用于生产增材制造的分级复合过渡接头的方法

本公开涉及增材制造的分级复合过渡接头。具体地，本公开涉及用于异种金属焊件的增材制造的分级复合过渡接头。在另一方面，本公开涉及用于先进超超临界(a-usc)电厂中异种金属焊件的增材制造的分级复合过渡接头。另外，本公开涉及一种生产增材制造的分级复合过渡接头(“am-gctj”)的方法。

背景技术：

1、自2001年以来，作为美国能源部(doe)煤电计划的一部分，国家能源技术实验室(netl)启动了一项名为“用于超超临界锅炉系统的先进材料开发”的研究计划，以确定和开发先进超超临界(a-usc)锅炉和汽轮机系统的下一代材料。在这些锅炉和汽轮机系统中，目标蒸汽温度和压力分别为约760℃(1400℉)和约35mpa(5000psi)，与一些锅炉和汽轮机系统相比，这可减少包括二氧化碳(co2)在内的所有排放物约20％或更多。

2、烧煤a-usc系统的一个挑战在于材料和制造技术领域。作为锅炉中的关键材料部件，过热器管面临苛刻的使用条件，并且应该满足关于炉侧煤灰腐蚀/侵蚀、蒸汽侧氧化和散裂、蠕变强度、热疲劳强度和可焊性的严格要求。在doe a-usc计划期间，合金740h和282被确定为a-usc系统的部件的候选。因此，这些系统的应用和成功需要可接受的制造和焊接工艺，尤其是异种金属焊缝(dmw)中的材料的可接受的制造和焊接工艺。

技术实现思路

1、下文提到的所有方面、示例和特征可以以任何技术上可能的方式组合。

2、本公开的一个方面提供了一种用于生产增材制造的分级复合过渡接头(am-gctj)的方法，该方法包括由第一合金a制备格栅或网格图案，其中格栅或网格图案包括格栅或网格图案中的孔隙；从格栅或网格图案的第一端到第二端构建格栅或网格图案，格栅或网格图案在第一端比在第二端具有更高的密度，并且其中格栅或网格图案通过从第一端到第二端增加孔隙的大小和随着格栅或网格图案被增材制造而降低格栅或网格图案的密度中的至少一者来逐渐降低密度；将第二合金b粉末添加到格栅或网格图案的第一端；向格栅或网格图案的第二端填充第二合金b粉末；在am-gctj中形成第一合金a和第二合金b粉末的复合材料；并且使复合材料经受热等静压以致密化复合材料，其中第二合金b粉末从am-gctj的第一端到第二端具有渐变浓度。

3、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中制备包括通过选择性激光熔化(slm)或选择性激光烧结(sls)中的至少一者来制备格栅或网格图案。

4、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中填充包括振动第二合金b，以使第二合金b从格栅或网格图案的第一端朝向第二端落下。

5、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中制备包括通过从第一端到第二端增材构建格栅或网格图案来制备格栅或网格图案。

6、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中孔隙具有直径在约几十微米至亚毫米范围内的孔隙大小。

7、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中将第二合金b粉末朝向格栅或网格图案的第二端振动包括超声振动第二合金b粉末。

8、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中第二合金b粉末从格栅或网格图案的第二端处的约0％渐变至格栅或网格图案的第一端处的约100％。

9、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中第一合金a包括奥氏体不锈钢，并且第二合金b包括蠕变强度增强的铁素体钢。

10、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中第一合金a包括蠕变强度增强的铁素体钢和奥氏体不锈钢，并且第二合金b包括奥氏体不锈钢。

11、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中第一合金a包括蠕变强度增强的铁素体钢和奥氏体不锈钢，并且第二合金b包括超级合金。

12、本公开的一个方面提供了一种增材制造的分级过渡接头(am-gctj)，其包括第一合金a；第二合金b；过渡接头，其中较大浓度的第一合金a设置在过渡接头的第一端，并且较大浓度的第二合金b设置在过渡接头的第二端；和设置在过渡接头的第一端和过渡接头的第二端之间的梯度复合过渡件，其中第一合金a和第二合金b的梯度复合过渡包括第一合金a和第二合金b的从过渡接头的第一端到过渡接头的第二端的分级过渡。

13、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中第一合金a被配置为焊接在过渡接头的第一端，并且第二合金b被配置为焊接在过渡接头的第二端。

14、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中从过渡接头的端到过渡接头的第二端的分级过渡是在第二端的第二合金b为大约0％到在第一端的第二合金b为大约100％的过渡。

15、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中第一合金包括蠕变强度增强的铁素体钢和奥氏体不锈钢，并且第二合金包括奥氏体不锈钢。

16、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中第一合金包括蠕变强度增强的铁素体钢和奥氏体不锈钢，并且第二合金包括超级合金。

17、本公开的方面提供了一种增材制造的分级过渡接头(am-gctj)，包括第一合金a和第二合金b的混合物，第一合金a包括具有渐变密度的格栅或网格图案，格栅或网格图案具有第一端和第二端，并且格栅或网格图案包括至少一个孔隙，至少一个孔隙的孔隙大小直径在约几十微米至约亚毫米的范围内，并且格栅或网格图案在第二端上的密度比在第一端处的格栅或网格图案的密度大，并且通过从第二端到第一端增加空隙大小和随着层从第一端向第二端增材构建而减少格栅或网格图案密度中的至少一者，密度是从0％到100％的渐变体积比，并且其中第二合金b被添加到格栅或网格图案的第二端，以形成具有格栅或网格图案的复合材料，其中复合材料从am-gctj的第二端到am-gctj的第一端具有从0％合金b到100％合金b的平滑分级过渡。

18、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中第一合金a包括蠕变强度增强的铁素体钢和奥氏体不锈钢，并且第二合金b包括奥氏体不锈钢。

19、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中第一合金a包括蠕变强度增强的铁素体钢和奥氏体不锈钢，并且第二合金b包括超级合金。

20、本公开的另一方面包括前述方面的任一项，并且其中第一合金a被配置为焊接在过渡接头的第一端，并且第二合金b被配置为焊接在过渡接头的第二端。

21、本公开中描述的两个或更多个方面(包括本概述部分中描述的那些方面)可以组合以形成本文未具体描述的实施方案。

22、在以下附图和描述中阐述一个或多个具体实施的细节。根据说明书和附图以及权利要求书，其他特征、目的和优点将是显而易见的。

技术特征：

1.一种用于生产增材制造的分级复合过渡接头(am-gctj)(300)的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述制备包括通过选择性激光熔化(slm)或选择性激光烧结(sls)中的至少一者来制备所述格栅或网格图案(101)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述填充包括振动所述第二合金b，以使所述第二合金b从所述格栅或网格图案(101)的所述第一端朝向所述第二端落下。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述制备包括通过从所述第一端到所述第二端增材构建所述格栅或网格图案(101)来制备所述格栅或网格图案(101)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述孔隙(110)具有直径在约几十微米至亚毫米范围内的孔隙大小。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述将所述第二合金b(200)粉末朝向所述格栅或网格图案(101)的所述第二端振动包括超声振动所述第二合金b(200)粉末。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二合金b(200)粉末的浓度从所述格栅或网格图案(101)的所述第二端处的约0％渐变至所述格栅或网格图案(101)的所述第一端处的约100％。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一合金a(100)包括奥氏体不锈钢，并且所述第二合金b(200)包括蠕变强度增强的铁素体钢。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述第一合金a(100)包括蠕变强度增强的铁素体钢，并且所述第二合金b(200)包括奥氏体不锈钢。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述第一合金a(100)包括蠕变强度增强的铁素体钢，并且所述第二合金b(200)包括超级合金。

11.一种增材制造的分级过渡接头(am-gctj)(300)，包括：

12.根据权利要求11所述的增材制造的分级过渡接头(am-gctj)(300)，其中所述第一合金a(100)被配置为焊接在所述过渡接头的所述第一端，并且所述第二合金b(200)被配置为焊接在所述过渡接头的所述第二端。

13.根据权利要求11和1中任一项所述的增材制造的分级过渡接头(am-gctj)(300)，其中从所述过渡接头的所述第一端到所述过渡接头的所述第二端的所述分级过渡是在所述第二端的所述第二合金b(200)为大约0％到在所述第一端的所述第二合金b(200)为大约100％的过渡。

14.根据权利要求10至12中任一项所述的增材制造的分级过渡接头(am-gctj)(300)，其中所述第一合金a(100)包括蠕变强度增强的铁素体钢，并且所述第二合金b(200)包括奥氏体不锈钢。

15.根据权利要求11至13中任一项所述的增材制造的分级过渡接头(am-gctj)(300)，其中所述第一合金a(100)包括蠕变强度增强的铁素体钢，并且所述第二合金b(200)包括超级合金。

16.一种增材制造的分级过渡接头(am-gctj)(300)，包括：

17.根据权利要求16所述的增材制造的分级过渡接头(am-gctj)(300)，其中所述第一合金a(100)包括蠕变强度增强的铁素体钢，并且所述第二合金b(200)包括奥氏体不锈钢。

18.根据权利要求16和17中任一项所述的增材制造的分级过渡接头(am-gctj)(300)，其中所述第一合金a(100)包括蠕变强度增强的铁素体钢，并且所述第二合金b(200)包括超级合金。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的增材制造的分级过渡接头(am-gctj)(300)，其中所述第一合金a(100)被配置为在第一过渡接头端处焊接，并且所述第二合金b(200)被配置为在第二过渡接头端处焊接。

技术总结
本公开提供了一种用于生产增材制造的分级复合过渡接头(AM‑GCTJ)(300)的方法，该方法包括由第一合金A(100)制备格栅或网格图案(101)；格栅或网格图案(101)包括格栅或网格图案(101)中的孔隙(110)。格栅图案从第一端到第二端构建，在第一端比在第二端密度大，并且通过增加孔隙大小和/或降低格栅或网格图案的密度来逐渐降低密度；将第二合金B(200)粉末添加到格栅或网格图案的第二端。向第一端填充第二合金B(200)粉末。复合材料由AM‑GCTJ(300)中的第一合金A(100)和第二合金B(200)粉末形成。对复合材料进行热等静压(HIP)以使复合材料致密化。第二合金B(200)从AM‑GCTJ(300)的第一端渐变至第二端。

技术研发人员：刘兴波,冯志立,王艳丽,D·诺沃特纳克,钱海洋
受保护的技术使用者：西弗吉尼亚大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13