NL8301574A - METHOD FOR DEPOSITING AN ABRASIVE GRIND COATING - Google Patents

METHOD FOR DEPOSITING AN ABRASIVE GRIND COATING Download PDF

Info

Publication number
NL8301574A
NL8301574A NL8301574A NL8301574A NL8301574A NL 8301574 A NL8301574 A NL 8301574A NL 8301574 A NL8301574 A NL 8301574A NL 8301574 A NL8301574 A NL 8301574A NL 8301574 A NL8301574 A NL 8301574A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
particles
grit
substrate
plasma
matrix
Prior art date
Application number
NL8301574A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
United Technologies Corp
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 United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Priority to NL8301574A priority Critical patent/NL8301574A/en
Priority to DE19833317094 priority patent/DE3317094A1/en
Publication of NL8301574A publication Critical patent/NL8301574A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134Plasma spraying

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

- i - r, %- i - r,%

Werkwijze voor het afzetten van een slijpgruisbekleding.Method for depositing an abrasive grit coating.

De werkwijze heeft betrekking op een werkwijze voor het onder gebruikmaking van een plasmaspuitpistool afzetten van een slijpgruisbekleding op een substraat.The method relates to a method of depositing an abrasive grit coating on a substrate using a plasma spray gun.

De uitvinding heeft tevens betrekking op 5 beklede voorwerpen, verkregen door het uitvoeren van deze werkwijze.The invention also relates to coated articles obtained by carrying out this method.

De uitvinding werd ontwikkeld in het gebied der gasturbinemotoren teneinde dergelijke bekledingen aan te brengen op onderdelen uit deze industrie, maar 10 heeft evenzeer verdere toepassing op componenten en strukturen in andere industrieën.The invention has been developed in the field of gas turbine engines to apply such coatings to parts of this industry, but it also has further application to components and structures in other industries.

Gruistype materialen worden gebruikt in de gasturbinemotorindustrie teneinde slijpeigenschappen te geven aan één of twee tegenover gelegen oppervlakken, 15 die onderhevig zijn aan wrijvingscontact. Men 2oekt destructieve wisselwerking bij contact tussen de twee oppervlakken te vermijden door het slijpoppervlak op zuivere wijze materiaal te laten snijden uit het tegenover gelegen oppervlak, totdat er een beweging zonder wissel-20 werking overblijft.Grit type materials are used in the gas turbine engine industry to impart grinding properties to one or two opposed surfaces, which are subject to frictional contact. It is sought to avoid destructive interaction on contact between the two surfaces by having the grinding surface cleanly cut material from the opposite surface until a movement without interaction is left.

De bovengenoemde techniek wordt representatief toegepast bij de tussentrap-gaswegafdichtingen tussen rotor en statorsamenstellen. Zowel de binnendiameter als buitendiameterafdichtingen zijn geschikt voor toe-25 passing van het concept. Bij de buitendiameterluchtafdichtingen worden de punten van de rotorbladen voorzien van een slijpkwaliteit, zodat gedurende rotoruitwijkingen van grotere relatieve groei dan de omgevende stator de rotorbladen zuiver insnijden in de tegenovergelegen 30 wanden. Wanneer de afdichtingen eenmaal zijn "ingelopen", is een minimum of nulspeling ingesteld bij het punt van maximale rotoruitwijking. Verdere uitwijkingen slijpen geen verder materiaal weg. Bekende methoden, representatief voor het vervaardigen van van slijppunt voorziene 35 rotorbladen worden besproken in de Amerikaanse octrooi-schriften 3.922.207 van Lowrey e.a., getiteld "Method for Plating Articles with Particles in a Metal Matrix", 8301574 ,* v .-2- en 4.169.020 van Stalker e.a., getiteld "Method for Making an Improved Gas Seal".The above technique is representative of the intermediate stage gas path seals between rotor and stator assemblies. Both the inner diameter and outer diameter seals are suitable for applying the concept. With the outer diameter air seals, the tips of the rotor blades are provided with a grinding quality, so that during rotor deflections of greater relative growth than the surrounding stator, the rotor blades cut cleanly in the opposite walls. Once the seals are "run in", a minimum or zero clearance is set at the point of maximum rotor deflection. Further deflections do not grind any further material. Known methods, representative of manufacturing grinding blades, are discussed in Lowrey et al., U.S. Pat. Nos. 3,922,207, entitled "Method for Plating Articles with Particles in a Metal Matrix", 8301574, * v.-2- and 4,169,020 to Stalker et al. entitled "Method for Making an Improved Gas Seal".

Slijpbekledingen worden tevens gebruikt bij andere afdichtingstoepassingen, zoals bij labyrinth-5 afdichtingen binnen een motor. Het Amerikaans octrooi-schrift 4.148.494 van Zelahy e.a., getiteld "Rotary Labyrinth Seal Member", is representatief voor een dergelijke constructie.Abrasive coatings are also used in other sealing applications, such as in labyrinth-5 seals within an engine. Zelahy et al., U.S. Patent 4,148,494, entitled "Rotary Labyrinth Seal Member", is representative of such a construction.

Naarmate de wenselijkheid van slijpgruis-10 bekleding in de gasturbinemotorindustrie is toegenomen, hebben wetenschapsmensen en ingenieurs in deze industrie gezocht naar nog meer verbeterde strukturen en afzet-technieken, in het bijzonder technieken in staat om de puntigheid van de gruisdeeltjes en een goede aanhechting 15 aan het oppervlak, waarop de deeltjes moeten worden afgezet, te handhaven.As the desirability of grinding-10 cladding in the gas turbine engine industry has increased, scientists and engineers in this industry have sought even more improved structures and deposition techniques, in particular techniques capable of improving the sharpness of the grit particles and good adhesion. maintain the surface on which the particles are to be deposited.

Volgens de onderhavige uitvinding worden nu slijpgruisdeeltjes en matrixmateriaal voor het hechten van de gritdeeltjes aan het oppervlak van een substraat 20 samen afgezet aan het oppervlak van het substraat in een proces, dat gelijktijdige inval van het metaal-matrixmateriaal en het slijpgruis aan het oppervlak van het substraat doet plaatsvinden.According to the present invention, grinding grit particles and matrix material for adhering the grit particles to the surface of a substrate 20 are now deposited together on the surface of the substrate in a process which simultaneously incurs the metal matrix material and the grinding grit onto the surface of the substrate. substrate takes place.

Volgens een gedetailleerde afzetmethode 25 wordt een plasmagasstroom gegenereerd in een plasma- pistool, metaalmatrixdeeltjes geïnjecteerd in de plasma -stroom, vervolgens slijpgruisdeeltjes geïnjecteerd in deze stroom aan het punt, waar deze stroom invalt op het oppervlak van het te bekleden substraat, waarbij men 30 het pistool langsvoert langs het oppervlak van het substraat.According to a detailed deposition method 25, a plasma gas stream is generated in a plasma gun, metal matrix particles are injected into the plasma stream, then grinding dust particles are injected into this stream at the point where this stream is incident on the surface of the substrate to be coated, whereby the gun along the surface of the substrate.

Een hoofdkenmerk van de samenafzettingsmethode is het simultaan doen invallen van de slijpgruisdeeltjes met het verhitte matrixmateriaal, gedragen door de 35 plasmastroom, aan het oppervlak van het te bekleden substraat. Poeders metallisch matrixmateriaal worden geïnjecteerd in de plasmastroom op een plaats afgelegen van het te bekleden oppervlak, en de gruisdeeltjes worden geïnjecteerd in een plasmastroom op een plaats 40 dichter bij het te bekleden substraat dan het punt van 8501574 , * , - 3 - injectie van de matrixdeeltjes. De slijpgruisdeeltjes, die in de stroom worden geïnjecteerd, komen in contact met de metaalmatrixmaterialen bij het te bekleden oppervlak.A main feature of the co-deposition method is the simultaneous incidence of the abrasive grit particles with the heated matrix material, carried by the plasma stream, on the surface of the substrate to be coated. Powders metallic matrix material are injected into the plasma stream at a location remote from the surface to be coated, and the grit particles are injected into a plasma stream at a location 40 closer to the substrate to be coated than the point of 8501574 * injection of the matrix particles. The abrasive grit particles injected into the stream come into contact with the metal matrix materials at the surface to be coated.

Bij een gedetailleerde inrichting zijn de gruisinjector 5 en de matrixinjector georiënteerd 18Q° van elkaar aan de omtrek van de plasmastroom.In a detailed arrangement, the grit injector 5 and the matrix injector are oriented 18 degrees apart from each other at the periphery of the plasma stream.

Een hoofdvoordeel van de uitvinding is het vermogen om economische bekledingen af te zetten met goed hechtingsvermogen en behoud van de puntigheid van 10 de gruisdeeltjes. Een goede hechting wordt verkregen door de gruisdeeltjes in te vangen in het gesmolten metaal-matrixmateriaal, wanneer dit metaalmatrixmateriaal stolt aan het oppervlak van het substraat, dat moet worden bekleed. Een goede puntigheid van de gruisdeeltjes 15 blijft behouden door voortgezet contact van de gruisdeelt jes met het hoge temperatuurgedeelte van de plasmastroom te vermijden. Het afzettingsproces heeft een goede flexibiliteit in het vermogen om gruisdeeltjes van variërende grootte af te zetten en in het vermogen 20 om matrixmaterialen te gebruiken met op ruime schaal variërende eigenschappen. Een goede slijpkwaliteit van de bekleding blijft gedurende het aanbrengingsproces behouden. De gruisdeeltjes kunnen worden afgezet over de gehele dikte van de bekleding of slechts aan het oppervlak 25 door de gruisinjectie uit te stellen tot ëën of meer opeenvolgende gangen over het te bekleden substraat.A major advantage of the invention is the ability to deposit economical coatings with good adhesion and maintain the pointedness of the grit particles. Good adhesion is obtained by entrapping the grit particles in the molten metal matrix material when this metal matrix material solidifies on the surface of the substrate to be coated. A good pointedness of the grit particles 15 is maintained by avoiding continued contact of the grit particles with the high temperature portion of the plasma stream. The deposition process has good flexibility in the ability to deposit grains of varying sizes and in the ability to use matrix materials with widely varying properties. Good grinding quality of the coating is maintained during the application process. The grit particles can be deposited over the entire thickness of the coating or only on the surface by delaying the grit injection to one or more consecutive passes over the substrate to be coated.

De beschreven bekledingswerkwijze is prima geschikt voor het opnieuw polijsten van beklede onderdelen na aanvankelijk gebruik. De werkwijze kan worden toegepast 30 voor het aanbrengen van slijpbekledingen op oppervlakken van complexe geometrie.The coating method described is well suited for re-polishing coated parts after initial use. The method can be used for applying grinding coatings to surfaces of complex geometry.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de volgeride gedetaileerde beschrijving van de voorkeursuitvoering daarvan onder verwijzing 35 naar de tekening. In de tekening toont: fig. 1 een vereenvoudigd zijaanzicht van een gedeelte van een gasturbinemotor met weggebroken secties teneinde tegenovergelegen componenten van de stator en rotorinrichtingen te laten zien, 40 fig. 2 een vereenvoudigde weergave van de 3301574 - 4 - ^ · * punt van een rotorblad met een daarop aangebrachte slijpbekleding, fig. 3 een vereenvoudigde weergave van een gedeelte van de trommel van de rotorinrichting met een 5 daarop aangebrachte slijpbekleding, fig. 4 een vereenvoudigde weergave van het meskantige deel van een labyrinth-type afdichting met een daarop aangebrachte slijpbekleding, fig. 5 een vereenvoudigde weergave van een 10 plasmaspuitapparaat voor het afzetten van een slijpbekleding volgens de concepten van de onderhavige uitvinding, fig. 6 een vergroot aanzicht, waarin het simultane aan het oppervlak van het te bekleden substraat invallen van de gruisdeeltjes en de matrixdeeltjes,The invention will now be further elucidated on the basis of the fully guided detailed description of the preferred embodiment thereof with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 shows a simplified side view of a portion of a gas turbine engine with broken away sections to show opposite components of the stator and rotor devices, 40 Fig. 2 shows a simplified representation of the 3301574 - 4 - ^ * point of a rotor blade with an abrasive coating applied to it, fig. 3 a simplified representation of a part of the drum of the rotor device with a abrasive coating applied thereon, fig. 4 a simplified representation of the knife-edged part of a labyrinth-type seal with an applied thereon abrasive coating, Fig. 5 is a simplified representation of a plasma spray apparatus for depositing a abrasive coating according to the concepts of the present invention, Fig. 6 is an enlarged view, in which the grit particles and the grit particles are incident simultaneously on the surface of the substrate to be coated. matrix particles,

15 fig. 7 een doorsnee, genomen volgens VII-VIIFig. 7 is a section taken according to VII-VII

van fig. 6, fig. 8 een dwarsdoorsnede-foto (100 x) van een slijpbekleding, aangebracht op een rotorbladpunt onder de heersende parameters van voorbeeld I, en 20 fig. 9 een dwarsdoorsnee-foto (200 x) van een slijpbekleding, aangebracht aan de meskant van een labyrinthtype afdichting onder de heersende parameters van voorbeeld XI.of Fig. 6, Fig. 8 a cross-sectional photo (100x) of an abrasive coating applied to a rotor blade tip under the prevailing parameters of Example I, and Fig. 9 a cross-sectional photo (200x) of an abrasive coating applied on the blade side of a labyrinth type seal under the prevailing parameters of Example XI.

Bekledingen, aangebracht volgens de werkwijze 25 volgens de uitvinding, vinden toepassing in de gasturbine-motorindustrie. Fig. 1 is een vereenvoudigde doorsnee-illustratie van een gedeelte van de compressorsectie van een motor uit de genoemde industrie. Een rotorinrichting 12 gaat axiaal door de motor en wordt omsloten 30 door een statorinrichting 14. Een stroombaan 16 voor werkmediumgassen strekt zich axiaal uit door de machine. Rijen rotorbladen, zoals weergegeven door de enkele bladen 18, steken naar buiten vanaf een rotortrommel 22 over de stroombaan 16. Rijen statorschoepen, weergegeven door 35 de enkele schoepen 22, zijn vrijdragend aangebracht, binnenwaarts van een motorhuis 24 over de stroombaan.Coatings applied according to the method according to the invention find application in the gas turbine engine industry. Fig. 1 is a simplified cross-sectional illustration of a portion of the compressor section of an engine from said industry. A rotor device 12 passes axially through the motor and is enclosed 30 by a stator device 14. A working fluid gas flow path 16 extends axially through the machine. Rows of rotor blades, as shown by the single blades 18, protrude from a rotor drum 22 over the flow path 16. Rows of stator blades, represented by the single blades 22, are cantilevered, inwardly of a motor housing 24 along the flow path.

Een buitenste luchtafdichting 26 omgeeft elke rij rotorbladen 18. Een binnenste luchtafdichting 28 wordt gevormd door de rotortrommel 20 binnen elke schoepenrij 40 22. Slijpbekledingen zijn bijvoorbeeld aangebracht aan 8301574 - 5 - * * tussenvlak tussen de punten van de rotorbladen 18 en de buitenste luchtafdichting of aan het tussenvlak tussen de punten van de schoepen 22 en de binnenste luchtafdichting 28. Gestreefd wordt naar het elimineren van destructieve 5 wisselwerking aan dergelijke tussenvlakken bij het optreden van rotoruitwijkingen gedurende overgangscondities. Door een slijpbekleding aan te brengen aan ëën van de genoemde tegenover gelegen oppervlakken wordt materiaal zuiver weggeslepen van het corresponderende oppervlak zonder 10 de structurele integriteit van elk deel te vernietigen.An outer air seal 26 surrounds each row of impeller blades 18. An inner air seal 28 is formed by the rotor drum 20 within each impeller row 40 22. Grinding liners are provided, for example, at 8301574-5 * * interface between the tips of the impeller blades 18 and the outer air seal or at the interface between the tips of the blades 22 and the inner air seal 28. The aim is to eliminate destructive interaction at such interfaces in the occurrence of rotor deflections during transition conditions. By applying a grinding coating to one of said opposed surfaces, material is ground cleanly away from the corresponding surface without destroying the structural integrity of each part.

De compressorconstructie van fig. 1 toont componenten, waaraan slijpbekledingen kunnen worden aangebracht - punten van de rotorbladen 18 en binnenste luchtafdichtingen 28 van de rotor. Dergelijke componenten en 15 hun bekledingen zijn weergegeven in de fig. 2 en 3. Andere toepassingen kunnen omvatten het vaste veld 30 van een breed-kanaal-type afdichting 32, zoals dat, getoond in fig. 1, of de meskant, fig. 4, van een labyrinth-type afdichting.The compressor construction of Figure 1 shows components to which grinding coatings can be applied - points of the rotor blades 18 and inner air seals 28 of the rotor. Such components and their coatings are shown in Figures 2 and 3. Other applications may include the fixed field 30 of a wide channel type seal 32, such as that shown in Figure 1, or the blade side, Figure 4. , of a labyrinth-type seal.

20 In ëën gedetailleerd aspect hebben dergelijke slijpbekledingen bijzondere bruikbaarheid, wanneer gebruikt in samenhang met onderdelen, vervaardigd van titaan-legering. De grote reactiewarmte, die wordt vrijgegeven bij oxydatie van dergelijke legeringen, maakt de onder-25 delen ontvankelijk voor branden bij het optreden van wrijvingswisselwerking. Een slijpbekleding aan ëën van dergelijke wrijvende onderdelen zorgt er voor, dat materiaal wordt weggesneden van een tegenover gelegen component zonder dat hierdoor overmatige warmtebelasting wordt 30 gegenereerd.In a detailed aspect, such abrasive coatings have particular utility when used in conjunction with titanium alloy parts. The high heat of reaction released upon oxidation of such alloys renders the parts susceptible to fires in the event of frictional interaction. A grinding coating on one of such friction parts causes material to be cut away from an opposing component without generating excessive heat load.

Een werkwijze voor het aanbrengen van slijpbekledingen volgens de uitvinding door de onderhavige technieken is getoond in fig. 5. Een stroom 34 plasma-gassen wordt gevormd binnen een piasmagenerator 36 en 35 ontladen naar het oppervlak van een te bekleden substraat 38. Deeltjes 40 van een matrixmateriaal worden geïnjecteerd in de plasmastroom op afstand van het oppervlak van het substraat en weekgemaakt of gesmolten binnen de plasmastroom. Deeltjes 42 van gruismateriaal worden geïnjecteerd 40 in de plasmastroom in dichte nabijheid van het oppervlak 8301574 * ¥ - 6 - van het substraat. Zowel de gruisdeeltjes of de matrix-deeltjes worden bij voorkeur geïnjecteerd evenwijdig aan de richting van de bewegingsvector van het pistool over het substraat. De massaverhouding van matrixmateriaal 5 tot afgezette gruisdeeltjes kan op ruime schaal worden gevarieerd. Verhoudingen tussen 1:1 en 100:1 zijn kenmerkend. Bij ten minste ëën gedetailleerde methode worden de matrixdeeltjes en de gruisdeeltjes in de plasmastroom geïnjecteerd op relatieve lokaties rond de omtrek van de 10 plasmastroom, welke bij benadering 180° van elkaar zijn. Bij een verdere gedetailleerde methode worden de matrixdeeltjes en de gruisdeeltjes in de plasmastroom geïnjecteerd vanuit richtingen, die nagenoeg loodrecht staan op de as A van de plasmastroom.A method of applying abrasive coatings according to the invention by the present techniques is shown in Fig. 5. A stream of 34 plasma gases is formed within a plasma generator 36 and discharged to the surface of a substrate 38 to be coated. Particles 40 of a matrix material are injected into the plasma stream away from the surface of the substrate and plasticized or melted within the plasma stream. Particles 42 of grit material are injected 40 into the plasma stream in close proximity to the surface 8301574 * - 6 - of the substrate. Preferably, both the grit particles or the matrix particles are injected parallel to the direction of the gun motion vector across the substrate. The mass ratio of matrix material 5 to deposited grit particles can be varied widely. Ratios between 1: 1 and 100: 1 are typical. In at least one detailed method, the matrix particles and the grit particles are injected into the plasma stream at relative locations around the circumference of the plasma stream, which are approximately 180 ° apart. In a further detailed method, the matrix particles and the grit particles are injected into the plasma stream from directions substantially perpendicular to the axis A of the plasma stream.

15 De door plasmaspuiten verkregen bekleding wordt gekoeld op het substraat door koelstralen 44, die uittreden uit mondstukken 46 aan tegenover gelegen zijden van het plasmapistool. De stralen 44 zijn in de tekening zodanig gericht, dat zij elkaar snijden in een 20 punt P boven het oppervlak van het substraat.The coating obtained by plasma spraying is cooled on the substrate by cooling jets 44 emerging from nozzles 46 on opposite sides of the plasma gun. The rays 44 are oriented in the drawing to intersect at a point P above the surface of the substrate.

De afstanden van het matrixdeeltjesinjectie-punt en het gruisdeeltjesinjectiepunt van het oppervlak van het substraat zijn belangrijke faktoren voor een succesvol aanbrengen van de slijpbekleding. In principe 25 moet het matrixdeeltjesinjectiepunt op voldoende afstand zijn gelegen van het substraat teneinde weekmaken of smelten van de deeltjes in de plasmastroom mogelijk te maken. Het gruisdeeltjesinjectiepunt moet voldoende dicht bij het substraat zijn, teneinde het invangen van het 30 gruis in het matrixmateriaal aan het oppervlak van het substraat mogelijk te maken, zonder dat de hoekige snijranden van het gruis smelten. Bovendien brengt het nabij gelegen zijn van het gruisdeeltjesinjectiepunt bij het substraat de versnelling van de gruisdeeltjes door 35 de plasmastroom op een minimum, en wordt de neiging verminderd van het gruis om van het substraat af te stuiten, alvorens het wordt ingevangen in de matrix. Praktische afstanden van de gruis- en matrixinjectiepunten van het substraat hangen af van de samenstelling en 40 deeltjesgrootte van de gekozen materialen.The distances from the matrix particle injection point and the grit particle injection point from the surface of the substrate are important factors for successful application of the abrasive coating. In principle, the matrix particle injection point must be sufficiently distant from the substrate to allow plasticization or melting of the particles in the plasma stream. The grit particle injection point must be sufficiently close to the substrate to allow trapping of the grit into the matrix material on the surface of the substrate without melting the angled cutting edges of the grit. In addition, the proximity of the grit particle injection point to the substrate minimizes acceleration of the grit particles by the plasma flow, and reduces the tendency of the grit to bounce off the substrate before it is trapped in the matrix. Practical distances from the grit and matrix injection points of the substrate depend on the composition and particle size of the selected materials.

8301574 » « - 7 -8301574 »« - 7 -

Een ander belangrijk aspect, dat dient te worden overwogen bij de lokatie van het gruisinjectiepunt is het effekt van de lokatie op de inval tussen de matrix-deeltjes en de gruisdeeltjes. Het optimale punt van inval 5 treedt op aan het oppervlak van het substraat. Gelijktijdig contact van de gruisdeeltjes met matrixdeeltjes aan het oppervlak van het substraat is gewenst. Incidentie van de gruisdeeltjes met het matrixmateriaal boven het sub-straatoppervlak resulteert in een voortijdige koeling van 10 de matrix en een lage vasthoudverhouding van de gruis-deeltjes door de matrix, aangezien slechts gesmolten of verweekt matrixmateriaal aan het oppervlak wordt afgezet. Bovendien kan geprolongeerd contact van de gruisdeeltjes met het hoge temperatuur plasmagas de puntigheid van de 15 snijranden van de gruisdeeltjes reduceren.Another important aspect to be considered at the location of the grit injection point is the effect of the location on the incidence between the matrix particles and the grit particles. The optimum point of incidence 5 occurs on the surface of the substrate. Simultaneous contact of the grit particles with matrix particles on the surface of the substrate is desired. Incidence of the grit particles with the matrix material above the substrate surface results in premature cooling of the matrix and a low retention ratio of the grit particles by the matrix since only melted or softened matrix material is deposited on the surface. In addition, prolonged contact of the grit particles with the high temperature plasma gas can reduce the sharpness of the cutting edges of the grit particles.

Een andere faktor bij het verkrijgen van een hoge waarschijnlijkheid van gruisdeeltjes invangen is de injectiehoek van het gruis in de plasmastroom. De optimale hoek is zo dicht mogelijk bij 90° als praktisch mogelijk is, 20 zodat de verblijftijd van de deeltjes in de nabijheid van het substraat tot een maximum wordt gebracht. Deeltjes geïnjecteerd in de stroomafwaartse richting hebben de verhoogde neiging om af te stuiten van het substraat; deeltjes geïnjecteerd in de stroomopwaartse richting worden 25 extreem versneld door de plasmastroom en hebben eveneens de neiging af te stuiten van het substraat. Er zijn veelvoudige bekledingsproeven gedaan met een grote verscheidenheid van materiaalkeuzen en aanbrengingsparameters. De voorbeelden, die thans worden gegeven, zijn representatief 30 voor de meest succesvolle proeven.Another factor in obtaining a high probability of trapping grit particles is the injection angle of the grit into the plasma stream. The optimum angle is as close to 90 ° as practicable, so that the residence time of the particles in the vicinity of the substrate is maximized. Particles injected in the downstream direction have an increased tendency to bounce off the substrate; particles injected in the upstream direction are extremely accelerated by the plasma flow and also tend to bounce off the substrate. Multiple coating tests have been conducted with a wide variety of material choices and application parameters. The examples now given are representative of the most successful experiments.

VOORBEELD IEXAMPLE I

De punt van een compressorrotorblad, zoals blad 18, getoond in fig. 2, werd bekleed tot een dikte van de orde van 0,25 mm in een enkele langsvoering van 35 het plasmapistool langs de bladpunt. De plasmaspuit- parameters waren daarbij zoals in het onderstaande aangegeven : 8301574 - 8 -The tip of a compressor rotor blade, such as blade 18, shown in Figure 2, was coated to a thickness of the order of 0.25 mm in a single longitudinal liner of the plasma gun along the blade tip. The plasma syringe parameters were as indicated below: 8301574 - 8 -

Plasmapistool ^ Metco 7 M pistool met type G mondstukPlasma gun ^ Metco 7 M gun with type G nozzle

Afstand mondstuk tot substraat - 60,32 mmDistance nozzle to substrate - 60.32 mm

Afstand matrixinjectiepunt van substraat - 58,74 mm 5 Afstand gruisinjectiepunt van substraat - 1,59 mmDistance matrix injection point from substrate - 58.74 mm 5 Distance grit injection point from substrate - 1.59 mm

Afstand koelstraalkruispunt van substraat - 9,525 mmDistance cooling beam intersection of substrate - 9.525 mm

Stroom plasmapistool - 540 ampère 10 Spanning plasmapistool - 70 voltCurrent plasma gun - 540 amps 10 Voltage plasma gun - 70 volts

Relatieve snelheid tussen pistool en substraat - 0,92 m/sec.Relative speed between gun and substrate - 0.92 m / sec.

Gas primaire plasmaboog - stikstof - 3681,2 dm^/uur 15 - 0,345 MPaGas primary plasma arc - nitrogen - 3681.2 dm / hr 15 - 0.345 MPa

Gas secundaire plasmaboog - waterstof 3 - ongeveer 283.17 dm /uur - 0,345 MPaGas secondary plasma arc - hydrogen 3 - approximately 283.17 dm / h - 0.345 MPa

Matrixmateriaal - Metco 443 (nikkelchroom- 20 legering plus aluminium) - deeltjesgrootte (-150/ +38 micron) - massastroomsnelheid (25 g/min) 25 Gruismateriaal - siliciumcarbide - deeltjesgrootte (140 gruis) - massastroomsnelheid (100 g/min) 30 Matrixdragergas - stikstof - 311,49 dm^/uur - 0,345 MPaMatrix material - Metco 443 (nickel chromium-alloy plus aluminum) - particle size (-150 / +38 micron) - mass flow rate (25 g / min) 25 Grit material - silicon carbide - particle size (140 grit) - mass flow rate (100 g / min) 30 Matrix carrier gas nitrogen - 311.49 dm / hr - 0.345 MPa

Gruisdragergas - argon - 424,75 dm^/uur 35 - 0,345 MPaGrit carrier gas - argon - 424.75 dm / hr 35 - 0.345 MPa

Matrixinjectorpoort - Metco ψψ 2 poederpoortMatrix injector port - Metco ψψ 2 powder port

Gruisinjectorpoort - 6,35 mm O.D. buisGrit Injector Port - 6.35mm O.D. tube

Substraatmateriaal - titaanlegeringSubstrate material - titanium alloy

Substraatpreparatie - door gruisblazen/ 40 Metco 443 gebonden bekledingSubstrate preparation - grit blowing / 40 Metco 443 bonded coating

Afstand substraat van plasma- spuitas - 1,59 mm 8301574 - 9 - *Distance of plasma spray axis substrate - 1.59 mm 8301574 - 9 - *

Afstand gruisinjector van plasma- spuitas - 22,225 mmPlasma Injector Grain Injector Distance - 22.225mm

Richting gruisinjectie - loodrecht op plasma- spuitas 5 Hoekbetrekking tussen matrix en gruisinjectoren - 180°Grit injection direction - perpendicular to plasma spray axis 5 Angle relationship between matrix and grit injectors - 180 °

VOORBEELD IIEXAMPLE II

De meskant van een labyrinth-type afdichting, zoals de meskant, getoond in fig. 4, werd bekleed tot een 10 dikte van de orde van 0,25 mm in een enkele langsvoering van het plasmapistool langs het substraat. De plasma- spuitparameters waren zoals in het onderstaande aangegeven:The blade side of a labyrinth-type seal, such as the blade side shown in Fig. 4, was coated to a thickness of the order of 0.25 mm in a single longitudinal run of the plasma gun along the substrate. The plasma syringe parameters were as indicated below:

Plasmapistool - Metco 7M pistool met type G mondstukPlasma gun - Metco 7M gun with type G nozzle

Afstand mondstuk tot substraat - 57,15 mm 15 Afstand matrixinjectiepunt tot substraat - 55,76 mmDistance nozzle to substrate - 57.15 mm 15 Distance matrix injection point to substrate - 55.76 mm

Afstand gruisinjectiepunt tot substraat - 6,35 mmDistance grit injection point to substrate - 6.35 mm

Afstand koelstraalkruispunt tot 20 substraat - 0Distance cooling beam intersection to 20 substrate - 0

Stroom plasmapistool - 480 ampèreCurrent plasma gun - 480 amps

Spanning plasmapistool - 65 voltPlasma gun voltage - 65 volts

Relatieve snelheid tussen pistool en substraat - 1,524 m/sec.Relative speed between gun and substrate - 1.524 m / sec.

25 Gas primaire plasmaboog - stikstof - 2831,7 dm3/uur - 0,345 MPaGas primary plasma arc - nitrogen - 2831.7 dm3 / hr - 0.345 MPa

Gas secundaire plasmaboog - waterstof 3 - ongeveer 283,17 dm /uur 30 - 0,345 MPaGas secondary plasma arc - hydrogen 3 - about 283.17 dm / h 30 - 0.345 MPa

Matrixmateriaal - Metco 443 (nikkel- chroomlegering plus aluminium) - deeltjesgrootte (-150/ 35 +38 micron) - massastroomsnelheid (25 g/min.)Matrix material - Metco 443 (nickel-chrome alloy plus aluminum) - particle size (-150 / 35 +38 microns) - mass flow rate (25 g / min.)

Gruismateriaal - siliciumcarbide 320 gruis 40 Matrixdragergas - stikstof - 311,49 dm^/uur - 0,345 MPa 8301574 - 10 -Grit material - silicon carbide 320 grit 40 Matrix carrier gas - nitrogen - 311.49 dm / h - 0.345 MPa 8301574 - 10 -

Gruisdragergas - argon - 424,75 dm'Vuur - 0,345 HPaGrit Carrier Gas - Argon - 424.75 dm'Fire - 0.345 HPa

Matrixinjectorpoort - Metco ΦΦ 2 poederpoort 5 Gruisinjectorpoort - 12,7 mm O.D. buisMatrix Injector Port - Metco ΦΦ 2 Powder Port 5 Grit Injector Port - 12.7mm O.D. tube

Substraatmateriaal - titaahlegeringSubstrate material - titanium alloy

Substraatpreparatie - gruisgeblazen/Metco 443 gebonden bekledingSubstrate preparation - grit blown / Metco 443 bonded coating

Afstand substraat tot plasma-10 spuitas - 1,587 mmDistance from substrate to plasma-10 spray axis - 1,587 mm

Afstand gruisinjector van plasmaspuitas - 22,225 mmPlasma Spray Axle Grit Injector Distance - 22.225mm

Richting gruisinjector - loodrecht op plasma spuitas 15 Hoekrelatie tussen matrix en gruisinjectoren - 180°Grit injector direction - perpendicular to plasma spray axis 15 Angle relationship between matrix and grit injectors - 180 °

Het doorsnee-aanzicht van fig. 7 toont een belangrij concept bij het bekleden van zeer smalle substraten, in hèt bijzonder compressorbladpunten, die 20 kunnen worden bekleed volgens de parameters van voorbeeld I, of meskanten, die kunnen worden bekleed volgens de parameters van voorbeeld II. Kenmerkende compressorbladpunten kunnen van de orde van 1,01 mm smal zijn? kenmerkende meskanten zijn taps verlopend tot een breedte 25 van de orde van 0,25 mm. Er zij op gewezen, dat het smalle substraat 38, dat moet worden bekleed, in fig. 7 over een afstand X verplaatst is ten opzichte van de as A van de plasmastroom. Bij het bespuiten van slijp-materialen is empirisch gevonden, dat een sterk erosieve 30 zone juist aan de as A van de plasmastroom, de opbouw van bekledingsmateriaal in dat gebied verhindert. Het verplaatsen van het substraat van de erosieve zone aan de as verhoogt in grote mate de snelheid, waarmee ingevangen gruisdeeltjes worden opgebouwd aan het substraat.The cross-sectional view of Figure 7 shows an important concept in coating very narrow substrates, especially compressor blade tips, which can be coated according to the parameters of Example I, or knife edges, which can be coated according to the parameters of Example II. . Typical compressor blade tips can be of the order of 1.01 mm narrow? typical blade edges are tapered to a width of the order of 0.25 mm. It should be noted that the narrow substrate 38 to be coated in FIG. 7 is displaced a distance X from the axis A of the plasma stream. When spraying grinding materials, it has been found empirically that a strongly erosive zone just on the axis A of the plasma stream prevents the build-up of coating material in that area. Moving the substrate from the erosive zone to the axis greatly increases the rate at which trapped grit particles build up on the substrate.

35 Hoewel de uitvinding is getoond en beschreven ' aan de hand van voorkeursuitvoeringen, zal het de vakman duidelijk zijn, dat tal van veranderingen en omissies in vorm en detail kunnen worden aangebracht zonder daardoor te treden buiten het kader van de uitvinding.Although the invention has been shown and described with reference to preferred embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that numerous changes and omissions in shape and detail can be made without departing from the scope of the invention.

- conclusies - 3301574- conclusions - 3301574

Claims (10)

1- Werkwijze voor het onder gebruikmaking van een plasmaspuitpistool afzetten van een slijpgruisbekleding op een substraat, gekenmerkt door de volgende stappen: 5 het genereren van een plasmastroom van hoge temperatuur, het injecteren van deeltjes matrixmateriaal in de plasmastroom, het injecteren van deeltjes slijpgruis in de 10 plasmastroom op een plaats stroomafwaarts van de plaats, waar de deeltjes matrixmateriaal worden geïnjecteerd en op een afstand van het te bekleden substraat zodanig, dat de matrixdeeltjes en de gruisdeeltjes gelijktijdig in contact komen met het oppervlak van het te bekleden 15 substraat en met elkaar, en het langsvoeren van het plasmaspuitpistool langs het te bekleden substraat.1- A method of depositing an abrasive grit coating on a substrate using a plasma spray gun, characterized by the following steps: 5 generating a high temperature plasma stream, injecting particulate matrix material into the plasma stream, injecting abrasive particles into the Plasma stream at a location downstream of the place where the particles of matrix material are injected and at a distance from the substrate to be coated such that the matrix particles and the grit particles come into contact simultaneously with the surface of the substrate to be coated and with each other, and passing the plasma spray gun along the substrate to be coated. 2. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de matrixdeeltjes en de gruisdeeltjes 20 worden geïnjecteerd in de plasmastroom op relatieve plaatsen, die bij benadering 180° van elkaar gelegen zijn aan de omtrek van de plasmastroom.A method according to claim 1, characterized in that the matrix particles and the grit particles 20 are injected into the plasma stream at relative locations approximately 180 ° apart on the periphery of the plasma stream. 3. Werkwijze volgens conclusie 2, met heet kenmerk, dat de richting van injectie van de matrix- 25 deeltjes en de richting van injectie van de gruisdeeltjes evenwijdig zijn aan de bewegingsvector van het pistool langs het substraat, waarbij de richting van de gruisdeelt j esinjectie valt in de richting van de bewegingsvector van het pistool.3. A method according to claim 2, characterized in that the direction of injection of the matrix particles and the direction of injection of the grit particles are parallel to the motion vector of the gun along the substrate, the direction of the grit particle injection. falls in the direction of the gun motion vector. 4. Werkwijze volgens één der conclusies 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de matrixdeeltjes en de gruisdeeltjes worden geïnjecteerd in de plasmastroom vanuit een richting, in hoofdzaak loodrecht op de transport-richting van de plasmastroom. 8301574 - 12 -A method according to any one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the matrix particles and the grit particles are injected into the plasma stream from a direction substantially perpendicular to the transport direction of the plasma stream. 8301574 - 12 - 5. Werkwijze voor het afzetten van een slijp-gruisbekleding op een substraat, gekenmerkt door het injecteren van gruisdeeltjes in een plasmastroom, die meegenomen deeltjes bevat van een matrix-5 materiaal, op een plaats in dichte nabijheid van het oppervlak van hèt te bekleden substraat, zodat de puntigheid van de gruisdeeltjes door een slechts beperkt contact met de plasmastroom bewaard blijft.Method for depositing an abrasive grit coating on a substrate, characterized by injecting grit particles into a plasma stream containing entrained particles of a matrix-5 material at a location in close proximity to the surface of the substrate to be coated , so that the pointedness of the grit particles is preserved by only limited contact with the plasma stream. 6. Werkwijze volgens conclusie 5, m e t het 10 kenmer k,dat de gruisdeeltjes en de matrixdeeltjes in eerste contact gebracht worden aan het oppervlak van het te bekleden substraat, zodat de puntige oppervlakken van de gruisdeeltjes niet met matrixmateriaal bedekt zijn bij het afzetten op het substraatoppervlak.6. Method according to claim 5, characterized in that the grit particles and the matrix particles are brought into first contact on the surface of the substrate to be coated, so that the pointed surfaces of the grit particles are not covered with matrix material when deposited on the substrate surface. 7. Werkwijze volgens één der conclusies 1, 2, 3, 5 of 6,met het kenmerk, dat de massaverhouding van gesmolten matrixmateriaal tot af te zetten gruisdeeltjes gelegen is in het gebied van 1:1 tot 100:1.A method according to any one of claims 1, 2, 3, 5 or 6, characterized in that the mass ratio of molten matrix material to grit particles to be deposited is in the range from 1: 1 to 100: 1. 8. Werkwijze volgens conclusie 5, m e t het 20 kenmerk, dat de gruisdeeltjes in de plasmastroom geïnjecteerd worden op een plaats binnen ongeveer 15,87 mm tot 6,35 mm.8. A method according to claim 5, characterized in that the grit particles are injected into the plasma stream at a location within about 15.87 mm to 6.35 mm. 9. Werkwijze voor het aanbrengen van een gruis-bevattende bekleding door plasmaspuittechnieken op een 25 smal substraat, met het kenmerk, dat het smalle substraat opzij verplaatst is ten opzichte van de as van de plasmaspuitstroom gedurende het aanbrengen van de bekleding ter vermijding van de erosieve zone aan de as van de plasmastroom. 1 83015749. A method of applying a grit-containing coating by plasma spraying techniques to a narrow substrate, characterized in that the narrow substrate is displaced sideways with respect to the axis of the plasma spray stream during application of the coating to avoid the erosive zone at the axis of the plasma stream. 1 8301574 10. Bekleed voorwerp met slijpgruisdeeltjes, ingevat in een matrixmateriaal, verkregen door de werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 9.A coated article with abrasive grit particles contained in a matrix material obtained by the method of any one of claims 1 to 9.
NL8301574A 1983-05-04 1983-05-04 METHOD FOR DEPOSITING AN ABRASIVE GRIND COATING NL8301574A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8301574A NL8301574A (en) 1983-05-04 1983-05-04 METHOD FOR DEPOSITING AN ABRASIVE GRIND COATING
DE19833317094 DE3317094A1 (en) 1983-05-04 1983-05-10 Process for spray-applying an abrasive coating

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8301574 1983-05-04
NL8301574A NL8301574A (en) 1983-05-04 1983-05-04 METHOD FOR DEPOSITING AN ABRASIVE GRIND COATING
DE19833317094 DE3317094A1 (en) 1983-05-04 1983-05-10 Process for spray-applying an abrasive coating
DE3317094 1983-05-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8301574A true NL8301574A (en) 1984-12-03

Family

ID=25810678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8301574A NL8301574A (en) 1983-05-04 1983-05-04 METHOD FOR DEPOSITING AN ABRASIVE GRIND COATING

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE3317094A1 (en)
NL (1) NL8301574A (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1095564A (en) * 1900-01-01
FR1427581A (en) * 1965-04-05 1966-02-04 Asea Ab Method of applying layers of hard material
US3922207A (en) * 1974-05-31 1975-11-25 United Technologies Corp Method for plating articles with particles in a metal matrix
US4163071A (en) * 1977-07-05 1979-07-31 Union Carbide Corp Method for forming hard wear-resistant coatings
US4169020A (en) * 1977-12-21 1979-09-25 General Electric Company Method for making an improved gas seal
US4148494A (en) * 1977-12-21 1979-04-10 General Electric Company Rotary labyrinth seal member

Also Published As

Publication number Publication date
DE3317094C2 (en) 1989-01-12
DE3317094A1 (en) 1984-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4386112A (en) Co-spray abrasive coating
US5897920A (en) Method for providing an abrasive coating on a metallic article
EP0244343B1 (en) Method for providing sprayed abradable coatings
US6365222B1 (en) Abradable coating applied with cold spray technique
US4299865A (en) Abradable ceramic seal and method of making same
US8192792B2 (en) Cold sprayed porous metal seals
US6180262B1 (en) Thermal coating composition
EP0845543B1 (en) Wear resistant coating for brush seal applications
SE451269B (en) FOR GAS TURBINE ENGINES DESIGNED WITH CERAMIC SURFACE PROVIDED SEAL TO OUTDOOR AIR
IE904268A1 (en) Liquid jet removal of plasma sprayed and sintered coatings
EP3081752B1 (en) Fan blade for a gas turbine engine and corresponding method of fabricating
GB2439934A (en) Laser-assisted spray system and nozzle
US20080286459A1 (en) Method for applying abradable coating
US6254997B1 (en) Article with metallic surface layer for heat transfer augmentation and method for making
NL1014924C2 (en) Limitation of air resistance for components of a gas turbine engine.
NL8301574A (en) METHOD FOR DEPOSITING AN ABRASIVE GRIND COATING
US10279365B2 (en) Thermal spray method integrating selected removal of particulates
Takalapally et al. A critical review on surface coatings for engineering materials
CN107904547A (en) A kind of preparation method of titanium alloy Wear-resistant, high-temperature resistant coating
CA1203718A (en) Co-spray abrasive coating
FR2545400A1 (en) Method for depositing a coating of abrasive powder on a substrate
EP3227032B1 (en) Thermal spray method integrating selected removal of particulates
Sakaki Cold Spray Process~ Overview and Application Trends~
JPH0447025B2 (en)
GB2320929A (en) Electric arc spray process for applying a heat transfer enhancement metallic coating

Legal Events

Date Code Title Description
A85 Still pending on 85-01-01
BA A request for search or an international-type search has been filed
BB A search report has been drawn up
BC A request for examination has been filed
BV The patent application has lapsed