CN114206528A

CN114206528A - 用于制造金属零件的方法

Info

Publication number: CN114206528A
Application number: CN202080056037.XA
Authority: CN
Inventors: 雨果·西斯塔赫
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2022-03-18
Also published as: FR3099717B1; WO2021023925A1; EP4010135A1; US20220258235A1; FR3099717A1

Abstract

本发明涉及一种用于制造金属零件(1)的方法，该方法包括至少以下步骤：通过增材制造，形成(120)待要制造的零件的第一部分的毛坯(12)，该毛坯包含第一粘合剂和存在于该第一粘合剂中的第一金属粉末，通过注射模塑，形成(110)待要制造的零件的第二部分的毛坯(10a，10b；23)，该毛坯包含第二粘合剂和存在于该第二粘合剂中的第二金属粉末，对第一部分的毛坯和第二部分的毛坯进行脱粘合剂(130)，并对第一脱粘合剂的毛坯(12’)和第二脱粘合剂的毛坯(10a’、10b’)进行接合烧结(150)，以获得零件(1)，在烧结期间，所述第一毛坯和所述第二毛坯相接触。

Description

用于制造金属零件的方法

技术领域

本发明涉及金属零件的制造方法的一般领域。它特别地应用于用于航空学的金属零件的制造。

背景技术

为了大量和以降低的成本生产零件，金属粉末的注射模塑方法(或者用于“金属注射模塑”的MIM)是已知的。在这种已知的方法中，形成混合物，该混合物包含金属粉末以及至少一种粘合剂，将该混合物以软化的状态注射到模具中，该模具具有待要制造的零件的形状，以在脱模之后获得该零件的毛坯，对该毛坯进行脱粘合剂，并且对该脱粘合剂的毛坯进行烧结，以获得该零件。

虽然，这种方法对于制造大量零件是有效的，但是它不允许制造具有复杂几何形状的零件诸如，例如航空涡轮机的叶片的冷却通道。因此，需要一种允许制造复杂零件，同时经济和易于实施的制造方法。

发明内容

为此，本发明提出一种用于制造金属零件的方法，该方法包括至少以下步骤：

-通过增材制造，形成待要制造的零件的第一部分的毛坯，所述第一部分的毛坯包含第一粘合剂和存在于所述第一粘合剂中的第一金属粉末，

-通过注射模塑，形成待要制造的零件的第二部分的毛坯，所述第二部分的毛坯包含第二粘合剂和存在于所述第二粘合剂中的第二金属粉末，

-对第一部分的毛坯和第二部分的毛坯进行脱粘合剂，以及

-将第一脱粘合剂的毛坯和第二脱粘合剂的毛坯进行接合烧结，以获得零件，在烧结期间，第一毛坯和第二毛坯相接触。

利用这种类型的方法，可以优化零件的制造，该零件具有通过增材制造可生产的复杂部分和通过注射模塑可生产的更简单部分。与注射模塑方法相比，对于增材制造方法，制造的持续时间通常更长。因此，根据本发明的方法比用于制造金属零件的常规方法更快速，并且更通用。然后，基于粉末和粘合剂的增材制造和注射模塑方法的特定选择允许通过这些技术，借助于接合烧结所获得的零件的部分的有效组装。即使已经通过不同的技术制造这些部分，也可以获得坚固的零件。

在一个示例性实施方式中，在注射模塑期间，可以将第二部分的毛坯包覆模塑到第一部分的毛坯上。这种布置减少了该方法的步骤数目。

在一个示例性实施方式中，第一毛坯和第二毛坯可以分开地脱粘合剂，并且在它们的接合烧结之前，一旦脱粘合剂就放置它们接触。

在一个示例性实施方式中，可以通过在粉末床上选择性熔化来获得第一毛坯。作为变体，通过立体光刻技术、通过粘合剂喷射或者通过熔融沉积模型化，可以获得第一毛坯。

在一个示例性实施方式中，第一粉末的基底金属与第二粉末的基底金属可以是相同的。“基底金属”是指组成粉末的大部分(即，至少50％质量)的金属或者金属合金。

在一个示例性实施方式中，第一毛坯中粉末的体积含量与第二毛坯中粉末的体积含量之间的比率可以包括在0.6与1.6之间；例如，包括在0.8与1.2之间。有利的是，毛坯中的质量含量接近该比率，以允许在烧结期间，在两个部分之间更好的粘合，以及机械性能的更好的连续性。

在一个示例性实施方式中，该零件可以是涡轮机零件，例如航空涡轮机的零件。

在一个示例性实施方式中，该零件可以是航空涡轮机的叶片，该叶片包括第一部分和第二部分，该第一部分对应于包括至少一个冷却通道的该叶片的内部部分，并且该第二部分对应于该叶片的空气动力学翼型。

附图说明

图1示出了通过根据本发明的方法可以获得的航空涡轮机的叶片的非常示意性的示意图。

图2示出了示意图，示例了根据本发明的第一实施方式的方法的不同步骤。

图3示出了示意图，示例了根据本发明的第二实施方式的方法的不同步骤。

具体实施方式

图1非常示意性地示出了航空涡轮机的涡轮叶片1，例如固定叶片或者可以移动叶片，该涡轮叶片包括在两个平台3之间延伸的空气动力学翼型2。示例的叶片1进一步具有内部部分4，在该内部部分中存在冷却通道5，在该冷却通道中可以使空气循环，以便在运行期间冷却叶片1。

图2非常示意性地示例了根据本发明的第一实施方式的方法的不同步骤。为了更加清楚，已经示例了没有平台3，包括叶片的内部部分4、包括冷却通道5和空气动力学翼型2的组件的制造。例如，可以通过与空气动力学翼型2相同的方式获得平台3。

在第一步骤110中，通过包含第一金属粉末和第一粘合剂的混合物的注射模塑，通过空气动力学翼型2的两个半部，形成两个毛坯10a和10b。在该实施例中，每个毛坯10a和10b对应于叶片1的压力侧面和吸入侧面，并且因此形成两个壳体，这两个壳体一旦组装，就可以形成叶片1的空气动力学翼型2。

为了生产毛坯10a或者10b，将先前已经达到足以注射的温度的混合物注射到模具11中，并且调节模具的温度以使粘合剂固化，并且能够在称为“生坯”或者塑料的条件下使毛坯10a或者10b脱模。

典型地，可以在可以从400巴至800巴变化的压力下进行该注射。向模具11的已经产生真空的空腔中执行注射是有利的，以便于注射和确保将被模塑的毛坯的均匀性。

在第二步骤120中，该第二步骤可以在步骤110之前、之后或者同时进行，通过叶片1的内部部分4的增材制造，形成毛坯12，该内部部分包括旨在形成叶片1的冷却通道5的通道13。

在所示例的实施例中，可以通过在粉末床上选择性熔化来生产毛坯12，并且所使用的粉末14包含第二金属粉末和粉末形式的第二粘合剂的混合物。用于完成步骤120的装置在这里实施的是激光器15，其可以选择性地熔化粉末14的连续层中的粘合剂，以便形成毛坯12。激光器的参数将适合于所使用的粘合剂。可以实施其他增材制造方法，例如立体光刻技术、粘合剂喷射或者熔融沉积模型化。

第一粘合剂和第二粘合剂可以包含选自下列的化合物：石蜡、热塑性树脂、琼脂凝胶、纤维素、聚乙烯、聚乙二醇、聚丙烯、硬脂酸、聚甲醛等，以及它们的混合物。第一粘合剂和第二粘合剂可以是相同的，或者作为变体，可以是不同的。第一粘合剂和第二粘合剂可以具有包括在80℃和120℃之间的熔化温度，以便允许更好地注射到模具中，并且通过激光更好地熔化。对于第一粘合剂和第二粘合剂，相似或者相同的粘合剂的使用允许研发单一脱粘合剂的范围。

第一粉末或者第二粉末可以包含金属或者金属合金，例如不锈钢、钛和铝基合金、镍基超合金、或者甚至铜。第一粉末和第二粉末在组成上和粒度测定上可以是相同的；或者具有不同的组成和/或者粒度测定。特别地，第一粉末和第二粉末可以包含相同的基底金属，以便获得具有均匀特性的零件。

包含第一金属粉末和第一粘合剂的毛坯10a和10b中的第一金属粉末的第一体积含量可以包括在50％和80％之间。包含第二金属粉末和第二粘合剂的毛坯12中的第二金属粉末的第二体积含量可以包括在50％与80％之间。第一体积含量和第二体积含量可以是基本上相同的，例如，这两个含量之间的比率可以包括在0.6与1.6之间、或者在0.8与1.2之间，以便然后在脱粘合剂的毛坯10a’、10b’、12’的接合烧结期间，确保更好的结合。

在第三步骤130中，完成毛坯10a、10b和12的脱粘合剂，以便消除存在于毛坯中的粘合剂。这个步骤允许获得脱粘合剂的毛坯10a’、10b’和12’，该毛坯包含成形的金属粉末。脱粘合剂可以包括通过用溶剂，如水处理而溶解粘合剂。还可以在减压下，在盐酸的存在下，通过催化装置进行脱粘合剂。还可以通过热装置完全地实施脱粘合剂或者完成脱粘合剂。通常地，所选择的脱粘合剂的类型取决于所用的粘合剂和粉末。

在步骤140中，脱粘合剂的毛坯10a’、10b’和12’被放置成相接触，以便形成待要制造的零件的预成型件16。它们可以放置成相接触，并且直接地放置在烘炉17中，然后将在烘炉中烧结预成型件16，或者将它们定位在允许它们保持接触的工具中。可以分开地对毛坯进行脱粘合剂，然后使毛坯相接触，或者作为变体，在使毛坯脱粘合剂之前，放置毛坯成相接触。

最后，进行在烘炉17中对形成预成型件16的脱粘合剂的毛坯10a’、10b’和12’进行接合烧结的步骤150，其中逐渐地施加烧结温度。毛坯通过重力或者工具保持接触。烧结温度可以是在待要烧结的粉末中存在的金属或者合金的固相线温度的约80％至90％，并且温度增加斜坡可以允许以已知的方式逐渐地达到烧结温度。对于基于镍的超合金粉末，例如，这个步骤150可以在包括在1100℃与1400℃之间的温度下持续从2小时至6小时。

图3示例了根据本发明的第二实施方式的方法的不同步骤。

在与步骤110完全相同的第一步骤210中，通过增材制造，形成叶片1的内部部分4的毛坯21，包括冷却通道22。

在第二步骤220中，通过注射模塑，形成叶片1的空气动力学翼型2的毛坯23。更精确地，空气动力学翼型2的毛坯23直接包覆模塑在叶片1的内部部分4的毛坯21上。为此，获得具有待要制造的叶片1的形状的模具24，在该模具中布置内部部分4的毛坯21，然后注射包含金属粉末和粘合剂的混合物。因此，模具24的尺寸大于毛坯21的尺寸。在该步骤之后，获得组件，该组件包括相接触的处于生坯状态的毛坯21和23，并且毛坯23由毛坯21包覆模塑。

在步骤230中，与步骤130相同，完成毛坯21和23的脱粘合剂，以获得粉末形式的叶片1的预成型件25，该预成型件对应于脱粘合剂的毛坯21和23。

最后，与先前描述的步骤150相同，在烘炉26中对预成型件25进行接合烧结的步骤240，以获得叶片1。

Claims

1.一种用于制造金属零件(1)的方法，该方法包括至少以下步骤：

-通过增材制造，形成(120；210)待要制造的零件的第一部分(4)的毛坯(12；21)，所述第一部分的毛坯包含第一粘合剂和存在于所述第一粘合剂中的第一金属粉末，

-通过注射模塑，形成(110；220)待要制造的零件的第二部分(2)的毛坯(10a，10b；23)，所述第二部分的毛坯包含第二粘合剂和存在于所述第二粘合剂中的第二金属粉末，

-对所述第一部分的毛坯(12；21)和所述第二部分的毛坯(10a、10b；23)进行脱粘合剂(130；230)，以及

-将第一脱粘合剂的毛坯(12’；24)和第二脱粘合剂的毛坯(10a’，10b’；24)进行接合烧结(150；240)，以获得所述零件(1)，在烧结期间，所述第一毛坯和所述第二毛坯相接触，

所述第一毛坯(12；21)中粉末的体积含量与所述第二毛坯(10a，10b；23)中粉末的体积含量之间的比率包括在0.6与1.6之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在注射模塑(220)期间，所述第二部分(23)的毛坯包覆模塑在所述第一部分(21)的毛坯上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一毛坯(12)和所述第二毛坯(10a，10b)被分开地脱粘合剂，并且在它们的接合烧结之前，一旦脱粘合剂就放置它们接触。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过在粉末床上选择性熔化，获得所述第一毛坯(12；21)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一粉末的基底金属与所述第二粉末的基底金属是相同的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述零件是涡轮机的零件。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述零件是航空涡轮机的叶片(1)，所述叶片包括第一部分和第二部分，所述第一部分对应于包括至少一个冷却通道(5)的叶片的内部部分(4)，所述第二部分对应于叶片的空气动力学翼型(2)。