BR112019026201B1

BR112019026201B1 - COATED GAS TURBINE ENGINE PART, AND, PROCESS FOR MANUFACTURING A PART

Info

Publication number: BR112019026201B1
Application number: BR112019026201-6A
Authority: BR
Inventors: Luc Bianchi; Aurélien Joulia; Benjamin Dominique Roger Joseph Bernard
Original assignee: Safran
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2023-09-05

Abstract

Uma parte de motor de turbina revestida compreende um substrato (21) e uma camada de proteção de cálcio-magnésio-alumínio-silicato (CMAS) (24) presente no substrato (21). A camada (24) compreende uma primeira fase (240) de um material de proteção de cálcio-magnésio-alumínio- silicato (CMAS) e uma segunda fase (241) compreendendo partículas de um material antiumectante dispersas na primeira fase.A coated turbine engine part comprises a substrate (21) and a calcium-magnesium-aluminum-silicate (CMAS) protective layer (24) present on the substrate (21). The layer (24) comprises a first phase (240) of a calcium-magnesium-aluminum-silicate (CMAS) protective material and a second phase (241) comprising particles of an anti-wetting material dispersed in the first phase.

Description

Fundamentals of the invention

[001] A presente invenção refere-se ao campo geral de revestimentos protetores usados para isolar termicamente peças em ambientes de alta temperatura, tais como peças usadas em peças quentes de motores de turbinas a gás aeronáuticos ou terrestres.[001] The present invention relates to the general field of protective coatings used to thermally insulate parts in high temperature environments, such as parts used in hot parts of aeronautical or terrestrial gas turbine engines.

[002] A fim de melhorar a eficácia de motores de turbinas a gás, em particular turbinas de alta pressão (HPT) para sistemas com base terrestre estacionários ou para propulsão aeronáutica, temperaturas cada vez maiores estão sendo consideradas. Sob tais condições, os materiais usados, tais como ligas metálicas ou compósitos de matriz cerâmica (CMC), exigem proteção, principalmente para manter uma temperatura de superfície suficientemente baixa para garantir sua integridade funcional e limitar sua oxidação/corrosão pela atmosfera ao redor.[002] In order to improve the effectiveness of gas turbine engines, in particular high pressure turbines (HPT) for stationary land-based systems or for aeronautical propulsion, increasingly higher temperatures are being considered. Under such conditions, the materials used, such as metal alloys or ceramic matrix composites (CMC), require protection, mainly to maintain a surface temperature low enough to ensure their functional integrity and limit their oxidation/corrosion by the surrounding atmosphere.

[003] As proteções da “barreira térmica” (TB) ou do “revestimento de barreira ambiental” (EBC) são pilhas de múltiplas camadas complexas geralmente consistindo em um revestimento de ligação que permite uma proteção contra oxidação/corrosão depositada na superfície do material base (ligas metálicas ou material compósito) do substrato, o mesmo coberto por um revestimento cerâmico cuja função primária é limitar a temperatura da superfície dos componentes revestidos. A fim de garantir sua função de proteção contra a oxidação/corrosão, e para promover a adesão do revestimento cerâmico, o revestimento de ligação pode ser pré-oxidado parar formar uma camada de alumina densa na sua superfície chamada “óxido termicamente desenvolvido” (TGO) no caso de barreiras térmicas. Tais sistemas de proteção são descritos em particular nos documentos D. R. Clarke, M. Oechsner, N. P. Padture, “Thermal-barrier coatings for more efficient gas-turbine engines”, MRS Bulletin, 37, 2012, pp 892-898 e D. Zhu, R. A. Miller, “Thermal and Environmental Barrier Coatings for Advanced Propulsion Engine Systems”, NASA Technical Memorandum, 213129, 2004.[003] “Thermal Barrier” (TB) or “Environmental Barrier Coating” (EBC) protections are complex multi-layer stacks generally consisting of a bond coating that allows for oxidation/corrosion protection deposited on the surface of the material base (metal alloys or composite material) of the substrate, which is covered by a ceramic coating whose primary function is to limit the surface temperature of the coated components. In order to guarantee its protective function against oxidation/corrosion, and to promote the adhesion of the ceramic coating, the bonding coating can be pre-oxidized to form a layer of dense alumina on its surface called “thermally developed oxide” (TGO). ) in the case of thermal barriers. Such protection systems are described in particular in the documents D. R. Clarke, M. Oechsner, N. P. Padture, “Thermal-barrier coatings for more efficient gas-turbine engines”, MRS Bulletin, 37, 2012, pp 892-898 and D. Zhu, R. A. Miller, “Thermal and Environmental Barrier Coatings for Advanced Propulsion Engine Systems,” NASA Technical Memorandum, 213129, 2004.

[004] A vida útil destes sistemas (TB e EBC) depende da resistência da pilha à ciclagem térmica, por um lado, e da resistência da camada externa a resistências ambientais (erosão por partículas sólidas, resistência química, corrosão, etc) por outro lado.[004] The useful life of these systems (TB and EBC) depends on the resistance of the cell to thermal cycling, on the one hand, and the resistance of the outer layer to environmental resistance (erosion by solid particles, chemical resistance, corrosion, etc.) on the other. side.

[005] Em particular, estes sistemas degradam muito rapidamente quando expostos a um meio rico areia ou em partículas de cinzas vulcânicas (rico em compostos do tipo sílica inorgânica) comumente conhecidas pelo nome genérico CMAS (para óxidos de Cálcio, Magnésio, Alumínio e Silício). A infiltração de CMAS fundidos em uma barreira térmica ou ambiental geralmente resulta na degradação por: • endurecimento da camada infiltrada levando a uma falha mecânica (delaminação); • desestabilização pela dissolução química da barreira térmica e formação de produtos recristalizados com diferentes volumes e/ou propriedades mecânicas.[005] In particular, these systems degrade very quickly when exposed to a medium rich in sand or volcanic ash particles (rich in inorganic silica-type compounds) commonly known by the generic name CMAS (for Calcium, Magnesium, Aluminum and Silicon oxides). ). Infiltration of molten CMAS into a thermal or environmental barrier generally results in degradation by: • hardening of the infiltrated layer leading to mechanical failure (delamination); • destabilization by chemical dissolution of the thermal barrier and formation of recrystallized products with different volumes and/or mechanical properties.

[006] Para superar este problema, as chamadas composições “anti- CMAS” foram desenvolvidas, que permitem a formação de uma camada de barreira à prova d’água por reação química com CMAS são descritas no documento C. G. Levi, J. W. Hutchinson, M. -H. Vidal-Sétif, C. A. Johnson, “Environmental degradation of thermal barrier coatings by molten deposits”, MRS Bulletin, 37, 2012, pp 932-941.[006] To overcome this problem, so-called “anti-CMAS” compositions have been developed, which allow the formation of a waterproof barrier layer by chemical reaction with CMAS are described in the document C. G. Levi, J. W. Hutchinson, M. -H. Vidal-Sétif, C. A. Johnson, “Environmental degradation of thermal barrier coatings by molten deposits”, MRS Bulletin, 37, 2012, pp 932-941.

[007] Entretanto, estes sistemas ainda têm limitações funcionais que reduzem sua eficácia, dentre as quais pode-se fazer menções particulares a: • o trincamento da TB em serviço pelo efeito eletromecânica induzindo trajetos de infiltração favorecidos pelos CMAS fundidos; • a persistência de uma espessura infiltrada variável devido à competição entre a infiltração capilar de CMAS no revestimento e a cinética da reação da formação da fase de barreira impermeável. Quanto maior for a espessura infiltrada, maior será o risco de enfraquecimento mecânico da TB. De fato, o endurecimento do sistema deve ser temido, levando a vidas úteis limitadas apesar da cessão da infiltração de CMAS; • A necessidade de se usar um revestimento anti-CMAS com uma morfologia densa e livre de trincas verticais a fim de minimizar esta infiltração capilar do contaminante líquido. Neste caso, o sistema se torna sensível às tensões termomecânicas induzidas pelas diferenças no coeficiente de expansão térmica de diferentes elementos de sistema, e, portanto, resulta em vidas úteis limitadas mais uma vez.[007] However, these systems still have functional limitations that reduce their effectiveness, among which particular mention can be made of: • cracking of the TB in service due to the electromechanical effect inducing infiltration paths favored by the cast CMAS; • the persistence of a variable infiltrated thickness due to the competition between the capillary infiltration of CMAS into the coating and the reaction kinetics of the formation of the impermeable barrier phase. The greater the infiltrated thickness, the greater the risk of mechanical weakening of the TB. Indeed, system hardening should be feared, leading to limited service lives despite the cessation of CMAS infiltration; • The need to use an anti-CMAS coating with a dense morphology and free from vertical cracks in order to minimize this capillary infiltration of the liquid contaminant. In this case, the system becomes sensitive to thermomechanical stresses induced by differences in the coefficient of thermal expansion of different system elements, and therefore results in limited service lives once again.

[008] Há, portanto, uma necessidade de uma peça de motor de turbina a gás com uma camada de proteção contra CMAS para limitar a profundidade da penetração de CMAS fundidos na camada protetora.[008] There is therefore a need for a gas turbine engine part with a CMAS protective layer to limit the depth of penetration of molten CMAS into the protective layer.

Subject matter and summary of the invention

[009] O principal objetivo da presente invenção é, portanto, limitar a penetração capilar dos CMAS fundidos em uma camada de proteção anti- CMAS ao promover a reação de formação da camada impermeável protetora tão perto quanto possível da superfície do revestimento ao prover uma peça de motor de turbina a gás revestida compreendendo um substrato e pelo menos uma camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS presente na dita camada, a camada compreendendo uma primeira fase de um material de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS e uma segunda fase compreendendo partículas de um material antiumectante contra CMAS líquido disperso na camada protetora. “Material antiumectante contra CMAS” significa um material que proporciona à camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS a propriedade de ter um ângulo de contato entre a superfície exposta da dita camada de proteção e uma queda do CMAS líquido maior que ou igual a 45°, preferivelmente maior que ou igual a 90°.[009] The main objective of the present invention is, therefore, to limit the capillary penetration of CMAS cast into an anti-CMAS protective layer by promoting the formation reaction of the protective impermeable layer as close as possible to the surface of the coating by providing a part of a coated gas turbine engine comprising a substrate and at least one CMAS calcium-magnesium-alumino-silicate protective layer present in said layer, the layer comprising a first phase of a calcium-magnesium-alumino-silicate protective material CMAS and a second phase comprising particles of an anti-wetting material against liquid CMAS dispersed in the protective layer. “CMAS anti-wetting material” means a material that provides the CMAS calcium-magnesium-alumino-silicate protection layer with the property of having a contact angle between the exposed surface of said protection layer and a drop in liquid CMAS greater than or equal to 45°, preferably greater than or equal to 90°.

[0010] A adição de uma fase não umectante para CMAS na forma dividida na primeira fase ou fase de matriz da camada de proteção anti-CMAS não apenas limita o contato entre os CMAS fundidos e a camada de proteção contra CMA na superfície destes últimos, mas também limita a infiltração dos contaminantes líquidos nas trincas verticais. Assim, a reatividade da camada protetora, permitindo a formação pela reação química com os CMAS de uma camada contínua impermeável a qualquer outra contaminação (camada de barreira) é favorecida em relação aos mecanismos de infiltração capilar.[0010] The addition of a non-wetting phase for CMAS in split form in the first phase or matrix phase of the anti-CMAS protective layer not only limits the contact between the molten CMAS and the CMA protective layer on the surface of the latter, but it also limits the infiltration of liquid contaminants into vertical cracks. Thus, the reactivity of the protective layer, allowing the formation by chemical reaction with CMAS of a continuous layer impermeable to any other contamination (barrier layer) is favored in relation to capillary infiltration mechanisms.

[0011] Isso melhora a vida útil de uma peça de motor de turbina a gás incluindo a camada de proteção contra CMAS de acordo com a invenção ao promover a formação da camada impermeável protetora o mais próximo possível da superfície da camada protetora. O aspecto sacrificante da camada protetora é reduzido, assim como seu enrijecimento. A vida útil da camada protetora e, consequentemente, da peça de motor de turbina a gás revestida, é adicionalmente aumentada ao permitir trincas verticais das camadas de proteção contra CMAS com reatividade intensificada, o que permite deformações termomecânicas a serem acomodadas sem trincas verticais sendo infiltradas por CMAS.[0011] This improves the service life of a gas turbine engine part including the CMAS protection layer according to the invention by promoting the formation of the protective waterproof layer as close as possible to the surface of the protective layer. The sacrificial aspect of the protective layer is reduced, as is its hardening. The service life of the protective layer, and consequently of the coated gas turbine engine part, is further increased by allowing vertical cracks of the CMAS protective layers with enhanced reactivity, which allows thermomechanical deformations to be accommodated without vertical cracks being infiltrated. by CMAS.

[0012] De acordo com um aspecto particular da invenção, o material antiumectante para a segunda fase da camada protetora corresponde a um material ou mistura de materiais selecionados a partir dos seguintes materiais: CaF2, LnPO4 onde Ln = La (lantânio), Gd (gadolínio), Sm (samário), Nd (neodímio)), fases MAX (Mn+1AXn (n=1,2,3) onde M = Sc (escândio), Y (ítrio), La (lantânio), Mn (manganês), Re (rênio), W (tungstênio), Hf (háfnio), Zr (zircônio), Ti (titânio), A = grupos IIIA, IVA, VA, VIA e X = C,N, AlN, BN, SiC e SiOC.[0012] According to a particular aspect of the invention, the anti-wetting material for the second phase of the protective layer corresponds to a material or mixture of materials selected from the following materials: CaF2, LnPO4 where Ln = La (lanthanum), Gd ( gadolinium), Sm (samarium), Nd (neodymium)), MAX phases (Mn+1AXn (n=1,2,3) where M = Sc (scandium), Y (yttrium), La (lanthanum), Mn (manganese ), Re (rhenium), W (tungsten), Hf (hafnium), Zr (zirconium), Ti (titanium), A = groups IIIA, IVA, VA, VIA and X = C,N, AlN, BN, SiC and SiOC.

[0013] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, as partículas de material antiumectantes dispersas na camada de proteção contra CMAS tem um tamanho médio entre 10 nm e 10 μm.[0013] According to another particular aspect of the invention, the anti-humectant material particles dispersed in the CMAS protection layer have an average size between 10 nm and 10 μm.

[0014] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, a camada de proteção contra CMAS tem um teor de volume de partículas de material antiumectante de entre 1% e 80%.[0014] According to another particular aspect of the invention, the protection layer against CMAS has a volume content of anti-humectant material particles of between 1% and 80%.

[0015] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, a fração volumétrica das partículas de material antiumectante presentes na camada de proteção contra CMAS varia na direção da espessura da camada protetora, a fração volumétrica das partículas de material antiumectante gradualmente aumentando entre a primeira zona da dita camada adjacente ao substrato e uma segunda zona da dita camada distante da primeira zona.[0015] According to another particular aspect of the invention, the volume fraction of the particles of anti-humectant material present in the layer of protection against CMAS varies in the direction of the thickness of the protective layer, the volume fraction of the particles of anti-humectant material gradually increasing between the first zone of said layer adjacent to the substrate and a second zone of said layer distant from the first zone.

[0016] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, a camada de proteção CMAS tem uma espessura entre 1 μm e 1000 μm.[0016] According to another particular aspect of the invention, the CMAS protection layer has a thickness between 1 μm and 1000 μm.

[0017] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, o material de proteção contra cálcio-magnésio-alumínio-silicato CMAS da primeira fase corresponde a um dos seguintes materiais ou a uma mistura dos seguintes materiais: zirconatos de terras raras RE2Zr2O7, onde RE = Y (ítrio), La (lantânio), Ce (cério), Pr (praseodímio), Nd (neodímio), Pm (promécio), Sm (samário), Eu (európio), Gd (gadolínio), Tb (térbio), Dy (disprósio), Ho (hólmio), Er (érbio), Tm (túlio), Yb (itérbio), Lu (lutécio), zircônia parcial ou completamente estabilizada, fases delta A4B3O12, onde A = Y ^ Lu e B = Zr, Hf, compósitos Y2O3 com ZrO2, Al2O3, or TiO2, hexa-aluminatos, espinélios, monossilicatos e dissilicatos de terras raras RE onde RE = Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu).[0017] According to another particular aspect of the invention, the CMAS calcium-magnesium-aluminum-silicate protection material of the first phase corresponds to one of the following materials or a mixture of the following materials: rare earth zirconates RE2Zr2O7, where RE = Y (yttrium), La (lanthanum), Ce (cerium), Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Pm (promethium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium ), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium), Lu (lutetium), partially or completely stabilized zirconia, delta phases A4B3O12, where A = Y ^ Lu and B = Zr, Hf, Y2O3 composites with ZrO2, Al2O3, or TiO2, hexa-aluminates, spinels, monosilicates and rare earth disilicates RE where RE = Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb , Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu).

[0018] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, uma camada de barreira térmica é interposta entre o substrato e a camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumínio-silicato CMAS.[0018] According to another particular aspect of the invention, a thermal barrier layer is interposed between the substrate and the CMAS calcium-magnesium-aluminum-silicate protection layer.

[0019] De acordo com um outro aspecto particular da invenção, o substrato é feito de níquel ou superliga à base de cobalto e tem em sua superfície uma camada de ligação formadora de alumínio ou uma camada de compósito de matriz cerâmica (CMC), ou uma camada de compósito de matriz cerâmica (CMC) revestida com uma camada de ligação formadora de alumínio.[0019] According to another particular aspect of the invention, the substrate is made of nickel or cobalt-based superalloy and has on its surface an aluminum-forming bond layer or a layer of ceramic matrix composite (CMC), or a layer of ceramic matrix composite (CMC) coated with an aluminum forming bond layer.

[0020] A invenção também se refere a um processo para fabricar uma peça de motor de turbina a gás de acordo com a invenção, compreendendo pelo menos uma etapa de formação de uma camada de proteção contra cálcio- magnésio-alumínio-silicato CMAS no substrato ou em uma camada de barreira térmica presente no substrato, a etapa de formação sendo realizada com um dos seguintes processos: - aspersão por plasma em suspensão a partir de pelo menos uma suspensão contando um pó ou um percursor de um material de proteção contra cálcio-magnésio-alumínio-silicato CMAS e um pó ou precursor de um material não umectante ou qualquer combinação destes elementos, - aspersão de chamas em alta velocidade a partir de pelo menos uma suspensão contando um pó ou um percursor de um material de proteção contra cálcio-magnésio-alumínio-silicato CMAS e um pó ou precursor de um material não umectante ou qualquer combinação destes elementos, - aspersão por plasma em pressão atmosférica de um pó de um material de proteção contra cálcio-magnésio-alumínio-silicato CMAS em combinação com aspersão por plasma em suspensão ou aspersão de chamas em alta velocidade a partir de uma solução contendo um pó ou precursor de material suspenso não umectante.[0020] The invention also relates to a process for manufacturing a gas turbine engine part according to the invention, comprising at least one step of forming a protective layer against calcium-magnesium-aluminum-silicate CMAS on the substrate or in a thermal barrier layer present on the substrate, the formation step being carried out with one of the following processes: - plasma spraying in suspension from at least one suspension containing a powder or a precursor of a calcium protection material - magnesium-aluminum-silicate CMAS and a powder or precursor of a non-wetting material or any combination of these elements, - high speed flame spraying from at least one suspension containing a powder or a precursor of a calcium protective material- magnesium-aluminum-silicate CMAS and a powder or precursor of a non-wetting material or any combination of these elements, - plasma spraying at atmospheric pressure of a powder of a calcium-magnesium-aluminum-silicate protection material CMAS in combination with spraying by suspended plasma or high-speed flame spraying from a solution containing a non-wetting powder or suspended material precursor.

Brief description of the drawings

[0021] Outros recursos e vantagens da presente invenção aparecerão a partir da descrição apresentada abaixo, com referência aos desenhos anexos que ilustram modalidades exemplificativas sem qualquer caráter restritivo. Nas Figuras: - a Figura 1 mostra a infiltração dos contaminantes líquidos em uma peça de motor de turbina a gás com uma camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumínio-silicato CMAS de acordo com a técnica anterior, - as Figuras 2 e 3 mostram a infiltração dos contaminantes líquidos em uma peça de motor de turbina a gás com uma camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumínio-silicato CMAS de acordo com a invenção, - a Figura 4 é uma primeira modalidade exemplificativa de um processo para produzir uma peça de motor de turbina a gás de acordo com a invenção, - a Figura 5 é uma segunda modalidade exemplificativa de um processo para produzir uma peça de motor de turbina a gás de acordo com a invenção, - a Figura 6 é uma terceira modalidade exemplificativa de um processo para produzir uma peça de motor de turbina a gás de acordo com a invenção, - a Figura 6 é uma quarta modalidade exemplificativa de um processo para produzir uma peça de motor de turbina a gás de acordo com a invenção,[0021] Other features and advantages of the present invention will appear from the description presented below, with reference to the attached drawings that illustrate exemplary embodiments without any restrictive nature. In the Figures: - Figure 1 shows the infiltration of liquid contaminants into a gas turbine engine part with a CMAS calcium-magnesium-aluminum-silicate protection layer according to the prior art, - Figures 2 and 3 show the infiltration of liquid contaminants into a gas turbine engine part with a CMAS calcium-magnesium-aluminum-silicate protection layer according to the invention, - Figure 4 is a first exemplary embodiment of a process for producing a part of a gas turbine engine according to the invention, - Figure 5 is a second exemplary embodiment of a process for producing a gas turbine engine part according to the invention, - Figure 6 is a third exemplary embodiment of a process for producing a gas turbine engine part according to the invention, - Figure 6 is a fourth exemplary embodiment of a process for producing a gas turbine engine part according to the invention,

Detailed description of the invention

[0022] A invenção se aplica, em geral, a qualquer peça de motor de turbina a gás revestida com uma camada protetora compreendendo uma fase de um material de proteção contra cálcio-magnésio-alumínio-silicato CMAS. “Material de proteção contra CMAS” significa todos os materiais que evitam ou reduzem a infiltração de CMAS fundidos na camada protetora, em particular ao formar pelo menos uma camada de barreira impermeável. Exemplos das camadas de barreira impermeável mais frequentemente encontradas incluem a formação das fases da apatita da fórmula genérica (Ca4Re6(SiO4)6O) ou Ca2Re8(SiO4)6O2 ou fases anórticas da fórmula genérica CaAl2Si2O8.[0022] The invention applies, in general, to any gas turbine engine part coated with a protective layer comprising a phase of a CMAS calcium-magnesium-aluminum-silicate protective material. “CMAS protective material” means all materials that prevent or reduce the infiltration of molten CMAS into the protective layer, in particular by forming at least one impermeable barrier layer. Examples of the most frequently encountered impermeable barrier layers include the formation of apatite phases of the generic formula (Ca4Re6(SiO4)6O) or Ca2Re8(SiO4)6O2 or anorctic phases of the generic formula CaAl2Si2O8.

[0023] A título de exemplos não limitantes, o material de proteção contra cálcio-magnésio-alumínio-silicato CMAS prováveis de formar, por reação química com CMAS, uma camada ou fase contínua impermeável a qualquer outra contaminação, de modo que uma fase de apatita corresponda a um dos seguintes materiais ou a uma mistura dos diversos dos seguintes materiais: zirconatos de terras raras RE2Zr2O7, onde RE = Y (ítrio), La (lantânio), Ce (cério), Pr (praseodímio), Nd (neodímio), Pm (promécio), Sm (samário), Eu (európio), Gd (gadolínio), Tb (térbio), Dy (disprósio), Ho (hólmio), Er (érbio), Tm (túlio), Yb (itérbio), Lu (lutécio), zircônia parcial ou completamente estabilizada, fases delta A’4B3O12, onde A’ denota qualquer elemento selecionado a partir: Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb e Lu e B = Zr, Hf, os compósitos compreendendo Y2O3 com ZrO2, Al2O3, or TiO2, hexa-aluminatos, espinélios, monossilicatos e dissilicatos de terras raras RE onde RE = Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. Preferivelmente, o material de proteção contra cálcio-magnésio-alumínio-silicato CMAS é selecionado a partir de: zirconatos de terras raras, zircônia dopada, silicatos de terras raras e a mistura deles.[0023] By way of non-limiting examples, the calcium-magnesium-aluminum-silicate protection material CMAS is likely to form, by chemical reaction with CMAS, a continuous layer or phase impervious to any other contamination, so that a phase of apatite corresponds to one of the following materials or a mixture of several of the following materials: rare earth zirconates RE2Zr2O7, where RE = Y (yttrium), La (lanthanum), Ce (cerium), Pr (praseodymium), Nd (neodymium) , Pm (promethium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium) , Lu (lutetium), partially or completely stabilized zirconia, delta phases A'4B3O12, where A' denotes any element selected from: Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu and B = Zr, Hf, the composites comprising Y2O3 with ZrO2, Al2O3, or TiO2, hexa-aluminates, spinels, monosilicates and rare earth disilicates RE where RE = Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. Preferably, the CMAS calcium-magnesium-aluminum-silicate protection material is selected from: rare earth zirconates, doped zirconia, rare earth silicates and their mixture.

[0024] De acordo com a invenção, a esta fase, que constitui a matriz da camada de proteção contra CMAS, é adicionada uma segunda fase na forma de partículas de pelo menos um material antiumectante contra CMAS disperso na camada protetora, a matriz do qual é formada pela primeira fase.[0024] According to the invention, to this phase, which constitutes the matrix of the protection layer against CMAS, a second phase is added in the form of particles of at least one anti-wetting material against CMAS dispersed in the protective layer, the matrix of which is formed by the first phase.

[0025] De fato, a presença de uma fase não umectante no volume da camada de proteção contra CMAS limita a infiltração capilar dos CMAS fundidos na camada e assim localiza a reação de formação da camada de barreira anti-CMAS o mais perto possível da superfície da camada protetora. Assim, as mudanças em volumes ou propriedades termomecânicas, resultando a partir da formação de novas fases, não induzem fortes resistências mecânicas no núcleo da camada protetora. Isso aumenta a vida útil da proteção e, consequentemente, da peça de motor de turbina a gás revestida sob condições de operação. A presença de uma fase não umectante contra CMAS no volume da camada de proteção contra CMAS também torna possível manter o benefício total das trincas fissuras verticais, inicial ou induzida pelo efeito termomecânico em uso, da camada protetora, ao limitar a infiltração destas trincas pelo contaminante líquido. Mais uma vez, a vida útil da proteção e, consequentemente, da peça de motor de turbina a gás sob condições de operação é aumentada. Além disso, a presença da fase não umectante no volume da camada de proteção contra CMA de uma maneira finamente dispersa aumenta sua eficiência antiumectante.[0025] In fact, the presence of a non-wetting phase in the volume of the CMAS protection layer limits the capillary infiltration of the molten CMAS into the layer and thus localizes the formation reaction of the anti-CMAS barrier layer as close as possible to the surface. of the protective layer. Thus, changes in volumes or thermomechanical properties resulting from the formation of new phases do not induce strong mechanical resistances in the core of the protective layer. This increases the service life of the protection and, consequently, of the coated gas turbine engine part under operating conditions. The presence of a non-wetting phase against CMAS in the volume of the protection layer against CMAS also makes it possible to maintain the full benefit of the vertical cracks, initial or induced by the thermomechanical effect in use, of the protective layer, by limiting the infiltration of these cracks by the contaminant liquid. Once again, the service life of the protection and, consequently, of the gas turbine engine part under operating conditions is increased. Furthermore, the presence of the non-wetting phase in the volume of the CMA protection layer in a finely dispersed manner increases its anti-wetting efficiency.

[0026] As partículas dispersas na matriz ou primeira fase da camada de proteção contra CMAS pode consistir em particular em um material antiumectante contra CMAS correspondendo a um material ou mistura de materiais selecionados a partir dos seguintes materiais: CaF2, LnPO4 onde Ln = La (lantânio), Gd (gadolínio), Sm (samário), Nd (neodímio)), fases MAX (Mn+1AXn (n=1,2 ou 3) onde M = Sc (escândio), Y (ítrio), La (lantâneo), Mn (manganês), Re (rênio), W (tungstênio), Hf (háfnio), Zr (zircônio), Ti (titânio), A denota qualquer elemento dos grupos IIIA, IVA, VA, VIA e X = C,N, AlN, BN, SiC e SiOC. Mais preferivelmente, o material antiumectante contra CMAS é selecionado a partir dos seguintes materiais: CaF2, LnPO4, BN e suas misturas.[0026] The particles dispersed in the matrix or first phase of the CMAS protection layer may consist in particular of an anti-CMAS antiwetting material corresponding to a material or mixture of materials selected from the following materials: CaF2, LnPO4 where Ln = La ( lanthanum), Gd (gadolinium), Sm (samarium), Nd (neodymium)), MAX phases (Mn+1AXn (n=1,2 or 3) where M = Sc (scandium), Y (yttrium), La (lanthanum ), Mn (manganese), Re (rhenium), W (tungsten), Hf (hafnium), Zr (zirconium), Ti (titanium), A denotes any element from groups IIIA, IVA, VA, VIA and X = C, N, AlN, BN, SiC and SiOC. More preferably, the antiwetting material against CMAS is selected from the following materials: CaF2, LnPO4, BN and mixtures thereof.

[0027] A segunda fase não umectante na forma de partículas dispersas na camada de proteção contra CMAS pode ser obtida a partir de pós e suspensões.[0027] The second non-wetting phase in the form of particles dispersed in the CMAS protection layer can be obtained from powders and suspensions.

[0028] As partículas de material antiumectante contra CMAS dispersas na primeira fase preferivelmente têm um tamanho médio entre 10 nm e 10 μm preferivelmente entre 10 nm e 1 μm. Na presente descrição, os termos “entre ... e ...” devem ser compreendidos como incluindo os limites.[0028] The particles of anti-wetting material against CMAS dispersed in the first phase preferably have an average size between 10 nm and 10 μm, preferably between 10 nm and 1 μm. In the present description, the terms “between ... and ...” are to be understood as including the limits.

[0029] A camada protetora tem um teor de volume de partículas de material antiumectante contra CMAS que pode ser entre 1% e 80%, preferivelmente entre 1% e 30%.[0029] The protective layer has a volume content of particles of anti-humectant material against CMAS that can be between 1% and 80%, preferably between 1% and 30%.

[0030] A camada protetora pode ter um gradiente de composição em que a fração volumétrica da primeira fase do material anti-CMAS e a segunda fase das partículas do material antiumectante contra CMAS muda com a espessura da camada protetora. Mais precisamente, a fração volumétrica das partículas do material antiumectante presente na camada antiumectante pode variar com a espessura da camada protetora, a fração volumétrica de partículas de material antiumectante gradualmente aumentando entre a primeira zona da dita camada adjacente ao substrato e uma segunda zona da dita camada distante da primeira zona a fim de concentrar o teor da camada de proteção de agente antiumectante próxima da sua superfície.[0030] The protective layer may have a composition gradient in which the volumetric fraction of the first phase of the anti-CMAS material and the second phase of the anti-CMAS material particles changes with the thickness of the protective layer. More precisely, the volumetric fraction of particles of anti-humectant material present in the anti-humectant layer may vary with the thickness of the protective layer, the volumetric fraction of particles of anti-humectant material gradually increasing between the first zone of said layer adjacent to the substrate and a second zone of said layer distant from the first zone in order to concentrate the content of the anti-humectant agent protective layer close to its surface.

[0031] A camada protetora preferivelmente tem uma estrutura porosa, que permite ter boas propriedades de isolamento térmico. A camada protetora pode ter também trincas verticais, inicialmente presentes na camada ou formadas durante o uso, que proporcionam à camada uma camada de deformação maior e, portanto, uma vida útil mais longa. A microestrutura porosa e trinada (inicialmente ou em uso) da camada protetora é principalmente obtida ao controlar o processo de formação (deposição) da camada, bem conhecida per se.[0031] The protective layer preferably has a porous structure, which allows it to have good thermal insulation properties. The protective layer may also have vertical cracks, initially present in the layer or formed during use, which provide the layer with a greater layer of deformation and therefore a longer service life. The porous and trilled microstructure (initially or in use) of the protective layer is mainly obtained by controlling the layer formation (deposition) process, which is well known per se.

[0032] Graças à presença de uma segunda fase antiumectante contra CMAS na camada protetora para reter CMAS líquidos na vizinhança da superfície da camada, estas porosidades e trincas não constituem mais caminhos favorecidos para a infiltração de CMAS fundidos, como na técnica anterior. A eficácia do material de proteção contra CMAS usada na primeira fase é assim preservada.[0032] Thanks to the presence of a second anti-wetting phase against CMAS in the protective layer to retain liquid CMAS in the vicinity of the surface of the layer, these porosities and cracks no longer constitute favored paths for the infiltration of molten CMAS, as in the prior art. The effectiveness of the CMAS protection material used in the first phase is thus preserved.

[0033] As Figuras 1, 2 e 3 ilustram os efeitos produzidos por uma camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumínio-silicato CMAS de acordo com a invenção, ou seja, uma camada protetora de compósito compreendendo as primeira e segunda fases descritas acima e uma camada de proteção CMAS de cálcio-magnésio-aluminossilicato de acordo com a técnica anterior. Mais precisamente, a Figura 1 mostra uma peça 10 consistindo em um substrato de superliga à base de níquel 11 revestido na ordem de um revestimento de ligação formador de alumínio 12, uma camada de barreira térmica 13 feita de ZrO2 - Y2O3 (8% em massa) comumente designada YSZ e uma camada de proteção CMAS 14 de acordo com a técnica anterior feita de Gd2Zr2O7, a peça estando presente na presença do CMAS líquido 15 (fundidos).[0033] Figures 1, 2 and 3 illustrate the effects produced by a protective layer against calcium-magnesium-aluminum-silicate CMAS according to the invention, that is, a composite protective layer comprising the first and second phases described above and a calcium-magnesium-aluminosilicate CMAS protection layer according to the prior art. More precisely, Figure 1 shows a part 10 consisting of a nickel-based superalloy substrate 11 coated in the order of an aluminum-forming bond coating 12, a thermal barrier layer 13 made of ZrO2 - Y2O3 (8% by mass ) commonly designated YSZ and a prior art CMAS 14 protection layer made of Gd2Zr2O7, the part being present in the presence of liquid CMAS 15 (casts).

[0034] A Figura 2 mostra uma peça 20 consistindo em um substrato de superliga à base de níquel 21 revestido, em ordem, com um revestimento de ligação formador de alumínio 22, uma camada de barreira térmica 23 feita de YSZ e uma camada de proteção contra CMAS 24, a camada 24 compreendendo aqui uma primeira fase 240 consistindo em Gd2Zr2O7 como um material de proteção contra CMAS e uma segunda fase 241 dispersa na camada 24 e consistindo de fluoreto de cálcio CaF2 como material antiumectante contra CMAS, a peça estando na presença de CMAS líquidos 25 (fundidos).[0034] Figure 2 shows a part 20 consisting of a nickel-based superalloy substrate 21 coated, in order, with an aluminum-forming bond coating 22, a thermal barrier layer 23 made of YSZ and a protective layer against CMAS 24, the layer 24 comprising here a first phase 240 consisting of Gd2Zr2O7 as a protective material against CMAS and a second phase 241 dispersed in the layer 24 and consisting of calcium fluoride CaF2 as an antiwetting material against CMAS, the part being in the presence of liquid CMAS 25 (molten).

[0035] No caso de uma camada de proteção de acordo com a técnica anterior, conforme mostrada na Figura 1, os contaminantes de CMAS líquidos 15 penetram profundamente nas trincas da camada protetora 14 bem como na camada de barreira térmica.[0035] In the case of a protective layer according to the prior art, as shown in Figure 1, liquid CMAS contaminants 15 penetrate deeply into the cracks of the protective layer 14 as well as the thermal barrier layer.

[0036] De uma maneira diferente, no caso de uma camada de proteção de acordo com a invenção conforme mostrada na Figura 2, a profundidade da infiltração dos contaminantes 25 de CMAS líquidos na camada protetora 24 é limitada pela presença da segunda fase 241 consistindo em partículas de material antiumectante contra CMAS dispersas na camada protetora 24. Mais precisamente, conforme ilustrado na Figura 3, os contaminantes 25 de CMAS líquidos são retidos na superfície da camada protetora 24 mediante contato com a segunda fase 241, que consideravelmente limita a profundidade da penetração dos CMAS líquidos 25 na porosidade e trincas da camada protetora 24 e forma, por reação química, com a primeira fase contínua e camadas ou fases à prova de contaminantes o mais próximo possível da superfície da camada protetora.[0036] In a different way, in the case of a protective layer according to the invention as shown in Figure 2, the depth of infiltration of liquid CMAS contaminants 25 into the protective layer 24 is limited by the presence of the second phase 241 consisting of particles of anti-wetting material against CMAS dispersed in the protective layer 24. More precisely, as illustrated in Figure 3, liquid CMAS contaminants 25 are retained on the surface of the protective layer 24 upon contact with the second phase 241, which considerably limits the depth of penetration of the liquid CMAS 25 into the porosity and cracks of the protective layer 24 and forms, by chemical reaction, with the first continuous phase and contaminant-proof layers or phases as close as possible to the surface of the protective layer.

[0037] “Material antiumectante contra CMAS” significa um material que proporciona à camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumino- silicatos CMAS 24 a propriedade de ter um ângulo de contato θ entre a superfície exposta 24a da camada protetora 24 e gotas 250 de CMAS líquido 24 maior que ou igual a 45°, preferivelmente maior que ou igual a 90°.[0037] “CMAS anti-wetting material” means a material that provides the CMAS calcium-magnesium-alumino-silicate protection layer 24 with the property of having a contact angle θ between the exposed surface 24a of the protective layer 24 and drops 250 of Liquid CMAS 24 greater than or equal to 45°, preferably greater than or equal to 90°.

[0038] A adição de uma fase não umectante para CMAS à camada de proteção contra CMAS não apenas limita o contato entre os CMAS fundidos e a camada de proteção contra CMA na superfície destes últimos, mas também limita a infiltração dos contaminantes líquidos nas trincas verticais. Assim, a reatividade da camada de barreira, permitindo a formação pela reação química com os CMAS de uma camada contínua impermeável a qualquer outra contaminação é favorecida em relação aos mecanismos de infiltração capilar.[0038] The addition of a non-wetting phase for CMAS to the CMAS protection layer not only limits contact between the cast CMAS and the CMA protection layer on the surface of the latter, but also limits the infiltration of liquid contaminants into the vertical cracks . Thus, the reactivity of the barrier layer, allowing the formation by chemical reaction with CMAS of a continuous layer impermeable to any other contamination, is favored in relation to capillary infiltration mechanisms.

[0039] A camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumino- silicatos CMAS de acordo com a invenção tem uma espessura entre 1 μm e 1000 μm e preferivelmente entre 5 μm e 200 μm.[0039] The protection layer against calcium-magnesium-aluminosilicates CMAS according to the invention has a thickness between 1 μm and 1000 μm and preferably between 5 μm and 200 μm.

[0040] O substrato da peça de motor da turbina a gás que é a matéria da invenção pode ser feita de uma superliga à base de níquel ou cobalto. Neste caso, o substrato pode ter também um revestimento formador de alumínio em sua superfície. Por exemplo, o revestimento de ligação formador de alumínio pode incluir ligas MCrAlY (onde M = Ni, Co, Ni e Co), aluminetos tipo β-NiAl (opcionalmente modificados por Pt, Hf, Zr, Y, Si ou combinações destes elementos), aluminetos de ligas y-Ni-y’-NiaAl (opcionalmente modificados por Pt, Cr, Hf, Zr, Y, Si ou combinações destes elementos), fases MAX (Mn+1AXn (n=1,2,3) onde M = Sc, Y, La, Mn, Re, W, Hf, Zr, Ti; A = grupos IIIA, IVA, VA, VIA; X = C,N), ou qualquer outro revestimento adequado, bem como as misturas dos mesmos. O substrato pode consistir também em superligas AM1, MC-NG, CMSX4 e derivados, ou René e derivados.[0040] The substrate of the gas turbine engine part that is the subject of the invention can be made of a nickel or cobalt-based superalloy. In this case, the substrate may also have an aluminum-forming coating on its surface. For example, the aluminum-forming bond coating may include MCrAlY alloys (where M = Ni, Co, Ni and Co), β-NiAl type aluminides (optionally modified by Pt, Hf, Zr, Y, Si or combinations of these elements) , y-Ni-y'-NiaAl alloy aluminides (optionally modified by Pt, Cr, Hf, Zr, Y, Si or combinations of these elements), MAX phases (Mn+1AXn (n=1,2,3) where M = Sc, Y, La, Mn, Re, W, Hf, Zr, Ti; A = groups IIIA, IVA, VA, VIA; X = C,N), or any other suitable coating, as well as mixtures thereof. The substrate may also consist of superalloys AM1, MC-NG, CMSX4 and derivatives, or René and derivatives.

[0041] O revestimento de ligação protege o substrato da corrosão e da oxidação enquanto garante uma boa ligação mecânica e/ou química entre o substrato e a camada subjacente correspondendo, em particular, à camada de proteção contra CMAS da invenção ou a uma camada de barreira térmica.[0041] The bonding coating protects the substrate from corrosion and oxidation while ensuring a good mechanical and/or chemical bond between the substrate and the underlying layer corresponding, in particular, to the CMAS protection layer of the invention or to a layer of thermal barrier.

[0042] Camadas de ligação podem ser formadas e depositadas por deposição física de vapor (PVD), APS, HVOF, aspersão por plasma em baixa pressão (LPPS) ou derivados, aspersão por plasma inerte (IPS), deposição química de vapor (CVD), aluminização por fase de vapor Snecma (SVPA), sinterização por plasma de faísca, deposição eletrolítica, bem como qualquer outro processo adequado de deposição e formação.[0042] Bond layers can be formed and deposited by physical vapor deposition (PVD), APS, HVOF, low pressure plasma spraying (LPPS) or derivatives, inert plasma spraying (IPS), chemical vapor deposition (CVD ), Snecma vapor phase aluminization (SVPA), spark plasma sintering, electrolytic deposition, as well as any other suitable deposition and forming process.

[0043] O substrato usado na invenção tem um formato correspondente ao da peça de motor de turbina a gás a ser feita. As peças da turbomáquina incluindo a camada protetora de acordo com a invenção podem ser, mas não exclusivamente, pás, palhetas de bocais, anéis de turbina de alta pressão e paredes da câmara de combustão.[0043] The substrate used in the invention has a shape corresponding to that of the gas turbine engine part to be made. The parts of the turbomachinery including the protective layer according to the invention may be, but not exclusively, blades, nozzle vanes, high pressure turbine rings and combustion chamber walls.

[0044] A camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato de compósito, isto é, compreendendo as primeira e segunda fases conforme definidas acima, podem ser aplicadas diretamente ao substrato da peça de motor de turbina a gás. A camada protetora da invenção constitui, neste caso, uma barreira térmica para o substrato.[0044] The composite calcium-magnesium-alumino-silicate protection layer, i.e., comprising the first and second phases as defined above, can be applied directly to the substrate of the gas turbine engine part. The protective layer of the invention constitutes, in this case, a thermal barrier for the substrate.

[0045] De acordo com uma modalidade variante, uma camada de barreira térmica pode ser interposta entre o substrato e a camada de proteção de compósito da invenção, ou entre um revestimento de ligação formador de alumínio e a camada de proteção de compósito da invenção, esta última sendo usada neste caso como uma camada de funcionalização na superfície da camada de barreira térmica que pode ou não prover proteção contra contaminantes de cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS líquidos em alta temperatura. A título de um exemplo não limitante, a camada de barreira térmica pode ser feita de zircônia com ítrio com um teor de massa de Y2O3 de entre 7% e 8%. A camada de barreira térmica, na qual a camada de proteção de compósito da invenção é feita, pode ter uma microestrutura, homogênea, homogênea e porosa, verticalmente microtrincada, verticalmente microtrincada e porosa, colunar, colunar e porosa, bem como as arquiteturas incluindo estas diferentes microestruturas.[0045] According to a variant embodiment, a thermal barrier layer may be interposed between the substrate and the composite protective layer of the invention, or between an aluminum-forming bonding coating and the composite protective layer of the invention, the latter being used in this case as a functionalization layer on the surface of the thermal barrier layer that may or may not provide protection against liquid CMAS calcium-magnesium-alumino-silicate contaminants at high temperature. By way of a non-limiting example, the thermal barrier layer can be made of yttrium zirconia with a Y2O3 mass content of between 7% and 8%. The thermal barrier layer, in which the composite protective layer of the invention is made, may have a homogeneous, homogeneous and porous, vertically microcracked, vertically microcracked and porous, columnar, columnar and porous microstructure, as well as architectures including these different microstructures.

[0046] A camada de barreira térmica pode ser formada e depositada por deposição física de vapor por feixe de elétrons (EB-PVD), APS, HVOF, sol-gel, SPS, aspersão por plasma de precursor em solução (SPPS), HVSFS ou qualquer outro processo adequado.[0046] The thermal barrier layer can be formed and deposited by electron beam physical vapor deposition (EB-PVD), APS, HVOF, sol-gel, SPS, solution precursor plasma spraying (SPPS), HVSFS or any other suitable process.

[0047] A camada de proteção de compósito da invenção pode ser implementada como uma camada de funcionalização na superfície de uma pilha complexa descrevendo um revestimento de barreira ambiental (EBC), ou em um revestimento de barreira térmica/ambiental (TEBC), protegendo as peças de compósitos de matriz cerâmica (CMC). O sistema de barreira térmica/ambiental, que protege os materiais CMC, dentre outros, pode incluir, mas não está limitado a, os materiais: MoSi2, BSAS (BaO1 - x - SrOx - Al2O3-2SiO2), mulita (3Al2O3-2SiO2), monossilicatos e dissilicatos de terras raras RE, onde RE = Y, La, Ce, Pr, Nd, PM, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), zircônia total ou parcialmente estabilizada ou dopada, e qualquer outra composição adequada e misturas dos mesmos.[0047] The composite protective layer of the invention can be implemented as a functionalization layer on the surface of a complex stack describing an environmental barrier coating (EBC), or in a thermal/environmental barrier coating (TEBC), protecting the ceramic matrix composite (CMC) parts. The thermal/environmental barrier system, which protects CMC materials, among others, may include, but is not limited to, the materials: MoSi2, BSAS (BaO1 - x - SrOx - Al2O3-2SiO2), mullite (3Al2O3-2SiO2) , rare earth monosilicates and disilicates RE, where RE = Y, La, Ce, Pr, Nd, PM, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), fully or partially stabilized zirconia or doped, and any other suitable composition and mixtures thereof.

[0048] A camada de proteção de compósito da invenção pode ser formada e depositada por um dos seguintes processos: • aspersão atmosférica por plasma (APS), • combustível de oxigênio de alta velocidade (HVOF), • aspersão por plasma em suspensão (SPS), • aspersão por plasma de precursor de solução (SPPS), • aspersão de chama em suspensão de alta velocidade (HVSFS), também conhecida como HVOF em suspensão (S-HVOF).[0048] The composite protective layer of the invention can be formed and deposited by one of the following processes: • atmospheric plasma spraying (APS), • high velocity oxygen fuel (HVOF), • suspension plasma spraying (SPS ), • solution precursor plasma spraying (SPPS), • high-speed suspension flame spraying (HVSFS), also known as suspension HVOF (S-HVOF).

Example 1

[0049] Como mostrado na Figura 4, um processo para fabricar uma peça do motor de turbina a gás 30 em conformidade com a invenção foi realizado em um substrato 31 feito de superliga à base de níquel AM1, no qual uma camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS de compósito 32 foi aplicada por SPS, a camada protetora 32 compreendendo, de acordo com a invenção, uma primeira fase de Gd2Zr2O7 como material de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS de compósito e uma segunda fase de CaF2 na forma de partículas dispersas na camada protetora 32 como material antiumectante CMAS.[0049] As shown in Figure 4, a process for manufacturing a gas turbine engine part 30 in accordance with the invention was carried out on a substrate 31 made of nickel-based superalloy AM1, on which a calcium protection layer -magnesium-alumino-silicate composite CMAS 32 was applied by SPS, the protective layer 32 comprising, according to the invention, a first phase of Gd2Zr2O7 as protective material against calcium-magnesium-alumino-silicate composite CMAS and a second CaF2 phase in the form of particles dispersed in the protective layer 32 as CMAS anti-humectant material.

[0050] Neste exemplo, uma solução 40 contendo um pó do material anti-CMAS na suspensão 41, aqui Gd2Zr2O7, e um pó do material antiumectante CMAS 42, aqui CaF2, em proporções de volume adaptadas para a realização da camada protetora 32, é usada. A solução 40 é injetada através do mesmo injetor em suspensão 45 em um jato de plasma 44 gerado por uma tocha de plasma 43, permitindo o tratamento termocinético da solução 40, a saber, a fusão e a aceleração dos pós.[0050] In this example, a solution 40 containing a powder of the anti-CMAS material in suspension 41, here Gd2Zr2O7, and a powder of the anti-humectant material CMAS 42, here CaF2, in volume proportions adapted to create the protective layer 32, is used. The solution 40 is injected through the same suspension injector 45 into a plasma jet 44 generated by a plasma torch 43, allowing thermokinetic treatment of the solution 40, namely, the melting and acceleration of the powders.

[0051] O exemplo não exclui a possibilidade de usar outros materiais anti-CMAS ou outros materiais não-umectantes do CMAS. Além disso, também é possível que a fase líquida da solução não possa mais conter pós, mas precursores de uma ou de ambas as duas fases que devem ser formadas dentro da camada de proteção de compósito. Nesse caso específico, o tratamento termocinético formará a fase in situ em voo, fundirá e acelerará para gerar o revestimento. Também é possível produzir o revestimento compósito usando não um plasma, mas uma chama de alta velocidade resultante desse caso em um modo de produção HVSFS.[0051] The example does not exclude the possibility of using other anti-CMAS materials or other non-wetting CMAS materials. Furthermore, it is also possible that the liquid phase of the solution may no longer contain powders, but precursors of one or both of the two phases that must be formed within the composite protective layer. In this specific case, the thermokinetic treatment will form the in situ phase in flight, fuse and accelerate to generate the coating. It is also possible to produce the composite coating using not a plasma, but a high-speed flame resulting from this in an HVSFS production mode.

Example 2

[0052] Como mostrado na Figura 5, um processo para fabricar uma peça do motor de turbina a gás 50 em conformidade com a invenção foi realizado em um substrato 51 feito de superliga à base de níquel AM1, no qual uma camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS de compósito 52 foi aplicada por SPS, a camada protetora 52 compreendendo, de acordo com a invenção, uma primeira fase de Gd2Zr2O7 como material de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS de compósito e uma segunda fase de CaF2 na forma de partículas dispersas na camada protetora 52 como material antiumectante CMAS.[0052] As shown in Figure 5, a process for manufacturing a gas turbine engine part 50 in accordance with the invention was carried out on a substrate 51 made of nickel-based superalloy AM1, on which a calcium protection layer -magnesium-alumino-silicate composite CMAS 52 was applied by SPS, the protective layer 52 comprising, according to the invention, a first phase of Gd2Zr2O7 as protective material against calcium-magnesium-alumino-silicate composite CMAS and a second CaF2 phase in the form of particles dispersed in the protective layer 52 as CMAS anti-wetting material.

[0053] Neste exemplo, uma primeira solução 61 contendo um pó do material anti-CMAS na suspensão 610, aqui Gd2Zr2O7, e uma segunda solução 62 contendo um pó de um material antiumectante CMAS 620 em suspensão, aqui CaF2, em proporções de volume adaptadas para a realização da camada protetora 62, são usadas. As duas soluções 61 e 62 são injetadas através do mesmo injetor em suspensão 63 em um jato de plasma 64 gerado por uma tocha de plasma 65, permitindo o tratamento termocinético das soluções 61 e 62, a saber, a fusão e a aceleração dos pós.[0053] In this example, a first solution 61 containing a powder of the anti-CMAS material in suspension 610, here Gd2Zr2O7, and a second solution 62 containing a powder of an anti-CMAS material 620 in suspension, here CaF2, in adapted volume proportions for creating the protective layer 62, are used. The two solutions 61 and 62 are injected through the same suspension injector 63 into a plasma jet 64 generated by a plasma torch 65, allowing thermokinetic treatment of the solutions 61 and 62, namely the melting and acceleration of the powders.

[0054] O exemplo não exclui a possibilidade de usar outros materiais anti-CMAS ou outros materiais não-umectantes do CMAS. Além disso, também é possível que a fase líquida da solução não possa mais conter pós, mas precursores de uma ou de ambas as duas fases que devem ser formadas dentro da camada de proteção de compósito.. Nesse caso específico, o tratamento termocinético formará a fase in situ em voo, fundirá e acelerará para gerar o revestimento. Também é possível produzir o revestimento compósito usando não um plasma, mas uma chama de alta velocidade resultante desse caso em um modo de produção HVSFS.[0054] The example does not exclude the possibility of using other anti-CMAS materials or other non-wetting CMAS materials. Furthermore, it is also possible that the liquid phase of the solution may no longer contain powders, but precursors of one or both of the two phases that must be formed within the composite protective layer. In this specific case, the thermokinetic treatment will form the in situ phase in flight, will fuse and accelerate to generate the coating. It is also possible to produce the composite coating using not a plasma, but a high-speed flame resulting from this in an HVSFS production mode.

Example 3

[0055] Como mostrado na Figura 6, um processo para fabricar uma peça do motor de turbina a gás 70 em conformidade com a invenção foi realizado em um substrato 71 feito de superliga à base de níquel AM1, no qual uma camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS de compósito 72 foi aplicada por SPS, a camada protetora 72 compreendendo, de acordo com a invenção, uma primeira fase de Gd2Zr2O7como material de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS de compósito e uma segunda fase de CaF2 na forma de partículas dispersas na camada protetora 72 como material antiumectante CMAS.[0055] As shown in Figure 6, a process for manufacturing a gas turbine engine part 70 in accordance with the invention was carried out on a substrate 71 made of nickel-based superalloy AM1, on which a calcium protection layer -magnesium-alumino-silicate composite CMAS 72 was applied by SPS, the protective layer 72 comprising, according to the invention, a first phase of Gd2Zr2O7 as protective material against calcium-magnesium-alumino-silicate composite CMAS and a second phase of CaF2 in the form of particles dispersed in the protective layer 72 as CMAS anti-humectant material.

[0056] Neste exemplo, uma primeira solução 81 contendo um pó do material anti-CMAS na suspensão 810, aqui Gd2Zr2O7, e uma segunda solução 62 contendo um pó de um material antiumectante CMAS 820 em suspensão, aqui CaF2, em proporções de volume adaptadas para a realização da camada protetora 62, são usadas. As soluções 81 e 82 são injetadas, respectivamente, através de um primeiro e um segundo injetores em suspensão específicos 83 e 84 no núcleo de um jato de plasma 85 gerado por uma tocha de plasma 86, permitindo o tratamento termocinético das soluções 81 e 82, a saber, a fusão e aceleração de pós.[0056] In this example, a first solution 81 containing a powder of anti-CMAS material in suspension 810, here Gd2Zr2O7, and a second solution 62 containing a powder of an anti-CMAS material 820 in suspension, here CaF2, in adapted volume proportions for creating the protective layer 62, are used. Solutions 81 and 82 are injected, respectively, through a first and second specific suspension injectors 83 and 84 into the core of a plasma jet 85 generated by a plasma torch 86, allowing thermokinetic treatment of solutions 81 and 82, namely, the fusion and acceleration of powders.

[0057] O exemplo não exclui a possibilidade de usar outros materiais anti-CMAS ou outros materiais não-umectantes do CMAS. Além disso, também é possível que a fase líquida da solução não possa mais conter pós, mas precursores de uma ou de ambas as duas fases que devem ser formadas dentro da camada de proteção de compósito. Nesse caso específico, o tratamento termocinético formará a fase in situ em voo, fundirá e acelerará para gerar o revestimento. Também é possível produzir o revestimento composto usando não um plasma, mas uma chama de alta velocidade resultante desse caso em um modo de produção HVSFS.[0057] The example does not exclude the possibility of using other anti-CMAS materials or other non-wetting CMAS materials. Furthermore, it is also possible that the liquid phase of the solution may no longer contain powders, but precursors of one or both of the two phases that must be formed within the composite protective layer. In this specific case, the thermokinetic treatment will form the in situ phase in flight, fuse and accelerate to generate the coating. It is also possible to produce the composite coating using not a plasma, but a high-speed flame resulting from this in an HVSFS production mode.

Example 4

[0058] Como mostrado na Figura 7, um processo para fabricar uma peça do motor de turbina a gás 90 em conformidade com a invenção foi realizado em um substrato 91 feito de superliga à base de níquel AM1, no qual uma camada de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS de compósito 92 foi aplicada por SPS e APS, a camada protetora 92 compreendendo, de acordo com a invenção, uma primeira fase de Gd2Zr2O7 como material de proteção contra cálcio-magnésio-alumino-silicato CMAS de compósito e uma segunda fase de CaF2 na forma de partículas dispersas na camada protetora 92 como material antiumectante CMAS.[0058] As shown in Figure 7, a process for manufacturing a gas turbine engine part 90 in accordance with the invention was carried out on a substrate 91 made of nickel-based superalloy AM1, on which a calcium protection layer -magnesium-alumino-silicate composite CMAS 92 was applied by SPS and APS, the protective layer 92 comprising, according to the invention, a first phase of Gd2Zr2O7 as protective material against calcium-magnesium-alumino-silicate composite CMAS and a second phase of CaF2 in the form of particles dispersed in the protective layer 92 as CMAS anti-wetting material.

[0059] Neste exemplo, um pó 110 composto por partículas 111 do material anti-CMAS, aqui Gd2Zr2O7, e uma solução 120 contendo um pó de um material antiumectante CMAS na suspensão 121, aqui CaF2, em proporções de volume adaptadas para a realização da camada protetora 92 são usados. Para o pó 110, o processo APS é usado, pelo qual o pó 110 é injetado através de um primeiro injetor específico 101 no núcleo de um jato de plasma 103 gerado por uma tocha de plasma 104, permitindo o tratamento termocinético do pó 110. Para a solução 120, o processo SPS é usado em que a solução 120 é injetada através de um segundo injetor em suspensão específico 102 no núcleo do jato de plasma 103 gerado por uma tocha de plasma 104, permitindo o tratamento termocinético do pó 120.[0059] In this example, a powder 110 composed of particles 111 of the anti-CMAS material, here Gd2Zr2O7, and a solution 120 containing a powder of a CMAS anti-humectant material in suspension 121, here CaF2, in volume proportions adapted to carry out the 92 protective layer are used. For powder 110, the APS process is used, whereby powder 110 is injected through a specific first injector 101 into the core of a plasma jet 103 generated by a plasma torch 104, allowing for thermokinetic treatment of the powder 110. For the solution 120, the SPS process is used in which the solution 120 is injected through a second specific suspension injector 102 into the core of the plasma jet 103 generated by a plasma torch 104, allowing thermokinetic treatment of the powder 120.

[0060] O exemplo não exclui a possibilidade de usar outros materiais anti-CMAS ou outros materiais não umectantes. Além disso, também é possível que a fase líquida não possa mais conter pós, mas precursores de uma ou de ambas as duas fases que devem ser formadas dentro da camada de compósito. Nesse caso específico, o tratamento termocinético formará a fase in situ em voo, fundirá e acelerará para gerar o revestimento. Também é possível produzir o revestimento composto usando não apenas uma mistura de plasma, mas também uma chama de alta velocidade resultante desse caso em um modo de produção híbrido HVOF e HVSFS.[0060] The example does not exclude the possibility of using other anti-CMAS materials or other non-wetting materials. Furthermore, it is also possible that the liquid phase may no longer contain powders, but precursors of one or both of the two phases that must be formed within the composite layer. In this specific case, the thermokinetic treatment will form the in situ phase in flight, fuse and accelerate to generate the coating. It is also possible to produce the composite coating using not only a plasma mixture but also a resulting high-speed flame in a hybrid HVOF and HVSFS production mode.

Claims

1. Coated gas turbine engine part, characterized by the fact that it comprises a substrate (21) and at least one calcium-magnesium-aluminum-silicate (CMAS) protection layer (24) present on the substrate, the layer ( 24) comprising a first phase (240) of a calcium-magnesium-aluminum-silicate (CMAS) protective material and a second phase (241) comprising particles of an anti-humectant material dispersed in the first phase, the anti-humectant material corresponding to a or mixture of materials selected from the following materials: - CaF2, - LnPO4 where Ln = La (lanthanum), Gd (gadolinium), Sm (samarium), Nd (neodymium), - MAX Mn+1AXn phases with n=1, 2.3 where M = Sc (scandium), Y (yttrium), La (lanthanum), Mn (manganese), Re (rhenium), W (tungsten), Hf (hafnium), Zr (zirconium), Ti (titanium) , where A = groups IIIA, IVA, VA, VIA and where X = C,N, - AlN, and - BN.

2. Part according to claim 1, characterized by the fact that the particles of the anti-humectant material dispersed in the first phase (240) have an average size between 10 nm and 10 μm.

3. Part according to claim 1 or 2, characterized by the fact that the volumetric fraction of the anti-wetting material particles dispersed in the first phase (240) is between 1% and 80%.

4. Part according to claim 3, characterized by the fact that the volume fraction of the anti-humectant material particles dispersed within the first phase material (240) varies in the direction of the thickness of the protective layer (24), the volume fraction of particles gradually increases between a first zone of the layer adjacent to the substrate (21) and a second zone of the layer distant from the first zone.

5. Part according to any one of claims 1 to 4, characterized by the fact that the calcium-magnesium-aluminum-silicate (CMAS) protection layer (24) has a thickness between 1 μm and 1000 μm.

6. Part according to any one of claims 1 to 5, characterized by the fact that the calcium-magnesium-aluminum-silicate (CMAS) protection material of the first phase (240) is capable of forming apatite-type phases and corresponds to one of the following materials or a mixture of the following materials: - rare earth zirconates RE2Zr2O7, where RE = Y (yttrium), La (lanthanum), Ce (cerium), Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Pm (promethium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium), Lu (lutetium), - partially or fully stabilized zirconia, - delta phases A'4B3O12, where A'= Y ^ Lu and B = Zr, Hf, - composites comprising Y2O3 with ZrO2, Al2O3, or TiO2, - hexa-aluminates, - spinels, - rare earth monosilicates and disilicates RE, where RE = Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.

7. Part according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it additionally comprises a thermal barrier coating (23) interposed between the substrate (21) and the calcium-magnesium-aluminum-silicate protection layer ( CMAS) (24).

8. Part according to any one of claims 1 to 7, characterized by the fact that the substrate (21) is a nickel or cobalt-based superalloy and has on its surface an aluminum-forming bond coating (22) or a ceramic matrix composite (CMC) layer, or a ceramic matrix composite (CMC) layer coated with an aluminum forming bond coating.

9. Process for manufacturing a part as defined in any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises at least one step of forming the calcium-magnesium-aluminum-silicate (CMAS) protection layer (24) directly on the substrate (21) or on a thermal barrier layer (23) present on the substrate, the formation step being carried out with one of the following methods: - suspension plasma spraying from at least one suspension containing a powder or a precursor of a calcium-magnesium-aluminum-silicate (CMAS) protective material and a powder or a precursor of an anti-wetting material, - high speed flame spraying of suspension from at least one suspension containing a powder or a precursor of a calcium-magnesium-aluminum-silicate (CMAS) protective material and a powder or a precursor of an anti-wetting material, - atmospheric pressure plasma spraying of a powder of a calcium-magnesium-aluminum-silicate (CMAS) protective material ) in combination with suspension plasma spraying or high speed flame spraying from a solution containing a precursor of an anti-wetting ceramic material or a powder of the suspended anti-wetting ceramic material.