KR20070099405A - 단열 코팅 및 그 도포 방법 - Google Patents

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KR20070099405A
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존 지. 스메길
얀 차이
마크 티. 우카즈
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유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

물품 상에 코팅을 도포하기 위한 방법은 상기 물품의 적어도 하나의 표면 상에, 본드 코트 재료, 및 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 규소, 희토류 금속, 원소 주기율표 3A족, 원소 주기율표 4A족으로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속으로 구성되는 본드 코트층을 도포하는 단계와, 상기 본드 코트층의 노출된 표면 상에 적어도 하나의 표면 변화를 형성하고 상기 본드 코트층 상에 열성장된 산화물층을 형성하도록 상기 적어도 하나의 금속을 산화시키는 단계와, 코팅된 물품을 제조하도록 상기 열성장된 산화물층 상에 단열 코팅층을 도포하는 단계를 포함한다.
본드 코트층, 산화물층, 단열 코팅층, 금속, 도가니, 용융 혼합물, 증착법

Description

단열 코팅 및 그 도포 방법{THERMAL BARRIER COATINGS AND PROCESSES FOR APPLYING SAME}
도1은 본 발명의 방법을 나타내는 흐름도.
도2a는 도1의 방법에서의 단계의 일 실시예를 나타내는 흐름도.
도2b는 상기 단계의 다른 실시예를 나타내는 흐름도.
도2c는 상기 단계의 또 다른 실시예를 나타내는 흐름도.
도3은 본 발명의 오버레이-타입 본드 코트를 갖는 코팅된 물품의 일부의 도시도.
도4는 본 발명의 변형된 팩-타입 본드 코트를 갖는 다른 코팅된 물품의 일부의 도시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
60, 80: 물품
64, 84: 본드 코트층
66, 86: 산화 입자
62, 82: 표면
68, 88: TGO층
70: TBC층
본 발명은 단열 코팅에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 내구성이 향상된 단열 코팅에 관한 것이다.
예시적인 코팅 금속 기판은, 금속 위에 배치되는 금속 본드 코트층, 상기 본드 코트층 상에 배치되는 TGO(thermally grown oxide)층, 및 상기 TGO층 상에 배치되는 TBC(thermal barrier coating: 단열 코팅)층을 포함한다. TGO층(예를 들면, 알루미나)은 통상 본드 코트층이 증착된 후에 그리고 TBC가 증착되기 전에 형성되는 바, 본드 코팅된 기판을 본드 코트의 외표면이 산화되도록 열처리함으로써 TGO층이 생성된다. 이후, TGO층 위에 TBC가 증착될 수 있다. 대체 실시예에서, TGO층은 본드 코트 및/또는 TBC 도포 공정의 일부로서 생성될 수도 있다.
TGO는 TBC층과 본드 코트층 사이에 점착성을 제공하며, 또한 TBC로부터 기판 쪽으로의 산소 확산을 감소시킨다. 코팅된 금속 기판의 사용 중에, 이 TGO층은 통상 성장을 지속한다.
TBC는 통상 전자빔 물리기상증착법(electron beam-physical vapor deposition processes; 이하 "EP-PVD"로 지칭) 또는 에어 플라즈마 분사법(air plasma spray processes; 이하 "APS"로 지칭)에 의해 본드 코팅된 금속 기판 상에 도포된다. 작동 중에, TBC-코팅된 하드웨어의 고장의 주요 모드는 TGO와의 경계 면, 즉 TBC-TGO 경계면 또는 그 근처에서의 TBC의 파괴를 포함한다. EB-PVD 코팅된 하드웨어의 경우에, 파괴는 통상 TGO-본드 코트 경계면에서 발생할 수 있다. APS 코팅된 하드웨어의 경우에, 파괴는 통상 TBC-TGO 경계면 근처의 TBC 내에서 발생할 수 있다.
고장의 원인은 일반적으로 본드 코트(또는 기판)-TGO-TBC 경계면 영역에서의 재료의 열팽창 계수의 부조화(mismatch)의 결과로 발생하는 응력에 관계된 것으로 생각된다. 이 부조화 때문에, TBC의 특성, 예를 들면 탄성계수가 소결 효과로 인해 시간에 따라 변화할 수 있다.
따라서, 본드 코트(기판)-TGO-TBC 경계면에 걸친 응력의 관리가 중요해진다. 경계면에 걸친 응력은 오늘날 다양한 인자에 의해 다루어지고 있다. 원칙적으로, EB-PVD 또는 APS 공정에 의해 도포되는 TBC의 미세구조는 이 경계면에 걸친 변형율(strain)을 최소화하기 위한 것이다. 이러한 이유로 세라믹 구조가 적합한 것으로 간주된다. 소결은 열적 사이클링 중에 세라믹 코팅에서의 입자-대-입자 움직임을 금지한다.
다른 고려사항은, 세라믹의 화학적 성질이 기판과 열팽창 계수(이하 "CTE"로 지칭)가 보다 양호하게 매치되도록 변화될 수 있다는 점이다. 보다 양호한 CET 매치를 달성하기 위해, 잠재적 TBC 조성이 그 탄성계수 값에 기초하여 선택될 수 있다.
그러나, TBC의 내구성을 향상시키기 위한 종래의 시도는 세라믹 재료에 대해 이루어져 왔으며, 여기에서는 전체 기판-TBC 시스템의 성능을 향상시키기 위해 세라믹 재료의 화학적 성질 또는 그 적용된 미세구조에 대한 조절이 채택되었다.
따라서, TBC의 세라믹 재료를 변경하기보다는 기판의 특성을 변경함으로써 TBC를 향상시킬 필요가 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 물품 상에 코팅을 도포하기 위한 방법은, 물품의 적어도 하나의 표면 상에, 본드 코트 재료, 및 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 규소, 희토류 금속, 원소 주기율표 3A족 및 4A족으로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 본드 코트층을 도포하는 단계와, 상기 본드 코트층의 노출된 표면 상에 적어도 하나의 표면 변화(variation)를 형성하고 상기 본드 코트층 상에 열성장된(thermally grown) 산화물층을 형성하도록 상기 적어도 하나의 금속을 산화시키는 단계와, 코팅된 물품을 제조하도록 상기 열성장된 산화물층 상에 단열 코팅층을 도포하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 본드 코트 조성물은 본드 코트 재료와, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 규소, 희토류 금속, 원소 주기율표의 3A족, 및 원소 주기율표의 4A족으로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 산화 금속을 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 코팅된 물품은, 상기 물품의 적어도 하나의 표면 상에 배치되는 본드 코트층과, 상기 본드 코트층 상에 배치되는 열성장된 산화물층과, 및 상기 열성장된 산화물층 상에 배치되는 단열 코팅층을 포함하고, 상기 본드 코트층은 본드 코트 재료와, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 규소, 희토류 금 속, 원소 주기율표의 3A족 및 4A족으로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 상세는 첨부도면 및 하기 설명에 나타나 있다. 본 발명의 다른 특징, 목적, 및 장점은 상세한 설명, 도면, 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
여러 도면에서 유사한 참조부호 및 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.
본드 코트의 내구성을 향상시키기 위한 종래의 시도는 TBC층의 특성을 조절 또는 변경함에 의한 넓은 기판-TBC 경계면 영역에 걸친 열기계적 특성의 등급 차이에 집중되어있다. 본 발명은 TGO-TBC 경계면 영역의 바로 근처에서 TBC층에 근접한 본드 코트 표면 상의 미세구조를 변경함으로써 성능 향상을 달성할 수 있는 방법을 개시한다.
이제 도1을 참조하면, 본 발명의 방법중 하나를 나타내는 흐름도가 도시되어 있다. 단계10에서는 물품이 제공될 수 있으며, 단계12에서는 본드 코트층이 도포될 수 있다. 본드 코트층은 본드 코트 재료, 및 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 규소, 희토류 금속, 원소 주기율표 3A족, 원소 주기율표 4A족으로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
본드 코트 재료는 MCrAlY 재료를 포함할 수 있다. MCrAlY는 공지된 금속 코팅 시스템을 지칭하는 바, 여기에서 M은 니켈, 코발트, 철, 백금 또는 그 혼합물을 나타내고, Cr은 크롬을 나타내며, Al은 알루미늄을 나타내고, Y는 이트륨을 나타낸다. MCrAlY 재료는 소정의 조성으로 도포되고 증착 공정 중에 기판과 상당히 상호 작용하지 않기 때문에 종종 오버레이 코팅으로서 알려져 있다. MCrAlY 재료의 일부 비제한적 예에 대해서는 미국 특허 제3,542,530호와 같이 FeCrAlY 코팅을 개시하는 미국 특허 제3,528,861호를 참조하기 바란다. 또한, 미국 특허 제3,649,225호는 MCrAlY 코팅의 증착 이전에 기판에 크롬층이 도포되는 복합 코팅을 개시한다. 미국 특허 제3,676,085호는 CoCrAlY 오버레이 코팅을 개시하고 미국 특허 제3,754,903호는 특히 높은 연성을 갖는 NiCoCrAlY 오버레이 코팅을 개시한다. 미국 특허 제4,078,922호는 하프늄 및 이트륨의 조합이 존재함에 따라 향상된 내산화성을 유도하는 코발트기 구조 합금을 개시한다. 본 출원인에게 양도되고 본원에 원용되는 미국 특허등록 제32,121호에는, 중량 퍼센트 조성 범위로서 약 5-40 Cr, 8-35 Al, 0.1-2.0 Y, 0.1-7 Si, 0.1-2.0 Hf와, Ni, Co, 및 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 잔여부를 갖는 바람직한 MCrAlY 본드 코트 조성물이 개시되어 있다. 역시 본 출원인에게 양도되고 본원에 원용되는 미국 특허 제4,585,481호 또한 참조된다.
본드 코트 재료는 또한 당업계에서 확산 코팅재로서 공지되어 있는 Al, PtAl 등을 포함할 수 있다. 추가로, 본드 코트 재료는 당업계에서 음극 아크 코팅재로서 공지되어 있는 Al, PtAl, 전술한 MCrAlY 등을 포함할 수도 있다.
이들 실시예 전체에서, 본드 코트 재료는 당업자에게 공지되어 있는 적어도 하나의 귀금속을 포함할 수 있다.
본드 코트 재료용 입자 크기는 임의의 적합한 크기일 수 있으며, 실시예에서는 약 5미크론(0.005mm) 내지 약 60미크론(0.060mm)일 수 있고 평균 입자 크기는 약 25미크론(0.025mm)이다. 본드 코트(30)는 임의의 적합한 두께로 도포될 수 있으며, 실시예에서는 약 5mil(0.127mm) 내지 약 10mil(0.254mm)의 두께일 수 있다. 일부 실시예에서, 두께는 약 6mil(0.152mm) 내지 약 7mil(0.178mm) 두께일 수 있다.
도1의 도포 단계12를 위한 준비에 있어서, 본드 코트 재료는 당업자에게 공지된 임의 개수의 방법중 하나를 사용하여 물품 상에 증착되도록 준비될 수 있다. 예를 들어, 본드 코트 재료는 도2a의 흐름도에 도시하듯이 용융 본드 코트 재료를 형성하기 위해 단계20 및 22에서 제1 도가니에서 용융될 수 있다. 본드 코트 재료는 당업자에게 공지된 임의의 기술을 사용하여 용융될 수 있다. 단계24에서는 제2 도가니가 제공될 수 있고 단계26에서는 금속이 용융되어 용융 금속을 형성할 수 있다. 금속은 당업자에게 공지된 임의의 기술을 사용하여 용융될 수 있다. 용융된 본드 코트 재료는 이후 단계28에서 물품의 적어도 하나의 표면 상에 증착될 수 있다. 이후 단계30에서는 용융 금속이 용융 본드 코트 재료의 노출된 표면 상에 증착되어 물품의 표면 상에 본드 코트층을 형성할 수 있다.
다른 예에서는, 도2b의 흐름도에 도시하듯이 단계40에서, 적어도 하나의 금속으로 조성된 도가니가 제공될 수 있다. 단계42에서는 본드 코트 재료가 도가니 내에서 용융될 수 있다. 본드 코트 재료가 도가니 내에서 용융됨에 따라, 본 발명의 소정 효과를 달성하기에 충분한 양의 금속이 도가니로부터 파열, 조각나서 용융 본드 코트 재료와 조합됨으로써 단계44에서 본드 코트 재료와 적어도 하나의 금속의 용융 혼합물이 형성될 수 있다. 이러한 소정의 결과를 달성하기 위해 도가니가 준비 및 가열될 수 있고 본드 코트 재료는 당업자에게 공지된 임의의 기술을 사용하여 용융될 수 있다. 본드 코트 재료와 적어도 하나의 금속의 용융 혼합물은 이후 단계46에서 물품의 적어도 하나의 표면 상에 증착되어 본드 코트층을 형성할 수 있다.
또 다른 예에서는, 도2c의 흐름도에 도시하듯이 단계50에서 도가니가 제공될 수 있고 단계52에서는 본드 코트 재료가 용융됨으로써 용융된 본드 코트 재료를 형성할 수 있다. 본드 코트 재료는 당업자에게 공지된 임의의 기술을 사용하여 용융될 수 있다. 용융된 본드 코트 재료가 도가니 내에 남아있는 상태에서 단계54에서는 용융된 본드 코트 재료에 적어도 하나의 금속이 첨가되며 따라서 단계56에서는 본드 코트 재료와 금속의 용융 혼합물이 형성된다. 금속은 당업자에게 공지된 임의의 기술을 사용하여 용융될 수 있다. 본드 코트 재료와 금속의 용융 혼합물은 이후 단계58에서 물품의 적어도 하나의 표면 상에 증착되어 본드 코트층을 형성할 수 있다.
이들 본드 코트 재료는, 치밀하고 균일한 접착 코팅을 생성할 수 있는, 오버레이 본드 코트, 확산 본드 코트, 음극 아크 본드 코트 등과 같은 비제한적인 임의의 방법에 의해 도포되거나 증착될 수 있다. 이러한 기술에는 확산법(예를 들면, 내향, 외향 등), 저압 플라즈마 분사, 에어 플라즈마 분사, 스퍼터링, 음극 아크, 전자빔 물리기상증착, 고속 플라즈마 분사 기술(예를 들면, HVOF, HVAF), 연소법, 와이어 분사 기술, 레이저빔 클래딩(cladding), 전자빔 클래딩, 전기도금 등이 포함될 수 있지만, 이것에 한정되지는 않는다.
도1을 다시 참조하면, 단계14에서 적어도 하나의 금속이 산화될 수 있다. 이 산화는 동시에 또는 별개의 단계에서 본드 코트에 표면 변화를 생성할 수 있고 본드 코트 상에 TGO층을 생성할 수 있다. 이 산화는 본드 코트층의 증착 중에, 본드 코트층의 (열처리를 통한) 증착 이후에, 및/또는 TBC의 증착 중에 발생할 수 있다. 본원에 기술된 금속은, 알루미나와의 반응성이 강력하고 중간 금속 산화물 입자를 형성하는 간단한 산화물일 수 있다. 이들 산화물 입자의 성장은 당업자에게 공지된 특정 공정 조건을 사용하여 제어될 수 있다(즉, 산화물 형성은 시간, 온도, 대기 이슬점 등의 함수로서 제어될 수 있다). 산화물 입자 성장은, TGO층이 일단 형성되고 나면, 표면 변화(variations)를 포함하는 전체 본드 코트층을 커버하는 연속 보호층으로서 존재하도록 제어되는 것이 바람직하다.
이들 산화물 입자는 물품의 표면에 실질적으로 수평하게 및/또는 실질적으로 수직하게 배향될 수 있도록 본드 코트층의 노출된 표면으로 이동할 수 있다. 산화물 입자는 본드 코트층의 노출된 표면을 향해서 이동하여 산화할 수 있으며 계속 산화하여 다수의 표면 변화를 형성할 수 있다. 이들 표면 변화는 TGO-TBC 경계면 영역 부근 및 TBC층 근처에서 본드 코트층의 기계적 특성을 분류시키는 작용을 할 수 있다. 사실상, 산화물 입자는, 차후 그 위에 TBC층이 증착될 수 있는 보다 유순하고 낮은 탄성계수를 갖는 본드 코트층을 제공한다. 산화물 입자는 당업자에게 공지되어 있는 유익한 산화물 스케일 접착 효과를 나타낸다.
도2b의 흐름도를 참조하면, 하기 예는 추구하는 유익한 산화물 스케일 접착 효과를 나타낸다. 본드 코트 재료는 산화마그네슘-안정화 지르코니아로 조성된 도 가니에서 용융될 수 있다. 첫째로, 마그네슘과 지르코늄은 본드 코트 재료에서 발견되는 다량의 황과 반응할 수 있으며, 이는 결과적인 본드 코트층의 황 함량을 감소시키고, 이어지는 산화에서 TGO의 양호한 산화물 스케일 접착을 촉진한다. 둘째로, 첨가되는 이트륨 및 지르코늄은, 당업자가 알고 있는 내화성 황화물 입자와 반대로, 본드 코트 재료 내에 잠재적으로 이동가능한 형태로, 즉 저융점 공융물로서 존재하는 것으로 나타난다.
이제 도3을 참조하면, 예를 들어 음극 아크법에 의해 본드 코트층(64)을 도포할 때, 충돌 입자는 코팅되는 물품(60)의 바로 인접한 영역들을 국소 가열하기에 충분한 에너지를 제공한다. 가열이 충분하면, 저융점 단계가 종료되고 코팅층의 두께가 성장함에 따라 본드 코트층(64)의 표면으로 계속 유도될 것이다. 본드 코트층(64)의 표면에 있을 경우, 금속 입자는 우선적으로 산화하여 산화된 입자(66)를 생성하고 결과적으로 표면 변화를 생성할 수 있다. 음극 아크법을 사용할 때, 결과적인 표면 변화, 즉 산화된 입자(66)는 도3에 도시하듯이 물품(60)의 표면(62)에 대체로 수직하게 나타나는 것으로 밝혀졌다.
상기 예는 음극 아크법을 포함하고 있지만, 본 발명의 방법은 본원에 개시된 다른 방법을 사용하도록 변형될 수도 있다. 예를 들면, 당업자에게 공지된 팩 알루미늄화 방법을 사용하여 PtAl 본드 코트층이 도포될 수도 있다. 당업자에게 공지된 물리기상증착(PVD) 방법을 사용하여 적어도 하나의 금속이 도포될 수도 있다. 이제 도4를 참조하면, 증착된 필름(84, 90)은, 산화된 후, 처리된 본드 코트층에 광범위한 산화 증착물(86)을 형성하는 금속을 포함할 수 있다. PVD 방법을 사용할 때는, 결과적인 표면 변화, 즉 산화된 입자(86)가 도4에 도시하듯이 물품(80)의 표면에 대략 수평하게 나타나는 것으로 관찰되었다.
본드 코트층에서의 적어도 하나의 금속은 본드 코트층이 도포되는 동안, 본드 코트층이 도포된 후, 및/또는 TBC가 도포되는 동안에 산화될 수 있다. 도2a에 도시된 것과 같은 실시예에서, 적어도 하나의 금속은 약 0.010torr 내지 0.020torr의 압력에서 금속을 증착하는 동안 저진공 하에서 산화될 수 있다.
도2a, 2b, 2c의 방법에 대한 다른 대안으로서, 열분사법을 통해서 본드 코트층을 도포한 후에 적어도 하나의 금속이 미세 산화물 입자로서 도입될 수도 있다. 다른 대체 실시예에서, 적어도 하나의 금속은, 본드 코트층의 노출된 표면에 소정의 표면 변화를 생성하기 위해 번오프(burn off)될 수 있는 미세 유기 수지 입자를 포함할 수 있다. 또 다른 대체 실시예에서, 적어도 하나의 금속은 본드 코트층 상에 전기도금될 수 있는 전기전도성 미세 산화물 입자를 포함할 수 있다.
다시 도1을 참조하면, 단계16에 도시하듯이, 표면 변화가 생성되는 동안 또는 그 이후에 TGO층이 본드 코트층 상에 형성될 수 있다. TGO는 당업자에게 공지되어 있듯이 본드 코트층의 도포 중에, 본드 코트층의 (열처리를 통한) 도포 이후, 및/또는 TBC층의 도포 중에 형성될 수 있다. 예를 들어, 알루미나 기초의 층, 즉 TGO층은 약 1500℉(815.5℃) 내지 약 2100℉(1149℃)에서 약 5분 내지 약 4시간 동안 열처리됨으로써, TBC가 도포되기 전에 본드 코트층 상에 형성될 수 있다. 바람직하게, TGO층은 표면 변화를 포함하는 본드 코트층 상에 연속 보호층으로서 형성될 수 있다.
선택적으로, 일단 TGO층이 형성되면 물품은 단계18에서 TBC층을 형성하도록 단열 화합물로 코팅될 수 있다. TBC는 당업자에게 공지된 터보기계 용도로 사용하기 위한 세라믹 기초 화합물을 포함할 수 있다. 대표적인 단열 화합물에는 예를 들어, 이트리아 안정화 지르코니아, 칼시아 안정화 지르코니아, 마그네시아 안정화 지르코니아, 이트리아 안정화 하프니아, 칼시아 안정화 하프니아, 및 마그네시아 안정화 하프니아와 같은 임의의 안정화 지르코니아, 임의의 안정화 하프네이트, 상기 화합물중 적어도 하나를 포함하는 조합 등이 포함되지만, 이것에 한정되지는 않는다. 이트리아 안정화 지르코니아는 7YSZ®로서 시판된다.
단열 화합물은 당업자에게 공지된 임의 개수의 방법을 사용하여 물품에 도포될 수 있다. 적합한 도포 방법으로는 물리기상증착(예를 들면, 전자빔), 열분사(예를 들면, 에어 플라즈마, 고속 산소 연료), 스퍼터링, 졸겔, 슬러리, 전술한 도포 방법중 적어도 하나를 포함하는 조합 등이 포함되지만, 이것에 한정되지는 않는다. TBC층을 도포한 후, 결과적인 코팅된 물품은 약 1250℉(676.6℃) 내지 약 2100℉(1149℃)에서 약 5분 내지 약 4시간 동안 열처리될 수 있다.
물품은 에어포일을 갖는 임의의 부품, 단일 시일, 에어포일, 다수의 시일을 갖는 임의의 부품 등과 같은 터보기계 용도에 사용되는 부품을 포함할 수 있지만, 이것에 한정되지는 않는다. 당업자에게 공지되어 있듯이, 시일 또는 일반적으로 복수의 시일을 갖는 터보기계 부품용 TBC 코팅은 통상적으로, 단일의 에어포일 또는 일반적으로 복수의 에어포일을 갖는 터보기계 부품용 TBC 코팅보다 두껍다. 마찬가지로, 본 발명의 TBC 코팅은 당업자에게 공지되어 있듯이 이들 산업 기준에 따 르고 있다. 물품의 예로는 베인, 고정자(stators), 및 중간-터빈 프레임이 포함될 수 있지만, 이것에 한정되지는 않는다. 물품의 다른 예로는 시일, 연소기 패널, 연소기 챔버, 연소기 벌크헤드 패널, 디스크 측판, 및 연료 노즐 가이드가 포함될 수 있지만, 이것에 한정되지는 않는다.
이제 도3을 참조하면, 물품(60)은 적어도 하나의 표면(62)을 가질 수 있다. 상기 표면(62) 상에는 다수의 산화된 입자(66)를 갖는 본드 코트층(64)이 배치될 수 있다. 상기 본드 코트층(64) 상에는 산화된 입자(66) 근처에 TGO층(68)이 배치될 수 있다. TGO층(68) 상에는 TBC층(70)이 배치될 수 있다. 본드 코트층(64)은 산화된 입자가 물품의 표면에 실질적으로 수직하게 배향되는 오버레이-타입 본드 코트일 수 있다.
이제 도4를 참조하면, 물품(80)은 적어도 하나의 표면(82)을 가질 수 있다. 상기 표면(82) 상에는 다수의 산화된 입자(86)를 갖는 본드 코트층(84)이 배치될 수 있다. 상기 본드 코트층(84) 상에는 산화된 입자(86) 근처에 TGO층(88)이 배치될 수 있다. TGO층(88) 상에는 TBC층(90)이 배치될 수 있다. 본드 코트층은 산화된 입자가 물품의 표면에 실질적으로 수평하게 배향되는 팩-타입 본드 코트일 수 있다.
본 발명은, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 모드를 예시할 뿐이며 부품의 형태, 크기, 배치와 작동의 상세에 있어서 수정될 수 있는 본원에 개시 및 도시된 예에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 청구범위에 의해 한정되는 그 범위와 정신의 범주 내에 드는 모든 변형예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 의하면, 기판의 특성을 변경함으로써 단열 코팅의 내구성이 향상될 수 있다.

Claims (21)

  1. 물품 상에 코팅을 도포하기 위한 방법이며,
    물품의 적어도 하나의 표면 상에, 본드 코트 재료, 및 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 규소, 희토류 금속, 원소 주기율표의 3A족 및 4A족으로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 본드 코트층을 도포하는 단계와,
    상기 본드 코트층의 노출된 표면 상에 적어도 하나의 표면 변화를 형성하고 상기 본드 코트층 상에 열성장된 산화물층을 형성하도록 상기 적어도 하나의 금속을 산화시키는 단계와,
    코팅된 물품을 제조하도록 상기 열성장된 산화물층 상에 단열 코팅층을 도포하는 단계를 포함하는 코팅 도포 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산화 단계는, 상기 본드 코트층의 노출된 표면 근처에서 상기 물품의 상기 적어도 하나의 표면에 실질적으로 수평하게 배향되는 복수의 산화된 금속 입자를 형성하도록 상기 적어도 하나의 금속을 산화시키는 단계를 포함하는 코팅 도포 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산화 단계는, 상기 본드 코트층의 노출된 표면 근처에서 상기 물품의 상기 적어도 하나의 표면에 실질적으로 수직하게 배향되는 복수의 산화된 금속 입자를 형성하도록 상기 적어도 하나의 금속을 산화시키는 단계를 포 함하는 코팅 도포 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 산화 단계는 상기 적어도 하나의 금속을 약 0.010 내지 0.020 torr의 압력에서 산화시키는 단계를 포함하는 코팅 도포 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 산화 단계는, 단열 코팅이 도포되기 전에 상기 본드 코트층 상에 알루미나계 층을 형성하도록, 본드 코팅된 물품을 약 1500℉(815.5℃) 내지 약 2150℉(1177℃)에서 약 5분 내지 4시간 동안 열처리하는 단계를 포함하는 코팅 도포 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 본드 코트층 도포 단계는,
    상기 본드 코트 재료를 제1 도가니에서 용융하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 금속을 제2 도가니에서 용융하는 단계와,
    상기 본드 코트 재료를 상기 물품의 상기 적어도 하나의 표면 상에 도포하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 금속을 상기 본드 코트 재료의 노출된 표면 상에 도포하는 단계를 포함하는 코팅 도포 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속은 약 0.010 torr 내지 0.020 torr의 압력에서 도포되는 코팅 도포 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 본드 코트층 도포 단계는, 확산법, 저압 플라즈마 분사, 에어 플라즈마 분사, 스퍼터링, 음극 아크, 전자빔 물리기상증착, 고속 플라즈마 분사 기술, 연소법, 와이어 분사 기술, 레이저빔 클래딩, 전자빔 클래딩, 및 전기도금으로 구성되는 그룹에서 선택되는 증착법을 사용하는 단계를 포함하는 코팅 도포 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 본드 코트층 도포 단계는,
    상기 본드 코트 재료를 적어도 하나의 금속을 포함하는 도가니에서 용융하는 단계와,
    상기 본드 코트 재료와 상기 적어도 하나의 금속의 용융 혼합물을 형성하는 단계와,
    상기 본드 코트층을 형성하도록 상기 적어도 하나의 표면 상에 상기 용융 혼합물을 증착하는 단계를 포함하는 코팅 도포 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 본드 코트층 도포 단계는,
    용융된 본드 코트 재료를 형성하도록 상기 본드 코트 재료를 도가니에서 용융하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 금속을 상기 용융된 본드 코트 재료에 증착하는 단계와,
    상기 본드 코트 재료와 상기 적어도 하나의 금속의 용융 혼합물을 형성하는 단계와,
    상기 본드 코트층을 형성하도록 상기 용융 혼합물을 상기 적어도 하나의 표면 상에 증착하는 단계를 포함하는 코팅 도포 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 단열 코팅 도포 단계는, 물리기상증착법, 열분사법, 스퍼터링법, 졸겔법, 및 슬러리법으로 구성되는 그룹에서 선택되는 증착법을 사용하는 단계를 포함하는 코팅 도포 방법.
  12. 본드 코트 재료와,
    마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 규소, 희토류 금속, 원소 주기율표의 3A족 및 4A족으로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 산화 금속을 포함하는 본드 코트 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 상기 본드 코트 재료는 선택성 귀금속 및 MCrAlY 재료를 포함하고, 상기 M은 니켈, 코발트, 철 및 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 금속인 본드 코트 조성물.
  14. 제12항에 있어서, 상기 본드 코트 재료는 선택성 귀금속과, 알루미늄, 백금 및 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 재료를 포함하는 본드 코트 조성물.
  15. 제12항에 있어서, 상기 본드 코트 재료는 선택성 귀금속과, 알루미늄, 백금 및 MCrAlY로 구성되는 그룹에서 선택되는 재료를 포함하고, 상기 MCrAlY에서의 상기 M은 니켈, 코발트, 철 및 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 금속인 본드 코트 조성물.
  16. 상기 물품의 적어도 하나의 표면 상에 배치되는 본드 코트층과,
    상기 본드 코트층 상에 배치되는 열성장된 산화물층과,
    상기 열성장된 산화물층 상에 배치되는 단열 코팅층을 포함하고,
    상기 본드 코트층은 본드 코트 재료와, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 규소, 희토류 금속, 원소 주기율표의 3A족 및 4A족으로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 코팅된 물품.
  17. 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속은 상기 적어도 하나의 표면에 실질적으로 수평하게 배향되는 복수의 산화된 금속 입자를 포함하는 코팅된 물품.
  18. 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속은 상기 적어도 하나의 표면에 실질적으로 수직하게 배향되는 복수의 산화된 금속 입자를 포함하는 코팅된 물품.
  19. 제16항에 있어서, 상기 본드 코트 재료는 선택성 귀금속과, 알루미늄, 백금 및 MCrAlY로 구성되는 그룹에서 선택되는 재료를 포함하고, 상기 MCrAlY에서의 상 기 M은 니켈, 코발트, 철 및 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 금속인 코팅된 물품.
  20. 제16항에 있어서, 상기 단열 코팅은 안정화 지르코네이트 및 안정화 하프네이트 중 적어도 하나를 포함하는 코팅된 물품.
  21. 제16항에 있어서, 상기 물품은 터빈 엔진 부품을 포함하는 코팅된 물품.
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