能接合的材料，這些方法步驟 在室溫產(chǎn)生了包覆在超級(jí)合金基底上的超級(jí)合金的無(wú)裂紋沉積物。
[0027] 圖2示出本發(fā)明另一實(shí)施方案，其中超級(jí)合金材料的包覆層30沉積在超級(jí)合金基 底材料32上，其在該實(shí)施方案中被示為具有多個(gè)柱狀晶粒34的定向固化的材料。在該實(shí)施 方案中，粉末層36預(yù)置于或加至基底材料32的表面作為包括粉末合金材料38和粉末焊劑 材料40的混合物的均勻?qū)?。在一些?shí)施方案中，粉末層36可為1至幾毫米厚而非選擇性 激光熔化和燒結(jié)方法中通常使用的零點(diǎn)幾毫米。例如，典型的粉末現(xiàn)有技術(shù)的焊劑材料具 有0.5-2_的顆粒尺寸。然而，粉末合金材料38可具有的顆粒尺寸范圍（網(wǎng)目尺寸范圍） 為0. 02-0. 04mm或0. 02-0. 08mm或它們的任何子范圍。這種網(wǎng)目尺寸范圍的差異可在圖1 的實(shí)施方案中良好適用（其中材料構(gòu)成單獨(dú)的層）；然而，在圖2的實(shí)施方案中，為了在熔 化過(guò)程中促進(jìn)粉末的混合和進(jìn)料并提供改善的焊劑覆蓋，有利的是，粉末合金材料38和粉 末焊劑材料40具有重疊的網(wǎng)目尺寸范圍，或具有相同的網(wǎng)目尺寸范圍。
[0028] 圖2的實(shí)施方案的能量束42為具有通常矩形的橫斷面形狀的二極管激光束，盡管 可使用其他已知類(lèi)型的能量束，如電子束、等離子體束、一種或多種圓形激光束、掃描激光 束（一維、二維或三維掃描的）、整合激光束等。該矩形可特別有利于具有較大的待包覆面 積的實(shí)施方案，如用于修復(fù)氣輪機(jī)葉片頂部。二極管激光產(chǎn)生的寬面積束有助于減少焊接 熱輸入、熱影響區(qū)、來(lái)自基底的稀釋和殘留應(yīng)力，其均降低了通常與超級(jí)合金修復(fù)相關(guān)的開(kāi) 裂作用的傾向。用于產(chǎn)生寬面積激光暴露的光學(xué)條件和光學(xué)硬件可包括但不限于：激光束 的散焦；在焦點(diǎn)處產(chǎn)生矩形能量源的二極管激光的使用；集成光學(xué)器件如分節(jié)鏡的使用以 在焦點(diǎn)處產(chǎn)生矩形能量源；在一個(gè)或多個(gè)維度掃描（掃描（rastering))激光束；和使用可 變光束直徑的聚焦光學(xué)器件（例如用于精細(xì)工作的焦點(diǎn)處的0. 5_變化至用于不太精細(xì)工 作的焦點(diǎn)處的2. Omm)。如同在選擇性激光熔化或燒結(jié)方法中，光學(xué)器件和/或基底的運(yùn)動(dòng) 可被程序化以建立定制形狀層（custom shape layer)的沉積物。相比已知的激光恪化或 燒結(jié)方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)包括：各處理層中高沉積速率和厚的沉積物；在熱沉積的金屬上 延伸的改善的屏蔽而不需要惰性氣體；焊劑將增強(qiáng)組分沉積物的清潔，否則其將導(dǎo)致固化 開(kāi)裂；焊劑將增強(qiáng)激光束吸收和最小化返回處理設(shè)備的反射；熔渣形成將成形且支持沉積 物，保存熱且減緩冷卻速率，從而減少殘留應(yīng)力，否則其會(huì)導(dǎo)致焊接后熱處理中的應(yīng)變時(shí)效 (再加熱）開(kāi)裂；焊劑可補(bǔ)償元素?fù)p失或添加合金元素，且可有效地選擇性進(jìn)行粉末和焊劑 預(yù)放置或添加，因?yàn)槌练e物的厚度極大減少了總部件建立所涉及的時(shí)間。
[0029] 圖2的實(shí)施方案還示出使用基底合金進(jìn)料材料44。進(jìn)料材料44可為線或帶的形 式，其被添加或振蕩至基底32且由能量束42熔化，從而有助于熔體池。如果需要的話(huà)，該 進(jìn)料材料可預(yù)加熱（例如電加熱）以減少激光束所需的總能量。盡管難以或不可能將一些 超級(jí)合金材料形成為線或帶的形式，但是材料如純的鎳或鎳-鉻或鎳-鉻-鈷可易于以這 些形式獲得。在圖2的實(shí)施方案中，有利地選擇基底合金進(jìn)料材料44、粉末合金材料38和 粉末焊劑材料40使得包覆材料層30具有所需超級(jí)合金材料的組成。該填料材料可僅為限 定所需的超級(jí)合金材料的元素組合的元素的可擠出的亞組，且該粉末金屬材料包括補(bǔ)充填 料材料中元素的元素以獲得限定所需的超級(jí)合金材料的元素組合。該填料材料和粉末金屬 材料在熔體池中混合以形成所需的超級(jí)合金材料層30的修復(fù)表面。如圖1，該方法產(chǎn)生熔 渣層46,其使得包覆材料30得到保護(hù)、成形和熱絕緣。
[0030] 圖3示出一種實(shí)施方案，其中使用冷金屬電弧焊接噴燈54將超級(jí)合金材料層50 沉積至超級(jí)合金基底52。該噴燈54用于進(jìn)料和恪化具有藥芯線（cored material)或帶狀 材料形式的填料材料56 (包括填充有粉末材料59的中空金屬護(hù)套57)。該粉末材料59可 包括粉末金屬合金和/或焊劑材料。有利地，該金屬護(hù)套57由可易于形成為中空形狀的材 料形成，如鎳或鎳-鉻或鎳-鉻-鈷，且選擇粉末材料59使得當(dāng)填料材料56熔化時(shí)形成所 需超級(jí)合金組合物。該護(hù)套包含足夠的鎳（或鈷）以獲得所需的超級(jí)合金組合物，因此護(hù) 套相對(duì)粉末核芯材料的固體對(duì)固體的比例可例如保持在3:2的比例。電弧的熱量熔化填料 材料56且形成被熔渣層58覆蓋的所需的超級(jí)合金材料層50。粉末焊劑材料可提供在填 料材料56中（例如25 %的核體積）或其可被預(yù)先放置或沉積在基底52的表面上（未示 出-參見(jiàn)圖2)，或兩者。在多種實(shí)施方案中，該焊劑可為電導(dǎo)性的（電熔渣）或并非電導(dǎo) 性的（埋?。╯ubmerged arc))，且其可為化學(xué)中性的或添加的。如上所述，可預(yù)加熱該填料 材料以減少所需的過(guò)程能量-在該情況下源自冷金屬電弧噴燈。使用焊劑將提供屏蔽，由 此減少或消除對(duì)冷金屬電弧方法中通常所需的惰性或部分惰性氣體的需求。
[0031] 圖4示出一種實(shí)施方案，其中使用能量束如激光束64將超級(jí)合金材料層60沉積 在超級(jí)合金基底62上以熔化填料材料66。如上關(guān)于圖3所述，該填料材料66包括金屬護(hù) 套68,其由可易于成形為中空形狀的材料構(gòu)建，如鎳或鎳-鉻或鎳-鉻-鈷，且選擇粉末材 料70使得在填料材料66通過(guò)激光束64熔化時(shí)形成所需的超級(jí)合金組合物。該粉末材料 70可包括粉末焊劑以及合金元素。激光束64的熱量熔化填料材料66且形成被熔渣層72 覆蓋的所需的超級(jí)合金材料層60。如上所述，可預(yù)加熱該填料材料以減少所需的過(guò)程能 量-在該情況下源自激光束。
[0032] 設(shè)置填料材料56, 66的一個(gè)實(shí)施方案以如下沉積合金247材料：
[0033] -護(hù)套固體體積為總金屬固體體積的約60%且為純的Ni ;
[0034] -核芯金屬粉末體積為總金屬固體體積的約40%，該總金屬固體體積包括足夠的 Cr、Co、Mo、W、Al、Ti、Ta、C、B、Zr和Hf ;其在與來(lái)自于護(hù)套的純鎳一起熔化且混合時(shí)，產(chǎn)生 如下標(biāo)稱(chēng)重量百分比的合金247組合物：8. 3Cr，10Co,0. 7M〇，10W，5. 5Al，lTi，3Ta，0. 14C， 0· 015Β，0· 05Zr 和 I. 5Hf ;且
[0035] -核芯焊劑粉末體積表示另外的、主要為非金屬的線體積，其尺寸可能約等于金屬 粉末體積且包括的氧化鋁、氟化物和硅酸鹽的比例為35/30/35。焊劑的網(wǎng)目尺寸范圍使得 能在核芯金屬粉末中均勻分布。
[0036] 對(duì)于其中通過(guò)電弧提供熔化熱的實(shí)施方案，通常在焊劑或保護(hù)氣體中提供二氧化 碳以保持電弧穩(wěn)定性。然而，二氧化碳會(huì)與鈦反應(yīng)且一些鈦會(huì)在熔化過(guò)程中作為蒸氣或氧 化物而損失掉。本發(fā)明方法允許填料材料中包含的鈦的量超過(guò)所沉積的超級(jí)合金組合物中 所需的鈦的量以補(bǔ)償該損失。對(duì)于上述合金247的實(shí)例，核芯金屬粉末中包含的鈦的量可 從1 %增加至3%。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明方法的超級(jí)合金材料的修復(fù)方法可包括，通過(guò)按需要研磨以去除缺陷 來(lái)準(zhǔn)備待修復(fù)的超級(jí)合金材料表面，清潔該表面，然后將包含焊劑材料的粉末材料層預(yù)放 置或添加至該表面，然后使能量束穿過(guò)該表面以將粉末和表面上層熔化在具有漂浮熔渣層 的熔體池中，然后使得熔體池和熔渣固化。該熔化功能修復(fù)基底表面上的任何表面缺陷，在 通常通過(guò)已知的機(jī)械和/或化學(xué)方法去除熔渣后得到更新的表面。該粉末材料可僅為焊劑 材料，或?qū)τ谄渲行枰?jí)合金包覆的材料層的實(shí)施方案，該粉末材料可包含金屬粉末，其 為置于粉末焊劑材料層之下的單獨(dú)的層，或與粉末焊劑材料混合，或與焊劑材料一起混合 入復(fù)合顆粒中，使得該熔化在表面形成包覆層材料。任選地，可將進(jìn)料材料以帶或線的形式 引入熔體池。該粉末金屬和進(jìn)料材料（如果有的話(huà)），以及任何由焊劑材料提供的金屬（其 可為中性的或附加的），在熔體池中合并以產(chǎn)生具有所需的超級(jí)合金材料的組成的包覆層。 在一些實(shí)施方案，鎳、鎳-鉻、鎳-鉻-鈷或其它易于擠出的金屬的進(jìn)料材料與合適的合金 金屬粉末混合以產(chǎn)生包覆層中所需的超級(jí)合金組合物，從而避免將所需的超級(jí)合金材料成 形為線或帶形式的問(wèn)題。
[0038] 盡管不必然需要預(yù)加熱基底以得到可接受的結(jié)果，但在一些實(shí)施方案中可能在熔 化步驟之前需要將熱施加至超級(jí)合金基底和/或進(jìn)料材料和/或粉末，例如增加基底材料 的延性和/或減少另外要求的用于熔化填料的光束能量。在高于合金熔化溫度的約80%的 溫度實(shí)現(xiàn)一些超級(jí)合金基底的延性改善。類(lèi)似地，冷卻裝置（chill fixture)可任選用于具 體應(yīng)用，其與能量束的精確熱輸入的組合可最小化由于熔化過(guò)程在材料中產(chǎn)生的應(yīng)力。而 且，本發(fā)明不需要惰性保護(hù)氣體，盡管如果需要的話(huà)在一些應(yīng)用中可以使用補(bǔ)充的保護(hù)氣 體。如果使用填料材料44,那么在一些實(shí)施方案中可對(duì)其進(jìn)行預(yù)加熱。
[0039] 可使用的焊劑材料包括可商購(gòu)的焊劑，如以以下名稱(chēng)銷(xiāo)售的那些：Lincο Inwe I d P2007, Bohler Soudokay NiCrW-412, ESAB OK 10. 16 或 10. 90,特殊金屬