保護涂層和具有所述保護涂層的燃氣渦輪機部件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于燃氣渦輪機部件的保護涂層。
【背景技術】
[0002]渦輪機，特別是燃氣渦輪機，具有渦輪，先前已經在壓縮機中被壓縮并且在燃燒室中被加熱的熱氣體在渦輪中被膨脹，以完成作功。熱氣體的渦輪入口溫度越高，燃氣渦輪機的熱力學效率越高。與此相反，對于可被施加到燃氣渦輪機的部件，特別是導向葉片、轉子葉片和殼體的熱負荷，存在限制。
[0003]因此，希望開發(fā)燃氣渦輪機部件，除了盡可能高的熱負荷，其具有用于燃氣渦輪機的操作的足夠耐化學性。已知的是，向燃氣渦輪機部件上應用保護涂層，以便據此保護燃氣渦輪機部件不被氧化和腐蝕。照慣例，保護涂層由MCrAlX合金制成，其中M代表鎳(Ni)和/或鈷(Co)，X例如代表釔(Y)、錸(Re)、釓(Gd)、鑭(La)、鉑(Pt)和/或稀土金屬。當將保護涂層應用到燃氣渦輪機部件時，保護涂層中的鋁被氧化，并且所得到的氧化鋁很好地粘合到燃氣渦輪機部件，并且防止其氧化和腐蝕。
[0004]在上述元素中，X代表這樣的元素，其近年來出現了急劇的漲價，使得傳統(tǒng)的保護涂層是成本密集型的。另外，在氧化鋁層中的氧化釔的夾雜導致氧的高擴散速率，這導致保護涂層的更快氧化。保護涂層的氧化導致據此燃氣渦輪機部件不再受到保護，使得其使用壽命降低。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種保護涂層和一種具有所述保護涂層的燃氣渦輪機部件，其中保護涂層是成本有效的，并且燃氣渦輪機部件具有很長的使用壽命。
[0006]所述目的是利用專利權利要求1和7的特征來實現的。優(yōu)選實施例在其它專利權利要求中被說明。
[0007]根據本發(fā)明的保護涂層具有15至39wt%的鈷(Co)，10至25wt%的鉻(Cr)，5至15wt%的鋁仏1)，0.05至^^%的釔⑴和0.5至10?七％的鐵(Fe)。根據本發(fā)明，其余包含鎳(Ni)和不可避免的雜質。
[0008]此外，保護涂層的可選的另外的成分可以是鉬(Mo)，硅(Si)，鉭(Ta)和/或鉿(Hf)。
[0009]保護涂層表示對氧化和腐蝕的有效保護。此外，由于高價值元素的低比例，保護涂層是具有成本效益的。在保護涂層中的鐵部分還可穩(wěn)定富鋁相。
[0010]當施加保護涂層時，或當保護涂層暴露于熱氣體時，保護涂層中的鋁氧化物可以被氧化，并且鋁氧化物層形成在保護涂層的表面上。因為保護涂層中的釔含量低，只有極少量的氧化釔的夾雜物被形成在氧化鋁層中。其結果是，只有非常少的氧可以被輸送入保護涂層中，使得保護涂層具有長使用壽命。
[0011]優(yōu)選地，保護涂層具有0.05至2wt%的鉬(Mo)。對于保護涂層，優(yōu)選的是具有O至4wt%的硅(Si)。保護涂層優(yōu)選具有O至2wt%的鉭(Ta)。對于保護涂層，進一步優(yōu)選的是具有O至2wt%的鉿(Hf)。
[0012]在保護涂層中的硫(S)的部分優(yōu)選小于或等于8X 10 Vt%。這進一步有利地提高了保護涂層的使用壽命。
[0013]此外，本發(fā)明涉及用于燃氣渦輪機部件，特別是用于渦輪機葉片或燃燒室部件的上述保護涂層的使用。
[0014]根據本發(fā)明的燃氣渦輪機部件具有保護涂層。燃氣渦輪機部件優(yōu)選具有基板，保護涂層被施加到基板上，其中所述基板由鎳基超合金和/或鈷基超合金制成。借助保護涂層的設置，在燃氣渦輪機的運行中，燃氣渦輪機部件具有很長的使用壽命。保護涂層優(yōu)選具有30 μ m至800 μ m的厚度。
[0015]保護涂層優(yōu)選通過熱噴涂法，特別是在空氣中，在真空中或在保護氣體下，和/或通過物理沉積(物理氣相沉積-PVD)法被施加到基板。
【附圖說明】
[0016]根據本發(fā)明的燃氣渦輪機部件的優(yōu)選實施例，參照所附示意圖被說明。該圖顯示了貫穿所述實施例的剖面。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，燃氣渦輪機部件I具有基板2，保護涂層3和陶瓷層4。基板2例如是在燃氣渦輪機的渦輪中的導向葉片或轉子葉片。在那種情況下，基板2由鎳基超合金或鈷基超合金制成。具有30 μπι至800 μπι厚度的保護涂層3被直接施加到基板2上。在那種情況下，保護涂層3通過熱噴涂法或物理沉積法被施加到基板2上，成分為15至39wt%的 Co，10 至 25￥七％的 Cr，5 至 15￥七％的 Α1，0.05 至 ^^%的 Υ，0.5 至05 至2wt%的Mo，O至4wt%的Si，O至2wt%的Ta，O至2wt%的Hf并且其余為Ni和雜質。就雜質而言，硫S的部分小于或等于8X10 6wt%。
[0018]在保護涂層3的遠離基板2取向的表面上，鋁的氧化產生鋁氧化物層，該鋁氧化物層防止基板2氧化和腐蝕。直接在保護涂層3的頂部，存在陶瓷層4，其例如具有氧化鋯或用氧化乾穩(wěn)定的氧化錯。
[0019]下面參照多個示例對本發(fā)明進行更詳細地解釋。
[0020]第一示例性保護涂層3具有20wt %的Co，20wt %的Cr，1wt %的Al，0.1wt %的Y，5wt %的Fe和44.9wt %的Ni和相對少量的雜質。
[0021]第二示例性保護涂層3 具有 30wt%^ Co，15wt%^ Cr，15wt% Al，0.3wt%^ Y，8wt%的Fe，lwt%的Mo和30.7wt%的Ni和相對少量的雜質。
[0022]第三示例性保護涂層3具有12wt %的Co，12wt %的Cr，15wt %的Al，0.5wt %的Y，1wt% 的 Fe，Iwt% 的Mo，3wt% 的 Si，0.5wt% 的 Ta，0.5wt% 的 Hf, 45.5wt% 的 Ni 和相對少量的雜質。
[0023]在三個示例性燃氣渦輪機部件中，在每種情況下，所述三個示例性保護涂層通過熱噴涂法被施加到由鎳基超合金制成的基板上。
【主權項】
1.一種保護涂層，其具有15至39?七％的(:0，10至25￥七％的0，5至15￥七％的八1，0.05至lwt%的Y，0.5至10wt%的Fe，可選的Mo、S1、Ta和/或Hf，其余為Ni和雜質。2.如權利要求1所述的保護涂層，其中所述保護涂層(3)具有0.05至2被％的此。3.如權利要求1或2所述的保護涂層，其中所述保護涂層(3)具有O至4被％的Si。4.如權利要求1至3中的任一項所述的保護涂層，其中所述保護涂層(3)具有O至2wt% 的 Ta。5.如權利要求1至4中的任一項所述的保護涂層，其中所述保護涂層(3)具有O至2界七％的肚。6.如權利要求1至5中的任一項所述的保護涂層，其中所述保護涂層(3)中硫的部分小于或等于8X10 6Wt %。7.一種燃氣渦輪機部件，其具有如權利要求1至6中的任一項所述的保護涂層(3)。8.如權利要求7所述的燃氣渦輪機部件，其中所述燃氣渦輪機部件具有基板(2)，所述保護性涂層(3)被施加到所述基板(2)上，其中所述基板(2)由鎳基超合金和/或鈷基超合金制成。9.如權利要求7或8所述的燃氣輪機部件，其中所述保護涂層(3)的厚度為30μπι至800 μ mD10.如權利要求8或9所述的燃氣渦輪機部件，其中所述保護涂層(3)通過熱噴涂法，特別是在空氣中，在真空中或在保護氣體下和/或通過物理沉積法被施加到所述基板(2)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種保護涂層(3)，其具有15至39wgt％的Co，10至25wgt％的Cr，5至15wgt％的Al，0.05至1wgt％的Y，0.5至10wgt％的Fe，其余為Ni和雜質。本發(fā)明還涉及具有所述保護涂層(3)的燃氣渦輪機部件。
【IPC分類】F01D5/28, C23C14/06, C22C30/00, C22C19/05, C23C4/08, C23C28/00
【公開號】CN105209648
【申請?zhí)枴緾N201480028507
【發(fā)明人】X-H·李
【申請人】西門子股份公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年4月22日
【公告號】DE102013209189A1, EP2976440A1, US20160168667, WO2014183962A1