技術領域

本公開大體上涉及鑄造型芯構件和利用這些型芯構件的過程。本發明的型芯構件可包括一種或更多種第一金屬構件和一種或更多種第二金屬構件。第一金屬構件和第二金屬構件在鑄造操作中，諸如在用于制作用于噴氣式飛機發動機或功率生成渦輪構件的渦輪葉片的超級合金的鑄造中，提供有用的特性。

背景技術

許多現代發動機和下一代渦輪發動機需要具有錯綜且復雜的幾何形狀的構件和零件，這需要新型材料和制造技術。用于制造發送機零件和構件的常規技術涉及熔模鑄造或失蠟鑄造的費力過程。熔模鑄造的一個示例涉及用于燃氣渦輪發動機中的典型轉子葉片的制造。渦輪葉片通常包括中空翼型件，該中空翼型件具有沿著葉片的翼展延伸的徑向通道，該徑向通道具有用于在發動機中的操作期間接收加壓冷卻空氣的至少一個或更多個入口。在葉片中的各種冷卻通路之間，包括在前緣和后緣之間配置在翼型件中間的曲折通道。翼型件通常包括延伸通過葉片以用于接收加壓冷卻空氣的入口，其包括諸如短湍流肋或銷的局部特征，以用于增加翼型件的被加熱側壁與內部冷卻空氣之間的熱量轉移。

這些渦輪葉片的制造(通常由高強度、超級合金金屬材料制造)涉及許多步驟。首先，將精密陶瓷型芯制造成符合在渦輪葉片內側所需的錯綜的冷卻通路。還形成精密剛模或模具，其限定渦輪葉片的精密3-D外部表面，包括其翼型件、平臺和一體燕尾件。陶瓷型芯組裝在兩個剛模半部的內側，這兩個剛模半部在其間形成限定葉片的所得金屬部分的空間或空隙。將蠟注入組裝的剛模中，以填充空隙并包圍包封在其中的陶瓷型芯。將這兩個剛模半部分開并從模制的蠟中移除。模制的蠟具有期望葉片的精密構造，并然后用陶瓷材料涂覆該模制的蠟，以形成包圍的陶瓷殼。然后，蠟被熔融并從殼中移除，從而在陶瓷殼與內部陶瓷型芯之間留下對應的空隙或空間。然后將熔融的超級合金金屬澆注到殼中以填充其中的空隙，并再次包封容納在殼中的陶瓷型芯。熔融金屬被冷卻和凝固，并然后適當地移除外部殼和內部型芯，從而留下期望的金屬渦輪葉片，在葉片中得到內部冷卻通路。

然后，可以對鑄造的渦輪葉片進行額外的鑄造后修改，諸如但不限于根據需要穿過翼型件的側壁鉆合適膜冷卻孔排，以用于提供用于在內部導送的冷卻空氣的出口，空氣然后在燃氣渦輪發動機中的操作期間在翼型件的外部表面上形成保護性冷卻空氣膜或覆層(blanket)。然而，這些鑄造后修改是有限的，且考慮到渦輪發動機的不斷增大的復雜性和渦輪葉片內側的某些冷卻回路的所認知的效率，需要更復雜且錯綜的內部幾何形狀。雖然熔模鑄造能夠制造這些零件，但是位置精度和錯綜的內部幾何形狀對于利用這些常規制造過程的制造而言變得更加復雜。因此，期望提供用于具有錯綜內部空隙的三維構件的改進的鑄造方法。

使用采用耐火金屬和陶瓷鑄造構件的組合的混合型芯構件的精密金屬鑄造在本領域中是已知的。已制作了包括耐火金屬和陶瓷材料的部分的混合型芯。例如，參見題為“Additive manufacturing of hybrid core.”的美國專利2013/0266816。在該申請中公開的用于制造混合型芯的技術利用常規粉末床技術。雖然混合型芯提供了用于例如在噴氣式飛機發動機中使用的渦輪葉片的鑄造中的超級合金的鑄造的額外的靈活性，但是仍然需要更先進的熔模鑄造型芯技術。

發明內容

本公開大體上涉及包括鑄造型芯的鑄造模具，該鑄造型芯包括第一金屬構件和第二金屬構件。在一方面中，第一金屬構件可具有比第二金屬構件低的熔點。在另一方面中，第二金屬構件可包圍第一金屬構件的至少一部分，并且當第一金屬構件被移除時在鑄造型芯中限定腔。第一金屬構件和/或第二金屬構件中的一個或更多個可通過使用本文所述的先進直接激光熔融和/或燒結方法的添加制造過程形成。鑄造型芯還可包括由陶瓷材料形成的外殼模具。

在示例實施例中，第一金屬構件可包括鋁、銅、銀、和/或金，且第二金屬構件可包括鉬、鈮、鉭、和/或鎢。此外，第一金屬構件和/或第二金屬構件可包括合金。

第一金屬構件和/或第二金屬構件中的一個或更多個可適于在鑄造構件內限定冷卻孔、后緣冷卻通道、或微通道和其他結構。第一金屬構件和/或第二金屬構件還可適于提供型芯支承結構、平臺型芯結構、或末梢旗(tip flag)結構。為非耐火金屬和/或耐火金屬的若干種金屬構件可用于單個鑄造型芯中，或者可單獨使用或與陶瓷鑄造型芯組件中的其他鑄造構件一起使用。

本發明還涉及制作鑄造構件的方法，包括：從包括第一金屬構件和第二金屬構件的鑄造模具組件移除第一金屬構件，以在模具組件內形成腔，第一金屬構件具有比第二金屬構件低的熔點，