CN106956089B - 混合制品、用于形成混合制品的方法和用于封闭孔口的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了混合制品(100)，其包括布置在具有芯材料(208)的芯(102)的侧表面(106)上并围绕该侧表面(106)的涂层(104)。所述涂层(104)包含约35%‑约95%的具有第一熔点的第一金属材料(110)和约5重量%‑约65%的具有第二熔点的第二金属材料(112)，第二熔点低于第一熔点。公开了用于形成所述混合制品(100)的方法，其包括在模具(200)中布置所述芯(102)，在所述侧表面(106)和所述模具(200)之间形成空隙(202)，将具有金属材料(110和112)的浆料(204)引入到所述空隙(202)中，和烧结所述浆料(204)，形成所述涂层(104)。公开了用于封闭制品(600)的孔口(602)的方法，其包括将所述混合制品(100)***到所述孔口(602)中。封闭所述孔口(602)包括钎焊混合制品(100)到制品(600)，用充当焊接填料的混合制品(100)焊接孔口(602)，或其组合。
Description
技术领域
本发明涉及混合制品、用于形成混合制品的方法和用于封闭孔口的方法。更特别地，本发明涉及混合制品、用于形成混合制品的方法和用于封闭孔口的方法，其中所述混合制品包括芯材料和具有两种具有不同熔点的金属材料的涂层。
发明背景
难焊接(HTW)合金，例如镍基超合金和某些铝钛合金，由于其γ'和各种几何约束，易受γ'应变老化、熔解和热开裂影响。当γ'相以大于约30%的体积分数存在时，这些材料还难以接合，当铝或钛含量超过约3%时，这可能出现。如文中使用的，“HTW合金”是呈现熔解、热和应变老化开裂的合金，且其因此不适用于焊接。
这些HTW合金可以结合到燃气涡轮发动机的部件，例如翼面、动叶(叶片)、喷嘴(叶轮)、外罩、燃烧室、旋转涡轮机部件、轮、密封件、具有HTW合金的3d制造部件及热气路径部件。这些HTW合金的结合可能合乎需要，由于通常优异的操作性质，特别是对于经受最极端条件和应力的某些部件。
结合HTW合金的部件的制造方法和修复，例如封闭在铸造过程期间打开的孔口，难以使用标准技术实现，因为这些技术可能损坏HTW合金或引入将由于部件所经受的升高温度而削弱或开裂的材料。举例来说，典型的钎焊技术为不适合的，因为典型的钎焊材料或元素结合到部件，这可能不满足操作要求。
发明内容
在一个示例性实施方案中，混合制品包括芯和涂层。所述芯包括侧表面和芯材料。所述涂层布置在所述侧表面上且围绕所述侧表面。所述涂层包含约35%-约95%的具有第一熔点的第一金属材料和约5%-约65%的具有第二熔点的第二金属材料。第一熔点高于第二熔点。
在另一个示例性实施方案中，用于形成混合制品的方法包括在模具中布置芯。所述芯包括侧表面。空隙在所述侧表面和所述模具之间形成。所述空隙围绕所述侧表面。将浆料引入到所述空隙中。所述浆料包括具有第一熔点的第一金属材料和具有第二熔点的第二金属材料。第一熔点高于第二熔点。所述侧表面涂布有所述浆料。将所述浆料烧结以形成围绕所述侧表面的涂层，形成所述混合制品。所述涂层包含约35%-约95%的第一金属材料和约5重量%-约65%的第二金属材料。
在另一个示例性实施方案中，用于封闭制品的孔口的方法包括将混合制品***到所述孔口中。所述混合制品包括芯和涂层。所述芯包括侧表面和芯材料。所述涂层布置在所述侧表面上且围绕所述侧表面。所述涂层包含约35%-约95%的具有第一熔点的第一金属材料和约5重量%-约65%的具有第二熔点的第二金属材料。第一熔点高于第二熔点。所述孔口封闭。封闭所述孔口包括选自以下的技术：钎焊所述混合制品到所述制品，用充当焊接填料的混合制品焊接所述孔口，及其组合。
本发明包括以下方面：
方面1. 一种混合制品，其包含：
包括侧表面和芯材料的芯，和
布置在所述侧表面上且围绕所述侧表面的涂层，所述涂层包含约35%-约95%的具有第一熔点的第一金属材料和约5%-约65%的具有第二熔点的第二金属材料，第一熔点高于第二熔点。
方面2. 方面1的混合制品，其中所述芯材料选自以下至少之一：超合金、镍基超合金、钴基超合金、铁基超合金、难焊接(HTW)合金、难熔合金、GTD 111、GTD 444、HAYNES 188、INCONEL 738、MAR-M-247、René 108、René 142、René 195和René N2。
方面3. 方面1的混合制品，其中所述第一金属材料选自以下至少之一：超合金、镍基超合金、钴基超合金、铁基超合金、难焊接(HTW)合金、难熔合金、GTD 111、GTD 444、HAYNES 188、INCONEL 738、MAR-M-247、René 108、René 142、René 195和René N2。
方面4. 方面1的混合制品，其中第一熔点为约2,400℉-约2,600℉且第二熔点为约1,500℉-约2,375℉。
方面5. 方面1的混合制品，其中所述涂层还包括约0.5 mm-约5 mm的平均涂层厚度。
方面6. 方面1的混合制品，其中所述芯还包括约0.5 mm-约30 mm的平均直径。
方面7. 方面1的混合制品，其还包括选自以下的制品横截面结构：圆形、椭圆、卵形、三角形、圆角三角形、正方形、圆角正方形、矩形、圆角矩形、五边形、圆角五边形、六边形、圆角六边形及其组合。
方面8. 用于形成混合制品的方法，其包括：
在模具中布置芯，所述芯包括侧表面；
在所述侧表面和所述模具之间形成空隙，所述空隙围绕所述侧表面；
将浆料引入到所述空隙中，所述浆料包括具有第一熔点的第一金属材料，和具有第二熔点的第二金属材料，第一熔点高于第二熔点；
用所述浆料涂布所述侧表面；和
烧结所述浆料以形成围绕所述侧表面的涂层，形成所述混合制品，所述涂层包含约35%-约95%的第一金属材料和约5重量%-约65%的第二金属材料。
方面9. 方面8的方法，其中在所述模具中布置所述芯包括布置具有芯材料的芯，所述芯材料选自以下至少之一：超合金、镍基超合金、钴基超合金、铁基超合金、难焊接(HTW)合金、难熔合金、GTD 111、GTD 444、HAYNES 188、INCONEL 738、MAR-M-247、René 108、René 142、René 195和René N2。
方面10. 方面8的方法，其中在所述模具中布置所述芯包括布置具有选自以下的制品横截面结构的芯：圆形、椭圆、卵形、三角形、圆角三角形、正方形、圆角正方形、矩形、圆角矩形、五边形、圆角五边形、六边形、圆角六边形及其组合。
方面11. 方面8的方法，其中在所述模具中布置所述芯包括布置线作为所述芯。
方面12. 方面8的方法，其中在所述模具中布置所述芯包括使所述芯经过所述模具。
方面13. 方面8的方法，其中将所述浆料引入到所述空隙中包括在升高压力下引入所述浆料。
方面14. 方面8的方法，还包括精整所述混合制品。
方面15. 方面8的方法，还包括将所述混合制品定尺寸到预定长度。
方面16. 用于封闭制品孔口的方法，其包括：
将混合制品***到所述孔口中，所述混合制品包括：
包括侧表面和芯材料的芯，和
布置在所述侧表面上且围绕所述侧表面的涂层，所述涂层包含约35%-约95%的具有第一熔点的第一金属材料和约5%-约65%的具有第二熔点的第二金属材料，第一熔点高于第二熔点；和
封闭所述孔口，封闭所述孔口包括选自以下的技术：钎焊所述混合制品到所述制品，用充当焊接填料的混合制品焊接所述孔口，及其组合。
方面17. 方面16的方法，其中钎焊所述混合制品到所述制品包括钎焊混合制品到难焊接(HTW)合金。
方面18. 方面16的方法，其中用充当所述焊接填料的混合制品焊接所述孔口包括采用选自以下至少一种的焊接技术：气体钨电弧焊接、屏蔽的金属电弧焊接、等离子电弧焊接、激光束焊接和电子束焊接。
方面19. 方面16的方法，其中封闭所述孔口形成气密密封。
方面20. 方面16的方法，其中将所述混合制品***到所述孔口中包括将所述混合制品***到涡轮部件中。
结合附图，本发明的其它特点和优点将从以下优选实施方案的更详细描述而显而易见，这些附图例如说明本发明的原则。
附图说明
图1为根据本公开的实施方案的混合制品的透视图。
图2为根据本公开的实施方案的混合制品的形成的示意图。
图3为根据本公开的实施方案的图2的芯和模具沿着线3-3的截面图。
图4为根据本公开的实施方案的图2的芯、模具和浆料沿着线4-4的截面图。
图5为根据本公开的实施方案的图2的芯、模具和浆料沿着线5-5的截面图。
图6为根据本公开的实施方案的制品和混合制品的截面图。
但凡可能，相同的附图标记将在整个附图中使用以表示相同的部件。
发明详述
提供示例性混合制品、用于形成混合制品的方法和用于封闭孔口的方法。与不利用一个或多个本文公开的特征的制品和方法相比，本公开的实施方案降低成本，提高过程控制，提高可修复性，改进机械性质，改进高温性能，提高可焊性，或其组合。
参考图1，在一个实施方案中，混合制品100包括芯102和涂层104。芯102包括侧表面106和芯材料108。涂层104布置在侧表面106上。涂层104包括第一金属材料110和第二金属材料112。
在一个实施方案中，芯102包括约0.25 mm-约50 mm，或者约0.5 mm-约30 mm，或者约0.5 mm-约15 mm，或者约0.5 mm-约5 mm，或者约0.5 mm-约3 mm，或者约1 mm-约2 mm的平均直径。
在另一个实施方案中，涂层104包括约0.1 mm-约10 mm，或者约0.25 mm-约7.5mm，或者约0.5 mm-约5 mm，或者约0.5 mm-约2.5 mm，或者约0.5 mm-约2 mm，或者约0.5mm-约1 mm的平均涂层厚度。
混合制品100可以包括任何合适的制品横截面结构114，包括但不限于，圆形(所显示)、椭圆、卵形、三角形、圆角三角形、正方形、圆角正方形、矩形、圆角矩形、五边形、圆角五边形、六边形、圆角六边形或其组合。芯102可以包括任何合适的芯横截面结构116，包括但不限于，圆形(所显示)、椭圆、卵形、三角形、圆角三角形、正方形、圆角正方形、矩形、圆角矩形、五边形、圆角五边形、六边形、圆角六边形或其组合。制品的横截面结构114可以为与芯横截面的结构116相同的结构或不同的结构。在一个实施方案中，所述芯为线。在其他实施方案中，所述芯为导电线。
涂层104可以包括任何合适量的第一金属材料110和第二金属材料112。在一个实施方案中，所述涂层包含约35%-约95%的第一金属材料，或者约45%-约85%的第一金属材料，或者约35%-约55%的第一金属材料，或者约55%-约75%的第一金属材料，或者约75%-约95%的第一金属材料。在另一个实施方案中，所述涂层包含约5%-约65%的第二金属材料，或者约15%-约55%的第二金属材料，或者约55%-约25%的第二金属材料，或者约25%-约45%的第二金属材料，或者约45%-约65%的第二金属材料。在另一个实施方案中，涂层104基本上由第一金属材料110和第二金属材料112组成，除了形成小于涂层104的约3%或者小于涂层104的约2%或者小于涂层104的约1%的杂质。
在一个实施方案中，第一金属材料110包括第一熔点，且第二金属材料112包括第二熔点，其中第一熔点高于第二熔点。第一熔点可以为约2,380℉-约2,700℉，或者约2,400℉-约2,600℉，或者约2,450℉-约2,550℉，或者约2,475℉-约2,525℉。第二熔点可以为约1,400℉-约2,375℉，或者约1,450℉-约2,300℉，或者约1,500℉-约2,200℉，或者约1,550℉-约2,150℉，或者约1,600℉-约2,100℉。
芯材料108可以为任何合适的材料，包括但不限于，超合金、镍基超合金、钴基超合金、铁基超合金、难焊接(HTW)合金、难熔合金、GTD 111、GTD 444、HAYNES 188、INCONEL738、MAR-M-247、René 108、René 142、René 195、René N2或其组合。
第一金属材料110可以为任何合适的材料，包括但不限于，超合金、镍基超合金、钴基超合金、铁基超合金、难焊接(HTW)合金、难熔合金、GTD 111、GTD 444、HAYNES 188、INCONEL 738、MAR-M-247、René 108、René 142、René 195、René N2或其组合。第一金属材料110可以为与所述芯材料108相同的材料或不同的材料。
第二金属材料112可以为任何合适的材料，包括但不限于，钎焊合金、DF-4B、BNi-2、BNi-5 (AMS 4782)、BNi-9或其组合。
如文中使用的，“DF-4B””是指以重量计包括约14%铬、约10%钴、约3.5%铝、约2.5%钽、约2.75%硼、约0.05%钇和余量的镍的组成的合金。
如文中使用的，“BNi- 2”是指以重量计包括约3%铁、约3.1%硼、约4.5%硅、约7%铬和余量的镍的组成的合金。
如文中使用的，“BNi-5”和“AMS 4782”是指以重量计包括约10%硅、约19%铬和余量的镍的组成的合金。
如文中使用的，“BNi- 9”是指以重量计包括约15%铬、约3%硼和余量的镍的组成的合金。
如文中使用的，“GTD 111”是指以重量计包括约14%铬、约9.5%钴、约3.8%钨、约4.9%钛、约3%铝、约0.1%铁、约2.8%钽、约1.6%钼、约0.1%碳和余量的镍的组成的合金。
如文中使用的，“GTD 444”是指以重量计包括约7.5%钴、约0.2%铁、约9.75%铬、约4.2%铝、约3.5%钛、约4.8%钽、约6%钨、约1.5%钼、约0.5%铌、约0.2%硅、约0.15%铪和余量的镍的组成的合金。
如文中使用的，“HAYNES 188”是指以重量计包括约22%铬、约22%镍、约0.1%碳、约3%铁、约1.25%锰、约0.35%硅、约14%钨、约0.03%镧和余量的钴的组成的合金。
如文中使用的，“INCONEL 738”是指以重量计包括约0.17%碳、约16%铬、约8.5%钴、约1.75%钼、约2.6%钨、约3.4%钛、约3.4%铝、约0.1%锆、约2%铌和余量的镍的组成的合金。
如文中使用的，“MAR-M-247”是指以重量计包括约5.5%铝、约0.15%碳、约8.25%铬、约10%钴、约10%钨、约0.7%钼、约0.5%铁、约1%钛、约3%钽、约1.5%铪和余量的镍的组成的合金。
如文中使用的，“René 108”是指以重量计包括约8.4%铬、约9.5%钴、约5.5%铝、约0.7%钛、约9.5%钨、约0.5%钼、约3%钽、约1.5%铪和余量的镍的组成的合金。
如文中使用的，“René 142”是指以重量计包括约6.8%铬、约12%钴、约6.1%铝、约4.9%钨、约1.5%钼、约2.8%铼、约6.4%钽、约1.5%铪和余量的镍的组成的合金。
如文中使用的，“René 195”是指以重量计包括约7.6%铬、约3.1%钴、约7.8%铝、约5.5%钽、约0.1%钨、约3.9%钨、约1.7%铼、约0.15%铪和余量的镍的组成的合金。
如文中使用的，“René N2”是指以重量计包括约7.5%钴、约13%铬、约6.6%铝、约5%钽、约3.8%钨、约1.6%铼、约0.15%铪和余量的镍的组成的合金。
参考图2，在一个实施方案中，用于形成混合制品100的方法，包括在模具200中布置芯102。参考图2和3，空隙202在侧表面106和模具200之间形成，且空隙202围绕侧表面106。参考图2和4，将浆料204引入到空隙202中，所述浆料包括第一金属材料110和第二金属材料112，且涂布侧表面106。参考图2和5，浆料204围绕侧表面106。再次参考图2，浆料204烧结以形成围绕侧表面106的涂层104，形成混合制品100。浆料204可以包括粘合剂凝胶。在一个实施方案中，浆料204包括足够粘附到芯102直到浆料204烧结以形成涂层104的粘度。
烧结浆料204以形成涂层104可以包括用加热元件206加热所述浆料204。加热元件206可以为任何合适的加热元件，包括但不限于烘箱。在一个实施方案中，加热浆料204包括加热浆料204到烧结温度。所述烧结温度可以为任何合适温度，包括但不限于约1,500℉-约2,375℉，或者约1,600℉-约2,350℉或者约1,700℉-约2,325℉，或者约1,800℉-约2,300℉，或者约1,850℉-约2,250℉的烧结温度。在另一个实施方案中，加热浆料204到烧结温度包括保持浆料204在烧结温度下经过烧结持续时间。烧结持续时间可以为任何合适的持续时间，包括但不限于，约5分钟-约150分钟，或者约10分钟-约120分钟，或者约15分钟-约90分钟的持续时间。烧结浆料204以形成涂层104可以包括在空气下、在惰性气体下、在真空下或其组合条件下加热浆料204。
在一个实施方案中，芯102为线。在另一个实施方案中，芯102经过模具200。使芯102经过模具200可以为连续过程。在又一实施方案中，模具200为用于产生焊接电极(例如但不限于屏蔽的金属电弧焊电极)的涂布装置的部分。在另一个实施方案中，模具200为挤出压机的部件。
在一个实施方案中，在升高的压力下引入浆料204。如文中使用的，“升高的压力”表明大于模具200外部的大气压的压力。升高的压力可以为任何合适的压力，包括但不限于，当芯102经过模具200时足以用浆料204完全涂布侧表面106的压力。
混合制品100可以通过任何合适的精整技术精整，包括但不限于，加热、抛光、刷洗、尖端清理、定尺寸、化学处理或其组合。将混合制品100定尺寸可以包括除去混合制品100的至少一部分以减小混合制品100的长度到预定长度。预定长度可以为任何合适的长度。除去混合制品100的至少一部分可以包括以相对于混合制品100的长度的任何合适角度切断混合制品100的至少一部分，包括但不限于直角或与其中***混合制品100的制品的表面匹配的角度。
参考图６，在一个实施方案中，用于封闭制品600的孔口602的方法包括将混合制品100***到孔口602中，且封闭孔口602。封闭孔口602包括钎焊混合制品100到制品600，用充当焊接填料的混合制品100焊接孔口602或其组合。
封闭孔口602可能形成气密密封。在一个实施方案中，当孔口602封闭时，混合制品100的边界604与制品600的表面606大致平齐。在另一个实施方案中，当孔口602封闭时，边界604与制品600的表面606偏离。如文中使用的，“大致平齐”表明边界604距离制品600的表面606小于0.3 mm，而“偏离”表明边界604距离制品600的表面606至少0.3 mm。
在一个实施方案中，制品600为涡轮部件。制品600可以为任何合适的涡轮部件，包括但不限于，热气路径部件、翼面、叶片(动叶)、喷嘴(叶轮)、外罩、燃烧室或其组合。
在一个实施方案中，钎焊混合制品100到制品600包括钎焊混合制品100到难焊接(HTW)合金。在另一个实施方案中，焊接孔口602包括采用焊接装置608以执行焊接技术。焊接技术可以为任何合适的焊接技术，包括但不限于，气体钨电弧焊接、屏蔽的金属电弧焊接、等离子电弧焊接、激光束焊接、电子束焊接或其组合。
混合制品100可用作使用焊接技术结合焊接填料的任何合适的焊接应用的焊接填料。合适的焊接应用包括但不限于，封闭在超合金部件中的孔口、封闭在HTW合金部件中的孔口、填充在超合金部件中的腔、填充在HTW合金部件中的腔、修复超合金部件、修复HTW合金部件、接合第一部件和第二部件，其中第一部件和第二部件的至少一个包括超合金，接合第一部件和第二部件，其中第一部件和第二部件的至少一个包括HTW合金或其组合。焊接技术可以包括但不限于气体金属电弧焊接、气体钨电弧焊接、屏蔽的金属电弧焊接、等离子电弧焊接、激光束焊接、电子束焊接或其组合。
在一个实施方案中，混合制品100的芯材料108包括与限定孔口602的制品600的基材610相同的材料组成。在另一个实施方案中，混合制品100的芯材料108包括不同于限定孔口602的制品600的基材610的材料组成。在这方面，如果材料组成大致相同且任何变化不足以对材料的性质具有实质影响，则芯材料108包括与基材610相同的材料组成，而如果材料组成并不大致相同或如果变化确立对材料性质的实质影响，则混合制品100的芯材料108包括不同于基材610的材料组成。
虽然参考优选实施方案描述本发明，但本领域技术人员应当理解可以进行各种改变且等价物可以在不偏离本发明范围的情况下被其要素代替。另外，可能进行许多修改以使具体的情形或材料适用于本发明的教导而不偏离其实质范围。因此，本发明旨在不限于预期作为用于进行本发明的最佳模式公开的具体实施方案，但本发明将包括所有落入随附权利要求的范围中的实施方案。
Claims (8)
1.用于形成混合制品(100)的方法，其包括：
在模具(200)中布置芯(102)，所述芯(102)包括侧表面(106)和芯材料(108)；
在所述侧表面(106)和所述模具(200)之间形成空隙(202)，所述空隙(202)围绕所述侧表面(106)；
将浆料(204)引入到所述空隙(202)中，所述浆料(204)包括具有第一熔点的第一金属材料(110)，和具有第二熔点的第二金属材料(112)，所述第一熔点高于所述第二熔点；
用所述浆料(204)涂布所述侧表面(106)；和
烧结所述浆料(204)以形成围绕所述侧表面(106)的涂层(104)，形成所述混合制品(100)，所述涂层(104)包括35%-95%的第一金属材料(110)和5%-65%的第二金属材料(112)；
其中所述涂层(104)还包括0.5 mm-5 mm的平均涂层厚度；和
其中所述芯(102)还包括0.5 mm-30 mm的平均直径。
2.权利要求1的方法，其中所述芯材料(108)选自以下至少之一：超合金、镍基超合金、钴基超合金、铁基超合金、难焊接(HTW)合金、难熔合金、GTD 111、GTD 444、HAYNES 188、INCONEL 738、MAR-M-247、René 108、René 142、René 195和René N2。
3.权利要求1的方法，其中所述第一金属材料(110)选自以下至少之一：超合金、镍基超合金、钴基超合金、铁基超合金、难焊接(HTW)合金、难熔合金、GTD 111、GTD 444、HAYNES188、INCONEL 738、MAR-M-247、René 108、René 142、René 195和René N2。
4.权利要求1的方法，其中所述第一熔点为2,400℉-2,600℉且所述第二熔点为1,500℉-2,375℉。
5.权利要求1的方法，其中所述混合制品(100)还包括选自以下的制品横截面结构(114)：圆形、椭圆、卵形、三角形、圆角三角形、正方形、圆角正方形、矩形、圆角矩形、五边形、圆角五边形、六边形、圆角六边形及其组合。
6.一种根据权利要求1-5中任一项的方法制备的混合制品(100)，其包含：
包括侧表面(106)和芯材料(108)的芯(102)，和
布置在所述侧表面(106)上且围绕所述侧表面(106)的涂层(104)，所述涂层(104)包含35%-95%的具有第一熔点的第一金属材料(110)和5%-65%的具有第二熔点的第二金属材料(112)，所述第一熔点高于所述第二熔点。
7.用于封闭制品(600)的孔口(602)的方法，其包括：
将权利要求6的混合制品(100)***到所述孔口(602)中，所述混合制品(100)包括：
包括侧表面(106)和芯材料(108)的芯(102)，和
布置在所述侧表面(106)上且围绕所述侧表面(106)的涂层(104)，所述涂层(104)包含35%-95%的具有第一熔点的第一金属材料(110)和5%-65%的具有第二熔点的第二金属材料(112)，所述第一熔点高于所述第二熔点；和
封闭所述孔口(602)，封闭所述孔口(602)包括选自以下的技术：钎焊所述混合制品(100)到所述制品(600)，用充当焊接填料的混合制品(100)焊接所述孔口(602)，及其组合。
8.权利要求7的方法，其中将所述混合制品(100)***到所述孔口(602)中包括将所述混合制品(100)***到涡轮部件中。
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