[发明专利]冷却孔掩蔽方法和用于掩蔽冷却孔的掩蔽工艺的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于涂覆工艺的对例如涡轮机叶片或风叶等涡轮机部件的 冷却孔进行掩蔽的方法。另外，本发明还涉及对例如涡轮机叶片或风叶等 涡轮机部件的外表面进行涂覆的方法。本发明还涉及用于对涡轮机部件中 的冷却孔进行掩蔽的掩蔽工艺和/或用于对这种涡轮机部件进行涂覆的涂覆 工艺的装置。所述涡轮机部件具体说可以是气体涡轮机部件，例如气体涡 轮机叶片或风叶。

背景技术

暴露于热燃烧气体的气体涡轮机部件通常涂覆有金属和/或陶瓷涂层， 以改善它们的耐热性，从而延长寿命和改善操作性能。这种涂层的示例有 MCrAlX涂层，其中，M代表金属，具体说为钴、镍或铁，而X代表活性 元素，可以是例如钇(Y)和/或硅(Si)、钪(Sc)和/或至少一种稀土元素 或铪(Hf)。例如EP 0486489B1、EP 0786017B1、EP 0412397B1或EP 1306454A1 中公开了这种合金。可向MCrAlY涂层上施加热障涂层(thermal barrier coating，TBC)。这种热障涂层通常由氧化锆(ZrO₂)制成，其晶体结构可 通过添加氧化钇(Y₂O₃)而得以部分或完全稳定化。

此外，暴露于热燃烧气体的涡轮机部件通常还包括至少一个内部空腔 和从该内部空腔延伸至部件外部的冷却孔。在这种部件的操作中，将例如 冷却空气等冷却流体吹出冷却孔以在部件的表面上形成冷却流体膜，来保 护该表面不受热燃烧气体的损害。

通常，通过热喷涂方法，例如大气等离子喷涂(APS)或高速氧燃料喷 涂(HVOF)等，来向部件的表面施加金属合金涂层或陶瓷涂层。在任何情 况下，在施加涂层的期间，冷却孔的截面面积均会变小，甚至完全被堵塞。 因此，冷却流体经由冷却孔的流动效率降低。因此，有必要在施加涂层后 重新打开部分或完全堵塞的冷却孔。然而，重新打开冷却孔是耗时且复杂 的，因此是昂贵的工艺。另外，冷却孔通常是通过放电加工(EDM)形成 的，在用电绝缘陶瓷涂层涂覆部件后将不能使用。

由于上述问题，所以人们提出了在涂覆工艺期间掩蔽冷却孔。EP 1365039A1描述了一种对气体涡轮机部件的冷却孔进行掩蔽的工艺，其中使 用能被紫外光固化的聚合物作为掩蔽材料来填充冷却孔。在掩蔽材料固化 后，施加涂层。在施加涂层后，可通过烧掉冷却孔中的剩余掩蔽材料来去 除之。DE 10 2006029070B3描述了对具有冷却孔的部件进行涂覆的方法， 其中在涂覆工艺期间对冷却孔进行掩蔽。将粒子束(particle beam)用于部 件涂覆。将掩蔽材料选择为使之能被粒子束带走。

发明内容

鉴于上述现有技术，本发明的第一个目的是提供一种掩蔽涡轮机部件 的冷却孔的有利方法。本发明的第二个目的是提供一种涂覆涡轮机部件的 有利方法。本发明的第三个目的是提供一种用于掩蔽涡轮机部件中的冷却 孔的掩蔽工艺和/或用于涂覆气体涡轮机部件的涂覆工艺的装置。

第一个目的通过如权利要求1所述的对涡轮机部件的冷却孔进行掩蔽 的方法来实现。第二个目的通过如权利要求5所述的对涡轮机部件的外表 面进行涂覆的方法来实现，而第三个目的通过如权利要求9所述的用于对 涡轮机部件中的冷却孔进行掩蔽的掩蔽工艺和/或对涡轮机部件进行涂覆的 涂覆工艺的装置来实现。从属权利要求描述了本发明的其它改进。

根据本发明，提供了一种用于涂覆工艺的对涡轮机部件的冷却孔进行 掩蔽的方法。所述涡轮机部件包括待涂覆的外表面、具有通向所述部件外 的开口的至少一个内部空腔、和从所述至少一个内部空腔延伸至外表面的 冷却孔。本发明的方法包括以下步骤：用掩蔽材料填充所述冷却孔，并使 所述掩蔽材料硬化。根据本发明，将水作为掩蔽材料填充到冷却孔中。然 后通过将水冷冻成冰来完成硬化。

使用冰作为掩蔽材料能提供的优点是，水是便宜的掩蔽材料，容易施 加并且容易去除。此外，水不会污染环境。

可在从所述部件的外表面密封住冷却孔的同时，将水经由所述至少一 个内部空腔的开口填充到冷却孔中。通过这些措施，水能够轻松地流进冷 却孔中，以匹配外表面，从而在水冻成冰后得到平滑的待涂覆表面。