Металлическая подложка с оксидным слоем и улучшенным крепежным слоем

 

Изделие содержит металлическую подложку, имеющую поверхность, способную образовывать на указанной поверхности прочно соединенный с ней первый оксидный слой, содержащий первый металл, нанесенный на указанную подложку крепежный слой, содержащий трехкомпонентный оксид, образованный первым металлом, вторым металлом и кислородом, и расположенный на указанном крепежном слое второй оксидный слой, содержащий оксид вышеуказанного второго металла. В качестве альтернативного варианта, первый оксид образует поверхность. Крепежный слой может быть образован на поверхности посредством следующих операций: создания вокруг изделия кислородсодержащей атмосферы, испарения химического соединения первого металлического элемента и химического соединения другого металлического элемента в атмосферу с образованием трехкомпонентной газовой фазы и осаждения данной газовой фазы на изделие. Техническим результатом изобретения является улучшение соединения оксидного слоя, в частности керамического теплоизоляционного с подложкой с помощью модифицированного крепежного слоя. 4 с. и 24 з.п.ф-лы, 2 ил.

В соответствии с Правилом 4.14 PCT настоящая заявка является частичным продолжением международной заявки PCT/ЕР 96/01564, поданной 21 апреля 1996 в Соединенных Штатах Америки.

Изобретение относится к металлической подложке со вторым оксидным слоем и расположенным между ними крепежным слоем. Более конкретно, изобретение относится к подложке из жаропрочного сплава с теплоизоляционным слоем и слоем, прикрепляющим теплоизоляционный слой к подложке.

В патентах США N 4055705, выданном Стекуре и др., N 4321310, выданном Улиону и др., N 4321311, выданному Стрэнгману, раскрыты системы покрытий для компонентов газовой турбины, выполненных из жаропрочных сплавов на основе никеля или на основе кобальта. Описанная система покрытий содержит керамический теплоизоляционный слой, который имеет, в частности, стеблевидную кристаллическую структуру, размещенный на связующем слое или на связующем покрытии, который в свою очередь размещен на подложке и соединяет теплоизоляционный слой с подложкой. Связующий слой выполнен из сплава типа MCr-AlY, а именно сплава, содержащего хром, алюминий и редкоземельный металл, например, иттрий, в основе, содержащей по меньшей мере один из металлов, а именно: железо, кобальт и никель. В сплаве MCrAlY могут присутствовать также другие элементы; примеры приведены ниже. Важным свойством связующего слоя является то, что он представляет собой тонкий слой оксида алюминия или смесь оксида алюминия и оксида хрома в зависимости от конкретного состава сплава MCrAlY, в частности, образованный на сплаве MCrAlY в окисляющих условиях под теплоизоляционным слоем.

Соответственно, необходимо предусмотреть соединение между теплоизоляционным слоем и слоем оксида алюминия.

В патенте США N 5238752, выданном Дудерштадту и др., раскрыта система покрытий для компонента газовой турбины, которая также включает керамический теплоизоляционный слой и связующий слой, соединяющий теплоизоляционный слой с подложкой. Связующий слой выполнен из интерметаллического алюминидного соединения, в частности, алюминида никеля или алюминида платины. Связующий слой имеет также тонкий оксидный слой, который должен служить для крепления теплоизоляционного слоя.

В патенте США N 5262245, выданном Улиону и др., описан результат попытки упростить системы покрытий, включающей теплоизоляционные слои для компонентов газовой турбины, посредством отказа от связующих слоев. В этой связи раскрыт состав жаропрочного сплава, который можно использовать для выполнения подложки компонента газовой турбины и который образует слой оксида алюминия на своей внешней поверхности при соответствующей обработке. Этот слой оксида алюминия используют для крепления керамического теплоизоляционного слоя непосредственно на подложке, исключая необходимость в специальном крепежном слое, наносимом между подложкой и теплоизоляционным слоем.

В патенте США N 5087477, выданном Гиггинсу и др., описан способ нанесения керамического теплоизоляционного слоя на компонент газовой турбины с использованием способа физического осаждения из газовой фазы. Этот процесс включает образование атмосферы, содержащей регулируемое количество кислорода, на компоненте, на который следует нанести теплоизоляционный слой, испарение химических соединений электронным лучом и образование газовой фазы, и осаждение газовой фазы на компонент для формирования теплоизоляционного слоя.

В патентах США N 5154885; 5286238; 5273712 и 5401307 выданных Чеху и др. , раскрыты усовершенствованные системы покрытий для компонентов газовой турбины, содержащие защитные покрытия из сплавов типа MCrAlY. Раскрытые сплавы MCrAlY имеют тщательно сбалансированные составы для обеспечения особенно высокой стойкости против коррозии и окисления, а также особенно хорошую совместимость (механическую, химическую) с жаропрочными сплавами, используемыми для подложки. Основу сплавов MCrAlY образует никель и/или кобальт. Описано также добавление других элементов, в частности, кремния и рения. Показано, что рений, в частности, является очень предпочтительной добавкой. Все раскрытые сплавы MCrAlY весьма пригодны также для использования в качестве связующих слоев для крепления теплоизоляционных слоев на компонентах газовой турбины. Патент США N 5401307 содержит также обзор составов жаропрочных сплавов, которые можно использовать для выполнения компонентов газовых турбин.

Стандартным приемом для соединения оксидного слоя, в частности, теплоизоляционного слоя с изделием является нанесение на изделие крепежного слоя, состоящего из оксида алюминия, посредством нанесения на изделие подходящего связующего слоя, который образует на своей поверхности оксид алюминия в окисляющих условиях, или посредством выбора материала для изделия, который сам способен образовывать на своей поверхности оксид алюминия. На связующий слой наносят теплоизоляционный слой и скрепляют с подложкой с помощью крепежного слоя.

Сам теплоизоляционный слой выполняют, предпочтительно, из керамического оксида, в частности, из стабилизированного или частично стабилизированного оксида циркония. "Частично стабилизированный оксид циркония" обозначает семейство композиций, содержащих в качестве главной составляющей оксид циркония и по меньшей мере одно другое химическое соединение, которое тщательно смешивают с оксидом циркония и которое препятствует изменению кристаллических свойств оксида циркония в тепловом цикле. Примерами этого другого химического соединения являются оксид иттрия, оксид кальция, оксид магния, оксид церия и оксид лантана; для достижения желаемого эффекта необходимо подмешивать эти другие соединения в оксид циркония в количестве 10 мас.% и даже более. Примеры содержатся в указанных источниках предшествующего уровня техники.

Подробности соединения теплоизоляционного слоя с крепежным слоем, состоящим в основном из оксида алюминия, до настоящего времени не заслуживало большого внимания или даже обсуждения специалистов. Более или менее признавалось, что оксид алюминия, будучи сам керамикой и будучи образованным в виде слоя, соединенного с подходящей металлической подложкой, за счет самого своего существования обеспечивает соединение между металлической подложкой и теплоизоляционным слоем, нанесенным сверх оксида алюминия. Поэтому только слой оксида алюминия рассматривали как возможность крепления теплоизоляционного слоя на подложке из жаропрочного сплава, не взирая на его уменьшающуюся связующую способность и увеличивающуюся вероятность растрескивания по мере его роста во время работы, вызванного воздействием окисляющего окружения. Такой рост следует ожидать на компоненте газовой турбины при высокой термической нагрузке в окисляющих условиях.

Дальнейшие исследования изобретателя показали, что не само присутствие крепежного слоя из оксида алюминия является тем, что соединяет с ним теплоизоляционный слой, нанесенный на него, а что это - твердотельная химическая реакция, происходящая между оксидом алюминия и теплоизоляционным слоем, которая создает тонкую зону смешивания между крепежным слоем и теплоизоляционным слоем, в которой химические соединения, образованные крепежным слоем и теплоизоляционным слоем, обеспечивают соединение.

В соответствии с этим задачей изобретения является создание металлической подложки с оксидным слоем и с улучшенным крепежным слоем, которая устраняет указанные выше недостатки известных до настоящего времени устройств и способов этого общего типа и улучшает соединение оксидного слоя, в частности керамического теплоизоляционного слоя с подложкой с помощью крепежного слоя посредством модификации подходящим образом крепежного слоя.

С учетом вышесказанного и других целей предлагается согласно изобретению изделие, содержащее: металлическую подложку, имеющую поверхность и способную образовывать первый оксидный слой на поверхности, прочно соединенный с ней, при этом первый оксидный слой содержит первый металлический элемент; крепежный слой, нанесенный на подложку, при этом крепежный слой содержит трехкомпонентный оксид, образованный первым металлическим элементом, вторым металлическим элементом и кислородом; и второй оксидный слой, расположенный на крепежном слое, при этом второй оксидный слой содержит оксид второго металлического элемента.

С учетом вышесказанного и других целей предлагается согласно изобретению также изделие, содержащее: металлическую подложку, имеющую поверхность, образованную первым оксидным слоем, содержащим первый металлический элемент; крепежный слой, содержащий трехкомпонентный оксид, образованный первым металлическим элементом, вторым металлическим элементом и кислородом; и второй оксидный слой, расположенный на крепежном слое и соединенный с поверхностью крепежным слоем, при этом второй оксидный слой содержит оксид второго металлического элемента.

Согласно дополнительному аспекту изобретения крепежный слой содержит трехкомпонентный оксид в качестве главной составляющей, или он состоит в основном из трехкомпонентного оксида. Понятие "главная составляющая" распространяется на композицию, в которой указанный компонент присутствует в количестве более 50 мас.%.

Согласно другому аспекту изобретения трехкомпонентный оксид выбран из группы, содержащей шпинели, пирохлоры и перовскиты. Эти три понятия определяют трехкомпонентные оксиды как по их составу, так и по их кристаллографической структуре. В частности, шпинель имеет химический состав AB₂O₄, пирохлор имеет состав B₂C₂O₇ и перовскит имеет состав ABO₃. Здесь А обозначает двухвалентный металл, В обозначает трехвалентный металл и С обозначает четырехвалентный металл, О обозначает кислород. Примерами шпинелей и пирохлоров являются YbAl₂O₄, MgAl₂O₄, CaAl₂O₄; Al₂Zr₂O₇. Все трехкомпонентные оксиды, указанные конкретно или общей формулой, сами по себе известны.

Согласно дополнительному аспекту изобретения второй металлический элемент является цирконием, и второй оксидный слой может содержать оксид циркония в качестве главной составляющей, и, в частности, второй оксидный слой состоит в основном из частично стабилизированного оксида циркония. В этой связи особенно предпочтительным является то, что первый металлический элемент является алюминием, и что трехкомпонентный оксид является пирохлором, образованным алюминием, цирконием и кислородом. Главной причиной этой предпочтительности является то, что образование пирохлора, образованного алюминием, цирконием и кислородом, наблюдалось на границе между слоем оксида алюминия и слоем оксида циркония, и он действительно обеспечивает соединение между этими двумя химическими соединениями. В соответствии с этим, нанесение крепежного слоя, образованного пирохлором, должно обеспечивать лучшие качества соединения, чем ожидаемые согласно предшествующему уровню техники, которые надежно сохраняются, даже если образуется дополнительный оксид алюминия между крепежным слоем и подложкой, что следует ожидать от изделия, служащего компонентом газовой турбины, при большой нагрузке.

Согласно другому дополнительному аспекту изобретения подложка образована жаропрочным сплавом на основе никеля или на основе кобальта.

Согласно дополнительному аспекту изобретения связующий слой расположен между подложкой и крепежным слоем. Связующий слой образован, предпочтительно, материалом, выбранным из группы, содержащей алюминиды металлов и сплавы MCrAlY, и он имеет толщину, предпочтительно, менее 25 мкм.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения подложка, крепежный слой и второй оксидный слой совместно образуют компонент газовой турбины. Такой компонент содержит, в частности, опорную часть для удерживания компонента во время работы и активную часть, на которую воздействует поток горячего газа, который во время работы проходит вдоль компонента, при этом активная часть, по меньшей мере, частично покрыта крепежным слоем и вторым оксидным слоем. Компонент может быть выполнен, в частности, в виде рабочей лопатки, направляющей лопатки, или элемента теплозащитного экрана.

С учетом вышесказанного и других целей предлагается согласно изобретению способ соединения второго оксидного слоя с изделием, образованным металлической подложкой, имеющей поверхность и способной образовывать первый оксидный слой, прочно соединенный с поверхностью, при этом первый оксидный слой содержит первый металлический элемент, способ, в котором: наносят крепежный слой на поверхность, при этом крепежный слой содержит трехкомпонентный оксид, образованный первым металлическим элементом, вторым металлическим элементом и кислородом; наносят второй оксидный слой на крепежный слой; и соединяют второй оксидный слой с подложкой с помощью крепежного слоя.

С учетом вышесказанного и других целей предлагается согласно изобретению способ соединения второго оксидного слоя, содержащего второй металлический элемент, с изделием, которое содержит подложку, имеющую поверхность, образованную первым оксидом, который содержит первый металлический элемент, способ, в котором: наносят крепежный слой на поверхность, при этом крепежный слой содержит трехкомпонентный оксид, образованный первым металлическим элементом, вторым металлическим элементом и кислородом; наносят второй оксидный слой на крепежный слой; и соединяют второй оксидный слой с подложкой с помощью крепежного слоя.

Согласно дополнительному аспекту изобретения стадию соединения второго оксидного слоя с подложкой выполняют посредством воздействия на подложку с нанесенными на нее различными слоями подходяще выбранной высокой температуры. За счет этого происходят твердотельные химические реакции на соответствующих границах между слоем и подложкой или между двумя слоями, создавая желаемые соединения. Возможно, что воздействие повышенной температурой выполняют одновременно со стадией нанесения второго оксидного слоя.

Согласно другому дополнительному аспекту изобретения крепежный слой наносят тем, что создают вокруг изделия атмосферу, содержащую кислород; испаряют химическое соединение первого металлического элемента и химическое соединение второго металлического элемента в атмосферу и образуют трехкомпонентную газовую фазу, содержащую первый металлический элемент, второй металлический элемент и кислород; и осаждают трехкомпонентную газовую фазу на изделие.

Подлежащее испарению химическое соединение первого металлического элемента выбирают, предпочтительно, из группы, состоящей из самого первого металлического элемента и оксида или оксидов первого металлического элемента. Химическим соединением второго металлического элемента является, предпочтительно, оксид второго металлического элемента.

Согласно другому дополнительному аспекту изобретения по меньшей мере одно из химических соединений первого металлического элемента и химическое соединение второго металлического элемента испаряют посредством облучения электронным лучом по меньшей мере одной твердотельной мишени, содержащей соответствующее химическое соединение.

Согласно дальнейшему развитию изобретения стадию нанесения крепежного слоя выполняют тем, что: первоначально создают атмосферу, содержащую кислород с заданным парциальным давлением; и испаряют химическое соединение первого металлического элемента и химическое соединение второго металлического элемента, образуют трехкомпонентную газовую фазу и осаждают трехкомпонентную газовую фазу на изделие при одновременном понижении парциального давления кислорода в атмосфере. Затем наносят второй оксидный слой тем, что: создают вокруг изделия другую атмосферу, содержащую кислород; испаряют химическое соединение второго металлического элемента и образуют оксидную газовую фазу; осаждают оксидную газовую фазу на крепежный слой; воздействуют на крепежный слой кислородом из атмосферы и кислородом из оксидной газовой фазы, осажденной на крепежный слой.

Согласно другому аспекту изобретения стадия нанесения второго оксидного слоя содержит испарение химического соединения второго металлического элемента и образование оксидной газовой фазы; и осаждение оксидной газовой фазы на крепежный слой.

Согласно сопутствующему аспекту изобретения стадия нанесения крепежного слоя содержит добавление в крепежный слой азота. За счет этого крепежный слой создает эффективный диффузионный барьер для предотвращения миграции за счет диффузии активных элементов через крепежный слой во второй оксидный слой. Внесение азота может быть выполнено, в частности, посредством нанесения крепежного слоя с помощью способа конденсации из газовой фазы или аналогичного способа в атмосфере, содержащей азот, или посредством тепловой обработки крепежного слоя после помещения его в атмосферу, содержащую азот, для диффузии азота в крепежный слой.

Другие признаки, которые являются отличительными признаками изобретения, следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Хотя изобретение иллюстрируется и описывается здесь в виде металлической подложки с оксидным покрытием и улучшенным крепежным слоем, оно, однако, не ограничивается указанными деталями, так как возможны различные модификации и структурные изменения в них без отклонения от идеи изобретения и без нарушения объема признаков формулы изобретения.

Однако конструктивное выполнение изобретения вместе с другими целями и преимуществами следуют из последующего описания конкретного варианта выполнения с использованием чертежей, на которых изображено: фиг. 1 - фрагмент вида в разрезе подложки с защитной системой покрытий, включающей второй оксидный слой и крепежный слой; и фиг. 2 - перспективная проекция аэродинамического компонента газовой турбины, содержащего подложку и защитную систему покрытий согласно фиг. 1.

На фиг. 1 показана подложка 1 изделия, в частности компонента газовой турбины, который при работе подвержен высоким тепловым нагрузкам и одновременно воздействию коррозии и эрозии, включая окисление. Подложка 1 выполнена из материала, способного обеспечить прочность и структурную стабильность при воздействии высоких тепловых нагрузок и, возможно, дополнительной механической нагрузки больших сил, например центробежных сил. Материалом, широко признанным и применяемым для таких целей в газотурбинных двигателях, является жаропрочный сплав на основе никеля или кобальта. Предпочтительными примерами таких жаропрочных сплавов являются жаропрочный сплав на основе никеля IN738LC и жаропрочный сплав на основе кобальта MAR-M 509.

Для ограничения тепловой нагрузки, действующей на подложку 1, она имеет теплоизоляционный слой в виде второго оксидного слоя 2, нанесенного на нее. Второй оксидный слой 2 выполнен из стеблевидного кристаллического керамического оксида, состоящего, в частности, в основном из стабилизированного или частично стабилизированного оксида циркония, описанного выше.

Второй оксидный слой 2 скреплен с подложкой 1 с помощью крепежного слоя 3. Этот крепежный слой 3 образован на связующем слое 4, который необходимо предварительно нанести на подложку 1. Связующий слой 4 состоит из сплава MCrAlY и, в частности, из сплава MCrAlY, запатентованного в одном из патентов США NN 5154885, 5268238, 5273712 и 5401307. На фиг. 1 толщина слоев 3 и 4 изображена без соблюдения масштаба; толщина крепежного слоя 3 может в действительности быть намного меньше толщины крепежного слоя 4 и составлять лишь несколько слоев атомов, как указывалось выше.

Крепежный слой 3 состоит в основном из пирохлора, образованного первым металлическим элементом, а именно алюминием, и вторым металлическим элементом, оксид которого образует, по меньшей мере, частично второй оксидный слой 2, а именно цирконием. Этот пирохлор является химически и кристаллографически родственным материалу, образующему второй оксидный слой 2, а также материалу, образующему часть изделия, расположенную непосредственно под крепежным слоем 3, а именно связующий слой 4, который, в свою очередь, является родственным оксиду алюминия вследствие его способности образовывать слой оксида алюминия, прочно соединенный с ним, или слой оксида алюминия, прочно соединенный с связующим слоем 4 и образованный на нем под воздействием окисляющего окружения. Таким образом, крепежный слой 3 образует предпочтительную межфазную границу между оксидным слоем 2 и частью изделия, расположенной под крепежным слоем 3, в показанном варианте выполнения связующим слоем 4, соответственно, слоем оксида алюминия, возникающим из связующего слоя 4 в окисляющих условиях.

Крепежный слой 3 может быть нанесен, в частности, с помощью способа конденсации из газовой фазы, предпочтительно, с помощью конденсации из газовой фазы электронным лучом в содержащей кислород атмосфере. Этот процесс выполняют, предпочтительно, при температуре подложки 1, равной 700^oC. Кроме того, может быть предпочтительным наносить крепежный слой 3 при недостатке кислорода и воздействовать на этот крепежный слой 3 дополнительным кислородом во время нанесения второго оксидного слоя 2, который наносят в другой атмосфере, содержащей кислород.

Наиболее предпочтительным является способ нанесения крепежного слоя 3 посредством предварительного нанесения небольшого числа слоев атомов с почти стехиометрическим составом и нанесения остатка крепежного слоя 3 при недостатке кислорода. Это достигается тем, что сперва создают атмосферу, относительно богатую кислородом, предпочтительно, в соответствии с приведенным выше описанием. Присутствие кислорода в относительно большом количестве ускоряет химические реакции с составляющими материала, расположенного непосредственно под крепежным слоем 3, обеспечивая тем самым прочное соединение крепежного слоя 3. После этого понижают содержание кислорода в атмосфере, в частности посредством понижения общего давления атмосферы. Созданный таким образом недостаток кислорода в крепежном слое 3 затем ослабляется химической реакцией с составляющими второго оксидного слоя 2 и с кислородом, поставляемым с нанесением второго оксидного слоя 2. Это обеспечивает прочное соединение также со вторым оксидным слоем 2. Толщина крепежного слоя 3 составляет, предпочтительно, менее 25 мкм.

Второй оксидный слой 2 может быть нанесен на крепежный слой 3 непосредственно после нанесения крепежного слоя 3, в частности с максимальным использованием применяемого перед этим устройства. Это обеспечивается, в частности, тогда, когда второй оксидный слой 2 также наносят с помощью способа конденсации из газовой фазы.

Нанесение второго оксидного слоя 2 возможно, естественно, также с помощью других способов помимо конденсации из газовой фазы. В частности, возможно нанесение второго оксидного слоя 2 с помощью атмосферного плазменного напыления.

В качестве дальнейшего усовершенствования возможно также внесение азота в крепежный слой 3, обеспечивая содержание азота между 1 и 10 ат.%, в частности, между 2 и 5 ат.%. Азот обеспечивает определенный легкий дисбаланс зарядов и пространственные искажения в кристаллической решетке трехкомпонентного оксида и делает ее тем самым непрозрачной для других элементов. За счет этого может быть предотвращен перенос диффузионно активных элементов, как, например, гафния, титана, вольфрама и кремния, из подложки 1 или связующего слоя 4 во второй оксидный слой 2. Эта мера, в частности, пригодна тогда, когда второй оксидный слой 2 является химическим соединением оксида циркония, так как почти каждое химическое соединение оксида циркония должно иметь примесь другого химического соединения для стабилизации его релевантных свойств. Другие элементы, проникающие в химическое соединение оксида циркония, могут нарушать его стабильность и ставить под вопрос его долговременную эффективность, в частности при использовании его в качестве теплоизоляционного слоя. Внесение азота в крепежный слой 3 хорошо пригодно для обеспечения долговременной эффективности второго оксидного слоя 2. Внесение азота в крепежный слой 3 можно производить одновременно с его нанесением, в частности с помощью способа конденсации из газовой фазы в атмосфере, которая содержит эффективное количество азота. Для этого пригодны все описанные способы конденсации из газовой фазы при использовании атмосферы, содержащей наряду с кислородом азот. Возможно также внесение азота в крепежный слой 3 после его нанесения, в частности, с помощью тепловой обработки в атмосфере, содержащей эффективное количество азота, и диффузии азота в крепежный слой 3.

На фиг. 2 показан весь компонент газовой турбины, а именно аэродинамический компонент 5 газовой турбины, в частности турбинная лопатка. Компонент 5 имеет аэродинамическую часть 6, которая при работе образует "активную часть" газотурбинного двигателя, опорную часть 7, с помощью которой компонент 5 прочно удерживается на месте, и уплотняющую часть 8, которая образует уплотнение вместе со смежными уплотняющими частями соседних компонентов, для предотвращения выхода газового потока 9, проходящего во время работы вдоль аэродинамической части 6.

Расположение структуры, показанной на фиг. 1, обозначено линией разреза I-I.

Возвращаясь снова к фиг. 1, особые преимущества новой комбинации крепежного слоя 3 и второго оксидного слоя 2 можно обобщить следующим образом. Крепежный слой 3 имеет состав, который имеет сходство со вторым оксидным слоем 2, а также с связующим слоем 4, и который прочно соединен с обоими слоями посредством твердотельных химических реакций. Он обеспечивает плавный и постепенный переход между материалом второго оксидного слоя и слоем оксида алюминия, образующимся между крепежным слоем 3 и подложкой 1 или связующим слоем 4, и сохраняет прочные соединения, обеспечиваемые твердотельными реакциями. Крепежный слой 3 может быть нанесен независимо от второго оксидного слоя 2. Окисление подложки 1 или связующего слоя 4, возможно нанесенного на нее перед установкой компонента в рабочее положение, может быть предотвращено, что значительно удлиняет срок службы компонента. Выполненная таким образом комбинация крепежного слоя 3 и второго оксидного слоя 2 имеет все преимущества таких комбинаций, известных из предыдущего уровня техники, и дополнительно имеет увеличенный срок службы.

Формула изобретения

1. Изделие, включающее металлическую подложку, имеющую поверхность, способную образовывать на указанной поверхности прочно соединенный с ней первый оксидный слой, содержащий первый металл, нанесенный на указанную подложку крепежный слой, содержащий трехкомпонентный оксид, образованный указанным первым металлом, вторым металлом и кислородом, и расположенный на указанном крепежном слое второй оксидный слой, содержащий оксид указанного второго металла.

2. Изделие, включающее подложку, имеющую поверхность, образованную первым оксидным слоем, содержащим первый металл, расположенный на указанной поверхности крепежный слой, содержащий трехкомпонентный оксид, образованный указанным первым металлом, вторым металлом и кислородом, и расположенный на указанном крепежном слое второй оксидный слой, содержащий оксид указанного второго металла и соединенный с указанной поверхностью указанным крепежным слоем.

3. Изделие по п. 1 или 2, в котором указанный крепежный слой содержит указанный трехкомпонентный оксид в качестве основной составляющей.

4. Изделие по п.1 или 2, в котором указанный крепежный слой состоит в основном из указанного трехкомпонентного оксида.

5. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный трехкомпонентный оксид имеет кристаллографическую структуру, выбранную из группы, состоящей из шпинелей, пирохлоров и перовскитов.

6. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный первый металл является алюминием.

7. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный второй металл является цирконием.

8. Изделие по п. 7, в котором указанный второй оксидный слой содержит оксид циркония в качестве основной составляющей.

9. Изделие по п.7, в котором указанный второй оксидный слой состоит в основном из частично стабилизированного оксида циркония.

10. Изделие по любому из пп.7 - 9, в котором указанный первый металл является алюминием, и в котором указанный трехкомпонентный оксид имеет кристаллографическую структуру пирохлора, образованную алюминием, цирконием и кислородом.

11. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный крепежный слой дополнительно содержит азот.

12. Изделие по п.11, в котором содержание азота составляет от 1 до 10 ат.%.

13. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором указанная подложка выполнена из жаропрочного сплава на основе никеля или на основе кобальта.

14. Изделие по любому из предшествующих пунктов, содержащее металлический связующий слой, расположенный между указанной подложкой и указанным крепежным слоем и имеющий указанную поверхность, образованную на указанном связующем слое.

15. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный связующий слой выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из алюминидов металлов и сплавов MCrAlY.

16. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный крепежный слой имеет толщину менее 25 мкм.

17. Изделие по любому из предшествующих пунктов, в котором указанная подложка, указанный крепежный слой и указанный второй оксидный слой образуют компонент газовой турбины.

18. Изделие по п.17, в котором указанный компонент газовой турбины содержит опорную часть для установки компонента в рабочем положении и активную часть, подвергаемую воздействию потока горячего газа, проходящего во время работы вдоль компонента.

19. Способ соединения второго оксидного слоя с изделием, образованным металлической подложкой, имеющей поверхность и способной образовывать первый оксидный слой, прочно соединенный с поверхностью, при этом первый оксидный слой содержит первый металл, а второй оксидный слой содержит второй металл, включающий нанесение крепежного слоя, содержащего трехкомпонентный оксид, образованный первым металлом, вторым металлом и кислородом на поверхность, нанесение второго оксидного слоя на крепежный слой и соединение второго оксидного слоя с подложкой с помощью крепежного слоя.

20. Способ соединения второго оксидного слоя с изделием, образованным подложкой, имеющей поверхность, образованную первым оксидным слоем, при этом первый оксидный слой содержит первый металл, а второй оксидный слой содержит второй металл, включающий нанесение крепежного слоя, содержащего трехкомпонентный оксид, образованный первым металлом, вторым металлом и кислородом на поверхность, нанесение второго оксидного слоя на крепежный слой и соединение второго оксидного слоя с подложкой с помощью крепежного слоя.

21. Способ по п.19 или 20, в котором стадия соединения второго оксидного слоя с подложкой включает воздействие на подложку с нанесенными на нее слоями повышенной температуры.

22. Способ по любому из пп.19 - 21, в котором стадию нанесения крепежного слоя выполняют путем создания вокруг изделия атмосферы, содержащей кислород, испарения химического соединения первого металла и химического соединения второго металла в атмосферу и образования трехкомпонентной газовой фазы, содержащую первый металл, второй металл и кислород, и осаждение трехкомпонентной газовой фазы на изделие.

23. Способ по п.22, в котором испаряют химическое соединение первого металла, выбранное из группы, состоящей из первого металла и оксида первого металла.

24. Способ по п. 22 или 23, в котором испаряют химическое соединение второго металла в виде оксида второго металла.

25. Способ по любому из пп.22 - 24, в котором испаряют по меньшей мере одно химическое соединение первого металла и химическое соединение второго металла посредством облучения электронным лучом по меньшей мере одной твердотельной мишени, содержащей соответствующее химическое соединение.

26. Способ по любому из пп.22 - 25, в котором стадия нанесения крепежного слоя включает первоначальное создание атмосферы, содержащей кислород с заданным парциальным давлением, испарение химического соединения первого металла и химического соединения второго металла с образованием трехкомпонентной газовой фазы и осаждение трехкомпонентной газовой фазы на изделие при одновременном понижении парциального давления кислорода в атмосфере, а стадия нанесения второго оксидного слоя включает создание вокруг изделия другой атмосферы, содержащей кислород, испарение химического соединения второго металла с образованием оксидной газовой фазы, осаждение оксидной газовой фазы на крепежный слой и воздействие на крепежный слой кислородом из атмосферы и кислородом из оксидной газовой фазы, осажденной на крепежный слой.

27. Способ по любому из пп.19 - 25, в котором стадия нанесения второго оксидного слоя включает испарение химического соединения второго металла с образованием оксидной газовой фазы и осаждение оксидной газовой фазы на крепежный слой.

28. Способ по любому из пп.19 - 26, в котором стадия нанесения крепежного слоя включает внесение азота в крепежный слой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2