[發(fā)明專利]形成具有經(jīng)設(shè)計的表面粗糙度的熱障涂層系統(tǒng)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280042401.2
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN103827352A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安德魯·J·布恩斯;加里·B·梅里爾;約翰·R·保盧斯
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子能源有限公司;精密系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: C23C24/08
• 分類號: C23C24/08;B22F3/22;B22F5/04;B22F7/02;B22F7/06;B22F5/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;彭鯤鵬

本申請為2011年8月30日提交的共同待決申請第13/221077號的部分繼續(xù)申請（代理人案號2010P13124US），其通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般性涉及陶瓷涂覆的金屬部件以及應(yīng)用這種涂層的方法。

背景技術(shù)

已知使用陶瓷熱障涂層以保護在燃氣渦輪發(fā)動機中暴露于熱的燃燒氣體的金屬零件。美國專利申請公開US2009/0110954A1描述了已知的熱障涂層系統(tǒng)，其通常包括陶瓷熱障涂層與底層金屬基底之間沉積的粘合涂層材料。還已知，改進的熱障涂層粘附可通過在粘合涂層材料上提供粗糙化的表面來實現(xiàn)，例如通過控制用來沉積粘合涂層材料的工藝參數(shù)。一種這樣的技術(shù)描述于美國專利申請公開US2010/0092662A1中。

附圖說明

參照附圖在以下描述中解釋本發(fā)明，附圖示出：

圖1至圖5舉例說明根據(jù)本發(fā)明的實施方案的方法中的步驟。

圖6為根據(jù)本發(fā)明的實施方案的燃氣渦輪機部件的橫截面圖。

圖7舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的方法中的步驟。

發(fā)明詳述

本發(fā)明人已經(jīng)認識到需要進一步改進用于提高陶瓷熱障涂層的粘附的技術(shù)。例如，盡管已知通過控制借此沉積材料的噴涂參數(shù)來影響粘合涂層材料的表面粗糙度，但是本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的噴涂工藝控制可能由于經(jīng)歷工藝的多個應(yīng)用而在熱障涂層系統(tǒng)中的層之間的機械界面結(jié)構(gòu)中的可變性而不適于一些先進的燃氣渦輪發(fā)動機應(yīng)用。

圖1至圖6舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的方法的步驟。在圖1中，使模具10（基底模具）形成為在內(nèi)表面14上具有第一經(jīng)設(shè)計的表面粗糙度12。表面粗糙度12不是例如可通過噴砂法或噴射法實現(xiàn)的隨機得到的形貌，而是特定設(shè)計成具有期望表面特征幾何和大小的經(jīng)設(shè)計的表面?？赏ㄟ^如美國專利7141812描述的切割光刻法（tomo-lithographic?process）或通過任意其他已知工藝形成這樣的經(jīng)設(shè)計的表面形貌。將這種基底模具用于澆鑄如圖2所示的生坯16，從而將經(jīng)設(shè)計的表面粗糙度12復(fù)制到生坯16的外表面18上。例如，可從陶瓷或金屬粉末漿料澆鑄生坯16，并且生坯16可以是燃氣渦輪發(fā)動機部件的基底的形狀。

使另一個模具20（粘合層模具）形成為在如圖3舉例說明的內(nèi)表面24上具有另一個經(jīng)設(shè)計的表面粗糙度22。這里，同樣地，表面粗糙度22不是隨機得到的形貌，而是特定設(shè)計成具有期望表面特征幾何和大小的經(jīng)設(shè)計的表面。將生坯16從模具10移除并且用小的控制的空間26將生坯表面18與第二模具表面24分離的方式放置于模具20內(nèi)?？臻g26呈現(xiàn)出待連接至生坯16的粘合涂層材料的期望厚度。

之后，如圖4舉例說明的，將漿料形式的粘合涂層材料28澆鑄至空間26中并使其凝固。漿料與生坯16的外表面18上的表面粗糙度12協(xié)作以形成生坯16與粘合涂層材料28之間的期望機械互連。另外，將模具20的內(nèi)表面24上的表面粗糙度22轉(zhuǎn)移至粘合涂層材料28，使得當(dāng)將具有涂層28的生坯16從模具20中移除時，其外表面30可用于接收熱障涂層材料32，以形成如圖5所示的熱絕緣部件34。熱障涂層材料32可通過已知的噴涂方法應(yīng)用或其可通過使用又一種模具36（涂層模具）澆鑄。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的實施方案的熱絕緣部件具有基底與粘合涂層之間的由形成于基底上之第一經(jīng)設(shè)計的表面粗糙度限定的第一期望的機械互連，以及粘合涂層與上覆陶瓷熱障涂層之間的由形成于粘合涂層材料上的第二經(jīng)設(shè)計的表面粗糙度限定的第二期望的機械互連。第一機械互連和第二機械互連因設(shè)計者可能期望的而可具有不同的物理參數(shù)。例如，可將粗糙度特征的尺寸設(shè)計成兩個機械互連之間不同，該不同對應(yīng)于兩種不同的用于澆鑄生坯16和粘合涂層材料28的漿料的物理參數(shù)的差異。另外，第一機械互連和/或第二機械互連的物理參數(shù)以及粘合涂層材料的厚度可從部件的一個區(qū)域到另一個區(qū)域變化。例如，在燃氣渦輪發(fā)動機運行期間，翼片部件的前緣可比翼片的其余部分經(jīng)受更嚴重的沖擊損害。根據(jù)本發(fā)明制造的翼片可在前緣區(qū)具有較厚的粘合涂層材料層和/或其可在前緣區(qū)具有提供兩個材料層之間更多表面區(qū)域接觸（即較多侵入性表面粗糙度圖案）的機械互連。