RU2435673C2 - Покрытие для компонента для защиты от воздействий окружающей среды и способ его получения - Google Patents

Покрытие для компонента для защиты от воздействий окружающей среды и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2435673C2
RU2435673C2 RU2006143777/05A RU2006143777A RU2435673C2 RU 2435673 C2 RU2435673 C2 RU 2435673C2 RU 2006143777/05 A RU2006143777/05 A RU 2006143777/05A RU 2006143777 A RU2006143777 A RU 2006143777A RU 2435673 C2 RU2435673 C2 RU 2435673C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
intermediate layer
coating
specified
thermal expansion
Prior art date
Application number
RU2006143777/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006143777A (ru
Inventor
Питер Джоэль МЕШТЕР (US)
Питер Джоэль МЕШТЕР
Кертис Алан ДЖОНСОН (US)
Кертис Алан ДЖОНСОН
Кришан Лал ЛУТХРА (US)
Кришан Лал ЛУТХРА
Реза САРРАФИ-НУАР (US)
Реза САРРАФИ-НУАР
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of RU2006143777A publication Critical patent/RU2006143777A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2435673C2 publication Critical patent/RU2435673C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/89—Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • C23C28/3215—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer at least one MCrAlX layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C23C28/3455—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B17/0017—Means for protecting offshore constructions
    • E02B17/0021—Means for protecting offshore constructions against ice-loads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/97—Rocket nozzles
    • F02K9/974—Nozzle- linings; Ablative coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/15—Rare earth metals, i.e. Sc, Y, lanthanides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/22—Non-oxide ceramics
    • F05D2300/228—Nitrides
    • F05D2300/2283—Nitrides of silicon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/611—Coating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264—Up to 3 mils

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в машиностроении и энергетике при изготовлении деталей для газотурбинных двигателей. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды (10) для детали, содержащей кремний, имеющей первый коэффициент теплового расширения, содержит кремниевый выравнивающий слой (30), который связывается, по меньшей мере, с частью наружной поверхности детали. Промежуточный слой (25, 27, 29) связывается с кремниевым выравнивающим слоем (30) и имеет второй коэффициент теплового расширения, согласованный с первым коэффициентом теплового расширения. Промежуточный слой (25, 27, 29) имеет общую композицию RE2Si2O7. Защитный слой (36) связывается с промежуточным слоем (25, 27, 29) и имеет общую композицию RE2SiO5. Стойкий к разрушению поверхностный слой (35) содержит поверхностный слой (38), связанный с защитным слоем (36). Поверхностный слой (38) содержит RE и имеет отношение RE к кислороду, равное, по меньшей мере, 2:3. RE представляет собой по меньшей мере один элемент из Y, Tb, Dy, Но, Er, Tm, Yb, Lu. Толщина промежуточного слоя (25, 27, 29) примерно 0,0762-0,254 мм. Толщина стойкого к разрушению поверхностного слоя (35) примерно 0,0127-0,0508 мм. Улучшается устойчивость детали к парам воды и окислению. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Description

Уровень техники
Настоящее изобретение относится, в целом, к покрытиям для защиты от воздействий окружающей среды и, более конкретно, к покрытиям для защиты от воздействий окружающей среды для детали, полученной из материала подложки на основе кремния.
Покрытия для защиты от воздействий окружающей среды (ЕВС) на основе дисиликата редкоземельного элемента (RE), имеющие общую композицию RE2Si2O7, защищают детали газовых турбин, изготовленные из материала подложки из композита с керамической матрицей (CMC), содержащего кремний, или из материала подложки из нитрида кремния (Si3N4), при работе, от вредного экспонирования для химических окружающих сред. RE=La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu, и включает в себя Y и Sc, подобные редкоземельным элементам. Дисиликаты редкоземельных элементов имеют коэффициенты теплового расширения (СТЕ), которые хорошо согласуются с СТЕ материала подложки CMC. Такие дисиликаты имеют минимальную тенденцию к трещинообразованию при работе и во время термического циклирования детали. Однако дисиликаты склонны к выщелачиванию SiO2 и разрушению поверхности посредством химических взаимодействий с парами воды в атмосфере продуктов горения турбины. Такое выщелачивание создает микропористую микроструктуру в ЕВС, и изначально плотное ЕВС преобразуется в пористый слой раньше требуемого срока службы конструкции. Таким образом, такие дисиликаты не имеют износостойкости, необходимой для применения.
Моносиликаты редкоземельных элементов (RE), имеющие общую композицию RE2SiO5, используются в качестве ЕВС вместо дисиликатов редкоземельных элементов. Моносиликаты RE имеют низкие скорости испарения в атмосфере продуктов горения, содержащих пары воды, и, следовательно, имеют низкие скорости разрушения поверхности. Однако моносиликаты, как правило, имеют СТЕ, которые не согласуются, как следует, с СТЕ материала подложки CMC. В результате, моносиликатные покрытия имеют тенденцию к трещинообразованию во время применения, термической обработки и/или экспонирования при работе, делая возможным проникновение паров воды в покрытие и вызывая подповерхностные химические реакции и/или преждевременное отслаивание ЕВС. Степень такого трещинообразования непосредственно зависит от толщины слоя покрытия и разницы СТЕ между слоем покрытия и материалом подложки.
Множество обычных материалов ЕВС осаждают на деталях с использованием способа плазменного напыления. Способ плазменного напыления обеспечивает гибкость при осаждении большего разнообразия материалов в широком диапазоне значений толщины покрытия (в пределах примерно от 0,002 дюйма примерно до 0,040 дюйма), без больших модификаций способа. Однако часто осажденный материал покрытия изначально находится в термодинамически метастабильном состоянии (таком как аморфная фаза, более высокотемпературная фаза или одна или несколько неравновесных фаз) из-за быстрого гашения во время процесса напыления. При экспонировании для высокой температуры и преобразовании в равновесное состояние деформированное покрытие может подвергаться разнообразным изменениям по размерам, приводящим к напряжениям в покрытии, которые могут приводить к различным типам поведения с трещинообразованием. Склонность покрытия к трещинообразованию имеет тенденцию к прямой пропорциональности толщине покрытия.
Для покрытия RE2SiO5, полученного посредством плазменного напыления, это, как обнаружено, является особенно проблематичным, приводя как к катастрофическому трещинообразованию по всей толщине, так и к расслаиванию покрытия при экспонировании для повышенных температур. В этом случае трещинообразование по всей толщине материала покрытия, как предполагается, обусловлено в основном несогласованностью между CTE материала покрытия, примерно от 6×10-6 1/C примерно до 7×10-6 1/C, и CTE материала подложки, примерно от 4,5×10-6 1/C примерно до 5,0×10-6 1/C, для SiC или композита SiC/SiC. Расслаивание покрытия наблюдается, прежде всего, вокруг непланарных областей материала подложки и/или геометрических неоднородностей и возмущений поверхности. Кроме того, расслаивание связывается с изменением размеров во время первого цикла нагрева до рабочей температуры. Поведение с трещинообразованием наблюдается для покрытий с малой толщиной, например 0,002 дюйма. В дополнение к этому, покрытия, полученные посредством плазменного напыления, склонны содержать открытую пористость и/или сеть мелких трещин, пересекающих закрытые в других случаях поры и пустоты. Для применений ЕВС открытая пористость в покрытии может быть вредной. Открытая пористость обеспечивает путь для быстрого проникновения паров воды, а следовательно, для ускоренной локализованной деградации и/или повреждения лежащих ниже материалов, склонных к окислению и волятилизации, опосредованным парами воды.
Краткое описание изобретения
В одном из аспектов настоящее изобретение предусматривает покрытие для защиты от воздействий окружающей среды для детали, содержащей кремний и имеющей первый коэффициент теплового расширения. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды содержит кремниевый выравнивающий слой, который связывается, по меньшей мере, с частью наружной поверхности детали. По меньшей мере, один промежуточный слой связывается с кремниевым выравнивающим слоем и имеет второй коэффициент теплового расширения, согласованный с первым коэффициентом теплового расширения. По меньшей мере, один промежуточный слой имеет общую композицию RE2Si2O7. Защитный слой связывается с промежуточным слоем и имеет общую композицию RE2SiO5. Поверхностный слой связывается с защитным слоем. Поверхностный слой содержит RE и имеет отношение RE к кислороду, равное, по меньшей мере, 2:3.
В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает деталь для газотурбинного двигателя. Деталь содержит материал подложки, содержащий кремний и имеющий первый коэффициент теплового расширения. Кремниевый выравнивающий слой связывается, по меньшей мере, с частью наружной поверхности материала подложки. По меньшей мере, один промежуточный слой связывается с кремниевым выравнивающим слоем. По меньшей мере, один промежуточный слой имеет второй коэффициент теплового расширения, согласованный с первым коэффициентом теплового расширения, и имеет общую композицию RE2Si2O7. Защитный слой связывается, по меньшей мере, с одним промежуточным слоем и имеет общую композицию RE2SiO5. Поверхностный слой связывается с защитным слоем и содержит RE. Поверхностный слой имеет отношение RE к кислороду, равное, по меньшей мере, 2:3.
В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ изготовления детали, имеющей покрытие для защиты от воздействий окружающей среды. Способ включает в себя создание детали, содержащее кремний, имеющей первый коэффициент теплового расширения. Выравнивающий слой связывается, по меньшей мере, с частью наружной поверхности детали. Промежуточный слой, имеющий общую композицию RE2Si2O7, связывается с выравнивающим слоем. Промежуточный слой имеет второй коэффициент теплового расширения, согласованный с первым коэффициентом теплового расширения. Защитный слой, имеющий общую композицию RE2SiO5, связывается с промежуточным слоем. Поверхностный слой связывается с защитным слоем. Поверхностный слой содержит RE и имеет отношение RE к кислороду, равное, по меньшей мере, 2:3.
Краткое описание чертежей
На чертеже представлен частичный вид в поперечном разрезе детали с нанесенным покрытием для защиты от воздействий окружающей среды в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают покрытия для защиты от воздействий окружающей среды для материала на основе кремния, содержащего материал композитной подложки с керамической матрицей или материал подложки нитрида кремния, например. Кроме того, настоящее изобретение предусматривает способ получения детали, имеющей покрытие для защиты от воздействий окружающей среды. В одном из вариантов осуществления покрытие для защиты от воздействий окружающей среды содержит кремниевый выравнивающий слой, промежуточный слой, имеющий коэффициент теплового расширения, согласованный с коэффициентом теплового расширения лежащего под ним материала подложки, и тонкий, однородный, стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой, который является стойким к трещинообразованию во время работы и износостойким в течение конструкционного срока службы лежащей под ним детали.
Варианты осуществления настоящего изобретения описываются ниже со ссылками на их применение, в связи с деталью газотурбинного двигателя, изготовленной из материала композитной подложки с керамической матрицей, материала подложки нитрида кремния, материала подложки карбида кремния и/или материала подложки силицида металла. Однако специалисту в данной области, направляемому концепцией, приведенной здесь, будет очевидно, что настоящее изобретение является подобным же образом применимым к любой соответствующей детали, которая изготавливается из материала подложки на основе кремния. Кроме того, такие детали входят в системы, включающие в себя, без ограничений, другие турбинные двигатели, где детали подвергаются воздействию экстремальных термических и/или химических условий во время работы системы. При рабочих условиях эти детали подвергаются воздействию окружающих сред продуктов горения в течение примерно до 32000 часов и при температурах поверхности материала, которые могут превосходить 2400°F.
В одном из вариантов осуществления различные детали газотурбинного двигателя формируются из керамического материала или материала композита с керамической матрицей (CMC). В конкретном варианте осуществления материал CMC представляет собой материал CMC SiC/SiC. Материал CMC SiC/SiC включает в себя материал композита карбида кремния, пропитанный кремнием и армированный волокнами карбида кремния с нанесенным покрытием. В одном из вариантов осуществления керамический материал представляет собой монолитный керамический материал, такой как SiC.
Обращаясь к чертежу, в одном из вариантов осуществления покрытие для защиты от воздействий окружающей среды 10 наносится на материале на основе кремния, таком как деталь турбинного двигателя 15, изготовленная из материала подложки CMC 20. Альтернативно, деталь турбинного двигателя 15 изготавливается из материала подложки нитрида кремния (Si3N4) (не показан). Специалистам в данной области, направляемым концепцией, приведенной здесь, очевидно, что деталь турбинного двигателя 15 может изготавливаться из любого пригодного для использования материала на основе кремния.
Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды 10 содержит, по меньшей мере, один промежуточный слой 25, связанный с материалом подложки CMC 20 или осажденный на него и связанный с ним. Как здесь используется, ссылки на термин "связанный" должны пониматься как включающие в себя непосредственное и опосредованное связывание через другой слой, такой как выравнивающий слой или промежуточный слой. В одном из вариантов осуществления промежуточный слой 25 имеет общую толщину примерно от 0,0762 мм (3,0 мил) примерно до 0,254 мм (10,0 мил). Промежуточный слой 25 имеет коэффициент теплового расширения, который согласован с коэффициентом теплового расширения материала подложки 20. Как здесь используется, ссылки на термин "согласованный", при упоминании коэффициента теплового расширения, должны пониматься как относящиеся к первому слою, такому как промежуточный слой 25, имеющему коэффициент теплового расширения в пределах примерно ±15% от коэффициента теплового расширения второго слоя, такого как материал подложки 20. В одном из вариантов осуществления промежуточный слой 25 имеет коэффициент теплового расширения, сходный с коэффициентом теплового расширения материала подложки CMC 20. В конкретном варианте осуществления промежуточный слой 25 имеет коэффициент теплового расширения, по существу равный коэффициенту теплового расширения материала подложки CMC 20. Как показано на фиг.1, в одном из вариантов осуществления покрытие для защиты от воздействий окружающей среды 10 содержит кремниевый выравнивающий слой 30, нанесенный или осажденный на материал подложки CMC 20 до того, как промежуточный слой 25 наносится или осаждается на материал подложки CMC 20. В конкретном варианте осуществления выравнивающий слой 30 имеет коэффициент теплового расширения, согласованный с материалом подложки 20 и/или промежуточным слоем 25.
В одном из вариантов осуществления промежуточный слой 25 включает в себя, по меньшей мере, один слой, сформированный из силиката, по меньшей мере, одного редкоземельного элемента (RE), включая, но не ограничиваясь этим, Y, Dy, Но, Er, Tm, Tb, Yb и/или Lu, имеющий общую композицию RE2Si2O7. Например, первый промежуточный слой 27 содержит RE2Si2O7. В дополнение к этому, промежуточный слой 25 содержит второй или наружный промежуточный слой 29, расположенный между первым промежуточным слоем 27 и наружным защитным слоем, таким как стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35, как показано на фиг.1. Хотя на фиг.1 показано только два промежуточных слоя 27, 29, специалисту в данной области, направляемому концепцией, предусмотренной здесь, очевидно, что промежуточный слой 25 может содержать любое пригодное для использования количество слоев. В одном из вариантов осуществления слои имеют объединенную толщину примерно от 0,0762 мм (3,0 мил) примерно до 0,254 мм (10,0 мил). В дополнение, по меньшей мере, к одному силикату редкоземельного элемента, или альтернативно, промежуточный слой 25 может содержать, по меньшей мере, один слой пригодного для использования материала, и/или каждый промежуточный слой 27, 29 может содержать, по меньшей мере, один пригодный для использования материал.
Стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 наносится или осаждается на промежуточный слой 25. В одном варианте осуществления стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 наносится или осаждается на промежуточный слой 25 с использованием способа физического осаждения из паровой фазы или химического осаждения из паровой фазы. Альтернативно, стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 наносится на промежуточный слой 25 с использованием пропитки, с помощью водного раствора соли желаемого соединения, которое затем разлагается с получением желаемого оксида или металла в микропорах. Стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 и/или пропитанный слой может наноситься с использованием любого соответствующего способа, известного специалисту в данной области, направляемому концепцией, предусмотренной здесь, включая, но не ограничиваясь этим, золь-гель технологию, плазменное напыление, распыление суспензии и/или способы распыления краски.
В одном из вариантов осуществления стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 наносится однородно или осаждается однородно на наружном промежуточном слое 29. В этом варианте осуществления стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 имеет толщину примерно от 0,0127 мм (0,5 мил) примерно до 0,0508 мм (2,0 мил). Стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 имеет соответствующую толщину, чтобы предотвратить трещинообразование, проникновение паров воды и/или отшелушивание при работе или противостоять им. В альтернативных вариантах осуществления стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 имеет соответствующую толщину, которая предотвращает трещинообразование, проникновение паров воды и/или отшелушивание или противостоит им. Например, в одном из вариантов осуществления стойкий к разрушению поверхности слой имеет толщину, меньшую примерно чем 0,001 дюйма (25 микрометров).
В одном из вариантов осуществления стойкий к разрушению поверхности защитный слой 36 содержит, по меньшей мере, один силикат редкоземельного элемента (RE), включая, но не ограничиваясь этим, Y, Dy, Ho, Er, Tm, Tb, Yb и/или Lu, имеющий общую композицию RE2SiO5. Стойкий к разрушению поверхности защитный слой 36 является химически совместимым с лежащим под ним промежуточным слоем 25 и имеет высокую стойкость к разрушению поверхности. Например, стойкий к разрушению поверхности защитный слой 36 может содержать Y2SiO5, нанесенный или осажденный на промежуточный слой 25, содержащий наружную поверхность из Y2Si2O7. Поверхностный слой 38 является химически совместимым с лежащим под ним защитным слоем 36 и имеет высокую стойкость к разрушению поверхности. Поверхностный слой 38 может содержать Y2O3, нанесенный или осажденный на защитный слой 36. Специалисту в данной области, направляемому концепцией, предусмотренной здесь, очевидно, что стойкий к разрушению поверхности защитный слой 36 и стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 38 могут содержать любой пригодный для использования материал, содержащий один или несколько редкоземельных металлов.
В одном из вариантов осуществления стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 содержит защитный слой 36, связанный с промежуточным слоем 25. В этом варианте осуществления защитный слой 36 имеет общую композицию RE2SiO5. Стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35, кроме того, содержит поверхностный слой 38, связанный с защитным слоем 36. Поверхностный слой 38 содержит, по меньшей мере, один RE, а именно Y, Dy, Ho, Er, Tm, Tb, Yb и/или Lu, и имеет отношение RE к кислороду, равное, по меньшей мере, 2:3. Поверхностный слой 38 содержит RE2O3, RE металл, соль, содержащую RE, и/или металлоорганический материал, содержащий RE. Пригодный для использования металлоорганический материал включает в себя, без ограничения, пригодный для использования алкоксид, содержащий некоторый вид металла, включая RE, такой как, без ограничения, RE-изопропиленоксид (RE-[OCH(CH3)2]3), RE-три-н-бутиленоксид (RE-(OC4H9)3) или RE-этиленоксид (RE-(OC2H5)3). В конкретном варианте осуществления поверхностный слой 38 имеет общую композицию RE2O3 или взаимодействует с газовой фазой с образованием общей композиции RE2O3.
В одном из вариантов осуществления защитный слой 36 образуется посредством химической реакции поверхностного слоя 38 с промежуточным слоем 25. В конкретном варианте осуществления граница раздела между выравнивающим слоем 30 и промежуточным слоем 25 и граница раздела между защитным слоем 36 и поверхностным слоем 38 являются по существу сплошными. Альтернативно, защитный слой 36 осаждается непосредственно на промежуточный слой 25, а поверхностный слой 38 осаждается непосредственно на защитный слой 36, по существу без химических реакций между слоями, с образованием многослойного покрытия для защиты от воздействий окружающей среды 10. В этом варианте осуществления границы раздела между выравнивающим слоем 30 и промежуточным слоем 25, промежуточным слоем 25 и защитным слоем 36 и защитным слоем 36 и поверхностным слоем 38 также могут быть по существу сплошными.
В одном из вариантов осуществления промежуточный слой 25 содержит поверхностную область с микропустотами, пропитанную стойким к разрушению поверхности оксидом, с образованием защитного слоя 36 на области поверхности, образующей микропустоты. Область поверхности или микроструктура с микропустотами может создаваться, давая возможность поверхностному слою для взаимодействия с парами воды при достаточно высокой температуре, в течение заданного отрезка времени, для создания микроструктуры с микропустотами. Альтернативно, имеющая микропустоты или пористая микроструктура может создаваться посредством плазменного напыления. Например, слой RE2SiO5 с микропустотами может создаваться на промежуточном слое 25, содержащем RE2Si2O7, посредством экспонирования для проточной атмосферы, обогащенной парами воды, в течение примерно от 100 часов примерно до 500 часов, примерно при 2400°F. Затем микропустоты пропитываются химически совместимым, стойким к парам воды оксидом для создания стойкого к разрушению поверхности поверхностного слоя 35. Например, RE2SiO5 с микропустотами, созданный на промежуточном слое RE2Si2O7 25, может пропитываться RE2O3 с получением стойкого к разрушению поверхности поверхностного слоя 35 (RE2O3 + RE2SiO5), который защищает лежащий под ним промежуточный слой из RE2Si2O7 25, кремниевый выравнивающий слой 30 и материал подложки CMC 25 от повреждения парами воды.
В конкретном варианте осуществления промежуточный слой 25 содержит Y2Si2O7 и защитный слой 36 содержит слой Y2SiO5 с микропустотами, пропитанный Y2O3, для образования стойкого к разрушению поверхности поверхностного слоя 35. Хотя стойкий к разрушению поверхности оксид может не иметь CTE, который является хорошо согласованным с CTE материала подложки CMC 20 и/или CTE промежуточного слоя 25, стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 является достаточно тонким для предотвращения трещинообразования и проникновения паров воды или противостояния им. Моделирование показывает, что стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой из Y2SiO5 толщиной 0,001 дюйма, имеющий CTE примерно 6,5×10-6 1/C и модуль упругости E = 30-40 ГПа, нанесенный на материал подложки CMC с промежуточным слоем из Y2Si2O7 25, имеющим CTE примерно 4,5×10-6 1/C и модуль упругости E = 280 ГПа, должен попадать ниже предела трещинообразования на основе критерия скорости деформации - высвобождения энергии для трещинообразования по всей толщине.
В альтернативном варианте осуществления стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 содержит поверхностную область с микропустотами, пропитанную металлооксидным предшественником стойкого к разрушению поверхности оксида. В одном из вариантов осуществления поверхностная область с микропустотами, как описано выше, пропитывается заданной концентрацией металла, который затем окисляется, с образованием стойкого к разрушению поверхности поверхностного слоя 35. Пропитывающий агент может представлять собой водный или неводный раствор растворимой соли RE, суспензию субмикронных частиц, содержащих RE, или раствор, который дает металлический RE при сушке. Следующая за этим реакция или окисление пропитывающего RE заполняет микропустоты и создает стойкий к разрушению поверхности защитный слой 35, имеющий общую композицию RE2SiO5, на поверхностях пор и/или на наружной поверхности.
В конкретном варианте осуществления, промежуточный слой 25 содержит Y2Si2O7, и защитный слой 36 содержит слой Y2SiO5 с микропустотами, пропитанный Y для образования плотного, стойкого к разрушению поверхности поверхностного слоя 35, содержащего Y2SiO5 и Y2O3. Во время этого процесса увеличение объема при окислении облегчает заполнение микропор для создания плотной микроструктуры поверхности. Плотный, стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35, связанный с более толстым промежуточным слоем 25, например Y2Si2O7, создает поверхностную область, которая является в высшей степени стойкой к проникновению паров воды и слишком тонкой для трещинообразования в результате несогласованности CTE с материалом подложки 20. В дополнение к этому, более толстый промежуточный слой 25 обеспечивает дополнительную защиту для материала подложки 20, если стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 разрушится по всей толщине, а также удобную подложку для подбора свойств поверхности.
Промежуточный слой 25, имеющий общую композицию RE2Si2O7, изначально может иметь неадекватную стойкость к разрушению поверхности в атмосфере продуктов горения, содержащей пары воды. В одном из вариантов осуществления промежуточный слой 25 покрывается тонким слоем, имеющим общую композицию RE2O3. Слои взаимодействуют химически при экспонировании для повышенных температур, с образованием in-situ тонкого, плотного защитного слоя 36, имеющего общую композицию RE2SiO5, который является химически совместимым с RE2Si2O7. Защитный слой 36 и, таким образом, стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой 35 имеют высокую стойкость к разрушению поверхности и высокую стойкость к трещинообразованию. В конкретном варианте осуществления тонкий, однородный поверхностный слой из стойкого к разрушению поверхности оксида, такого как RE2O3, наносится на промежуточный слой 25, содержащий RE2Si2O7, с использованием, по меньшей мере, одного способа из физического осаждения из паровой фазы, химического осаждения из паровой фазы, нанесения покрытия с помощью золь-гель перехода, нанесения покрытия из суспензии, плазменного напыления или способа распыления краски. Слой RE2O3 взаимодействует с лежащим под ним слоем RE2Si2O7 с образованием тонкого слоя RE2SiO5. Хотя слой RE2SiO5 не является хорошо согласованным по CTE с лежащим под ним слоем RE2Si2O7, трещинообразование предотвращается или ограничивается, поскольку слой RE2SiO5 является тонким, например меньшим примерно чем 0,001 дюйма (25 микрометров), и изменение объема при реакции RE2O3 + RE2Si2O7 = 2RE2SiO5 составляет только примерно 1%. Кроме того, реакция RE2O3/RE2Si2O7 может быть полезной при устранении или уменьшении количества поверхностных трещин и пор и при создании микроструктурно-благоприятного поверхностного слоя.
В одном из вариантов осуществления начальный слой RE2Si2O7 пропитывается с помощью раствора предшественника, содержащего, по меньшей мере, один RE, такого как водный раствор, содержащий неорганическую соль RE, неводный раствор, содержащий RE-алкоксид или носитель для металлического RE, до осаждения слоя RE2O3 или вместо него. Проникновение предшественника, содержащего RE, в открытые поры в слое RE2Si2O7 приводит к формированию RE2SiO5 на стенках пор, когда он экспонируется для повышенной температуры. Такой сформированный in-situ RE2SiO5 обеспечивает дополнительную защиту пористой подложки RE2Si2O7 от экспонирования для паров воды.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предусматривает способ изготовления детали, такой как деталь газотурбинного двигателя 15, имеющей покрытие для защиты от воздействий окружающей среды 10. Деталь газотурбинного двигателя 15 содержит кремний и имеет первый коэффициент теплового расширения. Промежуточный слой 25 связывается с наружной поверхностью детали газотурбинного двигателя 15. Промежуточный слой 25 имеет второй коэффициент теплового расширения в пределах примерно ±15% от коэффициента теплового расширения детали газотурбинного двигателя 15. В конкретном варианте осуществления второй промежуточный слой связывается с первым промежуточным слоем. В этом варианте осуществления второй промежуточный слой имеет коэффициент теплового расширения, подобный или идентичный коэффициенту теплового расширения первого промежуточного слоя. Альтернативно, второй промежуточный слой имеет коэффициент теплового расширения, иной, чем коэффициент теплового расширения первого промежуточного слоя. Специалистам в данной области, направляемым концепцией, предусмотренной здесь, очевидно, что покрытие для защиты от воздействий окружающей среды 10 может содержать любое пригодное для использования количество промежуточных слоев.
Защитный слой 36, имеющий общую композицию RE2SiO5, связывается с наружным промежуточным слоем. В одном из вариантов осуществления защитный слой 36 осаждается на промежуточный слой 25. В конкретном варианте осуществления защитный слой 36 связывается с промежуточным слоем 25 посредством взаимодействия материала металлооксидного предшественника с промежуточным слоем 25. Например, защитный слой 36, содержащий RE2SiO5, формируется посредством взаимодействия материала металлооксидного предшественника, содержащего RE2O3, с промежуточным слоем 25, содержащим RE2Si2O7. В одном из вариантов осуществления поверхностный слой 38 связывается с защитным слоем 36. Поверхностный слой 38 содержит, по меньшей мере, один RE и имеет отношение RE к кислороду, равное, по меньшей мере, 2:3.
Альтернативно, защитный слой 36 формируется и связывается с промежуточным слоем 25 посредством термической обработки покрытия для защиты от воздействий окружающей среды 10 после осаждения поверхностного слоя 38 на промежуточном слое 25. В другом альтернативном варианте осуществления защитный слой 36 связывается с промежуточным слоем 25 посредством формирования защитного слоя 36 in-situ во время работы CMC детали с покрытием для защиты от воздействий окружающей среды.
Указанное выше покрытие для защиты от воздействий окружающей среды для детали на основе кремния, например детали из компонента из материала CMC SiC/SiC или нитрида кремния, является стойким к трещинообразованию благодаря совместимости CTE между материалами подложки и промежуточного слоя и плотному, очень стойкому к разрушению поверхности поверхностному слою, который является слишком тонким, чтобы демонстрировать вредное трещинообразование. Стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой предотвращает или ограничивает экспонирование лежащих под ним слоев для атмосферы продуктов горения. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды имеет износостойкость и стойкость к разрушению поверхности, адекватную для того, чтобы обеспечить цель конструкционного срока службы примерно до 32000 часов работы при температуре примерно 2400°F. Кроме того, промежуточный слой обеспечивает дополнительную защиту для лежащего под ним материала подложки, если стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой разрушается по всей толщине, а также удобную подложку для подбора свойств поверхности.
Примеры вариантов осуществления покрытия для защиты от воздействий окружающей среды и способа изготовления компонентов, содержащих покрытие для защиты от воздействий окружающей среды, подробно описаны выше. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды и способ не ограничиваются конкретными вариантами осуществления, описанными здесь, но скорее, компоненты покрытия для защиты от воздействий окружающей среды и/или стадии способа могут использоваться независимо и отдельно от других компонентов и/или стадий, описанных здесь. Кроме того, описанные компоненты и/или стадии способа могут также определяться в других покрытиях и/или способах или использоваться в сочетании с ними и не являются ограниченными в осуществлении только покрытием для защиты от воздействий окружающей среды и способом, как описано здесь.
Хотя настоящее изобретение описано с точки зрения различных конкретных вариантов осуществления, специалисты в данной области заметят, что настоящее изобретение может осуществляться с модификацией в духе и в рамках формулы изобретения.
Список деталей
10 покрытие для защиты от воздействий окружающей среды
15 деталь газотурбинного двигателя
20 материал подложки CMC
25 лежащий под ним промежуточный слой
27 первый промежуточный слой
29 наружный промежуточный слой
30 выравнивающий слой
35 стойкий к разрушению поверхности поверхностный слой
36 защитный слой
38 поверхностный слой

Claims (10)

1. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды (10) для детали, содержащей кремний, имеющей первый коэффициент теплового расширения, указанное покрытие для защиты от воздействий окружающей среды содержит:
кремниевый выравнивающий слой (30), связанный, по меньшей мере, с частью наружной поверхности указанной детали;
по меньшей мере, один промежуточный слой (25, 27, 29), связанный с указанным кремниевым выравнивающим слоем и имеющий второй коэффициент теплового расширения, согласованный с указанным первым коэффициентом теплового расширения, указанный промежуточный слой имеет общую композицию RE2Si2O7;
защитный слой (36), связанный с указанным промежуточным слоем и имеющий общую композицию RE2SiO5; и
стойкий к разрушению поверхностный слой (35), содержащий поверхностный слой (38), связанный с указанным защитным слоем и содержащий RE, и имеющий отношение RE к кислороду, равное, по меньшей мере, 2:3.
2. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды (10) по п.1, в котором указанный защитный слой (36) формируется посредством химической реакции указанного поверхностного слоя (38) с указанным, по меньшей мере, одним промежуточным слоем (25, 27, 29), и каждая граница раздела между указанным выравнивающим слоем (30), указанным, по меньшей мере, одним промежуточным слоем, указанным защитным слоем и указанным поверхностным слоем является по существу сплошной.
3. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды (10) по п.1, в котором указанный поверхностный слой (38) имеет общую композицию RE2O3 или взаимодействует с газовой фазой с образованием общей композиции RE2O3, где RE представляет собой, по меньшей мере, один элемент из Y, Tb, Dy, Но, Er, Tm, Yb и Lu.
4. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды (10) по п.1, в котором указанный защитный слой (36) осаждается непосредственно на указанный, по меньшей мере, один промежуточный слой (25, 27, 29), и указанный поверхностный слой (38) осаждается непосредственно на указанный защитный слой, по существу, без химической реакции между слоями, с образованием многослойного покрытия для защиты от воздействий окружающей среды, и границы раздела между указанным выравнивающим слоем (30), указанным, по меньшей мере, одним промежуточным слоем, указанным защитным слоем и указанным поверхностным слоем являются по существу сплошными.
5. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды (10) по п.1, в котором указанный, по меньшей мере, один промежуточный слой (25) дополнительно содержит:
внутренний промежуточный слой (27), связанный с указанным кремниевым выравнивающим слоем; и
наружный промежуточный слой (29), связанный с указанным внутренним промежуточным слоем и образующий множество микропустот, указанный наружный промежуточный слой с проникающим в него указанным поверхностным слоем (38) образует указанный защитный слой (36) на поверхности, образуя, каждый, микропустоты из указанного множества микропустот.
6. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды (10) по п.1, в котором указанный второй коэффициент теплового расширения находится в пределах ±15% от указанного первого коэффициента теплового расширения.
7. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды (10) по п.1, в котором указанный поверхностный слой (38) содержит, по меньшей мере, один материал из RE2O3, RE металла, соли, содержащей RE, и металлоорганического материала, содержащего RE.
8. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды (10) по п.1, в котором указанный, по меньшей мере, один промежуточный слой (25, 27, 29) имеет толщину примерно от 0,0762 мм примерно до 0,254 мм.
9. Покрытие для защиты от воздействий окружающей среды (10) по п.1, в котором указанный стойкий к разрушению поверхностный слой (35) имеет толщину примерно от 0,0127 мм примерно до 0,0508 мм.
10. Деталь для газотурбинного двигателя (15), указанная деталь содержит:
материал подложки (20), содержащий кремний, указанный материал подложки имеет первый коэффициент теплового расширения;
кремниевый выравнивающий слой (30), связанный, по меньшей мере, с частью наружной поверхности указанного материала подложки;
по меньшей мере, один промежуточный слой (25, 27, 29), связанный с указанным кремниевым выравнивающим слоем и имеющий второй коэффициент теплового расширения, согласованный с указанным первым коэффициентом теплового расширения, промежуточный слой имеет общую композицию RE2Si2O7;
защитный слой (36), связанный с указанным промежуточным слоем и имеющий общую композицию RE2SiO5; и
стойкий к разрушению поверхностный слой (35), содержащий поверхностный слой (38), связанный с указанным защитным слоем и содержащий RE, и имеющий отношение RE к кислороду, по меньшей мере, 2:3.
RU2006143777/05A 2005-12-09 2006-12-11 Покрытие для компонента для защиты от воздействий окружающей среды и способ его получения RU2435673C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/298,735 US7595114B2 (en) 2005-12-09 2005-12-09 Environmental barrier coating for a component and method for fabricating the same
US11/289,735 2005-12-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006143777A RU2006143777A (ru) 2008-06-20
RU2435673C2 true RU2435673C2 (ru) 2011-12-10

Family

ID=37807828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006143777/05A RU2435673C2 (ru) 2005-12-09 2006-12-11 Покрытие для компонента для защиты от воздействий окружающей среды и способ его получения

Country Status (5)

Country Link
US (2) US7595114B2 (ru)
EP (1) EP1795515B1 (ru)
JP (1) JP5112681B2 (ru)
CN (1) CN101024324B (ru)
RU (1) RU2435673C2 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9719371B2 (en) 2012-12-20 2017-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Vane segment for a gas turbine coated with a MCrAlY coating and TBC patches
RU2656638C2 (ru) * 2013-06-13 2018-06-06 Эракль Защитный материал от воздействия среды для тугоплавкой подложки, содержащей кремний
RU2751775C1 (ru) * 2017-11-27 2021-07-16 АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН Армирующее волокно, выполненное с покрытием, стойким к воздействию окружающей среды, и пригодное для композиционного материала, армированного волокнами

Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7968217B2 (en) * 2007-06-26 2011-06-28 General Electric Company Articles for high temperature service and methods for their manufacture
US20090184280A1 (en) * 2008-01-18 2009-07-23 Rolls-Royce Corp. Low Thermal Conductivity, CMAS-Resistant Thermal Barrier Coatings
US20090186237A1 (en) 2008-01-18 2009-07-23 Rolls-Royce Corp. CMAS-Resistant Thermal Barrier Coatings
US9328028B2 (en) 2008-07-22 2016-05-03 Siemens Energy, Inc. Structure and method for protecting a hybrid ceramic structure from moisture attack in a high temperature environment
US10717678B2 (en) * 2008-09-30 2020-07-21 Rolls-Royce Corporation Coating including a rare earth silicate-based layer including a second phase
US8124252B2 (en) * 2008-11-25 2012-02-28 Rolls-Royce Corporation Abradable layer including a rare earth silicate
US8470460B2 (en) * 2008-11-25 2013-06-25 Rolls-Royce Corporation Multilayer thermal barrier coatings
FR2939430B1 (fr) * 2008-12-04 2011-01-07 Snecma Propulsion Solide Procede pour le lissage de la surface d'une piece en materiau cmc
US20110027559A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Glen Harold Kirby Water based environmental barrier coatings for high temperature ceramic components
US9062564B2 (en) 2009-07-31 2015-06-23 General Electric Company Solvent based slurry compositions for making environmental barrier coatings and environmental barrier coatings comprising the same
US20110033630A1 (en) * 2009-08-05 2011-02-10 Rolls-Royce Corporation Techniques for depositing coating on ceramic substrate
CA2806172C (en) 2010-07-23 2015-04-28 Rolls-Royce Corporation Thermal barrier coatings including cmas-resistant thermal barrier coating layers
WO2012027442A1 (en) * 2010-08-27 2012-03-01 Rolls-Royce Corporation Rare earth silicate environmental barrier coatings
US9139480B2 (en) 2011-02-28 2015-09-22 Honeywell International Inc. Protective coatings and coated components comprising the protective coatings
US9945036B2 (en) 2011-03-22 2018-04-17 General Electric Company Hot corrosion-resistant coatings and components protected therewith
US8802225B2 (en) 2011-05-31 2014-08-12 United Technologies Corporation Article having vitreous monocoating
US9175579B2 (en) 2011-12-15 2015-11-03 General Electric Company Low-ductility turbine shroud
US9726043B2 (en) 2011-12-15 2017-08-08 General Electric Company Mounting apparatus for low-ductility turbine shroud
US9316109B2 (en) * 2012-04-10 2016-04-19 General Electric Company Turbine shroud assembly and method of forming
US9587492B2 (en) 2012-05-04 2017-03-07 General Electric Company Turbomachine component having an internal cavity reactivity neutralizer and method of forming the same
US20140011038A1 (en) * 2012-07-05 2014-01-09 General Electric Company Coating system for a gas turbine component
US20140037969A1 (en) * 2012-08-03 2014-02-06 General Electric Company Hybrid Air Plasma Spray and Slurry Method of Environmental Barrier Deposition
US9341412B2 (en) 2012-12-18 2016-05-17 General Electric Company Methods and systems for reducing silica recession in silicon-containing materials
US20160153288A1 (en) * 2013-03-15 2016-06-02 General Electric Company Recession resistant ceramic matrix composites and environmental barrier coatings
US10094236B2 (en) * 2013-03-15 2018-10-09 General Electric Company Recession resistant ceramic matrix composites and environmental barrier coatings
US10378387B2 (en) 2013-05-17 2019-08-13 General Electric Company CMC shroud support system of a gas turbine
US9719176B2 (en) * 2013-09-20 2017-08-01 Hrl Laboratories, Llc Thermal barrier materials and coatings with low heat capacity and low thermal conductivity
US10647618B2 (en) 2014-09-19 2020-05-12 Hrl Laboratories, Llc Thermal and environmental barrier coating for ceramic substrates
US20150247245A1 (en) * 2013-09-30 2015-09-03 Honeywell International Inc. Protective coating systems for gas turbine engine applications and methods for fabricating the same
EP3080403B1 (en) 2013-12-12 2019-05-01 General Electric Company Cmc shroud support system
US10022921B2 (en) 2013-12-19 2018-07-17 General Electric Company Turbine component patch delivery systems and methods
US9334549B2 (en) 2013-12-20 2016-05-10 General Electric Company Systems and methods for recovery of rare-earth constituents from environmental barrier coatings
US9890089B2 (en) * 2014-03-11 2018-02-13 General Electric Company Compositions and methods for thermal spraying a hermetic rare earth environmental barrier coating
US9938839B2 (en) 2014-03-14 2018-04-10 General Electric Company Articles having reduced expansion and hermetic environmental barrier coatings and methods for their manufacture
US9409185B2 (en) 2014-04-17 2016-08-09 General Electric Company Systems and methods for recovery of rare-earth constituents from environmental barrier coatings
EP3155231B1 (en) 2014-06-12 2019-07-03 General Electric Company Shroud hanger assembly
CN106460543B (zh) 2014-06-12 2018-12-21 通用电气公司 多件式护罩悬挂器组件
CA2951425C (en) 2014-06-12 2019-12-24 General Electric Company Shroud hanger assembly
US10329205B2 (en) 2014-11-24 2019-06-25 Rolls-Royce Corporation Bond layer for silicon-containing substrates
US9540497B2 (en) * 2015-01-05 2017-01-10 General Electric Company Silicon-based repair methods and composition
WO2016129591A1 (ja) 2015-02-09 2016-08-18 三菱重工航空エンジン株式会社 コーティング部材及びコーティング部材の製造方法
ES2732501T3 (es) 2015-02-09 2019-11-22 Mitsubishi Heavy Ind Aero Engines Ltd Material de recubrimiento, elemento recubierto y procedimiento de producción de un elemento recubierto
US9874104B2 (en) 2015-02-27 2018-01-23 General Electric Company Method and system for a ceramic matrix composite shroud hanger assembly
EP3274317A4 (en) * 2015-03-24 2018-11-21 HRL Laboratories LLC Thermal and environmental barrier coating for ceramic substrates
US10514170B2 (en) * 2015-09-18 2019-12-24 General Electric Company Treatment process, rejuvenation process, treatment composition, and treated component
US9970305B2 (en) * 2015-09-18 2018-05-15 General Electric Company Treatment process, oxide-forming treatment composition, and treated component
CN106076775A (zh) * 2016-07-01 2016-11-09 惠州联顺电子有限公司 一种防止涂层开裂的涂覆工艺
FR3061710B1 (fr) * 2017-01-06 2019-05-31 Safran Ceramics Piece comprenant un substrat et une barriere environnementale
US20190017177A1 (en) 2017-07-17 2019-01-17 Rolls-Royce Corporation Thermal barrier coatings for components in high-temperature mechanical systems
US11655543B2 (en) 2017-08-08 2023-05-23 Rolls-Royce Corporation CMAS-resistant barrier coatings
CN109468574B (zh) * 2017-09-07 2021-09-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种耐高温环境障碍涂层及制备方法
CN109468568B (zh) * 2017-09-07 2021-02-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种抗裂纹扩展的稀土硅酸盐环境障碍涂层及制备方法
US10851656B2 (en) 2017-09-27 2020-12-01 Rolls-Royce Corporation Multilayer environmental barrier coating
FR3072091B1 (fr) 2017-10-05 2020-10-02 Safran Piece protegee par une barriere environnementale
CA3078298A1 (en) 2017-12-19 2019-06-27 Oerlikon Metco (Us) Inc. Erosion and cmas resistant coating for protecting ebc and cmc layers and thermal spray coating method
JP2019214750A (ja) * 2018-06-12 2019-12-19 三菱重工業株式会社 耐環境コーティング、それを備える耐環境部品、及び耐環境コーティングの製造方法
US11952317B2 (en) 2018-10-18 2024-04-09 Rolls-Royce Corporation CMAS-resistant barrier coatings
US11702728B2 (en) 2019-05-28 2023-07-18 Rolls-Royce Corporation Post deposition heat treatment of coating on ceramic or ceramic matrix composite substrate
US11512379B2 (en) 2020-07-01 2022-11-29 Rolls-Royce Corporation Post deposition heat treatment of bond coat and additional layers on ceramic or CMC substrate
CN111848222B (zh) * 2020-07-07 2022-10-21 航天特种材料及工艺技术研究所 一种在基体材料上形成的梯度环境障涂层及其制备方法
US20220384290A1 (en) * 2021-06-01 2022-12-01 Wolfspeed, Inc. Multilayer encapsulation for humidity robustness and highly accelerated stress tests and related fabrication methods
US11859287B2 (en) * 2021-07-27 2024-01-02 Honeywell International Inc. Protective coating systems for gas turbine engine applications and methods for fabricating the same
CN115386823B (zh) * 2022-08-03 2024-03-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种抗高温水蒸气腐蚀和cmas腐蚀的环境障碍涂层及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05238859A (ja) * 1992-02-28 1993-09-17 Tokyo Electric Power Co Inc:The セラミックコーティング部材
US5410148A (en) * 1993-05-14 1995-04-25 Kes Corporation Safety switch system with photooptical and capacitance detection
JP2966375B2 (ja) * 1997-06-19 1999-10-25 株式会社東芝 積層セラミックス及びその製造方法
US6296941B1 (en) * 1999-04-15 2001-10-02 General Electric Company Silicon based substrate with yttrium silicate environmental/thermal barrier layer
US6410148B1 (en) 1999-04-15 2002-06-25 General Electric Co. Silicon based substrate with environmental/ thermal barrier layer
US6682821B2 (en) * 2001-12-28 2004-01-27 Kyocera Corporation Corrosion-resistant ceramics
US6759151B1 (en) * 2002-05-22 2004-07-06 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Multilayer article characterized by low coefficient of thermal expansion outer layer
US7323247B2 (en) * 2003-11-21 2008-01-29 Honeywell International, Inc. Oxidation barrier coatings for silicon based ceramics
JP4632692B2 (ja) * 2004-05-25 2011-02-16 京セラ株式会社 表面被覆セラミック焼結体
US7115327B2 (en) * 2005-01-21 2006-10-03 General Electric Company Thermal/environmental barrier coating with transition layer for silicon-comprising materials

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9719371B2 (en) 2012-12-20 2017-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Vane segment for a gas turbine coated with a MCrAlY coating and TBC patches
RU2627997C2 (ru) * 2012-12-20 2017-08-14 Сименс Акциенгезелльшафт СОПЛОВОЙ СЕГМЕНТ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ, ПОКРЫТЫЙ ПОКРЫТИЕМ MCrAlY И НАКЛАДКАМИ ТБП
RU2656638C2 (ru) * 2013-06-13 2018-06-06 Эракль Защитный материал от воздействия среды для тугоплавкой подложки, содержащей кремний
RU2751775C1 (ru) * 2017-11-27 2021-07-16 АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН Армирующее волокно, выполненное с покрытием, стойким к воздействию окружающей среды, и пригодное для композиционного материала, армированного волокнами
US11873604B2 (en) 2017-11-27 2024-01-16 Ihi Corporation Environment-resistive coated reinforcement fiber applicable to fiber-reinforced composite

Also Published As

Publication number Publication date
EP1795515A2 (en) 2007-06-13
US7595114B2 (en) 2009-09-29
EP1795515A3 (en) 2011-03-30
CN101024324B (zh) 2012-01-25
CN101024324A (zh) 2007-08-29
US20090250153A1 (en) 2009-10-08
RU2006143777A (ru) 2008-06-20
JP5112681B2 (ja) 2013-01-09
EP1795515B1 (en) 2012-10-24
US20090220776A1 (en) 2009-09-03
JP2007197307A (ja) 2007-08-09
US7910172B2 (en) 2011-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2435673C2 (ru) Покрытие для компонента для защиты от воздействий окружающей среды и способ его получения
JP2007197307A5 (ru)
EP2971562B1 (en) Recession resistant ceramic matrix composites and environmental barrier coatings
US11131026B2 (en) Sintered-bonded high temperature coatings for ceramic turbomachine components
US20160160664A1 (en) Recession resistant ceramic matrix composites and environmental barrier coatings
US20160153288A1 (en) Recession resistant ceramic matrix composites and environmental barrier coatings
RU2752182C2 (ru) Деталь, содержащая подложку и защитный барьер
CN106927866B (zh) 具有增强温度能力的制品
JP2005325014A (ja) 基体と上部障壁層とから成る物品およびその調製方法
EP3428138A1 (en) Environment resistant coating member
RU2741491C2 (ru) Деталь с нанесённым тепловым барьером для газотурбинного двигателя и способ её получения
JP2006143553A (ja) ＳｉＣ系繊維強化セラミックス複合材料耐環境コーティングおよびその製造方法
US20160194476A1 (en) Silicon-based repair methods and composition
RU2754893C2 (ru) Деталь, содержащая подложку и внешний барьер
US20230211374A1 (en) Surface treatment for aqueous slurry-based environmental barrier coating
EP3459921B1 (en) Ceramic matrix composite and method of fabricating a ceramic matrix composite
KR102259348B1 (ko) 환경 차폐 코팅층을 포함한 비산화물 기판 및 이의 제조 방법
JP2003321277A (ja) セラミックス基複合材料とその製造方法
CN117986043A (zh) 延伸到环境屏障涂层的下层中的缺陷的修复

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 34-2011 FOR TAG: (30)

HE4A Change of address of a patent owner

Effective date: 20191008

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201212