[发明专利]流动元件和用于涂覆流动元件的方法

说明书

本发明涉及一种用于与航空发动机内的热气流(15)流体接触的流动元件(1)，其中流动元件(1)包括基材(2)，基材(2)具有面向气流(15)的热气表面(12)，以及远离气流(15)的远表面(16)，其中基材(2)在热气表面(12)和所述远表面(16)上完全被铬化层(3)包围，其中在第一部分区域中，流动元件(1)具有在铬化层(3)上的粘合层(13)，其中流动元件(1)具有铝化层(5)，其中在第一部分区域中，铝化层(5)布置在粘合层(13)上，其中在第一部分区域中，在铝化层(5)上布置有隔热层(14)，并且在不包括粘合层(13)的第二部分区域中，铝化层(5)布置在铬化层(3)上，其中铬化层(3)和铝化层(5)在所述第二部分区域中形成铬化‑铝化层(4)。

本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分所述的用于与航空发动机内的热气流流体接触的流动元件，以及根据独立权利要求5的前序部分所述的用于涂覆航空发动机的流动元件的相应方法。

现有技术中已知的以燃烧室砖元件形式的流动元件由基材构成，该基材由一个或更多个涂层保护以延长操作时间。特别地，必须保护燃烧室砖元件的基材免受操作期间的过高温度的影响，因此涂层优选地起到隔热的作用。燃烧室通常构造成具有两个外壳。所述室由金属片壳体构成，燃烧室砖元件被拧到所述金属片壳体的内侧上，这些元件因此形成封闭的燃烧室。在面向金属片壳体的表面(也称为后表面)上，燃烧室砖元件包括用于增加表面积的多个小销。冷却空气质量流在金属片壳体和燃烧室砖元件之间流动，该质量流围绕附接到燃烧室砖元件的后表面的销流动并因此冷却燃烧室砖元件。燃烧室砖元件的与后表面直接相邻的表面称为边缘表面。面向燃料混合物的流动方向的边缘表面被称为出口边缘。后表面和边缘表面通常通过铝基的铝化扩散涂层来保护。燃烧室砖元件的面向实际燃烧室的表面通过APS(常压等离子喷涂)隔热涂层来保护以免受高的热应力的影响。APS隔热涂层通常由粘合层(MCrAlY)和由氧化锆(ZrO₂)组成的陶瓷组成。

在所描述的燃烧室砖元件的情况下，特别出现了导致所述元件的使用寿命缩短的两个损坏机理。第一损坏机理是由热应力引起的燃烧室砖元件的出口边缘的腐蚀。在第二损坏机理的情况下，局部温度峰值导致面向燃烧室的表面上的APS隔热层碎裂，导致基材的平面磨损。

为了解决这个问题，目前有时使用单晶基材。该解决方案的缺点是生产单晶材料的高费用和相关的高生产成本。

本发明的目的是提供一种流动元件及涂覆其的方法，通过该流动元件和方法能够以低涂覆成本提高抗热气腐蚀性。

该目的通过独立权利要求的特征实现。可以在从属权利要求、附图和相关描述中发现本发明的其他优选实施例。

根据本发明的基本概念，为了实现该目的，提出了一种用于与航空发动机内的热气流流体接触的流动元件，该流动元件包括基材，该基材包括面向气流的热气表面和远离气流的远表面，基材在热气表面和远表面上安全被铬化层包围，流动元件在第一部分中包括铬化层上的粘合层，流动元件包括铝化层，在第一部分中，铝化层设置在粘合层上，在第一部分中，隔热层设置在铝化层上，而在不包括粘合层的第二部分中，铝化层布置在铬化层上，铬化层和铝化层在第二部分中形成铬化-铝化层。

流动元件优选为长方体，使得热气表面优选地由长方体的在安装时面向气流的第一侧表面形成。然后，远表面优选地由长方体的其余五个侧表面形成。然而，本申请的公开内容还明确地包括具有与长方体不同的几何形状的流动元件。流动元件优选地由燃气涡轮机的燃烧室的燃烧室元件形成，更优选地由燃烧室砖元件形成。

涂覆的目的是将Al含量设置得尽可能低，从而提高了对热机械疲劳(TMF)引起的开裂的抵抗力。此外，根据本发明的涂层增加了基材的边缘区域的Cr含量，因此增加了对硫酸盐引起的腐蚀的抵抗力。这种Al和Cr含量的调节能够增加流动元件的使用寿命。这样可以提高系统可靠性并降低维护成本。铬化层或铬化-铝化层优选地具有至多40wt％，更优选至多35wt％，特别优选至多30wt％的Cr含量。Cr含量的下限优选为至少10wt％，更优选为至少20wt％，特别优选为至少30wt％。