[发明专利]磨耗性单晶涡轮叶片

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术和材料技术的领域。本发明涉及带有高的抗氧化性和抗摩擦磨损性的磨耗性(abrasiv)单晶涡轮叶片(Turbinenschaufel)以及用于这种类型的磨耗性单晶涡轮叶片的制造方法。

背景技术

几十年来，减少涡轮中的泄漏损失为强化的研发工作的对象。在燃气轮机运行期间，转子和罩壳之间的相对运动是不可避免的。由此引起的罩壳的磨损或叶片的磨损导致，不再提供密封作用。作为该问题的解决方案，设置有在热保护罩(Hitzeschild)处的可磨掉的厚的覆层与在叶片顶端处的的保护敷层的组合。

自上世纪70年代起便已知这样的方法，即，在叶片顶端上施加附加的覆层或通过对叶片顶端进行合适的改进以提高抗磨损性。同样，提出了不同的方法，以用于通过磨耗性颗粒(Abrasivteilchen)(碳化物、氮化物等)与抗氧化的材料的组合使得这种保护敷层同时耐摩擦接触和通过热气体造成的氧化。然而，在制造方面，所提出的方法中的多数是高成本且复杂的，这妨碍了商业使用。这主要也适用于这些方法在单晶涡轮叶片上的应用。在此，由于基本材料的特殊的单晶微结构对加工过程提出了附加的要求。尤其地，磨耗性的叶片顶端的加工应尽可能小地影响涡轮叶片的基体。这包括避免在相对于叶片的基体的接合部处的缺陷。

因此，通常的策略在于，完全取消叶片顶端的磨损保护，并且热保护罩设有特殊的多孔的陶瓷磨配敷层(Einreibschiecht)。由于磨配敷层高的多孔性，磨配敷层在一定范围内也可由未受保护的叶片顶端磨配(einreiben)。然而，由于多孔的陶瓷磨配敷层不保证与致密的敷层相同的抗腐蚀性，这种方法带来明显的技术风险。另一风险在于由运行引起的多孔的陶瓷磨配敷层的变化(通过烧结而致密)，这种变化可对摩擦学特性起到不良作用。出于这一原因，在使用热保护罩上的陶瓷保护敷层时，与耐磨损的(磨耗性的)叶片顶端组合是值得推荐的。

自上世纪60年代便已知以磨耗性的方式涂覆的涡轮叶片。近几十年来发展出多种用于产生磨耗性的叶片顶端的方法，并且受到大量专利的保护，例如，见文件US 6194086B1。但是，自90年代初已知(例如，见文件DE 10 2004 059 904 A1)使用激光堆焊(Laserauftragsschweissen)(英：激光金属成型(Laser Metal Forming)，缩写LMF)用于构建磨耗性的叶片顶端，然而，该方法还极少应用在工业标准中。

在文件EP 1295969A1和文件EP 1295970A1中公开了MCrAlY材料，该MCrAlY材料用作相对大面积的、尽可能最好地与单晶基本材料相匹配的氧化保护敷层。

同样地，还已知用于控制单晶构件的再熔化或控制单晶构件上的堆焊(Auftragsschweissen)的(取向附生的(epitaktisch))E-LMF方法(文件EP 1476272B1)。

然而，至今未知的是，产生带有在单晶基本材料上以取向附生的方式固化的中间敷层的磨耗性的保护敷层。

发明内容

本发明的目标为，避免已知的现有技术的缺点。本发明的目的在于，研发磨耗性单晶涡轮叶片，该涡轮叶片由高的抗氧化性和抗摩擦磨损性而出众，其中，尤其地注意由叶片材料的单晶性质而产生的工艺要求。同样地，覆盖用于修整(Rekonditionieren)或改型单晶构件的应用可能性。

根据本发明，该目的通过以下方式实现，即，在用于涡轮的转子的涡轮叶片(其带有具有叶片顶端的、在径向的方向r上(相对于转子)延伸的单晶基体)中，实现了以下特征：

-在径向上处于外部的叶片顶端处布置有至少一个借助于已知的激光堆焊施加的抗氧化的中间敷层，该中间敷层以取向附生的方式与基体相连接，并且

-在该取向附生的中间敷层上至少局部地布置有借助于激光堆焊施加的、至少单层的、抗磨损且抗氧化的敷层，该敷层由抗氧化的粘合剂材料和嵌入在粘合剂材料中的磨耗性颗粒组成。