本發(fā)明的實(shí)施例大體涉及用于陶瓷構(gòu)件，特別是在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的cmc護(hù)罩上使用的熱阻隔涂層和環(huán)境阻隔涂層。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪區(qū)段包含轉(zhuǎn)子軸和一個(gè)或多個(gè)渦輪級(jí)，各個(gè)渦輪級(jí)具有由軸安裝或者以別的方式承載的渦輪盤(或轉(zhuǎn)子)，以及安裝到盤的外周上且從盤的外周沿徑向延伸的渦輪葉片。渦輪組件典型地通過使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱壓縮氣體膨脹來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)軸功率。燃?xì)鉁u輪輪葉或葉片一般具有設(shè)計(jì)成將流徑氣體的熱能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的機(jī)械旋轉(zhuǎn)的翼型件形狀。

在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，護(hù)罩是包圍旋轉(zhuǎn)葉片的材料環(huán)?？赏ㄟ^減小旋轉(zhuǎn)葉片的末梢和固定護(hù)罩之間的空間，以限制葉片的頂部上或其周圍的空氣流，來提高渦輪性能和效率，所述空氣流本來將繞過葉片。例如，葉片可構(gòu)造成使得其末梢在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間緊密配合護(hù)罩。因而，為了實(shí)現(xiàn)效率目的，特別渴望產(chǎn)生和保持高效末梢間隙。

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，葉片末梢有時(shí)可刮擦護(hù)罩，從而增大間隙和導(dǎo)致效率損失，或者在一些情況下，損傷或破壞葉片組。對(duì)于cmc護(hù)罩，損傷金屬葉片甚至是更加有可能的，因?yàn)樘蓟璨牧媳孺嚮辖鹩驳枚?。?duì)于cmc護(hù)罩，為了使零件實(shí)現(xiàn)成功的性能/壽命，還需要環(huán)境阻隔涂層，因?yàn)楦邷卣羝ネ藭?huì)使材料有損失。因而，如果來自葉片末梢的刮擦去掉了涂層，則cmc護(hù)罩就容易受高溫蒸汽衰退的影響。

為了減小涂層損失的風(fēng)險(xiǎn)，將可磨損層淀積在ebc的頂部上，以保護(hù)它免受葉片刮擦。大體上，可磨損層是一系列陶瓷凸脊，它們?cè)谂c旋轉(zhuǎn)葉片末梢接觸之后脫離。陶瓷材料典型地由與一個(gè)環(huán)境阻隔層相同的陶瓷材料制成，例如，稀土二硅酸鹽或鋇鍶鋁硅酸鹽(bsas)。

但是，護(hù)罩的表面上的成型式的凸脊會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的效率有空氣動(dòng)力損失。另外，難以在無散裂的情況下生產(chǎn)厚的連續(xù)ebc材料層(>20密耳)。此外，連續(xù)陶瓷層典型地非常硬，而且不會(huì)磨損，而是會(huì)損傷旋轉(zhuǎn)葉片。

因而，一種用于cmc構(gòu)件，特別是用于護(hù)罩的改進(jìn)的可磨損涂層在本領(lǐng)域中是合乎需要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

將在以下描述中部分地闡述本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)，或者根據(jù)該描述，本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)可為明顯的，或者可通過實(shí)踐本發(fā)明來學(xué)習(xí)本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)。

大體在cmc構(gòu)件的表面上提供一種涂層系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，涂層系統(tǒng)包括在cmc構(gòu)件的表面上的環(huán)境阻隔涂層和在環(huán)境阻隔涂層上且限定與環(huán)境阻隔涂層相對(duì)的外表面的可磨損涂層?？赡p涂層包括具有以下分子式的化合物：ln2abo8，其中l(wèi)n包括鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥，或者它們的混合物；a包括si、ti、ge，或者它們的組合；并且b包括mo、w或者它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，可磨損涂層在與環(huán)境阻隔涂層的接口處具有第一熱膨脹系數(shù)，其在可磨損涂層的外表面處變成第二熱膨脹系數(shù)。

例如，涂層系統(tǒng)可包括在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的cmc護(hù)罩的熱氣路徑表面上。

還大體提供了一種將可磨損涂層施用到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的cmc護(hù)罩上的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，在cmc護(hù)罩的熱氣路徑表面的環(huán)境阻隔涂層上施用可磨損涂層，可磨損涂層包括具有以下分子式的化合物：ln2abo8，其中l(wèi)n包括鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥，或者它們的混合物；a包括si、ti、ge，或者它們的組合；并且b包括mo、w或者它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，可磨損涂層具有從環(huán)境阻隔涂層到外表面以梯度變化的熱膨脹系數(shù)。

技術(shù)方案1.一種在cmc構(gòu)件的表面上的涂層系統(tǒng)，包括：

在所述cmc構(gòu)件的所述表面上的環(huán)境阻隔涂層；以及

在所述環(huán)境阻隔涂層上且限定與所述環(huán)境阻隔涂層相對(duì)的外表面的可磨損涂層，其中，所述可磨損涂層包括具有以下分子式的化合物：ln2abo8，其中l(wèi)n包括鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥，或者它們的混合物；a包括si、ti、ge，或者它們的組合；并且b包括mo、w或者它們的組合，以及其中，所述可磨損涂層在與所述環(huán)境阻隔涂層的接口處具有第一熱膨脹系數(shù)，其在所述可磨損涂層的外表面處變成第二熱膨脹系數(shù)。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述可磨損涂層具有從所述環(huán)境阻隔涂層到所述外表面以梯度變化的熱膨脹系數(shù)。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述可磨損涂層具有的所述化合物的ln成分從所述環(huán)境阻隔涂層到所述外表面以梯度變化。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述可磨損涂層具有的所述化合物的a成分從所述環(huán)境阻隔涂層到所述外表面以梯度變化。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述可磨損涂層具有從所述環(huán)境阻隔涂層到所述外表面以梯度變化的孔隙率。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述化合物具有以下分子式：ln2amoxw1-xo8，其中0≤x≤大約0.5。

技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案6所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，0<x≤大約0.5。

技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述化合物具有以下分子式：ln2siya1-ymoxw1-xo8，其中0≤x≤大約0.5；0<y≤大約0.5；以及a為ti、ge，或者它們的組合。

技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，ln包括釔。

技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述化合物具有以下分子式：y2simoxw1-xo8，其中x為0至大約0.5；sm2simoxw1-xo8，其中x為0至大約0.5；gd2simoxw1-xo8，其中x為0至大約0.5；或者它們的組合。

技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述化合物在所述可磨損涂層中形成鋯石晶體結(jié)構(gòu)或者在所述可磨損涂層中形成白鎢礦結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述可磨損涂層具有的孔隙率小于大約15%孔隙率。

技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述可磨損涂層包括限定在基質(zhì)材料內(nèi)的不連續(xù)次生相，以及其中，具有分子式ln2abo8的化合物形成所述次生相。

技術(shù)方案14.一種在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的cmc護(hù)罩的熱氣路徑表面上的涂層系統(tǒng)，所述涂層系統(tǒng)包括：

在所述cmc護(hù)罩的所述熱氣路徑表面上的環(huán)境阻隔涂層；以及

在所述環(huán)境阻隔涂層上的可磨損涂層，其中，所述可磨損涂層包括具有以下分子式的化合物：ln2abo8，其中l(wèi)n包括鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥，或者它們的混合物；a包括si、ti、ge，或者它們的組合；并且b包括mo、w或者它們的組合。

技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案14所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述可磨損涂層是覆蓋所述cmc護(hù)罩的所述熱氣路徑表面上的所有所述環(huán)境阻隔涂層的連續(xù)涂層。

技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案14所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述可磨損涂層包括限定在基質(zhì)材料內(nèi)的不連續(xù)次生相，以及其中，具有分子式ln2abo8的化合物形成所述次生相。

技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案14所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述可磨損涂層具有從所述環(huán)境阻隔涂層到所述外表面以梯度變化的熱膨脹系數(shù)。

技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的涂層系統(tǒng)，其特征在于，所述基質(zhì)材料包括稀土二硅酸鹽、稀土單硅酸鹽或者它們的組合。

技術(shù)方案19.一種將可磨損涂層施用到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的cmc構(gòu)件上的方法，所述方法包括：

在所述cmc構(gòu)件的熱氣路徑表面的環(huán)境阻隔涂層上施用可磨損涂層，其中，所述可磨損涂層包括具有以下分子式的化合物：ln2abo8，其中l(wèi)n包括鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥，或者它們的混合物；a包括si、ti、ge，或者它們的組合；并且b包括mo、w或者它們的組合。

技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其特征在于，所述可磨損涂層具有從所述環(huán)境阻隔涂層到所述外表面以梯度變化的熱膨脹系數(shù)。

參照以下描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。附圖結(jié)合在此說明書中且構(gòu)成其一部分，附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，并且與描述一起用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖說明

在說明書中對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員闡述本發(fā)明的完整且能夠?qū)嵤┑墓_，包括其最佳模式，說明書參照了附圖，其中：

圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性橫截面圖；

圖2是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪部分的放大橫截面；

圖3是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的護(hù)罩組件的橫截面圖；

圖4是根據(jù)本文公開的一個(gè)實(shí)施例的示例性被涂覆襯底的示意性橫截面圖；

圖5是根據(jù)本文公開的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)示例性被涂覆襯底的示意性橫截面圖；

圖6是根據(jù)本文公開的一個(gè)實(shí)施例的又一個(gè)示例性被涂覆襯底的示意性橫截面圖；

圖7是根據(jù)本文公開的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)示例性被涂覆襯底的示意性橫截面圖；以及

圖8是根據(jù)本文公開的一個(gè)實(shí)施例的又一個(gè)示例性被涂覆襯底的示意性橫截面圖。

在本說明書和附圖中重復(fù)使用參考符號(hào)是意于表示本發(fā)明的相同或相似的特征或元件。

部件列表

10渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)

12軸線

14燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)

16風(fēng)扇區(qū)段

18外殼

20環(huán)形入口

22低壓壓縮機(jī)

24高壓壓縮機(jī)

26燃燒區(qū)段

28高壓渦輪

30低壓渦輪

32噴氣口噴嘴區(qū)段

34高壓軸或軸桿

36低壓軸或軸桿

37減速裝置

38風(fēng)扇軸桿或軸

40風(fēng)扇葉片

42機(jī)艙

44導(dǎo)葉

46下游區(qū)段

48空氣流道

50第一級(jí)

52環(huán)形陣列

54定子導(dǎo)葉

56環(huán)形陣列

58渦輪轉(zhuǎn)子葉片

60第二級(jí)

62環(huán)形陣列

64定子導(dǎo)葉

66環(huán)形陣列

68渦輪轉(zhuǎn)子葉片

70熱氣路徑

72護(hù)罩組件

74護(hù)罩組件

76葉片末梢

78葉片末梢

100護(hù)罩組件

102護(hù)罩

104吊架

110護(hù)罩本體

112前表面

114后表面

116內(nèi)表面

118外表面

120前凸緣

122前表面

124后表面

126膛孔

130后凸緣

132前表面

134后表面

136膛孔

160吊架本體

162臂

164臂

172前凸緣

174后凸緣

176膛孔

178膛孔

200環(huán)境阻隔涂層

202可磨損涂層

204基質(zhì)材料

206次生相

220粘合涂層

222第一稀土硅酸鹽涂層

224過渡涂層

226第二稀土硅酸鹽涂層

228外層

265層

270層

272層

274層

276層

278層。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的實(shí)施例，在圖中示出了實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例。以闡明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的方式來提供各個(gè)實(shí)例。事實(shí)上，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，可在本發(fā)明中作出各種修改和改變，而不偏離本發(fā)明的范圍或精神。例如，被示為或描述成一個(gè)實(shí)施例的一部分的特征可用于另一個(gè)實(shí)施例，以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因而，意于的是本發(fā)明覆蓋落在所附權(quán)利要求及其等效物的范圍內(nèi)的這樣的修改和改變。

如本文所用，用語“第一”、“第二”和“第三”可互換地用來區(qū)分一個(gè)元件與另一個(gè)元件，而且不意表示單獨(dú)的構(gòu)件的位置或重要性。

用語“上游”和“下游”指的是相對(duì)于流體路徑中的流體流的相對(duì)方向。例如，“上游”指的流體流出的方向，而“下游”指的是流體流去的方向。

在本公開中，當(dāng)層被描述成在另一個(gè)層或襯底“上”或“上面”時(shí)，要理解的是，層可直接接觸彼此，或者在層之間具有另一個(gè)層或結(jié)構(gòu)，除非另有明確的相反陳述。因而，這些用語只是描述層與彼此的相對(duì)位置，而未必表示“在頂部上”，因?yàn)樵谏戏交蛳路降南鄬?duì)位置取決于裝置相對(duì)于觀察者的方位。

本公開中使用化學(xué)元素的常用化學(xué)縮寫來討論化學(xué)元素，諸如通常在元素周期表中出現(xiàn)的。例如，氫由其常用化學(xué)縮寫h表示；氦由其常用化學(xué)縮寫he表示等等。“l(fā)n”指的是以下稀土元素：鈧(sc)、釔(y)、鑭(la)、鈰(ce)、鐠(pr)、釹(nd)、钷(pm)、釤(sm)、銪(eu)、釓(gd)、鋱(tb)、鏑(dy)、鈥(ho)、鉺(er)、銩(tm)、鐿(yb)、镥(lu)，或者它們的混合物。在特定實(shí)施例中，ln選自下者：釹、釓、鉺、釔和它們的混合物。

本文大體提供用于cmc護(hù)罩的涂層，及其形成方法。cmc護(hù)罩的涂層較厚、稠密且在機(jī)械上能夠抵抗渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境中的散裂和刮擦。大體與多個(gè)其它較薄的層結(jié)合起來提供厚的犧牲涂層，以在cmc襯底上形成ebc。當(dāng)施用到護(hù)罩表面上時(shí)，犧牲涂層提供在葉片末梢接觸護(hù)罩之后可被刮擦掉的厚度。因而，這個(gè)犧牲涂層在刮擦事件期間的犧牲可用來保護(hù)ebc的下面的層，諸如粘合涂層的較薄的襯層(它進(jìn)而保護(hù)cmc免受氧化)，以及/或者保護(hù)由稀土二硅酸鹽形成的較薄的襯層(它進(jìn)而保護(hù)cmc免受高溫蒸汽滲透)。還應(yīng)當(dāng)注意的是，犧牲涂層本身也可提供一些抗高溫蒸汽滲透保護(hù)。

現(xiàn)在參照附圖，圖1是可結(jié)合本公開的各種實(shí)施例的示例性高旁通渦輪風(fēng)扇類型發(fā)動(dòng)機(jī)10(本文稱為“渦輪風(fēng)扇10”)的示意性橫截面圖。如圖1中顯示的那樣，渦輪風(fēng)扇10具有延伸通過其中的縱向或軸向中心軸線12，其用于參照目的。大體上，渦輪風(fēng)扇10可包括設(shè)置在風(fēng)扇區(qū)段16下游的核心渦輪或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14可大體包括基本管狀外殼18，其限定環(huán)形入口20。外殼18可由多個(gè)殼形成。外殼18按連續(xù)流關(guān)系封閉：壓縮機(jī)區(qū)段，其具有增壓器或低壓(lp)壓縮機(jī)22、高壓(hp)壓縮機(jī)24；燃燒區(qū)段26；渦輪區(qū)段，其包括高壓(hp)渦輪28、低壓(lp)渦輪30；以及噴氣口噴嘴區(qū)段32。高壓(hp)軸或軸桿34傳動(dòng)地將hp渦輪28連接到hp壓縮機(jī)24上。低壓(lp)軸或軸桿36傳動(dòng)地將lp渦輪30連接到lp壓縮機(jī)22上。(lp)軸桿36還可連接到風(fēng)扇區(qū)段16的風(fēng)扇軸桿或軸38上。在特定實(shí)施例中，(lp)軸桿36可直接連接到風(fēng)扇軸桿38上，諸如在直驅(qū)構(gòu)造中。在備選構(gòu)造中，(lp)軸桿36可在間接驅(qū)動(dòng)式或齒輪驅(qū)動(dòng)式構(gòu)造中通過諸如減速齒輪齒輪箱的減速裝置37連接到風(fēng)扇軸桿38上。這樣的減速裝置可按期望或按需要包括在發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的任何適當(dāng)?shù)妮S/軸桿之間。

如圖1中顯示的那樣，風(fēng)扇區(qū)段16包括多個(gè)風(fēng)扇葉片40，它們聯(lián)接到風(fēng)扇軸桿38上，并且從風(fēng)扇軸桿38沿徑向向外延伸。環(huán)形風(fēng)扇殼或機(jī)艙42沿周向包圍風(fēng)扇區(qū)段16和/或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14的至少一部分。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，機(jī)艙42可構(gòu)造成相對(duì)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14由多個(gè)沿周向間隔開的出口導(dǎo)葉44支承。此外，機(jī)艙42的下游區(qū)段46(導(dǎo)葉44的下游)可在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14的外部部分上面延伸，以在它們之間限定旁通空氣流道48。

圖2提供可結(jié)合本發(fā)明的各種實(shí)施例的圖1中顯示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14的hp渦輪28部分的放大橫截面圖。如圖2中顯示的那樣，hp渦輪28按連續(xù)流關(guān)系包括：第一級(jí)50，其包括成環(huán)形陣列52的定子導(dǎo)葉54(僅顯示了一個(gè))，其沿軸向與成環(huán)形陣列56的渦輪轉(zhuǎn)子葉片58(僅顯示了一個(gè))間隔開。hp渦輪28進(jìn)一步包括第二級(jí)60，第二級(jí)60包括成環(huán)形陣列62的定子導(dǎo)葉64(僅顯示了一個(gè))，其沿軸向與成環(huán)形陣列66的渦輪轉(zhuǎn)子葉片68(僅顯示了一個(gè))間隔開。渦輪轉(zhuǎn)子葉片58、68從hp軸桿34沿徑向向外延伸且聯(lián)接到hp軸桿34上(圖1)。如圖2中顯示的那樣，定子導(dǎo)葉54、64和渦輪轉(zhuǎn)子葉片58、68至少部分地限定熱氣路徑70，以將燃燒氣體從燃燒區(qū)段26(圖1)發(fā)送通過hp渦輪28。

如圖2中進(jìn)一步顯示的那樣，hp渦輪可包括一個(gè)或多個(gè)護(hù)罩組件，它們中的各個(gè)圍繞成環(huán)形陣列的轉(zhuǎn)子葉片形成環(huán)形環(huán)。例如，護(hù)罩組件72可圍繞第一級(jí)50的成環(huán)形陣列56的轉(zhuǎn)子葉片58形成環(huán)形環(huán)，并且護(hù)罩組件74可圍繞第二級(jí)60的成環(huán)形陣列66的渦輪轉(zhuǎn)子葉片68形成環(huán)形環(huán)。大體上，護(hù)罩組件72、74的護(hù)罩與各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片68的葉片末梢76、78沿徑向間隔開。在葉片末梢76、78和護(hù)罩之間限定徑向間隙或隙距cl。護(hù)罩和護(hù)罩組件大體減少來自熱氣路徑70的泄漏。

應(yīng)當(dāng)注意，可另外類似地在低壓壓縮機(jī)22、高壓壓縮機(jī)24和/或低壓渦輪30中使用護(hù)罩和護(hù)罩組件。因此，本文公開的護(hù)罩和護(hù)罩組件不局限于在hp渦輪中使用，而是可在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的任何適當(dāng)?shù)膮^(qū)段中使用。

現(xiàn)在參照?qǐng)D3，公開了護(hù)罩組件100和其護(hù)罩102。本文公開的護(hù)罩組件100可用來代替上面論述的護(hù)罩組件72、74，或者發(fā)動(dòng)機(jī)10中的任何其它適當(dāng)?shù)淖o(hù)罩組件。類似地，本文公開的護(hù)罩102可用來代替上面論述的護(hù)罩76、78，或者發(fā)動(dòng)機(jī)10中的任何其它適當(dāng)?shù)淖o(hù)罩。

根據(jù)本公開的護(hù)罩102和護(hù)罩組件100提供多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。特別地，根據(jù)本公開的護(hù)罩102為“開放”式護(hù)罩，其具有改進(jìn)的結(jié)構(gòu)剛性。當(dāng)護(hù)罩由陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(“cmc”)材料形成時(shí)，根據(jù)本公開的護(hù)罩設(shè)計(jì)是特別有利的。

圖3示出根據(jù)本公開的護(hù)罩組件100，其包括護(hù)罩102和吊架104。根據(jù)本公開的護(hù)罩102可包括例如護(hù)罩本體110、前凸緣120和后凸緣130。在示例性實(shí)施例中，護(hù)罩本體110和凸緣120、130(以及大體上護(hù)罩102)可由cmc材料形成，但在備選實(shí)施例中，護(hù)罩本體110和凸緣120、130(以及大體上護(hù)罩102)可由諸如金屬等的另一種適當(dāng)?shù)牟牧闲纬?。特別地，在示例性實(shí)施例中，護(hù)罩本體110和凸緣120、130可為一體的，并且因而大體形成為單個(gè)構(gòu)件。

護(hù)罩本體110可包括前表面112和后表面114。后表面114沿軸向與前表面112間隔開，諸如當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)10中時(shí)，大體沿著中心12間隔開。內(nèi)表面116和外表面118可各自在前表面112和后表面114之間延伸。外表面118沿徑向與內(nèi)表面116間隔開。當(dāng)護(hù)罩102在發(fā)動(dòng)機(jī)10中時(shí)，內(nèi)表面116可暴露于熱氣路徑70，同時(shí)外表面118因而沿徑向與熱氣路徑70間隔開。

前凸緣120和后凸緣130可各自從護(hù)罩本體110延伸，諸如從其外表面118延伸。后凸緣130可沿軸向與前凸緣120間隔開。另外，前凸緣120可大體定位在本體110的前表面112附近，而后凸緣130則大體定位在本體110的后表面114附近。各個(gè)凸緣120、130可分別包括前表面122、132(分別)和后表面124、134。如所顯示的那樣，凸緣120、130可各自大體沿周向沿著它們的長(zhǎng)度延伸，并且因而沿周向定向。

另外，一個(gè)或多個(gè)膛孔126、136可分別限定在各個(gè)凸緣120、130中。各個(gè)膛孔126、136例如可大體沿軸向延伸通過在相關(guān)聯(lián)的前表面122、132和相關(guān)聯(lián)的后表面124、134之間的相關(guān)聯(lián)的凸緣120、130。膛孔126、136大體用來將護(hù)罩102聯(lián)接到吊架104上。例如，銷可插入到膛孔126、136和吊架104的相關(guān)聯(lián)膛孔中，以將護(hù)罩102聯(lián)接到吊架104上。

簡(jiǎn)要地參照?qǐng)D3，示出了示例性吊架104。吊架104大體聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)10中的護(hù)罩102上且支承它，而且吊架104本身由發(fā)動(dòng)機(jī)10中的各種其它構(gòu)件支承。吊架104可包括吊架本體160，以及前吊架臂162和后吊架臂164，前吊架臂162和后吊架臂164從吊架本體160延伸，諸如從吊架本體160沿徑向向外延伸(遠(yuǎn)離熱氣路徑70)。因而吊架本體160可在臂162、164之間延伸。后臂164可沿軸向與前臂162間隔開，如所顯示的那樣。

吊架104可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)凸緣，其從吊架本體1650延伸，諸如沿徑向向內(nèi)(朝向熱氣路徑70)從吊架本體160延伸。例如，前凸緣172和后凸緣174可從吊架本體160延伸。后凸緣174可沿軸向與前凸緣172間隔開。前凸緣172可接近前吊架臂162，而后凸緣174則可接近后吊架臂164。一個(gè)或多個(gè)膛孔176、178可分別限定在凸緣172、174中。

當(dāng)組裝好時(shí)，護(hù)罩凸緣120、130的膛孔126、136可大體與相關(guān)聯(lián)的吊架膛孔176、178對(duì)齊。例如，膛孔126可與膛孔176對(duì)齊，并且膛孔136可與膛孔178對(duì)齊。一個(gè)或多個(gè)銷180可穿過相關(guān)聯(lián)的膛孔，并且因而延伸通過相關(guān)聯(lián)的膛孔，將吊架104和護(hù)罩102聯(lián)接到一起。在顯示的一些實(shí)施例中，銷180可延伸通過對(duì)齊的膛孔126、176、136和178。備選地，可對(duì)對(duì)齊的膛孔126、176和對(duì)齊的膛孔136、178使用單獨(dú)的銷。

圖4、5和6顯示其上具有環(huán)境阻隔涂層(ebc)200和可磨損涂層202的護(hù)罩本體110的內(nèi)表面116的實(shí)施例的特寫橫截面圖。如所顯示的那樣，ebc200定位在內(nèi)表面116的表面111和可磨損涂層202之間。可磨損涂層202較厚、稠密，而且在機(jī)械上能抵抗渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境中的削擦和刮擦，以便用作保護(hù)下面的ebc200和cmc襯底110的厚犧牲涂層。

在一個(gè)實(shí)施例中，ebc200大體包括多個(gè)層，諸如粘合涂層層、一個(gè)或多個(gè)密封層、一個(gè)或多個(gè)過渡層、外部涂層層等。參照?qǐng)D4，顯示了示例性ebc200在cmc護(hù)罩110和可磨損涂層202之間。在顯示的示例性實(shí)施例中，粘合涂層220定位在cmc護(hù)罩110的表面111上(例如，具有大約1μm至大約2600μm的厚度)。粘合涂層220可為直接定位在cmc護(hù)罩110的表面111上的硅層。第一稀土硅酸鹽涂層222在粘合涂層220上(例如，具有大約1μm至大約2600μm的厚度)，并且可由至少一個(gè)稀土硅酸鹽層形成(例如，稀土二硅酸鹽)。在ebc200內(nèi)顯示了可選的過渡涂層224(例如，包括鋇-鍶-鋁硅酸鹽(bsas))(例如，具有大約1μm至大約2600μm的厚度)，以及可選的第二密封層226(例如，具有大約1μm至大約2600μm的厚度，并且/或者包括稀土二硅酸鹽)。還在ebc200內(nèi)顯示了可選的外部涂層226(例如，包括稀土單硅酸鹽)(例如，具有大約1μm至大約130μm的厚度)。

如所陳述的那樣，粘合涂層220定位在cmc護(hù)罩110中，而且在大多數(shù)實(shí)施例中，粘合涂層220直接接觸表面111。粘合涂層大體對(duì)下面的cmc護(hù)罩110提供氧化保護(hù)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，粘合涂層26是硅粘合涂層。粘合涂層將在使用期間中氧化(在使用之后)而形成氧化硅層，其定位在粘合涂層和第一稀土硅酸鹽涂層之間。

第一稀土硅酸鹽涂層222大體提供密封，而不受高溫蒸汽影響。在一個(gè)實(shí)施例中，第一稀土硅酸鹽涂層222由至少一層漿料淀積的釔鐿二硅酸鹽(ybyds)層形成，并且可如期望的那樣摻有雜質(zhì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一稀土硅酸鹽涂層222由至少一層空氣等離子體噴涂的釔鐿二硅酸鹽(ybyds)形成。在第一稀土硅酸鹽涂層220中可存在其它硅酸鹽層，以便提供密封，而不受高溫蒸汽影響，諸如ybds、luds、tmds、luyds、tmyds等。(其中l(wèi)u=镥且tm=銩)，但可使用任何稀土二硅酸鹽。

過渡層224是可選的，而且可包括諸如具有一系列bao、sro、al2o3和/或sio2成分的鋇鍶鋁硅酸鹽(bsas)材料。

第二稀土硅酸鹽涂層226還提供密封，而不受高溫蒸汽影響。在一個(gè)實(shí)施例中，第二稀土硅酸鹽涂層226由至少一層漿料淀積的釔鐿二硅酸鹽(ybyds)層形成，并且可如期望的那樣摻有雜質(zhì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二稀土硅酸鹽涂層226由至少一層空氣等離子體噴涂的釔鐿二硅酸鹽(ybyds)形成。在第二稀土硅酸鹽涂層226中可存在其它硅酸鹽層，類似于上面關(guān)于第一稀土硅酸鹽涂層222所描述的那些，以便提供密封，而不受高溫蒸汽影響。在一個(gè)特定實(shí)施例中，第一稀土硅酸鹽涂層222和第二稀土硅酸鹽涂層226在成分方面是基本相同的。

第一稀土硅酸鹽涂層222和第二稀土硅酸鹽涂層226兩者可通過漿料淀積形成。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一稀土硅酸鹽涂層222和第二稀土硅酸鹽涂層226兩者可通過空氣等離子體噴涂處理形成。

最后，外層228定位在第二稀土硅酸鹽涂層226上。在一個(gè)實(shí)施例中，外層228包括至少一個(gè)漿料淀積的釔單硅酸鹽(yms)層，并且可如期望的那樣摻有雜質(zhì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，外層228由至少一層空氣等離子體噴涂的釔單硅酸鹽(yms)形成。外層228提供針對(duì)蒸汽衰退和熔融灰塵的保護(hù)?？稍谕獠客繉觾?nèi)使用除了稀土硅酸鹽之外的材料，諸如稀土鉿酸鹽、稀土鋯酸鹽、稀土鎵酸鹽(例如，單斜型，諸如ln4ga2o9)、稀土單鈦酸鹽(例如，ln2tio5)、稀土鈰酸鹽(例如，ln2ceo5)、稀土鍺酸鉍(例如，ln2geo5)或者它們的混合物。但是，與稀土硅酸鹽相比，所有這些材料都具有較高的熱膨脹系數(shù)(cte)。因而，稀土單硅酸鹽是優(yōu)選的。提供二氧化鉿、稀土穩(wěn)定化二氧化鉿和稀土穩(wěn)定化氧化鋯來針對(duì)蒸汽衰退進(jìn)行保護(hù)，但不是cmas，而且它們比稀土單硅酸鹽具有更高的cte。

如圖4、5和6中顯示的那樣，可磨損涂層202定位在ebc200的外表面201上，以便保護(hù)下面的ebc200免受刮擦事件的影響?？赡p涂層202的厚度可取決于構(gòu)件的特定用途而改變。在一個(gè)實(shí)施例中，可磨損涂層202淀積成1微米至2540微米(100密耳)的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，可磨損涂層典型地淀積得比各個(gè)下面的ebc層更厚得多。如果想要的話，可磨損涂層可淀積超過2540微米厚，因?yàn)椴皇菬崤蛎浭洚a(chǎn)生該厚度。

可磨損涂層202包括具有以下分子式的化合物：ln2abo8，其中l(wèi)n包括稀土元素或者稀土元素的組合；a包括si、ti、ge，或者它們的組合；并且b包括mo、w或者它們的組合。如上面陳述的那樣，“l(fā)n”指的是以下稀土元素：鈧(sc)、釔(y)、鑭(la)、鈰(ce)、鐠(pr)、釹(nd)、钷(pm)、釤(sm)、銪(eu)、釓(gd)、鋱(tb)、鏑(dy)、鈥(ho)、鉺(er)、銩(tm)，鐿(yb)、镥(lu)，或者它們的混合物。在特定實(shí)施例中，ln選自下者：釹、釓、鉺、釔和它們的混合物。

在一個(gè)實(shí)施例中，b包括mo。在某些實(shí)施例中，b包括mo和w的組合。例如，化合物可具有分子式ln2amoxw1-xo8，其中0≤x≤大約0.5(例如，大約0.1≤x≤大約0.5)。

化合物分子式ln2abo8在諸如在燃?xì)鉁u輪的熱氣路徑中出現(xiàn)的高溫蒸汽中展現(xiàn)最高穩(wěn)定性，化合物中最不穩(wěn)定的元素在b位點(diǎn)處(即，mo和/或w)。但是，即使一些mo或w揮發(fā)，在表面上的結(jié)果也可為ln2ao5化合物，它也很耐受高溫蒸汽衰退。因而，在一個(gè)實(shí)施例中，可選擇ln位點(diǎn)處的材料，使得氧基磷石灰(oxyapatite)相和ln2ao5相的混合物在涂層的表面上形成。這個(gè)反應(yīng)會(huì)密封材料，使得熔融鋁硅酸鹽無法深度滲透到ebc系統(tǒng)中。而且，ln2abo8熔融鋁硅酸鹽反應(yīng)層中的ln2ao5組分的存在會(huì)提高粘合性，因?yàn)閘n2ao5比氧基磷石灰具有更低的熱膨脹；從而使得凈熱膨脹接近襯底的熱膨脹。此外，ln2ao5和由于熔融鋁硅酸鹽和層之間的反應(yīng)而產(chǎn)生的氧基磷石灰相(包括ln2abo8)能夠耐受高溫蒸汽衰退。

雖然a可為si、ti、ge中的任一個(gè)，或者它們的組合，但在一個(gè)特定實(shí)施例中，a包括單獨(dú)的si或者si與ti和/或ge。例如，化合物可具有以下分子式：ln2siya1-ymoxw1-xo8，其中0≤x≤大約0.5；0<y≤大約0.5；并且a是ti、ge，或者它們的組合。

在圖4中顯示的實(shí)施例中，可磨損涂層202可具有單相結(jié)構(gòu)(例如，鋯石晶體結(jié)構(gòu)或白鎢礦晶體結(jié)構(gòu))，具有小于大約10體積%的次生晶體相。在這個(gè)實(shí)施例中，大體將可磨損涂層202描述成連續(xù)稠密層，它形成襯底上的任何類型的tbc或ebc系統(tǒng)的暴露的外表面，孔隙率小于大約15%。在其它實(shí)施例中，可磨損層26可包括連續(xù)多孔層(例如，大于大約15%孔隙率)和/或一定型式的稠密(例如，小于大約15%孔隙率)可磨損凸脊?？赡p涂層可由單個(gè)層或多個(gè)層形成。

可大體選擇在涂層中使用的化合物中的組分，以確保有單相晶體結(jié)構(gòu)(例如，鋯石結(jié)構(gòu)或白鎢礦結(jié)構(gòu))，以及密切地匹配ebc的外層228和/或下面的cmc表面111的熱膨脹系數(shù)(“cte”)。cte匹配(或接近匹配)可使得能夠在ebc的表面201上形成和運(yùn)行稠密的無裂紋的涂層層。例如，如果襯底是包括碳化硅的cmc，則包括具有分子式y(tǒng)2simoxw1-xo8(其中x為0至大約0.5，諸如y2simoo8)的化合物的涂層可能是特別合適的，因?yàn)閟ic和y2simoo8有接近的cte。因而，化合物的優(yōu)選實(shí)施例可具有以下分子式：ln2siya1-ymoxw1-xo8，其中0≤x≤大約0.5；0≤y≤大約0.5；并且a是ti、ge、sn、ce、hf、zr，或者它們的組合，尤其是當(dāng)化合物具有鋯石晶體結(jié)構(gòu)時(shí)。在某些實(shí)施例中，當(dāng)b包括鎢(w)時(shí)，具有特別合適的熱膨脹系數(shù)的化合物包括sm2simoxw1-xo8(其中x為0至大約0.5，諸如sm2siwo8)、gd2simoxw1-xo8(其中x為0至大約0.5，諸如gd2siwo8)，以及它們的組合。

ln2abo8的許多其它化合物具有白鎢礦結(jié)構(gòu)，白鎢礦結(jié)構(gòu)可具有幾乎等于siccmc的熱膨脹或者高于siccmc的熱膨脹。但是，如果高于sic，則包括由這些材料形成的白鎢礦的沿豎向裂開的層仍然可提供一些可磨損性。另外，分子式ln2abo8的化合物(具有鋯石或白鎢礦結(jié)構(gòu))可額外地提供針對(duì)熔融鋁硅酸鹽，特別是包括污垢或砂子的那些的保護(hù)。也就是說，涂層抵抗熔融鋁硅酸鹽本身，使得盡管與熔融鋁硅酸鹽反應(yīng)，涂層層仍然是密封的。

不想受任何特定理論的約束，相信可通過改變由分子式中的“a”表示的元素(一個(gè)或多個(gè))的大小來控制ln2abo8化合物的cte。也就是說，通過故意在ln2abo8化合物中使用si、ti、ge或者它們的組合，可控制產(chǎn)生的涂層的cte。更特別地，增大由分子式中的“a”表示的位置處的元素(一個(gè)或多個(gè))的離子大小可導(dǎo)致涂層中的cte增大。

參照?qǐng)D6，顯示了可磨損涂層202具有限定在基質(zhì)材料204內(nèi)的不連續(xù)次生相206。在一個(gè)實(shí)施例中，不連續(xù)次生相由具有上面描述的分子式ln2abo8的化合物形成?；|(zhì)材料可由可磨損材料、稀土硅酸鹽(例如，稀土二硅酸鹽、稀土單硅酸鹽或者它們的組合)等，或者它們的組合形成。在一個(gè)特定實(shí)施例中，由稀土二硅酸鹽形成的基質(zhì)材料204是連續(xù)基質(zhì)，有或沒有在連續(xù)相內(nèi)混合的稀土單硅酸鹽。

圖4-6的實(shí)施例顯示了可磨損涂層202限定護(hù)罩構(gòu)件的外表面。因而，可磨損涂層202可接收任何葉片撞擊的沖擊，同時(shí)保護(hù)下面的ebc層。

可使用任何適當(dāng)?shù)姆椒▉韺⒖赡p涂層202施用到ebc上，包括漿料工藝、噴涂淀積工藝、添加制造(即，一層一層建造的3d打印)等，接著是熱處理，以將淀積層合并成單個(gè)層。在一個(gè)實(shí)施例中，可磨損涂層202形成為使得在可磨損涂層202內(nèi)形成分級(jí)的成分、可磨損性和/或孔隙率。例如，可磨損涂層202在下面的ebc附近可具有較低的cte，但分級(jí)成在暴露表面附近具有較高的cte。另外或備選地，可磨損涂層202在下面的ebc附近可具有較低的可磨損性，但分級(jí)成在暴露表面附近具有較高的可磨損性。因而，可磨損涂層202在暴露的表面處有刮擦事件時(shí)可更屈服，但在下面的ebc附近則更結(jié)實(shí)。

在一個(gè)實(shí)施例中，可磨損涂層202在成分上分級(jí)，以與具有分級(jí)的密度/孔隙率相反，或者作為具有分級(jí)的密度/孔隙率的補(bǔ)充而控制厚度中的特定深度處的層屬性。例如，包括在化合物ln2abo8中的特定元素可在成分上分級(jí)，以調(diào)節(jié)cte和/或可磨損性。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用具有最接近下面的表面的材料的cte的成分，并且在其延伸遠(yuǎn)離下面的材料時(shí)使其變成不同的cte(例如，較高的cte)。

在一個(gè)實(shí)施例中，ln組分的成分在可磨損涂層202內(nèi)的特定厚度處可為不同的(例如，分級(jí))。例如，sm可包括在ln組分中，它可過渡成具有較小離子半徑的另一個(gè)元素(例如，沿著周期表到右邊，諸如gd)，以產(chǎn)生較高的cte。成分變化可為在厚度上的局部變化(例如，ln包括gd，變成包括sm和gd兩者，隨著遠(yuǎn)離下面的層的距離增加，gd的深度相對(duì)于sm提高)或完全變化(例如，從起始組分變成不同的第二組分，諸如隨著遠(yuǎn)離下面的層的距離增加，從sm變成sm和gd，然后變成gd)。

a組分在成分上在可磨損涂層202內(nèi)的特定厚度處也可能是不同的(例如，分級(jí))。例如，si可包括在a組分中，它可過渡成具有較大的離子半徑的另一個(gè)元素(例如，過渡成gm，過渡成ti等)，以產(chǎn)生較高的cte。成分變化可為在厚度上的局部變化或者完全變化。

b組分在可磨損涂層202內(nèi)的特定厚度處在成分上也為不同的(例如，分級(jí))。例如，w可包括在b組分中，它可過渡成具有較大的離子半徑的另一個(gè)元素(例如，過渡成mo)，以降低cte和提高可磨損性。成分變化可為在厚度上的局部變化或者完全變化。

參照?qǐng)D7，可通過將多個(gè)265層270、272、274、276、278淀積在ebc200的表面201上來形成成分梯度，諸如通過噴涂淀積、漿料淀積、添加制造等。在某些實(shí)施例中，各個(gè)層可形成有不同的成分和/或孔隙率。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，ln、a和/或b中的至少一個(gè)針對(duì)各個(gè)層265改變。例如，多個(gè)265層可包括在相鄰層270、272、274、276、278之間的逐步成分變化，以在熱處理之后產(chǎn)生分級(jí)可磨損涂層202，如圖8中顯示的那樣。產(chǎn)生的分級(jí)可磨損涂層202可在分級(jí)可磨損涂層202的厚度中具有線性變化(即，基本恒定的變化變化)。備選地，成分變化可在整個(gè)分級(jí)可磨損涂層202中改變，例如第一半厚度可具有特定變化速度，而第二半厚度則可具有第二變化速率。例如，成分變化速率在第一半厚度中可較快，而成分變化速率在第二半厚度中較慢。

雖然已經(jīng)按照一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施例來描述了本發(fā)明，但明顯的是本領(lǐng)域技術(shù)人員可采用其它形式。要理解的是，與本文描述的涂層成分結(jié)合起來使用“包括”特別地公開和包括其中涂層成分“基本包括”所指定的組分(即，包含所指定的組分且不包含顯著地不利地影響公開的基本和新穎特征的其它組分)的實(shí)施例，以及其中涂層成分“包括”所指定的組分(即，僅包括所指定的組分，除了天然地且不可避免地存在于各個(gè)所指定的組分中的污染物之外)的實(shí)施例。

本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例包括不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意于處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。