專利名稱：渦輪發(fā)動機組件用耐侵蝕和磨損的保護結構的制作方法
技術領域：
本公開通常涉及用于渦輪發(fā)動機組件的涂層或保護層形式的耐侵蝕和磨損的保護結構，更具體而言，涉及為渦輪發(fā)動機組件提供耐侵蝕性能的形狀記憶合金保護結構。
背景技術：
涂層和保護層形式的耐侵蝕和磨損的保護結構在渦輪發(fā)動機中具有多種用途。例如，耐磨(磨損)涂層經常沉積在渦輪葉片的外葉梢上。這樣的涂層通常用來降低由于葉片與其周圍的護罩接觸造成的葉片磨損/侵蝕率。其它的耐磨損涂層放置在渦輪葉片的頭部(leadingedge)以降低由于與運行中進入渦輪發(fā)動機的環(huán)境顆粒(例如泥土、沙等)接觸造成的磨損(由于侵蝕)。另一種耐磨涂層放置在運轉中易受到由于部件—部件接觸造成磨損的渦輪發(fā)動機部件上。例如，在發(fā)動機的高壓渦輪(HPT)和低壓渦輪(LPT)部分，耐磨涂層放置在與相鄰結構如護罩吊架或平衡壓力密封件磨擦的噴嘴耐磨墊上。
在磨耗和摩擦磨損之外，在渦輪組件上形成涂層和保護層形式的耐侵蝕保護結構，所述渦輪組件有受到水或其它種類液滴侵蝕的危險。如在蒸汽渦輪領域所周知的，在蒸汽流經低壓蒸汽渦輪最低壓力的部分時存在形成水滴的趨勢。液滴會沉積在靜葉片即噴嘴上，在此它們凝結成薄膜或液流并緩慢地向噴嘴的后緣移動。最終，所述薄膜和/或液流被大液滴形式的蒸汽流從靜葉片上除去。這些大液滴以約等于旋轉葉片圓周速度的速度撞擊后段的旋轉葉片。水滴的撞擊在葉片材料表面產生沖擊接觸壓力，造成葉片材料的逐漸損失，即侵蝕。其中，所形成的蒸汽渦輪發(fā)動機組件的侵蝕會造成動力損失，會影響發(fā)動機效率和葉片壽命。
典型地，在低壓蒸汽渦輪最后幾排葉片中的葉片是通過鍛造含有較高鉻含量的鐵合金形成的。一種此類合金含有約15.5-17.5％的鉻和3.0-5.0％的鎳。另一種合金含有11.5-13.0％的鉻。其它涂層和保護層形式的保護結構是鈷基合金形成的，如以商標Stellite從DeloroStellite Company購得的那些。雖然這些保護結構提供了比基底金屬更好的耐侵蝕性，但它們的耐侵蝕性能仍不是最佳的，仍然會產生大量不可回收的效率損失。另外，保護結構向渦輪葉片的固定也會造成可靠性的問題，如應力侵蝕裂紋以及集成葉片結構的孔隙或裂紋形式的制造缺陷。
因此，在本領域持續(xù)存在著對改進的耐侵蝕和磨損保護結構的需求。

發(fā)明內容
本文公開了渦輪發(fā)動機組件，其組成為基底；在該基底上形成的耐侵蝕保護結構，該耐侵蝕保護結構包含形狀記憶合金。所述形狀記憶合金包含鎳-鈦基合金、銦-鈦基合金、鎳-鋁基合金、鎳-鎵基合金、銅基合金、金-鎘基合金、鐵-鉑基合金、鐵-鈀基合金、銀-鎘基合金、銦-鎘基合金、錳-銅基合金、釕-鈮基合金、釕-鉭基合金、鈦基合金、鐵基合金或包含至少一種前述合金的組合。
在另一個實施方案中，渦輪發(fā)動機組件包含基底；固定在該基底上的擴散控制層；和固定在該擴散控制層上的耐侵蝕保護結構，其中所述耐侵蝕保護結構包含形狀記憶合金。
向渦輪組件提供耐侵蝕保護結構的方法包括在需用耐侵蝕保護結構保護的渦輪組件區(qū)域固定擴散控制層，其中所述擴散控制層選自不會由于與耐侵蝕結構和/或基底相互作用而形成脆性和/或低熔點相的純金屬或合金；并在該擴散控制層上固定形狀記憶合金，其中擴散控制層和形狀記憶合金的固定包括在低于約950℃的溫度和高于約20ksi的壓力下的熱等靜壓工藝。
在另一個實施方案中，向渦輪組件提供耐侵蝕保護結構的方法包括在需用耐侵蝕保護結構保護的渦輪組件區(qū)域固定擴散控制層，其中所述擴散控制層選自不會由于與耐侵蝕結構和/或基底相互作用而形成脆性和/或低熔點相的純金屬或合金；并在該擴散控制層上固定形狀記憶合金，其中擴散控制層和形狀記憶合金的固定包括在低于約950℃的溫度和等于或大于2∶1的斷面減縮率(area reduction)下的共擠出。
在另一個實施方案中，向渦輪組件提供耐侵蝕保護結構的方法包括在需用耐侵蝕保護結構保護的渦輪組件區(qū)域固定擴散控制層，其中所述擴散控制層選自不會由于與耐侵蝕結構和/或基底相互作用而形成脆性和/或低熔點相的純金屬或合金；并在該擴散控制層上固定形狀記憶合金，其中擴散控制層和形狀記憶合金的固定包括選自以下的工藝銅焊、焊接、熱噴涂、激光固結、等離子轉移電弧、熱軋、冷軋、離子等離子沉積、鍛造、爆炸焊接、熔焊、攪拌摩擦焊接和包覆。用于修繕渦輪組件的插件包括經尺寸設計能夠插入渦輪組件上形成的凹槽中的基底材料；在該基底表面上形成的耐侵蝕保護結構，該耐侵蝕保護結構包含形狀記憶合金。
通過以下的附圖和詳細描述來示范說明上述以及其它的特點。


圖1是蒸汽渦輪葉片的透視圖；圖2圖示了現(xiàn)有技術的渦輪葉片，顯示了運轉中水侵蝕的影響；圖3以曲線方式顯示了NiTiCr形狀記憶合金和Ti基合金壓縮應變與壓縮應力的函數(shù)關系；圖4是向Fe基合金熱等靜壓加工的鎳鈦形狀記憶合金的光學顯微圖像；圖5是利用Nb擴散控制層向Ti基合金熱等靜壓加工的鎳鈦鉻形狀記憶合金的光學顯微圖像；圖6是與Ti基合金擠出結合的鎳鈦鐵形狀記憶合金的光學顯微圖像；圖7以曲線方式顯示了各種常規(guī)葉片材料的作為時間函數(shù)的體積損失侵蝕試驗結果；圖8以曲線方式顯示了與常規(guī)葉片材料相對比的各種形狀記憶合金的作為時間函數(shù)的體積損失侵蝕試驗結果；和圖9圖示了向水侵蝕試驗暴露后的Ti基合金和NitiCr形狀記憶合金的端視圖(end-on view)。
具體實施例方式
本文公開了用于易受顆粒和/或水侵蝕的渦輪發(fā)動機組件表面的涂層或保護層形式的保護結構。所述涂層通常包含形狀記憶合金并提供耐侵蝕和/或磨損性能。本文中所用的術語“耐侵蝕”和“耐磨損”可以互換并用來指相同的現(xiàn)象，即基底材料如渦輪組件在受到顆粒物質和/或液體沖擊時損失的減少。這樣，可以在渦輪發(fā)動機組件的易受侵蝕或磨損的那些區(qū)域上選擇性地形成或可以在組件或基底的全部表面上布置形狀記憶合金保護結構。例如，可以在渦輪噴嘴、護罩、護罩吊架、靜葉片、螺旋槳、風扇葉片、壓力平衡密封件、燃燒室組件等上形成形狀記憶合金保護結構。已發(fā)現(xiàn)形狀記憶合金保護結構可以有利地吸收與液體和/或顆粒沖擊有關的應力波，并且，與現(xiàn)有技術涂層不同，可以抗高循環(huán)疲勞。
渦輪發(fā)動機組件通常是由高溫合金和/或超合金形成的并以拉伸強度、耐蠕變性能、耐氧化性和耐腐蝕性等高溫性能而著稱，例如鎳基合金、鈷基合金、鈦基合金等。根據本公開的各種實施方案也可以對其它高溫合金進行處理，如用于較低溫環(huán)境中的鐵素體基合金，包括蒸汽輪機的低壓段，例如12-Cr鋼。將形狀記憶合金與渦輪組件表面冶金結合以最小化液體和/或顆粒侵蝕和磨損。
在渦輪組件由超合金材料形成的情況下，所述超合金典型地是鎳基或鈷基合金，其中鎳或鈷在超合金中是以重量計最大量的單個元素。示例性的鎳基超合金包括至少約40重量％(wt％)的鎳(Ni)和至少一種選自鈷(Co)、鉻(Cr)、鋁(Al)、鎢(W)、鉬(Mo)、鈦(Ti)和鐵(Fe)的組分。鎳基超合金的實例商品名為Inconel、Nimonic、Rene(例如Rene80-、Rene95、Rene142和ReneN5合金)和Udimet，并包括定向凝固的單晶超合金。示例性的鈷基超合金包括至少約30wt％的鈷和至少一種選自鎳、鉻、鋁、鎢、鉬、鈦和鐵的組分。鈷基超合金的實例商品名為Haynes、Nozzaloy、Stellite和Ultimet。
圖1以透示圖的方式顯示了可以用本公開耐侵蝕保護結構處理的示范性渦輪組件。應當注意的是渦輪發(fā)動機的工作原理和一般結構是本領域內所熟知的，因此不在本文中進行重復。如圖所示，該示范性渦輪組件是在蒸汽渦輪的低壓渦輪末段常用類型的蒸汽渦輪葉片10。該葉片通常包括燕尾部分12和葉片部分14。通過樞銷等方式將燕尾部分安裝在旋轉軸(未顯示)上。雖然附圖只顯示了單個的葉片，發(fā)動機一般具有多個安裝在旋轉軸上的葉片。所述葉片在由護罩所限定的區(qū)域內轉動，該護罩通常由護罩吊架進行支撐?？梢詫⑿螤钣洃浐辖鸨Ｗo結構施用到噴嘴、葉片、護罩和護罩吊架中的任意一種或其任意組合上。在一個實施方案中，在易受到液體侵蝕的渦輪組件的那些區(qū)域，例如在運轉中受到水滴沖擊的區(qū)域等形成耐侵蝕保護結構。在優(yōu)選實施方案中，優(yōu)選將形狀記憶合金施用在葉片部分14的頭部16周圍。發(fā)現(xiàn)頭部16最容易受到液體侵蝕。圖2圖示了現(xiàn)有技術葉片的頭部，顯示出在其運轉中水侵蝕造成的有害影響。該葉片不包含形狀記憶合金保護結構。
向渦輪組件表面施用形狀記憶合金保護結構有利地提供了耐液體和顆粒侵蝕性。例如，在渦輪發(fā)動機運轉過程中，顆粒和/或液滴撞擊形成渦輪發(fā)動機的各種組件的表面，通常會侵蝕所述表面。通過用形狀記憶合金保護結構貼合這些表面，由顆粒和/或液滴的撞擊造成的變形被該保護結構吸收了，由此使侵蝕和/或磨損最小化。通過改變形狀記憶合金的轉變相(transformation phase)以恢復其表面至原始形狀，即不發(fā)生變形，則可以消除顆?；蛞旱螞_擊造成的變形。雖然不希望受到理論的限制，但據信，其中形狀記憶合金的超彈性性能提供了耐顆粒和/或液體沖擊造成的侵蝕和磨損的性能。
形狀記憶合金一般存在于幾個不同的溫度依賴相中。這些相中最常用的是所謂的馬氏體和奧氏體相。在以下的討論中，馬氏體相通常指的是更易于變形的較低溫度相，而奧氏體相通常指更為剛性的較高溫度相。當形狀記憶合金處于馬氏體相并進行加熱時，其開始變成奧式體相。這種現(xiàn)象開始時的溫度經常稱作奧氏體起始溫度(As)。該現(xiàn)象結束時的溫度稱作奧氏體終止溫度(Af)。當形狀記憶合金處于奧氏體相并被冷卻時，其開始變?yōu)轳R氏體相，該現(xiàn)象開始時的溫度稱作馬氏體起始溫度(Ms)。馬氏體結束向馬氏體相轉變的溫度稱作馬氏體終止溫度(Mf)。通常，在其馬氏體相中，形狀記憶合金是柔軟并易于變形的，在奧氏體相中是堅固、淬硬和/或剛性的。
依合金成分和加工經歷的不同，形狀記憶合金可以展現(xiàn)出單向形狀記憶作用、固有的雙向作用或外賦的雙向形狀記憶作用。經退火的形狀記憶合金一般僅呈現(xiàn)出單向形狀記憶作用。形狀記憶材料在低溫(低于Mf)變形后經充分加熱將誘發(fā)馬氏體向奧氏體型的轉變，該材料將恢復原始的高溫(高于Af)形狀。因而，單向形狀記憶作用僅在加熱時觀測得到。
固有和外賦的雙向形狀記憶材料的特征在于在從馬氏體相向奧氏體相加熱時發(fā)生形狀改變，并在從奧氏體相向馬氏體相冷卻時發(fā)生另外的形狀轉變。呈現(xiàn)出固有形狀記憶作用的形狀記憶合金保護結構是由這樣的形狀記憶合金組合物制成的一作為上述相轉變的結果其自身自動改變。固有的雙向形狀記憶性能必須經過加工在形狀記憶材料內誘導出來。這樣的方法包括材料在馬氏體相內的極度變形、在約束或負載下的加熱一冷卻、或表面改性如激光退火、拋光或噴丸硬化。一旦所述材料經處理呈現(xiàn)出雙向形狀記憶作用，在低和高溫狀態(tài)間的形狀變化通常是可逆的并可以持續(xù)多個熱循環(huán)。相反，呈現(xiàn)出外賦的雙向形狀記憶作用的保護結構是復合的或多組分材料，其結合了具有單向作用的形狀記憶合金成分和另一種能夠提供恢復保護結構的恢復力的元素。
如以上所討論，形狀記憶合金能呈現(xiàn)出超彈性性能。如果在略高于其轉變溫度As的溫度下，用不超過其可恢復范圍的應力/應變水平使形狀記憶合金變形，就獲得了超彈性性能。超彈性性能是由一些馬氏體的高于其正常溫度Ms的應力誘導變形造成的。因為它是在其正常溫度之上形成的，隨著應力的消除，馬氏體會立即回復成未變形的奧氏體。這樣，形狀記憶合金涂層能夠提供高度彈性的“類橡膠”彈性以吸收顆粒物質和液體的沖擊。
除上述的非線性彈性性能以外，超彈性形狀記憶合金可以比普通金屬合金發(fā)生更多次的應變而不會發(fā)生塑性變形，這反映出其類橡膠性能。然而，這只在特定的溫度范圍內觀測到。馬氏體不能再被應力誘導的最高溫度通常稱作Md。在Md以上，形狀記憶合金像普通材料一樣通過位移倍增或滑移發(fā)生變形并硬化，。在As以下，該材料是馬氏體，不可恢復。因而，超彈性出現(xiàn)在Af附近至Md的溫度范圍內。最大恢復能力出現(xiàn)在Af附近。
已發(fā)現(xiàn)約8％的應變可以通過去除負載和加熱來恢復。超過限定值的應變將以永久塑性形變的形式保留下來。形狀記憶裝置的工作溫度必須不能顯著偏離其轉變范圍，否則其形狀記憶特征會被改變。圖3以曲線方式顯示了相對于NiTiCr形狀記憶合金，由Ti基合金形成的渦輪組件的壓縮應變與壓縮應力的函數(shù)關系。該TiNiCr形狀記憶合金含56wt％的Ni，43wt％的Ti和1wt％的Cr。這里，可以看出，與Ti基合金相比，形狀記憶合金提供更強的能量吸收和超彈性性能，發(fā)現(xiàn)其被直接轉化為對基底材料的改進的耐侵蝕性能。據信形狀記憶合金吸收了與沖擊顆粒或液滴有關的應力波，如圖所示，自動地阻止了由于其超彈性造成的侵蝕損害。
馬氏體形狀記憶合金由于其雙晶邊界的內摩擦作用而固有良好的減震能力(damping capability)。另外，在形狀記憶作用存在的應變/應力水平下，在其屈服點以上，與其奧氏體形式或典型的金屬材料相比，馬氏體材料顯示出低得多的加工硬化作用。這些作用也可以為馬氏體形狀記憶合金有利地提供良好的耐侵蝕性能。
為渦輪組件表面提供耐侵蝕性能的適當形狀記憶合金材料包括但不限于鎳-鈦基合金、銦-鈦基合金、鎳-鋁基合金、鎳-鎵基合金、銅基合金(例如銅-鋅合金、銅-鋁合金、銅-金合金和銅-錫合金)、金-鎘基合金、銀-鎘基合金、銦-鎘基合金、錳-銅基合金、鐵-鉑基合金、鐵-鈀基合金、釕-鈮基合金、釕-鉭基合金、鈦基合金、鐵基合金等。所述合金可以是二元、三元或任何更高組元的，只要合金成分在經由相轉變溫度的加熱和冷卻時或隨應力或應變誘導的相轉變呈現(xiàn)出形狀記憶作用，例如形狀取向的改變、屈服強度和/或撓曲模量性能、減震能力、超彈性等的改變。優(yōu)選的形狀記憶合金是以商標NITINOL從Shape Memory Application，Inc購得的鎳-鈦基合金。適當?shù)男螤钣洃浐辖鸪煞值倪x擇取決于組件工作的溫度范圍。
術語“形狀記憶合金”還意在包括形狀記憶合金復合材料，其中的形狀記憶合金基復合材料包含形狀記憶合金基體和至少一種硬顆粒相。所述硬顆粒相包含硼化物、氧化物、氮化物、碳化物或包含至少一種上述顆粒的組合?；蛘?，形狀記憶合金復合材料包含形狀記憶合金和與形狀記憶合金層具有相同或不同厚度的金屬或陶瓷層相交替的多層結構。所述陶瓷層優(yōu)選選自硼化物、氧化物、氮化物、碳化物、TiN、Y2O3和TaC。所述金屬層優(yōu)選選自Ti、Ni、Co、Ti基合金、Ni基合金、Co基合金、Fe基合金等。在另一個替換實施方案中，所述復合材料還可以包含超細顆粒材料，如可以通過本領域技術人員周知的劇烈塑性變形工藝制備的材料。例如，用來獲得所需顆粒尺寸的適宜劇烈塑性變形工藝包括但不限于球磨、沖擊變形、噴丸、高壓扭轉等。優(yōu)選的顆粒尺寸低于2微米，更優(yōu)選低于1微米的顆粒尺寸，甚至更更優(yōu)選低于100納米的顆粒尺寸。適宜的超細顆粒材料的特征在于高硬度、不重結晶、隨退火緩慢的顆粒生長和顆粒內的低錯位密度。雖然不希望受到理論限制，但據信復合材料內的超細顆粒材料會防止和/或偏轉涂層內裂紋的蔓延。
可以通過冶金結合將形狀記憶合金固定在渦輪組件上。冶金結合的具體方法取決于形狀記憶合金組成、渦輪組件的合金組成以及其它參數(shù)。適宜的方法包括但不限于銅焊、擠出、爆炸結合、熱等靜壓(HIP)、包覆、激光加工、等離子轉移電弧加工、離子等離子沉積、鍛造、熔焊、真空等離子噴涂、熱噴涂、攪拌摩擦焊接等。任選地，可以將所述形狀記憶合金保護結構成形為插件和/或樣片，然后將其附著在渦輪組件上。
根據所需的超彈性性能和轉變溫度來選擇形狀記憶合金的合金元素和成分。在優(yōu)選實施方案中，為形成冶金結合所選擇的方法在基底合金和形狀記憶合金之間提供了最小的相互擴散作用。已發(fā)現(xiàn)相互擴散會形成脆性的Ti和Fe金屬間化合物，其會使兩種材料之間形成的結合變弱。
為提高機械性能、耐侵蝕性能和耐磨損性能，可以在固定形狀記憶合金保護結構前固定任選的擴散控制層。所述擴散控制層的特征在于Ti和Ni在Fe中的高溶解度，而不用限制脆性金屬間化合物的形成，和/或不會形成Ti或Ni或Fe的低熔點相。當待固定表面由鈦合金形時，特別優(yōu)選擴散控制層。發(fā)現(xiàn)一些形狀記憶合金保護結構在基底材料和形狀記憶合金之間的界面上形成了不需要的相。采用擴散控制層基本上防止了相互擴散和不需要的相的形成。
所述控散控制層優(yōu)選是提高形狀記憶合金與渦輪組件的冶金結合性能的純金屬或金屬合金。適宜的金屬選自不會由于與耐侵蝕結構和/或基底相互作用形成脆性和/或低熔點相的純金屬或合金。適宜的金屬包括但不限于Nb、Hf、Ta和Zr。以此方式將形狀記憶合金與基底材料例如鈦合金、鐵合金等隔離而不直接接觸。結果，可以應用更多種的形狀記憶合金。使擴散控制層的厚度經選擇以基本防止形狀記憶合金與渦輪組件合金成分的相互擴散。優(yōu)選厚度為約0.5密耳-約100密耳，更優(yōu)選約1密耳-約5密耳。
現(xiàn)在給出將形狀記憶合金向渦輪組件上固定的參考示例方法。各種方法通常包括涂覆、結合或將形狀記憶合金固定地接合在基底材料或擴散控制層上。例如，可以通過擴散結合工藝如熱等靜壓(HIP)工藝將形狀記憶合金固定在渦輪組件上。將NiTi基合金向由鋼或鈦基合金形成的渦輪組件上固定的HIP工藝示例采用了優(yōu)選低于950℃的溫度和高于20ksi的壓力。該HIP工藝更優(yōu)選采用約700℃-約900℃的溫度和20ksi-約40ksi的壓力。
在共擠出工藝的示例中，優(yōu)選的溫度為低于950℃的溫度，和斷面減縮率優(yōu)選等于或大于2∶1。該擠出工藝更優(yōu)選采用約700℃-約900℃的溫度、2∶1-8∶1的斷面減縮率。
或者，可以從氣相將蒸氣生長形狀記憶合金涂層直接沉積在渦輪發(fā)動機組件表面上以形成整體涂層。
選擇形狀記憶合金保護結構的厚度向易受顆粒和/或液體侵蝕的那些表面提供彈性和柔韌性。同樣，形狀記憶合金涂層的厚度也應是能有效提供所需形狀記憶作用的厚度。適宜的厚度為約0.5密耳-約2英寸，更優(yōu)選約200密耳-約1英寸。
可以通過任選的表面處理來提供形狀記憶合金保護結構，如應用來自離子或激光源的高能光束或其它機械方式如噴丸或拋光。任選地，將形狀記憶合金涂層暴露于熱處理工藝或者可以采用時效工藝(aging process)。熱處理工藝優(yōu)選包括將渦輪組件向約815℃-約1,010℃的溫度暴露至多約4小時的時間。時效工藝優(yōu)選包括將所述組件加熱至約480℃-約815℃至多達約12小時。本文也包括了熱處理工藝和時效工藝的組合。
雖然給出了將形狀記憶合金向帶有或不帶有擴散控制層的渦輪組件固定(方法)的參考，還應注意可以將形狀記憶合金制成插件。在該方式中，可以通過經常規(guī)方式將插件向渦輪組件的固定結合來修復渦輪組件，從而有利地為經修復的渦輪組件提供耐侵蝕表面。
參考以下非限制性實施例更詳細地說明本發(fā)明，它們僅是說明性而非限制性的。
實施例1.在本實施例中，在900℃的溫度和約30ksi的壓力下采用HIP裝置將NiTi形狀記憶合金(56wt％的Ni，44wt％的Ti)與Fe基合金接合。所形成接口的橫截面示于圖4中。
實施例2.在本實施例中，將NiTiCr形狀記憶合金和Ti基合金用夾在其間的Nb擴散控制層進行結合。所形成接口橫截面示于圖5中。通過光學和掃描電子顯微鏡未觀測到裂紋，所形成的接口看起來結合牢固。
實施例3.在本實施例中，采用900℃溫度和4∶1斷面減縮率的擠出工藝將NiTiFe合金(52wt％Ni，45wt％Ti和3wt％Fe)、Nb擴散控制層和Ti基合金共擠出。在900℃溫度下將NiTi基合金和Ti基合金預熱2小時。所形成接口的橫截面示于圖6中。NiTiFe和Ti基合金與Nb擴散控制層之間的界面看起來無裂紋并牢固結合。
實施例4.在本實施例中，采用液體沖擊侵蝕試驗測量了作為時間的函數(shù)的體積損失。在室溫下將試驗樣品向沖擊速度為750英尺/秒的水柱暴露。水柱直徑為0.032英寸。圖7以曲線方式顯示了渦輪組件制造中各種常用材料的結果。圖8以曲線方式顯示了與Stellite 6B和Ti基合金相比的形狀記憶合金的結果，這兩種合金分別常用于耐侵蝕保護層和渦輪組件的制造。圖9圖示了與NiTiCr合金相比，Ti基合金在向水侵蝕試驗暴露10分鐘后的侵蝕狀況。Ti基合金的平均侵蝕深度為約16密耳，而NiTiCr形狀記憶合金的平均侵蝕深度為約5密耳。顯然，觀測到在渦輪組件合金上使用的形狀記憶合金與當前用于制造渦輪組件的材料相比提供了改進的隨時間流逝的耐侵蝕性能。
雖然參考示范性實施方案描述了本公開，本領域技術人員將會理解，在不背離本公開范圍的條件下，可以進行各種改變并可以用等效物替換其各要素。另外，在不背離本公開基本范圍的條件下，可以進行多種改良，將特定的條件或材料適應于本公開的教導。因此，希望本公開不要受限于作為實施本公開的最佳方式所公開的具體實施方案，但本公開將包括所有處于所附權利要求范圍內的實施方案。
權利要求
1.一種渦輪發(fā)動機組件，其包含基底；和在該基底上形成的耐侵蝕保護結構，該耐侵蝕保護結構包含形狀記憶合金。
2.權利要求1的渦輪發(fā)動機組件，其在形狀記憶合金和基底之間還包含擴散控制層。
3.前述權利要求中任意一項的渦輪發(fā)動機組件，其中該形狀記憶合金包含鎳-鈦基合金、銦-鈦基合金、鎳-鋁基合金、鎳-鎵基合金、銅基合金、金-鎘基合金、鐵-鉑基合金、鐵-鈀基合金、銀-鎘基合金、銦-鎘基合金、錳-銅基合金、釕-鈮基合金、釕-鉭基合金、鈦基合金、鐵基合金或包含至少一種前述合金的組合。
4.權利要求1-3的渦輪發(fā)動機組件，其中該形狀記憶合金包含一種經選擇在渦輪發(fā)動機組件被放置或進行運作的環(huán)境溫度下呈現(xiàn)為奧氏體相的成分，并且該成分在約低于環(huán)境溫度或運作溫度的溫度下呈現(xiàn)為馬氏體相。
5.權利要求1-3的渦輪發(fā)動機組件，其中該形狀記憶合金包含一種經選擇在渦輪發(fā)動機組件被放置或進行運作的環(huán)境溫度下呈現(xiàn)為超彈性相的成分，并且該成分在約低于環(huán)境溫度或運作溫度的溫度下呈現(xiàn)為馬氏體相。
6.權利要求1-3的渦輪發(fā)動機組件，其中該形狀記憶合金包含一種經選擇在渦輪發(fā)動機組件被放置或進行運作的環(huán)境溫度下呈現(xiàn)為馬氏體相的成分。
7.前述權利要求中任意一項的渦輪發(fā)動機組件，其中所述基底包含渦輪噴嘴、護罩、護罩吊架、葉片、螺旋槳、風扇葉片、壓力平衡密封件或燃燒室。
8.前述權利要求中任意一項的渦輪發(fā)動機組件，其中該基底包含超合金。
9.前述權利要求中任意一項的渦輪發(fā)動機組件，其中該基底包含鎳基或鈷基超合金，其中的鎳或鈷元素在超合金中的量以重量計比其它元素要高。
10.前述權利要求中任意一項的渦輪發(fā)動機組件，其中在基底的一部分上形成耐侵蝕保護結構。
11.前述權利要求中任意一項的渦輪發(fā)動機組件，其中該基底包含鐵素體基合金。
12.前述權利要求中任意一項的渦輪發(fā)動機組件，其中該基底包含鈦基合金。
全文摘要
一種用于渦輪發(fā)動機組件的耐侵蝕和磨損的保護結構，其包含形狀記憶合金。所述形狀記憶合金包括鎳－鈦基合金、銦－鈦基合金、鎳－鋁基合金、鎳－鎵基合金、銅基合金、金－鎘基合金、鐵－鉑基合金、鐵－鈀基合金、銀－鎘基合金、銦－鎘基合金、錳－銅基合金、釕－鈮基合金、釕－鉭基合金、鈦基合金、鐵基合金或包含至少一種前述合金的組合。同時，本文還公開了在渦輪組件上形成形狀記憶合金的方法。
文檔編號C22C14/00GK1676884SQ200510055810
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月16日 優(yōu)先權日2004年3月16日
發(fā)明者M·F·X·小吉利奧蒂, C·U·哈德維克, L·蔣, J·W·肖特, D·M·利普金, J·P·布蘭克, K·阿南德 申請人:通用電氣公司