具有反应相涂层的带槽的陶瓷涂层及形成其的方法与流程

本发明的实施例大体上涉及陶瓷涂层(例如，热障涂层)，并涉及保护涂层，其对设置在用于涡轮机的构件(如燃气涡轮发动机)的热障涂层的顶部上的环境污染物组合物具有反应性。

背景技术：

陶瓷涂层(并且更特别地，热障涂层(“tbc”))典型地用于在高温下操作或者暴露于高温的制品中。航空涡轮和陆基涡轮例如可包括由热障涂层保护的一个或更多个构件。在正常的操作条件下，涂覆的构件可易受各种类型的损害，包括侵蚀、氧化以及来自环境污染物的腐蚀。

随着燃烧气体的燃烧温度升高，燃气涡轮发动机的效率提高。当燃烧温度升高时，需要改进的涡轮构件的高温耐久性。镍和钴基超级合金材料现在广泛用于热气体流动路径中的构件，如燃烧器衬里和燃烧器过渡件，以及涡轮旋转叶片和固定叶片(定向凝固和单晶)。然而，甚至这些最新的超级合金也不能够胜任在有时可超过1400℃的温度下长期操作。在许多应用中，金属基底涂覆有tbc陶瓷绝热材料，以便降低构件的下置金属节段的使用温度。

燃气涡轮发动机中使用的tbc的应变耐受性通过使用由空气等离子喷涂(aps)方法产生的tbc内的贯穿厚度的小孔和裂缝以及由电子束物理气相沉积(ebpvd)方法产生的柱状tbc而得到提高。

燃气涡轮发动机的高压涡轮区段的气体温度在最近几年有所升高，并且因此陶瓷tbc变得越来越容易受到熔化沉积物的腐蚀，该熔化沉积物随着空气的摄入而吸入硅质颗粒(例如，灰尘、沙子、火山灰、碎屑)造成。即使当利用颗粒移除策略时，小直径颗粒仍然能够到达涡轮区段，在那里它们熔化，并且通过其相互连接的柱间小孔网络渗透。

更具体而言，环境污染物组合物(如含有钙-镁-铝-硅酸盐(cmas)的一些组合的灰尘)经常被吸入到燃气涡轮发动机的热区段中。灰尘可沉积在发动机中的构件上，并且由于高的周围温度，可被熔化。对于涡轮构件而言，特别关注的环境污染物组合物为含有钙、镁、铝、硅以及它们的混合物的氧化物的那些；例如，由燃气涡轮发动机吸入的尘土、灰烬以及灰尘通常由此类化合物组成。这些氧化物通常结合以形成污染物组合物，其包含混合的钙-镁-铝-硅-氧化物体系(ca-mg-al-si-o)，在下文被称为“cmas”。在高的涡轮操作温度下，这些环境污染物可粘附于热的热障涂层表面，并且因此引起对热障涂层的损坏。例如，cmas可形成在涡轮的操作温度下为液体或被熔化的组合物。熔化的cmas组合物可溶解热障涂层，或者可通过渗透涂层中的小孔、通道、裂缝或其它腔来填充其多孔结构。在冷却后，渗透的cmas组合物凝固并降低涂层应变耐受性，因此引发并传播可引起涂层材料分层和剥落的裂缝。这可进一步导致提供给零件或构件的下置金属基底的热保护部分或完全丧失。此外，热障涂层的剥落可在金属基底中产生热点，导致构件过早失效。构件失效过早可导致计划外的维护以及零件更换，从而导致性能降低，并且操作和维修成本增加。

此外，随着cmas渗透，tbc中生成的应力可引起涂层的早期剥落。tbc的剥落在金属基底中产生热点，导致构件寿命缩短。剥落继而导致计划外的维护以及零件更换，从而导致操作成本增加和维修成本增加。

tbc的日常维护包括剥离tbc材料，并且将tbc材料重新施加到构件上。此类操作需要发动机拆卸或构件剥离过程，使得新的tbc可施加到(多个)构件的表面上。此类拆卸过程致使发动机停机，导致长时间段无法工作。作为备选，用清洗剂和其它清洁剂冲洗发动机的内部构件可给发动机带来其它不希望的问题。

因此，一种改进的tbc涂覆的金属构件(特别是用于燃气涡轮发动机的构件)的设计，以及延长tbc涂层的寿命的工艺(尤其是用于燃气涡轮发动机的热区段构件的持续操作)在本领域中为合乎需要的。

技术实现要素：

本公开的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可根据描述而为显而易见的，或者可通过本发明的实践习知。

简而言之，根据本技术的一个方面，大体上提供一种构件连同其形成、修复以及使用的方法，该构件包括带槽的陶瓷涂层，其具有设置在其上的反应相涂层。

根据示例性实施例，公开了一种涂覆的构件，其包括限定表面的基底、设置在基底的表面上的陶瓷涂层以及沿着陶瓷涂层设置的反应相涂层。陶瓷涂层包括设置在陶瓷涂层中的多个槽，其形成陶瓷涂层材料的多个节段。

根据又一示例性实施例，公开了一种形成涂覆的构件的方法。方法包括沿着基底的表面形成陶瓷涂层、沿着陶瓷涂层施加反应材料以形成反应相涂层，以及在施加反应材料之前或之后沿着陶瓷涂层形成多个槽。多个槽形成陶瓷涂层材料的节段。

本公开的其它目的和优点将在参照附图阅读以下详细描述和所附权利要求后变得显而易见。当结合若干附图和所附权利要求，在审阅以下详细描述后，本申请的这些及其它的特征和改进将对本领域技术人员而言变得显而易见。

技术方案1.一种涂覆的构件，包括：

限定表面的基底；

设置在所述基底的所述表面上的陶瓷涂层；以及

沿着所述陶瓷涂层设置的反应相涂层，

其中所述陶瓷涂层包括设置在所述陶瓷涂层中的多个槽，所述多个槽形成陶瓷涂层材料的多个节段。

技术方案2.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述陶瓷涂层还包括设置在所述陶瓷涂层中的一个或更多个冷却孔，并且其中所述槽相对于所述一个或更多个冷却孔设置，使得所述槽不经过所述一个或更多个冷却孔中的任一个。

技术方案3.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述涂覆的构件还包括在所述陶瓷涂层上的环境污染物组合物层，并且其中所述反应相涂层直接施加在所述环境污染物组合物层上。

技术方案4.根据技术方案3所述的涂覆的构件，其特征在于，所述环境污染物组合物层包含钙-镁-铝-硅酸盐(cmas)的组合。

技术方案5.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述基底包括超级合金。

技术方案6.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述陶瓷涂层为热障涂层(tbc)。

技术方案7.根据技术方案5所述的涂覆的构件，其特征在于，所述陶瓷涂层包括钇稳定的氧化锆、稀土稳定的氧化锆组合物、莫来石、氧化铝、二氧化铈、稀土锆酸盐、稀土氧化物、金属-玻璃复合材料或它们的组合。

技术方案8.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述反应相涂层包括保护剂，其中所述保护剂包括陶瓷氧化物，所述陶瓷氧化物包括铝、稀土元素或它们的混合物。

技术方案9.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述陶瓷涂层限定具有表面粗糙度的表面，其中所述反应相涂层具有大于所述陶瓷涂层的所述表面粗糙度的厚度。

技术方案10.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述多个槽中的各个独立槽具有大约10微米到大约200微米的宽度和大约50微米到大约1000微米的深度。

技术方案11.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述多个槽中的各个独立槽与另一槽间隔开大约0.25mm到大约3mm。

技术方案12.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述多个槽中的各个独立槽包括平行侧式槽、具有v形轮廓的槽、具有u形轮廓的槽或它们的组合。

技术方案13.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述多个槽中的各个独立槽具有的深度与宽度之比为大约2到大约15。

技术方案14.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述槽在所述陶瓷涂层中限定多个柱状节段，各个柱状节段由顶部表面和多个侧壁限定，并且其中所述反应相涂层以不填充所述槽的方式施加于所述陶瓷涂层的所述柱状节段中的各个的所述顶部表面和所述多个侧壁两者。

技术方案15.根据技术方案14所述的涂覆的构件，其特征在于，所述多个侧壁上的所述反应相涂层的厚度不会使所述槽桥接。

技术方案16.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述槽在所述陶瓷涂层中限定多个柱状节段，各个柱状节段由顶部表面和多个侧壁限定，并且其中所述反应相涂层仅施加于所述陶瓷涂层的所述柱状节段中的各个的所述顶部表面。

技术方案17.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述涂覆的构件为燃气涡轮发动机的热气体路径构件，并且其中所述反应相涂层和所述环境污染物组合物层在所述燃气涡轮发动机的操作之后形成保护层，所述保护层具有比所述环境污染物组合物的熔融温度高的熔融温度。

技术方案18.根据技术方案1所述的涂覆的构件，其特征在于，所述构件为燃烧衬里、护罩、喷嘴、叶片、隔热罩或它们的组合。

技术方案19.一种燃气涡轮组件，其包括根据技术方案1所述的涂覆的构件。

技术方案20.一种形成涂覆的构件的方法，包括：

沿着基底的表面形成陶瓷涂层；

沿着所述陶瓷涂层施加反应材料，以形成反应相涂层；以及

在施加所述反应材料之前或之后沿着所述陶瓷涂层形成多个槽，其中所述多个槽形成陶瓷涂层材料的节段。

技术方案21.根据技术方案20所述的方法，其特征在于，所述陶瓷涂层还包括设置在所述陶瓷涂层中的一个或更多个冷却孔，并且其中所述多个槽相对于所述一个或更多个冷却孔形成，使得所述多个槽不经过所述一个或更多个冷却孔中的任一个。

技术方案22.根据技术方案20所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在施加所述反应材料的步骤之前，在所述陶瓷涂层上形成环境污染物组合物层。

技术方案23.根据技术方案20所述的方法，其特征在于，所述陶瓷涂层具有表面粗糙度，并且其中施加所述反应材料，以形成具有大于所述表面粗糙度的厚度的所述反应相涂层。

技术方案24.根据技术方案23所述的方法，其特征在于，所述陶瓷涂层的所述表面粗糙度为大约1μm到大约10μm，并且其中施加所述反应材料，以形成具有大约3μm到50μm的厚度的所述反应相涂层。

技术方案25.根据技术方案20所述的方法，其特征在于，所述多个槽中的各个独立槽限定所述陶瓷涂层中的还原性陶瓷涂层材料的区域。

技术方案26.根据技术方案20所述的方法，其特征在于，所述基底为涡轮发动机的构件，并且其中所述基底的所述表面在所述涡轮发动机的热气体路径内，并且其中所述反应材料施加到所述基底的所述表面上，同时所述构件在所述涡轮发动机中。

附图说明

本公开的这些及其它的特征将根据结合附图的本公开的各种方面的以下详细描述而更容易被理解，所述附图描绘了本公开的各种实施例，在该附图中，相似的符号遍及附图表示相似的部分，其中：

图1为根据已知的现有技术的陶瓷涂覆层的简化截面，所述陶瓷涂覆层具有在其上形成的裂缝，和形成在其最上表面上并形成到裂缝中的环境污染物组合物层。

图2为根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的陶瓷涂覆层的简化截面，所述陶瓷涂覆层具有在其中形成的槽，和在其最上表面上设置的反应相涂覆层；

图3为根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的陶瓷涂覆层的简化截面，所述陶瓷涂覆层具有在其中形成的槽，和在其最上表面上设置并延伸到槽表面上的反应相涂覆层；

图4为根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的陶瓷涂覆层的简化截面，所述陶瓷涂覆层具有在其中形成的槽，和设置在形成于陶瓷涂覆层上的环境污染物层的其最上表面上的反应相涂覆层；

图5为根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的陶瓷涂覆层的简化截面，所述陶瓷涂覆层具有在其中形成的槽，和设置在形成于陶瓷涂覆层上的环境污染物层的其最上表面上并延伸到形成在槽表面上的环境污染物层上的反应相涂覆层；

图6示出根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的陶瓷涂覆层中的多个槽的平面图；

图7示出根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的陶瓷涂覆层的示例性实施例，所述陶瓷涂覆层包括多个平行侧式槽并且具有设置在陶瓷涂覆层上的反应相涂覆层；

图8示出根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的陶瓷涂覆层的另一示例性实施例，所述陶瓷涂覆层包括多个平行侧式槽并且具有设置在陶瓷涂覆层上形成的环境污染物组合物层上的反应相涂覆层；

图9示出根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的陶瓷涂覆层的示例性实施例，所述陶瓷涂覆层包括多个u形槽并且具有设置在陶瓷涂覆层上的反应相涂覆层；

图10示出根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的陶瓷涂覆层的另一示例性实施例，所述陶瓷涂覆层包括多个u形槽并且具有设置在陶瓷涂覆层上形成的环境污染物组合物层上的反应相涂覆层；

图11示出根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的涂覆的构件的示例性实施例，所述涂覆的构件包括形成在陶瓷涂覆层中的多个槽，并且具有设置在形成于陶瓷涂覆层上的环境污染物组合物层上的反应相涂覆层；

图12示出根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的具有在反应相涂覆层上形成的第二层环境污染物组合物的图11的实施例；

图13示出根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的用于在环境污染物组合物层上形成反应相涂覆层的示例性喷涂方法；以及

图14为根据本文中示出或描述的一个或更多个实施例的形成涂覆的构件的方法的流程图。

除非另外指出，否则本文中提供的附图意在示出本公开的实施例的特征。这些特征被认为可适用于广泛的多种系统，包括本公开的一个或更多个实施例。就此而言，附图不意在包括对于实践本文中公开的实施例所需的、本领域技术人员已知的所有常规特征。

注意的是，如本文中呈现的附图不一定按比例绘制。附图旨在仅描绘公开的实施例的典型方面，并且因此不应当被认作是限制本公开的范围。附图标记在说明书和附图中的重复使用旨在表示本公开的相同或类似的特征或元件。

部件列表

10裂缝

100构件

102基底

104粘结涂层

106tbc

107106的外表面

108cmas

109108的外表面

110槽

111冷却孔

112化学屏障涂层

114表面

116节段

118阵列

120构件

122构件

124平行侧壁

126平行侧式槽

128成角度的侧壁

130多个v形槽

132节段的上部部分

140涂层系统

150陶瓷氧化物颗粒。

具体实施方式

现在将详细参照本公开的实施例，其一个或更多个实例在附图中被示出。各个实例通过阐释本公开而非限制本公开的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本公开中作出改型和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，旨在本公开涵盖归入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。

本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还将理解的是，用语“包括”和/或“包含”在用于本说明书中时表示陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并未排除存在或附加一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组。

如本文中遍及说明书和权利要求使用的近似语言应用于修饰可在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下可容许地改变的任何数量表达。除非另外指出，否则如本文中使用的近似语言，如“大体上”、“大致”和“大约”，指示如此修饰的用语可仅在如将由本领域技术人员所认可的近似程度而非绝对或完美程度上应用。因此，由此类用语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度。此处和遍及说明书和权利要求，范围限制被组合和互换。此类范围被识别并且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。

如本文中使用的，用语“涂层”是指以连续或不连续的方式设置在下置表面的至少一部分上的材料。此外，用语“涂层”不一定意味着设置的材料有均匀厚度，并且设置的材料可具有均匀或可变的厚度。用语“涂层”可指单层涂层材料，或者可指多层涂层材料。涂层材料在多个层中可相同或不同。

在本公开中，在层被描述为在另一层或基底“上”或“上方”时，将理解的是，层可彼此直接接触或者在层之间具有另一层或特征，除非相反地明确陈述。因此，这些用语仅仅描述层相对于彼此的相对位置，并且不一定意味着“在其顶部上”，因为在上面或下面的相对位置取决于装置相对于观察者的方位。

化学元素在本公开中使用它们的常见化学缩写(如通常在元素周期表中找到的)来论述。例如，氢由其常用化学缩写h表示；氦由其常用化学缩写he表示；等等。

如本文中使用的，用语“熔融温度”是指物质开始熔化的温度的度数(即，初始熔点)。由于这些材料大体上具有复杂的、多组分范围的组合物，故该熔融温度可适度地低于将实现单相液体区时的温度。

大体上提供包括分层结构的涂覆的构件，该分层结构包括具有局部开槽的改进的陶瓷涂层，和设置在其上以保护下置材料(例如，下置涂层和/或表面)免受不期望的化学相互作用影响的保护涂层系统。分层结构在构件(如燃烧器、翼型件、隔热罩等)的遇险(distress)区域中具有热应变耐受性、环境抵抗性以及热传递性能的改进的平衡。改进的陶瓷涂层设有局部开槽，用于改进涂层耐久性。在其上设置带槽的改进的陶瓷涂层的涂层系统大体上包括反应相涂层，其定位在改进的陶瓷涂层的表面上存在的任何环境污染物组合物层上。

如本文中使用的，用语“环境污染物组合物层”是指在构件的使用期间形成的污染层。如本文中描述的分层结构具有对此类环境污染物组合物(并且特别地，在高的操作温度下涡轮发动机的操作期间形成的熔化灰尘)的改进的环境抵抗性。熔化灰尘典型地包括cao-mgo-al2o3-sio2的一些组合，通常被称为cmas；少量其它氧化物也通常存在于熔化组合物中，如本领域中理解的。

本结构包括到改进的陶瓷涂层中的局部且定制的开槽，其产生陶瓷涂层材料的节段。例如，陶瓷涂层可为如用于包括金属合金构件和超级合金构件的金属构件上的热障涂层(tbc)。一种特别合适的tbc材料包括例如氧化钇稳定的氧化锆(ysz)，但不限于任何特定的陶瓷。

分段陶瓷涂层材料(与反应相涂层组合)提供cmas抵抗性和热传递抵抗性的平衡。途径可应用于各种构件，如燃烧器、叶片、喷嘴、隔热罩等。

反应相涂层大体上通过与其表面上的现有环境污染物组合物层反应，并且/或者通过与在连续使用构件之后(例如，在包含构件的发动机的操作之后)形成在反应相涂层上的附加的环境污染物组合物沉积物反应，保护下置改进的陶瓷涂层免受cmas腐蚀。反应相涂层在涂层系统上为有用的，该涂层系统在场暴露之前的新的制造构件中包括热障涂层，并且为下置涂层提供免受灰尘污染物的保护。此外，反应相涂层在涂层系统上为有用的，该涂层系统在投入使用之后(如在执行构件的修复(无论是在在翼(on-wing)或离翼(off))时)的构件上包括热障涂层，并且可包括多个连接表面的空隙，如裂缝和孔隙，其提供免受cmas腐蚀、反应粒子腐蚀或反应层腐蚀的路径。

图1示出包括在涂层106中形成的常规裂缝10的构件100，并且标记为“现有技术”。如图1中示出的，构件100包括基底102、粘结涂层104、陶瓷涂层(tbc)106，以及环境污染物组合物层108(并且更特别地，cmas层)。常规裂缝10由熔化的环境污染物组合物(例如，cmas)完全填充，降低tbc106的应变耐受性。

图2-5以截面示出根据本公开的涂覆的构件的备选实施例。应当理解的是，相同的元件遍及公开的实施例具有相同的数字。因此，类似于先前图1的实施例，图2-5的涂覆的构件中的各个包括基底102、粘结涂层104、陶瓷涂层106(包括在其中形成的多个槽110(其中仅一个示出))，以及反应相涂层112。陶瓷涂层106将遍及本文中公开的实施例描述为并被称为tbc。

更具体而言，在图2和图3的实施例中示出的是涂覆的构件，其中反应相涂层112直接沉积在陶瓷涂层106的外表面107上，如在还未投入使用并因此在任何cmas灰尘沉积之前的新制造构件上，或在用于修复的构件(其中tbc被剥离和重新涂覆)上。在图4和图5的实施例中示出的是涂覆的构件，其中反应相涂层112沉积在形成在陶瓷涂层106的外表面107上的cmas108层上，如在执行在翼修复时已投入使用的构件上。

在图2的实施例中，示出的是涂覆的构件120，其中反应相涂层112在开槽之前设置在陶瓷涂层106上。更具体而言，反应相涂层112设置在陶瓷涂层106的外表面107上。继沉积之后，进行穿过反应相涂层112和陶瓷涂层106的开槽，因此反应相涂层112不形成在暴露于槽110中的陶瓷涂层106的那部分上。在图3的实施例中，示出的是涂覆的构件121，其中反应相涂层112继陶瓷涂层106的开槽之后设置在陶瓷涂层106上，并且因此设置在陶瓷涂层106的外表面107上以及在暴露于槽110中的陶瓷涂层106的那部分上。反应相涂层112在陶瓷涂层106的外表面107上以及在暴露于槽110中的陶瓷涂层106的那部分上的沉积提供附加的表面区域，其可用于反应相涂层112来与环境污染物组合物反应，从而提供附加的cmas抵抗性。

在图4的实施例中，示出的是涂覆的构件122，其中反应相涂层112设置在环境污染物组合物层108的外表面109上，如在在翼修复中执行的。在该实施例中，反应相涂层112不沉积在延伸到槽110中的环境污染物组合物层108的那部分上，尽管注意到一些过喷可将反应相涂层112引导到槽110的至少一部分中。在图5的实施例中，示出的是涂覆的构件123，其中反应相涂层112设置在环境污染物组合物层108的外表面109上，如在在翼修复中执行的。在该实施例中，反应相涂层112延伸到环境污染物组合物层108的那部分(延伸到槽110中)上。

仍然参照图2-5，如示出的tbc106包括根据本公开的实施例的在其中形成的槽110，如目前将描述的。如先前指出的，在一个实施例中，槽110在反应相涂层112的沉积之前形成，如在构件的修复、构件的在翼修复或新制造的构件中。在另一实施例中，槽110在反应相涂层112的沉积之后形成，如在新制造的构件或构件的修复(其中陶瓷涂层108被剥离并且构件用tbc重新涂覆)中。在示出的实施例中，tbc包括单个tbc材料层。然而，在其它实施例中，多个层可用于形成tbc106。槽110可横穿一个或多个tbc材料层。tbc106可具有大约100微米到大约2500微米(如大约250微米到大约700微米)的总厚度。

与图1的实施例相比，在图2-5的实施例中，由于槽110的构造和反应相涂层112的添加，任何随后沉积的环境污染物组合物不会完全填充槽110。熔化的环境污染物组合物(例如，cmas)可渗透到槽110中，然而，至少部分地由于槽110的几何形状和宽度以及反应相涂层112的厚度(目前描述的)，环境污染物组合物不会桥接槽110。槽110的构造减小可将环境污染物组合物(例如，cmas)牵引到槽中的毛细力，并且可能低于熔化等温线。维持低的面内模量，并且可保持垂直于槽110的平面中的tbc的面内柔量。槽110还可通过用作防止形成分层裂缝的“裂缝制动部”来防止或延迟大面积剥落。

现在参照图6，示出根据实施例的形成在tbc106中的多个槽110。具体而言，图6示出在反应相涂层112的沉积之前的tbc涂覆的基底，其具有设置在tbc106中的多个槽110。在一个实施例中，槽可以任何式样设置，而不考虑冷却孔或其它特征在基底中的位置。在图6的示例性实施例中，多个槽110以网格式样设置，从而在基底的表面上形成tbc材料的节段116，其中槽110沿标称平行和垂直的方向(近似0°/90°角)设置。节段116可具有一系列截面，包括正方形、六边形、八边形等，以便提供所需的面内柔量水平，或者设在备选的非线性形状的槽中。槽110可通过利用高速锯、激光系统、磨料水射流或它们的组合来切割而产生。多个槽110可形成横穿tbc106的槽110的阵列118。各个槽110可延长tbc106的表面的长度。在大多数实施例中，各个槽110具有为大约1cm或更长的长度(例如，离tbc106的表面的端部1cm)。

现在参照图7-10，以截面示出的分别是构件121,123的部分，示出了具有在其中形成的槽110的交替几何形状的tbc106。如先前指出的，槽110的各种几何形状为可用的。在图7和图8的实施例中，槽110形成为具有平行侧轮廓，其具有大于4(例如，大约4到大约10)的纵横比(深度/宽度)。在图9和图10的实施例中，槽110可形成为具有v形和/或u形轮廓。应当理解的是，用语v形和u形描述槽110的大致几何形状，同时允许有在实际形状内的变化，以致于分别并非完全的v形或u形。v形和/或u形可降低可由于环境污染物组合物(例如，cmas)在操作期间累积在槽110的侧部上而发生槽110闭合的速率。

更具体地参照图7和图8，分别示出的是构件121,123的tbc106，其中多个槽110由多个平行侧124限定，由此形成多个平行侧式槽126。更具体而言，在图7和图8的实施例中，tbc106被开槽(在本文中也被称为分段)，以限定多个平行侧124，从而限定槽110的宽度“a”、各个tbc节段116的宽度“b”以及槽110的深度“c”。在示出的实施例中的各个中，陶瓷涂层106的开槽在反应相涂层112的沉积之前执行。在备选的实施例中，如先前公开的，开槽可继反应相涂层112在陶瓷涂层106上的沉积之后进行。

槽110的宽度“a”可设计成足够大，以维持期望低的毛细力，并且设计成降低槽与熔化环境污染物组合物和反应相涂层112的桥接的风险，但是小到足以基本上不影响tbc106的性能。例如，槽110可为大约10μm到大约200μm宽，如大约10μm到大约100μm宽、大约15μm到大约90μm宽，或大约20μm到大约80μm宽。例如，槽110可为大约25μm宽到大约75μm宽，以提供对环境污染物组合物(例如，cmas)渗透的改进的抵抗性。此外，槽110深度“c”可设计成足以允许颗粒沉积在其中，但不会到达下置基底。例如，槽110可具有大约50μm到大约1000μm，如大约100μm到大约800μm或大约200μm到大约700μm的深度。槽110的纵横比(深度对宽度)可为大约2到大约50，如大约3到大约10或大约5到大约10。在实施例中，优选的是，平行侧式槽126具有大于4的纵横比。槽110可间隔开大约0.25mm到大约3mm，如间隔开大约0.5mm到大约2mm，或间隔开大约0.5mm到大约1.5mm。例如，槽110可间隔开大约1mm。

如图7的实施例中最佳地示出的，类似于图3的实施例，反应相涂层112设置在陶瓷涂层106的外表面107上，并且延伸到暴露于侧壁124上的陶瓷涂层106的那部分上。反应相涂层112在陶瓷涂层106的外表面107上以及暴露于侧壁124上的陶瓷涂层106的那部分上的沉积提供附加的表面区域，其可用于反应相涂层112来与环境污染物组合物反应，从而提供附加的cmas抵抗性。如图8的实施例中最佳地示出的，类似于图5的实施例，反应相涂层112设置在环境污染物组合物层108的外表面109上，并且延伸到平行侧式槽126中的环形污染物组合物层108的外表面109的那部分上，并且更具体地，在形成于侧壁124上的环境污染物组合物层108上延伸。类似于图7的实施例，反应相涂层112在环境污染物组合物层108的外表面109上的沉积以及到位于侧壁124上的环境污染物组合物层108的外表面的那部分上的沉积提供附加的表面区域，其可用于反应相涂层112来与环境污染物组合物反应，从而提供附加的cmas抵抗性。

现在参照图9和图10，分别示出的是构件121,123的tbc106，其中多个槽110由多个成角度的侧壁128限定，由此形成多个u形槽130。更具体而言，在图9和图10的实施例中，tbc106被开槽，以限定多个成角度的侧面128，从而限定槽130的顶部宽度“a'”、槽130的底部宽度“a''”、各个tbc节段116的宽度“b”，以及槽130的深度“c”，其中a'大于a''。如图9的实施例中最佳地示出的，类似于图3的实施例，反应相涂层112设置在包括成角度侧壁128的陶瓷涂覆层106上。反应相涂层112在陶瓷涂覆层106上以及在侧壁128上的沉积提供附加的表面区域，其可用于反应相涂层112来与环境污染物组合物反应，从而提供附加的cmas抵抗性。如图10的实施例中最佳地示出的，类似于图5的实施例，反应相涂层112设置在环境污染物组合物层108的外表面109上，并且延伸到槽130中的环境污染物组合物层108的外表面109的那部分上，并且更具体地，在形成于成角度侧壁128上的环境污染物组合物层108上延伸。类似于图9的实施例，反应相涂层112在环境污染物组合物层108上的沉积以及到位于侧壁128上的环境污染物组合物层108的那部分上的沉积提供附加的表面区域，其可用于反应相涂层112来与环境污染物组合物反应，从而提供附加的cmas抵抗性。

在各个公开的实施例中，在陶瓷涂层104的节段116中的各个的顶部部分132上以及节段116的侧壁124,128上的反应相涂层112的厚度为特定设计的。反应相涂层112必须足够厚以提供cmas抵抗性，但是存在节段116中的各个的顶部部分132上的厚度的上限，并且存在柱状节段的侧壁124,128上的厚度的不同上限，以避免槽110的桥接。

图11为图5的涂覆的构件123的示意性截面，但是描述同样地可适用于先前呈现的涂覆的构件120,121,122。在特定实施例中，涂覆的构件123可为在高温环境中经受使用的任何制品，如燃气涡轮组件的构件。此类构件的实例包括但不限于包括涡轮翼型件(如叶片和导叶)的构件，以及燃烧构件(如衬里和过渡件)。涂覆的构件123大体上示出为包括具有表面103的基底102。

如图11中示出的，涂层系统140定位在基底102的表面103上。在图11的示例性实施例中，涂层系统140包括在基底102的表面103上的粘结涂层104、tbc106以及保护涂层144，保护涂层144包括tbc106的表面107上的环境污染物组合物层108和环境污染物组合物层108的表面109上的反应相涂层112。在实施例中，如示出的，涂层系统140还可包括在粘结涂层104的表面105上的热生长氧化物层142，以设置在粘结涂层104与tbc106之间。

基底102可为任何合适的材料，如金属，并且更具体地，如钢或超级合金(例如，镍基超级合金、钴基超级合金、或铁基超级合金，如renen5、n500、n4、n2、in718、hastelloyx，或haynes188)之类的金属，或者为耐受高温的其它适合材料，如陶瓷基复合材料。tbc106可沿着基底102的一个或更多个部分设置，或者基本上设置在基底102的整个外部上。

粘结涂层104提供与此类涂层在常规应用中大体上提供的功能类似的功能(例如，促进粘附和抗氧化性)。粘结涂层104可为用于改进tbc106与下置基底102的粘附的任何合适的粘结涂层104，并且可在tbc106的下面大体上为均匀的。在一些实施例中，粘结涂层104包括铝化物(如铝化镍或铝化铂)，或本领域熟知的mcraly型涂层。这些粘结涂层可在施加于金属基底102时为格外有用，如在一些实施例中的超级合金、铂改性的铝化镍粘结涂层104可形成在基底102上，并且接着tbc106可施加于铂改性的铝化镍粘结涂层104。在不旨在限制的情况下，粘结涂层104可有助于防止或减少基底102的氧化，由此还减少剥落。

粘结涂层104可使用本领域已知的各种涂覆技术中的任一种施加，如等离子喷涂、热喷涂、化学气相沉积、离子等离子体沉积、气相铝化物，或物理气相沉积。

粘结涂层104可具有大约2.5μm到大约400μm的厚度，并且可作为添加剂层施加于基底102，或者可扩散到基底中，产生非均质组合物，其被设计成具有梯度性质。然而，注意的是，涂层系统140内的所有涂覆层可取决于部分的位置而在厚度上变化。

热生长氧化物层142示出在粘结涂层104上。大体上，热生长氧化物层142包括粘结涂层104的材料的氧化物。类似地，在粘结涂层104在其构造中包括铝时，热生长氧化物层142可包括氧化铝(例如，al2o、alo、al2o3等，或它们的混合物)。

在某些实施例中，热生长氧化物层142大体上具有高达大约20μm的厚度(例如，大约0.01μm到大约6μm)，并且可为在后续层的加工期间的热暴露的天然产品，或者可设计成通过对部分进行热处理来加厚。热生长氧化物层142可为不均匀的，这取决于下置粘结涂层104、加工方法以及暴露条件。

tbc106示出在热生长氧化物层142上。如示出的，tbc106可由任何合适的工艺形成。例如，tbc106的一个或更多个实施例可由空气等离子喷涂(aps)、悬浮等离子喷涂(sps)、电子束物理气相沉积(ebpvd)、高速氧燃料(hvof)、静电喷雾辅助气相沉积(esavd)以及直接气相沉积形成。相比于ebpvd，aps可允许有更高的沉积速率和更好的表面覆盖。然而，来自aps的喷涂涂层的多孔和层状性质可限制涂层的性能和寿命。经由ebpvd制作的tbc106可耐受由于层的柱状结构而产生的高热机械应力，从而导致耐应变的涂层。对于在涡轮中的应用而言，tbc应当牢固地粘结于表面，用于多次热循环。

如本文中使用的，一个或多个“tbc”用于表示稳定的陶瓷，其可承受住相当高的温度梯度，使得涂覆的金属构件可在高于金属熔点的气体温度下操作。尽管任何合适的化学物质可用于tbc106，但是在特定实施例中，tbc106可大体上包括陶瓷热障材料。例如，合适的陶瓷热障涂层材料包括各种类型的氧化物，如铝氧化物(“氧化铝”)、铪氧化物(“氧化铪”)或锆氧化物(“氧化锆”)，特别是稳定的氧化铪或稳定的氧化锆，以及包括这些氧化物中的一种或两种的共混物。稳定氧化锆的实例包括但不限于氧化钇稳定的氧化锆(ysz)、氧化铈稳定的氧化锆、氧化钙稳定的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆、氧化镁稳定的氧化锆、氧化铟稳定的氧化锆、氧化镱稳定的氧化锆、氧化镧稳定的氧化锆、氧化钆稳定的氧化锆、莫来石稳定的氧化锆、氧化铝稳定的氧化锆，以及此类稳定的氧化锆、稀土氧化物(例如，la2o3、nb2o5、pr2o3、ceo2)和金属-玻璃复合材料的混合物，以及它们的组合(例如，氧化铝和ysz或者二氧化铈和ysz)。类似的稳定的氧化铪组合物为本领域中已知的，并且适合于在本文中描述的实施例中使用。除了其高温稳定性外，ysz还具有高韧性和化学惰性的良好组合，并且ysz的热膨胀系数与被涂覆的涡轮叶片的金属构件的热膨胀系数相当合适地匹配。

在某些实施例中，tbc106包括氧化钇稳定的氧化锆。合适的氧化钇稳定的氧化锆可包括从大约1重量%到大约20重量%的氧化钇(基于氧化钇和氧化锆的总重量)，并且更典型地，包括从大约3重量%到大约10重量%的氧化钇。氧化钇稳定的氧化锆热障涂层的实例包括大约7%的氧化钇和大约93%的氧化锆。这些类型的氧化锆还可包括一种或更多种第二金属(例如，镧系元素或锕系元素)氧化物，如氧化镝、氧化铒、氧化铕、氧化钆、氧化钕、氧化镨、氧化铀以及氧化铪，以进一步降低热障涂层材料的导热性。在一些实施例中，热障涂层材料还可包括附加的金属氧化物，如氧化钛和/或氧化铝。例如，tbc106可由8ysz组成，但是可利用更高的y2o3浓度。

合适的陶瓷热障涂层材料还可包括通式a2b2o7的烧绿石，其中a为具有3+或2+的化合价的金属(例如，钆、铝、铈、镧或钇)，并且b为具有4+或5+的化合价的金属(例如，铪、钛、铈或锆)，其中a和b化合价的总和为7。这类代表性材料包括锆酸钆、钛酸镧、锆酸镧、锆酸钇、铪酸镧、铪酸铈，以及铈酸镧。除了其高温稳定性外，ysz还具有高韧性和化学惰性的良好组合，并且ysz的热膨胀系数与被涂覆的涡轮叶片的金属构件的热膨胀系数相当匹配。

tbc106可包括在量上高达100重量%的陶瓷热障涂层材料。在一些实施例中，tbc106包括在从大约95重量%到大约100重量%(并且更特别地，从大约98重量%到大约100重量%)的范围内的陶瓷热障涂层材料。选择的tbc106的组合物可取决于一个或多个因素，包括任选的相邻粘结涂层104(如果存在)和/或热生长氧化物层142(如果存在)的组合物、tbc106所需的热膨胀系数(cte)特性，以及tbc106所需的热障性质。

tbc106的厚度可取决于基底或tbc沉积在其上的构件。在一些实施例中，tbc106具有在从大约25微米(μm)到大约2000μm的范围内的厚度。在一些实施例中，tbc106具有在从大约25μm到大约1500μm的范围内的厚度。在一些实施例中，厚度在从大约25μm到大约1000μm的范围内。

如示出的，多个槽110(其中仅一个示出)形成到tbc106中。槽110大体上局部地形成在构件上，以提供附加的顺应性和应变耐受性，以防止tbc剥落。典型地，槽110定位在冷却孔111(如果存在)之间，并且可提供附加的顺应性和应变耐受性。在图11的实施例中，示出的是遍及tbc106设置的单个冷却孔111。冷却孔111为大体上圆柱形伸长体，其形成在燃烧衬里中，以提供薄膜冷却，并且从构件的一侧延伸穿过至构件的相反侧。如本文中使用的，“伸长”是指大于1的纵横比(长度/宽度)。冷却孔111的大小、间隔以及角度可取决于使用它们的构件而变化。在不旨在受理论束缚的情况下，槽110连同保护涂层144可改进对环境污染物组合物(例如，cmas)腐蚀的抵抗性并且提高构件寿命。

如以上陈述的，tbc106被开槽，以提供环境污染物组合物(例如，cmas)抵抗性和热传递抵抗性的平衡。此外，槽110局部地确定构件(例如，燃烧器)的区域的地址，已知其在高温下操作，并且通过cmas熔融和渗透而遭受剥落的困扰。可定制tbc106中的槽110，以解决在关注的区域中所需的cmas抵抗性的具体水平。例如，较深的槽110可在其中tbc106可经历最热的温度的tbc106的区域中使用。设置在冷却孔之间的槽110提供额外的顺应性和应变耐受性。即使冷却孔之间的区域可更热地运行，并且该区域中的tbc106可易于受cmas剥落劣化，但是由于槽100产生的额外顺应性可防止cmas剥落并且延长构件寿命。tbc106可包括一个或更多个层，并且槽相对于冷却空气从冷却孔的扩散的定向可就这一点受控制。

具体而言，槽110可局部地定位在高遇险区域中。例如，构件的某些区域可暴露于比周围区域更高的温度。在这些位置处，cmas更可能融化并且渗透tbc106中的裂缝。在示出的实施例中，槽110横过tbc106的表面为基本上连续的。然而，在其它实施例中，槽110可为不连续的，以绕过陶瓷涂层和/或冷却孔(未示出)的区域。例如，一个或更多个短槽可设置在两个相邻的冷却孔之间。

在图11中示出的实施例中，槽110不延伸至热生长氧化物层142或粘结涂层104。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，认为使槽110延伸到热生长氧化物层142中或穿过热生长氧化物层142和粘结涂层104可在某些情况下降低构件寿命。因此，在特定实施例中，槽110可延伸穿过tbc106的陶瓷材料(部分地或完全地)。

在特定实施例中，槽110延伸穿过tbc106的总厚度的大约40％到大约85％，如大约50％到大约85％。例如，如果总tbc厚度为大约610μm(大约24密耳)到大约660μm(大约26密耳)，则槽深度可为大约380μm(大约15密耳)到大约510μm(大约20密耳)。在另一实例中，如果总tbc厚度为大约355μm(大约14密耳)到大约406μm(大约16密耳)，则槽深度可为大约254μm(大约10密耳)到大约305μm(大约12密耳)。

在飞行器发动机在包含精细灰尘(如通过pm10水平测量)的环境中的操作期间，灰尘可积聚在精细冷却孔中并且降低冷却效率。槽110可在槽中或附近提供横向流。此外，形成在陶瓷涂层106中的槽110提供表面区域的增加，反应相涂层112设置到该表面区域上。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，认为槽110与反应相涂层112结合可由此防止灰尘沉积。

尽管示出为基本上垂直于tbc的外表面(即，大约90°)，但是槽110可相对于tbc的表面以另一角度(如大约60°到大约90°)形成在tbc106的厚度中，如先前参照图9和图10描述的。

在其中构件在反应相涂层112的沉积之前已投入使用的实施例中，如在燃气涡轮发动机的热气体路径内，环境污染物组合物层108形成在tbc106的表面107和侧壁124上(如先前描述的)，如图11中示出的。在高涡轮操作温度下，这些环境污染物粘附于tbc106的热表面107，以形成环境污染物组合物层108。

如图11的实施例中示出的，反应相涂层112直接形成在环境污染物组合物层108上。例如，反应相涂层112可形成在环境污染物组合物层108上，而无需任何预洗、剥离或任何其它预处理步骤。即，成形工艺可在不使用任何水性或有机前体的情况下执行。在备选的实施例中，可移除环境污染物组合物层108。在又一备选实施例中，可移除环境污染物组合物层108和陶瓷涂层106，并且在反应相涂层112的沉积之前重新沉积。

反应相涂层112大体上包括与污染物组合物层108反应的至少一个保护剂。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，认为反应相涂层112的(多个)保护剂与cmas型材料高度反应，使得在其中环境污染物组合物(例如，cmas)以液体形式被遇到的典型温度下，保护剂与环境污染物组合物迅速地反应，以形成固体反应产物，其本身在液体环境污染物组合物的存在下为热和化学稳定的，从而形成克服对下置层(例如，对下置tbc层106)的进一步cmas腐蚀的固相屏障。

在特定的实施例中，“保护剂”包括与环境污染物组合物(并且更具体地为cmas材料)反应的物质。更具体而言，如果物质具有特有性质，则物质被认为适合作为用于在如本文中描述的保护剂中使用的物质。在某些实施例中，例如，保护剂可在大气压下与标称cmas液体组合物发生化学反应，形成在该标称cmas组合物的结晶场之外的固体结晶产物。此类固体结晶产物可具有比标称cmas组合物更高的熔化温度，使得其仍为液体渗透的固体屏障。

出于本描述的目的，用语“标称cmas”是指以下组合物(其中所有百分比以摩尔百分比表示)：41.6%二氧化硅(sio2)、29.3%氧化钙(cao)、12.5%氧化铝(alo1.5)、9.1%氧化镁(mgo)、6.0%氧化铁(feo1.5)以及1.5%氧化镍(nio)。将认识到的是，该定义中给出的标称cmas组合物表示参照组合物，用以以可与其它物质的cmas反应性相比较的方式来限定物质的cmas反应性的基准；该参照组合物的使用不以任何方式限制在操作期间被沉积在涂层上的吸入材料的实际组合物，当然，这在使用中将广泛地变化。

如果给出的物质能够与具有以上标称组合物的熔化cmas反应，由此形成具有高于大约1200℃的熔点、为结晶体并且在该标称cmas组合物的结晶场之外的反应产物，则物质可在如本文中描述的保护剂中为有用的。如果该材料不被包括在可由cmas组合物的组分氧化物的组合形成的成组结晶相中，则材料在标称cmas组合物的结晶场之外。因此，包括稀土元素(如镱)的材料例如将在标称cmas组合物的结晶场之外，因为标称cmas的组分氧化物都不包括镱。另一方面，只采用标称cmas组合物的其它组分中的一种或更多种的反应剂(如氧化铝)将不在标称cmas的结晶场之外形成产物。在cmas的结晶场之外促进反应产物与cmas的形成的保护剂物质的使用，可在某些情况下导致与cmas更快的反应动力学，并且在可加快反应动力学的情况下，熔化的cmas在反应和凝固之前的摄入可合乎需要地减少。

在一些实施例中，保护剂包括稀土氧化物，即，包括作为其构成元素中的一种的稀土元素的氧化物。如本文中使用的，用语“稀土”和“稀土元素”可被可互换地使用，并且包括镧系、钇以及钪的元素。例如，在一些实施例中，氧化物包括镧、钕、铒、铈、钆，或包括这些中的任一种或更多种的组合。在某些情况下，示出某些复合氧化物(即，包括一个以上金属元素构成的氧化物)，以提供与液体cmas相对高的反应性。在特定实施例中，氧化物为复合氧化物，其包括稀土元素和过渡金属元素，如锆、铪、钛或铌，连同这些的组合。包括镧、钕、铈和/或钆的锆酸盐、铪酸盐、钛酸盐以及铌酸盐为此类复合氧化物的实例。特定的实例为锆酸钆。例如，在特定实施例中，保护剂可包括α-al2o3、55ysz、gdalo3、srgd2al2o7(“sag”)等，以及它们的组合。

反应相涂层112可经由任何合适的方法形成。然而，当在在翼修复工艺中执行时(例如，在不拆除涡轮发动机的情况下)，存在某些实际的限制，其抑制若干传统的涂覆方法(如热喷涂、流动、浸渍等)的使用，而使它们不可被使用。在特定实施例中，反应相涂层112的更简单的室温处理可如经由喷涂、刷涂、轧制等执行。参照图13的实施例，大量陶瓷氧化物颗粒150被示出为从喷头152喷涂，以直接在环境污染物组合物层108的表面109上形成反应相涂层112。在一个实施例中，大量陶瓷氧化物颗粒150的平均粒度小于tbc106的表面107的表面粗糙度(ra)，使得陶瓷氧化物颗粒200可填充限定在表面107和环境污染物组合物层108内的裂隙和凹处。在特定实施例中，大量陶瓷氧化物颗粒200的平均粒度为表面粗糙度的大约90%或更小，如表面粗糙度的大约1%到大约50%(例如，大约1%到大约30%)。例如，如果tbc106为具有大约2μm到大约2.5μm的表面粗糙度的eb-pvd涂层，则陶瓷氧化物颗粒200的平均粒度可为大约0.75μm或更小(例如，大约0.1μm到大约0.5μm)。在特定实施例中，陶瓷氧化物颗粒150可具有大约0.1μm到大约10μm(例如，大约0.5μm到大约5μm，如大约1μm到大约3μm)的平均粒度。

在一个实施例中，反应相涂层112具有根据其沉积和形成方法形成的微观结构。该微观结构不为任何常规使用的tbc的典型结构。例如，如果以陶瓷氧化物颗粒150的形式喷涂到环境污染物组合物层108上，则反应相涂层112的微观结构不同于其它形成方法(如空气等离子喷涂(aps)、电子束物理气相沉积(ebpvd)、悬浮等离子喷涂(sps)，或溶液前体等离子喷涂(spps))形成的微观结构。例如，反应相涂层112为多晶的(与经由具有单晶柱的ebpvd形成的柱状涂层相反)，具有等轴微观结构(其具有大约2μm的晶粒大小，而没有任何泼溅物(与由泼溅颗粒形成的aps涂层相反))，没有基本上垂直于反应相涂层112的表面113(图11)而定向的任何竖直边界(与sps、spps和高温/速度相反))，并且具有如沉积的、大于反应相涂层112的体积的20%的孔隙。此类反应相涂层112可形成为任何合适的孔隙(例如，如沉积的、大约20%到大约50%体积的孔隙)。

再次参照图11，如先前指出的，反应相涂层112的厚度可取决于槽110的尺寸和设置在其上的任何环境污染物的厚度，以不会桥接槽110的开口。如先前指出的，在陶瓷涂层106的节段116(图6)中的各个的顶部部分132(图7-10)和节段116的侧壁124,128(图7-10)上的反应相涂层112的厚度为特定设计的。反应相涂层112必须足够厚以提供cmas抵抗性，但是存在节段116中的各个的顶部部分132上的厚度的上限，其与柱状节段的侧壁124,128上的厚度的上限不同，以避免槽110的桥接。

反应相涂层112的厚度还可取决于基底或反应相涂层112沉积在其上的构件。在一个实施例中，反应相涂层112具有大于下置tbc106的表面粗糙度的厚度，使得反应相涂层112覆盖全部表面107。例如，tbc106的表面粗糙度为大约1μm到大约10μm，在特定实施例中，并且反应相涂层具有大于tbc106的表面粗糙度的厚度(例如，反应相涂层112可为大约3μm到大约50μm)。反应相涂层112的厚度可进一步取决于下置tbc106和/或环境污染物组合物层108的厚度，以及tbc106中存在的节段116的尺寸。

反应相涂层112可由单一施加的层或经由施加到彼此上的多层形成。在一些实施例中，反应相涂层112的厚度是环境污染物组合物层108厚度的大约2倍到大约8倍(即，环境污染物组合物层108具有为反应相涂层112的厚度的大约1/2到大约1/8的厚度)，以提供足够的材料来与现有的环境污染物组合物反应，并且以用作针对未来沉积物的保护涂层。然而，在特定实施例中，层108和反应相涂层112不会厚过大约250μm，这是由于可能超过大约250μm厚的层更易于剥落。就此而言，在某些实施例中，在环境污染物组合物层108具有大约25μm到大约250μm的厚度时，反应相涂层112可具有大约50μm到大约250μm的厚度，其中反应相涂层112比环境污染物组合物层108厚。

在特定实施例中，反应相涂层112为连续涂层，其覆盖环境污染物组合物层108的表面109或陶瓷涂层106的表面107的基本全部，以避免相应表面上的任何特定区域暴露于附加的cmas腐蚀。

再次参照图11，在一个实施例中，反应相涂层112和环境污染物组合物层108在发动机的连续操作之后形成保护层144，其形成在tbc层106上。保护层144具有熔融温度，其大于层108中的环境污染物组合物的熔融温度。例如，保护层144具有比在保护层144的形成之前的环境污染物组合物层108高大约0.1%到大约25%的熔融温度，如大约为高大约0.5%到大约10%的熔融温度。

在利用其上的反应相涂层112恢复使用之后，环境污染物组合物的第二层146可形成在反应相涂层112的暴露表面113上。反应相涂层112的保护剂可与环境污染物组合物的第二层146反应，以继续形成固体结晶产物。因此，在继续使用之后，环境污染物组合物层108、反应相涂层112以及环境污染物组合物的第二层146可在tbc106的表面上形成外部屏障148，如图12中最佳地示出的。

由于cmas腐蚀在构件120的使用期间为连续的过程，故反应相涂层112将为需要更新的可消耗性涂层。更新频率取决于若干条件，如层108中的环境污染物的量、反应相涂层112上的未来沉积物的量、构件的使用寿命等。

如陈述的，反应相涂层112在涡轮发动机内的热路径构件的表面上为特别有用的。例如，涂覆的构件120,121,122,123大体上可用于涡轮机中，包括高旁通涡轮风扇喷气发动机(“涡轮风扇发动机”)、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机以及涡轮轴燃气涡轮发动机，包括工业和船用燃气涡轮发动机和辅助动力装置。例如，涂覆的构件120,121,122,123可在如压缩机区段(例如，压缩机导叶和/或叶片)、燃烧区段(燃烧衬里)或涡轮区段(例如，涡轮喷嘴和/或叶片)内的热气体路径中。

图14为根据本公开的一个实施例的形成涂覆的构件的方法的流程图。方法200包括在步骤202中沿着基底的表面形成陶瓷涂层，其中陶瓷涂层包括设置在陶瓷涂层中的一个或更多个冷却孔。在实施例中，陶瓷涂层为热障涂层(tbc)。在一些实施例中，形成陶瓷涂层202可包括沿着基底形成两层或更多层陶瓷涂层材料。在实施例中，方法还包括在步骤204中相对于一个或更多个冷却孔沿着陶瓷涂层形成多个槽，使得多个槽不经过一个或更多个冷却孔中的任一个，并且其中多个槽形成陶瓷涂层材料的节段。

在一些实施例中，形成多个槽可包括在热遇险区域中形成多个槽，热遇险区域为构造成在构件的操作期间暴露于比陶瓷涂层的另一区域高大约5%或更高(例如，大约10％或更高)的温度的区域。在一些实施例中，形成多个槽可包括激光切割、高速机械锯或它们的组合，并且可包括形成具有大约4或更大的纵横比的独立槽。在一些实施例中，形成多个槽可包括形成独立槽，其具有大约10微米到大约100微米的宽度和大约50微米到大约1000微米的深度(这取决于陶瓷涂层的厚度)。在一些实施例中，形成多个槽可包括形成多个独立槽，多个槽中的各个独立槽与另一槽间隔开大约0.25mm到大约3mm。在一些实施例中，形成多个槽可包括形成独立槽，使得多个槽横穿陶瓷涂层材料的仅一个层。

在另一实施例中，多个槽稍后以如本文中描述的方法形成。接下来，在步骤206中，反应相涂层沿着陶瓷涂层的暴露表面设置，使槽形成在其中。

如先前指出的，在实施例中，在步骤208中，多个槽可继反应相涂层的沉积之后形成在反应相涂层和陶瓷涂层中。在其中构件投入使用的实施例中，在反应相涂层的沉积之前，环境污染物组合物层形成在陶瓷层的表面上。

所得的涂覆的构件在侵蚀性环境(如具有高浓度的空中悬浮颗粒(包括灰尘、沙子等)的那些)中具有提高的寿命。构件可经历包含氧化钙、氧化镁、氧化铝，以及二氧化硅的熔化灰尘沉积物(大体上被称为cmas)的累积。环境灰尘可以各种参数(如“pm10水平”(颗粒物小于10微米))表征。在此类环境中，由于cmas劣化，现有的陶瓷涂层可被受损和剥落。如本文中公开的，具有设置在其上的保护涂层的带槽的陶瓷涂层具有改进的cmas抵抗性、应变耐受性以及耐热性的组合。如在涡轮发动机的构件中，槽接近薄膜冷却孔而形成。槽可提高对cmas腐蚀的抵抗性并且延长构件寿命。可修改槽的几何形状、宽度以及槽的间隔，以实现期望的涂层。

保护涂层和槽的组合可提供机械顺应性和应变耐受性，以如在经历高温环境中循环的构件中防止tbc剥落。由于在非常高的温度下循环时在陶瓷涂层材料与金属基底之间的应变不匹配，故涂层需要顺应性，以便防止在热循环期间的开裂、屈曲以及剥落。顺应性先前由微观结构设计(使用小孔、裂缝、柱状微观结构等)提供。然而，此类顺应性可在涡轮在其中存在高灰尘水平的环境中操作时降低，这是因为灰尘熔融并且渗透到陶瓷涂层中，降低了由微观结构设计引入的顺应性。本涂覆的构件中的槽防止或减少由于cmas渗透而导致的陶瓷涂层性能的降低。槽在其耐受熔化cmas的能力方面具有附加的优点，如在循环的cmas暴露条件下测试后的测试试样中证实和观察到的。设置在陶瓷涂层的节段上的反应相涂层与cmas灰尘反应，并且提高cmas的熔融温度，并且防止cmas到节段中的渗透。保护涂层和带槽的陶瓷涂层提供改进的下者的平衡：热应变耐受性、环境抵抗性、对陶瓷涂层的剥落的提高的抵抗性，所述陶瓷涂层的剥落可由于熔化cmas与陶瓷涂层之间的相互作用以及在构件(如燃烧器、翼型件、隔热罩等)的遇险区域中的热传递性能而发生。

虽然本公开论述燃烧器衬里，但是带槽的陶瓷涂层(tbc)和用以改进机械顺应性和应变耐受性的保护涂层的原理可应用于涉及暴露于灰尘和颗粒的高温环境的任何地方(例如，高压涡轮(hpt)、低压涡轮(lpt)、高压压缩机(hpc)、低压压缩机(lpc))。具有设置在其上的反应相涂层的带槽的陶瓷涂层特别适合于在燃气涡轮发动机，例如，燃烧器构件(例如，燃烧器衬里)、叶片(包括涡轮和燃烧翼型件)、护罩、喷嘴、隔热罩以及导叶中使用。

虽然本发明依据一个或更多个特定实施例描述，但是显而易见的是，本领域技术人员可采用其它形式。将理解的是，“包含”结合本文中描述的涂层组合物的使用具体地公开并包括其中涂层组合物“基本上由指定组分组成”(即，含有指定组分而没有显著不利地影响公开的基本和新颖特征的其它组分)的实施例，和其中涂层组合物“由指定组分组成”(即，除了在各个指定组分中天然且不可避免地存在的污染物以外，仅含有指定组分)的实施例。

本书面描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构要素，则此类其它实例旨在处于权利要求的范围内。