热处理方法

专利名称：热处理方法
技术领域：
本发明涉及制造工序中对于必须进行热处理的制品的热处理方法。
背景技术：
对于制品制造工序中进行的热处理，有的是为了改变制品的组织强化 韧性等而进行的，或者是为了除去附加在制品上的没用物质而进行的。作 为该没用物质，可以举出，例如对制品表面实施涂覆等时使用的掩膜等， 这些掩膜可在进行作为热处理之一的灰化处理中被分解或燃烧而除去(参照 专利文献1)。
专利文献1:日本特开2001-173405号公报(第7页)

发明内容
发明要解决的课题
但是，对于制品的特性上的这类热处理，有时是在大气气氛中进行的， 在大气气氛中进行热处理时，制品表面发生所谓的氧化问题。另外，由于 氧化会在制品表面上发生因光干涉造成的色斑，这样的色斑将成为制品外 观上的问题。而且，以往有通过研磨装置等研磨制品表面除去氧化了的部 分，但是该研磨的操作费时，并使制造工序变得复杂化。
解决问题的方法
因此，本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种热处理方法，该 方法可以降低在进行热处理时发生的氧化或因氧化造成的色斑。
为了实现上述目的，本发明的热处理方法是将制品设置在炉子内并对 该制品进行加热，其中，同时加热制品和石圭树脂。
发明效果
按照本发明的热处理方法，由于用硅树脂保护制品的表面，所以可以 降低在制品表面的氧化或因氧化造成的色斑。因此，在热处理后由于制品 的外观良好故可大幅度地缩短必要的操作时间。


图1是示出燃气轮机的燃烧器近旁的剖面示意图。 图2是示出尾筒的壁部的斜视示意图。
图3A是示出实施隔热涂覆的尾筒的剖面示意图。
图3B是示出实施隔热涂覆的尾筒的剖面示意图。
图3C是示出实施隔热涂覆的尾筒的剖面示意图。
图3D是示出实施隔热涂覆的尾筒的剖面示意图。
图3E是示出实施隔热涂覆的尾筒的剖面示意图。
图4A是示出实施第一实施方式中的热处理的尾筒的剖面示意图。
图4B是示出实施第一实施方式中的热处理的尾筒的剖面示意图。
图5是示出第二实施方式中的热处理方法之一例的示意图。
符号说明
1尾筒10燃气轮机
la内壁机室
lb外壁11燃烧器
2lla内筒
3冷却沟lib外筒
4树脂lie引导喷嘴
5粘合涂层lid主喷嘴
6表面涂层12压缩机
7硅树脂13涡轮机
8六3 谷為13a动叶轮
具体实施例方式
方式中的热处理方法对于需要各种热处理的制品均适用，下面以燃气轮机 的燃烧器中配备的尾筒为例，对各实施方式中的热处理方法应用到尾筒中 的灰化处理时的情况进行说明。而且，在各实施方式中，对于燃烧器的尾 筒实施各实施方式中的热处理之前的处理是相同的，所以首先对配备尾筒 的燃烧器进行说明，并对实施各实施方式中的热处理之前的处理进行说明。
4<燃烧器>
首先，通过图1对燃烧器11进行说明。图1示出燃气轮机10的燃烧 器ll近旁的剖面示意图。如图1所示，燃气轮机10的燃烧器11的周围配
备有作为燃烧器11的外框的机室10a。并且，燃烧器ll配备有使压缩空 气和燃料在内部燃烧并发生燃烧气体的内筒iia、设置在内筒lla的外侧且
固定在机室10a上的外筒11b、设置在内筒lla的轴位置上的引导喷嘴llc、 在引导喷嘴llc的外周设置的多个主喷嘴lld、以及与内筒lla连接并将燃 烧气体送至后述的涡轮机13的尾筒1。另外，燃气轮机10配备有将压缩 空气供给到机室10a内的压缩机12、和通过被供给在燃烧器11中发生的燃 烧气体而产生动力的涡轮机13。
如Pl箭头所示，压缩才几12生成的压缩空气排;改到4几室10a内之后， 如P2箭头所示，从外筒llb和内筒lla的间隙供给到内筒lla的内部。在 内筒lla的内部，通过被供给燃料的引导喷嘴llc和主喷嘴lld在进行扩散 燃烧和预混合燃烧时发生高温高压的燃烧气体。该发生的燃烧气体通过尾 筒1的内部排放到涡轮机13中，设置在涡轮机13中的动叶轮13a接收该排 放的燃烧气体而旋转，从而从燃气轮机IO获得动力。
<尾筒的冷却结构〉
如上所述，由于在尾筒1内部通过高温高压的燃烧气体，因此尾筒1 是由耐热和耐腐蚀性良好的镍合金构成，而且在壁部设置冷却结构。下面， 使用图2并结合图1对尾筒壁部配备的冷却结构进行说明。图2示出尾筒 壁部的斜视示意图，为了示出壁部的内部结构，则剖开一部分表示之。
如图1的箭头C所示，尾筒1配备有冷却结构，所述冷却结构从外壁 吸入压缩空气，并在冷却壁部的同时将压缩空气排放到尾筒1的内部。而 且，如图2所示，该冷却结构由配备在尾筒的内壁la和外壁lb上的多个冷 却孔2a、 2b、以及配备在壁部的内部且与冷却孔2a、 2b连接的冷却沟3构 成。压缩空气从配备在外壁lb上的冷却孔2b进入壁部的内部，通过冷却 沟3从配备在尾筒的内壁la上的冷却孔2a排放到尾筒的内部。而且，压缩 空气通过这样的尾筒1壁部的内部的冷却沟3时，尾筒1的壁部一皮冷却， /人而防止过热。另外，对尾筒1的内壁la进行隔热涂覆。对于该隔热涂覆，用以下的 图3A 图3E进行说明。图3A 图3E是各尾筒的剖面示意图，且示出与配 备在尾筒壁部上的冷却沟略为平行的方向的剖面图。另外，图3A示出进行 隔热涂覆之前的尾筒。
在进行隔热涂覆之前，如图3B所示，首先，向设置在尾筒1的内壁 la上的冷却孔2a中插入树脂4并使树脂固化而且完全堵塞冷却孔2a，以免 用于后述喷砂处理的微粒或用于隔热涂覆的隔热包覆膜的材料进入冷却孔 2a中。另外，此时插入的树脂4，应是能承受对尾筒1实施后述的隔热涂覆 时尾筒1的温度即200度左右的树脂，而且只要是在200度以上的温度下 能被燃烧或分解的任何树脂均可以。例如，可以是丙烯酸类树脂、也可以 是有机硅类树脂。另外，也可以使用聚氨酯类树脂。
如图3B所示，用树脂4填塞冷却孔2a时，紧接着就对尾筒1的内壁 la实施喷砂处理。喷砂处理是在高速下撞击氧化铝等微粒使表面粗糙化的 处理，对尾筒1的内壁la进行该处理时，如图3C所示，尾筒1的内壁la 的表面变得粗糙了。
然后，通过火焰喷涂对表面已被粗糙化了的尾筒1的内壁la实施隔热 涂覆，并形成隔热包覆膜。这里作为隔热皮膜，形成有为隔热而形成的表 面涂层6、和粘合涂层5的两种膜，所述粘合涂层5是为了使表面涂层6与 作为基底的尾筒1的内壁la良好粘附或为了防止基底氧化而形成的。
如图3D所示，首先，在尾筒1的内壁la上形成粘合涂层5。尾筒1 由镍合金构成时，作为粘合涂层5 ，例如，可以使用MCrAlY(M是Fe、 Ni 和Co中的任一个，或它们的合金)之类的合金。以数十(im 数千)im的厚 度形成该粘合涂层5，由于基底的表面变成粗糙的，则由于锚固效果而变得 容易粘附。另外，大多数情况下，填塞冷却孔2a的树脂4和粘合涂层5的 湿润性差，在这种情况下，有时在树脂4上无法形成粘合涂层5。
而且，如图3E所示，通过火焰喷涂在形成了粘合涂层5的尾筒1的内 壁la上形成表面涂层6。作为表面涂层6，例如，可以使用以锆为主成分的 陶瓷材料。同样以数十pm 数千pm的厚度形成表面涂层6，并且可根据 情况形成多层。大多数情况下，该表面涂层6和填塞冷却孔2a的树脂4的 湿润性也差，在这种情况下，有时在树脂4上无法形成表面涂层6。
如上所述，通过火焰喷涂在尾筒1的内壁la上实施隔热涂覆，而且在尾筒l上实施隔热涂覆后，为了除去插入冷却孔2a的树脂4，有必要对尾 筒1实施作为热处理之一的灰化处理。而且，像该尾筒1的例子那样，本 发明涉及到必须进行热处理的制品的热处理方法，在下列各实施方式中， 作为热处理，以进行尾筒1中的灰化处理的情况为例进行说明。 <第一实施方式>
下面，关于第一实施方式中的热处理方法，举例出尾筒中的灰化处理 且用图4A和图4B进行说明。图4A和图4B示出尾筒的剖面示意图，相当 于对于实施隔热涂覆的尾筒所示的图3A 图3E。
在本实施方式中的热处理方法中，如图4A所示，对于在图3E所示的 内壁la上实施了隔热涂覆的尾筒1的外壁b涂覆硅树脂7。硅树脂7是 Si和O交替连接成多个键而构成的主链、且在主链的每个Si上键合有曱基 等侧基的树脂，由于键合方式的不同而存在具有液态或糊状等各种形态的 树脂，其中，糊状硅树脂7可以直接在尾筒1的外壁lb上进行涂布。
如图4A所示，尾筒1的外壁lb上涂布硅树脂7之后，为了燃烧或分 解堵塞设置在内壁la上的冷却孔2a的树脂4，用大气炉加热尾筒1。此时， 为了使树脂4完全燃烧或分解，需要在400度左右的温度(而且，该温度只 要是能燃烧或分解堵塞尾筒1的冷却孔2a中树脂4的任何温度均可以)下加 热数小时。于是，堵塞冷却孔2a的树脂4被燃烧或分解而逐渐消失，但由 于进行加热，会使涂布在尾筒1的外壁lb上的硅树脂7的一部分分解或蒸 发而被排放到炉内的气氛中，而另一部分硅树脂7残留在外壁lb上。另外， 对于糊状硅树脂7进行加热试验时，当将硅树脂7在400度以上的温度下 进行加热时，已确认约40%放出到大气中而残留60%左右。
而且，由于该残留的硅树脂7保护尾筒1的外壁lb，故可减少外壁lb 的氧化或因氧化而导致的色斑。因此，即使对尾筒1进行灰化处理，由此 除去塞入冷却孔2a的树脂4，也难以在尾筒1的外壁lb上产生色斑，所以 不需要对外壁lb进行研磨或者是研磨外壁lb所消耗的时间很短。因此， 在将本实施方式的热处理方法用于尾筒1的灰化处理中时，可以大幅度地 缩短灰化处理后为调整外观所需要的时间。
另外，即使不均勻地涂布或大量地涂布硅树脂7,也容易除去残留的硅 树脂7。因此，与以往使用研磨装置研磨除去色斑的情况相比较，可缩短灰 化处理后的操作时间。此外，只要使涂布硅树脂7均匀且为适当量，即使
7不除去残留的硅树脂7，也可良好地保持灰化处理后的尾筒l外观。
而且，对于尾筒1可直接涂布糊状的硅树脂7,但也可以用粘度低的液
态硅树脂7进行涂布。另外，涂布方法也不限于直接涂布的方法，也可以 通过喷雾将雾状的硅树脂7喷射涂布在尾筒1的外壁lb上。采用这些方法 可以容易且快速地涂布硅树脂7，而且还可以谋求操作步骤的简化和操作时 间的缩短。
另外，采用喷雾涂布硅树脂7时，可以均匀地在尾筒l的外壁lb上进 行涂布。并且对于通过直接涂布方法难以进行的细缝等，采用喷雾涂布时 则可以容易地进行涂布。
<第二实施方式>
其次，关于第二实施方式中的热处理方法，与第一实施方式同样举例 出尾筒中的灰化处理的同时，用图5进行说明。图5是示出本实施方式中 的热处理方法之一例的示意图。
如图3E所示，对于实施了隔热涂覆的尾筒1，在第一实施方式中如图 4A所示，直接将硅树脂7涂布在尾筒1的外壁上，但在本实施方式中如图 5所示，在尾筒1的周围设置装填了硅树脂7的容器8，并同时加热尾筒1 和硅树脂7。
另外，该容器8是可承受尾筒1的灰化处理温度的容器，并设置在尾 筒1的四角位置。此时，每一个设置在尾筒1的四角位置上的装有硅树脂7 的容器8，例如，都距离尾筒1是10cm左右、容器8的截面积为数十 数 百cn^左右。而且，通过用大气炉同时加热尾筒l和装填在容器8中的硅树 脂7，进行灰化处理。
进行如上所述的灰化处理时，如在第一实施方式中说明的那样，虽然 一部分硅树脂7残留在容器8中，但另一部分由于炉子的加热而分解或蒸 发并排放到炉内的气氛中。然后，由放出的硅树脂7保护尾筒1的表面。
如上所述，通过采用排放到炉内的气氛中的硅树脂7保护尾筒1的表 面，可以减少尾筒1的表面上因氧化导致的色斑。因此，即使对尾筒1全 体实施灰化处理而除去树脂，也不易在尾筒1的外壁上产生因氧化导致的 色斑，故在出厂前不需要研磨或研磨尾筒1外壁所消耗的时间很短。因此， 通过实施本实施方式中的热处理方法，可以大幅度地缩短灰化处理后所需 要的操作时间。
8另外，由于通过将硅树脂7的一部分排放到炉子的气氛中而保护尾筒1 的表面，即使对于对尾筒1采用直接涂布硅树脂7的方法中难以涂布的细 缝部分等部分，也可以很容易地进行保护。另外，由于只用炉子同时加热
尾筒1和硅树脂7即可保护尾筒1的表面，故可以用很简便的方法就可以
保护尾筒的表面并进行灰化处理。
而且，在装有硅树脂7的容器8中设置加热器等加热装置，使容器8 和硅树脂7的温度达到硅树脂7分解或蒸发最适合的温度的方式也可以。 采用这样的结构，通过分解或蒸发可向炉内气氛中放出足够量的硅树脂7, 故可以高效地保护尾筒1的表面。
另外，装填硅树脂7的容器8与尾筒1也可以不限于如图5所示的位 置关系。例如，可以以围绕尾筒1的方式排列设置多个容器8，各个容器8 的截面积可以大也可以小。另外，也可以设置盛装硅树脂的载台(7亍一 -)， 代替设置装填硅树脂7的容器8,也可以在炉内的尾筒1的周围盛装硅树脂 7。
另外，在尾筒1中进行灰化处理时，也可以在硅树脂7容易放出到炉 内气氛中的温度下保持一定时间后，升温到进行灰化处理的温度并保持该 温度。采用这样的两阶段进行的热处理，可将硅树脂充分放出到炉内的气 氛中成为可保护尾筒1表面的状态，使进行用于燃烧或分解树脂的灰化处 理成为可能。因此，可更有效地降低氧化或因氧化导致的色斑。
另外，在第一或第二实施方式中，举例说明了适用于在燃气轮机的燃 烧器中配备的尾筒内的灰化处理的情况，但第一或第二实施方式中的热处 理方法不只适用于灰化处理，所述的灰化处理为燃烧或分解填入尾筒的冷 却孔内的树脂的处理，也适用于要防止表面的氧化或因氧化导致的色斑的 所有制品，所述的制品是必须保持在高温下进行热处理的制品。例如，对 于有必要进行回火或退火等热处理的制品，使用第一或第二实施方式中的 热处理方法，可以防止氧化或因氧化导致的色斑。另外，第一或第二实施 方式中的热处理方法，不只限于在尾筒的例子中所示的由镍合金制成的制 品，而对于，例如，由钴合金或铁合金等制成的制品也可以使用。
另外，也可以结合热处理温度或热处理方法，适当选择硅树脂的种类， 从而更有效地进行保护。特别是，通过加热硅树脂而分解或蒸发的温度， 也随硅树脂的种类，即主链的聚合度或侧链的种类等的键合方式、或加入树脂中的添加物等而变化。因此，通过结合热处理温度来选择合适的硅树 脂，可以更有效地保护制品的表面，且无论对于什么样的制品都可以实施 有效的热处理。
例如，在第二实施方式中，在用于将硅树脂放出到炉内的气氛中的某 温度下保持一定时间后进行升温到灰化处理温度的两阶段热处理的情况 下，也可以选择在较低温度下可放出到炉内的气氛中的硅树脂。而且，选 择这类硅树脂时，在将炉温保持在可使硅树脂释放到炉内的某温度下的期 间内，可以防止制品氧化、或防止制品中不希望的变形的发生。
另外，在尾筒内灰化处理的例子中是采用大气炉，但也可以采用成为 真空气氛、氮气或氩气等非活性气体气氛的炉子，也可以实施第一和第二 实施方式中的热处理方法。采用这样的结构，使得炉内残留少量的氧，由 此实现了对制品的保护，并可防止制品的氧化或因氧化导致的色斑。
工业实用性
本发明可以在必须进行热处理的制品的热处理方法中使用，例如，可 以用于为除去制品中附带的不要的物质进行的灰化处理、或用于为改变制 品的组织进行的回火或退火等。
权利要求
1. 一种热处理方法，该热处理方法将制品设置在炉子内对该制品进行加热，其中，同时对上述制品和硅树脂进行加热。
2. 权利要求1所述的热处理方法，其中，将表面涂布有上述硅树脂的 上述制品设置在上述炉子内进行加热。
3. 权利要求2所述的热处理方法，其中，将液态或糊状的上述硅树脂 涂布在上述制品的表面上。
4. 权利要求2所述的热处理方法，其中，将雾状的上述硅树脂喷射涂 布在上述制品的表面上。
5. 权利要求1所述的热处理方法，其中，在上述炉子内，在设置上述 制品的位置周围且不与上述制品接触的位置设置上述硅树脂，然后同时对 上述制品和上述硅树脂进行加热。
6. 权利要求1所述的热处理方法，其中，使上述炉内的气氛为大气气氛。
7. 权利要求1所述的热处理方法，其中，由上述炉子产生的加热温度， 是上述硅树脂分解或蒸发的温度。
全文摘要
本发明涉及对于尾筒(1)的外壁(1b)涂布硅树脂(7)，所述尾筒(1)是将树脂(4)填塞到其内壁(1a)的冷却孔(2a)中而实施了隔热涂覆的，然后，用大气炉加热尾筒(1)使树脂(4)燃烧或分解而除去。此后，硅树脂(7)的一部分或分解或蒸发，另一部分残留在外壁(1b)上对外壁(1b)进行保护，由于用这样的硅树脂(7)对外壁(1b)进行了保护，可降低外壁(1b)的氧化或因氧化导致的色斑。因此，可大幅度缩短在尾筒(1)中的灰化处理后为改善尾筒(1)的外观所需要的处理时间。尚且，本发明的热处理方法不只限于尾筒(1)中的灰化处理，还可以适用于需要热处理的所有制品。
文档编号C21D1/70GK101512023SQ200780032870
公开日2009年8月19日 申请日期2007年9月14日 优先权日2006年12月25日
发明者森一刚, 森本仁志, 水流靖彦, 玉井秀信, 藤井郁也, 鸟越泰治 申请人:三菱重工业株式会社