超合金部件的修补和重新分类制造技术

本发明专利技术公开了一种用于修补／重新分类超合金部件的新材料和新方法。这些材料是比传统的修补／重新分类材料具有高得多含量的基体材料成分的非常规材料混合物。在修补／重新分类镍基部件的实施例中，这些材料可以包含重量比约为５－１８．９％的低熔点镍基合金和重量比大约为８１．１－９５％的基体材料。在修补／重新分类钴基部件的实施例中，这些材料可以包含重量比约为１５－３０％的低熔点钴基合金和重量比大约为７０－８５％的基体材料。这些材料可以用于修补表面缺陷和／或在部件的磨损或腐蚀区域沉积，以满足精确的尺寸需求和冶金学需求。这些材料能制造出坚固的修补部件，其具有致密的等温固化组织，此等温固化组织具有最少的硼化物和高的再熔化温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及涡轮发动机，更具体而言，涉及对用旧的或损坏的涡轮发动机部件的修补和重新分类。
技术介绍
气体涡轮发动机一直用于推进航空器，发电和泵送液体等。这种发动机的涡轮部分包括交互排列的静叶片和转动叶片。这些静叶片稳定并导向气流从一排转动叶片流向下一排转动叶片，从而优化涡轮部分提取的功的量。喷嘴面积由相邻静叶片间的间距决定，并被指定一个与通过该喷嘴面积测定的气体流量相对应的分类号。在运行过程中，热气流中的磨蚀剂和腐蚀剂撞击到涡轮叶片上，会导致叶片损坏，腐蚀或其他破坏。此外，热气体流还会引起叶片扭曲变形，从而扩大喷嘴面积和降低涡轮效率。因此在对发动机的周期性检修中，既要对涡轮叶片进行机械损坏检查，也要对流量面积或喷嘴分类发生的变化进行评定。通常，这些叶片在被重新投入使用前，或者更换叶片，或者对损坏部分进行修补并替换被腐蚀了的材料。虽然存在对诸如涡轮叶片等部件的修补和/或重新分类的方法，但它们都存在着缺点。因此有必要对修补和/或重新分类这样部件的方法进行改进。也有必要提出对其他方法无法修理的的部件进行修补和/或重新分类的方法。
技术实现思路
本专利技术的实施方式克服了上述已有的修补和/或重新分类方法和材料的缺陷，其涉及改进的修补和/或重新分类的方法和材料。本专利技术可以用于修补和/或重新分类各种各样的部件，例如气体涡轮发动机的部件，但并不局限于此。本专利技术的实施方式包括用于在金属制品上沉积材料的方法。这些方法可以包括如果所述金属制品包含镍基材料，那么就在该金属制品的预定区域上施加一种包含重量比大约为5-18.9％的低熔点镍基合金和重量比大约为81.1-95％的镍基基体材料的镍基材料，从而在该金属制品的预定区域上沉积；如果金属制品包括钴基材料，那么就在该金属制品的预定区域上施加一种包含重量比大约为15-30％的低熔点钴基合金和重量比大约为70-85％的钴基基体材料的钴基材料，从而在所述的金属制品的预定区域上沉积；并在预定的温度下(约1093-1260℃)将所述金属制品热处理预定的时间(约4-20小时)。这些方法可以进一步包括在将所述镍基材料或钴基材料沉积到金属制品上之前，先去除金属制品上的所有涂层、氧化物或污染物。该方法也可以进一步包括在热处理步骤之后，为金属制品施加保护层，该保护层至少要部分地覆盖镍基材料或钴基材料。所述的镍基基体材料和/或钴基基体材料可以含有一种和金属制品相似的成分。所述的低熔点镍基合金和/或低熔点钴基合金除包含重量比大约为0.7-8.5％的熔点抑制剂外，也可以包含一种和金属制品相似的成分。该金属制品可以包含任何合适的镍基超合金和/或钴基超合金，无论是单晶合金、定向凝固合金还是多晶合金。该金属制品可以包括气体涡轮发动机部件，例如高压涡轮静叶片、低压涡轮静叶片、低压涡轮转动叶片、转动叶片外端气封、过渡导管、燃烧室衬套、密封支架、筒体、铸件、燃料喷嘴、燃烧室和/或燃烧盖等，但并不局限于此。本专利技术的实施方式还包括在镍基金属制品上修补表面缺陷和更换材料的方法。这些方法可以包括在镍基金属制品的预定面积上沉积第一种材料，第一种材料的成分包含重量比约为30-50％的低熔点合金和重量比约为50-70％的基体材料；然后在第一种材料上沉积第二种材料，第二种材料包含重量比约为5-18.9％低熔点合金和重量比约为81.1-95％基体材料；以及在预定的温度下将该制品热处理预定的时间。本专利技术的实施方式还包括在钴基金属制品修补表面缺陷和替换材料的方法。该方法包括在钴基金属制品的预定区域上沉积第一种材料，第一种材料的成分包含重量比约为40-50％的低熔点合金和重量比约为50-60％的基体材料；然后在第一种材料上沉积第二种材料，第二种材料包含重量比约为15-30％的低熔点合金和重量比约为70-85％基体材料；以及在预定的温度下将该制品热处理预定的时间。第一种材料和第二种材料可以作为单级层沉积，其中刚刚开始沉积的级层的成分同第一种材料的成分相似，随着级层继续沉积，级层成分随之变化，变得越来越和第二种材料的成分相似。通过下面的描述，本专利技术的其它细节对本领域的技术人员来说将会更为明显。附图说明下面结合各附图对本专利技术的具体实施例进行说明，在所有附图中相同的附图标记表示相同的零部件，其中图1是本专利技术利用单层修补/重新分类系统的一个实施例的示意图；图2是本专利技术利用多层修补/重新分类系统的另一实施例的示意图；以及图3是图1所示实施例的显微照片。具体实施例方式为了进一步理解本专利技术，下面结合如附图1-3所示出的本专利技术的一些实施例对本专利技术进行描述，特定的语言用于描述同样的事物。此处所用到的术语是为了解释的目的，而不是为了限制本专利技术。这里公开的具体结构和功能细节不是为了限制本专利技术，而仅是作为一个基础，用于教导本领域技术人员实施本专利技术的各种方式。对本专利技术描述的结构和方法的任何修改或变化，以及在此处描述的本专利技术原理的基础上的进一步实施运用，这些对于本领域的技术人员来说是常规的，都落入本专利技术的保护范围之内。本专利技术涉及用于对一个部件修补表面缺陷(例如裂缝)和/或修复尺寸(例如重新分类一个部件)的方法和材料，所述部件例如为气体涡轮发动机的部件。本专利技术的实施例以可控制的方式对部件旧了的或者腐蚀了的区域进行加镀，从而满足精确的尺寸需求和冶金学需求。根据本专利技术的实施例，在修复一个部件的尺寸之前，表面缺陷也可以被修补。本专利技术能制造出坚固的修补部件，其具有高密度、等温固化结构，此等温固化结构具有极小的硼化物和高的再熔化温度。通过本专利技术的实施方式，许多合适的部件可以被再磨光、修补或者修复。例如，涡轮叶片由于处于恶劣的运行状况下，所以叶片经常会被扭曲变形或者改变尺寸。通过本专利技术的实施例，这种腐蚀了的或者扭曲了的表面就能够被再磨光或修复，从而修复这些部件的临界气路尺寸。另外表面缺陷也可以同时被修补。在将本专利技术的材料用到一个部件之前，例如涡轮叶片，首先需要除掉部件上的涂层、氧化物或污染物等。涂层可以通过任何合适的方式除掉，例如喷钢砂处理、机加工、带研磨剂的光面带抛光、化学去皮、喷水喷砂和/或用高压器处理其中任意一种方法或其组合，但所述方法并不局限于此。然后，需要被修补的包括裂缝壁的部件表面，可以清洁残余的氧化物、碎片及有机污染物等。上述清洁工作可以通过任何合适的方式完成，例如通过真空和/或氢热处理，用氢氟化物气体处理、研磨、用水或有机溶剂冲洗等，但所述方法并不局限于此。在部件表面被清洁以后，可以将部件定位，用于任何合适的高能涂层系统中对其进行涂层，例如，高速含氧燃料(high velocity oxy fuel，HVOF)系统，低压等离子喷射(LPPS)系统，空气等离子喷射(APS)系统，冷喷系统等，但可采用的涂层系统并不局限于此。在实施例中，可以采用HVOF涂层系统，因为该系统喷涂的涂层几乎是100％密度的，其中的孔系度不到0.5％。如图1所示，通过应用一种包含低熔点合金和基体材料的材料40，可以将部件20的被腐蚀区域51修复到期望的尺寸。如果部件20是由镍基材料制成，材料40可以包含重量比约为5-18.9％的低熔点合金和重量比约为81.1-95％的基体材料，其中的基体材料与部件20的镍基材料相匹配。如果部件20是由钴基材料制成，材料40可以包含重量比约为15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在金属制品上沉积材料的方法，包括：如果金属制品包括镍基材料，那么就在该金属制品的预定区域上施加一种包含重量比大约为５－１８．９％的低熔点镍基合金和重量比大约为８１．１－９５％的镍基基体材料的镍基材料，从而在该预定区域上沉积； 如果金属制品包括钴基材料，那么就在该金属制品的预定区域上施加一种包含重量比大约为１５－３０％的低熔点钴基合金和重量比大约为７０－８５％的钴基基体材料的钴基材料，从而在该预定区域上沉积；以及在预定的温度下将所述金属制品热处理预定长 的时间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：N皮特鲁斯卡，WE奥尔森，BK阿布里尔斯，DA鲁茨，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]