專利名稱：熱障涂層形成方法、掩蔽銷以及燃燒室過渡連接件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱障涂層形成方法、掩蔽銷以及燃燒室的過渡連接件，并且構想本發(fā)明用來在不阻塞冷卻孔的情況下向所有需要熱屏蔽的表面提供熱障涂層，以及用來容易地實施熱障涂層形成的操作。
背景技術：
圖3示出了燃氣輪機的燃燒室100的排布。燃燒室100包括燃料噴嘴101、燃燒室筐(combustor basket)102和燃燒室過渡連接件103。從壓縮機104排出的燃料F和壓縮空氣PA被供至燃料噴嘴101，預混合氣體是燃料F和壓縮空氣PA的混合物，該混合物從燃料噴嘴101噴入燃燒室筐102中，并且燃燒產(chǎn)生高溫高壓的燃燒氣體CG。在燃燒氣體CG被燃燒室過渡連接件103引導，并且它的流速和流動方向受控于固定葉片105之后，所述燃燒氣體CG作用于旋轉葉片106并且使葉片106旋轉。一部分壓縮空氣PA流過對空氣量進行控制的旁通閥107，被供入燃燒室過渡連接件103中。標號108表示的部件是殼體。
燃燒室過渡連接件103是將燃燒氣體CG引導向葉片的汽缸，它的入口側(即燃燒室筐102一側)形成為圓形，而它的出口側(即固定葉片105一側)形成為矩形。為了冷卻所述燃燒室過渡連接件103，燃燒室過渡連接件103采用了空氣冷卻結構。燃燒室過渡連接件103采用的空氣冷卻結構將參考圖4、圖5和圖6進行描述，圖4中示出了燃燒室過渡連接件103的局部切除視圖，圖5中示出了從A方向看去的圖4的剖視圖，圖6中示出了從B方向看去的圖4的剖視圖。
如圖4至6所示，構成燃燒室過渡連接件103的壁是雙壁結構，將包括空氣通道槽1的外側板2和內側板3結合在一起。也就是，在燃燒室過渡連接件103的外徑上的外壁是外側板2，在內徑上的內壁是內側板3，在燃燒室過渡連接件103的壁的內部形成多個空氣通道槽1，這些槽沿著燃燒氣體CG流動的方向延展。此外，通向空氣通道槽1的空氣引入孔4形成在外側板2中，通向空氣通道槽1的空氣導出孔5形成在內側板3中。孔4和5的直徑大于空氣通道槽1的寬度。另外，空氣引入孔4的位置偏離空氣導出孔5的位置，多個空氣引入孔4和空氣導出孔5以分散的方式形成規(guī)則或傾斜的格柵圖案。
結果，從壓縮機104(見圖3)排出的壓縮空氣PA變成冷卻空氣，所述冷卻空氣通過空氣引入孔4進入空氣通道槽1中，然后流過空氣通道槽1，并冷卻燃燒室過渡連接件103的壁。所述冷卻空氣通過空氣導出孔5排入燃燒室過渡連接件103內部的空間中。
這樣，多個(例如大約600到800個)空氣導出孔(冷卻孔)5形成在燃燒室過渡連接件103的內周表面中。在所述燃燒室過渡連接件103的內周表面上，設置熱障涂層(TBC)。在實施所述熱障涂層(TBC)的供給之前，需要掩蔽空氣導出孔5，以防止涂層將空氣導出孔5阻塞。
用于將熱障涂層供至燃燒室過渡連接件103的內周表面上的過程如下(i)首先，利用掩蔽材料掩蔽過渡連接件的內周表面中的空氣導出孔(冷卻孔)5。當前的掩蔽方法稍后進行描述。
(ii)接著，對過渡連接件的內周表面實施噴砂處理，以使過渡連接件的內周表面變得粗糙。
(iii)利用噴涂在變粗糙的內周表面上形成表面金屬層(底涂層)。
(iv)通過等離子噴涂、利用主要由氧化鋯組成的陶瓷在表面金屬層上形成熱障層(頂部涂層)。
(v)去除掩蔽材料。
在傳統(tǒng)掩蔽方法的一個例子中，如示出燃燒室過渡連接件103的內周表面的圖7所示，掩蔽帶10附在帶狀區(qū)域，在該帶狀區(qū)域冷卻孔5排成行，通過噴涂形成熱障涂層。然后，在涂層形成之后，掩蔽帶10將被剝離。因此，如圖8所示，在掩蔽帶10被剝離之后，熱障涂層未形成在帶狀區(qū)域11中。此外，使用掩蔽帶花費時間，因為要附著和玻璃兩種掩蔽帶，一種用于噴砂，另一種用于涂層。
并且，在傳統(tǒng)掩蔽方法的另一個例子中，如圖9所示，掩蔽銷MP1被插入冷卻孔5，其中冷卻孔5形成在燃燒室過渡連接件103的內周表面(內側板3)中，熱障涂層通過噴涂形成。掩蔽銷MP1是圓柱形的，并且是利用圓柱形模具通過在多個堆疊的掩蔽帶(聚氯乙烯絕緣帶)上穿孔而制得的，它突起在燃燒室過渡連接件103的內徑上的表面(內側板3的表面)之上。
在圖9所示的例子中，由于在噴涂中存在噴涂角α，因此突起的掩蔽銷MP1遮擋區(qū)域β，并且在所述被遮擋的區(qū)域β中，沒有形成熱障涂層。此外，當熱障涂層形成之后掩蔽銷MP1被拔出時，在熱障涂層的黑色區(qū)B中的橋接部分與掩蔽銷MP1一起被剝離，也沒有熱障涂層形成在該部分中。
如上所述，由于圖7和8所示的傳統(tǒng)技術使用用于遮蔽的掩蔽帶10，因此沒有熱障涂層形成在寬的帶狀區(qū)域11中。當燃氣輪機使用較長時間時，由于缺少表面金屬層(抗氧化層)，燃燒室過渡連接件103的、沒有熱障涂層形成的區(qū)域11受到氧化變薄，并且由于金屬溫度的增加該區(qū)域會出現(xiàn)裂化，進而由于裂化的加劇產(chǎn)生破壞，這已經(jīng)成為一個問題。
此外，在圖9所示的傳統(tǒng)技術中，類似地，由于沒有熱障涂層形成在被遮擋區(qū)β以及橋接部分B被剝離的區(qū)域中，因此金屬溫度的增加使得未形成熱障涂層的部分產(chǎn)生裂化，并且由于裂化的加劇產(chǎn)生破壞，這也已經(jīng)成為一個問題。此外，由堆疊的乙烯基掩蔽帶組成的掩蔽銷MP1有時卡在冷卻孔5中，因此需要花時間去除掩蔽銷MP1。
掩蔽銷MP1突起在燃燒室過渡連接件103的內周表面(內側板3的表面)之上，由于考慮到希望即使在噴涂過程中掩蔽銷MP1燃燒并且燒焦也能容易地去除所述掩蔽銷MP1，結果掩蔽銷MP1的高度降低。
已經(jīng)考慮將石磨棒或聚乙烯絕緣銅線的掩蔽銷插入冷卻孔5中，其中所述石磨棒或聚乙烯絕緣銅線是目前使用的掩蔽材料。然而，即使目前作為掩蔽材料的石磨棒或聚乙烯絕緣銅線的塞子(掩蔽銷)插入冷卻孔5，當前的塞子也會在處理的中途脫落，因為冷卻孔5沒有穿通，有大約1mm深淺；或者另一方面，它會卡在孔中，在熱障形成之后掩蔽銷也不能被取出。此外，在形成熱障涂層之后，對于燃燒室過渡連接件沒有實施熱處理，掩蔽銷不能通過熱處理被燒毀。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種熱障涂層形成方法、掩蔽銷和燃燒室過渡連接件，當利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上(例如，燃燒室過渡連接件的內周表面)形成熱障涂層時，所述方法和部件能在整個表面上形成熱障涂層，而不會阻塞冷卻孔。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的熱障涂層形成方法是利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層的方法。其特征在于，在沒有在所述部件表面之上突起的掩蔽銷插入冷卻孔之后，利用噴涂形成熱障涂層。
根據(jù)本發(fā)明，利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層。該方法的特征在于，包括掩蔽過程，在該過程中沒有在部件表面之上突起的掩蔽銷插入冷卻孔中；噴砂處理過程，在該過程中對部件的表面進行噴砂處理以使它變得粗糙；以及熱障涂層形成過程，在該過程中利用噴涂在變粗糙的部件的表面上形成熱障涂層。
根據(jù)本發(fā)明，利用在形成有冷卻孔的部件的表面上噴涂形成熱障涂層。該方法的特征在于，在突起于部件的表面之上、并且突起量幾乎與熱障涂層的厚度相同的掩蔽銷插入冷卻孔之后，利用噴涂形成熱障涂層。
根據(jù)本發(fā)明，利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層。該方法的特征在于，包括掩蔽過程，在該過程中突起在部件表面之上、且突起量幾乎等于熱障涂層厚度的掩蔽銷插入冷卻孔中；噴砂處理過程，在該過程中對部件的表面進行噴砂處理以使它變得粗糙；熱障涂層形成過程，在該過程中利用噴涂在被噴砂的部件的表面上形成熱障涂層；以及倒角導角過程，在該倒角過程中冷卻孔周圍的熱障涂層被倒角導角。
根據(jù)本發(fā)明，利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層。該方法的特征在于，在突起于部件的表面之上的掩蔽銷插入冷卻孔之后，利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層；在噴涂的熱量使掩蔽銷收縮之后，掩蔽銷的突起量將減小到等于或小于熱障涂層的厚度。
根據(jù)本發(fā)明，利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層。該方法的特征在于，包括掩蔽過程，在該過程中突起在部件表面之上、并且在噴涂的熱量作用下收縮以使突起量等于或小于熱障涂層厚度的掩蔽銷插入冷卻孔中；噴砂過程，在該過程中對部件的表面進行噴砂處理使它變得粗糙；熱障涂層形成過程，在該過程中利用噴涂在部件的粗糙表面上形成熱障涂層；以及倒角過程，在該倒角過程中冷卻孔周圍的熱障涂層被倒角。
根據(jù)本發(fā)明，冷卻孔未被鉆通。所述部件是燃氣輪機的燃燒室過渡連接件，冷卻孔的特征在于，形成在構成燃燒室過渡連接件的壁的內周表面上。
根據(jù)本發(fā)明，掩蔽銷由具有如下屬性的材料構成抗噴砂性優(yōu)良的彈性；耐熱性，以便耐受噴涂所產(chǎn)生的熱；易脫開性，以便在熱障涂層形成之后能完全地脫離冷卻孔；優(yōu)良的附著性和濕度，以防止熱障涂層材料積聚。掩蔽銷由硅橡膠彈性體構成。通過干燥和硬化注入冷卻孔中的液體硅橡膠彈性體來形成所述掩蔽銷，或者利用模具通過沖裁出硅橡膠彈性體片或者利用金屬模成形來形成所述掩蔽銷。
根據(jù)本發(fā)明，掩蔽銷由具有如下屬性的材料構成抗噴砂性優(yōu)良的彈性；耐熱性，以便耐受噴涂所產(chǎn)生的熱；易脫開性，以便在熱障涂層形成之后能完全地脫離冷卻孔；優(yōu)良的附著性和濕度，以防止熱障涂層材料積聚。通過干燥和硬化注入冷卻孔中的液體硅橡膠彈性體來形成所述掩蔽銷，或者利用模具通過沖裁出硅橡膠彈性體片或者利用金屬模成形來形成所述掩蔽銷。與所述冷卻孔的直徑相比，所述掩蔽銷的外徑被增大大約10％。
根據(jù)本發(fā)明，燃燒室過渡連接件的特征在于利用上述熱障涂層形成方法在內周表面上形成熱障涂層。
附圖簡述

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的熱障涂層形成方法的視圖，其中使用了液體硅橡膠的彈性體掩蔽銷；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的熱障涂層形成方法的視圖，其中使用利用模具通過沖裁出硅橡膠彈性體片或者通過金屬模成形而形成的掩蔽銷；圖3示出了燃氣輪機的燃燒室的排布的簡圖；圖4示出了形成燃燒室過渡連接件的壁的一部分的切除視圖；圖5是自方向A所視的圖4的剖視圖；圖6是自方向B所視的圖4的剖視圖；圖7示出了被掩蔽帶遮蔽的燃燒室過渡連接件的內周表面的平面圖；圖8示出了掩蔽帶被去除的燃燒室過渡連接件的內周表面的平面圖；圖9示出了具有傳統(tǒng)掩蔽銷插入的過渡連接件的剖視圖；圖10示出了碟式掩蔽銷的結構的視圖；圖11示出了碟式有腳掩蔽銷的結構的視圖；圖12示出了碟式有腳掩蔽銷的結構的視圖，其中突起設置在所述有腳掩蔽銷的周圍；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的熱障涂層形成方法的另一個例子，其中使用利用模具通過沖裁出硅橡膠彈性體片或者通過金屬模成形而形成的掩蔽銷。
具體實施例方式
以下將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的實施例中，當利用噴涂在燃氣輪機的燃燒室過渡連接件的內周表面上形成熱障涂層時，掩蔽銷插入形成在燃燒室過渡連接件的內周表面上的冷卻孔中。
掩蔽銷由具有以下(1)至(4)材料屬性的橡膠彈性體構成(1)耐熱性，以承受噴涂所帶來的熱(2)彈性，用于防止在銷插入冷卻孔之后、當噴砂處理所產(chǎn)生的振動作用在所述銷上時、掩蔽銷從冷卻孔中出來(3)易脫開性，以便在熱障涂層形成之后從冷卻孔中取出，而不致卡在冷卻孔中(4)濕度(較差的濕度)，以排斥熱障涂層材料，從而防止它鋪設通過實驗檢驗具有上述屬性(1)至(4)的材料，發(fā)現(xiàn)通過干燥和硬化由液體硅橡膠(硅橡膠墊圈)彈性體制成的掩蔽銷或者利用模具通過沖裁硅橡膠彈性體片而制成的掩蔽銷是最適合的。
給出具體例子，據(jù)發(fā)現(xiàn)Three Bond公司的1207F型號是最佳的液體硅橡膠(硅橡膠墊圈)彈性體，它主要由Si和O組成，并且它的最大耐熱性是250℃；主要由Si和O組成、并且最大耐熱性是200℃的Three Bond公司的硅橡膠彈性體片是最佳的硅橡膠彈性體片。
一些類型的液體掩蔽材料過于緊密地附在基底金屬上，并且難于分離。在這種情況下，使用Si或氟的分離式噴射是有效的。
液體硅橡膠彈性體不限于Three Bond公司的產(chǎn)品，只要主要成分是Si和O，這種液體硅橡膠彈性體就能被選作掩蔽銷的材料，因為它具有上述(1)至(4)的材料屬性。
并且，硅橡膠彈性體片不限于上述Three Bond公司的產(chǎn)品，只要主要成分是Si和O，這樣硅橡膠彈性體片就能被選作掩蔽銷的材料，因為它具有上述(1)至(4)的材料屬性。
為了選擇掩蔽材料，進行了實驗，其中在測試件上制成與形成在燃燒室過渡連接件中的空氣冷卻結構(空氣通道槽、空氣引入孔、空氣導出孔[冷卻孔])相類似的孔，所述測試件的成分與燃燒室過渡連接件的成分相同，各種材料插入冷卻孔中。在實驗中，以200℃的溫度在空氣中對有材料插入冷卻孔中的測試樣品加熱10分鐘之后，材料被取出以檢查上述屬性(1)至(4)，以400℃的溫度在氬氣環(huán)境中對有材料插入冷卻孔中的測試樣品加熱1分鐘之后，材料被取出以檢查前述屬性(1)至(4)。這些實驗考慮了燃燒室過渡連接件的噴涂，燃燒室過渡連接件的基底金屬始終保持在大約200℃，并且噴涂材料的溫度(熔融顆粒的溫度)瞬時達到400℃。
用在本實施例中的掩蔽銷的尺寸被規(guī)定成當插入到燃燒室過渡連接件中的冷卻孔里時，突起量為涂層的厚度，而在涂敷之后，收縮大約10％，結果使得所述尺寸成為其沒有在過渡連接件的表面(內周表面)之上突起(相反，它有少量下沉)。
當液體硅橡膠彈性體注入冷卻孔時它是液體，然而隨著它被干燥，所述液體硅橡膠彈性體體積減小并被硬化，被硬化的材料變成插入冷卻孔的掩蔽銷。然而，注入量被調整，以便在硬化后掩蔽銷不會突起在燃燒室過渡連接件的表面(內周表面)之上。
接著，以下將描述熱障涂層形成方法的例子，利用該方法熱障涂層形成在燃氣輪機的燃燒室過渡連接件的壁的內周表面上。通過干燥和硬化液體硅橡膠彈性體而制成的掩蔽銷用在該例子中。
如圖1A所示，空氣通道槽21形成在構成燃氣輪機的燃燒室過渡連接件的壁的內部。通向空氣通道槽21的冷卻孔(空氣導出孔)22形成在內周表面20in中，同時通向空氣通道槽21的空氣引入孔(圖中省略)形成在外周表面20out中。冷卻孔22的直徑和空氣引入孔的直徑大于空氣通道槽21的寬度。為了在壁的內周表面20in上形成熱障涂層，首先將剝離劑(stripping agent)(硅酮、氟等)涂敷到冷卻孔22以及空氣通道槽21的面對冷卻孔22的部分處。
接著，如圖1B所示，使用注射器注射器31將液體硅橡膠彈性體32注入冷卻孔22中以及空氣通道槽21的面對冷卻孔22的部分。液體硅橡膠彈性體32是Three Bond公司的1207F型液體硅橡膠彈性體，該產(chǎn)品具有200至250℃溫度的耐熱性。由于所述液體硅橡膠彈性體32是液體/凝膠，因此能容易地被注入冷卻孔22中以及面對冷卻孔22的空氣通道槽21的部分中。然而，液體硅橡膠彈性體32具有一定程度的粘性，以便它不會透過空氣通道槽21的面對冷卻孔22的部分，同時能深入空氣通道槽21的內部。
在這種情況下，實施注入，直到被注入的液體硅橡膠彈性體32的表面超出內周表面20in。注入量稍后描述。并且，可以使用托盤(pallet)代替注射器31實施注入。因為您需要做的只是注入，因此操作容易。
當被注入的液體硅橡膠彈性體32存留下來后，變干并硬化。同時，發(fā)生了體積收縮。通過體積收縮被干燥和硬化，被注入的液體硅橡膠彈性體變?yōu)椴迦肜鋮s孔22和空氣通道槽21的掩蔽銷MP2(見圖1C)。在這種情況下，為了不使掩蔽銷MP2突起在內周表面20in之上，液體硅橡膠彈性體32的注入量被調整，如圖1B。也就是，掩蔽銷MP2沒有在部件的冷卻孔22的表面之上突起。然而，依賴于材料條件，收縮率會不同。在這種情況下，用手將掩蔽銷MP2的表面壓平。在注入液體硅橡膠時，以特定的壓力提供特定量的液體硅橡膠是非常重要的，使用市場上有售的分配器進行注入是有效的。
冷卻孔22和空氣通道槽21的尺寸不是均勻的，而是分散的。然而，由于掩蔽銷MP2是被干燥和硬化的、注入冷卻孔22和空氣通道21中的液體硅橡膠彈性體32，因此它緊密地插入冷卻孔22和空氣通道槽21中。
當通過干燥和硬化液體硅橡膠彈性體32而使掩蔽銷MP2插入時，如圖1D所示，通過噴送氧化鋁(Al2O3)對內周表面20in實施噴砂處理，以使表面變得粗糙。這時，由于掩蔽銷MP2具有彈性，因此通過噴砂處理給定的錨固效果不起作用，并且即使有沖擊作用，掩蔽銷MP2也不會從冷卻孔22中掉出。
在噴砂處理完成之后，如圖1E所示，通過將McrAlY噴涂到內周表面20in上來形成表面金屬層41(底涂層)。這時，由于掩蔽銷MP2的濕度差，因此噴涂在掩蔽銷MP2上的金屬顆粒被排斥，McrAlY噴涂金屬幾乎沒有積聚在掩蔽銷MP2上。并且，在有少量累積的情況下，能夠通過吹氣和利用砂紙的拋光將它們完全去除。
在完全形成表面金屬層41之后，如圖1F所示，將主要由氧化鋯組成的陶瓷材料噴涂在表面金屬層41上，以形成熱障層(頂部涂層)42。這時，由于掩蔽銷MP2的濕度差，因此噴在掩蔽銷MP2上的噴涂金屬被排斥，陶瓷噴涂金屬幾乎不積聚在掩蔽銷MP2上。并且，在有小量積聚的情況下，能夠通過吹氣或者利用砂紙的拋光將它們去除。
由于掩蔽銷MP2沒有突起在內周表面20in之上，因此MCrAlY或陶瓷材料的噴涂不會遮擋突起部分，對于需要噴涂的所有表面都能實施噴涂。換言之，未噴涂陶瓷材料的部分不會由于突起在內周表面20in之上的部分的遮擋而不會產(chǎn)生在內周表面20in周圍。當由于遮擋而產(chǎn)生未被噴涂的部分時，就可能露出基底金屬的表面，結果由于長時間的使用而產(chǎn)生初始的裂化。然而，由于遮擋使得噴涂操作未將陶瓷材料噴涂上去的部分不會產(chǎn)生在內周表面20in周圍，耐熱性和耐用性能變得更優(yōu)良。
此外，掩蔽銷MP2具有耐熱性。因此，在噴涂MCrAlY或陶瓷材料時，掩蔽銷MP2不會燃燒并且不會燒焦或者熔化。
當完全形成熱障層42時，用針或者銷鉤掩蔽銷MP2，以取出冷卻孔22。由于掩蔽銷MP2具有剝離能力使得它不會卡在冷卻孔22中，因此掩蔽材料不會存留在冷卻孔22中或者空氣通道槽21中，但是整個掩蔽銷MP2能夠完全取出，而沒有任何破損。(見圖1G)。去除工作很容易，因為能夠用針或者銷取出掩蔽銷MP2。
這樣，熱障涂層(表面金屬層41和熱障層42)被提供到構成燃燒室過渡連接件的壁的內周表面20in。此外，熱障涂層能被提供給所有需要的表面。結果，燃燒室過渡連接件被保護免受熱障涂層形成產(chǎn)生的熱，這樣防止由于溫度的增加而產(chǎn)生裂化或者損壞，從而能產(chǎn)生具有高可靠性的燃燒室過渡連接件。
掩蔽操作只包括液體硅橡膠彈性體32的注入以及用針鉤取掩蔽銷MP2以便取出掩蔽銷，因此相對來說是容易的操作。用于去除的理想工具是帶有毛刺的針和用于去除壓蓋填料(gland packing)的填料工具。使用SAN-EI TECH的分配器使得能夠以特定的壓力注射特定的量。
接著將描述把熱障涂層供至構成燃氣輪機的燃燒室過渡連接件的壁的內周表面(在內徑上的表面)上的方法的例子。在該例子中，使用這樣的掩蔽銷利用模具沖裁硅橡膠彈性體片而形成所述掩蔽銷。在這種情況下，沖裁僅僅使縱向剖面構造成為梯形。因此，就在沖裁和切除完成之前，切割器刀片旋轉。并且，為了批量生產(chǎn)高質量的掩蔽銷，有一種使用金屬模具的形成方法。
在該方法中，如圖2A所示，截面構造是扁平板并且有或沒有一個或更多個腳狀部分的掩蔽銷MP3插入冷卻孔22中，并且插入空氣通道槽21的面對冷卻孔22的部分里。另外，如圖2B所示，截面結構為錐形的掩蔽銷MP4插入冷卻孔22中以及空氣通道槽21的面對冷卻孔22的部分中。在這些情況下，掩蔽銷MP3和MP4被規(guī)定為具有沒有在壁20的內周表面20in之上突起的尺寸。
利用模具以與冷卻孔22的空間形狀相一致或者與空氣通道槽21的面對冷卻孔22的部分的空間形狀相一致的方式對硅橡膠彈性體片進行沖裁，由此獲得掩蔽銷MP3的輪廓外形。銷的尺寸比孔直徑大5％到10％，以增加張力和提高噴砂阻力。在這種情況下，由于插入了大于孔尺寸的銷，因此會花費時間插入大量銷，并且插入條件還不一致。因此，使用利用壓縮空氣或活塞來壓裝配銷的工具(注射器)是有效的。并且，利用模具對硅橡膠彈性體片進行沖裁，從而以掩蔽銷MP4的半徑與冷卻孔22的半徑以及空氣通道槽21的面對冷卻孔22的部分的半徑一致的方式形成掩蔽銷MP4。
由于這些掩蔽銷MP3和MP4具有彈性，因此即使冷卻孔22和空氣通道槽21的尺寸不一致，由于彈性作用，它們也能裝備并插入冷卻孔22和空氣通道槽中。
這樣，在掩蔽銷MP3或掩蔽銷MP4插入在冷卻孔22之后，利用與圖1D所示相同的方式進行噴砂處理使得表面粗糙，如圖1E所示利用噴涂形成表面金屬層，以與圖1F所示相同的方式通過噴涂形成熱障層。此后，用去除工具鉤取掩蔽銷MP3和掩蔽銷MP4，以將它們取出。在這種情況下，有這樣的可能當掩蔽銷被取出或者燃氣輪機在操作期間，圍繞掩蔽銷的涂層的端面可能局部受損。為了防止這種損失，利用橡膠磨石倒角所述涂層，掩蔽銷保持在孔中，以防止切削顆粒進入孔中。
由于掩蔽銷MP3和掩蔽銷MP4具有彈性，因此即使噴砂處理所引起的振動作用在掩模銷上，它們也不會出來。由于它們具有耐熱性，因此它們能忍受噴涂所產(chǎn)生的熱。由于它們的濕度差，因此熱障涂層材料不會積聚，并且由于它們具有容易剝離的能力，因此能容易地將它們從孔中取出。掩蔽銷MP3和掩蔽銷MP4以這樣的方式定尺寸它們不會突起在壁20的內周表面20in之上。因此，在噴涂中，在不能適當提供涂層的遮擋處或部分或者沒有產(chǎn)生橋接部，但是熱障涂層能形成在需要的位置處。
熱障涂層(表面金屬層41和熱障層42)以這種方式供至構成燃燒室過渡連接件的壁的內周表面20in。并且，熱障涂層被設置到所需部分的所有表面。因此，燃燒室過渡連接件被保護免受熱障涂層形成所產(chǎn)生的熱量，并且通過底涂層(金屬層)提供抗氧化的效果，這樣防止由于溫度的增加而引起的裂化以及由裂化引起的損壞，并且能夠制造具有高可靠性的燃燒室過渡連接件。
通過上述實施例，未穿通并且形成在燃燒室過渡連接件的壁上的冷卻孔被掩蔽，然而近來，用于冷卻的小孔常常從外周表面穿通至燃燒室過渡連接件的壁的內周表面。這些小穿通孔的直徑小于冷卻孔的直徑，它們深為4到5mm。因此，在涂敷之后難于清潔和修飾。利用本發(fā)明實施例的掩蔽銷MP2至MP4可以應用到這些小的穿通孔。
從插入能力的角度看，液體掩蔽對于這些小直徑的深孔較適合。然而，由于表面張力，利用注射器的注入不允許液體掩蔽材料透入內部，而是溢出來。因此，使用能以特定壓力注入特定量掩蔽材料的分配器能夠獲得穩(wěn)定的注入。
并且，穿通孔形成在燃氣輪機的葉片中，用于冷卻。為了不阻塞穿通孔，同時將熱障涂層供至葉片表面，可以應用在本實施例中的掩蔽銷MP2至MP4。此外，它們還可以應用于所有利用所謂APS方法或HVOP方法而具有噴涂層的部件。
以下是應用于構成燃氣輪機的燃燒室過渡連接件的壁的內周表面(內徑上的表面)的熱障涂層方法的另一例子。在該例子中，利用模具對硅橡膠彈性體片沖裁而制得的掩蔽銷以與上述例子相同的方式被使用。掩蔽銷的成分主要是結合了硅氧烷的硅酮。為了防止掩蔽銷不能被取出，它們被著成紅赭色，與它們周圍的白色涂層形成對比，以便于較好的視覺分辯。著色劑包括三氧化二鐵(Fe2O3)。
圖10至圖12示出了這些例子中的掩蔽銷的結構。圖10示出了碟式掩蔽銷MP5。圖10A示出了前視圖，圖10B示出了底視圖。使用橡膠的排斥力，通過將外徑增大到Φ4.40±0.05來提高抗噴砂性，該尺寸比冷卻孔直徑(φ4)超出了10％。并且，能夠制造用于直徑為φ3的冷卻孔的掩蔽銷。此外，以下類型的掩蔽銷是可用的。上述的提高也施加于下面將描述的以下類型的掩蔽銷。此外，膠帶(圖中未示出)附著到底面，以通過將掩蔽銷緊密地附到冷卻孔底部來提高掩模效果。在這種情況下，當掩蔽銷為錐形并且底面處的直徑較小時，所述掩蔽銷容易插入到冷卻孔中，從而保持抗噴砂性。
圖11示出了碟式有腳掩蔽銷MP6。圖11A示出了前視圖，圖11B示出了底視圖。使用橡膠的排斥力，通過將碟形體51的外徑增大到Φ4.40±0.05來提高抗噴砂性，該尺寸比冷卻孔直徑(φ4)超出了10％。此外，通過將從碟形體51的底部中心延伸的圓柱形突起銷52插入到冷卻孔下的空氣通道槽，能夠提高掩蔽效果。
圖12示出了碟式有腳掩蔽銷MP7，在它的周圍設有突起。圖12A示出了前視圖，圖12B示出了底視圖。使碟形體53的外徑為Φ4.00±0.05，幾乎與冷卻孔(φ4)的直徑一樣，并且有一些半徑為0.5的突起55設置在所述碟形體周圍。使用橡膠的排斥力，通過將這些突起分配到Φ4.50±0.05的圓上并且增大直徑使它大于冷卻孔的直徑來提高抗噴砂性。此外，通過將從碟形體53的底部中心延伸的圓柱形突起銷54插入到冷卻孔下的空氣通道槽，能夠提高掩蔽效果。
當掩蔽銷的橡膠硬度是30至70HS(彈簧硬度)時，抗噴砂性較有效。尤其是，當簡單碟式掩蔽銷的硬度為50HS或70HS，并且當?shù)接心_掩蔽銷具有50HS硬度時，生產(chǎn)力、耐熱性以及抗噴砂性優(yōu)良。
圖13示出了本實施例中例子的熱障涂層形成方法。這些圖示出了上述掩蔽銷MP6作為典型例子。在該方法中，如圖13A所示，掩蔽銷MP6插入冷卻孔22中以及空氣通道槽21的面對冷卻孔22的部分。在這種情況下，掩蔽銷MP6被規(guī)定為突起在壁20的內周表面20in之上，突起量大約為涂層的厚度(例如0.4mm)。
接著，如圖13B所示，通過將氧化鋁(Al2O3)吹向表面使得內周表面20in被噴砂而變得粗糙。由于掩蔽銷MP6具有彈性，因此噴砂處理所帶來的錨固效果不起作用，并且即使有沖擊作用，掩蔽銷MP6也不會掉出冷卻孔22。
在噴砂處理完成之后，如圖13C所示，通過噴涂MCrAlY而在內周表面20in上形成了表面金屬層(底涂層)41。這時，由于掩蔽銷MP6的濕度差，因此噴涂在掩蔽銷MP6上的金屬顆粒被排斥。因此，噴涂的McrAlY金屬幾乎不保持積聚在掩蔽銷MP6之上。即使有一些積聚，通過吹送空氣以及利用砂紙拋光也能將它們完全去除。
在形成表面金屬層41之后，如圖13D所示，通過噴涂主要由氧化鋯組成的陶瓷材料來形成熱障層(頂部涂層)42。這時，由于掩蔽銷MP6的濕度差，因此噴涂在掩蔽銷MP6上的金屬被排斥，使得噴涂在掩蔽銷MP6上的陶瓷材料幾乎不保留和積聚。在積聚量小的情況下，通過吹送空氣以及利用砂紙拋光能將它們完全去除。
由于涂敷期間的熱量，掩蔽銷MP6收縮大約10％。因此，例如，它下沉低于涂層頂部表面大約0.2mm，并且容易修整和倒角孔的圓周。否則，在收縮之前掩蔽銷的突起量可以以這樣的方式預先規(guī)定即，在涂敷操作中由于熱而使掩蔽銷MP6收縮之后，突起量等于或小于熱障涂層的厚度。
在形成熱障層42之后，通過吹送空氣以及利用金剛石砂紙輕微拋光掩蔽銷周圍區(qū)域，而去除積聚在掩蔽銷上的大部分涂層。接著，如圖13E所示，利用外徑為10mm的橡皮球狀(或圓柱形)磨石55倒角被涂敷孔的圓周，其中所述磨石包含氧化鋁研磨顆粒。或者，可以使用錐形橡膠磨石。
這時，橡膠磨石55的旋轉速度設置為幾千rpm，倒角操作實施大約10秒鐘。所述倒角操作減少“周圍區(qū)域鐘的涂層損失”，同時去除掩蔽銷，并且減少“裝置實際運行期間的涂層脫落”。問題在于利用保持插入在孔鐘的掩蔽銷實施修整。通過這種條件，涂層的研磨殘留物不保留在冷卻孔中。使用橡膠磨石是因為它柔軟并且容易裝配，從而在涂層開始研磨時防止損失發(fā)生。
在被涂敷的孔周圍的區(qū)域被倒角之后，使用帶有毛刺的銷(諸如直的魚鉤)或者用于去除壓蓋填料的工具，以鉤住掩蔽銷MP6，并將它從冷卻孔22中取出。由于掩蔽銷MP6具有易剝離性，以防止其自身卡在冷卻孔22中，因此整個掩蔽銷MP6能完全被取出，而不會有掩蔽材料保留在冷卻孔22或者空氣通道槽21中。(見圖13F)。尤其是，由于填料去除工具具有螺旋針，通過旋轉所述針并將它插入掩蔽銷6中、然后將它拉出，能夠以與從酒瓶中拔出軟木塞相同的方式去除掩蔽銷MP6。
由于薄片的彎曲作用，在壁的呈圓角彎曲的區(qū)域附近的冷卻孔變形，使得難于將通過對硅橡膠彈性體片進行沖裁而制得的掩蔽銷插入。因此，比較好的方式是將液體硅橡膠彈性體注入該部分，使其干燥硬化，以形成掩蔽銷。不過要使用能夠以規(guī)定壓力提供規(guī)定量橡膠的分配器實施液體硅橡膠彈性體的注入。
液體硅橡膠彈性體(硅橡膠墊圈)主要分成以下兩類。一類是一組分RTV硅橡膠，包括脫丙酮(deaceton)式、脫肟(deoxime)式以及脫乙醇(dealcohol)式。這些類型中的每一類通過與空氣中的水分起反應來產(chǎn)生消除反應(elimination reaction)并且被硬化，從而形成硅橡膠。硬化速度依賴于空氣的溫度和濕度以及與空氣的接觸，大約花費10至15個小時。并且，需要通過通風去除被消除的物質。另一類是兩組分RTV硅橡膠，是通過混合固化劑和主要劑份并產(chǎn)生硬化反應而形成的。與一組份RTV硅橡膠相比，雖然它的可使用性差，然而也能夠硬化更深的部分。
這樣，能夠在構成燃燒室過渡連接件的壁的內周表面20in上形成熱障涂層(表面金屬層41和熱障層42)。并且，熱障涂層能夠被供至所有需要它的表面上。結果，燃燒室過渡連接件被熱障涂層保護免于受熱，從而不經(jīng)受由于溫度的增加引起的裂化或者損壞，這樣燃燒室過渡連接件具有高的可靠性。
盡管在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中已經(jīng)描述了什么將被考慮，然而也可以實施對本發(fā)明的各種裝飾和變形，所提供的所有這些變更實施方式均落入本發(fā)明的精神和范圍內。
工業(yè)應用性如上通過本發(fā)明的實施例所述，本發(fā)明的熱障涂層形成方法是利用噴涂在具有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層的方法，在沒有在部件表面之上突起的掩蔽銷插入冷卻孔之后，通過噴涂形成熱障涂層。
由于這樣掩蔽銷沒有在部件的表面之上突起，因此在噴涂的同時掩蔽銷不造成遮擋，這樣不會產(chǎn)生由于遮擋而未形成熱障涂層的部分，從而熱障涂層形成在部件的整個表面上。結果，能夠使部件具有優(yōu)良的耐熱性和耐用性。并且，掩蔽銷的插入防止冷卻孔被熱障涂層阻塞。
根據(jù)本發(fā)明的熱障涂層形成方法是一種利用噴涂在具有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層的方法，包括掩蔽過程，在該過程中沒有在部件表面之上突起的掩蔽銷插入冷卻孔中；噴砂處理過程，在該過程中對部件的表面進行噴砂處理以使它變得粗糙；以及熱障涂層形成過程，在該過程中利用噴涂在變粗糙的部件的表面上形成熱障涂層。
這樣，由于在噴砂處理之前實施掩蔽，因此變粗糙的表面不會被噴砂處理干擾，由此能形成好的熱障涂層。此外，由于掩蔽銷沒有在部件的表面之上突起，因此在噴涂期間掩蔽銷不遮擋表面，熱障涂層形成于部件的整個表面。此外，掩蔽銷的插入防止熱障涂層阻塞冷卻孔。
根據(jù)本發(fā)明的熱障涂層形成方法是一種利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層的方法，在突起于部件的表面之上、并且突起量與熱障涂層的厚度相同的掩蔽銷插入冷卻孔之后，利用噴涂形成熱障涂層。
否則，本發(fā)明的方法是一種利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層的熱障涂層形成方法。在該方法中，在突起于部件表面之上的掩蔽銷插入冷卻孔之后，利用噴涂形成熱障涂層，在掩蔽銷在噴涂產(chǎn)生的熱量的作用下收縮之后，掩蔽銷的突起量等于或小于熱障涂層的厚度。
這時，由于熱障涂層形成實施過程中產(chǎn)生的熱量使掩蔽銷收縮大約10％，并且下沉一點在熱障涂層的頂部表面之下，結果對孔的周圍區(qū)域的修整和倒角變得容易。并且，掩蔽銷的插入防止熱障涂層阻塞冷卻孔。
根據(jù)本發(fā)明的熱障涂層形成方法是一種利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層的方法，包括掩蔽過程，在該過程中突起在部件表面之上、且突起量幾乎等于熱障涂層厚度的掩蔽銷插入冷卻孔中；噴砂處理過程，在該過程中對部件的表面進行噴砂處理以使它變得粗糙；熱障涂層形成過程，在該過程中利用噴涂在變粗糙的部件的表面上形成熱障涂層；以及倒角過程，在該倒角過程中冷卻孔周圍的熱障涂層被倒角。
或者，本發(fā)明的方法是一種利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層的方法，包括掩蔽過程，在該過程中以突起量等于或小于熱障涂層厚度的方式突起在部件表面之上、并且在噴涂期間熱量的作用下收縮的掩蔽銷插入冷卻孔中；噴砂處理過程，在該過程中對部件的表面進行噴砂處理使它變得粗糙；熱障涂層形成過程，在該過程中利用噴涂在部件的粗糙表面上形成熱障涂層；以及倒角過程，在該倒角過程中冷卻孔周圍的熱障涂層被倒角。
這樣，由于在噴砂過程之前實施掩蔽，因此變粗糙的表面不會被噴砂處理干擾，由此能形成滿意的熱障涂層。此外，由于在熱障涂層形成實施期間熱量的作用使掩蔽銷收縮大約10％，因此掩蔽銷下沉一點在熱障涂層的頂部表面之下，結果孔周圍的修整和倒角變得容易。此外，掩蔽銷的插入防止熱障涂層阻塞冷卻孔。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的熱障涂層形成方法中，冷卻孔未被鉆通或者被鉆通；所述部件是燃氣輪機的燃燒室過渡連接件，冷卻孔形成在構成燃燒室過渡連接件的壁的內周表面上。結果，熱障涂層能令人滿意地形成在燃燒室過渡連接件的內周表面的整個表面上，而不會阻塞被鉆通或者未被鉆通的冷卻孔。
在根據(jù)本發(fā)明的熱障涂層形成方法中，掩蔽銷由具有以下屬性的材料構成抗噴砂性優(yōu)良的彈性；耐熱性，以便耐受噴涂所產(chǎn)生的熱；易脫開性，以便在熱障涂層形成之后能脫離冷卻孔；優(yōu)良的附著性和濕度，以防止熱障涂層材料積聚。掩蔽銷由硅橡膠彈性體構成，或者由注入冷卻孔的經(jīng)干燥和硬化的液體硅橡膠彈性體構成，或者利用模具通過沖裁硅橡膠彈性體片來構成所述掩蔽銷。因此，能形成滿足需要的熱障涂層，而不會使掩蔽銷燃燒和燒焦、滑出或卡住。
根據(jù)本發(fā)明的掩蔽銷由具有以下屬性的材料制成抗噴砂性優(yōu)良的彈性；耐熱性，以便耐受噴涂所產(chǎn)生的熱；易脫開性，以便在熱障涂層形成之后能完全地脫離冷卻孔；優(yōu)良的附著性和濕度，以防止熱障涂層材料積聚。通過干燥和硬化注入冷卻孔中的液體硅橡膠彈性體來形成所述掩蔽銷，或者利用模具通過沖裁硅橡膠彈性體片來形成所述掩蔽銷。結果，能形成滿足需要的熱障涂層，而不會使掩蔽銷燃燒和燒焦、滑出或卡住。掩蔽銷的外徑比冷卻孔的直徑大10％，這樣增加了張力并且增強了抗噴砂性。
由于根據(jù)本發(fā)明的燃燒室過渡連接件具有利用上述熱障涂層形成方法形成在內周表面上的熱障涂層，因此由于金屬溫度的增加而引起的裂化或損壞不會發(fā)生，從而能提高產(chǎn)品的性能。
權利要求
1.一種熱障涂層形成方法，所述方法利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層，其特征在于，在將沒有在所述部件表面之上突起的掩蔽銷插入所述冷卻孔中之后，利用噴涂形成熱障涂層。
2.一種熱障涂層形成方法，所述方法利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層，其特征在于，包括掩蔽過程，在該過程中沒有在所述部件之上突起的掩蔽銷插入所述冷卻孔中；噴砂處理過程，在該過程中對所述部件的表面進行噴砂處理并使其變得粗糙；以及熱障涂層形成過程，在該過程中利用噴涂在變粗糙的部件的表面上形成熱障涂層。
3.一種熱障涂層形成方法，所述方法利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層，其特征在于在突起于所述部件的表面之上、并且突起量與熱障涂層的厚度相同的掩蔽銷插入所述冷卻孔之后，利用噴涂形成熱障涂層。
4.一種熱障涂層形成方法，所述方法利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層，其特征在于，包括掩蔽過程，在該過程中突起在所述部件表面之上、且突起量等于熱障涂層厚度的掩蔽銷插入所述冷卻孔中；噴砂處理過程，在該過程中對所述部件的表面進行噴砂處理并使其變得粗糙；熱障涂層形成過程，在該過程中利用噴涂在變粗糙的部件的表面上形成熱障涂層；以及倒角過程，在該倒角過程中圍繞所述冷卻孔的熱障涂層被倒角。
5.一種熱障涂層形成方法，所述方法利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層，其中，在突起于所述部件的表面之上的掩蔽銷插入所述冷卻孔之后，利用噴涂形成熱障涂層；并且其特征在于，在噴涂期間由于熱量使掩蔽銷收縮之后，使突起量等于或小于熱障涂層的厚度。
6.一種熱障涂層形成方法，該方法利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層，其特征在于，包括掩蔽過程，在該過程中突起在所述部件表面之上的掩蔽銷在噴涂時的熱量作用下以突起量等于或小于熱障涂層厚度的方式收縮之后，所述掩蔽銷插入所述冷卻孔中；噴砂處理過程，在該過程中對所述部件的表面進行噴砂處理并使其變得粗糙；熱障涂層形成過程，在該過程中利用噴涂在變粗糙的部件表面上形成熱障涂層；以及倒角過程，在該倒角過程中所述冷卻孔周圍的熱障涂層被倒角。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的熱障涂層形成方法，所述冷卻孔未被鉆通或者被鉆通。
8.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的熱障涂層形成方法，所述部件是燃氣輪機的燃燒室過渡連接件，所述冷卻孔形成在構成所述燃燒室過渡連接件的壁的內周表面上。
9.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的熱障涂層形成方法，所述掩蔽銷由具有以下屬性的材料構成抗噴砂性優(yōu)良的彈性；耐熱性，以便承受噴涂所產(chǎn)生的熱；易脫開性，以便在熱障涂層形成之后能完全地從所述冷卻孔上取下；優(yōu)良的附著性和濕度，以防止熱障涂層材料積聚。
10.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的熱障涂層形成方法，所述掩蔽銷由硅橡膠彈性體組成。
11.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的熱障涂層形成方法，通過干燥和硬化注入所述冷卻孔中的液體硅橡膠彈性體來形成所述掩蔽銷。
12.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的熱障涂層形成方法，通過沖裁硅橡膠彈性體片或者利用金屬模成形來制造所述掩蔽銷。
13.一種用于權利要求1至6中任一項所述的熱障涂層形成方法的掩蔽銷所述掩蔽銷由具有以下屬性的材料構成優(yōu)良的抗噴砂性彈性；耐熱性，以便承受噴涂所產(chǎn)生的熱；易脫開性，以便在熱障涂層形成之后能完全地從所述冷卻孔上取下；優(yōu)良的附著性和濕度，以防止熱障涂層材料積聚。
14.一種用于權利要求1至6中任一項所述的熱障涂層形成方法的掩蔽銷通過干燥和硬化注入所述冷卻孔中的液體硅橡膠彈性體來形成所述掩蔽銷。
15.一種用于權利要求1至6中任一項所述的熱障涂層形成方法的掩蔽銷通過沖裁硅橡膠彈性體片或者利用金屬模成形來制造所述掩蔽銷。
16.一種用于權利要求1至6中任一項所述的熱障涂層形成方法的掩蔽銷與所述冷卻孔的直徑相比，所述掩蔽銷的外徑被增大大約10％。
17.一種燃燒室過渡連接件，其特征在于具有熱障涂層，所述熱障涂層是利用權利要求1至6中任一項所述的熱障涂層形成方法而形成在內周表面上的。
全文摘要
本發(fā)明是一種熱障涂層形成方法，該方法利用噴涂在形成有冷卻孔的部件的表面上形成熱障涂層。所述方法的特征在于沒有在部件表面之上突起的掩蔽銷插入冷卻孔中之后，或者突起在部件表面之上的掩蔽銷插入冷卻孔并且在噴涂過程中由于熱量而收縮、從而在收縮之后獲得等于或小于熱障涂層厚度的突起量之后，形成所述熱障涂層。通過該方法，熱障涂層能形成在整個表面上，而不阻塞冷卻孔。
文檔編號C23C4/02GK1625609SQ0380302
公開日2005年6月8日 申請日期2003年2月3日 優(yōu)先權日2002年8月2日
發(fā)明者大原稔 申請人:三菱重工業(yè)株式會社