專利名稱：用鎳基合金制造元件的方法以及由此制造的元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用鎳基合金制造元件的方法以及用此方法制造的元件。采用這種解決方法，使制造大多數(shù)具有各種立體幾何的不同形狀的元件成為可能。由此制造的元件也可為多孔結(jié)構(gòu)或可包含這樣的多孔結(jié)構(gòu)。
用本身已知的鎳基合金，當(dāng)然可以制造不同的元件，其中這可主要通過已知的成形方法實(shí)現(xiàn)。因此，這類元件允許制造為澆鑄零件，所述零件隨后看情況再進(jìn)行冷加工或熱加工。
然而，特別是在切割成形處理期間，由于這類鎳基合金的機(jī)械性質(zhì)而出現(xiàn)問題。
另外，已經(jīng)提出通過燒結(jié)方法改性鎳制造的元件，其中固溶體的形成或金屬間相(特別是NiAl)的形成應(yīng)該通過燒結(jié)完成以便實(shí)現(xiàn)這類元件的性質(zhì)的改善。然而，特別是在這種形式中，可能只不過改善了這類元件的熱性質(zhì)，結(jié)果所述機(jī)械性質(zhì)沒有在要求的形式中得到改善。
因此，本發(fā)明的目的是預(yù)定方法，通過所述方法可用包含改善的機(jī)械性質(zhì)的鎳基合金制造大多數(shù)不同形狀的元件。
按照本發(fā)明，用含有權(quán)利要求1的特征的方法解決了這個目的。由此制造的元件具有權(quán)利要求17和18中所述的特征。
本發(fā)明的有利的實(shí)施方案和改善可通過從屬權(quán)利要求中所述的特征實(shí)現(xiàn)。
為用鎳基合金制造元件，實(shí)施本發(fā)明的步驟從而使由純鎳或鎳基合金組成的基底核至少在一些區(qū)域提供有表面涂層。所述表面涂層由粘合劑以及金屬粉末形成。本發(fā)明使用的金屬粉末包括另外的合金形成元素(以下仍將涉及)，除了至少20％重量的含量的鎳之外。
鎳基合金組成的基底核應(yīng)該包括至少20％重量的鎳。
本發(fā)明采用的金屬粉末可為相應(yīng)的鎳基合金的粉末，也可為相應(yīng)合金形成元素與鎳的粉末混合物，所述混合物優(yōu)選經(jīng)高能研磨。
按照本發(fā)明，具有表面涂層的基底核隨后經(jīng)分級熱處理。在此情況下，在第一步中將所述粘合劑從表面涂層中排出。在排出粘合劑后完成金屬粉末的燒結(jié)。在燒結(jié)期間，形成鎳基底核的燒結(jié)熔融和/或形成由鎳基合金組成的固體表面涂層。
鎳基合金制造的基底核用作半成品的情況下，包含在所述金屬粉末中的鎳的含量應(yīng)該小于基底核材料中的鎳的含量。
然而，所述熱處理，至少這類燒結(jié)應(yīng)該在1000℃以上的溫度和還原性或惰性的氣氛下，但優(yōu)選氫氣氣氛下進(jìn)行。
可以使用實(shí)質(zhì)上已經(jīng)具有最后制造的所述元件的幾何形狀的基底核，以使它們完全避免最后的成形再加工或僅需要最少的形狀的再加工成形。
然而，采用本發(fā)明的解決方法，也可采用多孔半成品形式的基底核，該半成品優(yōu)選具有也可稱為泡沫體的多孔結(jié)構(gòu)。
特別是在這類多孔泡沫體結(jié)構(gòu)的制造中，表面涂層應(yīng)采用由粘合劑、金屬粉末和另外的溶劑制造的懸浮體/分散體形成，看情況而定，或采用由液體制造的懸浮體/分散體形成。
當(dāng)然，也可能將這類懸浮體/分散體沉積于非多孔基底核上。
允許這類具有多孔結(jié)構(gòu)的基底核完全浸入所述懸浮體/分散體中，隨后壓縮這類裝載了懸浮體/分散體的基底核以便從所述孔中移除所述懸浮體/分散體以僅使網(wǎng)保持濕潤。
此后，可進(jìn)行分級熱處理。
然而，在制造多孔泡沫體形式的元件期間，所述步驟也可為采用通過溶劑具有適當(dāng)粘度的粘合劑用于濕潤所述基底核的多孔結(jié)構(gòu)的表面(看情況而定)，其中為從所述孔中移除過量的粘合劑也可進(jìn)行灌漿。
隨后，使所述相應(yīng)金屬粉末沉積于濕潤的表面，其中通過振動實(shí)現(xiàn)所述金屬粉末更加均勻的分布。在該步驟后，再進(jìn)行分級熱處理。
在形成表面涂層后和分級熱處理前，可能使基底核變形，優(yōu)選這類具有多孔結(jié)構(gòu)的基底核。
因此，例如在確定的最小彎曲半徑柔量下可進(jìn)行彎曲。因此制造空心圓柱體形狀的元件或更確切地說制造螺旋狀的元件是可能的。
然而，用本發(fā)明的解決方法也可能便利地制造復(fù)合構(gòu)件。在此情況下，所述步驟可為使基底核的至少一個表面區(qū)域提供有前述表面涂層。
然后使該表面區(qū)域與至少另一個基底核接觸，在此情況下可有利地使用所述粘合劑的粘合作用。此后進(jìn)行熱處理，在此期間相應(yīng)基底核的粘合力型連接形成封閉。
然而，也可能使兩個或幾個基底核的表面區(qū)域提供有表面涂層，所述基底核連結(jié)在一起通過粘合力形成封閉，并使那些表面區(qū)域進(jìn)行接觸，然后采用熱處理連結(jié)通過粘合力形成封閉。
照這樣，可制造具有復(fù)雜幾何形狀(例如包括底切或空腔)的復(fù)合構(gòu)件，而不要求隨后進(jìn)行成形。
然而，也可能制造由具有致密結(jié)構(gòu)的基底核和具有多孔結(jié)構(gòu)的基底核構(gòu)成的復(fù)合構(gòu)件。
本發(fā)明采用的金屬粉末除含有20％重量的最小含量的鎳之外，也可優(yōu)選包含至少50％重量的碳、鉬、鐵、鈷、鈮、鈦、鋁、硼、鋯石、錳、硅和/或鑭。
然而，除了所述相應(yīng)的粉末組合物之外，本發(fā)明制造的元件的性質(zhì)也可因以不同形式在基底核確定的表面區(qū)域形成的表面涂層而變化。
這涉及到所述表面涂層的相應(yīng)厚度，一方面，也可通過以不同形式重復(fù)應(yīng)用的方式進(jìn)行表面涂層，另一方面，也可提供具有不同金屬粉末含量、金屬粉末組合物和金屬粉末粒度的局部不同稠度的表面涂層。
結(jié)果，本發(fā)明制造的這類元件上可得到局部不同性質(zhì)。
采用本發(fā)明的解決方法，可能制造包含起始于表面的漸變合金組成的元件。因此，例如可能通過使用純鎳制造的基底核制造在燒結(jié)后仍具有純鎳核心區(qū)域的元件，其中另外的合金元素的含量連續(xù)地向相應(yīng)的表面變化/增加。
對前述復(fù)合構(gòu)件的制造，所述漸變合金組合物也可在連接區(qū)域形成，所述連接區(qū)域通過由粘合力型連接形成的閉合而形成。
與僅用鎳制造的元件相比，按照本發(fā)明制造的元件具有更高的延展性、蠕變阻力和強(qiáng)度，其中這種情況也適用于與鎳鋁化物比較。
與鎳元件相比氧化趨勢也可降低。
所述元件達(dá)到了高達(dá)1000℃的熱穩(wěn)定性，其中特別是本發(fā)明制造的具有多孔結(jié)構(gòu)的元件呈現(xiàn)出其應(yīng)用的延伸的可能性，例如排除使用鎳鋁化物泡沫(由于其脆性)。
特別是本發(fā)明制造的元件可在更高的動力荷載下使用。
本發(fā)明在以下通過實(shí)施例的方式解釋。
實(shí)施方案1將由鎳制造的具有300mm*150mm*1.9mm的尺寸并且具有94％的孔隙率的基底核浸入50ml體積的1％聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中。隨后，在吸收墊上進(jìn)行擠壓以便從所述孔的空腔中移除粘合劑，以僅使所述多孔結(jié)構(gòu)的網(wǎng)得到濕潤。
此后，將用粘合劑濕潤的所述多孔基底核固定在振動裝置上并散播金屬粉末。振動的結(jié)果，使所述金屬粉末均勻地分布在所述用粘合劑濕潤的基底核的表面，其中仍維持所述結(jié)構(gòu)的表面多孔性。
所述金屬粉末包含0.1％重量的碳、22.4％重量的鉻、10.0％重量的鉬、4.8％重量的鐵、0.3％重量的鈷、3.8％重量的鈮和58.6％重量的鎳的組合物。這種金屬粉末市售可得，商品名為“Inconel 625”。
將用金屬粉末和粘合劑進(jìn)行表面涂層的基底核軋制為圓柱體。在此情況下，借助于所述粘合劑確保金屬粉末的粘結(jié)。
此后，進(jìn)行分級熱處理，其中第一步在水氣氛下于烘箱中進(jìn)行。增加溫度，同時維持5K/分鐘的加熱速率。在大約300℃開始排除粘合劑并且在600℃完成。為了確保粘合劑完全釋放應(yīng)該堅(jiān)持大約30分鐘的滯留時間。
隨后，在1150℃至1250℃的溫度進(jìn)行燒結(jié)，保持大約30分鐘的滯留時間。
由此制造的元件由鎳基合金組成，其中在其表面的組成至少大約等同于所應(yīng)用的金屬粉末的組成?？紫堵实扔?1％。在空氣中，該元件在高達(dá)1000℃的溫度下具有抗氧化性，也包括高強(qiáng)度、蠕變阻力和韌性。在燒結(jié)后，考慮到具體的最小彎曲半徑，多孔泡沫體結(jié)構(gòu)的有限變形性還是有可能的。
實(shí)施方案2采用200mm*200mm*0.15mm尺寸的純鎳波紋板作為基底核。
在18毫升6％聚乙烯吡咯烷酮的水溶液和金屬粉末中進(jìn)行該基底核的表面涂層，所述金屬粉末的組成與在實(shí)施方案1中使用的金屬粉末相同。
在劇烈攪拌后，由該金屬粉末和粘合劑制造的懸浮體借助于壓縮空氣霧化，從兩側(cè)噴在該基底核上。該表面涂層包含150μm的厚度。干燥大約1分鐘后，該層包含足夠大的濕強(qiáng)度以至可進(jìn)行類似于實(shí)施方案1的分級熱處理。
最后的元件含有鎳基合金，其中在其表面的合金組成與所用的金屬粉末的合金組成大致相同。在空氣中，它在高達(dá)1000℃的溫度下具有抗氧化性。與純鎳制造的基底核相比，高強(qiáng)度、蠕變阻力和韌性增加。
權(quán)利要求
1.一種用鎳基合金制造元件的方法，其中用所述粘合劑以及金屬粉末沉積于由鎳或鎳含量為至少20％重量的鎳基合金制造的基底核上形成表面涂層；其中所述金屬粉末中除其他合金形成元素外還包括至少20％重量的鎳；和所述經(jīng)涂覆的基底核經(jīng)分級熱處理，其中首先排出所述粘合劑，此后燒結(jié)所述金屬粉末，在此期間所述鎳基底核熔合和/或形成由所述鎳基合金形成的固體表面涂層。
2.權(quán)利要求1的方法，所述方法特征在于使用金屬粉末，其中所述鎳的含量小于由所述鎳基合金形成的基底核中所述鎳的含量。
3.權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，所述方法特征在于使用金屬粉末，其中除所述鎳外還包括碳、鉻、鉬、鐵、鈷、鈮、鈦、鋁、硼、鋯石、錳、硅和/或鑭。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，所述方法特征在于使用多孔泡沫體作為所述基底核。
5.權(quán)利要求4的方法，所述方法特征在于所述泡沫體涂有由所述粘合劑和所述金屬粉末形成的懸浮體/分散體，隨后進(jìn)行所述分級熱處理。
6.權(quán)利要求5的方法，所述方法特征在于所述經(jīng)涂覆的泡沫體經(jīng)擠壓以便從所述泡沫體的孔中除去所述懸浮體/分散體。
7.權(quán)利要求4的方法，所述方法特征在于所述泡沫體涂有所述粘合劑，所述經(jīng)涂覆的泡沫體經(jīng)擠壓以便從所述泡沫體的孔中除去所述粘合劑，所述金屬粉末沉積在用所述粘合劑濕潤的所述泡沫體上，隨后進(jìn)行所述分級熱處理。
8.權(quán)利要求7的方法，所述方法特征在于在所述金屬粉末沉積期間和/或之后振動所述泡沫體。
9.權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)的方法，所述方法特征在于在所述熱處理之前使所述經(jīng)涂覆的基底核或所述泡沫體變形。
10.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，所述方法特征在于至少一個所述基底核的表面涂有懸浮體/分散體，將所述經(jīng)涂覆的表面與至少一個所述第二個基底核的表面接觸，通過所述熱處理形成所述基底核的粘合力型連接。
11.權(quán)利要求7的方法，所述方法特征在于所述第二個或另一個基底核的所述相應(yīng)表面也經(jīng)涂覆。
12.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，所述方法特征在于在所述基底核的所述表面進(jìn)行多層涂覆。
13.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，所述方法特征在于所述基底核的各區(qū)域以不同形式涂覆。
14.權(quán)利要求9或權(quán)利要求10的方法，所述方法特征在于所述涂覆用不同稠度的所述懸浮體/分散體和/或以不同層厚度進(jìn)行。
15.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，所述方法特征在于使用含有已經(jīng)高能研磨的所述鎳和其他合金形成元素粉末的粉末混合物。
16.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，所述方法特征在于燒結(jié)在1000℃以上的溫度下于還原性或惰性環(huán)境中進(jìn)行。
17.采用權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)的方法制造的元件，所述元件特征在于由所述表面開始形成漸變合金組合物。
18.采用權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)的方法制造的元件，所述元件特征在于至少在通過粘合力型連接形成的封閉的連接區(qū)域內(nèi)形成漸變合金組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及用鎳基合金制造元件的方法以及涉及由此制造的元件。特別是，相應(yīng)的元件具有與常規(guī)解決方法比較而言改善的機(jī)械性質(zhì)并且可以大多數(shù)不同形狀的形式制造。在制造期間，由鎳或鎳含量為至少20％重量的鎳基合金制造的基底核的表面用粘合劑以及金屬粉末進(jìn)行涂層，所述金屬粉末中除其他的合金形成元素之外還包括至少20％重量的鎳。隨后，進(jìn)行分級熱處理，其中首先排出粘合劑，此后進(jìn)行金屬粉末的燒結(jié)，導(dǎo)致鎳基底核熔合和/或形成由鎳基合金制造的固體表面涂層。
文檔編號B22F7/02GK1842387SQ200480024494
公開日2006年10月4日 申請日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者D·瑙曼, G·瓦爾特爾, A·貝姆 申請人:英科有限公司, 弗勞恩霍弗實(shí)用研究促進(jìn)協(xié)會