[发明专利]具有用于隔热的捕获涂层的特征的涡轮机构件

说明书

本公开涉及包括用于隔热的一个或多个捕获涂层的特征的涡轮机构件。涡轮机构件可包括：主体，其具有定位在涡轮机的热气体路径(HGP)区段内的外表面；以及捕获涂层的特征，其安装在主体的外表面上且与涡轮机的HGP区段处于热连通，其中捕获涂层的特征包括：第一部件，其定位在主体的外表面上，第一部件具有限定捕获涂层的特征的第一周长的至少一个外侧壁；第二部件，其定位在第一部件上，且具有限定捕获涂层的特征的第二周长的至少一个外侧壁，其中第一部件将第二部件与主体的外表面分开；以及凹部，其定位在第一部件与第二部件之间。

关于联邦政府权利的声明

本发明是在由美国能源部授予的编号为DE-FE0023965的合同下利用政府支持作出的。政府对本发明享有某些权利。

技术领域

本公开大体上涉及具有捕获涂层的特征的涡轮机构件，并且另外涉及在具有用于隔热的捕获涂层的特征的涡轮机构件上形成且施加涂层的方法。

背景技术

金属构件的常规制造大体上包括从材料板上锯掉或切掉区域，然后处理并修饰切割材料以生产可能例如在制图软件中使用计算机模型进行过模拟的零件。可由金属形成的制造构件可包括例如用于安装在涡轮机(诸如飞行器发动机或发电系统)中的翼型构件。增材制造(AM)包括通过材料的连续层而不是材料的移除来生产构件的广泛种类的过程。因此，增材制造可在不使用任何种类的刀具、模具或固定装置且几乎没有废弃材料的情况下形成复杂的几何形状。替代由材料的固体坯料(其大部分被切掉且丢弃)加工构件，增材制造中使用的唯一材料是将构件定形所需的材料。增材制造技术典型地包括获得待形成的构件的三维计算机辅助设计(CAD)文件，以电子方式将构件切成层(例如18-102微米厚)，且创建具有各层的二维图像的文件(包括矢量、图像或坐标)。然后可将该文件加载到制备软件系统中，制备软件系统编译该文件，使得可通过不同类型的增材制造系统来构建构件。在3D打印、快速原型制作(RP)和直接数字制造(DDM)形式的增材制造中，材料层选择性地分配、烧结、成形、沉积等，以形成构件。

在金属粉末增材制造技术(诸如直接金属激光熔化(DMLM)(其也被称为选择性激光熔化(SLM)))中，金属粉末层按顺序熔化在一起以形成构件。更具体地，精细金属粉末层在使用涂覆器而均一地分布在金属粉末床上之后按顺序熔化。各涂覆器包括由金属、塑料、陶瓷、碳纤维或橡胶制成的呈唇状物、刷子、刀片或辊子的形式的涂覆器元件，其将金属粉末均匀地铺在构建平台上。金属粉末床可沿竖直轴线移动。该过程在具有精确控制的气氛的处理室中进行。一旦形成各层，即可通过选择性地使金属粉末熔化来使构件几何形状的各二维切片熔合。熔化可通过高功率熔化束(诸如100瓦特的镱激光)来执行，以充分焊接(熔化)金属粉末来形成固体金属。熔化束沿X-Y方向移动或偏转，并且具有足以充分焊接(熔化)金属粉末以形成固体金属的强度。对于随后的各二维层，可降低金属粉末床，并且重复该过程，直到构件完全形成为止。

涡轮机的各种固定的和旋转的构件(不管其以何种方式制造)在部署在涡轮机内之前可涂覆有耐温材料。常规设计的构件和涂层材料与技术风险相关联，这些技术风险可降低构件在运行期间对高温的抵抗力。一种这样的风险是构件的外表面上的耐热涂层发生剥落。剥落是指耐热涂层从构件的部分不合期望地脱落。在构件的最大程度地暴露于高温流体的端部区域处，剥落的风险最大。过去防止剥落的尝试包括例如在构件的表面上形成销或其它固定装置以锚定表面涂层的部分。然而，这些尝试表现为将热从构件的外部部分传递到构件的基底材料中(特别是在发生剥落之后)的能力有限。

发明内容