盘涂层相对于接近类似成分和 厚度的圆柱结构的大粒提供了疲劳测试期间改善的抗裂性。因此，改善的环境盘涂层的重 要构件是维持细粒尺寸的微观结构控制。根据本发明，涂层中的颗粒的平均粒径可从大约 0. 1微米到大约5微米的范围。根据本发明的实施例，平均粒径可为从大约0. 5微米到大约 2. 5微米的范围。粒径在W多颗粒的应力和溫度暴露之后维持，通常观察到每25微米涂层 厚度中大于5个颗粒。根据本发明的实施例，涂层可具有穿过厚度的多颗粒，而不是跨越涂 层厚度的单颗粒或较少颗粒，因为运可有助于在LCF期间延迟涂层开裂。
[0061] 大体上，较粗粒涂层显示出较高的开裂频率。例如，测量结果已显示了粗粒涂层中 开裂频率增大4倍。此外，对于粗粒涂层，裂缝传播穿过涂层更快。中断疲劳测试已显示了 在5000次循环之后穿过粗粒涂层的整个厚度的裂缝，而细粒涂层中的裂缝在相同循环测 试状态下在7000次循环之后穿透涂层厚度的小于50%。
[0062] 图15和16为分别绘出粗粒和细粒涂层的显微照片，其具有相同标称成分和 分别大约25.4ym(1.0mil)和22. 3ym(0.8mil)的厚度。涂层在相同条件下的大约 705°C/0. 713%的应变范围（1300 了 /0. 713%应变范围）针对粗粒涂层测试28k循环，且对 于细粒涂层测试14化循环。如显微照片中指出那样，当在相同的大约705°C/0. 713%应变 范围（1300°F/0. 713%应变范围）条件下测试时，图15的粗粒涂层还显示了相比于图16 的细粒涂层的增加的裂缝。
[0063] 图17为显示粗粒涂层中的裂缝的高倍放大显微照片，而图18为显示细粒涂层中 的裂缝的高倍放大显微照片，其中涂层具有大约20微米的相同标称成分和厚度。发现粗粒 涂层具有352裂缝/英寸的平均值，而发现细粒涂层具有80裂缝/英寸的平均值。
[0064] 图19为来自粗粒涂层的大约705°C/0. 713%应变范围（1300 了 /0. 713%应变范 围）下的中断周期疲劳测试的截面，且图20为来自细粒涂层的大约705°C/0. 713%应变范 围（1300 °F/0. 713%应变范围）下的中断周期疲劳测试的截面。图19和20显示了对于此 测试条件相比于W化循环发生的细粒涂层，裂缝传播穿过W大约化循环发生的粗粒涂层 更快。
[0065] 分析提出了晶粒生长可由Zener钉扎机构通过钉扎剂的适当分布来控制。例如， 钉扎剂可包括陶瓷颗粒，诸如氧化物、碳化物、氮化物、碳氧化物、氮氧化物或氮碳氮化物， 或它们的组合。适合的氧化物可包括但不限于侣、铁、锭、给、错、铜的氧化物和它们的组合。 适合的碳化物可包括但不限于铁、粗、妮、错、给的碳化物，和它们的混合物。适合的氮氧化 物可包括但不限于铁、粗、妮、给、错和锭和它们的组合。
[0066] 图21为显示晶界钉扎的涂层截面的显微照片。图22更详细示出了图21的选择 的区域。根据本发明的优选实施例，钉扎颗粒可包括但不限于氧化侣颗粒。
[0067] 此外，较高水平的此元素可用于吸收在使用中获得的硫，从而进一步加强涂层特 性。涂层特性可通过改善晶界延性来进一步加强。错、给和棚都已知来提供改善的晶界强 度和/或延性。碳添加为脱氧剂，且还可改善晶界强度。此添加是本领域中公知的，且本领 域的普通技术人员可通过简单实验来限定特定应用的创造性涂层的运些元素的最佳值，且 并未脱离运里要求权利保护的本发明的本质。
[0068] 可使钉扎颗粒作为涂层沉积工艺的一部分，作为前体涂层材料的一部分，或涂层 的随后的热机械处理来发生。此外，钉扎可在将钉扎元素加入涂层化学成分或前体材料中 发生。
[0069] 大体上，钉扎可在钉扎剂由涂层施加过程或涂层的随后热机械处理来适当地分配 时加强。此钉扎剂的晶界钉扎或适当分布可通过可为亚微米尺寸的氧化物实现。例如，适 合的钉扎剂颗粒可具有大约0. 05到大约1微米的范围中的直径。
[0070] 尽管按照一个或更多个特定实施例描述了本发明，但清楚的是，其它形式可由本 领域的技术人员采用。将理解的是，连同本文所述的涂层成分使用的"包括"公开且包括了 其中涂层成分"基本上由所列成分构成"（即，包含所列成分且没有显著地不利影响公开的 基本和新颖特征的其它成分）的实施例，W及其中涂层成分"由所列成分构成"（即，仅包含 除自然且不可避免地存在于各个所列成分中的污染物外的所列成分）的实施例。
[0071] 示例 使用前文引用的混合硫酸盐腐蚀的实验室腐蚀测试导致了一个24小时暴露循环之后 的较大凹痕，而按照本发明的特征涂布的样本经过了 10次实验室测试循环，而没有明显的 基础金属冲击且没有显著的涂层冲击。图4是显示在1次循环之后的未涂布的Ren6? 104 的大约705°C(1300 了）下的凹痕的显微照片。图5为显示10次循环之后的并未呈现凹痕 的大约705°C(1300 了）下的Ren6? 104的CoNiCrAlY涂布样本的显微照片。
[0072] 图10和11为在大约1088K等溫暴露自后分别具有0. 18wt%的A1和2. 5wt%的A1 的涂层的截面。如图10和11中指出那样，具有2. 5wt%的侣的涂层显示了与带有0. 18wt% 的侣的涂层相比显著减少的氧化冲击。
[0073] 本书面描述使用了示例来公开包括最佳模式的发明，且使本领域的任何技术人员 能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，且执行任何结合的方法。本发明的专利 范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果运些其它示例具 有并非不同于权利要求的书面语言，或如果运些其它示例包括与权利要求的书面语言无实 质差别的等同结构元件，则它们将在权利要求的范围内。
【主权项】
1. 一种涡轮构件，包括： 超级合金基底；以及 所述超级合金基底上的涂层，其中所述涂层限定暴露于燃气轮机中的热气流通路的所 述涡轮构件的外表面，且其中所述涂层包括： 15wt% 到 45wt% 的钴； 20wt% 到 40wt% 的铬； 2wt% 到 15wt% 的铝； 0.lwt%到lwt%的?乙；以及 镍。2. 根据权利要求1所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层包括30wt%到40wt%的钴， 且其中所述涂层包括55wt%到75wt%的镍和钴的组合量。3. 根据权利要求1或2所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层包括21wt%到30wt%的 铬，优选22wt%到25wt%的铬。4. 根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层包括5wt%到 14wt%的铝，优选8wt%到12wt%的铝。5. 根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层具有5ym到 100ym的所述超级合金基底上的厚度，优选10ym到大约90ym，更优选12ym到75ym。6. 根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层的平均粒径 为0. 1微米到5微米，优选0. 5微米到2. 5微米。7. 根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层由化学汽相 沉积、原子层沉积、物理汽相沉积、电镀、热喷涂或扩散涂布工艺来沉积，且其中所述超级合 金基底包括镍基超级合金、钴基超级合金或铁基超级合金。8. 根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层包括钉扎剂 的分布，且其中所述钉扎剂位于限定在所述涂层中的颗粒之间的界面上。9. 根据权利要求8所述的涡轮构件，其特征在于，所述钉扎剂包括陶瓷颗粒，且其中所 述陶瓷颗粒包括铝、钛、钇、铪、锆、镧的氧化物或它们的混合物；钛、钽、铌、锆、铪的碳化物 或它们的混合物；钛、钽、铌、铪、锆和钇的氮氧化物或它们的混合物；或它们的组合。10. 根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层还包括镧、 铈、锆、镁、稀土金属中的至少一种或它们的组合。11. 根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层还包括： Owt% 到 10wt% 的妈； Owt% 到 10wt% 的组； Owt%到0? 5wt%的铪；以及Owt% 到 0. 5wt% 的娃。12. 根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层还包括： 钨、钼、钽、铼、钛、铌、钒、铂族金属或它们的组合，其中这些元素的总组合量为20wt%或更 少。13. 根据权利要求1至7中的任一项所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层基本上由 以下构成： 30wt% 到 40wt% 的钴； 22wt% 到 25wt% 的铬； 8wt% 到 12wt% 的铝； 0.lwt%到lwt%的?乙；以及 镍。14. 根据权利要求1至9中的任一项所述的涡轮构件，其特征在于，所述涂层基本上由 以下构成： 30wt% 到 40wt% 的钴； 22wt% 到 25wt% 的铬； 8wt% 到 12wt% 的铝； 0?lwt% 到lwt% 的?乙； 镍；以及 钉扎剂的分布。15. -种包括前述权利要求中的任一项所述的涡轮构件的燃气轮机，其中所述涡轮构 件定位在所述燃气轮机的热气流通路内，使得暴露于所述热气流通路的所述涂层保护所述 燃气轮机内的所述超级合金基底。
【专利摘要】提供了用于例如超级合金基底的涂层。涂层可包括：15wt%到45wt%的钴；20wt%到40wt%的铬；2wt%到15wt%的铝；0.1wt%到1wt%的钇；以及镍。涂层可包括镍、钴、铬和铝，以及其它可选的添加剂，以改善基底的抗氧化和腐蚀性，而不显著有损其机械性能。
【IPC分类】F01D5/28, C23C30/00, C23C28/02
【公开号】CN105189819
【申请号】CN201480014278
【发明人】D.P.穆雷尔, L.阿德尔什塔恩, K.R.拜因, A.J.德托尔, A.W.埃姆盖, J.A.鲁德, M.J.维默
【申请人】通用电气公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2014年3月12日
【公告号】CA2904185A1, EP2971243A1, US20160031186, WO2014165073A1