專利名稱：具有非化學(xué)計量的微粒的母體和層系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1所述的母體和一種按權(quán)利要求22所 述的層系統(tǒng)。
技術(shù)背景用于高溫應(yīng)用情況的部件比如燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪葉片和燃燒室壁 具有抗氧化和腐蝕的保護(hù)層。這樣的層比如由MCrAlX類型的合金制 成，其中在這種MCrAIX層上形成保護(hù)性的氧化鋁層。在此，所述 MCr A1X合金的鋁擴(kuò)散到所述MCrAIX層的表面上，從而所述MCrAIX 合金中的鋁元素減少.從一開始在所述MCrAIX合金中預(yù)防性地存在超量份額的鋁，用 于抵抗減少，但這導(dǎo)致所述MCrAIX層的機(jī)械性能變得更差。此外公開了設(shè)有防止腐蝕和侵蝕的保護(hù)層的壓縮機(jī)葉片。這些壓 縮機(jī)葉片在制造時具有一種帶有金屬的無機(jī)的粘合劑，其中該金屬用 作電鍍的消耗元素(Opferelement)并且因此與部件的基片導(dǎo)電連接。 這樣的保護(hù)層的合適的成分從EP 0 142 418 Bl中得到公開。這里也存在問題，即所述金屬隨著時間推移在消耗，從而不再履 行保護(hù)功能。加覆蓋層的由鋁制成的粉末微粒從US 6,635,362中得到公開。 EP 0 933 448 Bl公開了在由鋁化物制成的層中的氧化物微粒。 WO 2002/066706 A2示出了 一種具有加覆蓋層的微粒的母體，所述 微粒由化學(xué)計量的合金制成。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的任務(wù)是說明一種母體和一種層系統(tǒng)，它們具有較 長的保護(hù)作用。該任務(wù)通過一種按權(quán)利要求1所述的母體以及一種按權(quán)利要求22 所述的層系統(tǒng)得到解決。在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中列出了其它有利的措施，這些措施可以 以有利的方式方法任意地彼此組合。


圖1、 2、 3是按本發(fā)明的層或者說基片，圖4是燃?xì)鉁u輪機(jī)，圖5是渦輪葉片的透視圖，圖6是燃燒室的透視圖。
具體實(shí)施方式
化合物由至少兩種或者更多種化學(xué)元素組成，并且具有確定的化 學(xué)計量。合金(金屬化合物)包括至少兩種金屬元素。微粒l (圖l、 2、 3)由一種化合物制成，該化合物以非化學(xué)計量 的比例具有層16 (圖1、 2)或基片13 (圖3)的母體的至少一種金屬 Me。至少另一種與所述金屬M(fèi)e形成所述化合物的化學(xué)元素Z可以是 母體材料的組成部分或者是一種沒有包含在所述母體材料中的化學(xué)元 素。合物，因此是一種陶瓷(非氧化陶瓷或氧化陶瓷、氮氧化物、氮化物、 硼化物或者碳化物)并且優(yōu)選是氧化物，最好是氧化鋁和/或氧化鉻。 所述微粒1也優(yōu)選具有氮化物。優(yōu)選所述微粒1包括金屬氧化物和/或 金屬氮化物。所述微粒l也可以具有多種化合物氧化物、氮氧化物、氮化物、 硼化物或者碳化物。優(yōu)選使用超化學(xué)計量的化合物MeaZb-y (y>0) 、 Mea+xZb ( x>0) 或者M(jìn)ea+xZb_y (x>0， y>0)來代替MeaZb，也就是比如使用(Z-氮N ) AlNby (y>0) 、 A11+XN ( x>0 )或Ah+xN,.y (x>0， y>0 )來代替AIN。同樣，用于所述微粒1的化合物可以由合金制成，該合金是合金 的一種非化學(xué)計量的成分。因此比如代替NiAl使用合金Nh_yAl ( y>0)或者NiAl1+x ( x>0)。亞化學(xué)計量的化合物也可能是有利的。優(yōu)選所述微粒1僅僅具有一種金屬元素Me。優(yōu)選所述微粒1具有兩種金屬元素Me。在化合物、合金或者硅鏈中的金屬元素Me尤其是鋁(Al)。 同樣，所述金屬元素可以是鉻(Cr)。此外，可以使用一種鉻-鋁-合金(Al-Cr)，用于制造用于所述微 粒1的化合物。同樣，可以為所述微粒1使用有機(jī)材料R-Me-C-R比如Si-Me-O-C 材料(硅鏈)(Me=Al) C-碳，R-碳鏈。
所述R-Me-C-R材料尤其由聚硅氧烷樹脂制成。聚硅氧烷樹脂是 具有至少一種金屬元素的結(jié)構(gòu)式R-S10ls的聚合物-陶瓷的前驅(qū)體 (Vorstufe)，其中R=-CH3、 -CH、 -CH2、 -C6HS等等。所述材料進(jìn) 行熱交聯(lián)，其中無機(jī)的組成部分(Si-O-Si-鏈)和主要來自R的有機(jī)的
側(cè)鏈并排存在。隨后所述前驅(qū)體在處于600t:和1200t:之間的溫度下
通過在Ar、 N2、空氣或真空氣氛中的熱處理陶瓷化。在此，聚合物的 網(wǎng)狀組織(Netzwerk)分解并且通過熱的中間體從非結(jié)晶的相重新結(jié) 構(gòu)化為結(jié)晶的相，其中從聚硅氧烷-前驅(qū)體產(chǎn)生一種Si-Al ( =Me) -O-C-網(wǎng)狀組織。同樣，也可以使用具有金屬元素Me的聚硅烷(Si-Si)、聚 碳硅烷(Si-C)、聚硅氮烷(Si-N)或者聚硼硅氮烷(Si-B-C-N)類型 的前驅(qū)體。這里所述金屬元素Me不必以非化學(xué)計量的比例存在?；?物的使金屬元素Me輕易地從化合物中分解出來的能力是足夠的。
所述微粒1可以是燒結(jié)的粉末微?；蛘叻勰╊w粒。
所述微粒1的直徑可以處于微米、亞微米(小于1微米)或者納 米范圍(小于等于500納米)內(nèi)。作為直徑，也可以理解為多面體的 最大橫向長度。
所述微粒1優(yōu)選沒有由其它材料制成的覆蓋層。
圖1示出了層16的按本發(fā)明的母體。所述層16是部件10或?qū)酉?統(tǒng)10的一部分，該部件10或?qū)酉到y(tǒng)10包括基片13，在所述基片13 上布置了所述層16。
所述基片13比如是例如在蒸汽渦輪機(jī)或燃?xì)鉁u輪機(jī)100中的用于 高溫的部件(圖5)，該部件由鎳基、鈷基或鐵基的超級合金制成。
這樣的層系統(tǒng)10應(yīng)用在渦輪葉片120、 130 (圖4、 5)、擋熱板元 件155 (圖6)或者外殼件138 (圖4)中。
所述層16具有由母體材料制成的母體，在所述母體中所述微粒1 均勻地或者局部不同地(比如以一種梯度)分布著。所述微粒1因此 是所述母體(層、基片)中的剩余相。
在此可以在所述層16內(nèi)部或者在所述基片13的內(nèi)部存在所述微 粒1的局部的濃度梯度。因此比如所述微粒1的濃度從所述基片13的 表面31朝所述層16的表面34逐漸增加。在此也可以制造和使用多個層16、 19,其中所述微粒l存在于一 個或多個層中。
所述層16的母體優(yōu)選是金屬基的。比如所述層16是MCrAlX類 型的合金并且所述微粒1由鋁化合物制成。所述微粒1可以在整個層 16中分布或者局部集中地靠近所述層16的外表面22 (圖2)來布置。
在此示范性地借助于MCrAlX層對延長的保護(hù)作用的作用原理進(jìn) 行說明。
如上面早已說明的，所述MCrAlX合金的保護(hù)功能通過以下方式 來獲得，即所述鋁形成氧化鋁，不過由此在母體材料中的鋁減少。
在高溫下，鋁緩慢地從所述微粒1擴(kuò)散到所述層16的母體中并且 就這樣在所述母體材料中又補(bǔ)足通過氧化消耗的鋁，使得所述MCrAlX 合金的原始成分幾乎沒有或根本沒有變化，直到在所述微粒1中不再 存在鋁。由此實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，即所述保護(hù)層16的使用壽命顯著延長。
所述微粒1在母體中通過兩種不同的方式以擴(kuò)散形式進(jìn)行分解。 所述微粒1要么被母體材料的原子所穿透，在鎳基的材料中這就是y 相的原子，或者非金屬的形成陶瓷的鍵偶(Bindungspartner )向里擴(kuò) 散到所述微粒中并且所述金屬元素在母體中分解。
在鎳基的材料中，所述金屬元素優(yōu)選鋁在y相中分解。在最后這 種情況中，會留下相應(yīng)的陶瓷成分的化學(xué)計量的核心并且通過微粒硬
化對y，相來說起著持久增強(qiáng)的作用。
同樣，這些微粒1可以用于超級合金的強(qiáng)化。所述微粒1的大小
優(yōu)選相應(yīng)于超級合金的y，相的最佳大小。
未熔化的微粒1而后優(yōu)選已經(jīng)存在于熔液中并且被一同倒出。關(guān) 于剩余相在超級合金中的布置方式和作用原理，請參照現(xiàn)有技術(shù)。所 述微粒l而后具有以下功能改進(jìn)機(jī)械性能并且實(shí)現(xiàn)防摩擦性能。
也可以如此選擇化學(xué)計量，使得超化學(xué)計量的份額通過在所述層 16的母體材料的晶體結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散來緩慢分解，并且必要時在所述母 體材料中形成離析物并且由此只有在一定的時間之后所述微粒1的材 料才能直接擴(kuò)散到所述母體中，因為在此時刻之前比如所述MCrAlX 層的保護(hù)功能依然存在。
不依賴于所述微粒1是否也布置在處于所述基片13上的層16中， 在所述微粒l存在于所述基片13中時獲得另一種保護(hù)功能在使用所述層系統(tǒng)10的過程中，會發(fā)生這樣的情況，即所述層16 (MCrAlX或者M(jìn)CrAlX+外面的陶瓷層)在一個區(qū)域37中剝落，使 得所述基片13的表面31的一部分得不到保護(hù)(圖3)。但是在近表面 的區(qū)域中優(yōu)選以高濃度(圖2)來布置所述微粒1。由于所述層系統(tǒng)10 在高溫度T中繼續(xù)使用了較長的時間t，所以所述基片13的表面31在 所述區(qū)域37中發(fā)生腐蝕，由此該表面釋放所述微粒1。通過所述微粒 l的材料的反應(yīng)，在所述基片13的區(qū)域37中獲得保護(hù)功能。在為燃?xì)?渦輪機(jī)葉片使用超級合金的情況下，所述微粒1具有鋁，使得保護(hù)層 40由通過所述微粒1的鋁的氧化產(chǎn)生的氧化鋁構(gòu)成。
所述微粒1要么可以僅僅存在于所述層16 (MCrAlX)中，要么 可以僅僅存在于所述基片13中。同樣也可以將所述微粒不僅布置在層 16中而且布置在所述基片13中。
同樣，所述層16可以是防止壓縮機(jī)葉片腐蝕和/侵蝕的保護(hù)層，其 中所述微粒1在優(yōu)選具有按專利EP 0 142 418 Bl的化學(xué)成分的層16 中導(dǎo)致這一結(jié)果，即在明顯更長的時間間隔中提供足夠的消耗材料， 以便獲得所期望的保護(hù)功能。
在此為所述微粒使用含鋁的化合物。
在壓縮機(jī)中壓縮空氣時水會凝結(jié)，這種水有時候結(jié)合其它包含在 空氣中的元素形成電解質(zhì)，所述電解質(zhì)會在壓縮機(jī)葉片上導(dǎo)致腐蝕及 侵蝕。
因此，為防止腐蝕和/或侵蝕，壓縮機(jī)葉片通常設(shè)有涂層。在此， 尤其考慮涂層16，所述涂層16包括比如磷酸鹽復(fù)合的 (phosphatgebundene )基礎(chǔ)母體，所述基礎(chǔ)母體則具有在其中分散分 布的金屬顆粒比如鋁顆粒。所述的涂層的保護(hù)作用在于，埋入基礎(chǔ)涂 層中的金屬顆粒與壓縮機(jī)葉片的(較貴重的)金屬及電解質(zhì)一起形成 電鍍槽，在該電鍍槽中所述金屬顆粒形成所謂的消耗陽極。然后，在 所述消耗陽極中也就是在金屬顆粒中而不是在所述壓縮機(jī)葉片的金屬 中進(jìn)行氧化或者說腐蝕。
所述涂層的磷酸鹽復(fù)合的基礎(chǔ)母體具有玻璃陶瓷的性能，具有熱 穩(wěn)定性，同樣具有耐蝕性并且防止機(jī)械影響比如磨蝕和侵蝕。
除了金屬顆粒，所述涂層可以包含其它的顆粒作為填料。在此示 范性地提及顏料顆粒。除了磷酸鹽復(fù)合的涂層之外，也考慮其它類型的涂層16。 EP0 142 418 Bl 、 EP 0卯5 279 Al以及EP 0 995 816 Al說明了鉻/磷酸鹽基的涂 層。EP 1 096 040 A2說明了磷酸鹽/硼酸鹽基的涂層16并且EP 0 933 446 Bl說明了磷酸鹽/高錳酸鹽基的涂層。
這些層也可以具有按本發(fā)明的母體。
所述微粒1幾乎可以用每種涂覆方法來一起施加，也就是借助于 熱等離子噴涂(APS、 VPS、 LPPS)、冷氣噴涂、HVOF (高速火焰 噴涂)或者電解涂層方法來施加。
圖2示出了按本發(fā)明的層16的另一種應(yīng)用例子。
所述層系統(tǒng)10包括基片13、按本發(fā)明的層16以及在所述層16的 母體上的另外的層19。
這比如是用于高溫應(yīng)用情況的層系統(tǒng)IO，其中所述基片13又是如 上所述的超級合金并且所述層16具有MCrAlX類型的母體。接著所述 層19是陶瓷的隔熱層，其中在所述層16和層19之間形成保護(hù)性的氧 化鋁層(TGO)。按本發(fā)明的微粒1比如集中在靠近所述層16和19 之間的分界面處。
同樣可以介紹一種由具有微粒1的材料制成的部件，也就是說所 述微粒不存在于涂層中，而是存在于實(shí)心的材料中。
圖4示范性地示出了燃?xì)鉁u輪機(jī)100的縱向部分剖面。
所述燃?xì)鉁u輪機(jī)100在內(nèi)部具有圍繞著旋轉(zhuǎn)軸線102旋轉(zhuǎn)支承的 帶有軸101的轉(zhuǎn)子103，該轉(zhuǎn)子103也稱為渦輪轉(zhuǎn)子。
沿著所述轉(zhuǎn)子103先后跟隨進(jìn)氣殼體104、壓縮機(jī)105、比如環(huán)面 狀的燃燒室IIO尤其是具有多個同軸布置的燃燒器107的環(huán)形燃燒室、 渦輪機(jī)108和排煙室109。
所述環(huán)形燃燒室110與比如環(huán)狀的熱氣通道111相通。在那里， 比如四個先后連接的渦輪才幾級112形成所述渦輪機(jī)108。
每個渦輪機(jī)級112比如由兩個葉柵環(huán)構(gòu)成。沿工作介質(zhì)113的流 動方向看，在所述熱氣通道lll中，由轉(zhuǎn)子葉片120構(gòu)成的轉(zhuǎn)子葉片 組125跟隨著導(dǎo)向葉片組115。
導(dǎo)向葉片130在此固定在定子143的內(nèi)缸138上，相反，轉(zhuǎn)子葉片 組125的轉(zhuǎn)子葉片120則比如借助于渦輪葉輪盤133安裝在所述轉(zhuǎn)子 103上。在所述轉(zhuǎn)子103上連接了發(fā)電機(jī)或作功機(jī)械(未示出)。在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)100的運(yùn)行過程中，由所述壓縮機(jī)105通過進(jìn) 氣殼體104吸入空氣135并對其進(jìn)行壓縮。在所述壓縮機(jī)105的渦輪側(cè) 的端部上提供的被壓縮的空氣被導(dǎo)送給所述燃燒器107,并且在那里與 燃燒劑相混合。然后這種混合物在形成工作介質(zhì)113的情況下在所述 燃燒室110中燃燒。工作介質(zhì)113從那里沿所述熱氣通道111從所述導(dǎo) 向葉片130及轉(zhuǎn)子葉片120的旁邊流過。在所述轉(zhuǎn)子葉片120上所述工 作介質(zhì)113在傳遞脈沖的情況下膨脹，使得所述轉(zhuǎn)子葉片120驅(qū)動所 述轉(zhuǎn)子103并且該轉(zhuǎn)子103驅(qū)動連接到其上面的作功機(jī)械。暴露在熱的工作介質(zhì)113下的部件在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)100的運(yùn)行 過程中遭受熱負(fù)荷。沿工作介質(zhì)113的流動方向看的第一個渦輪機(jī)級 112的導(dǎo)向葉片130和轉(zhuǎn)子葉片120除了給所述環(huán)形室IIO加襯的擋熱 板元件之外遭受最大的熱負(fù)荷。為了經(jīng)受住在那里的溫度，可以借助于冷卻劑對所述導(dǎo)向葉片130 及轉(zhuǎn)子葉片120進(jìn)行冷卻。同樣所述部件的基片可以具有定向的結(jié)構(gòu)，也就是說它們是單晶 的結(jié)構(gòu)(SX-結(jié)構(gòu))或者僅僅具有縱向定向的晶粒(DS-結(jié)構(gòu))。作為用于所述部件尤其用于所述渦輪葉片120、 130及所述燃燒室 IIO的部件的材料，比如使用鐵基的、鎳基的或鈷基的超級合金。這樣的超級合金比如從EP 1 204 776 Bl、 EP 1 306 454、 EP 1 319 729 Al、 WO 99/67435或者WO 00/44949中得到公開；這些公開文獻(xiàn) 在所述合金的化學(xué)成分方面是本公開文件的一部分。所述導(dǎo)向葉片130具有朝向所述渦輪機(jī)108的內(nèi)缸138的導(dǎo)向葉片 葉根(這里未示出)和與所述導(dǎo)向葉片葉根對置的導(dǎo)向葉片頂部。所 述導(dǎo)向葉片頂部朝向所述轉(zhuǎn)子103并且固定在所述定子143的緊固環(huán) 140上。圖5示出了沿縱軸線121延伸的流體機(jī)械的轉(zhuǎn)子葉片120或?qū)蛉~ 片130的透視圖。所述流體機(jī)械可以是飛機(jī)或用于發(fā)電的發(fā)電站的燃?xì)鉁u輪機(jī)、蒸 氣渴輪機(jī)或壓縮才凡。所述葉片120、 130沿所述縱軸線121先后相隨地具有緊固區(qū)域 400、與該緊固區(qū)域400鄰接的葉片平臺403以及葉身406和葉片頂端415。作為導(dǎo)向葉片130，所述葉片130在其葉片頂端415上具有另外的 平臺(未示出)。在所述緊固區(qū)域400中形成葉根183，該葉根183用于將所述轉(zhuǎn)子 葉片120、 130固定在軸或葉輪盤上(未示出)。所述葉根183比如構(gòu)造為錘頭狀。另外也可以將其構(gòu)造為柢樹形 葉根或燕尾形葉根。所述葉片120、 130為在所述葉身406的旁邊流過的介質(zhì)具有進(jìn)汽 邊409和出汽邊412。對于傳統(tǒng)的葉片120、 130，在葉片120、 130的所有區(qū)域400、 403、 406中比如使用實(shí)心的金屬材料，尤其是超級合金。這樣的超級合金比如從EP 1 204 776 Bl、 EP 1 306 454、 EP 1 319 729 Al、 WO 99/67435或者WO 00/44949中得到^^開；這些文獻(xiàn)在所 述合金的化學(xué)成分方面是本公開文件的一部分。所述葉片120、 130在此可以通過也借助于定向凝固的鑄造方法、 通過鍛造方法、通過銑削方法或者這些方法的組合來制造。具有單晶結(jié)構(gòu)的工件用作用于在運(yùn)行中經(jīng)受高的機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷和/或化學(xué)負(fù)荷的機(jī)器部件。所述的單晶的工件的制造比如由熔液通過定向凝固來進(jìn)行。在此 涉及鑄造方法，在所述鑄造方法中液態(tài)的金屬合金定向凝固成單晶的 結(jié)構(gòu)，也就是說單晶的工件。在此，樹枝狀的晶體沿?zé)崃鞫ㄏ虿⑶乙?么形成桿晶(Stangelkristalline)的晶粒結(jié)構(gòu)(柱狀的，也就是在工件 的整個長度上延伸的晶粒，并且在這里按照一般的語言慣用法稱為定 向凝固)要么形成單晶的結(jié)構(gòu)，也就是說整個工件包括一個唯一的晶 體。在這些方法中，必須避免朝鮞狀的(多晶的)凝固的轉(zhuǎn)變，因為 通過非定向的增長必然形成橫向的和縱向的晶界，這樣的晶界使定向 凝固的或者單晶的部件的良好性能喪失殆盡。如果通常談及定向凝固的組織，那么以此不僅是指沒有晶界或者 最多具有Y角晶界的單晶體，而且也指具有也許沿縱向方向延伸的晶 界但沒有橫向的晶界的桿狀晶體結(jié)構(gòu)。對于后面提到的晶體結(jié)構(gòu)也稱 為定向凝固的纟且織(directionally solidified structures )。這樣的方法從US-PS 6,024,792和EP 0 892 090 Al中得到公開；這些文件在凝固方法方面是本公開文件的一部分。同樣，所述葉片120、 130具有防止腐蝕或氧化的涂層，比如 (MCrAlX; M是由鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)構(gòu)成的元素組中 的至少一種元素，X是活性元素并且代表釔(Y)和/或硅和/或稀土的 至少一種元素或者說鉿(Hf))。這樣的合金從EP 0 486 489 Bl、 EP 0 786 017 Bl、 EP 0 412 397 B1或EP 1 306 454 Al中得到公開，這些專 利文獻(xiàn)在所述合金的化學(xué)成分方面應(yīng)該是本公開文件的一部分。密度 優(yōu)選為理論密度的大約95%。在所述MCrAlX層(作為中間層或者作為最外面的層)上，形成 保護(hù)性的氧化鋁層(TGO=thermal grown oxide layeK熱生長氧化層))。在所述MCrAlX上還可以存在隔熱層，該隔熱層優(yōu)選是最外面的 層，并且比如由ZK)2、 Y20:rZr02制成，也就是說，它不是部分或者 完全通過氧化釔和/或氧化鉀和/或氧化鎂來穩(wěn)定化。所述隔熱層覆蓋整個MCrAlX層。通過合適的涂覆方法比如電子 束物理氣相沉積(EB-PVD)在所述隔熱層中產(chǎn)生桿狀的晶粒?？梢栽O(shè)想其它的涂覆方法，比如大氣等離子噴涂(APS) 、 LPPS (低壓等離子噴涂)、VPS (真空等離子噴涂)或CVD (化學(xué)氣相沉 積)。所述隔熱層可以具有多孔的、帶有微觀裂縫或宏觀裂縫的晶粒， 用于獲得更好的耐溫度突變性。所述隔熱層因此優(yōu)選比MCrAlX層更 加具有多孔性。所述葉片120、 130可以構(gòu)造為空心的或?qū)嵭牡?。如果要對所述葉 片120、 130進(jìn)行冷卻，那么它們是空心的并且必要時還具有薄膜冷卻 孔418 (以虛線示出)。圖6示出了所述燃?xì)鉁u輪機(jī)100的燃燒室110。所述燃燒室110比 如構(gòu)造為所謂的環(huán)形燃燒室，在該環(huán)形燃燒室中大量沿圓周方向圍繞 著旋轉(zhuǎn)軸線102布置的燃燒器107匯入共同的燃燒腔室154中，并且產(chǎn) 生火焰156。為此，所述燃燒室110在其總體上構(gòu)造為環(huán)形的圍繞著所 述旋轉(zhuǎn)軸線102定位的結(jié)構(gòu)。為獲得較高的效率，所述燃燒室110為工作介質(zhì)M的較高的大約 10001C到16001C的溫度而設(shè)計。為了在存在對材料不利的工作參數(shù)時 也能夠?qū)崿F(xiàn)較長的運(yùn)行持續(xù)時間，燃燒室壁153在其朝向工作介質(zhì)M 的一面設(shè)有由擋熱板元件155構(gòu)成的內(nèi)襯面。此外，由于在所述燃燒室110內(nèi)部的高溫，可以為所述擋熱板元 件155或者說為其保持元件設(shè)置冷卻系統(tǒng)。然后所述擋熱板元件155 比如是空心的并且必要時還具有匯入所述燃燒腔室154中的冷卻孔(未 示出)。每個由合金制成的擋熱板元件155在工作介質(zhì)側(cè)設(shè)有特別耐熱的 保護(hù)層(MCrAlX層和/或陶瓷層)或者由耐高溫的材料(實(shí)心的陶資 石)制成。這些保護(hù)層可以類似于渦輪葉片，也就是說比如MCrAlX意味著 M是由鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)構(gòu)成的元素組中的至少一種元 素，X是活性元素并且代表釔(Y)和/或硅和/或稀土的至少一種元素 或者說鉿(Hf))。這樣的合金從EP 0 486 489 Bl、 EP0786 017B1、 EP 0 412 397 B1或EP 1 306 454 Al中得到公開，這些專利文獻(xiàn)在所述 合金的化學(xué)成分方面應(yīng)該是本公開文件的一部分。在所述MCrAlX上還可以存在比如陶資的隔熱層，該隔熱層比如 由Zr02、 Y20;j-Zr02制成，也就是說，它不是部分地或者完全地通過 氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂來穩(wěn)定化。通過合適的涂覆方法比如電子束物理氣相沉積(EB-PVD)在所述 隔熱層中產(chǎn)生桿狀的晶粒。可以設(shè)想其它的涂覆方法，比如大氣等離子噴涂(APS) 、 LPPS、 VPS或CVD。所述隔熱層可以具有多孔的、帶有微觀裂縫或宏觀裂縫 的晶粒，用于獲得更好的耐溫度突變性。再加工(Refurbishment)意味著，在所述渦輪葉片120、 130、擋 熱板元件155使用之后必要時必須將其上面的保護(hù)層去除(比如通過 噴砂處理)。然后去除腐蝕層和/或氧化層或者說腐蝕產(chǎn)物和/或氧化產(chǎn) 物。必要時也還要對渦輪葉片120、 130或擋熱板元件155中的裂縫進(jìn) 行修補(bǔ)。然后對所述渦輪葉片120、 130、擋熱板元件155再次進(jìn)行涂 覆并且將其再次投入使用。
權(quán)利要求
1.用于部件(10、120、130、138、155)或者用于層(16)的具有微粒(1)的母體，該母體具有母體材料，該母體材料具有至少一種金屬元素(Me)，其特征在于，所述微粒(1)包括由所述母體材料的金屬元素(Me)和至少一種非金屬尤其是氮、氧、碳、硼或這些元素的混合物構(gòu)成的化合物，并且所述金屬元素(Me)在所述化合物中具有非化學(xué)計量的份額，尤其所述微粒(1)由這種化合物構(gòu)成。
2. 按權(quán)利要求l所述的母體，其特征在于，所述至少一種金屬元素(Me)在所述化合物中具有超化學(xué)計量的 份額。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的母體，其特征在于， 所述微粒(1)僅僅具有一種金屬元素(Me)。
4. 按權(quán)利要求1或2所述的母體，其特征在于， 所述微粒(1)僅僅具有兩種金屬元素(Me)。
5. 按權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的母體，其特征在于， 所述金屬元素(Me)是鋁(Al)。
6. 按權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的母體，其特征在于， 所述金屬元素(Me)是鉻(Cr)。
7. 按權(quán)利要求l、 2或4所述的母體，其特征在于， 所述微粒(1)具有鋁(Al)和鉻(Cr)。
8. 按權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6或7所述的母體，其特征在于， 所述微粒(1)具有氧化物(Me-O )。
9. 按權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6或7所述的母體，其特征在于， 所述微粒(1)具有氮化物(Me-N)。
10. 按前述權(quán)利要求中一項或多項所述的母體，其特征在于， 所述微粒(1)具有硼化物(Me-B)。
11. 按前述權(quán)利要求中一項或多項所述的母體，其特征在于， 所述微粒(1)具有碳化物(Me-C )。
12. 按權(quán)利要求9所述的母體，其特征在于 所述微粒(1)具有氮化鋁(Al-N)。
13. 按權(quán)利要求l、 8或9所述的母體，其特征在于 所述微粒(1)具有氮氧化鋁(Al-N-O)。
14. 按前述權(quán)利要求1到8中一項或多項所述的母體，其特征在于，所述微粒(1)具有氧化鋁和/或氧化鉻。
15. 按前述權(quán)利要求中一項或多項所述的母體，其特征在于， 所述微粒(1)的化合物具有金屬有機(jī)的化合物(R-C-Me-R)，尤其是Si-O-C-Me-化合物。
16. 按前述權(quán)利要求中一項或多項所述的母體，其特征在于， 所述微粒(1)是晶粒狀的。
17. 按權(quán)利要求1或16所述的母體，其特征在于，所述微粒(1)的直徑小于等于l微米，尤其小于等于500納米。
18. 按前述權(quán)利要求中一項或多項所述的母體，其特征在于， 另外的元素(Z)不是所述母體材料的組成部分。
19. 按權(quán)利要求l到17中一項或多項所迷的母體，其特征在于， 另外的元素(Z)是所述母體材料的組成部分。
20. 按前述權(quán)利要求中一項或多項所述的母體，其特征在于， 所述化合物具有合金。
21. 按前述權(quán)利要求中一項或多項所述的母體，其特征在于， 所述微粒(1)沒有由另一種材料制成的覆蓋層。
22. 層系統(tǒng)，具有基片(13)和/或至少一個布置在所述基片(13) 上的層(16、 19)和按權(quán)利要求1到21中一項或多項所述的母體。
23. 按權(quán)利要求22所述的層系統(tǒng)，其特征在于， 在所述層(16)上布置了另外的層(l9)。
24. 按權(quán)利要求22或23所述的層系統(tǒng)，其特征在于， 所述層(16)是金屬的。
25. 按權(quán)利要求23或24所述的層系統(tǒng)，其特征在于， 所述層(16)是MCrAlX類型的合金。
26. 按權(quán)利要求22或23所述的層系統(tǒng)，其特征在于，所述層(16)是陶瓷的或玻璃陶瓷的并且所述基片(13)是金屬的。
27. 按權(quán)利要求22、 23、 24、 25或26所述的層系統(tǒng)，其特征在于，在所述層(16)和/或所述基片(13)的內(nèi)部，所述微粒(1)的濃 度存在梯度。
28. 按權(quán)利要求22、 23、 24、 25、 26或27所述的層系統(tǒng)，其特征 在于，僅僅所述基片(13)具有按權(quán)利要求1到21中一項或多項所述的 母體。
29. 按權(quán)利要求22、 23、 24、 25、 26或27所述的層系統(tǒng)，其特征 在于，僅僅所述層(16)具有按權(quán)利要求1到21中一項或多項所述的母體。
30. 按權(quán)利要求22、 26、 27或28所述的層系統(tǒng)，其特征在于， 所述基片(13)是鎳基的。
31. 按權(quán)利要求22、 23、 24、 25、 27或29所述的層系統(tǒng)，其特征 在于，所述層(16)是鎳基的。
32. 按前述權(quán)利要求中一項或多項所述的層系統(tǒng)，其特征在于， 所述基片(13)是鈷基的、鎳基的或鐵基的超級合金， 在所述超級合金上涂上尤其具有由MCrAlX制成的母體的層(16)，在所述超級合金上尤其存在陶瓷的尤其由材料氧化鋯制成的隔熱層。
33. 按權(quán)利要求22或32所述的層系統(tǒng)，其特征在于， 所述層系統(tǒng)(10)用于渦輪機(jī)尤其是燃?xì)鉁u輪機(jī)(100)或蒸汽渦輪機(jī)的部件，尤其是渦輪葉片(120、 130)、擋熱板元件(155)或外 殼件(138)。
34. 按權(quán)利要求22或32所述的層系統(tǒng)，其特征在于， 所述層系統(tǒng)(10)尤其用于燃?xì)鉁u輪機(jī)(100)的壓縮機(jī)葉片。
全文摘要
按現(xiàn)有技術(shù)的保護(hù)層通過以下方式來達(dá)到其保護(hù)功能，即其消耗形成保護(hù)性的氧化層的特定元素或者作為消耗材料被消耗的特定的元素。如果這種材料被消耗，那就不再能夠保持所述保護(hù)功能。按本發(fā)明使用微粒(1)，所述微粒(1)包含自行消耗的遲延釋放的材料的儲備(Depot)。這一點(diǎn)通過這種材料超化學(xué)計量地存在這種方式來實(shí)現(xiàn)。
文檔編號C04B35/00GK101410552SQ200780010884
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者J·斯坦巴赫, W·斯塔姆 申請人:西門子公司