具有冷却效应的高γ′超级合金的激光金属沉积制造技术

一种由基础材料（10）增材制造或修复部件的系统（100）和方法（1000）。所述系统可以包括激光金属沉积（LMD）系统（200），其可操作地连接到用于在沉积在基础材料上的熔池中的增材材料的激光加工期间冷却（300）基础材料的装置。所述LMD系统包括激光能量源（202），所述激光能量源（202）被配置成朝向所述基础材料引导激光能量以在其上形成熔池并且加工所沉积的增材材料以在固化时在基础材料上形成若干层。用于冷却的装置可以被配置成在LMD过程期间使基础材料冷却到冷却温度范围内，这导致例如冷却/冷冻效应。此冷却效应缩短激光加工期间的固化周期，并且允许焊接热量从基础材料释放。

Laser metal deposition of high \u03b3 'superalloy with cooling effect

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有冷却效应的高γ′超级合金的激光金属沉积
本公开总体涉及材料技术的领域，并且更特定来说涉及使用具有冷却效应的高γ′超级合金的激光金属沉积的增材制造和修复方法。
技术介绍
由于优化这些合金以实现的高强度（以及对应的低延展性），超级合金的焊接提出多种技术挑战。正应用热源（例如激光和电弧）来构建增材制造的（AM）部分或修复受损的超级合金部件。令人遗憾的是，这些合金在例如激光金属沉积（LMD）过程和后续热处理期间非常易于热裂。室温下焊接期间的热裂通常发生在熔池中的固液界面处，这在结构上危害AM或经修复部件的完整性。因此，仍然需要在焊接期间抑制热裂发生的LMD系统或过程。
技术实现思路
应了解，本专利技术人已经认识到上述限制，并且现在公开一种例如通过利用冷却效应（例如，深度冷却效应）以及后续钎焊的高γ′超级合金的新的激光金属沉积过程。在一个示例性实施例中，提供一种由基础材料增材制造（AMR）或修复超级合金部件的系统。所述AMR系统可以至少包括激光金属沉积（LMD）系统，所述激光金属沉积（LMD）系统可操作地连接到用于在增材材料在基础材料上的激光加工累积期间冷却所述基础材料的装置。所述LMD系统可以包括激光能量源，所述激光能量源可操作地配置成朝向所述基础材料引导激光能量以在其上形成熔池。所述激光能量加工沉积到所述熔池中（例如，基础材料上）的增材材料以在固化时形成增材材料的若干层。用于冷却所述基础材料的装置可以被配置成例如经由冷却介质将基础材料冷却到在激光加工期间导致例如基础材料的冷却/冷冻效应的冷却温度范围内的所期望的温度，这可以导致激光加工期间的较短固化周期。应了解，所期望的温度范围可以是所使用的冷却介质的类型（例如，液氮、液氩等等）特有的，并且应该是至少部分由于基础材料的冷却/冷冻效应而允许焊接热量在激光加工期间从所述基础材料释放的温度范围内的温度。对于液氮，冷却范围的示例可以是-100°C至-150°C；对于液氩，冷却范围的示例可以是-100°C至-150°C。另外地或可替代地，应了解，除了所述范围基于所利用的冷却介质的类型变化以外或者代替所述范围基于所利用的冷却介质的类型变化，所述范围可以取决于施加到基础材料和/或基础材料的成分的热量（例如，高温）。例如，具有较高熔化温度的基础材料在激光加工期间可能需要更多热量，这可能需要更深度的冷却范围（即，较低范围），以便在激光加工期间从基础材料释放任何焊接热量。换句话说，所期望的冷却范围可以部分基于冷却介质类型、来自激光能量源的热温度以及基础材料类型中的一者或更多者。在另一示例性实施例中，提供一种增材制造或修复方法。所述方法可以包括将基础材料衬底（BMS）例如提供在器皿中，以及制备所述BMS以用于激光金属沉积（LMD）加工。所述方法还可以包括例如经由冷却装置将BMS冷却到导致BMS经历冷却或冷冻效应以从BMS释放焊接热量的冷却温度范围内的温度。应了解，可以贯穿整个LMD过程维持冷却温度，并且如果需要，则部分基于冷却装置的冷却介质或BMS中的一者或更多者的温度对其进行调节。在冷却BMS时，BMS或BMS的至少若干部分可以经历激光加工以在BMS上形成增材材料的若干层以完成所期望的部件。附图说明为了更完整地理解本公开及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中相似的附图标记表示相似的对象，并且其中：图1示意性地示出根据本文中提供的公开的用于经由激光金属沉积（LMD）增材制造和/或修复超级合金部件的系统；并且图2示出根据本文中提供的公开的增材制造或修复过程的框图。具体实施方式下文中描述为构成各种实施例的部件和材料旨在是说明性且不是限制性的。将实施与本文中描述的材料相同或类似的功能的许多合适部件和材料旨在包括在本专利技术的实施例的范围内。本专利技术人已经开发出一种新颖的增材制造（AM）和/或修复方法，其涉及激光金属沉积（LMD）过程的变体，其中冷却系统（例如，深度冷却系统）与LMD系统组合以冷却超级合金基础材料/衬底/部件（例如，燃气涡轮机叶片、导叶、叶片表面等等），并且减少或完全消除在焊接过程或后续热处理期间发生的热裂。现在参考附图，其中所述附图仅出于示出本文中的主题的实施例并且不限制其的目的，图1示出经由激光金属沉积（LMD）由基础材料/衬底增材制造部件和/或修复超级合金部件10的系统100。系统100可以包括LMD系统200，LMD系统200用于经由激光能量源202向下面的衬底施加激光能量，并且用于将增材/累积材料沉积到由激光能量形成的下面的/基础衬底10的熔池中（或累积材料的固化层上）以形成累积材料的若干层，从而用于制造或修复所期望的超级合金部件，例如，叶片、叶片平台侧面（示出在图1中）、叶片尖端、导叶或其它部件。激光能量源202可以可操作地配置成从其并且朝向基础材料10引导或发射激光能量以便熔化基础材料10的若干部分（或先前固化的累积层）以形成熔池。另外地或可替代地，LMD系统200还可以包括激光沉积工具210，激光沉积工具210可操作地连接到激光能量源202，并且在激光能量源202附近或可操作地耦接到激光能量源202以便将累积（增材）材料沉积到由激光能量形成的熔池中和基础材料10上。另外地或可替代地，激光能量源202可以可操作地配置成充当激光沉积工具，以用于将累积材料沉积到熔池中。即，除了经由沉积工具210沉积以外或者代替经由沉积工具210沉积，增材材料可以经由激光能量源202或者更特定来说经由连接到与激光能量源202共享的壳体的馈送管线224来沉积。LMD系统可以进一步包括一个或更多个粉末馈送系统（220、222）或者可操作地连接到一个或更多个粉末馈送系统（220、222）。粉末馈送系统220、222可以被配置成将累积材料馈送（递送）到激光能量源202或激光沉积工具210中的一者或更多者，以用于将累积材料沉积到熔池中和/或基础材料10上以形成增材材料的若干层，以便形成所期望的部件。累积（增材）材料可以包括例如基础合金粉末材料，其可以包括形成基础材料10相同或类似的材料。所述基础金属粉末可以经由粉末馈送系统（220）馈送通过LMD系统200，并且在LMD过程期间沉积到熔池中或基础衬底10上。累积材料还可以包括钎焊合金粉末材料等等，其可以经由与基础金属粉末相同的馈送系统或者其自己的粉末馈送系统（222）馈送通过激光能量源202，并且沉积到熔池中或下面的衬底10上，用于在LMD过程期间通过例如激光能量进行激光加工。粉末馈送系统220可以经由用于将来自例如材料容器的累积材料馈送到下面的衬底10的一个或更多个馈送管线224可操作地连接到LMD系统200、或者更特定来说激光沉积工具210。另外地或可替代地，控制器（未示出）可以可操作地连接到LMD系统200或粉末馈送系统220中的一者或两者，并且可以被配置成控制累积材料在LMD过程期间通过例如激光工具210的馈送速率。在LMD过程期间沉积的累积材料（例如，基础合金材料和钎焊合金材料）中的每一者可以由其自己的粉末馈送系统220本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于由基础材料（10）增材制造或修复超级合金部件的系统（100），其包括：/n激光金属沉积（LMD）系统（200），所述激光金属沉积（LMD）系统（200）包括：/n激光能量源（202），所述激光能量源（202）可操作地配置成朝向所述基础材料引导激光能量，以用于在其上形成熔池并且用于激光加工沉积到所述熔池中的增材材料，以便在所述基础材料上形成一层增材材料；以及/n用于在激光加工期间冷却（300）所述基础材料的装置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于由基础材料（10）增材制造或修复超级合金部件的系统（100），其包括：
激光金属沉积（LMD）系统（200），所述激光金属沉积（LMD）系统（200）包括：
激光能量源（202），所述激光能量源（202）可操作地配置成朝向所述基础材料引导激光能量，以用于在其上形成熔池并且用于激光加工沉积到所述熔池中的增材材料，以便在所述基础材料上形成一层增材材料；以及
用于在激光加工期间冷却（300）所述基础材料的装置。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述增材材料包括基础金属粉末和钎焊金属粉末中的至少一者。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，用于冷却所述基础材料的装置是冷却系统，所述冷却系统包括器皿（302），所述器皿（302）适于在激光加工期间支撑所述基础材料并且可操作地连接到用于将冷却介质施配到所述器皿中以使所述基础材料冷却到所期望的冷却温度的装置。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述器皿包括用于控制其中的冷却介质流的入口（304）和出口（306）。


5.根据权利要求4所述的系统，其中，用于施配所述冷却介质的装置是泵系统（350），所述泵系统（350）可操作地至少连接到所述器皿的所述入口，以用于在其中施配所述冷却介质。


6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述泵系统包括连接到所述入口以用于施配所述冷却介质的泵以及用于控制所述冷却介质的流量和含量以实现所期望的冷却温度的控制器。


7.根据权利要求6所述的系统，其进一步包括传感器系统（400），所述传感器系统（400）可操作地连接到所述泵系统，用于感测所述器皿内的所述基础材料和冷却介质中的至少一者的温度，并且用于将所感测的温度提供到所述控制器，以用于控制所述流量和含量，从而实现所期望的冷却温度并且维持所期望的冷却温度，以便从所述基础材料释放焊接热量。


8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述LMD系统进一步包括：
沉积工具（210），所述沉积工具（210）可操作地连接到粉末馈送系统，并且被配置成一旦沉积便递送增材材料以用于激光加工。


9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述沉积工具可操作地连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：B布尔鲍姆，A卡梅尔，D朱伊尼，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US