涂覆粘附底层的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过高速火焰喷涂（ＨＶＯＦ）在构件表面上涂覆用于陶瓷护层的粘附底层的方法。在该方法中，呈至少一种金属合金粉末形式的涂层材料至少经部分熔融，并作为高速微粒流发射到构件表面上，该涂层材料含细粒度和粗粒度的两种粉末成分，其特征在于，该涂层材料由附聚的和烧结的粉末组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种通过高速火焰喷涂(HVOF)在构件表面上涂覆用于陶瓷保护层的 粘附底层的方法。在该方法中，呈至少一种金属合金粉末形式的涂层材料至少经部分熔融， 并作为高速微粒流发射到构件表面上，该涂层材料含细粒度和粗粒度的两种粉末成分。在高温和侵蚀性环境中使用的构件必需要防这类有害影响，以延长其使用寿命。 燃气轮机的涡轮叶片例如具有涂层系，其由直接涂于该涡轮叶片表面上的粘附基层组成， 该粘附底层又载有陶瓷隔热层。该含陶瓷的隔热层例如可含氧化锆(ZrO2),该氧化锆部分 或全部通过氧化钇(Y2O3)、氧化镁(MgO2)或另一种氧化物稳定。该陶瓷层通常用空气等离 子体喷射法(ABS)、真空等离子体喷射法(VPQ、低压等离子体喷射法(LPBQ或物理气相沉 积法(PVD)沉积。其中相对于其它沉积法优选空气等离子体喷射法(APS)，这是由于其具有 低的设备成本及涂覆和掩蔽的简单性。该粘附底层通常由耐氧化的合金构成，如MCrAlY，其中M是选自铁、钴和镍中的至 少一种元素，字母Y是钇或选自钪和稀土元素中的另一等价元素。该粘附底层的目的在于， 一方面是防腐蚀和/或防氧化，另一方面是确保隔热层在待涂构件上的强粘附。因此在这 类涂层系中特别重要的是该粘附底层具有高的表面粗糙度，因为这样才可确保该粘附底层 与隔热层的足够连结。该粘附底层可通过高速火焰喷涂法(HVOF)涂于涡轮叶片上。为此使MCrAlY微粒 与载气一起进入燃烧器，该燃烧器在高温下燃烧加入的燃料和氧。在燃烧器所形成的火焰 中该MCrAlY微粒至少部分熔融，并作为高速微粒流发射到构件表面上。该按HVOF法沉积 的这种粘附底层的问题在于，由于HVOF法的较低喷射温度而使粘附底层对该粉末的粒度 分布非常敏感。由此通常调节该HVOF法的参数，使得使用具有非常窄的粒度分布的粉末。为利用HVOF法制备粘附底层，通常需使用粗粉末，以达适宜的表面粗糙度。因为 较粗的微粒在适用的HVOF参数下通常不完全可熔融，所以HVOF粘结涂层常有较高的孔隙 度和在所喷涂微粒之间的有不足的粘合性。为对付此问题，从DE 69828732 T2中已知一种开头所述类型的方法，该方法中使 用包含细粒粉末级分和粗粒粉末级分的涂层材料。该粘附底层的表面粗糙度由在沉积时不 完全熔融的较粗粉末的微粒决定。该细粉末的微粒完全熔融并以足够的程度填充粗粉末微 粒之间的空隙，以获得高的密度。该较细粉末也有助于粘附底层的微观表面粗糙度。本专利技术的目的在于继续开发一种开头所述类型的方法，使得可实现最佳表面粗糙 度。在一般性方法中，根据本专利技术该目的是通过由附聚的和烧结的粉末组成的涂层材 料实现的。该涂层材料可按本身已知的方法由金属熔体制备。为此，借助于保护气体喷雾和/ 或真空喷雾由熔体制备“球形的”粉末，通过各种筛分步骤等由该粉末得到所需的粒度。然 后该粉末以所需的粒度比与粘合剂均勻混合，并接着通过喷雾干燥工艺聚集成附聚体。喷 涂时细级分由于烧结而阻塞HVOF喷嘴，因此可使用较粗的微粒。不同的粒度导致该细粒充 分熔融和密实，而粗粒嵌入细粒中并提供所需的粗糙度。已表明，通过应用这种附聚的和烧结的材料可使表面粗糙度最佳化。按本专利技术的一种实施方案，该细粒度的粉末级分为60 - 80体积％，特别是65 — 75体积％，优选约为70体积％。从本专利技术已得出，如果细粉末的级分约为70%且相应地粗粉 末的级分约为30%，则细粒度的高粉末级分导致好的结果，特别是可达到非常好的表面粗糙度。以本身已知的方式，该涂层材料可以是选自NiAl、MCrAlY、MCrAl、含铝的金属间材 料、含铬的金属间材料和它们的组合的金属合金。这些材料经完全证实可用作粘附底层。在 优选方法中使用MCrAlY，因为该材料可非常好地通过高速火焰喷射(HVOF)法涂覆。在本专利技术的另一扩展方法中，构件表面首先涂以细粒度的金属合金粉末层，接着 在所形成的底层上涂覆由含有不同粒度的粉末级分的涂层材料形成的顶层。在此可将该涂 层材料的微粒用作底层，该微粒的平均直径小于涂层材料的微粒的平均直径。例如该底层 可由该顶层的细粒度粉末制备。用此方法可有效地得到特别是可由MCrAlY形成的致密的 底层ο如果该粗粉末级分的粒度分布为45 — 75 μ m,特别是22 — 63 μ m是有利的。试 验表明，细粉末级分的粒度分布宜为11 一 44 μ m，特别是16 — 44 μ m。或者，该细粉末级 分的粒度分布也可为22 — 53 μ m。按本专利技术的一种优选实施方案，至少90%的该细粉末级分的微粒小于该粗粉末级 分的微粒。所述粉末级分可在喷涂前或在喷涂工艺期间相混合形成粉末混合物。所述粉末 级分宜具有相同组成，但通常也可由不同的材料组成。该涂层材料和尤其是顶层也可由附 聚的和烧结的粉末构成。有关本专利技术的其它有利的方案可参阅从属权利要求以及下面依附图对实施例的 描述。在附图中附图说明图1为涡轮叶片上涂覆粘附底层的底层的图示； 图2为在底层上涂覆顶层的图示。在图1和2中示出用于在涡轮叶片2的表面上涂覆粘附底层1的本专利技术方法。这 里该粘附底层1由直接涂于涡轮叶片2上的底层3和覆盖底层3的顶层7组成。因为该粘 附底层通过高速火焰喷射法(HVOF)制备，所以应用MCrAlY作为涂层材料。这时该涂层材 料由具有不同平均粒度的两种粉末级分的粉末混合物组成。具体说该涂层材料呈附聚的和 烧结的粉末形式存在。该粉末可以本身已知的方法由金属熔体制备。为此，借助于保护气 喷雾和/或真空喷雾由熔体制备“球形的”粉末，再通过各种筛分步骤等由该粉末得到所需 的粒度。然后使该粉末以所需的粒度比与粘合剂均勻混合，并接着通过喷雾干燥过程聚集 成附聚体。喷涂时该细级分由于烧结而阻塞HVOF喷嘴，因此可使用较粗的微粒。不同的粒 度导致该细粒充分熔融和密实，而该粗粒嵌入细粒中并提供所需的粗糙度。该烧结涂层材料的60 - 80体积％，特别是65 — 75体积％，优选约为70体积％由 具有细粒度的MCrAlY粉末组成，其余由具有粗粒度的MCrAlY粉末组成。该粗粉末级分的粒度为45 — 75 μ m,特别是22 — 63 μ m,该细粉末级分的粒度 为11 一 44 μ m，特别是16 — 44 μ m。使用顶层7的细粉末作为底层3的材料。就涂层而言，首先通过HVOF将底层3涂于涡轮叶片2的表面上。为此，将MCrAlY 涂层微粒在载气中送入燃烧器4。同时将燃料和氧导入燃烧器4。该燃料和氧在燃烧器中经混合和燃烧。将载气中的涂层微粒以高速作为微粒流6喷进燃烧时所形成的火焰5中。 该涂层微粒在穿过火焰5时至少部分熔融，并射到涡轮叶片2的表面上，并在其上粘附。将微粒流6导过表面，以形成底层3。在涂覆底层3时，该微粒流6以与该涡轮叶 片2的表面呈90°的夹角定向。这导致所得的底层3具有较小的表面粗糙度。然后，在底层3上涂覆顶层7。为此向燃烧器中送入具有不同粒度级分的涂层材 料。该涂层微粒以上述方式至少部分在火焰5中熔融，并作为具有高速的微粒流6向涡轮 叶片2的表面方向射出。该涂层微粒射到底层3上，并且当微粒流6在底层3上移动时，在 其上形成顶层7。在该过程中，细的涂层微粒经充分熔融。但该火焰的能量不足以也完全熔融粗微 粒，以致其作本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　通过高速火焰喷涂（ＨＶＯＦ）在构件表面上涂覆用于陶瓷保护层的粘附底层的方法，在该方法中，呈至少一种金属合金粉末形式的涂层材料至少经部分熔融，并作为高速微粒流发射到构件表面上，其中所述涂层材料含细粒度和粗粒度的两种粉末级分，其特征在于，所述涂层材料由附聚的和烧结的粉末组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：FJ·拉德鲁，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE