一种用于随着熔池(28)在熔化的熔渣层(30)下方固化而生长基底(24)的方法。能量束(36)被用来熔化在熔渣层以下的粉末(32)或具有粉末状合金芯(44)的中空供给丝(42)。熔渣层对能量束是至少部分透明的(37)，并且其对能量束可以是部分光学吸收的或半透明的从而吸收足够以保持熔融的能量。正如传统的ESW过程，熔渣层隔离融化的材料并屏蔽该熔融材料与空气的反应。粉末的组成可以跨生成的部件(60)的固化轴线(A)而被改变以提供功能梯度定向固化的产品。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 本申请要求于2013年1月31日递交的美国临时专利申请号61/758, 795的权益。
本专利技术通常涉及材料
，更具体地涉及使用能量束熔化供给材料的添加方 法，并且在一个实施例中涉及用于使用激光热源沉积金属的方法。
技术介绍
电渣焊（ESW)是一种传统的方法。ESW通过连续使电流通过一个或多个供给金属 丝、经由熔化的和导电的熔渣到基底表面以生成熔化的合金池。在该过程中没有电弧，但在 熔渣和金属中的电阻生成热量并且连续地熔化供给金属，由此加入熔化的金属池。随着熔 池的深度增大，在该池的底部的金属被冷却并且在竖直方向上固化，由此向基底加入新铸 造的材料。这种类型的方法通常被用来接合非常厚的板，诸如用于桥梁或储油罐。在那些 应用中，正在被接合的板的边缘含有熔池的两个侧面并且水冷铜滑块被用来含有其它两个 侧面。 电渣焊的缺点是通常由初始硬件设置所固定的填充金属和电能的递送缺乏灵活 性。这使得一旦它正在进行则难以优化热分布、改变填充金属、或以其它方式修改该方法。 其结果是，ESW不是普遍被用来修复现有部件的方法。【附图说明】 本专利技术根据附图在以下描述中进行解释，该幅图示出了： 图1是根据本专利技术的各个方面操作的装置的示意性前剖面图。 图2是根据本专利技术的第二实施例操作的装置的示意性前剖面图。 图3是根据本专利技术的第三实施例操作的装置的示意性前剖面图。 图4是根据本专利技术的方面的燃气涡轮发动机叶片的剖面图。 图5是根据本专利技术的方面的材料沉积过程的示意性前剖面图。【具体实施方式】 图1示出了根据本专利技术的各个方面操作的装置20。该装置包括模具22,它例如可 以是具有或不具有冷却和/或加热的水冷铜模或耐熔金属或陶瓷模具。合金基底24被沉 积及累积在模具22上。随着金属合金熔池28在熔化的熔渣层30下方固化，合金基底24 可以单轴地26生长。合金粉末32可以通过供给设备34被沉积到熔渣层30上或喷到熔渣 层30中。合金粉末32可通过熔化的熔渣层30的表面张力被喷洒，或者合金粉末32可以 在熔化之前或熔化期间由于其重量而浸没。激光束36沿着一个或多个路径38被引导，如 后所述，其可以被扫描并光栅化以便于形成期望的熔融区域。 本专利技术施加诸如激光能量36之类的能量束到粉末32以添加至熔池28,用于修复、 焊接或制作。覆盖熔池28的熔渣层30对激光能量至少是部分透射的。正如传统的ESW过 程，熔渣层30隔离熔融金属28并屏蔽该熔融材料与空气的反应。熔渣材料可以被选择用 于与空气进行低反应。以合金粉末32形式的填充金属（用于熔池的给料）被供给到池中， 由激光能量熔化并且被允许固化以添加至合金基底24。熔渣可以是对激光能量部分地光 学吸收的或半透明的以从激光36吸收足够的能量从而保持熔融。熔渣层30提供针对熔池 28的热绝缘并且可以保持被熔化的金属28充分加热，而不需要像在一些实施例中是对激 光能量部分吸收的。 图2示出了在其中给料以丝或带的形式提供的实施例40,该给料诸如为具有可含 有期望的合金24的成分的粉末状合金芯44的中空供给丝42。一些超合金难以制作成丝但 作为粉末可用。中空丝42可以从期望的合金的可挤出的子集来制作，其中粉末的芯44含 有剩余的成分。例如，NiCoCrAIY超合金可能难以提取或挤出成丝。然而，镍丝可以利用含 有Co、Cr、A1和Y的粉末的中空芯制成。这些粉末可以由以合金的形式和/或作为元素或 化合物形式的颗粒形成。焊剂材料和/或其它熔渣增强成分也可以被包含在芯中。在熔池 中的成分的混合可以通过熔融物的电磁搅拌和/或通过供给丝的搅拌运动或振动或其它 方式加以改进。这样的混合改进了合金24中的成分比例的均匀性，并加速熔渣和释放的气 体从熔池30的分离。 在另一实施例中，供给丝和粉末状金属的组合可以作为供给材料被使用。粉末状 给料的组成可以在加工期间通过调节到粉末供给件34的供应或者通过调节多个粉末供给 件而被改变，以便于形成具有梯度组成的成品金属修复层或制作。 柔性激光光学器件沿着期望的加热路径38移动激光束36,并且在其沿着路径行 进时可以使激光束横向于该路径进行扫描，或者可以使激光束遵循预定义的矢量进行扫 描，并可以光栅扫描激光束（在通过连续的并行扫描正在被绘制的形状的边缘处开启/关 闭）。激光扫描是激光束的例如使用移动反射镜或棱镜或其它器件的受控偏转。这提供了 自定义可编程的、无限形状的光能量束，促进了针对每个应用的每个部分的最佳能量整形。 在加工过程中其允许改变光束曝光区域的形状而不停止，其适应正在被修复的表面或者正 在被焊接的接合的变化。电渣焊不能利用相同的灵活性和控制能力做到这一点，因为在ESW 中所生成的热能的形状主要是由在加工期间更难且更慢连续地控制的（多个）供给丝的形 状和布置或者通过改变难以控制的熔融物和熔渣中的电阻的分布而确定的。 熔渣层30通过最初沉积粉末状焊剂材料的层并且然后加热及熔化该焊剂材料以 形成熔化的熔渣层30而被形成。用于本专利技术的实施例的加工金属合金的熔渣/焊剂材料 可以包括以下特性： 1、在低于该金属合金的熔点（例如小于1260°c )的温度被熔化。这在来自下面的 熔化的金属的热量基本上保持熔渣的覆盖层处于熔融状态的情况下是有用的。 2、可替代地，在金属合金的熔点处或适度高于该熔点的温度被融化。这在除了能 量从熔化的金属被吸收以外来自激光的附加能量也被熔渣吸收以将它维持在升高的温度 的情况下是有用的。 3、对激光波长完全透射或者至少部分光学透射以不吸收激光能量或者足够的激 光能量从而保持恪融。 4、将熔化的金属从与空气的反应中屏蔽。 5、是不与空气反应的，除非惰性气体的表面屏蔽提供了这样的保护。 满足这些要求的材料包含用来制造纤维、透镜、和用于金属加工激光的窗，以及磷 酸盐、硅酸盐和ZBLAN玻璃的至少一些材料。示例列于下面的表1中： 表 1 在该表中的透射的波长是针对固体材料的。用于流体材料的等效数据不可用一一 可能是因为没有人考虑在液体状态下使用这种材料。一些材料具有在液态下改进的透光 率。例如，氦氖激光束具有通过固体冰相对较弱的透射率；然而，它具有通过液体水的高透 射率。由William J. O'Sullivan发表（NASA Langley)的另一个示例是在玻璃板之间包括 一层石蜡的可变透明壁。当暴露到强光时，本不透明的或半透明的石蜡熔化并变得透光，从 而允许该壁自调节其温度。以上引用的ZBLAN玻璃的族具有优于硅石的透射率并且具有用 于激光光纤应用的潜力，但仅当该材料可在没有微晶的情况下被制造时。这样的制造可能 仅在零重力下是可能的。然而，在考虑用于本专利技术的液体状态时，材料将不具有微晶并预期 有优越的透射率。此外，使用ZBLAN玻璃通常被其脆弱性限制，当如本文公开的以粉末和液 体形式使用时这不是一个问题。 对于本申请可使用的超合金包括但不限于：CM247、Rene 80、Rene 142、Rene N5， Inconel 7183750、738、792 和 939、？歡 1483 和 1484、〇2634〇丫768、〇15父-4和父45。根据 本专利技术，甚至传统上被认为是不可焊接的超合金（即，多于3wt%的铝和/或多于6wt%本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种方法，包括将能量束引导通过对所述能量束部分地透射的熔化的熔渣层，以便于熔化供给材料以用于在所述熔渣层以下固化和沉积到基底上。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·J·布鲁克，A·卡梅尔，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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