CN103878374A - 具有近表面冷却微通道的构件及用于提供这种构件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有近表面冷却微通道的构件及用于提供这种构件的方法，具体而言，一种用于在构件中提供近表面冷却微通道的方法包括：在预烧结预制件的第一表面中形成近表面冷却微通道，将预烧结预制件的第一表面安置于基础制品的外表面上使得基础制品的外表面的开口与预烧结预制件的第一表面中的近表面冷却微通道对准；以及加热预烧结预制件以将其结合到基础制品上，其中，基础制品的外表面的开口保持与预烧结预制件的第一表面中的近表面冷却微通道对准。
Description
技术领域
本文所公开的主题涉及用于构件的冷却通路，并且更具体而言，涉及近表面冷却微通道和用于提供近表面冷却微通道的方法。
背景技术
涡轮构件，例如动叶（叶片）、喷嘴（静叶）和工业和飞行器燃气涡轮发动机的其它热气体路径构件通常由镍、钴或铁基超合金形成，这种超合金具有用于涡轮操作温度和条件的所需机械和环境性质。由于涡轮机的效率取决于其操作温度，存在对于例如涡轮动叶和喷嘴等构件能够耐受越来越高的温度的需求。由于超合金构件的最大局部温度接近超合金的熔化温度，所以强制空气冷却变得必要。因此，燃气涡轮动叶的翼型件和喷嘴常常需要复杂的冷却机制，其中，空气，通常是排气被强制通过在翼型件内的内冷却通路并且然后通过在翼型件表面处的冷却孔排放以从构件传热。冷却孔也可被配置成使得冷却空气用于膜冷却构件的周围表面。
通过铸造过程形成的动叶和喷嘴需要芯来限定内冷却通路。芯和其在铸造过程期间移位的可能性限制了常规铸造过程可将冷却通路紧邻构件的外表面定位的程度。因此，冷却通路通常在铸造涡轮动叶或喷嘴基础金属表面下方约0.1英寸（约0.25毫米）。但是，如果冷却通路可比当前可能的情况更靠近该表面放置，则传热效率可显著提高。虽然冷却通路可可能地制造或机械加工到构件内，构件本身可难以机械加工，这归因于其高强度和精确性（thoroughness）。此外，即使通道被机械加工到构件的表面内，那些通道也必须被覆盖以形成近表面冷却微通道，近表面冷却微通道需要额外的劳动和资源。
因此，具有近表面冷却微通道的替代构件和提供这种构件的方法将会在本领域中受到欢迎。
发明内容
在一个实施例中，公开了一种用于在构件中提供近表面冷却微通道的方法。该构件包括在基础制品内的内冷却通路，内冷却通路具有在外表面处的开口。该方法包括：在预烧结预制件的第一表面中形成近表面冷却微通道，其中，预烧结预制件包括含基础合金和第二合金的混合物，基础合金构成约30重量百分比至约90重量百分比的混合物；并且第二合金包括足量的熔点抑制剂以具有低于基础合金的熔化温度。该方法还包括：将预烧结预制件的第一表面安置于基础制品的外表面上，使得基础制品的外表面的开口与预烧结预制件的第一表面中的近表面冷却微通道对准；以及，加热预烧结预制件以将其结合到基础制品上，其中基础制品的外表面的开口保持与预烧结预制件的第一表面中的近表面冷却微通道对准。
在另一实施例中，公开了一种构件，其包括基础制品和预烧结预制件，基础制品包括内冷却通路，内冷却通路具有在外表面处的开口；预烧结预制件具有结合到基础制品的外表面上的第一表面。预烧结预制件具有在第一表面中的近表面冷却微通道，该近表面冷却微通道与基础制品的外表面的开口对准。而且，预烧结预制件包括含基础合金和第二合金的混合物，基础合金构成约30重量百分比至约90重量百分比的混合物，并且第二合金包括足量的熔点抑制剂以具有低于基础合金的熔化温度。
在另一实施例中，一种用于在构件中提供近表面冷却微通道的方法，构件包括在基础制品内的内冷却通路，内冷却通路具有在外表面处的开口，方法包括：在预烧结预制件的第一表面中形成近表面冷却微通道，其中，预烧结预制件包括含基础合金和第二合金的混合物，基础合金构成约30重量百分比至约90重量百分比的混合物，并且第二合金包括足量的熔点抑制剂以具有低于基础合金的熔化温度；将预烧结预制件的第一表面安置于基础制品的外表面上，使得基础制品的外表面的开口与预烧结预制件的第一表面中的近表面冷却微通道对准；以及加热预烧结预制件以将其结合到基础制品上，其中，基础制品的外表面的开口保持与预烧结预制件的第一表面中的近表面冷却微通道对准。
在另一实施例中，方法还包括：在预烧结预制件的第一表面中形成第二近表面冷却微通道，其中，当将预烧结预制件安置于基础制品的外表面上时，第二近表面冷却微通道与在基础制品的外表面中的第二开口对准。
在另一实施例中，通过以下步骤来形成预烧结预制件：组合基础合金粒子和第二合金粒子与结合剂来形成组合粉末混合物，压实组合的粉末混合物以形成压实的预制件；以及加热压实的预制件以移除粘合剂并且形成预烧结预制件。
在另一实施例中，近表面冷却微通道在加热之前形成于压实的预制件内。
在另一实施例中，预烧结预制件具有至少约90%的理论密度。
在另一实施例中，基础合金和第二合金分别以约30:70至约90:10的重量比混合在一起。
在另一实施例中，方法还包括：将覆层沉积在预烧结预制件的外表面上，其中，外表面与第一表面相反。
在另一实施例中，在将预烧结预制件结合到基础制品上之前，将覆层沉积到预烧结预制件上。
在另一实施例中，方法还包括：在加热预烧结预制件之前，将填料材料安置于内冷却通路内；以及在加热预烧结预制件之后，从内冷却通路移除填料材料。
在另一实施例中，将预烧结预制件结合到基础制品的外表面上而不填充开口。
在另一实施例中，一种构件，包括：基础制品，其包括内冷却通路，内冷却通路具有在外表面处的开口；以及预烧结预制件，其具有结合到基础制品的外表面上的第一表面，其中，预烧结预制件包括在第一表面中的近表面冷却微通道，近表面冷却微通道与基础制品的外表面的开口对准；并且其中，预烧结预制件包括含基础合金和第二合金的混合物，基础合金构成约30重量百分比至约90重量百分比的混合物；以及第二合金包括足量的熔点抑制剂以具有低于基础合金的熔化温度。
在另一实施例中，基础制品包括在外表面处的第二开口，且其中，预烧结预制件包括与第二开口对准的第二近表面冷却微通道。
在另一实施例中，通过以下步骤来形成预烧结预制件：组合基础合金粒子和第二合金粒子与结合剂来形成组合的粉末混合物，压实组合的粉末混合物以形成压实的预制件；以及加热压实的预制件以移除粘合剂并且形成预烧结预制件。
在另一实施例中，近表面冷却微通道在加热之前形成于压实的预制件内。
在另一实施例中，预烧结预制件具有至少90%的理论密度。
在另一实施例中，基础合金和第二合金分别以约30:70至约90:10的重量比混合在一起。
在另一实施例中，还包括：在预烧结预制件的外表面上的覆层，其中，外表面与第一表面相反。
在另一实施例中，构件包括用于涡轮的热气体路径。
在另一实施例中，近表面冷却微通道安置于预烧结预制件的第一表面和基础制品的外表面中。
在另一实施例中，基础合金和基础基板共有共同组合物。
鉴于下文的详细描述，结合附图，由本文中所讨论的实施例所提供的这些和额外特征将会更好地理解。
附图说明
在附图中陈述的实施例在本质上是说明性的和示例性的且预期并不限制权利要求所限定的本发明。当结合附图阅读时可理解说明性实施例的以下详细描述，其中相似的结构以相似的附图标记指示且在附图中：
图1为根据本文示出或描述的一个或多个实施例的示例性构件的透视图；
图2为根据本文示出或描述的一个或多个实施例的构件的分解透视图；
图3为根据本文示出或描述的一个或多个实施例的构件的截面视图；以及
图4为根据本文示出或描述的一个或多个实施例的示例性方法。
部件列表
10 构件
12 翼型件
14 燕尾件
16 平台
18 内冷却通路
20 基础制品
24 开口
26 外表面
30 预烧结预制件
32 近表面冷却微通道
36 第一表面
40 覆层
100 方法
110 步骤（形成微通道）
120 步骤（安置）
130 步骤（加热）。
具体实施方式
将在下文中描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简洁描述，在说明书中可不描述实际实施方式的所有特征。应了解在任何这样实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多针对具体实施的决策来实现开发者的具体目的，诸如符合系统相关和商务相关的约束，这些约束可随不同的实施方式而不同。此外，应了解，这样的开发努力可为复杂且耗时的，但仍受益于本公开内容的本领域普通技术人员设计、制作和制造的常规任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“该”和“所述”预期表示存在这些元件中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”预期是包括性的且意味着可存在除了所列元件之外的额外元件。
本公开大体而言可适用于在特征为相对高温的环境内操作的构件，且特别地其最高表面温度接近形成它的材料的熔化温度，从而需要使用强制空气冷却来降低构件表面温度的构件。这样的构件的重要示例包括高压和低压涡轮动叶（叶片）、喷嘴（静叶）、护罩和涡轮的其它热气体路径构件，例如工业或飞行器燃气涡轮发动机。
现在参看图1，示出了包括涡轮动叶的示例性构件10。构件10通常包括翼型件12，在燃气涡轮发动机操作期间，将热燃烧气体导向至翼型件12，并且其表面因此经受很高的温度。翼型件12表示为被配置成利用燕尾件14锚固到涡轮盘（未图示）上，燕尾件14形成于构件10的根部段上，构件10的根部段以平台16与翼型件12分开。翼型件12包括内冷却通路18（例如，冷却孔），通过内冷却通路18，迫使通过其根部段进入构件10的排气从构件10传热。虽然将参考被示出为图1中的动叶的构件10描述本发明的优点，但本发明的教导内容通常可适用于工业和飞行器燃气涡轮发动机的其它热气体路径构件，以及经受极端温度的多种其它构件。
现参看图2，构件10的分解图被示出为包括基础制品20和预烧结预制件30。基础制品20通常包括内冷却通路18（例如，冷却孔），内冷却通路18具有在基础制品20的外表面26处的开口24。在诸如图2中所示的一些实施例中，基础制品20可包括具有单个开口24的单个内冷却通路18以向近表面冷却微通道32供应冷却剂（例如，冷却空气）。在其它实施例中，基础制品20可包括连接到单个开口24或多个开口24的多个内冷却通路18。此外，内冷却通路18和开口24可安置于任何相对位置并且包括当操作时辅助冷却基础制品20的任何配置。例如，在一些实施例中，内冷却通路18可包括在基础制品20内部的弯曲(serpentine)配置。在一些实施例中，多个内冷却通路18可以以多种方式连接到彼此，例如具有从它分支的多个内冷却通路18的单个内冷却通路18。
基础制品20可包括多种材料，例如一种或多种超合金。在一些实施例中，基础制品可包括镍基、钴基或铁基超合金。例如，基础制品20可包括镍基超合金，例如René N4、René N5、René 108、GTD-111®、GTD-222®、GTD-444®、IN-738和MarM 247或钴基超合金，例如FSX-414。基础制品20可形成为等轴、定向凝固(DS)或单晶（SX）铸件以耐受其诸如在燃气涡轮发动机中所经受的高温和应力。
参考图2和图3，构件10还包括预烧结预制件30。预烧结预制件30通常包括在预烧结预制件30的第一表面36中的近表面冷却微通道32。近表面冷却微通道32包括可与基础制品20的外表面26中的开口24对准的任何通道使得空气可在它们之间流动。在预烧结预制件30中的近表面冷却微通道32将用作构件10中的近表面冷却微通道32（如在图3中最佳地示出）并且可因此具有足够的截面积用于允许冷却空气，例如压缩机排气（当构件10包括动叶时）通过它们流动。例如，在一些实施例中，近表面冷却微通道32可包括高达约0.1英寸（约2.5mm）的宽度和深度（分别平行于和垂直于第一表面36），其中典型范围为约0.01至约0.05英寸（约0.25至约1.27mm），但更小和更大的宽度及深度也是可能的。而且，近表面冷却微通道32可具有高达约0.01in2（约6.5mm2）的截面积，例如约0.0001至约0.0025in2（约0.065至约1.6mm2）。
此外，近表面冷却微通道32可具有多种截面形状和配置。例如，在诸如图2和图3中所示的一些实施例中，近表面冷却微通道32可包括半圆形隧道。在其它实施例中，近表面冷却微通道32的截面形状可为矩形、圆形或其任何其它几何或非几何形状或其组合。而且，近表面冷却微通道32可包括穿过预烧结预制件30的直通路，或者可包括一个或多个多向通路，诸如弯曲配置。在例如图2所示那些的一些实施例中，预烧结预制件30可包括单个近表面冷却微通道32。在例如图3所示那些的其它实施例中，预烧结预制件30可包括多个近表面冷却微通道32。在甚至其它实施例中，多个近表面冷却微通道32可以以多种方式连接到彼此，例如单个近表面冷却通道32，其具有从它分支的多个近表面冷却微通道32。
在一些实施例中，近表面冷却微通道32可通过在预烧结预制件30中的多个其它形态特征形成，使得冷却空气可沿多个方向行进，诸如当通路并非不连续边界时。例如，近表面冷却微通道32可并非由单组壁限定，而是经由预烧结预制件30的第一表面36中的一个或多个形态变型由预烧结预制件30与基础制品20中的分隔限定。
此外，在诸如图2所示的一些实施例中，近表面冷却微通道32可完全安置于预烧结预制件30中。但是，在一些实施例中，近表面冷却微通道32可安置于预烧结预制件30和基础制品20中。具体而言，预烧结预制件30的第一表面36和基础制品20的外表面26可包括轮廓，该轮廓当对准后组合以形成一个或多个近表面冷却微通道32。在这样的实施例中，在基础制品20的外表面26中的轮廓可与内冷却通路18对准或者单独于内冷却通道18安置。在甚至一些实施例中，近表面冷却微通道32可在预烧结预制件30与基础制品20之间来回转变。
近表面冷却微通道32还可包括一个或多个出射孔或沟槽以帮助将流动空气从预烧结预制件30排出。射出孔或沟槽可包括在近表面冷却微通道在基础制品20中的情况下原本将存在的任何（多种）配置和(多个)位置。例如，这些出射孔或沟槽可包括离散的孔或闭合的沟槽，其在将冷却空气通过离散孔排出之前从多个近表面冷却微通道收集冷却空气。在一些实施例中，一个或多个近表面冷却微通道32可将冷却空气导向至预烧结预制件30的外表面上的开放沟槽内。
预烧结预制件30包括含基础合金和第二合金的粒子的混合物，其在低于其熔点的温度被烧结在一起以形成烧结块和略微多孔性的块体。粉末粒子的合适粒度范围包括150目(mesh)或甚至325目或更小以促进粒子快速烧结并且将预烧结预制件30中的孔隙度最小化为约10体积百分比或更小。在一些实施例中，预烧结预制件30的密度为90%的密度或更佳。在甚至一些实施例中，预烧结预制件30具有95%的密度或更佳。如下文所讨论的那样，烧结预成形体壳120可经受热等静压（HIP）或真空/惰性气氛压制以促进更高的密度。
预烧结预制件30的基础合金可包括任何组合物，诸如类似于基础制品20的组合物以促进在预烧结预制件30与基础制品20之间共同的物理性质。例如，在一些实施例中，基础合金和基础制品共有共同组合物（即，它们为相同类型的材料）。在一些实施例中，基础合金可包括镍基超合金，诸如René N4、René N5、René 108、GTD-111®、GTD-222®、GTD-444®、IN-738和MarM 247或钴基超合金，诸如上文中所讨论的FSX-414。在一些实施例中，用于基础合金的性质包括与基础制品20的化学和冶金相容性，例如高疲劳强度、较低的开裂倾向、抗氧化性和/或机械加工性。
在一些实施例中，基础合金可包括在基础制品20的熔化温度约25℃范围内的熔点。在一些实施例中，基础合金可包括以下组合范围，按重量计，约2.5%至11%的钴，7%至9%的铬、3.5%至11%的钨、4.5%至8%的铝、2.5%至6%的钽、0.02%至1.2%的钛、0.1%至1.8%的铪、0.1至0.8%的钼、0.01%至0.17%的碳、高达0.08%的锆、高达0.60%的硅，高达2.0%的铼、余量镍和附带杂质。在甚至一些实施例中，基础合金可包括以下组合范围，按重量计，约9%至11%的钴、8至8.8%的铬、9.5至10.5%的钨、5.3%至5.7%的铝、2.8%至2.3%的钽、0.9%至1.2%的钛、1.2%至1.6%的铪、0.5%至0.8%的钼、0.13%至0.17%的碳、0.03%至0.08%的锆，余量镍和附带的杂质。应意识到，虽然在本文中列出了用于预烧结预制件30的基础合金的组合物的具体材料和组合，但这些列出的材料和组合只是示例性的并且无限制意义，并且可替代地或额外地使用其它合金。而且，应意识到用于预烧结预制件30的基础合金的特定组合可取决于基础制品20的组合。
如上文所讨论的那样，预烧结预制件30还包括第二合金。第二合金还可具有类似于基础制品20的组合但还包含熔点抑制剂以促进基础合金和第二合金粒子的烧结并且使得预烧结预制件30能在低于基础制品20的熔点的温度下结合到基础制品20。例如，在一些实施例中，熔点抑制剂可包括硼和/或硅。
在一些实施例中，第二合金可包括低于基础制品20的晶粒生长或初始熔化温度约25℃至约50℃的熔点。这样的实施例可在加热过程中更好地保留基础制品20的所希望的微结构。在一些实施例中，第二合金可包括以下组合范围，按重量计：约9%至10%的钴、11%至16%的铬、3%至4%的铝、2.25%至2.75%的钽、1.5%至3.0%的硼、高达5%的硅、高达1.0%的钇、余量的镍和附带杂质。例如，在一些实施例中，第二合金可包括市售的Amdry DF4B镍硬焊合金。应意识到虽然在本文中已列出了用于预烧结预制件30的第二合金的组合物的具体材料和组合，但是这些列出的材料和组合只是示例性的并且无限制意义并且可替代地或额外地使用其它合金。而且，应意识到用于预烧结预制件30的第二合金的特定组合可取决于基础制品20的组合。
预烧结预制件30可包括足以提供足够的熔点抑制剂以确保基础合金和第二合金的粒子湿润和结合（例如，扩散/硬焊结合）到彼此和到基础制品20的外表面26上的任何相对量的基础合金和第二合金。例如，在一些实施例中，第二合金可构成预烧结预制件30的至少约10重量百分比。在一些实施例中，第二合金可构成预烧结预制件30的不超过70重量百分比。这样的实施例可提供足量的熔点抑制剂，同时限制了随后加热的机械和环境性质的可能降低。而且，在这些实施例中，基础合金可包括预烧结预制件30的其余部分（例如，在预烧结预制件30的约30重量百分比和约70重量百分比之间）。在甚至一些实施例中，基础合金的粒子可构成预烧结预制件30的约40重量百分比至约70重量百分比，其中余量为构成第二合金粒子的组合物。应意识到虽然在本文中已经给出了基础合金和第二合金的具体相对范围，但是这些范围只是示例性的并且非限制性的，并且可实现任何其它相对组合，使得可如上文中所讨论地那样提供足量的熔点抑制剂。
除了基础合金和第二合金的粒子之外，在预烧结预制件30内无需其它成分。但是，在一些实施例中，结合剂(binder)可最初与基础合金及第二合金的粒子掺混以形成在烧结之前可更易于成形的粘连块体。在这样的实施例中，结合剂可包括例如可以以名称NICROBRAZ-S购自Wall Colmonoy
Corporation的结合剂。其它可能的合适结合剂包括购自Vitta Corporation 的NICROBRAZ 320, VITTA GEL，并且其它包括可购自Cotronics Corporation 的粘合剂，所有这些在烧结期间可易于干净地挥发。
可通过任何合适手段，诸如搅拌、摇晃、旋转、折叠或类似手段或其组合来混合基础合金（即，基础合金粒子）与第二合金（即，第二合金粒子）的粉末粒子来形成预烧结预制件30。在混合后，在可烧尽结合剂期间和/或烧尽结合剂之后，混合物可与粘合剂组合（即，形成组合的粉末混合物）并且铸造成形（即，以形成压实的预制件）。然后可将压实的预制件放置于非氧化（真空或惰性气体）气氛炉中以用于烧结操作，在此期间，基础合金和第二合金的粉末粒子经历烧结以得到具有良好结构强度和低孔隙度的预烧结预制件30。合适烧结温度可至少部分地取决于基础合金和第二合金的粒子的特定组合。例如，在一些实施例中，烧结温度可在约1010℃至约1280℃的范围内。在一些实施例中，在烧结之后，预烧结预制件30可被HIP或真空压制以实现大于95%的密度。
在一些实施例中，预烧结预制件30可实际上包括多个层，每个在连接到基础制品20之前或之后附连到彼此。在这样的实施例中，多个层可组合以形成近表面冷却微通道32或者单个层可包括近表面冷却微通道32同时存在额外层用于对基础制品20进行额外保护。这种实施例也可允许个别地定制在预烧结预制件30的不同区中的具体热性质。在甚至一些实施例中，预烧结预制件30可与一个或多个金属层或部段组合。例如，预烧结预制件30可形成近表面冷却微通道32的侧部，而薄金属膜封闭近表面微通道32的顶部。在这样的实施例中，金属膜可在将预烧结预制件30结合到基础制品20之前、之后或同时结合到基础制品20。或者，在一些实施例中，预烧结预制件30可经由一个或多个额外金属层与基础制品20结合。
可使用多种方法并且在制造预烧结预制件30的多个时间内将近表面冷却微通道32形成到预烧结预制件30的第一表面36内。例如，在一些实施例中，预烧结预制件30可烧结为基础形状，使得近表面冷却微通道32可随后机械加工为基础形状。这样的机械加工（即，从预烧结预制件30移除一些材料）可经由任何合适的材料移除操作发生，包括（但不限于）铣削、研磨、线放电机械加工（EDM）、铣削EDM、切入式(plunge)EDM、电化学机械加工（ECM）、射流切槽、激光切槽或其组合。在其它实施例中，可铸造预烧结预制件30使得当预烧结预制件30在其初始烧结之前仍处于其柔韧生坯状态时存在近表面冷却微通道32。
具体地参考图3，在一些实施例中，构件10可在预烧结预制件30的外表面（与第一表面36相反）上具有至少一个额外覆层40。覆层40可包括当在操作中例如辅助热、机械或其它性能的那些操作中适合于构件10的任何类型的覆层。例如，在一些实施例中，例如当构件10包括用于涡轮的热气体路径构件时，覆层40可包括热屏障覆层和/或环境屏障覆层。示例性但非限制性的覆层40包括一个或多个结合覆层、过渡或中间层和/或顶覆层。用于覆层40的非限制性材料包括陶瓷材料，其重要的示例为利用氧化钇（YSZ）或另外的氧化物例如氧化镁、二氧化铈、氧化钪和/或氧化钙和可选地其它氧化物来部分或完全稳定的氧化锆以降低热导率。用于热屏障覆层系统中的结合覆层材料包括抗氧化的覆盖覆层，诸如MCrAlX(其中M为铁、钴和/或镍，并且X为钇、稀土金属和/或其它反应性金属)和抗氧化扩散覆层。
覆层40可沉积到足以提供对下层表面区域所希望的热保护水平的厚度，诸如例如大约75至约300微米，但更小和更大的厚度也是可能的。可在将预烧结预制件30结合到基础制品20之前，在将预烧结预制件30结合到基础制品20之后或其组合，将覆层40施加到预烧结预制件30上。
参考图2和图3，预烧结预制件30的第一表面36安置于基础制品20的外表面26上，使得基础制品的外表面26的开口24与预烧结预制件30的第一表面36中的近表面冷却微通道32对准。在近表面冷却微通道32与开口24之间的对准可允许冷却空气在内冷却通路18与近表面冷却微通道32之间流动。
通过将预烧结预制件30，例如在非氧化（真空或惰性气体）气氛下加热到能够熔化包括预烧结预制件30的第二合金（即，更低熔点的粒子）的粒子的温度，诸如在约2050℉至约2336℉（约1120℃至约1280℃）（取决于组合物）持续约10分钟至60分钟的时间，将预烧结预制件30结合到基础制品20上。第二合金粒子然后可熔化并且湿润基础合金粒子和基础制品20的外表面26从而形成合铸在一起的两相混合物。此外，通过使用基础合金和第二合金的组合，预烧结预制件30可并未明显地闭合（若闭合的话）在基础制品的外表面26中的开口24、或者预烧结预制件30的第一表面36中的近表面冷却微通道32或者从近表面冷却微通道32出来的任何（多个）出射通路。应意识到可利用任何类型的加热，例如（但不限于）感应加热、焰炬(torch)、烤炉或任何其它源以使材料充分结合。在甚至一些实施例中，可通过摩擦焊接而实现加热，使得加热过程对于表面区域而言更加局部。
在一些实施例中，少量额外低熔点成分材料可放置于预烧结预制件30与基础制品20之间以增强硬焊品质。之后，可将基础制品20和预烧结预制件30冷却到低于预烧结预制件30的固相线(solidus)温度以使混合物凝固并且形成超合金硬焊。硬焊然后可在约1975℉至约2100℉的温度（约1800℃至约1150℃）经历热处理持续约三十分钟至约四小时的时间，用于使基础合金和第二合金以及基础制品20的合金的粒子互相扩散。在热处理后，可通过研磨或任何其它合适的方法来移除在硬焊中的任何过量材料。
在一些实施例中，在将预烧结预制件30结合到基础制品20之前，可将填料材料（未图示）暂时安置于内冷却通路18中以确保内冷却通路18并不阻塞。这样的填料材料可通过任何合适的手段安置并且包括用于暂时地阻挡内冷却通路18的任何材料。例如，填料材料可包括当将预烧结预制件30结合到基础制品20上时并不熔化但是可随后经由在更高温度额外加热、施加选定化学品或任何其它合适方法而移除的材料。这样的实施例可特别适合于较小的内冷却通路18，诸如具有0.03英寸（0.762毫米）直径或更小的那些。
现参看图2至图4，示出了用于在构件10中提供近表面冷却微通道32的示例性方法100（图4）。该方法首先包括在步骤110中在预烧结预制件30的第一表面36中形成近表面冷却微通道32。如上文所讨论的那样，近表面冷却微通道32可机械加工到已经烧结的预烧结预制件30内或者在其仍处于柔韧的生坯状态时铸造到预烧结预制件30内。
该方法400还包括在步骤120将预烧结预制件30的第一表面36安置到基础制品20的外表面26上。具体而言，预烧结预制件30安置成使得基础制品20的外表面26的开口24与预烧结预制件30的第一表面36中的近表面冷却微通道32对准。最终，该方法包括在步骤130中加热预烧结预制件30以将其结合到基础制品20上。发生结合使得基础制品20的外表面26的开口24保持与在预烧结预制件30的第一表面36中的近表面冷却微通道32对准。如上文所讨论的那样，可在足以将预烧结预制件30结合到基础制品20上的任何温度或温度范围和任何时间发生加热。而且，通过任何合适的手段，例如通过感应加热、摩擦焊接等加热预烧结预制件来实现步骤130中的结合。
现应意识到可通过首先将近表面冷却微通道32制造到预烧结预制件内并且然后将预烧结预制件结合到基础制品而将近表面冷却微通道32形成到构件内。基础制品的内冷却通路因此可连接到近表面冷却微通道以允许冷却空气从那里通过以在它们之间流动。通过将近表面冷却微通道制造到预烧结预制件内，可减轻将这样的小通道加工到坚硬构件材料内的制造难度。此外，通过使用预烧结预制件，将预烧结预制件结合到基础制品或将并非明显地闭合（若闭合的话）近表面冷却微通道的开口。
虽然仅关于有限数目的几个实施例描述了本发明，但应易于了解本发明并不限于这些公开的实施例。而是，可修改本发明以合并之前未描述的任意多个变型、更改、替代或等效布置，但这些仍与本发明的精神和范围相符。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但应了解本发明的方面可仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不应视作受前文的描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。
Claims (10)
1. 一种用于在构件中提供近表面冷却微通道的方法，所述构件包括在基础制品内的内冷却通路，所述内冷却通路具有在外表面处的开口，所述方法包括：
在预烧结预制件的第一表面中形成近表面冷却微通道，其中，所述预烧结预制件包括含基础合金和第二合金的混合物，所述基础合金构成约30重量百分比至约90重量百分比的混合物，并且所述第二合金包括足量的熔点抑制剂以具有低于所述基础合金的熔化温度；
将所述预烧结预制件的第一表面安置于所述基础制品的外表面上，使得所述基础制品的外表面的开口与所述预烧结预制件的第一表面中的近表面冷却微通道对准；以及
加热所述预烧结预制件以将其结合到所述基础制品上，其中，所述基础制品的外表面的开口保持与所述预烧结预制件的第一表面中的近表面冷却微通道对准。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在所述预烧结预制件的第一表面中形成第二近表面冷却微通道，其中，当将所述预烧结预制件安置于所述基础制品的外表面上时，所述第二近表面冷却微通道与在所述基础制品的外表面中的第二开口对准。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下步骤来形成所述预烧结预制件：组合基础合金粒子和第二合金粒子与结合剂来形成组合粉末混合物，压实所述组合的粉末混合物以形成压实的预制件；以及加热所述压实的预制件以移除所述粘合剂并且形成所述预烧结预制件。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述近表面冷却微通道在加热之前形成于所述压实的预制件内。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预烧结预制件具有至少约90%的理论密度。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基础合金和第二合金分别以约30:70至约90:10的重量比混合在一起。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将覆层沉积在所述预烧结预制件的外表面上，其中，所述外表面与所述第一表面相反。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在将所述预烧结预制件结合到所述基础制品上之前，将所述覆层沉积到所述预烧结预制件上。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在加热所述预烧结预制件之前，将填料材料安置于所述内冷却通路内；以及
在加热所述预烧结预制件之后，从所述内冷却通路移除所述填料材料。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述预烧结预制件结合到所述基础制品的外表面上而不填充所述开口。
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