制造覆盖有耐磨涂层的部件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制造由耐磨涂层覆盖的零件的方法。
【背景技术】
[0002]许多机器具有多个部分，当这些部分运动时，会与其它的部分发生或是冒着与其它部分摩擦的风险。例如，某些机器包括围绕轴线转动的可移动零件，可移动零件的一部分与另一零件发生摩擦。这适用于涡轮机(无论是陆上的还是航空的，诸如涡轮喷气飞机或涡轮轴发动机)，该涡轮机具有带可移动叶片的转子，该叶片在其转动运动中与包围叶片的定子壳的内表面发生摩擦。
[0003]在涡轮机中，通常的做法是在静止部分和可移动部分之间留出空间或间隙，尤其是在壳体和可移动叶片之间留出空间或间隙，以便首先适应零件的几何公差，其次适应各种机理，由此，能使材料热膨胀和随时间发生蠕变。重要的是要使通过该空间的气体或空气泄漏减到最小。这种泄漏使得通过涡轮机压缩的空气流的流量减小，导致可利用的机械功的损失，因此会影响涡轮机的效率，增大其燃油消耗并降低其产生的推力。
[0004]为了使这些泄漏减到最小，目前使用的方案是，使可移动叶片尽可能靠近壳体，并用面向叶片的软材料涂层覆盖壳体。该材料是耐磨的，这意味着它具有这样的特性:如果发生接触，可移动叶片的末端会容易地切入到材料内。因此，当叶片与耐磨材料发生摩擦时，叶片实际上未受损坏，且通过随着时间的推移将该空间调整到最小值，能使叶片末端和壳体内表面之间的空间得到优化。
[0005]目前，制造了耐磨材料的条带部分，每个条带部分然后粘结到壳体上，以形成完全的耐磨带。如此的方法费时且昂贵。此外，使用粘结剂存在对接受粘结剂的表面进行清洁、清洁后的表面受污染的问题、粘附差等许多限制。最后，在制造耐磨材料的条带部分且同时将其粘结到位置上的过程中产生的机械应力，会在运行期间导致这些条带部分从壳体表面脱开粘结和/或导致开裂及条带在使用期间过早地劣化。
[0006]本发明寻求至少部分地改进这些缺陷。
【发明内容】
[0007]本描述提供制造覆盖耐磨涂层的零件的方法，该方法包括如下步骤:
[0008](A)提供用于零件的坯料，该坯料具有外壳，该外壳向外通向坯料表面开口 ；
[0009](B)用粉末状的耐磨材料填充所述外壳；以及
[0010](C)将坯料和耐磨材料一起热滚压，从而烧结和压实耐磨材料，并使其通过扩散焊接粘结到坯料上，以便获得耐磨涂层。
[0011]所提供的坯料有利地是粗加工的，S卩，坯料在热(锻造、滚压、…)时还没有成型。在热和/或加工时，外壳可能已经成型。
[0012]所执行的滚压用来局部地将热压缩施加到耐磨材料。一般地，这是法向地作用到坯料内表面的单向热压缩。该热压缩用来烧结和压实耐磨材料，并通过扩散焊接使它粘结到坯料。有利地，通过滚压施加的热压缩足以烧结和压实耐磨材料，并使它粘结到坯料，该加工方法在滚压步骤之前或之后均没有任何热压缩步骤。
[0013]如此的方法能够确保耐磨材料的颗粒很好地压实，且它们很好地粘结在一起。此夕卜，在滚压过程中由于引入了温度和压力，颗粒便很好地粘结到坯料上，且坯料材料之间的焊接接口具有很少孔隙或是没有孔隙。由此降低了耐磨涂层随后脱开粘结的风险。
[0014]在滚压过程中，坯料和耐磨材料能尽可能接近于最终零件尺寸地成型。例如，使用直的心轴或呈一定形状的心轴。
[0015]此外，由于滚动操作在热的时候发生，所以可发生再结晶机理，由此，降低了耐磨涂层内的应力。同样还降低了涂层开裂、劣化或脱开粘结等的风险。
[0016]外壳通过一个或多个开口向外通向坯料的表面。在滚压过程中，压力通过开口作用在耐磨材料上。在某些实施例中，在填充步骤(步骤B)过程中，所述外壳用耐磨材料通过开口填充，且在滚压步骤(步骤C)之前，用护套密封地关闭开口。
[0017]在某些实施例中，该方法包括以下步骤:
[0018](D)用护套覆盖开口，外壳通过该开口向外通向坯料表面，护套具有至少一个真空孔和至少一个填充孔；
[0019](E)通过使用所述真空孔，在所述外壳内建立真空，且通过使用所述填充孔，用(粉末状的)耐磨材料填充所述外壳；以及
[0020](F)在滚压(步骤C)之前，以密封方式关闭所述真空孔和所述填充孔。
[0021]应该看到，步骤D至F是在上述步骤A之后和上述步骤B之前进行的，并使步骤E与步骤B相关。
[0022]在某些实施例中，滚动步骤C包括预热的第一步骤Cl以及第二步骤C2，在该第一步骤Cl中，坯料被加热到滚动温度T，耐磨材料在该第一步骤过程中至少部分地发生烧结，在第二步骤C2过程中，坯料和耐磨材料在滚动温度T下一起滚压。这些步骤使得耐磨材料被压实。
[0023]因此，通过烧结，耐磨材料颗粒通过烧结变得互相凝聚且带有给定的孔隙，这在坯料预热到滚动温度时发生。此后，在合适的滚动操作过程中，由于在热时(即，在滚动温度T时)施加压力，耐磨材料发生变形。因此，外壳中所有空的孔穴填充有耐磨材料，稀释区域(与粉末颗粒之间的扩散焊接有关)增加，烧结和压实之后残余的孔减少，或甚至消失。甚至可触发耐磨材料内再结晶机理，由此，进一步提高耐磨涂层的均匀性。
[0024]滚动温度(更一般地说，零件的热机械循环)应被定义为考虑绝热加热的最窄可锻范围和导致所述材料理想微结构的范围的函数。尤其是，对于可锻性来说，最高温度应在成型材料之一的过热或燃烧限值处，而最低温度应在材料之一造成微结构损坏的极限处。举例来说，如果参考材料是钢材，则滚动温度T可以在600°C至1350°C的范围内。对于称作EN X12CrNiMoV12的钢材或称作EN X4NiCoNb38的钢材来说，滚动温度T可以在750°C至1300°C的范围内。对于称作马氏体250EN X2NiCoMol8_8的钢材来说，滚动温度T可以在850°C至1250°C的范围内。如果材料是钛合金的话，则滚动温度T可以在700°C至1150°C的范围内。对于具有受控的α + β结构的称作为TA6V的钛合金，滚动温度T可以在700°C至1050°C的范围内，且有利地是使用约为950°C的温度T。对于具有受控的β结构的称作为TA6V的钛合金来说，滚动温度T可以在1050°C至1150°C的范围内，且约为1100°C的温度T是首选有利地采用。
[0025]在某些实施例中，在填充外壳步骤(即，上述的步骤B或E)过程中，耐磨材料沉积为不同种类的多个层。
[0026]这能够在不同水平上改变耐磨材料的特性，假定在外壳底部处的要求不同于在耐磨材料与移动零件互相作用的外表面处的要求。
[0027]在某些实施例中，在填充外壳步骤(即，上述的步骤B或E)过程中，粉末状的耐磨材料包括基础颗粒和次颗粒，在滚动(步骤C)之后，基础颗粒构成耐磨涂层的基体，以使次颗粒有助于耐磨涂层碎裂。
[0028]当与移动零件摩擦时，次颗粒有助于耐磨涂层碎裂，因而用来调整移动零件和涂层之间的间隙。
[0029]有利地是，可将有机次颗粒引入到颗粒混合物中。如此的颗粒在滚动操作过程中分解，从而形成填充气体的孔。这些孔有助于涂层碎裂。
[0030]在某些实施例中，耐磨材料还包括硬的、诱发磨损的颗粒，其在操作中用来将移动零件抛光到一定程度。
[0031]在某些实施例中，外壳具有(朝向外壳内部)凹入的侧面。这用来擒获耐磨涂层，在其中不产生残余应力，或至少在耐磨涂层和基底之间的接口处分布应力，由此限制分开。
[0032]在某些实施例中，外壳是由内壁、两个包围底壁的侧壁以及使侧壁朝向槽的中心延伸并定位的外唇形物形成，由此，槽在横截面上具有大致C形状的外廓。如此的外壳用来牢固地擒获住耐磨涂层，尤其是，因为覆盖零件中涂层并将涂层保持住的外唇形物。
[0033]自然，也可使用其它形状的外壳，在滚动过程中，即使外壳是复杂的形状，也使压缩力用来填充整个外壳。此外，在滚动过程中，外壳可变形，从而更好地擒获住耐磨涂层。
[0034]在某些实施例中，通过将至少两个子部分一起热滚压来形成坯料，该一起滚压子部分的步骤以及一起滚压坯料和耐磨材料的步骤，作为单一操作同时进行。
[0035]这能让制造工具执行一个以上的功能，并让单一滚压操作既用于制造坯料又用来沉积耐磨涂层。与传统的制造方法相比，这节约时间和钱。
[0036]在某些实施例中，在滚动步骤C之后，对坯料和/或耐磨材料的涂层进行加工，以获得最后的零件。
[0037]在某些实施例中，在滚动步骤C之后，整体在零件上施加质量热处理，S卩，进行热处理以赋予零件使用中所需要的特性。
[0038]在某些实施例中，制造的零件是具有径向内表面的涡轮机壳体，该径向内表面的至少一部分被耐磨涂层覆盖。换句话说，所述