[发明专利]放电加工工艺、用于放电加工的物件及放电冷却剂

说明书

技术领域

本发明涉及经加工的物件和加工物件的工艺。更具体地，本发明涉及放电加工工艺、用于放电加工的物件及放电冷却剂。

背景技术

燃气涡轮部件遭受热学的、机械的、及化学的不利环境影响。例如，在燃气涡轮的压缩机部分中，大气例如被压缩至10-25个大气压，且在该过程中被绝热加热至例如800°-1250℉（427℃-677℃）。此经加热并经压缩的空气被引入燃烧器，其于此处与燃料混合。该燃料被点燃，且该燃烧过程将该气体加热至非常高的温度，例如超出3000℉（1650℃）。这些热气体经过涡轮和排气系统，在涡轮处，固定在旋转涡轮盘上的翼型件提取能量以驱动涡轮的风扇和压缩机，在排气系统处，气体提供足够的能量以转动发电机转子从而产生电力。为在高温下保持足够的强度及避免氧化/腐蚀损坏，涂层被涂覆在金属部件的表面上以便于该部件运行良好且满足设计寿命。

为提高燃气涡轮的工作效率，燃烧温度一直被提高。由于更高的温度，用于制作部件的材料变得过于脆弱以至于不能实现其功能或者甚至开始熔化。传统地，空气被用于温度控制。这需要在被涂覆的部件中穿过关键位置钻出冷却孔。典型的高温燃气涡轮叶片或导叶可包含在翼型件表面上的数百个小冷却孔以冷却金属部件，例如，在典型的高级燃气涡轮的通常用热障涂层（TBC）涂覆的第一级喷嘴中可能有超过700个冷却孔。该产业两种TBC工艺占主导：电子束物理气相沉积（EBPVD）和等离子喷涂。

在涂覆的部件中加工冷却孔可大致分成两种方法：（1）先钻冷却孔，随后涂覆热障涂层或（2）先对部件进行涂覆且随后穿过涂层及底下的金属部件钻冷却孔。对于第一种方法，通常执行EBPVD，而第二种方法对于可能轻易覆盖及横跨先前钻的冷却孔的等离子喷涂TBC特别有利。第一种方法需要在涂覆前或在涂覆期间使用复杂的掩蔽方案且在涂覆后需要掩蔽物的完全去除。掩蔽的失败可导致先前加工的冷却孔被残余的涂层材料堵塞，这可能需要个别冷却孔的昂贵的重加工。对于第二种方法，由于热障涂层通常由不导电且易碎的陶瓷氧化物制成，不破坏热障涂层或下面的衬底的技术的可获得性是有限的。

一种已知的工艺在导电的涡轮部件上利用电子放电加工。该工艺局限于导电材料与绝缘冷却剂。为使用该工艺，通常不导电的某些材料的组分被改变成导电。这样的改变允许了电子放电加工的使用，但牺牲了物理性能和功能性能，例如，散裂性、耐磨性、耐疲劳性和/或热绝缘能力。

在另一种类型的已知工艺中，两步骤加工被利用以穿过涂层进入金属衬底加工特征部。该工艺开始以喷射水流或激光消融的任一种来击穿涂层，且随后使用放电加工（EDM）来加工导电的金属部分。这两个步骤的使用增加了工作时间、资本支出（例如，用于同轴激光消融子系统）及工艺相关的支出。另外，这样的工艺会具有基于激光消融的不利的特征部。尽管不合需要，但沿由喷射水流或激光消融加工出的特征部的深度的锥形常是不可避免的。

在涂覆TBC的热气体通道（HGP）部件中钻出纤细的冷却孔（例如，具有大约0.030英寸的直径）是在HGP零件制造中要求最高的领域之一且该两步骤工艺被广泛应用。除以上提到的缺点之外，这种工艺会导致冷却孔的两部分不对准，这可将局部冷却减弱至设计极限以下且导致部件中局部过热。

激光钻孔会产生严重的重铸、裂纹和背部冲击(back strike)。喷射水流工艺会受深度能力的局限且引起背部冲击。此外，由任一种技术钻出的孔都包括沿其深度的锥形。

在本领域中，不受一个或更多以上缺点影响的放电加工工艺、用于放电加工的物件以及放电冷却剂是合乎需要的。

发明内容

在一个示例性实施例中，一种放电加工工艺包括放电加工物件的目标区域。该目标区域位于该物件的不导电层之上且位于该物件的导电层和放电加工系统的电极之间。

根据一个方面，目标区域包括导电涂料。

根据一个方面，导电涂料包括选自包括导电非金属、包括石墨的胶体、导电聚合物及其组合的组的材料。

根据一个方面，该放电加工工艺还包含通过选自包括涂刷、喷涂、通过分配机构喷射及其组合的组的技术来涂覆导电涂料。

根据一个方面，电极是单个电极的组合体，配置成在单次工艺中加工多个特征部。

根据一个方面，目标区域位于导电的放电加工冷却剂内。

根据一个方面，导电的放电加工冷却剂包括悬浮在碳氢化合物液体内的碳粉。

根据一个方面，碳粉处于在大约0.01 g/cm³ 和大约 0.05 g/cm³之间的浓度。