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CN102317494A - 制备覆盖超耐热合金金属基层的热障层的方法及采用该方法而获得的热机械部件 - Google Patents

制备覆盖超耐热合金金属基层的热障层的方法及采用该方法而获得的热机械部件 Download PDF

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CN102317494A
CN102317494A CN2010800073483A CN201080007348A CN102317494A CN 102317494 A CN102317494 A CN 102317494A CN 2010800073483 A CN2010800073483 A CN 2010800073483A CN 201080007348 A CN201080007348 A CN 201080007348A CN 102317494 A CN102317494 A CN 102317494A
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coating
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雅尼克·卡多莱特
塞缪尔·赫维尔
克劳德·芒斯
安妮·帕斯奎特
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Abstract

本发明涉及一种覆盖超耐热合金基层的热障涂层的制造方法，所述热障涂层包括至少一种底层和一种陶瓷层，所述方法的特征在于执行如下步骤：在镀陶瓷层之前，底层的表面状态通过至少一种物理化学和/或机械工艺方法整平，这样，在50μm的任何距离上，小于或等于2μm的峰-峰差的缺陷数至多为五处，然后镀陶瓷层。本发明适用于涡轮叶片。

Description

制备覆盖超耐热合金金属基层的热障层的方法及采用该方法而获得的热机械部件
技术领域
本发明涉及一种覆盖超耐热合金金属基层的热障涂层的制备方法，以及采用这种制备方法而获得的热机械部件。
背景技术
尤其是航空领域，提高涡轮机效能的研究，以及降低燃油消耗和气体和燃烧残余物污染排放的研究已经逐渐接近燃料的按化学计量燃烧。在这种情况下，伴随而来的是流出燃烧室进而流向涡轮的燃气温度的提高。
当前，超耐热合金使用的极限温度是大约1100℃，然而，离开燃烧室或进入涡轮的燃气的温度可能会高达1600℃。
因此，必须改善涡轮叶片(空心叶片)的冷却技术和/或改善这些材料的耐高温性能，以使涡轮机材料适应这种高温。上述第二种方法，结合镍基和/或钴基超耐热合金的使用，已经形成了几种解决方案，包括在超耐热合金基层上镀隔热涂层，这种涂层称之为热障涂层，由多层构成。
航空发动机使用热障涂层在过去20年已经很普遍，它使进入涡轮的燃气的温度可以增加，冷却空气的流量可以降低，从而可提高发动机的效能。
隔热涂层是通过在连续工作条件下被冷却的部件上的涂层来建立温度梯度，对于厚度大约为150μm到200μm的涂层，该梯度的总体幅度可超过100℃，该涂层可提供每米和每开(W.m-1.K-1)1.1瓦的导热率。构成涂层基层的底层金属的使用温度会因为该梯度而降低，在部件使用寿命内以及在涡轮发动机的消耗率方面，大大节省了需要冷却空气的量。
众所周知，人们都试图寻求使用一种热障涂层，这种热障涂层包括由氧化钇稳定的锆基陶瓷层，膨胀系数不同于构成基层以及导热性相当低的超耐热合金的膨胀系数。另外，有的时候，稳定的氧化锆还含有元素的至少一种氧化物，所述元素从由稀土构成的族中选取，而且，优选地，从由如下元素构成的副族中选取：Y(钇)；Dy(镝)；Er(铒)；Eu(铕)；Gd(钆)；Sm(钐()；Yb(镱)；或者是Ta(钽)的氧化物和至少一种稀土氧化物的组合形式；或者是Nb(铌)的氧化物和至少一种稀土氧化物的组合形式。
为了加固这种陶瓷层，通常，在部件的基层和陶瓷层之间插入一层金属底层，该金属底层的膨胀系数接近基层的膨胀系数。这种底层可在部件的基层和陶瓷层之间起到粘结作用，大家知道，底层和部件基层之间的粘结是通过相互扩散来实现的，而且，底层和陶瓷层之间的粘结是通过机械固定和底层特性形成的，从而以高温和在陶瓷/底层结合处产生薄薄一层氧化物，该氧化物与陶瓷化学地接触。此外，这种金属底层可保护部件不会出现腐蚀现象。
在所使用的涂层中，应提到广泛使用的氧化锆基陶瓷层，该氧化锆由氧化铱部分稳定，例如Zr0.92Y0.08O1.96。
尤其是，按照已知方法(空气等离子喷涂，超低压等离子喷涂)，已知利用MCrAlY类型合金形成的底层，其中，M是从镍、钴、铁中选取的金属，或者这些金属的混合物，以及，构成带有铬的镍钴合金的γ-γ原基质，在该技术方案中，铬含有NiAl β沉淀物。
另外，人们还知道利用由铝化镍构成的底层，该底层包括从铂、铬、钯、钌、铱、锇、铑中选取的金属，或这些金属的混合物，和/或从锆(Zr)、铈(Ce)、镧(La)、钛(Ti)、钽(Ta)、铪(Hf)、硅(Si)、和钇(Y)中选取的电抗元素。例如，使用了一种Ni(1-x)PtxAl类型的涂层，在这种涂层中，铂插入在镍晶格中。在铝化热机械处理前，电解镀铂。
这种金属底层还可以由铂修饰铝化镍(Ni，Pt)Al来构成，采用的方法包括如下步骤：通过化学清洁和喷砂来制备部件表面；在部件上电解镀铂(Pt)涂层；对结果选择地进行热处理，使铂在部件内扩散；通过化学气相镀法(CVD)或物理气相镀法(PVD)来镀铝；对结果选择地进行热处理，使铂和铝扩散到部件内；制备形成金属底层的表面；以及通过电子束物理气相镀(EB-PVD)镀陶瓷涂层。
最后，底层可能相当于一种只有扩散铂构成的涂层，该涂层在于在方案中带有铂的镍钴的γ-γ原基质。
为了获得一种涂层和/或涂层底层，有时还实施修饰超耐热合金部件表面的步骤，即镀厚度超过10μm的铂层，然后，进行扩散热处理。
为此，申请者公司利用称之为C1A的热化学涂层，该涂层是由铬修饰的氧化铝涂层构成的，是通过依次实施两个气相镀步骤后产生的：第一步，镀2μm到6μm厚的铬层，第二步，铝化步骤。
这种涂层更多的是用作保护部件不受氧化或高温腐蚀，或者，可选择用作热障涂层的底层。
按照传统方式，使用包括铝的金属底层则会通过空气自然氧化法产生一层氧化铝Al2O3，该层覆盖了整个底层。
通常，采用喷涂技术(尤其是，等离子喷涂技术)，或者采用物理气相镀法，即蒸发法(例如，采用电子束物理气相镀(EB-PVD)，即在电子轰击下在真空蒸发密闭箱内镀而形成涂层)来在部件上镀陶瓷层，作为涂层。
采用喷涂涂层时，锆基氧化物采用等离子喷涂式技术在可控制大气环境下进行镀，从而形成由一堆熔融液滴构成的涂层，熔融液滴经过冲击淬火、整平和堆积，以便形成镀层，该镀层被未完成地镀增加密度，其厚度一般在50μm到1mm的范围内。
物理镀涂层---例如，使用在电子轰击下的蒸发法---会形成由聚集小柱构成的涂层，这些小柱在20μm到600μm的厚度范围内，大体上垂直于涂层的表面。有利的是，这些柱之间的空间可使涂层有效补偿热机械应力，这些应力在工作温度下是由于相对于超耐热合金基层的不同膨胀所致。
为此，所获得的部件在高温热疲劳方面的使用寿命延长了。
传统上，这种热障涂层会造成机械部件外涂层和涂层基层之间的热导不连续，机械部件外涂层构成热障涂层，涂层的基层形成构成部件的材料。
通常，人们发现，引起热导明显不连续的热障涂层还会在涂层和基层之间---或更确切的说---在底层和陶瓷层之间的结合处引起脱层的严重风险。这种情况引起陶瓷层的剥落，结果，基层局部不再受到绝热陶瓷层的保护，而承受更高的温度，所以，很快就会损坏。
这种损坏部分地是因为通常称之为“皱曲”的现象所致，这种皱曲在温度较大变化的循环期间发生，一旦发动机投入使用，材料就会承受这种温度，特别是涡轮叶片。
这种现象导致底层变形并由各种参数引起的。皱曲可通过如下情况来解释：
·初始表面状态，其在使用时陶瓷粘结方面具有主要作用；
·底层和超耐热合金之间膨胀系数的差异，这会引起高温环境下连续循环期间涂层的渐进变形；
·金属基层和涂层之间的β-(Ni，Pt)Al→γ′-Ni3Al相变换和相互扩散现象；
·-(Ni，Pt)Al相的马氏体相变，这种情况在以小于37％原子的铝含量进行冷却时会发生；
·氧化铝层的生长应力；以及
·基层的化学成分(活性元素的影响)。
在文献中，人们认为，皱曲现象是一种降解机制，这是热障系统不可避免的。为此，“Temperature and cycle-time dependence of rumpling inplatinum-modified diffusion aluminide coatings(皱曲在铂修饰的扩散氧化铝涂层中对温度和循环时间的依赖性)”的文章(V.K.Tolpygo和D.R.Clarke，ScriptaMaterialia 57(2007)，第563-566页)清楚地说明了温度、频率、和热循环周期的影响，这些参数是高温环境下皱曲现象发展的重要因素。根据这些作者的观点，这种底层变形的现象与温度直接有关，而且在温度大于1100℃时是不可避免的。
为避免或推迟皱曲现象的出现，现有技术进行的多次努力都是基于改变超耐热合金基层的化学成分。为此，文章“Effect of Hf，Y，and C in the underlyingsuperalloy on the rumpling of diffusion aluminide coatings(底层超耐热合金中Hf，Y，和C对扩散氧化铝涂层皱曲的影响)”(V.K.Tolpygo等人.《ActaMaterialia》，56(2008)，第489-499页)介绍了热障涂层结合破坏的情况；这种破坏是由不可避免的皱曲现象引起的；同时还观察了随超耐热合金中铪和碳含量的不同，皱曲现象出现的时间变化。
同样，Spitsberg等人在“On the failure mechanisms of thermal barrier coatingswith diffusion aluminide bond coatings(关于带扩散氧化铝结合涂层的热障涂层的损坏机制)”，《Materials Science and Engineering》A 394(2005)，第176-191页)文章中介绍了富含铼的基层的使用可改变相同表面处理的剥落时间。铼的作用看上去可以改变皱曲现象出现的时间，但是，在任何情况下，都不能完全消除。
发明内容
为此，本发明的一个目的就是提出一种制作热障涂层的方法和采用这种方法制作的热障涂层结构，以防止或推迟皱曲现象的出现，或将其幅度降到最小。
本发明的另一个目的是提供一种超耐热合金热机械部件，该部件是采用所述制作方法生产的，其可限制部件(尤其是叶片)在高温环境下使用时因为皱曲现象而出现的对底层的损害，而且，这样做可以显著增加热障系统的剥落寿命。
为此，根据本发明，制作方法的特征在于实施如下步骤：在镀陶瓷层之前，底层的表面状态由至少一个物理化学和/或机械方法修整平滑，这样，低于或等于2μm的峰-峰差异(峰谷的底部和尖峰的顶部)的缺陷数在50μm的距离(间距pitch or extent)上至多五个，然后，镀陶瓷层。
这样，应该明白的是，为实现该目标而需要满足的条件是下面两种条件的结合：
·底层的表面状态，呈现可控粗糙度，限定了每单元面积“大缺陷”的密度；以及
·在底层上使用陶瓷层(直接在底层上或采用插入的氧化铝层)。
在粗糙度满足了本专利申请所提条件情况下，且使用了陶瓷层时，申请者发现，皱曲现象不再存在，或者无论如何，都会受到很大限制，尽管在过去人们曾对能够避免皱曲现象抱有偏见，尤其是通过修饰底层表面状态或调整底层化学成分的方式。
申请者表明，有关采用本发明制作方法取得的热障层的预料不到性能，具体在于协同作用所获得的：首先，优化的底层表面状态可以实现陶瓷层的良好粘结作用，其次，它可以限制底层表面和陶瓷层表面上出现大幅度缺陷(凹陷或凸起)的数量，于是，避免了形成脱层中心，并且，实际上，陶瓷层加固了热障涂层，确保位于其下面各层材料的高温保护。如果(而且只有当)表面状态按照如下给出的参数进行了优化时，陶瓷层的使用可防止金属底层的任何变形。
总之，本发明提出的解决方案，通过抑制部件工作时的皱曲现象，从而可延长热障涂层和采用热障涂层涂覆的部件的使用寿命。
另外，该解决方案还提出了便于实施和重新生产的附加优点。
本发明提出的解决方案克服了有关皱曲现象不可避免的偏见，而且，通过确定需要满足的底层和陶瓷层构成组件的条件，无需限定在底层本身或陶瓷本身特性上，这种结果是可以实现的。
本发明不仅适用于热机械部件初始制作是的热障涂层制作，而且还可以用来修复热障涂层。当用于修理时，此处所述方法则提前进行，拆除陶瓷层，有选择地拆除底层，然后镀新的底层。
在这种情况下，按照本发明确定的条件经修理的表面部分，会从采用这种方法重新形成的热障涂层的增加寿命中获得好处。
人们发现，对于某些部件的特别磨损区域，这种修理是必要的，尤其是航空领域中叶片的前缘和后缘，它们可以是风机叶片、压气机叶片，和/或涡轮机的涡轮叶片。
优选地，本发明应用于具有镍基超耐热合金基层的热机械部件，尤其是采用空气流经内部通道方式而得以冷却的单晶涡轮叶片。
本发明应用于带有由任何类型超耐热合金制成的基层的热机械部件，尤其是基于镍和/或钴和/或铁的基层。
关于需要满足的底层表面状态的条件，申请者发现可通过各种方式来描述这些条件的特征。为此，下面所述条件中，一个或另一个或几个都可适用：
·物理化学和/或机械处理方法会引起底层表面状态出现这样的情况，即，相对于底层顶面(平均轮廓或理论表面线)平均位置的幅度大于1μm的缺陷(凹陷或凸起)数在50μm的任何距离(间距pitch or extent)上至多五处；
·物理化学和/或机械处理方法会引起底层表面状态出现这样的情况，即，底层的粗糙度Ra在0.05μm到3μm的范围内，优选在0.05到1μm的范围内，其中粗糙度Ra是平均差：这是相对于平均线的各差的算术平均值或所有绝对值之差的整数平均值；
·物理化学和/或机械处理方法会引起底层表面状态出现这样的情况，即，底层的粗糙度Rz小于10μm，其中粗糙度Rz是有规律的：这是在五个长度上所观察到的粗糙度“Rt”所有差的平均值，其中“Rt”是对应于最高尖峰顶部和最深凹陷底部之间的最大水平差的总差；
·物理化学和/或机械处理方法会引起底层表面状态出现这样的情况，即，满足至少一个下述标准：
0μm＜Rk＜5μm；
0μm＜Rvk＜3μm；
0μm＜Rpk＜3μm；
-1＜Sk＜1；以及
1＜Ek＜10；
式中，参数Rk，Rpk，和Rvk是在Abott曲线的基础上计算的，Rk是尖峰限定轮廓深度，表示轮廓中央粗糙度的深度，Rvk是被去除的峰谷深度，表示超出轮廓中央部分峰谷的平均深度，而Rpk是已经被去除的尖峰高度，且表示超出轮廓中央部分尖峰的平均高度，而式中，Sk对应于幅度分布曲线的对称性，而Ek对应于整个基准线。
使寻求获得的表面状态的物理化学和/或机械处理方法优选由如下方法组成：干式喷砂、湿式喷砂、机械抛光、电解抛光，以及研磨表面处理(tribofinishing)。
例如，“研磨表面处理(tribofinishing)”被用于中间过程，该过程综合了抛光、去毛刺、去氧化、平滑、去油脂......等技术。这些过程使用了研磨介质(陶瓷、瓷器、塑料、金属)、化学添加物，以及在可控制化学环境中产生运动的设备(振动器、离心机等...)。
本发明还提供了一种采用上述制造方法获得的热机械部件。
尤其是，本发明提供了一种在超耐热合金金属基层上制作并由热障涂层包覆的热机械部件，所述热障涂层包括至少一个底层和一个陶瓷层，其中，实施了一个或多个如下条件：
·底层是一种金属底层，由铝化镍构成，可选择地含有从铂、铬、钯、钌、铱、锇、铑中选取的金属，或这些金属的混合物，和/或从锆(Zr)、铈(Ce)、镧(La)、钛(Ti)、钽(Ta)、铪(Hf)、硅(Si)、钇(Y)中选取的活性元素，特别是由NiAlPt构成的金属底层，或MCrAlY类型的金属底层，其中M是从镍、钴、铁中选取的金属，或这些金属的混合物，或基于铂的金属。最后，金属底层可以相当于本身扩散的一种铂涂层，且该铂涂层在方案中构成了带有铂(Pt)的镍钴合金γ-γ原基质。
·所述底层是由适合于通过氧化而形成氧化铝保护层的合金构成；以及
·所述陶瓷层是基于稳定氧化锆，即加钇的(yttrified)氧化锆具有氧化钇摩尔容量，范围在4％到12％之间。有时，这种稳定氧化锆还可以含有从由稀土构成的族中选取元素的至少一种氧化物，而且，优选是从副族中选取：Y(钇)；Dy(镝)；Er(铒)；Eu(铕)；Gd(钆)；Sm(钐)；Yb(镱)；或者Ta(钽)的氧化物和至少一种稀土氧化物的组合形式；或Nb(铌)的氧化物和至少一种稀土氧化物的组合形式。
本发明还提供了涡轮机的热机械部件，该热机械部件具体是：燃烧室、涡轮叶片、涡轮分配器，或适合在热障系统中涂覆的任何热机械部件。
附图说明
下面参照附图，阅读以示例给出的说明，本发明的其他优点和特性会显现出来，附图如下：
图1为剖面示意图，示出了涂有热障涂层的机械部件的一部分；
图2为显微图像图，示出了所述部件表面上各个热障涂层；
图3类似于图2，所示部件在使用中其热障涂层受损情况；
图4A、4B和4C示出了对应于底层各种不同表面状态的不同粗糙度轮廓；
图5A和5B为经过不同放大程度的显微截面，示出了使用前现有技术热障涂层，而图5C示出了部件使用前底层相应表面的粗糙度轮廓；
图6A、6B和6C为经过不同放大程度的且在使用前新状态示意图，这些图分别类似于图5A，5B和5C示意图，所示为根据本发明所述方法的第一实施例；
图7A，7B和7C为经过不同放大程度的使用前新状态示意图，这些图分别类似于图5A，5B和5C示意图，所示为根据本发明所述方法的第二实施例；
图8A和8B为显微图像，分别示出了使用后的现有技术热障涂层和根据本发明所述方法的第二实施例而产生的热障涂层，同样也是在使用后；图8C示出了各种热障涂层的剥落寿命；
图9A和9B为经过不同放大程度的显微图像，示出了使用后实施本发明所述方法后而产生的热障涂层；
图10A和10B为经过不同放大程度的显微图像，示出了实施本发明所述方法的情况，展示了陶瓷层剥落区；以及
图11示出了皱曲现象。
具体实施方式
图1部分地示出的机械部件带有镀在超耐热合金基底12上的热障涂层11，诸如镍基和/或钴基超耐热合金。热障涂层11包括镀在基底12上的金属底层13，以及镀在底层13上的陶瓷层14。
粘结底层13是一种由铝化镍构成的金属底层，可选择性地包含由铂、铬、钯、钌、铱、锇、铑中选取的金属，或这些金属的混合物，和/或由锆(Zr)、铈(Ce)、镧(La)、钛(Ti)、钽(Ta)、铪(Hf)、硅(Si)和钇(Y)中选取的活性元素，尤其是由NiAlPt构成的金属底层，或MCrAlYPt类型的金属底层，其中M是从镍、钴、铁中选取的金属，或这些金属的混合物，或基于Pt的其他金属。最后，粘结底层13可以相当于一道本身扩散的铂涂层，并在方案中构成了带铂(Pt)的镍钴合金的γ-γ原基质。
陶瓷层14由加钇的氧化锆构成，加钇的氧化锆摩尔容量在4％到12％范围之间(局部稳定的氧化锆)。有时，稳定的氧化锆14还可以含有由稀土构成的族中选取元素的至少一种氧化物，而且，优选是从如下副族中选取：Y(钇)；Dy(镝)；Er(铒)；Eu(铕)；Gd(钆)；Sm(钐)；Yb(镱)；或者Ta(钽)氧化物和至少一种稀土氧化物的组合形式；或者带有Nb(铌)氧化物和至少一种稀土氧化物的组合形式。
在制造期间，粘结底层13在陶瓷层14镀前进行氧化，从而在底层13和陶瓷层14之间形成氧化铝15中间层。
图2为上面所述各层，示出了表面为陶瓷层14的典型柱状结构。
使用后，其中，部件(例如，涡轮叶片)会受到数百次高温循环(大约1100℃)，热障涂层的形态会变化，如图3所示：在底层13和陶瓷层14之间的结合面16处出现损坏，陶瓷层呈现破裂，底层13和陶瓷层14之间会失去粘结，从而不可避免地导致脱层和剥落，即导致陶瓷层14的失去。
根据本发明，申请者分析了在各种表面处理之后(现有技术标准和根据本发明的最佳范围)获得的底层13各种粗糙度轮廓，以及在底层涂有陶瓷层14时剥落寿命情况。
为此，图4A中的曲线20相当于在镀陶瓷层之前标准现有技术喷砂处理后的底层13粗糙度轮廓：围绕平均轮廓出现了许多表面水平的偏离，并带有几个“大”缺陷21，其在数量级为4μm的尖峰(沟底和脊顶之间的距离)之间呈现偏离。
图4B中的曲线22相当于底层13的粗糙度轮廓，这是根据本发明所述方法第一实施例形成的，利用了用来在镀陶瓷层之前修正表面状态的第一物理化学和/或机械处理方法。这种方法是指干式喷砂，时间为几分钟，压力几个巴。从曲线22可以看出，表面水平围绕平均轮廓的偏离较小，一般至多大约为1个μm。
图4C中的曲线24对应于底层13的粗糙度轮廓，因为这是根据本发明所述方法第二实施例形成的，利用了用来在镀陶瓷层之前修正表面状态的第二物理化学和/或机械处理方法。这个方法是机械抛光。从图24中可以看出，表面水平围绕平均轮廓的偏离要小得多，而且，一般至多大约为0.5μm。
通过将底层13的表面状态与包括了底层13和陶瓷层14的热障涂层11皱曲现象的出现进行相关处理，申请者设法建立了各种粗糙度标准，这些标准需要在镀陶瓷层之前由底层13的表面状态来满足，以便确保包括了底层13和陶瓷层14的热障涂层11的皱曲现象得以大大推迟和/或完全被抑制。
当大幅度缺陷避免时，那么，就可以避免出现裂纹起裂点和有害变形的突出区域，尤其是皱曲现象，特别是涉及底层13的皱曲现象。
为此，例如，申请者建立了第一种条件，其在于限制低于或等于2μm的峰-峰差的缺陷数，而且，该差在50μm的任何距离上都不大于5μm，峰-峰差是谷底和峰顶之间的测量值。
图5A，5B和5C示出了现有技术的热障涂层，在这种涂层中，底层13的表面状态满足不了上述第一种条件。图5C示出了大于2μm峰-峰差(具体是，图5B中箭头所示六个“大缺陷”)的缺陷数超过五个。
图6A，6B和6C示出了根据本发明所述方法第一实施例而获得的热障涂层，该方法使用了第一物理化学和/或机械处理方法，所示底层13的表面状态满足所述第一种条件：在图6C中，可以看到峰-峰差大于2μm的缺陷只有两个(这样，比上述五个缺陷要少)。
图7A，7B和7C示出了根据本发明所述方法第二实施例而获得的热障涂层，该方法使用了第二物理化学和/或机械处理，底层13的表面状态同样满足所述第一种条件：图7A中可看见的表面状态比图6A甚至更有规律而且更接近直线。在图7C中，可以看出，没有出现峰-峰差超过2μm的缺陷(所以，这种缺陷数要少于5个)。
图8A和8B分别示出了使用后(在1100℃下，1000次循环)的现有技术热障涂层，在这种热障涂层中，底层13的表面状态不符合第一种条件，以及根据本发明所述方法第二实施例获得的热障涂层，这种方法使用了第二物理化学和/或机械处理，底层13的表面状态满足所述第一种条件。
测量了现有技术热障涂层的剥落寿命，这种热障涂层不符合陶瓷层下底层13的表面状态条件，而且也测量了实施本发明所述制备方法获得的热障涂层的剥落寿命：图8C示出了温度1100℃时一个小时的循环次数。
第一次测试(图8C中的左侧)涉及到具有现有技术热障涂层(如图5A和5B所示)的试样，其承受了大约600次循环。
第二次测试A(图8C中的中间)涉及到带有热障涂层的试样，该涂层类似于上述热障涂层，除了其是根据本发明所述方法第一实施例获得的，该方法使用了第一物理化学和/或机械处理方法(如图6A和6B所示)，从而给出的底层13表面状态符合所述第一种条件。该热障涂层承受了大约800次循环，使用寿命延长了大约30％。
第三次测试B(图8C中的右侧)涉及到带有热障涂层的式样，该涂层类似于第一次测试的热障涂层，除了其是根据本发明所述方法第二实施例获得的，该方法使用了第二物理化学和/或机械处理方法(如图7A和7B所示)，从而呈现底层13表面状态符合所述第一种条件。该热障涂层承受了大约1100次循环，使用寿命延长了大约85％。
为了避免或推迟皱曲现象出现，申请者说明了在陶瓷层14中底层13表面状态的重要作用，从而形成一种构成适合承受皱曲现象热障涂层的组件。
因此，正如图9A和9B所示，这些图是经过不同放大程度的使用后的热障涂层显微图像，这些热障涂层是根据本发明所述方法第二实施例获得的，该方法使用了第二物理化学和/或机械处理方法。
在图9A中，可以看到在底层13和陶瓷层14之间的结合面处未出现任何皱曲损伤。
在图9B中，可以看出，氧化铝层15仍保持密集、同质和粘附性，尽管其厚度相当大。
图10A和10B示出了根据本发明所述方法第二实施例而获得的热障涂层，该方法采用了第二物理化学和/或机械处理(抛光)方法，结果给出的底层13表面状态满足所述第一种条件。为了说明陶瓷层14的重要作用，这些图10A和10B以两种不同的放大程度来说明在图10A中间区域和在图10B右侧部分无陶瓷层14的影响：在高温循环结束时，底层未涂有陶瓷14的部位出现了凸起形状，而这种凸起在涂有陶瓷层14的区域根本不存在。
这样，可以理解的是，为了实现这个目标而需要满足的条件相当于如下两种条件的结合：
·底层13表面状态的粗糙度必须用以下方式控制：限定每个单元面积的“大缺陷”密度；以及
·底层13上必须使用陶瓷层14(直接在底层13上或采用氧化铝15插入层)。
图11示出了未涂有陶瓷层14的底层13区域的皱曲现象：如果初始时存在其尺寸大于临界尺寸的表面缺陷，那么，在高温环境使用中老化后，缺陷的形状会加重，从而导致凸起，这会造成底层13和陶瓷层14之间结合处16出现破裂。尤其是，当底层13的表面缺陷大于临界尺寸时：
·陶瓷层14中会发现这么大尺寸的缺陷(柱状结构处的缺陷)，结果，降低了陶瓷层的机械强度和承受高温的能力；
·这些部位都是热障涂层内金相变换的特别区域；以及
·这些部位构成了促使裂纹形成的区域。
为此，可以看到，陶瓷层14对避免热障涂层11性能快速降低是必不可少的，而且，同时也可加固堆(stack)并保护底层13，从而当底层13初始表面状态满足申请者确定条件时，就可抑制皱曲现象。
因为这种最佳表面状态满足了申请者确定的一个或多个条件，从而可获得如下结果：
·生成一种氧化铝层15，该层密集、有规律，而且在所有部位都附着在底层13上，从而通过氧化铝层15和陶瓷层14为底层13提供了完整的物理保护；以及
·限制了陶瓷层14内的缺陷数量。
所述示例涉及到涂有NiAlPt类型底层13和由氧化铝层15覆盖的镍基基层，而氧化铝层上是由加钇的氧化锆构成的陶瓷层14。

Claims (12)

1.一种制造热障涂层(11)的制造方法，所述热障涂层(11)覆盖超耐热合金金属基层，并至少包括底层(13)和陶瓷层(14)，所述方法特征在于执行如下步骤：
在镀陶瓷层(14)之前，底层(13)的表面状态通过至少一种物理化学和/或机械工艺方法进行平滑处理，这样，在50μm的任何距离上，小于或等于2μm的峰-峰差的缺陷数至多为五个，然后镀陶瓷层(14)。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，物理化学和/或机械处理工艺方法会引起底层(13)表面状态出现这样的情况，即，相对于底层(13)顶面平均位置的范围大于1μm的缺陷数在50μm的任何距离上至多五个。
3.根据前面任一权利要求所述的制造方法，其特征在于，物理化学和/或机械处理工艺方法会引起底层(13)表面状态出现这样的情况，即，底层(13)粗糙度Ra在0.05μm到3μm的范围内。
4.根据前面任一权利要求所述的制造方法，其特征在于，物理化学和/或机械处理工艺方法会引起底层(13)表面状态出现这样的情况，即，底层(13)粗糙度Ra在0.05μm到1μm的范围内。
5.根据前面任一权利要求所述的制造方法，其特征在于，物理化学和/或机械处理工艺方法会引起底层(13)表面状态出现这样的情况，即，底层(13)粗糙度Rz小于10μm。
6.根据前面任一权利要求所述的制造方法，其特征在于，物理化学和/或机械处理工艺方法会引起底层(13)表面状态出现这样的情况，即，满足至少一个下述标准：
0μm＜Rk＜5μm；
0μm＜Rvk＜3μm；
0μm＜Rpk＜3μm；
-1＜Sk＜1；以及
1＜Ek＜10.
7.根据前面任一权利要求所述的制造方法，其特征在于，物理化学和/或机械处理工艺包括如下处理方法：干式喷砂、湿式喷砂、机械抛光、电解抛光以及研磨表面处理。
8.一种超耐热合金热机械部件，其包括了采用前面任一权利要求所述方法获得的热障涂层(11)。
9.根据权利要求8所述的超耐热合金热机械部件，其特征在于，底层(13)是一种由铝化镍构成的金属底层(13)，可选择地含有从铂、铬、钯、钌、铱、锇、铑中选取的金属，或这些金属的混合物，和/或从锆(Zr)、铈(Ce)、镧(La)、钛(Ti)、钽(Ta)、铪(Hf)、硅(Si)、钇(Y)中选取的活性元素，或MCrAlY类型的金属底层(13)，其中M是从镍、钴、铁中选取的金属，或这些金属的混合物，或基于铂的金属，或实际上，金属底层(13)相当于本身扩散的一种铂涂层，且该铂涂层在方案中构成了带有铂(Pt)的镍钴合金γ-γ原基质。
10.根据权利要求8或9所述的超耐热合金热机械部件，其特征在于，所述底层(13)是由适合经氧化而构成氧化铝保护层的合金构成。
11.根据权利要求8至10中任何一项所述的超耐热合金热机械部件，其特征在于，所述陶瓷层(14)基于加钇氧化锆，加钇氧化锆呈现氧化铱摩尔含量范围为4％到12％。
12.根据权利要求8至11中任何一项所述的超耐热合金热机械部件，其特征在于，所述部件是燃烧室、涡轮叶片、涡轮分配器、或适合在热障系统中涂覆的任何热机械部件。
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