修理燃气涡轮构件的热屏蔽涂层的方法和所得的构件技术

提供具有修理后的热屏蔽涂层(520)的涡轮发动机构件(300)，以及它们的形成和修理方法。涡轮发动机构件包括在基底(302)的表面(303)的第一部分(512)上的热屏蔽涂层(504)；在基底的表面的第二部分(520)上的修理后的热屏蔽涂层(308)；和在外接合涂层(306)上的陶瓷涂层(308)。热屏蔽涂层包括内接合层(502)和第一陶瓷层(504)，其中内接合层定位在基底和第一陶瓷层之间。修理后的热屏蔽涂层(308)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。

Method for repairing heat shield coating of gas turbine component and resultant component

A turbine engine member (300) having a repaired thermal shield coating (520), and methods of forming and repairing thereof are provided. The turbine engine component comprises a substrate (302) in the surface (303) of the first part (512) of the heat shield coating (504); the second part in the surface of the substrate (520) heat shield coating after repair on (308); and (306) in the outer coating bonding of ceramic coating on (308). The heat shield coating includes an inner layer (502) and a first ceramic layer (504), wherein the inscribed layer is positioned between the substrate and the first ceramic layer. The repaired thermal shield coating (308) generally includes an inner bond coating on the surface of the substrate and an outer bonding coating on the bonded coating. The bonding coating is formed of cobalt containing material, and the outer bonding coating is essentially cobalt free.

【技术实现步骤摘要】
修理燃气涡轮构件的热屏蔽涂层的方法和所得的构件
本专利技术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，本专利技术涉及热屏蔽涂层(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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，或可通过本专利技术的实践而习得。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有修理后的热屏蔽涂层(520)的涡轮发动机构件(500)，所述涡轮发动机构件(300)包括：基底(302)，其限定表面(303)；热屏蔽涂层(504)，其在所述基底(302)的表面(303)的第一部分(512)上，其中，所述热屏蔽涂层(504)包括内接合层(502)和第一陶瓷层(504)，且其中，所述内接合层(502)定位在所述基底(302)与所述第一陶瓷层(504)之间；修理后的热屏蔽涂层(308)，其在所述基底(302)的表面(303)的第二部分(520)上，其中，所述修理后的热屏蔽涂层(308)包括：内接合涂层(304)，其在所述基底(302)的表面(303)上，其中，所述内接合涂层(304)包括含钴材料；外接合涂层(306)，其在所述内接合涂层(304)上，其中，所述外接合涂层(306)基本上没有钴；和陶瓷涂层(308)，其在所述外接合涂层(306)上。

【技术特征摘要】
2015.10.28 US 14/9252881.一种具有修理后的热屏蔽涂层(520)的涡轮发动机构件(500)，所述涡轮发动机构件(300)包括：基底(302)，其限定表面(303)；热屏蔽涂层(504)，其在所述基底(302)的表面(303)的第一部分(512)上，其中，所述热屏蔽涂层(504)包括内接合层(502)和第一陶瓷层(504)，且其中，所述内接合层(502)定位在所述基底(302)与所述第一陶瓷层(504)之间；修理后的热屏蔽涂层(308)，其在所述基底(302)的表面(303)的第二部分(520)上，其中，所述修理后的热屏蔽涂层(308)包括：内接合涂层(304)，其在所述基底(302)的表面(303)上，其中，所述内接合涂层(304)包括含钴材料；外接合涂层(306)，其在所述内接合涂层(304)上，其中，所述外接合涂层(306)基本上没有钴；和陶瓷涂层(308)，其在所述外接合涂层(306)上。2.根据权利要求1所述的涡轮发动机构件(500)，其中，所述修理后的热屏蔽涂层(308)还包括：内接合层(502)，其定位在所述基底(302)的表面(303)与所述内接合涂层(502)之间。3.根据权利要求1所述的涡轮发动机构件(500)，其中，所述内接合涂层(304)具有大约5%或更小的孔隙率，且其中，所述外接合涂层(306)具有大于大约5%的孔隙率，且其中，所述内接合涂层(304)具有为所述外接合涂层(306)的硫扩散速率的至多1/10的硫扩散速率。4.根据权利要求1所述的涡轮发动机构件(500)，其中，所述内接合涂层(304)包括CoNiCrAlY，且其中，所述外接合涂层(306)包括NiCrAlY，且其中，内层涂层(502)具有大约200μm到大约350μm的平均厚度，且其中，外层涂层(504)具有大约100μm到大约400μm的平均厚度。5.根据权利要求1所述的涡轮发动机构件(500)，还包括：中间接合涂层(312)，其定位在所述外接合涂层(306)与所述陶瓷涂层(308)之间，且其中，所述中间接合涂层(312)具有比所述内接合涂层(304)的孔隙率...

【专利技术属性】
技术研发人员：BA纳加拉，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US