硬钎焊方法
【专利摘要】本发明涉及并公开一种硬钎焊方法。硬钎焊方法包括提供基底、提供基底中的至少一个凹槽、提供支承部件、将支承部件定位在基底中的至少一个凹槽上、提供硬钎焊材料、将硬钎焊材料施加到支承部件上来形成组件、以及加热组件来将硬钎焊材料硬钎焊到基底上。另一个硬钎焊方法包括提供预成型件、提供线网目、将线网目压到预成型件中、加热预成型件以形成包括线网目的硬钎焊材料、提供基底、提供基底中的至少一个凹槽、将硬钎焊材料施加到基底中的至少一个凹槽上，然后将硬钎焊材料硬钎焊到基底上。
【专利说明】硬钎焊方法
【技术领域】
[0001]本发明针对一种硬钎焊方法。更具体而言，本发明针对一种用于形成冷却微通道的硬钎焊方法。
【背景技术】
[0002]涡轮系统连续地改变以提高效率和减少成本。用于提高涡轮系统的效率的一个方法包括提高涡轮系统的操作温度。为了提高温度，涡轮系统必须由在继续使用期间可经得起此温度的材料构成。
[0003]除改变构件材料和涂层之外，涡轮构件的温度能力可通过使用冷却微通道提高。冷却微通道可并入用于燃气涡轮的高温区的金属和合金中。然而，由于直接在通道上的热喷涂可导致涂料填充通道，故在冷却微通道上形成外覆盖件可能很难。防止涂料填充通道的一种方法包括在涂布之前以牺牲材料填充通道，然后涂布构件，且随后浸出牺牲材料。填充和移除牺牲材料可能既困难又昂贵。
[0004]作为填充和浸出的备选方案，薄覆盖层可在冷却微通道上硬钎焊到基底上。然而，在将材料硬钎焊到基底的表面期间，足以硬钎焊材料所需的硬钎焊温度还可软化硬钎焊覆盖材料。软化材料可下垂或低垂到冷却微通道中，在它们变硬时阻挡它们。因此，硬钎焊需要很窄的温度范围，在该温度范围外，构件可受到破坏或使得不可用。
[0005]不存在一个或多个以上缺陷的硬钎焊方法将在本领域是期望的。
【发明内容】
[0006]在一个实施例中，一种硬钎焊方法包括提供具有至少一个凹槽的基底。接下来，支承部件提供和定位在基底中的至少一个凹槽上。硬钎焊材料提供和施加在支承部件上，支承部件和硬钎焊材料形成第一硬钎焊组件。接下来，第一硬钎焊组件加热来将第一硬钎焊组件硬钎焊到基底上。
[0007]在另一个示例性实施例中，一种硬钎焊方法包括提供预成型件、提供网目、将网目压入预成型件中、加热预成型件来形成第二硬钎焊组件、提供基底、在基底中提供至少一个凹槽、将第二硬钎焊组件施加到基底中的至少一个凹槽上、然后将第二硬钎焊组件硬钎焊到基底上。
[0008]在另一个示例性实施例中，一种硬钎焊方法包括提供硬钎焊材料、在硬钎焊材料中形成至少一个凹槽、将支承部件装固到至少一个凹槽内以形成第三硬钎焊组件、提供基底、将第三硬钎焊组件施加到基底上、以及将第三硬钎焊组件硬钎焊到基底上以形成硬钎焊的制品。第三硬钎焊组件中的至少一个凹槽形成硬钎焊制品中的至少一个冷却微通道。
[0009]一种硬钎焊方法，包括:
提供具有至少一个凹槽的基底；
提供支承部件；
将支承部件定位在基底中的至少一个凹槽上； 提供硬钎焊材料；
将硬钎焊材料施加到支承部件上，硬钎焊材料和支承部件形成第一硬钎焊组件；以及加热第一硬钎焊组件来将第一硬钎焊组件硬钎焊到基底上。
[0010]优选地，方法包括将硬钎焊材料保持在至少一个凹槽上方，而不使硬钎焊材料进入凹槽和形成凸形边界。
[0011]优选地，方法还包括以下步骤:
提供第~■基底；以及
将第二基底定位在第一硬钎焊组件上，以便第一硬钎焊组件在具有至少一个凹槽的基底与第二基底中间；
其中加热步骤将第二基底硬钎焊到具有至少一个凹槽的基底上。
[0012]优选地，至少一个凹槽中的各个均形成冷却微通道，其带有基底与硬钎焊组件之间的无阻碍流动。
[0013]优选地，硬钎焊材料包括镍基硬钎焊合金。
[0014]优选地，硬钎焊材料包括与基底的热膨胀系数相容的热膨胀系数。
[0015]优选地，支承部件为线。
[0016]优选地，支承部件为网目。
[0017]优选地，方法还包括以下步骤:
由高熔点合金、低熔点合金和粘合剂提供预成型件；以及将预成型件施加到支承部件上来形成第一硬钎焊组件。
[0018]优选地，加热第一硬钎焊组件烧结预成型件，且将第一硬钎焊组件硬钎焊到基底上。
[0019]优选地，硬钎焊包括真空硬钎焊。
[0020]优选地，硬钎焊包括大气硬钎焊。
[0021]优选地，基底包括镍基合金。
[0022]优选地，基底包括钴基合金。
[0023]一种硬钎焊方法，包括:
提供预成型件；
提供网目；
将网目压入预成型件中；
加热预成型件以形成第二硬钎焊组件；
提供基底；
提供基底中的至少一个凹槽；
将第二硬钎焊组件施加到基底中的至少一个凹槽上；然后将第二硬钎焊组件硬钎焊到基底上。
[0024]优选地，方法包括将硬钎焊材料保持在至少一个凹槽上方，而不使硬钎焊材料进入凹槽和形成凸形边界。
[0025]一种硬钎焊方法，包括:
提供硬钎焊材料；
形成硬钎焊材料中的至少一个凹槽； 将支承部件装固到至少一个凹槽内以形成第三硬钎焊组件；
提供基底；
将第三硬钎焊组件施加到基底上；以及
将第三硬钎焊组件硬钎焊到基底上来形成硬钎焊制品；
其中至少一个凹槽中的各个均形成硬钎焊制品中的冷却微通道。
[0026]优选地，支承部分为陶瓷。
[0027]优选地，支承部件为微管。
[0028]优选地，微管形成硬钎焊制品中的微通道。
[0029]本发明的其它特征和优点将从结合附图的优选实施例的以下更详细的描述中清楚，附图通过举例的方式示出了本发明的原理。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为根据本公开内容的实施例的硬钎焊方法的流程图。
[0031]图2为根据本公开内容的实施例的硬钎焊方法的工艺图。
[0032]图3为根据本公开内容的实施例的硬钎焊方法的工艺图。
[0033]图4为根据本公开内容的实施例的硬钎焊方法的流程图。
[0034]图5为根据本公开内容的实施例的硬钎焊方法的工艺图。
[0035]图6为根据本公开内容的实施例的硬钎焊方法的流程图。
[0036]图7为根据本公开内容的实施例的硬钎焊方法的工艺图。
[0037]图8为根据本公开内容的实施例的硬钎焊方法的工艺图。
[0038]图9为现有技术的硬钎焊方法的工艺图，其示出了形成基底中的凹槽内的凸形边界的硬钎焊材料。
[0039]只要可能，则相同的参考标号将在所有附图中表示相同的部分。
【具体实施方式】
[0040]提供了一种示例性硬钎焊方法。相比于未使用本文公开的一个或多个特征的工艺和制品，本公开内容的实施例提高了冷却微通道形成的效率、减少了冷却微通道形成的成本、减少了硬钎焊期间到冷却微通道中的硬钎焊材料的侵蚀、允许了提高硬钎焊温度、减少了硬钎焊期间的废品率、允许了硬钎焊材料中的冷却微通道的形成，或它们的组合。
[0041]参看图1和2，在一个实施例中，硬钎焊方法100包括提供具有至少一个凹槽103的基底101、提供支承部件105、将支承部件105定位在基底101中的凹槽103上(步骤110)，提供硬钎焊材料107、将硬钎焊材料107施加到支承部件105上(步骤120)以形成包括支承部件105和硬钎焊材料107的第一硬钎焊组件109，以及加热第一硬钎焊组件109(步骤130)来将第一硬钎焊组件109硬钎焊到基底101上。在另一个实施例中，硬钎焊材料107可形成有达到30密耳、达到25密耳、达到20密耳或它们的组合的厚度。硬钎焊通过能够将第一硬钎焊组件109的硬钎焊材料107装固到基底101上以形成硬钎焊制品的任何适合的硬钎焊方法来执行。基底101中的至少一个凹槽103中的各个均形成硬钎焊制品中的冷却微通道104。适合的硬钎焊方法包括但不限于真空硬钎焊、大气硬钎焊、非氧化气氛中的硬钎焊，或它们的组合。硬钎焊材料107包括任何适合的材料，如但不限于镍基硬钎焊合金。
[0042]参看图3，在一个实施例中，第一硬钎焊组件109还可在具有凹槽103的基底101与包括相同材料的第二基底102的中间。在该实施例中，不但第一硬钎焊组件109防止硬钎焊材料107下垂、下滑或低垂到凹槽103中，而且第一硬钎焊组件109将具有凹槽103的基底101连结到第二基底102上。参看图9，如本文使用的下垂、下滑或低垂是指硬钎焊材料107进入凹槽103中且形成凹槽103内的凸形边界。
[0043]在第一硬钎焊组件109的加热(步骤130)期间，硬钎焊温度软化硬钎焊材料107，其否则可在其自身重量的下没有支承地下垂、下滑或低垂到凹槽103中。然而，将支承部件105定位在凹槽103 (步骤110)上将硬钎焊材料107保持在凹槽103上，最大限度减小、减少或消除了硬钎焊材料107的下垂、下滑或低垂。此外，支承部件105通过减少或消除硬钎焊材料107下垂或低垂到凹槽103中而减少或消除了由将增加的热用到硬钎焊材料107上的应用而形成的废料。支承部件105可为在第一硬钎焊组件109 (步骤130)加热期间能够将硬钎焊材料107保持在凹槽103上方的任何适合的制品。用于支承部件105的适合的制品包括但不限于杆、线、网目201 (图2)、实心片、穿孔片或它们的组合。支承部件105优选应当具有足够高的熔化温度而在硬钎焊中完好。然而，支承部件105可并入硬钎焊制品中，或可在涡轮的寿命期间在硬钎焊制品内退化。
[0044]将支承部件105定位在凹槽103上(步骤110)以减少或消除软化的硬钎焊材料107的下滑、下垂或低垂允许了在没有硬钎焊材料107进入凹槽103中的情况下实现硬钎焊温度。在一个实施例中，支承部件105可在第一硬钎焊组件109加热(步骤130)期间通过提高硬钎焊温度来同化到硬钎焊材料107中。在一个实施例中，支承部件105具有高于硬钎焊材料107的温度的熔化和软化温度，且并入硬钎焊制品中。可经得起第一硬钎焊组件109的加热(步骤130)的支承部件105包括未在硬钎焊温度下软化的任何适合的成分。适合的成分包括了类似于或大致类似于基底101的那些，如但不限于陶瓷、金属合金或它们的组合。可退化的支承部件包括可在高温涡轮操作期间氧化的材料，如钢。
[0045]冷却微通道104形成在基底101与第一硬钎焊组件109之间。冷却微通道104包括允许流体在其中流动的开放的内部空间。减少或消除软化的硬钎焊材料107下垂或低垂到冷却微通道104的开放的内部空间中允许冷却流体无阻碍的流动。在一个实施例中，冷却微通道104包括但不限于大约5密耳至大约200密耳之间、大约10密耳至大约150密耳之间、大约10密耳至大约100密耳之间的宽度和/或深度，或它们的组合，子组合、范围、子范围，其中一密耳等于0.001英寸。在另一个实施例中，冷却微通道104的宽度和/或深度在通道之间变化，或沿其冷却微通道104自身变化。在另一个实施例中，冷却微通道104包括任何适合的横截面形状，如，但不限于圆形、半圆形、正方形、矩形、椭圆形、三角形、任何其它多边形或它们的组合。
[0046]基底101包括使用其中的冷却微通道104的任何构件，如但不限于轮叶、喷嘴、护罩、热气体通路构件或燃烧器。在一个实施例中，第一硬钎焊组件109在加热(步骤130)之前定形为符合基底101的形状，以便流过冷却微通道104的流体不会泄漏。基底包括任何适合的可硬钎焊的成分，如但不限于镍基合金、钴基合金、高强度钢合金或它们的组合。在燃气涡轮中，具有冷却微通道104的基底101经历大约1600 °F到大约2400 °F之间、大约1700 °F到大约2300 °F之间、大约1800 °F到大约2200 °F之间的操作温度，或其任何组合、子组合、范围或子范围。提供具有与基底相似或大致相似的热膨胀系数的硬钎焊材料107可在操作期间减少来自差异膨胀的应力。
[0047]参看图4和图5，在一个实施例中，网目201在烧结操作之前以〃毛坯〃状态压入(步骤210)翼型件203中，然后加热(步骤220)以形成第二硬钎焊组件209。在另一个实施例中，网目201被压到(步骤210)翼型件203的两(2)层或多层之间，然后加热(步骤220)来形成第二硬钎焊组件209。
[0048]在一个实施例中，在加热(步骤220)之前，处于〃毛坯〃状态的预成型件203形成毡型材料。预成型件203至少包括高熔点合金、低熔点合金和粘合剂。在另一个实施例中，高熔点合金和低熔点合金两者为由粘合剂保持在一起的粉末形式。预成型件203的加热(步骤220)烧结预成型件203，使粘合剂挥发或焚烧，且将高熔点合金、低熔点合金和网目201装固在一起。加热(步骤220)在低于预成型件203的硬钎焊温度的任何适合的温度下执行，但该温度高到足以使高熔点合金粉末和低熔点合金粉末以低熔点合金的最少熔化来合并。此外，在另一个实施例中，翼型件203的加热(步骤220)提供低熔点合金的初熔，这提供了高熔点合金和网目201的粘合。适合的温度包括但不限于大约1700 °F到大约2200 °F之间、大约1800 °F到大约2000 °F之间、大约1850 °F到大约1950 °F之间，或它们的组合、子组合、范围或子范围。高熔点合金可类似于或大致类似于基底101。低熔点合金包括在高熔点材料或基底下方熔化的材料，例如，大约2000 °F。
[0049]在一个实施例中，低熔点合金具有一定成分，其特征在于以下标称重量百分比--大约8.0%到大约8.7%之间的Cr、大约9%到大约10%之间的Co、大约5.25%到大约5.75%之间的Al、达到大约0.9%的Ti (例如，大约0.6%到大约0.9%之间)、大约9.3%到大约9.7%之间的W、达到大约0.6%的Mo (例如，大约0.4%到大约0.6%之间)、大约2.8%到大约3.3%之间的Ta、大约1.3%到大约1.7%之间的Hf、达到大约0.1%的C (例如，大约0.07%到大约
0.1%之间)、达到大约0.02%的Zr (例如，大约0.005%到大约0.02%之间)、达到大约0.02%的B (例如，大约0.01%到大约0.02%之间)、达到大约0.2%的Fe、达到大约0.12%的S1、达到大约0.1%的Mn、达到大约0.1%的Cu、达到大约0.01%的P、达到大约0.004%的S、达到大约0.1%的Nb，以及余量的镍。在另一个实施例中，低熔点合金具有特征为以下标称重量百分比的成分:大约百分之19.0的铬、大约百分之0.03的硼、大约百分之10的硅、大约百分之0.1的碳以及余量的镍。
[0050]在一个实施例中，高熔点合金具有特征为以下标称重量百分比的成分:大约百分之12的钴、大约百分之6.8的铬、大约百分之4.9的钨、大约百分之1.5的钥、大约百分之6.1的铝、大约百分之6.3的钽、大约百分之0.12的碳、大约百分之2.8的铼、大约百分之
1.2的铪，以及余量的镍。
[0051]第二硬钎焊组件209施加到基底101中的凹槽103上(步骤230)，且硬钎焊(步骤240)到基底101上。网目201提高第二硬钎焊组件209的刚性、减少或消除硬钎焊(步骤240)期间的下滑、下垂和/或低垂到凹槽103中。第二硬钎焊组件209硬钎焊(步骤240)在凹槽103上形成基底101中的冷却微通道104上的覆盖件。网目201保持在形成硬钎焊制品的一部分的第二硬钎焊组件209内，或在硬钎焊期间或在涡轮的随后操作(步骤240)期间被同化。在一个实施例中，第二硬钎焊组件209在硬钎焊(步骤240)之前定形以符合基底101的形状，以便流过冷却微通道104的流体不会泄漏。
[0052]参看图6和图7，在一个实施例中，至少一个凹槽103形成(步骤310)在硬钎焊材料107中，且支承部件301装固(步骤320)在硬钎焊材料107的凹槽103内以形成第三硬钎焊组件309。在一个实施例中，支承部件301包括与基底101相同的材料，且具有高于硬钎焊材料107的硬钎焊温度的熔化温度。支承部件301装固(步骤320)在凹槽103内的任何适合位置中，以减少或消除硬钎焊材料107下滑、下垂和/或低垂到凹槽103中。适合的位置包括但不限于凹槽103的侧部303、凹槽103的顶部305，或它们的组合。
[0053]当将支承部件301装固(步骤320)在凹槽103内之后，第三硬钎焊组件309施加(步骤330)到基底101上。第三硬钎焊组件309在施加(步骤330)之前定形以符合基底101的形状，以便流过冷却微通道104的流体不会泄漏。在一个实施例中，当施加(步骤330)第三硬钎焊组件309时，第三硬钎焊组件309中的至少一个凹槽103定位成符合基底101中的至少一个凹槽103。第三硬钎焊组件309与基底101之间的对应凹槽103 —起形成冷却微通道104。在另一个实施例中，当施加(步骤330)第三硬钎焊组件309时，第三硬钎焊组件309中的至少一个凹槽103定位成以便其不符合基底101中的至少一个凹槽103。基底101或第三硬钎焊组件309中的各个非对应的凹槽103形成单独的微通道104。在备选实施例中，基底101不包括凹槽103。将第三硬钎焊组件309施加(步骤330)到不带凹槽103的基底101上允许了形成冷却微通道104，而不形成基底101中的凹槽103。
[0054]参看图8，在备选实施例中，支承部件301包括定位和/或装固在硬钎焊材料107中的凹槽103内的单个金属形式，以形成第三硬钎焊组件309。例如，在一个实施例中，支承部件301为定位在凹槽103内的微管311。微管311具有高于硬钎焊材料107的熔化温度，且在将第三硬钎焊组件309硬钎焊(步骤340)到基底101上期间，装固(步骤320)在凹槽103内。装固到凹槽103内的微管311形成硬钎焊制品中的微通道104。微管311包括任何适合的形状，如但不限于圆形、正方形、矩形、三角形、任何其它多边形或它们的组合。在另一个实施例中，微管311的形状和/或尺寸沿微管311的长度变化。
[0055]支承部件301包括用于在硬钎焊(步骤340)期间保持凹槽103的形状的任何适合的材料。适合的材料包括但不限于陶瓷、金属合金或它们的组合。例如，在一个实施例中，支承部件301包括陶瓷，且未在升温硬钎焊(步骤340)期间硬钎焊(步骤340)到基底101上。在另一个示例中，支承部件301包括金属合金，且第三硬钎焊组件309的硬钎焊材料107和支承部件301两者在升温硬钎焊(步骤340)期间硬钎焊(步骤340)到基底101上。
[0056]尽管已经参照一定数目的优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解的是，可制作出各种改变，且等同方案可替代其元件，而不脱离本发明的范围。此外，可制作出许多改型，以使特定情形或材料适合本发明的教导内容，而不脱离其基本范围。因此，期望本发明不限于公开为用于实施本发明而构想出的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。
【权利要求】
1.一种硬钎焊方法，包括: 提供具有至少一个凹槽的基底； 提供支承部件； 将所述支承部件定位在所述基底中的所述至少一个凹槽上； 提供硬钎焊材料； 将所述硬钎焊材料施加到所述支承部件上，所述硬钎焊材料和所述支承部件形成第一硬钎焊组件；以及 加热所述第一硬钎焊组件来将所述第一硬钎焊组件硬钎焊到所述基底上。
2.根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述方法包括将所述硬钎焊材料保持在所述至少一个凹槽上方，而不使所述硬钎焊材料进入所述凹槽和形成凸形边界。
3.根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤: 提供第~■基底；以及 将所述第二基底定位在所述第一硬钎焊组件上，以便所述第一硬钎焊组件在具有所述至少一个凹槽的所述基底与所述第二基底中间； 其中所述加热步骤将所述第二基底硬钎焊到具有所述至少一个凹槽的所述基底上。
4.根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述至少一个凹槽中的各个均形成冷却微通道，其带有所述基底与所述硬钎焊组件之间的无阻碍流动。
5.根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述硬钎焊材料包括镍基硬钎焊I=1-Wl O
6.根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述硬钎焊材料包括与所述基底的热膨胀系数相容的热膨胀系数。
7.根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述支承部件为线。
8.根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述支承部件为网目。
9.根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤: 由高熔点合金、低熔点合金和粘合剂提供预成型件；以及 将所述预成型件施加到所述支承部件上来形成所述第一硬钎焊组件。
10.根据权利要求9所述的硬钎焊方法，其特征在于，加热所述第一硬钎焊组件烧结所述预成型件，且将所述第一硬钎焊组件硬钎焊到所述基底上。
【文档编号】B23K3/00GK104511674SQ201410511129
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】D.E.施克, S.C.科蒂林加姆, B.P.莱西, J.W.小哈里斯, B.L.托利森 申请人:通用电气公司