[发明专利]用于通过增量制造来制造机械构件的方法

说明书

技术领域

本发明公开涉及机械构件的制造，尤其是面临高温运行条件的机械构件，诸如内燃发动机和涡轮机械(例如但不限于燃气涡轮机)的构件。更具体地，本文公开的主题的示例性实施例涉及使用基于高温超合金的材料制造涡轮机械构件，诸如但不限于涡轮旋转和静止叶片或轮叶，涡轮喷嘴，涡轮推进器。

背景技术

使用氧化物弥散强化(ODS)超合金作为合适的材料来制造面临高温疲劳循环的机械构件是已知的（D.M.Elzey等人的“Oxide Dispersion Strengthened Superalloys: the Role of Grain Structure and Dispersion During High Temperature Low Cycle Fatigue”，在1988年的Superalloys中出版，美国冶金学会，1988，第595-604页）。这些材料常通过机械合金化生产（H.K.D.H.Bhadeshia “Recrystallisation of Practical Mechanically Alloyed Iron-Base and Nickel- Base Superalloys”，在Materials Science and Engineering A223 (1997) 64-77中出版；C.Suryanarayana等人的“The Science and Technology of Mechanical Alloying”， Materials Science and Engineering A304-306 (2001) 151-158中；B.S. Murty等人的“Novel Materials Synthesis by Mechanical Alloying/Milling”， International Materials Reviews, 1998, 第43卷, N. 3第101-141页中出版）。

通过机械合金化获得的合金常以挤压坯料的形式可获得。由通过机械合金化产生的ODS超合金的坯料制成的粉末被用于通过烧结工艺制造构件。烧结工艺需要模具，模具具有对应于要生产的最终制品的形状的负相(negative)的形状。烧结是一种昂贵且非柔性的制造工艺。

EP 2586887公开了用于通过增量制造(additive manufacturing)来制造涡轮叶片的工艺，例如，使用激光金属成形、电子束熔炼和其他增量制造工艺。在此现有技术文档中提出了呈粉末形态的诸如镍基超合金的高温超合金。在此处公开的一些实施例中，高温超合金粉末包含弥散的氧化物。就涉及的氧化物而言，上述出版物并没有提供如何在超合金粉末材料中引入氧化物的任何教导，也没有给出任何重量组成或其他细节。

增量制造工艺是一种便宜、柔性且高效的制造方法，由此可以轻易地以低成本生产具有复杂形状的机械构件。对于生产涡轮机械构件而言，使用增量制造工艺将是非常期望的，就涉及重载运行状态下的机械阻力而言，其必须满足严格的要求，比方说例如在疲劳状态下的抗高温蠕变能力。

发明内容

在一个实施例中，公开了一种用于制造由基于金属的材料制成的机械构件的方法，该方法包括以下步骤：

- 提供包括至少一种包含金属的粉末材料和至少一种呈粉末形态的增强弥散剂的粉末混合物，其中呈粉末形态的增强弥散剂具有小于包含金属的粉末材料的平均颗粒尺寸的平均颗粒尺寸；

- 使用所述粉末混合物通过增量制造工艺形成所述构件。

在本说明书和所附权利要求书的背景下，术语“金属”也包括耐火元素或耐火金属。“包含金属的粉末材料”因而也包括包含耐火金属或元素的粉末材料。合适的耐火元素或材料包括但不限于，Mo, W, Ta, Nb以及它们的组合。基于金属的材料包括由金属组成的材料，包括耐火金属，以及金属间化合物，诸如铝化物或硅化物，如以下参照本文公开的主题的示例性实施例将更详细地描述的那样。

在本说明书和所附权利要求书的背景下，“增强弥散剂”是一种化合物，其在粉末混合物中且随后在最终制成的构件中弥散时，增加了构件尤其对于高温蠕变的强度。

根据一些实施例，包含金属的粉末材料可以是金属粉末。例如该金属粉末可以是基于超合金的金属粉末，例如高温超合金粉末。根据其他实施例，包含金属的粉末材料是金属间粉末材料，即，呈粉末形态的金属间化合物，例如铝化物。在一些实施例中，包含金属的粉末材料可以是硅化物。也可以设想呈粉末形态的两种或更多包含金属的化合物的组合。