涡轮机部件以及涡轮机部件涂层方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涡轮机部件涂层工艺和涡轮机部件。更具体地，本发明涉及对于包括多个掩模层(maskants)和涂层(coatings)的祸轮机部件涂层工艺的掩模处理以及包括多个涂层的涡轮机部件。
【背景技术】
[0002]涡轮机部件通常在高温下运转以提供最大运转效率。但是，涡轮机能够运转的温度可能受到单个的涡轮机部件的温度性能的限制。为了提高涡轮机部件的温度性能，已经开发出各种方法。用于提高涡轮机部件的温度性能的一种方法包括结合内部冷却孔，在涡轮发动机运转期间强制冷空气穿过内部冷却孔。当冷却空气从部件壁的冷却器侧穿过热侧上的冷却孔出口送进时，急流空气辅助降低热金属表面的温度。
[0003]用于提高涡轮机部件的温度性能的另一种技术包括施用涂层，比如粘结涂层和热障涂层(TBC)。通常地，涡轮机部件包括冷却孔和施用在部件的表面上的各种涂层二者。一般地，当在(再)施用涂层之前在部件中形成或修改(例如修理)冷却孔时，冷却孔在涂层之前被掩模或者涂层在施用之后被从冷却孔去除。当前掩模方法通常受限于施用单个掩模材料，然后向部件施用一个或更多个涂层。多个涂层应用可以减少掩模材料，特别是当采用多个施用技术时，并且因此可能降低掩模过程的有效性。
[0004]本领域希望一种改进的涡轮机部件涂层工艺。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中，公开了一种涡轮机部件。涡轮机部件包括至少一个流体流动通路(fluid flow passage)和至少一个孔(aperture)，至少一个孔布置在祸轮机部件的表面上并且流体地连接至所述至少一个流体流动通路。至少一个孔包括从至少一个流体流动通路延伸至表面的底面(floor);以及布置在底面的内部部分与底面的外部部分之间的台阶，使得底面的内部部分和底面的外部部分不包括单一的平面表面。
[0006]其中，所述至少一个孔还包括两个相对侧壁。
[0007]其中，所述台阶延伸所述两个相对侧壁之间的整个长度。
[0008]其中，所述台阶延伸两个相对侧壁之间的长度的仅一部分。
[0009]其中，所述台阶包括沿其长度的一个或更多个间隙(gaps)。
[0010]其中，所述台阶至少部分地延伸至所述两个相对侧壁中的至少一个。
[0011 ] 其中，所述台阶包括沿其整个长度的基本一致的高度。
[0012]其中，所述台阶包括沿其整个长度的不一致的高度。
[0013]其中，所述台阶包括所述一个或更多个流体通路的直径的大约1倍至大约0.1倍的高度。
[0014]其中，所述台阶沿基本垂直于排出所述至少一个流体流动通路的流体流的方向的方向延伸。
[0015]其中，所述台阶沿与基本垂直于排出所述至少一个流体流动通路的流体流的方向的方向成大约30°以内的方向延伸。
[0016]其中，所述台阶沿与基本垂直于排出所述至少一个流体流动通路的流体流的方向的方向成大约45°以内的方向延伸。
[0017]其中，所述孔包括扩散器构造，其中，所述孔的两个相对侧壁以扩散角背离流体流方向延伸。
[0018]其中，所述扩散角大于或等于大约10°。
[0019]其中，所述扩散角大于或等于大约30°。
[0020]其中，所述孔包括多个台阶。
[0021 ] 其中，所述涡轮机部件包括喷嘴。
[0022]在另一实施例中，公开了一种涡轮机部件涂层方法。涡轮机部件涂层方法包括将可延展掩模材料施用至涡轮机部件表面内的一个或更多个流体流动通路的一个或更多个孔；以及然后将第一涂层施用到可延展掩模材料上和涡轮机部件表面上，其中，可延展掩模材料使得第一涂层的至少一部分在一个或更多个流体流动通路的一个或更多个孔中的至少一个中形成台阶。涡轮机部件涂层方法还包括然后将局部掩模材料局部地施用至一个或更多个流体流动通路的一个或更多个孔，以及然后将第二涂层施用到局部掩模材料上以及第一涂层上。
[0023]其中，所述可延展掩模材料包括娃酮弹性体(silicone elastomer)。
[0024]其中，所述第一涂层通过动能过程施用(kinetic energy process)。
[0025]其中，通过注射器(syringe)实现将所述局部掩模材料局部地施用至所述一个或更多个流体流动通路的所述一个或更多个孔。
[0026]从对结合通过举例方式说明本发明的原理的附图的优选实施例的以下更详细的说明中将更清楚地理解本发明的其他特征和优点。
【附图说明】
[0027]图1是根据本发明的实施例的涡轮机部件的透视图。
[0028]图2是涡轮机部件涂层工艺的流程图。
[0029]图3是涡轮机部件涂层工艺的示意性视图。
[0030]图4是涡轮机部件的流体流动通路和孔的剖面图。
[0031]图5是图4的涡轮机部件的俯视图。
[0032]如果可能，相同的附图标记被用于在整个附图中代表相同的零件。
【具体实施方式】
[0033]提供一种涡轮机部件涂层工艺和涡轮机部件。与未使用本发明公开的一个或更多个特征的产品和方法相比，本发明的实施例提高了孔的复杂性、提高了掩模效率、提高了掩模有效性、提高了掩模专用性、减少了孔中的涂层累积、提高了自动化孔位置的可见性、减小了后处理冷却孔清理所剩余的残留涂层的体积、降低了后处理孔清理的难度或者上述方面的组合。
[0034]如图1所示，在一个实施例中，部件100包括具有表面103的基材(substrate) 101，表面103具有流体地连接到至少一个流体流动通路104(见图4)的至少一个孔105。在一些实施例中，比如当部件100包括涡轮机部件时，至少一个孔105可以包括冷却孔，至少一个流体流动通路(fluid flow passage) 104可以包括冷却通道。流体流动通路104和孔105中的每一个可以包括横截面几何形状(cross-sect1nal geometry),其中，横截面几何形状可以包括恒定横截面几何形状、变化的横截面几何形状、扩散器横截面几何形状、圆筒形横截面几何形状、非圆筒形横截面几何形状、椭圆形横截面几何形状、人字形几何形状、收敛的几何形状、发散的几何形状和/或任何其他适当的几何形状，或者其组合形状。流体流动通路104和孔105还可以包括各种其他可变的构造。例如，孔105和流体流动通路104可以形成具有中心线，所述中心线以比如从大约5°至大约175°的不同的径向角和相对于表面103的从大约5°至大约90°的轴向角进入表面103。在一些实施例中，这些中心线可以位于包括径向角和轴向角的复合角处。此外，流体流动通路104和孔105可以包括是平面、波状外形的(contoured)或其组合的底面(图4中的元件110)。
[0035]用于所公开的实施例的适当的部件100包括例如叶片或轮叶；护罩；喷嘴；动叶；过渡件；衬垫；燃烧器；具有比如为冷却孔的孔其他部件；或其组合。涡轮机部件100可以由高温抗氧化和耐腐蚀材料制造，包括例如镍基超级合金、钴基超级合金、伽马基超级合金、不锈钢或其组合。在一些实施例中，涡轮机喷嘴或其他涡轮机部件可以包括施加在表面103上的涂层。涂层可以是单个层、一个以上的层或多个层。适当的涂层可以包括但不限于粘结涂层、热障涂层(TBC)、环境隔离涂层(EBC)或其组合。
[0036]参照图2-3，涡轮机部件涂层工艺200首先大致包括在步骤210中将可延展掩模材料201施用至涡轮机部件100的表面103内的流体流动通路104 (例如冷却通道)的一个或更多个孔105 (例如冷却孔)。在一些实施例