CH696877A5

CH696877A5 - Verfahren zur Bereitstellung von Turbulation auf der Innenfläche von Löchern in einem Gegenstand und verwandte Gegenstände.

Info

Publication number: CH696877A5
Application number: CH01761/03A
Authority: CH
Inventors: Wayne Charles Hasz; Nesim Abuaf; Robert Alan Johnson
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2008-01-15
Also published as: SE526582C2; KR100815644B1; CN1526917A; SE0302704D0; CZ20032800A3; US20040072014A1; CN1325760C; US6910620B2; JP2004169689A; ITMI20031976A1; CZ304975B6; DE10348413A1; KR20040034450A; US20060138195A1; JP4721634B2; SE0302704L

Description

CH 696 877 A5

Beschreibung Hintergrund der Erfindung

[0001] In einem weiteren Sinn betrifft diese Erfindung Verfahren zum Verbessern der Kühlleistung in Hochtemperaturkomponenten. In einigen der konkreteren Ausführungsformen ist die Erfindung an die Bereitstellung von Rauheit auf den Innenflächen von Kühllöchern innerhalb von Turbinenmotorkomponenten gerichtet.

[0002] Etliche Techniken stehen gegenwärtig zur Verfügung, um die Temperatur von Turbinenmotorkomponenten unter kritischen Niveaus zu halten. Zum Beispiel wird Kühlluft oft aus dem Motorkompressor entlang einer oder mehr Komponentenflächen durch die Komponente geleitet. Ausserdem werden oft verhältnismässig lange radiale Kühllöcher durch Turbinenschaufeln gebohrt, um als Kanäle für Kühlluft zu dienen.

[0003] Die radialen Kühllöcher werden oft durch einen Prozess, der als elektrolytisches Feinbohren oder «STEM-Bohren» (nach engl, shaped tube electrolytic machining) bekannt ist, gebildet. Der STEM-Prozess ist eine elektrochemische Bearbeitungstechnik, welche zum Bohren von kleinen Löchern mit grossen Tiefe-Durchmesser-Verhältnissen besonders nützlich ist. Ein sehr wichtiger Vorteil dieses Prozesses ist, dass er verwendet werden kann, um der Innenfläche der Kühllöcher Rauheit zu verleihen. Die Rauheit verbessert die Wärmeübertragung durch die Löcher sehr. Das STEM-Bohren wird in verschiedenen Bezugsquellen, wie beispielsweise den US-Patenten 5 927 946 und 5 820 744, erwähnt.

[0004] Kurz gesagt verwenden STEM-Systeme oft ein oder mehr negativ geladene Titanrohre, einen Säureelektrolyt und ein positiv geladenes Substrat oder Werkstück. Der Elektrolyt wird in das Substrat gepumpt und löst das Metall in der vorgewählten Bahn des Kühllochs auf. Um Rauheit innerhalb der Löcher zu erzeugen, wird die Einspritzung des Elektrolyten periodisch unterbrochen, während die Tiefe des Lochs zunimmt. Dieser periodische Vorgang führt zur Bildung von Vorsprüngen entlang der Länge der Kühllöcher. Die Vorsprünge stellen die Rauheit und den Flächeninhalt bereit, welche für die verbesserte Wärmeübertragung erforderlich sind.

[0005] Obwohl STEM-Bohren in vielen Fällen eine nützliche Technik ist, weist es auch einige Nachteile auf. Zum Beispiel ist der Prozess sehr langsam. Wenn daher eine bedeutende Anzahl von Löchern gebohrt werden muss, kann der beträchtliche Zeitaufwand, der erforderlich ist, zu hohen Verarbeitungskosten führen. Die Ausrüstung, die erforderlich ist, kann ebenfalls ziemlich teuer sein. Ausserdem kann STEM-Bohren Ätzabfall erzeugen, welcher die Wärmeübertragungsleistung im Loch herabsetzen kann, wenn er nicht richtig entfernt wird. Überdies führt STEM-Bohren manchmal zu ungleichen Rauheitsmustern auf der Durchgangslochoberfläche, was sich ebenfalls nachteilig auf die Wärmeübertragungsleistung auswirken kann.

[0006] Daher wären auf dem Fachgebiet neue Verfahren, welche die Oberfläche von Durchgangslöchern mit Turbulati-on versehen, willkommen. Die Verfahren sollten imstande sein, die Turbulation an jedem ausgewählten Bereich der ganzen Wand zu befestigen. Ausserdem sollten die Verfahren einem erlauben, die Form, die Grösse und das Muster der gewünschten Turbulation, sowie ihre Zusammensetzung, zu ändern. Die Verfahren sollten auch mit allen anderen Prozessen, welche in Verbindung mit dem Gegenstand verwendet werden, vereinbar sein und die Kosten für die Herstellung davon nicht übermässig erhöhen.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0007] Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfordert ein Verfahren zur Bereitstellung von Turbulation auf der Innenfläche von wenigstens einem Durchgangsloch. Das Durchgangsloch kann in einer Vielfalt von verschiedenen Gegenständen angeordnet sein. Ein wichtiges Beispiel ist ein Muster von Kühllöchern für einen bestimmten Abschnitt einer Turbinenmotorkomponente, z.B. radiale Kühllöcher, welche sich durch eine Turbinenschaufel erstrecken. (Wie hierin verwendet, soll der Begriff «Loch» eine Vielfalt von inneren Regionen oder Hohlräumen in einem Gegenstand, einschliesslich Einkerbungen und hohler Regionen, umfassen.) Die Turbinenmotorkomponente wird für gewöhnlich aus einem Superlegierungsmaterial auf Nickel- oder Cobaltbasis gebildet.

[0008] Die Turbulation wird zuerst auf das Substrat aufgetragen, welches schliesslich in das Durchgangsloch eingeführt werden kann. In vielen Ausführungsformen ist das Substrat oder der «Dorn» ein Stab oder eine Stange, welche aus einem Opfermaterial gebildet ist, wie im Folgenden beschrieben wird. (Der Stab kann massiv oder hohl sein und wird im letzteren Fall manchmal als «Rohr» bezeichnet.) Turbulationsmaterial, welches oft eine Metalllegierung auf Nickel- oder Cobaltbasis umfasst, kann in verschiedenen Formen auf das Substrat aufgetragen werden. Zum Beispiel kann es frei als ein Pulver oder als Teil eines Schlamms, einer Metallfolie oder eines Bandes (z.B. eines Hartlöt-Grünbandes) aufgetragen werden.

[0009] Nach dem Auftragen der Turbulation auf das Substrat kann das Substrat in das Durchgangsloch eingeführt werden. Das Substrat wird weit genug eingeführt, um die Turbulation benachbart zu einem ausgewählten Bereich der Innenfläche des Lochs zu positionieren. Das Turbulationsmaterial wird dann an die Innenfläche geschmolzen, wobei mehrere Heiztechniken, welche im Folgenden beschrieben werden, verwendet werden. Das Opfersubstrat kann dann durch verschiedene Techniken aus dem Loch entfernt werden.

[0010] Andere Verfahren zum Auftragen von Turbulation auf das Substrat gehören ebenfalls zu dieser Erfindung. Zum Beispiel kann die Oberfläche des Substrats mit Einkerbungen versehen sein, welche Abmessungen aufweisen, die der Turbulation entsprechen, welche für das Durchgangsloch gewünscht wird. Die Einkerbungen werden mit einer Zusam2

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mensetzung aus Haftmittel und Turbulation gefüllt, und das Substrat wird dann in das Durchgangsloch eingeführt. Nach dem Schmelzschritt und der Beseitigung des Substrats bleibt die Turbulation durch das Haftmittel an der Lochoberfläche befestigt.

[0011] Als eine andere Alternative kann ein verhältnismässig dünnes Substrat (für gewöhnlich ein Stab oder eine Stange) als das Trägermaterial für eine Anzahl von Ringen verwendet werden. Die Ringe umgeben den Stab und sind jeweils aus einer Zusammensetzung aus Haftmittel und Turbulation gebildet. Ringe, die aus einem Opfermaterial gebildet sind, können mit den Ringen aus Haftmittel und Turbulation entlang der Länge des Substrats abwechseln. Nach der Einführung der Substrat-Ring-Einheit in das Durchgangsloch kann das Substrat wieder herausgezogen werden, und die turbulations-haltigen Ringe können an die Wand des Lochs geschmolzen werden. Die Opferringe können aus dem Durchgangsloch entfernt werden, wie im Folgenden beschrieben.

[0012] Als eine andere Alternative kann das Substrat selbst eine Metallfolie sein, welche aus dem Haftmittelmaterial gebildet wird. Turbulation kann auf die Folie aufgetragen werden, und die Folie kann auf eine Grösse zugeschnitten werden, die ausreicht, um in das Durchgangsloch zu passen. Die Folie kann dann zu einem Rohr gerollt werden, wobei die Turbulation auf seiner Innenfläche angeordnet ist. Das Rohr wird dann in das Durchgangsloch eingeführt und daran geschmolzen, so dass die Turbulation an die Wand des Lochs gebunden wird.

[0013] Noch eine andere Ausführungsform ist an einen Gegenstand gerichtet, welcher umfasst:

(I) ein Substrat, welches wenigstens ein Durchgangsloch enthält, wobei das Durchgangsloch eine Innenfläche umfasst; und

(II) Turbulationsmaterial, welches durch ein Haftmittel an die Innenfläche des Durchgangslochs gebunden wird. Wie bereits erwähnt, ist der Gegenstand oft eine Turbinenmotorkomponente, die etliche radiale Kühllöcher enthält, welche die Turbulation enthalten.

[0014] Weitere Einzelheiten hinsichtlich der verschiedenen Merkmale sind in der restlichen Beschreibung zu finden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0015]

Fig. 1 ist eine Veranschaulichung eines zylinderförmigen Metalldorns, auf welchen Turbulation aufgetragen wurde.

Fig. 2 ist eine Querschnittansicht (Rückansicht) des zylinderförmigen Dorns von Fig. 1 nach dem Auftrag eines Haftmittels.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines zylinderförmigen Dorns mit Einkerbungen.

Fig. 4 ist eine Ansicht der rechten Seite des Dorns von Fig. 3.

Fig. 5 ist eine Veranschaulichung des Dorns von Fig. 3, nachdem die Einkerbungen mit einem Metallbindemittelmaterial gefüllt wurden.

Fig. 6 ist eine Veranschaulichung des Dorns von Fig. 5, während er in ein Durchgangsloch eingeführt wird.

Fig. 7 veranschaulicht das Durchgangsloch von Fig. 6 nach der Entfernung des Dorns.

Fig. 8 ist eine Abbildung eines Satzes von Turbulation bildenden Ringen zur Anordnung auf einem Dorn.

Fig. 9 ist eine Ansicht der rechten Seite von Fig. 8.

Fig. 10 ist eine Seitenansicht eines zylinderförmigen Dorns.

Fig. 11 ist eine Ansicht der rechten Seite von Fig. 10.

Fig. 12 ist eine Abbildung eines Satzes von Opferringen zur Anordnung auf einem Dorn.

Fig. 13 ist eine Ansicht der rechten Seite von Fig. 12.

Fig. 14 ist eine Abbildung des Dorns von Fig. 10, nachdem Ringsätze darauf montiert wurden.

Fig. 15 ist eine Ansicht der rechten Seite von Fig. 14.

Fig. 16 veranschaulicht die Ringeinheit in Fig. 14, wie sie nach der Entfernung des Dorns in einem Durchgangsloch aussehen würde.

Fig. 17 ist eine Ansicht der rechten Seite von Fig. 16.

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Fig. 18 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, in welcher Turbulation auf die Innenfläche einer zylinderförmigen hohlen Dorns, welcher aus einer Metallfolie gebildet ist, aufgetragen wurde.

Fig. 19 ist eine Fotografie eines Schnitts eines Superlegierungsrohrs, auf welches Turbulation aufgetragen wurde.

Fig. 20 ist ein Teilschnitt eines Hartlötblattes, welches Turbulation enthält.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0016] Die Durchgangslöcher, welche in dieser Beschreibung beschrieben werden, können innerhalb jedes metallischen Materials oder ebensolcher Legierung gebildet werden. Für gewöhnlich (aber nicht immer) ist das metallische Material eine wärmebeständige Legierung, welche für Hochtemperaturumgebungen, wie jene über 1000°C, bestimmt ist. Wie hierin definiert, bezieht sich «auf Metallbasis» auf Materialien, welche hauptsächlich aus Metall oder Metalllegierungen gebildet sind, aber auch etwas nichtmetallisches Material enthalten können.

[0017] Einige wärmebeständige Legierungen sind «Superlegierungen», welche Legierungen auf der Basis von Cobalt, Nickel und Eisen umfassen. In einer Ausführungsform ist die Superlegierung ein Material, bei welchem Nickel oder Cobalt nach Gewicht das einzige grösste Element ist. Beispielhafte Legierungen auf Nickelbasis umfassen wenigstens etwa 40 Gew.-% Ni und wenigstens eine Komponente aus der Gruppe bestehend aus Cobalt, Chrom, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Titan und Eisen. Beispielhafte Legierungen auf Cobaltbasis umfassen wenigstens etwa 30 Gew.-% Co und wenigstens eine Komponente aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Chrom, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Titan und Eisen. Obwohl die Art von Gegenstand, in welchem das Durchgangsloch angeordnet ist, stark variieren kann, ist er oft in Form eines Turbinenmotorteils, wie beispielsweise ein Brennkammereinsatz, Brennkammerdom, Löffel oder Schaufel, Düse oder Blatt.

[0018] Die Turbulation kann aus jedem Material gebildet werden, welches bei Anschmelzen an die Durchgangslochoberfläche eine Mehrzahl von Ausstülpungen bildet, welche sich über die Oberfläche hinaus erstrecken. Diese Mehrzahl von Ausstülpungen erscheint als eine aufgeraute Oberfläche. Häufig umfasst das Turbulationsmaterial eine Teilchenphase von diskreten Teilchen, welche an die Durchgangslochoberfläche gebunden werden. Die Teilchenphase von diskreten Teilchen kann aus einem groben Pulver gebildet werden, welches im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Turbulationsmaterial wird auch in der anhängigen US-Patentanmeldung Seriennummer 09/304 276 allgemein beschrieben, welche am 3. Mai 1999 eingereicht wurde (Attorney Docket RD-25910) (W. Hasz et al.) und welche hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.

[0019] Das Turbulationsmaterial wird oft aus einem Material gebildet, das jenem des Gegenstands ähnelt, in welchem das Durchgangsloch angeordnet ist. Für gewöhnlich umfasst Turbulationspulver wenigstens ein Element, welches aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Cobalt, Aluminium, Chrom, Silicium, Eisen und Kupfer ausgewählt wird. Das Pulver kann aus einer Superlegierungshaftschichtzusammensetzung für Wärmesperrbeschichtungssysteme (TBC für engl, thermal barrier coating) gebildet werden. Zum Beispiel kann es eine Superlegierungszusammensetzung der Formel MCrAI(X) sein, wobei M ein Element ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Ni, Co, Fe und Kombinationen davon ausgewählt wird; und X ein Element ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Y, Ta, Si, Hf, Ti, Zr, B, C und Kombinationen davon ausgewählt wird. Die MCrAI(X)-Materialien weisen im Allgemeinen ein Zusammensetzungsspektrum von etwa 17,0 bis 23,0% Chrom, etwa 4,5 bis 12,5% Aluminium und etwa 0,1 bis 1,2% Yttrium auf, wobei M den Rest bildet. In einigen Ausführungsformen weisen die Turbulationspulverteilchen eine mittlere Teilchengrösse auf, welche innerhalb des Bereichs von etwa 125 Mikrometer bis etwa 4000 Mikrometer liegt. In einigen bevorzugten Ausführungsformen liegt die mittlere Grösse innerhalb des Bereichs von etwa 180 Mikrometer bis etwa 600 Mikrometer.

[0020] In dieser Erfindung wird die Turbulation auf vorher bestehende Durchgangslöcher aufgetragen. In den meisten Fällen weisen diese Durchgangslöcher anfänglich glatte Oberflächen auf. (Dieser Prozess kann jedoch verwendet werden, um Turbulation auf Löcher aufzutragen, welche bereits raue oder teilweise raue Oberflächen haben.) Techniken zur Bildung der Durchgangslöcher sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt. Zum Beispiel können die Löcher in vielen Arten von Gegenständen durch Giessen bereitgestellt werden. Ausserdem kann eine STEM-Technik verwendet werden, um innen glatte Löcher herzustellen, d.h. durch Ausführen des Prozesses auf eine «kontinuierliche» Weise. Für bestimmte Arten von Gegenständen können die Löcher durch andere Arten von Bohrtechniken, z.B. Laserbohren, elektro-erosive Bearbeitung (EDM) und Geschützrohrbohrtechniken, gebildet werden. Die Löcher weisen oft eine Länge von etwa 1 Zoll (2,5 cm) bis etwa 25 Zoll (62,5 cm) auf. Ausserdem weisen sie oft ein Länge-Durchmesser-Verhältnis auf, das im Bereich von etwa 20:1 bis etwa 100:1 liegt.

[0021] Wie bereits erwähnt, wird das Turbulationsmaterial zuerst auf das Substrat, z.B. auf einen Dorn oder eine andere Art von entfernbarem Trägermaterial, aufgetragen. Viele verschiedene Arten von Substraten können zu diesem Zweck verwendet werden. Die Grösse und Form des Substrats kann beträchtlich variieren, solange es imstande ist, in das Durchgangsloch eingeführt zu werden. Es muss auch imstande sein, die Turbulation auf seiner Oberfläche festzuhalten und die Turbulation dann in einem anschliessenden Heizschritt an die Oberfläche des Durchgangslochs «freizugeben» oder auf sie zu übertragen.

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[0022] In einer Ausführungsform ist das Substrat ein Stab 10, wie in Fig. 1 dargestellt. Der Stab weist eine Länge auf, die ausreicht, um Turbulation 12 für eine gewünschte Länge des Durchgangslochs zu enthalten. Die Form des Stabes wird durch die Form des Lochs bestimmt. Für gewöhnlich ist sie im Wesentlichen zylinderförmig, wie in dieser Figur dargestellt.

[0023] In einigen der bevorzugten Ausführungsformen ist der Stab aus einem Opfermaterial gebildet. Mit anderen Worten, ein derartiges Material kann aus dem Durchgangsloch entfernt werden, nachdem die Turbulation an die Lochoberfläche geschmolzen ist. Eine Vielfalt von Opfermaterialien kann verwendet werden. Viele werden in der anhängigen US-Patent-anmeldung Seriennummer 10/139 659 beschrieben, welche am 7. Mai 2002 (Attorney Docket RD-26 739, W. Hasz et al.) eingereicht wurde und hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die Fachleute können das am besten geeignete Material für einen ausgewählten Gegenstand und die Art des Haftmittels (im Folgenden beschrieben) bestimmen. Das Opfermaterial sollte imstande sein, ohne übermässige Mühe aus dem Loch entfernt zu werden. Die Entfernungsbedingungen (z.B. thermische Bedingungen) sollten das Loch und seine umgebenden Regionen nicht nachteilig beeinflussen.

[0024] Nichteinschränkende Beispiele für Opfermaterialien umfassen Metalloxide, Metallsalze, Metallhalogenide, Metallborate, Metallsulfate, Metallaluminate und Kombinationen davon. Einige konkrete Beispiele sind Natriumchlorid, Kaliumborat, Nickelchlorid, Magnesiumsulfat, Nickelfluorid, Natriumaluminat und Mischungen aus Natriumaluminat und Natrium-alumosilikat. Wenn sie in Form einer Paste verwendet werden, werden viele dieser Verbindungen mit einem Bindemittel und/oder einem Lösungsmittel kombiniert. Nichteinschränkende Beispiele für die Bindemittel sind Gele auf Wasserbasis, z.B. Vitta Gel™ und Polyethylenoxid. Beispiele für Bindemittelsysteme auf Lösungsmittelbasis sind jene, welche auf Poly-vinylbutyral basieren. Die Wahl eines bestimmten Lösungsmittels hängt von der Art des Bindemittels, welches verwendet wird, ab. Typische Beispiele umfassen Wasser, Alkohole, Aceton, Natriumhydroxidlösungen und Kaliumhydroxidlösungen. Die Fachleute sind mit Techniken zur Umbildung dieser Materialien in verschiedene Substratformen, wie beispielsweise einen zylinderförmigen Stab, vertraut.

[0025] In einigen bevorzugten Ausführungsformen werden Materialien auf Kohlenstoffbasis verwendet, um das Substrat zu bilden. Beispiele umfassen Graphit sowie Mischungen, welche Graphit enthalten. Substrate auf Graphitbasis können leicht zu einer gewünschten Form geformt werden. Ausserdem kann Graphit nötigenfalls z.B. durch Verbrennungstechniken leicht aus dem Durchgangsloch entfernt werden.

[0026] Es gibt mehrere Möglichkeiten, Turbulation auf den Stab 10 aufzutragen. Viele davon werden in den zuvor erwähnten Patentanmeldungen allgemein erörtert. In einem Fall können Turbulationsteilchen frei auf den Stab aufgetragen oder darüber «gesprenkelt» werden. Für gewöhnlich würde der Stab zuerst mit irgendeiner Art von Bindemittel beschichtet werden (z.B. durch Besprühen oder Eintauchen), um vorübergehende Haftung für die Turbulationsteilchen bereitzustellen. Das Bindemittel basiert normalerweise auf einem flüssigen Medium wie Wasser oder einem organischen Lösungsmittel. Herkömmliche Bindemittel können organische Materialien, wie beispielsweise Polyethylenoxid, und verschiedene Acryl-harzderivate umfassen. (Bindemittel auf Lösungsmittelbasis können ebenfalls verwendet werden.)

[0027] Nach dem Auftragen des Turbulationsmaterials auf den Stab kann ein Haftmittel über dem Material aufgetragen werden. In vielen bevorzugten Ausführungsformen ist das Haftmittel ein Hartlötmaterial. Derartige Materialien sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt und umfassen oft wenigstens ein Material, welches aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Cobalt, Eisen, einem Edelmetall und einer Mischung davon, welche wenigstens eines der vorhergehenden Elemente enthält, ausgewählt wird. Einige Hartlötzusammensetzungen werden in der «Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology», 3. Ausgabe, Vol. 21, Seiten 342 ff., beschrieben. Die Zusammensetzung der Hartlötlegierung ähnelt vorzugsweise jener des Gegenstandes, in welchem das Loch angeordnet ist. Wenn zum Beispiel der Gegenstand aus einer Superlegierung auf Nickelbasis gebildet ist, kann die Hartlötlegierung aus einer ähnlichen Superlegierungszusammensetzung auf Nickelbasis (für gewöhnlich mit einem Nickelgehalt von wenigstens etwa 40 Gew.-%) gebildet werden. Die Hartlötlegierungszu-sammensetzung kann auch Silicium und/oder Bor, welche als Schmelzpunktherabsetzer dienen, enthalten.

[0028] Beispielhafte Hartlötlegierungszusammensetzungen auf Nickelbasis werden im Folgenden bereitgestellt. Die Komponenten sind in Gewichtsprozenten angegeben:

1) 4,5 Si, 14,5 Cr, 3,3 B und 4,5 Fe, der Rest Ni;

2) 15 Cr, 3,5 B, der Rest Ni;

3) 4,5 Si, 3 B, der Rest Ni;

4) 4,2 Si, 7 Cr, 3 B und 3 Fe, der Rest Ni;

5) 10 Si, 19 Cr, der Rest Ni;

6) 3,5 Si, 22 Co, 2,8 B, der Rest Ni;

7) 3,5 Si, 1,8 B, der Rest Ni;

8) 4,5 Si, 14 Cr, 3 B und 4,5 Fe, der Rest Ni;

9) 17 Cr, 9 Si, 0,1 B, der Rest Ni;

10) 2,6 Si, 2 Cr, 2 B und 1 Fe, der Rest Ni;

11) 15 Cr, 8 Si, der Rest Ni;

12) 10,1 Si, 19,0 Cr, der Rest Ni;

13) 4,5 Fe, 4,5 Si, 14,0 Cr, 3,1 B, 0,75 C, der Rest Ni;

14) 4,5 Fe, 4,5 Si, 14,0 Cr, 3,1 B, der Rest Ni;

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15) 4,5 Si, 3,1 B, der Rest Ni;

16) 11,0 P, der Rest Ni;

17) 10,1 P, 14,0 Cr, der Rest Ni; und

18) 19 Cr, 7,3 Si, 1,5 B, der Rest Ni.

[0029] Einige bevorzugte Hartlötlegierungszusammensetzungen auf Nickelbasis für die vorliegende Erfindung umfassen wenigstens Silicium, Chrom, Bor oder Eisen, wobei der Rest Nickel ist. Silicium wird gegenüber Bor manchmal bevorzugt. Mischungen aus Silicium und Bor werden manchmal eingesetzt. Als ein konkretes nichteinschränkendes Beispiel umfassen einige dieser Zusammensetzungen etwa 5 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% Silicium oder Bor und etwa 15 Gew.-% bis etwa 25-Gew.-% Chrom, wobei der Rest Nickel ist.

[0030] Beispielhafte Hartlötlegierungszusammensetzungen auf Cobaltbasis umfassen:

1 ) 8 Si, 19 Cr, 17 Ni, 4 W, 0,8 B, der Rest Co; und 2) 17,0 Ni, 1,0 Fe, 8,0 Si, 19,0 Cr, 0,8 B, 0,4 C, der Rest Co.

[0031] Andere Arten von Hartlötlegierungen können ebenfalls verwendet werden. Nichteinschränkende Beispiele umfassen Edelmetallzusammensetzungen, welche Silber, Gold und/oder Palladium enthalten, in Kombination mit anderen Metallen, wie beispielsweise Kupfer, Mangan, Nickel, Chrom, Silicium und Bor. Mischungen, welche wenigstens eines der Hartlötlegierungselemente enthalten, sind ebenfalls möglich. Viele der Metallhartlötzusammensetzungen sind bei der Praxair Surface Technologies, Inc. erhältlich.

[0032] Das Haftmittel, welches durch ein Hartlötmaterial veranschaulicht wurde, kann in Form eines Haftblattes oder einer Haftschicht über der Turbulation aufgetragen werden. Zum Beispiel kann das Haftblatt die Form eines Hartlöt-Grünbandes aufweisen, welches um den Stab gewickelt oder gerollt wird. Hartlöt-Grünbänder sind im Handel erhältlich. Beispiele umfassen die Amdry-Linie von Hartlötbändern, welche bei Sulzer Meteo erhältlich ist.

[0033] Eine beispielhafte Klasse ist Amdry® 100. Die Bänder können alternativerweise durch herkömmliche Techniken, wie in der erwähnten Patentanmeldung Seriennummer 09/304 276 beschrieben, hergestellt werden. (Alternativerweise kann das Haftblatt die Form einer Metallfolie aufweisen.)

[0034] Fig. 2 stellt einen Querschnitt (Rückansicht) des zylinderförmigen Stabes (Substrat) von Fig. 1 nach dem Auftrag des Haftmittels dar. Der Stab 10 umfasst eine Schicht von Turbulation 12, welche ihrerseits durch eine Hartlötschicht 14 bedeckt ist. Der Stab kann an diesem Punkt manuell oder mechanisch eingeführt in ein Durchgangsloch werden. (Zum Beispiel kann ein Robotersystem verwendet werden, um mehrere Stäbe - jeden in ein anderes Durchgangsloch -einzuführen.) Der Stab wird so weit eingeführt, wie notwendig ist, um die Turbulation 12 benachbart zu einer ausgewählten Region der Innenfläche des Durchgangslochs zu positionieren.

[0035] Nachdem der Stab an einer gewünschten Stelle innerhalb des Durchgangslochs positioniert ist, wird eine Wärmebehandlung vorgenommen. Die Wärmebehandlung schmilzt das Turbulationsmaterial an die Innenfläche des Lochs. Die konkrete Wärmebehandlung, welche eingesetzt wird, kann variieren und hängt zum Teil von der Art des vorhandenen Haftmittels ab. (Die Wärmebehandlung sollte für gewöhnlich dem Haftmittel, dem Turbulationsmaterial und dem darunterliegenden Metall des Durchgangslochs Wärme für geeignetes Schmelzen zuführen.) Im Falle eines hartlötartigen Haftmittels kann ein herkömmlicher Hartlötvorgang, wie in Seriennummer 09/304 276 beschrieben, verwendet werden. (Wie hierin verwendet, soll «Hartlöten» im Allgemeinen jedes Verfahren zum Verbinden von Metallen umfassen, welches die Verwendung eines Füllmetalls oder einer Fülllegierung mit sich bringt.)

[0036] Die Hartlöttemperaturen hängen zum Teil von der Art der Hartlötlegierung, welche verwendet wird, ab und liegen normalerweise im Bereich von etwa 525°C bis etwa 1650°C. Im Falle von Hartlötlegierungen auf Nickelbasis liegen die Hartlöttemperaturen für gewöhnlich im Bereich von etwa 800°C bis etwa 1260°C. Falls möglich, wird Hartlöten oft in einem Vakuumofen ausgeführt. Die Vakuummenge hängt zum Teil von der Zusammensetzung der Hartlötlegierung ab. Für gewöhnlich ist das Vakuum im Bereich von etwa 10"1 Torr bis etwa 10"8 Torr, welche durch Evakuieren von Umgebungsluft aus der Vakuumkammer auf das gewünschte Niveau erreicht werden. Die Fachleute können mit anderen Heiztechniken, welche für das Schmelzen des Turbulationsmaterials innerhalb des Durchgangslochs geeignet sind, vertraut sein.

[0037] Der Heizschritt schmilzt das Haftmittel (z.B. das Hartlötmaterial) an die Innenfläche des Durchgangslochs. Wenn das Haftmittel abkühlt, bildet es einen metallurgischen Verbund mit der Wand des Lochs. Das Turbulationsmaterial wird innerhalb der Haftschicht, d.h. des verfestigten Hartlötmatrixmaterials, mechanisch festgehalten. Die Turbulation steht dadurch in den Durchgang vor, um ihre Funktion, z.B. für verbesserte Wärmeübertragung, auszuüben.

[0038] Nachdem das Haftmittel an die Oberfläche des Durchgangslochs geschmolzen ist, kann das Substrat (z.B. der Dorn) aus dem Loch entfernt werden. In manchen Fällen wird das Substrat einfach unversehrt aus dem Loch herausgezogen. In bevorzugten Ausführungsformen wird es jedoch durch eine gewisse Art von Technik entfernt, welche das Substrat (d.h. ein Opfersubstrat) zersetzt. Die konkrete Technik hängt zum Teil von der Zusammensetzung des Substrats ab. Die Technik sollte eine sein, welche das Durchgangsloch oder den Gegenstand, in welchem es enthalten ist, nicht nachteilig beeinflusst.

[0039] (Zum Beispiel könnten starke Säuren viele Arten von Substraten entfernen, aber sie könnten auch umgebende Metallkomponenten beschädigen.)

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[0040] Eine wässrige Waschflüssigkeit kann als die Entfernungstechnik für ein wasserlösliches Substratmaterial verwendet werden. Chemikalienauswaschung oder Vakuumextraktion könnten für andere Arten von Materialien verwendet werden. Ätzen mit Lösungsmitteln, wie beispielsweise Wasser, Alkoholen, Aceton oder Alkalimetallhydroxiden, kann ebenfalls eingesetzt werden. Eine andere Technik, welche manchmal geeignet ist, ist Ultraschallentfernung.

[0041] Wenn das Substratmaterial organisch (z.B. Graphit) oder teilweise organisch ist, könnte Verbrennung eingesetzt werden. Zum Beispiel könnte der Gegenstand selbst auf eine Temperatur erwärmt werden, welche hoch genug ist, um das Substratmaterial zu vergasen oder auszubrennen. Restabfall könnte dann durch einen Luftstoss allein oder zusammen mit einer der anderen zuvor erwähnten Techniken entfernt werden.

[0042] In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Turbulationsmaterial zuerst auf das Substrat (z.B. den Dorn) in Form eines Schlamms, welcher auch das Haftmittel enthält, aufgetragen. Zum Beispiel kann eine Schlammzusammensetzung, welche ein flüssiges Medium, Hartlötlegierungspulver und Turbulationspulver enthält, durch einfache Mischtechniken hergestellt werden. (Der Schlamm kann wahlweise ein Bindemittel enthalten, und das flüssige Medium kann als ein Lösungsmittel für das Bindemittel fungieren.) Das flüssige Medium kann Wasser oder eine organische Komponente oder Mischungen davon sein, wie zuvor beschrieben.

[0043] Der Schlamm kann durch verschiedene Techniken aufgebracht werden. Zum Beispiel kann er direkt auf das Substrat aufgesprüht, aufgestrichen oder foliengegossen werden. Der Schlamm kann dann trocknen gelassen werden, wodurch das ganze flüchtige Material verdampft. Alternativerweise kann ein herkömmlicher Heizschritt ausgeführt werden, um das Entfernung der flüchtigen Stoffe zu beschleunigen. Das Substrat, welches die Turbulation und das Haftmittel enthält, kann dann in das Durchgangsloch eingeführt werden, wie zuvor beschrieben.

[0044] Als eine andere Alternative kann ein Muster von Einkerbungen innerhalb der Oberfläche des Substrats ausgebildet werden, wie in Fig. 3 und 4 abgebildet. Jede Einkerbung 30 im Substrat 32 (z.B. einem zylinderförmigen Stab) weist eine Abmessung auf, welche umgekehrt zur Abmessung einer entsprechenden gewünschten Turbulationsstelle auf der Innenfläche eines Durchgangslochs ist. Verfahren zur Musterung und Bildung der Einkerbungen sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt. Zum Beispiel kann zu diesem Zweck eine maschinelle Bearbeitungstechnik verwendet werden, welche oft durch einen Rechner gesteuert wird.

[0045] Die Einkerbungen 30 werden dann mit einer Zusammensetzung 34 aus Haftmittel und Turbulationsmaterial gefüllt, wie in Fig. 5 dargestellt. Jede dieser Komponenten wurde zuvor beschrieben. Ein Bindemittel ist für gewöhnlich ebenfalls vorhanden. (Diejenigen jedoch, die mit der Metallpulvertechnologie vertraut sind, sind sich anderer Techniken bewusst, um die Turbulationsteilchen und Haftmittelteilchen auf angemessene Weise aneinanderklebend zu halten.) Das Haftmittel ist für gewöhnlich ein Hartlötmaterial, und ein zusätzliches Lösungsmittel kann dazugegeben werden, um die Viskosität zu regeln. Die Zusammensetzung weist für gewöhnlich eine pastenförmige Viskosität auf. Sie kann durch jede herkömmliche Technik, z.B. Spachteln oder Einspritzen, in den Einkerbungen abgesetzt werden. Als ein wahlweiser zusätzlicher Schritt kann eine Haftmittelschicht um den Stab gewickelt oder gerollt werden und die Einkerbungen, welche mit der Zusammensetzung 34 gefüllt sind, abdecken. Wie bereits erwähnt, ist die Haftschicht, welche zum Einwickeln verwendet wird, oft ein Hartlöt-Grünband.

[0046] Das Substrat wird dann in das Durchgangsloch 36 eingeführt, wie in Fig. 6 dargestellt. Nachdem das Substrat an der gewünschten Stelle positioniert ist, erfolgt eine Wärmebehandlung, um die Turbulation mit dem Haftmittel an die Lochwand zu schmelzen. In den meisten Fällen ist das Haftmittel ein Hartlot, und die Hartlöttechnik ist wie zuvor beschrieben.

[0047] Nach dem Schmelzschritt kann das Substrat 32 durch eine der zuvor beschriebenen Techniken entfernt werden. Eine Entfernungstechnik, welche Verbrennung umfasst, wird manchmal bevorzugt, wenn das Substratmaterial brennbar ist. Zum Beispiel kann einem Vakuumhartlötschritt, welcher zum Schmelzen verwendet wird, ein Luftheizschritt folgen, um ein graphitartiges Substratmaterial zu oxidieren und auf diese Weise zu entfernen. (Es sollte darauf geachtet werden, Temperaturen zu vermeiden, welche die umgebende Durchgangslochwand beschädigen könnten.) Nach der Entfernung des Substrats bleibt der Turbulationsrückstand 38 an die Innenwand 40 des Lochs 36 geschmolzen, wie in Fig. 7 im Querschnitt abgebildet. (Die Zeichenlinien, welche die Kanten der Turbulation in dieser Querschnittansicht definieren, wurden der Einfachheit halber weggelassen.)

[0048] In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Turbulationsmaterial mit einem Haftmittel kombiniert werden, um Ringe oder «Scheiben» von Material zu bilden. (Ein Bindemittel wird für gewöhnlich ebenfalls einbezogen.) Die konkrete Form der Turbulations-Haftmittel-Ringe 50 in Fig. 8 und 9 hängt von der gewünschten Form der Turbulation ab. Zum Beispiel könnten eher verschiedene rechteckige Formen als eine Kreisform verwendet werden. Eine Vielfalt von unregelmässigen Formen könnte alternativerweise zum Beispiel in Abhängigkeit von Kühlmittelflussmodellen verwendet werden. (Ausserdem könnten einzelne Ringe des Turbulation/Haftmittel-Materials verschiedene Formen aufweisen.) Die Ringe könnten durch jede herkömmliche Technik, wie beispielsweise Formpressen, geformt werden.

[0049] Die Ringe 50 werden dann über ein entfernbares Substrat 52 (z.B. einen zylinderförmigen Trägerstab, welcher in Fig. 10 und 11 dargestellt ist) gesteckt und gemäss der gewünschten Stelle der Turbulation positioniert. Die Ringe können durch verschiedene Techniken vorübergehend am zweckmässigen Platz auf dem Substrat gehalten werden, bevor sie an die Durchgangslochwand geschmolzen werden. Zum Beispiel könnte das Ringmaterial einem Lösungsmittel ausgesetzt

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werden, welches das Bindemittel im Haftmittelmaterial teilweise auflöst und erweicht. Dieses Aussetzen würde bewirken, dass die Struktur sich der Substratoberfläche anpasst und daran klebt.

[0050] Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Dicke oder der Durchmesser des Substrats 52 im Vergleich zu vorherigen Ausführungsformen wesentlich reduziert werden kann. Folglich wird das Volumen des Substrats, welches zu entfernen ist, nachdem die Turbulation an die Lochwand geschmolzen wurde, ebenfalls reduziert, da das Substrat bereits im Voraus entfernt werden kann. Dies kann in manchen Situationen ein bedeutendes qualitatives Verarbeitungsmerkmal darstellen.

[0051] In manchen Fällen könne auch Ringe oder Scheiben, welche aus einem Opfermaterial gebildet sind, über das Substrat gesteckt werden. Zum Beispiel können Opferringe 54, welche in Fig. 12 und 13 dargestellt sind, entlang der Länge des Stabes 52 (Fig. 10) mit Unterbrechungen durch die Einfügung der Turbulation-Haftmittel-Ringe 50 aufgesteckt werden. Die Opferringe stellen eine gewünschte Trennung zwischen einzelnen Turbulation-Haftmittel-Ringen bereit, wie in Fig. 14 dargestellt. Die Opferringe 54 werden für gewöhnlich aus einer Art von Material gebildet, welches dem des Substrats ähnelt, z.B. einem Oxid oder Graphit. Auf diese Weise können die Opferringe, nachdem die Turbulation an die Lochwand geschmolzen wurde (zusammen mit dem Substrat), leicht entfernt werden. Die Grösse der Opferringe hängt zum Grossteil von der gewünschten Position der benachbarten Turbulation-Haftmittel-Ringe 50 ab. (Wie in einer zuvor beschriebenen Ausführungsform kann wahlweise eine getrennte Haftmittelschicht, z.B. Hartlöt-Grünband, um den Stab gewickelt oder gerollt werden und die Ringe 50 und 54 abdecken.)

[0052] Fig. 14 und 15 veranschaulichen Dorn/Substrat 60, welches Turbulation-Haftmittel-Ringe 50 und Opferringe 54 enthält. (Die Ringe wechseln sich in dieser Abbildung ab, könnten aber in jedem Muster angeordnet sein.) Wie montiert, kann der Dorn in das Durchgangsloch eingeführt werden, wie zuvor beschrieben. Nach der Einführung kann das Substrat, d.h. der innere Trägerstab 52, herausgezogen werden, wobei die Ringe 50 und 54 in ihren zweckmässigen Positionen innerhalb des Lochs zurückgelassen werden. Fig. 16 und 17 veranschaulichen die Ringeinheit selbst nach der Entfernung des Trägerstabes 52. Vor der Wärmezufuhr für das Schmelzen können die Ringe durch verschiedene Techniken vorübergehend an ihrem Platz innerhalb des Lochs gehalten werden. Zum Beispiel kann ein Lösungsmittel, welches irgendein Bindemittel in den Ringen teilweise auflöst und erweicht, in das Loch gesprüht werden und bewirken, dass die Ringe an der Lochwand stecken bleiben.

[0053] Die Entfernung des inneren Trägerstabes 52 reduziert die Menge von Material, welches nach dem Schmelzschritt zu verbrennen oder anderweitig zu entfernen ist, wesentlich. Ein herkömmlicher Heizschritt (z.B. Hartlöten) kann dann vorgenommen werden, um die Turbulation an die Durchgangslochwand zu schmelzen. Die Opferringe 54 können dann durch eine oder mehr der zuvor beschriebenen Techniken, z.B. Ätzen, Chemikalienauswaschung oder Verbrennung, entfernt werden. (Es ist zu erwähnen, dass der innere Trägerstab 52 während des Schmelzens des Turbulationsmaterials im Durchgangsloch bleiben und danach z.B. durch die Technik, welche zur Entfernung der Opferringe verwendet wird, entfernt werden kann.)

[0054] In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Substrat eine Metallfolie sein, welche aus dem Haftmittelmaterial, z.B. einem Hartlot, gebildet wird. Diese Folie weist einen Flächeninhalt auf, welcher ausreicht, um einen Abschnitt der Innenfläche des Durchgangslochs, auf welchem die Turbulation gewünscht wird, abzudecken. Verschiedene Techniken können verwendet werden, um eine derartige Folie herzustellen. Viele werden in den beiden zuvor erwähnten Patentanmeldungen Seriennummer 09/304 276 und Seriennummer 10/139 659 gelehrt. Zum Beispiel wird eine Mischung aus Metallpulvermaterial und Bindemittel auf ein entfernbares Trägerblatt foliengegossen. Das Metallpulver ähnelt dem Material, welches den Gegenstand bildet, in welchem das Durchgangsloch angeordnet ist, für gewöhnlich, aber nicht immer. Nach dem Foliengiessen wird das Trägerblatt entfernt, und das restliche Grünblatt wird dann z.B. durch Verwenden einer Vakuumwärmebehandlung zu einer «Vorform»-Folie gesintert.

[0055] Als ein anderes Beispiel für die Herstellung der Metallfolie kann das Metallpulvermaterial zuerst als eine dünne Metallschicht auf einem Trägerblatt aufgebracht werden. Verschiedene thermische Sprühtechniken, wie beispielsweise Plasmaabscheidung im Vakuum, Hochgeschwindigkeits-Brennstoff-Sauerstoff- (HVOF für engl, high velocity oxy-fuel) oder Luftplasma-Sprühverfahren (AP für engl, air plasma), werden für gewöhnlich für die Aufbringung verwendet. Das Trägerblatt wird dann entfernt, wobei die gewünschte Metallfolie zurückgelassen wird. Als noch eine weitere Alternative könnte eine Technik mit amorphem Metallstreifen verwendet werden, um die Folie zu bilden, wie in der Patentanmeldung Seriennummer 09/304 276 beschrieben.

[0056] Turbulationsmaterial in Pulverform kann dann auf eine erste Oberfläche der Folie aufgetragen werden. (Die Oberfläche der Folie wird manchmal zuerst mit einem Klebstoff beschichtet, damit die Turbulation an ihrem Platz bleibt.) Ausserdem kann die Turbulation auf der Folienoberfläche gemustert werden, wie in den erwähnten Patentanmeldungen erörtert. Die Folie wird auf eine Abmessung zugeschnitten, um einen gewünschten Abschnitt der Innenfläche des Durchgangslochs abzudecken.

[0057] Die Folie kann dann aufgerollt werden, um das Substrat, z.B. ein zylinderförmiges Rohr, zu bilden. Fig. 18 veranschaulicht eine derartige Stange oder ein derartiges Rohr 80, welches eine erste Oberfläche 82 (seine Innenfläche) und eine zweite Oberfläche 84 (seine Aussenfläche) umfasst. Turbulation 86, welche in einem aufgeschnittenen Ausschnitt des Rohrs 80 dargestellt ist, wird auf der Innenwand 82 aufgebracht. Das Rohr wird zu einem Durchmesser aufgerollt, der klein genug ist, um in das ausgewählte Durchgangsloch hineinzupassen.

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Claims

CH 696 877 A5 [0058] Das Folienrohr 80 kann dann in ein Durchgangsloch eingeführt werden. Sobald es im Loch ist, sollte die federähnliche Beschaffenheit der Metallfolie bewirken, dass sie sich ausdehnt und mit der Innenfläche des Lochs in Kontakt kommt. Die Turbulation 86 der Innenfläche 82 der Folie steht in den Lochdurchgang vor, während die Aussenfläche 84 der Folie ganz dicht an der Lochwand ist. Vor dem Schmelzschritt kann die Folie durch verschiedene Techniken vorübergehend an ihrem Platz gehalten werden. Beispielhafte Techniken umfassen Punktschweissen, Heftschweissen, die Verwendung von Klebstoffen und dergleichen. Die Folie und der umgebende Bereich können dann auf eine Temperatur erwärmt werden, welche ausreicht, um die Turbulation an die Wand des Lochs zu schmelzen, wie zuvor beschrieben. [0059] Fig. 19 ist eine Fotografie eines Schnitts eines Superlegierungsrohrs 100. Turbulation 102 wurde unter Verwendung eines Hartlötmittels auf die Innenfläche 104 und die Aussenfläche 106 des Rohrs aufgetragen. (Diese Erfindung betrifft insbesondere Turbulation, welche auf die Innenfläche des Rohrs aufgetragen wird.) Die Integrität der Turbulation, z.B. ihre Haftung an den Rohrflächen, ist gleich der Integrität von Turbulation, welche durch Techniken nach dem Stand der Technik gebildet oder aufgetragen wird. [0060] Noch eine andere Ausführungsform dieser Erfindung ist an einen Gegenstand gerichtet, welcher ein Substrat umfasst, das wenigstens ein Durchgangsloch enthält. Wie bereits erwähnt, kann der Gegenstand in Form von vielen verschiedenen Arten von Komponenten sein. Oft ist er ein Turbinenmotorteil, z.B. eine Turbinenschaufel, und kann etliche radiale Kühllöcher (z.B. etwa 5 bis etwa 50) enthalten. Der Gegenstand umfasst ferner Turbulationsmaterial, z.B. eine Metalllegierung, welche an wenigstens einen Abschnitt der Innenfläche des Durchgangslochs gebunden ist. Die Turbulation erstreckt sich über die Innenfläche hinaus, d.h. in den Gang des Lochs hinein, und bildet für gewöhnlich eine Mehrzahl von Ausstülpungen. Die Ausstülpungen können in einem vorgewählten Muster angeordnet sein, und ihre Grösse und Form kann nach Wunsch eingestellt werden. Wie zuvor erörtert, werden die Ausstülpungen oft verwendet, um die Wärmeübertragung zu verbessern, wenn die Durchgangslöcher als Kühllöcher fungieren. Fig. 20 stellt eine Veranschaulichung eines Teilschnitts eines Hartlötblatts 120, welches Turbulation 122 enthält, bereit. Wie bereits erwähnt, wird das Turbulationsmaterial innerhalb des verfestigten Hartlötmatrixmaterials mechanisch festgehalten. [0061] Die folgenden Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als irgendeine Art Einschränkung des Rahmens der beanspruchten Erfindung auszulegen. Sofern nicht anders angegeben, sind alle Teile in Gewichtsprozent vorgesehen. Beispiel [0062] Turbulation wurde auf die Innenfläche einer Anzahl von Rohren aus rostfreiem Stahl aufgetragen. In jedem Fall wurde ein handelsübliches foliengegossenes Hartlöt-Grünband eingesetzt: Amdry® 100 (Zusammensetzung: 10 Gewichts-% Silicium; 19 Gewichts-% Chrom, der Rest Nickel). Das Band wies eine Dicke von etwa 75 bis 125 Mikrometer auf und wurde mit einem sehr dünnen organischen Klebstoff beschichtet. Ein grobes NiCrAlY-Haftbeschichtungspulver wurde als das Turbulationsmaterial eingesetzt, welches eine ungefähre Zusammensetzung aufwies, wie folgt: 68 Gew.-% Ni, 22 Gew.-% Cr, 9 Gew.-% AI und 1 Gew.-% Y. Das Pulver wies eine mittlere Teilchengrösse (-durchmesser) von 50 bis 80 Mesh, d.h. 180 bis 300 Mikrometer, auf und wurde manuell auf die Hartlötbandoberfläche aufgetragen. Für manche der Proben wurde das Turbulationspulver auf der Bandoberfläche gemustert. [0063] Jedes Band wurde in eines der Rohre (0,25 Zoll/0,64 cm Innendurchmesser) eingeführt. Das Band wurde dann innerhalb des Rohres hartgelötet, indem das Rohr in einem Vakuumofen angeordnet wurde, welcher etwa 30 Minuten lang bei etwa 2150°F (1177°C (10 5 Torr)) gehalten wurde. Das Hartlöten diente dazu, die Turbulation fest an die Innenfläche des Rohres zu schmelzen. [0064] Die Turbulation verlieh der Innenfläche des Rohres eine raue Textur. Der Ra-Wert betrug etwa 2,7 Millizoll (68,6 Mikrometer), und der Rz-Wert betrug etwa 13,5 Millizoll (343 Mikrometer). Dieses Rauheitsprofil dient dazu, die Wärmeübertragung durch das Rohr zu verbessern. [0065] Nach der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können für den Fachmann alternative Ausführungsformen zu erkennen sein, ohne sich vom Geist der Erfindung zu entfernen. Demgemäss versteht es sich von selbst, dass der Rahmen dieser Erfindung nur durch die angehängten Patentansprüche beschränkt ist. [0066] Sämtliche zuvor erwähnten Patente, Artikel und Texte werden durch Bezugnahme hierin aufgenommen. Patentansprüche

1. Verfahren zur Bereitstellung von Turbulation (38) auf der Innenfläche (40) eines Durchgangslochs (36), umfassend die folgenden Schritte:

(a) Auftragen von Turbulationsmaterial (34) auf ein Substrat (32), wobei das Turbulationsmaterial imstande ist, in das Durchgangsloch (36) eingeführt und an die Innenfläche (40) des Durchgangslochs geschmolzen zu werden;

(b) derartiges Einführen des Substrats (32) in das Durchgangsloch (36), dass das Substrat in Kontakt zur Innenfläche (40) des Durchgangslochs ist; und

(c) Schmelzen des Turbulationsmaterials (34) an die Innenfläche (40) des Durchgangslochs (36).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Turbulationsmaterial (34) eine Metalllegierung umfasst.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Metalllegierung wenigstens ein Element umfasst, welches aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Cobalt, Aluminium, Chrom, Silicium, Eisen oder Kupfer ausgewählt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Metalllegierung MCrAI(X) umfasst und M ein Element ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Ni, Co, Fe oder Kombinationen davon ausgewählt ist, und X ein Element ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Y, Ta, Si, Hf, Ti, Zr, B, C oder Kombinationen davon ausgewählt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (32) ein Stab ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei auch ein Haftmittel auf den Stab (32) aufgetragen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Haftmittel eine Hartlötlegierung umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Hartlötlegierung wenigstens ein Metall umfasst, welches aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Cobalt, Eisen, einem Edelmetall oder einer Mischung, welche wenigstens eines der vorhergehenden Metalle enthält, ausgewählt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Hartlötlegierung wenigstens etwa 40 Gewichts-% Nickel und wenigstens ein zusätzliches Element, welches aus der Gruppe bestehend aus Silicium, Chrom, Bor oder Eisen ausgewählt ist, umfasst.

10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Haftmittel ein Blatt (14) ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Blatt (14) ein Hartlöt-Grünband umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Blatt (14) eine Metallfolie umfasst.

13. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Turbulationsmaterial (12) eine Teilchenphase von diskreten Metalllegierungsteilchen mit einer mittleren Teilchengrösse innerhalb eines Bereichs von 125 Mikrometer bis 4000 Mikrometer umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Turbulationsmaterial (12) vor dem Auftrag des Haftmittels (14) direkt auf die Oberfläche des Stabes (10) aufgetragen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein Bindemittelmaterial verwendet wird, um vorübergehende Haftung der Turbulation (12) am Stab (10) bereitzustellen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Turbulationsmaterial und das Bindemittel Schlamm sind, welcher direkt auf die Oberfläche des Stabes (10) aufgetragen wird.

17. Verfahren nach, Anspruch 14, wobei das Haftmittel (14) als Schicht über dem Turbulationsmaterial (12) aufgetragen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Haftmittel (14) eine Hartlötlegierung umfasst.

19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Stab (10) zylinderförmig ist.

20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Stab (10) ein Opfermaterial umfasst, welches aus dem Durchgangsloch (36) entfernt wird, nachdem das Turbulationsmaterial (12/38) an die Innenfläche des Durchgangslochs geschmolzen ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Opfermaterial aus der Gruppe bestehend aus Metalloxiden, Metallhaloge-niden, Metallboraten, Metallsulfaten, Metallaluminaten, Materialien auf Kohlenstoffbasis oder Kombinationen davon ausgewählt ist.

22. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Opfermaterial durch eine Technik, welche aus der Gruppe bestehend aus wässriger Waschflüssigkeit; Chemikalienauswaschung, Vakuumextraktion, Ätzen, Ultraschallprozessen, Verbrennung oder Kombinationen dieser Techniken ausgewählt ist, aus dem Durchgangsloch (36) entfernt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Oberfläche des Stabes (32) ein Muster von Einkerbungen (30) enthält und jede Einkerbung eine Abmessung aufweist, welche umgekehrt zur Abmessung einer entsprechenden gewünschten Turbulationsstelle auf der Innenfläche (40) des Durchgangslochs (36) ist.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Einkerbungen (30) vor der Einführung des Stabes (32) in das Durchgangsloch (36) mit einer Zusammensetzung, welche ein Haftmittel und das Turbulationsmaterial umfasst, gefüllt werden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Zusammensetzung ferner ein Bindemittel umfasst.

26. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Haftmittel ein Hartlötmaterial ist.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Hartlötmaterial wenigstens ein Metall umfasst, welches aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Cobalt, Eisen, einem Edelmetall oder einer Mischung, welche wenigstens eines der vorhergehenden Metalle enthält, ausgewählt ist.

28. Verfahren nach Anspruch 26, wobei eine Hartlötbandschicht nach dem Füllen der Einkerbungen (30) mit der Zusammensetzung (34) und vor der Einführung des Stabes in das Durchgangsloch (36) um den Stab (32) gewickelt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Stab (32) ein Opfermaterial umfasst, welches aus dem Durchgangsloch (36) entfernt wird, nachdem das Turbulationsmaterial (38) an die Innenfläche (40) des Durchgangslochs (36) geschmolzen ist.

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30. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Turbulationsmaterial vor dem Schritt (b) mit einem Haftmittel kombiniert wird, um mehrere Ringe (50) einer Zusammensetzung aus Turbulation und Haftmittel zu bilden; und die Ringe (50) dann so über den Stab (52) gesteckt werden, dass der Stab von den Ringen umgeben wird; wobei die Ringe (50) in einem vorgewählten Muster, welches das gewünschte Muster von Turbulation für die Oberfläche des Durchgangslochs definiert, voneinander beabstandet sind.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei vor dem Schritt (b) Opferringe (54), welche ein Opfermaterial umfassen, mit Unterbrechungen durch die Einfügung der Turbulation-Haftmittel-Ringe (50) über den Stab (52) gesteckt werden, um Zwischenräume, welche zwischen den Ringen aus der Turbulation und dem Haftmittel vorhanden sind, zu füllen und dadurch eine gewünschte Trennung zwischen den Turbulation-Haftmittel-Ringen (50) aufrechtzuerhalten.

32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Stab (52) entfernt wird, nachdem er in das Durchgangsloch eingeführt ist, während die Turbulation-Haftmittel-Ringe und die Opferringe an ihrem Platz innerhalb des Durchgangslochs bleiben.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Opferringe (54) aus dem Durchgangsloch entfernt werden, nachdem das Turbulationsmaterial an die Innenfläche des Durchgangslochs geschmolzen ist.

34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Opferringe (54) durch eine Technik, welche aus der Gruppe bestehend aus wässriger Waschflüssigkeit; Chemikalienauswaschung, Vakuumextraktion, Ätzen, Ultraschallprozessen, Verbren-nungng oder Komibinationen dieser Techniken ausgewählt ist, entfernt wird.

35. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Haftmittel eine Hartlötzusammensetzung ist.

36. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Stab (80) ein Rohr ist, welches eine Metallfolie mit einer ersten Oberfläche (82) und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (84) umfasst.

37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die Metallfolie einen Flächeninhalt aufweist, welcher ausreicht, um einen Abschnitt der Innenfläche des Durchgangslochs, auf welchem die Turbulation gewünscht wird, abzudecken.

38. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die Metallfolie ein Hartlötmaterial umfasst und das Turbulationsmaterial auf die erste Oberfläche der Metallfolie bereitgestellt wird.

39. Verfahren nach Anspruch 38, wobei die Metallfolie zu einer Form (80) gerollt wird, welche im Wesentlichen der Form des Durchgangslochs ähnelt, und so in das Durchgangsloch eingeführt wird, dass die zweite Oberfläche (84) benachbart zu oder in Kontakt mit der Innenfläche des Durchgangslochs ist und die Turbulation (86) auf der ersten Oberfläche (82) der Metallfolie nach dem Schmelzschritt an der Oberfläche des Durchgangslochs befestigt wird.

40. Verfahren nach Anspruch 39, wobei die Folie vor dem Schmelzschritt durch eine Befestigungstechnik vorübergehend an ihrem Platz innerhalb des Durchgangslochs gehalten wird.

41. Gegenstand, hergestellt mit einem Verfahren nach Anspruch 1, umfasend:

(I) ein Substrat, welches wenigstens ein Durchgangsloch (36) enthält, wobei das Durchgangsloch eine Innenfläche (40) umfasst; und

(II) Turbulationsmaterial (38), welches durch ein Haftmittel an wenigstens einen Abschnitt der Innenfläche (40) des Durchgangslochs gebunden ist.

42. Gegenstand nach Anspruch 41, wobei das Turbulationsmaterial (38) sich über die Innenfläche (40) des Durchgangslochs hinaus erstreckt und eine Mehrzahl von Ausstülpungen bildet.

43. Gegenstand nach Anspruch 42, wobei die Ausstülpungen (38) in einem ausgewählten Muster angeordnet sind.

44. Gegenstand nach Anspruch 42, wobei das Haftmittel eine Hartlötlegierung umfasst.

45. Gegenstand nach Anspruch 42, wobei das Turbulationsmaterial eine Metalllegierung umfasst.

46. Gegenstand nach Anspruch 45, wobei die Metalllegierung wenigstens ein Element umfasst, welches aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Cobalt, Aluminium, Chrom, Silicium, Eisen oder Kupfer ausgewählt ist.

47. Gegenstand nach Anspruch 42, wobei das Substrat ein Superlegierungsmaterial umfasst.

48. Gegenstand nach Anspruch 42, wobei das Substrat eine Turbinenmotorkomponente ist.

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