CN103290361B - 施涂热障涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

为了施涂热障涂层（10），由等离子炬在工作腔（2）中产生等离子体射流（5）并将其导向引入工作腔内的基体（3）的表面，通过PS‑PVD在基体表面上施涂陶瓷涂料，其中将涂料作为粉末注入等离子体射流中并在其中部分或完全气化。在施涂热障涂层时，在第一工作步骤中，注入粉末的进料速率设定为使得大部分的注入粉末气化，其中涂料从气相中凝结到基体表面上，并与基体表面的材料形成混合相。在第二工作步骤中，将注入粉末的进料速率提高至少5倍，从而气化的注入粉末的相对比例降低，且涂料以细长柱的形式沉积，所述细长柱形成了各向异性的微观结构，且取向为基本上垂直于基体表面。

Description

施涂热障涂层的方法
技术领域
本发明涉及依照权利要求1的前序部分在基体表面上施涂热障涂层（thermalbarrier coating）的方法和具有这类热障涂层的基体。
背景技术
热障涂层用于机械和工艺中以保护经受高热应变的部件不受热量、热气体腐蚀和侵蚀的影响。机械和工艺效率的提高通常仅可通过工艺温度的提高来实现，从而使得暴露的部件必须受到相应保护。因此，例如航空发动机和固定式燃气轮机中的涡轮叶片通常设有热障涂层或通常设有多层热障涂层系统以保护该涡轮叶片不受热工艺温度的影响，并延长保养间隔和使用寿命。
取决于用途，热障涂层系统可包括一个或多个层，例如阻挡层特别是扩散阻挡层、粘合促进层（adhesion promoting layer）、热气体腐蚀保护层、保护层、热障涂层和/或覆盖层。在上述涡轮叶片的实例中，基体通常由基于Ni的合金或基于Co的合金制造。施涂到涡轮叶片上的热障涂层系统可例如以上升顺序（rising order）包括以下层：
- 金属阻挡层，例如由NiAl相或NiCr相或合金构成；
- 金属粘合促进层，其还可充当热气体腐蚀保护层且可以例如由金属铝化物如NiAl、NiPtAl或PtAl制成，或者由MCrAlY合金制成，其中M表示金属Fe、Ni或Co中一种或者Ni与Co的组合；
- 氧化物陶瓷保护层，例如主要由Al2O3或其他氧化物构成；
- 氧化物陶瓷热障涂层，例如由稳定（stabilized）氧化锆构成；和
- 氧化物陶瓷平滑层（smoothing layer）或覆盖层，例如由稳定氧化锆或SiO2构成。
所述热障涂层包含一个或多个陶瓷涂料层，下文将对其制备进行说明。热障涂层施涂到基体表面上，如在上述涡轮叶片的实例中那样，该基体表面可以由金属粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层提供。
如果通过大气等离子体喷涂（APS）施涂氧化物陶瓷热障涂层，那么熔化的涂料在基体表面上固化并通常形成薄层。通过APS施涂的薄热障涂层具有以下缺点：它们具有相对较低的拉伸耐受性（stretch tolerance）且在循环热应变下（cyclic thermal strain）容易剥落。
在文献US 5,238,752中，描述了施涂到金属基体表面上的热障涂层系统的制备。基体本身由Ni合金或Co合金构成，而金属基体表面由25µm至125µm厚的Ni铝化物或Pt铝化物粘合促进层形成。通过热氧化在此基体表面上形成了0.03µm至3µm厚的Al2O3氧化物陶瓷保护层，随后通过电子束物理气相沉积（EB-PVD）沉积了125µm至725µm厚的由ZrO2和6-20wt%的Y2O3构成的氧化物陶瓷热障涂层。在EB-PVD工艺中，将待沉积为热障涂层的物质（例如具有8% Y2O3的ZrO2）在高真空度下通过电子束引入蒸气相中，并从该蒸气相中冷凝到待涂覆的组件上。如果以适当方式选择工艺参数，会得到柱状（columnar）微结构。
由于柱状层的生长，以这种方式制备的热障涂层在循环热应变下具有相对较高的拉伸耐受性，使得可以提高热障涂层的使用寿命。
然而，US 5,238,752中描述的热障涂层结构的制备具有以下缺点：用于通过EB-PVD施涂热障涂层的设备成本相对较高，且施涂速度较低，使得通过EB-PVD施涂热障涂层相对较为昂贵。
从WO 03/087422 A1中获知还可以通过LPPS薄膜工艺制备具有柱状结构的热障涂层。在WO 03/087422 A1中描述的等离子体喷涂工艺中，将待涂覆材料通过等离子体射流喷涂到金属基体表面上。在这方面，将涂料注入使粉末射流散开（defocusing）的等离子体中，并在其中在小于10kPa的低工艺压力下部分或完全熔化。为此目的，产生了具有足够高的比焓的等离子体，使得所述涂料的实质部分，占至少5wt%，变为蒸气相。借助该涂料在基体上施涂了各向异性结构的层。在此层中，形成各向异性微结构的细长微粒（下文称作柱）大部分直立地（standing）垂直于基体表面取向（aligned），其中各柱彼此由低材料（low-material）的过渡区隔开（delineated），由此形成柱状结构。
WO 03/087422 A1中描述的用于制备具有柱状结构的热障涂层的等离子体喷涂工艺与LPPS薄膜工艺联系到一起提及，是因为其利用了由通常为100kPa的等离子炬内部压力与小于10kPa的工作腔内压力之间的压力差产生的宽等离子体射流。然而，因为使用上述工艺产生的热障涂层的厚度可以高达1mm或更厚，因而实际上并不在术语“薄膜”的覆盖范围内，因此所述方法在下文中称作等离子体喷涂物理气相沉积工艺或简称为PS-PVD工艺。
发明内容
本发明的目的是提供与EB-PVD工艺相比更经济的施涂热障涂层的方法，其中在基体表面上施涂的热障涂层的粘合强度和在循环热应变下的拉伸耐受性与通过EB-PVD施涂的热障涂层的粘合强度和拉伸耐受性相当。另一目的是提供具有这类热障涂层的基体或工件。
依照本发明通过权利要求1限定的方法和权利要求10限定的基体和工件满足了这一目的。
在依照本发明的在基体表面上制备热障涂层的方法中，提供具有等离子炬的工作腔；产生等离子体射流，例如其中将等离子气体引导通过等离子炬并在其中加热，例如通过气体放电或电磁感应或微波加热；以及将等离子体射流导向引入工作腔中的基体的表面。进一步地，在该方法中，通过等离子体喷涂物理气相沉积（或简称PS-PVD）将陶瓷涂料施涂到基体表面上，其中该涂料作为粉末注入所述等离子体射流中并在其中部分或完全气化。
此外，在施涂该热障涂层时，在第一工作步骤中注入粉末的进料速率设定为使得大部分注入粉末气化，特别地使得超过80wt%的注入粉末气化，或者使得注入粉末几乎完全气化，和/或使得所施涂的层基本上没有任何斑点（splats）或纳米尺寸的簇（cluster），其中所述涂料由气相中凝结到基体表面上，即主要作为原子和/或分子沉积并与基体表面的材料形成混合相。随后，在第二工作步骤中，将注入粉末的进料速率提高至少3倍，特别地提高至少5倍或至少10倍，从而气化的注入粉末的相对比例降低，并且所述涂料以细长柱的形式沉积，所述细长柱形成了各向异性的微观结构，并且基本上垂直于基体表面取向。
如果气化或形成纳米尺寸簇的注入粉末比例过低，那么通常在所施涂的层上观察到所谓的斑点，即隔开的固化涂料溅斑区域。在使用Ar和H2的混合物作为等离子气体时这种现象以增强的方式发生。
基体表面和/或位于其下的基体通常是金属的，其中基体能够由超合金（superalloy）制成，而基体表面例如能够由粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层形成，例如由金属铝化物层如NiAl、NiPtAl或PtAl形成，或者由MCrAlY型合金层形成，其中M=Fe、Co、Ni或NiCo。如果需要，所述粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层能够在上述热障涂层之前通过等离子体喷涂工艺或其他适合的工艺施涂到基体表面上。
如果需要，基体表面能够由氧化物层形成，例如包含Al2O3或Al2O3 + Y2O3或者由Al2O3或Al2O3 + Y2O3构成的热氧化物层，和/或施涂到粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层上的氧化物层。该氧化物层能够例如在工作腔中热生成，其中将氧气或含氧气体引入工作腔中并且通过例如等离子体射流加热基体表面。产生的氧化物层有利地包含较高比例的α-Al2O3，其在基体使用条件下是热稳定的。
该氧化物层还能够通过PS-PVD或化学工艺生成，例如等离子体喷涂化学气相沉积（PS-CVD），其中工作腔中的压力通常低于1kPa，且其中如果需要将至少一种反应组分以固体和/或液体和/或气体形式注入等离子体射流中。
所述陶瓷涂料有利地包含氧化物陶瓷组分，其中该陶瓷涂料能够由例如稳定氧化锆构成和/或能够包含稳定氧化锆作为组分，所述稳定氧化锆例如用钇、铈、钪、镝或钆稳定的氧化锆。
在该方法的有利的实施方案中，注入粉末的进料速率在第二工作步骤中逐步升高。
在另一有利的实施方案中，注入粉末的进料速率在第一工作步骤中为0.5g/min至5g/min和/或在第二工作步骤中为至少5g/min，通常为8g/min至30g/min。
在另一有利的实施方案中，第一工作步骤的持续时间为第二工作步骤持续时间的不超过10%，特别是不超过5%或不超过3%。此外，如果第一工作步骤的持续时间为第二工作步骤持续时间的至少0.5%，特别是至少1%或至少2%，则是有利的。
在另一有利的实施方案中，在第一工作步骤过程中施涂且包含所述混合相的热障涂层的厚度为0.1µm至10µm，特别地为0.5µm至5µm。
在另一有利的实施方案中，相对于基体控制等离子体射流的方向和/或等离子炬的位置。以这种方式，能够在预热基体表面时或在施涂热障涂层时将等离子体射流引导到基体表面上。
热障涂层有利地在小于5kPa且通常小于2kPa或小于1kPa的工作腔内压力下通过PS-PVD施涂，通常将涂料注入到使粉末射流散开的等离子体中，并且涂料在等离子体射流中至少部分气化或形成纳米尺寸的簇，使得例如至少30wt%或至少50wt%变为气相以产生具有柱状结构的热障涂层。
本发明还包括具有使用上述方法或上述实施方案和实施方案变型之一施涂的陶瓷热障涂层的基体或工件。
基体表面和/或位于其下的基体通常是金属的，其中基体能够由超合金制成，且粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层能够提供在基体表面和热障涂层之间，特别是MCrAlY型合金层，其中M= Fe、Co、Ni或NiCo，或金属铝化物层。
如果需要，可以在基体表面和热障涂层之间提供氧化物层，例如包含Al2O3或Al2O3+ Y2O3或由Al2O3或Al2O3 + Y2O3构成的热氧化物层和/或施涂到粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层上的氧化物层。
在有利的实施方案中，热障涂层包含朝向基体表面的具有混合相的区域和朝向热涂层表面的具有细长柱的区域，所述细长柱形成了各向异性的微观结构且基本上垂直于基体表面取向，其中热障涂层的较大部分由具有细长柱的区域构成。
在另一有利的实施方案中，具有混合相的区域具有0.1µm至10µm，有利地为0.5µm至5µm的厚度，且具有细长柱的区域具有20µm至2000µm，有利地为100µm至1500µm的厚度。
上述方法和常规涂覆方法的决定性区别在于可以在层沉积开始时设定低生长速率（如在EB-PDV中那样）并随后以高生长速率至非常高的生长速率使热障涂层的大部分沉积为柱状层。开始时缓慢的层沉积使得可通过形成Al2O3-Y2O3-ZrO2混合相提高热障涂层到粘合促进层或到氧化物层上的粘合。通过将较少的粉末（0.5g/min至5g/min）引入等离子体中使粉末几乎完全气化，并产生主要是原子或分子的沉积。高生长速率使得能够进行快速且因此较廉价的层沉积。由于将较多粉末（5g/min至40g/min）引入等离子体中使得粉末不再完全气化，得到主要是尺寸为2nm至20nm的簇的沉积，由此形成了柱状结构。这些范围（windows）可取决于所用的粉末粒度和等离子炬功率而替换（displaced）。
依照本发明的施涂热障涂层的方法和基体或工件具有以下优点：与采用常规EB-PVD工艺相比能较为廉价地施涂热障涂层，同时与使用常规PS-PVD工艺制备的热障涂层相比，施涂在基体表面上的热障涂层的粘合强度和相对于循环热应变的拉伸耐受性能够提高。
上面对实施方案和实施方案变型的描述仅作为实例。由从属权利要求和附图中能够看出其他有利的实施方案。此外，所述或所示实施方案或实施方案变型中的各个特征可在本发明框架内彼此结合形成新的实施方案。
附图说明
下面将参考实施方案和附图更详细地解释本发明。其中显示了：
图1：用于依照本发明施涂热障涂层的等离子体涂覆设备的实施方案；
图2：在2700温度循环（temperature cycle）之后通过具有本发明热障涂层的热障涂层结构的实施方案的横截面；
图3：在1000温度循环之后通过具有本发明热障涂层的热障涂层结构的另一实施方案的横截面。
具体实施方式
图1显示了用于施涂本发明热障涂层的等离子体涂覆设备的实施方案。等离子体涂覆设备1包括具有用于产生等离子体射流5的等离子炬4的工作腔2，图1中未示出且与工作腔2相连以设定工作腔中的压力的控制泵装置，和用于支承基体3的基体固定器8（holder）。等离子炬4可设计为例如DC等离子炬，其有利地具有至少60kW或至少80kW或至少100kW的供电功率以产生具有足够高比焓的等离子体，使得能够制备具有柱状结构的热障涂层。工作腔2中的压力可方便地设定在2Pa至100kPa或5Pa至20kPa之间。如果需要，等离子体涂覆设备1可另外包括一个或多个喷射装置以将一种或多种固体、液体和/或气体形式的组分注入到等离子体中或注入到等离子体射流中。
通常，等离子炬与电源相连，例如对DC等离子炬则与DC电源相连，和/或与冷却装置和/或等离子气体源相连，以及根据不同情况与喷雾粉末源相连。工艺气体或等离子气体可以例如包含氩气、氮气、氦气或氢气或Ar或He与氮气和/或氢气的混合物，或者能够由这些气体中的一种或多种组成。
在有利的实施方案变型中，基体固定器8设计为可替换的杆状固定器以将基体从前腔通过密封锁9移动到工作腔2中。在处理和/或涂覆过程中，如果需要，杆状固定器还可使基体旋转。
在另一有利的实施方案变型中，等离子体涂覆设备1另外包括用于等离子炬4的控制调节装置（图1中未示出）以控制等离子体射流5的方向和/或等离子炬离基体3的间距，例如在0.2m至2m或0.3m至1.2m范围内。根据不同情况，在调节装置中可提供一个或多个枢轴以执行枢轴运动7。调节装置可进一步还包括另外的线性调节轴6.1、6.2以将等离子炬4安置在基体3的不同区域上。
等离子炬的线性运动和枢轴运动使得能够控制基体处理和基体涂覆，例如用以在整个表面上对基体均匀预热或者用以在基体表面上实现均匀的层厚度和/或层质量。
下面将参考图1、2和3描述依照本发明将热障涂层10施涂到基体表面上的方法的实施方案。在该方法中，提供具有等离子炬4的工作腔2；产生等离子体射流5，例如其中将等离子气体引导通过等离子炬并在其中加热例如通过气体放电或电磁感应或微波加热；并将等离子体射流5导向引入工作腔中的基体3的表面上。进一步地，在该方法中，通过等离子体喷涂物理气相沉积（或简称PS-PVD）将陶瓷涂料施涂到基体表面上，其中将该涂料作为粉末注入等离子体射流5中并在其中部分或完全气化。
此外，在施涂热障涂层10时，在第一工作步骤中注入粉末的进料速率设定为使得大部分的注入粉末气化，特别地使得超过80wt%的注入粉末气化，或者使得注入粉末几乎完全气化和/或使得所施涂的层基本上没有任何斑点或纳米尺寸的簇，其中所述涂料由气相凝结到基体表面上，即主要作为原子和/或分子沉积，并与基体表面的材料形成混合相。在第二工作步骤中，将注入粉末的进料速率提高至少3倍，特别地提高至少5倍或至少10倍，从而气化的注入粉末的相对比例降低，且涂料以细长柱的形式沉积，所述细长柱形成了各向异性的微观结构，且基本上垂直于基体表面取向。
基体表面和/或位于其下的基体3通常是金属的，该基体能够由超合金制成，而基体表面例如能够由粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层形成，例如由金属铝化物层形成，例如NiAl、NiPtAl或PtAl，或者由MCrAlY型合金层形成，其中M= Fe、Co、Ni或NiCo。如果需要，粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层13可在上述热障涂层10之前通过等离子体喷涂工艺或其他适合的工艺施涂到基体表面上。
如果需要，可以预先提高基体3的表面粗糙度（例如通过喷砂）以改善粘合性。在施涂粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层13之后，表面粗糙度通常会降低（例如由于机械研磨/抛光）。为了使粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层更好地结合到基体上，可随后在真空下（<10-4毫巴）对基体进行热处理（也称作扩散退火）。在这方面，降低了应变，元素分布更均匀且在基体和层之间产生了化学键。如果粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层由MCrAlY型合金构成，那么在粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层内部通常形成均匀分布的β和γ相，且能够在表面处生长氧化物晶体（例如Y2O3）。
如果需要，除此之外，可以在基体3和粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层13之间提供阻挡层（在图2和3中未示出），其中该阻挡层有利地形成为金属，并且可以例如包含NiAl或NiCr。
基体表面还可以由氧化物层14形成，例如包含Al2O3或Al2O3 + Y2O3或由Al2O3或Al2O3 + Y2O3构成的氧化物层。该氧化物层有利地施涂到粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层13上。
氧化物层14可以例如在工作腔2中在1000℃至1150℃的表面温度下热形成，其中将氧气或含氧气体引入工作腔中并通过例如等离子体射流5加热基体表面。
在这方面，如果粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层13由MCrAlY型合金构成，那么会生长具有较高比例的α-Al2O3的薄的致密的Al2O3 + Y2O3（也称作热生长氧化物或TGO），其在所述基体的使用条件下是热稳定的。在这方面，在热处理过程中真空下在表面处生长的Y2O3晶体通常生长到粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层13中和TGO层14中，并形成细长杆。它们在边缘区域中包含Al2O3-Y2O3混合相，并降低了在粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层与TGO层之间由于粘合促进层中的固定点（anchorage）而导致的裂纹生成和/或裂纹生长。颗粒边界中的Y偏析（segregation）减缓了氧气扩散并由此减缓了TGO的生长。
氧化物层14还可以通过PS-PVD或化学工艺产生，例如等离子体喷涂化学气相沉积（PS-CVD），其中工作腔中的压力通常低于1kPa，且其中如果需要，将至少一种反应组分以固体和/或液体和/或气体形式注入等离子体射流中。
在施涂热障涂层时，有利地在氧化物层14之后和/或在氧化物层14在第一工作步骤过程中至少部分形成之后，直接施涂热障涂层10。
陶瓷涂料有利地包含氧化物陶瓷组分，其中该陶瓷涂料能够例如由稳定氧化锆例如用稀土稳定的氧化锆构成和/或能够包含稳定氧化锆作为组分。用作稳定剂的物质方便地以稀土氧化物的形式添加到氧化锆中，例如钇、铈、钪、镝或钆的氧化物，其中在钇氧化物的情形中，比例有利地为5-20wt%且通常为6-10wt%。
在该方法的有利的实施方案中，注入粉末的进料速率在第二工作步骤中逐步升高。
在另一有利的实施方案中，注入粉末的进料速率在第一工作步骤中为0.5g/min至5g/min和/或在第二工作步骤中为至少5g/min，通常为8g/min至30g/min或40g/min。
在另一有利的实施方案中，第一工作步骤的持续时间为不超过第二工作步骤持续时间的10%，特别是不超过5%或不超过3%。此外，如果第一工作步骤的持续时间为第二工作步骤持续时间的至少0.5%，特别是至少1%或至少2%，则是有利的。
在另一有利的实施方案中，在第一工作步骤过程中施涂且包含所述混合相的热障涂层10的厚度为0.1µm至10µm，特别地为0.5µm至5µm。
在另一有利的实施方案中，相对于基体控制等离子体射流5的方向和/或等离子炬4的位置。以这种方式，可以在预热基体表面时或在施涂热障涂层时将等离子体射流10引导到基体表面上。
在上述实施方案和实施方案变型中描述的层施涂和/或层生成之前，通常对基体3和/或基体表面进行预热以改善各层的粘合。基体的预热可通过等离子体射流进行，其中将用于预热的既不含涂料粉末也不含反应组分的等离子体射流5以枢轴运动引导到基体上。
热障涂层10有利地在小于5kPa且通常小于2kPa或小于1kPa的工作腔内压力下通过PS-PVD施涂，其中通常将涂料注入到使粉末射流散开的等离子体中，并且涂料在等离子体射流中至少部分气化，使得例如至少15wt%或至少20wt%变为气相以产生具有柱状结构的热障涂层。
在这方面，可通过沉积多个层来构造热障涂层10。热障涂层10的总层厚度通常具有50µm至2000µm且优选至少100µm的数值。
为使粉末射流在PS-PVD工艺过程中通过分散性的（defocusing）等离子体作用而重新成形为蒸气和颗粒的烟云，由其产生具有所需柱状结构的层，涂料的粉末颗粒必须具有非常细的颗粒。涂料的尺寸分布有利地很大程度上在1µm至50µm，优选地在3µm至25µm的范围内，粉末颗粒能够为团块，例如由通常尺寸为0.02µm至3µm的一次颗粒形成的簇。
本发明还包括具有使用上述方法或使用上述实施方案和实施方案变型之一施涂的陶瓷热障涂层10的基体或工件3，其中该基体可以例如是由基于Ni或Co的合金制成的涡轮叶片。
基体表面和/或位于其下的基体3通常是金属的，其中该基体能够由超合金制成，并且粘合促进层10和/或热气体腐蚀保护层13能够提供在基体表面和热障涂层10之间，特别是MCrAlY型合金层，其中M= Fe、Co、Ni或NiCo，或者金属铝化物层。
如果需要，可以在基体表面和热障涂层10之间提供氧化物层14，例如包含Al2O3或Al2O3 + Y2O3或由Al2O3或Al2O3 + Y2O3构成的热氧化物层和/或施涂到粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层13上的氧化物层。
在有利的实施方案中，热障涂层10包含朝向基体表面的具有混合相的区域11和朝向热涂层表面的具有细长柱的区域12，所述细长柱形成了各向异性的微观结构且基本上垂直于基体表面取向，其中热障涂层10的较大部分由具有细长柱的区域12构成。
在另一有利的实施方案中，具有混合相的区域11具有0.1µm至10µm，有利地为0.5µm至5µm的厚度，且具有细长柱的区域12具有50µm至2000µm，有利地为100µm至1500µm的厚度。
图2显示了在2700温度循环之后通过具有本发明热障涂层10的热障涂层结构的实施方案的横截面，图3显示了在1000温度循环之后通过另一实施方案的横截面。
在所示的实施方案中，基体3是由基于镍的合金Iconel 738制成的，其中例如如图2中所示，基体表面能够由热氧化物层14形成，其由α-Al2O3和Al2O3 -Y2O3混合相构成。在所示的实施方案中，氧化物层14施涂到粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层13上，例如施涂到MCrAlY型合金的层上，其中M＝Fe、Co、Ni或Ni与Co的组合。粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层13通常具有50µm至500µm的厚度。
使用本发明方法将热障涂层10施涂到基体表面上。如图2和3中所示，其包含朝向基体的具有Al2O3-Y2O3-ZrO2混合相的区域11和朝向热障涂层表面的具有细长柱的区域12，所述细长柱形成了各向异性的微观结构且基本上垂直于基体表面取向。
所示的热障涂层经受温度循环试验。在这方面中，使用火炬以7分钟的循环时间自表面加热热障涂层，直至热障涂层表面的温度稳定在1250℃，且粘合促进层的温度稳定在1050℃，然后用压缩空气冷却基体背侧，直至热障涂层表面的温度下降到100℃。从图2和3中能够容易地认识到使用本发明方法施涂的热障涂层10在温度循环试验之后在图2和3中所示的区域中是完整的，且甚至在2700和1000次温度循环之后也没有可辨识的分层迹象，这归因于热障涂层的上述结构。

Claims (26)

1.将热障涂层(10)施涂到基体表面上的方法，其中在该方法中：
-提供具有等离子炬(4)的工作腔(2)；
-产生等离子体射流(5)，并将其导向引入工作腔中的基体(3)的表面；
-通过等离子体喷涂物理气相沉积或简称PS-PVD将陶瓷涂料施涂到基体表面上，其中将该涂料作为粉末注入等离子体射流中并在其中部分或完全气化，
其中：
-在施涂热障涂层(10)时，在第一工作步骤中注入粉末的进料速率设定为使得大部分的注入粉末气化，或者使得注入粉末几乎完全气化；和/或其中所施涂的层基本上没有斑点或纳米尺寸的簇；在第一工作步骤中，涂料从气相中凝结到基体表面上，并与基体表面的材料形成混合相；
-在第二工作步骤中，与所述第一工作步骤中注入粉末的进料速率相比，将注入粉末的进料速率提高到至少3倍，从而与所述第一工作步骤中气化的注入粉末的相对比例相比，气化的注入粉末的相对比例降低，在第二工作步骤中，涂料以细长柱的形式沉积，所述细长柱形成了各向异性的微观结构，并且取向为基本上垂直于基体表面；和
-在所述第一和第二工作步骤中沉积的陶瓷涂料形成所述热障涂层。
2.权利要求1的方法，其中所述基体表面由粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层(13)形成。
3.权利要求2的方法，其中所述基体表面由MCrAlY型合金层，其中M＝Fe、Co、Ni或NiCo，或金属铝化物层形成。
4.权利要求1的方法，其中所述基体表面由氧化物层、施涂到粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层(13)上的氧化物层中的至少一种形成。
5.权利要求4的方法，其中所述基体表面由包含Al2O3或Al2O3+Y2O3或者由Al2O3或Al2O3+Y2O3构成的热氧化物层形成。
6.权利要求1的方法，其中基体(3)是金属的。
7.权利要求6的方法，其中基体(3)是由超合金制成的。
8.权利要求1的方法，其中所述陶瓷涂料包含氧化物陶瓷组分，和/或其中所述陶瓷涂料由稳定氧化锆构成，和/或包含稳定氧化锆作为组分。
9.权利要求8的方法，其中所述陶瓷涂料由用钇、铈、钪、镝或钆稳定的氧化锆构成。
10.权利要求1的方法，其中所述陶瓷涂料包含用钇、铈、钪、镝或钆稳定的氧化锆作为组分。
11.权利要求1的方法，其中所述注入粉末的进料速率在第二工作步骤中逐步升高。
12.权利要求1的方法，其中所述注入粉末的进料速率在第一工作步骤中为0.5g/min至5g/min，和/或其中所述注入粉末的进料速率在第二工作步骤中为5g/min至40g/min。
13.权利要求1的方法，其中第一工作步骤的持续时间为第二工作步骤持续时间的不超过10％。
14.权利要求1的方法，其中在第一工作步骤中施涂且包含混合相的热障涂层的厚度为0.1μm至10μm。
15.权利要求14的方法，其中在第一工作步骤中施涂且包含混合相的热障涂层的厚度为0.5μm至5μm。
16.权利要求1的方法，其中在第一工作步骤中注入粉末的进料速率设定为使得超过80wt％的注入粉末气化。
17.权利要求1的方法，其中在第二工作步骤中，与所述第一工作步骤中注入粉末的进料速率相比，将注入粉末的进料速率提高到至少5倍。
18.权利要求1的方法，其中在第二工作步骤中，与所述第一工作步骤中注入粉末的进料速率相比，将注入粉末的进料速率提高到至少10倍。
19.权利要求1的方法，其中第一工作步骤的持续时间为第二工作步骤持续时间的至少1％。
20.基体或工件，其具有使用前述权利要求中任一项的方法施涂的陶瓷热障涂层(10)。
21.权利要求20的基体或工件，其中在基体表面和热障涂层(10)之间设有粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层(13)，所述层(13)为MCrAlY型合金层，其中M＝Fe、Co、Ni或NiCo，或金属铝化物层。
22.权利要求20的基体或工件，其中在基体表面和热障涂层(10)之间设有氧化物层(14)，所述层(14)为包含Al2O3或Al2O3+Y2O3或者由Al2O3或Al2O3+Y2O3构成的热氧化物层和/或施涂到粘合促进层和/或热气体腐蚀保护层(13)上的氧化物层。
23.权利要求20的基体或工件，其中热障涂层(10)包含朝向基体表面的具有混合相的区域(11)和朝向热障涂层表面的具有细长柱的区域(12)，所述细长柱形成了各向异性的微观结构且取向为基本上垂直于基体表面，其中所述热障涂层的较大部分由具有细长柱的区域(12)构成。
24.权利要求20的基体或工件，其中具有混合相的区域(11)具有0.1μm至10μm，且具有细长柱的区域(12)具有20μm至2000μm。
25.权利要求24的基体或工件，其中具有混合相的区域(11)具有0.5μm至5μm的厚度。
26.权利要求24的基体或工件，其中具有细长柱的区域(12)具有100μm至1500μm的厚度。
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