專利名稱：使用多種填料制造涂覆部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，且更具體地涉及其中的微通道冷卻。
背景技術(shù)：
在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中，空氣在壓縮機(jī)中加壓并與燃料在燃燒器中混合以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。在高壓渦輪(HPT)和低壓渦輪(LPT)中從氣體提取能量，高壓渦輪驅(qū)動壓縮機(jī)，低壓渦輪驅(qū)動渦扇飛行器發(fā)動機(jī)應(yīng)用中的風(fēng)扇，或驅(qū)動航海和エ業(yè)應(yīng)用中的外部軸。發(fā)動機(jī)效率隨著燃燒氣體的溫度升高。然而，燃燒氣體沿它們的流徑加熱各種部件，這又要求部件的冷卻以獲得長發(fā)動機(jī)壽命。典型地，熱氣路徑部件通過來自壓縮機(jī)的泄放空氣冷卻。此冷卻過程減低發(fā)動機(jī)效率，因為泄放空氣沒有用于燃燒過程中。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)冷卻技術(shù)是成熟的并包括對于各種熱氣路徑部件中冷卻回路和特征的各種方面的眾多專利。例如，燃燒器包括徑向外襯墊和內(nèi)襯墊，它們在運(yùn)行期間需要冷卻。渦輪噴嘴包括支撐在外部帶和內(nèi)部帶之間的中空導(dǎo)葉，其也需要冷卻。渦輪轉(zhuǎn)子葉片是中空的并典型地在其中包括冷卻回路，且葉片被渦輪護(hù)罩包圍，其也需要冷卻。熱燃燒氣體通過排氣裝置排放，排氣裝置也可被墊襯，并被適當(dāng)?shù)乩鋮s。在所有這些示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)部件中，典型地使用高強(qiáng)度超合金金屬的薄金屬壁用于增強(qiáng)的耐久性同時最小化對于其冷卻的需求。對于這些單個的部件在它們在發(fā)動機(jī)的對應(yīng)環(huán)境中定制各種冷卻回路和特征。例如，可在熱氣路徑部件中形成一系列內(nèi)部冷卻通道或蛇形管。可從氣室向蛇形管提供冷卻流體，且該冷卻流體可流過通道，從而冷卻熱氣路徑部件襯底和涂層。然而，此冷卻策略典型地導(dǎo)致相當(dāng)?shù)偷臒崃髁恳约安痪鶆虻牟考囟惹€。通過將冷卻置于盡可能地靠近加熱區(qū)域，從而降低對于給定的熱流量主負(fù)載承受襯底材料的熱側(cè)和冷側(cè)之間的溫差，微通道冷卻具有極大地降低冷卻需求的潛力。當(dāng)前，在結(jié)構(gòu)性涂層的涂敷期間使用単一犧牲性材料來防止結(jié)構(gòu)性涂層堵塞冷卻通道。因為冷卻通道趨向于具有大的長度對液カ直徑的比值，填料去除過程典型地是耗時的且因而是昂貴的，并且還面臨填料不完全去除的問題。因而期望的是提供克服了當(dāng)前技術(shù)的上述缺點的用于將結(jié)構(gòu)性涂層沉積在冷卻通道上的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的ー個方面在于ー種制造部件的方法,該方法包括在襯底的外表面中形成一個或更多凹槽。各凹槽均具有底部且至少部分地沿該襯底的表面延伸。該制造方法還包括在凹槽內(nèi)沉積犧牲性填料，在犧牲性填料上沉積第二填料，以及在襯底的外表面的至少一部分上以及該第二填料上沉積涂層。該制造方法還包括從凹槽去除犧牲性填料并至少部分地去除第二填料，以限定用于冷卻該部件的一個或更多通道。本發(fā)明的又另一方面在于ー種制造部件的方法，該方法包括在襯底的外表面中形成一個或更多凹槽。各凹槽均具有寬于其頂部的底部，并且沿襯底的外表面至少部分地延伸，使得各凹槽均包括凹角形的凹槽。該制造方法還包括在凹槽內(nèi)沉積犧牲性填料，在襯底的外表面的至少一部分上以及在犧牲性填料上沉積涂層，以及從該凹角形凹槽去除該犧牲性填料，使得凹槽和涂層一起限定用于冷卻該部件的一個或更多凹角形通道。


當(dāng)參考附圖閱讀以下詳細(xì)說明時，本發(fā)明的這些以及其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，其中貫穿附圖相似的標(biāo)號代表相似的零件，其中圖I是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的示意性圖示；圖2是根據(jù)本發(fā)明的多個方面具有冷卻通道的示例異型件構(gòu)造的示意性橫截面；圖3-9示意性地圖示了用于使用多種填料將涂層涂覆于襯底的方法步驟；
圖10圖示了在期望凹槽的任一側(cè)上通過在襯底的外表面上添加材料以形成凹槽的另一種技術(shù)；圖11示意性地圖示了使用三種填料的方法步驟；圖12示意性地圖示了具有凹角形冷卻通道的涂層部件；圖13以透視圖示意性地描繪了部分地沿襯底的表面延伸并將冷卻劑導(dǎo)向相應(yīng)的薄膜冷卻孔的三個示例冷卻通道；以及圖14是圖12的其中一個示例冷卻通道的橫截面視圖并顯示了將冷卻劑從進(jìn)入口輸送至薄膜冷卻孔的通道；以及圖15-17示意性地圖示了使用犧牲性填料用于將涂層涂敷至具有凹角形凹槽的襯底的方法步驟。零部件列表10 燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12 壓縮機(jī)14 燃燒器16 渦輪18 軸20 燃料噴嘴30 短暫涂層32 犧牲性填料33 第二填料35 附加填料100 熱氣路徑部件110 襯底112 襯底的外表面114 中空內(nèi)部空間116 襯底的內(nèi)表面130 通道132 凹槽
134凹槽的底部136凹槽的頂部(開ロ)138凹槽壁140進(jìn)入孔142薄膜孔150涂層160磨蝕性液體射流
具體實施方式

用詞“第一”、“第二”等在此處并不代表任何順序、數(shù)量或重要性，而只是用于將ー個元件與另ー個元件區(qū)分。用詞“一”和“ー個”在此并不代表數(shù)量的限制，而是代表至少其中ー個所指項目的存在。修飾詞“大約”與包括所指數(shù)值的數(shù)量結(jié)合使用，并且具有由上下文指示的含義(例如，包括與特定數(shù)量的測量相關(guān)的誤差程度)。此外，用詞“組合”包括混合物、混雜物、合金、反應(yīng)產(chǎn)物等。此外，在此說明書中，修飾詞“(多個)”通常意在包括其修飾項目的単數(shù)和復(fù)數(shù)兩者，從而包括一個或更多該項目(例如，“通道孔”可包括一個或更多通道孔，除非另外指明)。貫穿本說明書對“ー個實施例”、“另ー個實施例”、“實施例”等的述及意味著與該實施例相關(guān)描述的特定要件(例如，特征、結(jié)構(gòu)和/或特性)包括在此處描述的至少ー個實施例中，并且可能或可能不存在于其它實施例中。此外，應(yīng)該理解的是所描述的發(fā)明性特征可以以任何合適的方式結(jié)合在各種實施例中。圖I是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10的示意性圖示。系統(tǒng)10可包括一個或更多壓縮機(jī)12、燃燒器14、渦輪16以及燃料噴嘴20。壓縮機(jī)12和渦輪16可由ー個或更多軸18聯(lián)接。軸18可為單個軸或者聯(lián)接到一起以形成軸18的多個軸節(jié)段。燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10可包括多個熱氣路徑部件100。熱氣路徑部件為至少部分地暴露于通過該系統(tǒng)10的高溫氣體流的系統(tǒng)10的任何部件。例如，輪葉組件(也稱為葉片或葉片組件)、噴嘴組件(也稱為導(dǎo)葉或?qū)~組件)、護(hù)罩組件、過渡件、保持環(huán)以及壓縮機(jī)排放部件都是熱氣路徑部件。然而，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的熱氣路徑部件100不限于以上示例，而是可為至少部分地暴露于高溫氣體流的任何部件。此外，還應(yīng)該理解的是本發(fā)明公開的熱氣路徑部件100不限于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10中的部件，而是可為可能暴露于高溫流的任何機(jī)械件或其部件。當(dāng)熱氣路徑部件100暴露于熱氣流時，熱氣路徑部件100被熱氣流加熱并可達(dá)到這樣的溫度，在該溫度下熱氣路徑部件100失效。因此，為了允許系統(tǒng)10以高溫下的熱氣流操作，從而增大系統(tǒng)10的效率和性能，需要用于熱氣路徑部件100的冷卻系統(tǒng)。通常，本發(fā)明公開的冷卻系統(tǒng)包括形成在熱氣路徑部件100的表面中的一系列小通道或微通道。對于エ業(yè)大小的發(fā)電渦輪機(jī)部件，“小”或“微”通道尺寸將涵蓋在O. 25mm到I. 5mm范圍中的大致深度和寬度,而對于航空大小的渦輪機(jī)部件通道尺寸將涵蓋在O. 15mm到O. 5mm范圍中的大致深度和寬度。熱氣路徑部件可設(shè)有覆蓋層?？蓮臍馐蚁蛲ǖ捞峁├鋮s流體，并且冷卻流體可流過通道，從而冷卻該覆蓋層。參考圖2-11、13和14描述了ー種制造部件100的方法。如例如圖3和10中所標(biāo)示的，該部件制造方法包括在襯底110的表面112中形成一個或更多凹槽132。例如如圖13和14中所示，各凹槽132均具有底部134且至少部分地沿襯底110的表面112延伸。凹槽132可或者通過如圖3中所示從襯底110去除材料形成,或者通過如圖10中所示在期望凹槽的任ー側(cè)上向襯底110添加材料形成。如Hasz等人的美國專利6，921，014“Method forforming a channel on the surface of a metal substrate，，描述了用于通過向襯低 110添加材料的技木，且該專利通過引用而整體地結(jié)合在本文中。對于圖2中所示的示例布置，襯底110具有至少ー個中空的內(nèi)部空間114。襯底110典型地在該襯底110的外表面112中形成凹槽132之前被鑄造。如MelvinR. Jackson等人的共同轉(zhuǎn)讓美國專利No. 5, 626, 462 “Double-Wall Airfoil”中所討論的那樣，襯底110可由任何合適的材料形成，該專利通過引用而整體結(jié)合在本文中。根據(jù)部件100的意圖應(yīng)用，這可包括Ni基、Co基和Fe基超合金。Ni基超合金可為包括Y和Y'相兩者的那些超合金，尤其是其中相占超合金的體積的至少40%的包含Y和Y'相兩者的那些Ni基超合金。由于包括高溫強(qiáng)度和高溫抗蠕變性的期望特性的組合，此類合金已知是有利的。襯底材料也可包括NiAl金屬間合金，因為這些合金也已知具有包括高溫強(qiáng)度 和高溫抗蠕變性的優(yōu)良特性的組合，這些特性對于用于飛行器的渦輪發(fā)動機(jī)應(yīng)用中使用是有利的。在Nb基合金的情況下，具有優(yōu)良抗氧化性的涂覆的Nb基合金將會是優(yōu)選的，尤其是包括 Nb-(27-40)Ti-(4. 5-10. 5)Al-(4. 5-7. 9)Cr-(I. 5-5. 5)Hf-(0-6) V 的那些合金，此處成分范圍以原子百分?jǐn)?shù)為單位。襯底材料也可包括包含至少ー個輔助相的Nb基合金，例如包括硅化物、碳化物或硼化物的含Nb金屬間化合物。此類合金是可延展相(即Nb基合金)和加強(qiáng)相(即含Nb金屬間化合物)的混合物。對于其他布置，襯底材料包括鑰基合金，諸如基于具有Mo5SiB2和Mo3Si兩個相的鑰基合金(固體溶液)。對于其它構(gòu)造，襯底材料包括陶瓷基質(zhì)化合物，諸如用SiC纖維增強(qiáng)的碳化硅(SiC)基質(zhì)。對于其它構(gòu)造，襯底材料包括基于TiAl的金屬間化合物。例如，如圖5和6中所示，該部件制造方法還包括在凹槽132內(nèi)沉積犧牲性填料32并在犧牲性填料32上沉積第二填料33。以下提供了用于填料32，33的合適材料。應(yīng)該指出的是盡管在圖6和7中第一和第二填料之間的界面被顯示為光滑的，但在實際中此界面可為粗糙的和/或可包括空穴。例如，如圖7-9中所示，該部件制造方法還包括在襯底110的表面112的至少一部分上并在第二填料33上沉積涂層150，以及去除該犧牲性填料32，且至少部分地從凹槽132去除第二填料33，使得凹槽132和涂層150 (或者第二填料33的剰余部分)一起限定用于冷卻該部件100的一個或更多通道130。就是說，對于某些過程，填料33可以完全去除，使得凹槽和涂層限定冷卻通道。對于其他過程，可保留一部分填料33，使得涂層和填料33的剰余部分與凹槽一起限定冷卻通道。對于其他過程，填料33的剩余部分和凹槽一起限定冷卻通道。以下提供了用于涂層150的合適材料。盡管凹槽顯示為具有直的壁，但凹槽132可具有任何構(gòu)造，例如，它們可為直的、彎曲的或具有多個彎曲。應(yīng)該指出的是盡管圖形將第二填料33顯示為被完全去除，但對于某些過程，第二填料的去除將是不完全的，使得一部分第二填料在去除過程之后保留。例如，一部分第二填料可粘附到涂層上或成為涂層的一部分。對于這些過程，第二填料的剰余部分可至少部分地限定冷卻通道(與凹槽130 —起)。例如如圖13和14中所示，襯底110和涂層150還可限定一個或更多離開薄膜孔142。對于特定的過程，薄膜孔142例如可通過鉆孔在去除填料32，33之前形成。有益的是，填料可充當(dāng)對于孔的鉆削的后擋塊。對于圖13和14中所示的示例構(gòu)造，冷卻通道130從相應(yīng)的進(jìn)入孔140將冷卻劑輸送至離開薄膜冷卻孔142。然而，其它構(gòu)造并不需要薄膜孔，且冷卻通道只是沿襯底表面112延伸并離開部件的邊緣，諸如后緣或輪葉末梢，或端壁邊緣。此外，應(yīng)該指出的是盡管圖13中將薄膜孔顯示為圓形的，但這是非限制性示例。薄膜孔也可為非圓形狀的孔。涂層150包括合適的材料，并被結(jié)合到襯底110的翼型件形狀的外表面120上。對于特定的構(gòu)造，涂層150具有在O. 1-2. O毫米范圍內(nèi)的厚度，且更特別地，在O. I到I毫米的范圍內(nèi)，且又更特別地，對于エ業(yè)部件為O. I到O. 5毫米。對于航空部件，此范圍典型地為O. I到O. 25毫米。然而，根據(jù)對于特定部件100的要求可利用其它的厚度。涂層150包括結(jié)構(gòu)性涂層層并且還包括可選的附加涂層層。涂層層可使用各種技術(shù)沉積。對于特定的過程，結(jié)構(gòu)性涂層層通過執(zhí)行等離子沉積(陰極電弧)而沉積。在Weaver等人的共同轉(zhuǎn)讓的美國出版專利申請No. 20080138529“Method and apparatus forcathodic arc ion plasma deposition”中提供了示例等離子沉積裝置和方法,其通過引用 而整體結(jié)合在本文中。簡而言之，等離子沉積包括將涂層材料形成的陰極置入真空室內(nèi)的真空環(huán)境中，在該真空環(huán)境內(nèi)提供襯底110，將電流供應(yīng)至陰極以在陰極表面上形成陰極電弧，從而從陰極表面產(chǎn)生電弧導(dǎo)致的涂層材料腐蝕，并將涂層材料從陰極沉積到襯底表面112 上。使用等離子沉積而沉積的涂層的非限制性示例包括結(jié)構(gòu)性涂層，以及結(jié)合涂層和抗氧化涂層，如以下參考美國專利No. 5，626，462更詳細(xì)地討論的那樣。對于某些熱氣路徑部件100，結(jié)構(gòu)性涂層包括鎳基或鈷基合金，且更特別地包括超合金或(NiCo) CrAlY合金。例如，在襯底材料為包含Y和Y ^相兩者的Ni基超合金的情況下，結(jié)構(gòu)性涂層可包括類似的材料成分，如以下參考美國專利No. 5，626，462更詳細(xì)討論的那樣。對于其他的エ藝構(gòu)造，結(jié)構(gòu)性涂層通過執(zhí)行熱噴鍍エ藝和冷噴鍍エ藝的至少其中ー種而沉積。例如，熱噴鍍エ藝可包括燃燒噴鍍或等離子體噴鍍，燃燒噴鍍可包括高速氧燃料噴鍍(HVOF)或高速空氣燃料噴鍍(HVAF)，而等離子體噴鍍可包括大氣(諸如空氣或惰性氣體)等離子體噴鍍，或低壓等離子體噴鍍(LPPS，其也稱為真空等離子體噴鍍或VPS)。在一個非限制性示例中，NiCrAlY涂層通過HVOF或HVAF沉積。用于沉積結(jié)構(gòu)性涂層的其它示例性技術(shù)包括但不限于濺射、電子束物理蒸氣沉積、無電鍍以及電鍍。對于某些構(gòu)造，期望的是采用用于沉積結(jié)構(gòu)性涂層層和可選的附加涂層層的多種沉積技術(shù)。例如，第一結(jié)構(gòu)性涂層層可使用等離子沉積而沉積，而后續(xù)沉積的層以及可選的附加層(未示出)可使用其它技術(shù)沉積，諸如燃燒噴鍍エ藝或等離子體噴鍍エ藝。根據(jù)所使用的材料，用于涂層層的不同沉積技術(shù)的使用可提供特性上的好處，諸如但不限于應(yīng)變公差、強(qiáng)度、粘附性和/或延展性。凹槽132可使用多種技術(shù)形成。例如，凹槽132可使用以下技術(shù)中的一種或更多形成磨蝕性液體射流、翻孔(plunge)電化學(xué)加工(ECM)、利用旋轉(zhuǎn)單點電極的放電加工(銑肖IJ EDM)、以及激光加工(激光鉆孔)。在2010年I月29日提交的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請第 12/697，005 號，“Process and system for forming shaped air holes，，中描述了不例性激光加工技術(shù)，其通過引用而整體結(jié)合在本文中。在2010年5月28日提交的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請第 12/790，675 號，“Articles which include chevron film coolingholes,and related processes”中描述了示例性EDM技術(shù),其通過引用而整體結(jié)合在本文中。對于特定的エ藝構(gòu)造，凹槽132通過在襯底110的外表面112處引導(dǎo)磨蝕性液體射流160而形成，如圖3中示意性地描繪的那樣。美國專利申請第No. 12/790，675號中提供了示例性水射流鉆削エ藝和系統(tǒng)。如美國專利申請第No. 12/790，675號中所解釋的，水射流エ藝典型地利用磨蝕性顆粒(例如，磨蝕性“砂?！?的高速流，該磨蝕性顆粒懸浮在高壓水流中。水的壓カ可變化相當(dāng)大，但常在大約35-620MPa的范圍內(nèi)。可使用多種磨蝕性材料，諸如石榴石、鋁氧化物、碳化硅以及玻璃珠。此外，且如美國專利申請第No. 12/790,675號中所解釋的，水射流系統(tǒng)可包括多軸計算機(jī)數(shù)控(CNC)単元。CNC系統(tǒng)本身在本領(lǐng)域中是已知的，并且例如在美國專利出版物2005/0013926 (S. Rutkowski等人)中進(jìn)行了描述，該出版物通過引用結(jié)合在本文中。CNC系統(tǒng)允許切削刀具沿多個X，Y和Z軸以及旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動。 對于圖4中所示的示例性過程，該部件制造方法還包括形成穿過相應(yīng)其中ー個凹槽132的底部134的一個或更多進(jìn)入孔140，以提供凹槽132和中空內(nèi)部空間114之間的流體連通。進(jìn)入孔140典型地在沉積犧牲性填料32之前形成。然而，對于某些過程，進(jìn)入孔可在沉積填料之后形成，即通過穿過填料以及襯底鉆削。進(jìn)入孔140典型地在橫截面上為圓形或橢圓形，并且例如可使用激光加工(激光鉆孔)、磨蝕性液體射流、放電加工(EDM)和電子束鉆削中的一種或更多來形成。進(jìn)入孔140可垂直于相應(yīng)凹槽132的底部134(如圖13、16和19中所示)，或者更通常地，可以以相對于凹槽的底部134在20-90度范圍內(nèi)的角度鉆削。進(jìn)入孔可用于在已經(jīng)沉積涂層之后從通道過濾填料。對于圖7-9中所示的過程，從凹槽132去除犧牲性填料32，然后從凹槽132去除第ニ填料33。盡管沒有明確示出，但對于某些過程構(gòu)造，第二填料33可僅部分地去除，使得保留一部分第二填料。根據(jù)應(yīng)用，可使用多種材料用于第一和第二填料32，33。對于特定的布置，犧牲性填料32包括選自由以下材料組成的組的至少ー種材料蠟、樹脂、金屬、金屬合金、石墨及它們的組合。合適的樹脂的非限制性示例包括環(huán)氧及光固化樹脂(例如，可見光或UV固化樹脂)，其非限制性示例包括由DYMAX以商標(biāo)Speedmask 729 進(jìn)行銷售的UV/可見光固化遮罩樹脂，DYMA在康涅狄格州的Torrington有營業(yè)場所。如果使用了樹脂，該方法還包括在沉積第二填料33之前固化樹脂32的可選步驟。非限制性示例金屬合金包括具有低熔融溫度(例如低于大約300C)的金屬合金，諸如焊錫，例如鉛鉍焊錫、錫鉛焊錫、鉛錫鉍焊錫以及銦鉛焊錫。對于更特別的布置，犧牲性填料32包括蠟或樹脂且還包括導(dǎo)電性顆粒相，諸如分散在蠟或樹脂內(nèi)的粉末、薄片或須。通過使用導(dǎo)電性第一填料32，第二填料32可通過電鍍沉積。例如，蠟或樹脂基可載有石墨或鋁粉末，使得第二填料33可電鍍在犧牲性填料32上。對于特定的構(gòu)造，第二填料33包括至少ー種金屬或金屬合金。金屬可使用金屬油墨、固體金屬填料通過電鍍或通過無電鍍沉積而沉積。用于金屬層33的沉積技術(shù)的非限制性示例包括使用注射器或直接書寫技術(shù)來沉積金屬油墨，例如分散在樹脂結(jié)合劑中的銅、鑰或鎢油墨顆粒。對于其它過程，可使用固體金屬填料，例如退火金屬線，如RonaldS. Bunker等人的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利No. 12/953，177“Turbine components with coolingfeatures and methods of manufacturing the same”中所述。對于其它過程，金屬層 133可通過電鍍或通過無電鍍沉積而沉積。例如，可通過電鍍沉積銅層33，且可通過物理蒸氣沉積而沉積鑰，例如通過濺射、蒸發(fā)以及等離子體沉積。根據(jù)所使用的具體填料材料，可采用多種技術(shù)來去除填料32，33。對于某些構(gòu)造，第二填料33可通過過濾從凹槽132去除。例如，如果第二填料33包括電解沉積的銅層，其可使用35%的硝酸溶液去除。鑰層33也可使用35%的硝酸溶液去除。如果第二填料33包括鋁導(dǎo)線層，其可在環(huán)境溫度下使用50%的氫氧化鈉溶液去除。氯化溶劑可用于去除帶有樹脂結(jié)合劑的金屬油墨。對于某些構(gòu)造，可輕易去除犧牲性填料32，例如通過將犧牲性填料33從凹槽132熔融、蒸發(fā)、熱解或氧化掉。例如，蠟層32可通過加熱(例如在大約100°C下)或通過在大約300°C下燒盡(蒸發(fā))而去除。此外，在執(zhí)行初始去除過程后保留殘余物的情況下，殘余物可通過熱解去除。對于更特別的構(gòu)造，犧牲性填料32包括蠟或樹脂，且第二填料33包括至少ー種金 屬。通過將犧牲性填料32從凹槽132蒸發(fā)或燃燒掉而去除犧牲性填料32，且通過從凹槽132過濾出第二填料33而去除第二填料33。有益的是，犧牲性填料32可相對容易地去除，且因為凹槽僅部分地填充有第二填料33，相對于完全用第二填料33填充的凹槽，其可以用較少的時間去除(或部分去除)。對于特定的過程，凹槽的大部分用可容易去除的第一填料32填充并使用了相對少量的第二填料33。這便于使用第二填料33，其可承受拋光(例如噴砂)或涂覆之前執(zhí)行的其它操作，以及承受涂覆過程自身。此外，因為僅使用了相對少量的第二填料33，且大部分填料包括更容易去除的第一填料32，因此改善了去除過程。對于特定的構(gòu)造，犧牲性填料32沉積在凹槽132內(nèi)，以在相應(yīng)凹槽132的深度的大約60-99. 9%的范圍內(nèi)部分填充，而第ニ填料33之后在凹槽132內(nèi)沉積至至少完全填充該相應(yīng)的凹槽132。如果凹槽被第二凹槽33過度填充，則過多的材料在涂層150的沉積之前例如可通過利用刮粉刀或通過根據(jù)所使用的填料33的類型進(jìn)行拋光而去除。根據(jù)應(yīng)用，對于填料32，33可使用不同的材料。例如，對于其它構(gòu)造，犧牲性填料32包括至少ー種金屬。例如犧牲性填料32使用金屬油墨或固體金屬填料或通過電鍍或無電鍍エ藝沉積。第二填料33可包括至少ー種陶瓷。在一個非限制性示例中，陶瓷填料是熔融ニ氧化硅和鋯石與粘合劑的混合物。在另ー個示例中，犧牲性填料32包括石墨油墨，且第二填料33包括電解沉積的銅。第一和/或第二填料32，33可通過執(zhí)行至少ー個過濾過程而去除。以上公開了用于去除金屬的示例性解決方案。陶瓷層33例如可在200°C下使用20%的氫氧化鈉水溶液八個小時來去除。對于特定的過程，犧牲性填料32通過執(zhí)行第一過濾過程來去除，而第二填料33通過執(zhí)行第二過濾過程來至少部分地去除。對于圖11中所示的示例性布置，該部件制造方法還包括在沉積第二填料33后在一個或更多凹槽132內(nèi)沉積至少ー種附加的填料35。對于特定的過程，犧牲性填料32包括蠟，第二填料33包括石墨油墨，而附加的填料35包括電鍍金屬銅。對此示例，犧牲性填料32可通過加熱至100°C的溫度去除，第二填料33可通過在500°C下加熱(熱解)去除，而附加的填料35可通過用35%的硝酸過濾去除。對于其它的示例性過程，第一填料包括蠟或樹脂，第二填料包括金屬或金屬合金，而第三填料包括陶瓷。
此外，該方法還可以可選地包括對冷卻通道130的內(nèi)表面涂敷氧化涂層，諸如PtAl (例如對于航空部件)或MCrAlY涂層,此處M選自鈷、鎳或鐵(例如,對于靜止發(fā)電部件)。對于特定的過程，氧化涂層(未示出)可在已經(jīng)去除填料32，33，35之后并且在執(zhí)行可選的熱處理之前涂敷。雖然參考圖3-9以上描述的過程顯示為具有矩形凹槽132，但凹槽根據(jù)具體應(yīng)用的要求可具有各種形狀。例如，凹槽132 (和通道130)可為凹角形凹槽132 (凹角形通道130)，如以下參考圖12所述。此外，凹槽132 (通道130)的側(cè)壁不一定為直的。對于各種應(yīng)用，凹槽132 (通道130)的側(cè)壁可為彎曲的或圓形的。對于圖12中所示的示例性構(gòu)造，各相應(yīng)凹槽132的底部134寬于其頂部136，使得各凹槽132均包括凹角形凹槽132。在Bunker等人的共同轉(zhuǎn)讓美國專利申請第No. 12/943，t>24號“Components with re-entrant shaped cooling channels and methodsof manufacture”中討論了凹角形凹槽132,其通過引用而整體結(jié)合在本文中。有益的是,凹角形凹槽的使用使得跨越凹槽的頂部沉積涂層更容易，同時還允許形成足夠大的通道130以滿足對于部件100的冷卻要求。對于特定的構(gòu)造，相應(yīng)的其中一個凹角形凹槽132的底 部134至少比該相應(yīng)凹槽132的頂部136寬2倍。例如，對于此構(gòu)造，如果凹槽132的底部134為0. 75毫米，則頂部136在寬度上將小于0. 375毫米。對于更加特定的構(gòu)造，相應(yīng)凹角形凹槽132的底部134比該相應(yīng)凹槽132的頂部136寬至少3倍，且又更特別地，相應(yīng)凹角形凹槽132的底部134比該相應(yīng)凹槽132的頂部136寬大約3_4倍的范圍內(nèi)。有益的是，大的底部對頂部比率増加了對于微通道130的總體冷卻體積，同時使得跨越凹槽的頂部沉積涂層更容易。如參考美國專利第No. 12/943，624號的圖7和11在美國專利申請第No. 12/943，624號中所討論的那樣，對于某些構(gòu)造，涂層150完全橋接相應(yīng)的凹槽132，使得涂層150密封相應(yīng)的冷卻通道130。對于其它布置，涂層150限定一個或更多多孔間隙(也稱為“可滲透槽”)，例如，涂層150中的多孔性或涂層中的間隙，使得涂層150不完全橋接各個相應(yīng)的凹槽132。盡管美國專利申請第No. 12/943，624號中教導(dǎo)了不使用填料沉積涂層的方法，凹角形凹槽也可有利地使用本申請的圖3-9中所示的過程的多種填料涂覆。例如，填料可用于確保涂層橋接凹槽的頂部，同時通過使用相對大量的可更容易去除的犧牲性填料32來簡化對于更強(qiáng)健的第二填料33的去除過程。參考圖3、4、10、12、13和15-17描述了另一種部件制造方法。如圖3和10中所標(biāo)示的，該制造部件100的方法包括在襯底110的外表面112中形成一個或更多凹槽132。如上文指出的，凹槽132可或者通過如圖3中所示從襯底110去除材料形成,或者通過如圖10中所示在凹槽的任ー側(cè)上向襯底110添加材料形成。參考圖3和10在以上更詳細(xì)地描述了此步驟。如圖15中所示，凹槽132具有比其頂部136寬的底部134，且如圖13中所示，沿襯底110的外表面112至少部分地延伸，使得各凹槽132均包括凹角形凹槽132。如圖16和17中所示，此部件制造方法還包括在一個或更多凹槽132內(nèi)沉積犧牲性填料32，以及在襯底110的外表面112的一部分上以及犧牲性填料32上沉積涂層150。以上提供了示例性涂層材料和沉積技木。該部件制造方法還包括從凹槽132去除犧牲性填料32，使得凹槽132和涂層150 —起限定用于冷卻部件100的一個或更多凹角形通道130。圖12中示出了得到的部件100。
對于特定的過程，犧牲性填料32包括選自由以下材料組成的組的至少ー種材料蠟、樹脂、金屬合金及它們的組合。合適的樹脂的非限制性示例包括環(huán)氧及光固化樹脂(例如，可見光或UV固化樹脂)，其非限制性示例包括由DYMAX以商標(biāo)Speedmask 729 進(jìn)行銷售的UV/可見光固化遮罩樹脂，DYMA在康涅狄格州的Torrington有營業(yè)場所。如果使用了樹脂，該方法還包括在沉積第二填料33之前固化樹脂32的可選步驟。金屬合金的非限制性示例包括具有低熔融溫度(例如低于大約300°C )的金屬合金，諸如焊錫，例如鉛鉍焊錫、錫鉛焊錫、鉛錫鉍焊錫以及銦鉛焊錫。去除技術(shù)將根據(jù)所使用的具體填料材料而變化。對于特定的構(gòu)造，可通過將犧牲性填料32從凹槽132熔融、蒸發(fā)、熱解或氧化掉而去除犧牲性填料32。例如，蠟層32可通過加熱(例如在大約100°C下)或通過在大約300°C下燒盡(蒸發(fā))而去除。此外，在執(zhí)行初始去除過程后保留殘余物的情況下，殘余物可通過熱解去除。如以上參考圖4所討論的，該部件制造方法還可包括形成穿過相應(yīng)凹槽132的底部134的一個或更多進(jìn)入孔140，以將相應(yīng)的凹槽132與相應(yīng)的中空內(nèi)部空間114成流體連通而連接。如圖15和16中所示，進(jìn)入孔140在沉積填料32之前形成。在已經(jīng)沉積涂層 150后，填料32可通過進(jìn)入孔140從通道130去除。有益的是，上述方法提供了用于在開槽的襯底上沉積涂層以形成具有冷卻通道的部件的改善的手段。尤其是，許多上述方法使得更容易提供強(qiáng)健的填料，其可以承受涂覆過程，同時提供了更容易的(且在一些情況下沒有)填料去除過程。此外，某些上述方法提供了用于以易于去除的填料對于涂層提供ー些支持的手段。通過簡化(或消除)對于填料的去除過程，這些方法減少了用于在涂覆的部件內(nèi)形成冷卻通道的時間，并因而減少了制造成本。盡管本文僅圖示并描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到許多修改和變化。因此，應(yīng)該理解的是所附權(quán)利要求意圖覆蓋落入本發(fā)明真實精神內(nèi)的所有此類修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種制造部件(100)的方法，所述方法包括 在襯底(110)的外表面(112)中形成一個或更多凹槽(132)，其中所述一個或更多凹槽(132)的每一個均具有底部(134)并至少部分地沿所述襯底(110)的表面(112)延伸； 在所述一個或更多凹槽(132)內(nèi)沉積犧牲性填料(32)； 在所述犧牲性填料(32)上沉積第二填料(33)； 在所述襯底(110)的所述外表面(112)的至少一部分上并在所述第二填料(33)上沉積涂層(150);以及 從所述一個或更多凹槽(132)去除所述犧牲性填料(32)并至少部分地去除所述第二填料(33)，以限定用于冷卻所述部件(100)的一個或更多通道(130)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述犧牲性填料(32)包括選自由以下材料組成的組的至少一種材料蠟、樹脂、金屬、金屬合金、石墨及它們的組合。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述犧牲性填料(32)包括蠟或樹脂，并且還包括分散在所述蠟或樹脂內(nèi)的導(dǎo)電性顆粒相，并且其中所述第二填料(33)通過電鍍沉積。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二填料(33)包括至少一種金屬或金屬合金。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述犧牲性填料(32)通過將所述犧牲性填料(32)從所述一個或更多凹槽(132)熔融、蒸發(fā)、熱解或氧化掉而被去除，并且其中所述第二填料(33)通過過濾從所述一個或更多凹槽(132)至少部分地被去除。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述犧牲性填料(32)包括至少一種金屬，并且其中所述第二填料(33)包括至少一種陶瓷。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在沉積所述第二填料(33)之后在所述一個或更多凹槽(132)內(nèi)沉積至少一種附加的填料(35)。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述犧牲性填料(32)被沉積在所述至少一個或更多凹槽(132)內(nèi)，從而在相應(yīng)凹槽(132)的深度的大約60-99. 9%的范圍內(nèi)部分地填充，并且其中所述第二填料(33)被沉積在所述至少一個或更多凹槽(132)內(nèi)以至少完全填充所述相應(yīng)的凹槽(132)。
9.一種制造部件(100)的方法，所述方法包括 在襯底(110)的外表面(112)中形成一個或更多凹槽(132)，其中所述一個或更多凹槽(132)的每一個均具有寬于其頂部(136)的底部(134)，并且至少部分地沿所述襯底(110)的所述外表面(112)延伸，使得所述一個或更多凹槽(132)的每一個均包括凹角形凹槽(132)； 在所述一個或更多凹槽(132)內(nèi)沉積犧牲性填料(32)； 在所述襯底(110)的所述外表面(112)的至少一部分上并在所述犧牲性填料(32)上沉積涂層(150);以及 從所述一個或更多凹角形凹槽(132)去除所述犧牲性填料(32)，使得所述一個或更多凹槽(132)與所述涂層(150) —起限定用于冷卻所述部件(100)的一個或更多凹角形通道(130)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述犧牲性填料(32)包括選自由以下材料組成的組的至少一種材料蠟、樹脂、金屬合金、石墨及它們的組合，并且其中所述犧牲性填料(32)通過從所 述一個或更多凹槽(132)將所述犧牲性填料(32)熔融、蒸發(fā)、熱解或氧化掉而被去除。
全文摘要
提供了使用多種填料制造涂覆部件(100)的方法。一種方法包括在襯底(110)的外表面(112)中形成一個或更多凹槽(132)。各凹槽均具有底部(134)且至少部分地沿該外表面延伸。在凹槽內(nèi)沉積犧牲性填料(32)，第二填料(33)被沉積在該犧牲性填料(32)上，并且在該外表面的至少一部分上以及在該第二填料上沉積涂層(150)。該方法還包括從凹槽去除犧牲性填料并至少部分地去除第二填料，以限定用于冷卻該部件的一個或更多通道(130)。
文檔編號C23C26/00GK102825426SQ201210115409
公開日2012年12月19日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者R·B·里貝克, R·S·班克, L·B·庫爾, D·M·利普金, J·B·麥德莫特, A·M·里特, R·B·羅林 申請人:通用電氣公司