注入易消失材料的情况下进行施加工艺的结果。中间层472的孔隙度可以低于多孔层473的孔隙度。
[0025]多孔层473可以施加至中间层472。多孔层473还包括陶瓷材料。陶瓷材料可以包括氧化钇稳定的氧化锆，诸如8YSZ。多孔层473和中间层472可以具有相同的陶瓷材料，诸如8YSZ。在一个实施例中，多孔层473是至少0.127毫米(千分之五英寸)。在另一个实施例中，多孔层473从0.127毫米(千分之五英寸)至1.524毫米(千分之六十英寸)。在另一个实施例中，多孔层473是至少1.016毫米(千分之四十英寸)。在另一个实施例中，多孔层473从1.016毫米(千分之四十英寸)至1.524毫米(千分之六十英寸)。在一些实施例中，多孔层473可以比中间层472更厚。
[0026]多孔层473可以用易消失材料施加以增加多孔层473的孔隙度。可以对使用的易消失材料的比例进行选择以限定或实现理想的孔隙度。例如，在一个实施例中，在易消失材料燃烧掉之后，孔隙度大于多孔层473的体积的35%。在另一个实施例中，在易消失材料燃烧掉之后，孔隙度介于多孔层473的体积的35%至50%之间。在另一个实施例中，在易消失材料燃烧掉之后，多孔层473的体积介于多孔层473的体积的45%与50%之间。易消失材料可以是聚合物，诸如聚酯。易消失材料可以通过熔炉或通过操作暴露来去除。
[0027]工业实用性
[0028]燃气涡轮发动机可适用任何数量的工业应用，诸如石油和燃气工业的各个方面(包括石油和燃气的传输、收集、存储、回收和升举)、发电工业、热电联供、航空以及其它运输工业。
[0029]参考图1，燃气(通常是空气10)作为“工作流体”进入入口110并且由压缩机200压缩。在压缩机200中，工作流体由一系列压缩机盘组件220在环形流路115中压缩。具体地说，空气10在标记的“级”中压缩，该级与每个压缩机盘组件220相关联。例如，“第四级空气”可在下游或“向后”方向上与第四压缩机盘组件220相关联，从入口 110朝向排气装置500行进)。类似地，每个涡轮盘组件420可与标记的级相关联。
[0030]一旦压缩的空气10离开压缩机200，它就进入燃烧器300，在此扩散开并且燃料加入。空气10和燃料经由燃料喷射器310喷入到燃烧室320中并点火。在燃烧反应之后，能量然后经由涡轮400通过一系列涡轮盘组件420的每个级从燃烧的燃料/空气混合物中提取。排气90然后可在排气扩散器520中扩散并经由排气收集器550收集、改向并离开系统。排气90也可被进一步处理(例如，以减少有害排放和/或回收来自排气90的热量)。
[0031]燃气涡轮发动机的操作效率通常随着更高的燃烧温度而增大。因此，在燃气涡轮发动机中存在升高燃烧温度的趋势。离开燃烧室390并进入涡轮400的燃烧气体可以是1000°F或更高。为了在如此高温下操作，涡轮400的各个组件可涂覆有隔热涂层以保护各个组件免于热的燃烧气体。
[0032]操作效率也取决于转动组件和静止组件之间的紧密密封。该密封可通过将静止组件诸如尖端鞋状部465涂覆有可磨耗材料并允许转动组件诸如涡轮叶片430以切除或磨除涂层的径向内部来建立。该可磨耗密封可减少从叶片尖端433和尖端鞋状部465之间泄露的空气量或防止从其间泄露空气。
[0033]可磨耗涂层470既可作为隔热件又可作为可磨耗密封件。多孔层473的厚度和孔隙度可提供足够的耐隔热性和耐热周期。具有35%以上孔隙度的多孔层473可减小带有裸金属尖端的涡轮叶片430或不具有磨蚀陶瓷尖端的涡轮叶片430的磨损。用于涡轮叶片430的磨损陶瓷尖端可能是昂贵的。使用具有裸金属尖端或不具有磨蚀陶瓷尖端的涡轮叶片430可降低涡轮叶片430的成本，导致制造成本和维修成本的降低。
[0034]粘合涂层471和中间层472的厚度为多孔层473提供结构支持。中间层472可改进可磨耗涂层的耐用性，且粘合涂层471、中间层472以及多孔层473的厚度和孔隙度的组合可提供在燃气涡轮发动机100中待用的可磨耗涂层470所需的耐用性。
[0035]与基于航空燃气涡轮发动机的设计相比，工业燃气涡轮发动机通常包括更优的过滤。在工业燃气涡轮发动机涂层系统中，磨蚀不会像在其它工业中的因素那样重要。工业燃气涡轮发动机可无需基于航空燃气涡轮发动机设计所需要的耐磨蚀组件。
[0036]可磨耗涂层470可通过空气等离子喷涂或通过其它已知的施加技术，尤其是低压等离子喷涂、高速含氧燃料热喷涂、电子束物理气相沉积或真空等离子体喷涂来施加。在将可磨耗涂层470施加至基板480之前，基板480可通过清洁、掩模和喷砂来去除任何污染物来制备用于该应用。喷砂处理可通过氧化铝喷砂处理进行。
[0037]在制备基板480之后，将粘合涂层471施加至基板。粘合涂层471可在施加中间层472和多孔层473之前或之后被热处理。然后，将中间层472施加至粘合涂层471。然后，将多孔层473施加至中间层473。多孔层473可通过同时将陶瓷材料和易消失材料施加至中间层473来形成。陶瓷材料可通过第一端口喷入到喷涂或施加机构中，同时易消失材料可通过第二端口喷入到喷涂或施加机构中。在施加多孔层473之后，易消失材料可通过热处理或在燃气涡轮发动机100的操作期间去除。
[0038]之前的详细描述本质上仅仅是示例性的，并非意图限制本发明或本发明的应用和用途。所述实施例并不局限于结合特定类型的燃气涡轮发动机使用。因此，虽然本发明为了便于解释示出并且描述了特定的可磨耗涂层，但应理解的是，根据本发明的可磨耗涂层可以以各种其它构造实施，可以与各种其它类型的燃气涡轮发动机一起使用并且可用在其它类型的机器中。此外，不期望受到前述背景或详细描述所体现的任何原理的限制。还可以理解的是，这些说明可包括放大的尺寸以更优地说明所示出的参考项目并且并不视为限制性，除非因此说明。
【主权项】
1.一种用于燃气涡轮发动机(100)的可磨耗涂层(470)，其包括:粘合涂层(471)，其施加至基板(480)，所述粘合涂层(471)包括金属涂层，以及 从0.152毫米至0.229毫米的厚度； 中间层(472)，其施加至所述粘合涂层(471)，且所述中间层(472)包括 陶瓷材料，以及 从0.051毫米至0.381毫米的厚度；以及 多孔层(473)，其施加至所述中间层(472)，所述多孔层(473)包括 多孔陶瓷材料， 大于所述多孔层(473)的体积的35%的孔隙度，以及 从0.127毫米至1.524毫米的厚度。2.根据权利要求1所述的可磨耗涂层(470)，其中，所述多孔层(473)的厚度为从1.016毫米至1.524毫米。3.根据权利要求2所述的可磨耗涂层(470)，其中，所述可磨耗涂层(470)的厚度为从1.524毫米至1.778毫米。4.根据权利要求1所述的可磨耗涂层(470)，其中，所述多孔陶瓷材料包括氧化钇稳定的氧化锆。5.根据权利要求1所述的可磨耗涂层(470)，其中，所述多孔层(473)的孔隙度通过用易消失材料将所述多孔层(473)施加至所述中间层(472)并且燃烧掉所述易消失材料来形成。6.根据权利要求5所述的可磨耗涂层(470)，其中，所述易消失材料是聚酯。7.根据权利要求1所述的可磨耗涂层(470)，其中，所述金属涂层包括MCrAlY材料。8.根据权利要求1所述的可磨耗涂层(470)，其中，所述多孔层(473)的孔隙度介于所述多孔层(473)的体积的35 %至50 %之间。9.一种用于燃气涡轮发动机(100)的护罩(465)，其包括根据权利要求8所述的可磨耗涂层(470)。10.—种燃气涡轮发动机(100)，其包括根据权利要求9所述的护罩，所述燃气涡轮发动机包括: 转子组件(410)，其包括: 转子盘(425)，以及 联接至所述转子盘(425)的多个转子叶片(430)，所述多个转子叶片(430)中的每个转子叶片(430)都包括具有裸金属叶片尖端(433)的翼面(432); 其中，所述护罩(465)位于从所述转子组件(410)径向向外，并且包括位于所述多个转子叶片(430)的所述叶片尖端(433)附近的表面(466);并且所述可磨耗涂层(470)施加于所述护罩(465)的所述表面(466)。
【专利摘要】一种用于燃气涡轮发动机的可磨耗涂层包括：粘合涂层、中间层以及多孔层。粘合涂层包括金属涂层以及从0.152毫米至0.229毫米的厚度。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。
【IPC分类】F02C7/28, C23C28/00, F01D11/08
【公开号】CN105452530
【申请号】CN201480042617
【发明人】B·A·柯顿, M·A·科
【申请人】索拉透平公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年8月7日
【公告号】US9316110, US20150044035, WO2015021247A1