桨叶及其制造方法、包括桨叶的低压压缩机和涡轮喷气发动机风扇技术

本发明专利技术的机械构件（５０）具有主方向，沿着主方向扩展形成内芯（５２）的中心区域以及形成外壳（５４）的外围区域，外壳（５４）包围所述内芯（５２），所述内芯（５２）和所述外壳（５４）相互之间呈现为冶金结合，所述内芯（５２）由呈现为至少一个金属基体的第一材料制成，并且所述外壳（５４）由呈现为至少一个金属基体的第二材料制成。构件的特征在于第一和第二材料的所述金属基体具有相同基底金属，并且所述第一和第二材料中至少之一由包含分散在所述金属基体内的增强成分的金属基体复合材料制成。构件优选地用作低压压缩机的风扇桨叶。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及获得一种机械构件，该构件具有一个主方向，沿着主方向扩展形成内芯的中心区域以及扩展形成外壳的外围区域，外壳包围所述内芯，所述内芯和所述外壳相互之间呈现为冶金结合，所述内芯由呈现为至少一个金属基体(matrix)的第一材料制成，并且所述外壳由呈现为至少一个金属基体的第二材料制成。更精确地，本专利技术涉及到—由两部分制成的机械构件，两部分包括呈现为至少一个金属基体的第一材料制成的内芯和由呈现为至少一个金属基体的第二材料制成外壳或者护套；以及—可以获得上面指定机械构件的制造方法，通过执行这种方法，可以获得机械构件。特别地，以非限定性方式，本专利技术涉及到获得机械构件，该机械构件中第一材料和/或第二材料的金属基体呈现为以铝作基底金属。在优选的但非限定性应用中，本专利技术涉及到一种机械构件，该机械构件用于航空领域，特别在压缩机的移动桨叶和静止叶片中，特别在低压压缩机，或者用作涡轮喷气发动机的风扇桨叶。不过，本专利技术不限于制作桨叶或者叶片，也不单独用于航空领域可以设想其他类型机械构件，特别在机床或者在汽车工业，例如外壳、管子、气缸或者刹车的耐磨构件。
技术介绍
具体地，不同类型的应用中需要不断地降低重量和呈现良好的机械强度特性以及抵抗高温的能力。因此，特别在航空领域，更精确地在涡轮喷气发动机中，材料需要具有良好的机械强度特性和抵抗高温的能力，特别在制造静止叶片和/或移动桨叶中。目前，为了达到这个目的，钛合金得到广泛应用，从而要特别地忍受高原材料成本的缺点，并且有时其重量过大。寻求使由钛制成的构件中空以减轻结构重量的解决方案也在应用，因此也需要制造技术相对复杂并且昂贵。可以参考美国专利6 218 026，该专利提出用两种不同钛合金特别地配制成一种混合机械构件，两种不同钛合金各自布置在构件的内部分和外部分。参照现有技术文档，内部分和外部分通过由热等静压获得的冶金结合连接在一起。无论如何，目标是获得机械构件，机械构件内部分的弹性模量大于外部分的弹性模量以在不明显改变其密度的情况下提高机械性能。不过，从机械构件的重量角度以及从原材料成本角度讲，钛合金的应用也是不合乎要求的，假使热等静压技术执行起来是昂贵的。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提出一种机械构件以及提出应用容易执行的冶金技术来制造该构件的方法以减少那些现有技术的缺点。一方面，本专利技术因此提供一种机械构件，该构件具有主方向，沿着主方向扩展形成内芯的中心区域以及形成外壳的外围区域，外壳包围所述内芯，所述内芯和所述外壳相互之间呈现为冶金结合，所述内芯由呈现为至少一个金属基体的第一材料制成，并且所述外壳由呈现为至少一个金属基体的第二材料制成。构件的特征在于，所述第一和第二材料的金属基体基于相同金属，并且所述第一和第二材料中至少之一由包含分散在所述金属基体内的增强成分的金属基体复合材料制成。这样，可以理解获得呈现为内芯和涂层的构件是可能的，在内芯和涂层之间界面由质量良好的物理—化学结合构成。质量良好是因为都基于相同的基底金属的第一和第二材料的相似性所至。形成可以参考作为“复合”构件的单一构件的两种材料的界面的特性是非常重要的，特别当至少一种材料是金属基体复合材料时应用相同的材料作为第一和第二材料复合材料的基体，在获得两者之间形成高机械强度冶金结合的内芯和外壳方面是非常重要的。此外，因为在所述第一和第二材料中至少之一内存在增强成分，这种安排使需要增强的部分得到增强以提高其机械强度以及抵抗高温的能力成为可能，同时还保持与金属基体相似的整体密度。附带地，应该注意到，取决于这种机械构件的扩展应用，第一和第二材料(内芯和外壳)之一或者第一和第二材料(内芯和外壳)都由在其内分散有增强成分的金属基体构成。在第一种情况中，第一材料的复合材料与第二材料的复合材料不同，至少关于增强成分的数量不同。在独立或者复合中，下列布置优选地采用—所述基底金属是铝；—所述第一和第二材料的金属基体分别由第一合金和第二合金构成，所述第一合金和第二合金从ASTM标准系列2000、5000、6000或7000中的铝基合金中选择。优选地，所述第一合金和第二合金从ASTM标准系列2000、5000、6000或7000中的铝基合金相同系列中选择，特别从2000系列；—所述增强成分是碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)、或者金属碳化物例如钨、硼、钛碳化物的微粒；—所述增强成分的重量不超过所述金属基体复合材料组分重量的50％；优选地，增强成分的重量为所述金属基体构成的复合材料重量的5％到35％，更优选地为10％到20％，最优选地为15％；—所述第一和第二材料之一由包含分散在所述金属基体内的增强成分的金属基体复合材料制成，第一和第二材料的另外一个仅由所述金属基体制成；—所述第一材料仅由所述金属基体制成，金属基体以铝作为基底金属，所述第二材料由包含分散在所述金属基体内的增强成分的金属基体复合材料制成，所述金属基体以铝作为基底金属并且所述增强成分由碳化硅微粒制成这样优选是为了从Al/SiC可以抵抗腐蚀和冲击的良好性能以及其更大的刚度中受益；—所述第一和第二材料由包含分散在所述金属基体内的增强成分的金属基体复合材料制成，所述增强成分在所述内芯和外壳的金属基体复合材料组分中呈现不同的重量百分比；—所述增强成分在金属基体复合材料组分中呈现的重量百分比在第一材料和第二材料中从所述内芯的中心到所述外壳的外围逐渐变化；—对于所述增强成分，所述第一材料具有的所述金属基体复合材料组分的重量百分比大于在第二材料中的百分比；—对于所述增强成分，所述第二材料具有的所述金属基体复合材料组分的重量百分比大于在第一材料中的百分比。优选地但非限定性地，应用本专利技术的金属构件，所述金属构件构成一个桨叶。这样的桨叶可以属于一个压缩机，特别是低压压缩机，并且可能构成一个静止叶片或者移动桨叶。相似地，这样的桨叶可以用来制成涡轮喷气发动机的风扇。另外一方面，本专利技术提供一种制造这种机械构件的方法，通过执行这种方法，可以获得上面指定的机械构件。总之，本专利技术的制造方法通过执行下列步骤来获得机械构件a)压缩以制成包含内芯和外壳的半成品，所述内芯和所述外壳相互之间呈现为冶金结合，所述内芯由呈现为至少一个金属基体的第一材料制成，并且所述外壳由呈现为至少一个金属基体的第二材料制成，第一和第二材料的所述金属基体具有相同基底金属，并且所述第一和第二材料中至少之一由包含分散在所述金属基体内的增强成分的金属基体复合材料制成；b)锻造半成品以获得坯件；并且c)机加工所述坯件以提供形成所述机械构件的成品。步骤a)可以以不在本专利技术范围内的方式执行。在第一解决方案中，所述步骤a)包括通过粉末冶金技术结合地形成内芯和外壳。在该技术中，在基体内压缩粉末并接着应用“烧结”热处理，获得直接构成半成品的金属构件是可能的。第一解决方案特别适合于希望获得机械构件，在该机械构件中所述增强成分占所述金属基体复合材料组分的重量百分比在所述第一材料(内芯)和第二材料(外壳)中从所述内芯的中心到所述外壳的外围是变化的，变化可以是从中心开始减少或者从中心开始增加，例如从最小0％到10％，并且最大不能超过重量的50％。不过，第一解决方案并不限定于上面的情况，并且可以应用于下面提到的两种情况—所述第一和第二材料由包含分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械构件（５０，１１０），它具有主方向，沿着主方向扩展形成内芯（５２）的中心区域以及形成外壳（５４）的外围区域，外壳（５４）包围所述内芯（５２），所述内芯（５２）和所述外壳（５４）相互之间呈现为冶金结合，所述内芯（５４）由呈现为至少一个金属基体的第一材料制成，并且所述外壳（５４）由呈现为至少一个金属基体的第二材料制成，构件的特征在于，第一和第二材料的所述金属基体具有相同的基底金属，并且所述第一和第二材料中至少之一由包含分散在所述金属基体中的增强成分的金属基体复合材料制成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊莎贝尔佩斯莱尔布，雅克彻芬，阿内特恩艾斯，
申请(专利权)人：斯奈克玛公司，福尔热德博洛涅公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]