ES2283655T3 - Procedimiento para revestir un sustrato con orificios. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el revestimiento de un sustrato (1), que presenta al menos un orificio (4), en el que en una primera etapa el al menos un orificio (4) se cubre con un tapón (16), en otra etapa se aplica al menos una capa(13) sobre una superficie (3) del sustrato (1), tratándose en el caso del procedimiento de aplicación para la capa (13) de un procedimiento de revestimiento a bajas temperaturas, que se encuentran por debajo de 250°C, especialmente por debajo de 100°C, y en otra etapa tiene lugar una irradiación de una superficie (15) de la al menos una capa (13), de modo que se proporciona una mejor adherencia y homogeneización de las partículas en la zona próxima a la superficie de la capa (13).

Description

Procedimiento para revestir un sustrato con orificios.

La invención se refiere a un procedimiento para el revestimiento de un sustrato con orificios.

Los sustratos de enfriamiento de película en forma de palas de turbina presentan orificios, por ejemplo para hacer pasar el agente de enfriamiento, aplicándose sobre el sustrato metálico de las palas de turbina además capas adicionales, tales como por ejemplo las denominadas capas MCrAlY o capas de aislamiento térmico. A este respecto no pueden verse afectadas en la geometría las perforaciones de enfriamiento de película en el sustrato, porque sino se produce durante el funcionamiento un aumento de la temperatura superficial de la pala de turbina, lo que conduce a una reducción de la vida útil de la pala de turbina.

Para el revestimiento del sustrato metálico en el marco de la producción de una pala de turbina se usan por ejemplo procedimientos electroquímicos, en los que se aplican las capas a temperaturas reducidas (por ejemplo 50ºC) sobre el sustrato. En el caso de una capa, que se aplica según un procedimiento de este tipo, se producen sin embargo en la zona próxima a la superficie el desprendimiento de partículas y faltas de homogeneidad de concentración de la capa, lo que afecta a la función de la capa. Esto tiene como consecuencia en el caso de una capa MCrAlY un empeoramiento de la resistencia a la oxidación y en el caso de la aplicación de una capa de aislamiento térmico un empeoramiento de la adherencia de la capa de aislamiento térmico.

Es objetivo de la invención, exponer de manera correspondiente un procedimiento, en el que se mantiene en su geometría un orificio, especialmente un orificio de enfriamiento de película, de un sustrato en una aplicación de una capa sobre el sustrato y los tratamientos posteriores y se garantiza una cohesión mejorada de la capa.

El objetivo se soluciona mediante el procedimiento según la reivindicación 1.

El procedimiento según la invención para el revestimiento de un sustrato, preferiblemente de una pala de turbina, con orificios prevé, que en una primera etapa se rellenen los orificios con un material o tapón de tal modo que están cubiertos hacia fuera y se protegen así en lo sucesivo ante alteraciones de su geometría. En otra etapa tiene lugar una aplicación a baja temperatura o electroquímica ventajosa de al menos una capa. Durante el revestimiento el tapón protege el orifico ante el relleno con material, dado que es estable de forma a las temperaturas del proceso de revestimiento. Al menos una capa necesita una irradiación de la superficie, en la que tiene lugar una fusión parcial ventajosa de la superficie de la capa. Mediante la irradiación de la superficie las partículas del revestimiento próximas a la superficie se unen con el sustrato con homogeneización de la distribución elemental, de modo que también en condiciones de utilización extremas se conserva la función de la capa como protección frente a la oxidación o capa promotora de la adherencia. Simultáneamente se impide una alteración de la estructura del orificio mediante el procedimiento eficaz sólo en la superficie.

Se enumeran perfeccionamientos ventajosos del procedimiento según la reivindicación 1 en las reivindicaciones dependientes.

El tapón a una temperatura, que es mayor que en el procedimiento de aplicación a baja temperatura, es por ejemplo blando y puede introducirse muy bien en el orificio. En el caso del procedimiento de aplicación a baja temperatura puede retirarse bien el tapón mediante calentamiento. Preferiblemente el tapón es de cera. El tapón puede ser también de grafito, que puede retirarse fácilmente al aire mediante oxidación.

Una ventaja especial del procedimiento según la invención consiste en que en el caso del tratamiento de superficies, puede evaporarse, es decir retirarse del orificio el material evaporable.

Como ejemplo de realización se representan esquemáticamente en la figura 1a hasta 1d etapas individuales del procedimiento según la invención.

La figura 1a muestra un sustrato 1, que representa por ejemplo una sección parcial de una pala de turbina, especialmente pala de turbina de gas. El sustrato 1 presenta al menos un orificio 4. El al menos un orificio 4 puede ser un orificio 7 de paso o un orificio 10 ciego. El orificio 7 de paso se usa por ejemplo como orificio de enfriamiento de película, fluyendo durante el funcionamiento de la pala 1 de turbina por ejemplo aire desde dentro hacia fuera a través del orificio 7 de enfriamiento de película y protege el sustrato 1 en la superficie ante gases calientes. El sustrato 1 presenta una superficie 3.

En la zona próxima a la superficie en una primera etapa del procedimiento según la invención se introduce un tapón 16 en el orificio 4 (figura 1b). El tapón 16 puede finalizar a ras con el orificio o también sobresalir por encima de la superficie 3. El sustrato 1 de metal o cerámica puede presentar también ya un revestimiento, sobre el que se aplica otra capa 13 (figura 1c).

Como material para el tapón 16 pueden usarse cera, adhesivo Loctite u otros materiales, que a la temperatura de revestimiento de la capa 13 son resistentes térmicamente en su forma, pero que preferiblemente a una temperatura elevada pueden por ejemplo evaporarse.

La cera se calienta o se introduce a presión por ejemplo en forma sólida en el orificio 4, de tal modo que fluye dentro del orificio 4 y se forma un tapón 16.

En otra etapa (figura 1c) se aplica sobre la superficie 3 del propio sustrato 1 o de una capa ya existente sobre el sustrato 1 la al menos una capa 13 por ejemplo metálica. Ésta puede ser por ejemplo una denominada capa MCrALY, representando "M" un elemento de hierro, cobalto o níquel. Una capa de este tipo sirve para la protección frente a la oxidación del sustrato 1. Esta capa 13 se ha aplicado sobre el sustrato 1 por medio de un procedimiento de revestimiento a bajas temperaturas por ejemplo una aplicación electroquímica. Los procedimientos de revestimiento electroquímicos tienen lugar por ejemplo a una temperatura inferior a 250ºC, especialmente inferior a 100ºC, preferiblemente a aproximadamente 50ºC. Puede aplicarse también una cerámica sobre la superficie 3 del sustrato 1, por ejemplo una capa de aislamiento térmico. Debido a la baja temperatura no se producen ninguna o apenas tensiones entre la capa y el sustrato, dado que los coeficientes de dilatación eventualmente diferentes o las diferentes temperaturas del sustrato y la capa en el caso de un enfriamiento no pueden generar ninguna o sólo tensiones reducidas.

Cuando el tapón 16 sobresale por encima de la superficie 3 del sustrato, entonces no tiene lugar en la parte que sobresale ninguna descarga de material. Tampoco cuando el tapón 16 no sobresale de la superficie 3, sino que forma una terminación plana con la superficie 3, tiene lugar una descarga de material en la zona del tapón 16, porque por ejemplo apenas o ni siquiera es posible una adherencia del material de la capa 13 sobre el tapón 16.

La capa 13 necesita un tratamiento posterior mediante irradiación de la superficie 15 (figura 1c), en el que tiene lugar una mejor adherencia de las partículas de la capa 13 y una homogeneización en la zona próxima a la superficie. A este respecto por ejemplo se fusiona la capa 13 a y/o bajo la superficie 15. Esto puede tener lugar mediante un tratamiento con láser o mediante por ejemplo irradiación pulsada de electrones. Así se consigue una distribución homogénea de los elementos de partículas de CrAlY aplicadas. Aquí también pueden concebirse otros métodos.

En el caso de la irradiación de la superficie por medio de un aparato 19 de tratamiento de superficies puede seleccionarse la temperatura por ejemplo de tal modo que el tapón 16 se evapora. Sin embargo también puede estar previsto que se evapore o simplemente se retire mecánicamente el tapón 16 en una etapa de tratamiento térmico adicional.

La figura 1d muestra un sustrato 1 con una capa 13, en el que la geometría del orificio 4 se conserva también tras el revestimiento. Si la capa 13 es una capa de MCrAlY, puede aplicarse además también una capa de aislamiento térmico cerámica de la misma manera.

El procedimiento se emplea también en el reacondicionamiento, es decir en el revestimiento de nuevo de un sustrato ya usado.

Claims (11)

1. Procedimiento para el revestimiento de un sustrato (1), que presenta al menos un orificio (4), en el que en una primera etapa el al menos un orificio (4) se cubre con un tapón (16), en otra etapa se aplica al menos una capa (13) sobre una superficie (3) del sustrato (1), tratándose en el caso del procedimiento de aplicación para la capa (13) de un procedimiento de revestimiento a bajas temperaturas, que se encuentran por debajo de 250ºC, especialmente por debajo de 100ºC, y en otra etapa tiene lugar una irradiación de una superficie (15) de la al menos una capa (13), de modo que se proporciona una mejor adherencia y homogeneización de las partículas en la zona próxima a la superficie de la capa (13).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el sustrato (1) es una pala de turbina.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en el caso de la irradiación se fusiona al menos parcialmente una zona por debajo de la superficie (15) de la capa (13).

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como procedimiento de revestimiento a bajas temperaturas se usa un procedimiento electroquímico para la aplicación de capas.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la irradiación de la superficie (15) se realiza por medio de irradiación pulsada de electrones.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la irradiación de la superficie (15) se realiza por medio de un tratamiento con láser.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque durante o al final de la irradiación de la superficie (15) se retira el tapón (16) de la zona próxima a la superficie del orificio (4).

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el tapón (16) se retira por medio de evaporación.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa (13) es una cerámica, especialmente una capa de aislamiento térmico cerámica, o un metal, especialmente una capa de MCrAlY (M = Fe, Co, Ni).

10. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el al menos un orificio (4) es un orificio de enfriamiento de película o un orificio de enfriamiento por impacto.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el tapón (16) es ceroso.