CN105317473A - 可磨耗涂层 - Google Patents

Abstract

平衡高流动路径坚固性、低叶片尖端磨损和在使用中良好的耐久性的明显相互矛盾的需求的涡轮护罩可磨耗涂层。护罩包括护罩基底、涂层系统和可磨耗涂层。涂层系统位于护罩基底的外表面的至少一部分上。涂层系统包括粘合层、热障涂层(TBC)和/或环境障碍涂层(EBC)。可磨耗涂层位于障碍涂层的至少一部分上。可磨耗涂层限定基本上平滑的连续流动路径表面。可磨耗涂层包括混合微观结构，其包括围住相对多孔的可磨耗相的相对致密的、高耐久相。与第二区域相比，第二相是通过涡轮的叶片相对可更易磨耗的。

Description

可磨耗涂层

背景技术

本公开大体涉及高温可磨耗涂层，并且特别地涉及涡轮护罩高温可磨耗涂层。

相对容易磨耗的材料可用来在旋转构件(转子)和固定构件(定子)之间形成密封。典型地，转子会磨损具有可磨耗材料的定子的一部分，以便形成以转子和定子之间相对较小的间隙为特征的密封。可磨耗密封的重要应用在于涡轮中(例如燃气涡轮)，其中包括在轴上安装的多个叶片的转子由静止护罩所围绕。在高压涡轮(HPT)区段中，称为HPT护罩的这些护罩在涡轮中限定热气流动路径。降低在叶片尖端和护罩的内壁之间的间隙减少绕叶片尖端的热气流动路径的泄漏，从而引起改善的涡轮效率。

为了减少叶片尖端磨损，现有技术中公知的是在护罩流动路径表面上使用有图案的可磨耗架构。通过减少与经过的叶片相接触的定子或护罩表面的坚固性，相对的叶片尖端磨损被显著地减少。尽管有图案的护罩表面可以减少叶片磨损，但是由于在经过叶片尖端上的泄漏损失，会显著地降低涡轮效率。因此，出于泄漏的考虑，连续流动路径表面可磨耗结构就是所期望的，同时有图案的可磨耗表面被期望来降低叶片尖端磨损。解决该定子或护罩流动路径表面的明显矛盾的一种方法曾经为使用带有有图案的流动路径表面的高孔隙度的可磨耗材料。然而，这种材料被发现在腐蚀和其它苛刻环境条件下是极易碎的、遭受低的耐久性。

因此，存在对于可磨耗护罩涂层和制备可磨耗护罩涂层的方法的需求，其包括平衡高流动路径坚固性、低叶片尖端磨损和在使用中好的耐久性的相互矛盾的需求的架构和微观结构。

发明内容

在一个方面中，本公开提供了用于涡轮的制品。制品包括护罩基底、涂层系统和可磨耗涂层。护罩基底具有用于邻近旋转涡轮叶片的尖端布置并限定涡轮流动路径的外环面的外表面。涂层系统位于护罩基底的外表面的至少一部分上。可磨耗涂层位于涂层系统的至少一部分上，并限定基本上平滑的连续流动路径表面。可磨耗涂层包括混合微观结构，其包括围住相对更多孔第二区域的第一区域的相对致密的支架。

在另一个方面中，本公开提供了用于至少部分地限定穿过涡轮的流动路径的护罩。护罩包括热障涂层(TBC)或环境障碍涂层(EBC)涂覆的基底。护罩进一步包括位于EBC或TBC涂覆的基底上的可磨耗涂层。可磨耗涂层包括基本上平滑的连续流动路径表面，其由围住相对更多孔第二区域的第一区域的相对致密支架形成。

本发明的第一技术方案提供了一种用于涡轮的制品，包括：护罩基底，其具有用于邻近旋转涡轮叶片的尖端布置并限定涡轮流动路径的外环面的外表面；涂层系统，其位于护罩基底的外表面的至少一部分上；以及可磨耗涂层，其位于涂层系统的至少一部分上，可磨耗涂层限定基本上平滑的连续流动路径表面，其中，可磨耗涂层包括混合微观结构，其包括围住相对更加多孔的第二区域的第一区域的相对致密的支架。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，第二区域的孔隙度由第二区域内的孔和/或微裂纹形成。

本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，形成第一和/或第二区域的材料包括烧结辅助剂。

本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，与第一区域相比，第二区域可通过旋转涡轮叶片的尖端更加实质性地磨耗。

本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，第一区域包括间断的脊，并且其中第二区域分散于第一区域的脊之间。

本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，第一区域和第二区域由基本上相同的材料形成。

本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，护罩基底基本上为金属的，并且其中涂层系统包括热障涂层(TBC)。

本发明的第八技术方案是在第七技术方案中，TBC包括稳定二氧化锆。

本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，第一和第二区域包括二氧化锆。

本发明的第十技术方案是在第一技术方案中，护罩基底为陶瓷的，并且其中涂层系统包括环境障碍涂层(EBC)。

本发明的第十一技术方案是在第十技术方案中，EBC包括硅酸盐。

本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，第一区域和第二区域包括硅酸盐。

本发明的第十三技术方案是在第一技术方案中，涂层系统包括位于护罩基底的外表面上的粘合层，以及位于粘合层上的热障涂层或环境障碍涂层。

本发明的第十四技术方案是在第一技术方案中，从涂层系统到流动路径表面测量的可磨耗涂层的厚度在约1/10毫米至约2毫米的范围内。

本发明的第十五技术方案是在第一技术方案中，第一区域总共包括可磨耗涂层的流动路径表面的表面积的约2％至约50％。

本发明的第十六技术方案是在第一技术方案中，第一区域包括小于约20％的孔隙度，并且第二区域包括在约20％至约65％的范围内的孔隙度。

本发明的第十七技术方案提供了一种用于至少部分地限定流动路径穿过涡轮的护罩，护罩包括：热障涂层(TBC)或环境障碍涂层(EBC)涂覆的基底；以及可磨耗涂层，其位于EBC或TBC涂覆的基底上，可磨耗涂层包括基本上平滑的连续流动路径表面，其由围住相对更多孔的第二区域的第一区域的相对致密的支架形成。

本发明的第十八技术方案是在第十七技术方案中，第二区域的孔隙度由在第二区域内的孔和/或微裂纹形成。

本发明的第十九技术方案是在第十七技术方案中，形成第一和/或第二区域的材料包括烧结辅助剂。

本发明的第二十技术方案是在第十七技术方案中，第一和第二区域由基本上相同的材料形成。

本发明的第二十一技术方案是在第十七技术方案中，基底为涂覆基于二氧化锆的TBC的金属基底，并且其中第一和第二区域基本上是基于二氧化锆基的。

本发明的第二十二技术方案是在第十七技术方案中，基底为涂覆基于硅酸盐的EBC的陶瓷基底，并且其中第一和第二区域基本上是基于硅酸盐的。

本发明的第二十三技术方案是在第十七技术方案中，第一区域包括间断的脊，并且其中第二区域分散于第一区域的脊之间。

本公开的这些和其它的目标、特征和优点将从下面连同附图的公开的各种方面的详细描述变得显而易见。

附图说明

图1是具有根据本公开的可磨耗涂层的护罩的示例性实施例的俯视图，显示经过涡轮叶片的轨迹；

图2是根据本公开的示例性护罩的一部分的剖视图；

图3是描绘制造带有根据本公开的可磨耗涂层的示例性护罩的示例性方法的流程图；

图4是描绘制造带有根据本公开的可磨耗涂层的示例性护罩的示例性方法的流程图；

图5是描绘制造带有根据本公开的可磨耗涂层的示例性护罩的示例性方法的流程图；以及

图6是描绘制造带有根据本公开的可磨耗涂层的示例性护罩的示例性方法的流程图。

具体实施方式

下面呈现的每个实施例有助于本公开的某些方面的说明，并且不应当被解释为限制本公开的范围。此外，如贯穿本说明书和权利要求书的本文中所使用的近似语言可应用于修饰可得到许可地变化而不导致在其所涉及的基本功能上的改变的任意数量的呈现。因此，由例如“约”的术语或多个术语修饰的数值并不限于指定的精确数值。在一些情况中，近似语言可对应于用于测量数值的仪器的精度。当引入各种实施例的元素时，词语“一”、“一个”、“该”和“所述的”意图意指存在一个或更多元素。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包括的并意指除了所列出的元素，还包括其它的元素。如本文中所使用的，用语“可以”和“可以是”指出在一系列情形内发生的可能性；指定的特性、特征或功能的所有；和/或通过表达与限定动词相关的能力、性能或可能性中的一个或更多来限定另一个动词。因此，“可以”和“可以是”的使用指出对于所指出的能力、功能或使用是明显恰当的、可能的或合适的修饰用语，同时考虑到在一些情形中，修饰用语有时可能不是恰当的、可能的或合适的。操作参数的任何示例不排除所公开的实施例的其它参数。本文关于任何特定的实施例的描述的、示出的或者用其它方法公开的构件、方面、特征、构造、配置、使用等可类似地应用于本文公开的任何其它的实施例。

如上所讨论的，常规的涡轮护罩包括构造为当/如果涡轮叶片接触护罩时磨耗的有图案的表面或基本上平滑的表面。护罩的基本上平滑的可磨耗表面维持流动路径的坚固性，但可导致严重的叶片尖端磨损。与无图案的或基本上平滑的流动路径护罩相比，有图案的可磨耗护罩表面导致显著减少的叶片尖端磨损，但是允许引起降低的涡轮效率的越过叶片尖端的泄漏。本公开提供了护罩涂层、涂覆的护罩和涂层包括混合结构的护罩的方法，该混合结构平衡高流动路径坚固性、低叶片尖端磨损和高耐久性的明显矛盾的需求。

如在图1中所示，根据本公开的示例性可磨耗涂覆的护罩结构10可包括基底12和具有混合架构并位于基底12的一部分上的可磨耗涂层14。在一些实施例中，如在图2中所示，可磨耗涂层14可位于护罩10的向内面向表面的至少一部分上，在使用时该部分定位邻近涡轮叶片100的尖端122。如在图1中所示，护罩10可至少部分地限定热气流动路径的表面30穿过涡轮的特定部分(即，涡轮流动路径的外环面)。为了降低越过叶片尖端122的泄漏(并因此增大涡轮的效率)，护罩10和叶片尖端122可被构造使得叶片尖端122在涡轮运行期间擦入可磨耗涂层14。可磨耗涂层14的架构被构造为在叶片侵入期间磨损，使得在叶片尖端122和护罩10的可磨耗涂层14之间创建密封。护罩10的可磨耗涂层14的架构被构造为形成基本上平滑的流动路径表面30，降低在侵入期间的叶片磨损，并在涡轮中使用期间提供热机械耐久的流动路径表面30。

参考图2，可磨耗涂覆的护罩结构10的基底12可包括至少第一材料或由其形成。在一些示例性的实施例中，护罩10的基底12可以是金属的。在一些实施例中，金属基础结构可以是基于镍的和/或基于钴的，例如基于镍或基于钴的超级合金。在一些其它的示例性实施例中，护罩10的基底12可以是陶瓷的，例如陶瓷基体复合(CMC)材料。在一些这样的实施例中，陶瓷和/或CMC基底12可以是SiC/SiC复合物和/或氧化物/氧化物复合物。如在图2中所示，基底12可以形成内部基础，其它的构件或材料可应用或粘贴至其上以形成护罩结构10。在一些实施例中，基底12可通常至少形成护罩结构10的形状和大小。在一些实施例中，基底12可基本上提供护罩结构10的结构支撑。

在一些实施例中，护罩10可包括布置在基底12上的涂层系统20。涂层系统可包括一个或更多的构件或材料，并可以定位在基底12和可磨耗涂层14之间。在一些实施例中，护罩10的涂层系统20可包括粘合层、障碍涂层，或粘合层和障碍涂层。例如，在一些实施例中，基底12可以是金属，并且护罩10的涂层系统20可包括在其上涂敷的热障涂层(TBC)。在一些这样的实施例中，TBC涂覆的金属基底12的基于TBC的涂层系统20可包含一个或多个TBC层。一个或多个TBC层可以是基于二氧化锆的。在一些实施例中，涂层系统20的一个或更多TBC层可包括氧化钇稳定的二氧化锆(YSZ)，例如包含7-8重量百分比的氧化钇的二氧化锆。在一些实施例中，涂层系统20的一个或更多TBC层包括完全稳定的二氧化锆(FSZ)。

作为另一个示例，在一些实施例中，基底12可以是陶瓷的，并且护罩10的涂层系统20可包括在其上涂敷的环境障碍涂层(EBC)。在一些这样的实施例中，护罩10的基底12的基于EBC的涂层系统20可包含一个或更多EBC层。涂层系统20的一个或更多EBC层可以是基于硅酸盐的。在一些实施例中，涂层系统20的一个或更多EBC层可包括一个或更多稀土硅酸盐，例如RE2Si2O7和/或RE2SiO5，其中RE包括Y、Er、Yb和Lu中的一种或更多种。

在一些示例性护罩10的实施例中，涂层系统20可包括位于基底12上的粘合层。在一些实施例中，涂层系统20可包括涂敷在粘合层上的EBC或TBC涂层。在一些这样的实施例中，涂层系统20的粘合层可用于提供对基底12的抗氧化性能和/或帮助维持EBC/TBC涂层的粘附性。在一些实施例中，护罩10可包括TBC涂覆的金属基底12，并且涂层系统20可包括在基底12和包括NiAl、(Pt，Ni)Al或(Ni，Co)CrAlY类型的组合物的TBC涂层之间的粘合层。作为另一个示例，在一些实施例中，护罩10可包括EBC涂覆的陶瓷基底12，并且涂层系统20可包括在基底12和EBC涂层之间的基于Si的粘合层。

如在图1和2中所示并如上讨论的，护罩10可包括示例性的可磨耗涂层14，其位于护罩10的至少一部分上，例如在护罩10上的涂层系统20的外表面之上(例如，基于EBC/TBC的涂层系统20)。在一些实施例中，可磨耗涂层14可限定护罩10的流动路径表面30，使得当护罩10和转子组装时，流动路径表面30面向涡轮的中心线。例如，如在图1和2中所示，可磨耗涂层14可形成护罩10的流动路径表面30，使得它至少大体面向或被指引朝着具有横穿护罩10的流动路径表面30的尖端122的旋转涡轮叶片100。如在图1和2中所示，在一些实施例中，叶片100可以在涡轮叶片100越过(和穿过)护罩10上设置的可磨耗涂层14时沿着叶片轨迹124磨耗、磨损或用其他方法移除可磨耗涂层14的部分。如在图1中所示，涡轮叶片尖端122在可磨耗涂层14内的侵入可在与那接触期间在磨耗涂层14内形成磨损轨迹124。如上所述的，图1中的箭头102指出作为涡轮转子旋转的结果，涡轮叶片100关于可磨耗涂层14的平移方向。图1中的箭头104指出流体流关于可磨耗涂层14和叶片100的轴向方向。如在图1中用虚线所指出的，涡轮叶片尖端122可包括前缘112和后缘108，并且前缘112和后缘108可限定磨损轨迹124的边界。还如在图1中所示的，磨损轨迹124(即，护罩10接触叶片100的一部分)可以仅包括可磨耗涂层14的一部分，使得定位在磨损轨迹124边界外侧的可磨耗涂层14的至少一个未磨耗部分126可保持为未磨损的。如下面进一步描述的，可磨耗涂层14还可包括围住第二区域18的第一区域16，使得叶片轨迹124延伸越过第一和第二区域16、18(例如，越过多个第一和第二区域16、18)。

在一些实施例中，从涂层系统20的最外侧表面至流动路径表面30测量的可磨耗涂层14(即，第一和第二区域16、18)的厚度可以是在约1/10毫米至约2毫米的范围内，并且更优选地在约1/5毫米至约1又1/2毫米的范围内。在一些这样的实施例中，可磨耗涂层14(即，第一和第二区域16、18)可初始地被制造厚于如上所述的，并且机加工或用其它方法处理以获得上面描述的厚度。例如，在形成或制造带有第一和第二区域16、18的可磨耗涂层14之后，可磨耗涂层14可被机加工、打磨或通过从可磨耗涂层14移除材料来用其它方法处理，以便在叶片尖端122和流动路径表面30之间提供所期望的间隙。可磨耗涂层14从制造情形至创建所期望的流动路径表面30的处理可减少可磨耗涂层14的厚度。在一些实施例中，流动路径表面30可以是基本上平滑的。在一些实施例中，流动路径表面30在圆周和/或轴向上可包括一些曲率。作为另一个实施例，基底12可包括曲率，并且流动路径表面30的曲率基本上与基底12的曲率相一致。

参考图2，可磨耗涂层14可包括第一区域16和第二区域18。在一些实施例中，第二区域18可以比第一区域16在本质上是更易磨耗的。例如，相比于包括第一区域16的材料代替第二区域18的材料的基本上相同的示例性可磨耗护罩涂层，仅包括第二区域18的材料的示例性可磨耗护罩涂层可通过旋转涡轮叶片或涡轮的尖端被更容易地磨耗。第一区域16可以是相对致密的脊或相对“高的”部分的有图案的结构或支架，其提供机械完整性，同时支撑叶片尖端122侵入而没有过度的叶片磨损。第二区域18可包括极易碎的微观结构，其响应于叶片侵入而容易磨损，同时作为独立结构具有与第一区域或支架16相比相对较差的机械完整性。与第一区域16相比，第二区域18的极易碎的微观结构可例如使用相对多孔的和/或微裂纹的微观结构来获得。如在图2中所示，第二区域18可以通过相对致密的支架或第一区域16来围住，以便有助于叶片侵入，同时在典型的涡轮运行期间(包括在典型的腐蚀性、气体填充和动力学条件下运行)保留基本上完整。在一些实施例中，可磨耗涂层14的第一和第二区域16、18可一起形成连续的、基本上平滑的流动路径表面30。可磨耗涂层14的第一和第二区域16、18可由此形成热机械稳健可磨耗结构，其平衡高流动路径坚固性、低叶片尖端磨损和高耐久性的明显矛盾的需求。

在一些实施例中，第二区域18与第一区域16相比可不那么致密。例如，在一些实施例中，第二区域18可包括约20％至约65％的孔隙度，同时第一区域16包括小于约20％的孔隙度。更优选地，在一些实施例中，第二区域18可包括约25％至约50％的孔隙度，同时第一区域16包括小于约15％的孔隙度。在一些实施例中，可磨耗涂层14的第一区域16和第二区域18两者可能够承受至少约1150摄氏度的温度，并且更优选地至少约1300摄氏度。

在一些实施例中，制造可磨耗涂层14的第二区域18的方法可包括一种或更多易挥发的填料材料的使用来限定孔隙度的体积分数、大小、形状、定向和空间分布。在一些这样的实施例中，填料材料可包括易挥发材料和/或孔诱导剂，例如但不限于聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯、尼龙、乳胶、胡桃壳、无机盐、石墨、以及它们的组合物。第二区域18的填料材料可作用来降低第二材料的使用中密度。在一些实施例中，第二区域18的填料材料的至少一部分在制造过程(例如后续的加热处理或化学处理或机械处理)期间或者在护罩10的使用期间可蒸发、热解、溶解、萃取或用其它方法从第二区域18移除。在一些实施例中，制造可磨耗涂层14的第二区域18的方法可包括例如用来形成轻度烧结粉末团块的一种或更多种烧结辅助剂的使用。

在一些实施例中，可磨耗涂层14的第一和第二区域16、18包括基本上相同的成分或材料。例如，可磨耗涂层14的第一和第二区域16、18可两者基本上包括稳定二氧化锆(例如带有金属基底)或者稀土硅酸盐(例如带有陶瓷基底)。在一些实施例中，可磨耗涂层14的第一和第二区域16、18两者可基本上包括稳定二氧化锆，并且护罩10的基底12可以是基于镍的和/或基于钴的。在一些实施例中，可磨耗涂层14的第一和第二区域16、18两者可基本上包括稀土硅酸盐，并且护罩10的基底12可以是基于SiC的和/或基于Mo-Si-B的。在一些其它的实施例中，第一和第二区域16、18的成分或材料可以是基本上不同的。在一些实施例中，第一和第二区域16、18中的至少一个可基本上包括一种或更多种位于涂层系统20下的材料(例如，包含涂层系统20的EBC/TBC和/或粘合层)，或由其形成。

如在图2中所示，第二区域18可基本上由第一区域或支架16围住(即，定位在支架16的图案之间或其内)。第一和第二区域16、18可被配置或构造使得经过的涡轮叶片经过并可能地擦入流动路径表面30，由此移除护罩10的可磨耗涂层14的第一区域16和第二区域18两者。这样，第一区域或支架16提供机械完整性以保护显著易碎的第二区域18在运行期间不受到例如腐蚀的损伤，同时支撑叶片尖端122侵入而没有过度的叶片磨损。护罩10的可磨耗涂层14的第一和第二区域16、18可以以任何图案、配置、定向等来配置，使得第二区域18定位在第一区域16之间(即，由其围住)，如在图2中所示出。在一些实施例中，护罩10的可磨耗涂层14的第一和第二区域16、18可被配置使得更致密的第一区域16有效地防护更加易碎的第二区域18免受腐蚀性通量。

在一些示例性的实施例中，护罩10的可磨耗涂层14的第一区域16可包括从涂层系统20延伸至流动路径表面30的脊，或由其限定。例如，如在图2的示例性的说明性的实施例中所示的，可磨耗涂层14的第一区域16可包括从涂层系统20延伸的周期性的脊。在一些实施例中，可磨耗涂层14的第一区域16的相邻脊可为彼此隔离的。在一些其它的实施例中，如在图2中所示出的，可磨耗涂层14的第一区域16的相邻脊可经由它们的基体而是连续的。在一些实施例中，脊(和/或第一区域16的其它部分)可沿着至少大体垂直于经过的涡轮叶片的方向的方向延伸。在一些实施例中，可磨耗涂层14的第一区域16可以沿基本上匹配涡轮叶片的弧线的路径或形状延伸。在一些实施例中，可磨耗涂层14的第一区域16包括一系列基本上周期性隔开的脊，其被配置使得周期性脊的平移方向基本上平行于叶片经过的方向。在一些备选的实施例中，第一区域16的脊可具有彼此不平行的部分，包括例如平行四边形、六边形、圆形、椭圆形、或其它开口的或闭合的形状的有图案的脊架构。在一些实施例中，可磨耗涂层14的每个第一区域或脊16是基本上与它相邻的第一区域或脊16等距的。在一些备选的实施例中，可磨耗涂层14的一个或更多第一区域或脊16可与其相邻的第一区域或脊16变化地隔开。

在一些实施例中，护罩10的可磨耗涂层14的第一和第二区域16、18中的至少一个可线性地、非线性地(例如，可包括一个或多个曲线、弯曲或角)延伸，彼此可交叉或者可不交叉，可以形成规则的或不规则的图案，或者由其组合物或者任意其它的配置、图案或定向来组成，使得在侵入期间涡轮叶片经过可磨耗涂层14的第一区域16和第二区域18，并且第一区域16围住第二区域18(即，第二区域18定位在第一区域16之间)。

在图2所示的示例性实施例中，第一区域16包括相对厚的脊，使得厚度平均的脊坚固性为约30％。在一些实施例中，如在图2中所示，第一区域16可在涂层系统20上延伸，并且第二区域18可基本上在凹部或第一区域16的相对薄的部分上延伸。这样，第二区域18可填充第一区域16的凹部。在一些其它的实施例中(未示出)，第一区域16和第二区域18可从涂层系统20延伸至流动路径表面30。

在一些实施例中，在第一区域16的相邻脊之间的中心到中心的距离可在约1毫米至6毫米的范围内，并且更优选在约2毫米至5毫米的范围内。在一些实施例中，第一区域16的坚固性(定义为由第一区域16组成的流动路径表面30的总表面积的分数)可在约2％至约50％的范围内，并且更优选可在约5％至约20％内。

图3-5包括描绘制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200、300和400的流程图。在一些实施例中，制造带有可磨耗涂层的护罩的方法200、300和400可包括如在上面的图1和2中描述的(包括其变型或备选的实施例)护罩10和可磨耗涂层14中的一个或更多。同样地，图1和2以及本文关于护罩10和可磨耗涂层14及其相关的方面、涂层、层、特征、尺寸、功能、配置等(以及其备选的实施例、等价形式和修改)的所有的描述或公开同等地应用于图3-5的制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200、300和400，并且其在本文未特别地讨论。在一些实施例中，图3-5的制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200、300和400可被用来制造带有一个或更多方面不同于上面关于图1和2讨论的带有可磨耗涂层14的一个或更多个护罩10。

如在图3中所示，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200包括形成或得到202护罩基底。例如，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200包括形成或得到202上面讨论的示例性护罩基底12中的至少一个。在其它实施例中，可以得到或形成202除了或者不同于上面讨论的示例性护罩基底12的护罩基底。在一些实施例中，形成202护罩基底可包括至少部分地制造或形成护罩基底12。在一些实施例中，护罩基底可以是陶瓷的、金属的或其组合物(如上面讨论的)。

如在图3中所示，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200可包括在护罩基底12的表面上形成或得到204涂层系统。例如，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200可包括形成或得到204上面讨论的涂层系统20中的一个。在其它的实施例中，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200可包括形成或得到204除了或不同于上面讨论的涂层系统20的涂层系统。

在一些实施例中，在护罩基底的表面上形成或得到204涂层系统可包括形成或得到在其表面上包含或包括涂层系统的护罩基底。在一些实施例中，在护罩基底的表面上形成或得到204涂层系统可包括在例如带有金属护罩基底(如上面讨论的)的护罩基底的至少一个表面上形成或得到TBC涂层。在一些这样的实施例中，在护罩基底的表面上形成或得到204涂层系统可包括在金属护罩基底的表面上形成或得到基于二氧化锆的TBC涂层。在一些其它的实施例中，在护罩基底的表面上形成或得到204涂层系统可包括在例如带有陶瓷护罩基底的护罩基底的至少一个表面上形成或得到EBC涂层。在一些这样的实施例中，在护罩基底的表面上形成或得到204涂层系统可包括在陶瓷护罩基底的表面上形成或得到基于硅酸盐的EBC涂层。

在一些示例性的实施例中，在护罩基底的外表面上形成或得到204涂层系统可包括将涂层系统涂敷至基底外表面的至少一部分上。在一些这样的示例性实施例中，将涂层系统涂敷至基底可包括喷涂、辊涂、印刷或者用其它方法将涂层系统机械地和/或物理地涂敷至基底表面的至少一部分上。在一些实施例中，在护罩基底的表面上形成或得到204涂层系统可包括处理要涂敷的涂层系统材料以固化、干燥、扩散、烧结或者用其它方法将涂层系统充分地粘结或联接至基底。

如在图3中所示，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200可包括在例如上面描述的涂层系统20之上的护罩基底的至少一部分上形成206相对致密的可磨耗支架。例如，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200可包括形成206上面关于图1和2中讨论的相对致密的可磨耗支架或第一区域16。

在一些实施例中，如上所述的，在例如在护罩基底上的涂层系统之上的护罩基底的至少一部分上形成206相对致密的可磨耗支架包括形成相对致密的、结实的有图案的结构，其为可磨耗涂层提供机械完整性，同时具有足够低的坚固性以便支撑带有极小的叶片磨损的叶片尖端侵入。在一些实施例中，如在图3中所示的，在例如在护罩基底上的涂层系统之上的护罩基底的至少一部分上形成206相对致密的可磨耗支架可以在形成208相对多孔的易碎填料区域之前来执行，该区域响应于在支架内的叶片侵入而容易磨损以形成流动路径表面。

在一些实施例中，在例如在护罩基底上的涂层系统之上的支架基底的至少一部分上形成206相对致密的可磨耗支架可包括至少一种附加的制造方法或技术。例如，在一些实施例中，在例如在护罩基底上的涂层系统之上的护罩基底的至少一部分上形成206相对致密的可磨耗支架可包括热喷涂支架的相对致密的可磨耗材料(例如，上面讨论的第一区域16的材料)穿过有图案的掩模以形成支架图案或结构(例如，上面讨论的脊或第一区域16)。作为另一个示例，在一些示例性的实施例中，在例如在护罩基底上的涂层系统之上的护罩基底的至少一部分上形成206相对致密的可磨耗支架可包括以支架的形式直写热喷涂相对致密的可磨耗材料。在一些这样的实施例中，直写热喷涂可包括利用小足迹枪和动态孔径来形成支架。作为又一个实施例，在一些示例性的实施例中，在例如在护罩基底上的涂层系统之上的护罩基底的至少一部分上形成206相对致密的可磨耗支架可包括以未加工支架图案的形式将浆料膏分配在涂层系统上，随后通过热处理浆料膏以便烧结它并形成相对致密的支架。

在一些示例性的实施例中，在例如在护罩基底上的涂层系统之上的支架基底的至少一部分上形成206相对致密的可磨耗支架可包括涂敷相对致密的可磨耗材料的连续覆盖层，随后通过覆盖层的部分的移除以选择地限定相对致密的可磨耗材料的支架或图案。在一些这样的实施例中，覆盖层的部分的移除来选择地限定支架或图案可包括机加工覆盖层的部分。在一些这样的实施例中，机加工覆盖层的部分以选择地限定支架或图案可利用铣削、水射流、激光、喷丸或它们的组合来执行以移除相对致密的可磨耗材料的覆盖层的部分。

在一些示例性的实施例中，在例如在护罩基底上的涂层系统之上的支架基底的至少一部分上形成206相对致密的可磨耗支架可包括丝网印刷、喷浆或带有粘合剂及可能地一种或更多种烧结辅助剂的有图案的条带-浇注陶瓷粉末，以便形成未加工的支架或图案，其在烧结后形成相对致密的可磨耗材料(例如，上面讨论的第一区域16的材料)。

如在图3中所示，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200可包括在致密的可磨耗支架之间形成208相对多孔的易碎填料区域以便形成平滑的流动路径表面。在一些实施例中，在致密的可磨耗支架之间形成208相对多孔的易碎填料区域以便形成平滑的流动路径表面可包括在相对致密的可磨耗支架之间回填、沉积或以其他方式涂敷相对多孔的易碎填料区域(例如，上面讨论的第二区域18的材料)。

在一些实施例中，在致密的可磨耗支架之间形成或得到208相对多孔的易碎填料区域以便形成平滑的流动路径表面可包括在相对致密的可磨耗支架或图案之间通过热喷涂(带有或者不带有掩膜)涂敷相对多孔的易碎填料材料。在一些实施例中，相对多孔的易碎填料材料可以是具有上面讨论的第一区域16的成分的陶瓷粉末。在一些这样的实施例中，陶瓷粉末可包括至少一种例如易挥发的填料材料、孔诱导剂和/或烧结辅助剂(如上所讨论的)的添加剂，使得例如经由热喷涂使至少一种添加剂与陶瓷粉末共沉积。

在一些实施例中，在致密的可磨耗支架之间形成208相对多孔的易碎填料区域以便形成平滑的流动路径表面可包括涂敷相对多孔的易碎填料材料作为浆料。在一些这样的实施例中，浆料配方可以是陶瓷浆料配方，并且包括例如易挥发填料材料、孔诱导剂和/或烧结辅助剂(如上讨论的)的至少一种添加剂，使得至少一种添加剂与陶瓷浆料配方共沉积。在一些这样的实施例中，在致密的可磨耗支架之间形成208相对多孔的易碎填料区域以便形成平滑的流动路径表面可包括通过流延成型或丝网印刷来涂敷相对多孔的易碎填料。在一些这样的实施例中，浆料颗粒的颗粒大小分布经选择以提供高度多孔的微观结构，其具有在接触点部分烧结的粗颗粒。在一些实施例中，在致密的可磨耗支架之间形成208相对多孔的易碎填料区域以便形成平滑的流动路径表面可包括烧结填料材料。在一些实施例中，在致密的可磨耗支架之间形成208相对多孔的易碎填料区域以便形成平滑的流动路径表面30可包括带有预团聚的或预聚集的颗粒来涂敷相对多孔的易碎填料材料作为浆料配方。

在一些实施例中，在致密的可磨耗支架之间形成208相对多孔的易碎填料区域以便在护罩基底上形成平滑的流动路径表面可包括经由例如水热法合成、燃烧合成、流延成型、精细挤压和/或它们的组合来生产高纵横比的扁平颗粒。在一些这样的实施例中，在相对致密的可磨耗支架之间形成208相对多孔的易碎填料区域以在护罩基底上形成平滑的流动路径表面可包括经由例如电泳沉积、灌浆成型、流延成型、挤压和/或它们的组合来排列高纵横比的扁平颗粒。

如在图3中所示，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法200可包括处理210例如相对致密的可磨耗支架和相对多孔的易碎填料区域的可磨耗涂层。在一些实施例中，处理210可磨耗涂层可包括处理通过相对致密的可磨耗支架和相对多孔的易碎填料区域形成的可磨耗涂层的流动路径表面，以例如通过制造的流动路径表面的平整和/或平滑来形成基本上平滑的流动路径表面。例如，在一些这样的实施例中，处理210可磨耗涂层可包括研磨、砂磨、蚀刻或用其他方法移除由相对致密的可磨耗支架和/或相对多孔的易碎填料区域形成的流动路径表面的较高面积。在一些实施例中，处理210由相对致密的可磨耗支架和相对多孔的易碎填料区域形成的可磨耗涂层的流动路径表面可包括组装研磨。在一些这样的实施例中，组装研磨可以移除相对致密的可磨耗支架(例如脊)或相对多孔的易碎填料(例如凹部)的突出部分(例如尖端)，以便将由相对致密的可磨耗支架和相对多孔的易碎填料区域形成的可磨耗涂层的流动路径表面带到基本上共同的高度，从而获得基本上平滑的、连续的流动路径表面。在一些实施例中，处理210可磨耗涂层可包括热处理可磨耗涂层。在一些这样的实施例中，热处理210可磨耗涂层可包括烧结相对致密的可磨耗支架和/或相对多孔的易碎填料区域。在一些这样的实施例中，热处理210可磨耗涂层可包括加热相对致密的可磨耗支架和/或相对多孔的易碎填料区域至经由热的应用来烧尽、蒸发或用其他方法移除其中的易挥发材料和/或孔诱导剂。

在图4中显示制造带有可磨耗涂层的护罩的另一种示例性的方法，并通常由数字300来指出。制造带有图4的可磨耗涂层的护罩的方法300类似于制造带有图3的可磨耗涂层的护罩的方法200，并且因此相同的方面用前面不同于“2”的“3”的参考数字来指出。如在图4中所示的，在制造带有图4的可磨耗涂层的护罩的方法300与制造带有图3的可磨耗涂层的护罩的方法200之间的差别是可磨耗涂层的相对多孔的易碎部分和相对致密的支架部分的形成次序。

如在图4中所示，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法400可包括在例如涂层系统200上的护罩基底上形成320相对多孔的易碎图案。在一些实施例中，形成320相对多孔的易碎图案(上面描述的第二区域18)可包括经由上面关于图3的方法200的相对致密的可磨耗支架相关的形成206所描述的方法或技术将相对多孔的易碎图案施加在基底上。例如，形成320相对多孔的易碎图案(上面描述的第二区域18)可包括附加的制造方法或技术。备选地，相对多孔的易碎材料的基本均匀的覆盖层可形成在基底上，并且它的部分可被移除以形成图案。类似地，形成320相对多孔的易碎图案可包括采用相对多孔易碎材料成分、配方、颗粒构造、特征或如上面关于图3的方法200的在致密可磨耗支架之间的形成208相对多孔的易碎填料区域的多孔易碎填料区域所描述的其它配置，来施加相对多孔的易碎图案。例如，在护罩基底上形成320相对多孔的易碎图案(上面描述的第二区域18)可包括利用带有至少一种例如填料、孔诱导剂和/或烧结辅助剂的添加剂的相对多孔的易碎材料，和/或相对多孔的易碎材料可包括预团聚的或预聚集的颗粒和/或基本上对齐的高纵横比的扁平颗粒。

还如在图4中所示，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法400可包括在相对多孔的易碎图案之间形成322相对致密的可磨耗支架(例如，上面描述的第一区域16)以便形成基本上平滑的流动路径表面30。在一些实施例中，在护罩基底上的相对多孔的易碎图案之间形成322相对致密的可磨耗支架(例如，上面描述的第一区域16)可包括经由如上面关于图3的方法200的在致密的可磨耗支架之间形成208相对多孔的易碎填料区域所描述的方法或技术在基底上涂敷相对致密的可磨耗支架。例如，在护罩基底上相对多孔的易碎图案之间形成322相对致密的可磨耗支架可包括在相对多孔的易碎图案之间(例如，在图案的间隙和/或低或薄的地区中)回填或用其它方法沉积相对致密的可磨耗材料。类似地，在护罩基底上相对多孔的易碎图案之间形成322相对致密的可磨耗支架(例如，上面描述的第一区域16)可包括施加如上面关于图3的方法200的相对致密的可磨耗支架的形成206所描述的相对致密的可磨耗支架材料或结构成分、配方、(多个)特征或其它配置。

制造带有可磨耗涂层的护罩的另一种示例性的方法在图5中显示并大体用数字400指出。制造带有图5的可磨耗涂层的护罩的方法400类似于制造分别带有图3和4的可磨耗涂层的护罩的方法200和300，并且因此，相同的方面用前面不同于“2”或“3”的“4”的参考数字来指出。如在图5中所示的，在制造带有图5的可磨耗涂层的护罩的方法400和制造分别带有图3和4的可磨耗涂层的护罩的方法200和300之间的差别在于可磨耗涂层的相对多孔的易碎填料和相对致密的支架区域的形成。

如在图5中所示，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法400可包括在例如在涂层系统20上的护罩上形成424相对多孔的易碎材料的基本上连续的覆盖层，以便形成流动路径表面30(例如上面描述的第二区域18的材料的层)。在一些这样的实施例中，在护罩上形成424相对多孔的易碎材料的基本上连续的覆盖层可包括利用如上描述的相对多孔的易碎材料。例如，在护罩上形成424相对多孔的易碎材料的基本上连续的覆盖层可包括热喷涂包括易挥发材料的相对多孔的易碎材料。作为另一示例，在护罩上形成424相对多孔的易碎材料的基本上连续的覆盖层可包括利用具有易挥发材料的浆料、糊膏或胶带配方。作为再一个示例，在护罩上形成424相对多孔的易碎材料的基本上连续的覆盖层可包括利用具有粗糙的、低烧结的颗粒的浆料、糊膏或胶带配方。

还如在图5中所示的，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法400可包括选择地致密化426相对多孔的易碎材料的基本上连续的覆盖层的部分以在层内形成相对致密的可磨耗支架(例如，上面讨论的第一区域16)。在一些这样的实施例中，选择地致密化426相对多孔的易碎材料的基本上连续的覆盖层的部分以在层内形成相对致密的可磨耗支架图案可包括以支架图案丝网印刷或者将烧结辅助剂引入至相对多孔的易碎材料的基本上连续的覆盖层内/上。带有丝网印刷的烧结辅助剂的支架图案的相对多孔的易碎材料的基本上连续的覆盖层可相继地烧结以在相对多孔的易碎层中形成相对致密的可磨耗支架，从而形成可磨耗涂层。在一些其它的实施例中，选择地致密化426相对多孔的易碎材料的基本上连续的覆盖层的部分以在层内形成相对致密的可磨耗支架可包括以支架图案在相对多孔的易碎层内选择地烧结(例如，诸如使用激光束或电子束局部热源)层的部分以便形成可磨耗涂层的相对致密的可磨耗支架。

制造带有可磨耗涂层的护罩的另一种示例性的方法在图6中示出，并大体用数字500指出。制造带有图6的可磨耗涂层的护罩的方法500类似于制造分别带有图3、4和5的可磨耗涂层的护罩的方法200、300和400，并且因此，相同的方面用前面不同于“2”、“3”或“4”的“5”的参考数字来指出。如在图6中所示的，制造带有图6的可磨耗涂层的护罩的方法500和制造分别带有图3、4和5的可磨耗涂层的护罩的方法200、300和400之间的差别在于可磨耗涂层的相对多孔的易碎填料和相对致密的支架区域的形成。

如在图6中所示，制造带有可磨耗涂层的护罩的示例性方法500可包括热喷涂528可磨耗材料穿过有图案的掩模以基本上并行地或者同时地形成相对致密的可磨耗支架和相对多孔的易碎填料。在一些这样的实施例中，热喷涂528可磨耗材料穿过有图案的掩模以便形成相对致密的可磨耗支架和支架之间的相对多孔的易碎填料区域可包括同时形成两种结构。例如，可磨耗材料(如上面描述的)可被热喷涂528穿过有图案的掩模，其构造成生产上面描述的致密脊或第一区域16并隔开使得上面讨论的第二区域18通过保留在脊或第一区域16之间的过度喷涂来形成。例如，掩模开口宽度、掩模开口之间的间距、掩模和被涂覆表面之间的间隙、掩模材料的厚度、开口的横截面形状、以及它们的组合可被构造成基本上同时地形成相对致密的可磨耗支架和在支架之间或之内的相对多孔的易碎填料区域。在一些其它的实施例中，掩模可用随着可磨耗涂层的厚度增加来调节掩模的开口宽度和/或支架距离的可移动元件来构造，以用相对多孔的易碎填料区域更加完全地填充相对致密的可磨耗支架。在一些实施例中，相对多孔的易碎填料材料的附加浆料涂层可相继被利用，来用相对多孔的易碎填料区域更加完全地填充相对致密的可磨耗支架。

如在图6中所示，在一些实施例中，制造带有可磨耗涂层的护罩的方法500可包括处理510流动路径表面。在一些这样的实施例中，处理510流动路径表面可包括移除可磨耗涂层的突出部分至基本上一致的厚度，以便得到基本上平滑的流动路径表面。

应理解，上面的描述意图是说明性的，并不是限定性的。本领域技术人员可以在不脱离由所附的权利要求及其等价形式限定的本发明大体精神和范围的情况下在本文中做出大量的改变和修改。例如，上面描述的实施例(和/或其各方面)可彼此组合使用。另外，可以做出多种修改以使特定的情况或材料适用于各种实施例的教导而不背离它们的范围。虽然本文描述的材料的尺寸和类型意图限定各种实施例的参数，但是它们绝不是限制性的并且仅为示例性的。许多其它的实施例将在本领域技术人员阅读上面的描述后变得显而易见。因此，各种实施例的范围应当参考所附权利要求以及这样的权利要求所赋予的等价形式的全部范围来确定。在所附权利要求中，用语“包括”和“其中”被用作为分别的用语“包括”和“其中”的简易用语等价形式。此外，在所附权利要求中，用语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用为标记，并不意图将数字需求强加给它们的目标。而且，用语“可操作地”连同例如联接的、连接的、结合的、密封的等术语在本文中用来意指由分离的、不同的构件直接地或者间接地联接产生的连接和一体地形成的构件(即，单件的、一体的或单块的)两者。此外，所附权利要求的限制并未以手段加功能的格式来撰写，并且并不意图基于35U.S.C.§112第六段来解读，除非且直至这样的权利要求限制清楚地使用短语“意图”，其后为缺乏进一步结构的功能陈述。应理解，不必上面描述的所有这些目标或优点可按照任何特定的实施例来获得。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文中描述的系统和技术可以以获得或最优化如本文中教导的一个优点或一组优点的方式来实施或执行，而不必如可能在本文中教导或建议的其它目标或优点。

虽然仅结合限制数量的实施例详细地描述了本发明，但是应当容易理解的是本发明不限于这些公开的实施例。相反，可修改本发明来并入任意数量目前未被描述但是与本发明的精神和范围相当的变型、改变、置换或等价布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解的是，公开的各方面可仅包括描述的实施例中的一些。因此，本发明并不视为受前述的描述来限制，但是仅受所附权利要求的范围来限制。

该书面描述使用示例以公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任意装置或系统以及执行任意并入的方法。本发明的可获得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括没有不同于权利要求的文字表达的结构元件，或者如果它们包括带有与权利要求的文字表达无实质区别的等同结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于涡轮的制品，包括：

护罩基底，其具有用于邻近旋转涡轮叶片的尖端布置并限定涡轮流动路径的外环面的外表面；

涂层系统，其位于所述护罩基底的所述外表面的至少一部分上；以及

可磨耗涂层，其位于所述涂层系统的至少一部分上，所述可磨耗涂层限定基本上平滑的连续流动路径表面，

其中，所述可磨耗涂层包括混合微观结构，其包括围住相对更加多孔的第二区域的第一区域的相对致密的支架。

2.根据权利要求1所述的制品，其特征在于，所述第二区域的孔隙度由所述第二区域内的孔和/或微裂纹形成。

3.根据权利要求1所述的制品，其特征在于，形成所述第一和/或第二区域的材料包括烧结辅助剂。

4.根据权利要求1所述的制品，其特征在于，与所述第一区域相比，所述第二区域可通过所述旋转涡轮叶片的尖端更加实质性地磨耗。

5.根据权利要求1所述的制品，其特征在于，所述第一区域包括间断的脊，并且其中所述第二区域分散于所述第一区域的所述脊之间。

6.根据权利要求1所述的制品，其特征在于，第一区域和第二区域由基本上相同的材料形成。

7.根据权利要求1所述的制品，其特征在于，所述护罩基底基本上为金属的，并且其中所述涂层系统包括热障涂层(TBC)。

8.根据权利要求7所述的制品，其特征在于，所述TBC包括稳定二氧化锆。

9.根据权利要求8所述的制品，其特征在于，所述第一和第二区域包括二氧化锆。

10.根据权利要求1所述的制品，其特征在于，所述护罩基底为陶瓷的，并且其中所述涂层系统包括环境障碍涂层(EBC)。