用于制造和修复热障的方法和装置制造方法及图纸

具有共同烧结至陶瓷层(48)的钎焊层(46)的热障瓦片(34)被钎焊部件的基体(26)，用于制造或修复诸如在燃气轮机环形段(22、24)上的热障涂层(28)。可以通过在铸模盒(40)中设置金属钎焊材料的第一层；在金属钎焊材料上设置陶瓷粉的第二层；以及采用放电等离子烧结共同烧结两层以形成共同烧结的陶瓷/金属瓦片制造瓦片。响应于产生在诸如热导率的材料性质上与现有的热障涂层相兼容的瓦片的性质，可以确定(90)需要修复的现有的热障涂层的材料性质，并且可以控制(93)共同烧结。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般而言涉及热障涂层，并且在一个实施例中，涉及燃气涡轮发动机部件上的热障涂层的制造和修复。
技术介绍
燃气涡轮发动机的涡轮区包括旋转叶片的每一级或每一排周围的静止护环。护环具有密封表面，密封表面具有到叶片尖部的狭窄间隙，以减小经过所述涡轮叶片尖部的级间燃气泄漏。护环由称为环形段的弯曲的段或叶片外部气体密封形成。涡轮叶片和环形段通常由基于镍、钴或镍铁的高温超级合金组成，镍、钴或镍铁在高温时保持机械强度、蠕变阻力、表面稳定性和抗腐蚀/抗氧化性的。每个环形段的密封表面通常涂覆有抗氧化的金属粘结涂层和热绝缘陶瓷热障涂层(TBC)。TBC的最外层通常形成多孔的以使其是耐磨的。当金属涡轮叶片尖部与耐磨的涂层摩擦时，叶片切出穿过涂层的条带(swath)，因此使能叶片尖部和环形段之间的最小间隙以最小化涡轮级之间的工作燃气泄漏，由此最大化功率输出和燃料效率。耐磨涂层通常喷射得比其它类型的热障涂层厚很多。需要额外的厚度以允许叶片尖部切进涂层。随着厚度增加，涂层中来自温度梯度的应力增加，特别是在发动机的启动和关断期间。这可以增加涂层的剥落，导致失去间隙控制，其减小了发动机的功率和效率。其还可以减小环形段的热防护，减小其使用寿命。剥落的其它原因是在发动机操作期间通过逐渐地烧结而增加的耐磨涂层的硬度。当热障涂层劣化时，其必须被更换或修复以维持发动机效率。这通常可以通过移除环形段至修复设备，移除所有旧的涂层，以及采用已知的热喷射方法应用新的涂层来完成。这是昂贵的、耗能的以及耗时的。如果基体是通过作为劣化的热障涂层的结果的表面分裂劣化的，可能需要更换环形段。附图说明结合附图在下面的描述中说明本专利技术，附图示出了：图1是具有如现有技术所经历的热障涂层中的叶片尖端条带的两个相邻的护环段的部分透视截面图。图2是具有移除磨损的TBC的一部分且安装TBC瓦片的两个相邻的护环段的部分透视截面图。图3是用于TBC瓦片的制造装置的原理截面图。图4显示了用于TBC瓦片的制造装置的另一个实施例。图5是钎焊到基体上的联锁TBC瓦片的截面图。图6是在基体钎焊修复上方钎焊的TBC瓦片的截面图。图7是具有钎焊至在基体中选择路径的凹陷用于裂缝移除的额外深度的TBC瓦片的截面图。图8是形成针对耐磨性图案化的磨损表面的不同高度的TBC瓦片的截面图。图9是孔隙率与用于示例性陶瓷粉的放电等离子烧结的烧结温度的图。图10是用于确定用于热障瓦片的目标热导率的图表。图11是用于确定用于热障瓦片的弹性的目标模量的图。图12示出了本专利技术的一个实施例的方法。具体实施方式专利技术人了解到环形段热障涂层的损坏通常局部化至颗粒碰撞点以及叶片尖端的剥落的摩擦条带，并且其局部化的修复可以用最小的成本延长环形段的寿命。本文公开了用于实现这种新颖的维修的装置和方法。图1显示了两个相邻的护环段22、24。每个段包括基体26和热障涂层(TBC)28。涡轮叶片尖端条带30已经磨损至热障涂层。该条带随时间扩大并劣化，导致了由于热气体在叶片尖端的上方流动而不是穿过其翼面的涡轮效率的损耗。图2示出了两个相邻的护环段22、24，其具有包含从基体26移除了图1的条带30的磨损的TBC28的一部分32。本文描述了所安装的隔热瓦片34。可以通过材料移除和诸如路径选择、砂磨、喷水清理、喷砂清理、蚀刻等清洁方法准备基体的表面用于接收瓦片34。图3显示了根据本专利技术的一个实施例的用于TBC瓦片的制造装置。其包括具有电极42、44的铸模盒。在铸模盒中沉积一层钎焊材料46。该材料形式可以为箔、金属粉或金属粉预制件。在金属钎焊材料上沉积陶瓷粉或预制件的第二层48。+/-电压跨材料施加，以通过放电等离子烧结共同烧结陶瓷和钎焊材料。可以控制50烧结电压和持续时间，以获得通过温度计52测量的目标温度。在烧结期间可以压缩38层46、48。通过控制器50可以控制烧结压力、温度和持续时间，以获得本文所述的目标密度和/或其它材料性质。图3的装置和方法创建了具有内层钎焊材料46的热障瓦片34A，陶瓷材料的外层48，和它们之间共同烧结的界面54。界面可以采用用于改善的两层粘合的联锁结构图案56形成。通过模塑钎焊材料至图案化的低温预制件可以形成联锁图案56。例如，钎焊层可以由具有高分子黏结剂的钎焊粉组成或通过部分烧结制成。预制件可以以铸塑软模具成形，使得图案56可以具有包括功能为固定覆盖的陶瓷层48的突出的咬边的任何期望的复杂形状。接着用于层48的陶瓷粉可以沉积在用于最终目标的烧结的图案化的钎焊预制件上。示例性陶瓷的组成部分是矾土和钇稳定氧化锆。可以使用现有技术已知的其它陶瓷材料。由于硼促进脆度，缺少硼反而包括钛的钎焊材料是有益的。本发明的受让人已经开发了适用于和超级合金材料一起使用的改进的钎焊材料，例如本文通过参考引入的美国专利申请号为13/495,223的共同申请中描述的基于镍-铬-钛的钎焊合金。这些材料在强度上与以前的钎焊材料媲美，并且它们是足够强地被认为是结构修复(即母体金属的屈服强度的至少70％)。用于这些应用三元钎焊合金可能具有在下面的范围内的成份(本文所公开的所有成份的单位为wt.％)：铬15-25％；钛15-25％；余下的镍。在该组中的特定钎焊合金可能具有下面的成份：铬16.3％；钛21.2％；余下的镍；或者铬17.2％；钛20.9％；余下的镍。采用本专利技术的其它钎焊合金可能是有用的，其可能具有在下面的范围内的成份：余下的镍。在该组中的特定钎焊合金可能具有下面的成份：铬14.1％；钛14％；铝2.1％；钴3.1％；钨4.1％；钼1％；钽1％；余下的镍。其它钎焊合金可能具有在下面的范围内的成份：余下的镍。在该组中的特定钎焊合金可能具有下面的成份：铬17.57％；钛13.54％；铝2.39％；钴3.24％；钨3.47％；钼1.15％；钽0.83％；余下的镍。其它钎焊合金可能具有在下面的范围内的成份：余下的镍。在该组中的特定钎焊合金可能具有下面的成份：铬15.12％；钛10％；铝2.12％；钴15.8％；钼12.97％；余下的镍。其它钎焊合金可能具有在下面的范围内的成份：余下的镍。可以通过包含中空的陶瓷球58或易变的材料的颗粒在陶瓷层48中形成孔隙率，以增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造热障的方法，包括：在铸模盒中设置金属钎焊材料的第一层；在所述金属钎焊材料上设置陶瓷粉的第二层；以及采用放电等离子烧结在所述铸模盒中共同烧结所述第一层和所述第二层以形成具有金属钎焊层和陶瓷热障层的共同烧结的陶瓷/金属瓦片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.14 US 13/827,2331.一种用于制造热障的方法，包括：
在铸模盒中设置金属钎焊材料的第一层；
在所述金属钎焊材料上设置陶瓷粉的第二层；以及
采用放电等离子烧结在所述铸模盒中共同烧结所述第一层和所
述第二层以形成具有金属钎焊层和陶瓷热障层的共同烧结的陶瓷/金
属瓦片。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
确定部件上的现有的热障涂层的材料性质；以及
控制所述共同烧结步骤的温度和时间以制造具有响应于所述现
有的热障涂层的所述材料性质的材料性质的所述陶瓷/金属瓦片。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
确定弹性的目标模量和热导率；以及
控制所述共同烧结以制造与所述弹性的目标模量和热导率相兼
容的所述陶瓷/金属瓦片。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
准备基体的一部分；
在所述基体的所述一部分上放置所述金属/陶瓷瓦片的所述金属
钎焊层；以及
加热以将所述陶瓷/金属瓦片钎焊至所述基体的所述一部分。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
从燃气轮机部件的一部分移除热障涂层；以及
通过加热所述钎焊材料将所述金属/陶瓷瓦片钎焊到所述部件的
所述一部分上。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述加热是通过局部地施加
能量至与所述部件的基体的与所述部件的所述一部分相反的背部表
面执行的。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
准备根据权利要求1所述的多个瓦片，其中所述多个瓦片的不同
的瓦片具有至少两个各自的不同的厚度，以及
基于所述不同的瓦片厚度，将所述瓦片钎焊到形成图案化的表面
的布置中的基体上。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过准备所述陶瓷粉
的低温预制件在所述陶瓷层中形成预定的孔隙率，所述陶瓷粉包括在
所述共同烧结之后产生所述孔隙率的内含物。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述钎焊层和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·A·库尔卡尼，A·卡梅尔，S·兰佩舍夫，J·E·小希珀，C·席琳，G·B·梅里尔，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US