專利名稱：用于激光加工具有陶瓷層的層系統(tǒng)的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有陶瓷層的層系統(tǒng)的激光加工。
背景技術：
如渦輪機葉片的高溫構件具有用于隔熱的外部的陶瓷層。所述陶瓷隔熱層施加在金屬增附層或者金屬基底上。此外，在這種高溫部件中弓I入貫通孔，所述貫通孔穿過陶瓷層并且進入或者穿過金屬基底。在此，必須注意的是，不污染陶瓷層的外表面。這通常通過遮蓋實現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是解決該問題。所述目的通過一種用于激光加工層系統(tǒng)的方法來實現(xiàn)，其中所述層系統(tǒng)具有至少一個金屬基底和外部的陶瓷層，其中在對所述構件執(zhí)行完整的激光加工，尤其制造多個貫通孔，更尤其是制造具有附加的擴散部的貫通孔之后，在后處理步驟中降低所述層的層厚度。在本文中列出其他有利的措施，所述措施能夠任意地彼此組合，以便實現(xiàn)其他的優(yōu)點。
其示出:圖1示出根據(jù)本發(fā)明的方法的過程，圖2示出渦輪機葉片，圖3示出超合金列表。
具體實施例方式附圖和描述僅代表本發(fā)明的實施例。圖1示出所加工的構件1、120、130、155作為層系統(tǒng)。尤其根據(jù)圖3所示，構件I具有金屬基底4，所述金屬基底尤其在渦輪機葉片120、130中是鎳基和/或鈷基的。在基底4上直接地存在陶瓷層7或者金屬增附層(未示出)，必要時具有直接在陶瓷層之下、即在基底上或者在金屬增附層(MCrAlX)上的氧化鋁層。陶瓷層7優(yōu)選是二氧化鋯層或者黃綠石層(Pyrochlorschicht)或者兩者的組合。能夠考慮其他的陶瓷材料。孔，優(yōu)選是貫通孔19應當穿過始于陶瓷層7的外表面13的層系統(tǒng)產(chǎn)生，如虛線所示；至少去除金屬材料。加工通過能量束來進行，其中所述能量束優(yōu)選能夠是電子束或者激光器10的激光束11。在加工金屬材料(增附層和/或基底4)時，金屬飛濺物會沉積在外表面13上。這當然是不期望的，因為所述金屬飛濺物在稍后的使用中能夠氧化并且能夠損害陶瓷層7。根據(jù)現(xiàn)有技術，在此在表面13上施加粉末層或者大面積地施加特殊的機械覆蓋部。根據(jù)本發(fā)明，外部的層7具有厚度d，但是所述厚度大于制成的構件1、120、130、155的層7’期望的最終尺寸d’。不使用掩模并且容許堆積部16，其中所述堆積部通過降低層厚度d而被一起去除。要剝離的區(qū)域d-d’優(yōu)選為30μπι至80μπι。為了改變具有層厚度d的層7的層厚度，能夠應用激光工藝或者磨光工藝，使得因此最終產(chǎn)物的層V的表面13’沒有任何的金屬飛濺物16。在如渦輪機葉片120、130的具體的構件中可能的是，僅葉身具有借助激光器10制造的冷卻空氣孔19。因此，能夠在葉身的區(qū)域中僅局部地提高陶瓷層7的層厚度并且在葉身形狀上已經(jīng)具有最終尺寸。更厚的層7能夠極其簡單地通過如HVOF (高速氧燃料噴涂)或者等離子噴涂方法的已知的覆層方法來制造，因為這本來就通過逐層的涂覆來進行并且能夠通過其他的涂覆層(30 μ m_80 U m)來間單地形成增加的層厚度。圖2在立體圖中示出流體機械的沿著縱軸線121延伸的轉子葉片120或?qū)蛉~片130。所述流體機械可以是飛機的或用于發(fā)電的發(fā)電廠的燃氣輪機，也可以是蒸汽輪機或壓縮機。葉片120、130沿著縱軸線121相繼具有:固定區(qū)域400、鄰接于固定區(qū)域的葉片平臺403以及葉身406和葉片梢部415。作為導向葉片130，葉片130可以在其葉片梢部415處具有另一平臺(未示出)。在固定區(qū)域400中形成有用于將轉子葉片120、130固定在軸或盤上的葉片根部183 (未示出)。葉片根部183例如構成為錘頭形。作為揪樹形根部或燕尾形根部的其他構形是可行的。葉片120、130對于流過葉身406的介質(zhì)具有迎流棱邊409和出流棱邊412。在傳統(tǒng)葉片120,130中，在葉片120,130的所有區(qū)域400、403、406中使用例如實心的金屬材料、尤其是超合金。例如由EP 1204776BU EP 1306454、EP 1319729AU WO99/67435或WO 00/44949已知這樣的超合金。在這種情況下，葉片120、130可以通過鑄造法，也可以借助定向凝固、通過鍛造法、通過銑削法或其組合來制造。將帶有一個或多個單晶結構的工件用作機器的在運行中承受高的機械的、熱的和/或化學的負荷的構件。這種單晶工件的制造例如通過由熔融物的定向凝固來進行。在此，這涉及一種澆注法，其中液態(tài)金屬合金凝固為單晶結構、即單晶工件，或者定向凝固。在這種情況下，枝狀晶體沿熱流定向，并且形成柱狀晶體的晶粒結構(柱狀地，這就是說在工件的整個長度上分布的晶粒，并且在此根據(jù)一般的語言習慣稱為定向凝固)，或者形成單晶結構，這就是說整個工件由唯一的晶體構成。在這些方法中，必須避免過渡成球形(多晶的)凝固，因為通過非定向的生長不可避免地構成橫向和縱向晶界，所述橫向和縱向晶界使定向凝固的或單晶的構件的良好特性不起作用。如果一般性地提到定向凝固組織，則是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的單晶和確實具有沿縱向方向分布的晶界但不具有橫向晶界的柱狀晶體結構。第二種所提到的晶體結構也稱為定向凝固組織(directionalIysolidified structures)。由 US-PS 6，024，792 和 EP 0892090A1 已知這樣的方法。葉片120、130同樣可以具有抗腐蝕或抗氧化的覆層，例如(McrAlX ;M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中的至少一種元素，X是活性元素并代表釔(Y)和/或硅和/或至少一種稀土元素，或鉿(Hf))。由 EP 0486489BU EP 0786017B1、EP 0412397B1 或 EP 1306454A1 已知這樣的合金。密度優(yōu)選地是理論密度的95%。在(作為中間層或最外層的)MCrAlX層上形成保護性氧化招層(TGO=thermal grown oxide layer (熱生長氧化層))。優(yōu)選地，層成分具有Co-30N1-28Cr-8Al-0.6Y_0.7Si 或Co-28N1-24Cr-10Al-0.6Y。除這些鈷基保護覆層外，也優(yōu)選地使用鎳基保護層，例如 N1-10Cr-12Al-0.6Y-3Re 或 N1-12Co_2ICr-11A1-0.4Y_2Re 或N1-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1.5Re。在MCrAlX上還可以有隔熱層，隔熱層優(yōu)選是最外層并例如由ZrO2、Y2O3-ZrO2組成，即，隔熱層通過氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂非穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完全穩(wěn)定。隔熱層覆蓋整個MCrAlX層。通過例如電子束氣相淀積(EB-PVD)的適當?shù)母矊臃椒ㄔ诟魺釋又挟a(chǎn)生柱狀晶粒。其他覆層方法也是可以考慮的，例如氣相等離子噴涂(APS)、LPPS (低壓等離子噴涂)、VPS (真空等離子噴涂)或CVD (化學氣相沉積)。隔熱層可以具有多孔的、有微觀裂縫或宏觀裂縫的晶粒，用于更好地耐熱沖擊。因此，隔熱層優(yōu)選地比MCrAlX層更為多孔。再加工(Refurbishment)意味著在使用構件120、130之后，必要時必須將保護層去除(例如通過噴砂)。接著，去除腐蝕層和/或氧化層及腐蝕產(chǎn)物和/或氧化產(chǎn)物。必要時，還修復在構件120、130中的裂縫。然后，進行構件120、130的再覆層以及構件120、130的重新使用。葉片120、130可以構造成空心的或?qū)嵭牡?。如果要冷卻葉片120、130，則葉片為空
心的并且必要時還具有薄膜冷卻孔418 (由虛線表示)。
權利要求
1.用于激光加工層系統(tǒng)(1、120、130、155)的方法，其中所述層系統(tǒng)(1，120，130，155)具有至少一個金屬基底(4)和外部的陶瓷層(7)，其中，在對所述構件(1，120，130，155)執(zhí)行完整的激光加工，尤其制造多個貫通孔，更尤其是制造具有附加的擴散部的貫通孔之后，在后處理步驟中降低所述層(7)的層厚度(d)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中應用激光方法來減小所述層(7)的所述層厚度⑷。
3.根據(jù)權利要求1或者2中的一項或者兩項所述的方法，其中使用磨光方法來減小所述層(7)的所述層厚度(d)。
4.根據(jù)權利要求1、2或3中的一項或多項所述的方法，其中將所述層(7)的所述層厚度(d)降低30 μ m至80 μ m。
5.根據(jù)權利要求1至4中的一項或多項所述的方法，其中對于所述層系統(tǒng)(1，120，.130，155)的所述激光加工而言，對所述陶瓷層(7)不使用掩模。
全文摘要
用于激光加工具有陶瓷層的層系統(tǒng)的方法，由于陶瓷層(7)在其加工之前有意的增厚部而可能的是，連同雜質(zhì)(16)一起去除所述增厚部。
文檔編號B23K26/38GK103157907SQ201210548300
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權日2011年12月15日
發(fā)明者斯特凡·沃納·希利阿尼, 弗朗西斯-茹爾延·拉德魯 申請人:西門子公司