KR20160107244A - 마멸성 코팅을 가지는 구성요소 및 마멸성 코팅을 코팅하기 위한 방법 - Google Patents

마멸성 코팅을 가지는 구성요소 및 마멸성 코팅을 코팅하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터보기계용 구성요소(1)에 관한 것으로서, 구성요소(1)가 그러한 구성요소(1) 내의 열적 구배를 최소화하기 위한 코팅을 포함하고, 그러한 코팅은 구성요소의 표면의 적어도 일부 상의 제1 코팅(2)을 포함하고, 그러한 제1 코팅은 레늄을 실질적으로 가지지 않는다. 또한, 구성요소(1)가 제1 코팅(2) 상의 제2 코팅(4)을 포함한다. 제2 코팅(4)은 보다 양호한 열적 저항을 위해서 레늄을 포함한다. 또한, 구성요소는 제2 코팅(4) 상의 균질한 고도 다공도 (HHP) 층(6)을 포함한다. 마지막으로, 구성요소가 균질한 고도 다공도 층(6) 상의 마멸성 층(8)을 포함하는, 구성요소.

Description

마멸성 코팅을 가지는 구성요소 및 마멸성 코팅을 코팅하기 위한 방법{COMPONENT WITH AN ABRADABLE COATING AND A METHOD FOR COATING THE ABRADABLE COATING}
본 발명은 마멸성 코팅에 관한 것이고, 보다 특히 구성요소 내에서 작은 열적 구배를 초래하는 마멸성 코팅에 관한 것이다.
터빈에서, 블레이드와 같은 이동 구성요소와 터빈의 정지적인 본체 사이의 매우 작은 간극을 필요로 하는 구성요소들이 존재한다. 터빈의 효율이, 동력(회전 토크)을 생성하기 위해서 터빈 블레이드를 회전시키는 유체의 양에 의해서 영향을 받는다. 터빈 블레이드를 구동하는 유체의 누설이 존재하는 경우에, 효율이 감소된다. 현재, 터빈의 정지적인 부분과 회전 부분(이동 블레이드) 사이의 간극으로부터의 유체 누출을 감소시키기 위한 몇몇 기술이 있다. 그러한 하나의 기술에서, 터빈의 정지적인 부분이 터빈의 이동 부분과 접촉될 때 마모되는 성질(마멸성)을 가지는 재료가 정지적인 부분과 이동 부분 사이의 간극 내에 적용된다. 마멸성 재료는 또한, 터빈의 이동 부분 및 정지적인 부분이 접촉될 때 손상되는 것을 방지하고, 그 대신에 마멸성 재료가 마모된다. 그에 의해서, 정지적인 부분과 회전 부분 사이의 간극 내에 마멸성 재료 또는 코팅을 제공하는 것에 의해서, 간극이 실질적으로 제거되고, 간극으로부터의 유체 누출이 최소화되고, 효율이 상당히 증가된다.
또한, 구성요소가 복수의 코팅 층으로 코팅될 때, 열적 응력으로 인한 코팅 층의 고갈 위험이 존재한다. 열적 응력은 구성요소의 코팅 층의 팽창을 유발한다. 코팅 층의 변화되는 열팽창계수(TEC)로 인해서, 구성요소에서 응력 균열, 연성 감소, 또는 물품의 왜곡이 발생된다. 또한, 코팅 층들 사이의 열적 구배의 변동(variation)이 존재할 수 있는데, 이는 코팅 층의 변화되는 열전도 성질 때문이다. 코팅 층의 고갈은 구성요소의 수명 단축을 초래하고, 이는 더 높은 유지보수 및 교체 비용을 유도한다.
현재, 당업계의 기술 수준에서, 마멸성 층을 적용하기에 앞서서, 구성요소가 고도 다공도 층으로 적용된다. 또한, 부가적인 층이 고도 다공도 층과 마멸성 층 사이에 침착된다. 부가적인 층은 구성요소가 박리(spallation)되는 경향을 가지게 함으로써 하나 이상의 코팅 층의 열화(劣化; deterioration)를 유도하고, 구성요소의 단편(fragment)이 구성요소 상에서의 충격 또는 응력으로 인해서 배출된다.
또한, 구성요소 상으로 적용되는 결합 코트(bond coat) 내에서 레늄이 널리 이용된다. 고가의 금속인 레늄이 결합 코트의 비용을 상당히 증가시킬 수 있을 것이다. 그에 따라, 실질적으로 더 높은 백분율의 레늄(Rhenium)을 가지는 결합 코트와 동일한 특성을 달성하면서도, 적은 양의 레늄이 사용되는 코팅 시스템이 요구되고 있다.
그에 따라, 코팅 층들 사이의 작은 열적 구배가 존재할 필요가 있고, 코팅 층의 각각의 TEC가 크게 변화되지 않는 것이 필요하다. 또한, 비용 효과적이고 구성요소의 박리 위험을 감소시키는 코팅 공정이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 기본적인 목적은 코팅 층들 사이의 작은 열적 구배를 가지는 마멸성 코팅을 구비하는 구성요소를 제조하기 위한 공정을 제공하는 것이다. 그러한 공정은 또한, 레늄을 포함하는 코팅이 감소된 양으로 사용됨에 따라, 비용 효과적이다.
본 발명에 따라서, 구성요소가 열적 구배를 최소화하기 위한 코팅을 포함하고, 코팅은 기판 상의 제1 결합 코팅을 포함하고, 제1 결합 코팅은 레늄을 실질적으로 포함하지 않는다.
또한, 구성요소가 제1 결합 코팅 상의 제2 결합 코팅을 포함한다. 그 후에, 균질한 고도 다공도 층이 제2 결합 코팅 상에 침착된다. 마지막으로, 마멸성 층이 균질한 고도 다공도 층 상에 침착되고, 제1 결합 코팅, 제2 결합 코팅, 균질한 고도 다공도(HHP) 층 및 마멸성 층이 구성요소 내의 작은 열적 구배의 효과를 갖는다.
그러한 코팅 공정의 장점은, 구성요소 상의 코팅 층들 사이에 작은 열적 구배가 존재한다는 것이다. 작은 열적 구배는 균질한 고도 다공도 층과 마멸성 층 사이의 코팅 층의 부재 때문일 수 있다. 또한, 작은 열적 구배는 코팅 층의 두께 및 코팅 층의 조성의 결과이다. 부가적으로, 제2 결합 코팅 층인 하나의 코팅 층만이 레늄을 포함하고, 이는 구성요소의 제조 비용을 낮춘다.
본 발명의 추가적인 장점은, 구성요소의 박리 위험이, HHP 층 위의 마멸성 층의 직접적인 적용까지 감소된다는 것이다. 박리가 감소되는데, 이는 HHP 층과 마멸성 층 사이에 부가적인 코팅 층이 없기 때문이다.
본 발명에 따라서, 제1 결합 코팅의 두께(t1)가 제2 결합 코팅의 두께(t2) 보다 두껍다. 저비용의 결합 코팅인 제1 결합 코팅이 제1 결합 코팅 보다 상당히 고비용인 제2 결합 코팅 보다 두꺼운 두께로 적용된다. 전술한 두께 치수로 인해서, 구성요소의 내구성을 유지하면서, 구성요소의 제조 비용이 감소된다.
본 발명에 따라서, 제2 코팅이 레늄을 포함한다. 레늄은 구성요소의 내구성 및 내마모성을 향상시킨다. 부가적으로, 구성요소가 레늄의 존재로 인해서 높은 동작 온도에 노출될 수 있다. 또한, 구성요소의 산화가 레늄의 존재로 인해서 감소된다. 그와 함께, 구성요소의 동작 수명 및 구성요소의 열적 성능이 향상된다.
본 발명의 실시예에 따라서, 구성요소가 금속, 금속 합금 및 초합금 중 적어도 하나일 수 있다.
추가적으로, 본 발명은 열적 구배를 최소화하도록 기판을 코팅하기 위한 방법을 포함하고, 그러한 방법은 기판 상에 제1 코트 층을 적용하는 단계를 포함한다. 그 후에, 제2 코트 층이 제1 코트 층 상에 적용된다. 후속하여, 고도 다공도 (HHP) 층이 제2 코트 층 상으로 적용된다. 마지막으로, 마멸성 층이 HHP 층 상으로 적용된다.
본 발명에 따라서, 마멸성 층이 HHP 층 상으로 직접적으로 침착된다. 전술한 배열체(arrangement)는 구성요소 상의 코팅 층이 작은 열적 구배를 가지게 할 수 있다. 작은 열적 구배는 구성요소 상으로 작용하는 열적 응력을 감소시키고 그에 의해서 구성요소의 수명 및 내구성을 증가시킨다.
본 발명에 따라서, 제1 코팅 및 제2 코팅이 이온 플라즈마 침착 공정, 물리기상증착 공정 및 용사(thermal spray) 침착 공정 중 적어도 하나를 이용하여 적용된다.
도면은 본 발명의 실시예의 추가적인 예를 개략적인 방식으로 도시한다.
도 1은 터보 기계의 예시적인 구성요소의 횡단면도를 도시한다.
도 2는 도 1을 참조한 구성요소의 구성 방법의 흐름도를 도시한다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 터보기계(미도시)를 위한 예시적인 구성요소(1)의 횡단면도가 도 1에 도시되어 있다. 본원에서, 전술한 터보기계가 가스 터빈, 증기 터빈, 터보팬, 등인 것으로 설명될 수 있다는 것을 주목할 수 있을 것이다. 터보기계가 발전 분야에서 사용되며, 작업 유체의 화학적 에너지 및/또는 기계적 에너지가 기계적 및/또는 전기적 에너지로 변환된다. 또한, 구성요소(1)가, 전술한 터보기계의 동작 중에, 극히 높은 온도, 예를 들어 1000 ℃ 초과의 온도에 노출된다.
도 1에 따라서, 구성요소(1)가 기판(2)을 포함하고, 그러한 기판 위에는, 코팅 층(4, 6, 8, 및 10)과 같은 하나 이상의 코팅 층이 침착된다. 구성요소(1)의 벌크(bulk)가 기판(2)으로 이루어진다. 실시예에서, 기판(2)이 금속, 금속 합금 및 초합금으로 이루어진다. 초합금이 1000 ℉(538 ℃)에서 50 ksi(345 MPa) 초과의 그리고 보다 전형적으로 100 ksi(690 MPa) 초과의 항복 강도를 갖는, 철, 니켈 또는 코발트를 기초로 하는 금속 재료를 포함할 수 있을 것이다. 기판(2)은 터보기계의 동작 중에 극단적 온도를 견디도록 선택된다.
본 발명의 실시예에 따라서, 기판(2)이 제1 코팅(4)으로 코팅된다. 제1 코팅(4)은 매우 작은 열 전도도를 가지는 열적 장벽 코팅, 예를 들어 SC 2231이다. 제1 코팅(4)은 기판(2)을 고온으로부터 효과적으로 절연시킨다. 또한, 제1 코팅(4)이 두께(t1)를 갖는다. 제1 코팅(4)의 두께(t1)는 구성요소에 의해서 요구되는 절연의 양 그리고 열적 구배의 레벨에 의해서 결정된다.
제1 코팅(4), SC2231의 화학적 조성이 다음과 같다: 니켈 - 29 내지 31%, 크롬 - 27 내지 29%, 알루미늄 - 7 내지 8%, 이트륨 - 0.5 내지 0.7%, 실리콘 - 0.3 내지 0.7% Si, 그리고 나머지는 코발트를 포함한다. 본원에서, 제1 코팅이 레늄을 실질적으로 가지지 않는다는 것을 주목할 수 있을 것이다. 그에 따라, 제1 코팅(4)이 비용 효과적이다. 또한, 제1 코팅(4)이 조밀하게 코팅된다. 예시적인 실시예에서, 제1 코팅(4)의 두께(t1)가 100 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위이다.
본 발명의 실시예에 따라서, 제2 코팅(6)이 제1 코팅(4) 위에 침착된다. 제2 코팅은, 극단적 온도로부터 기판(2)을 절연시키는 결합 코트의 유형, 예를 들어 SC 2464이다. 제2 결합 코트(6)가 두께(t2)를 갖는다. 본 발명의 실시예에서, 제2 코팅(6)의 두께(t2)가 제1 코팅(4)의 두께(t1) 보다 얇다.
제2 코팅(6), 예를 들어 SC 2464의 화학적 조성이 다음과 같다: 코발트 - 24 내지 26%, 크롬 - 16 내지 18%, 알루미늄 - 9.5 내지 11%, 이트륨 - 0.2 내지 0.4%, 레늄 - 1.2 내지 1.8%, 그리고 나머지가 니켈을 포함한다. 제2 코팅(6)이 레늄을 포함하고, 이는 구성요소가 매우 높은 동작 온도, 예를 들어 2500 ℃까지의 온도에서 기능할 수 있게 한다는 것을 주목할 수 있다. 부가적으로, 레늄이 또한 수증기에 대해서 내성을 가지며, 이는 제2 코팅(6)의 산화 및 부식의 방지에 있어서 유리하다. 또한, 레늄의 우수한 내마모성은 강도 및 내구성을 구성요소(1)로 제공한다.
또한, 제2 코팅(6)이 제1 코팅(4) 상의 조대한(coarse) 층으로서 배열된다는 것을 여기에서 주목할 수 있을 것이다. 제2 열적 결합 코팅(12)의 조대함(coarseness)은 고도 다공도 층과 같은 층과의 향상된 결합의 달성을 촉진하며, 그에 의해서 구성요소(1)의 강성도(rigidity)를 향상시킨다. 또한, 제2 코팅(6)의 두께(t2)가 제1 코팅(4) 보다 얇고, 이는, 레늄이 적은 양으로 사용됨에 따라, 코팅이 비용 효과적이 되게 한다. 제2 코팅(6)의 두께(t2)가 10 내지 100 ㎛의 범위이다.
본 발명의 실시예에서, 제1 코팅(4)이 제2 코팅(6)과 특유의 화학적 반응을 하며, 그에 의해서 제2 코팅(6)이 제1 코팅(4) 내에 침착된다. 특유의 반응은 제1 코팅(4)과 제2 코팅(6)의 열전도 성질에 영향을 미친다.
본 발명의 실시예에 따라서, 균질한 고도 다공도 (HHP) 층(8)이 제2 코팅(6) 상에 침착된다. 실시예에서, HHP 층(8)이 세라믹 기반의 고도 다공도 층일 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예에서, HHP 층(8)이 다른 화학물질과 함께 세라믹 물질을 열처리하는 것에 의해서 생성될 수 있을 것이다. HHP 층(8)은 감소된 열전도도 성질을 가지며 HHP 층(8) 내에 침착된 마멸성 층으로 보다 양호한 마멸 가능한 기능성을 제공한다. 감소된 열전도도는 기판(2) 상에 침착된 코팅 층을 따른 열적 응력을 낮추는데 도움을 준다.
본 발명의 실시예에 따라서, 마멸성 층(10)이 HHP 층(8) 상에 침착된다. 마멸성 층(10)이, 예를 들어, 세라믹 재료 또는 금속 재료로 이루어질 수 있다. 마멸성 층(10)이, 비제한적으로, 대기압 플라즈마(atmospheric plasma) 용사, 감압 대기(reduced pressure atmosphere) 플라즈마 용사, 고속 가스 열적 분무 등과 같은 용사 기술을 이용하여 적용될 수 있다.
또한, 구성요소(1)의 박리가 감소되도록, 마멸성 층(10)이 HHP 층(8) 위에 적용된다. 또한, HHP 층(8)과 마멸성 층(10) 사이의 코팅 층의 부재가 구성요소의 파괴 위험을 감소시킨다. 일부 실시예에서, 마멸성 층(10)이 박리 위험을 추가적으로 감소시키기 위한 열처리 기술을 이용하여 HHP 층(8) 내에 침착될 수 있을 것이다.
또한, 기판(2) 상의 코팅 층들의 전술한 배열체가 구성요소(1) 내의 열적 구배를 최소화한다. 코팅 층의 열전도 성질이 구성요소(1)의 전체적인 열적 구배를 최소화하는 효과를 갖는다. 또한, 작은 열적 구배로 인해서, 구성요소의 동작 중에, 코팅 층에서 최소의 열팽창이 발생되고, 이는 구성요소의 수명 연장을 초래한다.
도 2는 도 1을 참조한 구성요소의 구성 방법의 흐름도를 도시한다. 단계(12)에서, 제1 코팅이 기판 상으로 적용된다. 제1 코팅이 레늄을 실질적으로 가지지 않는 결합 코팅이다. 단계(14)에서, 제2 코팅이 제1 코팅 상으로 적용된다. 제2 코팅이 제1 코팅 상에서 조대하게 적용된다. 또한, 제2 코팅은 보다 양호한 열적 저항을 위해서 레늄을 포함한다. 제1 코팅 및 제2 코팅이 이온 플라즈마 침착 공정, 물리기상증착 공정 및 용사 침착 공정 중 적어도 하나를 이용하여 적용된다.
단계(16)에서, 균질한 고도 다공도 (HHP) 층이 제2 코팅 상으로 적용된다. 구성요소 내의 열적 구배를 최소화하도록, HHP 층이 다공성 미세조직을 갖는다. 단계(18)에서, 마멸성 층이 HHP 층 상에 직접적으로 침착되어 박리를 최소화한다. 방법에서 언급된 바와 같은 층들의 배열체는 구성요소 내의 열적 구배를 최소화한다. 또한, HHP 층 상에 직접적으로 마멸성 층을 침착하는 것은 구성요소의 박리 위험을 감소시킨다.
본 발명이 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이러한 설명이 제한적인 의미로 해석된다는 것을 의미하지 않는다. 개시된 실시예의 여러 가지 예뿐만 아니라, 본 발명의 대안적인 실시예가 본 발명에 관한 설명을 참조할 때 당업자에게 자명해질 것이다. 그에 따라, 그러한 수정이, 규정된 바와 같은 본 발명의 실시예로부터 벗어나지 않고도 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 코팅을 포함하는, 터보기계용 구성요소(1)로서, 상기 코팅이:
    기판(2)의 표면의 적어도 일부 상의 제1 코팅(4)으로서, 실질적으로 레늄을 포함하지 않는, 제1 코팅(4);
    상기 제1 코팅(4) 상의 제2 코팅(6);
    상기 제2 코팅(6) 상의 균질한 고도 다공도 층(8); 및
    상기 균질한 고도 다공도 층(8) 상의 마멸성 층(10)을 포함하는, 구성요소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅(4)의 두께(t1)가 상기 제2 코팅(6)의 두께(t2) 보다 두꺼운, 구성요소.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 코팅(6)이 레늄을 포함하는, 구성요소.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구성요소의 박리가 감소되도록, 상기 마멸성 층(10)이 균질한 고도 다공도 층(8) 상에 적용되는, 구성요소.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판(2)이 금속 재료인, 구성요소.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판(2)이 금속 합금인, 구성요소.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판(2)이 초합금인, 구성요소.
  8. 기판을 코팅하는 방법으로서:
    제1 코팅을 기판 상에 적용하는 단계;
    제2 코팅을 상기 제1 코팅 상에 적용하는 단계;
    고도 다공도 (HHP) 층을 상기 제2 코팅 상으로 적용하는 단계; 및
    마멸성 층을 상기 HHP 층 상으로 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 코트 층 및 상기 제2 코트 층이 니켈 기반 및 크롬 기반인, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 마멸성 층이 상기 HHP 층 상으로 직접적으로 침착되어 박리를 최소화하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 코팅 및 상기 제2 코팅이 이온 플라즈마 침착 공정, 물리기상증착 공정 및 용사 침착 공정 중 적어도 하나를 이용하여 적용되는, 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10487847B2 (en) 2016-01-19 2019-11-26 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine engine blade casing
EP3239467A1 (de) * 2016-04-27 2017-11-01 Siemens Aktiengesellschaft Strömungsmaschine, laufschaufel und gehäuse
US11597991B2 (en) 2017-06-26 2023-03-07 Raytheon Technologies Corporation Alumina seal coating with interlayer

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6102656A (en) * 1995-09-26 2000-08-15 United Technologies Corporation Segmented abradable ceramic coating
DE102004002943B4 (de) * 2004-01-21 2007-07-19 Mtu Aero Engines Gmbh Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine
US7150921B2 (en) * 2004-05-18 2006-12-19 General Electric Company Bi-layer HVOF coating with controlled porosity for use in thermal barrier coatings
JP2006104577A (ja) * 2004-10-04 2006-04-20 United Technol Corp <Utc> セグメント化ガドリニアジルコニア被膜およびその形成方法、セグメント化セラミック被覆システムならびに被膜部品
US8951644B2 (en) * 2007-09-19 2015-02-10 Siemens Energy, Inc. Thermally protective multiphase precipitant coating
US20110086163A1 (en) * 2009-10-13 2011-04-14 Walbar Inc. Method for producing a crack-free abradable coating with enhanced adhesion
RU2597459C2 (ru) * 2011-09-12 2016-09-10 Сименс Акциенгезелльшафт СИСТЕМА СЛОЕВ С ДВОЙНЫМ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ MCrAlY-ПОКРЫТИЕМ
EP2682488A1 (de) * 2012-07-05 2014-01-08 Siemens Aktiengesellschaft Schichtsystem mit NiCoCrAlY-Doppelschutzschicht mit unterschiedlichem Chromgehalt und Legierung

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