專利名稱：用于確定內(nèi)部的層的粗糙度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定內(nèi)部的層或襯底的粗糙度的方法。
背景技術(shù)：
粗糙度特別是在噴涂的層中具有重要意義，在所述噴涂的層中粗糙度有助于置于上方的層的附著。這例如是金屬腐蝕保護(hù)層的粗糙度，在所述金屬腐蝕保護(hù)層上施加有陶瓷層。同樣已知用于測(cè)量金屬層的電導(dǎo)率的方法。當(dāng)不再能夠自由測(cè)量表面的粗糙度時(shí)，只存在破壞性的檢驗(yàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，解決所述問(wèn)題。所述目的通過(guò)一種用于確定在不導(dǎo)電層下方的金屬襯底的或金屬層的內(nèi)部的表面的粗糙度的方法實(shí)現(xiàn)，其中，通過(guò)所述不導(dǎo)電層，特別是陶瓷層，至少在外部的不導(dǎo)電層和內(nèi)部的襯底或?qū)拥倪^(guò)渡區(qū)域中逐層地測(cè)量至少一個(gè)材料參數(shù)，直至所述材料參數(shù)升高并且達(dá)到最大的平穩(wěn)值，其中，在所述過(guò)渡區(qū)域中的所述材料參數(shù)與對(duì)比樣本的粗糙度相互關(guān)聯(lián)，其中，該粗糙度特別是通過(guò)顯微照片預(yù)先測(cè)定。在本文中列出其他有利的措施，所述措施能夠任意地相互組合，以便獲得其他優(yōu)點(diǎn)。


附圖中示出:圖1示出這樣的層系統(tǒng)和方法；圖2示出測(cè)量曲線；圖3示出渦輪葉片；圖4示出燃燒室；并且圖5不出超合金的列表。
具體實(shí)施例方式說(shuō)明書和附圖僅示出本發(fā)明的實(shí)施例。圖1示出層系統(tǒng)1、120、130 (圖3)、155 (圖4)作為示例。層系統(tǒng)具有襯底4，所述襯底能夠是金屬的或陶瓷的，特別是在渦輪構(gòu)件120、130、155中是鎳基或鈷基的超合金，尤其特別是根據(jù)圖5。金屬層7優(yōu)選施加在襯底4上。這能夠是鋁化物層(+Pt，......)或者特別是
MCrAlX層，其中，X是可選的，并且尤其是釔(Y)或錸(Re)。金屬層7或襯底4帶有在層區(qū)域10中的、具有粗糙度的表面11，應(yīng)測(cè)定所述粗糙度。所述粗糙度不能夠被直接測(cè)定，因?yàn)樵诮饘賹?或襯底4上存在不導(dǎo)電層13，特別是陶瓷層13。這尤其在渦輪構(gòu)件120、130、155中是陶瓷層。陶瓷層13具有氧化鋯和/或燒綠石結(jié)構(gòu)。所述陶瓷層構(gòu)造為單層或雙層。已知方法，特別是渦流方法，其中能夠借助于電激勵(lì)裝置16測(cè)量高導(dǎo)電區(qū)域7、4的作為參數(shù)P的電導(dǎo)率(在此僅示例地用于闡述所述方法)。這樣的電流的透入深度能夠被改變，并且也用于這樣的內(nèi)部的層7的層厚測(cè)量。在到由于測(cè)量技術(shù)具有一定程度的提離22的、最外的表面19的距離h方面，直至深度hi存在不可測(cè)量的電導(dǎo)率或小的電導(dǎo)率。因?yàn)樗鰧?的表面11是粗糙的，所以在直至深度h2的層區(qū)域中存在由金屬材料和陶瓷材料構(gòu)成的層區(qū)域10。因此，在過(guò)渡區(qū)域10中存在電導(dǎo)率明顯更低的金屬材料和陶瓷材料。從層深h2起僅還測(cè)量金屬材料，在此為覆層7(因?yàn)樵趯?3、10、7內(nèi)逐層地測(cè)量)。通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量參數(shù)能夠提高所述透入深度的精度，使得其明顯小于(h2-hl )，特別是至少<0.2* (h2-hl)，其中，(h2-hl)是過(guò)渡區(qū)域10的厚度。能夠確定所述電導(dǎo)率。在圖2中示出用于所述值(通常為P)的分布曲線。在優(yōu)選一次比較步驟中，電導(dǎo)率或參數(shù)P通過(guò)破壞性的確定而與層區(qū)域10的粗糙度相互關(guān)聯(lián)。因此測(cè)量在過(guò)渡區(qū)域10中的電導(dǎo)率，并且然后破壞性地確定所述粗糙度。對(duì)于所述粗糙度能夠基于不同的粗糙度值。因此，基于不導(dǎo)電層，電導(dǎo)率P (圖2)的升高能夠與粗糙度相互關(guān)聯(lián)，并且在其他位置上或其他構(gòu)件上能夠通過(guò)同樣的電導(dǎo)率測(cè)量產(chǎn)生在待測(cè)定的粗糙度和已知的、被測(cè)量的值P或曲線P (h)之間的相互關(guān)系。能夠應(yīng)用其他參數(shù)P，如熱導(dǎo)率。圖3示出流體機(jī)械的沿著縱軸線121延伸的轉(zhuǎn)子葉片120或?qū)蛉~片130的立體視圖。所述流體機(jī)械可以是飛機(jī)的或用于發(fā)電的發(fā)電廠的燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)或壓縮機(jī)。葉片120、130沿著縱軸線121相繼具有:固定區(qū)域400、鄰接于所述固定區(qū)域的葉片平臺(tái)403以及葉身406和葉片梢部415。作為導(dǎo)向葉片130，葉片130可以在其葉片梢部415處具有另一平臺(tái)(未示出)。在固定區(qū)域400中形成有用于將轉(zhuǎn)子葉片120、130固定在軸或盤上的葉片根部183 (未示出)。葉片根部183例如構(gòu)造為錘頭形。作為揪樹形根部或燕尾形根部的其他構(gòu)形是可行的。葉片120、130對(duì)于流過(guò)葉身406的介質(zhì)具有入流棱邊409和出流棱邊412。在傳統(tǒng)的葉片120、130中，在葉片120、130的所有區(qū)域400、403、406中使用例如實(shí)心的金屬材料、尤其是超合金。例如從EP I 204 776BU EP I 306 454、EP I 319 729AUffO 99/67435或WO 00/44949中已知這樣的超合金。在這種情況下，葉片120、130可以通過(guò)鑄造法，也可以借助于定向凝固、通過(guò)鍛造法、通過(guò)銑削法或其組合來(lái)制造。帶有一個(gè)單晶結(jié)構(gòu)或多個(gè)單晶結(jié)構(gòu)的工件用作為用于機(jī)器的在運(yùn)行時(shí)承受高的機(jī)械的、熱的和/或化學(xué)的負(fù)荷的構(gòu)件。這種單晶工件的制造例如通過(guò)由熔融物的定向凝固來(lái)進(jìn)行。在此，涉及一種澆注法，其中液態(tài)金屬合金凝固為單晶結(jié)構(gòu)、即單晶工件，或者定向凝固。在這種情況下，枝狀晶體沿?zé)崃鞫ㄏ?，并且形成柱狀晶體的晶粒結(jié)構(gòu)(柱狀地，也就是說(shuō)在工件的整個(gè)長(zhǎng)度上分布的晶粒，并且在此根據(jù)一般的語(yǔ)言習(xí)慣稱為定向凝固)，或者形成單晶結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)整個(gè)工件由唯一的晶體構(gòu)成。在所述方法中，必須避免過(guò)渡成球形(多晶的)凝固，因?yàn)橥ㄟ^(guò)非定向的生長(zhǎng)不可避免地構(gòu)成橫向晶界和縱向晶界，所述橫向晶界和縱向晶界使定向凝固的或單晶的構(gòu)件的良好特性不起作用。如果一般性地提到定向凝固組織，則是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的單晶以及確實(shí)具有沿縱向方向分布的晶界但不具有橫向晶界的柱狀晶體結(jié)構(gòu)。第二種所提到的晶體結(jié)構(gòu)也稱為定向凝固組織(directionally solidified structures)。從 US-PS 6，024，792 和 EP O 892 090 Al 中已知這樣的方法。葉片120、130同樣可以具有抗腐蝕或抗氧化的覆層，例如(MCrAlX ;M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中的至少一種元素，X是活性元素并代表釔(Y)和/或硅和/或至少一種稀土元素，或鉿(Hf))。從 EP O 486489 BK EP O 786 017 BK EP O 412 397 BI 或 EP I306 454 Al中已知這樣的合金。密度優(yōu)選是理論密度的95%。在(作為中間層或最外層的)MCrAlX層上形成保護(hù)性氧化招層(TG0=thermal grown oxide layer (熱生長(zhǎng)氧化層))。層成分優(yōu)選具有Co-30N1-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si 或 Co-28N1-24Cr-10Al_0.6Y。除所述鈷基保護(hù)覆層外，也優(yōu)選使用鎳基保護(hù)層，如N1-10Cr-12Al-0.6Y_3Re或N1-12Co-21Cr-llAl-0.4Y_2Re 或 N1-25Co-17Cr-10Al_0.4Y-1.5Re。在MCrAlX上還可以存在隔熱層，隔熱層優(yōu)選是最外層，并且例如由ZrO2J2O3-ZrO2構(gòu)成，即，所述隔熱層通過(guò)氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂非穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完全穩(wěn)定。隔熱層覆蓋整個(gè)MCrAlX層。通過(guò)例如電子束氣相淀積(EB-PVD)的適宜的覆層方法在隔熱層中產(chǎn)生柱狀晶粒。也可設(shè)想其他覆層方法，例如氣相等離子噴涂(APS)、LPPS (低壓等離子噴涂)、VPS (真空等離子噴涂)或CVD (化學(xué)氣相淀積)。隔熱層可以具有多孔的、有微觀裂紋或宏觀裂紋的晶粒，以用于更好的耐熱沖擊。因此，隔熱層優(yōu)選比MCrAlX層更為多孔。再處理(Refurbishment)意味著構(gòu)件120、130在其被使用之后，必要時(shí)必須將保護(hù)層去除(例如通過(guò)噴砂)。然后，進(jìn)行腐蝕層和/或氧化層或腐蝕產(chǎn)物和/或氧化產(chǎn)物的移除。必要時(shí)，還修復(fù)在構(gòu)件120、130中的裂紋。然后，進(jìn)行構(gòu)件120、130的再覆層，以及重新使用構(gòu)件120、130。葉片120、130可以構(gòu)成空心的或?qū)嵭牡摹．?dāng)要冷卻葉片120、130時(shí)，則所述葉片
為空心的并且必要時(shí)還具有薄膜冷卻孔418 (由虛線表示)。圖4示出燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室110。燃燒室110例如構(gòu)造為所謂環(huán)形燃燒室，其中多個(gè)沿周向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線102設(shè)置的燃燒器107通到共同的燃燒室腔154中，所述燃燒器產(chǎn)生火焰156。為此，燃燒室110的整體構(gòu)造為環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線102定位。為了實(shí)現(xiàn)相對(duì)高的效率，燃燒室110針對(duì)大約1000°C至1600°C的工作介質(zhì)M的相對(duì)高的溫度來(lái)設(shè)計(jì)。為了也能夠在所述對(duì)于材料不利的工作參數(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)相對(duì)長(zhǎng)的工作持續(xù)時(shí)間，燃燒室壁153在其朝向工作介質(zhì)M的側(cè)上設(shè)有由熱屏蔽元件155形成的內(nèi)襯。每個(gè)由合金構(gòu)成的熱屏蔽元件155在工作介質(zhì)側(cè)配備有特別耐熱的保護(hù)層(MCrAlX層和/或陶瓷覆層)或者由耐高溫的材料(實(shí)心的陶瓷石)制成。保護(hù)層能夠是類似渦輪葉片的，即MCrAlX例如表示:M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中的至少一種元素，X是活性元素并代表釔(Y)和/或硅和/或至少一種稀土元素，或鉿(Hf)。從 EP O 486 489 BUEP 0786 017 BUEP O 412 397 BI 或 EP I 306 454 Al 中已知這樣的合金。在MCrAlX上還可以存在例如陶瓷的隔熱層，并且隔熱層由例如ZrO2、Y2O3-ZrO2構(gòu)成，即，隔熱層通過(guò)氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂非穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完全穩(wěn)定。通過(guò)例如電子束氣相淀積(EB-PVD)的適宜的覆層工藝在隔熱層中產(chǎn)生柱狀晶粒。也可設(shè)想其他覆層工藝，例如氣相等離子噴涂(APS)、LPPS, VPS或CVD。隔熱層可以具有多孔的、有微觀裂紋或宏觀裂紋的晶粒，以用于更好的耐熱沖擊性。再處理(Refurbishment)意味著在使用熱屏蔽元件155之后，必要時(shí)必須將保護(hù)層從熱屏蔽元件上除去(例如通過(guò)噴砂)。然后，進(jìn)行腐蝕層和/或氧化層或腐蝕產(chǎn)物和/或氧化產(chǎn)物的去除。必要時(shí)，還修復(fù)在熱屏蔽元件155中的裂紋。其后，進(jìn)行熱屏蔽元件155的再覆層以及重新使用熱屏蔽元件155。此外，由于在燃燒室110的內(nèi)部中的高溫，能夠?yàn)闊崞帘卧?55或?yàn)樗鰺崞帘卧谋３衷O(shè)有冷卻系統(tǒng)。那么，熱屏蔽元件155例如是空心的并且必要時(shí)還具有通到燃燒室腔154中的冷卻孔(未示出)。
權(quán)利要求
1.用于確定在不導(dǎo)電層(13)下方的金屬襯底(4)的或金屬層(7)的內(nèi)部的表面(11)的粗糙度的方法，其中，穿過(guò)所述不導(dǎo)電層(13)，特別是陶瓷層(13)，至少在外部的不導(dǎo)電層(13)和內(nèi)部的襯底(4)或?qū)?7)的過(guò)渡區(qū)域(10)中逐層地測(cè)量至少一個(gè)材料參數(shù)(P)，直至所述材料參數(shù)升高并且達(dá)到最大的平穩(wěn)值(25)， 其中，在所述過(guò)渡區(qū)域(10)中的所述材料參數(shù)(P)與對(duì)比樣本的粗糙度相互關(guān)聯(lián)，其中，該粗糙度特別是通過(guò)顯微照片預(yù)先測(cè)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將電導(dǎo)率確定作為材料參數(shù)(P)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中的一項(xiàng)或兩項(xiàng)所述的方法，其中，將熱導(dǎo)率確定作為材料參數(shù)(P)。
4.如權(quán)利要求1、2或3中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，測(cè)量由襯底(4)、金屬層(7)和最外部的陶瓷層(13)構(gòu)成的層系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定內(nèi)部的層的粗糙度的方法，通過(guò)用于確定過(guò)渡區(qū)域(10)的粗糙度和電導(dǎo)率測(cè)量的一次性的、破壞性測(cè)量的相互關(guān)系能夠確定其他樣本的粗糙度而不進(jìn)行破壞性測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B7/34GK103105156SQ20121043121
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者馬蒂亞斯·容布盧特 申請(qǐng)人:西門子公司