專利名稱：用于將涂層粘附到襯底結(jié)構(gòu)上的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及用于將涂層粘附到襯底結(jié)構(gòu)上的系統(tǒng)和方法，并且更具體而言，涉及用于減小施用于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的涂層的非彈性變形的方法。
背景技術(shù)：
在旋轉(zhuǎn)機(jī)器中，諸如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，構(gòu)件常常包括用以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的合乎需要的性能、耐用性和/或壽命品質(zhì)的涂層。例如，涂層可構(gòu)造成阻止氧化、腐蝕、熱傳遞、污染和/或其它過程。這樣的構(gòu)件典型地包括構(gòu)造成滿足第一組設(shè)計(jì)目標(biāo)的襯底結(jié)構(gòu)和結(jié)合到襯底結(jié)構(gòu)的外表面上的涂層，其中，涂層構(gòu)造成滿足第二組設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)于襯底結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)可處理質(zhì)量限制、結(jié)構(gòu)要求和空氣動(dòng)力學(xué)形狀考量，而關(guān)于涂層的設(shè)計(jì)目標(biāo)可處理不同的考量，諸如粘附到襯底結(jié)構(gòu)上和保護(hù)襯底結(jié)構(gòu)。因而，襯底結(jié)構(gòu)典型地(但不是排它性地)包括與涂層的材料不同的材料。因此，襯底結(jié)構(gòu)的熱膨脹速率可與涂層的熱膨脹速率不同，從而在襯底結(jié)構(gòu)和涂層之間的結(jié)合部處引起應(yīng)力。在旋轉(zhuǎn)機(jī)器中，諸如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械可經(jīng)受大的徑向加速，從而在它們的主題構(gòu)件內(nèi)引起持續(xù)的高的力。另外，諸如渦輪葉片的一些構(gòu)件也可經(jīng)受高溫。因此，在襯底結(jié)構(gòu)和涂層之間的結(jié)合部可受到挑戰(zhàn)。在一些情況下，施用于經(jīng)涂覆的構(gòu)件的應(yīng)力可導(dǎo)致涂層中相對(duì)于襯底結(jié)構(gòu)有粘性變形或非彈性的變形(即蠕變)，其中，這樣的變形典型地發(fā)生在載荷的方向上。在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件中，載荷的方向典型地是徑向方向。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員尋求一種用于減小旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的涂層的非彈性變形的新系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于將涂層粘附到襯底結(jié)構(gòu)上的方法包括選擇具有定向成基本大致平行于徑向應(yīng)力方向的外表面的襯底結(jié)構(gòu)；修改外表面，以提供具有臺(tái)階的紋理區(qū)，以將涂層粘附到其上；以及施用涂層，以使涂層在紋理區(qū)的至少一部分的上面延伸，并且使涂層粘附到外表面上，其中，臺(tái)階定向成基本垂直于徑向應(yīng)力方向，以便阻止涂層相對(duì)于襯底結(jié)構(gòu)的變形。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種旋轉(zhuǎn)構(gòu)件包括具有定向成基本大致平行于徑向應(yīng)力方向的外表面的襯底結(jié)構(gòu)。外表面限定具有臺(tái)階的紋理區(qū)，以將涂層粘附到其上，并且涂層在紋理區(qū)的至少一部分的上面延伸，并且粘附到外表面上。臺(tái)階定向成基本垂直于徑向應(yīng)力方向，以便阻止涂層相對(duì)于襯底結(jié)構(gòu)的變形。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于將涂層粘附到襯底結(jié)構(gòu)上的方法，所述方法包括選擇具有定向成基本平行于徑向應(yīng)力方向的外表面的襯底結(jié)構(gòu)；修改所述外表面，以提供具有臺(tái)階的紋理區(qū)，以將涂層粘附到其上；以及施用涂層，以使所述涂層在所述紋理區(qū)的至少一部分的上面延伸，以及使所述涂層粘附到所述外表面上；其中，所述臺(tái)階定向成大致垂直于所述徑向應(yīng)力方向，以便阻止所述涂層相對(duì)于所述襯底結(jié)構(gòu)的變形。所述方法進(jìn)一步包括使所述臺(tái)階沿著所述襯底結(jié)構(gòu)的周向方向而定向。所述方法進(jìn)一步包括使所述臺(tái)階中的各個(gè)形成為以便限定尖鼻部。所述方法進(jìn)一步包括使所述臺(tái)階中的各個(gè)形成為以便限定尖膝部。所述方法進(jìn)一步包括使所述臺(tái)階中的各個(gè)形成為以便限定承載表面，涂層能夠靠在所述承載表面上，以便通過所述涂層的壓縮來阻止蠕變。所述方法進(jìn)一步包括使所述承載表面定向成大致垂直于所述徑向應(yīng)力方向。所述方法進(jìn)一步包括使所述承載表面定向成以便相對(duì)于所述徑向應(yīng)力方向而形成小于大約90度的角度。所述方法進(jìn)一步包括使所述承載表面定向成以便相對(duì)于所述徑向應(yīng)力方向而形成介于大約90度和大約45度之間的角度。所述方法進(jìn)一步包括使所述承載表面定向成相對(duì)于所述徑向應(yīng)力方向大致為大約45度。所述方法進(jìn)一步包括使所述臺(tái)階形成為以便限定連續(xù)的膝部。所述方法進(jìn)一步包括使所述臺(tái)階定向成大致平行于彼此。所述方法進(jìn)一步包括以選自下者的工藝的厚度特性來淀積所述涂層噴涂、燒結(jié)、火焰噴涂、氣相淀積、濺射和無電涂覆。所述襯底結(jié)構(gòu)是渦輪翼型件。所述襯底結(jié)構(gòu)是渦輪盤。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種旋轉(zhuǎn)構(gòu)件包括具有定向成大致平行于徑向應(yīng)力方向的外表面的襯底結(jié)構(gòu)；所述外表面，其限定具有臺(tái)階的紋理區(qū)，以將涂層粘附到其上；以及涂層，其在所述紋理區(qū)的至少一部分的上面延伸，并且粘附到所述外表面上；其中，所述臺(tái)階定向成大致垂直于所述徑向應(yīng)力方向，以便阻止所述涂層相對(duì)于所述襯底結(jié)構(gòu)的變形。所述臺(tái)階大致沿著所述襯底結(jié)構(gòu)的周向方向而定向。所述臺(tái)階中的各個(gè)形成為以便限定尖鼻部。所述臺(tái)階中的各個(gè)形成為以便限定尖膝部。所述臺(tái)階中的各個(gè)形成為以便限定承載表面，涂層能夠靠在所述承載表面上，以便通過所述涂層的壓縮來阻止蠕變。所述承載表面定向成以便相對(duì)于所述徑向應(yīng)力方向形成小于大約90度的角度。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下描述，這些和其它優(yōu)點(diǎn)與特征將變得更加顯而易見。


在說明書的結(jié)論部分處的權(quán)利要求中特別指出和明確聲明了被視為本發(fā)明的主題。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它特征與優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的、準(zhǔn)備好被修改以便包括臺(tái)階的示例性襯底結(jié)構(gòu)的 圖2是根據(jù)本發(fā)明的、已經(jīng)過修改以便包括臺(tái)階的示例性襯底結(jié)構(gòu)的 圖3是根據(jù)本發(fā)明的、已經(jīng)過修改以便包括臺(tái)階的示例性襯底結(jié)構(gòu)的 圖4是如圖3中顯示的那樣的臺(tái)階的放大 圖5是根據(jù)本發(fā)明的、已經(jīng)過修改以便包括臺(tái)階的示例性襯底結(jié)構(gòu)的 圖6是如圖5中顯示的那樣的臺(tái)階的放大 圖7是根據(jù)本發(fā)明的、已經(jīng)過修改以便包括臺(tái)階的示例性襯底結(jié)構(gòu)的 圖8是如圖7中顯示的那樣的臺(tái)階的放大 圖9是根據(jù)本發(fā)明的、已經(jīng)過修改以便包括臺(tái)階的示例性襯底結(jié)構(gòu)的圖； 圖10是如圖9中顯示的那樣的臺(tái)階的放大 圖11是根據(jù)本發(fā)明的、已經(jīng)過修改以便包括臺(tái)階的示例性襯底結(jié)構(gòu)的 圖12是根據(jù)本發(fā)明的、已經(jīng)過修改以便包括臺(tái)階和涂層的示例性的經(jīng)涂履的襯底結(jié)構(gòu)的 圖13是根據(jù)本發(fā)明的、已經(jīng)過修改以便包括臺(tái)階和涂層的示例性的經(jīng)涂履的襯底結(jié)構(gòu)的圖；以及
圖14是根據(jù)本發(fā)明的、已經(jīng)過修改以便包括臺(tái)階和涂層的示例性的經(jīng)涂履的襯底結(jié)構(gòu)的圖。詳細(xì)描述參照附圖以示例的方式來闡明本發(fā)明的實(shí)施例，以及優(yōu)點(diǎn)與特征。部件列表 100襯底結(jié)構(gòu) 110翼型區(qū)段 112增厚前緣 114薄的后緣 116外表面
117凹入的壓力側(cè) 118凸起的吸力側(cè) 120徑向軸線 130內(nèi)部護(hù)罩 135葉片根部 200襯底結(jié)構(gòu) 210翼型區(qū)段 212前緣 214后緣 216外表面 218凸起的吸力側(cè) 220徑向軸線 230護(hù)罩 235葉片根部 240臺(tái)階 242紋理區(qū) 300襯底結(jié)構(gòu) 316外表面 320徑向軸線 340臺(tái)階 342膝部角度 343剪切表面 344承載表面 345鼻部 346膝部 348剪切表面 400襯底結(jié)構(gòu) 416外表面 420徑向軸線 440臺(tái)階 442膝部角度 443剪切表面 444承載表面 445鼻部 446膝部 448剪切表面 500襯底結(jié)構(gòu) 516外表面 520徑向軸線 540臺(tái)階 543剪切表面 544承載表面 545鼻部 546膝部 548剪切表面 600襯底結(jié)構(gòu) 616外表面 620徑向軸線 640臺(tái)階 643剪切表面 644承載表面 645鼻部 646膝部 648剪切表面 700渦輪組件 710渦輪葉片 740臺(tái)階 742紋理區(qū) 780襯底結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式圖1顯示了構(gòu)造成用作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪葉片的示例性襯底結(jié)構(gòu)100。因
此，襯底結(jié)構(gòu)100包括翼型區(qū)段110，翼型區(qū)段110沿著徑向軸線120而定向，并且聯(lián)接到葉片根部135上，葉片根部135構(gòu)造有供渦輪盤固持的鳩尾形狀。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)考量，翼型區(qū)段110包括增厚的前緣112和較薄的后緣114。在前緣112和后緣114之間，翼型區(qū)段110包括具有凹入的壓力側(cè)117和凸起的吸力側(cè)118的外表面116。襯底結(jié)構(gòu)100還包括定位在翼型區(qū)段110和葉片根部135之間的內(nèi)部護(hù)罩130。護(hù)罩130定向成大致垂直于徑向軸線120(8卩，呈周向定向)。在示例性實(shí)施例中，襯底結(jié)構(gòu)100可包括適于襯底結(jié)構(gòu)將在其中運(yùn)行的環(huán)境和工作循環(huán)的任何材料。例如，襯底結(jié)構(gòu)100可包括鋼、鎳、鈦、招、鉻、鑰和復(fù)合材料，包括具有碳和/或碳化硅纖維的那些復(fù)合材料。如圖2中顯示的那樣，類似于圖1中描繪的襯底結(jié)構(gòu)100，示例性襯底結(jié)構(gòu)200包括翼型區(qū)段210，翼型區(qū)段210沿著徑向軸線220而定向，并且聯(lián)接到葉片根部235上，葉片根部235構(gòu)造有供渦輪盤固持的鳩尾形狀。襯底結(jié)構(gòu)200還包括定位在翼型區(qū)段210和葉片根部235之間的內(nèi)部護(hù)罩230，并且護(hù)罩230定向成大致垂直于徑向軸線220 (即，呈周向定向)。值得注意的是，翼型區(qū)段210的外表面216限定一系列臺(tái)階240，在這個(gè)實(shí)施例中，臺(tái)階240在外表面216的凹入的壓力側(cè)217和凸起的吸力側(cè)218兩者上形成覆蓋翼型區(qū)段210的全部的紋理區(qū)242。臺(tái)階240定向成基本大致平行于彼此且基本垂直于襯底結(jié)構(gòu)的徑向軸線220。在這個(gè)實(shí)施例中，臺(tái)階240以也基本大致平行于襯底結(jié)構(gòu)200將在其中運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作流體流的方向的定向從前緣212延伸到后緣214。因此，在其中施用涂層的外表面顯露紋理區(qū)的臺(tái)階的實(shí)施例中，外形將沿著流的流線定向，從而比在外形相對(duì)于流線以斜角的情況弓I起更少中斷。應(yīng)當(dāng)注意，如本文所用，徑向軸線220的定向由在運(yùn)行中施加在安裝在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中以及由旋轉(zhuǎn)的渦輪盤所固持的襯底結(jié)構(gòu)200上的最大應(yīng)力的定向限定。因此，隨著襯底結(jié)構(gòu)200旋轉(zhuǎn)，施加在襯底結(jié)構(gòu)200上的徑向應(yīng)力(根據(jù)定義)沿著徑向軸線220而定向。當(dāng)從整體上觀察時(shí)，由于襯底結(jié) 構(gòu)200的外表面216定向成基本大致平行于徑向應(yīng)力方向，所以外表面216和施用在外表面的上面的涂層之間的結(jié)合部大體上且主要會(huì)經(jīng)受剪切應(yīng)力。因而，在沒有臺(tái)階240的情況下，結(jié)合部阻止蠕變的能力主要取決于結(jié)合部在剪切方面的強(qiáng)度。但是，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，由于臺(tái)階240定向成基本垂直于徑向軸線220，并且從而定向成基本垂直于徑向應(yīng)力方向(即，最大載荷的方向)，所以臺(tái)階240提供用于協(xié)助涂層阻止相對(duì)于臺(tái)階240和它們?cè)谝r底結(jié)構(gòu)200的外表面216上限定的紋理區(qū)242的蠕變的機(jī)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，臺(tái)階240(包括它們的形狀、構(gòu)造、深度、定向和間隔)構(gòu)造成提供涂層可靠在其上的一系列支持物(即，承載表面)。因此，涂層可通過其壓縮強(qiáng)度來阻止至少局部地鄰近承載表面的蠕變，從而使得涂層能夠較好地阻止蠕變。在示例性實(shí)施例中，臺(tái)階240可為淺的、有方形邊緣的，以及/或者遞歸的，而且由于臺(tái)階240的基本大致平行的定向的原因，紋理區(qū)可呈現(xiàn)有規(guī)則的外觀。臺(tái)階240的尺寸典型地在幅度上足夠大，以至于紋理區(qū)提供臺(tái)階式表面紋理，而非僅臺(tái)階式晶粒結(jié)構(gòu)，并且臺(tái)階240從而提供用于阻止可施用在紋理區(qū)242的上面或以別的方式粘附到紋理區(qū)242上的任何涂層(諸如保護(hù)涂層)的粘性或非彈性的變形(即，蠕變)的手段。因此，紋理區(qū)242的臺(tái)階式表面用作涂層可粘附到其上的自結(jié)合式襯底。為了形成臺(tái)階240，在將涂層施用到襯底結(jié)構(gòu)200的紋理區(qū)242的上面之前，可對(duì)外表面216進(jìn)行機(jī)械加工。備選地，可使用本領(lǐng)域已知的其它方法，包括機(jī)械研磨、激光切害I]、化學(xué)蝕刻、磨光、壓印、沖壓、冷成型、鑄造、模制或鍛造。在示例性實(shí)施例中，用以形成臺(tái)階240的工具(諸如用于鑄造的模子或用于化學(xué)蝕刻的掩模或用于機(jī)械加工或壓印或沖壓的工具)成形成與臺(tái)階240的外形互補(bǔ)。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，通過一系列機(jī)械加工和/或激光蝕刻行程(pass)來形成臺(tái)階240。因此，另一個(gè)示例性工具成形成與單個(gè)臺(tái)階互補(bǔ)。在涂層施用在紋理區(qū)242的上面之后，涂層可構(gòu)造成形成較均勻和平滑的、基本沒有臺(tái)階或其它間斷的外表面。備選地，施用涂層的外表面可構(gòu)造成以便顯露紋理區(qū)的臺(tái)階，并且外形可定向成基本對(duì)準(zhǔn)經(jīng)過構(gòu)件的工作流體流的流線。示例性涂層可為陶瓷或金屬(例如，含有鎳)，并且可選擇和/或構(gòu)造成以便阻止可能會(huì)以別的方式影響襯底結(jié)構(gòu)的性能和/或壽命的氧化、腐蝕、熱傳遞以及/或者污染，同時(shí)有效地結(jié)合到襯底結(jié)構(gòu)200上。如圖3中顯示的那樣，襯底結(jié)構(gòu)300沿著徑向軸線320而設(shè)置，使得襯底結(jié)構(gòu)300的外表面316定向成基本大致平行于徑向軸線320，并且包括定向成基本大致平行于彼此且基本垂直于徑向軸線320的一系列臺(tái)階340。涂層350在臺(tái)階340的上面延伸，臺(tái)階340形成外表面316的紋理區(qū)，并且涂層350結(jié)合或粘附到外表面316上。在這個(gè)實(shí)施例中，涂層構(gòu)造成形成較均勻和平滑的、基本沒有臺(tái)階或其它間斷的外表面。但是，應(yīng)當(dāng)理解，備選實(shí)施例是可行的，其中，施用的涂層構(gòu)造成顯露紋理區(qū)的臺(tái)階。在一些實(shí)施例中，外形也可沿著流的流線而定向，從而比在外形相對(duì)于流線以斜角定向的情況引起更少中斷。這些流線可定向成或可不定向成平行于臺(tái)階340。如描繪了圖3的襯底結(jié)構(gòu)300的放大截面的圖4中顯示的那樣，各個(gè)臺(tái)階340包括臺(tái)階鼻部345和臺(tái)階膝部346。臺(tái)階鼻部345是由剪切表面343和承載表面344的相交部限定的尖角。在這個(gè)實(shí)施例中，承載表面344大致(例如，在15度內(nèi))垂直于徑向軸線320，并且剪切表面343大致(例如，在15度內(nèi))平行于徑向軸線320。因此，剪切表面343和承載表面344在臺(tái)階鼻部345處相遇，在該處，它們相對(duì)于彼此形成大約(例如，介于大約70度和110度之間)90度的角度。在為尖的內(nèi)部角的臺(tái)階膝部346處，承載表面344遇到另一個(gè)剪切表面348而形成臺(tái)階膝部346，臺(tái)階膝部346具有大致為大約90度的膝部角度 342。在其中涂層施用到臺(tái)階340的上面以及其中徑向載荷施加到涂層上的運(yùn)行中，涂層可靠在承載表面344上，以便阻止蠕變。因此，涂層可在壓靠在承載表面344上的同時(shí)依賴于其內(nèi)部壓縮強(qiáng)度(而非僅其與諸如剪切表面343、348的表面的結(jié)合部的剪切強(qiáng)度)，以阻止相對(duì)于襯底結(jié)構(gòu)300的蠕變。在示例性實(shí)施例中，選擇承載壁的尺寸，以便在設(shè)計(jì)考量之中實(shí)現(xiàn)合乎需要的平衡，設(shè)計(jì)考量包括通過涂層的熱傳遞速率、涂層的外表面的均勻性、襯底結(jié)構(gòu)和涂層的機(jī)械完整性、抗氧化性、抗腐蝕性、抗污染性，以及/或者涂層與襯底結(jié)構(gòu)的粘附性，它們?nèi)慷际窃谶\(yùn)行水平處。涂層可以選自下者的工藝的厚度特性而淀積噴涂、燒結(jié)、火焰噴涂、氣相淀積、濺射和無電涂覆。如圖5中顯示的那樣，襯底結(jié)構(gòu)400沿著徑向軸線420而設(shè)置，使得外表面416定向成基本大致平行于徑向軸線420，并且包括定向成基本大致平行于彼此且基本垂直于徑向軸線420的一系列的臺(tái)階440。如描繪了圖5的襯底結(jié)構(gòu)400的放大截面的圖6中顯示的那樣，各個(gè)臺(tái)階440包括臺(tái)階鼻部445和臺(tái)階膝部446。臺(tái)階鼻部445是由剪切表面443和承載表面444的相交部限定的尖角。在這個(gè)實(shí)施例中，承載表面444相對(duì)于徑向軸線420以較陡的角度(例如，相對(duì)于垂直線大約45度)而定向。剪切表面443大致(例如，在15度內(nèi))平行于徑向軸線420。因此，剪切表面443和承載表面444在臺(tái)階鼻部445處相遇，在該處，它們相對(duì)于彼此形成大約45度的角度。在為尖的內(nèi)部角的臺(tái)階膝部446處，承載表面444遇到另一個(gè)剪切表面448而形成臺(tái)階膝部446，臺(tái)階膝部446具有大致為大約45度的膝部角度442。在其中涂層施用到臺(tái)階440的上面以及其中徑向載荷施加到涂層上的運(yùn)行中，涂層可靠在承載表面444上，以便被擠壓到臺(tái)階膝部446中，以及阻止蠕變。因此，涂層可在壓靠在承載表面444上的同時(shí)依賴于其內(nèi)部壓縮強(qiáng)度(而非僅其與諸如剪切表面443、448的表面的結(jié)合部的剪切強(qiáng)度)，以阻止相對(duì)于襯底結(jié)構(gòu)400的蠕變。如圖7中顯示的那樣，襯底結(jié)構(gòu)500沿著徑向軸線520而設(shè)置，使得外表面516定向成基本大致平行于徑向軸線520，并且包括定向成基本大致平行于彼此且基本垂直于徑向軸線520的一系列的臺(tái)階540。如描繪了圖7的襯底結(jié)構(gòu)500的放大截面的圖8中顯示的那樣，各個(gè)臺(tái)階540包括臺(tái)階鼻部545和臺(tái)階膝部546。臺(tái)階鼻部545是由剪切表面543和承載表面544的相交部限定的尖角。在這個(gè)實(shí)施例中，承載表面544大致(例如，在15度內(nèi))垂直于徑向軸線520，并且剪切表面543大致(例如，在15度內(nèi))平行于徑向軸線520。因此，剪切表面543和承載表面544在臺(tái)階鼻部545處相遇，在該處，它們相對(duì)于彼此形成大約90度的角度。在為連續(xù)的內(nèi)部角的臺(tái)階膝部546處，承載表面544逐漸成形成遇到類似地逐漸成形的剪切表面548而形成連續(xù)的臺(tái)階膝部546，臺(tái)階膝部546具有大致為大約90度的膝部角度542。在其中涂層施用到臺(tái)階540的上面以及其中徑向載荷施加到涂層上的運(yùn)行中，涂層可靠在承載表面544上，以便阻止蠕變，同時(shí)減小與被較尖銳地限定的內(nèi)部角相關(guān)聯(lián)的應(yīng)力集中和間斷。因此，涂層可在壓靠在承載表面544上的同時(shí)依賴于其內(nèi)部壓縮強(qiáng)度(而非僅其與諸如剪切表面543、548的表面的結(jié)合部的剪切強(qiáng)度)，以阻止相對(duì)于襯底結(jié)構(gòu)500的蠕變。如圖9中顯示的那樣，襯底結(jié)構(gòu)600沿著徑向軸線620而設(shè)置，使得外表面616定向成基本大致平行于徑向軸線620，并且襯底結(jié)構(gòu)600包括定向成基本大致平行于彼此且基本垂直于徑向軸線620的一系列臺(tái)階640。如描繪了圖9的襯底結(jié)構(gòu)600的放大截面的圖10中顯示的那樣，各個(gè)臺(tái)階640包括臺(tái)階鼻部645和臺(tái)階膝部646。臺(tái)階鼻部645是由剪切表面643和承載表面644的相交部限定的尖角。在這個(gè)實(shí)施例中，承載表面644大致(例如，在15度內(nèi))垂直于徑向軸線620，并且剪切表面643大致(例如，在15度內(nèi))平行于徑向軸線620。因此，剪切表面643和承載表面644在臺(tái)階鼻部645處相遇，在該處，它們相對(duì)于彼此形成大約90度的角度。在臺(tái)階膝部646處(如圖10中顯示的那樣，臺(tái)階膝部646是連續(xù)的內(nèi)部角)，承載表面644遇到另一個(gè)剪切表面648而形成臺(tái)階膝部646，臺(tái)階膝部646具有大致為大約90度的膝部角度642。但是，應(yīng)當(dāng)理解，臺(tái)階640的輪廓也可構(gòu)造成使得承載表面644基本垂直于剪切表面643，而臺(tái)階膝部646則限定不連續(xù)的大致為大約90度的尖的內(nèi)部角，并且剪切表面648的輪廓是基本筆直的，基本平行于剪切表面643而定向。在其中涂層施用到臺(tái)階640的上面以及其中徑向載荷施加到涂層上的運(yùn)行中，涂層可靠在承載表面644上，以便阻止蠕變。因此，涂層可在壓靠在承載表面644上的同時(shí)依賴于其內(nèi)部壓縮強(qiáng)度(而非僅其與諸如剪切表面643、648的表面的結(jié)合部的剪切強(qiáng)度)，以阻止相對(duì)于襯底結(jié)構(gòu)600的蠕變。如圖11中顯示的那樣，渦輪組件700包括呈構(gòu)造成以便固持多個(gè)渦輪葉片710的渦輪盤的形式的襯底結(jié)構(gòu)780。襯底結(jié)構(gòu)780的外表面限定一系列臺(tái)階740，在這個(gè)實(shí)施例中，臺(tái)階740形成覆蓋襯底結(jié)構(gòu)780的大部分的紋理區(qū)742。臺(tái)階740定向成基本大致平行于彼此且基本垂直于襯底結(jié)構(gòu)780的徑向軸線720。換句話說，臺(tái)階740基本沿著襯底結(jié)構(gòu)780的周向方向而定向，以便阻止相對(duì)于襯底結(jié)構(gòu)780的、由于沿徑向方向而定向的應(yīng)力而引起的螺變。圖12顯示了示例性襯底結(jié)構(gòu)1280的剖面圖，示例性襯底結(jié)構(gòu)1280已經(jīng)過修改，以便包括臺(tái)階1240，并且已經(jīng)施用了涂層1290，以便覆蓋臺(tái)階1240，以及產(chǎn)生合乎需要的外表面輪廓和光潔度。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，涂層1290和襯底結(jié)構(gòu)1280選擇和構(gòu)造成以便滿足它們的特定應(yīng)用的特定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和任務(wù)要求。例如，在襯底結(jié)構(gòu)1280待安裝在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的情況下，襯底結(jié)構(gòu)1280選擇和構(gòu)造成以便滿足與那個(gè)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)和/或其它要求，而涂層1290則選擇和構(gòu)造成以便對(duì)經(jīng)涂覆的襯底提供諸如保護(hù)的品質(zhì)的品質(zhì)。這些品質(zhì)可為諸如(但不限于)耐熱性或?qū)嵝?、抗氧化性、抗腐蝕性、抗摩擦性或摩擦加強(qiáng)性、表面張力、材料強(qiáng)度、硬度和抗?jié)B透性(即，氣密密封)的品質(zhì)。類似地，圖13顯示了另一個(gè)示例 性襯底結(jié)構(gòu)1380的剖面圖，襯底結(jié)構(gòu)1380已經(jīng)過修改，以便包括臺(tái)階1340，并且已經(jīng)施用了涂層1390，以便覆蓋臺(tái)階1340，以及產(chǎn)生合乎需要的外表面輪廓和光潔度。圖14顯示了另一個(gè)示例性襯底結(jié)構(gòu)1480的另一個(gè)剖面圖，襯底結(jié)構(gòu)1480已經(jīng)過修改，以便包括臺(tái)階1440，并且已經(jīng)施用了涂層1490，以便覆蓋臺(tái)階1440。因此，本發(fā)明提供這樣的系統(tǒng)和方法，S卩，該系統(tǒng)和方法用于減小旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的涂層的非彈性變形，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件以足夠高的旋轉(zhuǎn)和溫度運(yùn)行，使得蠕變令人擔(dān)憂。這樣的構(gòu)件包括(無限制)渦輪翼型件和盤。因而，本發(fā)明提供這樣的系統(tǒng)和方法，即，該系統(tǒng)和方法用于減小涂層上的蠕變，諸如施用到其中氣體路徑溫度常常超過2000 °F的航空和能源應(yīng)用中的渦輪葉片/輪葉上的隔熱涂層以及/或者抗氧化涂層。因此，本發(fā)明可使得在旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)構(gòu)件的耐用性和使用壽命方面能夠有相當(dāng)大的改進(jìn)。本發(fā)明也可使得旋轉(zhuǎn)構(gòu)件能夠以減小的冷卻流水平運(yùn)行，從而致使循環(huán)效率和功率生產(chǎn)得到改進(jìn)。雖然結(jié)合了僅有限數(shù)量的實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)容易地理解，本發(fā)明不限于這樣的公開的實(shí)施例。相反，可修改本發(fā)明，以結(jié)合此前未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的變型、更改、替代或等效布置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的多種實(shí)施例，但是要理解，本發(fā)明的各方面可包括所描述的實(shí)施例中的僅一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為由前述描述限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種用于將涂層粘附到襯底結(jié)構(gòu)(100)上的方法，所述方法包括 選擇具有定向成基本平行于徑向應(yīng)力方向的外表面(116)的襯底結(jié)構(gòu)(100)； 修改所述外表面(116)，以提供具有臺(tái)階(240)的紋理區(qū)(242)，以將涂層粘附到其上；以及 施用涂層，以使所述涂層在所述紋理區(qū)(242)的至少一部分的上面延伸，以及使所述涂層粘附到所述外表面(116)上； 其中，所述臺(tái)階(240)定向成基本垂直于所述徑向應(yīng)力方向，以便阻止所述涂層相對(duì)于所述襯底結(jié)構(gòu)(100)的變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述臺(tái)階(240)沿著所述襯底結(jié)構(gòu)(100)的周向方向而定向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述臺(tái)階(240)中的各個(gè)形成為以便限定尖鼻部(345)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述臺(tái)階(240)中的各個(gè)形成為以便限定尖膝部(346)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述臺(tái)階(240)中的各個(gè)形成為以便限定承載表面(344)，涂層能夠靠在所述承載表面(344)上，以便通過所述涂層的壓縮來阻止蠕變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述承載表面(344)定向成基本垂直于所述徑向應(yīng)力方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述承載表面(344)定向成以便相對(duì)于所述徑向應(yīng)力方向而形成小于90度的角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述承載表面(344)定向成以便相對(duì)于所述徑向應(yīng)力方向而形成介于90度和45度之間的角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述承載表面(344)定向成相對(duì)于所述徑向應(yīng)力方向?yàn)榇蠹s45度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述臺(tái)階(240)定向成基本平行于彼此。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于將涂層粘附到襯底結(jié)構(gòu)上的方法。一種用于將涂層粘附到襯底結(jié)構(gòu)上的方法包括選擇具有定向成基本平行于徑向應(yīng)力方向的外表面的襯底結(jié)構(gòu)；修改外表面，以提供具有臺(tái)階的紋理區(qū)，以將涂層粘附到其上；以及施用涂層，以使涂層在紋理區(qū)的至少一部分的上面延伸，其中，臺(tái)階定向成基本垂直于徑向應(yīng)力方向，以阻止涂層相對(duì)于襯底結(jié)構(gòu)的變形。一種旋轉(zhuǎn)構(gòu)件包括具有定向成基本平行于徑向應(yīng)力方向的外表面的襯底結(jié)構(gòu)。外表面限定具有臺(tái)階的紋理區(qū)，以將涂層粘附到其上，并且涂層在紋理區(qū)的至少一部分的上面延伸。臺(tái)階定向成基本垂直于徑向應(yīng)力方向，以阻止蠕變。
文檔編號(hào)B05D7/00GK103056083SQ201210293708
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者G.C.塔克薩赫爾, A.G.克雷斯波, H.C.羅伯茨三世 申請(qǐng)人:通用電氣公司