用于受熱和研磨負荷的渦輪葉片的涂層制造技術

本發明專利技術涉及涂覆燃氣渦輪葉片所包括的基底的方法，其包括以下步驟：

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于受熱和研磨負荷的渦輪葉片的涂層
[0001]燃氣渦輪機的任務是沿一個方向移動燃氣
(Gas)。
燃氣渦輪機包括至少一個轉子，該轉子繞軸旋轉并且具有載體，在該載體的周緣上布置多個徑向向外突出的渦輪葉片
。
為了最大程度地防止燃氣與所需方向相反地倒流以由此實現燃氣渦輪機的盡可能高效率，設置渦輪襯墊
(Turbinenauskleidung)
，以在渦輪葉片和渦輪襯墊之間確保具有最小縫隙距離的縫隙
。
[0002]這通過渦輪襯墊那側的所謂的磨合層
(Einlaufschicht)
實現
。
這些磨合層用于將渦輪葉片和周圍的渦輪襯墊之間的縫隙距離保持得盡可能小，以防止壓力損失
。
磨合層通常是多孔的并且僅弱地結合到自身
(in sich gebunden)。
其結果是，開始時仍經常接觸磨合層的渦輪葉片前端將其磨蝕，直到在最小的縫隙距離下實現基本上無接觸的圓周運動
。
[0003]然而，渦輪葉片，例如在它們的熱膨脹或由振動引起的渦輪偏離中心時，會以不希望的方式磨蝕該多孔且僅弱結合到自身的磨合層，并因此增加縫隙間距和降低效率
。
[0004]為了保護葉片前端免受磨損，使用葉片前端涂層
。
這些葉片前端涂層通常由嵌入在基質
(
例如
MCrAIY)
中的研磨顆粒
(
例如立方氮化硼
)
組成
。
在此，“M”代表金屬，其中其通常是鈷
、
鎳或鈷鎳合金
。
在此，“Cr”代表鉻，“Al”代表鋁，“Y”代表釔
。
[0005]根據現有技術，此類涂層通過復雜且成本密集的方法，例如電解或電泳沉積
(US5935407A)
施加
。
[0006]根據現有技術以這種方式制成的涂層的缺點是層粘附差
。
這是因為，在相應的涂覆過程中，能量輸入相對低，并且在與基底表面的界面處幾乎沒有通常確保可接受的層粘附的擴散過程
。
結果，由于旋轉時產生的力，可能已出現整個層或研磨顆粒的失效和脫層
。
[0007]此外，現有技術中使用的研磨顆粒和基質在高溫下都不耐氧化，并且由于氧化而失效
。
通常使用的研磨顆粒具有層厚度數量級的粒度，因此可以從表面到達涂層和基底之間的界面
。
如果顆粒現在被氧化，則直接攻擊葉片材料或相應的界面，這在顆粒被氧化時會導致直接攻擊葉片材料或葉片材料與涂層之間的界面
。
[0008]因此需要使現有技術中已知的涂層更具粘附強度和耐氧化性
。
本專利技術的目的基于這種需要
。
[0009]上述目的根據本專利技術和根據權利要求1實現，其中對于涂覆，使用通過
PVD
方法由氣相的沉積
。
特別優選使用反應性火花蒸鍍
。
[0010]這是因為通過使用反應性火花蒸鍍，可以明顯改進葉片前端涂層的粘附，因為氣體離子的更高能量輸入有助于改進層粘附
。
生產參數也可以更自由地選擇，由此可以在更高的溫度下進行沉積
。
[0011]通過使用不同的靶材料和反應性氣體，可以在單個方法中沉積粘附層和
/
或基質以及研磨相，例如氧化物
、
硼化物
、
碳化物或氮化物
。
這些相可以作為多子層結構
(Multilagenstruktur)
中的層或作為基質中的大顆粒引入
。
與基于電解或電泳沉積的葉片前端涂層的傳統制造方法相比，非常小的顆粒或薄子層可以在此完全嵌入基質中
(
例如包含
MCrAlY
材料，并優選由
MCrAIY
材料組成
)
，由此使得位于更深的研磨相，即使它們不耐氧化
(
但是這僅適用于一些情況
)
，也被位于其上方的基質
(
例如
MCrAlY)
保護
。
因此可以實現
與襯墊上的磨合層相對的葉片前端的保護作用，即使在與傳統葉片前端涂層相比更長的運行時間后發生接觸或磨損情況下也是如此
。
[0012]該層可以由多個子層組成，其中粘附層可以與基底材料適配，從而允許實現最佳粘附
。
[0013]葉片前端涂層的研磨相可以與渦輪襯墊上的磨合層適配
。
這些研磨相可以作為子層或作為顆粒嵌入到該層中
。
[0014]層厚度可以變化，以使涂層與熱和研磨負荷分布適配，從而提高使用壽命
。
[0015]可以將受熱負荷較小的層沉積在葉片前端涂層上方，以例如在初始磨合過程中增加整個葉片前端涂層的耐磨性
。
[0016]現在借助實施例并通過附圖詳細解釋本專利技術：
[0017]圖1示意性地示出了由
MCrAlY
層和位于其上方的氧化物層形成的根據本專利技術的層體系
。
[0018]圖2示意性地示出了根據本專利技術的多子層層體系
。
[0019]圖3示出了渦輪機的示意圖
。
[0020]圖4示出了根據本專利技術的多子層層體系在暴露于
1200℃
的溫度
10
小時后的橫截面的
SEM。
[0021]圖5示出了氧化鋁
?
氧化鉻的研磨相的
X
射線衍射圖
。
[0022]圖3所示的渦輪機包括旋轉盤3上的至少一個渦輪葉片5，其具有葉片基座7和葉片前端
9。
圖3還示出了與葉片前端9相對的渦輪襯墊1上的磨合層
11
，并且通過間隙
G
與葉片前端隔開
。
[0023]在高溫合金
(Superlegierung)(
例如可以是單晶
)
的葉片前端上沉積組成為
MCrAIY
?
鋁鉻氧化物的涂層，或交替的
MCrAlY
?
鋁鉻氧化物層形成的多子層的層
。
[0024]MCrAlY
在此通過等離子增強陰極火花蒸鍍由
MCrAlY
材料源
(
＝靶
)
沉積
。
在此，根據需要的耐氧化性，
MCrAlY
層的厚度可為
0.1
?
100
微米
。
[0025]現在在
MCrAlY
粘附和氧化保護層上沉積氧化物層
。
鋁鉻氧化物子層由金屬
AICr
靶通過在氧氣氣氛中的反應性陰極火花蒸鍍來沉積...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.
用于涂覆燃氣渦輪葉片所包括的基底的方法，其包括以下步驟：
?
在第一步驟中使用
PVD
方法施加
MCrAlY
基質
?
在進一步步驟中通過
PVD
方法施加層，其中該層包含至少一種氧化物和
/
或硼化物和
/
或碳化物和
/
或氮化物
。2.
根據權利要求1所述的方法，其特征在于，第一步驟和
/
或進一步步驟的
PVD
方法是陰極火花蒸鍍方法
。3.
根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述進一步步驟的
PVD
方法的材料源是
AlCr

【專利技術屬性】
技術研發人員：B，
申請(專利權)人：歐瑞康表面解決方案股份公司，普費菲孔，
類型：發明
國別省市：