(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｎｉ基単結晶超合金部品の直接リサイクル法を提供する。【解決手段】セラミックを含む遮熱コーティングで被覆されたＮｉ基単結晶超合金部品であって、遮熱コーティングの被覆層が損壊し、又はＮｉ基単結晶超合金に損傷が発生した場合の当該Ｎｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法であって、Ｎｉ基単結晶超合金の融点以上であってセラミックの融点未満の温度で、Ｎｉ基単結晶超合金部品を溶解する工程と、リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型３０の温度をＮｉ基単結晶超合金の溶解温度以上に加熱する工程と、鋳型に溶解したＮｉ基超合金を注湯して、メルティングストックを製造する、又はＮｉ基単結晶超合金を成長させる工程と、鋳型から前記メルティングストック又はリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を取り外す工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックを含む遮熱コーティングで被覆されたＮｉ基単結晶超合金部品であって、前記遮熱コーティングの被覆層が損壊し、又は前記Ｎｉ基単結晶超合金基材に損傷が発生した場合の当該Ｎｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法であって、
前記Ｎｉ基単結晶超合金の融点以上であって前記セラミックの融点未満の温度で、前記Ｎｉ基単結晶超合金部品を溶解する工程と、
リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型の温度を前記Ｎｉ基単結晶超合金の溶解温度以上に加熱する工程と、
メルティングストック用鋳型または前記リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型に前記溶解したＮｉ基超合金を注湯して、メルティングストックを製造させ、またはＮｉ基単結晶超合金を成長させる工程と、
前記メルティングストック用鋳型または前記リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型からメルティングストックまたはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を取り外す工程と、
を備えるＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法であって、
さらに、前記Ｎｉ基単結晶超合金部品のボンドコーティングを除く遮熱コーティング、またはボンドコーティングを含む遮熱コーティングを剥離する工程を有することを特徴とするＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法。
【請求項３】
耐酸化コーティングで被覆されたＮｉ基単結晶超合金部品またはコーティングされていないＮｉ基単結晶超合金部品であって、前記耐酸化コーティングの被覆層が損壊し、又は前記Ｎｉ基単結晶超合金基材に損傷が発生した場合の当該Ｎｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法であって、
前記Ｎｉ基単結晶超合金の融点以上で前記Ｎｉ基単結晶超合金部品を溶解する工程と、
リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型の温度を前記Ｎｉ基単結晶超合金の溶解温度以上に加熱する工程と、
メルティングストック用鋳型または前記リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型に前記溶解したＮｉ基超合金を注湯して、メルティングストックを製造させ、またはＮｉ基単結晶超合金を成長させる工程と、
前記メルティングストック用鋳型または前記リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型からメルティングストックまたはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を取り外す工程と、
を備えるＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法。
【請求項４】
請求項３に記載のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法であって、
さらに、前記耐酸化コーティングで被覆されたＮｉ基単結晶超合金部品の耐酸化コーティングを剥離する工程を有することを特徴とするＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法。
【請求項５】
前記リサイクルＮｉ基単結晶超合金の成長工程は、一方向凝固によって単結晶とする工程を含み、
さらに、前記リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品の溶体化処理と時効析出処理を行う工程を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法。
【請求項６】
さらに、前記リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を、ボンドコーティングおよびセラミックを含む遮熱コーティングで被覆する工程または耐酸化コーティングで被覆する工程を有することを特徴とする請求項５に記載のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法。
【請求項７】
前記リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品は、Ｎｉ基単結晶超合金のタービン動翼、タービンベーン、燃焼器ライナー、スプラッシュプレート、ダクトセグメント、又はタービンディスクの少なくとも一種類であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載のＮｉ基合金に代えて、Ｃｏ基合金、Ｃｒ基合金、Ｆｅ基合金、Ｎｂ基合金、Ｔａ基合金、Ｗ基合金、Ｍｏ基合金、貴金属基合金、各種セラミックスの少なくとも一種類よりなる単結晶材料を用いる単結晶部品のリサイクル方法。
【請求項９】
セラミックを含む遮熱コーティングで被覆されたＮｉ基一方向凝固超合金部品であって、前記遮熱コーティングの被覆層が損壊し、又は前記Ｎｉ基一方向凝固超合金基材に損傷が発生した場合の当該Ｎｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法であって、
前記Ｎｉ基一方向凝固超合金の融点以上であって前記セラミックの融点未満の温度で、前記Ｎｉ基一方向凝固超合金部品を溶解する工程と、
リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型の温度を前記Ｎｉ基一方向凝固超合金の溶解温度以上に加熱する工程と、
メルティングストック用鋳型または前記リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型に前記溶解したＮｉ基超合金を注湯して、メルティングストックを製造させ、またはＮｉ基一方向凝固超合金を成長させる工程と、
前記メルティングストック用鋳型または前記リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型からメルティングストックまたはリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品を取り外す工程と、
を備えるＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法であって、
さらに、前記Ｎｉ基一方向凝固超合金部品のボンドコーティングを除く遮熱コーティング、またはボンドコーティングを含む遮熱コーティングを剥離する工程を有することを特徴とするＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法。
【請求項１１】
耐酸化コーティングで被覆されたＮｉ基一方向凝固超合金部品またはコーティングされていないＮｉ基一方向凝固超合金部品であって、前記耐酸化コーティングの被覆層が損壊し、又は前記Ｎｉ基一方向凝固超合金基材に損傷が発生した場合の当該Ｎｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法であって、
前記Ｎｉ基一方向凝固超合金の融点以上で前記Ｎｉ基一方向凝固超合金部品を溶解する工程と、
リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型の温度を前記Ｎｉ基一方向凝固超合金の溶解温度以上に加熱する工程と、
メルティングストック用鋳型または前記リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型に前記溶解したＮｉ基超合金を注湯して、メルティングストックを製造させ、またはＮｉ基一方向凝固超合金を成長させる工程と、
前記メルティングストック用鋳型または前記リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型からメルティングストックまたはリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品を取り外す工程と、
を備えるＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法であって、
さらに、前記耐酸化コーティングで被覆されたＮｉ基一方向凝固超合金部品の耐酸化コーティングを剥離する工程を有することを特徴とするＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法。
【請求項１３】
さらに、前記リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品の溶体化処理と時効析出処理を行う工程を有することを特徴とする請求項９乃至１２の何れか１項に記載のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法。
【請求項１４】
さらに、前記リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品を、ボンドコーティングおよびセラミックを含む遮熱コーティングで被覆する工程または耐酸化コーティングで被覆する工程を有することを特徴とする請求項１３に記載のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法。
【請求項１５】
前記リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品は、Ｎｉ基一方向凝固超合金のタービン動翼、タービンベーン、燃焼器ライナー、スプラッシュプレート、ダクトセグメント、又はタービンディスクの少なくとも一種類であることを特徴とする請求項９乃至１４の何れか１項に記載のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法。
【請求項１６】
請求項９乃至１５の何れか１項に記載のＮｉ基合金に代えて、Ｃｏ基合金、Ｃｒ基合金、Ｆｅ基合金、Ｎｂ基合金、Ｔａ基合金、Ｗ基合金、Ｍｏ基合金、貴金属基合金、各種セラミックスの少なくとも一種類よりなる一方向凝固材料を用いる一方向凝固部品のリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一旦使用したＮｉ基単結晶超合金部品の廃材を用いて、超合金を精製して合金元素を回収することなく、再びＮｉ基単結晶超合金としてジェットエンジンやガスタービンなどのタービン動翼やタービンベーンなどに使用する場合に用いて好適なＮｉ基単結晶超合金部品の直接リサイクル法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｉ基単結晶超合金部品は、例えばジェットエンジンやガスタービンなどのタービン動翼やタービンベーンとして利用されている。例えばジェットエンジンでは、タービン入口ガス温度が１０００℃から１７００℃と、ニッケルの融点１４５３℃や鉄の融点１５３５℃に相当する高い温度となっている。一般にタービン入口ガス温度が高いほどエネルギー効率が高まり、燃料価格の上昇をエンジン効率の向上で相殺している。
【０００３】
ところで、タービン動翼やタービンベーンは通常、熱遮蔽コーティング及び内部空冷により超合金基材温度を１０００℃以下に抑えて用いるにも関わらず、消耗品として扱われている。例えばジェット機の離陸時に、砂塵などでジェットエンジン部品の熱遮蔽コーティングが剥離すると、タービン動翼やタービンベーンは飛行途中に損傷が進行する。損傷したタービン動翼やタービンベーンは、定期検査時に交換される。交換したタービン動翼やタービンベーンは、損傷が軽度であれば修理（後述する特許文献１、２、３、４で述べられているような再生処理を含む場合もある）し、損傷が重度であれば廃棄している。繰り返し修理はせいぜい数回程度が限度であるため、現在ではすべてのタービン動翼やタービンベーンが最終的には廃棄されている。
【０００４】
そこで、特許文献１では、クリープ損傷を受けた鋳造多結晶Ｎｉ基超合金製タービン動翼やタービンベーンの再生方法が提案されている。（以降、部品修理を目的として行われる処理を再生、修理不能となった部品を再度部品化することを目的として行われる処理をリサイクルと呼ぶ）また、特許文献２では、高温使用により強度が劣化した場合に、Ｎｉ基単結晶超合金材料に対して完全溶体化熱処理と時効熱処理を行うことで、単結晶材料の余寿命を延長することが提案されている。
特許文献１、２の再生方法は、Ｎｉ基単結晶超合金材料に対して、再生熱処理によって金属組織を再生する方法である。再生熱処理は、劣化した金属ミクロ組織を熱処理のみで元に戻す方法で、溶体化処理によって、劣化した組織をいったん消滅させた後、時効処理によって、再度健全な微細析出組織を再生する。しかし、タービン動翼やタービンベーンの損傷の程度が大きい場合には再生熱処理では対処不可能となり、廃棄するしかなかった。
【０００５】
さらに、特許文献３では、Ｎｉ基単結晶超合金部品が高温使用により強度劣化した場合に、若返り処理・再生処理・補修を行うに際して、一旦耐熱性の保護層を除去して、腐食層・酸化層・腐食生成物・酸化生成物の除去が行われると共に、耐熱性保護層のクラックも修理される。その後、耐熱性の保護層の再被覆を行なうことが提案されている。
そして、Ｎｉ基単結晶超合金部品では、合金基材の磨耗やクラックに対して、例えば特許文献４に示す方法で、単結晶を維持しながら、磨耗やクラックの補修が行われている。
しかし、最終的に製品寿命が尽きて使用済み廃材になると、特許文献１、２、３、４に提案されたような再生処理では再生不能であり、例えば特許文献５に示す方法で、部品素材から高いコストをかけて一部の高価な元素のみ精製している。精製された元素は、Ｎｉ基超合金の製造に限らず一般的目的で使用されている。
【０００６】
一般にＮｉ基超合金部品は、不純物元素の混入に対する感受性が高いことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。実際、従来の鋳造多結晶タービン動翼やタービンベーンなどでは、再溶解によりリサイクルされた超合金のクリープ特性、熱疲労特性、耐環境特性を保証できなかった。このため、一旦使用したＮｉ基超合金部品の再溶解による、超合金の組成をほぼ維持したままのリサイクルは、製品であるジェットエンジンやガスタービンを所有する航空会社や発電事業者においては、全く行われてこなかった。
【０００７】
Ｎｉ基超合金部品は、タンタル、レニウム、ルテニウム等の高価で希少なレアメタルを含有している場合がある。レアメタルは、価格面の問題ばかりでなく、資源国が偏在しているため、供給先を安定的に確保することが困難な場合がある。このため、新しく製品を製造しようとする場合には、レアメタルの価格変動と供給リスクの影響を受けて、顧客との約定価格で契約した納品時期に当該製品を提供するのが困難な事態がしばしば発生しており(例えば、２００７年のカザフスタンのレニウム輸出停止措置、非特許文献２参照)、価格安定化および安定供給が強く求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−１１９６６１号公報
【特許文献２】特許第３０６９５８０号明細書
【特許文献３】特表２０１０−５２０８１４号公報
【特許文献４】米国特許第６０２４７９２号明細書
【特許文献５】特表平１０−５０８６５７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】High Temperature Alloys for Gas Turbines and Other Applications 1986 (D. Reidel Publishing Company) D.p.787
【非特許文献２】レアメタルシリーズ2011  レニウムの需要・供給及び価格の動向  金属資源レポート  独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構  2011/11/30
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するもので、Ｎｉ基単結晶超合金部品のリサイクルコストの大幅削減とＮｉ基単結晶超合金部品を使用した高効率ガスタービン機関のライフタイムコストの大幅な削減が可能な、Ｎｉ基単結晶超合金部品の直接リサイクル法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明者らは鋭意研究を行ない、Ｎｉ基超合金において、不純物元素の混入によりタービン動翼やタービンベーンなどに要求されるクリープ特性、熱疲労特性、耐環境特性が維持できなかった理由を考察した。Ｎｉ基超合金では、これら不純物元素の結晶粒界への偏析が結晶粒界の弱化を招き合金強度を低下させることが、タービン動翼やタービンベーンなどに要求されるクリープ特性を維持できない原因である。他方、Ｎｉ基単結晶超合金は不純物元素の偏析サイトとなり強度劣化につながる結晶粒界を持たないことから、不純物元素混入に対してむしろ鈍感である可能性に着目しリサイクル方法の研究を進めた。この結果、ジェットエンジン部品やガスタービン部品を、直接再溶解によりリサイクルする方法を発明した。
【００１２】
本発明１のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法は、例えば図２に示すように、セラミックを含む遮熱コーティングで被覆されたＮｉ基単結晶超合金部品であって、遮熱コーティングの被覆層が損壊し、又はＮｉ基単結晶超合金基材に損傷が発生した場合の当該Ｎｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法であって、Ｎｉ基単結晶超合金の融点以上であってセラミックの融点未満の温度で、Ｎｉ基単結晶超合金部品を溶解する工程（Ｓ１０４）と、リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型の温度をＮｉ基単結晶超合金の溶解温度以上に加熱する工程（Ｓ１０６）と、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型に溶解したＮｉ基単結晶超合金を注湯して、鋳造原材料として用いる合金インゴット（以後メルティングストックと呼ぶ）を製造する工程またはＮｉ基単結晶超合金を成長させる工程（Ｓ１０８、Ｓ１１０）と、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型からメルティングストックまたはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を取り外す工程（Ｓ１１２）と、を備える。
【００１３】
このように構成された本発明１のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法では、回収したＮｉ基単結晶超合金部品は、その表面に不純物が存在する可能性があり、好ましくは洗浄を行う。ここで、遮熱コーティングの被覆層に生じる損壊には、剥がれ、浮き、欠損、焼結、溶融がある。Ｎｉ基単結晶超合金基材に生じる損傷には、クラック、変形、欠損、腐食、酸化層の生成、腐食生成物の付着、酸化生成物の付着、金属組織劣化、溶融の類型がある。
次に、Ｎｉ基単結晶超合金部品を溶解するが、溶解温度はＮｉ基単結晶超合金の融点以上であってセラミックの融点未満の温度とする。溶解温度の下限値は、Ｎｉ基超合金の融点である１３５０℃付近よりも高い必要があり、実用的な溶解速度が得られる温度、例えば１５００℃〜１６００℃とする。溶解温度の上限値は、セラミックがアルミナの場合の融点２０５０℃やジルコニアの融点２７２０℃よりも低い必要があり、他方で溶解温度を上げ過ぎると合金元素の蒸発が激しくなり組成制御が困難になるため、２０００℃以下が好ましい。溶解温度は、Ｎｉ基単結晶超合金部品の溶解速度が遅すぎないで、かつ、合金元素の蒸発が少なく組成制御が容易な範囲として、１４００℃から１７００℃の範囲がよく、特に好ましくは１５００℃から１６００℃の範囲である。
鋳型は、メルティングストック用またはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を鋳造するための形状を有する鋳型であって、単結晶部品鋳造にあたっては、Ｎｉ基単結晶超合金の溶解温度以上に加熱しておく。単結晶部品用鋳型温度は、Ｎｉ基単結晶超合金を成長させるのに適した温度がよく、温度が高すぎると凝固の制御が困難になるから、Ｎｉ基超合金の融点と比較して若干高い程度がよく、例えば１４００℃から１６００℃の範囲とし、特に好ましくは１４５０℃から１５００℃の範囲とする。
そして、鋳型に溶解したＮｉ基超合金を注湯して、メルティングストックとするか、あるいは単結晶部品とする。Ｎｉ基単結晶超合金は、母相であるγ相（Ｎｉ固溶体）中に、好ましくは６０〜７０ｖｏｌ％のγ’相（Ｎｉ３Ａｌを基本組成とするＬ１２規則相）が整合析出したミクロ組織を有し、整合界面が転位の移動を抑止することにより強化している。続いて、鋳型からメルティングストックまたはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を取り外す。
【００１４】
本発明２のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法は、例えば図２に示すように、本発明１のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法であって、さらに、Ｎｉ基単結晶超合金部品の遮熱コーティングを剥離する工程（Ｓ２０２）を有するとよい。好ましくは、本発明２のリサイクル方法では、Ｎｉ基単結晶超合金部品のボンドコーティングを除く遮熱コーティングを剥離しても、ボンドコーティングを含む遮熱コーティングを剥離しても良い。
このように構成された本発明２のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法では、リサイクルに使用するＮｉ基単結晶超合金部品について、遮熱コーティングが残留している場合は、これを剥離することで、遮熱コーティングに含まれるセラミックス又は金属元素の影響を低減している。
【００１５】
本発明３のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法は、耐酸化コーティングで被覆されたＮｉ基単結晶超合金部品またはコーティングされていないＮｉ基単結晶超合金部品であって、耐酸化コーティングの被覆層が損壊し、又はＮｉ基単結晶超合金基材に損傷が発生した場合の当該Ｎｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法であって、Ｎｉ基単結晶超合金の融点以上でＮｉ基単結晶超合金部品を溶解する工程と、リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型の温度をＮｉ基単結晶超合金の溶解温度以上に加熱する工程と、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型に溶解したＮｉ基超合金を注湯して、メルティングストックを製造させ、またはＮｉ基単結晶超合金を成長させる工程と、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型からメルティングストックまたはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を取り外す工程とを備える。
【００１６】
本発明４のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法は、本発明３のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法であって、さらに、耐酸化コーティングで被覆されたＮｉ基単結晶超合金部品の耐酸化コーティングを剥離する工程を有するとよい。
【００１７】
好ましくは、本発明５のリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品は、Ｎｉ基単結晶超合金の成長工程は、一方向凝固によって単結晶とする工程を含み、さらに、Ｎｉ基単結晶超合金部品の溶体化処理と時効析出処理を行う工程（Ｓ１２２、Ｓ１２４）を有するとよい。溶体化処理は、合金の強化相であるγ’相が、好ましくは完全に固溶体に溶解する温度以上に加熱して、十分な時間保持し均質化を行うと共に、急冷して粗大なγ’相の析出を阻止する熱処理をいう。溶体化処理では、例えば、１２５０℃〜１３８０℃で０．５時間乃至２０時間の熱処理後空冷する。時効析出処理は、硬さ、強さ又は耐食性などを増進させるために適切な温度で、溶体化処理（固溶化熱処理）済の製品を好ましくは均熱保持する熱処理をいう。時効処理として、例えば、１０５０℃〜１１５０℃で５時間乃至１０時間程度保持し、空冷した後、さらに例えば８５０℃〜９００℃で２０時間保持した後空冷の２段階熱処理を施す。
【００１８】
好ましくは、本発明６のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法は、さらに、リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を、ボンドコーティングおよびセラミックを含む遮熱コーティングで被覆する工程または耐酸化コーティングで被覆する工程（Ｓ１２６）を有するとよい。遮熱コーティングは、熱伝導率の低いセラミックスのトップコートと、基材の酸化を防止するボンドコーティングよりなる。ボンドコーティングには、Ａｌを多く含む金属コーティングや、耐酸化性と基材に対する拡散を抑制した平衡コーティング等が用いられる。
【００１９】
好ましくは、本発明７のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法は、Ｎｉ基単結晶超合金のタービン動翼、タービンベーン、燃焼器ライナー、スプラッシュプレート、ダクトセグメント、又はタービンディスクの少なくとも一種類に用いるとよい。
【００２０】
本発明のリサイクル方法の原理は、結晶粒界を有さず不純物元素の粒界偏析を原理的に起こさない単結晶合金では合金強度の不純物感受性が低下するという性質であり、他の合金系やセラミックスにも同様に適用可能である。
好ましくは、本発明８のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法は、本発明１乃至７の何れか１に記載のＮｉ基合金に代えて、Ｃｏ基合金、Ｃｒ基合金、Ｆｅ基合金、Ｎｂ基合金、Ｔａ基合金、Ｗ基合金、Ｍｏ基合金、貴金属基合金、各種セラミックスの少なくとも一種類よりなる単結晶材料を用いる。
【００２１】
主応力方向に結晶粒界を有さない一方向凝固材についても、主応力方向の合金強度の不純物感受性が低下するという性質が生かせるため、本発明のリサイクル方法が適用可能である。
本発明９のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法は、例えば図５に示すように、セラミックを含む遮熱コーティングで被覆されたＮｉ基一方向凝固超合金部品であって、遮熱コーティングの被覆層が損壊し、又はＮｉ基一方向凝固超合金基材に損傷が発生した場合の当該Ｎｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法であって、Ｎｉ基一方向凝固超合金の融点以上であってセラミックの融点未満の温度で、Ｎｉ基一方向凝固超合金部品を溶解する工程（Ｓ３０４）と、リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型の温度をＮｉ基一方向凝固超合金の溶解温度以上に加熱する工程（Ｓ３０６）と、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型に溶解したＮｉ基超合金を注湯して、メルティングストックを製造させ、またはＮｉ基一方向凝固超合金を成長させる工程（Ｓ３０８、Ｓ３１０）と、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型からメルティングストックまたはリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品を取り外す工程（Ｓ３１２）とを備える。
【００２２】
好ましくは、本発明１０のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法は、例えば図５に示すように、本発明９のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法であって、さらに、Ｎｉ基一方向凝固超合金部品のボンドコーティングを除く遮熱コーティング、またはボンドコーティングを含む遮熱コーティングを剥離する工程（Ｓ４０２）を有するとよい。
【００２３】
本発明１１のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法は、耐酸化コーティングで被覆されたＮｉ基一方向凝固超合金部品またはコーティングされていないＮｉ基一方向凝固超合金部品であって、耐酸化コーティングの被覆層が損壊し、又はＮｉ基一方向凝固超合金基材に損傷が発生した場合の当該Ｎｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法であって、Ｎｉ基一方向凝固超合金の融点以上でＮｉ基一方向凝固超合金部品を溶解する工程と、リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型の温度をＮｉ基一方向凝固超合金の溶解温度以上に加熱する工程と、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型に溶解したＮｉ基超合金を注湯して、メルティングストックを製造させ、またはＮｉ基一方向凝固超合金を成長させる工程と、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型からメルティングストックまたはリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品を取り外す工程とを備える。
【００２４】
好ましくは、本発明１２のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法は、本発明１１のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法であって、さらに、耐酸化コーティングで被覆されたＮｉ基一方向凝固超合金部品の耐酸化コーティングを剥離する工程を有するとよい。
【００２５】
好ましくは、本発明１３のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法は、さらに、リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品の溶体化処理と時効析出処理を行う工程（Ｓ３２２、Ｓ３２４）を有するとよい。
【００２６】
好ましくは、本発明１４のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法は、さらに、リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を、ボンドコーティングおよびセラミックを含む遮熱コーティングで被覆する工程または耐酸化コーティングで被覆する工程を有するとよい。
【００２７】
好ましくは、本発明１５のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法は、Ｎｉ基一方向凝固超合金のタービン動翼、タービンベーン、燃焼器ライナー、スプラッシュプレート、ダクトセグメント、又はタービンディスクの少なくとも一種類に用いるとよい。
【００２８】
好ましくは、本発明１６のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法は、本発明９乃至１５の何れか１に記載のＮｉ基合金に代えて、Ｃｏ基合金、Ｃｒ基合金、Ｆｅ基合金、Ｎｂ基合金、Ｔａ基合金、Ｗ基合金、Ｍｏ基合金、貴金属基合金、各種セラミックスの少なくとも一種類よりなる一方向凝固材料を用いる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のＮｉ基単結晶超合金部品の直接再溶解によるリサイクル方法は、従来の特許文献５に示す精製による合金元素回収リサイクル方法よりもはるかに低コストである。そこで、Ｎｉ基単結晶超合金部品のライフタイムコストが低下し、製造コストが普通鋳造合金や一方向凝固と比較して高くても、リサイクルコストが低廉であるため、Ｎｉ基単結晶超合金部品の普及が促進される。
【００３０】
また、既に製造済みのＮｉ基単結晶超合金部品が、レアメタルの損耗なくリサイクルできるので、レアメタルの供給先確保の問題が緩和されると共に、超合金を精製して合金元素を回収する場合に多量に発生する産業廃棄物処理の問題も緩和される利点がある。さらに、本発明のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法の普及によって、レアメタル需要と価格が安定するため、ガスタービンの高効率化に必須のＮｉ基単結晶超合金部品の普及が促進される。
また、本発明のＮｉ基単結晶超合金部品の直接再溶解によるリサイクル方法は、Ｎｉ基一方向凝固超合金部品にも同様に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、真空高周波溶解装置の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法を説明する流れ図である。
【図３】図３は、引張試験とクリープ試験の試験片形状の概略構成図である。
【図４】図４は、正規材とリサイクル材の比較電子顕微鏡写真である。
【図５】図５は、本発明のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法を説明する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を用いて本発明を説明する。
図１は、真空高周波溶解装置の概略構成図である。図において、真空高周波溶解装置は、溶湯るつぼ１０、鋳型加熱炉２０、鋳型３０、鋳型昇降機構（図示せず）、及び真空容器５０を有している。
溶湯るつぼ１０は、Ｎｉ基単結晶超合金部品を溶解するためのるつぼで、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックを素材としたるつぼが使用される。溶湯るつぼ１０は、例えば注ぎ口を有するコップ形状をしており、外周部に加熱用の高周波コイル１２が設けられている。誘導加熱は、交流電源につながれたコイルの中に導体を挿入すると、コイルと導体は非接触にもかかわらず、導体が表面から加熱される現象を用いる加熱方法で、うず電流と導体の電気抵抗で発生するジュール熱を用いている。
【００３３】
鋳型加熱炉２０は、溶湯受け口２１、蓋部断熱部２２、蓋部発熱部２３、周壁高周波コイル２４、周壁断熱部２５、周壁発熱部２６、底周縁発熱部２７、底周縁断熱部２８、底面断熱部２９を有している。溶湯受け口２１は、溶湯るつぼ１０から注がれる溶湯を、鋳型３０に注ぎ込むための案内部である。蓋部発熱部２３、周壁発熱部２６、底周縁発熱部２７は、鋳型加熱炉２０の炉内温度を溶湯が維持される温度に加熱するための発熱体で、周壁高周波コイル２４による誘導加熱を用いている。蓋部断熱部２２、周壁断熱部２５、底周縁断熱部２８、底面断熱部２９は、鋳型加熱炉２０の炉内に設置される鋳型３０をＮｉ基単結晶超合金の溶解温度に保持するために用いる。
【００３４】
鋳型３０は、メルティングストック又はリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を鋳造するための形状を有する鋳型であって、単結晶部品用鋳型はＮｉ基単結晶超合金の溶解温度以上に加熱しておく。メルティングストック用の場合は、鋳型３０は通常の砂型でよいが、精密鋳造法やロストワックス法を用いてもよい。タービン動翼やタービンベーン用の場合では、出来上がった製品に格段に寸法精度、表面粗さが要求されるために、鋳型３０は例えばロストワックス法のような精密鋳造法を用いて製作される。精密鋳造法は鋳型に金型を用いない方法で、鋳型材料を流動性のよいスラリーとすることで、模型の複雑な形状を鋳造できる。ロストワックス法は、模型にろうを用い、模型を複数の耐火物層で包んだ後、模型のろうを溶出又は焼却して鋳型を作る方法である。
【００３５】
セレクタ部３２は、直径数ｍｍ程度の細長い管で、鋳型３０とチルプレート（冷却板）３８の間に設けられており、一つの結晶方位だけを選択して成長させて、Ｎｉ基超合金の単結晶とする。鋳型内溶湯部３４は、鋳型３０内のＮｉ基超合金の溶湯である。基部凝固部３６は、チルプレート３８によって凝固したリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品の基部である。チルプレート３８は、例えば水冷銅盤を用いる。
【００３６】
鋳型昇降機構は、チルプレート３８に乗った鋳型３０を昇降する。単結晶凝固したリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品は、鋳型加熱炉から鋳型を下方に引出し、ふく射放熱で冷却し、下部から上方に向かって凝固させる改良ブリッジマン法で製造される。冷却には、気体または液体と接触させることによる伝導冷却を併用しても良い。真空容器５０は、溶湯るつぼ１０、鋳型加熱炉２０、鋳型３０、鋳型昇降機構を収容する密閉容器で、リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品の鋳造を全て真空中で行なうことができる。
【００３７】
リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品の凝固組織は、固液界面の温度勾配と凝固速度の組み合わせに影響される。健全な単結晶組織を経済的に実現させるためには高速凝固法を採用する。この組み合わせを適正にすることで、粒界割れや等軸晶が発生せず、デンドライト間隔が細かい組織を得る。
リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品の鋳造では、温度勾配が小さいと、異結晶やフレッケル等の欠陥が発生するため、凝固界面での温度勾配をできるだけ大きくして、単結晶を安定して成長させる。
【００３８】
このように構成された真空高周波溶解装置を用いて、リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を製造する方法を次に説明する。
図２は、本発明のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法を説明する流れ図で、図１の装置を用いる場合を示している。まず、リサイクル対象となるＮｉ基単結晶超合金部品を用意する（Ｓ１００）。このリサイクル対象部品は、以下の類型のものである。
（ｉ）セラミックを含む遮熱コーティングで被覆されたＮｉ基単結晶超合金部品であって、遮熱コーティングの被覆層が損壊し、又はＮｉ基単結晶超合金基材に損傷が発生したもの、
（ｉｉ）耐酸化コーティングが被覆されたＮｉ基単結晶超合金部品であって、耐酸化コーティングの被覆層が損壊し、またはＮｉ基単結晶超合金基材に損傷が発生したもの、
（ｉｉｉ）コーティングされていないＮｉ基単結晶超合金部品であって、Ｎｉ基単結晶超合金基材に損傷が発生したもの、
（ｉｖ）上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）に該当するものであって、ガスタービンでの継続使用が技術的・経済的に困難なもの、または修理するよりも本特許に示されているリサイクル法を用いる方が経済的に優位であると判断されるものである。
【００３９】
まず、リサイクル対象部品であるＮｉ基単結晶超合金部品の表面を好ましくは洗浄する（Ｓ１０２）。そしてリサイクル対象部品を乾燥させる。次に、リサイクル対象部品を溶湯るつぼ１０に投入して、Ｎｉ基単結晶超合金の融点以上であってセラミックの融点未満の温度で、Ｎｉ基単結晶超合金部品を溶解する（Ｓ１０４）。他方で、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型３０を鋳型加熱炉２０内に置き、鋳型加熱炉２０によって鋳型３０の温度をＮｉ基単結晶超合金の溶解温度以上に加熱する（Ｓ１０６）。そして、溶湯るつぼ１０の溶解したＮｉ基超合金を鋳型３０に注湯する（Ｓ１０８）。鋳型昇降機構とチルプレート３８を用いて、鋳型３０内でＮｉ基単結晶超合金を成長させる（Ｓ１１０）。そして、鋳型３０からリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を取り外す（Ｓ１１２）。メルティングストックへとリサイクルする場合は、上記鋳型加熱工程（Ｓ１０６）と単結晶成長工程（Ｓ１１０）を省略し、凝固したメルティングストックを取り出す（Ｓ１１２）ことができる。
【００４０】
なお、リサイクル対象部品を前処理してもよい。すなわち、リサイクル対象部品の遮熱コーティングを剥離し（Ｓ２０２）、次にリサイクル対象部品の表面を洗浄する（Ｓ２０４）。続いて、上述のＳ１０４〜Ｓ１１２と同様の処理を続ける。即ち、リサイクル対象部品を溶湯るつぼ１０に投入して、Ｎｉ基単結晶超合金の融点以上でＮｉ基単結晶超合金部品を溶解する（Ｓ２０６）。他方で、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳型３０を鋳型加熱炉２０内に置き、鋳型加熱炉２０によって鋳型３０の温度をＮｉ基単結晶超合金の溶解温度以上に加熱する（Ｓ２０８）。そして、溶湯るつぼ１０の溶解したＮｉ基超合金を鋳型３０に注湯する（Ｓ２１０）。鋳型昇降機構とチルプレート３８を用いて、鋳型３０内でＮｉ基単結晶超合金を成長させる（Ｓ２１２）。そして、鋳型３０からリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を取り外す（Ｓ２１４）。メルティングストックへとリサイクルする場合は、上記鋳型加熱工程（Ｓ２０８）と単結晶成長工程（Ｓ２１２）を省略し、凝固したメルティングストックを取り出す（Ｓ２１４）ことができる。
【００４１】
このようにすると、リサイクル対象部品の遮熱コーティングの材質が、メルティングストックまたはリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品の性質に悪影響を与える場合でも、当該影響を少なくできる。このリサイクル方法では、ボンドコーティングを除く遮熱コーティングもしくはボンドコーティングを含む遮熱コーティングを剥離しても良く、また、耐酸化コーティングのみを施してあるＮｉ基単結晶超合金部品にそのまま、もしくは耐酸化コーティングを剥離して適用しても良く、コーティングされていないＮｉ基単結晶超合金部品にそのまま適用しても良い。
【００４２】
メルティングストックへとリサイクルする場合には、Ｓ１１２やＳ２１４で出来上がったメルティングストックを貯蔵する（Ｓ１１４、Ｓ２１６）。メルティングストックよりリサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を製造するには、目的とするタービン動翼やタービンベーンなどの形状に対応した鋳型を準備して、真空高周波溶解装置を用いて、再度溶湯るつぼ１０で溶解して（Ｓ１２０）、一方向凝固させて単結晶とする。
【００４３】
リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品が、Ｎｉ基単結晶超合金のタービン動翼やタービンベーンなどの場合には、リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品の溶体化処理を行い（Ｓ１２２）、次に時効析出処理（Ｓ１２４）を行う。この溶体化処理と時効析出処理により、強化相（γ′相）が適切なサイズ・形状になる。続いて、リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品を、必要に応じて、セラミックを含む遮熱コーティングもしくは耐酸化コーティングで被覆する（Ｓ１２６）。
【実施例】
【００４４】
Ｎｉ基単結晶超合金の実施例として、ＰＷＡ１４８４（登録商標）材製のジェットエンジン使用済みＨＰＴ動翼を真空中で直接高周波溶解し、単結晶試験片を鋳造した（以後リサイクル材と呼称する）。比較材として、Ｎｉ基単結晶超合金ＰＷＡ１４８４材の純正メルティングストックを用いて単結晶試験片を鋳造した（以後純正材と呼称する）。
これらを用いて、機械強度比較のための引張試験、高温強度比較のためクリープ試験を行った。結果を表１および表２に示す。クリープ試験の試験片の形状は、図３に示すとおりである。即ち、試験片５０はクリープ試験機に固定するための基部５２と、両端の基部５２に挟まれた中間部５４を有している。中間部５４は、長さＬが２０ｍｍで、直径Ｄが４ｍｍの丸棒形状である。
【００４５】
【表１】
2014070231.tif 000003
【００４６】
【表２】
2014070231.tif 000004
【００４７】
表１の引張試験では、リサイクル材が純正材よりも高い引張強度、伸び、および絞りを示した。表２のクリープ試験では、リサイクル材が純正材よりも高いクリープ寿命、および絞りを示した。また、リサイクル材の伸びは実用上十分な値を示している。これらの結果から、本発明のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法が有効であることが確認された。
【００４８】
図４は、正規材とリサイクル材の比較電子顕微鏡写真で、倍率５０００倍の図である。Ｎｉ基単結晶超合金は母相であるγ相（Ｎｉ固溶体）中にγ’相（Ｌ１２規則相）が整合析出したミクロ組織を有しているが、正規材とリサイクル材でこのミクロ組織に大きな差異は見られない。
なお、実施例に用いたＮｉ基単結晶超合金ＰＷＡ１４８４材は、代表的なＮｉ基単結晶超合金の一つであり、他の類似単結晶超合金、例えばＣＭＳＸ−４（登録商標）、Ｒｅｎｅ−Ｎ６（登録商標）、ＣＭＳＸ−１０（登録商標）等と同様の、添加元素、ミクロ組織、強化機構等を有している。
【００４９】
続いて、本発明の実施の形態として、リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品を製造する方法を次に説明する。リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品は、図１に示した真空高周波溶解装置を用いて製造する。なお、前述の真空高周波溶解装置の説明において、その性質に反しない限り、Ｎｉ基単結晶超合金とあるのをＮｉ基一方向凝固超合金と読み替える。即ち、リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型の形状は、リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品用鋳造と比較して、セレクタ部３２の設けられていない点を除いて、同じである。
図５は、本発明のＮｉ基一方向凝固超合金部品のリサイクル方法を説明する流れ図で、図１の装置を用いる場合を示している。まず、リサイクル対象となるＮｉ基一方向凝固超合金部品を用意する（Ｓ３００）。
【００５０】
まず、リサイクル対象部品であるＮｉ基一方向凝固超合金部品の表面を好ましくは洗浄する（Ｓ３０２）。そしてリサイクル対象部品を乾燥させる。次に、リサイクル対象部品を溶湯るつぼ１０に投入して、Ｎｉ基一方向凝固超合金の融点以上であってセラミックの融点未満の温度で、Ｎｉ基一方向凝固超合金部品を溶解する（Ｓ３０４）。他方で、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型３０を鋳型加熱炉２０内に置き、鋳型加熱炉２０によって鋳型３０の温度をＮｉ基一方向凝固超合金の溶解温度以上に加熱する（Ｓ３０６）。そして、溶湯るつぼ１０の溶解したＮｉ基超合金を鋳型３０に注湯する（Ｓ３０８）。鋳型昇降機構とチルプレート３８を用いて、鋳型３０内でＮｉ基一方向凝固超合金を成長させる（Ｓ３１０）。そして、鋳型３０からリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品を取り外す（Ｓ３１２）。メルティングストックへとリサイクルする場合は、上記鋳型加熱工程（Ｓ３０６）と単結晶成長工程（Ｓ３１０）を省略し、凝固したメルティングストックを取り出す（Ｓ３１２）ことができる。
【００５１】
なお、リサイクル対象部品を前処理してもよい。すなわち、リサイクル対象部品の遮熱コーティングを剥離し（Ｓ４０２）、次にリサイクル対象部品の表面を洗浄する（Ｓ４０４）。続いて、上述のＳ３０４〜Ｓ３１２と同様の処理を続ける。即ち、リサイクル対象部品を溶湯るつぼ１０に投入して、Ｎｉ基一方向凝固超合金の融点以上でＮｉ基一方向凝固超合金部品を溶解する（Ｓ４０６）。他方で、メルティングストック用鋳型またはリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品用鋳型３０を鋳型加熱炉２０内に置き、鋳型加熱炉２０によって鋳型３０の温度をＮｉ基一方向凝固超合金の溶解温度以上に加熱する（Ｓ４０８）。そして、溶湯るつぼ１０の溶解したＮｉ基超合金を鋳型３０に注湯する（Ｓ４１０）。鋳型昇降機構とチルプレート３８を用いて、鋳型３０内でＮｉ基一方向凝固超合金を成長させる（Ｓ４１２）。そして、鋳型３０からリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品を取り外す（Ｓ４１４）。メルティングストックへとリサイクルする場合は、上記鋳型加熱工程（Ｓ４０８）と単結晶成長工程（Ｓ４１２）を省略し、凝固したメルティングストックを取り出す（Ｓ４１４）ことができる。
【００５２】
このようにすると、リサイクル対象部品の遮熱コーティングの材質が、メルティングストックまたはリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品の性質に悪影響を与える場合でも、当該影響を少なくできる。このリサイクル方法では、ボンドコーティングを除く遮熱コーティングもしくはボンドコーティングを含む遮熱コーティングを剥離しても良く、また、耐酸化コーティングのみを施してあるＮｉ基一方向凝固超合金部品にそのまま、もしくは耐酸化コーティングを剥離して適用しても良く、コーティングされていないＮｉ基一方向凝固超合金部品にそのまま適用しても良い。
【００５３】
メルティングストックへとリサイクルする場合には、Ｓ３１２やＳ４１４で出来上がったメルティングストックを貯蔵する（Ｓ３１４、Ｓ４１６）。メルティングストックよりリサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品を製造するには、目的とするタービン動翼やタービンベーンなどの形状に対応した鋳型を準備して、真空高周波溶解装置を用いて、再度溶湯るつぼ１０で溶解して（Ｓ３２０）、一方向凝固させて一方向凝固部品とする。
【００５４】
リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品が、Ｎｉ基一方向凝固超合金のタービン動翼やタービンベーンなどの場合には、リサイクルＮｉ基一方向凝固超合金部品の溶体化処理を行ない（Ｓ３２２）、次に時効析出処理（Ｓ３２４）を行う。この溶体化処理と時効析出処理により、強化相（γ′相）が適切なサイズ・形状になる。続いて、必要に応じて、セラミックを含む遮熱コーティングもしくは耐酸化コーティングで被覆する（Ｓ３２６）。
【００５５】
上記実施の形態においては、実施例としてＮｉ基単結晶超合金およびＮｉ基一方向凝固超合金のリサイクル方法を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｃｏ基合金、Ｃｒ基合金、Ｆｅ基合金、Ｎｂ基合金、Ｔａ基合金、Ｗ基合金、Ｍｏ基合金、貴金属基合金、各種セラミックス等の様々な単結晶材料および一方向凝固材料にも適用できる。これは、本発明のリサイクル方法の原理は、結晶粒界を有せず不純物元素の粒界偏析を原理的に起こさない単結晶超合金では合金強度の不純物感受性が低下するという性質であり、これらの合金系やセラミックスにも同様に適用可能なためである。
【００５６】
また、上記実施の形態においては、メルティングストックへのリサイクル並びに、リサイクルＮｉ基単結晶超合金部品としてタービン動翼又はタービンベーンの場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃焼器ライナー、スプラッシュプレート、又はタービンディスク等の、タービン動翼やタービンベーン、又はダクトセグメント等に比較して大型な部品であっても、真空高周波溶解装置を用いて単結晶部品や一方向凝固部品とすることで、適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のＮｉ基単結晶超合金部品のリサイクル方法によれば、初期の製造コストが普通鋳造合金や一方向凝固合金と比較して高くても、保守維持費に係るリサイクルコストが低廉であるため、Ｎｉ基単結晶超合金部品のライフタイムコストが低下し、Ｎｉ基単結晶超合金部品の普及が促進される。
また、既に製造済みのＮｉ基単結晶超合金部品が、レアメタルの損耗なくリサイクルできるので、レアメタルの供給先確保の問題が緩和されると共に、超合金を精製して合金元素を回収する場合に多量に発生する産業廃棄物処理の問題も緩和される利点がある。
さらに、本発明のＮｉ基単結晶超合金部品の直接再溶解によるリサイクル方法は、Ｎｉ基一方向凝固超合金部品、他の単結晶材料部品および他の一方向凝固材料部品にも同様に適用される。
【符号の説明】
【００５８】
１０  溶湯るつぼ
２０  鋳型加熱炉
３０  鋳型
５０  真空容器
【図１】
2014070231.tif 000005
【図２】
2014070231.tif 000006
【図３】
2014070231.tif 000007
【図４】
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【図５】
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