用於燃氣渦輪發動機密封系統的柱狀結構氧化鋯研磨塗層的製作方法

2023-05-07 12:58:56

專利名稱：用於燃氣渦輪發動機密封系統的柱狀結構氧化鋯研磨塗層的製作方法
技術領域：
本發明總的說來涉及塗覆於燃氣渦輪旋轉構件以加強氣密封切削(airseal cutting)而降低間隙損失和提高旋構件壽命的研磨塗層(abrasive coating)。
燃氣渦輪發動機通常包括各種旋轉密封系統以維持對發動機性能至關重要的工作壓差。一種通常類型的密封系統包括一個旋轉構件，如與靜止磨損性密封面成摩擦關係定位的渦輪葉片。該摩擦關係在渦輪葉片和密封面之間產生一個很小的操作間隙以限制穿過渦輪葉片的工作氣體的量。如果間隙太大，則穿過渦輪葉片和密封面之間的工作氣體量太多，從而降低發動機效率。類似的密封系統典型地用作壓氣機和渦輪部分的燃氣渦輪發動機的內外氣密封。
為了維持一個所需的小的工作間隙，旋轉構件如渦輪葉片典型地有一個能切削與之配對的密封面的研磨端(abrasive tip)。燃氣渦輪發動機組裝以後，旋轉構件和密封面之間存在一個很小的間隙。在發動機運行的過程中，由於離心力的作用和發動機溫度升高，旋轉構件伸長且貼著密封面磨擦。旋轉構件的研磨端切入磨損性密封面形成緊配合。研磨端和密封面之間的刻意接觸，加上燃氣渦輪發動機典型的熱和壓力循環，在密封面和研磨端處均產生一個需要的、高磨損的環境。
為了限制密封面磨蝕和剝落，從而維持旋轉構件和密封面之間所需的間隙，密封面典型地由相對較硬的、雖然是磨損性的材料製成。例如，燒結金屬纖維氈(felt metal)、覆蓋金屬結合層的等離子噴塗的陶瓷、含有氮化硼(BN)的等離子噴塗鎳合金、或者蜂窩狀材料都是常用的密封面材料。
除非旋轉構件具有合適的研磨端，否則與之配對的密封面會對旋轉構件產生強烈的磨損。這是所不希望的，因為這不僅會降低發動機性能，而且維修或更換旋轉構件、尤其是渦輪和壓氣機葉片是非常昂貴的。因此，用於形成研磨端的材料典型地比與之配對的密封面要硬。例如，在某些應用中，氧化鋁(Al2O3)，包括氧化鋯(Zr2O3)韌化的氧化鋁、電鍍立方氮化硼(cBN)、碳化鎢一鈷(WC-Co)、碳化矽(SiC)、氮化矽(Si3N4)，包括與金屬基質共噴塗的氮化矽磨料、以及用氧化釔穩定的等離子噴塗氧化鋯(Y2O3-ZnO2)等材料被用作研磨端材料。最常用的三種研磨端為端罩噴塗研磨端和電鍍cBN端。
端罩典型地包括一個填充研磨料和金屬基質的高溫合金「舟」。研磨料可以是碳化矽、氮化矽、矽鋁氧氮化物(SiAlON)以及這些材料的混合物。金屬基質可以是包含有活性金屬如Y、Hf、Ti、Mo或Mn的Ni、Co或Fe基高溫合金(superalloy)。用瞬時液相熔接方法把該「舟」熔接到旋轉構件例如渦輪葉片的端上。端罩和瞬時液相熔接技術在共同轉讓的美國專利3,678,570(授予Paulonis等人)、4,038,041(授予Duval等人)、4,122,992(授予Duval等人)、4,152,488(授予Schilke等人)、4,249,913(授予Johnson等人)、4,735,656(授予Schaefer等人)和4,802,828(授予Rutz等人)中進行了一般描述。儘管端罩已在許多工業應用中得到了利用，但是把它安置到葉端上是有些麻煩的，並且很昂貴。
噴塗研磨端典型地包括氧化鋁包覆的碳化矽或金屬基質包圍的氮化矽研磨料，其中，金屬基體被浸蝕以暴露該研磨料。這種研磨端在共同轉讓的美國專利4,610,698(授予Eaton等人)、4,152,488(授予Schilke等人)、4,249,913(授予Jonnson等人)、4,680,199(授予Vontell等人)、4,468,242(授予Pike等人)、4,741,973(授予Condit等人)和4,744,725(授予Matareset等人)中進行了描述。噴塗研磨端常與等離子噴塗陶瓷或金屬塗層密封配合使用。儘管噴塗研磨端已成功地用於多種發動機，但是它們難以製造而且新發動機硬體的每個端中的研磨料分布不同。另外，噴塗耐磨尖的壽命不足以滿足未來某些應用的要求。
電鍍cBN研磨葉片端典型地包括一些由電鍍金屬基質包圍的cBN磨料。該基質可以是Ni、MCrAlY，其中M代表Fe、Ni、Co或Ni和Co的混合，或其它金屬或合金。cBN比金剛石以外的其它任何磨料都硬，因此立方氮化硼端是優良的刀具。電鍍cBN端非常適於壓氣機(因其溫度較低，即低於約1500°F[815℃])。但是，由於渦輪部分溫度較高，會引起cBN磨料甚至可能是金屬基體的氧化，因此這種研磨端在渦輪部分使用時壽命很短。儘管製造電鍍cBN端比製造噴塗研磨端便宜，但是實現用於製造cBN的技術難度和成本較高。
因此，工業領域需要一種與現有研磨端相比研磨性更好、壽命更長、製造更便宜的用於燃氣渦輪密封系統的研磨端。
本發明涉及一種與現有的那些相比研磨性更好、壽命更長、製造費用更低的用於燃氣渦輪密封系統的研磨端。
本發明的一個方面包括一種具有旋轉構件的燃氣渦輪發動機密封系統，該旋轉構件具有與靜止磨損性密封面呈摩擦關係的研磨端。該研磨端比磨損性密封面更硬，以便於該研磨端能夠切割該磨損性密封面，該研磨端包括直接沉積於旋轉構件上的基本無磨料的表面上的氧化鋯研磨層。該氧化鋯研磨層具有柱狀結構，含有氧化鋯和約3wt％到約25wt％的穩定劑。穩定劑可以是氧化釔、氧化鎂、氧化鈣和這些材料的混合物。
本發明的另一個方面是研磨端包括一個沉積於旋轉構件的基本無磨料的表面上的金屬結合層，一個沉積於該金屬結合層上的氧化鋁層，以及一個沉積於該氧化鋁層且具有柱狀結構的氧化鋯研磨層。該氧化鋯研磨層包括氧化鋯和約3wt％到約25wt％的穩定劑，穩定劑可以是氧化釔、氧化鎂、氧化鈣和它們的混合物。
本發明的再一個方面包括一種具有研磨端的燃氣渦輪發動機葉片或刀刃。該研磨端包括一個具有柱狀結構的氧化鋯研磨層，其中的氧化鋯研磨層包括氧化鋯和約3wt％到約25wt％的穩定劑，穩定劑可以是氧化釔、氧化鎂、氧化鈣和它們混合物。
本發明的上述和其它特徵和優點由下面的描述和附圖變得更加明了。
附圖的簡要說明如下

圖1是燃氣渦輪發動機的剖視圖。
圖2是本發明的壓氣機外部和內部氣封的截面圖。
圖3是具有本發明的研磨端的渦輪葉片的透視圖。
圖4是本發明的研磨端的柱狀結構的放大圖。
本發明的研磨端可以用於需要維持旋轉構件和靜止構件之間緊配合的高磨損的燃氣渦輪發動機中。例如，本發明特別適合於用作耐磨渦輪或壓氣機葉片端或者渦輪或壓氣機刀刃。本發明的研磨葉片端或刀刃可以配合合適的磨損性密封面使用以形成外部或內部氣封。
圖1顯示了一個典型的包括壓氣機部分4和渦輪部分6的燃氣渦輪發動機2。壓氣機部分4包括一個設置於壓氣機機殼10內的壓氣機轉子8。作為發動機旋轉構件之一的一些壓氣機葉片12安裝在轉子8上而一些壓氣機定子14設置於葉片12之間的。同樣，渦輪部分6包括設置於渦輪機殼18內的渦輪轉子16。作為發動機內的旋轉構件的另一些渦輪葉片20安裝在轉子16上而一些渦輪導向葉片22設置於這些葉片20之間。
圖2顯示了壓氣機部分4的外部氣封24和內部氣封26。每個外部氣封24包括設置於壓氣機葉片12末端與磨損性外封面30成摩擦關係的研磨端28。對於這種應用，當發動機組裝後運行時，兩構件之間的間隙允許它們至少在某個時間內直接接觸時兩構件呈摩擦關係。每個內部氣封26包括設置於壓氣機刀刃34末端的、與設置於壓氣機定子14上的磨損性內封面36呈磨擦關係的研磨端32。本領域的熟練人員將會理解，除壓氣機部分4外，類似於上面所描述的那些類似的外部氣封和內部氣封還可以用在渦輪部分6和發動機其它部分。
圖3示出了本發明的一個具有研磨端28的渦輪葉片20，其中的研磨端28包括一個沉積於渦輪葉片20的端40上的金屬結合層38，在該結合層38上的氧化鋁(Al2O3)層42，以及沉積於該氧化鋁層42上的氧化鋯(ZrO2)研磨層44。本發明的研磨端可以直接沉積於旋轉構件上(如圖所示)，或者沉積在旋轉構件表面的底塗層上或滲入該旋轉構件的該表面。例如，本發明的研磨端可以沉積於擴散進旋構件表面的鋁化物滲層之上。但是本發明的研磨端應該沉積於基本上無研磨料的表面上以防止使磨料的研磨功能加倍和增加構件的成本。刀刃34上的研磨端32也應該按類似的結構形成。在這兩種情況下，應用了本發明研磨端28、32的旋轉構件(即渦輪或壓氣機葉片20、12，壓氣機刀刃34，或渦輪刀刃[未圖示])典型地包括鎳基或鈷基高溫合金或鈦合金。
儘管圖3示出了本發明的具有金屬結合層38的研磨端28，然而，該結合層是可選擇性的，如果在無結合層38的情況下氧化鋯研磨層44能很好地粘附於旋轉構件，那麼就可以省去金屬結合層38。如果不使用結合層，那麼就希望旋轉構件由能夠形成粘附性氧化鋁層(可與氧化鋁層42相比的)的合金製成。標定組成為5.0Cr-10Co-1.0Mo-5.9W-3.0Re-8.4Ta-5.65Al-0.25Hf-0.013Y餘量Ni的合金就是這樣一種合金。在眾多應用中，優選一種結合層38以提供研磨端28、32和旋轉構件之間的良好的粘附性以及提供一個良好的表面用於形成氧化鋁層42和用於塗覆氧化鋯研磨層44。選擇合適的結合層38可以限制或防止發動機運行過程中氧化鋯研磨層44從結合層38剝落以及整個研磨端28、32的剝落。發動機運行過程中氧化鋯研磨層44或整個研磨端28、32的剝落將會因加大旋轉構件和磨損性密封面之間的運行間隙而降低旋轉構件壽命並損失發動機性能。
本發明的金屬結合層38可以是本領域已知的能夠在燃氣渦輪發動機旋轉構件和氧化鋯研磨層44之間形成持久結合力的任何金屬材料。這種材料典型地含有大量的Al以形成能與氧化鋯研磨層44良好結合的粘附性氧化鋁層。例如，該金屬結合層38可以包括鋁化物滲層(包括含有一種或多種貴重金屬的鋁化物)、Ni和Al的合金、或MCrAlY合金，其中M代表Fe、Ni、Co或Ni和Co的混合。在這種應用中，術語MCrAlY合金還包括那些含有本領域已知的如Si、Hf、Ta、Re的添加元素或貴金屬元素。該MCrAlY還可含有一層擴散型鋁化物、特別是含有一種或多種貴金屬的鋁化物。優選的金屬結合層38含有標定組成為Ni-22Co-17Cr-12.5Al-0.25Hf-0.4Si-0.6Y的MCrAlY。該組成在共同轉讓的美國專利4,585,481和Re32,121(均授予Gupta等人)中有描述，這裡將它們引入本文作為參考。
金屬結合層38可以用本領域已知的任何方法沉積這種材料。例如，用低壓等離子噴塗(LPPS)、空氣等離子噴塗(APA)、電子束物理氣相沉積(EB-PVD)、電鍍、陰極弧、或其它任何方法沉積結合層38。塗覆於旋轉構件的金屬結合層38應具有足夠的厚度以提供旋轉構件和氧化鋯研磨層44之間的強的結合力，並且防止產生於氧化鋯研磨層44內的裂紋擴展進旋轉構件。對於多數應用，該金屬結合層38的厚度為約1mil(25μm)至約10mil(250μm)。優選地，該結合層38厚度為約1mil(25μm)至約3mil(75μm)。沉積金屬結合層38之後，應該對該結合層38進行噴砂處理以封閉在沉積過程中可能擴大的孔隙或通道，或者進行其他機械或拋光處理，從而製備接受氧化鋯研磨層44的結合層38。
氧化鋁層42，有時指熱生長氧化物，可以用任意能形成均勻粘附層的方法形成於金屬結合層38或旋轉構件上。對於金屬結合層38來說，氧化鋁層42是可選擇性的。但是研磨端28優選地包括氧化鋁層42。例如，層42可以在塗覆氧化鋯研磨層44之前通過高溫氧化處理金屬結合層38中的或旋轉構件中的鋁而形成。作為一種可替代方式，可以用化學氣相沉積或本領域其它合適方法沉積得到氧化鋁層42。如果存在氧化鋁層42的話，其厚度取決於其密度和均勻性而確定。優選地，氧化鋁層42的厚度為約0.004mil(0.1μm)至約0.4mil(10μm)。
氧化鋯研磨層44可以包括氧化鋯和一種穩定劑的混合物，穩定劑例如為氧化釔(Y2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、或者它們的混合物。氧化釔為優選的穩定劑。氧化鋯研磨層44應該含有足夠的穩定劑以防止在一個特定燃氣渦輪發動機整個工作溫度範圍不希望產生的氧化鋯相變(即從優選的四方或立方結構轉變為不希望的單斜晶體結構)。優選地，氧化鋯研磨層44包含氧化鋯和約3wt％至約25wt％的氧化釔的混合物。最優選地，氧化鋯研磨層44將包含約6wt％至約8wt％氧化釔或約11wt％至約13wt％氧化釔，具體含量視工作溫度而定。
如圖4所示，氧化鋯研磨層44應該具有一系列均勻分布於整個研磨層上的柱狀段，從而使垂直於塗覆了研磨層的表面的研磨層的橫截面呈現典型的物理氣相沉積層的柱狀微觀結構。該柱狀結構應該具有穿過氧化鋯研磨層44整個厚度的長度。這種研磨層在共同轉讓的美國專利4,321,310(授予Ulion等人)、4,321,311(授予Strang-man)、4,401,697(授予Strangman等人)、4,405,659(授予Strangman)、4,405,660(授予Ulion等人)、4,414,249(授予Ulion等人)以及5,262,245(授予Ulion等人)中有描述，這裡將其引入作為參考。在某些應用中，需要在葉片20的翼面46和平臺48上塗覆與研磨端38成份基本相同的塗層作為熱障層。
氧化鋯研磨層44可以用現有的EB-PVD或任何其它物理蒸汽沉積方法沉積成柱狀塗層結構。優選地，本發明的研磨層44用EB-PVD沉積，因為有現成的EB-PVD設備和熟練的技術人員。如上所述，研磨層44可以塗覆於金屬結合層38或直接塗覆於旋轉構件上，在上述兩種情況下，優選地，都配合氧化鋁層42使用。在上述兩種情況下，研磨層44應該塗覆至足夠的厚度以提供與所塗覆表面的較強的結合力。在多數情況下，研磨層44可以約為5mil(125μm)至約50mil(1250μm)厚，優選為約5mil(125μm)至25mil(265μm)厚。當塗覆於渦輪或壓氣機葉片時，需要較厚的研磨層44以允許它們被安裝在其中的壓氣機和渦輪轉子的裝配研磨(assembly grinding)。裝配研磨去除葉片端上的部分研磨層44以補償沉積過程過程中的容許誤差所產生的塗層厚度的微小變化。從相對較厚的研磨層44著手，允許裝配研磨以得到一個較圓的轉子，同時保持足夠的最終研磨層44的厚度以切削密封面。
本發明的磨損性密封面30、36可以包括已知的與燃氣渦輪發動機環境良好適應並且能被研磨層44切割的任何材料。對於高壓渦輪而言，優選的磨損性密封材料包括一種金屬結合層(標定為5.0Cr-10Co-1.0Mo-5.9W-3.0Re-8.4Ta-5.65Al-0.25Hf-0.013Y-餘量Ni)和一種多孔陶瓷層(標定為由約7wt％氧化釔穩定的氧化鋯)。結合層可以用等離子噴塗或高速氧一燃料沉積方法塗覆。陶瓷層可以用等離子噴塗由約88wt％至約99wt％的陶瓷粉末和約1wt％至12wt％芳族聚酯樹脂的混合物而沉積。然後把聚酯樹脂從陶瓷層中燒掉產生多孔結構。對於高壓壓氣機應用來說，優選的磨損性密封材料包括一種鎳基高溫合金結合層和一種由鎳基高溫合金(標定為9Cr-9W-6.8Al-3.25Ta-0.02C-餘量Ni和少量增加抗氧化性的元素)和表層的氮化硼組合而成的複合層。結合層可以由等離子噴塗通過快速固化率的方法(rapid solidification rate method)形成的粉末來形成的。表層可以由等離子噴塗結合層粉末和氮化硼粉末的混合物來形成。另一個可能的磨損性密封材料包括一種分級等離子噴塗陶瓷材料，它包括一種金屬結合層(標定為Ni-6Al-18.5Cr)、一種分級的金屬/陶瓷層(標定為Co-23Cr-13Al-0.65Y/氧化鋁)、一種分級緻密陶瓷層(標定為氧化鋁/由約20wt％氧化釔穩定的氧化鋯)、以及一種多孔陶瓷層(標定為由約7wt％氧化釔穩定的氧化鋯)的連續層。另一種可能的密封表面材料包括燒結金屬纖維氈和一種蜂窩材料。合適的密封材料在美國專利4,481,237(授予Bosshart等人)、4,503,130(授予Bosshart等人)、4,585,481(授予Gupta等人)、4,588,607(授予Matarese等人)、4,936,745(授予Vine等人)、5,536,022(授予Sileo等人)和Re32,121(授予Gupta等人)中有描述，將這些專利引入本文作為參考。
下面是一個說明本發明的實施例，但是它並不限制本發明的範圍。
實施例通過常規的沉積技術把本發明的柱狀結構氧化鋯研磨端塗覆到0.25英寸(0.63cm)×0.15英寸(0.38cm)的長方形磨擦試驗臺(rubrig)試樣上。該研磨端包括一個低壓等離子噴塗的金屬結合層，其厚度約為3mil(75μm)，標定為包括Ni-22Co-17Cr-12.5Al-0.25Hf-0.4Si-0.6Y。沉積之後，於1975°F(1079℃)下對金屬結合層進行擴散熱處理和重力輔助噴砂的噴砂處理。用現有的方法在結合層表面生長一個約0.04mil(1μm)厚的TGO層。最後用常規的電子束物理蒸汽沉積工藝塗覆約5mil(125μm)厚的柱狀結構陶瓷，它包含由7wt％氧化釔穩定的氧化鋯。該塗覆試樣放置於一個摩擦試驗臺上，並且對向密封材料，該密封材料包括Ni-6Al-18.5Cr金屬結合層、Co-23Cr-13Al-0.65Y和氧化鋁分級層、氧化鋁和約20wt％氧化釔穩定的氧化鋯的緻密分級層，以及由約7wt％氧化釔穩定的氧化鋯多孔層的連續層。磨擦試驗從在室溫下的密封面開始，使研磨端速度為1000ft/s(305m/s)，研磨端和密封面之間的相對速度為1Omil/s(254μm/s)。磨擦試驗一直進行直到研磨端達到20mil(508μm)的深度。一旦達到所需深度，停止磨擦試驗，取下試樣進行分析，確定研磨端和密封面的磨損量。表1給出了試驗數據。
表1試樣 1 2密封面磨擦-°F(℃)2200(1204) 1925(1052)葉片磨擦溫度-°F(℃) 2800(1538) 2105(1152)平均葉片磨損-mil(μm) 7.0(177.8) 10.0(254.0)平均密封面磨損-mil(μm) 12.0(304.8)9.0(228.6)總相互作用-mil(μm) 19.0(482.6)19.0(482.6)線磨損(W/I) 0.368 0.526體磨損(VW/R) 0.075 0.071線磨損(W/Il)是從旋轉構件去除的研磨端線量與從旋轉構件和靜止構件去除的材料線量之和的比值。W/I的值越低，切削密封材料的研磨端越好。儘管W/I比是分析葉片端磨損的簡單有效的方法，但是該值與磨擦試驗臺試樣和密封面的形狀有關。另一種測度磨損的方法，體磨損比(VWR)，與試樣和密封面的形狀無關。VWR是在磨擦試驗中研磨端體積損失與每單位體積密封塗層去除量的比值。同樣，該比值越低表明研磨端越能有效地切削密封材料。
表2給出了一些試驗結果的比較，所有密封面材料與實施例1相同，研磨端分別為現有技術的氧化鋯韌化氧化鋁端，共噴塗葉片端，噴塗研磨端和電鍍cBN端。表2端結構造 平均VWR由氧化鋯韌化的氧化鋁(現有技術)1.4共噴塗(現有技術) 1.18噴塗研磨端(現有技術) 0.63電鍍cBN(現有技術) ＜0.01柱狀氧化鋯(本發明)0.07儘管摩擦試驗表明本發明的柱狀氧化鋯研磨端不如電鍍cBN端好，但是它確實比現有技術的其它端好得多。另外，柱狀氧化鋯研磨端與cBN尖相比有幾個優點。例如，它沒有氧化傾向問題。再者，當柱狀氧化鋯研磨端與葉片翼面和平臺上的EB-PVD熱障層一起使用時可以簡化製造工藝。相對於其它結構的研磨端來說，這種結構可以在同一時間製得並且在端區內把這種塗層和端結合在一起。
本發明不局限於說明書中所顯示和所描述說明的具體實施方案。在不背離權利要求的精神和不超出其範圍的情況下可以以其進行各種各樣的變更或修正。
權利要求
1.一種燃氣渦輪發動機密封系統，包括一個旋轉構件，其具有與靜止的、磨損性密封面設置成呈摩擦關係的研磨端，其中，所述研磨端含有比磨損性密封面更硬的材料，以便於該研磨端能切割磨損性密封面，其特徵在於上述研磨端包括一個沉積於上述旋轉構件上的基本無磨料的表面上的金屬結合層，一個設置於該金屬結合層的氧化鋁層，以及一個沉積於該氧化鋁層上的且具有柱狀結構的氧化鋯研磨層，其中，所述的氧化鋯研磨層含有氧化鋯和約3wt％到約25w％的選自氧化釔、氧化鎂、氧化鈣以及它們的混合物的穩定劑。
2.根據權利要求1所述的密封系統，其中，所述金屬結合層含有擴散型鋁化物、一種Ni和Al的合金、或MCrAlY合金，其中，M代表Ni、Co、Fe或Ni和Co的混合。
3.根據權利要求1所述的密封系統，其中，所述旋轉構件是渦輪葉片。
4.根據權利要求3所述的密封系統，其中，所述的渦輪葉片具有翼面部分和平臺部分，並且該翼面部分或平臺部分或二者都至少部分塗覆有成分與上述研磨端基本相同的柱狀熱屏障層。
5.根據權利要求1所述的密封系統，其中，所述旋轉構件是設置於渦輪轉子上的渦輪轉子刀刃，而磨損性密封面設置於渦輪導向葉片上形成內部氣封。
6.根據權利要求1所述的密封系統，其中，所述旋轉構件是壓氣機葉片。
7.根據權利要求1所述的密封系統，其中，所述旋轉構件是設置於壓氣機轉子上的壓氣機轉子刀刃，而磨損性密封面設置於壓氣機轉子上形成的內部氣封。
8.一種燃氣渦輪發動機密封系統，該系統包括一個具有設置成與靜止的磨損性密封面呈摩擦關係的研磨端的旋轉構件，其中，所述研磨端含有比該磨損性密封面更硬的材料，以便於該研磨端切削磨損性密封面，其特徵在於該研磨端包括具有柱狀結構的氧化鋯研磨層，其中，該氧化鋯研磨層包括氧化鋯和約3wt％到約25wt％的選自氧化釔、氧化鎂、氧化鈣以及它們的混合物的穩定劑，並且該研磨端設置在旋轉部件上的基本上無研磨料的表面上。
9.根據權利要求8所述的密封系統，其中，所述研磨端進一步包括設置於氧化鋯研磨層和旋轉構件之間的氧化鋁層。
10.根據權利要求8所述的密封系統，其中，所述旋轉構件是渦輪葉片。
11.根據權利要求10所述的密封系統，其中，所述渦輪葉片具有翼面部分和平臺部分，並且翼面部分或平臺部分或二者都至少部分地塗覆有與上述研磨端成分相同的柱狀結構的熱障層。
12.根據權利要求8所述的密封系統，其中，所述旋轉構件是設置於渦輪轉子上的渦輪轉子刀刃，而磨損性密封面設置於渦輪導向葉片上形成內部氣封。
13.根據權利要求8所述的密封系統，其中，所述旋轉構件是壓氣機葉片。
14.根據權利要求8所述的密封系統，其中所述的構件是設置於壓氣機轉子的壓氣機轉子刀刃，而磨損性密封面設置於壓氣機轉子上形成內部氣封。
15.一種包括研磨端的燃氣渦輪發動機葉片，其中，所述研磨端包括具有柱狀結構的氧化鋯研磨層，其中，該氧化鋯研磨層包括氧化鋯和約3wt％到約25wt％的選自氧化釔、氧化鎂、氧化鈣和它們的混合物的穩定劑。
16.根據權利要求15所述的葉片，其中，所述研磨端還包括設置於氧化鋯研磨層和旋轉構件之間的金屬結合層，該結合層含有擴散型鋁化物、一種Ni和Al形成的合金或MCrAlY合金，其中，M代表Ni、Co、Fe或Ni和Co的混合。
17.根據權利要求15所述的葉片，其中，所述研磨端還包括設置於氧化鋯研磨層和旋轉構件之間的氧化鋁層。
18.一種包括研磨端的燃氣渦輪發動機刀刃，其中，所述研磨端包括具有柱狀結構的氧化鋯研磨層，其中，該氧化鋯研磨層包括氧化鋯和約6wt％到約20wt％的選自氧化釔、氧化鎂、氧化鈣和它們的混合物的穩定劑。
19.根據權利要求18所述的刀刃，其中，所述研磨端還包括設置於氧化鋯研磨層和旋轉構件之間的金屬結合層，該結合層含有擴散型鋁化物、一種Ni和Al形成的合金或MCrAlY合金，其中，M代表Ni、Co、Fe或Ni和Co的混合。
20.根據權利要求18所述的刀刃，其中，所述研磨端還包括設置於氧化鋯研磨層和旋轉構件之間的氧化鋁層。
全文摘要
一種包括旋轉構件的燃氣渦輪發動機密封系統,所述旋轉構件具有設置成與靜止的磨損性密封面呈摩擦關係的研磨端。該研磨端含有具有柱狀結構的比所述磨損性密封面更硬的氧化鋯研磨層,以便於該研磨端能夠切削上述磨損性密封面。
文檔編號F01D11/00GK1221067SQ9812514
公開日1999年6月30日 申請日期1998年11月26日 優先權日1997年11月26日
發明者梅爾文·弗裡林, 迪內希·K·古普塔, 肯·拉格尼克斯, 雅尼娜·T·德馬西－馬爾欽 申請人:聯合技術公司