DE69302118T2

DE69302118T2 - Beschichtetes poröses metallisches Paneel

Info

Publication number: DE69302118T2
Application number: DE69302118T
Authority: DE
Inventors: Larry Allen Junod
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2013-02-02
Also published as: EP0559246A2; EP0559246A3; CA2087698C; JPH0649678A; EP0559246B1; JP2904669B2; US5195243A; CA2087698A1; DE69302118D1

Description

Diese Erfindung betrifft beschichtete porige Metalltafeln und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Tafel.
Porige Metalltafeln sind in den US-Patenten US-A- 3.584.972 und US-A-4.004.056 beschrieben. Die US-Patente US-A- 4.338.360 und US-A-5.130.163 beschreiben Verfahren zum Auftragen eines Hitzebarriereüberzugs auf porige Metalltafeln bei minimaler Ablagerung von Überzugsmaterial in den Poren der Tafel.
Die vorliegende Erfindung ist bestrebt, eine verbesserte beschichtete porige Metalltafel bereitzustellen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten porigen Metalltafel, wie in Anspruch 1 beschrieben, vorgesehen.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine beschichtete porige Metalltafel, wie in Anspruch 3 beschrieben, vorgesehen.
Die beschichtete porige Metalltafel umfaßt eine erste äußere Oberfläche mit einem Muster von Austrittsporen darin, eine zweite gegenüberliegende Oberfläche mit einem Muster von Einlaßporen darin, die seitlich von den Austrittsporen versetzt sind und mit den Austrittsporen durch eine innere Kammer der Tafel verbunden sind, und eine Schildschicht, die mechanisch gegen die zweite gegenüberliegende Oberfläche festgeklemmt ist. Die Schildschicht weist eine Mehrzahl von Schildlöchern auf, die im gleichen Muster wie die Einlaßporen angeordnet sind, so daß die Einlaßporen einer Kühlgasquelle ausgesetzt sind, wenn die Schildschicht angebracht ist. Die Tafel umfaßt ferner eine Mehrzahl von Extraktionsgängen, die sich jeweils hinter einer der Austrittsporen befinden und sich durch die zweite gegenüberliegende Oberfläche öffnen. Wenn die Schildschicht angebracht ist, sind die Extraktionsgänge blockiert, um einen Eintritt von Kühlgas in die Extraktionsgänge zu verhindern.
Beim Verfahren zur Herstellung der obigen Ausführungsform einer beschichteten porigen Tafel, wird Überzugsmaterial allgemein senkrecht zur ersten äußeren Oberfläche gespritzt, wobei die Schildschicht nicht angebracht ist. Der Großteil des Überzugsmaterials lagert sich auf der ersten äußeren Oberfläche ab und bildet einen Überzug darauf. Überschüssiges Überzugsmaterial, das in die Austrittsporen eintritt, gelangt über die Extraktionsgänge ganz durch die Tafel und wird hinter der zweiten gegenüberliegenden Oberfläche aufgefangen. Nach dem Auftragen des Überzugs wird die Schildschicht mechanisch gegen die zweite äußere Oberfläche festgeklemmt, um die Extraktionsgänge zu blockieren.
Bei alternativen Ausführungsformen können mechanische Blockiermittel, wie zum Beispiel Stifte oder dergleichen, von der zweiten äußeren Oberfläche aus in die Extraktionsgänge eingesetzt werden, so daß sie in die Austrittsporen vorstehen und dadurch ein Eintreten von Überzugsmaterial in die Austrittsporen physisch verhindern, wobei die Blockiermittel nach dem Auftragen des Überzugs entfernt werden und die Extraktionsgänge durch die Schildschicht verschlossen werden, wie oben beschrieben.
Untenstehend wird ledig beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine bruchstückartige, teilweise weggebrochene, auseinandergezogene Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels einer beschichteten porigen Metalltafel;
Figur 2 eine Aufrißansicht im Querschnitt eines Abschnitts der beschichteten porigen Metalltafel aus Figur 1;
Figur 3 einen der Schritte eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Bildung der Tafel aus Figur 1;
Figur 4 einen weiteren Schritt des Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Bildung der Tafel aus Figur 1; und
Figur 5 die beschichtete porige Metalltafel aus Figur 1.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen eine beschichtete porige Metalltafel 10 als eine Schichtstruktur dargestellt ist, die mittels verschiedener Verfahren, einschließlich Gießen, hergestellt werden kann. Die Schichttafel 10 umfaßt eine erste Schicht 12, eine zweite Schicht 14 und eine Schildschicht 16. Die erste Schicht 12 weist eine äußere Oberfläche 18 auf, die eine erste äußere Oberfläche der Tafel 10 bildet, welche dafür ausgelegt ist, einer (nicht gezeigten) Hochtemperatur-Wärmequelle ausgesetzt zu sein, ferner eine innere Oberfläche 20 und eine Mehrzahl von Austrittsporen 22, die in einem regelmäßigen ersten Gitter bzw. Muster angeordnet sind.
Die zweite Schicht 14 weist eine äußere Oberfläche 24 auf, die eine zweite Oberfläche der Tafel 10 bildet, welche dafür ausgelegt ist, einer (nicht gezeigten) Quelle eines unter Druck stehenden Kühlgases ausgesetzt zu sein. Die Seite der zweiten Schicht, die der äußeren Oberfläche 24 gegenüberliegt, ist so geätzt oder chemisch bearbeitet, daß sie eine innere Oberfläche 26 bildet, welche von einer Mehrzahl von angeformten erhöhten Sockeln 28 unterbrochen wird, die jeweils eine flache Bindungsoberfläche 30 darauf aufweisen. Die zweite Schicht 14 ist an den aneinanderstoßenden Schnittstellen zwischen der inneren Oberfläche 20 und den Bindungsoberflächen 30 auf den Sockeln 28 mittels Diffusion an die erste Schicht 12 gebunden. Die inneren Oberflächen 20, 26 der ersten bzw. der zweiten Schicht sind durch die Sockel 28 voneinander beabstandet und bilden dazwischen eine innere Kammer 32 der porigen Metalltafel.
Die zweite Schicht 14 weist eine Mehrzahl von durch sie hindurch gehenden Einlaßporen 34 auf, die in einem regelmäßigen zweiten Gitter bzw. Muster angeordnet sind, das relativ zum ersten Muster der Austrittsporen 22 seitlich versetzt ist. Demnach ist jede der Einlaßporen 34 relativ zu jeder der Austrittsporen 22 seitlich versetzt, so daß eine Gasströmung von den Einlaßporen zu den Austrittsporen gezwungen ist, gewundenen Strömungswegen durch die innere Kammer 32 zu folgen. Die zweite Schicht 14 umfaßt ferner eine Mehrzahl von durch sie hindurch gehenden Extraktionsgängen 36, die im ersten Muster angeordnet sind, so daß sich direkt hinter jeder der Austrittsporen 22 einer der Extraktionsgänge 36 befindet.
Die Schildschicht 16 weist eine innere Oberfläche 38 auf, die der äußeren Oberfläche 24 der zweiten Schicht gegenüberliegt, und eine äußere Oberfläche 40, die der oben genannten Quelle eines unter Druck stehenden Kühlgases gegenüberliegt Die Schildschicht 16 weist eine Mehrzahl von durch sie hindurch gehenden Schildporen 42 auf, die im zweiten Muster angeordnet sind. Die Schildporen 42 sind mindestens so groß wie die Einlaßporen und vorzugsweise etwas größer.
Eine Mehrzahl von zylindrischen Nietenkörpern 44, die in den Figuren 4 und 5 gezeigt sind, sind an die zweite Schicht 14 angeschweißt oder auf andere Weise starr daran befestigt, und zwar im wesentlichen senkrecht zu ihrer äußeren Oberfläche 24. Die Nietenkörper 44 werden in einer entsprechenden Mehrzahl von Durchgangslöchern 46 in der Schildschicht 16 aufgenommen, wenn die innere Oberfläche 38 der Schildschicht neben die äußere Oberfläche 24 der zweiten Schicht gelegt wird. Ein Befestigungsbügel 47 kann zweckmäßigerweise über die Nietenkörper 44 und gegen die äußere Oberfläche 40 der Schildschicht gepaßt werden, um die porige Metalltafel 10 an einer (nicht gezeigten) Stützstruktur anzubringen. An den Nietenkörpern 44 sind Köpfe gebildet, um die Schildschicht 16, den Bügel 47 und die erste und die zweite Schildschicht 12, 14 starr zusammen zu befestigen.
Die Schildporen 42 überlagern die Einlaßporen 34, um die Aussetzung der Einlaßporen gegenüber der Quelle des unter Druck stehenden Kühlgases aufrechtzuerhalten. Der verbleibende, massive Teil der Schildschicht 16 blockiert die Extraktionsgänge 36, um das Eintreten von Kühlgas in die Extraktionsgänge durch die äußere Oberfläche 24 der zweiten Schicht zu verhindern. Wenn die Schildschicht angebracht ist, tritt unter Druck stehendes Kühlgas durch die Schildporen 42 in die Einlaßporen 34 ein, zirkuliert auf gewundenen Wegen durch die innere Kammer 32, um die Tafel mittels Konvektion zu kühlen, und tritt durch die Austrittsporen 22 aus, so daß ein Schutzfilm zwischen der Tafel und der Wärmequelle gebildet wird.
Wie am besten in den Figuren 3 bis 5 zu sehen ist, wird ein wärmebeständiger Überzug 48 mittels eines Verfahrens, das die Schritte einer mechanischen Oberflächenvorbereitung und einer Spritzbeschichtung umfaßt, auf die porige Metalltafel 10 aufgetragen. Die oben genannten Schritte werden ausgeführt, ohne daß die Schildschicht 16 angebracht ist, und können ein Sandbestrahlen der äußeren Oberfläche 18 der ersten Schicht und eine Spritzauftragung von der Spritzvorrichtung 52 umfassen. Der Überzug 48 kann einen Haftüberzug 54, wie zum Beispiel NiCrAlY, auf der sandbestrahlten äußeren Oberfläche 18 und einen oberen Überzug 56, wie zum Beispiel mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirconiumoxid, über dem Haftüberzug umfassen.
Die Vorrichtung 52 spritzt den Haftüberzug und das Material des oberen Überzugs allgemein senkrecht zur äußeren Oberfläche 18. Unausweichlich tritt ein überschüssiger Teil des Überzugsmaterials, das in die Richtung der äußeren Oberfläche 18 gespritzt wird, in die Austrittporen 22 ein. Die Extraktionsgänge 36, die sich unmittelbar hinter den Austrittsporen befinden, bilden Durchgänge, die das überschussige Überzugsmaterial direkt durch die zweite Schicht leiten, um es dahinter aufzufangen. Das Vorhandensein der Extraktionsgänge 36 hinter den Austrittsporen schließt die innere Kammer 32 und die Einlaßporen 34 effektiv kurz, um eine Ablagerung überschüssigen Überzugsmaterials in der inneren Kammer 32 und in den Austritts- und den Einlaßporen 22, 34 zu minimieren
In aufeinanderfolgenden Schritten des Verfahrens werden die Schildschicht 16 und der Bügel 47 über die Nietenkörper 44 montiert und gegen die zweite Schicht 14 festgeklemmt, wie oben beschrieben. Es können auch andere Befestigungstechniken verwendet werden, wie zum Beispiel an die zweite Schicht angeschweißte Gewindeansätze.
Die Extraktionsgänge 36 erlauben die Verwendung anderer Techniken zur Verhinderung einer Ablagerung überschüssigen Überzugsmaterials in der inneren Kammer 32 und in den Austritts- und den Einlaßporen 22, 34. Es können zum Beispiel mechanische Blockiermittel, wie zum Beispiel Stifte, von jenseits der zweiten Schicht 14 in die Extraktionsgänge 36 eingesetzt werden. Die Stifte können bis geringfügig über die äußere Oberfläche 18 hinaus reichen, um so ein Eintreten überschüssigen Überzugsmaterials in die Austrittsporen ganz zu verhindern. Am Ende der Spritzarbeitsvorgänge werden die Stifte zurückgezogen, um die Austrittsporen offenzulegen, und die Schildschicht wird angebracht, wie oben beschrieben. Alternativ kann eine Abdeckung in die Extraktionsgänge eingeführt werden, um die Austrittsporen von hinten zu füllen. Die Abdeckung verhindert ein Eintreten überschussigen Überzugsmaterials in die Austrittsporen und kann nach der Beschichtung chemisch oder thermisch entfernt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer beschichteten porigen Metalltafel (10), das folgende Schritte umfaßt: das Bilden einer Metalltafel (12, 14), die eine erste äußere und eine zweite gegenüberliegende Oberfläche (18, 24) umfaßt; das Bilden einer Mehrzahl von Austrittsporen (22) in der ersten äußeren Oberfläche (18), die in einem ersten Muster angeordnet sind; das Bilden einer Mehrzahl von Einlaßporen (34) in der zweiten Oberfläche (24), die in einem zweiten Muster angeordnet sind, das vom ersten Muster versetzt ist, so daß die Austrittsporen von den Einlaßporen versetzt sind; das Bilden einer inneren Kammer (32) in der Tafel, die mit den Einlaßporen und den Austrittsporen in Verbindung steht; das Bilden einer Mehrzahl von Extraktionsgängen (36) in der Tafel, die sich zwischen der inneren Kammer und der zweiten Oberfläche erstrecken und im ersten Muster angeordnet sind, so daß die Extraktionsgänge im wesentlichen mit den Austrittsporen ausgerichtet sind; das Spritzen eines Überzugsmaterials im wesentlichen senkrecht zur ersten äußeren Oberfläche, um auf der ersten äußeren Oberfläche einen Überzug (48) zu bilden; das Auffangen von überschüssigem Überzugsmaterial, das in die Austrittsporen eintritt, indem überschüssiges Überzugsmaterial durch entsprechende Extraktionsgänge geleitet wird; das Bilden einer Schildschicht (16), die eine Mehrzahl von darin befindlichen Schildporen (42) umfaßt, die mindestens so groß sind wie die Einlaßporen und im zweiten Muster angeordnet sind; und das mechanische Befestigen der Schildschicht an der Tafel (12, 14), und zwar neben derer zweiten Oberfläche, wobei die Schildporen im wesentlichen mit entsprechenden Einlaßporen ausgerichtet sind und die Extraktionsgänge durch die Schildschicht blockiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des mechanischen Befestigens der Schildschicht an der Tafel die folgenden Schritte umfaßt: das Befestigen einer Mehrzahl von Stielen (44), die sich im wesentlichen senkrecht zur zweiten Oberfläche erstrecken, an der Tafel; das Bilden einer entsprechenden Mehrzahl von Anbringungsöffnungen (46) in der Schildschicht zur Aufnahme der Stiele; und das Bilden von Klemmitteln (47) an den Stielen zum Festklemmen der Schildschicht an der zweiten Oberfläche der Tafel.

3. Beschichtete porige Metalltafel (10), die folgendes umfaßt: eine erste äußere und eine zweite gegenüberliegende Oberfläche (18, 24); eine Mehrzahl von Austrittsporen (22) in der ersten äußeren Oberfläche, die in einem ersten Muster angeordnet sind; einen wärmebeständigen Überzug (48) auf der ersten äußeren Oberfläche (18); eine Mehrzahl von Einlaßporen (34) in der zweiten Oberfläche (24), die in einem zweiten Muster angeordnet sind, das vom ersten Muster versetzt ist, so daß die Einlaßporen von den Austrittsporen versetzt sind; eine innere Kammer (32) in der Tafel, die mit den Einlaßporen und den Austrittsporen in Verbindung steht, wodurch innerhalb der inneren Kammer zwischen den Einlaß- und den Austrittsporen eine Mehrzahl von gewundenen Gasströmungswegen gebildet wird; eine Mehrzahl von Extraktionsgängen (36) zwischen der inneren Kammer und der zweiten Oberfläche, die im ersten Muster angeordnet sind, so daß die Extraktionsgänge im wesentlichen mit den Austrittsporen ausgerichtet sind; eine Schildschicht (16) neben der zweiten Oberfläche, die eine Mehrzahl von Schildporen (42) umfaßt, die im wesentlichen mit den Einlaßporen ausgerichtet sind, wobei die Extraktionsgänge durch die Schildschicht blockiert werden; und Anbringungsmittel (44, 47) zum starren Festklemmen der Schildschicht an der zweiten Oberfläche.