CN111270217B - 包含渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层的涂层系统 - Google Patents

包含渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层的涂层系统 Download PDF

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Abstract

一种方法，该方法包括将渗透涂层涂覆在物品的热障涂层上。渗透涂层渗透热障涂层的至少一些孔。渗透涂层在热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆热障涂层的至少一些孔的一部分。渗透涂层降低了热障涂层的孔隙率。该方法还包括将反应相喷涂制剂涂层涂覆在热障涂层上。反应相喷涂制剂涂层与热障涂层上的灰尘沉积物发生反应。

Description

包含渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层的涂层系统
技术领域
本文所述主题涉及反应涂层(reactive coating)。
背景技术
涂层广泛用于涡轮发动机中，例如飞机发动机和工业燃气涡轮机中，以便在涡轮发动机运行时保护涡轮发动机的各个表面。涂层的一个示例是热障涂层。在涡轮发动机的服役期间，涂层经常会因脱落、损坏等而变质。脱落也可能由热障涂层上灰尘和氧化钙-镁-二氧化硅(CMAS)沉积物的积聚所引起，这些沉积物可能会渗透并损害热障涂层。
发明内容
在一个实施方式中，方法包括在物品的热障涂层上涂覆渗透涂层(infiltrationcoating)。渗透涂层渗透热障涂层的至少一些孔。渗透涂层在热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆热障涂层的至少一些孔的一部分。渗透涂层降低了热障涂层的孔隙率(porosity)。该方法还包括在热障涂层上涂覆反应相喷涂制剂涂层(reactive phasespray formulation coating)。反应相喷涂制剂涂层与热障涂层上的灰尘沉积物发生反应。
在一个实施方式中，被配置为涂覆到物品的热障涂层的涂层系统包含：被配置为涂覆到热障涂层的渗透涂层。渗透涂层渗透热障涂层的至少一些孔。渗透涂层在热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆热障涂层的至少一些孔的一部分。渗透涂层降低了热障涂层的孔隙率。该涂层系统还包含被配置为涂覆到热障涂层上的反应相喷涂制剂涂层。反应相喷涂制剂涂层与热障涂层上的灰尘沉积物发生反应。
在一个实施方式中，方法包括将渗透涂层沉积在物品的热障涂层上。渗透涂层渗透热障涂层的至少一些孔。渗透涂层在热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆热障涂层的至少一些孔的一部分。渗透涂层降低了热障涂层的孔隙率。该方法还包括将反应相喷涂制剂涂层沉积在热障涂层上。反应相喷涂制剂涂层包含基底材料(base material)和粘合剂材料(binder material)。基底材料的柔度(compliance)高于粘合剂材料的柔度。粘合剂材料的粘聚强度(cohesive strength)大于基底材料的粘聚强度。粘合剂材料的粘结强度(adhesive strength)大于基底材料的粘结强度。粘合剂材料的表面积为至少十平方米/克，大于基底材料的表面积。相对于未在热障涂层上沉积渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层被配置为减少热障涂层的脱落量。
在一个实施方式中，系统包括：包含热障涂层的物品和沉积在该物品的热障涂层上的涂层系统。涂层系统包括被配置为沉积在热障涂层上的渗透涂层。渗透涂层渗透热障涂层的至少一些孔。渗透涂层在热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆热障涂层的至少一些孔的一部分。渗透涂层降低了热障涂层的孔隙率。该涂层系统还包括被配置为沉积在热障涂层上的反应相喷涂制剂涂层。反应相喷涂制剂涂层与热障涂层上的灰尘沉积物发生反应。相对于未在热障涂层上沉积渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层被配置为减少热障涂层的脱落量。
附图说明
参照附图，通过阅读以下非限制性实施方式的描述，将更好地理解本发明的主题，其中：
图1示出根据一个实施方式的涂层系统的横截面图；
图2示出根据一个实施方式的图1的涂层系统100的部分放大的横截面图；
图3示出根据一个实施方式的浸透热障涂层的渗透涂层的量的曲线图；
图4示出根据一个实施方式的涂覆到热障涂层(热障涂层已通过物理气相沉积工艺涂覆)的渗透涂层；
图5示出根据一个实施方式的涂覆到热障涂层(热障涂层是通过等离子喷涂工艺涂覆的)上的渗透涂层；
图6示出根据一个实施方式的反应相喷涂制剂涂层100的放大图；
图7示出涂覆到物品上的热障涂层的已知反应；
图8示出根据一个实施方式的涂覆到物品上的热障涂层与涂层系统的反应；
图9示出根据一个实施方式的喷气发动机热冲击(JETS，jet engine thermalshock)测试的结果的曲线图。
具体实施方式
本文所述发明主题的一个以上实施方式提供了可增加热障涂层的寿命的涂层系统。具体地，一个以上实施方式提供了一种渗透涂覆工序，随后将反应相制剂涂层涂覆到热障涂层上。渗透涂层以液体溶液形式涂覆到热障涂层上，浸透热障涂层，渗透热障涂层的主体(bulk)的一些孔，从而改变热障涂层的孔隙率。然后液体溶液被分解，形成固体氧化物颗粒，该固体氧化物颗粒涂覆热障涂层的孔，再次改变热障涂层的孔隙率。随后反应相喷涂制剂涂层被涂覆到热障涂层上，悬置(suspended)亦即保留在热障涂层的外表面上。
处理热障涂层主体的渗透涂层和处理热障涂层表面的反应相喷涂制剂涂层的组合改善了热障涂层的寿命。组合涂层处理改善了对具有热障涂层的部件在当热障涂层上的灰尘沉积物渗透进入多孔结构导致脱落时的可能遭受的损坏的抑制。
在一个以上实施方式中，反应相制剂涂层由大陶瓷颗粒(例如，尺寸为1-10微米的颗粒)和极细陶瓷颗粒(例如，尺寸小于1微米的颗粒)的组合组成。极细陶瓷颗粒用作大陶瓷颗粒的粘合剂。可调节大陶瓷颗粒和细陶瓷颗粒的组合，以提供以下特性的优选组合：粘结强度、粘聚强度和柔度。
在系统(例如，涡轮发动机)的运行期间，灰尘沉积物和/或氧化钙-镁-二氧化硅(CMAS)沉积物在热障涂层上形成层。在涡轮发动机的服役期间，灰尘沉积物渗透热障涂层，降解和/或损坏热障涂层。为了解决这些问题中的一个或多个，本文所述主题的一个实施方式包括涂层系统，该涂层系统包括在现有的热障涂层上使用化学渗透工序来生成渗透涂层，然后涂覆反应相喷涂制剂涂层。
在一个以上实施方式中，反应相喷涂制剂涂层可包含基底材料(例如，大陶瓷颗粒)和粘合剂材料(例如，细陶瓷颗粒)。所述基底材料的基底柔度高于所述粘合剂材料的粘合剂柔度。粘合剂材料的粘聚强度大于基底材料的粘聚强度。粘合剂材料的粘结强度大于基底材料的粘结强度。粘合剂材料的颗粒还具有至少十(10)平方米/克(m2/g)的表面积，大于基底材料的颗粒的表面积。基底材料和粘合剂材料的制剂或组合物被涂覆或沉积到物品的热障涂层上(例如，涡轮发动机的表面)，以在物品的热障涂层上形成反应相喷涂制剂涂层。
相对于不包含粘合剂材料的反应相喷涂制剂涂层，粘合剂材料改善了反应相喷涂制剂涂层的粘聚强度水平，改善了反应相喷涂制剂涂层的粘结强度水平，并改善了热障涂层的反应相喷涂制剂涂层的柔度。
先涂覆渗透涂层然后涂覆反应相喷涂制剂涂层的组合提供了新的和预想不到的结果。相对于未涂覆渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层之一的涂层系统，本文所述主题的至少一种技术效果包括：改善热障涂层的寿命，而无需从飞机机翼或陆基(land-based)燃气涡轮机装置中拆除涡轮发动机。相对于未包括将渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层之一涂覆到热障涂层上的涂层系统，本文所述主题的另一技术效果包括：改善对部件损坏的抑制，改善对维修和/或更换成本的抑制，或改善涡轮发动机停机之间的时间。本文所述主题的另一技术效果包括：改善反应相喷涂制剂涂层对热障涂层的粘结强度水平，而无需任何热处理或热过程(thermal processes)。
图1显示了根据一个实施方式的涂层系统100的横截面图。图2显示了根据一个实施方式的图1的涂层系统100的一部分的放大横截面图。涂层系统100包含涂覆到物品(未显示)的热障涂层106上的渗透涂层122和反应相喷涂制剂涂层102。在一个实施方式中，物品可以是涡轮发动机的表面，热障涂层106可以是涂覆到涡轮发动机的一个以上表面的陶瓷热障涂层、陶瓷涂层等。涂层系统100可被涂覆在新部件(例如，涡轮发动机的新部件)的热障涂层106上，可被涂覆在维修部件(例如，涡轮发动机的现有部件和/或使用过的部件)的热障涂层106上，可被涂覆在现场或维修地点的维修部件上等。在一个以上实施方式中，可通过物理气相沉积(PVD)方法等来涂覆热障涂层106。另外地或可替代地，可通过一种以上工艺将热障涂层106沉积在物品上，例如但不限于大气等离子喷涂(APS)、电子束-物理气相沉积(EBPVD)、定向气相沉积(DVD)、悬浮液等离子喷涂(SPS)等。
热障涂层106包括顶表面或外表面108，热障涂层106的主体120从外表面108朝向物品(未显示)延伸一定距离。热障涂层106的主体120包括分散在整个热障涂层106的主体120中的数个孔124。渗透涂层122以液体溶液的形式被涂覆到热障涂层106的外表面108上。
在一个以上实施方式中，渗透涂层122可以是但不限于：稀土氧化物(earthoxide)、另一种氧化物(例如氧化铝)等。可选地，渗透涂层122可包含硝酸铝、硝酸钆铝、硝酸钇、乙醇钽、硝酸锶等。渗透涂层122从外表面108渗透进入热障涂层106的至少一些孔124中，至距外表面108一段距离。例如，渗透涂层122可渗透进入主体120的开放孔隙中，通过热障涂层106的外表面108上的一个以上洞或裂缝填充孔124中的一些。或者，渗透涂层122可能不能填充其他封闭的孔124或封闭孔隙。
基于用于涂覆热障涂层106的工艺，热障涂层106可在主体120内具有不同的孔隙结构。例如，通过电子束-物理气相沉积工艺(EBPVD)涂覆的热障涂层106的孔隙结构可能与通过不同工艺(例如，物理气相沉积工艺、大气等离子喷涂工艺、定向气相沉积工艺、悬浮液等离子喷涂工艺等)涂覆的热障涂层106的孔隙结构不同。通过EBPVD工艺涂覆的热障涂层106可具有垂直或柱状结构的孔隙结构，使得渗透涂层122填充通常在主体120和外表面108之间的垂直柱中延伸的孔124。或者，通过大气等离子喷涂工艺涂覆的106可具有随机的孔隙结构。例如，基于将热障涂层106涂覆到物品上的过程，渗透涂层122可能能够浸透主体120的不同孔124。
在渗透涂层122的液体溶液浸透孔124中的至少一些之后，渗透涂层122被分解，液体溶液变成固体氧化物颗粒。例如，当渗透涂层122的液体溶液分解成不同状态的渗透涂层122时，涂层分解。在一个以上实施方式中，通过加热渗透涂层122来分解渗透涂层122。例如，可通过熔炉、热风枪、加热灯或石英灯、加热炬等来加热涂层系统100。可选地，可通过运转物品的一个以上系统来加热涂层系统100。可将渗透涂层122加热到约200℃、350℃、500℃、1000℃的温度，或在所述温度值的约2％以内，以将液体溶液分解成固体氧化物颗粒。在一个以上实施方式中，渗透涂层122可被涂覆到飞机的一个以上表面(例如，机翼等)上，在发动机启动周期期间，涂层122可被发动机运转所产生的热量分解。在一个以上实施方式中，液体溶液可被部分分解。例如，一部分液体溶液可能分解为固体氧化物颗粒，另一部分液体溶液可能不会分解。渗透涂层122的分解的固体氧化物颗粒涂覆热障涂层106的孔124。例如，渗透涂层122的固体氧化物颗粒与热障涂层106成为一体。
由于液体溶液分解成反应性固体氧化物颗粒，热障涂层106的主体120内的渗透涂层122的体积发生变化。例如，在将渗透涂层122涂覆到热障涂层106上之前，热障涂层106具有第一孔隙率值的初始或第一孔隙率。孔隙率值也可被称为热障涂层106的主体120的开放孔体积。例如，相对于具有较小孔隙率值的热障涂层106，更大的孔隙率值可能意味着存在更多的孔(例如，更大数量或百分比的孔)、更大(例如，尺寸、面积等)的孔或它们的组合。由于渗透涂层122的液体溶液浸透进入热障涂层106的孔124中的至少一些，渗透涂层122的液体溶液将主体120的孔隙率从初始或第一孔隙率值降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值。随后，由于液体溶液分解成固体氧化物颗粒，渗透涂层122的固体氧化物颗粒将主体120的孔隙率从第二孔隙率值降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。例如，渗透涂层122的液体溶液填充热障涂层106的孔124的一部分，分解的渗透涂层122的固体氧化物颗粒填充孔124的一部分，该部分小于渗透涂层122的液体溶液所填充的部分。例如，分解渗透涂层122改变了热障涂层106的主体120内的渗透涂层122的体积。
在一个实施方式中，热障涂层106的初始或第一孔隙率值可为热障涂层的主体120的孔隙的约25％。渗透涂层122的液体溶液可占据或填充主体120的可用孔隙的可用25％的约40％。例如，渗透涂层122的液体溶液的第二孔隙率值可为主体120的总孔隙的约10％(例如，可填充25％的0.4)。渗透涂层122的分解的固体氧化物颗粒可占据或填充热障涂层的第一孔隙率的体积的约25％。例如，渗透涂层122的固体氧化物颗粒的第三孔隙率值可为主体120的总孔隙的约6％(例如，0.25的25％)。在一个以上的替代实施方式中，液体溶液和/或固体氧化物颗粒可填充热障涂层106的孔隙的不同体积。
渗透涂层122可在多个操作中被涂覆到热障涂层106上，以增加浸透进入热障涂层106的主体120中的渗透涂层122的量。例如，渗透涂层122可以在一系列多个单独的喷涂或涂覆操作中喷涂到外表面108上。增加浸透主体120的涂层122的量也增加了在渗透涂层122分解之后覆盖孔124的固体氧化物颗粒的量。在一个以上实施方式中，可利用冷和/或非热工艺(例如但不限于喷涂工艺、淤浆工艺等)将渗透涂层122涂覆、沉积、喷涂等在热障涂层106上。
图3显示了渗透进入热障涂层106的主体120内的渗透涂层122的质量或量的图300。横轴302显示了渗透周期数量的增加，纵轴304显示了涂覆在热障涂层106的主体120的孔124内的固体氧化物颗粒质量的增加。数据线306代表第一样品物品，包括新的通过大气等离子喷涂工艺涂覆的热障涂层的涂覆。数据线308代表第二样品物品，包括老化的或现有的通过大气等离子喷涂工艺涂覆的热障涂层的涂覆。数据线310代表第三样品物品，包括新的通过物理气相沉积(PVD)工艺涂覆的热障涂层的涂覆。
通过PVD工艺涂覆的热障涂层使得热障涂层具有垂直或柱状结构的孔隙结构，空气等离子喷涂工艺使得热障涂层具有随机孔隙结构。如图300所示，第三样品的数据线310表明，相对于第一和第二样品，需要更大数量的渗透喷涂周期来增加热障涂层106的主体120内的固体氧化物颗粒的质量。此外，数据线306和308显示固体氧化物样品的质量保持相对共通，无论热障涂层是新涂覆还是现有或旧的涂覆。
在图1所示实施方式中，一层灰尘沉积物104被设置在热障涂层106和反应相喷涂制剂涂层102之间。例如，在测试周期、运行周期、服役周期等期间，响应于运行的涡轮发动机，灰尘沉积物可能会在热障涂层106上的涡轮发动机的一个以上表面上聚集、形成等。可选地，一层灰尘沉积物104可能不会在热障涂层106上聚集或形成。另外地或可替代地，一层氧化钙-镁-铝-二氧化硅(CMAS)沉积物也可在涡轮发动机的一个以上表面的热障涂层106上聚集、形成等。在渗透涂层122在热障涂层106的孔124内分解之后，反应相喷涂制剂涂层102被涂覆到热障涂层。
图4显示了涂覆到通过物理气相沉积工艺(PVD)涂覆的热障涂层106上的渗透涂层122的一个实施方式。例如，通过PVD工艺(例如电子束-物理气相沉积(EBPVD)工艺)涂覆的热障涂层106具有垂直或柱状结构的孔隙结构。图4被放大仅出于说明目的，未按比例绘制。在402处，热障涂层106的放大图显示了涂层106的两个柱。开放孔410在热障涂层106的两个柱之间基本垂直地延伸。涂层106还包括设置在整个隔热涂层106中的多个孤立孔412。例如，孤立孔412与开放孔410隔离。在所示实施方式中，开放孔410占热障涂层106的主体的孔隙的约75％，孤立孔412占热障涂层106的主体的孔隙的约25％。可选地，热障涂层106可具有由不同百分比的开放孔410和/或孤立孔412构成的孔隙。
在一个以上实施方式中，热障涂层106的厚度为从隔热涂层106的顶表面、上表面或外表面至距离顶表面或外表面约50微米，100微米、200微米等。热障涂层106的各柱可为约4微米至12微米宽。例如，各个基本垂直的柱的宽度可以为约10微米。可选地，宽度可大于或小于10微米。此外，两个基本垂直的柱之间的开放孔410的间隙可以宽约1微米、2微米、4微米等。例如，在热障涂层106的两柱之间的开放孔410的宽度可为小于1微米宽、可为1至2微米宽、可为大于2微米宽等。可选地，一个以上的热障涂层柱，和/或柱之间的间隙可具有任何替代的尺寸。
在404处，将渗透涂层的液体溶液420涂覆到热障涂层106上。液体溶液420沿着热障涂层106的基本垂直的柱状结构渗透热障涂层106的开放孔410。液体溶液420渗透热障涂层的孔隙的一部分以改变热障涂层的孔隙率值。例如，液体溶液420渗透热障涂层106的开放孔410，但是不渗透孤立孔412。
在406处，液体溶液420分解以形成渗透涂层的固体氧化物颗粒430。固体氧化物颗粒430覆盖热障涂层106的开放孔410。例如，固体氧化物颗粒430覆盖开放孔410的一个以上表面，与热障涂层106成为一体。在一个以上实施方式中，固体氧化物颗粒430可覆盖或涂覆热障涂层106的两个基本垂直的柱之间的开放孔410的间隙的宽度的约20％或小于20％，并且涂覆柱的壁的约10％或小于10％。例如，固体氧化物颗粒430可仅涂覆开放孔410的一部分以防止热障涂层106的面内剪切模量增加。在一个以上实施方式中，固体氧化物颗粒430可涂覆热障涂层106的开放孔410的100-250纳米。步骤402、404、406可重复任意数量的次数，并具有多个渗透涂覆周期，以增加渗透到热障涂层106的开放孔410中的渗透涂层的固体氧化物颗粒430的体积。
相对于渗透涂层的液体溶液420改变的热障涂层106的孔隙率，固体氧化物颗粒430改变了热障涂层106的孔隙率。例如，在渗透涂层的液体溶液420渗透开放孔410之前，热障涂层106具有第一孔隙率值。液体溶液420将热障涂层106的主体的孔隙率从第一孔隙率值降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值。随后，渗透涂层分解成固体氧化物颗粒430，将热障涂层506的主体的孔隙率从第二孔隙率值降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。
图5显示了被涂覆到已通过等离子喷涂工艺涂覆的热障涂层506上的渗透涂层122的一个实施方式。不同于图4所示实施方式，通过等离子喷涂工艺(例如，空气等离子喷涂工艺)涂覆的热障涂层506具有随机的孔隙结构而不是柱状结构。在502处，设置在物品510上的热障涂层506包括随机布置在整个热障涂层506的主体中的多个孔512和扁平粒子界面(splat boundaries)514。一些孔512通过一个以上扁平离子界面514与其他孔512连接。
在504处，渗透涂层的液体溶液520被涂覆到热障涂层506上，并从热障涂层506的表面518浸透热障涂层506至距表面518的一定距离。液体溶液520渗透热障涂层的一部分孔隙以改变热障涂层506的孔隙率值。例如，液体溶液520渗透开放孔512和通过扁平离子界面514连接的孔512，但不渗透孤立孔516。在一个以上实施方式中，开放孔512可占热障涂层506的孔隙的约30％，孤立孔516可占热障涂层的孔隙的约70％。可选地，热障涂层506可具有热障涂层506的孔隙率的百分比不同的开放孔512和隔离孔516的孔隙率。
在507处，液体溶液分解，形成渗透涂层的固体氧化物颗粒530。固体氧化物颗粒530覆盖开放孔512和扁平离子界面514。相对于渗透涂层的液体溶液520改变的热障涂层506的孔隙率，固体氧化物颗粒530改变了热障涂层506的孔隙率。例如，在渗透涂层的液体溶液520渗透开放孔512之前，热障涂层506具有第一孔隙率值。液体溶液520将热障涂层506的主体的孔隙率从第一孔隙率值降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值。随后，渗透涂层分解成固体氧化物颗粒530，将热障涂层506的主体的孔隙率从第二孔隙率值降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。步骤502、504、506可重复任意数量的次数，并具有多个渗透涂覆周期，以增加渗透到热障涂层506的开放孔512中的渗透涂层的固体氧化物颗粒530的体积。
图6显示了根据一个实施方式的反应相喷涂制剂涂层102的放大图。反应相喷涂制剂被涂覆到外表面108上，并保持悬置在热障涂层106的外表面108上。例如，渗透涂层122渗透热障涂层，并且在渗透涂层122分解之后它与热障涂层106成为一体。渗透涂层122处理热障涂层106的主体120。或者，反应相喷涂制剂涂层102保留在热障涂层106的表面上，并处理热障涂层106的外表面108。
反应相喷涂制剂涂层102包含与粘合剂材料605结合的基底材料603。在一个实施方式中，反应相喷涂制剂涂层102包含1％至75％的粘合剂材料605，其余为基底材料603。在一个优选实施方式中，反应相喷涂制剂涂层102包含3％至50％的粘合剂材料605，其余为基底材料603。在一个更优选的实施方式中，反应相喷涂制剂涂层102包含5％至45％的粘合剂材料605，其余为基底材料603。可选地，反应相喷涂制剂涂层102可包含任何替代的重量百分比的基底材料603和/或粘合剂材料605。
在一个以上实施方式中，本文的基底材料603可被称为基底陶瓷材料。基底材料603可以是稀土氧化物，例如但不限于钇(Y)、钆(Gd)、锆(Zr)、氧(O)等。基底材料603与CMAS反应，以形成或产生大于替代基底材料603的熔点相(melting point phase)的熔点相。例如，基底材料603与CMAS之间的反应可改变CMAS的化学性质或化学组成。在一个实施方式中，基底材料603的粒度为小于1微米至25微米。在一个优选的实施方式中，基底材料603的粒度为1微米至10微米(包括本数)。可选地，基底材料603可具有替代的粒度。
在一个以上实施方式中，本文的粘合剂材料605也可称为陶瓷粘合剂材料、陶瓷粉末粘合剂、陶瓷粘合剂等。粘合剂材料605具有与基底材料603的化学构造(chemicalconfiguration)相似的化学构造。例如，粘合剂材料605可以是稀土氧化物，例如但不限于钇(Y)、钆(Gd)、锆(Zr)、氧(O)等。在一个实施方式中，粘合剂材料605的粒度为大于5纳米至1微米的尺寸。在一个优选的实施方式中，粘合剂材料605的粒度为大于5纳米且小于1微米。可选地，粘合剂材料605可具有替代的粒度。在一个以上实施方式中，粘合剂材料605的形态可为非球形、球形、角形等。在一个优选的实施方式中，粘合剂材料605的颗粒不是球形。
在一个实施方式中，粘合剂材料605的表面积为1平方米每克(m2/g)至无穷大。在一个更优选的实施方式中，粘合剂材料605的表面积为5m2/g至10m2/g。在一个甚至更优选的实施方式中，粘合剂材料605的表面积为至少10m2/g或更大(例如，更大)。可选地，粘合剂材料605可具有替代的表面积。
粘合剂材料605的表面积大于基底材料603的表面积。此外，粘合剂材料605的粘聚强度大于基底材料603的粘聚强度。在一个以上实施方式中，本文的基底材料603的粘聚强度也可被称为基底粘聚强度，粘合剂材料605的粘聚强度在本文中也可被称为粘合剂粘聚强度。粘合剂材料605的较大表面积的颗粒与粘合剂材料605的其他较大直径的颗粒结合。例如，相对于不包含粘合剂材料605的反应相喷涂制剂涂层102，粘合剂材料605的较大表面积的颗粒改善了反应相喷涂制剂涂层102的粘聚强度水平。此外，相对于不包含粘合剂材料605的反应相喷涂制剂涂层102，在反应相喷涂制剂涂层102的热暴露之后，粘合剂材料605改善了热障涂层106上的反应相喷涂制剂涂层102的粘聚强度水平。
粘合剂材料605的粒度小于基底材料603的粒度。此外，粘合剂材料605的粘结强度大于基底材料603的粘结强度。相对于不包含粘合剂材料605的反应相喷涂制剂涂层102，粘合剂材料605的较小粒度改善了反应相喷涂制剂涂层102的粘结强度水平。在一个以上实施方式中，本文的基底材料603的粘结强度也可被称为基底粘结强度，粘合剂材料605的粘结强度在本文中也可被称为粘合剂粘结强度。相对于不包含粘结剂材料605的反应相喷涂制剂涂层102，粘合剂材料605相对于基底材料603的较小粒度和较大表面积改善了反应相喷涂制剂涂层102对热障涂层106的粘附力。此外，相对于不包含粘结剂材料605的反应相喷涂制剂涂层102，在反应相喷涂制剂涂层102的热暴露之后，粘合剂材料605改善了热障涂层106上的反应相喷涂制剂涂层102的粘结强度水平。
在一个实施方式中，发明人发现相对于不包含粘合剂材料605的反应相喷涂制剂涂层102，粘合剂材料605意外地改善了反应相喷涂制剂涂层102对热障涂层的粘结强度水平，并改善了反应相喷涂制剂涂层102的粘聚强度水平，而无需热处理、热过程等。例如，粘合剂颗粒大表面积中的大表面能的成分(例如，相对于基体颗粒的小表面积)驱动粘合剂颗粒到相邻表面的低温烧结和/或粘结。相对于不包含粘合剂材料605的反应相喷涂制剂涂层102，低温烧结改善了反应相喷涂制剂涂层102的粘聚强度水平，并改善了反应相喷涂制剂涂层102对热障涂层106的粘结强度水平。在一个以上实施方式中，可通过冷和/或非热工艺(例如但不限于喷涂工艺，淤浆工艺等)将反应相喷涂制剂涂层102涂覆、沉积等到热障涂层106上。
基底材料603具有与粘合剂材料605的化学构造相似的化学构造。例如，基底材料603和粘合剂材料605都可具有包含氧化锆-氧化钇制剂的化学构造。在一个实施方式中，基底材料603可包含氧化锆-55％的氧化钇制剂(55YSZ)，粘合剂材料605可包含氧化锆-8％的氧化钇制剂(8YSZ)、氧化锆-20％的氧化钇制剂(20YSZ)或任何替代的氧化锆-氧化钇制剂。可选地，基底材料603和粘合剂材料605可包含替代的化学制剂，该替代的化学制剂含有以下中一种以上：α-氧化铝制剂、二氧化硅、CMAS、锶铝石榴石(SAG，strontium aluminumgarnet)、镓铝钙钛矿(GAP，gallium alumina perovskite)、氧化钆氧化锆(GdZr，gadolinia zirconia)等。
在一个实施方式中，反应相喷涂制剂涂层102可包含化学构造为约70克的55YSZ的基底材料603，中值粒度小于10微米，表面积为1m2/g至2m2/g。可将基底材料603与化学构造为约30克8YSZ的粘合剂材料605结合，中值粒度小于1微米，表面积大于15m2/g。反应相喷涂制剂涂层102具有至少七份基底材料603对至少三份粘合剂材料605之比率。例如，反应相喷涂制剂涂层102可包含约45％的粘合剂材料605，其余为基底材料603。涂覆到热障涂层106上的反应相喷涂制剂涂层102的厚度可以为约5微米、约10微米、约12微米、约15微米等。可选地，反应相喷涂制剂涂层102可包含不同量的基底材料603和/或粘合剂材料605，基底材料603和/或粘合剂材料605可具有替代的粒度、表面积、化学构造或它们的任何替代组合。
在一个实施方式中，反应相喷涂制剂涂层102可包含化学构造为约95克的55YSZ的基底材料603，中值粒度小于10微米，表面积为1m2/g至2m2/g。可将基底材料603与化学构造为约5克8YSZ的粘合剂材料605结合，中值粒度小于1微米，表面积大于15m2/g。反应相喷涂制剂涂层102具有至少十九份基底材料603对至少一份粘合剂材料605之比率。例如，反应相喷涂制剂涂层102可包含约5％的粘合剂材料605，其余为基底材料603。涂覆到热障涂层106上的反应相喷涂制剂涂层102的厚度可以为约5微米、约10微米、约12微米、约15微米等。可选地，反应相喷涂制剂涂层102可包含不同量的基底材料603和/或粘合剂材料605，基底材料603和/或粘合剂材料605可具有替代的粒度、表面积、化学构造或它们的任何替代组合。
在一个实施方式中，反应相喷涂制剂涂层102可包含化学构造为100克的拟薄水铝石(pseudo-boehmite)的基底材料603，它在空气中煅烧形成氧化铝(Al2O3)，表面积为约50m2/g。基底材料603可与化学构造为约100克Al2O3的粘合剂材料605结合，中值粒度小于1微米。涂覆到热障涂层106上的反应相喷涂制剂涂层102的厚度可以为约5微米、约10微米、约12微米、约15微米等。
基底材料603的柔度高于粘合剂材料605的柔度。例如，基底材料603的弹性模量和刚度小于粘合剂材料605的弹性模量和刚度。在一个以上实施方式中，本文的基底材料603的柔度也可称为基底柔度，本文的粘合剂材料605的柔度也可称为粘合剂柔度。响应于制剂涂层102涂覆到热障涂层106上，与涡轮发动机运行相应的热暴露，以及与沉积在热障涂层106上的灰尘沉积物104的反应，反应相喷涂制剂涂层102基本保持柔性。在一个以上实施方式中，反应相喷涂制剂涂层102的面内弹性模量小于100吉帕斯卡(GPa)。在一个优选的实施方式中，反应相喷涂制剂涂层102的面内弹性模量小于80GPa。在一个甚至更优选的实施方式中，反应相喷涂制剂涂层102的面内弹性模量小于60GPa。例如，在涡轮发动机的热循环期间，响应于与灰尘沉积物104发生反应，面内弹性模量大于60GPa的反应相喷涂制剂涂层102可能导致反应相喷涂制剂涂层102的脱落。
使制剂涂层102中的较大粒度的基底材料(例如，大于1微米)与粘合剂材料605反应而产生或形成的反应相喷涂制剂涂层102，以及隔热涂层106上附着(incident)的灰尘沉积物104，它们需要柔性，以使得在涡轮发动机的热循环时，循环应变不会产生配方涂层102的剥落。在热循环期间，响应于涡轮发动机的运行对喷涂制剂涂层102的热暴露，较大基底材料603颗粒所受影响比较小粘合剂材料605颗粒(其经历形态变化、粗化等)所受影响更小。基底材料603的柔度基本上将反应相喷涂制剂涂层102的面内弹性模量保持在小于60GPa。
在一个以上实施方式中，涂层系统100可包含渗透涂层122和包含基底材料但不包含粘合剂材料的反应相喷涂制剂涂层。例如，反应相喷涂制剂涂层的基底材料可能会与热障涂层106上的灰尘或CMAS发生反应。
在一个实施方式中，发明人发现相对于未在热障涂层106上沉积渗透涂层122和/或反应相喷涂制剂涂层102，包含渗透涂层122与反应相喷涂制剂涂层102的组合的涂层系统100预想不到地改善了对由灰尘和/或CMAS导致的热障涂层脱落的抑制。
图7显示了涂覆到物品702上的热障涂层106的已知反应。在一个以上实施方式中，物品702可以是涡轮发动机的表面、涡轮发动机的一个以上组件(例如涡轮叶片或翼面等)的表面。热障涂层106的主体120沉积在物品702上且远离物品702延伸一定距离。在710处，一层灰尘沉积物104被布置在热障涂层106上。在测试周期、运行周期等期间，响应于运行的涡轮发动机，灰尘沉积物可在热障涂层106上的涡轮发动机的一个以上表面上聚集、形成等。
在712处，在涡轮发动机服役或运行期间，灰尘沉积物104和/或CMAS沉积物渗透到热障涂层106。例如，热障涂层106开始降解，灰尘沉积物104开始移动进入和/或穿过热障涂层106。渗透到热障涂层106的灰尘沉积物104损害了热障涂层106的稳定性。在714处，响应于灰尘沉积物104和/或CMAS的累积和渗透，热障涂层106开始脱落。热障涂层106的脱落使物品702在脱落的位置处暴露，使得物品702可能在脱落的位置处被损坏。
或者，图8显示了根据一个实施方式的涂覆到物品702上的热障涂层106和涂层系统100的反应。在所示实施方式中，在810处，渗透涂层122的液体溶液被涂覆到、沉积到、喷涂到等已在热障涂层106上形成的灰尘沉积物104的层上。可选地，渗透涂层122可直接涂覆到热障涂层106上。例如，外表面可以没有一层灰尘和/或CMAS。在一个以上实施方式中，可在多种涂层涂覆中将渗透涂层122涂覆到热障涂层106上。渗透涂层122的液体溶液浸透热障涂层106和物品702之间的热障涂层106。渗透涂层122的液体溶液填充热障涂层106的孔的一部分。随后，渗透涂层122分解(例如，通过施加热)，渗透涂层122从液体溶液变为覆盖热障涂层106的孔的固体氧化物颗粒。
在812处，在渗透涂层122已在热障涂层106内分解之后，将反应相喷涂制剂涂层102涂覆到、沉积到、喷涂到等灰尘沉积物104上。反应相喷涂制剂涂层102(例如，分别包含基底材料和粘合剂材料603、605)保持悬置在热障涂层106的顶部上。例如，渗透涂层122处理热障涂层106的主体120，反应相喷涂制剂涂层102处理热障涂层106的表面。
在814，在测试周期、运行周期等期间的涡轮发动机运行期间或响应于涡轮发动机运行，反应相喷涂制剂涂层102与灰尘沉积物104和/或CMAS沉积物发生反应。制剂涂层102与CMAS沉积物之间的反应提高了CMAS沉积物的熔融温度。由于制剂涂层102与灰尘沉积物104发生反应，制剂涂层102和灰尘沉积物104的反应性碎屑(debris)820从热障涂层106剥落或掉落，不渗透热障涂层106。此外，在灰尘沉积物从热障涂层106的表面掉落的位置处，渗透涂层122保持热障涂层106的完整性。相对于不包含渗透涂层122或反应相喷涂制剂涂层102之一的涂层系统100，包含渗透涂层122和反应相喷涂制剂涂层102的涂层系统100减少了由于灰尘和/或CMAS引起的热障涂层106的脱落量。
图9显示了喷气发动机热冲击(JETS)测试的结果的图900。测试了试片(testcoupon)，以评估在标准CMAS尘埃为代表的大气尘埃存在的情况下，在温度下承受多种热冲击的能力。JETS测试采用了跨各个试片厚度的温度梯度。所采用的温度梯度可代表发动机运转期间的温度梯度。例如，在CMAS灰尘存在的情况下，热冲击测试可模拟部件在飞机正常运行中在飞机发动机的涡轮部分中所经历的热循环和环境灰尘暴露。在一个以上实施方式中，标称CMAS可具有以下组成(所有百分比为摩尔百分比)：41.6％的二氧化硅(SiO2)、29.3％的氧化钙(CaO)、12.5％的氧化铝(AlO1.5)、9.1％的氧化镁(MgO)、6.0％的氧化铁(FeO1.5)和1.5％的氧化镍(NiO)。应当理解，在该定义中给出的标称CMAS组成代表一种参考组成，它以可以与其他物质的CMAS反应性相比的方式定义了该物质的CMAS反应性的基准。该参考组成的使用并不限制在发动机运转期间可能沉积在涂层上的摄入物质的实际组成。
横轴902表示热冲击测试数量增加。纵轴904表示脱落量增加。该图包括多个数据线910、912、914、916、918、920、922，这些数据线表示所测试的各个不同试片。第一数据线910代表包括物品的基线样品A，该物品具有沉积在物品上的一层热障涂层。第二数据线912和第三数据线914分别表示样品B和C，它们各自包括具有热障涂层物品以及涂覆到各样品B和C上的反应相喷涂制剂涂层。例如，样品B和C不包含渗透涂层。第四数据线916和第五数据线918分别表示样品D和E，它们各自包括具有热障涂层物品以及涂覆到各样品D和E上的渗透涂层。例如，样品D和E不包括反应相喷涂制剂涂层。第六数据线920和第七数据线922分别代表样品F和G，它们各自包括具有热障涂层和涂层系统(例如，渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层)的物品。如上所述，对各个数据线910-922所代表的各个试片进行了JETS测试。图900的结果表明，具有涂层系统(例如，渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层)的样品F和G的存续显著优于没有渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种的测试样品(例如，样品B、C、D和E)，并且显著优于没有涂层系统的基线样品(例如，样品A)。
在一个以上实施方式中，涂层系统100可被涂覆在新部件(例如，涡轮发动机的新部件)的热障涂层上，涂层系统100可被涂覆在维修部件(例如，涡轮发动机的现有和/或使用过的部件)的热障涂层上，可被涂覆在现场或维修地点的新和/或维修部件上等。例如，可将具有第一制剂的涂层系统100涂覆到新部件，可将具有不同的第二制剂的涂层系统100涂覆到现有部件，以修复或恢复现有部件的热障涂层。第一制剂的化学组成可与第二制剂的化学组成不同，使得第二制剂被定制或专门被设置为恢复现有部件的热障涂层。可选地，第一制剂可包括第一体积的渗透涂层和第一体积的反应相喷涂制剂涂层，其不同于第二制剂的第二体积的渗透涂层和/或第二体积的反应相喷涂制剂涂层。
涂覆涂层系统100的涂覆步骤的顺序可基于一个以上因素而变化。如先前所述，涂层系统100可包括涂覆渗透涂层122，随后涂覆反应相喷涂制剂涂层102。在一个实施方式中，可先将渗透涂层122然后将反应相喷涂制剂涂层102涂覆到新部件、新零件、现有零件、部件级维修等。在一个以上替代实施方式中，可先将反应相喷涂制剂涂层102然后将渗透涂层122涂覆到新部件、新零件、现有零件、部件级维修等。部件级维修可在现场、维护设施等中完成。可选地，可在不拆卸系统(例如，涡轮发动机)的情况下完成部件级维修，或者可能需要拆卸系统。
在一个以上实施方式中，物品可包括涂覆到热障涂层106上的一层反应相喷涂制剂涂层102。物品可能需要维护，该维护可包括在用于模块级维修的机修车间先涂覆渗透涂层122然后涂覆反应相喷制剂涂层102。可选地，作为去除或不去除热障涂层102的部件修理，作为现场或维修车间等中的部件级维修，可先涂覆渗透涂层122然后涂覆反应相喷涂制剂涂层102。
在一个以上实施方式中，新物品或新部件可包括先沉积渗透涂层122然后沉积反应相喷涂制剂涂层102。作为在不拆卸系统情况下的现场的模块级维修，物品可能需要可能仅需在维修或维护设施涂覆渗透涂层122的维护。在另一个实施方式中，作为现场的模块级维修等，物品可能需要可能需要在维修或维护设施先涂覆渗透涂层122然后涂覆反应相喷涂制剂涂层102。在另一个实施方式中，作为部件水平维修，物品可能需要在去除热障涂层106之后，在零件处先涂覆渗透涂层122然后涂覆反应相喷涂制剂涂层102的维护。
在一个以上实施方式中，可以现场(例如，在维护设施外部)涂覆涂层系统100作为机上(on wing)维修，例如在飞机机翼上。可先将渗透涂层122然后将反应相喷涂制剂涂层102涂覆到机翼的一个以上表面上，可先涂覆反应相喷涂制剂涂层102然后涂覆渗透涂层122，可仅涂覆渗透涂层122，或者它们的任何组合。可选地，作为对物品的维护等，可以任何顺序或组合将涂层系统100或涂层系统100的一个以上组分涂覆到物品上作为新的组件。
在本文所述主题的一个实施方式中，方法包括将渗透涂层涂覆到物品的热障涂层上。渗透涂层渗透热障涂层的至少一些孔。渗透涂层在热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆热障涂层的至少一些孔的一部分。渗透涂层降低了热障涂层的孔隙率。该方法还包括将涂覆反应相喷涂制剂涂层涂覆到热障涂层上。反应相喷涂制剂涂层与热障涂层上的灰尘沉积物发生反应。
可选地，渗透涂层从热障涂层的表面浸透热障涂层至距热障涂层表面一定距离。
可选地，在渗透涂层在热障涂层的至少一些孔内分解之后，渗透涂层与热障涂层成为一体。
可选地，热障涂层的主体的孔隙率具有第一孔隙率值。渗透涂层被设置为渗透热障涂层的至少一些孔，将热障涂层的主体的孔隙率从第一孔隙率值降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值。
可选地，在热障涂层的至少一些孔内分解渗透涂层，将热障涂层的主体的孔隙率从第二孔隙率值降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。
可选地，渗透涂层被设置为通过加热渗透涂层而分解。加热渗透涂层将渗透涂层从液体溶液变为固体氧化物颗粒。
可选地，渗透涂层的液体溶液被设置为填充热障涂层的至少一些孔的一部分。分解的渗透涂层的固体氧化物颗粒被设置为填充热障涂层的至少一些孔的一部分，该部分小于被渗透涂层的液体溶液填充的部分。
可选地，反应相喷涂制剂涂层保留在热障涂层的表面上。
可选地，相对于未在热障涂层上涂覆渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层被设置为减少热障涂层的脱落量。
可选地，反应相喷涂制剂涂层包含基底材料和粘合剂材料。
可选地，基底材料的柔度高于粘合剂材料的柔度，粘合剂材料的粘聚强度大于基底材料的粘聚强度，粘合剂材料的粘结强度大于基底材料的粘结强度，并且粘合剂材料的表面积为至少十平方米/克，大于基底材料的表面积。
可选地，该物品是涡轮组件的表面。
可选地，渗透涂层被设置为通过多次涂层涂覆被涂覆到热障涂层。
可选地，将渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层被设置为以非热工艺涂覆到热障涂层上。
可选地，热障涂层被设置为通过电子束-物理气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、大气等离子喷涂工艺、定向气相沉积工艺或悬浮液等离子喷涂沉积在物品上。
可选地，通过电子束-物理气相沉积工艺沉积的热障涂层被设置为孔隙结构与通过物理气相沉积工艺、大气等离子喷涂工艺、定向气相沉积工艺或悬浮液等离子喷涂工艺中的一种或多种沉积的热障涂层的孔隙结构不同。
在本文所述主题的一个实施方式中，被设置为涂覆到物品的热障涂层的涂层系统包含：被设置为涂覆到热障涂层的渗透涂层。渗透涂层渗透热障涂层的至少一些孔。渗透涂层在热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆热障涂层的至少一些孔的一部分。渗透涂层降低了热障涂层的孔隙率。该涂层系统还包含被设置为涂覆到热障涂层上的反应相喷涂制剂涂层。反应相喷涂制剂涂层与热障涂层上的灰尘沉积物发生反应。
可选地，相对于未在热障涂层上涂敷渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层被设置为减少热障涂层的脱落量。
可选地，在渗透涂层在热障涂层的至少一些孔内分解之后，渗透涂层与热障涂层成为一体。
可选地，渗透涂层被设置为通过加热渗透涂层而分解，其中，加热渗透涂层将渗透涂层从液体溶液变为固体氧化物颗粒。
可选地，渗透涂层的液体溶液被设置为填充热障涂层的至少一些孔的一部分，并且其中，分解后的渗透涂层的固体氧化物颗粒被设置为填充热障涂层的至少一些孔的一部分，该部分小于渗透涂层的液体溶液所填充的部分。
可选地，热障涂层的主体的孔隙率具有第一孔隙率值，其中，所述渗透涂层被设置为渗透热障涂层的主体的至少一些孔，以将热障涂层的孔隙率从第一孔隙率值降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值。
可选地，在热障涂层的至少一些孔内分解渗透涂层，将热障涂层的主体的孔隙率从第二孔隙率值降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。
可选地，渗透涂层被设置为从热障涂层的表面浸透热障涂层至距离热障涂层的表面一段距离。
可选地，反应相喷涂制剂涂层被设置为保留在热障涂层的表面上。
可选地，反应相喷涂制剂涂层包含基底材料和粘合剂材料。
可选地，基底材料的柔度高于粘合剂材料的柔度，粘合剂材料的粘聚强度大于基底材料的粘聚强度，粘合剂材料的粘结强度大于基底材料的粘结强度，并且粘合剂材料的表面积为至少十平方米/克，大于基底材料的表面积。
可选地，物品是涡轮组件的表面。
可选地，渗透涂层被设置为通过多次涂层涂覆而被涂覆到热障涂层。
可选地，渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层被设置为以非热工艺涂覆到热障涂层上。
可选地，所述热障涂层被设置为通过电子束-物理气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、大气等离子喷涂工艺、定向气相沉积工艺或悬浮液等离子喷涂沉积在物品上。
可选地，通过电子束-物理气相沉积工艺沉积的热障涂层被设置为孔隙结构与通过物理气相沉积工艺、大气等离子喷涂工艺、定向气相沉积工艺或悬浮液等离子喷涂工艺中的一种或多种沉积的热障涂层的孔隙结构不同。
在本文所述主题的一个实施方式中，方法包括将渗透涂层沉积在物品的热障涂层上。渗透涂层渗透热障涂层的至少一些孔。渗透涂层在热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆热障涂层的至少一些孔的一部分。渗透涂层降低了热障涂层的孔隙率。该方法还包括将反应相喷涂制剂涂层沉积在热障涂层上。反应相喷涂制剂涂层包含基底材料和粘合剂材料。基底材料的柔度高于粘合剂材料的柔度。粘合剂材料的粘聚强度大于基底材料的粘聚强度。粘合剂材料的粘结强度大于基底材料的粘结强度。粘合剂材料的表面积为至少至少十平方米/克，大于基底材料的表面积。相对于未在热障涂层上沉积渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层被设置为减少热障涂层的脱落量。
可选地，反应相喷涂制剂涂层被设置为保留在热障涂层的表面上。
可选地，渗透涂层被设置为通过多次涂层涂覆而沉积在热障涂层上。
可选地，热障涂层的主体的孔隙率具有第一孔隙率值，其中，渗透热障涂层的至少一些孔，将热障涂层的孔隙率降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值，并且其中，涂覆热障涂层的至少一些孔的该部分，将热障涂层的孔隙率降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。
在本文所述主题的一个实施方式中，系统包括：包含热障涂层的物品，和沉积在该物品的热障涂层上的涂层系统。涂层系统包含被设置为沉积在热障涂层上的渗透涂层。渗透涂层渗透热障涂层的至少一些孔。渗透涂层在热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆热障涂层的至少一些孔的一部分。渗透涂层降低了热障涂层的孔隙率。该涂层系统还包含被设置为沉积在热障涂层上的反应相喷涂制剂涂层。反应相喷涂制剂涂层与热障涂层上的灰尘沉积物发生反应。相对于未在热障涂层上沉积渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，渗透涂层和反应相喷涂制剂涂层被设置为减少热障涂层的脱落量。
1.一种方法，所述方法包括：在物品的热障涂层上涂覆渗透涂层，渗透涂层被设置为渗透热障涂层的至少一些孔，在热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆热障涂层的至少一些孔的一部分，降低热障涂层的孔隙率；以及在热障涂层上涂覆反应相喷涂制剂涂层，所述反应相喷涂制剂涂层被设置为与热障涂层上的灰尘沉积物发生反应。
2.根据任何在前条项的方法，其中，所述渗透涂层被设置为从所述热障涂层的表面浸透所述热障涂层至距所述热障涂层的表面一段距离。
3.根据任何在前条项的方法，其中，在所述渗透涂层在所述热障涂层的至少一些孔内分解之后，所述渗透涂层与所述热障涂层成为一体。
4.根据任何在前条项的方法，其中，所述热障涂层的主体的孔隙率具有第一孔隙率值，所述渗透涂层被设置为渗透所述热障涂层的至少一些孔，以将所述热障涂层的主体的孔隙率从第一孔隙率值降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值。
5.根据任何在前条项的方法，其中，在所述热障涂层的至少一些孔内分解所述渗透涂层，将所述热障涂层的主体的孔隙率从所述第二孔隙率值降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。
6.根据任何在前条项的方法，其中，所述渗透涂层被设置为通过加热所述渗透涂层而分解，其中，加热所述渗透涂层，将所述渗透涂层从液体溶液变为固体氧化物颗粒。
7.根据任何在前条项的方法，其中，所述渗透涂层的液体溶液被设置为填充所述热障涂层的至少一些孔的一部分，所述分解的渗透涂层的固体氧化物颗粒被设置为填充热障涂层的至少一些孔的一部分，该部分小于由渗透涂层的液体溶液填充的部分。
8.根据任何在前条项的方法，其中，所述反应相喷涂制剂涂层被设置为保留在所述热障涂层的表面上。
9.根据任何在前条项的方法，其中，相对于未在热障涂层上涂覆渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为减少所述热障涂层的脱落量。
10.根据任何在前条项的方法，其中，所述反应相喷涂制剂涂层包含基底材料和粘合剂材料。
11.根据任何在前条项的方法，其中，所述基底材料的柔度高于所述粘合剂材料的柔度，所述粘合剂材料的粘聚强度大于所述基底材料的粘聚强度，所述粘合剂材料的粘结强度大于基底材料的粘结强度，且粘合剂材料的表面积为至少十平方米/克，大于基底材料的表面积。
12.根据任何在前条项的方法，其特征在于，所述物品是涡轮组件的表面。
13.根据任何在前条项的方法，其中，所述渗透涂层被设置为通过多次涂层涂覆而被涂覆到所述热障涂层。
14.根据任何在前条项的方法，其中，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为以非热工艺涂覆到所述热障涂层上。
15.根据任何在前条项的方法，其中，所述热障涂层被设置为通过电子束-物理气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、大气等离子喷涂工艺、定向气相沉积工艺或悬浮液等离子喷涂工艺来沉积在所述物品上。
16.根据任何在前条项的方法，其中，通过电子束-物理气相沉积工艺沉积的热障涂层被设置为孔隙结构与通过物理气相沉积工艺、大气等离子喷涂工艺、定向气相沉积工艺或悬浮液等离子喷涂工艺中的一种或多种而沉积的热障涂层的孔隙结构不同。
17.一种涂层系统，其被设置为应用于物品的热障涂层，所述涂层系统包含：渗透涂层，其被设置为涂覆到热障涂层上，渗透所述热障涂层的至少一些孔，在所述热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆所述热障涂层的至少一些孔的一部分，降低所述热障涂层的孔隙率；以及反应相喷涂制剂涂层，其被设置为涂覆到热障涂层上，与热障涂层上的灰尘沉积物发生反应。
18.根据任何在前条项的涂层系统，其中，相对于未在热障涂层上涂覆渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为减少热障涂层的脱落量。
19.根据任何在前条项的涂层系统，其中，在所述渗透涂层在所述热障涂层的至少一些孔内分解之后，所述渗透涂层与所述热障涂层成为一体。
20.根据任何在前条项的涂层系统，其中，所述渗透涂层被设置为通过加热所述渗透涂层而分解，其中，加热所述渗透涂层，将所述渗透涂层从液体溶液变为固体氧化物颗粒。
21.根据任何在前条项的涂层系统，其中，所述渗透涂层的液体溶液被设置为填充所述热障涂层的至少一些孔的一部分，所述分解的渗透涂层的固体氧化物颗粒被设置为填充热障涂层的至少一些孔的一部分，该部分小于由渗透涂层的液体溶液填充的部分。
22.根据任何在前条项的涂层系统，其中，所述热障涂层的主体的孔隙率具有第一孔隙率值，所述渗透涂层被设置为渗透所述热障涂层的至少一些孔，以将所述热障涂层的主体的孔隙率从第一孔隙率值降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值。
23.根据任何在前条项的涂层系统，其中，在所述热障涂层的至少一些孔内分解所述渗透涂层，将所述热障涂层的主体的孔隙率从所述第二孔隙率值降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。
24.根据任何在前条项的涂层系统，其中，所述渗透涂层被设置为从所述热障涂层的表面浸透所述热障涂层至距所述热障涂层的表面一段距离。
25.根据任何在前条项的涂层系统，其中，所述反应相喷涂制剂涂层被设置为保留在所述热障涂层的表面上。
26.根据任何在前条项的涂层系统，其中，所述反应相喷涂制剂涂层包含基底材料和粘合剂材料。
27.根据任何在前条项的涂层系统，其中，所述基底材料的柔度高于所述粘合剂材料的柔度，所述粘合剂材料的粘聚强度大于所述基底材料的粘聚强度，所述粘合剂材料的粘结强度大于基底材料的粘结强度，且粘合剂材料的表面积为至少十平方米/克，大于基底材料的表面积。
28.根据任何在前条项的涂层系统，其中，所述物品是涡轮组件的表面。
29.根据任何在前条项的涂层系统，其中，所述渗透涂层被设置为通过多次涂层涂覆而被涂覆到所述热障涂层。
30.根据任何在前条项的涂层系统，其中，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为以非热工艺涂覆到所述热障涂层上。
31.根据任何在前条项的涂层系统，其中，所述热障涂层被设置为通过电子束-物理气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、大气等离子喷涂工艺、定向气相沉积工艺或悬浮液等离子喷涂工艺而沉积在物品上。
32.根据任何在前条项的涂层系统，其中，通过电子束-物理气相沉积工艺沉积的热障涂层被设置为孔隙结构与通过物理气相沉积工艺、大气等离子喷涂工艺、定向气相沉积工艺或悬浮液等离子喷涂工艺中的一种或多种而沉积的热障涂层的孔隙结构不同。
33.一种方法，所述方法包括：在物品的热障涂层上沉积渗透涂层，所述渗透涂层被设置为渗透所述热障涂层的至少一些孔，在所述热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆所述热障涂层的至少一些孔的一部分，降低所述热障涂层的孔隙率；以及在所述热障涂层上沉积反应相喷涂制剂涂层，所述反应相喷涂制剂涂层包含基底材料和粘合剂材料，所述基底材料的柔度高于所述粘合剂材料的柔度，所述粘合剂材料的粘聚强度大于所述基底材料的粘聚强度，所述粘合剂材料的粘结强度大于所述基底材料的粘结强度，且所述粘合剂材料的表面积为至少十平方米/克，大于所述基底材料的表面积，其中，相对于未在热障涂层上沉积渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为减少所述热障涂层的脱落量。
34.根据任何在前条项的方法，其中，所述反应相喷涂制剂涂层被设置为保留在所述热障涂层的表面上。
35.根据任何在前条项的方法，其中，所述渗透涂层被设置为通过多次涂层涂覆而沉积在所述热障涂层上。
36.根据任何在前条项的方法，其中，所述热障涂层的主体的孔隙率具有第一孔隙率值，其中，渗透所述热障涂层的至少一些孔，将所述热障涂层的孔隙率降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值，涂覆热障涂层的所述至少一些孔的所述部分，将热障涂层的孔隙率降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。
37.一种系统，所述系统包括：包含热障涂层的物品；以及涂层系统，其被设置为沉积在所述物品的热障涂层上，所述涂层系统包含：
渗透涂层，被设置为沉积在所述热障涂层上，渗透所述热障涂层的至少一些孔，在所述热障涂层的至少一些孔内分解以涂覆所述热障涂层的至少一些孔的一部分，降低所述热障涂层的孔隙率；以及反应相喷涂制剂涂层，其被设置为沉积在所述热障涂层上，与所述热障涂层上的灰尘沉积物发生反应，其中，相对于未在热障涂层上沉积渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为减少所述热障涂层的脱落量。
如在此所用的，以单数形式叙述并以单词“一”或“一个”开始的元件或步骤应被理解为不排除复数的所述元件或步骤，除非明确地指出了此种排除。此外，对本文所述主题的“一个实施方式”的引用不旨在被解释为排除也包含所述特征的另外的实施方式的存在。此外，除非明确相反地指出，否则“包含”或“具有”具有特定性质的元件或多个元件的实施方式可包括不具有该性质的其他此类元件。
应当理解，以上描述旨在是说明性的，而非限制性的。例如，上述实施方式(和/或其方面)可彼此组合使用。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可做出许多修改以使特定的情况或材料适应本文所述主题的教导。尽管本文所述材料的尺寸和类型旨在限定所公开主题的参数，但是它们绝非限制性的，而是示例性的实施方式。在审阅上文描述之后，许多其他实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，应参考所附权利要求书以及这些权利要求所赋予的等效物的全部范围来确定本文所述主题的范围。在所附权利要求中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的普通英语等效词。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二””和“第三”等仅用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求。此外，以下权利要求书的限定不是以“方法加功能”的格式写的，也不旨在基于35U.S.C.§112(f)来解释，除非并且直至此类权利要求限定明确地使用短语“用于……的方法”，后接没有进一步结构的功能说明。
本书面说明使用示例来公开本文所述主题的几个实施方式，包括最佳模式，并且还使本领域的普通技术人员能够实践所公开主题的实施方式，包括制造和使用设备或系统和实施方法。本文所述主题的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果它们的结构要素与权利要求书的字面语言并无不同，或者如果它们包含与权利要求书的字面语言无实质区别的等效结构元素，则此类其他示例有意地落入本发明权利要求书的范围内。

Claims (40)

1.一种制备反应涂层的方法，其特征在于，所述方法包括：
在物品的热障涂层上涂覆渗透涂层的液体溶液，所述渗透涂层的液体溶液被设置为渗透热障涂层的至少一些孔，其中所述渗透涂层的液体溶液的一部分被设置为在热障涂层的至少一些孔内分解为固体氧化物颗粒以涂覆热障涂层的至少一些孔的一部分，降低热障涂层的孔隙率；以及
在热障涂层上涂覆反应相喷涂制剂涂层，所述反应相喷涂制剂涂层被设置为与热障涂层上的灰尘沉积物发生反应；
其中所述液体溶液包含硝酸铝、硝酸钆铝、硝酸钇、乙醇钽或硝酸锶中的一种以上。
2.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其中，所述渗透涂层被设置为从所述热障涂层的表面浸透所述热障涂层至距所述热障涂层的表面一段距离。
3.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其中，在所述渗透涂层在所述热障涂层的至少一些孔内分解之后，所述渗透涂层与所述热障涂层成为一体。
4.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其中，所述热障涂层的主体的孔隙率具有第一孔隙率值，所述渗透涂层被设置为渗透所述热障涂层的至少一些孔，以将所述热障涂层的主体的孔隙率从第一孔隙率值降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值。
5.根据权利要求4所述的制备反应涂层的方法，其中，在所述热障涂层的至少一些孔内分解所述渗透涂层，将所述热障涂层的主体的孔隙率从所述第二孔隙率值降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。
6.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其中，所述渗透涂层被设置为通过加热所述渗透涂层而分解，其中，加热所述渗透涂层，将所述渗透涂层从液体溶液变为固体氧化物颗粒。
7.根据权利要求6所述的制备反应涂层的方法，其中，所述渗透涂层的液体溶液被设置为填充所述热障涂层的至少一些孔的一部分，所述分解的渗透涂层的固体氧化物颗粒被设置为填充热障涂层的至少一些孔的一部分，该部分小于由渗透涂层的液体溶液填充的部分。
8.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其中，所述反应相喷涂制剂涂层被设置为保留在所述热障涂层的表面上。
9.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其中，相对于未在热障涂层上涂覆渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为减少所述热障涂层的脱落量。
10.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其中，所述反应相喷涂制剂涂层包含基底材料和粘合剂材料。
11.根据权利要求10所述的制备反应涂层的方法，其中，所述基底材料的柔度高于所述粘合剂材料的柔度，所述粘合剂材料的粘聚强度大于所述基底材料的粘聚强度，所述粘合剂材料的粘结强度大于基底材料的粘结强度，且粘合剂材料的表面积为至少十平方米/克，大于基底材料的表面积。
12.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其特征在于，所述物品是涡轮组件的表面。
13.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其中，所述渗透涂层被设置为通过多次涂层涂覆而被涂覆到所述热障涂层。
14.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其中，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为以非热工艺涂覆到所述热障涂层上。
15.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其中，所述热障涂层被设置为通过物理气相沉积工艺、大气等离子喷涂工艺或悬浮液等离子喷涂工艺来沉积在所述物品上。
16.根据权利要求15所述的制备反应涂层的方法，其中，所述物理气相沉积工艺为电子束-物理气相沉积工艺沉积或定向气相沉积工艺。
17.根据权利要求16所述的制备反应涂层的方法，其中，通过电子束-物理气相沉积工艺沉积的热障涂层被设置为孔隙结构与通过大气等离子喷涂工艺、定向气相沉积工艺或悬浮液等离子喷涂工艺中的一种或多种而沉积的热障涂层的孔隙结构不同。
18.根据权利要求1所述的制备反应涂层的方法，其中所述反应相喷涂制剂涂层包括尺寸为1-10微米的大陶瓷颗粒和尺寸小于1微米的极细陶瓷颗粒。
19.一种制备反应涂层的涂层系统，其被设置为应用于物品的热障涂层，所述涂层系统包含：渗透涂层的液体溶液，其被设置为涂覆到热障涂层上，所述渗透涂层的液体溶液被设置为渗透所述热障涂层的至少一些孔，其中所述渗透涂层的液体溶液的一部分被设置为在所述热障涂层的至少一些孔内分解为固体氧化物颗粒以涂覆所述热障涂层的至少一些孔的一部分，降低所述热障涂层的孔隙率；以及反应相喷涂制剂涂层，其被设置为涂覆到热障涂层上，与热障涂层上的灰尘沉积物发生反应；
其中所述液体溶液包含硝酸铝、硝酸钆铝、硝酸钇、乙醇钽或硝酸锶中的一种以上。
20.根据权利要求19所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，相对于未在热障涂层上涂覆渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为减少热障涂层的脱落量。
21.根据权利要求19所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，在所述渗透涂层在所述热障涂层的至少一些孔内分解之后，所述渗透涂层与所述热障涂层成为一体。
22.根据权利要求19所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述渗透涂层被设置为通过加热所述渗透涂层而分解，其中，加热所述渗透涂层，将所述渗透涂层从液体溶液变为固体氧化物颗粒。
23.根据权利要求22所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述渗透涂层的液体溶液被设置为填充所述热障涂层的至少一些孔的一部分，所述分解的渗透涂层的固体氧化物颗粒被设置为填充热障涂层的至少一些孔的一部分，该部分小于由渗透涂层的液体溶液填充的部分。
24.根据权利要求19所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述热障涂层的主体的孔隙率具有第一孔隙率值，所述渗透涂层被设置为渗透所述热障涂层的至少一些孔，以将所述热障涂层的主体的孔隙率从第一孔隙率值降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值。
25.根据权利要求24所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，在所述热障涂层的至少一些孔内分解所述渗透涂层，将所述热障涂层的主体的孔隙率从所述第二孔隙率值降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。
26.根据权利要求19所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述渗透涂层被设置为从所述热障涂层的表面浸透所述热障涂层至距所述热障涂层的表面一段距离。
27.根据权利要求19所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述反应相喷涂制剂涂层被设置为保留在所述热障涂层的表面上。
28.根据权利要求19所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述反应相喷涂制剂涂层包含基底材料和粘合剂材料。
29.根据权利要求28所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述基底材料的柔度高于所述粘合剂材料的柔度，所述粘合剂材料的粘聚强度大于所述基底材料的粘聚强度，所述粘合剂材料的粘结强度大于基底材料的粘结强度，且粘合剂材料的表面积为至少十平方米/克，大于基底材料的表面积。
30.根据权利要求19所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述物品是涡轮组件的表面。
31.根据权利要求19所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述渗透涂层被设置为通过多次涂层涂覆而被涂覆到所述热障涂层。
32.根据权利要求19所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为以非热工艺涂覆到所述热障涂层上。
33.根据权利要求19所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述热障涂层被设置为通过物理气相沉积工艺、大气等离子喷涂工艺或悬浮液等离子喷涂工艺而沉积在物品上。
34.根据权利要求33所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，所述物理气相沉积工艺为电子束-物理气相沉积工艺或定向气相沉积工艺。
35.根据权利要求34所述的制备反应涂层的涂层系统，其中，通过电子束-物理气相沉积工艺沉积的热障涂层被设置为孔隙结构与通过大气等离子喷涂工艺、定向气相沉积工艺或悬浮液等离子喷涂工艺中的一种或多种而沉积的热障涂层的孔隙结构不同。
36.一种制备反应涂层的方法，所述制备反应涂层的方法包括：在物品的热障涂层上沉积渗透涂层的液体溶液，所述渗透涂层的液体溶液被设置为渗透所述热障涂层的至少一些孔，其中所述渗透涂层的液体溶液的一部分被设置为在所述热障涂层的至少一些孔内分解为固体氧化物颗粒以涂覆所述热障涂层的至少一些孔的一部分，降低所述热障涂层的孔隙率；以及在所述热障涂层上沉积反应相喷涂制剂涂层，所述反应相喷涂制剂涂层包含基底材料和粘合剂材料，所述基底材料的柔度高于所述粘合剂材料的柔度，所述粘合剂材料的粘聚强度大于所述基底材料的粘聚强度，所述粘合剂材料的粘结强度大于所述基底材料的粘结强度，且所述粘合剂材料的表面积为至少十平方米/克，大于所述基底材料的表面积，其中，相对于未在热障涂层上沉积渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为减少所述热障涂层的脱落量；
其中所述液体溶液包含硝酸铝、硝酸钆铝、硝酸钇、乙醇钽或硝酸锶中的一种以上。
37.根据权利要求36所述的制备反应涂层的方法，其中，所述反应相喷涂制剂涂层被设置为保留在所述热障涂层的表面上。
38.根据权利要求36所述的制备反应涂层的方法，其中，所述渗透涂层被设置为通过多次涂层涂覆而沉积在所述热障涂层上。
39.根据权利要求36所述的制备反应涂层的方法，其中，所述热障涂层的主体的孔隙率具有第一孔隙率值，其中，渗透所述热障涂层的至少一些孔，将所述热障涂层的孔隙率降低到小于第一孔隙率值的第二孔隙率值，涂覆热障涂层的所述至少一些孔的所述部分，将热障涂层的孔隙率降低到小于第二孔隙率值的第三孔隙率值。
40.一种制备反应涂层的系统，所述系统包括：包含热障涂层的物品；以及涂层系统，其被设置为沉积在所述物品的热障涂层上，所述涂层系统包含：
渗透涂层的液体溶液，其被设置为沉积在所述热障涂层上，所述渗透涂层的液体溶液被设置为渗透所述热障涂层的至少一些孔，其中所述渗透涂层的液体溶液的一部分被设置为在所述热障涂层的至少一些孔内分解为固体氧化物颗粒以涂覆所述热障涂层的至少一些孔的一部分，降低所述热障涂层的孔隙率；以及反应相喷涂制剂涂层，其被设置为沉积在所述热障涂层上，与所述热障涂层上的灰尘沉积物发生反应，其中，相对于未在热障涂层上沉积渗透涂层或反应相喷涂制剂涂层中的一种或多种，所述渗透涂层和所述反应相喷涂制剂涂层被设置为减少所述热障涂层的脱落量；
其中所述液体溶液包含硝酸铝、硝酸钆铝、硝酸钇、乙醇钽或硝酸锶中的一种以上。
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