专利名称：用于填充一表面上的材料断口的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1和17的前序部分所述的用于填充材料断口的方法和装置。
在一例如由一基底或基底层构成的构件的内表面和/或外表面上的断口，例如裂纹、孔或者由制造或运行引起的缺口常常必须通过熔焊或钎焊工序来重新封闭。在这些方法中所述待填充的材料断口的周围要承受高温，因此这在一构件的基底/基底层中产生可能导致裂纹的热应力。在熔焊或钎焊工序中所采用的用于填充材料断口的材料与所述基底材料相比通常具有一更小的机械强度，因此限制了该构件的可修复性。
因此，本发明的目的提供一种克服上述缺点的用于填充材料断口的方法和装置。
上述目的通过本发明权利要求1和17所述的方法和装置来实现。
在从属权利要求中记载了本发明方法和装置的其他有利的设计。
附图中示出了一些实施例，附图中
图1示出一用于实施本发明方法的装置；图2示出一分步骤填充的裂口；以及图3表示在基底与电极之间的电流随时间的变化图；图4表示在基底与电极之间的电流的另一种随时间的变化图；图5示出一扩宽的材料断口。
图1示出一按照本发明的装置40，利用该装置实施按照本发明的方法。在例如低于100℃的低温电解过程中，将材料添入一基底或基底层1的从表面2向内延伸的材料断口4中。
带有材料断口4的基底1与一电极7导电连接，它们共同安置在一处于一容器46内的电解质10中。在电极7与基底1之间有一电源25，因此可以有一电流流过。
电解质10含有可添入到材料断口4中的材料。该电解质10可以在其溶液中具有颗粒和/或离子形式的基底1的组成成分。
按照本发明方法的过程可以在室温或低温下进行，这样，在应用本发明的方法之前可以以简单的方式将一种适当的覆盖层(蜡、聚合物)敷设到所述基底1的那些不希望有涂层的地方并由此可以防止形成涂层。
通过采用随时间变化的电流相宜地从电解质10中将例如一合金的成分沉淀到所述构件1的材料断口4中。为了获得所期望的γ-γ′沉淀或者为了达到相改变或进行相调整，通过例如后续的热处理可以调整必要的材料特性，例如象在用于涡轮机叶片的以镍和钴为基的超级合金中所需要的那样。
通过以颗粒和/或离子形式沉淀与基底1材料类似类型或相同类型的材料达到一种比采用钎焊或熔焊工序更好的强度，因为通过钎焊或熔焊添加物会使非基底的成分进入到材料断口4中。这与电解沉淀的情况不同。在电解沉淀时则可以采用基底1或基底层1的材料或采用具有类似特性的材料。
在材料断口4中的沉淀过程可以选择通过借助于至少一个由超声波源22驱动的超声波探测器19附加地在电解质10中激发超声波得以改善。此外，通过激发超声波进行持续地搅拌电解质10，因此不会导致在电解质10与其成分中出现不均匀的情况。另外，多孔成分通过在一由填充材料形成的层上的超声波作用而空穴化地溶解。
可以优选通过采用脉冲电流达到本方法的进一步改善。
另外，通过在材料断口4的区域中设置、例如安放一涡流探测器16，可以改善本方法，该涡流探测器16围绕材料断口4在基底1中产生一相应的交互作用范围28，也就是说，机械式地激发交互作用范围28，确切地说，是在基底1中产生振动。该涡流探测器16包围在表面2上的例如材料断口4的朝向电解质10方向的开口43，而不是覆盖它。该涡流探测器16通过一个可控制的涡流发生器13来运行。渗透深度δ，也就是交互作用范围28从表面2一直延伸到基底1中的深度通过下列公式得出δ=503fσμγ]]>其中，f是涡流频率，σ是基底1的电导率，μγ为基底/基底层1的渗透常数。
也就是说，通过频率f可以调整渗透深度δ和所述交互作用范围28。
图2表示出，可怎样更好地填充一基底1的材料断口4。
首先通过适当地选择频率f1，来共同包围裂口末端34区域内的一区段M1，使得在填充裂口的区段M1时，所述交互作用范围28包含该区段M1。
在第二个步骤中，用材料填充一个第二区段M2，此时，这样改变所述频率f2，即，使得所述交互作用范围28只一直达到先前填充的区段M1前为止或者在必要时仅仅部分地包含该区段M1。
通过持续地提高频率(f3、f4、...)而将材料填充到其他区段M3、M4...直至达到表面2。
当然也可以连续地调整频率f与材料断口的其他深度相适配。
在考虑在交互作用范围28内变化电导率时可以实现该过程的自调整，因为在材料断口4中填充的材料改变了基底1在已测量和用于调整的交互作用范围28内的电导率。
图3表示电源25的电流随时间的变化图。该电流变化图可以由脉冲变化或随时间变化的电流构成并且可周期性地重复。
电流主要由阴极(基底1)部分电流以及阳极(电极7)部分电流组成。有电流I流过时的脉冲持续时间ton、脉冲40之间的间歇时间toff以及最大电流Imax是可以变化的。同样也可以改变电流信号的形状37。所有参数(Imax、toff、ton...)可以是时间的函数以及可以周期性地重复，以达到优化本发明的方法。
通过交替式地加强离析合金的各组成成分，来沉淀一合金(如NiAl)。对于每种单独的合金成分Ni、Al存在例如不同的优化参数(Imax、toff、ton...)，使得一个第一电流脉冲40对应于元素镍(在电解质10中的离子)是最优的以及一个接下来的第二电流脉冲40对应于元素铝是最优的。离析情况较差时在电流脉冲与其中一种元素相协调时也与其中另一种元素相协调。所述脉冲持续地重复，因此实现合金成分的最佳混合。通过脉冲持续时间可以调整一种合金成分在材料断口中的重量份额。
图4表示重复的电流脉冲40的一示范性的连续行。一个序列34由至少两个方块77构成。每个方块77由至少一个电流脉冲40构成。一电流脉冲40是通过其持续时间ton、最大电流Imax以及其形状(矩形、三角形、...)来表示的。作为过程参数同样重要的是各脉冲之间的间歇时间toff以及方块77之间的间隔时间。
序列34由例如具有三个电流脉冲40及在它们之间又存在一间歇的一个第一方块77构成。接下来是具有更大电流强度以及由六个电流脉冲40组成的一个第二方块77。在经过另一个间隔时间后接下来是沿相反方向的四个电流脉冲40，也就是说，具有已变化的极性。
作为序列34的结尾是另一个具有四个电流脉冲的方块77。该序列34可以多次地重复。
所述单个脉冲时间ton优选高数量级地约为1至10毫秒。所述方块77的持续时间高达10秒的数量级，所以在一个方块77中可以发送高达500个脉冲。
不仅在脉冲持续期间、而且在间歇时间内都可以配置一微弱的电位(基础电流)。由此避免电沉积的中断，而这种中断可能引起不均匀。
一方块77以其参数与例如应该已沉积的合金成分相协调，以便于达到这些成分的最佳沉积。这些参数可以在各次实验中确定。例如通过各方块77的持续时间可以确定合金的成分在待敷设层中的份额，以便于例如在该层中产生梯度。这通过相应地延长或缩短所述与合金的一成分最佳协调的方块77的持续时间来达到。
图5表示出一扩宽的材料断口4。为了改善沉积，材料断口4在填充前被扩宽。这可以通过钻孔、侵蚀或其他方法来实现，以便于例如增大直径。用点划线示出了扩宽之前的材料断口4。
权利要求
1.一种用于填充在一基底或一基底层的表面上的材料断口的方法，其特征在于，在一第一方法步骤中以电解方法填充所述材料断口(4)，其中，在该材料断口(4)的区域采用一个或多个涡流探测器(16)，以用于在围绕该材料断口(4)的区域中产生振动。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底或基底层(1)与一电极(7)导电连接，其中，将基底或基底层(1)以及电极(7)安置在一电解质(10)中，以及在基底(1)与电极(7)之间的电流是随时间变化的。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电流为脉冲电流。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述电流以其参数亦即最大电流强度(Imax)、脉冲之间的间歇时间(toff)和脉冲持续时间(ton)以及脉冲形状(37)与所述电解质(10)相适应。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述电解质(10)中至少有一个超声波探测器(19)在工作。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡流探测器(16)的频率(f)在该方法的实施过程中可改变。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，调整所述涡流探测器(16)的频率(f)，使之与所述材料断口(4)的深度相适配。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电解质(10)具有与所述基底或基底层(1)材料类型相似或相同的物质。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在一第一方法步骤中将所述材料断口(4)扩宽。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了电解沉积采用一电流/电压脉冲(40)，此时，既可以采用正电流/电压脉冲(40)，也可以采用负电流/电压脉冲(40)。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，重复地采用多个电流/电压脉冲(40)用于电解沉积，这些电流/电压脉冲(40)组成一序列(34)，其中，采用至少两个不同的方块(77)作为该序列，以及每个方块(77)由至少一个电流脉冲(40)组成。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，通过电流脉冲(40)的数量、脉冲持续时间(ton)、脉冲间歇时间(toff)、最大电流强度(Imax)以及脉冲形状(37)来确定一个方块(77)。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使一方块(77)分别与一种合金的一种成分相协调，以便于增强该合金成分的沉积。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，沉积一种MCrAlY类型的合金，其中，M为铁、钴或镍元素组中的一种元素。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使所述材料断口(4)内部的所述材料成分形成梯度。
16.如权利要求3或11所述的方法，其特征在于，对所述电流脉冲(40)和/或在所述时间间歇内叠加一基础电流。
17.一种用于填充在一基底或一基底层的表面上的材料断口的装置，其特征在于，该装置(40)具有一个装有一种电解质(10)的容器(46)、一电源(25)、至少一个电极(7)和至少一个可安装在所述基底(1)或基底层(1)上的涡流探测器(16)。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，该装置(40)具有至少一个安置在所述电解质(10)中的超声波探测器(19)。
全文摘要
本发明涉及一种用于填充一表面上的材料断口的方法和装置。在按照现有技术的方法中，为了填充材料断口，基底通常受到高作业温度以及类型不同的填料的不利影响。按照本发明的方法可以在低温下实施以及在不采用不同类型材料的情况下实现彻底填充材料断口，并因此克服上述缺点。
文档编号C25D5/00GK1729313SQ200380106919
公开日2006年2月1日 申请日期2003年12月1日 优先权日2002年12月18日
发明者厄萨斯·克鲁格, 丹尼尔·科特维莱西, 拉尔夫·赖歇, 马克·德沃格莱尔 申请人:西门子公司