CN110770416A - 经涂覆的涡轮机部件和相关生产方法 - Google Patents

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Abstract

经涂覆的燃气涡轮发动机部件(20)包括：基材(21)和存在于基材(21)上的钙‑镁‑铝‑硅酸盐(CMAS)保护层(22)。保护层(22)包含钙‑镁‑铝‑硅酸盐CMAS保护材料的第一相(220)和含有分散在第一相中的至少一种稀土REa硅酸盐颗粒的第二相(221)，所述第一相能在钙‑镁‑铝‑硅酸盐CMAS存在下形成磷灰石或钙长石相。

Description

经涂覆的涡轮机部件和相关生产方法
背景技术
本发明涉及用于在高温环境中使部件(例如，航空或陆地燃气涡轮发动机的热部件中所用的部件)绝热的保护涂层的一般领域。
为了改进燃气涡轮发动机的效率，尤其是用于固定式陆基系统或航空推进的高压涡轮(HPT)的效率，人们正在考虑提高其温度。在这些条件下，所用的材料(例如，金属合金或陶瓷基质复合材料(CMC))需要进行保护，主要是保持表面温度足够低，以确保其功能完整性并限制其被环境气氛氧化/腐蚀。
“热障”(TB)或“环境阻隔涂层”(EBC)保护体是复杂多层堆叠体，其通常由沉积在基材的基底材料(金属合金或复合材料)表面上的粘合涂层、其本身顶部的陶瓷涂层组成，该粘合涂层提供对抗氧化/腐蚀的保护，所述陶瓷涂层的主要功能是限制已涂覆组件的表面温度。在热障的情况下，为了确保其抗氧化/腐蚀的保护功能并促进陶瓷涂层的粘附，可以使粘合涂层预氧化以在其表面上形成致密的氧化铝层，称为“热生长氧化物”(TGO)。这种保护系统见述于如下文献：D.R.Clarke，M.Oechsner，N.P.Padture，“用于更高效燃气涡轮发动机的热障涂层(Thermal–barrier coatings for more efficient gas–turbineengines)”，美国材料学会会刊(MRS Bulletin)，37，2012，第892–898页，以及D.Zhu,R.A.Miller，“先进推进发动机系统的热和环境屏障涂层(Thermal and EnvironmentalBarrier Coatings for Advanced Propulsion Engine Systems)”，NASA技术备忘录(NASATechnical Memorandum)，213129，2004。
这些系统(TB和EBC)的使用寿命一方面取决于堆叠体对于热循环的抵抗力，另一方面取决于外层对于环境压力(被固体颗粒侵蚀、耐化学性、腐蚀等)的抵抗力。
具体来说，这些系统在暴露于富含砂或火山灰颗粒(富含无机二氧化硅型化合物)的介质中时会非常快速地降解，所述介质通常称为CMAS(用于钙、镁、铝和硅的氧化物)。熔融的CMAS渗入热或环境屏障中通常会由于以下原因导致降解：
·被渗透的层硬化导致机械故障(分层)；
·热障的化学溶解和具有不同机械性质和/或体积的重结晶产物的形成导致不稳定。
为了克服该问题，研发了所谓的“抗CMAS”组合物，其可以通过与CMAS发生化学反应来形成防水屏障层，参见文献C.G.Levi,J.W.Hutchinson,M.–H.Vidal–Sétif,C.A.Johnson,“熔融沉积物导致热障涂层的环境降解(Environmental degradation ofthermal barrier coatings by molten deposits)”,美国材料学会会刊，37,2012,第932–941页。所用的抗CMAS组合物将溶解在CMAS中，形成致密的保护相，其熔点高于CMAS。对于非常有前途的抗CMAS材料稀土锆酸盐系列而言，这种溶解可以形成Ca2RE8(SiO4)6O2(RE＝稀土元素)类型的磷灰石相，该相将是阻挡性的，而且还形成部分稳定的氧化锆类型(主要为萤石形式)、尖晶石或甚至稀土硅酸盐的“寄生”相或次相，如以下文献中所述：S.
Figure BDA0002315318300000021
J.Yang，C.G.Levi，“锆酸钆热障涂层与CMAS熔体的渗透抑制反应(Infiltration–inhibiting reaction of gadolinium zirconate thermal barrier coatings withCMAS melts)”，美国陶瓷学会杂志(Journal of the American Ceramic Society)，91，2008，第576–583页和H.Wang，“镧系氧化锆热障涂层上CaO–MgO–Al2O3–SiO2(CMAS)的反应机理(Reaction mechanism of CaO–MgO–Al2O3–SiO2(CMAS)on lanthanide zirconiathermal barrier coatings)”，博士论文，美国奥本大学，2016年。但是，这些次相的体积和/或热机械或机械性能可能会降低抗CMAS涂层的有益效果。
因此，需要具有CMAS保护层的燃气涡轮发动机部件，该CMAS保护层将CMAS反应区限制在保护层的表面附近并限制次相的形成。
发明主题和概述
因此，本发明的主要目的是通过提供经涂覆的燃气涡轮发动机部件来提高CMAS保护层的反应能力或动力学，以形成阻挡液体污染物的层或相，从而限制这些液体污染物深入渗透到涂层中，所述经涂覆的燃气涡轮发动机部件包括基材和在所述基材上存在的至少一个钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护层，该层包含钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料的第一相和包含分散在第一相中的至少一种稀土REa硅酸盐颗粒的第二相，所述第一相能够在存在钙-镁-铝-硅酸盐CMAS的情况下形成磷灰石或钙长石相。
将稀土硅酸盐相以分开的形式添加到CMAS保护层的第一相或基质相中可提高后者的反应性，从而限制液体CMAS在层中存在的孔隙和/或垂直裂化网络内的毛细管渗透深度。实际上，稀土硅酸盐是磷灰石保护相的前体。因此，第二相是磷灰石保护相的“活化”相。因此，由此获得的CMAS保护层与不添加该第二相的相同保护层相比，使用寿命有所延长。另外，在CMAS保护层的基础材料中包含稀土硅酸盐颗粒，可以在形成阻挡相的过程中限制具有机械性质的次相的形成，该次相会限制保护层的保护作用。
根据本发明的特定方面，用于保护层的第二相的稀土硅酸盐为稀土单硅酸盐REa 2SiO5或稀土二硅酸盐REa 2Si2O7，其中REa选自：Y(钇)、La(镧)、Ce(铈)、Pr(镨)、Nd(钕)、Pm(钷)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Tb(铽)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Yb(镱)、Lu(镥)。
根据本发明的另一具体方面，分散在CMAS保护层中的稀土REa硅酸盐颗粒的平均尺寸在5nm至50μm之间，更优选在5nm至1μm之间。
根据本发明的另一具体方面，CMAS保护层中稀土硅酸盐颗粒的体积含量在1％至80％之间。
根据本发明的另一具体方面，存在于CMAS保护层中的稀土REa硅酸盐陶瓷颗粒的体积百分比沿保护层厚度方向变化，在与基材相邻的所述层的第一区域与远离第一区域的所述层的第二区域之间，稀土REa硅酸盐陶瓷颗粒的体积百分比逐步增加。
根据本发明的另一具体方面，CMAS保护层的厚度在1μm至1000μm之间。
根据本发明的另一具体方面，能够形成磷灰石或钙长石相的第一相的钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料对应于以下材料中的一种或以下材料中数种的混合物：稀土锆酸盐REb 2Zr2O7，其中，REb＝Y(钇)、La(镧)、Ce(铈)、Pr(镨)、Nd(钕)、Pm(钷)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Tb(铽)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Yb(镱)、Lu(镥)，完全稳定的氧化锆，δ相A4B3O12，其中A＝Y→Lu且B＝Zr、Hf，Y2O3和ZrO2的复合物，钇铝石榴石(YAG)，复合物YSZ–Al2O3或YSZ–Al2O3–TiO2复合物。
根据本发明的另一具体方面，热障层插入基材和钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护层之间。
根据本发明的另一具体方面，基材由镍或钴基超合金制成，并且在其表面上具有铝形成(alumino–forming)粘合层。
本发明还涉及一种制造本发明燃气涡轮发动机部件的方法，所述方法包括至少一个以下步骤：在基材或存在于基材上的热障层上直接形成钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护层，通过以下过程之一来进行该形成步骤：
–从悬浮液进行悬浮等离子体喷涂，该悬浮液包含钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料的粉末或前体和稀土RE硅酸盐的粉末或前体或其任意组合，
–从悬浮液进行高速火焰喷涂，该悬浮液包含钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料的粉末或前体和稀土RE硅酸盐的粉末或前体或其任意组合，
–钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料的粉末的常压等离子体喷涂与含有悬浮的稀土RE硅酸盐陶瓷前体或稀土RE硅酸盐陶瓷粉末的溶液的悬浮等离子体喷涂或高速火焰喷涂的组合。
附图说明
参考所述附图，本发明的其它特征和优点将显现于下文的说明，所述附图显示了没有限制特性的示例性实施方式。在附图中：
–图1A和1B显示液体污染物渗入现有技术的钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护层，
–图2A和2B显示液体污染物渗入本发明的钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护层，
–图3是本发明的用于制造燃气涡轮发动机部件的方法的第一示例性实施方式，
–图4是本发明的用于制造燃气涡轮发动机部件的方法的第二示例性实施方式，
–图5是本发明的用于制造燃气涡轮发动机部件的方法的第三示例性实施方式，
–图6是本发明的用于制造燃气涡轮发动机部件的方法的第四示例性实施方式。
具体实施方式
本发明通常应用于涂覆有保护层的任意燃气涡轮发动机部件，所述保护层包含钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料的相。“CMAS保护材料”是指防止或减少熔融CMAS渗入保护层，特别是通过形成至少一个磷灰石或钙长石相来防止或减少熔融CMAS渗入保护层的所有材料。
根据非限制性实例，可能形成磷灰石或钙长石相的钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料对应于以下材料中的一种或以下材料中数种的混合物：
–稀土锆酸盐REb 2Zr2O7，其中，REb＝Y(钇)、La(镧)、Ce(铈)、Pr(镨)、Nd(钕)、Pm(钷)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Tb(铽)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Yb(镱)、Lu(镥)，
–完全稳定的氧化锆，
–δ相A4B3O12，其中A表示选自以下的任何元素：Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu，且B＝Zr、Hf，
–包含Y2O3和ZrO2的复合物，
–钇铝石榴石(YAG)，
–YSZ–Al2O3或YSZ–Al2O3–TiO2复合物。
本发明尤其更适用于稀土锆酸盐REb 2Zr2O7，其中REb＝Y、La、Nd、Sm、Gd、Dy、Yb，δ相(A＝Y、Dy或Yb)，和复合Y2O3–ZrO2。
根据本发明，向构成CMAS保护层基质的该第一相中添加第二相，该第二相为分散在基质由第一相形成的保护层中的至少一种稀土RE硅酸盐颗粒的形式。
发明人发现，稀土单硅酸盐或二硅酸盐能够在CMAS存在下反应形成磷灰石相，该磷灰石相是一种阻挡相，它限制了液体CMAS向保护层的渗透深度，而不会溶解在液体玻璃中。因此，发明人已经确定，以分散在CMAS保护材料中的稀土单硅酸盐和/或二硅酸盐填料的形式添加构成了形成磷灰石相的“活化”相。由此提高了CMAS保护材料与分布在CMAS保护材料中的填料的反应性，从而可以通过使用不同的反应机理来形成液体CMAS的阻挡相，该阻挡相的形成是在第一相的CMAS保护材料和第二相的稀土硅酸盐颗粒之间独立地产生的。这限制了液体CMAS渗入到材料的体积中。因此，通过限制CMAS渗透到保护层中的深度，限制了由于形成阻挡相而引起的热机械性质或体积的变化，以及由于CMAS保护材料的溶解而引起的次相。在保护层的核心处的机械应力也减小了，这增加了在工作条件下保护层的使用寿命。
分散在CMAS保护层的基质或第一相中的颗粒可以包含REa 2SiO5稀土单硅酸盐或REa 2Si2O7稀土二硅酸盐，其中REa选自：Y(钇)、La(镧)、Ce(铈)、Pr(镨)、Nd(钕)、Pm(钷)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Tb(铽)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Yb(镱)、Lu(镥)。更优选地，稀土单硅酸盐REa 2SiO5或稀土二硅酸盐REa 2Si2O7中的稀土REa选自：La、Gd、Dy、Yb、Y、Sm、Nd。
以分散于CMAS保护层中的颗粒形式存在的用于形成磷灰石相的第二“活化”相可以由粉末、悬浮液、溶液中的前体或这些不同形式的组合获得。
分散在第一相中的稀土REa硅酸盐颗粒的平均尺寸优选在5nm至50μm之间，更优选在5nm至1μm之间。在本公开中，术语在“在…至…之间”应理解为包括端点。
保护层具有的稀土硅酸盐颗粒的体积含量可以在1％至80％之间，优选在1％至30％之间。
保护层可以具有组成梯度，其中，抗CMAS材料的第一相和稀土硅酸盐颗粒的第二相的体积百分比随保护层厚度而变化。更具体地，存在于CMAS保护层中的稀土REa硅酸盐陶瓷颗粒的体积百分比随保护层厚度而变化，在与基材相邻的所述层的第一区域与远离第一区域的所述层的第二区域之间，稀土REa硅酸盐陶瓷颗粒的体积百分比逐步增加。通过在保护层中引入稀土REa硅酸盐颗粒含量的这种梯度，在保护层上表面附近中，由于稀土硅酸盐在所述保护层的该位置处的高浓度，有利于反应性和CMAS阻挡效应，同时通过在靠近基材的保护层中较低浓度的稀土硅酸盐来保持系统的热机械阻力。稀土硅酸盐的热膨胀系数低，这会降低基材附近保护层的强度，因为稀土硅酸盐和基材材料之间的膨胀系数差异很大。
保护层优选具有多孔结构，这允许其具有良好的绝热性质。保护层还可以具有垂直裂纹，该垂直裂纹初始就存在于该层中或在使用期间形成，从而使该层具有更高的变形能力并因此具有更长的使用寿命。保护层的多孔及开裂的微观结构(初始存在或在使用中形成)主要通过本领域已知的对层形成(沉积)过程进行控制来获得。
由于在保护层中存在第二“活化”相，使得可以在层表面附近形成液体CMAS的阻挡相，因此这些孔隙和裂纹不再像现有技术中那样构成熔融CMAS渗透的有利路径。因此，保持了第一相中所用CMAS保护材料的有效性。
图1A、1B、2A和2B显示了通过本发明的钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护层(即，含有如上所述第一相和第二相的复合保护层)以及现有技术的钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护层所产生的效果。更具体地，图1A示出了由AM1镍基超合金基材11制成并涂覆有根据现有技术的由Gd2Zr2O7制成的CMAS保护层12的部件10，该部件处于存在CMAS 13的情况中，而图1B示出当暴露于高温时的部件10，高温导致CMAS 13熔化并作为CMAS液体污染物14渗入保护层12中。
图2A示出了部件20，其包括由AM1镍基超合金基材制成并涂覆有本发明的CMAS保护层22的基材21，此时所述层22包含由Gd2Zr2O7构成的第一相220和分散在层22中并由Gd2Si2O7构成的第二相221，该部件处于存在CMAS 23的情况中，而图2B示出当暴露于高温时的部件20，高温导致CMAS 23熔化并作为CMAS液体污染物24渗入保护层22中。
在如图1B所示的根据现有技术的保护层的情况中，CMAS液体污染物14在形成阻挡磷灰石相15之前深深地渗透到保护层12中，同时还在该区域中形成大量的次相16，例如萤石Zr(Gd,Ca)Ox，这导致在保护层12的下部中出现裂纹17。
以不同方式，在如图2B所示的本发明保护层的情况中，CMAS液体污染物24渗入保护层22的深度受限于Ca2Gd8(SiO4)6O2型的磷灰石阻挡相25和26的快速形成，这使得液体CMAS污染物24仅包含在保护层24的表面附近。另外，如果在磷灰石相25和26中出现次相27(例如萤石Zr(Gd,Ca)Ox)，则这些次相的存在量比现有技术的保护层中的情况要少得多，并且不会引起裂纹出现在保护层22的下部中。
本发明的钙-镁-铝-硅酸盐CMA保护层的厚度在1μm至1000μm之间，优选在5μm至200μm之间。
本发明主题的燃气涡轮发动机部件的基材可以由镍基或钴基超合金制成。在该情况下，基材还可以在其表面上具有铝形成粘合涂层。例如，铝形成粘合涂层可以包括MCrAlY合金(其中M＝Ni、Co、Ni和Co)、铝化镍型β–NiAl(任选通过Pt、Hf、Zr、Y、Si或者这些元素的组合进行改性)、合金的铝化物γ–Ni–γ′–Ni3Al(任选通过Pt、Cr、Hf、Zr、Y、Si或者元素的组合进行改性)、MAX相(Mn+1AXn(n＝1,2,3)，其中M＝Sc、Y、La、Mn、Re、W、Hf、Zr、Ti；A＝IIIA族、IVA族、VA族、VIA族；X＝C、N)、或任何其它合适的粘合涂层，以及它们的混合物。基材还可以由如下构成：超合金AM1、MC–NG、CMSX4和衍生物或勒内(René)和衍生物。
粘合层可以通过以下方法来形成和沉积：物理气相沉积(PVD)、APS、HVOF、低压等离子体喷涂(LPPS)或衍生方法、惰性等离子体喷涂(IPS)、化学气相沉积(CVD)、斯奈克玛蒸汽相镀铝(Snecma vapour–phase aluminizing，SVPA)、放电等离子体烧结、电解沉积、以及任意其它合适的沉积和形成工艺。
本发明中所用的基材具有与待制造的燃气涡轮发动机部件对应的形状。根据本发明的包含保护层的涡轮机部件可以是(但不限于)：桨叶(blades)、喷嘴叶片(nozzlevanes)、高压涡轮机环和燃烧室壁。
钙-镁-铝-硅酸盐复合保护层(即，含有上述限定的第一相和第二相)可以直接施涂在燃气涡轮发动机部件的基材上。在该情况下，本发明的保护层构成基材的热障。
根据一个变体实施方式，热障层可以插入基材和本发明的复合保护层之间，或者插入铝形成粘合涂层和本发明的复合保护层之间，后者在该情况下下用作热障层表面上的功能化层，其可以提供针对高温液体钙-镁-铝-硅酸盐CMAS污染物的保护或可以不提供这种保护。作为非限制性实例，热障层可以由Y2O3质量含量在7％至8％之间的氧化钇化氧化锆(yttriated zirconia)制成。在其上形成有本发明复合保护层的热障层可以具有微结构，均质，均质和多孔，垂直微裂纹、垂直微裂纹和多孔，柱状，柱状和多孔，以及包括这些不同微结构的构架。
热障层可以通过电子束-物理气相沉积(EB–PVD)、APS、HVOF、溶胶-凝胶、SPS、溶液前体等离子体喷涂(SPPS)、HVSFS或任何其他合适的方法来形成和沉积。
本发明的复合保护层可通过以下工艺中的一种来形成和沉积：
–大气等离子体喷涂(APS)，
–高速氧燃料(HVOF)，
–悬浮等离子体喷涂(SPS)，
–溶液前体等离子体喷涂(SPPS)，
–高速悬浮火焰喷涂(HVSFS)，也称为悬浮–HVOF(S–HVOF)。
实施例1
如图3所示，根据本发明的用于制造燃气涡轮发动机部件30的方法可以在由AM1镍基超合金制成的基材31上进行，在该基材上通过SPS施加钙-镁-铝-硅酸盐CMAS复合保护层32，根据本发明，保护层32包含作为钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料的Gd2Zr2O7的第一相以及作为保护性磷灰石相的活化相的分散在保护层32中的颗粒形式的Y2Si2O7的第二相。
在该实施例中，使用溶液40，该溶液40包含悬浮的抗CMAS材料的粉末42(此处为Gd2Zr2O7)以及活化相的液体前体41(此处为Y2Si2O7)，它们的体积比例适用于实现保护层32。通过相同的悬浮注射器(suspension injector)42将溶液40注入由等离子体炬43产生的等离子体射流44中，从而对溶液40进行热动力学处理。在该实施例中，相Y2Si2O7的前体可以是溶解在乙醇中的硝酸钇Y(NO3)3和原硅酸四乙酯Si(OC2H5)4。这产生了保护层32，其包含作为抗CMAS材料并形成层32的基质的Gd2Zr2O7的第一相和作为保护性磷灰石相的活化剂的以细分散在层32的基质中的颗粒形式的Y2Si2O7的第二相。
该实施例并不排除使用其它抗CMAS材料或其它硅酸盐材料的可能性。该实施例也不排除将前体溶液用于抗CMAS相和/或将悬浮粉末用于硅酸盐相。也可以不使用等离子体炬，而是使用HVOF设备来生产复合涂层。
实施例2
如图4所示，根据本发明的用于制造燃气涡轮发动机部件50的方法可以在由AM1镍基超合金制成的基材51上进行，在该基材上通过SPS施加钙-镁-铝-硅酸盐CMAS复合保护层52，根据本发明，保护层52包含作为钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料的Gd2Zr2O7的第一相以及作为保护性磷灰石相的活化相的分散在保护层52中的颗粒形式的Y2Si2O7的第二相。
在该实施例中，使用第一溶液61和第二溶液62，第一溶液61包含悬浮的抗CMAS材料的粉末610(此处为Gd2Zr2O7)，第二溶液62包含活化相的液体前体620(此处为Y2Si2O7)，它们的体积比例适用于实现保护层52。通过相同的悬浮注射器63将两种溶液61和62注入由等离子体炬65产生的等离子体射流64中，从而对溶液61和62进行热动力学处理。在该实施例中，相Y2Si2O7的前体可以是溶解在乙醇中的硝酸钇Y(NO3)3和原硅酸四乙酯Si(OC2H5)4。该实施例并不排除使用其它抗CMAS材料或其它硅酸盐材料的可能性。这产生了保护层32，其包含作为抗CMAS材料并形成层32的基质的Gd2Zr2O7的第一相和作为保护性磷灰石相的活化剂的以细分散在层32的基质中的颗粒形式的Y2Si2O7的第二相。
该实施例也不排除将前体溶液用于抗CMAS相和/或将悬浮粉末用于硅酸盐相。也可以不使用等离子体炬，而是使用HVOF设备来生产复合涂层。
实施例3
如图5所示，根据本发明的用于制造燃气涡轮发动机部件70的方法可以在由AM1镍基超合金制成的基材71上进行，在该基材上通过SPS施加钙-镁-铝-硅酸盐CMAS复合保护层72，根据本发明，保护层72包含作为钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料的Gd2Zr2O7的第一相以及作为保护性磷灰石相的活化相的分散在保护层72中的颗粒形式的Y2Si2O7的第二相。
在该实施例中，使用第一溶液81和第二溶液82，第一溶液81包含悬浮的抗CMAS材料的粉末810(此处为Gd2Zr2O7)，第二溶液62包含活化相的液体前体820(此处为Y2Si2O7)，它们的体积比例适用于实现保护层72。分别通过第一和第二悬浮注射器83和84将两种溶液81和82注入由等离子体炬86产生的等离子体射流85的核心中，从而使溶液81和82进行热动力学处理。在该实施例中，相Y2Si2O7的前体可以是溶解在乙醇中的硝酸钇Y(NO3)3和原硅酸四乙酯Si(OC2H5)4。这产生了保护层32，其包含作为抗CMAS材料并形成层32的基质的Gd2Zr2O7的第一相和作为保护性磷灰石相的活化剂的以细分散在层32的基质中的颗粒形式的Y2Si2O7的第二相。
该实施例并不排除使用其它抗CMAS材料或其它硅酸盐材料的可能性。该实施例也不排除将前体溶液用于抗CMAS相和/或将悬浮粉末用于硅酸盐相。也可以不使用等离子体炬，而是使用HVOF设备来生产复合涂层。
实施例4
如图6所示，根据本发明的用于制造燃气涡轮发动机部件90的方法可以在由AM1镍基超合金制成的基材91上进行，在该基材上通过混合SPS和APS沉积了钙-镁-铝-硅酸盐CMAS复合保护层92，根据本发明，保护层92包含作为钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料的Gd2Zr2O7的第一相以及作为保护性磷灰石相的活化相的分散在保护层92中的颗粒形式的Y2Si2O7的第二相。
在该实施例中，使用粉末110和溶液120，该粉末110由抗CMAS材料的颗粒111构成(此处为Gd2Zr2O7)，溶液120含有活化相的液体前体121(此处为Y2Si2O7)，它们的体积比例适用于实现保护层92。对于粉末110，使用APS工艺，由此通过第一特定注射器101将粉末110注入由等离子体炬104产生的等离子体射流103的核心中，从而使粉末110进行热动力学处理。对于溶液120，使用SPS工艺，其中，通过第二特定悬浮注射器102将溶液120注入由等离子体炬104产生的等离子体射流103的核心中，从而使相121进行热动力学处理。在该实施例中，相Y2Si2O7的前体可以是溶解在乙醇中的硝酸钇Y(NO3)3和原硅酸四乙酯Si(OC2H5)4。这产生了保护层32，其包含作为抗CMAS材料并形成层32的基质的Gd2Zr2O7的第一相和作为保护性磷灰石相的活化剂的以细分散在层32的基质中的颗粒形式的Y2Si2O7的第二相。
该实施例并不排除使用其它抗CMAS材料或其它硅酸盐材料的可能性。该实施例也不排除将前体溶液用于抗CMAS相和/或将悬浮粉末用于硅酸盐相。也可以不使用等离子体炬，而是使用HVOF设备来生产复合涂层。

Claims (9)

1.经涂覆的燃气涡轮发动机部件(20)，其包括：基材(21)和存在于所述基材上的至少一个钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)保护层(22)，所述保护层(22)包含钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)保护材料的第一相(220)和含有分散在第一相中的至少一种稀土REa硅酸盐颗粒的第二相(221)，所述第一相能在钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)存在下形成磷灰石或钙长石相，
能够形成磷灰石或钙长石相的第一相的钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护材料对应于以下材料中的一种或以下材料中数种的混合物：稀土锆酸盐REb 2Zr2O7，其中，REb＝Y(钇)、La(镧)、Ce(铈)、Pr(镨)、Nd(钕)、Pm(钷)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Tb(铽)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Yb(镱)、Lu(镥)，完全稳定的氧化锆，δ相A4B3O12，其中A＝Y→Lu且B＝Zr、Hf，Y2O3和ZrO2的复合物，钇铝石榴石(YAG)，YSZ–Al2O3或YSZ–Al2O3–TiO2复合物。
2.如权利要求1所述的部件，其中，所述至少一种稀土硅酸盐是稀土单硅酸盐REa 2SiO5或稀土二硅酸盐REa 2Si2O7，其中REa选自：Y(钇)、La(镧)、Ce(铈)、Pr(镨)、Nd(钕)、Pm(钷)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Tb(铽)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Yb(镱)、Lu(镥)。
3.如权利要求1或2所述的部件，其中，分散在钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)保护层(22)中的稀土REa硅酸盐颗粒的平均尺寸在5nm至50μm之间。
4.如权利要求1至3中任一项所述的部件，其中，钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)保护层(22)具有的所述至少一种稀土硅酸盐颗粒的体积含量在1％至80％之间。
5.如权利要求4所述的部件，其中，存在于钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)保护层(22)中的稀土REa硅酸盐陶瓷颗粒的体积百分比沿保护层厚度方向变化，在与基材(21)相邻的所述层的第一区域与远离第一区域的所述层的第二区域之间，稀土REa硅酸盐陶瓷颗粒的体积百分比逐步增加。
6.如权利要求1至5中任一项所述的部件，其中，钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)保护层(22)的厚度在1μm至1000μm之间。
7.如权利要求1至6中任一项所述的部件，其还包括插入基材(21)和钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)保护层(22)之间的热障层。
8.如权利要求1至7中任一项所述的部件，其中，基材(21)是镍基或钴基超合金，并且在其表面上具有铝形成粘合层。
9.一种制造如权利要求1至8中任一项所述的燃气涡轮发动机部件(20)的方法，所述方法包括至少一个以下步骤：在基材(21)或存在于基材上的热障层上直接形成钙-镁-铝-硅酸盐CMAS保护层(22)，通过以下方法之一来进行该形成步骤：
-从至少一种悬浮液进行悬浮等离子体喷涂，所述悬浮液包含钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)保护材料的粉末或前体和稀土RE硅酸盐的粉末或前体，
-从至少一种悬浮液进行高速火焰喷涂，所述悬浮液包含钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)保护材料的粉末或前体和稀土RE硅酸盐的粉末或前体，
-钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)保护材料的粉末的常压等离子体喷涂与含有悬浮的稀土RE硅酸盐陶瓷前体或稀土RE硅酸盐陶瓷粉末的溶液的悬浮等离子体喷涂或高速火焰喷涂的组合。
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