CN114207176A - 用于制造耐磨密封元件的方法和耐磨密封元件 - Google Patents

用于制造耐磨密封元件的方法和耐磨密封元件 Download PDF

Info

Publication number
CN114207176A
CN114207176A CN202080053466.1A CN202080053466A CN114207176A CN 114207176 A CN114207176 A CN 114207176A CN 202080053466 A CN202080053466 A CN 202080053466A CN 114207176 A CN114207176 A CN 114207176A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wear
resistant material
sub
layer
resistant
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
CN202080053466.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114207176B (zh
Inventor
休伯特·让-伊夫·伊兰
塞尔日·乔治斯·弗拉迪米尔·瑟勒兹内夫
纪尧姆·弗拉代特
L·P·杜东
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
SNECMA 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 SNECMA SAS filed Critical SNECMA SAS
Publication of CN114207176A publication Critical patent/CN114207176A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114207176B publication Critical patent/CN114207176B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing 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
    • F01D11/122—Preventing 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/073—Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/129—Flame spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/445—Free-space packings with means for adjusting the clearance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
    • F05D2230/31—Layer deposition
    • F05D2230/311—Layer deposition by torch or flame spraying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于连续制造耐磨密封元件(4)的方法，该元件包括被涂层覆盖的支撑基底(40)，涂层包括至少两个连续层，每个层包括耐磨材料子层(501)和侵蚀控制材料子层(502)。该方法的显著性在于，该方法包括以下步骤：‑a)将至少一个支撑基底(40)放置在旋转转盘(6)上，围绕旋转转盘放置至少两个热喷涂喷枪(7，7')，热喷涂喷枪能够沉积耐磨材料子层(501)和抗侵蚀材料子层(502)，‑b)使转盘(6)选择，以使所述支撑基底(40a，40b)接连地与两个喷枪(7、7')中的一个喷枪相对、然后与另一个喷枪相对，以执行各个子层的沉积，且对该操作进行重复，以获得所述密封元件(4)。

Description

用于制造耐磨密封元件的方法和耐磨密封元件
技术领域
本发明属于航空领域。
更具体地，本发明涉及一种用于连续制造用于涡轮机的耐磨密封元件的方法。该密封元件优选地旨在安装在转子轮的外壳上或者安装在涡轮机压缩机或涡轮的分配器的根部上。
本发明还涉及这种耐磨密封元件以及包括该耐磨密封元件的涡轮或压缩机。
背景技术
传统上，涡轮机从上游到下游依次包括空气流所穿过的低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮。
附图1表示涡轮机涡轮的示例性实施例。气流在涡轮内沿着箭头V所示的流动方向从上游AM流向下游AV。
该涡轮包括多个连续的级，每个级包括分配器1和转子轮2。转子轮2放置在大致截头圆锥形、具有轴线X-X'的环形外壳3内。转子轮2围绕轴线X-X'旋转。外壳3形成涡轮的外罩。
每个转子轮2包括盘20，盘在其外周承载多个径向叶片21。各盘20组装在一起并固定在旋转轴(图中未示出)上，旋转轴同时驱动这些盘旋转。每个分配器1包括多个径向叶片10，径向叶片10的径向外端部固定在外壳3上。
由在圆周上端部对端部布置的多个耐磨材料元件30制成的环固定在外壳3的内表面上，该内表面与转子叶片21的径向外端部相对。在涡轮运行期间，叶片21的顶部(可选地设置有唇部210)穿入元件30的耐磨材料中。这允许在移动叶片21的顶部和外壳3之间几乎没有基本上径向的间隙或没有基本上径向的间隙。这确保了涡轮的空气动力学性能，因而确保了涡轮机的空气动力学性能。
出于空气动力学性能的相同原因，环形分配器根部12支撑在圆周上端部对端部放置的多个耐磨材料元件11。环形分配器根部12布置在固定叶片10的径向内端部，以与环形凸缘22相对，环形凸缘22本身固定在两个相邻的转子盘21之间。该凸缘22设置有至少一个环形唇部23，该唇部23在涡轮运行期间穿入耐磨材料11中。
涡轮机的流动路径是空气和各种颗粒快速流动的位置。因此，希望元件11和30的耐磨材料既耐磨(也就是说，与叶片21或唇部23相比，耐磨材料优先磨损)，又对颗粒具有抗侵蚀性。然而，这两种性质是对立的，这给耐磨材料的研发带来了问题。
涡轮机的压缩机在耐磨元件方面具有类似的结构。
从文献US 2019/032504中已知一种高性能部件及其制造方法，高性能部件包括被多层耐磨轨道覆盖的支撑基底。
然而，该文献没有描述根据本发明的制造方法，也没有描述包括耐磨材料子层的耐磨密封元件，该密封元件具有从最靠近支撑基底的子层到距离该支撑基底最远的子层递减的机械耐磨性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种耐磨密封元件，该密封元件包括支撑基底，该支撑基底覆盖有既耐磨又耐侵蚀的涂层，该耐磨元件能够优选地固定在外壳3的内表面上，面向转子叶片21的径向外端部，或者固定在分配器的固定径向叶片10的径向内端部上，更准确地说固定在分配器根部12上，面向唇部23。
本发明的另一个目的是提供一种用于制造这种耐磨密封元件的方法。
为此，本发明涉及一种用于连续制造用于涡轮机的耐磨密封元件的方法，该密封元件包括被涂层覆盖的支撑基底，涂层包括至少两个连续层，每个层包括耐磨材料子层和抗侵蚀材料子层，且各个层沿着层的堆叠方向放置，使得耐磨材料子层与抗侵蚀材料子层交替。
根据本发明，该方法包括以下步骤：
-a)将至少一个支撑基底放置在旋转转盘上，围绕旋转转盘放置至少两个热喷涂喷枪，两个喷枪中的一个喷枪使得能够沉积耐磨材料子层，且两个喷枪中的另一个喷枪使得能够沉积抗侵蚀材料子层，
-b)使转盘旋转，以使所述支撑基底接连地与两个热喷涂喷枪中的一个热喷涂喷枪相对、然后与两个热喷涂喷枪中的另一个热喷涂喷枪相对，以执行抗侵蚀材料子层的沉积和耐磨材料子层的沉积，且对使转盘旋转和沉积这些子层的该操作进行重复，以获得所述耐磨密封元件。
由于本发明的这些特征，可以在工业上连续地制造抗侵蚀的耐磨密封元件。
根据本发明的其它有利和非限制性的、单独或组合地采用的特征：
-所述热喷涂喷枪为等离子喷枪；
-该方法包括将N个支撑基底放置在旋转转盘上，N个支撑基底在转盘的外周上以360°/N的角度均匀间隔开；
-该方法包括在所述支撑基底上沉积至少三个连续堆叠的层，以形成所述涂层，且该涂层的各个耐磨材料子层具有机械耐磨性，机械耐磨性从最接近支撑基底的耐磨材料子层到沿着这些层的堆叠方向距离该支撑基底最远的耐磨材料子层降低。
本发明还涉及一种用于涡轮机的耐磨密封元件。
根据本发明，该元件通过上述方法获得，该元件包括被涂层覆盖的支撑基底，涂层包括至少两个连续层，优选地至少三个连续层，每个层包括耐磨材料子层和抗侵蚀材料子层，各个层沿着这些层的堆叠方向放置，使得耐磨材料子层与抗侵蚀材料子层交替，且各个耐磨材料子层具有机械耐磨性，机械耐磨性从最接近支撑基底的耐磨材料子层到沿着这些层的堆叠方向距离该支撑基底最远的耐磨材料子层降低。
根据本发明的单独或组合地采用的其它特征：
-各个堆叠层彼此接触；
-各个抗侵蚀材料子层具有相同的厚度和/或各个耐磨材料子层具有相同的厚度；
-对于每个层，耐磨材料子层至少比抗侵蚀材料子层厚十倍；
-每个抗侵蚀材料子层的厚度介于1μm至50μm之间；
-每个抗侵蚀子层包括从基于铁或镍的材料选择或者从陶瓷材料选择的材料，基于铁或镍的材料例如为镍/铬/铝合金；
-每个耐磨子层包括从稀土元素的族群的材料选择的材料。
本发明还涉及一种涡轮或涡轮机压缩机，包括放置在外壳内的至少一个转子轮和分配器，转子轮包括多个径向叶片，所述外壳在其内表面上包括至少一个耐磨密封元件，耐磨密封元件设置成面向所述转子叶片的径向外端部。
根据本发明，所述至少一个耐磨密封元件是如上文所述的元件，且所述转子轮放置成使得其径向叶片与所述耐磨密封元件的涂层的层发生接触。
最后，本发明涉及一种涡轮或涡轮机压缩机，包括至少两个转子轮和分配器，每个转子轮包括转子盘，转子盘在其外周设置有多个径向叶片，分配器包括多个径向叶片，所述分配器叶片中的至少一个在其径向内端部处支撑至少一个耐磨密封元件。
根据本发明，所述至少一个耐磨密封元件是如上文所述的元件，设置有至少一个环形密封唇部的凸缘固定在所述两个转子盘之间，且所述密封唇部布置成与所述耐磨密封元件的涂层的层发生接触。
附图说明
本发明的其它特征、目的和优点将从以下描述中显现出来，以下描述纯粹是说明性的且不是限制性的，并且应该参考附图来阅读，在附图中：
图1是涡轮机的涡轮的一部分的轴向截面图。
图2是示出根据本发明的耐磨密封元件的示意图。
图3是示出耐磨元件的涂层的一个示例的机械耐磨性R作为该涂层的高度H的函数的曲线图。
图4是示出耐磨元件的涂层的另一个示例的机械耐磨性R作为该涂层的高度H的函数的曲线图。
图5A是示出根据本发明的第一实施例的连续制造方法的第一步骤的示意图。
图5B是示出根据本发明的第一实施例的连续制造方法的第二步骤的示意图。
图5C是示出根据本发明的第一实施例的连续制造方法的第三步骤的示意图。
图6A是示出根据本发明的第二实施例的连续制造方法的第一步骤的示意图。
图6B是示出根据本发明的第二实施例的连续制造方法的第二步骤的示意图。
图6C是示出根据本发明的第二实施例的连续制造方法的第三步骤的示意图。
图7是示出根据本发明的连续制造方法的第三实施例的示意图。
图8是示出允许实施根据本发明的方法的装置的示意图。
在所有附图中，相似的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
本发明涉及一种耐磨元件4，例如图2中示意性示出的耐磨元件。该耐磨元件4优选地旨在替换图1的涡轮的耐磨元件11和/或耐磨元件30中的至少一个或者替换图中未示出的压缩机的耐磨元件。
耐磨元件4包括被涂层5覆盖的支撑基底40。
支撑基底40优选地具有环扇形段形状，环扇形段弯曲以形成圆弧。这些不同的环扇形段旨在在圆周上端部对端部布置，以形成一个完整的环，该完整的环固定在外壳3的内表面上。支撑基底40还可以是一个完整的环。
该支撑基底的凹面是其径向内表面，且正是该面被涂层5覆盖。支撑基底40可由金属、陶瓷或陶瓷基复合材料(CMC)制成。
涂层5包括至少两个连续层50，至少两个连续层优选地叠置。每个层50包括耐磨材料子层501和抗侵蚀材料子层502，抗侵蚀材料子层502比耐磨子层501更具有机械抗性，也就是说，抗侵蚀材料子层502不太可能破裂。下文描述的本发明的优选实施例包括至少三个连续层50。
优选地，形成层50的堆叠，使得抗侵蚀子层502处于堆叠的末尾，也就是说，抗侵蚀子层502根据层的堆叠方向位于与基底40相对的端部。
层的堆叠方向从基底40开始并远离基底40移动。层的堆叠方向通过图2中的箭头Z-Z'具体化。
与基底40接触的第一子层可以同样好地是子层501或502。
根据本发明的技术方案在于耐磨子层501和抗侵蚀子层502交替，抗侵蚀子层502比耐磨子层501更具有机械抗性。当与运动部件(例如图2中的转子叶片21)接触时，叶片的穿透将通过从下方剪切耐磨子层501来去除第一抗侵蚀子层502，其中，对移动叶片21具有最小的力和磨损。
然后，由在气流中循环的颗粒产生的侵蚀消除了耐磨子层501的残留物并停止在下一个抗侵蚀子层502的水平处。在涡轮运行期间，叶片21或唇部23进一步径向地朝向耐磨元件膨胀，使得随后的层50可以依次如刚刚描述的那样劣化，且可重复该操作。
各个子层501、502越薄，叶片21的顶部与涂层5的面对表面之间的剩余间隙j越小，从而越能保证涡轮的密封性和效率。
有利地，各个耐磨材料子层501相对于彼此具有相同的厚度。
优选地，各个抗侵蚀材料子层502相对于彼此具有相同的厚度。
还优选地，耐磨材料子层501比抗侵蚀材料子层502厚，更优选地至少厚十倍。
优选地，抗侵蚀材料子层502的厚度小于0.1mm，更优选地介于1μm至50μm之间。因此，该抗侵蚀层不改变子层501的磨损性。
有利地，涂层5包括十个到一千个层50。
构成抗侵蚀子层502的材料有利地从基于铁或镍的材料，例如镍/铬/铝合金(NiCrAl)选择。抗侵蚀子层502的材料实际上还可以是陶瓷。
构成耐磨材料子层501的材料有利地从来自稀土元素的族群的材料选择。
根据涂层5的第一变型实施例，各个耐磨材料子层501相对于彼此具有相同的机械强度，此外，各个抗侵蚀材料子层502相对于彼此具有相同的机械强度。此外，抗侵蚀子层502比耐磨子层501更具有机械抗性。
这种情况在图3中进行说明，图3是示出各子层的机械耐磨性R随着涂层5的高度H，从涂层的径向外部区域EXT(最接近支撑基底40)一直到该基底的径向内部区域(INT)而变化的示意图。在该图中，可以看出，抗侵蚀子层502均具有机械耐磨性Rb，耐磨材料子层501均具有机械耐磨性Ra，其中，Rb大于Ra。
根据本发明的优选变型实施例，涂层5包括至少两个层50，优选地至少三个层50，每个层50包括两个子层501和502，其中，子层502的机械耐磨性随着涂层的高度H而变化(参见图4)。因此，虽然抗侵蚀材料502的机械耐磨性恒定(值Rb)，但是耐磨材料子层501的机械耐磨性会发生变化，并从涂层5的径向内端部(INT)到涂层5的径向外端部(EXT侧)增加。因此，对于每个新的耐磨材料子层501，机械耐磨性Ra增加，在此，对于六个子层，可以看出值Ra1、Ra2、Ra3、Ra4、Ra5、Ra6递增，另外，所有这些值小于Rb。
因此，与移动叶片21接触的耐磨子层501具有较低的机械耐磨性，则可以避免更靠近支撑基底40的耐磨子层501直接破裂。
改变子层的机械耐磨性的一种可能性在于作用于子层的密度。子层越致密，子层的机械耐性就越大。
现在，将结合图5A至图8描述用于制造上述耐磨元件4的方法的示例。
根据本发明的方法是一种工业方法，其允许通过同时涂覆至少一个支撑基底40且优选地同时涂覆几十个支撑基底而以高速率连续地制造涂层5。
根据本发明的方法在例如图8所示的装置中实施。所述装置包括优选地为机动化的转盘6、至少两个热喷涂喷枪7、7'，所有上述部件优选地放置在喷涂壳体8中。
转盘6包括底座60，底座60固定在旋转板61上，旋转板6围绕竖直轴线Y-Y'旋转地被驱动。支撑基底40放置在底座60的外表面上，使得支撑基底40的弯曲内表面400被定位成面向喷枪7、7'。
例如喷枪7、7'可从以首字母缩略词“APS”(意思为“空气等离子喷涂”)已知的空气等离子喷涂喷枪或者使用高速燃料和氧气的混合物、以首字母缩略词“HVOF”(意思为“高速氧燃料”)已知的喷涂喷枪选择。这些不同类型的喷枪允许具有不同的粉末配方并因此沉积耐磨材料子层501或抗侵蚀材料子层502。
有利地，喷枪7、7'中的至少一个可具有一个或两个自由度且其移位可以可选地是可编程的。例如该喷枪可安装在机器人铰接臂上，以例如相对于旋转轴线Y-Y'向左或向右枢转，或者相对于图8所示的转盘6的竖直位置向上或向下枢转。
有利地，待覆盖的支撑基底40与喷涂喷枪7或7'之间的距离D可以是可调节的。
转盘6被连续地或以360/N度角度的分度方式旋转地(箭头F)驱动，N是固定在转盘上的支撑基底40的数量，以按顺序将每个支撑基底40带到喷枪7或7'的前面。例如，当六个支撑基底40分布在转盘6上时，该按顺序的移位将六十度接六十度地发生。
喷枪之一，例如喷枪7，允许沉积耐磨材料子层501，而另一个喷枪，例如喷枪7'，允许沉积抗侵蚀材料层502。
在图中所示的示例中，喷枪7和7'彼此成180°地放置。然而，这种角度放置可能有所不同。此外，例如如图5A至图5C所示，可围绕转盘6放置喷射冷却空气射流的装置80，装置80优选地在支撑基底40在两个喷枪7和7'的前面通过之后喷射冷却空气射流。
有利地，支撑基底40在固定到转盘6之前准备好。例如可对支撑基底40进行机械或化学酸洗，然后进行允许去除酸洗残留物的清洁步骤，该清洁能够例如在溶剂浴中进行。然后还可以在该基底40上沉积用于粘附随后将被沉积的涂层5的子层。
然后，可将支撑基底40固定在转盘6上。
有利地，如图中所示的，支撑基底40可通过还允许一个或两个自由度(例如向上或向下或者向右或向左运动)的装置固定在底座60上。例如，这允许将由喷枪7或7'喷射的束扫描到待覆盖的支撑基底40的表面上。
在图5A至图5C所示的示例性实施例中，单个支撑基底40固定在转盘6上。
转盘6定位成使得基底40位于两个喷枪之一的前面，例如位于喷枪7的前面(图5A)。沉积第一子层，例如耐磨材料子层501，然后驱动转盘6旋转以将基底40带到另一个喷枪7'的前面并进行另一个子层的沉积，在此为子层502的沉积(图5B)。转盘6继续旋转，且在用于喷射空气射流的可选装置80的前面通过之后，基底40位于第一喷枪7的前面(图5C)以再次接纳耐磨材料子层501。该循环重复所需的次数，以在基底40上获得期望数量的子层501、502。
图6A至图6C示出了方法的变型实施例，根据该方法的变型实施例，两个支撑基底40a、40b优选地彼此成180°地固定在转盘6上，这允许提高生产率。
在开始时，基底40a位于喷枪7的前面，基底40b位于喷枪7'的前面。通过喷枪7形成的子层(例如501)沉积在基底40a上，而喷枪7'最初没有被供应，使得基底40b保持空白。
在图6B所示的下一步骤中，转盘6已旋转180°，使得被第一耐磨子层501覆盖的基底40a然后接纳第一抗侵蚀子层502，而基底40b接纳直接沉积在基底40b上的第一耐磨子层501。
继续旋转180°，以使两个基底40a和40b交替地位于两个喷枪7和7'中的一个或另一个的前面，从而获得期望数量的子层501和502。
图7示出了替代实施例，其中六个支撑基底40a、40b、40c、40d、40e和40f放置在转盘6上。
例如，多达三十二个支撑基底40(或者甚至更多)因此可放置在转盘6上。有利地，且为了增加沉积速率，然后可围绕转盘6放置多对喷枪7和7'。
有利地，调节两个喷枪7和7'的沉积参数，使得耐磨材料子层501的厚度大于抗侵蚀材料子层502的厚度，如上文所说明的。
为此，可作用于各种参数，例如喷涂的材料的流速、沉积速率或喷涂角度。
材料流速可以不同。通过作用于两个子层501和502的流速之间的比率以及作用于两个子层501和502各自的密度之间的比率，因此可获得不同的厚度。
仅作为说明性示例，如果AlSiBN耐磨材料子层501以每分钟100g的速率沉积，且AlNi抗侵蚀材料子层以每分钟20g的速率沉积(流速之比为5)、已知AlSiBN的密度比AlNi的密度小五倍，那么就可以实现比耐磨材料层薄十倍的抗侵蚀材料的沉积。
当沉积在单次通过中进行时，沉积速率决定沉积层的厚度(沉积速率越慢，沉积层越厚)。为了获得更厚的层，还可作用于喷枪7或7'，使喷枪7或7'进行扫掠和往复运动，然后驱动转盘6旋转以进行下一步骤。
最后，应注意，沉积厚度根据喷射角度的正弦而变化。喷涂角度相对于涂覆表面越接近(擦边)，覆盖面积就越大。沉积厚度也就更小。通常优选地，相对于待覆盖的表面的法线不超过45°的角度。
由于本发明的这些特征，因此可连续生产大量耐磨密封元件4，这些耐磨密封元件4具有大量具有不同特征的子层，并因此获得整体涂层5，涂层5受益于子层501、502中的每一个的所有优点，没有缺点(即具有良好抗侵蚀性的耐磨材料特性)。

Claims (11)

1.一种用于连续制造用于涡轮机的耐磨密封元件(4)的方法，所述密封元件(4)包括被涂层(5)覆盖的支撑基底(40)，所述涂层包括至少两个连续层(50)，每个层(50)包括耐磨材料子层(501)和抗侵蚀材料子层(502)，且各个层(50)沿着层的堆叠方向放置，使得耐磨材料子层(501)与抗侵蚀材料子层(502)交替，所述方法的特征在于，所述方法包括以下步骤：
-a)将至少一个支撑基底(40，40a，40b，40c，40d，40e，40f)放置在旋转转盘(6)上，围绕所述旋转转盘(6)放置至少两个热喷涂喷枪(7，7')，所述两个喷枪(7，7')中的一个喷枪使得能够沉积所述耐磨材料子层(501)，且所述两个喷枪中的另一个喷枪使得能够沉积所述抗侵蚀材料子层(502)，
-b)使所述转盘(6)旋转，以使所述支撑基底(40，40a，40b，40c，40d，40e，40f)接连地与所述两个热喷涂喷枪(7、7')中的一个热喷涂喷枪相对、然后与所述两个热喷涂喷枪(7、7')中的另一个热喷涂喷枪相对，以执行所述抗侵蚀材料子层(502)的沉积和所述耐磨材料子层(501)的沉积，且对使所述转盘(6)旋转和沉积这些子层的操作进行重复，以获得所述耐磨密封元件(4)。
2.根据权利要求1所述的连续制造方法，其特征在于，所述热喷涂喷枪(7，7')为等离子喷枪。
3.根据权利要求1或2所述的连续制造方法，其特征在于，所述连续制造方法包括将N个支撑基底(40，40a，40b，40c，40d，40e，40f)放置在所述旋转转盘(6)上，所述N个支撑基底在所述转盘的外周上以360°/N的角度均匀间隔开。
4.根据前述权利要求中任一项所述的连续制造方法，其特征在于，所述连续制造方法包括在所述支撑基底(40，40a，40b，40c，40d，40e，40f)上沉积至少三个连续堆叠的层(50)，以形成所述涂层(5)，且所述涂层(5)的各个耐磨材料子层(501)具有机械耐磨性，所述机械耐磨性从最接近所述支撑基底(40，40a，40b，40c，40d，40e，40f)的耐磨材料子层(501)到沿着这些层(50)的堆叠方向距离该支撑基底最远的耐磨材料子层降低。
5.一种用于涡轮机的耐磨密封元件(4)，其特征在于，所述耐磨密封元件通过根据权利要求1至4中任一项所述的方法获得，所述耐磨密封元件包括被涂层(5)覆盖的支撑基底(40)，所述涂层包括至少两个连续层(50)，优选地至少三个连续层(50)，其中，每个层(50)包括耐磨材料子层(501)和抗侵蚀材料子层(502)，其中，各个层(50)沿着这些层的堆叠方向放置，使得耐磨材料子层(501)与抗侵蚀材料子层(502)交替，且各个耐磨材料子层(501)具有机械耐磨性，所述机械耐磨性从最接近所述支撑基底的耐磨材料子层到沿着这些层的堆叠方向距离该支撑基底最远的耐磨材料子层降低。
6.根据权利要求5所述的密封元件(4)，其特征在于，各个堆叠层(50)彼此接触。
7.根据权利要求5或6所述的密封元件(4)，其特征在于，各个抗侵蚀材料子层(502)具有相同的厚度和/或各个耐磨材料子层(501)具有相同的厚度。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的密封元件(4)，其特征在于，对于每个层(50)，所述耐磨材料子层(501)至少比所述抗侵蚀材料子层(502)厚十倍。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的密封元件(4)，其特征在于，每个抗侵蚀材料子层(502)的厚度介于1μm至50μm之间。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的密封元件(4)，其特征在于，每个抗侵蚀子层(502)包括从基于铁或镍的材料选择或者从陶瓷材料选择的材料，所述基于铁或镍的材料例如为镍/铬/铝合金。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的密封元件，其特征在于，所述耐磨子层(501)的每种材料包括从稀土元素的族群的材料选择的材料。
CN202080053466.1A 2019-07-23 2020-07-23 用于制造耐磨密封元件的方法和耐磨密封元件 Active CN114207176B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1908330 2019-07-23
FR1908330A FR3099186B1 (fr) 2019-07-23 2019-07-23 Procédé de fabrication d'un élément d'étanchéité abradable, et élément d'étanchéité abradable
PCT/EP2020/070776 WO2021013920A1 (fr) 2019-07-23 2020-07-23 Procédé de fabrication d'un élément d'étanchéité abradable, et élément d'étanchéité abradable

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114207176A true CN114207176A (zh) 2022-03-18
CN114207176B CN114207176B (zh) 2024-09-13

Family

ID=68806957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080053466.1A Active CN114207176B (zh) 2019-07-23 2020-07-23 用于制造耐磨密封元件的方法和耐磨密封元件

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12104491B2 (zh)
EP (1) EP4018009A1 (zh)
CN (1) CN114207176B (zh)
FR (1) FR3099186B1 (zh)
WO (1) WO2021013920A1 (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3947607A (en) * 1973-05-25 1976-03-30 Wellworthy Limited Method for reinforcing pistons
SU1729690A1 (ru) * 1989-08-15 1992-04-30 Научно-производственное объединение по механизации, роботизации труда и совершенствованию ремонтного обеспечения на предприятиях черной металлургии Устройство дл нанесени компонентов теплоизол ционного покрыти на цилиндрические литейные формы
US6270849B1 (en) * 1999-08-09 2001-08-07 Ford Global Technologies, Inc. Method of manufacturing a metal and polymeric composite article
US20050100756A1 (en) * 2003-06-16 2005-05-12 Timothy Langan Reactive materials and thermal spray methods of making same
US20060207094A1 (en) * 2005-03-17 2006-09-21 Siemens Westinghouse Power Corporation Cold spray process for seal applications
CN102224272A (zh) * 2008-11-20 2011-10-19 沃尔沃航空公司 用于涂覆排气口的方法和用于执行该方法的设备
CN103993913A (zh) * 2013-02-15 2014-08-20 阿尔斯通技术有限公司 具有抗侵蚀和腐蚀涂层系统的涡轮机构件及其制造方法
US20180231014A1 (en) * 2017-02-13 2018-08-16 United Technologies Corporation Multilayer abradable coating
US20190003486A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 United Technologies Corporation Turbine engine seal for high erosion environment
US20190032504A1 (en) * 2017-07-27 2019-01-31 Rolls-Royce Corporation Multilayer abradable coatings for high-performance systems

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6444259B1 (en) * 2001-01-30 2002-09-03 Siemens Westinghouse Power Corporation Thermal barrier coating applied with cold spray technique
US6887529B2 (en) * 2003-04-02 2005-05-03 General Electric Company Method of applying environmental and bond coatings to turbine flowpath parts
US20110086177A1 (en) * 2009-10-14 2011-04-14 WALBAR INC. Peabody Industrial Center Thermal spray method for producing vertically segmented thermal barrier coatings
EP2418387B1 (fr) * 2010-08-11 2015-04-01 Techspace Aero S.A. Virole externe de compresseur de turbomachine axiale
US9752223B2 (en) * 2014-03-10 2017-09-05 United Technologies Corporation Equipment for plasma spray with liquid injection
US20180252119A1 (en) * 2017-03-01 2018-09-06 Honeywell International Inc. Turbine engines, engine structures, and methods of forming engine structures with improved interlayer bonding
US20180290929A1 (en) * 2017-04-07 2018-10-11 General Electric Company Thermal Barrier System with Thin Dense Columnar TBC Layer and Methods of Forming the Same
CN113265608A (zh) * 2021-04-22 2021-08-17 西安石油大学 一种仿生梯度防污复合涂层及其制备方法
CN115029654B (zh) * 2021-12-31 2023-09-22 昆明理工大学 一种基于金属陶瓷镀层保护的合金基热电偶保护套的制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3947607A (en) * 1973-05-25 1976-03-30 Wellworthy Limited Method for reinforcing pistons
SU1729690A1 (ru) * 1989-08-15 1992-04-30 Научно-производственное объединение по механизации, роботизации труда и совершенствованию ремонтного обеспечения на предприятиях черной металлургии Устройство дл нанесени компонентов теплоизол ционного покрыти на цилиндрические литейные формы
US6270849B1 (en) * 1999-08-09 2001-08-07 Ford Global Technologies, Inc. Method of manufacturing a metal and polymeric composite article
US20050100756A1 (en) * 2003-06-16 2005-05-12 Timothy Langan Reactive materials and thermal spray methods of making same
US20060207094A1 (en) * 2005-03-17 2006-09-21 Siemens Westinghouse Power Corporation Cold spray process for seal applications
CN102224272A (zh) * 2008-11-20 2011-10-19 沃尔沃航空公司 用于涂覆排气口的方法和用于执行该方法的设备
CN103993913A (zh) * 2013-02-15 2014-08-20 阿尔斯通技术有限公司 具有抗侵蚀和腐蚀涂层系统的涡轮机构件及其制造方法
US20180231014A1 (en) * 2017-02-13 2018-08-16 United Technologies Corporation Multilayer abradable coating
US20190003486A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 United Technologies Corporation Turbine engine seal for high erosion environment
US20190032504A1 (en) * 2017-07-27 2019-01-31 Rolls-Royce Corporation Multilayer abradable coatings for high-performance systems

Also Published As

Publication number Publication date
US20220243604A1 (en) 2022-08-04
EP4018009A1 (fr) 2022-06-29
US12104491B2 (en) 2024-10-01
CN114207176B (zh) 2024-09-13
WO2021013920A1 (fr) 2021-01-28
FR3099186A1 (fr) 2021-01-29
FR3099186B1 (fr) 2023-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7836591B2 (en) Method for forming turbine seal by cold spray process
US7836572B2 (en) Method of making a wiper for a sealing labyrinth, and a thermomechanical part and a turbomachine including such a wiper
RU2454547C2 (ru) Деталь газотурбинного двигателя, газотурбинный двигатель, содержащий такую деталь, а также способ изготовления кольцевого гребешка лабиринтного уплотнения на такой детали
US7597538B2 (en) Thermostructural turbomachine part that is circularly symmetrical about a longitudinal axis, the part including an annular wiper, and a method of manufacture
EP0796929B1 (en) Abrasive Seal coatings
US7836593B2 (en) Cold spray method for producing gas turbine blade tip
US7695248B2 (en) Method of making a rim situated at the free end of a blade, a blade obtained by the method, and a turbomachine fitted with the blade
US5780171A (en) Gas turbine engine component
US10843271B2 (en) Method for manufacturing a turbine shroud for a turbomachine
EP1921181A1 (en) Cold sprayed porous metal seals
EP2444516A1 (en) Thermal spray coating process for compressor shafts
US8974859B2 (en) Micro-channel coating deposition system and method for using the same
JPH11229109A (ja) 耐熱性トップコート及びコーティングシステム
US20190076930A1 (en) Method for manufacturing an abradable plate and repairing a turbine shroud
US8770927B2 (en) Abrasive cutter formed by thermal spray and post treatment
JP5599455B2 (ja) 基材のコーティングのための方法及びコーティングを有する基材
US10196929B2 (en) Process for depositing a ceramic coating and product formed thereof
EP2453110A1 (en) Method of forming a seal in a gas turbine engine, corresponding blade airfoil and seal combination and gas turbine engine
JP2016148322A (ja) エンジン構成要素及びエンジン構成要素のための方法
US20240102480A1 (en) Compressor inner air seal and method of making
CN114207176B (zh) 用于制造耐磨密封元件的方法和耐磨密封元件
US11926905B2 (en) Method of removing a ceramic coating from a ceramic coated metallic article

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
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