KR20160036583A - 텍스처링된 본드 코트 표면을 생성하기 위한 방법 - Google Patents

텍스처링된 본드 코트 표면을 생성하기 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160036583A
KR20160036583A KR1020167004533A KR20167004533A KR20160036583A KR 20160036583 A KR20160036583 A KR 20160036583A KR 1020167004533 A KR1020167004533 A KR 1020167004533A KR 20167004533 A KR20167004533 A KR 20167004533A KR 20160036583 A KR20160036583 A KR 20160036583A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bond coat
particles
textured
layer
barrier coating
Prior art date
Application number
KR1020167004533A
Other languages
English (en)
Inventor
아흐메드 카멜
개리 비. 머릴
아난드 에이. 쿨카니
제랄드 제이. 브룩
다퍼 주이니
주니어 조나단 이. 시퍼
사친 알. 신데
Original Assignee
지멘스 에너지, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지멘스 에너지, 인코포레이티드 filed Critical 지멘스 에너지, 인코포레이티드
Publication of KR20160036583A publication Critical patent/KR20160036583A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C23C24/106—Coating with metal alloys or metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/16—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
    • F01D11/18—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means using stator or rotor components with predetermined thermal response, e.g. selective insulation, thermal inertia, differential expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24802—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.]
    • Y10T428/24917—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.] including metal layer

Abstract

가스 터빈 컴포넌트(34)의 열 장벽 코팅 시스템(44)에 대한 텍스처링된 본드 코트 표면(48)을 형성하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 원하는 표면 기하학적 피처(26)가 달성될 때까지, 합금 재료(16', 16'')의 연속 층들을 형성하기 위해, 패터닝된 에너지 빔(20)을 이용하여 합금 입자들(16)의 층의 부분들을 선택적으로 용해시키는 단계를 포함한다. 기하학적 피처에서 돌출 언더컷(28)을 형성하기 위해, 에너지 빔 패턴은 층들 사이에 인덱싱될 수 있다. 다이오드 레이저(30)로부터 카트리지 필터(32)를 통해 레이저 에너지를 지향시킴으로써, 패터닝된 에너지 빔이 형성될 수 있다. 플럭스 재료(18)의 입자들이 합금 입자들과 함께 용해되어, 용해되고 냉각된 합금 재료 위에 슬래그(22)의 보호성 층이 형성될 수 있다.

Description

텍스처링된 본드 코트 표면을 생성하기 위한 방법{METHOD FOR CREATING A TEXTURED BOND COAT SURFACE}
본 발명은 일반적으로 재료 기술 분야에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는, 열 장벽 코팅 시스템(coating system)의 본드 코트(bond coat)에서 텍스처링된 표면(textured surface)을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
밑에 있는 금속 합금 기판을 이 합금의 안전 동작 온도를 초과하는 연소 가스(gas) 온도들로부터 보호하기 위해, 가스 터빈 엔진 고온 가스 경로 컴포넌트(gas turbine engine hot gas path component)들 상에서 세라믹(ceramic) 열 장벽 코팅 시스템들이 사용된다. 통상적인 열 장벽 코팅 시스템은 기판 합금 상에 증착되는 본드 코트, 예컨대, MCrAlY 재료, 및 본드 코트 상에 증착되는 세라믹 톱코트(topcoat), 예컨대, 이트리아로 안정화된 지르코니아(yttria stabilized zirconia)를 포함할 수 있다. 이러한 시스템들의 층들 사이의 강력한 접착력이 코팅 시스템의 적절한 기능과 긴 수명에 결정적이고, 그리고 그 점과 관련하여, 층들 사이의 인터페이스(interface)에서의 어느 정도의 표면 거칠기가 유익한 기계적 인터로크(interlock)를 제공함이 알려져 있다.
본드 코트 재료는 종종 스프레이 프로세스(spray process), 예컨대, 고속 산소 연료(HVOF; High Velocity Oxy-Fuel) 또는 에어 플라즈마 스프레이(APS; Air Plasma Spray)에 의해 증착된다. 증착되는 코팅(coating)에서 어느 정도의 표면 거칠기를 달성하기 위하여, 본드 코트 층을 증착시킬 때 스프레이 파라미터(parameter)들을 제어하는 것이 알려져 있다. 그러나, 스프레이 파라미터들을 제어함으로써 생성되는, 증착되는 코팅에서의 표면 피처(feature)들의 형상 및 거칠기의 정도는 제한된다.
또한, 세라믹 절연 층의 증착에 앞서, 예컨대, 미국 특허 번호 5,723,078에서 설명된 재료 제거 프로세스, 예컨대, 레이저(laser) 절제, 마이크로 머시닝(micromachining) 또는 포토리소그라피(photolithography)를 사용함으로써, 본드 코트 층의 표면을 텍스처링(texture)하는 것이 알려져 있다. 어드밴스(advance) 가스 터빈 엔진들의 소성 온도들이 계속해서 증가하기 때문에, 열 장벽 코팅 시스템들 및 이러한 코팅들을 적용하는 방법들에서의 추가 개선들이 원해진다.
본 발명은 하기의 설명에서, 하기를 도시하는 도면들을 고려하여 설명된다:
도 1-도 5는 돌출 언더컷(undercut)들을 갖는 기하학적 피처들을 포함하는 표면 텍스처(texture)를 갖는 코팅을 기판 상에 증착시키기 위한 순차적 단계들을 예시한다.
도 6은 본드 코트 재료의 텍스처링된 표면 위에 증착된 열 장벽 코팅 재료의 층을 예시한다.
도 7은 세라믹 열 장벽 코팅 재료의 상부 층을 갖는, 초합금 컴포넌트의 텍스처링된 표면 위에 증착된 본드 코트 재료의 층을 예시한다.
본 발명자들은, 원치 않는 재료가 먼저 증착되고 그 다음 제거되기 때문에, 재료 제거에 의존하는 알려진 본드 코트 텍스처링(texturing) 프로세스들이 본질적으로 비효율적임을 인식해 왔다. 본 발명의 방법들은, 원하는 텍스처 패턴(pattern)을 생성하는 방식으로, 재료가 처음에 증착되게 한다. 또한, 본 발명의 방법들이 복수의 재료 층들을 증착시킴으로써 텍스처링된 표면을 생성하기 때문에, 언더컷들을 포함하는 넓은 범위의 표면 피처 기하학적 구조들이 가능해진다.
도 1은 비교적 매끄러운 표면(12)을 갖는 가스 터빈 컴포넌트(10)의 부분적 단면도이며, 텍스처링된 표면 기하학적 구조를 이 표면(12)에 부가시키는 것이 원해진다. 표면(12)은 텍스처링될 기존의 본드 코트 재료 층의 표면일 수 있거나, 또는 이 표면(12)은 본드 코트 재료의 층이 그 위에 적용될 초합금 기판의 표면일 수 있다. 파우더(powder)(14) 층이 표면(12) 상에 증착된다. 파우더(14) 층은 금속 합금(16)의 입자들 및 플럭스(flux) 재료(18)의 입자들을 포함한다. 금속 합금(16)은 초합금 기판의 표면이 텍스처링될 실시예의 경우 초합금 재료일 수 있거나, 또는 이 금속 합금(16)은 본드 코트의 표면이 텍스처링될 실시예의 경우 본드 코트 재료일 수 있다. 후속 용해(melting) 단계 동안 세정 및 분위기 보호 기능(atmospheric protection function)들을 제공하기 위해, 플럭스 재료(18)가 적용된다. 이에 따라, 금속 합금(16)의 입자들 및 플럭스 재료(18)의 입자들은, 일 실시예에서 서로 혼합되고 그리고 단일 층으로서 적용될 수 있거나, 또는 금속 합금 입자들의 스프레이 및 플럭스 재료 입자들의 스프레이를 표면 쪽으로 동시에 지향시킴으로써 동시에 혼합 및 적용될 수 있다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 금속 합금(16)의 입자들이 먼저 표면(12)에 적용되고, 그 다음, 플럭스 재료(18)의 입자들로 덮일 수 있다.
도 2는 파우더(14) 층의 선택된 구역들을 용해시켜, 표면(12) 상에 슬래그(slag)(22)에 의해 덮인 금속 합금(16')의 패턴을 형성하기 위해, 에너지(energy)(20)의 패턴에 노출되고 있는 파우더(14) 층을 예시한다. 냉각 시, 슬래그(22) 및 과잉의 파우더(14)가 제거되어, 도 3에 예시된 바와 같이 텍스처링된 표면(12')을 갖는 컴포넌트(10)가 드러난다.
그 다음, 도 1 및 도 2의 단계들이 반복되어, 도 4에 예시된 바와 같이 금속 합금(16'')의 추가 층이 부가될 수 있다. 도 4의 에너지(20')의 패턴이 도 2의 에너지(20)의 패턴과는 다소 상이하고, 그 결과, 증착된 금속 합금(16'')의 제2 층이, 증착된 금속 합금(16')의 제1 층으로부터 인덱싱되고(indexed) 그리고 이 증착된 금속 합금(16')의 제1 층을 넘어 다소 캔틸레버되는(cantilevered) 구역(24)을 가짐을 주목하라. 에너지(20)의 열 입력은, 용해 구역이 캔틸레버되는 구역(24)에서 파우더(14) 층의 전체 깊이까지 연장되지 않도록 선택된다. 층들 사이의 에너지(20)의 패턴의 이러한 인덱싱(indexing)은, 도 5에 예시된 바와 같이 돌출 언더컷들(28)을 포함하는 기하학적 피처들(26)을 갖는 원하는 최종 텍스처링된 표면(12'')을 생성하기 위해, 원할 경우, 부가 층들에 대해 반복될 수 있다. 당업자는, 임의의 표면 기하학적 피처가 추후 적용되는 오버코트(overcoat) 층(즉, 본드 코트 또는 열 장벽 코팅)과 어느 정도의 기계적 인터로킹(interlocking)을 제공할 것과, 그 점과 관련하여, 돌출 언더컷(28)을 갖는 피처(26)가 특히 유익할 수 있음을 인식할 것이다.
도 6은 기하학적 피처들(26)의 층을 갖는 표면(12'') 위의 재료(31) 층의 추가 증착 이후의 컴포넌트(10)를 예시한다. 이 예시에서, 표면(12'')은 본드 코트 재료이고, 그리고 재료(31) 층은 세라믹 열 장벽 코팅 재료이며, 여기서 돌출 언더컷들(28)은 세라믹 재료(31)를 기계적으로 앵커링(anchor)하도록 기능한다. 당업자는, 이 도면에서 예시되지 않은 초합금 기판 상에 본드 코트 재료가 증착될 수 있음을 인식할 것이다.
도 7은 가스 터빈 컴포넌트(34)의 부분적 단면 예시이며, 여기서 본드 코트 재료(36)의 층이 세라믹 열 장벽 코팅 재료(42)의 상부 층과 함께 초합금 기판(40)의 텍스처링된 표면(38) 위에 증착되어, 열 장벽 코팅 시스템(44)이 형성된다. 표면(38)은 위에서 설명된 프로세스에 의해 증착되었던 기하학적 피처들(46)의 부가에 의해 텍스처링된다. 표면(38)의 텍스처링이 본드 코트 재료(36)의 표면(48)의 더욱 미세하지만 여전히 효과적인 텍스처링으로 반영됨을 주목하라. 유리하게, 초합금 기판(40)이 캐스트(cast) 제품이고 초합금 재료가 가스 터빈 엔진 컴포넌트들에 흔히 사용되는 용접이 어려운 많은 재료들 중 하나의 재료일 때, 본원에 설명된 프로세스는, 아래에서 더욱 완전히 설명되는 바와 같이, 부가의 초합금 재료의 결합(joining)을 가능하게 하여 크게 감소된 균열 위험 및 더 고도의 기하학적 정밀도를 갖는 기하학적 피처들(46)을 형성하는데, 이는 이렇게 하지 않으면 용접 첨가 프로세스를 사용함으로써 달성될 수 있다.
파우더(14) 층은 몇몇 실시예들에서, 알려진 선택적 레이저 용해 및 소결 프로세스들에 대해 통상적인 일 밀리미터(millimeter)의 프랙션(fraction)이 아니라, 두께가 일 밀리미터 내지 수 밀리미터일 수 있다. 통상적인 분말화된 종래 기술의 플럭스 재료들은, 예컨대, 0.5 - 2 ㎜ 범위의 입자 크기들을 갖는다. 그러나, 분말화된 합금 재료(16)는 0.02 - 0.04 ㎜ 또는 0.02 - 0.08 ㎜의 입자 크기 범위(메쉬(mesh) 크기 범위) 또는 그 안의 다른 하위 범위를 가질 수 있다. 메쉬 크기 범위의 이러한 차이는 재료들이 별개의 층들을 구성하는 실시예에서 잘 작용할 수 있지만; 표면(12)에 적용되기 이전에 입자들이 서로 혼합되는 실시예에서는, 파우더들의 혼합 및 공급을 가능하게 하고 용해 프로세스 동안 개선된 플럭스 커버리지(coverage)를 제공하기 위해, 분말화된 합금 재료(38) 및 분말화된 플럭스 재료(40)가 겹치는 메쉬 크기 범위들을 갖거나, 또는 동일한 메쉬 크기 범위를 갖는 것이 유리할 수 있다.
플럭스 재료(18), 및 슬래그(22)의 결과적 층은 용해 프로세스 동안 유익한 다수의 기능들을 제공한다. 첫째, 재료들이 냉각될 때, 이들은 용융된 재료의 구역 및 응고된(그러나 여전히 뜨거운) 합금 재료(16') 둘 다를 분위기로부터 차폐시키도록 기능한다. 슬래그가 표면에 떠 있어 용융된 또는 뜨거운 금속이 분위기로부터 분리되고, 그리고 몇몇 실시예들에서 플럭스는 차폐 가스를 생성하도록 포뮬레이팅될(formulated) 수 있으며, 이로써 값비싼 비활성 가스의 사용이 회피되거나 또는 최소화된다. 둘째, 슬래그(22)는 응고된 합금 재료(16')가 느리고 균등하게 냉각되도록 허용하는 블랭킷(blanket)으로서 동작하며, 이로써 균열의 원인이 될 수 있는 잔류 응력들이 감소된다. 셋째, 슬래그(22)는 용융된 합금(16')의 풀(pool)을 형상화하는 것을 돕는다. 넷째, 플럭스 재료(18)는, 미량의 불순물(trace impurity)들, 예컨대, 균열의 원인이 되는 황(sulfur)과 인(phosphorous)을 제거하기 위한 세정 효과를 제공한다. 이러한 세정은 금속 합금 파우더(16)의 환원을 포함한다. 플럭스 파우더(18)가 합금 파우더(16)와 밀착되기 때문에, 이 기능을 달성하는데 있어 플럭스 파우더(18)가 특히 효과적이다. 또한, 플럭스 재료(18)는 빔(beam) 에너지(20)를 열 에너지로 더욱 효과적으로 변환하기 위한 에너지 흡수 및 트래핑(trapping) 기능들을 제공할 수 있고, 이에 따라 예컨대 1-2% 내에서의 열 입력의 정밀한 제어, 및 프로세스 동안 재료 온도의 결과적인 엄격한 제어가 가능하게 된다. 최종적으로, 플럭스는, 프로세싱(processing) 동안 휘발된 원소(volatized element)들의 손실을 보상하도록 또는 달리 합금 파우더 자체에 의해 제공되지 않는 원소들을 증착물에 액티브하게(actively) 제공하도록 포뮬레이팅될 수 있다.
비록 다른 알려진 유형들의 에너지 빔들, 예컨대, 전자 빔, 플라즈마(plasma) 빔, 하나 또는 그 초과의 원형 레이저 빔들, 스캐닝된(scanned) 레이저 빔(일차원, 이차원 또는 삼차원으로 스캐닝됨), 통합 레이저 빔 등이 사용될 수 있지만, 패터닝된(patterned) 에너지 빔(20)은 일반적으로 직사각형의 단면 형상을 갖는 다이오드(diode) 레이저(30)에 의해 생성될 수 있다. 직사각형 형상은, 텍스처링될 비교적 큰 영역을 갖는 실시예들의 경우 특히 유리할 수 있다. 다이오드 레이저에 의해 생성되는 넓은 영역 빔은 용접 열 입력, 열에 영향을 받는 존(zone), 기판으로부터의 희석 및 잔류 응력들을 감소시키는 것을 돕고, 이들 전부는 초합금 수리와 보통 연관되는 균열 영향들에 대한 경향을 감소시킨다. 레이저 에너지는 임의의 알려진 빔 형상화 옵틱스(optics), 예컨대, 미리-결정된 개구부들을 갖는 카트리지 필터(cartridge filter)(32)에 의해 패터닝될(patterned) 수 있다. 도 2에서 재료의 제1 층을 증착시키는데 사용된 카트리지(32)는, 도 4에서 제2 층을 증착시키기 위해 다소 상이한 패턴의 개구부들을 갖는 카트리지(32')로 편리하게 변경된다. 넓은 영역 레이저 노출을 생성하는데 사용되는 광학 조건들 및 하드웨어(hardware) 옵틱스는, 이에 제한되지는 않지만, 레이저 빔의 디포커싱(defocusing); 초점에서 직사각형 에너지 소스(source)들을 생성하는 다이오드 레이저들의 사용; 초점에서 직사각형 에너지 소스들을 생성하기 위한 통합 옵틱스, 예컨대, 세그멘팅된 미러(segmented mirror)들의 사용; 하나 또는 그 초과의 차원들에서 레이저 빔의 스캐닝(scanning)(래스터링(rastering)); 및 가변 빔 지름(예컨대, 초점에서 미세한 세부 작업에 대한 0.5 mm에서, 초점에서 덜 미세한 세부 작업에 대한 2.0 mm로 가변됨)의 포커싱(focusing) 옵틱스의 사용을 포함할 수 있다. 옵틱스 및/또는 기판의 모션(motion)은, 맞춤 형상 층 증착물을 형성하기 위해 선택적 레이저 용해 또는 소결 프로세스에서처럼 프로그래밍될(programmed) 수 있다. 알려진 레이저 용해 또는 소결 프로세스들에 비해 본 프로세스의 장점들은 하기의 것들을 포함한다: 높은 증착 레이트(rate)들, 및 각각의 프로세싱 층의 두꺼운 증착물; 비활성 가스에 대한 필요 없이, 뜨거운 증착된 금속 위에서 연장되는 개선된 차폐; 플럭스는, 구성성분들의 증착물의 세정을 향상시킬 것이다(그렇지 않으면 균열을 유도할 수 있음); 플럭스는, 레이저 빔 흡수를 향상시킬 것이고, 역으로 프로세싱 장비로의 반사를 최소화시킬 것이다; 슬래그 포메이션(formation)은 증착물을 형상화 및 지지하고, 열을 보존하며, 그리고 냉각 레이트를 느리게 할 것이고, 이로써 잔류 응력들이 감소된다; 플럭스는, 원소 손실(elemental loss)들을 보상하거나 또는 합금 원소(alloying element)들을 부가할 수 있고, 그리고 파우더 및 플럭스 사전-배치 또는 공급은 효율적으로, 선택적으로 수행될 수 있는데, 그 이유는 증착물의 두께가 총 부품 형성에 수반되는 시간을 크게 감소시키기 때문이다.
사용될 수 있는 플럭스 재료들은 상업적으로 이용 가능한 플럭스들, 예컨대, Lincolnweld P2007, Bohler Soudokay NiCrW-412, ESAB OK 10.16 또는 10.90, Special Metals NT100, Oerlikon OP76, Sandvik 50SW 또는 SAS1 명칭 하에서 판매되는 것들을 포함한다. 플럭스 입자들은 사용 전에 원하는 더 작은 메쉬 크기 범위로 그라운딩될(ground) 수 있다. 열 장벽 코팅 시스템들에 적절한 임의의 이용 가능한 구조용 합금, 초합금 또는 본드 코트 재료가 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들이 본원에서 도시되고 설명되었지만, 이러한 실시예들이 단지 예로서만 제공됨이 명백할 것이다. 본원의 본 발명으로부터 벗어남 없이, 많은 변형들, 변경들 및 치환들이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명이 첨부된 청구항들의 사상 및 범위에 의해서만 제한됨이 의도된다.

Claims (17)

  1. 열 장벽 코팅 시스템(coating system)에 대한 텍스처링된 본드 코트 표면(textured bond coat surface)을 형성하기 위한 방법으로서,
    금속 합금의 입자들 및 플럭스(flux) 재료의 입자들을 포함하는 파우더(powder) 층을 표면 상에 증착시키는 단계;
    상기 표면 상에 슬래그(slag) 층에 의해 덮인 상기 금속 합금의 패턴(pattern)을 형성하기 위해, 에너지 빔(energy beam)을 이용하여 상기 파우더 층의 부분들을 선택적으로 용해시키는 단계;
    상기 슬래그 층을 제거하는 단계; 및
    원하는 텍스처링된 표면을 달성하기 위해, 요구된다면, 상기 증착시키는 단계 및 상기 선택적으로 용해시키는 단계를 반복하는 단계
    를 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 본드 코트 표면을 형성하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착시키는 단계는, 본드 코트 층 상에 원하는 텍스처링된 표면을 형성하기 위해, 본드 코트 재료의 입자들 및 플럭스 재료의 입자들을 포함하는 파우더 층을 증착시키는 단계를 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 본드 코트 표면을 형성하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    초합금 기판 상에 원하는 텍스처링된 표면을 생성하기 위해, 초합금 재료의 입자들 및 플럭스 재료의 입자들을 포함하는 파우더 층을 상기 초합금 기판의 표면 상에 증착시키는 단계; 및
    텍스처링된 초합금 기판 표면 위에 본드 코트 재료의 층을 증착시키는 단계
    를 더 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 본드 코트 표면을 형성하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택적으로 용해시키는 단계는, 레이저(laser) 에너지 빔을 빔 형상화 옵틱스(optics)를 통해 상기 파우더 층 쪽으로 지향시키는 단계를 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 본드 코트 표면을 형성하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착시키는 단계는, 혼합된 금속 합금 및 플럭스 재료 입자들의 층을 상기 표면 상에 사전-배치하는 단계를 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 본드 코트 표면을 형성하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착시키는 단계는, 금속 합금 입자들의 스프레이(spray) 및 플럭스 재료 입자들의 스프레이를 상기 표면 상에 동시에 지향시키는 단계를 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 본드 코트 표면을 형성하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착시키는 단계는, 금속 합금의 입자들의 층을 상기 표면 상에 증착시키고, 그 다음, 플럭스 재료의 입자들의 층을 상기 금속 합금의 입자들의 층 상에 증착시키는 단계를 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 본드 코트 표면을 형성하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    겹치는 메쉬(mesh) 크기 범위들을 갖도록 금속 합금의 입자들 및 플럭스 재료의 입자들을 선택하는 단계
    를 더 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 본드 코트 표면을 형성하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    기하학적 피처(feature)의 제1 층을 형성하기 위해, 제1 패턴을 갖는 에너지 빔을 이용하여 제1 파우더 층의 부분들을 선택적으로 용해시키고; 그리고
    상기 제1 층을 넘어 캔틸레버되는(cantilevered) 기하학적 피처의 제2 층을 형성하여 돌출 언더컷(undercut)을 적어도 부분적으로 정의하기 위해, 상기 제1 패턴으로부터 인덱싱되는(indexed) 제2 패턴을 갖는 에너지 빔을 이용하여 제2 파우더 층의 부분들을 선택적으로 용해시킴으로써,
    상기 돌출 언더컷을 포함하는 상기 기하학적 피처를 포함하는 원하는 텍스처링된 표면을 형성하는 단계
    를 더 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 본드 코트 표면을 형성하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 따른 방법에 의해 형성된 기하학적 피처를 포함하는 열 장벽 코팅 시스템을 포함하는 가스 터빈 엔진 컴포넌트(gas turbine engine component).
  11. 열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 표면을 형성하기 위한 방법으로서,
    본드 코트 재료의 입자들을 표면 상에 증착시키는 단계;
    상기 표면 상에 상기 본드 코트 재료의 원하는 텍스처링된 표면의 제1 층을 형성하기 위해, 에너지 빔 패턴을 이용하여 본드 코트 재료 입자들의 부분들을 선택적으로 용해시키는 단계; 및
    상기 본드 코트 재료의 원하는 텍스처링된 표면이 달성될 때까지, 상기 텍스처링된 표면의 후속 층들을 형성하기 위해, 상기 증착시키는 단계 및 상기 선택적으로 용해시키는 단계를 반복하는 단계
    를 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 표면을 형성하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    모든 층들이 동일한 기하학적 구조를 갖지 않게, 층들 사이에 상기 에너지 빔 패턴을 인덱싱(indexing)하는 단계
    를 더 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 표면을 형성하기 위한 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    돌출 언더컷을 포함하는 기하학적 피처를 형성하기 위해, 층들 사이에 상기 에너지 빔 패턴을 인덱싱하는 단계
    를 더 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 표면을 형성하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 따른 방법에 의해 형성된 기하학적 피처를 포함하는 열 장벽 코팅 시스템을 포함하는 가스 터빈 엔진 컴포넌트.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 본드 코트 재료의 입자들 및 플럭스 재료의 입자들을 상기 표면 상에 증착시키는 단계;
    상기 표면 상에 슬래그 층에 의해 덮인 상기 본드 코트 재료의 제1 층을 형성하기 위해, 본드 코트 및 플럭스 재료 입자들의 부분들을 선택적으로 용해시키는 단계; 및
    임의의 후속하는 증착시키는 단계 및 선택적으로 용해시키는 단계에 앞서, 상기 슬래그를 제거하는 단계
    를 더 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 표면을 형성하기 위한 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    필터 카트리지(filter cartridge)를 포함하는 빔 형상화 옵틱스에 의해 패터닝되는(patterned) 레이저 빔을 이용하여, 본드 코트 재료 입자들의 부분들을 선택적으로 용해시키는 단계
    를 더 포함하는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 표면을 형성하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    제1 층에 대한 제1 레이저 빔 패턴을 형성하는데 제1 필터 카트리지가 사용되고, 그리고 후속 층에 대해 상기 제1 레이저 빔 패턴과는 상이한 제2 레이저 빔 패턴을 형성하는데 제2 필터 카트리지가 사용되는,
    열 장벽 코팅 시스템에 대한 텍스처링된 표면을 형성하기 위한 방법.
KR1020167004533A 2013-07-26 2014-06-30 텍스처링된 본드 코트 표면을 생성하기 위한 방법 KR20160036583A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/951,542 US20150030826A1 (en) 2013-07-26 2013-07-26 Method for creating a textured bond coat surface
US13/951,542 2013-07-26
PCT/US2014/044830 WO2015013007A1 (en) 2013-07-26 2014-06-30 Method for creating a textured bond coat surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160036583A true KR20160036583A (ko) 2016-04-04

Family

ID=51225054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167004533A KR20160036583A (ko) 2013-07-26 2014-06-30 텍스처링된 본드 코트 표면을 생성하기 위한 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150030826A1 (ko)
KR (1) KR20160036583A (ko)
CN (1) CN105378147A (ko)
DE (1) DE112014003460T5 (ko)
WO (1) WO2015013007A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8999226B2 (en) * 2011-08-30 2015-04-07 Siemens Energy, Inc. Method of forming a thermal barrier coating system with engineered surface roughness
EP3170918A1 (en) * 2015-11-19 2017-05-24 Siemens Aktiengesellschaft Dvc-coating with fully and partially stabilized zirconia
US9957598B2 (en) 2016-02-29 2018-05-01 General Electric Company Coated articles and coating methods
DE102018119608A1 (de) * 2018-08-13 2020-02-13 Forschungszentrum Jülich GmbH Bauelement mit einer Haftstruktur für eine Turbomaschine, Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes mit einer Haftstruktur für eine Turbomaschine und Turbomaschine mit einem Bauelement mit einer Haftstruktur
CN112122797A (zh) * 2020-09-24 2020-12-25 松山湖材料实验室 激光加工熔渣去除方法、系统、计算机设备及可读存储介质

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5723078A (en) 1996-05-24 1998-03-03 General Electric Company Method for repairing a thermal barrier coating
US20030101587A1 (en) * 2001-10-22 2003-06-05 Rigney Joseph David Method for replacing a damaged TBC ceramic layer
EP1522604B1 (de) * 2003-10-02 2007-02-14 Siemens Aktiengesellschaft Schichtsystem und Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems
US9283593B2 (en) * 2011-01-13 2016-03-15 Siemens Energy, Inc. Selective laser melting / sintering using powdered flux
US20120181255A1 (en) * 2011-01-13 2012-07-19 Bruck Gerald J Flux enhanced high energy density welding
DE102011081112A1 (de) * 2011-08-17 2013-02-21 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für hohe thermische Belastungen, ein Bauteil herstellbar mit dem Verfahren und ein Flugzeugtriebwerk mit dem Bauteil
US8999226B2 (en) * 2011-08-30 2015-04-07 Siemens Energy, Inc. Method of forming a thermal barrier coating system with engineered surface roughness

Also Published As

Publication number Publication date
DE112014003460T5 (de) 2016-05-19
WO2015013007A1 (en) 2015-01-29
CN105378147A (zh) 2016-03-02
US20150030826A1 (en) 2015-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2624884C2 (ru) Локализованный ремонт компонента из суперсплава
KR102026354B1 (ko) 일체화된 시스템들로서 형성되는 다재료들을 포함하는 3 차원 컴포넌트들의 레이저 적층 가공
US20150030871A1 (en) Functionally graded thermal barrier coating system
EP0740976B1 (en) Method of repairing single crystal metallic articles
US9283593B2 (en) Selective laser melting / sintering using powdered flux
KR20160036583A (ko) 텍스처링된 본드 코트 표면을 생성하기 위한 방법
RU2627824C2 (ru) Нанесение суперсплава с применением порошкового флюса и металла
US10076786B2 (en) Method for processing a part with an energy beam
EP3213854B1 (en) Method, system and computer readable storage medium for energy deposition for processing gas turbine engine components
US20150033559A1 (en) Repair of a substrate with component supported filler
US20130140279A1 (en) Laser re-melt repair of superalloys using flux
EP1424158A1 (en) A method for fabricating, modifying or repairing of single crystal or directionally solidified articles
EP2543467A1 (en) Method of welding a gamma-prime precipitate strengthened material
EP2950950A1 (en) Selective laser melting / sintering using powdered flux
JP2011083822A (ja) 耐熱性の超合金からなる部品を溶接する方法および装置
KR20160063391A (ko) 프로그래밍된 빔 크기 조정을 이용하여 레이저에 의해 표면을 용융하는 방법
KR20150110799A (ko) 플럭스를 사용한 초합금의 레이저 재용융 복구 방법
EP2881216A1 (en) Laser cladding systems and methods using metal-filled wires
WO2014120511A1 (en) Hybrid laser plus submerged arc or electroslag cladding of superalloys
RU2686499C1 (ru) Способ ремонта охлаждаемой лопатки из жаропрочного суперсплава турбины газотурбинного двигателя
US9713859B2 (en) Filler mesh for laser cladding
Leyens et al. Laser-based fabrication with Ti-and Ni-base superalloys

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid