專利名稱：用燒結(jié)預(yù)制件對高壓渦輪機(jī)罩殼進(jìn)行的修補(bǔ)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如用于航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的超級合金制品，并且特別是涉及上面施加有可磨損的、熱致密化涂層的制品。
背景技術(shù)：
在航空燃?xì)鉁u輪(噴氣式)發(fā)動機(jī)中，空氣被吸入到發(fā)動機(jī)前部，受到安裝在軸上的壓縮機(jī)的壓縮，然后與燃料混合。所述混合物進(jìn)行燃燒，然后由此產(chǎn)生的熱燃燒氣體通過安裝在同一個軸上的渦輪。該渦輪包括旋轉(zhuǎn)的渦輪盤，所述渦輪盤具有支撐在它的外周上的渦輪機(jī)葉片，和固定(亦即，不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn))的燃?xì)廨啓C(jī)流動道罩殼(shroud)，所述流動道罩殼限制所述燃燒氣體流過渦輪盤與罩殼之間的環(huán)帶，然后由此沖擊渦輪機(jī)葉片。通過接觸渦輪機(jī)葉片的翼面部分，所述熱燃燒氣體的受限流動使所述渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，進(jìn)而轉(zhuǎn)動所述軸并提供動力給所述壓縮機(jī)。所述旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉片和所述燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼被熱燃燒氣體加熱到高溫。為了幫助它們耐受較高的外部溫度，通常通過壓縮冷空氣的流動來使它們冷卻，所述壓縮冷空氣傳導(dǎo)經(jīng)過它們的內(nèi)部然后在它們表面的冷卻孔處排出。熱廢氣從發(fā)動機(jī)的后部流出，推動發(fā)動機(jī)和飛行器前進(jìn)。
在運(yùn)行過程中，渦輪盤、渦輪機(jī)葉片和燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼均受到所述熱燃燒氣體的腐蝕、沖蝕和氧化，并且其材料也由于摩擦而損耗。所述渦輪機(jī)葉片和燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼中的一些金屬被燒掉，從而減小了所述部件的尺寸，使之低于可為燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)營運(yùn)可接受的尺寸。由于例如功率瞬爆或者硬著陸等原因引起的轉(zhuǎn)子偏移在渦輪機(jī)葉片與罩殼之間產(chǎn)生進(jìn)入所述罩殼中的磨損。
因此，隨著工作時間的增長，渦輪機(jī)葉片與燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼之間的間隙也加大。最后，由于熱燃燒氣體通過渦輪機(jī)葉片的末端與燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼之間的間隙發(fā)生泄漏且不作功以使渦輪機(jī)葉片產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，因此所述燃?xì)廨啓C(jī)的效率遭受損害。
在對燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)進(jìn)行大修檢查時，通常的實踐是將所述部件的尺寸修復(fù)到它們原有的制造公差之內(nèi)，從而恢復(fù)燃?xì)廨啓C(jī)的效率。對于燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼而言，使用熱致密化涂層進(jìn)行所述修補(bǔ)的技術(shù)為人們所熟知，例如參見美國專利5,561,827，所公開的全部內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。在該方法中，制備出預(yù)制件并使所述預(yù)制件結(jié)合到燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼的流動道表面上，并且重鉆了冷卻孔。該方法已經(jīng)成功修復(fù)了燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼的尺寸(dimensions)，并結(jié)合了用于修復(fù)渦輪機(jī)葉片的技術(shù)，從而使燃?xì)廨啓C(jī)恢復(fù)到它的規(guī)格尺寸并由此恢復(fù)它的原有效率。
然而，在有些使用熱致密化涂層的情況下，已經(jīng)觀察到在處理期間所述熱致密化涂層的尺寸穩(wěn)定性不夠好。有必要使燃?xì)廨啓C(jī)的固定流動道罩殼在修復(fù)它的尺寸時得到滿意的結(jié)果，同時在處理期間保持尺寸穩(wěn)定性。本發(fā)明滿足了這一需要，并進(jìn)一步提供了相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例是一種用于修補(bǔ)燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼的方法。所述方法包括提供一種以前使用過的超級合金燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼，其中所述超級合金是從包括鎳基超級合金和鈷基超級合金的物質(zhì)組中選出來的，所述罩殼包括流動道表面。所述方法進(jìn)一步包括通過以下步驟制備出用于施加到所述罩殼的流動道表面上的修復(fù)涂層，所述步驟包括提供包含高熔點(diǎn)合金成分、低熔點(diǎn)合金成分和短效粘結(jié)劑的前驅(qū)混合物；由所述前驅(qū)混合物成形出溫和彎曲的修復(fù)預(yù)制件；以及在一個預(yù)先選定的足夠高的溫度下燒結(jié)所述修復(fù)預(yù)制件，以熔化所述低熔點(diǎn)合金成分且持續(xù)一段預(yù)先選定的時間，從而足以使所述修復(fù)預(yù)制件局部致密化并燒掉所述粘結(jié)劑，其中所述燒結(jié)在溫和彎曲的曲形板上進(jìn)行。所述方法進(jìn)一步包括通過以下步驟將修復(fù)涂層施加到所述流動道表面上，所述步驟包括使所述溫和彎曲的局部致密化預(yù)制件附接到流動道表面上；以及通過在一個預(yù)先選定的足夠高的溫度下加熱所述帶有局部致密化預(yù)制件的部件預(yù)定的一段時間，把所述溫和彎曲的局部致密化預(yù)制件熱結(jié)合到流動道表面上，從而在局部致密化預(yù)制件與形成修復(fù)涂層的流動道表面之間產(chǎn)生冶金擴(kuò)散結(jié)合。
本發(fā)明的另一個實施例也是一種用于修補(bǔ)燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼的方法。所述方法包括提供一種以前使用過的超級合金燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼，其中所述超級合金是從包括鎳基超級合金和鈷基超級合金的物質(zhì)組中選出來的，所述罩殼包括流動道表面。所述方法進(jìn)一步包括通過以下步驟制備出用于施加到所述罩殼的流動道表面上的修復(fù)涂層，所述步驟包括提供包含高熔點(diǎn)合金成分、低熔點(diǎn)合金成分和短效粘結(jié)劑的前驅(qū)混合物；由所述前驅(qū)混合物成形出溫和彎曲的修復(fù)預(yù)制件；以及在一個預(yù)先選定的足夠高的溫度下燒結(jié)所述修復(fù)預(yù)制件，以熔化所述低熔點(diǎn)合金成分且持續(xù)一段預(yù)先選定的時間，從而足以使所述修復(fù)預(yù)制件局部致密化并燒掉所述粘結(jié)劑，其中所述燒結(jié)在平板上進(jìn)行，并且由所述平板局部致密化預(yù)制件形成溫和彎曲的局部致密化預(yù)制件。所述方法進(jìn)一步包括通過以下步驟將修復(fù)涂層施加到所述流動道表面上，所述步驟包括使所述溫和彎曲的局部致密化預(yù)制件附接到流動道表面上；以及通過在一個預(yù)先選定的足夠高的溫度下加熱所述帶有局部致密化預(yù)制件的部件預(yù)定的一段時間，把所述溫和彎曲的局部致密化預(yù)制件熱結(jié)合到流動道表面上，從而在局部致密化預(yù)制件與形成修復(fù)涂層的流動道表面之間產(chǎn)生冶金擴(kuò)散結(jié)合。
本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)在于使用一種局部致密化預(yù)制件作為修復(fù)涂層，致使在后面制造期間獲得所述罩殼的尺寸穩(wěn)定性。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是，對燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼進(jìn)行的修補(bǔ)沒有導(dǎo)致所述預(yù)制件材料出現(xiàn)過度的潤濕(wetting)和過度遷移罩殼的其它部件上。
通過以下對優(yōu)選實施例進(jìn)行的更詳細(xì)說明并結(jié)合附圖所闡明的例如本發(fā)明的本質(zhì)所帶來的低成本和改善的性能，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。


圖1是用于實踐本發(fā)明方法的一個實施例的一種優(yōu)選方式的方塊流程圖。
圖2是燃?xì)廨啓C(jī)一部分的局部示意的前向正視圖。
圖3是燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼組件和它相關(guān)的渦輪機(jī)葉片的沿圖2所示線3-3截取的剖視圖。
圖4是燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼的一段的透視圖。
圖5是燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼的底視圖。
圖6是燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼的前視圖。
圖7是在修復(fù)過程期間的燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼的側(cè)剖放大示意圖。
具體實施例方式
圖1以框圖形式示出了用于修補(bǔ)鎳基或者鈷基超級合金的渦輪機(jī)流動道罩殼的實施例。在實踐所述方法時，在步驟100中提供以前使用過的鎳基或者鈷基超級合金的渦輪機(jī)流動道罩殼。圖2-7示出了涉及燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼的所述方法的應(yīng)用。
圖2簡要地示出了燃?xì)廨啓C(jī)40的相關(guān)部分，圖中僅示出了所關(guān)注的部件。燃?xì)廨啓C(jī)40包括被固定到中心軸44上并隨之旋轉(zhuǎn)的渦輪盤42。多個渦輪機(jī)葉片46從所述渦輪盤42的邊緣48徑向向外延伸。燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼50形成了隧道狀結(jié)構(gòu)，渦輪盤42、軸44和渦輪機(jī)葉片46在其中旋轉(zhuǎn)。所述燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼50稱為“固定的”，沒有隨著渦輪盤42、軸44和渦輪機(jī)葉片46的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。所述固定式燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼50區(qū)別于一些類型的燃?xì)鉁u輪葉片的末端附近的旋轉(zhuǎn)罩殼。所述燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼50是由一系列曲形的固定罩殼部段52形成，它們共同限定出所述圓筒形的燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼50。從燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒室(未示出)流出的燃燒氣流54垂直于圖2所示的平面。
圖3更詳細(xì)地示出了燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼50和其中一個固定罩殼部段52。每個固定罩殼部段52支撐在一個罩殼吊架結(jié)構(gòu)56上。燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼50和固定罩殼部段52具有流動道表面58，該表面58面向著渦輪機(jī)葉片46的末端60，但與所述末端60間隔一定距離。在燃?xì)廨啓C(jī)40運(yùn)行時，所述流動道表面58與所述末端60之間的間距，被稱為間隙CG落入指定容許極限范圍之內(nèi)是很重要的。在運(yùn)行過程中，流動道表面58和末端60兩者都被熱燃燒氣體54侵蝕、腐蝕和氧化，并且偶爾相互摩擦，同時伴隨著物料損失。因此所述CG值隨著時間的增長而增加，以致于它變大成一個不合格的值，使得燃燒氣體流54在固定流動道罩殼50的流動道表面58和末端60之間泄漏，以致燃燒氣體沒有接觸渦輪機(jī)葉片46并且給予它能量。結(jié)果是燃?xì)廨啓C(jī)40的效率受到損失。
圖4示出了所述流動道表面58的相反側(cè)。圖5-6示出了底部(圖5)和前向(圖6)的正視圖。所述制品例如燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼50優(yōu)選由鎳基超級合金或者鈷基超級合金制成。這里，“鎳基”意味著其組分中具有比任何其它的元素更多的鎳。所述鎳基超級合金具有通過伽瑪撇相或者相關(guān)相的析出反應(yīng)而被強(qiáng)化的組分。在一個優(yōu)選實施例中，所述制品包括Rene N5合金，所述合金具有以重量百分比為表示的名義組分大約7.5％的鈷，大約7.0％的鉻，大約1.5％的鉬，大約5％的鎢，大約3％的錸，大約6.5％的鉭，大約6.2％的鋁，大約0.15％的鉿，大約0.05％的碳，大約0.004％的硼，大約0.01％釔，以及余量的鎳和附帶的雜質(zhì)。在這里，“鈷基”意味著所述組分中具有比其它任何的元素更多的鈷。在另一個優(yōu)選實施例中，所述制品包括MAR-M-509合金，所述合金具有以重量百分比為表示的組分大約23％到大約24.25％的鉻，大約9％到大約11％的鎳，大約6.5％到大約7.5％的鎢，大約3％到大約4％的鉭，大約0.55％到大約0.65％的碳，大約0.3％到大約0.5％的鋯，可達(dá)大約2％的鐵，可達(dá)大約0.3％的硅，可達(dá)大約0.1％的銅，可達(dá)大約0.1％的錳，可達(dá)大約0.015％的磷，可達(dá)大約0.015％的硫，可達(dá)大約0.01％的硼，以及余量的鈷和附帶的雜質(zhì)。
在步驟105中，對以前使用過的罩殼部段52進(jìn)行清洗，以除去由于先前的工作所產(chǎn)生的污垢、氧化產(chǎn)物和腐蝕產(chǎn)物以及其它異物。所述清洗作業(yè)優(yōu)選通過氟化物離子清洗來完成，如1978年7月4日授權(quán)的、題目為“超級合金制品的清洗和修補(bǔ)方法”的美國專利No.4,098,450中所描述的，該專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在這里其全文被引入作為參考。
在步驟110中，制備修復(fù)涂層，在步驟145中，該涂層被施加到固定罩殼部段52的修補(bǔ)前的流動道表面74上。步驟110首先包括了提供前驅(qū)混合物的步驟115。所述前驅(qū)混合物包括由高熔點(diǎn)合金粉末成分、低熔點(diǎn)合金粉末成分和短效粘結(jié)劑所組成的混合物。所述低熔點(diǎn)合金粉末和高熔點(diǎn)粉末的粉末粒度優(yōu)選為大約-140/+325篩目數(shù)(mesh)，雖然其它的粉末粒度可能被用于特定應(yīng)用。所述兩種合金成分是分開制備的，然后與短效粘結(jié)劑混合在一起以獲得所述前驅(qū)混合物，其中短效粘結(jié)劑在本技術(shù)領(lǐng)域是已公知的。所述兩種合金粉末成分以預(yù)定比例混合在一起以形成所述合金混合物。然后短效粘結(jié)劑被加到所述合金粉末混合物中以在步驟115中形成前驅(qū)混合物。所述粘結(jié)劑優(yōu)選為一種有機(jī)材料，該材料使所述合金粉末以預(yù)定的形狀保持在一起用于進(jìn)行預(yù)處理，隨后卻在步驟135的局部致密化期間被燒掉。
在一個實施例中，其中罩殼50包括鎳基超級合金，在所述前驅(qū)混合物中的兩種合金在美國專利申請序號10/703,010的文件中有詳細(xì)地描述，該文件在2003年11月6日提交，題目為“利用熱致密化涂層修補(bǔ)鎳基超級合金制品的方法”，其全文在此引入作為參考，并且其被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。一種在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的、優(yōu)選高熔點(diǎn)的合金成分，具有下列以重量百分比表示的名義組成大約3.1％的鈷，大約7.6％的鉻，可達(dá)大約0.1％的鉬，大約3.85％的鎢，可達(dá)大約0.02％的鈦，大約1.65％的錸，大約0.55％的硅，大約5.45％的鉭，大約7.8％的鋁，大約0.15％的鉿，大約0.02％的碳，余量的鎳和附帶的雜質(zhì)。在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的、另一個優(yōu)選實施例的高熔點(diǎn)的合金成分包括下列以重量百分比表示的成分大約0.01％到大約0.03％的碳，可達(dá)大約0.1％的錳，大約0.5％到大約0.6％的硅，可達(dá)大約0.01％的磷，可達(dá)大約0.004％的硫，大約7.4％到大約7.8％的鉻，大約2.9％到大約3.3％的鈷，可達(dá)大約0.1％的鉬，大約3.7％到大約4.0％的鎢，大約5.3％到大約5.6％的鉭，可達(dá)大約0.02％的鈦，大約7.6％到大約8.0％的鋁，大約1.5％到大約1.8％的錸，可達(dá)大約0.005％的硒，可達(dá)大約0.3％的鉑，大約0.01％到大約0.02％的硼，可達(dá)大約0.03％的鋯，大約0.12％到大約0.18％的鉿，可達(dá)大約0.1％的鈮，可達(dá)大約0.1％的釩，可達(dá)大約0.1％的銅，可達(dá)大約0.2％的鐵，可達(dá)大約0.0035％的鎂，可達(dá)大約0.01％的氧，可達(dá)大約0.01％的氮，余量的鎳與附帶的雜質(zhì)。在一個優(yōu)選實施例中，在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的低熔點(diǎn)合金成分，包括下列以重量百分比表示的成分大約14.0％到大約16.0％的鈷，大約19.0％到大約21.0％的鉻，大約4.5％到大約5.5％的鋁，可達(dá)大約0.05％的碳，大約7.7％到大約8.1％的硅，可達(dá)大約0.5％的鐵，可達(dá)大約0.1％的鎂，余量的鎳和附帶的雜質(zhì)。在一個優(yōu)選實施例中，在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的前驅(qū)混合物的合金成分，包括以重量百分比表示的大約79％的高熔點(diǎn)合金成分和余量的低熔點(diǎn)合金成分。
在一個實施例中，其中罩殼50包括鎳基超級合金，所述前驅(qū)混合物的合金成分組合地包括重量百分比至多為約15％的鉻，優(yōu)選重量百分比至多為約12％的鉻，并且最優(yōu)選重量百分比為約10％的鉻。在這樣一個實施例中，所述前驅(qū)混合物的合金成分組合地包括至多大約0.01％的釔，并且優(yōu)選為基本上沒有釔(即，至多大約0.001％)。在另一個優(yōu)選實施例中，在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的前驅(qū)混合物的合金成分組合地具有下列以重量百分比表示的名義組分大約10.2％的鉻，大約5.6％的鈷，大約7.2％的鋁，大約4.3％的鉭，大約1.3％的錸，大約3.1％的鎢，大約0.1％的鉿，大約2.1％的硅，基本上為零的釔，余量的鎳和雜質(zhì)。
在另一個可選實施例中，其中罩殼50包括鎳基超級合金，所述前驅(qū)混合物中的兩種合金在美國專利No.5,561,827中詳細(xì)地描述，該文件在1996年10月1日授權(quán)，題目為“涂層鎳基超級合金和粉末以及在它的制備中有用的方法”，其全文在此引入作為參考，并且其被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。一種在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的、優(yōu)選的可選高熔點(diǎn)合金成分，包括以重量百分比表示的下列組分大約10％到大約20％的鈷，大約14％到大約25％的鉻，大約2％到大約12％的鋁，從0到大約0.2％的釔，余量的鎳以及附帶的雜質(zhì)。一種在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的、更優(yōu)選的可選高熔點(diǎn)合金成分，包括下列以重量百分比表示的組分大約14％到大約16％的鈷，大約19％到大約21％的鉻，大約8.5％到大約9.5％的鋁，大約0.05％到大約0.15％的釔，可達(dá)大約0.02％的硼，可達(dá)大約0.05％的碳，可達(dá)大約0.500％的鐵，可達(dá)大約0.0075％的硒，可達(dá)大約0.1％的硅，可達(dá)大約0.010％的磷，可達(dá)大約0.010％的銅，可達(dá)大約0.10％的鎂，以及余量的鎳。一種在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的、優(yōu)選的可選低熔點(diǎn)合金組分，包括以重量百分比表示的下列成分大約10％到大約20％的鈷，大約14％到大約25％的鉻，大約2％到大約12％的鋁，大約0.001％到大約3％的硼，大約2％到大約12％的硅，余量的鎳以及附帶的雜質(zhì)。一種在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的、更優(yōu)選的可選低熔點(diǎn)合金成分，包括以重量百分比表示的下列組分大約14％到大約16％的鈷，大約19％到大約21％的鉻，大約4.5％到大約5.5％的鋁，大約8％的硅，可達(dá)大約0.05％的硼，可達(dá)大約0.05％碳，可達(dá)大約0.500％的鐵，大約0.0075％的硒，可達(dá)大約0.010％磷，可達(dá)大約0.010％的銅，可達(dá)大約0.10％的鎂，余量的鎳。在另一個可選的優(yōu)選方案中，在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的所述前驅(qū)混合物的合金成分組合地包括以重量百分比表示的大約60％到大約75％的高熔點(diǎn)合金成分和余量的低熔點(diǎn)合金成分。在一個更優(yōu)選實施例中，在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的所述合金混合物包括以重量百分比表示的大約68.5％的高熔點(diǎn)合金成分和余量的低熔點(diǎn)合金成分。
在一個可選的實施例中，在罩殼50的所述鎳基超級合金實施例中使用的所述前驅(qū)混合物的合金成分組合地包括以重量百分比表示的下列成分大約10％到大約20％的鈷，大約14％到大約25％的鉻，大約2％到大約12％的鋁，從0到大約0.2％的釔，大約0.001％到大約3％的硼，大約1％到大約10％的硅，和余量的鎳以及附帶的雜質(zhì)。
在另一個可選實施例中，其中罩殼50包括鈷基超級合金，所述前驅(qū)混合物中的兩種合金在美國專利No.4,842,953中有詳細(xì)地描述，該文件在1989年6月27日授權(quán)，題目為“可磨損制品和粉末以及其制造方法”，其全文在此引入作為參考，并且其被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人；其也在美國專利No.4,937,042中有詳細(xì)地描述，該文件在1990年6月26日公開，題目為“用于制造一種可磨損制品的方法”，其全文在此引入作為授權(quán)，并且其被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。在罩殼50的所述鈷基超級合金實施例中使用的、另一種可選的優(yōu)選高熔點(diǎn)合金成分，包括以重量百分比表示的下列組分大約16.8％到大約32.7％的鎳，大約21.5％到大約24.9％的鉻，大約8％到大約9.9％的鋁，大約0.045％到大約0.13％的釔，余量的鈷以及附帶的雜質(zhì)，以及此外特征在于基本上沒有硅。在罩殼50的所述鈷基超級合金實施例中使用的、另一個可選的更優(yōu)選的高熔點(diǎn)合金成分，包括以重量百分比表示的下列組分大約30.5％到大約32.5％的鎳，大約21.5％到大約22.5％的鉻，大約8％到大約9％的鋁，大約0.045％到大約0.095％的釔，可達(dá)大約0.5％的鐵，可達(dá)大約0.011％的碳，可達(dá)大約0.005％的硫，可達(dá)大約0.010％的磷，可達(dá)大約0.0175％的氧，可達(dá)大約0.015％的氮，余量的鈷以及附帶的雜質(zhì)，此外特征在于基本上沒有硅。在罩殼50的所述鈷基超級合金實施例中使用的、另一個可選優(yōu)選的低熔點(diǎn)合金成分，包括以重量百分比表示的下列組分大約38％到大約53.1％的鎳，大約10％到大約30％的鉻，大約8％到大約12％的硅，大約1.5％到大約4％的鋁，余量的鈷以及附帶的雜質(zhì)，此外特征在于基本上沒有釔。在罩殼50的所述鈷基超級合金實施例中使用的、另一個可選的更優(yōu)選的低熔點(diǎn)合金成分，包括以重量百分比表示的下列組分大約38％到大約40％的鎳，大約21.5％到大約22.5％的鉻，大約3.4％到大約4.4％的鋁，大約9.8％到大約10.2％的硅，可達(dá)大約0.50％的鐵，可達(dá)大約0.011％的碳，可達(dá)大約0.005％的硫，可達(dá)大約0.010％的磷，可達(dá)大約0.0175％的氧，可達(dá)大約0.015％的氮，余量的鈷以及附帶的雜質(zhì)，此外特征在于基本上沒有釔。在另一個可選的優(yōu)選實施例中，在罩殼50的所述鈷基超級合金實施例中使用的所述前驅(qū)混合物的合金成分組合包括以重量百分比表示的大約50％到大約70％的高熔點(diǎn)合金成分和余量的低熔點(diǎn)合金成分。
在另一個可選實施例中，在罩殼50的所述鈷基超級合金實施例中使用的所述前驅(qū)混合物的合金成分組合包括以重量百分比表示的下列組分大約10％到大約35％的鉻，大約4％到大約10％的鋁，可達(dá)大約0.09％的釔，大約2％到大約6％的硅，余量的鈷以及附帶的雜質(zhì)，此外所述涂層特征在于基本上沒有硼。
在一個實施例中，在提供前驅(qū)混合物115之后的下一步120中，所述前驅(qū)混合物被成形為薄的、溫和彎曲的預(yù)制件，所述預(yù)制件符合溫和彎曲的預(yù)修理的流動道表面74的形狀，并且具有大約0.080英寸到大約0.120英寸的厚度。所述溫和彎曲的預(yù)制件可以采用捆封(tape casing)、壓制和注射成形或者任何其它的可操作的方法形成。對用于壓制過程的粘結(jié)劑和所述壓制過程的描述，可以在美國專利No.5,705,281中找到，其名稱為“涂層的鎳基超級合金制品和粉末以及在它的制備中有用的方法”，其全文在此并入作為參考。沒有必要使所述預(yù)制件具有很小的孔隙度，因為隨后其通過銅焊致密化可減小孔隙度。塑性粘結(jié)劑可用于注射成形方法。所述溫和彎曲的預(yù)制件在步驟120形成之后，下一步125是通過在真空熔爐中加熱預(yù)制件使所述預(yù)制件產(chǎn)生局部致密化，所述加熱在高于低熔點(diǎn)合金成分的熔點(diǎn)溫度時進(jìn)行足夠的一段時間以足以形成局部致密化預(yù)制件。當(dāng)所述預(yù)制件支撐在一個溫和彎曲的曲形板上時，進(jìn)行所述加熱的步驟125，以便使預(yù)制件保持它的溫和彎曲的形狀。雖然可以使用任何本技術(shù)領(lǐng)域已知的功能材料，但是所述溫和彎曲的曲形板優(yōu)選包含從包括由氧化鋁、氧化鋯和陶瓷氈組成的物質(zhì)組中挑選出來一種材料。所述局部致密化優(yōu)選在低于所述高熔點(diǎn)合金的熔點(diǎn)溫度下進(jìn)行。所述局部致密化優(yōu)選在大約1177℃(2150)到大約1246℃(2275)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行大約0.25小時到大約4小時長的一段時間。所述局部致密化更適宜在大約1232℃(2250)到大約1243℃(2270)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行大約2小時長的一段時間。
在另一個可選實施例中，在提供所述前驅(qū)混合物的步驟115之后的下一步130成形出薄的平板預(yù)制件。所述平板預(yù)制件可以采用捆封(tape casing)、壓制和注射成形或者任何其它的可操作的方法形成。沒有必要使所述預(yù)制件具有很小的孔隙度，因為隨后其通過銅焊致密化可減小孔隙度。塑性粘結(jié)劑可用于注射成形方法。
在這個可選實施例中，在所述平板預(yù)制件在步驟130形成之后，下一步135是通過在真空熔爐中在平板上加熱預(yù)制件使所述預(yù)制件局部致密化，所述加熱在高于低熔點(diǎn)合金成分的熔點(diǎn)溫度時進(jìn)行足夠的一段時間以足以形成局部致密化預(yù)制件。雖然可以使用任何本技術(shù)領(lǐng)域已知的功能材料，但是所述平板優(yōu)選包含從包括由氧化鋁、氧化鋯和陶瓷氈組成的物質(zhì)組中挑選出來一種材料。所述局部致密化最好在低于所述高熔點(diǎn)合金的熔點(diǎn)溫度下進(jìn)行。所述局部致密化最好在大約1177℃(2150)到大約1246℃(2275)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行大約0.25小時到大約4小時長的一段時間。所述局部致密化更適宜在大約1232℃(2250)到大約1243℃(2270)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行大約2小時長的一段時間。
在這個可選實施例中，在步驟135形成的所述平板致密化預(yù)制件，在下一步140成形為溫和彎曲的局部致密化預(yù)制件。這可以用本技術(shù)領(lǐng)域已知的任何手段來完成，比如對所述平板局部致密化預(yù)制件進(jìn)行機(jī)加工。
在每一個實例中，一旦所述溫和彎曲的局部致密預(yù)制件形成，下一步145就進(jìn)行所述修補(bǔ)。進(jìn)行修補(bǔ)的第一步150，是把所述溫和彎曲的局部致密預(yù)制件貼在罩殼50的預(yù)修理流動道表面74上。所述預(yù)制件可以用本技術(shù)領(lǐng)域已知的任何手段來附接，比如通過壓下所述預(yù)制件、利用膠粘劑或者把預(yù)制件點(diǎn)焊到預(yù)修補(bǔ)流動道表面74上。
下一步155中，通過在真空熔爐中加熱所述預(yù)制件和罩殼50，把所述局部致密預(yù)制件結(jié)合到所述罩殼50上，所述加熱在大約1232℃(2250)到大約1288℃(2350)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行大約20分鐘到大約2小時長的一段時間。所述結(jié)合步驟155最好在從大約1249℃(2280)到大約1274℃(2325)的溫度下持續(xù)大約2小時。
如圖7所示，涂層72的暴露表面是新的、修補(bǔ)的流動道表面58。所述修復(fù)涂層72可以以任何可操作的厚度tc涂覆，只要能將罩殼50的尺寸修補(bǔ)到它的期待值，但是最好為大約0.080英寸到大約0.120英寸的厚度。盡管所述修補(bǔ)涂層可以以較大的或者較小的厚度涂覆，例如從大約0.04英寸到大約0.160英寸。所述涂層孔隙度在大約0.3％到大約3.0％的范圍之內(nèi)。
在進(jìn)行處理之后，所述罩殼50包括以前使用過的鎳基或者鈷基超級合金罩殼50，和修補(bǔ)的局部致密預(yù)制件，所述預(yù)制件應(yīng)用并冶金擴(kuò)散地結(jié)合到罩殼部段52的預(yù)修理流動道表面74上，同時所述局部致密預(yù)制件形成修復(fù)涂層72。所述修補(bǔ)涂層的孔隙度最好在大約0.3％到大約3.0％的范圍之內(nèi)。
可選擇的，如本技術(shù)領(lǐng)域已知的一種環(huán)境涂層可以應(yīng)用于保護(hù)罩殼部分。所述環(huán)境涂層一般是通過氣相鋁化(VPA)涂覆的擴(kuò)散作用鋁化物，該鋁化過程在本技術(shù)領(lǐng)域是已知的。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)之前，沉積在流動道表面58上的所述環(huán)境涂層的任何部分都被機(jī)加工除掉。
雖然已經(jīng)根據(jù)一個優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進(jìn)行多種改變以及對本發(fā)明的要素進(jìn)行等效替換。另外，針對特殊的情況或者材料，在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)范圍的情況下可以根據(jù)其教導(dǎo)進(jìn)行許多改進(jìn)。因此，本發(fā)明并不限于為了充分公開本發(fā)明而作為最佳方式公開的所述特定實施例，而是將包括落入由所附權(quán)利要求書限定的范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于修補(bǔ)燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼的方法，所述方法包括以下步驟提供一種以前使用過的超級合金燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼，其中所述超級合金是從包括鎳基超級合金和鈷基超級合金的物質(zhì)組中選出來的，所述罩殼包括流動道表面；通過以下步驟制備出用于施加到所述罩殼的流動道表面上的修復(fù)涂層，所述步驟包括提供一種前驅(qū)混合物，所述前驅(qū)混合物包含高熔點(diǎn)合金成分；低熔點(diǎn)合金成分；和短效粘結(jié)劑；并且由所述前驅(qū)混合物成形出溫和彎曲的修復(fù)預(yù)制件；在一個預(yù)先選定的足夠高的溫度下燒結(jié)所述修復(fù)預(yù)制件，以熔化所述低熔點(diǎn)合金成分且持續(xù)一段預(yù)先選定的時間，從而足以使所述修復(fù)預(yù)制件局部致密化并燒掉所述粘結(jié)劑，其中所述燒結(jié)在溫和彎曲的曲形板上進(jìn)行；以及通過以下步驟將修復(fù)涂層施加到所述流動道表面上，所述步驟包括使所述溫和彎曲的局部致密化預(yù)制件附接到流動道表面上；以及通過在一個預(yù)先選定的足夠高的溫度下加熱所述帶有局部致密化預(yù)制件的部件預(yù)定的一段時間，把所述溫和彎曲的局部致密化預(yù)制件熱結(jié)合到流動道表面上，從而在局部致密化預(yù)制件與形成修復(fù)涂層的流動道表面之間產(chǎn)生冶金擴(kuò)散結(jié)合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超級合金是鎳基超級合金。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超級合金是鈷基超級合金。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述合金成分以組合的方式包括重量百分比達(dá)大約12％的鉻和重量百分比達(dá)大約0.01％的釔。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述合金成分以組合的方式包括重量百分比為約10.2％的鉻，重量百分比為約5.6％的鈷，重量百分比為約7.2％的鋁，重量百分比為約4.3％的鉭，重量百分比為約1.3％的錸，重量百分比為約3.1％的鎢，重量百分比為約0.1％的鉿，重量百分比為約2.1％的硅，基本上沒有釔，以及余量的鎳和附帶的雜質(zhì)。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述合金成分以組合的方式包括重量百分比為約10％到約20％的鈷，重量百分比為約14％到約25％的鉻，重量百分比為約2％到約12％的鋁，重量百分比為0％到約0.2％的釔，重量百分比為約0.001％到約3％的硼，重量百分比為約1％到約10％的硅，以及余量的鎳和附帶的雜質(zhì)。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述合金成分以組合的方式包括重量百分比為約10％到約35％的鉻，重量百分比為約4％到約10％的鋁，重量百分比達(dá)約0.09％的釔，重量百分比為約2％到約6％的硅，基本上沒有硼，以及余量的鈷和附帶的雜質(zhì)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述燒結(jié)步驟在大約1177℃到大約1246℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行大約0.25小時到大約4小時長的一段時間。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熱結(jié)合步驟在大約1232℃到大約1288℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行大約20分鐘到大約2小時長的一段時間。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述燒結(jié)步驟在大約1177℃到大約1246℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行大約0.25小時到大約4小時長的一段時間。
全文摘要
一種用于修補(bǔ)燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼的方法。所述方法包括提供以前使用過的燃?xì)廨啓C(jī)固定流動道罩殼。所述方法進(jìn)一步包括，通過提供包括更高熔點(diǎn)的合金成分、更低熔點(diǎn)的合金成分和短效粘結(jié)劑的前驅(qū)混合物的步驟，制備用于施加到所述罩殼流動道表面上的修復(fù)涂層。用所述成分得到預(yù)制件并將預(yù)制件預(yù)燒結(jié)成溫和彎曲的形狀。所述局部致密化預(yù)制件被施加到所述流動道表面上并且被熱結(jié)合到所述流動道表面上，形成修復(fù)涂層。
文檔編號B22D19/10GK101053897SQ200710109740
公開日2007年10月17日 申請日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者P·A·達(dá)西爾瓦, D·E·布丁格, J·J·里維曼 申請人:通用電氣公司