[其他]用于陆上和船用燃气轮机的涡轮叶片的改进

说明书

本发明涉及陆上和船用燃气轮机，特别是涉及具有抗剥落和耐腐蚀陶瓷涂层的涡轮叶片。

船用和陆上燃气轮机经受同航空透平叶片不同类型的腐蚀，因为至少它们的一部分叶片在不同（低于航空透平叶片的工作温度）温度范围（从而也经受硫化物腐蚀和中间温度-1100到1500°F-的腐蚀）内工作，并且经常在含有例如钒酸盐的廉价燃料中使用，该钒酸盐会在叶片上形成腐蚀性很强的熔融盐沉积物。

从前为使涡轮叶片腐蚀减至最小，批量地使用过各种涂层。这种涂层包括扩散涂层（也就是铝化铂）和表面涂层（也就是MCr    Al    Y，此处的M是钴和镍一类的金属）。

此外，还试验过在涡轮叶片表面涂上热阻挡层。虽然这种涂层也需要耐腐蚀，但这种涂层需要相当的厚，因为这些涂层的首要作用是作为隔热层，以便在气流与被冷却的金属叶片之间形成温降。这种在镍基超耐热合金叶片上的热阻挡层，一般由致密的陶瓷外层、多孔陶瓷（因而是隔热的）中间层和MCr    Al    Y结合层构成。美国专利说明书No4，255，495（hevine等）给出一些热阻挡层的实例。这种涂层的典型厚度为20-30密耳，以便足够形成具有相当大的（一般为100-200°F）温降的多孔陶瓷层。虽然这种技术大有前途，但这种涂层引起了相当的困难，涂层中的裂纹导致陶瓷涂层的剥落，并且还吸附了对叶片金属表面有害的熔融盐一类的腐蚀性化合物。

因此，本发明属于一种为制造用于陆上或船用燃气轮机的涡轮叶片的工艺，上述叶片有一部分设计成能够在1100-1500°F温度范围内工作，并设计成能够使用含杂质的燃料，其特征在于，将上述叶片温度加热到至少约1200°F，并且将1-4密耳厚的陶瓷涂层，涂覆到设计成能够在1250-1500°F温度范围内工作的上述叶片的至少一部分上，借此，上述涂料抗剥落并极大地减少叶片的腐蚀。

本发明也包括为用于陆地或船用燃气轮机的涡轮叶片，该叶片翼面的至少一部分设计成能够在1100-1500°F温度范围内工作，并且设计成能够使用含杂质的燃料，其特征在于，上述叶片在设计成能够在1100-1500°F温度范围内工作的翼面的至少那一部分上，有1-4密耳厚的陶瓷涂层，涂覆了上述陶瓷涂层，为的是在高达至少1200°F温度仍然使其保持在压缩状态中。

业已发现，如果加热（在至少约1200°F温度）进行涂覆，极薄（1-4密耳）的陶瓷涂层是相当抗剥落和耐腐蚀的。本发明涂层不作为热阻挡层，因为它的厚度不够，将不会造成相当大的温降。象热阻挡层一样，在叶片表面上可以首先涂覆结合层（最好是MCr    Al    Y）。在MCr    Al    Y外面涂覆多孔陶瓷，然后在最外层涂覆致密陶瓷。最好多孔陶瓷和致密陶瓷都是经氧化钇稳定化处理的氧化锆。应该注意，多孔部分是一个过渡区，造成热膨胀差，它很薄，几乎没有热绝缘性。已经发现，使涂层保持很薄和将陶瓷涂层涂覆到叶片的那部分的温度，控制在至少1200°F，对于生产长寿命的涂层都是至关重要的。

为了能更清楚地理解本发明，通过实例并参照附图，将叙述本发明简便的实施例，在附图中：

图1示出厚度放大了的涂层的叶片翼面部分的横截面;而

图2是表示涂层涂覆步骤的方框图。

参照图1截面中表示的涡轮叶片10，在叶片的翼面部分上有结合层12、多孔膨胀层14和致密外层16。根部不涂覆。因为翼面的下半部是关键区域，其大部分在1250-1500°F温度范围内工作，并且因为存在着在1500°F温度以上（也可能有末涂层的叶片在1500°F温度以上运行）是有效的涂层，可能要求只在最靠近翼面部分根部的下半部涂覆本发明的涂层。当在此处使用涂层时，叶片这个词系指无论是运动的还是静止的（从而包括有时称为“浆翼”的静止部分，经常是钴基超耐热合金做的，而运动部分经常是镍基超耐热合金）翼面部分。

图2主要概括了操作过程。第一步，20-将MCr    Al    Y涂覆到叶片上。30-接着将叶片加热到约1200°F，然后40-涂覆多孔陶瓷，50-紧接着涂覆致密陶瓷（叶片温度再次被控制在至少约1200°F）。

如上所述，在1100-1500°F温度范围内的叶片翼面，对陆上和船用燃气轮机造成特殊问题。在此中间范围内，特别是在旋转叶片中，发生了通常称为Ⅱ-型的“低温热腐蚀过程”，因为这个范围与高应力区域一致，腐蚀和应力的叠加作用会导致对于表面敏感的机械性能的降低。