本發(fā)明涉及一種制品和形成制品的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種冷卻的制品和形成冷卻的制品的方法。

背景技術(shù)：

渦輪系統(tǒng)在不斷修改以提高效率和降低成本。用于提高渦輪系統(tǒng)的效率的一種方法包括升高渦輪系統(tǒng)的操作溫度。為了升高溫度，渦輪系統(tǒng)必須由可在繼續(xù)使用期間耐受此類溫度的材料構(gòu)成。

提高渦輪構(gòu)件的溫度能力的一種常見方法包括使用冷卻特征。冷卻特征通常由用于燃?xì)鉁u輪的高溫區(qū)域中的金屬和合金形成。典型地，冷卻特征在制造期間鑄造在構(gòu)件上或內(nèi)。冷卻特征還可通過構(gòu)件在制造之后的機(jī)加工來形成。然而，難以通過構(gòu)件的鑄造和/或機(jī)加工來形成復(fù)雜冷卻特征。

此外，通過構(gòu)件的鑄造和/或機(jī)加工形成的冷卻特征大體上包括與構(gòu)件相同的材料。盡管這些材料能夠耐受渦輪系統(tǒng)的操作溫度，但它們還包括與構(gòu)件相同的熱導(dǎo)率。因此，由于耐受燃?xì)鉁u輪操作溫度的材料通常包括相對(duì)低的熱導(dǎo)率，故由其形成的冷卻特征也是。因此，用于冷卻構(gòu)件的當(dāng)前方法經(jīng)常包括使增加量的冷卻流體在具有相對(duì)低的熱導(dǎo)率的冷卻特征之上經(jīng)過，這降低系統(tǒng)的操作效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在實(shí)施例中，一種制品包括具有內(nèi)表面和外表面的本體部分，內(nèi)表面限定內(nèi)區(qū)域，以及定位在內(nèi)區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)冷卻特征。本體部分包括第一材料，并且至少一個(gè)冷卻特征包括第二材料，第二材料具有高于第一材料的熱導(dǎo)率。

在另一個(gè)實(shí)施例中，一種制品包括具有內(nèi)表面和外表面的本體部分，內(nèi)表面限定內(nèi)區(qū)域，以及從內(nèi)表面延伸的至少一個(gè)集成的冷卻特征。本體部分包括第一材料，并且至少一個(gè)冷卻特征包括第二材料，第二材料具有高于第一材料的熱導(dǎo)率，并且相比于第一材料提供了增大的冷卻效力。此外，本體部分和至少一個(gè)集成的冷卻特征包括添加制造的微結(jié)構(gòu)。

在另一個(gè)實(shí)施例中，一種形成制品的方法包括通過添加制造技術(shù)制造本體部分，以及通過添加制造技術(shù)制造至少一個(gè)冷卻特征。本體部分包括第一材料，并且至少一個(gè)冷卻特征包括第二材料，第二材料具有高于第一材料的熱導(dǎo)率。

技術(shù)方案1. 一種制品，其包括：

具有內(nèi)表面和外表面的本體部分，所述內(nèi)表面限定內(nèi)區(qū)域；以及

定位在所述內(nèi)區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)冷卻特征；

其中所述本體部分包括第一材料，并且所述至少一個(gè)冷卻特征包括第二材料，所述第二材料具有高于所述第一材料的熱導(dǎo)率。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的制品，其特征在于，所述冷卻特征包括所述第一材料和所述第二材料兩者。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的制品，其特征在于，所述冷卻特征的所述第二材料至少部分地覆蓋所述冷卻特征的所述第一材料。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的制品，其特征在于，所述第二材料在所述冷卻特征的所述第一材料之上形成導(dǎo)熱表面。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的制品，其特征在于，所述第一材料形成從所述內(nèi)表面延伸的所述冷卻特征的近側(cè)部分，而所述第二材料形成從所述近側(cè)部分延伸的所述冷卻特征的遠(yuǎn)側(cè)部分。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的制品，其特征在于，所述冷卻特征包括材料梯度，其中相對(duì)增加量的所述第一材料鄰近所述本體部分的所述內(nèi)表面，而相對(duì)增加量的所述第二材料遠(yuǎn)離所述內(nèi)表面。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的制品，其特征在于，所述冷卻特征由所述第二材料構(gòu)成。

技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的制品，其特征在于，所述第二材料相比于所述第一材料提供增大的冷卻效力。

技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的制品，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻特征與所述本體部分集成。

技術(shù)方案10. 根據(jù)技術(shù)方案9所述的制品，其特征在于，所述本體部分和所述至少一個(gè)冷卻特征中的至少一個(gè)包括添加制造的微結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案11. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的制品，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻特征選自由銷組、湍流器、凸塊、翅片和它們的組合構(gòu)成的組。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的制品，其特征在于，所述第二材料包括銅。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的制品，其特征在于，所述制品為燃?xì)鉁u輪構(gòu)件。

技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案13所述的制品，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪構(gòu)件選自由翼型件、輪葉、噴嘴、護(hù)罩和它們的組合構(gòu)成的組。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的制品，其特征在于，所述制品還包括定位在所述本體部分與所述至少一個(gè)冷卻特征之間的中間材料。

技術(shù)方案16. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的制品，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻特征中的各個(gè)為中空的。

技術(shù)方案17. 一種制品，其包括：

具有內(nèi)表面和外表面的本體部分，所述內(nèi)表面限定內(nèi)區(qū)域；以及

從所述內(nèi)表面延伸的至少一個(gè)集成的冷卻特征；

其中所述本體部分包括第一材料，并且所述至少一個(gè)冷卻特征包括第二材料，所述第二材料具有高于所述第一材料的熱導(dǎo)率；

其中所述本體部分和所述至少一個(gè)集成的冷卻特征包括添加制造的微結(jié)構(gòu)；并且

其中所述第二材料相比于所述第一材料提供增大的冷卻效力。

技術(shù)方案18. 一種形成制品的方法，所述方法包括：

由添加制造技術(shù)制造本體部分；以及

由所述添加制造技術(shù)制造至少一個(gè)冷卻特征；

其中所述本體部分包括第一材料，并且所述至少一個(gè)冷卻特征包括第二材料，所述第二材料具有高于所述第一材料的熱導(dǎo)率。

技術(shù)方案19. 根據(jù)技術(shù)方案18所述的方法，其特征在于，所述添加制造技術(shù)包括：

將材料的第一層分配至選擇的區(qū)域，所述材料包括第一材料和第二材料中的至少一種；

選擇性地激光熔化所述第一層；

將所述材料的至少一個(gè)附加層分配在所述第一層之上；

選擇性地激光熔化所述至少一個(gè)附加層中的各個(gè)；以及

由所述材料形成所述制品；

其中各層中的所述材料的成分和布置對(duì)應(yīng)于所述制品的預(yù)定部分。

技術(shù)方案20. 根據(jù)技術(shù)方案18所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻特征的制造與所述本體部分的制造同時(shí)發(fā)生，與所述本體部分集成地形成所述至少一個(gè)冷卻特征。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從連同附圖進(jìn)行的以下更詳細(xì)描述為顯而易見的，該附圖經(jīng)由實(shí)例示出本發(fā)明的原理。

附圖說明

圖1為根據(jù)本公開的實(shí)施例的制品的正視透視圖。

圖2為根據(jù)本公開的實(shí)施例的沿線2-2截取的圖1的制品的截面視圖。

圖3示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的圖2的一部分的透視圖。

圖4示出了根據(jù)本公開的另一個(gè)實(shí)施例的圖2的一部分的透視截面視圖。

圖5為根據(jù)本公開的實(shí)施例的冷卻特征的截面視圖。

圖6為根據(jù)本公開的備選實(shí)施例的冷卻特征的截面視圖。

圖7為根據(jù)本公開的備選實(shí)施例的冷卻特征的截面視圖。

圖8為根據(jù)本公開的備選實(shí)施例的冷卻特征的截面視圖。

在可能的任何地方，相同的附圖標(biāo)記將遍及附圖用于表示相同的部分。

部件列表

100 制品

101 噴嘴

103 第一端壁

105 第二端壁

107 翼型件部分

201 本體部分

203 外表面

205 內(nèi)表面

207 內(nèi)區(qū)域

209 冷卻特征

211 湍流器

213 銷

215 凸塊

501 第一材料

502 第二材料

510 實(shí)心

520 中空

801 中間材料。

具體實(shí)施方式

提供了制品和形成制品的方法。例如，相比于不包括本文中公開的特征中的一個(gè)或更多個(gè)的構(gòu)思，本公開的實(shí)施例提高冷卻效率，便于制品冷卻的增加控制，延長(zhǎng)制品壽命，便于使用升高的系統(tǒng)溫度，提高系統(tǒng)效率，以減少的冷卻流體提供增加的制品冷卻，或它們的組合。

參照?qǐng)D1，在一個(gè)實(shí)施例中，制品100包括構(gòu)造用于在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣體路徑中使用的噴嘴101。在另一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴101包括定位在第一端壁103與第二端壁105之間的翼型件部分107。翼型件部分107布置和設(shè)置成引導(dǎo)空氣流穿過熱氣體路徑的一部分，并且構(gòu)造成通過第一端壁103和第二端壁105中的至少一個(gè)接收冷卻流體。盡管在本文中關(guān)于噴嘴描述，但如將由本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到的，制品100不如此限制，并且可包括適合于接收冷卻流體的任何其它制品，如例如，中空構(gòu)件、熱氣體路徑構(gòu)件、輪葉、葉片、翼型件、護(hù)罩、導(dǎo)葉、葉片平臺(tái)、導(dǎo)葉側(cè)壁、燃燒器或它們的組合。

如示出翼型件部分107的截面的圖2中所示，制品100包括本體部分201，其具有外表面203、限定內(nèi)區(qū)域207的內(nèi)表面205，以及形成在其中的一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209。適合的冷卻特征包括但不限于湍流器211、銷213、凸塊215、凹座、翅片、孔口或它們的組合。一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209以任何適合的定向定位在內(nèi)區(qū)域207內(nèi)，如，在內(nèi)表面205上和/或從內(nèi)表面205延伸，在內(nèi)表面205之上的中間層上和/或從其延伸，在定位在內(nèi)表面207內(nèi)的構(gòu)件上和/或從其延伸，適合于傳導(dǎo)冷卻的任何其它定向，或它們的組合。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2-4中所示，一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209包括定位在制品100的內(nèi)表面205上的多個(gè)凸塊215，多個(gè)凸塊215從內(nèi)表面205延伸到內(nèi)區(qū)域207中。凸塊215以任何適合的布置定位，并且包括任何適合的幾何構(gòu)造，如，但不限于對(duì)準(zhǔn)(圖2-3)、交錯(cuò)(圖4)、規(guī)則間隔、可變地間隔、圓形、半圓形、正方形、無規(guī)則，或它們的組合。在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209包括以任何適合的構(gòu)造沿本體部分201的內(nèi)表面205延伸的湍流器211，如，但不限于，沿徑向(圖2-3)、水平地(圖4)、關(guān)于徑向方向成0到180度之間的角(圖4)，或它們的組合。此外，湍流器211可沿內(nèi)表面205的長(zhǎng)度為連續(xù)的和/或間斷地?cái)嚅_。在又一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209包括銷213(圖2和4)，其具有任何適合的幾何形狀和/或定向，如但不限于圓形、長(zhǎng)方形、橢圓形、跑道形、正方形、無規(guī)則，或它們的組合。銷213完全地或部分地延伸橫跨內(nèi)區(qū)域207(圖2)，并且可關(guān)于彼此共線或交錯(cuò)(圖4)。在某些實(shí)施例中，如圖2中所示，多個(gè)銷213定位成形成一個(gè)或更多個(gè)銷組。盡管示為圖2中的銷組，但如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，銷213不限于銷組布置，并且可包括任何其它布置、定向，或它們的組合。

一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209與本體部分201集成形成，和/或與本體部分201分開接著裝固于其來形成。在分開形成時(shí)，一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209可直接地裝固于內(nèi)表面205，或者它們可形成在裝固于內(nèi)表面205的中間層上。在另一個(gè)實(shí)施例中，本體部分201和/或一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209包括通過添加制造技術(shù)形成的添加結(jié)構(gòu)材料。適合的添加制造技術(shù)包括但不限于直接金屬激光熔化(DMLM)、直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、選擇性激光熔化(SLM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、電子束熔化(EBM)、熔融沉積成型(FDM)、粉末噴射粘結(jié)劑處理、任何其它添加制造技術(shù)，或它們的組合。

例如，DMLM技術(shù)包括將材料的第一層分配至選擇的區(qū)域，選擇性地激光熔化第一層，將材料的至少一個(gè)附加層分配在第一層之上，以及選擇性地激光熔化至少一個(gè)附加層中的各個(gè)。第一層和至少一個(gè)附加層的選擇性激光熔化形成本體部分201和/或一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209，其中各層內(nèi)的材料的成分和/或布置提供至制品100內(nèi)的對(duì)應(yīng)成分。在一個(gè)實(shí)施例中，材料為霧化粉末。在另一個(gè)實(shí)施例中，DMLM在惰性氣體氣氛中執(zhí)行。作為備選，F(xiàn)DM包括將材料供應(yīng)至噴嘴，加熱噴嘴，以及通過噴嘴擠出材料。在材料穿過噴嘴時(shí)，噴嘴的加熱熔化材料。在材料通過噴嘴擠出之后，材料變硬，形成本體部分201和/或一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209。

在另一個(gè)實(shí)例中，粉末噴射粘結(jié)劑處理包括選擇性地沉積液體粘結(jié)劑來選擇性地連結(jié)粉末層的一部分內(nèi)的粉末顆粒，接著添加一個(gè)或更多個(gè)附加粉末層，以及將液體粘結(jié)劑選擇性地沉積在附加粉末層中的各個(gè)之上。液體粘結(jié)劑在附加粉末層中的各個(gè)之上的選擇性沉積選擇性地連結(jié)粉末層的一部分內(nèi)和/或粉末層之間的粉末顆粒，形成制品100。在建造過程期間沒有熱的添加的情況下和/或在沒有建造板的情況下，液體粘結(jié)劑連結(jié)粉末顆粒。在建造過程期間連結(jié)粉末顆粒和/或?qū)又?，制?00可經(jīng)歷處理，包括固化、燒結(jié)、滲透和/或等靜壓制。處理使制品100固化，并且/或者在建造過程之后增大制品100的密度。

添加制造技術(shù)中的各種形成近凈形結(jié)構(gòu)。如本文中使用的，"近凈形"意思是本體部分201和/或一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209形成為非常接近最終形狀，在添加制造之后不需要顯著傳統(tǒng)機(jī)械精整技術(shù)，如，機(jī)加工或磨削。一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209的近凈形可為一致的、大致一致的或變化的，并且包括任何適合的截面形狀。此外，一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209中的各個(gè)的截面形狀可與內(nèi)區(qū)域207內(nèi)的至少一個(gè)其它冷卻特征209的截面形狀相同、大致相同或不同。盡管大體上示為一致或大致一致的軸或桿形凸塊213，但如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，冷卻特征209不如此限制，并且可包括正方形、三角形、八角形、圓形、圓環(huán)、半圓形、圓柱形、圓錐形、沙漏形、拋物線形、中空的、任何其它幾何形狀，或它們的組合。

參照?qǐng)D5-8，本體部分201由第一材料501形成，并且一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209中的各個(gè)包括第二材料502。在如圖5中所示的一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209完全由第二材料502形成。在另一個(gè)實(shí)施例中，冷卻特征209可為實(shí)心的510、中空的520，或者制品100可包括它們的組合。此外或作為備選，如圖6-8中所示，一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209包括材料的組合，如但不限于雙金屬材料，其包括第一材料501和第二材料502。例如，參照?qǐng)D6，在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻特征209包括設(shè)置在第一材料501上的一層第二材料502。參照?qǐng)D7，在另一個(gè)實(shí)施例中，在冷卻特征209遠(yuǎn)離內(nèi)表面205延伸時(shí)，冷卻特征209的成分從第一材料501過渡至第二材料502。參照?qǐng)D8，在又一個(gè)實(shí)施例中，中間材料801定位在冷卻特征209與本體部分201之間，中間材料801與第一材料501和/或第二材料502相同、大致相同或不同。在某些實(shí)施例中，中間材料801便于將冷卻特征209裝固于本體部分201，如例如，通過提供單獨(dú)形成的冷卻特征209與本體部分201之間的硬釬焊膏或箔。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209不限于以上實(shí)例，并且可包括任何其它材料組合，如，成分梯度、其它過渡構(gòu)造、局部涂層，或它們的組合。

第一材料501包括具有適合的強(qiáng)度、氧化和蠕變性質(zhì)用于在渦輪系統(tǒng)的熱氣體路徑中繼續(xù)使用的任何材料，如但不限于γ'超級(jí)合金、鎳基超級(jí)合金、鈷基超級(jí)合金、其它適合的超級(jí)合金、不銹鋼，或它們的組合。用于第一材料501的適合的成分包括但不限于合金，如γ'超級(jí)合金或不銹鋼。在一個(gè)實(shí)施例中，γ'超級(jí)合金包括例如按重量的以下成分：大約9.75%的鉻、大約7.5%的鈷、大約4.2%的鋁、大約3.5%的鈦、大約1.5%的鉬、大約6.0%的鎢、大約4.8%的鉭、大約0.5%的鈮、大約0.15%的鉿、大約0.05%的碳、大約0.004%的硼，以及余量的鎳和附帶雜質(zhì)。在另一個(gè)實(shí)例中，γ'超級(jí)合金包括按重量的以下成分：大約7.5%的鈷、大約7.0%的鉻、大約6.5%的鉭、大約6.2%的鋁、大約5.0%的鎢、大約3.0%的錸、大約1.5%的鉬、大約0.15%的鉿、大約0.05%的碳、大約0.004%的硼、大約0.002%到大約0.03%之間的釔，以及余量的鎳和附帶雜質(zhì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，γ'超級(jí)合金包括按重量的以下成分：大約8.0%到大約8.7%之間的鉻、大約9%到大約10%之間的鈷、大約5.25%到大約5.75%之間的鋁、達(dá)到大約0.9%的鈦(例如，大約0.6%到大約0.9%之間)、大約9.3%到大約9.7%之間的鎢、達(dá)到大約0.6%的鉬(例如，大約0.4%到大約0.6%之間)、大約2.8%到大約3.3%之間的鉭、大約1.3%到大約1.7%之間的鉿、達(dá)到大約0.1%的碳(例如，大約0.07%到大約0.1%之間)、達(dá)到大約0.02%的鋯(例如，大約0.005%到大約0.02%之間)、達(dá)到大約0.02%的硼(例如，大約0.01%到大約0.02%之間)、達(dá)到大約0.2%的鐵、達(dá)到大約0.12%的硅、達(dá)到大約0.1%的錳、達(dá)到大約0.1%的銅、達(dá)到大約0.01%的磷、達(dá)到大約0.04%的硫、達(dá)到大約0.1%的鈮，以及余量的鎳和附帶雜質(zhì)。

第二材料502包括相比于第一材料501具有較大的熱導(dǎo)率的任何材料。用于第二材料502的一種適合的材料包括銅。用于第二材料502的其它適合的材料包括但不限于鋁、銀、鎳合金、銅合金、具有大于第一材料501的熱導(dǎo)率的其它合金，或它們的組合。當(dāng)暴露于內(nèi)區(qū)域207時(shí)，第二材料502形成導(dǎo)熱表面，其便于制品100的增加的熱傳遞和/或冷卻。具體而言，在冷卻流體穿過制品100的內(nèi)區(qū)域207時(shí)，第二材料502的增大的熱導(dǎo)率相比于由第一材料501形成的冷卻特征209增加了本體部分201的冷卻。此外，相比于由第一材料501形成的傳統(tǒng)冷卻特征209，包括第二材料502的一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209提供增大的冷卻效力，提高系統(tǒng)性能，或它們的組合。此外，通過提高冷卻效率和/或效力，包括第二材料502的冷卻特征209便于以減少的冷卻流來冷卻制品100，這提高了系統(tǒng)的操作效率。

盡管第二材料502的熱導(dǎo)率相對(duì)大于第一材料501，但第二材料502的熱和/或機(jī)械阻抗可與第一材料501的相同、大致相同或不同。例如，在某些實(shí)施例中，本體部分201完全包繞一個(gè)或更多個(gè)冷卻特征209，減少第二材料502暴露于包繞制品100的操作環(huán)境的熱應(yīng)力和/或機(jī)械應(yīng)力。減少第二材料502暴露于操作環(huán)境的熱應(yīng)力和/或機(jī)械應(yīng)力容許了使用具有相比于本體部分201的第一材料501的提高的熱導(dǎo)率以及減小的熱和/或機(jī)械阻抗的材料。

盡管已經(jīng)參照一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可作出各種改變，并且等同方案可替換其元件，而不脫離本發(fā)明的范圍。此外，可作出許多改型以使特定情形或材料適合于本發(fā)明的教導(dǎo)，而不脫離其基本范圍。因此，意圖是，本發(fā)明不限于公開為構(gòu)想用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。此外，在詳細(xì)描述中識(shí)別的所有數(shù)值應(yīng)當(dāng)解釋為如同準(zhǔn)確值和近似值兩者確切地識(shí)別的。