專利名稱：氣相鋁化物涂覆氣體歧管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于涂覆具有內(nèi)部通路的工件(例如渦輪葉片和葉輪)的內(nèi)表面的改進工藝和用于該工藝的歧管。
背景技術(shù)：
鋁化物涂層為用于燃氣渦輪發(fā)動機的鎳和鈷基超合金制品提供了抗氧化和抗腐蝕降解保護。通常，鋁化物涂層通過在待涂覆制品存在的條件下加熱包含鋁源、活化劑和惰性緩沖劑或者稀釋劑的粉末混合物而形成。所述制品可能以不與該粉末混合物接觸的方式放置，因此所述工藝稱為氣相工藝。
當涂覆渦輪葉片和葉輪的內(nèi)表面以保護該內(nèi)表面時，為了制備所需厚度和組成的NiAl擴散涂層，必須使足量的鋁化物涂覆氣體通過該表面并與之相接觸。涂覆方法有效和均勻涂覆內(nèi)表面的能力與經(jīng)過內(nèi)部通路的鹵化鋁載氣的分布和流量直接相關(guān)。使得內(nèi)涂層覆蓋更加困難的因素在于(1)復雜的螺旋通路；(2)長距離和/或高長寬比(長度對寬度或橫截面的比)的通路；(3)非常狹窄的通路；和(4)一系列不同尺寸的通路開口。
這些工藝之一包括在壓力下使鹵化鋁氣體(如AlF3)穿過工件根部的開口，從而允許氣體穿透所有內(nèi)部通路。取決于該工件的設(shè)計，在工件基底中通常存在多個開口，以允許流進入各個內(nèi)部通路。氣體經(jīng)歧管被引入到葉輪上，該歧管密封到該葉輪的基底上以將所有流導向內(nèi)部空穴并防止泄漏到外部。鹵化鋁氣體涂覆長的狹窄通路、或者非常彎曲的長螺旋通路的能力與所述獲得用于通路全長的足夠氣流的歧管設(shè)計能力直接相關(guān)。目前，在歧管中設(shè)計中還不能控制進入每個葉輪根部基底的開口流量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供允許涂覆氣體流對于某些位置選擇性較高的歧管。
本發(fā)明的另一目的在于提供用于涂覆工件的內(nèi)部通路的改進工藝。
上述目標通過本發(fā)明的歧管和工藝得以實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于涂覆工件中的不同尺寸通道的工藝中使用的歧管。廣意地說，該歧管包括內(nèi)腔室、用于接收涂覆氣體流的入口和在內(nèi)腔室中用于將涂覆氣體流分為第一流和第二流的裝置，其中第一流足以涂覆具有第一橫截面尺寸的第一內(nèi)通路組的表面的全長，而第二流體足以涂覆具有小于所述第一橫截面尺寸的第二橫截面尺寸的第二內(nèi)通路組的表面的全長。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了用于涂覆工件中的內(nèi)通路的工藝。廣意地說，該工藝包括下列步驟提供涂覆氣體源，提供連接該涂覆氣體源和工件的歧管，將歧管內(nèi)的涂覆氣體流分離為第一流和第二流，其中第一流足以涂覆具有第一橫截面尺寸的第一內(nèi)通路組的表面全長，第二流足以涂覆具有小于第一橫截面尺寸的第二橫截面尺寸的第二內(nèi)通路組的表面全長。
本發(fā)明的氣相鋁化物涂覆氣體歧管的其他細節(jié)以及伴隨的其他目標和優(yōu)點通過下面的詳細說明和附圖給出，在附圖中用類似的編號描繪類似的元件。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于使用歧管涂覆工件的內(nèi)通路的系統(tǒng)的第一實施方案的示意圖；和圖2是用于使用多個歧管涂覆工件的內(nèi)通路的系統(tǒng)的第二實施方案的示意圖；具體實施方式
現(xiàn)在參照圖1，該圖示出了用于涂覆工件14(例如用于渦輪發(fā)動機的葉片或者葉輪)的內(nèi)通路12的體系10。工件14可能具有根部部分16、平臺18和翼面部分20。多個內(nèi)通路12可能從工件的基底24中的開口22延伸到在翼面部分20的末梢28處的出口冷卻孔26。盡管通路12已經(jīng)作為線型通路示出，但是應當認識到通路12可以是螺旋形或者其他的非線型形狀。通常通路12的橫截面尺寸(例如直徑)在翼面部分20的寬度內(nèi)變化。例如，與翼面部分20的前緣30相鄰的通路12可能具有相對大的橫截面尺寸，而與翼面部分20的后緣32相鄰的通路12可能具有相對小的橫截面尺寸。結(jié)果，與前緣30相鄰的冷卻孔26可能具有比與后緣32相鄰的冷卻孔26的橫截面尺寸大的橫截面尺寸。
所述體系10包括鋁化物涂覆氣體(例如AlF3)源34。這些氣體可能在遠處通過鹵化物活化劑(例如AlF3、NH4F.HF、NH3Cl、AlCl3等等)和富鋁源金屬(例如CrAl、Co2Al5、NiAl、純Al等)在涂覆工藝溫度下反應而產(chǎn)生，通過Ar載氣送到歧管的入口。典型的鋁化物涂覆方法在1700-2100的溫度范圍進行約2-8小時。用于內(nèi)涂層的氣流為1.0-15.0cfh/零件，對于更長或者更加復雜的通路可以使用更高的壓力。
體系10還包括流體歧管36，該歧管具有用于接收來自源34的鋁化物涂覆氣體的入口38。入口38可能與源34用現(xiàn)有技術(shù)已知的任何方式連通。歧管36可能用現(xiàn)有技術(shù)已知的任何方法固定在工件12的基底24上。優(yōu)選的，歧管36以防止歧管36和基底24之間發(fā)生氣體泄漏的方式固定在基底24上。
如可以從圖1中看出，歧管36具有帶分流器42的內(nèi)腔室40，其中分流器將腔室40分隔為第一部分44和第二部分46。為了確保較小的橫截面尺寸通路以所需厚度和所需均勻度進行涂覆，設(shè)置分流器42以使得進入的涂覆氣體的可調(diào)節(jié)部分流入一個或多個較小橫截面尺寸通路的開口22。被分流的流的實際百分數(shù)是通路尺寸和結(jié)構(gòu)的函數(shù)。
如可以從圖1中看出，分流器42具有在歧管36的入口38中優(yōu)選具有前緣50的第一部分48。分流器42也具有相對于第一部分48傾斜的第二部分52。第二部分52延伸到非常接近于或者緊鄰歧管36的出口的點。分流器42阻止在部分44和46之間涂覆氣體的任何流動。
分流器42可能是固定或活動的，使得涂覆氣體流可以按需要分配。例如，分流器的部分48可能在入口38內(nèi)橫向移動以按需要分配氣體流。或者，第二部分52可以相對于第一部分48移動以改變區(qū)域44和46的相對大小并從而改變流到最后通路12的涂覆氣流量。
配備分流器42可以使涂覆氣體的更大流被引導到難以涂覆的通路，同時仍向開口22的剩余部分提供足夠的流體，從而能夠在整個內(nèi)表面54上形成可接受的涂層。
在表I和II中示出的涂覆試驗結(jié)果展現(xiàn)了本發(fā)明的歧管設(shè)計的優(yōu)點。在這些試驗中，具有內(nèi)通路的渦輪機葉片的內(nèi)通路被涂覆。所用渦輪機葉片具有與前緣相鄰的第一通路和直徑為0.132英寸的冷卻孔，其具有第二至第十一個通路和直徑為0.118英寸的冷卻孔，和與后緣相鄰的第十二通路和直徑為0.069英寸的冷卻孔。在該歧管上的每個出口冷卻孔為約10英寸。表1中的試驗結(jié)果針對其中歧管不含根據(jù)本發(fā)明的分流器的系統(tǒng)。表II中的試驗結(jié)果針對其中歧管含有根據(jù)本發(fā)明的分流器的系統(tǒng)。如在這些數(shù)據(jù)中可以看出，不帶分流器時孔12的出口外端未經(jīng)涂覆表I

表II

現(xiàn)在來看圖2，該圖示出了用于涂覆工件14的內(nèi)通路的體系10’的第二實施方案。如前所述，工件14(例如用于渦輪發(fā)動機的葉片或者葉輪)可能具有根部16、平臺18和翼面部分20。該工件14可能具有一個或多個前緣通路60，一個或多個中部通路62，一個或多個后緣通路64。如前所述，其中具有涂覆氣體(例如鋁化物涂覆氣體)源66。
如從圖2可以看出，體系10’具有第一分流歧管68和第二分流歧管70。第一分流歧管68向通路60和62的入口提供第一涂覆氣進流。第二分流歧管70向一個或多個通路64提供第二涂覆氣進流?？梢耘鋫浜线m的裝置(例如閥)來控制流經(jīng)歧管68和70中每一個的氣體量。這種方法可以使歧管68和70中每一個在不同速率下流動。
盡管在圖2中示出的是單個涂覆氣體源，但也可以使用多于一個的涂覆氣體源。例如，歧管68和70中的每一個可以在其入口72與獨立的涂覆氣體源相連通。
如果需要，歧管68和70的一個或多個可以擁有如上所述的分流器42。
權(quán)利要求
1.一種在用于涂覆工件內(nèi)的不同尺寸通路的方法的歧管，包括內(nèi)腔室；用于接收涂覆氣體流的入口；和在內(nèi)腔室中用于將涂覆氣體流分離為第一流和第二流的裝置，其中第一流體足以涂覆具有第一橫截面尺寸的第一內(nèi)通路組的表面的全長，而第二流體足以涂覆具有小于所述第一橫截面尺寸的第二橫截面尺寸的第二內(nèi)通路組的表面的全長。
2.權(quán)利要求1的歧管，其中所述流分離包括分流器。
3.權(quán)利要求2的歧管，其中所述分流器在所述腔室中是固定的。
4.權(quán)利要求2的歧管，其中所述分流器在所述腔室中是活動的。
5.權(quán)利要求2的歧管，其中所述分流器具有延伸到所述入口的第一部分和相對于第一部分傾斜的第二部分，其中所述歧管具有出口，而所述第二部分從第一部分延伸到非常接近所述出口的點。
6.一種用于涂覆工件的內(nèi)通路的體系，包括涂覆氣體源；連接所述涂覆氣體源和所述工件的歧管；和所述歧管具有內(nèi)腔室，用于接收所述涂覆氣體流的入口和在內(nèi)腔室中用于將涂覆氣體流分離為第一流和第二流的裝置，其中第一流體足以涂覆具有第一橫截面尺寸的第一內(nèi)通路組的表面的全長，而第二流體足以涂覆具有小于所述第一橫截面尺寸的第二橫截面尺寸的第二內(nèi)通路組的表面的全長。
7.權(quán)利要求6的體系，其中所述涂覆氣體的所述源包括鹵化鋁氣體源。
8.權(quán)利要求6的體系，其中所述涂覆氣體的所述源包括AlF3源。
9.權(quán)利要求6的體系，其中所述流分離包括分流器。
10.權(quán)利要求9的歧管，其中所述分流器在所述腔室中是固定的。
11.權(quán)利要求9的歧管，其中所述分流器在所述腔室中是活動的。
12.權(quán)利要求9的歧管，其中所述分流器具有延伸到所述入口的第一部分和相對于第一部分傾斜的第二部分，其中所述歧管具有出口，而所述第二部分從第一部分延伸到非常接近所述出口的點。
13.用于涂覆渦輪發(fā)動機元件的內(nèi)通路的方法，所述工藝包括下列步驟提供涂覆氣體源；提供連接所述涂覆氣體源和所述工件的歧管；和在所述歧管內(nèi)將涂覆氣體流分離為第一流和第二流，其中第一流體足以涂覆具有第一橫截面尺寸的第一內(nèi)通路組的表面的全長，而第二流體足以涂覆具有小于所述第一橫截面尺寸的第二橫截面尺寸的第二內(nèi)通路組的表面的全長。
14.權(quán)利要求13的方法，還包括將所述第一流傳輸?shù)叫纬伤龅谝粌?nèi)部通路組的多個通路的每一個的開口，和將所述第二流傳輸?shù)叫纬傻诙?nèi)部通路組的至少一個內(nèi)部通路的開口。
15.權(quán)利要求14的工藝，其中所述傳輸?shù)诙鞯牟襟E包括將所述第二流傳輸?shù)叫纬伤龅诙?nèi)通路組的多個內(nèi)通路。
16.權(quán)利要求13的工藝，其中所述提供涂覆氣體源的步驟包括提供鹵化鋁氣體源。
17.權(quán)利要求13的工藝，其中所述提供涂覆氣體源的步驟包括提供AlF3源。
18.權(quán)利要求13的工藝，其中所述分離步驟包括將分流器定位于所述歧管中以將所述涂覆氣體進流分離為所述第一流和第二流。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述定位步驟包括使所述分流器在所述歧管中活動。
20.一種用于涂覆工件的內(nèi)通路的體系，包括提供至少一涂覆氣體源；第一歧管裝置，其連接到所述至少一個涂覆氣體源，以向第一組所述內(nèi)通路輸送涂覆氣體的第一流；和第二歧管裝置，其連接到所述至少一個涂覆氣體源，以向第二組所述內(nèi)通路輸送涂覆氣體的第二流。
21.權(quán)利要求20的體系，其中將所述第一歧管裝置連接到所述涂覆氣體第一源，將所述第二歧管裝置連接到所述涂覆氣體第二源。
22.權(quán)利要求20的體系，其中所述第一歧管裝置包括第一歧管，第二歧管裝置包括與第一歧管分開的第二歧管。
23.權(quán)利要求20的體系，其中所述第一歧管裝置包括腔室的第一部分，所述第二歧管裝置包括與所述第一部分分開的所述腔室的第二部分。
24.權(quán)利要求23的體系，其中所述第一部分和第二部分通過分流器分隔。
25.權(quán)利要求20的體系，其中所述至少一個源包括鹵化鋁氣體源。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在用于涂覆工件內(nèi)的不同尺寸通路的方法的歧管。該歧管具有內(nèi)腔室，用于接收所述涂覆氣體流的入口和在內(nèi)腔室中用于將涂覆氣體流分離為第一個流和第二流的分流器，其中第一個流足以涂覆具有第一個橫截面尺寸的第一個內(nèi)通路組的表面的全長，而第二流體足以涂覆具有小于第一個橫截面尺寸的第二橫截面尺寸的第二內(nèi)通路組的表面的全長。
文檔編號C23C16/30GK1837403SQ20061006767
公開日2006年9月27日 申請日期2006年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者W·E·奧爾森, M·C·加特蘭德 申請人:聯(lián)合工藝公司