[发明专利]具有改善的表面修饰的铝化钛制品及其制备方法

说明书

提供了具有改善的表面修饰的含钛制品和用于改善在含钛制品上的表面修饰的方法。一种方法包括使研磨介质以高线性速度，横过含铝化钛合金的制品(例如涡轮机叶片)的表面通过；用研磨介质使含铝化钛合金的制品的表面形变和降低含铝化钛合金的制品的表面的表面粗糙度和改善表面的表面修饰。可得到20微英寸Ra或更少的表面修饰。虽然本发明的各方面可用于制备高性能涡轮机叶片，所公开的方法可应用于处理难以得到改善的表面修饰的任何含钛制品。

发明背景

关于可靠性、重量、功率、经济性和操作使用寿命，现代燃气轮机(尤其是飞机发动机)必须满足最高要求。在开发飞机发动机中，其中，材料选择、新的合适材料的研究以及新的生产方法的研究在满足标准和满足要求中起到重要的作用。

用于飞机发动机或其它燃气轮机的材料包括钛合金、镍合金(也称为超合金)和高强度钢。钛合金通常用于压缩机零件，镍合金适用于飞机发动机的热零件，而高强度钢用于例如压缩机外壳和涡轮机外壳。高度负载或应力的燃气轮机部件(例如用于压缩机的部件)例如通常为锻造零件。另一方面，用于涡轮机的部件通常体现为蜡模铸造(investmentcast)零件。为了降低燃气轮机部件的重量，使用金属基质复合材料(MMC)，其为其中嵌入高强度纤维的金属材料。

由于金属对元素(如氧、氮和碳)的高亲和力，通常难以在常规的蜡模铸造模具中蜡模铸造钛和钛合金和类似的反应性金属和得到良好的结果。在升高的温度下，钛及其合金可与模具表面涂层反应。熔融的合金和模具之间的任何反应将导致由气泡引起的最终铸件差的表面修饰。在某些情况下，气泡影响最终铸件的化学性、微观结构和性质，使得损害所得制品。

一旦通过铸造、机械加工或锻造生产最终部件，在其可用于最终应用之前，通常需要进一步改善表面修饰。部件表面上的粗糙和凹处在涡轮机叶片应用中可降低气动性能，并且在旋转或往复零件应用中提高磨损/摩擦。

在铝化钛涡轮机叶片的情况下，铸塑的机翼在燕尾、机翼或罩中可具有过大铸塑/锻造的区域。为了将这些薄的储备区域机械加工为最终尺寸，通常使用机械的机械加工(例如研磨或碾磨)或非机械的机械加工(例如电化学机械加工)。然而，在任一种情况下，刀具加工和劳动成本高，并且导致制备延迟。

此外，使用常规的碾磨和抛光技术，合金(包括铝化钛铸塑制品)有限的延展性和对开裂的敏感性可能妨碍铸塑制品的表面修饰的改善。因此，需要具有改善的表面修饰的用于航空航天应用的基于金属间的(intermetallic- based)制品和制备此类制品的相关方法。

发明概述

本公开的一方面为一种用于改善含铝化钛合金的制品的表面修饰的方法。所述方法包括提供含铝化钛合金的制品，使研磨介质以高线性速度，横过含铝化钛合金的制品的表面通过，使含铝化钛合金的制品的表面形变，和降低含铝化钛合金的制品的表面粗糙度，从而改善制品的表面修饰。

在一个实施方案中，使研磨介质横过制品的表面通过包括使研磨介质与铝化钛微观结构相互作用。在另一个实施方案中，形变步骤包括使铝化钛合金塑性形变。在一个实例中，铝化钛合金包含γ铝化钛相和α2 (Ti₃Al)相。通过实践本发明教导的方法，制品的表面的粗糙度可降低至少约50%。在另一个实施方案中，通过实践本发明教导的方法，制品的表面的粗糙度降低至少约25%。

在一个实施方案中，含铝化钛合金的制品的表面具有大于约100 Ra的初始粗糙度，并且其中所述制品的表面的粗糙度降低至至少约50 Ra。在另一个实施方案中，制品的表面的粗糙度降低至至少20 Ra。在一个实施方案中，高线性速度包括至少5米/秒。在一个实施方案中，高线性速度包括至少50米/秒。在另一个实施方案中，高线性速度包括至少100米/秒。在又一个实施方案中，高线性速度包括至少1000米/秒。

在一个实施方案中，含铝化钛合金的制品包含含铝化钛合金的发动机。在另一个实施方案中，含铝化钛合金的制品包含含铝化钛合金的涡轮机。在一个实施方案中，含铝化钛合金的制品包含含铝化钛合金的涡轮机叶片。