氧化锆(优选具有14-17%摩尔YTaO4)；- 二氧化钛掺杂的氧化锆(优选具有4-14%摩尔TiO2)；-氧化钪稳定的氧化锆；-多种稀土元素掺杂的氧化钇稳定的氧化锆(Nd和％、或Gd和％、或Sm和％的组合)；-氧化铈稳定的氧化锆(优选具有20-30%摩尔的CeO2)；-含铈的钙钛矿材料(优选BaCeO3或SrCeO3)；-钇铝石榴石(YAG)；-磷铈镧矿(LaPO4)；-尖晶石(如BaY2O4 或 Si%04)。另一可能是使用如上所述的多层体系，但是使用二氧化钛掺杂的氧化锆或YTaO4 掺杂的氧化锆改变第一陶瓷层的组成。预计这两种组成均改善第一陶瓷层3的韧性。在这种情况下，第一陶瓷层3和第二陶瓷层4不应该由相同材料构成。如图Ib所示，具体而言，第二陶瓷层可包括数个不同材料层，在图中以如和4b示出。这些层可具有相同或不同的厚度。重要的是第二陶瓷层4或最顶端的第二陶瓷层4b 形成暴露于热气流6的表面7。然而，这不排除在第二陶瓷层上可能存在薄表面层，以及在该顶部陶瓷层上可能存在浸渍。第一陶瓷层与第二陶瓷层之间的界面可为分级的(沿界面具有组成呈梯度的两种材料的混合物)，或可为在这两个陶瓷层之间还提供机械粘着粗糙界面。第一陶瓷层通常具有10-40% (优选15-30% )的孔隙率水平和50-1000微米(优选100-500微米)的厚度。第二陶瓷层可由具有不同微观结构或相组成的一个或多个陶瓷层构成。第二陶瓷层具有5-80% (优选5-25% )的孔隙率和300-2000微米的厚度。第二陶瓷层的孔隙率水平可为分级的，从与第一陶瓷层的界面处的20-80% (优选20-25% )开始，在与热气的界面处降为5-10%。粘合涂层可通过等离子体喷雾或EB-PVD加工，在一些实施方案中，可定义为具有特定组成。在实验性试验中，样品(prototype)通过使用等离子体喷雾沉积在基底材料1 (具体地说，燃气涡轮机的部件)涂覆粘合涂层(组成(重量)，参见US 6221181 :28-35% Co、 11-15% CrU0-13%Al,0-l% ReU-2% Si、0. 2-1% Ta,0. 005-0. 5% Y,0-5% Ru,0-1 % Ca, 0-1 % Mg、0-0. 5% La (或来自镧系的元素)、0-0. 1%B、余量的Ni和偶然的杂质)产生。粘合涂层的所得厚度为300-400 μ m。随后，使用热喷雾沉积施用具有上文规定的氧化钇含量的YSZ的第一陶瓷层，产生300-500 μ m的层厚度和具有约20-25%的孔隙率的第一陶瓷层。之后，使用热喷雾沉积将第二陶瓷层沉积到第一陶瓷层的粗糙上表面上，其中使用YTaO4掺杂的氧化锆(掺杂14%的YTaO4)作为材料。所得第二陶瓷层具有600-800 μ m 的层厚度且第二陶瓷层具有约20-25%的孔隙率。第一层中的YTaO4(YTaC)4掺杂的氧化锆)的其他实验数据通过混合^O2与20%摩尔的YTaO4,之后在1500°C下退火600°C制备样品。通过在室温下的X射线衍射来研究样品，没有观察到四方YTaO4-^O2相的分解且没有观察到单斜^ (ZrO2和YTaO4没有分解)。相反，在7%重量^O3稳定的&02(/YSZ)样品中，在该温度和退火时间下，四方相完全分解成立方和单斜氧化锆。这与显示随着YTaOjf加从四方氧化锆到单斜氧化锆的转变温度降低的数据一致，允许降至室温保留四方氧化锆结构。因此，用15-22%摩尔YTaO4稳定的^O2是一种具有吸引力的TBC材料，更具体地讲，在粘合涂层和TBC之间的界面处的具有吸引力的TBC材料，因为其1)在高温下长时间稳定性2)在加热和冷却时没有相变3)低导热性4)由于四方氧化锆相的铁弹性行为而具有高断裂韧性。必须提到，在Y-Talr-O体系中，通常仅该体系的一小部分(从掺杂有15%摩尔 YTaO4的^O2到掺杂有22%摩尔YTaO4的&02)显示出这些性质的组合。所得热障涂覆结构显示出增加的耐散裂性、耐脱层性以及耐失稳性且显示出理想的改善的导热率值。附图标记列表1基底材料，部件2粘合涂层3第一陶瓷层4第二陶瓷层4a下层第二陶瓷层4b表面第二陶瓷层5热障涂层体系6热气流区域71的表面
权利要求
1.在基底材料(1)上的热障涂层体系(5)，其包括其下表面与所述基底材料(1)直接接触且其上表面与第一陶瓷层C3)直接接触的粘合涂层O)；且包括在所述涂层体系的最外热气暴露表面上的第二陶瓷层G)，其中第一陶瓷层(3)由选自以下的材料组成具有6-8%重量的氧化钇含量的氧化钇稳定的氧化锆、YTaO4掺杂的氧化锆、二氧化钛掺杂的氧化锆、及其组合、混合物、合金、共混物或多层结构；且其中第二陶瓷层G、4a、4b)的材料选自YTaO4掺杂的氧化锆、二氧化钛掺杂的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆、含氧化铈的钙钛矿材料、钇铝石榴石材料、磷铈镧矿材料、尖晶石材料、及其组合、混合物、合金、共混物或多层结构，条件是如果第一陶瓷层C3)由YTa04·杂的氧化锆和/或二氧化钛掺杂的氧化锆组成， 则第二陶瓷层(43a、4b)的材料不选自YTa04·杂的氧化锆和/或二氧化钛掺杂的氧化锆。
2.权利要求1的涂层体系，其中所述基底材料(1)为金属、优选为超合金、更优选为M基超合金。
3.前述权利要求中任一项的涂层体系，其中所述粘合涂层( 由PtAl基底材料和/或 MCrAlRX基底材料组成，其中M选自狗、Co、Ni或Co/Ni，R选自Y或％，且其中X为任选的且可优选选自Pt、Hf、Si、&、Ta、Re和Ru及其组合。
4.前述权利要求中任一项的涂层体系，其中第二陶瓷层的下表面与第一陶瓷层 (3)直接接触，其中在所述两层(3、4)之间的界面为分级的或通过在所述两层(3、4)之间提供机械粘着的粗糙界面提供。
5.前述权利要求中任一项的涂层体系，其中第一陶瓷层以及第二陶瓷层(4)为单层。
6.前述权利要求中任一项的涂层体系，其中第二陶瓷层由具有不同组成和/或微观结构和/或相组成的至少两个陶瓷层构成。
7.前述权利要求中任一项的涂层体系，其中在YTaO4掺杂的氧化锆的情况下，所述氧化锆掺杂有14-17%摩尔的YTaO4 ；和/或在二氧化钛掺杂的氧化锆的情况下，所述氧化锆掺杂有4-14%摩尔的T^2 ；和/或在含氧化铈的钙钛矿材料的情况下，其选自BaCeO3和/或SrCeO3 ；和/或在磷铈镧矿的情况下，所述材料选择为LaPO4，任选包含Th ；和/或在尖晶石的情况下，所述材料选自BaY2O4和/或SrY204。
8.前述权利要求中任一项的涂层体系，其中第一陶瓷层(3)具有10-40%、优选 15-30%的孔隙率。
9.前述权利要求中任一项的涂层体系，其中第一陶瓷层(3)具有50-1000μ m、优选 100-500 μ m 的厚度。
10.前述权利要求中任一项的涂层体系，其中第二陶瓷层(4)具有5-80%、优选5-25%的孔隙率。
11.前述权利要求中任一项的涂层体系，其中第二陶瓷层(4)具有分级孔隙率，其中， 在与第一陶瓷层(3)的界面处，孔隙率为20-80%、优选为20-25%，且在与热气的界面(6) 处，孔隙率降为5-20%、优选5-10%。
12.前述权利要求中任一项的涂层体系，其中第二陶瓷层(4)具有300-2000μ m的厚度。
13.前述权利要求中任一项的涂层体系，其中，在单一第二陶瓷层的情况下，第一陶瓷层(3)的厚度小于第二陶瓷层的厚度，且在多个第二陶瓷层的情况下，第一陶瓷层(3) 的厚度小于多个第二陶瓷层Ga、4b)的总厚度。
14.制作前述权利要求中任一项的涂层体系的方法，其中，在第一步骤中，粘合涂层 (2)优选通过使用等离子体喷雾和/或电子束物理气相沉积施用到金属部件(1)，其中，在第二步骤中，第一陶瓷层( 优选通过使用选自以下的方法以一个或数个步骤施用到粘合涂层( 上诸如常压等离子体喷雾的热喷雾、气相沉积、物理气相沉积、电泳沉积、等离子体喷雾、电子束物理气相沉积、粉末涂覆、真空粉末喷雾沉积、化学沉积、激光辅助沉积、离子束辅助沉积，且其中，在第三步骤中，第二陶瓷层(4)或数个第二陶瓷层Ga、4b)以一个或数个步骤施用到第一陶瓷层C3)上，任选随后施用保护层或对表面进行保护性浸渍。
15.部件，尤其是燃气涡轮机的热气暴露部件，其包括优选使用权利要求14的方法生产的权利要求1-13中任一项的涂层体系。
全文摘要
提出在基底材料(1)上的热障涂层体系(5)，其包括其下表面与所述基底材料(1)直接接触且其上表面与第一陶瓷层(3)直接接触的粘合涂层(2)。所述热障涂层体系还包括在所述涂层体系的最外热气暴露表面上的第二陶瓷层(4)。第一陶瓷层(3)由以下材料组成氧化钇含量为6-8％重量(6w/o-8w/o Y2O2)的氧化钇稳定的氧化锆(ZrO2)、YTaO4掺杂的氧化锆和/或二氧化钛掺杂的氧化锆。第二陶瓷层(4、4a、4b)的材料选自YTaO4掺杂的氧化锆、二氧化钛掺杂的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆、含氧化铈的钙钛矿材料、钇铝石榴石材料、磷铈镧矿材料、尖晶石材料及其组合、混合物、合金、共混物或多层结构，条件是如果第一陶瓷层(3)由YTaO4掺杂的氧化锆和/或二氧化钛掺杂的氧化锆组成，则第二陶瓷层(4、4a、4b)的材料不选自YTaO4掺杂的氧化锆和/或二氧化钛掺杂的氧化锆。此外，本发明涉及施用这样的热障涂层体系的方法以及提供有这样的涂层体系的两种部件。
文档编号C23C28/00GK102245810SQ200980151590
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月14日 优先权日2008年12月15日
发明者G·维茨, H-P·博斯曼, M·埃斯奎雷, M·绍丁 申请人:阿尔斯通技术有限公司