CN102839992B - 带有冷却通道的构件及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有冷却通道的构件及制造方法。提供了一种制造方法。该制造方法包括在包括基底(110)的构件(100)中形成一个或更多凹槽(132)。每个凹槽至少部分地沿基底延伸，并且具有底部(134)、顶部(136)和至少一个排放端(170)。该制造方法还包括形成凹坑(180)使得凹坑与每个凹槽(132)的相应排放端(170)流体连接，以及在基底的外表面(112)的至少一部分上方设置涂层(150)。(多个)凹槽和涂层一起限定用于冷却所述构件的一个或更多通道(130)。涂层不完全跨接一个或更多凹坑中的每一个，使得每个凹坑限定膜出口(174)。还提供了具有带凹坑的膜出口(174)的构件(100)。

Description

带有冷却通道的构件及制造方法
技术领域
本发明大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体而言，涉及在燃气涡轮发动机中冷却的微通道。
背景技术
在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中加压，并在燃烧器中与燃料混合，以生成热燃烧气体。在高压涡轮(HPT)和低压涡轮(LPT)中从气体提取能量，高压涡轮(HPT)为压缩机提供动力，低压涡轮(LPT)为涡轮风扇飞机发动机应用中的风扇提供动力，或者为航海与工业应用的外部轴提供动力。
发动机效率随燃烧气体的温度而增加。然而，燃烧气体沿其流动路径加热各种构件，这继而需要这些构件的冷却以实现较长的发动机寿命。通常，热气路径构件通过从压缩机抽出空气来冷却。该冷却过程降低发动机效率，因为抽出的空气没有在燃烧过程中使用。
燃气涡轮发动机冷却领域是成熟的，并且包括用于各种热气路径构件中的冷却回路和特征的各个方面的众多专利。例如，燃烧器包括径向外衬套和径向内衬套，其在操作期间需要冷却。涡轮喷嘴包括支撑在外带和内带之间的中空导叶，其也需要冷却。涡轮转子叶片是中空的，并且通常包括在其中的冷却回路，叶片被涡轮护罩围绕，其也需要冷却。热燃烧气体通过排气口排放且被适当地冷却，排气口也可带衬套。
在所有这些示例性燃气涡轮发动机构件中，通常使用高强度超合金金属的薄金属壁来提高耐久性，同时减小其冷却需求。各种冷却回路和特征针对这些单独的构件在发动机中的它们的对应环境中被定制。例如，在热气路径构件中可以形成一系列内部冷却通道或蛇形结构。冷却流体可从增压室提供到蛇形结构，并且冷却流体可以流动通过该通道，冷却热气路径构件基底和涂层。然而，这种冷却策略通常导致相对低的传热速率和不均一的构件温度分布。
通过使冷却尽可能地靠近受热区域进行，由此对于给定的传热速率来说减小主承载基底材料的热侧和冷侧之间的温差，微通道冷却具有显著降低冷却要求的可能性。然而，每个微通道需要膜出口，膜出口的精确定位可能是有挑战性的。由于热气路径构件可包括几百个微通道，因而必须精确定位几百个膜出口。
因此，将希望提供一种用于形成微通道的出口区域的稳健而有效的方法。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种包括在包括基底的构件中形成一个或更多凹槽的制造方法。每个凹槽至少部分地沿基底延伸，并且具有底部、顶部和至少一个排放端。该制造方法还包括形成凹坑，使得凹坑与每个凹槽的相应排放端流体连接；以及在基底的外表面的至少一部分上方设置涂层。(多个)凹槽和涂层一起限定用于冷却所述构件的一个或更多通道。涂层不完全跨接一个或更多凹坑中的每一个，使得每个凹坑限定膜出口。
本发明的另一个方面涉及一种构件，该构件包括基底，基底包括外表面和内表面。该构件限定了一个或更多凹槽和一个或更多凹坑。每个凹槽至少部分地沿基底延伸，并且具有底部和至少一个排放端。每个凹坑与相应凹槽的相应排放端流体连接。该构件还包括设置在基底的外表面的至少一部分上方的涂层，使得(多个)凹槽和涂层一起限定用于冷却所述构件的一个或更多通道。涂层不完全跨接一个或更多凹坑中的每一个，使得每个凹坑为相应通道限定穿过涂层的膜出口。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些和其它的特征、方面及优点将变得更好理解，在所有图中类似的标记表示类似的部分，在附图中：
图1是燃气涡轮系统的示意图；
图2是根据本发明的方面的带有冷却通道的示例翼型构造的示意性剖视图；
图3以透视图示意性地描绘了三个示例凹入形冷却凹槽，这些冷却凹槽部分地沿基底表面延伸，并将冷却剂导引至带凹坑的出口区域；
图4示意性地描绘了带有垂直于基底外表面的周边的出口凹坑的截面；
图5示意性地描绘了带有相对于基底外表面向外倾斜的周边的出口凹坑的截面；
图6示意性地描绘了带有相对于基底外表面向内倾斜的周边的出口凹坑的截面；
图7以透视图示意性地描绘了三个示例凹入形冷却通道，这些冷却通道部分地沿基底表面延伸，并将冷却剂导引至带凹坑的出口区域，该出口区域至少部分地延伸通过设置在基底上方的涂层；
图8是图7的示例冷却通道中的一个的剖视图，并且示出了将冷却剂从进入孔输送到带凹坑的出口区域的通道；
图9是示例冷却通道中的一个的一部分的剖视图，该通道带有设置在结构涂层上方的额外的第二涂层，例如热障涂层，其中第二涂层也往下涂布在凹坑内；
图10示出图9的示例冷却通道，其中第二涂层从凹坑被移除，并且凹坑周边相对于基底的外表面向外倾斜；
图11和12示出用于形成构件的示例工序；
图13和14示意性地示出用于在结构涂层中形成通道和凹坑的工序；以及
图15示出在结构涂层中形成有可渗透缝隙的凹入形通道。
符号说明：
10燃气涡轮系统
12压缩机
14燃烧器
16涡轮
18轴
20燃料喷嘴
54结构涂层的内层
56(多个)外涂层（外结构涂层）
62(多个)出口区域
66出口壁
100热气路径构件
110基底
112基底的外表面
114内部空间
116基底的内表面
130冷却通道
132(多个)凹槽
134凹槽的底部
136凹槽的顶部(开口)
140(多个)进入孔
142(多个)膜冷却孔
144(多个)多孔间隙
150(多个)涂层
160磨料液体射流
170排放端
174膜出口
180(多个)凹坑
182凹坑的周边。
具体实施方式
本文中的术语“第一”、“第二”等不代表任何顺序、数量或重要性，而是用来区分一个元素与另一元素。本文中的术语“一个”和“一种”不表示数量上的限制，而是表示存在所引用项中的至少一个。与数量结合使用的修饰词“约”包括所述值，并且具有由上下文决定的含义(例如，包括与特定量的测量相关的误差度)。此外，术语“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。
此外，在本说明书中，后缀“(多个)”通常旨在包括其修饰的术语的单数和复数两者，从而包括一个或更多该术语(例如，除非另外指明，“通孔”可包括一个或更多通孔)。贯穿本说明书引用的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等表示结合该实施例描述的特定元素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文所述的至少一个实施例中，并且可以存在或不存在于其它实施例中。相似地，对“特定构造”的引用表示结合该构造描述的特定元素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文所述的至少一个构造中，并且可以存在或不存在于其它构造中。此外，应当理解，所描述的本发明的特征可以以任何合适的方式组合在各种实施例和构造中。
图1是燃气涡轮系统10的示意图。系统10可包括一个或更多压缩机12、燃烧器14、涡轮16和燃料喷嘴20。压缩机12和涡轮16可通过一个或更多轴18联接。轴18可以是单个轴或联接到一起而形成轴18的多个轴段。
燃气涡轮系统10可包括一些热气路径构件100。热气路径构件为至少部分地暴露于通过系统10的高温气流的系统10的任何构件。例如，动叶片组件(也称为叶片或叶片组件)、喷嘴组件(也称为导叶或导叶组件)、护罩组件、过渡件、保持环和压缩机排出构件均为热气路径构件。然而，应当理解，本发明的热气路径构件100不限于以上示例，而可以是至少部分地暴露于高温气流的任何构件。此外，应当理解，本公开的热气路径构件100不限于燃气涡轮系统10中的构件，而可以是可能暴露于高温流的机械或其构件的任何零件。
当热气路径构件100暴露于热气流80时，热气路径构件100被热气流80加热，并且可以达到使热气路径构件100失效的温度。因此，为了允许系统10在高温下在热气流80情况下运行，从而增加系统10的效率和性能，需要用于热气路径构件100的冷却系统。
通常，本公开的冷却系统包括形成于热气路径构件100的表面中的一系列小通道或微通道。对于工业尺寸的发电涡轮机构件来说，“小型”或“微型”通道尺寸将涵盖在0.25mm至1.5mm范围内的近似深度和宽度，而对于航空尺寸的涡轮机构件来说，通道尺寸将涵盖在0.15mm至0.5mm范围内的近似深度和宽度。热气路径构件可设有覆盖层。冷却流体可以从增压室(plenum)提供到通道，并且冷却流体可以流动通过通道，从而冷却覆盖层。
参照图2-图14描述了一种制造方法。例如，如图11所示，该制造方法包括在包括基底110的构件100中形成一个或更多凹槽132。例如如图3所示，每个凹槽132至少部分地沿基底110延伸，并且具有底部134、顶部136和至少一个排放端170。虽然凹槽显示为凹入形，但凹槽132可具有任何构造，例如，它们可以是直的、弯曲的或具有多个曲面。
基底110通常在形成(多个)凹槽132和(多个)凹坑180之前进行浇铸。如美国专利No.5,626,462中所讨论的，基底110可由任何合适的材料形成。根据构件100的预期用途，这可包括Ni基、Co基和Fe基超合金。Ni基超合金可以是含有γ相和γ'相两者的那些，特别是含有γ相和γ'相两者且其中γ'相占超合金体积的至少40%的那些Ni基超合金。由于包括高温强度和高温蠕变阻力的期望性质的组合，因而已知这样的合金是有利的。基底材料也可包括NiAl金属间合金，因为这些金属也已知拥有包括高温强度和高温蠕变阻力的优良性质的组合，这些性质对于在用于飞机的涡轮发动机应用中使用是有利的。就Nb基合金而言，具有优良抗氧化性的带涂层的Nb基合金将是优选的，特别是含有Nb-(27-40)Ti-(4.5-10.5)Al-(4.5-7.9)Cr-(1.5-5.5)Hf-(0-6)V的那些合金，其中组成范围为原子百分比。基底材料也可包括含有至少一个第二相的Nb基合金，例如包括硅化物、碳化物或硼化物的含Nb中间金属化合物。这样的合金是延性相(即Nb基合金)和强化相(即含Nb金属间化合物)的复合物。对于其它布置，基底材料包括钼基合金，例如，基于带有Mo5SiB2和Mo3Si第二相的钼(固溶体)的合金。对于其它构造，基底材料包括陶瓷基质复合物，例如，用SiC纤维增强的碳化硅(SiC)基质。对于其它构造，基底材料包括TiAl基金属间化合物。
凹槽132可使用多种技术形成。例如，凹槽132可使用下列技术中的一种或多种形成：磨料液体射流、切入(plunge)电化学加工(ECM)、带有旋转单点电极的放电加工(EDM)(“铣削”EDM)和激光加工(激光钻孔)。示例激光加工技术在于2010年1月29日提交的名称为“Processandsystemforformingshapedairholes”(用于形成成形气孔的方法和系统)的共同受让的美国专利申请Ser.No.12/697,005中描述，该申请以引用方式整体并入本文中。示例EDM技术在于2010年5月28日提交的名称为“Articleswhichincludechevronfilmcoolingholes,andrelatedprocesses”(包括山形膜冷却孔的制品和相关方法)的共同受让的美国专利申请Ser.No.12/790,675中描述，该申请以引用方式整体并入本文中。
对于特定工艺配置，凹槽132通过将磨料液体射流160导向至基底110的表面112而形成，如图11中示意性地描绘的。在美国专利申请Ser.No.12/790,675中提供了示例喷水钻孔工艺和系统。如美国专利申请Ser.No.12/790,675中说明的，喷水工艺通常利用悬浮在高压水流中的高速磨粒流(例如磨料“沙砾”)。水的压力可以显著变化，但常常在约35-620MPa的范围内。可以使用一些磨料，例如，石榴石、氧化铝、碳化硅和玻璃珠。有利地，喷水工艺不涉及将基底110加热至任何显著程度。因此，在基底表面112上不形成“热影响区”，否则，这种热影响区会不利地影响凹槽132的期望出口几何形状。
另外且如美国专利申请Ser.No.12/790,675中说明的，喷水系统可包括多轴计算机数控(CNC)设备。CNC系统本身是本领域已知的，并且例如在美国专利公开2005/0013926(S.Rutkowski等人)中描述，该专利公开以引用方式并入本文中。CNC系统允许切削工具沿一些X、Y和Z轴以及旋转轴移动。
对于图3所示的示例布置，构件制造方法还包括形成凹坑180，使得凹坑与每个凹槽132的相应排放端170流体连接。例如如图7所示，构件制造方法还包括在基底110的外表面112的至少一部分上方设置涂层150。例如如图7所示，(多个)凹槽132和涂层150一起限定用于冷却构件100的一个或更多通道130。例如如图7和图8所示，涂层150不完全跨接凹坑180中的每一个，使得每个凹坑180限定通过相应通道130的涂层150的膜出口174。
有利地，凹槽和凹坑可使用相同的加工装置形成，使得在施加(多个)涂层之前切割初始膜孔排放部位。排放部位足够大，并且如下面讨论的那样，可以设有形状，使得(多个)涂层不完全跨接开口。这使膜出口位置清晰可辨，以便如下文讨论的那样随后例如通过磨料液体射流从该部位移除多余涂层，并且最终成形而形成有效的膜覆盖。期望地，所得工艺和成形是稳健且容许变化的。
涂层150包括合适的材料并结合到构件。对于特定构造，涂层150具有对于工业构件在0.1-2.0毫米的范围内的厚度，并且更特定而言在0.1至1毫米的范围内，并且再特定而言在0.1至0.5毫米的范围内。对于航空构件，此范围通常为0.1至0.25毫米。然而，根据特定构件100的要求，可以利用其它厚度。
涂层150包括结构涂层，并且还可包括可选的(多个)额外涂层。(多个)涂层可使用多种技术沉积。对于特定工艺，通过进行离子等离子体沉积(阴极弧)来沉积(多个)结构涂层。示例离子等离子体沉积设备和方法在Weaver等人的名称为“Methodandapparatusforcathodicarcionplasmadeposition”(用于阴极弧离子等离子体沉积的方法和设备)的共同受让的美国专利申请公开No.10080138529中提供，该申请以引用方式整体并入本文中。简言之，离子等离子体沉积包括：将由涂层材料形成的阴极置于真空室内的真空环境中；在真空环境内提供基底110；向阴极供应电流以在阴极表面上形成阴极弧，从而导致电弧引起的对来自阴极表面的涂层材料的侵蚀；并且将来自阴极的涂层材料沉积到基底表面112上。
使用离子等离子体沉积来沉积的涂层的非限制性示例包括结构涂层以及结合涂层和抗氧化涂层，如下文参照美国专利No.5,626,462更详细地讨论的。对于某些热气路径构件100，结构涂层包括镍基或钴基合金，并且更特定而言包括超合金或(NiCo)CrAlY合金。例如，在基底材料为含有γ相和γ'相两者的Ni基超合金的情况下，结构涂层可包括相似的材料组成，如下文参照美国专利No.5,626,462更详细地讨论的。
对于其它工艺配置，通过进行热喷涂工艺和冷喷涂工艺中的至少一种来沉积结构涂层。例如，热喷涂工艺可包括燃烧喷涂或等离子体喷涂，燃烧喷涂可包括高速氧燃料喷涂(HVOF)或高速空气燃料喷涂(HVAF)，并且等离子体喷涂可包括大气(例如空气或惰性气体)等离子体喷涂或低压等离子体喷涂(LPPS，其也称为真空等离子体喷涂或VPS)。在一个非限制性示例中，通过HVOF或HVAF来沉积NiCrAlY涂层。用于沉积结构涂层的其它示例技术包括但不限于溅射、电子束物理气相沉积、无电镀和电镀。
对于某些构造，希望采用多种沉积技术来沉积结构涂层和可选的额外涂层。例如，第一结构涂层可使用离子等离子体沉积来沉积，并且后续沉积的层和可选的额外层(未示出)可使用诸如燃烧喷涂工艺或等离子体喷涂工艺的其它技术来沉积。根据所用材料，用于涂层的不同沉积技术的使用可提供例如但不限于应变公差、强度、粘合和/或延展性的性质上的益处。
类似于凹槽，凹坑180可以使用多种技术形成。例如，凹坑180可使用下列技术中的一种或更多种形成：磨料液体射流、切入电化学加工(ECM)、带有旋转单点电极的放电加工(EDM)(“铣削”EDM)和激光加工(激光钻孔)。对于特定工艺，每个凹槽132通过将磨料液体射流160导向至基底110的外表面112而形成，例如如图11所示，并且每个凹坑180使用磨料液体射流160形成。例如，出口凹坑180可以在形成凹槽132的道次(pass)之间形成，或者可以在凹槽132已形成之后形成，或者可以在凹槽之前形成，使得出口凹坑充当凹槽的起点位置。(通常，凹槽132将通过用磨粒液体射流进行多个道次来形成)。对于特定工艺，凹坑180的一些加工将在对凹槽132的加工道次之间进行，并且然后将在凹槽132完成之后对凹坑180进行最终加工操作。对于特定工艺，磨料液体射流160用来将每个凹坑180形成至与相应通道130的深度相同的深度。有利地，对于这些工艺，凹槽和凹坑可使用相同的加工装置形成，使得在施加(多个)涂层之前切割初始膜孔排放部位。通过将凹坑形成至与相应通道130的深度相同的深度(例如如图8所示)，排放部位足够大，使得(多个)涂层不会跨接开口。如上所述，这使膜出口位置清晰可辨，以随后从该部位移除多余涂层(如下文所讨论的)，并且最终成形而形成有效的膜覆盖。
如上所述，凹坑180可成形为确保(多个)涂层不会跨接其开口。例如，如图5所示，凹坑180的周边182相对于基底110的外表面112向外倾斜。此倾斜凹坑可以例如通过使磨料喷水160相对于基底110的外表面112成角度而形成。对于其它构造，凹坑180的周边182可垂直于基底110的外表面112(图4)或者可相对于基底110的外表面112向内倾斜(图6)。
对于图3和图7所示的示例构造，每个凹槽的底部134宽于顶部136，使得每个凹槽132包括凹入形凹槽132。通常，每个凹坑将具有比凹入形凹槽132的平均宽度更大的顶面直径。以这种方式，涂层150不会完全跨接凹坑180，使得凹坑形成相应通道130的膜出口174，例如如图8-图10所示。虽然通道130在图3和7中显示为凹入形，但是对于其它构造，通道130可以是开放的。如本文所用，“开放形”凹槽(或通道)应理解为这样的凹槽(或通道)：其顶部开口局部具有与凹槽(或通道)的其余部分相比相同或更大的宽度。
对于图2所示的示例构件，基底110具有至少一个内部空间114。对于图12所示的示例工艺，制造方法还包括形成通过凹槽132中相应的一个的底部134的一个或更多进入孔140，以流体连通地连接凹槽132与相应的中空内部空间114。进入孔140通常在已加工凹槽132之后或在与加工凹槽相同的过程中被钻出。进入孔140的截面通常为圆形或椭圆形，并且可以例如使用激光加工(激光钻孔)、磨料液体射流、EDM和电子束钻孔中的一种或多种来形成。进入孔140可垂直于相应凹槽132的底部134(如图12所示)，或者更一般地可以以相对于凹槽132的底部134在20-90度范围内的角度被钻出。
例如如图8-图10所示，涂层150的一部分可沉积在(多个)凹坑180中。对于特定工艺，该方法还包括移除沉积在每个凹坑180中的至少其中一些涂层150以形成相应通道130的膜孔174(图8和图10)。例如，喷水160可用来从凹坑移除一些或全部沉积涂层。对于某些构造，并且如图9和图10所示，结构(金属)涂层可以停留在凹坑中，并且陶瓷热障涂层(TBC)可以例如使用磨料液体射流160来移除。有利地，凹坑内的残余结构涂层将充当冷却流分配器，迫使冷却剂在离开到带涂层构件的外表面之前在凹坑内部散开，如图10中示意性地指示的。
对于图3和图7所示的示例构造，凹槽132形成在基底110中，并且凹坑180延伸至基底中。图13和图14示出其中凹槽132和凹坑至少部分地形成在内结构涂层54中的相关工艺。对于图13和图14所示的示例构造，涂层150包括结构涂层的外层56，并且制造方法还包括在形成凹槽132和凹坑180之前在基底110的外表面112上沉积结构涂层的内层54。如图13和图14所示，凹槽132和凹坑180中的每一个至少部分地形成在内结构涂层54中。对于图13和图14所示的构造，凹槽和凹坑不延伸入基底110中。对于其它构造，凹槽和凹坑延伸通过内结构涂层54进入基底中，并且通过加工基底110穿过内结构涂层54而形成。此外，虽然未明确地示出，但凹槽和凹坑可通过加工穿过短暂(fugitive)涂层而形成，如在RonaldS.Bunker等人的名称为“Methodoffabricatingacomponentusingafugitivecoating”(使用短暂涂层制备构件的方法)的共同受让的美国专利申请Ser.No.12/943,563中所讨论的，该申请以引用方式整体并入本文中。
有利地，以上所述制造方法提供了一种用于定位和形成冷却通道的膜出口的稳健工艺。该工艺是高效的，因为冷却通道和凹坑可以使用相同装置加工。凹坑使膜出口清晰可辨，以随后从部位移除任何多余涂层，并且最终成形而形成有效的膜覆盖。
参照图2-图15描述构件100。例如如图2所示，构件100包括基底110，该基底包括外表面112和内表面116。例如如图3所示，构件100限定一个或更多凹槽132和一个或更多凹坑180。例如如图3所示，每个凹槽132至少部分地沿基底110延伸，并且具有底部134和至少一个排放端170。例如如图9所示，每个凹坑172与相应凹槽132的相应排放端170流体连接。
构件100还包括设置在基底110的外表面112的至少一部分上方的涂层150，使得(多个)凹槽132和涂层150一起限定用于冷却构件100的一个或更多通道130。涂层包括一个或更多层并且在上文中描述。例如如图7-图10所示，涂层150不完全跨接凹坑180中的每一个，使得每个凹坑180为相应通道130限定穿过涂层150的膜出口174(图8和图10)。
如上所述，凹坑180可成形为确保(多个)涂层不会跨接其开口。例如，凹坑周边可相对于基底110的外表面112向外倾斜(图5)或向内倾斜(图6)，或者可以垂直于基底110的外表面112(图4)。如上所述，倾斜凹坑可以例如通过使磨料喷水160相对于基底110的外表面112成角度而形成。对于特定构造，倾斜的边缘角度在从外表面法线起0至70度的范围内。有利地，此角度可帮助膜冷却在待冷却表面上扩散。此外，应当注意到，凹坑的最终形状不必精确地为圆形或椭圆形。事实上，它可以是十分近似的或者甚至是参差不齐的，并且仍然表现良好。此外，对于特定构造(未示出)，膜排放端的倾斜或成角度的边缘可以仅在出口的流动方向部分中形成，使得冷却剂仅在相对于外部热气体最有利的方向上扩散。这类似于RonaldS.Bunker的名称为“Componentswithcoolingchannelsandmethodsofmanufacture”(带有冷却通道的构件和制造方法)的共同受让的美国专利申请Ser.No.13/026,595中参照图8讨论的成形溢出区域，该申请以引用方式整体并入本文中。这样的下游成形边缘可以例如通过允许喷水在其离开表面时溢出而在初始凹坑中形成。
通常，每个凹坑将具有至少与相应凹槽132的平均宽度一样大的顶面直径。以这种方式，涂层150不会完全跨接凹坑180，使得凹坑形成相应通道130的膜出口174，例如如图8-图10所示。对于图3和图7所示的示例布置，每个凹槽的底部134宽于顶部136，使得每个凹槽132包括凹入形凹槽132。然而，对于其它构造，凹槽132可以是开放的。用于形成凹入凹槽132的技术在RonaldS.Bunker等人的名称为“Componentswithre-entrantshapedcoolingchannelsandmethodsofmanufacture”(带有凹入形冷却通道的构件和制造方法)的共同受让的美国专利申请Ser.No.12/943,624中提供，该专利申请以引用方式整体并入本文中。有利地，涂层150可以沉积在未填充的凹入凹槽132(即，没有用牺牲性填料填充或部分地填充凹槽)上方。此外，凹入凹槽提供了相对于简单形状的凹槽(即，带有大致相等宽度的顶部136和底部134的凹槽)的增强冷却。
除了穿过凹坑180形成的膜出口174，可渗透缝隙144(多孔间隙144)可以至少部分地延伸穿过涂层150，以增强凹入形冷却通道130的冷却。图15示意性地描绘了在内结构涂层54中形成的三个凹入形冷却通道130，其具有延伸穿过涂层的可渗透缝隙144，以提供从冷却通道130到带涂层构件100的外表面的额外冷却流。可渗透缝隙144在RonaldS.Bunker等人的名称为“Methodoffabricatingacomponentusingatwo-layerstructuralcoating”(使用两层结构涂层制造构件的方法)的共同受让的美国专利申请Ser.No.12/966,101中描述。更特定而言，对于图15所示的布置，第二层结构涂层56限定一个或更多可渗透缝隙144，使得第二结构涂层56不完全跨接一个或更多凹槽132中的每一个。虽然可渗透缝隙144显示用于凹入通道130的情况，但可渗透缝隙144也可针对其它通道几何形状而形成。通常，可渗透缝隙(间隙)144具有不规则几何形状，当结构涂层被施加且建立厚度时，间隙144的宽度变化。当把第一层结构涂层施加到基底110时，间隙144的宽度可能从大约通道130的顶部136的宽度开始收窄，因为建立了结构涂层。对于特定示例，间隙144的宽度在其最窄点处为相应通道顶部136的宽度的5%至20%。此外，可渗透缝隙144可以是多孔的，在这种情况下，“多孔”间隙144可具有一些连接处，即具有零间隙的一些地点或位置。有利地，间隙144为涂层150提供应力消除。
根据它们的具体功能，可渗透缝隙144可延伸(1)通过所有涂层或者(2)通过一些而非全部涂层，例如，可渗透缝隙144可形成在一个或更多涂层中，并且用随后沉积的层跨接缝隙，从而有效地密封缝隙144。有利地，可渗透缝隙144针对(多个)结构涂层起到应力/应变消除作用。此外，可渗透缝隙144在它延伸通过所有涂层时可以充当冷却装置，也就是说，对于此构造，可渗透缝隙144被构造成将冷却剂流体从相应的通道130输送到构件的外表面。此外，在上涂层损坏或剥落的情况下，可渗透缝隙144在由那些涂层跨接时可充当被动冷却装置。
对于图10所示的构造，涂层150的一部分设置在(多个)凹坑180内。如上所述，凹坑180内的残余结构涂层将充当冷却流分配器，迫使冷却剂在离开到带涂层构件的外表面之前在凹坑内部散开。
如上所述，对于图3和图7所示的示例构造，凹槽132形成在基底110中，并且凹坑180延伸入基底中。对于图13和图14所示的示例构造，涂层150包括内结构涂层54和外结构涂层56，并且凹槽132和凹坑180至少部分地在内结构涂层54中形成。对于图13和图14所示的构造，凹槽和凹坑不延伸入基底110中。对于其它构造，凹槽和凹坑延伸通过内结构涂层54进入基底110中。
有利地，带凹坑的出口区域容易被定位用于最终成形和加工。此外，带凹坑的出口区域可以完全通过磨粒液体射流钻孔形成，从而提供用于形成膜出口的经济方法。
虽然本文仅仅示出和描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员会想到许多修改和变化。因此，应当理解，所附权利要求意图涵盖落在本发明的真正精神之内的所有这样的修改和改变。

Claims (15)

1.一种带有通道的构件的制造方法，包括：
在包括基底(110)的构件(100)中形成一个或更多凹槽(132)，其中，每个凹槽(132)至少部分地沿所述基底(110)延伸且具有底部(134)、顶部(136)以及至少一个排放端(170)；
在所述基底(110)中形成一个或更多凹坑(180)，使得每个凹坑(180)与每个凹槽(132)的相应排放端(170)直接流体连接；以及
在所述基底(110)的外表面(112)的至少一部分上方设置涂层(150)，其中，所述一个或更多凹槽(132)和所述涂层(150)一起限定用于冷却所述构件(100)的一个或更多通道(130)，并且其中，所述涂层不完全跨接所述一个或更多凹坑(180)中的每一个，使得每个凹坑(180)的出口与穿过所述涂层(150)形成的膜出口(174)流体连接；
其中所述一个或更多凹坑(180)中的每个凹坑(180)均具有至少与相应通道(130)的平均宽度一样大的顶面直径。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，还包括在形成所述一个或更多凹槽(132)和所述一个或更多凹坑(180)之前浇铸所述基底(110)，其中，每个凹槽(132)通过将磨料液体射流(160)导向至所述基底(110)的外表面(112)而形成，并且其中，每个凹坑(180)使用所述磨料液体射流(160)形成。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述磨料液体射流(160)用于将每个凹坑(180)形成至与相应通道(130)的深度相同的深度。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述基底(110)具有至少一个内部空间(114)，所述方法还包括形成一个或更多进入孔(140)，其中，每个进入孔(140)穿过相应凹槽(132)的所述底部(134)而形成，以流体连通地连接所述凹槽(132)与相应内部空间(114)。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述涂层(150)的一部分沉积在所述一个或更多凹坑(180)中，所述方法还包括移除沉积在每个凹坑中的所述涂层(150)中的至少一些，以形成针对相应通道(130)的所述膜出口(174)。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述涂层(150)包括内结构涂层(54)，所述方法还包括在形成所述一个或更多凹槽(132)和所述一个或更多凹坑(180)之前在所述基底(110)的外表面(112)上沉积所述内结构涂层(54)，其中，每个凹槽(132)和凹坑(180)至少部分地形成在所述内结构涂层(54)中。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述一个或更多凹坑(180)中的一个凹坑(180)的周边(182)相对于所述基底(110)的外表面(112)向外倾斜。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，每个凹槽(132)的底部(134)宽于顶部(136)，使得每个凹槽(132)包括凹入形凹槽(132)。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述一个或更多凹槽(132)形成在所述基底(110)中，并且其中，所述一个或更多凹坑(180)延伸入所述基底中。
10.一种带有通道的构件(100)，包括：
基底(110)，所述基底(110)包括外表面(112)和内表面(116)，其中，所述构件(100)限定一个或更多凹槽(132)和一个或更多凹坑(180)，其中，每个凹槽(132)至少部分地沿所述基底(110)延伸且具有底部(134)和至少一个排放端(170)，并且其中，每个凹坑(180)与相应凹槽(132)的相应排放端(170)直接流体连接；以及
涂层(150)，所述涂层(150)设置在所述基底(110)的外表面(112)的至少一部分上方，使得所述一个或更多凹槽(132)和所述涂层(150)一起限定用于冷却所述构件(100)的一个或更多通道(130)，并且其中，所述涂层不完全跨接所述一个或更多凹坑(180)中的每个凹坑(180)，使得每个凹坑(180)的出口与为相应通道(130)穿过所述涂层(150)形成的的膜出口(174)流体连接；
其中所述一个或更多凹坑(180)中的每个凹坑(180)均具有至少与相应通道(130)的平均宽度一样大的顶面直径。
11.根据权利要求10所述的构件(100)，其特征在于，所述一个或更多凹坑(180)中的一个凹坑(180)的周边(182)相对于所述基底(110)的外表面(112)垂直或者向外或向内倾斜。
12.根据权利要求10所述的构件(100)，其特征在于，每个凹槽(132)的底部(134)宽于顶部(136)，使得每个凹槽(132)包括凹入形凹槽(132)。
13.根据权利要求10所述的构件(100)，其特征在于，所述涂层(150)的一部分设置在所述一个或更多凹坑(180)内。
14.根据权利要求10所述的构件(100)，其特征在于，所述一个或更多凹槽(132)形成在所述基底(110)中，并且其中，所述一个或更多凹坑(180)延伸入所述基底中。
15.根据权利要求10所述的构件(100)，其特征在于，所述涂层(150)包括设置在所述基底(110)的外表面(112)上的内结构涂层(54)，以及设置在所述内结构涂层(54)上的外结构涂层(56)，其中每个凹槽(132)和凹坑(180)至少部分地形成在所述内结构涂层(54)中。
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