以耐腐蚀层保护的元件及制造该元件的方法技术

本发明专利技术涉及以耐腐蚀层保护的元件及制造该元件的方法，其中的一种燃气轮机发动机元件，包括用耐高温材料制成的基体和耐腐蚀层。所述耐腐蚀层包含分子式为MxVyOz的难熔金属钒酸盐，其中M选自碱土金属、IV族和V族过渡金属、稀土金属、以及它们的组合，其中z=x+2.5y，z=1.5x+2.5y，z=2x+2.5y或z=2.5x+2.5y。

【技术实现步骤摘要】
以耐腐蚀层保护的元件及制造该元件的方法
本专利技术涉及一种以耐腐蚀层保护的发动机元件以及制造该元件的方法。
技术介绍
为了提高燃气涡轮发动机的效率，需不断追求更高的操作温度。耐高温的材料被广泛用来制造各行业，包括飞机和发电行业的燃气涡轮发动机的元件。由于操作温度的升高，发动机元件的耐高温性能也应相应增强。基于这个原因，燃气涡轮发动机元部件，如燃烧室、高压涡轮机的叶片上常使用热障涂层（thermalbarriercoatings，TBC），以其隔热性能来让发动机元件能耐受更高的操作温度下，从而提高元件的寿命，并提高发动机的可靠性。燃气涡轮发动机环境内的燃烧室的高温可导致燃料内的熔融杂质不仅会腐蚀这些用对所述熔融杂质敏感的材料，如超合金和硅基非氧化物陶瓷（silicon-basednon-oxideceramics）制成的元件，还会腐蚀和破坏用来保护这些元件的热障涂层。这种现象称为热腐蚀，是一种由于杂质的存在，如在元件或其保护层表面形成熔融盐沉积的Na2SO4,NaVO3andV2O5等的存在，导致的加速腐蚀。所述热腐蚀可导致元件的结构材料或涂层的性能迅速地发生退化，使得元件在几十到几千小时的时间内发生严重的损坏。尽管上述问题和不确定性的存在，业界仍希望在燃气涡轮发动机中使用价格更加低廉的低品级燃料，这些低品级燃料中所含的盐杂质密度更高，会加剧热腐蚀的问题。因此，如何减轻发动机元件的热腐蚀的问题变得越来越具有挑战性。
技术实现思路
本专利技术的一方面涉及一种发动机元件，其包括用耐高温材料制成的基体和耐腐蚀层。所述耐腐蚀层包含分子式为MxVyOz的难熔金属钒酸盐，其中M选自：碱土金属、IV族和V族过渡金属、稀土金属、以及它们的组合，其中z=x+2.5y，z=1.5x+2.5y，z=2x+2.5y或z=2.5x+2.5y。在一些实施例中，所述发动机元件进一步包括热障涂层系统，位于所述基体和至少一部分所述耐腐蚀层之间，该至少一部分耐腐蚀层是直接附着在所述热障涂层系统上的。在一些实施例中，所述热障涂层系统包括厚度在100微米到1150微米之间的氧化钇稳定氧化锆层、以及位于所述氧化钇稳定氧化锆层和所述基体之间的第一黏合层。在一些实施例中，所述第一黏合层包括分子式为RCrAlE的物质，其中R为铁、钴和/或镍，E为钇、稀土金属和/或其他活性金属。在一些实施例中，所述热障涂层系统进一步包括位于所述第一黏合层和所述氧化钇稳定氧化锆层之间的热生长氧化物层。在一些实施例中，所述热生长氧化物层包括Al2O3。在一些实施例中，所述发动机元件进一步包括第二黏合层，其位于所述基体和至少一部分所述耐腐蚀层之间，该至少一部分耐腐蚀层附着在所述第二黏合层上，所述第二黏合层在所述基体和所述至少一部分耐腐蚀层之间提供粘接力。在一些实施例中，所述第二黏合层包括铝化物。在一些实施例中，所述耐腐蚀层至少有一部分是直接附着在所述基体上的。在一些实施例中，M选自：Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ca、Mg、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、以及它们的组合。特别地，在一些具体的实施例中，M选自：Ce、La、Y、Gd、以及它们的组合。另外，在一些具体的实施例中，M为镧系金属。在一些实施例中，所述耐腐蚀层的厚度在50微米到200微米的范围之间。在一些实施例中，所述基体是用超合金制成的。本专利技术的另一方面涉及一种制造发动机元件的方法，在该方法中，用耐高温材料制成基体，在该基体上形成耐腐蚀层。所述耐腐蚀层包含分子式为MxVyOz的难熔金属钒酸盐，其中M选自：碱土金属、IV族和V族过渡金属、稀土金属、以及它们的组合，其中z=x+2.5y，z=1.5x+2.5y，z=2x+2.5y或z=2.5x+2.5y。在一些实施例中，所述在基体上形成耐腐蚀层的步骤包括：在所述基体的至少一部分上提供热障涂层，以及直接在所述热障涂层上涂覆所述耐腐蚀层的至少一部分。在一些实施例中，所述在基体的至少一部分上提供热障涂层的步骤包括：在基体的至少一部分上提供第一黏合层，以及在所述第一黏合层上形成一层厚度约在100微米到1150微米之间的氧化钇稳定氧化锆层。在一些实施例中，所述第一黏合层包括分子式为RCrAlE的物质，其中R为铁、钴和/或镍，E为钇、稀土金属和/或其他活性金属。在一些实施例中，所述在基体的至少一部分上提供热障涂层的步骤还包括：在所述第一黏合层和氧化钇稳定氧化锆层之间提供热生长氧化物层。在一些实施例中，所述热生长氧化物层包括Al2O3。在一些实施例中，所述在基体上形成耐腐蚀层的步骤包括：在所述基体的至少一部分上提供第二黏合层，以及在所述第二黏合层上直接形成至少一部分的所述耐腐蚀层。在一些实施例中，所述第二黏合层包括铝化物。在一些实施例中，所述在基体上形成耐腐蚀层的步骤包括：在所述基体的至少一部分直接形成至少一部分的所述耐腐蚀层。在一些实施例中，M选自：Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ca、Mg、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、以及它们的组合。特别地，在一些具体的实施例中，M选自：Ce、La、Y、Gd、以及它们的组合。另外，在一些具体的实施例中，M为镧系金属。在一些实施例中，所述耐腐蚀层可能通过选自以下方法中的一种进行涂覆：热喷涂、冷喷涂、溶胶凝胶、物理气相沉积、化学气相沉积、涂浆法、溅射法、以及它们的组合。附图说明通过结合附图对于本专利技术的实施例进行描述，可以更好地理解本专利技术，在附图中：图1为一种发动机元件的示意图，该发动机元件在覆盖其基体的热障涂层上直接涂覆有耐腐蚀层。图2为一种发动机元件的示意图，该发动机元件的基体上直接涂覆有耐腐蚀层。图3为一种发动机元件的示意图，该发动机元件的基体上隔着一个黏合层涂覆有耐腐蚀层，该黏合层用来在基体和耐腐蚀层之间提供更好的黏附性。具体实施方式除有定义外，本文中所用的技术和科学术语具有与本专利技术所属领域技术人员普遍理解的相同含义。本文所用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而只是用于区别一种元件和另一种元件。并且，“一”或“一个”不表示数量的限定，而是表示存在一个的相关项目。本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。在一些实施例中，“大约”表示允许其修正的数值在正负百分之十（10%）的范围内变化，比如，“大约100”表示的可以是90到110之间的任何数值。此外，在“大约第一数值到第二数值”的表述中，大约同时修正第一和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。本专利技术的实施例提供了一种涂覆有耐腐蚀层的发动机元件（尤其是燃气轮机的发动机元件），该耐腐蚀层对于所述发动机元件所处理的燃料中所含的熔融盐杂质是惰性的。所述耐腐蚀层包括分子式为MxVyOz的难熔金属钒酸盐，其中M选自：碱土金属、IV族和V族过渡金属、稀土金属、以及它们的组合，且z=x+2.5y或z=1.5x+2.5y或z=2x+2.5y或z=2.5x+2.5y。所述耐腐蚀层是发动机元件在用于处理含熔融盐杂质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机元件，包括：用耐高温材料制成的基体；以及包含分子式为MxVyOz的难熔金属钒酸盐的耐腐蚀层，其中M选自：碱土金属、IV族和V族过渡金属、稀土金属、以及它们的组合，其中z=x+2.5y，z=1.5x+2.5y，z=2x+2.5y或z=2.5x+2.5y。

【技术特征摘要】
1.一种发动机元件，包括：用耐高温材料制成的基体；以及包含分子式为MxVyOz的难熔金属钒酸盐的耐腐蚀层，其中M选自：Ti、Hf、Nb、Ta以及它们的组合，其中z＝x+2.5y，z＝1.5x+2.5y，z＝2x+2.5y或z＝2.5x+2.5y。2.一种如权利要求1所述的发动机元件，其进一步包括热障涂层系统，位于所述基体和至少一部分所述耐腐蚀层之间，该至少一部分耐腐蚀层是直接附着在所述热障涂层系统上的，其中，所述热障涂层系统包括形成于所述基体上的第一黏合层、在该第一黏合层上的热生长氧化物层以及沉积于该热生长氧化物层上的热障涂层。3.一种如权利要求2所述的发动机元件，其中，所述热障涂层为厚度在100微米到1150微米之间的氧化钇稳定氧化锆层。4.一种如权利要求1或2所述的发动机元件，其进一步包括第二黏合层，其位于所述基体和至少一部分所述耐腐蚀层之间，该至少一部分耐腐蚀层附着在所述第二黏合层上，所述第二黏合层在所述基体和所述至少一部分耐腐蚀层之间提供粘接力。5.如权利要求1或2所述的发动机元件，其中，所述耐腐蚀层至少有一部分是直...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽敏，钟大龙，周宏，劳伦斯·B·库尔，张利明，克里斯多夫·E·汤普森，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US