渦輪機部件以及渦輪機部件涂層方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種渦輪機部件涂層工藝和渦輪機部件。更具體地，本發明涉及對于包括多個掩模層(maskants)和涂層(coatings)的禍輪機部件涂層工藝的掩模處理以及包括多個涂層的渦輪機部件。
【背景技術】
[0002]渦輪機部件通常在高溫下運轉以提供最大運轉效率。但是，渦輪機能夠運轉的溫度可能受到單個的渦輪機部件的溫度性能的限制。為了提高渦輪機部件的溫度性能，已經開發出各種方法。用于提高渦輪機部件的溫度性能的一種方法包括結合內部冷卻孔，在渦輪發動機運轉期間強制冷空氣穿過內部冷卻孔。當冷卻空氣從部件壁的冷卻器側穿過熱側上的冷卻孔出口送進時，急流空氣輔助降低熱金屬表面的溫度。
[0003]用于提高渦輪機部件的溫度性能的另一種技術包括施用涂層，比如粘結涂層和熱障涂層(TBC)。通常地，渦輪機部件包括冷卻孔和施用在部件的表面上的各種涂層二者。一般地，當在(再)施用涂層之前在部件中形成或修改(例如修理)冷卻孔時，冷卻孔在涂層之前被掩模或者涂層在施用之后被從冷卻孔去除。當前掩模方法通常受限于施用單個掩模材料，然后向部件施用一個或更多個涂層。多個涂層應用可以減少掩模材料，特別是當采用多個施用技術時，并且因此可能降低掩模過程的有效性。
[0004]本領域希望一種改進的渦輪機部件涂層工藝。

【發明內容】

[0005]在一個實施例中，公開了一種渦輪機部件。渦輪機部件包括至少一個流體流動通路(fluid flow passage)和至少一個孔(aperture)，至少一個孔布置在禍輪機部件的表面上并且流體地連接至所述至少一個流體流動通路。至少一個孔包括從至少一個流體流動通路延伸至表面的底面(floor);以及布置在底面的內部部分與底面的外部部分之間的臺階，使得底面的內部部分和底面的外部部分不包括單一的平面表面。
[0006]其中，所述至少一個孔還包括兩個相對側壁。
[0007]其中，所述臺階延伸所述兩個相對側壁之間的整個長度。
[0008]其中，所述臺階延伸兩個相對側壁之間的長度的僅一部分。
[0009]其中，所述臺階包括沿其長度的一個或更多個間隙(gaps)。
[0010]其中，所述臺階至少部分地延伸至所述兩個相對側壁中的至少一個。
[0011 ] 其中，所述臺階包括沿其整個長度的基本一致的高度。
[0012]其中，所述臺階包括沿其整個長度的不一致的高度。
[0013]其中，所述臺階包括所述一個或更多個流體通路的直徑的大約1倍至大約0.1倍的高度。
[0014]其中，所述臺階沿基本垂直于排出所述至少一個流體流動通路的流體流的方向的方向延伸。
[0015]其中，所述臺階沿與基本垂直于排出所述至少一個流體流動通路的流體流的方向的方向成大約30°以內的方向延伸。
[0016]其中，所述臺階沿與基本垂直于排出所述至少一個流體流動通路的流體流的方向的方向成大約45°以內的方向延伸。
[0017]其中，所述孔包括擴散器構造，其中，所述孔的兩個相對側壁以擴散角背離流體流方向延伸。
[0018]其中，所述擴散角大于或等于大約10°。
[0019]其中，所述擴散角大于或等于大約30°。
[0020]其中，所述孔包括多個臺階。
[0021 ] 其中，所述渦輪機部件包括噴嘴。
[0022]在另一實施例中，公開了一種渦輪機部件涂層方法。渦輪機部件涂層方法包括將可延展掩模材料施用至渦輪機部件表面內的一個或更多個流體流動通路的一個或更多個孔；以及然后將第一涂層施用到可延展掩模材料上和渦輪機部件表面上，其中，可延展掩模材料使得第一涂層的至少一部分在一個或更多個流體流動通路的一個或更多個孔中的至少一個中形成臺階。渦輪機部件涂層方法還包括然后將局部掩模材料局部地施用至一個或更多個流體流動通路的一個或更多個孔，以及然后將第二涂層施用到局部掩模材料上以及第一涂層上。
[0023]其中，所述可延展掩模材料包括娃酮彈性體(silicone elastomer)。
[0024]其中，所述第一涂層通過動能過程施用(kinetic energy process)。
[0025]其中，通過注射器(syringe)實現將所述局部掩模材料局部地施用至所述一個或更多個流體流動通路的所述一個或更多個孔。
[0026]從對結合通過舉例方式說明本發明的原理的附圖的優選實施例的以下更詳細的說明中將更清楚地理解本發明的其他特征和優點。
【附圖說明】
[0027]圖1是根據本發明的實施例的渦輪機部件的透視圖。
[0028]圖2是渦輪機部件涂層工藝的流程圖。
[0029]圖3是渦輪機部件涂層工藝的示意性視圖。
[0030]圖4是渦輪機部件的流體流動通路和孔的剖面圖。
[0031]圖5是圖4的渦輪機部件的俯視圖。
[0032]如果可能，相同的附圖標記被用于在整個附圖中代表相同的零件。
【具體實施方式】
[0033]提供一種渦輪機部件涂層工藝和渦輪機部件。與未使用本發明公開的一個或更多個特征的產品和方法相比，本發明的實施例提高了孔的復雜性、提高了掩模效率、提高了掩模有效性、提高了掩模專用性、減少了孔中的涂層累積、提高了自動化孔位置的可見性、減小了后處理冷卻孔清理所剩余的殘留涂層的體積、降低了后處理孔清理的難度或者上述方面的組合。
[0034]如圖1所示，在一個實施例中，部件100包括具有表面103的基材(substrate) 101，表面103具有流體地連接到至少一個流體流動通路104(見圖4)的至少一個孔105。在一些實施例中，比如當部件100包括渦輪機部件時，至少一個孔105可以包括冷卻孔，至少一個流體流動通路(fluid flow passage) 104可以包括冷卻通道。流體流動通路104和孔105中的每一個可以包括橫截面幾何形狀(cross-sect1nal geometry),其中，橫截面幾何形狀可以包括恒定橫截面幾何形狀、變化的橫截面幾何形狀、擴散器橫截面幾何形狀、圓筒形橫截面幾何形狀、非圓筒形橫截面幾何形狀、橢圓形橫截面幾何形狀、人字形幾何形狀、收斂的幾何形狀、發散的幾何形狀和/或任何其他適當的幾何形狀，或者其組合形狀。流體流動通路104和孔105還可以包括各種其他可變的構造。例如，孔105和流體流動通路104可以形成具有中心線，所述中心線以比如從大約5°至大約175°的不同的徑向角和相對于表面103的從大約5°至大約90°的軸向角進入表面103。在一些實施例中，這些中心線可以位于包括徑向角和軸向角的復合角處。此外，流體流動通路104和孔105可以包括是平面、波狀外形的(contoured)或其組合的底面(圖4中的元件110)。
[0035]用于所公開的實施例的適當的部件100包括例如葉片或輪葉；護罩；噴嘴；動葉；過渡件；襯墊；燃燒器；具有比如為冷卻孔的孔其他部件；或其組合。渦輪機部件100可以由高溫抗氧化和耐腐蝕材料制造，包括例如鎳基超級合金、鈷基超級合金、伽馬基超級合金、不銹鋼或其組合。在一些實施例中，渦輪機噴嘴或其他渦輪機部件可以包括施加在表面103上的涂層。涂層可以是單個層、一個以上的層或多個層。適當的涂層可以包括但不限于粘結涂層、熱障涂層(TBC)、環境隔離涂層(EBC)或其組合。
[0036]參照圖2-3，渦輪機部件涂層工藝200首先大致包括在步驟210中將可延展掩模材料201施用至渦輪機部件100的表面103內的流體流動通路104 (例如冷卻通道)的一個或更多個孔105 (例如冷卻孔)。在一些實施例