用于3d打印用于渦輪護罩的表面的圖案的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于3D打印用于渦輪護罩的表面的圖案的方法。提供了一種制造工業(yè)制品的方法，其包括以下步驟：將第一涂層噴涂到襯底上，以及通過3D打印設(shè)置成圖案的材料來將第二涂層淀積在第一涂層上。圖案包括設(shè)置在渦輪部件的底表面處的凸脊。各個凸脊由第一和第二側(cè)壁限定，各個側(cè)壁具有第一和第二端部。端部從底表面延伸，側(cè)壁朝彼此傾斜，直到在相應(yīng)的第一和第二側(cè)壁的第二端部處相遇，從而限定中心線和凸脊的頂部部分。側(cè)壁相對于底表面以基本相等但相反的斜度傾斜。凸脊對應(yīng)于渦輪輪葉的后部部分，并且相對于輪葉的旋轉(zhuǎn)軸線以第一角度定向。
【專利說明】用于3D打印用于渦輪護罩的表面的圖案的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及置于燃氣渦輪發(fā)動機、徑向入流壓縮機和包括微型渦輪和渦輪增壓器 的徑向渦輪的金屬構(gòu)件的表面處的圖案，這些金屬構(gòu)件暴露于高溫環(huán)境，并且具體而言，涉 及用于對在燃氣渦輪發(fā)動機中使用的渦輪護罩應(yīng)用圖案以改進渦輪葉片（也稱為"輪葉"） 的性能和效率的新方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 燃氣渦輪發(fā)動機用于各種不同的應(yīng)用中，大多數(shù)是發(fā)電。這樣的發(fā)動機典型地包 括渦輪壓縮機，其借助于多級軸向流壓縮機將空氣壓縮到高壓。壓縮空氣傳送通過燃燒器， 燃燒器接受空氣和來自燃料供應(yīng)的燃料，并且提供連續(xù)的燃燒，因而使工作氣體的溫度和 壓力升高到高水平。燃燒器將高溫氣體輸送到渦輪，隨著工作流體從壓縮機形成的高壓膨 脹到大氣壓，渦輪又從高壓氣體工作流體中抽取工。
[0003] 隨著氣體離開燃燒器，溫度可容易地超過用于構(gòu)造渦輪中的噴嘴和輪葉的材料的 可接受的溫度極限。雖然熱氣在它們膨脹時冷卻，但是排氣的溫度通常保持遠高于環(huán)境。因 而，渦輪的較早的級的過度冷卻對于確保構(gòu)件具有足夠的壽命是必要的。在渦輪的較早的 級中的高溫會產(chǎn)生關(guān)于接觸熱氣的構(gòu)件的完整性、金相和期望壽命相關(guān)的各種問題，諸如 旋轉(zhuǎn)輪葉和渦輪護罩。雖然高燃燒溫度通常對于較高效的發(fā)動機是合乎需要的，但是高的 氣體溫度可能需要從壓縮機獲得氣體來冷卻渦輪部件，這往往會降低總的發(fā)動機效率。
[0004] 為了實現(xiàn)最高的發(fā)動機效率（以及對應(yīng)的最高發(fā)電量），重要的是，輪葉以最小的 干涉的在渦輪殼體或"護罩"內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且相對于從膨脹的工作流體可獲得的能量的量具 有最1?的可能效率。
[0005] 在運行期間，渦輪殼體（護罩）相對于旋轉(zhuǎn)輪葉保持固定。典型地，最高效率可通 過在護罩和輪葉末端之間保持最小閾值間隙來實現(xiàn)，以從而防止熱氣在輪葉的末端上不合 需要地〃泄漏"。增加的間隙將導(dǎo)致泄漏問題，并且使燃氣渦輪發(fā)動機的總效率顯著降低。 在不犧牲發(fā)動機效率的情況下，可容忍僅最小量的熱氣在輪葉的外部周緣（即在輪葉末端 和渦輪護罩之間的小的環(huán)形空間）處〃泄漏〃。進一步，當(dāng)輪葉不在渦輪護罩的內(nèi)表面的特 定部分附近時，在該特定部分上的熱氣流會產(chǎn)生損失。
[0006] 保持足夠的間隙而不顯著損失效率的需要較難滿足，因為在渦輪旋轉(zhuǎn)時，作用在 渦輪構(gòu)件上的離心力可使輪葉在朝向護罩的向外的方向上膨脹，尤其是當(dāng)受到高的運行溫 度的影響時。另外，輪葉末端和護罩之間的間隙可能在護罩的整個周邊上不均勻。不均勻 性由多個因素產(chǎn)生，包括加工公差、堆疊公差和由于不同的熱質(zhì)量和熱響應(yīng)產(chǎn)生的不均勻 膨脹。因而，重要的是，在最高的預(yù)期運行溫度下，在護罩和輪葉末端之間建立最低的有效 運行間隙。
[0007] 如果例如護罩被扭曲或輪葉末端在護罩的陶瓷或金屬的流表面上摩擦，則輪葉末 端的磨損會產(chǎn)生燃氣渦輪效率的顯著損失。如果輪葉末端摩擦在護罩的特定位置上使得輪 葉末端被磨損，則輪葉末端的磨損會在其它位置處增大輪葉末端和護罩之間的間隙。再一 次，當(dāng)渦輪旋轉(zhuǎn)時，輪葉在與護罩的界面處的任何這種退化最終將導(dǎo)致總的發(fā)動機性能和 效率的顯著降低。
[0008] 在過去，已經(jīng)對渦輪護罩應(yīng)用可磨蝕類型的涂層，以幫助在穩(wěn)態(tài)溫度狀況下在護 罩和輪葉末端之間建立最?。醋罴眩┻\行間隙。具體而言，已經(jīng)使用材料來對護罩的面 向輪葉的表面應(yīng)用涂層，在輪葉在護罩內(nèi)部以高速轉(zhuǎn)動時，該材料可容易地被輪葉的末端 磨蝕，而不對輪葉末端產(chǎn)生損害或很少損害。已經(jīng)通過下者來應(yīng)用可磨蝕類型的涂層：通過 掩?；蚝Y進行噴涂而產(chǎn)生圖案，或噴涂固體墊或?qū)忧胰缓笠詸C械的方式在可磨蝕墊中銑削 出圖案。這兩個已知技術(shù)的缺點在于，需要許多步驟和堆疊層，并且得到的可磨蝕圖案的凸 脊高度很難以緊密公差實現(xiàn)。
[0009] 最初，在燃氣渦輪停機且構(gòu)件處于環(huán)境溫度時，在輪葉末端和涂層之間存在間隙。 后來，在正常運行期間，間隙由于離心力和在旋轉(zhuǎn)和靜態(tài)構(gòu)件中的溫度變化而減小，從而不 可避免地導(dǎo)致輪葉末端有至少一些徑向延伸，從而使它們接觸護罩上的涂層且磨掉涂層的 一部分，而建立最小運行間隙。在沒有可磨蝕涂層的情況下，在輪葉末端和護罩之間的冷間 隙必須足夠大，以防止在后面的高溫運行期間在旋轉(zhuǎn)輪葉末端和護罩之間有接觸。在具有 可磨蝕涂層的情況下，另一方面，冷間隙可減小，并且確保在出現(xiàn)接觸時，犧牲部件是可磨 蝕涂層，而非輪葉末端。
[0010] 但是，從護罩移除（磨蝕）掉的任何涂層材料應(yīng)當(dāng)不影響下游發(fā)動機構(gòu)件。理想 地，對于燃氣渦輪的整個運行壽命，可磨蝕涂層材料保持粘合到護罩上，并且不會隨著時間 的推移而顯著退化。換句話說，可磨蝕材料穩(wěn)固地粘合到渦輪護罩上，并且保持粘合，而涂 層的一部分在啟動、停機或熱再啟動期間被輪葉葉片移除。優(yōu)選地，在大量運行循環(huán)期間， 涂層也應(yīng)當(dāng)保持固定到護罩上，即不管燃氣渦輪發(fā)動機在啟動和停機或周期性的功率甩負 荷期間重復(fù)的熱循環(huán)如何。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種制造工業(yè)制品的方法。方法包括以下步驟：將第一 涂層噴涂到襯底上，以及通過3D打印設(shè)置成圖案的材料來將第二涂層淀積到第一涂層上。 圖案包括設(shè)置在渦輪部件的底表面處的第一多個凸脊。第一多個凸脊中的各個凸脊由第一 側(cè)壁和第二側(cè)壁限定。第一和第二側(cè)壁各自具有第一端部和相對的第二端部。第一和第二 側(cè)壁的第一端部從底表面延伸，并且第一和第二側(cè)壁朝彼此傾斜，直到在相應(yīng)的第一和第 二側(cè)壁的第二端部處相遇，從而限定中心線和凸脊的頂部部分。第一和第二側(cè)壁相對于底 表面以基本相等但相反的斜度傾斜。第一多個凸脊的至少第一部分對應(yīng)于渦輪輪葉的至少 后部部分，并且相對于渦輪輪葉的旋轉(zhuǎn)軸線以第一角度定向。第一角度的范圍為大約20度 至大約70度。圖案包括第一多個凸脊，其設(shè)置在底表面處，使得第一多個凸脊中的各個凸 脊基本平行于彼此。第一角度等于渦輪輪葉的后緣的離開角度。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種制造工業(yè)制品的方法。方法包括以下步驟：將第一 隔熱涂層噴涂到部件上，其中第一隔熱涂層由致密的沿堅向裂開的涂層形成。淀積步驟通 過將第二隔熱涂層3D打印成圖案來將第二隔熱涂層淀積到第一隔熱涂層上。圖案包括設(shè) 置在部件的底表面處的多個凸脊。第二隔熱涂層的孔隙率通過調(diào)節(jié)3D打印屬性來控制，并 且這些屬性包括下者中的至少一個：粒度分布、飽和水平、粘合劑/體積比率或?qū)雍穸取?br> [0013] 一種制造工業(yè)制品的方法，所述方法包括： 將第一涂層噴涂到襯底上； 通過3D打印設(shè)置成圖案的材料來將第二涂層淀積到所述第一涂層上，其中，所述圖案 包括： 設(shè)置在渦輪部件的底表面處的第一多個凸脊， 所述第一多個凸脊中的各個凸脊由第一側(cè)壁和第二側(cè)壁限定，所述第一和第二側(cè)壁各 自具有第一端部和相對的第二端部，所述第一和第二側(cè)壁的第一端部從所述底表面延伸， 所述第一和第二側(cè)壁朝彼此傾斜，直到在相應(yīng)的第一和第二側(cè)壁的第二端部處相遇，從而 限定中心線和所述凸脊的頂部部分，所述第一和第二側(cè)壁相對于所述底表面以基本相等但 相反的斜度傾斜； 其中，所述第一多個凸脊的與渦輪輪葉的至少后部部分相對應(yīng)的至少第一部分相對于 所述渦輪輪葉的旋轉(zhuǎn)軸線以第一角度定向； 其中，所述第一角度的范圍為大約20度至大約70度； 其中，所述圖案包括所述第一多個凸脊，其設(shè)置在所述底表面處，使得所述第一多個凸 脊中的各個凸脊基本平行于彼此；以及 其中，所述第一角度等于所述渦輪輪葉的后緣的離開角度。
[0014] 在一個實施例中，所述第二涂層的孔隙率通過調(diào)節(jié)3D打印屬性來控制，所述屬性 包括下者中的至少一個： 粒度分布、飽和水平、粘合劑/體積比率或?qū)雍穸取?br> [0015] 在一個實施例中，所述粒度分布介于大約50微米和大約200微米之間。
[0016] 在一個實施例中，所述第二涂層的孔隙率介于大約5%和大約50%之間。
[0017] 在一個實施例中，所述第二涂層的孔隙率介于大約10%和大約30%之間。
[0018] 在一個實施例中，所述第一涂層為致密的沿堅向裂開的隔熱涂層。
[0019] 在一個實施例中，所述第一多個凸脊中的各個凸脊相對于彼此相等地間隔開大約 1毫米至大約14毫米。
[0020] 在一個實施例中，沿堅向從所述底表面到所述頂部部分進行測量的各個凸脊的高 度的范圍為大約〇. 25毫米至大約4毫米。
[0021] 在一個實施例中，第二多個凸脊相對于所述渦輪輪葉的旋轉(zhuǎn)軸線以第二角度設(shè)置 在所述底表面處，使得第一和第二多個凸脊相交，并且所述第二角度不同于所述第一角度。
[0022] 在一個實施例中，所述第一多個凸脊延伸到所述第一多個凸脊的與所述渦輪輪葉 的前部部分相對應(yīng)的第二部分，所述第二部分限定所述第一多個凸脊的彎曲區(qū)段；以及 其中，所述彎曲區(qū)段包括所述第一多個凸脊，其設(shè)置成使得所述凸脊基本對應(yīng)于所述 渦輪輪葉的中弧線形狀而彎曲。
[0023] 在一個實施例中，所述底表面包括下者中的至少一個： 隔熱涂層； 金屬粘合涂層；以及 所述渦輪護罩的表面，所述渦輪護罩的表面為金屬和陶瓷中的至少一個。
[0024] 在一個實施例中，所述隔熱涂層包括中的至少一個： 鋇鍶鋁硅酸鹽； 純氧化锫； 氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯； 氧化鐿穩(wěn)定的氧化鋯； 氧化鎂穩(wěn)定的氧化鋯；以及 氧化鈣穩(wěn)定的氧化鋯；以及 其中，所述金屬粘合涂層包括下者中的至少一個， Beta-NiAl的金屬間化合物；以及MCrAlX,所述M包括鎳、鈷、鐵中的至少一個，而X包 括氧化釔、鋯、硅、鉿中的至少一個。
[0025] 在一個實施例中，所述材料包括下者中的至少一個： 陶瓷涂層； 渦輪護罩的陶瓷表面； 金屬涂層；以及 所述渦輪護罩的金屬表面。
[0026] 一種制造工業(yè)制品的方法，所述方法包括： 將第一隔熱涂層噴涂到部件上，所述第一隔熱涂層由致密的沿堅向裂開的涂層形成； 通過將第二隔熱涂層3D打印成圖案來將所述第二隔熱涂層淀積到所述第一隔熱涂層 上，其中，所述圖案包括設(shè)置在所述部件的底表面處的多個凸脊；以及 其中，所述第二隔熱涂層的孔隙率通過調(diào)節(jié)3D打印屬性來控制，所述屬性包括下者中 的至少一個：粒度分布、飽和水平、粘合劑/體積比率或?qū)雍穸取?br> [0027] 在一個實施例中，所述粒度分布介于大約50微米和大約200微米之間。
[0028] 在一個實施例中，所述第二隔熱涂層的孔隙率介于大約5%和大約50%之間。
[0029] 在一個實施例中，所述第二隔熱涂層的孔隙率介于大約10%和大約30%之間。
[0030] 在一個實施例中，所述多個凸脊中的各個凸脊相對于彼此相等地間隔開大約1毫 米至大約14毫米；以及 沿堅向從所述底表面到頂部部分進行測量的所述多個凸脊中的各個凸脊的高度的范 圍為大約〇. 25毫米至大約4毫米。
[0031] 在一個實施例中，所述第一隔熱涂層和所述第二隔熱涂層包括下者中的至少一 個： 鋇鍶鋁硅酸鹽； 純氧化锫； 氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯； 氧化鐿穩(wěn)定的氧化鋯； 氧化鎂穩(wěn)定的氧化鋯；以及 氧化鈣穩(wěn)定的氧化鋯。
[0032] 在一個實施例中，所述材料包括下者中的至少一個： 陶瓷涂層； 渦輪護罩的陶瓷表面； 金屬涂層；以及 所述渦輪護罩的金屬表面。
[0033] 根據(jù)結(jié)合附圖閱讀的以下描述，本發(fā)明的以上和其它目標、特征和優(yōu)點將變得顯 而易見，在附圖中，相同參考標號表示相同元件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034] 現(xiàn)在參照附圖，其中相同元件在若干圖中以相同方式標號： 圖1為曲線圖，除了在渦輪輪葉末端和渦輪護罩的內(nèi)表面之間的間隙的減小之外，其 顯示了由于存在圖案而得到的渦輪的空氣動力學(xué)性能的改進； 圖2為可磨蝕圖案的平面圖，其以虛線線顯示接觸根據(jù)示例性實施例的可磨蝕圖案的 渦輪輪葉末端的外表面的輪廓； 圖3為限定可磨蝕圖案的示例性實施例的凸脊的橫截面圖； 圖4為限定圖案的示例性實施例的凸脊的橫截面圖。
[0035] 圖5為具有可磨蝕圖案的底表面的平面圖，其中，圖案為根據(jù)示例性實施例的多 個平行的凸脊； 圖6為具有可磨蝕圖案的底表面的平面圖，其中，圖案為第一多個平行凸脊，其與第二 多個平行凸脊相交而形成菱形形狀； 圖7顯示通過渦輪輪葉的橫截面的中弧線； 圖8為具有可磨蝕圖案的底表面的平面圖，其中，圖案為平行線，其在圖案的與渦輪輪 葉的前部部分相對應(yīng)的部分處彎曲向中弧線；以及 圖9為根據(jù)本發(fā)明的一方面的3D打印方法的流程圖。
[0036] 部件列表： 9前部部分 10輪葉末端 11后部部分 12可磨蝕圖案 13前表面 14平移方向 15后表面 16凸脊 17箭頭 20底表面 21可磨蝕涂層 22中心線 24凸脊高度 30第一側(cè)壁 31第一端部 32第二側(cè)壁 33第二端部 34頂部部分 37可旋轉(zhuǎn)軸 42基準線 43渦輪護罩 44距離 48第一角度 50第二多個凸脊 52第二角度 60中弧線 62離開角度 66第一端部 68第二端部 70彎曲區(qū)段 72筆直區(qū)段 116第一多個凸脊 900方法 910步驟 920步驟。

【具體實施方式】
[0037] 本發(fā)明的示例性實施例包括應(yīng)用限定圖案的可磨蝕涂層的方法，該圖案改進可磨 蝕材料的可磨蝕性且通過改進圍繞渦輪輪葉末端的密封而改進渦輪的空氣動力學(xué)性能。另 一個示例性實施例包括應(yīng)用形成于渦輪護罩的內(nèi)表面中的圖案的方法。大體上，通過用材 料3D打印多個凸脊來形成圖案。材料可例如與渦輪護罩或工業(yè)制品的內(nèi)表面成整體。圖 案的示例性實施例通過減小渦輪輪葉末端和渦輪護罩之間的空間來改進渦輪的空氣動力 學(xué)性能，從而改進圍繞渦輪輪葉末端的密封。由于圖案減小了多個渦輪輪葉末端中的各個 渦輪輪葉末端的空氣動力學(xué)損失，所以實現(xiàn)了額外的空氣動力學(xué)性能改進。渦輪護罩的內(nèi) 表面上的帶圖案表面對外壁上的主流提供引導(dǎo)。因而，即使未改進密封，帶圖案的表面也會 減小空氣動力學(xué)損失。圖1是示出改進的圖案的各種備選實施例的空氣動力學(xué)益處的曲線 圖。如圖1中顯示，除了存在圖案所產(chǎn)生的間隙的任何實際減小之外，通過將圖案設(shè)置在渦 輪護罩的內(nèi)表面上，減小了渦輪輪葉末端和渦輪護罩的內(nèi)表面之間的有效間隙。圖案的示 例性實施例還改進了可磨蝕性，因為減小了在與渦輪輪葉末端摩擦期間必須被移除的可磨 蝕涂層的體積。圖案的改進的可磨蝕性導(dǎo)致渦輪輪葉末端較少被磨蝕，從而消除處理各個 渦輪輪葉末端以減少其這種磨蝕的需要。
[0038] 圖2是可磨蝕圖案12的示例性實施例的圖，其顯示接觸區(qū)域。接觸區(qū)域為以陰影 線顯示的渦輪輪葉末端10的與可磨蝕圖案12接觸的外表面的輪廓。箭頭17顯示渦輪輪 葉末端10相對于可磨蝕圖案12的平移方向。在示例性實施例中，渦輪輪葉末端10的平移 由渦輪輪葉末端10的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生。箭頭17表示流體流相對于可磨蝕圖案12的方向。渦輪 輪葉末端10包括前部部分9和后部部分11。前部部分9為渦輪輪葉末端10的在渦輪運行 期間首先將流體流接收在葉片排中的部分。渦輪輪葉末端10的前部部分9沿與平移方向 14相反的方向彎曲，以改進渦輪輪葉末端10的空氣動力學(xué)特性。前表面13為渦輪輪葉末 端10的表面，當(dāng)渦輪輪葉末端10在正常運行期間旋轉(zhuǎn)時，該表面相對于平移方向14在渦 輪輪葉末端10的前部。后表面15為渦輪輪葉末端10的表面，當(dāng)渦輪輪葉末端10在正常 運行期間旋轉(zhuǎn)時，該表面相對于平移方向14在渦輪輪葉末端10的前表面13的后部。后部 部分11為渦輪輪葉末端10的一部分，當(dāng)渦輪輪葉末端10在正常運行期間旋轉(zhuǎn)時，該部分 相對于平移方向14在前部部分9之后。
[0039] 可磨蝕圖案12由設(shè)置在底表面20上的第一多個凸脊16限定。多個凸脊16中的 各個凸脊16基本平行于各個其它凸脊16。多個凸脊16中的各個凸脊16還相對于各個其 它凸脊16基本等距。
[0040] 圖3顯示示例性實施例中的第一多個凸脊16中的一個凸脊16的橫截面圖。凸脊 16設(shè)置在底表面20上。在示例性實施例上，底表面20設(shè)置在渦輪護罩43的內(nèi)表面處，但 是，底表面20不限于此，而是包括其它適當(dāng)?shù)谋砻?。底表?0包括例如應(yīng)用到渦輪護罩43 的內(nèi)表面上的隔熱涂層、應(yīng)用到渦輪護罩43的內(nèi)表面上的金屬粘合涂層，或渦輪護罩的暴 露的內(nèi)表面。渦輪護罩的暴露的內(nèi)表面包括但是不限于金屬和陶瓷表面。隔熱涂層包括例 如鋇鍶鋁硅酸鹽或部分地或完全用氧化釔（例如，大約7%至大約20%)穩(wěn)定的氧化鋯、氧化 鐿穩(wěn)定的氧化鋯、純氧化鋯（未穩(wěn)定的，即大約99. 9%)、氧化鎂、氧化鈣，或其它穩(wěn)定劑。金 屬粘合涂層包括Beta-NiAl的金屬間化合物；以及MCrAlX，M包括鎳、鈷、鐵中的至少一個和 鎳、鈷和鐵的任何組合，而X包括氧化釔、锫、娃、鉿中的至少一個和氧化釔、锫、娃、鉿的任 何組合。例如，金屬粘合涂層可包括MCrAlX, M包括鎳、鈷或鐵中的至少一個（或它們的組 合），而X包括氧化釔、鋯、硅、鉿中的至少一個（或它們的組合）。底表面20可選地覆蓋在 一層可磨蝕涂層21中。如果使用該層可磨蝕涂層21，則該層的高度相對于底表面20高達 大約0.32毫米。凸脊16具有中心線22和凸脊高度24。在中心線22處的凸脊高度24從 底表面20測量到頂部部分34。如果使用該層可磨蝕涂層21，則凸脊高度24從該層可磨蝕 涂層21的外表面測量到頂部部分34。各個凸脊16的凸脊高度24等于第一多個凸脊16中 的各個其它凸脊16的凸脊高度24。凸脊高度24的范圍為大約0. 1毫米至大約4毫米，而 優(yōu)選的凸脊高度24為大約0. 25毫米至大約2毫米。各個凸脊16由第一側(cè)壁30和第二側(cè) 壁32限定。第一側(cè)壁30和第二側(cè)壁32由第一端部31和第二端部33限定。第一側(cè)壁30 和第二側(cè)壁32兩者的第一端部31設(shè)置成接觸底表面20且從底表面20延伸。第一側(cè)壁30 和第二側(cè)壁32兩者的第二端部33連結(jié)在一起且限定頂部部分34。第一側(cè)壁30和第二側(cè) 壁32成設(shè)置使得第一側(cè)壁30和第二側(cè)壁32隨著它們從底表面20延伸而朝向彼此傾斜。 在頂部部分34處的中分凸脊16對應(yīng)于各個凸脊16的中心線22。第一側(cè)壁30和第二側(cè)壁 32相對于底表面20以基本相等但相反的斜度傾斜向中心線22。頂部部分34的形狀可對 應(yīng)于相應(yīng)的第一側(cè)壁30和第二側(cè)壁32的連接的第二端部而基本彎曲，如示出的那樣，或當(dāng) 在橫截面圖中看時限定三角形的兩邊。
[0041] 可磨蝕涂層21和/或凸脊16可由隔熱涂層（TBC)構(gòu)成。TBC可鄰近且覆蓋粘合 涂層。TBC的厚度典型地范圍為大約1至大約100密耳（大約25至大約2540微米），并且 將取決于各種因素，包括所涉及的制品的設(shè)計參數(shù)。例如，對于渦輪護罩，TBC典型地較厚 且通常范圍為大約30至大約70密耳（大約762至大約1778微米），更典型地大約40至大 約60密耳（大約1016至大約1524微米）。相反，在渦輪葉片的情況下，TBC典型地較薄且 范圍為大約3至大約30密耳（大約76至大約762微米），更典型地大約3至大約10密耳 (大約76至大約254微米）。
[0042] TBC可包括高斷裂韌度內(nèi)層，其鄰近且覆蓋粘合涂層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，沖擊破壞產(chǎn)生的 TBC的剝落和移除典型地不以逐漸的磨蝕狀方式出現(xiàn)。相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其典型地為沿堅向延 伸的裂縫的結(jié)果，該裂縫從TBC的外表面（由于硬物體的沖擊）形成和傳播到TBC和粘合 涂層之間的界面，因而導(dǎo)致TBC在這個界面處或附近的失效，S卩，在這里出現(xiàn)TBC的最終分 層。已經(jīng)進一步發(fā)現(xiàn)，水平地延伸的裂縫也可形成在TBC的各種深度或水平處，它們相對于 這個界面間隔開。因此，一系列的"層疊的"區(qū)段或?qū)涌稍赥BC中形成這些水平裂縫處脫開 和掉下。定位在粘合涂層和外部隔熱層之間的界面處的TBC的內(nèi)層的高斷裂韌度相信會中 斷這些沿堅向延伸的裂縫的傳播，以及最大程度地減少或阻止水平地延伸的裂縫的形成和 傳播，因而對TBC以及特別是外部隔熱層賦予耐沖擊和剝落性。對于具有減小的導(dǎo)熱性的、 往往更易于出現(xiàn)沖擊損害所產(chǎn)生的這樣的堅向裂縫傳播的某些外部隔熱層，這種高斷裂韌 度內(nèi)層的使用可為特別合乎需要的。
[0043] 內(nèi)層典型地形成為較薄的層，以對TBC賦予耐沖擊和剝落性，特別是外部層，并且 不過度地影響TBC的其它合乎需要的（例如，機械和隔熱）屬性，包括應(yīng)變?nèi)萑绦?、模量?導(dǎo)熱性。在這方面，內(nèi)層應(yīng)當(dāng)具有高達大約5密耳（127微米）的厚度。典型地，內(nèi)層的厚 度的范圍為大約0. 5至大約2密耳（大約13至大約51微米），更典型地大約1至大約2密 耳（大約25至大約51微米）。
[0044] TBC的內(nèi)層可包括含氧化鋯的陶瓷成分，其在正方晶相的某個區(qū)域中被穩(wěn)定，以便 增加斷裂韌度且因而為TBC賦予改進的耐沖擊性。這些內(nèi)層的斷裂韌度和耐沖擊性可基于 與相應(yīng)的含氧化鋯的陶瓷成分等效的氧化鋯晶格穩(wěn)定性的作用來預(yù)測。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)斷裂韌度 和耐沖擊性能與等效的氧化鋯晶格穩(wěn)定性有關(guān)。
[0045] 可計算這些含氧化鋯的陶瓷成分在正方晶相中的晶格穩(wěn)定性，包括逐步增加穩(wěn)定 金屬氧化物（諸如氧化釔）的作用。隨著含氧化鋯的陶瓷成分中的氧化釔的水平降低，c/ a比率相反地增加。已經(jīng)進一步發(fā)現(xiàn)，隨著c/a比率增加，斷裂韌度增加且耐沖擊性得到改 進，g卩，降低氧化釔水平會增加包括含氧化鋯的陶瓷成分的高斷裂韌度內(nèi)層的斷裂韌度和 改進耐沖擊性能。
[0046] 為了提供具有適當(dāng)?shù)哪蜎_擊性能的高斷裂韌度內(nèi)層，含氧化鋯的陶瓷成分具有的 c/a比率應(yīng)當(dāng)?shù)湫偷胤秶鸀榇蠹s1.011至大約1.016,更典型地范圍為大約1.013至大約 1.015。用于高斷裂韌度內(nèi)層中的、具有這些c/a比率的適當(dāng)?shù)暮趸喌某煞挚砂ㄖ辽?大約90%的氧化鋯。典型地，這些含氧化鋯的成分包括大約93%至大約96%的氧化鋯，更典 型地大約93. 5%至大約95. 5%的氧化鋯。用于高斷裂韌度內(nèi)層26中的、具有這些c/a比率 的適當(dāng)?shù)暮趸喌某煞诌M一步包括穩(wěn)定量的穩(wěn)定金屬氧化物。典型地，包括成分的大約 4%至大約7%的量的穩(wěn)定金屬氧化物。適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定金屬氧化物可選自下者組成的組：氧化 釔、氧化興、二氧化鋪、氧化鈧、氧化鎂、氧化銦、氧化鑭、氧化禮、氧化釹、氧化杉、氧化鏑、氧 化鉺、氧化鐿、氧化銪、氧化鐠和其混合物。用于高斷裂韌度內(nèi)層中的含氧化鋯的陶瓷成分 典型地包括氧化釔作為穩(wěn)定金屬氧化物，其量為成分的大約4. 5%至大約6. 5%。
[0047] 雖然含氧化鋯的成分的c/a比率對斷裂韌度和耐沖擊性能具有特別強的作用，但 是已經(jīng)進一步發(fā)現(xiàn)，TBC的得到的保護性內(nèi)層的孔隙率水平也具有作用。因此，可通過可選 地使內(nèi)層較致密（即，通過降低其孔隙率）來獲得額外的斷裂韌度和耐沖擊性益處。這典 型地通過將內(nèi)層形成為具有為大約0. 20或更小，更典型地大約0. 15或更小的小數(shù)的孔隙 率來實現(xiàn)。典型地，內(nèi)層具有為大約〇. 10至大約〇. 20,更典型地大約0. 10至大約0. 15的 小數(shù)的孔隙率。
[0048] 進一步的斷裂韌度和耐沖擊性益處可以可選地通過在內(nèi)層中提供高達大約10% 的二氧化鉿來獲得。典型地，二氧化鉿在內(nèi)層中存在的量為大約2至大約7%，更典型地大約 4至大約6%。諸如氧化鑭、氧化釹、氧化禮和其混合物的其它金屬氧化物還可以可選地在內(nèi) 層中存在高達大約1%的量，更典型地范圍為大約〇. 3至大約0. 5%的量。僅作為幾個示例， 包括二氧化鉿和/或這些其它金屬氧化物的適當(dāng)?shù)暮趸喌奶沾沙煞职ㄔ谝韵卤?中 顯示的那些： 表1

【權(quán)利要求】
1. 一種制造工業(yè)制品的方法，所述方法包括： 將第一涂層噴涂到襯底上； 通過3D打印設(shè)置成圖案的材料來將第二涂層淀積到所述第一涂層上，其中，所述圖案 包括： 設(shè)置在渦輪部件的底表面處的第一多個凸脊， 所述第一多個凸脊中的各個凸脊由第一側(cè)壁和第二側(cè)壁限定，所述第一和第二側(cè)壁各 自具有第一端部和相對的第二端部，所述第一和第二側(cè)壁的第一端部從所述底表面延伸， 所述第一和第二側(cè)壁朝彼此傾斜，直到在相應(yīng)的第一和第二側(cè)壁的第二端部處相遇，從而 限定中心線和所述凸脊的頂部部分，所述第一和第二側(cè)壁相對于所述底表面以基本相等但 相反的斜度傾斜； 其中，所述第一多個凸脊的與渦輪輪葉的至少后部部分相對應(yīng)的至少第一部分相對于 所述渦輪輪葉的旋轉(zhuǎn)軸線以第一角度定向； 其中，所述第一角度的范圍為大約20度至大約70度； 其中，所述圖案包括所述第一多個凸脊，其設(shè)置在所述底表面處，使得所述第一多個凸 脊中的各個凸脊基本平行于彼此；以及 其中，所述第一角度等于所述渦輪輪葉的后緣的離開角度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二涂層的孔隙率通過調(diào)節(jié)3D打印 屬性來控制，所述屬性包括下者中的至少一個： 粒度分布、飽和水平、粘合劑/體積比率或?qū)雍穸取?br> 3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述粒度分布介于大約50微米和大約 200微米之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二涂層的孔隙率介于大約5%和大 約50%之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二涂層的孔隙率介于大約10%和 大約30%之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一涂層為致密的沿堅向裂開的隔 熱涂層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一多個凸脊中的各個凸脊相對于 彼此相等地間隔開大約1毫米至大約14毫米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，沿堅向從所述底表面到所述頂部部分進 行測量的各個凸脊的高度的范圍為大約〇. 25毫米至大約4毫米。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第二多個凸脊相對于所述渦輪輪葉的旋 轉(zhuǎn)軸線以第二角度設(shè)置在所述底表面處，使得第一和第二多個凸脊相交，并且所述第二角 度不同于所述第一角度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一多個凸脊延伸到所述第一多 個凸脊的與所述渦輪輪葉的前部部分相對應(yīng)的第二部分，所述第二部分限定所述第一多個 凸脊的彎曲區(qū)段；以及 其中，所述彎曲區(qū)段包括所述第一多個凸脊，其設(shè)置成使得所述凸脊基本對應(yīng)于所述 渦輪輪葉的中弧線形狀而彎曲。
【文檔編號】B22F3/105GK104511590SQ201410509780
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月1日
【發(fā)明者】D.V.布奇, S.C.科蒂林加姆, P.辛赫 申請人:通用電氣公司