用于在涡轮机硬件上选择性地产生热障涂层的方法技术

提供一种在翼型部件上沉积陶瓷涂层并由此形成部件的方法。该方法包括在翼型部件上沉积粘结涂层，包括在翼型部件的限定其后缘的后缘区域上、在定位在后缘区域内并且与后缘间隔开的孔内以及在定位在后缘区域内并且位于孔之间的地带上沉积粘结涂层。然后将陶瓷涂层沉积在粘结涂层上，包括沉积在翼型部件的后缘区域上、定位在后缘区域内的孔内以及孔之间的地带上。在不完全去除后缘区域和孔之间的地带上的陶瓷涂层的情况下，选择性地去除孔内的陶瓷涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在涡轮机硬件上选择性地产生热障涂层的方法相关申请的交叉参考本申请要求于2012年6月30日提交的美国临时申请No.61/666,840和于2012年6月30日提交的美国临时申请No.61/666,838的权益，其内容通过引用方式结合到本文中。
技术介绍
本专利技术大致涉及从部件中的通孔或槽中选择性地去除涂层。更具体地，本专利技术涉及从由热障涂层(TBC)保护的翼型部件中的通孔或槽中选择性地去除陶瓷热障涂层TBC。位于燃气涡轮发动机的某些部分中的部件，比如涡轮机、燃烧器和增压器(augmentor)部分，通常利用陶瓷层热绝缘以便降低其工作温度，这使得发动机能够在更高的温度下更加有效地操作。这些涂层通常被称为热障涂层(TBC)，其必须具有低的导热率、强力地粘附物品并且在整个许多加热和冷却循环中保持粘着。能够满足这些要求的涂层系统一般包括将热绝缘陶瓷层粘着至部件的金属粘结涂层，形成所谓的TBC系统。例如为部分或完全由氧化钇(Y2O3)、氧化镁(MgO)和/或其他氧化物保持稳定的氧化锆(ZrO2)的金属氧化物已被广泛地用作用于TBC系统的陶瓷层的热绝缘材料。陶瓷层一般通过热喷镀技术沉积，例如空气等离子体喷镀(APS)或者比如为电子束物理汽相沉积(EBPVD)的物理汽相沉积(PVD)技术。粘结涂层一般由抗氧化扩散涂层形成，比如扩散铝化物或铂铝化物，或者抗氧化叠加涂层，比如为通常由MCrAlX合金(其中，M是铁、钴和/或镍，X是钇、稀土元素和/或活性元素)形成的类型。虽然TBC系统对下层部件基体提供显著的热保护，但是对于比如为燃烧器衬套以及高压涡轮(HPT)叶片(斗叶)和轮叶(喷嘴)的内部冷却通常是必要的，并且可以与TBC组合使用或者替代TBC使用。燃气涡轮发动机的空气冷却部件通常要求冷却气流通过精细地配置的冷却孔或槽排出，冷却孔或槽在部件表面上方分配冷却膜以提高冷却流的有效性。旨在提供膜冷却效应的冷却孔通常被称为扩散器(后缘区域)孔，并且具有截面沿下游方向增大的形状以降低在部件表面处由孔排出的空气的速度，由此提高部件表面的膜冷却的有效性。冷却孔的效率可以通过排放系数Cd进行量化，排放系数Cd是冷却孔的基于流量测量的有效面积与孔的实际面积的比值。由于孔内的表面状态(包括孔的入口和出口，这为通过孔的气流提供阻力)，使得有效面积小于实际面积。由于每个开口的尺寸、形状和表面状态确定排出开口的空气流的量并且影响包含孔的冷却回路内的整体气流分布，因此，形成和配置冷却孔的方法是关键的。对于不需要TBC的部件，冷却孔一般通过比如为电子放电加工(EDM)和激光加工的常规钻孔技术形成，或者利用产生具有尺寸上正确的开口的铸件的复杂先进铸造操作形成。EDM技术不能被用于在具有TBC的部件中形成冷却孔，这是由于陶瓷是不导电的，激光加工技术易于通过使部件基体与陶瓷之间的分界面产生裂缝而使脆性陶瓷TBC剥落。因此，冷却孔通常在应用粘结涂层或TBC之前通过EDM和激光钻孔进行加工。虽然一般期望在冷却孔的内部沉积粘结涂层用于防氧化，但是由于TBC通过改变形状和减小冷却孔开口的尺寸以及通过在冷却空气排出时使金属与冷却空气绝热而减小了排放系数，因此沉积在空气冷却部件的冷却孔中的TBC的存在可以有害地影响部件的使用寿命。具有TBC的冷却孔的阻塞不仅随着新制造的空气冷却部件而发生，而且在修复从现场返回的部件上的TBC时也发生。在修复期间，一般去除所有现有粘结涂层和TBC，在此之后新的粘结涂层和TBC被沉积，因此能够通过TBC材料的沉积阻塞冷却孔。如上所述，能够看出，由于需要使冷却孔保持恰当的尺寸和形状，因此使得对由TBC保护的空气冷却部件的制造和修复复杂化。通常的方案是将冷却孔进行掩模处理以保持其想要的大小和形状。例如，通常的做法是对涡轮机叶片的后缘进行掩模处理，以免沿着冷却孔的后缘在冷却孔内沉积TBC。根据这一方案，翼型部件没有将降低翼型部件的后缘处的表面温度的TBC。已经提出各种技术用于从冷却孔去除TBC。日本专利公开No.平9-158702公开了一种方法，通过该方法将高压流体引入空气冷却部件的内部，使得流体通过冷却孔开口流出，并且在这种情况下去除由于在形成冷却孔之后使部件涂覆有陶瓷材料而已经阻塞冷却孔的陶瓷材料。另一种技术在授予Camm的美国专利No.6,004,620中公开，其中，利用朝向孔的无覆盖表面射出的射流去除冷却孔中聚集的陶瓷。虽然如上所述类型的技术已被用于从冷却孔去除陶瓷沉积，但是当前的挑战涉及产生具有期望的空气动力性能的冷却孔的能力，例如这是在陶瓷沉积的去除期间避免破坏或者以其他方式改变冷却孔及其周围TBC的表面特性而实现的。这种挑战适用于后缘区域孔，后缘区域孔的增大的横截面形状必须被谨慎地控制以实现部件表面的有效的膜冷却。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种在翼型部件上沉积涂层并由此形成部件的方法，以及一种用于去除翼型部件中的孔内的陶瓷沉积物的方法。翼型部件的具体的但非限制的示例是燃气涡轮发动机的空气冷却部件。根据本专利技术的第一方面，一种方法包括在翼型部件上沉积粘结涂层，包括在翼型部件的限定其后缘的后缘区域上、在定位在后缘区域内并且与后缘间隔开的孔内、以及在定位在后缘区域内并且位于孔之间的地带(land)上沉积粘结涂层。然后在粘结涂层上沉积陶瓷涂层，包括在翼型部件的后缘区域上、在定位在后缘区域内的孔内以及在孔之间的地带上沉积陶瓷涂层。在不完全去除后缘区域和孔之间的地带上的陶瓷涂层的情况下，选择性地去除孔内的陶瓷涂层。根据本专利技术的第二方面，翼型部件包括限定翼型部件的后缘的后缘区域。孔定位在后缘区域内并且与后缘间隔开。地带定位在后缘区域内和孔之间。陶瓷涂层位于翼型部件的后缘区域上并在孔之间的地带上，但不在孔内。根据本专利技术的第三方面，一种方法包括获得翼型部件，所述翼型部件包括翼型部件上的粘结涂层和粘结涂层上的陶瓷涂层。粘结涂层和陶瓷涂层两者均位于翼型部件的限定其后缘的后缘区域上、定位在后缘区域内并且与后缘间隔开的孔内以及定位在后缘区域内并且位于孔之间的地带上。在不完全去除后缘区域和孔之间的地带上的陶瓷涂层的情况下，选择性地去除孔内的陶瓷涂层。本专利技术的另一方面涉及一种由如上所述的方法形成的翼型部件，其中，在不完全从孔中去除粘结涂层的情况下选择性地去除陶瓷涂层。本专利技术的技术效果在于能够利用热绝缘陶瓷材料涂覆空气冷却部件的较大部分，同时还消除了陶瓷材料在部件中的孔内的沉积。作为非限制性示例，本专利技术提供涂覆涡轮机叶片的整个翼型部分的能力，包括翼型部分的后缘(冷却孔设置在后缘中)，同时并不明显地减低冷却孔的有效性，使得后缘和叶片作为整体能够承受更高的操作温度。将从以下的详细说明中更好地理解本专利技术的其他方面和优势。附图说明图1描绘了具有通过传统的现有技术的方法沉积以涂覆除翼型部分的后缘之外的全部翼型的TBC的HPT叶片，以及作为对比，图2描绘了具有涂覆叶片的整个翼型部分但沿其后缘的冷却孔没有涂覆的TBC的HPT叶片。图3描绘了根据本专利技术的一方面的涂覆邻近冷却孔的、HPT叶片的表面的TBC的横截面视图。图4描绘了根据本专利技术的一个方面的涂覆邻近相邻的冷却孔之间的地带的、HPT叶片的表面的TBC的横截面视图。图5表示能够通过本专利技术实现的翼型部分的表面上方的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：在翼型部件上沉积粘结涂层，包括在所述翼型部件的限定其后缘的后缘区域上、在位于所述后缘区域内并且与所述后缘间隔开的孔内以及在位于所述后缘区域内并且位于所述孔之间的地带上沉积粘结涂层；在粘结涂层上沉积陶瓷涂层，包括在所述翼型部件的所述后缘区域上、在定位在所述后缘区域内的所述孔内以及在所述孔之间的地带上沉积陶瓷涂层；以及然后在不完全去除所述后缘区域和所述孔之间的所述地带上的陶瓷涂层的情况下，选择性地去除所述孔内的所述陶瓷涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.30 US 61/666840;2012.06.30 US 61/666838;201.一种产生陶瓷涂层的方法，包括：在翼型部件上沉积粘结涂层，包括在所述翼型部件的限定其后缘的后缘区域上、在位于所述后缘区域内并且与所述后缘间隔开的孔内以及在位于所述后缘区域内并且位于所述孔之间的地带上沉积粘结涂层；在粘结涂层上沉积陶瓷涂层，包括在所述翼型部件的所述后缘区域上、在定位在所述后缘区域内的所述孔内以及在所述孔之间的地带上沉积陶瓷涂层；以及然后在不完全去除所述后缘区域和所述孔之间的所述地带上的陶瓷涂层的情况下，选择性地去除所述孔内的所述陶瓷涂层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择性地去除的步骤利用烧蚀激光器执行。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述后缘区域选择性地去除所述陶瓷涂层以使所述陶瓷涂层成锥形，使得所述孔中的每一个的上游的陶瓷涂层的厚度沿朝向所述孔中的每一个的下游方向减小。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述孔之间的所述地带选择性地去除所述陶瓷涂层以使所述陶瓷涂层成锥形，使得所述地带上的所述陶瓷涂层的厚度沿朝向所述后缘的下游方向减小。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述孔是所述部件的冷却孔。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述孔中的至少一个具有横截面沿朝向所述后缘的下游方向增大的形状。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部件是高压涡轮机叶片。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在不完全从所述孔、所述后缘区域以及所述孔之间的所述地带去除所述粘结涂层的情况下，选择性地去除所述陶瓷涂层。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在不破坏所述孔中、所述后缘区域上以及所述孔之间的所述地带上的粘结涂层的情况下，选择性地去除所述陶瓷涂层。10.通过根据权利要求1所述的方法制造的翼型部件。11.一种翼型部件，包括：限定所述翼型部件的后缘的后缘区域；定位在所述后缘区域内并且与所述后缘间隔开的孔；定位在所述后缘区域内并且位于所述孔之间的地带；以及陶瓷涂层，所述陶瓷涂层位于所述翼型部件的所述后缘区域上以及位于所述孔之间的所述地带上，但不位于所述孔内。...

【专利技术属性】
技术研发人员：TE曼特科夫斯基，JM克罗，SM皮尔森，SM莫尔特，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US