高孔隙度可磨耗涂層的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明總體涉及燃氣渦輪發(fā)動機，并且更具體涉及一種高孔隙度可磨耗涂層，其用于燃氣渦輪發(fā)動機部件，例如與裸露轉子葉片相鄰的尖端鞋狀部。
【背景技術】
[0002]燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機、燃燒器以及渦輪節(jié)段。壓縮機、燃燒器和渦輪節(jié)段的組件經(jīng)常涂覆有可磨耗涂層和/或隔熱涂層。C.Strock的美國專利申請公開號2012/0062888公開了一種可磨耗涂層，其用于與翼面(諸如燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機的輪葉或葉片)的尖端相互作用，其包括金屬粘合熱涂層、陶瓷層，以及可磨耗層。金屬粘合涂層上的陶瓷層提供絕緣并用作保險絲，其適于在高摩擦相互作用時剝落。陶瓷層上的可磨耗涂層在壓縮機運轉期間接觸翼面的尖端。可磨耗涂層足夠可磨耗，通過與翼面尖端接觸來磨圓涂層。
[0003]本發(fā)明涉及克服由發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的或現(xiàn)有技術中已知的一個或多個問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明公開了一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的可磨耗涂層。所述可磨耗涂層包括粘合涂層、中間層和多孔層。粘合涂層施加至基板上。粘合涂層包括金屬涂層以及從0.152毫米至0.229毫米的厚度。中間層施加至粘合涂層。中間層包括陶瓷材料以及從0.051毫米至
0.381毫米的厚度。多孔層施加至中間層。多孔層包括多孔陶瓷材料。多孔層還包括大于多孔層體積的35%的孔隙度。多孔層進一步包括從0.127毫米至1.524毫米的厚度。
【附圖說明】
[0005]圖1是示例性燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖。
[0006]圖2是用于圖1的燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪的一部分的剖視圖。
[0007]圖3是用于圖2的尖端鞋狀部的可磨耗涂層的放大很多倍的剖視圖。
【具體實施方式】
[0008]本文所公開的系統(tǒng)和方法包括用于燃氣渦輪發(fā)動機組件的可磨耗涂層。在實施例中，可磨耗涂層包括粘合涂層、中間層，以及多孔層。粘合涂層包括金屬材料，中間層包括陶瓷材料，并且多孔層包括具有孔隙度(例如，其體積的35%以上)的陶瓷材料。粘合涂層和中間層可為多孔層提供支持和結構。中間層也可以改善可磨耗涂層的耐久性。多孔層可減少渦輪葉片與裸金屬尖端或渦輪葉片的磨損，而不磨損陶瓷尖端。
[0009]圖1是示例性燃氣渦輪發(fā)動機100的示意圖。為了清楚和便于說明，一些表面已省去或放大(本圖和其它附圖中)。此外，本發(fā)明可以提及向前方向和向后方向?？傮w來說，“向前”和“向后”的所有參考與主要空氣(即燃燒過程中使用的空氣)的流動方向相關聯(lián)，除非另有規(guī)定。例如，向前是相對于主要氣流的“上游”，而向后是相對于主要氣流的“下游”。
[0010]此外，本發(fā)明可總體涉及燃氣渦輪發(fā)動機的旋轉中心軸線95，其可通過其軸120(由多個軸承組件150支持)的縱向軸線大體限定。中心軸線95可以與各種其它發(fā)動機同心組件通用或共享。除非另有規(guī)定，否則徑向、軸向和圓周方向及測量的參考是指中心軸線95，而諸如“內”和“外”的術語一般表示距離中心軸線95更小或更大的徑向距離，其中徑向線96可以在與中心軸線95垂直的任何方向中并且從中心軸線95向外輻射。
[0011]燃氣渦輪發(fā)動機100包括入口110、軸120、壓縮機200、燃燒器300、渦輪400、排氣裝置500，以及功率輸出聯(lián)接件600。燃氣渦輪發(fā)動機100可具有單軸或雙軸配置。
[0012]壓縮機200包括壓縮機轉子組件210、壓縮機固定輪葉(定子)250，以及入口導向輪葉255。壓縮機轉子組件210機械聯(lián)接至軸120。如圖所示，壓縮機轉子組件210是軸向流轉子組件。壓縮機轉子組件210包括一個或多個壓縮機盤組件220。每個壓縮機盤組件220包括圓周向填充有壓縮機轉子葉片的壓縮機轉子盤。定子250軸向接著每個壓縮機盤組件220。每個壓縮機盤組件220與相鄰的定子250配對，該相鄰的定子250緊接視為壓縮機級的壓縮機盤組件220。壓縮機200包括多個壓縮機級。入口導向輪葉255軸向地先于壓縮機級。
[0013]燃燒器300包括一個或多個燃料噴射器310并包括一個或多個燃燒室390。燃料噴射器310可圍繞中心軸線95環(huán)狀設置。
[0014]渦輪400包括渦輪轉子組件410、渦輪噴嘴450和渦輪殼體460。渦輪轉子組件410機械聯(lián)接至軸120。如圖所示，渦輪轉子組件410是軸向流的轉子組件。渦輪轉子組件410包括一個或多個渦輪盤組件420。每個渦輪盤組件420包括渦輪盤425(在圖2中示出)，其圓周向填充有渦輪葉片430(在圖2中示出)。渦輪噴嘴450軸向地先于每個渦輪盤組件420。與先于渦輪盤組件420的相鄰渦輪噴嘴450配對的每個渦輪盤組件420視為渦輪級。渦輪400包括多個渦輪級。渦輪殼體460位于從渦輪轉子組件410和渦輪噴嘴450徑向向外。渦輪噴嘴450可以由渦輪殼體460支持或聯(lián)接于渦輪殼體460。渦輪400還可以包括尖端鞋狀部465。尖端鞋狀部465可以由渦輪殼體460支持或聯(lián)接于渦輪殼體460，該渦輪殼體460鄰近于渦輪噴嘴450，或位于其間。
[0015]排氣裝置500包括排氣擴散器520和排氣收集器550。
[0016]圖2是用于圖1的燃氣渦輪發(fā)動機100的渦輪400的一部分的剖視圖。如圖2所示，每個尖端鞋狀部465徑向地位于渦輪殼體460與渦輪葉片430之間。在一些實施例中，尖端鞋狀部465是環(huán)形形狀，諸如環(huán)形或中空圓柱體。在其它實施例中，尖端鞋狀部465是環(huán)形形狀的一部分或扇區(qū)，諸如環(huán)形扇區(qū)或中空圓柱體的扇區(qū)；在這些實施例中，多個尖端鞋狀部465形成環(huán)。
[0017]每個尖端鞋狀部465可以包括護罩部469、表面466、前掛架467，以及后掛架468。表面466可以是圓柱形表面、圓柱形表面的一部分，或圓柱形表面的扇區(qū)。護罩部469或多個護罩部469可以形成環(huán)或中空圓柱體。表面466可以是護罩部469的徑向內表面。
[0018]前掛架467可以徑向向外地并且軸向向前地延伸。前掛架467可以連接至渦輪殼體460或與渦輪殼體460接合。后掛架468可以徑向向外地并且軸向向后地延伸。在一些實施例中，后掛架468連接至相鄰的渦輪噴嘴450和尖端鞋狀部465的后端。在其它實施例中，尖端鞋狀部465連接至殼體460。
[0019]每個渦輪葉片包括葉片平臺431、葉片根部(未示出)，以及翼面432。葉片根部從葉片平臺431徑向向內地延伸，并且將渦輪葉片430連接至渦輪盤425。翼面432從葉片平臺431徑向向外地延伸。翼面包括葉片尖端433、翼面432的徑向外部分。護罩大體上位于徑向向外并且與葉片尖端433相鄰。在圖示的實施例中，護罩是尖端鞋狀部465的護罩部469。在其它實施例中，渦輪殼體460包括護罩。葉片尖端433可以是裸金屬尖端。渦輪噴嘴450的徑向內部分可以連接至渦輪隔板440或由渦輪隔板440支持。
[0020]上面組件(或它們的子組件)中的一個或多個組件可以由不銹鋼和/或稱為“超合金”的耐用高溫材料制成。超合金或高性能合金是表現(xiàn)出在高溫下優(yōu)秀的機械強度和耐蠕變性、良好的表面穩(wěn)定性以及耐腐蝕和抗氧化性的合金。超合金可以包括這些材料，諸如HASTELL0Y、合金 1、爪0)肥1^、'^3?411)￥、1?陬合金、說￥肥3合金、合金188、合金230、1%011^、MP98T、TMS合金，以及CMSX單晶合金。
[0021]一個護罩或多個護罩，諸如尖端鞋狀部465，可以位于從渦輪葉片430徑向向外。每個護罩包括可磨耗涂層470。可磨耗涂層470位于并且施加至表面466、尖端鞋狀部465的徑向內表面?？赡ズ耐繉?70施加至護罩以與葉片尖端433相鄰。
[0022]圖3是用于圖2的尖端鞋狀部465的可磨耗涂層470的放大很多倍的剖視圖。如圖所示，可磨耗涂層470施加至基板480?；?80可以是例如護罩、尖端鞋狀部465、渦輪殼體460、壓縮機尖端鞋狀部，或壓縮機殼體。如圖3所示，示出了基板480的僅上部分或外部分。在一個實施例中，可磨耗涂層470的總厚度可以是至少1.524毫米(千分之六十英寸)。在另一實施例中，可磨耗涂層470的總厚度高達1.778毫米(千分之七十英寸)。在另一實施例中，可磨耗涂層470的總厚度從1.524毫米(千分之六十英寸)至1.778毫米(千分之七十英寸)?？梢园葱枰騼?yōu)選使用其它厚度。
[0023]可磨耗涂層470包括:粘合涂層471、中間層472，以及多孔層473。粘合涂層471可以直接地施加至基板480。粘合涂層471可以是金屬涂層，諸如MCrAlY材料。在本申請的上下文中，MCrAlY指金屬涂層，在該金屬涂層中M可以包括鎳、鈷或兩者;Cr包括鉻;Al包括鋁;并且Y包括釔。粘合涂層471可以從0.152毫米(千分之六英寸)至0.229毫米(千分之九英寸)。
[0024]中間層472可以施加至粘合涂層471。中間層472包括陶瓷材料。陶瓷材料可以包括氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯，諸如6%至8%的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(8YSZ) ο中間層可以是0.051毫米(千分之二英寸)至0.381毫米(千分之十五英寸)。中間層472的孔隙度可以是在不用陶瓷材料