TW459127B - Method for assessing quality of a coating process and assembly therefor - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製 459127 A7 ___ B7___ 五、發明說明（1 ) 發明之背景 1 .發明之領域 本發明大致上有關於一種估算塗覆過程品質之方法。 特別的’本發明係有關於一種經由檢測形成於其上之塗覆 以估算塗覆過程品質之方法。 2 .習知技術之說明 塗覆經常地被應用於多種渦輪引擎構件上，例如爲被 使用於產生動力之翼型，以及航空器之應用中。通常之塗 覆包含例如爲熱遮斷塗覆（TB C S )、接合塗膜、及擴 散塗覆，且均由包含了陶瓷及金屬合金之多種材料所形成 。在量化生產或量化運轉之前 > —般需檢測該種塗覆之品 質，以確保塗覆可達到例如爲微結構、厚度、及密度金差 等之某些需求。用以撿測一塗覆之品質及因而之塗覆過程 之品質的一般技術中，係首先塗覆一犧牲部位，且在進行 處理一批之多數部位之前，先檢測其之塗覆β 在例如爲渦輪引擎構件之情況中，測試係通常以一破 壞過程來進行，即爲，不會完整地遺留該部位且犧牲測試 下之部位的過程。典型地，在一渦輪翼型中，翼型之葉片 部份被切開或分隔爲二或更多之樣品，以使露出塗覆之橫 剖面。然後，沿著橫剖面之數個位置分析塗覆之微結構及 厚度’以決定是否可以目前之處理參數進行生產》 典型地，犧牲翼型係由一堆在鑄製成切削之後的已成 廢料之不良硬體所提供。但是，特別是在成熟之硬體設I十 才、A張尺_度通用中國國家標準（ck；S)a4規格<2】0 χ.297公釐） ---------------------訂--------線 (請先閱讀背面之'ii意事項再填寫本頁) -4- 459127 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作枉印製 五、發明說明（2 ) 中/僅可有限地供應成廢料之硬體。在該種情況中，必須 生產或購買一新部位以供破壞品質控制測量之用。長時期 之購買該種部位之成本係昂貴的。此外，由於缺乏該種部 位’會導致延遲生產之結果。 可選擇的，已硏發非破壞性測試過程來取代前述之破 壞測試過程，但，其已顯示出非常的無法令人滿意。已證 明沿著一塗覆部位之不可達區域統計相關塗覆厚度分佈的 嚐試，係非常不可靠的。於該部位嚐試獲致相關的總重量 增量，不能提供沿著該剖位之表面輪廓的空間訊息。進一 步的，特別是金屬塗覆中’尙未硏發出非破壞性技術可提 供厚度所必要之準確性。在金屬與陶瓷塗覆沖，沒有已知 之非破壞性評估方法可充份地表現塗覆之微結構的特徵。 依此，於本技藝中存在一種對改良技術的需要，以供 估算塗覆過程之品質’特別是供使用在相關於生產中的渦 輪引擎構件之塗覆過程。 發明之槪要i兌明 依據本發明之一觀點，m以估算塗覆過程品質之方法 ’包含提供一複製組件，複製組件具有一固持一檢驗試樣 之夾具，及塗覆複製組件以形成一塗覆於其上之步驟。在 塗覆複製組件之後，拆解該組件，且檢測檢驗試樣上之塗 覆。 依據本發明之另一觀點，一渦輪引擎構件複製組件包 含一固持一檢驗試樣之夾具，複製組件係複製一渦輪引擎 I— ei *1 n Γ1 n I n I h f— n It n I -^^^t n n I t- n Γ (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X .297公釐） -5- 4 5 9 12 7五、發明說明（3 構件。 圖形之簡要說明 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1顯示供一渦輪引擎用之一翼型的一複製組件； 圖2顯示圖1中顯示的複製組件之一檢驗試樣；及 圖3係沿著圖2之線m — m <的橫剖面。 主要元件對照表 1 複製組件 8 夾具 10 基座 12 葉片部份 14 檢驗試樣 16 檢驗試樣 1 8 檢驗試樣 19 螺桿 2 0 隔板 3 0 橫向周邊邊緣 32 橫向周邊邊緣 3 3 部份 3 4 前緣 3 6 後緣 3 8 塗覆 4 0 通孔 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線. 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） -6 - 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印5农 A7 ________B7____ 五、發明說明（4 ) 4 2 內部檢測點 藍實施例之詳細§&昍 依據本發明之—實施例，供估算塗覆過程品質之方法 包含使用一複製組件。於此使用之^複製組件〃的定義係 複製一生產構件之尺寸與表面輪廓的模組組件。複製組件 包含一固持一檢驗試樣之夾具，典型爲多數之檢驗試樣s 檢驗試樣均一般由類似於渦輪翼型材料之成份及於塗覆過 程期間使用的耐受環境條件（例如爲溫度）之金屬合金所 形成。在例如爲一翼型之一渦輪引擎構件遭受高溫（例如 爲高於1 1 0 0 °F )的情況中，該構件一般係由例如爲鈷 基或鎳基超合金的高功能合金所形成。 參照圖1 ，顯示一複製組件1之範例，包含支承多數 之檢驗試樣14、 16與18之夾具8。夾具8包含基座 1 0及螺入在基座1 〇內之互補螺紋圓柱形開口（未示於 圖）的螺桿1 9 。螺桿1 9軸向地延伸通過檢驗試樣。除 了基座1 0與螺桿1 9 ，夾具8進一步包含隔板2 0，被 應用以將檢驗試樣互相軸向地隔開。可選擇的，試樣可無 須隔板而被懸吊在螺桿上之特定軸向位置。但是，於塗覆 過程中，建立之塗層可被自鄰近表面之材料的回跳所影響 ，例如爲熱噴淋，隔板之使用可更近似地複製翼型表面。 夾具8係可再使用的，且一般係由一單一犧牲翼型所 製造。特別的，獲致且剖切一翼型，以使相對應於檢驗試 樣1 4 ' 1 6與1 8移除翼型之部份。該剖切然後遺留下 本紙張尺度適用中國囷家標率（CNS)A4規格（2]〇χ 297公爱） --------------------^---------$_ {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -7 - 五、發明說明（5 ) 基座1 0與隔板2 0。然後，經由開孔該基座或經由嵌入 螺紋圓柱形配合件，修正基座1 Q以承接螺桿1 9。雖然 示於圖1之螺桿19的遠端均被切螺紋以承接—共軛螺帽 ，但該遠端可以螺釘頭或類似物替換，以供驅動螺桿進入 基座1 Ο β可選擇的’經由使用焊接或其他技術，可將螺 桿永久地附接至基座。必須注意，附接檢驗試樣及隔板至 基座1 0的特別機構，並非特別地精密，使該機構不會干 擾塗覆過程。特別的’很重要的，附接機構不會覆蓋在塗 覆過程後將要檢查之檢驗試樣的精密外部輪廓部份，或是 不會影響沿著那些部份之塗覆過程。 檢驗試樣均被製造使得具有模倣特別是表現出葉片部份 12之表面輪廓的翼型區段之表面輪廓的類似表面輪廓。 在一實施例中，檢驗試樣均使用翼型之一CAD (電腦輔 助繪圖）模式而製造，且操作該模式以形成三度空間之檢 驗試樣的表象。然後，使闬電腦模式之資料製造檢驗試樣 。多種技術可被使甩，包含例如爲鋼絲放電切削（E D Μ )之切削技術，以及例如爲硏磨水注切割的硏磨切割技術 。於製造步驟期間，檢驗試樣被形成具有軸向通孔，該通 孔係與夾具8之桿1 9的位置對準。 製造檢驗試樣之後，組合複製組件且進行塗覆過程。 塗覆過程可以爲多種供渦輪引擎構件闬之塗覆過程之一。 示範之塗覆過程包含蒸汽堆積，其一般包含了化學蒸汽堆 積（c V D )及物理蒸汽堆積（P v D )，以及熱噴射技 術1 —般包含了火焰噴射’ Η V 〇 F (局速氧氣燃料）、 本紙張尺度適用中1國家標準（CNS)A4規柊（21〇χ 297公笼） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線. 烴濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8- 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) ASP (空氣電漿噴射）' 及鋼絲電弧噴射等。此外，可 經由漿體技術、或疊層膠結過程來進行塗覆。塗覆係典型 地自被使闬在渦輪引擎構件上之數種塗覆中所選出，包含 接合塗膜、熱遮斷塗覆（TBCS)、擴散塗覆、擴散遮 斷塗覆、耐腐蝕塗覆、耐氧化塗覆、耐磨塗覆、及耐浸蝕 塗覆。 塗覆通常爲合金或陶瓷材料。供渦輪引擎構件用之典 型合金爲鎳基或鈷基合金，其中，鎳或鈷係塗覆中之單一 的最大重量百分比之元件。依據本發明一實施例的估算塗 覆品質之方法，係特別地適用於例如爲鎳基或鈷基塗覆之 合金塗覆，由於不能利用非破壞性技術來測量在金屬基基 體上之基屬基塗覆之厚度與微結構。 參照圖2 ’顯示圖1之檢驗試樣1 6之周邊圖。如圖 所示，檢驗試樣1 6大致上具有一曲面輪廓，包含前緣 3 4、後緣3 6、及橫向周邊邊緣3 0與3 2 »橫向周邊 邊綠3 0與3 2可被去角，以協助預防依據塗覆過程或間 隙形成之不希望的塗覆之搭架被嵌入於試樣與鄰近隔板之 間。 依據示於圖彫中之實施例，係沿著在橫向周邊邊緣3 〇與3 2之內部的點進行檢測塗覆。特別的，係沿著由線 ID - DI <所不之橫剖面檢測塗覆。爲使沿著此一橫剖面檢 測檢驗試樣，移除部份3 3。可由多種技術執行移除，例 如爲經由切削或硏磨檢驗試樣1 6。 沿著線IQ -瓜 之橫剖面係示於圖3。如圖所示，檢 本纸張尺度適用中國國家標芈（CNS)A4規格（2]0 X 297公釐） — It—— I ! I 1 I I Ϊ *11111-1— ellljlllll I (請先閱讀背面之注意事項再痪窝本頁) - 9 - e I 2 7

經濟部智慧財產局員Η消費合作钍印製 五、發明說明（7) 驗試樣1 6具有一塗覆3 8及通孔4 0。於多數之內部檢 、測點4 2處檢測塗覆3 8。於圖3中顯示二檢測點4 2 ， 但可應用任何數量之檢測點。依據多種參數選擇檢測點之 特疋位置’包含局部表面輪廓 '高曲率區域（曲率區域之 小半徑處）、及翼型之其他精密區域。 在每一 HVO F處理後，形成—鈷鎳鉻鋁釔（

CoN i C r A 1 Υ)塗覆。在每—複製組件上採用三檢 驗試樣之橫剖面’以及生產翼型之橫剖面。在每_檢驗試 樣上之相同檢測點 > 檢查塗覆厚度分佈及微結構特徵。發 現在多種測試樣本（複製組件）及控制樣本之間，於檢測 點處測量塗覆之厚度與微結構時並無顯著之不同。依此， 可確認依據本發明之實施例的複製組件，於測試下可提供 代表塗覆過程之品質的正確資料。檢測係典型的由光學顯 微鏡檢測微結構及厚度所執行。 在檢測之後，依據本發明之實施例，可再使用該夾具 。典型的，夾具之塗覆在與新的一組檢驗試樣組合之前會 被移除，雖然在移除塗覆之前，可能可以多次地循環使用 相同之夾具。移除塗覆係典型的由機械機構執行，例如爲 硏磨噴粒處理，或例如爲蝕刻之化學機構執行。在化學蝕 刻之情況中’依據塗覆以及基體（即爲夾具）之組成成份 來選擇触刻劑。因而’依據本發明之實施例，可再使用之 夾具大致上僅需切開及破壞一單一之犧牲剖位，即可供多 數之生產作業之用。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（2]α X 297公f )_ -------------Ά t IJ I n * -^1 -I 1^1 n ( n 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -10 - 4 5 9 1 27 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 ) 範例 製造一複製供一產生動力之氣體渦輪機用的6 B 1級 翼型（可選擇地稱之爲一、斗〃）的複製組件。使用鋼絲 放電切削（EDM)將一犧牲斗切開爲三段，—般係成爲 相對應於不於圖1中之檢驗試樣1 4、1 6及1 8。在移 除該二段之後’所遺留之材料包含大致上相對應於示於圖 1之基座1 0與隔板2 0的一基座與三隔板。然後，由一 /"8厚的1 N 7 1 8片之鋼絲放電切削製造檢驗試樣。由 翼型鑄件之電腦實體模式產生試樣之外形。 在製造檢驗試樣之後’組合複製原始斗之複製組件。 一螺螺桿通過檢驗試樣與隔板而嵌入，以軸向地侷限夾具 ’桿係結合提供在基座中之一螺紋圓柱形嵌件。除了示於 圖1中之一第二螺桿外，可提供一系列之定位銷以錨定每 一檢驗試樣及隔板，以使維持旋轉對準。每一定位銷延伸 通過試樣至鄰近於試樣之隔扳以進入基座（但其不具螺紋 0 在夾具之隔板與檢驗試樣之間提供一小的分離或間隙 ’以預防塗覆搭架該構件，且允許無須切割或鑿平檢驗試 樣上的塗覆便可快速地拆解夾具。在抵達_ "分離之 檢驗試樣與夾具段（隔板）之間，環繞螺桿與定位銷放置 鋼墊圈。使用生產斗之相同遮罩與定位，將複製組件裝配 在一HV OF室中。 亦預備了供塗覆過程用之其他範例。由前述過程預備 一第二範例，除了檢驗試樣係由硏磨水注切割而非E D Μ 本紙張尺度遶用中國國家標準<CNS)A4規格（2]〇χ_297公釐） --------------------訂---------線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - A5 912 7 hi B7___五、發明說明（9 ) 所製造之外。一第三範例係由原始犧牲斗之區段所組合。 此外，應用二生產斗爲控制樣本。 雖然本發明之實施例已於前詳細說明，必須了解，一 般之習於本技藝者在不離申請專利範圍之範疇下可輕易地 修正其之相態。 ------------ --------訂---------線 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員Η消費合作钍印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（2]0 X 297公发） -12-

Claims (1)

1. A8 B8 CB DB 459127 六、申請專利範圍 1 .—種估算塗覆過程品質之方法，包括下列步驟·· 提供一複製組件，複製組件包括~-固定一檢驗試樣之 夾具； 塗覆複製組件，以於其上形成一塗覆； 拆解複製組件；及 檢測在檢驗試樣上之塗覆。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，複製組件 係一渦輪引擎構件之一複製品。 3 .如申請專利範圍第2項之方法，其中，渦輪引擎 構件係一翼型。 4 .如申請專利範圍第2項之方法，其中，複製組件 包括多數之檢驗試樣。 5 _如申請專利範圔第4項之方法，其中，檢驗試樣 均互相地堆疊且由夾具固持在一起。 6 .如申請專利範圍第5項之方法’其中，夾具包括 將檢驗試樣固持在一起之至少一桿。 7 -如申請專利範圍第6項之方法，其中，夾具進一 步包括被嵌入在檢驗試樣之間的至少一隔板。 8 .如申請專利範圍第6項之方法’其中，夾具進一 步包括一用以支承檢驗試樣之基座，至少一桿延伸通過基 座。 9 .如申請專利範圍第2項之方法’其中，檢驗試樣 具有一橫向周邊邊緣，且檢測於一內部檢測點處之塗覆， 內部檢測點係位於檢驗試樣之橫向周邊邊緣的內側。 本紙張尺度迺用中國國家標準（CNS)A4规格（2]0 χ 2+97公袅） {請先閲讀背®之注意事項再填寫本頁) λ 丨ί丨訂---------線- 經齊ιρ皆&吋ί 」 ~ 13 - A8 B8 C8 Ό8 459127 六、申請專利範圍 1 〇 .如申請專利範圍第9項之方法，其中，檢測塗 覆之一橫剖面，該橫剖面交叉內部檢測點。 1 1 .如申請專利範圍第1 〇項之方法1其中’沿I 橫向周邊邊緣之一部份的檢驗試樣係被移除，以露出內@ 檢測點。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之方法，其中’該部 份係經由切削檢驗試樣而被移除。 13.如申請專利範圍第10項之方法，其中’檢驗 試樣具有多數之內部檢測點。 1 4 .如申請專利範圍第2項之方法，其中’複製組 件包括多數之檢驗試樣，檢驗試樣係複製渦輪引擎構件部 份。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項之方法，其中’檢驗 試樣均由切削所製造。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中’切削 係放電切削》 1 7 .如申請專利範圍第1 4項之方法，其中，檢驗 試樣均由硏磨水注切割所製造。 1 8 .如申請專利範圍第1 4項之方法，其中，檢驗 試樣均經由使甩渦輪引擎構件之一電腦模式複製渦輪引擎 構件之部份所形成。 1 9 .如申請專利範圍第2項之方法，其中，以一與 夾具組合之新檢驗試樣重複塗覆過程。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之方法，其中，塗覆 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X 297公茇） ----------------ί — 訂 -----If--線 (請先Μ讀背面之注*事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局具工湞費合作社印製 -14 - 7 2 1 9 5 4 A8SC8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 過程係重複的，一既存之塗覆係自夾具移除。 2 1 .如申請專利範圍第2項之方法’其中，塗覆包 括一合金或陶瓷材料^ 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項之方法’其中.，塗覆 包括一鎳或鈷基合金。 2 3 .如申誚專利範圍第2 1項之方法’其中，塗覆 係自由一接合塗膜、熱遮斷塗覆、擴散塗覆、擴或遮斷塗 覆'耐腐蝕塗覆、耐氧化塗覆 '耐磨塗覆、及耐浸蝕塗覆 的構成之群組中所選擇《 2 4 .如申請專利範圍第2 1項之方法’其中’經由 來自蒸汽堆積、熱噴射、疊層膠結堆檳、或漿體堆積構成 之群組的一技術，在複製組件上形成塗覆。 2 5 . —種估算塗覆過程品質之方法’包括下列步驟 提供一渦輪引擎之一翼型之一複製組件’其中’複製 組件（i )包括一固持多數之檢驗試樣的夾具，及（ϋ ) 複製該翼型； 塗覆複製組件，以於其上形成一塗覆； 拆解複製組件；及 檢測一檢驗試樣之至少一塗覆厚度及塗覆微結構。 26 .如申請專利範圍第25項之方法，其中，該檢 驗試樣具有一橫向周邊邊緣，且檢測於一內部檢測點處之 塗覆，內部檢測點係位於橫向周邊邊緣的內側。 2 7 如申請專利範圍第2 6項之方法，其中’檢測 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS)A4規格（210 x_297公茇） ------------i * I— n .^1 ti m- n 一eJ_ 1« I n n B 線.J (請先wit背面之注意事項再填寫本頁) -15-

   4591〇 I 六、申請專利範圍 塗覆之一橫剖面，該樯丨$〜 成横d面交叉內部檢測點。 2 8 ‘如申請專利範圍第2 7項之方法，其中，沿著 橫向周邊邊緣之—部份的檢驗試樣係被移除，以露出內部 檢測點= 2 9 .如申請專利範阖第2 8項之方法，其中，該部 份係經由切削而被移除。 3 0 .如申請專利範圍第2 8項之方法，其中，檢驗 試樣具有多數之內部檢測點^ 3 1 .如申請專利範圍第2 5項之方法，其中，檢驗 試樣均互相地堆疊且由夾具固持在一起。 3 2 · —渦輪引擎構件複製組件，包括—固持一檢驗 試樣之夾具，複製組件係複製一渦輪引擎構件。 3 3 .如申請專利範圍第3 2項之組件，其中，夾具 包括至少—桿。 3 4 ·如申請專利範圍第3 2項之組件，其中，組件 包括多數之檢驗試樣。 3 5 ·如申請專利範圍第3 4項之組件，其中，夾具 進一步包括被嵌入於檢驗試樣之間的至少一隔板。 3 6 ·如申請專利範圍第3 5項之組件，其中，夾具 進一步包括—用以支承檢驗試樣之基座，至少—桿延伸通 過基座。 3 7 .如申請專利範圍第3 2項之組件，其中，渦輪 引擎構件係一翼型。 3 8 .如申請專利範圍第3 7項之組件’其中，翼型 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210 W2S7公爱） ------------. ) I----I 訂 * I--— I 11— J (轉先Μ讀背面之注意事項再蜞窩本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16 - 4 5 9 12 7 Αδ Β8 cs D8 六、申請專利範圍 具有一葉片部份及一基座，其中，檢驗_試樣複製葉片部份 0 3 9 _ —渦輪引擎翼型複製組件，包括一固持多數之 檢驗試樣的夾具，複製組件複製一具有一基座與一葉片部 份之渦輪引擎葉片，其中’檢驗試樣均互相地堆疊且複製 葉片部份。 i — I - —-------. 1-----— --------.). (請先閲¾货面之注¾事碩再琪茑本1> 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 本紙張又度適用中國囤家棉準（CMS)A4规格（210 X 297公发） -17 -