[发明专利]用于在涡轮发动机部件的金属基体上制造热障系统的方法

说明书

用于在诸如为高压涡轮叶片的涡轮发动机部件的金属基体(1)上制造热障系统的方法，该热障系统包括至少一个柱状陶瓷层(31，...，3i，...，3n)，其特征在于，该方法包括对所述至少一个柱状陶瓷层(31，...，3i，...，3n)中的至少一个进行压缩的步骤。

技术领域

本发明的领域涉及涡轮发动机，更具体地涉及这些涡轮发动机的经受高温的部件，诸如高压涡轮叶片。

背景技术

诸如在航空领域中用于推进的涡轮发动机包括与一个或多个压缩机连通的大气空气入口，该一个或多个压缩机的风扇通常围绕同一轴线旋转驱动。该空气的主气流在被压缩后，供给围绕该轴线呈环形布置的燃烧室并与燃料混合以将热气体向下游供应给一个或多个涡轮，热气体通过该一个或多个涡轮膨胀，涡轮转子驱动压缩机的转子。马达在涡轮入口处的热气体的温度下工作，该温度要求尽可能高，因为该温度决定了涡轮发动机的性能。为此目的，热部分的材料被选择成耐受这些工作条件，并且被热气体掠过的部件(诸如分配器和移动涡轮叶片)的壁设置有冷却装置。此外，由于这些叶片是镍基或钴基高温合金基的金属结构，因此也有必要保护这些叶片免受这些温度下的热气体成分产生的侵蚀和腐蚀。

为使这些部件耐受这些极端条件而设计的保护措施之一是在这些部件的外部面上沉积一些材料，这些材料形成“热障系统”。热障系统通常由大约一百微米的陶瓷层组成，该陶瓷层沉积在金属层的表面上。在陶瓷和金属基体之间设置的几十微米的铝子层(称为粘合层)通过改善这两个组分之间的粘合以及保护底层金属不被氧化而完成热障。通常经由气相渗铝法沉积的这种铝子层经由金属间扩散被固定到基体上并在表面上形成保护氧化层。文献FR 2928664描述了该技术的实施方案的示例。

至于由陶瓷制成的热障本身，根据热障的用途可以用几种方法来制造热障。大致有两种类型的热障结构：具有彼此并置且垂直于基体表面延伸的柱状结构的柱状障碍，以及在基体表面作为均匀层延伸的层状或各向同性的障碍。

柱状障碍通常由称为电子束物理气相沉积(Electron Beam Physical VapourDeposition，EBPVD)的方法制造，在该方法中，目标阳极在高真空中被负载钨丝发射的电子束轰击。电子束将目标分子转变成气相。因此，这些分子以固态形式沉淀，用阳极材料的薄层重新覆盖待保护部件。这些热障的特征在于具有良好的耐热性和较高的导热系数。

由于周期性氧化、侵蚀、暴露于富含通常称为CMAS(钙、镁、铝和硅的氧化物)的一组氧化物微粒中的综合现象，热障系统会老化。老化导致系统迅速退化。

产生了多种机制，并且特别是：

-由于氧化增加导致粘合层的粗糙度增加，从而导致热障脱落；

-CMAS氧化物渗透到陶瓷的柱间空间中，导致陶瓷弱化；

-由于陶瓷材料的低韧性，导致对异物冲击的抵抗力低。

由V.哈洛克(V HAROK)等人发表于“热喷涂技术杂志(Elastic and inelasticeffects in compression in plasma-sprayed ceramic coatings)”中的文献：“等离子喷涂陶瓷涂层中压缩时的弹性效应和非弹性效应”(2001年3月第10卷第1期第126-132页)，是对通过等离子燃烧器热喷涂获得的锆石涂层的压缩的研究。该文献没有描述对热障系统中的柱状陶瓷层的压缩。

文献EP 1 531 232 A2描述了一种用于修复受损热障系统的方法。该文献提到了通过使用玻璃珠的研磨方法去除热障的可能性，但没有公开对热障系统中的柱状陶瓷层的压缩喷丸处理。

文献WO 2009/127725 A1描述了一种经由超声波对金属表面进行喷丸处理的方法，该金属表面包括难以接近的表面。该文献也没有描述对热障系统中的柱状陶瓷层的压缩。

本发明旨在通过提出一种制造热障系统的方法来克服这些缺点，该热障系统能够防止系统的老化。