SE525925C2 - Förfarande för applicering av en keramisk värmebarriärbeläggning, TBC, på ett substrat - Google Patents
Förfarande för applicering av en keramisk värmebarriärbeläggning, TBC, på ett substratInfo
- Publication number
- SE525925C2 SE525925C2 SE0202833A SE0202833A SE525925C2 SE 525925 C2 SE525925 C2 SE 525925C2 SE 0202833 A SE0202833 A SE 0202833A SE 0202833 A SE0202833 A SE 0202833A SE 525925 C2 SE525925 C2 SE 525925C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- tbc
- coating
- layer
- powder
- powder particles
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 title abstract 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 title description 51
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 46
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 229910003440 dysprosium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N dysprosium(iii) oxide Chemical compound O=[Dy]O[Dy]=O NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 3
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N erbium(iii) oxide Chemical compound O=[Er]O[Er]=O VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 229910002079 cubic stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 1
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N scandium oxide Chemical compound O=[Sc]O[Sc]=O HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 zirconium ions Chemical class 0.000 description 1
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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
-
- 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
- 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
-
- 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
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- 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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
-
- 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
-
- 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
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/007—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel constructed mainly of ceramic components
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Description
H 20 25 30 35 TBC-beläggningen bör ha så låg värmeledningsförmàga som möjligt samtidigt som den uppvisar tillräckliga termomeka- niska egenskaper, såsom värmechocksbeständighet och cyk- lingshàllfasthet, och även vara tunn för att spara vikt och utrymme.
SYFTET MED UPPFINNINGEN Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhan- dahålla ett förfarande för applicering av en sådan belägg- ning som resulterar i en beläggning som kombinerar egenska- perna av låg värmeledningsförmåga, tillräcklig mekanisk. hàllfasthet och låg vikt.
Metoden för applicering eller avsättning av en sådan be- läggning ska vara okomplicerad, enkel att repetera och gynna effektiv produktion av belagda substrat i industriell skala (inte enbart i laboratorieskala).
Den erhållna värmebarriärbeläggningen ska vara lämplig som ett temperaturisolerande material på metalliska konstruk- tionselement som arbetar i krävande värmeförhàllanden, ty- piskt ett metallkonstruktionselement i gasturbinmotorer, såsom ett turbinblad eller en brännkammare.
KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN ,Syftet med uppfinningen uppnås med hjälp av det inlednings- vis definierade förfarandet, kännetecknat av att de pulver- partiklar som används för producering av det första TBC- skiktet uppvisar en lägre porositet än de pulverpartiklar som används för efterföljande producering av det andra TBC- skiktet på det belagda substratet, och att det första TBC- skiktet uppvisar en annan mikrostruktur än det andra, yttre TBC-skiktet. ' t ' Enligt ett föredraget utföringsexempel av uppfinningen upp- visar de pulverpartiklar som används för appliceringen av det första TBC-skiktet en tät sintrad struktur. I syfte att W U 20 25 30 35 r A P (~n c v-Mxs' zrux/ 3 uppnå en sådan struktur innefattar det uppfinningsenliga förfarandet företrädesvis ett steg som inbegriper sintring av agglomerat av pulverkorn i syfte att bilda nämnda pul- verpartiklar.
Företrädesvis uppvisar de pulverpartiklar som används för appliceringen av det andra TBC-skiktet en porös struktur.
Det har visat sig fördelaktigt om varje pulverpartikel in- nefattar ett agglomerat av pulverkorn omgivet av ett skal eller en beläggning av smält pulvermaterial. En sådan mik- rostruktur kan åstadkommas genom att förfarandet inkluderar ett steg som inbegriper HOSP-behandling av pulverkornagglo- merat i syfte att bilda nämnda pulverpartiklar.
De agglomerat av pulverkorn som antingen är sintrade eller HOSP-behandlade framställs normalt genom en process vid vilken en sats av pulver, med en kornstorlek av exempelvis 0,5-5 mikrometer, företrädesvis l-2 mikrometer, introduce- ras i en vätskeblandning som innehåller ett bindemedel, för att därefter tillåtas torka under sådana förhållanden att agglomerat med en typisk diameter av 10-150 mikrometer bil- das när vätskan elimineras.
Enligt ett föredraget utföringsexempel inkluderar den skiljaktiga mikrostrukturen en skiljaktig andel, fördelning eller orientering av porer i det första skiktet i jämfö- relse med det andra skiktet. Mest föredraget är att det första skiktet uppvisar mindre porositet, d.v.sl en mindre andel porer, än det andra skiktet. D Det andra skiktet har en lägre värmeledningsförmàga än det första skiktet, varvid den lägre värmeledningsförmàgan här- rör från skillnaden i mikrostruktur, medan det första skik-» tet har en högre hållfasthet än det andra skiktet, varvid den högre hâllfastheten härrör från skillnaden i mikro- struktur. Det första skiktets uppgift är att ge den kera- miska TBC-beläggningen en tillräcklig mekanisk hållfasthet » och vidhäftning mot det underliggande materialet. På grund av sin förhöjda porositet uppvisar det andra skiktet självt 10 U 20 25 30 35 Prïlf flfaf* \/A_\f 4 inte något tillräckligt bidrag till TBC-beläggningens meka- niska hållfasthet. Å andra sidan, tack vare dess ökade porositet, garanterar det andra skiktet en mycket låg vär- meledning. Företrädesvis definierar det andra TBC-skiktet ett yttre skikt som är direkt exponerat mot omgivningen.
Enligt ett föredraget utföringsexempel på uppfinningen har de första och andra skikten samma kemiska sammansättning.
Med ”samma komposition” avses väsentligen samma huvudkompo- nenter eller -element, t.ex. zirkoniumoxid eller dyspro- siumoxid. De exakta proportionerna av elementen i TBC-skik- ten kan skilja sig mellan de första och andra skikten, men företrädesvis är även proportionerna desamma för de två _skikten.
Företrädesvis innefattar TBC-beläggningen stabiliserad zir- koniumoxid, närvarande som ZrO2, normalt tetragonal eller kubisk stabiliserad zirkoniumoxid. Stabiliseringen av zir~ koniumoxiden kan uppnås med hjälp av något inom tekniken väl känt stabiliseringsmedel, såsom någon metalloxid vald från den grupp som består av erbiumoxid, neodymoxid, gado- liniumoxid, yttriumoxid, kalciumoxid, magnesiumoxid, indi- umoxid, skandiumoxid och ytterbiumoxid och blandningar av dessa.
TBC-kompositionen kan även innefatta någon metalloxid som innehåller en kvadrivalent metalljon vald från den grupp _som består av hafniumdioxid, ceriumdioxid, uraniumdioxid ' och blandningar av dessa.
TBC-kompositionen kan även innefatta någon metalloxid vald .från den grupp som består av nickeloxid, koboltoxid eller kromiumoxid.
Företrädesvis är emellertid zirkoniumoxiden stabiliserad med hjälp av dysprosiumoxid, DyO2. Typiskt är andelen -dysprosiumoxid mellan 2 och 30 viktprocent, företrädesvis mellan 10 och 20 viktprøcent. 10 15 20 25 30 35 r' n .ff (1 fw w 'v ._ k) f i.. k) 5 Tjockleken hos det andra skiktet bör vara större än den för det första skiktet. Tjockleken hos det första skiktet bör vara lO-100 mikrometer, företrädesvis 40-75 mikrometer.
Det ska inses att en bindbeläggning kan vara placerad mel- lan metallsubstratet och TBC-beläggningen. En sådan bindbe- läggning kan innefatta ett metalloxidskikt, företrädesvis aluminiumoxid, på metallsubstratet. Bindbeläggningen kan även innefatta en aluminid, en platinumaluminid, en MCrAlY- legering eller någon annan aluminiuminnehållande legerings- beläggning på metallsubstratet, och eventuellt ett metall- oxidskikt, företrädesvis aluminiumoxid, avsatt på detta.
Typiskt är metallsubstratet en nickelsuperlegering eller en koboltsuperlegering.
Ytterligare särdrag och fördelar med den föreliggande upp- finningen kommer att framgå av den följande, detaljerade beskrivningen.
KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen ska närmare beskrivas med hänvisning till rit- ningarna, på vilka: Fig. l är ett schematiskt tvärsnitt, i förstorad skala, av en mekanisk artikel av en superlegering, vilken innefattar ~en keramisk värmebarriärbeläggning bildad i enlighet med uppfinningen, och Fig; 2 är ett schematiskt tvärsnitt av en anordning för av- sättning av en beläggning i enlighet med uppfinningen, vil- ken anordning arbetar i enlighet med det uppfinningsenligav förfarandet.
DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Den mekaniska artikel som visas i fig. l innefattar en ke- ramisk värmebarriärbeläggning (TBC) l som är avsatt i en- 10 U 20 25 30 35 f' fx i' (\ {\ f \4 *_ \) v' |..- ä.) 6 lighet med det uppfinningsenliga förfarandet på ett metall- substrat 2 gjort av en superlegering. Substratet 2 är också täckt med ett mellanliggande, metalliskt under- skikt eller en bindbeläggning 3, som är avsatt på substra- tet 2 med hjälp av någon inom tekniken känd process (PVD, CVD, termisk sprutning, etc.).
Bindbeläggningen 3 kan vara en oxid-korrosionshållfast alu- miniumoxidbildande legering av typen MCrAlY (M=Ni och/eller Co och/eller Fe) eller en nickel- eller koboltaluminid, eventuellt modifierad genom tillsats av krom och/eller en eller flera ädelmetaller valda bland platina, palladium, rutenium, iridium, osmium och rodium.
Den keramiska TBC-beläggningen består av en zirkoniumoxid- bas och en dysprosiumoxid för stabilisering av zirkonium- oxiden och reducering av keramens värmeledningsförmàga. För en ytterligare minskning av värmeledningsförmàgan kan kera- men även innehålla en ytterligare metalloxid som innefattar en kvadrivalent metalljon som har en atommassa större än atommassan för zirkoniumjoner. Den kvadrivalenta metall- jonen kan vara cerium, hafnium eller uranium.
Den keramiska TBC-beläggningen är indelad i två individu- ella skikt av väsentligen samma kemiska komposition. Ett första skikt 4, som är fästat mot bindbeläggningen 3, och ett andra, yttre skikt 5 som är fästat mot det första skik- tet. Det första skiktet är relativt tätt, för att därigenom vidhäfta väl mot bindbeläggningen, och uppvisar en högre mekanisk hållfasthet än det andra skiktet 5.
Det andra skiktet 5 uppvisar en mer öppen, porös struktur än det första skiktet Å. På grund av sin porösa struktur har det andra skiktet en ännu lägre värmeledningsförmåga än vad som annars skulle vara fallet._Emellertid är priset för de förbättrade värmeledningsegenskaperna en reducerad vär- mechockhållfasthet eller cyklingshållfasthet, som är avse- värt lägre än den för det första skiktet 4. 10 15 20 259 30 35 1- n ff (. ra =" 7 Som ett resultat av deras olika mikrostruktur, kompletterar de första och andra skikten varandra med sina individuella bidrag till den mekaniska hållfastheten resp. den låga vär- meledningsförmàgan.
Den keramiska TBC-beläggningen har avsatts med hjälp av plasmasprutning. En plasmasprutningsanordning 6 visas sche- matiskt i fig. 2. Anordningen 6 innefattar en anod 7 som omger en katod 8 och bildar ett munstycke för gaser, varvid denna typ av anordning är väl känd inom teknikens stånd- punkt och inte fordrar någon ytterligare detaljerad för- klaring. En ljusbåge och en plasmastråle 9 genereras med hjälp av anoden 7, katoden 8 och gaser som flödar igenom munstycket. Anordningen innefattar dessutom ett medel 10 för introducering av en ström av pulverpartiklar 12 in i plasmastrålen 9. Strålen 9 riktas mot ett substrat 13 och kommer att transportera pulverpartiklarna 12 mot substratet 13 samtidigt som den åtminstone delvis smälter nämnda par- tiklar 12.
Enligt uppfinningen bildas det första TBC-skiktet 4 på sub- stratet 2, eller närmare bestämt på en bindbeläggning 3 som täcker substratet 2, genom introducering av relativt täta, i förväg sintrade pulverpartiklar 12 i strålen 9. De pul- verpartiklar 12 som används för framställning av det första, skiktet 4 har bildats med hjälp av en process såsom beskri-“ vits tidigare i denna text, d.v.s. genom en agglomererings- och sintringsprocedur.
Partiklarna 12, eller åtminstone en väsentlig, företrädes- vis en dominerande del av dessa för framställningen av det första skiktet 4 är helt eller nästan helt smälta när det träffar substratet 2/bindbeläggningen 3, och kommer att bilda ett tätt, porfritt skikt 4. Med tätt menas här mindre' än 5% porositet vid optisk mikroskopi under 200X.
Därefter bildas ett andra skikt 5 genom att man efter in-' troduktionen av de första pulverpartiklarna introducerar pulverpartiklar 12 med en annan mikrostruktur än tidigare.
N U 20 25 30 35 f" fï F' 4": fä F' v -_..'~J v s-w/ 8 Pulverpartiklarna för framställning av det andra skiktet har en öppnare, porös struktur än de första pulverpartik- larna. Företrädesvis har de framställts på det sätt som ti- digare beskrivits i texten, genom en agglomererings-/HOSP- process, där man med HOSP-processen menar en process av ty- pen Homogeneous Oven Spherical Powder, vilken är en välkänd process inom tidigare teknik.
Pulverpartiklarna 12 för åstadkommandet av det andra skik- tet 5 kommer endast att vara delvis smälta när de träffar det första skiktet 4 eller något eventuellt underliggande material, vad än detta är. Företrädesvis, smälts huvudsak- ligen, eller enbart, ett tidigare bildat skal eller en be- läggning som omger den agglomererande pulverpartikeln me- delst strålen 9. Som ett resultat av detta bildas ett po- röst andra skikt 5. Porositeten är huvudsakligen laminär, varvid porerna är utplattade i ett plan som är väsentligen parallellt med det underliggande materialets 2, 3, 4 plan.
Porositeten är över 5% till skillnad från det första skik- tet med sin porositet under 5%.
I syfte att utföra de ovan nämnda stegen, måste olika sprutparametrar justeras korrekt. Sådana parametrar inklu-_ derar ström (spänning), gasflöde, pulvermatningsmängd, pul-« vertemperatur, pulverhastighet, pulverstorlek, pulverintro- duktionsplats (i förhållande till stràlen och avståndet till substratet), och substrattemperatur.
De ovan nämnda parametrarna kommer att påverka beläggnings- egenskaper såsom mikrostruktur, hårdhet, hållfasthet, spän- ningar, etc, vilket i sin tur kommer att påverka prestandan och livslängden hos den keramiska TBC-beläggningen och det belagda metallsubstratet eller artikeln 2.
Det ska inses att den ovan gjorda presentationen av uppfin- _ningen enbart gjorts i exemplifierande syfte, och att al- ternativa utföringsexempel kommer att vara uppenbara för en fackman inom området. Emellertid är det skyddsomfång som 1* n. f" .fx V' v...\/' /.~.\J 9 begärs definierat i patentkraven, vilka stöds av beskriv- ningen och de bifogade ritningarna.
Claims (11)
1. Förfarande för applicering av en keramisk värmebarriär- beläggning (1), TBC, pà ett substrat (2), varvid TBC- beläggningen appliceras medelst termisk sprutning av ett pulver av TBC-materialet pà substratet (2) eller en mellan- liggande bindbeläggning (3) mellan substratet (2) och TBC- beläggningen, varvid åtminstone tva skikt (4, 5) av keramisk TBC-beläggning appliceras pà substratet (2) eller bindbeläggningen (3), och de pulverpartiklar som används för producering av ett första TBC-skikt (4), som är närliggande substratet (2) eller bindbeläggningen (3). UPP- visar en annan mikrostruktur än de pulverpartiklar som används för efterföljande producering av ett andra TBC- skikt (5) pä det belagda substratet (2), kånnetecknat av att de pulverpartiklar som används för producering-av det första TBC-skiktet (4) uppvisar en lägre porositet än de pulverpartiklar som används för efterföljande producering av det andra TBC-skiktet (5) pà det belagda substratet (2), och att det första, inre TBC-skiktet (4) uppvisar en annan mikrostruktur än det andra, yttre TBC-skiktet (5).
2. Förfarande enligt krav 1, kånnetecknat av att de pulverpartiklar som ska användas för applicering av det första TBC-skiktet (4) uppvisar en tät, sintrad struktur.
3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att det innefattar ett steg som inbegriper sintring av agglomerat av pulverkorn till nämnda pulverpartiklar.
4. Förfarande enligt nagot av kraven 1-3, kännetecknat av att de pulverpartiklar som ska används för applicering av det andra TBC-skiktet (5) uppvisar en porös struktur.
5. Förfarande enligt krav 4, kânnetecknat av att varje pulverpartikel innefattar ett agglomerat av pulverkorn omgivet av ett skal av smält pulvermaterial. 20 rfwr fifé~g vr.--' /-._LJ H
6. Förfarande enligt krav 4 eller 5, kännatecknat av att det innefattar en HOSP-behandling av agglomerat av pulver- korn i syfte att bilda nämnda pulverpartiklar.
7. Förfarande enligt nagot av kraven 1-6, kânnetecknat av att de första och andra keramiska TBC-skikten (4, 5) har sama kemiska sammansättning.
8. Förfarande enligt nagot av kraven 1-7, kännetecknat av att TBC-beläggningen innefattar stabiliserad zirkoniumoxid, företrädesvis dysprosiumoxidstabiliserad zirkoniumoxid.
9. Förfarande enligt nagot av kraven 1-8, kânnetecknat av att pulverpartiklarnas diameter är 10-150 mikrometer.
10. Förfarande enligt nagot av kraven 1-9, kännetacknat av att diametern hos de pulverkorn som bildar nämnda pul- verpartiklar är 0,5-5 mikrometer, företrädesvis 1-2 mikro- meter.
11. Förfarande enligt nagot av kraven 1-10, kánnetecknat av att TBC-beläggningen appliceras medelst plasmasprutning.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0202833A SE525925C2 (sv) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | Förfarande för applicering av en keramisk värmebarriärbeläggning, TBC, på ett substrat |
PCT/SE2003/001472 WO2004029330A1 (en) | 2002-09-25 | 2003-09-17 | A thermal barrier coating and a method of applying such a coating |
JP2004539704A JP4616648B2 (ja) | 2002-09-25 | 2003-09-17 | 遮熱コーティングおよびそのようなコーティングを適用する方法 |
RU2005112706/02A RU2325467C2 (ru) | 2002-09-25 | 2003-09-17 | Способ получения создающего термический барьер покрытия |
AU2003265038A AU2003265038A1 (en) | 2002-09-25 | 2003-09-17 | A thermal barrier coating and a method of applying such a coating |
EP03798629A EP1549782A1 (en) | 2002-09-25 | 2003-09-17 | A thermal barrier coating and a method of applying such a coating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0202833A SE525925C2 (sv) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | Förfarande för applicering av en keramisk värmebarriärbeläggning, TBC, på ett substrat |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE0202833D0 SE0202833D0 (sv) | 2002-09-25 |
SE0202833L SE0202833L (sv) | 2004-03-26 |
SE525925C2 true SE525925C2 (sv) | 2005-05-31 |
Family
ID=20289089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE0202833A SE525925C2 (sv) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | Förfarande för applicering av en keramisk värmebarriärbeläggning, TBC, på ett substrat |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SE (1) | SE525925C2 (sv) |
-
2002
- 2002-09-25 SE SE0202833A patent/SE525925C2/sv not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE0202833L (sv) | 2004-03-26 |
SE0202833D0 (sv) | 2002-09-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4616648B2 (ja) | 遮熱コーティングおよびそのようなコーティングを適用する方法 | |
US7258934B2 (en) | Thermal barrier coating and a method of applying such a coating | |
US20160333455A1 (en) | Thermal Barrier Coating with Lower Thermal Conductivity | |
US9139896B2 (en) | Heat-insulating protective layer for a component located within the hot gas zone of a gas turbine | |
US20120177836A1 (en) | High-purity fused and crushed zirconia alloy powder and method of producing same | |
CN103403225B (zh) | 生产用于保护金属部件的多层***热障的方法和装配有这种保护***的部件 | |
EP1852521A1 (en) | Thermal barrier coatings and processes for applying same | |
EP2208805A1 (en) | Strain tolerant thermal barrier coating system | |
JP2007231422A (ja) | コーティング方法、およびコーティングされた物品 | |
EP1601528A2 (en) | Thermal barrier coating having low thermal conductivity | |
EP3508463B1 (en) | Quinary, low-conductivity thermal barrier coatings for turbine engine components | |
EP1889948A2 (en) | Dual layer ceramic coating | |
US20050153158A1 (en) | Durable thermal barrier coating having low thermal conductivity | |
US20030008167A1 (en) | Process for applying a heat shielding coating system on a metallic substrate | |
CN101365815B (zh) | 用于制备保护涂层的合金组合物及其用途及应用方法以及涂覆有该组合物的高温合金制品 | |
US8784944B2 (en) | Plasma-spray powder manufacture technique | |
Najafizadeh et al. | Thermal barrier ceramic coatings | |
WO2012029540A1 (ja) | 熱遮蔽コーティング膜及びその製造方法、並びにそれを用いた耐熱合金部材 | |
KR101166150B1 (ko) | 낮은 열 도전율을 갖는 내구성 열 차폐 코팅 | |
SE525925C2 (sv) | Förfarande för applicering av en keramisk värmebarriärbeläggning, TBC, på ett substrat | |
US20090291323A1 (en) | Dispersion strengthened ceramic thermal barrier coating | |
JP2015096638A (ja) | 耐熱部材及びそれを用いたガスタービン部材並びに耐熱部材の製造方法 | |
US9683448B2 (en) | Low conductivity thermal barrier coating | |
US11339671B2 (en) | Methods for manufacturing porous barrier coatings using air plasma spray techniques | |
JPH11264081A (ja) | 耐熱部材および耐熱部材の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |