[发明专利]用于烧制陶瓷和难熔金属铸造型芯的方法

说明书

技术领域  

本发明涉及熔模铸造法。更具体地说，其涉及超合金(superalloy)涡轮发动机部件的熔模铸造法。

背景技术

熔模铸造法是一种通常用于制成几何形状复杂的金属部件、尤其是中空部件的技术，并用于制造超合金燃气涡轮发动机部件。本发明就具体超合金铸件的制造进行了描述，但应当理解到本发明并不受此限制。

燃气轮机广泛应用于航空器推进、发电和轮船推进。在燃气涡轮发动机应用中，效率是主要的目标。

燃气涡轮发动机的效率可以通过操作在更高的温度下工作来改善，然而现有涡轮部分的工作温度超过了涡轮部件中所使用的超合金材料的熔点。因此，通常的作法是提供空气冷却。通过使来自发动机压缩机部分的空气通过待冷却涡轮部件中的通道流动，从而提供冷却。这种冷却使发动机效率相应地有所降低。因此，非常需要提供一种改善的特殊冷却，使得由一定量冷却气体获得的冷却收益达到最高。这可以通过使用精细、精确定位的冷却通道部分来实现。

陶瓷型芯(core)本身可以通过将陶瓷粉末和粘结剂材料的混合物注入模具中对该混合物进行模制而形成。除去模具后，对湿砂型芯(green core)进行后期热处理以除去粘结剂，并对其进行烧制，将陶瓷粉末烧结在一起。冷却部件更精细的趋势对型芯制造技术提出了更高的要求。精细部件很难制造，而且/或者一旦制成，可能证实其很易碎。共同转让的Shah等人的美国专利第6,637,500号和Beals等人的美国专利第6,929,054号(在此将其并入作为参考，如同全文阐述)公开了使用陶瓷和难熔金属型芯的结合。

发明内容

在熔模铸造法中，复合型芯作为陶瓷铸造型芯元件和非陶瓷铸造型芯元件的结合体(combination)而制成。将该型芯在氧化气氛中加热，然后在非氧化气氛中加热。

在氧化气氛中加热可以有效地实现将粘结剂从陶瓷铸造型芯部件去除。然而，有利地，这种加热的温度和时间不足以不利地对非陶瓷铸造型芯部件造成损害。第二步加热可以采用能有效烧制陶瓷的温度和时间。非氧化气氛可以由此保护非陶瓷铸造型芯部件免受氧化气氛中类似加热过程中可能发生的过度氧化。

以下在附图和说明书中详细阐述了本发明的一个或多个实施方式。根据说明书、附图及权利要求，本发明的其它特征、目的和优势将是显而易见的。

附图说明

图1是形成复合型芯组件的方法的流程图。

图2是使用复合型芯组件的铸造法的流程图。

各附图中以同样的编号和标识表示同样的部件。

具体实施方式

图1显示了形成复合铸造型芯的代表性方法20。形成22一个或者多个难熔金属型芯(RMC)。代表性的形成过程包括以下步骤的结合：从难熔金属片材(例如钼或者铌)上切割(例如激光切割或冲压(stamping))、成型/整型(例如，所述冲压或其它弯曲)和用保护涂层涂覆。合适的涂层材料包括二氧化硅、氧化铝、氧化锆、chromia、富铝红柱石和二氧化铪。优选地，难熔金属和涂层的热膨胀系数(CTE)相近。涂层可以通过任何适当的瞄准线(line-of sight)或非瞄准线技术(例如，化学或物理气相沉积(CVD、PVD)法、等离子体喷射法、电泳和溶胶凝胶法)涂施。单层厚度一般为0.1-1mil。可以将Pt、其它贵金属、Cr、Si、W、和/或Al、或其它非金属材料层施用于金属型芯部件用于氧化保护，并结合陶瓷涂层用于防止熔融金属腐蚀和溶解。

然后将RMC转移至模具，在此将陶瓷材料(例如，基于二氧化硅、锆石或者氧化铝的)在RMC的一部分上注入/模制24，以形成初始的结合体(型芯组件)。模制用的陶瓷材料可以包括粘结剂。粘结剂可以起到使模制陶瓷材料整体保持于未烧制生料状态的作用。代表性的粘结剂是蜡基的粘结剂。

然后将所述结合体转移至加热腔室(例如烧窑或者熔炉)26。在空气中加热28，其包括将温度从室温升高至第一温度。加热28使陶瓷的粘结剂成分汽化并清除。空气提供的氧化气氛有助于粘结剂的去除过程。然而正如下文所进一步讨论，在这种氧化气氛中加热过度有可能损害RMC，RMC氧化造成的表面不规则性有可能转移至最终的铸件。因此，有利地，第一温度足够低，以避免过多的RMC降解。典型的第一温度为1000。更宽地，典型的第一温度为超过600；更具体地为800-1200或900-1100。除非注明，温度是指炉或其中气氛的温度，而不是型芯温度。型芯温度可以有适度滞后(例如，多至约200-300)。