可磨耗涂層的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[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罩高溫可磨耗涂層。
[0002]相對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)子和定子之間相對較小的間隙為特征的密封?？赡ズ拿芊獾闹匾獞迷谟跍u輪中(例如燃氣渦輪)，其中包括在軸上安裝的多個葉片的轉(zhuǎn)子由靜止護罩所圍繞。在高壓渦輪(HPT)區(qū)段中，稱為HPT護罩的這些護罩在渦輪中限定熱氣流動路徑。降低在葉片尖端和護罩的內(nèi)壁之間的間隙減少繞葉片尖端的熱氣流動路徑的泄漏，從而引起改善的渦輪效率。
[0003]為了減少葉片尖端磨損，現(xiàn)有技術中公知的是在護罩流動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罩表面的堅固性，相對的葉片尖端磨損被顯著地減少。盡管有圖案的護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，會顯著地降低渦輪效率。因此，出于泄漏的考慮，連續(xù)流動路徑表面可磨耗結(jié)構(gòu)就是所期望的，同時有圖案的可磨耗表面被期望來降低葉片尖端磨損。解決該定子或護罩流動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，存在對于可磨耗護罩涂層和制備可磨耗護罩涂層的方法的需求，其包括平衡高流動路徑堅固性、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]在一個方面中，本公開提供了用于渦輪的制品。制品包括護罩基底、涂層系統(tǒng)和可磨耗涂層。護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路徑的外環(huán)面的外表面。涂層系統(tǒng)位于護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)流動路徑表面?？赡ズ耐繉影ɑ旌衔⒂^結(jié)構(gòu)，其包括圍住相對更多孔第二區(qū)域的第一區(qū)域的相對致密的支架。
[0006]在另一個方面中，本公開提供了用于至少部分地限定穿過渦輪的流動路徑的護罩。護罩包括熱障涂層(TBC)或環(huán)境障礙涂層(EBC)涂覆的基底。護罩進一步包括位于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)流動路徑表面，其由圍住相對更多孔第二區(qū)域的第一區(qū)域的相對致密支架形成。
[0007]本發(fā)明的第一技術方案提供了一種用于渦輪的制品，包括:護罩基底，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路徑的外環(huán)面的外表面；涂層系統(tǒng)，其位于護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)，其包括圍住相對更加多孔的第二區(qū)域的第一區(qū)域的相對致密的支架。
[0008]本發(fā)明的第二技術方案是在第一技術方案中，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)明的第三技術方案是在第一技術方案中，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)明的第四技術方案是在第一技術方案中，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質(zhì)性地磨耗。
[0011]本發(fā)明的第五技術方案是在第一技術方案中，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)明的第六技術方案是在第一技術方案中，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)明的第七技術方案是在第一技術方案中，護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)明的第八技術方案是在第七技術方案中，TBC包括穩(wěn)定二氧化鋯。
[0015]本發(fā)明的第九技術方案是在第八技術方案中，第一和第二區(qū)域包括二氧化鋯。
[0016]本發(fā)明的第十技術方案是在第一技術方案中，護罩基底為陶瓷的，并且其中涂層系統(tǒng)包括環(huán)境障礙涂層(EBC)。
[0017]本發(fā)明的第十一技術方案是在第十技術方案中，EBC包括硅酸鹽。
[0018]本發(fā)明的第十二技術方案是在第十一技術方案中，第一區(qū)域和第二區(qū)域包括硅酸土卜
ΠΤΤ.Ο
[0019]本發(fā)明的第十三技術方案是在第一技術方案中，涂層系統(tǒng)包括位于護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)明的第十四技術方案是在第一技術方案中，從涂層系統(tǒng)到流動路徑表面測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)明的第十五技術方案是在第一技術方案中，第一區(qū)域總共包括可磨耗涂層的流動路徑表面的表面積的約2%至約50%。
[0022]本發(fā)明的第十六技術方案是在第一技術方案中，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)明的第十七技術方案提供了一種用于至少部分地限定流動路徑穿過渦輪的護罩，護罩包括: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)流動路徑表面，其由圍住相對更多孔的第二區(qū)域的第一區(qū)域的相對致密的支架形成。
[0024]本發(fā)明的第十八技術方案是在第十七技術方案中，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)明的第十九技術方案是在第十七技術方案中，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)明的第二十技術方案是在第十七技術方案中，第一和第二區(qū)域由基本上相同的材料形成。
[0027]本發(fā)明的第二十一技術方案是在第十七技術方案中，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)明的第二十二技術方案是在第十七技術方案中，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)明的第二十三技術方案是在第十七技術方案中，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、特征和優(yōu)點將從下面連同附圖的公開的各種方面的詳細描述變得顯而易見。
【附圖說明】
[0031]圖1是具有根據(jù)本公開的可磨耗涂層的護罩的示例性實施例的俯視圖，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罩的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0037]下面呈現(xiàn)的每個實施例有助于本公開的某些方面的說明，并且不應當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言可應用于修飾可得到許可地變化而不導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”的術語或多個術語修飾的數(shù)值并不限于指定的精確數(shù)值。在一些情況中，近似語言可對應于用于測量數(shù)值的儀器的精度。當引入各種實施例的元素時，詞語“一”、“一個”、“該”和“所述的”意圖意指存在一個或更多元素。用語“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“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/或通過表達與限定動詞相關的能力、性能或可能性中的一個或更多來限定另一個動詞。因此，“可以”和“可以是”的使用指出對于所指出的能力、功能或使用是明顯恰當?shù)?、可能的或合適的修飾用語，同時考慮到在一些情形中，修飾用語有時可能不是恰當?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施例的其它參數(shù)。本文關于任何特定的實施例的描述的、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、使用等可類似地應用于本文公開的任何其它的實施例。
[0038]如上所討論的，常規(guī)的渦輪護罩包括構(gòu)造為當/如果渦輪葉片接觸護罩時磨耗的有圖案的表面或基本上平滑的表面。護罩的基本上平滑的可磨耗表面維持流動路徑的堅固性，但可導致嚴重的葉片尖端磨損。與無圖案的或基本上平滑的流動路徑護罩相比，有圖案的可磨耗護罩表面導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。本公開提供了護罩涂層、涂覆的護罩和涂層包括混合結(jié)構(gòu)的護罩的方法，該混合結(jié)構(gòu)平衡高流動路徑堅固性、低葉片尖端磨損和高耐久