專利名稱：保護部件不熱腐蝕的方法以及通過所述方法保護的部件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及保護部件不熱腐蝕的方法，并且在該方法中部件是 燃氣渦輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子葉片。
背景技術：
所謂的類型I和類型II的熱腐蝕可以經(jīng)由公知為鉻化處理的工藝 通過將鉻添加在部件表面上來控制，這在部件襯底上形成了擴散的鉻
阻擋層。2001年9月4日公開的US專利申請6283715描述這種擴散鉻 層在渦輪葉片表面上、特別是在作為的平臺之下以及平臺之上的翼面 部件上的葉片部分上的使用。
雖然擴散鉻層的使用本身提供抵抗類型II腐蝕的良好保護，對于 較高溫度類型I腐蝕的保護通常需要另外的擴散鋁，在襯底表面上形 成造成鉻調(diào)節(jié)鋁化物覆層。這種構造同樣在US6283715中描述，鋁擴 散層在平臺之上的翼面區(qū)域內(nèi)施加在鉻擴散層上。此專利還描述了陶 瓷覆層形式的覆蓋層，以用作熱阻擋層來隔離下面的層，這種覆蓋層 只施加在葉片的翼面部分上。
2001年8月7日公開的US6270318描述一種渦輪葉片，其中平臺 和根部之間的區(qū)域被覆陶瓷覆蓋層。2001年10月2日公開的US6296447 披露一種渦輪葉片，其具有被覆可以是擴散鋁層的第一層的上平臺表 面，隨后是笫二陶瓷層。類似的覆層配置用于所述的葉片的翼面的壓 力側上。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種保護部件不熱腐蝕的方法，包 括如下步驟
(1)將鉻擴散覆層施加在部件上；以及
(2 )將陶瓷材料的覆層施加在鉻擴散覆層的一個或多個所選區(qū)域 上，所述一個或多個所選區(qū)域是在部件的隨后使用過程中受到低于第 一預定溫度的溫度的區(qū)域。
陶資材料最好在結合材料中包括一種或多種金屬氣化物。金屬氧 化物可以從包括鋁、鈦和鉻氧化物的組中選擇，同時結合材料可以是
5鉻酸鹽-磷酸鹽材料.
笫一預定溫度可以是大約800匸。
步驟(1)可以使其形成厚度在5和25Mm之間的鉻覆層，還可以 形成包括15和30wt。/。之間的鉻的鉻擴散覆層。
步驟(1 )可包括將鉻擴散覆層施加在整個部件上，并且步驟(2 ) 可包括如下步驟
(2a)至少掩蔽所選區(qū)域；
(2b)將鋁擴散覆層施加在未掩蔽的區(qū)域；
(2c)去除掩模；以及
(2d)在大致室溫下將陶瓷材料的覆層施加在一個或多個所選區(qū)域上。
該方法還分別在步驟(2b)和(2c)之間以及在步驟Od)之后 包括如下步驟
(2b，)在第二預定溫度下熱處理部件，由此保持所需機械性能，
以及
(2d，)在笫三預定溫度下熱處理陶瓷覆層。
第二和第三預定溫度可以在各自范圍850-1150"C以及100-600"C 之間。
步驟(2b)可以使其形成鉻調(diào)整的鋁化物覆層，具有l(wèi)5和"wt %之間的鋁以及5和15 w t %之間的鉻的P相微型結構。
該部件可具有內(nèi)表面，并且步驟(1)和(2b)可分別包括將鉻擴 散覆層和鋁擴散覆層施加在內(nèi)表面上。
該部件可以是渦輪葉片，在這種情況下施加陶瓷的所選區(qū)域可包 括渦輪葉片的平臺部分和根部部分之間的區(qū)域。
步驟(2a)可包括掩藏所選區(qū)域和根部部分。
在本發(fā)明的第二方面下，部件具有保護而不熱腐蝕的覆層，覆層 包括布置在部件的表面上的鉻擴散覆層以及布置在鉻擴散覆層上的一 個或多個所選區(qū)域上的陶瓷材料， 一個或多個所選區(qū)域是在部件隨后 使用過程中受到低于預定溫度的溫度的區(qū)域。
部件可以是渦輪葉片，在這種情況下，陶瓷覆層可在其平臺部分 和根部部分之間布置在葉片的一部分上。
平臺部分之上的葉片的一部分可設置與鉻擴散覆層相互擴散的鋁擴散層。
渦輪葉片可包括內(nèi)部通道，并且內(nèi)部通道可設置與鉻擴散覆層相 互擴散的鋁擴散覆層。
相互擴散的鋁和鉻覆層可具有15和30wt。/。之間的鋁以及5和
15wty。之間的鉻的e相微型結構。
葉片的根部部分可設置鉻擴散覆層。
陶瓷材料最好在結合材料中包括一種或多種金屬氧化物。金屬氧 化物可以從包括鋁、鈦和鉻氧化物的組中選擇，而結合材料可以是鉻 酸鹽-磷酸鹽的材料。
鉻擴散覆層可以具有5和25"m之間的厚度。還可以包括15和 30wt。/。之間的鉻，


現(xiàn)在參考附圖，只通過實例，描述本發(fā)明的實施例，附圖中 圖l是按照本發(fā)明的部件的透視圖； 圖2是圖1所示的部件的側視圖。
具體實施例方式
圖1和2所示的部件是渦輪葉片。葉片包括位于翼面部分12的上 端處的臺肩部分IO。翼面部分的下端通向平臺部分14,平臺部分繼而 通向根部部分16。根部部分具有公知的"杉樹"形狀，以便可靠地錨 固在圍繞其周邊并排承栽多個這種葉片的盤件(未示出)中.
在典型的葉片中根部16和平臺14之間的區(qū)域包括與內(nèi)部通道20 (虛線所示)的一端連通的開口 18。通道在翼面部分l2內(nèi)在其本身上 折疊，并在在其另一端終止于臺肩IO處的開口 "。通道具有將冷卻流 體引導進入和離開翼面部分的功能。
在所示的優(yōu)選實施例中，使用傳統(tǒng)和直接固化(包括單晶)鑄造 的方法葉片由鎳基超合金制成?？梢圆捎玫牡湫偷暮辖鹗荕arM247、 IN6203、 CM186DC LC和CMSX-4。
現(xiàn)在將描述保護這種葉片不受到熱腐蝕影響的優(yōu)選方法。
在笫一階段，所有表面(外表面和內(nèi)表面)被鉻化.在此過程中， 鉻通過適當裝置擴散到部件表面內(nèi)，這可以例如通過擴散滲碳處理、 擴散滲碳處理之上或者通過CVD(化學氣相沉積)來實現(xiàn).此階段實現(xiàn) 了富含鉻的表面層。該層通常包括15和30wt。/。之間的鉻，并通常具有
75和25Mm之間的厚度。
在第二階段，葉片通過適當介質(zhì)掩藏，以便防止隨后施加的鋁化 物覆層沉積在被覆陶瓷覆層(同樣隨后描述)的葉片的那些表面上. 這種表面將此后稱為"所選區(qū)域"。在優(yōu)選實施例中，所選區(qū)域是平臺 14和根部16之間的區(qū)域。在這種情況下，不僅是所選區(qū)域被掩藏，而 且根部16也被掩藏，即使它不設置陶資覆蓋層.
第三，該部件在其外表面和內(nèi)表面上鋁化.在此過程中，類似于 所述的鉻化階段，鋁通過任何適當?shù)难b置擴散到鉻化表面內(nèi)。這可以 例如通過擴散滲碳處理、擴散滲碳處理之上或者通過CVD來實現(xiàn)。這 造成鉻調(diào)整的鋁化物覆層，在覆層中具有15-30wt。/。的鋁以及5-15wt %的鉻的P相微型結構。覆層中具有的其它元素將取決于組成部件襯 底的材料。
在第四階段，掩模被去除，并且部件被熱處理，以確保襯底保持 最佳機械性能，這種熱處理可涉及850TC-11501C范圍內(nèi)的溫度.
第五，部件的"所選區(qū)域"在大約室溫下設置陶瓷覆蓋覆層。這 種覆層可通過任何浸漬、通過施加器(例如刷子或拖把等)上漆或者 噴涂來施加。適當?shù)奶沾刹牧鲜呛邪ㄔ谶m當結合材料內(nèi)的一種或 多種金屬氧化物的材料。適當?shù)难趸锸茄趸X、氧化鈦和氣化鉻。 結合材料最好采取鉻酸鹽-磷酸鹽類型的材料的形式.
在最后第六階段，陶瓷覆層在適當升高的溫度下被熱處理或固化。 此溫度最好在100-600t:的范圍內(nèi)。
將結合材料添加在組成陶瓷的氧化物材料中的優(yōu)點在于它使得覆 層延展?？紤]到葉片在服務過程中加熱而出現(xiàn)膨脹，這很重要。沒有 使用結合材料，覆層容易變得脆性并裂開，繼而使得葉片受到不希望 的環(huán)境應力。
所述的結合材料在大約8001C的溫度以上的情況下退化，因此，這 種陶瓷覆層用于部件(在此情況下是渦輪葉片)受到低于此溫度的溫 度的部分。雖然這通常排除了葉片的翼面部分，陶瓷在大多數(shù)操作情 況下會安全施加在平臺之下的區(qū)域.另外，雖然陶瓷還可施加在杉樹 形根部16以及平臺和根部之間的區(qū)域上，實際上最好不這樣作。這是 由于根部和盤件內(nèi)的相應凹槽之間的間隙在大多數(shù)情況下小于陶瓷覆 層的厚度.另外，杉樹根部的側面(水平接觸部分)在操作過程中受到高接觸應力，在長時間之后在金屬內(nèi)產(chǎn)生裂紋。這會將陶瓷覆層研 磨成粉末，繼而用作楔形件，使其在服務之后極度難以從盤件上拆卸
葉片。因此在優(yōu)選實施例中，陶瓷覆層只在附圖中施加在虛線A和B 之間的區(qū)域'
為了總結在最終狀態(tài)下位于葉片上的覆層，根部部分16只具有鉻 擴散覆層；平臺和根部之間區(qū)域的外表面(虛線A和B之間的區(qū)域) 具有鉻擴散層加上陶乾覆層，如上所述；外部翼面表面具有鉻-鋁化擴 散覆層，并且葉片的內(nèi)表面具有鉻-鋁化擴散覆層。
雖然假設被覆陶瓷層的區(qū)域是平臺和根部之間的區(qū)域，任何其它 區(qū)域可被類似地覆層，只要它不受到高于所述結合材料可以忍受的溫 度的溫度即可。
同樣，雖然結合渦輪葉片來描述和說明本發(fā)明，它還可適用于受 到熱腐蝕的其它部件。
權利要求
1. 一種保護部件不熱腐蝕的方法，包括如下步驟(1)將鉻擴散覆層施加在部件上；以及(2)將陶瓷材料的覆層施加在鉻擴散覆層的一個或多個所選區(qū)域上，所述一個或多個所選區(qū)域是在部件的隨后使用過程中受到低于第一預定溫度的溫度的區(qū)域。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，陶瓷材料在結合材料 中包括一種或多種金屬氧化物。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，金屬氧化物從包括鋁、 鈦和鉻氧化物的組中選擇。
4. 如權利要求2或3所述的方法，其特征在于，結合材料是鉻酸 鹽-磷酸鹽材料。
5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，第一預定溫度是大約 800"C。
6. 如上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，步驟(l)形成厚度在5和25Min之間的鉻覆層。
7. 如上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，步驟(l) 形成包括15和30wty。之間的鉻的鉻擴散覆層。
8. 如上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，步驟(l) 包括將鉻擴散覆層施加在整個部件上，并且步驟(2)包括如下步驟(2a)至少掩蔽所選區(qū)域；(2b)將鋁擴散覆層施加在未掩蔽的區(qū)域；(2c)去除掩模；以及(2d)在大致室溫下將陶瓷材料的覆層施加在一個或多個所選區(qū)域上。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，該方法還分別在步驟 (2b)和(2c)之間以及在步驟(2d)之后包括如下步驟(2b，)在第二預定溫度下熱處理部件，由此保持所需機械性能，以及(2d，)在笫三預定溫度下熱處理陶瓷覆層。
10. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，第二和第三預定溫 度在各自范圍850-1150t:以及100-600t:之間。
11. 如權利要求8-10任一項所述的方法，其特征在于，步驟(2b) 形成鉻調(diào)整的鋁化物覆層，具有15和30wt。/。之間的鋁以及5和15wt %之間的鉻的P相微型結構。
12. 如權利要求8-ll任一項所述的方法，其特征在于，該部件具 有內(nèi)表面，并且步驟(1)和(2b)分別包括將鉻擴散覆層和鋁擴散覆 層施加在內(nèi)表面上，
13. 如上述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，該部件是 渦輪葉片，
14. 如權利要求13所述的方法，其特征在于，所選區(qū)域包括渦輪 葉片的平臺部分和根部部分之間的區(qū)域。
15. 在從屬于任一項權利要求8-12時，如權利要求14所述的方 法，其特征在于，步驟(2a)包括掩藏所選區(qū)域和根部部分。
16. —種具有保護而不熱腐蝕的覆層的部件，覆層包括 布置在部件的表面上的鉻擴散覆層，以及布置在鉻擴散覆層上的一個或多個所選區(qū)域上的陶瓷材料， 一個 或多個所選區(qū)域是在部件隨后使用過程中受到低于預定溫度的溫度的 區(qū)域。
17. 如權利要求16所述的部件，其特征在于，部件是渦輪葉片， 并且陶瓷覆層在其平臺部分和根部部分之間布置在葉片的一部分上。
18. 如權利要求17所述的部件，其特征在于，平臺部分之上的葉 片的一部分設置與鉻擴散覆層相互擴散的鋁擴散層。
19. 如權利要求18所述的部件，其特征在于，渦輪葉片包括內(nèi)部 通道，并且內(nèi)部通道設置與鉻擴散覆層相互擴散的鋁擴散覆層。
20. 如權利要求18或19所述的部件，其特征在于，相互擴散的 鋁和鉻覆層具有15和30wt。/。之間的鋁以及5和15wtM之間的鉻的P 相微型結構。
21. 如權利要求18-20任一項所述的部件，其特征在于，葉片的 根部部分設置鉻擴散覆層。
22. 如權利要求16-21任一項所述的部件，其特征在于，陶瓷材 料在結合材料中包括一種或多種金屬氧化物。
23. 如權利要求22所述的部件，其特征在于，金屬氧化物從包括 鋁、鈦和鉻氧化物的組中選擇。
24. 如權利要求22或23所述的部件，其特征在于，結合材料是鉻酸鹽-磷酸鹽的材料。
25. 如權利要求16-24任一項所述的部件，其特征在于，鉻擴散 覆層具有5和25nm之間的厚度。
26. 如權利要求16-25任一項所述的部件，其特征在于，鉻擴散 覆層包括15和30wt。/。之間的鉻，
全文摘要
一種保護特別是渦輪葉片的部件不受到熱腐蝕影響的方法，包括如下步驟(1)將鉻擴散覆層施加在部件上；以及(2)將陶瓷材料的覆層施加在鉻擴散覆層的一個或多個所選區(qū)域上，所述一個或多個所選區(qū)域是在部件的隨后使用過程中受到低于第一預定溫度的溫度的區(qū)域。陶瓷材料最好包括與金屬氧化物結合的結合材料。在優(yōu)選實施例中，渦輪葉片在整個內(nèi)表面和外表面上被覆鉻擴散覆層。接著經(jīng)由掩模將鋁擴散覆層施加在翼面表面以及葉片的內(nèi)表面上。掩模被去除，并且陶瓷材料作為覆蓋層在平臺和葉片根部之間的區(qū)域內(nèi)施加在鉻擴散覆層上。
文檔編號C23C10/04GK101479398SQ200780023791
公開日2009年7月8日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權日2006年6月24日
發(fā)明者M·懷特赫斯特, P·M·沃克 申請人:西門子公司