具有近表面冷卻微通道的構(gòu)件及用于提供這種構(gòu)件的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有近表面冷卻微通道的構(gòu)件及用于提供這種構(gòu)件的方法，具體而言，一種用于在構(gòu)件中提供近表面冷卻微通道的方法包括：在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中形成近表面冷卻微通道，將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面安置于基礎(chǔ)制品的外表面上使得基礎(chǔ)制品的外表面的開口與預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中的近表面冷卻微通道對準(zhǔn)；以及加熱預(yù)燒結(jié)預(yù)制件以將其結(jié)合到基礎(chǔ)制品上，其中，基礎(chǔ)制品的外表面的開口保持與預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中的近表面冷卻微通道對準(zhǔn)。
【專利說明】具有近表面冷卻微通道的構(gòu)件及用于提供這種構(gòu)件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所公開的主題涉及用于構(gòu)件的冷卻通路，并且更具體而言，涉及近表面冷卻微通道和用于提供近表面冷卻微通道的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪構(gòu)件，例如動葉(葉片)、噴嘴(靜葉)和工業(yè)和飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的其它熱氣體路徑構(gòu)件通常由鎳、鈷或鐵基超合金形成，這種超合金具有用于渦輪操作溫度和條件的所需機械和環(huán)境性質(zhì)。由于渦輪機的效率取決于其操作溫度，存在對于例如渦輪動葉和噴嘴等構(gòu)件能夠耐受越來越高的溫度的需求。由于超合金構(gòu)件的最大局部溫度接近超合金的熔化溫度，所以強制空氣冷卻變得必要。因此，燃?xì)鉁u輪動葉的翼型件和噴嘴常常需要復(fù)雜的冷卻機制，其中，空氣，通常是排氣被強制通過在翼型件內(nèi)的內(nèi)冷卻通路并且然后通過在翼型件表面處的冷卻孔排放以從構(gòu)件傳熱。冷卻孔也可被配置成使得冷卻空氣用于膜冷卻構(gòu)件的周圍表面。
[0003]通過鑄造過程形成的動葉和噴嘴需要芯來限定內(nèi)冷卻通路。芯和其在鑄造過程期間移位的可能性限制了常規(guī)鑄造過程可將冷卻通路緊鄰構(gòu)件的外表面定位的程度。因此，冷卻通路通常在鑄造渦輪動葉或噴嘴基礎(chǔ)金屬表面下方約0.1英寸(約0.25毫米)。但是，如果冷卻通路可比當(dāng)前可能的情況更靠近該表面放置，則傳熱效率可顯著提高。雖然冷卻通路可可能地制造或機械加工到構(gòu)件內(nèi)，構(gòu)件本身可難以機械加工，這歸因于其高強度和精確性(thoroughness)。此外，即使通道被機械加工到構(gòu)件的表面內(nèi)，那些通道也必須被覆蓋以形成近表面冷卻微通道，近表面冷卻微通道需要額外的勞動和資源。
[0004]因此，具有近表面冷卻微通道的替代構(gòu)件和提供這種構(gòu)件的方法將會在本領(lǐng)域中受到歡迎。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個實施例中，公開了一種用于在構(gòu)件中提供近表面冷卻微通道的方法。該構(gòu)件包括在基礎(chǔ)制品內(nèi)的內(nèi)冷卻通路，內(nèi)冷卻通路具有在外表面處的開口。該方法包括:在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中形成近表面冷卻微通道，其中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件包括含基礎(chǔ)合金和第二合金的混合物，基礎(chǔ)合金構(gòu)成約30重量百分比至約90重量百分比的混合物；并且第二合金包括足量的熔點抑制劑以具有低于基礎(chǔ)合金的熔化溫度。該方法還包括:將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面安置于基礎(chǔ)制品的外表面上，使得基礎(chǔ)制品的外表面的開口與預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中的近表面冷卻微通道對準(zhǔn)；以及，加熱預(yù)燒結(jié)預(yù)制件以將其結(jié)合到基礎(chǔ)制品上，其中基礎(chǔ)制品的外表面的開口保持與預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中的近表面冷卻微通道對準(zhǔn)。
[0006]在另一實施例中，公開了一種構(gòu)件，其包括基礎(chǔ)制品和預(yù)燒結(jié)預(yù)制件，基礎(chǔ)制品包括內(nèi)冷卻通路，內(nèi)冷卻通路具有在外表面處的開口 ；預(yù)燒結(jié)預(yù)制件具有結(jié)合到基礎(chǔ)制品的外表面上的第一表面。預(yù)燒結(jié)預(yù)制件具有在第一表面中的近表面冷卻微通道，該近表面冷卻微通道與基礎(chǔ)制品的外表面的開口對準(zhǔn)。而且，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件包括含基礎(chǔ)合金和第二合金的混合物，基礎(chǔ)合金構(gòu)成約30重量百分比至約90重量百分比的混合物，并且第二合金包括足量的熔點抑制劑以具有低于基礎(chǔ)合金的熔化溫度。
[0007]在另一實施例中，一種用于在構(gòu)件中提供近表面冷卻微通道的方法，構(gòu)件包括在基礎(chǔ)制品內(nèi)的內(nèi)冷卻通路，內(nèi)冷卻通路具有在外表面處的開口，方法包括:在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中形成近表面冷卻微通道，其中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件包括含基礎(chǔ)合金和第二合金的混合物，基礎(chǔ)合金構(gòu)成約30重量百分比至約90重量百分比的混合物，并且第二合金包括足量的熔點抑制劑以具有低于基礎(chǔ)合金的熔化溫度；將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面安置于基礎(chǔ)制品的外表面上，使得基礎(chǔ)制品的外表面的開口與預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中的近表面冷卻微通道對準(zhǔn)；以及加熱預(yù)燒結(jié)預(yù)制件以將其結(jié)合到基礎(chǔ)制品上，其中，基礎(chǔ)制品的外表面的開口保持與預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中的近表面冷卻微通道對準(zhǔn)。
[0008]在另一實施例中，方法還包括:在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中形成第二近表面冷卻微通道，其中，當(dāng)將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件安置于基礎(chǔ)制品的外表面上時，第二近表面冷卻微通道與在基礎(chǔ)制品的外表面中的第二開口對準(zhǔn)。
[0009]在另一實施例中，通過以下步驟來形成預(yù)燒結(jié)預(yù)制件:組合基礎(chǔ)合金粒子和第二合金粒子與結(jié)合劑來形成組合粉末混合物，壓實組合的粉末混合物以形成壓實的預(yù)制件；以及加熱壓實的預(yù)制件以移除粘合劑并且形成預(yù)燒結(jié)預(yù)制件。
[0010]在另一實施例中，近表面冷卻微通道在加熱之前形成于壓實的預(yù)制件內(nèi)。
[0011]在另一實施例中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件具有至少約90%的理論密度。
[0012]在另一實施例中，基礎(chǔ)合金和第二合金分別以約30:70至約90:10的重量比混合在一起。
[0013]在另一實施例中，方法還包括:將覆層沉積在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的外表面上，其中，夕卜表面與第一表面相反。
[0014]在另一實施例中，在將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件結(jié)合到基礎(chǔ)制品上之前，將覆層沉積到預(yù)燒結(jié)預(yù)制件上。
[0015]在另一實施例中，方法還包括:在加熱預(yù)燒結(jié)預(yù)制件之前，將填料材料安置于內(nèi)冷卻通路內(nèi)；以及在加熱預(yù)燒結(jié)預(yù)制件之后，從內(nèi)冷卻通路移除填料材料。
[0016]在另一實施例中，將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件結(jié)合到基礎(chǔ)制品的外表面上而不填充開口。
[0017]在另一實施例中，一種構(gòu)件，包括:基礎(chǔ)制品，其包括內(nèi)冷卻通路，內(nèi)冷卻通路具有在外表面處的開口 ；以及預(yù)燒結(jié)預(yù)制件，其具有結(jié)合到基礎(chǔ)制品的外表面上的第一表面，其中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件包括在第一表面中的近表面冷卻微通道，近表面冷卻微通道與基礎(chǔ)制品的外表面的開口對準(zhǔn)；并且其中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件包括含基礎(chǔ)合金和第二合金的混合物，基礎(chǔ)合金構(gòu)成約30重量百分比至約90重量百分比的混合物；以及第二合金包括足量的熔點抑制劑以具有低于基礎(chǔ)合金的熔化溫度。
[0018]在另一實施例中，基礎(chǔ)制品包括在外表面處的第二開口，且其中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件包括與第二開口對準(zhǔn)的第二近表面冷卻微通道。
[0019]在另一實施例中，通過以下步驟來形成預(yù)燒結(jié)預(yù)制件:組合基礎(chǔ)合金粒子和第二合金粒子與結(jié)合劑來形成組合的粉末混合物，壓實組合的粉末混合物以形成壓實的預(yù)制件；以及加熱壓實的預(yù)制件以移除粘合劑并且形成預(yù)燒結(jié)預(yù)制件。[0020]在另一實施例中，近表面冷卻微通道在加熱之前形成于壓實的預(yù)制件內(nèi)。
[0021]在另一實施例中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件具有至少90%的理論密度。
[0022]在另一實施例中，基礎(chǔ)合金和第二合金分別以約30:70至約90:10的重量比混合
在一起。
[0023]在另一實施例中，還包括:在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的外表面上的覆層，其中，外表面與第一表面相反。
[0024]在另一實施例中，構(gòu)件包括用于渦輪的熱氣體路徑。
[0025]在另一實施例中，近表面冷卻微通道安置于預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面和基礎(chǔ)制品的外表面中。
[0026]在另一實施例中，基礎(chǔ)合金和基礎(chǔ)基板共有共同組合物。
[0027]鑒于下文的詳細(xì)描述，結(jié)合附圖，由本文中所討論的實施例所提供的這些和額外特征將會更好地理解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]在附圖中陳述的實施例在本質(zhì)上是說明性的和示例性的且預(yù)期并不限制權(quán)利要求所限定的本發(fā)明。當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時可理解說明性實施例的以下詳細(xì)描述，其中相似的結(jié)構(gòu)以相似的附圖標(biāo)記指示且在附圖中:
圖1為根據(jù)本文示出或描述的一個或多個實施例的示例性構(gòu)件的透視圖；
圖2為根據(jù)本文示出或描述的一個或多個實施例的構(gòu)件的分解透視圖；
圖3為根據(jù)本文示出或描述的一個或多個實施例的構(gòu)件的截面視圖；以及 圖4為根據(jù)本文示出或描述的一個或多個實施例的示例性方法。
[0029]部件列表 10構(gòu)件
12翼型件 14燕尾件 16平臺 18內(nèi)冷卻通路 20基礎(chǔ)制品 24開口 26外表面 30預(yù)燒結(jié)預(yù)制件 32近表面冷卻微通道
36第一表面 40覆層 100方法
110步驟(形成微通道)
120步驟(安置)
130步驟(加熱)?！揪唧w實施方式】
[0030]將在下文中描述本發(fā)明的一個或多個具體實施例。為了提供這些實施例的簡潔描述，在說明書中可不描述實際實施方式的所有特征。應(yīng)了解在任何這樣實際實施方式的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計項目中一樣，必須做出許多針對具體實施的決策來實現(xiàn)開發(fā)者的具體目的，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)和商務(wù)相關(guān)的約束，這些約束可隨不同的實施方式而不同。此外，應(yīng)了解，這樣的開發(fā)努力可為復(fù)雜且耗時的，但仍受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員設(shè)計、制作和制造的常規(guī)任務(wù)。
[0031]當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時，冠詞“一”、“該”和“所述”預(yù)期表示存在這些元件中的一個或多個。術(shù)語“包括”、“包含”和“具有”預(yù)期是包括性的且意味著可存在除了所列元件之外的額外元件。
[0032]本公開大體而言可適用于在特征為相對高溫的環(huán)境內(nèi)操作的構(gòu)件，且特別地其最高表面溫度接近形成它的材料的熔化溫度，從而需要使用強制空氣冷卻來降低構(gòu)件表面溫度的構(gòu)件。這樣的構(gòu)件的重要示例包括高壓和低壓渦輪動葉(葉片)、噴嘴(靜葉)、護罩和渦輪的其它熱氣體路徑構(gòu)件，例如工業(yè)或飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動機。
[0033]現(xiàn)在參看圖1，示出了包括潤輪動葉的示例性構(gòu)件10。構(gòu)件10通常包括翼型件12，在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機操作期間，將熱燃燒氣體導(dǎo)向至翼型件12，并且其表面因此經(jīng)受很高的溫度。翼型件12表示為被配置成利用燕尾件14錨固到渦輪盤(未圖示)上，燕尾件14形成于構(gòu)件10的根部段上，構(gòu)件10的根部段以平臺16與翼型件12分開。翼型件12包括內(nèi)冷卻通路18 (例如，冷卻孔)，通過內(nèi)冷卻通路18，迫使通過其根部段進入構(gòu)件10的排氣從構(gòu)件10傳熱。雖然將參考被示出為圖1中的動葉的構(gòu)件10描述本發(fā)明的優(yōu)點，但本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)容通?？蛇m用于工業(yè)和飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的其它熱氣體路徑構(gòu)件，以及經(jīng)受極端溫度的多種其它構(gòu)件。
[0034]現(xiàn)參看圖2，構(gòu)件10的分解圖被示出為包括基礎(chǔ)制品20和預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30?；A(chǔ)制品20通常包括內(nèi)冷卻通路18 (例如，冷卻孔)，內(nèi)冷卻通路18具有在基礎(chǔ)制品20的外表面26處的開口 24。在諸如圖2中所示的一些實施例中，基礎(chǔ)制品20可包括具有單個開口 24的單個內(nèi)冷卻通路18以向近表面冷卻微通道32供應(yīng)冷卻劑(例如，冷卻空氣)。在其它實施例中，基礎(chǔ)制品20可包括連接到單個開口 24或多個開口 24的多個內(nèi)冷卻通路18。此外，內(nèi)冷卻通路18和開口 24可安置于任何相對位置并且包括當(dāng)操作時輔助冷卻基礎(chǔ)制品20的任何配置。例如，在一些實施例中，內(nèi)冷卻通路18可包括在基礎(chǔ)制品20內(nèi)部的彎曲(serpentine)配置。在一些實施例中，多個內(nèi)冷卻通路18可以以多種方式連接到彼此，例如具有從它分支的多個內(nèi)冷卻通路18的單個內(nèi)冷卻通路18。
[0035]基礎(chǔ)制品20可包括多種材料，例如一種或多種超合金。在一些實施例中，基礎(chǔ)制品可包括鎮(zhèn)基、鉆基或鐵基超合金。例如，基礎(chǔ)制品20可包括鎮(zhèn)基超合金,例如Ren6 N4、Rene N5,Rene 108、GTD-111?、GTD-222?、GTD-444?、IN-738 和 MarM 247 或鈷基超合金，例如FSX-414?；A(chǔ)制品20可形成為等軸、定向凝固(DS)或單晶(SX)鑄件以耐受其諸如在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機中所經(jīng)受的高溫和應(yīng)力。
[0036]參考圖2和圖3，構(gòu)件10還包括預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30。預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30通常包括在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第一表面36中的近表面冷卻微通道32。近表面冷卻微通道32包括可與基礎(chǔ)制品20的外表面26中的開口 24對準(zhǔn)的任何通道使得空氣可在它們之間流動。在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30中的近表面冷卻微通道32將用作構(gòu)件10中的近表面冷卻微通道32 (如在圖3中最佳地示出)并且可因此具有足夠的截面積用于允許冷卻空氣，例如壓縮機排氣(當(dāng)構(gòu)件10包括動葉時)通過它們流動。例如，在一些實施例中，近表面冷卻微通道32可包括高達約0.1英寸(約2.5mm)的寬度和深度(分別平行于和垂直于第一表面36)，其中典型范圍為約0.01至約0.05英寸(約0.25至約1.27mm)，但更小和更大的寬度及深度也是可能的。而且，近表面冷卻微通道32可具有高達約0.0lin2 (約6.5mm2)的截面積，例如約0.0001至約 0.0025in2 (約 0.065 至約 1.6mm2)。
[0037]此外,近表面冷卻微通道32可具有多種截面形狀和配置。例如,在諸如圖2和圖3中所示的一些實施例中，近表面冷卻微通道32可包括半圓形隧道。在其它實施例中，近表面冷卻微通道32的截面形狀可為矩形、圓形或其任何其它幾何或非幾何形狀或其組合。而且，近表面冷卻微通道32可包括穿過預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的直通路，或者可包括一個或多個多向通路，諸如彎曲配置。在例如圖2所示那些的一些實施例中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30可包括單個近表面冷卻微通道32。在例如圖3所示那些的其它實施例中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30可包括多個近表面冷卻微通道32。在甚至其它實施例中，多個近表面冷卻微通道32可以以多種方式連接到彼此，例如單個近表面冷卻通道32，其具有從它分支的多個近表面冷卻微通道32。
[0038]在一些實施例中，近表面冷卻微通道32可通過在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30中的多個其它形態(tài)特征形成，使得冷卻空氣可沿多個方向行進，諸如當(dāng)通路并非不連續(xù)邊界時。例如，近表面冷卻微通道32可并非由單組壁限定，而是經(jīng)由預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第一表面36中的一個或多個形態(tài)變型由預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30與基礎(chǔ)制品20中的分隔限定。
[0039]此外，在諸如圖2所示的一些實施例中，近表面冷卻微通道32可完全安置于預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30中。但是，在一些實施例中，近表面冷卻微通道32可安置于預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30和基礎(chǔ)制品20中。具體而言，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第一表面36和基礎(chǔ)制品20的外表面26可包括輪廓，該輪廓當(dāng)對準(zhǔn)后組合以形成一個或多個近表面冷卻微通道32。在這樣的實施例中，在基礎(chǔ)制品20的外表面26中的輪廓可與內(nèi)冷卻通路18對準(zhǔn)或者單獨于內(nèi)冷卻通道18安置。在甚至一些實施例中，近表面冷卻微通道32可在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30與基礎(chǔ)制品20之間來回轉(zhuǎn)變。
[0040]近表面冷卻微通道32還可包括一個或多個出射孔或溝槽以幫助將流動空氣從預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30排出。射出孔或溝槽可包括在近表面冷卻微通道在基礎(chǔ)制品20中的情況下原本將存在的任何(多種)配置和(多個)位置。例如，這些出射孔或溝槽可包括離散的孔或閉合的溝槽，其在將冷卻空氣通過離散孔排出之前從多個近表面冷卻微通道收集冷卻空氣。在一些實施例中，一個或多個近表面冷卻微通道32可將冷卻空氣導(dǎo)向至預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的外表面上的開放溝槽內(nèi)。
[0041]預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30包括含基礎(chǔ)合金和第二合金的粒子的混合物，其在低于其熔點的溫度被燒結(jié)在一起以形成燒結(jié)塊和略微多孔性的塊體。粉末粒子的合適粒度范圍包括150目(mesh)或甚至325目或更小以促進粒子快速燒結(jié)并且將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30中的孔隙度最小化為約10體積百分比或更小。在一些實施例中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的密度為90%的密度或更佳。在甚至一些實施例中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30具有95%的密度或更佳。如下文所討論的那樣，燒結(jié)預(yù)成形體殼120可經(jīng)受熱等靜壓(HIP)或真空/惰性氣氛壓制以促進更高的密度。[0042]預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的基礎(chǔ)合金可包括任何組合物，諸如類似于基礎(chǔ)制品20的組合物以促進在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30與基礎(chǔ)制品20之間共同的物理性質(zhì)。例如，在一些實施例中，基礎(chǔ)合金和基礎(chǔ)制品共有共同組合物(即，它們?yōu)橄嗤愋偷牟牧?。在一些實施例中，基礎(chǔ)合金可包括鎳基超合金,諸如 Ren6 N4,Rene N5,Rene 108、GTD-111?、GTD-222?、GTD_444?、IN-738和MarM 247或鈷基超合金，諸如上文中所討論的FSX-414。在一些實施例中，用于基礎(chǔ)合金的性質(zhì)包括與基礎(chǔ)制品20的化學(xué)和冶金相容性，例如高疲勞強度、較低的開裂傾向、抗氧化性和/或機械加工性。
[0043]在一些實施例中，基礎(chǔ)合金可包括在基礎(chǔ)制品20的熔化溫度約25°C范圍內(nèi)的熔點。在一些實施例中，基礎(chǔ)合金可包括以下組合范圍，按重量計，約2.5%至11%的鈷,7%至9%的鉻、3.5%至11%的鎢、4.5%至8%的鋁、2.5%至6%的鉭、0.02%至1.2%的鈦、0.1%至
1.8%的鉿、0.1至0.8%的鑰、0.01%至0.17%的碳、高達0.08%的鋯、高達0.60%的硅，高達
2.0%的錸、余量鎳和附帶雜質(zhì)。在甚至一些實施例中，基礎(chǔ)合金可包括以下組合范圍，按重量計，約9%至11%的鈷、8至8.8%的鉻、9.5至10.5%的鎢、5.3%至5.7%的鋁、2.8%至2.3%的鉭、0.9% 至 1.2% 的鈦、1.2% 至 1.6% 的鉿、0.5% 至 0.8% 的鑰、0.13% 至 0.17% 的碳、0.03%至0.08%的鋯，余量鎳和附帶的雜質(zhì)。應(yīng)意識到，雖然在本文中列出了用于預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的基礎(chǔ)合金的組合物的具體材料和組合，但這些列出的材料和組合只是示例性的并且無限制意義，并且可替代地或額外地使用其它合金。而且，應(yīng)意識到用于預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的基礎(chǔ)合金的特定組合可取決于基礎(chǔ)制品20的組合。
[0044]如上文所討論的那樣，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30還包括第二合金。第二合金還可具有類似于基礎(chǔ)制品20的組合但還包含熔點抑制劑以促進基礎(chǔ)合金和第二合金粒子的燒結(jié)并且使得預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30能在低于基礎(chǔ)制品20的熔點的溫度下結(jié)合到基礎(chǔ)制品20。例如，在一些實施例中，熔點抑制劑可包括硼和/或硅。
[0045]在一些實施例中，第二合金可包括低于基礎(chǔ)制品20的晶粒生長或初始熔化溫度約25°C至約50°C的熔點。這樣的實施例可在加熱過程中更好地保留基礎(chǔ)制品20的所希望的微結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，第二合金可包括以下組合范圍，按重量計:約9%至10%的鈷、11%至16%的鉻、3%至4%的鋁、2.25%至2.75%的鉭、1.5%至3.0%的硼、高達5%的硅、高達1.0%的乾、余量的鎳和附帶雜質(zhì)。例如，在一些實施例中，第二合金可包括市售的AmdryDF4B鎳硬焊合金。應(yīng)意識到雖然在本文中已列出了用于預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第二合金的組合物的具體材料和組合，但是這些列出的材料和組合只是示例性的并且無限制意義并且可替代地或額外地使用其它合金。而且，應(yīng)意識到用于預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第二合金的特定組合可取決于基礎(chǔ)制品20的組合。
[0046]預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30可包括足以提供足夠的熔點抑制劑以確保基礎(chǔ)合金和第二合金的粒子濕潤和結(jié)合(例如，擴散/硬焊結(jié)合)到彼此和到基礎(chǔ)制品20的外表面26上的任何相對量的基礎(chǔ)合金和第二合金。例如，在一些實施例中，第二合金可構(gòu)成預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的至少約10重量百分比。在一些實施例中，第二合金可構(gòu)成預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的不超過70重量百分比。這樣的實施例可提供足量的熔點抑制劑，同時限制了隨后加熱的機械和環(huán)境性質(zhì)的可能降低。而且，在這些實施例中，基礎(chǔ)合金可包括預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的其余部分(例如，在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的約30重量百分比和約70重量百分比之間)。在甚至一些實施例中，基礎(chǔ)合金的粒子可構(gòu)成預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的約40重量百分比至約70重量百分比，其中余量為構(gòu)成第二合金粒子的組合物。應(yīng)意識到雖然在本文中已經(jīng)給出了基礎(chǔ)合金和第二合金的具體相對范圍，但是這些范圍只是示例性的并且非限制性的，并且可實現(xiàn)任何其它相對組合，使得可如上文中所討論地那樣提供足量的熔點抑制劑。
[0047]除了基礎(chǔ)合金和第二合金的粒子之外，在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30內(nèi)無需其它成分。但是，在一些實施例中，結(jié)合劑(binder)可最初與基礎(chǔ)合金及第二合金的粒子摻混以形成在燒結(jié)之前可更易于成形的粘連塊體。在這樣的實施例中，結(jié)合劑可包括例如可以以名稱NICR0BRAZ-S購自Wall Colmonoy Corporation的結(jié)合劑。其它可能的合適結(jié)合劑包括購自 VUta Corporation 的 NICROBRAZ 320, VITTA GEL，并且其它包括可購自 CotronicsCorporation的粘合劑,所有這些在燒結(jié)期間可易于干凈地?fù)]發(fā)。[0048]可通過任何合適手段，諸如攪拌、搖晃、旋轉(zhuǎn)、折疊或類似手段或其組合來混合基礎(chǔ)合金(即，基礎(chǔ)合金粒子)與第二合金(即，第二合金粒子)的粉末粒子來形成預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30。在混合后，在可燒盡結(jié)合劑期間和/或燒盡結(jié)合劑之后，混合物可與粘合劑組合(即，形成組合的粉末混合物)并且鑄造成形(即，以形成壓實的預(yù)制件)。然后可將壓實的預(yù)制件放置于非氧化(真空或惰性氣體)氣氛爐中以用于燒結(jié)操作，在此期間，基礎(chǔ)合金和第二合金的粉末粒子經(jīng)歷燒結(jié)以得到具有良好結(jié)構(gòu)強度和低孔隙度的預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30。合適燒結(jié)溫度可至少部分地取決于基礎(chǔ)合金和第二合金的粒子的特定組合。例如，在一些實施例中，燒結(jié)溫度可在約1010°C至約1280°C的范圍內(nèi)。在一些實施例中，在燒結(jié)之后，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30可被HIP或真空壓制以實現(xiàn)大于95%的密度。
[0049]在一些實施例中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30可實際上包括多個層，每個在連接到基礎(chǔ)制品20之前或之后附連到彼此。在這樣的實施例中，多個層可組合以形成近表面冷卻微通道32或者單個層可包括近表面冷卻微通道32同時存在額外層用于對基礎(chǔ)制品20進行額外保護。這種實施例也可允許個別地定制在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的不同區(qū)中的具體熱性質(zhì)。在甚至一些實施例中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30可與一個或多個金屬層或部段組合。例如，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30可形成近表面冷卻微通道32的側(cè)部，而薄金屬膜封閉近表面微通道32的頂部。在這樣的實施例中，金屬膜可在將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30結(jié)合到基礎(chǔ)制品20之前、之后或同時結(jié)合到基礎(chǔ)制品20?；蛘?，在一些實施例中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30可經(jīng)由一個或多個額外金屬層與基礎(chǔ)制品20結(jié)合。
[0050]可使用多種方法并且在制造預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的多個時間內(nèi)將近表面冷卻微通道32形成到預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第一表面36內(nèi)。例如，在一些實施例中，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30可燒結(jié)為基礎(chǔ)形狀，使得近表面冷卻微通道32可隨后機械加工為基礎(chǔ)形狀。這樣的機械加工(即，從預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30移除一些材料)可經(jīng)由任何合適的材料移除操作發(fā)生，包括(但不限于)銑削、研磨、線放電機械加工(EDM)Jt^j(plunge)EDM、電化學(xué)機械加工(ECM)、射流切槽、激光切槽或其組合。在其它實施例中，可鑄造預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30使得當(dāng)預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30在其初始燒結(jié)之前仍處于其柔韌生坯狀態(tài)時存在近表面冷卻微通道32。
[0051]具體地參考圖3，在一些實施例中，構(gòu)件10可在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的外表面(與第一表面36相反)上具有至少一個額外覆層40。覆層40可包括當(dāng)在操作中例如輔助熱、機械或其它性能的那些操作中適合于構(gòu)件10的任何類型的覆層。例如，在一些實施例中，例如當(dāng)構(gòu)件10包括用于渦輪的熱氣體路徑構(gòu)件時，覆層40可包括熱屏障覆層和/或環(huán)境屏障覆層。示例性但非限制性的覆層40包括一個或多個結(jié)合覆層、過渡或中間層和/或頂覆層。用于覆層40的非限制性材料包括陶瓷材料，其重要的示例為利用氧化釔(YSZ)或另外的氧化物例如氧化鎂、二氧化鈰、氧化鈧和/或氧化鈣和可選地其它氧化物來部分或完全穩(wěn)定的氧化鋯以降低熱導(dǎo)率。用于熱屏障覆層系統(tǒng)中的結(jié)合覆層材料包括抗氧化的覆蓋覆層，諸如MCrAlX (其中M為鐵、鈷和/或鎳，并且X為釔、稀土金屬和/或其它反應(yīng)性金屬)和抗氧化擴散覆層。
[0052]覆層40可沉積到足以提供對下層表面區(qū)域所希望的熱保護水平的厚度，諸如例如大約75至約300微米，但更小和更大的厚度也是可能的?？稍趯㈩A(yù)燒結(jié)預(yù)制件30結(jié)合到基礎(chǔ)制品20之前，在將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30結(jié)合到基礎(chǔ)制品20之后或其組合，將覆層40施加到預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30上。
[0053]參考圖2和圖3，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第一表面36安置于基礎(chǔ)制品20的外表面26上，使得基礎(chǔ)制品的外表面26的開口 24與預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第一表面36中的近表面冷卻微通道32對準(zhǔn)。在近表面冷卻微通道32與開口 24之間的對準(zhǔn)可允許冷卻空氣在內(nèi)冷卻通路18與近表面冷卻微通道32之間流動。
[0054]通過將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30，例如在非氧化(真空或惰性氣體)氣氛下加熱到能夠熔化包括預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第二合金(S卩，更低熔點的粒子)的粒子的溫度，諸如在約2050 T至約2336 0F (約1120°C至約1280°C)(取決于組合物)持續(xù)約10分鐘至60分鐘的時間，將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30結(jié)合到基礎(chǔ)制品20上。第二合金粒子然后可熔化并且濕潤基礎(chǔ)合金粒子和基礎(chǔ)制品20的外表面26從而形成合鑄在一起的兩相混合物。此外，通過使用基礎(chǔ)合金和第二合金的組合，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30可并未明顯地閉合(若閉合的話)在基礎(chǔ)制品的外表面26中的開口 24、或者預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第一表面36中的近表面冷卻微通道32或者從近表面冷卻微通道32出來的任何(多個)出射通路。應(yīng)意識到可利用任何類型的加熱，例如(但不限于)感應(yīng)加熱、焰炬(torch)、烤爐或任何其它源以使材料充分結(jié)合。在甚至一些實施例中，可通過摩擦焊接而實現(xiàn)加熱，使得加熱過程對于表面區(qū)域而言更加局部。
[0055]在一些實施例中，少量額外低熔點成分材料可放置于預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30與基礎(chǔ)制品20之間以增強硬焊品質(zhì)。之后，可將基礎(chǔ)制品20和預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30冷卻到低于預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的固相線(solidus)溫度以使混合物凝固并且形成超合金硬焊。硬焊然后可在約1975 °F至約2100 °F的溫度(約1800°C至約1150°C )經(jīng)歷熱處理持續(xù)約三十分鐘至約四小時的時間，用于使基礎(chǔ)合金和第二合金以及基礎(chǔ)制品20的合金的粒子互相擴散。在熱處理后，可通過研磨或任何其它合適的方法來移除在硬焊中的任何過量材料。
[0056]在一些實施例中，在將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30結(jié)合到基礎(chǔ)制品20之前，可將填料材料(未圖示)暫時安置于內(nèi)冷卻通路18中以確保內(nèi)冷卻通路18并不阻塞。這樣的填料材料可通過任何合適的手段安置并且包括用于暫時地阻擋內(nèi)冷卻通路18的任何材料。例如，填料材料可包括當(dāng)將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30結(jié)合到基礎(chǔ)制品20上時并不熔化但是可隨后經(jīng)由在更高溫度額外加熱、施加選定化學(xué)品或任何其它合適方法而移除的材料。這樣的實施例可特別適合于較小的內(nèi)冷卻通路18，諸如具有0.03英寸(0.762毫米)直徑或更小的那些。
[0057]現(xiàn)參看圖2至圖4，示出了用于在構(gòu)件10中提供近表面冷卻微通道32的示例性方法100 (圖4)。該方法首先包括在步驟110中在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第一表面36中形成近表面冷卻微通道32。如上文所討論的那樣，近表面冷卻微通道32可機械加工到已經(jīng)燒結(jié)的預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30內(nèi)或者在其仍處于柔韌的生坯狀態(tài)時鑄造到預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30內(nèi)。[0058]該方法400還包括在步驟120將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第一表面36安置到基礎(chǔ)制品20的外表面26上。具體而言，預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30安置成使得基礎(chǔ)制品20的外表面26的開口 24與預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第一表面36中的近表面冷卻微通道32對準(zhǔn)。最終，該方法包括在步驟130中加熱預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30以將其結(jié)合到基礎(chǔ)制品20上。發(fā)生結(jié)合使得基礎(chǔ)制品20的外表面26的開口 24保持與在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30的第一表面36中的近表面冷卻微通道32對準(zhǔn)。如上文所討論的那樣，可在足以將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件30結(jié)合到基礎(chǔ)制品20上的任何溫度或溫度范圍和任何時間發(fā)生加熱。而且，通過任何合適的手段，例如通過感應(yīng)加熱、摩擦焊接等加熱預(yù)燒結(jié)預(yù)制件來實現(xiàn)步驟130中的結(jié)合。
[0059]現(xiàn)應(yīng)意識到可通過首先將近表面冷卻微通道32制造到預(yù)燒結(jié)預(yù)制件內(nèi)并且然后將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件結(jié)合到基礎(chǔ)制品而將近表面冷卻微通道32形成到構(gòu)件內(nèi)。基礎(chǔ)制品的內(nèi)冷卻通路因此可連接到近表面冷卻微通道以允許冷卻空氣從那里通過以在它們之間流動。通過將近表面冷卻微通道制造到預(yù)燒結(jié)預(yù)制件內(nèi)，可減輕將這樣的小通道加工到堅硬構(gòu)件材料內(nèi)的制造難度。此外，通過使用預(yù)燒結(jié)預(yù)制件，將預(yù)燒結(jié)預(yù)制件結(jié)合到基礎(chǔ)制品或?qū)⒉⒎敲黠@地閉合(若閉合的話)近表面冷卻微通道的開口。
[0060]雖然僅關(guān)于有限數(shù)目的幾個實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)易于了解本發(fā)明并不限于這些公開的實施例。而是，可修改本發(fā)明以合并之前未描述的任意多個變型、更改、替代或等效布置，但這些仍與本發(fā)明的精神和范圍相符。此外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實施例，但應(yīng)了解本發(fā)明的方面可僅包括所描述實施例中的一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視作受前文的描述限制，而是僅受所附權(quán)利要求的范圍限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在構(gòu)件中提供近表面冷卻微通道的方法，所述構(gòu)件包括在基礎(chǔ)制品內(nèi)的內(nèi)冷卻通路，所述內(nèi)冷卻通路具有在外表面處的開口，所述方法包括: 在預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中形成近表面冷卻微通道，其中，所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件包括含基礎(chǔ)合金和第二合金的混合物，所述基礎(chǔ)合金構(gòu)成約30重量百分比至約90重量百分比的混合物，并且所述第二合金包括足量的熔點抑制劑以具有低于所述基礎(chǔ)合金的熔化溫度； 將所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面安置于所述基礎(chǔ)制品的外表面上，使得所述基礎(chǔ)制品的外表面的開口與所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中的近表面冷卻微通道對準(zhǔn)；以及 加熱所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件以將其結(jié)合到所述基礎(chǔ)制品上，其中，所述基礎(chǔ)制品的外表面的開口保持與所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中的近表面冷卻微通道對準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括:在所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的第一表面中形成第二近表面冷卻微通道，其中，當(dāng)將所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件安置于所述基礎(chǔ)制品的外表面上時，所述第二近表面冷卻微通道與在所述基礎(chǔ)制品的外表面中的第二開口對準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過以下步驟來形成所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件:組合基礎(chǔ)合金粒子和第二合金粒子與結(jié)合劑來形成組合粉末混合物，壓實所述組合的粉末混合物以形成壓實的預(yù)制件；以及加熱所述壓實的預(yù)制件以移除所述粘合劑并且形成所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述近表面冷卻微通道在加熱之前形成于所述壓實的預(yù)制件內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件具有至少約90%的理論山/又ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基礎(chǔ)合金和第二合金分別以約30:70至約90:10的重量比混合在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括:將覆層沉積在所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件的外表面上，其中，所述外表面與所述第一表面相反。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在將所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件結(jié)合到所述基礎(chǔ)制品上之前，將所述覆層沉積到所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 在加熱所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件之前，將填料材料安置于所述內(nèi)冷卻通路內(nèi)；以及 在加熱所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件之后，從所述內(nèi)冷卻通路移除所述填料材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述預(yù)燒結(jié)預(yù)制件結(jié)合到所述基礎(chǔ)制品的外表面上而不填充所述開口。
【文檔編號】B22F7/06GK103878374SQ201310701001
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月19日
【發(fā)明者】D.E.施克, S.C.科蒂林加姆, B.P.萊西, J.W.小哈里斯 申請人:通用電氣公司