专利名称：通过磁脉冲焊接向制品施加涂层的方法
技术领域：
本申请主要涉及向制品施加涂层，且更具体而言，涉及一种经过改进的向制品施加涂层的方法，所述方法减少了氧化物的形成并且使界面污染减至最小程度。
背景技术：
具有耐磨性且能够减弱高温效应的涂层被施加到暴露于恶劣工况条件下的部件上。施加耐磨且抗环境的涂层通过减轻基材的磨损并且在升高温度的条件下保持材料特性从而使可靠性得到改进并且延长了部件的寿命。
通常，采用热喷涂工艺施加这些涂层，所述热喷涂工艺包括爆炸沉积、高速氧-燃料沉积工艺(HVOF)及其变型工艺如高速空气-燃料沉积工艺、等离子喷涂工艺、火焰喷涂工艺和电弧喷涂工艺。在绝大多数热涂覆工艺中，以粉末、线材或棒等形式存在的材料(例如金属)被加热至接近或略高于其熔点并且所述材料的熔滴在气流中得到加速。所述熔滴被引导并且撞击到待进行涂覆的制品的表面上，所述熔滴在所述表面处附着并结合到所述制品上。
虽然上面示例性示出的这些工艺会在目标部件上形成涂层，但是由于进行涂覆的铸件和/或部件受到高温作用，因此所述工艺还倾向于促进在涂层内产生界面污染和形成氧化物。界面污染和形成氧化物导致涂层效能降低和寿命缩短，这种情况可有助于过早失效和使下面的部件的有效使用寿命缩短。
前述热喷涂工艺进一步需要大型夹具、机械和专用设备，以及对其进行设置和操作的专业技术人员。当希望进行涂覆作业时，在没有能力在现场进行这些作业的条件下，导致要耗费与将所述部件输送至涂覆设备相关联的宝贵的预定时间和附加成本。另外，一些热喷涂工艺要求进行后续热处理用于消除应力，这同样也需要大型设备(即烘箱)。结果是，当前的工艺不允许在现场进行涂覆作业，而是要求将所述部件如前文所述输送至检修或维修设备。
因此，需要开发出一种经过简化的涂层施加工艺，所述工艺减少了涂层内氧化物的形成并且使界面污染减至最小程度。
发明内容
在此披露一种向制品施加涂层的方法。在制品上设置涂覆材料。使所述涂覆材料朝向所述制品受到加速。且在所述涂覆材料与所述制品之间形成固相结合。
在此还披露一种向制品施加涂层的方法。在制品上设置涂覆材料。在室温下，使所述涂覆材料朝向所述制品受到加速。且在所述涂覆材料与所述制品之间形成结合。
在此还披露一种经过涂覆的制品，所述经过涂覆的制品具有基本上无污染物的涂层/制品界面。通过松散地将所述制品包在涂覆材料中从而生产出所述经过涂覆的制品。在所述涂覆材料中形成磁场。利用所述磁场使所述涂覆材料朝向所述制品受到加速。并且，所述制品受到所述涂覆材料的撞击，由此将所述涂覆材料熔合到所述制品上。
下面，结合附图对本发明进行描述。在所述附图中，使用相似的附图标记表示相似的元件，其中图1是翼面的前向透视图；图2是采用高温工艺进行涂覆的制品的剖视示意图；和图3是采用在此所披露的典型的室温工艺进行涂覆的制品的剖视示意图。
具体实施例方式
保护涂层被施加到暴露于恶劣工作环境中的制品上。这些涂层使所述制品的耐热性和耐蚀性得到改进，并且在不损失强度的条件下使所述制品具有更强的耐磨性。在不向涂覆材料引入有害污染物或过多热量的条件下向制品施加这些涂层的能力使得这些涂层在其所保护的制品的计划寿命周期中保持有效。
根据本发明的披露内容所述的向制品施加涂层的方法适用于多种零部件，例如包含多种金属和金属合金的制品。在多个实施例中，这些零部件在恶劣条件下进行工作或暴露于恶劣环境中，例如用于，但不限于航空航天和电力生产应用中。这些零部件可包括涡轮机翼面，例如叶片和轮叶、燃烧器部件如衬套和导流片等。这些涂层还可以应用在一部分或整个制品上。例如，对于翼面例如叶片而言，所述涂层可被用以保护部分翼面，而不是整个翼面，例如所述涂层可盖住所述翼面的前缘和后缘以及其它表面，但是不覆盖所述翼面被附接到叶毂上的附接区域。虽然下文中将结合形成在航空航天和电力生产应用中所使用的零部件的金属制品对所述施加涂层的方法进行描述，但是应理解所述施加这些涂层的方法同样适用于在恶劣工况条件下进行工作或暴露于恶劣工况条件下的其它制品。
图1示出了翼面的示意图。一种典型的向翼面10施加涂覆材料12的方法是通过将翼面10要进行涂覆的部分11松散地包在涂覆材料12的薄层内而得以实施的。在一个实施例中，例如，涂覆材料12可以厚度在约0.005英寸-约0.040英寸范围内的卷带或箔片的形式存在，但是应该理解任何大小的厚度都是可以使用的(仅受实用性限制)。翼面10要进行涂覆的部分11(连同周围涂覆材料12)随后被定位在感应线圈内。当感应线圈通电时，电流流过感应线圈，在所述感应线圈周围产生高强度电磁场。所述高强度电磁场在涂覆材料12中产生涡电流。由感应线圈产生的强电流和在涂覆材料12中感生出的涡电流形成非常强的相对磁场。这些强相对磁场相互排斥且涂覆材料12受力以非常高的速度远离所述感应线圈流向翼面10，从而在涂覆材料12与翼面10之间产生高速撞击。在涂覆材料12与翼面10之间的所述高速撞击驱使涂覆材料12陷缩在翼面10周围，由此导致在涂覆材料12与翼面10之间形成结合。
固态工艺，例如磁脉冲焊接工艺，是在结合区域中不存在熔化和重新固化的材料的条件下，通过结合形变和/或扩散从而实现联接的工艺。在不需要常规热喷涂工艺中的热量输入(即火焰、焊炬、电弧等)的情况下，磁脉冲焊接工艺是在室温条件下进行的。在要进行磁脉冲焊接的两种材料之间形成的高速撞击产生了一系列渐进的冲击波，所述冲击波使得所述接合表面在撞击时产生形变，从而导致在所述两种材料之间形成固相结合(即不发生熔化的结合)。
在涂层耐久性方面的明显优势是通过在室温条件下施加涂层而获得的。参见图2，图中示出了采用高温工艺进行涂覆的制品16的剖面。如上面所述的采用高温工艺进行的涂层施加允许在涂覆材料12内形成氧化物18(被视为缺陷)。施加涂覆材料12的常规方法试图通过控制执行施加的温度，从而控制氧化物18的生成。然而，不可避免地，一些空气被夹带在热喷涂射流中并且在涂层内产生氧化物含量。常规方法要求达到足以软化和/或熔化涂覆颗粒的一定温度，从而使得所述涂覆颗粒附着到制品16上。当温度接近或超过涂覆材料的熔点时，由于在气流中受到加速，因此氧被吸收并且扩散进入涂覆材料的熔滴中，并且最终沉积在要进行涂覆的制品的表面上。因此，所述接近涂覆材料12熔点的温度构成了所不希望的促进氧化物生成的环境。
仍然参见图2，常规喷涂工艺固有地导致在涂层/制品界面20处产生界面污染物22。常规喷涂工艺要求进行表面制备，例如在施加涂覆材料之前对表面进行喷砂处理。不可避免地，源于表面制备过程的污染物，例如来自喷砂处理作业中的砂粒，保留在所述制品上，所述砂粒随后被截留在涂层/制品界面20处。为了在涂覆材料12与制品16之间获得较强的结合，要进行涂覆的制品16的表面上优选没有污染物。在此披露的所述方法不要求进行表面制备如喷砂处理，因此将所截留的污染物减至最少。另外，由于在压平的涂覆材料12与制品16之间的喷射作用通过带走表面污染物从而清洗制品16的表面，因此在此披露的所述方法进一步将界面污染物22减至最少。
参见图3，图中示出了采用所披露的室温方法进行涂覆后的制品16的剖面。涂覆材料12与制品16之间的固相结合是通过磁力而实现的，而不需要热量输入，且因此减少了在施加的涂覆材料12内的氧化物的形成。此外，如上文中所述，采用所披露的方法带走表面污染物将涂层/制品界面20处的界面污染物减至最少。减少氧化物18的生成并且使界面污染物22减至最少通过具有更大的结合强度从而改进了涂层的效能，因此提高了产品的质量并延长了其寿命。
采用所披露的方法获得的另一项明显优势是不需要对涂覆制品进行后续热处理。高温工艺可能会在施加区域中诱发应力，且因此需要进行应力消除作业。在此所披露的适于在室温范围内实施的方法不会诱发应力，且因此使整个涂覆工艺得到简化。此外，所述涂覆工艺的简化导致周期缩短和成本降低。
虽然已结合一个或多个优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解在不偏离本发明范围的条件下，可作出多种改变且可使用等效方式替代本发明中的元件。另外，可作出多种变型以适应根据本发明教导的特定情况或材料，而不偏离本发明的实质范围。因此，本发明不限于作为预期的实施本发明的最佳方式而披露的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。
部件列表10翼面11部分12涂覆材料16制品18氧化物20涂层/制品界面22界面污染物
权利要求
1.一种向制品(16)施加涂层的方法，所述方法包括以下步骤在制品(16)上设置涂覆材料(12)；使所述涂覆材料(12)朝向所述制品(16)受到加速，以及在所述涂覆材料(12)与所述制品(16)之间形成固相结合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂覆材料(12)受到加速的步骤进一步包括在所述涂覆材料(12)中感生出涡电流。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂覆材料(12)受到加速的步骤进一步包括在所述涂覆材料(12)与所述制品(16)之间产生磁场。
4.根据权利要求1所述的方法，其中设置涂覆材料(12)的步骤进一步包括将以卷带或箔片形式存在的涂覆材料(12)包在所述制品(16)上。
5.一种向制品(16)施加涂层的方法，所述方法包括以下步骤在制品(16)上设置涂覆材料(12)；在室温下，使所述涂覆材料(12)朝向所述制品(16)受到加速，以及在所述涂覆材料(12)与所述制品(16)之间形成结合。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在室温下使所述涂覆材料(12)朝向所述制品(16)受到加速的步骤进一步包括通过所述室温加速减少所述涂覆材料(12)内的氧化物(18)的形成。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述涂覆材料(12)受到加速的步骤进一步包括在所述涂覆材料(12)与所述制品(16)之间产生磁场。
8.根据权利要求5所述的方法，其中设置涂覆材料(12)的步骤进一步包括将以卷带或箔片形式存在的涂覆材料(12)包在所述制品(16)上。
9.一种经过涂覆的制品(16)，所述经过涂覆的制品具有基本上无污染物的涂层/制品(16)界面(20)，所述经过涂覆的制品(16)是这样生产出的，即将所述制品(16)松散地包在所述涂覆材料(12)中；在所述涂覆材料(12)中形成磁场；利用所述磁场使所述涂覆材料(12)朝向所述制品(16)受到加速；并且用所述涂覆材料(12)撞击所述制品(16)，由此将所述涂覆材料(12)熔合到所述制品(16)上。
10.根据权利要求9所述的制品(16)，其中所述涂覆材料(12)在室温条件下进行施加。
全文摘要
本文披露一种向制品(16)施加涂层(12)的方法。在制品(16)上设置涂覆材料(12)。使所述涂覆材料(12)朝向所述制品(16)受到加速。并且，在所述涂覆材料(12)与所述制品(16)之间形成固相结合。
文档编号B32B5/00GK101037770SQ200710085
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月14日 优先权日2006年3月14日
发明者D·A·赫尔米克, D·L·布林 申请人:通用电气公司