專利名稱：涂覆粘附底層的方法
涂覆粘附底層的方法本發(fā)明涉及一種通過高速火焰噴涂(HVOF)在構(gòu)件表面上涂覆用于陶瓷保護(hù)層的 粘附底層的方法。在該方法中，呈至少一種金屬合金粉末形式的涂層材料至少經(jīng)部分熔融， 并作為高速微粒流發(fā)射到構(gòu)件表面上，該涂層材料含細(xì)粒度和粗粒度的兩種粉末成分。在高溫和侵蝕性環(huán)境中使用的構(gòu)件必需要防這類有害影響，以延長其使用壽命。 燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片例如具有涂層系，其由直接涂于該渦輪葉片表面上的粘附基層組成， 該粘附底層又載有陶瓷隔熱層。該含陶瓷的隔熱層例如可含氧化鋯(ZrO2),該氧化鋯部分 或全部通過氧化釔(Y2O3)、氧化鎂(MgO2)或另一種氧化物穩(wěn)定。該陶瓷層通常用空氣等離 子體噴射法(ABS)、真空等離子體噴射法(VPQ、低壓等離子體噴射法(LPBQ或物理氣相沉 積法(PVD)沉積。其中相對于其它沉積法優(yōu)選空氣等離子體噴射法(APS)，這是由于其具有 低的設(shè)備成本及涂覆和掩蔽的簡單性。該粘附底層通常由耐氧化的合金構(gòu)成，如MCrAlY，其中M是選自鐵、鈷和鎳中的至 少一種元素，字母Y是釔或選自鈧和稀土元素中的另一等價元素。該粘附底層的目的在于， 一方面是防腐蝕和/或防氧化，另一方面是確保隔熱層在待涂構(gòu)件上的強(qiáng)粘附。因此在這 類涂層系中特別重要的是該粘附底層具有高的表面粗糙度，因為這樣才可確保該粘附底層 與隔熱層的足夠連結(jié)。該粘附底層可通過高速火焰噴涂法(HVOF)涂于渦輪葉片上。為此使MCrAlY微粒 與載氣一起進(jìn)入燃燒器，該燃燒器在高溫下燃燒加入的燃料和氧。在燃燒器所形成的火焰 中該MCrAlY微粒至少部分熔融，并作為高速微粒流發(fā)射到構(gòu)件表面上。該按HVOF法沉積 的這種粘附底層的問題在于，由于HVOF法的較低噴射溫度而使粘附底層對該粉末的粒度 分布非常敏感。由此通常調(diào)節(jié)該HVOF法的參數(shù)，使得使用具有非常窄的粒度分布的粉末。為利用HVOF法制備粘附底層，通常需使用粗粉末，以達(dá)適宜的表面粗糙度。因為 較粗的微粒在適用的HVOF參數(shù)下通常不完全可熔融，所以HVOF粘結(jié)涂層常有較高的孔隙 度和在所噴涂微粒之間的有不足的粘合性。為對付此問題，從DE 69828732 T2中已知一種開頭所述類型的方法，該方法中使 用包含細(xì)粒粉末級分和粗粒粉末級分的涂層材料。該粘附底層的表面粗糙度由在沉積時不 完全熔融的較粗粉末的微粒決定。該細(xì)粉末的微粒完全熔融并以足夠的程度填充粗粉末微 粒之間的空隙，以獲得高的密度。該較細(xì)粉末也有助于粘附底層的微觀表面粗糙度。本發(fā)明的目的在于繼續(xù)開發(fā)一種開頭所述類型的方法，使得可實現(xiàn)最佳表面粗糙 度。在一般性方法中，根據(jù)本發(fā)明該目的是通過由附聚的和燒結(jié)的粉末組成的涂層材 料實現(xiàn)的。該涂層材料可按本身已知的方法由金屬熔體制備。為此，借助于保護(hù)氣體噴霧和/ 或真空噴霧由熔體制備“球形的”粉末，通過各種篩分步驟等由該粉末得到所需的粒度。然 后該粉末以所需的粒度比與粘合劑均勻混合，并接著通過噴霧干燥工藝聚集成附聚體。噴 涂時細(xì)級分由于燒結(jié)而阻塞HVOF噴嘴，因此可使用較粗的微粒。不同的粒度導(dǎo)致該細(xì)粒充 分熔融和密實，而粗粒嵌入細(xì)粒中并提供所需的粗糙度。
已表明，通過應(yīng)用這種附聚的和燒結(jié)的材料可使表面粗糙度最佳化。按本發(fā)明的一種實施方案，該細(xì)粒度的粉末級分為60 - 80體積％，特別是65 — 75體積％，優(yōu)選約為70體積％。從本發(fā)明已得出，如果細(xì)粉末的級分約為70%且相應(yīng)地粗粉 末的級分約為30%，則細(xì)粒度的高粉末級分導(dǎo)致好的結(jié)果，特別是可達(dá)到非常好的表面粗糙度。以本身已知的方式，該涂層材料可以是選自NiAl、MCrAlY、MCrAl、含鋁的金屬間材 料、含鉻的金屬間材料和它們的組合的金屬合金。這些材料經(jīng)完全證實可用作粘附底層。在 優(yōu)選方法中使用MCrAlY，因為該材料可非常好地通過高速火焰噴射(HVOF)法涂覆。在本發(fā)明的另一擴(kuò)展方法中，構(gòu)件表面首先涂以細(xì)粒度的金屬合金粉末層，接著 在所形成的底層上涂覆由含有不同粒度的粉末級分的涂層材料形成的頂層。在此可將該涂 層材料的微粒用作底層，該微粒的平均直徑小于涂層材料的微粒的平均直徑。例如該底層 可由該頂層的細(xì)粒度粉末制備。用此方法可有效地得到特別是可由MCrAlY形成的致密的 底層ο如果該粗粉末級分的粒度分布為45 — 75 μ m,特別是22 — 63 μ m是有利的。試 驗表明，細(xì)粉末級分的粒度分布宜為11 一 44 μ m，特別是16 — 44 μ m?；蛘?，該細(xì)粉末級 分的粒度分布也可為22 — 53 μ m。按本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方案，至少90%的該細(xì)粉末級分的微粒小于該粗粉末級 分的微粒。所述粉末級分可在噴涂前或在噴涂工藝期間相混合形成粉末混合物。所述粉末 級分宜具有相同組成，但通常也可由不同的材料組成。該涂層材料和尤其是頂層也可由附 聚的和燒結(jié)的粉末構(gòu)成。有關(guān)本發(fā)明的其它有利的方案可參閱從屬權(quán)利要求以及下面依附圖對實施例的 描述。在附圖中


圖1為渦輪葉片上涂覆粘附底層的底層的圖示； 圖2為在底層上涂覆頂層的圖示。在圖1和2中示出用于在渦輪葉片2的表面上涂覆粘附底層1的本發(fā)明方法。這 里該粘附底層1由直接涂于渦輪葉片2上的底層3和覆蓋底層3的頂層7組成。因為該粘 附底層通過高速火焰噴射法(HVOF)制備，所以應(yīng)用MCrAlY作為涂層材料。這時該涂層材 料由具有不同平均粒度的兩種粉末級分的粉末混合物組成。具體說該涂層材料呈附聚的和 燒結(jié)的粉末形式存在。該粉末可以本身已知的方法由金屬熔體制備。為此，借助于保護(hù)氣 噴霧和/或真空噴霧由熔體制備“球形的”粉末，再通過各種篩分步驟等由該粉末得到所需 的粒度。然后使該粉末以所需的粒度比與粘合劑均勻混合，并接著通過噴霧干燥過程聚集 成附聚體。噴涂時該細(xì)級分由于燒結(jié)而阻塞HVOF噴嘴，因此可使用較粗的微粒。不同的粒 度導(dǎo)致該細(xì)粒充分熔融和密實，而該粗粒嵌入細(xì)粒中并提供所需的粗糙度。該燒結(jié)涂層材料的60 - 80體積％，特別是65 — 75體積％，優(yōu)選約為70體積％由 具有細(xì)粒度的MCrAlY粉末組成，其余由具有粗粒度的MCrAlY粉末組成。該粗粉末級分的粒度為45 — 75 μ m,特別是22 — 63 μ m,該細(xì)粉末級分的粒度 為11 一 44 μ m，特別是16 — 44 μ m。使用頂層7的細(xì)粉末作為底層3的材料。就涂層而言，首先通過HVOF將底層3涂于渦輪葉片2的表面上。為此，將MCrAlY 涂層微粒在載氣中送入燃燒器4。同時將燃料和氧導(dǎo)入燃燒器4。該燃料和氧在燃燒器中經(jīng)混合和燃燒。將載氣中的涂層微粒以高速作為微粒流6噴進(jìn)燃燒時所形成的火焰5中。 該涂層微粒在穿過火焰5時至少部分熔融，并射到渦輪葉片2的表面上，并在其上粘附。將微粒流6導(dǎo)過表面，以形成底層3。在涂覆底層3時，該微粒流6以與該渦輪葉 片2的表面呈90°的夾角定向。這導(dǎo)致所得的底層3具有較小的表面粗糙度。然后，在底層3上涂覆頂層7。為此向燃燒器中送入具有不同粒度級分的涂層材 料。該涂層微粒以上述方式至少部分在火焰5中熔融，并作為具有高速的微粒流6向渦輪 葉片2的表面方向射出。該涂層微粒射到底層3上，并且當(dāng)微粒流6在底層3上移動時，在 其上形成頂層7。在該過程中，細(xì)的涂層微粒經(jīng)充分熔融。但該火焰的能量不足以也完全熔融粗微 粒，以致其作為固體微粒嵌入熔融的流態(tài)材料中。結(jié)果，該細(xì)的粉末級分導(dǎo)致頂層7在底層 3上的良好粘結(jié)，并導(dǎo)致頂層7的高密度，而粗的粉末級分導(dǎo)致形成所需的表面粗糙度，該 粗糙度對于隔熱層如陶瓷APS隔熱層在粘襯底層上的固定是必需的。按本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)，如果細(xì)粉末級分約為70%和粗粉末級分相應(yīng)約為30%，則可達(dá)到 最佳的表面粗糙度。該涂層材料可按本身已知的方法由金屬熔體制備。為此，借助于保護(hù)氣體噴霧和/ 或真空噴霧由熔體制備“球形的”粉末，通過各種篩分步驟等由該粉末得到所需的粒度。然 后該粉末以所需的粒度比與粘合劑均勻混合，并接著通過噴霧干燥工藝聚集成附聚體。噴 涂時細(xì)級分由于燒結(jié)而阻塞HVOF噴嘴，因此可使用較粗的微粒。不同的粒度導(dǎo)致該細(xì)粒充 分熔融和密實，而粗粒嵌入細(xì)粒中并提供所需的粗糙度。有關(guān)本發(fā)明的其它有利的方案可參閱從屬權(quán)利要求以及下面依附圖對實施方案 的描述。在附圖中。
權(quán)利要求
1.通過高速火焰噴涂(HVOF)在構(gòu)件表面上涂覆用于陶瓷保護(hù)層的粘附底層的方法， 在該方法中，呈至少一種金屬合金粉末形式的涂層材料至少經(jīng)部分熔融，并作為高速微粒 流發(fā)射到構(gòu)件表面上，其中所述涂層材料含細(xì)粒度和粗粒度的兩種粉末級分，其特征在于， 所述涂層材料由附聚的和燒結(jié)的粉末組成。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述細(xì)粒度的粉末級分為60- 80體積％，特別是 65 - 75體積％，優(yōu)選約為70體積％。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述涂層材料是選自NiAl、MCrAlY、MCrAl、含 鋁的金屬間材料、含鉻的金屬間材料和它們的組合的金屬合金。
4.上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述構(gòu)件表面首先涂以細(xì)粒度的金屬合金 粉末層，接著在所形成的底層上涂覆由含有不同粒度的粉末級分的涂層材料形成的頂層。
5.權(quán)利要求4的方法，其特征在于，所述底層由頂層的細(xì)粒度粉末制備。
6.上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述粗粉末級分的粒度分布為45- 75 μ m，特別是 22 — 63 μ mo
7.上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述細(xì)粉末級分的粒度分布為11- 44 μπι，特別是 16 - 44 μ 。
8.權(quán)利要求1一 5之一的方法，其特征在于，所述細(xì)粉末級分的粒度分布為22 -53 μ m0
9.上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，至少90%的所述細(xì)粉末級分的微粒小于所 述粗粉末級分的微粒。
10.上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述細(xì)粉末級分和粗粉末級分具有相同 組成。
11.上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述粘附底層涂有陶瓷隔熱層，特別是 APS-隔熱層。
12.上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述粘附底層涂于渦輪葉片上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過高速火焰噴涂(HVOF)在構(gòu)件表面上涂覆用于陶瓷護(hù)層的粘附底層的方法。在該方法中，呈至少一種金屬合金粉末形式的涂層材料至少經(jīng)部分熔融，并作為高速微粒流發(fā)射到構(gòu)件表面上，該涂層材料含細(xì)粒度和粗粒度的兩種粉末成分，其特征在于，該涂層材料由附聚的和燒結(jié)的粉末組成。
文檔編號C23C4/12GK102112645SQ200980129675
公開日2011年6月29日 申請日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者E·圖魯南, F-J·拉德魯, T·瓦里斯 申請人:西門子公司