涡轮机旋转叶片的可磨涂层制造技术

本发明专利技术涉及一种可磨涂层(2)，其包括基质(21)和分散在所述基质(21)中的颗粒(22)，所述颗粒(22)由在叶片尖端与可磨涂层(2)接触时在温度升高的作用下转变为流体相的材料制成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡轮机旋转叶片的可磨涂层专利技术背景本专利技术涉及涡轮机的可磨材料涂层的一般领域，特别是飞机发动机的可磨材料涂层。为了确保旋转叶片的尖端与围绕所述旋转叶片的壳体之间的空气动力学密封，已知的做法是通过在壳体的内部轮廓上施加由可磨材料制成的层来沿着壳体形成从叶片尖端的路径轨迹，从而沉积可磨涂层。“可磨”在这里是指材料在与叶片接触时旨在由于磨损而磨耗。叶片的行进会侵蚀可磨涂层，从而使壳体符合叶片尖端的实际形状。对于高压涡轮，即直接位于燃烧室出口的涡轮，用于形成可磨涂层的材料是耐受高工作温度且耐氧化的材料，该材料可以由陶瓷制成，例如氧化钇-氧化锆，氧化铝或二硅酸钇，或者由金属合金制成，例如CoNiCrAlY，这是一种钴基合金，其中包含高比例的镍和铬(用于抗氧化)，以及铝(用于回弹)和钇(用于耐热)。但是，这些材料能够承受高压涡轮使用条件的可磨性非常低。因此，为了增加这些材料的可磨性，该可磨涂层由多孔材料制成，因此空隙率使得可以控制该材料的可磨性。然而，一方面，用于获得可磨材料涂层的当前方法，另一方面，由于磨料颗粒的循环而导致的所述可磨材料涂层的抗侵蚀性，使得可磨材料的空隙率小于30％，从而限制了现有可磨材料的可磨性。但是，在效率和燃料消耗管理方面的进步导致工作温度升高，尤其是对于直接位于燃烧室下游的高压涡轮阶段而言，并且导致旋转叶片与壳体之间的间隙减小。因此，有必要开发在新的涡轮机，特别是高压涡轮机的工作条件下，具有足够可磨性能的可磨材料。专利技术目的和概述>因此，本专利技术的主要目的是通过提出一种新的可磨涂层来克服这些缺点。根据本专利技术的可磨涂层具有承受非常高的工作温度的优点，该工作温度高于900℃，例如在1300℃左右。另外，这种可磨材料能够获得的可磨性至少等于现有可磨材料的可磨性。另外，根据本专利技术的可磨涂层具有良好的空气动力学性能。根据本专利技术的可磨涂层还具有长的使用寿命。根据第一实施方式，本专利技术提出了一种用于涡轮机部件的可磨涂层，该可磨涂层包含由第一陶瓷材料制成的基质和分散在所述基质中的由第二陶瓷材料制成的颗粒，该第一陶瓷材料具有在1300℃下大于或等于1012Pa.s的动态粘度，该第二陶瓷材料具有在1300℃下小于或等于102Pa.s的动态粘度。根据第一实施方式的可能特征，第二陶瓷材料是长石陶瓷、玻璃陶瓷、水热玻璃、二氧化硅或二氧化硅含量至少为60％的铝硅酸盐基耐火玻璃。根据第一实施方式的另一个特征，第一材料是二硅酸钇或氧化锆钇。根据第二实施方式，本专利技术提出了一种用于涡轮机部件的可磨涂层，其特征在于，该可磨涂层包含由第一金属材料制成的基质和分散在所述基质中的由第二金属材料制成的颗粒，该第一金属材料的熔化温度高于900℃，该第二金属材料的熔化温度比第一金属材料的熔化温度低至少50℃。根据第二实施方式的另一特征，第一金属材料是MCrAlY，其中M表示Ni和/或Co。根据第二实施方式的另一特征，第二金属材料是铝或铝合金，或铜或铜合金，或银，或银合金。根据任何一个实施方式的可能特征，颗粒的平均尺寸为45μm至90μm。根据任何一个实施方式的另一特征，该可磨涂层包含的颗粒的体积填充含量在30％至70％之间。根据任何一个实施方式的另一特征，该可磨涂层包括在5％至30％之间的空隙率。根据另一方面，本专利技术提出了一种涡轮机，其包括高压涡轮，该高压涡轮包括根据前述特征中的任一项所述的可磨涂层。附图简要说明参考所附的附图，本专利技术的其它特征和优点将显现于下文所提供的说明，所述附图显示了本专利技术的示例性实施方式，而没有任何限制。在图中：-图1是涡轮机的示意图；-图2是根据本专利技术的可磨涂层的示意图；-图3是位于壳体内部的旋转叶片的示意图，可磨涂层沉积在壳体的内部轮廓上以与叶片的尖端配合。专利技术详述如图1所示，涡轮机1，特别是飞机涡轮机，包括：-位于涡轮机1的入口处的风扇11；-风扇11下游的低压压缩机12；-低压压缩机12下游的高压压缩机13；-高压压缩机13下游的燃烧室14；-燃烧室下游的高压涡轮15；和-高压涡轮15下游的低压涡轮16。高压涡轮15包括位于环形壳体18内的旋转叶片17，旋转叶片17的尖端171面对壳体18，并且更准确地面对壳体18的内壁。为了改善高压涡轮15的性能，在壳体18的内部轮廓上设置如图2所示的可磨涂层2。当旋转叶片17的尖端171与可磨涂层2接触时，可磨涂层2旨在通过磨损而被磨耗。旋转叶片17的尖端171与可磨涂层2之间的接触例如可以是由于在涡轮机1的运行期间所述旋转叶片17的热膨胀。高压涡轮15的旋转叶片17的这种热膨胀随着涡轮机1的工作温度的升高而变得更加显著，涡轮机1的工作温度的升高是为了提高所述涡轮机1的效率并减少其燃料消耗。高压涡轮15的工作温度在900℃至1300℃之间。可磨涂层包含其中分散有颗粒22的基质21。基质21的作用是确保可磨涂层2的机械强度以及对高温(即高于900℃并且优选地高于1300℃)的耐受性，以及抗氧化性。因此，基质21由能够在高于900℃，优选地高于1300℃的温度下保持其机械性能并且能够在这种温度下抵抗氧化的材料组成。就其本身而言，使用颗粒22是为了弱化基质并为可磨涂层2提供可磨性。为了弱化基质21，颗粒22由具有以下性质的材料制成，该材料的机械性能由于在可磨涂层2和高压涡轮15的旋转叶片的尖端之间发生接触时转换成流体状态而大大降低，以在基质21中形成薄弱区域。当叶片尖端与可磨涂层接触时，温度会迅速升高一百度。温度的这种升高将颗粒22从固态切换到流体状态，从而削弱了可磨涂层2，该可磨涂层2在与叶片的尖端接触时由于磨损而磨耗。此外，除了为可磨涂层2提供可磨性之外，颗粒22形成流体相的事实还使得所述可磨性涂层2的表面在与叶片的尖端接触之后变得平滑。可磨涂层2的平滑使得可以改善覆盖有所述可磨涂层2的壳体环的空气动力学性能。另外，颗粒22形成流体相的事实使得在冷却所述可磨涂层2时可磨涂层2可以自修复，来自颗粒的流体填充了所述可磨涂层2的裂缝(该裂缝例如是由于热膨胀差异引起的)，从而改善了所述可磨涂层2的使用寿命。为了获得这种可磨涂层，可以有两种变型。根据第一实施方式，基质21由第一陶瓷材料制成，并且颗粒22在第一陶瓷材料中。第一陶瓷材料在1300℃下的动态粘度大于或等于1012Pa.s，而第二陶瓷材料在1300℃下的动态粘度小于或等于102Pa.s。动态粘度在此通过配备有以20rpm旋转的旋转移动装置的布鲁克菲尔德RVT粘度计或通过流量测量来测量。例如，第一陶瓷材料在1300℃下具有大于1012Pa.s的动态粘度的事实使得基质21可以保持其机械性能，并因此使可磨涂层2能够承受非本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于涡轮机部件的可磨涂层(2)，其特征在于，所述可磨涂层包含由第一陶瓷材料制成的基质(21)和分散在所述基质(21)中的由第二陶瓷材料制成的颗粒(22)，所述第一陶瓷材料具有在1300℃下大于或等于10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180822 FR 18575811.一种用于涡轮机部件的可磨涂层(2)，其特征在于，所述可磨涂层包含由第一陶瓷材料制成的基质(21)和分散在所述基质(21)中的由第二陶瓷材料制成的颗粒(22)，所述第一陶瓷材料具有在1300℃下大于或等于1012Pa.s的动态粘度，所述第二陶瓷材料具有在1300℃下小于或等于102Pa.s的动态粘度。


2.如权利要求1所述的可磨涂层(2)，其中，第二陶瓷材料是长石陶瓷、玻璃陶瓷、水热玻璃、二氧化硅或二氧化硅含量至少为60％的铝硅酸盐基耐火玻璃。


3.如权利要求1或2所述的可磨涂层(2)，其中，第一材料是二硅酸钇或氧化锆钇。


4.用于涡轮机部件的可磨涂层(2)，其特征在于，所述可磨涂层包含由第一金属材料制成的基质(21)和分散在所述基质(21)中的由第二金属材料制成的颗粒(22)，所述第一金属材料的熔化温度高...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·C·A·勒贝兹，N·德罗兹，L·平，S·G·V·瑟冷内夫，
申请(专利权)人：赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR