(57)【要約】      （修正有）【課題】熱処理された物品、および少なくとも部分的に、付加製造によって形成される熱処理された物品を製造する方法を提供する。【解決手段】製造物品は、金属粉末の連続的に接合された層を有する付加製造構成要素で構成される。ろう付け材料１１０は、構成要素の外側表面１０５の少なくとも一部に配置される。ろう付け材料１１０は、外側表面の予想される亀裂場所１２０に位置する。外側表面１０５に形成された少なくとも１つの亀裂は、熱処理中、ろう付け材料１１０が充填される。付加製造構成要素は、γ’相を形成する析出硬化ニッケル基超合金の金属材料を含む。【選択図】図１
2020147846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末の連続的に接合された層を有する付加製造構成要素（１００）と、
前記構成要素（１００）の外側表面（１０５）の少なくとも一部に配置され、前記外側表面（１０５）の予想される亀裂場所（１２０）に位置するろう付け材料（１１０）と
を含み、
前記外側表面（１０５）に形成された少なくとも１つの亀裂（１２２）は、熱処理中、前記ろう付け材料（１１０）が充填される、製造物品。
【請求項２】
前記付加製造構成要素（１００）は、γ’相を形成する析出硬化ニッケル基超合金の金属材料を含む、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記ろう付け材料（１１０）に隣接する少なくとも１つの追加の層をさらに備え、前記少なくとも１つの追加の層は、耐食合金、耐摩耗合金、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記ろう付け材料（１１０）は、前記予想される亀裂場所（１２０）にまたはその付近にのみ位置し、亀裂が予想されない前記外側表面（１０５）の他の領域には、ろう付け材料（１１０）がない、請求項１に記載の物品。
【請求項５】
前記付加製造構成要素（１００）は、ガスタービン構成要素または蒸気タービン構成要素である、請求項１に記載の物品。
【請求項６】
前記付加製造構成要素（１００）は、燃焼器、燃焼ライナ、燃焼フレックスチップ、トランジションピース、高温ガス経路構成要素、シュラウド、ブレード、ノズル、またはシールからなる群から選択される、請求項５に記載の物品。
【請求項７】
前記付加製造構成要素（１００）は、ニッケル基超合金で構成され、前記ろう付け材料（１１０）は、ニッケル基合金またはコバルト基合金で構成される、請求項１に記載の物品。
【請求項８】
構成要素（１００）を製作するための方法であって、
付加製造プロセスによって金属粉末の連続的に接合された層を有する付加製造構成要素（１００）を形成するステップと、
前記付加製造構成要素（１００）の表面（１０５）の予想される亀裂場所（１２０）を識別するステップと、
前記予想される亀裂場所（１２０）にろう付け材料（１１０）を適用するステップと、
１つまたは複数の所望の加熱または滞留期間（ｔ１〜ｔ４）の間、１つまたは複数の所望の加熱温度（Ｔ１〜Ｔ４）に前記付加製造構成要素（１００）を加熱するステップと、
１つまたは複数の所望の冷却または滞留期間（ｔ５）の間、１つまたは複数の所望の冷却温度（Ｔ５）に前記付加製造構成要素（１００）を冷却するステップと
を含み、
前記ろう付け材料（１１０）は、前記加熱ステップの少なくとも１つの間に形成された亀裂（１２２）を充填する、方法。
【請求項９】
前記付加製造構成要素（１００）は、γ’相を形成する析出硬化ニッケル基超合金から形成される、請求項８に記載の構成要素（１００）を製作するための方法。
【請求項１０】
前記ろう付け材料（１１０）は、ニッケル基合金またはコバルト基合金で構成される、請求項９に記載の構成要素（１００）を製作するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理された物品、および少なくとも部分的に、付加製造によって形成される熱処理された物品を製造する方法を対象とする。より具体的には、本発明の態様は、熱的処理中に形成された亀裂を充填し、性能を向上させ、部品寿命を延ばし、スクラップ量を低減するための熱処理を有する、タービンの構成要素などの構成要素および物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属付加製造方法により、製造者は従来の機械加工および鋳造技術を用いて製造されたものより優れていることが多い最終使用金属物品を作製することができる。これらの方法はまた、従来の方法では作製することができない部品の製造を可能にし得る。また、方法には製造コストを大幅に削減することができるという利益がある。これらの物品は、最終使用のために設置されると、軽量、高強度、優れた機能性、および正確なフィット感の１つまたは複数により低コスト化に貢献する。タービン、特にガスまたは蒸気タービンに関しては、例えば、高温ガス経路構成要素、シュラウド、ブレード（またはバケット）、ノズル（ベーン）、およびシールからなる群から選択されるタービン構成要素を含む、様々な構成要素またはその一部を付加製造することができる。いくつかの特定の例では、燃焼器構成要素および高温ガス経路構成要素は、付加プロセスによって製造することができ、限定はしないが、ノズルバー、マイクロミキサプレナム、燃焼フレックスチップ、およびマイクロチャネル冷却シュラウドを含む、広範な後処理を必要としない複雑な幾何学的形状を形成することを可能にする。
【０００３】
付加製造で実現される多くの利益が存在するが、いくつかの従来の製造技術とは対照的に、付加製造される物品は、複雑な形状の表面特徴を有し得る。これらの複雑な形状は、熱的処理中に亀裂が生じやすくなり得る。したがって、付加製造によって多くの利点を達成することができるが、結果として生じる亀裂が機械的完全性、流れの力学と漏れの両方の点で性能に悪影響を及ぼすことがあり、場合によっては、隙間や亀裂により流れの完全性が損なわれて部品を使用することができなくなるという欠点がある。物品のスクラップを回避するための修理アプローチが実行される場合、部品は通常、亀裂から酸化物を除去するために、高度な洗浄プロセスであるフッ化物イオン洗浄を最初に必要とする。最後に、高温の真空ろう付けプロセスを実行し、表面の亀裂を修復することができる。
【０００４】
したがって、当技術分野では、構築プロセス後に熱的に処理しなければならない付加製造部品の亀裂を低減する処理が必要である。
【発明の概要】
【０００５】
一態様によれば、製造物品は、金属粉末の連続的に接合された層を有する付加製造構成要素で構成される。ろう付け材料は、構成要素の外側表面の少なくとも一部に配置される。ろう付け材料は、外側表面の予想される亀裂場所に位置する。外側表面に形成された少なくとも１つの亀裂は、熱処理中、ろう付け材料が充填される。付加製造構成要素は、γ’相を形成する析出硬化ニッケル基超合金の金属材料を含む。
【０００６】
別の態様によれば、構成要素を製作するための方法が提供される。方法は、複数のステップを含む。形成ステップは、付加製造プロセスによって金属粉末の連続的に接合された層を有する付加製造構成要素を形成するために使用される。識別ステップは、付加製造構成要素の表面の予想される亀裂場所を識別するためのものである。適用ステップは、予想される亀裂場所にろう付け材料を適用するためのものである。加熱ステップは、１つまたは複数の所望の加熱または滞留期間の間、１つまたは複数の所望の加熱温度に付加製造構成要素を加熱する。冷却ステップは、１つまたは複数の所望の冷却または滞留期間の間、１つまたは複数の所望の冷却温度に付加製造構成要素を冷却する。ろう付け材料は、加熱ステップの少なくとも１つの間に形成された亀裂を充填する。
【０００７】
さらに別の態様によれば、構成要素を製作するための方法は、複数のステップを含む。形成ステップは、付加製造プロセスによって金属粉末の連続的に接合された層を有する付加製造構成要素を形成する。金属粉末は、ニッケル基超合金またはコバルト基超合金または鉄基合金で構成され、付加製造プロセスは、直接金属レーザ溶融、直接金属レーザ焼結、選択的レーザ溶融、または電子ビーム溶融からなる群から選択される。識別ステップは、付加製造構成要素の表面の予想される亀裂場所を識別する。適用ステップは、予想される亀裂場所にろう付け材料を適用する。ろう付け材料（またはペースト）は、ニッケル基超合金材料またはコバルト基超合金材料、およびバインダで構成される。加熱ステップは、１つまたは複数の所望の加熱滞留期間の間、１つまたは複数の所望の加熱温度に付加製造構成要素を加熱する。冷却ステップは、１つまたは複数の所望の冷却滞留期間の間、１つまたは複数の所望の冷却温度に付加製造構成要素を冷却する。ろう付け材料は、加熱ステップの少なくとも１つの間に形成された亀裂を充填し、付加製造構成要素は、ガスタービン構成要素または蒸気タービン構成要素である。金属粉末は、γ’相を形成する析出硬化ニッケル基超合金で構成される。
【０００８】
本発明の他の特徴および利点は、以下の好ましい実施形態のさらに詳細な説明を、本発明の原理を例として示している添付の図面と併せて検討することにより、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一態様による、構成要素の概略図である。
【図２】本開示に従って処理された付加製造構成要素の一部を示す概略図である。
【図３】本開示に従って処理された付加製造構成要素の熱的処理プロセスの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示によれば、熱的処理プロセス中に構成要素に形成される亀裂を充填するための方法が提供される。構成要素は、ガスまたは蒸気タービン構成要素であってもよい。様々な態様によれば、構成要素は、例えば、直接金属レーザ溶融（「ＤＭＬＭ」）により作製された構成要素などの様々な付加製造方法の１つまたは複数によって形成される。構成要素の代表的な例は、限定はしないが、燃焼器、燃焼ライナ、トランジションピース、高温ガス経路構成要素、シュラウド、ブレード（またはバケット）、ノズル（ベーン）、シール、およびそれらの組み合わせの任意の１つまたは複数を含む、付加製造された（例えば、ＤＭＬＭによって）ガスまたは蒸気タービン構成要素を含む。いくつかの例では、構成要素は、ハニカム、バケットチップ、シール、およびフィンを含む。いくつかの特定の例では、燃焼器構成要素および高温ガス経路構成要素は、付加プロセスによって製造することができ、限定はしないが、ノズルバー、マイクロミキサプレナム、燃焼フレックスチップ、およびマイクロチャネル冷却シュラウドを含む、広範な後処理を必要としない複雑な幾何学的形状、特にマイクロチャネルおよび冷却のための他の複雑な内部通路を有する構成要素を形成することを可能にする。
【００１１】
本開示によれば、構成要素またはその一部は、付加または「三次元」（３Ｄ）印刷プロセスによって形成される。付加製造構成要素または部分は、ろう付け材料の適用によってさらに処理され、ろう付け材料は、特に亀裂が予想される構成要素の場所、または亀裂が同様の構成要素で以前に発生した場所で、熱的処理プロセス中に形成される後続の亀裂を充填するために選択された場所に提供される。この方法によれば、ろう付け材料は、特定のろう付け材料およびベース材料によって必要とされる適切なろう付け技術で適用され、ろう付けされる。
【００１２】
付加製造方法は、一般に、ネットまたはニアネット形状構造を作製および／または形成するための任意の製造方法を含む。本明細書で使用する場合、「ニアネット」という語句は、構造、例えば構成要素が、構造の最終的な幾何学的形状およびサイズと酷似した幾何学的形状およびサイズで形成され、付加方法後に機械加工および処理をほとんどまたは全く必要としないことを指す。本明細書で使用する場合、「ネット」という語句は、機械加工および処理を必要としない幾何学的形状およびサイズで形成される構造を指す。付加製造方法によって形成された構造は、限定はしないが、正方形、長方形、三角形、円形、半円、楕円、台形、八角形、ピラミッド形、そこに形成された特徴を有する幾何学的形状、いずれかの他の幾何学的形状、またはそれらの組み合わせなどの任意の適切な幾何学的形状を含む。例えば、付加方法は、冷却特徴を形成することを含むことができる。
【００１３】
一般に、付加製造プロセスは、支持体または基板／基部上の選択された領域に材料を分布させ、レーザもしくは電子ビーム、または同等のプロセスで材料を選択的に溶融または焼結することを含む。所定の設計ファイルまたは三次元ファイルの二次元スライスを、例えば、構成要素または一部の形成のためのコンピュータ支援設計プログラムから利用することができる。材料は、霧化粉末の形態であってもよい。付加製造、または三次元印刷プロセスの例は、限定はしないが、直接金属レーザ溶融（「ＤＭＬＭ」）、直接金属レーザ焼結（「ＤＭＬＳ」）、選択的レーザ焼結（「ＳＬＳ」）、選択的レーザ溶融（「ＳＬＭ」）、電子ビーム溶融（「ＥＢＭ」）、ならびにレーザクラッディング、レーザ粉末溶着（「ＬＰＦ」）、直接金属レーザ蒸着（「ＤＭＬＤ」）、レーザ金属蒸着（「ＬＭＤ」）、またはレーザ金属成形（「ＬＭＦ」）として一般的に知られている「粉末吹付」付加製造プロセスのような、当業者に公知のプロセスを含む。本明細書で使用する場合、「三次元印刷プロセス」という用語は、材料を層ごとに積み重ねることを含む上述のプロセスならびに他の適切な現在または将来のプロセスを指す。三次元印刷プロセスに適した材料は、限定はしないが、プラスチック、熱可塑性プラスチック、金属、金属材料、セラミック材料、他の適切な材料、またはそれらの組み合わせを含むことができる。特定の例では、霧化粉末に適した材料は、限定はしないが、ステンレス鋼、工具鋼、コバルトクロム、チタン、ニッケル、アルミニウム、それらの合金、およびそれらの組み合わせを含むことができる。
【００１４】
したがって、本開示による構成要素または一部を製作するための方法は、様々な例において、基板表面に金属粉末を塗布することと、金属粉末の少なくとも一部を接合して初期層を形成するのに十分な温度に金属粉末を加熱することと、構成要素またはその一部を形成するために初期層の上に追加の層を順次形成することとを含む。金属粉末の加熱は、例えば、金属粉末に向けて集束エネルギー源を制御可能に誘導するなど、任意の適切な方法を含む。適切な集束エネルギー源は、限定はしないが、レーザ装置、電子ビーム装置、またはそれらの組み合わせを含む。集束エネルギー源のパラメータは、形成された構成要素または一部を形成するために使用される金属粉末の材料および／または構築物の各層の所望の厚さに依存する。
【００１５】
いくつかの特定の実施形態では、霧化粉末の材料は、ニッケル基超合金およびコバルト基超合金、ステンレスおよび合金鋼、ならびにチタン、アルミニウムおよびバナジウム合金を含む、金属合金を含むことができる。コバルト基合金の適切な例は、Ｃｏ−０．３９−０．４１Ｃｒ−０．１９−０．２１Ｎｉ−０．１４−０．１６Ｆｅ−０．１１３−０．２０５−Ｍｏ０．０６−０．０８−Ｍｎ０．０１５−０．０２５（Ｃｏ−Ｃｒ−Ｎｉ合金として市販されている）の式（質量％）を有することができる。ニッケル基合金の適切な例は、Ｆｅ−０．５０−０．５５Ｎｉ−０．１７−０．２１Ｃｒ−０．０２８−０．０３３Ｍｏ−０．０４７５−０．０５５Ｎｂ−０．０１Ｃｏ−０．００３５Ｍｎ−０．００２−０．００８Ｃｕ−０．００６５−０．０１１５Ａｌ−０．００３Ｔｉ（Ｉｎｃｏｎｅｌ  ７１８として市販されている）の式（質量％）、またはＮｉ−０．２０−０．２３Ｃｒ−０．０５Ｆｅ−０．０８−０．１０Ｍｏ−０．０３１５−０．０４１５Ｎｂ＋Ｔａ−０．０１Ｃｏ−０．００５Ｍｎ−０．００４Ａｌ−０．００４Ｔｉ（Ｉｎｃｏｎｅｌ  ６２５として市販されている）の式（質量％）を有することができる。チタン基合金の適切な例は、商標名Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖａおよびアルミニウム６０６１によって公知のものを含む。様々な非限定的な例において、構成要素は、任意の適切な材料、例えば、ステンレス鋼、ニッケル基合金、鉄基合金、または任意の他の適切な金属もしくは金属材料を含むことができる。一実施形態では、構成要素またはその一部は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）Ｘなどのステンレス鋼および／またはニッケル基合金で形成され、前述の材料は、単なる例示であって限定ではないものとして本明細書で論じられている。いくつかの例示的な実施形態では、印刷構成要素の材料は、ＣｏＣｒＭｏ（Ｃｏ−２８Ｃｒ−６Ｍｏ）およびＨａｙｎｅｓ  ２８２（Ｎｉ−２０Ｃｒ−１０Ｃｏ−８Ｍｏ−１．５Ａｌ−２Ｔｉ）、または高強度の析出硬化Ｎｉ超合金、例えばＲｅｎｅ１０８（Ｎｉ−２３Ｃｒ−１１．５Ｆｅ−４．２Ｐ−６．４Ｓｉ）、Ｒｅｎｅ８０（６０Ｎｉ−１４Ｃｒ−９．５Ｃｏ−５Ｔｉ−４Ｍｏ−４Ｗ−３Ａｌ−０．１７Ｃ−０．０１５Ｂ−０．０３Ｚｒ）、Ｉｎｃｏｎｅｌ  ７３８（Ｎｉ−１６Ｃｒ−８．５Ｃｏ−１．７Ｍｏ−３．５Ａｌ−３．５Ｔｉ−１．７Ｔａ−２．５Ｗ−０．０５Ｚｒ−０．０９Ｃ−０．０１Ｂ−２Ｎｂ）およびＣＭ２４７（Ｎｉ−０．０７Ｃ−８．１Ｃｒ−９．２Ｃｏ−９．５Ｗ−０．５Ｍｏ−３．２Ｔａ−５．６Ａｌ−０．７Ｔｉ−１．４Ｈｆ−０．０１５Ｂ−０．０１５Ｚｒ）から選択される。金属粉末は、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、およびそれらの組み合わせであってもよい。
【００１６】
形成されると、構成要素またはその一部は、ろう付け材料の適用によってさらに処理される。本明細書で使用される「ろう付け」「ろう付けする」「ろう付けフィルム」、「ろう付け材料」、「ろう付けペースト」および「ろう付けコーティング」という用語は、タービン構成要素のような構成要素または一部の表面処理に関するものであり、プロセスは、接合材を含まず、むしろろう付け材料を構成要素の表面に直接付着させ、得られるろう付け層またはフィルムによって与えられる利益を達成するために行われることを理解されたい。
【００１７】
本発明によるいくつかの実施形態では、真空ろう付けの技術が使用される。本明細書で使用する場合、真空ろう付けは、清浄で優れたフラックスフリーの、高い完全性および強度のろう付け接合部および表面を設ける利点を提供するプロセスを意味し、指す。プロセスは、８ｘ１０−４ｔｏｒｒ以下の典型的な圧力で約１０〜３０分の時間、真空チャンバ容器内で行われ、典型的には約１５００°Ｆ〜約２３７０°Ｆ（８１５℃〜１３００℃）の範囲の均一な温度が連続的な熱下でワークピース上に維持され、それにより加熱および冷却サイクルが起こり得る他の方法によって導入され得る応力を低減または排除する。
【００１８】
したがって、１つの非限定的な例では、ろう付けは、８ｘ１０−４ｔｏｒｒ以下の圧力で、単一ステップの真空ろう付けとして達成され、ろう付け温度は、約１５００°Ｆ〜約２３７０°Ｆ、約１５００°Ｆ〜約１８００°Ｆ、約２０００°Ｆ〜約２３７０°Ｆ、約１８００°Ｆ〜約２３７０°Ｆ、約１８００°Ｆ〜約２１００°Ｆ、またはその中の任意の適切な組み合わせ、部分組み合わせ、範囲、もしくは部分範囲である。１つの非限定的な実施形態では、ろう付け期間は、約１分〜約４時間、約１時間〜約４時間、約１時間〜約３時間、またはその中の任意の適切な組み合わせ、部分組み合わせ、範囲、もしくは部分範囲である。
【００１９】
ここで図面を参照すると、図１は、本開示に従って処理された付加製造構成要素１００の一部を示す概略図である。この代表的な例によれば、ろう付け材料１１０は、外側表面１０５などの構成要素１００の少なくとも一部に適用または配置される。ろう付け材料１１０は、熱的処理中に発生し得る予想される亀裂場所１２０に位置する。一般に、最大プロセス温度は、ベース金属の要件によって決まり、ろう付け側のある程度の妥協が必要になる場合がある。ろう付け合金が通常より低い温度を必要とする場合、ベース金属上のろう付け合金の強い流れと広がりが予想される。この現象を制限するために、スプレーの形態のストップオフを使用してろう付けペーストを完全に覆い、亀裂形成の影響を受ける場所へのろう付けの流入を抑えることができる。直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）の高い冷却率は、微細な粒子を生成する。したがって、引張強度、硬度および低サイクル疲労抵抗の増加とクリープ強度の低下は、ＤＭＬＭにより作製された部品または構成要素では一般的である。その後のアニーリングまたは再結晶プロセスにより、直接金属レーザ溶融構成要素の延性、強度およびクリープ強度の良好な組み合わせを得ることができる。ただし、この熱的処理（アニーリング／再結晶）プロセスにより、付加製造部品に亀裂が形成されることもある。これは、Ｒｅｎｅ８０、Ｒｅｎｅ１０８、ＣＭ２４７、またはＩｎｃｏｎｅｌ  ７３８などの析出硬化Ｎｉ超合金から作製されたＤＭＬＭ構成要素に特に当てはまる。従来から、これらは高温の動作温度で強化γ’相の析出に耐える非常に高強度の鋳造合金である。鋳造による従来の製造とは対照的に、ＤＭＬＭによる付加製造は、完成した部品または構成要素にγ’析出物を生成しない。代わりに、γ’析出物は、ＤＭＬＭ後の最初の熱処理中にのみ形成される。この強化相の形成は、構成要素が室温よりも脆い温度範囲で起こる。さらに、相変態は追加の内部応力を誘発し、これは脆化と組み合わさって深刻な亀裂を引き起こす可能性がある。本発明のアプローチは、ろう付けがその場で構成要素１００のベース材料の亀裂表面を充填して接合することができるように、これらの予想される亀裂場所に選択的にろう付け材料１１０を位置させることである。したがって、構成要素が高温の真空炉内にある間、同じ熱処理サイクルで亀裂を修復することが可能である。一方では、これにより亀裂が発生したときに酸化物層が形成されないため、優れたろう付け濡れ性が確保される。他方では、これは亀裂から酸化物を除去するのに必要なフッ化物イオン洗浄プロセスの労力とコスト、およびその後のろう付け修理サイクルを回避することができるため、大きな商業的利益がある。
【００２０】
構成要素１００またはその一部は、いくつかの例では、金属基板の内部表面（ろう付けペーストおよびろう付け止めの適用のためにアクセス可能な限り）および外部表面のいずれか１つまたは複数に適用されるろう付け材料１１０を有するものとして特徴付けられ、表面は、平面、コーナ、曲線、および輪郭のいずれか１つまたは複数を含むことができ、表面にある構成要素１００の基板内に浸透する亀裂または他の隙間をさらに含み得る。再び図１を具体的に参照すると、構成要素１００は、亀裂の影響を受けやすい既知の面積または複雑な形状の領域にあり得る予想される亀裂場所１２０を有する。方法によれば、図１に示されるように、ろう付け材料１１０は、構築構成要素１００の付加製造プロセスの後に適用される。
【００２１】
方法によれば、ろう付け材料１１０は、既知または新規の低または高融点材料を含み、特に、ニッケル基超合金で使用する場合、ろう付け材料は、そのようなニッケル基超合金と特に冶金学的に適合する。例によれば、ろう付け材料は、限定はしないが、ニッケル基超合金およびコバルト基超合金、合金ならびにそれらの組み合わせを含む、金属合金および超合金を含む。ニッケル基合金の適切な例は、Ｎｉ−１４Ｃｒ−１０Ｃｏ−３．５Ａｌ−２．５Ｔａ−２．７５Ｂ−０．０５Ｙ（ニューヨーク州ウエストベリー所在のＯｅｒｌｉｋｏｎ  ＭｅｔｃｏからＡｍｄｒｙ  ＤＦ−４Ｂとして市販されている）の式（質量％）、またはＮｉ−１９Ｃｒ−１０Ｓｉ（ミシガン州マディソンハイツ所在のＷａｌｌ  Ｃｏｌｍｏｎｏｙを含む、多くのプロバイダからＢＮｉ−５として市販されている）の式（質量％）を有することができる。当然のことながら、他のベース材料を付加製造によって構成要素を形成するために使用することができ、そのようなものとして、高融点、低融点または高／低融点以外であり得る他のろう付け材料が選択されてもよいことを理解されたい。
【００２２】
提案された製造方法は、２つの要件を同時に満たすように設計された、調整された熱処理を含む。一方では、適切な再結晶（ＲｅＸ）によってＤＭＬＭ部品または構成要素の微細構造要件を確保し、他方では、亀裂が予想される場所に形成された場合、温度サイクルによりその場でろう付け修理を同時に行うことが可能である。
【００２３】
図２は、標準的な手順に従って処理された付加製造構成要素１００の一部を示す概略図を示している。構成要素１００は熱的に処理されており、亀裂１２２が予想される亀裂場所１２０に形成されている（図１に示すように）。最初の熱処理サイクル中のこのような亀裂の形成は、ＤＭＬＭによって処理された析出硬化Ｎｉ超合金にとって非常に可能性が高いものである。提案されたその場での修理方法は、このような亀裂が発生する時期と場所で、同じ熱処理サイクルで亀裂を修復することができる方法を開示している。
【００２４】
図３を参照すると、この熱的処理プロセスは、第１の温度Ｔ１に構成要素を加熱し、所定の第１の期間ｔ１の間、その第１の温度に構成要素を保持することを含み、これは、部品の均一な温度プロファイルおよびろう付けペースト／材料に含まれているバインダの蒸発を確保するのに十分な長さでなければならない。構成要素が析出硬化Ｎｉ超合金から作製される場合、第１の保持温度Ｔ１は、γ’形成の開始よりも約２０〜１００Ｋ低くなければならず、これは典型的には、ＤＭＬＭ材料の熱膨張係数の低下に伴う。構成要素がｔ１の後に均一な温度に達すると、構成要素１００は、高い傾斜率ｖ２＞２０Ｋ／分で第２の温度Ｔ２まで急速に傾斜する。高い加熱率は、延性が低い中間温度範囲でＤＭＬＭ部品が脆く、ひいては深刻な亀裂のリスクが高い場所で、γ’相の形成を可能な限り抑制しなければならない。それでも、このような高い加熱率ｖ２であっても、マクロ亀裂の形成を完全に回避することはしばしば不可能である。マクロ亀裂は、特に、処理による凍結内部応力が大量に存在する場所や、または構成要素設計が最適化されておらず局所的な応力ピークが発生する場所で形成される。したがって、多くの場合、修理が必要な亀裂は、Ｔ１から上限温度Ｔ２への温度傾斜中に発生する。好ましい実施形態では、Ｔ２は、約８５０℃以上であり、高強度のＤＭＬＭ材料が再び延性になり、ＤＭＬＭ部品に残っている内部応力を緩和することができるように十分に高く選ばれる。同時に、選ばれたろう付け合金材料の固相線温度未満にＴ２を保ち、Ｔ１からＴ２への移行中に形成され得る亀裂１２２内へのろう付け材料１２０の部分的な流入を回避する。Ｔ２での加熱または滞留時間ｔ２は、Ｔ３へのさらなる温度上昇が開始される前に、ＤＭＬＭ構成要素の均質な温度プロファイルを再び確保する。同時に、残りの残留応力のほとんどは、保持または滞留時間ｔ２の後に緩和される。その後、温度は約１５〜３０Ｋ／分の率ｖ３で温度レベルＴ３までさらに上昇し、そこで滞留時間ｔ３の間保持され、この温度は、ろう付け材料１２０の液相線温度より上に設定される。理想的には、温度レベルＴ３は、ＤＭＬＭ合金の最終再結晶温度Ｔ４よりもおよそ３０Ｋ〜１００Ｋ低く選ばれる。温度がＴ３からＴ４に上昇する間、ろう付け材料１２０は液体になる。亀裂１２２が同じ熱処理サイクル中に以前に形成されていた場合、ろう付け材料はここで亀裂１２２内に流入し、充填することができる。次いで、ろう付け材料１２０は、再結晶温度Ｔ４での滞留時間中に液体状態のままである。以前の温度傾斜とは異なり、温度の上昇は、局所的な初期溶融につながる可能性のある温度オーバシュートを回避するために、ここでは遅い加熱率ｖ４＜５Ｋ／分で発生する。構成要素は再結晶滞留時間ｔ４の間Ｔ４に保たれるが、これはＤＭＬＭ部品の所望の再結晶微細構造を得るのに十分な長さでなければならない。同時に、ろう付け材料１２０が亀裂１２２を完全に充填してろう付けの拡散が生じ、亀裂修理ゾーンでより均質な元素分布がもたらされる。場合によっては、再結晶温度Ｔ４は、ろう付け業者の典型的な推奨温度を超える可能性がある。このような高温Ｔ４のプラスの副作用として、拡散率が高くなり、ろう付け接合��における有害な脆性相の形成が大幅に低減される。ＤＭＬＭ部品の再結晶およびＴ４での亀裂修復に続いて、構成要素は、率ｖ５＜−５Ｋ／分で別の中間温度Ｔ５までゆっくりと冷却されて滞留時間ｔ５の間そこに保持され、この温度は、ろう付けが再び固まるレベルに設定される。Ｔ５はろう付けの固相線温度よりも５０Ｋ以上低く設定してはならず、Ｔ４からＴ５へのゆっくりとした冷却は、まだ延性のあるろう付け材料の急速冷却による修理されたろう付け接合部の破損を防ぐものとする。Ｔ５に達した後、周囲温度への冷却率ｖ６は、−１５Ｋ／分〜−５０Ｋ／分の範囲の値に増加し、最終的に周囲温度に達するまで構成要素の他の微細構造要件に準拠し続ける。この例では、横軸は時間であり、縦軸は温度であり、第１の温度Ｔ１は第２の温度Ｔ２よりも低く、第３の温度Ｔ３は第２の温度Ｔ２よりも高く、最終再結晶温度Ｔ４はＴ３よりも高い。この５段階の熱的処理は一例にすぎず、使用する特定の構成要素または材料に応じて、４つよりも多いまたは少ない加熱温度および１つの中間冷却温度を用いてもよい。
【００２５】
様々な実施形態によれば、本明細書に記載の方法は、印刷され熱的に処理された付加製造構成要素と比較して、亀裂がシールされた構成要素を提供する。本明細書に開示される方法はまた、付加製造プロセスのアーティファクトである外部および内部表面に存在する表面亀裂もシールすることができる。処理された構成要素は、腐食、酸化、および浸食に対する耐性を向上させる表面特性の向上、ならびに寿命の延長を実証する。同時に、提案された方法は、特に深刻な欠陥なしに製造するのが困難な高強度の析出硬化Ｎｉ超合金から作製された構成要素の場合、追加のＤＭＬＭ産物の収率を大幅に向上させる。
【００２６】
したがって、本方法および熱処理の技術的利点は、付加製造部品のより高い品質、改善された収率およびより長い寿命を含む。別の利点は、別々のろう付け修理サイクルが必要ないことによる、修理に関連するコストの削減である。加えて、亀裂は真空雰囲気で形成され、結果として酸化されないため、亀裂の高価で時間のかかる洗浄プロセスは必要とされない。別の利点は、強化γ’相の含有量が高いニッケル基超合金を含む、付加製造部品に高強度の粉末材料を選択するオプションである。ここでこれらの部品は、本開示に従って、亀裂または他の欠陥をシールするためにろう付け材料で熱処理されてもよい。
【００２７】
本発明について好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、またその要素を等価物で置き換えることができることは、当業者には理解されるであろう。加えて、特定の状況または材料に適応させるために、その本質的範囲から逸脱することなく、本発明の教示に多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲内に属するすべての実施形態を含むことになることを意図している。
【符号の説明】
【００２８】
１００  付加製造構成要素、構築構成要素
１０５  外側表面
１１０  ろう付け材料
１２０  予想される亀裂場所、ろう付け材料
１２２  亀裂
Ｔ１  第１の温度、第１の保持温度
Ｔ２  第２の温度、上限温度
Ｔ３  第３の温度、温度レベル
Ｔ４  最終再結晶温度、高温
Ｔ５  中間温度
ｔ１  第１の期間
ｔ２  滞留時間
ｔ３  滞留時間
ｔ４  再結晶滞留時間
ｔ５  滞留時間
ｖ２  傾斜率、加熱率
ｖ３  率
ｖ４  加熱率
ｖ５  率
ｖ６  冷却率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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2020147846000002.pdf
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