[发明专利]形成可磨耗涂层的方法

说明书

技术领域

本发明包括涉及形成可磨耗多孔涂层(abradable porous coating)的方法。

背景技术

多孔金属涂层在燃气涡轮发动机中用作压缩机密封。在运行中，旋转的压缩机叶片往往会在涂层中切出沟槽以减少间隙，从而增加了压缩机的效率并最小化了对压缩机叶片端部的潜在损伤。该金属涂层可以通过在压缩机表面上沉积金属和聚合物的复合物来形成。为了获得涂层所需的微结构，必须将所沉积涂层中存留的聚合物的部分或全部除去。这种除去步骤通常是消耗时间的，并造成对周围的发动机部件的损伤。正常的除去方法是将被涂覆的部件置于空气炉中并加热涂层至设定的温度以将聚合物从金属中烧去。然而，当涂层是施加在发动机机壳上时，发动机因其尺寸而不能放置在炉内。从而，存在着对能有效地并且不会损伤邻近的发动机部件地、在涡轮发动机上形成多孔金属涂层的新方法的需求。

发明内容

在一个实施方案中，形成涂层(coating)的方法包括在衬底表面上沉积第一涂料层(coating layer)，其中该涂层包括陶瓷或金属、润滑材料和易消散材料(a fugitive material)。通过用局部热源(localized heat source)加热第一涂料层，使易消散材料的至少一部发生分解、转化或挥发。

在另一个实施方案中，形成涂层的方法包括在衬底表面上沉积第一涂料层，其中该第一涂料层包括陶瓷、润滑材料和聚合物易消散材料。通过用等离子炬加热第一涂料层，使所述聚合物易消散材料的至少一部分发生分解、转化或挥发。

附图说明

图1显示了依照本发明的实施方案制造的可磨耗涂层的结构。

图2显示了依照本发明的另一可选实施方案制造的可磨耗涂层的结构。

具体实施方式

此处公开的是在衬底上形成可磨耗多孔涂层的方法。该涂层可被用在各种衬底上，并且其在旋转机械上特别有用，所述旋转机械例如涡轮发动机部件。例如，该衬底可以是燃气涡轮机压缩机机壳、离心压缩机机壳、涡轮机护罩、和/或涡轮增压器压缩机。在优选的实施方案中，该衬底是燃气涡轮机压缩机并且该涂层是沉积在限定压缩机机壳内部直径的表面上。

该涂层可以包括陶瓷材料例如氧化锆、氧化铝、氧化铈、氧化钇、氧化镁、氧化钙、氧化镝(disprosia)、二氧化钛、或它们的组合。在优选的实施方案中，该涂层包括氧化钇稳定的氧化锆。

在一个实施方案中，该涂层包括金属。可以存在于涂层中的金属包括铝、钛、铜、锌、镍、铬、铁、钴、硅、钨、钽、钼、钇、或它们的组合。在优选的实施方案中，该涂层包括钴。在一个实施方案中，该金属是金属合金。适宜用于涂层中的金属合金的实例包括CoNiCrAlY、AlSi、NiCrAl、NiCrAlY、NiCrFeAl、NiAl、NiCr、FeCrAlY、或它们的组合。优选地，该金属合金是CoNiCrAlY。

涂层可以包括约10重量百分数至约90重量百分数的所述陶瓷或金属。在一个实施方案中，涂层包括约30重量百分数至约90重量百分数的所述陶瓷或金属。在另一个实施方案中，涂层包括约70重量百分数至约90重量百分数的所述陶瓷或金属。

涂层也可以包括润滑材料，该润滑材料包括但不限于六方氮化硼(hBN)、石墨、二硫化钼、氟化钙、或它们的组合。在一个实施方案中，润滑材料是六方氮化硼。

润滑材料可以以约0.1重量百分数至约20重量百分数的量存在于涂层中。在一个实施方案中，涂层包括约3重量百分数至约15重量百分数的润滑材料。在另一个实施方案中，涂层包括约3重量百分数至约10重量百分数的润滑材料。

如之前提到的，易消散材料存在于所沉积的涂层中。在一个实施方案中，易消散材料包括聚合物。可以存在于易消散材料中的适宜的聚合物的实例包括聚酯、聚酰亚胺、或苯乙烯。在优选的实施方案中，聚合物是聚酯。

用于此处的短语“易消散材料”指的是存在于涂层中的、可以分解、转化、或挥发而在涂层中形成多孔微结构的任何材料。用于此处的术语“转化”指的是从易消散材料沉积在涂层中的原始形态改变其形态。在其在涂层中的原始的沉积状态下，易消散材料可以被描述为被金属或陶瓷基质所围绕的固体并基本上填充了基质中的大多数空间。在转化后的状态中，在易消散材料结构中发生大孔隙的形成，从而留下了被所述金属或陶瓷基质所围绕的易消散材料的薄层或者存留的易消散材料的“纤维状(stringy)”网络。