可磨耗涂層的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本公開大體涉及高溫可磨耗涂層，并且特別地涉及渦輪護(hù)罩高溫可磨耗涂層。
[0002]相對(duì)容易磨耗的材料可用來在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(轉(zhuǎn)子)和固定構(gòu)件(定子)之間形成密封。典型地，轉(zhuǎn)子會(huì)磨損具有可磨耗材料的定子的一部分，以便形成以轉(zhuǎn)子和定子之間相對(duì)較小的間隙為特征的密封?？赡ズ拿芊獾闹匾獞?yīng)用在于渦輪中(例如燃?xì)鉁u輪)，其中包括在軸上安裝的多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子由靜止護(hù)罩所圍繞。在高壓渦輪(HPT)區(qū)段中，稱為HPT護(hù)罩的這些護(hù)罩在渦輪中限定熱氣流動(dòng)路徑。降低在葉片尖端和護(hù)罩的內(nèi)壁之間的間隙減少繞葉片尖端的熱氣流動(dòng)路徑的泄漏，從而引起改善的渦輪效率。
[0003]為了減少葉片尖端磨損，現(xiàn)有技術(shù)中公知的是在護(hù)罩流動(dòng)路徑表面上使用有圖案的可磨耗架構(gòu)。通過減少與經(jīng)過的葉片相接觸的定子或護(hù)罩表面的堅(jiān)固性，相對(duì)的葉片尖端磨損被顯著地減少。盡管有圖案的護(hù)罩表面可以減少葉片磨損，但是由于在經(jīng)過葉片尖端上的泄漏損失，會(huì)顯著地降低渦輪效率。因此，出于泄漏的考慮，連續(xù)流動(dòng)路徑表面可磨耗結(jié)構(gòu)就是所期望的，同時(shí)有圖案的可磨耗表面被期望來降低葉片尖端磨損。解決該定子或護(hù)罩流動(dòng)路徑表面的明顯矛盾的一種方法曾經(jīng)為使用帶有有圖案的流動(dòng)路徑表面的高孔隙度的可磨耗材料。然而，這種材料被發(fā)現(xiàn)在腐蝕和其它苛刻環(huán)境條件下是極易碎的、遭受低的耐久性。
[0004]因此，存在對(duì)于可磨耗護(hù)罩涂層和制備可磨耗護(hù)罩涂層的方法的需求，其包括平衡高流動(dòng)路徑堅(jiān)固性、低葉片尖端磨損和在使用中好的耐久性的相互矛盾的需求的架構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)方面中，本公開提供了用于渦輪的制品。制品包括護(hù)罩基底、涂層系統(tǒng)和可磨耗涂層。護(hù)罩基底具有用于鄰近旋轉(zhuǎn)渦輪葉片的尖端布置并限定渦輪流動(dòng)路徑的外環(huán)面的外表面。涂層系統(tǒng)位于護(hù)罩基底的外表面的至少一部分上?？赡ズ耐繉游挥谕繉酉到y(tǒng)的至少一部分上，并限定基本上平滑的連續(xù)流動(dòng)路徑表面?？赡ズ耐繉影ɑ旌衔⒂^結(jié)構(gòu)，其包括圍住相對(duì)更多孔第二區(qū)域的第一區(qū)域的相對(duì)致密的支架。
[0006]在另一個(gè)方面中，本公開提供了用于至少部分地限定穿過渦輪的流動(dòng)路徑的護(hù)罩。護(hù)罩包括熱障涂層(TBC)或環(huán)境障礙涂層(EBC)涂覆的基底。護(hù)罩進(jìn)一步包括位于EBC或TBC涂覆的基底上的可磨耗涂層。可磨耗涂層包括基本上平滑的連續(xù)流動(dòng)路徑表面，其由圍住相對(duì)更多孔第二區(qū)域的第一區(qū)域的相對(duì)致密支架形成。
[0007]本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種用于渦輪的制品，包括:護(hù)罩基底，其具有用于鄰近旋轉(zhuǎn)渦輪葉片的尖端布置并限定渦輪流動(dòng)路徑的外環(huán)面的外表面；涂層系統(tǒng)，其位于護(hù)罩基底的外表面的至少一部分上；以及可磨耗涂層，其位于涂層系統(tǒng)的至少一部分上，可磨耗涂層限定基本上平滑的連續(xù)流動(dòng)路徑表面，其中，可磨耗涂層包括混合微觀結(jié)構(gòu)，其包括圍住相對(duì)更加多孔的第二區(qū)域的第一區(qū)域的相對(duì)致密的支架。
[0008]本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，第二區(qū)域的孔隙度由第二區(qū)域內(nèi)的孔和/或微裂紋形成。
[0009]本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，形成第一和/或第二區(qū)域的材料包括燒結(jié)輔助劑。
[0010]本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，與第一區(qū)域相比，第二區(qū)域可通過旋轉(zhuǎn)渦輪葉片的尖端更加實(shí)質(zhì)性地磨耗。
[0011]本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，第一區(qū)域包括間斷的脊，并且其中第二區(qū)域分散于第一區(qū)域的脊之間。
[0012]本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，第一區(qū)域和第二區(qū)域由基本上相同的材料形成。
[0013]本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，護(hù)罩基底基本上為金屬的，并且其中涂層系統(tǒng)包括熱障涂層(TBC)。
[0014]本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，TBC包括穩(wěn)定二氧化鋯。
[0015]本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第八技術(shù)方案中，第一和第二區(qū)域包括二氧化鋯。
[0016]本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，護(hù)罩基底為陶瓷的，并且其中涂層系統(tǒng)包括環(huán)境障礙涂層(EBC)。
[0017]本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第十技術(shù)方案中，EBC包括硅酸鹽。
[0018]本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，第一區(qū)域和第二區(qū)域包括硅酸土卜
ΠΤΤ.Ο
[0019]本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，涂層系統(tǒng)包括位于護(hù)罩基底的外表面上的粘合層，以及位于粘合層上的熱障涂層或環(huán)境障礙涂層。
[0020]本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，從涂層系統(tǒng)到流動(dòng)路徑表面測(cè)量的可磨耗涂層的厚度在約1/10毫米至約2毫米的范圍內(nèi)。
[0021]本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，第一區(qū)域總共包括可磨耗涂層的流動(dòng)路徑表面的表面積的約2%至約50%。
[0022]本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，第一區(qū)域包括小于約20%的孔隙度，并且第二區(qū)域包括在約20%至約65%的范圍內(nèi)的孔隙度。
[0023]本發(fā)明的第十七技術(shù)方案提供了一種用于至少部分地限定流動(dòng)路徑穿過渦輪的護(hù)罩，護(hù)罩包括:熱障涂層(TBC)或環(huán)境障礙涂層(EBC)涂覆的基底；以及可磨耗涂層，其位于EBC或TBC涂覆的基底上，可磨耗涂層包括基本上平滑的連續(xù)流動(dòng)路徑表面，其由圍住相對(duì)更多孔的第二區(qū)域的第一區(qū)域的相對(duì)致密的支架形成。
[0024]本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，第二區(qū)域的孔隙度由在第二區(qū)域內(nèi)的孔和/或微裂紋形成。
[0025]本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，形成第一和/或第二區(qū)域的材料包括燒結(jié)輔助劑。
[0026]本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，第一和第二區(qū)域由基本上相同的材料形成。
[0027]本發(fā)明的第二十一技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，基底為涂覆基于二氧化鋯的TBC的金屬基底，并且其中第一和第二區(qū)域基本上是基于二氧化鋯基的。
[0028]本發(fā)明的第二十二技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，基底為涂覆基于硅酸鹽的EBC的陶瓷基底，并且其中第一和第二區(qū)域基本上是基于硅酸鹽的。
[0029]本發(fā)明的第二十三技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，第一區(qū)域包括間斷的脊，并且其中第二區(qū)域分散于第一區(qū)域的脊之間。
[0030]本公開的這些和其它的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面連同附圖的公開的各種方面的詳細(xì)描述變得顯而易見。
【附圖說明】
[0031]圖1是具有根據(jù)本公開的可磨耗涂層的護(hù)罩的示例性實(shí)施例的俯視圖，顯示經(jīng)過渦輪葉片的軌跡；
[0032]圖2是根據(jù)本公開的示例性護(hù)罩的一部分的剖視圖；
[0033]圖3是描繪制造帶有根據(jù)本公開的可磨耗涂層的示例性護(hù)罩的示例性方法的流程圖；
[0034]圖4是描繪制造帶有根據(jù)本公開的可磨耗涂層的示例性護(hù)罩的示例性方法的流程圖；
[0035]圖5是描繪制造帶有根據(jù)本公開的可磨耗涂層的示例性護(hù)罩的示例性方法的流程圖；以及
[0036]圖6是描繪制造帶有根據(jù)本公開的可磨耗涂層的示例性護(hù)罩的示例性方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面呈現(xiàn)的每個(gè)實(shí)施例有助于本公開的某些方面的說明，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制本公開的范圍。此外，如貫穿本說明書和權(quán)利要求書的本文中所使用的近似語(yǔ)言可應(yīng)用于修飾可得到許可地變化而不導(dǎo)致在其所涉及的基本功能上的改變的任意數(shù)量的呈現(xiàn)。因此，由例如“約”的術(shù)語(yǔ)或多個(gè)術(shù)語(yǔ)修飾的數(shù)值并不限于指定的精確數(shù)值。在一些情況中，近似語(yǔ)言可對(duì)應(yīng)于用于測(cè)量數(shù)值的儀器的精度。當(dāng)引入各種實(shí)施例的元素時(shí)，詞語(yǔ)“一”、“一個(gè)”、“該”和“所述的”意圖意指存在一個(gè)或更多元素。用語(yǔ)“包括”、“包含”和“具有”意圖是包括的并意指除了所列出的元素，還包括其它的元素。如本文中所使用的，用語(yǔ)“可以”和“可以是”指出在一系列情形內(nèi)發(fā)生的可能性；指定的特性、特征或功能的所有；和/或通過表達(dá)與限定動(dòng)詞相關(guān)的能力、性能或可能性中的一個(gè)或更多來限定另一個(gè)動(dòng)詞。因此，“可以”和“可以是”的使用指出對(duì)于所指出的能力、功能或使用是明顯恰當(dāng)?shù)摹⒖赡艿幕蚝线m的修飾用語(yǔ)，同時(shí)考慮到在一些情形中，修飾用語(yǔ)有時(shí)可能不是恰當(dāng)?shù)?、可能的或合適的。操作參數(shù)的任何示例不排除所公開的實(shí)施例的其它參數(shù)。本文關(guān)于任何特定的實(shí)施例的描述的、示出的或者用其它方法公開的構(gòu)件、方面、特征、構(gòu)造、配置、使用等可類似地應(yīng)用于本文公開的任何其它的實(shí)施例。
[0038]如上所討論的，常規(guī)的渦輪護(hù)罩包括構(gòu)造為當(dāng)/如果渦輪葉片接觸護(hù)罩時(shí)磨耗的有圖案的表面或基本上平滑的表面。護(hù)罩的基本上平滑的可磨耗表面維持流動(dòng)路徑的堅(jiān)固性，但可導(dǎo)致嚴(yán)重的葉片尖端磨損。與無圖案的或基本上平滑的流動(dòng)路徑護(hù)罩相比，有圖案的可磨耗護(hù)罩表面導(dǎo)致顯著減少的葉片尖端磨損，但是允許引起降低的渦輪效率的越過葉片尖端的泄漏。本公開提供了護(hù)罩涂層、涂覆的護(hù)罩和涂層包括混合結(jié)構(gòu)的護(hù)罩的方法，該混合結(jié)構(gòu)平衡高流動(dòng)路徑堅(jiān)固性、低葉片尖端磨損和高耐久