[发明专利]耐侵蚀和耐腐蚀的涡轮压缩机翼型件及其制造方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题涉及涡轮压缩机翼型件(airfoil)，包括具有改进的耐腐蚀(corrosion)性和耐侵蚀(erosion)性的涡轮压缩机翼型件，以及制造这些涡轮压缩机翼型件的方法。更特别，本发明涉及具有涡轮压缩机翼型件涂层的涡轮压缩机翼型件，该涡轮压缩机翼型件涂层提供改进的耐腐蚀性和耐侵蚀性，以及制造涂层涡轮压缩机翼型件的方法。

背景技术

不锈钢涡轮压缩机翼型件，诸如在工业燃气涡轮的压缩机中使用的不锈钢涡轮压缩机翼型件，呈现出翼型件表面易受水滴侵蚀且腐蚀的斑点。认为这些与水滴和存在于液滴、吸入空气或其二者中的其它化学物种的冲击所致的各种电化学溶解过程相关。而在翼型件表面发生的电化学诱导的腐蚀和侵蚀现象可由于这些构件所经历的循环热应力和操作应力而造成翼型件开裂。水滴暴露可由于使用在线水洗、雾化和蒸发冷却以及这些工艺的各种组合以提高压缩机效率而造成。这也可能由于涡轮操作所处的环境造成，因为它们经常被放置于高度腐蚀的环境中，诸如靠近化工或石油化工厂的环境，其中在进入空气中可发现各种化学物种，或者位于或靠近海岸线或其它盐水环境的环境，其中各种海盐可存在于进入空气中，或者上述情况的组合，或者在进口空气包含腐蚀化学物种的其它应用中。

使用其它材料用于涡轮压缩机翼型件的材料改变，诸如镍基或钛基合金，是改进耐侵蚀性、耐腐蚀性或二者的一种办法，但这可能不解决水滴侵蚀或腐蚀斑点的问题，因为这些材料也可易受相关的电化学过程。另外，使用除了不锈钢之外的材料以改进压缩机叶片的耐腐蚀性和耐侵蚀性通常是不合需要的，这是因为由于合金成分成本较高，故它们并不是具有成本效益的替换。这些材料通常不合需要也因为它们的使用需要重新设计包括涡轮压缩机翼型件表面的涡轮叶片，这是由于它们具有不同的冶金和机械特性的事实。另外，使用诸如镍基或钛基合金的材料可能不提供包括涡轮压缩机翼型件的涡轮叶片的更好的总体坚固性，这是因为它们对于诸如各种摩擦和微动磨损机制的其它退化现象敏感。

分别描述在美国专利5,098,797和5,260,099中的耐腐蚀翼型件涂层和制造带有耐腐蚀涂层的钢翼型件的方法。这些专利描述了一种耐腐蚀涂层，其包括在电动序中位于铁上方的金属的牺牲性底涂层和陶瓷顶涂层，陶瓷顶涂层包括铬氧化物、铝氧化物和硅氧化物的混合物。在600℉或更低的温度下施加陶瓷材料以避免403型不锈钢翼型件合金的抗疲劳性减弱。

虽然提出了改进不锈钢涡轮压缩机翼型件的耐侵蚀性或耐腐蚀性的各种办法，但仍需要具有改进的耐侵蚀性和耐腐蚀性的不锈钢涡轮压缩机翼型件。

发明内容

根据本发明的一方面，牺牲性和耐侵蚀性涡轮压缩机翼型件包括具有翼型件表面的涡轮压缩机翼型件。翼型件表面具有翼型件涂层，翼型件涂层包括牺牲性涂层，牺牲性涂层包括Al、Cr、Zn、Ni-Al合金、Al-Si合金、Al基合金、Cr基合金或Zn基合金、Al聚合物复合材料中至少一种材料或其组合的层；或者传导性底涂层和布置于底涂层上的无机基质粘结剂的顶涂层，该无机基质粘结剂具有嵌入在其中的多个陶瓷粒子和传导性粒子。翼型件涂层还包括耐侵蚀性涂层，其中牺牲性涂层或耐侵蚀性涂层中的一个布置于翼型件表面上，牺牲性涂层或耐侵蚀性涂层中的另一个布置于相应涂层上，且其中牺牲性涂层的阳极性比翼型件表面或耐侵蚀性涂层更强。

根据本发明的另一方面，制造牺牲性和耐侵蚀性涡轮压缩机翼型件的方法包括提供具有修改的翼型件表面的涡轮压缩机翼型件。该方法还包括将牺牲性涂层或耐侵蚀性涂层中的一个布置于翼型件表面上，牺牲性涂层包括Al、Cr、Zn、Ni-Al合金、Al-Si合金、Al基合金、Cr基合金或Zn基合金、Al聚合物复合材料中至少一种材料或其组合的层；或者传导性底涂层和布置于底涂层上的无机基质粘结剂的顶涂层，该无机基质粘结剂具有嵌入在其中的多个陶瓷粒子和传导性粒子。该方法还包括将牺牲性涂层或耐侵蚀性涂层中的另一个布置于布置在翼型件表面上的相应涂层上，其中参考翼型件表面，牺牲性涂层的阳极性比耐侵蚀性涂层更强。

这些和其它优点及特征将通过以下结合附图的说明而变得更明显。

附图说明

视作本发明的主题在说明书最后部分的权利要求中特别指出并清楚地声明。本发明的前述和其它特征及优点通过以下结合附图的详细说明而显而易见，其中：

图1是本文所公开的以涡轮叶片形式的涡轮压缩机翼型件的透视图；

图2是图1的截面2-2的截面图；

图3是图2的区域90的实施例的截面图；

图4是图2的区域90的第二实施例的截面图；