專(zhuān)利名稱(chēng)：一種包含帶陶瓷涂層基底的部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括由電子傳導(dǎo)材料制成的基底和在該基底至少一部分表面上帶有涂層的部件，所述涂層包括陶瓷涂層。特別是，本發(fā)明涉及高溫應(yīng)用部件，尤其是航空領(lǐng)域。這種陶瓷涂層特別適宜用作熱障因?yàn)槠涓魺崽匦?熱傳導(dǎo)率很低)，所以其通過(guò)超過(guò)100°c的溫度梯度來(lái)降低底層基底的工作溫度。此外，金屬層在發(fā)熱時(shí)，特別是在金屬層含有引起α-Al2O3氧化鋁層的鋁時(shí)，金屬層因具有抗氧化腐蝕特性，可單獨(dú)使用，也可在基底和陶瓷涂層之間作為底層使用，所述氧化鋁特別是在如下情況下具有防護(hù)功能，即在大氣壓力環(huán)境下，雙氧會(huì)以低局部壓力和/ 或高于1000°C存在于所述情況中。特別應(yīng)提到的是鋁化物層和MCrAlY類(lèi)型的合金層，其中，M是從鎳、鈷、鐵，或這些金屬的混合物中選擇的一種金屬。尤其是在高溫空氣環(huán)境下， 很自然地會(huì)發(fā)生這種氧化。
背景技術(shù)：
目前，已知有幾種方法可以制作這種陶瓷層或金屬層?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)的沉積方法是一種從氣體前體物中沉積薄膜的方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，分布均勻，而且涂層厚度也可控制。相反，這種制作方法利用了污染物種(前體物/活化劑)，所以需要對(duì)這種廢物進(jìn)行后續(xù)處理。此外，在諸如航空領(lǐng)域的熱機(jī)械部件上使用時(shí)，工作溫度較高，制作涂層所需時(shí)間大約幾個(gè)小時(shí)，不小于3個(gè)小時(shí)。采用這種技術(shù)在基底上沉積的涂層為傳統(tǒng)的鋁化物層。為了提高使用壽命和帶有涂層的基底的性能，人們提出了各種建議，特別是通過(guò)在鋁化物層上鍍鉬的方式來(lái)改善防護(hù)氧化物層的結(jié)合性。然而，鉬是十分昂貴的原材料，而且，鍍鉬會(huì)在滲鋁前需要進(jìn)行額外的大量作業(yè)，此外，也會(huì)進(jìn)一步增加生產(chǎn)成本。熱噴涂技術(shù)是發(fā)送一種矢量氣體，該氣體可加速細(xì)粒子(通常，粒子尺寸為5 μ m 至IJlOOym)并將這些粒子送至基底，這些粒子可以是液體、糊狀，或甚至是固態(tài)。矢量氣體還可以是一種熱焓源，用來(lái)將粒子加熱到其熔點(diǎn)(尤其是采用等離子噴涂)。一般來(lái)講，噴涂技術(shù)是指向性的，即，沿線(xiàn)性軸線(xiàn)發(fā)送噴流，為此，這種技術(shù)要求使用自動(dòng)系統(tǒng)或進(jìn)行昂貴的后處理，以便在幾何形狀復(fù)雜的基底的所有部分上噴涂和/或?qū)娡繉舆M(jìn)行平衡。此夕卜，噴涂技術(shù)使用的粉末是采用會(huì)造成污染的工藝技術(shù)制造的，尤其是真空霧化技術(shù)。采用這種技術(shù)在基底上沉積的涂層傳統(tǒng)上是MCrAlY層，例如，F(xiàn)eCrAlY, CoCrAlY, 或NiCOCrAlY層。為了進(jìn)行沉積，這些層都需要與基底實(shí)現(xiàn)熱和化學(xué)兼容。另一種已知技術(shù)是通過(guò)植入離子在合金或涂層表面上添加金屬形式的反應(yīng)元素。 這種相對(duì)昂貴的技術(shù)要求使用粒子加速計(jì)和真空盒，從而限制了可以植入的部件/基底的尺寸，而且，該技術(shù)只允許在表面摻雜，深度大約為0. 05 μ m至0. 5 μ m。另外，部件/基底的幾何形狀還必須簡(jiǎn)單，基本上是平面的。此外，還可以應(yīng)用構(gòu)成涂料的水性懸液或有機(jī)懸液(漿液或溶膠-凝膠)來(lái)形成所述涂層，所述涂料可用刷子涂刷，或?qū)⒉考胪苛蟽?nèi)，這種涂料最終會(huì)被揮發(fā)掉。然而， 在這種情況下，需使用結(jié)合劑，尤其是有機(jī)結(jié)合劑，而這些結(jié)合劑則釋放出可能有害的揮發(fā)性元素。此外，為了獲得涂層足夠厚度，必須連續(xù)幾次使用懸液，結(jié)果，倘若考慮中間烘干步驟，工藝實(shí)施時(shí)間則會(huì)相對(duì)延長(zhǎng)。此外，如果部件形狀復(fù)雜，則很難均勻使用這種懸液。人們所提出的大部分防護(hù)涂層都很昂貴，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)具有污染性，這些涂層的使用壽命也會(huì)受到不斷升高的使用溫度的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提出一種替換的涂層，該涂層可以形成熱障和/或涂層， 防止熱氧化現(xiàn)象。本發(fā)明還旨在提出一種涂層，該涂層具有良好的附著特性。另一個(gè)目的是提出一種具有可捕獲有害和污染物種的特性涂層，從而可以減少溫室氣體排放。為此，本發(fā)明提供了一種部件，該部件包括用電子導(dǎo)電材料制成的基底，且在該基底的至少一部分表面上帶有涂層，所述涂層包括一層陶瓷涂層，所述部件的特征在于，所述涂層是基于氧化鈰，而且，所述涂層具有大于或等于IXlO1Vcm3的氧空位濃度。術(shù)語(yǔ)“基于氧化鈰”是指陶瓷層中的氧化鈰占絕大多數(shù)，甚至有可能是唯一的成分，尤其是Ce2O3和/或CeO2。另外，而且是可選擇的，氧化鈰可以用至少另外一種稀土元素來(lái)?yè)诫s和/或穩(wěn)定， 所述元素選自鑭系元素、釔、鋯、和鉿的氧化物。在鑭系元素中，優(yōu)選選擇鑭和/或釓，然而，也可以使用任何其它的鑭系元素，即， 鐠、釹、钷、釤、銪、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、和镥?；谘趸嫷倪@種陶瓷涂層用來(lái)提供一種形成熱障的涂層，并能防止氧化現(xiàn)象。大量氧空位的存在提供了良好的抗高溫氧化性能。特別是，這種陶瓷涂層可以單獨(dú)構(gòu)成完整的涂層，無(wú)需提前進(jìn)行金屬結(jié)合底層的沉積。優(yōu)選地，涂層內(nèi)氧空位的濃度大于或等于IOX 102°/cm3。在優(yōu)選的配置方式中，所述涂層具有多個(gè)裂縫，打開(kāi)至涂層表面。這種特性使得涂層表面呈現(xiàn)一種“裂縫泥土”形態(tài)。例如，兩個(gè)相鄰裂縫之間的距離在5 μ m到50 μ m的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，所述裂縫的寬度L在1 μ m至Ij 25 μ m范圍內(nèi)。這種裂縫的存在可以使得周?chē)鯕庥邢薜赝高^(guò)涂層向下進(jìn)到基底，進(jìn)一步降低了涂層的導(dǎo)熱系數(shù)。在一個(gè)最佳配置形式中，所述涂層的厚度至少5 μ m，不超過(guò)100 μ m。此外，優(yōu)選地，所述涂層包括 范圍在0. 5原子百分率(at% )到35原子百分率的氧化鈰； 范圍在0. 5原子百分率到75原子百分率的氧；以及 范圍在0. 5原子百分率到30原子百分率的氮。在另一種優(yōu)選的配置方式中，除了絕大多數(shù)的氧化鈰之外，所述涂層還包括一個(gè)、兩個(gè)、或多個(gè)附加的氧化物，這些氧化物選自鑭系元素、釔、鋯、和鉿組成的族類(lèi)。優(yōu)選地，所述基底可用屬于如下類(lèi)別的材料制成，即超合金、鎳基超合金、鈷基超合金、鈦和鈦合金、基于鋁化物和/或硅化物的金屬間化合物、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料，和有機(jī)基復(fù)合材料。如果基底是基于鋁化物，選取下述其中一種鋁化物或它們的混合物，具體是，鋁化鎳、鋁化鈷、鋁化鐵、鋁化鈦、鋁化釕、和鋁化鉬。如果基底是基于硅化物，選取下述其中一種硅化物或它們的混合物，具體是硅化鉬和硅化鐵。在一個(gè)較佳的配置形式中，所述基底包括鋁，而涂層包括在基底和涂層之間的一
層氧化鋁。


通過(guò)閱讀參照附圖給出的如下說(shuō)明，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)會(huì)更清楚地顯現(xiàn)出來(lái)，附圖如下圖1為實(shí)施本發(fā)明制造涂層最佳方法適合使用的設(shè)施布局示意圖；圖2至圖4為在使用不同電流密度時(shí)采用本發(fā)明制造涂層最佳方法所獲得的涂層表面顯微圖；圖5和圖6示出了在使用電解液內(nèi)所含不同配方的鹽時(shí)，采用最佳制造方法所獲得的本發(fā)明涂層表面的顯微結(jié)構(gòu)圖；圖7和圖9為顯微截面圖，示出了在基底表面上沉積的涂層情況，分別為未進(jìn)行熱處理、進(jìn)行了第一次熱處理，和進(jìn)行了第二次熱處理；圖10示出了裸基底和采用不同方式涂覆的基底的等溫氧化行為，所述等溫氧化行為采用熱重分析獲得；以及圖11示出了裸基底和采用不同方式涂覆的基底的循環(huán)氧化行為，所述循環(huán)氧化行為采用重量分析獲得。
具體實(shí)施例方式在通過(guò)制造陶瓷涂層方法的最佳示例給出的可能性中，所述陶瓷涂層覆蓋了成型部件基底的至少一部分表面，所述涂層僅通過(guò)在至少一個(gè)陰極和陽(yáng)極之間的陰極電沉積 (CELD)工藝在基底上沉積。應(yīng)該清楚的是，所述基底采用電子傳導(dǎo)材料制成，且該材料構(gòu)成了陰極。為了獲得本發(fā)明的陶瓷涂層的成分，電解液包括至少一種鈰鹽類(lèi)，這樣，電沉積工藝在氧化鈰的基礎(chǔ)上構(gòu)成所述涂層。這種方法可在構(gòu)成部件材料的基底上直接形成涂層，也可在覆蓋部件的底層上形成涂層，而后構(gòu)成需要覆蓋的基底。另外，也可只覆蓋基底的一部分表面，例如，采用在不需要沉積涂層的區(qū)域使用罩蓋，或者，直接采用局部電沉積。在一種可能的配置形式中，所述電解液包括至少兩種含鈰鹽的鹽類(lèi)，和至少另外一種選自由鑭系元素、釔、鋯、和鉿的鹽類(lèi)的族類(lèi)，這樣，電沉積工藝就會(huì)使得涂層包含一個(gè)氧化鈰基，以及至少另一個(gè)選自由鑭系元素、釔、鋯和鉿的氧化物組成的族類(lèi)中的氧化物。這樣，稀土混合物的氫氧化合物就可在一個(gè)步驟中進(jìn)行共沉積(例如，鈰和鑭，或鈰和鑭和釓等)。與氣相沉積技術(shù)或熱噴涂技術(shù)相比，本發(fā)明的這種涂層制造方法特別具有生態(tài)保護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性(實(shí)施時(shí)間短，可在大氣壓力下實(shí)施，避免使用真空設(shè)備)。這樣，可以對(duì)以前從未涂覆的部件進(jìn)行涂覆。此外，實(shí)施這種制造方法可以與帶有孔眼的部件相兼容電流線(xiàn)路的幾何形狀不允許在這些孔眼內(nèi)進(jìn)行任何重大沉積，特別是小尺寸的冷卻孔眼，這些孔眼從而不會(huì)被堵
O另外，值得指出的是，使用這種方法可避免采用危險(xiǎn)性化學(xué)材料和產(chǎn)生有毒廢料?？梢允褂玫碾姵练e設(shè)施20包括灌注電解液M的容器22，構(gòu)成覆蓋基底的部件就沉浸在該容器內(nèi)并用作陰極26(工作電極)。陽(yáng)極觀(guān)(或反電極)也浸在電解液M內(nèi)。陽(yáng)極觀(guān)材料與電解液槽(電解液)不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，例如鉬板柵形式，其配置成可在基底 (陰極26)處產(chǎn)生均勻的電流線(xiàn)。有利的是，電沉積工藝還使用了位于陰極沈附近的參考電極30，從而將電解液M 的阻力影響降到最小，改善了電沉積期間的控制。該參考電極30優(yōu)選采用飽和甘汞電極 (SCE)構(gòu)成，其中，甘汞為氯化亞汞Hg2Cl215這種三電極電沉積設(shè)施20可以實(shí)現(xiàn)在制作涂層的同時(shí)在原位精確跟蹤電流密度和電壓。三個(gè)電極(陰極沈，陽(yáng)極觀(guān)和參考電極30)都連接到電流源32上，后者連接到控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)34上。在第一種實(shí)施方式中，使用了恒電位法，按照這種方法，電流源32在陽(yáng)極觀(guān)和陰極沈之間施加了電位(或電壓)。在這種情況下，電流源32是一種恒電位儀，電沉積工藝是通過(guò)在陰極沈和陽(yáng)極觀(guān)之間加電壓來(lái)實(shí)施的。在陰極沈和陽(yáng)極觀(guān)之間所加的電壓范圍優(yōu)選在-30V至+30V之間，最好在-2. 5V至+2. 5V范圍內(nèi)。在最佳第二實(shí)施方式中，使用了恒電流法，按照這種方法，電流源32在陽(yáng)極28和陰極26之間施加了一種電流密度。在這種情況下，電流源32是一種恒電流儀，電沉積法是通過(guò)在陰極沈和陽(yáng)極觀(guān)之間加電流密度來(lái)實(shí)施的。在陰極沈和陽(yáng)極觀(guān)之間所施加的電流密度范圍優(yōu)選在-0. 5mA/cm2至-5mA/cm2之間，最好在-0. 5mA/cm2至-2mA/cm2范圍內(nèi)。電解液中含有在陰極上沉積的一個(gè)或多個(gè)物種，其呈鹽的形式，可在電解液M中溶解。施加電流密度或電位可以減少電解液容量和陰極26(基底)表面之間結(jié)合部位(擴(kuò)散層)處形成陶瓷涂層所需物種數(shù)量?？梢垣@得均勻的特性，或者所獲得在沉積物的整個(gè)厚度上呈梯度的特性(在成分、微結(jié)構(gòu)、晶體特性等方面)。鹽類(lèi)包括一種或多種陰離子和/或陽(yáng)離子物種，特別是硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物、 或醋酸鹽，優(yōu)選硝酸鹽。為此，電解液優(yōu)選由硝酸鹽組成，特別是硝酸鈰，濃度大于或等于 0. 05mol/L。硝酸鹽的濃度可大于或等于0. lmol/L。電沉積涂層的一種或多種陽(yáng)離子由任何組合形式組成，包括占絕大多數(shù)的鈰，即主要的或唯一的是基于鈰的物種，以及可選擇的一種或多種其它物種，屬于由鑭系元素、 釔、鋯和鉿構(gòu)成的族類(lèi)。另外，也可優(yōu)選使用鑭或釓。電解液M的成分和濃度取決于溶劑中溶解的鹽類(lèi)數(shù)量。特別是，電解液M具有高離子電導(dǎo)性，在ZSms.mVmor1至1000ms. mVmoF1的范圍內(nèi)，優(yōu)選在150ms. mVmoF1至 500ms. mVmoF1 的范圍內(nèi)。電解液M是由一種或多種鹽類(lèi)組成的濃縮溶液，所述鹽類(lèi)主要含有鈰的鹽類(lèi)，以及可選擇一種或多種選自鑭系元素和/或釔和/或鋯和/或鉿的其它鹽類(lèi)。為此，電解液 24的總濃度在0. 05mol/L到5mol/L的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，在電解液中，鈰鹽(單獨(dú)，或在鑭系元素、釔、鋯和鉿的鹽類(lèi)存在的情況下)的濃度最初在0. 05mol/L到5mol/L的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0. lmol/L到0. 3mol/L的范圍內(nèi)。電解液M的溶劑為水性的，或者是乙醇的溶液，或者甚至是基于酮、酯、或醛，或者甚至是所述其中兩個(gè)的混合物。優(yōu)選使用帶水性溶劑的電解液，因?yàn)檫@種電解液污染程度低，且更容易再生。優(yōu)選地，電解液M的溫度范圍在4°C至100°C之間，最好在15°C至25°C (環(huán)境溫度)之間，目的是避免高度蒸發(fā)，同時(shí)也可降低為保持電解液M溫度所需的能量消耗。此夕卜，這樣的溫度范圍有助于獲得晶粒尺寸和氧空位的濃度，以便優(yōu)化為抗高溫氧化應(yīng)用和/ 或熱障應(yīng)用。優(yōu)選地，電解液M的pH值小于7，而且，很顯然，它可以是酸性的，范圍在2. 5到 5. 5之間。此外，但并非必需的，電解液M還可以包含一種或多種添加劑和/或表面活性劑。裝電解液的容器22和三個(gè)電極沈，觀(guān)和30與大氣壓力的環(huán)境空氣接觸。容器22 浸在電解液M內(nèi)。可以輕輕攪拌電解液對(duì)。電沉積時(shí)間優(yōu)選不超過(guò)1個(gè)小時(shí)。該持續(xù)時(shí)間優(yōu)選在10分鐘到30分鐘之間，最好在15分鐘到25分鐘之間。這樣，該制造方法可以較快實(shí)施。在電沉積期間，可以獲得一個(gè)或多個(gè)還原反應(yīng)(1)到G)，特別是可從電解液對(duì)的氧A和水H2O中產(chǎn)生氫氧離子OH 2H30++2e" — H2+2H20 (1)2H20+2e-— Η2+20Γ (2)02+2H20+4e" — 40F (3)02+2H20+2e" — 20Η>Η202 (4)有時(shí)，鹽類(lèi)的陰離子可有助于陰極反應(yīng)。這樣，特別是采用硝酸鹽時(shí)，公式如下N03>10H++8e" — NH4++3H20 (5)N03>H20+2e" — N02>20F (6)因?yàn)殡娊庖篗具有酸性pH值，H3O+陽(yáng)離子的存在和氫氧離子OH(基)的形成也都可有助于形成含有該基和需要沉積的陽(yáng)離子的化合物。為此，對(duì)于鈰陽(yáng)離子和氫氧陰離子的具體情況，特別是因?yàn)榉磻?yīng)公式(7)和(9)而會(huì)促進(jìn)Ce (OH) 3和/或Ce (OH) 22+的形成Ce3++30r — Ce (OH) 3 (7)4Ce3++02+40r — 2H20 — 4Ce (OH) 22+ (8)2Ce3++20F+H202 — 2Ce (OH) 22+(9)最后，可能會(huì)發(fā)生電沉積化合物的氧化和/或局部脫水。在包括鈰的物種的具體情況下，Ce3+可以氧化成Ce4+。
Ce (OH) 3 ^ Ce02+H30++e" (10)Ce (OH) 22+ — Ce02+2H20 (11)為此，不論是采用電結(jié)晶還是沉淀反應(yīng)，經(jīng)過(guò)與電解液中陽(yáng)離子發(fā)生反應(yīng)，通過(guò)基本電代生成方式可而形成這些涂層。最后形成的涂層初步形成了具有常規(guī)成分T(OH)Z_X(L)X，YH2O的膜，其中T(稀土)屬于由鑭系元素、釔、鋯和鉿組成的族類(lèi)；L是一種配合基(諸如硝酸鹽或任何其他的陰離子)；ζ是初始鹽類(lèi)的正電荷數(shù)量；χ是配合基的負(fù)電荷數(shù)量；以及Y是水分子的數(shù)量。在優(yōu)選的(但可選的)另一種配置形式中，該制造方法還包括對(duì)涂層進(jìn)行烘干的步驟。這個(gè)步驟優(yōu)選在環(huán)境溫度下進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間至少為M小時(shí)，優(yōu)選最多48小時(shí)。更確切地說(shuō)，一旦電沉積過(guò)程結(jié)束，經(jīng)涂層的部件可選擇使用各種溶劑(水、醇、 酮、酯、醛)進(jìn)行漂洗，然后，選擇采用冷或熱空氣流或其他氣體進(jìn)行烘干，使用功率應(yīng)很低，低到可避免涂層與基底完全脫離，或者所述部件可以在含有吸濕物質(zhì)的殼體內(nèi)保持一定時(shí)間，或者可使用任何其他方法，例如，空氣調(diào)節(jié)，以便使涂層內(nèi)至少部分濕氣得以蒸發(fā)。 優(yōu)選方法是用乙醇漂洗，隨后是使用熱空氣流的第一烘干步驟，接著為第二烘干步驟，即在降壓環(huán)境下保存(干燥器，且優(yōu)選至少保持M小時(shí))。在優(yōu)選(但可選的)另一種配置形式中，可以在烘干階段后，該制造方法還包括熱處理烘干步驟，該步驟是對(duì)涂層施以高溫，優(yōu)選溫度范圍在400°C至2000°C之間，持續(xù)時(shí)間至少10分鐘。殼體內(nèi)的壓力可以是大氣壓力或更低。殼體內(nèi)的氣體成分可以是完全或局部氧化的和/或鈍性和/或還原性的，但是，決不會(huì)包括任何腐蝕性物質(zhì)，諸如S02，HCl，等，這些會(huì)在涂層內(nèi)形成一種物質(zhì)，且該物質(zhì)所含物質(zhì)絕非(以中性、陽(yáng)離子、陰離子、共價(jià)或金屬形式的)氧、氮、碳、鈰、其它鑭系元素、釔、鋯、鉿或這些物質(zhì)的任何結(jié)合形式。在這種情況下，且優(yōu)選地，在至少0.0001巴的氧氣存在的環(huán)境下，以大氣壓力在氬氣下進(jìn)行熱處理，優(yōu)選以1050°C的溫度保持60分鐘。在這種情況下，優(yōu)選以5°C /min的速率升降溫度。對(duì)涂層內(nèi)所涂覆的部件的這種附加熱處理特別適合調(diào)整涂層的成分、微結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、和/或厚度。這種調(diào)整可改善涂層針對(duì)使用環(huán)境的特性，諸如承受循環(huán)氧化的能力，承受等溫氧化的能力，導(dǎo)熱性下降，降低對(duì)自然氧化所獲得的氧化鋁層存在的依賴(lài)性， 以及承受熔鹽或”CMAS”沉淀物的更大能力(CMAS系指〃 CaO-MgO-Al2O3-SiO2"，即含有鈣、 鎂、鋁、和硅的氧化物的氧化物成分，以及這些氧化物的混合物，這些氧化物都是因?yàn)樯硥m和/或發(fā)動(dòng)機(jī)上游部分的任何其它雜質(zhì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)所致)。這樣，可獲得一種化合物形式的涂層的沉積物，該化合物的性質(zhì)是陶瓷的(而不是金屬的，因?yàn)樵诓捎脗鹘y(tǒng)電沉積所產(chǎn)生的現(xiàn)象中并不涉及到金屬化)。所獲得的涂層具有基于氧化鈰的成分(可選擇與鑭系元素和/或釔和/或鋯和/ 或鉿的一個(gè)或多個(gè)氧化物相關(guān))，而這些氧化物則含有不同量值的水(金屬氫氧化物)，同時(shí)還包括氫氧陰離子或從鹽類(lèi)和溶劑中產(chǎn)生的任何其它陰離子。
為此，除了氧化鈰以及(可選擇地)其它某種屬于由鑭系元素和不包括鈰的氧化物、釔、鋯，和鉿的氧化物所構(gòu)成的族類(lèi)以外，該涂層還包括至少一種公式為Mx(OH)y的金屬氫氧化物(其中，M為鈰和/或某些情況下的其它某種鑭系元素金屬、釔、鋯、和/或鉿，χ為氫氧陰離子(OH)的負(fù)電荷，y是鑭系元素金屬、釔、鋯、和/或鉿的正電荷數(shù))以及至少一種氫氧陰離子(OH)。更確切地說(shuō)，涂層在烘干和/或熱處理后，包括了公式為MO. OH的金屬氫氧化合物，其中，M是鈰和/或某些情況下的其它某種鑭系元素金屬、釔、鋯、和/或鉿。所述涂層可以具有一種不同的成分，除了氧化鈰基之外，其還含有一種或多種屬于由鑭系元素、釔、鋯、和鉿構(gòu)成的族類(lèi)的元素；而且還包含氧、氮、碳(電解液反離子內(nèi)含有的任何其他物種)；還有鎳和/或鋁和/或鉻和/或鈷和/或鈦和/或鎢和/或鉭和/或鉬和/或錸和/或釕和/或鈮和/或硅和/或鐵和/或錳和/或鉬和/或鈀和/或銥。采用最佳制造方法所獲得的涂層可以帶有一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為非結(jié)晶的和/或結(jié)晶質(zhì)的和/或納米尺寸的(元素尺寸為納米等級(jí)的)。一般說(shuō)來(lái)，涂層結(jié)晶相比例最小，晶體尺寸范圍為納米級(jí)。此外，所述涂層通常具有呈針形狀和/或小塊狀的微結(jié)構(gòu)。根據(jù)為電沉積工藝所選擇的參數(shù)，本發(fā)明的涂層具有承受高溫氧化和/或熱障效果和/或捕獲有害物種效果的特性。在所有情況下，在采用最佳制造方法所獲得的涂層外表面上，可觀(guān)察到特定的形態(tài)，即含有空隙(某些情況下，可以是裂縫)的所謂“干泥”陶瓷微結(jié)構(gòu)(圖2至圖6)?？梢钥闯觯瑘D2至圖4示出了僅由氧化鈰基(以及烘干步驟)所形成的涂層表面， 針對(duì)從圖1到圖4增加的不同電流密度，從而可以獲得不同的形態(tài)(圖2的-0. 5mA/cm2,圖 3 的-ImA/cm2，和圖 4 的-1. 5mA/cm2)。此外，增加所使用的電流密度會(huì)使得裂縫(圖3和圖4)尺寸增加(長(zhǎng)度，寬度和深度)。改變電流密度也會(huì)調(diào)整涂層表面的成分電流密度低會(huì)弓I起涂層內(nèi)呈現(xiàn)基底元素的濃度增高，因?yàn)榕c高電流密度相比，其所具有的厚度較小，特別是采用鎳作為鎳合金的基底時(shí)。沉積物的厚度還隨所施加電流密度和沉積時(shí)間而增加。當(dāng)使用最大電流密度時(shí)，觀(guān)察到稀土最大比例為35%。圖5還示出了僅在氧化鈰基礎(chǔ)上形成的涂層，該圖放大比例更大，在涂層外表面上呈現(xiàn)出針形結(jié)構(gòu)的纏結(jié)狀態(tài)。術(shù)語(yǔ)“針形結(jié)構(gòu)”是指在金屬圖像截面上看上去像針形狀顯微部分的結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樾螒B(tài)在構(gòu)成結(jié)構(gòu)元素三維的優(yōu)先方向上呈現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)形所致。相比之下，圖6所示涂層采用混合氧化物做成(具體是由鈰和釓的氧化物)，在涂層外表面上會(huì)出現(xiàn)一種結(jié)節(jié)狀微結(jié)構(gòu)。術(shù)語(yǔ)“結(jié)節(jié)狀微結(jié)構(gòu)”是用來(lái)表示顯微部分呈現(xiàn)不規(guī)則的圓形，這是因?yàn)闆](méi)有構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的優(yōu)先延長(zhǎng)元素而形成圓狀形態(tài)。根據(jù)上述制造方法而形成的本發(fā)明的涂層會(huì)逐層增加并具有諸多特性。特別是，涂層的氧空位濃度相當(dāng)大，尤其是氧空位濃度大于或等于IX IO17空位每立方厘米(vacancies/cm3)，優(yōu)選大于或等于IOXlO^1空位每立方厘米。此外，涂層具有帶多個(gè)敞開(kāi)裂縫的空隙結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，期望出現(xiàn)這種裂縫，因?yàn)樗鼈兙哂袔讉€(gè)作用。特別是，因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)不同，特別是在熱循環(huán)期間，這種裂縫的存在可以避免涂層(帶有陶瓷特性)與基底(通常帶有金屬特性)相脫離。此外，這種裂縫的存在還使得周?chē)难鯕饪捎邢薜卮┻^(guò)涂層進(jìn)入到基底。此外，因?yàn)樽罱K形成的涂層具有空隙和裂縫，會(huì)進(jìn)一步降低這種陶瓷已經(jīng)很低的導(dǎo)熱率。特別是，兩個(gè)相鄰裂縫之間的距離在5 μ m到50 μ m的范圍內(nèi)，而且，所述裂縫的寬度L在Ιμ 至Ij 25 μ m范圍內(nèi)。多數(shù)情況下，而且特別是不論是基底還是涂層包括了鋁的時(shí)候，在涂層和基底的結(jié)合部位會(huì)形成薄薄一層防護(hù)氧化物(具體是一層氧化鋁)，從而防止氧化和熱腐蝕。這種防護(hù)氧化物層可以通過(guò)基底的氧化產(chǎn)生。防護(hù)氧化層含有鋁、稀土(鈰以及某些情況下的鑭系元素和/或釔和/或鋯和/或鉿)，以及氧。該涂層的厚度至少為5μπι。在涂層內(nèi)的所涂覆部件進(jìn)行附加熱處理時(shí)，涂層會(huì)脫水，從而使得涂層的微結(jié)構(gòu)和/或厚度和/或成分得以改變。尤其是，通過(guò)相對(duì)適度的熱處理溫度，特別是小于900°C的溫度，可保持陶器微結(jié)構(gòu)，晶態(tài)結(jié)構(gòu)大幅度形成，沉淀物的厚度下降，稀土的表面濃度則會(huì)降低，而基底的元素會(huì)上升進(jìn)入到涂層內(nèi)。為此，圖7示出了采用上述制造方法所獲得的涂層的截面圖，該涂層是在鎳基單晶態(tài)質(zhì)超合金的基底上僅通過(guò)氧化鈰Ce02_x基礎(chǔ)形成，未經(jīng)過(guò)熱處理。圖8所示涂層與圖7所示涂層相同，但是經(jīng)過(guò)了適當(dāng)溫度(典型情況下為900°C， 時(shí)間1個(gè)小時(shí))的熱處理，在熱處理結(jié)束時(shí)，厚度會(huì)下降，但仍保持針形微結(jié)構(gòu)。如果使用較高溫度來(lái)進(jìn)行熱處理，特別是高于900°C溫度時(shí)，微結(jié)構(gòu)會(huì)變成為結(jié)節(jié)狀，沉積物的厚度會(huì)進(jìn)一步下降，而在結(jié)合部位形成的氧化層會(huì)更厚。為此，圖9示出了與圖7相同的涂層，但是在高溫(具體是1050°C，持續(xù)時(shí)間為1 個(gè)小時(shí))下進(jìn)行了熱處理，在熱處理結(jié)束時(shí)，涂層厚度下降了，并呈現(xiàn)出結(jié)節(jié)狀微結(jié)構(gòu)。為了促進(jìn)防護(hù)氧化層的形成，使用氧化大氣壓來(lái)進(jìn)行處理。因此，優(yōu)選在降低氣壓的情況下進(jìn)行熱處理。為此，在優(yōu)選的熱處理過(guò)程中，涂層內(nèi)所涂覆的部件置放在具有環(huán)境溫度的殼體內(nèi)，在大氣壓力的氬流下以5°C /min速率將溫度升高至1050°C之前，該殼體被抽空到 5X102毫巴(millibar)，在1巴壓力的氬氣下，在該溫度下進(jìn)行熱處理，時(shí)間一個(gè)小時(shí)，然后，在氬氣流下將溫度以5°C/min速率降低到環(huán)境溫度。這就構(gòu)成了以氧氣的降低壓力(剩余氧氣則以至少0. 0001巴而存在)，在氬氣下進(jìn)行的熱處理過(guò)程，目的是促進(jìn)氧化。圖9所示涂層則經(jīng)過(guò)了這種熱處理?，F(xiàn)在參照?qǐng)D10和圖11，這兩副圖分別示出了裸基底和采用各種不同方式涂覆的基底的等溫氧化性能和循環(huán)氧化性能。在圖10中，每一單位面積的重量增加用每平方厘米毫克(mg. cm-2)表示，該重量增加的測(cè)量是在大氣壓力空氣下1100°c溫度時(shí)進(jìn)行的，隨氧化時(shí)間的不同而變化。在圖11中，每一單位面積的重量增加(mg.cnT2)的測(cè)量是在大氣壓力空氣下1100°C溫度時(shí)進(jìn)行的，隨循環(huán)氧化周期數(shù)的不同而變化。
曲線(xiàn)A表示鎳基的單晶超合金型裸基底。曲線(xiàn)B表示采用氣相滲鋁(VPA)技術(shù) (滲鋁基底)沉積的鋁化鎳涂覆的同一基底。曲線(xiàn)C表示氧化鈰構(gòu)成的涂層內(nèi)涂覆的同一基底，該氧化鈰采用陰極電沉積和熱處理獲得。最后，在圖10中，曲線(xiàn)D表示的部件帶有相同的基底，該基底采用鋁化鎳底層涂覆，而鋁化鎳上則覆蓋了一層氧化鈰構(gòu)成的涂層，所述氧化鈰通過(guò)陰極電沉積和熱處理獲得。在圖10和圖11中，可以看出，涂層(曲線(xiàn)C)可防高溫氧化(不論是等溫還是循環(huán))，這與滲鋁(曲線(xiàn)B)所提供的防護(hù)作用相同。與裸基底(曲線(xiàn)A)相比，這就大大降低了氧化動(dòng)力學(xué)。因氧空位有助于在涂層和基底之間結(jié)合部位形成保護(hù)氧化層(即氧化鋁)，所以氧空位的存在可實(shí)現(xiàn)這種抗高溫氧化的能力，這種氧化層最終可以局部防止氧進(jìn)入所述結(jié)合部位。正是在經(jīng)由空位進(jìn)入的氧形成氧化層期間，可以看到曲線(xiàn)C的重量增加較之曲線(xiàn) B更大。在圖11中，可以看出，使用所述涂層(曲線(xiàn)C)和滲鋁層(曲線(xiàn)B)時(shí)，抗循環(huán)氧化的能力也很好，另外，該性能也要大大優(yōu)于裸基底的抵抗能力?？梢钥闯觯⒔Y(jié)構(gòu)是變化的，在等溫氧化(圖10)或循環(huán)氧化(圖11)期間會(huì)出現(xiàn)結(jié)節(jié)狀微結(jié)構(gòu)。值得關(guān)注的是，絕大多數(shù)氧化鈰制成的涂層可在氧化鋁層(特別是鋁化鎳層)沉積(不論是CVD，或是采用其它某種技術(shù)沉積，特別是VPA)前或后通過(guò)陰極電沉積工藝進(jìn)行沉積。下面根據(jù)涂層所期望的具體特性介紹本發(fā)明涂層的最佳特性。應(yīng)用1 高溫抗腐蝕和/或抗氧化在這種情況下，提供的“干泥”型涂層具有一個(gè)或多個(gè)如下最佳配置形式 兩個(gè)相鄰裂縫之間的距離小于20 μ m ； 所述裂縫的寬度L小于ΙΟμπι; 所述涂層的結(jié)節(jié)狀微結(jié)構(gòu)為納米級(jí)和/或納米尺寸； 所述涂層的氧空位濃度小于或等于空位/cm3 (vacancies/cm3)，優(yōu)選大于或等于10 IO20空位/cm3,或大于30 X IO20空位/cm3 ； 所述涂層厚度小于30 μ m。涂層的成分如下· 15%到30%的氧化鈰；· 50%到75%的氧；以及· 0.5%到 15%的氮 涂層的晶體結(jié)構(gòu)是無(wú)形的。為此，這種部件可作為熱機(jī)械部件在溫度高于500°C的具有氧化且熱的工作環(huán)境下使用。由于涂層具有某種最小密度的氧空位(大于或等于10 X 102°空位/cm3)，所以存在亞化學(xué)計(jì)量化合物。此外，氧空位的存在使得可以從環(huán)境中捕獲氧，從而擴(kuò)散到基底和涂層之間的結(jié)合部位，確保了在該結(jié)合部位迅速形成氧化層，保護(hù)了基底。此外，氧的這種捕獲降低了氧的部分壓力，從而促進(jìn)了最穩(wěn)定氧化物(氧化鋁形成合金制成的基底的Ci-Al2O3 氧化鋁)的形成。應(yīng)用2:熱障在這種情況下，使用“干泥”型的涂層，具有一個(gè)或多個(gè)如下最佳配置形式 兩個(gè)相鄰裂縫之間的距離在20 μ m到50 μ m的范圍內(nèi)； 所述裂縫的寬度L小于ΙΟμπι; 所述涂層的微結(jié)構(gòu)為納米級(jí)和/或微米尺寸的結(jié)節(jié)狀微結(jié)構(gòu)； 所述涂層的氧空位濃度小于或等于空位/cm3，優(yōu)選大于或等于10Χ1(Γ空位/cm3,或大于30 X IO20空位/cm3 ； 所述涂層厚度大于20 μ m。涂層的成分如下· 15%到30%的氧化鈰；· 50%到75%的氧；以及· 0.5%到 15%的氮。涂層的晶體結(jié)構(gòu)是立方的和/或四方的，但不是單斜晶的。為此，這種部件可作為熱機(jī)械部件在溫度高于500°C的熱的工作環(huán)境下使用，所述涂層作為基底的熱障，涂層的導(dǎo)熱性小于12瓦特每米開(kāi)爾文(W. πΓ1. K—1)，或者導(dǎo)熱性小于 5瓦特每米開(kāi)爾文。可以獲得具有濃度厚度均勻或逐漸變化的涂層，適用于氧化鈰本身或通過(guò)至少一種稀土氧化物進(jìn)行穩(wěn)定(摻雜)。應(yīng)用3 減少溫室效應(yīng)氣體排放這種捕獲有害和污染物種的作用可使得溫室氣體排放得以降低(特別是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī))，而這種效果是因?yàn)椴捎昧松鲜鲎罴压に囁@得的本發(fā)明的陶瓷/氧化物涂層，這種涂層是基于氧化鈰，而該氧化鈰則起催化劑的作用。因?yàn)槠涑煞趾推涓呙芏瓤瘴?，特別是氧空位，所以，它可以捕獲氣體(諸如碳?xì)浠衔?、一氧化碳、氧化氮、煤煙，以及其它廢氣化合物)，并可通過(guò)氧化還原反應(yīng)去除至少部分有害和/或污染化合物，同時(shí)可使適合反應(yīng)的至少部分離子得以換新。另外，同時(shí)還必須提到的是，采用本發(fā)明工藝所獲得的涂層因?yàn)檠蹩瘴欢哂辛己脙?chǔ)氧能力(OSC)特性，這使其可從周?chē)h(huán)境中捕獲氧，這不僅在氧化污染氣體方面起到了作用，而且也通過(guò)在涂層內(nèi)擴(kuò)散而產(chǎn)生作用，從而在熱力學(xué)上形成了最為穩(wěn)定的氧化物層。在這種情況下，“干泥”型的涂層具有一個(gè)或多個(gè)如下最佳配置形式 兩個(gè)相鄰裂縫之間的距離小于20 μ m ； 所述裂縫的寬度L小于ΙΟμπι; 所述涂層的微結(jié)構(gòu)為納米級(jí)和/或微米尺寸的結(jié)節(jié)狀微結(jié)構(gòu)； 所述涂層的氧空位濃度大于或等于IOX IOki空位/cm3，以及 所述涂層厚度小于30 μ m。涂層成分如下· 15%到30%的氧化鈰；· 50%到75%的氧；以及
· 0.5%到 15% 的氮。涂層晶體結(jié)構(gòu)為無(wú)形的。此外，所述涂層優(yōu)選具有納米和/或微米尺寸結(jié)節(jié)狀(圓形形態(tài))的微結(jié)構(gòu)，因?yàn)榭障逗土芽p的存在，工作面區(qū)域不可忽略不計(jì)。為此，這種部件可以作為熱機(jī)械部件以高于100°C的溫度在熱的和氧化工作環(huán)境下使用，所述涂層具有捕獲有害物種的作用。因?yàn)榭瘴坏拇嬖冢?，它可以捕獲氣體，并可通過(guò)氧化還原反應(yīng)去除至少部分有害和/或污染化合物，同時(shí)可使適合再次反應(yīng)的至少部分離子得以換新。基于氧化物的陶瓷涂層具有很大優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠涑煞挚梢元?dú)自作為催化劑，并因?yàn)槠淇瘴幻芏龋梢酝ㄟ^(guò)與其它陽(yáng)離子摻雜并通過(guò)改變其摩爾分?jǐn)?shù)而得到控制。為此，無(wú)需使用進(jìn)行催化所需的支撐金屬這提供了一種自主動(dòng)涂覆式的涂層。下面詳細(xì)介紹實(shí)施最佳制造方法所涉及到的慣常做法。通過(guò)實(shí)施如下步驟1. 1到1. 13，在鎳基基底上，特別是在鎳基超合金基底上，制造一層Ce02_x涂層。制備電解液槽(或電解液)1. 1 按所需濃度，在水中溶解Ce (No3) 3，6H20鹽類(lèi)；1. 2 密封儲(chǔ)存，以避免與空氣接觸以及可能出現(xiàn)的金屬陽(yáng)離子部分氧化(適用于鈰)；1. 3 準(zhǔn)備電解液槽標(biāo)準(zhǔn)為環(huán)境溫度下充400微升(mL)溶液，無(wú)需攪拌；以及1. 4 使用帶有三個(gè)電極的傳統(tǒng)電解池，即參考電極30、寬鉬反電極(陽(yáng)極28)，沿需涂覆試樣整個(gè)表面，提供電流密度線(xiàn)的良好分布，其本身構(gòu)成了工作電極(陰極26)。涂覆部件的準(zhǔn)備1.5:部件表面準(zhǔn)備在氣相滲鋁的鉬Pt沉積之前，像典型做法那樣，用氧化鋁 Al2O3進(jìn)行噴砂處理，但任何其它類(lèi)型的準(zhǔn)備處理也可使用(如，機(jī)械拋光、電化學(xué)準(zhǔn)備等)；1. 6 用乙醇溶劑對(duì)試樣表面進(jìn)行去油脂處理，溶劑優(yōu)選乙醇，并進(jìn)行漂洗，然后用熱空氣(50°C< T < 200°C )烘干；以及1.7:使用一種可提供電接觸(諸如接觸夾板等)的系統(tǒng)，通過(guò)部件截面(邊緣) 來(lái)緊固試樣/部件，以避免影響整個(gè)表面上的薄膜形成，所述系統(tǒng)應(yīng)與電沉積電解槽不易發(fā)生反應(yīng)(例如，鉬)。電沉積1.8 將接觸夾板連接到恒電位儀(或恒電流儀)上，二者都是用來(lái)控制應(yīng)用(施加電位或施加電流)的設(shè)定點(diǎn)，并記錄系統(tǒng)被極化時(shí)的反應(yīng)(從而可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤)；1. 9 將需涂覆部件浸在相對(duì)于鉬反電極的中心位置(以便在整個(gè)表面上均勻沉積)，所述位置與恒定被控參考電極保持一定距離，從而記錄系統(tǒng)對(duì)極化作用的反應(yīng)，且始終采用同一方式，以確保現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的再現(xiàn)性；1.10:最佳電沉積條件時(shí)間=20分鐘；j = -lmA.cnT2 ；槽的電解液濃度= 0.lmol/L ；1. 11 在電沉積結(jié)束時(shí)，抽出部件，在水中漂洗，隨后用乙醇溶劑漂洗30秒，用熱空氣烘干(如上面步驟1. 6)；1. 12 在干空氣中儲(chǔ)存至少M(fèi)小時(shí)，優(yōu)選儲(chǔ)存在含有可捕獲空氣中濕度的物質(zhì) (諸如硅膠)的干燥箱內(nèi)；以及1. 13 在鈍性氬氣環(huán)境下進(jìn)行熱處理，溫度1050°C，時(shí)間1小時(shí)，以5°C /min速率升溫和降溫。采用這種方法所獲得的涂層的特性如下 形態(tài)和厚度采用電沉積獲得的涂層非常均勻地覆蓋基底表面，不會(huì)出現(xiàn)裂縫形式的不連貫性，表面呈“干泥”形式。裂縫分布隨意，裂縫寬度范圍Iym到25 μπι，裂縫之間距離范圍優(yōu)選5 μ m到50 μ m。裂縫可以完全或部分地穿過(guò)涂層的整個(gè)厚度。涂層厚度范圍在1 μ m到100 μ m內(nèi)。在基于稀土氧化物的涂層下，因?yàn)槌练e物與基底的反應(yīng)，可能會(huì)出現(xiàn)底層。其厚度應(yīng)該不超過(guò)涂層的厚度。 成分所述涂層包括鈰，可能還包括一個(gè)或多個(gè)鑭系和/或釔和/或鋯和/或鉿元素，范圍在0. 10%到35%之間，氧的范圍在0.5%到75%之間，和氮的范圍在0.5%到 30%之間。 晶體結(jié)構(gòu)在熱處理前，涂層包括氧化物、氫氧化物、硝酸鹽、或這些與元素鈰， 還可能和一個(gè)或多個(gè)其它鑭系元素和/或釔和/或鋯和/或鉿的結(jié)合物的結(jié)晶相，和一小部分非結(jié)晶相。在熱處理后，整個(gè)涂層為結(jié)晶狀。 微結(jié)構(gòu)涂層的微結(jié)構(gòu)包括細(xì)長(zhǎng)型(針狀)，圓形(球形突起或菜花型)，沙漠玫瑰形狀，和平板形狀。其尺寸不會(huì)超過(guò)裂縫間的距離。 缺陷涂層包括了各種比例(0. 5%到75% )的陰離子和陽(yáng)離子類(lèi)型的空位缺陷。通過(guò)在基底(部件或涂層底層的材料)上沉積一層Ce02_x涂層，已獲得了涂層的模擬特性眷鋁化鎳(或其它某種類(lèi)型的氧化鋁)；或者 基于鉬；或者 硅化鎳(或其它某種類(lèi)型的氧化硅)；或者 由具有某種最低程度電子傳導(dǎo)率的復(fù)合材料構(gòu)成(例如，具有碳基和帶碳化鎢增強(qiáng)材料的“金屬陶瓷”)。也可使用其它沉積工藝技術(shù)，以制造陶瓷涂層，特別是本專(zhuān)利申請(qǐng)介紹中提到的任何現(xiàn)有沉積技術(shù)。為此，諸如電泳、溶膠-凝膠方法、網(wǎng)印、涂料刷子或浸漬的應(yīng)用、化學(xué)沉淀、噴涂、 化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積(PVD)、或任何上述方法的結(jié)合形式等各種各樣的沉積技術(shù)都可以用來(lái)制造陶瓷涂層。例如，使用噴涂技術(shù)時(shí)，為了增加溶液粘度和改善基底和含沉積用稀土的溶液之間的可濕性(接觸)，在添加一種或多種添加劑(例如，聚乙二醇(PEG)，聚乙烯醇(PVA)) 的同時(shí)，也可使用相同類(lèi)型的溶液，同時(shí)，也可使得沉積物更塑性，并防止其在表面出現(xiàn)剝落。為了鞏固涂層，便于基底上噴涂沉積層的固定，以及控制沉積層內(nèi)所存有的化學(xué)成分、 形態(tài)、微結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)，以及瑕疵數(shù)量，在氧化(至少一點(diǎn)兒)的大氣壓環(huán)境的階段中，升高溫度的附加熱處理同樣也是必不可少的。
權(quán)利要求
1.一種包含帶陶瓷涂層基底的部件，該部件包括由電子傳導(dǎo)材料制成的基底并在該基底的至少一部分表面上帶有涂層，所述涂層包括一層陶瓷涂層，所述部件的特征在于所述涂層基于氧化鈰；所述涂層具有大于或等于ι χ IO17空位/cm3的氧空位濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件，其特征在于所述涂層具有多個(gè)向其表面打開(kāi)的裂縫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件，其特征在于兩個(gè)相鄰裂縫之間的距離在5 μ m至50 μ m之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件，其特征在于所述涂層的厚度至少為5 μ m,至多為100 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件，其特征在于所述涂層包括 0. 5%至的氧化鈰； 0.5%至75%的氧；以及 0. 5%至30%的氮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件，其特征在于所述涂層還包括至少一種公式為MO. OH的金屬氫氧化合物，其中，M是一種屬于由鑭系元素、 釔、鋯、和/或鉿形成的族類(lèi)的金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件，其特征在于所述基底是由構(gòu)成如下族類(lèi)組成部分的材料形成，所述族類(lèi)包括超合金、鎳基超合金、鈷基超合金、鈦和鈦合金、基于鋁化物和/或硅化物的金屬間化合物、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、以及有機(jī)基復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件，其特征在于兩個(gè)相鄰裂縫之間的距離為20 μ m至50 μ m之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件，其特征在于所述涂層的厚度大于20 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件，其特征在于兩個(gè)相鄰裂縫之間的距離小于20 μ m。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10任意一項(xiàng)所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件，其特征在于 所述涂層的微結(jié)構(gòu)為納米級(jí)和/或微米級(jí)的結(jié)節(jié)狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11任意一項(xiàng)所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件，其特征在于 所述涂層的厚度小于30 μ m。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12任意一項(xiàng)所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件的應(yīng)用，其特征在于該部件作為熱機(jī)械部件在溫度高于500°C的氧化和熱的工作環(huán)境下使用。
14.根據(jù)權(quán)利要求8和9，11和12任意一項(xiàng)所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件的應(yīng)用， 其特征在于該部件作為熱機(jī)械部件在溫度高于500°C的熱的工作環(huán)境下使用，所述涂層作為基底的熱障，涂層具有小于12W. m-1. Γ1的熱傳導(dǎo)率。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至12任意一項(xiàng)所述的包含帶陶瓷涂層基底的部件的應(yīng)用，其特征在于該部件作為熱機(jī)械部件在溫度高于100°C的氧化和熱的工作環(huán)境下使用，所述涂層具有捕獲有害物質(zhì)的作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括由電子傳導(dǎo)材料制成的基底和在該基底至少一部分表面上帶有涂層的部件，所述涂層包括陶瓷涂層。其特征在于所述涂層是基于氧化鈰，而且，所述涂層具有大于或等于1×1017空位/cm3的氧空位濃度。本發(fā)明的部件應(yīng)用于高溫領(lǐng)域，尤其是航空領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F02D41/14GK102575371SQ201080034033
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者吉勒斯·博尼特, 巴普蒂斯特·鮑徹德, 羅斯林·巴爾曼, 費(fèi)爾南多·佩德拉薩迪亞茲, 賈斯廷·曼紐伊 申請(qǐng)人:拉羅謝爾大學(xué), 斯奈克瑪