制作热等静压包套以及使用该包套来生产预成型件的热等静压工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种热等静压方法，在该方法中，固结第一粉末材料以形成封闭的多孔包套，该封闭的多孔包套在其内具有空腔，同时使第二粉末材料保持未固结并被封装在所述封闭的多孔包套的空腔内。将所述封闭的多孔包套的空腔抽真空，并使得该封闭的多孔包套致密化，成为气密封的包套，对所述气密封的包套以及封装在所述气密封的包套中的未固结的粉末材料进行热等静压。本发明专利技术还涉及用来形成其内有粉末材料的封闭包套的方法，该内有粉末材料的封闭包套用于热等静压。

Hot isostatic pressing process for producing hot isostatic pressure package and using the package to produce preformed parts

The invention relates to a hot isostatic pressing method, in this method, the consolidation of powder material to form a closed porous bag, the bag has a porous closed cavity inside, and the second powder materials remain unconsolidated and encapsulated in the sealed porous bag cavity. The cavity of the closed porous package is vacuumed, and the closed porous package is densified to become a gas seal package. The gas sealed package and the unconsolidated powder material encapsulated in the gas sealed package are subjected to hot isostatic pressing. The invention also relates to a method for forming a closed package with powder material in it, the enclosed cladding of the powder material is used for hot isostatic pressure.

【技术实现步骤摘要】
制作热等静压包套以及使用该包套来生产预成型件的热等静压工艺
本专利技术涉及一种用于制作热等静压包套的方法，以及使用该包套来生产预成型件的热等静压工艺。
技术介绍
热等静压(HotIsostaticPressing,HIP)涉及将一个物体置于高温等静压的密闭外壳中，使该物体发生塑性变形。在金属手册的第9版卷7第419页，将HIP定义为“一种在高温下将高等静压施加到粉末零件或压块上来使颗粒粘结的材料加工技术”。通过减少金属的孔隙率或提高诸多陶瓷材料的密度，HIP被广泛应用于致密化通过铸造、粉末冶金、陶瓷工艺等工艺形成的部件。HIP也可作为一种将金属粉末固结成致密件的制造工艺。具体地，将粉末材料置于一个包套中，在热等静压过程中该包套作为所述粉末材料和周围加压介质之间的压力变送器。所述包套包括用于容纳所述粉末材料的内腔、以及至少一个入口设置来让粉末材料从其中进入所述内腔并在进行热等静压之前让内腔中的气体从其中排出。在将所述粉末材料填充到所述包套中后，所述包套的入口被连接到一个真空泵以抽出包套中的气体。然后包套通过一个后处理步骤，如热卷边(hotcrimping)来实现气密封。填充了粉末材料的气密封包套通过热等静压来形成致密的物体。具体地，可将所述包套置于一个压力室中，并加热至包套内粉末材料形成冶金结合所需的温度。包套形变且包套内的粉末材料被压缩。等静压后，用机械加工和/或化学溶解的方法将包套从所述物体上除去。有时，为了获得一个复杂几何形状的物体，就需要一个复杂几何形状的HIP包套。在这样的情形下，所述包套制造将变得非常昂贵且费时。另外，就一些复杂的包套而言，可能难以在其整个内部完全填充满粉末材料，因为在粉末材料进入到包套后难以在其内部平移。此外，填充粉末到包套的过程也是一种污染的来源，这可能会导致整个HIP过程的失败。因此，希望提供新的热等静压方法或工艺，其可消除及减轻现有技术中至少一个缺点。
技术实现思路
一方面，一种方法包括：固结第一粉末材料以形成封闭的多孔包套，该封闭的多孔包套在其内具有空腔，同时使第二粉末材料保持未固结并被封装在所述封闭的多孔包套的空腔内；将所述封闭的多孔包套的空腔抽真空，并使得该封闭的多孔包套致密化，成为气密封的包套；及热等静压所述气密封的包套和封装在所述气密封的包套中的未固结的粉末材料。另一方面，一种用来形成用于热等静压的其内有粉末材料的封闭包套的方法包括：固结第一粉末材料以形成封闭的多孔包套，该封闭的多孔包套在其内具有空腔，同时使第二粉末材料保持未固结并被封装在所述封闭的多孔包套的空腔内；将所述封闭的多孔包套的空腔抽真空，并使得该封闭的多孔包套致密化，成为用于热等静压的气密封的包套。又一方面，一种方法包括：建立一个预定几何形状的外层的三维模型，其中所述预定几何形状包括目标产物的几何形状和一定的几何补偿；逐层堆积粉末材料，同时基于所述外层的三维模型固结所述粉末材料的第一部分以形成所述外层，并且使得所述粉末材料第二部分保持未固结并被封装在所述外层内；将所述外层的内部抽真空，并使得所述外层致密化成气密封的包套；及热等静压所述气密封的包套和封装在所述气密封的包套中的未固结的粉末材料。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：图1A显示了根据本专利技术的一个实施例的热等静压(HIP)工艺的目标产品的立体图。图1B显示了图1A所示的目标产品的垂直纵向截面图。图2显示了一个预定的几何形状，其包括图1B所示的目标产物的几何形状和一定的几何补偿。图3A显示了一个使用粘合剂喷射型3D打印机来形成图2所示的预定几何形状的外层来作为HIP包套的工艺。图3B显示了一个由图3A所示的工艺制得的填充有未固结粉末的HIP包套。图4A显示了将图3B所示的填充有未固结粉末的HIP包套置于高压釜中进行真空渗入以使该包套致密化。图4B显示了图4A所获得的填充有未固结粉末的致密化的包套。图5A显示了对图4B所示的填充有未固结粉末的致密化的包套进行HIP处理。图5B显示了图5A所获得的HIP产物。具体实施方式以下将对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。除非另作定义，在本文中使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分或元件。本文中使用的“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在提及项目(例如成分)中的至少一个，并且包括提及项目的组合可以存在的情况。“包括”、“包含”、“具有”、或“含有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围内。本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。此外，在“大约第一数值到第二数值”的表述中，“大约”同时修正第一数值和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。本文中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。比如，像温度、气压、时间等类似的组件的数量和过程的数值等，当我们说1到90时，指代的是例如15到85、22到68、43到51、30到32等类似的枚举数值。当数值小于1时，一个单位可以是0.0001、0.001、0.01或0.1。这里只是做为特殊举例来说明。在本文中列举出的数字是指用类似的方法得到的在最大值和最小值之间的所有可能的数值组合。本专利技术的实施例涉及一种用于形成热等静压(HIP)包套的方法，其通过逐层固结第一粉末材料形成该包套，同时在形成该包套的过程中，留下一些未固结的第二粉末材料封装于该包套中。所述包套的外观形状是封闭的，即其内具有至少一个封闭的空腔，用来容纳所述未固结的第二粉末材料，而包套的实体部分具有多孔的微观结构，使得气体可通过包套的微孔排出。因此，此方法并不需要再设置一个用来将粉末材料引入包套的入口或用来将包套中的气体排出的出口。其中，所述包套的“微孔”是指形成所述包套的材料颗粒间的空隙，尺寸一般在微米级。在一些实施例中，可用相同的粉末材料来制作所述包套以及HIP产品，在逐层堆积所述粉末材料的过程中，通过如增材制造等制造工艺将粉末材料的一部分固结，而另一部分粉末材料保持为未固结的松散状态。所述固结部分形成一个封闭包套时，被该包套封装其内的粉末仍保持松散状态。通过在包套上的微孔对封闭包套内部进行抽真空，然后将该包套上的微孔封住，可获得填充了用于HIP的粉末材料的气密封包套。所述气密封包套和气密封包套内的粉末材料可通过热等静压形成目标产品的预成型件。该气密封包套成为所述预成型件的外层。在热等静压后，可通过机械加工和/或化学溶解的方法将该包套(即所述预成型件的外层)从预成型件上除去。本文所述的“本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其特征在于，其包括：固结第一粉末材料以形成封闭的多孔包套，该封闭的多孔包套在其内具有空腔，同时使第二粉末材料保持未固结并被封装在所述封闭的多孔包套的空腔内；将所述封闭的多孔包套的空腔抽真空，并使得该封闭的多孔包套致密化，成为气密封的包套；及热等静压所述气密封的包套和封装在所述气密封的包套内的未固结的粉末材料。

【技术特征摘要】
1.一种方法，其特征在于，其包括：固结第一粉末材料以形成封闭的多孔包套，该封闭的多孔包套在其内具有空腔，同时使第二粉末材料保持未固结并被封装在所述封闭的多孔包套的空腔内；将所述封闭的多孔包套的空腔抽真空，并使得该封闭的多孔包套致密化，成为气密封的包套；及热等静压所述气密封的包套和封装在所述气密封的包套内的未固结的粉末材料。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一粉末材料是通过增材制造工艺进行固结的。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述增材制造工艺包括喷墨打印工艺。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述固结第一粉末材料以形成封闭的多孔包套的步骤包括向所述第一粉末材料添加粘合剂。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述固结第一粉末材料以形成封闭的多孔包套，同时使第二粉末材料保持未固结并被封装在所述封闭的多孔包套内的步骤包括逐层堆积所述第一和第二粉末材料。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二粉末材料包括金属粉末，所述金属包括钛、铝、镍、钢和超合金中的至少一种。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述使多孔包套致密化的步骤包括用渗入材料对所述多孔包套进行渗入，其中所述渗入材料用来对所述多孔包套的微孔进行物理填充，和/或与形成所述包套的材料中的一种或多种元素反应而形成新材料。8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：形成一个预成型件。9.如权利要求8所述的方法，其中，所述在其内封装有未固结的粉末材料的气密封的包套具有预定的几何形状，该预定的几何形状包括所述预成型件的几何形状和几何补偿。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，戴夫·艾伯特，吴志玮，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US