RU2008151788A

RU2008151788A - Покрытия концевой части лопатки из высокочистых порошков

Info

Publication number: RU2008151788A
Application number: RU2008151788/02A
Authority: RU
Inventors: Томас А. ТЭЙЛОР (US); Томас А. ТЭЙЛОР; Альберт ФОЙЕРШТАЙН (US); Альберт ФОЙЕРШТАЙН; Энн БОЛКАВАДЖ (US); Энн БОЛКАВАДЖ; Дэнни Ли ЭППЛБАЙ (US); Дэнни Ли ЭППЛБАЙ; Нейл ХИТЧМАН (US); Нейл ХИТЧМАН
Original assignee: Праксайр Текнолоджи, Инк. (Us); Праксайр Текнолоджи, Инк.
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2010-07-10

Abstract

1. Лопатка газотурбинного двигателя, которая имеет внутреннее ребро, выполненное с возможностью установки на ступице, и концевую часть, противоположную внутреннему ребру, в которой, по меньшей мере, участок концевой части имеет наносимое термическим напылением покрытие из высокочистого порошка оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия или иттербия, обладающее плотностью, превышающей 88% теоретической плотности, и множеством вертикальных макротрещин, по существу, однородно распределенных по всему покрытию, при этом поперечное сечение, перпендикулярное концевой части лопатки, открывает множество вертикальных макротрещин, продолжающихся, по меньшей мере, на половину толщины покрытия и достигающих в длину величины, равной полной толщине покрытия, и которое имеет от приблизительно 5 до приблизительно 200 вертикальных макротрещин на линейный дюйм, отмеряемый по линии, параллельной поверхности концевой части лопатки и лежащей в плоскости, перпендикулярной поверхности концевой части лопатки, причем высокочистый порошок стабилизированного оксидами иттрия или иттербия оксида циркония содержит от приблизительно 0 до приблизительно 0,15 вес.% примесных оксидов, от приблизительно 0 до приблизительно 2 вес.% оксида гафния, от приблизительно 6 до приблизительно 25 вес.% оксида иттрия или от приблизительно 10 до приблизительно 36 вес.% оксида иттербия и остальное - оксид циркония. ! 2. Лопатка по п.1, в которой примесные оксиды включают от приблизительно 0 до приблизительно 0,02 вес.% диоксида кремния, от приблизительно 0 до приблизительно 0,005 вес.% оксида алюминия, от приблизительно 0 до приблизительно 0,01 вес.% оксида каль�

Claims

1. Лопатка газотурбинного двигателя, которая имеет внутреннее ребро, выполненное с возможностью установки на ступице, и концевую часть, противоположную внутреннему ребру, в которой, по меньшей мере, участок концевой части имеет наносимое термическим напылением покрытие из высокочистого порошка оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия или иттербия, обладающее плотностью, превышающей 88% теоретической плотности, и множеством вертикальных макротрещин, по существу, однородно распределенных по всему покрытию, при этом поперечное сечение, перпендикулярное концевой части лопатки, открывает множество вертикальных макротрещин, продолжающихся, по меньшей мере, на половину толщины покрытия и достигающих в длину величины, равной полной толщине покрытия, и которое имеет от приблизительно 5 до приблизительно 200 вертикальных макротрещин на линейный дюйм, отмеряемый по линии, параллельной поверхности концевой части лопатки и лежащей в плоскости, перпендикулярной поверхности концевой части лопатки, причем высокочистый порошок стабилизированного оксидами иттрия или иттербия оксида циркония содержит от приблизительно 0 до приблизительно 0,15 вес.% примесных оксидов, от приблизительно 0 до приблизительно 2 вес.% оксида гафния, от приблизительно 6 до приблизительно 25 вес.% оксида иттрия или от приблизительно 10 до приблизительно 36 вес.% оксида иттербия и остальное - оксид циркония.

2. Лопатка по п.1, в которой примесные оксиды включают от приблизительно 0 до приблизительно 0,02 вес.% диоксида кремния, от приблизительно 0 до приблизительно 0,005 вес.% оксида алюминия, от приблизительно 0 до приблизительно 0,01 вес.% оксида кальция, от приблизительно 0 до приблизительно 0,01 вес.% оксида железа, от приблизительно 0 до приблизительно 0,005 вес.% оксида магния и от приблизительно 0 до приблизительно 0,01 вес.% диоксида титана.

3. Лопатка по п.1, в которой размер частиц высокочистого порошка оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, составляет от приблизительно 1 до приблизительно 150 мкм.

4. Лопатка по п.1, в которой высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержит смесь двух или более высокочистых порошков оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия.

5. Лопатка по п.1, в которой высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержит от приблизительно 55 до приблизительно 95 об.% первого высокочистого порошка оксида циркония, частично стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержащего от приблизительно 0 до приблизительно, 0,15 вес.% примесных оксидов, от приблизительно 0 до приблизительно 2 вес.% оксида гафния, от приблизительно 6 до приблизительно 8 вес.% оксида иттрия или от приблизительно 10 до приблизительно 14 вес.% оксида иттербия и остальное - оксид циркония, и от приблизительно 5 до приблизительно 45 об.% второго высокочистого порошка оксида циркония, полностью стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержащего от приблизительно 0 до приблизительно 0,15 вес.% примесных оксидов, от приблизительно 0 до приблизительно 2 вес.% оксида гафния, от приблизительно 16 до приблизительно 22% вес. оксида иттрия или от приблизительно 25 до приблизительно 33 вес.% оксида иттербия и остальное - оксид циркония.

6. Лопатка по п.1, в которой высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержит составной высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, каковой составной высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержит высокочистый порошок оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, содержащий от приблизительно 0 до приблизительно 0,15 вес.% примесных оксидов, от приблизительно 0 до приблизительно 2 вес.% оксида гафния, от приблизительно 6 до приблизительно 25 вес.% оксида иттрия или от приблизительно 10 до приблизительно 36 вес.% оксида иттербия и остальное - оксид циркония, которого порошок, имеет номинальный средний размер частиц 20-60 мкм, с поверхностью которых связаны частицы оксида гадолиния с номинальным средним размером 0,5-2 мкм.

7. Лопатка по п.1, в которой в указанном наносимом термическим напылением покрытии имеется, по меньшей мере, около 20 вертикальных макротрещин на линейный дюйм, отмеряемый по линии, параллельной поверхности концевой части лопатки и лежащей в плоскости, перпендикулярной поверхности концевой части лопатки, и одна или более горизонтальная макротрещина, проходящая в покрытии параллельно поверхности концевой части лопатки.

8. Лопатка по п.1, в которой между концевой частью лопатки и наносимым термическим напылением покрытием нанесено связующее покрытие, это связующее покрытие содержит (i) сплав хрома, алюминия, иттрия с металлом, выбранным из группы, состоящей из никеля, кобальта и железа, (ii) сплав алюминия и никеля или (iii) покрытие MCrAlY+X, наносимое способом плазменного напыления, способом детонационного напыления или способом электроосаждения, где М означает Ni, Со или Fe или любую комбинацию этих трех элементов, Х означает добавление Pt, Ta, Hf, Re или других редкоземельных металлов или тонкодисперсных частиц оксида алюминия - диспергирующего агента, отдельно или в сочетании.

9. Лопатка по п.1, в которой наносимое термическим напылением покрытие стабилизировано путем тепловой обработки в вакууме или на воздухе при температуре 1000°С или выше.

10. Лопатка по п.1, которая представляет собой турбинную лопатку или компрессорную лопатку.

11. Лопатка по п.1, в которой наносимое термическим напылением покрытие содержит абразивные частицы, выбранные из частиц оксида алюминия, оксида хрома и их сплавов.

12. Лопатка по п.1, в которой концевая часть лопатки имеет радиус кромки, составляющий, по меньшей мере, половину толщины покрытия, при этом между внутренним ребром лопатки и концевой частью лопатки имеется профильная часть, а толщина наносимого термическим напылением покрытия составляет от 50 до 1000 мкм, каковое покрытие нанесено, по меньшей мере, на участок профильной части лопатки.

13. Способ нанесения термическим напылением покрытия, по меньшей мере, на участок концевой части лопатки газотурбинного двигателя, имеющей внутреннее ребро, выполненное с возможностью установки на ступице, и концевую часть, противоположную внутреннему ребру, причем указанный способ содержит следующие этапы:

а) термическое осаждение высокочистого порошка оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия или иттербия, каковой порошок содержит от приблизительно 0 до приблизительно 0,15 вес.% примесных оксидов от приблизительно 0 до приблизительно 2 вес.% оксида гафния, от приблизительно 6 до приблизительно 25 вес.% оксида иттрия или от приблизительно 10 до приблизительно 36 вес.% оксида иттербия и остальное - оксид циркония, на концевую часть лопатки с образованием монослоя, имеющего, по меньшей мере, два наложенных зерна осажденного на концевой части лопатки порошка, причем температура позже осажденного зерна выше, чем осажденного ранее;

b) охлаждение и отверждение указанного монослоя, полученного на стадии а), после чего указанный монослой приобретает плотность, по меньшей мере, 88% теоретической плотности, и в котором в результате усадки осажденных зерен образуется множество вертикальных макротрещин;

с) повторение стадий а) и b), по меньшей мере, один раз с целью получения слоя с полным покрытием, в котором в каждом монослое имеются вертикальные трещины, проходящие сквозь зерна, и в котором множество вертикальных трещин каждого монослоя направлены также, как вертикальные трещины соседнего монослоя, с образованием вертикальных макротрещин длиной, по меньшей мере, в половину толщины покрытия и достигающих в длину полной толщины покрытия, каковой нанесенный слой характеризуется наличием, по меньшей мере, 5 вертикальных макротрещин на линейный дюйм, измеренный вдоль линии, параллельной поверхности концевой части лопатки и лежащей в плоскости, перпендикулярной поверхности концевой части лопатки.

14. Способ по п.13, в котором перед стадией а) лопатку нагревают до температуры от приблизительно 200°F до приблизительно 600°F, и/или в котором перед стадией а) поверхности лопатки придают шероховатость с помощью струи чистой воды под высоким давлением.

15. Способ по п.13, в котором после стадии с) лопатку с нанесенным покрытием нагревают в вакууме и выдерживают при температуре от приблизительно 1800°F до приблизительно 2200°F в течение времени от 1 до 10 ч, и в котором после нагревания в вакууме лопатку с нанесенным покрытием нагревают на воздухе и выдерживают при температуре от приблизительно 600°F до 1200°F в течение времени от 0,1 до 4 ч.