JP2019099921A - Method for forming porous heat-insulation coating - Google Patents

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Abstract

To provide a method for forming a porous heat-insulation coating.SOLUTION: There is provided a method (10) for controlling a porosity parameter of a porous heat-insulation coating (130). The method includes setting a raw material (121) on a substrate (110) to form the porous heat-insulation coating (130). The raw material (121) contains a gas formation additive and a heat-insulation coating material (112). A setting step (12) further includes controlling the porosity parameter of the porous heat-insulation coating (130 by controlling a feed rate of the raw material (121), a content of the gas formation additive in the raw material (121), temperature of the raw material (120) setting on the substrate (110) or a combination thereof.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、一般に、多孔質遮熱コーティングを形成するための方法に関する。より具体的には、本開示は、多孔質遮熱コーティングの多孔度パラメータを制御することに関する。   The present disclosure relates generally to methods for forming porous thermal barrier coatings. More specifically, the present disclosure relates to controlling the porosity parameters of porous thermal barrier coatings.

遮熱コーティングは、典型的には、高温で動作する、または高温に曝される物品で使用される。航空用タービンおよび陸上用タービンは、例えば、遮熱コーティングによって保護された1つまたは複数の構成要素を含み得る。遮熱コーティングに使用される材料の例は、イットリウム安定化ジルコニア(YSZ)などの希土類安定化ジルコニア材料を含む。希土類安定化ジルコニア材料は、緻密な焼結体として評価した場合、約2.2W/m−Kの熱伝導率を有する。YSZは、その高温性能、低い熱伝導率、および比較的容易な堆積のために、部分的に、ガスタービンの遮熱コーティング材料として広く使用されている。近年、遮熱コーティングを形成するために使用される材料の総重量、厚さ、および量を減少させるために、遮熱特性のさらなる改善に対する要求が高まっている。   Thermal barrier coatings are typically used on articles operating at or exposed to high temperatures. Aviation and land based turbines may include, for example, one or more components protected by a thermal barrier coating. Examples of materials used for thermal barrier coatings include rare earth stabilized zirconia materials such as yttrium stabilized zirconia (YSZ). The rare earth stabilized zirconia material has a thermal conductivity of about 2.2 W / m-K when evaluated as a compact sintered body. YSZ is widely used, in part, as a thermal barrier coating material for gas turbines because of its high temperature performance, low thermal conductivity, and relatively easy deposition. In recent years, there has been an increasing demand for further improvement of the thermal barrier properties in order to reduce the total weight, thickness and amount of materials used to form the thermal barrier coating.

遮熱コーティングの熱伝導率はまた、コーティングの多孔度を増加させることによって低下させることができる。従来、遮熱コーティングは、例えば、空気プラズマ溶射(APS)によって、または電子ビーム物理蒸着(EBPVD)によってなどの適切な堆積技術を使用して形成することができる。APSプロセスによって堆積された遮熱コーティングは、典型的には、不均一な多孔度によって取り囲まれた、不規則な膨張した粒子によって特徴付けられる微細構造を有し得る。EBPVDプロセスによって堆積された遮熱コーティングは、破砕につながる応力を生じることなく膨張および収縮することが可能であり得る柱状の耐歪み性粒子構造をもたらすことができる。しかし、EBPVDプロセスは、APSプロセスよりも多くの資本を必要とし得る。したがって、遮熱コーティングの多孔度を制御することが可能であり、それによって遮熱コーティングの熱伝導率を制御する改善されたコーティングプロセスが必要とされている。   The thermal conductivity of the thermal barrier coating can also be reduced by increasing the porosity of the coating. Conventionally, thermal barrier coatings can be formed using suitable deposition techniques, such as, for example, by air plasma spraying (APS) or by electron beam physical vapor deposition (EBPVD). Thermal barrier coatings deposited by the APS process can typically have a microstructure characterized by irregular expanded particles surrounded by non-uniform porosity. Thermal barrier coatings deposited by the EBPVD process can provide columnar strain resistant particle structures that may be able to expand and contract without creating stresses that lead to fracture. However, EBPVD processes may require more capital than APS processes. Thus, there is a need for an improved coating process that can control the porosity of the thermal barrier coating, thereby controlling the thermal conductivity of the thermal barrier coating.

米国特許第9527109B2号明細書U.S. Pat. No. 9,527,109 B2

本開示の一実施形態は、原料材料を基材上に配置することによって多孔質遮熱コーティングを形成する方法に関する。原料材料は、ガス形成添加剤と、遮熱コーティング材料とを含む。配置ステップは、原料材料の供給速度、原料材料中のガス形成添加剤の量、基材上の配置された原料材料の温度、またはそれらの組合せを制御することによって多孔質遮熱コーティングの多孔度パラメータを制御することをさらに含む。   One embodiment of the present disclosure relates to a method of forming a porous thermal barrier coating by disposing a source material on a substrate. The source material comprises a gas forming additive and a thermal barrier coating material. The placement step comprises controlling the feed rate of the source material, the amount of gas forming additive in the source material, the temperature of the source material disposed on the substrate, or the porosity of the porous thermal barrier coating by controlling the combination thereof It further includes controlling the parameters.

本開示の別の実施形態は、原料材料を空気プラズマ溶射プロセスを使用して基材上に配置することによって多孔質遮熱コーティングを形成する方法に関する。原料材料は、ガス形成添加剤と、遮熱コーティング材料とを含む。配置ステップは、補助熱源を使用して基材上の配置された原料材料の温度を制御することによって多孔質遮熱コーティングの多孔度パラメータを制御することをさらに含む。   Another embodiment of the present disclosure relates to a method of forming a porous thermal barrier coating by disposing a source material on a substrate using an air plasma spray process. The source material comprises a gas forming additive and a thermal barrier coating material. The placing step further comprises controlling the porosity parameter of the porous thermal barrier coating by controlling the temperature of the deposited source material on the substrate using an auxiliary heat source.

本開示の別の実施形態は、傾斜多孔度を含む多孔質遮熱コーティングを形成する方法に関する。方法は、原料材料を基材上に配置して多孔質遮熱コーティングを形成することを含み、原料材料は、ガス形成添加剤と、遮熱コーティング材料とを含む。配置することは、原料材料中のガス形成添加剤の量、補助熱源を使用する基材上の配置された原料材料の温度、またはそれらの組合せを制御することによって傾斜多孔度を遮熱コーティング中に形成することを含む。   Another embodiment of the present disclosure relates to a method of forming a porous thermal barrier coating comprising graded porosity. The method includes disposing a source material on a substrate to form a porous thermal barrier coating, wherein the source material comprises a gas forming additive and a thermal barrier coating material. Placing the thermal barrier coating the graded porosity by controlling the amount of gas forming additive in the source material, the temperature of the source material disposed on the substrate using an auxiliary heat source, or a combination thereof Including forming.

本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。   These and other features, aspects, and advantages of the present disclosure will be better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, like numerals represent like parts throughout the drawings.

本開示の一実施形態による、多孔質遮熱コーティングを形成する方法を示す図である。FIG. 7 illustrates a method of forming a porous thermal barrier coating, according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、多孔質遮熱コーティングを形成する方法を示す図である。FIG. 7 illustrates a method of forming a porous thermal barrier coating, according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、多孔質遮熱コーティングを形成する方法を示す図である。FIG. 7 illustrates a method of forming a porous thermal barrier coating, according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、多孔質遮熱コーティングの概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a porous thermal barrier coating, according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、多孔質遮熱コーティングの別の概略断面図である。FIG. 7 is another schematic cross-sectional view of a porous thermal barrier coating, according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による、多孔質遮熱コーティングの走査型電子顕微鏡(SEM)顕微鏡写真を示す図である。FIG. 1 shows a scanning electron microscope (SEM) micrograph of a porous thermal barrier coating, according to one embodiment of the present disclosure.

本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「約」などの用語により修飾された値は、指定された正確な値に限定されるものではない。いくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応する場合がある。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組合せおよび/または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。   As used herein and throughout the specification and claims, the term "approximation" applies to modify any quantitative expression that can be varied without undue change in the underlying functionality involved can do. Thus, values modified by terms such as "about" are not limited to the exact values specified. In some instances, the term describing an approximation may correspond to the accuracy of the instrument for measuring the value. Here, and throughout the specification and claims, the limitation of the range can be combined and / or replaced, and such range is identified and all encompassed therein, unless context and language indicate otherwise Including subranges of

以下の明細書および特許請求の範囲では、単数形「1つの(a、an)」および「その(the)」は、別段文脈において明確に示されない限り、複数の指示対象を含む。本明細書で使用する場合、「または」という用語は、別段文脈において明確に示されない限り、排他的であることを意味せず、参照された存在する構成要素の少なくとも1つを指し、かつ参照された構成要素の組合せが存在し得る場合を含む。   In the following specification and claims, the singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. As used herein, the term "or" is not meant to be exclusive unless explicitly stated otherwise in context, and refers to at least one of the referenced present components and references Including the case where there may be a combination of components.

本明細書で使用する場合、「可能性がある(may)」および「である可能性がある(may be)」という用語は、一連の状況の中で発生する可能性があること、指定された特性、特徴もしくは機能を持つことを示し、かつ/または限定された動詞に関連付けられた能力、性能、もしくは可能性の1つまたは複数を表すことによって別の動詞を限定する。したがって、「可能性がある」および「である可能性がある」の使用は、修飾される用語が示された性能、機能、または用法に対して明らかに妥当、可能、または適切であることを示す一方で、状況によっては、修飾される用語が妥当、可能、または適切ではないことがあることを考慮している。   As used herein, the terms "may" and "may be" are designated that they may occur in a series of situations. And / or limit another verb by representing one or more of the abilities, capabilities, or possibilities associated with the limited verb. Thus, the use of "possibly" and "possibly" means that the term to be modified is clearly valid, possible or appropriate to the indicated performance, function, or usage. While indicating, it is contemplated that in some circumstances, the terms to be modified may be valid, possible or not appropriate.

本明細書で使用する場合、「コーティング」という用語は、連続的または不連続的な形で下にある表面の少なくとも一部の上に配置された材料を指す。さらに、「コーティング」という用語は、必ずしも配置された材料の均一な厚さを意味するものではなく、配置された材料は均一な厚さを有しても、不均一な厚さを有してもよい。「コーティング」という用語は、コーティング材料の単一の層を指すことも、コーティング材料の複数の層を指すこともある。コーティング材料は、複数の層において同じであっても異なっていてもよい。   As used herein, the term "coating" refers to a material disposed on at least a portion of the underlying surface in a continuous or discontinuous manner. Furthermore, the term "coating" does not necessarily mean a uniform thickness of the deposited material, and even though the deposited material has a uniform thickness, it has a non-uniform thickness. It is also good. The term "coating" may refer to a single layer of coating material or to multiple layers of coating material. The coating material may be the same or different in the plurality of layers.

本明細書で使用する場合、「配置された」という用語は、特に明記しない限り、互いに直接接触して配置された、または間に介在層を有することによって間接的に配置された層またはコーティングを指す。   As used herein, unless otherwise stated, the term "disposed" is intended to mean layers or coatings disposed directly in contact with each other or indirectly by having an intervening layer therebetween. Point to.

本開示の一実施形態は、多孔質遮熱コーティングを形成する方法に関する。方法は、原料材料を基材上に配置して多孔質遮熱コーティングを形成することを含み、原料材料は、ガス形成添加剤と、遮熱コーティング材料とを含む。配置ステップは、原料材料の供給速度、原料材料中のガス形成添加剤の量、基材上の配置された原料材料の温度、またはそれらの組合せを制御することによって多孔質遮熱コーティングの多孔度パラメータを制御することを含む。   One embodiment of the present disclosure relates to a method of forming a porous thermal barrier coating. The method includes disposing a source material on a substrate to form a porous thermal barrier coating, wherein the source material comprises a gas forming additive and a thermal barrier coating material. The placement step comprises controlling the feed rate of the source material, the amount of gas forming additive in the source material, the temperature of the source material disposed on the substrate, or the porosity of the porous thermal barrier coating by controlling the combination thereof Including controlling the parameters.

図1は、本開示のいくつかの実施形態による方法10を示す。方法10は、ステップ11において、基材110を設けることと、ステップ12において、原料材料121を基材110上に配置して配置された原料材料120を形成することと、ステップ13において、多孔質遮熱コーティング130を基材110上に形成することとを含む。   FIG. 1 illustrates a method 10 according to some embodiments of the present disclosure. The method 10 comprises providing a substrate 110 in step 11; forming a raw material material 120 disposed and disposed on the substrate 110 in step 12; and porous in step 13. Forming the thermal barrier coating 130 on the substrate 110.

図1では、説明を容易にするために、基材110が平面プロファイルを有するものとして示されているが、基材110は、任意の適切な幾何学的形状またはプロファイル、例えば、複雑な幾何学的形状、非平面プロファイル、または両方の組合せを有してもよい。本明細書で使用する場合、「複雑な幾何学的形状」という用語は、正方形、円形、または長方形ではないように、容易にまたは一貫して識別可能または再現可能ではない形状を指す。いくつかの実施形態では、基材110は、高温環境に曝される構成要素の一部、例えば、タービンエンジンであってもよい。いくつかの実施形態では、タービンエンジンは、航空機エンジンであってもよい。あるいは、タービンエンジンは、産業用途に使用される任意の他のタイプのエンジンであってもよい。このようなタービンエンジンの非限定的な例は、発電所で使用される陸上用タービンエンジン、船舶で使用されるタービンエンジン、またはオイルリグで使用されるタービンエンジンを含む。タービンエンジン構成要素の非限定的な例は、ブレードおよびベーンなどのタービン翼形部、タービンシュラウド、タービンノズル、バケット、ライナおよびデフレクタなどの燃焼器構成要素、熱シールド、ガスタービンエンジンのオーグメンタハードウェア、および当業者に知られている他の同様のタービン構成要素を含む。   Although in FIG. 1 the substrate 110 is shown as having a planar profile for ease of explanation, the substrate 110 may have any suitable geometric shape or profile, for example a complex geometry It may have a geometric shape, a non-planar profile, or a combination of both. As used herein, the term "complex geometric shape" refers to shapes that are not easily or consistently identifiable or reproducible, such as not being square, circular, or rectangular. In some embodiments, substrate 110 may be part of a component exposed to a high temperature environment, such as a turbine engine. In some embodiments, the turbine engine may be an aircraft engine. Alternatively, the turbine engine may be any other type of engine used in industrial applications. Non-limiting examples of such turbine engines include land-based turbine engines used in power plants, turbine engines used in ships, or turbine engines used in oil rigs. Non-limiting examples of turbine engine components include turbine airfoils such as blades and vanes, turbine shrouds, turbine nozzles, combustor components such as buckets, liners and deflectors, heat shields, augmentor hardware of gas turbine engines Hardware and other similar turbine components known to those skilled in the art.

基材110は、セラミックマトリックス複合材または金属超合金を含むことができる。適切な金属超合金の非限定的な例は、鉄基超合金、コバルト基超合金、ニッケル基超合金、またはそれらの組合せを含む。   Substrate 110 can comprise a ceramic matrix composite or a metal superalloy. Non-limiting examples of suitable metal superalloys include iron based superalloys, cobalt based superalloys, nickel based superalloys, or combinations thereof.

基材110は、タービンエンジンの予め製造された構成要素であってもよく、または、配置ステップの前に製造されてもよい。いくつかの実施形態では、基材を設けるステップ11は、1つまたは複数の準備ステップ、例えば、洗浄すること、研磨すること、ボンドコーティングを配置することなどを含んでもよい。いくつかの実施形態では、基材110は、ステップ11において、ボンドコーティング(図には示さず)でコーティングすることができる。ボンドコーティングは、下にある基材110を保護し、多孔質遮熱コーティング130がより強固に基材110に付着することを可能にする金属耐酸化性材料から形成することができる。ボンドコーティングのための適切な材料は、MCrAlY合金粉末を含み、式中、Mは、鉄、ニッケル、白金またはコバルトなどの金属を表す。他の適切なボンドコート材料の非限定的な例は、ニッケルアルミナイド、白金アルミナイド、またはそれらの組合せなどの金属アルミナイドを含む。 The substrate 110 may be a pre-manufactured component of a turbine engine or may be manufactured prior to the placement step. In some embodiments, the step 11 of providing the substrate may include one or more preparatory steps, such as, for example, cleaning, polishing, placing a bond coating, and the like. In some embodiments, the substrate 110 can be coated with a bond coating (not shown) in step 11. The bond coating can be formed from a metal oxidation resistant material that protects the underlying substrate 110 and allows the porous thermal barrier coating 130 to adhere more firmly to the substrate 110. Suitable materials for bond coating include M 1 CrAlY alloy powder, where M 1 represents a metal such as iron, nickel, platinum or cobalt. Non-limiting examples of other suitable bond coat materials include metal aluminides such as nickel aluminide, platinum aluminide, or combinations thereof.

先に述べたように、原料材料121は、ステップ12において、基材110上に配置されて配置された原料材料120を形成する。本明細書で使用する場合、「原料材料」という用語は、単一の相を形成する2つ以上の材料の均質な混合物を指し、あるいは、複数の相を形成する2つ以上の材料の不均質な混合物を指す。原料材料121は、固体形態、液体形態、または半固体形態であってもよい。ある特定の実施形態では、原料材料121は、粉末の形態である。   As noted above, source material 121 forms source material 120 disposed and disposed on substrate 110 in step 12. As used herein, the term "raw material" refers to a homogeneous mixture of two or more materials that form a single phase, or the failure of two or more materials to form multiple phases. Refers to a homogeneous mixture. The source material 121 may be in solid form, liquid form, or semi-solid form. In one particular embodiment, the source material 121 is in the form of a powder.

先に述べたように、原料材料121は、ガス形成添加剤と、遮熱コーティング材料とを含む。ある特定の実施形態では、原料材料121は、ガス形成添加剤と遮熱コーティング材料との均質な混合物を含む。ある特定の実施形態では、ガス形成添加剤は、遮熱コーティング材料に予め溶解されて原料材料121を形成する。いかなる理論にも束縛されるものではないが、原料材料121(例えば、原料粉末)の製造時にガス形成添加剤を原料材料121に組み込むことによって、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータを制御することができると考えられる。例えば、原料材料121中のガス形成添加剤の量、サイズ、または分布の1つまたは複数を制御することによって行うことができる。   As mentioned earlier, the source material 121 comprises a gas forming additive and a thermal barrier coating material. In one particular embodiment, the source material 121 comprises a homogeneous mixture of gas forming additive and thermal barrier coating material. In one particular embodiment, the gas forming additive is pre-dissolved in the thermal barrier coating material to form the source material 121. Without being bound by any theory, the porosity parameters of the porous thermal barrier coating 130 are controlled by incorporating a gas forming additive into the source material 121 during the production of the source material 121 (eg, source powder). It is thought that can be done. For example, this can be done by controlling one or more of the amount, size, or distribution of gas forming additives in source material 121.

本明細書で使用する場合、「ガス形成添加剤」という用語は、昇温で、遮熱コーティング材料によって閉じ込められる非反応性かつ不溶性の(遮熱コーティング材料と共に)ガスに酸化することが可能であり、それによって細孔を形成する材料を指す。適切なガス形成添加剤の例は、限定はしないが、グラファイト、炭化物、酸炭化物、窒化物、またはそれらの組合せを含む。ある特定の実施形態では、ガス形成添加剤は、元素状炭素を含む。後で詳述するように、配置ステップの間または後、ガス形成添加剤は、用いられるガス形成添加剤の組成物に応じてガス、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、亜酸化窒素、または任意の適切なガスを形成する。不溶性ガスは、配置または後配置ステップの間に遮熱コーティングに閉じ込められ、それによって細孔を形成する。いくつかの実施形態では、形成されるガスの実質的な量が、遮熱コーティング材料に閉じ込められる。「ガスの実質的な量」という用語は、本明細書で使用する場合、形成されるガスの少なくとも90体積%を指す。これは、多孔質コーティングを形成するために用いられる逃散性材料とは対照的であり、逃散性材料が分解または酸化するようにコーティング材料が昇温に曝され、得られたガスがコーティングから放出され、それによって細孔が生じる。   As used herein, the term "gas forming additive" is capable of oxidizing at elevated temperatures into a non-reactive and insoluble (with the thermal barrier coating material) gas trapped by the thermal barrier coating material Refers to the material that forms the pores thereby. Examples of suitable gas forming additives include, but are not limited to, graphite, carbides, oxycarbides, nitrides, or combinations thereof. In certain embodiments, the gas forming additive comprises elemental carbon. During or after the placement step, the gas forming additive may be a gas, such as carbon monoxide, carbon dioxide, nitrous oxide, or any other, depending on the composition of the gas forming additive used, as described in more detail below. Form a suitable gas. The insoluble gas is trapped in the thermal barrier coating during the placement or post-placement step, thereby forming pores. In some embodiments, a substantial amount of gas formed is trapped in the thermal barrier coating material. The term "substantial amount of gas" as used herein refers to at least 90% by volume of the gas formed. This is in contrast to the fugitive material used to form the porous coating, where the coating material is subjected to elevated temperatures such that the fugitive material decomposes or oxidizes, and the resulting gas is released from the coating And thereby create pores.

本明細書で使用する場合、「遮熱コーティング」という用語は、物品の下にある基材への熱の流れを低減し、すなわち、熱障壁を形成することが可能な材料を含むコーティングを指す。遮熱コーティング材料のタイプおよび量に関する多孔質遮熱コーティングの組成物は、隣接するボンドコート層(存在する場合)の組成物、遮熱コーティングに望まれる熱膨張率(CTE)特徴、および遮熱コーティングに望まれる遮熱特性を含む、1つまたは複数の要素に依存し得る。   As used herein, the term "thermal barrier coating" refers to a coating that includes a material capable of reducing the flow of heat to the underlying substrate of the article, ie, forming a thermal barrier. . The composition of the porous thermal barrier coating with respect to the type and amount of thermal barrier coating material is the composition of the adjacent bond coat layer (if present), the coefficient of thermal expansion (CTE) characteristics desired for the thermal barrier coating, and the thermal barrier It may depend on one or more factors, including the thermal barrier properties desired for the coating.

適切な遮熱コーティング材料の非限定的な例は、ジルコニア、パイロクロア、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施形態では、遮熱材料は、化学的に安定化されたジルコニア(例えば、ジルコニアとブレンドされた金属酸化物)、例えば、イットリア安定化ジルコニア、セリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、スカンジア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、インジア安定化ジルコニア、イッテルビア安定化ジルコニア、ランタナ安定化ジルコニア、ガドリニア安定化ジルコニア、ならびにそのような安定化ジルコニアの混合物を含む。   Non-limiting examples of suitable thermal barrier coating materials include zirconia, pyrochlore, or combinations thereof. In some embodiments, the thermal barrier material is chemically stabilized zirconia (eg, metal oxide blended with zirconia), such as yttria stabilized zirconia, ceria stabilized zirconia, calcia stabilized zirconia, Scandia stabilized zirconia, magnesia stabilized zirconia, india stabilized zirconia, ytterbia stabilized zirconia, lanthana stabilized zirconia, gadolinia stabilized zirconia, as well as mixtures of such stabilized zirconia.

ある特定の実施形態では、遮熱コーティング材料は、イットリア安定化ジルコニアを含む。適切なイットリア安定化ジルコニアは、約1wt%〜約20wt%のイットリア(イットリアとジルコニアとの合計重量に基づく)、より典型的には、約3wt%〜約10wt%のイットリアを含んでもよい。例示的なイットリア安定化ジルコニア遮熱コーティングは、約7wt%のイットリアと、約93wt%のジルコニアとを含む。これらの化学的に安定化されたジルコニアは、遮熱コーティングの熱伝導率をさらに低下させるために、ジスプロシア、エルビア、ユーロピア、ガドリニア、ネオジミア、プラセオジミア、ウラニア、およびハフニアなどの第2の金属(例えば、ランタニドまたはアクチニド)酸化物の1つまたは複数をさらに含んでもよい。   In certain embodiments, the thermal barrier coating material comprises yttria stabilized zirconia. Suitable yttria stabilized zirconia may comprise about 1 wt% to about 20 wt% yttria (based on the combined weight of yttria and zirconia), more typically about 3 wt% to about 10 wt% yttria. An exemplary yttria stabilized zirconia thermal barrier coating comprises about 7 wt% yttria and about 93 wt% zirconia. These chemically stabilized zirconias further reduce the thermal conductivity of the thermal barrier coating by using second metals such as dysprosia, erbia, europia, gadolinia, neodymia, praseodymia, uranias, and hafnia (e.g. And one or more of lanthanide or actinide) oxides.

本明細書で使用する場合、「多孔質遮熱コーティング」という用語は、複数の細孔を含むコーティングを指す。「多孔質遮熱コーティングの多孔度パラメータ」という用語は、本明細書で使用する場合、多孔質遮熱コーティング130中の、複数の細孔の細孔径、細孔径分布、細孔の数、または細孔微細構造の1つまたは複数を指す。細孔径は、多孔質遮熱コーティング130中の細孔の中央値または平均径の指標を提供する。細孔径分布は、多孔質遮熱コーティング130の長さ、幅および厚さにわたって存在する細孔径の範囲の量的記述を提供する。細孔体積は、多孔質遮熱コーティング130によって占有される全体積における複数の細孔によって占有される体積の百分率であり、多孔質遮熱コーティング130の「全多孔度」とも呼ばれる。上述の多孔度パラメータの1つまたは複数を変化させることによって、多孔質遮熱コーティング130中の複数の細孔の全多孔度を制御することができる。多孔質遮熱コーティング130中の細孔径、細孔形状、細孔の数、細孔径分布、または細孔微細構造の1つまたは複数は、本開示に記載の方法を使用して制御することができる。   As used herein, the term "porous thermal barrier coating" refers to a coating comprising a plurality of pores. The term "porosity parameter of the porous thermal barrier coating" as used herein refers to the pore size, pore size distribution, number of pores, or number of pores in the porous thermal barrier coating 130, or Refers to one or more of the pore microstructures. The pore size provides an indication of the median or mean diameter of the pores in the porous thermal barrier coating 130. The pore size distribution provides a quantitative description of the range of pore sizes present over the length, width and thickness of the porous thermal barrier coating 130. Pore volume is the percentage of the volume occupied by the plurality of pores in the total volume occupied by the porous thermal barrier coating 130, also referred to as the "total porosity" of the porous thermal barrier coating 130. By varying one or more of the porosity parameters described above, the overall porosity of the plurality of pores in the porous thermal barrier coating 130 can be controlled. The pore size, pore shape, number of pores, pore size distribution, or one or more of the pore microstructures in the porous thermal barrier coating 130 may be controlled using the methods described in the present disclosure it can.

いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130中の複数の細孔の平均細孔径は、約0.1ミクロン〜約25ミクロンの範囲である。いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130中の複数の細孔の平均細孔径は、約0.25ミクロン〜約5ミクロンの範囲である。多孔質遮熱コーティング130中の複数の細孔は、任意の適切な形状によって特徴付けることができる。ある特定の実施形態では、多孔質遮熱コーティング中の細孔の形状は、実質的に球形であってもよい。いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130中の回転楕円体の多孔度は、耐歪み性微細構造を提供することができ、それによって遮熱コーティングがガスタービン動作条件下でより長期間動作することを可能にする。   In some embodiments, the average pore size of the plurality of pores in the porous thermal barrier coating 130 is in the range of about 0.1 microns to about 25 microns. In some embodiments, the average pore size of the plurality of pores in the porous thermal barrier coating 130 ranges from about 0.25 microns to about 5 microns. The plurality of pores in the porous thermal barrier coating 130 can be characterized by any suitable shape. In certain embodiments, the shape of the pores in the porous thermal barrier coating may be substantially spherical. In some embodiments, the porosity of the spheroid in the porous thermal barrier coating 130 can provide a strain resistant microstructure, whereby the thermal barrier coating lasts longer under gas turbine operating conditions Allow to work.

図1を再び参照すると、ステップ12において、原料材料121は、適切な装置115を使用して基材110上に配置される。原料材料121は、物理蒸着(PVD)、電子ビーム物理蒸着(EBPVD)などの蒸着;空気プラズマ溶射(APS)、サスペンションプラズマ溶射(SPS)、および真空プラズマ溶射(VPS)などのプラズマ溶射;高速酸素燃料(HVOF)溶射、爆発、またはワイヤ溶射などの他の熱溶射堆積法;化学蒸着(CVD)、ゾル−ゲル法、または上述の技術の2つ以上の組合せを含む、様々な技術のいずれかによって直接ボンドコーティング(存在する場合)または基材110上に配置することができる。   Referring again to FIG. 1, in step 12, the source material 121 is disposed on the substrate 110 using a suitable device 115. Raw materials 121 are physical vapor deposition (PVD), vapor deposition such as electron beam physical vapor deposition (EBPVD); air plasma spraying (APS), suspension plasma spraying (SPS), and plasma spraying such as vacuum plasma spraying (VPS); high speed oxygen Fuel (HVOF) spraying, explosion, or any other thermal spray deposition method such as wire spraying; chemical vapor deposition (CVD), sol-gel method, or any of a variety of techniques, including combinations of two or more of the above mentioned techniques Directly on the bond coating (if present) or on the substrate 110.

多孔質遮熱コーティング130を配置、堆積または形成するために使用される特定の技術は、多孔質遮熱コーティング130の組成物、厚さ、および多孔質遮熱コーティング130に望まれる物理的構造の1つまたは複数に依存し得る。ある特定の実施形態では、原料材料121は、プラズマ溶射技術、特に、APS技術を使用して配置される。先に述べたように、ガス形成添加剤および遮熱コーティング材料は、基材110またはボンドコーティング(存在する場合)上に原料材料121として共堆積される。いくつかの実施形態では、共堆積は、ガス形成添加剤と遮熱コーティング材料とを共に(例えば、粉末として)ブレンド、混合または組み合わせて、次に基材/ボンドコーティング上に堆積される混合物を提供することによって達成することができる。ガス形成添加剤と遮熱コーティング材料とのブレンドまたは混合は、原料材料を堆積装置115(例えば、APSガン)に供給する前に行うことができ、または堆積装置115自体で行うことができ、内部で原料材料を形成する。ある特定の実施形態では、ガス形成添加剤は、原料材料121を堆積装置115に供給する前に遮熱コーティング材料中に混合して溶解される。「配置された原料材料」という用語は、本明細書で使用する場合、堆積されたままの原料材料、すなわち、追加のステップ(例えば、加熱)に供されていない原料材料、または、あるいは配置ステップの後に追加のステップ(例えば、補助熱源を介した加熱)に供されている原料材料を指す。「配置された原料材料」という用語は、本明細書で使用する場合、「多孔質遮熱コーティング」から区別され、それにより「配置された原料材料」において、遮熱コーティング材料は部分的にまたは完全に溶融状態にあり、細孔はコーティング内に依然として閉じ込められていない場合がある。   The particular technology used to place, deposit or form the porous thermal barrier coating 130 is the composition of the porous thermal barrier coating 130, the thickness, and the physical structure desired for the porous thermal barrier coating 130 It may depend on one or more. In one particular embodiment, the source material 121 is disposed using plasma spray technology, in particular, APS technology. As mentioned earlier, the gas forming additive and the thermal barrier coating material are co-deposited as the source material 121 on the substrate 110 or bond coating (if present). In some embodiments, co-deposition blends, mixes or combines the gas forming additive and the thermal barrier coating material together (eg, as a powder) and then deposits the mixture deposited on the substrate / bond coating It can be achieved by providing. Blending or mixing of the gas forming additive and the thermal barrier coating material can be done prior to feeding the source material to the deposition apparatus 115 (eg, APS gun), or can be done in the deposition apparatus 115 itself, internally Form the raw material. In one particular embodiment, the gas forming additive is mixed and dissolved in the thermal barrier coating material prior to supplying the source material 121 to the deposition apparatus 115. As used herein, the term "placed source material" as used herein is a source material as deposited, ie, a source material that has not been subjected to additional steps (eg, heating), or Source materials that have been subjected to additional steps (eg, heating via an auxiliary heat source). The term "disposed source material" as used herein is distinguished from "porous thermal barrier coating", whereby in "disposed source material" the thermal barrier coating material is partially or It may be completely molten and the pores may still not be trapped in the coating.

配置ステップ12は、多孔質遮熱コーティング130を形成するために、原料材料121の供給速度、原料材料121中のガス形成添加剤の量、または基材110上の配置された原料材料120の温度を制御することをさらに含む。これらのパラメータの1つまたは複数を制御することによって、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータ(およびしたがって、全多孔度)が制御される。いかなる理論にも束縛されるものではないが、この制御ステップが存在しない場合、多孔質遮熱コーティング130中の制御されていない、回転楕円体でない、またはランダムに分布した多孔度が生じることがあると考えられる。   The disposing step 12 is performed by supplying the raw material 121, the amount of the gas forming additive in the raw material 121, or the temperature of the raw material 120 disposed on the substrate 110 to form the porous thermal barrier coating 130. Further including controlling the By controlling one or more of these parameters, the porosity parameter (and hence the total porosity) of the porous thermal barrier coating 130 is controlled. Without being bound by any theory, uncontrolled, non-spheroidal, or randomly distributed porosity in the porous thermal barrier coating 130 may occur in the absence of this control step. it is conceivable that.

いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータは、原料材料121の供給速度と原料材料121中のガス形成添加剤の量の一方または両方を制御することによって制御される。「供給速度」という用語は、本明細書で使用する場合、適切な堆積装置115を使用することによる、基材110上の原料材料121の堆積速度を指す。原料材料がAPSプロセスを使用して堆積される実施形態では、「供給速度」という用語は、原料材料121の溶射速度を指す。いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータは、原料材料121中のガス形成添加剤の量を約0.1wt%〜約10wt%の範囲で制御することによって制御される。いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータは、原料材料121中のガス形成添加剤の量を約0.5wt%〜約5wt%の範囲で制御することによって制御される。いくつかの実施形態では、後で詳述するように、原料材料121中のガス形成添加剤の量は、配置された原料材料120がガス形成添加剤の傾斜含有量を含むように配置ステップの期間にわたって変化させることができ、それによって傾斜多孔度を結果として得られる多孔質遮熱コーティング130中に形成する。そのような実施形態では、「ガス形成添加剤の量」という用語は、配置ステップの全期間にわたる原料材料121中のガス形成添加剤の平均量を指す。   In some embodiments, the porosity parameter of the porous thermal barrier coating 130 is controlled by controlling the feed rate of the source material 121 and / or the amount of gas forming additive in the source material 121. The term "feed rate" as used herein refers to the deposition rate of the source material 121 on the substrate 110 by using a suitable deposition apparatus 115. In embodiments where the source material is deposited using an APS process, the term "feed rate" refers to the spray rate of source material 121. In some embodiments, the porosity parameter of the porous thermal barrier coating 130 is controlled by controlling the amount of gas forming additive in the source material 121 in the range of about 0.1 wt% to about 10 wt% . In some embodiments, the porosity parameter of the porous thermal barrier coating 130 is controlled by controlling the amount of gas forming additive in the source material 121 in the range of about 0.5 wt% to about 5 wt% . In some embodiments, as described in more detail below, the amount of gas forming additive in the source material 121 is such that the disposed source material 120 includes a graded content of gas forming additive. A graded porosity may be formed in the resulting porous thermal barrier coating 130 which may be varied over time. In such embodiments, the term "amount of gas forming additive" refers to the average amount of gas forming additive in the feedstock 121 over the entire duration of the placement step.

いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータは、原料材料121の供給速度を約2.5gm/分〜約100gm/分の範囲に制御することによって制御される。いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータは、原料材料121の供給速度を約20gm/分〜約50gm/分の範囲に制御することによって制御される。供給速度は、バルブまたは他の適切な方法を使用することによって制御することができる。これは、多孔質遮熱コーティングを形成するために使用される方法とは対照的であり、原料材料中のガス形成添加剤の供給速度または量が制御されていないので、制御されていないランダムな多孔度が生じる可能性がある。   In some embodiments, the porosity parameter of the porous thermal barrier coating 130 is controlled by controlling the feed rate of the source material 121 in the range of about 2.5 gm / min to about 100 gm / min. In some embodiments, the porosity parameter of the porous thermal barrier coating 130 is controlled by controlling the feed rate of the source material 121 in the range of about 20 gm / min to about 50 gm / min. The feed rate can be controlled by using a valve or other suitable method. This is in contrast to the method used to form the porous thermal barrier coating, as the feed rate or amount of gas forming additive in the source material is not controlled, so it is random and uncontrolled. Porosity can occur.

いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータは、基材110上の配置された原料材料120の温度を制御することによって制御される。基材110上の配置された原料材料120の温度は、堆積前の(例えば、原料材料を予熱することによる)原料材料121の温度、堆積温度(例えば、堆積のためにAPSを使用する場合の、または堆積中に補助熱源を使用することによる溶射温度)、または原料材料が堆積されている基材110の温度の1つまたは複数を制御することによって制御することができる。ある特定の実施形態では、基材110上の配置された原料材料120の温度は、基材の予熱と、配置された原料材料温度の維持との組合せによって制御される。   In some embodiments, the porosity parameters of the porous thermal barrier coating 130 are controlled by controlling the temperature of the source material 120 disposed on the substrate 110. The temperature of the source material 120 disposed on the substrate 110 is the temperature of the source material 121 before deposition (for example, by preheating the source material), the deposition temperature (for example, when using APS for deposition) Control may be by controlling one or more of: thermal spray temperature by using an auxiliary heat source during deposition, or the temperature of the substrate 110 on which the source material is being deposited. In certain embodiments, the temperature of the source material 120 disposed on the substrate 110 is controlled by a combination of substrate preheating and maintenance of the disposed source material temperature.

いくつかの実施形態では、基材110上の配置された原料材料120は、基材110が耐えることができる温度よりも高い温度に加熱される。本明細書で使用する場合、「基材が耐えることができる温度」という用語は、それを超えると基材が変形、溶融、または形態変化し始める温度を指す。いくつかの実施形態では、配置された原料材料は、タービンエンジン動作温度と同様の温度に加熱されてもよい。原料材料を堆積させてエンジン動作温度と同様の温度に加熱すると、界面のコーティング応力を低下させ、その温度において、したがってエンジンの遮熱コーティングの寿命を潜在的に改善することができる。いくつかの実施形態では、基材110上の配置された原料材料120は、約1000℃〜約1500℃の範囲の温度に加熱される。ある特定の実施形態では、基材110上の配置された原料材料120は、約1150℃〜約1300℃の範囲の温度に加熱される。   In some embodiments, the source material 120 disposed on the substrate 110 is heated to a temperature higher than the temperature that the substrate 110 can withstand. As used herein, the term "the temperature that the substrate can withstand" refers to the temperature above which the substrate begins to deform, melt, or change shape. In some embodiments, the disposed feedstock material may be heated to a temperature similar to the turbine engine operating temperature. Depositing the source material and heating to a temperature similar to the engine operating temperature can reduce interface coating stress, which can potentially improve the life of the engine's thermal barrier coating at that temperature. In some embodiments, source material 120 disposed on substrate 110 is heated to a temperature in the range of about 1000 ° C. to about 1500 ° C. In one particular embodiment, the source material 120 disposed on the substrate 110 is heated to a temperature in the range of about 1150 ° C. to about 1300 ° C.

配置された原料材料120は、補助熱源を使用して加熱されてもよい。「補助熱源」という用語は、原料材料121を配置するために使用される主装置に加えて用いられる熱源を指す。例えば、APS技術を使用して原料材料を配置する場合、APS装置は、補助熱源とは個別の異なる主熱源を含むことができる。適切な補助熱源は、限定はしないが、赤外線(IR)源、プラズマ源、インダクタ、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施形態では、補助熱源は、APSプロセスに使用されるプラズマ源とは異なるプラズマ源である。ある特定の実施形態では、補助熱源は、誘導コイルを含む。   The disposed source material 120 may be heated using an auxiliary heat source. The term "auxiliary heat source" refers to a heat source used in addition to the main device used to place the source material 121. For example, if the source material is placed using APS technology, the APS device can include a separate main heat source separate from the supplemental heat source. Suitable supplemental heat sources include, but are not limited to, infrared (IR) sources, plasma sources, inductors, or combinations thereof. In some embodiments, the supplemental heat source is a plasma source different from the plasma source used in the APS process. In certain embodiments, the supplemental heat source comprises an induction coil.

本開示の別の実施形態は、補助熱源を使用して多孔質遮熱コーティングを形成する方法に関する。方法は、原料材料を空気プラズマ溶射プロセスを使用して基材上に配置して多孔質遮熱コーティングを形成することを含み、原料材料は、ガス形成添加剤と、遮熱コーティング材料とを含み、配置ステップは、補助熱源を使用して基材上の配置された原料材料の温度を制御することによって多孔質遮熱コーティングの多孔度パラメータを制御することを含む。   Another embodiment of the present disclosure relates to a method of forming a porous thermal barrier coating using an auxiliary heat source. The method includes disposing a source material on a substrate using an air plasma spray process to form a porous thermal barrier coating, wherein the source material comprises a gas forming additive and a thermal barrier coating material. The placing step includes controlling the porosity parameter of the porous thermal barrier coating by controlling the temperature of the deposited source material on the substrate using an auxiliary heat source.

図2は、本開示の一実施形態による方法20を示す。方法20は、ステップ14において、基材110を設けることと、ステップ15において、原料材料をAPS装置115を使用して基材110上に配置して配置された原料材料120を形成することと、ステップ16において、多孔質遮熱コーティング130を基材110上に形成することとを含む。方法は、ステップ15において、補助熱源125を使用して配置された原料材料の温度を制御することをさらに含む。適切な補助熱源の非限定的な例は、先に本明細書に記載されている。さらに、図2は、単一の補助熱源125を示しているが、基材のサイズおよび形状に応じて1つまたは複数の熱源125を用いることができることに留意されたい。さらに、補助熱源125の構成、補助熱源125の配置、および補助熱源125の基材110への近接度の1つまたは複数は、必要とされる加熱の程度に応じて変化させてもよい。   FIG. 2 shows a method 20 according to an embodiment of the present disclosure. The method 20 comprises providing a substrate 110 in step 14 and forming a source material 120 disposed and disposed on the substrate 110 using the APS device 115 in step 15; Forming the porous thermal barrier coating 130 on the substrate 110 in step 16; The method further includes, at step 15, controlling the temperature of the disposed source material using the supplemental heat source 125. Non-limiting examples of suitable supplemental heat sources are described herein above. Furthermore, although FIG. 2 shows a single auxiliary heat source 125, it should be noted that one or more heat sources 125 can be used depending on the size and shape of the substrate. Additionally, one or more of the configuration of the supplemental heat source 125, the placement of the supplemental heat source 125, and the proximity of the supplemental heat source 125 to the substrate 110 may vary depending on the degree of heating required.

図1および図2をここで参照すると、いくつかの実施形態では、配置された原料材料120の加熱は、基材110を予熱すること、原料材料121を同時に配置および加熱すること、または配置ステップ12、15の後に配置された原料材料120を加熱することの1つまたは複数によって行われる。ある特定の実施形態では、配置された原料材料120の加熱は、配置ステップ12、15の前に基材110を予熱することによって行われる。いくつかのこのような場合には、基材110は、補助熱源125を使用して第1の温度に予熱されてもよく、原料材料121は、予熱された基材上に堆積されてもよい。第1の温度は、遮熱コーティング材料を溶融するか、または溶融状態の既に溶融した遮熱コーティング材料を維持するのに十分であるが、基材110が耐えることができる温度よりも低くてもよい。いくつかの実施形態では、配置ステップ12、15の間、原料材料は、補助熱源125を使用して第2の温度にさらに加熱することができる。第2の温度は、ガス形成添加剤の酸化をもたらし、それによってガスを溶融した遮熱コーティング材料中に形成するのに十分であるが、基材が耐えることができる温度よりも高くてもよい。例えば、ニッケルまたはコバルト基超合金の場合、補助熱源は、ガスが形成されるように、配置された原料材料120をこれらの超合金の融点よりも高い温度に加熱することができる。   With reference now to FIGS. 1 and 2, in some embodiments, heating of disposed raw material 120 preheats the substrate 110, simultaneously arranging and heating the raw material 121, or arranging steps. This is done by one or more of heating the source material 120 located after 12,15. In certain embodiments, heating of the disposed source material 120 is performed by preheating the substrate 110 prior to the placing steps 12, 15. In some such cases, the substrate 110 may be preheated to a first temperature using an auxiliary heat source 125, and the source material 121 may be deposited on the preheated substrate . The first temperature is sufficient to melt the thermal barrier coating material or to maintain the molten thermal barrier coating material in a molten state, but also below the temperature that the substrate 110 can withstand. Good. In some embodiments, the source material can be further heated to a second temperature using the supplemental heat source 125 during the placement steps 12, 15. The second temperature is sufficient to cause oxidation of the gas forming additive, thereby forming a gas in the molten thermal barrier coating material, but may be higher than the temperature the substrate can withstand . For example, in the case of a nickel or cobalt based superalloy, the supplemental heat source can heat the disposed source material 120 to a temperature above the melting point of these superalloys such that a gas is formed.

方法は、ステップ13、16において、配置された原料材料120を冷却して多孔質遮熱コーティング130を形成することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、予熱された基材を用いることによって、原料材料121を含むガス形成添加剤は、ガス形成添加剤が酸化してガスを形成するような温度で堆積される。このガスは、原料材料が依然として溶融している間に形成され、気泡により細孔を形成することができる。いくつかの実施形態では、配置された原料材料120の冷却速度は、これらの細孔が配置された原料材料120内に閉じ込められるような速度である。先に述べたように、これらの閉じ込められた細孔の多孔度は、本明細書に記載の方法を使用して制御することができる。いくつかの実施形態では、後で詳述するように、補助熱源125は、補助熱源125からの加熱を行って傾斜多孔度を多孔質遮熱コーティング130中に生じさせるようにさらに制御されてもよい。   The method may further include cooling the disposed source material 120 to form a porous thermal barrier coating 130 in steps 13, 16. In some embodiments, by using a preheated substrate, the gas forming additive comprising source material 121 is deposited at a temperature such that the gas forming additive oxidizes to form a gas. This gas is formed while the source material is still melting and bubbles can form pores. In some embodiments, the cooling rate of the disposed source material 120 is such that the pores are confined within the disposed source material 120. As mentioned earlier, the porosity of these confined pores can be controlled using the methods described herein. In some embodiments, as discussed further below, the supplemental heat source 125 may be further controlled to provide heating from the supplemental heat source 125 to produce graded porosity in the porous thermal barrier coating 130. Good.

本開示の別の実施形態は、傾斜多孔度を含む多孔質遮熱コーティングを形成する方法に関する。方法は、原料材料を基材上に配置して多孔質遮熱コーティングを形成することを含み、原料材料は、ガス形成添加剤と、遮熱コーティング材料とを含む。配置することは、原料材料中のガス形成添加剤の量、補助熱源を使用する基材上の配置された原料材料の温度、またはそれらの組合せを制御することによって傾斜多孔度を遮熱コーティング中に形成することを含む。   Another embodiment of the present disclosure relates to a method of forming a porous thermal barrier coating comprising graded porosity. The method includes disposing a source material on a substrate to form a porous thermal barrier coating, wherein the source material comprises a gas forming additive and a thermal barrier coating material. Placing the thermal barrier coating the graded porosity by controlling the amount of gas forming additive in the source material, the temperature of the source material disposed on the substrate using an auxiliary heat source, or a combination thereof Including forming.

「傾斜多孔度」という用語は、本明細書で使用する場合、多孔質遮熱コーティング130の厚さにわたって、複数の細孔によって占有される多孔質遮熱コーティング130の体積百分率の変化を指す。多孔質遮熱コーティング130の特定の領域について、複数の細孔によって占有される体積百分率は、その特定の領域における「多孔度」と呼ぶことができる。さらに、傾斜多孔度という用語は、多孔度の離散的な変化、多孔度の連続的な変化、またはそれらの組合せを包含する。例えば、いくつかの実施形態では、方法は、傾斜多孔度を多孔質遮熱コーティング130中に形成することを含んでもよく、それにより多孔度は、基材110(または存在する場合にはボンドコーティング)に近接して配置された領域から多孔質遮熱コーティング130の表面への多孔質遮熱コーティング130の厚さにわたって連続的に増加または減少する。いくつかの他の実施形態では、原料材料121は、離散的な層の形態で基材110(または存在する場合にはボンドコーティング)上に配置されてもよく、それにより得られた多孔質遮熱コーティング130の異なる層にわたって多孔度が段階的に変化(増加または減少)する。ある特定の実施形態では、方法は、多孔質遮熱コーティング130を形成することを含み、それにより基材110(または存在する場合にはボンドコーティング)に近接する領域および多孔質遮熱コーティング130の表面が実質的に多孔度を有さなくなる。中間領域は、離散的または連続的であることができる傾斜多孔度を有することができる。さらに、中間領域の多孔度は、多孔質遮熱コーティングの所望の特性に応じて増加または減少してもよい。いかなる理論にも束縛されるものではないが、多孔質遮熱コーティング130の厚さにわたる傾斜多孔度は、最終用途に応じて、所望の性能特徴を提供することができると考えられる。例えば、多孔質遮熱コーティングの表面に近接する層/領域の多孔度を最小限に抑えることによって、コーティングの侵食または衝撃耐性を高めることができる。いくつかの他の用途では、遮熱コーティングの多孔質表面が、例えば、コーティングの犠牲特性を改善するために望ましい場合がある。   The term "graded porosity" as used herein refers to the change in volume percent of the porous thermal barrier coating 130 occupied by the plurality of pores across the thickness of the porous thermal barrier coating 130. For a particular area of porous thermal barrier coating 130, the volume percentage occupied by the plurality of pores can be referred to as the "porosity" in that particular area. Furthermore, the term gradient porosity encompasses discrete changes in porosity, continuous changes in porosity, or a combination thereof. For example, in some embodiments, the method may include forming a graded porosity in the porous thermal barrier coating 130 such that the porosity is greater than that of the substrate 110 (or bond coating, if present). ) Continuously increases or decreases over the thickness of the porous thermal barrier coating 130 from the region disposed in proximity to the surface of the porous thermal barrier coating 130. In some other embodiments, the source material 121 may be disposed on the substrate 110 (or bond coating, if present) in the form of discrete layers, and the resulting porous barrier There is a gradual change (increase or decrease) in porosity across the different layers of the thermal coating 130. In certain embodiments, the method includes forming a porous thermal barrier coating 130 such that an area proximate to the substrate 110 (or bond coating, if present) and the porous thermal barrier coating 130 The surface is substantially free of porosity. The middle region can have a graded porosity that can be discrete or continuous. Additionally, the porosity of the intermediate region may be increased or decreased depending on the desired properties of the porous thermal barrier coating. Without being bound by any theory, it is believed that the graded porosity across the thickness of the porous thermal barrier coating 130 can provide the desired performance characteristics, depending on the end use application. For example, the erosion or impact resistance of the coating can be enhanced by minimizing the porosity of the layer / region close to the surface of the porous thermal barrier coating. In some other applications, the porous surface of the thermal barrier coating may be desirable, for example, to improve the sacrificial properties of the coating.

遮熱コーティング130の異なる領域/層の多孔質遮熱コーティング130の多孔度は、異なる領域/層の細孔の数と異なる領域/層の複数の細孔の平均径の一方または両方を変えることによって変化させることができる。ある特定の実施形態では、多孔質遮熱コーティングの厚さにわたる傾斜多孔度は、原料材料中のガス形成添加剤の量、補助熱源を使用する基材上の配置された原料材料の温度、またはそれらの組合せを制御することによって形成される。   The porosity of the porous thermal barrier coating 130 of the different regions / layers of the thermal barrier coating 130 changes the number of pores of the different regions / layers and / or the average diameter of the plurality of pores of the different regions / layers It can be changed by In certain embodiments, the graded porosity across the thickness of the porous thermal barrier coating is the amount of gas forming additive in the feedstock material, the temperature of the feedstock material disposed on the substrate using an auxiliary heat source, or It is formed by controlling their combination.

図1および図2に戻ると、いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の厚さにわたる傾斜多孔度は、例えば、原料材料121中のガス形成添加剤の量を制御することによって形成することができる。原料材料121中のガス形成添加剤の量を変化させることによって、配置ステップ12、15の期間にわたり配置された原料材料120中のガス形成添加剤の量を変化させることができる。したがって、配置された原料材料120中のガス形成添加剤の傾斜含有量が得られる。配置された原料材料120中のガス形成添加剤のこの傾斜含有量は、酸化すると傾斜多孔度を生じ得る。いくつかの実施形態では、原料材料121中のガス形成添加剤の量は、変化するガス形成添加剤を含有する複数の供給物を堆積装置115に供給し、かつ堆積装置115への供給物を制御することによって変化させることができる。   Returning to FIGS. 1 and 2, in some embodiments, the graded porosity across the thickness of the porous thermal barrier coating 130 is formed, for example, by controlling the amount of gas forming additive in the source material 121 can do. By varying the amount of gas forming additive in the source material 121, the amount of gas forming additive in the source material 120 disposed over the duration of the placement steps 12, 15 can be varied. Thus, a graded content of the gas-forming additive in the arranged source material 120 is obtained. This graded content of gas forming additive in the source material 120 disposed may produce graded porosity upon oxidation. In some embodiments, the amount of gas forming additive in the source material 121 provides a plurality of feeds containing the changing gas forming additive to the deposition apparatus 115 and the feed to the deposition apparatus 115 It can be changed by control.

引き続き図2を参照すると、いくつかの他の実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の厚さにわたる傾斜多孔度は、例えば、配置された原料材料120の温度を制御することによって形成することができる。そのような実施形態では、補助熱源125は、多孔度の所望の傾斜に応じて配置ステップ15の期間中、オンまたはオフにすることができる。例えば、最小限の多孔度が望まれる層/領域に対しては、補助熱源125をオフにし、それによってこれらの層/領域におけるガスの形成を最小限に抑えることができる。   Still referring to FIG. 2, in some other embodiments, the graded porosity across the thickness of the porous thermal barrier coating 130 may be formed, for example, by controlling the temperature of the disposed source material 120 it can. In such embodiments, the supplemental heat source 125 can be turned on or off during the placement step 15 depending on the desired slope of porosity. For example, for layers / regions where minimal porosity is desired, the supplemental heat source 125 can be turned off, thereby minimizing the formation of gas in these layers / regions.

図3をここで参照すると、傾斜多孔度を有する多孔質遮熱コーティング130を形成する方法30が示されている。方法30は、ステップ31において、基材110を設けることと、ステップ32において、遮熱コーティング材料112を基材110上に配置することと、ステップ33において、原料材料121を遮熱コーティング材料112上に配置して複数の層の配置された原料材料(120’、120’’)を形成することと、ステップ34において、遮熱コーティング材料112を配置された原料材料120’’の最外層120’’上に配置することと、ステップ35において、多孔質遮熱コーティング130を基材110上に形成することとを含む。方法は、ステップ33において、補助熱源125を使用して配置された原料材料120’、120’’の温度を制御することをさらに含む。適切な補助熱源の非限定的な例は、先に本明細書に記載されている。いくつかの実施形態では、補助熱源125をステップ32および34で使用して遮熱コーティング材料112を基材110上に配置することもできる。図3は、2つの層の配置された原料材料(120’、120’’)を示しているが、多数の層の配置された原料材料が、全多孔度の要件に応じて遮熱コーティング材料112上に存在してもよいことに留意されたい。   Referring now to FIG. 3, a method 30 of forming a porous thermal barrier coating 130 with graded porosity is shown. The method 30 comprises providing the substrate 110 in step 31, placing the thermal barrier coating material 112 on the substrate 110 in step 32, and in step 33 the source material 121 on the thermal barrier coating material 112. Forming a plurality of layers of disposed source material (120 ′, 120 ′ ′), and in step 34, the outermost layer 120 ′ of the source material 120 ′ ′ having the thermal barrier coating material 112 disposed thereon. And, in step 35, forming a porous thermal barrier coating 130 on the substrate 110. The method further includes, in step 33, controlling the temperature of the disposed source material 120 ', 120' 'using the supplemental heat source 125. Non-limiting examples of suitable supplemental heat sources are described herein above. In some embodiments, the supplemental heat source 125 can be used in steps 32 and 34 to place the thermal barrier coating material 112 on the substrate 110. Although FIG. 3 shows the two layer disposed raw material (120 ′, 120 ′ ′), the multiple layer disposed raw material is a thermal barrier coating material depending on the requirement of total porosity Note that it may be on 112.

いくつかの実施形態では、配置された原料材料120’中のガス形成添加剤の量は、配置された原料材料120’’の量とは異なることがある。先に述べたように、配置された原料材料120中のガス形成添加剤の量は、原料材料121中のガス形成添加剤の量を変えることによって変化させることができる。異なる層中のガス形成添加剤の量のこの変化は、各層の全多孔度の変化をもたらし、それによって傾斜多孔度を有する多孔質遮熱コーティング130を生成し得る。したがって、そのような実施形態では、多孔質遮熱コーティング130は、各層の多孔度が異なるように複数の層(112、120’、120’’)を含む。   In some embodiments, the amount of gas forming additive in the disposed feedstock material 120 'may be different than the amount of disposed feedstock material 120 ". As mentioned earlier, the amount of gas forming additive in the source material 120 disposed can be varied by changing the amount of gas forming additive in the source material 121. This change in the amount of gas forming additive in the different layers may result in a change in the overall porosity of each layer, thereby producing a porous thermal barrier coating 130 with graded porosity. Thus, in such embodiments, the porous thermal barrier coating 130 includes multiple layers (112, 120 ', 120 ") such that the porosity of each layer is different.

いくつかの実施形態では、配置された原料材料120’の温度は、配置された原料材料120’’の温度とは異なることがある。先に述べたように、配置された原料材料120の温度は、補助熱源125を制御することによって変化させることができる。異なる層中の温度のこの変化は、各層の全多孔度の変化をもたらし、それによって傾斜多孔度を有する多孔質遮熱コーティング130を生成し得る。したがって、そのような実施形態では、多孔質遮熱コーティング130は、各層の多孔度が異なるように複数の層(112、120’、120’’)を含む。   In some embodiments, the temperature of the disposed source material 120 'may be different than the temperature of the disposed source material 120' '. As mentioned earlier, the temperature of the source material 120 placed can be varied by controlling the auxiliary heat source 125. This change in temperature in the different layers may result in a change in the overall porosity of each layer, thereby producing a porous thermal barrier coating 130 with graded porosity. Thus, in such embodiments, the porous thermal barrier coating 130 includes multiple layers (112, 120 ', 120 ") such that the porosity of each layer is different.

図4および図5は、本開示のいくつかの実施形態による方法を使用して形成された、複数の細孔132を含む多孔質遮熱コーティング130の概略断面図を示す。いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータを制御することは、多孔質遮熱コーティング130中の複数の細孔132の平均細孔径を約0.1ミクロン〜約25ミクロンの範囲に制御することを含む。いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータを制御することは、多孔質遮熱コーティング130中の複数の細孔132の平均細孔径を約0.25ミクロン〜約5ミクロンの範囲に制御することを含む。いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータを制御することは、多孔質遮熱コーティング130中の複数の細孔132の平均細孔体積を約1体積%〜約10体積%の範囲に制御することを含む。いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータを制御することは、多孔質遮熱コーティング130中の複数の細孔132の平均細孔体積を約5体積%〜約10体積%の範囲に制御することを含む。   4 and 5 show schematic cross-sectional views of a porous thermal barrier coating 130 including a plurality of pores 132 formed using methods according to some embodiments of the present disclosure. In some embodiments, controlling the porosity parameter of the porous thermal barrier coating 130 comprises an average pore size of the plurality of pores 132 in the porous thermal barrier coating 130 of about 0.1 microns to about 25 microns. Including controlling in the range of In some embodiments, controlling the porosity parameter of the porous thermal barrier coating 130 comprises an average pore size of the plurality of pores 132 in the porous thermal barrier coating 130 of about 0.25 microns to about 5 microns. Including controlling in the range of In some embodiments, controlling the porosity parameter of the porous thermal barrier coating 130 comprises an average pore volume of the plurality of pores 132 in the porous thermal barrier coating 130 of about 1% by volume to about 10 volumes. Including controlling in the range of%. In some embodiments, controlling the porosity parameter of the porous thermal barrier coating 130 comprises about 5% by volume to about 10 volumes of the average pore volume of the plurality of pores 132 in the porous thermal barrier coating 130. Including controlling in the range of%.

いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130の多孔度パラメータを制御することは、多孔質遮熱コーティング130中の複数の細孔132の細孔微細構造を制御することを含む。いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130は、複数の細孔の少なくともいくつかの細孔が粒子内であるように複数の細孔132を含む。「粒子内」という用語は、本明細書で使用する場合、細孔が粒子の内部に存在することを意味する。いくつかの実施形態では、多孔質遮熱コーティング130は、複数の細孔の少なくともいくつかの細孔が粒子間である(粒子間に存在する)か、または粒界に存在するように複数の細孔132を含む。ある特定の実施形態では、複数の細孔の50%超が、粒子内である。ある特定の実施形態では、複数の細孔の80%超が、粒子内である。   In some embodiments, controlling the porosity parameter of the porous thermal barrier coating 130 includes controlling the pore microstructure of the plurality of pores 132 in the porous thermal barrier coating 130. In some embodiments, the porous thermal barrier coating 130 includes a plurality of pores 132 such that at least some of the plurality of pores are in the particle. The term "intraparticle" as used herein means that the pore is present inside the particle. In some embodiments, the porous thermal barrier coating 130 has a plurality of pores such that at least some of the plurality of pores are between particles (present between particles) or at grain boundaries. The pores 132 are included. In certain embodiments, more than 50% of the plurality of pores are in particles. In certain embodiments, more than 80% of the plurality of pores are in particles.

図4は、本開示のいくつかの実施形態による、形成された多孔質遮熱コーティング130の微細構造の概略図を示す。図4に示す多孔質遮熱コーティング130の微細構造は、複数の粒界136を有する粒子134によって特徴付けられる。微細構造は、粒子134の内部に存在する複数の細孔132(粒子内の細孔)をさらに含む。   FIG. 4 shows a schematic view of the microstructure of the formed porous thermal barrier coating 130 according to some embodiments of the present disclosure. The microstructure of the porous thermal barrier coating 130 shown in FIG. 4 is characterized by particles 134 having a plurality of grain boundaries 136. The microstructure further includes a plurality of pores 132 (pores in the particles) present inside the particles 134.

図5は、本開示のいくつかの実施形態による、形成された多孔質遮熱コーティング130の微細構造の別の概略図を示す。図5に示す多孔質遮熱コーティング130の微細構造は、複数の粒界136を有する粒子134によって特徴付けられる。微細構造は、粒子134の内部に存在する複数の細孔132(粒子内の細孔)と、粒界136にまたはその間にある複数の細孔138(粒子間の細孔)とをさらに含む。   FIG. 5 shows another schematic of the microstructure of the formed porous thermal barrier coating 130, according to some embodiments of the present disclosure. The microstructure of the porous thermal barrier coating 130 shown in FIG. 5 is characterized by particles 134 having a plurality of grain boundaries 136. The microstructure further includes a plurality of pores 132 (pores in the particles) present inside the particle 134 and a plurality of pores 138 (pores in the particles) at or between the grain boundaries 136.

図6は、APSプロセスを使用して、YSZと元素状炭素との混合物をコーティングすることによって形成された多孔質遮熱コーティング130の走査型電子顕微鏡(SEM)顕微鏡写真を示す。図6に示す多孔質遮熱コーティング130の微細構造は、複数の粒界136を有する粒子134によって特徴付けられる。微細構造は、粒子134の内部に存在する複数の実質的に球形の細孔132(粒子内の細孔)をさらに含む。細孔132は、閉じ込められた炭素含有ガスによって生成される。   FIG. 6 shows a scanning electron microscope (SEM) micrograph of a porous thermal barrier coating 130 formed by coating a mixture of YSZ and elemental carbon using an APS process. The microstructure of the porous thermal barrier coating 130 shown in FIG. 6 is characterized by particles 134 having a plurality of grain boundaries 136. The microstructure further includes a plurality of substantially spherical pores 132 (pores in the particles) present inside the particles 134. Pores 132 are produced by the trapped carbon-containing gas.

いかなる理論にも束縛されるものではないが、ガス(例えば、一酸化炭素、二酸化炭素など)が高温でのガス形成添加剤の分解から生成されるため、原料材料中にガス形成添加剤(例えば、元素状炭素)が存在すると、さらなる多孔度がもたらされる可能性があると考えられる。これらのガスは、遮熱コーティング材料に不溶性であるため、遮熱コーティング材料内に閉じ込めることができる。閉じ込められたガスによって周囲の遮熱材料に及ぼされる圧力は、遮熱コーティングが微細な多孔度を保持し、遮熱コーティングの微細構造が熱的に安定化され得るように、細孔の粗大化および微細構造における再分布を抑制することができる。制御された多孔度は、多孔質遮熱コーティングのより低い熱伝導率をさらにもたらし得る。したがって、いくつかのそのような実施形態では、多孔質遮熱コーティングは、同じコーティング厚さの場合、コーティングにわたる温度勾配がより高いので、熱保護を高めることができる。あるいは、タービンエンジン構成要素は、より薄い遮熱コーティング、および適用可能な場合にはより低い冷却空気流量のために設計することができる。これは、処理および材料コストを低下させ、構成要素の寿命およびエンジン効率を促進することができる。   Without being bound by any theory, as the gas (eg carbon monoxide, carbon dioxide, etc.) is produced from the decomposition of the gas forming additive at high temperature, the gas forming additive (eg It is believed that the presence of elemental carbon) may result in additional porosity. Because these gases are insoluble in the thermal barrier coating material, they can be trapped within the thermal barrier coating material. The pressure exerted by the entrapped gas on the surrounding thermal barrier material causes the coarsening of the pores, such that the thermal barrier coating retains its fine porosity and the thermal barrier coating's microstructure can be thermally stabilized. And redistribution in the microstructure can be suppressed. Controlled porosity may further result in the lower thermal conductivity of the porous thermal barrier coating. Thus, in some such embodiments, the porous thermal barrier coating can enhance thermal protection as the temperature gradient across the coating is higher for the same coating thickness. Alternatively, turbine engine components can be designed for thinner thermal barrier coatings and lower cooling air flow rates, if applicable. This can reduce processing and material costs and can promote component life and engine efficiency.

前述の例は単なる例示であり、本開示の特徴のいくつかのみを例示する役割を果たす。したがって、出願人の意図は、本開示の特徴を説明するために利用される例の選択によって、添付の特許請求の範囲が制限されないことである。特許請求の範囲で使用する場合、「備える」という単語およびその文法上の変形は、例えば、限定はしないが、「実質的に〜からなる」および「〜からなる」などの様々なおよび異なる範囲のフレーズを論理的にも包含し、含む。必要に応じて、範囲が与えられ、それらの範囲はその間のすべての部分範囲を包括する。当業者にはこれらの範囲の変形がそれ自体によって示唆されるものとなり、まだ一般に公開されていない場合には、それらの変形は、可能ならば、添付の特許請求の範囲に含まれると解釈すべきであることが予想されるはずである。科学および技術の進歩が、言葉の不正確さのために今は企図されていない均等物および代用物を可能にすることになり、これらの変形もまた、可能ならば、添付の特許請求の範囲に含まれると解釈すべきであることもまた予期される。
[実施態様1]
多孔質遮熱コーティング(130)を形成する方法(10、20、30)であって、
原料材料(121)を基材(110)上に配置して前記多孔質遮熱コーティング(130)を形成すること(12、15)を含み、前記原料材料(121)は、ガス形成添加剤と、遮熱コーティング材料(112)とを含み、前記配置すること(12、15)は、原料材料(121)の供給速度、前記原料材料(121)中の前記ガス形成添加剤の量、前記基材(110)上の前記配置された原料材料(120、120’、120’’)の温度、またはそれらの組合せを制御することによって前記多孔質遮熱コーティング(130)の多孔度パラメータを制御することを含む、方法(10、20、30)。
[実施態様2]
前記多孔質遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、補助熱源(125)を使用して前記基材(110)上の前記配置された原料材料(120、120’、120’’)の前記温度を制御すること(33)を含む、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様3]
前記基材(110)上の前記配置された原料材料(120、120’、120’’)が、前記基材(110)が耐えることができる温度よりも高い温度に加熱される、実施態様2に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様4]
前記基材(110)上の前記配置された原料材料(120、120’、120’’)が、約1000℃〜約1500℃の範囲の温度に加熱される、実施態様3に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様5]
前記多孔質遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、前記原料材料(121)中の前記ガス形成添加剤の前記量を約0.1wt%〜約10wt%の範囲に制御することを含む、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様6]
前記多孔質遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、原料材料(121)の供給速度を約2.5gm/分〜約100gm/分の範囲に制御することを含む、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様7]
前記ガス形成添加剤が、グラファイト、炭化物、酸炭化物、窒化物、またはそれらの組合せを含む、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様8]
前記ガス形成添加剤が、元素状炭素を含む、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様9]
前記遮熱コーティング材料(112)が、イットリア安定化ジルコニアを含む、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様10]
前記原料材料(121)が、空気プラズマ溶射プロセスを使用して前記基材(110)上に配置される、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様11]
前記多孔度パラメータが、平均細孔径、平均細孔体積、細孔径分布、細孔微細構造、またはそれらの組合せを含む、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様12]
前記多孔質遮熱コーティング(130)が、複数の細孔(132)の少なくともいくつかの細孔(132)が粒子内であるように前記複数の細孔(132)を含む、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様13]
前記多孔質遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、前記多孔質遮熱コーティング(130)中の複数の細孔(132)の平均細孔径を約0.1ミクロン〜約25ミクロンの範囲に制御することを含む、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様14]
前記多孔質遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、前記多孔質遮熱コーティング(130)中の複数の細孔(132)の平均細孔体積を約5体積%〜約10体積%の範囲に制御することを含む、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様15]
前記遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、前記遮熱コーティング(130)の厚さにわたって傾斜多孔度を形成することをさらに含む、実施態様1に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様16]
多孔質遮熱コーティング(130)を形成する方法(10、20、30)であって、
原料材料(121)を空気プラズマ溶射プロセスを使用して基材(110)上に配置して前記多孔質遮熱コーティング(130)を形成すること(12、15)を含み、前記原料材料(121)は、ガス形成添加剤と、遮熱コーティング材料(112)とを含み、前記配置すること(12、15)は、補助熱源(125)を使用して前記基材(110)上の前記配置された原料材料(120、120’、120’’)の温度を制御すること(33)によって前記多孔質遮熱コーティング(130)の多孔度パラメータを制御することを含む、方法(10、20、30)。
[実施態様17]
前記基材(110)上の前記配置された原料材料(120、120’、120’’)が、約1000℃〜約1500℃の範囲の温度に加熱される、実施態様16に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様18]
前記ガス形成添加剤が、元素状炭素を含む、実施態様16に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様19]
前記遮熱コーティング材料(112)が、イットリア安定化ジルコニアを含む、実施態様16に記載の方法(10、20、30)。
[実施態様20]
傾斜多孔度を含む多孔質遮熱コーティング(130)を形成する方法(10、20、30)であって、
原料材料(121)を基材(110)上に配置して前記多孔質遮熱コーティング(130)を形成すること(12、15)を含み、前記原料材料(121)は、ガス形成添加剤と、遮熱コーティング材料(112)とを含み、前記配置すること(12、15)は、前記原料材料(121)中の前記ガス形成添加剤の量、補助熱源(125)を使用する前記基材(110)上の前記配置された原料材料(120、120’、120’’)の温度、またはそれらの組合せを制御することによって前記傾斜多孔度を前記遮熱コーティング中に形成することを含む、方法。
The foregoing examples are merely illustrative and serve to exemplify only some of the features of the present disclosure. Accordingly, it is the applicant's intention that the scope of the appended claims should not be limited by the selection of examples utilized to explain the features of the present disclosure. As used in the claims, the word "comprise" and its grammatical variations are various and different ranges such as, but not limited to, "consisting essentially of" and "consisting of" Also logically contains and includes the phrase As required, ranges are given, which cover all subranges between them. Variations to these ranges would be suggested to one of ordinary skill in the art as such, and if not yet generally released, those variations should be construed as falling within the scope of the appended claims, if possible. It should be expected that it should be. Advances in science and technology will enable equivalents and substitutes that are not now contemplated due to language inaccuracies, and these variations are also, where possible, the appended claims. It is also expected that it should be interpreted as being included in.
[Embodiment 1]
A method (10, 20, 30) of forming a porous thermal barrier coating (130), comprising
Disposing a source material (121) on a substrate (110) to form said porous thermal barrier coating (130) (12, 15), said source material (121) comprising a gas forming additive A thermal barrier coating material (112), said disposing (12, 15) comprising feeding rate of a raw material (121), amount of said gas forming additive in said raw material (121), said base Control the porosity parameter of the porous thermal barrier coating (130) by controlling the temperature of the placed raw material (120, 120 ', 120'') on the material (110), or a combination thereof Methods (10, 20, 30).
Embodiment 2
Said controlling the porosity parameter of the porous thermal barrier coating (130) using the auxiliary heat source (125) on the arranged raw material (120, 120 ') on the substrate (110), The method (10, 20, 30) according to embodiment 1, comprising controlling (33) said temperature of 120 '').
Embodiment 3
Embodiment 2 wherein the disposed source material (120, 120 ', 120'') on the substrate (110) is heated to a temperature higher than the temperature the substrate (110) can withstand. The method described in 10. (10, 20, 30).
Embodiment 4
Embodiment 4. The method according to embodiment 3, wherein the disposed source material (120, 120 ′, 120 ′ ′) on the substrate (110) is heated to a temperature in the range of about 1000 ° C. to about 1500 ° C. 10, 20, 30).
Embodiment 5
The controlling of the porosity parameter of the porous thermal barrier coating (130) may range the amount of the gas forming additive in the source material (121) from about 0.1 wt% to about 10 wt%. The method according to embodiment 1, comprising controlling (10, 20, 30).
[Embodiment 6]
Said controlling said porosity parameter of said porous thermal barrier coating (130) comprises controlling the feed rate of the source material (121) in the range of about 2.5 gm / min to about 100 gm / min. The method according to embodiment 1 (10, 20, 30).
[Embodiment 7]
The method (10, 20, 30) according to embodiment 1, wherein the gas forming additive comprises graphite, carbides, oxycarbides, nitrides, or a combination thereof.
[Embodiment 8]
The method (10, 20, 30) according to embodiment 1, wherein said gas forming additive comprises elemental carbon.
[Embodiment 9]
The method (10, 20, 30) according to embodiment 1, wherein the thermal barrier coating material (112) comprises yttria stabilized zirconia.
[Embodiment 10]
The method (10, 20, 30) according to embodiment 1, wherein the source material (121) is disposed on the substrate (110) using an air plasma spray process.
[Embodiment 11]
The method according to embodiment 1, wherein the porosity parameter comprises mean pore size, mean pore volume, pore size distribution, pore microstructure, or a combination thereof (10, 20, 30).
Embodiment 12
The porous thermal barrier coating (130) comprises the plurality of pores (132) such that at least some pores (132) of the plurality of pores (132) are in particles. Methods described (10, 20, 30).
Embodiment 13
The controlling of the porosity parameter of the porous thermal barrier coating (130) may result in an average pore size of the plurality of pores (132) in the porous thermal barrier coating (130) of about 0.1 micron to The method (10, 20, 30) according to embodiment 1, comprising controlling in the range of about 25 microns.
Embodiment 14
The controlling of the porosity parameter of the porous thermal barrier coating (130) comprises between about 5% by volume of the average pore volume of the plurality of pores (132) in the porous thermal barrier coating (130) The method according to embodiment 1, comprising controlling in the range of about 10% by volume (10, 20, 30).
Embodiment 15
The method according to claim 1, wherein said controlling said porosity parameter of said thermal barrier coating (130) further comprises forming a graded porosity across the thickness of said thermal barrier coating (130) (10 20, 30).
Embodiment 16
A method (10, 20, 30) of forming a porous thermal barrier coating (130), comprising
A source material (121) is disposed on a substrate (110) using an air plasma spray process to form (12, 15) said porous thermal barrier coating (130), said source material (121) ) Comprises a gas forming additive and a thermal barrier coating material (112), said placing (12, 15) using said auxiliary heat source (125) said placing on said substrate (110) Controlling the porosity parameter of said porous thermal barrier coating (130) by controlling (33) the temperature of the raw material material (120, 120 ', 120'') 30).
[Embodiment 17]
17. The method according to embodiment 16, wherein the disposed raw material (120, 120 ′, 120 ′ ′) on the substrate (110) is heated to a temperature in the range of about 1000 ° C. to about 1500 ° C. 10, 20, 30).
[Embodiment 18]
Embodiment 17. The method (10, 20, 30) according to embodiment 16, wherein the gas forming additive comprises elemental carbon.
[Embodiment 19]
17. The method (10, 20, 30) according to embodiment 16, wherein the thermal barrier coating material (112) comprises yttria stabilized zirconia.
[Embodiment 20]
A method (10, 20, 30) of forming a porous thermal barrier coating (130) comprising graded porosity, comprising
Disposing a source material (121) on a substrate (110) to form said porous thermal barrier coating (130) (12, 15), said source material (121) comprising a gas forming additive A thermal barrier coating material (112), said disposing (12, 15) comprising the amount of said gas forming additive in said source material (121), said substrate using an auxiliary heat source (125) (110) forming the graded porosity in the thermal barrier coating by controlling the temperature of the disposed source material (120, 120 ′, 120 ′ ′), or a combination thereof, Method.

10 方法
20 方法
30 方法
110 基材
112 遮熱コーティング材料
115 堆積装置、APS装置
120 配置された原料材料
120’ 配置された原料材料
120’’ 配置された原料材料、最外層
121 原料材料
125 補助熱源
130 多孔質遮熱コーティング
132 細孔
134 粒子
136 粒界
138 細孔
10 method 20 method 30 method 110 substrate 112 thermal barrier coating material 115 deposition apparatus, APS apparatus 120 disposed raw material material 120 ′ disposed raw material material 120 ′ ′ disposed raw material material, outermost layer 121 raw material material 125 auxiliary heat source 130 porous thermal barrier coating 132 pore 134 particle 136 grain boundary 138 pore

Claims (15)

多孔質遮熱コーティング(130)を形成する方法(10、20、30)であって、
原料材料(121)を基材(110)上に配置して前記多孔質遮熱コーティング(130)を形成すること(12、15)を含み、前記原料材料(121)は、ガス形成添加剤と、遮熱コーティング材料(112)とを含み、前記配置すること(12、15)は、原料材料(121)の供給速度、前記原料材料(121)中の前記ガス形成添加剤の量、前記基材(110)上の前記配置された原料材料(120、120’、120’’)の温度、またはそれらの組合せを制御することによって前記多孔質遮熱コーティング(130)の多孔度パラメータを制御することを含む、方法(10、20、30)。
A method (10, 20, 30) of forming a porous thermal barrier coating (130), comprising
Disposing a source material (121) on a substrate (110) to form said porous thermal barrier coating (130) (12, 15), said source material (121) comprising a gas forming additive A thermal barrier coating material (112), said disposing (12, 15) comprising feeding rate of a raw material (121), amount of said gas forming additive in said raw material (121), said base Control the porosity parameter of the porous thermal barrier coating (130) by controlling the temperature of the placed raw material (120, 120 ', 120'') on the material (110), or a combination thereof Methods (10, 20, 30).
前記多孔質遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、補助熱源(125)を使用して前記基材(110)上の前記配置された原料材料(120、120’、120’’)の前記温度を制御すること(33)を含む、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   Said controlling the porosity parameter of the porous thermal barrier coating (130) using the auxiliary heat source (125) on the arranged raw material (120, 120 ') on the substrate (110), The method (10, 20, 30) according to claim 1, comprising controlling (33) the temperature of 120 "). 前記基材(110)上の前記配置された原料材料(120、120’、120’’)が、前記基材(110)が耐えることができる温度よりも高い温度に加熱される、請求項2に記載の方法(10、20、30)。   The material material (120, 120 ′, 120 ′ ′) placed on the substrate (110) is heated to a temperature higher than the temperature the substrate (110) can withstand. The method described in 10. (10, 20, 30). 前記基材(110)上の前記配置された原料材料(120、120’、120’’)が、約1000℃〜約1500℃の範囲の温度に加熱される、請求項3に記載の方法(10、20、30)。   The method according to claim 3, wherein the disposed raw material (120, 120 ', 120' ') on the substrate (110) is heated to a temperature in the range of about 1000 ° C to about 1500 ° C. 10, 20, 30). 前記多孔質遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、前記原料材料(121)中の前記ガス形成添加剤の前記量を約0.1wt%〜約10wt%の範囲に制御することを含む、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   The controlling of the porosity parameter of the porous thermal barrier coating (130) may range the amount of the gas forming additive in the source material (121) from about 0.1 wt% to about 10 wt%. The method (10, 20, 30) according to claim 1, comprising controlling. 前記多孔質遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、原料材料(121)の供給速度を約2.5gm/分〜約100gm/分の範囲に制御することを含む、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   Said controlling said porosity parameter of said porous thermal barrier coating (130) comprises controlling the feed rate of the source material (121) in the range of about 2.5 gm / min to about 100 gm / min. Method according to claim 1 (10, 20, 30). 前記ガス形成添加剤が、グラファイト、炭化物、酸炭化物、窒化物、またはそれらの組合せを含む、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   The method (10, 20, 30) according to claim 1, wherein the gas forming additive comprises graphite, carbides, oxycarbides, nitrides, or combinations thereof. 前記ガス形成添加剤が、元素状炭素を含む、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   The method (10, 20, 30) according to claim 1, wherein the gas forming additive comprises elemental carbon. 前記遮熱コーティング材料(112)が、イットリア安定化ジルコニアを含む、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   The method (10, 20, 30) according to claim 1, wherein the thermal barrier coating material (112) comprises yttria stabilized zirconia. 前記原料材料(121)が、空気プラズマ溶射プロセスを使用して前記基材(110)上に配置される、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   The method (10, 20, 30) according to claim 1, wherein the source material (121) is disposed on the substrate (110) using an air plasma spray process. 前記多孔度パラメータが、平均細孔径、平均細孔体積、細孔径分布、細孔微細構造、またはそれらの組合せを含む、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   The method (10, 20, 30) according to claim 1, wherein the porosity parameter comprises an average pore size, an average pore volume, a pore size distribution, a pore microstructure, or a combination thereof. 前記多孔質遮熱コーティング(130)が、複数の細孔(132)の少なくともいくつかの細孔(132)が粒子内であるように前記複数の細孔(132)を含む、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   The porous thermal barrier coating (130) comprises the plurality of pores (132) such that at least some of the plurality of pores (132) are in particles (132). Methods described (10, 20, 30). 前記多孔質遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、前記多孔質遮熱コーティング(130)中の複数の細孔(132)の平均細孔径を約0.1ミクロン〜約25ミクロンの範囲に制御することを含む、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   The controlling of the porosity parameter of the porous thermal barrier coating (130) may result in an average pore size of the plurality of pores (132) in the porous thermal barrier coating (130) of about 0.1 micron to A method (10, 20, 30) according to claim 1, comprising controlling in the range of about 25 microns. 前記多孔質遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、前記多孔質遮熱コーティング(130)中の複数の細孔(132)の平均細孔体積を約5体積%〜約10体積%の範囲に制御することを含む、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   The controlling of the porosity parameter of the porous thermal barrier coating (130) comprises between about 5% by volume of the average pore volume of the plurality of pores (132) in the porous thermal barrier coating (130) The method (10, 20, 30) according to claim 1, comprising controlling in the range of about 10% by volume. 前記多孔質遮熱コーティング(130)の前記多孔度パラメータを前記制御することが、前記多孔質遮熱コーティング(130)の厚さにわたって傾斜多孔度を形成することをさらに含む、請求項1に記載の方法(10、20、30)。   The method of claim 1, wherein the controlling the porosity parameter of the porous thermal barrier coating (130) further comprises forming a graded porosity across the thickness of the porous thermal barrier coating (130). Method (10, 20, 30).
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