本發(fā)明涉及局部修復(fù)受損隔熱層的方法。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的高壓渦輪的葉片組暴露于極具侵蝕性的環(huán)境中。通常，此類部件涂覆有氧化保護(hù)涂層和隔熱涂層。隔熱涂層用于使底層部件熱隔絕，從而使其維持在其機(jī)械性能及其壽命可接受的溫度下。

通過侵蝕、顆粒碰撞、氧化、腐蝕以及鈣鎂鋁硅酸鹽化(CMAS)，系統(tǒng)的特定區(qū)域在高溫下使用時(shí)可能受損。圖1和2所提供的照片顯示出使用中受損的葉片外觀。此類破壞可導(dǎo)致隔熱層甚至底層的局部消失，從而導(dǎo)致底層氧化。

目前，為了重建隔熱層，已知移除部件的整個(gè)隔熱涂層(即使未受損區(qū)域)，然后制造一個(gè)新的隔熱系統(tǒng)。在特定情形下，甚至可能需要丟棄已受損的具有隔熱層的部件。

存在改善涂覆有隔熱層可使用時(shí)間長度的需求。

存在簡化和降低修復(fù)受損隔熱層的工藝成本的需求。

還存在提供修復(fù)受損隔熱層的新方法的需求。

發(fā)明目的和簡介

為此目的，本發(fā)明提供了一種局部修復(fù)受損隔熱層的方法，所述方法包含下列步驟：

a)使涂覆有受損隔熱層的由導(dǎo)電性材料制成的部件進(jìn)行電泳處理，所述受損的隔熱層包含陶瓷材料并且存在至少一個(gè)待修復(fù)的受損區(qū)域，所述部件放在電解質(zhì)中，該電解質(zhì)是液體介質(zhì)中的顆粒懸浮液，所述陶瓷涂層在受損區(qū)域中通過電泳進(jìn)行沉積，從而得到能用于大于或等于1000℃溫度的修復(fù)隔熱層。

在本發(fā)明中，該部件由導(dǎo)電性材料制成，并且受損隔熱層使得在待修復(fù)隔熱層內(nèi)能夠?qū)щ姡虼四軌蛟诓襟Ea)過程中在該區(qū)域內(nèi)通過電泳使陶瓷涂層沉積。步驟a)過程中所得陶瓷涂層通過在部件上沉積顆粒而形成。大部分沉積的陶瓷涂層可沉積在受損區(qū)域中。換句話說，大于或等于步驟a)過程中沉積的陶瓷涂層總質(zhì)量的50％的陶瓷涂層質(zhì)量可能沉積在受損區(qū)域。舉例說，該沉積在受損區(qū)域內(nèi)的陶瓷涂層質(zhì)量可大于或等于步驟a)過程中沉積的陶瓷涂層總質(zhì)量的75％，或者甚至90％。在實(shí)施時(shí)，陶瓷涂層可以僅沉積在受損區(qū)域內(nèi)。

有利地，本發(fā)明能夠以快速廉價(jià)和局部方式修復(fù)受損隔熱層，并且因此避免了局部損壞的部件被丟棄或者實(shí)際上避免了移除整個(gè)受損隔熱層。結(jié)果是，本發(fā)明能夠延長部件壽命以及削減放回具有已經(jīng)受損的隔熱層的工作部件的成本。

局部修復(fù)的可行性源自電泳沉積的使用，這與通過等離子體濺射(PS)或通過電子束物理氣相沉積(EB-PVD)的沉積方法形成鮮明對比，后者難以或不可能以局部的方式實(shí)施修復(fù)。

此外，通過電泳沉積的方法提供了能夠在存在復(fù)雜形狀的部件上可用的優(yōu)勢。

修復(fù)的隔熱層可以用于隔熱層表面溫度大于或等于1000℃的環(huán)境中。

該部件可有利地由金屬材料制成，并且作為舉例，其可以包括鎳。

有利地，在實(shí)施步驟a)之前，受損的隔熱層在受損區(qū)域內(nèi)可缺少材料。

在一個(gè)實(shí)施方式中，可能團(tuán)聚的顆?？梢砸孕∮诨虻扔?0μm的平均粒徑存在。

術(shù)語“平均粒徑”用來表示通過半數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)粒徑分布給出的尺寸，即所知的D50。

例如，非團(tuán)聚態(tài)的顆?？梢跃哂形挥?0nm至1μm范圍內(nèi)的平均粒徑。

此類顆粒粒徑有利地用于獲得穩(wěn)定的懸浮液。

顆?？梢匀芜x地通過使用溶膠-凝膠技術(shù)獲得。因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟a)之前，該方法可以包括通過實(shí)施溶膠-凝膠法獲得顆粒的步驟。隨后，顆?？梢苑稚⒂谝后w介質(zhì)中，用于形成電解質(zhì)。

舉例說，電解質(zhì)顆?？梢允茄趸惙€(wěn)定的氧化鋯(YSZ)顆粒，其任選地通過溶膠-凝膠技術(shù)獲得。還可以使用氧化鋯的顆粒。更具體地，為了通過電泳進(jìn)行沉積，可以使用能夠在電解質(zhì)內(nèi)具有電荷的任何顆粒(由此當(dāng)施加電場時(shí)能夠使它們被移動(dòng))。因此，舉例說，可以使用具有下列化學(xué)式的顆粒：ZrO₂-ReO_1.5(其中，Re表示稀土元素，例如：Gd，Sm或Er)，Y₂O₃、Al₂O₃、TiO₂或CeO₂。

在一個(gè)實(shí)施方式中，顆?？梢杂纱嬖谟谑軗p隔熱層中的相同陶瓷材料制成。

在一個(gè)變化方式中，顆粒可以由與存在于受損隔熱層中陶瓷材料不同的材料制成。在此類情形下，構(gòu)成顆粒的材料和受損隔熱層的陶瓷材料有利地在熱力學(xué)和化學(xué)上相容。例如，存在于受損隔熱層中的陶瓷材料與構(gòu)成顆粒的材料的熱膨脹系數(shù)之差可以有利地小于或等于2.10^-6K^-1絕對值。

使用不同的材料可以有利地引入其他性質(zhì)，例如，抗-CMAS性質(zhì)或溫度敏感材料，由此使隔熱層功能化的同時(shí)還修復(fù)它。

舉例說，液體介質(zhì)可以選自：醇類，例如乙醇或異丙醇；酮類，例如乙酰丙酮；水；及其混合物。

在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟a)開始時(shí)，顆粒在液體介質(zhì)中的濃度可以大于或等于0.1g/L，并且優(yōu)選大于或等于1克每升(g/L)。

此類濃度數(shù)值有利地能夠形成穩(wěn)定的懸浮液。

在一個(gè)實(shí)施方式中，沉積的陶瓷涂層的厚度可以大于或等于50納米(nm)，例如大于或等于30微米(μm)。在一個(gè)實(shí)施方式中，沉積的陶瓷涂層的厚度可以小于或等于200μm。

在一個(gè)實(shí)施方式中，可以在能夠使隔熱層與部件連接的連接層內(nèi)涂覆部件，并且陶瓷涂層沉積在連接層上。

連接層有利地用于改善隔熱層與部件的連接。此外，連接層可以有利地保護(hù)部件不受氧化和腐蝕。

舉例說，連接層可以由金屬制成。

在一個(gè)變化方式中，隔熱層可以直接存在于部件上。因此，在隔熱層和部件之間可以不存在連接層。

在一個(gè)實(shí)施方式中，步驟a)的持續(xù)時(shí)間可以大于或等于1分鐘，優(yōu)選大于或等于5分鐘。

此類數(shù)值有利地用于改善所形成陶瓷涂層的遮蓋性能和均一性。

在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟a)整個(gè)過程中或部分過程中，可以在部件和對電極之間施加大于或等于1伏(V)的電壓。在步驟a)整個(gè)過程中或部分過程中施加的電壓優(yōu)選大于或等于50V。

此類數(shù)值有利地用于改善所形成陶瓷涂層的遮蓋性質(zhì)和均一性。

在一個(gè)實(shí)施方式中，在在步驟a)之前，受損區(qū)域可以進(jìn)行剝離步驟。

剝離有利地用于消除可能存在的隔熱層和氧化層的殘余物，并且還可以改善待修復(fù)受損區(qū)域的導(dǎo)電性質(zhì)，從而提高陶瓷涂層的電泳沉積。

剝離還可以以機(jī)械方式進(jìn)行，例如噴砂、砂紙打磨、研磨、高壓水噴射或激光清潔。

在一個(gè)變化方式中，剝離可以是化學(xué)剝離，例如電解剝離或在酸或堿介質(zhì)中的剝離。

在剝離之后，在步驟a)開始時(shí)，受損隔熱層可以在受損區(qū)域內(nèi)缺少材料。

在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟a)之后，該方法可以包括步驟b)：通過使所沉積的陶瓷涂層熱處理進(jìn)行固結(jié)。

舉例說，步驟b)可以包括使步驟a)之后所得部件經(jīng)受大于或等于1000℃例如大于或等于1100℃的溫度。

在一個(gè)實(shí)施方式中，部件構(gòu)成渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。

附圖簡介

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢通過所給下列詳述結(jié)合附圖是顯而易見的。其中：

·圖1是使用中受損的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片照片；

·圖2包括使用中受損的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的照片以及闡釋受損隔熱層結(jié)構(gòu)的截面圖；

·圖3A和3B用示意圖且截面圖表明本發(fā)明方法的實(shí)施過程；以及

·圖4A和4B是顯示出通過本發(fā)明方法處理前后部件各自的照片。

實(shí)施方式詳述

圖2顯示出，部件1，例如由鎳基超合金制成，涂有粘附層2，其上面存在隔熱層3。在粘附層2和受損隔熱層3之間存在氧化層2a。氧化層2a可以由α-Al₂O₃制成。受損隔熱層3包含陶瓷材料，并且其存在待修復(fù)的受損區(qū)域4。

受損區(qū)域4可以有至少一個(gè)未受損的鄰近區(qū)域。在所示實(shí)例中，受損區(qū)域4位于兩個(gè)未受損的鄰近區(qū)域5a和5b之間。

圖3A顯示出本發(fā)明步驟a)的實(shí)施方式。如圖所示，帶有受損隔熱層3的部件1放在電解質(zhì)10中。該電解質(zhì)是液體介質(zhì)中的顆粒11。舉例說，顆粒11可以是氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(氧化鋯被氧化釔穩(wěn)定)。

舉例說，在一個(gè)實(shí)施方式中，下面描述形成顆粒11所用的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末的溶膠-凝膠合成步驟：

·混合乙酰丙酮的1-丙醇溶液和鋯丙醇氧化物(Zr(OC₃H₇)₄)；

·混合所得混合物與硝酸釔的1-丙醇溶液；

·混合所得混合物與水和1-丙醇(10摩爾每升(mol/L)，從而獲得溶膠；

·在50℃溫度下烤干凝膠；

·蒸發(fā)干燥或超臨界干燥；以及

·在700℃溫度下在空氣中煅燒。

以此方式獲得的氧化物粉末(氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)隨后懸浮于液體介質(zhì)(如由異丙醇構(gòu)成)中，形成電解質(zhì)10。

涂覆有受損隔熱層3的部件1構(gòu)成電泳系統(tǒng)的一個(gè)電極，并且該系統(tǒng)具有與其對置的對電極20。舉例說，對電極20由鉑制成。由于部件1和受損區(qū)域4的導(dǎo)電性質(zhì)，電泳沉積發(fā)生在受損區(qū)域4內(nèi)。在所示實(shí)施例中，受損區(qū)域4由缺材料的區(qū)域構(gòu)成。在一個(gè)未示出的變化方式中，受損區(qū)域包含缺少材料的第一區(qū)域以及存在陶瓷層的第二區(qū)域。第二區(qū)域中陶瓷層的厚度足夠小，以使第二區(qū)域具有導(dǎo)電性。在另一變化方式中，受損區(qū)域包含有陶瓷層的區(qū)域。陶瓷層的厚度足夠小到使該區(qū)域具有導(dǎo)電性。

沉積優(yōu)先發(fā)生在最導(dǎo)電的區(qū)域內(nèi)(陶瓷層的厚度足夠小或根本不存在陶瓷層)，因?yàn)殡妶鲈诖祟悈^(qū)域較高。

一個(gè)實(shí)施方式顯示出，受損隔熱層3具有待修復(fù)的單個(gè)受損區(qū)域4，然而，具有多個(gè)待修復(fù)的受損區(qū)域的受損隔熱層同樣不超出本發(fā)明的范圍。在此類情形之下，每個(gè)待修復(fù)的受損區(qū)域均為導(dǎo)電性的。

在步驟a)過程中，發(fā)電機(jī)G在部件1和對電極20之間施加電勢差。發(fā)電機(jī)G產(chǎn)生直流(DC)或脈沖。施加偏壓，使部件1具有與顆粒11電荷相反的電荷。在施加在部件1和對電極20之間的電場作用下，顆粒11移動(dòng)并且開始沉積在部件1上，從而形成陶瓷涂層6。在受損區(qū)域4內(nèi)沉積陶瓷涂層6能夠獲得修復(fù)的隔熱層7。隨著時(shí)間變化，在受損區(qū)域4內(nèi)沉積陶瓷涂層6進(jìn)一步降低該區(qū)域的導(dǎo)電性。特別是，伴隨著陶瓷涂層6的持續(xù)沉積，該區(qū)域變得越來越絕緣，由此降低或甚至停止陶瓷涂層6在部件1上的生成。

如圖所示，陶瓷涂層6沉積在受損區(qū)域4內(nèi)，并且覆蓋受損區(qū)域4的整個(gè)表面。

有利地，當(dāng)沉積陶瓷涂層6時(shí)，受損的隔熱層3未覆蓋在掩膜內(nèi)。掩膜會(huì)在待修復(fù)的受損區(qū)域4上留下缺口。此外，在步驟a)之前無需移除位于待修復(fù)的受損區(qū)域4之外的受損隔熱層3的部分。

陶瓷涂層6可以有大于或等于50nm的厚度e，例如大于或等于30μm的厚度。在陶瓷涂層6的厚度e與垂直于涂覆部件1的表面S所測量的最大尺寸一致。

在步驟a)之后，可以使陶瓷涂層6進(jìn)行干燥，隨后熱處理進(jìn)行固結(jié)。

實(shí)施例

所使用的是通過電子束物理氣相沉積(ED-PVD)獲得的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)隔熱層所涂覆的鎳基超合金部件。隔熱層首先用水力噴射破壞。圖4A顯示出損壞后所得結(jié)果。

使用YSZ粉末在異丙醇中的懸浮液(10g/L)，在100V的電壓下進(jìn)行電泳沉積六分鐘。本發(fā)明方法處理之后的部件的照片示于圖4B中。

可以看出，在整個(gè)受損區(qū)域上得到氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯的覆蓋和均勻沉積。

術(shù)語“包含/含有一/一個(gè)”應(yīng)當(dāng)理解為“包含/含有至少一個(gè)”。

術(shù)語“位于…至…的范圍之內(nèi)”應(yīng)當(dāng)理解為包括范圍的邊界。