專利名稱：生產(chǎn)渦輪機構件用防護涂層的方法、該構件及相應的機器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)渦輪機構件用的防護涂層的方法。此外，本發(fā)明涉及其 上涂敷有此類涂層的構件，以及相應的渦輪機。
背景技術：
在研發(fā)用于離心式壓縮機的新系列鋼制三維離心轉(zhuǎn)子期間，出現(xiàn)了使用較輕的合金來制造轉(zhuǎn)子本身的需求。關于使用較輕的合金來制造離心轉(zhuǎn)子的一個主要缺陷通常在于，轉(zhuǎn)子易受高速運 動的流體能夠施加的侵蝕作用，尤其是如果該流體包含液體或固體的顆粒。在使用傳統(tǒng)材 料制造轉(zhuǎn)子的情況下，這種侵蝕現(xiàn)象通常具有可以忽略的量，但對于由輕合金制成的轉(zhuǎn)子 而言，因為此類材料有限的硬度和耐侵蝕性，侵蝕現(xiàn)象的量很高且可能是災難性的。該現(xiàn)象 還會由于可能存在由流體所輸送的冷凝部分或液體部分，或固體顆粒而進一步惡化。其在 強侵蝕性環(huán)境中的使用還可導致腐蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)。簡言之，用語“侵蝕”是指其效果為通過外部流體介質(zhì)、氣體或液體逐漸去除材料 的現(xiàn)象，且其通常在由化學或物理過程所產(chǎn)生的變化的同時或之后發(fā)生。此外，用語“磨損” 可用來指其效果為通過固體外部介質(zhì)逐漸去除材料的現(xiàn)象。作為替代，“腐蝕”是通過金屬 暴露于其下的其它元素而劣化或重組的過程。事實上，金屬相對于對應的礦物而言處于較 高的能量級，且因此在給定的環(huán)境條件下，它們易受到腐蝕。腐蝕過程可根據(jù)確定該過程的 各種化學/物理機制而分類。例如，可發(fā)生化學腐蝕或干燥環(huán)境中的純化學腐蝕、晶間腐蝕 或粒間腐蝕、電流腐蝕或電化學腐蝕，或在潮濕環(huán)境中，或其它類型的腐蝕。另一個困難在于如下事實，即離心轉(zhuǎn)子的涂層也必須是“可加工的”，用語“可加工 性”是指其使用特定設備(電化學浴或其它方法)而獲得的能力。事實上，此類涂層很薄， 在幾微米的數(shù)量級上，且它們會易于受損。另一個缺點在于，多層涂層層的布置必須受到精確控制，以保持成品上的設計公 差，同時避免不需要的瑕疵如痕跡、涂層的分層、以及損失由涂層自身所賦予的屏障價值。因此，不管技術發(fā)展如何，目前仍然很難達成以下目的且出現(xiàn)了該需求，即也借助 于改善了其機械抵抗性及對侵蝕和腐蝕的抵抗性的特定涂層來獲得較輕且有抵抗性的渦 輪機用構件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于，提供一種使用防護涂層來以簡單且便宜的方式涂布由輕 合金制成的機械構件，同時獲得適于渦輪機中的應用的具有機械和化學抵抗能力的構件的 方法。本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種適于渦輪機行業(yè)中的應用的、具有改善的機 械和化學抵抗能力的輕合金構件和相應的渦輪機。根據(jù)本發(fā)明的這些目的通過提供一種如本發(fā)明技術方案中所述的用于生產(chǎn)防護涂層、構件和渦輪機的方法而達成。根據(jù)第一方面，本發(fā)明的目的由用來在渦輪機的由輕合金制成的機械構件的待處理表面上獲得防護涂層的方法代表，該方法包括以下步驟將抵抗腐蝕的第一涂層層結合到機械構件的待處理的外表面上；將抵抗侵蝕、磨損和高溫的第二涂層層結合到所述第一涂層層上。在本發(fā)明和所附權利要求書中，用語“防護涂層”用于指在其中包括，或可能重疊 其它中間層的涂層層。最后，涂層可由重疊并可能至少部分地彼此滲入的多個其它層代表。機械構件可為渦輪機的構件，其至少部分地由過程流體沖擊，舉例來說，該構件例 如為離心式壓縮機或膨脹器的轉(zhuǎn)子。在本發(fā)明的一個有利實施例中，第一涂層層借助于在待處理的表面上進行陽極氧 化而獲得，以便賦予特定的腐蝕抵抗性。通過不可逆的電化學過程來獲得陽極氧化或正陽 極氧化，通過該不可逆的電化學過程，在所處理的構件表面上形成相同材料的保護性氧化 層，且防止腐蝕。該材料經(jīng)歷實際的表面轉(zhuǎn)變裸金屬與電解沉積過程期間形成在陽極上的 氧氣反應，且形成相同金屬(在此情形中為鋁或氧化鋁)的氧化物。沉積材料層的厚度是 可變的。具體而言，對于根據(jù)的本發(fā)明的涂層而言，厚度可在大約50 μ m至大約100 μ m之 間變化。有利的是，陽極氧化可通過電鍍過程在電解浴槽中獲得，即，利用電解淀積來用相 同金屬的氧化物覆蓋構件。在本發(fā)明的一個特別有利的實施例中，以封閉在氧化期間可形成的可能的細孔或 微小裂紋的方式涂敷在氧化層上的是通過重鉻酸鹽水溶液獲得的填料或涂層。抵抗侵蝕和磨損的第二涂層層通過基于環(huán)氧樹脂和硅酮的涂料和樹脂(通稱為 環(huán)氧_硅酮涂料或樹脂)外加可能的其它添加劑而有利且優(yōu)選地獲得，舉例來說，這些其 它添加劑例如為著色劑、顏料、配合基、溶劑或其它元素，該第二涂層層通過自催化和后續(xù) 聚合(在烤箱中)過程而獲得。此類環(huán)氧-硅酮涂料或樹脂的名稱也稱作“環(huán)氧_硅酮涂 料，，。通常，環(huán)氧基樹脂為通過例如雙酚的冷凝而獲得的熱固性樹脂，且其用于生產(chǎn)涂 料、膠合劑、層板、膠水，且還用作帶有玻璃纖維和碳的合成物的基質(zhì)。在工業(yè)涂料行業(yè)，環(huán) 氧樹脂以正確的化學計量比與其它組分混合，其它組分與樹脂反應來賦予取決于具體應用 的特定的性質(zhì)。硅酮基樹脂為基于硅氧鏈和束縛到硅原子上的功能性有機基團(R)的硅酮聚合 物(或聚硅氧烷)構成的熱固性樹脂。取決于硅氧烷鏈的長度、其分支以及功能性基團，可 獲得具有各種特性的多種樹脂。具體而言，根據(jù)本發(fā)明，環(huán)氧基樹脂適于賦予對磨損和侵蝕的高抵抗性，而其與上 述硅酮基樹脂(以及可能與其它添加劑)相混合來獲得也特別能抵抗高溫(例如，高達大 約 300°C )的末層涂料(final paint)。根據(jù)其它方面，本發(fā)明涉及包括上述防護涂層的輕合金構件，以及在其上安裝了 這些構件中的至少一個的渦輪機。使用輕合金、特別是鋁合金來制造離心轉(zhuǎn)子的優(yōu)點在于，可能顯著減小(大約 60%)構件的質(zhì)量，從而減小軸上的應力和振動。源自減小質(zhì)量的其它可能的優(yōu)點在于，增加了壓縮機的級的數(shù)量和/或增大了轉(zhuǎn)速。此外，通過使用根據(jù)本發(fā)明的防護涂層而獲得 的對腐蝕的高抵抗性允許在比當前環(huán)境更具侵蝕性的腐蝕環(huán)境中運行。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個優(yōu)點在于以下事實，即有可能利用防護涂層來涂布輕 合金特別是鋁合金的構件，該防護涂層適于使其能夠在渦輪機中高效地使用，即使是在特 別具有侵蝕性的腐蝕環(huán)境中，舉例來說，該環(huán)境中具有硫化氫氣體、二氧化碳氣體或其它氣 體。另一個優(yōu)點在于以下事實，即有可能很容易地涂布具有待處理的特別復雜的表面 的構件，舉例來說，例如離心式壓縮機或膨脹器的轉(zhuǎn)子的構件。另一個優(yōu)點在于，生產(chǎn)成本和時間都極低，且繼而提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。另一個優(yōu)點在于以下事實，S卩加工質(zhì)量高，已知電化學沉積易于控制，具有很高的 均勻性和一致的厚度。另一個優(yōu)點在于以下事實，即該方法極為通用，已知其可通過結合可能的(半)手 動操作如涂抹的自動過程而獲得。此外，另一個優(yōu)點在于以下事實，即由此獲得的涂層特別能抵抗腐蝕和侵蝕兩者， 容許了即使在具有酸性流體或腐蝕劑的應用場合中使用鋁合金構件。此外，根據(jù)本發(fā)明的 涂層適于還結合其它不同層來最優(yōu)地使用，以此方式來形成具有更為增強的特性的涂層。此外，很容易使成品保持其原有的流體動態(tài)特性，從而在設計步驟期間提供適合 的表面膨脹系數(shù)。最后，所述發(fā)明容許以上述優(yōu)點來使用輕合金制造離心式壓縮機或膨脹器用的轉(zhuǎn) 子，減少了維護需要，且從而增加了此類構件的使用壽命，且因此增加了此類構件安裝于其 上的渦輪機的使用壽命。本發(fā)明的其它特征和實施例在所附從屬權利要求中進行了概述，且將在下文中參 照實施例的一些非限制性實例進行進一步描述。


結合所附示意性示圖，本領域技術人員可更好地理解本發(fā)明，而本發(fā)明的許多目 的和優(yōu)點也將更為清楚，附圖中示出了本發(fā)明本身的實用非限制性實例。在附圖中圖1未按比例而示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的防護涂層的一個實施例的截面；圖2為圖1的涂層的細節(jié)的詳圖；以及圖3示出了具有根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的防護涂層的機械構件的局部截面視 圖。
具體實施例方式在附圖中，其中，相同的標號對應于所有不同示圖中的相同部件，根據(jù)本發(fā)明的防 護涂層10(圖1)用于輕合金(特別是但并非必須是鋁合金)制成的機械構件12，防護涂層 10包括涂敷到機械構件12的待處理表面16上的抵抗腐蝕的第一涂層層14，以及涂敷到第 一涂層層14上抵抗侵蝕、磨損和高溫的第二涂層層18。 在本發(fā)明的一個有利實施例中，借助于通過電鍍過程的電解浴槽中的陽極氧化而
獲得第一涂層層14。
在此情況下，構件12浸入桶中，該桶形成包含水溶液且存在酸的所謂電鍍浴槽， 電極浸沒于其中來產(chǎn)生電流。以此方式，機械構件12緩慢地涂布上相同材料的薄層?？赡?控制氧化層的厚度，該厚度優(yōu)選地從大約50 μ m至大約IOOym或更大，適宜地調(diào)節(jié)浴槽工 作的電流密度并了解沉積速度。將觀察到的是，圖1和圖2并未按比例，且因此層14和18 的厚度僅為了指示的目的而示出。隨后，構件12優(yōu)選地浸沒在含有重鉻酸鹽的水溶液中，從而進行萃取和干燥，以此方式，重鉻酸鹽密封或至少部分地封閉可能形成在陽極氧化物層中的細孔或微小裂紋 20 (圖2)。這些細孔或微小裂紋20否則會容許過程流體的腐蝕劑到達并損壞構件12的鋁合金。這允許以簡單且便宜的方式形成特別能抵抗腐蝕的第一層14(包括陽極氧化和 使用重鉻酸鹽密封)，且甚至在特別復雜的待處理表面16 (如離心轉(zhuǎn)子12(圖3)中的那些 表面)上也能夠容易地獲得。隨后，通過將第二涂層層18涂敷到其上來覆蓋該第一層14，如前文所述，第二涂 層層18借助于抵抗侵蝕、磨損和高溫的環(huán)氧_硅酮型涂料或樹脂而獲得。此類涂料或樹脂可能沒有有毒成分，有毒成分舉例來說例如為二甲苯和甲苯，且 在提供了適當?shù)母稍锖途酆喜襟E的情況下，其甚至可在待處理的表面上噴涂和涂覆若干 次。上述類型的涂料或樹脂可以是定義為“Indestructible PaintLimited(UK)，，的 "coating IP9188R1” 的一種涂料等。此外，還可能提供一些預備步驟來為后續(xù)操作準備構件12的表面。具體而言，可提供以下操作以改善其表面機械特性及其機械抵抗性的方式處理該表面，例如通過噴砂來降低 張力狀態(tài)，且改善材料對疲勞的抵抗性；對于可能的化學除油操作，使用氣相的溶劑或清潔 劑或進行浸沒來對機械構件進行除油操作；遮蔽表面上不想進行涂布的可能區(qū)域，例如，離心轉(zhuǎn)子的鍵孔；在浴中進行酸活化，例如具有適于此類合金的成分的鍍鋅過程。還可能在陽極氧化之后并在涂敷第二層18之前以為后續(xù)處理準備該表面的方式 提供一些子步驟。例如，為了除去陽極氧化期間所吸收的氫基質(zhì)，且同時改善其粘附力，可為先前處 理的表面提供脫氫。此類處理的持續(xù)時間取決于鋁合金的機械抵抗性特性。在涂層受損的 情況下，舉例來說，例如小刮痕或漏涂，可通過基于鉻鹽來對鋁合金應用鉻酸鹽處理而提供 修復。在本發(fā)明的一個特別有利的實施例中，制造機械構件12的輕合金為適合用于獲 得此類構件的任何鋁合金。下面的兩個表格嚴格地出于示例的目的示出了可用來獲得此類構件12的兩種鋁 合金(根據(jù)國際ASTM B 247M標準的7175-T74和7050-T7452)的成分 圖3未按比例示出了涂布有根據(jù)本發(fā)明的上述涂層10的離心式壓縮機或膨脹器 的離心轉(zhuǎn)子12的部分截面。應當觀察到的是，待處理的表面12包括除軸24的鍵孔22之 外的轉(zhuǎn)子12的外表面和內(nèi)表面(即，內(nèi)部通路)兩者。因此已經(jīng)觀察到根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)渦輪機的構件用防護涂層的方法達成了 前文所概述的目的。應當理解的是，以上概括的描述僅代表本發(fā)明的可能的非限制性實施例，這些非 限制性實施例也可在不脫離本發(fā)明所基于的構想的情況下在形狀和布置上有所變化。所附 權利要求中存在的參考標號所具有的唯一目的在于便于根據(jù)以上描述和附圖來閱讀，且其 并不以任何方式限制其保護范圍。
權利要求
一種用于在渦輪機的輕合金機械構件(12)的待處理表面(16)上獲得防護涂層(10)的方法，所述方法包括將抵抗腐蝕的第一涂層層(14)結合到所述機械構件(12)的所述待處理表面(16)上；以及將抵抗侵蝕、磨損和高溫的第二涂層層(18)結合到所述第一涂層層(14)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一涂層層(14)借助于以下步驟中的至少一個步驟來獲得以在所述待處理表面(16)上賦予高腐蝕抵抗性的方式將陽極氧化提供在所述待處理 表面(16)上；以及以封閉可在所述陽極氧化中形成的任何細孔或微小裂紋(20)的方式將用所述陽極氧 化處理的所述機械構件(12)浸入重鉻酸鹽水溶液中。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述陽極氧化在電解浴槽中進行。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述陽極氧化通過電鍍過程進行。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二涂層層(18)通過將抵抗侵蝕、磨 損和高溫的樹脂或涂料涂敷到所述第一涂層層(14)上而獲得。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二涂層層(18)借助于通過將至少一種環(huán)氧基樹脂和一種硅酮基樹脂以及可能的其它添加劑相混合而獲得的環(huán)氧-硅酮型 樹脂或涂料而獲得。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述陽極氧化之后和 涂敷所述第二涂層層(18)之前的以下步驟中的至少一個步驟對先前處理的所述表面(16)進行脫氫，以便從基質(zhì)上除去所述陽極氧化期間吸收的 氫，且同時改善其粘附力；以及通過基于鉻鹽對鋁合金應用鉻酸鹽處理來修復先前處理的所述表面(16)。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下預備步驟中至少一 個步驟以改善所述表面(16)的機械表面特性及其機械抵抗性的方式處理所述表面(16)；為了可能的化學除油操作，利用氣相的溶劑或清潔劑或通過浸泡來對所述機械構件 (12)進行除油；遮蔽所述表面(16)上不應涂布的可能區(qū)域；執(zhí)行具有適合用于制造所述機械構件(12)的所述合金類型的成分的酸活化。
9.一種用于渦輪機的機械構件(12)，所述構件由鋁合金制成，且包括通過權利要求1 所述的方法獲得的防護涂層(10)。
10.一種包括如權利要求9所述的至少一個機械構件(12)的渦輪機。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)渦輪機構件用防護涂層的方法、該構件及相應的機器，具體而言，涉及用于在渦輪機的輕合金機械構件(12)的待處理表面(16)上獲得防護涂層(10)的方法。該方法包括將抵抗腐蝕的第一涂層層(14)結合到機械構件(12)的待處理表面(16)上，以及將抵抗侵蝕、磨損和高溫的第二涂層層(18)結合到第一涂層層(14)上。
文檔編號C25D11/04GK101838833SQ20101015714
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權日2009年3月17日
發(fā)明者A·阿萬茲尼, E·焦爾尼, I·焦萬內(nèi)蒂, M·加諾茲, R·保萊蒂 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司