制造涂层的方法技术

公开了一种生成涂层的方法。所述方法涉及应用火焰喷涂技术。向火焰提供金属粉末材料，并且选择火焰喷涂过程的过程参数，以获得具有明显表面粗糙度的金属涂覆层。在后续过程阶段中，非金属材料可以通过火焰喷涂设置在粗糙金属层上。非金属层有效地与金属层的粗糙部互锁。所述方法可以用手持设备来进行。

【技术实现步骤摘要】
制造涂层的方法
本公开涉及用于制造涂层的方法。
技术介绍
机械部件上的涂层，特别是发动机部件上的涂层，在工程技术中被广泛使用。典型的非限制性实例是燃气涡轮工程。例如，燃气涡轮发动机的热气体通道中的部件可以涂有热障涂层以降低金属温度，并且在一些情况下还涂有环境屏障涂层，以使部件更好地抵御来自燃料的腐蚀性化学物质。在其他实例中，在旋转和/或静止部件的相互界面处可以使用耐磨涂层。在可能发生磨损的位置可以使用硬面涂层。制造涂层的一个问题是确保涂层或涂覆层，例如顶部涂覆层，保持与基底牢固连接。通常，涂层材料和基底的配对使得两者之间的化学结合很弱。此外，当相邻的一个或多个涂覆层与基底的热膨胀系数不同时，剪切力可能出现在界面处，并对结合界面产生负面影响。可以提供特定结合涂层。在任何情况下，在粗糙表面上制造涂覆层时，由于机械互锁效应，涂覆层的粘附性可能显著增加。可能需要制造具有明显的表面粗糙度的表面，以在粗糙界面上提供涂覆层。尽管可以获得复杂的涂层系统和涂层材料，但是显而易见的是，在恶劣环境下的长期操作中，例如在燃气涡轮发动机中，在几百摄氏度的温度下存在烟气的情况下，以及在启动、停机或瞬时负载变化时存在陡峭的温度梯度的情况下，涂层可能会在数月或数年的操作后，即几千个操作小时后劣化并显示缺陷。然后，如果部件整体结构完好，则可以对其进行翻新。一个或者有时唯一需要的翻新步骤是翻新涂层。根据具体应用，待翻新的涂层可能比较厚。对于一个实例，陶瓷热障涂层可以是1.5mm厚，甚至可以发现更厚的涂层。耐磨涂层就其性质而言可以是几毫米厚。本领域技术人员将理解，当修复涂层时，必须确保所施加的修补涂层充分牢固地粘附到基底上。因此，需要经济可行的方法来翻新发动机部件或其它机械部件的涂层。例如，如果涂层仅局部受损，则可能希望仅局部修复受损区域。例如，US2005/0235493公开了一种方法，其中涂层缺陷的基底表面被清洁，并且缺陷的表面被机械粗糙化。随后，将结合涂层施加到粗糙化表面上，并将顶涂层修补置于结合涂层修补的顶部。US2005/0235493中公开的方法一方面需要磨料清洁步骤，另一方面需要粗糙化步骤，该粗糙化步骤可以包括滚花、磨料喷涂和/或激光开槽。如果希望在现场进行涂层修复，即不需要将磨损的部件运送到车间，或者甚至在该部件安装在发动机中的情况下进行原位修复。还可能出现的情况是，所有这些步骤可能需要在有限的操作空间中执行，并且所有需要的设备都需要移动到安装的磨损部件的位置，所有限制都是由于受限的空间条件造成的。US2005/0003097公开了一种热喷涂方法，其中在热障涂层材料掺杂有熔点降低剂材料时降低了待喷涂材料的熔点，以便允许热障涂层材料通过低速火焰喷涂工艺施加。
技术实现思路
本公开的目的是公开一种最初提到的类型的方法。在本公开的一个方面，该方法应当能够产生具有不同表面粗糙度(distinctsurfaceroughness)的涂覆层，例如能够使在其上制造的另一涂覆层彻底互锁(thoroughinterlocking)。在一个方面，该方法应适合用作局部涂层缺陷的修复过程。在另一方面，该方法应被公开为使得可以手动执行该方法。当然，不排除将涂层和/或修复方法建立为自动化方法；然而，该方法应当能够容许不太精确的施加，当该方法在现场手动执行时，或者甚至在安装的部件上原位执行时，可能会出现这种情况。在另一个更具体的方面，该方法应使得所需设备可以在受限的空间条件下供应和安全操作。换句话说，应该要求尽可能少的装置，并且所需的装置应该尽可能小和可移动。这通过权利要求1所述的主题来实现。因此，公开了一种在部件上制造涂层的方法。在特定实施例中，该方法可以应用于并构成用于修复涂层缺陷，特别是局部涂层缺陷的方法。该方法通常包括：向喷射装置提供氧化剂流体流和燃烧流体流；使燃烧流体流与氧化剂流体流燃烧，从而生成从喷射装置发出的火焰；以及在火焰周围提供屏蔽流体流(shieldingfluidflow)。在特定实例中，屏蔽流体流可以是空气流。供应质量流量的粉末材料(asupplymassflowofpowdermaterial)被供应到火焰中，从而在火焰内部提供熔融材料流。内部具有分散的熔融材料流(dispersedflowofmoltenmaterial)的火焰被导向工件的表面，从而将熔融材料沉积在表面上并生成涂层。应当理解，屏蔽流体流也用作冷却剂流，其有助于将火焰包围在限定的空间中，并使火焰外部的温度骤降。该方法包括将火焰导向工件的表面区域。在示例性实施例中，即，当应用修复涂层缺陷的方法时，火焰导向的工件的表面区域可以是显示受损涂层的表面区域。该方法还包括供应到火焰中的粉末材料包括金属，从而生成金属涂覆层。当粉末材料被供应到包括金属的火焰中时，过程参数被设定为生成表面算术平均粗糙度值(asurfacearithmeticmeanroughnessvalue)Ra等于或大于10微米的金属涂覆层，并且在更特别的实施例中等于或大于13微米。当粉末材料被供应到包括金属的火焰中时，过程参数可以被进一步设定为生成孔隙率加氧化物的组合内含物(combinedinclusionsofporosityplusoxides)小于或等于25体积％的金属涂覆层。本领域技术人员将容易理解，在制造金属涂覆层之前，工件的表面区域可以被处理或不被处理，例如以清洁基底的表面，并且如果需要，去除氧化物层或碎屑。这样，熔融金属材料可以直接施加到基底材料上，并实现牢固的结合。本公开技术方案1提供一种用于在部件上制造涂层的方法，所述方法包括：向喷射装置提供氧化剂流体流和燃烧流体流；使所述燃烧流体流与所述氧化剂流体流燃烧，从而生成从所述喷射装置发出的火焰；在所述火焰周围提供屏蔽流体流，将供应质量流量的粉末材料供应到所述火焰中，从而在所述火焰内部提供熔融材料流；以及将所述火焰导向工件的表面，从而将所述熔融材料沉积在所述表面上并生成涂层，其中，供应到所述火焰中的所述粉末材料流包括金属，从而生成金属涂覆层，并设定过程参数，而粉末材料被供应到包括金属的所述火焰中，从而生成表面算术平均粗糙度值Ra等于或大于10微米的金属涂覆层。技术方案2：根据技术方案1所述的方法，其中，当生成所述金属涂覆层时，从所述喷射装置的出口到所述工件表面的工作距离在等于或大于160mm且小于或等于240mm的范围内。技术方案3：根据技术方案1或2所述的方法，其中，当生成所述金属涂覆层时，所述粉末材料供应质量流量等于或大于40g/min且小于或等于70g/min。技术方案4：根据技术方案3所述的方法，其中，在生成所述金属涂覆层之后应用后续过程阶段，所述后续过程阶段包括：选择要提供至所述火焰的另外的粉末材料，并将供应质量流量的所述另外的粉末材料供应到所述火焰中；以及将所述火焰导向所述先前生成的层的表面，从而在所述先前生成的涂覆层上生成另外的涂覆层，其中，所述另外的粉末材料包括非金属材料。技术方案5：根据技术方案1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括热障涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，从所述喷射装置到所述工件表面的工作距离选择在等于或大于80mm且小于或等于140mm的范围内，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为多孔热障涂层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在部件上制造涂层的方法，所述方法包括：向喷射装置提供氧化剂流体流和燃烧流体流；使所述燃烧流体流与所述氧化剂流体流燃烧，从而生成从所述喷射装置发出的火焰；在所述火焰周围提供屏蔽流体流，将供应质量流量的粉末材料供应到所述火焰中，从而在所述火焰内部提供熔融材料流；以及将所述火焰导向工件的表面，从而将所述熔融材料沉积在所述表面上并生成涂层，其中，供应到所述火焰中的所述粉末材料流包括金属，从而生成金属涂覆层，并设定过程参数，而粉末材料被供应到包括金属的所述火焰中，从而生成表面算术平均粗糙度值Ra等于或大于10微米的金属涂覆层。

【技术特征摘要】
2017.09.29 EP 17193982.01.一种用于在部件上制造涂层的方法，所述方法包括：向喷射装置提供氧化剂流体流和燃烧流体流；使所述燃烧流体流与所述氧化剂流体流燃烧，从而生成从所述喷射装置发出的火焰；在所述火焰周围提供屏蔽流体流，将供应质量流量的粉末材料供应到所述火焰中，从而在所述火焰内部提供熔融材料流；以及将所述火焰导向工件的表面，从而将所述熔融材料沉积在所述表面上并生成涂层，其中，供应到所述火焰中的所述粉末材料流包括金属，从而生成金属涂覆层，并设定过程参数，而粉末材料被供应到包括金属的所述火焰中，从而生成表面算术平均粗糙度值Ra等于或大于10微米的金属涂覆层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，当生成所述金属涂覆层时，从所述喷射装置的出口到所述工件表面的工作距离在等于或大于160mm且小于或等于240mm的范围内。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当生成所述金属涂覆层时，所述粉末材料供应质量流量等于或大于40g/min且小于或等于70g/min。4.根据权利要求3所述的方法，其中，在生成所述金属涂覆层之后应用后续过程阶段，所述后续过程阶段包括：选择要提供至所述火焰的另外的粉末材料，并将供应质量流量的所述另外的粉末材料供应到所述火焰中；以及将所述火焰导向所述先前生成的层的表面，从而在所述先前生成的涂覆层上生成另外的涂覆层，其中，所述另外的粉末材料包括非金属材料。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括热障涂层材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·夏布，S·B·C·杜瓦尔，P·D·格拉索，J·R·A·齐默尔曼，
申请(专利权)人：通用电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH