(57)【要約】方向性ミクロ組織の母材を有する部品（１）の本発明に基づく修復方法において、修復が、修復すべき個所（３）が周囲の母材と同じ方向性ミクロ組織を有するように行われる。ろう（７）が、修復すべき箇所（３）の領域に付着され、入熱手段（９）によって部品（１）にろう付けされる。その入熱作用中、修復すべき箇所（３）の領域に温度勾配が生成され、即ち、高温から低温までの温度経過が生成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性ミクロ組織の母材を有する部品（１）を修復する方法において、
修復すべき箇所（３）の領域に、ろう付け温度が母材の溶融温度より少なくとも３０℃低い少なくとも１つの成分を有するろう（７、１７）が付着され、続いてそのろう（７、１７）が、入熱作用によって部品（１）に前記ろう付け温度でろう付けされ、その入熱作用中に、修復すべき箇所（３）の領域の温度勾配が、修復すべき箇所（３）の領域に方向性ミクロ組織を生成するために、修復済み個所（３）が周囲の母材と同じ方向性のミクロ組織を有するように調整されることを特徴とする方向性ミクロ組織の母材を有する部品を修復する方法。
【請求項２】
ろう（７、１７）のろう付け温度と部品（１）の母材の溶融温度との差が、少なくとも５０℃であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ろう（７、１７）のろう付け温度と部品（１）の母材の溶融温度との差が、少なくとも７０℃であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ろう（７、１７）のろう付け温度と部品（１）の母材の溶融温度との差が、７０℃±４℃であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
はじめに、ろう（７、１７）が完全に付着され、それから、完全に溶融されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
入熱作用が電子ビームで特に真空中で行われることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
部品（１）がニッケル基あるいはコバルト基の超合金から成り、特に登録商標「ＲＥＮＥ  Ｎ５」、「ＰＷＡ１４８３」又は「ＰＷＡ１４８４」から成っていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
温度勾配が、部品（１）の母材の方向性ミクロ組織の組織の方向に合わされることを特徴とする請求項１、５、６、７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
ろう（１７）が、部品（１）の母材の溶融温度より低い溶融温度を有する第１成分と、第１成分の溶融温度よりは高いが母材の溶融温度以下の溶融温度と高い抵抗性を有する第２成分とを有し、母材近くのろう（１７）内の第１成分含有率が母材から離れた領域（１９）におけるよりも高くなるように、ろう（１７）が修復すべき個所の領域に付着されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
温度勾配が、光学式加熱工程あるいは誘導式加熱工程によって形成されることを特徴とする請求項１、８、９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
温度勾配が、方向性ミクロ組織を有する鋳造品を製造するための鋳造炉によって形成されることを特徴とする請求項１、８、９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
母材の熱処理が、ろう（７、１７）のろう付け工程に組み入れられていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
ろう（７、１７）の粉末が、一部が、特に全部が、ナノ粉末から成っていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
ろう（７、１７）が、ペースト、軟泥あるいは薄膜の形で、修復すべき個所（３）の上あるいは中に付着されることを特徴とする請求項１または５に記載の方法。
【請求項１５】
入熱作用が修復すべき個所（３）の領域に局所的に行われることを特徴とする請求項１、５、６、８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
ろう（７）が１つの成分しか有していないことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
修復すべき箇所（３）が１μｍ〜１０００μｍの幅（ｂ）を有することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
レーザ出力あるいは電子ビーム出力が、ろう（７、１７）を少なくとも溶融するように設計されていることを特徴とする請求項１または５に記載の方法。
【請求項１９】
レーザビームあるいは電子ビームの送り速度あるいは保持時間が、ろう（７、１７）が修復すべき箇所（３）の領域でデンドライト（樹枝状結晶）状に凝固するように設計されていることを特徴とする請求項１または１８に記載の方法。
【請求項２０】
温度勾配が、ろう（７、１７）のろう付け温度と部品（１）の温度とにより決定され、特に部品（１）の温度が３００℃あるいは室温であることを特徴とする請求項１、５、６、８、１０、１８、１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
修復すべき箇所（３）が１μｍ〜５００μｍの幅（ｂ）を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
修復すべき箇所（３）が４００μｍ〜６００μｍ、特に５００μｍの幅（ｂ）を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
修復すべき箇所（３）が５００μｍ〜１０００μｍ、特に７５０μｍの幅（ｂ）を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
修復すべき箇所（３）が５００μｍ〜７５０μｍの幅（ｂ）を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
修復すべき箇所（３）が７５０μｍ〜１０００μｍの幅（ｂ）を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
入熱作用がレーザビームで、特に真空中で行われることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、８、１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】
請求項１ないし２６のいずれか１つに記載の方法で製造されたことを特徴とする部品。
【請求項２８】
部品（１、１２０、１３０、１５５）が、ろう（７、１７）で局所的に修復された方向性組織を有する箇所（３）を有し、修復すべき箇所（３）が１μｍ〜１０００μｍの幅（ｂ）を有することを特徴とする請求項２７に記載の部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載の方向性ミクロ組織の母材を有する部品の修復方法および請求項２７に記載の部品に関する。
【０００２】
タービンの部品（部材）は今日においてほとんど方向性ミクロ組織の母材で作られている。ここで、方向性ミクロ組織の材料とは、特に単結晶組織材料および結晶粒の伸びが共通の優先方向を有する結晶粒組織材料である。例えば結晶粒は所定の優先方向において残りの方向よりも大きな寸法を有する。かかる粒組織を有する部品は方向性凝固（directional solidified）部品とも呼ばれる。
【０００３】
例えばタービン翼のように大きく負荷される部品は、運転中に大きな熱的および機械的負荷を受け、これらの負荷は材料疲労を生じさせ、その結果、割れを生じさせることがある。方向性ミクロ組織を有する母材からの部品の製造は高価な経費がかかるので、一般に、かかる部品に損傷が生成した際には、それを修復する努力が払われている。これによって、機能性が回復され、その部品は更改期間にわたり採用できる。
【０００４】
損傷部品の修復方式としては例えばろう付けがある。このろう付けの場合、ろうが損傷の領域において部品の材料上に、即ち、母材上に付着され、入熱作用によって母材に結合される。しかし従来通常の方法では、ろう付け後、ろう材は単結晶組織も方向性凝固組織も有していない。不規則な組織は方向性ミクロ組織に比べて（特に高温領域において）悪い材料特性を有し、このために、ろう付け箇所が周囲の母材より悪い材料特性を有することになる。
【０００５】
方向性ミクロ組織を有する破損した部品を修復するために、溶接済み組織内にも方向性ミクロ組織が生成される溶接法が利用される。かかる溶接法は例えば欧州特許出願公開第０８９０９０号明細書に開示されている。
【０００６】
他の方法ないし利用されるろう粉末は、米国特許第６２８３３５６号明細書、米国特許第４７０５２０３号明細書、米国特許第４９００３９４号明細書、米国特許第６５６５６７８号明細書、米国特許第４８３０９３４号明細書、米国特許第４８７８９５３号明細書、米国特許第５６６６６４３号明細書、米国特許第６４５４８８５号明細書、米国特許第６５０３３４９号明細書、米国特許第５５２３１７０号明細書、米国特許第４８７８９５３号明細書、米国特許第４９８７７３６号明細書、米国特許第５８０６７５１号明細書、米国特許第５７８３３１８号明細書、米国特許第５８７３７０３号明細書で知られている。
【０００７】
米国特許第６０５０４７７号明細書に２個の部材要素を結合する方法が開示されている。その場合、ろうが両部材要素間に大きな面積で付着され、同じ方向性のミクロ組織を生成するために、温度勾配が利用されている。
【０００８】
米国特許出願公開第２００３／００７５５８７号明細書に、方向性凝固ミクロ組織を有する部品の修復方法が開示されているが、その修復箇所は、修復すべき部品と同じミクロ組織を有していない。
【０００９】
米国特許第６４９５７９３号明細書にニッケル基超合金に対する溶接修復方法が開示されている。その場合、レーザが利用され、そのレーザが材料供給機構を介して供給される材料を溶融する。さらに、溶接工程中に母材が溶融される。しかし、部品あるいは修復箇所のミクロ組織については言及していない。
【００１０】
欧州特許出願公開第１２５８５４５号明細書に、温度勾配を利用しないろう付け方法が開示されている。
【００１１】
欧州特許出願公開第１３４０５６７号明細書に、修復すべき既に溶融された箇所に補助材料が供給される溶接方法が開示されている。ここでも同様に、母材が溶融される。方向性ミクロ組織を有する部品を処理するために、同様に温度勾配が利用されている。
【００１２】
米国特許第４８７８９５３号明細書に、方向性ミクロ組織を有する部品を修復する溶接法が開示されている。その場合、修復箇所上に材料が粉末によって付着され、この箇所が微細結晶粒ミクロ組織を有する。ここでも同様に、母材が溶融される。
【００１３】
しかし溶接方法は修復すべき部品の母材を常に溶融する。従って、母材の溶融のために方向性組織の完全性が失われるので、部品の方向性組織領域が溶融されてはならない。従って、方向性ミクロ組織を有する部品は、損傷が部品の方向性組織領域に存在しないときにしか、溶接法によって修復できない。これに対して、損傷が部品の方向性組織領域に存在するとき、この部品は修復不能部品として申告され、健全部品と交換される。
【００１４】
本発明の課題は、方向性ミクロ組織の母材を有する損傷部品が、その損傷が部品の方向性組織領域に存在しているときも修復できる、方向性ミクロ組織の母材を有する部品の修復方法とその修復済み部品を提供することにある。
【００１５】
この課題は請求項１に記載の方法および請求項２７に記載の部品によって解決される。従属請求項に記載されている本発明の有利な実施態様は、任意に互いに有利に組み合わせることができる。
【００１６】
方向性ミクロ組織の母材を有する部品の本発明に基づく修復方法において、修復は、修復済み個所が周囲の母材と同じ方向性ミクロ組織を有するように行われる。その母材は特にニッケル基の材料である。本発明に基づく方法において、ろうが修復すべき箇所の領域に付着され、入熱作用によって部品にろう付けされる。その入熱作用中、修復すべき箇所の領域に、温度勾配が、即ち、高温から低温への温度経過が生成する。
【００１７】
ろう付け工程中に、母材ではなく、ろうだけが溶融され、再び凝固され、その場合、ろうは母材と結合し、これにより、本発明に基づく修復方法は、母材の良好な材料特性を害することなしに、部品の方向性組織領域にも利用できる。その温度勾配によって、ろうのエピタキシャル成長と凝固が得られ、即ち、凝固時のろうの結晶方向が基材、即ち、母材の組織方向によって決定される成長が得られる。従って、この温度勾配は、単結晶ろう領域の生成を可能とし、あるいは、無指向性ミクロ組織に対比して改善された類似の材料特性を有するろう付け済みろうにおける第２の方向性ミクロ組織の生成を可能とする。その方向性成長は、温度勾配の方向に、即ち、低温から高温に向けて行われる。方向性成長およびそれに伴う方向性ミクロ組織のために、ろう付け済みろうは部品の母材に類似した良好な材料特性を有する。
【００１８】
好適には、本発明に基づく修復方法における温度勾配は、それが部品の母材の方向性ミクロ組織の組織の方向となるように生成される。このようにして、母材の方向性ミクロ組織の組織方向における凝固ろうの方向性成長が達成できる。
【００１９】
本発明に基づく方法の有利な実施態様において、ろうは、部品の母材の溶融温度より低く、特に著しく低い溶融温度を有する第１成分と、第１成分の溶融温度よりは高いが母材の溶融温度以下の高い溶融温度と高い強度を有する第２成分とを有している。本発明のこの実施態様において、ろうは、場所的に母材に近いろう内の第１成分含有率が、母材から離れた領域におけるよりも高くなるように、修復すべき個所の領域に、付着される。本発明のこの実施態様において、低い溶融温度の第１成分は、ろうと母材との結合部を形成するために用いられ、高い溶融温度の第２成分はろう付け済みろうの抵抗性（強度）を生成させるために用いられる。ろうが母材の領域でより高い第１成分含有率を有することによって、ろう付け済みろうと母材との良好な結合部を形成できる。他方では、母材から離れた領域に、比較的多量の第２成分、即ち、高い抵抗性の成分が存在し、これにより、後での部品の運転中に大きく負荷されるろう付け箇所の領域が、高い抵抗性を有する。
【００２０】
本発明に基づく方法において、入熱作用を実施するために、ろう付けすべき箇所の領域に、即ちろうに、温度勾配を形成する働きをするあらゆる加熱工程が利用できる。例えば、レーザあるいは通常の照明装置による光学式加熱工程あるいは例えば加熱コイルによる誘導式加熱工程が利用される。あるいはまた、方向性凝固ミクロ組織を有する鋳造品を製造するための鋳造炉も利用できる。
【００２１】
誘導式加熱のために、例えばいわゆる「ホット  ボックス」を利用することもできる。ここで「ホット  ボックス」とは、修復すべき部品を収容するための収容部と、この収容部内に移動可能に配置され部品を局所的に加熱する誘導コイルとを備えた装置を意味する。その収容部は、ろう付け工程中に不活性ガス例えばアルゴンガスで浸される。
【００２２】
本発明に基づく方法の他の実施態様において、母材の熱処理が、ろうのろう付け工程に組み入れられている。これによって、修復と同時に、母材特性の再生（若返り）が実現される。
【００２３】
以下の図を参照しての実施例の説明から、本発明の他の特徴、特性および利点が理解できる。
【００２４】
図１ａは破損した部品１を概略的に示している。
【００２５】
部品１の母材は、好適にはニッケル基の合金であり、図では対角線的に延びる短い線で示されている方向性ミクロ組織を有している。部品１の損傷３は表面５の領域に存在し、図では窪みとして示されている。
【００２６】
破損した部品１を修復するために、予め浄化された損傷箇所３の上に、この実施例では好適に粉末の形をしたろう７が付着され、続いて、入熱作用によって部品１の母材にろう付けされる（図１ｂ）。好適には、必要なろう７の総量が、特に予め浄化された損傷箇所３に、場合によっては僅かに余分に入れられ、特に溶融中には段階的に加えられない。好適には、ろう７は溶融前に損傷箇所３に押し込められる。これは、損傷箇所３全体がろう７で充填されるという利点を有する。特に、割れ（クラック）３が（高縦横比で）非常に深く発生し、不均一な断面を有している場合、従来技術における粉末供給機構による外側での粉末供給では、ろう７が割れ尖端まで達することが保証されない。ろう７はペースト、軟泥、純粒子の形で、あるいは薄膜によって用意され、損傷箇所３に入れられる。他の挿入形態あるいは設置形態も考えられる。
【００２７】
ろう７の材料組成が部品１の材料組成に類似していることが有利である。ここで「類似」とは、ろう７の材料が母材の全元素を含み、加えて追加的に１つあるいは複数の融点低下材（例えばホウ素、珪素）を含んでいることを意味する。しかし、入熱作用によってろう７の溶融は行われるが、部品１の母材の溶融は行われないようにするため、ろう７は、部品１の母材の溶融温度より低い溶融温度の少なくとも１つの成分を含んでいなければならない。好適には、ろう７は１つの成分から成り、即ち、ろう７は１つの合金から成り、２つの合金の混合粉末から成っていない。ろう付け時におけるろう７のろう付け温度は、部品１の母材の溶融温度より少なくとも３０℃あるいは少なくとも５０℃低く、これにより、母材は害されない。好適には、ろう付け温度と溶融温度との差は５０℃〜７０℃である。これは特に、母材が超合金であるときに重要である。超合金の場合、その溶融温度近くの高温においてクロムが気化し、このために、ろう７の溶融温度はできるだけ低くされ、これにより、ろう７のろう付け温度と母材の溶融温度との差ができるだけ大きくされなければならない。ろう７のろう付け温度と母材の溶融温度との差は、好適には、少なくとも７０℃、特に７０℃±４℃ともなる。ろう７のろう付け温度と母材の溶融温度との最大差は、好適には、１２０℃である。ろう７は、好適には、ろう７はまず修復すべき箇所３に入り込むように溶融される。そのために必要な温度は、方向性ミクロ組織を生成するための温度より高くあるいは低くすることができる。
【００２８】
ろう付けすべき超合金についての制限は存在しない。本発明に基づくろう７の材料として、ＰＷＡ１４８３（登録商標）、ＰＷＡ１４８４（登録商標）およびＲＥＮＥ  Ｎ５（登録商標）を利用することが特に有利であることが実証されている。ＰＷＡ１４８３（登録商標）は１３４１℃の融点を有し、ＲＥＮＥ  Ｎ５（登録商標）は１３６０℃〜１３７０℃の融点を有している。ろう７の融点は例えば１１６０℃〜１２２０℃である。
【００２９】
また、高温の使用時、ＤＳ材料（方向性凝固材、柱状組織を備えた方向性凝固材）あるいはＳＸ材料（単結晶粒組織を備えた方向性凝固材）における再結晶の問題が存在し、そのために、ここでも、ろう７のろう付け温度が部品１の母材の溶融温度に対して大きな差を有するという要件が存在する。
【００３０】
ろう７への入熱作用を実現するために、この実施例において好適に電子ビーム銃９が使用され、この電子ビーム銃９は溶融すべきろう７を照射し、そのようにして、ろう７に溶融にとって必要な熱を供給する。その電子ビーム処理は、好適には、真空中で行われる。特に、例えば超合金のような酸化反応しやすい材料の場合、酸化が大きな問題となり、このために、熱処理はレーザや電子ビームによっていずれにせよ真空中で実施されるようにする。電子ビーム処理は、それが材料への良好なエネルギ結合を生じさせ、電子ビームが、図示のように非接触式に修復すべき箇所３にわたり移動することができる、という利点を有する。ろう７への入熱作用はレーザビームでも行える。
【００３１】
レーザ出力あるいは電子ビーム出力は、それがろう７を完全に溶融し、ろう付け温度に達するように設計されている。ろう７のろう付け温度は、部分的にろう７の溶融温度より１４０℃ほど高い温度に至る。Ｎｄ−ＹＡＧレーザ（ネオジウム・ヤグレーザ）の出力は、好適には、１５００〜２０００Ｗである。
【００３２】
本発明に基づいて、ろう付け工程中、損傷箇所３の領域に、母材のミクロ組織の優先方向に向いた温度勾配が形成される。その温度勾配の形成は、部品１と電子ビーム銃９が相対移動されることにより行われる。従って、実施例において、電子ビーム銃９が部品表面５に対して平行にろう７の上を移動する。電子ビーム銃９がろう７の上を移動される速度は、損傷箇所３の領域に、即ちろう７に、所望の温度勾配が形成されるように選定される。その温度勾配は、電子ビーム銃９により溶融されたろう７が再び凝固するとき、エピタキシャル方向性ミクロ組織の生成を誘起する。その温度勾配の傾斜は、例えば電子ビーム銃９と部品１が相対移動する速度によって、あるいは出力によって設定される。ここで勾配の傾斜とは、単位長さ当たりの温度の上昇あるいは低下を意味する。凝固するろう７に方向性ミクロ組織を生じさせる温度勾配の傾斜は、ろう７の組成に左右される。
【００３３】
設定されねばならない温度勾配は、種々の金属および合金によって異なるいわゆるＧＶ線図から生じ、各合金に対して計算され、あるいは経験的に決定されねばならない。ＧＶ線図における曲線Ｌは、凝固速度と温度勾配の両パラメータの範囲を、合金が球状に凝固される範囲と、合金がデンドライト（樹枝状結晶）状の方向性組織に凝固される範囲とに分離している。ＧＶ線図の記載および説明は、例えば１９８４年発行の文献「マテリアル  サイエンス  エンジニアリング（Material Science Engineering）、第６５巻、Ｊ．Ｄ．ハント氏著の論文“Columnar to equiangular transition”に存在している。
【００３４】
温度勾配は、ろう７のろう付け温度と修復すべき箇所３とは反対側の部品背面における温度とにより決定される。好適には、国際公開第９８／２０９９５号パンフレット、国際公開第９８／０５４５０号パンフレット、国際公開第９６／０５００６号パンフレットあるいは欧州特許出願公開第０６３１８３２号明細書に記載されているように、部品１は冷却されないか、室温に維持されるか、あるいは場合によっては３００℃まで余熱される。
【００３５】
レーザによって、あるいは電子ビーム銃の等価的様式によって、単結晶組織を製造する方法は、欧州特許出願公開第１４３７４２６号明細書あるいは国際公開第０３／０８７４３９号パンフレットに開示され、それらの開示内容は、単結晶組織を生成するためのレーザあるいは電子ビーム銃の利用についてである。
【００３６】
本願の実施例において、部品１の母材における方向性ミクロ組織の優先方向は、紙面において左から右に延びている。凝固するろう７内に、その優先方向が母材における優先方向と一致する方向性ミクロ組織の生成を誘起するために、電子ビーム銃９が母材における方向性ミクロ組織の優先方向に対して平行に部品１に対して相対移動される。
【００３７】
部品１がＳＸ組織を有するとき、修復箇所３は同様にＳＸ組織を有するが、ＤＳ組織を有することもできる。部品１がＤＳ組織を有するとき、修復箇所３は同様にＤＳ組織を有するが、ＳＸ組織を有することもできる。部品１および修復箇所３が同じミクロ組織を有すると有利である。同様に部品１は方向性凝固組織を有する必要はないが、修復箇所３におけるろう７の方向性凝固組織が低い融点の及ぼす機械的強度への不利な作用を高温時に相殺するので、修復箇所３において方向性凝固組織によって高温時に部品１の大きな強度が得られる。
【００３８】
修復すべき箇所の幅ｂ（図１ａ参照）は１μｍ〜１０００μｍ、好適には約５００μｍである。レーザあるいは電子ビームは、好適には、修復すべき箇所３の幅ｂ全体を照射する。部品１は修復すべき箇所３の領域しか加熱する必要がないので、ここでは、局所修復法、即ち、局所ろう付け法が利用される。好適には、修復すべき箇所３の幅ｂは５μｍ〜３００μｍである。修復すべき箇所３が５μｍ〜１００μｍの幅ｂを有することも有利である。また、２０μｍ〜３００μｍの幅ｂの割れ（クラック）が修復できる。好適には、修復すべき箇所３は２０μｍ〜１００μｍの幅ｂを有する。同様に好適には、修復すべき箇所３が５０μｍ〜３００μｍの幅を有する。修復すべき箇所３が５０μｍ〜２００μｍの幅ｂを有するとき、一層の利点が得られる。さらに、５０μｍ〜１００μｍの幅ｂを有する割れ（クラック）３が、この方法によって有利な様式で修復される。
【００３９】
修復すべき箇所の長さについての制限は存在しない。しかしここでは、レーザおよび電子ビーム銃９が、場合によっては縦方向に（紙面の中に向けて）送られ、その場合、国際公開第０３／０８７４３９号パンフレットにおけるように、レーザがその方向に移動される。レーザビームあるいは電子ビームの送り速度は、好適には、１００ｍｍ／ｍｉｎ〜１３０ｍｍ／ｍｉｎである。レーザビームあるいは電子ビームの保持時間は、材料および凝固速度に合わされる。
【００４０】
図１ｃは損傷３の修復後における部品１を示している。いまや凝固したろう７の領域に対角線的に延びる線で示されているように、凝固したろう７、即ち、修復材料は、部品１の母材の方向性ミクロ組織と同じ優先方向を有する方向性ミクロ組織を有している。
【００４１】
電子ビームは、それが例えばろう７全体を照射し、これにより常に全体を加熱するように拡大できる。即ち、電子ビーム銃９の送りは必ずしも必要ではない。ろう７の熱が部品１の母材に放出されるために、ろう７の内部に温度勾配が生ずる。温度はろう７の外側表面で最も高く、部品１の母材に対するろう７の境界面に向けて低下する。場合によっては、部品１および損傷３の幾何学形状に関係して望ましい所定の温度勾配を形成するために、部品１の背面、即ち、損傷３とは反対側に位置する箇所さもなければ他の場所を冷却あるいは加熱することができる。
【００４２】
この実施例においては、熱を供給するために電子ビーム銃９が利用される。
【００４３】
あるいはまた、他の光学的加熱方式、例えば通常の照明装置による照明の利用も可能である。また、光学的加熱方式の代わりに、ろうが加熱コイルで加熱される誘導加熱方式も利用できる。さらに、例えばいわゆる「ホット  ボックス」のような特殊加熱炉あるいは方向性凝固ミクロ組織を有する鋳造品を製造するための鋳造炉を利用する方式もある。いずれの場合も、利用される方法は、損傷領域ないしろうが詰められた損傷領域に凝固にとって望まれる方向の温度勾配を発生するのに適さねばならない。炉を利用する際、これは、例えば炉の種々の領域における加熱作用を分離して調整することができる定置炉で行うことができる。
【００４４】
図２に、図１ａ〜図１ｃに示された実施例とは異なった実施例が示されている。この実施例において、損傷箇所３の上に着けられたろう１７は、２つの成分を有し、そのうちの第１成分は、部品１の母材より著しく低い溶融温度を有する。これに対して第２成分は、第１成分の溶融温度と母材の溶融温度との間の範囲の溶融温度を有する。また、第２成分は特に例えば母材の強度に相当する高い強度も有する。
【００４５】
予め浄化された損傷箇所３上への粉末状ろう７の付着は、第１成分が粉末内に相対的に高い率で含まれる第１ろう材１８がまず付着されるように行われる。続いて、第１成分が第２成分に比べて少ない第２ろう材１９が付着される。そして、ろう１７と母材とのろう付けが行われたとき、高い含有量の第１成分、即ち、低い溶融温度の成分は、ろうと母材とのろう付けを容易にし、これに対して、第１成分の含有量が少ない第２ろう材１９は、修復箇所の高い強度を保証する。
【００４６】
第１ろう材１８が修復すべき箇所３の高い強度を保証し、表面近くの第２ろう材１９が大きな酸化防護および／又は腐食防護機能を有することもできる。ろう７のかかる二層構造の代わりに、ろう７が、修復すべき箇所３においてその箇所３の底から部品表面５まで組成が連続して変化している材料勾配を有することが可能である。
【００４７】
本発明に基づくこの両方法において、ろう７、１７を部品１の母材へのろう付けのための入熱作用を、母材特性の再生（若返り）を可能にするために、母材の熱処理を実施するために同時に利用することもできる。
【００４８】
上述した実施例および変形例において、ろう７、１７は修復すべき箇所に粉末の形で付着される。しかし、薄膜やペーストとして設けることもできる。
【００４９】
ろう７、１７の粉末は例えばナノ粉末である。即ち、粉末の粒径は５００ナノメートル以下、あるいは３００ナノメートル以下、あるいは１００ナノメートル以下である。ナノ粉末のろう７が、同じ組成でマイクロメートル域の粒径の通常の粉末に比べて、低い溶融温度を有することが明らかになっている。ろう７、１７の粉末は、ナノ粉末と通常の粉末、即ち、マイクロメートル域の粒径の粉末との混合物で構成することもできる。これにより、融点低下が的確に形成できる。薄膜あるいはペーストが部分的にあるいは完全にナノ粉末を有することもでき、その薄膜やペーストでろう７が付着される。従来技術に比べての利点は、ここでは粉末が粉末供給機構を介して供給されず、修復すべき箇所３に既に圧縮された粉末が供給されることにある。従来知られているように、ナノ粉末を修復すべき箇所３にノズルを介して供給することはほとんどできない。これは、ナノ粉末の粒径が極めて小さく、吹き付け時にまき散らされるからである。
【００５０】
図３は、本発明に基づく方法で修復された長手軸線１２１に沿って延びる流体機械の動翼１２０あるいは静翼１３０を斜視図で示している。
【００５１】
流体機械は航空機や発電所のガスタービン、蒸気タービンあるいは圧縮機である。
【００５２】
その翼１２０、１３０は長手軸線１２１に沿って順々に、取付け領域４００、それに隣接する翼台座４０３および翼形部（羽根部）４０６を有している。この翼１３０は静翼１３０として使用される時には翼先端４１５に囲い板（図示せず）を有する。
【００５３】
取付け領域４００に翼脚１８３が形成され、この翼脚１８３は動翼１２０、１３０をロータ軸あるいはタービン円板（図示せず）に固定するために用いられる。翼脚１８３は例えば断面ハンマ状に形成されている。また、断面クリスマスツリー状翼脚あるいは断面ダブテール状翼脚も可能である。
【００５４】
翼１２０、１３０は翼形部（羽根部）４０６に沿って流れる媒体に対して入口縁（前縁）４０９および出口縁（後縁）４１２を有している。
【００５５】
通常の翼１２０、１３０の場合、翼１２０、１３０の全領域４００、４０３、４０６に例えば中実の金属材料、特に超合金が利用されている。かかる超合金は例えば欧州特許出願公告第１２０４７７６号明細書、欧州特許第１３０６４５４号明細書、欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書、国際公開第９９／６７４３５号パンフレットあるいは国際公開第００／４４９４９号パンフレットで知られ、これらの文献に合金の化学組成について開示されている。その場合、翼１２０、１３０は鋳造法によって方向性凝固により作られている。
【００５６】
単結晶組織の部材は、運転中に大きな機械的、熱的および／又は化学的負荷を受ける機械における部品として採用される。かかる単結晶部材の製造は、例えば融解物からの方向性凝固によって行われる。それは、液状金属合金が単結晶組織の形に、即ち、単結晶部材に凝固されるか方向性凝固される鋳造法である。そのデンドライト結晶（樹枝状結晶）は、熱流束に沿って方向づけられ、柱状結晶粒組織（柱状組織、即ち、部材の全長にわたって延び、ここでは一般的に方向性凝固と呼ばれる結晶粒）を形成するか、あるいは部材全体が単結晶から成っている単結晶組織を形成する。この方法において、無指向性成長によって必然的に、方向性凝固部品あるいは単結晶部品の良好な特性を無に帰する横方向粒界と縦方向粒界が形成されるので、球状（多角結晶）凝固への移行は避けねばならない。従って、一般に方向性凝固組織を話題とするとき、それは、粒界が存在しないか、たかだか小角粒界（Kleinwinkelkorngrenzen）しか存在しない単結晶と、縦方向に延びる粒界は存在するが、横方向に延びる粒界が存在しない柱状結晶粒組織とを意味する。後者の結晶組織の場合、方向性凝固組織（directional solidified structure）とも呼ばれる。かかる方法は米国特許第６０２４７９２号明細書と欧州特許出願公開第０８９２０９０号明細書で知られ、これらの文献は開示の一部である。
【００５７】
同様に、翼１２０、１３０は、腐食あるいは酸化に対する防護被覆、例えばＭＣｒＡｌＸ層を有している。ここで、Ｍは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の群における少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）および／又は珪素および／又は少なくとも１つの希土類元素ないしハフニウム（Ｈｆ）である。かかる合金は、欧州特許出願公告第０４８６４８９号明細書、欧州特許出願公告第０７８６０１７号明細書、欧州特許出願公告第０４１２３９７号明細書あるいは欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書で知られ、これらの文献に合金の化学組成について開示されている。
【００５８】
ＭＣｒＡｌＸ層の上に断熱層が存在することもでき、これは例えばＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2から成り、即ち、これは、安定化されていないか、酸化イットリウムおよび／又は酸化カルシウムおよび／又は酸化マグネシウムによって部分安定化あるいは完全安定化されている。例えば電子ビーム蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ）のような適当な被覆法によって、断熱層内に柱状粒子が生成する。
【００５９】
再生（若返り）処理は、部品１２０、１３０がその使用後に場合によっては保護層を（例えばサンドブラストにより）除去されねばならないことを意味する。その後、腐食層および／又は酸化層ないしそれらの生成物の除去が行われる。場合によっては、部品１２０、１３０における割れも修復される。その後、部品１２０、１３０の再被覆および部品１２０、１３０の再利用が行われる。
【００６０】
翼１２０、１３０は中空に形成されるか中実に形成される。翼１２０、１３０が冷却されるようにするとき、翼１２０、１３０は中空であり、場合によっては（破線で図示された）膜冷却用孔４１８を有している。
【００６１】
図４はガスタービン１００の燃焼器１１０を示している。この燃焼器１１０は例えばいわゆる環状燃焼器として形成され、その場合、回転軸線１０２の周りを円周方向に分布して配置され火炎１５６を生成する複数のバーナ１０７が、共通の燃焼室１５４に開口している。そのために、燃焼器１１０は全体として、回転軸線１０２の周りに位置された環状構造物として形成されている。
【００６２】
比較的高い効率を得るために、燃焼器１１０は約１０００℃〜１６００℃の比較的高温の作動媒体Ｍに対して設計されている。材料にとって不利なその運転パラメータにおいても比較的長い運転時間を可能にするために、燃焼器壁１５３はその作動媒体Ｍの側に熱シールド要素１５５で形成された内張り（ライニング）が設けられている。合金から成る各熱シールド要素１５５は、その作動媒体側が特に耐火性保護層（ＭＣｒＡｌＸ層および／又はセラミック層）で被覆され、あるいは耐熱性材料（中実セラミックレンガ）で作られている。その保護層はタービン翼の保護層に類似し、即ち、例えばＭＣｒＡｌＸ層である。ここで、Ｍは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の群における少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）および／又は珪素および／又は少なくとも１つの希土類元素ないしハフニウム（Ｈｆ）である。かかる合金は、欧州特許出願公告第０４８６４８９号明細書、欧州特許出願公告第０７８６０１７号明細書、欧州特許出願公告第０４１２３９７号明細書あるいは欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書で知られ、これらの文献に合金の化学組成について開示されている。
【００６３】
ＭＣｒＡｌＸ層の上に例えばセラミック断熱層が存在することもでき、これは例えばＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2から成り、即ち、これは、安定化されていないか、酸化イットリウムおよび／又は酸化カルシウムおよび／又は酸化マグネシウムによって部分安定化あるいは完全安定化されている。例えば電子ビーム蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ）のような適当な被覆法によって、断熱層内に柱状粒子が生成される。
【００６４】
再生（若返り）処理は、熱シールド要素１５５がその使用後に場合によっては保護層を（例えばサンドブラストにより）除去されねばならないことを意味する。その後、腐食層および／又は酸化層ないしそれらの生成物の除去が行われる。場合によっては、熱シールド要素１５５における割れも修復される。その後、熱シールド要素１５５の再被覆および熱シールド要素１５５の再利用が行われる。
【００６５】
燃焼器１１０の内部における高温のために、さらに、熱シールド要素１５５ないしその保持要素に対して冷却系が設けられる。その場合、熱シールド要素１５５は例えば中空であり、場合によっては燃焼室１５４に開口する膜冷却用孔（図示せず）も有する。
【００６６】
図５はガスタービン１００を縦断面図で例示している。ガスタービン１００は内部に中心軸線１０２を中心として回転可能に支持された、軸１０１を含みタービンロータとも呼ばれるロータ１０３を有している。このロータ１０３に沿って順々に、吸込み室１０４、圧縮機１０５、複数のバーナ１０７が同軸的に配置された例えばトーラス状の燃焼器、特に環状燃焼器１１０、タービン１０８および排気室１０９が続いている。環状燃焼器１１０は例えば環状の燃焼ガス通路１１１に連通している。そこで直列接続された４つのタービン段１１２がタービン１０８を形成している。各タービン段１１２は例えば２つの翼列（翼輪）で形成されている。作動媒体１１３の流れ方向に見て、燃焼ガス通路１１１内において各静翼列１１５に、多数の動翼１２０から成る翼列１２５が続いている。
【００６７】
その静翼１３０はステータ１４３の内部車室１３８に固定され、これに対して、翼列１２５の動翼１２０は例えばタービン円板１３３によってロータ１０３に設けられている。ロータ１０３に発電機や作業機械（図示せず）が連結されている。
【００６８】
ガスタービン１００の運転中、空気１３５が圧縮機１０５によって吸込み室１０４を通して吸い込まれ、圧縮される。圧縮機１０５のタービン側端に導入された圧縮空気は、バーナ１０７に導かれ、そこで燃料と混合される。その混合気は燃焼器１１０で燃焼されて作動媒体１１３を生成する。作動媒体１１３はそこから燃焼ガス通路１１１に沿って静翼１３０および動翼１２０を洗流して流れる。作動媒体１１３は膨張して動翼１２０に衝撃伝達し、これにより、動翼１２０がロータ１０３を駆動し、このロータ１０３がこれに連結された作業機械を駆動する。
【００６９】
ガスタービン１００の運転中、高温の作動媒体１１３に曝される部品は熱的負荷を受ける。環状燃焼器１１０に内張りされた熱シールド要素のほかに、作動媒体１１３の流れ方向に見て最初のタービン段１１２における静翼１３０と動翼１２０が最も熱的負荷を受ける。そこの温度に耐えるために、それらの部品は冷却材によって冷却される。
【００７０】
部品の母材（基材）は同様に方向性組織を有し、即ち、単結晶組織（ＳＸ組織）あるいは縦方向結晶粒組織だけを有する（ＤＳ組織）。部品に対する材料、特にタービン翼１２０、１３０および燃焼器１１０の部品に対する材料として、例えば鉄基、ニッケル基あるいはコバルト基の超合金が利用される。かかる超合金は例えば欧州特許出願公告第１２０４７７６号明細書、欧州特許第１３０６４５４号明細書、欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書、国際公開第９９／６７４３５号パンフレットあるいは国際公開第００／４４９４９号パンフレットで知られ、これらの文献に合金の化学組成について開示されている。
【００７１】
翼１２０、１３０は同様に腐食防護用のＭＣｒＡｌＸ層を有している。ここで、Ｍは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の群における少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）および／又は珪素および／又は少なくとも１つの希土類元素ないしハフニウムである。かかる合金は、欧州特許出願公告第０４８６４８９号明細書、欧州特許出願公告第０７８６０１７号明細書、欧州特許出願公告第０４１２３９７号明細書あるいは欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書で知られ、これらの文献に合金の化学組成について開示されている。
【００７２】
ＭＣｒＡｌＸ層の上に断熱層も存在し、これは例えばＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2から成り、即ち、これは、安定化されていないか、酸化イットリウムおよび／又は酸化カルシウムおよび／又は酸化マグネシウムによって部分安定化あるいは完全安定化されている。例えば電子ビーム蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ）のような適当な被覆法によって、断熱層内に柱状結晶粒が生成される。
【００７３】
静翼１３０は、タービン１０８の内部車室１３８の側における翼脚（図示せず）と、翼脚と反対側に位置する静翼先端を有している。その静翼先端は、ロータ１０３の側でステータ１４３の取付けリング１４０に固定されている。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１ａ】本発明に基づく方法の実施経過を示した概略図で破損した部品を示す図。
【図１ｂ】本発明に基づく方法の実施経過を示した概略図でろう付けされた部品を示す図。
【図１ｃ】本発明に基づく方法の実施経過を示した概略図で損傷の修復後の部品を示す図。
【図２】本発明に基づく方法の異なった実施例の概略図。
【図３】タービン翼の斜視図。
【図４】燃焼器の部分破断斜視図。
【図５】ガスタービンの概略縦断面図。
【符号の説明】
【００７５】
１    部品
３    損傷（修復すべき箇所）
７    ろう
１７    ろう
１２０    タービン翼
１３０    タービン翼
１５５    熱シールド要素
【図１ａ】
2009502503.tif 000003
【図１ｂ】
2009502503.tif 000004
【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009502503.tif 000008
【図５】
2009502503.tif 000009
【国際調査報告】
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2009502503.tif 000012
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