本文中公開的主題涉及修改構件，且更具體而言，涉及用于通過對配置在構件上的陶瓷材料應用局部熱量（例如激光）應用來修改構件的方法。

背景技術：

一些構件可能需要在包含高溫和/或腐蝕性條件的環境中操作。例如，渦輪機廣泛地應用于諸如功率生成和飛機發動機的領域中。此種燃氣渦輪系統包括壓縮機區段、燃燒器區段、和至少一個渦輪區段。壓縮機區段構造成在空氣流過壓縮機區段時壓縮該空氣。然后使該空氣從壓縮機區段流至燃燒器區段，在此，該空氣與燃料混合且燃燒，從而生成熱氣流。將該熱氣流提供至渦輪區段，渦輪區段通過從該熱氣流提取能量來利用該熱氣流，以驅動壓縮機、發電機、和其他各種負載。

在燃氣渦輪發動機的操作期間，燃燒氣體的溫度可超過3000℉，顯著高于發動機的與這些氣體接觸的金屬部件的熔化溫度。這些發動機在高于金屬部件熔化溫度的氣體溫度下的操作可部分地取決于一個或更多個保護涂層和/或取決于通過各種方法對金屬部件的外表面供應冷卻空氣。這些發動機的特別經歷高溫，且因此需要關于冷卻的特別注意的金屬部件是形成燃燒器的金屬部件和位于燃燒器后方的部件。

而且，渦輪構件可經歷源自其操作壽命期間的各種力的應力和/或應變。雖然各種工具可用于在相對標準的環境中測量所授予的應力和應變，但渦輪發動機中的渦輪構件可經歷對于此種測量工具而言不適合的更熱和/或更腐蝕性的工作條件。配置在這些和其他構件上的陶瓷材料可有助于相對于高溫進行保護，監控在這些高溫下經歷的任何所授予的應力或應變，并且/或者有助于在構件的壽命周期中在一個或更多個點處標記、識別或追蹤這些構件。

因此，用于修改構件的備選方法在本領域中將是受歡迎的。

技術實現要素：

在一個實施例中，公開了用于修改構件的方法。該方法包括：在構件的外部表面上配置陶瓷材料，其中，該構件包括鎳基或鈷基超級合金；和對陶瓷材料的至少一部分應用局部熱量應用，以將其接合于該構件，其中，該局部熱量應用不均勻地加熱整個構件。

在另一實施例中，公開了用于在構件上制造應變傳感器的方法。該方法包括：在構件的外部表面上配置陶瓷材料，以形成包括至少兩個參照點的應變傳感器，其中，該構件包括鎳基或鈷基超級合金；和對該應變傳感器應用局部熱量應用，以將其接合于該構件，其中，該局部熱量應用不均勻地加熱整個構件。

技術方案1：一種用于修改構件的方法，所述方法包括：

在所述構件的外部表面上配置陶瓷材料，其中，所述構件包括鎳基或鈷基超級合金；和

對所述陶瓷材料的至少一部分應用局部熱量應用，以將其接合于所述構件，其中，所述局部熱量應用不均勻地加熱整個構件。

技術方案2：根據技術方案1所述的方法，其中，應用所述局部熱量應用是通過感應線圈進行的。

技術方案3：根據技術方案1所述的方法，其中，應用所述局部熱量應用是通過激光進行的。

技術方案4：根據技術方案1所述的方法，其中，應用所述局部熱量應用是通過放熱化學反應進行的。

技術方案5：根據技術方案1所述的方法，其中，所述陶瓷材料包括氧化釔穩定的氧化鋯。

技術方案6：根據技術方案1所述的方法，其中，陶瓷材料僅配置到所述構件的外部表面的一部分上。

技術方案7：根據技術方案1所述的方法，其中，配置在所述構件的外部表面上的所述陶瓷材料包括應變傳感器，所述應變傳感器包括至少兩個參照點。

技術方案8：根據技術方案1所述的方法，其中，所述構件包括渦輪構件。

技術方案9：根據技術方案8所述的方法，其中，所述方法還包括在渦輪的操作中利用所述渦輪構件。

技術方案10：根據技術方案9所述的方法，其中，應用所述局部熱量應用是通過所述渦輪的操作進行的。

技術方案11：根據技術方案8所述的方法，其中，所述渦輪構件包括渦輪葉片。

技術方案12：一種用于在構件上制造應變傳感器的方法，所述方法包括：

在所述構件的外部表面上配置陶瓷材料，以形成包括至少兩個參照點的應變傳感器，其中，所述構件包括鎳基或鈷基超級合金；和

對所述應變傳感器應用局部熱量應用，以將其接合于所述構件，其中，所述局部熱量應用不均勻地加熱整個構件。

技術方案13：根據技術方案12所述的方法，其中，應用所述局部熱量應用是通過感應線圈進行的。

技術方案14：根據技術方案12所述的方法，其中，應用所述局部熱量應用是通過激光進行的。

技術方案15：根據技術方案12所述的方法，其中，應用所述局部熱量應用是通過放熱化學反應進行的。

技術方案16：根據技術方案12所述的方法，其中，所述構件包括渦輪構件。

技術方案17：根據技術方案16所述的方法，其中，所述方法還包括在渦輪的操作中利用所述渦輪構件。

技術方案18：根據技術方案17所述的方法，其中，應用所述局部熱量應用是通過所述渦輪的操作進行的。

技術方案19：根據技術方案16所述的方法，其中，所述渦輪構件包括渦輪葉片。

技術方案20：根據技術方案12所述的方法，其中，所述陶瓷材料包括氧化釔穩定的氧化鋯。

由本文中論述的實施例提供的這些和附加特性將結合附圖，通過下列詳細說明而被更充分地理解。

附圖說明

附圖中所示的實施例本質上為例示性的和示范性的，并且不意圖限制由權利要求所限定的本發明。當結合下列附圖而閱讀時，可理解例示性實施例的下列詳細說明，其中類似結構使用類似參考數字，并且其中：

圖1是根據本文中示出或描述的一個或更多個實施例的，包括沉積在其上的陶瓷材料的示范構件；

圖2是根據本文中示出或者描述的一個或更多個實施例的，用于修改構件的示范方法；

圖3是根據本文中示出或描述的一個或更多個實施例的，沉積在構件上的陶瓷材料的截面；

圖4是根據本文中示出或描述的一個或更多個實施例的，在構件上的局部熱量應用的截面；

圖5是根據本文中示出或描述的一個或更多個實施例的，沉積在構件上的另一示范陶瓷材料的截面；

圖6是根據本文中示出或描述的一個或更多個實施例的，在構件上的另一局部熱量應用的截面；

圖7是根據本文中示出或者描述的一個或更多個實施例的示范應變傳感器。

具體實施方式

下面將描述本發明的一個或更多個具體實施例。為了提供這些實施例的簡要描述，可不在說明書中描述實際實現方式的所有特征。應當理解的是，在任何此種實際實現方式的開發中，如在任何工程或設計項目中一樣，必須進行許多實現方式特定的決定以實現開發者的具體目標，諸如遵守與系統相關和與商業相關的約束，它們可從一個實現方式到另一個而不同。而且，應當理解的是，這種開發努力可能是復雜且耗時的，但盡管如此，對于享有本公開益處的本領域技術人員而言將只是設計、制造、和加工的例行任務。

當介紹本發明的各種實施例的要素時，冠詞“一”、“一個”、“該”、和“所述”意圖指存在一個或更多個要素。用語“包括”、“包含”、和“具有”意圖為包含性的，且意思是可存在除所列出的要素之外的附加要素。

參照圖1，構件10例示為具有根據在本文中公開的用于修改構件10的方法沉積在其上的各種陶瓷材料20。

構件10可包括用于各種不同應用中的各種類型的構件，諸如例如在高溫應用中利用的構件（例如，包括鎳或鈷基超級合金的構件）。例如，構件10可包括鎳基或鈷基超級合金。

在一些實施例中，構件10可包括工業燃氣渦輪或蒸汽渦輪構件，諸如燃燒構件或熱氣體路徑構件。在一些實施例中，構件10可包括渦輪葉片、壓縮機葉片、靜葉、噴嘴、護罩、轉子、過渡件、殼體或發電機構件。在其他實施例中，構件10可包括渦輪的任何其他構件，諸如用于燃氣渦輪、蒸汽渦輪等的任何其他構件。在一些實施例中，構件可包括非渦輪構件，包括但不限于自動推進構件（例如，汽車、卡車等）、航空航天構件（例如飛機、直升機、航天飛機、鋁部件等）、機車或鐵路構件（例如火車、火車軌道等）、結構、基礎設施或土木工程構件（例如橋梁、建筑物、施工裝備等）、和/或發電站或化學處理構件（例如，在高溫應用中使用的管道）。

還參照圖2，例示用于修改構件10的方法100。方法100可大體上包括在步驟110中在構件的外部表面11上配置陶瓷材料20，其中，構件10包括鎳基或鈷基超級合金。方法100還可包括在步驟120中對陶瓷材料的至少一部分應用局部熱量應用（例如，通過加熱設備50），以將其接合于構件10，其中，該局部熱量應用不均勻地加熱整個構件10。在一些實施例中，配置在構件10外部表面11上的陶瓷材料20形成應變傳感器40，該應變傳感器40包括至少兩個參照點41和42。在一些實施例中，局部熱量應用可包括局部激光應用（例如，通過激光55）。在甚至一些實施例中，配置在構件10的外部表面11上的陶瓷材料20可配置為至少部分地鄰近先前存在的涂層80。還將在本文中公開且描述方法100、其變形及其相應要素。

在方法100的步驟110中配置在構件的外部表面11上的陶瓷材料20可包括用于沉積和隨后的通過熱量應用（例如，通過激光）的對構件10的粘接的任何適合的材料。陶瓷材料20可與其他材料相比提供增強的溫度耐受性，以保護下面的構件10并且/或者提供用于監控構件10的持久基準特征。例如，在一些實施例中，陶瓷材料20可包括氧化釔穩定的氧化鋯（還稱為“ysz”）或任何其他熱障涂層材料。在此種實施例中，氧化釔穩定的氧化鋯可例如包括ysz-d111。

在一些實施例中，在步驟110中配置的陶瓷材料20可包括可噴涂陶瓷材料25（諸如圖3和5中例示的）。在這些和其他實施例中，在步驟110中在構件10的外部表面11上配置可噴涂陶瓷材料25包括將該可噴涂陶瓷材料25噴涂到構件10的外部表面11上。

該可噴涂陶瓷材料25可包括任何組分組合，以有助于陶瓷材料20的諸如通過噴槍類型沉積設備15的可噴涂性。例如，可噴涂陶瓷材料25可包括一種或更多種粘結劑、塑化劑和/或溶劑，以有助于可噴涂性，如本領域技術人員應理解的。可噴涂陶瓷材料25可以甚至能夠在室溫下噴涂，以有助于應用過程中的靈活性。

在甚至一些實施例中，在步驟110中配置在構件10外部表面11上的陶瓷材料20可包括光致反應材料。該光致反應材料可包括對在步驟120中的熱量應用期間應用的光反應，以輔助陶瓷材料20對構件10的粘結的任何材料。例如，在一些實施例中，該光致反應材料可與在步驟120中應用的局部激光應用的波長反應。此種實施例可有助于通過提供一個或更多個額外的粘結機制來促進陶瓷材料20對構件10的粘結，諸如提供相變、反應、和/或由激光55和光致反應材料觸發的任何其他交互結果。

還參照圖1、3和5，在方法100的步驟110中配置在構件10外部表面11上的陶瓷材料20可通過多種方法且以多種構造的形式配置。例如，如上所述，陶瓷材料20可通過任何適合的沉積設備15配置，諸如噴槍、刷、滴落器、貯槽、印刷機等。

在一些實施例中，配置在外部表面11上的陶瓷材料20可配置在薄層中。該薄層可包括導致構件10的可忽略的性能變化的遠離外部表面10的任何高度。

在一些實施例中，陶瓷材料20可僅配置到構件10的外部表面11的一部分上（即，使得陶瓷材料20不涂布構件10的整個外部表面11）。此種實施例可在僅需要陶瓷材料20在某些區域中修改構件的性能時并且/或者在陶瓷材料20僅用于追蹤特征時使用（例如，部件識別或應變傳感器應用，如將在本文中論述的）。

例如，還參照圖1和7，在一些實施例中，沉積在構件10上的陶瓷材料20可包括應變傳感器40。應變傳感器40可大體上包括至少兩個參照點41和42，這兩個參照點41和42可用于以多個時間間隔測量所述至少兩個參照點41和42之間的距離d。如本領域技術人員應理解的，這些測量可有助于在構件10的該區處確定應變、應變速率、蠕變、疲勞、應力等的量。只要可測量其間的距離d，則該至少兩個參照點41和42可取決于具體的構件10而配置在各種距離處且處于各種位置。該至少兩個參照點41和42可包括點、線、圓、方框或任何其他幾何或非幾何形狀，只要它們是能夠一貫地識別的，且可用于測量其間的距離d。而且，應變傳感器40可包括外部邊緣，且取決于應變傳感器40的構造，可能包括一個或更多個內部邊緣。

應變傳感器40可包括多種不同的構造和截面，諸如通過并入多種不同形狀、大小、和位置的參照點41和42。例如，如圖7中例示的，應變傳感器40可包括具有各種形狀和大小的多種不同的參照點。此種實施例可提供更多種類的距離測量結果d，諸如在最外基準點（如所例示的）之間、在兩個內參照點之間、或其間的任何組合。該更多的種類還可通過提供跨過更多種類的位置的應變測量來提供對構件10的特定部分的更可靠的應變分析。

而且，應變傳感器40的尺寸可例如取決于構件10、應變傳感器40的部位、測量的目標精確度、沉積技術、和光學測量技術。例如，在一些實施例中，應變傳感器40可包括范圍從小于1毫米到大于300毫米的長度和寬度。而且，應變傳感器40可包括適合用于沉積和隨后的識別而不會顯著地影響下面的構件10的性能的任何厚度。例如，在一些實施例中，應變傳感器40可包括小于從大約0.1毫米到大于1毫米的厚度。在一些實施例中，應變傳感器40可具有基本上均勻的厚度。此種實施例可有助于促進更準確的測量，以用于第一和第二參照點41和42之間的隨后的應變推測。

在一些實施例中，應變傳感器40可包括正地沉積的方形或矩形，其中，第一和第二參照點41和42包括所述方形或矩形的兩個相反的邊。在其他實施例中，應變傳感器40可包括由負空間45（即，未沉積陶瓷材料20的區域）分開的至少兩個沉積的參照點41和42。負空間45可包括例如構件10的外部表面的露出部分12。備選地或此外，負空間45可包括涂層，該涂層有助于保護構件10和/或應變傳感器40的至少一部分。

如圖7中例示的，在甚至一些實施例中，應變傳感器40可沉積為形成獨特的識別符47（此后稱為“uid”）。uid47可包括任何類型的條形碼、貼簽、標簽、序列號、圖案或有助于該特定應變傳感器40的識別的其他識別系統。在一些實施例中，uid47可額外地或備選地包括與構件10（例如渦輪構件）或其中包括構件10的系統或機器（例如，燃氣或蒸汽渦輪）有關的信息。uid47因而可輔助特定應變傳感器40、構件10或甚至是整個系統或機器的識別和追蹤，以有助于關聯測量結果以用于過去、當前和將來的操作追蹤。

還參照圖1和5，在陶瓷材料20可僅配置到構件10的外部表面11的一部分上的一些實施例中，陶瓷材料20可至少部分地鄰近先前存在的涂層80配置在構件10的外部表面11上。此種實施例可在嘗試修改已具有配置在其上的涂層的構件10時實現。例如，先前存在的涂層80可具有因構件利用期間的腐蝕、侵蝕或任何其他機制導致的孔隙85（例如，缺少的材料）。通過步驟110配置的陶瓷材料20然后可鄰近先前存在的涂層80沉積，以修改（例如修復）孔隙85或需要新的或替換涂層的其他區域。

具體參照圖1，在一些實施例中，陶瓷材料20可作為補片30應用到構件10的外部表面11的一個或更多個部分上。例如，補片30可應用于構件的如下區域，該區域可在構件利用期間經歷相對更高溫度從而從額外的陶瓷材料20受益。在構件10包括渦輪葉片時的實施例中，陶瓷材料20可作為補片30朝渦輪葉片的翼型件的前緣應用，如在圖1中例示的。

示范地參照圖1-2、4和6，局部熱量應用（例如，局部激光應用）可在方法100的步驟120中應用于陶瓷材料20的至少一部分，以將其接合于構件10。局部熱量應用可在步驟120中通過任何適合的加熱設備50應用，且用于促進陶瓷材料20的至少該部分對構件10的接合而無需均勻地加熱整個構件10(例如，無需將整個構件10置于烤箱中)的任何適合的溫度和時間。此種實施例可有助于有限量的陶瓷材料20對構件10的接合，同時減少均勻地加熱整個構件10可能需要的時間和費用。

例如，在一些實施例中，在步驟120中應用局部熱量應用的加熱設備50可包括感應線圈。在一些實施例中，加熱設備50可包括加熱槍、噴槍、火焰等。在甚至一些實施例中，在步驟120中應用的局部熱量應用可包括放熱化學反應。例如，陶瓷材料20、構件10、和/或一種或更多種其他材料可經歷在陶瓷材料20附近的放熱化學反應，以提供適合用于將陶瓷材料20接合于構件10的溫度的提高。

如圖4和6中最佳地例示的，在一些實施例中，方法100的步驟120可包括將局部激光應用應用于陶瓷材料20的至少該部分，以將其接合于構件10。在此種應用中，激光55可包括適于將陶瓷材料20接合于構件10的任何適合的功率和構造。例如，在一些實施例中，激光55可包括至少40瓦特、80瓦特或更大的功率。在甚至一些實施例中，激光55可包括小于40瓦特的功率，諸如例如8瓦特yvo4水晶yag激光。在一些實施例中，激光55可包括脈沖激光。在甚至一些實施例中，激光55可通過多次掃描將陶瓷材料20接合于構件10。

還參照圖2，在甚至一些實施例中，構件10可包括渦輪構件，方法100還可包括在渦輪（例如燃氣渦輪或蒸汽渦輪）的操作中利用渦輪構件，且在步驟120中應用局部熱量應用可通過渦輪的操作來進行。渦輪的操作可導致足以將陶瓷材料20接合于構件10的高溫。例如，陶瓷材料20最初可被通過粘合劑等在構件10上保持于適合的位置，且渦輪的操作可導致足以將陶瓷材料20接合于構件10（且可能燒掉粘合材料）的高溫。此種實施例可通過限制在利用構件10之前的處理步驟的量來使整個方法100簡單化。

仍參照圖2，在一些實施例中，方法100可包括一個或更多個額外步驟。例如，在一些實施例中，方法100還可包括在步驟130中移除陶瓷材料20的未接合部分（例如，陶瓷材料20的不受到局部熱量應用的部分）。在方法100包括在步驟120中應用局部激光應用的實施例中，方法100還可包括從構件10移除陶瓷材料20的未被激光照射部分。在包括陶瓷材料20的未接合部分（例如，陶瓷材料20的未被激光照射的部分）的移除的實施例中，移除可包括任何合適的過程。例如，從構件10移除陶瓷材料20的未接合（例如，未被激光照射）部分可通過沖洗構件10來進行。備選地或此外，從構件10移除陶瓷材料20的未接合（例如，未被激光照射）部分可通過噴吹、刷、刮擦或任何其他適合的機制來進行。

如上所述，在甚至一些實施例中，方法100還可包括在步驟140中利用構件10。例如，陶瓷材料20對構件10的外部表面的一部分的接合可允許再利用構件10。在此種實施例中，修改（例如修復）的構件10因此可適合用于在較大系統（例如渦輪機）中利用。

現在應理解的是，在本文中公開的用于修改構件的方法可促進陶瓷材料對構件的接合，而無需對整個構件的大規模熱量應用。局部熱量應用（例如激光應用）可應用適合的能量，以用于在需要的地方將陶瓷材料接合到構件上，而不使整個構件經歷相同的高溫。

雖然已經結合僅有限數量的實施例詳細說明了本發明，但應該容易地明白，本發明不限于此種公開的實施例。相反，本發明可被修改以并入至今未說明但與本發明的精神和范圍相稱的任何數量的變更、改造、置換或等同布置。此外，雖然已經說明了本發明的各種實施例，但應該理解，本發明的方面可能包括所說明的實施例中的僅某些。因此，本發明不應看作由前述說明限制，而是僅由所附權利要求的范圍限制。