[发明专利]涡轮叶片冷却通道形成

说明书

技术领域

本发明的实施例大致涉及涡轮叶片，且更具体而言，涉及涡轮叶片表面上的冷却通道的形成和包括此类冷却通道的涡轮叶片。

背景技术

用于高温应用中的涡轮叶片通常为镍基超级合金，且覆盖有金属连结涂层和陶瓷热障涂层。相比于形成冷却通道的已知构造和方法，本发明的实施例便于改善涡轮叶片的冷却。相比于使用镍合金，这又允许在具有较高温度的热气体路径中使用涡轮叶片、使用较薄的热障涂层、和降低成本。在一些情况下，由于涡轮叶片的主动冷却中的更多发生在叶片表面处，故涡轮叶片内的冷却通道可简化。此外，可同时地制造全部冷却通道，这相比于已知的冷却通道形成方法(诸如利用水射流或放电加工)降低了成本。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种形成沿涡轮叶片表面的冷却通道的方法，该方法包括：将第一掩模材料应用到涡轮叶片的表面的第一部分；将第一阻隔层形成在第一掩模材料顶上，且形成在涡轮叶片的表面的第二部分顶上；移除第一掩模材料和第一掩模材料顶上的阻隔层来露出涡轮叶片的表面的第一部分；并且蚀刻涡轮叶片的表面的第一部分来形成沿涡轮叶片的表面的冷却通道。

在另一个实施例中，本发明提供了一种涂布涡轮叶片的方法，该方法包括：对涡轮叶片表面的金属层镀铝；将镀铝金属层转变成铝化物层；并且从铝化物层移除铝，从而形成多孔金属层。

在又一个实施例中，本发明提供了一种涡轮叶片，其包括：镍基超级合金翼型件；翼型件表面上的氧化多孔金属层；和氧化多孔材料上的热障涂层。

一种形成沿涡轮叶片表面的冷却通道的方法，该方法包括：将第一掩模材料应用到涡轮叶片的表面的第一部分；将第一阻隔层形成在第一掩模材料的顶上，且形成在涡轮叶片的表面的第二部分的顶上；移除第一掩模材料和第一掩模材料顶上的阻隔层来露出涡轮叶片的表面的第一部分；并且蚀刻涡轮叶片的表面的第一部分来形成沿涡轮叶片的表面的冷却通道。

优选地，该方法还包括：将金属连结涂层应用到涡轮叶片的表面，金属连结涂层足以覆盖冷却通道但不填充冷却通道。

优选地，该方法还包括：形成冷却通道与涡轮叶片内的冷却源之间的通路。

优选地，该方法还包括：利用第二掩模材料填充冷却通道；

将高温金属层沉积在第二掩模材料和涡轮叶片的表面的第二部分的顶上；将第三掩模材料沉积在高温金属层的顶上；将第二阻隔层沉积在第三掩模材料和高温金属层的顶上；移除第三掩模材料和第三掩模材料的顶上的第二阻隔层；蚀刻高温金属层直到第二掩模材料；并且移除第二掩模材料。

优选地，该方法还包括：将金属连结涂层应用到涡轮叶片的表面，金属连结涂层足以覆盖冷却通道但不填充冷却通道。

优选地，冷却通道具有第一宽度，且蚀刻高温金属层包括将高温金属层蚀刻至小于第一宽度的第二宽度，使得高温金属层的至少一部分在冷却通道上延伸。

优选地，高温金属层包括多孔金属层。

优选地，沉积高温金属层包括通过以下步骤形成多孔金属层：对高温金属层镀铝；将该镀铝的高温金属层转变成铝化物层；并且从铝化物层移除铝来形成多孔金属层。

优选地，镀铝包括以下步骤中的至少一个：将高温金属层浸在铝浴中，将铝喷涂沉积到高温金属层上，或将铝汽相沉积到高温金属层上。

优选地，从铝化物层移除铝包括使用苛性溶液从铝化物层浸出铝。

优选地，该方法还包括：氧化多孔金属层。

优选地，第一掩模材料选自由以下材料构成的集合：光致抗蚀剂或聚合材料。

优选地，第一阻隔层包括从由以下材料构成的集合中选择的至少一种材料：氮氧化钛、TiO₂、TaO₂、TiN、SiO₂、氧化铝和耐高温金属氧化物。

一种涂布涡轮叶片的方法，该方法包括：对涡轮叶片表面的金属层镀铝；将该镀铝的金属层转变成铝化物层；并且从铝化物层移除铝，从而形成多孔金属层。

优选地，该方法还包括：氧化多孔金属层。

优选地，该方法还包括：将连结涂层或热障涂层中的至少一者应用到氧化多孔金属层。

优选地，金属层选自由以下材料构成的集合：涡轮叶片的镍基超级合金、应用至涡轮叶片表面的镍基合金、和涡轮叶片表面的顶上的金属连结涂层。

优选地，镀铝包括以下步骤中的至少一者：将金属层浸在铝浴中，将铝喷涂沉积到金属层上，或将铝汽相沉积到金属层上；将该镀铝金属层转变成铝化物层包括将镀铝金属层加热至大约660℃与大约1200℃之间的温度；并且从铝化物层移除铝包括使用苛性溶液从铝化物层浸出铝。