KR20080025013A - Method for preparing strain tolerant coatings from a green material - Google Patents

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KR20080025013A
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metal bond
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KR1020070093091A
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데이빗 엘 버린
매튜 제이 오코넬
폴 디마스치오
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

A method for producing strain tolerant coatings from green materials is provided to increase the strain tolerance of the coating by executing mechanical, chemical, thermal treatment for the green material, or combined treatment at the same time. A base material coating method comprises a step for disposing a first coating with first strain tolerance, on a base material and a step for increasing the strain tolerance of the first coating up to second strain tolerance higher than the first strain tolerance by executing at least one including mechanical, chemical, thermal treatment, and combined treatment, on the first coating. A metal combining coating is additionally disposed on the metal base material. The first coating is disposed on the surface of the metal combining coating opposite to the metal base material.

Description

미가공 물질로부터 변형 내성 코팅을 제조하는 방법{METHOD FOR PREPARING STRAIN TOLERANT COATINGS FROM A GREEN MATERIAL}METHODS FOR PREPARING STRAIN TOLERANT COATINGS FROM A GREEN MATERIAL}

본원은 2006년 3월 22일자로 출원되고 현 양수인에게 양도된 미국 출원 제 11/386,424 호와 관련이 있다.This application is related to US Application No. 11 / 386,424, filed March 22, 2006 and assigned to the current assignee.

본 발명은 변형 내성 코팅을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 제품에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 "미가공(green)" 상태를 가지는 변형 내성 코팅을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 제품에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 열 차단 코팅에 사용될 수 있는 미가공 상태를 가지는 변형 내성 코팅을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 제품에 관한 것이다.The present invention relates to a method of making a strain resistant coating and to a product produced thereby. In particular, the present invention relates to a method for producing a strain resistant coating having a "green" state and to a product produced thereby. The present invention also relates to a method for producing a strain resistant coating having a raw state that can be used for heat barrier coatings and to the products produced thereby.

금속은 비교적 높은 온도(즉, 약 700℃ 이상)에 노출되는 경우, 특히 산화 환경내에 존재하는 경우, 산화하고 부식되고 깨지기 쉬울 수 있다. 이와 같은 온도 및 산화 환경의 환경은, 전력 발전용 가스 터빈과 같은 가스 터빈내에서 생성될 수 있다. 전력 발전 기술 분야에서는, 열 차단 코팅(thermal barrier coating, TBC)이 금속 터빈 성분에 적용될 때 고온 산화 환경이 금속 성분에 나타내는 효과를 감소시킬 수 있다는 것이 인식되었다. Metals can be oxidized, corroded and brittle when exposed to relatively high temperatures (ie, above about 700 ° C.), especially when present in an oxidizing environment. Environments of such temperature and oxidizing environments can be created in gas turbines, such as gas turbines for power generation. In the field of power generation technology, it has been recognized that when a thermal barrier coating (TBC) is applied to a metal turbine component, the effect that a high temperature oxidizing environment has on the metal component can be reduced.

열 차단 코팅은 전형적으로 적어도 두가지의 성분, 즉 금속 결합 코팅 및 세라믹 코팅을 포함한다. 금속 결합 코팅은 산화 방지 및/또는 부식 방지 물질(예를 들어 알루미늄 및 크롬 중 한가지 이상을 포함하되, 이에 한정되지 않는다)을 함유할 수 있다. 예를 들어, 금속 결합 코팅은 크롬, 알루미늄, 이트륨 또는 이들의 조합, 예를 들어 MCrAlY(이때, M은 니켈, 코발트 또는 철이다)(헥트(Hecht)의 미국 특허 제 4,034,142 호, 및 굽타(Gupta) 등의 미국 특허 제 4,585,481 호는 몇 가지의 코팅 물질을 개시하고 있다)를 포함할 수 있다. 금속 결합 코팅은 열적 분사 기술을 통해 적용될 수 있다(굽타 등은 플라즈마 분사를 통해 적용되는 규소 및 하프늄 입자를 포함하는 코팅 물질을 개시하고 있다).Thermal barrier coatings typically include at least two components, a metal bond coating and a ceramic coating. The metal bond coating may contain an anti-oxidation and / or anti-corrosion material (including but not limited to one or more of, for example, aluminum and chromium). For example, the metal bond coating can be chromium, aluminum, yttrium or combinations thereof, such as MCrAlY, where M is nickel, cobalt or iron (Hecht, U.S. Patent Nos. 4,034,142, and Gupta). US Pat. No. 4,585,481, et al., Discloses several coating materials). Metal-bonded coatings can be applied via thermal spraying techniques (Gupta et al. Disclose a coating material comprising silicon and hafnium particles applied through plasma spraying).

또한, 열 차단 코팅 중 세라믹 코팅은 금속 결합 코팅에 적용될 수 있다. 적용 방법은 공기 플라즈마 분사법(air plasma spray, APS) 또는 전자빔 물리적 증기 침착법(eletron beam physical vapor deposition, EB-PVD)과 같은 공지된 방법을 포함하되, 이에 한정되지 않는다.In addition, the ceramic coating of the thermal barrier coating can be applied to the metal bond coating. Application methods include, but are not limited to, known methods such as air plasma spray (APS) or electron beam physical vapor deposition (EB-PVD).

본원에서 정의된 "미가공" 상태는 적용된 성분 및 층의 수에 관계없이 코팅의 화학/특성이 "미완성(un-finished)"인 상태이거나, 또는 목적하는 화학/특성을 가진 최종 목적 형태로 완전히 처리되지는 않았지만 목적하는 화학/특성을 달성하기 위하여 후속 활성 가공을 요구하는 상태를 가리킨다. 후속 활성 가공은, 생성 코팅물이 최종 목적 특성을 달성하도록 수행된다. 본원에서 정의된 후속 가공은, 코팅을 "완성"하기 위하여 요구되는 단계를 추가로 포함한다.A “raw” state as defined herein is a state in which the chemistry / characteristic of the coating is “un-finished”, regardless of the number of components and layers applied, or fully processed into the final desired form with the desired chemistry / characteristics. But not necessarily refers to a condition requiring subsequent active processing to achieve the desired chemistry / characteristics. Subsequent active processing is carried out so that the resulting coating achieves the final desired properties. Subsequent processing as defined herein further includes the steps required to "finish" the coating.

미가공 상태를 가지는 모든 코팅물은, 미완성 또는 미가공 상태일 때 취약하다. 미가공 상태일 때 코팅물은 최종 상태에서 가지는 특성과 동일한 특성을 소유하지 못할 수 있다. 이러한 특성은 코팅물의 광학적 및/또는 기계적 및/또는 화학적 및/또는 열적 특성을 포함한다. 상기 취약성은, 코팅물이 최종 상태에 있을 경우에는 일반적으로 영향을 미치지 못하는 조건에 의하여도 코팅물이 변형되게 하고, 때때로 영구적으로 변형되게 한다. TBC를 미가공 상태를 나타내는 물질을 사용하여 적용시키고자 한다면, 그 최종 목적 특성은 달성되지 않는다.All coatings having a raw state are vulnerable when in an unfinished or raw state. In the raw state, the coating may not possess the same properties as the final state. Such properties include the optical and / or mechanical and / or chemical and / or thermal properties of the coating. The fragility causes the coating to deform, sometimes permanently, even under conditions that would normally have no effect when the coating is in its final state. If the TBC is to be applied using a material that exhibits a raw state, its final desired properties are not achieved.

변형 내성 TBC를 수득하기 위한 통상적인 코팅방법은, 매우 고가이고/이거나 제조하기 매우 어려울 수 있다. EB-PVD 방법을 통해 제조된 코팅은, 매우 변형 내성적인 구조를 만들지만, 이 방법은 고가이고 특히 거대하거나 독특한 모양을 가지는 성분에 있어서는 실행이 불가능할 수 있다. 또한, 변형 내성을 가지는 코팅은 원위치에서(in-situ) 또는 최종 가공 후에 개질되며, 두 경우 모두 고가이고 어렵다. 또한, 변형 내성 TBC를 수득하기 위한 공지된 코팅방법은, 변형 내성을 만드는 미가공 코팅을 가공해야 하는 필요성을 제기하지 않는다.Conventional coating methods for obtaining strain resistant TBCs can be very expensive and / or very difficult to manufacture. Coatings made via the EB-PVD method create a highly strain resistant structure, but this method is expensive and may not be feasible especially for components with large or unique shapes. In addition, strain resistant coatings are modified in-situ or after final processing, both of which are expensive and difficult. In addition, known coating methods for obtaining strain resistant TBCs do not raise the need to process raw coatings that produce strain resistance.

그러므로, 변형 내성 TBC를 금속 터빈 성분 및 TBC가 존재함에 따라 이득이 될 수 있는 다른 구조에 적용시키는 방법이 요구된다. 또한, 미가공 코팅물을 가공하여 코팅물에 생성된 변형 내성을 단리하는 변형 내성 TBC를 수득하는 코팅방법을 제공할 필요가 있다. Therefore, what is needed is a method of applying strain resistant TBCs to metal turbine components and other structures that would benefit from the presence of TBCs. In addition, there is a need to provide a coating method of processing a raw coating to obtain a strain resistant TBC that isolates the strain resistance produced in the coating.

상기 요구에 부응하기 위한 실시양태로서 제공된 본 발명의 기재 코팅방법은, 제 1 변형 내성을 나타내는 코팅을 기재상에 배치하는 단계; 및 상기 코팅을 처리하여 상기 코팅의 변형 내성을 제 2 변형 내성으로 증가시키는 단계를 포함한다. 제 2 변형 내성은 제 1 변형 내성보다 더 크다. 또한, 처리 단계는 기계적 처리, 화학적 처리, 열적 처리 및 이들의 조합 중 한가지 이상을 포함한다.The substrate coating method of the present invention provided as an embodiment to meet the above needs comprises the steps of: disposing a coating exhibiting a first strain resistance on a substrate; And treating the coating to increase the strain resistance of the coating to a second strain resistance. The second strain resistance is greater than the first strain resistance. In addition, the treatment step includes one or more of mechanical treatment, chemical treatment, thermal treatment and combinations thereof.

본 발명에 따르면, 미가공 코팅물에 기계적 처리, 화학적 처리, 열적 처리 또는 이들의 조합 처리를 수행하여 코팅물의 변형 내성을 증가시키는 코팅방법이 제공된다.According to the present invention, a coating method is provided in which a raw coating is subjected to mechanical treatment, chemical treatment, thermal treatment or a combination thereof to increase the deformation resistance of the coating.

상기한 특징 및 다른 특징은 하기의 구체적인 내용을 통해 예시된다.The above and other features are exemplified through the following detailed description.

본원에서는, 미가공 또는 미완성 상태를 나타내는 제 1 코팅 물질로부터 변형 내성 코팅을 제조하는 방법을 개시한다. 용어 "미가공"은 처리, 예를 들어 열, 기계적 수단 및/또는 화학적 수단에 의해 처리되기 전의 물질의 상태로서 지칭된다. 통상적이되, 이에 한정되지 않는 미가공 물질의 열 처리는 소결(sintering)이다.Disclosed herein is a method of making a strain resistant coating from a first coating material that exhibits a raw or unfinished state. The term “raw” is referred to as the state of the material before treatment, for example by heat, mechanical and / or chemical means. Typically, but not limited to, heat treatment of raw materials is sintering.

본 발명의 실시양태로서, 미가공 상태를 나타내는 물질의 코팅은, 졸-겔, 슬러리 및 페이스트를 포함하되, 이에 한정되지 않는 임의의 코팅일 수 있다. 미가공 상태를 나타내는 물질로부터 코팅을 형성하는 방법은, 현탁법(suspension method), 페인팅법(painting method), 액침법(dipping method), 분사법(spraying) 및 증착법(deposition method)을 포함하되 이에 한정되지 않는다. 전기도금(electron-plating) 가공은, 본 발명의 실시양태로서, 미가공 상태를 나타내는 물질로부터 코팅을 형성하는 또다른 방법이다. As an embodiment of the present invention, the coating of the material exhibiting the raw state can be any coating, including but not limited to sol-gels, slurries and pastes. Methods for forming a coating from a material exhibiting a raw state include, but are not limited to, a suspension method, a painting method, a dipping method, a spraying method, and a deposition method. It doesn't work. Electro-plating processing, as an embodiment of the present invention, is another method of forming a coating from a material exhibiting a raw state.

분사는 가장 통상적인 분사 방법, 예를 들어 열적 분사, APS, VPS, LPPS, HVOF, 화염, 아크 와이어(Arc Wire), 폭발(Detonation) 및 한냉 분사법을 포함할 수 있되, 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 실시양태로서 증착법은 증발성, 스퍼터링 및 맥동 레이저 증착법 뿐만 아니라 물리적 증기 증착법을 포함할 수 있다.Injection may include, but is not limited to, the most common injection methods, such as thermal spraying, APS, VPS, LPPS, HVOF, flames, Arc Wire, Detonation and cold cooling. In addition, the deposition method as an embodiment of the present invention may include physical vapor deposition as well as evaporative, sputtering and pulsating laser deposition.

또한, 본 발명의 실시양태로서 증착법은, 화학적 증기 증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시양태로서 화학적 증기 증착법은, 원자층, 에어로졸 보조, 열선 보조 및 마이크로파 플라즈마 보조 화학적 증기 증착 처리를 포함할 수 있다.In addition, as an embodiment of the present invention, the deposition method may include chemical vapor deposition (CVD). As an embodiment of the present invention, chemical vapor deposition may include atomic layer, aerosol assisted, hot wire assisted, and microwave plasma assisted chemical vapor deposition treatments.

일반적으로, 금속 기재상의 변형 내성 열 차단 코팅의 제조방법은, 금속 기재상에 미가공 코팅을 배치하는 단계; 및 미가공 코팅을 처리하여 변형 내성 코팅을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시양태로서 처리는, 기계적 처리, 화학적 처리, 열적 처리 및 이들의 조합 중 한가지 이상을 포함한다. 생성 코팅은 금속 결합 코팅 및 기재에 산화 방지를 제공한다. In general, a method of making a strain resistant thermal barrier coating on a metal substrate includes disposing a raw coating on the metal substrate; And treating the raw coating to form a strain resistant coating. Treatment as an embodiment of the present invention includes at least one of mechanical treatment, chemical treatment, thermal treatment and combinations thereof. The resulting coating provides oxidation resistance to the metal bond coating and the substrate.

본 발명의 실시양태에 있어서, 코팅 처리는 제 1 변형 내성으로부터 제 2 변형 내성으로 미가공 코팅의 변형 내성을 증가시킨다. 이때, 제 2 변형 내성은 제 1 변형 내성보다 더 크다.In an embodiment of the invention, the coating treatment increases the deformation resistance of the raw coating from the first deformation resistance to the second deformation resistance. At this time, the second deformation resistance is greater than the first deformation resistance.

한 실시양태에서, 코팅내에 균열이 형성될 가능성을 최소화하기 위해, 소결 단계에 앞서 또는 그 동안에, 제 1 미가공 코팅을 고온-균형 가압 처리할 수 있다. 이러한 단계는 제어되지 않은 또는 바람직하지 않은 균열없이, 더 두꺼운 코팅이 건조되고 소결되는 것을 가능하게 한다.In one embodiment, the first raw coating may be hot-balanced pressurized prior to or during the sintering step to minimize the possibility of cracks forming in the coating. This step allows the thicker coating to be dried and sintered, without uncontrolled or undesirable cracking.

본 발명의 실시양태로서 처리 단계는, 기계적 처리를 포함할 수 있다. 기계적 처리는 스크래칭(scratching); 날인(imprinting); 선별(screening); 절단(cutting); 가철성, 비습윤성 패턴 또는 메쉬의 적용; 또는 이들 중 한가지 이상을 포함하는 조합 중 한가지 이상을 포함한다.As an embodiment of the present invention, the treatment step may include mechanical treatment. Mechanical treatment includes scratching; Imprinting; Screening; Cutting; Application of a removable, non-wetting pattern or mesh; Or combinations comprising one or more of these.

본 발명의 실시양태로서 처리 단계는, 화학적 처리를 포함할 수 있다. 화학 적 처리는 비습윤성 패턴의 적용 및 결합제의 포함 중 한가지 이상을 포함하여 처리 과정 동안 코팅의 제어된 균열을 초래할 수 있다.As an embodiment of the present invention, the treating step may comprise a chemical treatment. Chemical treatment may include controlled cracking of the coating during the treatment process, including one or more of the application of a non-wetting pattern and the inclusion of a binder.

또한, 본 발명의 실시양태로서 처리 단계는, 열적 처리를 포함할 수 있다. 열적 처리는, 레이저 및 전자빔 중 한가지 이상을 적용하는 것을 포함한다. In addition, the treatment step as an embodiment of the present invention may comprise a thermal treatment. Thermal treatment includes applying one or more of a laser and an electron beam.

금속 기재는 차단 코팅을 첨가함으로써 이득을 얻을 수 있는 임의의 다양한 성분, 예를 들어 연소 이장재(combustion liner) 또는 전이 단편(transition piece), 버킷(bucket), 노즐(nozzle), 날(blade), 날개(vane), 수의(shroud) 및 다른 성분, 예를 들어 터빈 엔진에서 뜨거운 가스 흐름에 배치되는 성분이 될 수 있다. 상기의 금속 기재는 니켈, 코발트, 철 및 이들 중 한가지 이상을 포함하는 조합물, 또한 이들 중 한가지 이상을 포함하는 합금, 예를 들어 니켈계 초합금, 및/또는 코발트계 초합금을 포함하는 적용에 사용되는 다양한 금속을 포함할 수 있다.The metal substrate can be any of a variety of components that may benefit from adding a barrier coating, such as a combustion liner or transition piece, a bucket, a nozzle, a blade, Vanes, shrouds, and other components, such as components disposed in hot gas flows in turbine engines. The metal substrates above are used in applications comprising nickel, cobalt, iron and combinations comprising at least one of these, and alloys comprising at least one of these, such as nickel based superalloys, and / or cobalt based superalloys. It can include various metals.

본 발명의 실시양태로서 차단 코팅을 형성하는 금속 결합 코팅 물질은, 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 이트륨(Y) 및 이들 중 한가지 이상을 포함하는 합금, 또한 이들 중 한가지 이상을 포함하는 조합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 결합 코팅은 MCrAlY(이때, M은 니켈, 코발트, 철 및 이들 중 한가지 이상을 포함하는 조합물로 구성된다)를 포함하되, 이에 한정되지 않는다. MCrAlY 코팅은 규소(Si), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 금(Au), 은(Ag), 탄탈(Ta), 팔라듐(Pd), 레늄(Re), 하프늄(Hf), 백금(Pt), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 및 이들 중 한가지 이상을 포함하는 합금, 또한 이들 중 한가지 이상을 포함하는 조합물과 같은 요소를 추가로 포함할 수 있다. 이에 한정되지 않지만, 예 를 들어 금속 결합 코팅은 금속 결합 코팅 표면에서 알루미나 스케일을 형성하기에 충분한 알루미늄을 포함할 수 있다. 알루미늄은 임의적으로 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh) 및 이들 중 한가지 이상을 포함하는 합금, 또한 이들 중 한가지 이상을 포함하는 조합물을 포함하는 알루미나이드(aluminide)의 형태일 수 있다.As an embodiment of the present invention, the metal bond coating material forming the barrier coating includes nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe), chromium (Cr), aluminum (Al), yttrium (Y) and one of them. Alloys containing the above, and may also include combinations comprising one or more of these. For example, metal bond coatings include, but are not limited to, MCrAlY, wherein M consists of nickel, cobalt, iron, and combinations comprising one or more thereof. MCrAlY coatings include silicon (Si), ruthenium (Ru), iridium (Ir), osmium (Os), gold (Au), silver (Ag), tantalum (Ta), palladium (Pd), rhenium (Re), and hafnium ( Elements such as Hf), platinum (Pt), rhodium (Rh), tungsten (W), and alloys comprising one or more of these, and also combinations comprising one or more of these. For example, but not limited to, the metal bond coating may comprise sufficient aluminum to form an alumina scale at the metal bond coating surface. Aluminum optionally includes ruthenium (Ru), iridium (Ir), osmium (Os), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), rhodium (Rh) and one or more of these It may be in the form of an aluminide comprising an alloy, and also a combination comprising one or more of these.

단일 또는 다중 단계로 수행될 수 있는, 기재에 미가공 금속 결합 코팅의 적용은, 본 발명의 실시양태로서 다양한 형태로 수행될 수 있다. 코팅방법의 적용으로는, 증기 증착(예: 전자빔 물리적 증기 증착(EB-PVD), 화학적 증기 증착(CVD), 전기도금(eletroplating), 이온 플라즈마 증착(ion plasma deposition, IPD), 플라즈마 분사(예를 들어, 진공 플라즈마 분사(vacuum plasma spray, VPS), 저압 플라즈마 분사(low pressure plasma spray, LPPS), 공기 플라즈마 분사(air plasma spray, APS) 등), 열적 증착(예: 고속 산화 연료(high velocity oxidation fuel, HVOF) 증착), 및 이들 방법 중 한가지 이상을 포함하는 조합을 포함하되, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 금속 결합 코팅 성분은 조합화(예를 들어, 용융 유도 등에 의해)되거나, 분말화(예를 들어 분말 원자화에 의해)되거나, 또는 기재상에 플라즈마 분사될 수 있다. 양자택일적으로 또는 덧붙여, 금속 결합 코팅 요소는 침착된 표적 및 이온 플라즈마내로 혼입될 수 있다. 다중 단계 사용시, 동일하거나 또는 상이한 요소가 각 단계 동안 기재에 적용될 수 있다. 한 예로서, 귀금속(예를 들어 백금)은 폐기물을 줄이는 기술 및 이어서 잔류 요소를 적용시키는 다른 방법을 통해 적용될 수 있다. 그러므로, 귀금속은 기재 표면상에 전기도금될 수 있고, 다른 요소들은 분말 조성물의 열적 증착(예를 들어, HVOF)에 의해 적용될 수 있다. 이어서, 코팅 조성물의 잔류물과 귀금속의 상호혼합을 달성하기 위하여 알루미늄화(aluminizing)가 수행될 수 있다.The application of the raw metal bond coating to the substrate, which can be performed in a single or multiple steps, can be carried out in various forms as an embodiment of the present invention. Application of the coating method may include vapor deposition (e.g., electron beam physical vapor deposition (EB-PVD), chemical vapor deposition (CVD), electroplating, ion plasma deposition (IPD), plasma spraying (e.g. For example, vacuum plasma spray (VPS), low pressure plasma spray (LPPS), air plasma spray (APS, etc.), thermal deposition (e.g. high velocity fuel) oxidation fuel (HVOF) deposition), and combinations including one or more of these methods, for example, a metal bond coating component may be combined (eg, by induction of melting, etc.), or a powder (E.g., by powder atomization), or plasma sprayed onto the substrate Alternatively, or in addition, the metal bond coating element can be incorporated into the deposited target and ion plasma. At the same time, the same or different elements may be applied to the substrate during each step As an example, precious metals (e.g. platinum) may be applied via techniques to reduce waste and then other methods of applying residual elements. The precious metal may be electroplated onto the substrate surface and other elements may be applied by thermal deposition (eg HVOF) of the powder composition, followed by aluminum to achieve intermixing of the precious metal with the residue of the coating composition. Aluminizing may be performed.

예를 들어, 와이어(wire), 막대(rod), 및 유사한 형태의 금속 물질을 기재에 적용할 수 있다. 금속 물질은 옥시-아세틸렌 화염내로 포유될 수 있다. 화염은 금속 물질을 용융하고, 이 물질을 기재상에 코팅으로서 물질을 침착시키는 고압 공기의 보조 스트림으로 입자 용융물을 원자화한다. 또한, 웨이드만(Weidman)의 미국 특허 제 5,285,967 호에 개시된 것과 같은 비화염 분사 장치를 사용할 수 있다. HVOF 방법은 바람직한 평활 코팅, 예를 들어 약 1 ㎛(50μ인치) 이하의 Ra를 가지는 코팅을 제조한다.For example, wires, rods, and similar types of metallic materials may be applied to the substrate. The metal material may be mammaled into an oxy-acetylene flame. The flame melts the metal material and atomizes the particle melt into an auxiliary stream of high pressure air which deposits the material as a coating on the substrate. It is also possible to use non-flame spraying devices such as those disclosed in US Patent No. 5,285,967 to Weidman. The HVOF method produces a preferred smooth coating, for example a coating having R a of about 1 μm (50 μin) or less.

금속 결합 코팅의 두께는, 코팅 성분이 사용되는 용도 및 적용 기술에 따라 다양하다. 코팅은 약 50㎛ 내지 625㎛의 두께, 또는 더욱 구체적으로 약 75㎛ 내지 425㎛의 두께로 터빈 성분에 적용될 수 있다. 금속 결합 코팅은, 졸-겔 코팅의 적용에 앞서 표면을 거칠게 하도록 처리될 수 있다. 구체적으로, 금속 결합 코팅은 약 100 내지 약 400μ인치(약 2.54 내지 약 10.16㎛)의 표면 조도 평균(roughness average, Ra) 정도로 거칠어져 코팅의 적용에 적절한 결합을 제공할 수 있다. The thickness of the metal bond coating varies depending on the application and application technique in which the coating component is used. The coating may be applied to the turbine component in a thickness of about 50 μm to 625 μm, or more specifically in a thickness of about 75 μm to 425 μm. The metal bond coating can be treated to roughen the surface prior to application of the sol-gel coating. In particular, the metal bond coating may be roughened to a roughness average (R a ) of about 100 to about 400 μin (about 2.54 to about 10.16 μm) to provide a suitable bond for application of the coating.

본 발명을 결코 제한할 의도가 없는 한 예시적 실시양태에서는, 금속 기재를 졸-겔 유형의 공정을 사용하여 "미가공" 변형 내성 TBC를 코팅한다. 먼저, 금속 기재를 예를 들어 HVOF 또는 VPS를 포함하는 임의의 처리 회수로 금속 결합 코팅에 의해 코팅한다. 이어서, 무기 금속 산화 분말을 함유하는 졸을 금속 결합 코팅시 금속 기재의 반대쪽 표면에 코팅한다. 졸 코팅은 "미가공" 졸의 액체 및 다른 휘발성 성분의 제거를 유도하도록 처리된다. 마지막 단계는 "미가공" 코팅을 소결함으로써 금속 기재상에 변형 내성 TBC를 형성시키는 처리를 포함한다. 이러한 변형 내성은, 터빈 엔진 성분의 엔진 서비스 기간동안 코팅의 균열 및 파쇄의 형성 및 증식을 억제하도록 작용할 수 있다. In an exemplary embodiment, the metal substrate is coated with a "raw" strain resistant TBC using a sol-gel type process, as long as there is no intention to limit the invention. First, the metal substrate is coated by a metal bond coating with any number of treatments, including for example HVOF or VPS. The sol containing the inorganic metal oxide powder is then coated on the opposite surface of the metal substrate during metal bond coating. The sol coating is treated to induce removal of the liquid and other volatile components of the "raw" sol. The final step involves the treatment of forming a strain resistant TBC on the metal substrate by sintering the "raw" coating. Such deformation resistance can act to inhibit the formation and propagation of cracks and fractures of the coating during engine service life of turbine engine components.

또한, 본 발명의 한 실시양태로서 "미가공" 코팅은, 코팅을 소결하기 전에 또는 도중에 고온-균형 가압되어 변형 내성 코팅을 형성할 수 있다. 코팅은 의도한 적용에 있어 열 차단 코팅, 부식 내성 코팅 또는 임의의 다른 목적하는 코팅일 수 있다.In addition, as an embodiment of the present invention, a “raw” coating can be hot-balanced pressed to form a strain resistant coating before or during the sintering of the coating. The coating can be a thermal barrier coating, a corrosion resistant coating or any other desired coating for the intended application.

졸-겔 유형 공정을 사용하여 미가공 상태를 나타내는 물질로부터 변형 내성 코팅을 제조하는 방법은, 열 차단 코팅을 제조하는데 사용될 수 있다. 이 방법은 2006년 3월 22일자로 출원되고 본원의 현 양수인에게 양도된 미국 출원 제 11/386,424 호에 개시되어 있다. 졸-겔 유형 공정의 부가 설명은 기술의 편의를 위해 생략한다. 미국 출원 제 11/386,424 호를 기술에 참고할 수 있다. A method of making a strain resistant coating from a material exhibiting a raw state using a sol-gel type process can be used to make a thermal barrier coating. This method is disclosed in US Application No. 11 / 386,424, filed March 22, 2006 and assigned to the current assignee herein. Additional description of the sol-gel type process is omitted for ease of description. See US Application No. 11 / 386,424 to the art.

본원에 기술된 방법은 목적에 있어 단지 예시적이며, 어떠한 방식으로든 본원을 제한할 의도가 아니다. 이러한 방법은 기법을 이용하여 열 차단 코팅이 적용될 수 있기 때문에, 복잡하고 거대한 모양, 예를 들어 터빈 성분을 가지는 코팅된 제품의 제조를 용이하게 한다. 이러한 기법은, 액침 코팅, 분사 코팅, 롤 코팅, 잉크젯 인화, 스핀 코팅, 페인팅 등을 포함하되 이에 한정되지 않는다. 하기의 설명은 열 차단 코팅에 대한 코팅 및 방법에 관한 것이다. 그러나, TBC 코팅 및 방법의 적용은 단지 예시적이고, 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한할 의도가 아니다. 코팅은 부식 내성 또는 임의의 다른 유사한 기능에 대해 사용될 수 있다. 또한 이 방법은, 임의의 적절한 적용에 있어서 임의의 적합한 기재에 코팅을 적용하기 위해 사용될 수 있다. The methods described herein are illustrative only for the purpose and are not intended to limit the disclosure in any way. This method facilitates the manufacture of coated articles having complex and huge shapes, for example turbine components, because thermal barrier coatings can be applied using techniques. Such techniques include, but are not limited to, immersion coating, spray coating, roll coating, inkjet printing, spin coating, painting, and the like. The following description relates to coatings and methods for thermal barrier coatings. However, the application of TBC coatings and methods is merely illustrative and is not intended to limit the invention in any way. The coating can be used for corrosion resistance or any other similar function. This method can also be used to apply the coating to any suitable substrate in any suitable application.

본원에서 "제 1", "제 2"와 같은 용어는 임의의 순서, 양 또는 중요성을 나타내는 것이 아니고 한 요소를 다른 요소로부터 구분하기 위해 사용되었고, 본원에서 "단수"는 양의 제한을 나타는 것이 아니고 지칭된 항목이 하나 이상 존재함을 나타낸다. 양과 연관되어 사용되는 수식자 "약"은 언급된 값을 포함하며, 문맥에 의해 지시되는 의미를 가진다(예를 들어, 특정한 양의 측정과 관련된 오차의 정도를 포함한다). 본원에서 사용되는 접미사"(들)"은 그것이 수식하는 용어의 단수 및 복수 둘다를 포함하도록 의도되었고, 따라서 당해 용어의 하나 이상을 포함한다(예를 들어 금속(들)은 하나 이상의 금속을 포함한다). 본원에서 기술된 범위는 포함적 및 독립적으로 조합가능적이다(예를 들어, 약 25중량% 이하, 또는 더욱 구체적으로 약 5중량% 내지 약 20중량%의 범위는 약 5중량% 내지 약 25중량%의 종점 및 모든 중간 값을 포함한다). Terms such as "first" and "second" herein are not used to indicate any order, quantity, or importance, but are used to distinguish one element from another element, where "singular" refers to a quantity limit. Rather than one or more of the items listed. The modifier “about” used in conjunction with the quantity includes the stated value and has the meaning indicated by the context (eg, including the degree of error associated with the measurement of a particular quantity). As used herein, the suffix "(s)" is intended to include both the singular and the plural of the term it modifies, and therefore includes one or more of the term (eg, the metal (s) includes one or more metals). ). The ranges described herein are inclusively and independently combinable (eg, up to about 25 weight percent, or more specifically from about 5 weight percent to about 20 weight percent range from about 5 weight percent to about 25 weight percent End point of% and all intermediate values).

미가공 코팅이 형성되면, 처리 전 또는 후에 패턴화가 일어날 수 있는 코팅상에 또는 코팅내에 패턴이 유도될 수 있다. 본원에서 "패턴 유도"란 표면 형태 및 코팅을 변형함을 의미한다. 패턴 유도방법은 특별히 제한되지 않고, 공지된 지 침을 이용하여 과도한 실험 없이도 당업자에 의해 선택될 수 있다. 패턴 유도방법은 다양한 기계적, 화학적, 또는 열적 방법을 통해 제공될 수 있다.Once the raw coating is formed, a pattern can be induced on or in the coating where patterning can occur before or after treatment. By "pattern induction" is meant herein modifying the surface morphology and coating. The pattern derivation method is not particularly limited and may be selected by those skilled in the art without undue experimentation using known guidelines. Pattern derivation methods can be provided through various mechanical, chemical, or thermal methods.

기계적 방법은 예를 들어 스크래칭, 날인법, 선별법, 절단법, 또는 기재상의 목적하는 위치에서 코팅을 억제하고 코팅 처리가 완성된 후 물리적으로 제거되거나 가열 처리된 경우 도중에 타버리는 박리가능한 메쉬를 이용한 수단을 포함할 수 있다. 날인법은 표면에 패턴을 부여하는 금형을 압착함을 포함할 수 있고, 이때 금형은 음성 목적 패턴을 함유한다. 화학적 수단은 예를 들어 비습윤 패턴의 적용 또는 특정 결합제의 포함과 같은 방법을 포함할 수 있다. 열적 변형은 예를 들어 레이저 또는 전자빔 식각(etching)과 같은 수단을 이용하여 수행될 수 있다. 생성 패턴은, 수행되는 방법에 관계없이, 코팅된 성분의 열적 팽창 변화를 증진시키고 더 잘 견딜 수 있다.Mechanical methods are, for example, scratching, stamping, screening, cutting, or means using strippable meshes that inhibit coating at the desired location on the substrate and burn off during physical removal or heat treatment after the coating has been completed. It may include. Imprinting may include pressing a mold that imparts a pattern to the surface, wherein the mold contains a negative object pattern. Chemical means may include methods such as, for example, the application of a non-wetting pattern or the inclusion of specific binders. Thermal deformation can be performed using means such as, for example, laser or electron beam etching. The resulting pattern, regardless of how it is performed, can enhance and better tolerate changes in thermal expansion of the coated component.

다양한 실시양태가 본원에 개시되었지만, 본원 명세서의 개시 내용으로부터 다양한 성분의 조합, 변이 또는 개선이 당업자에 의해 이루어질 수 있고 본 발명의 범주내에 속하는 것으로 인지된다. 또한, 본 발명의 본질적인 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 교시내용에 특정 상황 또는 물질을 적용시켜 다양하게 변형시킬 수도 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위한 최적의 상태로서 개시된 특정 실시양태로 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구범위내의 모든 실시양태를 포함하는 것으로 의도된다.While various embodiments have been disclosed herein, combinations, variations, or improvements of various components may be made by those skilled in the art from the disclosure herein and are within the scope of the present invention. In addition, various modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the present invention without departing from the essential scope thereof. Therefore, it is intended that the present invention not be limited to the particular embodiments disclosed as the best mode for carrying out the invention but to include all embodiments within the appended claims.

Claims (10)

제 1 변형 내성을 나타내는 제 1 코팅을 기재상에 배치하는 단계; 및Disposing a first coating on the substrate exhibiting a first strain resistance; And 제 1 코팅에 기계적 처리, 화학적 처리, 열적 처리 및 이들의 조합 중 한가지 이상을 포함하는 처리를 수행하여, 제 1 코팅의 변형 내성을, 제 1 변형 내성보다 더 큰 제 2 변형 내성으로 증가시키는 단계Subjecting the first coating to at least one of mechanical treatment, chemical treatment, thermal treatment, and combinations thereof to increase the strain resistance of the first coating to a second strain resistance that is greater than the first strain resistance. 를 포함하는, 기재를 코팅하는 방법.Including, the method of coating the substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 금속 결합 코팅을 금속 기재상에 배치함을 추가로 포함하고, 이때 제 1 코팅이 금속 기재 반대쪽의 금속 결합 코팅 표면상에 배치되는 방법. Disposing a metal bond coating on the metal substrate, wherein the first coating is disposed on the metal bond coating surface opposite the metal substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 제 1 코팅상에 또는 제 1 코팅내에 패턴을 유도한 후 제 1 코팅을 건조하는 단계를 추가로 포함하는 방법.And drying the first coating after inducing a pattern on or in the first coating. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 기계적 처리를 포함하는 처리 단계가 스크래칭법; 날인법; 선별법; 절단법; 가철성, 비-습윤성 패턴 또는 메쉬의 적용; 및 이들 중 한가지 이상을 포함하는 조합 중 한가지 이상을 포함하거나, 또는 Treatment steps including mechanical treatment include the scratching method; Stamp method; Screening method; Cutting method; Application of a removable, non-wetting pattern or mesh; And combinations comprising one or more of these, or 비-습윤성 패턴의 적용 및 결합제의 포함 중 한가지 이상을 포함하여 처리 과정동안 코팅의 제어된 균열을 초래하거나, 또는 Including at least one of the application of a non-wetting pattern and the inclusion of a binder, resulting in controlled cracking of the coating during the treatment process, or 레이저 및 전자빔 중 한가지 이상을 적용하는 것을 포함하는 방법.Applying at least one of a laser and an electron beam. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 기재상에 제 1 코팅을 배치하는 단계가, 액침 코팅, 분사 코팅, 롤 코팅, 잉크젯 인화, 스핀 코팅, 페인팅, 및 이들 중 한가지 이상을 포함하는 조합 중 한가지 이상을 포함하는 방법.Disposing the first coating on the substrate comprises one or more of immersion coating, spray coating, roll coating, inkjet printing, spin coating, painting, and a combination comprising one or more of these. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 코팅의 휘발 성분을 제거하는 단계; Removing the volatile components of the coating; 코팅상에 또는 코팅내에 패턴을 제공하는 단계; Providing a pattern on or in the coating; 코팅을 고온-균형 가압하는 단계; 및Hot-balancing the coating; And 코팅을 소결하는 단계 중 한가지 이상을 추가로 포함하는 방법.And at least one of the steps of sintering the coating. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 금속 결합 코팅을 배치하는 단계가 금속 기재상에 금속 결합 코팅 요소의 증기 증착, 전기도금, 이온 플라즈마 증착, 플라즈마 분사, 열적 증착 또는 이들 중 한가지 이상의 조합을 포함하는 방법.Disposing the metal bond coating comprises vapor deposition, electroplating, ion plasma deposition, plasma spray, thermal deposition, or a combination of one or more of the metal bond coating elements on the metal substrate. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 2 to 7, 금속 결합 코팅이 MCrAlY(이때, M은 니켈, 코발트, 철 및 이들 중 한가지 이상을 포함하는 조합물로 구성된 군에서 선택된다)를 포함하고, 금속 결합 코팅이 규소(Si), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 금(Au), 은(Ag), 탄탈(Ta), 팔라듐(Pd), 레늄(Re), 하프늄(Hf), 백금(Pt), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 및 이들 중 한가지 이상을 포함하는 합금, 및 이들 중 한가지 이상을 포함하는 조합물로 구성된 군에서 선택된 요소를 추가로 포함하는 방법.The metal bond coating comprises MCrAlY, wherein M is selected from the group consisting of nickel, cobalt, iron and combinations comprising one or more of them, and the metal bond coating comprises silicon (Si), ruthenium (Ru), Iridium (Ir), osmium (Os), gold (Au), silver (Ag), tantalum (Ta), palladium (Pd), rhenium (Re), hafnium (Hf), platinum (Pt), rhodium (Rh), And an element selected from the group consisting of tungsten (W), and alloys comprising at least one of these, and combinations comprising at least one of these. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 기재상의 코팅을 열 차단 코팅내로 형성시키는 것을 추가로 포함하는 방법.Further comprising forming a coating on the substrate into the thermal barrier coating. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 9, 기재상의 코팅을 부식 내성 코팅내로 형성시키는 것을 추가로 포함하는 방법.Further comprising forming a coating on the substrate into a corrosion resistant coating.
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