[发明专利]超合金涡轮部件及通过带电粒子轰击的相关制造方法

说明书

本发明涉及诸如涡轮叶片或分配器翅片之类的涡轮部件，该涡轮部件例如包括由单晶镍超合金制成的基底，覆盖该基底的金属子层以及覆盖该子层的金属氧化物的保护性层，其特征在于，金属子层具有与保护性层接触的一个表面，并且该表面具有小于1μm的平均粗糙度。

技术领域

本发明涉及涡轮部件，例如用于航空的涡轮叶片和喷嘴导向叶片。

背景技术

在涡轮喷气发动机中，燃烧室产生的废气可达到1200℃以上，或者甚至达到1600℃以上的高温。因此，与这些废气接触的涡轮喷气发动机部件，例如涡轮叶片必须能够在这样的高温下保持其机械性能。

对此，由“超合金”制造涡轮喷气发动机的某些部件是已知的。超合金是一类高强度金属合金，可以在相对接近其熔化温度的温度(通常是其熔化温度的0.7至0.8倍)下工作。

为了增强这些超级合金的耐热性并保护它们免于氧化和腐蚀，已知的是用作为热障的涂层来覆盖它们。

图1是涡轮部件1，例如涡轮叶片或喷嘴导向叶片的截面示意图。部件1包括覆盖有热障10的单晶金属超合金基底2。

图2是示出了涡轮部件1的覆盖基底2的热障10的一部分的截面的显微照片；图2中的黑色矩形是对应于50μm长度的比例尺。热障10包括金属结合层3、保护性层4和绝热层5。金属结合层3覆盖金属超合金基底2。金属结合层3本身被保护性层4覆盖，该保护性层4通过使金属粘结涂层3热氧化来形成(保护性层是热生长的氧化物或TGO)。保护性层4保护超合金基底免受腐蚀和/或氧化。绝热层5覆盖保护性层4。绝热层5可以由陶瓷制成，例如氧化钇稳定的氧化锆制成。金属结合层3提供超合金基底的表面与保护性层之间的粘结。

在制造热障期间，已知的是，在沉积粘合层之后，去除在粘合层的表面上形成的氧化物。这些氧化物是在与周围大气接触时而形成的，并且在使用涡轮部件时是不稳定或亚稳定的。

为此，已知的是，对金属结合层的外表面进行喷砂处理。喷砂处理能够除去在结合层沉积后于结合层表面上所形成的氧化物。

但是，当根据已知方法在喷砂步骤之后在结合层上形成TGO时：

杂质被输送到结合层的表面。这些杂质在通过氧化形成保护性层的过程中被引入到保护性层中；

TGO的晶粒大小不一。保护性层特别是具有小的晶粒(例如，尺寸小于1μm)，已知这些晶粒降低了热障的耐腐蚀性和抗氧化性，并且减小了保护层对结合层的粘附性；

不同的同素异形相可以共存于保护性层中。在氧化铝TGO的情况下，已知在使用部件的高温条件下，α相的不同相通过改变体积而转变成α相。体积的这种变化会导致TGO中的拉应力和裂纹，从而促进其剥落。因此，热障的使用寿命大大降低；

在金属结合层的不同部分，TGO的生长动力学不同。TGO的生长动力学差异会导致在使用热障时TGO中的机械应力，并缩短其使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效地保护超合金涡轮部件使其免受氧化和腐蚀，同时赋予比于具有已知的热障的部件更长的使用寿命的方案。

在本发明的上下文中，该目的通过一种制造涡轮部件的方法来得以实现，该涡轮部件包括：

基于单晶镍的超合金基底，

覆盖该基底的金属结合层，以及

覆盖该结合层的保护性金属氧化物层，

所述方法包括以下步骤：

a)对所述金属结合层的表面进行带电粒子轰击，随后

b)于在步骤a)中经轰击的表面上形成所述保护性层。