用于CMC护罩的可磨损合成物和方法技术

提供在诸如CMC护罩的CMC构件的表面上的涂层系统。涂层系统可包括在CMC构件的表面上的环境阻隔涂层(200)和在环境阻隔涂层上且限定与环境阻隔涂层相对的外表面的可磨损涂层(202)。可磨损涂层包括具有以下分子式的化合物：Ln2ABO8，其中Ln包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，或者它们的混合物；A包括Si、Ti、Ge，或者它们的组合；并且B包括Mo、W或者它们的组合。在一个实施例中，可磨损涂层在与环境阻隔涂层的接口处具有第一热膨胀系数，其在可磨损涂层的外表面处变成第二热膨胀系数。还提供用于将可磨损涂层(202)施用到CMC构件上的方法。

Wear resistant composition and method for CMC shield

A coating system is provided on the surface of a CMC member such as an CMC shield. The coating system may include an environmental barrier coating (200) on the surface of the CMC member, and a wearable coating (202) that defines an outer surface opposing the environmental barrier coating on the environmental barrier coating. Can wear coating comprises a compound having the formula: Ln2ABO8, wherein Ln including scandium, yttrium and lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, promethium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, or mixtures thereof; including Si, Ti, A or Ge. The combination of them; and B including Mo, W or their combination. In one embodiment, a wearable coating has a first thermal expansion coefficient at the interface with the ambient barrier coating, which becomes a second thermal expansion coefficient at the outer surface of the wearable coating. A method for applying a wearable coating (202) to an CMC member is also provided.

【技术实现步骤摘要】
用于CMC护罩的可磨损合成物和方法
本专利技术的实施例大体涉及用于陶瓷构件，特别是在燃气涡轮发动机中的CMC护罩上使用的热阻隔涂层和环境阻隔涂层。
技术介绍
燃气涡轮发动机的涡轮区段包含转子轴和一个或多个涡轮级，各个涡轮级具有由轴安装或者以别的方式承载的涡轮盘(或转子)，以及安装到盘的外周上且从盘的外周沿径向延伸的涡轮叶片。涡轮组件典型地通过使燃料燃烧所产生的热压缩气体膨胀来产生旋转轴功率。燃气涡轮轮叶或叶片一般具有设计成将流径气体的热能和动能转换成转子的机械旋转的翼型件形状。在涡轮发动机内，护罩是包围旋转叶片的材料环。可通过减小旋转叶片的末梢和固定护罩之间的空间，以限制叶片的顶部上或其周围的空气流，来提高涡轮性能和效率，所述空气流本来将绕过叶片。例如，叶片可构造成使得其末梢在发动机运行期间紧密配合护罩。因而，为了实现效率目的，特别渴望产生和保持高效末梢间隙。在发动机运行期间，叶片末梢有时可刮擦护罩，从而增大间隙和导致效率损失，或者在一些情况下，损伤或破坏叶片组。对于CMC护罩，损伤金属叶片甚至是更加有可能的，因为碳化硅材料比镍基超合金硬得多。对于CMC护罩，为了使零件实现成功的性能/寿命，还需要环境阻隔涂层，因为高温蒸汽衰退会使材料有损失。因而，如果来自叶片末梢的刮擦去掉了涂层，则CMC护罩就容易受高温蒸汽衰退的影响。为了减小涂层损失的风险，将可磨损层淀积在EBC的顶部上，以保护它免受叶片刮擦。大体上，可磨损层是一系列陶瓷凸脊，它们在与旋转叶片末梢接触之后脱离。陶瓷材料典型地由与一个环境阻隔层相同的陶瓷材料制成，例如，稀土二硅酸盐或钡锶铝硅酸盐(BSAS)。但是，护罩的表面上的成型式的凸脊会导致发动机的效率有空气动力损失。另外，难以在无散裂的情况下生产厚的连续EBC材料层(>20密耳)。此外，连续陶瓷层典型地非常硬，而且不会磨损，而是会损伤旋转叶片。因而，一种用于CMC构件，特别是用于护罩的改进的可磨损涂层在本领域中是合乎需要的。
技术实现思路
将在以下描述中部分地阐述本专利技术的各方面和优点，或者根据该描述，本专利技术的各方面和优点可为明显的，或者可通过实践本专利技术来学习本专利技术的各方面和优点。大体在CMC构件的表面上提供一种涂层系统。在一个实施例中，涂层系统包括在CMC构件的表面上的环境阻隔涂层和在环境阻隔涂层上且限定与环境阻隔涂层相对的外表面的可磨损涂层。可磨损涂层包括具有以下分子式的化合物：Ln2ABO8，其中Ln包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，或者它们的混合物；A包括Si、Ti、Ge，或者它们的组合；并且B包括Mo、W或者它们的组合。在一个实施例中，可磨损涂层在与环境阻隔涂层的接口处具有第一热膨胀系数，其在可磨损涂层的外表面处变成第二热膨胀系数。例如，涂层系统可包括在燃气涡轮发动机中的CMC护罩的热气路径表面上。还大体提供了一种将可磨损涂层施用到燃气涡轮发动机的CMC护罩上的方法。在一个实施例中，在CMC护罩的热气路径表面的环境阻隔涂层上施用可磨损涂层，可磨损涂层包括具有以下分子式的化合物：Ln2ABO8，其中Ln包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，或者它们的混合物；A包括Si、Ti、Ge，或者它们的组合；并且B包括Mo、W或者它们的组合。在一个实施例中，可磨损涂层具有从环境阻隔涂层到外表面以梯度变化的热膨胀系数。技术方案1.一种在CMC构件的表面上的涂层系统，包括：在所述CMC构件的所述表面上的环境阻隔涂层；以及在所述环境阻隔涂层上且限定与所述环境阻隔涂层相对的外表面的可磨损涂层，其中，所述可磨损涂层包括具有以下分子式的化合物：Ln2ABO8，其中Ln包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，或者它们的混合物；A包括Si、Ti、Ge，或者它们的组合；并且B包括Mo、W或者它们的组合，以及其中，所述可磨损涂层在与所述环境阻隔涂层的接口处具有第一热膨胀系数，其在所述可磨损涂层的外表面处变成第二热膨胀系数。技术方案2.根据技术方案1所述的涂层系统，其特征在于，所述可磨损涂层具有从所述环境阻隔涂层到所述外表面以梯度变化的热膨胀系数。技术方案3.根据技术方案1所述的涂层系统，其特征在于，所述可磨损涂层具有的所述化合物的Ln成分从所述环境阻隔涂层到所述外表面以梯度变化。技术方案4.根据技术方案1所述的涂层系统，其特征在于，所述可磨损涂层具有的所述化合物的A成分从所述环境阻隔涂层到所述外表面以梯度变化。技术方案5.根据技术方案1所述的涂层系统，其特征在于，所述可磨损涂层具有从所述环境阻隔涂层到所述外表面以梯度变化的孔隙率。技术方案6.根据技术方案1所述的涂层系统，其特征在于，所述化合物具有以下分子式：Ln2AMoxW1-xO8，其中0≤x≤大约0.5。技术方案7.根据技术方案6所述的涂层系统，其特征在于，0<x≤大约0.5。技术方案8.根据技术方案1所述的涂层系统，其特征在于，所述化合物具有以下分子式：Ln2SiyA1-yMoxW1-xO8，其中0≤x≤大约0.5；0<y≤大约0.5；以及A为Ti、Ge，或者它们的组合。技术方案9.根据技术方案1所述的涂层系统，其特征在于，Ln包括钇。技术方案10.根据技术方案1所述的涂层系统，其特征在于，所述化合物具有以下分子式：Y2SiMoxW1-xO8，其中x为0至大约0.5；Sm2SiMoxW1-xO8，其中x为0至大约0.5；Gd2SiMoxW1-xO8，其中x为0至大约0.5；或者它们的组合。技术方案11.根据技术方案1所述的涂层系统，其特征在于，所述化合物在所述可磨损涂层中形成锆石晶体结构或者在所述可磨损涂层中形成白钨矿结构。技术方案12.根据技术方案1所述的涂层系统，其特征在于，所述可磨损涂层具有的孔隙率小于大约15%孔隙率。技术方案13.根据技术方案1所述的涂层系统，其特征在于，所述可磨损涂层包括限定在基质材料内的不连续次生相，以及其中，具有分子式Ln2ABO8的化合物形成所述次生相。技术方案14.一种在燃气涡轮发动机中的CMC护罩的热气路径表面上的涂层系统，所述涂层系统包括：在所述CMC护罩的所述热气路径表面上的环境阻隔涂层；以及在所述环境阻隔涂层上的可磨损涂层，其中，所述可磨损涂层包括具有以下分子式的化合物：Ln2ABO8，其中Ln包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，或者它们的混合物；A包括Si、Ti、Ge，或者它们的组合；并且B包括Mo、W或者它们的组合。技术方案15.根据技术方案14所述的涂层系统，其特征在于，所述可磨损涂层是覆盖所述CMC护罩的所述热气路径表面上的所有所述环境阻隔涂层的连续涂层。技术方案16.根据技术方案14所述的涂层系统，其特征在于，所述可磨损涂层包括限定在基质材料内的不连续次生相，以及其中，具有分子式Ln2ABO8的化合物形成所述次生相。技术方案17.根据技术方案14所述的涂层系统，其特征在于，所述可磨损涂层具有从所述环境阻隔涂层到所述外表面以梯度变化的热膨胀系数。技术方案18.根据技术方案17所述的涂层系统，其特征在于，所述基质材料包括稀土二硅酸盐、稀土单硅酸盐或者它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在CMC构件的表面上的涂层系统，包括：在所述CMC构件的所述表面上的环境阻隔涂层(200)；以及在所述环境阻隔涂层(200)上且限定与所述环境阻隔涂层(200)相对的外表面的可磨损涂层(202)，其中，所述可磨损涂层(202)包括具有以下分子式的化合物：Ln2ABO8，其中Ln包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，或者它们的混合物；A包括Si、Ti、Ge，或者它们的组合；并且B包括Mo、W或者它们的组合，以及其中，所述可磨损涂层(202)在与所述环境阻隔涂层(200)的接口处具有第一热膨胀系数，其在所述可磨损涂层的外表面处变成第二热膨胀系数。

【技术特征摘要】
2015.12.09 US 14/9634481.一种在CMC构件的表面上的涂层系统，包括：在所述CMC构件的所述表面上的环境阻隔涂层(200)；以及在所述环境阻隔涂层(200)上且限定与所述环境阻隔涂层(200)相对的外表面的可磨损涂层(202)，其中，所述可磨损涂层(202)包括具有以下分子式的化合物：Ln2ABO8，其中Ln包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，或者它们的混合物；A包括Si、Ti、Ge，或者它们的组合；并且B包括Mo、W或者它们的组合，以及其中，所述可磨损涂层(202)在与所述环境阻隔涂层(200)的接口处具有第一热膨胀系数，其在所述可磨损涂层的外表面处变成第二热膨胀系数。2.根据权利要求1所述的涂层系统，其特征在于，所述可磨损涂层(202)具有从所述环境阻隔涂层(200)到所述外表面以梯度变化的热膨胀系数，以及/或者其中，所述可磨损涂层(202)具有从所述环境阻隔涂层(200)到所述外表面以梯度变化的孔隙率。3.根据权利要求1或2所述的涂层系统，其特征在于，所述可磨损涂层(202)具有的所述化合物的Ln成分从所述环境阻隔涂层(200)到所述外表面以梯度变化，以及/或者其中，所述可磨损涂层(202)具有的所述化合物的A成分从所述环境阻隔涂层(200)到所述外表面以梯度变化。4.根据前述权利要求中的任一项所述的涂层系统，其特征在于，所述化合物具有以下分子式：Ln2AMoxW1-xO8，其中0≤x≤大约0.5。5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：GH科比，PS马尼克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US