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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410496229.9 (22)申请日 2014.09.25 14/036733 2013.09.25 US C23C 26/00(2006.01) B23K 28/02(2014.01) (71)申请人 通用电气公司 地址 美国纽约州 (72)发明人 T.W. 芬德雷二世 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 严志军 谭祐祥 (54) 发明名称 腐蚀防护件、 防护件制造方法和制造带防护 件物品的方法 (57) 摘要 本发明涉及腐蚀防护件、 防护件制造方法和 制造带防护件物品的方法。提供了制造近净。
2、形腐 蚀防护件的方法、 形成受防护物品的方法、 和近净 形腐蚀防护件。制造近净形腐蚀防护件的方法包 括提供底座、 相对于底座安置能量源， 利用来自能 量源的能量射束将至少一种耐磨材料沉积在底座 上。沉积在底座上的至少一种耐磨材料形成近净 形腐蚀防护件， 该近净形腐蚀防护件构造成安置 在涡轮构件上。形成受防护物品的方法包括从近 净形腐蚀防护件上移除底座， 且将近净形腐蚀防 护件固连到涡轮构件。近净形腐蚀防护件包括近 净形耐腐蚀部分， 所述近净形耐腐蚀部分构造成 安置在涡轮构件上。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1。
3、页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104451674 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104451674 A 1/1 页 2 1. 一种制造近净形腐蚀防护件的方法， 包括 ： 提供底座 ； 相对于所述底座安置能量源 ； 和 利用来自所述能量源的能量射束将至少一种耐磨材料沉积在所述底座上 ； 其中， 沉积在所述底座上的所述至少一种耐磨材料形成所述近净形腐蚀防护件， 所述 近净形腐蚀防护件构造成安置在涡轮构件上。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 包括在沉积所述至少一种耐磨材料之 前， 利用所述能量射束将垫片沉积在所述底座上， 以形成具有与所。
4、述至少一种耐磨材料为 一体的所述垫片的所述近净形腐蚀防护件。 3. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 包括从所述底座移除所述近净形腐蚀防 护件。 4. 根据权利要求 3 所述的方法， 其特征在于， 所述底座为牺牲层。 5. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 包括从由激光、 电子射束、 等离子体射 束、 和电弧构成的集合选定所述能量射束。 6. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 还包括将多层所述至少一种耐磨材料沉 积在所述底座上。 7. 一种形成受防护物品的方法， 包括 ： 提供底座 ； 相对于所述底座安置能量源 ； 利用来自所述能量源的能量射束将至少一种耐磨。
5、材料沉积在所述底座上， 以形成近净 形腐蚀防护件 ； 移除所述底座 ； 和 将所述近净形腐蚀防护件固连至涡轮构件。 8. 根据权利要求 7 所述的方法， 其特征在于， 包括在将所述至少一种耐磨材料沉积在 所述底座上之前将垫片沉积在所述底座上。 9. 根据权利要求 8 所述的方法， 其特征在于， 还包括在将所述近净形腐蚀防护件固连 至所述涡轮构件之前， 将所述垫片安置在所述近净形腐蚀防护件与所述涡轮构件之间。 10. 根据权利要求 9 所述的方法， 其特征在于， 所述垫片包含镍基合金材料。 权 利 要 求 书 CN 104451674 A 2 1/5 页 3 腐蚀防护件、 防护件制造方法和制造带。
6、防护件物品的方法 技术领域 0001 本发明涉及腐蚀防护件， 制造腐蚀防护件的方法和制造具有防护件的物品的方 法。更具体而言， 本发明涉及防护件的激光辅助制造和具有防护件的物品。 背景技术 0002 动力系统中的构件， 诸如涡轮转子叶片和涡轮定子叶片用在涡轮设备中， 且经常 暴露于腐蚀环境。腐蚀环境可能导致构件腐蚀， 构件腐蚀起因于例如蒸汽涡轮中的水滴或 来自氧化皮的细小灰尘。具体而言， 水滴可导致后级涡轮叶片的腐蚀， 在后级涡轮叶片处， 水滴与用于驱动涡轮的蒸汽混合。涡轮叶片的腐蚀是成问题的， 因为它导致叶片变薄和叶 片的由腐蚀引起的疲劳损坏。 0003 减少涡轮叶片的由水滴引起的腐蚀的一种。
7、方法包括低热输入堆焊， 以在涡轮构件 上累积多个单层。已知的堆焊技术花费相当大量的时间来形成所期望的腐蚀保护部分。使 用此种堆焊工艺的另一个问题是耐腐蚀部分必须在形成为所期望的叶片几何形状之后来 加工， 从而增加了制造中的加工步骤和时间， 从而加大了成本。 0004 另一预防措施是使用腐蚀防护件， 例如， 包括为了耐磨性而调配的钴铬合金 ( 例 如， STELLITE)。腐蚀防护件固连于涡轮构件且保护构件远离腐蚀。用于此种腐蚀防护件 的材料在精制状态 (wrought condition) 下被提供， 从而需要处理并且 / 或者加工以实现 所期望的尺寸和 / 或几何形状。此种处理和 / 或加工。
8、对于复杂的形状是特别昂贵的， 诸如 涡轮叶片或翼型件。 0005 生产或制造防护件的过程、 制造具有防护件的物品的过程， 和免受以上缺点中的 一个或更多个的腐蚀防护件在本领域中将是合乎需要的。 发明内容 0006 在一个示范实施例中， 一种制造近净形(near-net shape)腐蚀防护件的方法包括 提供底座， 相对于底座安置能量源， 用来自能量源的能量射束将至少一种耐磨材料沉积在 底座上。沉积在底座上的该至少一种耐磨材料形成近净形腐蚀防护件， 该近净形腐蚀防护 件构造成安置在涡轮构件上。 0007 在另一个示范实施例中， 一种形成受防护物品的方法包括提供底座， 相对于底座 安置能量源， 用。
9、来自能量源的能量射束将至少一种耐磨材料沉积在底座上以形成近净形腐 蚀防护件， 移除底座， 且将近净形腐蚀防护件固连到涡轮构件。 0008 在另一个示范实施例中， 一种近净形腐蚀防护件包括近净形耐腐蚀部分。近净形 腐蚀防护件构造成安置在涡轮构件上。 0009 一种制造近净形腐蚀防护件的方法， 包括 ： 提供底座 ； 相对于底座安置能量源 ； 和 利用来自能量源的能量射束将至少一种耐磨材料沉积在底座上 ； 其中， 沉积在底座上的至 少一种耐磨材料形成近净形腐蚀防护件， 近净形腐蚀防护件构造成安置在涡轮构件上。 0010 优选地， 方法包括在沉积至少一种耐磨材料之前， 利用能量射束将垫片沉积在底 说。
10、 明 书 CN 104451674 A 3 2/5 页 4 座上， 以形成具有与至少一种耐磨材料为一体的垫片的近净形腐蚀防护件。 0011 优选地， 方法包括从底座移除近净形腐蚀防护件。 0012 优选地， 底座为牺牲层。 0013 优选地， 方法包括从由激光、 电子射束、 等离子体射束、 和电弧构成的集合选定能 量射束。 0014 优选地， 方法还包括将多层至少一种耐磨材料沉积在底座上。 0015 一种形成受防护物品的方法， 包括 ： 提供底座 ； 相对于底座安置能量源 ； 利用来自 能量源的能量射束将至少一种耐磨材料沉积在底座上， 以形成近净形腐蚀防护件 ； 移除底 座 ； 和将近净形腐蚀。
11、防护件固连至涡轮构件。 0016 优选地， 方法包括在将至少一种耐磨材料沉积在底座上之前将垫片沉积在底座 上。 0017 优选地， 方法还包括在将近净形腐蚀防护件固连至涡轮构件之前， 将垫片安置在 近净形腐蚀防护件与涡轮构件之间。 0018 优选地， 垫片包含镍基合金材料。 0019 优选地， 方法还包括利用从由硬焊和电子射束焊接构成的集合选定的方法来将近 净形腐蚀防护件固连到涡轮构件。 0020 一种近净形腐蚀防护件， 包括 ： 近净形耐腐蚀部分 ； 其中， 近净形腐蚀防护件构造 成安置在涡轮构件上。 0021 优选地， 近净形耐腐蚀部分的成分包含耐腐蚀合金。 0022 优选地， 耐腐蚀合金。
12、选自由钴基合金、 铬基合金、 钨基合金、 和碳化铬材料构成的 集合。 0023 优选地， 防护件包括垫片， 垫片固连至近净形耐腐蚀部分， 垫片构造成安置在近净 形耐腐蚀部分与涡轮构件之间。 0024 优选地， 涡轮构件是涡轮动叶。 0025 优选地， 防护件构造成安置在涡轮动叶的前缘上。 0026 优选地， 防护件覆盖涡轮动叶的前缘的至少大约 1/3。 0027 优选地， 防护件包括非耐腐蚀部分， 非耐腐蚀部分与耐腐蚀部分形成连续表面。 0028 优选地， 非耐腐蚀部分覆盖涡轮构件的前缘的大约 2/3。 0029 从结合附图作出的优选实施例的以下更详细的说明中， 本发明的其他特征和优点 将是显。
13、而易见的， 附图作为示例例示出本发明的原理。 附图说明 0030 图 1 是根据本公开的生产近净形腐蚀防护件的制造方法的透视示意图。 0031 图 2 是根据本公开的形成受防护物品的过程示图。 0032 图 3 是根据本公开的形成受防护物品的方法的透视示意图。 0033 图 4 是根据本公开的形成受防护物品的方法的透视示意图。 0034 在任何可能的地方， 在整个附图中， 相同的参考数字用来代表相同的部件。 具体实施方式 说 明 书 CN 104451674 A 4 3/5 页 5 0035 提供了制造近净形腐蚀防护件的方法、 形成受防护物品的方法和近净形腐蚀防护 件。与不使用在本文中公开的特。
14、征中的一个或更多个的过程和物品相比， 本公开的实施例 提高效率， 减小成本， 提高制造容易度， 提高制造的灵活性， 减少设置时间， 允许在单个处理 中混合合金， 或它们的结合。 0036 图 1 代表用于制造近净形腐蚀防护件 101 的制造过程 100 的实施例。制造过程 100包括提供底座109(步骤110)， 相对于底座109安置能量源107(步骤120)， 用来自能量 源 107 的能量射束 105 将至少一种材料 103( 步骤 130) 沉积在底座 109 上。至少一种材料 103 的沉积 ( 步骤 130) 形成具有净形或近净形的防护件 101， 防护件 101 构造成安置在涡 轮。
15、构件 201 上 ( 图 2)。如在本文中使用的， 短语 “近净” 指的是为要求较少加工和处理或是 不需要加工和处理的几何形状和尺寸。如在本文中使用的， 短语 “净” 指的是为不要求加工 和处理的几何形状和尺寸。 0037 在另一个实施例中， 制造过程100包括将防护件101从底座109移除。 底座为任何 合适的底座， 包括但不限于牺牲底座 (sacrifi cial base)、 类似于涡轮构件 201 的合成物， 或其组合。 又一实施例包括热处理防护件101， 和/或防护件101的精加工， 例如通过加工、 打磨、 喷砂、 切割、 处理 (treat)、 涂布或其组合。备选的实施例避免精加工。
16、和 / 或加工、 打 磨、 喷砂、 切割、 处理、 涂布或其组合。 0038 在一个实施例中， 材料 103 通过应用在非氧化性环境下执行的计算机光栅化和 / 或激光辅助制造 (LAM) 来沉积 ( 步骤 130)， 诸如但不限于真空室、 防护气体或其组合。LAM 通过来自能量源 107 的任何合适的能量射束 105 来执行。合适的能量射束包括但不限于 激光射束、 电子射束、 等离子体射束， 电弧或其组合。LAM 包括材料 103 的逐层沉积 ( 步骤 130)， 从而允许在具有平面或基本平面构造的底座 109 上形成具有净形或近净形的防护件 101。 0039 此外， LAM 允许材料 10。
17、3 在逐层沉积 ( 步骤 130) 期间的任何合适的变化， 以在防 护件 101 内形成具有不同成分的层。材料 103 的合适的变化包括但不限于层之间的成分变 化、 层内的成分变化， 或其组合。 例如， 在一个实施例中， 材料103变化以形成防护件101， 防 护件101具有与耐腐蚀部分111一体的垫片部分113， 垫片部分113和耐腐蚀部分111具有 不同成分和不同材料特性。在另一实施例中， 材料 103 变化以形成防护件 101， 防护件 101 在垫片部分 113 和 / 或耐腐蚀部分 111 内具有不同节段。 0040 参考图 2-3， 在一个实施例中， 一种形成受防护物品 200 的。
18、方法包括将防护件 101 固连 ( 步骤 210) 至能够由防护件 101 保护的任何合适的涡轮构件的基底 203。能够由防护 件 101 保护的合适的涡轮构件包括但不限于叶片或翼型件、 喷嘴、 阀、 隔板、 动叶、 或转子中 的一个或更多个。在另一个实施例中， 防护件 101 固连 ( 步骤 210) 至动叶的前缘部分的压 力侧。在又一个实施例中， 从涡轮构件 201 移除现有的防护件， 并且由通过制造过程 100 形 成的新的防护件来代替。 0041 防护件 101 通过任何合适的技术来固连， 包括但不限于硬焊、 激光焊接、 电子射束 焊接、 等离子体焊接、 钨极惰性气体保护焊、 金属惰性。
19、气体 (MIG) 保护焊或其组合。在一个 实施例中， 防护件 101 包括耐腐蚀部分 111 且直接固连于 ( 步骤 210) 基底 203。在另一个 实施例中， 垫片部分 113 有助于将防护件 101 固连至基底 203( 步骤 210)。垫片部分 113 可 与耐腐蚀部分 111 为一体的， 或由精制 (wrought) 的垫片材料形成并且机械地配合至耐腐 说 明 书 CN 104451674 A 5 4/5 页 6 蚀部分111。 此外， 由精制的垫片材料形成的垫片部分113可安置于耐腐蚀部分111与基底 203 之间或者在固连防护件 101( 步骤 210) 之前附接至耐腐蚀部分 1。
20、11。 0042 垫片部分113包括能够将防护件101固连(步骤210)至涡轮构件201基底203并 且能够在涡轮环境中续存的任何合适的成分。在一个实施例中， 基底 203 由选自下列集合 的材料构成， 包括但不限于铁基或镍基合金、 12 铬合金 (12-chrome) 材料、 410 不锈钢 (UNS S41000)、 403 不锈钢 (UNS S40300)、 GTD-450TM( 沉淀硬化钢， 其具有以下标称成分 ： 15.5% 的 Cr、 6.3% 的 Ni、 1.5% 的 Cu、 0.37% 的 Nb、 0.05% 的 C， 和基本为 Fe 的余量 )， 或其组合。 材料的清单仅为示。
21、范性的， 且不意图限制本公开范围， 因为防护件 101 可固连至任何基底 203。一种合适的合金具有按重量计算的以下成分 ： 大约 0.15% 的碳、 大约 1.00% 的锰、 大约 0.50% 的硅、 大约 11.5% 与大约 13.0% 之间的铬， 大约 0.04% 的磷， 大约 0.03% 的硫， 和余量 的铁。另一种合适的合金具有按重量计算的以下成分 ： 大约 0.14% 的碳、 大约 0.80% 的锰、 大约 0.015% 的磷、 大约 0.010% 的硫、 大约 0.2% 的硅、 大约 11.5% 的铬、 大约 2.5% 的镍、 大 约 1.6% 的钼、 大约 0.3% 的钒、 大。
22、约 0.03% 的氮和余量的铁。另一种合适的合金具有按重量 计算的以下成分 ： 大约 0.050% 的碳、 大约 14.0% 与大约 16.0% 之间的铬、 大约 1.25% 与大约 1.75% 之间的铜、 大约 1.0% 的锰、 大约 0.50% 与大约 1.0% 之间的钼、 大约 5.0% 与大约 7.0% 之间的镍、 大约 0.30% 的磷、 大约 1.0% 的硅、 大约 0.030% 的硫、 和余量的铁。垫片部分 113 的合适的成分包括但不限于Inconel、 镍基合金， 诸如Inconel、 600合金(alloy 600)、 或其 组合。 0043 垫片部分 113 为能够赋予所。
23、期望性能的任何合适的厚度。在一个实施例中， 垫片 部分113的厚度选定为在涡轮构件201的基底203与耐腐蚀部分111之间提供充分的过渡， 从而减少或者消除层离、 疲劳、 焊接困难、 裂纹扩展， 和 / 或其他不良影响。例如， 在一个实 施例中， 垫片部分 113 提供了物理屏障， 该物理屏障限制了基底 203 与耐腐蚀部分 111 中的 较高碳材料之间的碳迁移， 从而减少或者消除焊接或热影响区的弱化。垫片部分 113 的合 适厚度包括但不限于大约 10 密耳与大约 200 密耳之间、 大约 50 密耳与大约 200 密耳之间、 大约 100 密耳与大约 200 密耳之间、 大约 150 密耳。
24、与大约 200 密耳之间、 大约 50 密耳与大 约 150 密耳之间、 大约 100 密耳与大约 150 密耳之间， 大约 10 密耳与大约 100 密耳之间， 大 约 50 密耳与大约 100 密耳之间、 大约 10 密耳与大约 50 密耳之间、 大约 10 密耳与大约 20 密耳之间、 或其任何合适的组合、 子组合、 范围、 或子范围， 其中， 1 密耳等于 0.001 英寸。 0044 耐腐蚀部分 111 包括用于减少或者消除涡轮构件 201 的腐蚀的任何合适的成分。 耐腐蚀部分 111 的合适的成分包括但不限于钴基合金、 铬基合金、 钨基合金、 碳化铬材料或 其组合。在一个实施例中，。
25、 耐腐蚀部分 111 的成分是 STELLITE 合金族的一员。例如， 在一 个实施例中， 耐腐蚀部分 111 具有按重量百分比计算的以下标称成分 ： 大约百分之 27 与大 约百分之 32 之间的铬、 大约百分之 4 与大约百分之 6 之间的钨、 大约百分之 0.9 与大约百 分之 1.4 之间的碳、 和余量的钴以及附带的杂质。另一个例子中， 耐腐蚀部分 111 具有按重 量百分比计算的以下标称成分 ： 大约百分之 1.4 与大约百分之 1.85 之间的碳、 大约百分之 29.5 的铬、 大约百分之 1.5 的硅、 大约百分之 8.5 的钨、 和余量的钴以及附带的杂质。 0045 耐腐蚀部分。
26、 111 为赋予所期望的耐腐蚀性能、 耐磨性、 和蒸汽或燃气涡轮环境中 的续存性的任何合适的厚度。在一个实施例中， 耐腐蚀部分 111 的厚度选定为例如赋予在 特定构件 / 用途的预定寿命期间的充足的耐磨性和 / 或耐腐蚀性。耐腐蚀部分 111 的合适 说 明 书 CN 104451674 A 6 5/5 页 7 的厚度包括但不限于大约 200 密耳与大约 500 密耳之间、 大约 300 密耳与大约 500 密耳之 间、 大约 400 密耳与大约 500 密耳之间、 大约 200 密耳与大约 400 密耳之间、 大约 300 密耳 与大约 400 密耳之间、 大约 200 密耳与大约 300。
27、 密耳之间、 或其任何合适的组合、 子组合、 范 围、 或子范围。 0046 同时， 垫片部分 113 和 / 或耐腐蚀部分 111 形成用于保护涡轮构件 201 的拥有任 何合适的厚度和 / 或宽度的防护件 101。合适的厚度和 / 或宽度包括但不限于大约 500 密 耳与大约 750 密耳之间、 直到大约 750 密耳、 直到大约 500 密耳， 或其任何组合、 子组合、 范 围、 或子范围。 0047 防护件 101 为能够保护涡轮构件 201 的基底 203 远离腐蚀的任何合适的长度。合 适的长度包括但不限于动叶的全长、 动叶长度的大约 2/3， 或动叶长度的大约 1/3， 其中， 动。
28、 叶长度在大约 4 英寸与大约 70 英寸之间， 大约 6 英寸与大约 20 英寸之间， 或其任何组合、 子组合、 范围、 或子范围。 0048 此外， 防护件101包括能够通过利用能量射束105形成的任何合适的几何特征。 合 适的几何特征包括但不限于腔、 非平行表面、 圆 / 弯曲表面、 成角度表面、 突起、 间隙、 或是 其他难以形成的形状 / 几何形状。在一个实施例中， 防护件 101 的几何特征与待由防护件 101 保护的涡轮构件 201 的全部或一部分基本对应或完全对应。 0049 参考图 4， 在一个实施例中， 防护件 101 包括非耐腐蚀部分 301 和耐腐蚀部分 111。 非耐。
29、腐蚀部分 301 和耐腐蚀部分 111 形成覆盖涡轮构件 203 的连续表面或备选地形成覆在 涡轮构件 203 上的垫片 113。参考图 4， 在另一个实施例中， 耐腐蚀部分 111 覆盖垫片 113 的大约 1/3， 垫片 113 覆在动叶前缘部分上， 且非耐腐蚀部分 301 覆盖覆在动叶前缘部分上 的垫片 113 的其余 2/3。例如， 在蒸汽涡轮中， 耐腐蚀部分 111 安置成覆盖和保护动叶前缘 部分的远侧 1/3， 在此水滴可能加大动叶的侵蚀。在备选实施例中， 耐腐蚀部分 111 覆盖了 垫片 113 的大约 2/3， 垫片 113 覆在动叶的前缘部分上， 且非耐腐蚀部分 301 覆盖。
30、覆在动叶 前缘部分上的垫片 113 的其余 1/3。例如， 在蒸汽涡轮中， 耐腐蚀部分 111 安置成覆盖和保 护动叶前缘部分的近侧 2/3， 在此来自水冲洗的水可加大动叶的侵蚀。 0050 虽然本发明已参考优选的实施例来说明， 但本领域技术人员应理解的是， 可进行 各种改变， 且等同物可替换其元件， 而不偏离本发明的范围。 此外， 可作出许多更改， 以使特 定情况或材料适于本发明的教导， 而不偏离其基本范围。 因此， 意图本发明不限于作为用于 执行本发明而构想的最佳实施方式公开的特定实施例， 而是本发明将包括落入所附权利要 求的范围内的所有的实施例。 说 明 书 CN 104451674 A 7 1/4 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 104451674 A 8 2/4 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 104451674 A 9 3/4 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 104451674 A 10 4/4 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 104451674 A 11 。