用于创建纹理粘结涂层表面的方法技术

一种形成用于气体涡轮机部件(34)的热障涂层系统(44)的纹理粘结涂层表面(48)的方法。该方法包括使用图案化能量束(20)选择性地熔融合金颗粒层(16)的部分，以形成合金材料的连续层(16'，16”)，直至实现期望的表面几何特征(26)。能量束图案可以在层之间转位，以在几何特征中形成突出底切(28)。图案化的能量束可以通过引导来自二极管激光器(30)的激光能量通过筒式滤波器(32)形成。焊剂材料的颗粒(18)可以与合金颗粒一起熔融，以在熔融和冷却的合金材料上形成保护熔渣层(22)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及材料
，并且更具体地涉及用于在热障涂层系统的粘结涂层中创建纹理表面的方法。
技术介绍
陶瓷热障涂层系统被用于燃气涡轮发动机的热气体路径部件上，以保护下层金属合金基底免受超过合金的安全操作温度的燃烧气体温度的损害。典型的热障涂层系统可包括被沉积到基底合金上的粘结涂层，诸如MCrAlY材料，和沉积到粘结涂层上的陶瓷顶涂层，例如氧化钇稳定的氧化锆。已知的是，这样的系统的层之间的强附着力对于涂层系统的适当运行和长寿命是关键的，并且层之间的界面内的表面粗糙度在这方面提供了有利的机械互锁。粘结涂层材料通常是通过喷涂工艺沉积，诸如高速氧燃烧(HV0F)或空气等离子喷涂(APS)。众所周知的是在沉积粘结涂层时控制喷涂参数，以在沉积的涂层中实现一定程度的表面粗糙度。然而，通过控制喷涂参数创建的沉积涂层中的粗糙度和表面特征的形状是有限的。还已知的是，通过使用材料去除工艺，诸如激光烧蚀、微机械加工或诸如在美国专利号5723078中所描述的光刻，在陶瓷绝缘层沉积之前，使粘结涂层的表面有纹理。由于高级燃气涡轮发动机的点火温度持续增加，热障涂层系统和应用这种涂层的方法的进一步改进是期望的。【附图说明】本专利技术在下面的说明书中参考附图进行说明，其示出:图1-5示出了用于在基底上沉积具有表面纹理的涂层的顺序步骤，所述表面纹理包括具有突出的底切的几何特征。图6示出了沉积在粘结涂层材料的纹理表面上的热障涂层材料层。图7示出了沉积在具有陶瓷热障涂层材料的覆层的超合金部件的纹理表面上的粘结涂层材料层。【具体实施方式】本专利技术人已认识到，依赖于材料去除的已知粘结涂层纹理化工艺是固有低效的，因为不需要的材料首先被沉积，然后被除去。本专利技术的方法使材料以创建期望的纹理图案的方式最初被沉积。此外，由于本专利技术的方法通过沉积多个材料层创建纹理表面，使包括底切的宽范围的表面特征几何形状成为可能。图1是具有相对平滑的表面12的燃气涡轮机部件10的局部剖视图，期望将纹理表面几何形状添加到该平滑的表面。表面12可以是待被纹理化的现有粘结涂层材料层的表面，或者它可以是粘结涂层材料层将被施加其上的超合金基底的表面。粉末层14被沉积到表面12上。粉末层14包括金属合金颗粒16和焊剂材料颗粒18。金属合金16可以是用于超合金基底表面要被纹理化的实施例的超合金材料，或它可以是用于粘结涂层表面要被纹理化的实施例的粘结涂层材料。焊剂材料18被施加以在后续熔融步骤期间提供清洁和大气保护功能。相应地，在一个实施例中金属合金颗粒16和焊剂材料颗粒18可被混合在一起，并作为单个层被施加，或被混合并通过引导金属合金颗粒喷雾和焊剂材料颗粒喷雾同时朝向表面而同时被施加。 可替代地，在另一实施例中，金属合金颗粒16可以首先被施加到表面12，然后被焊剂材料颗粒18覆盖。图2示出了粉末层14，其被暴露于能量图案20以熔融粉末层14的选定区域，从而在表面12上形成被熔渣22覆盖的金属合金的图案16’。在冷却时，熔渣22和过量的粉末14被除去以露出具有纹理表面12’的部件10，如图3所示。图1和图2的步骤然后可以被重复，如图4所示，以添加另一层金属合金16"。应该注意，在图4中的能量图案20’与图2中的能量图案20略有不同，并且其结果是，沉积的金属合金的第二层16〃具有从沉积的金属合金的第一层16’转位(index)并且略微悬臂式向外伸出超过该第一层的区域24。能量20的热输入被选择为使得熔融区域不延伸到悬臂区域24内粉末层14的整个深度。层之间的能量图案20的这种转位可以根据需要被重复用于附加层以创建期望的最终纹理表面12，该纹理表面具有包括突出的底切28的几何特征26，如图5所示。本领域技术人员将理解，任何表面几何特征都将提供与随后施加的外涂层(即粘结涂层或热障涂层)的一定程度的机械互锁，并且带有突出底切28的特征26在这方面可能特别有益。图6示出了在具有几何特征26的层的表面12〃上进一步沉积材料层31之后的部件10。在该图示中，表面12〃是粘结涂层材料，并且材料层31是陶瓷热障涂层材料，其中突出底切28的功能是机械地锚固陶瓷材料31。本领域技术人员将理解，粘结涂层材料可以被沉积到未在该视图中示出的超合金基底上。图7是燃气涡轮机部件34的局部横截面图，其中粘结涂层材料层36被沉积在超合金基底40的纹理表面38上，该纹理表面具有陶瓷热障涂层材料42的覆盖层，以形成热障涂层系统44。表面38通过借助上述工艺沉积的几何特征46的添加被纹理化。应该注意，表面38的纹理化反映在粘结涂层材料36的表面48的更精细但仍有效的纹理化中。有利地，当超合金基底40是铸造产品并且超合金材料是通常用于燃气涡轮发动机部件的许多难以焊接的材料之一时，本文所描述的过程有利于附加超合金材料的接合，以形成几何特征46，其具有显著减少的裂化风险和否则可以使用焊接添加剂工艺来实现的更高的程度的几何精度，如在下文中更充分地描述的。在一些实施例中，粉末层14的厚度可以是一至几毫米，而不是典型的在已知的选择性激光熔融和烧结过程的情况下的几分之一毫米。例如，典型的粉末状现有技术焊剂材料的颗粒尺寸范围为0.5-2mm。然而，粉末状合金材料16可具有0.02-0.04mm或0.02-0.08mm或其他其中的子范围内的粒径范围(筛孔尺寸范围)。筛孔尺寸范围的这种差异在材料构成单独的层的实施例中可以有效；然而，在被施加到表面12之前颗粒被混合在一起的实施例中，对于粉末状合金材料38和粉末状焊剂材料40，具有重叠的筛孔尺寸范围或者具有相同的筛孔尺寸范围可能是有利的，以促进粉末的混合和进料，以及在熔融过程期间提供改进的焊剂覆盖范围。焊剂材料18和所得的熔渣层22提供了许多在熔融过程期间是有益的功能。首先，它们的功能是在材料冷却过程中从大气屏蔽熔融材料和固化(但仍然热的)合金材料16’两个区域。熔渣浮到表面，以从大气中分离出来熔融或热金属，并且在一些实施例中，焊剂可被配制以产生保护气体，从而避免或最小化昂贵的惰性气体的使用。第二，熔渣22用作允许固化的合金材料16’缓慢而均匀地冷却的覆盖层(blanket)，从而减少可能有助于裂化的残余应力。第三，熔渣22有助于成形熔融合金16’的池。第四，焊剂材料18提供清洁作用，用于除去有助于裂化的痕量杂质，诸如硫和磷。这种清洁包括金属合金粉末16的去氧。由于焊剂粉末18与合金粉末16亲密接触，它对完成此功能特别有效。此外，焊剂材料18可以提供能量吸收和捕获功能，以更有效地将束能量20转换成热能，从而有助于热输入的精确控制，诸如在1-2 %内，并有助于该过程期间材料温度的所得的严密控制。最后，焊剂可被配制，以在处理期间补偿挥发元素的损失或积极促进元素沉积，其否则不是由合金粉末本身提供当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成用于热障涂层系统的纹理粘结涂层表面的方法，该方法包括：将包括金属合金颗粒和焊剂材料颗粒的粉末层沉积到表面上；使用能量束选择性地熔融所述粉末层的部分，以形成由所述表面上的熔渣层覆盖的金属合金的图案；除去所述熔渣层；和如果需要，重复所述沉积和所述选择性地熔融步骤，以实现期望的纹理表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

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