CN105804805A

CN105804805A - 发动机构件和用于发动机构件的方法

Info

Publication number: CN105804805A
Application number: CN201511036184.8A
Authority: CN
Inventors: R·S·班克
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2016-07-27
Also published as: BR102015032102A2; JP2016148322A; CA2915459A1; US20160186626A1; EP3040514A1

Abstract

本发明涉及发动机构件和用于发动机构件的方法。具体而言，一种用于燃气涡轮发动机的发动机构件包括薄膜冷却的基底，该基底具有面向热的燃烧气体的热表面和面向冷却流体流的冷却表面。该基底包括一个或多个薄膜孔，薄膜孔具有配置成改善涂层在基底上的附着的多面扩散区段。

Description

发动机构件和用于发动机构件的方法

技术领域

涡轮发动机且尤其是燃气或燃烧涡轮发动机是从流经发动机到多个涡轮叶片上的燃烧气体的流中获取能量的旋转发动机。燃气涡轮发动机已经被用于陆上和海上运动以及发电，但是最常见地用于航空领域，比如飞行器，包括直升机。在飞行器中，燃气涡轮发动机被用于飞行器的推进。在陆地应用中，涡轮发动机通常用于发电。

背景技术

用于飞行器的燃气涡轮发动机设计成在高温下操作以使发动机效率尽可能大，所以某些发动机构件的冷却(比如高压涡轮和低压涡轮)可能是必需的。一些发动机构件包括在发动机构件的热表面上提供冷却流体的薄层或薄膜的薄膜孔，以保护发动机构件免于热的燃烧气体。典型地，薄膜孔被加工到用于发动机构件的基底中。用于热和/或氧化保护的一个或多个涂层可在加工薄膜孔之前或之后施加到所述基底。然而，涂层施加后的加工存在破坏涂层的风险。

发明内容

本发明的实施例宽泛地涉及薄膜冷却的发动机构件，尤其是在燃气涡轮发动机中，以及制造或修复薄膜冷却的发动机构件的方法。

在一个方面，本发明涉及一种用于燃气涡轮发动机的发动机构件，该燃气涡轮发动机产生热的燃烧气体流，该发动机构件包括：基底，其具有面向热的燃烧气体的热表面和面向冷却流体流的冷却表面；薄膜孔，其包括设置在冷却表面上的入口、设置在热表面上的出口以及连接入口和出口并包括具有多个面的多面扩散区段的通道；以及涂层，其附着到多面扩散区段，其中该多个面配置成改善涂层到基底的附着。

在另一个方面，本发明涉及一种制造用于燃气涡轮发动机的发动机构件的方法，其包括：穿过具有第一表面和第二表面的基底来加工用于薄膜孔的通道，该通道具有设置在第一表面上的入口和设置在第二表面上的出口，在通道中加工多个面以限定薄膜孔的多面扩散区段，其相比于加工该多个面之前的第二表面，在第二表面上具有增大的附着表面积，且在加工出多个面之后，将涂层附着到薄膜孔的多面扩散区段。

在还有另一个方面，本发明涉及一种修复发动机构件的方法，该发动机构件包括在基底中带有具有扩散区段的薄膜孔的涂覆的基底，该方法包括从扩散区段剥除旧涂层，清洁被剥除的扩散区段，以及将新涂层附着到扩散区段，其配置成改善新涂层到基底的附着。

技术方案1.一种用于燃气涡轮发动机的发动机构件，所述燃气涡轮发动机产生热的燃烧气体流，包括：

基底，其具有面向热的燃烧气体的热表面和面向冷却流体流的冷却表面；

薄膜孔，其包括：

设置在所述冷却表面上的入口；

设置在所述热表面上的出口；和

连接所述入口和所述出口并包括具有多个面的多面扩散区段的通道，以及

涂层，其附着到所述多面扩散区段，

其中所述多个面配置成改善所述涂层到所述基底的附着。

技术方案2.根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述涂层包括粘结涂层、氧化保护涂层或热障涂层中的至少一种。

技术方案3.根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述涂层包括氧化钇稳定的氧化锆、铝化镍合金、铝化铂合金、NiCrAlY合金、CoCrAlY合金、NiCoCrAlY合金或CoNiCrAlY合金中的一种。

技术方案4.根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述基底包括钢、钛、镍基超级合金、钴基超级合金或铁基超级合金中的一种。

技术方案5.根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述涂层包括NiCrAlY合金，且所述基底包括镍基超级合金。

技术方案6.根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述多个面包括多个平坦的面，其中由所述多个平坦面中的至少两个限定的相对角度为40度或更小。

技术方案7.根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述通道还限定在所述多面扩散区段上游且限定所述通道的计量直径的计量区段。

技术方案8.根据技术方案7所述的发动机构件，其中，所述多个面中的至少一些具有大于或等于所述计量直径的1/4且小于所述计量直径的两倍的面长度。

技术方案9.根据技术方案7所述的发动机构件，其中，所述多个面中的每一个具有大于或等于所述计量直径的1/2的面长度。

技术方案10.根据技术方案9所述的发动机构件，其中，所述多个面中的每一个具有小于或等于所述计量直径的面深度。

技术方案11.根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述多个面包括多个平坦面、多个弧形面或平坦面与弧形面的组合。

技术方案12.根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述涂层包括在所述多面扩散区段上基本恒定的厚度。

技术方案13.根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述多个面关于彼此随机地定向。

技术方案14.根据技术方案1所述的发动机构件，其中，所述多个面限定所述多面扩散区段的表面拓扑，且所述涂层基本遵循所述表面拓扑。

技术方案15.根据技术方案14所述的发动机构件，其中，所述涂层包括在所述表面拓扑上基本恒定的厚度。

技术方案16.一种制造用于燃气涡轮发动机的发动机构件的方法，包括：

穿过具有第一表面和第二表面的基底加工用于薄膜孔的通道，所述通道具有设置在所述第一表面上的入口和设置在所述第二表面上的出口；

在所述通道中加工多个面以限定所述薄膜孔的多面扩散区段，其相比于加工所述多个面之前的所述第二表面，在所述第二表面上具有增大的附着表面积；

在加工出多个面之后，将涂层附着到所述薄膜孔的多面扩散区段。

技术方案17.根据技术方案16所述的方法，其中，加工所述通道包括放电加工、激光钻孔、研磨液射流钻孔或水引导激光射流钻孔。

技术方案18.根据技术方案16所述的方法，其中，加工所述多个面包括放电加工、激光钻孔、研磨液射流钻孔或水引导激光射流钻孔。

技术方案19.根据技术方案16所述的方法，其中，加工所述通道和加工所述多个面包括使用一种加工技术的两步过程。

技术方案20.根据技术方案16所述的方法，其中，附着所述涂层包括热喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积、浆料涂覆、喷溅、电子束物理气相沉积、无电极电镀或电镀。

技术方案21.根据技术方案16所述的方法，且还包括在附着所述涂层之前对所述基底喷砂处理至少一次。

技术方案22.根据技术方案21所述的方法，且还包括在附着所述涂层之前清洁所述基底至少一次。

技术方案23.根据技术方案22所述的方法，且还包括在附着所述涂层之前施加涂层预备层到所述薄膜孔的多面扩散区段。

技术方案24.根据技术方案23所述的方法，其中，施加所述涂层预备层包括用所述涂层预备层电镀所述基底。

技术方案25.根据技术方案24所述的方法，其中，施加所述涂层预备层还包括使用化学气相沉积将所电镀的涂层预备层暴露至前体。

技术方案26.根据技术方案23所述的方法，且还包括在附着所述涂层之前热处理所述基底。

技术方案27.根据技术方案26所述的方法，且还包括在附着所述涂层之前老化所述基底。

技术方案28.一种修复发动机构件的方法，所述发动机构件包括在基底中带有具有扩散区段的薄膜孔的涂覆的基底，所述方法包括：

从所述扩散区段上剥除旧涂层；

清洁剥除的扩散区段；

将新涂层附着到所述扩散区段；以及

在清洁之后和附着所述新涂层之前，将多个面加工到所述扩散区段中；

其中，所述面配置以改善所述新涂层到所述基底的附着。

技术方案29.根据技术方案28所述的方法，其中，加工多个面包括放电加工、激光钻孔、研磨液射流钻孔或水引导激光射流钻孔。

技术方案30.根据技术方案28所述的方法，其中，剥除所述旧涂层包括对所述基底喷砂处理。

技术方案31.根据技术方案28所述的方法，其中，附着所述新涂层包括热喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积、浆料涂覆、喷溅、电子束物理气相沉积、无电极电镀或电镀。

技术方案32.根据技术方案28所述的方法，其中，清洁剥除的扩散区段包括利用超声波槽中的乙醇冲洗所述基底。

附图说明

在附图中：

图1是用于飞行器的燃气涡轮发动机的示意性截面图；

图2是图1的发动机的燃烧器和高压涡轮的侧截面图；

图3是示出图1的发动机的发动机构件的一部分的示意图，其具有根据本发明的第一实施例的薄膜孔；

图4是穿过图3的薄膜孔的剖视图；

图5是图3的薄膜孔的出口的平面图；

图6是穿过图5的薄膜孔90的一部分的放大剖视图；

图7是根据本发明的第二实施例的薄膜孔的一部分的放大剖视图；

图8是根据本发明的第三实施例的薄膜孔的一部分的放大剖视图；

图9是根据本发明的第四实施例示出了制造具有薄膜孔的发动机构件的方法的流程图；

图10是根据本发明的第五实施例示出了维修具有薄膜孔的发动机构件的方法的流程图。

零件清单

10燃气涡轮发动机

12中心线

14前部

16后部

18风扇区段

20风扇

22压缩机区段

24LPC

26HPC

28燃烧区段

30燃烧器

30a导流器

30b燃烧器衬套

32涡轮区段

34HPT

36LPT

38排气区段

40风扇壳体

42风扇叶片

44核心

46核心壳体

48HP线轴

50LP线轴

52LPC级

54HPC级

56LPC叶片

58HPC叶片

60LPC导叶

62HPC导叶

64HPT级

66LPT级

68HPT叶片

70LPT叶片

72HPT导叶

74LPT导叶

76导流器

77衬套

78护罩组件

80发动机构件

82基底

84热表面

86冷却表面

90薄膜孔

92入口

94出口

96通道

98计量区段

100扩散区段

102平坦面

104表面

106外周边缘

108涂层

110弧形面

112表面

114外周边缘

200方法

300方法

400方法

H热的燃烧气体流

C冷却流体流

D计量直径

L面长度

d面深度

A相对角度。

具体实施方式

本发明的所述实施例涉及薄膜冷却的发动机构件，尤其是在燃气涡轮发动机中，以及用于制造或修复薄膜冷却发动机构件的方法。为了说明的目的，本发明的方面将关于飞行器燃气涡轮发动机描述。但是将认识到，本发明不限于此，且可以具有在非飞行器应用中的通用应用，比如其他机动应用和非机动的工业、商业以及住宅应用。

图1是用于飞行器的燃气涡轮发动机10的示意性截面图。发动机10具有大体上沿纵向延伸的轴线或从前部14延伸到后部16的中心线12。发动机10包括，以向下游串联的关系，包含风扇20的风扇区段18、包含增压器或低压(LP)压缩机24和高压(HP)压缩机26的压缩机区段22、包含燃烧器30的燃烧区段28、包含HP涡轮34和LP涡轮36的涡轮区段32，以及排气区段38。

风扇区段18包括围绕风扇20的风扇壳体40。风扇20包括围绕中心线12沿径向设置的多个风扇叶片42。

HP压缩机26、燃烧器30以及HP涡轮34形成发动机10的产生燃烧气体的核心44。核心44由与风扇壳体40联接的核心壳体46包围。

围绕发动机10的中心线12同轴地设置的HP轴或线轴48将HP涡轮34驱动地连接到HP压缩机26。围绕发动机10的中心线12同轴地设置在较大直径的环形HP线轴48内的LP轴或线轴50将LP涡轮36驱动地连接到LP压缩机24和风扇20。

LP压缩机24和HP压缩机26分别包括多个压缩机级52、54，其中一组压缩机叶片56、58相对于对应的一组静止压缩机导叶60、62(也被称为喷嘴)旋转，以压缩或增压流过该级的流体流。在单个压缩机级52、54中，多个压缩机叶片56、58可以设置为环的形式，且可以相对于中心线12沿径向向外从叶片平台延伸到叶尖，而对应的静止压缩机导叶60、62定位得靠近旋转叶片56、58且在其下游。应注意到图1中所示的叶片、导叶和压缩机级的数量仅选择用于说明目的，且其他数量是可能的。

HP涡轮34和LP涡轮36分别包括多个涡轮级64、66，其中一组涡轮叶片68、70相对于对应的一组静止涡轮导叶72、74(也被称为喷嘴)旋转，以从流过该级的流体流提取能量。在单个涡轮级64、66中，多个涡轮叶片68、70可以设置为环的形式，且可以相对于中心线12沿径向向外从叶片平台延伸到叶尖，而对应的静止涡轮导叶72、74定位得靠近旋转叶片68、70且在其上游。应注意到图1中所示的叶片、导叶和涡轮级的数量仅选择用于说明目的，且其他数量是可能的。

在操作中，旋转风扇20给LP压缩机24提供环境空气，LP压缩机24然后给HP压缩机26提供增压的环境空气，HP压缩机26进一步增压环境空气。来自HP压缩机26的增压空气在燃烧器30中与燃料混合并被点燃，从而产生燃烧气体。通过驱动HP压缩机26的HP涡轮34从这些气体提取一些功。燃烧气体被排入LP涡轮36，其提取额外的功以驱动LP压缩机24，且排气最终经由排气区段38从发动机10排出。LP涡轮36的驱动使LP线轴50驱动以使风扇20和LP压缩机24旋转。

由风扇20提供的一些环境空气可以旁通发动机核心44和用于冷却发动机10的部分，尤其是热的部分，和/或用来冷却或驱动飞行器的其他方面。在涡轮发动机的背景中，发动机的热的部分一般在燃烧器30的下游，尤其是涡轮区段32，其中HP涡轮34是最热的部分，因为它直接位于燃烧区段28的下游。其他冷却流体源可以但不限于是从LP压缩机24或HP压缩机26排出的流体。

图2是图1的发动机10的燃烧器30和HP涡轮34的侧截面图。燃烧器30包括导流器76和燃烧器衬套77。沿轴向方向靠近涡轮34的涡轮叶片68的是多组径向间隔的静止涡轮导叶72，相邻的导叶72之间形成喷嘴。喷嘴使燃烧气体转向以更好地流入旋转叶片，使得可通过涡轮34获取尽可能多的能量。当热的燃烧气体H沿着导叶72的外部行进时，冷却流体流C流过导叶72以冷却导叶72。护罩组件78靠近旋转叶片68以使涡轮34中的流动损失尽可能小。类似的护罩组件也可与LP涡轮63、LP压缩机24或HP压缩机26相关联。

发动机10的发动机构件中的一个或多个包括薄膜冷却基底，其中可采用本文中进一步披露的各种薄膜孔实施例。具有薄膜冷却基底的发动机构件的一些非限制性的示例包括叶片68、70，导叶或喷嘴72、74，燃烧器导流器76，燃烧器衬套77，或护罩组件78，如图1-图2中所述的那样。使用薄膜冷却的其他非限制性示例包括涡轮过渡管道和排气喷嘴。

图3是示出根据本发明的第一实施例的图1的发动机10的发动机构件80的一部分的示意图。发动机构件80可设置在由箭头H代表的热气流中。可提供由箭头C代表的冷却流体流以冷却该发动机构件。如前面关于图1-图2所论述，在涡轮发动机的背景中，冷却空气是由风扇20提供的旁通发动机核心44的环境空气、从LP压缩机24排出的流体或从HP压缩机26排出的流体。

发动机构件80包括基底82，基底82具有面向热的燃烧气体的热表面84和面向冷却流体C的冷却表面86。基底82可以形成发动机构件80的壁。第一发动机构件80可限定至少一个包含冷却表面86的内腔。热表面84可以是发动机构件80的外表面。在燃气涡轮发动机的情况下，热表面84可暴露至具有处于1000℃到2000℃的范围中的温度的气体。用于基底82的适合材料包括但不限于，钢、难熔金属，比如钛，或基于镍、钴或铁的超级合金。超级合金包括等轴晶结构、定向结晶结构以及单晶结构。

发动机构件80还包括提供内腔与发动机构件80的热表面84之间的流体连通的多个薄膜孔90。在操作期间，冷却空气C被供应到内腔并流出薄膜孔90，以在热表面84上产生冷却空气的薄层或薄膜，从而保护其免于热的燃烧气体H。

图4是穿过图3的薄膜孔90中的一个的剖视图。每个薄膜孔90具有设置在基底82的冷却表面86上的入口92、设置在热表面84上的出口94，以及连接入口92和出口94的通道96。通道96可限定用于计量冷却流体C的质量流率的计量区段98以及冷却流体C可在其中膨胀以形成较宽的冷却薄膜的扩散区段100。计量区段98可为通道96的具有最小横截面积的一部分，且可以是通道96的不连续区段或者伸长段。计量区段98的横截面积限定通道96的计量直径(D)。计量区段98可设置在入口92处或附近，而扩散区段100可限定在出口94处或附近。冷却流体C穿过入口92进入薄膜孔90，且在沿热表面84的出口94处离开薄膜孔90之前流过计量区段98和扩散区段100。

图5是薄膜孔90的出口94的放大图。本发明的实施例通过提供具有多面扩散区段100的通道96来提供薄膜孔90的定形或外形加工。多面扩散区段100包括改善涂层到薄膜孔90的扩散区段100的附着的多个面102。

在一个示例中，面102在热表面84上限定相比不具有面102的热表面84具有被增大的附着表面积的表面拓扑。更具体地，该表面拓扑相比不具有面102的薄膜孔或扩散区段100具有增大的附着表面积。增大的附着表面积使涂层更耐久，同时也允许扩散区段100定形用于改善的冷却性能。应当注意，配置成改善涂层的附着的面可与任何大体上扩散器形状的薄膜孔一起使用。

每个面102可由被外周边缘106限界的离散表面104限定。出于说明的目的，一个示例性面102在图5中利用限定其外周边缘106的虚线示出。离散表面104可以是平坦的、弧形的，或平坦与弧形的组合。每个面102的平面图可具有各种几何形状，包括圆形的或多边的，或者它们的组合。圆形面102可具有一个或多个构成外周边缘106的曲线节段，而多边面102可具有构成外周边缘106的多个直线节段。

图6是穿过图5的薄膜孔90的多面扩散区段100的一部分的放大剖视图。涂层108至少附着到基底82的多面扩散区段100。应当注意，多面扩散区段100和涂层108的相对尺寸可能在图6中被夸大以用于说明目的。

涂层108可以包括单层涂层或多层涂层。对于多层涂层而言，其中一层可以是粘结涂层。涂层108可以是附加的或者可以化学地扩散到基底材料中。用于多面扩散区段100的涂层的一些非限制性示例包括热障涂层、氧化保护涂层，或它们的组合。氧化保护涂层的一个示例是粘结涂层。大部分的隔离涂层，比如热障涂层，具有大约0.5到1Btu/hr/ft/F的热导率。金属涂层可具有接近基底金属的热导率，比如在5到15Btu/hr/ft/F之间。

热障涂层的一个示例包括氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)。用于多面扩散区段100的氧化保护涂层或粘结涂层的一些特定示例，取决于其施加方式，包括铝化镍合金、铝化铂合金，以及MCrAlY合金，其中“M”是镍、钴或两者的组合。

在一个非限制性示例中，涂层可为NiCrAlY合金，且基底可为镍基超级合金。

涂层108以基本不变的厚度施加在多面扩散区段100上。在其他示例中，涂层108的厚度可在多面扩散区段100上变化。

涂层108可基本遵循由多面扩散区段100的面102所限定的表面拓扑。通过“基本”遵循，涂层可限定与由面102限定的表面拓扑偏离的涂层拓扑，比如通过使面102之间的过渡部分圆化，但不会遮挡扩散器定形的总体配置。涂层108还可具有在表面拓扑上基本恒定的厚度或在表面拓扑上变化的厚度。

面102的定向可影响涂层附着。如图5中所示，面102可以随机地定向，使得不存在用于扩散区段100的对称轴线。即使对于没有对称轴线的扩散区段100来说，扩散区段100作为一个整体仍将在刻面之前保持它的整体形状，包括不论扩散器整体形状是对称或不对称的。随机的面102可以通过增大基底表面的可利用的涂层表面积来增加涂层的附着。此刻面可通过提供中断以阻止可能的裂纹传播或涂层分层来改善涂层的耐久性。在其他实施例中，面102可以根据预定的图案或布置来组织。

面102的形状也可影响涂层附着。如上文提到的那样，面102包括一个离散表面，其可为平坦的、弯曲的，或平坦与弯曲的组合。在图6中，多面扩散区段100包括平坦面102。图7是根据本发明的第三实施例的带有具有多个弧形面110的多面扩散区段100的薄膜孔90的放大剖视图。图8是根据本发明的第四实施例的带有具有平坦面102和弧形面110的组合的多面扩散区段100的薄膜孔90的放大剖视图。

和图6的实施例类似，图7和图8的实施例可具有随机定向的面102、110。每个面102、110的平面图可采取多种几何形状，包括圆形的或多边的，或它们的组合。对于平坦的面102而言，离散表面104可基本上是平的。对于弧形的面110而言，其可以由被外周边缘114限界的离散表面112限定，该离散表面可以是弯曲的，比如凹形或凸形。对于任一面102、110而言，外周边缘106、114可以被锐利地限定，比如通过锐利的边缘，或者可以由边缘处较渐进的过渡限定，比如由拐点限定。此外，相邻的面102、110可共享它们的外周边缘106、114的公共部分。

面102、110的尺寸也可影响涂层附着。面102、110可具有面长度(L)，它是面102、110的外周边缘106、114上的两个点之间的最大直线距离，与相对于面表面104、112的其余部分的定向无关。面102、110还可具有面深度(d)，它是外周边缘106、114与面表面104、112上的最低点之间的最大直线距离。对于平坦面102而言，面深度(d)是零。对于弧形面110而言，其包括关于热表面84凸起或凹入弯曲的面110，面深度(d)大于零。

已经发现过大的面102、110有效地产生非刻面的扩散区段且不增大涂层的附着面积。然而，过小的面102、110可在涂层中产生不期望的空穴，因为涂层可在被称为遮蔽的自然过程中跨接在面上。在这些空穴处，涂层不粘结或附着到基底。在一个示例中，具有改善的涂层附着的面102、110可具有：

d≤D

其中(D)是薄膜孔90的计量区段98的有效直径(参见图5)。

另外，对于弧形面110：

\frac{1}{2} D \leq L

更进一步，对于平坦面102：

\frac{1}{4} D \leq L

更特别地，对于平坦面102：

\frac{1}{4} D \leq L \leq 2 D

对于图5-图7中所示的实施例，应当注意，面102、110的尺寸可在扩散区段上变化，使得一个面102、110可具有相比另一面102、110较大或较小的面长度(L)，和/或可具有相比另一面102、110较大或较小的面深度(d)。

另外，已经发现平坦面102之间的角度也在跨接现象上具有影响。平坦面102之间的相对大的角度有效地产生涂层可在其上跨接的狭窄空间。在一个示例中，平坦面102之间的相对角度可为40度或更少；更特别地，相对角度可为20度或更少。

应当注意，在实践中，基底82具有加工水平的粗糙度，即，它将不具有完全光滑的抛光。基底82的粗糙度是从加工固有的，且不包括作为本文中所述的刻面的一部分。基底82的固有粗糙度具有比上面的尺寸小得多的量级。

在上面的任一实施例中，本发明可以与薄膜孔90的入口92或通道86的定形或外形加工组合。本发明还可应用于槽式薄膜冷却，在此情况中，出口94设置在热表面84上的槽内。

图9是示出根据本发明的第四实施例的制造具有薄膜孔的发动机构件的方法200的流程图。方法200可特别地用来制造燃气涡轮发动机的发动机构件，其可包括在上面的实施例中所论述的任一薄膜孔。可使用所述方法制造的燃气涡轮发动机的发动机构件的一些非限制示例包括叶片、导叶、喷嘴、燃烧器导流器、燃烧器衬套、护罩、涡轮过渡管道或排气喷嘴。

方法200可始于基底，其可包括上面所述的任一基底材料，包括钢、难熔金属(比如钛)或基于镍、钴或铁的超级合金。基底可包括第一表面和第二表面，它们分别对应于基底的冷却表面和热表面。

在步骤202处，薄膜孔的通道穿过基底加工。通道的加工包括在基底的第一表面上提供通道的入口，以及在基底的第二表面上提供通道的出口。用于在步骤202处加工通道的适合加工技术的一些示例包括但不限于放电加工、激光钻孔、研磨液射流钻孔，以及水引导激光射流钻孔。

在步骤204处，在通道中加工出多个面以限定薄膜孔的多面扩散区段。相比于加工面之前的第二表面，加工出的面增大了基底的第二表面上的表面附着面积。用于在步骤204处加工面的适合加工技术的一些示例包括但不限于放电加工、激光钻孔、研磨液射流钻孔以及水引导激光射流钻孔。应当注意，用于面的加工技术可能要求比薄膜孔通道更大程度的控制、精度和/或准度，所以示例性加工技术的特定形式可以用于该面，比如低功率研磨激光器或旋转电极研磨放电加工。

取决于加工技术和薄膜孔与面的设计，步骤202和204可以在单步加工过程、使用相同加工技术的两步加工过程或使用针对通道和面的不同加工技术的两步加工过程中执行。例如，放电加工可用来在单步过程中形成通道和面，而激光钻孔可用来在两步过程中形成通道和面。

在步骤206处，在通道中加工出面之后，将涂层附着到薄膜孔的多面扩散区段。涂层可以包括上面论述的涂层中的任何一种，包括单层涂层和多层涂层，以及粘结涂层、氧化保护、热障涂层，或它们的组合。

用于在步骤206处涂覆薄膜孔的多面扩散区段的适合涂覆技术的一些示例包括但不限于热喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积、浆料涂覆、喷溅、电子束物理气相沉积、无电极电镀以及电镀。热喷涂可包括等离子喷涂，比如空气等离子喷涂或真空等离子喷涂、高速氧-燃料喷涂(HVOF)或高速空气-燃料喷涂(HVOF)，或冷喷涂。

该方法可以可选地包括在附着涂层之前和加工通道与面之后对基底除脂的步骤208。除脂步骤208可取决于在步骤202和204中所使用的加工技术；例如放电加工要求使用在涂覆之前必须被除去的电解溶液。在一个非限制性示例中，除脂可包括利用超声波槽(ultrasonictank、)中的乙醇清洁基底。

该方法可进一步可选地包括在附着涂层之前和加工通道与面之后喷砂处理基底的步骤210。喷射处理可包括将加速的研磨颗粒流对准基底，尤其是对准包括该面的表面，以便从基底表面除去杂质。

该方法可进一步可选地包括在附着涂层之前和加工通道与面之后清洁基底的步骤212。清洁优选地在可选的喷砂处理步骤之后进行。在一个非限制性示例中，清洁基底可包括利用丙酮冲洗基底。在另一个非限制性示例中，清洁可包括利用超声波槽中的乙醇清洁基底。

该方法可进一步可选地包括在附着涂层之前施加涂层预备层或粘结涂层到薄膜孔的多面扩散区段的步骤214。粘结涂层可用于基底和步骤208中施加的涂层之间以帮助附着。应注意在步骤204中加工的面除了改善在步骤206中施加的涂层的附着之外，还可改善粘结涂层的附着。

在一种优选的方法中，粘结涂层在步骤214中镀在基底上。在一个示例中，镀的粘结涂层可为铂。当在步骤206中陶瓷的或低传导性的涂层通过分子沉积过程(比如物理气相沉积)施加时，可以更典型地使用电镀。

用于在步骤214处施加粘结涂层的适合涂覆技术的其他示例包括但不限于热喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积、浆料涂覆、喷溅、电子束物理气相沉积、无电极电镀以及电镀。热喷涂可包括等离子喷涂，比如空气等离子喷涂或真空等离子喷涂、高速氧-燃料喷涂(HVOF)或高速空气-燃料喷涂(HVOF)，或冷喷涂。

该方法可进一步可选地包括在附着涂层之前和加工通道与面之后热处理基底的步骤216。热处理基底可包括加热基底一段时间，且优选地在步骤214处施加涂层预备层之后进行。在一个非限制性示例中，可在真空中在2050°F下将基底热处理两个小时。

该方法可进一步可选地包括在附着涂层之前或之后老化基底的步骤218。老化基底优选地与步骤216处的热处理一起进行。

应注意，喷砂处理和清洁步骤210、212可在该方法期间执行多次。例如，喷砂处理和清洁可在步骤208处的除脂之后、在步骤214处的施加涂层预备层之后以及在步骤216、218处的热处理和老化之启执行。

图10是示出根据本发明的第五实施例的修复具有薄膜孔的发动机构件的方法400的流程图。方法400可特别地用来修复已经包括薄膜孔但薄膜孔缺少多面扩散区段或具有未配置为改善涂层附着的多面扩散区段的燃气涡轮发动机的发动机构件。更具体地，方法400可用来修复具有涂覆的基底的发动机构件，其中涂层损坏、磨损、开裂或另外需要修复。可使用该方法修复的燃气涡轮发动机的发动机构件的一些非限制性示例包括叶片、导叶、喷嘴、燃烧器导流器、燃烧器衬套、护罩、涡轮过渡管道或排气喷嘴。

方法400可开始于步骤402，其中将旧涂层从薄膜孔的扩散区段剥除。剥除旧涂层可包括剥除整个涂层，或剥除旧涂层的选定部分或层。例如，可剥除涂层的一个或多个顶层，而底层(比如粘结涂层)可保留在基底上。剥除旧涂层可能需要通过将研磨颗粒的加速流对准基底将基底喷砂处理以从基底表面除去杂质。剥除可限于扩散区段，或者可包括剥除基底的较大部分。

然后，可在步骤404中清洁被剥除的扩散区段。清洁可限于扩散区段，或者可包括清洁基底的较大部分。在一个非限制性示例中，清洁被剥除的扩散区段可包括丙酮冲洗。在另一个非限制性示例中，清洁可包括利用超声波槽中的乙醇清洁基底。

在步骤404的清洁之后，在步骤406处可将多个面加工到扩散区段中。加工的面配置成改善新涂层到基底的表面附着，且例如可包括上面的实施例中所论述的多面扩散区段中的任一者。在一个示例中，相比加工面之前的第二表面，加工的面可增大基底的第二表面上的表面附着面积。用于在步骤406处加工面的适合加工技术的一些示例包括但不限于放电加工、激光钻孔、研磨液射流钻孔以及水引导激光射流钻孔。更具体地，低功率研磨激光器或旋转电极研磨放电加工可用于加工该面。

在步骤406处的加工之后，可在步骤408处将新涂层附着到扩散区段。新涂层可包括上面论述的任何一种涂层，包括单层涂层和多层涂层，以及粘结涂层、氧化保护、热障涂层，或它们的组合。用于在步骤408处涂覆薄膜孔的多面扩散区段的适合涂覆技术的一些示例包括但不限于热喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积、浆料涂覆、喷溅、电子束物理气相沉积、无电极电镀以及电镀。热喷涂可包括等离子喷涂，比如空气等离子喷涂或真空等离子喷涂、高速氧-燃料喷涂(HVOF)、或高速空气-燃料喷涂(HVOF)，或冷喷涂。涂层可限于扩散区段的面，或者可施加到基底的较大部分。

本文中公开的关于本发明的装置和方法的各种实施例提供对于发动机结构的改善冷却，尤其是在具有薄膜孔的涡轮构件中。实践所述系统的一些实施例时可实现的一个优点是通过薄膜孔的多面扩散区段改善了涂层在薄膜孔上的附着。涂层下方的基底面增加了涂层的附着粘结面，从而改善了涂层的耐久性。

实践所述装置和方法的一些实施例时可实现的另一个优点是基底可在施加涂层之前被刻面，其使得涂层损坏的风险尽可能小。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意图使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims

1.一种用于燃气涡轮发动机的发动机构件，所述燃气涡轮发动机产生热的燃烧气体流，包括：

薄膜孔，其包括：

设置在所述冷却表面上的入口；

设置在所述热表面上的出口；和

涂层，其附着到所述多面扩散区段，

其中所述多个面配置成改善所述涂层到所述基底的附着。

2.根据权利要求1所述的发动机构件，其特征在于，所述涂层包括粘结涂层、氧化保护涂层或热障涂层中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的发动机构件，其特征在于，所述涂层包括氧化钇稳定的氧化锆、铝化镍合金、铝化铂合金、NiCrAlY合金、CoCrAlY合金、NiCoCrAlY合金或CoNiCrAlY合金中的一种。

4.根据权利要求1所述的发动机构件，其特征在于，所述基底包括钢、钛、镍基超级合金、钴基超级合金或铁基超级合金中的一种。

5.根据权利要求1所述的发动机构件，其特征在于，所述涂层包括NiCrAlY合金，且所述基底包括镍基超级合金。

6.根据权利要求1所述的发动机构件，其特征在于，所述多个面包括多个平坦的面，其中由所述多个平坦面中的至少两个限定的相对角度为40度或更小。

7.根据权利要求1所述的发动机构件，其特征在于，所述通道还限定在所述多面扩散区段上游且限定所述通道的计量直径的计量区段。

8.根据权利要求7所述的发动机构件，其特征在于，所述多个面中的至少一些具有大于或等于所述计量直径的1/4且小于所述计量直径的两倍的面长度。

9.根据权利要求7所述的发动机构件，其特征在于，所述多个面中的每一个具有大于或等于所述计量直径的1/2的面长度。

10.根据权利要求9所述的发动机构件，其特征在于，所述多个面中的每一个具有小于或等于所述计量直径的面深度。