[发明专利]为修复金属叶片目的而电解沉积具有含有粒子的金属基体的复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及为修复金属叶片目的而沉积包含金属基体的复合涂层的方法，金属基体含有粒子，金属叶片特别地，但是不仅限于燃气涡轮喷嘴的叶片。

本发明特别涉及沉积M₁CrAlM₂型涂层的方法，其中M₁选自Ni、Co或Fe，或其混合物，M₂选自Y、Si、Ti、Hf、Ta、Nb、Mn、Pt，和稀土。

背景技术

现代燃气涡轮效率的不断改进使得燃气涡轮必须使用更高的入口温度。这种趋势使得更多的耐热材料得以开发，以制造高压涡轮的部件，例如动叶片和喷嘴。

为此，开发了具有非常高的γ主相体积分数的单晶超合金，γ主相具有硬化特性。

然而，超合金的开发已不能满足对高温承受部件寿命的不断增长的要求。这就是为什么最近投入使用了绝热涂层，以降低通过内部对流进行冷却的部件的金属的温度。这些绝热涂层，或“热障”由陶瓷层组成，该陶瓷层基于由氧化钇稳定的氧化锆，并沉积于金属粘合层上，以对陶瓷涂层提供粘合，同时保护部件的金属不被氧化。

称为底涂层的粘合层可以是不同类型的。粘合层可以为MCrAlY型(其中M代表镍或钴)。特别地，粘合层可以为具有金属间结构的铝化物(NiAl)型，定义为具有50％的镍原子和铝原子的化合物。这种铝化物可以被贵金属，如铂修饰。铝化物涂层由外层组成，与该外层一同形成有扩散入基材的层。所有这些底涂层系统的共同点为它们能够形成氧化铝，即，通过氧化，它们形成氧化铝保护膜，该氧化铝保护膜粘附良好，并使部件的金属与氧化环境隔离。

尽管对部件提供了所有的保护，例如底涂层和热障，这些部件仍会氧化，并有破裂的风险。为了使这些部件可以继续使用，需要对使用一定年限后可能出现的各种缺陷进行修复。

众所周知，为对部件，例如涂层有热障的喷嘴进行修复，需要先去除陶瓷层，然后去除金属底涂层。因此，需要在卤素氛围下通过热化学处理对部件进行脱氧。然后可以通过焊接和/或钎焊对部件进行修复。一旦部件得以修复，先对金属底涂层然后对陶瓷层进行恢复。

热障通常借助喷砂去除。喷砂处理对陶瓷层和金属底涂层都具破坏作用。底涂层接着通过在酸浴中化学溶解而去除。上述处理很困难，因为其导致铝化物涂层的扩散层溶解，由此在实践中导致部件的壁厚减小。部件壁厚的减小导致流动截面，特别是喷嘴流动截面的增加。

在涡轮机组喷嘴中，扇区为包括安装在互相连接的平台上的一个或多个叶片的部件。多个扇区结合在一起形成环，该环基本上构成喷嘴。严格来说，扇区的流动截面为两个相邻叶片之间的通道的面积，该面积是垂直于流动方向测量的，物流通过上述通道流过喷嘴扇区。引申开来，更简单地，流动截面用于指通道的宽度，物流通过该通道流过喷嘴扇区。通常，流动截面在前缘和后缘之间的位置处测定，在该位置处流动截面的值最小，该位置对应于物流通道最窄处位置。

公知地，流动截面的增加会减小排气温度(EGT)裕度，从而降低发动机的性能。

因此，需要能够在部件决定发动机性能的位置处增加材料，同时保留良好的机械特性和承受氧化和腐蚀的能力。

传统工艺包括通过对基于超合金的熔块和钎焊材料进行钎焊来修复部件。该工艺不是很合适，因为其具有诸多缺点。

根据定义，熔块和钎焊粉由可熔元素制成，这些可熔元素形成具有接近部件的工作温度的熔点的化合物。因此不推荐在暴露于极端温度的大面积上使用这种类型的材料。由此，钎焊区域的机械特性不如裸基材的机械特性。

此外，通过钎焊进行沉积总会产生边缘，该边缘形成阶梯，即，沿着修复区的材料的额外厚度。阶梯的存在会扰乱(空气流动截面中的)空气流的流动，因此需要随后通过机械加工恢复适当的空气动力学轮廓。

此外，有可能喷嘴的后缘不够厚，因此不能被钎焊：伴随着钎焊的元素在可能厚达300微米(μm)的厚度上扩散，由此降低基材在所述厚度上的完整性。

发明内容

本发明的一个重要方面是提供消除现有技术缺陷的方法，特别是该方法能够解决恢复流动截面的问题，同时满足部件的环境强制标准。

因此，特别地，为修复流动截面测量区域，需要使用不会降低机械特性的材料。此外，修复操作应避免扰乱流线。

为此，本发明的方法是为修复金属叶片目的而电解沉积包含金属基体的复合涂层的方法，其中金属基体含有粒子，该方法执行以下步骤：

·提供至少一个叶片，该叶片形成阴极并具有将要被涂层的表面，该表面定义临界区域；

·提供由金属制成的阳极，并将所述阳极连接至电源；