本公開大體上涉及遞變?nèi)勰ｈT造芯部構(gòu)件和利用這些芯部構(gòu)件的過程。本發(fā)明的遞變芯部構(gòu)件可包括單等級材料內(nèi)的兩種以上材料(例如，鎢/鉬)之間，或不同等級材料(例如，鎢/陶瓷)之間的遞變。遞變芯部提供鑄造操作中，如用于制造用于噴氣飛行器發(fā)動機或發(fā)電渦輪構(gòu)件的渦輪葉片的超級合金的鑄造中的有用性質(zhì)。

背景技術(shù)：

許多現(xiàn)代發(fā)動機和下一代渦輪發(fā)動機需要具有錯綜且復(fù)雜的幾何形狀的構(gòu)件和部分，這需要新型材料和制造技術(shù)。用于制造發(fā)動機部分和構(gòu)件的常規(guī)技術(shù)涉及熔?；蚴炶T造的費力過程。熔模鑄造的一個實例涉及制造用于燃氣渦輪發(fā)動機中的典型轉(zhuǎn)子葉片。渦輪葉片典型地包括中空翼型件，其具有沿葉片的翼展延伸的徑向通道，該徑向通道具有用于在發(fā)動機中的操作期間接收加壓冷卻空氣的至少一個或更多個入口。在葉片中的各種冷卻通路之中，包括在前緣與后緣之間設(shè)置在翼型件的中部中的蛇線通道。翼型件典型地包括延伸穿過葉片用于接收加壓冷卻空氣的入口，其包括局部特征如短湍流器肋或銷，用于增加翼型件的加熱的側(cè)壁與內(nèi)部冷卻空氣之間的熱傳遞。

這些渦輪葉片典型地由高強度超級合金金屬材料的制造涉及許多步驟。首先，精確陶瓷芯部制造成符合渦輪葉片內(nèi)期望的錯綜冷卻通路。還產(chǎn)生精確模或模具，該精確模或模具限定渦輪葉片的包括其翼型件、平臺和集成的燕尾部的精確3d外表面。陶瓷芯部組裝在兩個模半部內(nèi)，該兩個模半部形成其間的空間或空隙，其限定葉片的所得金屬部分。蠟注射到組裝的模中，以填充空隙并且包繞封裝在其中的陶瓷芯部。兩個模半部分開并且從模制的蠟除去。模制的蠟具有期望葉片的精確構(gòu)造，并且接著涂覆有陶瓷材料來形成包繞的陶瓷殼。接著，蠟熔化并且從殼除去，留下陶瓷殼和內(nèi)部陶瓷芯部之間的對應(yīng)空隙或空間。熔融的超級合金金屬接著傾倒到殼中來填充其中的空隙，并且再次封裝容納在殼中的陶瓷芯部。熔融的金屬冷卻并且凝固，并且接著外殼和內(nèi)部芯部被適合地除去，留下期望的金屬渦輪葉片，其中得到了內(nèi)部冷卻通路。

鑄造的渦輪葉片可接著經(jīng)歷附加的鑄造后修改，如但不限于按期望將適合的成排膜冷卻孔鉆取穿過翼型件的側(cè)壁，用于提供內(nèi)部導(dǎo)送的冷卻空氣的出口，該內(nèi)部導(dǎo)送的冷卻空氣接著在燃氣渦輪發(fā)動機中的操作期間在翼型件的外表面之上形成保護性冷卻空氣膜或覆蓋物。然而，這些鑄造后修改為有限的，并且給定渦輪發(fā)動機的日益增加的復(fù)雜性以及渦輪葉片內(nèi)的某些冷卻回路的認識到的效率，需要對更復(fù)雜且錯綜的內(nèi)部幾何形狀的要求。盡管熔模鑄造能夠制造這些部分，但使用這些常規(guī)的制造過程，位置精度和錯綜的內(nèi)部幾何形狀變得制造起來更復(fù)雜。因此，期望的是，提供用于具有錯綜的內(nèi)部空隙的三維構(gòu)件的改進的鑄造方法。

使用利用難熔金屬和陶瓷鑄造構(gòu)件的組合的混合芯部構(gòu)件的精確金屬鑄造是本領(lǐng)域中已知的。例如，標題為"coresforuseinprecisioninvestmentcasting"的美國專利第6,637,500號。圖1示出了形成整個熔模鑄造芯部的部分的薄難熔金屬后緣芯部構(gòu)件。薄難熔金屬元件420可通過提供具有產(chǎn)生凹入的凹穴426的區(qū)域424的難熔金屬構(gòu)件，圍繞該突出元件注射陶瓷，和/或?qū)⑻沾勺⑸涞桨佳ㄖ衼硖峁┨沾稍c難熔金屬元件之間的機械鎖定而附接于陶瓷部分422。制造了混合芯部材料，其包括難熔金屬和陶瓷材料的部分。例如，見標題為"additivemanufacturingofhybridcore"的美國2013/0266816。用于制造本申請中公開的混合芯部的技術(shù)利用了常規(guī)粉末床技術(shù)。盡管混合芯部提供了例如在用于噴氣飛行器發(fā)動機中的渦輪葉片的鑄造中鑄造超級合金的附加靈活性，但仍需要更先進的熔模鑄造芯部技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種新穎鑄造模具，其包括鑄造芯部，該鑄造芯部包括至少一個遞變芯部構(gòu)件，遞變芯部構(gòu)件包括第一芯部材料與第二芯部材料之間的至少一個遞變過渡。遞變芯部構(gòu)件中的第一芯部材料與第二芯部材料之間的遞變過渡可通過使用本文中所述的直接激光熔化/燒結(jié)的先進方法的添加制造過程來形成。外殼模具可為陶瓷材料。芯部構(gòu)件可為具有附接的遞變芯部構(gòu)件的陶瓷構(gòu)件。

第一芯部材料和第二芯部材料為同一等級的兩種類型的材料(即，兩種不同的難熔金屬)或兩個不同等級的材料(即，難熔金屬和陶瓷)。在一個實施例中，遞變芯部構(gòu)件的第一芯部材料為難熔金屬。第二芯部材料可為不同類型的難熔金屬、不是難熔金屬的金屬，或陶瓷材料。

除其它結(jié)構(gòu)之外，遞變芯部構(gòu)件可適于在鑄造構(gòu)件內(nèi)限定冷卻孔、后緣冷卻通道，或微通道。遞變芯部構(gòu)件還可適于提供芯部支承結(jié)構(gòu)、平臺芯部結(jié)構(gòu)，或末端標記結(jié)構(gòu)。若干遞變芯部構(gòu)件可用于單個鑄造芯部中，或者單個遞變芯部構(gòu)件可在陶瓷鑄造芯部組件中單獨地或與其它鑄造構(gòu)件一起使用。

本發(fā)明還涉及制造鑄造構(gòu)件的方法，其包括：將液體金屬傾倒到鑄造模具中并且凝固來形成鑄造構(gòu)件，鑄造模具包括具有至少一個遞變芯部構(gòu)件的鑄造芯部，遞變芯部構(gòu)件包括第一芯部材料與第二芯部材料之間的至少一個遞變過渡；以及從鑄造構(gòu)件除去鑄造芯部。

本發(fā)明還涉及使用過程來制造鑄造模具，該過程涉及：以一次性圖案材料形成鑄造芯部的至少一部分來形成芯部組件；以及從芯部組件除去一次性圖案材料。一次性圖案材料可為具有低于遞變芯部構(gòu)件或另一材料的熔點的蠟或金屬，其使用熱或化學(xué)過程除去來露出熔化超級合金可傾倒到其中的鑄造芯部腔。

在本發(fā)明的一個方面中，遞變芯部構(gòu)件可在粉末床過程中使用添加制造技術(shù)如直接激光熔化/燒結(jié)制造，該粉末床過程能夠利用一種以上的粉末成分來提供遞變結(jié)構(gòu)。添加方法基于逐層來建造遞變芯部構(gòu)件，包括以下步驟：(a)通過照射、粘結(jié)劑注入和/或燒結(jié)粉末床中的粉末層來形成熔合/燒結(jié)區(qū)域而凝結(jié)(consolidate)；(b)將后續(xù)的粉末層設(shè)在粉末床之上；以及(c)使用對應(yīng)于第一芯部材料和第二芯部材料的至少兩種不同粉末成分重復(fù)步驟(a)和(b)來形成遞變芯部構(gòu)件。

在另一方面中，包括至少一個遞變芯部構(gòu)件的整個鑄造芯部由直接激光熔化/燒結(jié)從粉末床制造。作為備選，遞變芯部構(gòu)件組裝在模具內(nèi)，并且陶瓷漿料引入成產(chǎn)生鑄造芯部。

技術(shù)方案1.一種鑄造模具，其包括：

包括至少一個遞變芯部構(gòu)件的鑄造芯部，所述遞變芯部構(gòu)件包括第一芯部材料與第二芯部材料之間的至少一個遞變過渡。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的鑄造模具，其特征在于，所述第一芯部材料為難熔金屬。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案1所述的鑄造模具，其特征在于，所述第一芯部材料為不是難熔金屬的金屬。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的鑄造模具，其特征在于，所述第一芯部材料為陶瓷。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案2所述的鑄造模具，其特征在于，所述第一難熔金屬為鎢或鎢合金。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案2所述的鑄造模具，其特征在于，所述第一難熔金屬為鉬或鉬合金。

技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案1所述的鑄造模具，其特征在于，所述鑄造模具還包括：

外殼模具，其包繞所述鑄造芯部的至少一部分并且限定圍繞所述鑄造芯部的腔，

其中所述外殼模具為陶瓷。

技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案1所述的鑄造模具，其特征在于，所述遞變芯部構(gòu)件適于在鑄造構(gòu)件內(nèi)限定冷卻孔、后緣冷卻通道或微通道。

技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案1所述的鑄造模具，其特征在于，所述遞變芯部構(gòu)件適于提供芯部支承結(jié)構(gòu)、平臺芯部結(jié)構(gòu)或末端標記結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案10.一種制造鑄造構(gòu)件的方法，其包括：

將液體金屬傾倒到鑄造模具中并且使所述液體金屬凝固來形成所述鑄造構(gòu)件，所述鑄造模具包括鑄造芯部，其包括遞變芯部構(gòu)件，所述遞變芯部構(gòu)件包括第一芯部材料與第二芯部材料之間的至少一個遞變過渡。

技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在傾倒所述液體金屬之前制備所述鑄造模具，所述制備包括：

以一次性圖案材料形成所述鑄造芯部的至少一部分來形成芯部組件；以及

從所述芯部組件除去所述一次性圖案材料。

技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，其特征在于，所述第一芯部材料為陶瓷，或者為是非難熔金屬的金屬。

技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案12所述的方法，其特征在于，所述第二芯部材料為是難熔金屬的金屬，或陶瓷。

技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案11所述的方法，其特征在于，所述一次性圖案材料為具有低于所述至少一個遞變芯部構(gòu)件的熔點的蠟或金屬。

技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案11所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

通過熔化除去所述一次性圖案材料；以及

通過蝕刻除去所述至少一個遞變芯部構(gòu)件。

技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，其特征在于，所述方法包括基于逐層來添加形成所述遞變芯部構(gòu)件，包括以下步驟：

(a)照射粉末床中的粉末層來形成熔合或燒結(jié)的區(qū)域；

(b)將后續(xù)粉末層提供在所述粉末床之上；以及

(c)使用對應(yīng)于至少所述第一芯部材料和所述第二芯部材料的至少兩種不同粉末成分重復(fù)步驟(a)和(b)來形成所述遞變芯部構(gòu)件。

附圖說明

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的混合芯部構(gòu)件。

圖2為示出用于添加制造的常規(guī)設(shè)備的實例的示意圖。

圖3為允許遍及建造物具有不同成分的部分的生產(chǎn)的添加制造裝置的透視圖。

圖4為使用圖2中所示的添加制造裝置制造的構(gòu)件的俯視圖。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的遞變芯部構(gòu)件。

圖6示出了用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的離散階梯遞變過渡的廓線。

圖7示出了用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的連續(xù)遞變過渡的廓線。

圖8示出了用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的擴散遞變過渡的廓線。

圖9示出了包括至陶瓷材料的難熔金屬遞變過渡的遞變芯部構(gòu)件。

圖10示出了包括包含遞變芯部構(gòu)件的鑄造芯部的鑄造模具。

具體實施方式

在下面結(jié)合附圖闡述的詳細描述旨在為各種構(gòu)造的描述，并且不旨在代表其中可實踐本文中所述的構(gòu)思的僅有構(gòu)造。詳細描述包括用于提供各種構(gòu)思的徹底理解的目的的特定細節(jié)。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見的是，這些構(gòu)思將在沒有這些特定細節(jié)的情況下實踐。

本發(fā)明的遞變構(gòu)件可使用添加制造過程制造。相比于減除制造方法，am過程大體上涉及一種或更多種材料的積聚，以制造凈或近凈形(nns)物體。盡管"添加制造"為工業(yè)標準用語(astmf2792)，但am包含在多種名稱下已知的各種制造和原型設(shè)計技術(shù)，包括自由形態(tài)制作、3d打印、快速原型設(shè)計/加工等。am技術(shù)能夠由多種材料制作復(fù)雜的構(gòu)件。大體上，獨立的物體可由計算機輔助設(shè)計(cad)模型制作。特別類型的am過程使用能量束，例如電子束，或電磁輻射，如激光束，以燒蝕或熔化粉末材料，產(chǎn)生固體三維物體，其中粉末材料的顆粒連結(jié)在一起。不同材料系統(tǒng)，例如工程塑料、熱塑性彈性體、金屬和陶瓷被使用。激光燒結(jié)或熔化是用于功能原型和工具的迅速制作的著名am過程。應(yīng)用包括直接制造復(fù)雜工件、用于熔模鑄造的圖案、用于注射模制和拉模鑄造的金屬模具，以及用于砂型鑄造的模具和芯部。在設(shè)計循環(huán)期間制作原型物體來加強構(gòu)思的溝通和測試是am過程的其它常見用途。

選擇性激光燒結(jié)、直接激光燒結(jié)、選擇性激光熔化以及直接激光熔化是用于表示通過使用激光束燒結(jié)或熔化細粉末來產(chǎn)生三維(3d)物體的常見行業(yè)用語。例如，美國專利第4,863,538號和美國專利第5,460,758號描述了常規(guī)的激光燒結(jié)技術(shù)。更準確地說，燒結(jié)伴有在低于粉末材料的熔點的溫度下熔合(凝聚)粉末的顆粒，而熔化伴有完全熔化粉末的顆粒以形成固體均一塊。與激光燒結(jié)或激光熔化相關(guān)聯(lián)的物理過程包括至粉末材料的熱傳遞，以及接著燒結(jié)或熔化粉末材料。盡管激光燒結(jié)和熔化過程可應(yīng)用于寬泛范圍的粉末材料，但生產(chǎn)路線的科學(xué)和技術(shù)方面(例如，燒結(jié)或熔化速率，以及在層制造過程期間處理參數(shù)對微觀結(jié)構(gòu)演變的影響)并未被良好理解。該制作方法伴隨有使過程非常復(fù)雜的多個模式的熱、質(zhì)量和動量傳遞，以及化學(xué)反應(yīng)。其它制作方法可由本領(lǐng)域技術(shù)人員使用，而不脫離本公開的范圍。

圖2為示出用于直接金屬激光燒結(jié)(dmls)或直接金屬激光熔化(dmlm)的示例性常規(guī)系統(tǒng)100的截面視圖的示意圖。例如，設(shè)備100通過使用由源如激光器120生成的能量束136燒結(jié)或熔化粉末材料(未示出)來以逐層方式建造物體，例如部分122。待由能量束熔化的粉末由儲存器126供應(yīng)，并且使用沿方向134行進的重涂器臂116均勻地擴散在建造板114之上，以將粉末保持在水平118處，并且將在粉末水平118上方延伸的過多粉末材料除去至廢物容器128。能量束136在電流計掃描儀132的控制下燒結(jié)或熔化建造的物體的截面層。建造板114降低，并且另一粉末層在建造板和建造的物體之上擴散，后接粉末由激光器120的連續(xù)熔化/燒結(jié)。過程重復(fù)，直到部分122完全由熔化/燒結(jié)的粉末材料構(gòu)建。激光器120可由包括處理器和存儲器的計算機系統(tǒng)控制。計算機系統(tǒng)可確定用于各層的掃描圖案，并且控制激光器120根據(jù)掃描圖案照射粉末材料。在部分122的制作完成之后，各種處理后的程序可施加于部分122。處理后的程序包括由例如鼓風或抽真空來除去過多粉末。其它處理后的程序包括應(yīng)力消除過程。

上文描述的傳統(tǒng)激光熔化/燒結(jié)技術(shù)具有關(guān)于產(chǎn)生具有不同成分的am物體的某些限制。例如，盡管有可能改變連續(xù)層中的粉末的成分，但這可在其中制造步驟之間的停機時間帶來高成本的工業(yè)化環(huán)境中變得特別麻煩。最近，開發(fā)了激光熔化/燒結(jié)的更先進方法，其允許在建造物的連續(xù)粉末層之間和沿側(cè)向在同一粉末層內(nèi)的建造物的成分的精確控制。見2015年8月25日提交且標題為"coaterapparatusandmethodforadditivemanufacturing"的美國專利申請第14/834,517號，該申請通過引用以其整體并入本文中。

如圖3中所示，先進的粉末床機器包括定位在分送器32上方的儲存器組件30。分送器32包括一個或更多個長形槽38a-e。長形槽包括槽與建造板之間的沉積閥(二進制或可變的)，其控制粉末在建造板12上的沉積。

儲存器組件30包括設(shè)置在各個槽38a-e之上的至少一個儲存器。各個儲存器由適合的壁或分隔物限定，形成有效儲存和分送粉末，大體上稱為"p"(即，p1,p2,p3等，如圖4中所示)的容積。各個獨立的儲存器可加載有具有獨特特征如成分和/或粉末顆粒尺寸的粉末p。例如，p1可用于建造部分60，p2可用于建造部分62，并且p3可用于建造部分64。應(yīng)當認識到的是，粉末p可為用于添加制造的任何適合的材料。例如，粉末p可為金屬粉末、聚合粉末、有機粉末或陶瓷粉末。注意，儲存器組件30是可選的，并且粉末p可直接加載到槽38a-38e中。

可選地，可期望的是在過程的循環(huán)之間清洗槽38a-e，例如，在期望沉積與先前循環(huán)不同的粉末混合物的情況下。這可通過使槽38a-e在過多粉末容器14之上移動并且接著開啟沉積閥來傾倒過多粉末來完成。過程可通過使氣體或氣體的混合物流動穿過槽38a-e來加強。

圖4示出了用于構(gòu)件c的粉末層24的一半，其細分成10單元寬乘以15單元高的網(wǎng)格。網(wǎng)格單元的尺寸及它們的間距出于圖示清楚的目的放大。構(gòu)件c表示為均具有單元的網(wǎng)格的一系列層可例如使用適當?shù)膶嶓w模擬或計算機輔助設(shè)計軟件來模擬。圖3中示出的各個獨特的影線圖案代表一種獨特粉末的特征(例如，成分和/或顆粒尺寸)。如所示，單層粉末可包括三種不同類型的粉末，p1,p2和p3。

施加粉末p并且接著激光熔化粉末p的該循環(huán)重復(fù)，直到完成整個構(gòu)件c。

以上過程實現(xiàn)形成遞變芯部構(gòu)件500，其包括至少第一芯部材料501與第二芯部材料502之間的遞變過渡503(圖5)。圖5中所示的遞變芯部構(gòu)件經(jīng)由實例示出，并且不關(guān)于其形狀、遞變特征或成分特征限制本發(fā)明。上文描述的添加制造技術(shù)實現(xiàn)形成幾乎任何期望形狀和成分的遞變芯部構(gòu)件。遞變芯部可以可選地與其它難熔金屬件或其它金屬(非難熔)或陶瓷構(gòu)件組裝。遞變芯部構(gòu)件和任何其它可選的構(gòu)件接著放置到模具，優(yōu)選陶瓷鑄件(如用于噴氣飛行器發(fā)動機的超級合金渦輪葉片的制造中)中。鑄造構(gòu)件可接著制備，并且熔融的超級合金傾倒到鑄件的腔中，包括與遞變芯部構(gòu)件接觸。芯部構(gòu)件接著使用組合的機械和化學(xué)過程除去。陶瓷材料可在升高的溫度和/或壓力下使用苛性堿溶液浸出。(多個)遞變芯部構(gòu)件可接著使用酸處理來化學(xué)地蝕刻遠離形成的超級合金構(gòu)件。

用語"遞變過渡"包括如圖6中所示的離散的階梯遞變過渡。離散的階梯遞變過渡通過單層內(nèi)或連續(xù)層之間的粉末床中的粉末成分的逐步變化來產(chǎn)生。逐步過渡可通過材料的隨后擴散來變平滑。然而，對于任何兩種給定的材料，離散的階梯遞變過渡提供了比僅通過擴散而可能的更逐漸的材料之間的過渡。

用語"遞變過渡"包括如圖7中所示的連續(xù)遞變過渡。連續(xù)遞變過渡通過單層內(nèi)或連續(xù)層之間的粉末床中的粉末成分的連續(xù)變化來產(chǎn)生。在連續(xù)層的情況下，連續(xù)過渡表示其中逐步材料變化是逐漸的，使得不可能檢測到材料中的階梯遞變的連續(xù)過渡。例如，如果材料隨后擴散至過渡在材料之間出現(xiàn)為連續(xù)的點。正如離散的階梯遞變過渡一樣，對于任何兩種給定材料，連續(xù)遞變過渡提供了比僅通過擴散而可能的更逐漸的材料之間的過渡。

用語"遞變過渡"包括僅在其中兩種材料在彼此內(nèi)擴散成使得存在熱處理之后的逐漸過渡的情況中的擴散遞變過渡。圖8。例如，在兩種難熔金屬沉積成鄰近彼此而不使用離散階梯或連續(xù)遞變過渡的情況下，有可能的是由熱處理提供遞變過渡，只要材料在彼此內(nèi)擴散。在一些情況下，兩種材料將形成擴散遞變過渡區(qū)域內(nèi)的合金。在難熔金屬設(shè)置成鄰近陶瓷的情況下，材料之間的過渡例如也可為遞變的，以匹配相鄰材料中的一種或更多種的熱膨脹。

圖9示出了遞變芯部構(gòu)件的使用的一個實例，其中難熔金屬構(gòu)件901為形成整個熔模鑄造芯部900的部分的薄難熔金屬后緣芯部構(gòu)件。薄難熔金屬元件901包括其與陶瓷芯部構(gòu)件的其余部分902之間的遞變過渡區(qū)域903。遞變過渡為如上文論述的離散階梯遞變過渡或連續(xù)遞變過渡。該方面中的遞變過渡的使用消除提供陶瓷元件與難熔金屬元件之間的機械鎖定的需要，并且允許產(chǎn)生更錯綜的鑄造芯部設(shè)計。在該情況下，陶瓷部分902可物理地附接于陶瓷芯部構(gòu)件。作為備選，整個陶瓷芯部構(gòu)件連同難熔金屬構(gòu)件可根據(jù)本發(fā)明使用粉末床過程打印。

圖9中示出的遞變過渡在遞變在圖像中所示的垂直方向上一致的意義上大體上是線性遞變過渡。然而，遞變還可沿水平方向變化。例如，遞變的量可在同一物體的區(qū)域之間變化。其一個實例將替代圖9中所示的線性遞變，遞變可在垂直方向上具有波狀外形。波狀遞變圖案可對幫助提供兩種材料之間的物理強度和/或匹配材料的一個或更多個性質(zhì)，即，熱導(dǎo)率有用。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的包括遞變芯部構(gòu)件1003,1004的鑄造模具1000。鑄造模具1000可用于鑄造構(gòu)件，如單晶超級合金渦輪葉片。

參照圖10，鑄造模具1000可包括一次性圖案材料1001和第二金屬構(gòu)件1002。在示例性實施例中，一次性圖案材料1001可包括金屬，其為是非難熔金屬的金屬(例如，具有低于難熔金屬的熔點的金屬)。一次性圖案材料1001和第二金屬構(gòu)件1002可使用同步打印技術(shù)形成。例如，兩種金屬的同步打印在具有代理人卷號037216.00028且于2016年2月19日提交的標題為"castingwithfirstmetalcomponentsandsecondmetalcomponents"的美國專利申請第[]號中描述。作為備選，一次性圖案材料可為能夠以金屬材料直接打印并且隨后蝕刻出的陶瓷材料。在另一個示例性實施例中，第二金屬構(gòu)件1002可包括具有遞變芯部構(gòu)件1008,1009,1010的第一遞變區(qū)段。此外，第二金屬構(gòu)件1002可包括具有第二遞變芯部構(gòu)件1005,1006,1007的第二遞變區(qū)段1004。遞變過渡可位于相鄰遞變芯部構(gòu)件之間的邊界處。遞變過渡可包括離散階梯遞變過渡、連續(xù)遞變過渡或擴散遞變過渡。遞變過渡可包括如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的任何形狀，而不脫離本公開的范圍。第二金屬構(gòu)件和/或遞變芯部構(gòu)件的材料可選擇成通過將一種或更多種元素或合金擴散到超級合金構(gòu)件中來局部地改變鑄造構(gòu)件的成分。

此外，相鄰的遞變芯部構(gòu)件可由不同材料形成。例如，選擇用于遞變芯部構(gòu)件的材料可包括為非難熔金屬/合金(例如，鋁、銅、鈷、鈷鉻、銀和/或金，或它們的組合或合金)的金屬、難熔金屬(例如，鎢、鉬、鈮或鉭，或它們的組合或合金)，或陶瓷。遞變芯部構(gòu)件中的各個可由不同材料形成。

例如，第一遞變芯部構(gòu)件1003可由第一難熔金屬1008、第二難熔金屬1010和第三難熔金屬1009制成。第一遞變過渡可位于第一難熔金屬1008和第二難熔金屬1009之間的邊界處。第二遞變過渡可位于第二難熔材料1010與第三難熔材料1009之間的邊界處。此外和/或作為備選，為非難熔金屬的一種或更多種金屬和/或陶瓷可用于第一遞變芯部構(gòu)件1003中。

類似地，第二遞變芯部構(gòu)件1004可由第四難熔金屬1005、第五難熔金屬1007和第六難熔金屬1006制成。第三遞變過渡可位于第四難熔金屬1005與第五難熔金屬1007之間的邊界處。第四遞變過渡可位于第五難熔材料1007與第六難熔材料1006之間的邊界處。此外和/或作為備選，為非難熔金屬的一種或更多種金屬和/或陶瓷可用于第一遞變芯部構(gòu)件1004中。

上文所示的遞變芯部構(gòu)件是示例性的，并且可包括在任何類型的鑄造芯部或殼布置內(nèi)。遞變芯部構(gòu)件可用于形成鑄造構(gòu)件中的冷卻孔、后緣冷卻通道或微通道。此外，遞變芯部構(gòu)件可用于芯部支承結(jié)構(gòu)、平臺芯部結(jié)構(gòu)或末端標記結(jié)構(gòu)。在一個方面中，遞變芯部構(gòu)件提供較高分辨率的鑄造的優(yōu)點。例如，如圖9中所示，在遞變芯部構(gòu)件在陶瓷部分與難熔金屬成分之間過渡的情況下。

難熔金屬可根據(jù)本發(fā)明使用，并且以已用于混合芯部構(gòu)件的形式市售。一些難熔金屬可氧化或溶解在熔融超級合金中。難熔金屬芯部構(gòu)件可涂覆有陶瓷層用于保護。作為備選，難熔金屬構(gòu)件可包括至具有0.1到1mil厚的用于保護的陶瓷層的表面的遞變過渡。保護陶瓷層可包括二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉻、多鋁紅柱石以及二氧化鉿。

本發(fā)明的芯部構(gòu)件可包括難熔金屬，其具有至另一金屬(如，貴金屬(即，鉑)或鉻或鋁)層的遞變過渡，以保護免受氧化。這些金屬層可單獨地或與上文論述的陶瓷層組合施加。

遞變芯部構(gòu)件的成分中的一種或更多種可為難熔物，其在可使用加熱時形成表面保護膜。例如，mosi2分別形成sio2的保護層。

可用于形成鑄造構(gòu)件的超級合金包括鎳基合金，其包括鉻鎳鐵合金和其它。

第一金屬構(gòu)件1001和第二金屬構(gòu)件1002可在形成超級合金鑄造構(gòu)件期間和/或之后除去。第一金屬構(gòu)件1001可選擇成使得其具有低于第二金屬構(gòu)件1002的熔點。以該方式，第一金屬構(gòu)件1001可熔化并且除去，而不使第二金屬構(gòu)件1002熔化和/或引起對其的損壞。此后，熔化的超級合金可傾倒到通過除去第一金屬構(gòu)件1001和通過留下第二金屬構(gòu)件1002形成的腔中。第二金屬構(gòu)件1002的除去可在使熔化的超級合金凝固之后執(zhí)行，以產(chǎn)生鑄造構(gòu)件(例如，渦輪葉片)。例如，第二金屬構(gòu)件1002可使用化學(xué)手段除去，該化學(xué)手段包括但不限于使用酸處理的蝕刻。蝕刻來除去第二金屬構(gòu)件可在于升高的溫度和壓力下浸沒在苛性堿溶液中以除去任何陶瓷之前或之后執(zhí)行。在一個方面中，第二金屬構(gòu)件燒結(jié)而非熔化。這可增加用于除去第二金屬的可選方案的數(shù)量。例如，在一些情況下，燒結(jié)(不完全熔化)的第二金屬可使用物理手段(例如，搖動)來除去。此外，燒結(jié)的材料可使用酸蝕刻來更容易除去，其中蝕刻溶液更迅速地穿透燒結(jié)的粉末結(jié)構(gòu)。

該書面的描述使用實例以公開本發(fā)明(包括優(yōu)選實施例)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果這些其它實例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實例包括與權(quán)利要求的字面語言無顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。來自所述各種實施例的方面，以及用于各個此類方面的其它已知等同物可由本領(lǐng)域技術(shù)人員混合和匹配，以構(gòu)成根據(jù)本申請的原理的附加實施例和技術(shù)。