PL181404B1

PL181404B1 - Sposób nakladania na metalowe elementy konstrukcyjne metalicznej warstwy adhezyjnej pod natryskiwane cieplnie ceramiczne warstwy termoizolacyjneoraz metaliczna warstwa adhezyjna PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL181404B1
Application number: PL96317298A
Authority: PL
Inventors: Reinhard Fried
Original assignee: Abb Research Ltd
Priority date: 1995-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 2001-07-31
Also published as: PL317298A1; EP0776985A1; CZ290920B6; JP3983323B2; DE59608498D1; ATE211185T1; DE19545025A1; JPH09176818A; CN1160088A; EP0776985B1; UA42001C2; CN1161489C; CZ346896A3; PL182552B1; US5894053A; CA2188614A1; CA2188614C; RU2209256C2

Abstract

1. Sposób nakladania na metalowe elementy konstrukcyjne metalicznej warstwy adhezyjnej pod natryskiwane cieplnie ceramiczne warstwy termoi- zolacyjne, w którym w pierwszym etapie powlekana powierzchnie oczyszcza sie, uzyskujac odtluszczona i nie zawierajaca tlenków powierzchnie metaliczna, znamienny tym, ze w drugim etapie na metaliczna po- wierzchnie podloza (2) elementu konstrukcyjnego (1) nanosi sie spoiwo (3), w trzecim etapie na spoiwo (3) naklada sie równomiernie metaliczny proszek adhezy- jny (4), w czwartym etapie na spoiwo (3) naklada sie równomiernie lut (5) w proszku, którego czastki sa mniejsze niz czastki proszku adhezyjnego (4), zas po wysuszeniu spoiwa (3) przeprowadza sie obróbke w postaci lutowania. 9. Metaliczna warstwa adhezyjna, znamienna tym, ze sklada sie ze zwilzajacej powierzchnie metalo- wego elementu konstrukcyjnego (1) warstwy lutu (5), w która wlutowane sa na stale kuliste lub kanciaste czastki proszku adhezyjnego (4). F i g . 4 PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób nakładania na metalowe elementy konstrukcyjne warstwy adhezyjnej pod natryskiwane cieplnie ceramiczne warstwy termoizolacyjne oraz metaliczna warstwa adhezyjna.

Metal i ceramika nie dają się w normalnych warunkach łączyć ze sobą z uwagi na różne współczynniki rozszerzalności cieplnej.

Znane rozwiązanie tego problemu polega na umieszczeniu pomiędzy łączonymi częściami ciągliwej warstwy pośredniej, która w sposób sprężysto-plastyczny kompensuje różnice rozszerzalności w różnych temperaturach (porównaj W. J. Brindley, R. A. Miller: „TBCs for better

181 404 engine efficiency”, Nasa Lewis Research Center Cleveland, Advanced Materials & Progress 8/1989, str. 29-33). Te warstwy pośrednie, nazywane warstwami adhezyjnymi, są nakładane zazwyczaj za pomocą znanej metody natrysku płomieniowego, plazmowego lub wybuchowego. Umożliwiają one metalurgiczno-mechaniczne związanie z metalowym elementem konstrukcyjnym i czysto mechaniczne związanie, natryskiwanej także metodątermiczną, warstwy ceramicznej z warstwą adhezyjną, przy czym połączenie to nie jest wyraźnie wrażliwe na udarowe obciążenia mechaniczne i szoki temperaturowe.

Ponieważ ceramiczne warstwy termoizolacyjne chronią powlekane metalowe elementy konstrukcyjne przed szkodliwymi naprężeniami cieplnymi, ciągłość tych powłok jest istotna ze względu na wymóg dotyczący wystarczającego okresu użytkowania elementów konstrukcyjnych. Powlekane w ten sposób elementy konstrukcyjne stosowane są zwłaszcza w dziedzinie techniki spalania, przykładowo na części komór spalania lub łopatki turbin gazowych.

Wada wytwarzanych dotychczas, metalowych warstw adhezyjnych pod ceramiczne warstwy termoizolacyjne (TBC) polega na tym, że mająone niewystarczającąchropowatość i tworzą w efekcie zbyt słabe połączenie kształtowe (podcięcia), tak że grubość ceramicznych warstw termoizolacyjnych jest ograniczona. Znane są warstwy o grubości od około 0,2 do 0,4 mm, przy czym najczęściej stosuje się grubość około 0,3 mm. Jeżeli warstwy sągrubsze, wówczas zachodzi niebezpieczeństwo ich szybkiego odpadania. Jeżeli z kolei sącieńsze, wówczas ich działanie termoizolacyjne szybko staje się nieskuteczne. Nowsze badania idą wprawdzie w kierunku natrysku grubszych warstw (około 0,6 mm), jednak nie osiąga się przy tym wymaganego połączenia kształtowego.

Chropowatość typowa dla znanych metalicznych warstw adhezyjnych (różnica pomiędzy wierzchołkiem i dolinąnierówności) wynosi około 30 pm. Warstw o większej chropowatości nie da się natryskiwać, ponieważ wymiary topionych cząstek proszku są, zależnie od metody nakładania powłoki (różne temperatury i prędkości natrysku), ograniczone do przedziału pomiędzy 10 do 50 pm, a płynne cząstki proszku ulęgają spłaszczeniu, padając na powierzchnię substratu (porównaj B. Heine: „Warstwy natryskiwane termicznie”, Metali, rocznik 49, 1/1995, str. 51-57).

Ograniczone sąrównież możliwości zwiększenia chropowatości poprzez piaskowanie lub zmianę parametrów natryskiwania płomieniowego. Tak na przykład zmniejszenie prędkości natrysku płomieniowego może wprawdzie doprowadzić do zwiększenia grubości warstwy ceramicznej typu TBC, jednak warstwa taka nie jest odporna na działanie szoku termicznego.

Wytaczanie lub frezowanie rowków w powlekanych powierzchniach, co opisuje B. Heine w wyżej wspomnianym artykule jako sposób poprawy przyczepności dla warstw grubszych niż 1 mm, sąmetodami kosztownymi, a w przypadku detali o skomplikowanej powierzchni trudnymi do realizacji.

Celem wynalazkujest wyeliminowanie opisanych wyżej wad poprzez opracowanie metalicznej warstwy adhezyjnej pod ceramiczne warstwy termoizolacyjne oraz sposobu jej nakładania na metalowe podłoże, który umożliwi późniejszy natrysk cieplny i mocowanie ceramicznych warstw termoizolacyjnych o większej grubości. Warstwy powinny przy tym wykazywać stabilną przyczepność i udamość.

Sposób nakładania na metalowe elementy konstrukcyjne metalicznej warstwy adhezyjnej pod natryskiwane cieplnie ceramiczne warstwy termoizolacyjne, w którym w pierwszym etapie powlekaną powierzchnię oczyszcza się, uzyskując odtłuszczoną i nie zawierającą tlenków powierzchnię metaliczną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w drugim etapie na metaliczną powierzchnię podłoża elementu konstrukcyjnego nanosi się spoiwo, w trzecim etapie na spoiwo nakłada się równomiernie metaliczny proszek adhezyjny, w czwartym etapie na spoiwo nakłada się równomiernie lut w proszku, którego cząstki sąmniejsze niż cząstki proszku adhezyjnego, zaś po wysuszeniu spoiwa przeprowadza się obróbkę w postaci lutowania.

Korzystnie, metaliczny proszek adhezyjny i lut w proszku miesza się intensywnie, a następnie mieszaninę tę nakłada się na metaliczną powierzchnię podłoża.

Korzystnie, proszek adhezyjny i lut w proszku stosuje się w proporcji 1:1.

181 404

Korzystnie, po lutowaniu na warstwę adhezyjnąnanosi się metodąnatryskową, zwłaszcza metodą natrysku plazmowego w atmosferze gazów ochronnych, cienką warstwę proszku adhezyjnego.

Korzystnie, jako lut stosuje się materiał tego samego rodzaju, co materiał podłoża.

Korzystnie, stosuje się luty nie zawierające boru lub zawierające jego niewielką ilość.

Korzystnie, wykonuje się lokalną naprawę elementu konstrukcyjnego lub powleka się nowy element konstrukcyjny.

Metaliczna warstwa adhezyjna na metalowych elementach konstrukcyjnych pod natryskiwane cieplnie, ceramiczne warstwy izolacyjne, według wynalazku charakteryzuje się tym, że składa się ze zwilżającej powierzchnię metalowego elementu konstrukcyjnego warstwy lutu, w którą wlutowane są na stałe kuliste lub kanciaste cząstki proszku adhezyjnego.

Korzystnie, metaliczna warstwa adhezyjna zawiera dodatkowo cienką, nałożonąnatryskowo, zwłaszcza metodą natrysku plazmowego w atmosferze gazów ochronnych, warstwę z materiału tego samego rodzaju, co proszek adhezyjny.

Korzystnie, wysokość cząstek proszku adhezyjnego odpowiada grubości natryskiwanej cieplnie, ceramicznej warstwy termoizolacyjnej.

Za pomocą sposobu według wynalazku wytwarza się warstwy adhezyjne, które są silnie chropowate w stosunku do warstw znanych ze stanu techniki. Przylutowane lub zapieczone cząstki proszku metalowego stanowią przy tym bardzo stabilne, kształtowe zakotwienie natryskiwanej warstwy typu TBC, co umożliwia wytwarzanie stosunkowo grubych, mających stabilną przyczepność, ceramicznych warstw termoizolacyjnych.

Intensywne mieszanie metalicznego proszku adhezyjnego i lutu w proszku, a następnie nałożenie tej mieszaniny na metaliczną powierzchnię podłoża, pozwala osiągnąć bardziej równomierny rozkład cząstek proszku, a ponadto skrócić czas trwania procesu.

Nałożenie po lutowaniu cienkiej warstwy proszku adhezyjnego na warstwę adhezyjną przeprowadzone metodą natrysku, zwłaszcza natrysku plazmowego w atmosferze gazów ochronnych, daje dodatkowo, poza zgrubnym zamocowaniem, możliwość dokładniejszego wczepienia, co powoduje dalszy wzrost przyczepności grubych warstw typu TBC w warunkach szoku termicznego.

Jeżeli jako lut stosuje się materiał tego samego rodzaju, co materiał podłoża, nie zawierający boru lub zawierający jego niewielką ilość, wówczas ogranicza się ewentualne powstawanie faz kruchych.

Metaliczna warstwa adhezyjna według wynalazku nadaje natryskiwanym cieplnie, ceramicznym warstwom termoizolacyjnym stabilnąprzyczepność, umożliwia zwiększenie grubości tych warstw i zapewnia dobre własności w warunkach ekstremalnych.

Jeżeli wysokość cząstek proszku adhezyjnego odpowiada grubości natryskiwanej cieplnie, ceramicznej warstwy termoizolacyjnej, wówczas warstwa jest praktycznie niewrażliwa na uderzenia, ponieważ są one przejmowane przez składniki metaliczne.

Przedmiot wynalazkuj est uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia powlekanąłopatkę kierującąw widoku perspektywicznym, fig. 2 - różne warstwy po nałożeniu w schematycznym przekroju, fig. 3 - różne warstwy po lutowaniu w schematycznym przekroju, fig. 4 - różne warstwy po natryskiwaniu płomieniowym ceramicznej warstwy termoizolacyjnej TBC w schematycznym przekroju, fig. 5 - różne warstwy po nałożeniu powłoki typu TBC i przyłożeniu bocznego nacisku, w schematycznym przekroju, fig. 6 - powlekanąpłytę termoizolacyjnąw widoku perspektywicznym, fig. 7 - różne warstwy po lutowaniu i natryskiwaniu płomieniowym warstwy adhezyjnej w schematycznym przekroju, fig. 8 - zgład próbki metalicznej z nalutowaną warstwą adhezyjną, przy czym na figurach rysunku ukazano jedynie elementy niezbędne dla zrozumienia istoty wynalazku.

Na figurze 1 przedstawionajest, jako przykład przeznaczonego do powlekania, metalowego elementy konstrukcyjnego 1, łopatka kierująca turbiny gazowej. Składa się ona z podłoża 2 (substratu), w tym przypadku stopu IN 939 o następującym składzie chemicznym: podstawowy składnik Ni; 22,5% Cr; 19,0% Co; 2,0% W; 1,0% Nb; 1,4% Ta; 3,7% Ti; 1,9% Al; 0,1% Zr;

181 404

0,01 % B; 0,15% C. Na powierzchniach, po których przepływa gaz, łopatka jest pokryta warstwą odpomąna korozję i utlenianie (MCrAlY, n przykład SV201473: podstawowy składnik Ni; 25% Cr; 5% Al; 2,5% Si; 0,5% Y; l%Ta). Poza tymłopatkatajest na krawędzi wlotowej, na ciśnieniowej stronie pióra i na ściankach kanałów pokryta, grubą na około 0,3 mm, ceramiczną warstwą termoizolacyjną.ze stabilizowanego itrem tlenku cyrkonu, o następującym składzie: podstawowy składnik ZrO₂ łącznie z 2,5% HfO₂; 7-9% Y2O3; <3% pozostałych składników.

Po czasie eksploatacji równym 25 000 godzin łopatka kierująca turbiny gazowej została skierowana do regeneracji. Stwierdzono przy tym, że w wyniku przeciążenia termicznego i erozji na krawędzi wlotowej pióra i na ściance kanału nie ma już warstwy termoizolacyjnej (porównaj zakreskowane obszary na fig. 1). Ponieważ łopatka nie wykazuje innych uszkodzeń, z uwagi na koszty nie zaplanowano nałożenia nowej powłoki, lecz jedynie częściową naprawę warstwy izolacyjnej. W związku z tym, że w opisanych wyżej miej scach warstwa TBC podlega szczególnym obciążeniom i erozji, należy nałożyć warstwę TBC nie tej samej grubości, lecz w miarę możliwości jak najgrubszą.

Zrealizowano to za pomocą sposobu według wynalazku, w którym warstwa TBC, jest związana z metalicznym podłożem 2 bardziej elastycznie w wyniku utworzenia obszaru przejściowego pomiędzy metalem i ceramiką przy użyciu specjalnej warstwy adhezyjnej.

Najpierw element konstrukcyjny 1 w postaci łopatki oczyszcza się z większych zanieczyszczeń (nagaru) w strumieniu pary wodnej. Następnie pozostałości przywartych nalotów usuwa się za pomocąmiękkiego piaskowania (na przykład drobnym proszkiem aluminium podawanym pod ciśnieniem 2x10⁵ N/m² z odległości 20 cm). Nie można przy tym zniszczyć istniejącej jeszcze ceramicznej warstwy termoizolacyjnej.

Teraz nie przeznaczone do powlekania części łopatki zakrywa się, na przykład szablonem blaszanym, zaś powierzchnie powlekane piaskuje się do czysta (na przykład drobnym węglikiem krzemu podawanym pod ciśnieniem 4x10⁵ N/m2 z odległości 40 mm), co powoduje usunięcie ewentualnych pozostałości TBC i tlenków.

Oczyszczone w ten sposób, metaliczne, czyste, odtłuszczone i wolne od tlenków powierzchnie są teraz powlekane za pomocą pędzla, gąbki lub sprayu cienką warstwą, typowego dla pasty lutowniczej, organicznego spoiwa 3, tak zwanego cementu. Następnie miejsca zwilżone spoiwem 3 posypuje się proszkiem adhezyjnym 4 typu NiA195/5 o wielkości cząstek od 100 do 200 pm, tak by na powierzchni ułożyły się w przybliżeniu wszystkie cząstki proszku adhezyjnego 4, których wielkość wynosi 0,5 mm. W ten sam sposób rozsypuje się o wiele drobniejszy lut 5 w proszku (średnica cząstek około 10-30 pm). Jako lut stosuje się stop NB 150 (podstawowy składnik Ni; 15% Cr; 3,5% B; 0,1% C) o temperaturze topnienia 1055°C i przedziale temperatur lutowania od 1065 do 1200°C. Korzystnejest przy tym stosowanie proszku adhezyjnego 4 i lutu 5 w proszku w przybliżeniu w równych proporcj ach, możnajednak również dobierać inne proporcje. Gęstość upakowania cząstek nie ma tutaj pierwszorzędnego znaczenia, ponieważ gęste upakowanie jest wprawdzie korzystne, jednak mniej gęste upakowanie cząstek jest również wystarczające.

Spoiwo 3 schnie w krótkim czasie (około 15 minut) i mocuje na stałe proszek adhezyjny 4 i lut 5 na podłożu 2. Na figurze 2 ukazane są schematycznie w przekroju różne warstwy po ich nałożeniu.

Powleczoną w ten sposób powierzchnię można teraz umieścić poziomo, pionowo lub „do góry nogami” w piecu lutowniczym. Lut 5 i proszek adhezyjny 4 pozostająw miejscu, w którym zostały naniesione, do momentu stopienia lutu i zwilżenia oraz zlutowania powierzchni podłoża i powierzchni cząstek proszku adhezyjnego. Lutowanie odbywa się w piecu próżniowym w następujących warunkach: ciśnienie 5x10- N/m2, temperatura 1080°C i czas wytrzymywania w piecu 15 minut.

Na figurze 3 ukazane są schematycznie w przekroju różne warstwy po procesie lutowania. Lut 5 zwilżył całkowicie naprawiane powierzchnie, a cząstki proszku adhezyjnego 4 zostały przylutowane na stałe. Powierzchnia ma wygląd metaliczny, matowy, srebrzyście połyskujący. Strefa dyfuzjijest bardzo mała, z uwagi na krótki czas i stosunkowo niskątemperaturę lutowania.

181 404

Po nałożeniu metalicznej warstwy adhezyjnej według wynalazku łopatkę zakrywa się ponownie szablonem i powleka, grubą na 0,5 mm, ceramiczną warstwą termoizolacyjną 6, w tym przypadku składającą się ze stabilizowanego wapniem tlenku cyrkonu (Meta-Ceram 28085), przy czym tlenek cyrkonu nakłada się znaną metodą natrysku płomieniowego.

Na figurze 4 ukazana jest schematycznie struktura warstw po natrysku płomieniowym.

Zamocowanie cząstek tlenku cyrkonu można przyrównać w przybliżeniu do zasady działania przycisków guzikowych. Tlenek cyrkonu ma wiele podcięć i jest zdolny do tworzenia mocnych połączeń kształtowych w porównaniu do typowej dotychczas geometrii połączeń adhezyjnych, które cechowała niewielka zdolność do tworzenia połączeń kształtowych. W związku z tym zakotwienie warstwy tlenku cyrkonu (TBC) na elemencie konstrukcyjnymjest bardzo stabilne. Do natryskiwania warstw TBC na warstwy adhezyjne według wynalazku nadaje się zatem, poza natryskiem plazmowym i wybuchowym, również natrysk płomieniowy. Ta ostatnia metoda jest o tyle korzystna, że można do niej stosować przenośne urządzenia do nakładania powłok.

Kolejna zaleta wynalazku polega na wysokiej odporności warstw na szok termiczny. Powlekany za pomocą opisanego wyżej sposobu element konstrukcyjny 1 jest następnie poddawany cyklom grzania w strumieniu gorących gazów (nagrzewanie z prędkością około 50 stopni/min, wytrzymywanie przez 2 minuty w temperaturze 1000°C, chłodzenie z prędkością 100 stopni/s do 50o°C). Nawret po 70 cyklach nie wystąpiło odrywanie warstwy.

Inna zaleta polega na znakomitych własnościach warstw TBC, natryskiwanych cieplnie na warstwę adhezyjną według wynalazku, w warunkach ekstremalnych. Przy obciążeniu udarowym lub nacisku bocznym warstwa ceramiczna 6, a zatem w tym przypadku tlenek cyrkonu, odpada jedynie powyżej proszku adhezyjnego 4. Pomiędzy cząstkami proszku adhezyjnego 4 warstwa TBC 6 nie odpada dzięki istnieniu silnego połączenia kształtowego, w związku z czym pozostająca ceramiczna warstwa termoizolacyjna 6 ma grubość równą co najmniej grubości cząstek proszku adhezyjnego 4 (około 200 pm). Jest to przedstawione schematycznie na fig. 5. Rezultat ten pozwala założyć, że zarówno krawędź wlotowa, jak też ścianka kanału naprawionej łopatki mogąbyć zabezpieczone przed odpadaniem warstwy termoizolacyjnej w dłuższym okresie niż obszary, w których istnieje cieńsza i słabiej zakotwiona, pierwotna warstwa termoizolacyjna. Ten przykład wykonania potwierdza generalnąprzydatność zgrubnie lutowanych warstw adhezyjnych do nakładania natryskiwanych cieplnie warstw termoizolacyjnych. Przy użyciu materiałów łączonych należy zwrócić uwagę na to, aby odporność proszku adhezyjnego, lutu i warstwy adhezyjnej na utlenianie i korozję były w miarę możliwości większe niż odpowiednie wartości dla podłoża.

Na figurach 6 i 7 przedstawionyjest drugi przykład wykonania wynalazku. Figura 6 ukazuje w widoku perspektywicznym płytę termoizolacyjną do prowadzenia gorących gazów, którą, jako nową należy pokryć jak najgrubszą, natryskiwaną cieplnie warstwątermoizolacyjną. Płyta termoizolacyjna jest wykonana ze stopu MAR M 247 o następującym składzie chemicznym: podstawowy składnik Ni, 8,2-8,9% Cr; 9,7-10,2% Co; 0,6-0,8% Mo; 9,8-10,2% W; 2,9-3,1% Ta;

5,4-5,6% Al; 0,8-1,2% Ti; 1,0-1,6% Hf; 0,14-0,16% C).

Opisany element konstrukcyjny 1 w postaci płyty piaskuje się najpierw przy użyciu węglika krzemu o stosunkowo grubym ziarnie (średnica cząstek poniżej 200 pm). Następnie przeznaczoną do powlekania powierzchnię pokrywa się, na przykład za pomocąpędzla, cienkąwarstwą organicznego spoiwa. Powlekana płyta termoizolacyjna, która w przykładzie wykonania stanowi element konstrukcyjny 1, jest poruszana tam i z powrotem pod urządzeniem do nasypywania gruboziarnistego kulistego proszku adhezyjnego 4 (SV 20 14 73- o następującym składzie chemicznym; podstawowy składnik Ni; 25% Cr; 5% Al; 2,5% Si; 0,5% Y; 1% Ta) o średnicy ziarna odl50do300 pm, dopóki na warstwie spoiwa nie nastąpi równomierne rozłożenie proszku adhezyjnego 4 o bardzo wysokiej odporności na korozje. W środku poszczególne cząstki proszku powinny znajdować się względem siebie w odległości od 0,3 do 0,6 mm. Elektrostatyczne naładowanie umożliwia wzajemne stykanie się kilku cząstek proszku adhezyjnego 4, co jednak nie ma negatywnego wpływu na ich funkcjonowanie. Jako łut stosuje się stop o nazwie Amdry Alloy DF 5, który dodatkowo, poza wysoka zawartością Cr, charakteryzuje się również wysoką

181 404 zawartością Al przy nieco zmniejszonej zawartości B. Dokładny skład jest następujący: podstawowy składnikNi; 13% Cr; 3% Ta; 4% Al; 2,7%B; 0,02% Y. Lut 5 rozkłada się także równomiernie na przeznaczonej do lutowania powierzchni za pomocą urządzenia nasypującego. Możliwe jest również zmieszanie proszku adhezyjnego 4 z lutem 5 i nałożenie mieszaniny, w ramach jednej operacji, na powierzchnię pokrytą cementowym spoiwem.

Lutowanie odbywa się w piecu próżniowym w temperaturze 1100°C i czasie 15 minut. Przed następującym później natryskiem plazmowym warstwy termoizolacyjnej 6 w atmosferze powietrza, za pomocąnatrysku plazmowego w atmosferze gazów ochronnych nakłada się cienką warstwę 7 (około 50 pm) stopu 20 14 73. Poza możliwością zgrubnego zakotwienia (podobnie jak w pierwszym przykładzie wykonania) powoduj e to dodatkowo dokładne wzajemne wczepienie warstw, czego efektem jest dalszy wzrost przyczepności grubych warstw TBC w warunkach szoku termicznego.

Na figurze 7 ukazane jest schematycznie ukształtowanie tych warstw.

Następnie, za pomocą znanej metody natrysku plazmowego w atmosferze powietrza, jako warstwę TBC 6 natryskuje się, stabilizowaną litem, warstwę tlenku cyrkonu o grubości

1,5 mm.

Powleczony w ten sposób element konstrukcyjny okazał się niewrażliwy na szok termiczny w warunkach testu przeprowadzonego w złożu piaskowym (od 1000°C do temperatury otoczenia).

Po dłuższym okresie użytkowania warstwa lutu pomiędzy dużymi cząstkami proszku adhezyjnego ulega wprawdzie w pewnym stopniu korozji, jednak nośną cześć szyjki lutu nie zostaje uszkodzona w znaczący sposób.

W czwartym przykładzie wykonania należy również chłodzoną łopatkę kierującą ze stopu CM 247 LC DS pokryć warstwą termoizolacyjną. Jako lut 5 do zamocowania gruboziarnistych cząstek proszku adhezyjnego 4, na który zastosowano ProXon 21031, użyto tego samego typu proszku CM 247 z dodatkiem 6% Cr; 3% Si; 2% Al i 0,5% B. Nakładanie warstwy odbywa się w sposób analogiczny do poprzednio opisanych, to znaczy na cienkąwarstwę cementowego spoiwa 3 nasypuje się proszek adhezyjny 4 o wielkości cząstek od około 150 do 200 pm, a na to wystarczającą ilość lutu 5 w proszku. Następnie łopatkę poddaje się obróbce cieplnej, w której podłoże 2 jest wyżarzane rozpuszczająco, a lut 5 podlega częściowemu stopieniu. Zachodzi przy tym zarówno rozpuszczanie fazy y' w podłożu 2, jak też tworzenie drobnoziarnistej fazy y' w warstwie lutu, która w tym przykładzie wykonania jest nakładana grubiej i tworzy warstwę, chroniącą przed utlenianiem i korozją, o grubości około 65 pm. Na tak przygotowaną powierzchnię roboczej strony profilu i ścianek kanału łopatki nakłada się teraz, przy użyciu znanej metody natrysku plazmowego w atmosferze gazów ochronnych, stabilizowaną litem, termoizolacyjną warstwę tlenku cyrkonu o grubości około 0,5 do 0,6 mm.

Testy przeprowadzone w warunkach szoku termicznego pozwoliły stwierdzić, że zamocowana sposobem według wynalazku warstwa termoizolacyjna ma lepsze własności niż warstwa wytworzona konwencjonalnie. Nawet jeżeli z jakiejkolwiek przyczyny nastąpi oderwanie fragmentu warstwy TBC, warstwa ta pozostaje pomiędzy cząstkami proszku adhezyjnego i zapewnia dobre własności w warunkach ekstremalnych. Jeżeli natomiast warstwa TBC odpadnie z łopatki, obrobionej metodą konwencjonalną. wówczas na podłożu pozostająjedynie minimalne resztki, które w żadnym wypadku nie wykazują własności termoizolacyjnych. Poza tym korzystne okazało się stosowanie lutów, nie zawierających boru lub zawierająjychjedynie niewielkie jego ilości, ponieważ praktycznie nie jest możliwe powstawanie borków wolframu, stanowiących kruchą fazę.

Na figurze 8 ukazany jest zgład płytki pokrytej warstwą adhezyjną według wynalazku. Podłoże 2 stanowi stop MAR M 247, jako lut 5 zastosowano NB 150, zaś cząstki proszku adhezyjnego 4 składają się z NiA195/5.

181 404

Fig. 2

Fig. 4

4

Fig. 5

181 404

Fig. 8

181 404

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób nakładania na metalowe elementy konstrukcyjne metalicznej warstwy adhezyjnej pod natryskiwane cieplnie ceramiczne warstwy termoizolacyjne, w którym w pierwszym etapie powlekaną powierzchnię oczyszcza się, uzyskując odtłuszczoną i nie zawierającą tlenków powierzchnię metaliczną, znamienny tym, że w drugim etapie na metaliczną powierzchnię podłoża (2) elementu konstrukcyjnego (1) nanosi się spoiwo (3), w trzecim etapie na spoiwo (3) nakłada się równomiernie metaliczny proszek adhezyjny (4), w czwartym etapie na spoiwo (3) nakłada się równomiernie lut (5) w proszku, którego cząstki są mniejsze niż cząstki proszku adhezyjnego (4), zaś po wysuszeniu spoiwa (3) przeprowadza się obróbkę w postaci lutowania.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metaliczny proszek adhezyjny (4) i lut (5) w proszku miesza się intensywnie, a następnie mieszaninę tę nakłada się na metalicznąpowierzchnię podłoża (2).
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że proszek adhezyjny (4) i lut (5) w proszku stosuje się w proporcji 1:1.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po lutowaniu na warstwę adhezyjnąnanosi się metodą natryskową, zwłaszcza metodą natrysku plazmowego w atmosferze gazów ochronnych, cienką warstwę (7) proszku adhezyjnego (4).
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako lut (5) stosuje się materiał tego samego rodzaju, co materiał podłoża (2).
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się luty (5) nie zawierające boru lub zawierające jego niewielką ilość.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wykonuje się lokalną naprawę elementu konstrukcyjnego (1).
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powleka się nowy element konstrukcyjny (1).
9. Metaliczna warstwa adhezyjna, znamienna tym, że składa się ze zwilżającej powierzchnię metalowego elementu konstrukcyjnego (1) warstwy lutu (5), w którąwlutowane sąna stałe kuliste lub kanciaste cząstki proszku adhezyjnego (4).
10. Metaliczna warstwa adhezyjna według zastrz. 9, znamienna tym, że zawiera dodatkowo cienkąwarstwę (7) natryskiwoiąz materiału tego samego rodzaju, co proszek adhezyjny (4).
11. Metaliczna warstwa adhezyjna według zastrz. 9, albo 10, znamienna tym, że wysokość cząstek proszku adhezyjnego (4) odpowiada grubości natryskiwanej cieplnie, ceramicznej warstwy termoizolacyjnej (6).

* * *