DE112015004458T5

DE112015004458T5 - Verfahren zum ausbilden einer sprühbeschichtung, hochtemperaturkomponente für turbine, turbine, abdeckstift zum ausbilden einer sprühbeschichtung und abdeckelement

Info

Publication number: DE112015004458T5
Application number: DE112015004458.2T
Authority: DE
Inventors: Masamitsu Kuwabara; Naotoshi OKAYA; Masahiko Mega; Yoshifumi Okajima; Taiji Torigoe; Shuji TANIGAWA
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-06-22
Also published as: WO2016088833A1; JP6235449B2; CN106715747A; US20170297054A1; CN106715747B; KR20170063822A; KR101913987B1; US11148169B2; JP2016108582A

Abstract

Ein Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung umfasst einen Schritt des Vorbereitens eines Sprühzielelements mit einer Oberfläche, an welcher Öffnungen von ersten Enden einer Vielzahl von Löchern gebildet sind, einen Schritt des Vorbereitens einer Vielzahl von Abdeckstiften, die jeweils Metall aufweisen, einen Einführschritt des Einführens eines jeden der Vielzahl von Abdeckstiften in ein korrespondierendes Loch der Vielzahl von Löchern so, dass jeder der Vielzahl von Abdeckstiften teilweise von der Oberfläche hervorsteht, einen Haftmittelauftragschritt zum Auftragen eines Haftmittels zum Befestigen der Vielzahl von Abdeckstiften an den jeweiligen Löchern auf zumindest eines einen der Vielzahl von Löchern oder der Vielzahl von Abdeckstiften, einen Sprühschritt des Bildens einer keramischen Schicht durch Sprühen auf der Oberfläche des Sprühzielelements, wobei die keramische Schicht ein keramisches Material aufweist, während die Vielzahl von Abdeckstiften an den jeweiligen Löchern über das Haftmittel befestigt sind, und einen Entfernungsschritt des Entfernens der Vielzahl von Abdeckstiften von der Vielzahl von Löchern nach dem Sprühschritt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine, eine Turbine, und einen Abdeckstift und ein Abdeckelement zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung.
Hintergrund
Techniken wurden entwickelt, um als eine Maßnahme zum Einsparen von Energie eine thermische Effizienz thermischer Leistungserzeugung zu verbessern. Um eine thermische Effizienz einer Gasturbine zur Leistungserzeugung zu verbessern, ist es effektiv, eine Gaseinlasstemperatur zu erhöhen.
Um eine Gaseinlasstemperatur zu erhöhen, müssen Hochtemperaturbasiskomponenten, wie beispielsweise stationäre Leitschaufeln, rotierende Laufschaufeln, ein Ringsegment, ein Übergangsstück einer Brennkammer und dergleichen, welche eine Gasturbine bilden, aus hitzeresistenten Elementen gebildet sein. Ferner muss eine thermische Barrierebeschichtung (engl: thermal barrier coating – TBC) auf den Basiskomponenten, die aus hitzeresistenten Elementen gebildet sind, ausgebildet werden.
Eine thermische Barrierebeschichtung umfasst eine metallische Verbindungsschicht und eine keramische Schicht, die nacheinander auf einem Substrat aufgetragen sind. Eine keramische Schicht ist an einer metallischen Verbindungsschicht beispielsweise durch thermisches Sprühen gebildet und ist oft aus einem ZrO₂-basierten Material, insbesondere aus Yttrium-dotiertem Zirkoniumdioxid (engl: yttria-stabilized zirconia – YSZ), gemacht, was ein teilweise oder vollständig durch Zugabe von Y₂O₃ stabilisiertes bzw. dotiertes ZrO₂ ist, weil YSZ eine relativ geringe thermische Leitfähigkeit und eine relativ hohe thermische Expansionsrate unter keramischen Materialen hat.
Eine Vielzahl von Kühllöchern ist an der Oberfläche der Hochtemperaturkomponenten für eine Turbine gebildet, um eine Schichtkühlung an den Hochtemperaturkomponenten durchzuführen. Wenn eine keramische Schicht an einem Substrat durch Sprühen gebildet wird, wird ein Abdeck- oder Maskierungsstift in ein Loch des Substrats eingeführt, um ein Verstopfen des Lochs, welches als ein Kühlloch dient, zu verhindern.
Die Patentveröffentlichung JP 2003-306760 A offenbart einen Abdeckstift aus Grafit, aus faserverstärktem Kunststoff oder aus einem Element mit Metallkern, das mit einem Polyethylenharz oder Fluororharz bedeckt ist. Der Abdeckstift wird nicht an eine keramische Schicht gebunden, wenn die keramische Schicht ausgebildet wird, und löst sich vollständig oder teilweise auf. Daher muss der Abdeckstift, der in der JP 2003-306760 A offenbart ist, nach dem Ausbilden der keramischen Schicht nicht von dem Loch entfernt werden. In einem Fall, wo der Abdeckstift entfernt werden muss, kann er einfach herausgezogen werden.
Zusammenfassung
Zu lösende Probleme
Gasturbinen mit einer noch höheren thermischen Effizienz wurden in den letzten Jahren entwickelt, wobei manche von ihnen eine Gaseinlasstemperatur von 1700°C haben. In diesem Fall wird angenommen, dass die Oberflächentemperatur von stationären Leitschaufeln und rotierenden Laufschaufeln auf 1300°C ansteigt. In Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Trend in der Forschung und Entwicklung benötigt die thermische Barrierebeschichtung eine noch höhere thermische Beständigkeit und Barriereeigenschaft.
Um die Barriereeigenschaft der thermischen Barrierebeschichtung zu verbessern, kann in Betracht gezogen werden, die Dicke der keramischen Schicht zu erhöhen. Mit einer Erhöhung der Dicke einer keramischen Schicht erhöht sich auch die Länge des Kühllochs, das die keramische Schicht durchdringt, wodurch die Länge des Abdeckstifts, der von dem Substrat hervorsteht, erhöht werden muss, wenn die keramische Schicht durch Sprühen ausgebildet wird.
Jedoch kann, wenn die Vorstehlänge erhöht ist, der Abdeckstift, der aus einem Material hergestellt ist, das sich wie in JP 2003-306760 A offenbart ganz oder teilweise auflöst, bei einem thermischen Sprühen beschädigt oder kann von einer vorgesehenen Position versetzt bzw. verschoben werden, was zu einer Abdeckung des Lochs des Substrats mit der keramischen Schicht führen kann.
Zudem kommen der Abdeckstift und die keramische Schicht miteinander in einem größeren Kontaktbereich in Kontakt, wenn die Vorstehlänge erhöht ist, was es schwerer macht, die Abdeckstifte in einem Fall zu entfernen, wo sich die Abdeckstifte nicht ganz oder teilweise auflösen, wenn die keramische Schicht ausgebildet wird.
Des Weiteren kann der Öffnungsabschnitt des Kühllochs eine Form haben, die anders als eine zylindrische Form ist, wie beispielsweise eine sich verbreiternde oder erweiternde Form, deren Querschnitt sich allmählich zu dem Öffnungsauslass vergrößert. Es ist mühsam bzw. aufwendig an der keramischen Schicht Öffnungsabschnitte einzeln händisch auszubilden, die solch eine sich erweiternde Form haben.
Ferner ist es ebenso mühsam, einen Abdeckstift in jedes der Vielzahl von Löchern einzeln einzuführen.
Angesichts des Vorgenannten ist es eine Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, wobei ein Loch verlässlich bzw. zuverlässig mit einem Abdeckstift ausgebildet werden kann, der mit einer größeren Länge von einem Sprühzielelement hervorsteht, eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine, die durch dieses Verfahren hergestellt ist/wird, eine Turbine, mit der Hochtemperaturkomponente, und einen Abdeckstift und ein Abdeckelement für dieses Verfahren vorzustellen.
Ferner ist es eine Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, wobei ein Abdeckstift einfach entfernt werden kann, der bestehen bleibt ohne sich ganz oder teilweise bei thermischem Sprühen von einem Sprühzielelement aufzulösen bzw. zu lösen, eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine, die durch dieses Verfahren hergestellt ist/wird, eine Turbine, mit der Hochtemperaturkomponente, und einen Abdeckstift und ein Abdeckelement für das Verfahren vorzustellen.
Ferner ist es eine Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Abdeckstift vorzusehen, wobei ein Loch leicht bzw. problemlos vorgesehen werden kann, das einen Öffnungsabschnitt einer gewünschten Form hat.
Des Weiteren ist es eine Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Abdeckelement vorzusehen, das eine Vielzahl von Schaftabschnitten hat, die einfach in eine Vielzahl von Löchern eines Sprühzielelements eingeführt werden können.
Lösung der Probleme

(1) Ein Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Schritt des Vorbereitens eines Sprühzielelements mit einer Oberfläche, an welcher Öffnungen von ersten Enden einer Vielzahl von Löchern gebildet sind, einen Schritt des Vorbereitens einer Vielzahl von Abdeckstiften, die jeweils Metall aufweisen, einen Einführschritt des Einführens eines jeden der Vielzahl von Abdeckstiften in ein korrespondierendes Loch der Vielzahl von Löchern so, dass jeder der Vielzahl von Abdeckstiften teilweise von der Oberfläche hervorsteht, einen Haftmittelauftragschritt zum Auftragen eines Haftmittels zum Befestigen der Vielzahl von Abdeckstiften an den jeweiligen Löchern auf zumindest eines einen der Vielzahl von Löchern oder der Vielzahl von Abdeckstiften, einen Sprühschritt des Bildens einer keramischen Schicht durch Sprühen auf der Oberfläche des Sprühzielelements, wobei die keramische Schicht ein keramisches Material aufweist, während die Vielzahl von Abdeckstiften an den jeweiligen Löchern über das Haftmittel befestigt sind, und einen Entfernungsschritt des Entfernens der Vielzahl von Abdeckstiften von der Vielzahl von Löchern nach dem Sprühschritt.

Bei dem obigen Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung (1) ist der Abdeckstift, der aus Metall gemacht ist, an dem Loch des Sprühzielelements über das Haftmittel befestigt. Ein Abdeckstift, der aus Metall gemacht ist, hat eine hohe Wärmeresistenzeigenschaft, wodurch er nicht beschädigt wird oder sich auflöst, wenn die keramische Schicht gesprüht wird, selbst wenn der Abdeckstift von dem Sprühzielelement mit einer großen Vorstehlänge hervorsteht. Daher werden die Löcher des Sprühziehelements durch die keramische Schicht nicht blockiert und die Löcher können durch die keramische Schicht in Übereinstimmung zu der Form der Abdeckstifte gebildet werden.

(2) Bei manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren bei der obigen Konfiguration (1) ferner einen Ultraviolett-Emittierschritt des Emittierens von Ultraviolettstrahlung zu einem ultraviolett-härtbaren Harz, welches als das Haftmittel dient, um die Vielzahl von Abdeckstiften an den jeweiligen Löchern über das Haftmittel zu befestigen. Der Entfernungsschritt umfasst ein Zersetzen des ultraviolett-härtbaren Harzes durch Erwärmen.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung (2) werden die Abdeckstifte an den Löchern des Sprühziehelements mit einem ultraviolett-härtbaren Harz befestigt, wodurch die Abdeckstifte an den Löchern nicht durch eine Presspassung befestigt werden müssen. Ferner kann das ultraviolett-härtbare Harz zum Befestigen der Abdeckstifte durch Erwärmen zersetzt werden. Daher können, selbst wenn die Abdeckstifte sich nicht ganz oder teilweise auflösen, wenn die keramische Schicht gesprüht wird, die Abdeckstifte von den Löchern durch Zersetzen des ultraviolett-härtbaren Harzes durch Erwärmen in dem Entfernungsschritt einfach entfernt werden.

(3) Bei manchen Ausführungsformen umfasst bei der obigen Konfiguration (1) oder (2) der Haftmittelauftragschritt ein Einspritzen des ultraviolett-härtbaren Harzes, das als das Haftmittel dient, in die Löcher.

Gemäß dem obigen Verfahren (3) wird in dem Haftmittelauftragschritt das ultraviolett-härtbare Harz, das als das Haftmittel dient, in das Loch eingespritzt, wodurch verhindert werden kann, dass das Haftmittel an der Oberfläche des Sprühziels haftet.

(4) Bei manchen Ausführungsformen umfasst bei einer der obigen Konfigurationen (1) bis (3) das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung ferner einen Formbefreiungsmittel-Auftragschritt des Auftragens eines Formbefreiungsmittels auf Abschnitte der Vielzahl von Abdeckstiften, die mit der keramischen Schicht abzudecken sind, bevor die Abschnitte mit der keramischen Schicht abgedeckt werden.

Bei der obigen Konfiguration (4) wird das Formbefreiungsmittel im Voraus an Abschnitten der Abdeckstifte, die mit der keramischen Schicht abzudecken sind, aufgetragen, wodurch die Abdeckstifte relativ zu der keramischen Schicht gleitfähiger sind. Daher können die Abdeckstifte, selbst die Abdeckstifte, die eine große Vorstehlänge haben und in Kontakt mit der keramischen Schicht in einem größeren Kontaktbereich sind, im Wesentlichen ohne Beschädigung der keramischen Schicht entfernt werden.

(5) Bei manchen Ausführungsformen hat bei einer der obigen Konfigurationen (1) bis (4) das Sprühzielelement eine innere Oberfläche, an welcher Öffnungen von zweiten Enden der Löcher gebildet sind. Der Entfernungsschritt umfasst ein Entfernen der Vielzahl von Abdeckstiften von der Vielzahl von Löchern durch Bewegen der Vielzahl von Abdeckstiften von einer Seite der Oberfläche zu einer Seite der inneren Oberfläche.

Bei der obigen Konfiguration (5) werden die Abdeckstifte von der Oberflächenseite zu der inneren Oberflächenseite bewegt, wodurch die Abdeckstifte entfernt werden können, während eine Beschädigung der keramischen Schicht verhindert wird, selbst ferner verglichen mit einem Fall, in welchem die Abdeckstifte von der inneren Oberflächenseite zu der Oberflächenseite bewegt werden.

(6) Bei manchen Ausführungsformen umfasst bei der obigen Konfiguration (5) der Entfernungsschritt ein Entfernen der Vielzahl von Abdeckstiften von der Vielzahl von Löchern durch Drücken der Vielzahl von Abdeckstiften von der Seite der Oberfläche zu der Seite der inneren Oberfläche.

Bei der obigen Konfiguration (6) werden die Abdeckstifte von der Oberflächenseite zu der inneren Oberflächenseite gedrückt, wodurch die Abdeckstifte einfacher entfernt werden können, als in einem Fall, in welchem die Abdeckstifte von der inneren Oberflächenseite gezogen werden.

(7) Bei manchen Ausführungsformen hat bei einer der obigen Konfigurationen (1) bis (6) das Sprühzielelement eine innere Oberfläche, an welcher Öffnungen von zweiten Enden der Löcher gebildet sind. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Platzierens eines Positionsbestimmungselements an einer Seite der inneren Oberfläche vor dem Einführschritt. Der Einführschritt umfasst ein Einführen der Vielzahl von Abdeckstiften in die Löcher von einer Seite der Oberfläche, bis die Vielzahl von Abdeckstiften mit dem Positionsbestimmungselement in Kontakt kommen.

Die Vorstehlänge der Abdeckstifte sollte nicht zu lang relativ zu der Dicke der auszubildenden keramischen Schicht bei solchen Abdeckstiften sein, die einen breiteren bzw. weiteren Bereich bei dem Sprühen abdecken. Andererseits sollte die Vorstehlänge der Abdeckstifte nicht zu kurz relativ zu der Dicke der auszubildenden keramischen Schicht bei solchen Abdeckstiften sein, die schwer zu entfernen sind und die sogar scheitern, die Löcher durch die keramische Schicht zu bilden. Daher ist es vorzuziehen, die Vorstehlänge der Abdeckstifte von dem Sprühzielelement auf eine geeignete Länge einzustellen.
In dieser Hinsicht werden mit der obigen Konfiguration (7) die Abdeckstifte eingeführt, bis sie in Kontakt mit dem Positionsbestimmungselement kommen, wodurch die Vorstehlänge der Abdeckstifte einfach auf eine geeignete Länge eingestellt werden kann.

(8) Bei manchen Ausführungsformen umfasst bei der obigen Konfiguration (7) das Positionsbestimmungselement ein wärmebeständiges Band.

Mit der obigen Konfiguration (8), die ein wärmeresistentes Band vorsieht, kann die Einführtiefe der Abdeckstifte in die Löcher einfach und zuverlässig begrenzt werden, wodurch die Vorstehlänge der Abdeckstifte eingestellt wird.

(9) Ein Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt des Vorbereitens eines Sprühzielelements mit einer Oberfläche, an welcher Öffnungen von ersten Enden einer Vielzahl von Löchern gebildet sind, einen Schritt des Vorbereitens einer Vielzahl von Abdeckstiften, die jeweils Metall aufweisen, einen Einführschritt des Einführens jeder der Vielzahl von Abdeckstiften in ein korrespondierendes Loch der Vielzahl von Löchern so, dass jeder der Vielzahl von Abdeckstiften teilweise von der Oberfläche hervorsteht, einen Sprühschritt des Bildens einer keramischen Schicht durch Sprühen an der Oberfläche des Sprühzielelements, wobei die keramische Schicht ein keramisches Material aufweist, während die Vielzahl von Abdeckstiften eingeführt und an den jeweiligen Löchern befestigt sind, einen Formentfernungsmittel-Auftragschritt des Auftragens eines Formentfernungsmittels auf Abschnitte der Vielzahl von Abdeckstiften, die mit der keramischen Schicht zu bedecken sind, vor dem Sprühschritt, und einen Entfernungsschritt des Entfernens der Vielzahl von Abdeckstiften von der Vielzahl von Löchern nach dem Sprühschritt.

Bei der obigen Konfiguration (9) wird das Formentfernungsmittel im Voraus an Abschnitten der Abdeckstifte, die mit der keramischen Schicht zu bedecken sind, aufgetragen, wodurch die Abdeckstifte relativ zu der keramischen Schicht gleitfähiger sind. Daher können die Abdeckstifte, selbst die Abdeckstifte, die eine größere Vorstehlänge haben und in Kontakt mit der keramischen Schicht in einem größeren Kontaktbereich sind, im Wesentlichen ohne Beschädigung der keramischen Schicht entfernt werden.

(10) Eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat, das eine Oberfläche hat, an welcher Öffnungen von ersten Enden einer Vielzahl von Löchern gebildet sind, eine Verbindungsschicht, die ein Metallmaterial aufweist, und die an der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, und eine keramische Schicht, die ein keramisches Material aufweist und die durch Sprühen an einer Oberfläche der Verbindungsschicht gebildet ist. Die Verbindungsschicht und die keramische Schicht haben eine Vielzahl von Durchgangslöchern, die daran durchgängig mit den jeweiligen Löchern gebildet sind. Die keramische Schicht hat eine Dicke von 0,1 mm oder mehr. Die keramische Schicht umfasst keine Fehlstelle, die durch temporäres Unterbrechen des Sprühens gebildet ist.

Bei der obigen Konfiguration (10) hat die keramische Schicht keine Fehlstelle, die durch Unterbrechen des Sprühens gebildet ist, selbst in einem Fall, wo die keramische Schicht eine Dicke von 0,3 mm oder mehr hat. Mit anderen Worten ist die keramische Schicht durch kontinuierliches bzw. durchgängiges Sprühen gebildet und umfasst keinen nicht fortlaufenden bzw. nicht durchgängigen Abschnitt, wie eine Phasengrenze. Daher tritt eine Trennung, die von der Fehlstelle startet bzw. ausgeht, im Inneren der keramischen Schicht nicht auf, wodurch die keramische Schicht eine hohe Zuverlässigkeit bzw. Beständigkeit hat. Im Ergebnis hat die Hochtemperaturkomponente für eine Turbine ebenso eine hohe Zuverlässigkeit bzw. Beständigkeit.

(11) Bei manchen Ausführungsformen umfasst bei der obigen Konfiguration (10) die Hochtemperaturkomponente eine Brennkammer, eine rotierende Laufschaufel, eine stationäre Leitschaufel und/oder ein Ringsegment.

Mit der obigen Konfiguration (11) sind die Brennkammer, die rotierende Laufschaufel, die stationäre Laufschaufel und das Ringsegment Hochtemperaturkomponenten mit einer hohen Zuverlässigkeit bzw. Beständigkeit.

(12) Eine Turbine gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest die Hochtemperaturkomponente für eine Turbine gemäß der obigen Konfiguration (10) oder (11).

Mit der obigen Konfiguration (12) hat die Hochtemperaturkomponente eine hohe Zuverlässigkeit bzw. Beständigkeit, wodurch die Turbine eine hohe Zuverlässigkeit bzw. Beständigkeit hat.

(13) Ein Abdeckstift gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schaftabschnitt, welcher in ein Loch so eingeführt werden kann, dass ein Verstopfen des Lochs bei einem Bilden einer keramischen Schicht durch Sprühen an einer Oberfläche eines Sprühzielelements verhindert wird, wobei das Loch ein erstes Ende mit einer Öffnung hat, die an der Oberfläche des Sprühzielelements gebildet ist, und einen Formabschnitt, der eine Kontur eines Lochs definieren kann, welches durch die keramische Schicht durchgängig mit dem Loch des Sprühzielelements zu bilden ist.

Es ist aufwendig bzw. mühsam Löcher an der keramischen Schicht in einer gewünschten Form einzeln auszubilden. In dieser Hinsicht kann mit dem Abdeckstift der obigen Konfiguration (13) die Kontur einer Vielzahl von Löchern in einer gewünschten Form schnell und einfach geformt werden.

(14) Ein Abdeckelement gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von Schaftabschnitten, wobei jeder Schaftabschnitt in ein korrespondierendes Loch einer Vielzahl von Löchern so eingeführt werden kann, dass ein Verstopfen der Löcher beim Ausbilden einer keramischen Schicht durch Sprühen an einer Oberfläche eines Sprühzielelements verhindert wird, wobei jedes der Löcher ein erstes Ende mit einer Öffnung hat, die an einer Oberfläche des Sprühzielelements gebildet ist, und einen Verbindungsabschnitt, der die Vielzahl von Schaftabschnitten miteinander verbindet.

Mit dem Abdeckelement, das die obige Konfiguration (13) hat, können die Schaftabschnitte in die Vielzahl von Löchern simultan eingeführt werden, wodurch die Schaftabschnitte einfach und schnell eingeführt werden können. Ferner können die Schaftabschnitte von der Vielzahl von Löchern simultan entfernt werden, wenn die Schaftabschnitte entfernt werden, was ein Entfernen der Schaftabschnitte einfach und schnell macht.
Vorteilhafte Wirkungen
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können ein Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, wobei ein Loch zuverlässig mit einem Abdeckstift gebildet werden kann, der mit einer größeren Länge von einem Sprühzielelement hervorsteht, eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine, die durch das Verfahren hergestellt wird, eine Turbine, die die Hochtemperaturkomponente hat, und ein Abdeckstift und ein Abdeckstiftelement für dieses Verfahren vorgesehen werden.
Ferner können gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, wodurch ein Abdeckstift einfach entfernt werden kann, der ohne sich ganz oder teilweise bei einem Sprühen von einem Sprühzielelement aufzulösen bestehen bleibt, eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine, die durch das Verfahren hergestellt wird, eine Turbine, die die Hochtemperaturkomponente hat, und ein Abdeckstift und ein Abdeckstiftelement für das Verfahren vorgesehen werden.
Ferner kann gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Abdeckstift vorgesehen werden, wobei ein Loch einfach vorgesehen werden kann, das einen Öffnungsabschnitt einer gewünschten Form hat.
Des Weiteren kann gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Abdeckelement vorgesehen werden, das eine Vielzahl von Schaftabschnitten hat, die einfach in eine Vielzahl von Löchern eines Sprühzielelements eingeführt werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Flussdiagramm eines schematischen Prozesses eines Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, das in 1 gezeigt ist.
3 ist ein Teil-Flussdiagramm eines schematischen Prozesses eines Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, das ein ultraviolett-härtbares Harz als ein Haftmittel verwendet.
4 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Haftmittelauftragschritts und eines Ultraviolett-Emittierschritts.
5 ist ein Teil-Flussdiagramm eines schematischen Prozesses eines Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, das ein Formbefreiungsmittel verwendet.
6 ist ein Flussdiagramm eines schematischen Prozesses eines Entfernungsschritts gemäß einiger Ausführungsformen.
7 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Drück-Ein-Schritts.
8 ist ein Teil eines Flussdiagrams eines schematischen Prozesses eines Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, das ein Formen eines Lochs umfasst.
9 ist eine schematische Draufsicht einer Form eines Lochs einer keramischen Schicht nach Durchführen des Loch-Form-Schritts.
10 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Querschnittsform eines Lochs einer keramischen Schicht.
11 ist ein Teil-Flussidagramm eines schematischen Prozesses eines Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß einiger Ausführungsformen.
12 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Positionsbestimmungselement-Platzierschritts.
13 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Prozesses eines Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein schematisches Diagramm einer Gasturbine, die eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine umfasst, die unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens des Ausbildens einer Sprühbeschichtung hergestellt ist.
15 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer rotierenden Laufschaufel, die als eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine dient, die für die Gasturbine in 14 vorgesehen ist.
16 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer stationären Leitschaufel, die als eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine dient, die für die Gasturbine in 14 vorgesehen ist.
17 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Ringsegments, das als eine Hochdrucktemperaturkomponente für eine Turbine dient, die für die Gasturbine in 14 vorgesehen ist.
18 ist eine Seitenansicht, die einen Abdeckstift gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
19 ist eine Seitenansicht, die einen Abdeckstift gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt im Detail mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. Es ist jedoch angedacht, dass außer genau spezifizierte Dimensionen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die bei den Ausführungsformen beschrieben sind, diese nur als illustrativ interpretiert werden sollen und nicht dazu gedacht sind, den Bereich der vorliegenden Erfindung zu limitieren.
Beispielsweise soll ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie beispielsweise „in einer Richtung”, „entlang einer Richtung”, „parallel”, „orthogonal”, „zentriert”, „konzentrisch” und „koaxial” nicht so ausgelegt werden, dass er nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinn anzeigt, sondern soll auch einen Zustand umfassen, wo die Anordnung relativ um eine Toleranz oder um einen Winkel oder um eine Distanz verschoben ist, wobei dieselbe Funktion erreicht werden kann.
Beispielsweise soll ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie beispielsweise „gleich”, „selbige” und „einheitlich” nicht so ausgelegt werden, dass er nur den Zustand anzeigt, in welchem das Merkmal genau bzw. strickt gleich ist, aber er soll ebenso einen Zustand umfassen, in welchem es eine Toleranz oder eine Differenz gibt, wobei noch dieselbe Funktion erreicht werden kann.
Ferner soll beispielsweise ein Ausdruck einer Form wie beispielsweise eine rechtwinklige Form oder eine zylindrische Form nicht so ausgelegt werden, dass er nur die geometrisch genaue beziehungsweise strickte Form anzeigt, aber dass er ebenso eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken bzw. Kanten innerhalb des Bereichs, in welchem dieselbe Wirkung erreicht werden kann, umfasst.
Andererseits sind Ausdrücke wie beispielsweise „aufweist”, „umfasst”, „hat”, „enthält” und „gebildet aus” nicht dazu gedacht ausschließend für andere Komponenten zu sein.
1 ist ein Flussdiagramm eines schematischen Prozesses eines Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, das in 1 dargestellt ist.
Wie in 1 dargestellt umfasst das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung ein Sprühzielvorbereitungsschritt S1, einen Abdeckstiftvorbereitungsschritt S3, einen Einführschritt S5, einen Haftmittelauftragschritt S7, einen Sprühschritt S9 und einen Entfernungsschritt S11.
Bei dem Sprühzielvorbereitungsschritt S1 wird ein Sprühzielelement 1, wie in 2A bis 2D bildlich dargestellt, vorbereitet. 2A bis 2D sind jeweils schematische Teilquerschnittsansichten des Sprühzielelements 1, welches eine Oberfläche hat, an welcher Öffnungen von ersten Enden von einer Vielzahl von Löchern 3 gebildet sind. Der Durchmesser der Löcher 3 ist beispielsweise mindestens 0,3 mm und maximal 5,0 mm.
Bei dem Abdeckstiftvorbereitungsschritt S3 wird, wie in 2A bildlich dargestellt, eine Vielzahl von Abdeck- oder Maskierungsstiften 5 vorbereitet, die jeweils aus Metall gemacht sind. Jeder der Abdeckstifte 5 hat einen äußeren Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser der Löcher 3 ist.
Bei dem Einführschritt S5 wird die Vielzahl von Abdeckstiften 5 in die jeweiligen Löcher 3 so eingeführt, dass jeder Abdeckstift 5 teilweise von der Oberfläche hervorsteht.
Bei dem Haftmittelauftragschritt S7 wird ein Haftmittel zum Befestigen der Vielzahl von Abdeckstiften 5 an den jeweiligen Löchern 3 auf zumindest eines/einen der Vielzahl von Löchern 3 oder der Vielzahl von Abdeckstiften 5 aufgetragen. Das Haftmittel kann unter Verwendung eines Injektors bzw. einer Einspritzdüse oder eines Dispensers, oder durch Sprühen, Tauchen bzw. Eintauchen oder Beschichten aufgetragen werden.
Das Haftmittel kann eine Wärmeresistenzeigenschaft haben, dass es unter einer Temperatur, die beispielsweise näherungsweise 400°C beträgt, verwendet werden kann. Der Haftmittelauftragschritt S7 kann vor oder nach dem Einführschritt S5 durchgeführt werden.
2B zeigt einen Zustand, in welchem ein Stift 5 an einem Loch 3 über ein Haftmittel 7 befestigt ist. Bei dem Sprühschritt S9 wird, wie in 2C dargestellt, während die Vielzahl von Abdeckstiften 5 an den jeweiligen Löchern 3 über das Haftmittel 7 befestigt sind, eine keramische Schicht 9, die aus einem keramischen Material gemacht ist, an der Oberfläche des Sprühzielelements durch Sprühen ausgebildet.
Der Entfernungsschritt S11 wird nach dem Sprühschritt S9 durchgeführt und die Vielzahl von Abdeckstiften 5 werden von der Vielzahl von Löchern 3, wie in 2D bildlich dargestellt, entfernt. Nach dem Entfernungsschritt S11 werden jedes der Löcher 3 des Sprühzielelements 1 und ein korrespondierendes Loch 11, das durch die keramische Schicht 9 gebildet ist, koaxial miteinander verbunden, um ein einzelnes Kühlloch 13 zu bilden.
Bei der obigen Ausführungsform ist der Abdeckstift 5, der aus Metall gemacht ist, an dem Loch 3 des Sprühzielelements 1 über das Haftmittel 7 befestigt. Der Abdeckstift 5, der aus Metall gemacht ist, hat eine hohe Wärmeresistenzeigenschaft, wodurch er nicht beschädigt wird oder sich auflöst, wenn die keramische Schicht 9 gesprüht wird, selbst wenn der Abdeckstift 5 von dem Sprühzielelement 1 mit einer großen Vorstehlänge hervorsteht. Daher wird das Loch 3 des Sprühzielelements 1 durch die keramische Schicht 9 nicht blockiert und das Loch 11 kann durch die keramische Schicht 9 in Übereinstimmung zu der Form des Abdeckstifts 5 gebildet werden.
Bei manchen Ausführungsformen sind die Abdeckstifte 5 aus einer wärmeresistenten Legierung wie beispielsweise einer nickelbasierten Legierung und einer kobaltbasierten Legierung gemacht. Beispielsweise kann der Abdeckstift 5 einen Draht umfassen, der aus Inconel (Marke) #625 gemacht ist.
Bei manchen Ausführungsformen ist die Vorstehlänge des Abdeckstifts 5 von dem Sprühzielelement 1 so eingestellt, dass sie Näherungsweise dieselbe wie die Dicke der keramischen Schicht 9 hat.
Bei manchen Ausführungsformen wird ein ultraviolett-härtbares Harz als das Haftmittel verwendet. 3 ist ein Teil eines Flussdiagramms eines schematischen Prozesses eines Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, das ein ultraviolett-härtbares Harz als das Haftmittel 7 verwendet. Wie in 3 dargestellt umfasst das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung ferner einen Ultraviolett-Emittierschritt S13, wenn ein ultraviolett-härtbares Harz als das Haftmittel 7 verwendet wird.
Bei dem Ultraviolett-Emittierschritt S13 wird eine Ultraviolettstrahlung zu einem nicht gehärteten ultraviolett-härtbaren Harz emittiert, das als ein Haftmittel dient, und dann wird das ultraviolett-härtbare Harz gehärtet, wobei die Vielzahl von Abdeckstiften 5 an den jeweiligen Löchern 3 über das Haftmittel befestigt werden.
Wenn das ultraviolett-härtbare Harz als das Haftmittel 7 verwendet wird, wird das ultraviolett-härtbare Harz durch Erwärmen in dem Entfernungsschritt S11 zersetzt.
Als das ultraviolett-härtbare Harz kann beispielsweise SpeedMASK von Dymax Corp. verwendet werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Abdeckstifte 5 an den Löchern 3 des Sprühzielelements 1 mit einem ultraviolett-härtbaren Harz befestigt, wodurch es nicht nötig ist, die Abdeckstifte 5 an den Löchern 3 durch eine Presspassung zu befestigen. Ferner kann das ultraviolett-härtbare Harz zum Befestigen der Abdeckstifte 5 durch Erwärmen zersetzt werden. Daher können, selbst wenn die Abdeckstifte 5 sich nicht ganz oder teilweise zersetzten, wenn die keramische Schicht 9 gesprüht wird, die Abdeckstifte 5 einfach von den Löchern 3 durch Zersetzten des ultraviolett-härtbaren Harzes durch Erwärmen in dem Entfernungsschritt S11 entfernt werden.
4 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Haftmittelauftragschritts S7 und des Ultraviolett-Emittierschritts S13. Bei manchen Ausführungsformen wird, wie in 4A bildlich dargestellt, in dem Haftmittelauftragschritt S7 ein nicht gehärtetes ultraviolett-härtbares Harz 7a, das als das Haftmittel dient, in das Loch 3 des Sprühzielelements 1 beispielsweise mit einem Injektor bzw. einem Einspritzer 14 eingespritzt. Dann wird in dem Ultraviolett-Emittierschritt S13, wie in 4B bildlich dargestellt, Ultraviolettstrahlung zu dem ultraviolett-härtbaren Harz beispielsweise unter Verwendung einer Ultraviolettlampe 15 emittiert. Die Ultraviolettlampe 15 kann von der inneren Oberflächenseite des Sprühzielelements 1 Ultraviolettstrahlung emittieren.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird in dem Haftmittelauftragschritt S7 das ultraviolett-härtbare Harz, das als das Haftmittel dient, in das Loch 3 eingespritzt, wodurch verhindert werden kann, dass das Haftmittel an der Oberfläche des Sprühzielelements 1 anhaftet.
5 ist ein Teil-Flussdiagramm eines schematischen Prozesses eines Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, das ein Formbefreiungsmittel verwendet. Wie in 5 dargestellt umfasst das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung ferner ein Formbefreiungsmittelauftragschritt S15, wenn ein Formbefreiungsmittel verwendet wird. Der Formbefreiungsmittelauftragschritt S15 wird vor dem Einführschritt S5 durchgeführt und ein Formbefreiungsmittel wird auf die Abdeckstifte 5 aufgetragen. Das Formbefreiungsmittel wird auf die Abdeckstifte beispielsweise durch Sprühen, Eintauchen oder Beschichten aufgetragen.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Formbefreiungsmittel im Voraus auf Abschnitte der Abdeckstifte 5, die mit der keramischen Schicht 9 abzudecken sind, aufgetragen, wodurch die Abdeckstifte 5 relativ zu der keramischen Schicht 9 gleitfähiger sind. Daher können die Abdeckstifte 5, selbst die Abdeckstifte 5, die eine große Vorstehlänge haben und mit der keramischen Schicht 9 in einem großen Kontaktbereich in Kontakt sind, im Wesentlichen ohne Beschädigung der keramischen Schicht 9 entfernt werden.
Es sollte festgehalten werden, dass das Formbefreiungsmittel an den gesamten Abdeckstiften 5 aufgetragen werden kann.
Bei manchen Ausführungsformen kann als das Formbefreiungsmittel eines der folgenden Mittel verwendet werden: ein BN-basiertes wärmeresistentes Formbefreiungsmittel, ein Silikon-Typ wärmeresistentes Formbefreiungsmittel oder ein Grafit-Typ wärmeresistentes Formbefreiungsmittel. Insbesondere ein BN-basiertes wärmeresistentes Formbefreiungsmittel enthält ein Pulver aus Bornitrid (BN) und hat eine Wärmeresistenzeigenschaft, wodurch es Temperaturen von 900°C bis 1000°C widerstehen kann.
Bei manchen Ausführungsformen hat, wie in 2A bildlich dargestellt, das Sprühzielelement 1 eine innere Oberfläche, die Öffnungen von zweiten Enden der Löcher 3 hat, die daran gebildet sind. In dem Entfernungsschritt S11 werden die Vielzahl von Abdeckstiften 5 von der Vielzahl von Löchern 3 durch Bewegen der Vielzahl von Abdeckstiften 5 von der Oberflächenseite zu der inneren Oberflächenseite des Sprühzielelements 1 entfernt.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Abdeckstifte 5 von der Oberflächenseite zu der inneren Oberflächenseite des Sprühzielelements 1 bewegt, wodurch die Abdeckstifte 5 entfernt werden können, während ein Schaden an der keramischen Schicht verhindert wird, selbst ferner verglichen mit einem Fall, in welchem die Abdeckstifte 5 von der inneren Oberflächenseite zu der Oberflächenseite bewegt werden.
6 ist ein Flussdiagramm eines schematischen Prozesses des Entfernungsschritts S11 gemäß einiger Ausführungsformen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Entfernungsschritt S11 einen Hineindrück-Schritt S113. 7 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Hineindrück-Schritts S113. Wie in 7 bildlich dargestellt werden bei dem Hineindrück-Schritt S113 die Vielzahl von Abdeckstiften 5 von der Oberflächenseite zu der inneren Oberflächenseite des Sprühzielelements 1 unter Verwendung eines stangenförmigen Drückelements 17 gedrückt, wodurch sie von der Vielzahl von Löchern 3 entfernt werden. Beispielsweise kann ein Stück eines Drahts als das Drückelement 17 verwendet werden.
Wenn eine Spitze des Abdeckstifts 5 mit der keramischen Schicht 9, wie in 2C bildlich dargestellt, direkt nach dem Sprühschritt S9 bedeckt ist, umfasst der Entfernungsschritt S11 ferner einen Abschleifschritt S111. Bei dem Abschleifschritt S111 wird die Oberfläche der keramischen Schicht 9 abgeschliffen bis die Position der Spitze des Abdeckstifts 5 erkennbar wird. Das Abschleifen wird beispielsweise durch einen Schleifer bzw. einen Schleifapparat so durchgeführt, dass die Oberfläche der keramischen Schicht 9 glatt bzw. eben wird.
Bei manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung ferner einen Lochformschritt S17. Bei dem Lochformschritt wird eine Feile oder dergleichen verwendet, um die Kontur der Löcher 11 an der keramischen Schicht 9, das heißt die Kontur der Öffnungen der Kühllöcher 13, in einer gewünschten Kontur zu formen.
9 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels einer Kontur der Löcher 11 an der keramischen Schicht 9 nach Durchführen des Lochformschritts S17. 10 ist eine schematische Querschnittsansicht der Querschnittsform des Lochs 11. Die Kühllöcher 13, die so geformt sind, dass sie eine gewünschte Kontur haben, wie in 9 und 10, werden ebenso als geformte Schichtkühllöcher bezeichnet.
11 ist ein Teil eines Flussdiagramms eines schematischen Prozesses eines Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß einiger Ausführungsformen. Wie in 11 dargestellt umfasst das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung ferner einen Positionsbestimmungselement-Platzierschritt S19.
12 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Positionsbestimmungselement-Platzierschritts S19. Der Positionsbestimmungselement-Platzierschritt S19 wird vor dem Einführschritt S5 durchgeführt. Das Sprühzielelement 1 hat eine innere Oberfläche mit Öffnungen der zweiten Enden der Löcher 3, die daran geformt sind. Bei dem Positionsbestimmungselement-Platzierschritt S19 wird ein Positionsbestimmungselement 19 an der inneren Oberflächenseite des Sprühzielelements 1 platziert.
Ferner werden bei dem Einführschritt S5 nach dem Positionsbestimmungselement-Platzierschritt S19 die Vielzahl von Abdeckstiften 5 in die Löcher 3 von der Oberflächenseite des Sprühzielelements 1 eingeführt bis die Abdeckstifte 5 mit dem Positionsbestimmungselement 19 in Kontakt sind.
Das Positionsbestimmungselement 19 umfasst ein wärmeresistentes Band, das beispielsweise an der inneren Oberfläche des Sprühzielelements 1 befestigt ist. Mit einem wärmeresistenten Band kann die Einführtiefe der Abdeckstifte 5 in die Löcher 3 einfach und zuverlässig limitiert werden, wodurch die Vorstehlänge der Abdeckstifte 5 eingestellt wird.
Die Vorstehlänge der Abdeckstifte 5 sollte für solche Abdeckstifte 5, die bei einem Sprühen einen breiteren bzw. weiteren Bereich abdecken, nicht länger relativ zu der Dicke der keramischen Schicht 9 sein, die auszubilden ist. Andererseits sollte die Vorstehlänge der Abdeckstifte 5 für solche Abdeckstifte 5, die schwer zu entfernen sind, nicht zu kurz relativ zu der Dicke der zu bildenden keramischen Schicht 9 sein, und dies kann sogar zu einem Verfehlen des Bildens der Löcher 11 durch die keramische Schicht 9 führen. Daher ist es vorzuziehen, die Vorstehlänge der Abdeckstifte 5 von dem Sprühzielelement 1 zu/auf eine(r) geeignete(n) Länge zu wählen bzw. einzustellen.
In dieser Hinsicht werden mit der obigen Konfiguration die Abdeckstifte 5 eingeführt bis sie mit dem Positionsbestimmungselement 19 in Kontakt kommen, wodurch ein Einstellen der Vorstehlänge der Abdeckstifte 5 von der Oberfläche des Sprühzielelements 1 auf eine geeignete Länge einfach eingestellt werden kann.
Bei manchen Ausführungsformen wird das wärmeresistente Band, das als das Positionsbestimmungselement 19 dient, befestigt bevor das ultraviolett-härtbare Harz als das Haftmittel in die Löcher 3 eingespritzt wird. In diesem Fall verhindert das wärmeresistente Band ein Ausströmen des nicht gehärteten ultraviolett-härtbaren Harz von den Löchern 3, wodurch die Abdeckstifte 5 verlässlich über eine geeignete Menge von einem Haftmittel 7 befestigt werden können.
13 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Prozesses eines Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Abdeckstifte müssen nicht notwendigerweise an dem Sprühzielelement über ein Haftmittel befestigt sein. Beispielsweise kann ein Tragelement die Abdeckstifte 5 während des Sprühschritts S9 tragen. In diesem Fall umfasst das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung in 13 den Haftmittelauftragschritt S7 nicht.
Anstatt dessen umfasst das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung in 13 einen Formbefreiungsmittel-Auftragschritt S15 des Auftragens eines Formbefreiungsmittels auf Abschnitte der Vielzahl von Abdeckstiften 5, die mit der keramischen Schicht 9 zu bedecken sind, vor dem Sprühschritt S9. Wie oben beschrieben wird der Formbefreiungsmittel-Auftragschritt S15 vor den Einführschritt S5 durchgeführt und ein Formbefreiungsmittel wird auf die Abdeckstifte 5 aufgetragen. Das Formbefreiungsmittel wird auf die Abdeckstifte 5 beispielsweise durch Sprühen, Eintauchen oder Beschichten aufgetragen. Als das Formbefreiungsmittel kann ein Formbefreiungsmittel verwendet werden, das beispielsweise ein Pulver von BN (Bornitrid) enthält. Ein Formbefreiungsmittel, das ein Pulver von BN enthält, hat eine hohe Wärmebeständigkeitseigenschaft.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Formbefreiungsmittel im Vorhinein an Abschnitten der Abdeckstifte 5, die mit der keramischen Schicht 9 abzudecken sind, aufgetragen, wodurch die Abdeckstifte relativ zu der keramischen Schicht 9 gleitfähiger sind. Daher können die Abdeckstifte 5, selbst die Abdeckstifte 5, die eine große Vorstehlänge von der Oberfläche des Sprühzielelements 1 haben und mit der keramischen Schicht 9 in einem größeren Kontaktbereich in Kontakt sind, im Wesentlich ohne Beschädigung der keramischen Schicht 9 entfernt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine, die durch das oben beschriebenen Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung hergestellt wird, beschrieben werden.
Wie in 2D bildlich dargestellt umfasst die Hochtemperaturkomponente für eine Turbine ein Substrat 1a, eine Verbindungsschicht (metallische Verbindungsschicht) 1b und eine keramische Schicht 9. Die Verbindungsschicht 1b und die keramische Schicht 9 bilden eine thermische Barrierebeschichtung an dem Substrat 1a.
Das Substrat 1a ist beispielsweise aus einer Ni-basierten Legierung gemacht. Beispielsweise hat die Ni-basierte Legierung eine Zusammensetzung, die repräsentiert wird durch Ni-16Cr-8.5Co-1.75Mo-2.6W-1.75Ta-0.9Nb-3.4Ti-3.4Al (Masseprozent).
Die Verbindungsschicht 1b ist beispielsweise aus einer MCrAlY Legierung gemacht, wo M eines oder zwei ausgewählt aus einer Gruppe, die Ni, Co und Fe enthält, ist. Eine MCrAlY Legierung hat eine Zusammensetzung, die beispielsweise durch Co-32Ni-21Cr-8Al-0.5Y repräsentiert wird. Die Dicke der Verbindungsschicht 1b ist beispielsweise mindestens 10 μm und nicht mehr als 500 μm. Die Verbindungsschicht 1b kann an der Oberfläche des Substrats 1a beispielsweise durch ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen gebildet sein. Ein Luftdruckprozess kann vor einem Bilden der Verbindungsschicht 1b an der Oberfläche des Substrats 1a durchgeführt werden, um die Verbindungsschicht 1b näher bzw. enger in Kontakt mit dem Substrat 1a zu bringen.
Die keramische Schicht 9 ist an der Oberfläche der Verbindungsschicht 1b gebildet. Die keramische Schicht 9 ist aus einer Zirkonium-basierten Keramik gemacht, die Zusatzmittel bzw. Additive wie beispielsweise Y und Yb enthält. Die Dicke T der keramischen Schicht 9 ist beispielsweise mindestens 0,1 mm und nicht mehr als 3,0 mm. Die keramische Schicht 9 kann beispielsweise an der Verbindungsschicht 1b durch Plasmasprühen gebildet sein.
Die keramische Schicht 9 hat keine Fehlstelle, die durch Unterbrechen des Sprühens im Inneren der keramischen Schicht 9 gebildet ist.
Mit der oben beschriebenen Hochtemperaturkomponente für eine Turbine hat die keramische Schicht 9 keine Fehlstelle, die durch Unterbrechen des Sprühens gebildet ist, selbst in einem Fall, wo die keramische Schicht 9 eine Dicke von mehr als 0,3 mm oder mehr hat. Mit anderen Worten ist die keramische Schicht 9 durch kontinuierliches Sprühen gebildet und umfasst keinen nicht durchgängigen Abschnitt, wie eine Phasengrenze. Daher tritt eine Trennung, die von der Fehlstelle ausgeht bzw. startet, im Inneren der keramischen Schicht 9 nicht auf, wodurch die keramische Schicht 9 eine hohe Zuverlässigkeit hat. Im Ergebnis hat die Hochtemperaturkomponente für eine Turbine ebenso eine hohe Zuverlässigkeit. Die keramische Schicht 9 kann kontinuierlich gesprüht werden, weil die Abdeckstifte 5 es ermöglichen, die Löcher 11 innerhalb der keramischen Schicht 9, die eine Dicke T von 0,3 mm oder mehr hat, zu bilden.
Ferner muss, wenn die Abdeckstifte 5 durch das Haftmittel 7 befestigt sind, das Haftmittel 7 mit Wärme in dem Entfernungsschritt S11 zersetzt werden. Wenn eine thermisch Diffusionsbearbeitung nach Bilden der keramischen Schicht 9 durchzuführen ist, kann das Haftmittel 7 mit Wärme durch Durchführen der thermischen Diffusionsbearbeitung zersetzt werden. Die thermische Diffusionsbearbeitung wird beispielsweise in einem Temperaturbereich von 700°C bis 1000°C durchgeführt.
14 ist ein schematisches Diagramm einer Gasturbine 20, die eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine umfasst, die unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung hergestellt ist. 15, 16 und 17 sind jeweils schematische Diagramme einer rotierenden Laufschaufel 22, einer stationären Leitschaufel 24 und eines Ringsegments 26, welche Beispiele für Hochtemperaturkomponenten für eine Turbine sind, die auf die Gasturbine 20 angewandt sind.
Die rotierende Laufschaufel 22 ist an einem Rotor der Gasturbine 20 befestigt und die stationäre Leitschaufel 24 und das Ringsegment 26 sind an einem Gehäuse der Gasturbine 20 befestigt. Die rotierende Laufschaufel 22 und die stationäre Leitschaufel 24 sind in einem Strömungspfad eines Verbrennungsgas, der eine zylindrische Form hat, angeordnet. Das Ringsegment 26 ist außerhalb der rotierenden Laufschaufel 22 in der radialen Richtung des Rotors angeordnet und bildet einen Teil einer Umfangswand eines Strömungspfads eines Verbrennungsgases.
Das Übergangsstück der Brennkammer 28, die rotierende Laufschaufel 22, die stationäre Leitschaufel 24 und das Ringsegment 26 haben die keramische Schicht 9, die durch das oben beschriebenen Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung an der Oberfläche davon gebildet ist, mit Öffnungen der Kühllöcher 13, die an der Oberfläche der keramischen Schicht 9 angeordnet sind. Die Kühllöcher 13 haben Öffnungen, die dem Strömungspfad des Verbrennungsgases zugewandt sind, und Luft, die von den Kühllöchern 13 ausströmt, führt ein Schichtkühlen an der Brennkammer 28, der rotierenden Laufschaufel 22, des stationären Leitschaufel 24 und dem Ringsegment 26 durch.
Eine Anwendung von Hochtemperaturkomponenten für eine Turbine ist nicht auf eine feststehende bzw. stationäre Gasturbine beschränkt und kann auf eine Strahl-Antriebsmaschine für Flugzeuge, eine Gasturbine für Schiffe oder eine Dampfturbine angewandt sein.
18 ist eine Seitenansicht, die einen Abdeckstift 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. Wie in 18 bildlich dargestellt umfasst der Abdeckstift 13 einen Schaftabschnitt 32 und einen Formabschnitt 34, die integral bzw. durchgängig miteinander gebildet sind.
Der Schaftabschnitt 32 hat einen äußeren Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser des Lochs 3 ist, und kann in das Loch 3 eingeführt werden, wenn die keramische Schicht 9 durch Sprühen an der Oberfläche des Sprühzielelements 1, das eine Öffnung des ersten Endes des Lochs 3 hat, gebildet ist. Der Schaftabschnitt 32 verhindert ein Verstopfen des Lochs 3 durch die keramische Schicht 9.
Der Formabschnitt 34 kann die Kontur des Lochs 11, das an der keramischen Schicht 9 kontinuierlich zu dem Loch 3 des Sprühzielelements 1 auszubilden ist, definieren. Beispielsweise kann für den Abdeckstift 30 in 18 die Kontur des Lochs 11 in einer sich verbreitender Form, die sich graduell bzw. allmählich zu der Oberfläche der keramischen Schicht 9 erweitert, geformt sein.
Während es mühsam bzw. aufwendig sein kann eine Vielzahl von Löchern, die durch die keramische Schicht 9 in dem Lochformschritt S17 gebildet werden, zu formen, ermöglicht es der Abdeckstift 30 der oben beschriebenen Ausführungsform, die Kontur der Vielzahl von Löchern 11 in einer gewünschten Kontur einfach und schnell zu formen.
Bei manchen Ausführungsformen hat der Abdeckstift 30 einen Handhabungsabschnitt 36, der integral bzw. durchgängig mit dem Formabschnitt 34 gebildet ist. Wenn der Abdeckstift 30 den Handhabungsabschnitt 36 hat, kann der Abdeckstift 30 einfach durch Halten und Ziehen an dem Handhabungsabschnitt 36 in dem Entfernungsschritt S11 entfernt werden.
19 ist eine Seitenansicht, die das Abdeckelement 40 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. Das Abdeckelement 40 ist aus einem Metall gemacht und hat eine Vielzahl von Schaftabschnitten 42 und einen Verbindungsabschnitt 44, die integral bzw. durchgängig miteinander gebildet sind.
Jeder Schaftabschnitt 42 hat einen Außendurchmesser, der kleiner als der Durchmesser des Lochs 3 ist und kann in das Loch 3 eingeführt werden, wenn die keramische Schicht 9 durch Sprühen an der Oberfläche des Sprühzielelements 1 gebildet wird, das eine Öffnung des ersten Endes des Lochs 3 hat. Der Schaftabschnitt 42 verhindert ein Verstopfen des Lochs 3 durch die keramische Schicht 9.
Der Verbindungsabschnitt 44 verbindet die Vielzahl von Schaftabschnitten 42 miteinander und trägt die Vielzahl von Schaftabschnitten 42 so, dass sie zu dem Anordnungsmuster der Löcher 3 an dem Sprühzielelement 1 korrespondieren. Der Verbindungsabschnitt 44 ist beispielsweise an der inneren Oberflächenseite des Sprühzielelements 1 platziert und die Schaftabschnitte 42 sind in die Löcher 3 von der inneren Oberflächenseite eingeführt.
Bei dem Einführschritt S5 kann es mühsam bzw. aufwendig sein die Abdeckstifte 5 in die Vielzahl von Löchern 3 einzeln einzuführen. In dieser Hinsicht können mit dem Abdeckelement 40 die Schaftabschnitte 42 in die Vielzahl von Löchern 3 simultan eingeführt werden, wodurch der Einführschritt S5 einfach und schnell durchgeführt werden kann. Ferner können die Schaftabschnitte 42 von der Vielzahl von Löchern 3 simultan in dem Entfernungsschritt S11 entfernt werden, wodurch der Entfernungsschritt S11 einfach und schnell durchgeführt werden kann.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben im Detail beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt und eine Vielzahl von Änderungen und Modifikationen können implementiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Sprühzielelement
1a: Substrat
1b: Verbindungsschicht
3: Loch
5: Abdeck- oder Maskierungsstift
7: Haftmittel
7a: nicht gehärtetes ultraviolett-härtbares Harz
9: keramische Schicht
11: Loch
13: Kühlloch
14: Injektor bzw. Einspritzer
15: Ultraviolettlampe
17: Drückelement
19: Positionsbestimmungselement
20: Gasturbine
22: rotierende Laufschaufel
24: stationäre Leitschaufel
26: Ringsegment
28: Brennkammer
32: Schaftabschnitt
34: Formabschnitt
36: Handhabungsabschnitt
40: Abdeckelement
42: Schaftabschnitt
44: Verbindungsabschnitt
S1: Sprühzielvorbereitungsschritt
S3: Abdeckstiftvorbereitungsschritt
S5: Einführschritt
S7: Haftmittel-Auftragschritt
S9: Sprühschritt
S11: Entfernungsschritt
S13: Ultraviolett-Emittierschritt
S15: Formentfernungsmittel-Auftragsschritt
S17: Lochformschritt
S19: Positionsbestimmungselement-Platzierschritt
S111: Abschleifschritt
S113: Hineindrück-Schritt

Claims

Ein Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, das umfasst: einen Schritt des Vorbereitens eines Sprühzielelements mit einer Oberfläche, an welcher Öffnungen von ersten Enden einer Vielzahl von Löchern gebildet sind, einen Schritt des Vorbereitens einer Vielzahl von Abdeckstiften, die jeweils Metall aufweisen, einen Einführschritt des Einführens eines jeden der Vielzahl von Abdeckstiften in ein korrespondierendes Loch der Vielzahl von Löchern so, dass jeder der Vielzahl von Abdeckstiften teilweise von der Oberfläche hervorsteht, einen Haftmittelauftragschritt zum Auftragen eines Haftmittels zum Befestigen der Vielzahl von Abdeckstiften an den jeweiligen Löchern auf zumindest eines einen der Vielzahl von Löchern oder der Vielzahl von Abdeckstiften, einen Sprühschritt des Bildens einer keramischen Schicht durch Sprühen auf der Oberfläche des Sprühzielelements, wobei die keramische Schicht ein keramisches Material aufweist, während die Vielzahl von Abdeckstiften an den jeweiligen Löchern über das Haftmittel befestigt sind, und einen Entfernungsschritt des Entfernens der Vielzahl von Abdeckstiften von der Vielzahl von Löchern nach dem Sprühschritt.
Das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend einen Ultraviolett-Emittierschritt des Emittierens von Ultraviolettstrahlung zu einem ultraviolett-härtbaren Harz, welches als das Haftmittel dient, um die Vielzahl von Abdeckstiften an den jeweiligen Löchern über das Haftmittel zu befestigen, wobei der Entfernungsschritt ein Zersetzen des ultraviolett-härtbaren Harzes durch Erwärmen umfasst.
Das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Haftmittelauftragschritt ein Einspritzen des ultraviolett-härtbaren Harzes, das als das Haftmittel dient, in die Löcher umfasst.
Das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend einen Formbefreiungsmittel-Auftragschritt des Auftragens eines Formbefreiungsmittels auf Abschnitte der Vielzahl von Abdeckstiften, die mit der keramischen Schicht abzudecken sind, bevor die Abschnitte mit der keramischen Schicht abgedeckt werden.
Das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Sprühzielelement eine innere Oberfläche hat, an welcher Öffnungen von zweiten Enden der Löcher gebildet sind, und wobei der Entfernungsschritt ein Entfernen der Vielzahl von Abdeckstiften von der Vielzahl von Löchern durch Bewegen der Vielzahl von Abdeckstiften von einer Seite der Oberfläche zu einer Seite der inneren Oberfläche umfasst.
Das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Entfernungsschritt ein Entfernen der Vielzahl von Abdeckstiften von der Vielzahl von Löchern durch Drücken der Vielzahl von Abdeckstiften von der Seite der Oberfläche zu der Seite der inneren Oberfläche umfasst.
Das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß einen der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Sprühzielelement eine innere Oberfläche hat, an welcher Öffnungen von zweiten Enden der Löcher gebildet sind, wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Platzierens eines Positionsbestimmungselements an einer Seite der inneren Oberfläche vor dem Einführschritt umfasst, und wobei der Einführschritt ein Einführen der Vielzahl von Abdeckstiften in die Löcher von einer Seite der Oberfläche, bis die Vielzahl von Abdeckstiften mit dem Positionsbestimmungselement in Kontakt kommen, umfasst.
Das Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung gemäß Anspruch 7, wobei das Positionsbestimmungselement ein wärmebeständiges Band umfasst.
Ein Verfahren zum Ausbilden einer Sprühbeschichtung, das umfasst: einen Schritt des Vorbereitens eines Sprühzielelements mit einer Oberfläche, an welcher Öffnungen von ersten Enden einer Vielzahl von Löchern gebildet sind, einen Schritt des Vorbereitens einer Vielzahl von Abdeckstiften, die jeweils Metall aufweisen, einen Einführschritt des Einführens jeder der Vielzahl von Abdeckstiften in ein korrespondierendes Loch der Vielzahl von Löchern so, dass jeder der Vielzahl von Abdeckstiften teilweise von der Oberfläche hervorsteht, einen Sprühschritt des Bildens einer keramischen Schicht durch Sprühen an der Oberfläche des Sprühzielelements, wobei die keramische Schicht ein keramisches Material aufweist, während die Vielzahl von Abdeckstiften eingeführt und an den jeweiligen Löchern befestigt sind, einen Formentfernungsmittel-Auftragschritt des Auftragens eines Formentfernungsmittels auf Abschnitte der Vielzahl von Abdeckstiften, die mit der keramischen Schicht zu bedecken sind, vor dem Sprühschritt, und einen Entfernungsschritt des Entfernens der Vielzahl von Abdeckstiften von der Vielzahl von Löchern nach dem Sprühschritt.
Eine Hochtemperaturkomponente für eine Turbine, die umfasst: ein Substrat, das eine Oberfläche hat, an welcher Öffnungen von ersten Enden einer Vielzahl von Löchern gebildet sind, eine Verbindungsschicht, die ein Metallmaterial aufweist, und die an der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, und eine keramische Schicht, die ein keramisches Material aufweist und die durch Sprühen an einer Oberfläche der Verbindungsschicht gebildet ist, wobei die Verbindungsschicht und die keramische Schicht eine Vielzahl von Durchgangslöchern haben, die daran durchgängig mit den jeweiligen Löchern gebildet sind, wobei die keramische Schicht eine Dicke von 0,1 mm oder mehr hat, und wobei die keramische Schicht keine Fehlstelle umfasst, die durch temporäres Unterbrechen des Sprühens gebildet ist.
Die Hochtemperaturkomponente für eine Turbine gemäß Anspruch 10, die eine Brennkammer, eine rotierende Laufschaufel, eine stationäre Leitschaufel und/oder ein Ringsegment umfasst.
Eine Turbine, die zumindest die Hochtemperaturkomponente für eine Turbine gemäß Anspruch 10 oder 11 umfasst.
Ein Abdeckstift, der umfasst: einen Schaftabschnitt, welcher in ein Loch so eingeführt werden kann, dass ein Verstopfen des Lochs bei einem Bilden einer keramischen Schicht durch Sprühen an einer Oberfläche eines Sprühzielelements verhindert wird, wobei das Loch ein erstes Ende mit einer Öffnung hat, die an der Oberfläche des Sprühzielelements gebildet ist, und einen Formabschnitt, der eine Kontur eines Lochs definieren kann, welches durch die keramische Schicht durchgängig mit dem Loch des Sprühzielelements zu bilden ist.
Ein Abdeckelement, das umfasst: eine Vielzahl von Schaftabschnitten, wobei jeder Schaftabschnitt in ein korrespondierendes Loch einer Vielzahl von Löchern so eingeführt werden kann, dass ein Verstopfen der Löcher bei einem Ausbilden einer keramischen Schicht durch Sprühen an einer Oberfläche eines Sprühzielelements verhindert wird, wobei jedes der Löcher ein erstes Ende mit einer Öffnung hat, die an einer Oberfläche des Sprühzielelements gebildet ist, und einen Verbindungsabschnitt, der die Vielzahl von Schaftabschnitten miteinander verbindet.