本發(fā)明針對(duì)熱管理物品(thermalmanagementarticle)及用于形成熱管理物品的方法。更具體地，本發(fā)明針對(duì)包括安置于基底與第一涂層表面之間的至少一個(gè)通路的熱管理物品及用于形成熱管理物品的方法。熱管理物品可以包括燃?xì)鉁u輪構(gòu)件，但不限于此。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪被持續(xù)地修改，以提高效率并降低成本。一個(gè)用于提高燃?xì)鉁u輪的效率的方法包括提高運(yùn)行溫度。運(yùn)行溫度的提高導(dǎo)致更極端的運(yùn)行條件，這導(dǎo)致開發(fā)了設(shè)計(jì)成提高渦輪構(gòu)件的耐熱性且保護(hù)渦輪構(gòu)件免受燃?xì)鉁u輪的熱氣路徑中的活性氣體損害的先進(jìn)的超合金材料和復(fù)雜的涂層系統(tǒng)。

還可以通過使用冷卻通道而提高渦輪構(gòu)件的溫度容限。冷卻通道典型地合并至在燃?xì)鉁u輪的高溫區(qū)域中使用的渦輪構(gòu)件的金屬及陶瓷基底中。然而，冷卻通道與渦輪構(gòu)件的暴露于燃?xì)鉁u輪的熱氣路徑的表面之間的距離對(duì)冷卻通道的冷卻效果造成影響。使冷卻通道與熱氣路徑分離的渦輪構(gòu)件上的保護(hù)涂層的厚度的增加導(dǎo)致冷卻通道的有效性下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在示范性的實(shí)施例中，熱管理物品包括基底和安置于基底上的第一涂層。第一涂層包括第一涂層表面和安置于基底與第一涂層表面之間的至少一個(gè)通路。至少一個(gè)通路限定至少一個(gè)流體途徑。

在另一示范性的實(shí)施例中，用于形成熱管理物品的方法包括將至少一個(gè)通路附接到基底。至少一個(gè)通路包括具有壁厚的通路壁，并且，限定至少一個(gè)流體途徑。第一涂層涂敷到基底和通路壁，形成第一涂層表面。至少一個(gè)通路安置于基底與第一涂層表面之間。

本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種熱管理物品，包括：基底；以及第一涂層，其安置于所述基底上，所述第一涂層包括第一涂層表面和安置于所述基底與所述第一涂層表面之間的至少一個(gè)通路，所述至少一個(gè)通路限定至少一個(gè)流體途徑。

本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述第一涂層選自由熱屏障涂層、環(huán)境屏障涂層、熱生長(zhǎng)氧化物、陶瓷頂涂層、粘結(jié)涂層、擴(kuò)散涂層、可磨耗涂層(abradablecoating)以及多孔涂層中的至少一個(gè)組成的集合。

本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述熱管理物品是渦輪構(gòu)件。

本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述至少一個(gè)通路包括具有壁厚的通路壁。

本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案中，所述通路壁附接至所述基底。

本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案中，所述通路壁包括選自由超合金、鎳基超合金、鈷基超合金、不銹鋼、合金鋼、鈦合金、鋁合金、難熔合金、陶瓷、釔穩(wěn)定氧化鋯、氧化鋁以及以上的材料的組合組成的集合的壁材料。

本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案中，所述壁厚是在大約0.003英寸至大約0.02英寸之間。

本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，第二涂層安置于所述第一涂層表面上。

本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第九技術(shù)方案中，所述第二涂層選自由熱屏障涂層、環(huán)境屏障涂層、熱生長(zhǎng)氧化物、陶瓷頂涂層、粘結(jié)涂層、擴(kuò)散涂層、可磨耗涂層以及多孔涂層中的至少一個(gè)組成的集合。

本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述至少一個(gè)通路包括長(zhǎng)度和幾何形狀，所述幾何形狀沿著所述長(zhǎng)度改變。

本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述至少一個(gè)通路包括橫截面構(gòu)造，所述橫截面構(gòu)造選自由規(guī)則形狀、不規(guī)則形狀、槽式形狀、圓形、橢圓形、卵形、多邊形、三角形、四邊形、正方形、矩形、梯形、平行四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形或以上的形狀的組合組成的集合。

本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述至少一個(gè)通路包括沖擊所述至少一個(gè)流體途徑的至少一個(gè)紊流器。

本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述至少一個(gè)通路包括安置于所述至少一個(gè)流體途徑內(nèi)的至少一個(gè)傳感器。

本發(fā)明的第十四技術(shù)方案提供了一種用于形成熱管理物品的方法，包括：將至少一個(gè)通路附接至基底，所述至少一個(gè)通路包括具有壁厚的通路壁，并且，限定至少一個(gè)流體途徑；以及將第一涂層涂敷至所述基底和所述通路壁，形成第一涂層表面，所述至少一個(gè)通路安置于所述基底與所述第一涂層表面之間。

本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，涂敷所述第一涂層包括涂敷熱屏障涂層、環(huán)境屏障涂層、熱生長(zhǎng)氧化物、陶瓷頂涂層、粘結(jié)涂層、擴(kuò)散涂層、可磨耗涂層以及多孔涂層中的至少一個(gè)。

本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，形成熱管理物品包括將所述至少一個(gè)通路附接至渦輪構(gòu)件。

本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，包括將第二涂層涂敷于所述第一涂層表面上。

本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，涂敷所述第二涂層包括涂敷熱屏障涂層、環(huán)境屏障涂層、熱生長(zhǎng)氧化物、陶瓷頂涂層、粘結(jié)涂層、擴(kuò)散涂層、可磨耗涂層以及多孔涂層中的至少一個(gè)。

本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，涂敷所述第一涂層包括應(yīng)用選自由熱噴涂、空氣等離子噴涂、高速氧氣燃料熱噴涂、高速空氣燃料噴涂、真空等離子噴涂以及電子束物理氣相沉積中的至少一個(gè)組成的集合的技術(shù)。

本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，將所述至少一個(gè)通路附接至所述基底包括選自由如下的技術(shù)組成的集合的附接技術(shù)：將所述至少一個(gè)通路電阻焊接至所述基底；將所述至少一個(gè)通路釬焊至所述基底；利用釬焊膏來將所述至少一個(gè)通路釬焊至所述基底；利用釬焊帶來將所述至少一個(gè)通路釬焊至所述基底；利用釬焊箔來將所述至少一個(gè)通路釬焊至所述基底；利用釬焊片來將所述至少一個(gè)通路釬焊至所述基底；利用預(yù)先燒結(jié)的預(yù)制品來將所述至少一個(gè)通路釬焊至所述基底；利用高溫粘合劑來將所述至少一個(gè)通路粘附至所述基底；以及以上的技術(shù)的組合。

結(jié)合經(jīng)由示例而圖示本發(fā)明的原理的附圖，根據(jù)以下的對(duì)優(yōu)選的實(shí)施例的更詳細(xì)的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。

附圖說明

圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施例的熱管理物品的透視圖。

圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施例的圖1的熱管理物品的一部分的擴(kuò)大透視圖。

圖3是根據(jù)本公開的實(shí)施例的具有第一涂層的圖2的熱管理物品的該部分的透視截面圖。

圖4是根據(jù)本公開的實(shí)施例的具有包括多個(gè)涂覆層的第一涂層的圖2的熱管理物品的該部分的透視截面圖。

圖5是根據(jù)本公開的實(shí)施例的具有第二涂層的圖3的熱管理物品的該部分的透視截面圖。

在任何可能的情況下，在所有的附圖中，將使用同一參考編號(hào)來表示同一零件。

具體實(shí)施方式

提供的是示范性的熱管理物品及用于形成熱管理物品的方法。與不利用本文中所公開的一個(gè)或更多個(gè)特征的方法相比，本公開的實(shí)施例降低制造成本、提高冷卻效率、提高傳熱效率、提高運(yùn)行溫度容限、提高運(yùn)行效率、減少冷卻流體使用量、增大功率輸出或?qū)崿F(xiàn)以上的效果的組合。

參考圖1，熱管理物品100包括基底102和至少一個(gè)通路104。在一個(gè)實(shí)施例中，基底102是渦輪構(gòu)件。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖所示，在將涂層涂敷到至少一個(gè)通路104之前，將至少一個(gè)通路104安置于基底102上。渦輪構(gòu)件可以是任何合適的渦輪構(gòu)件，包括熱氣路徑構(gòu)件、葉片(輪葉)(示出)、導(dǎo)葉(噴嘴)、護(hù)罩、燃燒器、燃燒器襯套、燃燒過渡件或以上的構(gòu)件的組合，但不限于此。基底102可以包括一個(gè)或更多個(gè)涂層。

基底102可以包括任何合適的基底材料，包括金屬、合金、鐵基合金、陶瓷、鋼、mcraly、熱屏障涂層、粘結(jié)涂層、環(huán)境屏障涂層、玻璃纖維復(fù)合材料、碳復(fù)合材料、難熔合金、鉻鉬合金、鉻鉬釩合金、鈷鉻鉬合金、超合金、鎳基超合金、鈷基超合金、陶瓷基復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)碳(c/c)、碳纖維增強(qiáng)碳化硅(c/sic)、碳化硅纖維增強(qiáng)碳化硅(sic/sic)或以上的材料的組合，但不限于此。

參考圖2，在一個(gè)實(shí)施例中，用于形成熱管理物品100的方法包括將至少一個(gè)通路104附接到基底102。將至少一個(gè)通路104附接到基底102的步驟可以包括任何合適的附接技術(shù)，包括但不限于：通過形成連接焊縫200，從而將至少一個(gè)通路104焊接(示出)到基底；將至少一個(gè)通路104電阻焊接到基底102；將至少一個(gè)通路104釬焊到基底102；利用釬焊膏來將至少一個(gè)通路104釬焊到基底102；利用釬焊帶來將至少一個(gè)通路104釬焊到基底102；利用釬焊箔來將至少一個(gè)通路104釬焊到基底102；利用釬焊片來將至少一個(gè)通路104釬焊到基底102；利用預(yù)先燒結(jié)的預(yù)制品來將至少一個(gè)通路104釬焊到基底102；利用高溫粘合劑來將至少一個(gè)通路104粘附到基底102；或以上的技術(shù)的組合。

在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)通路104與流體源(未示出)連接且流體連通。流體源可以是任何合適的來源，包括通道、腔、孔、通氣孔、容器、流體供應(yīng)線路、歧管、集氣室或以上的來源的組合，但不限于此。流體源可以安置于基底102上、安置于基底102內(nèi)、安置于熱管理物品100內(nèi)或以上的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻流體從流體源進(jìn)入至少一個(gè)通路104中且穿過至少一個(gè)通路104。

至少一個(gè)通路104可以包括任何合適的平均外徑。在一個(gè)實(shí)施例中，平均外徑為大約0.01英寸至大約0.1英寸，備選地，大約0.02英寸至大約0.075英寸，備選地，大約0.03英寸至大約0.045英寸，備選地，小于大約0.25英寸，備選地，小于大約0.1英寸，備選地，小于大約0.05英寸。

參考圖3，在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)通路104包括通路壁300，通路壁300具有壁厚302，并且，限定至少一個(gè)流體途徑304。至少一個(gè)流體途徑304可以與流體源流體連通。通路壁300可以附接到基底102或不附接到基底102。如本文中所使用的，“附接到基底102”指示出，在至少一個(gè)位置，通路壁300與基底102直接物理接觸。至少一個(gè)通路104包括長(zhǎng)度和幾何形狀。至少一個(gè)通路104的幾何形狀可以沿著至少一個(gè)通路104的長(zhǎng)度保持恒定，或可以沿著至少一個(gè)通路104的長(zhǎng)度改變。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)通路104的幾何形狀符合于基底102的幾何形狀。至少一個(gè)通路104的幾何形狀可以預(yù)先符合于基底的幾何形狀，或可以在至少一個(gè)通路104的應(yīng)用的期間符合于基底的幾何形狀。如本文中所使用的，至少一個(gè)通路104的幾何形狀“符合”于基底102的幾何形狀指示出，至少一個(gè)通路104的幾何形狀與應(yīng)用有至少一個(gè)通路104的基底102的幾何形狀的該部分充分地類似，以致于如果至少一個(gè)通路104放置成與基底102的幾何形狀的該部分直接地接觸，則至少一個(gè)通路104將沿著至少一個(gè)通路104的基本上全長(zhǎng)接觸基底102。

通路壁300可以包括任何合適的壁材料，包括超合金、鎳基超合金、鈷基超合金、不銹鋼、合金鋼、鈦合金、鋁合金、難熔合金、陶瓷、釔穩(wěn)定氧化鋯、氧化鋁或以上的材料的組合，但不限于此。如本文中所使用的，“難熔合金”可以包括鈮、鉬、鎢、鉭、錸、釩的合金以及以上的合金的組合，但不限于此。

在一個(gè)實(shí)施例中，壁厚302小于大約0.06英寸，備選地，小于大約0.03英寸，備選地，小于大約0.02英寸，備選地，小于大約0.015英寸，備選地，在大約0.001英寸至大約0.06英寸之間，備選地，在大約0.001英寸至大約0.03英寸之間，備選地，在大約0.002英寸與大約0.0025英寸之間，備選地，在大約0.003英寸至大約0.02英寸之間，備選地，在大約0.005英寸與大約0.015英寸之間。

至少一個(gè)通路104包括橫截面構(gòu)造306。橫截面構(gòu)造306可以沿著至少一個(gè)通路104的長(zhǎng)度恒定，或可以沿著至少一個(gè)通路104的長(zhǎng)度改變。橫截面構(gòu)造306可以是任何合適的構(gòu)造，包括規(guī)則形狀、不規(guī)則形狀、槽式形狀(308)、圓形(310)、橢圓形、卵形、多邊形、三角形、四邊形、正方形、矩形、梯形、平行四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形或以上的構(gòu)造的組合，但不限于此。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)通路104包括沖擊至少一個(gè)流體途徑304的至少一個(gè)紊流器312。至少一個(gè)紊流器可以包括任何合適的結(jié)構(gòu)，包括銷釘(示出)、銷釘組、基座、翅片、凸塊或以上的結(jié)構(gòu)的組合，但不限于此。

在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)通路104包括安置于至少一個(gè)流體途徑304內(nèi)的至少一個(gè)傳感器314。至少一個(gè)傳感器314可以是任何合適的裝置，包括熱電偶、溫度計(jì)、壓力計(jì)、壓力換能器、質(zhì)量流量傳感器、氣量計(jì)、氧傳感器、水傳感器、濕度傳感器、加速計(jì)、壓電振動(dòng)傳感器或以上的裝置的組合，但不限于此。

熱管理物品100包括安置于基底102上的第一涂層316。第一涂層316包括第一涂層表面318。至少一個(gè)通路104安置于基底102與第一涂層表面318之間。第一涂層316可以是任何合適的涂層，包括熱屏障涂層、環(huán)境屏障涂層、熱生長(zhǎng)氧化物、陶瓷頂涂層、粘結(jié)涂層、擴(kuò)散涂層、可磨耗涂層以及多孔涂層中的至少一個(gè)，但不限于此。粘結(jié)涂層可以包括mcraly涂層，但不限于此。熱屏障涂層可以包括陶瓷涂層，但不限于此。

在一個(gè)實(shí)施例中，用于形成熱管理物品100的方法包括將第一涂層316涂敷到基底102和通路壁300，形成第一涂層表面318。涂敷第一涂層316的步驟可以包括任何合適的技術(shù)，包括熱噴涂、空氣等離子噴涂、高速氧氣燃料熱噴涂、高速空氣燃料噴涂、真空等離子噴涂以及電子束物理氣相沉積中的至少一個(gè)，但不限于此。

在另一實(shí)施例中，用于形成熱管理物品100的方法包括在將至少一個(gè)通路104與基底102相關(guān)聯(lián)地定位或附接到基底102之前，將第一涂層316的一部分涂敷到基底102，隨后將至少一個(gè)通路104定位于第一涂層316的該部分上，并且，將第一涂層316的剩余部分涂敷到基底102和通路壁300。

在備選的實(shí)施例(未示出)中，通過利用諸如但不限于三維打印的添加制造技術(shù)來涂敷第一涂層316，從而可以在基底102與第一涂層表面318之間形成至少一個(gè)通路104。

參考圖4，在一個(gè)實(shí)施例中，第一涂層316包括多個(gè)涂覆層400。第一涂層316中的多個(gè)涂覆層400中的每一個(gè)可以是與第一涂層316中的多個(gè)涂覆層400中的其他的每一個(gè)相同的涂層或不同的涂層。可以相繼地或同時(shí)地涂敷多個(gè)涂覆層400。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)涂覆層400包括第一涂覆層402和第二涂覆層404。多個(gè)涂覆層400不限于第一涂覆層402和第二涂覆層404，而是，可以包括第三涂覆層及任意數(shù)量的另外的涂覆層。在一個(gè)實(shí)施例中，第一涂覆層402包括粘結(jié)涂層，并且，第二涂覆層404包括熱屏障涂層。

在一個(gè)實(shí)施例中，第一涂覆層402包括如下的厚度：大約0.001英寸至大約0.05英寸，備選地，大約0.002英寸至大約0.025英寸，備選地，大約0.003英寸至大約0.015英寸，備選地，大約0.005英寸至大約0.01英寸，備選地，小于大約0.05英寸，備選地，小于大約0.025英寸，備選地，小于大約0.015英寸。在另一實(shí)施例中，第二涂覆層404包括如下的厚度：大約0.005英寸至大約0.25英寸，備選地，大約0.01英寸至大約0.15英寸，備選地，大約0.02英寸至大約0.06英寸，備選地，小于大約0.25英寸，備選地，小于大約0.15英寸，備選地，小于大約0.1英寸。

參考圖5，在一個(gè)實(shí)施例中，熱管理物品100包括安置于第一涂層表面318上的第二涂層500。第二涂層500可以是任何合適的涂層，包括熱屏障涂層、環(huán)境屏障涂層、熱生長(zhǎng)氧化物、陶瓷頂涂層、粘結(jié)涂層、擴(kuò)散涂層、可磨耗涂層以及多孔涂層中的至少一個(gè)，但不限于此。熱管理物品100不限于第一涂層316和第二涂層500，而是，可以包括涂敷到第二涂層500的第三涂層及任意數(shù)量的另外的涂層。在一個(gè)實(shí)施例中，第一涂層316是粘結(jié)涂層，并且，第二涂層500是熱屏障涂層。在另一實(shí)施例中，第一涂層316是粘結(jié)涂層，第二涂層500是熱屏障涂層，并且，第三涂層是可磨耗涂層。

用于形成熱管理物品100的方法可以包括將第二涂層500涂敷到第一涂層表面318。涂敷第二涂層500的步驟可以包括任何合適的技術(shù)，包括熱噴涂、空氣等離子噴涂、高速氧氣燃料熱噴涂、高速空氣燃料噴涂、真空等離子噴涂以及電子束物理氣相沉積中的至少一個(gè)，但不限于此。涂敷第二涂層500的步驟可以包括任何合適的技術(shù)，包括熱噴涂、空氣等離子噴涂、高速氧氣燃料熱噴涂、高速空氣燃料噴涂、真空等離子噴涂以及電子束物理氣相沉積中的至少一個(gè)，但不限于此。

雖然已參考優(yōu)選的實(shí)施例來描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以作出各種改變，并且，等效物可以替代其元件。另外，在不背離其基本范圍的情況下，可以作出許多修改，以使具體的情形或材料適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，旨在本發(fā)明不限于作為執(zhí)行本發(fā)明所預(yù)期的最佳模式而公開的具體的實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括屬于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部實(shí)施例。