本發明涉及發電設備的技術。本發明涉及根據權利要求1的前序部分的發電設備部件。

本發明還涉及用于制造這種部件的方法。

背景技術：

若干發電設備部件（諸如壓縮機葉片、蒸汽渦輪機葉片以及風力葉片）經歷水滴侵蝕、腐蝕以及污垢。避免這些損壞的最佳保護方法是使用多功能復合涂層來保護葉片（或其他部件）。

用于燃氣渦輪機中的壓縮機葉片的鋼材料遭受水滴侵蝕和點蝕引起的開裂以及污垢。

以所需間隔進行在線和離線洗滌以便改善渦輪機的性能。通過在壓縮機葉片上施用功能性復合涂層，能夠延長離線洗滌間隔；在線洗滌期間發生更少的葉片侵蝕并且在高霧化系統中提高了壓縮機效率。

此外，燃氣渦輪機用在高度腐蝕性的環境中，例如在工業區域或海岸線中，并因此經歷大量點蝕。

氣溶膠和煙灰在大氣中的存在導致在葉片上形成污垢，這加劇腐蝕。

現存的解決方案未解決侵蝕、腐蝕和污垢這三個主要性質，尤其是污垢未被解決或其是非常含糊的。或者被認為是防污垢的涂層不耐侵蝕，并因此在操作期間將損失防污性能。或者使用諸如濺射或cvd和pvd的涂層施用方法，其不具有成本效益或難以施用。

文獻us2010/0247321a1提供了包括金屬基底的制品。該制品還包括沉積在基底的表面上的犧牲層和沉積在犧牲層上的防污層。防污層包括金屬-聚合物復合材料。還提供了包括具有氮化物的防污層的制品。

文獻us2009/0176110a1公開了能夠為部件（尤其是工業燃氣渦輪機的鋼制壓縮機葉片）提供耐侵蝕和耐腐蝕性的涂層系統和過程。涂層系統包括在部件基底的表面上的金屬犧牲底涂層，和通過熱噴涂沉積在底涂層上的陶瓷頂涂層。底涂層包含在電偶序中比鐵更活潑的金屬或金屬合金，并且與基底的表面電接觸。陶瓷頂涂層基本上由從下述組中選擇的陶瓷材料組成，所述組由氧化鋁和二氧化鈦的混合物，氧化鉻和二氧化硅的混合物，氧化鉻和二氧化鈦的混合物，氧化鉻、二氧化硅和二氧化鈦的混合物，以及氧化鋯、二氧化鈦和氧化釔的混合物組成。

ep2374916a1描述了一種用于向金屬表面提供保護涂層的過程，其包括向表面施用鎳或鉭板層，以及在進行電鍍時將硬質材料（諸如金剛石、氧化鋁、氮化釩、碳化鉭和/或碳化鎢）的顆粒散布在鎳或鉭板層內。

ep2060328a2公開了一種形成復合粉末涂層的方法，其包括將多層粉末涂層合成物沉積在基底上，其中，相鄰層由不同粉末涂層合成物形成；以及在單個熱固化步驟中固化該多層粉末涂層合成物。該層能夠用于保護發電裝備免受水腐蝕、顆粒侵蝕、泥漿侵蝕、磨損和污垢。

us8,007,246b2提供一種制造用于燃氣渦輪發動機的部件的方法。該方法包括向部件的至少一部分施用粘結涂層，使用定位成與部件相距第一距離的噴涂機構將致密垂直開裂（dvc）熱障涂層施用到粘結涂層的至少一部分，以及使用定位成與部件相距第二距離的噴涂機構使dvc熱障涂層的至少一部分與軟涂層熱障涂層重疊，其中，第二距離大于第一距離以促進軟涂層熱障涂層到dvc熱障涂層的粘附。

技術實現要素：

本發明的目的是提供具有功能性表面的發電設備部件，該功能性表面具有抗侵蝕、抗腐蝕和防污性能。

本發明的另一目的是提供具有復合涂層系統的發電設備部件，以便提供具有改善的水滴侵蝕、增強的耐腐蝕性以及增強的防污性能的金屬和陶瓷表面。

本發明的另一目的是公開一種用于制造這樣的部件的方法。

這些和其他目的通過根據權利要求1的發電設備部件和根據權利要求9的方法實現。

根據本發明的發電設備部件包括基底，所述基底的表面涂覆有具有抗侵蝕、抗腐蝕和防污性能的預定厚度的功能性梯度涂層。

其特征在于，所述功能性梯度涂層包括耐腐蝕第一物料，和耐侵蝕且疏水性第二物料，并且特征在于所述功能性梯度涂層是由單層組成的復合涂層，因此所述耐腐蝕第一物料的濃度和所述耐侵蝕且疏水性第二物料的濃度沿著所述復合涂層的厚度逐漸變化，因此所述耐腐蝕第一物料的濃度從在所述復合涂層的內側處的高濃度逐漸變化到在所述復合涂層的外側處的低濃度，并且所述耐侵蝕且疏水性第二物料的濃度從在所述復合涂層的內側處的低濃度逐漸變化到在所述復合涂層的外側處的高濃度。

根據本發明的實施例，所述基底是金屬或復合聚合物基底。

根據本發明的另一實施例，所述耐腐蝕第一物料包括金屬、陶瓷、金屬陶瓷和/或聚合物基體，顆粒嵌入到其中，因此所述顆粒的濃度從在所述復合涂層的內側處的高濃度逐漸變化到在所述復合涂層的外側處的低濃度。

所述顆粒可包括微米或納米金屬、陶瓷和/或聚合物材料，其通過電負性和/或自愈合反應來提供腐蝕保護。

根據本發明的又一實施例，所述耐腐蝕第一物料包括具有al、zn、zr或mg顆粒中的一者的ni基體。

根據本發明的又另一實施例，所述耐侵蝕且疏水性第二物料包括金屬、陶瓷、金屬陶瓷和/或聚合物基體，在其中包括硬陶瓷、金屬和/或聚合物納米或微米材料，因此所述材料的濃度從在所述復合涂層的內側處的低濃度逐漸變化到在所述復合涂層的外側處的高濃度。

根據本發明的又一實施例，所述耐侵蝕且疏水性第二物料包括涂覆有陶瓷或聚合物材料的陶瓷、金屬或金屬間顆粒，因此所述陶瓷、金屬或金屬間顆粒是耐侵蝕的，并且所述陶瓷或聚合物涂層材料是防污的。

所述陶瓷、金屬和/或聚合物納米或微米顆粒或纖維可以包括sic、al2o3、sio2、wc、bn、max相（例如，ti3sic2、ti2alc、cr2alc）、碳納米管（cnt）、石墨烯氧化物和疏水性顆粒中的一者，尤其是ptfe。

用于制造根據本發明的發電設備部件的本發明方法的特征在于，利用薄粘結層和化學或機械處理來激活和制備所述基底的表面。

根據本發明方法的實施例，通過噴涂過程，尤其是大氣等離子噴涂（aps）、冷噴涂、超音速火焰（hvof）過程或電鍍和化學鍍以及電泳過程來施用所述復合涂層。

附圖說明

現在借助于不同實施例并參考附圖來更詳細地解釋本發明。

圖1示出根據本發明的實施例的部件的具有梯度復合涂層的表面結構；

圖2示出耐侵蝕材料在圖1的所述梯度復合涂層內的依賴厚度的濃度的圖表；以及

圖3示出耐腐蝕材料在圖1的所述梯度復合涂層內的依賴厚度的濃度的圖表。

具體實施方式

本發明關于使用新材料、設計和工藝過程來生產用于發電設備部件（例如燃氣渦輪機壓縮機葉片）的工程化功能性涂層和表面。新功能性表面具有抗侵蝕、抗腐蝕和防污性能。

本發明提供復合涂層系統，用于提供具有改善的水滴侵蝕、增強的耐腐蝕性以及增強的防污性能的金屬和陶瓷表面。

涂層包括僅一個功能性梯度層，其中耐腐蝕性和耐侵蝕性及疏水性能這些所需性能沿著該層的厚度逐漸變化。

根據圖1-3，發電設備部件10（例如，渦輪機葉片）包括由金屬或復合聚合物制成的基底11，該基底11的表面覆蓋有復合涂層12。涂層的厚度x始于坐標x1（內側）并終止于坐標x2（外側）。復合涂層12包含耐腐蝕第一顆粒（耐腐蝕第一物料，圖1中的小圓）和耐侵蝕且疏水性第二顆粒/纖維（耐侵蝕且疏水性第二物料，圖1中的較大圓和波浪形物），其中它們的濃度c的分布不同。如在圖2中所示，耐侵蝕且疏水性顆粒的濃度c從x1（內側）處的低濃度c1增大到x2（外側）處的高濃度c2。另一方面（參見圖3），耐腐蝕顆粒的濃度c從x1處的高濃度c3降低到x2處的低濃度c4。

所述基底11可以是金屬或復合聚合物基底。

所述耐腐蝕第一物料可包括金屬、陶瓷、金屬陶瓷和/或聚合物基體，顆粒/纖維嵌入到其中，因此所述顆粒的濃度從在所述復合涂層的內側處的高濃度逐漸變化到在所述復合涂層的外側處的低濃度。

尤其，所述顆粒/纖維可包括微米或納米金屬、陶瓷和/或聚合物材料，其通過電負性和/或自愈合反應來提供腐蝕保護。

此外，所述耐腐蝕第一物料可包括具有al、zn、zr或mg顆粒中的一者的ni基體。

所述耐侵蝕且疏水性第二物料可包括金屬、陶瓷、金屬陶瓷和/或聚合物基體，在其中包括硬陶瓷、金屬和/或聚合物納米或微米材料，因此所述材料的濃度從在所述復合涂層的內側處的低濃度逐漸變化到在所述復合涂層的外側處的高濃度（參見圖2）。

另一方面，所述耐侵蝕且疏水性第二物料可包括涂覆有陶瓷或聚合物材料的陶瓷、金屬或金屬間顆粒，因此所述陶瓷、金屬或金屬間顆粒是耐侵蝕的，并且所述陶瓷或聚合物涂層材料是防污的。

尤其，所述陶瓷、金屬和/或聚合物納米或微米顆粒或纖維可包括sic、al2o3、sio2、wc、bn、max相（例如，ti3sic2、ti2alc、cr2alc）、碳納米管（cnt）、石墨烯氧化物和疏水性顆粒中的一者，尤其是ptfe。

參考數字列表

10發電設備部件

11基底

12復合涂層

c,c1,c2,c3,c4濃度

x,x1,x2涂層厚度（坐標）。