CN109943847A - 热障涂层的间隙填充密封层 - Google Patents

Abstract

提供了一种多层热障涂层，其包括隔热层以及密封层，隔热层具有在其中限定出多个空隙的外表面，密封层被粘结到隔热层的外表面。密封层基本上不可渗透并且被构造成密封隔热层。密封层填充至少一部分空隙。还提供了一种形成热障涂层的方法，该方法包括提供直径分别在10到100微米范围内的粘结在一起的多个中空圆形微结构以形成隔热层的步骤。该方法还包括将多个金属颗粒沉积到隔热层上以及对所述多个金属颗粒进行加热以在隔热层上方形成基本上不可渗透的密封层。

Description

热障涂层的间隙填充密封层

技术领域

本公开总体涉及一种用于保护经受高温气体的部件的热障层，其可被称作热障涂层 (TBC)，并且还涉及一种形成该热障层的方法。

背景技术

内燃机包括多个汽缸、多个活塞、至少一个进气口以及至少一个排气口。汽缸各自包括限定燃烧室的表面。内燃机的一个或多个表面可以涂覆有热障涂层或多层热障，以改善内燃机的传热特性并使燃烧室内的热损耗降至最低。例如，希望使用这种涂层系统将热燃烧气体与冷的水冷发动机缸体隔离，以避免热量从燃烧气体传递到冷却水所造成的能量损失。

可以在隔热层上设置密封层，以便将部件有效地密封，避免与可能存在于燃烧气体中的颗粒接触。另外，涂层系统的表面应随燃烧气体的温度而变化(包括快速冷却)，以避免在点火之前加热油气混合物以免产生爆震。因此，密封层被设置为非常薄的层，其可以随相邻气体的温度而变化。然而，考虑到隔热层的多孔性，非常薄的密封层仅能粘结到隔热层的部分表面。进一步，考虑到密封层的薄度，当经受燃烧室内的极端条件下时，密封层可能会脱落。

发明内容

本公开提供了一种沿着隔热层的外边缘填充间隙或空隙的密封层。例如，密封层可以由细粉末制成，细粉末沿着隔热层的边缘填充间隙和/或空隙，从而使隔热层与密封层之间的表面接触更加坚固，使得密封层有效地粘结到隔热层的绝大部分外表面。

在一个示例中，提供了一种可以应用于内燃机内的一个或多个部件的表面的热障涂层。将热障涂层粘结到发动机的部件上，以提供低热导率以及相对于燃烧气体而密封的低热容量隔热性。热障涂层包括隔热层以及设置在隔热层上的密封层，其中密封层沿着隔热层的边缘填充空隙。

热障涂层或多层热障涂层可以包括彼此粘结的两层、三层、四层或更多层，其中至少具有隔热层以及密封层。还可以在隔热层下面提供粘结层，在这种情况下，隔热层将设置在粘结层与密封层之间。最内层粘结到部件上。

热障涂层具有低热导率以减少传热损失并且具有低热容量，使得热障涂层的表面温度跟踪燃烧室中的气体温度。因此，热障涂层允许部件的表面温度随气体温度而变化。这减少了传热损失，不会影响发动机的换气性能，并且不会增加爆震倾向。进一步，减少了对进入发动机汽缸内的冷空气的加热。另外，排气温度升高，导致催化剂起燃时间加快并且催化剂活性提高。

在可与本文所述的其他形式组合或分开的一种形式中，提供一种至少包括隔热层以及密封层的多层热障涂层。隔热层包括多个中空圆形微结构，这些中空圆形微结构粘结在一起并限定沿着隔热层外边缘设置的微结构的外层。微结构的外层沿着外边缘在相邻微结构之间限定多个空隙。密封层粘结到微结构的外层，密封层基本上不可渗透并且被构造成密封微结构的外层。密封层填充空隙的至少一部分。

在可与本文所述的其他形式组合或分开的另一种形式中，提供一种包括粘结层、隔热层以及密封层的多层热障涂层。粘结层被构造成粘结到金属基底。隔热层粘结到粘结层，隔热层具有在其中限定多个空隙的外表面。密封层粘结到隔热层的外表面。密封层基本上不可渗透并被构造成密封隔热层。密封层填充空隙的至少一部分。

在可与本文公开的其他形式组合或分开的又一种形式中，提供一种形成热障涂层的方法。该方法包括提供直径分别在10到100微米范围内的粘结在一起的多个中空圆形微结构以形成隔热层的步骤。该方法进一步包括将多个金属颗粒沉积到隔热层上的步骤，并且该方法包括加热所述多个金属颗粒以在隔热层上形成基本上不可渗透的密封层的步骤。

可以选择性地提供附加特征，包括但不限于以下：密封层由多个金属颗粒形成；密封层具有密封层熔点，并且隔热层具有隔热层熔点，密封层熔点低于隔热层熔点；每个微结构基本上由镍组成；密封层由镍铜形成的合金构成；其中每个金属颗粒小于至少绝大部分微结构中的每个微结构；密封层从隔热层向外延伸不超过5微米；隔热层的厚度在75与300微米之间；每个微结构的宽度或直径不超过100微米；每个微结构的宽度或直径在约40至约50微米的范围内；粘结层被构造成粘结到金属基底；隔热层粘结到粘结层；粘结层包括铜基材料、锌基材料、包含铜和锌的合金或任何其他所需材料，优选地具有比隔热层更低的熔融温度，增强与基底的粘结；每个微结构包括镍基材料和/或铁基材料；以及隔热层的孔隙率为至少 90％。

可以提供另外的附加特征，包括但不限于以下：提供所述多个中空圆形微结构以限定沿着隔热层外边缘设置的微结构的外层；微结构的外层沿着外层在相邻微结构之间限定多个空隙；将所述多个金属颗粒的至少一部分设置在空隙内；提供粘结层，粘结层被构造成粘结到金属基底；将隔热层粘结到粘结层；以及执行通过激光扫描、激光焊接、辐射或感应加热对密封层进行加热的步骤。

此外，可以提供包括呈现表面的金属基底的部件，其中一种形式的热障涂层粘结到基底的表面。作为示例，部件可以是阀面或活塞顶。另外，本公开设想包含此种部件的内燃机，该部件具有设置在其上或粘结到其上的任何形式的热障涂层，其中该部件被构造成经受燃烧气体。

结合附图阅读下文对实施本发明教导的详细描述，上述特征和优点以及本发明教导的其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

这里描述的附图仅用于说明目的，并不意图以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据本公开原理的推进系统的一部分的侧视截面示意图，该推进系统具有内燃机汽缸，该汽缸包括设置在多个部件上的热障涂层；

图2是根据本公开原理的设置在图1所示部件上的热障涂层的一个示例的侧视截面示意图；

图3是根据本公开原理的沿线3-3截取的图2所示热障涂层的一部分的特写侧视截面示意图；

图4是根据本公开原理的设置在图1所示部件上的热障涂层的另一示例的侧视截面示意图；以及

图5是例示根据本公开原理的形成热障涂层的方法的框图。

具体实施方式

本领域的普通技术人员将认识到，诸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等的术语用于描述附图，并不表示限制如随附权利要求所限定的本公开的范围。

参照附图，其中在所有附图中相同的附图标记指代相同的部件，图1示出了包括发动机 13的示例性车辆推进系统10的一部分，发动机13具有部件12。部件12涂有本文所公开的类型的热障“涂层”(TBC)14。热障涂层14可以被称为复合热障涂层或多层热障，其形式为具有粘结在一起的多个层。例如，TBC 14可以是由多个层构成的工程表面，下面将对其进一步详细描述。

虽然图1的发动机13是适用于本文所公开的热障涂层14的典型示例性应用，但是本发明的设计不限于车辆和/或发动机应用。其部件与热接触的固定的或移动的机器或制造品可从本发明设计的使用中受益。

图1例示了限定单个汽缸26的发动机13。然而，本领域的技术人员将认识到，本公开还可以应用于具有多个汽缸26的发动机13的部件12。每个汽缸26限定燃烧室30。发动机13被构造成为车辆的推进系统10提供能量。发动机13可包括但不限于柴油发动机或汽油发动机。

发动机13还包括进气组件36和排气歧管38，其分别与燃烧室30流体连通。发动机13 包括往复活塞28，其可在汽缸26内可滑动地移动。

燃烧室30被构造成燃烧空气/燃料混合物以向推进系统10提供能量。空气可以通过进气组件36进入发动机13的燃烧室30，其中从进气歧管进入燃烧室30中的气流由至少一个进气阀32控制。燃料喷射到燃烧室30中以与空气混合，或通过进气阀32引入，进气阀32提供空气/燃料混合物。空气/燃料混合物在燃烧室30内被点燃。空气/燃料混合物的燃烧产生废气，废气离开燃烧室30并被吸入至排气歧管38中。更具体而言，燃烧室30外的气流(排气流)由至少一个排气阀34控制。

参照图1和图2，热障涂层14可设置在发动机13的一个或多个部件12(例如活塞28、进气阀32、排气阀34、排气歧管38和/或燃烧圆顶39的内壁等)的面或表面上。热障涂层 14粘结到部件12以形成隔热体，该隔热体被构造成在发动机13的操作期间能够减少传热损失、提高效率并提高排气温度。热障涂层14被构造成提供低热导率和低热容量。低热导率降低了传热损失，并且低热容量导致热障涂层14的表面在温度波动期间跟踪气体的温度，并且对进入汽缸的冷空气的加热减至最小。

参照图2，每个部件12包括呈现表面18的基底16，并且热障涂层14粘结到基底16的表面18。作为示例，热障涂层14可包括两层、三层、四层或更多层。在图2中，热障涂层 14包括三层，例如可选的第一(粘结)层20、第二(隔热)层22和第三(密封)层24。

粘结层20被构造成粘结到基底16的表面18和隔热层22，使得隔热层22固定到基底16 上。在一个非限制性示例中，粘结层20被构造成扩散到基底16的表面18中以及隔热层22中以在二者之间形成粘结。

在一个非限制性示例中，基底16包括铝合金，隔热层22包括镍或铁，并且粘结层20包括铜和/或黄铜(铜锌(Cu-Zn)合金材料)。铜和/或黄铜产生最佳粘结强度、最佳热膨胀特性、热处理工艺、耐疲劳性等等。另外，铜和/或黄铜在铝、镍和铁中具有良好的固溶度，同时铁和镍在铝中具有非常低的固溶度。因此，具有铜和/或黄铜组合的粘结层20提供中间结构层，该中间结构层促进相邻的铝基底16与相邻的镍或铁隔热层22之间的扩散粘结。然而，应当理解，基底16、隔热层22以及粘结层20并不限于铝、镍、铁、铜和黄铜，而是可以包括其他材料。例如，在另一种变型中，基底16包括铁或者主要由铁构成。

粘结层20的一侧可以跨越基底16的表面18来设置，使得粘结层20被设置在基底16与隔热层22之间。可以在粘结温度下将压缩力施加到隔热层22和基底16至少最小施加时间。粘结层20的材料的熔融温度小于隔热层22的材料和基底16中的每一个的熔融温度。在另一个示例中，粘结层20的材料的熔融温度在隔热层22的材料和基底16中的每一个的熔融温度之间。进一步，所需要的粘结温度可以小于基底16的材料以及隔热层22的材料的熔融温度，但要足够高以促进在基底16的金属材料与粘结层20的金属材料之间以及在粘结层20的金属材料与隔热层22的金属材料之间发生扩散粘结。

应当理解，可以在将粘结层20粘结到基底16的表面18之前将粘结层20粘结到隔热层22的内表面。另外，粘结层20并不限于通过固态扩散被粘结到基底16的表面18和/或隔热层22，因为也可以使用其他黏合方法，诸如通过润湿、钎焊及其组合。应当理解，只要粘结层20作为一个整体粘结到隔热层22以及粘结到基底16，可以施加任何期望数量的粘结层20，从而提供期望的特性。

隔热层22可以包括陶瓷材料，诸如氧化锆、稳定氧化锆、氧化铝、二氧化硅、稀土铝酸盐、氧化钙钛矿、氧化尖晶石以及钛酸盐。在其他变型中，隔热层22可以由多孔氧化铝形成，或者隔热层22可以由诸如铁或镍之类的金属形成。在一些变型中，隔热可以包括粘结在一起的多个中空微结构，其将参照图4示出并且更详细地描述。

隔热层22的孔隙率可以在50％到90％的范围中，并且在某些情况下，隔热层的孔隙率超过90％，或甚至95％。优选地，隔热层22的孔隙率至少是80％，在某些情况下，隔热层22的孔隙率优选地至少是90％，并且此外，在某些情况下，隔热层22的孔隙率优选地至少是95％。高孔隙率使对应体积的空气和/或气体包含在其中，从而提供低有效热导率和低有效热容量的期望隔热性能。隔热层22优选地由具有低有效热导率(诸如在0.1到5W/mK的范围内)的材料形成，并且由具有类似于基底16的热膨胀系数的材料形成。

可以通过诸如空气等离子体喷涂或高速氧-燃料等离子体喷涂之类的热喷涂技术来施加隔热层22。在多孔氧化铝隔热层22的情况下，可以通过阳极氧化形成隔热层22。

为了获得期望的热障性能，可以为特定应用定制隔热层22的厚度。例如，如果隔热层 22由具有较高热导率的材料构成，则可以使用较大的厚度T2，并且如果隔热层22由具有较低热导率的材料构成，则可以使用较小的厚度T2。在一些示例中，隔热层22具有在50到1000 微米范围内或在50到500微米范围内或在75到300微米范围内的厚度T2。在一些变型中，隔热层22不大于250微米。

隔热层22被构造成承受至少80巴以及在某些情况下至少100巴或者甚至至少150巴的压强。另外，关于温度，隔热层22被构造成承受至少500摄氏度(℃)或至少800℃或甚至至少1100℃的表面温度。热障涂层14的热容量可被构造成保证基底16的表面18不会达到300℃以上。

密封层24设置在隔热层22之上，使得隔热层22被设置在密封层24与或者表面18的或者基底16的粘结层20之间。密封层24是高温薄膜。更具体而言，密封层24包括被构造成承受至少1100℃温度的材料。在一些形式中，密封层24可以由诸如不锈钢、镍、铁、镍合金、钴合金、高熔点合金、镍铜合金或任何其他所期望的金属之类的金属材料或其他所期望的材料形成。

密封层24对于燃烧气体基本上不可渗透(或具有很低的渗透性)，使得在密封层24与隔热层22之间提供密封。例如，密封层24可具有不超过10％的孔隙。这种密封防止来自燃烧气体的碎片(诸如未燃烧的碳氢化合物、烟灰、部分反应燃料、液体燃料等)进入隔热层22的多孔结构。如果这种碎片被允许进入多孔结构，则设置在多孔结构中的空气可最终被碎片取代，并且隔热层22的隔热特性可被减小或消除。而且，如果在每个燃烧循环中气体都能渗透，则隔热层22的隔热质量要低得多。因此，密封层24优选地对于气体以及固体基本上不可渗透。

在一个非限制性示例中，密封层24可以经由电镀或气相沉积或者通过施加粉末材料的另一种工艺被施加到隔热层22。在另一个非限制性示例中，密封层24可以在烧结隔热层22的同时被施加到隔热层22。

密封层24被构造成足够有弹性以便在暴露于燃烧气体、热疲劳或碎片期间抵抗断裂或破裂。进一步，密封层24被构造成足够有弹性以便承受下面的隔热层22的膨胀和/或收缩。

在一些形式中，密封层24是薄的，厚度T3不大于20微米，并且在一些情况下，不大于 5微米。然而，作为示例，在一些情况下，密封层24的厚度T3可以大到50微米。因此，例如，T3可以在3到50微米的范围内。

图3提供了沿图2中的线3-3截取的特写截面图。参照图2和图3，如上面所解释的，隔热层22由多孔材料形成。这样，隔热层22中形成有多个孔27，并且隔热层22具有外表面46，外表面46在其中限定多个空隙48。空隙48是隔热层22的外表面46中的间隙或缝隙，其可以通过在表面46处存在孔27而形成。

密封层24填充隔热层22的外表面46中的至少一部分空隙48。例如，密封层24可以由诸如金属粉末之类的金属颗粒51形成。金属颗粒51可以沉积在隔热层22的外表面46的空隙48中。为了形成密封层24，可以加热密封层24以熔化金属颗粒51的外部52，从而在密封层24的外边缘56处将金属颗粒的外部52形成为连续表面54。

现在参照图4，再次示出了图1的部件(此处标记为12’)，其上面设置有热障涂层14’的另一种变型。此外，部件12’包括呈现表面18’的基底16’，并且热障涂层14’粘结到基底16’的表面18’。在该示例中，热障涂层14’包括两层：隔热层22’和密封层24’。省略粘结层20，并且隔热层22’直接粘结到基底16’的表面18’；然而，应该理解，如果需要，图2中所示的粘结层20可以包括在隔热层22’与基底16’之间。

在图4的变型中，隔热层22’包括多个中空微结构40，它们粘结或烧结在一起以产生具有极高孔隙率的层。优选地，隔热层22’的孔隙率为至少80％。更优选地，隔热层22’的孔隙率为至少90％，或甚至95％。高孔隙率使对应体积的空气和/或气体包含在其中，从而提供低有效热导率和低有效热容量的期望的隔热性能。

在一个示例中，中空微结构40可以由中空聚合物、金属、玻璃和/或陶瓷中心45构成，其可以是球形、椭圆形或卵形或者可以作为球形、椭圆形或卵形开始。因此，在一些示例中，微结构40是圆形的。至少一个金属涂层44可以设置在每个中空中心45的外表面上；在一些情况下，第一金属涂层可以用第二金属涂层涂覆。金属涂层44可以单独地或组合地包括镍 (Ni)、铁等。金属涂层44可以经由电镀、火焰喷涂、涂漆、无电镀、气相沉积等设置在微结构40的外表面上。

应当理解，在金属涂覆的微结构40的粘结或烧结期间，由聚合物、金属和玻璃构成的中空中心45的熔融温度小于金属涂层44的熔融温度，并且因此，中空中心45可以熔化或以其他方式分解以成为金属涂层44本身的一部分，或者熔化并变成中空微结构40内的一块材料。然而，当中空中心45的熔化温度高于金属涂层44的材料的熔化温度时，诸如当中空中心45 由陶瓷材料形成时，中空中心45保持完整并且不分解或被吸收。

在中空中心45由聚合物、金属和玻璃形成的情况下，中空中心45可以根据中空中心45 的材料特性和施加到微结构40的烧结温度而熔化。因此，当发生中空中心45的熔化时，金属涂层44不再是“涂层”，而是成为微结构40的内壁。因此，在一些示例中，微结构40可以是薄壁中空金属结构，其中心没有任何东西。

在微结构40为圆形或椭圆形的示例中，如图4所示，作为示例，中空微结构40可具有在5与100微米之间、在20与100微米之间或在20与40微米之间的直径D1。在另一个示例中，直径D1在约40与约50微米之间。应当理解，微结构40不一定具有相同的直径，因为直径的混合可被构造成提供期望的开口孔隙率，例如填充密度，以向隔热层22’提供期望的强度值。

所述多个中空微结构40可以在压力下在烧结温度下模制或烧结成型时间，直到在形成隔热层22’的相邻中空微结构40的涂层44之间形成粘结为止。

隔热层22’限定沿着隔热层22’的外边缘46’设置的微结构40的外层23。微结构40的外层23沿着外边缘46’在相邻的微结构40之间限定多个空隙48’。空隙48’是沿着隔热层22’的外边缘46’在相邻微结构40之间的间隙。因此，空隙48’位于相邻微结构40 的壁44之间，并从外边缘46’的最外部延伸到隔热层22’中。

密封层24’沿着隔热层22’的微结构40的外层23的外边缘46’填充至少一部分空隙48’。例如，密封层24’可以由金属颗粒51’形成，并且金属颗粒51’可以沉积在微结构 40的外层23的空隙48’中。各个金属颗粒51’可以小于各个微结构40或大多数微结构40，以使金属颗粒51’可以填充微结构40之间的空隙48’。密封层24’的外部52’可以在密封层24’的外边缘56’处一起熔化成连续表面54’。

为了形成密封层24’，金属颗粒51’可以沿着隔热层22’的外边缘56’沉积，包括沉积在空隙48’中。然后，可以对金属颗粒51’进行加热以熔化金属颗粒51’的外部52’，从而在密封层24’的外边缘56’处将金属颗粒51’的外部52’形成为连续表面54’。

密封层24’粘结到微结构40的外层23。密封层24’基本上不可渗透并被构造成密封微结构40的外层23，并且密封层24’填充至少一部分空隙48’。

参照图3和图4二者中所示的各形式的热障涂层14、14’，密封层24、24’具有密封层熔点，并且隔热层22、22’具有隔热层熔点。密封层熔点低于隔热层熔点。因此，在金属颗粒51、51’的外部52、52’的加热期间，金属颗粒51、51’可以被熔化以形成连续表面54、 54’，而不会熔化隔热层22、22’的微结构40或其他构造(如图2所示)。例如，隔热层22、 22’的微结构40或其他构造(如图2所示)可以基本上由镍组成，其熔点约为1453℃。镍铜合金可以用于金属颗粒51、51’，因此，取决于所包含的铜的量，密封层24、24’可以具有在1085℃与1452℃之间的熔点。因此，对密封层24、24’的加热可以在介于隔热层22、 22’的熔点与密封层24、24’的熔点之间的温度下进行以熔化密封层24、24’的金属颗粒 51、51’的外部23、23’，而不会熔化隔热层22、22’。

其他材料可以可选地用于隔热层22、22’和密封层24、24’。例如，隔热层22、22’可以由含有钴、铬、钼、钨、铁和镁以及少量其他元素的镍合金形成，诸如以注册商标出售并标记为C-276组合物的镍合金。在其他形式中，可以使用不锈钢、钨、Mo、Mn、Cr及其合金来形成隔热层22、22’。优选地，密封层24、24’的材料通过具有比隔热层22、22’的材料更低的熔点来补充隔热层22、22’。因此，在一个示例中，隔热层22、 22’(或者包含隔热层的微结构40)可以由铬形成，并且密封层24、24’可以由锰/铬合金形成。在另一个示例中，钼隔热层22、22’可以与钼/钛密封层24、24’一起使用。在另一个示例中，钼隔热层22、22’可以与钼/镍密封层24、24’一起使用。这些只是几个可能的示例；其他的材料组合也是可能的，诸如三元合金和许多其他多元合金。

密封层24、24’可以从隔热层22、22’向外延伸相对短的距离，诸如不超过5微米，而密封层24、24’的整个深度可以更深地向下延伸到空隙48、48’中。因此，密封层24、24’可以利用空隙48、48’中的更多材料以及粘结到微结构40的外层23的表面上的更多材料来加强，而不会增加在微结构40的峰50’处或者在图3的隔热层22的外表面46的最外部分 50处的密封层24的厚度。

虽然未示出，但是密封层24、24’还可以包括不止一层用以提供期望性能，例如，耐超高温性和耐腐蚀性。例如，如果需要，单独的顶层可以在金属颗粒51、51’的其余部分上方形成连续部分52、52’。

应当理解，关于本文所述的热障涂层14、14’中的一个热障涂层描述的任何变型、示例和特征均可以应用于本文所述的其他热障涂层14、14’中的一个热障涂层。热障涂层14、14’可以以任何合适的方式形成，该方式可以包括诸如通过烧结来加热隔热层22、22’、粘结层 20和密封层24、24’。

参照图5并继续参照图4，例示了一种形成热障涂层14’的方法，并且大体上在100处标明。应当理解，所述方法100的一些部分也可以用于形成图2至图3所示的热障涂层14。

方法100包括步骤102：提供直径分别在10到100微米范围内的粘结在一起的多个中空圆形微结构以形成隔热层，诸如关于图4示出并描述的隔热层22’。进一步，优选地提供具有至少90％的孔隙率的隔热层22’，如上所述。可选地，还可以提供粘结层，诸如图2所示的粘结层20，其中粘结层20被构造成粘结到金属基底16。如果包括了粘结层20，则方法100可以包括将隔热层22、22’粘结到粘结层20。

方法100包括另一步骤104：将多个金属颗粒(诸如图4所示的金属颗粒51’)沉积到隔热层(诸如隔热层22’)上。金属颗粒51’优选地小于中空圆形微结构40，以使金属颗粒51’至少部分地填充间隙并且沉积到沿着隔热层22’的外边缘46’在微结构40之间所限定的空隙48’中。

方法100还包括步骤106：对所述多个金属颗粒51’进行加热以在隔热层22’上方形成基本上不可渗透的密封层24’。优选地，提供密封层24’以及构成密封层24’的金属颗粒51’，该密封层具有比隔热层22’的熔点低的密封层熔点。例如，中空圆形微结构40可以由熔点为1453℃的纯镍形成，并且金属颗粒51’可以由熔点在1085℃与1453℃之间的镍铜合金形成，镍铜合金的熔点取决于合金中的铜含量。因此，当对密封层24’的外侧56’实施加热时，金属颗粒51’熔化在一起形成连续表面54’，而不会损坏或熔化中空圆形微结构 40。于是，连续表面54’可以与焊接或包覆的微结构相似。对金属颗粒51’的加热可以通过激光扫描、激光焊接、辐射、感应加热和/或附加的制造技术来实施。优选地，在中空微结构 40被损坏或破坏之前使密封层24’快速熔化并固化，但是最外面的微结构40可以有熔化和固化的迹象。在空隙48’内，一些金属颗粒51’可以依然未熔化并且保持其原始形式。可以在较低温度下对底层结构16进行附加扩散粘结。

应当理解，本文所述的热障涂层14、14’可以应用于除了内燃机内存在的部件之外的部件。更具体而言，热障涂层14、14’可以应用于宇宙飞船、火箭、注塑模具等的部件。

详细描述和附图或图形是对本公开的支持和说明，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经对用于实施所要求保护的公开内容的一些示例进行了详细说明，但是存在用于实践所附权利要求书中限定的公开内容的各种替代设计和示例。此外，附图中所示的示例或者本说明书中提及的各种示例的特征并不一定理解为彼此独立的示例。相反，一个示例中描述的各个特征可以与其他示例的一个或多个其他期望特征结合，以产生没有用文字或参照附图描述的其他示例。因此，这些其他示例都落入所附权利要求的范围的框架内。

Claims (10)

1.一种多层热障涂层，包括：

隔热层，其包括多个中空圆形微结构，所述多个中空圆形微结构粘结在一起并且限定沿着所述隔热层的外边缘设置的微结构的外层，所述微结构的外层沿着所述外边缘在相邻微结构之间限定多个空隙；以及

密封层，其粘结到所述微结构的外层，所述密封层基本上不可渗透并且被构造成密封所述微结构的外层，所述密封层填充至少一部分所述空隙。

2.根据权利要求1所述的多层热障涂层，其中所述密封层由多个金属颗粒形成。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的多层热障涂层，其中所述密封层具有密封层熔点，并且所述隔热层具有隔热层熔点，所述密封层熔点低于所述隔热层熔点。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的多层热障涂层，其中所述多个中空圆形微结构中的各个微结构基本上由镍组成，并且所述密封层由镍和铜形成的合金构成。

5.根据权利要求2所述的多层热障涂层，其中所述多个金属颗粒中的各个金属颗粒小于至少绝大部分所述多个中空圆形微结构中的各个微结构，其中所述密封层从所述隔热层向外延伸不超过5微米，其中所述隔热层的厚度在75与300微米之间，以及其中所述多个中空圆形微结构中的各个微结构的宽度不大于100微米，所述多层热障涂层还包括被构造成粘结到金属基底的粘结层，所述隔热层粘结到所述粘结层，其中所述粘结层包括铜基材料、铝基材料、锌基材料和包括铜和锌的合金中的至少一种，以及其中所述多个中空圆形微结构中的各个微结构包括镍基材料和铁基材料中的至少一种。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的多层热障涂层，其中所述隔热层的孔隙率为至少90％。

7.一种部件，其包括呈现表面的金属基底，根据前述权利要求中的任一项所述的多层热障涂层粘结到所述表面。

8.一种内燃机，其包括被构造成经受燃烧气体的部件，所述部件上粘结有根据前述权利要求中的任一项所述的多层热障涂层。

9.一种形成热障涂层的方法，所述方法包括：

提供直径分别在10到100微米范围内的粘结在一起的多个中空圆形微结构以形成隔热层；

将多个金属颗粒沉积到所述隔热层上；以及

对所述多个金属颗粒进行加热以在所述隔热层上方形成基本上不可渗透的密封层。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

提供具有密封层熔点的所述多个金属颗粒；

提供具有隔热层熔点的所述多个中空圆形微结构，所述密封层熔点低于所述隔热层熔点；

用基本上纯的镍形成各个微结构；

用镍铜合金形成各个金属颗粒；

使所述多个金属颗粒中的各个金属颗粒小于至少绝大部分所述多个中空圆形微结构中的各个微结构；

提供具有至少90％的孔隙率的所述隔热层；

提供所述多个中空圆形微结构以限定沿着所述隔热层的外边缘设置的微结构的外层，所述微结构的外层沿着所述外层在相邻微结构之间限定多个空隙；

在所述空隙内沉积至少一部分所述多个金属颗粒；

提供被构造成粘结到金属基底的粘结层；以及

将所述隔热层粘结到所述粘结层。