专利名称：掩蔽材料、掩蔽层、用于掩蔽基材的方法以及用于涂覆基材的方法
技术领域：
本发明涉及掩蔽材料、掩蔽方法以及涂覆方法。
背景技术：
在涂覆方法、特别在使用气相涂覆法，例如PVD法或者CVD法的情况下，则必须对 特定的区域进行特别良好的气密保护，因为在这些部位不应施加涂层。已知有不同的以机械方式将不同尺寸的粉末混合物相互混合，或者施加含玻璃的 物质，这些物质据信特别致密，但是它们也难以再去除掉。
发明内容
因此本发明的任务在于解决上述问题。通过权利要求1所述的掩蔽材料、权利要求9或10所述的掩蔽层、权利要求13、14 所述的掩蔽方法以及权利要求20所述的涂覆方法，解决了这一任务。
其中图1示出了用于掩蔽对基材的方法的示意性流程图，图2、3示意性涂覆方法，图4示出了涡轮叶片的透视图，图5是出了燃气轮机的透视图，以及图6示出了高温合金列表。所示附图和说明书仅给出了本发明的工作实施例。
具体实施例方式图1中示出了具有表面19的基材4，其为构件1、120、130的基材。尤其在燃气轮机100(附图5)中用附图6所述材料制成的涡轮叶片。在第一步骤中优选地将陶瓷粉末作为层7施加到表面19上。可以通过喷射或者 通过其它包含或不包含粘合剂的方法来施加陶瓷粉末。所述陶瓷粉末尤其可以包括氧化物陶瓷，即氧化锆、氧化铝、二氧化钛、钙钛矿、尖 晶石、烧绿石和/或氮化硼或者其混合物，非常特别使用氧化铝或二氧化钛(TiO2)。优选仅 仅使用陶瓷，非常特别仅仅使用Al2O315优选使用由Al203/Ti02 或者 Zr02/Ti02 或者 Al2O3ArO2 或者 BN/Ti02 或者 BN/A1203 或者BNArO2形成的混合物。混合比例优选为93/7或者87/13。在第二方法步骤中优选将金属粉末作为层10施加到陶瓷粉末层7上。
也可以使金属粉末部分渗透到陶瓷层7的开孔之中。这样共同构成掩蔽层13。这两个步骤优选重复至少一次，尤其仅重复一次，从而形成多层的掩蔽层13 陶
瓷_金属_陶瓷_金属ο优选地，一个陶瓷层和一个金属层即已足够。借助在陶瓷和金属之间的梯度过渡还实现了更好的结果。金属粉末尤其是基材的金属，也即优选镍(Ni)、钴(Co)、铬(Cr)、铝(Al)或其混合 物，所述一种或多种金属优选能够与涂覆材料很好地反应。尤其使用镍。也可以使用上述 金属的合金(NiAl，……)。粒度分布通常优选为对于陶瓷粉末为0. 1μπι-20μπι(100ηπι-20μπι)，对于金属 粉末为 5 μ m-25 μ m(l μ m_25 μ m)。由下面的陶瓷层和上面的金属层10形成的这种层系统形成特别气密的掩蔽层 13。可以将这种掩蔽层13局部施加到不应进行层的部位16上(图2)。在此，所述掩蔽材料可以在任意涂覆方法中、特别还在气相涂覆方法中使用，例如 PVD、CVD或者其中涂覆材料以蒸气或气体形式存在的其它方法。同样也可以对整个外侧基材4进行保护，例如当对空心构件内部进行涂覆，例如 镀铬或者渗铝，和不总能防止涂覆材料从空心构件中再次离开从而沉积到未受保护的基材 4外表面上时。同样可以借助上述优选材料和施加方式，使用陶瓷粉末和金属粉末的机械混合物 掩蔽材料。图4以透视图示出涡轮机的涡轮叶片120或导向叶片130，其沿纵轴121伸展。该涡轮机可以是飞机或发电站的燃气轮机，蒸气轮机或压缩机。叶片120、130在沿纵轴121上依次具有固定区400、与其毗邻的叶片平台403以及 叶片页(Schaufelblatt) 406和叶片尖端415。作为导向叶片130，该叶片130在其叶片尖部(Schaufelspitz) 415上可具有另一 平台(未示出)。在固定区400中形成叶根183，该叶根用于将涡轮叶片120、130固定在轴或盘上 (未示出)。叶根183例如设计成锤子头形。也可设计成冷杉树形根基或燕尾形根基。针对流过叶片页406的介质，叶片120、130具有流入边409和流出边412。在通常的叶片120、130情况下，在叶片120、130的整个区域400、403、406中使用
例如实心金属材料，特别是高温合金。例如由EP 1204776 BUEP 1306454,EP 1319729 AUffO 99/67435 或WO 00/44949 中已知这类高温合金。叶片120、130可通过铸造法即借助于定向凝固、通过锻造法、通过铣削法或这些 方法的组合来制备。具有一种或多种单晶结构的工件可用作在运行中经受高机械负荷、热负荷和/或 化学负荷的机器的构件。这类单晶工件的制备例如可通过熔体的定向凝固实现。其涉及浇铸法，在该法中该液态金属合金凝固为单晶结构，也即单晶工件，或者经定向凝固。这时树枝状晶体沿热流 对齐，并形成棒晶晶粒结构(柱状即经工件整个长度分布的晶粒，按通常说法称为定向凝 固)或单晶结构即整个工件由单一晶体构成。在此方法中，必须避免过渡到球状(多晶) 凝固，因为通过非定向生长必定形成横向和纵向的晶界，这就破坏了定向凝固构件或单晶 构件的优良特性。如果通常论及定向凝固结构即意指不含晶界或最多小角度晶界的单晶和意指含 纵向走向的晶界但不含横向晶界的棒晶结构。在该两种晶体结构情况下均称为定向凝固结 构(directionally solidfiedstructures)。由 US-PS 6024792 和 EP 0892090 Al 中已知这类方法。该叶片120、130也可以具有抗腐蚀或抗氧化涂层，例如(MCrAlX ；M是铁(Fe)、钴 (Co)、镍(Ni)中的至少一种元素，X是活性元素，并代表钇(Y)和/或硅和/或至少一种稀 土元素或铪(Hf))。从 EP 0486489 Bi、EP0786017 Bi、EP 0412397 Bl 或 EP 1306454 Al 中已知这类合金。密度优选为理论密度的95%。在MCrAlX层(作为中间层或作为最外层)上形成保护性的氧化铝层(TG0 =热生 长氧化物层)。该层组成优选显示为Co-30Ni-28Cr-8Al_0. 6Y-0. 7Si 或 Co-28Ni-24Cr-10Al-0. 6Y。除基于钴的保护涂层外还优选应用基于镍的 保护层如 Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re 或 Ni-12Co-21Cr-l1A1-0.4Y-2Re 或 Ni-25Co-17Cr-10Al-0. 4Y-1. 5Re。在MCrAlX上还可存在隔热层，该隔热层优选为最外层，并例如由&02、Y2O3IrO2制 成，即其为未经、部分经或完全经氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁稳定化。该隔热层覆盖整个MCrAlX层。通过合适的涂覆方法如电子束蒸发(EB-PVD)在隔热层中产生棒状晶粒。还可考虑其它涂覆方法如大气等离子体喷雾法(APS)、LPPS, VPS或CVD。该隔热 层可以具有多孔的晶粒、微观裂纹晶粒或宏观裂纹晶粒以达更好的耐热冲击性。该隔热层 优选比MCrAlX层更具多孔性。翻新(Refurbishment)表示部件120、130在经过使用后，有可能必须清除保护层 (例如采用喷砂法)。然后清除防腐层和/或氧化的层或产物。任选地，也可对构件120、 130中的裂纹进行修补。然后对构件120、130重新涂覆，然后重新使用构件120、130。叶片120、130可以是中空的或实心的。如果应冷却叶片120、130，则其为中空的， 任选地还具有膜冷却孔418 (以虚线示出)。图5示例性示出燃气轮机100的纵向截面图。该燃气轮机100的内部具有绕旋转轴102呈旋转安装并具有轴101的转子103，该 转子也称为涡轮转子。沿转子103依次为进气壳体104、压缩机105、例如是环形燃烧室110，特别是圆环 状燃烧室、多个同轴安装的燃烧器107、涡轮机108和排气壳体109。该环式燃烧室110与例如环形热气体通道111相连。其中例如4个串联涡轮级 112形成涡轮机108。
每个涡轮级112例如由2个叶片环构成。按工作介质113的流向看，接着是在 导向叶片排(LeitSChaufelreihe)115的热气体通道111中的由涡轮叶片120构成的排 (Reihe) 125。其中导向叶片130固定在定子143的内壳体138上，排125的导向叶片120例如 借助于涡轮叶轮盘133安置在转子103上。在转子103上连接发电机或工作机械(未示出)。燃气轮机100运行时，通过进气壳体104由压缩机105吸入并压缩空气135。在压 缩机105的涡轮机侧端将已经提供的压缩空气导入燃烧器107，并在其中与燃料混合。然后 该混合物在燃烧室110中燃烧并形成工作介质113。该工作介质113从那里沿热气体通道 111在导向叶片130和涡轮叶片120上流过。该工作介质113在涡轮叶片120上冲量转移 式(impulsilbertragend)膨胀，以使涡轮叶片120驱动转子103，并且该转子又带动在其上 连接的做功机械。在燃气轮机100运行中该受热工作介质113作用的构件经受热负荷。除加衬圆环 状燃烧室110的热屏蔽部件之外，按工作介质113的流向看的第一个涡轮级112的导向叶 片130和涡轮叶片120经受最大的热负荷。为耐受那里所处的温度，可用冷却剂冷却。该构件的基材也可具有定向的结构，也即其为单晶(SX-结构)或仅具有纵向晶粒 (DS-结构)。使用例如铁基、镍基或钴基的高温合金作为构件，特别是涡轮机叶片120、130和 燃烧室110的构件的材料。例如由EP 1204776 BUEP 1306454,EP 1319729 AUffO 99/67435 或WO 00/44949 中已知这类高温合金。叶片120、130同样也可具有防腐涂层(MCrAlX涂层，M是铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni) 中的至少一种元素，X表示活性元素，并为钇(Y)和/或硅、钪(Sc)和/或至少一种稀土元 素或者铪(Hf))。由 EP0486489B1、EP0786017B1、EP0412397B1 或 EP1306454A1 已知此类合金。 在MCrAlX层上还可存在陶瓷隔热层，该陶瓷隔热层例如由&02、Y2O3-ZrO2制成， 即其为未经、部分经或完全经氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁稳定化。通过合适的涂覆方法如电子束蒸发(EB-PVD)在隔热层中产生棒状晶粒。该导向叶片130具有面向涡轮机108的内部壳体138的导向叶根 (Leitschaufelfuii)(这里未示出)和与导向叶根相对设置的导向叶片头部。该导向叶片 头部面向转子103并固定在定子143的固定环140上。
权利要求
1.掩蔽材料，该掩蔽材料具有陶瓷粉末和金属粉末。
2.根据权利要求1所述的掩蔽材料，其中所述陶瓷表示氧化物陶瓷，尤其表示氧化锆、 氧化铝、二氧化钛、钙钛矿、尖晶石、烧绿石和/或氮化硼以及它们的混合物，尤其含氧化 铝，非常特别仅含氧化铝。
3.根据权利要求1或2所述的掩蔽材料，对于所述陶瓷粉末而言，该掩蔽材料含有 Al203/Ti02、BN/Ti02、Zr02/Ti02, Al203/Zr02, BN/A1203 或 BN/Zr02 的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的掩蔽材料，仅具有唯一的陶瓷材料。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的掩蔽材料，其中所述金属粉末表示镍(Ni)、铝(Al)、 钴(Co)和/或铬(Cr)以及它们的混合物或者合金，尤其含有镍(Ni)，非常特别仅含有镍 (Ni)。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的掩蔽材料，仅具有唯一的金属材料。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的掩蔽材料，仅由陶瓷和金属构成。
8.根据权利要求1、2、4、5、6或7所述的掩蔽材料，仅具有唯一的陶瓷和唯一的金属。
9.掩蔽层(13)，具有权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的掩蔽材料，尤其由所述掩蔽 材料构成。
10.掩蔽层(13)，该掩蔽层呈多层构造，且具有至少一个陶瓷层(7)，该至少一个陶瓷 层特别由权利要求2、3或4所述的材料构成，并且，尤其在陶瓷层(7)上，具有权利要求5 或6所述的至少一个金属层(10)，并且尤其按照权利要求7或8形成。
11.根据权利要求10所述的掩蔽层，具有至少两个陶瓷层和至少两个金属层，尤其以 交替顺序具有至少两个陶瓷层和至少两个金属层，非常特别具有最下面的陶瓷层。
12.根据权利要求10或11所述的掩蔽层，仅具有两个金属层，并且仅具有两个陶瓷层。
13.用于掩蔽基材(4)的方法，其中将权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的掩蔽材料施 加到基材(4)的表面(16，19)上。
14.用于掩蔽基材(4)的方法，其中将由陶瓷材料构成的粉末层(7)施加到基材(4)的 表面(16，19)上，和在第二步骤中将金属粉末层(10)施加到该陶瓷层(7)上。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述陶瓷尤其表示氧化物陶瓷，非常特别表示 氧化锆、氧化铝、二氧化钛、钙钛矿、尖晶石或者烧绿石和/或氮化硼，非常特别含有氧化ο
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中仅施加金属，尤其是钴(Co)、镍(M)、铝 (Al)和铬(Cr)、它们的混合物或者合金，非常特别施加镍(Ni)。
17.根据权利要求14、15或16所述的方法，其中通过不同的方法，尤其是通过刷涂、喷 涂、浸涂来施加粉末层(7，10)，其中尤其能够使用粘合剂。
18.根据权利要求14、15、16或17所述的方法，其中仅施加金属。
19.根据权利要求14、15、16、17或18所述的方法，其中仅施加陶瓷。
20.用于涂覆基材(4)的方法，其中使用权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的掩蔽材 料，或者使用权利要求13、14、15、16、17、18或19所述的用于掩蔽的方法，其中在将掩蔽材 料(13)施加到不应进行涂覆的区域(16)上之后实施涂覆方法，尤其是实施气相涂覆法。
全文摘要
本发明涉及掩蔽材料、掩蔽层、用于涂覆基材的方法以及用于涂覆基材的方法。在涂覆方法中经常使用掩蔽，然而在掩蔽中在气态涂覆方法中必须特别气密。按照本发明使用由陶瓷粉末和金属粉末构成的双层涂层。
文档编号C23C14/04GK102086503SQ20101062499
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月3日 优先权日2009年12月4日
发明者F-J·拉德鲁, T·贝恩特 申请人:西门子公司