本公開內容的領域大體上涉及具有限定在其中的內部通路的構件，且更具體地涉及形成具有襯有涂層的內部通路的這種構件。

背景技術：

一些構件需要限定在其中的內部通路，例如，以便執行預期的功能。例如但不作為限制，一些構件(諸如燃氣渦輪的熱氣路構件)受到高溫。至少一些這樣的構件具有限定在其中的內部通路以接收冷卻流體流，使得構件能夠更好經受高溫。對于另一個示例，但不通過限制，一些構件在與另一個構件的對接處受到摩擦。至少一些這樣的構件具有限定在其中的內部通路以接收潤滑劑流而便于減小摩擦。

具有限定在其中的內部通路的至少一些已知的構件在涂層施加到限定內部通路上的內壁之后呈現出預期功能的改善性能。例如但不作為限制，一些這樣的構件受到氧化和/或腐蝕環境，且內壁的氧化和/或腐蝕不利地改變內部通路的流動特征。對于至少一些這樣的構件，阻止氧化和/或腐蝕的內壁上的涂層改善構件的性能和/或可用操作壽命。然而，將此涂層完全和/或均勻施加到某些內部通路(諸如但不限于特征為高度非線性、復雜截面和/或較大長度與直徑比的內部通路)可能是困難或成本過高的。

技術實現要素：

一方面，提供了一種用于形成具有限定在其中的內部通路的構件的模具組件。模具組件包括在其中限定模腔的模具，以及關于模具定位的套芯。套芯包括中空結構和內芯，內芯設置在中空結構內且定位成在熔化狀態中的構件材料引入模腔且冷卻以形成構件時限定構件內的內部通路。套芯還包括設置在中空結構與內芯之間的第一涂層。

另一方面，提供了一種形成具有限定在其中的內部通路的構件的方法。該方法包括關于模具定位套芯。套芯包括中空結構、設置在中空結構內的內芯，以及設置在中空結構與內芯之間的第一涂層。第一涂層由第一涂覆材料形成。該方法還包括將熔化狀態中的構件材料引入模腔中，以及冷卻腔中的構件材料以形成構件。內芯定位成限定構件內的內部通路，且第一涂覆材料的至少一部分內襯內部通路的至少一部分。

技術方案1.一種用于形成具有限定在其中的內部通路的構件的模具組件，所述模具組件包括：

限定其中的模腔的模具；以及

關于所述模具定位的套芯，所述套芯包括：

中空結構；

內芯，其設置在所述中空結構內且定位成在熔化狀態中的構件材料引入所述模腔且冷卻以形成所述構件時限定所述構件內的內部通路；以及

設置在所述中空結構與所述內芯之間的第一涂層。

技術方案2.根據技術方案1所述的模具組件，其中，所述第一涂層設置在所述中空結構的內部的至少一部分上。

技術方案3.根據技術方案1所述的模具組件，其中，所述第一涂層由選擇成在所述構件形成時改變所述內部通路的性能的第一涂覆材料形成。

技術方案4.根據技術方案3所述的模具組件，其中，所述第一涂覆材料選自其中一者：(i)氧化抑制材料，(ii)腐蝕抑制材料，(iii)碳沉積抑制材料，(iv)熱障材料，(v)水蒸汽阻隔材料，以及(vi)磨損抑制材料。

技術方案5.根據技術方案1所述的模具組件，其中，所述第一涂層為設置在所述中空結構與所述內芯之間的多個涂層中的一個。

技術方案6.根據技術方案5所述的模具組件，其中，所述第一涂覆材料選自：(i)氧化抑制材料，(ii)腐蝕抑制材料，(iii)碳沉積抑制材料，(iv)熱障材料，(v)水蒸汽阻隔材料，以及(vi)磨損抑制材料，且所述多個涂層中的第二個包括選自其中另一者的第二涂覆材料：(i)氧化抑制材料，(ii)腐蝕抑制材料，(iii)碳沉積抑制材料，(iv)熱障材料，(v)水蒸汽阻隔材料，以及(vi)磨損抑制材料。

技術方案7.根據技術方案5所述的模具組件，其中，所述多個涂層中的第二個包括第二涂覆材料，所述第二涂覆材料包括粘結涂覆材料。

技術方案8.一種形成具有限定在其中的內部通路的構件的方法，所述方法包括：

關于模具定位套芯，其中所述套芯包括：

中空結構；

設置在所述中空結構內的內芯；以及

設置在所述中空結構與所述內芯之間的第一涂層，所述第一涂層由第一涂覆材料形成；

將熔化狀態中的構件材料引入所述模具的腔中；以及

冷卻所述腔中的構件材料以形成所述構件，其中所述內芯定位成限定所述構件內的內部通路，且所述第一涂覆材料的至少一部分內襯所述內部通路的至少一部分。

技術方案9.根據技術方案8所述的方法，其中，定位所述套芯包括定位包括設置在所述中空結構的內部的至少一部分上的所述第一涂層的所述套芯。

技術方案10.根據技術方案8所述的方法，其中，定位所述套芯包括定位包括選自其中至少一者的所述第一涂覆材料的所述套芯：(i)氧化抑制材料，(ii)腐蝕抑制材料，(iii)碳沉積抑制材料，(iv)熱障材料，(v)水蒸汽阻隔材料，以及(vi)磨損抑制材料。

技術方案11.根據技術方案8所述的方法，其中，定位所述套芯包括定位包括為設置在所述中空結構與所述內芯之間的多個涂層中的一個的所述第一涂層的所述套芯。

技術方案12.根據技術方案11所述的方法，其中，定位所述套芯還包括定位包括選自其中一者的所述第一涂覆材料的所述套芯：(i)氧化抑制材料，(ii)腐蝕抑制材料，(iii)碳沉積抑制材料，(iv)熱障材料，(v)水蒸汽阻隔材料，以及(vi)磨損抑制材料，且所述多個涂層中的第二個由選自其中另一者的第二涂覆材料形成：(i)氧化抑制材料，(ii)腐蝕抑制材料，(iii)碳沉積抑制材料，(iv)熱障材料，(v)水蒸汽阻隔材料，以及(vi)磨損抑制材料。

技術方案13.根據技術方案11所述的方法，其中，定位所述套芯還包括定位包括由粘結涂覆材料形成的所述多個涂層中的第二個的所述套芯。

技術方案14.根據技術方案8所述的方法，其中，所述方法還包括形成所述套芯。

技術方案15.根據技術方案14所述的方法，其中，所述內芯由內芯材料形成，且形成所述套芯包括：

將所述第一涂層施加到所述中空結構的內部；以及

向涂覆的中空結構填充所述內芯材料。

技術方案16.根據技術方案15所述的方法，其中，施加所述第一涂層包括在整體涂覆過程中將所述第一涂層施加到所述中空結構。

技術方案17.根據技術方案16所述的方法，其中，施加所述第一涂層包括在氣相沉積過程和化學氣相沉積過程中的至少一者中將所述第一涂層施加到所述中空結構。

技術方案18.根據技術方案15所述的方法，其中，施加所述第一涂層包括在漿料注入過程和漿料浸漬過程中的至少一者中將所述第一涂層施加到所述中空結構的內部。

技術方案19.根據技術方案15所述的方法，其中，所述中空結構遞增地形成，且施加所述第一涂層包括將所述第一涂層施加到所述中空結構的多個遞增部分。

技術方案20.根據技術方案15所述的方法，其中，施加所述第一涂層包括在增材制造過程中施加所述第一涂層。

技術方案21.根據技術方案15所述的方法，其中，向涂覆的中空結構填充所述內芯材料包括將所述內芯材料作為漿料注入所述中空結構中。

附圖說明

圖1為示例性旋轉機械的示意圖；

圖2為用于圖1中所示的旋轉機械的示例性構件的示意性透視圖；

圖3為用于制造圖2中所示的構件的示例性模具組件的示意性透視圖，模具組件包括關于模具定位的套芯；

圖4為沿圖3中所示的線4-4截取的用于圖3中所示的模具組件的示例性套芯的示意性截面圖；

圖5為沿圖3中所示的線4-4截取的用于圖3中所示的模具組件的另一個示例性套芯的示意性截面圖；

圖6為沿圖2中所示的線6-6截取的圖2的構件的截面；

圖7是用于圖2中所示的模具組件的中空結構的計算機設計模型的示意性截面；

圖8為形成具有限定在其中的內部通路的構件(諸如用于圖1中所示的旋轉機械的構件)的示例性方法的流程圖；以及

圖9為從圖8的流程圖的繼續。

零件清單

10旋轉機械

12進氣區段

14壓縮機區段

16燃燒器區段

18渦輪區段

20排氣區段

22轉子軸

24一個燃燒器

36殼

40壓縮機葉片

42壓縮機定子導葉

70轉子葉片

72定子導葉

74壓力側

76吸力側

78構件材料

80構件

82內部通路

84前緣

86后緣

88根部端

89軸線

90末梢端

92恒定距離

94恒定距離

96葉片長度

100內壁

300模具

301模具組件

302內壁

304模腔

306模具材料

310套芯

312末梢部分

314末梢部分

315部分

316根部部分

318根部部分

320中空結構

322第一材料

324內芯

326內芯材料

328壁厚

330特征寬度

360內部

362第一涂層

366第一涂覆材料

372第二涂層

376第二涂覆材料

380外壁。

具體實施方式

在以下說明書和權利要求中，將參照多個用語，它們應當限定為具有以下意義。

單數形式"一個"、"一種"和"該"包括復數參照，除非上下文清楚地另外指出。

"可選"或"可選地"意思是隨后描述的事件或情形可發生或可不發生，且描述包括事件發生的情況以及其不發生的情況。

如本文貫穿說明書和權利要求使用的近似語言可用于修飾可允許在不導致其涉及的基本功能的變化的情況下改變的任何數量表達。因此，由一個或多個諸如"大約"、"大概"和"大致"的用語修飾的值不限于指定的準確值。在至少一些情況中，近似語言可對應于用于測量值的器具的精度。這里貫穿說明書和權利要求，可確定范圍極限。這樣的范圍可組合和/或互換，且包括其中包含的所有子范圍，除非上下文或語言另外指出。

本文所述的示例性構件和方法克服了與用于形成具有限定在其中的涂覆的內部通路的構件的已知組件和方法相關聯的缺點中的至少一些。本文所述的實施例提供了關于模具定位的套芯。套芯包括(i)中空結構、(ii)設置在中空結構內的內芯，以及(iii)設置在中空結構與內芯之間的第一涂層。內芯在模腔內延伸以限定將在模具中形成的構件內的內部通路的位置。第一涂層包括第一涂覆材料。在熔化的構件材料引入模腔中且冷卻以形成構件之后，第一涂覆材料的至少一部分內襯內部通路的至少一部分。

圖1為具有本公開內容的實施例可用于其的構件的示例性旋轉機械10的示意圖。在示例性實施例中，旋轉機械10為燃氣渦輪，其包括進氣區段12、在進氣區段12下游聯接的壓縮機區段14、在壓縮機區段14下游聯接的燃燒器區段16、在燃燒器區段16下游聯接的渦輪區段18，以及在渦輪區段18下游聯接的排氣區段20。大體上管狀的殼36至少部分地包圍進氣區段12、壓縮機區段14、燃燒器區段16、渦輪區段18和排氣區段20中的一者或多者。在備選實施例中，旋轉機械10為形成有如本文所述的內部通路的構件適用于其的任何旋轉機械。此外，盡管出于說明目的在旋轉機械的背景下描述了本公開內容的實施例，但應當理解的是，本文所述的實施例適用于涉及適合形成有限定在其中的內部通路的構件的任何背景下。

在示例性實施例中，渦輪區段18經由轉子軸22聯接至壓縮機區段14。應當注意的是，如本文使用的用語"聯接"不限于構件之間的直接機械、電氣和/或通信連接，而是還可包括多個構件之間的間接機械、電氣和/或通信連接。

在燃氣渦輪10的操作期間，進氣區段12將空氣朝壓縮機區段14導送。壓縮機區段14將空氣壓縮至較高的壓力和溫度。更具體而言，轉子軸22將旋轉能賦予到聯接至壓縮機區段14內的轉子軸22的至少一個周向排的壓縮機葉片40。在示例性實施例中，在各排壓縮機葉片40之前是從殼36沿徑向向內延伸的周向排的壓縮機定子導葉42，其將空氣流引導到壓縮機葉片40中。壓縮機葉片40的旋轉能量增大空氣的壓力和溫度。壓縮機區段14朝燃燒器區段16排放壓縮空氣。

在燃燒器區段16中，壓縮空氣與燃料混合且點燃以生成朝渦輪區段18導送的燃燒氣體。更具體而言，燃燒器區段16包括至少一個燃燒器24，其中燃料(例如，天然氣和/或燃料油)噴射到空氣流中，且燃料-空氣混合物點燃以生成朝渦輪區段18導送的高溫燃燒氣體。

渦輪區段18將來自燃燒氣流的熱能轉換成機械旋轉能。更具體而言，燃燒氣體將旋轉能賦予到聯接至渦輪區段18內的轉子軸22的至少一個周向排的轉子葉片70。在示例性實施例中，各排轉子葉片70之前是從殼36沿徑向向內延伸的周向排的渦輪定子導葉72，其將燃燒氣體引導到轉子葉片70中。轉子軸22可聯接至負載(未示出)，諸如但不限于發電機和/或機械驅動應用。排出的燃燒氣體從渦輪區段18向下游流入排氣區段20中。旋轉機械10的構件設計為構件80。鄰近燃燒氣體的通路的構件80在旋轉機械10的操作期間受到高溫。另外地或備選地，構件80包括適合地形成有限定在其中的內部通路的任何構件。

圖2為針對供旋轉機械10(圖1中所示)使用示出的示例性構件80的示意性透視圖。構件80包括由內壁100限定在其中的至少一個內部通路82。例如，冷卻流體在旋轉機械10的操作期間提供至內部通路82，以便于將構件80保持在熱燃燒氣體的溫度以下。盡管僅示出了一個內部通路82，但應當理解的是，構件80包括如本文所述形成的任何適合數目的內部通路82。

構件80由構件材料78形成。在示例性實施例中，構件材料78為適合的鎳基超級合金。在備選實施例中，構件材料78為鈷基超級合金、鐵基超級合金和鈦基超級合金中的至少一者。在其它備選實施例中，構件材料78為允許構件80如本文所述那樣形成的任何適合的材料。

在示例性實施例中，構件80為轉子葉片70或定子導葉72中的一者。在備選實施例中，構件80為能夠形成有如本文所述的內部通路的旋轉機械10的另一適合的構件。在還有其它實施例中，構件80為用于適合地形成有限定在其中的內部通路的任何適合的應用的任何構件。

在示例性實施例中，轉子葉片70或備選地定子導葉72包括壓力側74和相對的吸力側76。壓力側74和吸力側76中的每一個從前緣84延伸至相對的后緣86。此外，轉子葉片70或備選地定子導葉72從根部端88延伸至相對的末梢端90以限定葉片長度96。在備選實施例中，轉子葉片70或備選地定子導葉72具有能夠形成有如本文所述的內部通路的任何適合的構造。

在某些實施例中，葉片長度96為至少大約25.4厘米(cm)(10英寸)。此外，在一些實施例中，葉片長度96為至少大約50.8cm(20英寸)。在特定實施例中，葉片長度96在從大約61cm(24英寸)到大約101.6cm(40英寸)的范圍中。在備選實施例中，葉片長度96小于大約25.4cm(10英寸)。例如，在一些實施例中，葉片長度96在從大約2.54cm(1英寸)到大約25.4cm(10英寸)的范圍中。在其它備選實施例中，葉片長度96大于大約101.6cm(40英寸)。

在示例性實施例中，內部通路82從根部端88延伸至末梢端90。在備選實施例中，內部通路82以任何適合的方式在構件80內延伸，且延伸至允許內部通路82如本文所述那樣形成的任何適合的程度。在某些實施例中，內部通路82是非線性的。例如，構件80形成有沿限定在根部端88與末梢端90之間的軸線89的預先限定的扭轉，且內部通路82具有與軸向扭轉互補的彎曲形狀。在一些實施例中，內部通路82沿內部通路82的長度定位在離壓力側74大致恒定的距離94處。備選地或另外地，構件80的翼弦在根部端88與末梢端90之間漸縮，且內部通路82與漸縮部互補地非線性延伸，使得內部通路82沿內部通路82的長度定位在離后緣86大致恒定的距離92處。在備選實施例中，內部通路82具有與構件80的任何適合的輪廓互補的非線性形狀。在其它備選實施例中，內部通路82是非線性的，且并非與構件80的輪廓互補。在一些實施例中，具有非線性形狀的內部通路82便于滿足構件80的預先選擇的冷卻標準。在備選實施例中，內部通路82線性地延伸。

在一些實施例中，內部通路82具有大致圓形的截面。在備選實施例中，內部通路82具有大致卵形的截面。在其它備選實施例中，內部通路82具有允許內部通路82如本文所述那樣形成的任何適合地定形的截面。此外，在某些實施例中，內部通路82的截面的形狀沿內部通路82的長度大致恒定。在備選實施例中，內部通路82的截面的形狀以允許內部通路82如本文所述那樣形成的任何適合的方式沿內部通路82的長度變化。

圖3為用于制造構件80(圖2中所示)的模具組件301的示意性透視圖。模具組件301包括關于模具300定位的套芯310。圖4為沿圖3中所示的線4-4截取的套芯310的實施例的示意性截面。參照圖2-圖4，模具300的內壁302限定模腔304。內壁302限定與構件80的外部形狀對應的形狀，使得熔化狀態中的構件材料78可引入模腔304中且冷卻以形成構件80。應當記得的是，盡管示例性實施例中的構件80為轉子葉片70或備選地在備選示例性中為定子導葉72，但構件80為可適合地形成有如本文所述的限定在其中的內部通路的任何構件。

套芯310關于模具300定位，使得套芯310的一部分315在模腔304內延伸。套芯310包括由第一材料322形成的中空結構320、設置在中空結構320內且由內芯材料326形成的內芯324，以及設置在中空結構320與內芯324之間且由第一涂覆材料366形成的至少第一涂層362。更具體而言，至少第一涂層326關于中空結構320的中心線沿徑向設置在中空結構320與內芯324之間。內芯324定形為限定內部通路82的形狀，且定位在模腔304內的套芯310的部分315的內芯324限定構件80內的內部通路82的位置。

中空結構320包括外壁380，其大致沿內芯324的長度包圍內芯324。中空結構320的內部360關于外壁380在內部定位，使得內芯324由中空結構320的內部360互補地定形。在某些實施例中，中空結構320限定大體上管狀的形狀。例如，但不作為限制，中空結構320初始地由大致直的金屬管形成，管適合地按需要操縱成非線性形狀(諸如彎曲或成角度的形狀)以限定內芯324且因此內部通路82的選擇的非線性形狀。在備選實施例中，中空結構320限定允許內芯324限定如本文描述的內部通路82的形狀的任何適合的形狀。

在示例性實施例中，中空結構320具有小于內芯324的特征寬度330的壁厚328。特征寬度330在其中限定為具有與內芯324相同的截面面積的圓的直徑。在備選實施例中，中空結構320具有并非小于特征寬度330的壁厚328。內芯324的截面的形狀在圖3和圖4中的示例性實施例中為圓形。備選地，內芯324的截面的形狀對應于允許內部通路82如本文所述起作用的內部通路82的截面的任何適合的形狀。

另外在示例性實施例中，第一涂層362設置在中空結構320的內部360的至少一部分上，在中空結構320與內芯324之間。在一些實施例中，如本文將描述的那樣，第一涂層材料366選擇成在構件80形成之后改變內部通路82的性能。例如，但不作為限制，第一涂覆材料366選擇成抑制構件材料78沿內壁100的氧化。另外地或備選地，但不作為限制，第一涂覆材料366選擇成抑制構件材料78沿內壁100的腐蝕。另外地或備選地，但不作為限制，第一涂覆材料366選擇成抑制碳或構件材料78沿內壁100的沉積。另外地或備選地，但不作為限制，第一涂覆材料366選擇成提供沿內壁100的用于構件材料78的熱障層。另外地或備選地，但不作為限制，第一涂覆材料366選擇成提供沿內壁100的用于構件材料78的水蒸汽阻隔。另外地或備選地，但不作為限制，第一涂覆材料366選擇成抑制構件材料78沿內壁100的磨損，諸如但不限于侵蝕。另外地或備選地，第一涂覆材料366選擇為提供或便于內部通路82沿內壁100設置時的任何其它選擇的特征的任何適合的材料。

在某些實施例中，第一涂層362為設置在中空結構320與內芯324之間的多個涂層中的一者。例如，圖5為沿圖3中所示的線4-4截取的套芯310的另一個實施例的示意性截面圖。在示例性實施例中，套芯310包括設置在中空結構320的內部360的至少一部分上且由第二涂覆材料376形成的至少第二涂層372，以及沿徑向設置在第二涂層372與內芯324之間的第一涂層362。在一些實施例中，第一涂層362由選自其中至少一者的第一涂覆材料366形成：(i)氧化抑制材料，(ii)腐蝕抑制材料，(iii)碳沉積抑制材料，(iv)熱障材料，(v)水蒸汽阻隔材料，以及(vi)磨損抑制材料，且第二涂覆材料376選自其中另一者：(i)氧化抑制材料，(ii)腐蝕抑制材料，(iii)碳沉積抑制材料，(iv)熱障材料，(v)水蒸汽阻隔材料，以及(vi)磨損抑制材料。在備選實施例中，第二涂覆材料376為粘結涂覆材料，其便于將第一涂覆材料366粘結到第一材料322和構件材料78中的至少一者。在其它備選實施例中，第二涂覆材料376為允許套芯310如本文所述起作用的任何適合的材料。

參照圖2-圖5，模具300由模具材料306形成。在示例性實施例中，模具材料306為選擇成經得起與用于形成構件80的構件材料78的熔化狀態相關聯的高溫環境的耐火陶瓷材料。在備選實施例中，模具材料306為允許構件80如本文所述形成的任何適合的材料。此外，在示例性實施例中，模具300由適合的熔模鑄造過程形成。例如，但不作為限制，適合的模型材料(諸如蠟)注入適合的型模中以形成構件80的模型(未示出)，模型重復地浸入模具材料306的漿料中，其容許硬化以產生模具材料306的外殼，且外殼脫蠟且燒制以形成模具300。在備選實施例中，模具300由允許模具300如本文所述起作用的任何適合的方法形成。

在某些實施例中，套芯310相對于模具300固定，使得套芯310在形成構件80的過程期間相對于模具300保持固定。例如，套芯310固定，使得套芯310的位置在熔化的構件材料78引入套芯310周圍的模腔304期間不會移位。在一些實施例中，套芯310直接地聯接至模具300。例如，在示例性實施例中，套芯310的末梢部分312剛性地包圍在模具300的末梢部分314中。另外地或備選地，套芯310的根部部分316剛性地包圍在與末梢部分314相對的模具300的根部部分318中。例如，但不作為限制，模具300由上文所述的熔模鑄造形成，且套芯310牢固地聯接至適合的型模，使得末梢部分312和根部部分316延伸到型模外，同時部分315在模具的腔內延伸。模型材料在套芯310周圍注入模具中，使得部分315在模型內延伸。熔模鑄造引起模具300包圍末梢部分312和/或根部部分316。另外地或備選地，套芯310以允許套芯310相對于模具300的位置在形成構件80的過程期間保持固定的任何其它適合的方式相對于模具300固定。

第一材料322選擇成可由熔化的構件材料78至少部分地吸收。在某些實施例中，構件材料78為合金，且第一材料322為合金的至少一種組成材料。例如，在示例性實施例中，構件材料78為鎳基超級合金，且第一材料322大致為鎳，使得在熔化狀態中的構件材料78引入模腔304中時，第一材料322大致由構件材料78吸收。在備選實施例中，構件材料78為任何適合的合金，且第一材料322為可至少部分地由熔化的合金吸收的至少一種材料。例如，構件材料78為鈷基超級合金，且第一材料322大致為鈷。對于另一個示例，構件材料78為鐵基超級合金，且第一材料322大致為鐵。對于另一個示例，構件材料78為鈦基超級合金，且第一材料322大致為鈦。

在某些實施例中，壁厚328足夠薄，使得在熔化狀態中的構件材料78引入模腔304中時，套芯310的部分315的第一材料322(即，在模腔304內延伸的部分)大致由構件材料78吸收。例如，在一些這樣的實施例中，第一材料322大致由構件材料78吸收，使得在構件材料78冷卻之后，沒有離散的邊界由構件材料78描繪中空結構320。此外，在一些這樣的實施例中，第一材料322大致吸收，使得在構件材料78冷卻之后，第一材料322在構件材料78內大致均勻地分布。例如，內芯324附近的第一材料322的濃度并非可探測地高于構件80的其它位置處的第一材料322的濃度。例如而不帶有限制性，第一材料322為鎳，且構件材料78為鎳基超級合金，且在構件材料78冷卻之后，無可探測到的較高鎳濃度留在內芯324附近，導致了貫穿形成的構件80的鎳基超級合金的大致均勻的鎳的分布。

在備選實施例中，壁厚328選擇成使得第一材料322并非大致由構件材料78吸收。例如，在一些實施例中，在構件材料78冷卻之后，第一材料322并非大致均勻地分布在構件材料78內。例如，內芯324附近的第一材料322的濃度可探測地高于構件80的其它位置處的第一材料322的濃度。在一些這樣的實施例中，第一材料322由構件材料78部分地吸收，使得在構件材料78冷卻之后，離散的邊界由構件材料78描繪中空結構320。此外，在一些這樣的實施例中，第一材料322由構件材料78部分地吸收，使得內芯324附近的中空結構320的至少一部分在構件材料78冷卻之后保持完好。

在一些實施例中，當熔化狀態中的構件材料78引入模腔304中時，第一涂覆材料366也至少部分地由構件材料78吸收。在一些這樣的實施例中，第一涂層362的厚度選擇成使得內芯324附近的第一涂覆材料366的濃度可探測地高于構件80的其它位置處的第一涂覆材料366的濃度。因此，在內芯324從構件80除去以形成內部通路82之后，內壁100附近的第一涂覆材料366的濃度可探測地高于構件80的其它位置處的第一涂覆材料366的濃度。此外，在一些這樣的實施例中，第一涂覆材料366的至少一部分內襯限定內部通路82的內壁100的至少一部分。

例如，圖6為沿圖2中所示的線6-6截取的構件80的截面，且示意性地示出了內壁100附近的第一涂覆材料366的梯度分布。在一些這樣的實施例中，內壁100附近的第一涂覆材料366的濃度是足夠的，使得第一涂覆材料366的至少一部分內襯限定內部通路82的內壁100的至少一部分。例如，內壁100附近的第一涂覆材料366的濃度足以沿內壁100形成與第一涂覆材料366相關聯的材料特征。因此，套芯310的第一涂層362在構件80的鑄造期間將第一涂覆材料366有效地施加到內部通路82。

此外，在第一涂層362為套芯310的多個涂層中的一個的某些實施例中，額外的涂層材料(諸如但不限于第二涂覆材料376)以類似方式分布在內壁100附近。例如，內壁100附近的第二涂覆材料376的濃度是足夠的，使得第二涂覆材料376的至少一部分內襯限定內部通路82的內壁100的至少一部分。作為另一個示例，第二涂覆材料376為粘結涂覆材料，且內壁100附近的第二涂覆材料376的濃度足以將第一涂覆材料366粘結至內壁100附近的構件材料78和/或第一材料322。

此外，又參照圖2-圖5，在一些實施例中，第一涂層362由構件材料78部分地吸收，使得在構件材料78冷卻之后，離散的邊界從構件材料78描繪第一涂覆材料366。此外，在一些這樣的實施例中，第一涂層362由構件材料78部分地吸收，使得內芯324附近的第一涂層362的至少一部分在構件材料78冷卻之后保持完好。因此，在內芯324從構件80除去以形成內部通路82之后，第一涂覆材料366的至少一部分內襯內壁100的至少一部分。再次，套芯310的第一涂層362在構件80的鑄造期間將第一涂覆材料366有效地施加至內部通路82。

此外，在第一涂層362為套芯310的多個涂層中的一個的某些實施例中，額外的涂層材料(諸如但不限于第二涂覆材料376)由離散的邊界描繪，且/或以類似方式在內壁100附近保持完好。例如，第二涂覆材料376為粘結涂覆材料，且保持完好的第二涂層372的一部分將第一涂覆材料366粘結至內壁100附近的構件材料78和/或第一材料322。

在示例性實施例中，內芯材料326為選擇成經得起與用于形成構件80的構件材料78的熔化狀態相關聯的高溫環境的耐火陶瓷材料。例如，但不帶有限制性，內芯材料326包括二氧化硅、氧化鋁和多鋁紅柱石中的至少一者。此外，在示例性實施例中，內芯材料326選擇性地從構件80除去以形成內部通路82。例如但不作為限制，內芯材料326通過大致不會使構件材料78退化的適合的過程從構件80除去，諸如但不限于適合的化學浸出過程。在某些實施例中，內芯材料326基于與構件材料78的相容性和/或可除去性來選擇。在備選實施例中，內芯材料326為允許構件80如本文所述形成的任何適合的材料。

在一些實施例中，套芯310通過將至少第一涂層362施加到中空結構320的內部360，且然后向涂覆的中空結構320填充內芯材料326來形成。例如，在某些實施例中，至少第一涂層362在整體涂覆(bulkcoating)過程中施加至中空結構320，諸如但不限于氣相沉積過程或化學氣相沉積過程。在一些這樣的實施例中，中空結構320的外壁380被遮蓋，使得僅涂覆中空結構320的內部360。作為備選，外壁380和內部360兩者都被涂覆，且外部380上的涂層例如在構件80鑄造時擴散到構件材料78中。在一些這樣的實施例中，將涂層僅施加到中空結構320允許了使用大量沉積過程，而不需要將構件80的整體定位在沉積室中，遮蓋構件80的整個外表面，且/或不必涂覆構件80的較大的外表面區域，從而相比于在構件80形成之后將涂層施加到構件80內的內部通路82減少了施加至少第一涂層362所需的時間和成本。

另外地或備選地，在一些實施例中，至少第一涂層362在漿料注入過程中施加到中空結構320的內部360，諸如但不限于注入包括第一涂覆材料366和/或其前體的漿料到中空結構320中，熱處理漿料將以產生第一涂層362，且然后從中空結構320除去剩余漿料。在一些這樣的實施例中，將涂層僅施加到中空結構320允許了使用漿料沉積過程而不需要在熱處理過程期間連續地定向構件80的整體來產生第一涂層362的一致厚度。

另外地或備選地，在一些實施例中，至少第一涂層362在漿料注入過程中施加到中空結構320的內部360，諸如但不限于將中空結構320的整體浸漬在包括至少第一涂覆材料366和/或其前體的漿料中。在一些這樣的實施例中，中空結構320的外壁380被遮蓋，使得僅涂覆中空結構320的內部360。備選地，外壁380和內部360兩者都涂覆，且外部380上的涂層例如在構件80鑄造時擴散到構件材料78中。

此外，在一些實施例中，中空結構320遞增地形成，諸如通過增材制造過程或成隨后連接在一起的區段。在一些這樣的實施例中，至少第一涂層362使用適合的施加過程施加到中空結構320的遞增部分，諸如上文所述的任何施加過程。例如，但不作為限制，使用了漿料注入過程，且對于中空結構320的遞增部分的相對較稠的漿料的注入和除去相比于構件80形成之后對構件80內的整個內部通路82的相對較稠的漿料注入和除去更有效，特別地但不僅是對于特征為高度非線性、復雜截面和/或較大長度與直徑比的內部通路82。

另外地或備選地，在一些實施例中，至少第一涂層362在增材制造過程中整體地施加到中空結構320的內部360。例如，還參照圖7，具有施加到其上的至少第一涂層362的中空結構320的計算機設計模型在第一端350與第二端352之間分成一系列薄的平行平面，使得限定了第一材料322和第一涂覆材料366在各個平面內的分布。計算機數字控制(cnc)機器根據模型切片從第一端350至第二端352沉積第一材料322和第一涂覆材料366的連續層以形成中空結構320。例如，增材制造過程適合地構造成用于多種金屬材料和/或金屬與陶瓷材料中的各種的交錯沉積，且交錯沉積根據計算機設計模型適當地控制以產生各層中的第一材料322和第一涂覆材料366的限定分布。三個這樣代表性的層表示為層364、368和370。在一些實施例中，分別包括第一材料322和第一涂覆材料366的連續層使用直接金屬激光熔化(dmlm)過程、直接金屬激光燒結(dmls)過程、選擇性激光燒結(sls)過程、電子束熔化(ebm)過程、選擇性激光熔化過程(slm)和機器人鑄造擠出類型的增材過程中的至少一者沉積。另外地或備選地，第一材料322和第一涂覆材料366的連續層使用允許中空結構320如本文所述形成的任何適合的過程沉積。

在一些實施例中，中空結構320和第一涂層362由增材制造過程形成允許了中空結構320形成帶有第一涂覆材料366的均勻且可重復的分布，其由施加第一涂層362到中空結構320的其它方法產生將困難且/或相對更昂貴。對應地，由增材制造過程形成中空結構320允許了構件80形成帶有內壁100(例如，如圖6中所示)附近的第一涂覆材料366的主要分布，其在構件80在模具300中初始形成之后在單獨的過程中施加到內部通路82將困難且/或相對更昂貴。

在備選實施例中，至少第一涂層362以允許套芯310如本文所述起作用的任何其它適合的方式施加到中空結構320。此外，在第一涂層362為套芯310的多個涂層中的一個的某些實施例中，額外的涂層(諸如但不限于第二涂層372)以上文針對第一涂層362所述的任何過程且/或以允許套芯310如本文所述起作用的任何其它適合的方式施加到中空結構320。

在至少第一涂層362施加到中空結構320之后，在一些實施例中，內芯材料326作為漿料注入中空結構320中，且內芯材料326在中空結構320內干燥以形成套芯310。此外，在某些實施例中，中心結構320大致在結構上增強內芯324，因此減少了一些實施例中的將與形成構件80的未增強的內芯324的生產、處理和使用相關聯的潛在問題。例如，在某些實施例中，內芯324是受到破裂、開裂和/或其它破壞的相對高風險的相對脆的陶瓷材料。因此，在一些這樣的實施例中，相比于使用無護套的內芯324，形成和輸送套芯310對內芯324呈現出低得多的破壞風險。類似地，在一些這樣的實施例中，圍繞將用于模具300的熔模鑄造的套芯310形成適合的模型，諸如通過將蠟模型材料圍繞套芯310注入型模中，相比于使用無護套的內芯324，呈現出對內芯324低得多的破壞風險。因此，在某些實施例中，相比于如果使用無護套的內芯324而非套芯310執行的相同步驟，使用套芯310呈現出低得多的失效風險以產生具有限定在其中的內部通路82的可接受的構件80。因此，套芯310便于獲得與使內芯324關于模具300定位相關聯的優點以限定內部通路82，同時減少或消除與內芯324相關聯的易碎性問題。

例如，在某些實施例中，諸如但不限于其中構件80為轉子葉片70的實施例，內芯324的特征寬度330在從大約0.050cm(0.020英寸)到大約1.016cm(0.400英寸)的范圍內，且中空結構320的壁厚328選擇成在從大約0.013cm(0.005英寸)到大約0.254(0.100英寸)的范圍內。更具體而言，在一些這樣的實施例中，特征寬度330在從大約0.102cm(0.040英寸)到大約0.508cm(0.200英寸)的范圍內，且壁厚328選擇成在從大約0.013cm(0.005英寸)到大約0.038cm(0.015英寸)的范圍內。作為另一個示例，在一些實施例中，諸如但不限于構件80為靜止構件(諸如但不限于定子導葉72)的實施例，內芯324的特征寬度330大于大約1.016cm(0.400英寸)，且/或壁厚328選擇成大于大約0.254cm(0.100英寸)。在備選實施例中，特征寬度330為允許所得的內部通路82執行其預期功能的任何適合的值，且壁厚328選擇成允許套芯310如本文所述起作用的任何適合的值。

此外，在某些實施例中，在將內芯材料326引入中空結構320內以形成套芯310之前，中空結構320預成型為對應于內部通路82的選擇的非線性形狀。例如，第一材料322為在填充內芯材料326之前相對容易定形的金屬材料，因此減少或消除了將內芯324單獨地形成和/或加工成非線性形狀的需要。此外，在一些這樣的實施例中，由中空結構320提供的結構增強允許了非線性形狀(其將難以作為無護套的內芯324形成和處理)的內芯324的隨后形成和處理。因此，套芯310便于具有增大復雜性的彎曲和/或其它非線性形狀且/或帶有減少的時間和成本的內部通路82的形成。在某些實施例中，中空結構320預成型以對應于與構件80的輪廓互補的內部通路82的非線性形狀。例如，但不作為限制，如上文所述，構件80為轉子葉片70和定子導葉72中的一者，且中空結構320以與構件80的軸向扭轉和漸縮中的至少一者互補的形狀預成型。

圖8和圖9中的流程圖中示出了形成具有限定在其中的內部通路(諸如內部通路82)的構件(諸如構件80)的示例性方法700。還參照圖1-圖6，示例性方法700包括關于模具(諸如模具300)定位702套芯，諸如套芯310。套芯包括中空結構(諸如中空結構320)，以及設置在中空結構內的內芯(諸如內芯324)。套芯還包括設置在中空結構與內芯之間的第一涂層(諸如第一涂層362)。第一涂層由第一涂覆材料(諸如第一涂覆材料366)形成。方法700還包括將熔化狀態中的構件材料(諸如構件材料78)引入704模腔(諸如模腔304)中，以及冷卻706腔中的構件材料以形成構件。內芯定位成限定構件內的內部通路，且第一涂覆材料的至少一部分內襯內部通路的至少一部分。

在一些實施例中，定位702套芯的步驟包括定位708套芯，套芯包括設置在中空結構的內部(諸如內部360)的至少一部分上的第一涂層。

在某些實施例中，定位702套芯的步驟包括定位710套芯，套芯包括選自其中一者的第一涂覆材料：(i)氧化抑制材料，(ii)腐蝕抑制材料，(iii)碳沉積抑制材料，(iv)熱障材料，(v)水蒸汽阻隔材料，以及(vi)磨損抑制材料。

在一些實施例中，定位702套芯的步驟包括定位712套芯，套芯包括第一涂層，其為設置在中空結構與內芯之間的多個涂層中的一個。在一些這樣的實施例中，定位712套芯的步驟包括定位714套芯，套芯包括選自其中一者的第一涂覆材料：(i)氧化抑制材料，(ii)腐蝕抑制材料，(iii)碳沉積抑制材料，(iv)熱障材料，(v)水蒸汽阻隔材料，以及(vi)磨損抑制材料，且該多個涂層中的第二個(諸如第二涂層372)由選自其中另一者的第二涂覆材料(諸如第二涂覆材料376)形成：(i)氧化抑制材料，(ii)腐蝕抑制材料，(iii)碳沉積抑制材料，(iv)熱障材料，(v)水蒸汽阻隔材料，以及(vi)磨損抑制材料。備選地，定位712套芯的步驟包括定位716套芯，套芯包括由第二涂覆材料形成的第二涂層，第二涂覆材料包括粘結涂覆材料。

在某些實施例中，方法700還包括形成718套芯。在一些這樣的實施例中，內芯由內芯材料(諸如內芯材料326)形成，且形成718套芯的步驟包括將第一涂層施加到中空結構的內部(諸如內部360)，以及向涂覆的中空結構填充722內芯材料。

在某些實施例中，施加720第一涂層的步驟包括在整體涂覆過程中將第一涂層施加724到中空結構。在一些這樣的實施例中，施加724第一涂層的步驟包括在氣相沉積過程和化學氣相沉積過程中的至少一者中將第一涂層施加726到中空結構。

在某些實施例中，施加720第一涂層的步驟包括在漿料注入過程和漿料浸漬過程中的一者中將第一涂層728施加到中空結構的內部。

在一些實施例中，中空結構遞增地形成，且施加728第一涂層的步驟包括將第一涂層施加730到中空結構的多個遞增部分。

在某些實施例中，施加720第一涂層的步驟包括在增材制造過程中將第一涂層施加732到中空結構的內部。

在一些實施例中，向涂覆的中空結構填充722內芯材料的步驟包括將內芯材料作為漿料注入734中空結構中。

本文所述的示例性構件和方法克服了與用于形成具有限定在其中的涂覆的內部通路的構件的已知組件和方法相關聯的缺點中的至少一些。本文所述的實施例提供了關于模具定位的套芯。套芯包括(i)中空結構、(ii)設置在中空結構內的內芯，以及(iii)設置在中空結構與內芯之間的第一涂層。第一涂層包括第一涂覆材料，且第一涂覆材料的至少一部分在熔化的構件材料引入模腔中且冷卻以形成構件之后內襯內部通路的至少一部分。

上述套芯提供了用于形成具有限定在其中的涂覆的內部通路的構件的成本效益合算的方法，尤其但不限于特征為高度非線性、復雜截面和/或大長度與直徑比的內部通路。具體而言，套芯包括(i)中空結構、(ii)設置在中空結構內的內芯，以及(iii)設置在中空結構與內芯之間的第一涂層。內芯在模腔內延伸以限定將在模具中形成的構件內的內部通路的位置。在熔化的構件材料引入模腔中以形成構件之后，第一涂覆材料的至少一部分內襯內部通路的至少一部分。因此，在鑄造構件時，形成為套芯的一部分的第一涂層將第一涂覆材料有效地施加到內部通路。

另外具體而言，在某些實施例中，形成為套芯的一部分的第一涂層允許涂層在大量沉積過程中施加，而不需要將構件的整體定位在沉積室中、遮蓋構件的整個外表面，和/或不必涂覆構件的大的外表面區域，因此相比于在構件形成之后將涂層施加到構件內的內部通路，減少了施加涂層所需的時間和成本。備選地，在一些實施例中，形成為套芯的一部分的第一涂層允許在漿料沉積過程中施加涂層而不需要在熱處理過程期間連續地定向構件的整體來產生一致的涂層厚度。

本文所述的方法、系統和設備的示例性技術效果包括以下至少一者：(a)減少或消除了與用于形成具有限定在其中的內部通路的構件的芯的形成、處理、運輸和/或儲存相關聯的易碎性問題；(b)允許了使用相比于用于形成構件的內部通路的常規芯更長、更重、更薄和/或更復雜的芯；以及(c)允許內部通路的涂覆，尤其但不限于特征為高度非線性、復雜截面和/或較大長度與直徑比的內部通路，提高了一致性且/或降低了成本。

上文詳細描述了套芯的示例性實施例。套芯和使用此套芯的方法和系統不限于本文所述的特定實施例，相反，系統的構件和/或方法的步驟可與本文所述的其它構件和/或步驟獨立地且單獨地使用。例如，示例性實施例可結合目前構造成在模具組件內使用芯的許多其它應用來實施和使用。

盡管本公開內容的各種實施例的特定特征可在一些圖中示出且在其它圖中未示出，但這僅是為了方便。根據本公開內容的原理，圖的任何特征可與任何其它圖的任何特征組合來參照和/或請求保護。

該書面描述使用示例來公開本發明，包括最佳模式，并且還使本領域技術人員能夠實踐本發明，包括制造和使用任何裝置或系統以及執行任何包含的方法。本公開內容可申請專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權利要求的字面語言不同的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質差異的等同結構要素，則意在使這些其它示例處于權利要求的范圍內。