[发明专利]用于制造旋转机械的部件的方法

说明书

本公开提供一种用于制造旋转机械的部件(1)的方法，所述方法包括以下步骤：通过使用第一材料进行增材制造来形成结构性内部部分(2)；用由第二材料制成的保护性外部部分(7)覆盖所述结构性内部部分(2)；其中所述第一材料的熔点高于第二材料。

技术领域

本公开涉及一种用于制造旋转机械的部件的方法。确切地说，本公开涉及制造燃气涡轮叶片。因此，所述具体应用将在本公开中多次提及，但是并不旨在丧失一般性。

背景技术

早期涡轮机的一个关键限制因素是可用于高温部分(燃烧器和涡轮)的材料的性能。对更好材料的需求激发了合金和制造技术领域内的大量研究，所述研究得出了使现代燃气涡轮成为可能的一长串新材料和新方法。最早的所述新材料之一是用于BritishWhittle发动机中的Nimonic(尼蒙克镍基合金)。

20世纪40年代超合金和20世纪50年代中新加工方法例如真空感应熔炼(vacuuminduction melting)的开发极大地提高了涡轮叶片的耐温能力。其他加工方法例如热等静压(hot isostatic pressing)改进了用于涡轮叶片的合金，并且提高了涡轮叶片的性能。现代涡轮叶片通常使用含铬、钴和铼的镍基超合金(superalloy)。

除了合金改进之外，一个重大突破是定向凝固(directional solidification，DS)和单晶(single crystal，SC)生产方法的开发。这些方法通过沿一个方向(DS)对准晶界或通过整体消除晶界(SC)来帮助大大提高抗疲劳和蠕变强度。

涡轮叶片材料技术的另一个重大改进是热障涂层(TBC)的开发。DS和SC的开发改善了抗蠕变性和抗疲劳性，TBC改善了抗腐蚀性和抗氧化性，这两者均会在温度升高时变得更加突出。20世纪70年代应用的首个TBC是铝化物涂层。20世纪80年代开始出现改进的陶瓷涂层。这些涂层将涡轮叶片的耐温能力提高了大约200°F(90℃)。所述涂层还可以延长叶片寿命，在某些情况下几乎可以使涡轮叶片的寿命加倍。

大多数涡轮叶片通过熔模铸造(investment casting)(或失蜡铸造(lost-waxprocessing))来制造。此工艺涉及制造叶片形状的精确阴模，所述阴模将填充蜡以形成叶片形状。如果叶片是中空的(即，它具有内部冷却通道)，则将通道形状的陶瓷芯插入到中间。对所述蜡叶片涂覆耐热材料以制造壳体，然后向所述壳体填充叶片合金。DS或SC材料的此步骤可能会更复杂，但过程相似。如果叶片中间有陶瓷芯，则所述陶瓷芯会溶解在溶液中，留下中空的叶片。所述叶片将涂覆TBC，然后根据需要对冷却孔进行机加工，进而形成完整的涡轮叶片。

上述涡轮叶片和工艺存在操作温度方面的限制，并且如所属技术领域中已知的那样，涡轮处的温度较高可增加此机械的效率。因此，如上所述，现有技术的已知解决方案在叶片上采用各种类型的冷却。不利的是，冷却本身降低了所述机械的效率并且增加了涡轮级的结构复杂性。

发明内容

因此，本发明的第一实施例涉及一种用于制造旋转机械的部件的方法。所述方法包括以下步骤：通过使用第一材料进行增材制造来形成结构性内部部分。之后，向所述结构性内部部分覆盖有由第二材料制成的保护性外部部分。

本发明的第二实施例涉及一种用于旋转机械的部件。所述部件包括结构性内部部分，所述结构性内部部分通过增材制造制成并且由第一材料制成。此外，所述部件包括保护性外部部分，所述保护性外部部分覆盖所述结构性内部部分并且由第二材料制成。

在这两个实施例中，所述第一材料的熔点高于所述第二材料。

有利的是，由于所述内部部分的承载能力，部件1的热结构抗性得以增加，而所述内部部分转而通过所述外部部分免于遭受腐蚀。这使得能够提高燃气涡轮的效率，或者替代性地，使得能够减少或消除在当前温度下对冷却系统的需求。部件的寿命得以延长。

有利的是，生产所述部件的成本也显著降低。

附图说明