專利名稱:涂敷燃?xì)鉁u輪部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明總體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī),并且特別涉及在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件上沉積保護(hù)性涂層的方法。
背景技術(shù):
典型地,燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括高壓和低壓壓縮機(jī)、一個(gè)燃燒室以及至少一個(gè)渦輪。壓縮機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮,壓縮的空氣與燃料混合,并被導(dǎo)入燃燒室。然后,所述混合物被點(diǎn)燃,以產(chǎn)生熱的燃燒氣體,燃燒氣體被導(dǎo)向渦輪,渦輪從該燃燒氣體中獲取能量,用于給壓縮機(jī)提供動(dòng)力,并產(chǎn)生有用功,以驅(qū)動(dòng)飛行中的飛機(jī)或給負(fù)載,例如發(fā)電機(jī),提供動(dòng)力。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的工作環(huán)境在受熱和化學(xué)性方面都是不利的。通過形成鐵、鎳和鈷基超耐熱合金,在高溫合金方面已經(jīng)取得顯著的進(jìn)步,可是,如果位于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特定部分,例如渦輪、燃燒室和增壓器,由這些合金形成的部件通常也不能承受長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的暴露。常用的方法是給渦輪、燃燒室和增壓器提供能夠抑制氧化和熱腐蝕的環(huán)境涂層,或者提供熱障涂層(TBC)系統(tǒng),熱障涂層系統(tǒng)除了抑制氧化和熱腐蝕外,還能使部件表面與其工作環(huán)境絕熱隔離。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能廣泛用作環(huán)境涂層的涂層材料包括鋁化物擴(kuò)散涂層。鋁化物涂層通常用于渦輪部件的內(nèi)部通道,以提供鎳基體金屬的環(huán)境保護(hù)。典型地采用氣相鋁化(VPA)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或者漿料噴射以沉積鋁化物。雖然VPA和CVD鋁化技術(shù)對(duì)于在大的零件上形成鋁化物涂層是實(shí)用的方法,但對(duì)于只在渦輪部件冷卻孔的內(nèi)表面上選擇性地形成鋁化物涂層來說,它們不能使用。
此外,漿料噴射鋁化物技術(shù)是選擇性涂敷發(fā)動(dòng)機(jī)零件的內(nèi)腔的有效方法。漿料噴射包括用稠的鋁化物濃漿料噴射內(nèi)腔,對(duì)漿料進(jìn)行熱處理以形成鋁化物涂層,以及隨后從被涂敷的空腔去除殘余漿料。然而,當(dāng)冷卻孔的直徑變得太小時(shí),相對(duì)較稠的漿料不容易被噴射到冷卻孔中。此外,通過漿料法得到的涂層覆蓋的均勻性,取決于擴(kuò)散熱處理過程中熔爐的姿態(tài)。最后,在熱處理之后完全去除相對(duì)稠的殘余漿料,也是有一定難度的。
發(fā)明內(nèi)容
一方面,提供一種在渦輪葉片的內(nèi)部通道的表面上形成金屬涂層的方法。所述方法包括向渦輪葉片的至少一個(gè)內(nèi)部通道中噴射涂料,以及對(duì)該渦輪葉片進(jìn)行熱處理,以使鋁化物涂層沉積在該至少一個(gè)內(nèi)部通道的表面上。
圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖;圖2是圖1所示的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的透視示意圖;圖3是圖2所示的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部示意圖;以及圖4是涂敷圖2所示渦輪轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部通道的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)描述一種在渦輪轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部通道上涂敷金屬涂層的方法。該方法包括采用CVD法涂敷該內(nèi)部冷卻通道,以在其內(nèi)表面上沉積鋁化物擴(kuò)散涂層,從而保護(hù)該內(nèi)部彎曲的冷卻通道,使其不發(fā)生氧化和熱腐蝕。比起公知的涂敷方法,該方法在較低的溫度下進(jìn)行,并且包括較少的步驟,因此,降低了生產(chǎn)時(shí)間和加工成本。
參看附圖,圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意圖,該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10包括一個(gè)風(fēng)扇組件12和一個(gè)中心發(fā)動(dòng)機(jī)13,中心發(fā)動(dòng)機(jī)13包括一個(gè)高壓壓縮機(jī)14、一個(gè)燃燒室16和一個(gè)高壓渦輪18。發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括一個(gè)低壓渦輪20和一個(gè)增壓器22。風(fēng)扇組件12包括一系列從轉(zhuǎn)子盤26徑向向外延伸的的風(fēng)扇葉片24。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有一個(gè)進(jìn)氣側(cè)28和一個(gè)排氣側(cè)30。在一個(gè)實(shí)施例中,該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是購自俄亥俄州辛辛那提市的通用電氣公司(General ElectricCompany,Cincinnati,Ohio)的GE90型發(fā)動(dòng)機(jī)。風(fēng)扇組件12和渦輪20通過第一轉(zhuǎn)子軸31相連接,壓縮機(jī)14和渦輪18通過第二轉(zhuǎn)子軸32相連接。
運(yùn)行過程中,空氣沿著中心軸34流過風(fēng)扇組件12,然后壓縮空氣被提供給高壓壓縮機(jī)14。高度壓縮的空氣輸送到燃燒室16。來自燃燒室16的氣流(圖1中未示出)驅(qū)動(dòng)渦輪18和20,并且渦輪20通過軸31驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇組件12。
圖2是可以與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10(圖1所示)一起使用的渦輪轉(zhuǎn)子葉片40的透視示意圖。圖3是渦輪轉(zhuǎn)子葉片40的內(nèi)部示意圖。參看圖2和3,在一個(gè)示例性實(shí)施例中,多個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子葉片40形成燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片級(jí)(未示出)。在該示例性實(shí)施例中,每一渦輪葉片40都是由鎳基材料制成,其包括一個(gè)中空的翼面42和一個(gè)整體的楔形榫43,該楔形榫43用于以公知的方式將翼面42安裝到一個(gè)轉(zhuǎn)子盤(未示出)上。
翼面42包括一個(gè)第一側(cè)面44和一個(gè)第二側(cè)面46。第一側(cè)面44是凸的,并限定了翼面42的負(fù)壓側(cè),第二側(cè)面46是凹的,并限定了翼面42的壓力側(cè)。側(cè)面44和46在前緣48和翼面42的位于前緣48下游的軸向間隔的后緣50處相連接。
第一和第二側(cè)面44和46,分別沿著縱向或徑向向外延伸,從鄰近楔形榫43的葉片根部52延伸到頂端板54,所述頂端板54限定了一個(gè)內(nèi)部冷卻腔56的徑向外邊緣。冷卻腔56限定在位于側(cè)面44和46之間的翼面42內(nèi)。翼面42的內(nèi)部冷卻在本技術(shù)領(lǐng)域中是公知的。在該示例性實(shí)施例中,冷卻腔56包括一個(gè)由壓縮機(jī)排氣冷卻的彎曲通道58。
冷卻腔56與多個(gè)沿著后緣50縱向(軸向)延伸的后緣槽70流體連通。特別地,后緣槽70沿著壓力側(cè)46延伸到后緣50。每一后緣槽70包括一個(gè)被第一側(cè)面74和第二側(cè)面76從壓力側(cè)46隔開的凹陷壁72。一個(gè)冷卻腔出口開口78從冷卻腔56延伸到鄰近凹陷壁72的每一后緣槽70。每一凹陷壁72從后緣50延伸到冷卻腔出口開口78。多個(gè)槽脊80將每一后緣槽70與相鄰的后緣槽70隔開。側(cè)面74和76從槽脊80延伸。
圖4是涂敷圖2所示渦輪轉(zhuǎn)子葉片40的內(nèi)部通道56的方法100的流程圖。在該示例性實(shí)施例中,方法100包括在渦輪轉(zhuǎn)子葉片40的至少一部分的內(nèi)表面上沉積102一層鋁化物基涂料。術(shù)語“涂料”,在全文中用于表示相對(duì)稀的漿料或者包括水基粘合劑和多種鋁化物顆粒的混合物,其中,每一鋁化物顆粒具有約1×10-9的直徑,并與粘合劑相混合。
涂料被噴入渦輪葉片40中的至少一個(gè)具有小于約0.003英寸(3密耳)直徑的開口中。在該示例性實(shí)施例中,涂料被噴入至少一個(gè)具有約0.002英寸(2密耳)至約0.003英寸(3密耳)直徑的開口中,例如開口78。在該示例性實(shí)施例中,采用氣動(dòng)噴射器82將涂料噴入渦輪葉片開口78中。
方法100還包括采用擴(kuò)散熱處理步驟對(duì)該涂敷的渦輪葉片進(jìn)行熱處理104,以促進(jìn)鋁化物層和渦輪葉片鎳基體之間的冶金學(xué)相互作用。在該示例性實(shí)施例中,在約1700(華氏度)至約1950之間的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行熔化熱處理步驟。在該示例性實(shí)施例中,采用熔化熱處理步驟對(duì)渦輪葉片40進(jìn)行熱處理約一小時(shí)至約兩小時(shí)。特別的,執(zhí)行熔化熱處理步驟的時(shí)間和溫度,取決于該步驟要形成的冶金厚度。
熔化熱處理步驟的結(jié)果是,鋁化物涂料的水基粘合劑蒸發(fā),使得在渦輪葉片的至少一個(gè)內(nèi)部通道的表面上沉積了厚度介于約0.001英寸至約0.003英寸之間的鋁化物涂層。
上述方法100用于將保護(hù)性鋁化物涂層涂敷在渦輪葉片40中的或通過渦輪葉片40限定的相對(duì)較小的開口的內(nèi)表面。特別地,方法100包括采用噴射裝置向所述開口中噴射鋁化物基涂料,以及采用擴(kuò)散熱處理步驟使得涂料粘合劑蒸發(fā),以便在所述開口的表面上沉積鋁化物涂層。
盡管本發(fā)明是根據(jù)各種特定實(shí)施例進(jìn)行描述的,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到,本發(fā)明可以通過包含在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的變型得以實(shí)施。
零件列表
權(quán)利要求
1.一鐘在渦輪葉片(40)的內(nèi)部通道的表面上形成金屬涂層的方法(100),該渦輪葉片具有一個(gè)外表面并包括至少一個(gè)內(nèi)部通道,所述方法包括向渦輪葉片的至少一個(gè)內(nèi)部通道中噴射涂料(102);以及對(duì)該渦輪葉片進(jìn)行熱處理以使鋁化物涂層沉積在該至少一個(gè)內(nèi)部通道的表面上(104)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法(100),還包括采用擴(kuò)散熱處理步驟對(duì)渦輪葉片(40)進(jìn)行熱處理(104)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法(100),還包括采用氣動(dòng)噴射器(82)向渦輪葉片(40)的至少一個(gè)內(nèi)部通道中噴射鋁化物基涂料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法(100),其中,渦輪葉片(40)是由鎳基材料制成的,所述方法還包括對(duì)渦輪葉片進(jìn)行熱處理以使鋁化物基涂料和鎳基材料之間發(fā)生相互作用(104)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法(100),其中,渦輪葉片通道具有一個(gè)小于約0.003英寸的直徑,所述方法還包括向至少一個(gè)渦輪葉片通道中噴射(102)鋁化物基涂料。
6.如權(quán)利要求1所述的方法(100),其中,渦輪葉片通道包括至少一個(gè)開口(78),該開口從翼后緣(50)延伸到限定在翼(42)內(nèi)部的腔(56)中,所述方法還包括將鋁化物基涂料噴射進(jìn)入該至少一個(gè)開口中(108)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法(100),還包括向渦輪葉片(40)的至少一個(gè)內(nèi)部通道中噴射鋁化物基涂料(102)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法(100),其中,涂料包括水基粘合劑和多種鋁化物顆粒,所述方法還包括對(duì)涂料進(jìn)行熱處理(104),以使水基粘合劑蒸發(fā),并使鋁化物顆粒在通道的表面上形成鋁化物涂層。
9.如權(quán)利要求1所述的方法(100),還包括對(duì)渦輪葉片(40)進(jìn)行熱處理(104),以使在至少一個(gè)內(nèi)部通道的表面上沉積厚度介于約0.001英寸至約0.003英寸之間的鋁化物涂層。
10.一種渦輪葉片(40),其在葉片的內(nèi)部通道的至少一部分表面上具有金屬涂層,其中,該金屬涂層是根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法形成的。
全文摘要
一種在渦輪葉片(40)的內(nèi)部通道的表面上形成金屬涂層的方法(100),該渦輪葉片具有一個(gè)外表面并包括至少一個(gè)內(nèi)部通道。所述方法包括向渦輪葉片的至少一個(gè)內(nèi)部通道中噴射涂料(102),以及對(duì)該渦輪葉片進(jìn)行熱處理以使鋁化物涂層沉積在該至少一個(gè)內(nèi)部通道的表面上(104)。
文檔編號(hào)F01D5/18GK1986888SQ200610064120
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者M·H·拉克, B·K·古普塔, M·D·塞洛爾, N·N·達(dá)斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司