化物。常规用于诸如燃气满轮发动机之类的高溫应用的当前可用的基于铁、儀 或钻的超合金中的任何一个，包括上述的那些合金，可W利用本发明的方法被接合、修复或 涂覆。
[0035]其它变体可提供热量W用于烙化通过供给材料，而不是利用能量束或者与能量束 组合。例如，图2的丝或带的供给材料44可W被通电W在粉末和焊剂的层W下形成电弧， 其中丝是W挤压形式容易获得的材料（即，不是超合金材料）并且粉末包含其它必要的合 金元素W在组合的烙池中形成期望的超合金组成。可替代地，粉末和焊剂可W被选择为导 电的，诸如用来促进有效地形成超合金包覆材料的层的电渣焊接过程。在又一个实施例中， 混合有超合金粉末材料的焊剂粉末可W使用传统等离子弧烙覆设备（可选具有冷却固定 装置）被馈送到超合金基底。在各种实施例中，基底、供给材料和/或粉末可W被预加热。 由于利用能量束（±1-2%)比利用电极（±10-15%)的热量输入的精确程度更高，可W期 望的是利用能量束占总热量输入的一半W上。光束能量可W导致埋弧焊或电渣过程启用具 有从基底的最小稀释的初步烙池，然后埋弧焊或电渣贡献可W添加到沉积的体积，而没有 显著的进一步基底冲击，从而最大限度地减少稀释效应。
[0036]根据其它实施例，混合的埋弧焊焊剂和合金247粉末被预放置为从2. 5到5. 5mm的深度，并且实现在最终的焊后热处理之后的无裂缝激光烙覆沉积物。功率水平从0. 6到 2千瓦的镜光纤激光已被用于与振镜扫描光学器件一起使用，使沉积物的宽度为从3至 10mm、行进速度为125mm/min。通过染料渗透测试和沉积截面金相检验已经确定没有开裂。 要理解的是，合金247落在如图6中所示的非可焊区的最困难的区域W内，从而证明了本发 明的可操作性针对于超合金组成的全范围，包括那些具有大于3wt%的侣含量。
[0037]可W理解，当修复超合金基底时利用粉末状焊剂材料的优点被实现，无论附加的 包覆材料是否被沉积。在超合金基底中的表面开裂可通过利用粉末状焊剂材料覆盖表面然 后加热该表面和焊剂材料W形成具有浮动烙渣层的烙池而被修复。一旦在渣层的保护下烙 池凝固，将形成没有开裂的清洁表面。
[0038]通过使用具有通常为矩形能量密度的二极管激光器，激光能量可跨表面面积被施 加。可替代地，W圆形激光束来回进行光栅扫描是可能的，因为它沿着基底向前移动W实现 区域的能量分布。图5图示了其中具有直径D的大致为圆形的光束从第一位置74移动到 第二位置74'然后到第=位置74"等等的一个实施例的光栅扫描图案。在其方向改变的位 置处的光束直径图案的重叠0的量优选处于D的25-90%之间，W便于提供材料的最佳的加 热和烙化。可替代地，两个能量束可W同时被光栅扫描W达到跨表面区域的期望的能量分 布，其中在光束图案之间的重叠处于相应的光束的直径的25-90%的范围内。
[0039]将理解的是，使用粉末状材料有助于功能梯度材料的沉积，其中所沉积的材料的 组成跨越时间和空间而变化。例如，合金组成可W从产品的内壁变化至产品的外壁，或从产 品W内变化至靠近它的表面。该合金组成可W响应于预期的操作条件而变化，该预期的操 作条件需要不同的机械或抗腐蚀特性，并且也考虑到材料的成本。
[0040] 虽然本发明的各种实施例已在本文中示出和描述，但是很明显，运些实施例仅通 过示例的方式提供。许多变化、改变和替换可W做出而不脱离本发明。因此，本发明仅旨在 由所附权利要求书的精神和范围所限制。
【主权项】
1. 一种方法，包括： 提供供给材料，所述供给材料包含含有粉末状芯材料的护套，所述粉末状芯材料包含 粉末状金属材料和粉末状焊剂材料； 将所述供给材料熔化到基底上以形成熔池；以及 允许所述熔池冷却以形成期望的组成的包覆材料的层，所述包覆材料的所述层由熔渣 的层覆盖。2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 将所述护套选择为由期望的超合金材料的元素的可挤压子集形成；以及 将所述粉末状金属和所述粉末状焊剂选择为包含在被熔化到所述基底上时补充所述 护套以将所述包覆材料形成为所述期望的超合金材料的元素。3. 根据权利要求2所述的方法，进一步包括从镍、镍-铬、镍-铬-钴的组中的一个形 成所述护套。4. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 将包覆材料的所述期望的组成选择为包括钛； 在所述熔化的步骤期间提供包含二氧化碳或氧的屏蔽气体；以及 将所述粉末状芯材料提供为包括钛，从而补偿由于在所述熔化步骤期间与所述氧或二 氧化碳的反应以及随后的汽化导致的钛的损失。5. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述熔化的步骤期间利用激光能量加热 所述供给材料。6. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述熔化的步骤期间利用电流加热所述 供给材料。7. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述熔化的步骤期间利用电流预加热所 述供给材料，然后利用激光能量熔化所述预加热的供给材料。8. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述粉末状金属材料和所述粉末状焊剂 材料提供为具有重叠的筛孔尺寸范围。9. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述粉末状金属材料和所述粉末状焊剂 材料提供为具有相同的筛孔尺寸范围。10. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述熔化的步骤期间向所述熔池供应 补充的粉末状金属材料。11. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述粉末状焊剂材料处理为包括铬的 氧化物、镍的氧化物和钛的碳化物的组中的至少一个。12. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括选择所述护套和所述粉末状芯材料，使得 所述包覆材料期望的组成是处于超出当在绘制钛含量对铝含量的超合金的图上显示时的 可焊区的超合金组成，其中所述可焊区的上边界由与所述钛含量的轴线在6wt%相交并且 与所述铝含量的轴线在3wt%相交的直线形成。13. -种方法，包括： 将供给材料熔化到基底上以形成在熔渣的层以下的期望的超合金包覆材料的层，所述 供给材料包含中空金属护套，所述中空金属护套含有粉末状芯材料； 其中所述金属护套包含所述期望的超合金材料的元素的可挤压子集，并且所述粉末状 芯材料包含粉末状金属和粉末状焊剂，当与所述护套一起被熔化时所述粉末状金属和所述 粉末状焊剂使得所述期望的超合金材料的所述元素完整；以及 允许所述超合金包覆材料和熔渣冷却，然后移除所述熔渣以呈现期望的超合金包覆材 料的所述层。14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述粉末状金属和粉末状焊剂的筛孔尺寸范围 重叠。15. 根据权利要求13所述的方法，进一步包括通过向所述供给材料施加能量束而熔化 所述供给材料。16. 根据权利要求13所述的方法，进一步包括： 通过经由所述供给材料施加电流到所述基底以形成电弧而熔化所述供给材料； 提供屏蔽气体，所述屏蔽气体包含氧和二氧化碳中的至少一个，从而在所述熔化的步 骤期间稳定所述电弧；以及 在所述粉末状金属中包含超出在所述期望的超合金包覆材料中含有的钛的过量的钛， 以便于补偿与氧和二氧化碳中的至少一个反应的钛。17. -种方法，包括： 使用冷金属电弧焊炬将包含焊剂和粉末状钛的供给材料电极熔化到基底上以形成包 覆材料的层；以及 在所述熔化的步骤期间施加包含氧或二氧化碳的屏蔽气体； 其中所述粉末状钛的量被选择为补偿包覆材料的所述层通过与氧或二氧化碳的反应 而损失的钛的量。18. 根据权利要求17所述的方法，进一步包括： 形成含有粉末状合金金属的中空的镍、镍-铬或镍-铬-钴护套的所述电极，所述粉末 状合金金属包含所述粉末状钛和粉末状焊剂； 其中所述粉末状合金金属和所述粉末状焊剂被选择为当被熔化以形成期望的超合金 材料时补充所述护套，所述期望的超合金材料具有超出在绘制钛含量对铝含量的超合金的 图上定义的可焊区的组成，其中所述可焊区的上边界由与所述钛含量的轴线在6wt%相交 并且与所述铝含量的轴线在3wt%相交的直线形成。
【专利摘要】金属包覆过程利用作为包含粉末状芯(70)的中空的护套(68)形成的供给材料(66)，该粉末状芯包含粉末状金属和粉末状焊剂材料。粉末状金属和焊剂可以具有重叠的筛孔尺寸范围。护套可以是期望的超合金包覆材料的元素的可挤压的子集，使得粉末状金属和粉末状焊剂材料补充该护套以在被熔融时形成期望的超合金材料。粉末状金属可以包含过量的钛以补偿在钛与屏蔽气体中的氧或二氧化碳的反应。用于熔化的热量可以通过能量束(64)被提供，或者通过利用在冷金属电弧焊炬(54)中的作为电极的供给材料而被提供。
【IPC分类】B23K10/02, B23K26/342, B23K26/14, B23K35/30, C23C24/10, B23K9/04
【公开号】CN105377494
【申请号】CN201480006038
【发明人】G·J·布鲁克, A·卡梅尔
【申请人】西门子能源公司
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2014年1月31日
【公告号】EP2950959A2, US9393644, US20140209577, WO2014121046A2, WO2014121046A3