专利名称：涡轮叶片平台侧面的热屏障涂层及其涂敷方法
发明的背景本发明涉及涂敷于涡轮叶片的平台侧面上的热屏障涂层及其涂敷方法。
近年来，燃气涡轮趋向于提高入口点火温度，以改善输出和发动机效率。当气体通道温度增加时，叶片平台越来越多地出现包括氧化，蠕变和低循环的疲劳裂纹的应力。在最初二级叶片和喷嘴中采用封闭循环蒸汽冷却的一些涡轮中，入口温度分布使得平台持续接近于叶片排的峰值入口温度。当该平台运行更热时，这会使叶片平台上的潜在损坏加剧。
在许多较老的涡轮设计中，叶片平台不要求防止由于点火温度引起的氧化损坏。该点火温度并足以引起重大损坏那么高。另外，自上游喷嘴侧壁的薄膜冷却转移由于所产生的该入口温度分布的中心线偏移会降低平台附近的温度。然而，由于提高点火温度的趋势，暴露在该热气体通道中的平台表面已设置一热屏障涂层。然而，业已发现需要与相邻叶片平台的侧面沿圆周大致对齐的平台这些侧面的损坏减至最少。
发明概述在本发明的一个优选实施例中，提供了一个涡轮的叶片。该叶片包括一个翼面，一个根部和在该翼面和根部中间的一个平台。该平台具有大致沿圆周相面对的与相邻的叶片的相应侧面大致对齐的一些侧面。每一个平台侧面具有一条沿圆周方向经这些侧面通向外的槽；和在该槽中沿该平台的一些侧面而露出的一热屏障涂层。
在本发明的另一个优选实施例中，提供了保护涡轮叶片的平台的侧面的方法。该方法包括下列步骤沿该平台的侧面，形成一条沿圆周方向径这些侧面通向外的槽；将一粘接涂层涂敷于该槽；将一热屏障涂层涂敷在该粘接涂层；和沿该侧面除去一部分热屏障涂层，使该涂有热屏障涂层的侧面部分和裸露金属彼此齐平。
附图简述
图1为表示将热屏障涂层涂敷于叶片平台表面和叶片平台侧面上的一个涡轮叶片的透视图；图2为沿着图1中的2-2线所取的，表示将粘接涂层和热屏障涂层涂敷于叶片上的叶片的部分横截面图；和图3为与图2相同的，表示带有涂上的热屏障涂层的完成的叶片的图。
优选实施例说明现参见图1，图中表示一个涡轮叶片10，它具有一个翼面12，一个平台14和包括一个柄部18和榫20的根部16。该涡轮叶片10在涡轮的转子飞轮上排列成相同的涡轮叶片的一组圆环形状，使平台14的侧面22在圆周上与圆周方向相邻的叶片平台的相应侧面对齐。一般，该叶片表面由裸露金属制成。
虽然例如图1所示的平台表面24一类的平台表面预先有热屏障涂层，但据申请人所知，沿圆周与相邻的叶片平台的侧面对齐的平台的侧面22预先没有涂上热屏障涂层。在过去已经使用了热屏障涂层。例如，在美国专利6 432 487，6 047 539和5 830 586号中。如以下详细说明的那样，在本发明中可以使用任何数目的不同形式的热屏障涂层。例如，可以使用在美国专利6 432 487号中所述的氧化钇稳定的二氧化锆。一般，可利用等离子体喷射方法将热屏障涂层涂多个层和涂至所需要的厚度。
可以理解，在叶片之间或平台之间限定了表面间隙，这是为排除这些叶片的拱形粘接所必需保持的。即，当叶片处于冷态下叶片之间没有间隙，而忍受高的工作温度时，叶片会粘接和扭曲。为了满足这些要求，以及为了减少形成侧边缘的金属的损坏，即这些平台的削减表面，该侧面上可设置热屏障涂层。为了做到这点，沿着平台的相对的侧边缘的每一个侧边缘作出一条槽26。如图2所示，该槽26通向该平台的上表面。为了将热屏障涂层涂敷于相对的侧边缘上，即叶片平台削减表面上，首先将一个粘接涂层28涂敷于裸露金属上，以增强该叶片平台的金属表面和该热屏障涂层之间的粘接力。该粘接涂层28可以包括任何拥有的涂层，例如MCRALY一类的抗氧化合金，其中M为铁，钴和/或镍，或者由扩散铝化物或铝化铂制成。
在涂敷粘接涂层后，最好利用等离子体喷射将热屏障层浇铸在该粘接涂层上，将该热屏障涂层30涂至一定厚度。该厚度在该平台的没有涂层的金属部分的侧面以外，在该热屏障涂层的外部延伸。然后，磨耗或磨削该热屏障涂层的外部，除去该涂层的外表面的一部分，使该热屏障涂层与平台侧面的和合金属部分齐平。磨削或磨耗该热屏障涂层可以保持叶片之间侧面设计的间隙，同时可使剩余的热屏障涂层很好地阻止由于工作过程中叶片暴露在高温下产生的损坏。
这样，以上的将热屏障涂层涂敷于裸露金属平台侧面的一部分上可以保护不致氧化，还可以减少在瞬态过程中，削减的表面相对于薄的平台的热梯度。该热屏障涂层还可以有效地减少从热气体通道中来的吸入在叶片平台之间的热空气流量。
虽然，本发明通常应用在涡轮叶片中，然而它特别适用于在翼面上游缺少薄膜冷却的蒸汽冷却叶片中。这样，本发明特别适用于封闭回路蒸汽冷却叶片，但也可用于空气冷却叶片。另外，在平台背面冷却的情况下，该粘接涂层的界面温度有被降低至排除氧化并增强陶瓷热屏障涂层与金属的长期粘接程度的潜力。
虽然，已结合目前认为是最实际和优选的实施例说明了本发明，但本发明不是仅限于所述的实施例，而是相反，它涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种改进和等同的结构。
零件清单10叶片12翼面16根部14平台22侧面26槽30阻挡涂层28粘接涂层
权利要求
1.一种涡轮叶片(10)，包括一个翼面(12)，一个根部(16)和在所述翼面和所述根部中间的一个平台(14)；所述平台具有大致沿圆周相面对的与相邻叶片的相应侧面大致对齐的一些侧面(22)；每一个所述平台侧面(22)具有一条槽(26)，该槽沿圆周方向经所述一些侧面通向外；和在所述槽中并沿该平台的一些侧面露出的热障涂层(30)。
2.如权利要求1所述的叶片，其特征为，包括在所述平台的一些侧面和该热屏障涂层之间的一粘接涂层(28)，以便于该热屏障涂层和该平台的一些侧面互相粘接。
3.如权利要求1所述的叶片，其特征为，所述热屏障涂层(30)与这些侧面的剩余部分大致齐平。
4.如权利要求1所述的叶片，其特征为，经该涡轮的热气体通道的平台形成部分的表面包括一热屏障涂层(30)，在该表面和一些侧面(22)上的该热屏障涂层彼此形成连续部分。
5.如权利要求1所述的叶片，其特征为，该槽经该平台的所述表面通向外。
6.一种保护涡轮叶片(10)的平台(14)的侧面(22)的方法，包括下列步骤沿该平台的侧面，形成一条沿圆周方向经所述一些侧面通向外的槽(26)；将一粘接涂层(28)涂敷于该槽；将一热屏障涂层(30)涂敷于该粘接涂层；和沿所述侧面，去除该热屏障涂层的一部分，使该涂有热屏障涂层的侧面部分与裸露金属互相齐平。
7.如权利要求6所述的方法，其特征为，该除去步骤包括磨耗该热屏障涂层。
8.如权利要求6所述的方法，其特征为，包括将粘接涂层(28)和热屏障涂层(30)涂敷于该平台表面，以便沿该平台表面和这些侧面的至少一部分形成一连续的热屏障涂层表面。
9.如权利要求6所述的方法，其特征为，包括将该热屏障涂层涂敷至一厚度，其中该涂层的一部分突出于所述平台侧面的没有涂层的剩余部分之外，并除去所述突出的部分，留下基本上与该平台侧面的所述没有涂层的剩余部分齐平的热粘接涂层表面。
全文摘要
沿涡轮叶片平台(14)的侧面(22)的一部分作出槽(26)。该槽通向暴露在涡轮的热气体通道中的该平台的表面的侧边缘。将一个粘接涂层(28)涂敷于该槽上，接着是加上一热屏障涂层(30)。该热屏障涂层(30)最好利用等离子体喷射在该粘接涂层上。该热屏障涂层的厚度保护在该平台侧面的裸露金属的表面以外的涂层，然后被磨耗或磨削、使与该裸金属表面齐平。这样，该平台的侧面具有一个热屏障涂层，可以减小氧化。
文档编号C23C2/04GK1782331SQ20051012724
公开日2006年6月7日 申请日期2005年11月24日 优先权日2004年11月24日
发明者G·M·伊策尔, A·C·-P·亚卡拉 申请人:通用电气公司