СЛОИСТАЯ СИСТЕМА ПОКРЫТИЯ СО СЛОЕМ MCRALX И СЛОЕМ, БОГАТЫМ ПО ХРОМУ, И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C23C4/06 C23C28/00 

Изобретение относится к слоистой системе со слоем MCrAlX, богатым по хрому, который является уникальным в плане стойкости и к окислению и к высокотемпературной коррозии, и способу получения такой системы. Предпочтительно наносят слой алюминида.

ЕР 0587341 описывает композитное покрытие, стойкое к высокотемпературной коррозии, в котором процесс включает следующие стадии:

- Нанесение покрытия из материала сплава типа MCrAlY.

- Необязательно хромирование покрытия MCrAlY типа для получения покрытия с хромированным верхним слоем с дополнительным содержанием хрома в твердом растворе в компоненте М покрытия.

- Алюминирование покрытия для получения покрытия с поверхностным слоем, содержащим алюминиды в компоненте М покрытия.

- Нанесение слоя платины на внешнюю поверхность алюминированного покрытия.

ЕР 1327702 описывает систему покрытия MCrAlY, включающую внутренний слой бета-NiAl и внешний слой гамма/бета-MCrAlY и ТВС. В документе указано, что стойкость к окислению этих слоев может быть улучшена добавлением 0,1-4% Si. Покрытия наносят с использованием газофазного метода, CVD, PVD и т.д.

US 2005/0003227 описывает систему, подобную US '227, но здесь также включен промежуточный слой металла типа платины. В документе указано, что стойкость к окислению этих слоев покрытия может быть улучшена добавлением 0,1-4% Si.

ЕР 1029100/US 6416882 описывает подслой MCrAlY типа, включающий до 2% кремния.

Системы покрытия, модифицированные алюминидом и/или хромом, также описаны в US 7,229,701, US 6,183,888, US 7,060,366, US 6,287,644, ЕР 1 082 216, US 6,001,492, US 5,507,623, ЕР 1 541 808 и US 6,569,492.

ЕР 0587341 описывает стойкое к высокотемпературной коррозии композитное покрытие, где процесс включает следующие стадии:

- Нанесение материала покрытия сплава MCrAlY типа.

- Необязательно хромирование покрытия MCrAlY типа для получения покрытия с хромированным верхним слоем с дополнительным содержанием хрома в твердом растворе в компоненте М покрытия.

- Алюминирование покрытия для получения покрытия с поверхностным слоем, содержащим алюминиды в компоненте М покрытия.

- Нанесение слоя платины на внешнюю поверхность алюминированного покрытия.

Но эти покрытия все еще недостаточно хорошие.

Поэтому целью изобретения является решение этой проблемы.

Проблема решена слоистой системой по п.1 и способом ее получения по п.25 формулы изобретения.

В зависимых пунктах формулы изобретения перечислены дополнительные преимущественные осуществления, которые произвольным образом могут быть объединены для получения дополнительных эффектов.

Сущность изобретения основана на различных химических свойствах покрытия, подходящих для защиты подложки при определенных температурах и окружающих средах. Например, во время высокотемпературного окисления внешний β-NiAl-слой обеспечивает защиту, образуя стойкий тонкий оксид алюминия в реакции с кислородом системы при высокой температуре, эта реакция типична для покрытий, подобных β-NiAl, применяемых в промышленности и хорошо описанных в литературе. При температурах около 750-800°C вплоть до около 950°C может произойти значительное воздействие, обедняя по Cr и Al незащищенный материал подложки. Кроме того, использование покрытия β-NiAl, образующего оксид алюминия, защищает от коррозии I типа. Однако для коррозии II типа более вероятна коррозия локального питтинга. Расплавленные соли в газовом потоке, объединенные с SO₂ и SO₃, конденсируются на элементах турбины, что приводит к небольшим коррозионным язвам на поверхности. Лучшей защитой от такого воздействия является введение системы покрытия, богатой по Cr. Важным аспектом изобретения является то, что слой, богатый по Cr, является сплошным и термостойким, насколько это возможно, поэтому если компоненты работают в условиях окружающей среды с коррозией II типа, β-NiAl расходуется, однако коррозионное повреждение ограничивается внешним слоем β-NiAl и сплошной слой α-Cr обеспечивает подходящую защиту с добавлением элементов, которые способствуют защите от коррозии покрытий, таких как, но не ограничиваясь указанным, Si или Hf. Основной деформируемый слой добавляют в форме покрытия MCrAlY, которое обеспечивает степень деформируемости, так же как конечный защитный слой, должен сочетаться с β-NiAl и α-Cr. Затем в соответствии с проектом слоистая структура покрытия по существу позволяет окружающей среде "выбирать" состав покрытия, наиболее подходящий для обеспечения защиты. Существо может быть ясно продемонстрировано на фиг.3. Введение Si или других полезных элементов может увеличить ожидаемый ресурс слоя α-Cr.

Представлены

На фиг.1-5 примеры слоистой системы

На фиг.6 газовая турбина

На фиг.7 лопатка

На фиг.8 камера сгорания.

Фиг. и описание являются только осуществлениями изобретения.

Фиг.1 представляет один иллюстративный компонент 1 в качестве слоистой системы изобретения.

Компонент 1 содержит металлическую подложку 4, которая предпочтительно включает термостойкий литейный или деформируемый сплав никеля или кобальта, предпочтительно Хастеллой (Hastelloy) X.

Предпочтительно на подложку 4 на (а.) фиг.4) нанесен внутренний или самый нижний слой MCrX 7, в частности только один слой MCrX 7 нанесен на (b.) фиг.4), где X является иттрием (Y), и/или кремнием (Si), и/или бором (B), и/или алюминием (Al).

Внутренний слой MCrX 7 включает MCrAlX′ с X′, являющимся, по меньшей мере, иттрием (Y) и предпочтительно только иттрием (Y). Этот внутренний MCrAlX′ слой 7 включает, в частности NiCrAlY слой и главным образом включает в % ат.: Ni, 22% Cr, 10% Al, 1,0% Y, в частности, состоит из Amdry 962. Внутренний слой MCrX 7 предпочтительно наносят HVOF. Внутренний слой MCrX 7 является также предпочтительно нанесенным непосредственно на подложку 4.

На или в этом внутреннем слое MCrX 7 слой 10, богатый по хрому, нанесен на (с.) фиг.4)), в частности α-Cr-слой. Хромирование предпочтительно выполняют при 1000-1150°C предпочтительно в течение 1-6 часов, в частности, предпочтительно при 1050-1075°C в течение 2-4 ч.

Хромирование приведет, по меньшей мере, частично к диффузионному слою на внутреннем слое 7 (Соответственно позиция 7 на фиг.4, с.), который представляет определенную толщину внутреннего слоя 7 или что присутствует диффузионный слой и неодинакового состава). Слой 10, богатый по хрому, предпочтительно является диффузионным слоем.

Эта слоистая система 1 предпочтительно является термически обработанной так, что верхний слой Cr диффундирует во внутренний MCrAlX′ слой 7.

Предпочтительно на этот слой α-хрома 10 нанесен дополнительный последующий слой на основе никеля, первый внешний MCrX″ слой 13, который предпочтительно является внешним слоем (d.) на фиг.4). X″ в этом MCrX″ слое предпочтительно является кремнием (Si) и бором (B). Кроме того, первый внешний MCrX″ слой 13 может быть сплавом хрома никеля, содержащим кремний и/или бор Ni-Cr-Si-B. Этот первый внешний MCrX″ слой 13 имеет состав, отличный от внутреннего слоя 7 и является, в особенности, слоем NiCrSiB (Amdry 103, который состоит из, в % ат.: 74% Ni, 17% Cr, 9,2% Y, 9% Si, 0,1% B).

После нанесения MCrX″ (NiCrSiB) слоя, предпочтительно выполненное HVOF (высокоскоростное газопламенное напыление), предпочтительно проводят стабилизирующую термообработку. Эту стабилизирующую термообработку выполняют при температуре предпочтительно 1000-1200°C предпочтительно в течение 1-6 часов, предпочтительно при 1000-1025°C в течение 6 ч.

Предпочтительно второй внешний слой 19 находится на или в первом внешнем слое 13. Второй внешний слой 19 является слоем, богатым по алюминию, как показано на фиг.3. Предпочтительно внешний слой 19 является диффузионным слоем.

Первый внешний MCrX″ слой 13 может быть алюминирован до достижения второго внешнего слоя 19 (е) на фиг.4. Алюминирование выполняют предпочтительно при температуре 1050-1115°C предпочтительно 1-10 часов, предпочтительно при 1070-1095°C в течение 7 ч. Предпочтительно финальную обработку, отжиг, предпочтительно выполняют при 1000-1150°C в течение 1-6 часов, предпочтительно при 1080°C в течение 2 ч, наиболее предпочтительно в вакууме.

На фиг.2 представлено дальнейшее осуществление изобретения. Компонент 1 имеет металлическую подложку 4, которая предпочтительно включает термостойкий литейный или деформируемый сплав никеля или кобальта. На фиг.2 эта подложка предпочтительно является "Hastelloy X^TM", коммерчески поставляемый деформируемый сплав никеля, который номинально содержит 47% Ni, 22 Cr, 18,5 Fe, 9 Mo, 1,5 Co, 1 Si, 1 Mn, 0,1 C.

Предпочтительно на подложку 4 (а.) на фиг.5 первым наносят внутренний слой MCrX 7 (b.) на фиг.5), в частности, наносят только два MCrX′ слоя 7′, 16, где X′, по меньшей мере, является иттрием (Y) и предпочтительно только иттрием (Y)

Этот первый внутренний MCrAlX′ слой 7′ включает, в частности, слой NiCrAlY и включает, в частности, в % ат.: 67% Ni, 22% Cr, 10%, Al, 1,0% Y, в частности, состоит из Amdry 962. Первый внутренний MCrAlX′ слой 7′ предпочтительно наносят HVOF.

Второй внутренний слой 16 нанесен на первый внутренний слой MCrAlX¹ 7′ (с.) на фиг.5. Слой 16 является, в частности, MCrX″ слоем с X″=Si и/или В. Состав этого дополнительного слоя 16 отличен от состава первого внутреннего слоя 7′ и является, в частности, NiCrSiB слоем (Amdry 103, который состоит из, в % ат.: 74 Ni, 17 Cr, 9,2 Si, 0,1 B).

Второй внутренний слой 16 предпочтительно нанесен HVOF. На или в этот второй внутренний слой 16 нанесен слой, богатый по хрому 10, в частности, α-Cr-слой (d.) на фиг.5, соответственно позиция 16 на фиг.5, d.) представляет толщину внутреннего слоя 16 или что присутствует диффузионный слой и имеет другой состав.

Хромирование предпочтительно выполняют при 1000-1150°C предпочтительно в течение 1-6 часов, предпочтительно при 1050-1075°C в течение 2-4 ч.

Хромирование предпочтительно приводит к диффузионному слою на первом внутреннем слое 7′. Эта слоистая система 1 предпочтительно проходит термообработку так, что верхний слой α-Cr диффундирует во внутренний слой MCrAlX′ 7′.

На слой 10, богатый по хрому, нанесен слой алюминида 22 (е) на фиг.5. Предпочтительно это достигают нанесением Ni на слой 10, богатый по хрому, и алюминированием этого нанесенного Ni-слоя. Толщина нанесенного Ni-слоя предпочтительно составляет 10-20 мкм. Предпочтительно после нанесения Ni-слоя проводят термообработку отжигом, предпочтительно при 1121°C предпочтительно 2 ч. Предпочтительно эту обработку отжигом выполняют в вакууме.

Последующее алюминирование выполняют предпочтительно при 1080°C предпочтительно 7 ч. После алюминирования проводят заключительную термообработку отжига предпочтительно при 1080°C в течение 2 ч. Предпочтительно эту обработку отжигом выполняют в вакууме.

Общее замечание: хромирование или алюминирование могут привести к диффузионным слоям, как показано на фиг.4, 5, или к верхним слоям, как показано на фиг.1, 2 или 3. Но это не является ограничением. Могут присутствовать оба признака. Другой предпочтительный пример описан далее:

Подложка: MCrAlY, нанесенный HVOF или плазменным напылением (может быть нанесен альтернативным способом, таким как VPS (вакуумно-плазменное напыление) или LPPS (плазменное напыление в среде низкого давления).

Слой, богатый по Cr: Нанесен CVD (химическое осаждение из паровой фазы) или хромированием вышеуказанными способами. Было установлено, что требуется 4 ч цикла хромирования для обеспечения устойчивого слоя Cr в последующих процессах отжига.

Ni: Нанесенный слой Ni 10-20 мкм

Алюминирование: Нанесенный CVD или вышеуказанными способами алюминирования. Может быть необходимым заключительный отжиг для восстановления механических свойств материалов подложки.

Другое предложение состоит в том, чтобы наносить систему покрытия, используя следующую конфигурацию, в которой Si введен в покрытие:

Подложка: MCrAlY, нанесенный HVOF или плазменным напылением (может быть нанесен альтернативным способом, таким как VPS или LPPS).

Слой, богатый по Cr: MCrAlY хромируют CVD или вышеуказанными способами в течение 4 часов. С последующим нанесением NiCrSiB (порошок Amdry 103 или с подобными химическими свойствами) с использованием HVOF или плазменного напыления (может быть нанесен альтернативным способом, таким как VPS или LPPS).

Алюминирование: Нанесенный CVD или вышеуказанными способами алюминирования. Может быть необходимым заключительный отжиг для восстановления механических свойств материалов подложки.

Фиг.6 представляет в качестве примера газовую турбину 100 в продольном сечении. Внутри газовой турбины 100 имеется ротор 103, который установлен таким образом, что он может вращаться по оси вращения 102, и имеется вал 101, также известный как рабочее колесо турбины. Воздухозаборник 104, компрессор 105а, например, тороидальный, камера сгорания 110, в частности кольцевая камера сгорания с несколькими коаксиально расположенными горелками 107, турбина 108 и выходной патрубок 109 расположены друг за другом вдоль ротора 103. Кольцевая камера сгорания 110 соединена, например, с кольцевым трактом горячих газов 111, где, например, четыре последовательных ступеней турбины 112 образуют турбину 108.

Каждая ступень турбины 112 образована, например, из двух колец лопаток или направляющих лопаток. Как видно в направлении потока рабочего тела 113, ряд 125, образованный из лопаток ротора 120, следует за рядом 115 из направляющих лопаток в тракте горячих газов 111.

Направляющие лопатки 130 крепятся к внутреннему корпусу 138 статора 143, тогда как лопатки ротора 120 из ряда 125 крепятся к ротору 103, например, посредством диска рабочего колеса турбины 133. Генератор или машина (не показаны) соединены с ротором 103.

При работе газовой турбины 100 компрессор 105 засасывает воздух 135 по воздухозаборнику 104 и сжимает его. Сжатый воздух, который получен со стороны турбины в конце компрессора 105, подают к горелкам 107, где он смешивается с топливом. Затем смесь сгорает в камере сгорания 110 для формирования рабочего тела 133. Отсюда рабочее тело 133 проходит по тракту горячих газов 111 мимо направляющих лопаток 130 и лопаток ротора 120. Рабочее тело 113 расширяется на лопатках ротора 120, передавая свое количество движения, так чтобы лопатки ротора 120 приводили в движение ротор 103, и ротор приводил в движение машину, соединенную с ним.

При работе газовой турбины 100 компоненты, на которые воздействует горячее рабочее тело 113, подвержены тепловым нагрузкам. Направляющие лопатки 130 и лопатки ротора 120 первой ступени турбины 112, как видно по направлению потока рабочего тела 113, вместе с элементами теплового экрана, которые футеруют кольцевую камеру сгорания 110, подвергаются самым высоким тепловым нагрузкам. Чтобы выдержать преобладающие там температуры, эти компоненты могут быть охлаждены посредством охладителя.

Также подложки компонентов могут иметь направленную структуру, то есть они находятся в форме монокристаллов (структура SX) или включают только продольно ориентированные зерна (структура DS). Например, суперсплавы на основе железа, на основе никеля или на основе кобальта используются в качестве материала компонентов, в частности, для рабочих и направляющих лопаток турбин 120, 130 и компонентов камеры сгорания 110. Суперсплавы этого типа известны, например, из ЕР 1204776 B1, EP 1306454, ЕР 1319729 A1, WO 99/67435 или WO 00/44949; эти документы являются частью настоящего раскрытия, относящейся к химическому составу сплавов.

Также рабочие и направляющие лопатки 120, 130 могут иметь покрытия для защиты от коррозии (MCrAlX; M является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из железа (Fe), кобальта (Co), никеля (Ni), X является активным элементом и представлен иттрием (Y), и/или кремнием, и/или, по меньшей мере, одним из редкоземельных элементов или гафния). Сплавы этого типа известны из ЕР 0486489 B1, EP 0786017 B1, EP 0412397 B1 или ЕР 1306454 A1, которые предназначены, чтобы составить часть настоящего раскрытия, относящуюся к химическому составу.

Термобарьерное покрытие, состоящее, например, из ZrO₂, Y₂O₄-ZrO₂, то есть покрытие нестабилизированное, частично или полностью стабилизированное оксидом иттрия, и/или оксидом кальция, и/или оксидом магния, также может присутствовать на MCrAlX. В термобарьерном покрытии формируются столбчатые кристаллы подходящими способами покрытия, таким как, например, электронно-лучевым нанесением покрытий методом осаждения из паровой фазы (EB-PVD).

У направляющей лопатки 130 имеется хвостовик направляющей лопатки (здесь не показан) напротив внутреннего корпуса 138 турбины 108 и верхняя часть направляющей лопатки напротив хвостовика направляющей лопатки. Верхняя часть направляющей лопатки находится напротив ротора 103 и фиксируется стопорным кольцом 140 статора 143.

Фиг.7 представляет перспективный вид лопатки ротора 120 или направляющей лопатки 130 турбомашины, которая проходит вдоль продольной оси 121.

Турбомашина может быть газовой турбиной самолета или электростанции для выработки электричества, паровой турбиной или компрессором.

У лопатки или направляющей лопатки 120, 130 имеется участок крепления 400, платформа, примыкающая к лопатке или направляющей лопатке 403, и основная лопатка или основная часть 406 последовательно вдоль продольной оси 121. В качестве направляющей лопатки 130 направляющая лопатка 130 может иметь дополнительную платформу (не показана) на оконечности лопатки 415.

Хвостовик лопатки или направляющей лопатки 183, который используется для крепления лопаток ротора 120, 130 к валу или диску (не показан), сформирован на участке крепления 400. Хвостовик лопатки или направляющей лопатки 183 разработан, например, в форме головки молотка. Также возможны другие конфигурации, такие как елочный замок или хвостовик с пазовым замком. У лопатки или направляющей лопатки 120, 130 имеется передняя кромка 409 и выходная кромка 412 для среды, которая течет мимо основной лопатки или части направляющей лопатки 406.

В случае обычных лопаток или направляющих лопаток 120, 130, например, прочные металлические материалы, в частности суперсплавы, используются на всех участках 400,403, 406 лопаток или направляющих лопаток 120,130. Суперсплавы этого типа известны, например, из ЕР 1204776 B1, EP 1306454, EP 1319729 A1, WO 99/67435 или WO 00/44949; эти документы являются частью настоящего раскрытия, относящейся к химическому составу сплава. Лопатки или направляющие лопатки 120, 130 могут в этом случае быть изготовлены процессом литья, также посредством направленной кристаллизации, процессом горячей штамповки, прокатки или их комбинациями.

Изделия с монокристаллической структурой или структурами используют в качестве элементов машин, которые во время работы подвержены высоким механическим, тепловым и/или химическим нагрузкам. Монокристаллические изделия этого типа изготавливают, например, направленной кристаллизацией из расплава. Это включает литьевые процессы, в которых жидкий металлический сплав отверждают для получения монокристаллической структуры, то есть монокристаллическое изделие, то есть направленно. В процессе дендритные кристаллы формируются в направлении потока тепла и образуют либо зерно столбчато-кристаллической структуры (то есть с зернами, которые проходят по всей длине изделия и в этом контексте относятся в соответствии со стандартной терминологией к полученным направленной кристаллизацией), или монокристаллической структуры, то есть все изделие состоит из единственного кристалла. В этом процессе нужно избежать перехода к глобулярной (поликристаллической) кристаллизации, так как ненаправленный рост неизбежно приводит к формированию поперечных и продольных границ зерен, которые сводят к нулю положительные свойства монокристаллического компонента или полученного направленной кристаллизацией. При упоминании микроструктуры, полученной направленной кристаллизацией вообще, следует понимать как охватывающую и монокристаллы, которые не имеют границ зерна или самое большее имеют малоугловые границы зерна, и столбчатые кристаллические структуры, у которых действительно есть границы зерна, проходящие в продольном направлении, но отсутствуют поперечные границы зерна. В случае этих последних кристаллических структур также можно отнести их к микроструктурам, полученным направленной кристаллизацией (структуры, полученные направленной кристаллизацией). Процессы этого типа известны из US 6,024,792 и ЕР 0892090 А1; эти документы являются частью настоящего раскрытия.

Лопатки или направляющие лопатки 120, 130 также могут иметь защитные покрытия против коррозии или окисления, например (MCrAlX; M является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из железа (Fe), кобальта (Co), никеля (Ni), X является активным элементом и представлен иттрием (Y), и/или кремнием, и/или, по меньшей мере, одним из редкоземельных элементов, или гафния (Hf)). Сплавы этого типа известны из ЕР 0486489 В1, ЕР 0786017 В1, ЕР 0412397 В1 или ЕР 1306454 А1, которые предназначены для формирования части настоящего раскрытия, относящегося к химическому составу сплава.

Термобарьерное покрытие, состоящее, например, из ZrO₂, Y₂O₄-ZrO₂, то есть покрытие нестабилизированное, частично или полностью стабилизированное оксидом иттрия, и/или оксидом кальция, и/или оксидом магния, также может присутствовать на MCrAlX. В термобарьерном покрытии формируются столбчатые кристаллы подходящими способами покрытия, таким как, например, электронно-лучевым нанесением покрытий методом осаждения из паровой фазы (EB-PVD).

Термин восстановление означает, что защитные слои могут быть удалены из компонентов 120, 130 после их использования (например, пескоструйной обработкой). Затем удаляют слои или продукты коррозии и/или окисления. В случае необходимости трещины в компонентах 120, 130 также устраняют с использованием припоя согласно изобретению. Это сопровождается повторным покрытием компонентов 120, 130, после которого компоненты 120, 130 могут быть вновь использованы.

Лопатки или направляющие лопатки 120, 130 могут быть сплошными или полыми. Если лопатки или направляющие лопатки 120, 130 должны охлаждаться, то они полые и также могут включать отверстия для пленочного охлаждения 418 (обозначенные прерывистыми линиями).

Фиг.8 представляет камеру сгорания 110 газовой турбины 100 (фиг.6).

Камера сгорания 110 формируется, например, как то, что известно как кольцевая камера сгорания, в которой несколько горелок 107, которые установлены вокруг оси вращения 102 в круговом направлении, направлены в общее пространство камеры сгорания 154, с горелками 107, дающими пламя 156. С этой целью камера сгорания 110 в целом имеет кольцевую конфигурацию, располагающуюся вокруг оси вращения 102.

Для достижения относительно высокой производительности камера сгорания 110 разработана для относительно высокой температуры рабочего тела М около 1000-1600°C. Чтобы позволить относительно долгий срок службы даже с этими рабочими параметрами, которые неблагоприятны для материалов, стенка камеры сгорания 153 снабжена внутренней футеровкой, сформированной из элементов термобарьера 155 на его стороне напротив рабочего тела М. Каждый элемент термобарьера 155, выполненный из сплава, обеспечен со стороны рабочего тела, в частности, термостойким защитным слоем (слой MCrAlX и/или керамическое покрытие) или сделан из материала, который способен выдерживать высокие температуры (прочные керамические блоки). Эти защитные слои могут быть подобными турбинным лопаткам или направляющим лопаткам, то есть рассчитанные на MCrAlX: М является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из железа (Fe), кобальта (Co), никеля (Ni), X является активным элементом и представлен иттрием (Y), и/или кремнием, и/или, по меньшей мере, одним из редкоземельных элементов или гафния (Hf)). Сплавы этого типа известны из ЕР 0486489 B1, EP 0786017 B1, EP 0412397 В1 или ЕР 1306454 А1, которые предназначены быть частью настоящего раскрытия, относящейся к химическому составу сплава.

Также возможно, например, присутствие керамического термобарьерного покрытия на MCrAlX, состоящего, например, из ZrO₂, Y₂O₄-ZrO₂, то есть нестабилизированного, частично или полностью стабилизированного оксидом иттрия, и/или оксидом кальция, и/или оксидом магния.

В термобарьерном покрытии формируются столбчатые кристаллы подходящими способами покрытия, таким как, например, электронно-лучевым нанесением покрытий методом осаждения из паровой фазы (EB-PVD).

Термин восстановление означает, что защитные слои могут быть удалены с элементов термобарьера 155 после их использования (например, пескоструйной обработкой). Затем удаляют слои или продукты коррозии и/или окисления. В случае необходимости трещины в термобарьерном компоненте 155 также устраняют с использованием припоя согласно изобретению. Это сопровождается повторным покрытием компонентов 155, после которого компоненты 155 могут быть вновь использованы.

Кроме того, из-за высоких температур внутри камеры сгорания 110 может быть создана система охлаждения для термобарьерных элементов 155 и/или для элементов их крепежа. Термобарьерные элементы 155 являются в этом случае, например, полыми и также могут включать отверстия для пленочного охлаждения (не показаны), которые направлены в объем камеры сгорания 154.

Изобретение относится к слоистой системе со слоем MCrX и слоем, обогащенным хромом. Слоистая система (1) содержит подложку (4) и многослойное покрытие, при этом многослойное покрытие содержит один слой MCrX (7, 7′) в качестве самого нижнего слоя (7, 7′) на подложке (4), в котором Х является, по меньшей мере, иттрием (Y) и/или кремнием (Si), и/или алюминием (Al), и/или бором (B), в котором М является никелем (Ni) и/или кобальтом (Co), обогащенный хромом слой (10) на или в по меньшей мере одном слое MCrX (7, 16) и первый внешний MCrX″ слой (13), который находится на обогащенном хромом слое (10), где X″ является, по меньшей мере, Y, Si и/или B, причем указанный нижний слой MCrX (7) присутствует на подложке (4) и под обогащенным хромом слоем (10). При изготовлении слоистой системы (1), по меньшей мере один слой MCrX (7, 7′, 16), наносят, в частности, методом высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF). Обеспечивается стойкая к окислению и высокотемпературной коррозии слоистая система. 3 н. и 38 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Слоистая система (1), содержащая подложку (4) и многослойное покрытие, в которой многослойное покрытие содержит один слой MCrX (7, 7′) в качестве самого нижнего слоя (7, 7′) на подложке (4), в котором Х является, по меньшей мере, иттрием (Y) и/или кремнием (Si), и/или алюминием (Al), и/или бором (B), в котором М является никелем (Ni) и/или кобальтом (Co), обогащенный хромом слой (10) на или в по меньшей мере одном слое MCrX (7, 16) и первый внешний MCrX″ слой (13), который находится на обогащенном хромом слое (10), где X″ является, по меньшей мере, Y, Si и/или B, причем указанный нижний слой MCrX (7) присутствует на подложке (4) и под обогащенным хромом слоем (10).

2. Слоистая система по п.1, в которой самый нижний слой MCrX (7) является MCrAlX′ слоем, в котором X′ является, по меньшей мере, иттрием (Y).

3. Слоистая система по п.2, в которой внутренний MCrAlX′ слой (7) содержит сплав NiCrAlY.

4. Слоистая система по п.3, в которой внутренний слой NiCrAlY (7) содержит, в ат. %: 67% Ni, 22% Cr, 10% Al, 1,0% Y.

5. Слоистая система по п.1, в которой обогащенный хромом слой (10) на по меньшей мере одном слое MCrX (7, 16) содержит слой α-хрома.

6. Слоистая система по п.1, в которой обогащенный хромом слой (10) расположен выше самого нижнего MCrAlX′ слоя (7) и/или является диффузионным слоем в MCrAlX′ слое (7).

7. Слоистая система по п.1, в которой X″ является Y, Si и/или B.

8. Слоистая система по п.7, в которой первый внешний MCrX″ слой (13) представляет собой слой NiCrSiB, который содержит 73,7% Ni, 17% Cr, 9,2% Si, 0,1% B (в ат. %).

9. Слоистая система по п.7 или 8, в которой второй внешний слой (19) расположен на или в первом внешнем MCrX″ слое (13), который (19) является внешним слоем.

10. Слоистая система по п.9, в которой второй внешний слой (19) является обогащенным алюминием слоем, слоем алюминида или слоем со структурой β-NiAl.

11. Слоистая система по п.9, в которой второй внешний слой (19) является частью алюминированного первого внешнего MCrX″ слоя (13).

12. Слоистая система по п.2, в которой X′ является Y.

13. Слоистая система по п.7, в которой X″ является Si и B.

14. Слоистая система по п.1, которая содержит подложку (4), один или два слоя MCrX (7, 7′, 16), обогащенный хромом слой (10) и внешний обогащенный алюминием слой (19, 22).

15. Слоистая система по п.10, которая подвергнута термообработке перед первым использованием.

16. Слоистая система по п.1 или 14, в которой подложка (4) содержит Хастеллой X.

17. Слоистая система по любому из пп.1-5, 7-8, 10, 13, 14, в которой М является Ni.

18. Слоистая система по п.1, в которой Х является только Y, Si, Al или B.

19. Слоистая система по п.1, в которой первый внешний MCrX″ слой (13) состоит из NiCrSiB.

20. Слоистая система по п.1, в которой первый внешний MCrX″ слой (13) состоит из Amdry 103.

21. Слоистая система (1), содержащая подложку (4) и многослойное покрытие, в которой многослойное покрытие содержит только один слой MCrX (7, 7′) в качестве самого нижнего слоя (7, 7′) на подложке (4), в котором Х является, по меньшей мере, иттрием (Y) и/или кремнием (Si), и/или алюминием (Al), и/или бором (B), в котором М является никелем (Ni) и/или кобальтом (Co), обогащенный хромом слой (10) на или в по меньшей мере одном слое MCrX (7, 16), первый внешний MCrX″ слой (13), где X″ является, по меньшей мере, Y, Si и/или B, и второй внешний обогащенный алюминием слой (19), причем указанный самый нижний слой MCrX (7) расположен на подложке (4) и под обогащенным хромом слоем (10).

22. Слоистая система по п.21, которая подвергнута термообработке перед первым использованием.

23. Слоистая система по п.21, в которой подложка (4) содержит Хастеллой X.

24. Слоистая система по п.21, в которой М является Ni.

25. Способ изготовления слоистой системы (1), содержащей подложку и многослойное покрытие, в котором на подложку (4) наносят, по меньшей мере, один слой MCrX (7, 7′, 16), в частности, методом высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF), где Х является, по меньшей мере, иттрием (Y) и/или кремнием (Si), и/или алюминием (Al), и/или бором (B), и в котором М является никелем (Ni) и/или кобальтом (Co), получают обогащенный хромом слой (10), в частности слой α-хрома (10), на обогащенный хромом слой (10) наносят первый внешний слой (13), который является MCrX″ слоем, где X″ является кремнием (Si) и/или бором (B).

26. Способ по п.25, в котором один слой MCrX (7) наносят на подложку (4).

27. Способ по п.25, в котором обогащенный хромом слой (10) наносят хромированием.

28. Способ по п.25, в котором обогащенный хромом слой (10) наносят методом химического осаждения из паровой фазы (CVD).

29. Способ по п.27 или 28, в котором хромирование повторяют, предпочтительно, четыре раза.

30. Способ по любому из пп.25, 27, 28, в котором первый внешний слой (13) является MCrX″ слоем и его наносят на обогащенный хромом слой (10) методом HVOF.

31. Способ по п.30, в котором проводят стабилизирующую термообработку.

32. Способ по п.30, в котором наносят внешний обогащенный алюминием слой (19).

33. Способ по п.32, в котором внешний обогащенный алюминием слой (19) наносят алюминированием.

34. Способ по п.33, в котором алюминирование проводят парофазным осаждением.

35. Способ по п.34, в котором алюминирование проводят при 1080°C.

36. Способ по п.33, в котором слоистую систему подвергают термообработке после алюминирования.

37. Способ по п.25 или 26, в котором обогащенный хромом слой (10) наносят хромированием при температуре 1050-1080°С в течение 2-4 ч.

38. Способ по п.31, в котором стабилизирующую термообработку проводят при 1010°С в течение 6 ч.

39. Способ по п.33, в котором алюминирование проводят методом CVD.

40. Способ по п.33, в котором алюминирование проводят при 1080°С в течение 7 ч.

41. Способ по любому из пп.33-36, в котором слоистую систему подвергают термообработке после алюминирования в вакууме при 1080°С в течение 2 ч.