CN105269103A - 硬钎焊方法和具有耐热材料的构件 - Google Patents

硬钎焊方法和具有耐热材料的构件 Download PDF

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CN105269103A CN201510370205.3A CN201510370205A CN105269103A CN 105269103 A CN105269103 A CN 105269103A CN 201510370205 A CN201510370205 A CN 201510370205A CN 105269103 A CN105269103 A CN 105269103A
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Abstract

本发明涉及硬钎焊方法和具有耐热材料的构件。硬钎焊方法包括提供衬底，衬底包括设置在其上的经预烧结预成型件，其中，经预烧结预成型件包括混合物，该混合物包括：构成混合物的大约30重量%至大约90重量%的基础合金；以及第二合金，其包括足够量的熔点抑制剂，以具有比基础合金更低的熔化温度。硬钎焊方法进一步包括：用耐热材料至少部分地覆盖经预烧结预成型件，其中，耐热材料的熔化温度高于经预烧结预成型件的熔化温度；以及加热衬底上的经预烧结预成型件。

Description

硬钎焊方法和具有耐热材料的构件
技术领域
本文公开的主题涉及硬钎焊方法和构件，并且更特别地，涉及硬钎焊方法和具有耐热材料的构件。
背景技术
多种多样的工业构件可经受硬钎焊操作，以添加新材料，改良现有材料，改良构件的形状，使多个构件连结在一起，或者以别的方式改变原始构件。硬钎焊操作一般可包括在设置在基础衬底(即，原始构件)上的同时，将填料金属加热到其熔化温度之上(即，高于其液态温度)，然后使材料冷却，以将填料金属和基础衬底连结在一起。
各种涡轮构件例如可在原始制造或在涡轮中使用之前或之后的改良期间，经受一个或多个硬钎焊循环。一些特定的涡轮构件还可具有非常高的强度、韧度和/或其它物理属性，以有利于持续运行。诸如轮叶(叶片)、喷嘴(导叶)和工业和航空器燃气涡轮发动机的其它热气路径构件和燃烧构件的涡轮构件可由具有适当的机械和环境属性的镍基、钴基或铁基超合金形成。
硬钎焊操作典型地局限于需要改变的那些表面。例如，在涡轮运行期间接触相邻构件的表面，诸如涡轮轮叶护罩的z形凹口表面可能更易于磨损等，并且因此可能更有可能经受未来硬钎焊操作。但是，随着涡轮构件的大小增加，以便提高整体功率输出，以前不知道在运行期间会经历接触的表面也可经历磨损。例如较大的涡轮构件可在涡轮启动期间遭受振荡。这个振荡可使与表面的接触增加，该表面包括密封轨、z形凹口相邻表面和天使翼，它们在本文统称为非z形凹口接触表面。诸如在超期使用之后改良这些表面可变得费力和代价高昂。例如可能难以焊接，因为可用来散热以防止破裂的材料量较少。
此外，甚至在一些情况下，由于涡轮机的效率可至少部分地取决于其运行温度，所以可能需要能够经受住越来越高的温度的构件，诸如涡轮轮叶和喷嘴。随着超合金构件的最高局部温度接近超合金的熔化温度，强制空气冷却可能变得必要。由于这个原因，燃气涡轮轮叶的翼型件和喷嘴可包括复杂的冷却方案，其中，强制空气(典型地放气)通过翼型件内的内部冷却通道，然后通过翼型件表面处的冷却孔排出，以从构件中传递出热。冷却孔还可构造成使得冷却空气用来对构件的周围表面进行膜冷却。取决于制造操作，可能需要诸如通过使用硬钎焊部或经预烧结预成型件来使冷却通道的一个或多个部分堵塞，以强制空气流处于合适的方向。但是，硬钎焊部或经预烧结预成型件在热处理操作(诸如材料再生过程、修理过程等等)期间可遭受升高的温度。这些升高的温度可使硬钎焊部或经预烧结预成型件部分地熔化，或者以别的方式改变形状(例如塌落，)从而产生额外的制造操作。
因此，备选的硬钎焊方法和具有耐热材料的构件在本领域中将是受欢迎的。
发明内容
在一个实施例中，公开一种硬钎焊方法。该硬钎焊方法包括提供衬底，衬底包括设置在其上的经预烧结预成型件，其中，经预烧结预成型件包括混合物，混合物包括：构成混合物的大约30重量%至大约90重量%的基础合金；以及第二合金，其包括足够量的熔点抑制剂，以具有比基础合金更低的熔化温度。硬钎焊方法进一步包括：用耐热材料至少部分地覆盖经预烧结预成型件，其中，耐热材料的熔化温度高于经预烧结预成型件的熔化温度；以及加热衬底上的经预烧结预成型件。
在另一个实施例中，公开一种经改良构件。该经改良构件包括结合到衬底上的经预烧结预成型件，其中，在结合到改良表面上之前，经预烧结预成型件包括：构成混合物的大约30重量%至大约90重量%的基础合金；以及第二合金，其包括足够量的熔点抑制剂，以具有比基础合金更低的熔化温度。经改良构件进一步包括至少部分地覆盖经预烧结预成型件的耐热材料，其中，耐热材料的熔化温度高于经预烧结预成型件的熔化温度。
技术方案1. 一种硬钎焊方法，包括：
提供衬底，所述衬底包括设置在其上的经预烧结预成型件，其中，所述经预烧结预成型件包括混合物，所述混合物包括下者：构成所述混合物的大约30重量%至大约90重量%的基础合金；以及第二合金，其包括足够量的熔点抑制剂，以具有比所述基础合金更低的熔化温度；
用耐热材料至少部分地覆盖所述经预烧结预成型件，其中，所述耐热材料的熔化温度高于所述经预烧结预成型件的熔化温度；以及，
加热所述衬底上的所述经预烧结预成型件。
技术方案2. 根据技术方案1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述耐热材料包括单独的经预烧结预成型件。
技术方案3. 根据技术方案2所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述单独的经预烧结预成型件包括基础合金和第二合金，其中，所述基础合金按重量计包括以下成分范围：大约27.0%至30.0%的钼、16.5%至18.5%的铬、3.0%至3.8%的硅、高达1.5%的铁、高达1.5%的镍、高达0.15%的氧、高达0.08%的碳、高达0.03%的磷、高达0.03%的硫，并且其余为钴，以及其中，所述第二合金按重量计包括以下成分范围：大约22.9%至24.75%的铬、9.0%至11.0%的镍、6.5%至7.6%的钨、3.0%至4.0%的钽、2.6%至3.16%的硼、0.55%至0.65%的碳、0.3%至大约0.6%的锆、0.15%至0.3%的钛、高达1.3%的铁、高达0.4%的硅、高达0.1%的锰、高达0.02%的硫，并且其余为钴。
技术方案4. 根据技术方案2所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述单独的经预烧结预成型件按重量计包括大约90%至大约95%的基础合金和大约5%至大约10%的第二合金。
技术方案5. 根据技术方案1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述耐热材料包括粉末材料涂层。
技术方案6. 根据技术方案5所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述粉末材料涂层按重量计包括以下成分范围：大约27.0%至30.0%的钼、16.5%至18.5%的铬、3.0%至3.8%的硅、高达1.5%的铁、高达1.5%的镍、高达0.15%的氧、高达0.08%的碳、高达0.03%的磷、高达0.03%的硫，并且其余为钴。
技术方案7. 根据技术方案1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述耐热材料包括硬钎焊材料。
技术方案8. 根据技术方案1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述耐热材料包括陶瓷涂料。
技术方案9. 根据技术方案1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述衬底包括涡轮轮叶护罩。
技术方案10. 根据技术方案9所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述经预烧结预成型件设置在所述涡轮轮叶护罩的冷却通道中。
技术方案11. 根据技术方案1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述衬底包括镍基、钴基或铁基超合金。
技术方案12. 一种经改良构件，包括：
结合到衬底上的经预烧结预成型件，其中，在结合到所述改良表面上之前，所述经预烧结预成型件包括：构成混合物的大约30重量%至大约90重量%的基础合金；以及第二合金，其包括足够量的熔点抑制剂，以具有比所述基础合金更低的熔化温度；以及，
至少部分地覆盖所述经预烧结预成型件的耐热材料，其中，所述耐热材料的熔化温度高于所述经预烧结预成型件的熔化温度。
技术方案13. 根据技术方案12所述的经改良构件，其特征在于，所述耐热材料包括单独的经预烧结预成型件。
技术方案14. 根据技术方案13所述的经改良构件，其特征在于，所述单独的经预烧结预成型件包括基础合金和第二合金，其中，所述基础合金按重量计包括以下成分范围：大约27.0%至30.0%的钼、16.5至18.5%的铬、3.0%至3.8%的硅、高达1.5%的铁、高达1.5%的镍、高达0.15%的氧、高达0.08%的碳、高达0.03%的磷、高达0.03%的硫，并且其余为钴，以及其中，所述第二合金按重量计包括以下成分范围：大约22.9%至24.75%的铬、9.0%至11.0%的镍、6.5%至7.6%的钨、3.0%至4.0%的钽、2.6%至3.16%的硼、0.55%至0.65%的碳、0.3%至大约0.6%的锆、0.15%至0.3%的钛、高达1.3%的铁、高达0.4%的硅、高达0.1%的锰、高达0.02%的硫，并且其余为钴。
技术方案15. 根据技术方案14所述的经改良构件，其特征在于，所述单独的经预烧结预成型件按重量计包括大约90%至大约95%的基础合金和大约5%至大约10%的第二合金。
技术方案16. 根据技术方案12所述的经改良构件，其特征在于，所述耐热材料包括粉末材料涂层。
技术方案17. 根据技术方案16所述的经改良构件，其特征在于，所述粉末材料涂层按重量计包括以下成分范围：大约27.0%至30.0%的钼、16.5%至18.5%的铬、3.0%至3.8%的硅、高达1.5%的铁、高达1.5%的镍、高达0.15%的氧、高达0.08%的碳、高达0.03%的磷、高达0.03%的硫，以及其余为钴。
技术方案18. 根据技术方案12所述的经改良构件，其特征在于，所述耐热材料包括硬钎焊材料。
技术方案19. 根据技术方案12所述的经改良构件，其特征在于，所述耐热材料包括陶瓷涂料。
技术方案20. 根据技术方案12所述的经改良构件，其特征在于，所述衬底包括涡轮轮叶护罩。
结合附图考虑到以下详细描述，将更全面地理解本文论述的实施例所提供的这些和额外的特征。
附图说明
图中阐述的实施例是说明性和示例性的，而且不意于限制由权利要求限定的本发明。当结合附图阅读时，可理解说明性实施例的以下详细描述，在附图中，相同结构由相同参考标号表示，而且其中：
图1是根据本文显示或描述的一个或多个实施例的示例性燃气涡轮发动机的截面的侧视透视图；
图2是根据本文显示或描述的一个或多个实施例的多个涡轮轮叶护罩的片断俯视透视图；
图3是根据本文显示或描述的一个或多个实施例的具有经预烧结预成型件的图2中的护罩的分解片段透视图；
图4是根据本文显示或描述的一个或多个实施例的具有经预烧结预成型件和耐热材料的经改良构件的示意图；
图5是根据本文显示或描述的一个或多个实施例的图4的经改良构件的横截面图；
图6是根据本文显示或描述的一个或多个实施例的示例性硬钎焊方法的流程图；以及
图7是根据本文显示或描述的一个或多个实施例的另一个示例性硬钎焊方法的流程图。
部件列表
100发动机
102轮叶
104毂
106翼型件
108护罩
110z形凹口
111非z形凹口接触表面
112密封轨
114配合表面
116z形凹口相邻表面
117冷却通道
118天使翼
120经预烧结预成型件
130耐热材料
200方法
210步骤(提供)
220步骤(设置)
230步骤(加热)
300方法
310步骤(提供)
320步骤(覆盖)
330步骤(加热)。
具体实施方式
下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，当例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的约束，开发人员的具体目标可根据不同的实现彼此有所改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但尽管如此，对具有本公开的益处的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。
当介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。
现在参照图1，示出示例性燃烧涡轮发动机100的截面的侧视透视图。发动机100包括多个不同的构件，它们中的各个可包括以本公开为依据的一个或多个衬底。特别地，发动机100包括联接到毂104上的多个涡轮轮叶102。如本文所用，“涡轮轮叶”指的是任何级轮叶、叶片、导叶等等。毂104联接到涡轮轴(在图1中未显示)上。各个轮叶102具有对应的翼型件106，以及在翼型件106的径向最外端处不动地联接到翼型件106上的对应的涡轮轮叶护罩108。各个护罩108具有两个相应地相对的z形凹口110，对各个护罩108仅示出了一个z形凹口110。各个护罩108进一步包括多个z形凹口相邻表面116，即，与z形凹口110直接相邻的、面向相邻护罩108的表面。密封轨112有利于将基本弓形密封环(在图1中未显示)联接到护罩108上，以有利于减轻轮叶102的周向移动和振动。
图1的由实虚线包围且被标为2的部分在图2中示出。特别地，图2示出涡轮轮叶护罩108的片断俯视透视图。对于护罩108示出了在各端上的z形凹口110和z形凹口相邻表面116。z形凹口110具有配合表面114。部分地示出了翼型件106(只显示了轮廓)和密封轨112，以便观察定向。
本文公开的构件和衬底(包括护罩108)可包括适合硬钎焊应用的任何金属或合金衬底。特别地，本公开大体适用于可进行硬钎焊的任何金属或合金构件，特别是在特征为高应力和/或高温的环境内工作的那些构件。这样的构件的显著示例包括涡轮构件，诸如涡轮轮叶(叶片)、喷嘴(导叶)、护罩，以及涡轮的其它热气路径和燃烧构件，诸如工业燃气涡轮或蒸汽涡轮或航空器燃气涡轮发动机。
例如，在一些实施例中，本文公开的衬底(包括护罩108)可包括镍基、钴基或铁基超合金。例如，衬底可包括镍基超合金，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FSX-414。衬底12可形成为等轴的、定向凝固(DS)或单晶(SX)铸件，以经受住诸如可存在于燃气涡轮或蒸汽涡轮内的较高的温度和应力。
现在参照图1-3，涡轮轮叶102包括多个非z形凹口接触表面111。如本文所用，“非z形凹口接触表面”111指的是在初始启动和/或运行期间可接触相邻构件的涡轮轮叶102的表面(除了z形凹口110本身)。这些表面在本领域中有时也可称为“非接触表面”，因为它们以前接触相邻构件的可能性低，更不用说接触相邻构件达到可能需要修改的程度。非z形凹口接触表面111特别地包括密封轨112、z形凹口相邻表面116和天使翼118。在一些实施例中，这些非z形凹口接触表面111可在各种情形期间接触相邻构件，各种情形包括涡轮发动机100的初始启动、瞬态、稳态和产生的振荡。
可使用经预烧结预成型件120来改良非z形凹口接触表面111，以形成改良涡轮轮叶护罩108。特别地，改良涡轮轮叶护罩108可包括改良表面，改良表面包括非z形凹口接触表面111的一个或多个部分。诸如可通过移除原始材料来准备改良表面，而且可将经预烧结预成型件120结合到改良表面上，以改良涡轮轮叶护罩108(例如，将其改良回其原始形状或尺寸)。
经预烧结预成型件120大体包括微粒的混合物，包括基础合金和第二合金，它们已经在低于它们的熔点的温度下烧结在一起，形成团块和稍微多孔的物质。粉末微粒的适当的微粒大小范围包括150目，或者甚至325目或更小，以促进微粒快速烧结，以及使经预烧结预成型件120中的孔隙率最大程度地减小到大约10体积%或更小。在一些实施例中，经预烧结预成型件120的密度具有90%的密度或更好的密度。甚至在一些实施例中，经预烧结预成型件120具有95%的密度或更好的密度。
经预烧结预成型件120的基础合金可包括任何成分，诸如类似于衬底(例如涡轮轮叶护罩108)的成分，以促进经预烧结预成型件120和衬底之间的普通物理属性。例如，在一些实施例中，(经预烧结预成型件120的)基础合金和衬底(例如涡轮轮叶护罩108)共用公共成分(即，它们是相同类型的材料)。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FSX-414，如上面论述的那样。在一些实施例中，基础合金的属性包括与衬底(例如涡轮轮叶护罩108)的化学和冶金相容性，诸如疲劳强度高、破裂可能性低、抗氧化力和/或可加工性。
在一些实施例中，基础合金可包括在衬底12的熔化温度的大约25℃内的熔点。在一些实施例中，基础合金可按重量计包括以下成分范围：大约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，余量为镍和附带杂质。甚至在一些实施例中，基础合金可按重量计包括以下成分范围：大约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，余量为镍和附带杂质。
甚至在一些实施例中，基础合金可包括可在市场上从WESGO陶瓷获得的Tribaloy T-800。这种基础合金可按重量计包括以下成分范围：大约27.0%至30.0%的钼、16.5%至18.5%的铬、3.0%至3.8%的硅、高达1.5%的铁、高达1.5%的镍、高达0.15%的氧、高达0.08%的碳、高达0.03%的磷、高达0.03%的硫，并且其余为钴。在一些实施例中，基础合金可包括可在市场上从WESGO陶瓷获得的Coast金属64，有时称为CM-64或CM64。这种基础合金可按重量计包括以下成分范围：26.0%至30.0%的铬、18.0%至21.0%的钨、4.0%至6.0%的镍、0.75%至1.25%的钒、0.7%至1.0%的碳、0.005%至0.1%的硼、高达3.0%的铁、高达1.0%的镁、高达1.0%的硅、高达0.5%的钼，并且其余为钴。
应当理解，虽然已经在本文针对经预烧结预成型件120的基础合金的成分列出了具体材料和成分，但列出的这些材料和成分仅是示例性而非限制性的，而且可备选地或另外使用其它合金。此外，应当理解，经预烧结预成型件120的基础合金的特定成分可取决于衬底(例如涡轮轮叶护罩108)的成分。
如上面论述的那样，经预烧结预成型件120进一步包括第二合金。第二合金也可具有类似于衬底(例如涡轮轮叶护罩108)的成分，但另外包含熔点抑制剂，以促进基础合金和第二合金微粒烧结，而且使得经预烧结预成型件120能够在低于衬底的熔点的温度下结合到衬底(例如涡轮轮叶护罩108)上。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衬底(例如涡轮轮叶护罩108)的晶粒生长或者初期熔化温度的大约25℃至大约50℃的熔点。这样的实施例可在加热过程期间较好地维持衬底(例如涡轮轮叶护罩108)的微结构。在一些实施例中，第二合金可按重量计包括以下成分范围：大约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，其余为镍和附带杂质。例如，在一些实施例中第二合金可包括可在市场上获得的Amdry DF4B镍硬钎焊合金。
甚至在一些实施例中，第二合金可包括可在市场上从WESGO陶瓷获得的MAR-M509B。这种第二合金可按重量计包括以下成分范围：大约22.9%至24.75%的铬、9.01%至1.0%镍、6.5%至7.6%的钨、3.0%至4.0%的钽、2.6%至3.16%的硼、0.55%至0.65%的碳、0.3%至大约0.6%的锆、0.15%至0.3%的钛、高达1.3%的铁、高达0.4%的硅、高达0.1%的锰、高达0.02%的硫，并且其余为钴。
还应当理解的是，虽然在本文已经针对经预烧结预成型件120的第二合金的成分列出了具体材料和成分，但列出的这些材料和成分仅是示例性而非限制性的，而且可备选地或另外使用其它合金。此外，应当理解，经预烧结预成型件120的第二合金的特定成分可取决于衬底(例如涡轮轮叶护罩108)的成分。
经预烧结预成型件120可包括任何相对量的基础合金和第二合金，它们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微粒湿润且彼此结合(例如，扩散/硬钎焊结合)，以及使它们结合到衬底(例如涡轮轮叶护罩108)的外表面上。例如，在一些实施例中，第二合金可构成至少大约10重量%的经预烧结预成型件120。在一些实施例中，第二合金可构成不超过70重量%的经预烧结预成型件120.
甚至在一些实施例中，基础合金可包括T-800或CM-64，而第二合金可包括MAR-M-509B。在这样的实施例中， T-800/CM-64与MAR-M-509B的比为80%-85%的T-800/CM-64比20%-15%的MAR-M-509B。备选地，可使用的T-800/CM-64与MAR-M-509B的比为90%-60%的T-800/CM-64比10%-40%的MAR-M-509B。
这样的实施例可提供足够量的熔点抑制剂，同时限制后面的加热的机械和环境属性的潜在降低。此外，在这些实施例中，基础合金可构成经预烧结预成型件120的其余部分(例如，介于经预烧结预成型件的大约30重量%和大约70重量%之间)。甚至在一些实施例中，基础合金的微粒可构成大约40重量%至大约70重量%的经预烧结预成型件120，余量为包括第二合金的微粒的成分。应当理解，虽然已经在本文介绍了基础合金和第二合金的具体相对范围，但这些范围仅是示例性而非限制性的，而且还可实现任何其它相对成分，使得如上面论述的那样提供足够量的熔点抑制剂。
除了基础合金和第二合金的微粒，在经预烧结预成型件120内可不需要其它组分。但是，在一些实施例中，首先可将粘结剂与基础合金和第二合金的微粒掺合，形成在烧结之前可更容易成形的粘合物质。在这样的实施例中，粘结剂可包括例如，可在市场上从Wall Colmonoy公司获得的名称为NICROBRAZ-S的粘结剂。其它潜在地合适的粘结剂包括NICROBRAZ320、来自Vitta公司的VITTA GEL，以及包括可在市场上从Cotronics公司获得的粘合剂的其它粘结剂，它们全部都可在烧结期间干净地挥发。
可通过用诸如搅拌、摇动、旋转、折叠等或者它们的组合的任何适当的手段，使基础合金(即，基础合金微粒)和第二合金(即，第二合金微粒)的粉末微粒混合，来形成经预烧结预成型件120。在混合之后，混合物可与粘结剂结合(即，形成结合粉末混合物)，并且在粘结剂可燃烧掉的期间和/或之后，铸造成形(即，形成紧凑预成型件)。然后可将紧凑预成型件置于非氧化(真空或惰性气体)气氛炉中进行烧结操作，在此期间，基础合金和第二合金的粉末微粒经受烧结，以产生具有良好的结构强度和低孔隙率的经预烧结预成型件。适当的烧结温度可至少部分地取决于基础合金和第二合金的微粒的特定成分。例如，在一些实施例中，烧结温度的范围可为大约1010℃至大约1280℃。在一些实施例中，在烧结之后，可对经预烧结预成型件进行HIP处理，或用真空对其进行挤压，以实现大于95%的密度。甚至在一些实施例中，可在经预烧结预成型件120和非z形凹口接触表面111之间设置额外的含硼材料层，以帮助提高这两者之间的结合中的扩散硼的浓度。
可使用任何适当的温度、热源(一个或多个)、重复、缓升率、持续时间、循环和任何其它有关参数来进一步加热经预烧结预成型件120，以使其与非z形凹口接触表面111结合。例如，在一些实施例中，为了促进结合过程，可提供炉内的非氧化气氛和在经预烧结预成型件120上引起压力的方法。为了获得非氧化气氛，可在炉中形成压力为大约0.067帕斯卡(Pa)(0.5毫托)或更低的真空。炉可按大约14℃/分钟(25℉/分钟)的速率加热到大约650℃(1200℉)。一旦实现大约650℃(1200℃)，这个温度可保持大约30分钟。然后炉温度可按大约14℃/分钟(25℉/分钟)的速率升高到大约980℃(1800℉)。一旦实现大约980℃(1800℉)，这个温度可保持大约30分钟。然后炉温度可按大约19℃/分钟(35℉/分钟)的速率升高到大约1204℃至1218℃(2200℉ 至2225℉)。一旦实现大约1204℃至1218℃(2200℉ 至2225℉)，这个温度可保持大约20分钟。甚至在一些实施例中，冷却循环子步骤可包括受控制地将内部有经预烧结预成型件120和衬底(例如涡轮轮叶护罩108)的硬钎焊炉冷却到大约1120℃(2050℉)，以及使那个温度保持大约60分钟。然后炉可进一步冷却到大约815℃(1500℉)。炉最终可随后冷却到大约室温。虽然在本文公开了具体温度、时间和缓升率，但应当理解的是，这些意于为示例性而非限制性的。
经预烧结预成型件120可包括基于经受改良的非z形凹口接触表面111的多种形状。特别地，经预烧结预成型件120包括匹配与其结合的非z形凹口接触表面111的形状。这样的实施例可允许通过修理或用已经在大小和形状上设置成基本符合衬底的原始几何构造的新材料来更换一些原始材料，来一致且便利地改良一个或多个非z形凹口接触表面111。
例如，在一些实施例中，诸如图3中示出的那个，非z形凹口接触表面111可包括一个或多个密封轨112。在这样的实施例中，经预烧结预成型件120可包括密封轨形状(即，匹配基本平行密封轨几何构造的形状)。在其它实施例中，非z形凹口接触表面111可包括z形凹口相邻表面116中的一个或两者。在这样的实施例中，经预烧结预成型件120可包括基本扁平的板，以匹配与其结合的相对z形凹口相邻表面116。甚至在一些实施例中，非z形凹口接触表面111可包括天使翼118的至少一部分。在这样的实施例中，经预烧结预成型件120可类似地包括匹配与其结合的相对天使翼118的基本扁平的板。
应当理解，本文公开和描述的经预烧结预成型件120可使用任何适当的技术在形状上设置成任何适当的形状。例如，如上面公开的那样，经预烧结预成型件120可在炉中部分地烧结，以在与衬底(例如涡轮轮叶102的一个或多个部分，护罩108或天使翼118的这种部分)结合之前，协助保持所述形状。
现在参照图1-2和4-5，在一些实施例中，经改良构件可包括除了至少部分地覆盖经预烧结预成型件120的耐热材料130之外的经预烧结预成型件120。这样的实施例可有利于在未来热处理期间保护经预烧结预成型件120，以避免或降低下面的经预烧结预成型件120的尺寸不稳定性。未来热处理包括应用任何升高的温度，以改良构件的一个或多个部分。例如，当构件包括涡轮轮叶102时，构件可经受未来热处理，诸如再生循环、未来硬钎焊应用、焊接改良、连结过程等等，它们全部都可使经预烧结预成型件的温度升高。
例如，经预烧结预成型件120可能已经设置在构件(例如涡轮轮叶102)的衬底(例如护罩108、冷却通道117、天使翼118等)中，而且已经结合到衬底上。在一些实施例中，涡轮轮叶102可包括一个或多个经预烧结预成型件120，其设置在其护罩108中的一个或多个冷却通道117中，以便封闭或者以别的方式堵塞一个或多个冷却通道117的一端。例如当冷却通道117是通过杆钻通护罩108的且需要堵塞来使通过其中的空气流改变方向时，可使用这样的堵塞。
甚至在一些实施例中，经预烧结预成型件120可存在于诸如上面论述的来自以前的改良过程的一个或多个非z形凹口接触表面111处。在其它实施例中，经预烧结预成型件120可存在于任何其它类型的衬底上，诸如当构件包括任何其它镍基、钴基或铁基超合金时。
如图4和5中最佳地示出的那样，为了有利于保护经预烧结预成型件120免受未来热应用，耐热材料130可至少部分地覆盖经预烧结预成型件120。耐热材料130可包括可至少部分地覆盖经预烧结预成型件120且具有高于经预烧结预成型件120的熔化温度的熔化温度的任何材料或多种材料。
例如，在一些实施例中，耐热材料120可包括粉末材料涂层。适当的粉末材料涂层可包括例如使用任何适当的技术而淀积到经预烧结预成型件120上的粉末合金。例如，在一些特定实施例中，耐热材料120可包括通过高速氧燃料(HVOF)热喷涂应用所施用的Tribaloy T-800。在一些实施例中，耐热材料130可包括硬钎焊材料。硬钎焊材料可包括可至少部分地熔化和结合到经预烧结预成型件120上的任何金属或合金。甚至在一些实施例中，耐热材料130本身可包括单独的经预烧结预成型件，其具有熔化温度较高的经预烧结预成型件，经预烧结预成型件已经结合到衬底上(诸如通过不同量或较大量的基础合金)。例如，在一些实施例中，包括单独的经预烧结预成型件的耐热材料130可包括基础合金Tribaloy T-800(诸如90重量%至95重量%或者为大约92.5重量%)和/或第二合金MAR-509B(诸如5重量%至10重量%之间，或者为大约8.5重量%)。当构件(例如涡轮轮叶108)需要添加材料来恢复其原始大小和形状时，这些实施例可特别有利于改良和/或热操作。
在一些实施例中，耐热材料120可包括陶瓷涂料。这样的实施例中的陶瓷涂料可包括比下面的经预烧结预成型件120具有更高的熔化温度的任何材料成分。当构件(例如涡轮轮叶108)已经为其目标大小和形状或接近其目标大小和形状时，这些实施例可特别有利于改良和/或热操作，因为陶瓷涂料不会像其它涂层备选方案那样添加显著的厚度。
取决于应用，在热应用之后可对耐热材料130进行最后加工，或者在热应用之后可使耐热材料130处于预加工状态，使得然后可在运行中重新使用经改良构件(例如涡轮轮叶102)。
现在额外地参照图6，示出了根据本文公开的一个或多个实施例，用于对诸如涡轮轮叶102的衬底进行硬钎焊的方法200。方法200首先包括在步骤210中提供衬底(例如涡轮构件102)，其中，衬底(例如涡轮构件102)包括改良表面，改良表面包括非z形凹口接触表面111。在一些实施例中，在步骤210中提供衬底可包括诸如通过用任何适当的机械或化学方法(诸如微喷气)来移除材料和/或清洁，来准备改良表面。
然后方法200包括在步骤220中，将经预烧结预成型件120设置在改良表面(例如密封轨112、z形凹口相邻表面116或天使翼118)上，以及在步骤230中加热所述经预烧结预成型件120，以将预结烧预成型件120结合到改良表面上。如上面论述的那样，可调节步骤230中的热应用的温度、热源(一个或多个)、重复、缓升率、持续时间、循环和任何其它有关参数，以便将经预烧结预成型件120结合到改良表面上。
现在额外地参照图7，示出根据本文公开的一个或多个实施例，用于对诸如涡轮轮叶102的衬底进行硬钎焊的另一个方法300。方法300首先包括在步骤310中提供衬底(例如涡轮构件102)，其中，衬底(例如涡轮构件102)已经包括经预烧结预成型件120。如本文公开的那样，适当但非限制性的示例包括：涡轮轮叶护罩108，其包括充当一个或多个冷却通道117中的堵塞部的经预烧结预成型件120；或者甚至涡轮轮叶102，其包括结合到一个或多个非z形凹口接触表面111上的一个或多个经预烧结预成型件120。
然后方法300包括在步骤320中用耐热材料130至少部分地覆盖经预烧结预成型件120。如上面论述的那样，耐热材料130比经预烧结预成型件120具有更高的熔化温度，使得在后面的热应用期间，帮助防止或避免经预烧结预成型件120有任何尺寸不稳定性。耐热材料130可包括例如粉末材料涂层、硬钎焊、单独的经预烧结预成型件或者甚至陶瓷涂料。
方法300进一步包括在步骤330中加热衬底(例如涡轮轮叶102)上的所述经预烧结预成型件120。如上面论述的那样，在必要时可调节步骤330中的热应用的温度、热源(一个或多个)、重复、缓升率、持续时间、循环和任何其它有关参数，以有利于有关热操作。
虽然已经结合仅有限数量的实施例来详细描述了本发明，但是应当容易地理解，本发明不限于这样的公开的实施例。而是可修改本发明，以结合此前未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数量的变型、更改、替换或等效布置。另外，虽然已经描述了本发明的多种实施例，但是要理解，本发明的各方面可包括仅一些所描述的实施例。因此，本发明不应视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (10)

1. 一种硬钎焊方法，包括：
提供衬底，所述衬底包括设置在其上的经预烧结预成型件，其中，所述经预烧结预成型件包括混合物，所述混合物包括下者：构成所述混合物的大约30重量%至大约90重量%的基础合金；以及第二合金，其包括足够量的熔点抑制剂，以具有比所述基础合金更低的熔化温度；
用耐热材料至少部分地覆盖所述经预烧结预成型件，其中，所述耐热材料的熔化温度高于所述经预烧结预成型件的熔化温度；以及，
加热所述衬底上的所述经预烧结预成型件。
2. 根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述耐热材料包括单独的经预烧结预成型件。
3. 根据权利要求2所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述单独的经预烧结预成型件包括基础合金和第二合金，其中，所述基础合金按重量计包括以下成分范围：大约27.0%至30.0%的钼、16.5%至18.5%的铬、3.0%至3.8%的硅、高达1.5%的铁、高达1.5%的镍、高达0.15%的氧、高达0.08%的碳、高达0.03%的磷、高达0.03%的硫，并且其余为钴，以及其中，所述第二合金按重量计包括以下成分范围：大约22.9%至24.75%的铬、9.0%至11.0%的镍、6.5%至7.6%的钨、3.0%至4.0%的钽、2.6%至3.16%的硼、0.55%至0.65%的碳、0.3%至大约0.6%的锆、0.15%至0.3%的钛、高达1.3%的铁、高达0.4%的硅、高达0.1%的锰、高达0.02%的硫，并且其余为钴。
4. 根据权利要求2所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述单独的经预烧结预成型件按重量计包括大约90%至大约95%的基础合金和大约5%至大约10%的第二合金。
5. 根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述耐热材料包括粉末材料涂层。
6. 根据权利要求5所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述粉末材料涂层按重量计包括以下成分范围：大约27.0%至30.0%的钼、16.5%至18.5%的铬、3.0%至3.8%的硅、高达1.5%的铁、高达1.5%的镍、高达0.15%的氧、高达0.08%的碳、高达0.03%的磷、高达0.03%的硫，并且其余为钴。
7. 根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述耐热材料包括硬钎焊材料。
8. 根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述耐热材料包括陶瓷涂料。
9. 根据权利要求1所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述衬底包括涡轮轮叶护罩。
10. 根据权利要求9所述的硬钎焊方法，其特征在于，所述经预烧结预成型件设置在所述涡轮轮叶护罩的冷却通道中。
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