在涡轮机部件上产生热障的方法技术

一种制造涂覆有热障的涡轮机部件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：–(E1)通过增材制造方法制造部件；–(E2)在部件上电泳沉积一个层，所述层包含陶瓷材料颗粒；–(E3)通过热处理固结该层以获得陶瓷涂层。

Method of creating thermal barrier on turbine components

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在涡轮机部件上产生热障的方法专利技术背景本专利技术涉及涡轮机的一般领域，尤其涉及用于航空器的涡轮机。涡轮机包括在涡轮机运行期间需要冷却的部件，通常是因为所述部件位于涡轮机的温度高于所述部件的使用极限温度的区域中。分配器或固定叶片通常是涡轮机的部件，在涡轮机的运行期间需要对其进行冷却，特别是位于燃烧室下游的涡轮分配器。在双流涡轮机的情况下，为了冷却所需部件，将一部分二次流(即绕过燃烧室的气流)抽出导向所述部件，以便对其进行冷却。为了限制从二次流中获取的空气量，从而提高涡轮机的效率，改变了部件的形状以改善所述部件的冷却。但是，最有效的形状是复杂的形状，无法通过常规制造工艺(例如铸造)获得。当前，具有复杂形状的部件是使用增材制造技术(也称为三维(3D)打印)制造的，例如激光粉末床熔化或电子束粉末床熔化工艺。增材制造使例如制造涡轮空气分配器成为可能，该涡轮空气分配器由内盘、叶片和外盘以单件式构成。然而，这样的增材制造技术遇到表面状态问题，部件的表面具有太大的粗糙度(通常R最大高达100μm)。特别地，过大的粗糙度与位于涡轮机的气流中的部件(例如分配器)必须遵守的空气动力学约束条件不相容。因此，需要制造一种涡轮机部件，其既具有复杂的形状以优化其冷却，又具有足够平滑的表面状态，以便遵守空气动力学的约束。此外，为了提高涡轮机部件(例如空气分配器)的使用温度极限，已知在部件的所需部分上施涂耐火材料涂层，通常是氧化钇稳定的氧化锆(yttriatedzirconia)类型的耐火材料涂层，以形成热障。目前，已知通过热喷涂或电子束物理气相沉积(EB-PVD)来沉积耐火衬里以形成热障。然而，这种用于沉积耐火衬里的技术可能由于形成具有过高粗糙度的衬里而遇到表面状态问题。这种表面状态问题特别是在其上沉积所述涂层的部件具有明显的粗糙度时出现。因此，需要制造具有耐火衬里的部件，该耐火衬里形成具有足够平滑表面状态的热障。专利技术主题和内容因此，本专利技术的主要目的是通过提出一种制造涂覆有热障的涡轮机部件的方法来弥补这些缺点，该方法包括以下步骤：-通过增材制造方法制造部件；-在部件上电泳沉积包含陶瓷材料颗粒的层；-通过热处理固结该层以获得陶瓷涂层。这样的方法使得可以通过利用增材制造获得复杂形状的部件，该部件被涂覆有形成热障的陶瓷材料涂层，该陶瓷涂层使得可以通过使用电泳沉积包含陶瓷材料颗粒的层来使部件表面平滑。的确，申请人意识到通过电泳沉积陶瓷涂层可以对部件上存在的表面缺陷进行平滑化，这些缺陷是由于使用增材制造而造成的。这样的解决方案对于由镍基超级合金制成的部件也非常有利，因为超级合金很难加工，因此通过机械加工恢复表面状态更加复杂。该方法还可以包括以下特征，这些特征可以单独的，或在技术上可能的彼此组合：-所述层包含陶瓷材料的溶胶-凝胶前体单体，该方法还包括使单体聚合以形成所述陶瓷材料的步骤。-该方法还包括在部件上沉积粘结涂层的步骤，所述层沉积在所述粘结涂层上。-该粘结涂层包含MCrAlYRE，其中RE表示Hf，和/或Si，和/或Ta，和/或Re，和/或Pt，和/或Pd，并且M表示Ni和/或Co，或其中粘结涂层包含用Pt和/或Hf和/或Si改性的铝化物。-通过将部件加热至高于700℃，优选在900℃至1100℃之间的温度来进行部件的热处理以固结陶瓷涂层；-陶瓷材料包括Y2O3，Al2O3，TiO2，CeO2，和/或ZrO2–REO1.5和/或RE2Zr2O7类型的稳定或部分稳定的氧化锆(其中RE表示一种或多种稀土元素，例如Y、Ce、Gd、Sm、Yb、Dy或Er)，和/或氧化钇稳定的氧化锆；-陶瓷涂层的厚度在10μm至300μm之间，优选在50μm至150μm之间；-该部件是包括多个叶片的涡轮空气分配器，陶瓷涂层沉积在叶片上。根据另一方面，本专利技术提供了一种涂覆有热障的涡轮机部件，其根据上述特征中的任一项所述的制造方法获得，所述部件包括被陶瓷涂层覆盖的内部部分，并且该内部部分包括具有第一粗糙度的外表面，所述陶瓷涂层包括具有第二粗糙度的外表面，所述第二粗糙度小于所述第一粗糙度。作为附加特征，该部件是包括多个叶片的涡轮空气分配器，陶瓷涂层位于叶片上。附图简要说明从以下给出的描述中，参考示出了非限制性示例实施方式的附图，本专利技术的其他特征和优点将变得很明显。在附图中：–图1表示根据本专利技术实施方式的空气分配器；–图2A和图2B表示根据本专利技术的涂覆有热障的部件的截面图；–图3示意性地显示了部件上的电泳沉积层；–图4示意性地示出了通过电泳在涡轮机部件上沉积陶瓷涂层的过程；–图5示意性地示出了根据本专利技术可能的实施方式的制造过程的各个步骤；–图6示意性地示出了根据本专利技术方法的可能变化形式的制造过程的不同步骤；–图7示意性地示出了根据本专利技术方法的可能变化形式的制造过程的不同步骤；–图8是表示由于热障的电泳沉积，通过增材制造方法制造的部件在不同位置处粗糙度降低的图。专利技术详述图1示出了涡轮机涡轮的空气分配器1。然而，尽管本专利技术特别适用于空气分配器，但是本专利技术不限于空气分配器，而是可以应用于需要热障的涡轮机的其他部件。为了简化，在图1中仅示出了空气分配器1的一部分。空气分配器1包括内环2，外环3和将内环2连接到外环3的叶片4。内环2包括朝向涡轮机内部的内侧21和朝向所述涡轮机的外部且因此朝向外环3的外侧22。外环3包括朝向涡轮机的内部，即朝向内环2的内侧31和朝向涡轮机的外部的外侧32。内环2的外侧22和外环3的内侧31限制了涡轮机的气流。叶片4旨在处于涡轮机的气流中，并且因此将内环2的外侧22和外环3的内侧31连接。如图5所示，制造过程包括步骤E1，其中通过增材制造获得空气分配器1。内环2，外环3和叶片4制成一体。另外，通过增材制造获得空气分配器1，所述空气分配器1在其外表面上具有高粗糙度，通常R最大大于50μm。R最大在此应理解为是指标准ENISO4288中定义的最大轮廓高度。空气分配器1例如可以通过激光粉末床熔融或通过电子束粉末床熔融来实现。空气分配器1包括施加到内环2的外侧22，叶片4和外环3的内侧31的陶瓷涂层5。因此，空气分配器1的限制涡轮机气流的部分被陶瓷涂层5覆盖，因此受到保护，以避免由气流中热空气的循环引起的非常高的温度。然而，陶瓷涂层5可以仅沉积在限制气流的某些元件上，特别是陶瓷涂层可以仅沉积在叶片4上。因此，空气分配器1包括通常由镍基或钴基合金制成的金属内部部分6，该内部部分被形成热障的陶瓷涂层5覆盖。陶瓷涂层5的陶瓷材料可以是氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)，氧化锆。陶瓷材料也可以是ZrO2–REO1.5和/或RE2Zr2O7类型的稳定或部分稳定的氧化锆(其中RE表示一种或多种稀土本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造涂覆有热障的涡轮机部件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n-(E1)通过增材制造方法制造部件；/n-(E2)在部件上电泳沉积包含陶瓷材料颗粒(71)的层(7)；/n-(E3)通过热处理固结所述层(7)以获得陶瓷涂层(5)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171121 FR 17609681.一种制造涂覆有热障的涡轮机部件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-(E1)通过增材制造方法制造部件；
-(E2)在部件上电泳沉积包含陶瓷材料颗粒(71)的层(7)；
-(E3)通过热处理固结所述层(7)以获得陶瓷涂层(5)。


2.如权利要求1所述的方法，其中，所述层(7)包含作为陶瓷材料的溶胶-凝胶前体的单体(72)，所述方法还包括使单体(72)聚合以形成所述陶瓷材料的步骤(E20)。


3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括在部件上沉积粘结涂层的步骤(E10)，所述层(7)沉积在所述粘结涂层上。


4.如权利要求3所述的方法，其中，所述粘结涂层包含MCrAlYRE，其中RE表示Hf，和/或Si，和/或Ta，和/或Re，和/或Pt，和/或Pd，并且M表示Ni和/或Co，或其中所述粘结涂层包含用Pt和/或Hf和/或Si改性的铝化物。


5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，通过将部件加热至高于700℃，优选在900℃至1100...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·格桑塔那什，Y·丹尼斯，F·克拉博，
申请(专利权)人：赛峰直升机发动机公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR