用于结合材料的方法和系统的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]应用疲劳可导致各种金属、陶瓷以及合金构件(例如，超级合金)经历磨损。例如，裂纹、磨蚀、腐蚀、和/或多种其他状况可导致原始基底材料的消除或磨损。为了修复磨损的构件，可添加(例如，焊接)填充物材料来填充到裂纹中、修补磨蚀、和/或以其他方式替换腐蚀损失的材料。同样地，在将两个或更多个构件结合在一起时，可将填充物材料添加至构件中的一个或更多个的原始基底材料。与基底材料相同或相似的填充物材料可用于提供横跨修复的和/或结合的构件的相对坚固的均匀的机械属性。
[0002]当填充物材料是具有相对高的熔化温度的相对高温性能合金(即，在燃气涡轮发动机的相对热的气体路径中使用的镍和/或钴基超级合金)时，必须在可将填充物材料应用至原始基底材料之前将相对大的能量应用施加至填充物材料。但是，用于熔化填充物材料的大量的辐射热(例如通过焊接设备产生的)也可影响原始基底材料。例如，辐射热的冲击可对原始基底材料的微观结构导致塌陷、熔化、再结晶、晶粒生长和/或其他改变。原始基底材料中的这种改变可降低被修复和/或结合在一起的(多个)构件的强度、韧性和/或其他机械属性。而且，辐射热在原始基底材料上的冲击可导致填充物材料和原始基底材料之间的接头在冷却期间开裂，这通常称为“热拉裂”。
[0003]虽然可备选地使用带有较低熔化温度的填充物材料，但是这种填充物材料可提供在高温下的较低性能，和/或具有与原始基底材料的机械属性愈加不同的机械属性。例如，钎焊工艺可对原始基底材料传递较少的热。但是，钎焊材料的熔点必须比原始基底材料的熔点低，这可要求以如下的量使用熔点抑制元素(例如硅和/或硼)，该量导致形成有害地影响修复和/或结合的(多个)构件的机械属性的相对大量的脆性金属间相。需要允许使用相对高的熔化温度的填充物材料而不导致原始基底材料的问题的技术和系统。
【发明内容】
[0004]在一个实施例中，提供一种方法以用于将填充物材料结合至基底材料。该方法包括:在坩祸的熔化室内熔化填充物材料，使得填充物材料熔化；通过电磁地使熔化室内的填充物材料悬浮来将填充物材料保持在坩祸的熔化室内；和从坩祸的熔化室释放填充物材料，来将填充物材料输送至基底材料的目标地点。
[0005]在另一实施例中，提供一种系统以用于将填充物材料结合至基底材料。该系统包括具有用于保持填充物材料的熔化室的坩祸。坩祸包括流体地连接至熔化室的出口。加热元件操作地连接至坩祸，以用于加热坩祸的熔化室内的填充物材料。加热元件构造为熔化熔化室内的填充物材料，使得填充物材料熔化。流控制机构操作地连接至坩祸，以用于控制穿过熔化室的出口的填充物材料的流。流控制机构构造为电磁地使熔化室内的填充物材料悬浮，来将填充物材料保持在熔化室内。
[0006]在另一实施例中，提供一种方法以用于将填充物材料结合至基底材料。该方法包括:提供坩祸的熔化室内的熔化的金属填充物材料；和由线圈产生第一磁场，该线圈绕熔化室延伸，来感应与第一磁场相反的填充物材料内的第二磁场，其中，相反的第一和第二磁场将填充物材料保持在坩祸的熔化室内。该方法还包括从坩祸的熔化室释放填充物材料，来将填充物材料输送至基底材料的目标地点。
【附图说明】
[0007]图1是用于将填充物材料结合至基底材料的示范实施例的示意图。
[0008]图2是在图1中显示的系统的喷嘴的示范实施例的剖面图。
[0009]图3是在图1中显示的系统的感应线圈的示范实施例的透视图。
[0010]图4是在图1中显示的系统的感应线圈的另一示范实施例的透视图。
[0011]图5是在图1中显示的系统的另一示意图。
[0012]图6是示出用于将填充物材料结合至基底材料的方法的示范实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0013]某些实施例的下列详细描述将在结合附图阅读时更好地理解。应当理解的是，各种实施例不限于在附图中显示的布置和工具。
[0014]如在本文中所使用的，以单数叙述并且前缀单词“一”或“一个”的元件或步骤应当理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非明确地声明这种排除。而且，对“一个实施例”的引用不意图理解为排除也包括叙述的特征的附加实施例的存在。而且，除非相反地明确地陈述，否则“包括”或“包含”具有特定属性的一个元件或多个元件的实施例可包括附加的不具有该属性的这种元件。
[0015]各种实施例提供用于将填充物材料结合至基底材料的方法和系统。各种实施例可提供在常规的结合和修复技术的机械属性中的改进。各种实施例可包括，在坩祸的熔化室内熔化填充物材料，使得填充物材料熔化，从而通过电磁地使熔化室内的填充物材料悬浮来将填充物材料保持在坩祸的熔化室内，并且从坩祸的熔化室释放填充物材料，来在熔化流中将填充物材料输送至基底材料的目标地点。填充物材料可在远离基底材料的目标地点的远距离处熔化，使得填充物材料的熔化不导致基底材料的目标地点升高到高于目标地点的固相线和/或再结晶温度。可在连续流中将熔化的填充物材料输送至基底材料的目标地点。各种实施例可提供流控制机构，其使用电磁悬浮并且允许真空和不活泼气体和/或结合操作。
[0016]各种实施例的技术效果可包括:减少或消除熔点抑制剂在填充物材料中的使用；减少施加在基底材料上的过量热量；和/或输送填充物材料以用于构件修复，而没有填充物材料污染物。例如，各种实施例的技术效果可提供相对清洁的熔化填充物材料的输送，以用于连续的构件修复而没有填充物材料污染物并且/或者用于重铸修复而没有填充物材料污染物。而且，各种实施例的技术效果可包括，在(例如陶瓷坩祸的)熔化室内熔化填充物材料(例如，超级合金填充物材料)，而没有热冲击、机械故障、和/或熔化污染物(例如，来自熔化室)。各种实施例的技术效果可包括允许如下构件的修复，该构件之前因为没有修复技术可利用来恢复构件的适当的结构和/或属性而被替换。而且，各种实施例的技术效果可包括允许用于铸造相对高质量子构件的备选制造选项，该子构件可然后与具有与基底材料接近、相似、和/或相同的机械属性的接头结合。
[0017]如在本文中所使用的，术语“构件”可为具有任何结构、任何尺寸以及任何几何结构的任何类型的构件，其允许熔化的填充物材料向构件的基底材料的目标地点的应用。例如，构件可包括相对平坦的修复表面，其在目标地点处具有空隙。该空隙可由于各种应用疲劳而出现，应用疲劳例如但不限于裂纹、摩擦、磨蚀、腐蚀、可导致构件的基底材料的消除和/或磨损的其他状况等。而且，在一些实施例中，构件包括一个或更多个曲面、转角、臂部、接头等。可使用在本文中描述和/或示出的各种实施例修复和/或结合的构件的实例，包括但不限于，使用铸造工艺制作的构件、航空器构件、航空器发动机构件、燃气涡轮发动机构件(例如，用于燃气涡轮发动机的动叶)、翼形件(例如，用于燃气涡轮发动机的涡轮叶片)、喷嘴(例如燃气涡轮发动机的单晶体喷嘴)等。
[0018]构件的基底材料可包括使得基底材料能够具有在一个或更多个位置(S卩，目标地点)处结合(例如，接触并随后粘结)至其的熔化填充物材料的任何(多种)物质。例如，基底材料可包括但不限于金属、合金、陶瓷、超级合金等。在一个实施例中，基底材料包括相对少量的，或不包括娃。在一些实施例中，基底材料包括镲基超级合金，例如但不限于，在用于相对热的气体路径应用等的燃气涡轮发动机中使用的镍基超级合金。例如，基底材料可包括商业上可获得的ReM ?N5合金。而且，在一些实施例中，基底材料包括钴基超级合金，例如但不限于，在用于相对热的气体路径应用等的燃气涡轮发动机中使用的钴基超级合金。构件的基底材料的目标地点可为意图添加填充物材料的任何(多个)位置。例如，目标地点可包括裂纹、多个构件或子构件之间的接缝、磨蚀、腐蚀区域等。
[0019]图1是用于在基底材料14的目标地点18 (在图5中显示)处，将填充物材料12结合至构件16(在图5中显示的)的基底材料14(在图5中显示)的系统10的示范实施例的示意图。如将在下面所描述的，系统10可布置在离基底材料14的目标地点18的远距离％(在图5中显示)处。如在本文中使用的，术语“远距离”包括在目标地点18和系统
10(例如加热元件20、坩祸22、和在坩祸22中的任何熔化填充物材料12)之间的任何距离，其足够大使得目标地点18不因来自系统18的辐射能量而升高高于目标地点18的固相线和/或再结晶温度。
[0020]系统10包括坩祸22、加热单元24以及流控制机构74。加热单元24包括加热元件20。坩祸22构造为保持填充物材料12。具体地，坩祸22包括熔化室26。熔化室26构造为，在填充物材料12熔化并因而转变成熔化状态时，在其中保持填充物材料12。熔化室26构造为，在熔化的填充物材料12输送至基底材料14之前，在其中至少临时地保持填充物材料12。
[0021]坩祸22可包括如下的任何(多种)物质，该物质:允许在填充物材料12熔化时，熔化室26在其中保持填充物材料12 ;允许熔化室26在其中至少临时地保持熔化填充物材料12。坩祸22的适当物质的实例包括但不限于，氧化物、碳化物、氮化物、氧化铝基陶瓷、氧化铝、多孔氧化铝、氮化硼、石英、陶瓷、耐火陶瓷、金属冷炉膛、对感应热易感的物质等。尽管显示为具有圆锥形柱的形状，此外或备选地，坩祸22可包括允许坩祸22如在本文中描述和/或示出地起作用的任何其他形状。在一些实施例中，坩祸22构造为对相对快速的加热耐热冲击，并且足够坚固且不活泼来包含至少大约1550°C下的熔化的填充物材料12 (例如，GTD444合金、Rene ? 142合金、和N5合金)至少大约30分钟。坩祸22的熔化室26可具有任何容量，例如但不限于，多于大约30克等。例如，对于各自使用大约2克或少于大约2克的修复和/或结合操作、熔化室26的30克容量可允许直到四或五个单独的修复和/或结合操作，例如因为可需要预定量的填充物材料12剩余在熔化室26中，来允许电磁悬浮和/或熔化的调整。
[0022]填充物材料12可包括如下的任何(多种)物质，该物质:使得填充物材料12能够电磁悬浮、转变成完全熔化状态(即，加热至高于填充物材料12的液相线的状态)、在熔化状态下输送至基底材料14、和与基底材料14结合。在一些实施例中，使填充物材料12过热200°C或更高。填充物材料12可能能够在连续熔化流中输送至基底材料的目标地点18。可包括在填充物材料12内的物质的实例包括但不限于、含铁物质、不含铁物质、金属物质、导电物质、金属、合金、陶瓷、超级合金等。在一些实施例中，填充物材料12包括相对较少量的娃，或不包括娃。在一些实施例中，填充物材料12包括镲基超级合金，例如但不限于，在用于相对热的气体路径应用等的燃气涡轮发动机中使用的镍基超级合金。例如，填充物材料12可包括商业上可获得的ReM ?N5合金或商业上可获得的ReM ? 142合金。而且，在一些实施例中，填充物材料12包括钴基超级合金，例如但不限于，在用于相对热的气体路径应用等的燃气涡轮发动机中使用的钴基超级合金。如上所述，填充物材料12能够电磁悬浮。现在已知的能够电磁悬浮的物质包括但不限于、含铁物质、不含铁物质、金属物质、和导电物质。但是，填充物材料12可包括其他物质或完全由其他物质制成(例如，不导电物质、非金属物质等)，