[发明专利]用于在涡轮机硬件上选择性地产生热障涂层的方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求于2012年6月30日提交的美国临时申请No.61/666,840和于2012年6月30日提交的美国临时申请No.61/666,838的权益，其内容通过引用方式结合到本文中。

背景技术

本发明大致涉及从部件中的通孔或槽中选择性地去除涂层。更具体地，本发明涉及从由热障涂层(TBC)保护的翼型部件中的通孔或槽中选择性地去除陶瓷热障涂层TBC。

位于燃气涡轮发动机的某些部分中的部件，比如涡轮机、燃烧器和增压器(augmentor)部分，通常利用陶瓷层热绝缘以便降低其工作温度，这使得发动机能够在更高的温度下更加有效地操作。这些涂层通常被称为热障涂层(TBC)，其必须具有低的导热率、强力地粘附物品并且在整个许多加热和冷却循环中保持粘着。能够满足这些要求的涂层系统一般包括将热绝缘陶瓷层粘着至部件的金属粘结涂层，形成所谓的TBC系统。例如为部分或完全由氧化钇(Y₂O₃)、氧化镁(MgO)和/或其他氧化物保持稳定的氧化锆(ZrO₂)的金属氧化物已被广泛地用作用于TBC系统的陶瓷层的热绝缘材料。陶瓷层一般通过热喷镀技术沉积，例如空气等离子体喷镀(APS)或者比如为电子束物理汽相沉积(EBPVD)的物理汽相沉积(PVD)技术。粘结涂层一般由抗氧化扩散涂层形成，比如扩散铝化物或铂铝化物，或者抗氧化叠加涂层，比如为通常由MCrAlX合金(其中，M是铁、钴和/或镍，X是钇、稀土元素和/或活性元素)形成的类型。

虽然TBC系统对下层部件基体提供显著的热保护，但是对于比如为燃烧器衬套以及高压涡轮(HPT)叶片(斗叶)和轮叶(喷嘴)的内部冷却通常是必要的，并且可以与TBC组合使用或者替代TBC使用。燃气涡轮发动机的空气冷却部件通常要求冷却气流通过精细地配置的冷却孔或槽排出，冷却孔或槽在部件表面上方分配冷却膜以提高冷却流的有效性。旨在提供膜冷却效应的冷却孔通常被称为扩散器(后缘区域)孔，并且具有截面沿下游方向增大的形状以降低在部件表面处由孔排出的空气的速度，由此提高部件表面的膜冷却的有效性。冷却孔的效率可以通过排放系数C_d进行量化，排放系数C_d是冷却孔的基于流量测量的有效面积与孔的实际面积的比值。由于孔内的表面状态(包括孔的入口和出口，这为通过孔的气流提供阻力)，使得有效面积小于实际面积。由于每个开口的尺寸、形状和表面状态确定排出开口的空气流的量并且影响包含孔的冷却回路内的整体气流分布，因此，形成和配置冷却孔的方法是关键的。

对于不需要TBC的部件，冷却孔一般通过比如为电子放电加工(EDM)和激光加工的常规钻孔技术形成，或者利用产生具有尺寸上正确的开口的铸件的复杂先进铸造操作形成。EDM技术不能被用于在具有TBC的部件中形成冷却孔，这是由于陶瓷是不导电的，激光加工技术易于通过使部件基体与陶瓷之间的分界面产生裂缝而使脆性陶瓷TBC剥落。因此，冷却孔通常在应用粘结涂层或TBC之前通过EDM和激光钻孔进行加工。虽然一般期望在冷却孔的内部沉积粘结涂层用于防氧化，但是由于TBC通过改变形状和减小冷却孔开口的尺寸以及通过在冷却空气排出时使金属与冷却空气绝热而减小了排放系数，因此沉积在空气冷却部件的冷却孔中的TBC的存在可以有害地影响部件的使用寿命。具有TBC的冷却孔的阻塞不仅随着新制造的空气冷却部件而发生，而且在修复从现场返回的部件上的TBC时也发生。在修复期间，一般去除所有现有粘结涂层和TBC，在此之后新的粘结涂层和TBC被沉积，因此能够通过TBC材料的沉积阻塞冷却孔。

如上所述，能够看出，由于需要使冷却孔保持恰当的尺寸和形状，因此使得对由TBC保护的空气冷却部件的制造和修复复杂化。通常的方案是将冷却孔进行掩模处理以保持其想要的大小和形状。例如，通常的做法是对涡轮机叶片的后缘进行掩模处理，以免沿着冷却孔的后缘在冷却孔内沉积TBC。根据这一方案，翼型部件没有将降低翼型部件的后缘处的表面温度的TBC。