[發明專利]具有冷卻效應的高γ′超級合金的激光金屬沉積

在審

• 申請號: 201780095981.4
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN111212703A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: B.布爾鮑姆;A.卡梅爾;D.朱伊尼
• 申請（專利權）人: 西門子能源公司
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 任霄;劉茜

一種由基礎材料（10）增材制造或修復部件的系統（100）和方法（1000）。所述系統可以包括激光金屬沉積（LMD）系統（200），其可操作地連接到用于在沉積在基礎材料上的熔池中的增材材料的激光加工期間冷卻（300）基礎材料的裝置。所述LMD系統包括激光能量源（202），所述激光能量源（202）被配置成朝向所述基礎材料引導激光能量以在其上形成熔池并且加工所沉積的增材材料以在固化時在基礎材料上形成若干層。用于冷卻的裝置可以被配置成在LMD過程期間使基礎材料冷卻到冷卻溫度范圍內，這導致例如冷卻/冷凍效應。此冷卻效應縮短激光加工期間的固化周期，并且允許焊接熱量從基礎材料釋放。

技術領域

本公開總體涉及材料技術的領域，并且更特定來說涉及使用具有冷卻效應的高γ′超級合金的激光金屬沉積的增材制造和修復方法。

背景技術

由于優化這些合金以實現的高強度（以及對應的低延展性），超級合金的焊接提出多種技術挑戰。正應用熱源（例如激光和電弧）來構建增材制造的（AM）部分或修復受損的超級合金部件。令人遺憾的是，這些合金在例如激光金屬沉積（LMD）過程和后續熱處理期間非常易于熱裂。室溫下焊接期間的熱裂通常發生在熔池中的固液界面處，這在結構上危害AM或經修復部件的完整性。因此，仍然需要在焊接期間抑制熱裂發生的LMD系統或過程。

發明內容

應了解，本發明人已經認識到上述限制，并且現在公開一種例如通過利用冷卻效應（例如，深度冷卻效應）以及后續釬焊的高γ′超級合金的新的激光金屬沉積過程。

在一個示例性實施例中，提供一種由基礎材料增材制造（AMR）或修復超級合金部件的系統。所述AMR系統可以至少包括激光金屬沉積（LMD）系統，所述激光金屬沉積（LMD）系統可操作地連接到用于在增材材料在基礎材料上的激光加工累積期間冷卻所述基礎材料的裝置。所述LMD系統可以包括激光能量源，所述激光能量源可操作地配置成朝向所述基礎材料引導激光能量以在其上形成熔池。所述激光能量加工沉積到所述熔池中（例如，基礎材料上）的增材材料以在固化時形成增材材料的若干層。

用于冷卻所述基礎材料的裝置可以被配置成例如經由冷卻介質將基礎材料冷卻到在激光加工期間導致例如基礎材料的冷卻/冷凍效應的冷卻溫度范圍內的所期望的溫度，這可以導致激光加工期間的較短固化周期。應了解，所期望的溫度范圍可以是所使用的冷卻介質的類型（例如，液氮、液氬等等）特有的，并且應該是至少部分由于基礎材料的冷卻/冷凍效應而允許焊接熱量在激光加工期間從所述基礎材料釋放的溫度范圍內的溫度。對于液氮，冷卻范圍的示例可以是-100° C至-150°C；對于液氬，冷卻范圍的示例可以是-100° C至-150°C。另外地或可替代地，應了解，除了所述范圍基于所利用的冷卻介質的類型變化以外或者代替所述范圍基于所利用的冷卻介質的類型變化，所述范圍可以取決于施加到基礎材料和/或基礎材料的成分的熱量（例如，高溫）。例如，具有較高熔化溫度的基礎材料在激光加工期間可能需要更多熱量，這可能需要更深度的冷卻范圍（即，較低范圍），以便在激光加工期間從基礎材料釋放任何焊接熱量。換句話說，所期望的冷卻范圍可以部分基于冷卻介質類型、來自激光能量源的熱溫度以及基礎材料類型中的一者或更多者。

在另一示例性實施例中，提供一種增材制造或修復方法。所述方法可以包括將基礎材料襯底（BMS）例如提供在器皿中，以及制備所述BMS以用于激光金屬沉積（LMD）加工。所述方法還可以包括例如經由冷卻裝置將BMS冷卻到導致BMS經歷冷卻或冷凍效應以從BMS釋放焊接熱量的冷卻溫度范圍內的溫度。應了解，可以貫穿整個LMD過程維持冷卻溫度，并且如果需要，則部分基于冷卻裝置的冷卻介質或BMS中的一者或更多者的溫度對其進行調節。在冷卻BMS時，BMS或BMS的至少若干部分可以經歷激光加工以在BMS上形成增材材料的若干層以完成所期望的部件。

附圖說明

為了更完整地理解本公開及其優點，現在結合附圖參考以下描述，其中相似的附圖標記表示相似的對象，并且其中：