RU2509177C2 - Подложка с керамическим покрытием, создающим термический барьер, с двумя керамическими слоями - Google Patents

Подложка с керамическим покрытием, создающим термический барьер, с двумя керамическими слоями Download PDF

Info

Publication number
RU2509177C2
RU2509177C2 RU2009119821/02A RU2009119821A RU2509177C2 RU 2509177 C2 RU2509177 C2 RU 2509177C2 RU 2009119821/02 A RU2009119821/02 A RU 2009119821/02A RU 2009119821 A RU2009119821 A RU 2009119821A RU 2509177 C2 RU2509177 C2 RU 2509177C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
coating
thermal barrier
ceramic
layer
Prior art date
Application number
RU2009119821/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009119821A (ru
Inventor
Андреа БОЛЬЦ
Эккарт ШУМАНН
Рамеш СУБРАМАНИАН
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=39797447&utm_source=***_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2509177(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2009119821A publication Critical patent/RU2009119821A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2509177C2 publication Critical patent/RU2509177C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/083—Oxides of refractory metals or yttrium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • C23C28/3215—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer at least one MCrAlX layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C23C28/3455—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/611—Coating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24479—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including variation in thickness
    • Y10T428/24612—Composite web or sheet

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

Изобретение относится к многослойным системам, создающим термический барьер. Подложка с покрытием, создающим термический барьер, содержит упомянутую подложку, упомянутое керамическое покрытие, выполненное из двух керамических слоев, при этом упомянутое покрытие имеет разные толщины на разных участках на упомянутой подложке. Между внутренним керамическим слоем и внешним керамическим слоем не имеется металлического слоя, причем упомянутое покрытие на упомянутой подложке имеет первую область и вторую область. Внешний слой толще, в частности, по меньшей мере, вдвое толще, на второй области, чем керамический слой на первой области на упомянутой подложке. Технический результат заключается в создании термического барьера с высоким сопротивлением тепловым и механическим напряжениям. 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Description

Изобретение относится к подложке с покрытием, создающим термический барьер, выполненное из двух керамических слоев, согласно п.1 формулы изобретения.
US 4,299,865 раскрывает двухслойное керамическое, создающее термический барьер покрытие с внешним слоем, который имеет очень высокую пористость от 20% объема до 33% объема, и плотный внутренний, керамический, создающий термический барьер слой.
Создающие термические барьеры покрытия, по существу, представляют собой рабочие слои и обеспечивают защиту подложки от перегрева. Подложка имеет достаточно высокую механическую прочность и, таким образом, создающие термический барьер покрытия подвергаются воздействию тепловой силы и механическим напряжениям и могут разрушаться в результате трещин.
Следовательно, целью изобретения является обеспечение, создающего термический барьер покрытия и элемента, в котором слои обладают лучшей способностью выдерживать тепловые и механические напряжения.
Эта цель достигается посредствам подложки с покрытием, создающим термический барьер, согласно п.1 формулы изобретения.
В связи с вышеизложенным предлагается следующее изобретение.
Подложка с покрытием, создающим термический барьер, которая содержит:
упомянутую подложку,
упомянутое керамическое покрытие, выполненное из двух керамических слоев,
при этом упомянутое покрытие имеет разные толщины на разных участках на упомянутой подложке, причем
между внутренним керамическим слоем и внешним керамическим слоем не имеется металлического слоя, причем
упомянутое покрытие на упомянутой подложке имеет первую область и вторую область, при этом внешний слой толще, в частности, по меньшей мере, вдвое толще, на второй области, чем керамический слой на первой области на упомянутой подложке.
Предпочтительно на первой области на подложке толщина двух керамических слоев является одинаковой.
Предпочтительно толщина внутреннего керамического слоя одинаковая на всех областях подложки.
Предпочтительно создающее термический барьер покрытие состоит из двух керамических слоев.
Предпочтительно внутренний слой содержит ZrO2.
Предпочтительно внешний керамический слой содержит пирохлорную структуру.
Предпочтительно пористость внутренних слоев меньше, чем 20% объема (<20%), в частности меньше, чем 15% объема.
Предпочтительно пористость внешних слоев меньше, чем 20% объема (<20%), в частности меньше, чем 15% объема.
Предпочтительно элемент представляет собой лопатку турбины.
Предпочтительно на аэродинамической поверхности толщина внешнего слоя больше, чем толщина расположенного ниже слоя.
Предпочтительно на платформе толщина внешнего слоя равна толщине внутреннего керамического слоя.
На Фиг.2 показан один элемент с создающим термический барьер покрытием,
На Фиг.1, 3, 4 показано поперечное сечение, создающего термический барьер покрытия,
На Фиг.5 показана газовая турбина,
На Фиг.6 показан перспективный вид лопатки или лопасти и
На Фиг.7 показан перечень супер-сплавов.
На фигурах показаны только иллюстративные варианты осуществления изобретения.
На Фиг.1 показан пример создающего термический барьер покрытия 7. Подложка с покрытием, создающим термический барьер 1, 120, 13 0, содержит металлическую подложку 4, которая, предпочтительно, представляет собой материал на основе кобальта или никеля, в частности, выполненную из одного супер-сплава, представленного на фиг.7, и элемент 120, 130 (фиг.6) для газовой турбины 100 (фиг.5).
Предпочтительно, металлический соединяющий слой, предпочтительно, из MCrAlX сплава, наносится на подложку 4 и под создающий термический барьер покрытие 7 (не показано).
Предпочтительно, термически нанесенный оксидный слой (TGO), образован на этом металлическом соединяющем слое или на подложке 4 во время работы или перед нанесением керамического покрытия 7 (не показано).
По меньшей мере, двухслойное керамическое, создающее термический барьер покрытие 7 наносится (фиг.1, 3, 4) на подложку 4. Создающее термический барьер покрытие 7 (ТВС) содержит два слоя 10, 13. В частности, ТВС 7 состоит из двух керамических слоев 10, 13. Самый внешний слой 13, в частности, выполнен из пористой структуры.
Наиболее предпочтительные материалы для этой пористой структуры внешнего слоя 13 являются гафний гадолиния (например, Gd2Hf2O7) или цирконат гадолиния (например, Gd2Zr2O7).
Внутренний или нижерасположенный, керамический, создающий термический барьер слой 10 наносится на металлическое соединяющее покрытие или на подложку 4 и, предпочтительно, выполнен, по меньшей мере, частично, из стабилизированной двуокиси циркония. Пористость слоев 10, 13, предпочтительно, составляет меньше, чем 20%.
Общая толщина керамического, создающего термический барьер покрытия 7, которая может быть подсчитана из толщин слоев 10, 13, изменяется на разных участках 403, 406 (фиг.2, 3) подложки 4. Но зависимость толщин отдельных слоев 10, 13 может изменяться на разных участках 403, 406 на подложке 4.
Предпочтительно, между внутренним 10 и внешним 13 керамическим слоем не имеется металлического слоя.
На фиг.2 показана лопатка 120, 130 турбины с аэродинамической поверхностью 406 и платформой 403.
На аэродинамической поверхности 406 керамическое покрытие 7 толще (фиг.3), чем на платформе 403. Но толщина керамического покрытия 7 на аэродинамической поверхности 406 главным образом, предпочтительно, увеличивается только из-за увеличения толщины внешнего слоя 13. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что изменяются только параметры покрытия внешнего слоя 13.
Предпочтительно, на аэродинамической поверхности 406 внешний слой 13, по меньшей мере, имеет двойную толщину, по сравнению с расположенным ниже слоем 10. Особенно предпочтительно, внешний слой 13 имеет, приблизительно, двойную толщину, по сравнению с расположенным ниже слоем 10.
На платформе 403 внешний слой 13, предпочтительно, имеет такую же толщину, как и расположенный ниже керамический слой 10.
Внутренний керамический слой 10, предпочтительно, содержит двуокись циркония (ZrO2), предпочтительно, по меньшей мере, частично, стабилизированную двуокись циркония. Внешний керамический слой 13, предпочтительно, содержит пирохлорную структуру.
Также является возможным, что внешний слой 13 имеет одинаковую толщину на разных участках 403, 406, а разница в толщине достигается только из-за увеличения толщины внутреннего слоя 10 (фиг.4).
На Фиг.6 показан перспективный вид лопатки 120 ротора или направляющей лопасти 130 турбомашины, которая расположена вдоль продольной оси 121.
Турбомашина может представлять собой газовую турбину воздушного судна или электростанции для выработки электричества, паровую турбину или компрессор.
Лопатка или лопасть 120, 130 имеет область 400 соединения, связывая платформу 403 лопатки или лопасти и основную лопатку или основную часть 406 последовательно вдоль продольной оси 121. Как и направляющая лопасть 130, лопасть 130 может иметь дополнительную платформу (не показана) на своей верхней части 415 лопасти.
Основание 183 лопатки или лопасти, которое используется для присоединения лопаток 120, 130 ротора к валу или диску (не показаны), образовано на области 400 соединения. Основание 183 лопатки или лопасти выполнено, например, в форме головки молотка. Другие конструкции, такие как елочная или основание в виде «ласточкина хвоста», также являются возможными. Лопатка или лопасть 120, 130 имеет переднюю кромку 409 и заднюю кромку 412 для среды, которая обтекает основную часть 406 лопатки или лопасти.
В случае традиционных лопаток или лопастей 120, 130, в качестве примера, твердые металлические материалы, в особенности супер-сплавы, используются на всех областях 400, 403, 406 лопатки или лопасти 120, 130. Супер-сплавы этого типа известны, например, из EP 1204776 B1, EP 1306454, ЕР 1319729 A1, WO 99/67435 или WO 00/44949; эти документы составляют часть настоящего описания изобретения с точки зрения химического состава сплава. Лопатки или лопасти 120, 130, в этом случае, могут быть изготовлены с помощью процесса литья, также посредством направленного затвердевания, с помощью процесса штамповки, процесса фрезерования или их сочетаний.
Заготовки с монокристаллической структурой или структурами используются в качестве элементов для машин, которые подвергаются высоким механическим, тепловым и/или химическим нагрузкам во время работы. Монокристаллические заготовки этого типа изготовлены, например, с помощью направленного затвердевания из расплава. Это включает в себя процессы литья, в которых жидкий металлический сплав затвердевает для образования монокристаллической структуры, т.е. монокристаллической заготовки, т.е. направленно. В процессе, дендритные кристаллы образуются по направлению теплового потока, и образует либо расположенную столбцами зерновую структуру (т.е. с зернами, которые проходят по всей длине заготовки и упомянуты в этом контексте, в соответствии со стандартной терминологией, в качестве направленного затвердевания) или монокристаллическую структуру, т.е. вся заготовка состоит из монокристалла. В этом процессе, необходимо избегать перехода к шарообразному (поликристаллическому) затвердеванию, так как ненаправленный рост неизбежно приведет к образованию поперечных и продольных межзеренных границ, что сведет на нет полезные свойства направленного затвердевания или монокристаллического элемента. Где микроструктуры, полученные направленным затвердеванием, упоминаются, в общем, это следует понимать в качестве охватывающих оба монокристалла, которые не имеют каких-либо межзеренных границ, или в большинстве случаев имеют межзеренные границы с малым углом и расположенные столбцами кристаллические структуры, которые имеют межзеренные границы, проходящие в продольном направлении, но не имеют какие-либо поперечные межзеренные границы. В случае этих последних кристаллических структур, также является возможной ссылка на микроструктуры, полученные направленным затвердеванием (структуры, полученные направленным затвердеванием). Процессы этого типа известны из US 6,024,792 и EP 0892090 A1.
Также, лопатки или лопасти 120, 130 могут иметь покрытия, защищающие от коррозии или окисления, например, (MCrAlX; M представляет собой, по меньшей мере, один химический элемент, выбранный из группы, состоящий из железа (Fe), кобальта (Co), никеля (Ni), X является активным химическим элементом и обозначает иттрий (Y) и/или кремний и/или, по меньшей мере, один редкоземельный элемент, или гафний (Hf)). Сплавы этого типа известны из EP 0486489 B1, EP 0786017 B1, EP 0412397 B1 или EP 1306454 A1.
Также, является возможным для создающего термический барьер покрытия, состоящего, например, из ZrO2, Y2O4-ZrO2, т.е. которое не является частично или полностью стабилизированным оксидом иттрия и/или оксидом кальция, и/или оксидом магния, присутствовать в MCrAlX. Расположенные столбцами зерна выполнены в создающем термический барьер покрытии с помощью соответствующих процессов нанесения покрытия, таких как, например, электронно-лучевое нанесение покрытия осаждением из паров (EB-PVD).
Термин восстановленный означает, что может быть необходимо удалять защитные слои с элементов 120, 130 после их использования (например, с помощью пескоструйной обработки). Затем, ржавые и/или окисленные слои или продукты удаляются. Если необходимо, трещины в элементе 120, 130 также заделываются, используя пайку, в соответствии с изобретением. За этим следует повторное нанесение покрытия на элемент 120, 130, после чего элемент 120, 130 может снова использоваться.
Лопатка или лопасть 120, 130 может представлять собой монолитную или полую конструкцию. Если лопатка или лопасть 120, 130 подлежит охлаждению, она является полой и также может включать в себя отверстия 418 пленочного охлаждения (обозначенные пунктирными линиями).
В качестве примера, на фиг.5 показана газовая турбина 100 в виде продольного частичного разреза. В своей внутренней части газовая турбина 100 имеет ротор 103, который установлен таким образом, что он может вращаться вокруг оси 102 вращения, и имеет вал, также известный в качестве ротора турбины. Корпус 104 впускного отверстия, компрессор 105, например тороидальная, камера 110 сгорания, в частности кольцеобразная камера сгорания, с множеством, расположенных соосно, горелок 107, турбина 108 и выхлопной патрубок 10 9 следуют друг за другом вдоль ротора 103. Кольцеобразная камера 110 сгорания сообщается с, например, кольцеобразным каналом 111 нагретого газа, в котором, например, четыре последовательных ступени 112 турбины образуют турбину 108.
Каждая ступень 112 турбины образуется, например, из двух венцов лопаток или лопастей. Как видно в направлении потока рабочей среды 113, ряд 125, образованный из лопаток 120 ротора, следует за рядом 115 направляющих лопастей в канале 111 нагретого газа.
Направляющие лопасти 130 присоединяются к внутренней части корпуса 138 статора 143, тогда как лопатки 120 ротора ряда 125 прикреплены к ротору 103, например, посредством диска 133 турбины. Генератор или машина (не показана) присоединена к ротору 103.
Когда газовая турбина 100 работает, компрессор 105 засасывает воздух 135 через корпус 104 впускного отверстия и сжимает его. Сжатый воздух, который обеспечивается на концевой части стороны турбины компрессора 105, подходит к горелкам 107, где он смешивается с топливом. Затем смесь сжигается в камере 110 сгорания для того, чтобы образовать рабочую среду (133) Оттуда рабочая среда (133) проходит вдоль канала 111 нагретого газа мимо направляющих лопастей 130 и лопаток 120 ротора. Рабочая среда 113 распространяется по лопаткам 120 ротора, передавая им движущую силу, так образом, лопатки 120 ротора приводят в движение ротор 103, а ротор 103 приводит в движение машину, присоединенную к нему.
Когда газовая турбина 100 работает, элементы, которые незащищены от нагретой рабочей среды 113, подвергаются тепловым нагрузкам. Направляющие лопасти 130 и лопатки 120 ротора первой ступени 112 турбины, как видно в направлении потока рабочей среды 113, вместе с элементами теплозащитного средства, которые располагаются на одной линии с кольцеобразной камерой 110 сгорания, подвергаются наиболее высоким тепловым нагрузкам. Для того, чтобы выдерживать температуры, преобладающие там, эти элементы могут охлаждаться с помощью охлаждающего средства.
Таким образом, для подложек элементов является возможным наличие направленной структуры, т.е. они имеют форму (SX структуры) монокристалла или включают в себя только продольно направленные зерна (DS структуру). В качестве примера, суперсплавы на основе железа, на основе никеля или на основе кобальта используются в качестве материала для элементов, в частности, для лопаток турбины и лопастей 120, 130 и элементов камеры 110 сгорания. Супер-сплавы этого типа известны, например, из EP 1204776 B1, EP 1306454, EP 1319729 A1, WO 99/67435 или WO 00/44949; эти документы составляют часть настоящего описания изобретения с точки зрения химического состава сплавов.
Таким образом, лопатки и лопасти 120, 130 могут иметь покрытия для защиты от коррозии (MCrAlX; M представляет собой, по меньшей мере, один химический элемент, выбранный из группы, состоящей из железа (Fe), кобальта (Co), никеля (Ni), X является активным химическим элементом и обозначает иттрий (Y) и/или кремний, и/или, по меньшей мере, один из редкоземельных элементов, или гафний. Сплавы этого типа известны из EP 0486489 B1, EP 0786017 B1, EP 0412397 B1 или EP 1306454 A1.
Создающее термический барьер покрытие, состоящее, например, из ZrO2, Y2O4-ZrO2, т.е. оно не является, является частично или полностью стабилизированным оксидом иттрия и/или оксидом кальция, и/или оксидом магния, также может присутствовать в MCrAlX. Расположенные столбцами зерна выполнены в создающем термический барьер покрытии с помощью соответствующих процессов нанесения покрытия, таких как, например, электронно-лучевое нанесение покрытия осаждением из паров (EB-PVD).
Направляющая лопасть 130 имеет основание направляющей лопасти (не показано здесь), обращенное к внутреннему корпусу 138 турбины 108, и верхнюю часть направляющей лопасти на противоположной стороне от основания направляющей лопасти. Верхняя часть направляющей лопасти обращена к ротору 103 и присоединена к предохранительному кольцу 140 статора 143.

Claims (11)

1. Подложка с покрытием, создающим термический барьер, которая содержит упомянутую подложку, упомянутое керамическое покрытие, выполненное из двух керамических слоев, при этом упомянутое покрытие имеет разные толщины на разных участках на упомянутой подложке, причем между внутренним керамическим слоем и внешним керамическим слоем не имеется металлического слоя, причем упомянутое покрытие на упомянутой подложке имеет первую область и вторую область, при этом внешний слой толще, в частности, по меньшей мере, вдвое толще, на второй области, чем керамический слой на первой области на упомянутой подложке.
2. Подложка с покрытием, создающим термический барьер по п.1, в которой на первой области на подложке толщина двух керамических слоев является одинаковой.
3. Подложка с покрытием, создающим термический барьер по п.1 или 2, в которой толщина внутреннего керамического слоя одинаковая на всех областях подложки.
4. Подложка с покрытием, создающим термический барьер по п.1 или 2, в которой создающее термический барьер покрытие состоит из двух керамических слоев.
5. Подложка с покрытием, создающим термический барьер по п.1 или 2, в которой внутренний слой содержит ZrO2.
6. Подложка с покрытием, создающим термический барьер по п.1 или 2, в которой внешний керамический слой содержит пирохлорную структуру.
7. Подложка с покрытием, создающим термический барьер по п.1 или 2, в которой пористость внутренних слоев меньше, чем 20% объема (<20%), в частности меньше, чем 15% объема.
8. Подложка с покрытием, создающим термический барьер по п.1 или 2, в которой пористость внешних слоев меньше, чем 20% объема (<20%), в частности меньше, чем 15% объема.
9. Подложка с покрытием, создающим термический барьер по п.1 или 2, которая представляет собой лопатку турбины.
10. Подложка с покрытием, создающим термический барьер по п.9, в которой на аэродинамической поверхности лопатки турбины толщина внешнего слоя больше, чем толщина расположенного ниже слоя.
11. Подложка с покрытием, создающим термический барьер по п.9, в которой на первой области толщина внешнего слоя равна толщине внутреннего керамического слоя.
RU2009119821/02A 2008-05-26 2009-05-25 Подложка с керамическим покрытием, создающим термический барьер, с двумя керамическими слоями RU2509177C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20080009565 EP2128306B1 (en) 2008-05-26 2008-05-26 Ceramic thermal barrier coating system with two ceramic layers
EP08009565 2008-05-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009119821A RU2009119821A (ru) 2010-11-27
RU2509177C2 true RU2509177C2 (ru) 2014-03-10

Family

ID=39797447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009119821/02A RU2509177C2 (ru) 2008-05-26 2009-05-25 Подложка с керамическим покрытием, создающим термический барьер, с двумя керамическими слоями

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9567664B2 (ru)
EP (2) EP2385155B1 (ru)
CN (1) CN101618610A (ru)
RU (1) RU2509177C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2741491C2 (ru) * 2016-11-09 2021-01-26 Сафран Деталь с нанесённым тепловым барьером для газотурбинного двигателя и способ её получения

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2341166A1 (en) * 2009-12-29 2011-07-06 Siemens Aktiengesellschaft Nano and micro structured ceramic thermal barrier coating
EP2407579A1 (de) * 2010-07-14 2012-01-18 Siemens Aktiengesellschaft Poröses keramisches Schichtsystem
EP2586985A1 (de) * 2011-10-25 2013-05-01 Siemens Aktiengesellschaft Oberfläche mit speziell ausgeformten Vertiefungen und Bauteil
US9428837B2 (en) 2012-03-27 2016-08-30 United Technologies Corporation Multi-material thermal barrier coating system
KR20150060960A (ko) 2012-10-05 2015-06-03 지멘스 악티엔게젤샤프트 가스 터빈 블레이드 처리 방법 및 상기 블레이드를 포함한 가스 터빈
EP2935792B1 (en) * 2012-12-20 2018-05-16 Siemens Aktiengesellschaft Vane device for a gas turbine and corresponding method of manufacturing
JP2014156651A (ja) * 2013-01-18 2014-08-28 Fujimi Inc 溶射皮膜と皮膜付金属部材
WO2014121998A1 (de) * 2013-02-05 2014-08-14 Siemens Aktiengesellschaft Brennstofflanzen mit wärmedämmbeschichtung
EP2960435A1 (en) 2014-06-25 2015-12-30 Siemens Aktiengesellschaft Gas turbine engine with a transition duct and corresponding method of manufacturing a transition duct
DE102014225130A1 (de) * 2014-12-08 2016-06-09 Siemens Aktiengesellschaft Dickes Wärmedämmschichtsystem
US9869188B2 (en) * 2014-12-12 2018-01-16 General Electric Company Articles for high temperature service and method for making
US10132498B2 (en) * 2015-01-20 2018-11-20 United Technologies Corporation Thermal barrier coating of a combustor dilution hole
US9945242B2 (en) * 2015-05-11 2018-04-17 General Electric Company System for thermally isolating a turbine shroud
DE102015223576A1 (de) * 2015-11-27 2017-06-01 Siemens Aktiengesellschaft Lokale zweilagige Wärmedämmschicht
US10767501B2 (en) * 2016-04-21 2020-09-08 General Electric Company Article, component, and method of making a component
JP6241516B1 (ja) * 2016-07-29 2017-12-06 ダイキン工業株式会社 冷凍機械のための圧縮機
US10386067B2 (en) * 2016-09-15 2019-08-20 United Technologies Corporation Wall panel assembly for a gas turbine engine
CN110352105B (zh) * 2017-01-30 2021-11-30 西门子能源美国公司 组件的增材制造的方法
US11629603B2 (en) * 2020-03-31 2023-04-18 General Electric Company Turbomachine airfoil having a variable thickness thermal barrier coating

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4299865A (en) * 1979-09-06 1981-11-10 General Motors Corporation Abradable ceramic seal and method of making same
RU1776089C (ru) * 1990-12-06 1995-01-09 Институт Электросварки Им.Е.О.Патона Двуслойное керамическое покрытие
US5840434A (en) * 1992-09-10 1998-11-24 Hitachi, Ltd. Thermal stress relaxation type ceramic coated heat-resistant element and method for producing the same
EP1283278A2 (en) * 2001-08-02 2003-02-12 Siemens Westinghouse Power Corporation Segmented thermal barrier coating and method of manufacturing the same
RU2228389C2 (ru) * 1998-10-01 2004-05-10 Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн Способ обеспечения тепловой защиты и металлическое изделие с керамическим покрытием (варианты)
RU2287609C2 (ru) * 2000-09-25 2006-11-20 Снекма Моторс Способ изготовления на подложке из специального сплава защитного покрытия, образующего тепловой барьер, со связующим подслоем и изделие, полученное этим способом

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5209645A (en) * 1988-05-06 1993-05-11 Hitachi, Ltd. Ceramics-coated heat resisting alloy member
EP0486489B1 (de) 1989-08-10 1994-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperaturfeste korrosionsschutzbeschichtung, insbesondere für gasturbinenbauteile
DE3926479A1 (de) 1989-08-10 1991-02-14 Siemens Ag Rheniumhaltige schutzbeschichtung, mit grosser korrosions- und/oder oxidationsbestaendigkeit
WO1996012049A1 (de) 1994-10-14 1996-04-25 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschicht zum schutz eines bauteils gegen korrosion, oxidation und thermische überbeanspruchung sowie verfahren zu ihrer herstellung
US5667641A (en) * 1995-10-23 1997-09-16 Pulp And Paper Research Institute Of Canada Application of thermal barrier coatings to paper machine drying cylinders to prevent paper edge overdrying
JPH1088368A (ja) * 1996-09-19 1998-04-07 Toshiba Corp 遮熱コーティング部材およびその作製方法
EP0861927A1 (de) 1997-02-24 1998-09-02 Sulzer Innotec Ag Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Strukturen
EP0892090B1 (de) 1997-02-24 2008-04-23 Sulzer Innotec Ag Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Strukturen
WO1999067435A1 (en) 1998-06-23 1999-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Directionally solidified casting with improved transverse stress rupture strength
US6231692B1 (en) 1999-01-28 2001-05-15 Howmet Research Corporation Nickel base superalloy with improved machinability and method of making thereof
JP2003529677A (ja) 1999-07-29 2003-10-07 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 耐熱性の構造部材及びその製造方法
US6444259B1 (en) * 2001-01-30 2002-09-03 Siemens Westinghouse Power Corporation Thermal barrier coating applied with cold spray technique
DE50104022D1 (de) 2001-10-24 2004-11-11 Siemens Ag Rhenium enthaltende Schutzschicht zum Schutz eines Bauteils gegen Korrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen
DE50112339D1 (de) 2001-12-13 2007-05-24 Siemens Ag Hochtemperaturbeständiges Bauteil aus einkristalliner oder polykristalliner Nickel-Basis-Superlegierung
CN1219001C (zh) 2002-10-16 2005-09-14 中国科学院金属研究所 一种抗氧化热障涂层及制备方法
EP1541810A1 (de) * 2003-12-11 2005-06-15 Siemens Aktiengesellschaft Verwendung einer Wärmedämmschicht für ein Bauteil einer Dampfturbine und eine Dampfturbine
EP1541808A1 (de) * 2003-12-11 2005-06-15 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenbauteil mit Wärmedämmschicht und Erosionsschutzschicht
US7306859B2 (en) 2005-01-28 2007-12-11 General Electric Company Thermal barrier coating system and process therefor
CN1657653A (zh) 2005-04-01 2005-08-24 中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院 高温合金表面热障涂层及其制备方法
US7416788B2 (en) 2005-06-30 2008-08-26 Honeywell International Inc. Thermal barrier coating resistant to penetration by environmental contaminants
EP1783248A1 (de) 2005-11-04 2007-05-09 Siemens Aktiengesellschaft Zweilagiges thermisches Schutzschichtsystem mit Pyrochlor-Phase
WO2007112783A1 (en) 2006-04-06 2007-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Layered thermal barrier coating with a high porosity, and a component
ES2365254T3 (es) * 2007-05-07 2011-09-27 Siemens Aktiengesellschaft Polvo cerámico, capa cerámica y sistemas de capas con una fase de piroclo-cristal mixto-gadolinio y óxidos.

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4299865A (en) * 1979-09-06 1981-11-10 General Motors Corporation Abradable ceramic seal and method of making same
RU1776089C (ru) * 1990-12-06 1995-01-09 Институт Электросварки Им.Е.О.Патона Двуслойное керамическое покрытие
US5840434A (en) * 1992-09-10 1998-11-24 Hitachi, Ltd. Thermal stress relaxation type ceramic coated heat-resistant element and method for producing the same
RU2228389C2 (ru) * 1998-10-01 2004-05-10 Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн Способ обеспечения тепловой защиты и металлическое изделие с керамическим покрытием (варианты)
RU2287609C2 (ru) * 2000-09-25 2006-11-20 Снекма Моторс Способ изготовления на подложке из специального сплава защитного покрытия, образующего тепловой барьер, со связующим подслоем и изделие, полученное этим способом
EP1283278A2 (en) * 2001-08-02 2003-02-12 Siemens Westinghouse Power Corporation Segmented thermal barrier coating and method of manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2741491C2 (ru) * 2016-11-09 2021-01-26 Сафран Деталь с нанесённым тепловым барьером для газотурбинного двигателя и способ её получения

Also Published As

Publication number Publication date
US20100015401A1 (en) 2010-01-21
EP2385155A1 (en) 2011-11-09
EP2385155B1 (en) 2015-06-24
RU2009119821A (ru) 2010-11-27
US9567664B2 (en) 2017-02-14
EP2128306B1 (en) 2015-04-29
EP2128306A1 (en) 2009-12-02
CN101618610A (zh) 2010-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2509177C2 (ru) Подложка с керамическим покрытием, создающим термический барьер, с двумя керамическими слоями
RU2518850C2 (ru) Нано- и микроструктурное керамическое термобарьерное покрытие
RU2423544C2 (ru) Многослойное термобарьерное покрытие для детали из сплава на основе кобальта или никеля и деталь
US7592071B2 (en) Layer system
JP5173823B2 (ja) パイロクロア相を有する二層構造耐熱保護組織
US7909581B2 (en) Layer system, use and process for producing a layer system
RU2454477C2 (ru) Пирохлорные материалы и создающее тепловой барьер покрытие с этими пирохлорными материалами
KR101540500B1 (ko) 파이로클로르 상을 갖는 2층의 다공성 층 시스템
JP2009517241A (ja) ガドリニウム混晶パイロクロア相を有する層組織
US20100314023A1 (en) Process for Applying Material to a Component, a Fiber and a Fiber Mat
US20100028128A1 (en) Component with diagonally extending recesses in the surface and process for operating a turbine
JP2010241611A6 (ja) パイロクロア相と酸化物とを有するセラミック粉末、セラミック層及び層組織
EP2247765B1 (en) A MCrAlY ALLOY, METHODS TO PRODUCE A MCrAlY LAYER AND A HONEYCOMB SEAL
CN103298607A (zh) 合金、保护层和构件
KR20140049548A (ko) 합금, 보호층 및 부품
KR101597924B1 (ko) 2겹 금속층을 포함하는 층 시스템
KR20140046061A (ko) 합금, 보호층 및 부품
GB2439312A (en) Protective coating for turbine components