CN117967410A - 防侵蚀涡轮叶片及其制造方法 - Google Patents

防侵蚀涡轮叶片及其制造方法 Download PDF

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焦阳
孙长杰
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Abstract

本发明题为“防侵蚀涡轮叶片及其制造方法”。本发明公开了一种形成用于涡轮叶片的侵蚀防护件的方法，该方法包括沉积限定上表面的填充材料层。该方法包括在填充材料层的上表面上沉积抗侵蚀材料层。界面被限定在填充材料层与抗侵蚀材料层之间并具有上表面的形状。该方法包括加工填充材料层以产生侵蚀防护件。侵蚀防护件具有抗侵蚀材料层、经加工的填充材料层和限定在抗侵蚀材料层与经加工的填充材料层之间的界面。侵蚀防护件的内表面由经加工的填充材料层限定，该经加工的填充材料层的尺寸和形状被设定成用于附接到涡轮叶片的前缘。界面和内表面均延伸侵蚀防护件的长度。

Description

防侵蚀涡轮叶片及其制造方法
联邦研究声明
本公开的主题是在政府支持下根据由能源部(DOE)授予的合约号DE-FE0031807制定的，并且政府对本文要求保护的主题拥有某些权利。
背景技术
本公开的领域整体涉及旋转机械，并且更具体地，涉及与旋转机械一起使用的包括防侵蚀前缘的叶片。
至少一些已知的旋转机械包括联接到转子轴的至少一个转子组件。转子组件包括多个周向间隔开的叶片，这些叶片朝向固定壳体径向向外延伸，该固定壳体限定通过旋转机械的流动路径的一部分。多个固定导叶(喷嘴)以周向阵列联接到壳体，使得固定导叶径向向内延伸到流动路径中。固定导叶和旋转叶片以交替排布置，使得一排导叶和紧靠下游的一排叶片形成旋转机械的“级”。导叶将流引向下游的一排叶片，其中叶片从流中提取能量，由此产生驱动转子和/或附接负载(例如，发电机)所需的动力。例如但不限于，转子组件可以是蒸汽涡轮的一部分，或气体涡轮发动机的压缩机或涡轮区段的一部分。
至少一些已知的蒸汽涡轮从蒸汽流中提取功，以通过将由锅炉产生的高温高压蒸汽的能量通过引导蒸汽通过固定导叶和旋转叶片的各级而转换成旋转能量来发电。通常，蒸汽涡轮可包括高压区段、中压区段和低压区段。这些区段能够以串行流取向来布置，其中每个区段包括任何数量的级，这些级各自包括一排导叶和下游的一排叶片。每个涡轮级被设计成从引导通过流动路径的蒸汽提取有用功。流动通过流动路径的蒸汽使得叶片旋转地驱动转子，从而从蒸汽提取功。蒸汽逐渐膨胀并且蒸汽的温度和压力可逐渐降低。在各个涡轮区段之间，蒸汽可被再加热以在蒸汽从涡轮排气口排出之前在下一区段中做功。较高温度的蒸汽涡轮可产生更高的输出，因为蒸汽温度的升高增加了可用于提取的总能量。
当压力和温度变化时，蒸汽可能变湿，并且包含在蒸汽中的水分可在涡轮表面(包括喷嘴)上冷凝成细水滴。蒸汽中所含的水分主要以水膜的形式沉积在喷嘴的凹形表面上。水膜在喷嘴的表面上延伸并且朝向每个喷嘴的后缘流动，同时增加厚度。水膜作为水滴从喷嘴的后缘释放。如果水膜很厚，则释放出大而粗的水滴。该粗水滴被蒸汽流分散，并且与喷嘴下游的叶片碰撞。该碰撞通过高速撞击降低叶片的扭矩，并且因此降低涡轮的总体性能。粗水滴还可能导致叶片表面的侵蚀，这降低了叶片的空气动力学性能和截面厚度，并因此缩短了它们的使用寿命。
在蒸汽涡轮中，水滴形式的后级水分可在后级涡轮叶片中产生显著的侵蚀。通常，随着水滴的尺寸增大，由水滴引起的侵蚀量增大。后级叶片包括前缘，该前缘在操作期间形成叶片与流动路径的撞击区域。此类叶片的操作寿命周期可至少部分地受到叶片在前缘处的损坏或劣化的限制，该损坏或劣化由在涡轮操作期间引起的机械应力和/或热应力引起。
为了有利于减小此类应力的影响，至少一些叶片可包括在叶片的前缘上延伸的防护件。防护件可由抗侵蚀材料形成，诸如钴铬合金(诸如由宾夕法尼亚州拉特罗布(Latrobe,Pa.)的肯纳金属公司(Kennametal Inc.)以商标销售的那些)，其用作后级叶片中的侵蚀防护件。常规而言，通过多级工艺用侵蚀防护件对叶片进行改装，这不期望地增加了形成和/或修复叶片的复杂性。例如，包括防侵蚀前缘的叶片可通过如下方式形成：首先将叶片的叶片顶端部分从在叶片顶端部分与燕尾件之间延伸的翼型件部分分段，并且将单个抗侵蚀材料坯料焊接到保持在适当位置的每个分段部分。该分段部分随后被焊接在一起。最后，将抗侵蚀覆盖部分焊接到单个材料坯料的前部和叶片顶端部分。此类工艺是不利的，因为它们增加了制造和维修时间、停机时间成本以及其它操作效率低下的问题。另外，作为单个材料坯料焊接到叶片上的常规侵蚀防护件需要将坯料额外地加工成合适的几何形状。抗侵蚀材料的额外加工引入了额外的工艺复杂性，并且需要更大量的抗侵蚀材料以由坯料形成侵蚀防护件，这增加了成本并且引入了材料采购挑战。因此，需要解决上述问题的具有防侵蚀前缘的叶片以及制造具有防侵蚀前缘的叶片的方法。
发明内容
在一个方面，一种形成与涡轮叶片一起使用的侵蚀防护件的方法包括使用定向能量沉积(DED)系统来沉积填充材料层，该填充材料层限定上表面；使用DED系统在填充材料层的上表面上沉积抗侵蚀材料层，界面被限定在填充材料层与抗侵蚀材料层之间并具有上表面的形状；以及对填充材料层进行加工，以产生在基部端与前部之间延伸一定长度的侵蚀防护件，该侵蚀防护件具有抗侵蚀材料层、经加工的填充材料层和限定在抗侵蚀材料层与经加工的填充材料层之间的界面，侵蚀防护件的内表面由经加工的填充材料层限定，该经加工的填充材料层的尺寸和形状被设定成用于附接到涡轮叶片的前缘，界面和内表面中的每一者均延伸侵蚀防护件的长度。
在另一方面，一种形成防侵蚀涡轮叶片的方法包括提供与旋转机械一起使用的涡轮叶片，该涡轮叶片包括在涡轮叶片的根部与顶端之间延伸的翼型件，该翼型件包括压力侧和相对的吸力侧，压力侧和吸力侧中的每一者在前缘与后缘之间延伸。该方法还包括通过使用定向能量沉积(DED)系统沉积填充材料层来形成侵蚀防护件，该填充材料层限定上表面；使用DED系统在填充材料层的上表面上沉积抗侵蚀材料层，界面被限定在填充材料层与抗侵蚀材料层之间并具有上表面的形状；以及对填充材料层进行加工，以产生在基部端与前部之间延伸一定长度的侵蚀防护件，该侵蚀防护件具有抗侵蚀材料层、经加工的填充材料层和限定在抗侵蚀材料层与经加工的填充材料层之间的界面，侵蚀防护件的内表面由经加工的填充材料层限定，该经加工的填充材料层的尺寸和形状被设定成用于附接到涡轮叶片的前缘，界面和内表面中的每一者均延伸侵蚀防护件的长度。该方法还包括将侵蚀防护件的内表面附接到涡轮叶片的前缘，从而形成防侵蚀涡轮叶片。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其它特征、方面和优点，附图中相同的字符在整个附图中表示相同的部件，其中：
图1是示例性旋转机械的示意图；
图2是另一示例性旋转机械的示意图；
图3是可与图1和图2所示的旋转机械中的任一者一起使用的示例性叶片的前视图；
图4A至图4C示出了用于形成图3中所示的叶片的侵蚀防护件的示例性工艺流程；并且
图5是可用于形成图3中所示的叶片的示例性工艺流程。
除非另外指明，否则本文提供的附图旨在示出本公开的实施方案的特征。据信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施方案的多种系统。因此，附图不旨在包括本领域的普通技术人员已知的实践本文所公开的实施方案所需的所有常规特征。
具体实施方式
本文描述的实施方案克服了已知的防侵蚀旋转部件和制造防侵蚀旋转部件的已知方法的至少一些缺点。这些实施方案包括一种防侵蚀旋转部件，该防侵蚀旋转部件包括在该旋转部件的前缘上延伸的预成型的侵蚀防护件。在一些实施方案中，旋转部件例如是用于旋转机械诸如蒸汽涡轮或气体涡轮中的叶片。通过使用定向能量沉积(DED)系统沉积连续的增材材料层来形成预成型的侵蚀防护件。适当地，可以通过沉积填充材料层并且在填充材料层上沉积抗侵蚀材料层来形成预成型的侵蚀防护件，其中填充材料层与抗侵蚀材料层之间的界面延伸预成型的侵蚀防护件的长度。有利地，在单个制造步骤(例如，其中由填充材料层限定的外表面被焊接到前缘的单个制造步骤)中，预成型的侵蚀防护件被“附接”到旋转部件的前缘。本文所公开的实施方案有利于快速且简单的单步制造工艺，以用于使预成型的侵蚀防护件在旋转部件的一部分上延伸，并且因此有利于消除与常规多步接合工艺相关联的复杂性。因此，与制造至少一些已知的旋转部件相比，与形成防侵蚀旋转部件相关的制造和维修时间、停机时间成本和其它操作效率低下的问题可显著减少。另外，增材制造工艺利用DED系统，该DED系统可有利于产生抗侵蚀材料层的近净形状，并且因此有利于减少材料浪费、总体材料成本和材料采购挑战。
除非另外指示，否则如本文所使用的近似语言，诸如“大体地”、“基本上”和“约”指示如本领域普通技术人员将认识到的，如此修饰的术语可以仅适用于近似程度，而不是绝对或完美程度。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。除此之外，除非另外指示，否则术语“第一”、“第二”等在本文中仅用作标记，并且不旨在对这些术语所涉及的项目施加顺序、位置或分级要求。此外，例如，对“第二”项目的引用不要求或排除存在例如“第一”或较低编号的项目或者“第三”或更高编号的项目。如本文所用，术语“上游”是指旋转机械的前端或进气端，并且术语“下游”是指旋转机械的下游端或排气口端。
如本文所用，短语“近净形状”是指需要很少或不需要加工和处理就能产生部件最终形状的几何形状和尺寸。如本文所用，短语“净”是指不需要加工和处理就能产生部件最终形状的几何形状和尺寸。
如本文所用，“X轴”、“Y轴”和“Z轴”是指相互垂直的轴(即，各自彼此正交)，并且用于描述三维方面或取向。本文所公开的主题的元件的描述不限于用于描述元件的三维取向的一个或多个特定轴。换句话说，当涉及所公开的主题的三维方面时，轴可以是可互换的。
图1是示例性旋转机械110的示意图。在示例性实施方案中，旋转机械110是气体涡轮发动机。另选地，旋转机械110可以是任何其它涡轮发动机和/或旋转机械，包括但不限于蒸汽涡轮发动机、气体涡轮风扇飞机发动机、其它飞机发动机、风力涡轮、压缩机和/或泵。在示例性实施方案中，气体涡轮110包括转子组件112，该转子组件包括轴114和多个轴向间隔的转子轮118。
多个旋转叶片或叶片120联接到每个转子轮118，使得每个叶片120从每个相应转子轮118径向向外延伸。更具体地，叶片120以围绕每个轮118周向延伸的排进行布置。多个固定导叶122围绕轴114周向延伸，使得每排固定导叶122位于两排轴向相邻的叶片120之间。例如，涡轮110包括多个级，该多个级包括从转子轮118延伸的一排固定导叶122和一排旋转叶片120。
压缩机124联接在进气区段123的下游，并且多个燃烧器126围绕转子组件112周向联接，使得每个燃烧器126与压缩机124流动连通。排气区段130联接在涡轮110的下游。涡轮110经由轴114可旋转地联接到压缩机124。
在操作期间，处于大气压力的空气由压缩机124压缩并且向下游递送到燃烧器126。通过向空气中添加燃料并且燃烧所得的空气/燃料混合物来加热离开压缩机的空气。然后，由燃烧级中的燃料的燃烧产生的气流膨胀通过涡轮110，从而递送其能量中的一些以驱动涡轮110和负载(诸如发电机)。
为了产生所需的驱动转矩，涡轮110包括一个或多个级。每个级包括一排固定导叶122和安装在转子轮118上的一排旋转叶片120。固定导叶122将来自燃烧级的进入气体引导到旋转叶片120上，由此驱动转子轮118和转子轴114。
图2是另一示例性旋转机械210的示意图。在示例性实施方案中，旋转机械210是蒸汽涡轮发动机。蒸汽涡轮发动机210包括围绕旋转轴线214可旋转地安装的涡轮转子212。蒸汽涡轮发动机210包括高压(HP)区段216、中压(IP)区段218和低压(LP)区段220，其各自安装在转子212上。虽然图2示出了HP区段216、IP区段218和LP区段220的一个示例性布置，但是可以利用HP区段216、IP区段218和/或LP区段220的任何合适的布置。HP区段216、IP区段218和LP区段220中的每一者包括分别在HP区段216、IP区段218和LP区段220中的每一者中的HP壳体222、IP壳体224和LP壳体226中周向地安装在转子212上的叶片或叶片(例如，图3中所示的叶片300)。叶片由馈送到相应区段的蒸汽驱动，其中由蒸汽引起的叶片的旋转产生机械功。涡轮210中产生的机械功经由转子212驱动外部负载228，诸如发电机。
如图2所示，经由高压蒸汽入口230供应高压蒸汽。蒸汽在高压蒸汽出口232处从HP区段216排出并且馈送到再热器234，在再热器中向蒸汽添加热量。蒸汽从再热器234经由中压蒸汽入口236被引导至IP区段218。蒸汽在中压蒸汽出口238处从IP区段218排出，并经由低压蒸汽入口240输送到LP区段220。蒸汽随后经由低压出口242从LP区段220排出。
HP区段216、IP区段218和LP区段220中的每一者经由联接器244沿转子212连接。联接器244可以是机械联接器，例如螺栓接头，或者可以是焊接接头。在一个实施方案中，联接器244使得能够选择性地分离HP区段216、IP区段218和/或LP区段220中的任一者以用于重新配置、服务或维护。
图3是可与旋转机械110(如图1所示)和/或旋转机械210(如图2所示)一起使用的示例性叶片300的前视图。除此之外或另选地，叶片300可与其它电动涡轮机一起使用，包括但不限于气体涡轮风扇飞行器发动机、其它飞行器发动机、风力涡轮、压缩机、风扇和/或泵。在示例性实施方案中，在旋转机械110和/或旋转机械210的每个级处的每个周向排中的叶片300是相同的。在另选实施方案中，每个排中的至少一个叶片300可不同于该排中的剩余叶片。
叶片300包括翼型部分或翼型件302，其包括前缘304和相对的后缘306。压力侧壁308和吸力侧壁310从前缘304延伸到后缘306。叶片300还包括根部312，该根部使得叶片300能够安装在旋转机械中，例如，旋转机械110(图1中示出)和/或旋转机械210(图2中示出)中。例如，根部312使得叶片300能够联接到旋转机械110的涡轮转子轮118。在示例性实施方案中，根部312为燕尾件312的形式。翼型件302和根部312由平台314分开，该平台可包括“天使翼”密封件(未示出)。
翼型件302沿径向轴线R在平台314与远侧顶端316之间延伸。相对于径向轴线R，压力侧壁308是大致凹形表面，并且相对于径向轴线R，吸力侧壁310是大致凸形表面。因此，翼型件302具有围绕径向轴线R的弧形轮廓。压力侧壁308和吸力侧壁310的限定翼型件302的弧形轮廓的曲率可根据特定的涡轮和翼型件302旨在使用的级而变化。本公开不限于翼型件302的任何特定几何形状，并且本文公开的实施方案适于与各种几何形状的翼型件302一起使用。具体地，如图3所示，前缘304的形状取决于翼型件302的弧形轮廓，并且本文所公开的实施方案适于与前缘304的形状的多种变化一起使用并且适应前缘304的形状的多种变化。
在示例性实施方案中，翼型件302包括在前缘304中在顶端316附近形成的凹入区域318。前缘304包括凹入表面320，该凹入表面在凹入区域318内延伸径向长度L1，该径向长度是从顶端316沿径向轴线R测量的。凹入区域318的径向长度L1通常短于沿着平台314和顶端316之间的径向轴线R测量的翼型件302的总径向长度。在示例性实施方案中，翼型件302还包括一对部分翼展护罩322和324，其便于在操作期间调节和/或减弱翼型件302的振动特性。部分翼展护罩322以镜像关系远离翼型件302向外延伸。更具体地，护罩322从翼型件压力侧壁308向外延伸，并且护罩324从翼型件吸力侧壁310向外延伸。在示例性实施方案中，部分翼展护罩322和324在相同的径向翼展处从相应的侧壁308和310向外延伸，沿径向轴线R位于距翼型件302的顶端316的径向长度L2处。径向长度L1短于径向长度L2，使得护罩322和324各自从凹入区域318径向向内定位。
另选地，径向长度L1可大于或等于径向长度L2。在旋转机械110和/或旋转机械210的每个级处的每个周向排中的叶片300的部分翼展护罩322和324可大致周向地对准，使得护罩322和324中的每一者在相同径向翼展位置处从相应翼型件302向外延伸。另选地，护罩322和324可在不同的径向翼展位置处从相应翼型件302向外延伸。部分翼展护罩322和324可具有相同的尺寸和形状，其各自从相应侧壁308和310延伸相等的轴向距离，或者另选地，护罩322和324的形状和/或尺寸可彼此不同。
每个叶片300还包括在翼型件302的前缘304上延伸的侵蚀防护件326。侵蚀防护件326由两个或更多个材料层形成。更具体地，在示例性实施方案中，侵蚀防护件326包括第一材料层328和在第一材料层328上沉积的第二材料层330。第一材料层328插置在第二材料层330与前缘304之间。适当地，使用沉积能量沉积技术将侵蚀防护件326形成为多材料预成型件，下文参考图4A至图4C更详细地描述。
在示例性实施方案中，侵蚀防护件326在基部端332与前部334之间延伸长度L3，并且包括内表面336和外表面338。内表面336由第一材料层328限定，并且外表面338由第二材料层330限定。此外，内表面336在前缘304上延伸并且将侵蚀防护件326固定到翼型件302，并且外表面338形成翼型件302的向外取向的表面。界面340被定义为第一材料层328和沉积在第一材料层328上的第二材料层330之间的过渡。界面340可包括相邻的第一材料层328和第二材料层330之间的成分梯度，这将在下面更详细地描述。适当地，在示例性实施方案中，界面340和内表面336中的每一者在基部端332与前部334之间延伸侵蚀防护件326的整个长度L3，使得当侵蚀防护件326完全附接到前缘304时，插入的第一材料层328基本上完全在翼型件302与第二材料层328之间延伸。
在示例性实施方案中，侵蚀防护件326被接收在前缘304的凹入区域318内，并且内表面336被附接到凹入表面320。此外，侵蚀防护件326的尺寸和形状被设定成对应于凹入区域318的尺寸和形状。更具体地，基部端332与前部334之间的侵蚀防护件326的长度L3近似等于凹入区域的径向长度L1。侵蚀防护件326在凹入表面320上延伸，使得基部端332与翼型件302的顶端316相邻并且基本上齐平，并且前部334与凹入表面320和前缘304的位于凹入区域318与平台314之间的部分342之间的交叉点相邻。在一些实施方案中，叶片300可包括固定地联接到翼型件302的顶端316的顶端护罩(未示出)。顶端护罩是被构造成与相邻的涡轮叶片300的顶端护罩接触以固定涡轮叶片300或被构造成抑制涡轮叶片300的振动的构件。侵蚀防护件326可延伸超过顶端316的长度L3以基本上覆盖顶端护罩的外部部分以及凹入区域318。另选地，单独的抗侵蚀部件可被附接(例如，焊接)到顶端护罩和侵蚀防护件326的基部端332。在叶片300包括顶端护罩的实施方案中，与使用单独的抗侵蚀部件的实施方案相比，将侵蚀防护件326制造为覆盖凹入区域318和顶端护罩的一体式部件可有利于减少附接(例如，焊接)处理时间。由第二材料层330限定的外表面338与前缘304的部分342的轮廓基本匹配或互补，使得在其间形成平滑过渡。可以设想，外表面338可包括附加特征部，以使得侵蚀防护件326能够如本文所述起作用。由第一材料层328限定的内表面336的尺寸和形状被设定成与凹入表面320的三维几何形状基本匹配或互补。
如图3所示，在示例性实施方案中，凹入表面320与前缘304的部分342之间的过渡使得凹入表面320相对于径向轴线R非线性地延伸。如本文所用，短语“非线性”是指在沿着整个翼展的某个点处偏离直线。因此，内表面336被成形为非线性地延伸以对应于凹入表面320。为了确保第一材料层328基本上完全在第二材料层330与翼型件302之间延伸，侵蚀防护件326被形成为使得当侵蚀防护件326在凹入表面320上延伸时界面340相对于径向轴线R为非线性的。适当地，非线性界面340被成形为与内表面336的形状基本匹配或互补，使得所插置的第一材料层328的厚度T1在基部端332与前部334之间基本恒定。
用于形成第一材料层328的材料是填充材料，该填充材料被选择为增强由第一材料层328限定的内表面336与凹入表面320的附接。在一些实施方案中，填充材料是使得内表面336能够诸如例如经由激光焊、气体保护金属极电弧焊(或金属惰性气体焊)、电子束焊或钨极气体保护电弧焊而焊接到凹入表面320。就这一点而言，包括第一材料层328的预成型的侵蚀防护件326可在不使用附加材料的情况下固定到前缘304。填充材料还适当地为能够承受其在操作期间可能在涡轮内所暴露的热条件的材料。合适的填充材料可包括，例如但不限于仅包括镍基材料和铁基材料。在一个示例性实施方案中，填充材料是镍铬合金材料，诸如例如，可购自西弗吉尼亚州亨廷顿(Huntington,W.Va)的特殊金属公司(SpecialMetals Corporation)的镍-铬高温合金材料，包括/>600合金、617合金和/>625合金。
包括填充材料的第一材料层328可具有任何合适的厚度T1，该厚度有利于内表面336附接到凹入表面320并且赋予任何附加的所期望的特性。例如，在一些实施方案中，第一材料层328的厚度T1被选择为在内表面336附接到凹入表面320时在该凹入表面与第二材料层330之间提供足够的过渡。在每个实施方案中，第一材料层328被选择为有利于减少或消除分层、疲劳、焊接困难、裂纹扩展和/或其它不良效果。例如，在一些实施方案中，第一材料层328具有适于提供阻隔的厚度T1，该阻隔有助于限制在翼型件302与可能存在于第二材料层330中的较高碳材料之间的碳迁移，由此减少或消除焊接或热影响区的弱化。在各种实施方案中，厚度T1取决于用于将内表面336附接到凹入表面320的工艺。例如，在内表面336被焊接到凹入表面320的情况下，使用钨极气体保护电弧焊时的厚度T1可适当地大于使用电子束焊时的厚度T1。取决于应用，第一材料层328的合适厚度T1可介于约0.5毫米(mm)至约200mm之间、介于约1mm至约100mm之间、介于约1mm至约50mm之间、介于约1mm至约20mm之间以及介于约1mm至约10mm之间。在其它实施方案中，第一材料层328的合适厚度T1可介于约50mm至约200mm之间、介于约100mm至约150mm之间、介于约100mm至约200mm之间、介于约150mm至约200mm之间、最多约50mm、最多约100mm、最多约150mm、最多约200mm。在其它实施方案中，第一材料层328的合适厚度T1可大于约0.5mm、大于约1mm、大于约5mm、大于约10mm、大于约15mm、为约1mm、为约1.5mm、为约5mm、为约10mm、为约15mm、为约20mm或其任何合适的组合、子组合、范围或子范围。
用于形成第二材料层330的材料是抗侵蚀材料，该抗侵蚀材料被选择为有利于减少或消除翼型件302的前缘304的侵蚀，侵蚀防护件326在该前缘上例如在凹入表面320上延伸。适当地，侵蚀防护件326在前缘304上延伸，使得外表面338在旋转机械的操作期间形成撞击区域。合适的抗侵蚀材料包括钴基合金、铬基合金、钨基合金、碳化铬材料或它们的组合。在一些实施方案中，抗侵蚀材料是钴铬合金，诸如钴铬合金的族中的一种，包括可购自德国科布伦茨(Koblenz，Germany)的Deloro Wear Solutions GmbH的6。
包括抗侵蚀材料的第二材料层330具有任何合适的厚度T2，以使得侵蚀防护件326能够如本文所述起作用。在一个实施方案中，第二材料层330的厚度T2被选择为例如在叶片300的预定寿命期间促进足够的耐磨性和/或抗侵蚀性。在各种实施方案中，取决于刀片300的应用，第二材料层330的合适厚度T2使得第一材料层328的厚度T1与该厚度T2的总和介于约5mm至约500mm之间、介于约5mm至约100mm之间、介于约10mm至约50mm之间、介于约100mm至约500mm之间、介于约200mm至约400mm之间、介于约100mm至约200mm之间、最多约5mm、最多约10mm、最多约100mm、最多约500mm、大于约5mm、大于约10mm、大于约100mm、为约5mm、为约10mm、为约100mm、为约500mm或其任何合适的组合、子组合、范围或子范围。另外，在一些实施方案中，由于非线性界面340，第二材料层330的厚度T2可沿侵蚀防护件326的长度L3变化。例如，如图3所示，第二材料层330的厚度T2随着侵蚀防护件326从基部端332朝向前部334延伸而逐渐减小，使得第二材料层330的厚度T2在基部端332处最厚。
图4A至图4C示出了用于形成侵蚀防护件326的示例性工艺流程。在示例性实施方案中，侵蚀防护件326形成为多材料预成型件，其可在单个制造步骤中接合或附接(例如，焊接)到翼型件302的前缘304(图3中示出)。使用定向能量沉积(DED)增材制造技术来形成侵蚀防护件326，这有助于形成具有期望尺寸和形状的侵蚀防护件326，该期望尺寸和形状与供侵蚀防护件326在其上延伸的前缘304(例如，凹入区域318)的几何形状基本匹配或互补。此外，此类增材制造技术使得能够形成具有非线性界面340的侵蚀防护件326，该非线性界面具有第一材料层328和第二材料层330中的每一者的合适体积(或分别为厚度T1和T2)。侵蚀防护件326还可被形成为具有包括抗侵蚀材料的第二材料层330的近净形状，以有利于减少或消除对移除抗侵蚀材料的后续加工工艺的需要。
如图4A中所示，最初在步骤400A处，使用定向能量沉积(DED)系统404沉积填充材料层402。填充材料层402用于产生侵蚀防护件326的第一材料层328。在示例性实施方案中，在图4A中示意性地示出的DED系统404是线材馈送DED系统404，诸如例如电弧线材馈送DED系统、电子束线材馈送DED系统或激光线材馈送DED系统。DED系统404包括构建平台或表面406、材料源408和发射能量束414(例如，电弧、电子束或激光)并将能量束414朝向构建平台406引导的能量源412。对于线材馈送DED系统404，材料源408是馈送金属线材410(例如，合适的填充材料线材)的线材材料源408。线材材料源408和能量源412协作以沉积填充材料层402。具体地，线材材料源408馈送在邻近构建平台406的适当位置处暴露于由能量源412发射的能量束414的金属线材410，使得金属线材410熔化，从而沉积填充材料的薄膜。该工艺在步骤400A处重复进行，使得填充材料的薄膜被连续地沉积以构建所沉积的填充材料层402。DED系统404可包括运动装置(未示出)，该运动装置联接到线材材料源408和能量源412并且与控制器(未示出)连通。运动装置可以是桁架系统、计算机数控(CNC)机器、笛卡尔机器人或有利于线材材料源408和能量源412的多轴运动的其它合适的系统。控制器可用于控制运动装置的多轴运动，以引导线材材料源408和能量源412的工具路径，从而产生期望形状的沉积层(例如，所沉积的填充材料层402)。适当地，控制步骤400A中的DED工艺，使得沉积的填充材料层402具有上表面416，该上表面在侵蚀防护件326中的第一材料层328与第二材料层330之间产生期望形状的界面340。例如，如图4A所示，上表面416可从上凸缘436以斜坡或阶梯形状延伸，使得填充材料层402的厚度T3随着层402从第一端418处的凸缘436延伸到第二端420而逐渐减小。
如图4B中所示，该工艺在步骤400B处继续，其中在填充材料层402的上表面416上沉积抗侵蚀材料层422。抗侵蚀材料层402用于产生侵蚀防护件326的第二材料层330。在示例性工艺中，使用与用于沉积填充材料层402的相同的线材馈送DED系统404来沉积抗侵蚀材料层422。另选地，可使用不同的线材馈送DED系统404来沉积抗侵蚀材料层422。为了沉积层422，线材材料源408馈送金属线材424(例如，合适的抗侵蚀材料线材)，该金属线材在邻近填充材料层402的上表面416的合适位置处暴露于由能量源412发射的能量束414，以使金属线材424熔化，从而在上表面416上沉积抗侵蚀材料的薄膜。重复该工艺以使抗侵蚀材料的薄膜被连续地沉积，使得构建沉积的抗侵蚀材料层422。如上所述，线材材料源408和能量源412可联接至与控制器连通的运动装置。控制器可用于控制运动装置的多轴运动，以引导线材材料源408和能量源412的工具路径，从而产生期望形状的所沉积的抗侵蚀材料层422。在一些实施方案中，控制步骤400B中的DED工艺，使得所沉积的抗侵蚀材料层422具有近净形状，使得在步骤400B之后，几乎不需要对抗侵蚀材料层422进行加工来产生侵蚀防护件326中的第二材料层330。在填充材料层402上沉积抗侵蚀材料层422，使得界面340形成有与在步骤400A中产生的上表面416的形状对应的形状。
在抗侵蚀材料层422与相邻的填充材料层402之间形成的界面340可包括跨界面340的成分梯度。界面340可在相邻的抗侵蚀材料层422和填充材料层402之间延伸一定厚度，并且包括填充材料和抗侵蚀材料两者。为了形成界面340的成分梯度，随着界面340从填充材料层402延伸到抗侵蚀材料层422，界面340中的抗侵蚀材料的量逐渐增加，而界面340中的填充材料的量逐渐减少。在沉积填充材料层402和抗侵蚀材料层422期间，可附带地形成跨界面340的成分梯度。例如，当在填充材料层402的上表面416上沉积抗侵蚀材料层422时，在上表面416处或附近的填充材料可熔化，并且与使用DED系统404沉积的抗侵蚀材料紧密混合。随着更多的抗侵蚀材料膜被沉积以构建抗侵蚀材料层422，更少的填充材料被暴露于沉积条件并与抗侵蚀材料混合，从而产生界面340的附带成分梯度。除此之外或另选地，可以有意地形成跨界面340的成分梯度。例如，在沉积填充材料层402(图4A)和抗侵蚀材料层422(图4B)之间的中间步骤中，可使用填充材料和抗侵蚀材料的混合进料将界面340沉积为混合层。当构造界面340时，可馈送较少的填充材料和较多的抗侵蚀材料以产生界面340的连续沉积的膜。例如，界面340可通过以下方式沉积(或构建)：首先邻近填充材料层402沉积包括比抗侵蚀材料更大量的填充材料的膜，然后沉积包括基本上等量的填充材料和抗侵蚀材料的膜，并且最后沉积比填充材料更大量的抗侵蚀材料的膜，直到膜仅包括抗侵蚀材料以开始抗侵蚀材料层422。可控制被沉积以构建界面340的每个膜的离散组成以形成所需浓度梯度，该浓度梯度可取决于界面340的所需厚度。
除了上述线材馈送DED系统之外，用于沉积填充材料层402、抗侵蚀材料层422和/或界面340(如果沉积为单独的混合层)的DED系统404可以是粉末馈送DED系统404，例如激光或电子束粉末馈送DED系统。在这些实施方案中，粉末馈送DED系统404包括馈送合适的材料粉末(未示出)(例如，合适的填充材料或抗侵蚀材料的粉末)的一个或多个粉末材料源408。通过将由粉末材料源408馈送的合适材料的粉末在合适位置处暴露于由能量源412发射的能量束414以沉积填充材料或抗侵蚀材料或两者的薄膜来沉积填充材料层402和抗侵蚀材料层422。重复该工艺以使得合适材料的薄膜被连续地沉积，从而构建所沉积的填充材料层402、抗侵蚀材料层422或界面340。如上所述，粉末材料源408和能量源412可联接至与控制器连通的运动装置。控制器可用于控制运动装置的多轴运动，以引导线材材料源408和能量源412的工具路径，从而产生期望形状的沉积层。
如图4A和图4B所示，在示例性实施方案中，DED系统404被取向成使得构建平台406位于由X轴和Z轴(其从页面向外延伸并延伸到页面中)限定的XZ平面中。在该实施方案中，填充材料层402、界面340和抗侵蚀材料层422在Y轴的方向上依次堆叠构建在彼此之上。DED系统404的其它取向是可能的。例如，在一些实施方案中，构建平台406可位于由X轴和Y轴限定的XY平面中，并且填充材料层402、界面340和抗侵蚀材料层422在Z轴的方向上并排构建，而不是依次堆叠构建。换句话说，填充材料层402、界面340和抗侵蚀材料层422沿Z轴的方向构建，并且在构建时具有与图4A和图4B中所示相同的取向。因此，本文对“沉积在填充材料层402上”的抗侵蚀材料层422的描述不限于用于构建填充材料层402、界面340和抗侵蚀材料层422的DED系统404的任何特定取向。
在示例性实施方案中，填充材料层402(如图4A所示)的沉积可在抗侵蚀材料层422的沉积和界面340形成(如图4B所示)之前发生，使得上表面416和上凸缘436在沉积抗侵蚀材料之前完全形成。在一些实施方案中，可在沉积抗侵蚀材料层422之前在上表面416上执行任选的表面修整工艺，或者抗侵蚀材料层422可直接沉积在上表面416上而无需中间工艺步骤。在一些其它实施方案中，执行用于构建填充材料层402、界面340和抗侵蚀材料层422的沉积工艺，使得图4A和图4B中所示的结构在单个工艺步骤中构建，而不是依次构建。在一些实施方案中，DED系统404可用于执行同时多材料沉积方案，其中填充材料层402的部分和抗侵蚀材料层422的部分或界面340在单个步骤中构建。换句话说，图4A和图4B中所示的工艺顺序可以在单个构建工艺中执行，其中薄膜用于沉积层402中的填充材料和用于界面340和/或层422的抗侵蚀材料。为了执行此工艺，DED系统404可配备有双材料源408和/或双能量源412构造，使得DED系统404可沿着单个沉积膜沉积填充材料及/或抗侵蚀材料。因此，本文对“沉积在填充材料层402上”的抗侵蚀材料层422的描述不限于构建填充材料层402、界面340和抗侵蚀材料层422的任何特定序列。
如图4C中所示，该工艺在步骤400C处继续，其中对填充材料层402、抗侵蚀材料层422或两者进行加工以从构建表面406移除侵蚀防护件326。在示例性实施方案中，通过对填充材料层402进行加工从构建表面406移除侵蚀防护件326，并且该加工产生侵蚀防护件326的具有合适尺寸和形状的第一材料层328。在该实施方案中，使用加工设备428对填充材料层402进行加工，该加工设备沿着切割线426(如图4B所示)移除填充材料层402的一部分以产生第一材料层328，从而限定合适尺寸和形状的内表面336。适当地，切割线426的形状与在步骤400A中产生的上表面416的形状基本匹配或互补，使得通过对填充材料层402进行加工所形成的第一材料层328沿基部端332与前部334之间的侵蚀防护件326的长度L3具有基本恒定的厚度T1，并且使得界面340和内表面336各自延伸侵蚀防护件326的长度L3。在一些实施方案中，加工设备428可以是DED系统404(在图4A和图4B中示出)，其中能量源412发射能量束414，该能量束在填充材料层402上执行减成工艺(例如，激光烧蚀、微加工)。或者，如图4C示意性所示，加工设备428可以是放电加工机(EDM)428，其用于使用放电或电火花沿着切割线426移除填充材料层402的部分。EDM 428包括联接到电极保持器432的驱动器430。电极保持器432联接到电极434并保持该电极。电极434被朝向衬底(例如，沉积的填充材料层402)驱动，并且加热材料并且从衬底释放材料以产生期望的形状(例如，第一材料层328的期望形状)。在一些实施方案中，加工设备428还可用于加工抗侵蚀材料层422以产生侵蚀防护件的第二材料层330的最终形状。加工设备428可包括或联接到与控制器连通的运动装置，如上所述。控制器可用于控制运动装置的多轴运动，以引导加工设备428的工具路径，从而产生所沉积的抗侵蚀材料层422的期望形状。在一些实施方案中，抗侵蚀材料层422和填充材料层402中的每一者具有用于侵蚀防护件326的近净形状，并且仅执行加工以从构建表面406移除侵蚀防护件326。换句话说，可沉积填充材料层402从而具有第一材料层328的期望形状，并且可沉积抗侵蚀材料层422从而具有第二材料层330的期望形状，并且几乎不需要对如此沉积的第一材料层328和第二材料层330进行加工以产生侵蚀防护件326。在一些实施方案中，可以不使用加工设备428，并且手动地执行加工(例如，通过手动磨削)。
图5示出了形成防侵蚀涡轮叶片(例如，图3所示的叶片300)的示例性方法500。方法500包括提供502与旋转机械(例如，图1所示的旋转机械110和/或图2所示的旋转机械210)一起使用的涡轮叶片300。涡轮叶片300包括在涡轮叶片300的根部312与顶端316之间延伸的翼型件302。翼型件302(在图3中示出)包括压力侧壁308(在图3中示出)和相对的吸力侧壁310(在图3中示出)。压力侧壁308和吸力侧壁310各自在翼型件302的前缘304(在图3中示出)与后缘306(在图3中示出)之间延伸。在示例性实施方案中，相对于径向轴线R(在图3中示出)，压力侧壁308具有凹形形状并且吸力侧壁310具有凸形形状，使得翼型件302具有限定前缘304的几何形状的弧形轮廓。另外，在示例性实施方案中，凹入区域318(在图3中示出)形成于前缘304中靠近顶端316，使得前缘304包括沿径向轴线R非线性地延伸的凹入表面320(在图3中示出)。
方法500还包括形成504-508侵蚀防护件326(在图3和图4C中示出)，该侵蚀防护件包括填充材料层328和抗侵蚀材料层330作为预成型的多材料结构，该预成型的多材料结构适于在单个制造步骤中附接或接合到翼型件302的前缘304。通过沉积504填充材料层402(在图4中示出)来形成预成型的侵蚀防护件，该填充材料层包括上表面416(在图4中示出)，该上表面具有限定在预成型的侵蚀防护件326中的填充材料层328与抗侵蚀材料层330之间的界面340(在图3和图4B至图4C中示出)的合适形状。在填充材料层402的上表面416上沉积506抗侵蚀材料层422(在图4中示出)，并且在层402与422之间形成具有与上表面416的形状基本上对应的形状的界面340。适当地，界面340是非线性的，并且与翼型件302的前缘304的凹入表面320的形状基本匹配或互补。非线性的界面340可由上表面416的斜坡或阶梯形状限定。就这一点而言，控制沉积504填充材料层402，使得上表面416与侵蚀防护件326所附接的前缘304的几何形状匹配或互补(例如，上表面416与凹入表面320的形状匹配或互补)。使用DED系统分别沉积504和506层402和422中的每一者，例如，线材馈送DED系统404，诸如电弧线材馈送DED系统、电子束线材馈送DED系统或激光线材馈送DED系统。然后可以加工508填充材料层402、抗侵蚀材料层422或两者，以从DED系统404的构建表面406移除侵蚀防护件326。侵蚀防护件326的第一材料层328由填充材料层402制成，并且第二材料层330由抗侵蚀材料层422制成。
在一些实施方案中，抗侵蚀材料层422被形成为具有近净形状，使得几乎不需要加工来从层422产生侵蚀防护件326的抗侵蚀材料层330。为了产生具有合适尺寸和形状以用于附接到翼型件302的前缘304的填充材料层328，可沿切割线426(图4中示出)加工508填充材料层402，该切割线可具有与界面340的形状基本匹配或互补的形状。加工508填充材料层402可包括例如放电加工。适当地，加工508填充材料层402产生沿着侵蚀防护件326的长度L3具有基本恒定的厚度T1的填充材料层328。另外，界面340在基部端332与前部334之间延伸侵蚀防护件326的长度L3，使得当附接到前缘304时，第一材料层328基本上完全在翼型件302与第二材料层328之间延伸。在加工508之后，预成型的侵蚀防护件326的填充材料层328限定内表面336，该内表面与该层328所附接的前缘304的一部分(例如，凹入表面320)的几何形状基本匹配或互补。
方法500还包括将填充材料层328的内表面336附接510到前缘304，从而将侵蚀防护件326固定到翼型件302。在一些实施方案中，将填充材料层328的内表面336附接510到前缘304包括将内表面336例如通过激光焊、气体保护金属极电弧焊、电子束焊或钨极气体保护电弧焊焊接到前缘304。在示例性实施方案中，填充材料层328的内表面336被附接510到前缘304的凹入表面320。这样，内表面336的形状以及适当地界面340的形状与凹入表面320的形状基本匹配或互补。抗侵蚀材料层330限定侵蚀防护件326的外表面338，并且当侵蚀防护件326固定到翼型件302时，外表面338形成该翼型件的向外取向的表面。填充材料层328适当地有助于在单个制造步骤中将内表面336附接510到前缘304，并且有助于在不使用附加填充材料的情况下将内表面336附接510到前缘304。
防侵蚀旋转部件的上述实施方案以及形成此类防侵蚀旋转部件的方法克服了已知旋转部件的至少一些缺点。具体地，在示例性实施方案中，在单个制造步骤中将预成型的侵蚀防护件接合到旋转部件(即，叶片)，这有利于将预成型的侵蚀防护件快速且简单地接合到旋转部件，并且有利于消除与常规多步骤接合工艺相关联的复杂性。因此，与形成防侵蚀旋转部件相关的制造和维修时间、停机时间成本和其它操作效率低下的问题可显著减少。另外，增材制造和加工工艺利用DED系统，该DED系统有利于产生抗侵蚀材料层的近净形状，并且因此有利于减少材料浪费、总体材料成本和材料采购挑战。此外，可以控制侵蚀防护件中的增材材料层之间的界面，使得填充层基本上完全插置在旋转部件与侵蚀防护件的外部抗侵蚀层之间。因此，使用DED系统，预成型的侵蚀防护件的几何形状(例如，界面、抗侵蚀材料层和填充材料层的内表面)可被定制为旋转部件的前缘几何形状。
以上详细描述了防侵蚀旋转部件、形成用于附接到旋转部件的侵蚀防护件的方法和形成防侵蚀旋转部件的方法的示例性实施方案。防侵蚀旋转部件和侵蚀防护件不限于本文所述的具体实施方案，而是系统的部件可以独立地并且与本文所述的其它部件分开使用。例如，如本文所公开形成的侵蚀防护件可与除本文具体描述的那些以外的旋转部件结合使用，并且防侵蚀旋转部件也可与其它旋转机械和方法结合使用，并且不限于仅使用本文所述的气体涡轮发动机或蒸汽涡轮发动机组件进行实践。而是，示例性实施方案可以结合许多其它旋转机械应用来实施和使用。
本公开的其它方面由以下条款的主题提供：
1.一种形成与涡轮叶片一起使用的侵蚀防护件的方法，该方法包括使用定向能量沉积(DED)系统来沉积填充材料层，该填充材料层限定上表面；使用DED系统在填充材料层的上表面上沉积抗侵蚀材料层，界面被限定在填充材料层与抗侵蚀材料层之间并具有上表面的形状；以及对填充材料层进行加工，以产生在基部端与前部之间延伸一定长度的侵蚀防护件，该侵蚀防护件具有抗侵蚀材料层、经加工的填充材料层和限定在抗侵蚀材料层与经加工的填充材料层之间的界面，侵蚀防护件的内表面由经加工的填充材料层限定，该经加工的填充材料层的尺寸和形状被设定成用于附接到涡轮叶片的前缘，界面和内表面中的每一者均延伸侵蚀防护件的长度。
2.根据前一条款所述的方法，其中沉积填充材料层和沉积抗侵蚀材料层各自包括使用电弧线材馈送DED系统、电子束线材馈送DED系统和激光线材馈送DED系统中的至少一者。
3.根据任一前述条款所述的方法，其中沉积填充材料层包括沉积镍基材料层。
4.根据任一前述条款所述的方法，其中沉积填充材料层包括沉积镍铬合金材料层。
5.根据任一前述条款所述的方法，其中沉积抗侵蚀材料层包括沉积钴基合金层、铬基合金层和钨基合金层中的至少一者。
6.根据任一前述条款所述的方法，其中沉积抗侵蚀材料层包括沉积钴铬合金层。
7.根据任一前述条款所述的方法，其中加工填充材料层包括使用放电加工来产生具有抗侵蚀材料层、经加工的填充材料层、以及限定在抗侵蚀材料层与经加工的填充材料层之间的界面的侵蚀防护件。
8.根据任一前述条款所述的方法，其中沉积填充材料层包括将填充材料层沉积为使得上表面具有与涡轮叶片的前缘的形状互补的形状。
9.根据任一前述条款所述的方法，其中加工填充材料层产生具有经加工的填充材料层的侵蚀防护件，该经加工的填充材料层沿侵蚀防护件的长度具有恒定的厚度。
10.根据任一前述条款所述的方法，其中沉积抗侵蚀材料层产生用于侵蚀防护件的抗侵蚀材料层的近净形状。
11.一种形成防侵蚀涡轮叶片的方法，该方法包括提供与旋转机械一起使用的涡轮叶片，该涡轮叶片包括在涡轮叶片的根部与顶端之间延伸的翼型件，该翼型件包括压力侧和相对的吸力侧，该压力侧和吸力侧中的每一者在前缘与后缘之间延伸；通过使用定向能量沉积(DED)系统沉积填充材料层来形成侵蚀防护件，该填充材料层限定上表面；使用DED系统在填充材料层的上表面上沉积抗侵蚀材料层，界面被限定在填充材料层与抗侵蚀材料层之间并具有上表面的形状；以及对具有沉积在其上的抗侵蚀材料层的填充材料层进行加工，以产生在基部端与前部之间延伸一定长度的侵蚀防护件，该侵蚀防护件具有抗侵蚀材料层、经加工的填充材料层和限定在抗侵蚀材料层与经加工的填充材料层之间的界面，侵蚀防护件的内表面由经加工的填充材料层限定，该经加工的填充材料层的尺寸和形状被设定成用于附接到涡轮叶片的前缘，界面和内表面中的每一者均延伸侵蚀防护件的长度；以及将侵蚀防护件的内表面附接到涡轮叶片的前缘，从而形成防侵蚀涡轮叶片。
12.根据任一前述条款所述的方法，其中将侵蚀防护件的内表面附接到涡轮叶片的前缘包括将侵蚀防护件的内表面焊接到涡轮叶片的前缘。
13.根据任一前述条款所述的方法，其中将侵蚀防护件的内表面焊接到涡轮叶片的前缘包括激光焊、气体保护金属极电弧焊、电子束焊和钨极气体保护电弧焊中的至少一者。
14.根据任一前述条款所述的方法，其中将侵蚀防护件的内表面焊接到涡轮叶片的前缘在不使用附加填充材料的情况下进行。
15.根据任一前述条款所述的方法，其中将侵蚀防护件的内表面焊接到涡轮叶片的前缘在单个制造步骤中执行。
16.根据任一前述条款所述的方法，其中凹入区域形成于涡轮叶片的前缘中靠近顶端，前缘在凹入区域处具有凹入表面，并且将侵蚀防护件的内表面附接到涡轮叶片的前缘包括将内表面附接到凹入表面，使得侵蚀防护件在凹入区域上延伸。
17.根据任一前述条款所述的方法，其中沉积填充材料层包括将填充材料层沉积为使得上表面的形状与凹入表面的形状互补。
18.根据任一前述条款所述的方法，其中加工填充材料层包括将填充材料层加工为使得由经加工的填充材料层限定的内表面的尺寸和形状被设定成用于附接到凹入表面，并且经加工的填充材料层沿侵蚀防护件的长度具有恒定的厚度。
19.根据任一前述条款所述的方法，其中当侵蚀防护件被附接到前缘时，该侵蚀防护件在前缘的一部分上延伸，并且沉积填充材料层包括将填充材料层沉积为使得上表面具有与侵蚀防护件被附接到前缘时在其上延伸的前缘的一部分的形状互补的形状。
20.根据任一前述条款所述的方法，其中沉积抗侵蚀材料层产生用于侵蚀防护件的抗侵蚀材料层的近净形状。
尽管本发明的各种实施方案的具体特征可能在一些附图中示出而在其它附图中未示出，但这仅是为了方便。此外，在以上描述中对“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所述特征的附加实施方案的存在。根据本发明的原理，可以结合任何其它附图的任何特征来引用和/或要求保护附图的任何特征。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其它示例预期在权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种形成与涡轮叶片(300)一起使用的侵蚀防护件(326)的方法，所述方法包括：
使用定向能量沉积(DED)系统(404)来沉积填充材料层(402或328)，所述填充材料层(402或328)限定上表面(416)；
使用所述DED系统(404)在所述填充材料层(402或328)的所述上表面(416)上沉积抗侵蚀材料层(422或330)，界面(340)被限定在所述填充材料层(402或328)与所述抗侵蚀材料层(422)之间并具有所述上表面(416)的形状；以及
加工所述填充材料层(402或328)以产生在基部端(332)与前部(334)之间延伸一定长度的所述侵蚀防护件(326)，所述侵蚀防护件(326)具有所述抗侵蚀材料层(422或330)、所述经加工的填充材料层(328)和限定在所述抗侵蚀材料层与所述经加工的填充材料层之间的所述界面(340)，所述侵蚀防护件(326)的内表面(336)由所述经加工的填充材料层(328)限定，所述经加工的填充材料层的尺寸和形状被设定成用于附接到所述涡轮叶片(300)的前缘(304)，所述界面(340)和所述内表面(336)中的每一者延伸所述侵蚀防护件(326)的所述长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述填充材料层(402或328)和沉积所述抗侵蚀材料层(422或330)各自包括使用电弧线材馈送DED系统、电子束线材馈送DED系统和激光线材馈送DED系统中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述填充材料层(402或328)包括沉积镍铬合金材料层。
4.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述抗侵蚀材料层(422或330)包括沉积钴铬合金层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述填充材料层(402或328)包括将所述填充材料层(402或328)沉积为使得所述上表面(416)具有与所述涡轮叶片(300)的所述前缘(304)的形状互补的形状。
6.根据权利要求1所述的方法，其中加工所述填充材料层(402或328)产生具有所述经加工的填充材料层(328)的所述侵蚀防护件(326)，所述经加工的填充材料层沿所述侵蚀防护件(326)的所述长度具有恒定的厚度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述抗侵蚀材料层(422或330)产生用于所述侵蚀防护件(326)的所述抗侵蚀材料层(330)的近净形状。
8.一种形成防侵蚀涡轮叶片(300)的方法，所述方法包括：
提供与旋转机械(110或210)一起使用的涡轮叶片(300)，所述涡轮叶片(300)包括在所述涡轮叶片(300)的根部(312)与顶端(316)之间延伸的翼型件(302)，所述翼型件(302)包括压力侧(308)和相对的吸力侧(310)，所述压力侧(308)和所述吸力侧(310)中的每一者在前缘(304)与后缘(306)之间延伸；
通过以下方式形成侵蚀防护件(326)：
使用定向能量沉积(DED)系统(404)来沉积填充材料层(402或328)，所述填充材料层(402或328)限定上表面(416)；
使用所述DED系统(404)在所述填充材料层(402或328)的所述上表面(416)上沉积抗侵蚀材料层(422或330)，界面(340)被限定在所述填充材料层(402或328)与所述抗侵蚀材料层(422或330)之间并具有所述上表面(416)的形状；以及
加工所述填充材料层(402或328)以产生在基部端(332)与前部(334)之间延伸一定长度的所述侵蚀防护件(326)，所述侵蚀防护件(326)具有所述抗侵蚀材料层(422或330)、所述经加工的填充材料层(328)和限定在所述抗侵蚀材料层与所述经加工的填充材料层之间的所述界面(340)，
所述侵蚀防护件(326)的内表面(336)由所述经加工的填充材料层(328)限定，所述经加工的填充材料层的尺寸和形状被设定成用于附接到所述涡轮叶片(300)的前缘(304)，所述界面(340)和所述内表面(336)中的每一者延伸所述侵蚀防护件(326)的所述长度；以及
将所述侵蚀防护件(326)的所述内表面(336)附接到所述涡轮叶片(300)的所述前缘(304)，从而形成所述防侵蚀涡轮叶片(300)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述侵蚀防护件(326)的所述内表面(336)附接到所述涡轮叶片(300)的所述前缘(304)包括将所述侵蚀防护件(326)的所述内表面(336)焊接到所述涡轮叶片(300)的所述前缘(304)，其中将所述侵蚀防护件(326)的所述内表面(336)焊接到所述涡轮叶片(300)的所述前缘(304)包括激光焊、气体保护金属极电弧焊、电子束焊和钨极气体保护电弧焊中的至少一者。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述侵蚀防护件(326)的所述内表面(336)焊接到所述涡轮叶片(300)的所述前缘(304)在不使用附加填充材料的情况下进行。
11.根据权利要求9所述的方法，其中将所述侵蚀防护件(326)的所述内表面(336)焊接到所述涡轮叶片(300)的所述前缘(304)在单个制造步骤中执行。
12.根据权利要求8所述的方法，其中凹入区域(318)形成于所述涡轮叶片(300)的所述前缘(304)中靠近所述顶端(316)，所述前缘(304)在所述凹入区域(318)处具有凹入表面(320)，并且将所述侵蚀防护件(326)的所述内表面(336)附接到所述涡轮叶片(300)的所述前缘(304)包括将所述内表面(336)附接到所述凹入表面(320)，使得所述侵蚀防护件(326)在所述凹入区域(318)上延伸。
13.根据权利要求12所述的方法，其中沉积所述填充材料层(402或328)包括将所述填充材料层(402或328)沉积为使得所述上表面(416)的所述形状与所述凹入表面(320)的形状互补，并且加工所述填充材料层(402或328)包括将所述填充材料层(402或328)加工为使得由所述经加工的填充材料层(328)限定的所述内表面(336)的尺寸和形状被设定成用于附接到所述凹入表面(320)，并且所述经加工的填充材料层(328)沿所述侵蚀防护件(326)的所述长度具有恒定的厚度。
14.根据权利要求8所述的方法，其中当所述侵蚀防护件(326)被附接到所述前缘(304)时，所述侵蚀防护件(326)在所述前缘(304)的一部分上延伸，并且沉积所述填充材料层(402或328)包括将所述填充材料层(402或328)沉积为使得所述上表面(416)具有与所述侵蚀防护件(326)被附接到所述前缘(304)时在其上延伸的所述前缘(304)的一部分的形状互补的形状。
15.根据权利要求8所述的方法，其中沉积所述抗侵蚀材料层(330)产生用于所述侵蚀防护件(326)的所述抗侵蚀材料层(330)的近净形状。
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