用于流體機械的部件的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型涉及一種用于流體機械的、尤其是蒸汽輪機的部件，所述部件具有部 件表面。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于高運行溫度的保護層如今通常普遍應用在流體機械構(gòu)造中。這種高溫保護層 的主要應用領域在于熱學的流體機械的范圍中、尤其是在于受高載荷的蒸汽輪機部件中。 這些保護層用于延長要保護的高溫生產(chǎn)材料的使用壽命。
[0003] 蒸汽輪機轉(zhuǎn)子葉片在下述環(huán)境中使用，在所述環(huán)境中蒸汽輪機轉(zhuǎn)子葉片經(jīng)受高的 離心負荷和震動載荷。
[0004] 當轉(zhuǎn)子葉片固有頻率與運行轉(zhuǎn)速或其他的短暫的頻率形成共振時，震動載荷上 升。
[0005] 對于經(jīng)受高于大約600°C的熱蒸汽的高壓和/或中壓蒸汽輪機的部件、例如渦輪 機葉片而言，存在對待使用的生產(chǎn)材料的特別要求。在蒸汽輪機的受熱載荷區(qū)使用的生產(chǎn) 材料基本上必須滿足兩個特性。這一方面是耐氧化性并且另一方面是抗蠕變性。基本上已 知能夠滿足這些要求的生產(chǎn)材料、例如越來越多地使用的鎳基合金。當然，這些生產(chǎn)材料是 相對昂貴的。因此，上述生產(chǎn)材料通過明顯更便宜的生產(chǎn)材料、例如鐵素體的10%的鉻鋼等 來替代。這些鐵素體的10%的鉻鋼或其他類似的生產(chǎn)材料的缺點在于：它們不具有充分的 耐氧化性從而不適合用于蒸汽輪機中的一些應用。
[0006] 至今為止，在經(jīng)受大約600°C的熱蒸汽的區(qū)域中的受熱載荷的部件、例如高壓或中 壓渦輪機葉片部分地由鎳基合金制成。通常在蒸汽溫度位于顯著高于600°C的范圍中的情 況下不再使用所建立的鉻鋼，因為這些鉻鋼的耐氧化性在該范圍中不再是充分的。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型的目的是，提供一種用于流體機械的部件的適合的保護層。
[0008] 該目的通過一種用于流體機械的、尤其是蒸汽輪機的具有部件表面的部件來實 現(xiàn)，其中陶瓷的硬質(zhì)材料層直接施涂到部件表面上，其中金屬層直接施加到陶瓷的硬質(zhì)材 料層上。
[0009] -個主要的特征是：雙重保護層被施加到部件上，所述雙重保護層由兩個層構(gòu)成。 所述部件具有部件表面，其中陶瓷的硬質(zhì)材料層直接設置到該部件表面上。在此重要的是， 陶瓷的硬質(zhì)材料層直接施加到部件表面上，即在部件表面和陶瓷的硬質(zhì)材料層之間不設有 中間層。根據(jù)本實用新型，金屬層直接施加到該陶瓷的硬質(zhì)材料層上。在此還重又重要的 是，在陶瓷的硬質(zhì)材料層和金屬層之間不設置另外的中間層。
[0010] 本實用新型基于下述思想：根據(jù)本實用新型的雙重保護層提供改進的氧化保護和 改進的耐腐蝕性。這表示：部件的基本生產(chǎn)材料不強制性地必須是鎳基合金。更確切地說， 能夠使用更便宜的生產(chǎn)材料代替鎳基合金。
[0011] 在下文中提出有利的改進形式。
[0012] 在第一有利的改進形式中，部件具有下述材料：
[0013] -用于在流體機械中應用的適合于高溫的Cr合金鋼，例如X20Crl3(l. 4021)、 X22CrMoV12-l (1. 4923)、X12CrMoWVNbN10-1-l (1. 4906)、10CrMo9-10 (1. 7380)。
[0014] 陶瓷的硬質(zhì)材料層有利地具有下述材料：
[0015] -CrN
[0016] -CrAlN
[0017] -TiAlN
[0018] -Al2O30
[0019] 在另一個有利的改進形式中，金屬層具有下述材料：
[0020] -MCrAl (Y)類型的金屬層或者具有至少15%的Cr的Ni基層。
[0021] 在一個明顯有利的改進形式中，通過將第二陶瓷的硬質(zhì)材料層直接施加在金屬層 上的方式將雙重層改進成三重層。這表示：部件從現(xiàn)在開始具有彼此疊加的三個層。在此 主要的特征是：陶瓷的硬質(zhì)材料層直接設置在金屬層上，即在陶瓷的硬質(zhì)材料層和金屬層 之間不施加另外的中間層。在一個有利的改進形式中，第二陶瓷的硬質(zhì)材料層具有下述材 料：
[0022] -CrN
[0023] -CrAlN
[0024] -TiAlN
[0025] -Al2O30
[0026] 在一個有利的改進形式中，陶瓷的硬質(zhì)材料層、金屬保護層和第二陶瓷的硬質(zhì)材 料層具有在5 ym至25 ym的范圍中的厚度。
【附圖說明】
[0027] 現(xiàn)在，根據(jù)一個實施例詳細闡述本實用新型。
[0028] 附圖示出：
[0029] 圖1示出根據(jù)本實用新型的雙重保護層；
[0030] 圖2示出根據(jù)本實用新型的三重保護層。
【具體實施方式】
[0031] 圖1示出部件1。該部件構(gòu)成用于在流體機械中使用。流體機械例如理解為蒸汽 輪機、壓縮機或燃氣輪機或者另外的熱學機械。部件具有部件表面2。陶瓷的硬質(zhì)材料層3 直接設置到所述部件表面2上。陶瓷的硬質(zhì)材料層3直接設置到部件表面上，即在陶瓷的 硬質(zhì)材料層3和部件表面2之間不設置另外的層。金屬層4直接設置到陶瓷的硬質(zhì)材料層 上。金屬層4直接設置在陶瓷的硬質(zhì)材料層3上，即在金屬層4和陶瓷的硬質(zhì)材料層3之 間不設置另外的中間層。
[0032] 部件具有下述材料：
[0033] -用于在流體機械中應用的適合于高溫的Cr合金鋼，例如X20Crl3(l. 4021)、 X22CrMoV12-l (1. 4923)、X12CrMoWVNbN10-1-l (1. 4906)、10CrMo9-10 (1. 7380)。

[0038] 陶瓷的硬質(zhì)材料層具有下述材料：
[0039] -CrN
[0040] -CrAlN
[0041] -TiAlN
[0042] -Al2O30
[0043] 金屬層具有下述材料：
[0044] -MCrAl(Y)類型的金屬層或者具有至少15%的Cr的Ni基層。
[0045] 根據(jù)圖1的實施方式能夠稱作為雙重層，因為保護層為了抗腐蝕和氧化而在部件 表面2上包括兩個層。
[0046] 圖2示出圖1中的部件的一個改進形式。所述改進形式在于：從現(xiàn)在開始第二陶 瓷的硬質(zhì)材料層5施加到金屬層4上。第二陶瓷的硬質(zhì)材料層3具有下述材料：
[0047] -CrN
[0048] -CrAlN
[0049] -TiAlN
[0050] -Al2O30
[0051] 陶瓷的硬質(zhì)材料層3構(gòu)成為，使得陶瓷的硬質(zhì)材料層3的厚度處于5ym至25ym 的范圍中。
[0052] 金屬層4構(gòu)成為，使得金屬層4具有處于在5ym至25ym之間的范圍中的厚度。
[0053] 第二陶瓷的硬質(zhì)材料層5構(gòu)成為，使得第二陶瓷的硬質(zhì)材料層5具有處于在5ym 至25ym之間的范圍中的厚度。
[0054] 部件例如構(gòu)成為用于蒸汽輪機的渦輪機葉片。渦輪機葉片能夠是轉(zhuǎn)子葉片或?qū)?葉片。包括陶瓷的硬質(zhì)材料層3和金屬層4這兩種層的組合形成對部件1的極其良好的保 護以防止氧化并且同時也提供良好的耐腐蝕性。
[0055] 陶瓷的硬質(zhì)材料層3在此首先作用為擴散阻擋部，所述擴散阻擋部保證不造成部 件1的基本生產(chǎn)材料和金屬保護層4之間的互相擴散。附加地，該層已經(jīng)提供良好的氧化 保護。金屬層4提供良好的氧化和腐蝕保護，尤其是相對于垂直地碰到表面上的顆粒。
[0056] 三重層在尤其負擔腐蝕的部位處實施。三重層中的第二陶瓷的硬質(zhì)材料層5提供 尤其良好的保護作為腐蝕保護并且附加地作為氧化保護。
[0057] 雙重和/或三重層優(yōu)選借助于PVD法來施加，其中在此尤其應當應用濺射法。
【主權(quán)項】
1. 一種用于流體機械的部件（I)，所述部件具有部件表面（2)， 其中陶瓷的硬質(zhì)材料層（3)直接施涂于所述部件表面（2)上，其中金屬層（4)直接施 加于所述陶瓷的硬質(zhì)材料層（3)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件（1)， 其中所述流體機械是蒸汽輪機。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的部件（1)， 其中在所述金屬層（4)上直接施加有第二陶瓷的硬質(zhì)材料層（5)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的部件（1)， 其中所述陶瓷的硬質(zhì)材料層（3)具有在5ym至25ym的范圍中的厚度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的部件（1)， 其中所述金屬層（4)具有在5 ym至25 ym的范圍中的厚度。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的部件（1)， 其中所述第二陶瓷的硬質(zhì)材料層（5)具有在5ym至25ym的范圍中的厚度。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的部件（1)，所述部件構(gòu)成為用于流體機械的葉片。
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于流體機械的部件(1)，其中雙重或三重層施加到部件(1)上，其中雙重層由陶瓷的硬質(zhì)材料層(3)和金屬層(4)構(gòu)成，所述硬質(zhì)材料層和金屬層直接施加到部件表面(2)上，并且其中三重層由陶瓷的硬質(zhì)材料層(3)、金屬層(4)和另一個陶瓷的硬質(zhì)材料層(5)構(gòu)成，所述硬質(zhì)材料層、金屬層和另一個陶瓷的硬質(zhì)材料層直接施加到部件表面(2)上。
【IPC分類】C23C14/00, C23C28/00
【公開號】CN204803410
【申請?zhí)枴緾N201390000611
【發(fā)明人】約亨·巴尼克爾, 曼紐爾·埃特勒, 弗里德黑爾姆·施米茨, 約爾格·許爾霍夫
【申請人】西門子公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2013年6月12日
【公告號】EP2684982A1, WO2014009089A1