專利名稱：部件的表面處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有彎曲表面的部件的表面處理方法，其中借助一股由粒子源產(chǎn)生的粒子束而從部件表面蝕除材料。本發(fā)明還涉及對具有彎曲表面的部件進(jìn)行表面處理的裝置。
在英國奇切斯特的D.Matejka和B.Benko、John Willey & Sons的“Plasma Spraying of Metallic and Ceramic Materials(金屬和陶瓷材料的等離子噴涂)”一書中，提到了如用到汽車內(nèi)燃機(jī)部件上的等離子噴涂法。在6.1段“Preliminary preparation of surface prior tospraying(噴涂前的表面初次準(zhǔn)備)”中，描述了各種方法，通過這些方法實(shí)現(xiàn)了要涂覆部件的預(yù)處理。其中描述了一種在真正噴涂前借助磨蝕粒子束清理產(chǎn)品表面的方法。壓縮空氣流攜帶有這種磨蝕微粒并且這些微粒最好垂直沖擊要處理的表面。噴射磨蝕微粒可以在一個(gè)箱內(nèi)或用抽吸裝置進(jìn)行，從而基本上獲得了全部的磨蝕微粒并將其重新用于噴射。在這種情況下，磨蝕微粒由鑄鐵、鋼、合成金剛砂(氧化鋁)、碳化硅或硅酸鹽砂(石英砂)制成。磨蝕微粒具有350微米-1400微米的直徑。噴射最好借助所謂的粗砂噴射來進(jìn)行，其中磨蝕微粒具有200微米-800微米的直徑。它們被用于預(yù)加工帶涂層的表面，所述涂層具有高達(dá)200微米的層厚，所述涂層在涂覆過程中被涂到制備表面上。為較厚的涂層采用了高達(dá)1400微米的粒徑。其中攜帶有磨蝕微粒的壓縮空氣在采用金剛砂的情況下最好具有高達(dá)0.35兆帕的壓力。
US4321310描述了一種在燃?xì)廨啓C(jī)部件上形成涂層的方法，其中所述部件是渦輪機(jī)葉片。渦輪機(jī)葉片具有油基質(zhì)材料構(gòu)成的基體。鈷基合金或鎳基合金如IN100、MAR200、MARM509或WI52被用作基質(zhì)材料。在基質(zhì)材料上，涂覆了MCrAlY型增粘層。在這里，M例如表示金屬鎳和鈷的組合。Cr表示鉻，Al表示鋁，Y表示釔。在增粘層上，涂覆了由氧化鋯構(gòu)成的陶瓷層，它被培養(yǎng)成莖桿狀，其中莖桿基本上垂直于基體表面。在把起到隔熱層作用的氧化鋯層涂覆到增粘層上之前，打磨增粘層，直到調(diào)節(jié)出約1微米的表面粗糙度。
從US5683825中也知道了一種把隔熱層涂覆到部件上的方法。在基體上，通過低壓等離子噴涂涂覆上NiCrAlY型增粘層。增粘層表面接受打磨，從而它具有約為2微米的表面粗糙度。在經(jīng)過打磨的增粘層上，借助蒸鍍法(PVD法)涂覆上一個(gè)由通過釔而變穩(wěn)定的氧化鋯構(gòu)成的陶瓷隔熱層。在這種情況下，最好通過所謂的電子束PVD法涂覆隔熱層。隔熱層也可以借助等離子噴涂被涂覆上去。在US5498484中，也描述了把隔熱層涂覆到燃?xì)廨啓C(jī)部件的增粘層上。增粘層的平均表面粗糙度據(jù)稱為至少在10微米以上。
US5645893描述了一種涂覆部件，它具有由超耐熱合金構(gòu)成的基體以及一增粘層和一隔熱層。增粘層具有鋁化鉑以及與之相連的薄氧化物層。薄氧化物層具有氧化鋁。隔熱層與氧化物層相鄰，隔熱層借助電子束PVD法被涂覆上去。在這里，通過釔變穩(wěn)定的氧化鋯被涂覆到增粘層上。在涂覆增粘層之前，基體表面借助粗砂噴射法進(jìn)行清理。在這種情況下，氧化鋁砂被用于蝕除材料地加工基體。
從WO97/047781A1中知道了一種燃?xì)廨啓C(jī)部件如燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片或燃燒室的熱屏蔽件。燃?xì)廨啓C(jī)部件作為基質(zhì)材料地具有鎳基超耐熱合金或鈷基超耐熱合金。在基質(zhì)材料上涂覆了含氮化物的復(fù)合層。一個(gè)陶瓷隔熱層與復(fù)合層相連。復(fù)合層表面具有大于6微米的表面粗糙度且尤其是9微米-14微米的表面粗糙度。
在WO99/23272中描述了一種把保護(hù)層涂覆到被設(shè)計(jì)用于熱氣供應(yīng)的基體上以防止氧化和/或腐蝕的方法。在這里，保護(hù)層通過熱靜壓法而變得致密，其中它沒有被密封起來。此外，保護(hù)層的化學(xué)性質(zhì)基本上沒有改變。在熱靜壓過程中，在800℃-1200℃溫度下并經(jīng)過0.1小時(shí)-3小時(shí)，由壓縮空氣傳遞的壓力使得多孔保護(hù)層變得致密。與上述文獻(xiàn)不同，在熱靜壓過程中，存在著不蝕除材料的表面處理。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種部件表面處理方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種部件表面處理裝置。
根據(jù)本發(fā)明，通過這樣一種對一個(gè)具有彎曲表面的部件進(jìn)行表面處理的方法而完成了目的在于方法的任務(wù)，其中借助一股由一粒子源產(chǎn)生的粒子束而沿部件表面的輪廓線地從部件表面上蝕除材料，其中所述粒子束的特點(diǎn)是具有噴射間距、噴射強(qiáng)度、噴射角和噴射時(shí)間這些噴射參數(shù)，在這里，使至少其中一個(gè)參數(shù)目的明確地如此適應(yīng)于輪廓線，從而沿輪廓線調(diào)節(jié)出均勻的表面粗糙度。
本發(fā)明源于以下考慮，即在蝕除材料地加工部件表面過程中的無規(guī)律的材料蝕除和部件表面的不規(guī)則性對部件表面質(zhì)量和進(jìn)而對其應(yīng)用性產(chǎn)生了不利影響。在迄今已知的部件表面處理方法中且尤其是在蝕除材料的加工中，無法在整個(gè)部件表面上或部件表面的大部分相關(guān)區(qū)域內(nèi)確保一致的部件表面加工。主要在具有復(fù)雜幾何形狀的且尤其是具有彎曲表面的部件中，彎曲導(dǎo)致了噴射參數(shù)的局部變化。例如，復(fù)雜的部件幾何形狀導(dǎo)致了噴射間距的變化，即粒子源與要處理的部件表面的距離，這例如導(dǎo)致了部件表面的不同區(qū)域具有不同的表面粗糙度。這主要適與于具有不同曲率情況的部件表面區(qū)。另外，其曲率情況局部強(qiáng)烈變化的部件表面的每個(gè)區(qū)域以及根據(jù)常見方法而對粒子束來說很難到達(dá)的區(qū)域帶有表面結(jié)構(gòu)無規(guī)律(不一致性)的特點(diǎn)。此外，在對許多部件進(jìn)行表面處理時(shí)，只能有限地保證可重復(fù)性。
通過本發(fā)明的方法，第一次從局部部件幾何形狀方面考慮了有代表性的粒子束噴射參數(shù)。此外，噴射間距表示粒子源距在部件表面上的粒子束沖擊點(diǎn)的距離。在涉及部件的局部坐標(biāo)系統(tǒng)中限定了噴射角度。在這個(gè)坐標(biāo)系中，噴射角度是粒子束噴射方向和在部件表面上的粒子束沖擊點(diǎn)上的表面法線之間的角度。噴射強(qiáng)度是指單位秒和立體角的粒子源發(fā)射微粒的數(shù)量，即噴射強(qiáng)度被指定為微粒流量。簡單地從噴射間距、表面區(qū)大小以及噴射角度中得到了單位時(shí)間內(nèi)撞擊到部件表面的局部表面區(qū)上的微粒數(shù)。噴射時(shí)間是指粒子束在輪廓線的所選部位上的停留時(shí)間。借助沿輪廓線控制粒子束的速度，可以改變粒子束的停留時(shí)間和進(jìn)而改變局部撞擊在部件表面上的微粒數(shù)。通過該方法，從部件表面上蝕除材料明確地適應(yīng)于部件的幾何形狀。由此一來，可以沿輪廓線形成可預(yù)定的均勻的表面粗糙度。通過先后進(jìn)行多個(gè)相關(guān)輪廓線的移動(dòng)，可以加工部件表面的大面積區(qū)域并且使其粗糙度變得一致。尤其是，使整個(gè)部件表面接受這樣的表面處理。
為了有效地利用該方法，人們最好連續(xù)地實(shí)施這種方法。為此，作為時(shí)間的連續(xù)函數(shù)地沿輪廓線控制粒子束?；蛘?，也可以沿輪廓線間歇地進(jìn)行部件表面的材料蝕除，其中暫時(shí)中斷該工藝過程。通過這種方法，可以明確地調(diào)節(jié)出表面粗糙度特征值如最大形狀高度、最大形狀深度、平均粗糙度值。在這里，最好采用平均粗糙度值或者說在標(biāo)準(zhǔn)長度內(nèi)(如輪廓線的局部)的形狀偏差的算術(shù)平均值或絕對值，以便對比特性相同或類似的表面。
也可以目的明確地以各不相同的且可預(yù)定的表面粗糙度來加工例如可以不同地彎曲或定向的部件表面的局部區(qū)域。在這種情況下，每個(gè)局部區(qū)域具有均勻一致的表面粗糙度。在這種情況下，人們也可以沿輪廓線并根據(jù)可預(yù)定的且或許是非固定不變的函數(shù)調(diào)節(jié)出表面粗糙度，這是有意義的。
借助適應(yīng)于輪廓線的粒子束噴射，實(shí)現(xiàn)了部件表面打磨，從而在部件表面的預(yù)定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了預(yù)定的表面粗糙度。此外，可以采用粒子束噴射來清理部件表面，通過這種噴射獲得了部件表面的激活。由此一來，部件表面已為緊接在表面加工后的工藝過程如涂覆過程作好了準(zhǔn)備。
最好自動(dòng)地進(jìn)行噴射參數(shù)的適應(yīng)調(diào)節(jié)。因而，確保了良好的可重復(fù)性。此外，不再需要人工干預(yù)該工藝過程。
最好使粒子源和部件相對運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，擬定了相對平移、相對轉(zhuǎn)動(dòng)或平移或轉(zhuǎn)動(dòng)的組合方式。通過粒子源和部件的相對運(yùn)動(dòng)，可以使粒子束射向部件表面的理想位置并沿部件表面輪廓線移動(dòng)。通過進(jìn)行相對運(yùn)動(dòng)的速度，可以改變噴射時(shí)間。尤其是在部件具有復(fù)雜幾何形狀如具有彎曲表面的情況下，通過相對運(yùn)動(dòng)來影響噴射參數(shù)如噴射角度和噴射間距。與部件和粒子源的相對運(yùn)動(dòng)有關(guān)地，可以采用多種工作模式。以下設(shè)計(jì)出了一些優(yōu)選的方法設(shè)計(jì)方案。
在一個(gè)方法的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中，使粒子源如此相對部件運(yùn)動(dòng)，即噴射間距是固定不變的。由此一來，當(dāng)粒子源噴射強(qiáng)度不變時(shí)，單位秒內(nèi)撞擊以固定不變的噴射間距垂直布置的部件表面平面部分的微粒數(shù)是一個(gè)固定不變的值。還優(yōu)選以下措施，使粒子源如此相對部件運(yùn)動(dòng)，即噴射角是固定不變的。如果人們選擇其中噴射間距和噴射角度都固定不變的工作模式，則確保了尤其適應(yīng)于部件幾何形狀的材料蝕除，尤其是可以由此獲得均勻一致的部件表面處理。
如此進(jìn)行相對運(yùn)動(dòng)，即在一個(gè)優(yōu)選的方法設(shè)計(jì)方案中，使粒子源相對同時(shí)靜止不動(dòng)的部件多軸地運(yùn)動(dòng)。與此有關(guān)地，多軸意味著使粒子源沿至少兩個(gè)笛卡爾坐標(biāo)軸線運(yùn)動(dòng)。通過在第一軸線上和與之垂直的第二軸線上的運(yùn)動(dòng)的組合，粒子源也可以繞一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線即大致一個(gè)經(jīng)過部件的軸線(如圖的軸線)轉(zhuǎn)動(dòng)。還優(yōu)選以下措施，使粒子束相對同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的多軸地運(yùn)動(dòng)。還優(yōu)選以下措施，使粒子源相對同時(shí)多軸運(yùn)動(dòng)的部件多軸地運(yùn)動(dòng)。
最好使部件相對同時(shí)靜止不動(dòng)的粒子源多軸地運(yùn)動(dòng)。通過在相對運(yùn)動(dòng)方面的各式各樣的設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生了很高的靈活性。通過組合各種運(yùn)動(dòng)方式，可以在該工藝過程中對很復(fù)雜的部件幾何形狀進(jìn)行表面加工。
部件最好具有一個(gè)含基質(zhì)材料的基體，其中基體具有部件表面，所述表面接受處理以便用第一涂覆材料在基體上涂覆第一涂層。通過粒子束噴射，發(fā)生了基體表面清理。這種表面清理造成表面激活。由此一來，在涂覆工藝過程中實(shí)現(xiàn)了第一涂層很好地復(fù)合到基體上。因此，該方法可以被用作在部件上形成一層的方法的組成工序。該方法實(shí)現(xiàn)了在涂覆前制備出質(zhì)量一流的部件表面。這主要在附著能力和層質(zhì)量方面對要涂覆到基體上的涂層很有利?；w例如由金屬材料制成。在這種情況下，在高溫應(yīng)用環(huán)境中，把耐高溫合金如鎳基超耐熱合金、鈷基超耐熱合金或鉻基超耐熱合金用作基質(zhì)材料。
因而，最好在涂覆過程中作為第一涂覆材料地采用合金或金屬間化合物。作為第一涂覆材料，優(yōu)選構(gòu)成增粘層的合金如MCrAlX型合金。在這種情況下，M代表含鐵、鈷和鎳中的一種或多種元素，Cr表示鉻，Al表示鋁，X表示釔、錸以及稀土元素如鉿中的一種或多種元素。尤其是在高溫應(yīng)用環(huán)境中，規(guī)定了這樣的合金。
第一涂層最好也具有部件表面，它接受處理以便用第二涂覆材料在部件上涂覆第二涂層。
在一個(gè)優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中，部件具有一個(gè)含基質(zhì)材料的基體，其中用第一涂覆材料在基體涂覆了第一涂層，該涂覆部件接受處理以便用第二涂覆材料在部件上涂覆第二涂層。因此，不僅該方法適用于加工基體表面，而且該方法也可以被用于加工和制備一個(gè)涂覆到基體上的涂層，以便隨后在第一涂層上涂覆另一層。因此，該方法可以被整合到用于在部件上形成層系的工藝過程中。由此一來，可以明顯更好地制造出質(zhì)量很高的且主要足夠長時(shí)間穩(wěn)定的并具有復(fù)合基體幾何形狀的層系。
在涂覆過程中，陶瓷最好被用作第二涂覆材料。例如，含氧化鋯的材料可被考慮用作陶瓷材料，它通過氧化釔、氧化鈰或其它氧化物而得到部分或完全穩(wěn)定。這樣的具有陶瓷的第二涂層例如是隔熱層并具有如大于約50微米且尤其是大于約200微米的厚度。一個(gè)隔熱層也可以具有金屬陶瓷混合氧化物系，如鈣鈦礦(如鋁酸鑭)、燒綠石(如鉿酸鑭)或尖晶石如典型的MgAl2O4。
尤其是在高溫應(yīng)用場合中，采用了作為第一涂層地具有增粘層并作為第二涂層地具有與增粘層相連的隔熱層的金屬基體上的層系。在一個(gè)優(yōu)選的方法設(shè)計(jì)方案中，部件被設(shè)計(jì)用于被熱氣環(huán)流。還優(yōu)選以下措施，渦輪機(jī)工作葉片、渦輪機(jī)導(dǎo)向葉片或燃燒室的熱屏蔽件被用作該部件。熱設(shè)備如燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、爐子或類似設(shè)備的部件必須被設(shè)計(jì)成能夠承受熱侵蝕介質(zhì)且尤其是熱氣。在這種情況下，部件在正常使用時(shí)所處的溫度明顯高于1000℃。
粒子束最好具有磨蝕微粒，它們攜載于承受壓力的載體介質(zhì)且尤其是壓縮空氣中。磨蝕微粒最好以約為20°-90°并最好為50°-90°的噴射角度撞擊部件表面。磨蝕微粒直徑、噴射角度以及承受壓力的載體介質(zhì)的壓力按照磨蝕微粒材質(zhì)、微粒所撞擊的部件表面的材質(zhì)以及要獲得的效果且尤其是與表面清理或材料蝕除有關(guān)的效果而定?？梢砸苑勰┬问教峁┹d體介質(zhì)所攜磨蝕微粒，或者如果有較大顆粒(球形)，則通過研磨方法磨碎它，以便產(chǎn)生尖銳的且在部件表面上產(chǎn)生強(qiáng)烈磨蝕效果的磨蝕微粒。
根據(jù)本發(fā)明，通過這樣一個(gè)對具有彎曲表面的部件自動(dòng)進(jìn)行表面處理的噴射裝置而完成了其目的在于部件表面處理裝置的任務(wù)，所述裝置具有至少一個(gè)用于產(chǎn)生粒子束的粒子源以及一個(gè)用于支承部件的部件支座，其中使粒子源和部件如此相對運(yùn)動(dòng)，即為了產(chǎn)生均勻的部件表面，在借助粒子束的噴射過程中，沿部件表面輪廓線的噴射間距和/或噴射角具有一個(gè)預(yù)定的且尤其是固定不變的值。
結(jié)合附圖所示的實(shí)施例來詳細(xì)說明方法和裝置。在這里，局部不按比例地示意示出了本發(fā)明。


圖1-圖3表示具有自由的且尤其是彎曲的表面的部件的基體局部。
圖4表示其中在基體上涂覆了第一涂層的部件局部。
圖5表示其中在基體上涂覆了第一、第二涂層的部件局部。
圖6以透視圖表示渦輪機(jī)葉片。
圖7以透視圖表示燃燒室的熱屏蔽件。
圖8表示其中裝有一個(gè)部件的表面處理噴射裝置。
相同符號(hào)在圖中具有相同意思。
在圖1中，示出了一個(gè)未示出部件1的且含有基質(zhì)材料1(如參見圖6或圖7)且尤其是鎳基耐熱級(jí)合金或鈷基超耐熱合金的基體11的局部。基體11具有部件表面3。為了對部件表面3進(jìn)行表面處理如給表面3涂覆涂層前的預(yù)處理，用來自粒子束7的磨蝕微粒27噴射部件表面3，這些微粒攜載于承受高壓的載體介質(zhì)29且尤其是壓縮空氣中。為了用載體介質(zhì)29和其中所攜帶的磨蝕微粒產(chǎn)生這樣的粒子束，設(shè)置了一個(gè)粒子源5。用磨蝕微粒27處理部件表面3起到了打磨部件表面3的作用，在這里產(chǎn)生了預(yù)定的表面粗糙度。此外，噴射部件表面起到了清理和激活部件表面的作用。為此，磨蝕微粒27以角度α撞擊部件表面3。在這種情況下，磨蝕微粒27最好由基質(zhì)材料13或與涂層材料一樣的材料構(gòu)成，涂層材料在磨蝕微粒27噴射后被涂覆到基體11上。為了獲得理想的且尤其是均勻的表面粗糙度，使粒子源5相對部件1運(yùn)動(dòng)。粒子源5可以相對部件1進(jìn)行沿著水平軸線31和沿著垂直軸線33的運(yùn)動(dòng)。此外，粒子源5進(jìn)行繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線35的轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)軸線35垂直于一個(gè)由垂直軸線33和水平軸線31展開的平面地延伸。因此，來自粒子源5的粒子束7可以沿著部件表面3上的輪廓線9移動(dòng)。尤其是可以使沿輪廓線9的不同部件表面3區(qū)域接受磨蝕微粒27的材料蝕除加工。微粒獲得均勻的表面粗糙度，噴射參數(shù)在這里目的明確地適應(yīng)于輪廓線。這在圖1-圖3中示出了，這些圖示出了按時(shí)間順序的沿輪廓線9進(jìn)行表面處理的次序。此外，使粒子源5如此相對部件運(yùn)動(dòng)，即噴射角度α是固定不變的。由此一來，可以均勻地處理沿輪廓線9的不同部件表面3區(qū)域。在圖1中，用粒子束7處理隆凸的輪廓線9區(qū)域，而在圖2中，粒子數(shù)7撞擊輪廓線9的凹彎區(qū)域。在圖3中，在輪廓線9的一個(gè)大致成平面形的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行部件表面3的材料蝕除加工。粒子束5的控制是自動(dòng)進(jìn)行的。此外，例如可以通過一個(gè)未示出的測量系統(tǒng)來掌握準(zhǔn)確的部件幾何形狀且尤其是部件表面。數(shù)據(jù)組可被用作用于一個(gè)未示出的控制系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，所述控制系統(tǒng)在與部件1有關(guān)的噴射參數(shù)方面控制粒子源5。由此一來，產(chǎn)生了自動(dòng)的部件1表面處理。
在圖4中，示出了圖1-圖3所示的基體11，其中在基體11上用第一涂層材料17涂覆了第一涂層15。第一涂層最好是增粘層并借助物理蒸汽鍍法如電子束蒸鍍法(EB-PVD)或等離子噴涂法被涂覆上去。第一涂層15具有第一涂層材料17，這種材料尤其是在涂覆燃?xì)廨啓C(jī)部件時(shí)是MCrAlX型合金或鋁化物。從此刻起，通過第一涂層15在背對基體11的涂層15側(cè)上形成了部件1的部件表面3。部件表面3接受預(yù)加工以便涂覆第二涂層19。為此，用來自粒子源5的磨蝕微粒27噴射表面3。磨蝕微粒27以粒子束7的形式攜載于承受壓力的載體介質(zhì)29中。最好把壓縮空氣用作載體介質(zhì)29。磨蝕微粒27以噴射角度α撞擊表面3，所述噴射角度等于或不等于在如圖1-圖3所示地噴射基體11時(shí)的噴射角度α。載體介質(zhì)29所受壓力、噴射間距d以及噴射角度α的實(shí)際選擇取決于磨蝕微粒27的材料種類、第一涂層材料17的類型以及如要獲得的表面粗糙度或部件表面3的清理。在層15的材料蝕除表面處理中，如此控制粒子束7沿輪廓線9移動(dòng)，即沿輪廓線調(diào)節(jié)出一個(gè)要獲得的且基本上一致的表面粗糙度。尤其是通過這種方法，可以高質(zhì)量且重復(fù)性強(qiáng)地加工位于弧形部件表面3上的輪廓線9?？梢酝ㄟ^所述方法復(fù)合能力強(qiáng)且耐用時(shí)間長地在基體11上形成第一涂層15，這是有利的。
圖5示出了產(chǎn)品1的局部，其中在基體11上，除了第一涂層15外，還用第二涂覆材料21涂覆了第二涂層19。在第二涂層19之間，其中所述第二涂層在燃?xì)廨啓C(jī)部件的情況下最好是由金屬氧化物或金屬混合氧化物系如部分或完全穩(wěn)定的氧化鋯構(gòu)成的隔熱層，作為中間層69地設(shè)置了一個(gè)氧化物層35。這個(gè)氧化物層35具有氧化鋁和/或氧化鉻并且可以因第一涂層15的熱氧化而形成(熱成長氧化物)，或者在中間步驟中被涂覆到第一涂層15上。因此，該方法可以被用在具有復(fù)雜部件幾何形狀的且尤其是具有彎曲的部件表面3的層系中。層系的質(zhì)量由此明顯得到提高。
圖6以透視圖示出了部件1，它在這里是渦輪機(jī)工作葉片23并具有葉片區(qū)37，給所述葉片區(qū)涂覆涂層19即隔熱層。葉片區(qū)37在渦輪葉片23如在未示出的燃?xì)廨啓C(jī)中工作的期間內(nèi)被熱侵蝕介質(zhì)M且尤其是通過燃料燃燒而產(chǎn)生的熱氣M環(huán)流。一方面，一個(gè)固定燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)工作葉片23的固定區(qū)38與葉片區(qū)37相鄰，另一方面，一塊用于相對燃?xì)廨啓C(jī)的另一個(gè)未示出部件隔絕渦輪機(jī)工作葉片23的蓋板41與之相鄰。渦輪機(jī)工作葉片23具有一個(gè)部件表面3，該表面顯示出其局部的彎曲情況明顯不同的復(fù)雜的部件幾何形狀。
在圖7中，以透視圖示出了部件1，即燃?xì)廨啓C(jī)的未示出的燃燒室的熱屏蔽件25。該熱屏蔽件25具有一個(gè)蓋子43，它具有一個(gè)在其中心開設(shè)于其中的連接孔45。通過所述連接孔45，可以通過一個(gè)未示出的連接件來控制蓋子43并且熱屏蔽件25可以被固定在燃燒室的未示出壁上。燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室襯有許多這樣的熱屏蔽件25。與圖6所示的渦輪機(jī)工作葉片23一樣地，熱屏蔽件25具有一個(gè)復(fù)雜的且尤其是彎曲的部件表面3。在使用熱屏蔽件25的情況下，使帶隔熱層19的熱屏蔽件承受熱侵蝕介質(zhì)M且尤其是熱氣M。
圖8示意而未按比例地示出了用于進(jìn)行部件1的自動(dòng)表面處理的噴射裝置47。噴射裝置47具有一個(gè)噴射腔65，在該噴射腔中安裝了一個(gè)部件支座49。部件1由部件支座49容納。在噴射腔65中，設(shè)置了第一粒子源5A和第二粒子源5B。粒子源5A、5B是如此布置的，即它們到達(dá)了相互對置的部件表面3區(qū)以便進(jìn)行噴射。微粒產(chǎn)生具有磨蝕微粒27以及載體介質(zhì)M29的粒子束7A、7B，在噴射裝置47中設(shè)置了一個(gè)磨蝕微粒儲(chǔ)備容器57以及載體介質(zhì)儲(chǔ)備容器53。載體介質(zhì)儲(chǔ)備容器53通過用于載體介質(zhì)29的第一供應(yīng)管路51給粒子源5A、5B提供載體介質(zhì)。微粒給粒子源5A、5B提供磨蝕微粒27，設(shè)置了一個(gè)用于磨蝕微粒27的供應(yīng)管路55。此外，噴射腔65具有一個(gè)排流系統(tǒng)59。排流系統(tǒng)59例如成抽吸裝置形式。這樣一來，基本上重新獲得了所有的磨蝕微粒27并且重新用于噴射。在這里，磨蝕微粒27可以由鑄鐵、鋼、合成剛玉(氧化鋁)、碳化硅或硅酸鹽砂制成。此外，由合金或金屬間化合物構(gòu)成的磨蝕微粒27也是可行的。粒子源5A、5B和裝上部件1的部件支座49可以相對運(yùn)動(dòng)。例如，粒子源5A、5B可以相對靜止部件1多軸地運(yùn)動(dòng)。另一方面，部件1可以通過部件支座49相對粒子源5A、5B多軸地運(yùn)動(dòng)。尤其是，裝上部件1的部件支座49被設(shè)置成可以繞垂直轉(zhuǎn)動(dòng)軸線67轉(zhuǎn)動(dòng)。這主要對旋轉(zhuǎn)對稱的部件1的材料蝕除表面加工是很有利的。微粒自動(dòng)進(jìn)行部件1的表面處理，給噴射裝置47配備了一個(gè)控制系統(tǒng)61。粒子源5A、5B以及部件支座49通過各自的控制信號(hào)線路63A、63B、63C與控制系統(tǒng)61相連。這樣一來，實(shí)現(xiàn)了部件1和粒子源5A、5B的運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制。尤其是，可以自動(dòng)控制有關(guān)的粒子源5A、5B噴射參數(shù)，從而為了在噴射過程中形成最好是均勻一致的部件表面3，沿部件表面3輪廓線9A、9B的噴射間距d和噴射角度α采用了可預(yù)定的且最好是固定不變的值。通過給噴射裝置47配備多個(gè)粒子源5A、5B，可以沿部件表面3的各輪廓線9A、9B進(jìn)行同時(shí)的部件1表面處理。
在用自動(dòng)噴射裝置47進(jìn)行部件1表面處理的方法中，通過儲(chǔ)備容器53、57給粒子源5A、5B提供磨蝕微粒27以及載體介質(zhì)29且尤其是壓縮空氣29。通過借助粒子源5A、5B產(chǎn)生的且以噴射間距d、噴射角度α以及噴射時(shí)間這樣的噴射參數(shù)為特征的粒子束7A、7B沿著部件表面3的輪廓線9A、9B從部件表面3上蝕除掉材料。噴射參數(shù)目的明確地適應(yīng)于輪廓線9A、9B，從而沿輪廓線9A、9B調(diào)節(jié)出一個(gè)預(yù)定的且最好是均勻的表面粗糙度。此外，噴射參數(shù)的調(diào)節(jié)通過控制系統(tǒng)61自動(dòng)進(jìn)行，所述控制系統(tǒng)控制著部件和粒子源5A、5B的相對運(yùn)動(dòng)。粒子源5A、5B如此相對部件1運(yùn)動(dòng)的工作方式是很有利的，即噴射間距d以及噴射角度α是固定不變的?？刂葡到y(tǒng)61用于部件1和粒子源5A、5B的精確定位和控制。由此一來，可以高質(zhì)量且重復(fù)性強(qiáng)地實(shí)現(xiàn)對具有復(fù)雜幾何形狀且尤其是彎曲的表面3的部件的表面處理。這主要對部件的系列加工及其表面處理是有利的。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于，用磨蝕微粒噴射一個(gè)部件的部件表面且尤其是具有彎曲不同的區(qū)域的表面，以便對部件進(jìn)行表面處理。這樣一來，獲得了或許也激活了部件表面的打磨和/或清理效果。這種方法適用與加工部件基體以及要涂覆部件的預(yù)處理。尤其是，該方法可以被整合到在部件基體上形成層系的方法中。使部件表面的材料蝕除加工目的明確地適應(yīng)于部件的幾何形狀，由此獲得了均勻一致的表面加工。
權(quán)利要求
1.一種對一個(gè)具有彎曲表面(3)的部件(1)進(jìn)行表面處理的方法，其中借助一股由一粒子源(5)產(chǎn)生的粒子束(7)而沿部件表面(3)輪廓線地從部件表面(3)上蝕除材料，其中所述粒子束的特點(diǎn)是具有噴射間距(d)、噴射強(qiáng)度、噴射角(α)和噴射時(shí)間這些噴射參數(shù)，其特征在于，使至少其中一個(gè)參數(shù)目的明確地如此適應(yīng)于輪廓線，即沿輪廓線調(diào)節(jié)出均勻的表面粗糙度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，噴射參數(shù)的適應(yīng)調(diào)整是自動(dòng)進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使粒子源(5)和部件(1)相對運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，使粒子源(5)如此相對部件(1)運(yùn)動(dòng)，即噴射間距(d)是固定不變的。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，使粒子源(5)如此相對部件(1)運(yùn)動(dòng)，即噴射角(α)是固定不變的。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，部件(1)具有一個(gè)含基質(zhì)材料的基體(11)，其中基體(11)具有部件表面(3)，所述表面接受處理以便用第一涂覆材料(17)在基體(11)上涂覆第一涂層(15)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，MCrAlX合金被用作第一涂覆材料(17)，其中M代表含鐵、鈷和鎳中的一種或多種元素，Cr表示鉻，Al表示鋁，X表示釔、錸及稀土元素中的一種或多種元素。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，第一涂層(15)也具有部件表面(3)，它接受處理以便用第二涂覆材料(21)在部件(11)上涂覆第二涂層(19)。
9.如權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，部件(1)具有一個(gè)含基質(zhì)材料(13)的基體(11)，其中用第一涂覆材料(17)在基體(11)涂覆了第一涂層(15)，該涂覆部件(15)接受處理以便用第二涂覆材料(21)在部件(11)上涂覆第二涂層(19)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在涂覆過程中，陶瓷被用作第二涂覆材料(21)。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，部件(1)被設(shè)計(jì)用于被熱氣環(huán)流。
12.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，渦輪機(jī)工作葉片(23)、渦輪機(jī)導(dǎo)向葉片或燃燒室的熱屏蔽件(25)被用作該部件。
13.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，噴向部件表面(3)的噴射角(α)約為20°-90°并最好為50°-90°。
14.一種用于對一個(gè)具有彎曲表面(3)的部件(1)自動(dòng)進(jìn)行表面處理的噴射裝置(47)，它具有一個(gè)用于產(chǎn)生粒子束(7)的粒子源(5)以及一個(gè)用于支承部件(1)的部件支座(49)，其中使粒子源(5)和部件(1)如此相對運(yùn)動(dòng)，即為了在借助粒子束(17)的噴射過程中產(chǎn)生均勻的部件表面(3)，沿部件表面(3)輪廓線的噴射間距(d)和/或噴射角(α)具有一個(gè)預(yù)定的且尤其是固定不變的值。
全文摘要
本發(fā)明涉及對一個(gè)具有彎曲表面(3)的部件(1)進(jìn)行表面處理的方法。借助一股由粒子源(5)產(chǎn)生的粒子束(7)而沿部件表面(3)輪廓線地從部件表面(3)上蝕除材料。在這種情況下,使至少其中一個(gè)參數(shù)目的明確地如此適應(yīng)于輪廓線,從而沿輪廓線調(diào)節(jié)出均勻的表面粗糙度。本發(fā)明還涉及對部件(1)進(jìn)行自動(dòng)表面處理的噴射裝置(47)。
文檔編號(hào)F02C7/00GK1372502SQ00812393
公開日2002年10月2日 申請日期2000年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月1日
發(fā)明者G·德珀 申請人:西門子公司