用于制造耐磨板和修复涡轮护罩的方法技术

本发明专利技术涉及一种制造用于涡轮机的涡轮护罩(24，26)的耐磨板(32)的方法，所述方法包括制备包含钴基或镍基的金属粉末和基于助熔元件的粉末的混合物，在模具中沉积一层粉末混合物，以及通过使粉末混合物层经受放电等离子体烧结的方法制造耐磨板(32)。本发明专利技术还提供了一种用于修复涡轮机的涡轮护罩(24，26)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造耐磨板和修复涡轮护罩的方法
本专利技术涉及一种用于制造涡轮机的涡轮护罩的方法。
技术介绍
在许多旋转机器中，现在已知的是，向定子的环提供面向转子叶片的尖端的耐磨轨道。这种轨道使用所称的“耐磨”材料制成，当它们与旋转叶片接触时，材料比叶片本身更容易磨损。这用于确保转子与定子之间的最小间隙，从而改善旋转机器的性能，而不会在叶片摩擦定子时具有损坏叶片的风险。相反，这种摩擦会侵蚀耐磨轨道，从而自动地使定子的环的直径尽可能地与转子的相匹配。因此，这种耐磨轨道通常安装在涡轮机压缩机中。相反，这种轨道的使用在这种涡轮机的涡轮中较不常见，特别是在物理化学条件极端的高压涡轮中。具体来说，来自燃烧室的燃烧气体以非常高的温度和压力水平流入高压涡轮，从而导致传统耐磨轨道的过早磨损。在这种情况下，为了保护涡轮护罩，通常优选的是为其提供隔热型涂层，该涂层由用于保护护罩免受侵蚀和腐蚀的材料制成，并且该材料的密度也高，足够高以用于涂层有效耐磨。然而，在这种情况下，自然可以理解的是，在与定子接触的情况下不再确保叶片的完整性，这使得必须在转子与定子之间提供更大的间隙，因此增加了通过叶片尖端的泄漏率，从而降低了涡轮机的性能。而且，由于与叶片摩擦的点和由于燃烧气体的温度，涂层可能被损坏，从而为定子提供较少的保护。
技术实现思路
本公开试图至少部分地弥补这些缺点。为此，本公开涉及一种用于制造涡轮机涡轮护罩的耐磨板的方法，该方法包括以下步骤：制备包含钴基或镍基金属粉末和基于助熔元素的粉末的混合物；在模具中沉积一层粉末混合物；以及通过对粉末混合物层进行SPS烧结的方法制造耐磨板。术语“钴基”用于表示其中钴呈现最大重量百分比的金属粉末。同样，术语“镍基”用于表示其中最大镍占重量百分比的金属粉末。因此，在例中，包含38％重量的钴和32％重量的镍的金属粉末被称为钴基粉末，因为钴是在金属粉末中具有最大重量百分比的化学元素。钴基或镍基金属粉末是在烧结后呈现良好高温强度的粉末。因此，它们可以执行耐磨和提供隔热罩这两个功能。例如，可以提及CoNiCrAlY超合金。这些金属粉末还具有提供与形成涡轮护罩的材料的化学组成相似的化学组成的优点，例如，AM1或N5超合金。基于助熔元素的粉末使得可以降低粉末混合物的烧结温度。SPS烧结方法(SPS代表“放电等离子体烧结”)也称为场辅助烧结技术(FAST)，或称为快速烧结，并且它是一种烧结方法，在烧结粉过程中粉末同时经受高温-电流脉冲和单轴压力以形成烧结材料。SPS烧结通常在受控气氛下进行，并且可以通过热处理来辅助。SPS烧结的持续时间相对较短，并且SPS烧结使得可以选择具有相对较少限制的起始粉末。具体地说，SPS烧结使得尤其可以烧结，即致密化，焊接或实际上不可能焊接的相对复杂材料，因为它们是在加热时容易破裂的材料。由于选择SPS烧结和这种烧结的短的持续时间，因此可以用各种各样的材料制造耐磨层。而且，由于SPS烧结是在由模具施加在粉末层上的单轴压力下进行的，因此用于制造耐磨板的烧结产生的粉末层的收缩限于施加压力的方向。因此，沿着垂直于施加压力的方向没有观察到粉末层的收缩。因此，控制耐磨板的尺寸相对简单。可以在模具中沉积至少两层粉末混合物，这两层通过化学惰性插入物彼此间隔开。因此可以在单个SPS烧结步骤中制造多个耐磨板。在例中，因此可以沉积十层粉末混合物，每层通过化学惰性插入物与相邻层分离。因此可以形成十个耐磨板，每个板的厚度可以在1毫米(mm)至5mm的范围内，每个耐磨板通过化学惰性插入物与相邻的耐磨板分离。在SPS烧结过程中，化学惰性插入物使得可以减少粉末混合物层之间的化学反应或者实际上消除它们。由于每层粉末混合物通过化学惰性插入物与相邻层分离，因此粉末混合物层不会彼此烧结，因此更容易制造多个不粘在一起的耐磨板。化学惰性插入物也可以设置在粉末混合物与模具之间。在SPS烧结过程中，化学惰性插入物使得可以减少粉末混合物层与模具之间的化学反应，或甚至消除它们，从而减少耐磨板到模具的部分的任何粘附，甚至消除任何这样的粘附。化学惰性插入物还使得可以减少在耐磨板的与模具接触的表面处的碳化物层的形成，或者甚至消除任何这种形成。期望避免形成这样的碳化物层，因为形成的任何碳化物层需要在使用之前从耐磨板移除。化学惰性插入物可包括氮化硼或刚玉。当化学惰性插入物被称为“包含”氮化硼时，其用于表示插入物包含至少95％重量的氮化硼。同样地，当化学惰性插入物被称为“包含”刚玉时，其用于表示插入物包含至少95％重量的刚玉。化学惰性插入物可以是通过使用喷雾沉积在模具上的氮化硼层的形式。化学惰性插入物也可以是再现耐磨板形状的板的形式。因此，在SPS烧结步骤过程中，化学惰性插入物使得可以将其形状赋予耐磨板。氮化硼可以形成化学惰性插入物的外层。化学惰性插入物可以是由一层氮化硼覆盖的致密材料板，该氮化硼层通过喷雾沉积在板上。助熔元素可以是硅或硼。粉末混合物可以包含一定重量百分比的助熔剂元素，该重量百分比比小于或等于重量的5％，优选小于或等于重量的3％。模具可以由石墨制成，SPS烧结可以在高于或等于800℃，优选高于或等于900℃的温度下进行。SPS烧结在高于或等于10兆帕(MPa)，优选高于或等于20MPa，更优选高于或等于30MPa的压力下进行。模具可以由碳化钨制成，SPS烧结可以在高于或等于500℃，优选高于或等于600℃的温度下进行。SPS烧结可以在高于或等于100MPa，优选高于或等于200MPa，更优选高于或等于300MPa的压力下进行。本专利技术还涉及一种用于修复涡轮机涡轮护罩的修复方法，该方法包括以下步骤：去除损坏的耐磨涂层；以及将通过上述方法获得的耐磨板钎焊到涡轮护罩上。包含在用于形成耐磨板的粉末混合物中的助熔元件还用于促进将耐磨板钎焊到涡轮护罩上的方法。将耐磨板钎焊到涡轮护罩上使得可以避免将新的耐磨涂层直接沉积到护罩上或护罩扇区上。特别是，在将耐磨板钎焊到涡轮护罩上之后，可以加工钎焊耐磨板的自由表面。刚刚被钎焊到涡轮护罩上的耐磨板可以呈现自由表面，该自由表面不一定需要延伸相邻的未损坏的耐磨涂层的自由表面。因此，耐磨板和耐磨涂层的自由表面被机械加工，以便呈现面向涡轮叶轮的表面，该表面尽可能少地存在不连续性。具体地，如果存在任何这种不连续性，那么涡轮叶轮可以抵抗这种不连续性，从而导致涡轮机内的冲击，这是不希望的。附图说明本专利技术的其他特征和优点从作为非限制性示例给出的本专利技术的实施方式的以下描述中并且参考附图显现，其中：图1是涡轮机的纵向剖视图；图2是包括耐磨板的涡轮护罩扇区的示意性立体图；图3是一叠耐磨板和化学惰性插入件的示意立体图；图4是用于SPS烧结的模具中的叠层的示意性剖视图，其在类似于图3的截面IV-IV的截面上；图5A-5D是显示各种耐磨板的微观结构的扫描电子显微镜图像；图6是包括损坏的耐磨涂层的护罩扇区的示意图；和图7A和7B是涡轮护罩的示意性侧视图，其中耐磨涂层的一部分已经被耐磨板代替，分别在加工耐磨板的自由表面之前和之后示出。具体实施方式图1示出了在包含其主轴线A的垂直平面上的截面中看到的旁通喷气发动机10。沿着气流的流动方向从上游到下游，旁通喷气发动机10包括风扇12、低压力压缩机14、高压压缩机16、燃烧室18、高压涡轮2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造用于涡轮机涡轮护罩(24，26)的耐磨板(32)的方法，所述方法包括以下步骤：制备包含钴基或镍基金属粉末和基于助熔元素的粉末的混合物；将一层所述粉末混合物沉积在模具(42)中；以及通过对所述粉末混合物层采用SPS烧结的方法来制造所述耐磨板(32)；以及其中至少两层所述粉末混合物沉积在所述模具(42)中，所述两层通过化学惰性插入物(40)彼此间隔开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.14 FR 16521041.一种制造用于涡轮机涡轮护罩(24，26)的耐磨板(32)的方法，所述方法包括以下步骤：制备包含钴基或镍基金属粉末和基于助熔元素的粉末的混合物；将一层所述粉末混合物沉积在模具(42)中；以及通过对所述粉末混合物层采用SPS烧结的方法来制造所述耐磨板(32)；以及其中至少两层所述粉末混合物沉积在所述模具(42)中，所述两层通过化学惰性插入物(40)彼此间隔开。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述化学惰性插入物(40)包括氮化硼或刚玉。3.根据权利要求2的方法，其中氮化硼形成所述化学惰性插入物(40)的外层。4.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其中所述助熔元素是硅或硼。5.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：让巴普蒂斯特·莫廷，扬妮克·马赛尔·贝奈特，杰弗洛伊·谢瓦利尔，罗曼·埃菲尔，克劳德·伊斯图内斯，
申请(专利权)人：赛峰航空器发动机，国家科学研究中心，保罗·萨巴提亚图卢兹大学III，
类型：发明
国别省市：法国,FR