CN1837403A - 气相铝化物涂覆气体歧管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在用于涂覆工件内的不同尺寸通路的方法的歧管。该歧管具有内腔室，用于接收所述涂覆气体流的入口和在内腔室中用于将涂覆气体流分离为第一个流和第二流的分流器，其中第一个流足以涂覆具有第一个横截面尺寸的第一个内通路组的表面的全长，而第二流体足以涂覆具有小于第一个横截面尺寸的第二横截面尺寸的第二内通路组的表面的全长。
Description
技术领域
本发明涉及用于涂覆具有内部通路的工件(例如涡轮叶片和叶轮)的内表面的改进工艺和用于该工艺的歧管。
背景技术
铝化物涂层为用于燃气涡轮发动机的镍和钴基超合金制品提供了抗氧化和抗腐蚀降解保护。通常，铝化物涂层通过在待涂覆制品存在的条件下加热包含铝源、活化剂和惰性缓冲剂或者稀释剂的粉末混合物而形成。所述制品可能以不与该粉末混合物接触的方式放置，因此所述工艺称为气相工艺。
当涂覆涡轮叶片和叶轮的内表面以保护该内表面时，为了制备所需厚度和组成的NiAl扩散涂层，必须使足量的铝化物涂覆气体通过该表面并与之相接触。涂覆方法有效和均匀涂覆内表面的能力与经过内部通路的卤化铝载气的分布和流量直接相关。使得内涂层覆盖更加困难的因素在于：(1)复杂的螺旋通路；(2)长距离和/或高长宽比(长度对宽度或横截面的比)的通路；(3)非常狭窄的通路；和(4)一系列不同尺寸的通路开口。
这些工艺之一包括在压力下使卤化铝气体(如AlF3)穿过工件根部的开口，从而允许气体穿透所有内部通路。取决于该工件的设计，在工件基底中通常存在多个开口，以允许流进入各个内部通路。气体经歧管被引入到叶轮上，该歧管密封到该叶轮的基底上以将所有流导向内部空穴并防止泄漏到外部。卤化铝气体涂覆长的狭窄通路、或者非常弯曲的长螺旋通路的能力与所述获得用于通路全长的足够气流的歧管设计能力直接相关。目前，在歧管中设计中还不能控制进入每个叶轮根部基底的开口流量。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供允许涂覆气体流对于某些位置选择性较高的歧管。
本发明的另一目的在于提供用于涂覆工件的内部通路的改进工艺。
上述目标通过本发明的歧管和工艺得以实现。
根据本发明，提供了用于涂覆工件中的不同尺寸通道的工艺中使用的歧管。广意地说，该歧管包括内腔室、用于接收涂覆气体流的入口和在内腔室中用于将涂覆气体流分为第一流和第二流的装置，其中第一流足以涂覆具有第一横截面尺寸的第一内通路组的表面的全长，而第二流体足以涂覆具有小于所述第一横截面尺寸的第二横截面尺寸的第二内通路组的表面的全长。
根据本发明，还提供了用于涂覆工件中的内通路的工艺。广意地说，该工艺包括下列步骤：提供涂覆气体源，提供连接该涂覆气体源和工件的歧管，将歧管内的涂覆气体流分离为第一流和第二流，其中第一流足以涂覆具有第一横截面尺寸的第一内通路组的表面全长，第二流足以涂覆具有小于第一横截面尺寸的第二横截面尺寸的第二内通路组的表面全长。
本发明的气相铝化物涂覆气体歧管的其他细节以及伴随的其他目标和优点通过下面的详细说明和附图给出，在附图中用类似的编号描绘类似的元件。
附图简述
图1是根据本发明的用于使用歧管涂覆工件的内通路的系统的第一实施方案的示意图；和
图2是用于使用多个歧管涂覆工件的内通路的系统的第二实施方案的示意图；
具体实施方式
现在参照图1，该图示出了用于涂覆工件14(例如用于涡轮发动机的叶片或者叶轮)的内通路12的体系10。工件14可能具有根部部分16、平台18和翼面部分20。多个内通路12可能从工件的基底24中的开口22延伸到在翼面部分20的末梢28处的出口冷却孔26。尽管通路12已经作为线型通路示出，但是应当认识到通路12可以是螺旋形或者其他的非线型形状。通常通路12的横截面尺寸(例如直径)在翼面部分20的宽度内变化。例如，与翼面部分20的前缘30相邻的通路12可能具有相对大的横截面尺寸，而与翼面部分20的后缘32相邻的通路12可能具有相对小的横截面尺寸。结果，与前缘30相邻的冷却孔26可能具有比与后缘32相邻的冷却孔26的横截面尺寸大的横截面尺寸。
所述体系10包括铝化物涂覆气体(例如AlF3)源34。这些气体可能在远处通过卤化物活化剂(例如AlF3、NH4F.HF、NH3Cl、AlCl3等等)和富铝源金属(例如CrAl、Co2Al5、NiAl、纯Al等)在涂覆工艺温度下反应而产生，通过Ar载气送到歧管的入口。典型的铝化物涂覆方法在1700-2100的温度范围进行约2-8小时。用于内涂层的气流为1.0-15.0cfh/零件，对于更长或者更加复杂的通路可以使用更高的压力。
体系10还包括流体歧管36，该歧管具有用于接收来自源34的铝化物涂覆气体的入口38。入口38可能与源34用现有技术已知的任何方式连通。歧管36可能用现有技术已知的任何方法固定在工件12的基底24上。优选的，歧管36以防止歧管36和基底24之间发生气体泄漏的方式固定在基底24上。
如可以从图1中看出，歧管36具有带分流器42的内腔室40，其中分流器将腔室40分隔为第一部分44和第二部分46。为了确保较小的横截面尺寸通路以所需厚度和所需均匀度进行涂覆，设置分流器42以使得进入的涂覆气体的可调节部分流入一个或多个较小横截面尺寸通路的开口22。被分流的流的实际百分数是通路尺寸和结构的函数。
如可以从图1中看出，分流器42具有在歧管36的入口38中优选具有前缘50的第一部分48。分流器42也具有相对于第一部分48倾斜的第二部分52。第二部分52延伸到非常接近于或者紧邻歧管36的出口的点。分流器42阻止在部分44和46之间涂覆气体的任何流动。
分流器42可能是固定或活动的，使得涂覆气体流可以按需要分配。例如，分流器的部分48可能在入口38内横向移动以按需要分配气体流。或者，第二部分52可以相对于第一部分48移动以改变区域44和46的相对大小并从而改变流到最后通路12的涂覆气流量。
配备分流器42可以使涂覆气体的更大流被引导到难以涂覆的通路，同时仍向开口22的剩余部分提供足够的流体，从而能够在整个内表面54上形成可接受的涂层。
在表I和II中示出的涂覆试验结果展现了本发明的歧管设计的优点。在这些试验中，具有内通路的涡轮机叶片的内通路被涂覆。所用涡轮机叶片具有与前缘相邻的第一通路和直径为0.132英寸的冷却孔，其具有第二至第十一个通路和直径为0.118英寸的冷却孔，和与后缘相邻的第十二通路和直径为0.069英寸的冷却孔。在该歧管上的每个出口冷却孔为约10英寸。表1中的试验结果针对其中歧管不含根据本发明的分流器的系统。表II中的试验结果针对其中歧管含有根据本发明的分流器的系统。如在这些数据中可以看出，不带分流器时孔12的出口外端未经涂覆
表I
| 不含歧管分流器的PWA 275涂层厚度(mils) | |||||||
| 歧管上的距离 | 孔1 | 孔2 | 孔5 | 孔7 | 孔9 | 孔11 | 孔12 |
| 10″ | 1.7 | 1.8 | 1.9 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 0 |
| 8″ | 1.8 | 1.9 | 1.9 | 1.8 | 1.1 | ||
| 5″ | 1.7 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.3 | ||
| 0.5″ | 1.6 | 1.8 | 1.7 | 1.7 | 1.9 | 1.7 | |
表II
| 具有歧管分流器的PWA 275涂层厚度(mils) | |||||||
| 歧管上的距离 | 孔1 | 孔2 | 孔5 | 孔7 | 孔9 | 孔11 | 孔12 |
| 10″ | 1.5 | 1.7 | 1.7 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.0 |
| 8″ | 1.5 | 1.7 | 1.8 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.4 |
| 5″ | 1.6 | 1.7 | 1.8 | 1.7 | 1.7 | 1.8 | 1.5 |
| 0.5″ | 1.6 | 1.6 | 1.5 | 1.6 | 1.5 | 1.5 | 1.7 |
现在来看图2，该图示出了用于涂覆工件14的内通路的体系10’的第二实施方案。如前所述，工件14(例如用于涡轮发动机的叶片或者叶轮)可能具有根部16、平台18和翼面部分20。该工件14可能具有一个或多个前缘通路60，一个或多个中部通路62，一个或多个后缘通路64。如前所述，其中具有涂覆气体(例如铝化物涂覆气体)源66。
如从图2可以看出，体系10’具有第一分流歧管68和第二分流歧管70。第一分流歧管68向通路60和62的入口提供第一涂覆气进流。第二分流歧管70向一个或多个通路64提供第二涂覆气进流。可以配备合适的装置(例如阀)来控制流经歧管68和70中每一个的气体量。这种方法可以使歧管68和70中每一个在不同速率下流动。
尽管在图2中示出的是单个涂覆气体源，但也可以使用多于一个的涂覆气体源。例如，歧管68和70中的每一个可以在其入口72与独立的涂覆气体源相连通。
如果需要，歧管68和70的一个或多个可以拥有如上所述的分流器42。
Claims (25)
1.一种在用于涂覆工件内的不同尺寸通路的方法的歧管，包括：
内腔室；
用于接收涂覆气体流的入口；和
在内腔室中用于将涂覆气体流分离为第一流和第二流的装置，其中第一流体足以涂覆具有第一横截面尺寸的第一内通路组的表面的全长，而第二流体足以涂覆具有小于所述第一横截面尺寸的第二横截面尺寸的第二内通路组的表面的全长。
2.权利要求1的歧管，其中所述流分离包括分流器。
3.权利要求2的歧管，其中所述分流器在所述腔室中是固定的。
4.权利要求2的歧管，其中所述分流器在所述腔室中是活动的。
5.权利要求2的歧管，其中所述分流器具有延伸到所述入口的第一部分和相对于第一部分倾斜的第二部分，其中所述歧管具有出口，而所述第二部分从第一部分延伸到非常接近所述出口的点。
6.一种用于涂覆工件的内通路的体系，包括：
涂覆气体源；
连接所述涂覆气体源和所述工件的歧管；和
所述歧管具有内腔室，用于接收所述涂覆气体流的入口和在内腔室中用于将涂覆气体流分离为第一流和第二流的装置，其中第一流体足以涂覆具有第一横截面尺寸的第一内通路组的表面的全长，而第二流体足以涂覆具有小于所述第一横截面尺寸的第二横截面尺寸的第二内通路组的表面的全长。
7.权利要求6的体系，其中所述涂覆气体的所述源包括卤化铝气体源。
8.权利要求6的体系，其中所述涂覆气体的所述源包括AlF3源。
9.权利要求6的体系，其中所述流分离包括分流器。
10.权利要求9的歧管，其中所述分流器在所述腔室中是固定的。
11.权利要求9的歧管，其中所述分流器在所述腔室中是活动的。
12.权利要求9的歧管，其中所述分流器具有延伸到所述入口的第一部分和相对于第一部分倾斜的第二部分，其中所述歧管具有出口，而所述第二部分从第一部分延伸到非常接近所述出口的点。
13.用于涂覆涡轮发动机元件的内通路的方法，所述工艺包括下列步骤：
提供涂覆气体源；
提供连接所述涂覆气体源和所述工件的歧管；和
在所述歧管内将涂覆气体流分离为第一流和第二流，其中第一流体足以涂覆具有第一横截面尺寸的第一内通路组的表面的全长，而第二流体足以涂覆具有小于所述第一横截面尺寸的第二横截面尺寸的第二内通路组的表面的全长。
14.权利要求13的方法，还包括将所述第一流传输到形成所述第一内部通路组的多个通路的每一个的开口，和将所述第二流传输到形成第二内部通路组的至少一个内部通路的开口。
15.权利要求14的工艺，其中所述传输第二流的步骤包括将所述第二流传输到形成所述第二内通路组的多个内通路。
16.权利要求13的工艺，其中所述提供涂覆气体源的步骤包括提供卤化铝气体源。
17.权利要求13的工艺，其中所述提供涂覆气体源的步骤包括提供AlF3源。
18.权利要求13的工艺，其中所述分离步骤包括将分流器定位于所述歧管中以将所述涂覆气体进流分离为所述第一流和第二流。
19.权利要求18的方法，其中所述定位步骤包括使所述分流器在所述歧管中活动。
20.一种用于涂覆工件的内通路的体系，包括：
提供至少一涂覆气体源；
第一歧管装置，其连接到所述至少一个涂覆气体源，以向第一组所述内通路输送涂覆气体的第一流；和
第二歧管装置，其连接到所述至少一个涂覆气体源，以向第二组所述内通路输送涂覆气体的第二流。
21.权利要求20的体系，其中将所述第一歧管装置连接到所述涂覆气体第一源，将所述第二歧管装置连接到所述涂覆气体第二源。
22.权利要求20的体系，其中所述第一歧管装置包括第一歧管，第二歧管装置包括与第一歧管分开的第二歧管。
23.权利要求20的体系，其中所述第一歧管装置包括腔室的第一部分，所述第二歧管装置包括与所述第一部分分开的所述腔室的第二部分。
24.权利要求23的体系，其中所述第一部分和第二部分通过分流器分隔。
25.权利要求20的体系，其中所述至少一个源包括卤化铝气体源。
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