JP2011099437A - 耐摩耗性及び耐酸化性のタービン翼 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】請求項1の前提部に記載の耐摩耗性及び耐酸化性のタービン翼及び請求項12の前提部に記載のタービン翼を製造するための本発明による方法によって解決される。
【選択図】図2
Description
− 少なくとも1つの耐酸化性の第一の保護コーティングが、メタリックコーティング、特にMCrAlYコーティングであること(M=Ni、Co又は両元素の組み合わせ)、
− この第一の保護コーティングが、少なくとも内側及び外側のクラウンエッジ又はウェブエッジに配置されていること、
− この第一の保護コーティングが、タービン翼の半径方向外側の翼端に存在しておらず、及び
− 半径方向外側の翼端が、公知のレーザー金属成形によって形成されている少なくとも単層の耐摩耗性及び耐酸化性の第二の保護コーティングから成り、その際、翼端のこの第二の保護コーティングが、外側及び/又は内側のクラウンエッジ又はウェブエッジに沿って、そこに配置される第一のメタリック保護コーティングと少なくとも部分的に重なる。
− 半径方向外側の翼端の少なくとも1つの耐酸化性の保護コーティングが、制御加工、特に研磨除去、CNC切削除去及び/又は化学的コーティング除去によって除去され、且つ
− 耐摩耗性及び耐酸化性の保護コーティングが、次いで公知のレーザー金属成形によって翼端に一つの層で又は多数の層で、上記コーティングが、外側及び/又は内側のクラウンエッジ又はウェブエッジに沿って、予め適用された第一のメタリック保護コーティングと少なくとも部分的に重なるが、任意に予め適用されたセラミック遮熱コーティング(TBC)とは重ならないように適用される。
− MCrAlYコーティングの場合、最適な結合を保証するために、表面から酸化物を前もってトランスファアークを用いたサンドブラスト処理及び/又は洗浄によって取り除かなければならない。慣例の(例えば電着)法により適用されたアブレシブコーティングは、MCrAlYコーティングの準備中ずっと適切なマスキングによって損傷から保護されている必要があり、これにより煩雑性が増し、それに付加的なコストが掛かる。
− MCrAlYコーティングは、たいていプラズマ溶射によって製造される。該コーティングが適用された後、拡散熱処理ステップが>1050℃の範囲の温度で必要とされる。この処理ステップにおいて、高い温度は、事前に適用されたアブレシブコーティングの特性に悪影響を及ぼす可能性がある。
2 翼主要部
3 クラウン
4,4a 第一の耐酸化性の保護コーティング(4 メタリックコーティング、4a セラミック遮熱コーティング)
5 耐摩耗性及び耐酸化性の第二の保護コーティング
6 砥粒材料
7 バインダー材料
8 耐酸化性のバインダー材料から成る中間コーティング
9 翼端
10 レーザービーム
11 シュラウド
12 ウェブ
13 ローター
14 コーティング装置
15 キャリアーガス
16 溶融池
17 光学的温度信号
r 半径方向
L タービン翼の長さ
Claims (14)
- 翼端(9)を有し、半径方向(r)に延び、且つ該翼端(9)で、半径方向(r)に延びる内側及び外側のクラウンエッジを有するクラウン(3)として形成されているか又は半径方向に延び、且つ側面エッジを有するウェブ(12)を有するシュラウド(11)として形成されている翼主要部(2)を有する、タービンのローター(13)のタービン翼(1)であって、その際、該翼主要部(2)の表面の少なくとも特定の領域に、耐酸化性材料から成る少なくとも1つの第一の保護コーティング(4、4a)が備え付けられている、タービンのローター(13)のタービン翼(1)において、
− 少なくとも1つの耐酸化性の第一の保護コーティング(4)が、メタリックコーティング、特にMCrAlYコーティングであり、
− 前記第一の保護コーティング(4)が、少なくとも内側及び/又は外側のクラウンエッジ又はウェブエッジに配置されており、
− 前記第一の保護コーティング(4)が、タービン翼(1)の半径方向外側の翼端(9)に存在しておらず、且つ
− 半径方向外側の翼端(9)が、公知のレーザー金属成形によって形成されている少なくとも単層の耐摩耗性及び耐酸化性の第二の保護コーティング(5)から成り、その際、翼端(9)の前記第二の保護コーティング(5)が、外側及び/又は内側のクラウンエッジ又はウェブエッジに沿って、そこに配置される第一のメタリック保護コーティング(4)と少なくとも部分的に重なることを特徴とする、タービンのローター(13)のタービン翼(1)。 - 前記少なくとも1つのメタリック保護コーティング(4)が、セラミック遮熱コーティング(4a)によって覆われており、且つ、その際、レーザー金属成形によって適用されている耐酸化性及び耐摩耗性の第二の保護コーティング(5)が、メタリック保護コーティング(4)とのみ少なくとも部分的に重なるが、セラミック遮熱コーティング(4a)とは重ならないことを特徴とする、請求項1記載のタービン翼(1)。
- 前記の耐摩耗性及び耐酸化性の保護コーティング(5)が、砥粒材料(6)と耐酸化性のメタリックバインダー材料(7)とから成ることを特徴とする、請求項1又は2記載のタービン翼(1)。
- 前記砥粒材料(6)が立方晶窒化ホウ素(cBN)であることを特徴とする、請求項3記載のタービン翼(1)。
- 前記耐酸化性のバインダー材料(7)が、次の化学組成(質量%記載):Cr 15〜30、Al 5〜10、Y 0.3〜1.2、Si 0.1〜1.2、その他 0〜2、残り Ni、Coを有することを特徴とする、請求項3記載のタービン翼(1)。
- 前記保護コーティング(5)における砥粒材料(6)の割合が、前記コーティングが多層の形態を有する場合、半径方向(r)で外側に向かって増大することを特徴とする、請求項3記載のタービン翼(1)。
- もっぱら耐酸化性バインダー材料(7)から成る中間コーティング(8)が、第一のメタリック保護コーティング(4)と耐摩耗性及び耐酸化性の第二の保護コーティング(5)との間に付加的に配置されており、その際、中間コーティング(8)が、第一の保護コーティング(4)に少なくとも部分的に重なり、且つ、その際、第二の保護コーティング(5)は他方で中間コーティング(8)に少なくとも部分的に重なることを特徴とする、請求項1又は2記載のタービン翼(1)。
- 前記タービン翼(1)が、再生されたタービン翼であることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載のタービン翼(1)。
- 前記タービン翼が、前記タービンの先立つ運転間隔においてアブレシブ翼端(9)なしで使用されていることを特徴とする、請求項8記載のタービン翼(1)。
- 前記タービン翼(1)が、新規部品であることを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項記載のタービン翼(1)。
- 長さ(L)を有する請求項1から10までのいずれか1項記載のタービン翼(1)において、前記長さ(L)が、レーザー金属成形によって形成されたコーティング(5)によって変化させられることができることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項記載のタービン翼(1)。
- 請求項1から11までのいずれか1項記載のタービン翼(1)の製造法であって、その際、先行する製造ステップにおいて、タービン翼(1)の翼主要部(2)の表面の少なくとも特定の領域を、耐酸化性のメタリック保護コーティング(4)、特にMCrAlYコーティングによりコーティングし、且つ耐酸化性のセラミック遮熱コーティング(4a)を、任意に前記保護コーティング(4)に適用する製造法において、
− 半径方向外側の翼端(9)の少なくとも1つの耐酸化性の保護コーティング(4、4a)を、制御加工、特に研磨除去、CNC切削除去及び/又は化学的コーティング除去によって除去し、次いで
− 耐摩耗性及び耐酸化性の保護コーティング(5)を、公知のレーザー金属成形によって翼端(9)に一つの層で又は多数の層で、前記コーティングが、外側及び/又は内側のクラウンエッジ又はウェブエッジに沿って、予め適用された第一のメタリック保護コーティング(4)と少なくとも部分的に重なるが、任意に予め適用されたセラミック遮熱コーティング(4a)とは重ならないように適用することを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項記載のタービン翼(1)の製造法。 - 前記翼端(9)のレーザー金属成形ステップ中に、砥粒材料(6)及び耐酸化性のバインダー材料(7)を粉末ノズル内で混合し、次いで集束された粉末噴流としてレーザービーム(10)の周りを同心円状に、レーザービーム(10)によって生成される翼端(9)の溶融池中へと噴射することを特徴とする、請求項12記載の方法。
- 溶融池中の温度又は温度分布を、レーザー金属成形中にオンラインで検知すること、及びこのデータを、レーザー金属成形中にレーザー出力を制御するために及び/又はレーザービーム(10)とタービン翼(1)との相対運動を制御して変化させるために、制御系を利用して用いることを特徴とする、請求項12又は13記載の方法。
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