專利名稱：通過磁脈沖焊接向制品施加涂層的方法
技術領域：
本申請主要涉及向制品施加涂層，且更具體而言，涉及一種經(jīng)過改進的向制品施加涂層的方法，所述方法減少了氧化物的形成并且使界面污染減至最小程度。
背景技術：
具有耐磨性且能夠減弱高溫效應的涂層被施加到暴露于惡劣工況條件下的部件上。施加耐磨且抗環(huán)境的涂層通過減輕基材的磨損并且在升高溫度的條件下保持材料特性從而使可靠性得到改進并且延長了部件的壽命。
通常，采用熱噴涂工藝施加這些涂層，所述熱噴涂工藝包括爆炸沉積、高速氧-燃料沉積工藝(HVOF)及其變型工藝如高速空氣-燃料沉積工藝、等離子噴涂工藝、火焰噴涂工藝和電弧噴涂工藝。在絕大多數(shù)熱涂覆工藝中，以粉末、線材或棒等形式存在的材料(例如金屬)被加熱至接近或略高于其熔點并且所述材料的熔滴在氣流中得到加速。所述熔滴被引導并且撞擊到待進行涂覆的制品的表面上，所述熔滴在所述表面處附著并結合到所述制品上。
雖然上面示例性示出的這些工藝會在目標部件上形成涂層，但是由于進行涂覆的鑄件和/或部件受到高溫作用，因此所述工藝還傾向于促進在涂層內(nèi)產(chǎn)生界面污染和形成氧化物。界面污染和形成氧化物導致涂層效能降低和壽命縮短，這種情況可有助于過早失效和使下面的部件的有效使用壽命縮短。
前述熱噴涂工藝進一步需要大型夾具、機械和專用設備，以及對其進行設置和操作的專業(yè)技術人員。當希望進行涂覆作業(yè)時，在沒有能力在現(xiàn)場進行這些作業(yè)的條件下，導致要耗費與將所述部件輸送至涂覆設備相關聯(lián)的寶貴的預定時間和附加成本。另外，一些熱噴涂工藝要求進行后續(xù)熱處理用于消除應力，這同樣也需要大型設備(即烘箱)。結果是，當前的工藝不允許在現(xiàn)場進行涂覆作業(yè)，而是要求將所述部件如前文所述輸送至檢修或維修設備。
因此，需要開發(fā)出一種經(jīng)過簡化的涂層施加工藝，所述工藝減少了涂層內(nèi)氧化物的形成并且使界面污染減至最小程度。

發(fā)明內(nèi)容
在此披露一種向制品施加涂層的方法。在制品上設置涂覆材料。使所述涂覆材料朝向所述制品受到加速。且在所述涂覆材料與所述制品之間形成固相結合。
在此還披露一種向制品施加涂層的方法。在制品上設置涂覆材料。在室溫下，使所述涂覆材料朝向所述制品受到加速。且在所述涂覆材料與所述制品之間形成結合。
在此還披露一種經(jīng)過涂覆的制品，所述經(jīng)過涂覆的制品具有基本上無污染物的涂層/制品界面。通過松散地將所述制品包在涂覆材料中從而生產(chǎn)出所述經(jīng)過涂覆的制品。在所述涂覆材料中形成磁場。利用所述磁場使所述涂覆材料朝向所述制品受到加速。并且，所述制品受到所述涂覆材料的撞擊，由此將所述涂覆材料熔合到所述制品上。


下面，結合附圖對本發(fā)明進行描述。在所述附圖中，使用相似的附圖標記表示相似的元件，其中圖1是翼面的前向透視圖；圖2是采用高溫工藝進行涂覆的制品的剖視示意圖；和圖3是采用在此所披露的典型的室溫工藝進行涂覆的制品的剖視示意圖。
具體實施例方式
保護涂層被施加到暴露于惡劣工作環(huán)境中的制品上。這些涂層使所述制品的耐熱性和耐蝕性得到改進，并且在不損失強度的條件下使所述制品具有更強的耐磨性。在不向涂覆材料引入有害污染物或過多熱量的條件下向制品施加這些涂層的能力使得這些涂層在其所保護的制品的計劃壽命周期中保持有效。
根據(jù)本發(fā)明的披露內(nèi)容所述的向制品施加涂層的方法適用于多種零部件，例如包含多種金屬和金屬合金的制品。在多個實施例中，這些零部件在惡劣條件下進行工作或暴露于惡劣環(huán)境中，例如用于，但不限于航空航天和電力生產(chǎn)應用中。這些零部件可包括渦輪機翼面，例如葉片和輪葉、燃燒器部件如襯套和導流片等。這些涂層還可以應用在一部分或整個制品上。例如，對于翼面例如葉片而言，所述涂層可被用以保護部分翼面，而不是整個翼面，例如所述涂層可蓋住所述翼面的前緣和后緣以及其它表面，但是不覆蓋所述翼面被附接到葉轂上的附接區(qū)域。雖然下文中將結合形成在航空航天和電力生產(chǎn)應用中所使用的零部件的金屬制品對所述施加涂層的方法進行描述，但是應理解所述施加這些涂層的方法同樣適用于在惡劣工況條件下進行工作或暴露于惡劣工況條件下的其它制品。
圖1示出了翼面的示意圖。一種典型的向翼面10施加涂覆材料12的方法是通過將翼面10要進行涂覆的部分11松散地包在涂覆材料12的薄層內(nèi)而得以實施的。在一個實施例中，例如，涂覆材料12可以厚度在約0.005英寸-約0.040英寸范圍內(nèi)的卷帶或箔片的形式存在，但是應該理解任何大小的厚度都是可以使用的(僅受實用性限制)。翼面10要進行涂覆的部分11(連同周圍涂覆材料12)隨后被定位在感應線圈內(nèi)。當感應線圈通電時，電流流過感應線圈，在所述感應線圈周圍產(chǎn)生高強度電磁場。所述高強度電磁場在涂覆材料12中產(chǎn)生渦電流。由感應線圈產(chǎn)生的強電流和在涂覆材料12中感生出的渦電流形成非常強的相對磁場。這些強相對磁場相互排斥且涂覆材料12受力以非常高的速度遠離所述感應線圈流向翼面10，從而在涂覆材料12與翼面10之間產(chǎn)生高速撞擊。在涂覆材料12與翼面10之間的所述高速撞擊驅使涂覆材料12陷縮在翼面10周圍，由此導致在涂覆材料12與翼面10之間形成結合。
固態(tài)工藝，例如磁脈沖焊接工藝，是在結合區(qū)域中不存在熔化和重新固化的材料的條件下，通過結合形變和/或擴散從而實現(xiàn)聯(lián)接的工藝。在不需要常規(guī)熱噴涂工藝中的熱量輸入(即火焰、焊炬、電弧等)的情況下，磁脈沖焊接工藝是在室溫條件下進行的。在要進行磁脈沖焊接的兩種材料之間形成的高速撞擊產(chǎn)生了一系列漸進的沖擊波，所述沖擊波使得所述接合表面在撞擊時產(chǎn)生形變，從而導致在所述兩種材料之間形成固相結合(即不發(fā)生熔化的結合)。
在涂層耐久性方面的明顯優(yōu)勢是通過在室溫條件下施加涂層而獲得的。參見圖2，圖中示出了采用高溫工藝進行涂覆的制品16的剖面。如上面所述的采用高溫工藝進行的涂層施加允許在涂覆材料12內(nèi)形成氧化物18(被視為缺陷)。施加涂覆材料12的常規(guī)方法試圖通過控制執(zhí)行施加的溫度，從而控制氧化物18的生成。然而，不可避免地，一些空氣被夾帶在熱噴涂射流中并且在涂層內(nèi)產(chǎn)生氧化物含量。常規(guī)方法要求達到足以軟化和/或熔化涂覆顆粒的一定溫度，從而使得所述涂覆顆粒附著到制品16上。當溫度接近或超過涂覆材料的熔點時，由于在氣流中受到加速，因此氧被吸收并且擴散進入涂覆材料的熔滴中，并且最終沉積在要進行涂覆的制品的表面上。因此，所述接近涂覆材料12熔點的溫度構成了所不希望的促進氧化物生成的環(huán)境。
仍然參見圖2，常規(guī)噴涂工藝固有地導致在涂層/制品界面20處產(chǎn)生界面污染物22。常規(guī)噴涂工藝要求進行表面制備，例如在施加涂覆材料之前對表面進行噴砂處理。不可避免地，源于表面制備過程的污染物，例如來自噴砂處理作業(yè)中的砂粒，保留在所述制品上，所述砂粒隨后被截留在涂層/制品界面20處。為了在涂覆材料12與制品16之間獲得較強的結合，要進行涂覆的制品16的表面上優(yōu)選沒有污染物。在此披露的所述方法不要求進行表面制備如噴砂處理，因此將所截留的污染物減至最少。另外，由于在壓平的涂覆材料12與制品16之間的噴射作用通過帶走表面污染物從而清洗制品16的表面，因此在此披露的所述方法進一步將界面污染物22減至最少。
參見圖3，圖中示出了采用所披露的室溫方法進行涂覆后的制品16的剖面。涂覆材料12與制品16之間的固相結合是通過磁力而實現(xiàn)的，而不需要熱量輸入，且因此減少了在施加的涂覆材料12內(nèi)的氧化物的形成。此外，如上文中所述，采用所披露的方法帶走表面污染物將涂層/制品界面20處的界面污染物減至最少。減少氧化物18的生成并且使界面污染物22減至最少通過具有更大的結合強度從而改進了涂層的效能，因此提高了產(chǎn)品的質量并延長了其壽命。
采用所披露的方法獲得的另一項明顯優(yōu)勢是不需要對涂覆制品進行后續(xù)熱處理。高溫工藝可能會在施加區(qū)域中誘發(fā)應力，且因此需要進行應力消除作業(yè)。在此所披露的適于在室溫范圍內(nèi)實施的方法不會誘發(fā)應力，且因此使整個涂覆工藝得到簡化。此外，所述涂覆工藝的簡化導致周期縮短和成本降低。
雖然已結合一個或多個優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本領域的技術人員應該理解在不偏離本發(fā)明范圍的條件下，可作出多種改變且可使用等效方式替代本發(fā)明中的元件。另外，可作出多種變型以適應根據(jù)本發(fā)明教導的特定情況或材料，而不偏離本發(fā)明的實質范圍。因此，本發(fā)明不限于作為預期的實施本發(fā)明的最佳方式而披露的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權利要求書范圍內(nèi)的所有實施例。
部件列表10翼面11部分12涂覆材料16制品18氧化物20涂層/制品界面22界面污染物
權利要求
1.一種向制品(16)施加涂層的方法，所述方法包括以下步驟在制品(16)上設置涂覆材料(12)；使所述涂覆材料(12)朝向所述制品(16)受到加速，以及在所述涂覆材料(12)與所述制品(16)之間形成固相結合。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述涂覆材料(12)受到加速的步驟進一步包括在所述涂覆材料(12)中感生出渦電流。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述涂覆材料(12)受到加速的步驟進一步包括在所述涂覆材料(12)與所述制品(16)之間產(chǎn)生磁場。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中設置涂覆材料(12)的步驟進一步包括將以卷帶或箔片形式存在的涂覆材料(12)包在所述制品(16)上。
5.一種向制品(16)施加涂層的方法，所述方法包括以下步驟在制品(16)上設置涂覆材料(12)；在室溫下，使所述涂覆材料(12)朝向所述制品(16)受到加速，以及在所述涂覆材料(12)與所述制品(16)之間形成結合。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中在室溫下使所述涂覆材料(12)朝向所述制品(16)受到加速的步驟進一步包括通過所述室溫加速減少所述涂覆材料(12)內(nèi)的氧化物(18)的形成。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述涂覆材料(12)受到加速的步驟進一步包括在所述涂覆材料(12)與所述制品(16)之間產(chǎn)生磁場。
8.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中設置涂覆材料(12)的步驟進一步包括將以卷帶或箔片形式存在的涂覆材料(12)包在所述制品(16)上。
9.一種經(jīng)過涂覆的制品(16)，所述經(jīng)過涂覆的制品具有基本上無污染物的涂層/制品(16)界面(20)，所述經(jīng)過涂覆的制品(16)是這樣生產(chǎn)出的，即將所述制品(16)松散地包在所述涂覆材料(12)中；在所述涂覆材料(12)中形成磁場；利用所述磁場使所述涂覆材料(12)朝向所述制品(16)受到加速；并且用所述涂覆材料(12)撞擊所述制品(16)，由此將所述涂覆材料(12)熔合到所述制品(16)上。
10.根據(jù)權利要求9所述的制品(16)，其中所述涂覆材料(12)在室溫條件下進行施加。
全文摘要
本文披露一種向制品(16)施加涂層(12)的方法。在制品(16)上設置涂覆材料(12)。使所述涂覆材料(12)朝向所述制品(16)受到加速。并且，在所述涂覆材料(12)與所述制品(16)之間形成固相結合。
文檔編號B32B5/00GK101037770SQ200710085
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月14日 優(yōu)先權日2006年3月14日
發(fā)明者D·A·赫爾米克, D·L·布林 申請人:通用電氣公司