[发明专利]用于TBC涂覆的涡轮部件的修复方法

说明书

技术领域

本发明总的涉及修复燃气涡轮发动机部件，更特别地涉及修复包括陶瓷热屏障涂层(thermal barrier coating)的涡轮部件。

背景技术

燃气涡轮发动机包括“热区段”，其包含燃烧器和一个或多个下游涡轮。在操作过程中该热区段中的部件暴露于限制其有效使用寿命的高温、腐蚀性气流。因此，这些部件典型地是由高温钴基或镍基“超合金”制成的，而且通常涂覆有耐腐蚀和/或耐热的材料，特别是涂覆有陶瓷热屏障涂层(TBC)。

这种部件的实例包括但不局限于高压涡轮叶片和喷嘴、和涡轮叶片护罩。尽管使用了保护性涂层，但在使用过程中这种部件通常会出现缺陷，例如裂纹、损伤或材料损耗。

在发动机操作之后，通常通过铜焊工艺(例如活化扩散修复(“ADH”))或通过焊接工艺(例如在升高的温度超合金焊接(“SWET”))来修复这些部件。为了实现成功修复，所述部件在缺陷的界面处应当是清洁的且不含氧化物。

一种用于修复具有运行裂纹的TBC涂覆部件的常规方法是通过喷砂处理和化学剥离法的组合完全剥离包括该陶瓷顶涂层和该金属粘合涂层的TBC涂层。这两种工艺具有多个不利方面，包括由于工艺的手工性质导致的低劳动力成本生产率、工艺差异和再加工，以及在化学剥离过程中的部件壁损耗，这会导致高废品率。

发明内容

本发明解决了现有技术的这些和其他缺点，本发明提供了用于修复带涂层的涡轮部件同时保持该部件的材料厚度的方法。

依照本发明的一方面，提供了用于修复包括热屏障涂层系统的金属涡轮部件的方法，该热屏障涂层系统包括金属粘合涂层和陶瓷顶涂层。该方法包括：(a)使用机械工艺除去该顶涂层；(b)从该部件上部分剥离该金属粘合涂层，以使基本不除去该部件的材料；(c)修复该涡轮部件中的至少一个缺陷；(d)将新金属粘合涂层施加到该涡轮部件上；和(e)将新陶瓷顶涂层施加到该金属粘合涂层上。

依照本发明的另一方面，修复的金属涡轮部件包括：(a)金属主体；(b)施加在该主体上的粘合涂层，包括：(i)镍基合金的第一金属层；和(ii)覆盖在该第一层之上的镍基合金的第二金属层；和(c)覆盖在该粘合涂层上的陶瓷顶涂层。

附图说明

参考与附图相结合的以下描述，本发明可以得到最好的理解，其中：

图1是其中具有一个或多个缺陷的运行涡轮喷嘴的透视图；

图2是图1的涡轮喷嘴的轮叶(vane)一部分的放大横截面视图，显示了其中的缺陷；

图3是在去除TBC顶涂层之后图2的轮叶的视图；

图4是部分剥离TBC粘合涂层之后图3的轮叶的视图；

图5是裂纹修复之后图4的轮叶的视图；

图6是粘合涂层施加之后图5的轮叶的视图；

图7是再次施加铝化物(aluminide)涂层之后图6的轮叶的视图；和

图8是施加新TBC顶涂层之后图7的轮叶的视图。

具体实施方式

参照附图，其中在全部各附图中，相同的附图标记指示相同的元件，图1显示了示例性的涡轮喷嘴段10。燃气涡轮发动机包括多个以环形阵列设置的这种段10。该涡轮喷嘴段10仅是带涂层的金属涡轮部件的实例，此处所述的修复方法同样可应用于其他部件，其非限定性实例包括燃烧器衬里、旋转涡轮叶片(rotating turbine blade)和涡轮护罩(turbine shroud)。

该涡轮喷嘴10包括设置在弓形外带14和弓形内带16之间的第一和第二喷嘴轮叶12。该轮叶12限定了经构造以将燃烧气体最优导向位于其下游的涡轮转子(未示出)的翼面(airfoil)。该外带和内带14和16分别限定了通过该喷嘴段10的气流的外和内径向边界。轮叶12的内部大部分是空的，可以包括多个已知类型的内部冷却特征，例如限定蛇形通道的壁、肋片、湍流促进器(湍流器)等。轮叶12能够具有多个在其中形成的常规冷却孔18和后缘槽20。在轮叶12和带14和16中至少特定最小量的材料(即最小壁厚)的存在对于保持该涡轮喷嘴段10的结构整体性和空气动力学性能是重要的。

这种喷嘴段10和其他热区段部件通常由在燃气涡轮发动机的升高的操作温度下具有可接受强度的钴基或镍基超合金(例如RENE 80、RENE 142、RENE N4、RENE N5、RENE N6)在一个或多个工段中铸造。