專利名稱：涂覆的渦輪部件以及涂覆渦輪部件的方法
涂覆的渦輪部件以及涂覆渦輪部件的方法本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?200680054888. 0 (PCT/EP 2006/005470)、申請(qǐng)日為 2006 年 6 月
8日、同題的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)本發(fā)明涉及渦輪部件以及涂覆渦輪部件的方法。燃?xì)鉁u輪部件工作在會(huì)損害使用中的部件的高度侵蝕性環(huán)境中。所述環(huán)境損害可 能在熱燃燒氣體環(huán)境中以各種形式發(fā)生，如顆粒腐蝕、不同類型的腐蝕和氧化、以及這些損 害模式的復(fù)雜組合。環(huán)境損害的速度可以通過(guò)使用保護(hù)層來(lái)降低。例如眾所周知鉻能提供對(duì)所謂的I型和II型熱腐蝕的出色防護(hù)。在這點(diǎn)上，通過(guò) 鉻和鋁向合金基材中的擴(kuò)散生成的擴(kuò)散涂層已經(jīng)被用于提供此防護(hù)很長(zhǎng)時(shí)間了。MCrAlY包 覆涂層(其中M為Ni或Co或兩者的組合)已經(jīng)被作為擴(kuò)散涂層的替代應(yīng)用于較高溫度來(lái) 防止氧化。已知擴(kuò)散的鉻獨(dú)自就能提供對(duì)較低溫度的II型熱腐蝕的出色防護(hù)，而且能耐應(yīng) 變。最新的發(fā)展表明在部件的不同部分上提供不同類型的涂層是有利的。涂層的選擇 應(yīng)使它們特別適合于使用期間在所述部件的所述部分上出現(xiàn)的熱和腐蝕條件。US6, 296, 447B1公開了一種具有隨部位而定的防護(hù)涂層的燃?xì)鉁u輪部件。所述部 件為具有根部、頸部、平臺(tái)和從所述平臺(tái)伸出的翼型的渦輪葉片，其中所述翼型具有限定了 從中穿過(guò)的冷卻通道的外表面和內(nèi)表面。第一涂層提供在所述平臺(tái)的至少一部分上，第二 涂層提供在翼型的外表面上，而第三涂層提供在翼型的內(nèi)表面上。第一涂層的組成與第二 涂層不同，第二涂層的組成與第三涂層不同。但是，仍能觀察到各種類型的環(huán)境損害，往往使得在工作暴露(service exposure)之后必須過(guò)早替換或修理部件。因此存在對(duì)特別是燃?xì)鉁u輪部件如渦輪葉片和 輪葉的改進(jìn)的保護(hù)方法的需要。因此本發(fā)明的目的在于提供具有提高的耐熱和耐腐蝕性的渦輪部件，和提供涂覆 渦輪部件的方法。本發(fā)明的第一方面提供一種具有根部、頸部、平臺(tái)和翼型的渦輪部件，所述翼型具 有限定了從中穿過(guò)的冷卻通道的外表面和內(nèi)表面，其中在所述根部上至少提供有第一涂層。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，在所述頸部上可以提供有第二涂層。在這種情況下，所述第一 涂層的組成應(yīng)當(dāng)與所述第二涂層不同。此外，可以還在所述翼型的外表面上和在所述平臺(tái)的至少一部分上提供所述第二 涂層，以及另外在所述翼型的內(nèi)表面上提供第三涂層。在這種情況下所述第一、第二和第三 涂層具有不同的組成。所述第一涂層可以包含能通過(guò)已知方法如包滲法(packcementation)或化學(xué)氣 相沉積(CVD)擴(kuò)散到部件中的Cr。實(shí)驗(yàn)表明如果所述第一涂層為5-25 μ m厚的層和/或含15_30重量％的Cr則可 以獲得良好的防護(hù)性能。所述第二涂層可以包含MCrAl Y，其中M可以為Co或Ni或兩者的組合。所述涂層中還可包含更進(jìn)一步的元素如Re、Si、Hf和/或Y。所述涂層的一種優(yōu)選組成為30-70重 量％ Ni,30-50重量％ Co、15-25重量％ Cr,5-15重量％ Al和最多1重量％ Y。可以應(yīng)用不同的熱噴涂技術(shù)如真空等離子噴涂(VPS)、低壓等離子體噴涂 (LPPS)、高速氧燃料噴涂(HVOF)、冷氣噴涂(CGS)或電鍍。所述第二涂層可以進(jìn)一步具有以下組成之一30 重量％ Ni,28 重量％ Cr,8 重量％ A1、0. 6 重量％ Y、0. 7 重量％ Si、Co 余量；28 重量％ Ni、24 重量％ CrUO 重量％ A1、0. 6 重量％ Y* Co 余量；23 重量％ CrUO 重量％ Co、12 重量％ A1、0. 6 重量％ Y、3. 0 重量％ Re, Ni 余量；21重量％ Cr、12重量％ CoUl重量％ Α1.0. 4重量％ Y和2. 0重量％ Re,Ni余量；17重量％ Cr,25重量％ CoUO重量％ Α1、0. 4重量％ Y和1. 5重量％ Re, Ni余量。所述第三涂層可以包含Cr和Al。優(yōu)選地所述涂層為Al改性的Cr涂層，其可以通 過(guò)應(yīng)用已知方法如CVD和ATP將Al擴(kuò)散到滲鉻表面中來(lái)提供。據(jù)發(fā)現(xiàn)外β層中的第三涂 層的組成為15-30重量％ Al和5-15重量％ Cr顯示出出色的防護(hù)性能?；蛘?，可以在所述翼型的內(nèi)表面和外表面上以及在所述平臺(tái)的至少一部分上提供 第二涂層，且可在所述頸部上提供第三涂層。在這種情況下，所述第一、第二和第三涂層的 組成不同。可以包含Cr的所述第一涂層可通過(guò)已知方法如包滲法或化學(xué)氣相沉積(CVD)擴(kuò) 散到部件中。實(shí)驗(yàn)表明如果所述第一涂層為5-25 μ m厚的層和/或含15-30重量％ Cr則 可以獲得良好的防護(hù)性能。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，所述第二涂層可以包含Cr和Al。優(yōu)選地所述涂層為Al改性 的Cr涂層，其可以通過(guò)使用已知方法如CVD和ATP將Al擴(kuò)散到滲鉻表面中來(lái)提供。據(jù)發(fā)現(xiàn) 外β層中的第三涂層組成為15-30重量％ Al和5-15重量％ Cr顯示出出色的防護(hù)性能。所述第三涂層可以包含MCrAlY，其中M可以為Co或Ni或兩者的組合。所述涂層 中還可包含更進(jìn)一步的元素如Re、Si、Hf和/或Y。所述涂層的一種優(yōu)選組成為30-70重 量％ Ni,30-50重量％ Co、15-25重量％ Cr,5-15重量％ Al和最多1重量％ Y。可以應(yīng)用 不同的熱噴涂技術(shù)如真空等離子噴涂(VPS)、低壓等離子體噴涂(LPPS)、高速氧燃料噴涂 (HVOF)、冷氣噴涂(CGS)或電鍍。所述第三涂層可以進(jìn)一步具有以下組成之一30 重量％ Ni,28 重量％ Cr,8 重量％ A1、0. 6 重量％ Y、0. 7 重量％ Si、Co 余量；28 重量％ Ni、24 重量％ CrUO 重量％ A1、0. 6 重量％ Y* Co 余量；23 重量％ CrUO 重量％ Co、12 重量％ A1、0. 6 重量％ Y、3. 0 重量％ Re、Ni 余量；21重量％ Cr、12重量％ CoUl重量％ Α1、0· 4重量％ Y和2. 0重量％ Re,Ni余量，17重量％ Cr,25重量％ CoUO重量％ Α1、0. 4重量％ Y和1. 5重量％ Re, Ni余量。優(yōu)選地，所述平臺(tái)的待涂覆部分為頂面和/或側(cè)面。根據(jù)所述第一方面的另一實(shí)施方案，所述第一涂層還可提供在所述頸部上和所述 翼型的內(nèi)表面上。在所述翼型的外表面上以及在所述平臺(tái)的頂面和/或側(cè)面上可以提供第二涂層， 所述第一和第二涂層的組成不同。在所述翼型的外表面上以及所述平臺(tái)的頂面和/或側(cè)面上的所述第二涂層之上還可以提供第三涂層。在這種情況下，所述第一、第二和第三涂層的組成不同?？梢园珻r的所述第一涂層可通過(guò)已知方法如包滲法或化學(xué)氣相沉積(CVD)擴(kuò) 散到部件中。實(shí)驗(yàn)表明如果所述第一涂層為5-25 μ m厚的層和/或含15-30重量％ Cr則 可以獲得良好的防護(hù)性能。所述第二涂層可以包含MCrAlY，其中M可以為Co或Ni或兩者的組合。所述涂層 中還可包含更進(jìn)一步的元素如Re、Si、Hf和/或Y。所述涂層的一種優(yōu)選組成為30-70重 量％ Ni,30-50重量％ Co、15-25重量％ Cr,5-15重量％ Al和最多1重量％ Y?？梢詰?yīng)用 不同的熱噴涂技術(shù)如真空等離子噴涂(VPS)、低壓等離子體噴涂(LPPS)、高速氧燃料噴涂 (HVOF)、冷氣噴涂(CGS)或電鍍。所述第二涂層可以進(jìn)一步具有以下組成之一30 重量％ Ni,28 重量％ Cr,8 重量％ A1、0. 6 重量％ Y、0. 7 重量％ Si、Co 余量；28 重量％ Ni、24 重量％ CrUO 重量％ A1、0. 6 重量％ Y* Co 余量；23 重量％ CrUO 重量％ Co、12 重量％ A1、0. 6 重量％ Y、3. 0 重量％ Re、Ni 余量；21重量％ Cr、12重量％ CoUl重量％ Α1、0. 4重量％ Y和2. 0重量％ Re,Ni余量；17重量％ Cr,25重量％ CoUO重量％ Α1、0. 4重量％ Y和1. 5重量％ Re, Ni余量。此外第三涂層可以包含Al。優(yōu)選地所述涂層使用已知方法如CVD和ATP過(guò)滲鋁。 如果所述第二涂層的外表面的Al含量為15-30重量％，則可以獲得良好的防護(hù)性能。實(shí)驗(yàn)表明如果所述涂層都不包含Pt則能獲得良好的防護(hù)性能。所述渦輪部件可以由超級(jí)合金例如MarM247、IN6203或CMSX4構(gòu)成，且其可以由傳 統(tǒng)或定向凝固鑄造工藝提供。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述渦輪部件為渦輪葉片。根據(jù)第二方面，所述目的還通過(guò)一種具有根部、頸部、平臺(tái)和翼型的渦輪部件得到 解決，所述翼型具有限定了從中穿過(guò)的冷卻通道的外表面和內(nèi)表面，其中所述翼型的內(nèi)表 面具有第一涂層，且所述翼型的外表面具有第二涂層，所述第一和第二涂層具有不同組成。根據(jù)所述第二方面的一個(gè)實(shí)施方案，所述第二涂層為MCrAlY包覆涂層(M代表Ni、 Co和/或!^e的組合)。 所述第二涂層可以包含10-40重量％ Cr、5-35重量％ Al、0-2重量％ Y、0_7重量％ Si,0-2重量％ Hf，余量主要為Ni和/或Co，且其中所有其它元素添加物占總重的不到20 重量％。所述第二涂層的組成也可以包含20-40重量％ Cr、5-20重量％ A1.0-1重量％ Y、 0-2重量％ Si,0-1重量％ Hf，余量主要為Ni和/或Co，且所有其它元素添加物占總重的 不到20重量％。優(yōu)選地所述第二涂層包含25-40重量％ Cr,5-15重量％ Al,0-0. 8重量％ Y、0-0. 5重量％ Si,0-0. 4重量％ Hf，余量主要為Ni和/或Co，且所有其它元素添加物占總 重的不到20重量％。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，上述目的還通過(guò)一種具有根部、頸部、平臺(tái)和翼型的渦輪 部件得以實(shí)現(xiàn)，所述翼型具有限定了從中穿過(guò)的冷卻通道的外表面和內(nèi)表面，其中頸部具
有第一涂層。此外，根據(jù)第四方面，所述目的還通過(guò)一種具有根部、頸部、平臺(tái)和翼型的渦輪部 件得以實(shí)現(xiàn)，所述翼型具有限定了從中穿過(guò)的冷卻通道的外表面和內(nèi)表面，其中所述頸部 具有第一涂層，且所述平臺(tái)的底部具有第二涂層，所述第一和第二涂層具有不同組成。
更進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的第五方面，所述目的通過(guò)一種包括第一級(jí)葉片和輪葉 以及第二級(jí)葉片和輪葉的渦輪得以實(shí)現(xiàn)，其中所述第一級(jí)葉片為根據(jù)權(quán)利要求3-17中任 意一項(xiàng)所述的渦輪部件，所述第二級(jí)葉片為根據(jù)權(quán)利要求18-32中任意一項(xiàng)所述的渦輪葉 片部件。最后，根據(jù)本發(fā)明的第六方面，此目的通過(guò)一種涂覆具有根部、頸部、平臺(tái)和翼型 的渦輪部件的方法得以實(shí)現(xiàn)，其中所述翼型具有限定了從中穿過(guò)的冷卻通道的外表面和內(nèi) 表面，其包括以下步驟。在所述部件的所有外表面和內(nèi)表面施加第一涂層。然后在已經(jīng)涂 有第一涂層的所述部件的第一部分上施加第二涂層。最后在所述涂覆的部件的第二部分上 施加第三涂層。所述第一、第二和第三涂層具有不同的組成。換言之，本方法的基本原則是用第一涂層涂覆整個(gè)所述部件，然后在所述部件的 選擇的部分上施加進(jìn)一步的涂層以提高在所述部件的所述相應(yīng)部分中的耐熱性、耐腐蝕性 等。這樣，可以設(shè)計(jì)出通過(guò)提供不同涂層而具有能滿足應(yīng)用中的要求的性能的渦輪。也可以在施加所述第一涂層之前使用本領(lǐng)域已知的掩蓋單元和技術(shù)掩蓋所述部 件的某些部分，特別是過(guò)后將涂以MCrAlY涂層的部件。在這種情況下，所述部件的所述被 掩蓋的部分將不會(huì)被涂以所述第一涂層。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，所述第一涂層被擴(kuò)散到所述部件中。此擴(kuò)散可以通過(guò)任一適 合的方法如包滲法或化學(xué)氣相沉積(CVD)實(shí)現(xiàn)。特別是可以將Cr擴(kuò)散到已知能提供對(duì)熱腐 蝕的出色防護(hù)的化合物中。實(shí)驗(yàn)表明如果所述第一涂層為5-25 μ m厚的層和/或含15-30 重量％ Cr則可以獲得良好的防護(hù)性能。優(yōu)選地，所述選擇的區(qū)域是在所述部件的隨后使用中不會(huì)承受高物理應(yīng)力的區(qū) 域。此限制保證了所述部件的那些承受較高物理應(yīng)力的區(qū)域只被涂以耐應(yīng)變的鉻擴(kuò)散涂 層，而且此涂層的耐應(yīng)變能力不會(huì)因施加進(jìn)一步的涂層而被降低。在所述第六方面的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述第一部分包括所述頸部、所述翼型 的外表面和所述平臺(tái)的至少一部分，而所述第二部分為所述翼型的內(nèi)表面。 所述第二涂層可以為包覆涂層，其可以包含MCrAlY，其中M可以為Co或Ni或兩者 的組合。所述涂層中還可包含更進(jìn)一步的元素如Re、Si、Hf和/或Y。所述涂層的一種優(yōu) 選組成為30-70重量％ Ni,30-50重量％ Co、15-25重量％ Cr,5-15重量％ Al和最多1重 量％Y?？梢詰?yīng)用不同的熱噴涂技術(shù)如真空等離子噴涂(VPS)、低壓等離子體噴涂(LPPS)、 高速氧燃料噴涂(HVOF)、冷氣噴涂(CGS)或電鍍。所述第二涂層還可以具有以下組成之一30 重量％ Ni,28 重量％ Cr,8 重量％ A1、0. 6 重量％ Y、0. 7 重量％ Si、Co 余量；28 重量％ Ni、24 重量％ CrUO 重量％ A1、0. 6 重量％ Y* Co 余量；23 重量％ CrUO 重量％ Co、12 重量％ A1、0. 6 重量％ Y、3. 0 重量％ Re、Ni 余量；21重量％ Cr、12重量％ CoUl重量％ A1、0. 4重量％ Y和2. 0重量％ Re,Ni余量；17重量％ Cr,25重量％ CoUO重量％ A1、0. 4重量％ Y和1. 5重量％ Re, Ni余量。根據(jù)另一實(shí)施方案，可以通過(guò)擴(kuò)散，例如通過(guò)CVD或非接觸式包覆法(above the pack, ATP)，施加第二和/或第三涂層，它們可以包含Al。在所述第六方面的又一優(yōu)選實(shí)施方案中，所述第一部分包括所述翼型的內(nèi)表面和 外表面以及所述平臺(tái)的至少一部分，而所述第二部分包括所述部件的所述頸部。
與所述第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中一樣，可以通過(guò)CVD或ATP將所述第二涂層擴(kuò)散到 所述部件中，其中所述第二涂層可以包含Al。所述第三涂層可以包含MCrAlY，其中M可以為Co或Ni或兩者的組合。所述涂層 中還可包含更進(jìn)一步的元素如Re、Si、Hf和/或Y。所述涂層的一種優(yōu)選組成為30-70重 量％ Ni,30-50重量％ Co、15-25重量％ Cr,5-15重量％ Al和最多1重量％ Y。可以應(yīng)用 不同的熱噴涂技術(shù)如真空等離子噴涂(VPS)、低壓等離子體噴涂(LPPS)、高速氧燃料噴涂 (HVOF)、冷氣噴涂(CGS)或電鍍。所述第三涂層也可以具有以下組成之一30 重量％ Ni,28 重量％ Cr,8 重量％ A1、0. 6 重量％ Y、0. 7 重量％ Si、Co 余量；28 重量％ Ni、24 重量％ CrUO 重量％ A1、0. 6 重量％ Y* Co 余量；23 重量％ CrUO 重量％ Co、12 重量％ A1、0. 6 重量％ Y、3. 0 重量％ Re, Ni 余量；21重量％ Cr、12重量％ CoUl重量％ Α1、0· 4重量％ Y和2. 0重量％ Re,Ni余量，17重量％ Cr,25重量％ CoUO重量％ Α1、0. 4重量％ Y和1. 5重量％ Re, Ni余量。優(yōu)選地，所述平臺(tái)的待涂覆部分為頂面和/或側(cè)面。測(cè)試表明，如果所述涂層不包含Pt，則可以獲得良好的防護(hù)結(jié)果。本發(fā)明的方法可被用于涂覆可由超級(jí)合金例如MarMM7、IN6203或CMSX4構(gòu)成的 渦輪葉片。優(yōu)選地，所述渦輪部件為渦輪葉片。下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行舉例說(shuō)明，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的渦輪葉片的透視圖，圖2是圖1所示渦輪葉片的側(cè)視圖，圖3是圖2所示渦輪葉片的縱向剖視圖，圖4是沿圖2中的IV-IV線所作的橫斷面視圖，圖5是圖1所示渦輪葉片的示意圖，圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的渦輪葉片的透視圖，圖7是圖6所示渦輪葉片的側(cè)視圖，圖8是圖7所示渦輪葉片的縱向剖視圖，圖9是沿圖7中的IX-IX線所作的橫斷面視圖，圖10是圖6所示渦輪葉片的示意圖，圖11是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的渦輪葉片的透視圖，圖12是圖11所示渦輪葉片的側(cè)視圖，圖13是圖12所示渦輪葉片的縱向剖視圖，圖14是沿圖12中的XIV-XIV線所作的橫斷面視圖，圖15是圖11所示渦輪葉片的示意圖。圖1-5顯示了根據(jù)本發(fā)明的渦輪葉片1，其具有根部2、頸部3、平臺(tái)4和翼型5，其 中所述翼型5具有外表面6和內(nèi)表面7。在這種情況下，所述渦輪葉片1由超級(jí)合金MarM247構(gòu)成，并通過(guò)定向凝固鑄造工 藝提供。根部2與頸部3相連，而頸部3支撐著平臺(tái)4。
翼型5從平臺(tái)4伸出。在翼型5之內(nèi)，內(nèi)表面7限定了至少一個(gè)如圖4所示的冷卻通道8。在所述葉片1的所有外表面和內(nèi)表面上存在第一擴(kuò)散Cr涂層。其厚約5-25 μ m， 且包含15-30重量％ Cr。僅在所述葉片1的限定部分，即在所述頸部3、所述翼型5的外表面6和整個(gè)平臺(tái) 4上，在所述第一涂層之上提供第二 MCrAlY涂層。所述涂層的組成為30-70重量％ Ni,30-50重量％ Co、15_25重量％ Cr,5-15重
量％ Al和最多1重量％ Y。所述第二 MCrAlY涂層也可以具有以下組成10_40重量％ Cr、5_35重量％ Al、0_2 重量％ Υ、0_7重量％ Si,0-2重量％ Hf和余量主要為Ni和/或Co且所有其它元素添加物 占總重的不到20重量％，優(yōu)選地20-40重量％ Cr、5-20重量％ Α1.0-1重量％ Υ、0_2重量％ Si,0-1重量％ Hf和余量主要為Ni和/或Co且所有其它元素添加物占總重的不到20重 量％，更優(yōu)選地 25-4()重量％ Cr,5-15 重量％ Al,0-0. 8 重量％ Y,0-0. 5 重量％ Si,0-0. 4 重量％ Hf和余量主要為Ni和/或Co且所有其它元素添加物占總重的不到20重量％。所述葉片1的具有所述第二涂層的部分與不具有所述涂層的所述根部2之間的邊 界由點(diǎn)劃線A表示。第三涂層覆蓋所述內(nèi)表面7上的所述第一涂層。所述第三涂層為Al改性的Cr涂 層，其在外β層中的組成為15-30重量％ Al和5-15重量％ Cr。所述三種不同涂層在所述葉片1上的分布也顯示在圖5中。點(diǎn)線表示第一涂層， 虛線(短劃)表示第二涂層，而虛線(長(zhǎng)劃)表示第三涂層。為了制造所述涂覆的渦輪葉片1，在第一步驟所述葉片1的所有外表面和內(nèi)表面 都被通過(guò)化學(xué)氣相沉積擴(kuò)散涂覆上Cr。也可以在施加所述第一涂層之前使用本領(lǐng)域已知的掩蓋單元和技術(shù)掩蓋所述部 件的某些部分，特別是過(guò)后將涂以MCrAlY涂層的部件。在這種情況下，所述部件的所述被 掩蓋的部分將不會(huì)被涂以所述第一涂層。在第二步驟，MCrAlY作為第二涂層被通過(guò)高速氧燃料噴涂施加到所述頸部3、所 述翼型5的外表面6和整個(gè)所述平臺(tái)4以覆蓋所述第一涂層。也可采用其它熱噴涂技術(shù)。 重要的是使用適合的掩蓋單元來(lái)防止偶然沉積(stray deposition)在所述葉片1的將要 涂以第二涂層的部分上。最后，施加呈Al改性的Cr涂層形式的第三涂層。為此，Al被通過(guò)化學(xué)氣相沉積 擴(kuò)散到所述翼型5的已經(jīng)滲鉻(第一涂層)的內(nèi)表面7中。這將產(chǎn)生具有期望組成的外β層。圖6-10顯示了另一根據(jù)本發(fā)明的渦輪葉片1，其同樣具有根部2、頸部3、平臺(tái)4和 翼型5，其中所述翼型5具有外表面6和內(nèi)表面7。在這種情況下，所述渦輪葉片1由超級(jí) 合金ΙΝ6203構(gòu)成，并通過(guò)傳統(tǒng)的鑄造工藝提供。在所述葉片1的所有外表面和內(nèi)表面上存在第一擴(kuò)散Cr涂層。其厚約5_25μπι， 且包含15-30重量％ Cr。在選擇的區(qū)域，即在所述翼型5的外表面和內(nèi)表面(6，7)以及整個(gè)平臺(tái)4上，在所 述第一涂層之上提供第二涂層。所述第二涂層為Al改性的Cr涂層，其具有組成為15-30重量％ Al和5-15重量％ Cr的外β層。所述葉片1的具有所述第二涂層的部分與不具有 所述第二涂層的根部3之間的邊界由點(diǎn)劃線B表示。含MCrAl Y的第三涂層覆蓋所述頸部3上在線B與所述根部2之間的所述第一涂 層，邊界用點(diǎn)劃線C表示。所述第三涂層具有以下組成30-70重量％ Ni、30-50重量％ Co、 15-25重量％ Cr,5-15重量％ Al和最多1重量％ Y。所述第三MCrAlY涂層也可以具有以下組成10_40重量％ Cr、5_35Al、0_2重量％ Y、0-7重量％ Si、0-2Hf，余量主要為Ni和/或Co且所有其它元素添加物占總重的不到20 重量％ ；優(yōu)選地20-40重量％ Cr.5-20A1.0-1重量％ Y、0_2重量％ Si、0_lHf，余量主要為 Ni和/或Co且所有其它元素添加物占總重的不到20重量％ ；更優(yōu)選地25-40重量％ Cr、 5-15Α1、0-0. 8重量％ Υ、0-0· 5重量％ Si,0-0. 4Hf，余量主要為Ni和/或Co且所有其它元 素添加物占總重的不到20重量％。所述三種不同涂層在所述葉片1上的分布也顯示在圖10中。點(diǎn)線表示第一涂層， 虛線(長(zhǎng)劃)表示第二涂層，而虛線(短劃)表示第三涂層。為了制造所述涂覆的渦輪葉片1，在第一步驟所述葉片1的所有外表面和內(nèi)表面 都被通過(guò)包滲法擴(kuò)散涂覆上Cr。也可以在施加所述第一涂層之前使用本領(lǐng)域已知的掩蓋單元和技術(shù)掩蓋所述部 件的某些部分，特別是過(guò)后將涂以MCrAlY涂層的部件。在這種情況下，所述部件的所述被 掩蓋的部分將不會(huì)被涂以所述第一涂層。在第二步驟，通過(guò)將Al擴(kuò)散到已經(jīng)滲鉻(第一涂層)的所述翼型5的外表面和內(nèi) 表面6，7以及整個(gè)所述平臺(tái)中，制備呈Al改性的Cr涂層形式的第二涂層。這將產(chǎn)生具有 期望組成的外β層。最后，通過(guò)真空等離子體噴鍍向所述頸部3上的第一涂層施加作為第三涂層的 MCrAlY。重要的是使用適合的掩蓋單元來(lái)防止偶然沉積在所述葉片1的將要涂以第三涂層 的部分上。圖11-15顯示了第三個(gè)根據(jù)本發(fā)明的渦輪葉片1，其具有根部2、頸部3、平臺(tái)4和 翼型5，其中所述翼型5具有外表面6和內(nèi)表面7。在這種情況下，所述渦輪葉片1由超級(jí) 合金CMSX4構(gòu)成，并通過(guò)定向凝固鑄造工藝提供。根部2與頸部3相連，而頸部3支撐著平 臺(tái)4。翼型5從平臺(tái)4伸出。在翼型5之內(nèi)，內(nèi)表面7限定了至少一個(gè)如圖4所示的冷卻通 道8。在所述根部2、所述頸部3和所述翼型5的內(nèi)表面7上提供第一擴(kuò)散Cr涂層。其 厚約5-25 μ m,且包含15-30重量％ Cr。僅在所述葉片1的限定部分，即在所翼型5的外表面6和所述平臺(tái)4的頂面和側(cè) 面上，提供第二 MCrAlY涂層。所述涂層的組成為30-70重量％ Ni,30-50重量％ Co、15-25 重量％ Cr,5-15重量％ Al和最多1重量％ Y。所述第二 MCrAlY涂層也可以具有以下組成之一 10_40重量％ Cr、5_35Al、0_2重 量％ Y、0-7重量％ Si、0-2Hf，余量主要為Ni和/或Co且所有其它元素添加物占總重的不 到20重量％ ；優(yōu)選地20-40重量％ Cr、5-20A1、0-1重量％ Y、0_2重量％ Si、0_lHf，余量主 要為Ni和/或Co且所有其它元素添加物占總重的不到20重量更優(yōu)選地25-40重量％ Cr、5-15Al、0-0. 8重量％ Υ、0_0· 5重量％ Si,0-0. 4Hf，余量主要為Ni和/或Co且所有其
9它元素添加物占總重的不到20重量％。所述葉片1的具有所述第二涂層的部分與所述平臺(tái)4的不具有所述涂層的部分之 間的邊界由點(diǎn)劃線D表示。第三涂層完全覆蓋所述第二涂層。其提供在所述翼型5的外表面7上以及所述平 臺(tái)4的頂面和側(cè)面上。所述第三涂層包含Al，其是過(guò)滲鋁的。所述第二涂層在其外表面內(nèi) 含15-30重量％ Al。所述三種不同涂層在所述葉片1上的分布也顯示在圖15中。點(diǎn)線表示第一涂層， 虛線(短劃)表示第二涂層，而虛線(長(zhǎng)劃)表示第三涂層。為了制造所述涂覆的渦輪葉片1，在第一步驟所述葉片1的所述翼型5的內(nèi)表面 7、頸部3和根部2被通過(guò)化學(xué)氣相沉積擴(kuò)散涂覆上Cr。葉片1的其它部分通過(guò)適合的掩蓋 單元加以保護(hù)以免被涂覆。在第二步驟，MCrAlY被作為第二涂層通過(guò)高速氧燃料噴涂施加到所述翼型5的外 表面6和所述平臺(tái)4的頂面和/或側(cè)面上。也可采用其它熱噴涂技術(shù)。重要的是使用適合 的掩蓋單元來(lái)防止偶然沉積在所述葉片1的將要涂以第二涂層的部分上。最后，在所述第二涂層之上施加第三涂層。為此，通過(guò)化學(xué)氣相沉積在所述翼型5 的外表面6上以及所述平臺(tái)4的頂面和/或側(cè)面上將Al過(guò)滲鋁。產(chǎn)生鋁含量為15-30重 量％的第二表面外表面。應(yīng)當(dāng)注意，在所述兩個(gè)實(shí)施方案中，渦輪葉片1僅在選擇的區(qū)域具有所述第二和 第三涂層，而葉片1的其余部分只涂有耐應(yīng)變的鉻擴(kuò)散涂層，且此涂層耐應(yīng)變能力不會(huì)因 所述第二和第三涂層的施加而被降低。
權(quán)利要求
1.渦輪部件(1)，其具有根部O)、頸部(3)、平臺(tái)(4)和翼型(5)，所述翼型(5)具有 限定了從中穿過(guò)的冷卻通道⑶的外表面(6)和內(nèi)表面(7)，其中在所述翼型(5)的內(nèi)表面 (7)上提供有第一涂層，和其中在所述翼型(5)的外表面(6)上提供有第二涂層，所述第一 和第二涂層具有不同的組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪部件(1)，其中所述第二涂層為MCrAlY包覆涂層(M代 表Ni和/或Co的組合)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪部件(1)，其中所述第二涂層包含10-40重量％Cr、5-35 重量％ Al,0-2重量％ Y、0-7重量％ Si,0-2重量％ Hf，余量主要為Ni和/或Co，且其中所 有其它元素添加物占總重的不到20重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪部件(1)，其中所述第二涂層包含20-40重量％Cr、5-20 重量％ A1.0-1重量％ Y、0-2重量％ Si,0-1重量％ Hf，余量主要為Ni和/或Co，且其中所 有其它元素添加物占總重的不到20重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪部件(1)，其中所述第二涂層包含25-40重量％Cr、5-15 重量％ Al,0-0. 8重量％ Y、0-0. 5重量％ Si,0-0. 4重量％ Hf，余量主要為Ni和/或Co，且 其中所有其它元素添加物占總重的不到20重量％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的渦輪部件(1)，其中所述第二涂層為擴(kuò)散鋁化 物或包覆涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的渦輪部件(1)，其中所述第二涂層為擴(kuò)散鋁化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的渦輪部件(1)，其中在所述平臺(tái)(4)上和/或 在所述平臺(tái)的下側(cè)上提供有第三涂層，特別是所述第三涂層不同于所述第二涂層，特 別是所述第三涂層不同于所述第一涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的渦輪部件(1)，其中在所述頸部C3)上提供有 第四涂層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪部件(1)，其中所述第四涂層不同于所述第三涂層。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪部件(1)，其中所述第四涂層與所述第三涂層相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任意一項(xiàng)所述的渦輪部件(1)，其中所述第四涂層為包覆涂 層，特別是MCrAlY涂層，或擴(kuò)散鋁化物，或滲鉻層，或滲鋁層，或滲鋁滲鉻層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任意一項(xiàng)所述的渦輪部件(1)，其中在所述根部( 上提供 有第五涂層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪部件(1)，其中所述第五涂層不同于所述第四涂層。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪部件(1)，其中所述第五涂層與所述第四涂層相同。
16.根據(jù)權(quán)利要求13、14或15所述的渦輪部件(1)，其中所述第五層為滲鋁層、滲鉻層 或滲鋁和滲鋁層。
全文摘要
本發(fā)明涉及在其不同部分具有不同類型涂層的渦輪部件。所述涂層的選擇應(yīng)使它們特別適合于使用期間在所述部件的所述部分上出現(xiàn)的熱和腐蝕條件。還記述了一種涂覆渦輪部件的方法。
文檔編號(hào)F01D5/28GK102135018SQ20111005658
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者M·懷特赫斯特, P·博克斯 申請(qǐng)人:西門子公司