用于确定内部的层的粗糙度的方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103105156 A (43)申请公布日 2013.05.15 CN 103105156 A *CN103105156A* (21)申请号 201210431213.0 (22)申请日 2012.11.01 11187426.9 2011.11.02 EP G01B 21/30(2006.01) G01B 7/34(2006.01) (71)申请人 西门子公司 地址 德国慕尼黑 (72)发明人 马蒂亚斯容布卢特 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 张春水 李德山 (54) 发明名称 用于确定内部的层的粗糙度的方法 (57) 摘要。

2、 本发明涉及一种用于确定内部的层的粗糙度 的方法， 通过用于确定过渡区域 （10） 的粗糙度和 电导率测量的一次性的、 破坏性测量的相互关系 能够确定其他样本的粗糙度而不进行破坏性测 量。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103105156 A CN 103105156 A *CN103105156A* 1/1 页 2 1. 用于确定在不导电层 （13） 下方的金属衬底 （4） 的或金属层 （7） 的内部的表面。

3、 （11） 的粗糙度的方法， 其中， 穿过所述不导电层 （13） ， 特别是陶瓷层 （13） ， 至少在外部的不导电 层 （13） 和内部的衬底 （4） 或层 （7） 的过渡区域 （10） 中逐层地测量至少一个材料参数 （P） ， 直至所述材料参数升高并且达到最大的平稳值 （25） ， 其中， 在所述过渡区域 （10） 中的所述材料参数 （P） 与对比样本的粗糙度相互关联， 其 中， 该粗糙度特别是通过显微照片预先测定。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中， 将电导率确定作为材料参数 （P） 。 3.根据权利要求1或2中的一项或两项所述的方法， 其中， 将热导率确定作为材料参数 （P）。

4、 。 4.如权利要求1、 2或3中的一项或多项所述的方法， 其中， 测量由衬底 （4） 、 金属层 （7） 和最外部的陶瓷层 （13） 构成的层系统。 权 利 要 求 书 CN 103105156 A 2 1/4 页 3 用于确定内部的层的粗糙度的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种用于确定内部的层或衬底的粗糙度的方法。 背景技术 0002 粗糙度特别是在喷涂的层中具有重要意义， 在所述喷涂的层中粗糙度有助于置于 上方的层的附着。这例如是金属腐蚀保护层的粗糙度， 在所述金属腐蚀保护层上施加有陶 瓷层。 0003 同样已知用于测量金属层的电导率的方法。 0004 当不再能够自由测量表面的粗糙。

5、度时， 只存在破坏性的检验方法。 发明内容 0005 因此本发明的目的是， 解决所述问题。 0006 所述目的通过一种用于确定在不导电层下方的金属衬底的或金属层的内部的表 面的粗糙度的方法实现， 其中， 通过所述不导电层， 特别是陶瓷层， 至少在外部的不导电层 和内部的衬底或层的过渡区域中逐层地测量至少一个材料参数， 直至所述材料参数升高并 且达到最大的平稳值， 其中， 在所述过渡区域中的所述材料参数与对比样本的粗糙度相互 关联， 其中， 该粗糙度特别是通过显微照片预先测定。 0007 在本文中列出其他有利的措施， 所述措施能够任意地相互组合， 以便获得其他优 点。 附图说明 0008 附图中。

6、示出 ： 0009 图 1 示出这样的层系统和方法 ； 0010 图 2 示出测量曲线 ； 0011 图 3 示出涡轮叶片 ； 0012 图 4 示出燃烧室 ； 并且 0013 图 5 示出超合金的列表。 具体实施方式 0014 说明书和附图仅示出本发明的实施例。 0015 图 1 示出层系统 1、 120、 130 （图 3） 、 155 （图 4） 作为示例。层系统具有衬底 4， 所述 衬底能够是金属的或陶瓷的， 特别是在涡轮构件 120、 130、 155 中是镍基或钴基的超合金， 尤其特别是根据图 5。 0016 金属层 7 优选施加在衬底 4 上。这能够是铝化物层 （+Pt， ）或者。

7、特别是 MCrAlX 层， 其中， X 是可选的， 并且尤其是钇 （Y） 或铼 （Re） 。金属层 7 或衬底 4 带有在层区 域10中的、 具有粗糙度的表面11， 应测定所述粗糙度。 所述粗糙度不能够被直接测定， 因为 说 明 书 CN 103105156 A 3 2/4 页 4 在金属层 7 或衬底 4 上存在不导电层 13， 特别是陶瓷层 13。 0017 这尤其在涡轮构件 120、 130、 155 中是陶瓷层。 0018 陶瓷层 13 具有氧化锆和 / 或烧绿石结构。所述陶瓷层构造为单层或双层。 0019 已知方法， 特别是涡流方法， 其中能够借助于电激励装置 16 测量高导电区域 。

8、7、 4 的作为参数 P 的电导率 （在此仅示例地用于阐述所述方法） 。 0020 这样的电流的透入深度能够被改变， 并且也用于这样的内部的层 7 的层厚测量。 0021 在到由于测量技术具有一定程度的提离 22 的、 最外的表面 19 的距离 h 方面， 直至 深度 h1 存在不可测量的电导率或小的电导率。 0022 因为所述层 7 的表面 11 是粗糙的， 所以在直至深度 h2 的层区域中存在由金属材 料和陶瓷材料构成的层区域10。 因此， 在过渡区域10中存在电导率明显更低的金属材料和 陶瓷材料。 0023 从层深h2起仅还测量金属材料， 在此为覆层7 （因为在层13、 10、 7内逐层。

9、地测量） 。 通过相应的测量参数能够提高所述透入深度的精度， 使得其明显小于 （h2-h1） ， 特别是至少 0.2*（h2-h1） ， 其中，（h2-h1） 是过渡区域 10 的厚度。能够确定所述电导率。在图 2 中 示出用于所述值 （通常为 P） 的分布曲线。 0024 在优选一次比较步骤中， 电导率或参数P通过破坏性的确定而与层区域10的粗糙 度相互关联。 0025 因此测量在过渡区域 10 中的电导率， 并且然后破坏性地确定所述粗糙度。对于所 述粗糙度能够基于不同的粗糙度值。 0026 因此， 基于不导电层， 电导率 P（图 2） 的升高能够与粗糙度相互关联， 并且在其他 位置上或其他。

10、构件上能够通过同样的电导率测量产生在待测定的粗糙度和已知的、 被测量 的值 P 或曲线 P（h） 之间的相互关系。 0027 能够应用其他参数 P， 如热导率。 0028 图 3 示出流体机械的沿着纵轴线 121 延伸的转子叶片 120 或导向叶片 130 的立体 视图。 0029 所述流体机械可以是飞机的或用于发电的发电厂的燃气轮机、 蒸汽轮机或压缩 机。 0030 叶片 120、 130 沿着纵轴线 121 相继具有 ： 固定区域 400、 邻接于所述固定区域的叶 片平台 403 以及叶身 406 和叶片梢部 415。作为导向叶片 130， 叶片 130 可以在其叶片梢部 415 处具有另。

11、一平台 （未示出） 。 0031 在固定区域 400 中形成有用于将转子叶片 120、 130 固定在轴或盘上的叶片根部 183（未示出） 。叶片根部 183 例如构造为锤头形。作为枞树形根部或燕尾形根部的其他构 形是可行的。叶片 120、 130 对于流过叶身 406 的介质具有入流棱边 409 和出流棱边 412。 0032 在传统的叶片 120、 130 中， 在叶片 120、 130 的所有区域 400、 403、 406 中使用例如 实心的金属材料、 尤其是超合金。例如从 EP 1 204 776B1、 EP 1 306 454、 EP 1 319 729 A1、 WO 99/674。

12、35 或 WO 00/44949 中已知这样的超合金。 0033 在这种情况下， 叶片 120、 130 可以通过铸造法， 也可以借助于定向凝固、 通过锻造 法、 通过铣削法或其组合来制造。 0034 带有一个单晶结构或多个单晶结构的工件用作为用于机器的在运行时承受高的 说 明 书 CN 103105156 A 4 3/4 页 5 机械的、 热的和 / 或化学的负荷的构件。这种单晶工件的制造例如通过由熔融物的定向凝 固来进行。 在此， 涉及一种浇注法， 其中液态金属合金凝固为单晶结构、 即单晶工件， 或者定 向凝固。在这种情况下， 枝状晶体沿热流定向， 并且形成柱状晶体的晶粒结构 （柱状地， 。

13、也 就是说在工件的整个长度上分布的晶粒， 并且在此根据一般的语言习惯称为定向凝固） ， 或 者形成单晶结构， 也就是说整个工件由唯一的晶体构成。 在所述方法中， 必须避免过渡成球 形 （多晶的） 凝固， 因为通过非定向的生长不可避免地构成横向晶界和纵向晶界， 所述横向 晶界和纵向晶界使定向凝固的或单晶的构件的良好特性不起作用。 如果一般性地提到定向 凝固组织， 则是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的单晶以及确实具有沿纵向方向分布 的晶界但不具有横向晶界的柱状晶体结构。 第二种所提到的晶体结构也称为定向凝固组织 （directionally solidified structures） 。从 U。

14、S-PS 6,024,792 和 EP 0 892 090 A1 中 已知这样的方法。 0035 叶片 120、 130 同样可以具有抗腐蚀或抗氧化的覆层， 例如 （MCrAlX ； M 是铁 （Fe） 、 钴 （Co） 、 镍 （Ni） 中的至少一种元素， X 是活性元素并代表钇 （Y） 和 / 或硅和 / 或至少一种 稀土元素， 或铪 （Hf） ） 。从 EP 0 486489 B1、 EP 0 786 017 B1、 EP 0 412 397 B1 或 EP 1 306 454 A1 中已知这样的合金。密度优选是理论密度的 95%。在 （作为中间层或最外层的） MCrAlX 层上形成保护。

15、性氧化铝层 （TGO=thermal grown oxide layer （热生长氧化层） ） 。 0036 层成分优选具有 Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si 或 Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y。 除 所 述 钴 基 保 护 覆 层 外， 也 优 选 使 用 镍 基 保 护 层， 如 Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re 或 Ni-12Co-21Cr-11Al-0.4Y-2Re 或 Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1.5Re。 0037 在MCrAlX上还可以存在隔热层， 隔热层优选是最外层， 并且例如由ZrO2、 Y2O3-ZrO2 构。

16、成， 即， 所述隔热层通过氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁非稳定、 部分稳定或完全稳定。 隔热层覆盖整个 MCrAlX 层。通过例如电子束气相淀积 （EB-PVD） 的适宜的覆层方法在隔热 层中产生柱状晶粒。也可设想其他覆层方法， 例如气相等离子喷涂 （APS） 、 LPPS（低压等离 子喷涂） 、 VPS（真空等离子喷涂） 或 CVD（化学气相淀积） 。隔热层可以具有多孔的、 有微观 裂纹或宏观裂纹的晶粒， 以用于更好的耐热冲击。因此， 隔热层优选比 MCrAlX 层更为多孔。 0038 再处理 （Refurbishment） 意味着构件 120、 130 在其被使用之后， 必要时必须将保 护。

17、层去除 （例如通过喷砂） 。然后， 进行腐蚀层和 / 或氧化层或腐蚀产物和 / 或氧化产物的 移除。必要时， 还修复在构件 120、 130 中的裂纹。然后， 进行构件 120、 130 的再覆层， 以及 重新使用构件 120、 130。 0039 叶片 120、 130 可以构成空心的或实心的。当要冷却叶片 120、 130 时， 则所述叶片 为空心的并且必要时还具有薄膜冷却孔 418（由虚线表示） 。 0040 图4示出燃气轮机的燃烧室110。 燃烧室110例如构造为所谓环形燃烧室， 其中多 个沿周向围绕旋转轴线 102 设置的燃烧器 107 通到共同的燃烧室腔 154 中， 所述燃烧器产。

18、 生火焰 156。为此， 燃烧室 110 的整体构造为环形结构， 所述环形结构围绕旋转轴线 102 定 位。 0041 为了实现相对高的效率， 燃烧室 110 针对大约 1000至 1600的工作介质 M 的相 对高的温度来设计。 为了也能够在所述对于材料不利的工作参数的情况下实现相对长的工 作持续时间， 燃烧室壁 153 在其朝向工作介质 M 的侧上设有由热屏蔽元件 155 形成的内衬。 每个由合金构成的热屏蔽元件 155 在工作介质侧配备有特别耐热的保护层 （MCrAlX 层和 / 说 明 书 CN 103105156 A 5 4/4 页 6 或陶瓷覆层） 或者由耐高温的材料 （实心的陶瓷。

19、石） 制成。 0042 保护层能够是类似涡轮叶片的， 即 MCrAlX 例如表示 ： M 是铁 （Fe） 、 钴 （Co） 、 镍 （Ni） 中的至少一种元素， X 是活性元素并代表钇 （Y） 和 / 或硅和 / 或至少一种稀土元素， 或铪 （Hf） 。从 EP 0 486 489 B1、 EP 0786 017 B1、 EP 0 412 397 B1 或 EP 1 306 454 A1 中已 知这样的合金。 0043 在 MCrAlX 上还可以存在例如陶瓷的隔热层， 并且隔热层由例如 ZrO2、 Y2O3-ZrO2构 成， 即， 隔热层通过氧化钇和 / 或氧化钙和 / 或氧化镁非稳定、 部分。

20、稳定或完全稳定。通过 例如电子束气相淀积 （EB-PVD） 的适宜的覆层工艺在隔热层中产生柱状晶粒。也可设想其 他覆层工艺， 例如气相等离子喷涂 （APS） 、 LPPS、 VPS 或 CVD。隔热层可以具有多孔的、 有微 观裂纹或宏观裂纹的晶粒， 以用于更好的耐热冲击性。 0044 再处理 （Refurbishment） 意味着在使用热屏蔽元件 155 之后， 必要时必须将保护 层从热屏蔽元件上除去 （例如通过喷砂） 。 然后， 进行腐蚀层和/或氧化层或腐蚀产物和/或 氧化产物的去除。必要时， 还修复在热屏蔽元件 155 中的裂纹。其后， 进行热屏蔽元件 155 的再覆层以及重新使用热屏蔽元件 155。 0045 此外， 由于在燃烧室110的内部中的高温， 能够为热屏蔽元件155或为所述热屏蔽 元件的保持元件设有冷却系统。那么， 热屏蔽元件 155 例如是空心的并且必要时还具有通 到燃烧室腔 154 中的冷却孔 （未示出） 。 说 明 书 CN 103105156 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103105156 A 7 2/3 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103105156 A 8 3/3 页 9 图 5 说 明 书 附 图 CN 103105156 A 9 。