[发明专利]用于形成非圆形孔的电极和电化学加工工艺

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是Bin Wei等人的、名称为“使用选择涂层电极形成非圆形孔的方法和工具（Method and tool for forming non-circular holes using a selectively coated electrode）、序列号为12/118,791的美国专利申请的部分继续申请，所述专利申请通过引用完整地被合并于本文中。

技术领域

本发明大体而言涉及电化学加工。更特别地，本发明涉及用于形成非圆形孔的电极和电化学加工工艺。

背景技术

燃气涡轮发动机的效率与从发动机的燃烧器输送并且在涡轮机叶片上流动的涡轮机气体的温度直接成正比。例如，对于具有较大叶片的燃气涡轮发动机，接近1500摄氏度（2,700华氏度）的涡轮机气体温度是典型的。为了耐受这样的高温，这些大叶片由高级材料制造并且典型地包括现状类型的冷却特征。

涡轮机叶片典型地使用冷却剂来进行冷却，冷却剂诸如压缩器排出空气。叶片典型地包括空气所穿过的冷却孔。冷却孔通常具有超过300:1的深径比，或深度与直径的比率，具有小至几毫米的直径。

被称为成形管电化学加工（STEM）的电化学加工的专门适用用于在导电材料中钻出小的深孔。STEM是可以产生具有超过300:1的深径比的孔的非接触电化学钻孔工艺。它是能够制造用于冷却高效燃气涡轮机的叶片的小的深孔的唯一已知方法。

在STEM工艺中，导电工件相对于可移动歧管位于固定位置。歧管支撑多个钻孔管，每个钻孔管用于在工件中形成孔。钻孔管在电化学加工工艺中用作阴极，而工件用作阳极。当用来自钻孔管的电解质溶液淹没工件时，材料从在钻孔管的前缘附近的工件退镀以形成孔。

通过引用完整地被合并于本文中的Bin Wei等人的、名称为“使用选择涂层电极形成非圆形孔的方法和工具（Method and tool for forming non-circular holes using a selectively coated electrode）”、作为US2009/0277803公开的序列号为12/118,791的共同转让美国专利申请公开了一种从大致圆形孔形成非圆形孔的方法。然而，该工艺需要两个独立步骤。首先，用传统STEM阴极钻出大致圆形孔，并且然后将另一个阴极插入圆形孔中以形成非圆形孔。

所以，期望具有一种形成非圆形孔的单步骤STEM工艺。还期望具有可以用于执行形成非圆形孔的完整STEM工艺的单阴极。

发明内容

本发明的一方面在于一种用于电化学加工工艺的电极。该电极包括限定至少一个通道的导电元件和部分地覆盖所述导电元件的侧表面的绝缘涂层。绝缘涂层不覆盖导电元件的第一和第二暴露部段中的至少一个。第一和第二暴露部段分离大约180度并且大致沿着导电元件的纵轴线延伸。绝缘涂层也不覆盖导电元件的暴露前端。

本发明的另一方面在于一种使用电极在工件中形成非圆形孔的电化学加工方法。电极包括部分地覆盖导电元件的侧表面的绝缘涂层，其中绝缘涂层不覆盖导电元件的第一和第二暴露部段中的至少一个。第一和第二暴露部段分离大约180度并且大致沿着导电元件的纵轴线延伸。绝缘涂层也不覆盖导电元件的暴露前端。该电化学加工方法包括将脉冲电压施加到电极和工件从而：使用导电元件的暴露前端从工件电化学地去除材料以在工件中形成初始大致圆形孔；以及使用导电元件的第一和第二暴露部段中的至少一个从初始大致圆形孔电化学地去除预定量的材料以形成非圆形孔。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点变得更好理解，在附图中相似的附图标记始终表示相似的部分，其中：

图1示意性地显示用于在单步骤的电化学加工工艺中形成非圆形孔的管状电极，其中电极具有暴露前端，并且其中第一和第二钻孔部段以绝缘间隙h与暴露前端分离；

图2是图1的电极的横截面图并且显示由电极的前端加工的初始大致圆形孔以及由电极的侧壁中的第一和第二钻孔部段加工的最后的椭圆形孔；

图3示意性地显示用于在单步骤的电化学加工工艺中形成非圆形孔的另一管状电极，其中电极具有暴露前端，并且其中第一和第二暴露部段邻近暴露前端；

图4示意性地显示用于在单步骤的电化学加工工艺中形成非圆形孔的另一管状电极，其中电极具有暴露前端，暴露前端与电极的导电元件的剩余部分同延，并且其中第一和第二暴露部段以绝缘间隙h与暴露前端分离；