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热边界保护系统
申请号	CN201480082691.2	申请日	2014-10-15	公开(公告)号	CN107109951A	公开(公告)日	2017-08-29
申请人	西门子公司;			发明人	K.卡道; M.克洛森-冯兰肯舒尔茨;
摘要	公开了一种热边界保护系统（10）,其包括一个或多个碳纳米管（12）用于提高耐久性。在至少一个实施例中，热边界保护系统（10）可以由施加在基部材料（18）的外表面（16）上的一个或多个粘合层（14）、施加在粘合层（14）的外表面（22）上的一个或多个热障涂层（20）、以及从粘合层（14）至少部分地延伸至热障涂层（20）中的一个或多个碳纳米管（12）形成。碳纳米管（12）可以对准以相对于在粘合层（14）与热障涂层（20）之间的界面（24）大体是正交的。在其他实施例中，碳纳米管（12）可以定位诸如但不限于随机地在位于粘合层（14）与热障涂层（20）之间的界面（24）处，遍布粘合层（14）或者遍布粘合层（14）与热障涂层（20）。
权利要求	1.一种热边界保护系统（10），其特征在于：基部材料（18），其具有外表面（16）；至少一个粘合层（14），其在所述基部材料（18）的所述外表面（16）上；至少一个热障涂层（20），其在所述至少一个粘合层（14）的外表面（22）上；以及其中，至少一个碳纳米管（12）从所述至少一个粘合层（14）至少部分地延伸至所述至少一个热障涂层（20）中。 2.根据权利要求1所述的热边界保护系统（10），其特征在于，从所述至少一个粘合层（14）至少部分地延伸至所述至少一个热障涂层（20）中的所述至少一个碳纳米管（12）包括从所述至少一个粘合层（14）至少部分地延伸至所述至少一个热障涂层（20）中的多个碳纳米管（12）。 3.根据权利要求2所述的热边界保护系统（10），其特征在于，所述多个碳纳米管（12）的至少一个延伸大体正交于在所述至少一个粘合层（14）与所述至少一个热障涂层（20）之间的界面（24）。 4.根据权利要求3所述的热边界保护系统（10），其特征在于，所述多个碳纳米管（12）定位在六边形图形中，由此所述多个碳纳米管（12）对准成行（26），其中，碳纳米管（12）的相邻行（26）沿与每个行（26）对准的方向（28）而相互偏移。 5.根据权利要求3所述的热边界保护系统（10），其特征在于，所述多个碳纳米管（12）经由电磁场（30）而定向在所述至少一个粘合层（14）内。 6.根据权利要求2所述的热边界保护系统（10），其特征在于，所述多个碳纳米管（12）定位遍布所述至少一个粘合层（14）。 7.根据权利要求6所述的热边界保护系统（10），其特征在于，所述多个碳纳米管（12）定位遍布所述至少一个热障涂层（20）。 8.根据权利要求2所述的热边界保护系统（10），其特征在于，所述多个碳纳米管（12）定位遍布所述至少一个热障涂层（20）。 9.根据权利要求1所述的热边界保护系统（10），其特征在于，所述至少一个碳纳米管（12）具有比所述至少一个粘合层（14）和所述至少一个热障涂层（20）的组合厚度小的长度。
说明书全文	热边界保护系统技术领域 [0001] 本发明总地涉及用于基底的涂层，以及更具体地涉及用在燃气涡轮机部件上的热障涂层。背景技术 [0002] 涡轮机部件寿命和设计大大取决于在翼型表面上的冷却流有效性。涂层的应用为部件提供了额外的氧化和热保护，因此延展了部件寿命。通常在对燃气涡轮发动机部件（诸如叶片翼（blade foil））维修期间发生热障涂层（TBC）的剥落。热障涂层的剥落导致对用于进一步维修操作的周围操作条件（诸如温度和氧化）的弱抵抗力。因此，存在对于更强健热边界保护系统的需要。发明内容 [0003] 公开了一种热边界保护系统，其包括一个或多个碳纳米管用于提高耐久性。在至少一个实施例中，热边界保护系统可以由施加在基部材料的外表面上的一个或多个粘合层、施加在粘合层的外表面上的一个或多个热障涂层、以及从粘合层至少部分地延伸至热障涂层中的一个或多个碳纳米管形成。碳纳米管可以对准以相对于粘合层与热障涂层之间的界面大体是正交的。在其他实施例中，碳纳米管可以定位为诸如但不限于随机地在位于粘合层与热障涂层之间的界面处，遍布粘合层或遍布粘合层与热障涂层。 [0004] 在至少一个实施例中，热边界保护系统可以包括具有外表面的基部材料，在基部材料的外表面上的一个或多个粘合层，在粘合层的外表面上的一个或多个热障涂层，以及从粘合层至少部分地延伸至热障涂层中的一个或多个碳纳米管。从粘合层延伸至少部分地延伸至热障涂层中的碳纳米管可以由从粘合层至少部分地延伸至热障涂层中的多个碳纳米管形成。该多个碳纳米管可以延伸大体正交于在粘合层与热障涂层之间的界面。多个碳纳米管可以定位为六边形图形，由此该多个碳纳米管对准成行，其中，碳纳米管的相邻行沿与每行对准的方向而相互偏移。该多个碳纳米管可以经由粘合层内的电磁场而定向。 [0005] 在至少一个实施例中，该多个碳纳米管可以定位遍布粘合层。该多个碳纳米管可以定位遍布热障涂层。在至少一个实施例中，该多个碳纳米管可以定位遍布粘合层以及遍布热障涂层。碳纳米管可以具有比粘合层与热障涂层的组合厚度小的长度。 [0006] 一种提供热保护的方法可以包括将一个或多个粘合层施加至基部材料的外表面，在粘合层中定位一个或多个碳纳米管以使得碳纳米管从粘合层的外表面延伸，并且在粘合层的外表面上施加热障涂层以使得碳纳米管的至少一部分被包含在热障涂层内。在粘合层中定位一个或多个碳纳米管可以包括经由施加电磁场至碳纳米管以定向碳纳米管从而在粘合层中定位碳纳米管。在粘合层中定位碳纳米管可以包括经由施加电磁场至碳纳米管以在六边形图形中定向多个碳纳米管从而在粘合层中定位该多个碳纳米管，由此多个碳纳米管对准成行，其中，碳纳米管的相邻行沿与每行对准的方向相互偏移。在粘合层中定位碳纳米管可以包括在粘合层中定位多个碳纳米管，其中，该多个碳纳米管定位遍布至少一个粘合层。在粘合层中定位碳纳米管可以包括遍布粘合层和热障涂层定位多个碳纳米管。 [0007] 热边界保护系统的优点在于，使用从粘合层延伸至热阻挡层中的碳纳米管提高了在粘合层与热障层之间的粘合强度，由此提高了热障层的有用寿命。 [0008] 以下更详细描述这些和其他实施例。附图说明 [0009] 在附图中示出了当前优选的实施例，然而应该理解的是本发明不限于所示的精确装置和工具。 [0010] 图1是热边界保护系统的透视图。 [0011] 图2是具有施加至碳纳米管以定向碳纳米管的电磁场的热边界保护系统的透视图。 [0012] 图3是在图1中剖面线3-3处截取的热边界保护系统的剖视侧视图。 [0013] 图4是在图1中剖面线3-3处截取的热边界保护系统的替代实施例的剖视侧视图。 [0014] 图5是图4中所示热边界保护系统的实施例的顶视图。 [0015] 图6是在图1中剖面线3-3处截取的热边界保护系统的另一替代实施例的剖视侧视图。 [0016] 图7是在图1中剖面线3-3处截取的热边界保护系统的又一替代实施例的剖视侧视图。 [0017] 图8是示例性碳纳米管的透视图。 [0018] 图9是使用热边界保护系统的方法的示意流程图。具体实施方式 [0019] 如图1-9中所示，公开了热边界保护系统10，其包括一个或多个碳纳米管12用于提高耐久性。在至少一个实施例中，热边界保护系统10可以由施加在基部材料18的外表面16上的一个或多个粘合层14、施加在粘合层14的外表面22上的一个或多个热障涂层20、以及从粘合层14至少部分地延伸至热障涂层20中的一个或多个碳纳米管12形成。碳纳米管12可以对准以相对于在粘合层14与热障涂层20之间的界面24大体正交。在其他实施例中，碳纳米管12可以定位诸如但不限于随机地在位于粘合层14与热障涂层20之间的界面24处，遍布粘合层14或遍布粘合层14和热障涂层20。 [0020] 在至少一个实施例中，热边界保护系统10可以由具有外表面16的基部材料18、在基部材料18的外表面16上的一个或多个粘合层14、在粘合层14的外表面22上的一个或多个热障涂层20、以及从粘合层14至少部分地延伸至热障涂层20中的一个或多个碳纳米管12形成。碳纳米管12可以由任何合适的配置形成。在至少一个实施例中，碳纳米管12可以是形状为具有圆形截面区域的轴的单壁碳纳米管，如图8中所示。然而，碳纳米管12的几何形状不限于该配置，而是也可以具有其他配置。在至少一个实施例中，碳纳米管12可以具有比粘合层14和热障涂层20的组合厚度小的长度。通常，碳纳米管12的长度可以大大小于热边界保护系统10的粘合层14和热障涂层20的厚度。此外，不同碳纳米管长度的分布对于热边界保护系统10的期望稳定性可以是有利的。除了图8中所示的单壁碳纳米管之外，可以应用多壁碳纳米管和碳纳米结构（nanobud）（纳米结构是具有能够提供额外稳定性的额外垂直凸出部分的纳米管）。通常，在界面附加以及在不同涂层层中的碳纳米管的密度可以小于5％。基部材料18可以由任何合适的材料形成，诸如但不限于，一种或多种金属，诸如合金，以及特别地用于燃气涡轮应用的Ni或Co基超级耐热合金。粘合层14可以由诸如但不限于Ni Cr Al Y的材料形成（通常它们标注为M Cr Al Y，然而M反映诸如Ni和Cr的金属元素）。基部材料18可以形成可用于燃气涡轮发动机中的涡轮翼型，燃气涡轮发动机的其他部件或其他部件。热障涂层20可以由诸如但不限于ZrO2－Y2 O3、ZrO2－MgO、LaAlO3、NdAlO3、La2Hf2O7、ErAlO3、GdAlO3、Yb2Ti2O7、LaYbO3、和Gd2Hf2O7的材料形成。 [0021] 在至少一个实施例中,多个碳纳米管12可以从粘合层14至少部分地延伸至热障涂层20中。如图1、图4和图5中所示，多个碳纳米管12可以延伸大体正交于在粘合层14与热障涂层20之间的界面24。在至少一个实施例中，如图5中所示，多个碳纳米管12可以定位在六边形图形中，由此多个碳纳米管12对准成多个行26，其中，碳纳米管的相邻行沿与每行26对准的方向28而相互偏移。多个碳纳米管12延伸大致正交于在粘合层14和热障涂层20之间的界面24的位置以及多个碳纳米管12的六边形图形可以增强附接至粘合层14的热障涂层20的结构稳定性。多个碳纳米管12可以经由电磁场30而定向在粘合层14内。碳纳米管12是优良的导体并且能够经由电磁场30而加速并定向，电磁场可以是交变电流电磁场30。 [0022] 热边界保护系统10可以具有许多不同配置。例如，如图6中所示，多个碳纳米管12可以定位遍布粘合层14。在图6中所示的实施例中，碳纳米管12可以在粘合层14内具有随机的取向。碳纳米管12可以定位随机地遍布粘合层14或者可以特定地对准或定位在位于粘合层14内的图形中。碳纳米管12的一部分可以从粘合层14延伸至热障涂层20中。 [0023] 在另一实施例中，如图7中所示，多个碳纳米管12可以定位遍布热障涂层20。在图7中所示的实施例中，碳纳米管12可以在热障涂层20内具有随机取向。碳纳米管12可以定位随机地遍布热障涂层20或者可以特殊地对准或定位在位于热障涂层20内的图形中。碳纳米管12的一部分可以从热障涂层20延伸至粘合层14中。碳纳米管12可以延伸遍布粘合层14，遍布热障涂层20，以及碳纳米管12的至少一些可以在粘合层14之间延伸至热障涂层20中。 [0024] 如图9中所示的提供热保护的方法40可以包括在42处施加一个或多个粘合层14至基部材料18的外表面16。方法40也可以包括在44处在粘合层14中定位至少一个碳纳米管12以使得碳纳米管12从粘合层14的外表面22延伸。该方法也可以包括在46处在粘合层14的外表面22上施加热障涂层20以使得碳纳米管12的至少一部分被包含在热障涂层20内。在44处在粘合层14中定位碳纳米管12可以包括经由施加电磁场至碳纳米管12以定向碳纳米管12而在粘合层14中定位碳纳米管12。 [0025] 在44处在粘合层14中定位碳纳米管12可以包括经由施加电磁场至碳纳米管12以在六边形图形中定向多个碳纳米管12从而在粘合层14中定位多个碳纳米管12，由此多个碳纳米管12对准成行26，其中，碳纳米管12的相邻行26沿与每行26对准的方向28而相互偏移。在44处在粘合层14中定位碳纳米管12可以包括在粘合层14中定位多个碳纳米管12，其中，多个碳纳米管12定位遍布粘合层14。在12处在粘合层14中定位碳纳米管12可以包括遍布粘合层14和热障涂层20定位多个碳纳米管12。 [0026] 提供前述内容是为了说明、解释和描述本发明实施例的目的。对这些实施例的修改和改变对于本领域技术人员将是明显的并且可以不脱离本发明的范围或精神而做出。额外地，要理解的是尽管权利要求以特定顺序阐述了工艺步骤，但是本发明的方法不限于该特定顺序以使得实现了本发明一个或多个特征方面的这些工艺步骤的任意组合应该视作在本发明的范围内。

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