RU2008151785A

RU2008151785A - Высокочистые порошки и изготовленные из них покрытия

Info

Publication number: RU2008151785A
Application number: RU2008151785/03A
Authority: RU
Inventors: Томас А. ТЭЙЛОР (US); Томас А. ТЭЙЛОР; Альберт ФОЙЕРШТАЙН (US); Альберт ФОЙЕРШТАЙН; Энн БОЛКАВАДЖ (US); Энн БОЛКАВАДЖ; Дэнни Ли ЭППЛБАЙ (US); Дэнни Ли ЭППЛБАЙ; Нейл ХИТЧМАН (US); Нейл ХИТЧМАН; Джеймс МАНРОУ (US); Джеймс МАНРОУ
Original assignee: Праксайр Текнолоджи, Инк. (Us); Праксайр Текнолоджи, Инк.
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2010-07-10
Also published as: RU2436752C2

Abstract

1. Высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержащий от примерно 0 до примерно 0,15 вес.% примесных оксидов, от примерно 0 до примерно 2 вес.% оксида гафния, от примерно 6 до примерно 25 вес.% оксида иттрия или от примерно 10 до примерно 36 вес.% оксида иттербия и остальное - оксид циркония, в котором примесные оксиды включают от примерно 0 до примерно 0,02 вес.% диоксида кремния, от примерно 0 до примерно 0,005 вес.% оксида алюминия, от примерно 0 до примерно 0,01 вес.% оксида кальция, от примерно 0 до примерно 0,01 вес.% оксида железа(III), от примерно 0 до примерно 0,005 вес.% оксида магния и от примерно 0 до примерно 0,01 вес.% диоксида титана. ! 2. Высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1, в котором размер частиц составляет от примерно 1 до примерно 150 мкм. ! 3. Высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1, содержащий смесь двух или более высокочистых порошков оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия. ! 4. Высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1, содержащий от примерно 55 до примерно 95 об.% первого высокочистого порошка оксида циркония, частично стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержащего от примерно 0 до примерно 0,15 вес.% примесных оксидов, от примерно 0 до примерно 2 вес.% оксида гафния, от примерно 6 до примерно 8 вес.% оксида иттрия или от примерно 10 до примерно 14 вес.% оксида иттербия и остальное - оксид циркония, и от примерно 5 до примерно 45 об.% второго высокочистого порошка оксида циркония, полностью стабилизиров

Claims

1. Высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержащий от примерно 0 до примерно 0,15 вес.% примесных оксидов, от примерно 0 до примерно 2 вес.% оксида гафния, от примерно 6 до примерно 25 вес.% оксида иттрия или от примерно 10 до примерно 36 вес.% оксида иттербия и остальное - оксид циркония, в котором примесные оксиды включают от примерно 0 до примерно 0,02 вес.% диоксида кремния, от примерно 0 до примерно 0,005 вес.% оксида алюминия, от примерно 0 до примерно 0,01 вес.% оксида кальция, от примерно 0 до примерно 0,01 вес.% оксида железа(III), от примерно 0 до примерно 0,005 вес.% оксида магния и от примерно 0 до примерно 0,01 вес.% диоксида титана.

2. Высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1, в котором размер частиц составляет от примерно 1 до примерно 150 мкм.

3. Высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1, содержащий смесь двух или более высокочистых порошков оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия.

4. Высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1, содержащий от примерно 55 до примерно 95 об.% первого высокочистого порошка оксида циркония, частично стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержащего от примерно 0 до примерно 0,15 вес.% примесных оксидов, от примерно 0 до примерно 2 вес.% оксида гафния, от примерно 6 до примерно 8 вес.% оксида иттрия или от примерно 10 до примерно 14 вес.% оксида иттербия и остальное - оксид циркония, и от примерно 5 до примерно 45 об.% второго высокочистого порошка оксида циркония, полностью стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержащего от примерно 0 до примерно 0,15 вес.% примесных оксидов, от примерно 0 до примерно 2 вес.% оксида гафния, от примерно 16 до примерно 22 вес.% оксида иттрия или от примерно 25 до примерно 33 вес.% оксида иттербия и остальное - оксид циркония.

5. Составной высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержащий высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1, который имеет номинальный средний размер частиц 20-60 мкм, с поверхностью которых связаны частицы оксида гадолиния с номинальным средним размером 0,5-2 мкм.

6. Наносимое термическим напылением покрытие из высокочистого порошка оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1 для нанесение на подложку.

7. Наносимое термическим напылением покрытие по п.6, обладающее плотностью более 88% теоретической плотности и множеством вертикальных макротрещин, по существу, однородно распределенных по всему покрытию, в котором поперечное сечение, перпендикулярное подложке, открывает множество вертикальных макротрещин, простирающихся, по меньшей мере, на половину толщины покрытия и достигающих в длину величины, равной полной толщине покрытия, и которое имеет от примерно 5 до примерно 200 вертикальных макротрещин на линейный дюйм (2-78,7 на см), отмеряемый по линии, параллельной поверхности подложки и лежащей в плоскости, перпендикулярной поверхности подложки.

8. Наносимое термическим напылением покрытие по п.6, в котором имеется, по меньшей мере, около 20 вертикальных макротрещин на линейный дюйм (7,9 на см), отмеряемый по линии, параллельной поверхности подложки и лежащей в плоскости, перпендикулярной поверхности подложки, и одна или более горизонтальных макротрещин, проходящих в покрытии параллельно поверхности подложки.

9. Наносимое термическим напылением покрытие по п.6, в котором между подложкой и наносимым термическим напылением покрытием нанесено связующее покрытие, содержащее (i) сплав хрома, алюминия, иттрия с металлом, выбранным из группы, состоящей из никеля, кобальта и железа, (ii) сплав алюминия и никеля или (iii) покрытие MCrAlY+X, наносимое способом плазменного напыления, способом детонационного напыления или способом электроосаждения, где М означает Ni, Со или Fe или любую комбинацию этих трех элементов, Х означает добавление Pt, Ta, Hf, Re или других редкоземельных металлов или тонкодисперсных частиц оксида алюминия - диспергирующего агента, отдельно или в сочетании.

10. Наносимое термическим напылением покрытие по п.6, стабилизированное путем тепловой обработки в вакууме или на воздухе при температуре 1000°С или выше.

11. Способ получения создающего термический барьер покрытия, включающий

а) термическое осаждение высокочистого порошка оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1 на подложку с образованием монослоя, имеющего, по меньшей мере, два наложенных зерна осажденного на подложке порошка, причем температура позже осажденного зерна выше, чем осажденного ранее;

b) охлаждение и отверждение указанного монослоя, полученного на стадии а), после чего указанный монослой приобретает плотность, по меньшей мере, 88% теоретической плотности, и в котором в результате усадки осажденных зерен образуется множество вертикальных макротрещин;

с) повторение стадий а) и b), по меньшей мере, один раз с целью получения слоя с полным покрытием, в котором в каждом монослое имеются вертикальные трещины, проходящие сквозь зерна, и в котором множество вертикальных трещин каждого монослоя направлены так же, как вертикальные трещины соседнего монослоя, с образованием вертикальных макротрещин длиной, по меньшей мере, в половину толщины покрытия и достигающих в длину полной толщины покрытия, причем нанесенный слой характеризуется наличием, по меньшей мере, 5 вертикальных макротрещин на линейный дюйм (2 на см), измеренный вдоль линии, параллельной поверхности подложки и лежащей в плоскости, перпендикулярной поверхности подложки.

12. Способ термического напыления, включающий термическое осаждение высокочистого порошка оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1 на подложку с образованием покрытия с вертикальными сегментами трещин, проходящими, по существу, сквозь всю толщину покрытия, в котором имеется от примерно 5 до 200 трещин на линейный дюйм (2-78,7 на см), отмеряемый по линии, параллельной плоскости покрытия, и структура горизонтальных трещин, которых достаточна для снижения теплопроводности до менее чем 0,012 Вт/см при 25°С по толщине покрытия, где структура горизонтальных трещин является однородной по толщине покрытия и, выраженная как сумма сегментов горизонтальных трещин вдоль любой линии, параллельной плоскости покрытия в полированном поперечном сечении, составляет, по меньшей мере, 25% ширины покрытия; такая структура может быть стабилизирована путем необязательной тепловой обработки в вакууме или на воздухе при температуре 1000°С или выше.

13. Способ термического напыления, включающий термическое осаждение высокочистого порошка оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1 на подложку с образованием покрытия с вертикальными сегментами трещин, проходящими, по существу, сквозь всю толщину покрытия, в котором имеется от примерно 5 до примерно 200 трещин на линейный дюйм (2-78,7 на см), отмеряемый по линии, параллельной плоскости покрытия, обладающего толщиной от примерно 5 до примерно 200 мил (127-5080 мкм) и имеющего (i) конечный поверхностный слой, образованный из указанного высокочистого порошка оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, толщиной до 5 мил (127 мкм) с по существу нулевым сегментированием вертикальными трещинами или (ii) конечный поверхностный слой, содержащий полученное погружением или распылением раствора покрытие из керамической фритты толщиной до примерно 5 мил (127 мкм); и высокотемпературную обработку указанного поверхностного слоя горячим воздухом с целью связывания и закрепления поверхностного слоя.

14. Изделие с создающим термический барьер покрытием, содержащим оксид циркония, частично стабилизированный оксидом иттрия или оксидом иттербия, и обладающим плотностью более 88% теоретической плотности и множеством вертикальных макротрещин, по существу, однородно распределенных по всему покрытию, в котором поперечное сечение, перпендикулярное подложке, открывает множество вертикальных макротрещин, простирающихся, по меньшей мере, на половину толщины покрытия и достигающих в длину величины, равной полной толщине покрытия, и имеющим от примерно 5 до примерно 200 вертикальных макротрещин на линейный дюйм (2-78,7 на см), отмеряемый по линии, параллельной поверхности подложки и лежащей в плоскости, перпендикулярной поверхности подложки, где создающее термический барьер покрытие представляет собой наносимое термическим напылением покрытие из высокочистого порошка оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, по п.1.

15. Изделие по п.14, включающее (i) лопатку или направляющее устройство турбины, изготовленное из сплава на основе никеля или кобальта, на которое сначала нанесено металлическое связующее покрытие, а затем слой указанного создающего термический барьер покрытия, толщина создающего термический барьер покрытия составляет от примерно 5 до примерно 25 мил (127-635 мкм), структура вертикальных сегментов из трещин содержит от примерно 20 до примерно 100 трещин на линейный дюйм (7,9-39,3 на см), отмеряемый в отполированном поперечном сечении в направлении, параллельном плоскости покрытия, учитывая те трещины, длина которых составляет, по меньшей мере, половину толщины покрытия, (ii) камеру сгорания турбинного двигателя, изготовленную из сплава на основе никеля или кобальта, на которую сначала нанесено металлическое связующее покрытие, а затем слой указанного создающего термический барьер покрытия, толщина создающего термический барьер покрытия составляет от примерно 5 до примерно 200 мил (127-5080 мкм), структура вертикальных сегментов из трещин содержит от примерно 5 до примерно 200 трещин на линейный дюйм (2-78,7 на см), отмеряемый в отполированном поперечном сечении в направлении, параллельном плоскости покрытия, учитывая те трещины, длина которых составляет, по меньшей мере, половину толщины покрытия, (iii) сегменты воздушного уплотнения или кольцо воздушного уплотнения турбинного двигателя, изготовленное из сплава на основе никеля или кобальта, на которое сначала нанесено металлическое связующее покрытие, а затем слой указанного создающего термический барьер покрытия, толщина создающего термический барьер покрытия составляет от примерно 5 до примерно 150 мил (127-3810 мкм), структура вертикальных сегментов из трещин содержит от примерно 20 до примерно 100 трещин на линейный дюйм (7,9-39,3 на см), отмеряемый в отполированном поперечном сечении в направлении, параллельном плоскости покрытия, учитывая те трещины, длина которых составляет, по меньшей мере, половину толщины покрытия, (iv) лопатку турбины или компрессора, изготовленную из сплава на основе никеля или кобальта, на которую сначала нанесено металлическое связующее покрытие, а затем слой указанного создающего термический барьер покрытия, толщина создающего термический барьер покрытия составляет от примерно 5 до примерно 45 мил (127-1143 мкм), структура вертикальных сегментов из трещин содержит от примерно 20 до примерно 100 трещин на линейный дюйм (7,9-39,3 на см), отмеряемый в отполированном поперечном сечении в направлении, параллельном плоскости покрытия, учитывая те трещины, длина которых составляет, по меньшей мере, половину толщины покрытия, или (v) цилиндр или транспортный валок линий отжига стали и стекла, на который сначала нанесено металлическое связующее покрытие, а затем слой указанного создающего термический барьер покрытия, толщина создающего термический барьер покрытия составляет от примерно 5 до примерно 45 мил (127-1143 мкм), структура вертикальных сегментов из трещин содержит от примерно 20 до примерно 100 трещин на линейный дюйм (7,9-39,3 на см), отмеряемый в отполированном поперечном сечении в направлении, параллельном плоскости покрытия, учитывая те трещины, длина которых составляет, по меньшей мере, половину толщины покрытия.