CN111088507B

CN111088507B - 形成高温电铸构件的方法及相关构件

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Publication number: CN111088507B
Application number: CN201911017043.XA
Authority: CN
Inventors: A.J.德托尔
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2039-10-24
Also published as: CN111088507A

Abstract

一种电铸复合构件包括金属基质中的增强颗粒。通过包括在电解质的存在下使电流在阳极和阴极之间通过的方法形成复合构件。电解质包括金属盐和多种增强颗粒前体。该方法还包括在阴极上沉积复合层，其中该复合层包括金属基质和分散在金属基质中的多种增强颗粒前体。随后可进行可选的热处理，以将前体颗粒转变为更稳定的形式，同时改善复合材料的性质。

Description

形成高温电铸构件的方法及相关构件

相关申请的交叉引用

本申请请求享有于2018年10月24日提交的题为"Methods of Forming High-Temperature Electroformed Components and Related Components"的美国临时申请序列号62/749,728的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开涉及形成高温电铸构件的方法。更具体地，本公开的实施例涉及形成复合电铸构件的方法和相关构件。

背景技术

电铸是一种增材制造工艺，其中通过在芯棒(阴极)的表面上电解还原金属离子(逐原子地)来形成金属零件。电铸用于制造跨工业范围的产品，包括医疗保健、电子和航空航天。电铸制造工艺提供若干优点。例如，电铸工艺是高效、精确、可扩展和低成本的，仅需对工厂和设备进行适度投资即可。然而，由于材料选择有限而带来的挑战可能会限制该技术针对高级结构构件的更广泛应用。因此，仍然需要制造电铸构件、特别是高性能结构构件的改进方法。

附图说明

在参照附图阅读以下详细描述时，本公开的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中：

图1是根据本公开的一些实施例的电铸工艺的示意图；

图2示出了电铸和常规铸造和锻造材料的随温度变化的极限拉伸强度；

图3示出了屈服强度增加与粒度(r)和体积分数(f)之间的关系；

图4示出了根据本公开的一些实施例的通过复合电铸途径产生的多晶镍基体中的直径约50 nm的勃姆石(AlO(OH))颗粒；

图5示出了热处理后的图4的结构；以及

图6示出了根据本公开的一些实施例的针对复合电铸构件的热硬度测试结果。

具体实施方式

在以下说明书和所附的权利要求书中，将提及一定数目的用语，它们应当限定为具有以下意义。单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数对象，除非上下文清楚地另外指出。如本文所用，用语“或”不意味着是排他性的，并且是指所提及的构件中的至少一个存在，并且包括其中可以存在所提及的构件的组合的情况，除非上下文另外明确指出。

如本文在说明书和权利要求书各处使用的近似语言可用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由一个或多个用语如“大约”和“大致”修饰的值不限于指定的准确值。在一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度。类似地，“无”可与用语组合使用，并且可包括非大量或痕量，同时仍认为没有修饰的用语。这里和说明书和权利要求书各处，范围限制可组合和/或互换，此范围被识别且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。用语“设置在内部”或“布置在”是指其中构件的至少一部分布置在另一构件的内部或一部分内，并且不一定表示构件的整体需要设置在另一构件内的构造。

如前所述，电铸是一种增材制造过程，其中通过在液体溶液中对金属离子进行电化学还原，使金属零件在适当成形的芯棒上生长。图1是电铸工艺的示意图。如图1中所示，在电铸过程中，将芯棒(阴极)和阳极浸入电解液中，并且随着电流在电极之间流通，随着时间的推移，部分厚度在芯棒表面上累积。一旦达到期望的零件厚度，则可通过机械、化学或热处理移除芯棒，以产生独立的金属零件。在一个示例中，芯棒可为低熔点材料(即“易熔合金”)，其可铸造成芯棒形状，并且随后熔化以在电铸之后重新使用。其它芯棒选项包括可通过注塑模制、3D打印等形成的导电蜡和金属化塑料。在某些情况下，在零件几何形状允许的情况下，则可重复使用的芯棒也可以是可能的。

此外，如前所述，由于有限的材料选择而引起的挑战限制了电铸技术针对高级结构构件的更广泛应用。例如，用于结构应用的现有技术的电铸材料选择限于大约500˚F(260℃)的最大使用温度。电铸零件的有限温度能力至少部分取决于当今可用于电铸的有限材料选择集。大多数商业电铸操作都集中在纯镍或铜上，并且通常可用的唯一合金是镍-钴(有时带有少量磷添加)。

这种受限的材料集归因于电解过程中的基本限制。理想地，电铸系统应表现出以下特征：高沉积速率(> 0.001 in/hr，0.025 mm/hr)，低残余应力(使得零件中没有裂纹或变形)，以及高电流效率(即大多数流过的电流用于将金属离子转化为固体金属，而不是其它副反应)。转化为电化学要求，这意味着该过程中使用的任何金属盐均应理想地在水中具有高溶解度(对于常规过程)和高标准还原潜力(还原金属阳离子所需的最小能量)。当然，纯金属(或合金)的性能也应足以用于应用。综上所述，这些要求导致当今可用于电铸的镍、铜和镍-钴材料集受到限制。由于这些材料都是单相，因此在500˚F(260˚C)，强度和温度能力限于大约100 ksi(690 MPa)极限抗拉强度(UTS)。

如上所述，可用于结构电铸的材料集目前限于镍和镍-钴合金。尽管这些金属在低温下具有合理的强度，但在操作期间，两者均限制于约500˚F(260℃)。图2显示了针对电铸镍和镍-钴材料的UTS中的迅速下降。相比之下，常规的铸造合金和锻造合金625和718在高达1200˚F(650℃)时表现出相对平坦的UTS响应。因此，电铸中的新发展可使合金接近常规加工的合金625和718的强度和温度稳定性。

本公开的实施例解决了本领域中指出的缺点。根据本公开的一些实施例，电铸可用于能够在大于500˚F的较高温度下操作的增材制造零件。在本公开的一些实施例中，电铸可用于能够在高达或甚至大于1200˚F的更高温度下操作的增材制造零件。

本公开的实施例通过采用包括增强相的复合材料来解决与电铸构件的强度和高温能力有关的问题。在这种途径中，辅助增强相悬浮在电解质中，并在电铸期间并入到生长的金属基质中。尽管已经探索了用于电镀涂层的复合镀覆途径以增强诸如耐磨性和润滑性的性能，但仍未探索出用于增强结构电铸。

通过将颗粒(例如，纳米级颗粒)并入金属基质(例如，镍基基质)中，可通过称为分散强化的机制来改善材料性能。为了在结构应用中有效地加强，可能希望颗粒在最高预期使用操作温度下是稳定的。此外，理想地，直到最高预期使用操作温度，额外的颗粒和一个或多个相都与基质材料(例如，镍基基质)相容。

在一些实施例中，基质包括镍、铜、钴或其组合。在某些实施例中，基质包括镍、镍合金(如镍钨或镍钼合金)或其组合。这种基质在下文中可称为镍基基质。此外，多个颗粒可包括呈球形颗粒、纤维、管、薄片、片或它们的组合的形式的颗粒。在一些实施例中，多个增强颗粒包括氧化钇颗粒、氧化铝颗粒、氧化铝纤维、氧化铈颗粒、二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒、氧化钛颗粒、碳化钛颗粒、氮化钛颗粒、碳化锆颗粒、碳纳米管、石墨烯或其组合，以及它们的前体。

为了在结构应用中有效地增强，可能还希望一个或多个附加相具有适当的尺寸、体积分数和间距。例如，可能希望增强颗粒在基质中充分分散，以使颗粒之间的平均自由程与无附聚的完美均匀分布的自由程紧密相符。

可使用Orowan-Ashby方程(方程I)来计算复合物中期望的粒度和颗粒体积分数，该方程预测由于延性基质中不相干的颗粒引起的强化

方程I

。

Δσ=屈服强度增量，G =剪切模量，B =伯格斯矢量，R =粒度，并且f =颗粒的体积分数。此版本的Orowan-Ashby方程假定颗粒均匀分散在基质中而没有附聚。屈服强度增量与粒度(r)和体积分数(f)之间的关系在图3中进一步示出。如图3中所示，减小的粒度(r)和增大的分数(f)导致更高的强度。因此，根据本公开的一些实施例，可能期望纳米级(小于约100 nm)上的较小颗粒。此外，不受任何理论的束缚，相信良好分散的颗粒还可通过在较高温度下稳定晶粒尺寸来扩展霍尔-佩奇(Hall-Petch)强化。

此外，根据本公开的一些实施例，对于均匀分散的颗粒(即，基本上没有附聚)，可使用方程2来计算颗粒之间的平均自由程，λ。

方程2

。

r =粒度，并且f =颗粒的体积分数。

因此，根据本公开的实施例，通过采用正确的材料微观结构和处理参数，可根据应用的需要通过电铸来制造具有0.5 mm或更大的壁厚的复杂零件，其中高温下的可接受强度超出了当今可用的现有材料的能力。

例如，如前所述，当前，电铸构件限于约500˚F(260℃)以下的低温或中温应用。通过采用本公开的实施例，电铸可用于能够在高达大于500˚F并且甚至达到和超过1200˚F(650℃)的更高温度下操作的增材制造零件。具有这种温度能力水平的电铸构件将能在整个市场中实现新的和重要的应用。包括低成本和生产复杂几何形状的能力的电铸工艺的内在优势与高温性能组合，将在航空航天、发电和其它领域开辟新的应用。

在一些实施例中，呈现了一种形成电铸复合构件的方法。该方法包括在电解质的存在下使电流在阳极和阴极之间通过，其中电解质包括金属盐和增强颗粒的多种前体。在一些其它实施例中，电解质包括金属盐和增强颗粒前体的前体，例如氢氧化物前体。氢氧化物前体可为氢氧化铝材料、氢氧化钇材料、氢氧化铈材料、氢氧化硅材料、氢氧化钛材料或其组合。该方法还包括在阴极上沉积复合层，其中该复合层包括来自金属盐的金属基质和分散在该基质中的多种增强颗粒前体。在一些实施例中，电流是直流(DC)。在一些其它实施例中，电流根据规定的波形脉冲化。

合适的金属盐的非限制性示例包括镍、铜、钴或其组合的盐。在某些实施例中，金属盐包括镍盐。合适的金属盐的非限制性示例包括金属的氯化物、硫酸盐和/或氨基磺酸盐。此外，多个颗粒可包括呈球形颗粒、纤维、管、薄片、片或它们的组合的形式的颗粒。在一些实施例中，多个增强颗粒包括氧化钇颗粒、氧化铝颗粒、氧化铝纤维、氧化铈颗粒、二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒、氧化钛颗粒、碳化钛颗粒、氮化钛颗粒、碳化锆颗粒、碳纳米管、石墨烯或其组合，以及它们的前体。

在一些实施例中，复合层包括镍基基质和分散在镍基基质中的氧化钇颗粒、氧化铝颗粒、氧化铝纤维、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。在某些实施例中，复合层包括镍基基质和分散在镍基基质中的多个勃姆石或氧化铝颗粒。

如前所述，为了在结构应用中有效增强，还可能希望一个或多个附加相(例如，增强相)具有适当的尺寸、体积分数和间距。在一些实施例中，多个增强颗粒具有在高达约100nm的范围内的平均粒度。在一些实施例中，多个增强颗粒具有在从约2 nm至约90 nm、从约5nm至约80 nm、从约10 nm至约70 nm、从约15 nm至约60 nm、从约20 nm至约50 nm、以及其中的任何中间范围的平均粒度。在某些实施例中，多个增强颗粒具有从约5纳米(nm)至约20nm的范围内的平均粒度。在一些实施例中，复合层中的多个增强颗粒的体积分数在从约1vol%至约20 vol%的范围内。在一些实施例中，复合层中的多个增强颗粒的体积分数在从约1 vol%至约15 vol%、从约1.5 vol%至约12.5 vol%、从约2 vol%至约10 vol%、从约2.5vol%至约7.5 vol%、以及其中的任何中间范围的范围内。在某些实施例中，复合层中的多个增强颗粒的体积分数在从约2 vol%至约10 vol%的范围内。在一些实施例中，多个颗粒之间的平均自由程在从约5 nm至约1000 nm的范围内。在一些实施例中，多个颗粒之间的平均自由程在从约5 nm至约750 nm、从约5 nm至约500 nm、从约10 nm至约500 nm、从约10 nm至约250 nm、从约10 nm至约100 nm、从约10 nm至约50 nm、以及其中的任何中间范围的范围内。在某些实施例中，多个颗粒之间的平均自由程在从约10 nm至约100 nm的范围内。

该方法还包括在阴极上沉积复合层以形成具有期望的平均厚度的电铸构件。在一些实施例中，期望的平均厚度大于0.5毫米。在某些实施例中，期望的平均厚度在从大约0.5毫米到大约5毫米的范围内。

如前所述，根据本公开的实施例的方法可有利地允许制造具有带有基本均匀厚度的复杂几何形状的电铸构件。在一些实施例中，电铸构件是飞行器发动机、燃气轮机或船舶发动机的构件。在某些实施例中，电铸构件包括飞行器发动机运输构件、管道、导管、密封件、导叶、翼型件、支柱、衬套、壳、流径结构、前缘、支架、凸缘、壳体。

电铸构件可具有大于500˚F的温度能力。在某些实施例中，电铸构件具有等于或大于1200˚F的温度能力。使用本文描述的方法形成的电铸构件也包括在本公开的范围内。

如前所述，已经开发了复合镀覆(也称为包埋镀覆)途径，用于电镀复合镀层以增强诸如耐磨性和润滑性的性质。然而，这些用于复合镀覆的途径已经集中在相对较薄的涂层上，例如达到100μm厚。将该涂层施涂到基材，以改善耐磨性、防腐性、润滑性、抗氧化性等。涂覆应用中使用的配方通常包含分散剂，以保持颗粒悬浮在电镀槽中并防止颗粒附聚。分散剂有助于将颗粒均匀并良好地分散在电沉积物中，而不是附聚或结块在一起。常用的分散剂包括聚乙烯亚胺(PEI)和西曲溴铵(CTAB)。尽管这些使用分散剂的途径可提供高质量的涂层，但它们倾向于增加沉积物中的残余应力(通过干扰金属盐中金属的还原)，因此防止电铸独立结构零件所需的较厚的沉积物，例如大于100 µm，该结构零件可能需要例如大于0.5 mm、例如1.0 mm或更厚的厚度。分散剂也不可避免地变得陷入沉积物中，这会对沉积物的性质产生负面影响。对于高温的独立结构构件，分散剂的截留可能会限制最高使用温度和其它机械性质，如UTS。

发明人意识到，为了形成具有例如0.5 mm至1.0 mm或更厚的厚度的独立结构构件，在电化学溶液中不包括分散剂或表面活性剂是有利的。然而，仍然需要在电铸浴中实现良好的颗粒分散。为了形成具有所需最高使用温度、UTS和其它机械性质的独立结构构件，发明人发现，实现良好颗粒分散的一种方式是使用最终结构电铸中期望的目标颗粒的前体。前体应固有地稳定并在悬浮液中充分分散。

如前所述，电铸复合构件的金属基质中的增强颗粒可包括氧化钇颗粒、氧化铝颗粒、氧化铝纤维、氧化铈颗粒、二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒、氧化钛颗粒、碳化钛颗粒、钛氮化物颗粒、碳化锆颗粒、碳纳米管、石墨烯或其组合。发明人发现，将前体颗粒用于增强颗粒导致固有的稳定和良好分散的悬浮液，其提供了增强颗粒在电铸复合构件中的良好分散。

作为一个示例，具有化学式AlO(OH)的勃姆石，也称为无定形氧化铝或含水氧化铝或氢氧化铝，用作氧化铝颗粒的前体。由于OH基团的存在，勃姆石在水(水基)溶液中是高度自分散的。发明人发现勃姆石在适用于电铸的电解质中也高度自分散，电解质包括镍、铜和镍-钴的基于氯化物、硫酸盐和/或氨基磺酸盐的浴。与包含纯伽玛(γ)相或阿尔法(α)相氧化铝(Al₂O₃)的悬浮液相比，包含勃姆石的悬浮液无限稳定，这是生产的前提。通过保持悬浮液搅拌数周来测试包含勃姆石的悬浮液的稳定性。发现包括勃姆石的悬浮液不倾向于附聚，而包括纯伽玛(γ)相或阿尔法(α)相氧化铝的悬浮液倾向于显示附聚的迹象。在电铸期间，勃姆石颗粒也很容易并入电铸复合构件的金属基质中。

示例

以下实施例仅是示范性的，并且不应解释为对所要求保护的发明范围的任何种类的限制。除非另有说明，否则所有成分均可从普通化学品供应商处购买。

在基于氨基磺酸镍的电铸浴化学中，使用具有约50 nm的平均尺寸的勃姆石颗粒，证明了镍/氧化铝纳米复合材料的电铸。该浴由约300 g/L的氨基磺酸镍Ni(SO₃NH₂)₂、30 g/L的氯化镍NiCl₂、60 g/L的硼酸H₃BO₃构成，其中添加50 g/L的50 nm勃姆石颗粒来形成悬浮液。混合2L的总体积并加热至60℃，同时利用高架搅拌器中在超声水浴中连续搅拌。将活化的镍阳极和不锈钢阴极浸入浴中，并施加50 mA/cm²的直流电流密度20小时，以建立约0.5mm厚的试样，测量为2 cm宽乘5 cm长。图4中的显微照片显示了典型试样的材料结构-包含较暗勃姆石颗粒的多晶镍基质。图4中所示的材料结构包括约3％-4％(以面积计)的50 nm勃姆石颗粒在如沉积在阴极上的多晶镍基质中的结合。颗粒通过抑制位错运动并稳定细晶粒结构而固有地增强电铸复合材料构件。热硬度测试显示出相对于纯镍基准样品(代表当今现有技术)的好处。图6示出了图4的材料结构的以GPa为单位的维氏硬度(Hv)。可通过改善分散性(包括更细的颗粒)、增加颗粒体积分数或使用其它颗粒类型来实现进一步的性能改进。

图4的沉积态(as-deposited)结构可经受可选的热处理，以将勃姆石转化为其它更稳定、更硬的氧化铝形式。尽管勃姆石转化为各种氧化铝相是已知的，并且在陶瓷界中良好地文献记载，但是将勃姆石作为增强颗粒转化为通过电铸生产的金属基质复合材料是一种新的实践，且图5是通过在650℃(1200˚F)下对图4的沉积态结构热处理四小时而获得的结构的显微照片。

勃姆石的第一次转化发生在500-550℃附近。通过反应2AlO(OH)→γ-Al₂O₃+ H₂O，勃姆石转化为γ-氧化铝(γ-Al₂O₃)。由反应产生的水可能是H₂、OH和H₂O的混合物，并且可使用真空热处理从材料中提取出来。如图5中所示，热处理的结构具有与图4的沉积态结构略有变化的颗粒形态。在转换期间会发生一些合并和平滑化。

在较高温度、例如1100℃(2010˚F)下，进一步热处理图5中所示的结构可将γ-Al₂O₃转换为其它相，按顺序包括δ、θ和最终的α-氧化铝(α-Al₂O₃)，这是最稳定和最坚硬的形式。γ-Al₂O₃向α-Al₂O₃的转化导致增强颗粒的体积中大于10％的减少。通过在材料中引入进一步与位错运动相互作用并阻碍位错运动的局部应变场，这可增加颗粒的增强效果。中间的δ相和/或θ相还可提供超过γ-Al₂O₃的增强的强度和热稳定性，并且可调整精确的热处理以调整复合材料强度、延展性和其它源自颗粒转变的性质。

尽管示例公开了使用勃姆石作为合适的前体，但是取决于最终复合材料中期望的增强相，可使用其它前体材料。例如，可使用氢氧化钇(Y(OH)₃)形成复合结构。本文公开的其它增强材料包括氧化铈颗粒、二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒、氧化钛颗粒、碳化钛颗粒、氮化钛颗粒、碳化锆颗粒、碳纳米管、石墨烯或组合。可使用稳定的并且易于分散在电铸溶液中的一种或多种增强材料的任何前体。

如本文所公开的，可通过使用无表面活性剂和/或无分散剂的电解质溶液来实现形成电铸复合构件。因此，电解质溶液可或基本上由金属盐和前体构成。尽管电解质溶液中可能存在其它元素或化合物，包括表面活性剂和/或分散剂，但该含量应超过痕量或非较大水平，以免在构件形成达到并超过例如0.5 mm时增加构件中的残余应力，和/或将最大使用温度限制在例如500˚F以下，和/或将其它机械性质(例如，UTS)限制在100 ksi以下。

本发明的其它方面由以下条款的主题提供：

1. 一种形成电铸复合构件的方法，该电铸复合构件包括在金属基质中的增强颗粒，该方法包括在电解质的存在下使电流在阳极和阴极之间通过，其中电解质包括金属盐和多种增强颗粒前体；以及在阴极上沉积复合层，其中该复合层包括金属基质和分散在金属基质中的多种增强颗粒前体。

2. 根据任何前述条款的方法，还包括对电铸构件进行第一热处理，以将增强颗粒前体转变成增强颗粒的更稳定相。

3. 根据任何前述条款的方法，其中，第一热处理在真空中进行。

4. 根据任何前述条款的方法，还包括在第一热处理之后执行第二热处理以将增强相颗粒转变成另一相。

5. 根据任何前述条款的方法，其中，第二热处理在比第一热处理更高的温度下进行。

6. 根据任何前述条款的方法，其中，第一热处理包括在等于或大于增强颗粒前体的转变温度的温度下加热电铸构件持续足以完成增强颗粒前体向增强颗粒的更稳定相转变的时间。

7. 根据任何前述条款的方法，其中，金属盐包括镍、铜、钴或其组合的盐。

8. 根据任何前述条款的方法，其中，增强颗粒前体包括增强颗粒的氢氧化物前体。

9. 根据任何前述条款的方法，其中，多个增强颗粒前体包括氧化铝颗粒、氧化钇颗粒、氧化铝纤维、氧化铈颗粒、二氧化硅颗粒、氧化钛颗粒或其组合的前体。

10. 根据任何前述条款的方法，其中，多个增强颗粒前体包括氢氧化铝材料、氢氧化钇材料、氢氧化铈材料、氢氧化硅材料、氢氧化钛材料或其组合。

11. 根据任何前述条款的方法，其中，增强颗粒前体的平均粒度小于约100纳米。

12. 根据任何前述条款的方法，其中，复合层中的多个增强颗粒的体积分数在从约2 vol%至约10 vol%的范围内。

13. 根据任何前述条款的方法，其中，多个增强颗粒前体之间的平均自由程在从约5纳米至约1000纳米的范围内。

14. 根据任何前述条款的方法，其中，复合层包含镍基基质，并且增强颗粒前体包含分散在镍基基质中的氧化铝颗粒、氧化钇颗粒、氧化铝纤维或它们的组合中的一种或多种。

15. 根据任何前述条款的方法，其中，复合层包括镍基基质和分散在镍基基质中的多个勃姆石颗粒。

16. 根据任何前述条款的方法，包括将电铸构件沉积在芯棒上，以具有从大约0.5毫米到大约5毫米的期望平均厚度。

17. 根据任何前述条款的方法，其中，电铸构件是飞行器发动机的构件。

18. 根据任何前述条款的方法，其中，电铸构件包括飞行器发动机运输构件、管道、导管、密封件、叶片、翼型件、支柱、衬套、壳、流径结构、前缘、支架、凸缘、壳体。

19. 根据任何前述条款的方法，其中，电铸构件具有大于500˚F的使用温度能力。

20. 根据任何前述条款的方法，其中，电铸构件具有等于或大于1200˚F的使用温度能力。

21. 一种使用任何前述条款的方法形成的电铸构件。

所附权利要求书旨在与已构思的一样广泛地保护本发明，并且本文呈现的示例说明从所有可能的实施例的总汇中选择的实施例。因此，申请人的意图在于，所附权利要求书不由用于示出本公开的特征的示例的选择的限制。如权利要求书中所使用的，词语“包括”及其语法变体在逻辑上也包含并且包括变化和不同程度的短语，如例如但不限于此，“基本上由...构成”和“由...构成”。必要时提供了范围；这些范围包括它们之间的所有子范围。预期的是，这些范围内的变化将自身向本领域普通技术人员提出建议，并且在尚未将其献给公众的情况下，那些变化应在可能的情况下解释为由所附权利要求书覆盖。还预期的是，科学和技术的进步将使由于语言的不精确性而现在无法想到的等同和替代成为可能，并且这些变化也应在可能的情况下解释为由所附权利要求书所覆盖。

Claims

1.一种形成电铸复合构件的方法，所述电铸复合构件包括在金属基质中的增强颗粒，所述方法包括：

在电解质的存在下使电流在阳极和阴极之间通过，其中电解质包括金属盐和多个增强颗粒前体，所述增强颗粒前体包括AlO(OH)；

在所述阴极上沉积复合层，其中所述复合层包括所述金属基质和分散在金属基质中的多个增强颗粒前体；

对所述电铸复合构件进行第一热处理，以将所述增强颗粒前体转变成所述增强颗粒的更稳定相，所述增强颗粒的更稳定相包括γ-Al₂O₃；以及

包括在所述第一热处理之后执行第二热处理以将所述增强颗粒转变成其它相，按顺序包括δ-Al₂O₃、θ-Al₂O₃和最终的α-Al₂O₃；

其中，多个增强颗粒前体之间的平均自由程在从5纳米至1000纳米的范围内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一热处理在真空中进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二热处理在比所述第一热处理更高的温度下进行。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一热处理包括在等于或大于所述增强颗粒前体的转变温度的温度下加热所述电铸复合构件持续足以完成所述增强颗粒前体向所述增强颗粒的更稳定相转变的时间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述金属盐包括镍、铜、钴或其组合的盐。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述增强颗粒前体的平均粒度小于100纳米。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，复合层中的多个增强颗粒的体积分数在从2 vol%至10 vol%的范围内。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述复合层包含镍基基质，并且所述增强颗粒前体包含分散在镍基基质中的AlO(OH)颗粒。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括将所述电铸复合构件沉积在芯棒上，以具有从大0.5毫米到大5毫米的期望平均厚度。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述电铸复合构件包括飞行器发动机运输构件、管道、导管、密封件、叶片、翼型件、支柱、衬套、壳、流径结构、前缘、支架、凸缘、壳体。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述电铸复合构件具有大于500˚F的使用温度能力。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述电铸复合构件具有等于或大于1200˚F的使用温度能力。

13.一种电铸复合构件，其使用根据权利要求1至12中任一项所述的方法形成。