用于隔熱涂層上的釩的氧化鎳緩和層制造技術

一種將保護涂層涂覆到燃氣渦輪發動機組件的方法，所述方法使用四水合乙酸鎳的飽和溶液；將均勻厚度的涂層涂覆到所選組件的隔熱涂層上；并且在空氣中在足以形成NiO保護層的溫度下熱處理經涂覆的組件。飽和NiO溶液具有足夠的溶解度以滲入隔熱涂層的微觀裂紋，以形成NiO的“犧牲緩和層”，所述層實質抑制五氧化二釩和隔熱涂層中存在的氧化釔穩定化化合物之間的反應。

【技術實現步驟摘要】
用于隔熱涂層上的釩的氧化鎳緩和層本專利技術涉及一種在隔熱涂層(“TBC”)上形成用于保護燃氣渦輪發動機的工作組件的原位保護材料層的新方法，具體地講，涉及將有效防止五氧化二釩與TBC中的氧化釔穩定化化合物反應的犧牲材料層涂覆到TBC的新方法。
技術介紹
大多數燃氣渦輪發動機利用壓縮空氣操作，壓縮空氣用烴燃料燃燒，以產生跨渦輪機膨脹產生動力的熱廢氣。渦輪機組件，特別是渦輪葉片，通常包含基于鎳的超合金，這些超合金提供對蠕變、金屬疲勞和腐蝕的極佳耐性，即，對在燃氣渦輪發動機的熱區段中的主要 老化機制，特別是燃燒室和渦輪。利用不同的基于鎳和基于鈷的超合金形成燃氣渦輪發動機的關鍵組件，特別是發動機的燃燒器和增壓器區段，近年來已在高溫應用中取得顯著進步，包括 General Electric。然而，即使是最新一代超合金也容易被氧化和熱腐蝕損傷，氧化和熱腐蝕傾向于加速下面金屬基質的腐蝕。因此，很多發動機組件包括一些形式的隔熱涂層。由于在過去十年里TBC應用的數量和苛刻性增加，在工作期間TBC的過早散裂破壞仍是個問題，因為破壞往往可以使裸露的金屬暴露于危險的熱氣體，并留下嚴重的操作問題。使TBC破壞的機制也不同且復雜，最重要的是熱膨脹應力、金屬氧化和TBC組成和性質的物理變化。陶瓷材料，特別是氧化釔穩定化的氧化鋯(YSZ)，現在已廣泛在燃氣渦輪發動機所用的TBS系統中用作隔熱涂層。一般在發動機的最高溫區域中使用的TBC通過電子束物理氣相沉積(EBPVD)技術來沉積，這種技術產生能夠膨脹和收縮的晶粒結構，而不產生導致散裂的破壞性應力。另外，為了促進粘合和延長TBC系統的工作壽命，通常利用抗氧化粘合涂層，通常以MCrAlX(其中M為鐵、鈷和/或鎳，且X為釔或另一種稀土元素)或擴散鋁化物涂層的形式。在暴露于高溫期間，例如，在發動機工作期間，粘合涂層氧化成緊密粘著的氧化鋁層(例如氧化鋁或Al2O3),這種層保護下面的結構不災難性氧化并使TBC粘著到粘合涂層。TBC系統的工作壽命通常受限于在或接近粘合涂層與TBC的界面的散裂。已知五氧化二釩通過與氧化釔反應使氧化釔穩定化的氧化鋯去穩定化。根據以下反應，反應導致生成釩酸釔和單斜氧化鋯權利要求1.一種將保護涂層涂覆到燃氣渦輪發動機組件的方法，所述方法包含 形成四水合乙酸鎳的飽和溶液； 將所述四水合乙酸鎳溶液的均勻層涂覆到所述燃氣渦輪發動機的所選組件；并且 在空氣中在足以在所述隔熱涂層上形成NiO保護層的溫度下熱處理所述經涂覆的組件。2.權利要求1的方法，其中所述四水合乙酸鎳的飽和溶液在熱處理后以足以在所述燃氣渦輪機組件的隔熱涂層上形成均勻NiO層的量作為液體涂覆。3.權利要求1的方法，其中所述四水合乙酸鎳的飽和溶液在室溫保持足夠溶解度，以滲透進入所述隔熱涂層的微觀裂紋。4.權利要求1的方法，其中涂覆所述四水合乙酸鎳溶液的所述均勻層的所述步驟在隔熱涂層已熱處理并冷卻到室溫后進行。5.權利要求1的方法，其中所述NiO層形成實質抑制五氧化二釩和所述隔熱涂層中存在的氧化釔穩定化化合物之間反應的犧牲緩和層。6.權利要求1的方法，其中所述NiO與所述燃氣渦輪發動機的廢氣流中存在的釩反應，以生成固體釩酸鎳。7.權利要求1的方法，其中所述四水合乙酸鎳溶液以足以完全填充和密封所述隔熱涂層的頂表面上的所有微觀表面裂紋的量涂覆。8.權利要求1的方法，其中熱處理所述經涂覆的燃氣渦輪發動機組件的所述步驟在鼓風爐中在950 0F - 1050 °F之間的溫度進行。9.權利要求1的方法，其中熱處理所述經涂覆的燃氣渦輪發動機組件的所述步驟使所述隔熱涂層中的微觀表面裂紋膨脹，并允許所述四水合乙酸鎳溶液滲透進入膨脹的裂紋。10.權利要求7的方法，其中所述四水合乙酸鎳溶液滲透進入所述隔熱涂層中的所述微觀表面裂紋，在其中涂層干燥，并且Ni沉淀生成NiO。11.權利要求1的方法，其中將所述燃氣渦輪發動機組件在相同溫度保持最少約I小時，然后爐冷卻到低于800 T，然后從爐中去除所述組件。12.權利要求1的方法，所述方法進一步包含以下步驟涂覆四水合乙酸鎳溶液的第二涂層，以滲透并填充所述燃氣渦輪發動機組件中的任何剩余表面裂紋，隨后第二次熱處理所述經涂覆的組件。13.權利要求1的方法，所述方法進一步包含以下步驟涂覆四水合乙酸鎳溶液的第三涂層，以滲透并填充所述燃氣渦輪發動機組件中的任何仍然剩余的表面裂紋，隨后第三次熱處理所述經涂覆的組件。14.權利要求12的方法，其中第二次熱處理所述經涂覆的燃氣渦輪發動機組件的所述步驟在鼓風爐中在950 T - 1050 °F之間的溫度進行。15.權利要求13的方法，其中第三次熱處理所述經涂覆的燃氣渦輪發動機組件的所述步驟在鼓風爐中在950 T - 1050 °F之間的溫度進行。16.權利要求1的方法，其中所述四水合乙酸鎳溶液在室溫噴涂到隔熱涂層上，然后熱處理。17.一種具有在上面涂覆的保護涂層的燃氣渦輪發動機組件，所述組件包含超合金基質； 涂覆到所述超合金基質上的隔熱涂層；和 涂覆到所述隔熱涂層頂上的犧牲NiO涂層。18.權利要求17的燃氣渦輪發動機組件，其中所述隔熱涂層包含MCrAly的抗氧化粘合涂層。19.一種評價涂覆到燃氣渦輪發動機組件的隔熱涂層的保護涂層的有效性和預期壽命的方法，所述方法包含 將四水合乙酸鎳溶液的均勻層涂覆到包含與所述燃氣渦輪發動機的所選組件相同的超合金基質和隔熱涂層結構的試樣上； 在足以在所述隔熱涂層上形成具有規定厚度的NiO保護層的溫度在空氣中熱處理所述經涂覆的試樣； 將所述試樣插入所述燃氣渦輪發動機的相當于所述所選組件的位置； 在所述燃氣渦輪發動機操作的規定時間后測定所述試樣上剩余的NiO涂層的量；將所述NiO涂層厚度與指定給所述所選組件的具體NiO目標值比較；并且在一個或多個所述NiO厚度水平降到低于所述NiO目標值時移除所述試樣，并關閉所述燃氣渦輪發動機。20.權利要求19的評價方法，其中重復涂覆四水合乙酸鎳的均勻層和熱處理所述經涂覆的試樣的所述步驟。全文摘要一種將保護涂層涂覆到燃氣渦輪發動機組件的方法，所述方法使用四水合乙酸鎳的飽和溶液；將均勻厚度的涂層涂覆到所選組件的隔熱涂層上；并且在空氣中在足以形成NiO保護層的溫度下熱處理經涂覆的組件。飽和NiO溶液具有足夠的溶解度以滲入隔熱涂層的微觀裂紋，以形成NiO的“犧牲緩和層”，所述層實質抑制五氧化二釩和隔熱涂層中存在的氧化釔穩定化化合物之間的反應。文檔編號C23C18/12GK102994984SQ201210335780公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月12日 優先權日2011年9月12日專利技術者R.T.埃維哈特 申請人:通用電氣公司本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種將保護涂層涂覆到燃氣渦輪發動機組件的方法，所述方法包含：形成四水合乙酸鎳的飽和溶液；將所述四水合乙酸鎳溶液的均勻層涂覆到所述燃氣渦輪發動機的所選組件；并且在空氣中在足以在所述隔熱涂層上形成NiO保護層的溫度下熱處理所述經涂覆的組件。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：RT埃維哈特，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：