具有改进的耐热循环疲劳性和耐硫化性的用于TBC的高级粘结涂层材料的制作方法

具有改进的耐热循环疲劳性和耐硫化性的用于tbc的高级粘结涂层材料
技术领域
1.本发明涉及具有改进的耐热循环疲劳性和耐硫化性的用于热障涂层(tbc)的高级粘结涂层材料。所述高级粘结涂层材料可以是粉末、合金、粘结涂层(coat)或涂层(coating)形式，并且可以以热喷涂粉末的形式与顶涂层材料一起使用，以获得热障涂层(tbc)系统。本发明还涉及用于减少顶涂层从基材(例如燃气涡轮发动机部件)脱层的方法。


背景技术：

2.完整的热障涂层系统包括顶涂层(例如热障涂层(tbc))和粘结涂层或粘结层。普通的粘结涂层由mcraly合金制成，其中m表示ni、co、fe或它们的组合。为了提高粘结涂层的性能，通常在高级粘结涂层中添加hf、re和pt和各种其它稀土元素。普通的顶涂层由氧化钇、氧化镱、氧化铈、氧化钛、氧化镁、氧化钙、氧化镧或氧化镝中的一种或多种稳定的氧化锆(zro2)制成或由锆酸钆(gd2zr2o7)制成。
3.施加tbc系统并将其粘结到基材(例如超合金)，并且该tbc系统在热且苛刻的环境中(例如在燃气涡轮发动机环境中)保护基材。粘结涂层或粘结层在顶涂层和基材之间，并且将顶涂层粘结到基材。粘结涂层或粘结层由粘结涂层材料形成，其可以是粉末形式用于施加到基材。由粘结涂层材料形成的粘结涂层或粘结层影响顶涂层(例如tbc)的耐热循环疲劳性和耐硫化性，这可通过在存在和不存在硫的情况下tbc的炉循环寿命来评价有效性。由于高温和苛刻的环境(例如硫的存在)，tbc可能劣化。例如，在具有tbc的工业燃气涡轮中使用含有高硫含量的油作为燃料是降低tbc寿命的一个重要因素。
4.完整的tbc系统的一个重要失效发生在粘结涂层/顶部界面处。当tbc系统暴露于高温时，称为热生长氧化物(tgo)的氧化物层在粘结涂层和顶涂层之间成核并生长，以阻断氧进一步向内扩散以防止基材氧化。tgo的致密的α
‑
氧化铝层是期望的，因为它有效地阻断氧气向内扩散并且其自身还缓慢地生长。然而，顶涂层、粘结涂层和tgo的热膨胀系数存在显著差异。当tbc系统经历热循环(室温至操作温度至室温)时，在顶涂层/tgo界面和tgo/粘结涂层界面处累积由温度变化引起的显著内应力。随着tgo层变厚，热内应力变得越来越高，并最终由于热内应力所致的脱层而使顶涂层(例如tbc)失效。为了提高性能和能量效率，现代喷气发动机和工业燃气涡轮正寻求更高的操作温度，因此期望tbc系统的更高的耐热冲击性。
5.如在授予wolfla等人的美国专利号4,124,737中所公开的，多种涂层可用于在许多环境中保护金属合金基材免受磨损或腐蚀。这些涂层的范围从纯金属涂层到纯陶瓷涂层，并且包括在金属基质中具有高体积分数的陶瓷相的金属陶瓷型涂层。如wolfa所公开的，为金属基材提供保护的最难的环境之一是将高温氧化或硫化侵蚀与微振磨损或冲击性质的磨损相结合的环境。根据wolfa等人，只有少数涂层在这种类型的环境中是成功的，并且当温度超过约1800
°
f时实际上没有成功的。在相对低的温度范围内，即高达1000
°
f或1200
°
f，通常且非常成功地使用碳化钨与钴粘结剂的金属陶瓷涂层。然而，高于该温度，这
种类型的涂层氧化太快，以至于不能用于任何延长的时间段。作为一大类的金属陶瓷还具有缺乏耐疲劳性和耐冲击性的缺点。wolfa等人公开了涂料组合物、耐腐蚀和耐磨的涂布的制品和用于生产这样的制品的方法，其中涂布的制品由具有涂层的基材组成，所述层由钴基合金组成，该钴基合金含有17
‑
35%的铬、5
‑
20%的钽、0
‑
2%的钇、0
‑
2.5%的硅、0
‑
3.0%的锰、0.5
‑
3.5%的碳、0
‑
5%或14%的铝(所有都是以重量百分数计)以及0
‑
50体积%的至少一种金属氧化物。wolfa组合物不是粘结涂层，而是用于提高在高温下的耐磨性和耐腐蚀性的覆盖涂层(没有顶涂层)。
6.jackson等人的美国专利号4,117,179公开了具有改进的耐高温氧化性和耐腐蚀性的制品，其包含：(a)含有碳化物增强相的超合金基材，和(b)由铬、铝、碳、选自铁、钴或镍的至少一种元素和任选地选自钇或稀土元素的元素组成的涂层。另一个实施方案包含涂布的超合金的铝化的外涂层。根据jackson，涂层的碳含量必须足以使所有mcraly相被碳完全饱和，然而，不足以在涂料组合物内形成过量的碳化物，这对超合金使用条件下的涂层的耐氧化和耐腐蚀性产生有害的影响。
7.授予lugscheider的美国专利号5,141,821公开了耐腐蚀和耐磨的高温复合材料，其基于mcraly型合金作为基质金属，其中铂和/或铑作为合金元素，其量为5
‑
15重量%，并且包括以元素钒、铌、钽、钛、锆、铪、铬、钼和/或钨的碳化物和/或其混合物形式的具有机械耐性的物质的颗粒，其以0.01
‑
75重量%，优选5
‑
75重量%的量包括在基质金属中，基于高温复合材料。
8.授予mccomas等人的美国专利号4,275,124公开了耐磨、耐氧化和耐腐蚀的涂层合金和涂布的超合金制品，其在高达1000℃或更高的温度下是有用的，其包含铬、铝、钇和碳，余量选自镍、钴、铁或其混合物。根据mccomas等人，本发明得到的涂层基本上由富碳的mcraly基质组成，该基质含有1
‑
2微米尺寸量级的细金属碳化物和12微米量级的碳化铬。实施方案需要涂料组合物，以重量计，其基本上由18
‑
80 %的铬、1.2
‑
29 %的铝、至多4.8 %的钇、0.6
‑
11%的碳组成，余量选自镍、钴和铁或其混合物。根据mccomas等人，wolfa等人的美国专利号4,124,737公开了用于在高温下耐磨的含碳化钽的co
‑
cr合金涂层，其基本上由17
‑
35重量%的cr、5
‑
20重量%的ta、0.5
‑
3.5重量%的c组成，余量为co。而其它实施方案含有稀土金属、al、si和各种金属氧化物。关于钽(ta)的使用，mccomas等人与wolfa等人一致，ta是高温合金中的固溶体强化剂。然而，根据mccomas等人，虽然对于耐氧化腐蚀性优于w和mo，但作为难熔金属ta最多不能改进cocraly合金的耐氧化腐蚀性，并且如果仅通过替换系统中的其它元素，最可能使其劣化。
9.本发明提供了用于在高温燃气涡轮发动机部件中用于顶涂层(例如热障涂层(tbc))应用的高级粘结涂层。在存在和不存在硫的情况下，在燃气涡轮发动机部件的高温环境中，使用粘结涂层粘结到基材(例如超合金)的tbc表现出出乎意料地高的耐热循环疲劳性和耐硫化性以及出乎意料地延长的热循环寿命。完整的tbc系统在粘结涂层和顶涂层(例如tbc)的界面处形成tgo的期望的、致密的α
‑
氧化铝层，其足以阻断氧进一步向内扩散以防止基材氧化。所形成的tgo不会过厚以至于引起由于热内应力所致的脱层而失效，达到出乎意料地延长的时间段。


技术实现要素：

10.根据本发明，在存在和不存在硫的情况下，在燃气涡轮发动机部件的高温环境中，提供出乎意料地高的耐热循环疲劳性和耐硫化性以及出乎意料地延长的热循环寿命的粘结涂层材料包含：a) 铬，其量为10重量%至30重量%，优选20重量%至26重量%，b) 钽和钼中的至少一种，其中钽和钼的总量为3重量%至15重量%，优选5重量%至12重量%，更优选9重量%至11重量%，c) 铝，其量为5重量%至13重量%，优选6重量%至10重量%，d) 硅，其量为0.1重量%至1.4重量%，优选0.3重量%至1.1重量%，更优选0.5重量%至1.0重量%，e) 钇，其量为0.1重量%至0.8重量%，优选0.3重量%至0.75重量%，f) 碳，其量为0重量%至1.2重量%，优选0.3重量%至1.1重量%，更优选0.5重量%至1.0重量%，g) 镝，其量为0重量%至1重量%，例如0.1重量%至0.5重量%，h) 铈，其量为0重量%至1重量%，例如0.1重量%至0.5重量%，和i) 余量为镍，a)至i)的百分数加起来为100重量%。
11.钽和钼中的至少一种的总量以及铝和硅的量各自对于避免顶涂层从粘结涂层或涂层脱层，以及对于在存在和不存在硫的情况下，在高温环境下(例如燃气涡轮发动机部件)，实现出乎意料地高的耐热循环疲劳性和耐硫化性以及出乎意料地延长的热循环寿命是关键的。
12.在本发明的各方面中，粘结涂层材料可以是粉末形式，可以是合金，或者可以是粘结涂层或涂层。合金可以是粉末形式，或者线、棒或杆形式，或者可以是粘结涂层或涂层。在每种情况下，化学组成可以如对于粘结涂层材料所描述的。
13.在本发明的另一方面，热喷涂粉末可以包括单独的粘结涂层材料或与顶涂层材料一起的粘结涂层材料，所述顶涂层材料例如热障涂层(tbc)材料或耐磨涂层材料中的至少一种。
14.在本发明的另一方面，热障涂层(tbc)系统包括顶涂层和粘结涂层(bond coat)或粘结涂层(bond coating)，其中顶涂层粘结到粘结涂层或粘结涂层。涂布的基材包含基材和通过所述粘结涂层或涂层粘结到所述基材的热障涂层系统。所述热障涂层系统可由所述热喷涂粉末生产。所述热障涂层系统通过在所述顶涂层和所述基材之间的所述粘结涂层或粘结涂层粘结到基材(例如超合金)。完整的tbc系统在粘结涂层和顶涂层(例如tbc)的界面处形成热生长氧化物(tgo)的期望的缓慢生长的致密的α
‑
氧化铝层，其足以阻断氧进一步向内扩散以防止基材氧化。所形成的tgo不会过厚以至于引起由于热内应力所致的脱层而失效，达到出乎意料地延长的时间段。
15.在本发明的另外的方面，如下减少顶涂层从基材脱层，通过用粘结涂层或涂层(例如本发明的合金)将所述顶涂层粘结到所述基材，并在所述顶涂层和所述粘结涂层之间成核并生长热生长氧化物(tgo)，以阻断氧进一步向内扩散以防止基材氧化。所述顶涂层可以包含热障涂层(tbc)，并且所述基材可以包含燃气涡轮发动机部件。所述tgo可以包含α氧化铝，并在存在或不存在硫的情况下减少由于热内应力所致的脱层。
16.附图简述通过附图进一步说明本发明，其中：图1示意性地说明具有热障涂层(tbc)系统的涂布的基材，该系统包括顶涂层，例如粘结到根据本发明的粘结涂层或涂层的热障涂层(tbc)。
17.图2示意性地说明在使其经受如在燃气涡轮发动机中的高温和苛刻的环境之后的图1的涂布的基材，其在粘结涂层和顶涂层(例如tbc)的界面处形成热生长氧化物(tgo)的期望的致密的α
‑
氧化铝层，根据本发明，其足以阻断氧进一步向内扩散以防止基材氧化。
具体实施方式
18.本发明提供了用于形成粘结涂层或粘结涂层的高级粘结涂层材料，所述粘结涂层或粘结涂层将顶涂层(例如热障涂层(tbc))粘结到基材(例如在高温燃气涡轮发动机部件中使用的超合金)。在存在和不存在硫的情况下，在燃气涡轮发动机部件的高温环境中，使用粘结涂层粘结到基材(例如超合金)的tbc表现出出乎意料地高的耐热循环疲劳性和耐硫化性以及出乎意料地延长的热循环寿命。完整的tbc系统在粘结涂层和顶涂层(例如tbc)的界面处形成tgo的期望的致密的α
‑
氧化铝层，其足以阻断氧进一步向内扩散以防止基材氧化。所形成的tgo不会过厚以至于引起由于热内应力所致的脱层而失效，达到出乎意料地延长的时间段。
19.粘结涂层材料是镍基的，并且包括铬和关键的总量的钽和钼中的至少一种以及关键量的铝，用于避免顶涂层从粘结涂层或涂层脱层，并且用于在存在和不存在硫的情况下，在高温环境(例如燃气涡轮发动机部件)中，实现出乎意料地高的耐热循环疲劳性和耐硫化性以及出乎意料地延长的热循环寿命。在粘结涂层材料或粘结涂层或粘结涂层中不需要存在昂贵材料钴、铼、铪和铂。另外，根据the national institute for occupational safety and health (niosh)，职业性地暴露于钴可能伤害眼睛、皮肤、心脏和肺，并且可能引起癌症。减少粉末形式的钴的使用符合世界范围的环境和健康政策以及法规。
20.与钴基粘结涂层(例如conicraly粘结涂层，例如diamalloy
®ꢀ
4700)的炉循环寿命相比，使用本发明的镍基粘结涂层材料的顶涂层(例如热障涂层(tbc))的炉循环寿命可以出乎意料地为两倍或甚至三倍。在存在和不存在硫的情况下，本发明的tbc系统在高于1800
°
f的温度下(例如在高于2000
°
f的温度下)表现出出乎意料地优异的稳定性。
21.例如，在具有70分钟循环时间(在10分钟内从室温加热到1135℃(2075
°
f)的操作温度并保持50分钟，以及在10分钟内冷却到室温)而不存在硫的炉循环测试(fct)中，具有钴基diamalloy 4700粘结涂层或涂层的tbc系统的平均失效循环可用作基线。在本发明的实施方案中，与基线diamalloy 4700粘结涂层寿命相比，具有本发明的ni基粘结涂层或涂层的tbc系统提供出乎意料地更高的平均失效循环，其中循环寿命增加至少75%，例如至少125%，或甚至至少200%，如所附实例中所证明的。在本发明的实施方案中，在1150℃(2102℉)的甚至更高的测试温度下，使用本发明的ni基粘结涂层或涂层也获得了出乎意料地更高的寿命循环，其中与基线diamalloy 4700粘结涂层寿命相比，循环寿命增加至少55%，例如至少80%，或甚至至少150%，如所附实例中所证明的。
22.在硫的存在下，在具有60分钟循环时间(在10分钟内从室温加热到1121℃(2050
°
f)的操作温度并保持40分钟，以及在10分钟内冷却到室温)的炉循环测试(fct)中，具有钴
基diamalloy 4700粘结涂层或涂层的tbc系统的平均失效循环在硫的存在下(与没有硫的情况相比)可以减少约33%。然而，在本发明的实施方案中，与不存在硫时的基线diamalloy 4700粘结涂层寿命相比，在硫的存在下，具有本发明的ni基粘结涂层或涂层的tbc系统可提供出乎意料地更高的平均失效循环，其中循环寿命增加至少65%，例如至少100%，如所附实例中所证明的。而且，在本发明的实施方案中，用本发明的ni基粘结涂层或涂层获得了与在不存在硫的情况下获得的大致相同的出乎意料地高的平均失效循环数并且在硫的存在下寿命的增加，如所附实施例中所证明的。
23.根据本发明，在存在和不存在硫的情况下，在燃气涡轮发动机部件的高温环境中，提供出乎意料地高的耐热循环疲劳性和耐硫化性以及出乎意料地延长的热循环寿命的粘结涂层材料包含：a) 铬，其量为10重量%至30重量%，优选20重量%至26重量%，b) 钽和钼中的至少一种，其中钽和钼的总量为3重量%至15重量%，优选5重量%至12重量%，更优选9重量%至11重量%，例如，1) 5重量%至15重量%的mo，没有任何ta，或者2) 3重量%至7重量%的mo，具有3重量%至7重量%的ta，或者，3) 5重量%至15重量%的ta，没有任何mo。
24.c) 铝，其量为5重量%至13重量%，优选6重量%至10重量%，d) 硅，其量为0.1重量%至1.4重量%，例如0.5重量%至1.4重量%，优选0.3重量%至1.1重量%，更优选0.5重量%至1.0重量%，e) 钇，其量为0.1重量%至0.8重量%，例如0.3重量%至0.8重量%，优选0.3重量%至0.75重量%，f) 碳，其量为0重量%至1.2重量%，例如0.5重量%至1.2重量%，优选0.3重量%至1.1重量%，更优选0.5重量%至1.0重量%，g) 镝，其量为0重量%至1重量%，例如0.1重量%至0.5重量%，h) 铈，其量为0重量%至1重量%，例如0.1重量%至0.5重量%，和i) 余量为镍，a)至i)的百分数加起来为100重量%。
25.在本发明的实施方案中，钽和钼两者可以存在于粘结涂层材料中，或者钽或钼中的仅一种可以存在，而另一种不存在，条件是：1) 钽和钼的总量为3重量%至15重量%，2) 优选5重量%至12重量%，3) 更优选9重量%至11重量%。
26.例如，在本发明的实施方案中，对于粘结涂层或粘结涂层材料：1) 钽的量可以是0重量%至12重量%，并且钼的量可以是0重量%至12重量%，但是钽和钼的总量必须是3重量%至15重量%。
27.2) 当不使用钼(钼含量为0%)或使用钼时，钽含量可以是4重量%至11重量%。然而，在后一种情况下，如果使用钼，当钽含量在11重量%的范围上限时，钼的量可以为至多4重量%，使得钽和钼的总量为15重量%。
28.3) 当不使用或使用钽时，钼的量可以是4重量%至11重量%。然而，在后一种情况下，如果使用钽，当钼含量在11重量%的范围上限时，钽的量可以为至多4重量%，使得钽和钼
的总量为15重量%。在优选的实施方案中，钽与钼一起使用或不与钼一起使用。
29.在本发明的实施方案中，粘结涂层材料可以以粉末形式或块状形式(例如线、棒、杆或板形式)制造。粘结涂层材料粉末可以是粘结涂层材料的每种组分的单独粉末的均匀混合物。粘结涂层材料粉末也可以由颗粒组成，每个颗粒含有粘结涂层材料的所有组分或一些组分。例如，可以研磨粘结涂层材料的所有组分的合金以获得粉末。粘结涂层材料的粒度可取决于所采用的涂布方法。常规用于给定涂布方法的常规粒度分布可用于本发明的粘结涂层材料。
30.在其它实施方案中，粘结涂层材料可以是合金，或者当施加和粘结到基材时，粘结涂层材料可以是粘结涂层或粘结涂层，或基材上的层。合金可以是粉末形式，或线、棒、杆或板形式，或当施加和粘结到基材时可以是粘结涂层或粘结涂层或层。在每种情况下，合金的化学组成，以其每种形式，或当作为基材上的粘结涂层或粘结涂层或层施加并粘结到基材时，可以如对于粘结涂层材料所述。如本文所用，合金如常规定义，并且是化学元素的混合物，其形成保持金属特性的不纯物质(混合物)。合金与不纯金属的区别在于，对于合金，添加的元素被很好地控制以产生期望的性质，而不纯的金属(例如锻铁)则较少被控制，但通常被认为是有用的。合金通过混合两种或更多种元素而制成，其中的至少一种元素是金属。这通常称为主金属或基础金属，并且该金属的名称也可以是合金的名称。其它组分可以是金属或者可能不是金属，例如碳，但是当与熔融基料混合时，它们将是可溶的并溶解到混合物中。如本文所用，合金可以是金属和至少一种其它元素的固溶体，所述其它元素通常是形成单晶相的其它金属。合金可以是金属的组合，或者一种或多种金属与一种或多种其它元素的组合。合金可由金属粘结特性限定，并且合金可以是金属元素的固溶体(单相)或金属相(两种或更多种溶液)的混合物。
31.在本发明的另一方面，热喷涂粉末可以包括单独的粘结涂层材料或与顶涂层材料一起的粘结涂层材料，所述顶涂层材料例如热障涂层(tbc)材料、耐磨金属、耐磨合金或耐磨陶瓷中的至少一种。
32.顶涂层材料可以是任何常规的或已知的顶涂层材料或热障涂层(tbc)材料，例如用于涂布燃气涡轮发动机部件的那些，例如在美国专利申请公开号2018
‑
0099909中公开的，其公开内容通过引用以其整体并入本文。可以使用的顶涂层材料的其它非限制性实例包括目前在可商购获得的耐磨物中使用的铝合金(例如alsi)(典型的粒度为30
‑
150 μm)、目前在可商购获得的耐磨物中使用的镍合金(例如nicrfe、nicral、nicraly和nicocraly)和钴合金(例如conicraly) (并使用5
‑
100 μm的典型粒度)。顶涂层材料也可以包括目前在可商购获得的耐磨物和tbc中使用的氧化锆基陶瓷(例如氧化镝稳定的zro2和氧化钇稳定的zro2)(其中典型粒度为10
‑
150 μm)以及铁基合金(例如fecral和fecraly)(其中典型粒度为5
‑
100 μm)。顶涂层材料可以包括常规的或已知的纤维或纤维材料，用于控制顶涂层材料的孔隙率，如在pct国际公开号wo2018152328中所公开的，其公开内容通过引用以其整体明确地并入本文。
33.其它公知的热障涂层(包括具有竖直裂纹的那些)也可以用作顶涂层。有许多公开文献和专利公开了具有竖直裂纹的热障涂层，例如授予taylor的美国专利号5,073,433和授予taylor等人的美国专利号8,197,950公开了分段涂层。这些美国专利中的每一个的公开内容通过引用以其整体并入本文。
34.基材可以是任何已知的或常规的需要顶涂层或屏障涂层(tbc)的材料或制品。基材的非限制性实例包括用于制造燃气涡轮发动机部件的合金或超合金，例如如在授予wolfa等人的美国专利号4,124,737中所公开的hastelloy
®ꢀ
x，其公开内容通过引用以其整体并入本文。如wolfa等人所公开的，hastelloy
®ꢀ
x具有如下标称组成：22.0重量%的铬、9.0重量%的钼、18.5重量%的铁、1.5重量%的钴、0.6重量%的钨、1.0重量%的硅、1.0重量%的锰、0.1重量%的碳，和余量的镍。可以用本发明的粘结涂层或粘结涂层涂布的已知的和常规的基材的其它非限制性实例包括钢、不锈钢、具有低合金含量的其它铁基合金、铬和铬基合金以及难熔金属和难熔金属基合金。可以用本发明的粘结涂层或粘结涂层涂布的超合金基材的非限制性实例是已知的碳化物增强的超合金，例如镍基和钴基超合金、定向凝固的镍基和钴基超合金(包括低共熔合金)以及难熔合金等，如在美国专利号4,117,179中所公开的，其公开内容通过引用以其整体并入本文。可以用本发明的粘结涂层或涂层涂布的基材或制品的非限制性实例包括燃气涡轮发动机中的涡轮叶片和轮叶。
35.在本发明的另一方面，如在图1中示意性地说明的，热障涂层(tbc)系统1包括顶涂层2和粘结涂层或粘结涂层3，其中顶涂层2(例如tbc)在顶涂层/粘结涂层界面5处粘结到粘结涂层或粘结涂层3。涂布的基材10包含基材15和通过在基材/粘结涂层界面20处的粘结涂层或涂层3粘结到基材15的热障涂层系统1。热障涂层系统1可以由热喷涂粉末生产。热障涂层系统1通过在顶涂层2和基材15之间的粘结涂层或粘结涂层3粘结到基材15(例如超合金或燃气发动机涡轮部件)。
36.如在图2中示意性地说明的，在经受如在燃气涡轮发动机中的高温和苛刻的环境之后，图1的涂布的基材10的完整的tbc系统1在粘结涂层3和顶涂层2(例如tbc)的界面5处形成热生长氧化物(tgo) 25的期望的缓慢生长的致密的α
‑
氧化铝层，其足以阻断氧进一步向内扩散以防止基材15氧化。所形成的tgo 25不会过厚以至于引起由于热内应力所致的顶涂层2从粘结涂层或粘结涂层3和基材15脱层而失效，达到出乎意料地延长的时间段。在本发明的实施方案中，tgo的厚度x可以从亚微米到12微米，或者0<x<12μm，优选0<x<10μm。
37.在本发明的实施方案中，可使用多个粘结涂层或粘结涂层3和多个顶涂层2，其中每个顶涂层2以交替的方式位于粘结涂层3的顶部上，以提供多个tbc系统1，所述tbc系统一个在另一个之上堆叠和粘结，其中最底部的粘结涂层3粘结到基材15。
38.在本发明的另外的方面，提供了减少顶涂层从基材脱层的方法，该方法通过用粘结涂层或涂层(例如本发明的合金)将顶涂层粘结到基材，并在顶涂层和粘结涂层之间成核并生长热生长氧化物(tgo)，以阻断氧进一步向内扩散以防止基材氧化。顶涂层可以包含热障涂层(tbc)，并且基材可以包含燃气涡轮发动机部件。tgo可以包含α氧化铝，并在存在或不存在硫的情况下减少由于热内应力所致的脱层。
39.可使用常规热喷涂方法(例如空气等离子体喷涂、悬浮等离子体、高速氧燃料喷涂(hvof)、低压等离子体喷涂(lpps)、真空等离子体喷涂(vps)、化学气相沉积(cvd)、等离子体物理气相沉积(ps
‑
pvd)、物理气相沉积(pvd)(其包括真空沉积方法，例如溅射和蒸发))和常规火焰喷涂方法(例如燃烧线喷涂和燃烧粉末喷涂、电弧线喷涂、粉末火焰喷涂和电子束物理气相沉积(ebpvd))将粘结涂层或粘结涂层或粘结层和顶涂层(例如tbc)沉积、施加或层压在基材上。常规的和已知的涂层厚度可用于粘结涂层或涂层以及顶涂层或tbc。
40.通过以下非限制性实施例来进一步说明本发明，其中所有份数、百分数、比例和比
率均按重量计，所有温度均以℃计，并且所有压力均为大气压，除非另有说明。
实施例
41.用于制造用于涂布的基材的粘结涂层的本发明的三种镍基合金样品和对比或基线钴基合金样品diamalloy
®ꢀ
4700 (粘结涂层材料)的组成示于表1中。表1中列出的材料通过高速氧燃料喷涂方法(hvof方法)喷涂到hastelloy x基材上，以形成四种不同的粘结涂层。如wolfa等人所公开的，hastelloy
®
x具有如下标称组成：22.0重量%的铬、9.0重量%的钼、18.5重量%的铁、1.5重量%的钴、0.6重量%的钨、1.0重量%的硅、1.0重量%的锰、0.1重量%的碳，和余量的镍。然后，将7重量%的y2o3部分稳定的zro2 (由oerlikon metco制造的amdry
®ꢀ
204ns
‑
1)的相同的顶涂层(tbc)空气等离子体喷涂到粘结涂层上，以形成四种不同的tbc系统，命名为对比tbc
‑
d4700、tbc实施例1、tbc实施例2和tbc实施例3。
42.对每个合成的tbc进行强调粘结涂层/顶涂层界面的完整的tbc系统的性能分级的fct (炉循环测试)，其中循环时间为70分钟(在10分钟内从室温加热到1135℃，在1135℃下保持50分钟，并在10分钟内冷却至室温)。fct也使用1150℃的温度代替1135℃的温度进行。结果示于表2中。
43.tbc可由于苛刻的环境而劣化，tbc中硫的存在(即，使用含有高硫含量的油作为用于工业燃气涡轮的燃料)是降低tbc寿命的重要因素。为了评价硫的影响，将40mg/cm2的na2so4盐粉末放置在对比d4700tbc的表面上和本发明的tbc实施例3的表面上。然后，将样品从室温加热到920℃(na2so4的熔点为约880℃)，并在该温度下保持24小时，使得熔融盐渗入tbc系统中。然后对盐化的和未盐化的样品(在fct测试前也暴露于920℃下24小时)进行fct测试，其中循环时间为60分钟(在10分钟内从室温加热到1121℃，在1121℃下保持40分钟，并在10分钟内冷却到室温)，并且结果示于表3中。
44.表1显示测试的样品的组成，表2显示未盐化的样品的炉循环测试(fct)的结果，以及表3显示盐化的样品的炉循环测试(fct)的结果为：表1：用于制造用于涂布的基材的粘结涂层的粘结涂层材料(合金)的组成
样品conicrmotaalsiyc对比基线tbcd4700余量31.5120.6
‑‑‑‑
7.73
‑‑
0.420.012tbc1
‑‑
余量10
‑
305
‑
15
‑‑5‑
130.5
‑
1.40.3
‑
0.80.5
‑
1.2tbc2
‑‑
余量10
‑
303
‑
73
‑
75
‑
130.5
‑
1.40.3
‑
0.80.5
‑
1.2tbc3
‑‑
余量10
‑
30
‑‑5‑
155
‑
130.5
‑
1.40.3
‑
0.80.5
‑
1.2
表2：用于制造用于涂布的基材的粘结涂层的粘结涂层材料(合金)的炉循环测试(fct)结果(70分钟，1135℃和1150℃)
样品循环寿命增加，以%计，在1135℃下测试循环寿命增加，以%计，在1150℃下测试对比基线tbcd4700n/an/atbc180%59%tbc2134%83%tbc3207%+(测试停止)158%+(测试停止)
表3：用于制造用于涂布的基材的粘结涂层的粘结涂层材料(合金)的耐硫化性(60分钟，1121℃)
*表3中%的所有数据为与未盐化的基线tbc 4700样品的数据比较。
45.表2中列出的数据显示，与通常用于热障涂层工业的对比基线合金 diamalloy
®ꢀ
4700 (tbc d4700)的tbc寿命相比，本发明的合金出乎意料地能够在1135℃的测试温度下将tbc寿命增加80%至超过207%，如通过平均失效循环数的%增加所测量。表2中列出的数据还显示，与对比基线合金 diamalloy
®ꢀ
4700的tbc寿命相比，本发明的合金出乎意料地能够在1150℃的测试温度下将tbc寿命增加59%至超过158%，如通过平均失效循环数的%增加所测量的。
46.表3中的结果指示，与未盐化的样品的tbc寿命(302.5个循环)相比，盐化的对比基线合金tbc (tbc d4700)导致盐化的样品的tbc寿命减少33%。表3中的结果显示，本发明的盐化的合金tbc
‑
1具有出乎意料地更长的寿命，其比对比未盐化的基线tbc d4700的寿命长68%。表3中的结果还显示，本发明的盐化的合金tbc
‑
2具有出乎意料地更长的寿命，其比对比未盐化的基线tbc d4700的寿命长至少107.6% (在停止点)。另外，表3中的结果显示，本发明的盐化的合金tbc
‑
3具有出乎意料地更长的寿命，其比对比盐化的基线tbc d4700的寿命长至少101.6% (在停止点)。同样，如在表3中所示的，本发明的tbc
‑
3样品在停止点的寿命出乎意料地相同，无论是盐化的或未盐化的，并且也出乎意料地比对比未盐化的基线合金tbc d4700的寿命长至少101.6%。
47.此外，至少因为本发明在此以使得人们能够制造和使用本发明的方式公开，例如，由于特定示例性实施方案的公开，例如为了简单或效率，本发明可以在没有本文中没有具体公开的任何步骤、另外的要素或另外的结构的情况下实施。
48.注意，前述实施例仅出于解释的目的而提供，并且决不被解释为限制本发明。尽管已经参考示例性实施方案描述了本发明，应当理解，本文使用的词语是描述和说明性的词语，而不是限制性的词语。在所附权利要求书的范围内，如当前所述和修改的，可以进行改变，而不偏离本发明在其各方面的范围和精神。尽管本发明在此已经参考特定的装置、材料和实施方案进行了描述，但是本发明不旨在限于本文公开的细节；相反，本发明扩展到所有功能上等同的结构、方法和用途，例如在所附权利要求的范围内。