[发明专利]一种透平叶片

说明书

本发明公开了一种透平叶片，包括叶身表面的热障涂层，所述热障涂层由内至外依次为金属粘结层、Al‑Cr共渗层和陶瓷层。其中，所述金属粘结层分为两层，底部粘结层的组分与基体组分基本相同，元素基本无浓度梯度；顶部粘结层为Al、Cr元素含量相对基体较高的MCrAlY涂层。所述Al‑Cr共渗涂层为在顶部粘结层表面进行Al‑Cr共渗，内扩散形成内层富Cr的改性铝化物涂层。所述陶瓷层分为两层，均由单一陶瓷材料成分或多种陶瓷材料成分复合的陶瓷材料制成，底部陶瓷层孔隙率较顶部陶瓷层孔隙率高。本发明提供的透平叶片与传统透平叶片相比，高温服役环境下的抗氧化和抗热腐蚀性能更为优异，叶片服役寿命更长。

技术领域

本发明属于燃气轮机高温部件技术领域，尤其是涉及一种透平叶片，具有优异的抗高温氧化和抗热腐蚀性能。

背景技术

透平叶片是重型燃气轮机的关键部件，为气冷型腔结构，表面涂覆热障涂层。透平叶片处于燃气轮机的热端部位，燃烧室排出的高温燃气直接作用于透平叶片，叶片承受着高温燃气的腐蚀和氧化作用。透平叶片表面涂覆热障涂层可降低叶片基体服役温度，延长叶片使用寿命，是提高透平叶片使用温度最有效的手段。

目前，在役重型燃气轮机透平叶片表面热障涂层基本均为双层结构，即MCrAlY(M＝Ni或Co或Ni+Co)金属粘结层和8YSZ(6％～8％Y₂O₃部分稳定ZrO₂)陶瓷层。金属粘结层主要起改善陶瓷层和叶片基体合金的物理相容性以及抗氧化保护基体的作用；陶瓷层热导性差，在其内部形成温度梯度，主要作用是降低叶片基体表面温度。但是，透平叶片在高温服役过程中，由于叶片基体与金属粘结层成分、各元素含量的不同，界面将发生元素互扩散行为，影响叶片基体性能，降低叶片使用寿命；再者，服役过程中，叶片会不可避免的发生高温氧化和热腐蚀行为，热腐蚀也是一种加速的氧化反应，热腐蚀产生的疏松多孔的腐蚀产物会使得热障涂层体系中的应力急剧增大，导致陶瓷隔热层剥落。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透平叶片。本发明是通过设计一种新型的叶片表面热障涂层结构体系以及改进热障涂层成分，可有效抑制叶片基体与涂层间的元素互扩散，改善叶片基体的服役性能；并进一步提高叶片的抗氧化性能和抗热腐蚀能力，延长叶片的使用寿命。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种透平叶片，叶片的冷却系统包括叶片内部冷却通道、叶身气膜孔以及设置在叶片表面的热障涂层；其中，所述热障涂层由内至外依次为金属粘结层、Al-Cr共渗层和陶瓷层。

本发明进一步的改进在于，所述金属粘结层分为底部粘结层和顶部粘结层，底部粘结层的组分与基体组分完全相同，元素无浓度梯度；顶部粘结层为Al、Cr元素含量相对基体较高的MCrAlY涂层。

本发明进一步的改进在于，所述金属粘结层厚度为100～350μm，其中顶部粘结层与底部粘结层的厚度比为1:3。

本发明进一步的改进在于，所述Al-Cr共渗层为在顶部粘结层表面进行Al-Cr共渗，内扩散形成内层富Cr的改性铝化物涂层。

本发明进一步的改进在于，所述Al-Cr共渗层厚度为50～150μm。

本发明进一步的改进在于，所述陶瓷层分为底部陶瓷层和顶部陶瓷层，均由单一陶瓷材料成分或多种陶瓷材料成分复合的陶瓷材料制成。

本发明进一步的改进在于，底部陶瓷层孔隙率范围为15％～30％，顶部陶瓷层孔隙率范围为5％～12％。

本发明进一步的改进在于，所述陶瓷层厚度为350～700μm，其中顶部陶瓷层与底部陶瓷层的厚度比为1:2.5。

本发明至少具有如下有益的技术效果：