專利名稱：用于激光加工具有陶瓷層的層系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有陶瓷層的層系統(tǒng)的激光加工。
背景技術(shù)：
如渦輪機(jī)葉片的高溫構(gòu)件具有用于隔熱的外部的陶瓷層。所述陶瓷隔熱層施加在金屬增附層或者金屬基底上。此外，在這種高溫部件中弓I入貫通孔，所述貫通孔穿過陶瓷層并且進(jìn)入或者穿過金屬基底。在此，必須注意的是，不污染陶瓷層的外表面。這通常通過遮蓋實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是解決該問題。所述目的通過一種用于激光加工層系統(tǒng)的方法來實(shí)現(xiàn)，其中所述層系統(tǒng)具有至少一個(gè)金屬基底和外部的陶瓷層，其中在對(duì)所述構(gòu)件執(zhí)行完整的激光加工，尤其制造多個(gè)貫通孔，更尤其是制造具有附加的擴(kuò)散部的貫通孔之后，在后處理步驟中降低所述層的層厚度。在本文中列出其他有利的措施，所述措施能夠任意地彼此組合，以便實(shí)現(xiàn)其他的優(yōu)點(diǎn)。


其示出:圖1示出根據(jù)本發(fā)明的方法的過程，圖2示出渦輪機(jī)葉片，圖3示出超合金列表。
具體實(shí)施例方式附圖和描述僅代表本發(fā)明的實(shí)施例。圖1示出所加工的構(gòu)件1、120、130、155作為層系統(tǒng)。尤其根據(jù)圖3所示，構(gòu)件I具有金屬基底4，所述金屬基底尤其在渦輪機(jī)葉片120、130中是鎳基和/或鈷基的。在基底4上直接地存在陶瓷層7或者金屬增附層(未示出)，必要時(shí)具有直接在陶瓷層之下、即在基底上或者在金屬增附層(MCrAlX)上的氧化鋁層。陶瓷層7優(yōu)選是二氧化鋯層或者黃綠石層(Pyrochlorschicht)或者兩者的組合。能夠考慮其他的陶瓷材料?？?，優(yōu)選是貫通孔19應(yīng)當(dāng)穿過始于陶瓷層7的外表面13的層系統(tǒng)產(chǎn)生，如虛線所示；至少去除金屬材料。加工通過能量束來進(jìn)行，其中所述能量束優(yōu)選能夠是電子束或者激光器10的激光束11。在加工金屬材料(增附層和/或基底4)時(shí)，金屬飛濺物會(huì)沉積在外表面13上。這當(dāng)然是不期望的，因?yàn)樗鼋饘亠w濺物在稍后的使用中能夠氧化并且能夠損害陶瓷層7。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在此在表面13上施加粉末層或者大面積地施加特殊的機(jī)械覆蓋部。根據(jù)本發(fā)明，外部的層7具有厚度d，但是所述厚度大于制成的構(gòu)件1、120、130、155的層7’期望的最終尺寸d’。不使用掩模并且容許堆積部16，其中所述堆積部通過降低層厚度d而被一起去除。要?jiǎng)冸x的區(qū)域d-d’優(yōu)選為30μπι至80μπι。為了改變具有層厚度d的層7的層厚度，能夠應(yīng)用激光工藝或者磨光工藝，使得因此最終產(chǎn)物的層V的表面13’沒有任何的金屬飛濺物16。在如渦輪機(jī)葉片120、130的具體的構(gòu)件中可能的是，僅葉身具有借助激光器10制造的冷卻空氣孔19。因此，能夠在葉身的區(qū)域中僅局部地提高陶瓷層7的層厚度并且在葉身形狀上已經(jīng)具有最終尺寸。更厚的層7能夠極其簡單地通過如HVOF (高速氧燃料噴涂)或者等離子噴涂方法的已知的覆層方法來制造，因?yàn)檫@本來就通過逐層的涂覆來進(jìn)行并且能夠通過其他的涂覆層(30 μ m_80 U m)來間單地形成增加的層厚度。圖2在立體圖中示出流體機(jī)械的沿著縱軸線121延伸的轉(zhuǎn)子葉片120或?qū)蛉~片130。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)，也可以是蒸汽輪機(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)成為錘頭形。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)于流過葉身406的介質(zhì)具有迎流棱邊409和出流棱邊412。在傳統(tǒng)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。例如由EP 1204776BU EP 1306454、EP 1319729AU WO99/67435或WO 00/44949已知這樣的超合金。在這種情況下，葉片120、130可以通過鑄造法，也可以借助定向凝固、通過鍛造法、通過銑削法或其組合來制造。將帶有一個(gè)或多個(gè)單晶結(jié)構(gòu)的工件用作機(jī)器的在運(yùn)行中承受高的機(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由熔融物的定向凝固來進(jìn)行。在此，這涉及一種澆注法，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颍⑶倚纬芍鶢罹w的晶粒結(jié)構(gòu)(柱狀地，這就是說在工件的整個(gè)長度上分布的晶粒，并且在此根據(jù)一般的語言習(xí)慣稱為定向凝固)，或者形成單晶結(jié)構(gòu)，這就是說整個(gè)工件由唯一的晶體構(gòu)成。在這些方法中，必須避免過渡成球形(多晶的)凝固，因?yàn)橥ㄟ^非定向的生長不可避免地構(gòu)成橫向和縱向晶界，所述橫向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和確實(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(directionalIysolidified structures)。由 US-PS 6，024，792 和 EP 0892090A1 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))。由 EP 0486489BU EP 0786017B1、EP 0412397B1 或 EP 1306454A1 已知這樣的合金。密度優(yōu)選地是理論密度的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(TGO=thermal grown oxide layer (熱生長氧化層))。優(yōu)選地，層成分具有Co-30N1-28Cr-8Al-0.6Y_0.7Si 或Co-28N1-24Cr-10Al-0.6Y。除這些鈷基保護(hù)覆層外，也優(yōu)選地使用鎳基保護(hù)層，例如 N1-10Cr-12Al-0.6Y-3Re 或 N1-12Co_2ICr-11A1-0.4Y_2Re 或N1-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1.5Re。在MCrAlX上還可以有隔熱層，隔熱層優(yōu)選是最外層并例如由ZrO2、Y2O3-ZrO2組成，即，隔熱層通過氧化釔和/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。通過例如電子束氣相淀積(EB-PVD)的適當(dāng)?shù)母矊臃椒ㄔ诟魺釋又挟a(chǎn)生柱狀晶粒。其他覆層方法也是可以考慮的，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)氣相沉積)。隔熱層可以具有多孔的、有微觀裂縫或宏觀裂縫的晶粒，用于更好地耐熱沖擊。因此，隔熱層優(yōu)選地比MCrAlX層更為多孔。再加工(Refurbishment)意味著在使用構(gòu)件120、130之后，必要時(shí)必須將保護(hù)層去除(例如通過噴砂)。接著，去除腐蝕層和/或氧化層及腐蝕產(chǎn)物和/或氧化產(chǎn)物。必要時(shí)，還修復(fù)在構(gòu)件120、130中的裂縫。然后，進(jìn)行構(gòu)件120、130的再覆層以及構(gòu)件120、130的重新使用。葉片120、130可以構(gòu)造成空心的或?qū)嵭牡摹Ｈ绻鋮s葉片120、130，則葉片為空
心的并且必要時(shí)還具有薄膜冷卻孔418 (由虛線表示)。
權(quán)利要求
1.用于激光加工層系統(tǒng)(1、120、130、155)的方法，其中所述層系統(tǒng)(1，120，130，155)具有至少一個(gè)金屬基底(4)和外部的陶瓷層(7)，其中，在對(duì)所述構(gòu)件(1，120，130，155)執(zhí)行完整的激光加工，尤其制造多個(gè)貫通孔，更尤其是制造具有附加的擴(kuò)散部的貫通孔之后，在后處理步驟中降低所述層(7)的層厚度(d)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中應(yīng)用激光方法來減小所述層(7)的所述層厚度⑷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2中的一項(xiàng)或者兩項(xiàng)所述的方法，其中使用磨光方法來減小所述層(7)的所述層厚度(d)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中將所述層(7)的所述層厚度(d)降低30 μ m至80 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中對(duì)于所述層系統(tǒng)(1，120，.130，155)的所述激光加工而言，對(duì)所述陶瓷層(7)不使用掩模。
全文摘要
用于激光加工具有陶瓷層的層系統(tǒng)的方法，由于陶瓷層(7)在其加工之前有意的增厚部而可能的是，連同雜質(zhì)(16)一起去除所述增厚部。
文檔編號(hào)B23K26/38GK103157907SQ201210548300
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者斯特凡·沃納·希利阿尼, 弗朗西斯-茹爾延·拉德魯 申請(qǐng)人:西門子公司