涂覆的涡轮部件以及涂覆涡轮部件的方法

专利名称：涂覆的涡轮部件以及涂覆涡轮部件的方法
涂覆的涡轮部件以及涂覆涡轮部件的方法 本发明涉及涡轮部件以及涂覆涡轮部件的方法。
燃气涡轮部件工作在会损害使用中的部件的高度侵蚀性环境中。所 述环境损害可能在热燃烧气体环境中以各种形式发生，如颗粒腐蚀、不 同类型的腐蚀和氧化、以及这些损害模式的复杂组合。环境损害的速度 可以通过使用保护层来降低。
例如众所周知铬能提併对所谓的I型和II型热腐蚀的出色防护。在这 点上，通过铬和铝向合金基材中的扩散生成的扩散涂层已经被用于提供
此防护很长时间了 。 MCrAlY包覆涂层(其中M为Ni或Co或两者的组合) 已经被作为扩散涂层的替代应用于较高温度来防止氧化。已知扩散的铬 独自就能提供对较低温度的II型热腐蚀的出色防护，而且能耐应变。
最新的发展表明在部件的不同部分上提供不同类型的涂层是有利
出现的热和腐蚀条件。 ' 1 ''"
US6,296,447B1公开了 一种具有随部位而定的防护涂层的燃气涡轮 部件。所述部件为具有根部、颈部、平台和从所述平台伸出的翼型的涡 轮叶片，其中所述翼型具有限定了从中穿过的冷却通道的外表面和内表 面。第一涂层提供在所述平台的至少一部分上，第二涂层提供在翼型的 外表面上，而第三涂层提供在翼型的内表面上。第一涂层的组成与第二 涂层不同，第二涂层的组成与第三涂层不同。
但是，仍能观察到各种类型的环境损害，往往使得在工作暴露 (service exposure)之后必须过早替换或修理部件。因此存在对特别是燃 气涡轮部件如涡轮叶片和轮叶的改进的保护方法的需要。
因此本发明的目的在于提供具有提高的耐热和耐腐蚀性的涡轮部 件，和提供涂覆涡轮部件的方法。
本发明的第一方面提供一种具有根部、颈部、平台和翼型的涡轮部 件，所迷翼型具有限定了从中穿过的冷却通道的外表面和内表面，其中 在所述根部上至少提供有第一涂层。
根据一个实施方案，在所述颈部上可以提供有第二涂层。在这种情 况下，所述第一涂层的组成应当与所述第二涂层不同。
10此外，可以还在所述翼型的外表面上和在所述平台的至少一部分上 提供所述第二涂层，以及另外在所述翼型的内表面上提供第三涂层。在 这种情况下所述第一、第二和第三涂层具有不同的组成。
所述第 一 涂层可以包含能通过已知方法如包渗法(pack cementation)或化学气相沉积(CVD)扩散到部件中的Cr。
实验表明如果所述第一涂层为5-25pm厚的层和/或含15-30重量。/o的 Cr则可以获得良好的防护性能。
所述第二涂层可以包含MCrAlY,其中M可以为Co或Ni或两者的组 合。所述涂层中还可包含更进一步的元素如Re、 Si、 Hf和/或Y。所述涂 层的一种优选组成为30-70重量。/。Ni、 30-50重量％0)、 15-25重量％0、 5-15重量％ Al和最多1重量％ Y。
可以应用不同的热喷涂技术如真空等离子喷涂(VPS)、低压等离子 体喷涂(LPPS)、高速氧燃料喷涂(HVOF)、冷气喷涂(CGS)或电镀。
所述第二涂层可以进一步具有以下组成之一
30重量y。Ni、 28重量o/oCr、 8重量％八1、 0.6重量％丫、 0.7重量。/oSi、 Co余量；
28重量。/。Ni、 24重量。/oCr、 10重量。/oAl、 0.6重量。/oY和Co余量； 23重量。/oCr、 10重量％0)、 12重量o/oAl、 0.6重量。/。Y、 3.0重量。/oRe、 Ni余量；
21重量。/oCr、 12重量％0)、 11重量o/oAl、 0.4重量MY和2.0重量。/oRe, Ni余量；
17重量％0、 25重量％0)、 10重量g/qA1、 0.4重量g/oY和1.5重量yoRe， Ni余量。
所述第三涂层可以包含Cr和Al。优选地所述涂层为Al改性的Cr涂 层，其可以通过应用已知方法如CVD和ATP将A1扩散到渗铬表面中来提 供。据发现外卩层中的第三涂层的组成为15-30重量o/。Al和5-15重量。/。Cr 显示出出色的防护性能。
或者，可以在所述翼型的内表面和外表面上以及在所述平台的至少 一部分上提供第二涂层，且可在所述颈部上提供第三涂层。在这种情况 下，所述第一、笫二和第三涂层的组成不同。
可以包含Cr的所述第一涂层可通过已知方法如包渗法或化学气相 沉积(CVD)扩散到部件中。实验表明如果所述第一涂层为5-25pm厚的层和/或含15 -3 0重量％Cr则可以获得良好的防护性能。
根据一个实施方案，所述第二涂层可以包含Cr和Al。优选地所述涂 层为Al改性的Cr涂层，其可以通过使用已知方法如CVD和ATP将A1扩散 到渗铬表面中来提供。据发现外(3层中的第三涂层组成为15-30重量o/oAl 和5-15重量％0显示出出色的防护性能。
所述第三涂层可以包含MCrAlY，其中M可以为Co或Ni或两者的组 合。所述涂层中还可包含更进一步的元素如Re、 Si、 Hf和/或Y。所述涂 层的一种优选组成为30-70重量。/。Ni、 30-50重量％0)、 15-25重量％&、 5-15重量o/。Al和最多l重量o/oY。可以应用不同的热喷涂技术如真空等离 子喷涂(VPS)、低压等离子体喷涂(LPPS)、高速氧燃料喷涂(HVOF)、冷 气喷涂(CGS)或电镀。
所述第三涂层可以进一步具有以下组成之一
30重量。/。Ni、 28重量。/。Cr、 8重量。/。Al、 0.6重量％丫、 0.7ff%Si、 Co余量；
28重量。/oNi、
23重量％0"、 Ni余量；
21重量％0"、 Ni余量，
17重量％0、 Ni余量。
优选地，所迷平台的待涂覆部分为顶面和/或侧面。 根据所述第一方面的另一实施方案，所迷第一涂层还可提供在所述 颈部上和所述翼型的内表面上。
供第二涂层，^所述第一和第二涂层的组成不同。 ^ ' 。
、、 3
在所述翼型的外表面上以及所述平台的顶面和/或側面上的所述第
二涂层之上还可以提供第三涂层。在这种情况下，所述第一、第二和第
三涂层的组成不同。
可以包含Cr的所述第一涂层可通过已知方法如包渗法或化学气相
沉积(CVD)扩散到部件中。实验表明如果所述第一涂层为5-25pm厚的层
和/或含15-30重量。/。Cr则可以获得良好的防护性能。
24重量。/。Cr、 10重量。/qA1、 0.6重量。/。Y和Co余量；
10重量％0)、 12重量o/oAl、 0.6重量o/。Y、 3.0重量o/oRe、
12重量％。0、 11重量n/。Al、 0.4重量o/oY和2.0重量o/oRe，
25重量％0)、 10重量n/。Al、 0.4重量。/oY和1.5重量y。Re,
12所述第二涂层可以包含MCrAlY，其中M可以为Co或Ni或两者的组 合。所述涂层中还可包含更进一步的元素如Re、 Si、 Hf和/或Y。所述涂 层的一种优选组成为30-70重量。/。Ni、 30-50重量％0)、 15-25重量％0"、 5-15重量。/oAl和最多l重量。/。Y。可以应用不同的热喷涂技术如真空等离 子喷涂(VPS)、低压等离子体喷涂(LPPS)、高速氧燃料喷涂(HVOF)、冷 气喷涂(CGS)或电镀。
所述第二涂层可以进一步具有以下组成之一
30重量。/oNi、 28重量o/oCr、 8重量o/。Al、 0.6重量。/。Y、 0.7重量o/oSi、 Co余量；
28重量。/oNi、 24重量％0、 10重量。/oAl、 0.6重量。/oY和Co余量； 23重量。/oCr、 10重量％0)、 12重量％八1、 0.6重量。/oY、 3.0重量。/oRe、 Ni余量；
21重量o/oCr、 12重量o/。Co、 11重量。/。Al、 0.4重量。/oY和2.0重量。/oRe、 Ni余量；
17重量％&、 25重量％0)、 10重量g/。A1、 0.4重量。/。Y和1.5重量Q/。Re, Ni余量。
此外第三涂层可以包含A1。优选地所述涂层4吏用已知方法如CVD和 ATP过渗铝。如果所述第二涂层的外表面的Al含量为15-30重量。/。，则可 以获得良好的防护性能。
实验表明如果所述涂层都不包含Pt则能获得良好的防护性能。 所述涡轮部件可以由超级合金例如MarM247、 IN6203或CMSX4构 成，且其可以由传统或定向凝固铸造工艺提供。
根据一个优选实施方案，所述涡轮部件为涡轮叶片。 根据第二方面，所迷目的还通过一种具有根部、颈部、平台和翼型
的涡轮部件得到解决，所述翼型具有限定了从中穿过的冷却通道的外表 面和内表面，其中所述翼型的内表面具有第一涂层，且所述翼型的外表 面具有第二涂层，所述第一和第二涂层具有不同组成。
根据所述第二方面的一个实施方案，所述第二涂层为MCrAlY包覆 涂层(M代表Ni、 Co和/或Fe的组合)。
所述第二涂层可以包含10-40重量。/oCr、 5-35重量Q/qA1、 0-2重量。/oY、 0-7重量。/。Si、 0-2重量Q/。Hf,余量主要为Ni和/或Co，且其中所有其它元 素添加物占总重的不到20重量％。所述第二涂层的组成也可以包含20-40
13重量。/。Cr、 5-20重量Q/。Al、 0-l重量。/。Y、 0-2重量。/。Si、 0-l重量。/。Hf,余 量主要为Ni和/或Co，且所有其它元素添加物占总重的不到20重量％。优 选地所述第二涂层包含25-40重量。/。Cr、 5-15重量Q/。Al、 0-0.8重量。/oY、 0-0.5重量。/。Si、 0-0.4重量。/。Hf,余量主要为Ni和/或Co，且所有其它元素 添加物占总重的不到2 0重量％ 。
根据本发明的笫三方面，上述目的还通过一种具有根部、颈部、平 台和翼型的涡轮部件得以实现，所述翼型具有限定了从中穿过的冷却通 道的外表面和内表面，其中颈部具有第一涂层。
此外，根据第四方面，所述目的还通过一种具有根部、颈部、平台 和翼型的涡轮部件得以实现，所述翼型具有限定了从中穿过的冷却通道 的外表面和内表面，其中所述颈部具有第一涂层，且所述平台的底部具 有第二涂层，所述第一和第二涂层具有不同组成。
更进一步地，根据本发明的第五方面，所述目的通过一种包括第一 级叶片和轮叶以及第二级叶片和轮叶的涡轮得以实现，其中所述第 一级 叶片为根据权利要求3-17中任意一项所述的涡轮部件，所述第二级叶片 为根据权利要求18-32中任意一项所述的涡轮叶片部件。
最后，根据本发明的第六方面，此目的通过一种涂覆具有根部、颈 部、平台和翼型的涡轮部件的方法得以实现，其中所述翼型具有限定了 从中穿过的冷却通道的外表面和内表面，其包括以下步骤。在所述部件 的所有外表面和内表面施加第一涂层。然后在已经涂有第一涂层的所述 部件的第一部分上施加第二涂层。最后在所述涂覆的部件的第二部分上 施加第三涂层。所述第一、第二和第三涂层具有不同的组成。
换言之，本方法的基本原则是用第一涂层涂覆整个所述部件，然后 在所述部件的选择的部分上施加进一 步的涂层以提高在所述部件的所 述相应部分中的耐热性、耐腐蚀性等。这样，可以设计出通过提供不同 涂层而具有能满足应用中的要求的性能的涡轮。
也可以在施加所述第一涂层之前使用本领域已知的掩盖单元和技 术掩盖所述部件的某些部分，特别是过后将涂以MCrAlY涂层的部件。 在这种情况下，所述部件的所述被掩盖的部分将不会被涂以所述第 一涂 层。
根据一个实施方案，所述第一涂层被扩散到所述部件中。此扩散可 以通过任一适合的方法如包渗法或化学气相沉积(CVD)实现。特别是可
14以将Cr扩散到已知能提供对热腐蚀的出色防护的化合物中。实验表明如 果所述第一涂层为5-25pm厚的层和/或含15-30重量y。Cr则可以获得良好
的防护性能。
优选地，所述选择的区域是在所述部件的随后使用中不会承受高物 理应力的区域。此限制保证了所述部件的那些承受较高物理应力的区域 只被涂以耐应变的铬扩散涂层，而且此涂层的耐应变能力不会因施加进 一步的涂层而被降低。
在所述第六方面的一个优选实施方案中，所述第一部分包括所述颈 部、所述翼型的外表面和所述平台的至少一部分，而所述第二部分为所 述翼型的内表面。
所述第二涂层可以为包覆涂层，其可以包含MCrAlY,其中M可以 为Co或Ni或两者的组合。所述涂层中还可包含更进一步的元素如Re、 Si、 Hf和/或Y。所述涂层的一种优选组成为30-70重量。/oNi、 30-50重量％0)、 15-25重量％0、 5-15重量。/oAl和最多l重量o/oY。可以应用不同的热喷涂 技术如真空等离子喷涂(VPS)、低压等离子体喷涂(LPPS)、高速氧燃料喷 涂(HVOF)、冷气喷涂(CGS)或电镀。
所述第二涂层还可以具有以下组成之一
30重量Q/。Ni、 28重量％0、 8重量。/。Al、 0.6重量。/。Y、 0.7重量。/。Si、 Co余量；
28重量o/。Ni、 24重量。/oCr、 10重量叽A1、 0.6重量o/oY和Co余量; 23重量％&、 10重量％0)、 12重量o/oAl、 0.6重量。/oY、 3.0重量y。Re、 Ni余量；
21重量％0"、 12重量％0)、 11重量o/oAl、 0.4重量。/oY和2.0重量o/oRe， Ni余量；
17重量。/。Cr、 25重量％0)、 10重量。/qA1、 0.4重量。/oY和1.5重量。/oRe， Ni余量。
根据另一实施方案，可以通过扩散，例如通过CVD或非接触式包覆 法(abovethepack,ATP),施加第二和/或第三涂层，它们可以包含A1。
在所述第六方面的又一优选实施方案中，所述第一部分包括所述翼 型的内表面和外表面以及所述平台的至少一部分，而所述第二部分包括 所述部件的所述颈部。
与所述第一个优选实施方案中一样，可以通过CVD或ATP将所述第
15二涂层扩散到所述部件中，其中所述第二涂层可以包含A1。
所述第三涂层可以包含MCrAlY,其中M可以为Co或Ni或两者的组 合。所述涂层中还可包含更进一步的元素如Re、 Si、 Hf和/或Y。所述涂 层的一种优选组成为30-70重量Q/。Ni、 30-50重量％0)、 15-25重量％0"、 5-15重量。/oAl和最多l重量。/oY。可以应用不同的热喷涂技术如真空等离 子喷涂(VPS)、低压等离子体喷涂(LPPS)、高速氧燃料喷涂(HVOF)、冷 气喷涂(CGS)或电镀。
所述第三涂层也可以具有以下组成之一
30重量o/oNi、 28重量％0"、 8重量％八1、 0.6重量％丫、 0.7重量o/oSi、 Co余量；
28重量o/oNi、 24重量。/oCr、 10重量。/oAl、 0.6重量n/oY和Co余量； 23重量％0"、 10重量％。0、 12重量o/oAl、 0.6重量％丫、 3.0重量。/oRe、 Ni余量；
21重量％0\ 12重量％0)、 11重量o/oAl、 0.4重量o/oY和2.0重量。/oRe, Ni余量，
17重量y。Cr、 25重量％0)、 10重量y。Al、 0.4重量％丫和1.5重量％1^， Ni余量。
优选地，所述平台的待涂覆部分为顶面和/或侧面。 测试表明，如果所述涂层不包含Pt,则可以获得良好的防护结果。 本发明的方法可被用于涂覆可由超级合金例如MarM247、 IN6203或 CMSX4构成的涡轮叶片。
优选地，所述涡轮部件为涡轮叶片。
下面将参照附图对本发明进行举例说明，其中


图1是根据本发明第 一 实施方案的涡轮叶片的透视图，
图2是图1所示涡轮叶片的侧视图，
图3是图2所示涡轮叶片的纵向剖视图，
图4是沿图2中的IV-IV线所作的横断面视图，
图5是图1所示涡轮叶片的示意图，
图6是根据本发明第二实施方案的涡轮叶片的透视图，
图7是图6所示涡轮叶片的侧视图，
图8是图7所示涡轮叶片的纵向剖视图，
图9是沿图7中的IX-IX线所作的横断面视图，
16图10是图6所示涡轮叶片的示意图，
图1 l是根据本发明第三实施方案的涡轮叶片的透视图，
图12是图11所示涡轮叶片的侧视图，
图13是图12所示涡轮叶片的纵向剖视图，
图14是沿图12中的XIV-XIV线所作的横断面视图，
图15是图11所示涡轮叶片的示意图。
图1-5显示了根据本发明的涡轮叶片1,其具有根部2、颈部3、平台4 和翼型5，其中所述翼型5具有外表面6和内表面7。
在这种情况下，所述涡轮叶片l由超级合金MarM247构成，并通过 定向凝固铸造工艺提供。
根部2与颈部3相连，而颈部3支撑着平台4。
翼型5从平台4伸出。
在翼型5之内，内表面7限定了至少一个如图4所示的冷却通道8。
在所述叶片l的所有外表面和内表面上存在第一扩散Cr涂层。其厚 约5-25)iim,且包含15-30重量。/oCr。
仅在所述叶片l的限定部分，即在所述颈部3、所述翼型5的外表面6 和整个平台4上，在所述第 一涂层之上提供第二MCrAlY涂层。
所述涂层的组成为30-70重量。/。Ni、 30-50重量％0)、 15-25重量。/oCr、 5-15重量％\1和最多l重量。/。Y。
所述第二MCrAlY涂层也可以具有以下组成10-40重量％0\ 5-35 重量。/。Al、 0-2重量。/qY、 0-7重量。/。Si、 0-2重量。/。Hf和余量主要为Ni和/ 或Co且所有其它元素添加物占总重的不到20重量。/。，优选地20-40重量 %Cr、 5-20重量。/。Al、 0-l重量。/。Y、 0-2重量。/oSi、 0-l重量。/。Hf和余量主 要为Ni和/或Co且所有其它元素添加物占总重的不到20重量。/。，更优选地 25-40重量q/oCr、 5-15重量。/。Al、 0-0.8重量°/"、 0-0.5重量。/oSi、 0-0.4重量 。/oHf和余量主要为Ni和/或Co且所有其它元素添加物占总重的不到20重 量％。
所述叶片l的具有所述第二涂层的部分与不具有所述涂层的所述根 部2之间的边界由点划线A表示。
第三涂层覆盖所述内表面7上的所述第一涂层。所述第三涂层为A1 改性的Cr涂层，其在外卩层中的组成为15-30重量。/。Al和5-15重量q/。Cr。
所述三种不同涂层在所述叶片1上的分布也显示在图5中。点线表示
17第一涂层，虚线(短划)表示第二涂层，而虚线(长划)表示笫三涂层。
为了制造所述涂覆的涡轮叶片1,在第一步骤所述叶片l的所有外表
面和内表面都被通过化学气相沉积扩散涂覆上Cr。
也可以在施加所述第一涂层之前使用本领域已知的掩盖单元和技
术掩盖所述部件的某些部分，特别是过后将涂以MCrAlY涂层的部件。 在这种情况下，所述部件的所述被掩盖的部分将不会被涂以所述第 一涂层。
在第二步骤，MCrAlY作为第二涂层被通过高速氧燃料喷涂施加到 所述颈部3、所述翼型5的外表面6和整个所述平台4以覆盖所述第一涂 层。也可采用其它热喷涂技术。重要的是使用适合的掩盖单元来防止偶 然沉积(stray deposition)在所述叶片l的将要涂以第二涂层的部分上。
最后，施加呈Al改性的Cr涂层形式的第三涂层。为此，Al被通过化 学气相沉积扩散到所述翼型5的已经渗铬(第一涂层)的内表面7中。这将 产生具有期望组成的外P层。
图6-10显示了另一根据本发明的涡轮叶片l，其同样具有根部2、颈 部3、平台4和翼型5，其中所述翼型5具有外表面6和内表面7。在这种情 况下，所述涡轮叶片1由超级合金IN6203构成，并通过传统的铸造工艺 提供。
在所述叶片l的所有外表面和内表面上存在第一扩散Cr涂层。其厚 约5-25(im，且包含15-30重量。/oCr。
在选择的区域，即在所述翼型5的外表面和内表面(6，7)以及整个平 台4上，在所述第一涂层之上提供第二涂层。所述第二涂层为A1改性的 Cr涂层，其具有组成为15-30重量y。Al和5-15重量y。Cr的外|3层。所述叶 片1的具有所述第二涂层的部分与不具有所述第二涂层的根部3之间的 边界由点划线B表示。
含MCrAlY的第三涂层覆盖所述颈部3上在线B与所述根部2之间的 所述第一涂层，边界用点划线C表示。所述第三涂层具有以下组成30-70 重量。/。Ni、 30-50重量Q/oCo、 15-25重量％0"、 5-15重量。/oAl和最多1重量 %Y。
所述第三MCrAlY涂层也可以具有以下组成10-40重量Q/oCr、 5-35Al、 0-2重量。/。Y、 0-7重量o/oSi、 0-2Hf,余量主要为Ni和/或Co且所 有其它元素添加物占总重的不到20重量％;优选地20-40重量％0、5-20Al、 0-1重量Q/qY、 0-2重量q/oSi、 o-lHf，余量主要为Ni和/或Co且所 有其它元素添加物占总重的不到20重量％;更优选地25-40重量％0、 5-15Al、 0-0.8重量o/oY、 0-0.5重量Q/oSi、 0-0.4Hf，余量主要为Ni和/或Co 且所有其它元素添加物占总重的不到20重量％。
所述三种不同涂层在所述叶片1上的分布也显示在图10中。点线表 示第一涂层，虚线(长划)表示第二涂层，而虚线(短划)表示第三涂层。
为了制造所述涂覆的涡轮叶片1，在第一步骤所述叶片l的所有外表 面和内表面都被通过包渗法扩散涂覆上Cr。
也可以在施加所述第一涂层之前使用本领域已知的掩盖单元和技 术掩盖所述部件的某些部分，特别是过后将涂以MCrAlY涂层的部件。 在这种情况下，所述部件的所述被掩盖的部分将不会被涂以所述第一涂 层。
在第二步骤，通过将A1扩散到已经渗铬(第一涂层)的所述翼型5的外 表面和内表面6,7以及整个所述平台中，制备呈Al改性的Cr涂层形式的第 二涂层。这将产生具有期望组成的外P层。
最后，通过真空等离子体喷镀向所述颈部3上的第一涂层施加作为 第三涂层的MCrAlY。重要的是使用适合的掩盖单元来防止偶然沉积在 所述叶片l的将要涂以第三涂层的部分上。
图11-15显示了第三个根据本发明的涡轮叶片1,其具有根部2、颈部 3、平台4和翼型5，其中所述翼型5具有外表面6和内表面7。在这种情况 下，.所述涡轮叶片1由超级合金CMSX4构成，并通过定向凝固铸造工艺 提供。根部2与颈部3相连，而颈部3支撑着平台4。翼型5从平台4伸出。 在翼型5之内，内表面7限定了至少一个如图4所示的冷却通道8。
在所述根部2、所述颈部3和所述翼型5的内表面7上提供第一扩散Cr 涂层。其厚约5-25itim,且包含15-30重量Q/oCr。
仅在所述叶片l的限定部分，即在所翼型5的外表面6和所述平台4的 顶面和侧面上，提供第二MCrAlY涂层。所述涂层的组成为30-70重量 %Ni、 30-50重量。/oCo、 15-25重量。/。Cr、 5-15重量o/。Al和最多l重量。/oY。
所述第二MCrAlY涂层也可以具有以下组成之一10-40重量。/oCr、 5-35Al、 0-2重量y。Y、 0-7重量o/oSi、 0-2Hf,余量主要为Ni和/或Co且所 有其它元素添加物占总重的不到20重量％;优选地20-40重量。/。Cr、 5-20Al、 0-l重量o/oY、 0-2重量。/。Si、 0-lHf,余量主要为Ni和/或Co且所
19有其它元素添加物占总重的不到20重量％;更优选地25-40重量Q/oCr、 5腸15A1、 0-0.8重量o/oY、 0-0.5重量。/。Si、 0-0.4Hf,余量主要为Ni和/或Co 且所有其它元素添加物占总重的不到20重量％。
所述叶片l的具有所述第二涂层的部分与所述平台4的不具有所述 涂层的部分之间的边界由点划线D表示。
第三涂层完全覆盖所述第二涂层。其提供在所述翼型5的外表面7上 以及所述平台4的顶面和侧面上。所述第三涂层包含Al,其是过渗铝的。 所述笫二涂层在其外表面内含15-30重量。/。Al。
所述三种不同涂层在所述叶片1上的分布也显示在图15中。点线表 示第一涂层，虚线(短划)表示第二涂层，而虚线(长划)表示第三涂层。
为了制造所述涂覆的涡轮叶片1,在第一步骤所述叶片l的所述翼型 5的内表面7、颈部3和根部2被通过化学气相沉积扩散涂覆上Cr。叶片l 的其它部分通过适合的掩盖单元加以保护以免被涂覆。
在第二步骤，MCrAlY被作为第二涂层通过高速氧燃料喷涂施加到 所述翼型5的外表面6和所述平台4的顶面和/或侧面上。也可采用其它热 喷涂技术。重要的是使用适合的掩盖单元来防止偶然沉积在所述叶片1 的将要涂以第二涂层的部分上。
最后，在所述第二涂层之上施加第三涂层。为此，通过化学气相沉
积在所述翼型S的外表面6上以及所述平台4的顶面和/或侧面上将A1过渗 铝。产生铝含量为15-30重量％的第二表面外表面。
应当注意，在所述两个实施方案中，涡轮叶片l仅在选择的区域具 有所述第二和第三涂层，而叶片1的其余部分只涂有耐应变的铬扩散涂 层，且此涂层耐应变能力不会因所述第二和第三涂层的施加而被降低。
权利要求
1. 涡轮部件(1)，具有根部(2)、颈部(3)、平台(4)和翼型(5)，所述翼型(5)具有限定了从中穿过的冷却通道(8)的外表面(6)和内表面(7)，其中在所述根部(2)上至少提供有第一涂层。
2. 根据权利要求1所述的涡轮部件(l),其中在所述颈部(3)上提 供有第二涂层，所述第一涂层的组成与所述第二涂层不同。
3. 根据权利要求2所述的涡轮部件(l),其中在所述翼型(5)的内 表面(7)上提供有第三涂层,所述第一、第二和第三涂层具有不同的组成。
4. 根据权利要求2或3所述的涡轮部件(1),其中还在所述翼型(5) 的外表面(6)上和所述平台(4)的至少一部分上提供所述第二涂层。
5. 根据权利要求1-3中任意一项所述的涡轮部件(l),其中所述第 一涂层包含Cr。
6. 根据权利要求5所述的涡轮部件(l),其中所述第一涂层中的 Cr被扩散到所述部件(l)中，特别是只有Cr被扩散。
7. 根据权利要求6所述的涡轮部件(l)，其中所述第一涂层中的 Cr被通过包渗法或化学气相沉积(CVD)扩散。
8. 根据权利要求5-7中任意一项所述的涡轮部件(l),其中所述第 一涂层为含15-30重量。/。Cr和/或厚度为5-25fim的层。
9. 根据权利要求2-8中任意一项所述的涡轮部件(l),其中所述第 二涂层包含MCrAlY, M为Co或Ni或两者，特别是所述第二涂层由 MCrAlY构成。
10. 根据权利要求9所述的涡轮部件(l),其中所述第二涂层进一 步包含Re、 Si、 Hf和/或Y，特别是Y。
11. 根据权利要求9或IO所述的涡轮部件(I),其中所述第二涂层 的组成为30-70重量。/。Ni、 30-50重量。/。Co、 15-25重量％0\ 5-15重 量o/。Al和最多1重量Q/。Y。
12. 根据权利要求2、 3、 4、 9-11中任意一项所述的涡轮部件(l)， 其中所述第二涂层通过热喷涂技术如真空等离子喷涂(VPS)、低压等离 子体喷涂(LPPS)、高速氧燃料喷涂(HVOF)、冷气喷涂(CGS)或电镀施加。
13. 根据权利要求3-12中任意一项所述的涡轮部件(l)，其中所述 第三涂层包含Cr和Al。
14. 根据权利要求13所述的涡轮部件(l),其中所述第三涂层为Al改性的Cr涂层，特别是只有Al和Cr被用于扩散。
15. 根据权利要求14所述的涡轮部件(1)，其中所述第三涂层通过 将Al扩散到渗铬表面中来提供。
16. 根据权利要求15所述的涡轮部件(l),其中所述A1通过CVD 或其它方法如非接触式包覆法(ATP)被扩散到所述渗铬表面中。
17. 根据权利要求13-16中任意一项所述的涡轮部件(l),其中所述 第三涂层在外P层中的组成为15-30重量。/。Al和5-15重量％0。
18. 根据权利要求1所述的涡轮部件(l)，其中在所述翼型(5)的内 表面(7)和外表面(6)上以及在所述平台(4)的至少一部分上提供第二涂 层，所述第一和第二涂层的组成不同。
19. 根据权利要求18所述的涡轮部件(l)，其中在所述颈部(3)上提 供有第三涂层，所述第一、第二和第三涂层具有不同的组成。
20. 根据权利要求18或19所述的涡轮部件(l),其中所述第一涂 层包含Cr。
21. 根据权利要求20所述的涡轮部件(1)，其中所述第一涂层中的 Cr被扩散到所述部件(l)中，特别地只有Cr被扩散。
22. 根据权利要求21所述的涡轮部件(l),其中所述第一涂层中的 Cr被通过包渗法或CVD扩散。
23. 根据权利要求18-22中任意一项所述的涡轮部件(l),其中所述 第一涂层为含15-30重量。/。Cr和/或厚度为5-25pm的层。
24. 根据权利要求18-23中任意一项所述的涡轮部件(l),其中所述 第二涂层包含Cr和Al。
25. 根据权利要求24所述的涡轮部件(l),其中所述第二涂层为 Al改性的Cr涂层。
26. 根据权利要求25所述的涡轮部件(l),其中所述第二涂层通过 将Al扩散到渗铬表面中提供，特别是只有Al和Cr被用于扩散
27. 根据权利要求26所述的涡轮部件(1)，其中所述A1通过CVD 或其它方法如ATP被扩散到所述渗铬表面中。
28. 根据权利要求24-27中任意一项所述的涡轮部件(l)，其中所述 第二涂层在外|3层中的组成为15-30重量。/。Al和5-15重量。/。Cr。
29. 根据权利要求19-28中任意一项所述的涡轮部件(l)，其中所述 第三涂层包含MCrAlY, M为Co或Ni或两者，特别是所述第三涂层由MCrAlY构成。
30. 根据权利要求29所述的涡轮部件(1),其中所述第三涂层进一 步包含Re、 Si、 Hf和/或Y,特别是Y。
31. 根据权利要求19或30所述的涡轮部件(l),其中所述第三涂 层的组成为30-70重量Q/oNi、 30-50重量％。0、 15-25重量％0"、 5-15 重量。/。Al和最多1重量Q/oY。
32. 根据权利要求19、 29-31中任意一项所述的涡轮部件(l),其中 所述第三涂层通过热喷涂技术如VPS、 LPPS、 HVOF、 CGS或通过电镀 施力口。
33. 根据权利要求4-32中任意一项所述的涡轮部件(l)，其中所述 平台(4)的待涂覆部分为其顶面和/或侧面。
34. 根据权利要求1所述的涡轮部件(l),其中所述第一涂层还提 供在所述颈部(3)上和所述翼型(5)的内表面(7)上。
35. 根据权利要求34所述的涡轮部件(l),其中在所述翼型(5)的外 表面(6)上以及在所述平台(4)的顶面和/或侧面上提供第二涂层，所述笫 一和第二涂层的组成不同。
36. 根据权利要求34所述的涡轮部件(l),其中在所述翼型(5)的外 表面(6)上以及所述平台(4)的顶面和/或侧面上的所述笫二涂层之上提供 第三涂层，所述第一、第二和第三涂层的组成不同。
37. 根据权利要求34-36中任意一项所述的涡轮部件(l)，其中所述 第一涂层包含Cr。
38. 根据权利要求37所迷的涡轮部件(1)，其中所述第一涂层中的 Cr被扩散到所述部件(l)中，特别地只有Cr被扩散。
39. 根据权利要求38所述的涡轮部件(1),其中所述第一涂层中的 Cr被通过包渗法或化学气相沉积(CVD)扩散。
40. 根据权利要求37-39中任意一项所述的涡轮部件(l),其中所述 第一涂层为含15-30重量。/。Cr和/或厚度为5-25(_im的层。
41. 根据权利要求34-40中任意一项所述的涡轮部件(l)，其中所述 第二涂层包含MCrAlY， M为Co或Ni或两者，特别是所述第二涂层由 MCrAlY构成。
42. 根据权利要求41所述的涡轮部件(l)，其中所述第二涂层进一 步包含Re、 Si、 Hf和/或Y,特别是Y。
43. 根据权利要求35或42所述的涡轮部件(l),其中所述笫二涂 层的组成为30-70重量Q/qM、 30-50重量。/。Co、 15-25重量％0"、 5-15 重量。/。Al和最多1重量o/oY。
44. 根据权利要求36、 41-43中任意一项所述的涡轮部件(l),其中 所述第三涂层通过热喷涂技术如VPS、 LPPS、 HVOF、 CGS或通过电镀 施力口。
45. 根据权利要求36-44中任意一项所述的涡轮部件(l),其中所述 第三涂层包含A1。
46. 根据权利要求45所述的涡轮部件(l)，其中所述第三涂层净皮过渗铝。
47. 根据权利要求46所述的涡轮部件(1)，其中所述第三涂层中的 铝被通过包渗法或通过化学气相沉积(CVD)过渗铝。
48. 根据权利要求47所述的涡轮部件(1)，其中所述第二涂层的外 层的铝含量为15-30重量％。
49. 根据权利要求1-48中任意一项所述的涡轮部件(l),其中所述 涂层都不包含Pt。
50. 根据权利要求1-49中任意一项所述的涡轮部件(l),其中该涡 轮部件(l)由超级合金例如MarM247、 IN6203或CMSX4构成。
51. 根据权利要求1-50中任意一项所述的涡轮部件(l),其中该涡 轮部件(l)由传统或定向凝固铸造工艺提供。
52. 根据权利要求1-51中任意一项所述的涡轮部件(l)，其中该涡 轮部件(l)为涡轮叶片。
53. 包括第 一级叶片和轮叶以及第二级叶片和轮叶的涡轮，其中所 述第一级叶片为根据权利要求1-17或33中任意一项所述的涡轮部件 (1),所述第二级叶片为根据权利要求18-33中任意一项所述的涡轮叶片 部件(l)。
54. 涂覆具有根部(2)、颈部(3)、平台(4)和翼型(5)的涡轮部件(1) 的方法，其中所述翼型(5)具有限定了从中穿过的冷却通道(8)的外表 面(6)和内表面(7),其包括以下步骤在所述部件(l)的所有外表面和内表面上施加第一涂层；在涂覆的部件(l)的第一部分上施加第二涂层； 在涂覆的部件(1 )的第二部分上施加第三涂层；其中所述第一、第二和第三涂层具有不同的组成。
55. 根据权利要求54所述的方法，其中所述第一涂层被扩散到所 述部件(l)中。
56. 根据权利要求55所述的方法，其中所述第一涂层被通过包渗 法或化学气相沉积(C VD)扩散。
57. 根据权利要求56所述的方法，其中所述第一涂层包含Cr。
58. 根据权利要求54-57中任意一项所述的方法，其中所述笫一涂 层为5-25nm厚和/或含15-30重量。/。Cr的层。
59. 根据权利要求54-58中任意一项所述的方法，其中所述第一部 分包括所述颈部(3)、所述翼型(5)的外表面(6)和所述平台(4)的至少一部 分，而所述第二部分包括所述翼型(5)的内表面(7)。
60. 根据权利要求59所述的方法，其中所述第二涂层包含 MCrAlY, M为Co或Ni或两者。
61. 根据权利要求60所述的方法，其中所述第二涂层进一步包含 Re、 Si、 Hf和/或Y。
62. 根据权利要求61所述的方法，其中所述第二涂层的组成为 30-70重量。/。Ni、 30-50重量％0)、 15-25重量％0、 5-15重量。/。Al和最 多1重量n/。Y。
63. 根据权利要求60-62中任意一项所迷的方法，其中所述第二涂 层通过热喷涂技术如真空等离子喷涂(VPS)、低压等离子体喷涂(LPPS)、 高速氧燃料喷涂(HVOF)、冷气喷涂(CGS)或通过电镀施加。
64. 根据权利要求54-63中任意一项所述的方法，其中所述第三涂 层通过扩散施加。
65. 根据权利要求64所述的方法，其中所述第三涂层包含Al。
66. 根据权利要求65所述的方法，其中所述A1被通过CVD或其 它方法如非接触式包覆法(ATP)扩散。
67. 根据权利要求54-58中任意一项所述的方法，其中所述第一部 分包括所述翼型(5)的内表面(7)和外表面(6)以及所述平台(4)的至少一部 分，而所迷第二部分包括所述颈部(3)。
68. 根据权利要求67所述的方法，其中所述第二涂层通过扩散施加。
69. 根据权利要求68所述的方法，其中所述第二涂层包含Al。
70. 根据权利要求69所述的方法，其中所述笫二涂层被通过CVD 或其它方法如ATP扩散。
71. 根据权利要求67-70中任意一项所述的方法，其中所述第三涂 层包含MCrAlY, M为Co或Ni或两者。
72. 根据权利要求71所述的方法，其中所述第三涂层进一步包含 Re、 Si、 Hf和/或Y。
73. 根据权利要求72所述的方法，其中所述第三涂层的组成为 30-70重量。/oNi、 30-50重量％0)、 15-25重量％0"、 5-15重量。/。Al和最 多1重量。/oY。
74. 根据权利要求7卜73中任意一项所述的方法，其中所述第三涂 层通过热喷涂技术如VPS、 LPPS、 HVOF、 CGS或通过电镀施加。
75. 根据权利要求59-74中任意一项所述的方法，其中所述平台(4) 的所述部分为其顶面和/或侧面。
76. 根据权利要求54-75中任意一项所述的方法，其中所述涂层都 不包含Pt。
77. 根据权利要求54-76中任意一项所述的方法，其中所述涡轮部 件(l)由超级合金例如MarM247、 IN6203或CMSX4构成。
78. 根据权利要求54-77中任意一项所述的方法，其中所述涡轮部 件(l)为涡轮叶片。
79. 涡轮部件(l),其具有根部(2)、颈部(3)、平台(4)和翼型(5),所 述翼型(5)具有限定了从中穿过的冷却通道(8)的外表面(6)和内表面(7), 其中在所述翼型(5)的内表面(7)上提供有第一涂层，和其中在所述翼型(5) 的外表面(6)上提供有第二涂层，所述第一和第二涂层具有不同的组成。
80. 根据权利要求79所述的涡轮部件(l),其中所述第二涂层为 MCrAlY包覆涂层(M代表Ni和/或Co的组合)。
81. 根据权利要求80所述的涡轮部件(1),其中所述第二涂层包含 10-40重量％0\ 5-35重量Q/oAl、 0-2重量。/。Y、 0-7重量。/。Si、 0-2重量 %Hf，余量主要为Ni和/或Co,且其中所有其它元素添加物占总重的不 到20重量％。
82. 根据权利要求81所述的涡轮部件(l),其中所述第二涂层包含 20-40重量％0、 5-20重量。/。Al、 0-1重量。/。Y、 0-2重量。/。Si、 0-1重量 %Hf,余量主要为Ni和/或Co,且其中所有其它元素添加物占总重的不到20重量％。
83. 根据权利要求82所述的涡轮部件(1),其中所述第二涂层包含 25-40重量％0、 5-15重量。/oAl、 0-0.8重量。/oY、 0-0.5重量。/oSi、 0-0.4 重量。/oHf,余量主要为Ni和/或Co，且其中所有其它元素添加物占总重 的不到20重量％。
84. 根据权利要求79-83中任意一项所述的涡轮部件(l),其中所述 第二涂层为扩散铝化物或包覆涂层。
85. 根据权利要求79-84中任意一项所述的涡轮部件(l)，其中所述 第二涂层为扩散铝化物。
86. 根据权利要求79-85中任意一项所述的涡轮部件(l),其中在所 述平台(4)上和/或在所述平台(4)的下侧上提供有第三涂层，特别是所述 第三涂层不同于所述第二涂层，特别是所述第三涂层不同于所述第一涂 层。
87. 根据权利要求79-86中任意一项所述的涡轮部件(l)，其中在所 述颈部(3)上提供有第四涂层。
88. 根据权利要求87所述的涡轮部件(1),其中所述第四涂层不同 于所述第三涂层。
89. 根据权利要求87所述的涡轮部件(1),其中所述第四涂层与所 述第三涂层相同。
90. 根据权利要求87-89中任意一项所述的涡轮部件(l)，其中所述 第四涂层为包覆涂层，特别是MCrAlY涂层，或扩散铝化物，或渗铬层， 或渗铝层，或渗铝渗铬层。
91. 根据权利要求79-90中任意一项所述的涡轮部件(l),其中在所 述根部(2)上提供有第五涂层。
92. 根据权利要求91所述的涡轮部件(l)，其中所述第五涂层不同 于所述第四涂层。
93. 根据权利要求91所述的涡轮部件(l),其中所述第五涂层与所 述第四涂层相同。
94. 根据权利要求91、 92或93所述的涡轮部件(l),其中所述第 五层为渗铝层、渗铬层或渗铝和渗铝层。
95. 涡轮部件(l)，其具有根部(2)、颈部(3)、平台(4)和翼型(5),所 述翼型(5)具有限定了从中穿过的冷却通道(8)的外表面(6)和内表面(7),其中至少在所述颈部(3)上提供有第一涂层。
96. 涡轮部件(l),其具有根部(2)、颈部(3)、平台(4)和翼型(5)，所 述翼型(5)具有限定了从中穿过的冷却通道(8)的外表面(6)和内表面(7)， 其中在所述颈部(3)上提供有第一涂层，在所述平台(4)的底部上提供有第 二涂层，所述第一和第二涂层具有不同的组成。
97. 根据权利要求95所述的涡轮部件(l),其中在所述平台(4)的下 侧提供有所述第一涂层。
98. 根据权利要求95-97中任意一项所述的涡轮部件(l)，其中在所 述翼型(5)上提供有不同于所述第一涂层的第三涂层，特别是所述第三涂 层不同于所述第一涂层。
99. 根据权利要求95-98中任意一项所述的涡轮部件(l),其中所述 第一、第二或第三涂层为包覆涂层，特别是MCrAlY层，渗铝MCrAlY 层，铝化物或铝化物和MCrAlY层。
100. 根据权利要求95-99中任意一项所述的涡轮部件(l),其中在 所述内表面(7)上提供有第四涂层，特别是所述第四涂层为扩散铝化物、 渗铬层或渗铝渗铬层。
101. 根据权利要求95-100中任意一项所述的渴轮部件(l),其中在 所述根部(2)上提供有第五涂层，特别是所述第五涂层为扩散铝化物、渗 铝层、渗铬层或渗铝渗铬层。
102. 根据权利要求101所述的涡轮部件(l),其中所述笫五涂层不 同于所述笫四涂层。
全文摘要
本发明涉及在其不同部分具有不同类型涂层的涡轮部件。所述涂层的选择应使它们特别适合于使用期间在所述部件的所述部分上出现的热和腐蚀条件。还记述了一种涂覆涡轮部件的方法。
文档编号F01D5/28GK101460708SQ200680054888
公开日2009年6月17日 申请日期2006年6月8日 优先权日2006年6月8日
发明者M·怀特赫斯特, P·博克斯 申请人:西门子公司