[發(fā)明專利]用于將保護(hù)層施加到渦輪機(jī)部件上的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380024288.X
• 申請日: 2013-04-10
• 公開（公告）號: CN104284999A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇珊·戈勒森;托爾斯滕-烏爾夫·克恩
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: C23C26/02
• 分類號: C23C26/02;B23K35/30;B23K35/32
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 丁永凡;張春水

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于在基礎(chǔ)材料上制造保護(hù)層的方法，其中在所述基礎(chǔ)材料上設(shè)置有納米薄膜和焊料。

背景技術(shù)

在地方能量供應(yīng)的領(lǐng)域中，在蒸汽發(fā)電廠中并且在燃?xì)夂驼羝啓C(jī)發(fā)電廠中使用經(jīng)受高溫的熱機(jī)械機(jī)器。蒸汽輪機(jī)具有不同的渦輪機(jī)部件并且通常設(shè)計為是大體積的。在運(yùn)行時，上述渦輪機(jī)部件不僅經(jīng)受侵蝕性的磨損而且經(jīng)受腐蝕性的磨損以及機(jī)械的磨損。通過渦輪機(jī)部件的這種持續(xù)的負(fù)荷造成材料崩解和/或材料損耗。由此顯著地降低渦輪機(jī)部件的壽命，這也影響整個蒸汽輪機(jī)設(shè)備的運(yùn)行安全性。對于渦輪機(jī)部件的腐蝕性的或侵蝕性的作用例如是侵蝕腐蝕、液滴沖擊侵蝕、滑動磨損、滾動磨損、腐蝕和氧化。

為了保護(hù)渦輪機(jī)部件以防止上述磨損機(jī)制，采取不同的措施。因此，該渦輪機(jī)部件通常設(shè)有下述層，所述層相對于渦輪機(jī)部件的基礎(chǔ)材料具有提高的抗磨損性和/或抗腐蝕性。已知不同的方法以便將保護(hù)層施加到基礎(chǔ)材料上。此外已知的是：熱噴涂、釬焊、CVD、PVD、電鍍和堆焊。

當(dāng)然，由于渦輪機(jī)部件的特性不是每個上述方法都適合于將保護(hù)層施加到渦輪機(jī)部件上。例如，熱噴涂由于復(fù)雜的渦輪機(jī)部件幾何形狀可能是不可行的。此外，由于部分極其大的構(gòu)件幾何尺寸可能將爐式工藝排除在外。當(dāng)出于疲勞強(qiáng)度或成本的原因不應(yīng)對整個渦輪機(jī)部件而是僅對渦輪機(jī)部件的特定的部位覆層時，能夠排除其他的方法。通常，對于上述方法而言需要在一些情況下例如在檢修時不存在的空間需求。因此，也由于缺乏所需的空間需求而排除不同的方法。最后，當(dāng)通過方法本身例如因在焊接期間的熱輸入而在爐子中出現(xiàn)對基礎(chǔ)材料的不利的影響或出現(xiàn)變形時，不能夠應(yīng)用上述方法。因此，渦輪機(jī)部件通常設(shè)有保護(hù)層，使得制定個體的解決方案，所述個體的解決方案產(chǎn)生最佳的解決方案、即產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膶印Ｈ欢?dāng)例如必須用掩膜來加工或者必須限制方法參數(shù)、例如焊接溫度以便不因基礎(chǔ)材料的改變或者所出現(xiàn)的變形而影響渦輪機(jī)部件時，這種解決方案有時是極其成本密集的。

發(fā)明內(nèi)容

在這一點(diǎn)上也適用本發(fā)明。本發(fā)明的目的是：提出一種克服上述問題的覆層方法。

該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的特征所述的用于制造保護(hù)層的方法來實(shí)現(xiàn)。

因此，將納米薄膜施加到渦輪機(jī)部件的基礎(chǔ)材料上。在該納米薄膜之上設(shè)置有焊料。在下一步驟中，局部地點(diǎn)燃納米薄膜，由此產(chǎn)生引起基礎(chǔ)材料上的焊料熔化的放熱反應(yīng)。

因此，本發(fā)明的主要特征是應(yīng)用納米薄膜，所述納米薄膜選擇成，使得其在引燃時顯示出放熱反應(yīng)。這表示：納米薄膜在引燃之后輸出相對高的溫度，所述溫度引起：基礎(chǔ)材料輕微地熔化并且焊料完全地熔化。在焊料和納米薄膜混合物冷卻或固化之后形成保護(hù)層，所述保護(hù)層保護(hù)渦輪機(jī)部件免受上述破壞、例如侵蝕或腐蝕。

納米薄膜和焊料能夠定位到必須被保護(hù)以免受侵蝕或腐蝕的位置處。因此，不是整個渦輪機(jī)部件都必須構(gòu)成為具有根據(jù)本發(fā)明的覆層。這引起成本節(jié)約，因?yàn)橛行У乇苊鈱φ麄€渦輪機(jī)部件覆層。

納米薄膜和焊料彼此疊加地設(shè)置，其中納米薄膜局部地、例如在邊緣處點(diǎn)燃。該點(diǎn)燃能夠通過激光束或者通過其他適當(dāng)?shù)哪芰總鬏攲?shí)現(xiàn)。一旦施加薄膜，放熱反應(yīng)就結(jié)束。在此，納米薄膜必須被選擇成，使得局部產(chǎn)生的熱量足以超過焊接材料的液相線進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)材料和焊料的連接。由焊料和所消耗的納米薄膜構(gòu)成的混合物本身能夠用作為保護(hù)層。

有利的改進(jìn)形式在從屬權(quán)利要求中說明。

因此，在第一有利的改進(jìn)形式中，在焊料上設(shè)置有附加保護(hù)層。因此，在點(diǎn)燃納米薄膜之前在基礎(chǔ)材料上施加有三層系統(tǒng)，所述三層系統(tǒng)由納米薄膜、焊料和附加保護(hù)層組成。附加保護(hù)層的材料在此選擇成，使得在引燃之后所出現(xiàn)的熱量足以一方面熔化焊料并且建立焊料和附加保護(hù)層之間的還有焊料和基礎(chǔ)材料之間的連接。附加保護(hù)層在此不與焊料和納米薄膜混勻成新的構(gòu)成物，而是在渦輪機(jī)部件上形成保護(hù)基礎(chǔ)材料免受外部影響的保護(hù)層。

在一個有利的改進(jìn)形式中，附加保護(hù)層由陶瓷材料制成。在考慮陶瓷系統(tǒng)的情況下首先考慮碳化物、但是也考慮硼化物等。例如，能夠應(yīng)用TiC、B₄C、TiB₂或類似的組分。但是除了陶瓷顆粒或者層之外，也能夠考慮金屬間相、例如TiAl或者硬質(zhì)合金、例如鈷基的司太立。

在一個有利的改進(jìn)形式中，應(yīng)用具有下述化學(xué)組分的納米薄膜：鋁和鈀(Al/Pd)、鋁和鎳(Al/Ni)、氧化鎳和鎳和鋁(NiO-Ni/Al)以及氧化銅和銅和鋁(CuO-Cu/Al)。