CN117693406A - 用于制造金属航空零件的改进型反模 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于通过固相致密化生产金属航空零件、特别是涡轮零件的反模(1)，其包括复合材料，所述复合材料一方面包括具有式Mn+1AlCn的第一相，其中n＝1‑3，并且M是选自钛和/或钼和/或铌和/或铬的过渡金属，并且另一方面，复合材料包含具有式Al 4C 3的第二相。
Description
技术领域
本发明涉及通过固相致密化方法制造航空零件，特别是叶片或航空涡轮发动机整流器。更准确地，本发明涉及在这些航空零件的制造中使用的反模、用于制造这种反模的方法以及用于制造这种航空零件的方法。
背景技术
金属航空部件，特别是涡轮叶片或整流器，通常用基于镍、钛或铝化钛的合金制造。为了限制与在铸造制造过程中使用液相相关的构成零件的材料的污染风险，可以使用固相致密化制造过程。
这种固相致密化制造工艺包括，例如，在负载下烧结，例如SPS(“放电等离子烧结”)或HIP(“热等静压”)，或者注射金属粉末和热塑性聚合物的混合物(称为“金属注射成型”的MIM工艺)。
SPS烧结是利用焦耳效应来加热预压实粉末的烧结工艺，该预压实粉末构成两个电极之间空心石墨模具中待制造的零件(在本申请中，基于镍、钛或铝化钛的粉末)，在两个电极之间，在惰性气氛下或真空下，施加脉冲电流，使模具受到单轴压力，例如在液压机的作用下。粉末的焦耳效应加热因此能够使部件致密化。
在HIP烧结的情况下，待制造的部件的预成型件在密封之前被放置在抽真空的容器中。因此，通过将加压中性气体(例如氩气或氮气)注入容器的外壳中，经由容器向零件施加所有方向上的均匀压力。
此外，在通过粉末注射(称为MIM工艺)的混合过程中，构成待制造的材料的粉末与聚合物粘合剂混合。获得的混合物称为“原料”，然后注入模具中以形成要制造的零件。然后在脱粘过程中去除粘合剂。然后可以对所获得的部件进行烧结操作。
这些类型的工艺允许制造可脱模部件，例如某些涡轮叶片。然而，这些方法具有某些缺点。事实上，例如对于SPS烧结，在高温致密化后，电流被切断并且零件冷却。在此冷却阶段，致密化部件仍包含在赋予其形状的石墨模具中，并经历与其热膨胀系数相关的收缩(金属部件约为10-12x10-6/℃)。然而，考虑到其热膨胀系数(约2-3x10-6/℃)，石墨模具在冷却过程中变形很小，从而产生不同的膨胀和应力，从而可能导致模具破损或过早磨损，或导致致密零件破裂。对于具有密封唇和密封根的叶片或整流器的几何形状尤其如此。
为了克服这个限制，已知使用被称为“抽屉式”模具的模具，其具有彼此布置的不同零件，以便允许零件遵循预定形状致密化，但同时允许模具在其冷却时缩回。零件在冷却过程中施加的机械应力特别会产生模具不同部分的运动。虽然这种技术有优点，但它会产生局部毛刺，并且需要对模具零件进行非常严格的调整，并且由于在温度和负载下重复使用而难以维护。
为了克服这些缺点，还已知使用与要制造的部件的负形(negative)相对应的反模(counter-forms)，从而允许生产复杂的部件，这些反模本身设置在前述石墨模具中。使用这种反模的工艺通常包括通过增材制造制备反模、部分烧结反模以赋予其刚性、用待致密化的粉末填充反模、构成反模的材料和存在反模内部的粉末的接合(joint)SPS烧结，最后抖落反模以释放烧结部件。
然而，该方法存在各种缺点。一方面，用于反模的材料是陶瓷或其复合材料，例如用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、氧化铝增韧氧化锆(ATZ)，或氧化锆增韧氧化铝(ZTA)。这些材料的缺点不是电导体，特别是在SPS烧结的情况下，限制了待烧结粉末中焦耳效应的产生，并且可能由于感应热场的不均匀性而导致局部致密化缺陷。
另一方面，用于制造叶片或整流器的钛或钛铝化物合金通常通过SPS在高于1350℃的温度下烧结。然而，在这些温度下，上述用于反模的陶瓷材料的密度大于80％，这使得它们的抖落变得困难，并且需要涉及化学或机械抖落的特定步骤，这对随后制造的零件和环境存在潜在损害，反模不能回收。
此外，用于待制造的零件和反模的材料具有不同的热膨胀系数，这可能导致零件在最细区域(例如后缘)变形、零件破损或导致某些区域在应力作用下会发生再结晶，从而导致机械性能下降。
因此，需要一种能够至少部分地克服上述缺点的解决方案。
发明内容
本公开涉及用于通过固相致密化生产金属航空零件、特别是涡轮零件的反模，其包含复合材料，该复合材料一方面包含具有式Mn+1AlCn的第一相，其中n＝1-3，并且M是选自钛和/或钼和/或铌和/或铬的过渡金属，并且另一方面，复合材料包含具有式Al 4C 3的第二相。
可以理解，第一相为“MAX相”类型，晶体结构通式Mn+1AXn，结合了金属和陶瓷两者的特性，特别具有良好的导热性和导电性、良好的机械加工性，以及高温下的损伤耐受性和抗氧化性。
在本公开中，在位点A上使用铝并且在位点X上使用碳确保了与Al4C3相良好的化学相容性。此外，在位置A上使用铝可确保通过反模的氧化形成保护性氧化铝层。此外，在位点X上使用碳的优点在于，与氮不同，它不存在污染存在的材料的风险，也不存在与Al 4C 3相发生不良反应的风险。
此外，在位置M处使用的钛或铬的熔化温度高于待制造的零件的烧结期间所使用的温度，从而允许它们的结构和稳定性在烧结期间得以保留。此外，它们具有与待致密化的材料(特别是基于镍、钛或铝化钛的合金)相容的热膨胀系数，以及良好的导热性。
此外，该第一相与具有式Al4C3的第二相的结合是特别有利的。事实上，碳化铝(Al4C3)是一种无机化合物，其熔化温度非常高(2200℃)，并且在室温下、在富含水的气氛中很容易水解。因此，本公开中用于反模的复合材料将碳化铝的第二相整合到第一相的晶界中。这使得复合材料对含水气氛特别敏感。碳化铝的降解伴随着体积的变化和气体的释放，能够使晶界破碎并在第一初始相中扩散裂纹。因此，可以在相对大的距离上传播水解现象，并因此促进反模的破碎和抖落。换言之，形成反模的复合材料最初可以是致密且块状的，并且通过水解而变成粉末。
另一方面，碳化铝与含有铝和碳的第一相之间的化学梯度非常有限，这允许限制在成形反模和铸造的步骤期间不同化学元素之间的相互扩散。此外，一旦反模被抖落，就可以回收由第一相颗粒和水合铝组成的碎片材料。干燥后，这种材料可以用Al4C3进行“充电”，并重新用于制造新的反模。
因此，根据本公开的反模的复合材料结合了与第一相和使用具有式Al4C3的第二相的上述优点，能够在不采用复杂的石墨模具的情况下生产复杂形状零件的，同时能够轻松快速地抖落反模，不需要对随后制造的零件和环境产生潜在有害的化学溶液，并且可以回收利用。
在某些实施例中，第一相具有Cr2AlC、Ti3AlC2、Ti2AlC、Nb4AlC3、Nb2AlC或Mo2TiAlC2中的式之一。
这些相与第二相Al4C3具有良好的化学相容性，并且能够在烧结阶段期间在高温下获得热力学稳定的复合材料。Cr2AlC、Ti3AlC2、Ti2AlC相还具有覆盖所考虑和用于制造零件的材料的致密化温度和热膨胀系数范围的优点。此外，Cr2AlC、Ti3AlC2、Ti2AlC相是形成氧化铝的。其他相不形成氧化铝，优选添加涂层以形成保护层。然而，这种添加不是必需的，具有与氧化铝相似的功能的其他氧化物，尽管不如后者粘附性强，但当其经受氧化步骤时，可以在反模上形成。
在某些实施例中，复合材料包含按复合材料体积计1％至50％之间、优选1％至20％之间的第二相。这些值能够确保复合材料通过水解破碎，同时在复合材料中留下足够体积的第一相，从而能够保持与该第一相相关的技术优势。此外，这种Al4C3相分数确保了材料在高温下的化学稳定性，同时能够诱发水解现象，促进抖落。
在某些实施例中，反模的内表面被氧化铝层覆盖。
通过碳化铝在含水气氛中的水解而导致的反模的降解必须仅在反模被抖落时发生。因此，反模内表面上存在的粘附且致密的氧化铝层能够保护复合材料在反模抖落之前的用于制造零件的其他步骤期间免于降解。
在某些实施例中，氧化铝层的厚度在1至50μm之间。该厚度确保了零件制造过程中对反模的保护。更准确地说，由此形成的氧化铝层足够薄，不会对冷却过程中零件的机械收缩产生影响，但会在化学上隔离粉末和反模。
本公开还涉及一种通过固相致密化来制造反模的方法，该反模用于生产中空金属航空部件，特别是涡轮零件，该反模包括复合材料，一方面，该复合材料包括，具有式Mn+ 1AlCn的第一相，其中n＝1至3并且M是选自由钛和/或铌和/或钼和/或铬组成的组的过渡金属；另一方面，所述复合材料包含具有式Al4C 3的第二相，通过粉末冶金方法获得反型，该粉末冶金方法包括混合步骤和成形步骤，在混合步骤中混合能够获得复合材料的粉末。
允许获得第一相的粉末混合物可特别地包含碳、铝、钛和/或铬、和/或碳化铬(Chrome carbide)和/或碳化铬(Chromium carbide)、和/或碳化钛、和/或碳化铝的纯粉末的混合物。换句话说，构成反模的复合材料是通过使该材料的构成元素的不同粉末在高温下反应而获得的。该方法的优点是在复合材料的开发中涉及Al 4C3相，能够提供必要的Al和C元素，从而提供上述优点。
此外，成形步骤可以包括将粘合剂注射到粉末上(称为“粘合剂喷射”)、注射金属粉末和热塑性聚合物的混合物(或用于“金属注射成型”的MIM工艺)或例如，任何其他合适的已知3D打印工艺，优选地随后进行烧结，或在负载下进行烧结，称为“放电等离子烧结”(或SPS烧结)。
在某些实施方案中，混合步骤包括将构成第一相的纯粉末混合以获得粉末形式的第一相，然后将粉末形式的所述第一相与Al4C3粉末混合以获得第二相。
换句话说，首先将碳、铝、钛和/或碳化铬(Chrome carbide)和/或碳化铬(Chromium carbide)、和/或碳化钛、和/或碳化铝的纯粉末混合，以首先获得第一相，然后，将得到的第一相与第二步的铝碳化物粉末混合，得到第二相。这能够改进对每个相的比例的控制。
在某些实施例中，混合步骤包括将构成第一相的纯粉末与过量的Al4C3粉末混合，以便在一次操作中形成复合材料。
换句话说，根据该构想，粉末的混合不是分两个阶段进行的(首先制造第一相，然后与碳化铝粉末混合)，而是将前述纯粉末在同一阶段中混合。使用过量的Al4C3粉末进行操作，也就是说以超过化学计量的方式操作，从而允许“原位”形成复合材料。Al4C3粉末相对于第一所需相以超化学计量反应的事实能够在最终材料中维持该相的受控体积分数。
在某些实施例中，在使反模成形的步骤期间，在反模中提供供应通道，该供应通道被配置成能够供应构成待制造的零件的粉末。
在另一些情况下，当通过上述3D打印技术中的一种来成形反模时，在反模的结构中设置供应通道，以流体连通反模成形待制造零件的负形的内腔和反模的外部。该通道有利于供应构成待制造和待致密化的零件的材料粉末。
在某些实施方案中，第一相具有化学式Cr2AlC、Ti3AlC2或Ti2AlC，该方法包括在使反模成形的步骤之后的氧化步骤，该氧化步骤允许在反模的内表面上形成氧化铝层。
如前所述，式Cr2AlC、Ti3AlC2或Ti2AlC的相是形成氧化铝的，因此能够通过反模的简单氧化来形成氧化铝层，而不需要添加复杂的多层涂层，以形成该保护层。该氧化步骤能够在反模的形成待制造零件的负形的内腔壁上产生粘附且致密的氧化铝层，能够保护复合材料，以进一步改善致密化零件的抖落并限制致密粉末和构成反模的复合材料之间相互扩散的风险。还应该指出的是，由于随后的致密化步骤是在真空下进行的，因此后者不会对复合材料造成任何特殊问题。
在某些实施例中，氧化步骤通过将反模放置在1000℃至1400℃空气下的外壳中来进行。
本公开还涉及一种用于通过固相致密化生产金属航空零件、特别是涡轮机零件的方法，其使用通过根据前述实施例中任一个的方法获得的反模，该方法包括，在用构成待制造的零件的粉末填充反模并在反模中致密化所述粉末的步骤之后，通过汽蒸将反模抖落的步骤。
换句话说，在通过SPS烧结使粉末致密化之后，例如在反模，将组件设置在装置中，例如烘箱中，优选具有受控的湿度。如前所述，晶界之间Al4C3相的存在使得在含水空气中，反模的核心能够分解。这样可以更容易地抖落零件，从而使零件脱模，同时避免使用化学溶液，例如酸，这些溶液可能对制造的零件有害。
在某些实施方案中，该方法在抖落步骤之后包括回收步骤，其中通过汽蒸抖落的材料被回收，以便重新用于从混合步骤开始制造另一种反模。
换句话说，一旦进行了反模的降解，就可以回收由来自第一相的晶粒和水合铝组成的碎片材料。干燥后，这种材料可以在混合步骤中用Al4C3“重新充电”，从而可重复用于制造新的反模。因此可以回收抖落的反模，从而允许至少部分地响应上述环境问题。
附图说明
通过阅读下面通过非限制性示例给出的本发明的不同实施例的详细描述，将更好地理解本发明及其优点。本描述参考了附图的页面，其中：
图1示出了包括密封唇的金属涡轮叶片的透视图；
图2以两个部分示意性地示出了图1的叶片以及根据本公开的反模；
图3是根据本公开的反模的一个截面的透视图；
图4意性地示出了根据本公开的第一实施例的用于制造金属部件的方法的步骤；
图5示意性地示出了根据本公开的第二实施例的用于制造金属部件的工艺的步骤。
具体实施方式
图1示出了涡轮叶片10的透视图，涡轮叶片10包括具有下表面13和上表面14的空气动力学轮廓12、位于其下端的叶片根部15以及位于其上端的大端(heel)16。叶片10还包括形成在大端16的上表面上的两个密封唇17和18，该两个密封唇17和18横向于下表面13和上表面14侧设置。
根据本公开，通过在以下方式中致密化构成叶片的材料的粉末，特别是基于镍(Ni)、钛(Ti)或铝化钛(TiAl)的合金，获得这种叶片。对应于待制造的零件(即本示例中的叶片10)的负形的反模。
根据本公开的这种反模1在图2中以透视图示出，其中叶片10在该图中示意性地示出。在该示例中，反模1包括设置在叶片10两侧的两个部分1a和1b，每个部分包括半空腔，并且旨在被组装以形成反模1，该反模1封闭对应于叶片10负形的完整空腔。每个半腔分别包括第一部分2a、2b、第二部分5a、5b、第三部分6a、6b以及位置7a、7b和8a、8b。当反模1的两个部分1a和1b被组装时(如图3所示)，这些不同的部分一起形成对应于叶片的空气动力学轮廓12的负形的第一部分2、第二部分5对应于叶片根部15的负形，第三部分6对应于大端16的负形，以及用于形成密封唇17和18的位置7和8。
通道9a、9b还分别设置在反模1的每个部分1a、1b中，以便在两个部分1a和1b组装之后在反模1中形成供应通道9，并且当组装部分1a和1b时，能够供应构成待制造的叶片的前述粉末。
图3示出了两个部分1a和1b组装之后的反模1。然而，应当注意的是，该示例不是限制性的，反模1可以通过在说明书的其余部分中更详细地描述的方法在单次操作中制制成单件，以便形成包括上述不同部分2、5、6、7、8和9的空腔。
此外，反模1包括复合材料，特别能够在随后描述的抖落步骤期间促进其消除。
事实上，复合材料包括两个相：称为“MAX相”的第一相，以及具有式Al4C3的第二相，换言之，碳化铝。
MAX相是称为化学计量材料的材料，其本身已知，具有式：Mn+1AXn，其中n＝1至3，M是过渡金属，A是来自A族的元素，X是碳和/或氮。
在本公开中，A组中使用的元素是铝(Al)，以确保当使用氧化铝形成相时形成氧化铝层。位点X使用的元素是碳(C)。事实上，含氮(N)相的熔化温度通常低于含碳相，并且与Al4C3相的化学相容性无法保证。最后，以这样的方式确定M处使用的元素，即所考虑的相MAX的熔化温度和热膨胀系数与待烧结零件的构成材料，特别是镍(Ni)基合金相容，热膨胀系数为14-16x10-6/℃，钛(Ti)，热膨胀系数为10-13x10-6/℃，或铝化钛(TiAl)，热膨胀系数为10-13x10-6/℃之间。这些材料的烧结温度也高于1350℃。
因此，在本公开的应用中，保留的第一相可以具有式Cr2AlC，其具有大于1500℃的熔化温度和大约13x10-6/℃的热膨胀系数，Ti3AlC2具有熔化温度大于1550℃并且热膨胀系数在9-12x10-6/℃之间，或者Ti2AlC具有大于1550℃的熔化温度并且热膨胀系数在7-10x10-6/℃之间。
具有式Al4C3的第二相是已知的碳化物，其熔化温度非常高(2200℃)。它还在高温下形成氧化铝。然而，在本发明的上下文中特别有利的性质是该相在富含水的气氛存在下在室温下易于水解。该相的分解遵循以下反应：
Al4C3+12H2O→4Al(OH)3+3CH4
该反应可以通过优化湿度水平以及温度来催化。
因此，考虑到在第一相的晶界之间存在具有式Al4C3的第二相，包含该复合材料的反模1可以通过由制造叶片或整流器过程产生的水解降解而容易地消除。
在这方面，根据本公开的叶片制造方法的第一示例是通过在负载下烧结的方法，在说明书的其余部分中称为SPS烧结(即“放电等离子烧结”)。根据第一实施例，该过程的不同步骤如图4所示。
该过程的第一步骤S100包括以一个或两个部分制造上述反模1。
根据本公开，用于制造反模1的步骤S100被分为几个步骤。首先，将金属粉末混合在一起，以获得包含第一相和第二相的复合粉末(步骤S110)。根据第一实施例，铝(Al)、碳(C)、铬(Cr)和/或钛(Ti)和/或碳化铬(Chrome carbide)(CrC)和/或碳化铬(Chromiumcarbide)(Cr7C3)的纯粉末，和/或碳化钛(TiC)与过量的碳化铝Al4C3粉末混合，以原位形成包含第一相和第二相的复合材料，使得第二相占复合材料总体积的1％-50％，优选1％-20％。
一旦执行了混合步骤，反模1就被成形(步骤S120)，使得反模1呈现期望的形状。该步骤可以通过各种已知的工艺来进行，例如将粘合剂注射到粉末上(称为“粘合剂喷射”)、注射金属粉末和热塑性聚合物的混合物(或“金属注射成型”的MIM工艺))或任何其他合适的已知3D打印方法，优选地随后进行例如烧结或SPS烧结，或任何其他合适的已知方法，或这些不同方法的组合。在该成形步骤期间，特别是通过上述技术之一进行3D打印期间，提供供应通道9，能够随后注射金属粉末。
然后，可以执行形成氧化铝层的步骤，能够形成厚度在1至50μm之间的保护性氧化铝层(步骤S130)。该步骤通过将反模1加热至1000℃至1400℃之间的温度来氧化反模1来进行。由于式Cr2AlC、Ti3AlC2或Ti2AlC的相是形成氧化铝的相，使得该步骤成为可能。
然后，将在步骤S100中如此制造的、并包括上述对应于叶片负形的空腔的反模1经由供应通道9填充构成待制造的叶片的粉末，特别是基于钛(Ti)、基于镍(Ni)的超级合金、或金属间合金如铝化钛(TiAl)的粉末。超声工作台可用于促进粉末流入反模并对其进行填充。
值得注意的是，对于基于镍的材料的致密化，优选使用具有式Cr2AlC的第一相，并且对于基于铝化钛或钛的材料的致密化，优选使用具有化学式Ti 2AlC或Ti 3AlC 2。这些选择基于这些不同材料在热膨胀方面的兼容性，以及第一相和待致密化合金之间的化学兼容性。事实上，钛在高温下与镍发生扩散的风险更大，而铬则具有与钛形成弱化相的风险。
然后将包含待致密化的粉末的反模1放置在模具(未示出)中，该模具优选地由石墨制成，被配置为进行SPS烧结(步骤S300)。
然后进行SPS烧结(步骤S400)。在SPS烧结期间，将反模1置于压力机中，对反模1施加轴向压力。然后将脉冲电流施加到反模1，以通过焦耳效应加热其中存在的粉末，从而使粉末致密化。
当零件的致密化完成时，从石墨模具中取出反模1，并通过抖落消除反模1以获得最终零件(步骤S500)。摇动反模1的步骤S500可以通过将组件放置在湿度受控(相对湿度RH>50％)的烘箱中或优选地在蒸汽高压釜中，温度在100℃-180℃之间进行，并且压力在6-12巴之间。施加压力可以加速抖落动力学，同时促进蒸气进入薄片。考虑到在第一相的晶界之间存在具有式Al 4C 3的第二相，该步骤能够使反模1分解。还可以对所获得的叶片进行清洁和精加工的步骤。
最后，抖落步骤S500之后可以是回收(步骤S600)或再循环步骤，其中通过汽蒸抖落然后呈粉末形式的复合材料被回收，以便重新用于制造另一种反模1，从混合步骤S110开始。更准确地说，一旦进行了反模1的降解，就会回收由第一相晶粒和水合铝组成的碎片材料。干燥后，该材料可以用Al4C3进行“充电”并重新用于生产新的反模1。
图5中呈现了根据本公开第二实施例的用于通过致密化制造叶片或涡轮整流器的方法的不同步骤。
根据第二实施例的方法与根据第一实施例的方法的不同之处在于，混合粉末的步骤S110被分为两个子步骤。事实上，虽然在第一实施例的情况下，混合步骤在单个操作中进行，其中由于存在过量的Al4C 3相而原位形成复合材料，在步骤S110中混合粉末的第二实施例包括首先混合纯粉末以获得第一相(步骤S111)，将该第一相研磨成粉末形式，然后将由此获得的第一相与Al4C 3粉末混合，从而获得非原位复合材料(步骤S112)。
例如，在步骤S111中，可以分别将钛、铝和碳化钛的纯粉末(Ti:Al:TiC)按照摩尔比1:1.05:1.9混合，得到分子式为Ti3AlC2的第一相。在这种情况下，钛颗粒的直径小于45μm，纯度为99.5％。铝颗粒的直径为45-150μm，纯度为99.5％，碳化钛颗粒的直径为2μm，纯度为99.5％，密度为7.82g/cm3。这些不同的粉末可以在球混合机中混合，然后进行高达1450℃的反应烧结。将如此获得的多孔物质压碎以变成粉末。
在这种情况下，在步骤S600期间，该材料可以从步骤S112开始用Al4C3“再填充”；在步骤S600中，回收通过汽蒸抖落的复合材料以便重新用于制造另一反模1。还需要说明的是，在步骤S111中，纯粉末还可以与Al4C 3粉末混合。在这种情况下，Al4C 3粉末有助于第一相的形成，但其量不足以原位形成复合材料，因此第二步骤S112是必要的，并且允许添加必要量的Al4C 3粉末，可以获得前面提到的复合材料中Al 4C 3的比例。
上面的第一和第二实施例是参考第一应用示例进行描述的，其中包含在反模1中的粉末的固体致密化过程，包括步骤S200至S400，是通过SPS烧结来进行的。然而该示例不是限制性的，可以使用其他固体致密化工艺。
例如，可以使用热等静压(HIP)来代替SPS烧结。在这种情况下，还执行用构成待制造的叶片的粉末填充反模1的步骤S200，然后在步骤S300中，将包含所述粉末的反模1放置在可变形容器中。在步骤S400中进行HIP致密化，其中将中性气体(例如氩气或氮气)注入到压力外壳中，然后在包含反模1的容器上在各个方向上施加均匀的压力。一旦致密化完成，以及通过机械或化学加工去除的容器，然后在步骤S500中在上述条件下抖落反模1，然后在步骤S600中回收材料。
或者，代替SPS烧结，可以进行注射金属粉末和热塑性聚合物的混合物(称为“金属注射成型”的MIM方法)。在这种情况下，在步骤S200期间，将反模1插入MIM注射压机中，并且将与聚合物粘合剂混合的构成待制造材料的粉末注射到反模1中。然后将聚合物粘合剂在脱脂过程中被去除。然后可以对所获得的零件进行无压力的自然烧结。如果后者允许使零件充分致密，特别是如果相对密度大于99％，则可以根据步骤S500执行反模1的抖落。然而，如果需要进一步致密化零件，则可以用压力下的SPS或HIP致密化循环来增补自然烧结，重复上述步骤S300和S400。或者，上述脱粘后可立即根据步骤S300和S400进行SPS或HIP致密化，而不经过自然烧结。
因此，致密化模式(SPS、HIP或MIM)中的任一种或其组合可用于金属零件的制造，并且适用于先前描述的和参照图4和5描述的两个实施例。特别注意，制造反模1的步骤S100、抖落的步骤S500和回收材料的步骤S600对于所使用的所有致密化模式(SPS、HIP或MIM)是共同的。
尽管参考具体实施例描述了本发明，但显然可以对这些示例进行修改和改变而不背离由权利要求限定的本发明的一般范围。具体地，不同所示/提到的实施例的各个特征可以在另外的实施例中组合。因此，说明书和附图应当被认为是说明性的而不是限制性的。
同样明显的是，参考过程描述的所有特征可以单独或组合地转置到设备，并且相反，参考设备描述的所有特征可以单独或组合地转到方法。
Claims (12)
1.一种用于通过固相致密化生产金属航空零件、特别是涡轮零件的反模(1)，其包含复合材料，所述复合材料一方面包括具有式Mn+1AlCn的第一相，其中n＝1-3，并且M是选自钛和/或钼和/或铌和/或铬的过渡金属，并且另一方面，复合材料包含具有式Al 4C 3的第二相。
2.根据权利要求1所述的反模(1)，其中，所述第一相具有Cr 2AlC、Ti 3AlC 2、Ti 2AlC、Nb 4AlC 3、Nb 2AlC或Mo 2TiAlC 2中的式中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的反模(1)，其中，所述复合材料包含按所述复合材料的体积计在1％与50％之间、优选在1％与20％之间的第二相。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的反模(1)，其中，所述反模(1)的内表面被氧化铝层覆盖。
5.根据权利要求4所述的反模(1)，其中，所述氧化铝层的厚度为1μm至50μm。
6.一种制造反模(1)的方法，该反模用于通过固相致密化生产中空金属航空零件，特别是涡轮零件，所述反模(1)包括复合材料，所述复合材料一方面包括具有式Mn+1AlCn的第一相，其中n＝1-3，并且M是选自钛和/或钼和/或铌和/或铬的过渡金属，并且另一方面，复合材料包含具有式Al 4C 3的第二相；反模(1)通过粉末冶金方法获得，该粉末冶金方法包括混合步骤和成形步骤，在该混合步骤中混合能够获得复合材料的粉末。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述混合步骤包括将构成所述第一相的纯粉末混合以获得粉末形式的所述第一相，然后将所述粉末形式的第一相与Al 4C 3粉末混合以获得第二相。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述混合步骤包括将构成所述第一相的纯粉末与过量的Al 4C 3粉末混合，从而在一次操作中形成所述复合材料。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，在使所述反模成型的步骤期间，在所述反模中设置供应通道，所述供应通道被构造成能够供应构成待制造的零件的粉末。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，所述第一相具有式Cr 2AlC、Ti 3AlC2或Ti2AlC，所述方法包括在使反模成型的步骤之后进行氧化步骤，以在反模的内表面上形成氧化铝层。
11.一种通过固相致密化制造金属航空零件、特别是涡轮零件的方法，其使用通过根据权利要求6至10中任一项所述的方法获得的反模(1)，该方法包括，在用构成待制造的零件的粉末填充反模并在反模中致密化所述粉末的步骤之后，通过汽蒸将反模抖落的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，在所述抖落步骤之后包括回收步骤，其中回收通过汽蒸抖落的材料，以便重新用于从所述混合步骤开始制造另一种反模。
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