修理燃气涡轮构件的热屏蔽涂层的方法和所得的构件与流程

本发明涉及能够在暴露于高温(诸如燃气涡轮发动机的不利热环境)的构件上使用的涂层。更具体而言，本发明涉及热屏蔽涂层(tbc)，该热屏蔽涂层呈现对热循环和污染物侵入的抵抗力，污染物例如为可在燃气涡轮发动机的操作环境中存在的类型。

背景技术：

热屏蔽涂层(tbc)在构件(诸如燃烧器、高压涡轮(hpt)叶片、静叶和护罩)上的使用有助于此种构件耐受住较高的操作温度、提高构件耐久性、和改善发动机可靠性。tbc通常由陶瓷材料形成，且沉积在环境保护性接合涂层上，以形成所谓的tbc系统。广泛地用在tbc系统中的接合涂层材料包括耐氧化覆盖涂层，诸如mcralx(其中m是铁、钴和/或镍，且x是钇或另一稀土元素)、和扩散涂层诸如包含铝金属间化合物的扩散铝化物。接合涂层材料通常选择为能够在它们的表面上形成连续和粘着的氧化物皮(oxidescale)，以促进陶瓷涂层对接合涂层的粘着。氧化物皮可通过使接合涂层经历氧化环境来形成，使得氧化皮有时称为热生长氧化物(tgo)。

在维护状态下，由tbc系统保护的热区段发动机构件可容易受到各种方式的损伤，包括侵蚀、因暴露于气态燃烧产物引起的氧化和腐蚀、外来物体损伤(fod)、和来自环境污染物的侵袭。环境污染物的来源是周围空气，周围空气由发动机吸入以用于冷却和燃烧。周围空气中的环境污染物的类型将从一个地点到另一个地点而变化，但对飞行器而言可能是担忧，因为它们从一个地点移动到另一个地点。可存在于空气中的环境污染物包括砂、灰尘、火山灰、处于二氧化硫形式的硫、飞灰、水泥颗粒、跑道尘土、和可被排到大气中的其他污染物质，诸如金属颗粒，例如，镁、钙、铝、硅、铬、镍、铁、钡、钛、碱金属和它们的化合物，包括氧化物、碳酸盐、磷酸盐、盐类和它们的混合物。这些环境污染物加入由燃料的燃烧导致的腐蚀性和氧化性的污染物中。然而，所有的这些污染物可粘着于热区段构件(包括利用tbc系统保护的那些)的表面。

这些污染物中的一些可导致在构件寿命期间的tbc损失。例如，氧化钙(cao)、氧化镁(mgo)、氧化铝(铝氧化物；al2o3)、和氧化硅(硅氧化物；sio2)的颗粒通常存在于包含细砂和/或尘土的环境中。当一起存在于高温下时，氧化钙、氧化镁、氧化铝和氧化硅可形成在本文中称为cmas的共晶化合物。cmas具有相对低的熔化温度，使得在涡轮操作期间，沉积在构件表面上的cmas可熔化，尤其是如果表面温度超过大约2240℉(1227℃)。熔化的cmas能够侵入tbc内的孔隙。例如，cmas能够侵入到具有柱状结构的tbc、致密的竖直地破裂的tbc、和通过热和等离子喷涂而沉积的tbc的水平泼溅边界(splatboundary)。熔化的cmas在tbc的较冷的表面下区内重新凝固，在此，其干扰tbc的顺应性，且特别是在热循环期间，作为妨碍tbc的膨胀和收缩能力的结果，可导致tbc的散裂和退化。除了顺应性的损失之外，与tbc内的氧化钇和氧化锆、以及与接合涂层/tbc界面处的热生长氧化物的有害化学反应可发生且导致tbc系统的退化。一旦由tbc提供的被动热屏蔽保护已损失，则发动机的继续操作可导致tbc系统下方的基础金属的氧化。

鉴于以上，可理解的是，如果能够促进构件且尤其是在高于污染物的熔化温度的温度下操作的燃气涡轮发动机构件对污染物(诸如cmas)的抵抗力的系统和方法是可用的，则是合乎需要的。此外，存在在某些情况下修理此种涂层的必然需要，尤其是燃气涡轮发动机的经历剧烈热循环的高温构件。

技术实现要素：

本发明的方面和优点将在下列描述中部分地阐述，或可根据描述而是明显的，或可通过本发明的实践而习得。

大体上，提供具有修理后的热屏蔽涂层的涡轮发动机构件，以及它们的形成和修理方法。

在一个实施例中，涡轮发动机构件包括限定表面的基底；在基底的表面的第一部分上的热屏蔽涂层；在基底的表面的第二部分上的修理后的热屏蔽涂层；和在外接合涂层上的陶瓷涂层。热屏蔽涂层包括内接合层和第一陶瓷层，其中内接合层定位在基底与第一陶瓷层之间。修理后的热屏蔽涂层大体上包括在基底的表面上的内接合涂层和在内接合涂层上的外接合涂层。内接合涂层由含钴材料形成，而外接合涂层基本上没有钴。

在一个实施例中，涡轮发动机构件具有修理后的热屏蔽涂层且包括限定表面的基底；在基底的表面上的内接合层；在内接合层上的内接合涂层；在内接合涂层上的外接合涂层；和在外接合涂层上的陶瓷涂层。内接合涂层由含钴材料形成，而外接合涂层基本上没有钴。

大体上提供用于修理涡轮发动机构件上的热屏蔽涂层的方法。在一个实施例中，该方法包括从基底的表面的区域移除任何陶瓷涂层；在基底的表面的该区域的上方形成内接合涂层；在内接合涂层的上方形成外接合涂层；和在外接合涂层上形成陶瓷涂层。内接合涂层由含钴材料形成，而外接合涂层基本上没有钴。

技术方案1：一种具有修理后的热屏蔽涂层的涡轮发动机构件，所述涡轮发动机构件包括：

基底，其限定表面；

热屏蔽涂层，其在所述基底的表面的第一部分上，其中，所述热屏蔽涂层包括内接合层和第一陶瓷层，且其中，所述内接合层定位在所述基底与所述第一陶瓷层之间；

修理后的热屏蔽涂层，其在所述基底的表面的第二部分上，其中，所述修理后的热屏蔽涂层包括：

内接合涂层，其在所述基底的表面上，其中，所述内接合涂层包括含钴材料；

外接合涂层，其在所述内接合涂层上，其中，所述外接合涂层基本上没有钴；和

陶瓷涂层，其在所述外接合涂层上。

技术方案2：根据技术方案1所述的涡轮发动机构件，其中，所述修理后的热屏蔽涂层还包括：

内接合层，其定位在所述基底的表面与所述内接合涂层之间。

技术方案3：根据技术方案1所述的涡轮发动机构件，其中，所述内接合涂层具有大约5%或更小的孔隙率，且其中，所述外接合涂层具有大于大约5%的孔隙率。

技术方案4：根据技术方案1所述的涡轮发动机构件，其中，所述内接合涂层具有为所述外接合涂层的硫扩散速率的至多1/10的硫扩散速率。

技术方案5：根据技术方案1所述的涡轮发动机构件，其中，所述内接合涂层包括conicraly，且其中，所述外接合涂层包括nicraly。

技术方案6：根据技术方案1所述的涡轮发动机构件，其中，内层涂层具有大约200μm到大约350μm的平均厚度，且其中，外层涂层具有大约100μm到大约400μm的平均厚度。

技术方案7：根据技术方案1所述的涡轮发动机构件，还包括：

中间接合涂层，其定位在所述外接合涂层与所述陶瓷涂层之间，且其中，所述中间接合涂层具有比所述内接合涂层的孔隙率大的孔隙率，且此外其中，所述中间接合涂层具有比所述外接合涂层的孔隙率小的孔隙率。

技术方案8：一种具有修理后的热屏蔽涂层的涡轮发动机构件，所述涡轮发动机构件包括：

基底，其限定表面；

内接合层，其在所述基底的表面上；

内接合涂层，其在所述内接合层上，其中，所述内接合涂层包括含钴材料；

外接合涂层，其在所述内接合涂层上，其中，所述外接合涂层基本上没有钴；和

陶瓷涂层，其在所述外接合涂层上。

技术方案9：根据技术方案8所述的涡轮发动机构件，其中，所述内接合涂层具有大约5%或更小的孔隙率，且其中，所述外接合涂层具有大于大约5%的孔隙率。

技术方案10：根据技术方案8所述的涡轮发动机构件，其中，所述内接合涂层具有为所述外接合涂层的硫扩散速率的至多1/10的硫扩散速率。

技术方案11：根据技术方案8所述的涡轮发动机构件，其中，所述内接合涂层包括conicraly，且其中，所述外接合涂层包括nicraly。

技术方案12：根据技术方案8所述的涡轮发动机构件，其中，内层涂层具有大约200μm到大约350μm的平均厚度，且其中，外层涂层具有大约100μm到大约400μm的平均厚度。

技术方案13：根据技术方案8所述的涡轮发动机构件，还包括：

中间接合涂层，其定位在所述外接合涂层与所述陶瓷涂层之间，且其中，所述中间接合涂层具有比所述内接合涂层的孔隙率大的孔隙率，且此外其中，所述中间接合涂层具有比所述外接合涂层的孔隙率小的孔隙率。

技术方案14：一种修理涡轮发动机构件上的热屏蔽涂层的方法，所述方法包括：

从基底的表面的区域移除任何陶瓷涂层；

在所述基底的表面的该区域上方形成内接合涂层，其中，所述内接合涂层包括含钴材料；

在所述内接合涂层的上方形成外接合涂层，其中，所述外接合涂层基本上没有钴；和

在所述外接合涂层上形成陶瓷涂层。

技术方案15：根据技术方案14所述的方法，其中，形成所述内接合涂层包括将多个第一颗粒高速率氧燃料涂布喷涂到所述基底的该区域上以形成内接合涂层，其中，所述多个第一颗粒包括含钴材料且具有小于大约45μm的平均颗粒尺寸。

技术方案16：根据技术方案15所述的方法，其中，所述多个第一颗粒包括conicraly。

技术方案17：根据技术方案15所述的方法，其中，所述外接合涂层是通过高速率氧燃料涂布喷涂多个第二颗粒而形成的，所述多个第二颗粒具有大约50μm到大约150μm的平均直径，且其中，所述多个第二颗粒包括nicraly。

技术方案18：根据技术方案14所述的方法，还包括：

在形成所述外接合涂层之前，在所述内接合涂层上形成中间接合涂层，其中，所述中间接合涂层基本上没有钴，且其中，所述中间接合涂层具有比所述内接合涂层的孔隙率大的孔隙率，且此外其中，所述中间接合涂层具有比所述外接合涂层的孔隙率小的孔隙率。

技术方案19：根据技术方案14所述的方法，其中，从所述基底的表面移除任何陶瓷涂层包括：

从所述基底的表面移除所有的材料，以使所述基底的表面暴露。

技术方案20：根据技术方案14所述的方法，其中，从所述基底的表面移除任何陶瓷涂层包括：

从所述基底的表面的该区域移除所有的陶瓷涂层材料，但在所述基底的表面上留下现存的接合涂层的一部分。

通过参照下列描述和所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并组成其一部分的附图例示了本发明的实施例，并与说明一起用来解释本发明的原理。

附图说明

本发明的针对本领域技术人员的完整和能够实现的公开，包括其最佳模式，在参照附图作出的说明书中得到阐述，在附图中：

图1是根据本主题的各种实施例的示范燃气涡轮发动机的示意截面图；

图2是根据本公开的示范实施例的燃烧器组件的透视、截面图；

图3是基底上的示范两层接合涂层tbc的特写、截面图；

图4是基底上的示范三层接合涂层tbc的特写、截面图；

图5示出了具有受损的tbc的有涂层基底；

图6a示出了在移除了受损的tbc以使基底的整个表面暴露之后的图5的有涂层基底；

图6b示出了在移除了受损的tbc，但将接合层的一部分留在基底的表面上之后的图5的有涂层基底；

图7示出了在执行根据一个实施例的修理方法之后的图6b的有涂层基底；

图8示出了有涂层基底，该有涂层基底在其表面上具有tbc，该tbc在其一部分上具有局部损伤。

图9a示出了在局部地移除了受损的tbc以使基底表面的在tbc的受损区域下面的部分暴露之后的图8的有涂层基底；

图9b示出了在局部地移除了受损的tbc但将接合层的在tbc的受损区域下面的一部分留下之后的图8的有涂层基底；

图10a示出了在执行根据一个实施例的修理方法之后的图9a的有涂层基底；且

图10b示出了在执行根据一个实施例的修理方法之后的图9b的有涂层基底。

本说明书和附图中的参考标号的重复使用用于表示本发明的相同或类似的特征或元件。

部件列表

10涡轮风扇发动机

12纵向中心线

14风扇区段

16核心涡轮发动机

18外壳体

20环形进口

22低压压缩机

24高压压缩机

26燃烧区段

28高压涡轮

30低压涡轮

32喷气排气喷嘴区段

34高压轴或转轴

36低压轴或转轴

38可变桨距风扇

40风扇叶片

42盘

44促动部件

46功率齿轮箱

48可旋转前机舱

50外机舱

52引导静叶

54下游区段

56旁通空气流通道

58空气

60进口

62空气的第一部分

64空气的第二部分

66燃烧气体

68高压涡轮定子静叶

70高压涡轮转子叶片

72低压涡轮定子静叶

74低压涡轮定子静叶

76风扇喷嘴排气区段

78热气体路径

100燃烧器组件

102内衬套

104后端

106前端

108外衬套

110后端

112前端

114燃烧室

116内环形拱顶

118外环形拱顶

122槽道

124空气混合器

126外罩

128前端

130内罩

132前端

134附接延伸部

138附接延伸部

142热防护件

300构件

301第二表面

302基底

303第一表面

304内接合涂层

305表面

306外接合涂层

307有纹理表面

308陶瓷涂层

309外部表面

310tbc系统

312中间接合涂层

313表面

500受损的tbc

502内接合层

503接合表面

504陶瓷层

506暴露的表面

510受损部分

512未受损部分

520修理后区域。

具体实施方式

现在将详细地参照在附图中例示出一个或更多个实例的本发明的实施例。各实施例是作为本发明的解释而非本发明的限制来提供的。事实上，在本发明中可进行各种更改和变化而不脱离本发明的精神或范畴这点对于本领域专业人员而言将是显而易见的。例如，作为一个实施例的一部分例示或描述的特征可与另一实施例一起使用以形成更进一步的实施例。因此，意图本发明覆盖在所附权利要求和它们的等同物的范围内的这种更改和变化。

在本公开中，当一个层被描述为在另一个层或基底“上”或“上方”时，应当理解的是，层可直接接触彼此，或者在层之间可具有另一层或特征，除非清楚地相反声明。因此，这些用语仅描述层相对于彼此的相对位置，且不一定意味着“在...的顶部”，因为相对位置上方或下方取决于装置相对于观察者的定向。

如在本文中所使用的，用语“第一”、“第二”、和“第三”可以可互换地使用，以将一个构件与另一个构件区分，且不意图表示单独的构件的位置或重要性。

此外，用语“上游”和“下游”指相对于流体路径中流体流的相对方向。例如，“上游”指流体从其流动的方向，且“下游”指流体流到其的方向。

涡轮发动机构件一般被提供为包括两层(或更多)接合涂层系统，以在基底上形成热屏蔽涂层(tbc)。因此，本公开一般适用于被通过热屏蔽涂层(tbc)系统相对于热不利环境保护的金属构件。此种构件的特别示例包括高压和低压涡轮喷嘴(静叶)、护罩、燃烧器衬套、燃烧器拱顶和热防护件、过渡件、燃气涡轮发动机的涡轮框架和推力增强装置硬件。虽然本公开尤其适用于涡轮发动机构件，但本公开的教导大体上适用于任何如下构件，热屏蔽件可用在该构件上以将该构件与其环境热隔离。

具体而言，两层接合涂层系统大体上提供为具有内接合涂层，该内接合涂层具有特别适合用于耐腐蚀、开裂&氧化的化学性质，而外接合涂层具有用于对其粘着tbc的化学性质和结构。即，内接合涂层提供用于耐氧化、腐蚀、和开裂的致密微结构和化学性质，而外接合涂层提供tbc粘着所需的表面粗糙度。因此，当前提供的接合涂层系统提供与由单个层形成的基线接合涂层相比高的温度能力。

现在参照附图，图1是根据本公开的示范实施例的燃气涡轮发动机的示意截面图。更具体而言，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为高旁通涡轮风扇喷气发动机10，其在本文中称为“涡轮风扇发动机10”。如图1所示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向a(与用于参考而提供的纵向中心线12平行地延伸)和径向方向r。一般来说，涡轮风扇10包括风扇区段14和配置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。

所描绘的示范核心涡轮发动机16大体上包括基本上管状的外壳体18，该外壳体18限定环形进口20。外壳体18以连续流过的关系包围：压缩机区段，其包括增压机或低压(lp)压缩机22和高压(hp)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压(hp)涡轮28和低压(lp)涡轮30；和喷气排气喷嘴区段32。高压(hp)轴或转轴34将hp涡轮28驱动地连接于hp压缩机24。低压(hp)轴或转轴36将lp涡轮30驱动地连接于lp压缩机22。

对于所描绘的实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，该可变桨距风扇38具有以间隔开的方式联接于盘42的多个风扇叶片40。如所描绘的，风扇叶片40大体上沿径向方向r从盘42向外延伸。各风扇叶片40能够相对于盘42围绕桨距轴线p通过风扇叶片40操作地联接于合适的促动部件44而旋转，促动部件44构造成用于一致共同地改变风扇叶片110的桨距。风扇叶片40、盘42、和促动部件44能够通过跨过可选的功率齿轮箱46的lp轴36而围绕纵向轴线12一起旋转。功率齿轮箱46包括多个齿轮，以用于使lp轴36的转速逐渐降低至更有效的旋转风扇速度。

仍参照图1的示范实施例，盘42由可旋转的前机舱48覆盖，该前机舱48空气动力地形成轮廓，以促进穿过多个风扇叶片40的空气流。此外，示范风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，环形风扇壳体或外机舱50周向地围绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应明白的是，机舱50可构造成通过多个周向地间隔的出口引导静叶52而相对于核心涡轮发动机16得到支撑。而且，机舱50的下游区段54可在核心涡轮发动机16的外部分上方延伸，以便在其间限定旁通空气流通道56。

在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定体积的空气58穿过机舱50和/或风扇区段14的相关进口60进入涡轮风扇10。在该体积的空气58行进跨过风扇叶片40时，由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或发送到旁通空气流通道56中，且由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或发送到lp压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间之比通常称为旁通比。空气的第二部分64的压力然后在其被发送穿过高压(hp)压缩机24且进入燃烧区段26中时增大，在燃烧区段26处，空气的第二部分64与燃料混合且被焚烧以提供燃烧气体66。

燃烧气体66被发送穿过hp涡轮28，在此，经由联接于外壳体18的hp涡轮定子静叶68和联接于hp轴或转轴34的hp涡轮转子叶片70的连续级提取来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分，因而导致hp轴或转轴34旋转，从而支持hp压缩机24的操作。燃烧气体66然后被发送穿过lp涡轮30，在此，经由联接于外壳体18的lp涡轮定子静叶72和联接于lp轴或转轴36的lp涡轮转子叶片74的连续级从燃烧气体66提取热能和动能的第二部分，因而导致lp轴或转轴36旋转，从而支持lp压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。

燃烧气体66随后被发送穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，空气的第一部分62的压力显著地增大，因为空气的第一部分62在其从涡轮风扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被发送穿过旁通空气流通道56，从而也提供推进推力。hp涡轮28、lp涡轮30、和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，以用于将燃烧气体66发送穿过核心涡轮发动机16。

现在参照图2，提供图1的示范涡轮风扇发动机10的燃烧区段26的特写截面图。更具体而言，图2提供燃烧器组件100的透视、截面图，该燃烧器组件100可定位在根据本公开的示范实施例的图1的示范涡轮风扇发动机10的燃烧区段26中。特别地，图2提供燃烧器组件100的透视、截面图，该燃烧器组件100为了清楚而移除了外燃烧器壳体。

如图所示，燃烧器组件100大体上包括在后端104和前端106之间大体上沿轴向方向a延伸的内衬套102，以及也在后端110和前端112之间大体上沿轴向方向a延伸的外衬套108。内衬套和外衬套102、108一起至少部分地限定在其间的燃烧室114。内衬套和外衬套102、108各自附接于环形拱顶。更具体而言，燃烧器组件100包括附接于内衬套102前端106的内环形拱顶116和附接于外衬套108前端112的外环形拱顶118。虽然内和外环形拱顶116、118各自示为包括被包围的表面，该被包围的表面限定槽道122以用于接收相应的内衬套和外衬套102、108的前端106、112，但任何适合的附接方案可用于将衬套附接于相应的拱顶。而且，虽然示范燃烧器组件100示为包括内和外环形拱顶，但应当理解的是，当前公开的涂层和涂层系统还适用于单拱顶构造和多拱顶构造(例如3个拱顶等)。

燃烧器组件100还包括在外拱顶118内沿周向方向间隔的多个燃料空气混合器124。更具体而言，该多个燃料空气混合器124沿径向方向r配置在外拱顶118和内拱顶116之间。来自涡轮风扇发动机10的压缩机区段的压缩空气流到燃料空气混合器124中或流动穿过燃料空气混合器124，在燃料空气混合器124处，压缩空气与燃料混合且被点燃，以在燃烧室114内形成燃烧气体66。内拱顶和外拱顶116、118构造成辅助将此种压缩空气流从压缩机区段提供到燃料空气混合器126中或穿过燃料空气混合器126。例如，外拱顶118包括前端128处的外罩126，且内拱顶116类似地包括前端132处的内罩130。外罩126和内罩130可辅助将压缩空气流从压缩机区段26引导到燃料空气混合器中的一个或更多个中或穿过燃料空气混合器中的一个或更多个。

而且，内拱顶和外拱顶116、118各自包括附接部分，附接部分构造成辅助将燃烧器组件100安装在涡轮风扇发动机10内。例如，外拱顶118包括附接延伸部134，附接延伸部134构造成安装于外燃烧器壳体(未示出)，且内拱顶116包括类似的附接延伸部138，附接延伸部138构造成附接于涡轮风扇发动机10内的环形支撑部件(未示出)。在某些示范实施例中，内拱顶116可作为单个环形构件一体地形成，且类似地，外拱顶118也可作为单个环形构件一体地形成。然而，应理解的是，在其他示范实施例中，内拱顶116和/或外拱顶118可备选地由以任何适合的方式连结的一个或更多个构件形成。例如，参照外拱顶118，在某些示范实施例中，外罩126可与外拱顶118分开地形成，且利用例如焊接过程附接于外拱顶118的前端128。类似地，附接延伸部134也可与外拱顶118分开地形成，且利用例如焊接过程附接于外拱顶118的前端128。此外或备选地，内拱顶116可具有类似的构造。

仍参照图2，示范燃烧器组件100还包括围绕各燃料空气混合器124定位、周向地布置的多个热防护件142。对于所描绘的实施例，热防护件142附接于外拱顶118和内拱顶116且在它们之间延伸。热防护件142构造成相对于燃烧室114的相对极端的温度保护涡轮风扇发动机10的某些构件。

在某些实施例中，内衬套102和外衬套108各自包括金属，诸如镍基超级合金或钴基超级合金。在备选实施例中，内衬套102和外衬套108各自包括陶瓷基质复合物(cmc)材料，陶瓷基质复合物(cmc)材料为具有高温能力的非金属材料。用于此种衬套102、108的示范cmc材料可包括碳化硅、硅、氧化硅或氧化铝基质材料和它们的组合。陶瓷纤维可埋入基质内，诸如包括诸如蓝宝石和碳化硅的单纤丝的氧化稳定加强纤维(例如textron的scs-6)、以及包括碳化硅的粗纱(roving)和纱(yarn)(例如，nipponcarbon的nicalon®、ubeindustries的tyranno®、和dowcorning的sylramic®)、硅酸铝(例如nextel的440和480)、和切碎的晶须和纤维(例如，nextel的440和saffil®)，且可选地陶瓷颗粒(例如，si、al、zr、y的氧化物和它们的组合)和无机填充物(例如，叶腊石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石)。

分别包括内罩130和外罩126的内拱顶116、外拱顶118、和热防护件142可由金属，诸如镍基超级合金或钴基超级合金形成。

如上所述，这些构件中的各个暴露于具有相对高的温度和/或压力的严苛条件。因此，热屏蔽涂层至少存在于任何金属构件的暴露表面上。

图3示出了示范涡轮发动机构件300的截面图，该示范涡轮发动机构件300具有在基底302上的tbc涂层系统310。大体上，基底302限定有涂层表面303(即，在其上具有涂层的第一表面303)，该有涂层表面303称为“热”侧，因为其是构件300的暴露于发动机内燃烧气体的表面。而且，构件具有第二表面301，第二表面301与有涂层表面303相反地定位在构件300的“冷”侧上。在一个实施例中，基底302由任何可操作的材料形成。例如，基底302可由各种金属和金属合金中的任一种形成，包括基于镍、钴和/或铁合金或超级合金的那些。在一个实施例中，基底302由镍基合金制成，且在另一实施例中，基底302由镍基超级合金制成。镍基超级合金可通过γ'(gammaprime)或相关相的析出来得到强化。在一个示例中，镍基超级合金具有按重量百分比计算的以下成分：大约4到大约20个百分点的钴、大约1到大约10个百分点的铬、大约5到大约7个百分点的铝、大约0到大约2个百分点的钼、大约3到大约8个百分点的钨、大约4到大约12个百分点的钽、大约0到大约2个百分点的钛、大约0到大约8个百分点的铼、大约0到大约6个百分点的钌、大约0到大约1个百分点的铌、大约0到大约0.1个百分点的碳、大约0到大约0.01个百分点的硼、大约0到大约0.1个百分点的钇、大约0到大约1.5个百分点的铪、余量的镍和附带杂质。例如，适合的镍基超级合金可以根据商品名renen5来获得，其具有按重量计的以下名义成分：7.5%的钴、7%的铬、1.5%的钼、6.5%的钽、6.2%的铝、5%的钨、3%的铼、0.15%的铪、0.004%的硼、和0.05%的碳、以及余量的镍和微少杂质。

在示出的实施例中，tbc涂层系统310包括在基底302的第一表面303上的内接合涂层304、在内接合涂层304的表面305上的外接合涂层306、和在外接合涂层307的有纹理表面307上的陶瓷涂层308。因此，陶瓷涂层308限定暴露的外部表面309。

如上所述，内接合涂层304具有特别适合用于耐氧化、腐蚀、和开裂的致密的微结构和化学性质。另一方面，外接合涂层306具有用于对其粘着tbc以及提供用于在其上的tbc粘着的表面粗糙度的化学性质和结构。因此，内接合涂层304大体上是与外接合涂层206相比致密的层。即，内接合涂层304具有比外接合涂层206的孔隙率小的孔隙率。例如，内接合涂层304可具有大约5%或更小(例如，大约0.5%到大约5%)的孔隙率，而外接合涂层306具有大于大约5%(例如，大约5%到大约25%)的孔隙率。

在一个特定实施例中，内接合涂层304包括含钴材料(例如，conicraly)。不希望受任何特定理论限制，相信钴在内接合涂层304中的存在，特别是当与相对致密的构造(例如，小于5%的孔隙率)结合时，提供对穿过内接合涂层304的硫扩散的提高的抵抗力。在一个实施例中，内接合涂层304包括conicraly，诸如具有以下(按重量计的)成分的conicraly合金：大约31.0%到大约33.5%的镍、大约21.0%到大约23.0%的铬、大约9.5%到大约10.5%的铝、0.05%到大约0.50%的钇、0%到大约0.01%的磷、0%到大约0.01%的氮、0%到大约0.040%的氧、和余量的钴。

在一个实施例中，内接合涂层304是通过将多个颗粒高速率氧燃料涂布喷涂到基底302的表面303上以形成内接合涂层304而形成的。颗粒具有相对细的平均颗粒尺寸，以便导致相对致密的层(即，相对低的孔隙率)。例如，该多个颗粒可首先通过网眼过滤，该网眼具有大约325到大约400的网眼规格，使得颗粒中的大于90%(例如，大于大约99%)具有小于大约45μm的平均直径。例如，颗粒中的大于90%(例如大于大约99%)可具有小于大约44μm(对于325网眼尺寸)或小于大约37μm(对于400网眼尺寸)的平均直径。

在示出的实施例中，内接合涂层304限定基本上平滑的表面305，因为内接合涂层304和外接合涂层(或中间接合涂层，如果存在)之间的接合是化学接合(例如，扩散接合)。例如，表面305可具有大约1.5μmra到大约7.5μmra(例如，大约1.75μmra到大约5.25μmra)的表面粗糙度，其中ra是计算以量化所达到的粗糙度的位移值的算术平均。

内接合涂层304的厚度可取决于构件和操作环境而变化。内接合涂层304在一个实施例中具有大约200μm到大约350μm的平均厚度(tibc)，该平均厚度是通过跨过内接合涂层304在多个点处量从内接合涂层304的底部(在图3的实施例中示为基底302的表面303)到内接合涂层304的表面305的最短距离的平均值来测量的。

在一个特定实施例中，外接合涂层306基本上没有钴。当在本文中使用时，用语“基本上没有”意思是仅存在可忽略的微量，且包括完全没有(例如，0重量%直到0.5重量%)。

在一个实施例中，外接合涂层306可为金属、含金属的、金属间、金属合金、复合物和它们的组合。在一个实施例中，其可为nial。在一个实施例中，外接合涂层306为nial，诸如主要为βnial相，具有有限的合金添加物。nial涂层可具有大约9到大约12个重量百分点的铝含量，余量基本是镍，且在另一实施例中，具有大约18到大约21个重量百分点铝的铝含量，余量基本是镍。然而，外接合涂层306的成分不限于nial接合涂层，且可为具有适合的接合和温度能力的任何金属涂层。例如，外接合涂层306可为nicraly涂层，诸如具有以下(按重量计的)成分的nicraly涂层：大约21.0%到大约23.0%的铬、大约9%到大约11%的铝、0.05%到大约1.20%的钇、0%到大约0.01%的磷、0%到大约0.01%的氮、0%到大约0.040%的氧、和余量的镍。在特定实施例中，可在钇之外或作为钇的代替包括其他反应元素。例如，外接合涂层306可与nicraly化合物结合地包括如下化合物，该化合物包括nicralzr、nicralhfsi、nicralyzr、nicralrey、或它们的组合。包括此种材料可有助于氧化皮对接合涂层的粘着，从而提高tbc寿命。

在一个实施例中，外接合涂层306限定氧化物表面层(氧化皮)307，对其，陶瓷涂层308机械地接合外接合涂层306有纹理表面307，有纹理表面307包括多个峰和谷，以辅助扩散涂层308在其上的接合。例如，表面307可具有大约8.5μmra到大约20μmra(例如，大约9μmra到大约15μmra)的表面粗糙度。

外接合涂层306的厚度可取决于构件和操作环境而变化。外接合涂层306在一个实施例中具有大约100μm到大约400μm的平均厚度(tobc)，该平均厚度是通过跨过外接合涂层306在多个点处量从外接合涂层306的底部(在图3的实施例中示为内接合涂层304的表面305)到外接合涂层306的表面307的最短距离的平均值来测量的。

外接合涂层306可通过任何适合的沉积过程而形成，包括空气等离子喷涂(aps)、高速率氧燃料涂布喷涂(hvof)、高速率空气燃料处理(hvaf)、丝材电弧(wirearc)喷涂、低压等离子喷涂(lpps)过程等。在一个实施例中，外接合涂层306是通过将多个颗粒高速率氧燃料涂布喷涂到内接合涂层304的表面305上以形成外接合涂层306而形成的。颗粒具有相对粗的平均颗粒尺寸，以便导致具有相对高的孔隙率的层。例如，该多个颗粒可首先通过网眼过滤，该网眼具有大约100到大约270的网眼规格，使得颗粒中的大于90%(例如，大于大约99%)具有大约50μm到大约150μm的平均直径。例如，颗粒中的大于90%(例如大于大约99%)可具有大约53μm(对于270网眼尺寸)到大约149μm(对于100网眼尺寸)的平均直径。

内接合涂层304和外接合涂层306还在它们相应的硫扩散速率方面不同。内接合涂层304具有比外接合涂层306的硫扩散速率慢的硫扩散速率。在一个实施例中，内接合涂层304具有为外接合涂层306的硫扩散速率的至多1/10(例如为大约1/50或更小，诸如为大约1/100或更小)的硫扩散速率。

陶瓷涂层308在一个实施例中可包括低导热率陶瓷。例如，该低导热率陶瓷可具有大约0.1到1.0btu/fthr℉，优选地在0.3到0.6btu/fthr℉的范围内的导热率。在一个实施例中，陶瓷涂层308可包括锆氧化物、钇氧化物、镱氧化物和钕氧化物的混合物。在另一个实施例中，陶瓷涂层308可包括氧化钇稳定的氧化锆(ysz)。在一个实施例中，陶瓷涂层308可为具有大约3到大约10个重量百分点氧化钇的成分的ysz。在另一实施例中，陶瓷涂层308可为另一种陶瓷材料，诸如氧化钇、未稳定的氧化锆、或由其他氧化物稳定的氧化锆，该其他氧化物诸如氧化镁(mgo)、二氧化铈(ceo2)、氧化钪(sc2o3)或氧化铝(al2o3)。在其他实施例中，陶瓷涂层308可包括一种或更多种稀土氧化物，诸如但不限于氧化镱、氧化钪、镧氧化物、氧化钕、氧化铒和它们的组合。在这些其他实施例中，稀土氧化物可替换稳定的氧化锆系统中的氧化钇的一部分或全部。陶瓷涂层308沉积为足以对下面的基底302提供所需的热保护的厚度，一般在大约75μm到大约350μm的规模。

可使用用于形成陶瓷涂层308的任何适合的沉积方法，包括但不限于物理气相沉积(pvd)技术、化学气相沉积技术、低压等离子喷涂(lpps)技术、空气等离子喷涂(aps)等。

尽管示为直接在相邻的层上(即，不存在在其间的中间层)，但在特定实施例中，另一层或多个层可存在于tbc系统310内。例如，额外的接合涂层可存在于tbc系统310中。

图4示出了另一tbc系统310，其包括定位在内接合涂层304和外接合涂层306之间的中间接合涂层312。中间接合涂层312具有比内接合涂层304的孔隙率大的孔隙率(即，内接合涂层304比中间接合涂层312更致密)。而且，中间接合涂层312具有比外接合涂层306的孔隙率小的孔隙率(即，中间接合涂层312比外接合涂层306更致密)。

在此种实施例中，内接合涂层304可包含co(例如，conicraly)，而中间接合涂层312和外接合涂层306基本上没有钴。中间接合涂层312和外接合涂层306可由相同的成分或不同的成分制成。例如，中间接合涂层312可为金属、含金属的、金属间、金属合金、复合物和它们的组合。在一个实施例中，中间接合涂层312可为nial，诸如主要为βnial相，具有有限的合金添加物，如在上面参照外接合涂层306描述的那样。然而，中间接合涂层312的成分不限于nial接合涂层，且可为具有适合的接合和温度能力的任何金属涂层。例如，中间接合涂层312可为nicraly涂层。在一个实施例中，中间接合涂层312可包括nicraly，且外接合涂层306可包括nicral。

在一个实施例中，内接合涂层304、中间接合涂层312、和外接合涂层306的孔隙率可不同，其中涂层越接近基底302则越致密。因此，内接合涂层304大体上是与中间接合涂层312和外接合涂层306相比致密的层。即，内接合涂层304具有比中间接合涂层312的孔隙率和外接合涂层306的孔隙率小的孔隙率。相反，外接合涂层306大体上是与中间接合涂层312和内接合涂层304相比多孔的层。即，外接合涂层306具有比中间接合涂层312的孔隙率和内接合涂层304的孔隙率大的孔隙率。因此，中间接合涂层312在一个实施例中具有比内接合涂层304的孔隙率大的孔隙率，且，中间接合涂层312具有比外接合涂层306的孔隙率小的孔隙率。例如，内接合涂层304可具有大约5%或更小(例如，大约0.5%到大约5%)的孔隙率；中间接合涂层312可具有大约4%到大约6%的孔隙率；且外接合涂层306可具有大于大约5%(例如，大约5%到大约25%)的孔隙率。

中间接合涂层312在一个实施例中具有大约100μm到大约400μm的平均厚度(tint)，该平均厚度是通过跨过中间接合涂层312在多个点处量从中间接合涂层312的底部(在图4的实施例中示为内接合涂层304的表面305)到中间接合涂层313的表面313的最短距离的平均值来测量的。

在图4的实施例中，中间接合涂层312限定基本上平滑的表面313，因为中间接合涂层312和外接合涂层之间的接合是化学接合(例如，扩散接合)。例如，表面313可具有大约1.5μmra到大约7.5μmra(例如，大约1.75μmra到大约5.25μmra)的表面粗糙度。

中间接合涂层312可通过任何适合的沉积过程而形成，包括空气等离子喷涂(aps)、高速率氧燃料涂布喷涂(hvof)、丝材电弧喷涂、低压等离子喷涂(lpps)过程等。在一个实施例中，中间接合涂层312是通过将多个颗粒高速率氧燃料涂布喷涂到内接合涂层304的表面305上以形成中间接合涂层312而形成的。颗粒具有比用于形成内接合涂层304的颗粒大，但比用于形成外接合涂层306的颗粒小的平均颗粒尺寸。因此，中间接合涂层312具有在相对致密的内接合涂层304和相对多孔的外接合涂层306之间的相对孔隙率。

上述tbc系统310特别适合用于用在图2的燃烧器组件100内的金属发动机构件上，诸如分别包括内罩130和外罩126的内拱顶116、外拱顶118、热防护件142等。然而，tbc系统310可用在燃气涡轮发动机10内的任何适合的构件上。

大体上还提供了一种用于修理基底上的现存tbc的方法。在一段使用期间之后，发动机构件在发动机的操作期间遭受热燃烧气体。因此，构件表面上的tbc遭受来自不利环境的严苛侵袭，且可因氧化、腐蚀、侵蚀、开裂、摩擦事件等而变得受损。

该方法可用在沉积在基底表面上的任何tbc上，尤其包括具有接合涂层(例如，单层接合涂层或双层接合涂层，如在本申请中描述的那样)和陶瓷涂层的那些tbc。该方法可用于修理在基底的整个表面上的tbc，或基底表面上的tbc的局部部分。

根据该方法，从基底表面上的待修理的表面移除任何现存的陶瓷涂层(或其他扩散屏蔽层)。如上所述，待修理的区域可为基底的整个表面或表面的局部部分。虽然各种技术可用于移除表面上的任何现存的陶瓷涂层，但用于移除现存的层的一个尤其适合的方法是对暴露的表面进行喷砂，诸如通过称为射束喷砂(pencilgritblasting)的技术。

图5示出了遍及基底302的表面303具有受损tbc500的基底302。受损的tbc500包括接合层502和陶瓷层504，陶瓷层504限定tbc500的暴露的表面506。如图所示，接合层502在基底302的热表面303上，且定位在基底302与陶瓷层504之间。

图6a示出在移除了所有受损的tbc以使整个表面303暴露之后的图5的基底。即，已移除整个陶瓷层504和基本上整个接合层502，以遍及整个构件使基底的表面303暴露。然后，内接合涂层304、可选的中间接合涂层312、和陶瓷层312可形成在表面303上，如在上面参照图3和4论述的那样。

图6b示出了在移除了所有的受损陶瓷层504tbc500和接合层502的一部分，以遍及基底302的整个表面303使接合表面503暴露之后的基底302。即，已移除整个陶瓷层504和接合层502的一部分，但遍及基底302的表面303留下接合层502的一部分。在接合层502上形成的表面503示为基本上粗糙的表面，以便有助于接合层502和在其上形成的随后形成的层(例如，内接合涂层304)之间的粘着。内接合涂层304、可选的中间接合涂层312、外接合涂层306、和陶瓷层312可形成在剩余的接合层502的表面503上，如在上面参照图3和4论述的那样。例如，图7示出了在形成在剩余的接合层502的表面503上形成的内接合涂层304、外接合涂层306、和陶瓷层312的之后的图6b的基底302。

图8示出了遍及基底302的表面303的第一部分510具有受损的tbc500的基底302，其中tbc500的第二部分512未受损。根据一个实施例，可从tbc的受损部分510局部地移除陶瓷层504，但留下陶瓷层504的未受损部分512。例如，修理方法可移除氧化物和陶瓷层504的任何剩余的碎片和内接合层502的至少一部分，但仅是在受损部分510中。虽然可使用各种技术，但优选的方法是在受损部分512中对tbc504的暴露表面进行喷砂，诸如通过称为射束喷砂的技术。该方法允许在受损部分512中选择性地移除tbc504，以确保未受损部分512中的剩余的陶瓷层504不经历该程序。在某些实施例中，在喷砂操作期间利用例如带条掩蔽(tapemasking)来掩蔽未受损部分512中的周围陶瓷层504可能是合乎需要的。除了对未受损部分512中的陶瓷层504提供一定水平的保护之外，带条掩蔽还将用作用于直接包围受损部分510的未受损部分512中的陶瓷层504的完整性的证明测试。

图9a示出了在移除了tbc500的所有受损部分510以使下面的表面303暴露，但留下tbc500的未受损部分512之后的图8的基底302。即，陶瓷层504和基本上所有的接合层502已移除，以使受损部分510中的表面303暴露。然后，可在表面303上形成内接合涂层304、可选的中间接合涂层312、和陶瓷层312，如在上面参照图3和4论述的那样。图10a示出了在形成在基底302的表面303上形成的内接合涂层304、外接合涂层306、和陶瓷层312以限定与图8和9a的受损区域510对应的修理后区域520之后的图9a的基底302。

图9b示出了在移除了tbc500的所有受损部分510和接合层502的一部分以使接合表面503暴露，但留下tbc500的未受损部分512之后的图8的基底302。即，已移除陶瓷层504和接合层502的一部分，但留下受损区域510内的接合层502的一部分。在接合层502上形成的表面503示为基本上粗糙的表面，以便有助于接合层502和在其上形成的随后形成的层(例如，内接合涂层304)之间的粘着。然后，可在受损区域510内的剩余的接合层502的表面上形成内接合涂层304、可选的中间接合涂层312、外接合涂层306、和陶瓷层312，如在上面参照图3和4论述的那样。图10b示出了在形成在剩余的接合层502上形成的内接合涂层304、外接合涂层306、和陶瓷层312以限定与图8和9b的受损区域510对应的修理后区域520之后的图10a的基底302。

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