專利名稱：為修復(fù)金屬葉片目的而電解沉積具有含有粒子的金屬基體的復(fù)合涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為修復(fù)金屬葉片目的而沉積包含金屬基體的復(fù)合涂層的方法，金屬基體含有粒子，金屬葉片特別地，但是不僅限于燃?xì)鉁u輪噴嘴的葉片。本發(fā)明特別涉及沉積M1CrAlM2型涂層的方法，其中M1選自Ni、Co或Fe，或其混合物，M2 選自 Y、Si、Ti、Hf、Ta、Nb、Mn、Pt，和稀土。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪效率的不斷改進(jìn)使得燃?xì)鉁u輪必須使用更高的入口溫度。這種趨勢(shì)使得更多的耐熱材料得以開發(fā)，以制造高壓渦輪的部件，例如動(dòng)葉片和噴嘴。為此，開發(fā)了具有非常高的Y主相體積分?jǐn)?shù)的單晶超合金，Y主相具有硬化特性。然而，超合金的開發(fā)已不能滿足對(duì)高溫承受部件壽命的不斷增長(zhǎng)的要求。這就是為什么最近投入使用了絕熱涂層，以降低通過內(nèi)部對(duì)流進(jìn)行冷卻的部件的金屬的溫度。這些絕熱涂層，或“熱障”由陶瓷層組成，該陶瓷層基于由氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯，并沉積于金屬粘合層上，以對(duì)陶瓷涂層提供粘合，同時(shí)保護(hù)部件的金屬不被氧化。稱為底涂層的粘合層可以是不同類型的。粘合層可以為MCrAlY型(其中M代表鎳或鈷)。特別地，粘合層可以為具有金屬間結(jié)構(gòu)的鋁化物(NiAl)型，定義為具有50%的鎳原子和鋁原子的化合物。這種鋁化物可以被貴金屬，如鉬修飾。鋁化物涂層由外層組成，與該外層一同形成有擴(kuò)散入基材的層。所有這些底涂層系統(tǒng)的共同點(diǎn)為它們能夠形成氧化鋁，即，通過氧化，它們形成氧化鋁保護(hù)膜，該氧化鋁保護(hù)膜粘附良好，并使部件的金屬與氧化環(huán)境隔尚。盡管對(duì)部件提供了所有的保護(hù)，例如底涂層和熱障，這些部件仍會(huì)氧化，并有破裂的風(fēng)險(xiǎn)。為了使這些部件可以繼續(xù)使用，需要對(duì)使用一定年限后可能出現(xiàn)的各種缺陷進(jìn)行修復(fù)。眾所周知，為對(duì)部件，例如涂層有熱障的噴嘴進(jìn)行修復(fù)，需要先去除陶瓷層，然后去除金屬底涂層。因此，需要在鹵素氛圍下通過熱化學(xué)處理對(duì)部件進(jìn)行脫氧。然后可以通過焊接和/或釬焊對(duì)部件進(jìn)行修復(fù)。一旦部件得以修復(fù)，先對(duì)金屬底涂層然后對(duì)陶瓷層進(jìn)行恢復(fù)。熱障通常借助噴砂去除。噴砂處理對(duì)陶瓷層和金屬底涂層都具破壞作用。底涂層接著通過在酸浴中化學(xué)溶解而去除。上述處理很困難，因?yàn)槠鋵?dǎo)致鋁化物涂層的擴(kuò)散層溶解，由此在實(shí)踐中導(dǎo)致部件的壁厚減小。部件壁厚的減小導(dǎo)致流動(dòng)截面，特別是噴嘴流動(dòng)截面的增加。在渦輪機(jī)組噴嘴中，扇區(qū)為包括安裝在互相連接的平臺(tái)上的一個(gè)或多個(gè)葉片的部件。多個(gè)扇區(qū)結(jié)合在一起形成環(huán)，該環(huán)基本上構(gòu)成噴嘴。嚴(yán)格來說，扇區(qū)的流動(dòng)截面為兩個(gè)相鄰葉片之間的通道的面積，該面積是垂直于流動(dòng)方向測(cè)量的，物流通過上述通道流過噴嘴扇區(qū)。引申開來，更簡(jiǎn)單地，流動(dòng)截面用于指通道的寬度，物流通過該通道流過噴嘴扇區(qū)。通常，流動(dòng)截面在前緣和后緣之間的位置處測(cè)定，在該位置處流動(dòng)截面的值最小，該位置對(duì)應(yīng)于物流通道最窄處位置。公知地，流動(dòng)截面的増加會(huì)減小排氣溫度(EGT)裕度，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。因此，需要能夠在部件決定發(fā)動(dòng)機(jī)性能的位置處增加材料，同時(shí)保留良好的機(jī)械特性和承受氧化和腐蝕的能力。傳統(tǒng)エ藝包括通過對(duì)基于超合金的熔塊和釬焊材料進(jìn)行釬焊來修復(fù)部件。該エ藝不是很合適，因?yàn)槠渚哂兄T多缺點(diǎn)。根據(jù)定義，熔塊和釬焊粉由可熔元素制成，這些可熔元素形成具有接近部件的エ作溫度的熔點(diǎn)的化合物。因此不推薦在暴露于極端溫度的大面積上使用這種類型的材料。由此，釬焊區(qū)域的機(jī)械特性不如裸基材的機(jī)械特性。 此外，通過釬焊進(jìn)行沉積總會(huì)產(chǎn)生邊緣，該邊緣形成階梯，即，沿著修復(fù)區(qū)的材料的額外厚度。階梯的存在會(huì)擾亂(空氣流動(dòng)截面中的)空氣流的流動(dòng)，因此需要隨后通過機(jī)械加工恢復(fù)適當(dāng)?shù)目諝鈩?dòng)力學(xué)輪廓。此外，有可能噴嘴的后緣不夠厚，因此不能被釬焊伴隨著釬焊的元素在可能厚達(dá)300微米(ym)的厚度上擴(kuò)散，由此降低基材在所述厚度上的完整性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的ー個(gè)重要方面是提供消除現(xiàn)有技術(shù)缺陷的方法，特別是該方法能夠解決恢復(fù)流動(dòng)截面的問題，同時(shí)滿足部件的環(huán)境強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。因此，特別地，為修復(fù)流動(dòng)截面測(cè)量區(qū)域，需要使用不會(huì)降低機(jī)械特性的材料。此外，修復(fù)操作應(yīng)避免擾亂流線。為此，本發(fā)明的方法是為修復(fù)金屬葉片目的而電解沉積包含金屬基體的復(fù)合涂層的方法，其中金屬基體含有粒子，該方法執(zhí)行以下步驟 提供至少ー個(gè)葉片，該葉片形成陰極并具有將要被涂層的表面，該表面定義臨界區(qū)域； 提供由金屬制成的陽極，并將所述陽極連接至電源； 提供形成電解液浴并含有不可溶粒子的溶液； 提供由不導(dǎo)電材料制成的支撐件，該支撐件具有參照壁，并適于接收相對(duì)于所述參照壁處于工作位置的所述葉片； 在所述工作位置將所述葉片安裝至所述支撐件上； 將所述支撐件置入所述溶液中；和 共沉積粒子和來自所述陽極的金屬，以在將要被涂層的表面上形成涂層。在典型方式中，所述陽極設(shè)置為面對(duì)臨界區(qū)域，和相對(duì)于每個(gè)葉片，所述支撐件安裝有用于控制電流線的裝置，以在所述葉片的將要被涂層的表面上獲得涂層，該涂層具有可變厚度，該厚度對(duì)于臨界區(qū)域而言是預(yù)定的并且相對(duì)恒定，并且厚度沿著所述涂層的邊緣逐漸減少至基本上為零。這些用于控制電流線的裝置優(yōu)選地包括位于所述支撐件的表面上的ー個(gè)或多個(gè)屏蔽部分，所述支撐件的表面面對(duì)葉片的將要被涂層的表面
由此可以理解，通過使用易于實(shí)施的電鍍エ藝，能夠直接獲得涂層的期望厚度，該厚度根據(jù)部件上的位置而變化，這可以在不沿著涂層的邊緣形成階梯，并同時(shí)滿足嚴(yán)格的流動(dòng)截面尺寸限制的情況下實(shí)現(xiàn)。上述方案具有額外優(yōu)勢(shì)，S卩，其能夠在需要涂層的將要被涂層的表面上的區(qū)域上或各個(gè)區(qū)域上単獨(dú)沉積涂層。 此外，本發(fā)明的方法能夠同時(shí)處理多個(gè)部件。還應(yīng)當(dāng)提到，電鍍エ藝對(duì)基材的影響程度更小，因?yàn)榕c使用釬焊的修復(fù)方法不同，擴(kuò)散僅在幾微米上發(fā)生?？偟膩碚f，本發(fā)明的方案能夠進(jìn)行具有希望特性的沉積，這些特性包括抗氧化和抗腐蝕，及具有避免干擾流線的厚度和形狀，不需要隨后的休整(機(jī)械加工)。 在優(yōu)選設(shè)置中，將要被涂層的所述表面在葉片的根部和頂部之間沿縱向方向延伸。構(gòu)造不導(dǎo)電的支撐件以固定面對(duì)將要被涂層的表面的陽極。陽極的形狀可以選擇為控制流至臨界區(qū)域的電流，并在節(jié)流點(diǎn)處形成最大涂層厚度，以及從涂層區(qū)域至非涂層區(qū)域的平滑過渡。陽極的形狀可以選自多個(gè)不同設(shè)計(jì)，包括但不限于桿狀，條狀，片狀，或符合翼型形狀的形狀。用于陽極的不導(dǎo)電支撐件限定陽極相對(duì)于將要被涂層的表面的位置，并可以設(shè)計(jì)為控制從陽極流至將要被涂層的表面的電流線。為此，用于控制電流線的所述裝置包括支撐件的縱向部分，該縱向部分適于面對(duì)所述葉片的將要被涂層的所述表面，所述部分定義沿縱向方向延伸井面對(duì)臨界區(qū)域的陽極的位置，相對(duì)于將要被涂層的表面，支撐件的縱向部分的輪廓和位置，以及陽極的形狀和位置選擇為對(duì)電流線進(jìn)行限制和定向。優(yōu)選地，葉片為渦輪機(jī)組噴嘴的葉片。本發(fā)明還提供包括以下步驟的葉片修復(fù)方法(i)將現(xiàn)有涂層從葉片去除，以形成將要被涂層的表面；(ii)對(duì)所述將要被涂層的表面進(jìn)行準(zhǔn)備或清洗；(iii)根據(jù)本發(fā)明上述的電解沉積涂層的方法，用M1&A1M2型材料涂層所述葉片的將要被涂層的表面，以修復(fù)葉片；以及(iv)進(jìn)行擴(kuò)散熱處理。本發(fā)明還提供用于在葉片上電解沉積涂層的組件，該組件特別適于實(shí)施本發(fā)明的方法。為此，提供了用于在葉片上電解沉積涂層的組件，該組件包括 至少ー個(gè)葉片，該葉片形成陰極并具有將要被涂層的表面，該表面定義臨界區(qū)域；及 由不導(dǎo)電材料制成的支撐件，該支撐件具有參照壁，并適于接收相對(duì)于參照壁處于工作位置的葉片，相對(duì)于每個(gè)葉片，所述支撐件還包括適于面對(duì)所述葉片的將要被涂層的表面的縱向部分，所述部分定義沿縱向方向延伸井面對(duì)臨界區(qū)域的陽極的位置，在所述位置處容納有陽極，相對(duì)于將要被涂層的表面，支撐件的縱向部分的輪廓和位置，以及陽極的形狀和位置選擇為對(duì)電流線進(jìn)行限制和定向，以在所述葉片的將要被涂層的表面上獲得涂層，該涂層具有可變厚度，該厚度對(duì)于臨界區(qū)域而言是預(yù)定的，并且所述厚度沿著所述涂層的邊緣逐漸減少至基本上為零。
特別地，縱向部分包括工作壁，該工作壁面對(duì)將要被涂層的表面，并具有形狀輪廓，該形狀輪廓適于引起電流線使得涂層能夠沉積在將要被涂層的表面上，使得涂層具有期望的特性，特別是厚度。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特性通過以下參照附圖進(jìn)行的實(shí)施例描述得以呈現(xiàn)。


圖I為截面圖，其垂直于噴嘴扇區(qū)的兩個(gè)葉片的軸線，示出了測(cè)量流動(dòng)截面的位置；圖2為使用本發(fā)明的方法進(jìn)行涂層的葉片的放大比例的截面圖；圖3為圖2中的區(qū)域III的放大圖；圖4為圖2中的區(qū)域IV的放大圖； 圖5為對(duì)應(yīng)于圖3中的區(qū)域III的顯微截面圖，其中可以看到涂層厚度沿著涂層的一個(gè)邊緣逐漸變化；圖6為對(duì)應(yīng)于圖3中的臨界區(qū)域的顯微截面圖，其中可以看到臨界區(qū)域的預(yù)定的且相對(duì)恒定的涂層厚度；圖7示出本發(fā)明的組件的可能實(shí)施例是示意圖，其包括工具成形支撐件和安裝在所述支撐件上的葉片，以實(shí)施本發(fā)明的方法。
具體實(shí)施例方式在圖I中部分呈現(xiàn)的噴嘴扇區(qū)100包括圍繞噴嘴100的軸線的兩個(gè)基本平行的大體上為圓柱形的平臺(tái)(圖I中僅可以看到兩個(gè)平臺(tái)110中的ー個(gè))。這些平臺(tái)110的輪廓為四邊形，特別是平行四邊形。平行四邊形的四條邊包括形成接觸表面111、112的兩個(gè)相對(duì)邊，該接觸表面111、112分別朝向位于被測(cè)量的扇區(qū)100(在組裝相對(duì)位置)每側(cè)上的兩個(gè)噴嘴扇區(qū)200、300。接觸表面111、112設(shè)計(jì)為在接觸的相對(duì)位置固定相鄰的噴嘴扇區(qū)，如圖I的扇區(qū)100、200和300。平行四邊形的另外兩個(gè)邊形成側(cè)面表面113、114，該側(cè)面表面113、114定義由噴嘴形成的環(huán)的兩個(gè)外圓圈。噴嘴扇區(qū)100還具有兩個(gè)葉片120、130。每個(gè)葉片具有包括吸入側(cè)121、131和壓カ側(cè)122、132的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓。由于扇區(qū)100中僅有兩個(gè)葉片，葉片110、120中的每ー個(gè)為端部葉片。因此，當(dāng)位于組裝相對(duì)位置時(shí)，這些葉片中的每ー個(gè)設(shè)置為面對(duì)相鄰噴嘴扇區(qū)的端部葉片。更精確地，吸入側(cè)121朝向葉片230的壓カ側(cè)232，壓カ側(cè)132朝向葉片320的吸入側(cè)321。葉片230和320為標(biāo)準(zhǔn)葉片，用作測(cè)量通過噴嘴100的流動(dòng)截面的參照葉片。在各種葉片230、120、130、320之間，分別形成有葉片間通道101、102和103。葉片間通道102形成于扇區(qū)100的葉片120和130之間。與此相反，葉片間通道101和103形成在所述扇區(qū)100的葉片(120或130)中的一者和相對(duì)的參考葉片230或320之間。如圖I所示，在已給定的葉片間通道中，葉片間的距離根據(jù)沿著通道的位置而變化。通常，對(duì)于任何給定的葉片間通道，通道中只有一個(gè)這樣的平面，即，在該平面上，上述距離和流動(dòng)截面最小。對(duì)于葉片間通道101、102和103，這樣的平面對(duì)應(yīng)于平面Pl、P2和P3，在這些截面中葉片間的距離分別為Dl、D2和D3，這三個(gè)距離對(duì)應(yīng)于測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)上得到的三個(gè)測(cè)量值。
從圖2可以更清楚的看到，在本發(fā)明的方法的實(shí)施方式中，所述葉片120(或130)的將要被涂層的表面是它的吸入側(cè)壁121 (或131)。雖然如此，通過實(shí)施本發(fā)明的方法，還可以同時(shí)對(duì)噴嘴扇區(qū)110的兩個(gè)葉片120、130的壓カ側(cè)122、132涂層涂層20。
在圖2中，可以看到橫斷面中的葉片120的ー個(gè)截面，該橫斷面垂直于葉片120延伸的縱向方向。在圖2中，根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的涂層20僅在吸入側(cè)121上延伸，基本上在所述吸入側(cè)121的整個(gè)面積上延伸，首先在安裝在平臺(tái)上的兩個(gè)縱向端之間延伸，然后在前緣124和后緣123之間延伸。如圖2所示，涂層20在除了邊緣處的整個(gè)面積上具有相對(duì)恒定的平均厚度E，涂層20的厚度在邊緣處從平均厚度E降至基本上為零。更精確地，如圖3所示，涂層20的上游邊緣22，即，臨近于葉片120的前緣124的邊緣，形成朝著前緣124厚度逐漸減小的層，由此，在前緣124和覆蓋吸入側(cè)121的涂層20之間不會(huì)形成不連續(xù)或臺(tái)階。由于沒有任何臺(tái)階，避免了對(duì)圖I所示葉片間通道101中的氣流的干擾。在圖4所示類似方式中，涂層20的下游邊緣24，即，臨近于葉片120的后緣123的邊緣，形成朝著后緣123厚度逐漸減小的層，由此，在后緣123和覆蓋吸入側(cè)121的涂層20之間不會(huì)形成不連續(xù)或臺(tái)階。因此，涂層20的存在不會(huì)影響葉片間通道102中的流通的空氣流。涂層的平均厚度E范圍為IOiim至500 iim。在所述實(shí)施例中，臨界區(qū)域21為流動(dòng)截面被測(cè)量的區(qū)域，由此本發(fā)明的修復(fù)方法能夠通過修復(fù)葉片使葉片120的流動(dòng)截面得以恢復(fù)。出于上述原因，所述涂層20在臨界區(qū)域21的位置處具有精確且恒定的預(yù)定厚度，在該實(shí)施例中，臨界區(qū)域21的位置對(duì)應(yīng)于流動(dòng)截面被測(cè)量的位置(圖I所示距離D2)，并被稱為吸入側(cè)壁121的喉部(圖2)。在這方面，優(yōu)選地，所述涂層20在臨界區(qū)域21上具有10 ii m至500 ii m范圍之間的厚度El，特別地，厚度El范圍為10 ii m至300 ii m之間。優(yōu)選地，該厚度El在整個(gè)臨界區(qū)域21上為恒定的。術(shù)語“臨界”區(qū)域21應(yīng)理解為在圖2和圖3中可見的寬度L上，并沿著葉片120的整個(gè)長(zhǎng)度延伸，“臨界”區(qū)域21的長(zhǎng)度方向?yàn)榇怪庇谒懈綀D所處紙張延伸的方向。除了具有在除了邊緣處的整個(gè)面積上都恒定的平均厚度E，涂層還可以具有在離開臨界區(qū)域或喉部21后開始減小的厚度，即，一離開所述臨界區(qū)域21厚度就開始減小。舉例來說，葉片120為由基于鎳或鈷的超合金制成的葉片，特別地，所述超合金可以為低硫的標(biāo)準(zhǔn) AMl 型(或 NiTa8Cr8CoWA) :ReneN5、DSR142、Renel25(或NiColOCr9WAlTaTiMo)、IN100 (或 NiCol5CrlOAlTi)、CMSX4。涂層20由復(fù)合材料組成，該復(fù)合材料為M1CrAlM2型，包括含有粒子的金屬基體，其中M1選自Ni、Co或Fe，或其混合物，M2選自Y、Si、Ti、Hf、Ta、Nb、Mn、Pt和稀土。術(shù)語“稀土”包括屬于鑭族的元素(鑭、鋪、鐠、釹、钷、衫、銪、禮、鋪、鏑、欽、鉺、錢、鏡及錯(cuò))、銳、乾、錯(cuò)及給。為沉積這種M1CrAlM2型的涂層20，電解液由含有CrAlM2粒子的溶液形成，其中M2選自 Y、Si、Ti、Hf、Ta、Nb、Mn、Pt 和稀土。還使用由金屬M(fèi)1制成的陽極，其中M1選自Ni、Co或Fe或這些金屬的混合物。例如，為獲得NiCrAlY沉積物，需要使用包括鎳和CrAlY粒子的復(fù)合沉積物(鎳可以被鈷替代)。NiCrAlY涂層通過CrAlY粉的受控共沉積產(chǎn)生，在受控共沉積中，CrAlY粉同來自陽極的鎳一起存在于傳統(tǒng)的電解液浴中。在電極(由將要被涂層的部件形成的陰極，以及陽扱)之間施加的電勢(shì)差的作用下，金屬陽極(在該實(shí)施例中為Ni)被氧化并向溶液中釋放Ni2+離子。仍然是在電勢(shì)差的作用下，這些離子在溶液中運(yùn)動(dòng)，并向陰極移動(dòng)，在途中與溶液中的分散粒子混合。由離子和粒子構(gòu)成的組合體接著向陰極遷移，并最終到達(dá)其被沉積的表面(Ni2+被還原為金屬 Ni)，由此在陰極上形成NiCrAlY涂層，其中CrAlY粒子在Ni基體中均勻分散。接著需要通過合適的熱處理，使基材上電鍍所形成的原涂層形成的組合體擴(kuò)散，以使其組成均勻，并獲得二相涂層M+CrAlY_>MCrAlY。典型地，噴嘴扇區(qū)要放入真空殼體中以一定時(shí)間和溫度進(jìn)行熱處理，該熱處理適于基材材料，典型的實(shí)施例中可以為2小吋，180°C。參照?qǐng)D7，其示出了共沉積裝置10的例子，該裝置可以用于實(shí)施本發(fā)明的方法。為此，裝置10包括由不導(dǎo)電材料制成的支撐件12，該支撐件12具有參照壁14，并適于接收相對(duì)于參照壁14處于工作位置的葉片120、130。在圖7所示實(shí)施例中，所述支撐件12適于接收相對(duì)于參照壁14處于工作位置的兩個(gè)葉片120、130。能夠安裝由兩個(gè)平臺(tái)(圖7中僅平臺(tái)110可見)組成的完整噴嘴扇區(qū)100，兩個(gè)葉片120、130在上述兩個(gè)平臺(tái)之間延伸。在不超出本發(fā)明范圍的情況下，可以使得支撐件12適于接收兩個(gè)以上相對(duì)于參照壁14處于工作位置的葉片。在該工作位置，支撐件12的參考壁14壓靠在噴嘴扇區(qū)的平臺(tái)110的兩個(gè)側(cè)面表面113、114中的一者。對(duì)于每個(gè)將要被涂層的葉片，支撐件12安裝有電流線控制裝置，該裝置通過將電流線朝向?qū)⒁煌繉拥乃鋈~片的壁引導(dǎo)和集中而能使它們被定向。為此，在圖7所示實(shí)施方式中，對(duì)于扇區(qū)100的每個(gè)葉片120、130，支撐件12包括具有工作壁17的縱向部分15，工作壁17面對(duì)相應(yīng)葉片130的整個(gè)吸入側(cè)壁131，在葉片連接至平臺(tái)的兩個(gè)縱向端之間，從葉片的前緣至后緣延伸。因此，圖7所示的支撐件12包括兩個(gè)相同的互相平行的縱向部分15，縱向部分15首先用于對(duì)在工作壁17和將要被涂層的表面(吸入側(cè)壁131)之間延伸的區(qū)域13中的電流線進(jìn)行限制和定向。其次，位于扇區(qū)100的兩個(gè)葉片120和130之間的縱向部分15為另一個(gè)葉片130的壓カ側(cè)壁132形成掩蔽，該掩蔽位于縱向部分15的工作壁17的相對(duì)側(cè)上。為在區(qū)域13中產(chǎn)生這些電流線，工作壁17在位置16處安裝有連接至電源的陽極19。舉例來說，陽極19由圓柱體形成，該圓柱體具有幾微米大小的直徑并由金屬M(fèi)1制成，其中M1選自Ni、Co或Fe或其混合物，由此將該元素,或這些元素提供給溶液并形成M1CrAlM2型的涂層20。陽極的形狀可以選自多個(gè)不同設(shè)計(jì)，包括但不限于桿狀，條狀，片狀，或符合翼型形狀的形狀。該陽極19固定至對(duì)其進(jìn)行承載的縱向部分15。相對(duì)于將要被涂層的表面，支撐件12的縱向部分15的輪廓和位置，以及陽極19的輪廓和位置選擇為對(duì)電流線進(jìn)行限制和定向。陽極19連接至電源，以在陰極(葉片130)和陽極19之間產(chǎn)生電勢(shì)差。因此，圖7所示的包括支撐件12和固定于工作位置的噴嘴扇區(qū)100的組件在經(jīng)受電勢(shì)差之前浸入電解液浴。特別地，歸因于部分15的工作壁17的輪廓，該輪廓具有與吸入側(cè)壁121、131的輪廓的形狀基本互補(bǔ)的形狀，以及歸因于所述壁17和吸入側(cè)壁121、131之間的距離，能夠?qū)?chǎng)線進(jìn)行最佳定向，以在吸入側(cè)壁121、131上形成涂層20。甚至還可以將涂層20的沉積僅限于吸入側(cè)壁121、131。 這些幾何參數(shù)，以及形狀，尺寸，陽極19的位置，電勢(shì)差和電解共沉積的時(shí)間在建模計(jì)算期間預(yù)先優(yōu)化，以使待要被沉積的涂層20具有期望特性。這種電解共沉積方法具有使部件中的冷卻孔洞逐漸阻塞的效果。在某些情況下，在葉片120、130的不需要涂層的區(qū)域上，特別是在鉆孔和其他孔的位置處進(jìn)行預(yù)先遮蔽。為此，放置片材，例如塑料材料的片材用于遮蓋噴嘴扇區(qū)(或更廣泛地，任何要涂層的部件)在電解共沉積中不被覆蓋的區(qū)域(例如，噴嘴扇區(qū)的內(nèi)平臺(tái)和外平臺(tái))。還可以將蠟設(shè)置于不被覆蓋遮蓋的區(qū)域，特別是在鉆孔和其他孔的入口處，以避免當(dāng)涂層到達(dá)這些孔時(shí)改變它們的尺寸或阻塞它們。在為獲得均勻涂層的有利設(shè)置中，在電解液浴中對(duì)粉進(jìn)行受控?cái)嚢?。為此，在ー個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)進(jìn)行共沉積時(shí)，在溶液中建立循環(huán)，包括在溶液的第一空間中的向上流，以及在溶液的第二空間中的向下流，支撐件12位于所述第二空間中。在為獲得優(yōu)質(zhì)涂層的另一有利設(shè)置中，當(dāng)進(jìn)行共沉積時(shí)，支撐件12圍繞具有水平分量的軸線旋轉(zhuǎn)?？梢詤⒖糆P0355051和EP0724658，以了解適用于電解液及電解液中的部件的運(yùn)動(dòng)條件，以及電流參數(shù)。因此，通過電解共沉積進(jìn)行沉積，可以制得具有任何MCrAlY組合物，或更廣泛地，MlCrAlM2組合物的涂層，同時(shí)獲得特別是在臨界區(qū)域中和沿著邊緣的受控厚度。通過電鍍獲得的這種涂層20還具有如下優(yōu)點(diǎn)粗糙度很小(I U m到2 y m數(shù)量級(jí)的Ra)，無孔，及基材和涂層之間的強(qiáng)(金屬)粘合。還應(yīng)該注意到通過實(shí)施上述電解共沉積方法，能夠?qū)哂袕?fù)雜形狀的部件進(jìn)行涂層，因?yàn)樵摲椒ㄊ遣煌耆ㄏ虻?，部件的整個(gè)表面與電解液浴接觸。此外，該方法還有不使基材遭受熱應(yīng)カ的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.為修復(fù)金屬葉片(120、130)目的而電解沉積包含金屬基體的復(fù)合涂層的方法，其中金屬基體含有粒子，該方法執(zhí)行以下步驟 提供至少ー個(gè)葉片(120、130)，該葉片形成陰極并具有將要被涂層的表面，該表面定義臨界區(qū)域(21)并在所述葉片(120、130)的根部和頂部之間沿縱向方向延伸； 提供由金屬制成的陽極(19)，并將所述陽極(19)連接至電源； 提供形成電解液浴并含有不可溶粒子的溶液； 提供由不導(dǎo)電材料制成的支撐件(12)，該支撐件具有參照壁(14)，并適于接收相對(duì)于所述參照壁(14)處于工作位置的葉片(120、130)； 在所述工作位置將所述葉片(120、130)安裝至所述支撐件(12)上； 將所述支撐件置入所述溶液中；以及共沉積粒子和來自所述陽極(19)的金屬，以在所述將要被涂層的表面上形成涂層(20)； 該方法特征在于所述陽極(19)設(shè)置為面對(duì)所述臨界區(qū)域(21)，相對(duì)于每個(gè)所述葉片(120、130)，所述支撐件(12)安裝有用于控制電流線的裝置，以在所述葉片(120、130)的將要被涂層的表面上獲得涂層(20)，該涂層具有可變厚度，該厚度對(duì)于所述臨界區(qū)域(21)而言是預(yù)定的并且相對(duì)恒定，并且沿著所述涂層(20)的邊緣逐漸減少至基本上為零值。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述用于控制電流線的裝置包括所述支撐件(12)的縱向部分，該縱向部分適于面對(duì)所述葉片(120、130)的將要被涂層的所述表面。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在干所述部分(15)定義沿縱向方向延伸并面對(duì)所述臨界區(qū)域(21)的所述陽極的位置(16)，相對(duì)于將要被涂層的表面，所述支撐件(12)的所述縱向部分(15)的輪廓和位置，以及所述陽極(19)的輪廓和位置選擇為對(duì)電流線進(jìn)行限制和定向。
4.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括含有粒子的金屬基體的所述復(fù)合涂層(20)為M1CrAlM2型，其中所述陽極(19)由金屬M(fèi)1制成，其中M1選自Ni、Co和Fe或其混合物，還在于所述溶液的粒子為CrAlM2粒子，其中M2選自Y、Si、Ti、Hf、Ta、Nb、Mn、Pt 和稀土。
5.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述涂層(20)在所述臨界區(qū)域(21)具有1011111至50011111范圍的厚度。
6.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在干所述葉片(120、130)的將要被涂層的表面為吸入側(cè)壁(121、131)。
7.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述臨界區(qū)域(21)為流動(dòng)截面被測(cè)量的區(qū)域，由此上述修復(fù)方法能夠通過修復(fù)使所述葉片(120、130)的所述流動(dòng)截面得以恢復(fù)。
8.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述支撐件(12)適于接收相對(duì)于所述參照壁(14)處于工作位置的兩個(gè)葉片(120、130)。
9.如上述權(quán)利要求I至8中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述支撐件(12)適于接收兩個(gè)以上的相對(duì)于所述參照壁(14)處于工作位置的葉片(120、130)。
10.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在干所述葉片(120、130)為渦輪機(jī)組噴嘴的葉片(I20、130)。
11.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在干所述葉片(120、130)的不被涂層的區(qū)域，特別是在鉆孔和其他孔的位置處被預(yù)先遮蔽。
12.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于當(dāng)進(jìn)行共沉積時(shí)，在溶液中建立循環(huán)，包括在溶液的第一空間中的向上流，以及在溶液的第二空間中的向下流，所述支撐件(12)位于所述第二空間中。
13.如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于當(dāng)進(jìn)行共沉積時(shí)，所述支撐件(12)圍繞具有水平分量的軸線旋轉(zhuǎn)。
14.葉片修復(fù)方法，包括以下步驟 (i)將現(xiàn)有涂層從葉片去除，以形成將要被涂層的表面； (ii)對(duì)所述將要被涂層的表面進(jìn)行準(zhǔn)備或清洗； (iii)根據(jù)上述權(quán)利要求I至12中任意一項(xiàng)所述的方法，用M1&A1M2型材料涂層所述葉片的將要被涂層的表面，以修復(fù)葉片；以及 (iv)進(jìn)行擴(kuò)散熱處理。
15.用于在葉片(120、130)上電解沉積涂層(20)的組件，該組件包括 至少ー個(gè)葉片(120、130)，該葉片形成陰極并具有將要被涂層的表面，該表面定義臨界區(qū)域(21)并在所述葉片(120、130)的根部和頂部之間沿縱向方向延伸 '及 由不導(dǎo)電材料制成的支撐件(12)，該支撐件具有參照壁(14)，并適于接收相對(duì)于所述參照壁處于工作位置的所述葉片(120、130)，相對(duì)于每個(gè)葉片(120、130)，所述支撐件(12)還包括適于面對(duì)所述葉片(120、130)的將要被涂層的所述表面的縱向部分(15)，該縱向部分(15)定義沿縱向方向延伸并面對(duì)所述臨界區(qū)域(21)的陽極的位置，相對(duì)于將要被涂層的表面，所述支撐件(12)的縱向部分的輪廓和位置，以及所述陽極(19)的輪廓和位置選擇為對(duì)電流線進(jìn)行限制和定向，以在所述葉片(120、130)的將要被涂層的表面上獲得涂層(20)，該涂層具有可變厚度，該厚度對(duì)于所述臨界區(qū)域(21)而言是預(yù)定的，并且沿著所述涂層(20)的邊緣逐漸減少至基本上為零值。
全文摘要
本發(fā)明提供以下要素形成陰極并具有定義臨界區(qū)域(21)的將要被涂層表面的葉片(120、130)，陽極(19)，包括不可溶粒子的電解液浴，安裝件(12)，在該安裝件上安裝有相對(duì)于參照壁(14)位于工作位置的所述葉片。安裝件(12)置于所述電解液浴中，粒子和陽極的金屬共沉積(19)，以在將要被涂層的表面上形成涂層(20)。典型地，所述陽極(19)設(shè)置為面對(duì)臨界區(qū)域(21)，所述安裝件(12)安裝有對(duì)電流線進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置，以獲得涂層(20)，在臨界區(qū)域(21)，該涂層具有相對(duì)恒定的預(yù)定厚度，該厚度沿著所述涂層(20)的邊緣逐漸降至基本上為零值。
文檔編號(hào)C25D15/00GK102762778SQ201080060267
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者弗雷德里克·巴拉德, 斯蒂芬·歐文斯, 約翰·福斯特, 艾倫·泰勒, 賈斯汀·曼紐伊, 馬丁·查特利 申請(qǐng)人:斯奈克瑪