CN111195863B - 压实涡轮发动机部件的防腐涂料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压实包含金属颗粒并覆盖金属部件的防腐涂料的方法，其中金属部件诸如为涡轮发动机，所述方法包括至少一个将固态冰颗粒喷射到所述部件以使所述涂料致密化并且导电的步骤。

Description

压实涡轮发动机部件的防腐涂料的方法
技术领域
本发明涉及机械部件的防腐蚀的表面处理领域。本发明尤其涉及压实覆盖部件，尤其是覆盖涡轮发动机部件的防腐涂料的方法。
背景技术
机械部件，尤其是在航空涡轮发动机中所使用的那些机械部件会暴露受温度、腐蚀性元素以及氧化反应方面制约的环境中。诸如压缩机和低压涡轮轴的部件例如由具有降低的钴含量的钢或钢合金制成，以此具有增加的机械强度。这些钢对腐蚀现象高度敏感，其中的腐蚀现象主要表现为由局部侵蚀和深层侵蚀组成的腐蚀坑的发展。在涡轮发动机运行期间，这些部件还会承受很大的机械应力，这可能导致腐蚀的发展。制约/腐蚀协同效应导致腐蚀现象的显著增加。
已经用耐高温以及耐各种腐蚀性和氧化性的元素(煤油、油等)的涂料来覆盖某些部件，从而使这些部件能够抵抗其所处的环境，尤其是可以保护这些零件使其免受腐蚀。由三氧化铬部分地组成的该涂料已经被归类到CMR(为致癌、诱变、生殖毒性的首字母缩写)并且受限于涉及化学品的注册、评估、许可和限制的REACH法规的约束。
为了避免与该法规有关的约束，已经开发了制备阳极涂料的方案。该方案的实例记载于文件FR-A1-2991216和FR-A1-3040013中。具体地，该方案为将液体涂料喷射到部件的表面，其中液体涂料具有矿物粘合剂并且负载有金属颗粒，诸如铝。该涂料由操作者手持喷枪来喷射。在炉中加热经该涂料涂覆的部件以使所喷射的涂料聚合。使经聚合的涂料随后经受机械作用，诸如压实以使金属颗粒接触，而不会损坏涂料的装饰外观和物理外观。该作用使得可以实现金属颗粒与待处理的金属部件的电连续性。因此，使涂料层致密且导电，以使其成为牺牲层，该牺牲层而不是其所保护部件的金属将会被优先腐蚀。因此，术语“阳极涂料”用于描述已经被赋予导电性的牺牲层。
压实包括在聚合之后，用白刚玉颗粒、玻璃球或塑料颗粒对经涂覆的部分进行喷砂或喷丸处理。压实能够使涂料致密化并且赋予其以牺牲性能，这是它们具有有效防腐蚀性能的原因。可替代地，已知的是通过抛光(buffing)来生产阳极涂料。抛光是用砂纸对部件进行手动打磨，而这需要实施长时间。
当涂料包含三氧化铬时，使涂料阳极化的步骤是可选的。然而，对于不含三氧化铬的涂料则是必不可少的。
然而，用于压实的颗粒可能会嵌入到涂料中并且位于表面上。在操作中，会发生这些颗粒的排出(discharge)或释放，这会损坏涡轮发动机中位于这些颗粒路径中的其它构件。诸如刚玉之类的某些颗粒是矿物元素，具有莫氏硬度为约9.5的增加硬度。对于如涡轮轴和压缩机轴的部件，并不进行压实步骤以避免在增加的速度下这些非常硬的颗粒的释放，从而导致防腐性能的降低。事实上，该涂料层在未压实的情况下是不导电的，其仅通过在部件的表面上形成阻挡层来起到非常弱的防腐保护作用。由形成阻挡层的该层所带来的防腐效果在很大程度上取决于其孔隙率。此外，一旦部件被刮擦或划损，保护便终止并且该部件变得对腐蚀敏感。此外，对于那些涂层未被压实的部件，需要人工施加至少两层的涂料以限制并且保持其孔隙率。这样在不计算施加涂料之前、期间和之后制造部件所需的各个步骤情况下，延长生产部件的时间。并且尤其是对于具有复杂构造的部件，控制涂料的不同层的厚度是困难的。
本发明尤其旨在提供简单且有效的方案，使得能够确保防腐涂料的致密化，以提高防腐蚀保护，而不会嵌入硬颗粒并且避免损坏防腐涂料。
发明内容
根据本发明，通过压实包含金属颗粒并覆盖机械部件(诸如涡轮发动机部件)的防腐涂料的方法来实现该目的，该方法包括至少一个将固态冰颗粒喷射到所述部件以使所述涂料致密化并且导电的步骤。
因此，该方法能够实现上述目的。具体地，这种固态冰颗粒能够使覆盖机械部件的涂料致密化，以使涂料中的金属部分接触，从而提高涂料的防腐性。一方面，由于固态冰颗粒在与涂料撞击后因升华而消失，从而还能够消除外来颗粒(诸如玻璃球或刚玉颗粒)在发挥功能时的嵌入和排出问题。在该方式中，涂料的物理完整性得以保留。最后，该方法易于自动化，从而能够减少人工操作，其中包括施加不同的涂料层以解决外来颗粒的嵌入，并且因此，有益于生产时间和成本。
该方法还包括被单独或以组合采用的以下特征或步骤中的一个或多个：
所述固态颗粒包括二氧化碳颗粒；
所述固态颗粒在撞击所述涂料后升华；
在2巴至8巴的压力下，喷射所述固态颗粒；
所述固态颗粒具有1mm至30mm，且优选3mm的尺寸；
所述部件的表面与喷嘴之间的距离为20mm至100mm；
所述固态颗粒以至少一个束(4)来喷射，所述至少一个束相对于所述部件的表面具有30°至90°的倾斜度的大致方向；
所述固态颗粒以至少一个束(4)来喷射，所述至少一个束以40mm/s至60mm/s的速度移动；
所述方法包括两个将颗粒喷射到部件的表面的步骤；
所述部件是涡轮发动机轴；
所述固态颗粒可通过喷砂装置或喷丸装置来喷射；
所述固态颗粒的喷射优选在室温下于密闭壳体中进行；
所述固态冰颗粒的硬度为2莫氏硬度至2.5莫氏硬度；
在撞击后，所述固态冰颗粒的升华温度为约-78.9℃；
所述金属颗粒包括铝。
本发明涉及用于生产阳极涂层的方法，所述方法包括以下步骤：
将负载有金属颗粒的液体涂料喷射到部件的表面上；
使喷射在所述部件上的涂料聚合，以得到旨在保护所述部件的防腐涂料层；
压实所述防腐涂料以得到阳极涂料，所述压实包括在所述防腐涂料的方向中喷射至少一次固态冰颗粒，以使防腐涂料致密化并且使防腐涂料导电。
本发明还涉及固态干冰颗粒在实现涂覆金属部件(尤其是涡轮发动机部件)的防腐涂料的压实中的应用。
本发明还涉及至少部分覆盖有根据前述方法经压实的防腐涂料的机械部件，尤其是涡轮发动机。
附图说明
通过阅读以下参照所附示意性附图来详细地示例性描述仅作为说明但非限制实施例的本发明实施方式，将最好地理解本发明，并且本发明的其它目的、细节、特征和优点将更加清楚地显现。其中：
图1为根据本发明的用于压实部件的装置的实例的示意性前视图；
图2为图1的压实装置的示意性顶视图；
图3示出了在老化之后用涂覆有未压实的涂料的管测试件的图像；
图4示出了根据本发明的涂覆有被固态干冰颗粒压实的涂料的管测试件的图像；
图5示出了SEM拍摄的未经历压实的涂料的图像；以及
图6示出了SEM拍摄的根据本发明的经历冰颗粒压实的涂料的图像。
具体实施方式
图1和图2分别示出了用于压实涂覆机械部件2，且尤其是航空涡轮发动机的机械部件的表面的防腐涂料的装置1。术语“机械部件”用于描述旨在使用中确保机械功能的部件，意味着这些部件具有良好的机械强度以及良好的耐腐蚀性和耐磨性。因此，涡轮发动机轴，尤其是压缩机和/或涡轮轴是本发明所涉及的机械部件的非穷举性实例。
应当注意的是，在压实方法之前，部件2被防腐涂料覆盖。该涂料是无机涂料或任何包含金属颗粒的涂料。具体地，将负载有金属颗粒的液体涂料喷射到部件的表面。有利地，金属颗粒为铝颗粒。施加在部件的表面的防腐部分的实例是那些以商标Sermetel或者Maberbind/>而已知的那些部分。
在喷射涂料之后，被涂覆的部分发生聚合作用，从而使得涂料硬化，并且形成旨在保护部件的防腐涂料/涂层。
然后，压实该防腐涂料/涂层。对此，通过压实装置1来实现该压实。在本发明中，术语“压实”是指将材料(可能是磨料)以高速喷射在已涂覆的部件的表面上以使涂料导电的过程。在该方式下，防腐涂料被致密化，使得涂料的金属颗粒接触并且抗腐蚀强度增加。该涂料是导电的。因此获得了阳极涂层。
压实装置1包括至少一个喷嘴3，其旨在喷射固态颗粒的束或流(jet)4，从而能够处理涡轮发动机部件的表面。在该实施例中，装置1包括单个喷嘴3，其具有与部件2相距一定距离的出口孔5。该喷嘴3与管线6相连，该管线6用于供应固态颗粒。固态颗粒被保持在存储器(未示出)中。具体地，喷嘴的出口孔5与部件的表面之间的距离为d，该距离为20mm至100mm。有利地但非限制性的方式中，预设定的距离d为30mm至60mm。优选地，该距离为50mm。喷嘴3具有相对于部件的表面倾斜的大致方向，从而避免固态颗粒的过早磨损。其中倾斜度为30°至85°。30°的最小限值使得其能够避免刮擦涂料。优选地，喷嘴相对于部件的倾斜度为45°至90°。其被布置为在部件的表面上实现固态颗粒束的一个至两个通道，以保持涂料的物理和装饰完整性。
为了喷射颗粒，喷嘴3沿部件的高度和圆周移动，在任何时间都使喷嘴与部件的表面的相对位置保持相同的几何形状。
当然，本发明并不限于使用该压实装置，其仅作为一实例来进行描述。压实装置可例如包括两个喷嘴，每个喷嘴发出颗粒的流(jet)或束(beam)3，并且相对于部件1的表面定向为30°至90°，两个束在同一个平面内延伸。两个喷嘴的大致方向相互成90°。两条束在位于部件1上的一个聚焦点4处汇合，即，它们均达到同一待处理的点。对于给定的表征束3的立体角，经受喷砂处理的表面在每个时刻具有直径为“I”的圆的形状。
压实装置1在此具有高压低温清洁系统。
有利地，压实装置1被安装在为此目的设置的壳体7中。壳体7通过门来闭合，并且通过该门引入部件。有利的，在壳体的内部，具有室温和受控的湿度，以避免水凝结在部件上。当然，并不必须闭合该壳体。
在此，用于实现覆盖涡轮发动机部件的防腐涂料的压实的固态颗粒是干冰颗粒。这些固态冰颗粒有利地但非限制性地由固态形式的二氧化碳(CO2)组成。固态二氧化碳也被称为干冰。
在足够的能量下朝部件(该部件涂覆有涂料)的方向喷射固态冰颗粒以使覆盖该部件的涂料致密化。一旦该固态颗粒撞击防腐涂料，它们就将升华。这在壳体7的室温下便能够进行。固态二氧化碳转变成气体，从而不可能产生将保留(叠加)在防腐涂料中的颗粒。撞击后干冰颗粒的升华温度为75℃至80℃。有利地但非限制性地，升华温度为约-78.9℃。
有利地，但非限制性的方式中，在压实后可进行干燥步骤，以便控制在固态干冰颗粒升华之后可能发生的凝结。这可能在打开壳体之前发生。
固态颗粒具有1mm至30mm的尺寸。有利地但非限制性地，这些颗粒的尺寸为1mm至10mm。优选地，固态颗粒具有约3mm的尺寸。这些颗粒可具有球形形状。
固态冰颗粒在2巴至8巴，且优选5巴至8巴的压力下输送。同样优选地，输送颗粒的压力在6巴至8巴之间。这能够使涂料致密化，而不会损坏该涂料。在这些操作范围内不会发生涂料剥离。同样地，为了保持涂料的物理和装饰完整性，冰颗粒以0.8kg/h至2kg/h之间的质量流量喷射。优选地，质量流量为1kg/h至1.5kg/h之间。
颗粒的束(簇)以40mm/s至60mm/s之间的速度移动至部件的表面。优选地，喷嘴的速度为50mm/s。
与喷嘴中的颗粒同时喷射的空气流促进了恒定压力下冰颗粒的喷射，从而有利于颗粒的喷射。喷嘴3以40mm/s至60mm/s的速度移动以移动冰颗粒的簇。
可替代地，可以考虑使用带有合适的空气压力和质量流量的喷射特征的吸砂喷砂机来喷射固态冰颗粒。该机器例如配备有一个或两个10mm到14mm的圆形喷嘴。
进行对由此压实的涂料的耐腐蚀进行评估的盐雾测试(根据标准ISO9227)，从而能够证实由此压实的涂料确保了在168小时的老化后，对基底的防腐蚀作用。与现有技术中使用的颗粒相反，冰颗粒还具有在与涂料接触之后升华从而不会残留任何叠加元素的优点。
图3和图4示出了在老化168小时之后，涂覆有未压实的单一涂料层的管测试件(代表机械部件)和涂覆有经干冰压实的单一涂料层的管测试件之间的比较。涂料层约为50μm。图3表明在管测试件表面的多个位置上已形成厚而致密的锈斑。相反地，用图4中涂料经干冰颗粒压实的管测试件在部件的表面上没有锈蚀痕迹。这很好地证明了冰颗粒可以使涂料层致密化并可以提高其抗腐蚀强度。
图5和图6是用SEM(扫描电子显微镜的缩写)捕获的图像，并且使得可以观察分别在压实和未压实的情况下，施加在管测试件20的两个层中的涂料的致密程度。每层的厚度为50μm+/-10％。图5示出了未压实的涂料，表明该涂料在管测试件20的表面和涂料的外表面之间具有许多孔隙。和与管测试件20的表面接触的第一涂料层(下层)10b相比，位于距部件的外表面约37μm处的第二涂料层(上层)10a具有更多的孔隙，并且甚至几乎充满孔隙。
对于图6所示的经冰颗粒压实的涂料，可以看出在第二层10b中孔隙的大小和数量明显减小。还应注意的是，没有外来颗粒的嵌入。由于涂料的所测厚度仅减小了5μm到10μm(最大允许值为10μm)，因此通过冰颗粒进行的压实操作既不会损坏涂料也不会刮擦涂料。结果，利用固态干冰颗粒进行的压实由于干冰颗粒在撞击部件并与之基础时便升华，从而消除了已经用于压实的颗粒的排出或释放的风险。
在具有厚度为约50μm的涂料层的实施方式中，干冰颗粒相对于部件的表面以约90°的倾斜度来喷射。最多在部件的表面上喷射两次颗粒。老化168小时后，通过盐雾测试，管测试件没有红色腐蚀，也没有任何局部腐蚀(腐蚀坑)的侵蚀。

Claims (10)

1.一种压实包含金属颗粒并覆盖机械部件（2、20）的防腐涂料（10a、10b）的方法，所述方法包括：在所述机械部件的表面上喷射至少一层负载有金属颗粒的涂料层的步骤，以及至少一个将固态冰颗粒喷射到所述机械部件（2、20）以使所述涂料层致密化并且导电的步骤，其特征在于，所述涂料层具有介于50 µm±10%的厚度；所述固态冰颗粒具有1mm至30mm的尺寸；并且喷射固态冰颗粒使所述涂料层的厚度减少5 µm至10 µm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固态冰颗粒包括二氧化碳颗粒。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在2巴至8巴的压力下，喷射所述固态冰颗粒。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述固态冰颗粒具有3mm的尺寸。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，依据至少一个束（4）来喷射所述固态冰颗粒，所述至少一个束的方向相对于所述机械部件的表面具有30°至90°的倾斜度。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述机械部件（2、20）的表面与喷嘴（3）之间的距离为20mm至100mm。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，依据至少一个束（4）来喷射所述固态冰颗粒，所述至少一个束以40mm/s至60mm/s的速度移动。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括两个将固态冰颗粒喷射在所述机械部件（2、20）的表面上的步骤。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属颗粒包括铝。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述机械部件是涡轮发动机轴。
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