本發明專利技術涉及一種具有抗侵蝕和腐蝕涂層系統的渦輪機構件及其制造方法。具體而言，說明了一種固定渦輪機的渦輪機構件(10)，其包括：基底(16)，其由含10%至18%鉻的高合金鋼、或鈦合金、或鎳基合金、或鈷基合金制成，具有基底表面(19)；和抗侵蝕和腐蝕涂層系統(17、18、20)。涂層系統包括第一層(17)，第一層(17)沉積在所述渦輪機構件(10)的基底表面(19)上并且作用為抗腐蝕層，并且還包括第二層(18)，第二層(18)沉積在所述第一層(17)上并且作用為抗侵蝕層，其中，所述第一層(17)為Zr單層并且所述第二層(18)為W/WC多層。
【技術實現步驟摘要】
具有抗侵蝕和腐蝕涂層系統的渦輪機構件及其制造方法
本專利技術涉及固定渦輪機的技術。它涉及一種渦輪機構件，該渦輪機構件由高合金鋼、或鈦合金、或鎳基合金、或鈷基合金制成，且包括抗侵蝕和腐蝕涂層系統(erosionandcorrosionresistantcoatingsystem)。它還涉及用于制造具有此種涂層系統的渦輪機構件的方法。
技術介紹
在固定渦輪機中使用的構件(此種構件例如為壓縮機葉片或靜葉、燃氣渦輪葉片或靜葉、或熱屏蔽節段等)由高合金(10%至18%的鉻)鋼、鎳基合金或鈷基合金制成。這些材料為渦輪機構件的基底材料。在現有技術中，存在商業上能夠獲得的涂層系統，例如SermeTel?6000，其用于保護工業燃氣渦輪的壓縮機葉片。然而，由于作為犧牲涂層的鋁微粒，這些系統具有好的腐蝕抵抗力，但是具有較差的侵蝕抵抗力。文獻US6,159,618涉及一種多層材料，其包括由鋁、鎂或它們的合金制成的基底，可能已經歷表面處理(例如陽極處理)。所述技術解決方案涉及飛行器發動機，例如螺旋槳、轉子等，其使用輕量材料。基底具有涂層，涂層包括鎢基沉積物和插入在所述基底與所述沉積物之間的下層，該下層的材料具有介于所述基底與所述沉積物的機械和熱機械特性之間的機械和熱機械特性。所述鎢基沉積物可包括由例如從下列材料中選定的材料制成的至少一個層：鎢、鎢的碳化物、硅化物和氮化物、鎢合金和它們的混合物和氮在鎢中的固溶體、和碳在鎢中的固溶體。鎢基沉積物可包括這些層中的單個或這些層中的若干個的堆疊。下層可由從之前提出的下列材料之中選定的材料的單層組成，諸如：鉻、鉬、鈮、鈦、鋯、它們的氮化物和碳化物、碳和氮在所述金屬中的固溶體、鋼、具有組分梯度的鎢鋁(aluminium-tungsten)、和氧化鋁。文獻JP58020996A公開了抗腐蝕和抗酸涂層，該抗腐蝕和抗酸涂層例如為通過將如玻璃片(glassflake)的鱗片(scale)混合于涂遍葉片(其由諸如SS41的普通材料制成)的整個表面的不飽和聚酯或乙烯基酯的樹脂而獲得的樹脂片。在使該涂層干燥且固化之后，通過使用手搖磨機或砂紙來粗加工它的表面。然后，室溫固化的抗侵蝕材料(諸如氟橡膠(Fluorrubber))的涂層涂敷于該涂層的粗加工表面，以便葉片在其整個表面上被賦予抗腐蝕和抗侵蝕特性二者。根據以上布置，葉片制造操作的效率可通過降低該兩個涂層的厚度而改善。文獻US5,740,515公開了一種制品，其在高溫環境中經受侵蝕和腐蝕侵襲，且其由鎳或鈷基超級合金的基底和設置在基底上的保護性硅化物涂層形成。陶瓷熱障層可設置在超級合金與硅化物層之間，并且MCrAlY層可設置在陶瓷與超級合金基底之間。硅化物涂層優選地為MoSi2。文獻US2008/0317601A公開了一種渦輪機葉片，其包括葉片體和接合于其的抗腐蝕和侵蝕多層涂層，多層涂層包括抗侵蝕第一層和犧牲第二層，抗侵蝕第一層至少覆蓋葉片體的腐蝕和侵蝕關鍵區域，犧牲第二層提供在第一層上，至少覆蓋第一層，優選地完全覆蓋葉片。制造此種渦輪機葉片的方法包括下列步驟：提供葉片且將抗侵蝕第一層沉積在葉片體上，以便至少覆蓋腐蝕和侵蝕關鍵區域，之后將犧牲第二層沉積在第一層上，至少覆蓋第一層。文獻US2011/0165433A教導了一種用于對金屬表面提供保護涂層的處理，該處理將鎳或鉭片層應用于表面且在鍍敷發生時使硬質材料(諸如金剛石、氧化鋁、氮化釩、碳化鉭和/或碳化鎢)的微粒在鎳或鉭片層中擴散。還需要由高合金鋼、鈦合金、鎳基合金或鈷基合金制成的渦輪機構件作為基底，其用于固定渦輪機中，并且包括抗腐蝕涂層，該涂層可用作用于抗侵蝕涂層的底部涂層，以簡化固定渦輪機的此種構件的保護。
技術實現思路
本專利技術的目的為提供用于固定渦輪機中的具有涂層系統的渦輪機構件，該涂層系統容易涂敷，且在其涂敷中是靈活的。本專利技術的另一個目的是建立一種用于將此種涂層系統制造在渦輪機構件上的方法。根據本專利技術的渦輪機構件包括：基底，其由含10%至18%鉻的高合金鋼(highalloyed10%to18%chromiumsteel)、或鈦合金、或鎳基合金、或鈷基合金制成，具有基底表面；和抗侵蝕和腐蝕涂層系統，涂層系統包括第一層，第一層沉積在所述渦輪機構件的基底表面上并且作用為抗腐蝕層，并且還包括第二層，第二層沉積在所述第一層上并且作用為抗侵蝕層，其中，所述第一層為Zr單層涂層并且所述第二層為W/WC多層涂層。根據本專利技術的一個實施例，所述第一層具有充分地小于所述第二層的厚度的厚度。特別地，所述第一層具有3-10μm的厚度，并且所述第二層具有15-23μm的厚度。特別地，所述第二層包括10個或更多個交替的W和WC子層。更特別地，所述第二層包括各自具有0.75至1.25μm厚度的10個W子層和10個WC子層。根據本專利技術的一個實施例，所述渦輪機構件完全地涂布有所述第一層，而所述第二層僅在具有高侵蝕負載的位置處提供。特別地，所述構件為燃氣渦輪的壓縮機葉片或靜葉，包括具有前緣和后緣的翼型件，并且所述第二層提供在前緣處。用于制造根據本專利技術的渦輪機構件的專利技術方法包括下列步驟：a)提供具有基底的構件，該基底由含10%至18%鉻的高合金鋼、或鈦合金、或鎳基合金、或鈷基合金制成，具有基底表面；b)將所述第一抗腐蝕層沉積在所述基底表面上，其中，所述第一層為Zr單層涂層；且c)將所述第二抗侵蝕層沉積在所述第一抗腐蝕層上，其中，所述第二層為W/WC多層涂層，從而將所述第一層用作接合涂層。特別地，所述第一抗腐蝕層以3-10μm的厚度沉積。更特別地，相等厚度的W和WC單層或子層交替地沉積，直到實現15-23μm的多層整體厚度。根據專利技術方法的另一個實施例，層的沉積通過標準磁控濺射而完成。根據專利技術方法的又一個實施例，層的沉積通過氣流濺射而完成，該氣流濺射基于與適合的引導氣流結合的中空陰極輝光放電。附圖說明現在將通過不同實施例且參照附圖來更仔細地說明本專利技術。圖1以透視側視圖示出渦輪機葉片，其可有利地具有根據本專利技術的涂層系統。圖2示出在類似圖1的構件的構件的不同位置(A)和(B)處具有涂層系統的本專利技術的不同實施例。圖3示出根據本專利技術的實施例的涂層系統的截面圖，且圖4示出根據本專利技術的具有涂層系統的渦輪構件的制造期間的多個處理步驟。具體實施方式圖1以透視側視圖示出渦輪機構件10，在此為葉片，其可有利地具有根據本專利技術的涂層系統。構件10為固定渦輪機的一部分，且包括基底和涂層系統20，基底由高合金鋼(其具有10至18重量%含量的鉻)、或鈦合金、或鎳基合金、或鈷基合金，例如鎳、鈷超級合金，制成，且涂層系統20在圖2和圖3中詳細地示出。圖1的渦輪機葉片10(其尤其可為燃氣渦輪壓縮機區段的壓縮機葉片)包括翼型件11，翼型件11在一端處以葉片末梢13結束，且在另一端處具有平臺12。翼型件11(其經受熱氣體、空氣、水滴、或固體微粒的流)具有前緣14和后緣15。前緣14尤其暴露于氣體、空氣、水滴、或固體微粒的沖擊流，且因而可為侵蝕和腐蝕的對象。抗侵蝕和腐蝕涂層系統將侵蝕和腐蝕抵抗力結合在一個涂層系統中。根據本專利技術的實施例，其具有如圖3所示的結構。圖3的抗侵蝕和腐蝕涂層系統20在基底16(例如葉片體)上包括第一層17和第二層18。第一層17為具有抗腐蝕特性的底部本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種固定渦輪機的渦輪機構件(10)，包括：基底(16)，其由含10%至18%鉻的高合金鋼、或鈦合金、或鎳基合金、或鈷基合金制成，具有基底表面(19)；和抗侵蝕和腐蝕涂層系統(17、18、20)，所述涂層系統包括第一層(17)，所述第一層(17)沉積在所述渦輪機構件(10)的基底表面(19)上并且作用為抗腐蝕層，并且還包括第二層(18)，所述第二層(18)沉積在所述第一層(17)上并且作用為抗侵蝕層，其中，所述第一層(17)為Zr單層并且所述第二層(18)為W/WC多層。
【技術特征摘要】
2013.02.15 EP 13155518.71.一種固定渦輪機的渦輪機構件(10)，包括：基底(16)，其由含10%至18%鉻的高合金鋼、或鈦合金、或鎳基合金、或鈷基合金制成，具有基底表面(19)；和抗侵蝕和腐蝕涂層系統(20)，所述涂層系統包括第一層(17)，所述第一層(17)沉積在所述渦輪機構件(10)的基底表面(19)上并且作用為抗腐蝕層，并且還包括第二層(18)，所述第二層(18)沉積在所述第一層(17)上并且作用為抗侵蝕層，其中，所述第一層(17)為Zr單層并且所述第二層(18)為交替的W和WC子層(18a、b)。2.根據權利要求1所述的渦輪機構件(10)，其特征在于：所述第一層(17)具有充分地小于所述第二層(18)的厚度的厚度。3.根據權利要求2所述的渦輪機構件(10)，其特征在于：所述第一層(17)具有3-10μm的厚度，并且所述第二層(18)具有15-23μm的厚度。4.根據權利要求1所述的渦輪機構件(10)，其特征在于：所述第二層(18)包括10個或更多個交替的W和WC子層(18a、b)。5.根據權利要求4所述的渦輪機構件(10)，其特征在于：所述第二層(18)包括各自具有0.75至1.25μm厚度的10個W子層和10個WC子層。6.根據權利要求1所述的渦輪機構件(10)，其特征在于：所述渦輪機構件(10)完全地涂布有所述第一層(17)，而所述第二層(18)僅在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：HJ克拉姆，K奧特納，B尤里奇索恩，
申請(專利權)人：阿爾斯通技術有限公司，勞斯萊斯德國有限兩合公司，弗勞恩霍弗實用研究促進協會，
類型：發明
國別省市：瑞士;CH
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