本發(fā)明涉及制品、部件和制備部件的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及波狀輪廓制品(contouredarticle)、包括波狀輪廓制品的部件、以及制備包括波狀輪廓制品的部件的方法。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)內(nèi)的熱氣體路徑部件在正常操作期間持續(xù)暴露于升高的溫度。隨著燃?xì)鉁u輪進(jìn)行改進(jìn)以增加效率且降低成本，熱氣體路徑內(nèi)的溫度正在增加，同時部件的幾何形狀變得更加復(fù)雜。為了持續(xù)增加熱氣體路徑內(nèi)的溫度，該區(qū)域中的渦輪機(jī)部件必須由可經(jīng)受住這樣的溫度的材料構(gòu)成。

通常，熱氣體路徑部件(例如噴嘴)的制造和維修包括在部件的一部分上施加材料。例如，熱氣體路徑噴嘴的維修通常包括將一片材料釬焊到噴嘴的端壁。噴嘴的端壁通常具有波狀輪廓以在其上提供所需氣流，而施加到波狀輪廓端壁的材料片一般是平坦的。為了維持端壁的輪廓，在釬焊期間平坦片材與波狀輪廓端壁相符合。

然而，平坦片材與波狀輪廓端壁相符合形成在材料和端壁之間的粘結(jié)界面中的間隙。間隙通常充滿空氣，這減少了材料和端壁之間的熱傳遞。冷卻效率的降低導(dǎo)致降低了渦輪機(jī)系統(tǒng)的效率和/或增加了操作成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的一個實施例中，制品包括波狀輪廓近側(cè)表面(proximalface)和波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面(distalface)。波狀輪廓近側(cè)表面被布置并且設(shè)置成基本上鏡反射(mirror)部件的端壁和翼型外表面中的至少一個的輪廓。

其中，所述波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面的輪廓不同于所述波狀輪廓近側(cè)表面的輪廓。

其中，所述波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面被布置并且設(shè)置成提供在所述部件的端壁上的外表面。所述外表面提供經(jīng)修改的表面特征。

其中，所述制品包括預(yù)燒結(jié)的預(yù)制件。所述部件是燃?xì)鉁u輪的熱氣體路徑部件。

在本發(fā)明的另一個實施例中，部件包括第一端壁、第二端壁、具有定位在第一端壁和第二端壁之間的翼型外表面的翼型、以及制品，所述制品固定到第一端壁、第二端壁和翼型外表面中的至少一個。所述制品包括波狀輪廓近側(cè)表面和波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面。波狀輪廓近側(cè)表面基本上鏡反射第一端壁、第二端壁和翼型外表面中的至少一個的輪廓。

其中，所述部件是燃?xì)鉁u輪的熱氣體路徑部件。所述部件是燃?xì)鉁u輪的噴嘴。所述部件的材料選自金屬、陶瓷、合金、超合金、鋼、不銹鋼、工具鋼、鎳、鈷、鉻、鈦、鋁及其組合。

其中，所述制品包括預(yù)燒結(jié)的預(yù)制件。所述預(yù)燒結(jié)的預(yù)制件包括第一材料和第二材料。所述第一材料是與所述部件相同的材料，并且所述第二材料是釬焊合金。

其中，所述波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面的輪廓不同于所述波狀輪廓近側(cè)表面的輪廓。所述波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面被布置并且設(shè)置成提供在所述部件的端壁上的外表面，所述外表面提供經(jīng)改進(jìn)的表面特征。

在本發(fā)明的另一個實施例中，制備部件的方法包括形成具有近側(cè)表面和遠(yuǎn)側(cè)表面的制品，使制品的近側(cè)表面成波狀輪廓，以形成波狀輪廓近側(cè)表面，并且將制品的波狀輪廓近側(cè)表面固定到部件的第一端壁、第二端壁和翼型部分中的至少一個。在固定步驟之前，波狀輪廓近側(cè)表面基本上鏡反射部件的第一端壁、第二端壁和翼型部分中的至少一個的輪廓。

其中，所述方法還包括使所述制品的遠(yuǎn)側(cè)表面成波狀輪廓以形成波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面，所述波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面不同于所述波狀輪廓近側(cè)表面。

其中，使所述近側(cè)表面成波狀輪廓的步驟在所述固定步驟之前提供在所述波狀輪廓近側(cè)表面與所述第一端壁、所述第二端壁和所述翼型部分中的至少一個之間更緊密的公差。

其中，所述固定步驟包括釬焊。所述方法還包括在釬焊之后將粘結(jié)涂層和熱障涂層施加到所述部件。

根據(jù)與附圖結(jié)合考慮的下述更詳細(xì)的描述中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將是顯而易見的，所述附圖通過示例的方式示出了本發(fā)明的原理。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的一個實施例的部件的透視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的一個實施例，圖1的部件以及待固定到部件的下端壁的制品的透視圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的一個實施例，圖1的部件以及待固定到部件的上端壁的制品的透視圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的一個實施例，圖1的部件以及通過形成部件的方法待固定到部件的翼型表面的制品的透視圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的一個實施例，形成部件的方法的過程視圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的一個實施例，定位在部件的端壁上的制品的放大視圖。

圖7是定位在部件的端壁上的現(xiàn)有技術(shù)制品的放大視圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的另一個實施例，形成部件的方法的過程視圖。

只要可能，相同的附圖標(biāo)記在附圖自始至終用于表示相同的零件。

具體實施方式

本發(fā)明提供了制品、部件和制造部件的方法。例如與未能包括本說明書公開的特征中的一個或多個的概念相比較，本發(fā)明內(nèi)容的實施例減少或消除了部件內(nèi)的間隙形成，增加部件的冷卻效率，提供部件和釬焊片之間的更緊密公差，增加釬焊片和部件之間的接合質(zhì)量，增加部件壽命，增加制造效率，增加制造得率，促進(jìn)增加的系統(tǒng)溫度的使用，增加系統(tǒng)效率或其組合。

參考圖1，部件100包括具有暴露于升高的溫度的表面的任何燃燒和/或渦輪部件，例如但不限于護(hù)罩、葉片、輪葉(bucket)、任何其他熱氣體路徑部件或其組合。例如，在一個實施例中，部件100包括配置成用于渦輪發(fā)動機(jī)的熱氣體路徑中的噴嘴101。在另一個實施例中，噴嘴101包括定位在第一端壁105和第二端壁107之間的翼型部分103。在進(jìn)一步的實施例中，如圖2-4中所示，部件100包括固定到其第一端壁105(圖2)和/或第二端壁107(圖3)和/或翼型部分103(圖4)的至少一個制品201。盡管在圖2-4中顯示為固定到第一端壁105、第二端壁107或翼型部分103，但如本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解的，本發(fā)明內(nèi)容并不限于此，并且可包括制品201中的至少一個，所述制品201固定到第一端壁105、第二端壁107和翼型部分103中的任何一個、兩個或所有三個。

根據(jù)本說明書公開的實施例中的一個或多個，制品201可通過任何合適的方法固定到第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103，所述方法例如但不限于釬焊、燒結(jié)、焊接或其組合。部件100包括具有用于在渦輪發(fā)動機(jī)中和/或在渦輪發(fā)動機(jī)的熱氣體路徑內(nèi)連續(xù)使用的任何合適的微觀結(jié)構(gòu)的任何合適材料。合適的微觀結(jié)構(gòu)包括但不限于等軸、定向凝固(ds)、單晶(sx)或其組合。部件100的合適材料包括但不限于金屬、陶瓷、合金、超合金、鋼、不銹鋼、工具鋼、鎳、鈷、鉻、鈦、鋁或其組合。

例如，在一個實施例中，部件100的材料是鈷基材料，包括但不限于按重量計的下述組成：約29％鉻(cr)、約10％鎳(ni)、約7％鎢(w)、約1％鐵(fe)、約0.25％碳(c)、約0.01％硼(b)和余量的鈷(co)(abalanceofcobalt)(例如fsx414)；約20％至約24％cr、約20％至約24％ni、約13％至約15％w、約3％fe、約1.25％錳(mn)、約0.2％至約0.5％硅(si)、約0.015％b、約0.05％至約0.15％c、約0.02％至約0.12％鑭(la)和余量的co(例如188)；約22.5％至約24.25％cr、約9％至約11％ni、約6.5％至約7.5％w、約3％至約4％鉭(ta)、高達(dá)約0.3％鈦(ti)(例如約0.15％至約0.3％ti)、高達(dá)約0.65％c(例如約0.55％至約0.65％c)、高達(dá)約0.55％鋯(zr)(例如約0.45％至約0.55％zr)和余量的co(例如mar-m-509)；或約20％ni、約20％cr、約7.5％ta、約0.1％zr、約0.05％c和余量的co(例如mar-m-918)。

在另一個實施例中，部件100的材料是鎳基材料，包括但不限于按重量計的下述組成：約9.75％cr、約7.5％co、約6.0％w、約4.2％鋁(al)、約3.5％ti、約1.5％鉬(mo)、約4.8％ta、約0.5％鈮(nb)、約0.15％鉿(hf)、約0.05％c、約0.004％b和余量的ni(例如renén4)；約7.5％co、約7.0％cr、約6.5％ta、約6.2％al、約5.0％w、約3.0％錸(re)、約1.5％mo、約0.15％hf、約0.05％c、約0.004％b、約0.01％釔(y)和余量的ni(例如renén5)；指包括按重量計的下述組成的合金：約7.5％co、約13％cr、約6.6％al、約5％ta、約3.8％w、約1.6％re、約0.15％hf和余量的ni(例如renén2)；約9％至約10％co、約9.3％至約9.7％w、約8.0％至約8.7％cr、約5.25％至約5.75％al、約2.8％至約3.3％ta、約1.3％至約1.7％hf、高達(dá)約0.9％ti(例如約0.6％至約0.9％)、高達(dá)約0.6％mo(例如約0.4％至約0.6％)、高達(dá)約0.2％fe、高達(dá)約0.12％si、高達(dá)約0.1％mn、高達(dá)約0.1％銅(cu)、高達(dá)約0.1％c(例如約0.07％至約0.1％)、高達(dá)約0.1％nb、高達(dá)約0.02％zr(例如約0.005％至約0.02％)、高達(dá)約0.02％b(例如約0.01％至約0.02％)、高達(dá)約0.01％磷(p)、高達(dá)約0.004％硫(s)和余量的ni(例如rené108)；約13.70％至約14.30％cr、約9.0％至約10.0％co、約4.7％至約5.1％ti、約3.5％至約4.1％w、約2.8％至約3.2％al、約2.4％至約3.1％ta、約1.4％至約1.7％mo、0.35％fe、0.3％si、約0.15％nb、約0.08％至約0.12％c、約0.1％mn、約0.1％cu、約0.04％zr、約0.005％至約0.020％b、約0.015％p、約0.005％s和余量的ni(例如可得自generalelectriccompany的)；約22.2％至約22.8％cr、約18.5％至約19.5％co、約2.3％ti、約1.8％至約2.2％w、約1.2％al、約1.0％ta、約0.8％nb、約0.25％si、約0.08％至約0.12％c、約0.10％mn、約0.05％zr、約0.008％b和余量的ni(例如可得自generalelectriccompany的)；約9.75％cr、約7.5％co、約6.0％w、約4.2％al、約4.8％ta、約3.5％ti、約1.5％mo、約0.08％c、約0.009％zr、約0.009％b和余量的ni(例如可得自generalelectriccompany的)；約15.70％至約16.30％cr、約8.00％至約9.00％co、約3.20％至約3.70％ti、約3.20％至約3.70％al、約2.40％至約2.80％w、約1.50％至約2.00％ta、約1.50％至約2.00％mo、約0.60％至約1.10％nb、高達(dá)約0.50％fe、高達(dá)約0.30％si、高達(dá)約0.20％mn、約0.15％至約0.20％c、約0.05％至約0.15％zr、高達(dá)約0.015％s、約0.005％至約0.015％b和余量的ni(例如738)；或約9.3％至約9.7％w、約9.0％至約9.5％co、約8.0％至約8.5％cr、約5.4％至約5.7％al、高達(dá)約0.25％si、高達(dá)約0.1％mn、約0.06％至約0.09％c、附帶雜質(zhì)和余量的ni(例如mar-m-247)。

在進(jìn)一步的實施例中，部件100的材料是鐵基材料，包括但不限于按重量計的下述組成：約50％至約55％的組合的ni和co、約17％至約21％cr、約4.75％至約5.50％的組合的nb和ta、約0.08％c、約0.35％mn、約0.35％si、約0.015％p、約0.015％s、約1.0％co、約0.35％至0.80％al、約2.80％至約3.30％mo、約0.65％至約1.15％ti、約0.001％至約0.006％b、約0.15％cu和余量的fe(例如718)。部件100的其他材料包括但不限于cocrmo合金，例如70co-27cr-3mo；陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(cmc)；或其組合。

″inconel″是由huntingtonalloyscorporation，huntington，westvirginia生產(chǎn)的合金的聯(lián)邦注冊商標(biāo)?！録aynes″是由haynesinternational，inc.，kokomo，indiana生產(chǎn)的合金的聯(lián)邦注冊商標(biāo)。

制品201包括適合于直接或間接固定到第一端壁105和/或第二端壁107，和/或用于在渦輪發(fā)動機(jī)中和/或在渦輪發(fā)動機(jī)的熱氣體路徑內(nèi)連續(xù)使用的任何材料。在一些實施例中，制品201是單片。在其他實施例中，制品201作為多片提供。其中提供制品201的片數(shù)目可取決于部件100需要多少表面積覆蓋、以及制品201或部件100上的流動路徑表面輪廓的復(fù)雜性。

制品201的材料可與部件100的材料相同、基本上相同或不同。在一個實施例中，制品201的材料包括預(yù)燒結(jié)的預(yù)制件(pre-sinteredpreform，psp)。在另一個實施例中，psp含有具有不同混合百分比的至少兩種材料。第一材料包括例如適合于本說明書公開的渦輪機(jī)系統(tǒng)的熱氣體路徑的任何材料。第二材料包括例如釬焊合金，例如但不限于鎳釬焊合金材料，其具有按重量計的下述組成：約13％至約15％cr、約9％至約11％co、約2.25％至約2.75％ta、約3.25％至約3.75％al、約2.5％至約3％b、高達(dá)約0.1％y(例如約0.02％至約0.1％y)和余量的ni；或約18.5％至約19.5％cr、約9.5％至約10.5％si、約0.1％co、約0.03％b、約0.06％c和余量的ni。

在一些實施例中，第一材料是高熔點粉末，并且第二材料是低熔點粉末。制品201的材料因此是被燒結(jié)以使得制品201剛性的高熔點粉末和低熔點粉末的混合物。高熔點粉末與低熔點粉末的比率優(yōu)選在70∶30至35∶65的范圍內(nèi)，可替代地在60∶40至45∶55的范圍內(nèi)，可替代地60∶40或其間的范圍或子范圍。

在一些實施例中，高熔點粉末是按重量計包括但不限于下述的組成：約9.3％至約9.7％w、約9.0％至約9.5％co、約8.0％至約8.5％cr、約5.4％至約5.7％al、高達(dá)約0.25％si、高達(dá)約0.1％mn、約0.06％至約0.09％c、附帶雜質(zhì)和余量的ni(例如mar-m-247)；約6.8％cr、約12％co、約6.1％al、約4.9％w、約1.5％mo、約2.8％re、約6.4％ta、約1.5％hf和余量的ni(例如rené142)；約7.6％cr、約3.1％co、約7.8％al、約5.5％ta、約0.1％mo、約3.9％w、約1.7％re、約0.15％hf和余量的ni(例如rené195)；或約7.5％co、約13％cr、約6.6％al、約5％ta、約3.8％w、約1.6％re、約0.15％hf和余量的ni(例如renén2)。

在一些實施例中，低熔點粉末是按重量計包括但不限于下述的組成：約71％ni、約19％cr和約10％si(例如ams4782)；約14.0％cr、約10.0％co、約3.5％al、約2.7％b、約0.02％y和余量的ni(例如df4b)；約13％至約15％cr、約9％至約11％co、約3.2％至約3.8％al、約2.2％至約2.8％ta、約2.5％至約3.0％b、高達(dá)約0.10％y(可選地存在)和余量的ni；約14％至約16％co、約19％至約21％cr、約4.6％至約5.4％al、最多約0.02％b、最多約0.05％c、約7.5％至約8.1％si、最多約0.05％fe和余量的ni；或約15.3％cr、約10.3％co、約3.5％ta、約3.5％al、約2.3％b和余量的ni。

在一些實施例中，制品201的材料是mar-m-247的高熔點粉末、ams4782的低熔點粉末，并且高熔點粉末與低熔點粉末的比率為60∶40。

可混合多種粉末以獲得預(yù)定的所需性質(zhì)和釬焊溫度。psp件可通過定位焊接保持在噴嘴表面中的一個或多個上的適當(dāng)位置，以允許在釬焊循環(huán)期間的制品201定位和保持。更具體而言，定位焊接(tackwelding)可包括電阻焊接(resistancewelding)或熔焊(fusionwelding)。在一些實施例中，釬焊是真空釬焊。

在一些實施例中，在將制品201固定到部件100之后，在粘結(jié)涂層后將熱障涂層施加到制品201和/或部件100。

在一個實施例中，制品201包括波狀輪廓近側(cè)表面202和波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面203。波狀輪廓近側(cè)表面202和/或波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面203通過任何合適的方法形成，例如但不限于，在制造期間制品201成波狀輪廓、在制造后制品201成波狀輪廓、制品201的彎曲、制品201的機(jī)械加工或其組合。波狀輪廓近側(cè)表面202和波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面203也可同時或分開形成，并且包括相同、基本上相同、或不同的形狀和/或輪廓。

參考圖4、5、6和8，波狀輪廓近側(cè)表面202被布置并且設(shè)置成用于將制品201直接或間接固定到部件100的第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103。例如，在一個實施例中，如圖4-5中所示，波狀輪廓近側(cè)表面202直接固定到第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103，并且在將制品201固定到第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103之前，包括的形狀和/或輪廓鏡反射或基本上鏡反射第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103的形狀和/或輪廓?！扮R反射”或“基本上鏡反射”意指制品201的波狀輪廓近側(cè)表面202具有的幾何形狀遵循第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103的幾何形狀，提供在其表面之間的直接接觸。

與圖7的具有在固定過程期間與第一端壁105相符合的平坦表面603的制品601形成對比，波狀輪廓近側(cè)表面202的形狀和/或輪廓提供了在制品201和第一端壁105(圖6)和/或第二端壁107和/或翼型部分103之間更緊密的公差。由制品201提供的更緊密的公差減小或消除了制品201和第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103之間的間隙形成、和/或提高了接合質(zhì)量。這增加部件100的制造良率，增加部件100的壽命周期，提高部件100的冷卻效率或其組合。

另外，相對于制品201定位成與波狀輪廓近側(cè)表面202相對或基本上相對的波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面203，在第一端壁105和/或第二端壁107上方形成外表面。由波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面203形成的外表面可與第一端壁105和/或第二端壁107相同、基本上相同、或不同，并且在第一端壁105和/或第二端壁107上提供任何合適的表面特征。例如，表面特征可與第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103相同，或者可包括經(jīng)修改的表面特征。合適的經(jīng)修改進(jìn)的表面特征包括但不限于硬度、耐腐蝕性、耐溫性、機(jī)械加工性或其組合。

在一個可替代實施例中，如圖8中所示，至少一個中間構(gòu)件701定位在制品201和第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103之間。中間構(gòu)件701包括適合于將制品201間接固定到第一端壁105和/或第二端壁107的任何材料或材料組合。例如，在一個實施例中，中間構(gòu)件701包括作為中間構(gòu)件701材料的糊劑、漿料、粉末或其他材料構(gòu)造，用于促進(jìn)將制品201固定到第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103。中間構(gòu)件701可用于防止當(dāng)制品201片設(shè)置在噴嘴的表面上時多片之間的分離。需要時，可施加中間構(gòu)件701以允許平滑過渡為其他特征。

在另一個實施例中，中間構(gòu)件701包括第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面被布置并且設(shè)置成將制品201間接固定到第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103。在進(jìn)一步的實施例中，當(dāng)制品201通過中間構(gòu)件701間接固定到第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103時，波狀輪廓遠(yuǎn)側(cè)表面203在第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103上方形成外表面。

在固定之前，中間構(gòu)件701的第一表面包括的形狀和/或輪廓鏡反射或基本上鏡反射第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103的形狀和/或輪廓，并且中間構(gòu)件701的第二表面包括的形狀和/或輪廓鏡反射或基本上鏡反射制品201的波狀輪廓近側(cè)表面202的形狀和/或輪廓。當(dāng)中間構(gòu)件701的第一表面固定到第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103時，中間構(gòu)件701的第二表面提供在第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103上的中間表面。此中間表面促進(jìn)波狀輪廓近側(cè)表面202對其的固定，與圖7中所示的平坦表面603相比較，所述中間表面與波狀輪廓近側(cè)表面202的組合提供在制品201和第一端壁105和/或第二端壁107和/或翼型部分103之間更緊密的公差。

本說明書所述的任何合金組合物可包括附帶雜質(zhì)(incidentalimpurities)。

盡管本發(fā)明已參考一個或多個實施例進(jìn)行描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可作出不同改變并且可用等價物取代其元素，而不背離本發(fā)明的范圍。另外，可作出許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)，而不背離其基本范圍。因此，預(yù)期本發(fā)明并不限于作為考慮用于進(jìn)行本發(fā)明的最佳模式公開的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。此外，在詳細(xì)描述中鑒定的所有數(shù)值應(yīng)當(dāng)被解釋為如同精確值和近似值兩者均明確地鑒定。