DE102016100587A1 - Improved adhesion of coatings using bonding compositions - Google Patents
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Abstract
Ein hierin offenbarter mehrschichtiger Gegenstand (1) enthält ein metallisches Substrat (2), eine Schutzschicht (6) und eine Klebbondierschicht (14), die eine sauerstoffhaltige Verbindung einschließt, die die Klebbondierschicht mit dem metallischen Substrat, der Schutzschicht oder beiden verklebt. Ein Verfahren zur Bildung des mehrschichtigen Gegenstands schließt die Schritte des Erhitzens einer schützenden Bondierzusammensetzung (20) zur Bildung einer Schmelze (24) in Kontakt mit einer metallhaltigen Oberfläche (2), Abkühlenlassen und Erstarrenlassen der Schmelze zu der an der metallhaltigen Oberfläche angebrachten Klebbondierschicht (14), Aufbringen eines keramischen Materials (26) auf die Klebbondierschicht und Erhitzen des keramischen Materials zur Bildung der an der Klebbondierschicht angebrachten Schutzschicht (6) ein.A multilayer article (1) disclosed herein includes a metallic substrate (2), a protective layer (6), and an adhesive bonding layer (14) that includes an oxygen-containing compound that bonds the adhesive bonding layer to the metallic substrate, the protective layer, or both. A method of forming the multilayer article includes the steps of heating a protective bonding composition (20) to form a melt (24) in contact with a metal-containing surface (2), allowing the melt to cool and solidify to the adhesive bond layer (14) attached to the metal-containing surface ), Applying a ceramic material (26) to the adhesive bonding layer, and heating the ceramic material to form the protective layer (6) attached to the adhesive bonding layer.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Diese Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Werkstoffkunde, und insbesondere die Fertigung und Reparatur von mehrschichtigen metallischen Gegenständen, die Klebstoffbeschichtungen enthalten.This invention relates generally to the field of materials science, and more particularly to the fabrication and repair of multilayer metallic articles containing adhesive coatings.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Komponenten von Heißbereichen von modernen Gasturbinenmotoren sind häufig aus Hochtemperatur-Legierungen hergestellt, die Superlegierungen auf Basis von Nickel, Eisen und Kobalt einschließen. Gegossene Superlegierungen (z. B. 247, 738, CMSX4, Rene 5 etc.) und leistungsstarke Knet- bzw. Schmiedelegierungen (z. B. X, 625, 617 etc.) werden oft in solchen Hochtemperaturanwendungen verwendet (z. B. Turbinenschaufeln, Flügeln, Verbrennungsübergangsauskleidungen). Diese Superlegierungen sind entwickelt worden, um immer höheren Betriebstemperaturen sowie dem Vorhandensein von korrosiven und oxidativen Bedingungen zu widerstehen. Um diesen extremen Bedingungen zu widerstehen, werden häufig Schutzbeschichtungssysteme auf die Oberfläche von Superlegierungskomponenten zur Bildung von mehrschichtigen Gegenständen aufgebracht. Diese Beschichtungssysteme schließen eine Umweltbeschichtung ein, die auch als eine metallische Haftvermittlerschicht und in der Regel als eine keramische Thermobarrierebeschichtung (TBC), die über der Umgebungs- oder Haftvermittlerschicht liegt, dienen kann.Components of hot areas of modern gas turbine engines are often made of high temperature alloys including superalloys based on nickel, iron and cobalt. Cast superalloys (eg, 247, 738, CMSX4, Rene 5, etc.) and high performance forgings (eg, X, 625, 617, etc.) are often used in such high temperature applications (eg, turbine blades , Wings, combustion liners). These superalloys have been developed to withstand ever higher operating temperatures as well as the presence of corrosive and oxidative conditions. To withstand these extreme conditions, protective coating systems are often applied to the surface of superalloy components to form multilayer articles. These coating systems include an environmental coating which may also serve as a metallic primer layer and typically as a thermal barrier ceramic coating (TBC) overlying the ambient or primer layer.
Solche Umweltbeschichtungen (oder Haftvermittler) sind typischerweise metallische Overlaybeschichtungen der Formel ”MCrAlX” (worin M ein Element der Gruppe VIIIB ist, wie Co, Ni oder eine Mischung davon, und X ein Seltenerdelement ist, wie Y, Hf, W, Zr, La oder eine Mischung davon) oder Diffusions-Aluminidbeschichtungen, wie NiAl oder ein modifiziertes NiAl, das ein Element, wie Pt, Rh oder Pd, einschließt. In Thermobarrierebeschichtungs(TBC)-Systemen, die sowohl einen metallischen Haftvermittler bzw. Haftauftrag als auch eine keramische TBC-Schicht enthalten, wird die TBC-Schicht oft aus Metalloxiden, wie Yttriumoxid-stabilisierten Zirkoniumoxiden (YSZs), gebildet. Einer der Zwecke der Haftvermittlerschicht in einem TBC-System ist die Verbesserung der Anhaftung zwischen der äußeren TBC-Schicht und dem zu schützenden darunter liegenden Substrat.Such environmental coatings (or coupling agents) are typically metallic overlay coatings of the formula "MCrAlX" (wherein M is a Group VIIIB element such as Co, Ni or a mixture thereof, and X is a rare earth element such as Y, Hf, W, Zr, La or a mixture thereof) or diffusion aluminide coatings, such as NiAl or a modified NiAl, including an element such as Pt, Rh or Pd. In thermal barrier coating (TBC) systems that include both a metallic adhesive and a ceramic TBC layer, the TBC layer is often formed from metal oxides such as yttria-stabilized zirconia (YSZs). One of the purposes of the primer layer in a TBC system is to improve the adhesion between the outer TBC layer and the underlying substrate to be protected.
In solchen mehrschichtigen Beschichtungssystemen ist die Anhaftung der äußeren Schutzschicht an dem darunter liegenden metallischen Substrat eine wichtige Überlegung, die die Wirksamkeit und Langlebigkeit einer Komponente des Heißbereichs stark beeinflussen kann. Schutzbeschichtungen unterliegen einem Abbau als einer Funktion der Leistung. Erhöhte Temperaturen, hohe Belastungen (sowohl anhaltend als auch zyklisch), Reaktionen mit Prozessgas und das Einwirken von Fremdkörpern können eine Vielzahl von chemischen und physikalischen Eigenschaftsveränderungen verursachen, die zu einem Beschichtungsverlust fuhren (z. B. durch Rissbildung und Abplatzen), was zu einer Exposition des darunter liegenden Substrats und einer weiteren Schädigung von Bauteilen führt.In such multilayer coating systems, the adhesion of the outer protective layer to the underlying metallic substrate is an important consideration that can greatly affect the effectiveness and longevity of a component of the hot zone. Protective coatings are subject to degradation as a function of performance. Elevated temperatures, high loads (both sustained and cyclical), reactions with process gas, and the action of foreign bodies can cause a variety of chemical and physical property changes that result in a loss of coating (eg, cracking and spalling), resulting in a loss of coating Exposure of the underlying substrate and further damage to components leads.
Es besteht eine Notwendigkeit, irgendwie die Anhaftung bzw. Adhäsion zwischen diesen äußeren Schutzschichten
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung in Hinblick auf die Zeichnungen erläutert, die Folgendes zeigen:The invention will be elucidated in the following description with reference to the drawings, which show:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die Erfinder waren sich bewusst, dass bestimmte Schweiß- und Verkleidungs-Flussmittelformulierungen Schlackeablagerungen erzeugen, die schwer zu entfernen sind. Diese Anhaftung wird allgemein in der Schweißindustrie als problematisch angesehen – besonders bei Multi-pass-Schweißnähten, wo es sowohl arbeitsintensiv wird, die Ablagerungen zu beseitigen, als auch wo eine unvollständige Beseitigung zu der Bildung von Einschlüssen und minderwertigem Schweißgut führen kann. Aus diesem Grund werden allgemein Schweißzusammensetzungen (z. B. Flussmittelzusammensetzungen) zur Verbesserung der Ablösbarkeit der resultierenden Schlackeablagerungen formuliert; siehe z. B. Oladipupo, A. O., ”Slag Detachability from Submerged Arc Welds,” Doktorarbeit (Massachusetts Institute of Technology) Februar 1987 und
Obgleich im Widerspruch zu der im entsprechenden Fachgebiet anerkannten Auffassung bzw. Erfahrung stehend, erkannten die Erfinder einen möglichen Nutzen von Schweißzusammensetzungen, die zur Bildung von solchen Ablagerungen mit geringer Ablösbarkeit imstande sind, als ein Weg zur Verbesserung der Anhaftung zwischen Schutzbeschichtungssystemen und darunter liegenden metallischen Substraten. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass bestimmte Ablagerungen auch zur Bereitstellung von Schutzmerkmalen formuliert werden könnten, die entweder die äußere Schutzschicht (z. B. TBC/Haftvermittler) ergänzen oder sie gänzlich ersetzen. Auf Basis dieser Erkenntnis haben die Erfinder schützende Bondierzusammensetzungen und Verfahren für die Verwendung von solchen Zusammensetzungen bei der Fertigung und Reparatur von mehrschichtigen Gegenständen mit verbesserter Anhaftung zwischen schützender/n Außenschicht/en und darunter liegenden metallischen Substraten entwickelt.Although inconsistent with the art-recognized wisdom, the inventors recognized a potential benefit of weld composites capable of forming such low-releasability deposits as a way to improve the adhesion between protective coating systems and underlying metallic substrates , It is also envisaged that certain deposits could also be formulated to provide protective features that either complement or completely replace the outer protective layer (eg, TBC / primer). Based on this finding, the inventors have developed protective bonding compositions and methods for the use of such compositions in the manufacture and repair of multi-layered articles having improved adhesion between protective outer layer (s) and underlying metallic substrates.
Das metallische Substrat
Die Schutzschicht
Die Klebbondierschicht
Um die gewünschte geringe Ablösbarkeit der Klebbondierschicht
In einigen Ausführungsformen wird die sauerstoffhaltige Verbindung aus einer Spinellverbindung, einer Perovskitverbindung, einer Cuspidinverbindung und Mischungen davon ausgewählt. In einigen Ausführungsformen wird die sauerstoffhaltige Verbindung aus MgAlCrO4, FeCrO4, CaTiO3, Ca4(Si2O7)(F,OH)2 und Mischungen davon ausgewählt.In some embodiments, the oxygen-containing compound is selected from a spinel compound, a perovskite compound, a cuspidin compound, and mixtures thereof. In some embodiments, the oxygen-containing compound is selected from MgAlCrO 4 , FeCrO 4 , CaTiO 3 , Ca 4 (Si 2 O 7 ) (F, OH) 2 and mixtures thereof.
Der Begriff ”Spinellverbindung” wird hierin in einem allgemeinen Sinn zur Beschreibung einer anorganischen Verbindung oder eines Minerals der allgemeinen Formel MgAlMO4 verwendet, worin das Element ”M” sich auf ein metallisches Element, wie Al, oder ein Übergangsmetall, wie Cr, bezieht. Der Begriff ”Spinellverbindung” wird ebenfalls hierin in der gleichen Weise verwendet, wie dieser Begriff gemeinhin im relevanten Fachbereich verstanden wird. Der Begriff ”Perovskitverbindung” wird hierin in einem allgemeinen Sinn zur Beschreibung einer anorganischen Verbindung oder eines Minerals der allgemeinen Formel CaTiO3 verwendet. Der Begriff ”Perovskitverbindung” wird hierin ebenfalls in der gleichen Weise verwendet, wie dieser Begriff gemeinhin im relevanten Fachbereich verstanden wird. Der Begriff ”Cuspidinverbindung” wird hierin in einem allgemeinen Sinn zur Beschreibung einer anorganischen Verbindung oder eines Minerals der allgemeinen Formel Ca4(Si2O7)(F,OH)2 verwendet. Der Begriff ”Cuspidinverbindung” wird hierin ebenfalls in der gleichen Weise verwendet, wie dieser Begriff gemeinhin im relevanten Fachbereich verstanden wird.The term "spinel compound" is used herein in a general sense to describe an inorganic compound or mineral of the general formula MgAlMO 4 wherein the element "M" refers to a metallic element such as Al, or a transition metal such as Cr. The term "spinel compound" is also used herein in the same manner as that term is commonly understood in the relevant art. The term "perovskite compound" is used herein in a general sense to describe an inorganic compound or a mineral of the general formula CaTiO 3 . The term "perovskite compound" is also used herein in the same manner as that term is commonly understood in the relevant art. The term "cuspidin compound" is used herein in a general sense to describe an inorganic compound or a mineral of the general formula Ca 4 (Si 2 O 7 ) (F, OH) 2 . The term "cuspidin compound" is also used herein in the same manner as that term is commonly understood in the relevant art.
In einigen Ausführungsformen soll die sauerstoffhaltige Verbindung die Anhaftung zwischen der Klebbondierschicht
Wie ebenfalls in
In einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel das metallische Substrat
Die
Schritt
Im Schritt
Schützende Bondierzusammensetzungen
Der Begriff ”Metalloxide” wird hierin in einem allgemeinen Sinn zur Beschreibung von Verbindungen mit der allgemeinen Formel MaOb verwendet, worin die Variable ”M” für ein Metallatom steht und die Variablen ”a” und ”b” für ganze Zahlen von größer als null stehen. Nicht beschränkende Beispiele von Metalloxiden schließen Verbindungen wie Li2O, BeO, B2O3, B6O, MgO, Al2O3, SiO2, CaO, Sc2O3, TiO, TiO2, Ti2O3, VO, V2O3, V2O4, V2O5, Cr2O3, CrO3, MnO, MnO2, Mn2O3, Mn3O4, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, NiO, Ni2O3, Cu2O, CuO, ZnO, Ga2O3, GeO2, As2O3, Rb2O, SrO, Y2O3, ZrO2, NiO, NiO2, Ni2O5, MoO3, MoO2, RuO2, Rh2O3, RhO2, PdO, Ag2O, CdO, In2O3, SnO, SnO2, Sb2O3, TeO2, TeO3, Cs2O, BaO, HfO2, Ta2O5, WO2, WO3, ReO3, Re2O7, PtO2, Au2O3, La2O3, CeO2, Ce2O3 und Mischungen davon ein, um einige zu nennen. Der Begriff ”Metalloxide” wird ebenfalls hierin in der gleichen Weise verwendet, wie dieser Begriff gemeinhin im relevanten Fachbereich verstanden wird.The term "metal oxides" is used herein in a general sense to describe compounds having the general formula M a O b wherein the variable "M" represents a metal atom and the variables "a" and "b" are integers greater than to stand as zero. Non-limiting examples of metal oxides include compounds such as Li 2 O, BeO, B 2 O 3 , B 6 O, MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO, Sc 2 O 3 , TiO, TiO 2 , Ti 2 O 3 , VO, V 2 O 3 , V 2 O 4 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , CrO 3 , MnO, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CoO, Co 3 O 4 , NiO, Ni 2 O 3 , Cu 2 O, CuO, ZnO, Ga 2 O 3 , GeO 2 , As 2 O 3 , Rb 2 O, SrO, Y 2 O 3 , ZrO 2 , NiO, NiO 2 , Ni 2 O 5 , MoO 3 , MoO 2 , RuO 2 , Rh 2 O 3 , RhO 2 , PdO, Ag 2 O, CdO, In 2 O 3 , SnO, SnO 2 , Sb 2 O 3 , TeO 2 , TeO 3 , Cs 2 O, BaO, HfO 2 , Ta 2 O 5 , WO 2 , WO 3 , ReO 3 , Re 2 O 7 , PtO 2 , Au 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Ce 2 O 3 and mixtures thereof, to name a few. The term "metal oxides" is also used herein in the same manner as this term is commonly understood in the relevant art.
Der Begriff ”Metallhalogenide” wird hierin in einem allgemeinen Sinn zur Beschreibung von Verbindungen verwendet, die ein Metallatom und mindestens ein Halogenatom enthalten. Nicht beschränkende Beispiele von Metallhalogeniden schließen Verbindungen wie LiF, LiCl, LiBr, LiI, Li2NiBr4, Li2CuCl4, LiAsF6, LiPF6, LiAlCl4, LiGaCl4, Li2PdCl4, NaF, NaCl, NaBr, Na3AlF6, NaSbF6, NaAsF6, NaAuBr4, NaAlCl4, Na2PdCl4, Na2PtCl4, MgF2, MgCl2, MgBr2, AlF3, KCl, KF, KBr, K2RuCl5, K2IrCl6, K2PtCl6, K2PtCl6, K2ReCl6, K3RhCl6, KSbF6, KAsF6, K2NiF6, K2TiF6, K2ZrF6, K2PtI6, KAuBr4, K2PdBr4, K2PdCl4, CaF2, CaF, CaBr2, CaCl2, CaI2, ScBr3, ScCl3, ScF3, ScI3, TiF3, VCl2, VCl3, CrCl3, CrBr3, CrCl2, CrF2, MnCl2, MnBr2, MnF2, MnF3, MnI2, FeBr2, FeBr3, FeCl2, FeCl3, FeI2, CoBr2, CoCl2, CoF3, CoF2, CoI2, NiBr2, NiCl2, NiF2, NiI2, CuBr, CuBr2, CuCl, CuCl2, CuF2, CuI, ZnF2, ZnBr2, ZnCl2, ZnI2, GaBr3, Ga2Cl4, GaCl3, GaF3, GaI3, GaBr2, GeBr2, GeI2, GeI4, RbBr, RbCl, RbF, RbI, SrBr2, SrCl2, SrF2, SrI2, YCl3, YF3, YI3, YBr3, ZrBr4, ZrCl4, ZrI2, YBr, ZrBr4, ZrCl4, ZrF4, ZrI4, NbCl5, NbF5, MoCl3, MoCl5, RuI3, RhCl3, PdBr2, PdCl2, PdI2, AgCl, AgF, AgF2, AgSbF6, AgI, CdBr2, CdCl2, CdI2, InBr, InBr3, InCl, InCl2, InCl3, InF3, InI, InI3, SnBr2, SnCl2, SnI2, SnI4, SnCl3, SbF3, SbI3, CsBr, CsCl, CsF, CsI, BaCl2, BaF2, BaI2, BaCoF4, BaNiF4, HfCl4, HfF4, TaCl5, TaF5, WCl4, WCl6, ReCl3, ReCl5, IrCl3, PtBr2, PtCl2, AuBr3, AuCl, AuCl3, AuI, KAuCl4, LaBr3, LaCl3, LaF3, LaI3, CeBr3, CeCl3, CeF3, CeF4, CeI3 und Mischungen davon ein, um einige zu nennen. Der Begriff ”Metallhalogenide” wird ebenfalls hierin in der gleichen Weise verwendet, wie dieser Begriff gemeinhin im relevanten Fachbereich verstanden wird.The term "metal halides" is used herein in a general sense to describe compounds containing a metal atom and at least one halogen atom. Non-limiting examples of metal halides include compounds such as LiF, LiCl, LiBr, LiI, Li 2 NiBr 4, Li 2 CuCl 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiGaCl 4 , Li 2 PdCl 4 , NaF, NaCl, NaBr, Na 3 AlF 6 , NaSbF 6 , NaAsF 6 , NaAuBr 4 , NaAlCl 4 , Na 2 PdCl 4 , Na 2 PtCl 4 , MgF 2 , MgCl 2 , MgBr 2 , AlF 3 , KCl, KF, KBr, K 2 RuCl 5 , K 2 IrCl 6 , K 2 PtCl 6 , K 2 PtCl 6 , K 2 ReCl 6 , K 3 RhCl 6 , KSbF 6 , KAsF 6 , K 2 NiF 6 , K 2 TiF 6 , K 2 ZrF 6 , K 2 PtI 6 , KAuBr 4 , K 2 PdBr 4 , K 2 PdCl 4 , CaF 2 , CaF, CaBr 2 , CaCl 2 , CaI 2 , ScBr 3 , ScCl 3 , ScF 3 , ScI 3 , TiF 3 , VCl 2 , VCl 3 , CrCl 3 , CrBr 3 , CrCl 2 , CrF 2 , MnCl 2 , MnBr 2 , MnF 2 , MnF 3 , MnI 2 , FeBr 2 , FeBr 3 , FeCl 2 , FeCl 3 , FeI 2 , CoBr 2 , CoCl 2 , CoF 3 , CoF 2 , CoI 2 , NiBr 2 , NiCl 2 , NiF 2 , NiI 2 , CuBr, CuBr 2 , CuCl, CuCl 2 , CuF 2 , CuI, ZnF 2 , ZnBr 2 , ZnCl 2 , ZnI 2 , GaBr 3 , Ga 2 Cl 4 , GaCl 3 , GaF 3 , GaI 3 , GaBr 2 , GeBr 2 , GeI 2 , GeI 4 , RbBr, RbCl, RbF, RbI, SrBr 2 , SrCl 2 , SrF 2 , SrI 2 , YCl 3 , YF 3 , YI 3 , YBr 3 , ZrBr 4 , ZrCl 4 , ZrI 2 , YBr, ZrBr 4 , ZrCl 4 , ZrF 4 , ZrI 4 , NbCl 5 , NbF 5 , MoCl 3 , MoCl 5 , RuI 3 , RhCl 3 , PdBr 2 , PdCl 2 , PdI 2 , AgCl, AgF, AgF 2 , AgSbF 6 , AgI, CdBr 2 , CdCl 2 , CdI 2 , InBr, InBr 3 , InCl, InCl 2 , InCl 3 , InF 3 , InI, InI 3 , SnBr 2 , SnCl 2 , SnI 2 , SnI 4 , SnCl 3 , SbF 3 , SbI 3 , CsBr, CsCl, CsF, CsI, BaCl 2 , BaF 2 , BaI 2 , BaCoF 4 , BaNiF 4 , HfCl 4 , HfF 4 , TaCl 5 , TaF 5 , WCl 4 , WCl 6 , ReCl 3 , ReCl 5 , IrCl 3 , PtBr 2 , PtCl 2 , AuBr 3 , AuCl, AuCl 3 , AuI, KAuCl 4 , LaBr 3 , LaCl 3 , LaF 3 , LaI 3 , CeBr 3 , CeCl 3 , CeF 3 , CeF 4 , CeI 3, and mixtures thereof, to name a few. The term "metal halides" is also used herein in the same manner as that term is commonly understood in the relevant art.
Der Begriff ”Metalloxometallate” wird hierin in einem allgemeinen Sinn zur Beschreibung von Verbindungen mit der allgemeinen Formel MaXbOc verwendet, worin die Variable ”M” für ein Metallatom steht, die Variable ”X” für ein Metall- oder Nichtmetallatom steht und die Variablen ”a” ”b” und ”c” für ganze Zahlen von größer als null stehen. Nicht beschränkende Beispiele von Metalloxometallaten schließen Verbindungen wie LiIO3, LiBO2, Li2SiO3, LiClO4, Na2B4O7, NaBO3, Na2SiO3, NaVO3, Na2MoO4, Na2SeO4, Na2SeO3, Na2TeO3, K2SiO3, K2CrO4, K2Cr2O7, CaSiO3, BaMnO4 und Mischungen davon ein, um einige zu nennen. Der Begriff ”Metalloxometallate” wird hierin ebenfalls in der gleichen Weise verwendet, wie dieser Begriff gemeinhin im relevanten Fachbereich verstanden wird.The term "metal oxometalates" is used herein in a general sense to describe compounds having the general formula M a X b O c wherein the variable "M" represents a metal atom, the variable "X" represents a metal or non-metal atom and the variables "a""b" and "c" are integers greater than zero. Non-limiting examples of metal oxometallates include compounds such as LiIO 3 , LiBO 2 , Li 2 SiO 3 , LiClO 4 , Na 2 B 4 O 7 , NaBO 3 , Na 2 SiO 3 , NaVO 3 , Na 2 MoO 4 , Na 2 SeO 4 , Na 2 SeO 3 , Na 2 TeO 3 , K 2 SiO 3 , K 2 CrO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , CaSiO 3 , BaMnO 4, and mixtures thereof, to name a few. The term "metal oxometalates" is also used herein in the same way as this term is commonly understood in the relevant art.
Der Begriff ”Metallcarbonate” wird hierin in einem allgemeinen Sinn zur Beschreibung von Verbindungen verwendet, die ein Metallatom und mindestens eine Carbonatgruppe enthalten. Nicht beschränkende Beispiele von Metallcarbonaten schließen Verbindungen wie Li2CO3, Na2CO3, NaHCO3, MgCO3, K2CO3, CaCO3, Cr2(CO3)
In einigen Ausführungsformen wird die TBC-6-Anhaftung an einer MCrAlY-Haftvermittler-Unterschicht
Diese Spinelle repräsentieren feste Reaktionsprodukte, die das darunter liegende metallische Substrat einbetten und an dieses anhaften und daher als chemische Anker
Schützende Bondierzusammensetzungen
Einige MgO/Al2O3-haltige Zusammensetzungen
Einige MgO/Al2O3-haltige Zusammensetzungen
Flussmittelzusammensetzungen, die Calciumoxid und Rutil enthalten, sind ebenfalls im relevanten Fachbereich dafür bekannt, dass sie problematisch sind (in Bezug auf die Ablösbarkeit von Schlacke von einer Schweißstelle) und Calciumtitanat-Perovskite durch Reaktionen wie:
Diese Perovskite können auch als chemische Anker
Einige schützende Bondierzusammensetzungen
Einige CaO/TiO2-haltige Zusammensetzungen
Einige CaO/TiO2-haltige Zusammensetzungen
Flussmittelzusammensetzungen, die Calciumfluorid und Silica enthalten, sind im relevanten Fachbereich ebenfalls dafür bekannt, dass sie problematisch sind und Cuspidin [Ca4(Si2O7)(F,OH)2] bilden, das ebenfalls die Schlackenentfernung behindert. Cuspis ist griechisch und bedeutet ”Speer”, was sich auf die Gestalt von kristallinem Cuspidin bezieht (siehe
Einige schützende Bondierzusammensetzungen
Einige CaF2/SiO2-haltige Zusammensetzungen
Einige CaF2/SiO2-haltige Zusammensetzungen
Während verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin gezeigt und beschrieben wurden, wird offensichtlich, dass solche Ausführungsformen lediglich Beispielcharakter haben. Zahlreiche Variationen, Veränderungen und Substitutionen können vorgenommen werden, ohne von der hierin beschriebenen Erfindung abzuweichen.While various embodiments of the present invention have been shown and described herein, it will be apparent that such embodiments are merely exemplary in nature. Numerous variations, changes and substitutions may be made without departing from the invention described herein.
Ausführungsformen:Embodiments:
- 1. Mehrschichtiger Gegenstand, umfassend: ein metallisches Substrat; eine Schutzschicht; und eine Klebbondierschicht, umfassend eine sauerstoffhaltige Verbindung, die die Klebbondierschicht mit dem metallischen Substrat, der Schutzschicht oder beiden verklebt.1. Multilayer article comprising: a metallic substrate; a protective layer; and an adhesive bonding layer comprising an oxygen-containing compound that bonds the adhesive bonding layer to the metallic substrate, the protective layer, or both.
-
2. Gegenstand gemäß Ausführungsform 1, weiterhin umfassend eine Vielzahl von mit der Klebbondierschicht und mindestens einem aus dem metallischen Substrat und der Schutzschicht verklebten Ankern,
wobei:
die Anker die sauerstoffhaltige Verbindung umfassen; und
eine Struktur der Anker dazu wirksam ist, das metallische Substrat, die Schutzschicht oder beide durch Bilden von Verknüpfungen zwischen den Schichten an der Klebbondierschicht anhaften zu lassen, so dass ein Teil der Anker an der Klebbondierschicht befestigt ist und ein anderer Teil der Anker an dem metallischen Substrat oder an der Schutzschicht befestigt ist.2. The article according to
embodiment 1, further comprising a plurality of with the Klebbondierschicht and at least one of the metallic substrate and the protective layer bonded anchors, wherein: the anchors include the oxygen-containing compound; and a structure of the anchors is effective to adhere the metallic substrate, the protective layer or both to the Klebbondierschicht by forming links between the layers, so that a part of the anchors is attached to the Klebbondierschicht and another part of the anchors on the metallic substrate or attached to the protective layer. -
3. Gegenstand gemäß Ausführungsform 1, umfassend:
ein Superlegierungssubstrat;
eine MCrAlY-Haftvermittlerschicht, die mit einer Oberfläche des Superlegierungssubstrats verklebt ist;
die mit einer Oberfläche der MCrAlY-Haftvermittlerschicht verklebte Klebbondierschicht; und
eine keramische Thermobarriereschicht, die mit einer Oberfläche der Klebbondierschicht verklebt ist.3. article according to
embodiment 1, comprising: a superalloy substrate; an MCrAlY primer layer bonded to a surface of the superalloy substrate; the adhesive bond layer bonded to a surface of the MCrAlY primer layer; and a ceramic thermal barrier layer bonded to a surface of the adhesive bonding layer. -
4. Gegenstand gemäß Ausführungsform 1, umfassend:
ein Superlegierungssubstrat;
die mit einer Oberfläche des Superlegierungssubstrats verklebte Klebbondierschicht; und
eine mit einer Oberfläche der Klebbondierschicht verklebte keramische Thermobarriereschicht.4. article according to
embodiment 1, comprising: a superalloy substrate; the adhesive bonding layer adhered to a surface of the superalloy substrate; and a ceramic thermal barrier layer bonded to a surface of the adhesive bonding layer. -
5. Gegenstand gemäß Ausführungsform 1, wobei die sauerstoffhaltige Verbindung mindestens eine ist, die aus der aus einer Spinellverbindung, einer Perovskitverbindung und einer Cuspidinverbindung bestehenden Gruppe ausgewählt ist.5. The article according to
Embodiment 1, wherein the oxygen-containing compound is at least one selected from the group consisting of a spinel compound, a perovskite compound and a cuspidin compound. -
6. Gegenstand gemäß Ausführungsform 1, wobei die sauerstoffhaltige Verbindung mindestens eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus MgAlCrO4, FeCrO4, CaTiO3 und Ca4(Si2O7)(F,OH)2 besteht.6. The article of
embodiment 1 wherein the oxygen-containing compound is at least one that is selected from the group consisting of MgAlCrO 4, FeCrO 4, CaTiO 3, and Ca 4 (Si 2 O 7) (F, OH) 2 is comprised. -
7. Gegenstand gemäß Ausführungsform 1, wobei die Klebbondierschicht aus einer schützenden Bondierzusammensetzung gebildet ist, umfassend mindestens eines aus:
einer Mischung von MgO und Al2O3 in jeweiligen Anteilen, so dass eine Cr umfassende Klebbondierschicht ferner MgAlCrO4 umfasst;
einer Mischung von CaO und TiO2 in jeweiligen Anteilen, so dass die Klebbondierschicht CaTiO3 umfasst; und
einer Mischung von CaF2 und SiO2 in jeweiligen Anteilen, so dass die Klebbondierschicht Ca4(Si2O7)(F,OH)2 umfasst.7. The article according to
embodiment 1, wherein the adhesive bonding layer is formed of a protective bonding composition comprising at least one of: a mixture of MgO and Al 2 O 3 in respective proportions so that an adhesive bonding layer comprising Cr further comprises MgAlCrO 4 ; a mixture of CaO and TiO 2 in respective proportions such that the adhesive bonding layer comprises CaTiO 3 ; and a mixture of CaF 2 and SiO 2 in respective proportions such that the adhesive bonding layer comprises Ca 4 (Si 2 O 7 ) (F, OH) 2 . -
8. Gegenstand gemäß Ausführungsform 7, der mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt:
(i) die schützende Bondierzusammensetzung umfasst mindestens eines aus
mehr als etwa 25 Gewichtsprozent des MgO und
mehr als etwa 25 Gewichtsprozent des Al2O3;
(ii) die schützende Bondierzusammensetzung umfasst mindestens eines aus
mehr als etwa 5 Gewichtsprozent des CaO und
mehr als etwa 5 Gewichtsprozent des TiO2; und
(iii) die schützende Bondierzusammensetzung umfasst mindestens eines aus
mehr als etwa 25 Gewichtsprozent des CaF2 und
mehr als etwa 20 Gewichtsprozent des SiO2,
bezogen auf das Gesamtgewicht der schützenden Bondierzusammensetzung.8. The article of
embodiment 7 that satisfies at least one of the following conditions: (i) the protective bonding composition comprises at least one of greater than about 25 weight percent MgO and greater than about 25 weight percent Al 2 O 3 ; (ii) the protective Bondierzusammensetzung comprises at least one of more than about 5 percent by weight of CaO and more than about 5 percent by weight of TiO 2; and (iii) the protective bonding composition comprises at least one of greater than about 25 weight percent of the CaF 2 and greater than about 20 weight percent of the SiO 2 , based on the total weight of the protective bonding composition. - 9. Mehrschichtiger Gegenstand, umfassend: eine metallische Schicht; eine Schutzschicht; und eine Vielzahl von sowohl mit der metallischen Schicht als auch der Schutzschicht verklebten Ankern, wobei: die Anker eine sauerstoffhaltige anorganische Verbindung umfassen; und eine Struktur der Anker dazu wirksam ist, die metallische Schicht durch Bilden von Verknüpfungen zwischen den Schichten an der Schutzschicht anhaften zu lassen, so dass ein Teil der Anker an der metallischen Schicht befestigt ist und ein anderer Teil der Anker an der Schutzschicht befestigt ist.9. Multilayer article comprising: a metallic layer; a protective layer; and a plurality of anchors bonded to both the metallic layer and the protective layer, in which: the anchors comprise an oxygen-containing inorganic compound; and a structure of the anchors is effective to adhere the metallic layer to the protective layer by forming interconnections between the layers such that a part of the anchors is attached to the metallic layer and another part of the anchors is attached to the protective layer.
- 10. Gegenstand gemäß Ausführungsform 9, ferner umfassend eine Klebbondierschicht, die zwischen der metallischen Schicht und der Schutzschicht angeordnet ist und sich in direktem Kontakt mit den Ankern befindet, wobei die Anker die Verknüpfungen zwischen den Schichten bilden, so dass ein erster Teil der Anker mit der metallischen Schicht verbunden ist, ein zweiter Teil der Anker mit der Klebbondierschicht verbunden ist und ein dritter Teil der Anker mit der Schutzschicht verbunden ist.The article of embodiment 9, further comprising an adhesive bonding layer disposed between the metallic layer and the protective layer and in direct contact with the anchors, the anchors forming the interconnections between the layers such that a first portion of the anchors the metallic layer is connected, a second part of the armature is connected to the Klebbondierschicht and a third part of the armature is connected to the protective layer.
- 11. Gegenstand gemäß Ausführungsform 9, wobei die sauerstoffhaltige anorganische Verbindung mindestens eine ist, die aus der aus einer Spinellverbindung, einer Perovskitverbindung und einer Cuspidinverbindung bestehenden Gruppe ausgewählt ist.11. The article according to Embodiment 9, wherein the oxygen-containing inorganic compound is at least one selected from the group consisting of a spinel compound, a perovskite compound and a cuspidin compound.
- 12. Gegenstand gemäß Ausführungsform 9, wobei die sauerstoffhaltige anorganische Verbindung mindestens eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus MgAlCrO4, FeCrO4, CaTiO3 und Ca4(Si2O7)(F,OH)2 besteht.The article according to embodiment 9, wherein the oxygen-containing inorganic compound is at least one selected from the group consisting of MgAlCrO 4 , FeCrO 4 , CaTiO 3 and Ca 4 (Si 2 O 7 ) (F, OH) 2 .
-
13. Verfahren zum Bilden eines mehrschichtigen Gegenstands gemäß Ausführungsform 1, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Erhitzen einer schützenden Bondierzusammensetzung zur Bildung einer Schmelze in Kontakt mit einer metallhaltigen Oberfläche;
Abkühlenlassen un Erstarrenlassen der Schmelze zu der an der metallhaltigen Oberfläche angebrachten Klebbondierschicht;
Aufbringen eines keramischen Materials auf die Klebbondierschicht; und
Erhitzen des keramischen Materials zur Bildung der an der Klebbondierschicht angebrachten Schutzschicht, die, zur Bildung des mehrschichtigen Gegenstands.13. A method of forming a multilayer article according to
embodiment 1, the method comprising: heating a protective bonding composition to form a melt in contact with a metal-containing surface; Allowing the melt to solidify and solidify to the adhesive bonding layer attached to the metal-containing surface; Applying a ceramic material to the adhesive bonding layer; and Heating the ceramic material to form the protective layer attached to the adhesive bonding layer, to form the multilayer article. - 14. Verfahren gemäß Ausführungsform 13, wobei die schützende Bondierzusammensetzung mindestens zwei umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, die aus MgO, Al2O3, CaO, TiO2, CaF2 und SiO2 besteht.14. The method of embodiment 13, wherein the protective bonding composition comprises at least two selected from the group consisting of MgO, Al 2 O 3 , CaO, TiO 2 , CaF 2 and SiO 2 .
- 15. Verfahren gemäß Ausführungsform 13, wobei die schützende Bondierzusammensetzung MgO und Al2O3 in jeweiligen Anteilen umfasst, so dass die Schmelze in Gegenwart von Cr MgAlCrO4 enthält.15. The method of embodiment 13, wherein the protective bonding composition comprises MgO and Al 2 O 3 in respective proportions such that the melt contains MgAlCrO 4 in the presence of Cr.
- 16. Verfahren gemäß Ausführungsform 15, wobei das Molverhältnis des MgO zu dem Al2O3 im Bereich von etwa 1,5:1 bis etwa 1:1,5 liegt.16. The method of embodiment 15, wherein the molar ratio of the MgO to the Al 2 O 3 ranges from about 1.5: 1 to about 1: 1.5.
- 17. Verfahren gemäß Ausführungsform 15, wobei die schützende Bondierzusammensetzung mindestens eines von Folgenden umfasst: mehr als etwa 25 Gewichtsprozent des MgO; und mehr als etwa 25 Gewichtsprozent des Al2O3, bezogen auf das Gesamtgewicht der schützenden Bondierzusammensetzung.17. The method of embodiment 15, wherein the protective bonding composition comprises at least one of: greater than about 25 weight percent of the MgO; and greater than about 25 weight percent of the Al 2 O 3 , based on the total weight of the protective bonding composition.
- 18. Verfahren gemäß Ausführungsform 13, wobei die schützende Bondierzusammensetzung CaO und TiO2 in jeweiligen Anteilen umfasst, so dass die Schmelze CaTiO3 enthält.18. The method of embodiment 13, wherein the protective bonding composition comprises CaO and TiO 2 in respective proportions such that the melt contains CaTiO 3 .
-
19. Verfahren gemäß Ausführungsform 18, wobei das Molverhältnis des CaO zu dem TiO2 im Bereich von etwa 1,5:1 bis etwa 1:1,5 liegt.19. The method of
embodiment 18, wherein the molar ratio of the CaO to the TiO 2 ranges from about 1.5: 1 to about 1: 1.5. -
20. Verfahren gemäß Ausführungsform 18, wobei die schützende Bondierzusammensetzung mindestens eines von Folgenden umfasst:
mehr als etwa 5 Gewichtsprozent des CaO; und
mehr als etwa 5 Gewichtsprozent des TiO2,
bezogen auf das Gesamtgewicht der schützenden Bondierzusammensetzung.20. The method of
embodiment 18, wherein the protective bonding composition comprises at least one of: greater than about 5 weight percent of the CaO; and more than about 5 weight percent of the TiO 2 , based on the total weight of the protective bonding composition. - 21. Verfahren gemäß Ausführungsform 13, wobei die schützende Bondierzusammensetzung CaF2 and SiO2 in jeweiligen Anteilen umfasst, so dass die Schmelze Ca4(Si2O7)(F,OH)2 enthält.21. The method of embodiment 13, wherein the protective bonding composition comprises CaF 2 and SiO 2 in respective proportions such that the melt contains Ca 4 (Si 2 O 7 ) (F, OH) 2 .
- 22. Verfahren gemäß Ausführungsform 21, wobei das Molverhältnis des CaF2 zu dem SiO2 im Bereich von etwa 1,5:1 bis etwa 2,5:1 liegt.22. The method of embodiment 21, wherein the molar ratio of the CaF 2 to the SiO 2 ranges from about 1.5: 1 to about 2.5: 1.
- 23. Verfahren gemäß Ausführungsform 21, wobei die schützende Bondierzusammensetzung mindestens eines von Folgenden umfasst: mehr als etwa 25 Gewichtsprozent des CaF2; und mehr als etwa 20 Gewichtsprozent des SiO2, bezogen auf das Gesamtgewicht der schützenden Bondierzusammensetzung.23. The method of embodiment 21, wherein the protective bonding composition comprises at least one of: greater than about 25 weight percent of the CaF 2 ; and more than about 20 weight percent of the SiO 2 , based on the total weight of the protective bonding composition.
- 24. Verfahren gemäß Ausführungsform 13, wobei die metallhaltige Oberfläche ein metallisches Substrat oder eine Haftvermittlerschicht ist, die an der Oberfläche des metallischen Substrats befestigt ist.24. The method according to embodiment 13, wherein the metal-containing surface is a metallic substrate or a primer layer attached to the surface of the metallic substrate.
- 25. Verfahren gemäß Ausführungsform 13, ferner umfassend das Entfernen eines Teils der Klebbondierschicht vor dem Aufbringen des Keramischen Materials, dergestalt dass: Anker, die in der Klebbondierschicht enthalten sind, nicht entfernt werden und an der metallhaltigen Oberfläche befestigt bleiben; und exponierte Teile der Anker während des Erhitzens des Keramischen Materials an der Schutzschicht eine Befestigung erfahren.25. The method according to embodiment 13, further comprising removing a portion of the adhesive bonding layer prior to applying the ceramic material, such that: Anchors contained in the Klebbondierschicht not be removed and remain attached to the metal-containing surface; and exposed parts of the anchors during the heating of the ceramic material to the protective layer undergo attachment.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2006/0266799 [0017] US 2006/0266799 [0017]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Oladipupo, A. O., ”Slag Detachability from Submerged Arc Welds,” Doktorarbeit (Massachusetts Institute of Technology) Februar 1987 [0043] Oladipupo, AO, "Slag Detachability from Submerged Arc Welds," Doctoral Thesis (Massachusetts Institute of Technology) February 1987 [0043]
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