[發明專利]去除中間層材料的高溫合金材料沉積

在審

• 申請號: 201480061202.5
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN105705277A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: G·J·布魯克;A·卡梅爾
• 申請（專利權）人: 西門子能源公司
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B23K26/34;C23C24/10;B05D3/06;B23P6/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明一般涉及材料技術領域，并且更具體地沉積高溫合金材料 而不開裂的方法。

背景技術

取決于被焊接材料的類型，焊接工藝差別很大。一些材料在各種 條件下更容易焊接，而其他材料需要特殊處理，以實現結構良好的接 合，而不使周圍基底材料劣化。

人們認識到，由于其對焊接凝固裂紋和應變時效開裂的敏感性， 高溫合金材料是最難焊接的材料之一。術語“高溫合金”在本文中被 使用，因為它是本領域通常使用的；即在高溫下表現出優異的機械強 度和耐蠕變性能的高度耐腐蝕和耐氧化的合金。高溫合金通常包括高 的鎳或鈷含量。高溫合金的例子包括在售商標和品牌下合金： Hastelloy，Inconel合金(例如IN738、IN792、IN939)，Rene合金 (例如ReneN5、Rene80、Rene142)，Haynes合金，MarM，CM247, CM247LC，C263，718，X-750，ECY768，282，X45，PWA1483 和CMSX(例如CMSX-4)單晶合金。

一些高溫合金材料的焊接修復已成功完成，通過預熱材料到非常 高的溫度(例如達高于1600°F或870℃)，以在修復過程中顯著增 加材料的延展性。這種技術被稱為熱箱焊接或在升高溫度(SWET) 焊接修復的高溫合金焊接，它通常使用手動GTAW工藝完成。然而， 熱箱焊接受到保持均勻的部件處理表面溫度的困難和保持完整的惰 性氣體保護的困難以及在這種極端的溫度下在部件附近工作給操作 者施加的身體困難的限制。

一些高溫合金材料的焊接應用可以使用冷卻板，以限制基底材料 的加熱來進行；從而限制基底熱效應的出現和引起開裂的應力問題。 然而，這種技術對于許多零件的幾何形狀不便于使用冷卻板的修復應 用是不實際的。

圖1是一個常規的圖，其示出了作為其鋁和鈦含量的函數的各種合金的相對焊接性。合金如IN718，其具有相對較低的這些元素的含量，并必然相對較低的γ基本含量(primecontent)，被認為是相對可焊接的，雖然這種焊接通常被限制到部件的低應力區域。合金例如IN939具有相對較高的這些元素的含量，通常不被認為是可焊接的，或只能使用上面討論的特殊步驟被焊接，這增加了材料的溫度/延展性并最小化工藝的熱輸入。虛線10表示可焊性區域的可識別上邊界。線10在縱軸上與3wt.％的鋁相交，在橫軸上與6wt.％的鈦相交。可焊性區域以外的合金被認為是使用已知工藝非常困難或不可能進行焊接的，并且具有最高鋁含量的合金一般被發現是最難以焊接的，如由箭頭所表示的。

還已知的是，利用選擇性激光熔化(SLM)或選擇性激光燒結 (SLS)熔融一薄層高溫合金粉末顆粒到高溫合金基底上。在激光加 熱過程中，通過施加惰性氣體，例如氬氣，將熔池從大氣屏蔽。這些 工藝往往捕獲氧化物(例如鋁和鉻的氧化物)，它們附著在沉積材料 層內的顆粒表面上，造成孔隙、夾雜物，和與被困氧化物相關的其他 缺陷。后處理熱等靜壓(HIP)經常被用來去除這些空隙、夾雜物和 裂縫，以改善沉積涂層的性能。非常薄的層(即1mm的幾分之一) 的高溫合金材料的激光微包覆(microcladding)已經取得了一定的成 功。然而，這樣的過程是緩慢的，并且因此成本高，并且在非可焊接 性區域的高溫合金沉積仍然是個問題。

附圖說明

本發明在下面的說明書中基于附圖進行說明，所述附圖示出：

圖1是示出了作為其鋁和鈦含量的函數的各種合金的相對可焊性 的常規圖表。

圖2是現有技術材料沉積的剖面圖。

圖3A-3D示出了根據本發明的方法的步驟。

圖4示出了本發明的一個實施例的步驟。

圖5是本發明的部件修復方法的流程圖。

具體實施方式

本發明人已開發了一種技術，該技術能夠以遠遠超過現有技術中 所實現的層厚度成功沉積非常難以焊接的高溫合金材料，所沉積的材 料還具有有利的定向凝固(directionally-solidified)晶體結構。本發明 人已經認識包覆材料的某些特性，并且已經開發出本發明來利用這些 特性的有利方面，并克服這些特性的有害方面。