复合加强插件和制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及优选地用于涡轮机部件的加强插件，以及制造这种加强插件的方法。
【背景技术】
[0002]特别地在航空学领域中的永久目标是最优化部件强度达到最小质量和尺寸。因此，一些部件现在可以包括由复合材料制造的加强插件，该复合材料具有金属基质。这种复合材料通常包括金属合金基质，例如由钛T1、镍Ni或招A1合金制造的金属合金基质，纤维，例如，碳化硅SiC陶瓷纤维放置在合金基质中。这种纤维比钛具有更好的张力强度(与lOOOMPa比较，通常4000MPa)，并且通常地硬三倍。因此，该纤维抵抗力，金属合金基质在纤维之间传递载荷，进行与部件其余部分的结合剂功能，以及保护和分离纤维的功能，该纤维必须不彼此接触。陶瓷纤维也是结实的，但是易碎，并且必须由金属进行保护。
[0003]这些复合材料可以用于制造圆盘、轴、致动器本体、壳体、隔片，用作单片部件，诸如叶片的加强等。它们也可以用在其它领域的应用中，其中在压力下，3D力领域施加于一个部件，例如压力容器，诸如圆筒或流体箱。
[0004]为了获得由复合材料制造的这种加强插件，第一步是形成“涂覆丝”，该涂覆丝包括加强件，该加强件由涂覆有金属壳体的陶瓷纤维组成。金属涂覆使得丝更硬，但是改善了其韧性，这对处理是有用的。
[0005]在现有技术中，通常使用电子束物理蒸汽沉积(EBPVC)方法完成碳化硅(SiC)纤维的涂覆。然而，在效率方面，该方法不是非常成本有效的。而且，涂覆方法花费了长的时间，因为沉积速率是每分钟一米的数量级。
[0006]现有技术也公开了一种在熔融金属浴中，在飘浮中涂覆SiC纤维的直接方法。例如，文献EP 0931846公开了这种涂覆方法。该文献公开了在适合的温度，液态金属可以在适合的熔炉中维持飘浮，以至少部分地排除与熔炉壁的接触。通过围绕熔炉的电磁装置实现飘浮。通过预先装置保持张力的陶瓷纤维被拉入通过金属浴。根据纤维上所需要的金属厚度定义金属浴中纤维转移的速率。该方法比之前的方法更快，但是它产生了偏移纤维。而且，该方法难以调整SiC纤维的百分数和金属基质的百分数之间的比率。而且，在根据该方法所制造的插件中可以出现不稳定性。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于通过公开一种具有加强强度和组分可以选择的加强插件，克服现有技术的缺点。
[0008]为了达到该目的，本发明的第一方面涉及优选地用于涡轮机的复合加强插件，其包括:
[0009]-由围绕着中心纤维螺旋地缠绕的金属合金外部细丝环绕的陶瓷材料制造的中心纤维组成的股；
[0010]-涂覆股的金属加强层。
[0011]“ΙΓ是一种组件，对于该组件，细丝或纤维以同心层围绕中心细丝或纤维布置。
[0012]因此，不像根据现有技术的加强插件，其中加强层直接地沉积在中心纤维上，本发明公开了金属合金纤维可以首先围绕中心纤维缠绕，并且所获得的组件然后可以涂覆有金属加强层。由此所获得的加强插件具有改进的硬度。它也具有其中心纤维相对于环绕它的金属部件居中的优点。而且，这种加强插件特别地有利，因为它容易选择陶瓷材料的百分数和金属合金的百分数之间的比率。
[0013]根据本发明的加强插件也可以具有单独地或者当技术上可能时，可能地组合的一个或几个特征。
[0014]根据不同的实施方式，股可以包括由金属合金制造的Ν个细丝，其中Ν大于或等于6 Α优选地等于7、19或37。确定金属细丝的直径和它们的数量Ν，以致于插件具有选定的数Vf。数Vf对应于陶瓷纤维的面积和环绕它的的金属合金细丝的面积之间的比率。当股包括6个金属合金细丝时，这些细丝优选地被布置以形成围绕中心纤维的单层。那么，Vf等于1/7或14.3 %。当选择Vf小于14 %的结构时，股包括围绕中心纤维的大于18或19个的细丝，并且这些细丝优选地被布置以形成围绕中心纤维的几个同心层。
[0015]中心纤维优选地由碳化硅制成，其具有优良的机械特性。
[0016]有利地，细丝由基于钛、镍或铝的金属合金制成，以致于加强插件具有优良的机械强度/重量比率。
[0017]金属加强层优选地由与形成细丝的金属合金相同的基本金属材料制成。
[0018]本发明的第二方面也涉及从陶瓷纤维，制造优选地意欲用在涡轮机中的加强插件的方法，该方法包括下列步骤:
[0019]-(a)围绕中心纤维绞股金属合金细丝，以形成股；
[0020]-(c)用保护金属层涂覆股。
[0021]这种方法简单快速，并且可以用于获得可以选择组分的加强插件。而且，由此制造的插件的陶瓷纤维居中。
[0022]该方法也可以包括通过点焊，固定细丝的步骤(b)。通过激光或通过电子束可以完成该步骤。然而，如果股具有不带细丝膨胀的机械强度，那么该固定步骤是不必要的。
[0023]该涂覆步骤优选地包括将股浸入到飘浮熔化的液态金属浴中的步骤。
[0024]飘浮熔化的液态金属优选地包含与细丝的基本材料具有相同材料的填料。
[0025]该方法也可以包括在步骤(b)和(c)之间的步骤，其中股涂覆有抗氧化保护层。当细丝的金属合金对氧化敏感时，该保护层特别地有用。这是例如当细丝由铝合金制造时的情况。股然后可以涂覆有保护层，优选地铜纳米层。当股进入液态金属浴时，然后该保护层消失。
[0026]本发明的另一方面也涉及用于涡轮机的金属部件，其包括根据本发明第一方面的插件或者使用根据本发明第二方面的方法制造的插件。
[0027]本发明也涉及制造用于涡轮机的金属部件的方法，该方法包括下列步骤:
[0028]-通过围绕涡轮机部件缠绕根据本发明第一方面或者根据本发明第二方面所获得的加强插件的安装。
[0029]通过热等静压压制的涡轮机部件的压制。
【附图说明】
[0030]在阅读参考附图给出的详细描述后，本发明的其它特征和优点将变得清楚，该附图示例了:
[0031]图1，陶瓷细丝的截面图。
[0032]图2，由金属合金细丝所环绕的中心纤维的截面图。
[0033]图3，三股的立体图。
[0034]图4，涂覆有加强层的股。
[0035]图5，表示金属细丝半径与纤维半径的比率的变化，并且根据用于单层结构的细丝的数量获得Vf。