用于修复服役运转燃气涡轮机部件的预烧结的预成形坯制造技术

本发明专利技术公开了预烧结的预成形坯(114)和利用预烧结的预成形坯(114)的修复方法(100)，其各自导致产生包括沉积在部件表面(110)上的替换保护覆层(118)的钎焊部(116)。保护覆层(118)表现出优异的耐温性和抗氧化性、对超级合金表面的改善的附着性、以及在相关联部件(102)的服役寿命期间减少的损耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于修复服役运转燃气涡轮机部件的预烧结的预成形坯
本公开涉及超合金部件的修复，并且特别地涉及预烧结的预成形坯(pre-sinteredpreforms)及其使用方法，其提供了相对于已知结构和方法具有改善的抗氧化性和较少的材料损耗的施加到超合金部件的粘结层(bondcoat)。
技术介绍
燃气涡轮机在本领域中是公知的。在燃气涡轮机领域中的持续追求是提高燃气涡轮机循环的热效率。实现了这一点的一种方式是通过开发越来越耐热的材料，或能够在高温下经时保持其结构完整性的材料。为此，燃气涡轮发动机的热气通路(hotgaspath)部件通常由超合金材料形成。本文所用的术语“超合金”如同其在本领域中通常使用的那样是指在高温(例如，＞1000℃)下表现出优异的机械强度和抗蠕变性的高度抗腐蚀和抗氧化的合金。尽管在材料方面有所改进，但为了提高发动机效率而驱使燃气涡轮机的运行温度甚至更高的推力还导致将保护覆层(protectivecoating)施加到部件表面。在一些情况下，该保护覆层包括抗氧化金属粘结层(例如，如本领域中已知的MCrAlY合金)和绝热热障涂层(thermalbarriercoating,TBC)。在这样的情况下，粘结层进一步改善了TBC对部件表面的附着性。在其它情况下，保护覆层仅包括粘结层，其可经施加以向部件提供具有一定程度的热保护的抗氧化覆层。在任一情况下，目前的粘结层施加技术的特征在于在部件的服役寿命期间粘结层的持续损失和/或有限的厚度。例如，已经发现热喷涂的粘结层仅能提供有限厚度的覆层。随着覆层厚度在沉积粘结层材料时增加，压缩力增加，这导致粘结层材料的脱离或损耗。此外，在具有粘结层的服役运转(servicerun)部件(其中下层的基底受到损坏)的修复中，通常将保护覆层从覆层上化学剥离。此后，利用本领域中已知的钎焊或焊接技术修复下层的基底。接着，将保护覆层(粘结层或粘结层与TBC)施加至部件。所有这些步骤的总和导致显著的成本和时间，这通常导致零件的处置而不是承担修复费用。因此，需要改进的粘结层施加技术来修复服役运转部件，其减少了成本和时间，并导致改善的抗氧化性和减少的材料损耗。附图说明在下面的描述中，参考附图来解释本专利技术，附图显示：图1示出了采用根据本专利技术的一个方面制备的部件的燃气涡轮发动机的一个实施方案；图2是根据本专利技术的一个方面的修复方法的示意图。图3-4示出了根据本专利技术的一个方面去除现有的保护覆层。图5-6示出了根据本专利技术的一个方面将PSP(具有如本文所述的组成)施加到部件上以便在部件上形成替换保护覆层。图7示出了根据本专利技术的一个方面将热障涂层施加到经修复的表面上。图8是示出了通过如本文所述的PSP施加的粘结层相对于常规热喷涂的粘结层的抗氧化性的图。
技术实现思路
本专利技术人通过开发预烧结的预成形坯(PSP)和利用该预成形坯的方法解决了本领域中的缺点，该预成形坯和方法提供了对涡轮机部件的基部基底(basesubstrate)的修复，而且同时将粘结层添加至部件。此外，测试了所得的粘结层，并且其相对于已知的应用技术(包括热喷涂类似的粘结层材料)表现出优异的耐热性和抗氧化性、对下层的涡轮机部件的改善的附着性、以及在涡轮机部件的服役寿命期间减少的粘结层损耗。此外，通过本文所述的预烧结的预成形坯和方法，可以将粘结层作为较厚的层施加，而没有粘结层脱离或损耗的风险。较厚的层有利地为下层的部件提供附加的热保护。预烧结的预成形坯还可以适用于修复服役运转燃气涡轮机部件，例如环段(ringsegments)、叶片(blades)、轮叶(vanes)等。根据本专利技术的一个方面，提供了一种修复方法，其包括：去除服役运转涡轮机部件的受损部分以露出修复表面；将预烧结的预成形坯施加至所述涡轮机部件的所述修复表面；以及将所述预烧结的预成形坯和所述涡轮机部件一起加热，以便在所述预成形坯和所述涡轮机部件冷却后形成包括所述修复表面上的替换保护覆层的钎焊部(brazement)。其中所述预烧结的预成形坯由第一粉末和第二粉末的混合物形成，其中所述第一粉末包含按重量%计的以下各项：Ni：33.0-35.0；Cr：21.4-23.4；Si：8.6-9.2；Al：2.4-3.0；W1.2-1.6；Ta0.6-0.8；B0.45-0.65；C0.05-0.15；Fe0.15-0.45；和Co余量并且其中所述第二粉末包含按重量%计的以下各项：N32；C21；Al8；Y0.5；和CO余量。根据另一方面，提供了一种预烧结的预成形坯，其包含第一粉末和第二粉末的烧结混合物，其中所述第一粉末包含按重量%计的以下各项：Ni：33.0-35.0；Cr：21.4-23.4；Si：8.6-9.2；Al：2.4-3.0；W1.2-1.6；Ta0.6-0.8；B0.45-0.65；C0.05-0.15；Fe0.15-0.45；和Co余量并且其中所述第二粉末包含按重量%计的以下各项：N32；C21；Al8；Y0.5；和CO余量。根据又一方面，提供了一种粘结层组合物，其包含按重量%计的以下各项：Ni：33.0-35.0；Cr：21.4-23.4；Si：8.6-9.2；Al：2.4-3.0；W1.2-1.6；Ta0.6-0.8；B0.45-0.65；C0.05-0.15；Fe0.15-0.45；和Co余量。具体实施方式现在参考附图，图1示出了已知的燃气涡轮发动机2，其具有压缩机部分4、燃烧室部分6和涡轮部分8。在涡轮部分8中，存在静止翼片18(通常称为“轮叶”)和旋转翼片16(通常称为“叶片”)的交替排。每排叶片16由连接到设置在具有转子轴线12的转子10上的附接盘(attachmentdisc)14的翼片的圆形阵列形成。叶片16从转子10径向向外延伸并终止于叶片尖端。轮叶18从连接到发动机2的外壳26的轮叶载体22、24的内表面径向向内延伸。在轮叶18的排之间，环密封件20连接到轮叶载体22的内表面。环密封件20是静止部件，其在旋转叶片16的位置处在轮叶18的排之间充当热气通路导向件。环密封件20通常由多个环段21形成，所述环段直接地连接到轮叶载体22、24或者间接地(例如通过连接到金属隔离环(未示出))连接到轮叶载体22、24。在发动机运行期间，高温/高速气体28主要相对于转子轴线12轴向流过涡轮部分8中的轮叶18和叶片16的排。图2示出了用于修复其上具有保护覆层104的服役运转涡轮机部件102的方法100中的非限制性步骤。在第一步骤中，并且如图3-4中所示，方法100包括去除服役运转涡轮机部件102的受本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.修复方法(100)，其包括：/n去除(106)服役运转涡轮机部件(102)的受损部分(108)以露出修复表面(110)；/n将预烧结的预成形坯(114)施加(112)到所述涡轮机部件(102)的所述修复表面(108)；以及/n将所述预烧结的预成形坯(114)和所述涡轮机部件(102)一起加热(120)，以便在所述预烧结的预成形坯(114)和所述涡轮机部件(102)冷却后形成包括所述修复表面(110)上的替换保护覆层(118)的钎焊部(116)；/n其中所述预烧结的预成形坯(114)由粘结层粉末和钎焊粉末的混合物形成；/n其中所述粘结层粉末包含按重量%计的以下各项：/nNi：33.0-35.0；/nCr：21.4-23.4；/nSi：8.6-9.2；/nAl：2.4-3.0；/nW 1.2-1.6；/nTa 0.6-0.8；/nB 0.45-0.65；/nC 0.05-0.15；/nFe 0.15-0.45；和/nCo 余量/n并且其中所述钎焊粉末包含按重量%计的以下各项：/nN 32；/nC 21；/nAl 8；/nY 0.5；和/nCO 余量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180809 US 16/059490;20190716 US 16/5124331.修复方法(100)，其包括：
去除(106)服役运转涡轮机部件(102)的受损部分(108)以露出修复表面(110)；
将预烧结的预成形坯(114)施加(112)到所述涡轮机部件(102)的所述修复表面(108)；以及
将所述预烧结的预成形坯(114)和所述涡轮机部件(102)一起加热(120)，以便在所述预烧结的预成形坯(114)和所述涡轮机部件(102)冷却后形成包括所述修复表面(110)上的替换保护覆层(118)的钎焊部(116)；
其中所述预烧结的预成形坯(114)由粘结层粉末和钎焊粉末的混合物形成；
其中所述粘结层粉末包含按重量%计的以下各项：
Ni：33.0-35.0；
Cr：21.4-23.4；
Si：8.6-9.2；
Al：2.4-3.0；
W1.2-1.6；
Ta0.6-0.8；
B0.45-0.65；
C0.05-0.15；
Fe0.15-0.45；和
Co余量
并且其中所述钎焊粉末包含按重量%计的以下各项：
N32；
C21；
Al8；
Y0.5；和
CO余量。


2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述粘结层粉末包含0.01至0.3重量%的选自Ti和Zr的成员。


3.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述粘结层粉末包含按重量%计的以下组成：
Ni34；
Cr22.4；
Si8.9；
Al2.7；
W1.4
Ta0.7
B0.55
C0.12
Fe0.3；和
CO余量。


4.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述粘结层粉末和所述钎焊粉末以1:1的重量比提供。


5.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述加热在至少1100℃+/-25℃的温度下进行。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·J·甘拿基卡尔，J·A·亚布洛，M·A·加西亚，
申请(专利权)人：西门子能源美国公司，
类型：发明
国别省市：美国;US