CZ290920B6

CZ290920B6 - Způsob nanáąení kovové vazné vrstvy pro tepelně stříkané keramické tepelně izolační vrstvy

Info

Publication number: CZ290920B6
Application number: CZ19963468A
Authority: CZ
Inventors: Reinhard Fried
Original assignee: Alstom
Priority date: 1995-12-02
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 2002-11-13
Also published as: CA2188614C; ATE211185T1; CZ346896A3; CN1160088A; RU2209256C2; EP0776985A1; PL317298A1; US5894053A; JPH09176818A; CN1161489C; PL181404B1; JP3983323B2; PL182552B1; EP0776985B1; DE59608498D1; UA42001C2; DE19545025A1; CA2188614A1

Abstract

P°i zp sobu nan en tepeln izola n vrstvy (6) na kovov konstruk n prvky (1) se povrch, kter² se m povl kat, p°i prvn m kroku zp sobu ist , tak e povrch je odma t n² a prost² oxid . P°i druh m kroku se na kovov² povrch z kladn ho materi lu (2) nan pojivo (3), p°i t°et m kroku zp sobu se na pojivo (3) nan rovnom rn vazn² pr ek (4), p°i tvrt m kroku zp sobu se na pojivo (3) nan rovnom rn pr kov p jka (5), jej velikost stic je men ne velikost stic vazn ho pr ku (4), a po usu en pojiva (3) se za · elem p jen prov d tepeln zpracov n .\

Description

Způsob nanášení kovové vazné vrstvy pro tepelně stříkané keramické tepelně izolační vrstvy

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti techniky materiálu. Týká se způsobu nanášení kovové vazné vrstvy pro tepelně stříkané keramické tepelně izolační vrstvy (TBC) na kovové konstrukční prvky, a kovové vazné vrstvy vyrobené tímto způsobem.

Dosavadní stav techniky

Normálně se kov a keramika nedají v důsledku různých koeficientů tepelné roztažnosti spolu 15 spojovat.

Je známé, že se pro řešení tohoto problému vkládá mezi díly, které se mají spojovat průtažná mezivrstva, která vyrovnává elastickoplasticky rozdíly protažení při různých teplotách (srov. W.J. Bridley, R. A. Miller: „TBCs for better engine efficiency“, Nasa Lewis research Center 20 Cleveland, Advenced Materials a. Progess 8/1989, str. 29-33). Tyto mezivrstvy, označované jako vazné vrstvy, se obvykle nanáší pomocí známého způsobu stříkání v plazmě, stříkání v plameni nebo detonačním stříkáním. Tyto umožňují metalurgickomechanickou vazbu ke kovovému konstrukčnímu prvku a čistě mechanickou vazbu rovněž tepelně stříkané keramické vrstvy k vazné vrstvě, přičemž toto spojení je vysloveně citlivé na úder a tepelný šok.

Vzhledem ktomu, že keramické tepelně izolační vrstvy chrání povlečené kovové konstrukční prvky před škodlivým tepelným napětím, je jejich přítomnost bez mezer důležitá pro postačující životnost stavebních prvků. Takto povlečené konstrukční prvky se používají především v oblasti spalovací techniky, například pro díly spalovací komory nebo pro lopatky plynových turbín.

Nedostatek až dosud vyráběných kovových vazných vrstev pro keramické tepelně izolační vrstvy spočívá v tom, že mají nepostačující drsnost a tím vytváří příliš malý tvarový styk, takže tloušťka TBC-vrstev je omezena. Jsou známé tloušťky vrstvy od asi 0,2 až 0,4 mm, přičemž tloušťky vrstev asi 0,3 mm jsou nejčastější. Jestliže jsou tlustší, tak se zvyšuje rychle nebezpečí jejich 35 odloupnutí. Jestliže jsou tenčí, tak se rychle snižuje účinek tepelní izolace. Novější vývoj sice směřuje k tomu, stříkat hrubší vazné vrstvy (asi 0,6 mm), ale chybí zde potom nezbytný tvarový styk.

Typická drsnost známých kovových vazných vrstev (rozdíl špička—údolí) je asi okolo 30 pm. 40 Vrstvy se nedají stříkat drsnější, neboť rozměr práškových částic, které se mají natavit způsobem povlékání (rozdílné teploty stříkání a rychlosti stříkání) je omezen asi na 10 až 50 pm a kapalné práškové částice se zploští při dopadu na substrát (srov. B. Heine „Thermische gespritzte Schichten“, Metali, 49: Jahrgang, 1/1995, s. 51-57).

Pohotová pomoc pomocí hrubšího zdrsnění opískováním popřípadě pomocí změny parametrů stříkání v plameni je ale omezena. Například se může snížením rychlosti stříkání v plamenu zvýšit tloušťka vrstvy keramické TBC- vrstvy, ale takovéto vrstvy nevydrží žádný tepelný šok.

Soustružením hrubých závitů nebo vyfrézováním drážek do povlékaných povrchů, jak to bylo 50 uvedeno B. Heinem ve výše uvedeném článku pro podpoření vaznosti u tlouštěk vrstvy větších než 1 mm, o které se usiluje, je nákladné a dá se u komplikovaných geometrických forem obráběných předmětů jen těžko realizovat.

Podstata vynálezu

Vynález se pokouší vyvarovat se všech těchto nedostatků. Jeho základní úloha spočívá v tom, vyvinout kovovou vaznou vrstvu a způsob nanášení této vazné vrstvy pro keramické tepelně 5 izolační vrstvy na kovové základní těleso, pomocí něhož je oproti stavu techniky možné, stříkat termicky keramické tepelně izolační vrstvy větších tlouštěk a upevnit je. Při tom mají vrstvy trvale lpět a nemají být citlivé na úder.

Podle vynálezu se toho při způsobu nanášení kovové vazné vrstvy pro tepelně stříkané keramické 10 tepelně izolační vrstvy na kovové konstrukční prvky, přičemž se povlékané povrchy při prvním kroku způsobu čistí, takže kovový povrch není mastný a je prostý oxidů, dosáhne tím, že se při druhém kroku způsobu nanáší na kovový povrch základního materiálu pojivo, při třetím kroku způsobu se na pojivo nanáší rovnoměrně kovový vazný prášek, při čtvrtém kroku způsobu se na pojivo nanáší rovnoměrně prášková pájka, jejíž velikost částic je menší než velikost částic 15 vazného prášku, a po usušení pojivá se za účelem pájení provádí tepelné zpracování.

Podle alternativy vynálezu se toho při způsobu nanášení kovové vazby vrstvy pro tepelně stříkané keramické tepelně izolační vrstvy na kovové konstrukční prvky, kde se povrch který se má povlékat při prvním kroku způsobu čistí, takže povrch je odmaštěný a prostý oxidů, a při 20 druhém kroku způsobu se vyrobí pomocí stříkání v plazmě pod ochranným plynem vrstva odolná vůči oxidaci a korozi na kovovém povrchu, dosáhne tím, že se při třetím kroku způsobu nanese na vrstvu odolnou vůči oxidaci a korozi pojivo, na pojivo se nanese rovnoměrně hrubý vazný prášek stejného složení jako má vrstva odolná vůči oxidaci a korozi, po usušení pojivá se provede tepelné zpracování - homogenizační žíhání - pro vytvoření slinovaného spojení mezi kovovým 25 konstrukčním prvkem a vrstvou, popřípadě mezi vrstvou a vazným práškem.

Přednosti vynálezu spočívají mimo jiné vtom, že se tím způsobem vyrobí vazné vrstvy, které jsou oproti stavu techniky velice drsné. Připájené popřípadě naslinované částice kovového prášku představují při tom velmi stálá zakotvení s tvarovým stykem pro nastříkanou TBC-vrstvu, takže 30 se mohou vyrobit poměrně tlusté, trvale lpící keramické tepelně izolační vrstvy.

Zejména je výhodné, když se místo časově za sebou následujících nanášení kovového a vazného prášku, kovový vazná prášek a prášková pájka intenzivně promísí a potom se tato směs nanese na kovový povrch základního materiálu. Tím se dosáhne rovnoměrné rozdělení částic prášku 35 a kromě toho se zkrátí doba způsobu.

Podle výhodného provedení způsobu podle vynálezu se použije hmotnostní poměr množství vazného prášku k práškové pájce 1:1.

Dále je výhodné, když se po provedeném pájení nanese na vaznou vrstvu tenká vrstva vazného prášku pomocí stříkání, s výhodou stříkáním v plazmě s ochranným plynem. To poskytne mimo možnost hrubého zakotvení dodatečnou možnost zakotvení jemným ozubením, což zvyšuje vaznost tlustých TBC-vrstev za podmínek tepelného šoku.

Konečně se s výhodou jako materiál práškové páky použité druhově stejný materiál jako je základní materiál. Pomocí použití práškové pájky, která neobsahuje bor popřípadě je chudá na bor, se sníží možnost tvorby křehkých fází.

Způsob podle vynálezu se může používat jak pro místně ohraničené účely opravy, tak i pro 50 povlékání nových dílů.

Kovová vazná vrstva vyrobená podle vynálezu sestává podle použití varianty způsobu z vrstvy práškové pájky pokrývající povrch kovového konstrukčního prvku, ve které jsou pevně připájené sféricky nebo s nepravidelným tvarem vytvořené částice vazného prášku nebo vazná vrstva 55 sestává z vrstvy práškové pájky pokrývající povrch kovového konstrukčního prvku ve které jsou

-2CZ 290920 B6 pevně připájené sféricky nebo s nepravidelným tvarem vytvořené částice vazného prášku, jakož i tenké, stříkané, s výhodou v plazmě s ochranným plynem, vrstvy z druhově stejného materiálu jako jsou částice vazného prášku.

Podle výhodného provedení vynálezu vazná vrstva sestává z ochranné vrstvy stříkané v plazmě s ochranným plynem na povrch kovového konstrukčního prvku, na jehož povrchu jsou naslinované částice vazné vrstvy. Tato kovová vazná vrstva zaručuje trvalé lpění tepelně nastříkaných keramických tepelně izolačních vrstev, dovoluje větší tloušťku vrstvy a vede k dobrým vlastnostem nouzového běhu.

Kromě toho je výhodné, když výška částic vazného prášku odpovídá tloušťce vrstvy tepelně nastříkané keramické tepelně izolační vrstvy. Tím se stane tato vrstva téměř necitlivou vůči úderu, protože se údery v podstatě zachytí kovem.

Přehled obrázků na výkresech

Na výkresech je znázorněno několik příkladů provedení vynálezu.

Obr. ukazují:

obr. 1 perspektivní znázornění rozvádění lopatky, obr. 2 schematický průřez různými vrstvami po aplikaci, obr. 3 schematický průřez různými vrstvami po pájení, obr. 4 schematický průřez různými vrstvami po stříkání keramické tepelně izolační vrstvy v plameni, obr. 5 schematický průřez různými vrstvami po TBC-povlečení a bočním namáhání tlakem, obr. 6 perspektivní znázornění povlékané tepelně izolační desky, obr. 7 schematický průřez různými vrstvami po pájení a stříkání vazné vrstvy v plameni, obr. 8 schematický průřez různými vrstvami dalšího příkladu provedení (naslinovaný vazný prášek), obr. 9 metalografický výbrus kovového vzorku s připájenou vaznou vrstvou.

Pro porozumění vynálezu jsou znázorněny pouze podstatné prvky.

Příklady provedení vynálezu

Dále je vynález blíže vysvětlen pomocí několika příkladů provedení a obr. 1 až 9.

Na obr. 1 je rozváděči lopatka plynové turbíny jako příklad kovového konstrukčního prvku 1, který se má povlékat. Sestává z kovového základního materiálu 2, v tomto případě ze slitiny IN 939 následujícího chemického složení: 22, 5 % Cr; 19,0 % Co; 2,0 % W; 1,0 % Nb: 1,4 % Ta;

3,7 % Ti; 1,9 % Al; 0,1 % Zr; 0,01 B; 0,15 % C; zbytek Ni. Lopatka je na plochách vedoucích plyn opatřena antikorozivní antioxidační vrstvou (MCrAlY, například SV201473: 25 % Cr; 5 % Si; 0,5 % Y; 1 % Ta; zbytek Ni). Kromě toho je tato lopatka povlečena na vstupní hraně, tlakové straně listu a na stranách kanálu asi 0,3 mm tlustou keramickou tepelně izolační vrstvou

-3CZ 290920 B6 z oxidu zirkoničitého stabilizovanou ytriem, následujícího složení: Do 100% ZrO₂ včetně

2,5 % HfO₂; 7 až 9 % Y₂O₃; méně než 3 % jiné.

Zbytek Ni znamená zbytek Ni dopočtený do 100% s ohledem na sumu ostatních obsahových 5 prvků.

Po době provozu 25 000 hodin přijde rozváděči lopatka plynové turbíny ke kondicionování. Při tom se zjistí, že v důsledku tepelného přetížení a erose již není na vstupní hraně listu a na stěně kanálu tepelně izolační vrstva (srov. šrafované oblasti na obr. 1). Vzhledem ktomu, že lopatka ío nemá žádné další poškození, nevytváří se z důvodů nákladů totální nové povlečení, nýbrž částečná oprava tepelně izolační vrstvy. V důsledku toho, že na výše uvedených místech dochází systematicky k obzvláště silnému napadení TBC, neměla by se TBC vrstva vytvořit stejně tlustá, nýbrž co nejtlustší.

To se podaří způsobem podle vynálezu, při kterém se keramická vrstva váže pomocí graduování přechodu kov-keramika za použití speciální vazné vrstvy pružněji na kovový základní materiál 2.

Nejdříve se konstrukční prvek 1, v daném případě lopatka, očistí paprskem vodní páry od hrubé nečistoty (zbytku po spalování). Potom se ještě lpící usazeniny odstraní pomocí měkkého 20 pískování (například měkkým hliníkovým práškem, tlak paprsku 2x 10⁵ Pa, vzdálenost 20 cm).

Při tom se nesmí ještě neatakovaná keramická, tepelně izolační vrstva odnést.

Nyní se části lopatky, které se nemají povlékat přikryjí, například plechovou šablonou a plochy, které se mají nyní povlékat se otryskají do leskla (například jemným karbidem křemičitým, tlak 25 paprsku 4x10⁵ Pa, vzdálenost 40 mm), takže se odstraní všechny zbytky TBC a eventuální oxidy.

Takto očištěné, kovové, odmaštěné a čisté oxidů prosté povrchy se nyní povléknou pomocí štětce, tampónu nebo spraye tence organickým pojivém 3, běžným pro výrobu past, tak zvaného cementu. Potom se vazný prášek 4 typu NÍA195/5 s velikostí částic o 100 do 200 μιη sype na 30 místa zvlhčené pojivém 3 tak dlouho, dokud si přibližně všechny 0,5 mm velké částice takového pojivá 3 nesednou. Potom se sype stejným způsobem mnohem jemnější prášková pájka 5 (průměr částic asi 10 až 30 pm). Jako pájecí materiál se používá slitina NB 150 (15 % Cr; 3,5 % B;

0,1 % C; zbytek Ni) s teplotou tání 1055 °C a rozmezím pájení 1065 až 1200 °C. Výhodné je při tom, co se týká hmotnosti, přibližně stejné množství vazného prášku 4 a práškové pájky 5. Ale 35 samozřejmě se mohou zvolit i jiné poměry množství. Při tom hustota uložení Částic nemá rozhodující význam, neboť husté uložení je výhodné, ale i méně husté uložení je postačující.

Pojivo 3 uschne za krátkou dobu (asi 15 minut) a upevní vazný prášek 4 a práškovou pájku 5 na materiálu 2. Obr. 2 ukazuje schematicky průřez různými vrstvami po aplikaci.

Takto povlečená plocha se může nyní vést vodorovně, kolmo nebo vzhůru nohama do pájecí pece. Prášková pájka 5 a vazný prášek 4 zůstanou na svém místě aplikace, dokud se prášková pájka 5 nenastaví a nesmočí a nepřipájí povrch základního materiálu 2, tedy substrátu a povrch částic vazného prášku 4. Pájení se provádí ve vysokovakuové peci při 5x1 θ'⁴ Pa, 1080 °C 45 a prodlevě 15 minut.

Obr. 3 ukazuj průřez různými vrstvami po pájení. Prášková pájka 5 úplně smočila plochu, která se má opravovat a částice vazného prášku 4 jsou pevně připájeny. Povrch vypadá kovově mastný, stříbrně se lesknoucí. Zóna difúze je vzhledem ke krátké době pájení a relativně nízké teplotě 50 pájení nyní jen velmi malá.

Po nanesení kovové vazné vrstvy 4 podle vynálezu se lopatka opět zakryje šablonou a opatří se 0,5 mm tlustou keramickou, tepelně izolační vrstvou 6, zde z oxidu zirkoničitého stabilizovaného vápníkem (MetaCeram 28085), přičemž oxid zirkoničitý se nanáší pomocí známého stříkání 55 v plameni.

-4CZ 290920 B6

Obr. 4 ukazuje schematicky vrstevnatou výstavbu pomocí stříkání v plameni.

Upevnění oxidu zirkoničitého se dá srovnat přibližně s technikou stiskacího knoflíku. Oxid zirkoničitý má velký tvarový styk a mnoho zadních zářezů v protikladu k dosud obvyklým vazným geometriím, které mají v nejlepším případě pouze malý b arový sty k. Tím je zakotvení oxidu zirkoničitého ve vrstvě TBC na konstrukčním prvku velmi stálé, pro nastříkání vrstev TBC na vazné vrstvy 4 podle vynálezu se tedy vedle stříkání v plazmě a detonačního stříkání, které jsou výše popsány hodí i stříkání v plameni. Poslední má tu výhodu, že se pro to mohou používat přenosné povlékací přístroje.

Další výhoda vynálezu spočívá vtom, že vrstvy jsou necitlivé vůči velkému tepelnému šoku. Kovový konstrukční prvek 1 povlečený podle výše popsaného způsobu se potom tepelně cyklizuje v proudu horkého plynu (vytápění teplotou plynu asi 50 °C, /min, 2 minuty prodleva při 1000 °C, ochlazení 100°C/s teplota plynu na 500 °C). Ani po 70 cyklech nedošlo ještě k odloupnutí vrstvy 4.

Jiná výhodná spočívá ve vynikajících vlastnostech TBC vrstev tepelně nastříkaných na vaznou vrstvu 4, podle vynálezu v případě nouze. Při namáhání úderem, popřípadě bočním tlakem zploští se keramická, tepelně izolační vrstva 6, tedy v tomto případě oxid zirkoničitý, jen nad vazným práškem 4. Mezi částicemi vazného prášku 4 nevypadne na základě velkého tvarového styku TBC keramická tepelně izolační vrstva 6, takže se udrží keramická tepelně izolační vrstva 6 při nejmenším s tloušťkou částic vazného prášku 4 (asi 200 pm). To je znázorněno schematicky na obr. 5. Tento výsledek opravňuje předpokládat, že jak vstupní hrana tak i stěna kanálu opravené rozváděči lopatky může dále vzdorovat odnesení tepelně izolační vrstvy než tenčí a méně zakotvená originální tepelně izolační vrstva. Pomocí tohoto případku provedení je prokázána principiální hodnost hrubě pájených vazných vrstev pro nanášení tepelně stříkaných tepelně izolačních vrstev. Při použití navzájem kombinovaných materiálů je třeba dbát na to, aby odolnost vazného prášku, pájky a vazné vrstvy vůči korozi a oxidaci byla pokud možno větší než odpovídající hodnoty základního materiálu.

Na obr. 6 a 7 je druhý příklad provedení vynálezu. Obr. 6 ukazuje v perspektivním znázornění tepelně izolační desku pro vedení horkého plynu, která má být v novém stavu opatřena co nejtlustší tepelně stříkanou tepelně izolační vrstvou. Tepelně izolační deska sestává ze slitiny MAR M 247, která má dále uvedené chemické složení: 8,2 až 8,6 % Cr; 9,7 až 10,3 % Co; 0,6 až 0,8 % Mo; 9,8 až 10,2 % W; 2,9 až 3,1 % Ta; 5,4 až 5,6 % Al; 0,8 až 1,2 % Ti; 1,0 až 1,6 % HF; 0,14 až 0,16 % C; zbytek Ni.

Nejdříve se kovový konstrukční prvek 1, který se má povlékat, otryskává relativně hrubým karbidem křemičitým (průměr částic < 200 um) prostým oxidu na hrubo (10 až 30 um). Potom se povrch, který se má povlékat, natře například štětcem anorganickým pojivém 3. Pod zkrápěcím zařízením pro hrubý sférický vazný prášek 4 (SV 2014 73 a následujícím chemickým složením: 25 % Cr; 5 % Al; 2,5 % Si; 0,5 % Y; 1 % Ta; zbytek Ni), s průměrem zrna 150 až 150 °C se pohybuje konstrukčním prvkem 1, který se má povlékat, sem a tam, dokud se na lepicí vrstvě vazný prášek 4 vysoce odolný vůči korozi rovnoměrně nerozdělí. V prostředku byl jednotlivé částice prášku měly být od sebe vzdáleny 0,3 až 0,6 mm. Pomocí elektrostatického náboje se umožní aby se několik částic vazného prášku 4 uložilo na sebe, což ale pro jejich funkci není nevýhodné. Jako pájka se volí Andry Alloy DF 5, která vede velkého obsahu Cr má dodatečně velký obsah Al při poněkud redukovaném obsahu B. Přesné složení je následující: 13 % Cr; 3 % Ta; 4 % Al; 2,7 % B; 0,02 % Y; Zbytek Ni. Prášková pájka 5 se rovněž nanáší na plochu, která se má letovat. Je také možné, smísit vazný prášek 4 a práškovou pájku 5 a potom směs nasypat při jednom kroku způsobu na plochu natřenou cementovým pojivém.

Pájení se provádí při 1100°C a 15 minutách prodlevy. Před následujícím stříkáním tepelně izolační vazné vrstvy v plazmě se pomocí stříkání v plazmě s ochranným plynem se vzduchem

-5CZ 290920 B6 nanáší tenká vrstva 7 (asi 50 pm) SV 2014 73. To poskytne vedle možnosti hrubého zakotvení (jako v příkladu provedení 1) ještě dostatečné jemné zakotvení, což dále zvýší pevnost soudržnosti tlustých TBC vrstev při tepelném šoku.

Obr. 7 ukazuje schematicky vytvoření těchto vrstev.

Potom se nastříká pomocí známého způsobu stříkání v plazmě se vzduchem 1,5 mm tlustá vrstva oxidu zirkoničitého, stabilizovaného ytriem, jako TBC vrstva 6.

Takto povlečený konstrukční prvek se ukázal být při testu tepelného šoku v písku loži (1000 °C na teplotu místnosti) odolný vůči tepelnému šoku.

Po delší době provozu sice vrstva pájky mezi velkými zrny vazného prášku poněkud okoroduje, ale korozivní atak nemůže nosný díl pájeného krku zredukovat tak, aby to stálo za zmínku.

Při třetím příkladu provedení se má ochlazení rozváděči lopatka, která je z materiálu CN 247 LC DS (chemické složení: 8,1 % Cr; 9,2 % Co; 0,5 % Mo; 9,5 % W; 3,2 % Ta; 0,7 % Ti; 5,6 % Al; 0,01 % Zr; 0,01 % B; 0,07 % C; 1,4 % Hf; zbytek Ni); opatřit v novém stavu 0,7 až 0,8 mm tlustého TBC vrstvy.

K tomu se lopatka povlékne v celé oblasti kanálu pomocí stříkání v plazmě pod ochranným plynem práškem ProXon 21032 (slitina na bázi niklu) asi 0,2 m tlustou vrstvou (stříkání při nedostatku kyslíku). Tento prášek má s ohledem na velký obsah hliníku a chrómu vynikající odolnost vůči oxidaci a korozi. Potom se na tuto nastříkanou drsnou ochrannou vrstvu 8, chránící 25 vůči oxidaci a korozi, nanese tenká vrstva pojivá 3. Potom se na to nasype hrubý vazný prášek 4 s průměrem částic asi 100 až 200 μπι, který má stejné složení. Povlékání se potom provádí ve vysokovakuové peci za podmínek homogenizačního žíhání pro CM 247 LS DS (několik hodin při 1220 až 1250 °C). Při tom vznikne definovaná metalurgická vazba (slinovaná sloučenina 9) ochranné vrstvy 8 chránící proti oxidaci a korozi, na základním materiálu. Ochranná vrstva 8 se 30 dále zhutní a hrubé částice vazného prášku 4 se vážou stabilním slinováním 9 na vrstvě 8, která je nyní současně ochrannou a vaznou vrstvou.

Potom se tvarová sací strana a oblasti vývrtů pro chladicí vzduch rozváděči lopatky odkryjí. Tlaková strana a stěny kanálu, které jsou pokiyty práškem vazné vrstvy 4, se povlečou pomocí 35 známého systému pro stříkání v plameni Castodyn DS 8000 s MetaCeram 28085 (oxid zirkoničitý stabilizovaný vápníkem) asi 0,8 až 0,7 mm tlustou vrstvou.

Ani po 1000 tepelných cyklech ve fluidním loži (podmínky: 1000 °C /teplota místnosti/ 1000 °C, doba cyklu: 6 min) se nedalo zjistit žádné poškození povlečení.

Ve čtvrtém příkladu provedení se má rovněž chlazená lopatka z CM 247 LC DS opatřit tepelně izolační vrstvou. Jako pájka 5 pro upevnění hrubých částic vazného prášku 4 z ProXon 21031 se použije druhově stejný prášek CM 247 s přísadou 6 % Cr; 3 % Si; 2 % Al; a 0,5 % B. Nanášení se provádí tak, jak to bylo výše popsáno, to znamená na tenkou vrstvu pojivá 3, zde cementového 45 pojivá, se nasype vazný prášek 4 s částicemi s velikostí 150 až 200 pm a na to v hojném množství prášková pájka 5. Poté co se lopatka podrobí tepelnému zpracování, při kterém se základní materiál 2 homogenizačně žíhá a prášková pájka 5 se zčásti nataví. Při tom probíhá jak uvolnění γ' v zkladním materiálu 2, tak i tvorba jemného γ' ve vrstvě práškové pájky 5, která se v tomto příkladu provedení nanáší tlustší a tvoří asi 65 pm tlustou korozivní oxidační vrstvu 50 (γ' znamená mezimetalickou fázi Ni₃Al). Na tento předupravený povrch lopatky se na tvarované tlakové straně a na stěna kanálu nanese pomocí známého způsobu stříkání v plazmě se vzduchem asi 0,5 až 0,6 mm tlustá tepelně izolační vrstva z oxidu zirkoničitého stabilizovaného ytriem.

-6CZ 290920 B6

Z testů tepelného šoku vyplynulo, že takto upevněná základní izolační vrstva předčí konvenčně vyrobenou vrstvu. Když z různých důvodů se kus vrstvy TBC odloupne, zůstane mezi částicemi vazného prášku 4 tato vrstva zachována a zaručuje tedy dobré vlastnosti v případě nouze. Jestliže se naproti tomu u konvenčně povlečených lopatek vrstva TBC odloupne, tak zbudou na základním materiálu 2, který tvoří substrát, jen malé zbytky, které nemají v žádném případě tepelně izolační vlastnosti. Kromě toho se v tomto příkladu ukázalo, že je výhodně používat boru prosté popřípadě téměř boru prosté pájky, neboť tvorba křehké fáze s W-boridy je sotva možná.

Obr. 9 ukazuje konečně metalografický výbrus destičky povlečené vaznou vrstvou podle vynálezu. Základní materiál 2 je MAR M 247, jako prášková pájka 5 byla použita NB 150 a částice vazného prášku 4 sestávají z NiAll 195/5.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob nanášení kovové vazné vrstvy pro tepelně stříkané keramické tepelně izolační vrstvy (6) na kovové konstrukční prvky (1), při kterém se povrch, který se má povlékat, při prvním kroku způsobu čistí, takže povrch je odmaštěný a prostý oxidů, vyznačující se tím, že se při druhém kroku způsobu nanáší na kovový povrch základní materiál (2) pojivo (3), při třetím kroku způsobu se na pojivo (3) nanáší rovnoměrně kovový vazný prášek (4), při čtvrtém kroku způsobu se na pojivo (3) nanáší rovnoměrně prášková pájka (5), jejíž velikost částic je menší než velikost částic vazného prášku (4), a po usušení pojivá (3) se za účelem pájení provádí tepelné zpracování.

2. Způsob nanášení kovové vazné vrstvy pro tepelně stříkané keramické tepelně izolační vrstvy (6) na kovové konstrukční prvky (1), kde se povrch, který se má povlékat, při prvním kroku způsobu čistí, takže povrch je odmaštěný a prostý oxidů, a při druhém kroku způsobu se vyrobí pomocí stříkání v plazmě pod ochranným plynem vrstva (8) na kovovém povrchu odolná vůči oxidaci a korozi, vyznačující se t í m , že se při třetím kroku způsobu nanese na vrstvu (8) odolnou vůči oxidaci a korozi pojivo (3), na pojivo (3) se nanese rovnoměrně hrubý vazný prášek (4) stejného složení jako má vrstva (8) odolná vůči oxidaci a korozi, po usušení pojivá (3) se provede tepelné zpracování homogenizačním žíháním pro vytvoření slinovaného spojení (9) mezi kovovým konstrukčním prvkem (1) a vrstvou (8), popřípadě mezi vrstvou (8) a vazným práškem (4).

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se kovový vazný prášek (4) a prášková pájka (5) intenzivně promísí a potom se tato směs nanese na kovový povrch základního materiálu.

4. Způsob podle nároku 1 nebo 3, vyznačuj ící se tím, že se použije hmotnostní poměr množství vazného prášku (4) k práškové pájce (5)1:1.

5. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že se po provedeném pájení nanese na vaznou vrstvu tenká vrstva (7) vazného prášku (4) pomocí stříkání, s výhodou stříkáním v plazmě s ochranným plynem.

6. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že se jako materiál práškové pájky (5) použije druhově stejný materiál jako je základní materiál (2).

7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se použije prášková pájka (5) prostá boru popřípadě chudá na bor.

-7CZ 290920 B6

8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, v y z n a č u j í c í se t í m , že se způsob používá pro místně ohraničené účely opravy.

9. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se způsob používá pro povlékání nových dílů.

10. Kovová vazná vrstva pro tepelně stříkané keramické tepelně izolační vrstvy (6) na kovové konstrukční prvky (1), vyrobená způsobem podle nároku 1. vyznačující se tím, že vazná vrstva sestává z vrstvy práškové pájky (5) pokrývající povrch kovového konstrukčního prvku (1), ve které jsou pevně připájené sféricky nebo s nepravidelným tvarem vytvořené částice vazného prášku (4).

11. Kovová vazná vrstva pro tepelně stříkané keramické tepelně izolační vrstvy (6) na kovové konstrukční prvky (1), vyrobená způsobem podle nároku 5, vyznačující se tím, že vazná vrstva sestává z vrstvy práškové pájky (5) pokrývající povrch kovového konstrukčního prvku (1), ve které jsou pevně připájené sféricky nebo s nepravidelným tvarem vytvořené částice vazného prášku (4), jakož i na ní uspořádané tenké stříkané, s výhodou v plazmě s ochranným plynem stříkané vrstvy (7) z druhově stejného materiálu jako jsou částice vazného prášku (4).

12. Kovová vazná vrstva pro tepelně stříkané keramické tepelně izolační vrstvy (6) na kovové konstrukční prvky (1), vyrobená způsobem podle nároku 2, vyznačující se tím, že vazná vrstva sestává z ochranné vrstvy (8) stříkané v plazmě s ochranným plynem na povrch kovového konstrukčního prvku (1), na jehož povrchu jsou naslinované částice vazné vrstvy (4).

13. Kovová vazná vrstva podle nároku 10 nebo 11 nebo 12. vyznačující se tím, že výška částic vazného prášku (4) odpovídá tloušťce vrstvy tepelně nastříkané keramické tepelně izolační vrstvy (4).