[發(fā)明專利]使用激光和超聲的材料修復(fù)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680008653.1
• 申請(qǐng)日: 2016-02-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107208275A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杰拉爾德·J·布魯克;艾哈邁德·卡邁勒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門子能源有限公司
• 主分類號(hào): C23C24/10
• 分類號(hào): C23C24/10;B23P6/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 蔡勝有,蘇虹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地涉及用于修復(fù)基底材料中的不連續(xù)特征的方法。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)熱氣體通道組件盡管由可高度耐用的超級(jí)合金(superalloy)材料制造但仍然時(shí)常經(jīng)受運(yùn)行引起的(service-induced)劣化。術(shù)語(yǔ)“超級(jí)合金”在本文中如其在本領(lǐng)域中常用的那樣使用，即表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫蠕變性的高度耐腐蝕和耐氧化的合金。超級(jí)合金通常包含高鎳或鈷含量。超級(jí)合金的實(shí)例包括以以下商標(biāo)和品牌出售的合金：哈斯特洛伊(Hastelloy)、因科內(nèi)爾(Inconel)合金(例如，IN 738、IN 792、IN 939)、Rene合金(例如，Rene N5、Rene 80、Rene 142)、Haynes合金、Mar M、CM 247、CM 247 LC，C263、718、X-750、ECY 768、282，X45、PWA 1483和CMSX(例如，CMSX-4)單晶合金。

圖1示出了作為開(kāi)口于超級(jí)合金基底14的表面12的裂縫10的示例性的運(yùn)行引起的不連續(xù)特征。修復(fù)這樣的裂縫的已知方法是激光再熔融，如圖2中所示，其中激光束16指向表面12以對(duì)其進(jìn)行加熱和熔融，從而形成熔池18。熔池18包圍裂縫10，使得在移除激光束16以及使熔池18冷卻和固化時(shí)，在基底14上形成更新的表面20，如圖3中所示。

圖1至圖3的已知方法在提供無(wú)不連續(xù)特征的表面20方面并不總是成功的。如圖3中所示，激光再熔融方法的人工產(chǎn)物可包括孔隙22、夾雜物24和/或固化裂縫26。這樣的人工產(chǎn)物會(huì)由運(yùn)行暴露期間累積在原始裂縫10中的污染物28(例如存在于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱燃燒氣體中的氧化物和其他外來(lái)碎屑)的存在引起。污染物28混入熔池18中并且可以分布在更大的體積上，但是他們不被激光再熔融方法所消除。基底表面12的預(yù)熔融清潔可以減少污染物28的量，但是這種清潔需要先進(jìn)和昂貴的措施，例如氫氣、真空或氟化物離子熱處理。甚至在清潔過(guò)程之后，密的和/或深的裂縫一般也被不完全的清潔。

裂縫傾向材料(包含通常用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的超級(jí)合金)也經(jīng)受由于激光再熔融過(guò)程或后續(xù)熱處理所致的裂縫26的形成，原因在于周圍基底材料隨熔池18冷卻和收縮的限制。某些污染物28會(huì)加劇該問(wèn)題。因此，持續(xù)需要用于修復(fù)包括表面和近表面不連續(xù)特征的基底材料的改進(jìn)方法。

附圖說(shuō)明

在考慮附圖的以下說(shuō)明中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了闡述，附圖示出：

圖1是包括表面開(kāi)口裂縫的現(xiàn)有技術(shù)基底材料的橫截面圖。

圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)激光再熔融修復(fù)過(guò)程。

圖3示出了在經(jīng)歷圖2的激光再熔融過(guò)程之后的圖1的基底材料。

圖4示出了被包含熔劑的粉狀材料層覆蓋并且鄰接超聲換能器的有裂縫的基底材料。

圖5示出了暴露于激光束能和超聲能以形成被爐渣層覆蓋的熔池的圖4的基底材料。

圖6示出了熔池和渣層的再固化時(shí)的圖4和圖5的基底材料。

圖7示出了在移除渣層以露出無(wú)裂縫或其他不連續(xù)特征的更新的表面之后的圖4至圖6的基底材料。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明人已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于修復(fù)包括不連續(xù)特征例如表面或表面下的裂縫、凹坑、夾雜物、空隙、孔隙或其它非設(shè)計(jì)性條件的材料基底的混合方法。該方法將能量束和振動(dòng)機(jī)械能二者施加在具有不連續(xù)特征的區(qū)域中以產(chǎn)生這樣的更新的基底表面：沒(méi)有不連續(xù)特征并且比可用現(xiàn)有技術(shù)激光再熔融過(guò)程實(shí)現(xiàn)的更不易受到不期望的修復(fù)人工產(chǎn)物的影響。使用能量束和振動(dòng)機(jī)械能二者可以改善存在于不連續(xù)特征中的有害污染物的移除，可以改善對(duì)將熱能引入到經(jīng)修復(fù)的材料中的控制，并且可以減少由修復(fù)方法得到的基底材料中的殘余應(yīng)力。

圖4至圖7示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。基底30包括含有不連續(xù)特征(例如裂縫34，例如在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的超級(jí)合金組件中運(yùn)行引起的裂縫)的表面32，如圖4所示。裂縫34可包括用已知清潔方法難以或不可能移除的污染物。在這個(gè)實(shí)施方案中，粉狀材料36的層放置在表面32上的裂縫34上方。粉狀材料36包含熔劑材料，但是在另一些實(shí)施方案中可包含或僅為合金填料材料，如下面更充分地描述。電/機(jī)械換能器38設(shè)置在足以將振動(dòng)機(jī)械能引入到靠近裂縫34的基底30中的位置處以與基底30相接觸。