本發(fā)明涉及金屬部件的制造。其涉及一種用于制造具有雙金屬特性的金屬部件的方法。

其進(jìn)一步涉及用于實(shí)施該方法的制造布置方案。

現(xiàn)有技術(shù)

在熱渦輪機(jī)中，尤其是蒸汽或燃?xì)鉁u輪中，暴露的金屬部件或組件中出現(xiàn)高的熱機(jī)械應(yīng)力，這導(dǎo)致部件低的周期壽命。此外，由于不同的熱膨脹系數(shù)或溫度梯度而出現(xiàn)大的形變。那么，在小接觸區(qū)域處存在高接觸力且導(dǎo)致高磨損率。最終，大的間隙導(dǎo)致抖動(dòng)、大的磨損和裂縫。

為了解決這些問題，可考慮焊接非相似的材料的部件。然而，不同材料的急劇變換在升高的溫度下導(dǎo)致相應(yīng)的焊縫的熱影響區(qū)(HAZ)中附加的應(yīng)力。

在現(xiàn)有技術(shù)(文件WO2014/202352A1)中公開了一種用于通過選擇性激光熔化(SLM)生產(chǎn)三維制品或由以下制成的這樣的制品的至少一部分的方法：由伽馬'([gamma]')沉淀硬化的鎳基超合金制成，該超合金具有高體積分?jǐn)?shù)(>25%)的伽馬'相，其為一種難以焊接的超合金；或由鈷基超合金制成；或由不可澆鑄或難以加工的金屬材料制成，在SLM中通過利用激光束將分層沉淀的金屬粉末熔化來生產(chǎn)該制品。對(duì)SLM加工參數(shù)做選擇性的調(diào)整來局部修整該生產(chǎn)制品或制品的一部分的微觀結(jié)構(gòu)和/或孔隙度，并因此優(yōu)化最終確定的制品/制品的一部分的期望的性質(zhì)。

另一方面，文件DE 10 2013 210 876 B4公開了一種用于在流體流動(dòng)機(jī)中熱控制間隙的復(fù)合組件(composite component)以及具有這樣的復(fù)合成分的使得間隙控制最優(yōu)地適于應(yīng)用條件的流體機(jī)。包含第一和第二復(fù)合組件的復(fù)合組件可通過選擇性激光熔化(SLM)來制造。

該已知的方法要么不適合用于制造雙金屬的金屬部件(WO2014/202352A1)，要么仍然包含在部件的兩種不同金屬之間不利的急劇過渡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于教授一種用于制造具有雙金屬特性的金屬部件的方法，其允許改進(jìn)和修整部件的熱機(jī)械性質(zhì)。

本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于提供一種用于實(shí)施該方法的制造布置方案。

這些及其它目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法和根據(jù)權(quán)利要求5的制造布置方案來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的用于在增材制造(AM)過程中制造具有雙金屬特性的金屬部件的方法包含以下步驟：

a)提供第一金屬粉末，其具有第一熱膨脹系數(shù)；

b)提供第二金屬粉末，其具有與該第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)；

c)通過單獨(dú)將多層該第一粉末接連地熔化來制造第一純金屬層；

d)通過接連地熔化多層第三粉末來在該第一純金屬層上制造混合層，第三粉末是上述第一和第二粉末的混合物，由此該第一粉末的比例從100%降至0%而該混合層的厚度增加，且由此該第二粉末的比例與此同時(shí)從0%升至100%；以及

e)通過單獨(dú)將多層該第二粉末接連地熔化來制造第二純金屬層。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方案，該第一與第二粉末的該混合物通過從第一粉末貯存器中提取第一數(shù)量的該第一粉末以及從第二粉末貯存器中提取第二數(shù)量的該第二粉末并將該第一和第二數(shù)量在混合器中混合制成，由此，選擇該第一和第二數(shù)量以產(chǎn)生具有預(yù)定混合比的新的粉末層，且在步驟(d)中用該第一和第二粉末的該混合物來制造該混合層。

具體地，通過粉末層產(chǎn)生裝置使該第一與第二粉末的該混合物作為未完成的金屬部件的粉末層。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，該熔化是通過使用選擇性激光熔化(SLM)過程來完成的。

用于實(shí)施本發(fā)明的方法的制造布置方案包含至少兩個(gè)粉末貯存器，它們利用其出口連接至混合器，該混合器用于將來自該至少兩個(gè)粉末貯存器的粉末混合以在該混合器的出口提供混合粉末；進(jìn)一步包含粉末層產(chǎn)生裝置，其接收來自該混合器的該混合粉末并在支撐物上產(chǎn)生該混合粉末的粉末層，且最終包含粉末熔化設(shè)備，其與該粉末層相互作用來熔化該粉末層。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方案，該粉末熔化設(shè)備包含SLM激光源，其激光光束導(dǎo)向該粉末層上。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案提供了控制器用于控制該混合器和該粉末層產(chǎn)生裝置的運(yùn)行以及從該至少兩個(gè)粉末貯存器中提取的粉末的實(shí)際數(shù)量。

附圖簡(jiǎn)述

現(xiàn)通過不同的實(shí)施方案并參照附圖來更為詳細(xì)地闡述本發(fā)明。

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的方法制造的雙金屬的金屬部件的示例，由此，(a)示出了橫截面而(b)示出了所涉及的兩種金屬的分別的濃度曲線；

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的制造布置方案的一實(shí)施方案；

圖3顯示了在本發(fā)明中可使用的多種金屬的熱膨脹；以及

圖4顯示了非相似材料與中間的如圖1所示的雙金屬部件的焊接。

附圖標(biāo)記清單

10金屬部件

11,13純凈層

12混合層

14制造布置方案

15控制器

16,17粉末貯存器

18混合器

19 SLM激光源

19a 激光光束

20支撐物

21焊接組件

22,23金屬部件

22a,23a焊縫

24粉末層

25粉末層產(chǎn)生裝置。

具體實(shí)施方式

圖1顯示了通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造的雙金屬的金屬部件10的(簡(jiǎn)單)示例，由此，(a)顯示了金屬部件10的橫截面而(b)顯示了所涉及的兩種金屬分別的濃度曲線。金屬部件10在上、下表面處包含兩個(gè)純凈層11和13，由此，純凈層(11)100%地由第一金屬材料組成，而純凈層(13)100%地由第二金屬材料組成。夾在純凈層11和13之間的是一層混合層12，其中，第一金屬的濃度從100%逐漸變化到0%(圖1(b)中的點(diǎn)線)，而第二金屬的濃度以相反方向從0%逐漸變化到100%(圖1(b)中的點(diǎn)劃線)。

雙金屬的金屬部件10可通過選擇性激光熔化(SLM)由相應(yīng)的金屬粉末制造。圖2顯示了制造布置方案的簡(jiǎn)化示意圖作為本發(fā)明的實(shí)施方案，其可用于制造如圖1所示的金屬部件10。圖2的制造布置方案14包含兩個(gè)粉末貯存器16和17，其被填充以兩種帶有不同熱膨脹行為的金屬粉末(參見例如圖3中的多種合適的金屬的熱膨脹曲線)。每個(gè)貯存器均有出口，通過其可將預(yù)定量的粉末釋放到共用混合器18中。正釋放的粉末數(shù)量由控制器15控制，該控制器15還控制混合器18的運(yùn)行。

然后將混合粉末或粉末混合物從混合器18轉(zhuǎn)移到粉末層產(chǎn)生裝置25，該裝置由控制器15控制，并在支撐物20(或在未完成的金屬部件10)上產(chǎn)生合適厚度的粉末層24。當(dāng)粉末層24完成后，通過使用SLM激光源19利用其激光光束19a使粉末熔化。SLM激光源19的控制也由控制器15完成。

對(duì)于制造純凈層13，使用純凈的第二金屬粉末。之后，在SLM過程期間，粉末由純凈的第二粉末變成第二與第一金屬粉末的逐漸變化的混合物(圖1中的混合層12)，并最終變成純凈的第一金屬粉末(圖1中的純凈層11)。如以上所闡述，這可通過將兩個(gè)(擁有兩種不同粉末的)貯存器16和17置于混合器18和粉末層產(chǎn)生裝置之上來實(shí)現(xiàn)，該粉層產(chǎn)生裝置可將粉末分層地置于未完成的工件上。

在將新的粉末層24置于工件或金屬部件10上之前，這些粉末以可變比例填入混合器18中。如所述那樣，這兩種粉末具有不同的熱膨脹系數(shù)。結(jié)果為在一側(cè)處100%由一種材料組成而在另一側(cè)上100%由另一材料組成的金屬部件。其間，材料是逐漸變化的(圖1)。

在實(shí)踐中，具有更大熱膨脹系數(shù)的金屬(例如Hast-X，圖3中曲線D，或STS18/8，圖3中曲線B)用于部件更冷的一側(cè)，而具有更低熱膨脹的金屬(例如Haynes H230，圖3曲線E)用于部件更熱的一側(cè)。在熱狀態(tài)下的預(yù)期形變限定了從一種粉末到另一種粉末(混合層12的位置)的變化點(diǎn)。熱狀態(tài)下的預(yù)期形變可被優(yōu)化為0連同帶有與設(shè)計(jì)幾何之間最小的偏差，或可產(chǎn)生一定的預(yù)期形變以優(yōu)化接觸壓力和磨損。

如圖4所示，如圖1所示的金屬部件也可用于將非相似材料的部件一同焊接成焊接組件21。通過SLM可制成中間部件(圖4中的10)，其帶有平滑且限定的從一種到另一種材料的轉(zhuǎn)化。之后僅需執(zhí)行相似材料的焊接，也就是可將單獨(dú)的第一金屬的金屬部件22利用焊縫22a焊接至金屬部件10的第一金屬的純凈層11，并且可將單獨(dú)的第二金屬的金屬部件23利用焊縫23a焊接至金屬部件10的第二金屬的純凈層13。

那么，例如可將3種或更多種不同的金屬材料用于在堆垛中創(chuàng)建兩種或更多種雙金屬過渡。