高孔隙度可磨耗涂层的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明总体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体涉及一种高孔隙度可磨耗涂层，其用于燃气涡轮发动机部件，例如与裸露转子叶片相邻的尖端鞋状部。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器以及涡轮节段。压缩机、燃烧器和涡轮节段的组件经常涂覆有可磨耗涂层和/或隔热涂层。C.Strock的美国专利申请公开号2012/0062888公开了一种可磨耗涂层，其用于与翼面(诸如燃气涡轮发动机的压缩机的轮叶或叶片)的尖端相互作用，其包括金属粘合热涂层、陶瓷层，以及可磨耗层。金属粘合涂层上的陶瓷层提供绝缘并用作保险丝，其适于在高摩擦相互作用时剥落。陶瓷层上的可磨耗涂层在压缩机运转期间接触翼面的尖端。可磨耗涂层足够可磨耗，通过与翼面尖端接触来磨圆涂层。
[0003]本发明涉及克服由发明人发现的或现有技术中已知的一个或多个问题。
【发明内容】
[0004]本发明公开了一种用于燃气涡轮发动机的可磨耗涂层。所述可磨耗涂层包括粘合涂层、中间层和多孔层。粘合涂层施加至基板上。粘合涂层包括金属涂层以及从0.152毫米至0.229毫米的厚度。中间层施加至粘合涂层。中间层包括陶瓷材料以及从0.051毫米至
0.381毫米的厚度。多孔层施加至中间层。多孔层包括多孔陶瓷材料。多孔层还包括大于多孔层体积的35%的孔隙度。多孔层进一步包括从0.127毫米至1.524毫米的厚度。
【附图说明】
[0005]图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。
[0006]图2是用于图1的燃气涡轮发动机的涡轮的一部分的剖视图。
[0007]图3是用于图2的尖端鞋状部的可磨耗涂层的放大很多倍的剖视图。
【具体实施方式】
[0008]本文所公开的系统和方法包括用于燃气涡轮发动机组件的可磨耗涂层。在实施例中，可磨耗涂层包括粘合涂层、中间层，以及多孔层。粘合涂层包括金属材料，中间层包括陶瓷材料，并且多孔层包括具有孔隙度(例如，其体积的35%以上)的陶瓷材料。粘合涂层和中间层可为多孔层提供支持和结构。中间层也可以改善可磨耗涂层的耐久性。多孔层可减少涡轮叶片与裸金属尖端或涡轮叶片的磨损，而不磨损陶瓷尖端。
[0009]图1是示例性燃气涡轮发动机100的示意图。为了清楚和便于说明，一些表面已省去或放大(本图和其它附图中)。此外，本发明可以提及向前方向和向后方向。总体来说，“向前”和“向后”的所有参考与主要空气(即燃烧过程中使用的空气)的流动方向相关联，除非另有规定。例如，向前是相对于主要气流的“上游”，而向后是相对于主要气流的“下游”。
[0010]此外，本发明可总体涉及燃气涡轮发动机的旋转中心轴线95，其可通过其轴120(由多个轴承组件150支持)的纵向轴线大体限定。中心轴线95可以与各种其它发动机同心组件通用或共享。除非另有规定，否则径向、轴向和圆周方向及测量的参考是指中心轴线95，而诸如“内”和“外”的术语一般表示距离中心轴线95更小或更大的径向距离，其中径向线96可以在与中心轴线95垂直的任何方向中并且从中心轴线95向外辐射。
[0011]燃气涡轮发动机100包括入口110、轴120、压缩机200、燃烧器300、涡轮400、排气装置500，以及功率输出联接件600。燃气涡轮发动机100可具有单轴或双轴配置。
[0012]压缩机200包括压缩机转子组件210、压缩机固定轮叶(定子)250，以及入口导向轮叶255。压缩机转子组件210机械联接至轴120。如图所示，压缩机转子组件210是轴向流转子组件。压缩机转子组件210包括一个或多个压缩机盘组件220。每个压缩机盘组件220包括圆周向填充有压缩机转子叶片的压缩机转子盘。定子250轴向接着每个压缩机盘组件220。每个压缩机盘组件220与相邻的定子250配对，该相邻的定子250紧接视为压缩机级的压缩机盘组件220。压缩机200包括多个压缩机级。入口导向轮叶255轴向地先于压缩机级。
[0013]燃烧器300包括一个或多个燃料喷射器310并包括一个或多个燃烧室390。燃料喷射器310可围绕中心轴线95环状设置。
[0014]涡轮400包括涡轮转子组件410、涡轮喷嘴450和涡轮壳体460。涡轮转子组件410机械联接至轴120。如图所示，涡轮转子组件410是轴向流的转子组件。涡轮转子组件410包括一个或多个涡轮盘组件420。每个涡轮盘组件420包括涡轮盘425(在图2中示出)，其圆周向填充有涡轮叶片430(在图2中示出)。涡轮喷嘴450轴向地先于每个涡轮盘组件420。与先于涡轮盘组件420的相邻涡轮喷嘴450配对的每个涡轮盘组件420视为涡轮级。涡轮400包括多个涡轮级。涡轮壳体460位于从涡轮转子组件410和涡轮喷嘴450径向向外。涡轮喷嘴450可以由涡轮壳体460支持或联接于涡轮壳体460。涡轮400还可以包括尖端鞋状部465。尖端鞋状部465可以由涡轮壳体460支持或联接于涡轮壳体460，该涡轮壳体460邻近于涡轮喷嘴450，或位于其间。
[0015]排气装置500包括排气扩散器520和排气收集器550。
[0016]图2是用于图1的燃气涡轮发动机100的涡轮400的一部分的剖视图。如图2所示，每个尖端鞋状部465径向地位于涡轮壳体460与涡轮叶片430之间。在一些实施例中，尖端鞋状部465是环形形状，诸如环形或中空圆柱体。在其它实施例中，尖端鞋状部465是环形形状的一部分或扇区，诸如环形扇区或中空圆柱体的扇区；在这些实施例中，多个尖端鞋状部465形成环。
[0017]每个尖端鞋状部465可以包括护罩部469、表面466、前挂架467，以及后挂架468。表面466可以是圆柱形表面、圆柱形表面的一部分，或圆柱形表面的扇区。护罩部469或多个护罩部469可以形成环或中空圆柱体。表面466可以是护罩部469的径向内表面。
[0018]前挂架467可以径向向外地并且轴向向前地延伸。前挂架467可以连接至涡轮壳体460或与涡轮壳体460接合。后挂架468可以径向向外地并且轴向向后地延伸。在一些实施例中，后挂架468连接至相邻的涡轮喷嘴450和尖端鞋状部465的后端。在其它实施例中，尖端鞋状部465连接至壳体460。
[0019]每个涡轮叶片包括叶片平台431、叶片根部(未示出)，以及翼面432。叶片根部从叶片平台431径向向内地延伸，并且将涡轮叶片430连接至涡轮盘425。翼面432从叶片平台431径向向外地延伸。翼面包括叶片尖端433、翼面432的径向外部分。护罩大体上位于径向向外并且与叶片尖端433相邻。在图示的实施例中，护罩是尖端鞋状部465的护罩部469。在其它实施例中，涡轮壳体460包括护罩。叶片尖端433可以是裸金属尖端。涡轮喷嘴450的径向内部分可以连接至涡轮隔板440或由涡轮隔板440支持。
[0020]上面组件(或它们的子组件)中的一个或多个组件可以由不锈钢和/或称为“超合金”的耐用高温材料制成。超合金或高性能合金是表现出在高温下优秀的机械强度和耐蠕变性、良好的表面稳定性以及耐腐蚀和抗氧化性的合金。超合金可以包括这些材料，诸如HASTELL0Y、合金 1、爪0)肥1^、'^3?411)￥、1?陬合金、说￥肥3合金、合金188、合金230、1%011^、MP98T、TMS合金，以及CMSX单晶合金。
[0021]一个护罩或多个护罩，诸如尖端鞋状部465，可以位于从涡轮叶片430径向向外。每个护罩包括可磨耗涂层470。可磨耗涂层470位于并且施加至表面466、尖端鞋状部465的径向内表面。可磨耗涂层470施加至护罩以与叶片尖端433相邻。
[0022]图3是用于图2的尖端鞋状部465的可磨耗涂层470的放大很多倍的剖视图。如图所示，可磨耗涂层470施加至基板480。基板480可以是例如护罩、尖端鞋状部465、涡轮壳体460、压缩机尖端鞋状部，或压缩机壳体。如图3所示，示出了基板480的仅上部分或外部分。在一个实施例中，可磨耗涂层470的总厚度可以是至少1.524毫米(千分之六十英寸)。在另一实施例中，可磨耗涂层470的总厚度高达1.778毫米(千分之七十英寸)。在另一实施例中，可磨耗涂层470的总厚度从1.524毫米(千分之六十英寸)至1.778毫米(千分之七十英寸)。可以按需要或优选使用其它厚度。
[0023]可磨耗涂层470包括:粘合涂层471、中间层472，以及多孔层473。粘合涂层471可以直接地施加至基板480。粘合涂层471可以是金属涂层，诸如MCrAlY材料。在本申请的上下文中，MCrAlY指金属涂层，在该金属涂层中M可以包括镍、钴或两者;Cr包括铬;Al包括铝;并且Y包括钇。粘合涂层471可以从0.152毫米(千分之六英寸)至0.229毫米(千分之九英寸)。
[0024]中间层472可以施加至粘合涂层471。中间层472包括陶瓷材料。陶瓷材料可以包括氧化钇稳定的氧化锆，诸如6%至8%的氧化钇稳定的氧化锆(8YSZ) ο中间层可以是0.051毫米(千分之二英寸)至0.381毫米(千分之十五英寸)。中间层472的孔隙度可以是在不用陶瓷材料