由包含铼和/或钌的高温合金制成的飞行器部件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及用于制造部件的方法，包括在湿酸性介质中对由单晶高温合金制成的衬底的表面的至少部分进行化学蚀刻的步骤，该基底包含选自铼和钌的至少一种元素，该基底具有γ

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由包含铼和/或钌的高温合金制成的飞行器部件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及飞行器部件，举例来说，诸如涡轮叶片或分配器轮叶。

技术介绍

[0002]在涡轮喷气发动机中，燃烧室产生的排气可以达到例如超过1200℃，甚至1600℃的高温。因此，涡轮喷气发动机的与这些排气接触的部件，例如涡轮叶片，必须能够在如此高温下保持它们的机械性能。
[0003]为此目的，已知采用“高温合金”制造涡轮喷气发动机的某些部件。高温合金是一类高抗性的金属合金，其可以在相对接近它们的熔点的温度(通常是它们的熔点温度的0.7到0.8倍)下工作。
[0004]已知将铼和/或钌引入高温合金中，以提高其在高温下的机械抗性能力，尤其是抗蠕变能力。尤其，相对于不含铼和/或钌的高温合金，铼和/或钌的引入使这些高温合金的使用温度提高约100℃。
[0005]然而，高温合金中铼和/或钌的平均质量分数的增加需要高温合金中铬的平均质量分数的降低，以便保持高温合金的稳定的同素异形结构，尤其是稳定的γ
‑
γ
’
相。然而，高温合金中的铬促进了氧化物Cr2O3的生成，Cr2O3具有与α
‑
Al2O3相同的晶体结构，从而使α
‑
Al2O3的层能够成核。该α
‑
Al2O3的稳定层有助于保护高温合金免受氧化。因此，与不含铼和/或钌的高温合金相比，铼和/或钌的平均质量分数的增加导致高温合金的抗氧化性降低。
[0006]为了增强这些高温合金的耐热性，并且保护它们免受氧化和腐蚀，还已知采用热屏障覆盖它们。
[0007]参照图1和图2，现有技术的飞行器部件1可以例如包括由单晶金属高温合金制成的基底2
’
，基底2
’
覆盖有涂层，例如包括热屏障的环境屏障。
[0008]环境屏障通常包括在基底2
’
和热屏障之间的保护涂层3
’
。保护涂层3
’
优选地为金属结合层3
’
。结合层3
’
覆盖由金属高温合金制成的基底2
’
。结合层3
’
本身通常由保护层覆盖，保护层由金属结合层3
’
的氧化形成。保护层保护由高温合金制成的基底2
’
免受腐蚀和/或氧化。热屏障覆盖保护层。热屏障可以由陶瓷，例如氧化钇稳定的氧化锆制成。
[0009]亚层3
’
的铝的平均质量分数足以专门形成氧化铝(Al2O3)保护层，该保护层保护由高温合金2
’
制成的基底免受氧化和腐蚀。
[0010]然而，当部件经受高温时，由高温合金2
’
制成的基底和金属结合层3
’
之间的镍，尤其是铝的平均质量分数的差异导致各种元素，尤其是基底中所含的镍向金属结合层扩散，以及金属结合层中所含的铝向高温合金扩散。这种现象称为“相互扩散”。
[0011]相互扩散可以导致在与结合层3
’
接触的衬底2
’
的一部分中形成初级和次级反应区(SRZ)。这些区域通常称为“相互扩散区”。
[0012]图1是现有技术中覆盖部件1
’
的基底2
’
的结合层3
’
的截面的显微图。显微图在部件经受了一系列模拟部件1
’
在使用过程中的温度条件的热循环后产生。基底2
’
富含铼，换
言之，铼的平均质量分数大于或等于3％，优选地大于或等于4％。已知在高温合金组成中使用铼以提高高温合金部件的抗蠕变性。通常，基底2
’
具有γ
‑
γ
’
相，尤其是γ
‑
Ni相。基底2
’
在基底的直接由结合层3
’
覆盖的部分中具有初级相互扩散区5
’
。基底2
’
还具有直接由初级相互扩散区5
’
覆盖的次级相互扩散区6
’
。
[0013]参照图2，相互扩散现象导致结合层3
’
中的铝过早贫化，这促进了结合层3
’
的相变(例如马氏体转变)。这些转变改变了结合层3
’
和/或互扩散区的同素异形结构，在蠕变型热力学应力之后在那里产生裂纹8，通过包括高温合金和涂层的系统的蠕变促进了过早劣化。
[0014]因此，在由高温合金制成的基底2
’
和结合层3
’
之间的相互扩散会对高温合金部件的使用寿命产生有害的影响。

技术实现思路

[0015]本专利技术的目的是提出一种解决方案，以有效地保护由高温合金制成的涡轮部件在使用期间免受氧化和腐蚀，同时与已知部件相比，增加其使用寿命。
[0016]本专利技术的另一个目的是限制或防止次级反应区的形成，同时能够在部件的使用期间形成氧化铝。
[0017]最后，本专利技术的另一个目的是至少部分地防止在经受高温条件(例如大于1000℃)的部件的基底中形成裂纹，以及防止氧化铝保护层的剥落。
[0018]在本专利技术的上下文中，这些目的通过一种用于制造部件的方法来实现，该方法包括以下步骤：
[0019]a)在湿酸性介质中，对由单晶高温合金制成的基底的表面的至少部分进行化学侵蚀，所述基底包含选自铼和钌的至少一种元素，所述基底具有γ
‑
γ
’
相，所述基底具有平均质量分数大于或等于3％，优选地大于或等于4％的铼和/或钌，所述化学侵蚀以使得在所述基底的表面的该部分中铼和/或钌的平均质量分数小于2％的方式进行，
[0020]b)在所述基底的该部分上沉积保护涂层，该保护涂层具有γ
‑
γ
’
相以及平均质量分数小于1％的铼和/或钌。
[0021]本专利技术有利地由以下被单独地采用或以它们的任何可能的技术组合采用的特征来补充：
[0022]基底由镍基单晶高温合金制成，
[0023]所述基底包含铬，铬的平均质量分数小于5％，优选地小于3％，
[0024]化学侵蚀是化学蚀刻，
[0025]进行化学侵蚀，使得基底表面的该部分的算术平均粗糙度R
a
在0.5μm
‑
5μm之间，并且优选地最大粗糙度R
Z
在5.5μm
‑
50μm之间，粗糙度R
a
和R
Z
在大于1mm2的面积上测量，
[0026]在酸性介质中的化学侵蚀通过与基底表面的该部分接触的浸泡液(bath)进行，所述浸泡液包括氢氟酸、硝酸与氯化铁和盐酸、盐酸与氯化铁、盐酸与过氧化氢，以及硝酸与盐酸中的至少一种，
[0027]在酸性介质中的化学侵蚀通过与基底表面的该部分接触的浸泡液进行，控制浸泡液的电位以便在表面的该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造部件(1)的方法，所述方法包括以下步骤：a)在湿酸性介质中，对由单晶高温合金制成的基底(2)的表面的至少部分进行化学侵蚀，所述基底包含选自铼和钌的至少一种元素，所述基底(2)具有γ
‑
γ
’
相，所述基底(2)具有平均质量分数大于或等于3％，优选地大于或等于4％的铼和/或钌，所述化学侵蚀以使得在所述基底(2)的表面的所述部分中铼和/或钌的平均质量分数小于2％的方式进行，b)在所述基底(2)的所述部分上沉积保护涂层(3)，所述保护涂层具有γ
‑
γ
’
相以及平均质量分数小于1％的铼和/或钌。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底(2)由镍基单晶高温合金制成。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述基底(2)包含铬，铬的平均质量分数小于5％，优选地小于3％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述化学侵蚀为化学蚀刻。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，进行所述化学侵蚀，使得所述基底(2)的表面的所述部分的算术平均粗糙度R
a
在0.5μm
‑
5μm之间，并且优选地最大粗糙度R
Z
在5.5μm
‑
50μm之间，粗糙度R
a
和R
Z
在大于1mm2的面积上测量。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在酸性介质中的所述化学侵蚀通过与所述基底(2)的表面的所述部分接触的浸泡液进行，所述浸泡液包括氢氟酸、硝酸与氯化铁和盐酸、盐酸与氯化铁、盐酸与过氧化氢，以及硝酸与盐酸中的至少一种。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，在酸性介质中的所述化学侵蚀通过与所述基底(2)的表面的所述部分接触的浸泡液进行，控制所述浸泡液的电位，以便在所述表面的所述部分上引起电化学反应，所述浸泡液优选地包括硝酸与乙酸、硫酸以及磷酸中的至少一种。8.部件(1)，包括：由单晶高温合金制成的基底(2)，所述基底包含选自铼和钌...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾玛尔，
申请(专利权)人：赛峰集团，
类型：发明
国别省市：