[发明专利]使用增材制造替换试件修复部件的方法和用于增材制造的合金

说明书

本发明公开了一种使用增材制造替换试件修复部件的方法和用于增材制造的合金。该方法包括将初始部件分为母部件和替换部分，和使用增材制造系统形成替换试件。该替换试件成形为与替换部分的初始形状基本匹配。该方法还包括将替换试件联接到母部件以形成次级部件。该方法还包括以下步骤中的至少一种(i)在对已完工替换试件应用任何热处理之前从增材制造系统的构建板移除替换试件，其中替换试件在移除之后保持替换部分的近净初始形状；和(ii)在不对替换试件进行热等静压处理的情况下将次级部件投入正常使用。

技术领域

本专利申请总体涉及部件修复，并且更具体地涉及使用增材制造替换试件(replacement coupon)修复部件的方法。

背景技术

诸如燃气涡轮机部件(其中包括但不限于涡轮喷嘴、涡轮叶片翼型件和/或涡轮叶片尖端护罩)之类的至少一些已知的机械部件可能在操作期间暴露于机械应力和/或高温。至少一些这种部件的操作寿命周期可能由于蠕变而受到限制。蠕变是材料在暴露于机械和/或热应力的组合时随着时间过去缓慢移动或变形的趋势。例如，至少一些燃气涡轮机喷嘴的操作寿命周期可能由于喷嘴的后缘处的蠕变而受到限制。

更换展示出过度蠕变或其它损坏的至少一些已知的部件。然而，更换可能需要对机械进行复杂拆卸和重新组装，并且更换部件本身所需的制造成本和时间可能相对较高。备选地，修复展示出过度蠕变或其它损坏的至少一些已知的部件。例如，可以通过焊接材料构建来修复部件的变形或损坏部分。然而，所需的焊接量可能使部件的形状扭曲，并且修复区域的诸如蠕变阻力之类的材料性质可能与初始部件的材料性质不匹配。另外例如，可以通过去除部件的变形或损坏部分并且将由相同材料铸造的替换试件联接到初始部件来修复这种部件。然而，尽管铸造替换试件有利于匹配初始部件的材料性质，但是替换试件也具有相对较高的成本和制造所需时间。

至少一些已知的部件使用增材制造工艺形成，其中通过连续沉积和熔合一系列薄材料层以逐层构建部件来形成部件。然而，使用至少一些已知的增材制造工艺构建的部件的诸如蠕变阻力之类的材料性质受到限制。对于旨在用于高机械应力和/或高温应用的部件而言，通常需要对已完工部件进行一系列热处理，例如在从构建板移除已完工部件之前进行释放应力热处理以减少部件的构建后扭曲，之后进行热等静压处理(hot isostaticpress treatment)以降低部件材料孔隙度并且减少微小裂缝的风险。在一些情况下，如果部件将被焊接，则之后进行另一项焊接前热处理。一系列热处理增加了形成和使用这样的部件所需的成本和时间。

此外，至少一些已知的增材制造部件旨在用于由基本无镍(即，含有重量小于0.1％的含镍量)的钴铬钼(CoCrMo)高温合金(superalloy)粉末形成的高温应用中，因为这种合金中的镍倾向于增加合金的层错能(stacking fault energy)。增大的层错能与材料性质的不利效果相关，例如但不限于减小蠕变阻力。另外例如，旨在用于高应力和/或高温应用中的至少一些已知的部件由具有非常低的含铁量(即，含有重量小于0.75％的含铁量)的钴铬钼(CoCrMo)高温合金粉末形成，因为这种合金中的铁也倾向于增加合金的层错能。然而，至少一些这种合金的材料性质、例如蠕变阻力仍然受到限制。

发明内容

在一个方面中，提供一种用于由具有初始形状的初始部件(original component)形成次级部件(secondary component)的方法。该方法包括将初始部件分为母部件和替换部分，并且使用增材制造系统形成替换试件。该替换试件成形为与替换部分的初始形状基本匹配。该方法还包括在对已完工替换试件(as-built replacement coupon)应用任何热处理之前从增材制造系统的构建板(build plate)移除替换试件。替换试件在移除之后保持替换部分的近净初始形状(near-net original shape)。该方法还包括将替换试件联接到母部件以形成次级部件。