改变陶瓷芯的表面的方法技术

本申请涉及一种改变陶瓷芯的表面的方法，其包括根据预定图案，采用直接写技术将陶瓷基材料沉积在陶瓷芯的表面上的步骤。本申请还涉及一种将突出特征部的图案施加到陶瓷芯的表面上的方法，其用于熔模铸造过程以便形成具有内部冷却通道的涡轮发动机翼片，该内部冷却通道包含与该突出特征部相反的凹部，该方法包括根据用于该突出特征部的预定图案，采用直接写技术将陶瓷基材料沉积在陶瓷芯的表面上的步骤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及用于高温环境的金属部件。更具体地说，本发 明涉及在用于涡轮装置的热气通道部件中的凹部的形成。
技术介绍
各种金属部件被使用于高温环境下。涡轮发动机零件是代表这些 种类部件的例子。这些零件通常由熔模铸造方法制造。为了运转效率，沿着涡轮机热气通道出现的峰值温度通常保持尽 可能高。发动机的涡轮叶片和其它元件通常由金属合金(例如超合金) 制成，这些合金能耐受高温环境。超合金通常具有大约为1000-1150°C 的工作温度限制。超过该温度的情况下的工作可能造成不同涡轮元件 的失效及发动机的损坏。涡轮机的热气通道部件通常采用多种内部通道，冷却流体(比如 空气)穿过这些通道。冷却流体的使用将部件的总体温度保持在可接 受温度下。美国专利6644921 ( Bunker等人)论述了各种部件中的冷 却通道的使用，例如涡轮叶片。美国专利5690472 (Lee)描述了一种 用于涡轮翼片的内部网眼冷却孔装置。许多不同类型的冷却通道可用于各种情况。这些内部通道通常由 熔模铸造过程中的陶瓷芯来成型。从最后的铸造中去掉该芯产生了期 望的中空通道，这通常是一种用于冷却流体的复杂且精确限定的内部 流动网全各。通常，冷却通道包含着能极大增强部件冷却效率的表面特征。例如，该通道可包含紊流装置(turbulation) 。 Bunker等人的相关专利 提及了这种形式为横向肋突起的紊流装置中的应用。所获得的冷却效 率的增强明显降低了涡轮部件的工作温度。紊流对增强沿热气通路的冷却效率可以是非常有效的。然而，在 一些场合下，有一些缺点与这种特性有关。例如，在翼片表面的一些 区域上应用紊流可能造成不希望的极大压力损失，其原因在于摩擦效应。在某种程度上由于釆用紊流的偶然缺点，其它类型的表面特性引 起了极大兴趣。正如美国专利6644921所描述的，冷却通道中各种类 型的表面凹陷或"凹部"的应用也能改进元件的热传递特性。在一些例 子中，总体冷却流体以螺旋方式在选定图案的凹部上移动。螺旋运动 的目的是使得中间冷却流体循环至热交换表面。在这种方式下，与利 用紊流的过程相比，热交换过程更为有效。不利的是，在金属部件的一些内部区域形成凹部通常是极其困难 的。例如，可能没有在气体涡轮叶片的一些内部流动网络区域上形成 凹部的实用方法。而且，在这些区域中形成尺寸精确的特定图案的凹 部经常是不可能的。凹部经常因太小而无法铸造，例如，无法通过用 于对部分造型的熔模铸造技术来铸造。铸造凹部的尝试也可能带来其 它问题，比如模具的过早磨损。诸如电化学加工和ii电加工(EDM)的4支术有时可用于在材冲+的 暴露表面形成凹部和其它特征。然而，这些技术不容易用于在封闭的 内部区域形成所述特征，因为难于接近封闭的内部区域。因此，清楚的是，在金属部件中形成凹部的新方法在本领域中是 所希望的。特别有利的方法将能够在复杂部分的内部区域中形成凹 部，例如，在复杂的蛇形冷却的涡轮叶片的内部区域中；根据任何需 要的图案，使得凹部的形成具有非常精确的尺寸；并通常与用于形成 金属部件部分的其它步骤例如各种铸造技术是相容的。
技术实现思路
本专利技术 一 实施例涉及一种，其包括根据预定图案，采用直接写技术将陶瓷基材料沉积在陶瓷芯的表面上的步骤。本专利技术另 一 实施例涉及一种将突出特征部的图案施加到陶瓷芯的表面上的方法，其用于熔模铸造过程以便形成具有内部冷却通道的涡轮发动机翼片，该内部冷却通道包含与该突出特征部相反的凹部，该方法包括根据用于该突出特征部的预定图案，采用直接写技术将陶瓷基材料沉积在陶瓷芯的表面上的步骤。关于本专利技术的各种特征的进一步细节在说明书其它部分和相应附图中进行描述。附图说明图l是一沉积在内芯表面的陶瓷芯锥体的横截面说明图，带有由金属铸造过程中内芯的使用造成的相应凹部。图2是一用于将突出特征部应用到内芯表面的直接写笔系统的总说明图。图3是一模拟机器人式多轴笔系统的示意表示图，该系统用于把突出特征部直接写至内芯表面。图4是一中空翼片的部分横截面说明图，该翼片带有布置在网格冷却孔装置中的凹部。图5是另一布置在网格冷却孔装置中的凹部的示意图。图6是一陶瓷材料的 一部分的照片， 一种陶瓷特性的图案沉积在该材料上。具体实施例方式多种金属部件可用于本专利技术。金属的非限制性示例为钢、铝、高熔点金属如钛、铌；以及超合金如基于镍、钴或铁的那些金属。这些部件通常是那些暴露在高温下且需要冷却的物体。这些部件也可以是需要某种内部通道的物件。如前所述，涡轮发动机翼片是一个主要例子。用于形成金属部件的内部通道的陶瓷芯在本领域是公知的。它们经常被用于方向性凝固的共晶体和超合金材料的熔模铸造中。关于熔模铸造、内芯和陶瓷外壳铸模的资料是广泛可得的。示范性的有用资料来源列举如下"Kirk-Othmer化学技术百科全书"，第3版，第7巻，798页以及下列等等；"现代金属工艺(Mordern Metalworking )，，,J.R.Walker著，Goodheart-Willcox公司，1965年；以及"外壳铸模和外壳祷模祷造(Shell Molding and Shell Mold Castings )"， T,C.Du Mond著，Reinhold出版公司，1954年。本领域普通技术人员对影响内芯材料和处理条件的选择的各种因素是很熟悉的。 一般来说，陶瓷内芯在高铸造温度下必须保持物理和化学稳定性。也必须与形成金属部件的熔融金属不相对发生反应。而且，内芯必须能在处理完成后从铸件中去除，例如通过在商业性的合理时间内进行的溶浸处理使内芯去掉。涉及内芯及其制造的专门知识也在一些参考文件中提及。非限制性的举例有美国专利5014763 (Frank) ;4141781 ( Greskovich等);4097292 ( Huseby等);以及3654984 ( Mellen, Jr.,等)，上述所有文献合并于此作为参考。通常由陶瓷基材料制造的内芯一般包含从氧化铝、氧化铝-铝；氧化硅(例如熔融氧化硅)，碳化硅，氮化硅，氧化镁；硅酸盐(例如硅酸铝和硅酸锆)；氧化钇；氧化锆，和氧化硅-锆石(silica-zircon)的组中选择的至少一种组分。正如本领域技术人员所清楚的，各种粘结剂也能用于内芯的形成。例子包括硅酸乙酯，胶体氧化铝，硅酸钠，胶体氧化锆以及硅胶。这些粘结剂经常是基于有机的，例如可聚合的单体，如丙烯酰胺，丙烯酸酯及其组合物。正如本领域技术人员所理解的，内芯有时由喷射模制或传递模塑技术制造。在许多例子中，内芯是由瓷浆配制而成的。举一个非限定性的例子，在Frank的参考文献中描述过，内芯可以由可冻液体、瓷粉及胶凝剂组成的瓷浆配制而成。该浆状成分可倒入一内芯形的模制腔中，然后进行冷冻和凝胶步骤。成形的"料坯(未加工)"主体再根据合适温度和时间表被加热，从而得到 一烧结的陶瓷芯。如上所述，当该陶瓷芯设置在一用于熔模铸造或类似过程的壳模内时，它就提供了一金属部件的内部"中空"区域。根据本专利技术，沉积在陶乾芯上的突出特征部(即，突起于表面上的特征)(positive feature)在部件的内部区域中提供了所需凹部。图1以简单形式描述了本专利技术的这一方面。陶瓷材料作为一系列突出特征部12沉积在陶瓷芯16的表面14上。在图中所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改变陶瓷芯的表面的方法，其包括根据预定图案，采用直接写技术将陶瓷基材料沉积在陶瓷芯的表面上的步骤。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CU哈德维克，RS邦克，李经邦，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]