CN108367359A - 具有变密度的耐磨涂层 - Google Patents

具有变密度的耐磨涂层 Download PDF

Info

Publication number
CN108367359A
CN108367359A CN201680073260.9A CN201680073260A CN108367359A CN 108367359 A CN108367359 A CN 108367359A CN 201680073260 A CN201680073260 A CN 201680073260A CN 108367359 A CN108367359 A CN 108367359A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
precursor material
wear
density
sintered
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680073260.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108367359B (zh
Inventor
菲利普·查尔斯·艾伦·勒·比兹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of CN108367359A publication Critical patent/CN108367359A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108367359B publication Critical patent/CN108367359B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/105Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/009Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of turbine components other than turbine blades
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2230/00Manufacture
    • F05B2230/90Coating; Surface treatment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/20Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/22Manufacture essentially without removing material by sintering
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/30Manufacture with deposition of material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/514Porosity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/522Density
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/609Grain size

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本文公开了一种用于制造具有变密度的耐磨涂层的方法和具有变密度的所述类型的耐磨涂层。根据本发明,该方法包括以下步骤:提供具有第一部分(33)和第二部分(34)的基底(32);将第一前体材料施加到基底(32)的第一部分(33);在基底(32)和第一支撑表面之间压缩第一前体材料;烧结压缩的第一前体材料以获得第一耐磨涂层区域(36a),其面对基底(32)的第一部分(33)并具有第一密度;将第二前体材料施加到基底(32)的第二部分(34);在基底(32)和第二支撑表面之间压缩第二前体材料;烧结压缩的第二前体材料以获得第二耐磨涂层区域(36b),其面对基底(32)的第二部分(33)并具有不同于第一密度的第二密度。

Description

具有变密度的耐磨涂层
技术领域
本公开涉及制造变密度的耐磨涂层的方法,并且还涉及这种变密度的耐磨涂层。
例如,这种耐磨涂层可以特别适合用到旋转机器的环上,以便为机器提供在旋转叶片的尖端处的密封。这种耐磨涂层特别适用于航空航天领域的涡轮环,尤其适用于飞机涡轮喷气发动机。
背景技术
在许多旋转机器中,现在的做法是为定子环提供面向转子叶片尖端的耐磨轨道。这种轨道使用所谓的“耐磨”材料制成,在与旋转叶片接触时,比叶片更容易磨耗。这确保了转子和定子之间的最小间隙,由此改善了旋转机器的性能,而不会在它们摩擦定子时损坏叶片的危险。相反,这种摩擦磨损耐磨轨道,从而自动地将定子环的直径非常接近地与转子相匹配。因此这种耐磨轨道通常放置在涡轮发动机的压缩机中。
相反,它们在这类机器的涡轮机中更少使用,特别是在物理化学条件极端的高压涡轮机中。
具体而言,来自燃烧室的燃烧气体以非常高的温度和压力水平进入高压涡轮机中,由此导致传统耐磨轨道的过早侵蚀。
在这种情况下,为了保护涡轮环,通常优选为其提供热障型涂层的材料,其用于保护环免受侵蚀和腐蚀,同时具有密度对于涂层太高而不能有效地被磨耗。
然而,自然可以理解的是,在这种情况下,在与定子接触的情况下不再确保叶片的完整性,这意味着必须在转子和定子之间提供更大的间隙,从而增加通过叶片尖端的泄漏速率,因此降低了涡轮机的性能。
因此存在制造耐磨涂层的方法和这种耐磨涂层的真正需求以至少部分地避免上述已知构造固有的缺点。
发明内容
本公开提供了一种用于制造变密度的耐磨涂层的制造方法,该方法包括以下步骤:提供具有第一部分和第二部分的基底;在基底的第一部分上沉积第一前体材料;在基底和第一支撑表面之间压缩第一前体材料;烧结以这种方式压缩的第一前体材料以便在基底的第一部分上获得第一耐磨涂层部分,并且具有第一密度;在基底的第二部分上沉积第二前体材料;在基底和第二支撑表面之间压缩第二前体材料;以及烧结以这种方式压缩的第二前体材料以便在基底的第二部分上获得第二耐磨涂层部分,并且具有与第一密度不同的第二密度。
这种方法可以获得变密度的涂层。具体而言,可以针对基底的每个部分不同地调整各种参数,以便获得呈现不同特性的耐磨涂层部分。首先,可以选择不同的前体材料。特别地,组成前体材料的颗粒的尺寸或前体材料的初始孔隙率用于影响耐磨涂层的最终孔隙率,并因此影响其密度。
也可以在压缩步骤之前沉积更多或更少量的前体材料,即沉积更大或更小厚度的前体材料层。因此这种材料量对耐磨涂层的最终密度有影响。
也可以在压缩步骤期间或多或少强烈地压缩前体材料,以便在烧结之前或多或少地延伸压缩的这些材料:这或多或少地降低它们的孔隙率,由此影响最终的孔隙率以及因此影响耐磨涂层的每个部分的最终密度。
也可以对烧结步骤的温度和/或持续时间作用,以便对耐磨涂层的微观结构,特别是其最终孔隙率和密度产生影响。
在本公开中,术语“孔隙率”用于表示考虑的材料的颗粒之间的间隙空间的体积除以所述材料的总体积的比率。此外,在本公开中,应当理解的是,基底的第一和第二部分,如同耐磨涂层的第一和第二部分,具有相当大的尺寸,以便能够执行它们所针对的功能。因此,从图中可以看出,基底的每个部分以及因此耐磨涂层的每个部分具有大于2毫米(mm)的宽度,优选地大于5mm,并且因此仍然具有更大的长度。
在这种情况下,借助于这种方法,可以局部调整涂层的孔隙率和密度,以便满足局部不同的要求或限制。例如,可以提供对于侵蚀敏感的涂层区域高密度,并且提供与移动体接触的涂层区域低密度,由此增强这些区域的易磨耗性质。另外,可以设置第一涂层部分,即密度较大的部分,以这样的方式以便掩蔽并因此保护密度较低的第二涂层部分。
在某些实施方式中,沉积、压缩和烧结第二前体材料的步骤发生在沉积、压缩和烧结第一前体材料的步骤之后。通过以这种方式分离这些步骤,可以使每个基底部分的沉积、压缩和烧结参数个性化,从而使得易于获得耐磨涂层的每个部分的不同特性。
在某些实施方式中,压缩和烧结第一前体材料的步骤在第一模具内进行;压缩和烧结第二前体材料的步骤在第二模具内进行;并且第二模具与第一模具不同。
在某些实施方式中,第一和第二模具是单个模具。
在某些实施方式中,第一模具包括第一支撑表面以及至少一个保护壁,所述保护壁设置成在压缩和烧结第一前体材料的步骤期间在基底的第一和第二部分之间的界面处位于第一前体材料旁边。该保护壁用于防止第一前体材料的碎片移动并成为附着在基底的第二部分上。
在某些实施方式中,第二模具包括面向基底的第二部分延伸且包括第二支撑表面的可动部分,以及优选地面对基底的第一部分延伸的静止部分。该静止部分用于保护已经完成的第一耐磨涂层部分。因此,并且优选地,仅面向基底的第二部分的模具部分是可移动的。
在某些实施方式中,沉积第一和第二前体材料的步骤同时或相继发生,压缩第一和第二前体材料的步骤同时发生,并且烧结第一和第二前体材料的步骤同时发生。这用于减少执行该方法所需的总时间。也可以只使用一个模具。在这种情况下并且举例来说,可以通过使用不同的前体材料,前体材料层的不同厚度或者实际上压缩量不同,获得最终密度的差异。举例来说,可以使用具有处于不同水平的支撑表面的模具或者使用具有独立的多个可动部分的模具来获得这种不同的压缩。
在某些实施方式中,基底的第一部分位于第一水平面,并且基底的第二部分位于不同于第一水平面的第二水平面。借助于基底的第一和第二部分之间的这种高度差,当在初始状态下基底靠近支撑表面时,在压缩步骤期间可用的体积减小量更大:例如,假设第二水平比第一水平更深时,位于基底第一部分上方的前体材料部分因此比位于基底第二部分上方的前体材料部分更大程度地被压缩。因此在这部分前体材料中存在较高的压力,由此导致烧结后材料的密度更大。相反,在前体材料的第二部分中,由于压缩较小,所以材料的孔隙率减少并因此致密化较小。
在某些实施方式中,基底的第二部分通过加工用于基底的坯件中的至少一个凹槽而获得。这样的双层基底因此容易制造,因为它足以制造规则的坯件并且然后仅在所需的位置处在坯件中加工凹槽。
在某些实施方式中,基底的第一部分通过在用于基底的坯件上添加至少一个低壁获得。该方法特别适用于修复不足以加工凹槽的现有厚度部分。
在某些实施方式中,通过烧结,特别是通过放电等离子体烧结(SPS)类型的烧结方法,将低壁直接制造在用于基底的坯件上。
在某些实施方式中,低壁独立制造并且通过焊接或钎焊被安装。特别地,它通过钨惰性气体(TIG)型焊接方法被安装。
在某些实施方式中,第一和第二支撑表面是连续的,一个延伸到另一个。应该理解的是,支撑表面不具有任何不连续性,诸如在它们内部或其界面处的台阶或任何其他突然的水平变化。
在某些实施方式中,支撑表面是直线的,至少在横向于基底的第一和第二部分延伸的方向上。因此存在穿过基底的第一部分和第二部分并且其中支撑表面为直线的剖面。
在某些实施方式中,至少一个支撑表面,优选每个支撑表面呈圆柱体的扇形的形式,优选圆柱体的扇形体的形式。
在某些实施方式中,至少一个支撑表面,优选每个支撑表面是成型模具的表面。
在某些实施方式中,耐磨涂层的第一部分具有小于15%的最终孔隙率,优选小于5%。因此涂层的第一部分具有足够低的孔隙率,并且因此具有足够高的密度以承受侵蚀。
在某些实施方式中,耐磨涂层的第二部分具有大于20%的最终孔隙率,优选大于30%。因此涂层的第二部分具有足够高的孔隙率,并且因此具有足够低的密度以呈现易磨耗的行为。
在某些实施方式中,耐磨涂层的第一部分在压缩和烧结步骤期间经受至少80%致密化,优选至少100%。在本公开中,术语“致密化”用于表示在沉积前体材料的初始步骤与在压缩和烧结步骤之后获得涂层的最终步骤之间构成耐磨涂层的材料的密度的增加。换句话说,其为最终密度和初始密度之差除以初始密度。
在某些实施方式中,耐磨涂层的第二部分在压缩和烧结步骤期间经受至多70%致密化,优选至多50%,并且更优选至多10%。
在某些实施方式中,在将前体材料沉积在基底的一部分上的步骤之前,优选在基底的第二部分上,该方法还包括通过在考虑的基底的部分上烧结形成背衬层的步骤,背衬层具有小于15%的孔隙率,优选小于5%。该背衬层用于在耐磨涂层的第二部分下方保护高度致密的层,该第二部分几乎不致密。因此,在主体经过涂层经受大于最大预期偏移的径向偏移的情况下,基底保持被保护。例如,这特别用于在移动体中存在较大不平衡的情况下保护基底。
在某些实施方式中,通过烧结形成背衬层的这个步骤在第二模具或与第二模具相同的模具中进行。
在某些实施方式中,在烧结一种前体材料的步骤之后,该方法还包括通过在耐磨涂层的至少一部分上烧结形成表面层的步骤,优选在其第二部分上烧结形成表面层的步骤,表面层具有小于15%的最终孔隙率,优选小于5%。该层使得可以确保涂层具有很小的表面粗糙度。它也可以形成在耐磨涂层的整个表面上。
在某些实施方式中,通过烧结形成表面层的步骤在第二模具或与第二模具相同的模具中进行。
在某些实施方式中,表面层的厚度在0.05mm至0.10mm的范围内。
在某些实施方式中,至少一种前体材料,优选每种前体材料是金属或陶瓷的粉末。
在某些实施方式中,第一和第二前体材料是不同的。在其他实施方式中,它们是相同的。
在某些实施方式中,第一前体材料是颗粒尺寸小于20微米(μm)的粉末。
在某些实施方式中,第二前体材料是颗粒尺寸大于45μm的粉末。
在某些实施方式中,第二前体材料是颗粒尺寸小于100μm的粉末。
在某些实施方式中,基底是环形扇区。特别地,它可以是用于安装在涡轮机的定子上的涡轮环扇区。
在某些实施方式中,基底的第一部分沿着基底的第二部分延伸。
在某些实施方式中,基底具有在两个纵向肩部之间延伸的纵向通道,肩部形成基底的第一部分的一部分,并且通道的底部形成基底的第二部分的一部分。在该方法结束时,这导致低密度带,即易磨耗,在可能接触的区域,例如转子的叶片以及在耐磨带任一侧具有较高密度的两条涂层,用于保护耐磨带以免受侵蚀,例如,由空气流的轴向流动引起的侵蚀。
本公开还提供变密度的耐磨轨道,包括具有第一密度的烧结材料的第一部分和与第一部分连续的第二部分,第二部分包括具有不同于第一密度的第二密度的烧结材料。如上所述,这使得可以保护对侵蚀更敏感的区域,同时在与移动体接触的区域中提供易磨耗的层。
在某些实施方式中,耐磨轨道的第一部分的厚度小于第二部分的厚度。
在某些实施方式中,耐磨轨道的第一和第二部分的材料是不同的。在其他实施方式中,它们是相同的。
在某些实施方式中,使用根据上述实施方式中的任一个的制造方法获得耐磨轨道。
本公开还提供了包括根据上述实施方式中的任一个的耐磨轨道的涡轮机或压缩机环。
本公开还提供了一种涡轮发动机,其包括根据任何上述实施方式的耐磨轨道或涡轮机或压缩机环。
在阅读所提出的设备和方法的实施例的以下详细描述时,上述特征和优点以及其他特征和优点显现。详细描述参考附图。
附图说明
附图是示意性的并且首先寻求说明本发明的原理。
在附图中,从一个图到另一个图,相同的元件(或元件的部分)由相同的附图标记标识。另外,属于不同实施例但具有相似功能的元件(或元件的一部分)在附图中由数字参考标识增加100、200等标识。
图1是本发明的涡轮发动机的剖视图。
图2是本发明定子环实施例的局部透视图。
图3A至3G示出了本发明的实施例方法中的各种连续步骤。
图4A至4E示出了本发明的实施例方法中的各种连续步骤。
图5A至5E示出了本发明的实施例方法中的各种连续步骤。
具体实施方式
为了使本发明更加具体,下面参照附图详细描述方法和耐磨轨道的实施例。应该记得,本发明不限于这些实施例。
图1是本发明的旁路涡轮喷气发动机1的剖视图,该部分位于包含涡轮喷气发动机的主轴线A的竖直平面上。在气流方向上从上游到下游,涡轮喷气发动机包括:风扇2;低压压缩机3;高压压缩机4;燃烧室5;高压涡轮机6;和低压涡轮机7。
高压涡轮机6具有与转子一起旋转的多个叶片6a和安装在定子上的多个导向叶片6b。涡轮机6的定子包括多个面对涡轮机6的可动叶片6a布置的定子环10。如图2所示,每个定子环10被细分为多个扇形体11,每个扇形体11设有耐磨的轨道20,在转子的径向偏移(radial excursion)的情况下可动叶片6a摩擦轨道20。
参照图3A至3G描述这种耐磨轨道20的实施例。在图3A中,首先提供坯件30。具体而言,它包括使用常规方法获得的环形扇区。它的表面30s是规则的,在图3A的轴向剖面中是直线的,而在径向剖面中是圆弧形的。
如图3B所示,然后在坯件30的表面中沿纵向即圆周方向加工凹槽31以便形成通道:这产生了基底32,其在凹槽31的任意一侧具有两个肩部33,分别位于上游和下游。在本说明书中,凹槽31具有5mm的深度。尽管如此,制造这样的凹槽是可选的:该方法的其他实施例可以具体应用于规则的基底,而不会呈现任何水平差异。
两个肩部一起形成第一基底部分33;基底32的位于凹槽31底部的部分形成第二基底部分34。
如图3C所示,随后将以这种方式形成的基底32放置在第一成形模具40的腔42中。该第一成形模具40包括主要部分41,该主要部分41包括腔42,腔42的轴向尺寸对应基底32以及覆盖部分43(在图3D中可见)的尺寸。
然后将第一前体材料35a,特别是金属粉末放置在肩部33上,即在基底32的第一部分上,同时避开凹槽31并因此使基底的第二部分34上不沉积粉末。此时,为了防止第一前体材料35a的粉末沉积在第二部分34上,可以在凹槽31中布置可移除的掩模块。
然后粉末35a在基底32的肩部33上形成恒定厚度的连续层。在本实施例中,粉末是中心大约5μm的颗粒尺寸的氧化铝粉末;该层具有10mm的厚度并具有约30%的初始孔隙率。
如图3D所示,然后通过将模具40的盖部分43放置在其主要部分41上来封闭模具40。盖部分43具有中央保护块44和在保护块44的任一侧上延伸的两个支撑表面45。
这些在图3D的轴向平面内呈直线并且在径向平面上呈圆弧形的支撑表面45,然后支撑在第一前体材料35a的每个粉末层的顶表面上。保护块44插入到粉末层35a之间并穿入凹槽31中以将其封闭:通过模具40的主要部分41的腔42的壁,通过模具40的盖43的支撑表面45,以及通过模具40的盖41的保护块44的侧壁44a,第一前体材料35a的粉末层因此被封闭在由基底的第一部分33限定的空间中。
然后,应力施加在模具40的盖43上,以支撑粉末层35a并将其压缩在基底32和模具40的盖43的支撑表面45之间。因此,粉末层35a压缩直到其厚度减小到2mm。在该实施例中,模具40的盖43的保护块44的前表面44b然后支撑在基底的第二部分34。
在该压缩步骤期间,第一前体材料35a的粉末颗粒彼此压紧,由此填充颗粒之间初始存在的一些空隙,以这种方式排出的空气从模具40排出。因此在该压缩步骤中粉末的孔隙率降低,并且粉末的密度增加。
一旦获得了这种压缩状态,用这种方法压缩的粉末层35a就用常规方法烧结,以便获得覆盖在基底32的第一部分33上的涂层36的第一部分36a,其具有2毫米的厚度并且6%的孔隙率。
然后将基底32转移到第二成形模具50中,该第二成形模具50具有主体部分51,覆盖部分53(在图3F中可见)和可动部分55;所述主体部分51的腔52的轴向尺寸对应于基底32的尺寸,所述覆盖部分53具有两个静止部分54,即不移动的部分。
如图3E所示,然后将第二前体材料35b,特别是金属粉末沉积在凹槽31中,即在基底32的第二部分34上,同时使第一涂层部分36a上不沉积粉末。此时,可以在这些涂层部分36a上放置可移除的掩模块,以避免第二前体材料35b的粉末沉积在其上。
然后粉末35b在基底32的第二部分34上形成具有恒定厚度的连续层。在本实施例中,粉末是具有中心约100μm的颗粒尺寸的氧化铝粉末;该层具有12mm的厚度和约70%的初始孔隙率。
在此情况下,应该观察到,通过在粉末中添加成孔剂可以获得更大的初始孔隙率,该成孔剂随后在实施该方法时被除去,例如,在热解步骤中。
如图3F所示,然后通过将模具50的盖部分53装配在其主要部分51上而将模具50封闭。盖的固定部分54被设计成覆盖并按压先前获得的耐磨涂层的第一部分36a。盖的可动部分55具有前支撑表面55a,其在图3F的轴向平面中为直线且在径向平面中为圆弧形,其面向基底32的第二部分34,以便其然后抵靠第二前体材料35b的粉末层的顶部表面。通过第一涂层部分36a的侧面、通过模具50的盖53的固定部分54的侧表面、并且通过模具50的盖53的可动部分55的支撑表面55a,第二前体材料35b的该粉末层被封闭在由基底的凹槽31限定的空间中。
然后对模具50的盖53的可动部分55施加应力,以支撑粉末层35b并将其压缩在基底32和模具50的盖53的支撑表面55a之间。粉末层35b因此以这种方式压缩直到其厚度减小到7mm。在该实施例中,粉末层35b的表面的高度然后与第一涂层部分36a的表面的高度齐平。
在该压缩步骤期间,第二前体材料35b的粉末颗粒彼此压紧,由此填充颗粒之间初始存在的某些空隙,以这种方式排出的空气从模具50排出。粉末孔隙率在该压缩步骤期间因此减少,并且粉末的密度增加,但是不如第一前体材料35a那样多。
一旦获得了这种压缩状态,以这种方式压缩的粉末层35b就用常规方法烧结。在该烧结步骤结束时,由此获得图3G的耐磨轨道20,其中基底32被涂层36覆盖,该涂层36包括覆盖肩部33的第一部分36a并且具有2mm的厚度、6%的孔隙率,以及覆盖第二基底部分34的第二部分36b,具有7mm的厚度和40.6%的孔隙率。
自然地,凹槽31的深度(其可以潜在为零),所使用的材料35a和35b,粉末层35a和35b的初始厚度以及所施加的压缩的幅度可以自由调整以便达到涂层所需的密度和厚度。
在图4A至4E所示的第二实施例中,该方法包括在制造第一涂层部分136a之后且在制造第二涂层部分136b之前发生的附加步骤,试图在基底的第二部分134上和在第二涂层部分136b下方形成高密度的背衬层137例如呈现约6%的孔隙率。
该方法以与上述实施例中制造高密度第一涂层部分136a相同的方式开始。因此这些步骤不再描述。
在这些步骤之后,并如图4A所示,将基底132转移到类似于第一实施例的第二模具50的模具150中。
然后将第三前体材料135c沉积在凹槽131中,即在基底32的第二部分34上,以在基底32的第二部分34上形成恒定厚度的连续层。在本实施例中,第三前体材料135c与用于制造第一涂层部分136a的第一前体材料相同;此外,该层具有10mm的厚度和约30%的初始孔隙率。
如图4B所示,然后封闭模具150,然后对模具50的盖子153的可动部分155施加应力,以便压缩基底32和模具150的盖子153的支撑表面之间的粉末层135c直到其厚度减小到2mm。一旦获得了这种压缩状态,以这种方式压缩的粉末层135c就用常规方法烧结。
在该烧结步骤结束时,获得覆盖基底132的第二部分134的背衬层137,并且具有6%孔隙率的2mm的厚度。
如图4C至4D所示,除了将第二前体材料135b沉积在背衬层137上之外,该方法然后以类似于第一实施例的方式继续。
在该方法结束时,因此获得如图4E所示的耐磨轨道120,其中较低密度的第二涂层部分136覆盖背衬层137,该背衬层在主体以比最大预期偏移更大的径向偏移穿过涂层的情况下保护基底132,例如,在移动体出现大的不平衡的情况下。
在与第一和第二实施例兼容并且在图5A至5E中示出的第三实施例中,该方法包括在制作第二涂层部分236b之后立即发生的附加步骤,以便形成高密度的表面层238,例如具有15%的孔隙率,在第二涂层部分236b上和/或在第一涂层部分236a上。
该方法通过制造高密度第一涂层部分236a和低密度第二涂层部分236b以与第一实施例中相同的方式开始。因此这些步骤不再描述。
然而,应当在图5A和5B中观察到,第二前体材料的层235b的厚度在其初始状态和处于其压缩状态下可以任选地被修改,即减小,以便当期望该层与第一涂层部分236a齐平时,在第二涂层部分236b的表面留有足够的空间接收表面层238。
在这些步骤结束时,如图5C所示,将第四前体材料235d沉积在第二涂层部分236b上,如此制成,以形成恒定厚度的连续层。在本实施例中,第四前体材料235d与用于制造第二涂层部分236b的第二前体材料相同;此外,该层具有0.6mm的厚度和约70%的初始孔隙率。
如图5D所示,然后封闭模具250,并然后将应力施加在模具250的盖253的可动部分255上,以便压缩第二涂层部分236b与模具150的盖153的支撑表面之间的粉末层235d直到其厚度减小到0.10mm为止。一旦获得这种压缩状态,用这种方法压缩的粉末层235d就用常规方法烧结。
在该方法结束时,然后获得图5E的耐磨轨道220,其中较低密度的第二涂层部分236b被与第一涂层部分236b齐平的表面层238覆盖,并且具有0.10毫米的厚度和11.9%的孔隙率。该表面层238具有比第二涂层部分236b更小的表面粗糙度,并因此在空气动力学摩擦方面提供改善。
在本公开中描述的实施例通过非限制性说明给出,并且本领域技术人员根据本公开内容可以容易地修改这些实施例或设想其他实施例,但仍在本发明的范围内。
此外,这些实施例或实施方式的各种特征可以单独使用或相互组合使用。当它们组合时,可以如上所述或以其他方式组合特征,本发明不限于本公开中描述的特定组合。特别地,除非相反地指出,否则参考任何一个实施例或实施方式描述的任何特征可以以类似的方式应用到任何其它的实施例或实施方式。

Claims (13)

1.一种用于制造变密度的耐磨涂层的制造方法,该方法包括以下步骤:
提供具有第一部分(33)和第二部分(34)的基底(32);
在基底(32)的第一部分(33)上沉积第一前体材料(35a);
在基底(32)和第一支撑表面(45)之间压缩第一前体材料(35a);
烧结以这种方式压缩的第一前体材料(35a)以便在基底(32)的第一部分(33)上获得第一耐磨涂层部分(36a),并且具有第一密度;
在基底(32)的第二部分(34)上沉积第二前体材料(35b);
在基底(32)和第二支撑表面(55a)之间压缩第二前体材料(35b);以及
烧结以这种方式压缩的第二前体材料(35b)以便在基底(32)的第二部分(33)上获得第二耐磨涂层部分(36b),并具有与第一密度不同的第二密度。
2.根据权利要求1所述的方法,其中压缩和烧结第一前体材料(35a)的步骤在第一模具(40)内进行;以及
其中该第一模具包括第一支撑表面(45)以及至少一个保护壁(44a),所述保护壁(44a)设置成在压缩和烧结第一前体材料(35a)的步骤期间在基底的第一和第二部分(33,34)之间的界面处位于第一前体材料(35a)旁边。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法,其中压缩和烧结第二前体材料(35b)的步骤在第二模具(50)内进行;以及
其中该第二模具包括面向基底的第二部分(34)延伸且包括第二支撑表面(55a)的可动部分,以及面向基底的第一部分延伸的静止部分(54)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其中耐磨涂层的第一部分(36a)具有小于15%的最终孔隙率,优选小于5%。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中耐磨涂层的第二部分(36b)具有大于20%的最终孔隙率,优选大于30%。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,还包括在基底的一部分上优选在基底(132)的第二部分(134)上沉积前体材料的步骤之前,在考虑的基底的部分上通过烧结形成背衬层(137)的步骤,该背衬层具有小于15%的最终孔隙率,并且优选小于5%。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,还包括在烧结前体材料之一的步骤之后,在耐磨材料的至少一个部分优选在其第二部分(236b)上通过烧结来形成表面层(238)的步骤,该表面层具有小于15%的最终孔隙率,并且优选小于5%。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中第一前体材料(35a)是颗粒尺寸小于20μm的粉末;以及
其中第二前体材料(35b)是颗粒尺寸在45μm至100μm范围内的粉末。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其中基底是环形扇区(11)。
10.一种变密度的耐磨轨道,包括具有第一密度的烧结材料的第一部分(36a),以及与第一部分邻接的第二部分(36b),该第二部分包括具有不同于第一密度的第二密度的烧结材料。
11.根据权利要求10所述的耐磨轨道,该耐磨轨道使用根据权利要求1至9中任一项所述的制造方法获得。
12.一种包括根据权利要求10或权利要求11所述的耐磨轨道(20)的涡轮机或压缩机环。
13.一种涡轮发动机,包括根据权利要求10或权利要求11所述的耐磨轨道(20)或根据权利要求12所述的涡轮机或压缩机环(10)。
CN201680073260.9A 2015-12-14 2016-12-13 具有变密度的耐磨涂层 Active CN108367359B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1562324A FR3044946B1 (fr) 2015-12-14 2015-12-14 Revetement abradable a densite variable
FR1562324 2015-12-14
PCT/FR2016/053360 WO2017103422A1 (fr) 2015-12-14 2016-12-13 Revêtement abradable a densité variable

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108367359A true CN108367359A (zh) 2018-08-03
CN108367359B CN108367359B (zh) 2021-07-27

Family

ID=55542848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680073260.9A Active CN108367359B (zh) 2015-12-14 2016-12-13 具有变密度的耐磨涂层

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11174749B2 (zh)
EP (1) EP3389903B1 (zh)
CN (1) CN108367359B (zh)
FR (1) FR3044946B1 (zh)
WO (1) WO2017103422A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111546006A (zh) * 2020-05-12 2020-08-18 华能国际电力股份有限公司玉环电厂 一种通过泡沫铝提高锅炉管弯头耐磨性的方法
CN114667203A (zh) * 2019-10-30 2022-06-24 赛峰航空器发动机 致密化防腐蚀涂层的方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3082765B1 (fr) * 2018-06-25 2021-04-30 Safran Aircraft Engines Procede de fabrication d'une couche abradable
US11215070B2 (en) * 2019-12-13 2022-01-04 Pratt & Whitney Canada Corp. Dual density abradable panels
US11661855B2 (en) * 2021-10-25 2023-05-30 Raytheon Technologies Corporation Low density hybrid knife seal
US11828196B2 (en) * 2022-01-28 2023-11-28 Rtx Corporation Gas turbine engine article with serpentine groove for coating interlock

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1427085A (zh) * 2001-12-17 2003-07-02 三菱重工业株式会社 耐高温腐蚀合金、热障涂层材料、涡轮机构件及燃气涡轮机
EP2317079A2 (en) * 2009-10-30 2011-05-04 Alstom Technology Ltd Abradable coating system
CN103375193A (zh) * 2012-04-18 2013-10-30 通用电气公司 用于避免涡轮摩擦的定子密封件
FR2996475A1 (fr) * 2012-10-05 2014-04-11 Snecma Procede pour l'integration de materiau abradable dans un logement par projection a froid
US20140263579A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Anand A. Kulkarni Method and apparatus for fabrication and repair of thermal barriers
CN104451519A (zh) * 2014-11-26 2015-03-25 华东理工大学 一种多层热障涂层及其形成方法
US20150266093A1 (en) * 2012-10-05 2015-09-24 Snecma Method for incorporating abradable material into a housing by isostatic pressing
US20150354392A1 (en) * 2014-06-10 2015-12-10 General Electric Company Abradable coatings

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA963497A (en) * 1970-12-21 1975-02-25 Gould Inc. Powder metal honeycomb
SU997111A1 (ru) 1981-08-06 1983-02-15 Предприятие П/Я В-8769 Способ намотки провода на многогранный каркас
US4914794A (en) 1986-08-07 1990-04-10 Allied-Signal Inc. Method of making an abradable strain-tolerant ceramic coated turbine shroud
US5236151A (en) 1991-12-23 1993-08-17 General Electric Company Thermal barrier structure
RU2320776C2 (ru) 2002-10-09 2008-03-27 Исикавадзима-Харима Хэви Индастриз Ко.,Лтд. Вращающийся элемент и способ нанесения покрытия на него
US8079806B2 (en) * 2007-11-28 2011-12-20 United Technologies Corporation Segmented ceramic layer for member of gas turbine engine
JP2009256759A (ja) 2008-04-21 2009-11-05 Fujifilm Corp 遮熱コーティング構造及び遮熱コーティング製造方法
FR2930590B1 (fr) * 2008-04-23 2013-05-31 Snecma Carter de turbomachine comportant un dispositif empechant une instabilite lors d'un contact entre le carter et le rotor
US20120107103A1 (en) * 2010-09-28 2012-05-03 Yoshitaka Kojima Gas turbine shroud with ceramic abradable layer
FR2972379B1 (fr) 2011-03-07 2014-01-17 Snecma Procede de rechargement local de piece thermomecanique endommagee et piece ainsi realisee, en particulier piece de turbine
US8999226B2 (en) 2011-08-30 2015-04-07 Siemens Energy, Inc. Method of forming a thermal barrier coating system with engineered surface roughness
US9034479B2 (en) 2011-10-13 2015-05-19 General Electric Company Thermal barrier coating systems and processes therefor
US9186866B2 (en) * 2012-01-10 2015-11-17 Siemens Aktiengesellschaft Powder-based material system with stable porosity
US9151175B2 (en) * 2014-02-25 2015-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Turbine abradable layer with progressive wear zone multi level ridge arrays
US10309243B2 (en) * 2014-05-23 2019-06-04 United Technologies Corporation Grooved blade outer air seals
US10273192B2 (en) * 2015-02-17 2019-04-30 Rolls-Royce Corporation Patterned abradable coating and methods for the manufacture thereof
US20160305319A1 (en) 2015-04-17 2016-10-20 General Electric Company Variable coating porosity to influence shroud and rotor durability
FR3044945B1 (fr) 2015-12-14 2018-01-12 Centre National De La Recherche Scientifique Revetement abradable a densite variable

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1427085A (zh) * 2001-12-17 2003-07-02 三菱重工业株式会社 耐高温腐蚀合金、热障涂层材料、涡轮机构件及燃气涡轮机
EP2317079A2 (en) * 2009-10-30 2011-05-04 Alstom Technology Ltd Abradable coating system
CN103375193A (zh) * 2012-04-18 2013-10-30 通用电气公司 用于避免涡轮摩擦的定子密封件
FR2996475A1 (fr) * 2012-10-05 2014-04-11 Snecma Procede pour l'integration de materiau abradable dans un logement par projection a froid
US20150266093A1 (en) * 2012-10-05 2015-09-24 Snecma Method for incorporating abradable material into a housing by isostatic pressing
US20140263579A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Anand A. Kulkarni Method and apparatus for fabrication and repair of thermal barriers
US20150354392A1 (en) * 2014-06-10 2015-12-10 General Electric Company Abradable coatings
CN104451519A (zh) * 2014-11-26 2015-03-25 华东理工大学 一种多层热障涂层及其形成方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114667203A (zh) * 2019-10-30 2022-06-24 赛峰航空器发动机 致密化防腐蚀涂层的方法
CN111546006A (zh) * 2020-05-12 2020-08-18 华能国际电力股份有限公司玉环电厂 一种通过泡沫铝提高锅炉管弯头耐磨性的方法
CN111546006B (zh) * 2020-05-12 2022-04-12 华能国际电力股份有限公司玉环电厂 一种通过泡沫铝提高锅炉管弯头耐磨性的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3389903A1 (fr) 2018-10-24
CN108367359B (zh) 2021-07-27
US20180371932A1 (en) 2018-12-27
EP3389903B1 (fr) 2022-04-13
FR3044946A1 (fr) 2017-06-16
FR3044946B1 (fr) 2018-01-12
US11174749B2 (en) 2021-11-16
WO2017103422A1 (fr) 2017-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108367360B (zh) 具有可变密度的耐磨损涂层
CN108367359A (zh) 具有变密度的耐磨涂层
US10843271B2 (en) Method for manufacturing a turbine shroud for a turbomachine
EP2955333A1 (en) Abradable coatings
US20110020113A1 (en) Seal Structure for Preventing Leakage of Gases Across a Gap Between Two Components in a Turbine Engine
US10329928B2 (en) Rotor-stator assembly for a gas turbine engine
JPS595808A (ja) ガスタ−ビンエンジンのセラミツクフエ−シングされた外側エアシ−ル
US20190076930A1 (en) Method for manufacturing an abradable plate and repairing a turbine shroud
CA2893667A1 (en) Methods of manufacturing a shroud abradable coating
JP5643567B2 (ja) 流体動圧軸受の製造方法
US20180050392A1 (en) Component for a gas turbine engine and method of manufacture
US11933188B2 (en) Method of manufacturing gas turbine engine element having at least one elongated opening
US20190186281A1 (en) Compressor abradable seal with improved solid lubricant retention
Sporer et al. Ceramics for abradable shroud seal applications
US12129553B2 (en) Method for manufacturing an abradable layer
CN105756720A (zh) 围带可磨耗涂层和制造方法
US20210317584A1 (en) Method for manufacturing an abradable layer

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant