[发明专利]覆陶高温合金静叶片

说明书

本发明公开了一种覆陶合金静叶片，包括高温合金坯体、高温合金冷却管网、陶瓷复合材料过渡层、陶瓷层。高温合金坯体是钴基或镍基高温合金铸造而成，合金坯体有冷却通道，通道的表面冷却孔处均铸造有凸起框架，冷却管网由同材质的高温合金冷却管编织成网状，凸起框架和网状结构连接形成悬浮在坯体外的一层结构。陶瓷过渡层喷涂在此坯体和网状结构上。陶瓷层、过渡层、网状结构和高温合金胚体形成静叶。网状结构可以增加陶瓷结合厚度，过渡层和网状结构抵消热冲击时的应力。本发明可提高涡轮入口温度和涡轮机械的效率，延长其使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种流体动力设备高温合金件，特别是涉及一种覆陶高温合金叶片，应用于燃气轮机、发动机类涡轮机械技术领域。

背景技术

根据布雷顿循环提高涡轮进口温度可以提高涡轮机械的利用效率，如何提高涡轮机械进口温度关系到涡轮机械的性能。现代燃气轮机和发动机的涡轮进口温度已达1650～1750℃，目前第三代单晶材料只能承受1100℃的温度，有气膜冷却可以有400℃的冷却效果，还有100～200℃左右的差距，目前是靠TBC热障涂层实现的。如何增加热障涂层的厚度，增加耐热温度才能提高涡轮进口温度，才能提高燃机和发动机的性能和效率。

参见图1为西门子专利US 2016/0369637的TBC涂层结构示意图，图2为Rolls-Royce专利US 2017/0096902的TBC涂层结构示意图。西门子专利US 2016/0369637和Rolls-Royce专利US 2017/0096902，都提出来TBC涂层的方案，分别利用坯体的特殊结构增加涂层的附着力，但是此类型TBC的涂层厚度有一定的局限只能做到几十个μm级别。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种覆陶高温合金静叶片，由陶瓷层、过渡层、网状结构和高温合金坯体形成静叶片整体结构。高温合金坯体外部的网状结构能增加陶瓷结合厚度，可将μm级的涂层提高到mm级的陶瓷与合金的复合结构；过渡层和网状结构抵消热冲击时的应力。本发明可提高涡轮入口温度和涡轮机械的效率，延长其使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种覆陶高温合金静叶片，包括高温合金坯体，在高温合金坯体表面依次结合陶瓷复合材料过渡层和陶瓷层，使陶瓷复合材料过渡层位于高温合金坯体和陶瓷层之间，形成缓冲、能量传导和力传递功能的中间材料层，高温合金坯体、陶瓷复合材料过渡层和陶瓷层形成一体化复合材料静叶片，在一体化复合材料静叶片中设置高温合金冷却管网，高温合金冷却管网从高温合金坯体、陶瓷复合材料过渡层和陶瓷层穿过形成热流传输通道；高温合金坯体上有铸造的空心凸起与高温合金冷却管网连接在一起，将空心凸起作为高温合金冷却管网的固定支撑桩脚，使空心凸起与高温合金冷却管网连接形成凸起框架，并使空心凸起的管腔作为热流传输通道的一部分而与高温合金冷却管网连通；高温合金坯体外表面和高温合金冷却管网外表面皆附着陶瓷复合材料过渡层，陶瓷复合材料过渡层表面附着陶瓷层，高温合金冷却管网还形成连接高温合金坯体、陶瓷复合材料过渡层和陶瓷层的立体网状骨架结构。本发明重新涉及陶瓷与高温合金的结构形式，可将μm级的涂层提高到mm级的陶瓷与合金的复合结构。本发明包含高温合金坯体、高温合金框架冷却管网、陶瓷复合材料过渡层、陶瓷层部分。

作为本发明优选的技术方案，在陶高温合金静叶的整体表面按热力学分布进行布置冷却孔，冷却孔主要设置于陶瓷层中，冷却孔与高温合金冷却管网连通，形成完整的冷却通道。作为本发明进一步优选的技术方案，按照与在陶瓷层中冷却孔对应的高温合金坯体表面位置处错开的结构，在高温合金坯体表面上铸造有空心凸起，形成主管轮生支管结构的冷却通道。作为本发明另一种进一步优选的技术方案，在陶瓷层中冷却孔对应的高温合金坯体表面位置处均铸造有对应的空心凸起，形成十字形冷却通道。本发明高温合金坯体，内部有冷却通道，内部冷却通道部分与常规涡轮机械静叶片设计一致。与常规设计不同之处是表面有支撑合金管网的凸起，凸起中空后与合金管道焊接形成完整的冷却管网。此凸起为中空结构与坯体内部冷却通道相连。