(57)【要約】      （修正有）【課題】部品自体の強度及び靱性を損なうことなく、また、機械加工などの追加の労力及び資源を必要としないで、部品内に表面近接冷却マイクロチャネルを設ける方法を提供する。【解決手段】予備焼結プリフォームの第１の表面に表面近接冷却マイクロチャネルを形成し、予備焼結プリフォームの第１の表面をベース物品の外面上に配置し、この際ベース物品の外面の開口が予備焼結プリフォームの第１の表面の表面近接冷却マイクロチャネルと整列するようにし、予備焼結プリフォームを加熱してベース物品に接合することを含み、ベース物品の外面の開口は予備焼結プリフォームの第１の表面の表面近接冷却マイクロチャネルと整列したまま残る。翼形部１２は内部冷却通路１８（例えば、冷却孔）を含んでおり、これを通して、部品１０の根部１４を介して部品に入るブリード空気が部品から熱を奪うようにされている、タービンバケットを含む部品が例示される。【選択図】図１
2014122423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品に表面近接冷却マイクロチャネルを設ける方法であって、前記部品が、外面に開口を有するベース物品内に内部冷却通路を含んでおり、当該方法が、
予備焼結プリフォームの第１の表面に表面近接冷却マイクロチャネルを形成する工程であって、予備焼結プリフォームがベース合金と第２の合金とを含む混合物を含んでおり、ベース合金が前記混合物の約３０重量％〜約９０重量％をなし、第２の合金がベース合金よりも低い融解温度を有するように充分な量の融点降下剤を含んでいる、工程と、
ベース物品の外面の開口が予備焼結プリフォームの第１の表面内の表面近接冷却マイクロチャネルと整列するように、予備焼結プリフォームの第１の表面をベース物品の外面上に配置する工程と、
ベース物品の外面の開口が予備焼結プリフォームの第１の表面内の表面近接冷却マイクロチャネルと整列したまま残るように予備焼結プリフォームを加熱してベース物品に接合させル工程と
を含む方法。
【請求項２】
さらに、予備焼結プリフォームの第１の表面内に第２の表面近接冷却マイクロチャネルを形成する工程を含んでおり、予備焼結プリフォームがベース物品の外面上に配置されたとき、第２の表面近接冷却マイクロチャネルがベース物品の外面内の第２の開口と整列する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
予備焼結プリフォームが、ベース合金粒子及び第２の合金粒子をバインダーと混合して粉末混合物を形成し、粉末混合物を圧縮して圧縮プリフォームを形成し、圧縮プリフォームを加熱してバインダーを除去すると共に予備焼結プリフォームを形成することによって形成される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
表面近接冷却マイクロチャネルが、加熱する前に、圧縮プリフォーム中に形成される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
予備焼結プリフォームが理論の少なくとも９０％の密度を有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
ベース合金及び第２の合金を約３０：７０〜約９０：１０の重量比で互いに混合する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
さらに、予備焼結プリフォームの外面上に皮膜を設けることを含んでおり、前記外面が第１の表面と反対側である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
予備焼結プリフォームをベース物品に接合する前に予備焼結プリフォーム上に皮膜を設ける、請求項７記載の方法。
【請求項９】
さらに、予備焼結プリフォームを加熱する前に内部冷却通路内に充填材料を配置し、予備焼結プリフォームを加熱した後内部冷却通路から充填材料を除去することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
予備焼結プリフォームを、開口を充填することなくベース物品の外面に接合する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
外面に開口を有する内部冷却通路を含むベース物品と、
ベース物品の外面に接合された第１の表面を有する予備焼結プリフォームであって、予備焼結プリフォームがベース物品の外面の開口と整列した表面近接冷却マイクロチャネルを第１の表面内に含んでいて、予備焼結プリフォームがベース合金と第２の合金とを含む混合物を含んでおり、ベース合金が混合物の約３０重量％〜約９０重量％をなし、第２の合金はベース合金よりも低い融解温度を有するのに充分な量の融点降下剤を含む、予備焼結プリフォーム
を含む部品。
【請求項１２】
ベース物品が外面に第２の開口を含み、予備焼結プリフォームが第２の開口と整列した第２の表面近接冷却マイクロチャネルを含む、請求項１１記載の部品。
【請求項１３】
予備焼結プリフォームが、ベース合金粒子及び第２の合金粒子をバインダーと混合して粉末混合物を形成し、粉末混合物を圧縮して圧縮プリフォームを形成し、圧縮プリフォームを加熱してバインダーを除去すると共に予備焼結プリフォームを形成することによって形成される、請求項１１記載の部品。
【請求項１４】
表面近接冷却マイクロチャネルが、加熱する前に、圧縮プリフォーム中に形成される、請求項１３記載の部品。
【請求項１５】
予備焼結プリフォームが理論の少なくとも９０％の密度を有する、請求項１１記載の部品。
【請求項１６】
ベース合金及び第２の合金を約３０：７０〜約９０：１０の重量比で互いに混合する、請求項１１記載の部品。
【請求項１７】
さらに、予備焼結プリフォームの外面上に皮膜を含み、外面が前記第１の表面と反対側である、請求項１１記載の部品。
【請求項１８】
部品がタービンの高温ガス流路部品を含む、請求項１１記載の部品。
【請求項１９】
表面近接冷却マイクロチャネルが、予備焼結プリフォームの第１の表面及びベース物品の外面の両方に配置される、請求項１１記載の部品。
【請求項２０】
ベース合金及びベース基材が共通の組成を共有する、請求項１１記載の部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、部品用の冷却通路、より具体的には、表面近接冷却マイクロチャネル及びその提供方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用及び航空機ガスタービンエンジンのバケット（ブレード）、ノズル（ベーン）その他の高温ガス流路部品のようなタービン部品は、通例、タービン作動温度及び条件に所望される機械的及び環境特性を有するニッケル基、コバルト基又は鉄基超合金で形成される。ターボ機関の効率はその作動温度に依存するので、タービンバケット及びノズルのような部品は、高温化しつつある温度に耐えることができることが要求される。超合金部品の最大局所温度がその超合金の融解温度に近づくと、強制空気冷却が必要とされる。そのため、ガスタービンバケット及びノズルの翼形部は、空気、通例ブリード空気を翼形部の内部冷却通路を通して流した後、翼形部表面の冷却孔から排出して部品から熱を奪うという複雑な冷却手段を必要とすることが多い。冷却孔はまた、冷却用空気が部品の周囲の表面のフィルム冷却に役立つようにも構成することができる。
【０００３】
鋳造法で作られるバケット及びノズルは内部冷却通路を画成するために中子を必要とする。中子の使用自体並びにそれらが鋳造プロセス中にずれてしまうおそれのため、従来の鋳造法では、部品の外面近くに冷却通路を設けることに制約がある。そのため、冷却通路は通例、鋳造タービンバケット又はノズルのベース金属表面よりも約０．１インチ（約２．５ｍｍ）以上は下にある。しかし、熱伝達効率は、冷却通路を現状で可能な程度より表面に近く配置することができれば、大いに増大することができるであろう。部品内部に冷却通路を製造又は機械加工することも可能ではあろうるが、部品自体の高い強度及び靱性のため機械加工が難しいこともある。また、部品の表面下にチャネルを機械加工するとしても、そのようなチャネルは表面近接冷却マイクロチャネルを形成するために被覆しなければならず、追加の労力及び資源が必要となる。
【０００４】
従って、表面近接冷却マイクロチャネルを有する代わりの部品及びその提供方法があれば当技術分野で歓迎されるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７９６７５６６号
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態では、部品に表面近接冷却マイクロチャネルを設ける方法が開示される。部品は外面に開口を有するベース物品内に内部冷却通路を含んでいる。本方法は、予備焼結プリフォームの第１の表面に表面近接冷却マイクロチャネルを形成することを含み、予備焼結プリフォームはベース合金と第２の合金とを含む混合物を含んでおり、ベース合金は混合物の約３０重量％〜約９０重量％をなし、第２の合金はベース合金よりも低い融解温度を有するのに充分な量の融点降下剤を含んでいる。本方法はさらに、ベース物品の外面の開口が予備焼結プリフォームの第１の表面の表面近接冷却マイクロチャネルと整列するように、予備焼結プリフォームの第１の表面をベース物品の外面上に配置し、予備焼結プリフォームを加熱してベース物品に接合させることを含み、ベース物品の外面の開口は予備焼結プリフォームの第１の表面の表面近接冷却マイクロチャネルと整列したまま残る。
【０００７】
別の実施形態では、外面に開口を有する内部冷却通路を含むベース物品、及びベース物品の外面に接合された第１の表面を有する予備焼結プリフォームを含む部品が開示される。予備焼結プリフォームは、第１の表面に、ベース物品の外面の開口と整列した表面近接冷却マイクロチャネルを有する。さらにまた、予備焼結プリフォームはベース合金と第２の合金とを含む混合物を含んでおり、ベース合金は混合物の約３０重量％〜約９０重量％をなし、第２の合金はベース合金よりも低い融解温度を有するのに充分な量の融点降下剤を含んでいる。
【０００８】
本明細書に記載する実施形態により提供される上記及び付加的な特徴は、添付の図面と併せた以下の詳細な説明から十分に理解されるであろう。
【０００９】
図面に示す実施形態は本質的に説明のための代表的な例であり、特許請求の範囲に定義されている本発明を限定することを意図したものではない。これら例示の実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むことで理解することができる。図面中、類似の構造は類似の参照番号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本願の１以上の実施形態に係る代表的な部品の透視図である。
【図２】図２は、本願の１以上の実施形態に係る部品の分解斜視図である。
【図３】図３は、本願の１以上の実施形態に係る部品の断面図である。
【図４】図４は、本願の１以上の実施形態に係る代表的な方法である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の１以上の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実施の全ての特徴を本明細書に記載しないことがある。かかる実際の実施の開発において、あらゆる工学又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に変わり得るシステム関連及び事業関連の制約のコンプライアンスのような開発者の具体的なゴールを達成するためには数多くの実施に特有の決定をしなければならないことが了解されよう。また、かかる開発努力は複雑で時間がかかるかもしれないが、それにも関わらず本開示を利用できる当業者にとっては日常の設計、製作、及び製造事項であることが理解されよう。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する際、単数形態の「１つ」、「その」、「この」及び「前記」といった表現は、その要素が１つ又は複数存在することを意味している。用語「含んでいる」、「含む」及び「有する」は包括的であることを意図しており、表記された要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味している。
【００１３】
本開示は、比較的高い温度により特徴付けられる環境内で作動する部品（部品）、特にある部品（部品）の最高表面温度がその構成材料の融解温度に近づき、その表面温度を低下させるために強制空気冷却の使用を必要とするような部品（部品）に広く応用可能である。かかる部品（部品）の注目に値する例として、工業用又は航空機用ガスタービンエンジンのようなタービンの高圧及び低圧タービンバケット（ブレード）、ノズル（ベーン）、シュラウドその他の高温ガス流路部品がある。
【００１４】
図１を参照すると、タービンバケットを含む代表的な部品１０が示されている。この部品１０は一般に翼形部１２を含み、これに対してガスタービンエンジンの作動中高温の燃焼ガスが直接当たり、従ってその表面は非常に高い温度になる。翼形部１２は、この翼形部１２からプラットフォーム１６により分離されている部品１０の根部に形成されたダブテール１４によってタービンディスク（図には示してない）に固着されるように構成されるものとして表されている。翼形部１２は内部冷却通路１８（例えば、冷却孔）を含んでおり、これを通して、部品１０の根部を介して部品に入るブリード空気が部品１０から熱を奪うようにされている。図１にバケットとして示されている部品１０に関連して本発明の利点を説明するが、本発明の教示は工業用及び航空機ガスタービンエンジンの他の高温ガス流路部品、並びに極端な温度に付される多様なその他の部品にも広く適用可能である。
【００１５】
図２を参照すると、ベース物品２０と予備焼結プリフォーム３０を含む部品１０の分解図が示されている。ベース物品２０は一般に、ベース物品２０の外面２６に開口２４を有する内部冷却通路１８（例えば、冷却孔）を含んでいる。図２に示されているような幾つかの実施形態では、ベース物品２０は、表面近接冷却マイクロチャネル３２に冷却材（例えば、冷却用空気）を供給するべく単一の開口２４を有する単一の内部冷却通路１８を含み得る。他の実施形態では、ベース物品２０は、単一の開口（複数でもよい）２４又は複数の開口２４につながる複数の内部冷却通路１８を含み得る。また、内部冷却通路１８と開口２４は任意の相対的位置関係で配置することができ、作動時のベース物品２０の冷却を補助する任意の形状をとることができる。例えば、幾つかの実施形態では、内部冷却通路１８はベース物品２０の内部でヘビ状に曲がりくねった形状をとり得る。幾つかの実施形態では、複数の内部冷却通路１８は、単一の内部冷却通路１８とそれから枝分かれした複数の内部冷却通路１８のように多様な様式で互いに接続され得る。
【００１６】
ベース物品２０は１種以上の超合金のような多様な材料を含むことができる。幾つかの実施形態では、ベース物品はニッケル基、コバルト基、又は鉄基超合金を含むことができる。例えば、ベース物品２０はＲｅｎｅ  Ｎ４、Ｒｅｎｅ  Ｎ５、Ｒｅｎｅ  １０８、ＧＴＤ−１１１（登録商標）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）、ＧＴＤ−４４４（登録商標）、ＩＮ−７３８及びＭａｒＭ  ２４７のようなニッケル基超合金又はＦＳＸ−４１４のようなコバルト基超合金を含むことができる。ベース物品２０は、ガスタービンエンジン内で受けるような高い温度及び応力に耐えるべく等軸一方向凝固（ＤＳ）又は単結晶（ＳＸ）鋳造品として形成され得る。
【００１７】
図２及び３を参照して、部品１０はさらに予備焼結プリフォーム３０を含む。予備焼結プリフォーム３０は一般に、予備焼結プリフォーム３０の第１の表面３６に表面近接冷却マイクロチャネル３２を含む。表面近接冷却マイクロチャネル３２は、排出するためにベース物品２０の外面２６の開口２４と整列して空気を流すことができるチャネルを含む。予備焼結プリフォーム３０の表面近接冷却マイクロチャネル３２は部品１０の表面近接冷却マイクロチャネル３２として役立ち（図３に最も分かり易く示されている）、従って部品１０がバケットを含む場合圧縮機ブリード空気のような冷却用空気がその中を通って流れるのに充分な断面積を有し得る。例えば、幾つかの実施形態では、表面近接冷却マイクロチャネル３２は幅及び深さ（それぞれ第１の表面３６と平行及び垂直）が約０．１インチ（約２．５ｍｍ）以下であることができ、典型的な範囲は約０．０１〜約０．０５インチ（約０．２５〜約１．２７ｍｍ）であるが、それより小さいか又は大きい幅と深さも可能である。さらにまた、表面近接冷却マイクロチャネル３２は約０．０１ｉｎ2（約６．５ｍｍ2）以下、例えば約０．０００１〜約０．００２５平方インチ（約０．０６５〜約１．６ｍｍ2）の断面積を有することができる。
【００１８】
また、表面近接冷却マイクロチャネル３２は多様な断面形状及び外形を有することができる。例えば、図２及び３に示されているような幾つかの実施形態では、表面近接冷却マイクロチャネル３２は半円形のトンネルからなることができる。他の実施形態では、表面近接冷却マイクロチャネル３２の断面形状は長方形、円形、若しくはその他任意の幾何学的若しくは非幾何学的形状又はこれらの組合せであることができる。さらにまた、表面近接冷却マイクロチャネル３２は予備焼結プリフォーム３０を通る直線状通路からなることができるか、又はヘビ状の曲がりくねった形状のような多方向性の１以上の通路からなることができる。図２に示されているような幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム３０は単一の表面近接冷却マイクロチャネル３２を含み得る。図３に示されているような他の実施形態では、予備焼結プリフォーム３０は複数の表面近接冷却マイクロチャネル３２を含み得る。さらに他の実施形態では、複数の表面近接冷却マイクロチャネル３２が、単一の表面近接冷却マイクロチャネル３２とそれから枝分かれした複数の表面近接冷却マイクロチャネル３２のように多様な様式で互いに接続され得る。
【００１９】
幾つかの実施形態では、表面近接冷却マイクロチャネル３２は、通路が個別の境界でない場合のように冷却用空気が様々な方向に進むことができるように、予備焼結プリフォーム３０内の複数の他の地形学的特徴(topographical feature)によって形成され得る。例えば、表面近接冷却マイクロチャネル３２は、単一の組の壁によって画成されるのではなく、予備焼結プリフォーム３０の第１の表面３６の１以上の地形学的変動による予備焼結プリフォーム３０とベース物品２０の間隔によって画成され得る。
【００２０】
また、図２に示されているような幾つかの実施形態では、表面近接冷却マイクロチャネル３２は完全に予備焼結プリフォーム３０内に配置され得る。しかし、幾つかの実施形態では、表面近接冷却マイクロチャネル３２は予備焼結プリフォーム３０とベース物品２０の両方に配置され得る。具体的には、予備焼結プリフォーム３０の第１の表面３６とベース物品２０の外面２６の両方が、整列されると一緒になって１以上の表面近接冷却マイクロチャネル３２を形成する外形を含むことができる。かかる実施形態では、ベース物品２０の外面２６の外形は内部冷却通路１８と整列していてもよいし、又は内部冷却通路１８とは別に配置されてもよい。さらに別の幾つかの実施形態では、表面近接冷却マイクロチャネル３２は予備焼結プリフォーム３０とベース物品２０との間で行ったり来たりし得る。
【００２１】
表面近接冷却マイクロチャネル３２はさらに、流れる空気を予備焼結プリフォーム３０から排出するために１以上の出口穴又は溝を含むことができる。出口穴又は溝は、表面近接冷却マイクロチャネルがベース物品２０内にあったとしたら存在するであろう位置（複数でもよい）で任意の形状（複数でもよい）をとり得る。例えば、これらの出口穴又は溝は、複数の表面近接冷却マイクロチャネルからの冷却用空気を別の分離した穴を介して排出する前に集める分離した穴又は閉鎖した溝を含むことができる。幾つかの実施形態では、１以上の表面近接冷却マイクロチャネル３２は、予備焼結プリフォーム３０の外面にある開いた溝に冷却用空気を導き得る。
【００２２】
予備焼結プリフォーム３０は、ベース合金と第２の合金を含み、これらの融点より低い温度で一緒に焼結されて凝集した幾らか多孔性の塊を形成している粒子の混合物を含む。粉末粒子の適切な粒径範囲は、粒子の迅速な焼結を促進し、予備焼結プリフォーム３０の気孔率を約１０体積％以下の最小にするために１５０メッシュ、又は３２５メッシュ以下を含む。幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム３０の密度は９０％以上の密度を有する。さらに幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム３０は９５％以上の密度を有する。以下に述べるように、焼結プリフォームシェル１２０は、より高い密度を得るために熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）又は真空／不活性雰囲気プレスにかけることができる。
【００２３】
予備焼結プリフォーム３０のベース合金は、予備焼結プリフォーム３０とベース物品２０の共通の物理的性質を増進するためにベース物品２０と同等の任意の組成物を含むことができる。例えば、幾つかの実施形態では、ベース合金とベース物品は共通の組成を有する（すなわち、同じ種類の材料である）。幾つかの実施形態では、ベース合金は上述のようにＲｅｎｅ  Ｎ４、Ｒｅｎｅ  Ｎ５、Ｒｅｎｅ  １０８、ＧＴＤ−１１１（登録商標）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）、ＧＴＤ−４４４（登録商標）、ＩＮ−７３８及びＭａｒＭ  ２４７のようなニッケル基超合金又はＦＳＸ−４１４のようなコバルト基超合金を含むことができる。幾つかの実施形態では、ベース合金の性質には、高い疲労強度、亀裂に対する傾向の低さ、酸化耐性及び／又は機械加工性のようなベース物品２０との化学的及び冶金学的適合性が含まれる。
【００２４】
幾つかの実施形態では、ベース合金はベース物品２０の融解温度から約２５℃以内の融点を有し得る。幾つかの実施形態では、ベース合金は、重量で、約２．５〜１１％のコバルト、７〜９％のクロム、３．５〜１１％のタングステン、４．５〜８％のアルミニウム、２．５〜６％のタンタル、０．０２〜１．２％のチタン、０．１〜１．８％のハフニウム、０．１〜０．８％のモリブデン、０．０１〜０．１７％の炭素、０．０８％以下のジルコニウム、０．６０％以下のケイ素、２．０％以下のレニウム、残部のニッケル及び付随不純物という組成範囲を有し得る。さらに幾つかの実施形態では、ベース合金は、重量で、約９〜１１％のコバルト、８〜８．８％のクロム、９．５〜１０．５％のタングステン、５．３〜５．７％のアルミニウム、２．８〜２．３％のタンタル、０．９〜１．２％のチタン、１．２〜１．６％のハフニウム、０．５〜０．８％のモリブデン、０．１３〜０．１７％の炭素、０．０３〜０．０８％のジルコニウム、残部のニッケル及び付随不純物という組成範囲を有し得る。予備焼結プリフォーム３０のベース合金の組成物としては特定の材料及び組成物を掲げたが、これらの掲げた材料及び組成物は単なる代表例であって限定するものではなく、代わりに又は加えて他の合金を使用してもよい。さらにまた、予備焼結プリフォーム３０のベース合金の具体的な組成はベース物品２０の組成に依存し得る。
【００２５】
上述のように、予備焼結プリフォーム３０はさらに第２の合金を含む。第２の合金もまたベース物品２０と同様な組成を有し得るが、さらにベース合金及び第２の合金粒子の焼結を促進し、またベース物品２０の融点より低い温度における予備焼結プリフォーム３０のベース物品２０に対する接合を可能にするために融点降下剤を含有し得る。例えば、幾つかの実施形態では、融点降下剤はホウ素及び／又はケイ素を含むことができる。
【００２６】
幾つかの実施形態では、第２の合金はベース物品２０の結晶粒成長又は初期融解温度より約２５℃〜約５０℃低い融点を有し得る。かかる実施形態は加熱処理中ベース物品２０の所望のミクロ組織をより良く維持し得る。幾つかの実施形態では、第２の合金は、重量で、約９〜１０％のコバルト、１１〜１６％のクロム、３〜４％のアルミニウム、２．２５〜２．７５％のタンタル、１．５〜３．０％のホウ素、５％以下のケイ素、１．０％以下のイットリウム、残部のニッケル及び付随不純物という組成範囲を有し得る。例えば、幾つかの実施形態では、第２の合金は市販のＡｍｄｒｙ  ＤＦ４Ｂニッケルろう付け合金を含み得る。予備焼結プリフォーム３０の第２の合金の組成物としては特定の材料及び組成物を掲げたが、これらの掲げた材料及び組成物は単なる代表例であって限定するものではなく、代わりに又は加えて他の合金を使用してもよい。さらにまた、予備焼結プリフォーム３０の第２の合金の具体的な組成はベース物品２０の組成に依存し得る。
【００２７】
予備焼結プリフォーム３０は、ベース合金及び第２の合金の粒子の互いの、またベース物品２０の外面２６への濡れ及び接合（例えば、拡散／ろう付け接合）を確保するのに十分な融点降下剤を提供するのに充分な相対的な量のベース合金及び第２の合金を含むことができる。例えば、幾つかの実施形態では、第２の合金は予備焼結プリフォーム３０の少なくとも約１０重量％をなすことができる。幾つかの実施形態では、第２の合金は、予備焼結プリフォーム３０の７０重量％以下をなすことができる。かかる実施形態は、その後の加熱の機械的及び環境特性の起こり得る低下を制限しながら充分な量の融点降下剤を提供し得る。さらにまた、これらの実施形態では、ベース合金は予備焼結プリフォーム３０の残余（例えば、予備焼結プリフォーム３０の約３０重量％〜約７０重量％）をなすことができる。さらに幾つかの実施形態では、ベース合金の粒子は予備焼結プリフォーム３０の約４０重量％〜約７０重量％をなし、組成物の残部は第２の合金の粒子からなることができる。はベース合金及び第２の合金の特定の相対的範囲を挙げたが、これらの範囲は単なる代表例であって限定するものではなく、上述のように充分な量の融点降下剤が提供されるように他の相対的組成も実施し得る。
【００２８】
ベース合金及び第２の合金の粒子は別として、予備焼結プリフォーム３０内に他の構成成分は必要とされない。しかし、幾つかの実施形態では、最初にバインダーをベース合金及び第２の合金の粒子とブレンドして、焼結する前により容易に賦形することができる凝集性の塊を形成し得る。かかる実施形態では、バインダーとしては、例えば、Ｗａｌｌ  Ｃｏｌｍｏｎｏｙ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＮＩＣＲＯＢＲＡＺ−Ｓという名称で市販されているバインダーを挙げることができる。その他の考えられる適切なバインダーにはＮＩＣＲＯＢＲＡＺ  ３２０、Ｖｉｔｔａ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＶＩＴＴＡ  ＧＥＬがあり、並びにその他Ｃｏｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている接着剤があり、これらは全て焼結中完全に揮発し得る。
【００２９】
予備焼結プリフォーム３０は、撹拌、振盪、回転、折り畳みなど又はこれらの組合せのような任意の適切な手段によりベース合金（すなわち、ベース合金粒子）と第２の合金（すなわち、第２の合金粒子）の粉末粒子を混合することによって形成され得る。混合した後、この混合物を、バインダーと混合し（すなわち、組合せ粉末混合物を形成し）、鋳造賦形し得（すなわち、圧縮プリフォームを形成し得）、この間及び／又はその後にバインダーを焼き尽くすことができる。この圧縮プリフォームを次に焼結作業用の非酸化性（真空又は不活性ガス）雰囲気炉に入れ得、この間にベース合金と第２の合金の粉末粒子が焼結されて良好な構造強度と低い気孔率を有する予備焼結プリフォーム３０が生成し得る。適切な焼結温度は少なくとも部分的にベース合金及び第２の合金の粒子の具体的な組成に依存し得る。例えば、幾つかの実施形態では、焼結温度は約１０１０℃〜約１２８０℃の範囲である。幾つかの実施形態では、焼結後、予備焼結プリフォーム３０をＨＩＰ又は真空プレスにかけて９５％を超える密度を達成することができる。
【００３０】
幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム３０は実際、ベース物品２０への結合前又は後に互いに結合された複数の層を含み得る。かかる実施形態では、複数の層は一緒になって表面近接冷却マイクロチャネル３２を形成し得、又は単一の層が表面近接冷却マイクロチャネル３２を含み得、一方ベース物品２０の追加の保護のために追加の層が存在する。かかる実施形態では、予備焼結プリフォーム３０の異なる領域における特定の熱的性質を個別に調節することも可能になり得る。さらに幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム３０は１以上の金属層又は部分と合わせることができる。例えば、予備焼結プリフォーム３０は表面近接冷却マイクロチャネル３２の側部を形成し得、一方薄い金属の膜が表面付近のマイクロチャネル３２の頂部を塞ぐ。かかる実施形態では、金属膜は予備焼結プリフォーム３０をベース物品２０に接合する前、後、又はその間に接合し得る。或いは、幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム３０は１以上の追加の金属層を介してベース物品２０と接合され得る。
【００３１】
表面近接冷却マイクロチャネル３２は、予備焼結プリフォーム３０の製造の様々な時点で多様な方法を用いて予備焼結プリフォーム３０の第１の表面３６内に形成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム３０はベース形状に焼結し得、その後表面近接冷却マイクロチャネル３２をベース形状内に機械加工することができる。かかる機械加工（すなわち、予備焼結プリフォーム３０からのある種の材料の除去）は、限定されることはないが、ミル加工、研磨、ワイヤ放電加工（ＥＤＭ）、ミルＥＤＭ、プランジＥＤＭ、電解加工（ＥＣＭ）、ウォータージェットトレンチ、レーザートレンチ、又はこれらの組合せを始めとする任意の適切な材料除去作業によって行うことができる。他の実施形態では、予備焼結プリフォーム３０は、予備焼結プリフォーム３０がその初期焼結前のまだ軟らかい生の状態であるときに表面近接冷却マイクロチャネル３２が存在するように鋳造し得る。
【００３２】
特に図３を参照して、幾つかの実施形態では、部品１０は予備焼結プリフォーム３０の外面（第１の表面３６の反対側）に少なくとも１つの追加の皮膜４０を有し得る。皮膜４０は、熱的、機械的、又はその他の性能を補助するもののような作動の際に部品１０に適し得るあらゆるタイプの皮膜を含むことができる。例えば、部品１０がタービンの高温ガス流路部品からなる場合のような幾つかの実施形態では、皮膜４０は遮熱皮膜及び／又は環境バリヤ皮膜を含むことができる。代表的な、しかし非限定的な皮膜４０としては、１以上のボンドコート、遷移又は中間層、及び／又はトップコートがある。皮膜４０の非限定的な材料としてはセラミック材料があり、その注目に値する例はイットリアで部分的又は完全に安定化されたジルコニア（ＹＳＺ）又はマグネシア、セリア、スカンジア及び／又はカルシアのような別の酸化物、及び場合により熱伝導率を低減する他の酸化物である。遮熱皮膜系に使用されるボンドコート材料としては、ＭＣｒＡｌＸ（、Ｍは鉄、コバルト及び／又はニッケルであり、Ｘはイットリウム、希土類金属、及び／又は別の反応性金属である）のような耐酸化性オーバーレイ皮膜、及び耐酸化性拡散皮膜がある。
【００３３】
皮膜４０は下にある表面領域のための所望のレベルの熱的な保護を提供するのに充分である、例えば約７５〜約３００μｍ程度のような厚さで設けることができるが、それより薄いか又は厚い厚さも可能である。皮膜４０は、予備焼結プリフォーム３０をベース物品２０に接合する前、予備焼結プリフォーム３０をベース物品２０に接合した後、又はこれらの組合せで予備焼結プリフォーム３０に設けることができる。
【００３４】
図２及び３を参照して、予備焼結プリフォーム３０の第１の表面３６は、ベース物品の外面２６の開口２４が予備焼結プリフォーム３０の第１の表面３６の表面近接冷却マイクロチャネル３２と整列するように、ベース物品２０の外面２６上に配置される。表面近接冷却マイクロチャネル３２と開口２４の整列により、冷却用空気が内部冷却通路１８と表面近接冷却マイクロチャネル３２との間を流れることが可能になる。
【００３５】
予備焼結プリフォーム３０をベース物品２０に接合するには、予備焼結プリフォーム３０を、例えば非酸化性（真空又は不活性ガス）雰囲気内で、予備焼結プリフォーム３０の第２の合金を含む粒子（すなわち、よりも低い融解温度の粒子）を融解させることができる、例えば（組成に応じて）約２０５０°Ｆ〜約２３３６°Ｆ（約１１２０℃〜約１２８０℃）の範囲内の温度に、約１０〜約６０分の期間加熱する。この第２の合金粒子はその後ベース合金の粒子及びベース物品２０の外面２６を融解させ濡らすことにより、一緒に合金化する二相混合物を形成することができる。さらに、ベース合金と第２の合金の組合せを使用することにより、予備焼結プリフォーム３０は、ベース物品の外面２６の開口２４、又は予備焼結プリフォーム３０の第１の表面３６の表面近接冷却マイクロチャネル３２、又は表面近接冷却マイクロチャネル３２からの出口通路（複数のこともある）を、あるにしてもそれ程大きく塞ぐことはない。また、材料を充分に接合するためには、限定されることはないが誘導加熱、トーチ、オーブン又はその他の起源のような任意のタイプの加熱を利用し得ることが理解されよう。さらに幾つかの実施形態では、加熱は、加熱処理が表面領域に局在化されるように摩擦溶接によって達成され得る。
【００３６】
幾つかの実施形態では、小量の追加の低融点構成成分材料を予備焼結プリフォーム３０とベース物品２０の間に配置してろう付けの質を向上させることができる。その後、ベース物品２０と予備焼結プリフォーム３０を予備焼結プリフォーム３０の固相線温度以下に冷却して混合物を凝固させ、超合金ろう付け部を形成する。次に、ろう付け部に、約１９７５°Ｆ〜約２１００°Ｆ（約１０８０℃〜約１１５０℃）の温度で約３０分〜約４時間の持続時間の間加熱処理を施して、ベース合金及び第２の合金並びにベース物品２０の合金の粒子をさらに相互拡散させることができる。加熱処理後、ろう付け部の余分な材料を研磨又は任意の他の適切な方法で除去することができる。
【００３７】
幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム３０をベース物品２０に接合する前に、充填材料（図には示してない）を内部冷却通路１８内に一時的に配置して、内部冷却通路１８が詰まらないように保証し得る。かかる充填材料は任意の適切な手段で配置し得、内部冷却通路１８を一時的に詰まらせるのに適切な任意の材料を含み得る。例えば、充填材料は、予備焼結プリフォーム３０をベース物品２０に接合する際には融解しないが、その後、より高い温度での追加の加熱、選択した化学薬品の使用、又はその他任意の適切な方法によって除去することができる材料を含み得る。かかる実施形態は直径０．０３インチ（０．７６２ｍｍ）以下のようなより小さい内部冷却通路１８に特に適切である。
【００３８】
図２−４を参照すると、部品１０内に表面近接冷却マイクロチャネル３２を提供するための代表的な方法１００（図４）が示されている。この方法は、最初に、工程１１０において、予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）３０の第１の表面３６に表面近接冷却マイクロチャネル３２を形成することを含む。上述のように、表面近接冷却マイクロチャネル３２は既に焼結された予備焼結プリフォーム３０内に機械加工することができ、又は予備焼結プリフォーム３０がまだ軟らかい生の状態にあるときにその中に鋳造することができる。
【００３９】
この方法１００はさらに、工程１２０において、予備焼結プリフォーム３０の第１の表面３６をベース物品２０の外面２６上に配置することを含む。特に、予備焼結プリフォーム３０は、ベース物品２０の外面２６の開口２４が予備焼結プリフォーム３０の第１の表面３６の表面近接冷却マイクロチャネル３２と整列するように配置される。最後に、この方法は、工程１３０において、予備焼結プリフォーム３０を加熱してベース物品２０に接合することを含む。接合は、ベース物品２０の外面２６の開口２４が予備焼結プリフォーム３０の第１の表面３６の表面近接冷却マイクロチャネル３２と整列したまま残るようにして起こる。上述のように、加熱は、予備焼結プリフォーム３０をベース物品２０に充分接合するように任意の温度又は温度範囲で任意の時間行うことができる。さらに、工程１３０における接合は、誘導加熱、摩擦溶接などによって予備焼結プリフォームを加熱するといったような任意の適切な手段によって達成することができる。
【００４０】
、表面近接冷却マイクロチャネル３２は、最初に部品を予備焼結プリフォームに製作した後この予備焼結プリフォームをベース物品に接合することで部品中に形成することができるということが理解されよう。これにより、ベース物品の内部冷却通路を表面近接冷却マイクロチャネルと接続させて、冷却用空気がそれらの間に流れるようにすることが可能である。表面近接冷却マイクロチャネルを予備焼結プリフォーム中に製作することにより、かかる小さいチャネルを靱性の部品材料中に機械加工するという製作の困難性が緩和され得る。また、予備焼結プリフォームを使用することにより、予備焼結プリフォームとベース物品の接合で、全くないわけではないが、表面近接冷却マイクロチャネルの開口を有意に塞ぐことがない。
【００４１】
限られた数の実施形態のみに関連して本発明を詳細に説明して来たが、本発明がかかる開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明は、上で記載しなかったが本発明の思想と範囲内に入る任意の数の変動、変更、置換又は等価な配置を含むように改変することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について記載して来たが、本発明の様々な局面は記載した実施形態の幾つかのみを含み得ることが了解されよう。従って、本発明は、前記の説明により限定されることなく、後続の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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