硅基部件的修复方法技术

本公开提供了用于在硅基部件上形成补片修复的方法。本方法包括将补片施加到硅基部件的受损区域上，干燥补片以形成经干燥的补片，以及原位烧结经干燥的补片，以形成所述硅基部件的补片修复部分。所述补片包括修补材料，并且所述修补材料包括中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒。所述多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种。

【技术实现步骤摘要】
硅基部件的修复方法
本公开内容一般涉及用于修复硅基部件的方法。更具体地，本公开内容涉及使用包括纳米颗粒的修补材料用于修复硅基部件的方法。
技术介绍
硅基材料用于燃气涡轮发动机的高温部件，例如翼型件(例如叶片、导叶)、燃烧器衬套和护罩。硅基材料可包括硅基单片陶瓷材料、金属间材料和复合材料。硅基陶瓷基质复合材料(CMC)可包括增强含硅基质相的含硅纤维。尽管硅基材料显示出期望的高温特征，但这种材料在燃烧环境中经常具有快速凹陷的缺点。例如，硅基材料在高温暴露于活性物种如水蒸气时易于挥发。通过抑制水蒸气的进入和挥发性产物如氢氧化硅(例如Si(OH)4)的后续形成，保护涂层例如环境屏障涂层(EBC)，经常用于防止腐蚀性含水环境中硅基材料的降解。因此，EBC增强了包含硅基材料的硅基基材的高温环境稳定性。EBC的其它所需性质包括与硅基基材的热膨胀相容性，氧化剂的低渗透性，低导热性和与热生长的硅基氧化物的化学相容性。如果EBC经历局部剥落或针孔缺陷，则下面的基材可能经受过热并且由水蒸气引起的挥发导致材料损失，导致随后的表面凹陷。如果允许未缓和地增长，则这种过热和材料损失可降低部件的承载能力，破坏气流，或甚至进展为贯穿厚度的孔。这还可能导致燃烧气体的摄入或高压冷却空气的泄漏，并且可能不利地影响机器的操作效率和耐久性。目前修复受损EBC的方法需要发动机拆卸和基于车间的部件修理。因此需要局部修复EBC的方法。这包括例如翼上修理、模块内修理(例如，在机修车间)和局部部件修理(例如，在部件修理店)。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术公开了用于形成硅基部件的补片修复部分的方法。该方法包括将补片施加到硅基部件的受损区域上，干燥补片以形成经干燥的补片，以及烧结经干燥的补片，以形成硅基部件的补片修复部分。补片包括修补材料，所述修补材料包括中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒。多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种。在另一个方面，本专利技术公开了用于形成硅基部件的补片修复部分的方法。该方法包括将浆料施加到设置在涡轮发动机组件中的硅基部件的受损区域上，干燥浆料以形成干燥的补片，以及烧结经干燥的补片原位以形成补片修复部分。该浆料包括修补材料，所述修补材料包括中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒，其中所述多个纳米颗粒包含硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种。技术方案1.一种方法，其包括：(a)将包含修补材料的补片施加到硅基部件的受损区域上，其中所述修补材料包含中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒，并且所述多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种；(b)干燥所述补片以形成经干燥的补片；和(c)烧结所述经干燥的补片，以形成所述硅基部件的补片修复部分。技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其中所述多个纳米颗粒还包含稀土元素。技术方案3.根据技术方案1所述的方法，其中所述修补材料包含其量大于2体积％的所述多个纳米颗粒。技术方案4.根据技术方案3所述的方法，其中所述修补材料包含其量在约3体积％至约20体积％范围内的所述多个纳米颗粒。技术方案5.根据技术方案1所述的方法，其中所述修补材料还包括中值粒径在0.7微米至小于5微米范围内的多个小颗粒；中值粒径在5微米至10微米范围内的多个中等颗粒；以及中值粒径大于10微米的多个大颗粒。技术方案6.根据技术方案5所述的方法，其中所述多个小颗粒占所述修补材料的约15体积％至约35体积％范围内的量，所述多个中等颗粒占所述修补材料的约15体积％至约35体积％范围内的量，并且所述多个大颗粒占所述修补材料的约40体积％至约65体积％范围内的量。技术方案7.根据技术方案5所述的方法，其中至少30体积％的所述修补材料为尺寸稳定颗粒的形式。技术方案8.根据技术方案7所述的方法，其中所述多个大颗粒包含所述尺寸稳定颗粒的至少一部分。技术方案9.根据技术方案7所述的方法，其中所述尺寸稳定颗粒包含熔融金属硅酸盐。技术方案10.根据技术方案1所述的方法，其中施加所述补片包括施加包含所述修补材料和流体载体的浆料。技术方案11.根据技术方案10所述的方法，其中所述浆料包含其量在所述浆料的约30体积％至约70体积％范围内的所述修补材料。技术方案12.根据技术方案10所述的方法，其中所述浆料包含具有在约0.1kPa至约60kPa范围内的蒸汽压的流体载体。技术方案13.根据技术方案12所述的方法，其中所述流体载体包含4-羟基-4-甲基-2-戊酮。技术方案14.根据技术方案1所述的方法，其中所述烧结包括将包含所述经干燥的补片的所述硅基部件的至少一部分加热到至少1000摄氏度的操作温度。技术方案15.根据技术方案14所述的方法，其中将所述硅基部件的所述部分加热到所述操作温度的速率大于3000摄氏度/分钟。技术方案16.根据技术方案1所述的方法，其中所述烧结在所述硅基部件的操作环境中原位进行。技术方案17.根据技术方案1所述的方法，其中所述硅基部件设置在涡轮发动机组件中。技术方案18.一种方法，其包括：(a)将包含修补材料的浆料施加到设置在涡轮发动机组件中的硅基部件的受损区域上，其中所述修补材料包含中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒，并且所述多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种；(b)干燥所述浆料以形成经干燥的补片；和(c)原位烧结所述经干燥的补片，以形成所述硅基部件的补片修复部分。技术方案19.根据技术方案18所述的方法，其中所述多个纳米颗粒还包含稀土元素。技术方案20.根据技术方案18所述的方法，其中所述修补材料包含其量大于2体积％的所述多个纳米颗粒。附图说明当参考附图阅读下述详细描述时，将更好地理解本公开内容的各种特征、方面和优点，在所述附图中相同的字符在整个附图中表示相同的部分。除非另有说明，否则本文提供的附图意欲仅示出本公开内容的关键特征。这些关键特征被认为适用于包括本专利技术的一个或多个实施例的广泛多样的系统。图1是包括EBC的硅基部件的示意性横截面视图。图2是根据本公开内容的一些实施例，在表面区域的一个或多个位置处受损的硅基部件的示意性横截面视图。图3是根据本公开内容的一些实施例，具有补片修复部分的制品的示意性横截面视图。具体实施方式在下述说明书和随后的权利要求中，单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。本文在整个说明书以及权利要求书中使用的近似语言可以用于修饰任何定量表示，这些定量表示可以容许变化而不会导致其相关的基本功能改变。相应地，由术语“约”修饰的值可不限于指定的精确值，并且可包括与指定值不同的值。由术语“基本上”修饰的值可包括在维持预期功能的程度上不同的值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。为了更清楚和简明地描述且指出主题，提供下述定义用于特定术语，所述特定术语在下述说明书和所附权利要求贯通使用，除非关于特定实施例另外特别指出。如本文使用的，“硅基部件”是任何含硅的高温部件。硅基部件包括具有一个或多个任选保护涂层的硅基基材。术语“原位烧结”用于指在其正常操作环境中对操作部件进行的烧结。例如，涡轮叶片上的涂层可在涡轮机操作期间在涡轮机中原位烧结。“流体载体”是与修补材料混合以形成浆料的流体。“尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：(a)将包含修补材料的补片施加到硅基部件的受损区域上，其中所述修补材料包含中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒，并且所述多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种；(b)干燥所述补片以形成经干燥的补片；和(c)烧结所述经干燥的补片，以形成所述硅基部件的补片修复部分。

【技术特征摘要】
2017.09.14 IN 2017410325891.一种方法，其包括：(a)将包含修补材料的补片施加到硅基部件的受损区域上，其中所述修补材料包含中值粒径小于100纳米的多个纳米颗粒，并且所述多个纳米颗粒包括硅、硅合金、二氧化硅或金属硅酸盐中的至少一种；(b)干燥所述补片以形成经干燥的补片；和(c)烧结所述经干燥的补片，以形成所述硅基部件的补片修复部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个纳米颗粒还包含稀土元素。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述修补材料包含其量大于2体积％的所述多个纳米颗粒。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述修补材料包含其量在约3体积％至约20体积％范围内的所述多个纳米颗粒。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述修补材料还包括中值粒径在0.7微米至小于5微米范围内的多个小颗粒；中值粒径在5微米至10微米范围内的多个中等颗粒；以及中值粒径大于10微米的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·萨哈，D·M·利普金，S·K·曼内帕利，N·E·安托利诺，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US