專利名稱：制備熱障涂層結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在根據(jù)權(quán)利要求1的前述部分的基材表面上制備熱障涂層結(jié)構(gòu) (thermal barrier coating structure)的方法和涉及使用該方法制備的基材。
背景技術(shù)：
熱障涂層用在機(jī)器和方法中以保護(hù)經(jīng)受來自熱效應(yīng)的熱應(yīng)變、熱氣體腐蝕和侵蝕的零件。機(jī)器和方法的效率的提高經(jīng)常僅可能伴隨著方法溫度的提高，使得相應(yīng)地必須保護(hù)暴露的零件。航空發(fā)動機(jī)和固定式燃?xì)廨啓C(jī)中的渦輪葉片即是如此，例如，其通常提供有單層或多層熱障涂層體系以保護(hù)渦輪葉片免受高方法溫度的作用和延長使用周期和使用
壽命ο熱障涂層體系根據(jù)應(yīng)用可包含一個或多個層，例如阻擋層，特別地擴(kuò)散阻擋層、粘結(jié)促進(jìn)層、熱氣體腐蝕保護(hù)層、保護(hù)層、熱障涂層和/或覆蓋層。在前述渦輪葉片的例子中， 基材通常由Ni合金或Co合金制備。施加到該渦輪葉片上的熱障涂層體系可以，例如，以上升順序包含下述涂層-金屬阻擋層，例如，來自NiAl相或NiCr相或合金；-金屬粘結(jié)促進(jìn)層，其也作為熱氣體腐蝕保護(hù)層，并且其可以例如至少部分地由金屬鋁化物(metal aluminide)或由MCrAlY合金進(jìn)行制備，其中M代表金屬Fe，Ni或Co之一或Ni和Co的組合；-氧化物陶瓷保護(hù)層，例如主要是Al2O3或其它氧化物；-氧化物陶瓷熱障涂層，例如是穩(wěn)定的氧化鋯；和-氧化物陶瓷平滑層或覆蓋層，例如穩(wěn)定的氧化鋯或Si02。熱障涂層結(jié)構(gòu)，其制備將在下面所述，包含至少一個氧化物陶瓷保護(hù)層和至少一個氧化物陶瓷熱障涂層。將該熱障涂層結(jié)構(gòu)施加至金屬基材表面上，該金屬基材表面如在上述提及的渦輪葉片的例子中能夠被提供有金屬粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層。文獻(xiàn)US 5, 238, 752中，描述了熱障涂層結(jié)構(gòu)的制備，其被施加至金屬基材表面上。該基材本身由Ni合金或Co合金組成，但是金屬基材表面由25 μ m厚至125 μ m厚的Ni 鋁化物或Pt鋁化物的粘結(jié)促進(jìn)層形成。在該基材表面上形成0. 03 μ m至3 μ m厚的Al2O3 氧化物陶瓷保護(hù)層，并且隨后通過電子束物理蒸氣沉積(EB-PVD)沉積125 μ m至725 μ m厚的^O2和6% -20% Y2O3氧化物陶瓷熱障涂層。在EB-PVD方法中，待被沉積用于熱障涂層的物質(zhì)，例如具有8% Y2O3的，通過高真空中的電子束被變成蒸氣相并且從所述蒸氣相凝結(jié)于待涂覆的部件上。如果方法參數(shù)以合適的方式選擇，產(chǎn)生柱狀微結(jié)構(gòu)。在US5，238，752中描述的熱障涂層結(jié)構(gòu)的制備具有通過EB-PVD沉積熱障涂層的裝置成本相對高并且EB-PVD不允許該熱障涂層的任何非視線(NL0Q施加的缺點，但是，例如采用低壓等離子體噴涂(LPPS)同樣可能涂覆位于在邊緣后和從等離子體炬看不見的基材部分。從W003/087422A1中知道通過LPPS薄膜方法同樣能夠制造具有柱狀結(jié)構(gòu)的熱障涂層。在W003/087422A1中描述的等離子體噴涂方法中，待涂層材料通過等離子體射流噴涂至金屬基材的表面上。在這方面，涂層材料被注入粉末射流散焦的等離子體中并且在低方法壓力下在此進(jìn)行部分或完全熔化，該低方法壓力小于lOmbar。為此目的，產(chǎn)生具有足夠高比熱含量的等離子體，使得共計至少5重量％涂層材料的主要部分變?yōu)闅庀?。將各向異性結(jié)構(gòu)化層施加至具有涂層材料的基材。在該層中，形成各向異性微結(jié)構(gòu)的拉長微粒主要與基材表面垂直地直立排列，其中，該微粒通過低材料過渡區(qū)相互排列并且因此形成柱狀結(jié)構(gòu)。在W003/087422A1中描述的用于制備具有柱狀結(jié)構(gòu)的熱障涂層的等離子體噴涂方法提到與LPPS薄膜方法相關(guān)，因為，如此它們，它使用寬等離子體射流，其通過等離子體炬內(nèi)部壓力(典型地IOOkPa)與小于lOltfa的工作腔室內(nèi)的壓力之間的壓力差產(chǎn)生。但是， 由于使用所述方法產(chǎn)生的熱障涂層能夠高達(dá)Imm厚或更厚并且因此實際上不能由術(shù)語“薄膜”涵蓋，所述方法在下面將稱為等離子體噴涂物理蒸氣沉積方法或縮寫為PS-PVD。申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果使用根據(jù)修改后的方法制備的熱障涂層結(jié)構(gòu)，能夠提高包含根據(jù)W003/087422A1制備的熱障涂層的熱障涂層體系的熱循環(huán)阻抗(thermal cycling resistance)0

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在基材表面上制備熱障涂層(thermal barrier coating)結(jié)構(gòu)的方法，采用該方法能夠提高具有通過等離子體噴涂方法制備的熱障涂層的熱障涂層體系的熱循環(huán)阻抗(thermal cycling resistance)。該目的根據(jù)本發(fā)明通過在權(quán)利要求1中限定的方法來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的在基材表面上制備熱障涂層結(jié)構(gòu)的方法中，提供具有等離子體炬的工作腔室，等離子體射流如此產(chǎn)生等離子體氣體被引導(dǎo)穿過等離子體炬并在那里通過電氣體放電(electric gas discharge)和/或電磁感應(yīng)和/或微波進(jìn)行加熱，并且等離子體射流被導(dǎo)向至該被引入工作腔室中的基材的表面。在該制備熱障涂層結(jié)構(gòu)的方法中，在等離子體炬和基材之間額外施加電壓，以在等離子體炬和基材之間產(chǎn)生電弧并且通過該電弧來清潔基材表面，在該電弧清潔后基材仍保持在工作腔室中。在以這種方法清潔的基材表面上產(chǎn)生具有0.02μπι至5μπι或0.02μπι至2μπι厚度的氧化物層，并且在附加的步驟中通過等離子體噴涂方法施加至少一個熱障涂層。有利地，在制備該熱障涂層結(jié)構(gòu)期間，典型地在整個方法期間，該基材保持在工作腔室內(nèi)。典型地，基材和/或基材表面為金屬的，其中能夠例如通過粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層(例如金屬鋁化物(如NiAl，NiPtAl或PtAl)層，或MCrAlY類型的合金層， 其中M = i7e、Co、Ni或NiCo)形成基材表面。如果需要，在上述熱障涂層結(jié)構(gòu)之前，能夠通過等離子體噴涂方法或通過另外合適的方法向基材表面施加粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層。在有利的實施方案中，在制備熱障涂層結(jié)構(gòu)期間，監(jiān)測和/或控制在工作腔室中氣氛的壓力和/或組成。在有利的實施方案變型中，在電弧清潔基材表面期間，工作腔室壓力總計小于lkPa。在更有利的實施方案變型中，在產(chǎn)生該氧化物層期間，工作腔室包含氧或含氧氣體。該氧化物層能夠例如如此熱產(chǎn)生加熱基材表面，例如通過等離子體射流。同樣能夠通過PS-PVD或通過化學(xué)方法產(chǎn)生氧化物層，例如通過等離子體噴涂化學(xué)蒸氣沉積(PS-CVD)，其中典型地工作腔室中的壓力低于lkPa，并且其中，根據(jù)需要，至少一種活性組分以固體和/或液體和/或氣體形式注入等離子體射流中。產(chǎn)生的氧化物層有利地具有小于3%或小于的孔隙度和/或大于90%或大于 95%由熱穩(wěn)定氧化物形成，S卩，由在基材的使用條件下是熱穩(wěn)定的氧化物(如Ci-Al2O3)形成。在更有利的實施方案中，至少一個熱障涂層由陶瓷材料制備，其中陶瓷材料能夠由例如氧化鋯，特別地用釔，鈰，鈧，鏑或釓穩(wěn)定的氧化鋯組成和/或能夠包含氧化鋯，特別地用釔，鈰，鈧，鏑或釓穩(wěn)定的氧化鋯。在有利的實施方案變型中，至少一個熱障涂層通過在高于50kPa的工作腔室壓力下的熱等離子體噴涂和/或通過在5kPa至50kPa的工作腔室壓力下的低壓等離子體噴涂 (LPPS)進(jìn)行施加。在更有利的實施方案變型中，至少一個熱障涂層通過在小于5kPa，典型地小于 IkPa的工作腔室壓力下的等離子體噴涂物理蒸氣沉積(PS-PVD)進(jìn)行施加，其中陶瓷材料能夠，例如，被注入在使粉末射流散焦的等離子體中。有利地，陶瓷材料至少部分在等離子體射流中蒸發(fā)，使得例如至少15重量％或至少20重量％變?yōu)檎魵庀?，以便產(chǎn)生具有柱狀結(jié)構(gòu)的熱障涂層。在更有利的實施方案中，控制該等離子體射流的方向和/或等離子體炬與基材的間距。以這種方式，例如在基材表面清潔時和/或在基材表面加熱時和/或在施加該至少一個熱障涂層時，等離子體射流能夠被引導(dǎo)通過基材表面上方。本發(fā)明進(jìn)一步包括使用上述方法或使用上述實施方案和變型之一制備的基材。根據(jù)本發(fā)明的制備熱障涂層結(jié)構(gòu)的方法具有優(yōu)點由于通過電弧清潔基材表面， 能夠徹底去除污染物和氧化物層，如自發(fā)形成的天然氧化物層，并且隨后可以在受控制條件下在經(jīng)清潔的基材表面上產(chǎn)生氧化物層。以這種方式，能夠獲得該熱障涂層結(jié)構(gòu)在基材表面上更好的粘結(jié)(與根據(jù)W003/087422A1制備的熱障涂層可能獲得的粘結(jié)相比)。此外， 在使用根據(jù)本發(fā)明制備的熱障涂層的操作中可以減慢金屬氧化物的生長和可以獲得改善的在其中使用該熱層結(jié)構(gòu)的整個熱障涂層體系中的熱循環(huán)阻抗。上面地實施方案和變型地僅作為例子進(jìn)行描述。更有利的實施方案能夠從從屬權(quán)利要求和從附圖看出。另外，來自所描述或顯示的實施方案和變型的個體特征還能夠在本發(fā)明的框架內(nèi)相互結(jié)合以形成新的實施方案。在下面將參考實施方案和附圖更詳細(xì)的解釋本發(fā)明。附圖顯示如下

圖1用于制備根據(jù)本發(fā)明的熱障涂層的等離子體涂覆裝置的一個實施方案；圖2具有根據(jù)本發(fā)明制備的熱障涂層結(jié)構(gòu)的熱障涂層體系的一個實施方案；和圖3在任何期望的金屬基材上根據(jù)本發(fā)明制備的熱障涂層結(jié)構(gòu)的一個實施方案。圖1示出了用于制備根據(jù)本發(fā)明的熱障涂層結(jié)構(gòu)的等離子體涂覆裝置的一個實施方案。等離子體涂覆裝置1包括工作腔室2，其具有用于產(chǎn)生等離子體射流5的等離子體炬4 ；受控制的泵設(shè)備，其未在圖1中示出并且與工作腔室2連接以設(shè)定工作腔室內(nèi)的壓力和用于夾持基材3的基材夾持體8。等離子體炬4(其能夠被構(gòu)造為例如DC等離子體炬)有利具有至少60KW，80KW或100KW的供電功率以產(chǎn)生具有足夠高的焓的等離子體，這樣能夠制備具有柱狀結(jié)構(gòu)的熱障涂層。工作腔室2中的壓力方便地可設(shè)在2 至IOOkPa之間或5 至20kl^之間。根據(jù)需要，等離子體涂覆裝置1另外可包括一個或多個注入裝置以將一種或多種組分以固體，液體和/或氣體形式注入在等離子體中或等離子體射流中。典型地，將等離子體炬連接至電源，例如用于DC等離子體炬的直流電源，和/或連接至冷卻裝置和/或等離子體氣源，并且視情況而定，連接至液體和/或氣體活性組分的源和/或連接至用于噴涂粉末或懸浮液的輸送裝置。工藝氣體或等離子氣體可包含，例如氬氣、氮氣、氦氣或氫氣或Ar或He與氮氣和/或氫氣的混合物或者可由一種或多種這些氣體組成。在有利的實施方案變型中，基材夾持體8被構(gòu)造為可移動的條夾持體以從前室移出基材穿過密封閘9進(jìn)入工作腔室2。另外，如果需要，在處理和/或涂覆期間，條夾持體使旋轉(zhuǎn)該基材成為可能。在更有利的實施方案變型中，等離子體涂覆裝置1另外包括用于等離子體炬4的受控制的調(diào)節(jié)裝置，其在圖1中未示出，以控制等離子體射流5的方向和/或等離子體炬與基材3的間距，例如在0. an至an或0. 3m至1. 2m的范圍內(nèi)。視情況而定，在調(diào)節(jié)裝置中可提供一個或多個樞軸(Pivot axle)以實施樞轉(zhuǎn)運動7。此外，調(diào)節(jié)裝置還可以包括附加的直線調(diào)節(jié)軸6. 1,6. 2以在基材3的不同區(qū)域上排列等離子體炬4。等離子體炬的直線運動和樞轉(zhuǎn)運動可以控制基材處理和基材涂覆，例如在整個表面上均一地預(yù)加熱基材或在基材表面上實現(xiàn)均一的層厚度和/或?qū)淤|(zhì)量。在下文中，通過參考附圖1、2和3將描述根據(jù)本發(fā)明的在基材表面上制備熱障涂層結(jié)構(gòu)的方法的一個實施方案。在該方法中，提供具有等離子體炬4的工作腔室2，如下產(chǎn)生等離子體射流5 使等離子體氣體引導(dǎo)穿過等離子體炬并在那里通過電氣體放電和/或電磁感應(yīng)和/或微波進(jìn)行加熱，并且將等離子體射流5導(dǎo)向至該引入工作腔室2中的基材 3的表面上。在該方法中，在等離子體炬4和基材3之間另外施加電壓，以在等離子體炬和基材之間產(chǎn)生電弧，并且通過該電弧清潔該基材表面，其中在電弧清潔后該基材保持在工作腔室中。在以這種方法在經(jīng)清潔的基材表面上產(chǎn)生具有0. 02 μ m至5 μ m或0. 02 μ m至 2ym厚度的氧化物層11，并且在附加步驟中通過等離子體噴涂方法施加至少一個熱障涂層12。有利地，在制備熱障涂層結(jié)構(gòu)期間，基材3保持在工作腔室2內(nèi)。在典型的實施方案變型中，基材3和/或基材表面為金屬的，其中，該基材可為，例如Ni合金或Co合金的渦輪葉片并且典型地該基材表面由粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層3'，例如金屬鋁化物(如NiAl、NiPtAl或PtAl)層或MCrAlY類型合金層形成，其中 M = Fe.Co.Ni或Ni和Co的組合。如果需要，另外可在基材3和粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層3'之間提供阻擋層(圖2和3中未示出)，其中阻擋層有利被構(gòu)造為金屬的并且可例如包含NiAl或NiCr。如果需要，阻擋層和/或粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層的施加可在制備熱障涂層結(jié)構(gòu)的方法的框架中進(jìn)行。在有利的實施方案中，將阻擋層和/或粘結(jié)促進(jìn)層和/ 或熱氣體腐蝕保護(hù)層施加至基材表面，例如通過等離子體噴涂方法或通過其它合適的方法施加，并且該熱障涂層建立如下繼續(xù)如上所述地，通過電弧清潔如此產(chǎn)生的基材表面，并且在電弧清潔后不從工作腔室2中移出基材3，在以這種方式清潔的基材表面上產(chǎn)生典型地具有0.02μπι至5μπι或0.02μπι至2μπι厚度的氧化物層11，并且在另外步驟中通過等離子體噴涂方法施加至少一個熱障涂層12。在更有利的實施方案中，在制備熱障涂層結(jié)構(gòu)10期間，監(jiān)測和/或控制工作腔室 2中氣氛的壓力和/或組成。在有利的實施方案變型中，在電弧清潔該基材表面期間，工作腔室中的壓力小于IkPa或小于200Pa。在更有利的實施方案變型中，在生產(chǎn)氧化物層11期間工作腔室2包含氧或含氧氣體。氧化物層11例如能夠如下熱產(chǎn)生加熱基材表面，例如通過等離子體射流5和/或通過C輻射體(C radiator)和/或感應(yīng)加熱。如果氧化物層11是熱產(chǎn)生的，有利地基材表面的溫度和/或工作腔室內(nèi)的壓力和 /或工作腔室內(nèi)的A分壓選擇如下-基材表面的溫度可為在1040°C和1120°C之間，或在1070°C和1110°C之間。-工作腔室內(nèi)的壓力可在101 至2^ 之間，或在501 和500Pa之間。-視情況而定，工作腔室內(nèi)02分壓可在0.11 至201 之間，或在11 和101 之間。如果在產(chǎn)生氧化物層11期間通過等離子體射流5完全或部分加熱該基材表面， 在典型的應(yīng)用中，等離子體氣體和O2氣的總流量等于60NLPM至MONLMP或100NLMP至 180NLMP并且O2氣流量等于INLPM至20NLPM或2NLMP至10NLMP，其中仏氣通常與等離子體氣體分開提供。同樣可以通過PS-PVD或通過化學(xué)方法產(chǎn)生氧化物層11，例如通過PS-CVD，其中工作腔室內(nèi)壓力典型地低于lkPa，例如在201 和2001 之間，并且需要時，至少一種活性組分以固體和/或液體和/或氣體形式注入等離子體中和/或等離子體射流內(nèi)。產(chǎn)生的氧化物層有利地具有小于3%或小于的孔隙度和/或其大于90%或大于95%由熱穩(wěn)定氧化物組成，特別地由大于90%或大于95% α-Al2O3組成。在有利的實施方案變型中，產(chǎn)生的氧化物層由90%至99% α-Al2O3或由94%至98% α-Al2O3組成，其中氧化物層中α-Al2O3含量能夠，例如通過切片分析(analysis ofmicrosections)進(jìn)行測定。在更有利的實施方案中，至少一個熱障涂層12由陶瓷材料，例如由氧化物陶瓷材料或由包含氧化物陶瓷組分的材料制備，其中氧化物陶瓷材料為，例如用稀土穩(wěn)定的氧化鋯。用作為穩(wěn)定劑的物質(zhì)以稀土(例如釔，鈰，鈧，鏑或釓)氧化物的形式添加至氧化鋯，其中在氧化釔的情況下，比例典型地為5-20重量％。在有利的實施方案變型中，至少一個熱障涂層12通過在高于50kPa的工作腔室壓力下的熱等離子體噴涂和/或通過在5kPa至50kPa的工作腔室壓力下的低壓等離子體噴涂(LPPQ進(jìn)行施加。在更有利的實施方案變型中，至少一個熱障涂層12通過在小于5kPa，典型地小于 IkPa的工作腔室壓力下的等離子體噴涂物理蒸氣沉積(PS-PVD)進(jìn)行施加，其中陶瓷材料能夠，例如，被注入使粉末射流散焦的等離子體中。有利地，陶瓷材料至少部分地在等離子體射流中蒸發(fā)，使得例如至少15重量％或至少20重量％變?yōu)檎魵庀?，以便產(chǎn)生具有柱狀結(jié)構(gòu)的熱障涂層。在這一點上，熱障涂層12可通過沉積多個層進(jìn)行建立。熱障涂層12的總層厚度典型地具有50 μ m至2000 μ m之間的值，優(yōu)選地至少100 μ m的值。等離子體炬4被要求用于施加熱障涂層12，并且能夠，例如，被構(gòu)造為DC等離子體炬，并且有利地具有至少60KW、80KW或100KW的供電功率以產(chǎn)生具有足夠高比熱含量的等離子體，使得能夠通過PS-PVD制備具有柱狀結(jié)構(gòu)的熱障涂層。使得在PS-PVD方法期間使粉末射流通過散焦等離子體被轉(zhuǎn)化為蒸氣云和粒子， 由其產(chǎn)生具有期望柱狀結(jié)構(gòu)的層，粉狀原料必須具有非常小的顆粒。原料的尺寸分布有利地大部分位于1 μ m至50 μ m之間，優(yōu)選3 μ m至25 μ m之間的范圍內(nèi)。在更有利的實施方案中，控制等離子體射流的方向和/或等離子體炬與基材的間距。從而等離子體射流可以，例如在清潔該基材表面時和/或在加熱該基材表面時和/或產(chǎn)生氧化物層時和/或在施加該至少一個熱障層時被導(dǎo)向通過基材表面上方，以獲得均一的處理或涂覆。與使用的等離子體噴涂方法無關(guān)，有利地可使用附加的熱源以在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行在上面實施方案和變型中描述的層的施加和/或產(chǎn)生。典型地溫度預(yù)設(shè)在800°C至 1300°C之間的范圍內(nèi)，有利在大于1000°C的溫度范圍內(nèi)。紅外輻射體，例如碳輻射體和/或等離子體射流和/或等離子體和/或感應(yīng)加熱器可例如用作附加熱源。在這一點上，能根據(jù)要求來控制或調(diào)節(jié)熱源的供熱和/或待涂覆基材的溫度。在上面實施方案和變型中描述的層的施加和/或產(chǎn)生之前，通常預(yù)加熱基材3和/ 或基材表面以改善所述層的粘結(jié)?；牡念A(yù)加熱可通過等離子體射流進(jìn)行，其中用于預(yù)加熱的既不包含涂層粉末也不包含活性組分的等離子體射流5被導(dǎo)向通過作樞轉(zhuǎn)運動的基材上方。圖2和3分別顯示了具有根據(jù)本發(fā)明制備的熱障涂層結(jié)構(gòu)的熱障涂層體系的一個實施方案?；?和/或基材表面典型地為金屬的，其中，基材表面，如圖2中所示，例如可由粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層3'形成，例如由金屬鋁化物(如NiAl、NiPtAl或 PtAl)的層或McrAlY類型合金的層形成，其中M = Fe、Co、Ni或Ni和Co的組合。如果需要，另外可在基材3和粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層3'之間提供阻擋層(圖2和3 中未示出)，其中阻擋層有利地被構(gòu)造為金屬的并且可例如由NiAl或NiCr組成。阻擋層典型地具有1 μ m至20 μ m之間的厚度并且粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層3'典型地具有50μπι至500μπι之間的厚度。如果需要，阻擋層和/或粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層的施加可在制備熱障涂層結(jié)構(gòu)的方法的框架中進(jìn)行。在有利的實施方案中，將阻擋層和/或粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層施加至基材表面，例如通過等離子體噴涂方法或通過另外合適的方法， 并且如上所述地，熱障涂層的建立如下繼續(xù)通過電弧清潔這樣產(chǎn)生的基材表面，并且在電弧清潔后不從工作腔室2中移出基材3，在以這種方式清潔的基材表面上產(chǎn)生典型地具有 0.02μπι至5μπι或0.02μπι至2μπι厚度的氧化物層11，并且在附加步驟中通過等離子體噴涂方法施加至少一個熱障涂層12。如果需要，可另外地將平滑層(未在圖2和3中示出)施加至熱障涂層12，并且可例如由如或SiA的氧化物陶瓷材料組成，并且具有典型地0. 2 μ m至50 μ m，有利地 1 μ m M 20 μ m的厚度。有利地平滑層如下通過PS-PVD進(jìn)行施加例如將一種或多種組分以固體，液體和/或氣體形式注入等離子體中或等離子體射流中。有利地，在基材表面上制備熱障涂層結(jié)構(gòu)的方法的個體步驟在單一工作周期中實施，而在該方法期間不從工作腔室2中移出基材3
本發(fā)明進(jìn)一步包括使用上述方法或使用上述實施方案和變型之一制備的基材。在基材表面上制備熱障涂層結(jié)構(gòu)的上述方法以及相關(guān)的實施方案和變型具有以下優(yōu)點在經(jīng)清潔的基材表面上能夠產(chǎn)生高質(zhì)量氧化物層，例如α-Al2O3層，由此可以獲得改善的該整體熱障涂層體系的熱循環(huán)阻抗。
權(quán)利要求
1.一種在基材表面制備熱障涂層結(jié)構(gòu)(10)的方法，其中-提供具有等離子體炬的工作腔室O)；-等離子體射流(5)這樣產(chǎn)生等離子體氣體被引導(dǎo)穿過等離子體炬(4)并在那里通過電氣體放電和/或電磁感應(yīng)和/或微波進(jìn)行加熱；和-使等離子體射流( 導(dǎo)向至該被引入工作腔室中的基材(3)的表面，其特征在于-在等離子體炬⑷和基材⑶之間施加電壓，以在等離子體炬⑷和基材⑶之間產(chǎn)生電弧并且通過該電弧清潔該基材表面；-在電弧清潔后，基材C3)保持在工作腔室中并且在以這種方式清潔的基材表面上產(chǎn)生具有0. 02 μ m至5 μ m，特別地0. 02 μ m至2 μ m厚度的氧化物層(11)，和-在附加的步驟中，通過等離子體噴涂方法施加至少一個熱障涂層(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中基材表面由粘結(jié)促進(jìn)層和/或熱氣體腐蝕保護(hù)層，特別地由MCrAlY類型的合金層或金屬鋁化物層形成，其中M =狗、Co、Ni或NiCo。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中在制備熱障涂層結(jié)構(gòu)期間，基材(3)保持在工作腔室⑵內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項的方法，其中在制備熱障涂層結(jié)構(gòu)期間，監(jiān)測和/或控制該工作腔室中氣氛的組成和/或壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項的方法，其中在電弧清潔該基材表面期間，工作腔室(2)中的壓力總計小于lkPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項的方法，其中在產(chǎn)生氧化物層(11)期間，工作腔室(2)包含氧或含氧氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項的方法，其中熱產(chǎn)生該氧化物層(11)，特別地通過等離子體射流加熱該基材表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項的方法，其中氧化物層(11)通過PS-PVD或PS-CVD產(chǎn)生， 同時工作腔室中的壓力低于IkPa ；其中特別地，至少一種活性組分以液態(tài)或氣態(tài)形式注入等離子體射流(5)中。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中產(chǎn)生的氧化物層(11)具有小于3%，特別地小于的孔隙度；和/或其中產(chǎn)生的氧化物層(11)的大于90%或大于95%由熱穩(wěn)定氧化物形成，特別地大于90%或大于95%由α -Al2O3形成。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中至少一個熱障涂層由陶瓷材料制備。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中熱障涂層的陶瓷材料由穩(wěn)定的氧化鋯，特別地用釔、 鈰、鈧、鏑或釓穩(wěn)定的氧化鋯組成，和/或包含穩(wěn)定的氧化鋯，特別地用釔、鈰、鈧、鏑或釓穩(wěn)定的氧化鋯作為組分。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其中至少一個熱障涂層通過在高于50kl^的工作腔室壓力下的熱等離子體噴涂和/或通過在5kPa至50kPa的工作腔室壓力下的低壓等離子體噴涂進(jìn)行施加。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其中至少一個熱障涂層在小于5kPa或小于IkPa的工作腔室壓力下通過等離子體噴涂物理蒸氣沉積(PS-PVD)進(jìn)行施加。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中陶瓷材料至少部分地在等離子體射流中蒸發(fā)，以產(chǎn)生具有柱狀結(jié)構(gòu)的熱障涂層(12)。
15.使用根據(jù)上述權(quán)利要求任一項的方法制備的基材。
全文摘要
為了在基材表面上制備熱障涂層結(jié)構(gòu)(10)，提供具有等離子體炬(4)的工作腔室(2)，等離子體射流(5)這樣產(chǎn)生等離子體氣體被引導(dǎo)穿過等離子體炬(4)并在那里通過電氣體放電、電磁感應(yīng)或微波加熱，并且等離子體射流(5)被導(dǎo)向至該引入工作腔室中的基材(3)的表面。為了制備熱障涂層，在等離子體炬(4)和基材(3)之間另外施加電壓以在等離子體炬(4)和基材(3)之間產(chǎn)生電弧并且通過該電弧清潔該基材表面，其中在電弧清潔后該基材(3)保持在工作腔室中并且在經(jīng)清潔的基材表面上產(chǎn)生具有0.02μm至2μm厚度的氧化物層(11)，和在附加步驟中通過等離子體噴涂方法施加熱障涂層(12)。
文檔編號C23C4/12GK102534457SQ201110372539
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者K·馮尼森, M·金德拉特, R·C·施密德 申請人:蘇舍美特科公司