CN108998698A - 超合金制品、部件及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超合金制品、部件及其处理方法。所述方法包括选择具有超合金组合物的制品，其中所述制品在其表面上具有可处理特征。所述方法还包括从与可处理特征的第一部分邻接的区域移除基体合金。所述方法还包括用处理组合物处理可处理特征的第二部分以移除表面氧化物。所述方法还包括向可处理特征的第一部分中插入处理材料，然后在可处理特征的第一部分中沉积基体合金。所述方法还包括在高于处理材料的熔点的温度下热处理所述制品，由此处理材料流入可处理特征的第二部分中，从而形成经处理的制品。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理超合金制品的方法。更具体而言，本发明涉及结构合金件中表面裂缝(surface cracks)的修复。
背景技术
超合金部件频繁地用于极端环境中，在其中它们被暴露于各种与环境有关的损伤和磨损机制，包括：因高速和高温大气颗粒物的冲击、高温氧化和腐蚀性气体、低周疲劳过程(low-cycle fatigue processes)所致的侵蚀和因与其他构件的摩擦所致的机械磨损。已知由这些机制引起的重复应力会导致部件的开裂和其他损伤。由于超合金部件的制造成本通常较高，故常常需要修复损伤或磨损的部件而不是更换。
在固定式和航空涡轮叶片(blades)和导叶(vanes)中使用的各种超合金材料，如不锈钢、钴基和镍基超合金，需要特殊的方法来在钎焊(brazing)之前制备表面。常规工艺如真空清洗和氢分压清洗hydrogen partial pressure cleaning对于广泛的不锈钢、钴基和镍基合金是有效的。然而，对于含有显著量的铝和钛的合金，真空清洗和氢分压清洗不是很有效。含有高浓度钛和/或铝的镍基超合金非常难以使用常规的工艺清洗。钛和铝可氧化形成复杂的尖晶石(spinels)，其将深入到任何既有的裂缝中。
发明内容
一个示例性的实施方案包括一种处理超合金制品的方法。所述方法包括选择具有超合金组合物的制品，其中所述制品在其最外表面上具有至少一个可处理特征。从与所述至少一个可处理特征的一部分邻接的区域移除基体合金以形成第一处理区域和第二处理区域，其中未从与第二处理区域邻接的区域移除基体合金。将包含硅铝合金或氟化铝衍生物的处理组合物插入第二处理区域的至少一部分中以形成洁净的第二处理区域。向第一处理区域中插入处理材料，然后向第一处理区域中沉积基体合金。所述方法还包括加热制品到高于处理材料的熔点的温度，由此允许熔融的处理材料流入洁净的第二处理区域中以形成经处理的制品。
另一个示例性的实施方案包括一种处理超合金制品的方法。所述方法包括选择具有超合金组合物的制品，其中所述制品在其最外表面上具有至少一个可处理特征。从与所述至少一个可处理特征的一部分邻接的区域移除基体合金以形成第一处理区域和第二处理区域，其中未从与第二处理区域邻接的区域移除基体合金。从与第二处理区域的一部分邻接的区域移除基体合金以形成经改性的第二处理区域。向第一处理区域中插入处理材料，然后向第一处理区域中沉积基体合金。所述方法还包括加热制品到高于处理材料的熔点的温度，由此允许熔融的处理材料流入洁净的第二处理区域中以形成经处理的制品。
本发明还公开技术方案1：一种处理超合金制品的方法，所述方法包括：
选择具有超合金组合物(superalloy composition)的制品，其中所述制品在其最外表面上具有至少一个可处理特征(treatable feature)；
从与所述至少一个可处理特征的一部分邻接的区域移除基体合金(base alloy)以形成第一处理区域和第二处理区域，其中未从与所述第二处理区域邻接的区域移除基体合金；
用包含硅铝合金或氟化铝衍生物的处理组合物处理所述第二处理区域的至少一部分以形成洁净的第二处理区域；
向所述第一处理区域中插入处理材料；
向所述第一处理区域中沉积所述基体合金；
加热所述制品到高于所述处理材料的熔点的温度，由此允许熔融的处理材料流入所述洁净的第二处理区域中以形成经处理的制品。
本发明还公开技术方案2：根据技术方案1所述的方法，所述方法还包括加工所述经处理的制品以形成成形表面(contoured surface)。
本发明还公开技术方案3：根据技术方案2所述的方法，其中所述成形表面对应于形成所述至少一个可处理特征之前的制品表面。
本发明还公开技术方案4：根据技术方案1所述的方法，其中所述可处理特征包括裂缝或缺陷。
本发明还公开技术方案5：根据技术方案1所述的方法，其中所述可处理特征包括通向大气的开口。
本发明还公开技术方案6：根据技术方案1所述的方法，其中所述第一处理区域延伸进入所述可处理特征中所述可处理特征的深度的约75％至约95％。
本发明还公开技术方案7：根据技术方案6所述的方法，其中所述第一处理区域包括圆形区或基本平坦区。
本发明还公开技术方案8：根据技术方案1所述的方法，其中所述氟化铝衍生物包括四氟铝酸钾(KAlF4)。
本发明还公开技术方案9：根据技术方案1所述的方法，其中用所述处理组合物处理用于基本上从接触区域移除所有金属氧化物。
本发明还公开技术方案10：根据技术方案1所述的方法，其中所述温度低于所述基体合金的熔点。
本发明还公开技术方案11：根据技术方案1所述的方法，其中沉积所述基体合金包括通过冷喷涂沉积法沉积所述基体合金。
本发明还公开技术方案12：根据技术方案1所述的方法，其中所述熔融的处理材料流入所述第二处理区域中由液压力或毛细作用至少部分地促进。
本发明还公开技术方案13：一种处理超合金制品的方法，所述方法包括：
选择具有超合金组合物的制品，其中所述制品在其最外表面上具有至少一个可处理特征；
从与所述至少一个可处理特征的一部分邻接的区域移除基体合金以形成第一处理区域，并且其中未从与指定为第二处理区域的所述可处理特征的至少一部分邻接的区域移除基体合金；
从与所述第二处理区域的一部分邻接的区域移除基体合金以形成经改性的(modified)第二处理区域；
向所述第一处理区域中插入处理材料；
向所述第一处理区域中沉积所述基体合金；
加热所述制品到高于所述处理材料的熔点的温度，由此允许熔融的处理材料流入所述经改性的第二处理区域中以形成经处理的制品。
本发明还公开技术方案14：根据技术方案13所述的方法，所述方法还包括加工所述经处理的制品以形成成形表面。
本发明还公开技术方案15：根据技术方案14所述的方法，其中所述成形表面对应于形成所述至少一个可处理特征之前的制品表面。
本发明还公开技术方案16：根据技术方案13所述的方法，其中所述可处理特征包括裂缝或缺陷。
本发明还公开技术方案17：根据技术方案13所述的方法，其中所述温度低于所述基体合金的熔点。
本发明还公开技术方案18：根据技术方案13所述的方法，其中沉积所述基体合金包括通过冷喷涂沉积法沉积所述基体合金。
本发明还公开技术方案19：根据技术方案13所述的方法，其中所述熔融的处理材料流入所述第二处理区域中由液压力或毛细作用至少部分地促进。
本发明还公开技术方案20：一种超合金制品，所述超合金制品经根据权利要求1所述的方法处理。
本发明还公开技术方案21：一种处理部件的方法，所述方法包括：
选择具有超合金组合物的制品，其中所述制品在其最外表面上具有至少一个可处理特征；
从与所述至少一个可处理特征的一部分邻接的区域移除基体合金以形成第一处理区域和第二处理区域，其中未从与所述第二处理区域邻接的区域移除基体合金；
向所述第一处理区域中插入包含聚四氟乙烯的聚合型处理组合物；
向所述第一处理区域中插入处理材料；
向所述第一处理区域中沉积所述基体合金；
加热所述部件到高于所述聚四氟乙烯的分解温度的温度以形成洁净的第二处理区域；和
加热所述部件到高于所述处理材料的熔点的温度，由此允许熔融的处理材料流入所述洁净的第二处理区域中以形成经处理的制品。
本发明还公开技术方案22：根据技术方案21所述的方法，所述方法还包括加工所述基体合金以形成轮廓与所述部件相符的表面。
本发明还公开技术方案23：根据技术方案22所述的方法，其中所述加工是选自共混、研磨、机加工、刮削以及它们的组合的技术。
本发明还公开技术方案24：根据技术方案21所述的方法，其中所述部件包含超合金。
本发明还公开技术方案25：根据技术方案21所述的方法，其中所述部件包括涡轮部件。
本发明还公开技术方案26：根据技术方案21所述的方法，其中所述处理材料包括预烧结预制件，所述预烧结预制件包括至少一种钎焊合金。
本发明还公开技术方案27：根据技术方案21所述的方法，其中所述沉积包括冷喷涂沉积。
本发明还公开技术方案28：根据技术方案21所述的方法，其中所述温度低于所述基体合金的熔点。
本发明还公开技术方案29：根据技术方案21所述的方法，其中所述处理区域延伸进入所述可处理特征中所述可处理特征的深度的约75％至约95％。
本发明还公开技术方案30：根据技术方案21所述的方法，其中所述部件包括选自以下的材料：René N5、B1900、CMSX-4、René 108、Mar-M-200、Mar-M-247、AF2-1DA、Udimet500、Udimet 600、Udimet 700、Astroloy、IN 100、IN 713C、IN 738LC、IN 939、Inconel700、GMR 235、Unitemp 1753以及它们的组合。
本发明还公开技术方案31：一种部件，所述部件经根据权利要求21所述的方法处理。
本发明还公开技术方案32：根据技术方案31所述的部件，其中所述基体合金被加工以形成轮廓与所述部件相符的表面。
本发明还公开技术方案33：根据技术方案32所述的部件，其中所述加工是选自共混、研磨、机加工、刮削以及它们的组合的技术。
本发明还公开技术方案34：根据技术方案31所述的部件，其中所述部件包括超合金。
本发明还公开技术方案35：根据技术方案31所述的部件，其中所述部件包括涡轮部件。
本发明还公开技术方案36：根据技术方案31所述的部件，其中所述处理材料包括预烧结预制件，所述预烧结预制件包括至少一种钎焊合金。
本发明还公开技术方案37：根据技术方案31所述的部件，其中所述沉积包括冷喷涂沉积。
本发明还公开技术方案38：根据技术方案31所述的部件，其中所述温度低于所述基体合金的熔点。
本发明还公开技术方案39：根据技术方案31所述的部件，其中所述处理区域延伸进入所述可处理特征中所述可处理特征的深度的约75％至约95％。
本发明还公开技术方案40：根据技术方案31所述的部件，其中所述部件包括选自以下的材料：B1900、CMSX-4、MAR-M-200、MAR-M-247、AF2-1DA、UDIMET500、UDIMET 600、UDIMET700、ASTROLOY、IN 100、IN 713C、IN 738LC、IN 939、INCONEL 700、GMR 235、UNITEMP 1753以及它们的组合。
从以下结合附图所作的更详细描述，本发明的其他特征和优点将是显而易见的，其中附图以举例的方式示意了本发明的原理。
附图说明
图1为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图2为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图3为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图4为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图5为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图6为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图7为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图8为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图9为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图10为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图11为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图12为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图13为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图14为根据一个实施方案的超合金制品的侧视图。
图15为根据一个实施方案的处理超合金制品的方法的流程图。
图16为根据一个实施方案的处理超合金制品的方法的流程图。
图17为根据一个实施方案的处理超合金制品的方法的流程图。
在可能的情况下，将在所有附图中使用相同附图标记来表示相同部分。
具体实施方式
提供了一种修复超合金部件中的裂缝或其他缺陷的方法。本公开的实施方案，例如，与不包括本公开公开的一个或多个特征的概念相比，具有修复超合金部件中的深、宽和/或高度氧化裂缝或其他缺陷的能力。
如本公开所用，“HTW合金”为表现出液化、热和应变时效(strain-age)开裂的合金。
如本公开所用，“Astroloy”是指组分(composition)包含按重量计约15％的铬、约15％的钴、约5.25％的钼、约3.5％的钛、约4.4％的铝、不到约0.30％的铁、约0.06％的碳、约0.03％的硼、约0.06％的锆、余量为镍的合金。
如本公开所用，“AF2-IDA6”是指组分包含按重量计约12％的铬、约10％的钴、约2.7％的钼、约2.8％的钛、约6.5％的钨、约4％的铝、约0.04％的碳、约0.015％的硼、约0.10％的锆、余量为镍的合金。
如本公开所用，“B1900”是指组分包含按重量计约8％的铬、约10％的钴、约6％的钼、约1％的钛、约6％的铝、约4％的钽、约0.1％的碳、约0.015％的硼、约0.10％的锆、余量为镍的合金。
如本公开所用，“BNi-2”是指组分包含按重量计约3％的铁、约3.1％的硼、约4.5％的硅、约7％的铬、余量为镍的合金。
如本公开所用，“BNi-3”是指组分包含按重量计约4.5％的硅、约3％的硼、余量为镍的合金。
如本公开所用，“BNi-5”是指组分包含按重量计约10％的硅、约19％的铬、余量为镍的合金。
如本公开所用，“BNi-6”是指组分包含按重量计约11％的磷、余量为镍的合金。
如本公开所用，“BNi-7”是指组分包含按重量计约14％的铬、约10％的磷、余量为镍的合金。
如本公开所用，“BNi-9”是指组分包含按重量计约15％的铬、约3％的硼、余量为镍的合金。
如本公开所用，“BNi-10”是指组分包含按重量计约11.5％的铬、约3.5％的硅、约2.5％的硼、约3.5％的铁、约0.5％的碳、约16％的钨、余量为镍的合金。
如本公开所用，“CMSX-4”是指组分包含按重量计约6.4％的铬、约9.6％的钴、约0.6％的钼、约6.4％的钨、约5.6％的铝、约1.0％的钛、约6.5％的钽(tantalum)、约3％的铼(rhenium)、约0.1％的铪(hafnium)、余量为镍的合金。
如本公开所用，“CMSX-10”是指组分包含按重量计约2％的铬、约3％的钴、约0.4％的钼、约5％的钨、约5.7％的铝、约0.2％的钛、约8％的钽、约6％的铼、余量为镍的合金。
如本公开所用，“DF-4B”是指组分包含按重量计约14％的铬、约10％的钴、约3.5％的铝、约2.5％的钽、约2.75％的硼、约0.05％的钇、余量为镍的合金。
如本公开所用，“D15”是指组分包含按重量计约15％的铬、约10.25％的钴、约3.5％的钽、约3.5％的铝、约2.3％的硼、余量为镍的合金。
如本公开所用，“DS Siemet”是指组分包含按重量计约9％的钴、约12.1％的铬、约3.6％的铝、约4％的钛、约5.2％的钽、约3.7％的钨、约1.8％的钼、余量为镍的合金。
如本公开所用，“GMR 235”是指组分包含按重量计约15.5％的铬、约2.0％的钛、约10.0％的铁、约3.0％的铝、约5.25％的钼、约0.15％的碳、约0.30％的硅、约0.13％的锰、约0.06％的硼、余量为镍的合金。
如本公开所用，“GTD 111”是指组分包含按重量计约14％的铬、约9.5％的钴、约3.8％的钨、约4.9％的钛、约3％的铝、约0.1％的铁、约2.8％的钽、约1.6％的钼、约0.1％的碳、余量为镍的合金。
如本公开所用，“GTD 222”是指组分包含按重量计约23.5％的铬、约19％的钴、约2％的钨、约0.8％的铌、约2.3％的钛、约1.2％的铝、约1％的钽、约0.25％的硅、约0.1％的锰、余量为镍的合金。
如本公开所用，“GTD 262”是指组分包含按重量计约22.5％的铬、约19％的钴、约2％的钨、约1.35％的铌、约2.3％的钛、约1.7％的铝、约0.1％的碳、余量为镍的合金。
如本公开所用，“GTD 444”是指组分包含按重量计约7.5％的钴、约0.2％的铁、约9.75％的铬、约4.2％的铝、约3.5％的钛、约4.8％的钽、约6％的钨、约1.5％的钼、约0.5％的铌、约0.2％的硅、约0.15％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“HAYNES 188”是指组分包含按重量计约22％的铬、约22％的镍、约0.1％的碳、约3％的铁、约1.25％的锰、约0.35％的硅、约14％的钨、约0.03％的镧、余量为钴的合金。
如本公开所用，“HAYNES 230”是指组分包含按重量计约22％的铬、约2％的钼、约0.5％的锰、约0.4％的硅、约14％的钨、约0.3％的铝、约0.1％的碳、约0.02％的镧、余量为镍的合金。
如本公开所用，“INCONEL 100”是指组分包含按重量计约10％的铬、约15％的钴、约3％的钼、约4.7％的钛、约5.5％的铝、约0.18％的碳、余量为镍的合金。
如本公开所用，“INCONEL 700”是指组分包含按重量计至多约0.12％的碳、约15％的铬、约28.5％的钴、约3.75％的钼、约2.2％的钛、约3％的铝、约0.7％的铁、至多约0.3％的硅、至多约0.1％的锰、余量为镍的合金。
如本公开所用，“INCONEL 738”是指组分包含按重量计约0.17％的碳、约16％的铬、约8.5％的钴、约1.75％的钼、约2.6％的钨、约3.4％的钛、约3.4％的铝、约0.1％的锆(zirconium)、约2％的铌、余量为镍的合金。
如本公开所用，“INCONEL 738LC”是指组分包含按重量计约12％的铬、约4.3％的钼、约0.7％的钛、约5.8％的铝、约0.06％的碳、约0.007％的硼、约0.06％的锆、余量为镍的合金。
如本公开所用，“INCONEL 792”是指组分包含按重量计约12.4％的铬、约9％的钴、约1.9％的钼、约3.8％的钨、约3.9％的钽、约3.1％的铝、约4.5％的钛、约0.12％的碳、约0.1％的锆、余量为镍的合金。
如本公开所用，“INCONEL 939”是指组分包含按重量计约0.15％的碳、约22.5％的铬、约19％的钴、约2％的钨、约3.8％的钛、约1.9％的铝、约1.4％的钽、约1％的铌(niobium)、余量为镍的合金。
如本公开所用，“L605”是指组分包含按重量计约20％的铬、约10％的镍、约15％的钨、约0.1％的碳、余量为钴的合金。
如本公开所用，“Mar-M-200”是指组分包含按重量计约9％的铬、约10％的钴、约12.5％的钨、约1％的铌(columbium)、约5％的铝、约2％的钛、约10.14％的碳、约1.8％的铪(hafnium)、余量为镍的合金。
如本公开所用，“MAR-M-247”是指组分包含约5.5％的铝、约0.15％的碳、约8.25％的铬、约10％的钴、约10％的钨、约0.7％的钼、约0.5％的铁、约1％的钛、约3％的钽、约1.5％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“MAR-M-509”是指组分包含按重量计约24％的铬、约10％的镍、约7％的钨、约3.5％的钽、约0.5％的锆、约0.6％的碳、余量为钴的合金。
如本公开所用，“MAR-M-509B”是指组分包含按重量计约23.5％的铬、约10％的镍、约7％的钨、约3.5％的钽、约0.45％的锆、约2.9％的硼、约0.6％的碳、约0.2％的钛、余量为钴的合金。
如本公开所用，“MGA1400”是指组分包含按重量计约10％的钴、约14％的铬、约4％的铝、约2.7％的钛、约4.7％的钽、约4.3％的钨、约1.5％的钼、约0.1％的碳、余量为镍的合金。
如本公开所用，“MGA2400”是指组分包含按重量计约19％的钴、约19％的铬、约1.9％的铝、约3.7％的钛、约1.4％的钽、约6％的钨、约1％的铌、约0.1％的碳、余量为镍的合金。
如本公开所用，“PMA 1480”是指组分包含按重量计约10％的铬、约5％的钴、约5％的铝、约1.5％的钛、约12％的钽、约4％的钨、余量为镍的合金。
如本公开所用，“PWA 1483”是指组分包含按重量计约9％的钴、约12.2％的铬、约3.6％的铝、约4.1％的钛、约5％的钽、约3.8％的钨、约1.9％的钼、余量为镍的合金。
如本公开所用，“PWA 1484”是指组分包含按重量计约5％的铬、约10％的钴、约2％的钼、约5.6％的铝、约9％的钽、约6％的钨、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René 65”是指组分包含按重量计约13％的钴、至多约1.2％的铁、约16％的铬、约2.1％的铝、约3.75％的钛、约4％的钨、约4％的钼、约0.7％的铌、至多约0.15％的锰、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René 77(Udimet 700)”是指组分包含按重量计约15％的铬、约17％的钴、约5.3％的钼、约3.35％的钛、约4.2％的铝、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René 80”是指组分包含按重量计约14％的铬、约9.5％的钴、约4％的钼、约3％的铝、约5％的钛、约4％的钨、约0.17％的碳、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René 88DT”是指组分包含按重量计约16％的铬、约13％的钴、约4％的钼、约0.7％的铌、约2.1％的铝、约3.7％的钛、约4％的钨、约0.1％的铼、最多约4.3％的铼(rhenium)和钨(tungsten)、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René 104”是指组分包含按重量计约13.1％的铬、约18.2％的钴、约3.8％的钼、约1.9％的钨、约1.4％的铌、约3.5％的铝、约3.5％的钛、约2.7％的钽、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René 108”是指组分包含按重量计约8.4％的铬、约9.5％的钴、约5.5％的铝、约0.7％的钛、约9.5％的钨、约0.5％的钼、约3％的钽、约1.5％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René 125”是指组分包含按重量计约8.5％的铬、约10％的钴、约4.8％的铝、至多约2.5％的钛、约8％的钨、至多约2％的钼、约3.8％的钽、约1.4％的铪、约0.11％的碳、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René 142”是指组分包含按重量计约6.8％的铬、约12％的钴、约6.1％的铝、约4.9％的钨、约1.5％的钼、约2.8％的铼、约6.4％的钽、约1.5％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René 195”是指组分包含按重量计约7.6％的铬、约3.1％的钴、约7.8％的铝、约5.5％的钽、约0.1％的钼、约3.9％的钨、约1.7％的铼、约0.15％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René N2”是指组分包含按重量计约7.5％的钴、约13％的铬、约6.6％的铝、约5％的钽、约3.8％的钨、约1.6％的铼、约0.15％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René N4”是指组分包含按重量计约9.75％的铬、约7.5％的钴、约4.2％的铝、约3.5％的钛、约1.5％的钼、约6.0％的钨、约4.8％的钽、约0.5％的铌、约0.15％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René N5”是指组分包含按重量计约7.5％的钴、约7.0％的铬、约6.5％的钽、约6.2％的铝、约5.0％的钨、约3.0％的铼、约1.5％的钼、约0.15％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René N500”是指组分包含按重量计约7.5％的钴、约0.2％的铁、约6％的铬、约6.25％的铝、约6.5％的钽、约6.25％的钨、约1.5％的钼、约0.15％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René N515”是指组分包含按重量计约7.5％的钴、约0.2％的铁、约6％的铬、约6.25％的铝、约6.5％的钽、约6.25％的钨、约2％的钼、约0.1％的铌、约1.5％的铼、约0.6％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“René N6”是指组分包含按重量计约12.5％的钴、约4.2％的铬、约7.2％的钽、约5.75％的铝、约6％的钨、约5.4％的铼、约1.4％的钼、约0.15％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“TMS-75”是指组分包含按重量计约3.5％的铬、约12.5％的钴、约13.7％的铝、约2％的钨、约1.2％的钼、约1.6％的铼、约2％的钽、约0.04％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“TMS-82”是指组分包含按重量计约5.8％的铬、约8.2％的钴、约12.2％的铝、约0.63％的钛、约2.9％的钨、约1.2％的钼、约0.8％的铼、约2.1％的钽、约0.04％的铪、余量为镍的合金。
如本公开所用，“UDIMET 500”是指组分包含按重量计约18.5％的铬、约18.5％的钴、约4％的钼、约3％的钛、约3％的铝、余量为镍的合金。
如本公开所用，“UDIMET 600”是指组分包含按重量计约17.5％的铬、约16.5％的钴、约4％的钼、约2.9％的钛、约4％的铁、约4.2％的铝、余量为镍的合金。
如本公开所用，“UDIMET 700”是指组分包含按重量计约15.1％的铬、约18.5％的钴、约5％的钼、约3.4％的钛、约4.3％的铝、约0.03％的硼、约0.07％的碳、不到(lessthan)约1％的铁、余量为镍的合金。
如本公开所用，“UNITEMP 1753”是指组分包含按重量计约16.25％的铬、约7.2％的钴、约3.2％的钛、约1.9％的铝、约0.03％的硼、约0.24％的碳、约9.5％的铁、约0.05％的锰、约0.1％的硅、约8.4％的钨、约0.06％的锆、约0.008％的硼、余量为镍的合金。
本发明包括处理超合金制品的外表面上的各种特征的方法。所述方法包括超合金制品的清洗、焊接(welding)、钎焊(brazing)和冷喷涂沉积(cold spray deposition)。本公开描述的方法可用于广泛的制品上。在一些实施方案中，所述方法可用来修复具有中空内部和与所述中空内部连通的开口或通道的制品如涡轮叶片上的表面裂缝和/或缺陷。图1中示出了具有至少一个可处理特征110的超合金制品100的一个实施方案。
在图1的实例中，超合金制品100包括基体合金120，其具有第一表面130、与第一表面130相对的第二表面140和从第一表面130沿第二表面140的方向延伸深度150的至少一个可处理特征110。基体合金120可包括铝超合金(例如，Ti-6Al-4V、Ti-Al、Al-Si-10Mg)、镍超合金(例如，AF2-1DA6、Astroloy、B1900、CMSX-4、GTD 111、GMR 235、Inconel 100、Inconel700、Inconel 713C、Inconel 738、Inconel 738LC、Inconel 939、MAR-M-200、MAR-M-247、René 108、René N5、Udimet 500、Udimet 600、Udimet 700、Unitemp 1753)以及它们的组合。在一些实施方案中，可处理特征110可延伸从第一表面130到第二表面140的距离的一部分。在一些实施方案中，可处理特征110的深度150可延伸从第一表面130到第二表面140的整个距离。在一些实施方案中，所述至少一个可处理特征110可包括裂缝或其他缺陷。
超合金的各种材料组分(例如，钛和/或铝)容易在使用过程中在通常遇到的极端环境中形成氧化物。这些氧化物可能存在于可处理特征110的表面上。金属氧化物可能降低向可处理特征110应用一种或多种处理技术(例如，焊接、钎焊和/或活化扩散愈合(activated diffusion healing；ADH))的能力。
在图1的实例中，可移除一部分与可处理特征110邻接的基体合金120以形成如图2中所示的第一处理区域210。基体合金120的移除也可移除第一处理区域210内的表面上存在的基本所有金属氧化物。在一些实施方案中，第一处理区域210可从第一表面130向第二表面140渐缩。在一些实施方案中，第一处理区域210可还包括沟道区域(channel region)212。沟道区域212可包括与剩余的可处理特征110邻接的圆形或平坦基底(base)214。在一些实施方案中，沟道区域212包括基本均匀的宽度215。剩余的可处理特征110构成第二处理区域220。在一些实施方案中，第一处理区域210可延伸可处理特征110的深度150的至少75％、至少80％、至少85％、不到95％、不到90％、不到85％以及它们的组合。
在一些实施方案中，可移除一部分与第二处理区域220邻接的基体合金120以形成如图3中所示的经改性的(modified)第二处理区域240。基体合金120的移除也可移除第二处理区域220内的表面上存在的基本所有金属氧化物。在一些实施方案中，经改性的第二处理区域240包括基本均匀的宽度245。在一些实施方案中，经改性的第二处理区域240的宽度245小于沟道区域212的宽度215。
基体合金120可以是任何合适的合金，包括但不限于HTW合金、难熔合金(refractory alloy)、超合金、镍基超合金、钴基超合金、铁基超合金、钛-铝超合金、铁基合金、钢合金、不锈钢合金、钴基合金、镍基合金、钛基合金、GTD 111、GTD 444、HAYNES 188、HAYNES 230、INCONEL 738、L605、MAR-M-247、MAR-M-509、René 108、René 142、René 195和René N2或它们的组合。
用于移除所述部分的基体合金120的技术包括电化学机加工、电极放电机加工、机械研磨以及它们的组合。
或者，第二处理区域220可用能够移除第二处理区域220的表面上的基本所有金属氧化物的处理组合物(treatment composition)处理以形成洁净的第二处理区域220。在一些实施方案中，处理组合物包含能够生成卤素离子(halogen ion)的材料。在一些实施方案中，处理组合物包含硅铝合金或氟化铝衍生物。在一个实施方案中，处理组合物包含四氟铝酸钾(KAlF4)。图4中示出了包含洁净的第二处理区域220的超合金制品100。
可在第一处理区域210内布置/沉积/安放处理材料260。在一些实施方案中，处理材料260可布置于沟道212中。在一些实施方案中，处理材料260的尺寸约为沟道212的宽度215。图5中示出了包含处理材料260的超合金制品100的一个实施方案。图6中示出了包含处理材料260的超合金制品100的一个替代实施方案。
处理材料260可选自能够结合到基体合金120的材料。处理材料260通常具有低于基体合金120的熔点的熔点。在一些实施方案中，处理材料260包括与基体合金120相容的钎焊合金(brazing alloys)。在一些实施方案中，处理材料260包括预烧结预制件(pre-sintered preform)。
处理材料260可以是任何合适的合金，包括但不限于钎焊合金、铁基合金、钢合金、不锈钢合金、钴基合金、镍基合金、钛基合金、DF-4B、D15、MAR-M-509B、BNi-2、BNi-3、BNi-5、BNi-6、BNi-7、BNi-9、BNi-10或它们的组合。
或者，可在第一处理区域210内布置/沉积/安放聚合型处理组合物(polymerictreatment composition)280和处理材料260。在一些实施方案中，聚合型处理组合物包含聚四氟乙烯(PTFE)。在一些实施方案中，聚合型处理组合物280和处理材料260可布置于沟道212中。在一些实施方案中，聚合型处理组合物280和处理材料260的尺寸约为沟道212的宽度215。图7中示出了包含聚合型处理组合物280和处理材料260的超合金制品100的一个实施方案。
在图5、6和7的实例中，可在第一处理区域210中沉积填料材料270。填料材料270可与基体合金120相同或不同。在一些实施方案中，填料材料270可选择为提供与基体合金120相似的热和机械性质。在一些实施方案中，填料材料270在基体合金120处相同。在一些实施方案中，填料材料270可以沉积足以至少填充第一处理区域210的剩余体积的量。
用于沉积填料材料270的技术可使得填料材料270结合到基体合金120和/或处理材料260。结合到基体合金120和处理材料260二者的填料材料270可使得超合金制品100具有更均匀的热和机械性质。在一些实施方案中，填料材料270可通过冷喷涂沉积法沉积。图8、9和10示意了包含填料材料270的图5、6和7的实例。
在图8、9和10的实例中，超合金制品100可被热处理以形成经处理的超合金制品100。在一个实施方案中，热处理在高于处理材料260的熔点并且低于填料材料270和基体合金120的熔融温度的温度下进行。在热处理过程中，如果存在，聚合型处理组合物280将解离(dissociate)而释放含氟气体(例如，F2、HF)，含氟气体将移除第二处理区域220的表面上的基本所有金属氧化物以形成洁净的第二处理区域220。在热处理过程中，至少一部分处理材料260熔化。由于温度升高，处理材料260可能发生体积膨胀。随着处理材料260膨胀，熔融的处理材料260至少部分地由于流体静压(hydrostatic pressure)和/或毛细作用(capillary action)而流入经改性的第二处理区域240或洁净的第二处理区域220中。冷却后，熔融的处理材料260将凝固以形成经处理的超合金制品100。在一些实施方案中，处理材料260将填充至少85体积％、至少90体积％、至少95体积％、至少97体积％、至少98体积％、至少99体积％和/或基本所有的经改性的第二处理区域240。图11和12示意了分别从图8、9和10的实例得到的经处理的超合金制品100。
在图11和12的实例中，经处理的超合金制品100可经历后处理加工以使第一表面130和/或第二表面140获得与所需形状和/或纹理相符的轮廓。在一些实施方案中，第一表面130和/或第二表面140被加工以获得与原制品相同的轮廓。图13和14示出分别从图11和12的实例得到的经后处理加工的超合金制品100。
图15为处理超合金制品100的方法300的流程图。在图15的实例中，在框310处，选择具有超合金组合物的制品，其中所述制品在其最外表面上具有至少一个可处理特征。在框320处，从与所述至少一个可处理特征的一部分邻接的区域移除基体合金以形成第一处理区域和第二处理区域，其中未从与第二处理区域邻接的区域移除基体合金。在框330处，用包括硅铝合金或氟化铝衍生物的处理组合物处理第二处理区域的至少一部分以形成洁净的第二处理区域。在框340处，向第一处理区域中插入处理材料。在框350处，向第一处理区域中沉积基体合金。在框360处，加热制品到高于处理材料的熔点的温度，由此允许熔融的处理材料流入洁净的第二处理区域中以形成经处理的制品。
图16为处理超合金制品100的方法400的流程图。在图16的实例中，在框410处，选择具有超合金组合物的制品，其中所述制品在其最外表面上具有至少一个可处理特征。在框420处，从与所述至少一个可处理特征的一部分邻接的区域移除基体合金以形成第一处理区域和第二处理区域，其中未从与第二处理区域邻接的区域移除基体合金。在框430处，从与第二处理区域的一部分邻接的区域移除基体合金以形成经改性的第二处理区域。在框440处，向第一处理区域中插入处理材料。在框450处，向第一处理区域中沉积基体合金。在框460处，加热制品到高于处理材料的熔点的温度，由此允许熔融的处理材料流入洁净的第二处理区域中以形成经处理的制品。
图17为处理超合金制品100的方法500的流程图。在图17的实例中，在框510处，选择具有超合金组成的制品，其中所述制品在其最外表面上具有至少一个可处理特征。在框520处，从与所述至少一个可处理特征的一部分邻接的区域移除基体合金以形成第一处理区域和第二处理区域，其中未从与第二处理区域邻接的区域移除基体合金。在框530处，向第一处理区域中插入聚合型处理组合物。在框540处，向第一处理区域中插入处理材料。在框550处，向第一处理区域中沉积基体合金。在框560处，加热制品到高于聚合型处理组合物的分解温度的温度。在框570处，加热制品到高于处理材料的熔点的温度，由此允许熔融的处理材料流入洁净的第二处理区域中以形成经处理的制品。
虽然已结合一个或多个实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种更改并可用等同物替代本发明的元件。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可进行许多修改以使具体情况或材料适应本发明的教示。因此，不希望本发明限于作为预期用于执行本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，在具体实施方式中标示的所有数值应被解释为好像精确值和近似值均被明确地标示。
Claims (10)
1.一种处理超合金制品的方法，所述方法包括：
选择具有超合金组合物的制品，其中所述制品在其最外表面上具有至少一个可处理特征；
从与所述至少一个可处理特征的一部分邻接的区域移除基体合金以形成第一处理区域和第二处理区域，其中未从与所述第二处理区域邻接的区域移除基体合金；
用包含硅铝合金或氟化铝衍生物的处理组合物处理所述第二处理区域的至少一部分以形成洁净的第二处理区域；
向所述第一处理区域中插入处理材料；
向所述第一处理区域中沉积所述基体合金；
加热所述制品到高于所述处理材料的熔点的温度，由此允许熔融的处理材料流入所述洁净的第二处理区域中以形成经处理的制品。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括加工所述经处理的制品以形成成形表面。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述成形表面对应于形成所述至少一个可处理特征之前的制品表面。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述可处理特征包括裂缝或缺陷。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述可处理特征包括通向大气的开口。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一处理区域延伸进入所述可处理特征中所述可处理特征的深度的约75％至约95％。
7.一种处理超合金制品的方法，所述方法包括：
选择具有超合金组合物的制品，其中所述制品在其最外表面上具有至少一个可处理特征；
从与所述至少一个可处理特征的一部分邻接的区域移除基体合金以形成第一处理区域，并且其中未从与指定为第二处理区域的所述可处理特征的至少一部分邻接的区域移除基体合金；
从与所述第二处理区域的一部分邻接的区域移除基体合金以形成经改性的第二处理区域；
向所述第一处理区域中插入处理材料；
向所述第一处理区域中沉积所述基体合金；
加热所述制品到高于所述处理材料的熔点的温度，由此允许熔融的处理材料流入所述经改性的第二处理区域中以形成经处理的制品。
8.一种超合金制品，所述超合金制品经根据权利要求1或7所述的方法处理。
9.一种处理部件的方法，所述方法包括：
选择具有超合金组合物的制品，其中所述制品在其最外表面上具有至少一个可处理特征；
从与所述至少一个可处理特征的一部分邻接的区域移除基体合金以形成第一处理区域和第二处理区域，其中未从与所述第二处理区域邻接的区域移除基体合金；
向所述第一处理区域中插入包含聚四氟乙烯的聚合型处理组合物；
向所述第一处理区域中插入处理材料；
向所述第一处理区域中沉积所述基体合金；
加热所述部件到高于所述聚四氟乙烯的分解温度的温度以形成洁净的第二处理区域；和
加热所述部件到高于所述处理材料的熔点的温度，由此允许熔融的处理材料流入所述洁净的第二处理区域中以形成经处理的制品。
10.一种部件，所述部件经根据权利要求9所述的方法处理。
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