NO784268L

NO784268L - Fremgangsmaate til fremstilling av en paasproeytningsplate

Info

Publication number: NO784268L
Application number: NO784268A
Authority: NO
Inventors: Robert Jospeh Wright; Ralph Julius Hecht; Richard James Fenton
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1977-12-22
Filing date: 1978-12-19
Publication date: 1979-06-25
Also published as: US4135286A; NL7812260A; BE872774A; AU4217578A; IL56124A; CA1112015A; JPS5495984A; AU519493B2; DE2855155A1; GB2010912B; FR2412621A1; DK576078A; SE7812696L; GB2010912A

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av

en påsprutingsanordning.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

til fremstilling av kjølte påsprutingsanordninger. Oppfinnelsen har også tilknytning til isostatisk varmpressing.

Påspruting under anvendelse av en hul katode er kjent

fra atskillige US-patentskrifter, f.eks. US-patentskrifter 3.314.873, 3.282.816 samt 3.528.902. Ingen av disse patentskrifter beskriver fremgangsmåte til fremstilling av påsprutingsanordninger.

Fra US-patentskrift 3.992.202 er det kjent en isostatisk varmpressingsteknikk for fremstilling av hule gjenstander, såsom skjærende verktøy.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det frembrakt en

fremgangsmåte til fremstilling av en hul, sylindrisk påsprutingsanordning med en komponent av duktilt metall metallurgisk bundet til ytterflaten av anordningen og med en kjøleanordning. Materialet i anordningen er et finkornet materiale dannet av pulver ved komprimering ved høyere temperatur. En kjølekappe er festet til den ytre metallflate.Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er særlig anvendelig ved fremstilling av påsprutingsanordninger av sprøtt materiale.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et uttrukket riss av komponentene i anordningen, i form av en beholder, før sammensetning. Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom beholderen etter sammensetning, anbringelse av pulver og evakuering. Fig. 3 viser anordningen i fig. 2 etter isostatisk varmpressing. Fig. 4 viser anordningen i fig. 3 etter fjerning av beholderens inner- og endeflater. Fig. 5 viser anordningen i fig. 4 etter frembringelse av

kjølekappen.

Fig. 6 viser en alternativ utførelse av kjølekappen.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til fremstilling av en påsprutingsanordning. En slik ferdig anordning er vist i fig. 5. Påsprutingsanordningen 1 har toroideform og består av et antall stort sett sylindriske komponenter. Påspruting er en velkjent beleggingsprosess som er beskrevet i US-patentskrifter 3.314.873, 3.282.816 samt 3.528.902. Beleggsmaterialet som på-føres ved spruting danner den indre komponent 2 i den ferdige påsprutingsanordning. Den viste påsprutingsanordning er inn-rettet til bruk i et påsprutingsapparat med hul katode hvor gjenstanden som skal påsprutes anbringes i en åpning 3 i anordningen og sprutbelegges ved påtrykning av et elektrisk felt mellom gjenstanden som skal belegges og påsprutingsanordningen i en egnet atmosfære. I den spesielle anvendte prosess, anbringes en andre katode, benevnt etterkatode, konsentrisk i åpningen og gjenstanden som skal belegges anbringes i den ringformete åpning mellom katodene. Katoder fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes i forbindelse med likestrøms-og RF-påspruting, reaksjonspåsprutingsmetoder og påsprutings-metoder hvor det anvendes magnetiske felter og/eller ytterligere elektroder. Påspruting har vært ansett for å være en langsom prosess som krever et langt tidsrom for utvikling av et tykt belegg. Det er i den senere tid blitt utviklet hurtige på-sprutingsprosesser som øker hastigheten for avsetningen av belegget. Disse prosesser er slik at det utvikles betydelig varme i materialet i påsprutingsanordningen. Varmen kan være tilstrekkelig til å.smelte materialet i anordningen eller få dette til å sprekke, og derfor må det anvendes kjølte påsprutingsanordninger .

Påspruting er av interesse for avsetning av korrosjons-bestandige belegg på gassturbinmotorkomponenter. Slike belegg har sammensetninger som er meget sprøe i bulkform og derfor meget vanskelig å fremstille. Det er også viktig at uhomogeni-teter i sammensetningen i materialet i påsprutingsanordningen gjøres så små som mulig, slik at de resulterende belegg vil ha jevn sammensetning. Dette gjør støping til en uønsket frem-stillingsmetode. Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til fremstilling av fluidumkjølte, hule påsprutingsanordninger som særlig er egnet for fremstilling av slike anord- ninger av sprøe materialer. Det henvises til fig. 1 som viser et uttrukket riss av komponentene som danner og avgrenser en beholder til fremstilling av påsprutingsanordningen. Disse komponenter omfatter en innervegg 10 som er anordnet konsentrisk med en yttervegg 11. Både veggen 10 og veggen 11 har stort sett samme lengde. En øvre endekomponent 12 og en nedre endekomponent 13 samvirker med veggene 10 og 11 for avgrensning av et toroide-volum 14 med stort sett rektangulært tverrsnitt. Disse komponenter fremstilles av et duktilt metallmateriale som har vakuum-integritet og høytemperaturegenskaper som er forenelige med de etterfølgende prosesstrinn. Ved den temperatur som kreves for å binde materialpartiklene i påsprutingsanordningen sammen må beholdermaterialet ha en lav sigegrense og en høy sigehastighet slik at det kan anpasse seg etter materialet i påsprutingsanordningen når dette krymper i volum. Til fremstilling av påsprutingsanordninger av de nedenfor beskrevne beleggsmaterialer fremstilles beholderkomponentene fortrinnsvis av rustfritt stål av 30 0-serien. Selv om innerveggen og ytterveggen er vist uten sømmer, kan de

selvfølgelig fremstilles av plater ved binding og sveising. Innerveggen 10 og ytterveggen 11 er anordnet på konsentrisk

måte på den nedre endekomponent 13, og innerveggen 10 og ytterveggen 11 er sveiset til endekomponenten 13 ved en hensikts-messig sammenføyningsprosess som vil frembringe en vakuumtett fuge. Volumet 14 mellom innerveggen 10 og ytterveggen 11 fylles deretter med et pulvermateriale av ønsket sammensetning for anordningen, og den øvre ende 12 anbringes over enheten og forbindes med denne ved en prosess som vil frembringe en vakuumtett fuge. Fuger 15 er vist i fig. 2 som viser den monterte påsprut-ingsanordnings beholder.

Selvfølgelig kan andre fremstillingsmetoder anvendes for fremstilling av den ytre beholder. F.eks. kan innerveggen 10 og ytterveggen 11 samt den nedre endekomponent 13 fremstilles av plater ved dyptrekking. Det vesentlige er at beholderen er vakuumtett.

Den øvre ende 12 er utstyrt med et evakueringsrør 16 som rager gjennom den øvre ende 12 og forbinder volumet 14 med beholderens utside. Evakueringsrøret 16 danner en lekkasjefri forsegling med den øvre endekomponent 12. Evakueringsrøret 16

er forbundet med et ikke vist evakueringsapparat, og et høy-vakuum frembringes i volumet 14 som inneholder pulveret for materialet til påsprutingsanordningen. Etter at det ønskete

høyvakuum er oppnådd, avstenges evakueringsrøret 16 f.eks ved sveising for å bibeholde det pulverinneholdende volum 14 i evakuert tilstand. Evakueringsrøret 16 er vist ført gjennom den øvre ende 12, men det er klart at plasseringen av dette rør ikke er av avgjørende betydning og at den spesielle plas-sering ikke utgjør noe viktig trekk ved oppfinnelsen. Beholderen kan selvfølgelig fylles med pulver og lukkes i et vakuumkammer, hvorved evakueringsrøret er overflødig.

Fig. 2 viser beholderen 17 etter at den er fyllt med pulver 18 og evakuert. Fig. 2 og de etterfølgende figurer viser tverrsnitt. Den evakuerte, pulverfyllte beholder 17 i fig. 2 er anbrakt i en ikke vist trykkbeholder og behandles under betingelser med høyere temperatur og trykk som er valgt slik at pulveret 18 komprimeres og bindes sammen til dannelse av et materiale som er stort sett uporøst. Under den isosta-. tiske varmpressing krymper den ytre metallbeholder og anpasser seg til det pakkete pulver som følge av trykkdifferansen. Ved avslutningen av den isostatiske varmpressing vil den ytre metallbeholder føye seg tett til det komprimerte pulver 19 og vil være metallurgisk bundet til dette. Beholderen 20 som er fyllt med isostatisk varmpresset pulver er vist i'fig. 1 og er som vist noe mindre enn beholderen i fig. 2. Etter den isostatiske varmpressing fjernes de deler av beholderen som omtrent svarer til den opprinnelige innervegg 10, den øvre ende 12 og

den nedre ende 13 på vilkårlig måte som kan omfatte bearbeidelse, sliping og kjemisk fjerning. Fig. 4 viser påsprutingsanordningen etter fjerningstrinnet. Et parti 21 av beholderen, som tilsvarer den opprinnelige yttervegg 11, bibeholdes på anordningens ytre omkrets og er som nevnt ovenfor metallurgisk bundet til anordningen og bevirker således god termisk og elektrisk kontakt mellom beholderresten og materialet i anordningen.

Deretter fremstilles en fluidumkjølekappe 22 som festes til beholderresten 21 slik som vist i fig. 5. Kjølekappen er i fig. 5 vist i skjematisk form og omfatter et innløpsrør 23

og et utløpsrør 24 som kan samvirke med et ytre fluidumforråd (ikke vist) for tilførsel og bortføring av fluidum, såsom vann, fra kjølekappen. Disse komponenter festes fortrinnsvis til inn-løpet 23 ved en sammenkoplingsmetode som vil frembringe en lekkasjefri skjøt. Fig. 5 viser sveiseskjøter 27. Detaljene i kjølekappen i fig. 5 er bare eksempler uten å være begrensende,

og fagfolk på området varmeoverføring innser lett at mange likn-ende kjølearrangementer vil kunne anvendes. Således kan f.eks. som vist i fig. 6 en metallrørspiral 26 forbindes med metall-komponenten 21 for uttrekking av varme.

Den beskrevne fremgangsmåte er blitt anvendt for fremstilling av sylindriske påsprutingsanordninger av materiale som benevnes MCrAlY, hvor M er Ni, Co, Fe og blandinger av disse. Den nominelle vektsammensetning av MCrAlY-materialene er angitt i tabell I nedenfor.

Disse materialer ble anvendt i form av pulver med en omtrent differanse på 0,043 mm, og de ble innkapslet i 6,3 5

mm tykt rustfritt stål av typen 3 04 for å frembringe en likn-ende anordning som den som er vist i figurene. Anordningens innerdiameter var ca. 3 5,56 cm, dens høyde ca. 25,4 cm og dens materialtykkelse ca. 2,54 cm. Det innkapslete pulver ble evakuert til et vakuum på ca. 0,133 Pa og ble isostatisk varmpresset ved en temperatur på 1149°C og et trykk på 1379 bar samt en total syklustid på 8 timer. Ved avslutningen av denne isostatiske varmpressing viste MCrAlY-pulveret seg å være fullstendig bundet og fullstendig tett. De ikke ønskete inner- og endepartier av rustfritt stål av beholderen ble fjernet ved bearbeidelse, og en egnet kjølekappe ble fremstilt ved fast-sveising på det rustfrie stålparti som omga anordningens omkrets. Den fremstilte anordning var uten sprekker, hadde homo-gen sammensetning og finkornet mikrostruktur. En således fremstilt anordning ble anvendt for påføring av et MCrAlY-belegg på forskjellige turbinblader.

Claims

1. Fremgangsmåte til fremstilling av en fluidumkjølt påsprutingsanordning, karakterisert ved a) at det anordnes en toroideformet beholder som er fremstilt av et duktilt metall, b) at beholderen fylles med et pulvermateriale hvis sammensetning tilsvarer sammensetningen til anordningen som skal fremstilles , c) at den fyllte beholder evakueres og forsegles slik at den pulverfyllte beholder holdes i en evakuert tilstand, d) at beholderen komprimeres isostatisk ved en høyere temperatur som er valgt slik at pulveret komprimeres og bindes til beholderen, e) at beholderen fjernes fra det komprimerte pulver-materialet med unntagelse av en rest om den ytre omkrets, samt f) at en kjøleanordning forbindes med resten om "den ytre omkrets.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at materialet i anordningen er jern, kobolt, nikkel, blandinger av disse, aluminium, krom eller yttrium.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at fluidumkjøleanordningen forbindes med beholderens ytteromkrets før den isostatiske pressing, og at kjøleanordningen er åpen mot det mediet for den isostatiske pressing.