[发明专利]包括接合到超级合金基底上的薄蒙皮的涡轮机部件

说明书

对相关专利申请的引用

本申请要求1997年10月27日提交的美国临时申请No．60／063，640的优先权。

发明领域

本发明涉及涡轮机，更具体地说，涉及涡轮机叶片及其它涡轮机部件，其中包括接合到超级合金基底上的薄蒙皮。

背景资料

在现代高效发电燃汽轮机中应用的现有技术水平的叶片和轮叶，依靠一些优质材料如单晶合金及对部件的内部和外部尺寸的精确控制。由于这些部件的尺寸大，所以通过几种途径来实现高效低成本地制造它们。

固定式燃汽轮机，如高级涡轮机系统(ATS)，目前正在研制过程中，这类燃汽轮机需要一些用高级材料制造的高效低成本的高性能部件。第一和第二排涡轮叶片和轮叶包括复杂的内部和外部几何形状，并且应该用无缺陷的材料制造。

为了改善工作效率，薄壁结构对现代涡轮叶片的设计是有用的。然而，这类薄壁结构大大抑制了叶片的制造。尤其是，在固定式涡轮机翼面所要求的很长距离内，控制薄壁部分很困难，并导致很低的铸造生产率和很高的部件成本。这些生产率和成本问题特别适用于在ATS和下一代涡轮发动机中所要求的单晶合金。

发明概述

按照本发明，高效薄壁式涡轮机部件如涡轮叶片，是通过制造超级合金基底如单晶内部翼梁结构并将薄的蒙皮接合在基底上来制造。例如，一种呈涡轮叶片翼梁形状的基底，可以包括一个波纹状或间歇式升起的表面，如升起的销或壁，薄的蒙皮可以接合到该升起的销或壁上。薄的蒙皮可以是一种单晶或多晶材料制造，并具有优选厚度约0．025-0．125cm(0．01-0．05英寸)。利用热处理如瞬态液相接合法和／或热等静压法将蒙皮接合到基底上。

本发明的一方面是提供一种制造薄壁式涡轮机部件的方法。该方法包括以下步骤：提供一种超级合金基底，包括基底表面上的许多个延伸件；将薄的蒙皮加到基底上；及将薄的蒙皮接合到基底的延伸部分上。

本发明的另一方面是提供一种涡轮机部件，该部件包括：一个超级合金基底；一个接合到超级合金基底上的薄蒙皮；及至少一个冷却通道，该冷却通道位于基底和薄蒙皮之间。在一个优选实施例中，基底包括一个用单晶镍基超级合金制成的翼梁。

本发明的这些和另一些方面从下面说明将更加明显。

对附图的简要说明

图1是一种涡轮叶片翼面的横断面视图，它示出一种按照本发明的一个实施例接合到超级合金涡轮叶片翼梁上的薄蒙皮。

图2是按照本发明的一个实施例接合到超级合金基底上的薄蒙皮侧视图。

图3是图2的放大图。

图4是一组不同放大倍数的显微照片，它们示出按照本发明的一个实施例的薄蒙皮和超级合金基底上销之间的结合面。

图5包括两张显微照片，它们示出按照本发明的一个实施例的薄蒙皮和超级合金基底之间的接合面。

详细说明

按照本发明，适合强冷式燃汽轮机叶片用的薄壁式结构，可以通过采用瞬时液相接合法或类似方法，将薄板材制的蒙皮加到中央铸造元件上制造。该方法可以如此控制，以使得接合后的材料显示出一种基本上连续的结构，并且显示在接合区内的性能近似与被接合的金属合金的性能相当。本发明的其中一个实施例包括将单晶蒙皮接合到较厚的单晶基底上。另一个实施例包括将高度抗氧化作用的多晶合金加到高温、高强度超级合金如单晶镍基超级合金上。在又一个实施例中，薄的蒙皮可以是氧化物弥散强化式(ODS)直接再结晶的镍基或铁基超级合金。

在本发明的其中一个实施例中，铸造没有内芯的涡轮叶片的中央部分，将得到改善了的部件公差和生产能力。为达到所希望的生产率，用多个构件通过接合制造中央部分也可能是很理想的。铸造之后，可以将中央翼梁的表面机加工成精密的外形，并且可以将薄金属板或类似物制的蒙皮方便而准确地加到该中央翼梁的表面上。这就不需要同时控制在单构件铸造过程中必须保持的各种外部和内部公差，并且改善了用于高级涡轮叶片的元件制造总产量。

希望将涡轮叶片制成具有很薄的壁，以便加快部件冷却。该壁将叶片必须耐高应力的部分与必须耐最高温度和耐潜在的环境化学浸蚀的部分有效地分开。