CN109576629A - 制造涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种生成涂层的方法。所述方法涉及应用火焰喷涂技术。向火焰提供金属粉末材料，并且选择火焰喷涂过程的过程参数，以获得具有明显表面粗糙度的金属涂覆层。在后续过程阶段中，非金属材料可以通过火焰喷涂设置在粗糙金属层上。非金属层有效地与金属层的粗糙部互锁。所述方法可以用手持设备来进行。

Description

制造涂层的方法
技术领域
本公开涉及用于制造涂层的方法。
背景技术
机械部件上的涂层，特别是发动机部件上的涂层，在工程技术中被广泛使用。典型的非限制性实例是燃气涡轮工程。例如，燃气涡轮发动机的热气体通道中的部件可以涂有热障涂层以降低金属温度，并且在一些情况下还涂有环境屏障涂层，以使部件更好地抵御来自燃料的腐蚀性化学物质。在其他实例中，在旋转和/或静止部件的相互界面处可以使用耐磨涂层。在可能发生磨损的位置可以使用硬面涂层。
制造涂层的一个问题是确保涂层或涂覆层，例如顶部涂覆层，保持与基底牢固连接。通常，涂层材料和基底的配对使得两者之间的化学结合很弱。此外，当相邻的一个或多个涂覆层与基底的热膨胀系数不同时，剪切力可能出现在界面处，并对结合界面产生负面影响。可以提供特定结合涂层。在任何情况下，在粗糙表面上制造涂覆层时，由于机械互锁效应，涂覆层的粘附性可能显著增加。可能需要制造具有明显的表面粗糙度的表面，以在粗糙界面上提供涂覆层。
尽管可以获得复杂的涂层系统和涂层材料，但是显而易见的是，在恶劣环境下的长期操作中，例如在燃气涡轮发动机中，在几百摄氏度的温度下存在烟气的情况下，以及在启动、停机或瞬时负载变化时存在陡峭的温度梯度的情况下，涂层可能会在数月或数年的操作后，即几千个操作小时后劣化并显示缺陷。然后，如果部件整体结构完好，则可以对其进行翻新。一个或者有时唯一需要的翻新步骤是翻新涂层。
根据具体应用，待翻新的涂层可能比较厚。对于一个实例，陶瓷热障涂层可以是1.5mm厚，甚至可以发现更厚的涂层。耐磨涂层就其性质而言可以是几毫米厚。本领域技术人员将理解，当修复涂层时，必须确保所施加的修补涂层充分牢固地粘附到基底上。
因此，需要经济可行的方法来翻新发动机部件或其它机械部件的涂层。例如，如果涂层仅局部受损，则可能希望仅局部修复受损区域。例如，US 2005/0235493公开了一种方法，其中涂层缺陷的基底表面被清洁，并且缺陷的表面被机械粗糙化。随后，将结合涂层施加到粗糙化表面上，并将顶涂层修补置于结合涂层修补的顶部。US 2005/0235493中公开的方法一方面需要磨料清洁步骤，另一方面需要粗糙化步骤，该粗糙化步骤可以包括滚花、磨料喷涂和/或激光开槽。如果希望在现场进行涂层修复，即不需要将磨损的部件运送到车间，或者甚至在该部件安装在发动机中的情况下进行原位修复。还可能出现的情况是，所有这些步骤可能需要在有限的操作空间中执行，并且所有需要的设备都需要移动到安装的磨损部件的位置，所有限制都是由于受限的空间条件造成的。
US 2005/0003097公开了一种热喷涂方法，其中在热障涂层材料掺杂有熔点降低剂材料时降低了待喷涂材料的熔点，以便允许热障涂层材料通过低速火焰喷涂工艺施加。
发明内容
本公开的目的是公开一种最初提到的类型的方法。在本公开的一个方面，该方法应当能够产生具有不同表面粗糙度(distinct surface roughness)的涂覆层，例如能够使在其上制造的另一涂覆层彻底互锁(thorough interlocking)。在一个方面，该方法应适合用作局部涂层缺陷的修复过程。在另一方面，该方法应被公开为使得可以手动执行该方法。当然，不排除将涂层和/或修复方法建立为自动化方法；然而，该方法应当能够容许不太精确的施加，当该方法在现场手动执行时，或者甚至在安装的部件上原位执行时，可能会出现这种情况。在另一个更具体的方面，该方法应使得所需设备可以在受限的空间条件下供应和安全操作。换句话说，应该要求尽可能少的装置，并且所需的装置应该尽可能小和可移动。
这通过权利要求1所述的主题来实现。
因此，公开了一种在部件上制造涂层的方法。在特定实施例中，该方法可以应用于并构成用于修复涂层缺陷，特别是局部涂层缺陷的方法。该方法通常包括：向喷射装置提供氧化剂流体流和燃烧流体流；使燃烧流体流与氧化剂流体流燃烧，从而生成从喷射装置发出的火焰；以及在火焰周围提供屏蔽流体流(shielding fluid flow)。在特定实例中，屏蔽流体流可以是空气流。供应质量流量的粉末材料(a supply mass flow of powdermaterial)被供应到火焰中，从而在火焰内部提供熔融材料流。内部具有分散的熔融材料流(dispersed flow of molten material)的火焰被导向工件的表面，从而将熔融材料沉积在表面上并生成涂层。应当理解，屏蔽流体流也用作冷却剂流，其有助于将火焰包围在限定的空间中，并使火焰外部的温度骤降。该方法包括将火焰导向工件的表面区域。在示例性实施例中，即，当应用修复涂层缺陷的方法时，火焰导向的工件的表面区域可以是显示受损涂层的表面区域。该方法还包括供应到火焰中的粉末材料包括金属，从而生成金属涂覆层。当粉末材料被供应到包括金属的火焰中时，过程参数被设定为生成表面算术平均粗糙度值(asurface arithmetic mean roughness value)Ra等于或大于10微米的金属涂覆层，并且在更特别的实施例中等于或大于13微米。
当粉末材料被供应到包括金属的火焰中时，过程参数可以被进一步设定为生成孔隙率加氧化物的组合内含物(combined inclusions of porosity plus oxides)小于或等于25体积％的金属涂覆层。
本领域技术人员将容易理解，在制造金属涂覆层之前，工件的表面区域可以被处理或不被处理，例如以清洁基底的表面，并且如果需要，去除氧化物层或碎屑。这样，熔融金属材料可以直接施加到基底材料上，并实现牢固的结合。
本公开技术方案1提供一种用于在部件上制造涂层的方法，所述方法包括：向喷射装置提供氧化剂流体流和燃烧流体流；使所述燃烧流体流与所述氧化剂流体流燃烧，从而生成从所述喷射装置发出的火焰；在所述火焰周围提供屏蔽流体流，将供应质量流量的粉末材料供应到所述火焰中，从而在所述火焰内部提供熔融材料流；以及将所述火焰导向工件的表面，从而将所述熔融材料沉积在所述表面上并生成涂层，其中，供应到所述火焰中的所述粉末材料流包括金属，从而生成金属涂覆层，并设定过程参数，而粉末材料被供应到包括金属的所述火焰中，从而生成表面算术平均粗糙度值Ra等于或大于10微米的金属涂覆层。
技术方案2：根据技术方案1所述的方法，其中，当生成所述金属涂覆层时，从所述喷射装置的出口到所述工件表面的工作距离在等于或大于160mm且小于或等于240mm的范围内。
技术方案3：根据技术方案1或2所述的方法，其中，当生成所述金属涂覆层时，所述粉末材料供应质量流量等于或大于40g/min且小于或等于70g/min。
技术方案4：根据技术方案3所述的方法，其中，在生成所述金属涂覆层之后应用后续过程阶段，所述后续过程阶段包括：选择要提供至所述火焰的另外的粉末材料，并将供应质量流量的所述另外的粉末材料供应到所述火焰中；以及将所述火焰导向所述先前生成的层的表面，从而在所述先前生成的涂覆层上生成另外的涂覆层，其中，所述另外的粉末材料包括非金属材料。
技术方案5：根据技术方案1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括热障涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，从所述喷射装置到所述工件表面的工作距离选择在等于或大于80mm且小于或等于140mm的范围内，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为多孔热障涂层。
技术方案6：根据技术方案1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括热障涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，所述粉末材料供应质量流量等于或大于15g/min且小于或等于30g/min，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为多孔热障涂层。
技术方案7：根据技术方案1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括热障涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，从所述喷射装置到所述工件表面的工作距离选择在等于或大于50mm且小于或等于180mm的范围内，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为致密的垂直裂纹的热障涂层。
技术方案8：根据技术方案1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括热障涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，所述粉末材料供应质量流量等于或大于12g/min且小于或等于18g/min，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为致密的垂直裂纹的热障涂层。
技术方案9：根据技术方案1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括耐磨涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，从所述喷射装置到所述工件表面的工作距离选择在等于或大于50mm且小于或等于100mm的范围内，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为耐磨涂层。
技术方案10：根据技术方案1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括耐磨涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，所述粉末材料供应质量流量等于或大于20g/min且小于或等于32g/min，其中，所得到的另外的涂覆层旨在作为耐磨涂层。
技术方案11：根据技术方案1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括环境屏障涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，从所述喷射装置到所述工件表面的工作距离选择在等于或大于80mm且小于或等于140mm的范围内，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为环境屏障涂层。
技术方案12：根据技术方案1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括环境屏障涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，所述粉末材料供应质量流量等于或大于15g/min且小于或等于30g/min，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为环境屏障涂层。
技术方案13：根据技术方案1所述的方法，其中，所述方法在所述部件的局部受限表面区域上执行。
技术方案14：根据技术方案1所述的方法，其中，所述方法在现场执行。
技术方案15：根据技术方案1所述的方法，其中，所述方法手动执行。
具体实施方式
考虑到下面提供的公开内容，所公开主题的进一步效果和优点，无论是否明确提及，都将变得显而易见。
应当注意，在本公开的框架内，不定冠词“一”或“一个”的使用绝不规定单数，也不排除存在多个所指构件或特征。因此，它应该理解为“至少一个”或“一个或多个”。
在生成金属涂覆层之后，可以应用后续过程阶段。所述后续过程阶段包括：选择要供应给火焰的另外的粉末材料并将所述另外的粉末材料供应到火焰中；以及将火焰导向先前生成的层的表面，在特定实施例中先前生成的金属层的表面，从而在先前的涂覆层上生成另外的涂覆层。另外的粉末材料可以特别地包括非金属；更特别是陶瓷材料。
应当理解，另外的涂覆层直接在金属涂覆层上生成。
因为金属层直接形成有不同的表面粗糙度，所以在金属涂覆层上随后施加的另外的涂覆层与金属层有效地相互啮合和互锁(intermeshes and interlocks)，而不需要施加单独的表面粗糙化步骤，同时金属层又有效地结合到基底上，如上文概述的。
所应用的喷涂技术在两个过程阶段期间被施加，即，当粉末材料被供应到包括金属的火焰中时，其可以被称为第一过程阶段，并且如果适用的话，在后续过程阶段期间，在本领域中被称为“火焰喷涂(flame spraying)”。如上所述，它包括：向喷射装置提供氧化剂流体流和燃烧流体流；使燃烧流体流与氧化剂流体流燃烧，从而生成从喷射装置发出的火焰；以及在火焰周围提供屏蔽流体流。在特定实例中，屏蔽流体流可以是空气流。粉末材料流被供应到火焰中，从而在火焰内部提供熔融材料流。内部具有分散的熔融材料流的火焰被导向工件的表面，从而将熔融材料沉积在表面上并生成涂覆层(coating layer)。应当理解，屏蔽流体流也用作冷却剂流，其有助于将火焰包围在限定的空间中，并使火焰外部的温度骤降。在特定实例中，氧化剂可以是纯氧。在特定实例中，燃烧流体可以是乙炔(acetylene)。氧化剂和燃烧流体的质量流量特别地使得能够获得中性火焰(a neutralflame)，即，既不氧化也不还原或渗碳(neither oxidizing nor reducing orcarburizing)的火焰。换句话说，氧化剂的整个质量流量通过燃烧燃烧流体被消耗，并且燃烧流体被完全氧化。换句话说，氧化剂和燃烧流体的质量流量被设定为能够实现化学计量火焰(a stoichiometric flame)。因此，如果不是至少很大程度上避免的话，供应到火焰中的材料的氧化或还原、或者在高温下碳化物的形成也受到抑制。重要的过程参数可以是粉末材料供应质量流量(the powder material supply mass flow)、屏蔽流体进料压力(shielding fluid feed pressure)、氧化剂进料压力、燃烧流体进料压力、从喷射装置出口到工件的工作距离、以及步长大小(the step size)。步长大小是喷射装置沿着其被引导的两个后续路径之间的偏移，换句话说，喷射装置在两个后续的、特别是至少基本上平行的喷射轨迹之间移动的横向距离。
在本说明书公开的方法中，氧化剂或氧气进料压力通常可以设定为4.0巴(bars)。在本说明书公开的方法中，燃烧流体或乙炔进料压力通常可以设定为0.7巴。
在生成金属涂覆层时供应到火焰的金属粉末材料可以包括80％或更多，更特别地90％或更多的金属。如果没有明确说明，本说明书中规定的百分比含量通常应理解为总组合物的质量百分比。在本说明书上下文中使用的金属在广义上应理解为任何金属或金属合金。在更特别的实施例中，在生成金属涂覆层时使用的金属粉末材料可以完全由金属组成。在本公开的上下文中使用的术语“完全组成(entirely consist)”应理解为“由指定材料加上残留杂质组成”。残留杂质可以例如以总组合物的5％或更少、更特别地2％或更少、1％或更少、或0.5％或更少的质量百分比存在，在每种情况下都指定为总组合物的质量-％。所述定义也将适用于本公开中术语“完全组成”的任何后续叙述。
金属粉末材料可以包括(例如以上述百分比)一种或多种以下合金或者完全由一种或多种以下合金组成：
·添加硅(Si)和钽(Ta)的镍-钴-铬-铝-钇(NiCoCrAlY)合金。
·添加硅(Si)和钽(Ta)的镍-铬-铝-钇(NiCrAlY)合金。
·添加硅(Si)、钽(Ta)和硼(B)的镍-铬-铝-钇(NiCrAlY)合金。
·钴-镍-铬-铝-钇(CoNiCrAlY)合金。
·镍-铬-铝-钇(NiCrAlY)合金。
另外的粉末材料可以包括热障涂层材料和/或环境屏障涂层材料、耐磨涂层材料或硬面涂层材料中的至少一种或完全由这些材料组成。应当理解，该示例性材料列表是出于参考目的而给出的，而并非旨在进行限制。另外的粉末材料可以包括80％或更多，更特别地90％或更多的非金属和/或陶瓷材料，例如但不限于热障涂层材料、环境屏障涂层材料、耐磨涂层材料和硬面涂层材料中的至少一种，或者可以完全由所述材料中的一种或它们中的至少两种的混合物组成。
当生成金属涂覆层时，或者在第一过程阶段期间，某些过程参数分别单独地或者彼此组合地选择如下：
·分别当生成金属涂覆层时、或者在第一过程阶段期间，从喷射装置的出口到工件表面的工作距离可以选择在等于或大于160mm且小于或等于240mm的范围内。
·分别当生成金属涂覆层时、或者在第一过程阶段期间，粉末材料供应或进料质量流量可以分别等于或大于40g/min且小于或等于70g/min。在更特别的示例性实施例中，分别当生成金属涂覆层时、或者在第一过程阶段期间，粉末材料供应质量流量可以分别等于或大于50g/min且小于或等于70g/min。
·屏蔽流体进料压力可以大于或等于1.0巴且小于或等于5.0巴。
·步长大小可以大于或等于8mm且小于或等于12mm。
在某些示例性实施例中，可以应用后续过程阶段，其中所述另外的粉末材料包括例如80质量-％或更多、或90质量-％或更多的热障涂层材料，或者完全由热障涂层材料组成。对于非限制性实例，这可以包括80质量-％或更多、或90质量-％或更多的矾土(alumina)-氧化铝材料(aluminum oxide material)-和/或钇稳定氧化锆(yttrium-stabilized zirconia)中的至少一种，或者完全由矾土-氧化铝材料-和/或钇稳定氧化锆中的至少一种组成。为了制造打算用作多孔热障涂层的涂覆层，可以在后续过程阶段中单独地或彼此组合地选择某些过程参数，如下所示：
·从喷射装置的出口到工件表面的工作距离可以选择在等于或大于80mm且小于或等于140mm的范围内。
·粉末材料供应质量流量可以等于或大于15g/min且小于或等于30g/min。
·屏蔽流体进料压力可以大于或等于1.0巴且小于或等于3.0巴。
·步长大小可以大于或等于3mm且小于或等于8mm。
在另外的示例性实施例中，可以应用后续过程阶段，其中所述另外的粉末材料包括例如80质量-％或更多、或90质量-％或更多的陶瓷涂层材料，或者完全由陶瓷涂层材料组成。对于非限制性实例，这可以包括例如80质量-％或更多、或90质量-％或更多的矾土-氧化铝材料-和/或钇稳定氧化锆中的至少一种，或者完全由矾土-氧化铝材料-和/或钇稳定氧化锆中的至少一种组成。为了制造打算用作致密垂直裂纹热障涂层的涂覆层，可以在后续过程阶段中单独地或彼此组合地选择某些过程参数，如下所示：
·从喷雾装置的出口到工件表面的工作距离可以选择在等于或大于50mm且小于或等于180mm的范围内。
·粉末材料供应质量流量可以等于或大于12g/min且小于或等于18g/min。
·屏蔽流体进料压力可以大于或等于0.1巴且小于或等于1.5巴。
·步长大小可以大于或等于2mm且小于或等于5mm。
在另外的示例性实施例中，可以应用后续过程阶段，其中所述另外的粉末材料包括，例如80质量-％或更多、或90质量-％或更多的耐磨涂层材料，或者完全由耐磨涂层材料组成。对于非限制性实例，这可以包括例如80质量-％或更多、或90质量-％或更多的钇稳定氧化锆(YSZ)和/或氧化镝稳定氧化锆(dysprosia stabilized zirconia)(DySZ)和/或矾土、氧化铝材料中的至少一种，或者完全由钇稳定氧化锆(YSZ)和/或氧化镝稳定氧化锆(DySZ)和/或矾土、氧化铝材料中的至少一种组成。为了制造打算用作耐磨涂层的涂覆层，可以在后续过程阶段中单独地或彼此组合地选择某些过程参数，如下所示：
·从喷射装置的出口到工件表面的工作距离可以选择在等于或大于50mm且小于或等于100mm的范围内。
·粉末材料供应质量流量可以等于或大于20g/min且小于或等于32g/min。
·屏蔽流体进料压力可以大于或等于1.5巴且小于或等于5.0巴。
·步长大小可以大于或等于3mm且小于或等于8mm。
在另外的示例性实施例中，可以应用后续过程阶段，其中所述另外的粉末材料包括例如80质量-％或更多、或90质量-％或更多的环境屏障涂层材料，或者完全由环境屏障涂层材料组成。对于非限制性实例，这可以包括例如80质量-％或更多、或90质量-％或更多的矾土、氧化铝材料或者完全由矾土、氧化铝材料组成。为了制造打算用作环境屏障涂层的涂覆层，可以在后续过程阶段中单独地或彼此组合地选择某些过程参数，如下所示：
·从喷射装置的出口到工件表面的工作距离可以选择在等于或大于80mm且小于或等于140mm的范围内。
·粉末材料供应质量流量可以等于或大于15g/min且小于或等于30g/min。
·屏蔽流体进料压力可以大于或等于1.0巴且小于或等于3.0巴。
·步长大小可以大于或等于2mm且小于或等于5mm。
在具体实施例中，上面列出的方法可以在部件的局部受限表面区域上执行。这可能是修复局部涂层缺陷的情况。如果例如仅叶片构件的翼型件被涂覆，而根部区域未被涂覆，也可能是这种情况。
本说明书公开的方法特别适用于现场应用，即，待翻新的部件不一定需要运送到专门的车间。
此外，所需的热喷涂设备可以足够小和重量轻，并且该方法可以足够稳定以在执行该方法时达到规定的公差，从而可以手动执行该方法，即无需用于引导工具的笨重和昂贵的设备。然而，应当理解，如果这种设备是可用的，并且适用于执行该方法的地点的条件，则该方法的自动化执行也是可能的。在甚至更具体的情况下，该方法可以用手持装置来执行。
在其它方面，粉末材料包括例如80质量-％或更多、或90质量-％或更多的硬面涂层材料，或完全由硬面涂层材料组成。对于非限制性实例，这可以包括例如80质量-％或更多、或90质量-％或更多的诸如Cr3C2-NiCr 75/25的碳化铬材料(chromium carbidematerial)，或者完全由碳化铬材料组成。为了制造打算用作硬面涂层的涂覆层，可以在后续过程阶段中单独地或彼此组合地选择某些过程参数，如下所示：
·从喷射装置的出口到工件表面的工作距离可以选择在等于或大于100mm且小于或等于220mm的范围内。
·粉末材料供应质量流量可以等于或大于45g/min且小于或等于65g/min。
·屏蔽流体进料压力可以大于或等于2.0巴且小于或等于4.0巴。
·步长大小可以大于或等于8mm且小于或等于12mm。
这尤其可以直接施加在基底上，即，没有先前制造的粗糙金属涂覆层。
应当理解，在特定实施例中，上述每个后续过程阶段可以直接施加在金属涂覆层上，使得所得的另外的涂覆层直接生成在具有不同表面粗糙度的金属涂覆层的顶部上。
应当理解，以上公开的特征和实施例可以彼此结合。还应当理解，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在本公开和要求保护的主题的范围内，另外的实施例是可以想象的。
实施本公开的教导的示例性模式
根据下面提供的某些示例性实施例，本领域技术人员将最充分地理解本说明书公开的主题的优点。应当理解，在这些实施例中提供的示例决不旨在限制保护范围，保护范围由权利要求所涵盖的最广泛的主题来限定。
例如，本说明书公开的方法可以应用于燃气涡轮发动机的检修和大修(servicingand the overhaul)。该方法可以应用于修复热气体零部件上的有缺陷的涂层，热气体零部件为例如压缩机和涡轮叶片和静叶、喷燃器、燃烧器瓦片、隔热罩等。应当理解，通常热障涂层被施加到燃烧室和第一涡轮级中的部件上，而对于非限制性实例，可以在最末涡轮级中发现例如环境屏障涂层，并且硬面涂层可以例如被施加到发动机内部的接触区域和摩擦区域上、喷燃器上以及护罩接触面上。耐磨涂层可以例如施加在压缩机和涡轮隔热罩上。如前所述，这些示例并非意图是全面的或限制性的。在恶劣环境中使用几千小时期间，这种涂层劣化可能会表现为局部缺陷。就时间和成本而言，如果例如涂层的局部缺陷可以原位修复，而不需要拆卸部件和/或发动机，这是有益的。
此外，在检查期间，在切割外壳时，可能需要将发动机外壳分开。切口损坏了外壳的涂层。外壳通过焊接重新组装。在焊缝处，外壳缺少涂层，需要局部重新施加。
如上所述的方法能够例如现场修复局部涂层缺陷。有足够小和重量轻以手动操作的火焰喷涂用喷射装置。修理现场不直接需要任何笨重的设备。此外，材料供应管线可以保持足够小和柔性。这种特征也导致非常小的空间要求以进入修理现场和操作设备。因此，该方法可以非常灵活地用于大量应用中。
在应用该方法时，在火焰喷涂过程开始之前，有缺陷的区域可以被清洁或者可以不清洁或者以其他方式准备以翻新涂层。这可以包括掩蔽表面(masking of thesurface)，以进行缺陷位置的局部表面准备，以及表面准备。应当注意，在生成涂层之后，翻新的位置可以被重新加工，例如用于涂层厚度适配和/或部件轮廓修整。在第一过程阶段期间，通过将火焰喷射装置导向缺陷位置并将金属粉末材料供应到火焰中，可以将金属涂覆层施加到缺陷位置。粉末材料可以被选择成完全由以下材料之一组成：
添加硅(Si)和钽(Ta)的镍-钴-铬-铝-钇(NiCoCrAlY)合金，
添加硅(Si)和钽(Ta)的镍-铬-铝-钇(NiCrAlY)合金，
添加硅(Si)、钽(Ta)和硼(B)的镍-铬-铝-钇(NiCrAlY)合金，
钴-镍-铬-铝-钇(CoNiCrAlY)合金，或
镍-钴-铬-铝-钇(NiCrAlY)合金，
或所述合金中的一种或多种的组合。在这个实施例中，火焰是在乙炔在纯氧中燃烧时生成的。如上面概述的，设定火焰的当量比，以获得既不氧化也不渗碳的中性火焰。在如此制造金属涂覆层时，氧气的供应或进料压力设定为4.0巴，乙炔的供应或进料压力设定为0.7巴。用作屏蔽空气的压缩空气的供应或进料压力选择在等于1.0巴且小于或等于5.0巴的范围内。乙炔可以同时用作载气流(a carrier gas flow)以将粉末材料供应到火焰中。从喷射装置的出口到工件表面的工作距离选择在等于或大于160mm且小于或等于240mm的范围内。此外，在示例性实施例中，供应到火焰中的粉末合金的质量流量选择为等于或大于40g/min且小于或等于70g/min。火焰喷涂过程以大于或等于8mm且小于或等于12mm的步长大小进行。利用所选择的过程参数，金属涂覆层被制造成具有等于或大于10微米的表面算术平均粗糙度值(a surface arithmetic mean roughness value)Ra，并且在更特别的实施例中，过程参数设置的组合等于或大于13微米，并且孔隙率加氧化物的组合内含物(combined inclusions of porosity plus oxides)按体积计小于或等于25％。如上所述，特别是在金属基底上，金属层材料以可以被认为有点类似于焊接包层的方式结合。得到的具有明显表面粗糙度的良好结合的致密(即低孔隙率)金属层为在其上设置另外的涂覆层提供了极好的基础。
对于一个实例，可能希望在金属涂覆层上设置热障涂覆层。在该实例中，火焰喷涂过程是在后续过程阶段进行，在该阶段，由矾土或钇稳定氧化锆或其混合物或其它陶瓷材料组成的粉末材料被供应到火焰中。氧气和乙炔供应的设置都保持如上。屏蔽流体进料压力选择在从0.1巴至3巴的范围内。粉末材料供应或进料质量流量选择在从12g/min至30g/min的范围内。火焰喷涂过程是在从喷射装置出口到工件表面的工作距离在80mm和180mm之间并且步长大小在2mm和8mm之间的情况下进行的。因此，非金属涂覆层被制造在粗糙金属涂覆层上，该粗糙金属涂覆层适于作为热障涂层。根据具体参数设置，所得非金属涂覆层可以表征为多孔热障涂层或致密的垂直裂纹热障涂层。
对于另一个实例，可能希望在金属涂覆层上设置环境屏障涂层。在该实例中，火焰喷涂过程是在后续过程阶段进行，在该阶段，由矾土组成的粉末材料被提供至火焰。氧气和乙炔供应的设置都保持如上。屏蔽流体进料压力选择在从1巴至3巴的范围内。粉末材料进料质量流量选择在从15g/min至30g/min的范围内。火焰喷涂过程是在从喷射装置出口到工件表面的工作距离在80mm和140mm之间并且步长大小在2mm和5mm之间的情况下进行的。因此，非金属涂覆层被制造在粗糙金属涂覆层上，该粗糙金属涂覆层适于作为环境屏障涂层。
对于又一个实例，可能希望在金属涂覆层上设置耐磨涂层。在该实例中，火焰喷涂过程是在后续过程阶段进行，在该阶段，由矾土组成的粉末材料被提供至火焰。氧气和乙炔供应的设置都保持如上。屏蔽流体进料或供应压力选择在从1.5巴至5巴的范围内。粉末材料进料质量流量选择在从20g/min至32g/min的范围内。火焰喷涂过程是在从喷射装置出口到工件表面的工作距离在50mm和100mm之间并且步长大小在3mm和8mm之间的情况下进行的。因此，非金属涂覆层被制造在粗糙金属涂覆层上，该粗糙金属涂覆层适于作为耐磨涂层。
实施上面给出的方法的示例性实施例令人印象深刻地展示了当在简单地选择不同的操作参数组的情况下应用相同的材料时，该方法能够多么容易地影响所得涂层的特性。
在其它方面，可能希望在基底上设置硬面涂层。在该实例中，火焰喷涂过程是通过向火焰提供由Cr3C2-NiCr 75/25碳化铬材料组成的粉末材料来进行的。氧气和乙炔供应的设置都保持如上。屏蔽流体进料压力选择在从2巴至4巴的范围内。粉末材料进料质量流量选择在从45g/min至65g/min的范围内。火焰喷涂过程是在从喷射装置出口到工件表面的工作距离在100mm和220mm之间并且步长大小在8mm和2mm之间的情况下进行的。
应当注意，上述整个翻新过程尤其可以在喷射装置被手持和引导的情况下手动执行。
虽然已经通过示例性实施例解释了本公开的主题，但是应当理解，这些实施例决不是要限制所要求保护的发明的范围。应当理解，权利要求覆盖了未在此明确示出或公开的实施例，并且偏离在实施本公开的教导的示例性模式中公开的实施例的实施例仍将由权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种用于在部件上制造涂层的方法，所述方法包括：
向喷射装置提供氧化剂流体流和燃烧流体流；
使所述燃烧流体流与所述氧化剂流体流燃烧，从而生成从所述喷射装置发出的火焰；
在所述火焰周围提供屏蔽流体流，
将供应质量流量的粉末材料供应到所述火焰中，从而在所述火焰内部提供熔融材料流；以及
将所述火焰导向工件的表面，从而将所述熔融材料沉积在所述表面上并生成涂层，
其中，供应到所述火焰中的所述粉末材料流包括金属，从而生成金属涂覆层，并设定过程参数，而粉末材料被供应到包括金属的所述火焰中，从而生成表面算术平均粗糙度值Ra等于或大于10微米的金属涂覆层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当生成所述金属涂覆层时，从所述喷射装置的出口到所述工件表面的工作距离在等于或大于160mm且小于或等于240mm的范围内。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当生成所述金属涂覆层时，所述粉末材料供应质量流量等于或大于40g/min且小于或等于70g/min。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在生成所述金属涂覆层之后应用后续过程阶段，所述后续过程阶段包括：选择要提供至所述火焰的另外的粉末材料，并将供应质量流量的所述另外的粉末材料供应到所述火焰中；以及将所述火焰导向所述先前生成的层的表面，从而在所述先前生成的涂覆层上生成另外的涂覆层，其中，所述另外的粉末材料包括非金属材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括热障涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，从所述喷射装置到所述工件表面的工作距离选择在等于或大于80mm且小于或等于140mm的范围内，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为多孔热障涂层。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括热障涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，所述粉末材料供应质量流量等于或大于15g/min且小于或等于30g/min，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为多孔热障涂层。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括热障涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，从所述喷射装置到所述工件表面的工作距离选择在等于或大于50mm且小于或等于180mm的范围内，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为致密的垂直裂纹的热障涂层。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括热障涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，所述粉末材料供应质量流量等于或大于12g/min且小于或等于18g/min，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为致密的垂直裂纹的热障涂层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括耐磨涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，从所述喷射装置到所述工件表面的工作距离选择在等于或大于50mm且小于或等于100mm的范围内，由此所得到的另外的涂覆层旨在作为耐磨涂层。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述另外的粉末材料包括耐磨涂层材料，并且在所述后续过程阶段中，所述粉末材料供应质量流量等于或大于20g/min且小于或等于32g/min，其中，所得到的另外的涂覆层旨在作为耐磨涂层。
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