[發明專利]用于通過使能量穿過多芯光纖傳播而在表面上形成三維錨固結構的方法

在審

• 申請號: 201480048486.4
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN105555467A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: G·J·布魯克;A·卡梅爾
• 申請（專利權）人: 西門子能源公司
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/06;B23K26/08;F01D5/28;C23C28/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明的方面涉及用于暴露于高溫、諸如在燃燒渦輪發動機的環 境中遇到的高溫的組成部件的熱障涂層系統。更特別地，本發明的方 面指向于牽涉到來自傳播穿過多芯光纖的至少兩個激光束的激光輻 照，其在表面上形成三維錨固結構。這些錨固結構提供了用于被施加 在表面上面的熱障涂層系統的增強的附著性。

背景技術

已知的是，燃燒渦輪發動機的效率隨著燃燒氣體燃燒溫度增加而 提高。然而，隨著燃燒溫度增加，渦輪機組成部件的高溫耐久性必須 相應地增加。雖然鎳基和鈷基超合金材料可以被用于熱氣體流動路徑 中的組成部件、諸如燃燒器過渡零件和渦輪機轉動葉片及固定導葉， 但即使這些超合金材料也不能挺過在有時超過1,400℃的溫度下的長 時期的操作。

在很多應用中，金屬基板(例如，組成部件的)或涂覆在金屬基 板上的粘結涂層被用陶瓷絕緣材料、諸如熱障涂層(TBC)涂覆，以 降低金屬基板的操作溫度和金屬被暴露所至的溫度瞬變的幅值。

TBC在降低渦輪機組成部件的操作溫度和實現渦輪機效率的提 高上發揮著顯著作用。顯然熱障涂層僅在涂層在基板表面上保持基本 完整的時候保護基板。

在操作期間，TBC和任何下層的粘結涂層經受剝落和劣化。這樣 的窘迫的原因可以包含：因異物的高速彈道沖擊引起的高物理應力、 不同的熱膨脹(即，在下層的超合金基板與上覆的粘結涂層之間或者 在粘結涂層與TBC之間)、材料缺陷和歸因于操作環境的材料性質 的改變。這些情況中的任何一個都可以導致粘結涂層和/或TBC的損 傷并且甚至從基板表面的全部去除。傳統的修復工藝牽涉到將受損層 (多個)剝離并且重新涂覆基板，是耗時且成本高的任務。

已知的是，控制表面(諸如基板表面)的粗糙度參數以提高上覆 的粘結層或熱障涂層的附著性。美國專利號5,419,971描述了一種激 光燒蝕工藝，其中通過直接蒸發(例如，在沒有使材料熔化的情況下) 進行的材料的去除據稱用于在被輻照表面處形成三維特征。參見第6 欄第3行。這些特征限于形成在被輻照表面內的圖案。這些激光燒蝕 工藝未形成延伸超越表面的結構。因此需要可以提供有助于增強的附 著性的改進的結構形成的工藝。

附圖說明

鑒于附圖在以下描述中說明發明，附圖示出：

圖1是依照本發明的方面的正用激光輻照被輻照的固體材料的截 面圖。

圖2是液化材料的示例性飛濺的等距視圖，該液化材料依照本發 明的方面在材料飛濺的凝固時在固體材料的表面上方形成三維錨固 結構。

圖3是在固體材料的表面上方形成的諸如波動、波浪、指或鉤等 的錨固結構的非限制性示例的部分截面圖。

圖4是包含可以從體現本發明的方面的方法中獲益的熱障涂層系 統的示例燃氣渦輪機組成部件的部分截面圖。

圖5是熱障涂層系統的部分截面圖，其中依照本發明的進一步實 施例粘結涂層表面可以經受激光輻照。

具體實施方式

依照本發明的一個或多個實施例，在這里公開了有助于三維錨固 結構(通常稱作機械鉤、指或波浪)的在暴露于來自多芯激光光纖的 激光輻照的表面上形成的結構布置和/或技術。在一個應用中，機械鉤 提高了粘結涂層和TBC的在燃氣渦輪機葉片和導葉上的附著性，并 且還可以延長有效的TBC的持續時間。發明的技術可以在葉片和導 葉的制造期間使用并且也可以在修復期間使用。在任一情況中，葉片 和導葉的操作壽命都被延長。

本發明的發明人提出了用以在基板的或粘結涂層的表面上形成 三維錨固結構的來自多芯激光光纖的激光輻照的創新性利用。圖1的 軸向截面圖中圖示出多芯同軸光纖4，包括內芯6和外環7。根據一 個實施例，相對較高功率的激光在內芯6中傳播并且相對較低功率的 激光在外環7中傳播。在離開光纖4時，兩個激光束都撞擊固體材料 或基板14的表面12。

在一個實施例中，傳播穿過外環7的外激光束20(脈沖的或連續 的)包括如圖1中所圖示的產生熔體16(也稱作液化床)的相對低功 率密度相對大直徑的光束。當光學組成部件和基板14如箭頭18所指 示彼此相對移動時，在表面12上形成多個或者一系列的這樣的熔體 16。