PL198012B1

PL198012B1 - Sposób wytwarzania powłoki zawierającej aluminium i zastosowanie sposobu

Info

Publication number: PL198012B1
Application number: PL349180A
Authority: PL
Inventors: Jeffrey Allan Pfaendtner; Joseph David Rigney; Nripendra Nath Das; Michael James Weimer; John Lewis Lackman
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2008-05-30
Also published as: DE60132740T3; US6497920B1; JP2002194561A; CN1343799A; DE60132740T2; EP1186680A2; DE60132740D1; JP4927273B2; CN100392150C; SG103310A1; BR0103931A; EP1186680B1; PL349180A1; EP1186680B2; BR0103931B1; EP1186680A3

Abstract

1. Sposób wytwarzania pow loki zawieraj acej aluminium, polegaj acy na tym, ze przygotowuje sie przedmiot z powierzchni a do pokrycia i zawiesin e pokrywaj ac a, która zawiera mieszanin e sk ladni- ka no snikowego z wod a i srodkiem zeluj acym, zród lo aluminium i dyspergator tlenkowy, po czym na- k lada si e zawiesin e pokrywaj ac a na powierzchni e przedmiotu i suszy si e zawiesin e pokrywaj ac a na powierzchni przedmiotu usuwaj ac z niej wod e, a nast epnie nagrzewa si e powierzchni e przedmiotu z wysuszon a zawiesin a pokrywaj ac a na niej do utworzenia pow loki aluminiowej po laczonej z po- wierzchni a przedmiotu, znamienny tym, ze jako srodek zeluj acy do zawiesiny pokrywaj acej dodaje sie nieorganiczny srodek zeluj acy. PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania powłoki zawierającej aluminium i zastosowanie sposobu. Wynalazek dotyczy w szczególności osadzania powłoki przy użyciu mieszaniny zawiesinowej zawierającej aluminium na wewnętrzną powierzchnię łopatki silnika turbogazowego.

W silnikach turbogazowych (odrzutowych) samolotów powietrze jest wcią gane do przedniej części silnika, sprężane przez zamontowaną na wale sprężarkę i mieszane z paliwem. Mieszanina jest spalana, a gorące gazy spalinowe przechodzą przez turbinę zamontowaną na tym samym wale. Przepływ gazów spalinowych obraca turbinę poprzez uderzanie o część płata łopatek turbiny, co z kolei obraca wał i zapewnia napędzanie sprężarki i wentylatora. W bardziej skomplikowanej wersji silnika turbogazowego, sprężarka i turbina wysokoprężna są zamontowane na wale, a wentylator i turbina niskoprężna są zamontowane na oddzielnym wale. W każdym przypadku, gorące gazy spalinowe przepływają z powrotem do silnika napędzając go i samolot do przodu.

Im bardziej gorące są gazy spalinowe, tym bardziej wydajne jest działanie silnika odrzutowego. Jest więc zalecane zwiększanie temperatury gazów spalinowych. Maksymalna temperatura gazów spalinowych jest zwykle ograniczona przez materiały stosowane do wytworzenia łopatek turbiny i płatów łopatek turbiny, o które uderzają gorące gazy spalinowe. W obecnych silnikach, łopatki turbiny są wykonane z nadstopów na bazie niklu i mogą pracować w temperaturach do około 1037-1177°C.

Podejmowano wiele prób w celu zwiększenia granicy temperatur pracy części płatowej łopatek turbin do ich obecnego poziomu. Na przykład, ulepszano skład i obróbkę samych materiałów podstawowych, a także ulepszano techniki krzepnięcia, aby wykorzystać struktury zorientowanych ziaren i struktury o pojedynczych ziarnach.

Może także być zastosowane chłodzenie fizyczne. W jednym sposobie, zastosowano wewnętrzne kanały chłodzące we wnętrzu płata turbiny. Powietrze jest wtłaczane do kanałów chłodzących i wychodzi przez otwory na zewnętrznej powierzchni płata, odprowadzając ciepło z wnętrza płata i, w pewnych przypadkach, zapewniając ochronną warstwę chłodzącego powietrza na powierzchni płata.

Znany jest sposób zabezpieczania powierzchni wewnętrznych kanałów chłodzących dyfuzyjną powłoką aluminiową, którą utlenia się do ochronnej powłoki tlenku aluminium, i która zapobiega dalszemu utlenieniu powierzchni wewnętrznej. Znanych jest wiele sposobów nakładania wewnętrznej dyfuzyjnej powłoki z tlenku aluminium, włącznie z chemicznym osadzaniem z fazy gazowej, aluminiowaniem z fazy gazowej, aluminiowaniem w fazie parowej i sposobami proszkowymi. Te sposoby mają taką wadę, że przy ich zastosowaniu pokrywa się także inne odsłonięte powierzchnie. Powierzchnie, które nie mają być pokryte są chronione poprzez osłanianie, ale osłanianie nie jest w wielu wypadkach praktyczne.

W innych sposobach, stosuje się na wewnętrznych powierzchniach zawiesinę pokrywającą zawierającą jako bazę aluminium i inne składniki. Pokrywająca zawiesina reaguje chemicznie osadzając aluminium na wewnętrznej powierzchni. Pokrywająca zawiesina ma tę wadę, że zasięg przestrzenny powłoki zawierającej aluminium może być ograniczony w pewnych obszarach takich, jak powierzchnie wewnętrzne. Jednak, znane sposoby pokrywania za pomocą zawiesiny mają tę wadę, że mogą pozostawiać niepożądane zanieczyszczenia na łopatkach w postaci produktów ubocznych rozkładu.

Istnieje więc potrzeba ulepszenia sposobu osadzania powłok zawierających aluminium na szczególnych obszarach, zwłaszcza wewnętrznych powierzchniach przedmiotów takich, jak łopatki turbin gazowych. Obecny wynalazek spełnia tę potrzebę i zapewnia odpowiednie korzyści.

Według wynalazku, sposób wytwarzania powłoki zawierającej aluminium, polegający na tym, że przygotowuje się przedmiot z powierzchnią do pokrycia i zawiesinę pokrywającą, która zawiera mieszaninę składnika nośnikowego z wodą i środkiem żelującym, źródło aluminium i dyspergator tlenkowy, po czym nakłada się zawiesinę pokrywającą na powierzchnię przedmiotu i suszy się zawiesinę pokrywającą na powierzchni przedmiotu usuwając z niej wodę, a następnie nagrzewa się powierzchnię przedmiotu z wysuszoną zawiesiną pokrywającą na niej do utworzenia powłoki aluminiowej połączonej z powierzchnią przedmiotu, charakteryzuje się tym, że jako środek żelujący do zawiesiny pokrywającej dodaje się nieorganiczny środek żelujący.

Korzystnie do zawiesiny pokrywającej dodaje się halogenkowy aktywator.

Korzystnie źródło aluminium w zawiesinie pokrywającej stanowi od około 1 do około 50% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego, przy czym halogenkowy aktywator stanowi od około 0,5 do około 10% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego, a dyspergator tlenkowy stanowi od

PL 198 012 B1 około 50 do około 99% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego.

Po nagrzewaniu zawiesiny pokrywającej korzystnie usuwa się nadmiar materiału pokrywającego z powierzchni przedmiotu.

Korzystnie, zawiesinę pokrywającą nakłada się poprzez wtryskiwanie zawiesiny do wewnętrznych kanałów przedmiotu.

Podczas suszenia zawiesiny pokrywającej korzystnie ogrzewa się ją na powierzchni przedmiotu do temperatury od 82°C do 510°C w powietrzu w czasie od 2 do 48 godzin.

Korzystnie nagrzewa się powierzchnię przedmiotu z wysuszoną zawiesiną pokrywającą na niej do temperatury od około 926°C do około 1149°C przez czas od około 1 do około 16 godzin w atmosferze obojętnej lub redukującej.

Korzystnie zawiesinę pokrywającą nakłada się na powierzchnię wewnętrznego kanału przedmiotu.

Korzystnie, jako nieorganiczny środek żelujący stosuje się glinę, a zwłaszcza glinę montmorilonitową.

Jako nieorganiczny środek żelujący można stosować także glinę wybraną z grupy obejmującej glinę hektorytową i glinę bentonitową oraz ich mieszaniny.

Źródło aluminium w zawiesinie pokrywającej korzystnie stanowi substancja wybrana z grupy obejmującej aluminium, stop chromowo-aluminiowy, stop kobaltowo-aluminiowy, stop tytanowo-aluminiowy, stop żelazowo-aluminiowy, stop wanadowo-aluminiowy, stop aluminiowo-magnezowy i ich mieszaniny.

Korzystnie w zawiesinie pokrywającej halogenkowy aktywator jest wybrany z grupy obejmującej AlF3, NH4F, AlCl3, CrCl2, NaCl, FeCl3, CrF2, CrF3 lub ich mieszaniny.

W zawiesinie pokrywającej dyspergator tlenkowy korzystnie jest dobrany z grupy obejmują cej tlenek aluminium, tlenek itru, tlenek cyrkonu, tlenek chromu i tlenek hafnu oraz ich mieszaniny.

Nieorganiczny środek żelujący stanowi korzystnie od około 1 do około 6% wagowych całkowitej wagi wody i nieorganicznego środka żelującego.

W mieszaninie pokrywają cej ź ródło aluminium, halogenkowy aktywator i dyspergator tlenkowy łącznie mogą stanowić od około 30 do około 70% wagowych mieszaniny składnika nośnikowego, źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego.

Zawiesinę pokrywającą korzystnie nakłada się na płat turbiny gazowej oraz wytwarza się powłokę aluminiową o grubości od 12,7 μm do około 127 μm.

Sposób określony uprzednio jest zastosowany do wytwarzania powłoki zawierającej aluminium przy użyciu zawiesiny na powierzchni wewnętrznego kanału w płacie turbiny gazowej.

Sposób wytwarzania powłoki zawierającej aluminium przy użyciu zawiesiny, polega na tym, że przygotowuje się przedmiot z powierzchnią do pokrycia i zawiesinę pokrywającą, która zawiera mieszaninę zawierającą składnik nośnikowy zawierający wodę i nieorganiczny środek żelujący, źródło aluminium i dyspergator tlenkowy. Po czym nakłada się zawiesinę pokrywającą na powierzchnię przedmiotu i suszy się zawiesinę pokrywającą na powierzchni przedmiotu usuwając z niej wodę. Następnie nagrzewa się powierzchnię przedmiotu z wysuszoną zawiesiną pokrywającą na niej do utworzenia powłoki aluminiowej połączonej z powierzchnią przedmiotu.

Stosuje się zawiesinę pokrywającą zawierającą halogenkowy aktywator. Źródło aluminium stanowi od około 1 do około 50% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego, przy czym halogenkowy aktywator stanowi od około 0,5 do około 10% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego, a dyspergator tlenkowy stanowi od około 50 do około 99% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego.

Po nagrzewaniu zawiesiny pokrywającej usuwa się nadmiar materiału pokrywającego z powierzchni przedmiotu.

Zawiesinę pokrywającą nakłada się poprzez wtryskiwanie zawiesiny do wewnętrznych kanałów przedmiotu.

Podczas suszenia ogrzewa się zawiesinę pokrywającą na powierzchni przedmiotu do temperatury od 82°C do 510°C w powietrzu w czasie od 2 do 48 godzin.

Nagrzewa się powierzchnię przedmiotu z wysuszoną zawiesiną pokrywającą na niej do temperatury od około 926°C do około 1149°C przez czas od około 1 do około 16 godzin w atmosferze obojętnej lub redukującej.

Zawiesinę pokrywającą nakłada się na powierzchnię wewnętrznego kanału przedmiotu, korzystnie przedmiotu będącego płatem turbiny gazowej.

PL 198 012 B1

Jako nieorganiczny środek żelujący stosuje się glinę, korzystnie glinę montmorilonitową lub glinę hektorytową i glinę bentonitową oraz ich mieszaniny.

Źródło aluminium jest wybrane z grupy obejmującej aluminium, stop chromowo-aluminiowy, stop kobaltowo-aluminiowy, stop tytanowo-aluminiowy, stop żelazowo-aluminiowy, stop wanadowo-aluminiowy, stop aluminiowo-magnezowy i ich mieszaniny.

Halogenkowy aktywator jest wybrany z grupy obejmującej AlF3, NH4F, AlCl3, CrCl2, NaCl, FeCl3, CrF2, CrF3 lub ich mieszaniny. Dyspergator tlenkowy jest dobrany z grupy obejmującej tlenek aluminium, tlenek itru, tlenek cyrkonu, tlenek chromu i tlenek hafnu oraz ich mieszaniny.

Nieorganiczny środek żelujący stanowi od około 1 do około 6% wagowych całkowitej wagi wody i nieorganicznego ś rodka żelującego. Źródło aluminium halogenkowy aktywator i dyspergator tlenkowy łącznie stanowią od około 30 do około 70% wagowych mieszaniny składnika nośnikowego, źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego.

Zawiesinę pokrywającą nakłada się korzystnie na płat turbiny gazowej.

Wytwarza się powłokę aluminiową o grubości od 12,7 μm do około 127 μm.

Korzystnie, źródłem aluminium jest stop kobaltowo-aluminiowy zawierający około 50% wagowych kobaltu, reszta aluminium, występujący w ilości od około 28% do około 35% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, aktywatora halogenkowego i dyspergatora tlenkowego. Korzystnie, także źródłem aluminium jest AlF3, występujący w ilości od około 4% do około 6% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, aktywatora halogenkowego i dyspergatora tlenkowego. Nieorganiczny środek żelujący jest zawarty w ilości od około 1 do około 6% wagowych wody i nieorganicznego środka żelującego. Źródło aluminium, aktywator halogenkowy i dyspergator tlenkowy razem stanowią od około 30 do około 70% wagowych mieszaniny składnika nośnikowego, źródła aluminium, aktywatora halogenkowego i dyspergatora tlenkowego.

W innej odmianie, sposób wytwarzania powłoki zawierającej aluminium przy użyciu zawiesiny, polega na tym, że przygotowuje się płat turbiny gazowej mający wewnętrzny kanał z powierzchnią do pokrycia i zawiesinę pokrywającą, która zawiera mieszaninę składnika nośnikowego zawierającego składnik nośnikowy z wodą i gliną wybraną z grupy obejmującej glinę hektorytową i bentonitową oraz jej mieszaniny, źródło aluminium, halogenkowy aktywator i dyspergator tlenkowy. Po czym nakłada się zawiesinę pokrywającą na wewnętrzny kanał płata turbiny gazowej i suszy się zawiesinę pokrywającą w wewnętrznym kanale płata turbiny gazowej usuwając z niej wodę, a następnie nagrzewa się wewnętrzny kanał płata turbiny gazowej z wysuszoną zawiesiną pokrywającą na niej do utworzenia powłoki aluminiowej połączonej z powierzchnią wewnętrznego kanału płata turbiny gazowej i usuwa się nadmiar materiału pokrywającego z wewnętrznego kanału płata turbiny gazowej.

Sposób według wynalazku zapewnia wytwarzanie powłoki aluminiowej przy użyciu zawiesiny, i jest szczególnie przydatny do pokrywania wewnętrznych powierzchni przedmiotów, takich jak wewnętrzne powierzchnie kanałów w płatach łopatek turbin gazowych. Sposób umożliwia także usuwanie nadmiaru pozostałego materiału z powierzchni po procesie nakładania powłoki.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia łopatkę turbiny w widoku perspektywicznym, fig. 2 - fragment przekroju wzdłużnego łopatki turbiny z fig. 1, wzdłuż linii 2-2, a fig. 3 - schemat blokowy procesu pokrywania łopatki turbiny gazowej.

Na fig. 1 przedstawiono element składowy silnika turbogazowego, taki jak łopatka 20 turbiny. Łopatka 20 turbiny jest ukształtowana z dowolnego odpowiedniego materiału, ale korzystnie z nadstopu na bazie niklu. Łopatka 20 turbiny zawiera płat 22, na który jest kierowany przepływ gazów spalinowych. (Łopatka turbiny ma podobny wygląd jak odnośny płat, ale zwykle zawiera inną konstrukcję końca do podpierania płata). Łopatka 20 turbiny jest zamontowana do tarczy wirnika turbiny (nie pokazana) za pomocą wczepu płetwiastego 24, który rozciąga się do dołu od płata 22 i jest sprzęgnięty w szczelinie na tarczy wirnika turbiny. Od obszaru, gdzie płat 22 jest połączony z wczepem płetwiastym 24 wystaje wzdłużnie na zewnątrz płyta 26. Przez wnętrze płata 22 przechodzi pewna liczba wewnętrznych kanałów, kończących się otworami 28 na powierzchni płata 22. Podczas pracy, przez wewnętrzne kanały jest kierowany przepływ chłodzącego powietrza w celu obniżenia temperatury płata 22. Płat 22 ma stopkę 30 w pobliżu wczepu płetwiastego 24, a na końcu przeciwny do wczepu płetwiastego 24 ma końcówkę 32.

Figura 2 ukazuje przekrój wzdłużny płata 22, z pokazaniem jednego z wewnętrznych kanałów 34 rozciągających się we wnętrzu płata 22. Wewnętrzny kanał 34 ma powierzchnię wewnętrzną 36, a metalowa część płata 22 ma powierzchnię zewnętrzną 38.

PL 198 012 B1

Na powierzchni wewnętrznej 36 kanału 34 jest ochronna warstwa 40 dyfuzyjnych aluminków. Na powierzchni wewnętrznej 36 są utworzone, dyfuzyjne aluminki poprzez osadzanie powłoki zawierającej aluminium, przy czym korpus płata 22 służy jako podłoże 42. Aluminium dyfunduje z materiałem podłoża 42 tworząc ochronną dyfuzyjną warstwę aluminkową 40 wzbogaconą w aluminium, leżącą pod powierzchnią wewnętrzną 36. Dyfuzyjna ochronna warstwa aluminkowa 40 ma skład o zawartości aluminium wyższej w pobliżu powierzchni wewnętrznej i o zmniejszającej się zawartości aluminium ze wzrostem odległości w głąb podłoża 42 od powierzchni wewnętrznej 36. Dyfuzyjna ochronna warstwa aluminkowa 40 ma grubość zwykle od około 12,7 μm do około 127 μm. Po poddaniu działaniu w atmosferze utleniającej w wysokiej temperaturze, warstwa wzbogacona w aluminium na powierzchni wewnętrznej 36 utlenia się tworząc dobrze przywierającą ochronną warstwę tlenku aluminium (Al2O3) na powierzchni wewnętrznej 36, zapobiegając i spowalniając dalsze niszczenie wskutek utleniania. Reagujące i szlachetne pierwiastki modyfikujące aluminium, takie jak w hafn, cyrkon, itr, krzem, tytan, tantal, wolfram, molibden, ren, ruten, kobalt, chrom, platyna i pallad oraz ich kombinacje korzystnie są obecne w dyfuzyjnej ochronnej warstwie aluminkowej 40. Pokrywająca powłoka, taka, jak omówiona dalej nałożona na powierzchnię zewnętrzną 38 płata, nie jest stosowana na powierzchnię wewnętrzną 36.

Powierzchnia zewnętrzna 38 płata korzystnie jest także zabezpieczona i na fig. 2 przedstawiono przykład takiej ochrony. Na powierzchni zewnętrznej jest nałożona kontaktująca się z nią powłoka ochronna 44. Powłoka ochronna 44 ma warstwę ochronną 46 nałożoną i stykającą się z powierzchnią zewnętrzną 38 płata. Warstwa ochronna 46 jest korzystnie ukształtowana z dyfuzyjnych aluminków lub poprzez nałożenie kompozycji. Dyfuzyjne aluminki mogą być typu omówionego wcześniej lub zmodyfikowanym dyfuzyjnym aluminkiem, takim jak aluminek platyny. Takie powłoki są znane w stanie techniki dla zewnętrznych warstw ochronnych 46. Pokrywającą warstwa zabezpieczająca jest korzystnie typu MCrAlX. Termin „MCrAlX jest terminem określającym w stanie techniki różne rodziny pokrywających warstw ochronnych 46, które mogą być zastosowane jako powłoki kontaktujące się z otoczeniem lub powłoki łączące. W tym i w innych wzorach M odnosi się do niklu, kobaltu, żelaza i ich kombinacji. W niektórych z tych powłok ochronnych, chrom może być pominięty. X oznacza pierwiastki takie, jak hafn, cyrkon, itr, tantal, ren, ruten, pallad, platynę, krzem, tytan, bor, węgiel i ich kombinacje. Poszczególne związki są znane w stanie techniki. Warstwa ochronna 46 ma grubość od około 12,7 do około 254 (im. Takie warstwy zabezpieczające 46 są ogólnie znane w stanie techniki.

Opcjonalnie, na warstwie ochronnej 46 jest nałożona i styka się z nią warstwa ceramiczna 48. Warstwa ceramiczna 48 jest korzystnie tlenkiem cyrkonu stabilizowanym itrem, który jest tlenkiem cyrkonu zawierającym od około 2 do około 12 procent wagowych, korzystnie od około 3 do około 8 procent wagowych, tlenku itru. Warstwa ceramiczna 48 ma grubość zwykle od około 76,2 μm do około 254 μm. Inne ceramiczne materiały mogą być także zastosowane. W przypadku niewystępowania warstwy ceramicznej 48, warstwa ochronna 46 jest nazywana „powloką ochronną”. W przypadku występowania warstwy ceramicznej 48, warstwa ochronna jest nazywana „powłoką łączącą.

Na fig. 3 przedstawiono schemat realizacji obecnego sposobu. W etapie 60 dostarcza się przedmiot, w tym przypadku płat 22, na przykład łopatki 20 turbiny.

W etapie przygotowania 62 wytwarza się zawiesinę pokrywającą. Zawiesina pokrywająca zawiera składnik nośnikowy i mieszaninę proszków. Składnik nośnikowy obejmuje wodę i nieorganiczny środek żelujący. Małe ilości całkowicie parującego organicznego związku, takiego jak alkohol, mogą być domieszane do wody ułatwiając odparowanie wody w późniejszym etapie. Nieorganicznym środkiem żelującym jest korzystnie pęczniejąca glina, bardziej korzystnie montmorylonitowa glina, a najkorzystniej hektorytowa glina lub bentonitowa glina. Hektorytowa glina jest najbardziej wydajnym środkiem żelującym, ponieważ absorbuje wodę do około 24 wielokrotności jej początkowej wagi i jest lepsza niż glina bentonitowa, która absorbuje wodę do około 16 wielokrotności jej początkowej wagi. Glina hektorytowa jest gliną NaMgLi-krzemową, z cząstkami zwykle w postaci podłużnych pastylek, które mają wymiary około 0,8 na około 0,08, na około 0,001 μm. Najbardziej korzystna glina według obecnego wynalazku jest glina Bentone® AD, która jest gliną hektorytową dostępną z Rheox, Inc. Hightstown, NJ. Glina Bentone® AM, również dostępna z Rheox, Inc., może być także stosowana, ale jest ona nieco grubsza niż glina Bentone® AD, co powoduje, że glina Bentone® AD ma lepsze właściwości zapobiegające osadzaniu i jest lepszym środkiem żelującym. W drugiej grupie zalecanych glin, glina bentonitowa jest gliną NaAlMg-krzemową, o cząstkach zwykle w kształcie kwadratowych pastylek, które mają wymiary około 0,8 na około 0,8, na około 0,001 μm.

PL 198 012 B1

Nieorganiczny środek żelujący stanowi korzystnie, od około 1 do około 6 (najkorzystniej 4) procent wagowych całkowitej wagi wody i nieorganicznego środka żelującego. Nieorganiczny środek żelujący jest mieszany z wodą w celu utworzenia składnika nośnikowego. Mieszanie realizuje się przy zastosowaniu szybkoobrotowych mieszalników, takich jak typowe mieszarki znane w gospodarstwie domowym.

Składnik „stały obejmuje sproszkowane źródło aluminium, korzystnie sproszkowany halogenkowy aktywator i sproszkowany dyspergator tlenkowy. (Te składniki są określane składnikami stałymi, chociaż nieorganiczny środek żelujący jest także stały i jest zawarty w składniku nośnym). Źródłem aluminium jest korzystnie aluminium, stop chromowo-aluminiowy, stop kobaltowo-aluminiowy, stop tytanowo-aluminiowy, stop żelazowo-aluminiowy, stop aluminiowo-wanadowy, stop aluminiowo-magnezowy lub ich mieszaniny. Zalecany jest stop kobaltowo-aluminiowy mający około 50% wagowych kobaltu, reszta aluminium. Powłoka może być wytwarzana bez zastosowania sproszkowanego halogenkowego aktywatora, jeżeli używa się źródło aluminium o odpowiednio wysokim poziomie (około 50-80% wagowych składnika stałego). Jednak zastosowanie sproszkowanego halogenkowego aktywatora jest korzystne, ponieważ źródło aluminium może występować w mniejszej zawartości i ponieważ sproszkowany halogenkowy aktywator pomaga w następnym etapie czyszczenia usunąć nadmiar materiału pokrywającego. Halogenkowy aktywator, kiedy jest stosowany, korzystnie jest AlF3, NH4F, AlCl3, CrCl2, NaCl, FeCl3, CrF2, CrF3 lub ich mieszaninami. Zalecany jest AlF3. Dyspergatorem tlenkowym jest Al2O3, ale też inne tlenki, takie jak tlenek itru, tlenek cyrkonu, tlenek chromu i tlenek hafnu mogą być stosowane zamiast niego. Korzystnym rozmiarem sitowym dla składników stałych jest od 150 do 325 mesh. Źródło aluminium stanowi korzystnie od około 1 do około 50, bardziej korzystnie od około 28 do około 35, a najkorzystniej około 30% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego, przy czym dyspergator tlenkowy stanowi od około 50 do około 99% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego.

Składnik nośnikowy i składnik stały są mieszane do postaci zawiesiny pokrywającej. Źródło aluminium, halogenkowy aktywator i dyspergator tlenkowy łącznie stanowią od około 30 do około 70, bardziej korzystnie około 40, procent wagowych całkowitej mieszaniny składnika nośnikowego, źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego. Źródło aluminium, halogenkowy aktywator i dyspergator tlenkowy są mieszane ze sobą w mieszalniku, a następnie składnik stały jest mieszany w składniku nośnikowym ręcznie za pomocą szpatuły.

Zawiesinę pokrywającą nakłada się na powierzchnie przedmiotu w etapie nanoszenia 64. W korzystnym przykładzie, w którym zawiesinę nanosi się na powierzchnie wewnętrzne 36 płata w wewnętrznych kanałach 34, zawiesinę wtryskuje się do wewnętrznego kanału 34 za pomocą strzykawki i pompy.

Zawiesinę pokrywającą nałożoną na powierzchnie suszy się w etapie suszenia 66. W korzystnym przykładzie, etap suszenia 66 realizuje się poprzez nagrzewanie zawiesiny pokrywającej na powierzchni przedmiotu do temperatury od około 82°C do około 510°C w powietrzu, przez czas od 2 do 48 godzin. Podczas suszenia odparowuje woda z zawiesiny pokrywającej. Do wody mogą być dodane małe ilości środka wspomagającego odparowywanie, takiego jak alkohol. Środek wspomagający odparowywanie paruje całkowicie, nie pozostawiając żadnych organicznych pozostałości w wysuszonej powłoce.

Wysuszoną zawiesinę pokrywającą ogrzewa się w celu osadzenia powłoki zawierającej aluminium na powierzchni przedmiotu, w etapie nagrzewania 68. Ten etap nagrzewania 68 korzystnie realizuje się w temperaturze od około 926°C do około 1149°C przez czas od około 1 do około 16 godzin w atmosferze obojętnej (na przykład argonu) lub redukującej (na przykład wodoru). W tym etapie przedmiot wymaga ochrony przed utlenieniem przez pozostały tlen i parę wodną. Korzystnie, w celu zapewnienia ochrony, przedmiot owija się folią niklową lub inną folią taką jak ze stali nierdzewnej, stali narzędziowej, tantalu, nadstopu na bazie niklu. W tym etapie nagrzewania 68 jest wytwarzana para zawierająca aluminium przez źródło aluminium i halogenkowy aktywator. Para zawierająca aluminium osadza się na powierzchni pozostawiając powłokę zawierającą aluminium. Pokryty przedmiot następnie chłodzi się do temperatury pokojowej.

Po etapie nagrzewania 68 uzyskuje się pokrytą powierzchnię przedmiotu warstwą 40 zawierającą aluminium. Warstwa 40 zawierająca aluminium częściowo dyfunduje do podłoża 42 podczas etapu nagrzewania 68.

PL 198 012 B1

Na powierzchni znajdują się resztki, ponieważ tylko 5-10% pierwotnego proszku cząstek stałych jest przereagowanych. Resztki obejmują nie przereagowane źródło aluminium i halogenkowy aktywator, dyspergator tlenkowy i pozostałość nieorganicznego środka żelującego. Nadmiar materiału pokrywającego jest korzystnie usuwany w etapie usuwania 70. Usuwa się, nawet w przypadku wewnętrznego kanału, poprzez wydmuchiwanie sprężonym powietrzem lub strumieniem wody pod ciśnieniem.

W drugim etapie nakł adania 72 nakł ada się inne powł oki. W przypadku pł ata turbiny, powł oka, taka jak powłoka ochronna 44 lub powłoka stanowiąca barierę termiczną może być nałożona na powierzchnię zewnętrzną 38 płata. Dla wybranej zewnętrznej powłoki może być zastosowany dowolny proces, a drugi etap nakładania 78 może następować po etapie nagrzewania 68, poprzedzać go lub przebiegać równocześnie z nim. W korzystnym przykładzie, pokazanym na fig. 2, powłoka ochronna 44 jest nałożona na zewnętrzną powierzchnię 38 płata i kontaktuje się z nią. Powłoka ochronna 44 obejmuje warstwę ochronną 46 osadzoną na zewnętrznej powierzchni 38 płata. Warstwa ochronna 46 jest korzystnie typu McrAlK. Warstwa ochronna 46 ma grubość korzystnie od 12,7 μm do około 254 μm, bardziej korzystnie od około 50,8 μm do około 177,8 μm.

Na warstwie ochronnej 46 jest korzystnie umieszczona warstwa zabezpieczająca, którą stanowi na przykład warstwa ceramiczna 48. Warstwa ceramiczna 48 ma grubość korzystnie od 76,2 μm do 254 μm, bardziej korzystnie około 12,7 μm. (Fig. 2 nie jest narysowana w skali.) Warstwę ceramiczną 48 korzystnie stanowi tlenek cyrkonu stabilizowany itrem, który jest tlenkiem cyrkonu zawierającym od około 2 do około 12% wagowych, korzystnie od około 3 do około 8% wagowych, tlenku itru. Mogą być zastosowane inne materiały ceramiczne. Korzystnie nakłada się je takimi technikami, jak naparowywanie lub termiczne natryskiwanie.

Sposób według wynalazku zastosowano w praktyce.

W pierwszym przykładzie, jako składnik stały przygotowano mieszaninę 20 części wagowych stopu aluminium z 50% wagowymi kobaltu, około 5 części wagowych AlF3, reszta tlenek aluminium. Przygotowano składnik nośnikowy z około 4% wagowych gliny Bentone^R AD w wodzie. Około 40 części wagowych składnika stałego i około 60% wagowych składnika nośnikowego zmieszano ze sobą. Powłokę wtryskiwano do wewnętrznych kanałów płata łopatek turbiny wysokoprężnej. Płaty obrobiono w sposób omówiony powyżej poprzez suszenie w powietrzu w temperaturze 180°C przez 24 godziny i nagrzewaniu w wodorze w temperaturze 1080°C przez 4 godziny. Grubość powłoki była około 27,9 (im, a zawartość aluminium, mierzona na głębokości 5 (im powłoki wynosiła około 16% wagowych.

W sumie około 175 łopatek turbiny wysokoprężnej przygotowano tym sposobem i jego wariantami.

Źródłem trudności w stosowaniu znanych sposobów pokrywania za pomocą zawiesiny jest prawdopodobnie stosowanie organicznych środków żelujących w zawiesinie. Organiczne środki żelujące występują w zawiesinach w celu utrzymania źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego w zawieszeniu w składniku nośnikowym. Składniki organiczne mogą wytwarzać pary produktów ubocznych spalania podczas suszenia i/lub nagrzewania, które sprzyjają pozostawaniu pozostałości reakcji na powierzchni przedmiotu uniemożliwiając ich usunięcie po etapie nagrzewania. Produkty reakcji mogą także zanieczyszczać powłokę.

W obecnym sposobie funkcję tworzenia żelu osiąga się przy użyciu materiału nieorganicznego, korzystnie gliny hektorytowej lub gliny bentonitowej. Zastosowanie organicznego środka żelującego nie leży w zakresie obecnego wynalazku. W obecnym sposobie, w składniku nośnikowym, nieorganiczna glina nadaje właściwości żelujące tak, że inne cząstki stałe są utrzymywane w zawieszeniu przy nakładaniu zawiesiny pokrywającej na powierzchnie przedmiotu. Nie występują pary organiczne wynikające ze stosowania środka żelującego. Zastosowanie gliny ma dodatkową korzyść, ponieważ oddaje wodę łatwiej w etapie suszenia niż materiał organiczny, zapewniając całkowite i szybsze suszenie. Bardziej kompleksowe wyeliminowanie wody jest bardzo pożądane, ponieważ pozostałość wody utlenia aluminium w źródle aluminium do tlenku aluminium powodując jego spiekanie i uniemożliwiając końcowe usuwanie nadmiaru materiału powłoki po reakcji. Obecność wody może dlatego prowadzić do częściowego lub całkowitego zablokowania kanałów chłodzących w płacie przez tlenki aluminium. Występowanie tego efektu jest zmniejszone dzięki sposobowi według wynalazku.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania powłoki zawierającej aluminium, polegający na tym, że przygotowuje się przedmiot z powierzchnią do pokrycia i zawiesinę pokrywającą, która zawiera mieszaninę składnika nośnikowego z wodą i środkiem żelującym, źródło aluminium i dyspergator tlenkowy, po czym nakłada się zawiesinę pokrywającą na powierzchnię przedmiotu i suszy się zawiesinę pokrywającą na powierzchni przedmiotu usuwając z niej wodę, a następnie nagrzewa się powierzchnię przedmiotu z wysuszoną zawiesiną pokrywającą na niej do utworzenia powłoki aluminiowej połączonej z powierzchnią przedmiotu, znamienny tym, że jako środek żelujący do zawiesiny pokrywającej dodaje się nieorganiczny środek żelujący.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e do zawiesiny pokrywającej dodaje się halogenkowy aktywator.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że źródło aluminium w zawiesinie pokrywającej stanowi od około 1 do około 50% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego, przy czym halogenkowy aktywator stanowi od około 0,5 do około 10% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego, a dyspergator tlenkowy stanowi od około 50 do około 99% wagowych całkowitej wagi źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e po nagrzewaniu zawiesiny pokrywającej usuwa się nadmiar materiału pokrywającego powierzchni (36) przedmiotu.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e zawiesinę pokrywają c ą nakł ada się poprzez wtryskiwanie zawiesiny do wewnętrznych kanałów przedmiotu.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas suszenia zawiesiny pokrywającej ogrzewa się ją na powierzchni (36) przedmiotu do temperatury od 82°C do 510°C w powietrzu w czasie od 2 do 48 godzin.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e nagrzewa się powierzchnię (36) przedmiotu z wysuszoną zawiesiną pokrywającą na niej do temperatury od około 926°C do około 1149°C przez czas od około 1 do około 16 godzin w atmosferze obojętnej lub redukującej.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiesinę pokrywającą nakłada się na powierzchnię wewnętrznego kanału przedmiotu.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako nieorganiczny środek żelujący stosuje się glinę.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że jako nieorganiczny środek żelujący stosuje się glinę montmorilonitową.
11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że jako nieorganiczny środek żelujący stosuje się glinę wybraną z grupy obejmującej glinę hektorytową i glinę bentonitową oraz ich mieszaniny.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że źródło aluminium w zawiesinie pokrywającej stanowi substancja wybrana z grupy obejmującej aluminium, stop chromowo-aluminiowy, stop kobaltowo-aluminiowy, stop tytanowo-aluminiowy, stop żelazowo-aluminiowy, stop wanadowo-aluminiowy, stop aluminiowo-magnezowy i ich mieszaniny.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w zawiesinie pokrywającej halogenkowy aktywator jest wybrany z grupy obejmującej AlF3, NH4F, AlCl3, CrCl2, NaCl, FeCl3, CrF2, CrF3 lub ich mieszaniny.
14. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że w zawiesinie pokrywającej dyspergator tlenkowy jest dobrany z grupy obejmującej tlenek aluminium, tlenek itru, tlenek cyrkonu, tlenek chromu i tlenek hafnu oraz ich mieszaniny.
15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nieorganiczny środek żelujący stanowi od około 1 do około 6% wagowych całkowitej wagi wody i nieorganicznego środka żelującego.
16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w mieszaninie pokrywającej źródło aluminium, halogenkowy aktywator i dyspergator tlenkowy łącznie stanowią od około 30 do około 70% wagowych mieszaniny składnika nośnikowego, źródła aluminium, halogenkowego aktywatora i dyspergatora tlenkowego.
17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiesinę pokrywającą nakłada się na płat (22) turbiny gazowej.
18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się powłokę aluminiową o grubości od 12,7 μm do około 127 μm.
19. Zastosowanie sposobu określonego w zastrzeżeniach 1-17 do wytwarzania powłoki zawierającej aluminium przy użyciu zawiesiny na powierzchni wewnętrznego kanału w płacie (22) turbiny gazowej.