[發明專利]用液體金屬涂覆陶瓷材料纖維的方法和裝置

有效

• 申請號: 201080021811.X
• 申請日: 2010-04-20
• 公開（公告）號: CN102428202A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 吉恩-米歇爾·帕特里克·莫里斯·弗朗查特;吉勒斯·查爾斯·卡西米爾·克林;杰拉德·桑切斯
• 申請（專利權）人: 斯奈克瑪
• 主分類號: C22C47/04
• 分類號: C22C47/04;C04B41/88;C23C2/00
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 萬學堂;曾海艷

發明背景

本發明大致上涉及金屬基復合材料。更具體地，本發明涉及通過液體技術用金屬涂覆陶瓷材料纖維的方法和裝置。

本發明的一個應用領域為航空領域，更準確地，本發明應用于渦輪噴氣發動機，通過使用金屬基復合材料可以極大地減輕其重量。

已經公知，金屬基復合材料由基于纖維增強的金屬合金的基質組成，舉例來說，纖維可以由陶瓷制成。這種材料的剛度和強度性能良好，可以替代整體合金用于制造渦輪噴氣發動機部件，如壓縮機盤或渦輪盤，軸，驅動器缸體等。

有益地，金屬基復合材料還可以用于為諸如葉片，殼體，墊片這樣的整體合金部件提供局部增強。在這種情況下，上述增強基本上由稱為“涂層纖維”的半成品提供，該涂層纖維由涂覆有金屬護層的陶瓷芯構成。

這種涂覆纖維的陶瓷芯可以通過在電場中使用蒸汽技術進行涂覆，例如電泳，或通過在液體金屬浴中使用液體技術進行涂覆。為此，EP0931846描述了一種借助液體技術用金屬涂覆陶瓷材料纖維的方法。該方法基本上包括在坩堝中將熔融金屬料保持懸浮，以及使張緊的陶瓷材料纖維移動穿過所述料。在金屬浴的出口，纖維被涂覆上金屬涂層，該涂層的厚度特別取決于纖維的移動速度。

實際上，已經發現通過上述類型的液體涂覆方法獲得的涂層的質量很大程度上取決于浸入金屬料中的纖維的瞬時高度。如果纖維在坩堝中的位置保持恒定，隨著涂覆的進行，所述料的重量減小，由此自動減少了浸入金屬料中的纖維的瞬時高度。由此，涂層的厚度沿著涂層纖維不斷變化，直到不再符合涂覆所需的標稱條件，這意味著涂覆必須中止。這意味著相對于給定的金屬料，獲得的涂層的質量僅僅在纖維的有限長度上是可接受的，該長度為選定涂層厚度的函數。例如，就體積為50cm3的料和厚度較小的涂層而言，質量可接受的涂層纖維的長度可能為數百米。相反，就更大厚度(約50μm)的涂層而言，質量可接受的涂層纖維的長度不超過數十米。

因此，盡管通過液體涂覆方法獲得的涂層纖維的質量依然可接受，但是不是最佳，因為涂層的厚度在涂層纖維的整個長度上是不恒定的。相應地，由于涂層纖維的長度有限，上述類型的涂覆方法的產率相對較低。

為解決上述問題以及制造更大長度的涂層纖維，曾經提出在進行涂覆時使用粉末、吸管或纖維對熔融金屬浴進行再填充。但是，該方案的缺點是相對較昂貴，因為用于輸送纖維或粉末的裝置本身是昂貴的。此外，在給定浴中引入新物質可能產生不穩定性，不利于涂覆工藝。

發明目的和內容

為此，本發明的一個主要目的是提出能夠以大長度和適中成本生產涂層纖維的涂覆方法和涂覆裝置，以減少上述缺點。

該目的由通過液體技術用金屬涂覆陶瓷材料纖維的方法實現，該方法包括在坩堝中將熔融金屬料以基本球形保持懸浮，以及使張緊的陶瓷材料纖維以預定速度在分別設置于所述坩堝的兩側的底部滑輪和頂部滑輪之間移動，使得纖維的一部分浸入所述料中以在纖維上覆蓋金屬涂層，所述方法特征在于其還包括在涂覆過程中根據所述料的剩余體積來移動浸入所述料中的纖維部分，使得浸入所述料中的纖維的瞬時高度在整個涂覆過程中保持基本恒定。

相應地，本發明還提供通過液體技術用金屬涂覆陶瓷材料纖維的裝置，該裝置包括：適于熔化金屬料并將其以基本球形保持懸浮的坩堝；適于接收張緊陶瓷材料纖維的頂部滑輪和底部滑輪，該頂部滑輪和底部滑輪分別位于所述坩堝的兩側，使得在所述頂部滑輪和底部滑輪之間移動的纖維的一部分浸入所述料中，以獲得金屬涂層；所述裝置特征在于其還包括在涂覆過程中根據所述料的剩余體積移動所述浸入所述料中的所述纖維部分，以使浸入所述料中的纖維的瞬時高度在整個涂覆過程中保持基本恒定的裝置。

因此，本發明提出根據金屬料重量的減少使纖維在金屬料中移動，使得浸入料中的纖維的瞬時高度保持恒定。該方案具有諸多優點。特別是，在使用單一料，即，不需要添加任何新材料的情況下，由上述方法獲得的涂層纖維的長度可以增加至少5倍。此外，在不添加任何新材料的情況下，熔融料表現出良好的均勻性，由此涂層的質量得以改善。因此，本發明的方法能夠以適中成本獲得質量良好，長度“中等”(即，相對于體積為50cm³的料和厚度為50μm的涂層而言，長度為200米至600米)的涂層纖維。通過使坩堝的尺寸適配初始料的體積，可以獲得更大的長度。因此，使用約150cm³的料可以獲得超過1千米的長度。