(57)【要約】  本発明は、ろう付充填金属の溶融温度以上の温度に前記ろう付充填金属を加熱して、単結晶のタービンまたはエンジン部材を生成または補修する方法に関する。このように生成された、前記ろう付充填金属の溶融塊は、前記タービンもしくはエンジン部材内に形成された亀裂内に、または２つのタービンもしくはエンジン部材の間に形成された間隙内に、導入される。前記ろう付充填金属の温度は、同金属のエピタキシャル凝固プロセスの間に、非等温式に制御される。この方法には、例えば、ニッケル基合金のタービンもしくはエンジン部材について適用可能であり、従来の方法に比べて、特に間隙や亀裂の幅が大きい場合、タービンもしくはエンジン部材をより迅速にろう付修理できる、という利点がある。更にこの方法によれば、補修された領域が、再度単結晶構造を有し、それに伴う高い機械的強度、耐酸化性、および再溶融温度を有する状態をもたらすことができる。
2009540173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に単結晶（ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｉｓｔａｌｌｉｎｅ）のタービンまたはエンジン部材を生成または補修する方法であって、
ろう付充填金属の溶融温度以上の温度に前記ろう付充填金属を加熱すること、
前記タービンもしくはエンジン部材内に形成された亀裂内に、または２つのタービンもしくはエンジン部材の間に形成された間隙内に、またはタービンもしくはエンジン部材の損傷領域内に、前記加熱プロセスを介して生成された前記ろう付充填金属の溶融塊を導入すること、および
前記ろう付充填金属のエピタキシャル凝固プロセスの間に、前記ろう付充填金属またはタービンもしくはエンジン部材の温度を非等温制御または調整すること
の各ステップによって、生成または補修する方法。
【請求項２】
前記ろう付充填金属の前記溶融温度以上の前記温度であって、前記温度まで前記ろう付充填金属が加熱される前記溶融温度が、１１００°Ｃ〜１３００°Ｃの範囲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】
前記ろう付充填金属のエピタキシャル凝固プロセスの間の前記ろう付充填金属の温度が、前記エピタキシャル凝固プロセスの間の前記ろう付充填金属の前記温度が極めて単調に低下するような方法で、非等温式に制御されることを特徴とする、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項４】
前記ろう付充填金属のエピタキシャル凝固プロセスの間の前記ろう付充填金属の温度が、前記エピタキシャル凝固プロセスの間の前記ろう付充填金属の前記温度が傾斜部の形でまたは直線的に極めて単調に低下するような方法で、非等温式に制御されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ろう付充填金属の前記エピタキシャル凝固プロセスの間の前記ろう付充填金属の一定または平均の冷却速度が、少なくとも０．００１Ｋ／分、特に１００Ｋ／分〜０．００１Ｋ／分の範囲であることを特徴とする、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項６】
ろう付充填金属を前記ろう付充填金属の前記溶融温度以上の温度に加熱した後であり、前記ろう付充填金属の前記エピタキシャル凝固プロセスの前に、前記温度が、溶融塊を完全に融解させるためにまたは溶融塊の比率を増大するために、予め決められた時間が維持されていることを特徴とする、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ろう付充填金属が、添加材料が添加されたろう付合金からなり、ろう付合金と添加材料との混合物に対する前記添加材料の重量比率が、０．００１重量％〜９９重量％、より詳しくは、２５重量％〜５０重量％の範囲であることを特徴とする、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも部分的に、また特に完全に、ろう付充填金属で充填された間隙もしくは亀裂または損傷領域を有する部材、すなわち、タービンまたはエンジン部材であって、前記ろう付充填金属が、単結晶または少なくとも一方向凝固構造を有し、パラジウムを含有することを特徴とする、部材。
【請求項９】
前記ろう付充填金属が、結晶構造を有し、パラジウムの他に、ハフニウム、イットリウムおよびホウ素も含有することを特徴とする、請求項８に記載の部材。
【請求項１０】
請求項１〜７のうちの一項に記載の方法で生成または補修された、部材、すなわち、タービンまたはエンジン部材、より詳しくは、請求項８または請求項９に記載の部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンまたはエンジン部材を生成または補修するための方法と、部材、すなわち、タービンまたはエンジン部材とに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第５，７３２，４６７号から、表面亀裂を補修するための方法が公知であり、超合金からなるこの基体は、一方向に凝固した構造を特徴としている。清浄化された亀裂は、基体材料で充填される。次いで、コーティングされた亀裂は、上昇させた温度および静水圧に一定時間さらされるが、基体の微細構造は変更されない。
【０００３】
米国特許第５，６６６，６４３号は、コバルトおよびニッケル基超合金からなる部材を補修するための、ろう付けによって実施される方法を開示している。本方法では、２つの構成要素からなるろう付け材料が使用される。上記ろう付け材料の１つの構成要素は、（実際の）ろう付合金を形成し、上記ろう付け材料の他方の構成要素は、高融点であり、単結晶、一方向凝固、または多結晶のいずれかである粒子によって、形成されている。この組成物においては、補修された亀裂の微細構造は、基体の微細構造から変化し、充填された亀裂の内部空間に悪影響を与える。特に、応力集中を有する領域内に亀裂が位置している場合である。
【０００４】
同様の問題が、例えば、米国特許第４，３８１，９４４号または米国特許第５，４３７，７３７号から公知である方法の文脈におけるように、基体の微細構造が再構築されない補修方法から生じる。これらの方法では、各ろう付合金には、充填された間隙の剛率を増大させるために添加材料が与えられる。
【０００５】
米国特許第５，１５６，３２１号に開示されている方法は、補修をより効果的にするために焼結法を使用するという点において、異なる手法を取っている。
【０００６】
２つの類似したろう付け方法が、米国特許第４，８３０，９３４号および米国特許第５，２４０，４９０号に開示されているが、これらの方法は、米国特許第４，２８８，２４７号で記載されているように、多結晶または一方向凝固超合金のために使用されるものである。ここでは、補修システムは、少なくとも３つの異なる粉末金属からなる。これらの異なる粉末金属は、異なる機能を果たす。第１の群の粉末金属は、高融点であり、比較的高い比率のＭｏ、ＲｅおよびＷを有する。ろう付けプロセスの間、これらの粉末金属は、溶融していない、または部分的にのみ溶融している。第２および残りの第３の群の粉末金属は、ろう付けシステムにそれぞれの流れ特性を与える。ここで、第２の群の粉末金属は、融点降下剤としてＢおよび／またはＳｉを含有し、第３の群の粉末金属は、共晶組成物を呈し、ろう付けプロセスの間、液相として充填物を支持する。凝固が、等温ろう付けプロセスによってもたらされ、その後、漸進的な拡散サイクルが続くが、間隙を単結晶により充填することは達成されない。ここでは、モジュールとして考えることにより、間隙の微細構造および機械的特徴を柔軟に取扱うことができ、これにより、基体の特徴が確実に達成される。
【０００７】
類似のモジュールとしての概念が、米国特許第２００２／０１５７７３７Ａ１号に開示されている。本開示によると、１％までのＴｉ、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｃ、Ｓｉおよび／またはＺｒを含有する低融点粉末が、少なくとも１つの高融点粉末と混合される。ここでは、ろう付け温度は、１２６０°Ｃ（１０〜４０分）に達し、再度、漸進的な拡散サイクルが続く。クリープ破断強度が基体のクリープ破断強度付近であるようである。
【０００８】
欧州特許第１２２６８９６Ａ２号の開示によると、Ｒｅｎｅ８０粉末は、約１５％のＣｒ、３．５％のＢおよび追加的に１．５％までのＦｅを含有する３成分共晶ろう付合金と、混合される。混合比は、６５：３５でＲｅｎｅ８０の方が多い。ろう付け温度は、１１７５°Ｃ〜１２１５°Ｃの範囲であり、約２０分間維持される。これにより、多結晶微細構造を有するろう付けシームが生成される。例えば、ペースト、パテまたは予備焼結シートの部材に補修部分を適用させるために、異なる技術が使用され得る。予備焼結シートは、例えば、ＧＢ２１５３８４５Ａで開示されているように、超合金金属シートが粉末冶金式に生成される様な方法で生成され得る。
【０００９】
米国特許第６，３２５，８７１号は、等温ろう付けサイクルであって、鋳造超合金からなる部材が該サイクルによって接続され得る、等温ろう付けサイクルを開示している。この目的のために、１〜３重量％のホウ素濃度を有する箔が使用されている。
【００１０】
類似の方法が、インサートに関する米国特許第６，５０８，０００号から公知である。このパンフレットは、一時的に制御された液相による（２５μｍまでの間隙幅に限定した）ろう付けプロセスを開示し、該ろう付けプロセスにより、タービン翼および案内羽根が補修され得る。
【００１１】
単結晶部材に関する更なる手法が、米国特許第６，９６８，９９１号に開示されている。ここでは、ろう付け材料は、ろう付け材料、添加材料、結合剤、および基体からなる粘性の塊（塗料）の形で、予め閉じられスポット溶接された最大幅０．０５ｍｍを有する亀裂に塗布される。ろう付けプロセス自体は、最高２０分を必要とし、１２０４°Ｃの温度で実施される。後続のプロセスで８１６°Ｃまで熱放散した後、亀裂からの融点降下剤が基材内に拡散するように、１２０４°Ｃまでの更なる加熱プロセスが行われる。
【００１２】
米国特許第６，６２９，３６８号は、特に、ろう付け領域内で単結晶構造を再構築するようである、単結晶タービン翼の等温ろう付け補修を開示している。米国特許第６，６２９，３６８号によれば、この組成物は、基材に損傷を与える危険を伴うという不都合を有する。この組成物はまた、長い処理時間を伴うため非効率的でもある。
米国特許第６，６２９，３６８号はまた、単結晶材料上の亀裂を回復する等温エピタキシャルプロセスを提供してきた方法も開示している。
【００１３】
米国特許第４，８３０，９３４号、または米国特許第５，２４０，４９１号、または米国特許第５，７３２，４６７号、または米国特許第５，６６６，６４３号、または米国特許第４，３８１，９４４号、または米国特許第５，４３７，７３７号から公知の組成物は、補修後、部材が、元の機械的強度、酸化抵抗および再溶融温度を有さない、または補修後、部材の品質が上述の基準に関して著しく悪化してしまうという欠点を有する。
【発明の概要】
【００１４】
このような背景に対し、本発明は、航空エンジンまたはタービンの分野の部材を適切に結合および／または補修できるようにするという目的を有する。この可能性によって、結合および補修の範囲における機械的および物理的特徴が、悪影響を受けなくなる、または少なくとも比較的小さい程度にしか悪影響を受けなくなる。
【００１５】
請求項１は、本発明のための基礎を形成する方法を提案している。請求項８または請求項１０の対象は、本発明に基づく部材、すなわち、タービンまたはエンジン部材である。下位請求項の対象は、好ましい更なる修飾例である。
【００１６】
本発明に基づき、特別な方法、単結晶のタービンまたはエンジン部材を生成または補修するための高温ろう付け方法が特に提案されているが、該方法は以下のステップ、ろう付充填金属の溶融温度以上の温度にこのろう付充填金属を加熱すること；タービンまたはエンジン部材内に形成された亀裂内に、または２つのタービンまたはエンジン部材の間に形成された間隙内に、または特に材料摩耗により損傷を受けたタービンまたはエンジン部材の領域内に、加熱プロセスの間に生成されたろう付充填金属の溶融塊を置くこと；およびろう付充填金属のエピタキシャル凝固プロセスの間に、上記ろう付充填金属の温度を非等温制御または調整することの各ステップを特徴とする。
【００１７】
本開示または本発明の意味において、ろう付充填金属とは、ろう付合金またはマルチコンポーネントろう付けシステムである。このマルチコンポーネントろう付けシステムは、マルチコンポーネントろう付けシステムの構成要素として、１つのろう付合金、および少なくとも１つの（例えば、１つのみ、または２つのみ、または３つのみ、または３つより多い）添加材料を特徴とする、または、１つのろう付合金、および少なくとも１つの（例えば、１つのみ、または２つのみ、または３つのみ、または３つより多い）添加材料からなる。
【００１８】
特に、例えばニッケル基合金の部材または材料の亀裂内または間隙内または損傷領域内における上記ろう付充填金属の非等温エピタキシャル凝固プロセスに基づくこのような方法によれば、少なくとも例えば２００μｍ以上の大きな間隙幅に関しては、凝固プロセスが等温式で生じる公知の方法と比較するとろう付充填金属の凝固プロセスは軽減され得る。特に、例えば単結晶タービンもしくはエンジン部材または単結晶タービン翼の補修される単結晶基体または単結晶部材については、本発明に基づく方法は、補修された領域が、補修後でさえも単結晶または少なくとも一方向凝固構造を有し、従って大いに機械的および物理的特徴を再構築しているという事実のための優れた基礎を提供する。
【００１９】
例えば、ろう付充填金属は、粘性のペーストの形で使用され得る、または間隙の亀裂内に挿入され得る、または損傷領域に塗布され得る。粘度は、例えば、粉末金属を有機結合剤と混合することによって、達成され得る。例えば、結合剤の比率は、粉末混合物の５〜１５重量％、特には５〜１０重量％、または８〜１２重量％に達してもよく、特に、基本的に１０％であることが好ましい。
【００２０】
本発明に基づく方法の有利な修飾例においては、ろう付充填金属のエピタキシャル凝固は、試料またはタービンもしくはエンジン部材またはろう付充填金属の温度を低下させていくと共にまたは低下させる際に、特に、極めて単調に低下させる際に生じる。有利な組成物においては、温度は直線状に低下する。エピタキシャル凝固のプロセスの間の熱放散または温度の低下は、制御または調整された様式で生じる。
【００２１】
特に好ましい実施形態によれば、本発明に基づく方法の熱放散は、特に高温ろう付けの間、すなわち、エピタキシャルろう付けの間でさえ、高真空炉制御によって制御される。ここで、目標値はコンピュータプログラムによって提供され得、実測値は、試料または部材、すなわちタービンまたはエンジン部材において、またはろう付充填金属の領域内において、（単純化するために、上述のリストは、以下において単に試料と呼ぶことにする）熱電対によって求められ得るまたは測定され得る。試料は積極的に冷却されず、熱放散は、熱源、特にヒータ、がオフにされた場合に、試料の自然の熱損失（輻射熱）によってもたらされることが好ましい。特定のまたは所定の冷却速度を設定、制御、または調整するために、冷却速度が速すぎる場合には、反加熱することができる。加熱は、発熱体によって放射される輻射熱を介して生じてもよい。
【００２２】
言及した炉制御は、単に一例として使用されるだけであることに留意されたい。例えば、他の熱源または他の熱伝達を提供することができ、例えば、ガラス保護下のはんだ付けプロセスの間に、熱伝達がガス分子（動力学）によって生じ、または誘導溶接のプロセスの間に、熱伝達が誘導を介して生じてもよい。
【００２３】
有利な実施形態においては、温度は、エピタキシャル凝固プロセスの間に、本発明に基づく方法によって（言及したように）低下する。しかし、温度は、エピタキシャル凝固プロセスの後よりも、遅い冷却速度で低下する。
【００２４】
例えば、エピタキシャル凝固プロセスの間、冷却速度は、１００Ｋ／分〜０．００１Ｋ／分、好ましくは２０Ｋ／分〜０．０１Ｋ／分、好ましくは１０Ｋ／分〜０．０１Ｋ／分、好ましくは５Ｋ／分〜０．０８Ｋ／分の範囲であり得る。エピタキシャル凝固プロセスの後の冷却プロセスの間、冷却速度は、１００Ｋ／分未満、好ましくは８０Ｋ／分未満、好ましくは６０Ｋ／分未満、好ましくは４０Ｋ／分未満、好ましくは２０Ｋ／分未満、好ましくは１０Ｋ／分未満、好ましくは５Ｋ／分未満、好ましくは２Ｋ／分未満であることが特に好ましく、冷却速度は、一定でも一定でなくてもよい。
【００２５】
本方法のために使用されるろう付充填金属は、例えば、以下の表に記載の組成物を有するろう付合金からなることができる。
【００２６】
【表１】
2009540173.tif 000003
【００２７】
または以下の表に記載の、
【表２】
2009540173.tif 000004
【００２８】
または以下の表に記載の、
【表３】
2009540173.tif 000005
【００２９】
最後の例は、市販のろう付充填金属Ｄ−１５に相当する。
「残部（Ｂａｌ．）」という表記は、特にこれにより、この場合はニッケル（Ｎｉ）により、重量比率の合計が１００％になるように補足されなければならない、または補足されることを示している。
【００３０】
有利な実施形態においては、ろう付充填金属は、ニッケル基に添加材料を有するように構成され得、この添加材料は、ニッケルの他に、例えば、１つまたは複数の以下の元素を有する。
【００３１】
【表４】
2009540173.tif 000006
【００３２】
【表５】
2009540173.tif 000007
【００３３】
または、１つまたは複数の以下の元素を有する。
【表６】
2009540173.tif 000008
【００３４】
【表７】
2009540173.tif 000009
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に基づく例示的な方法において構成され得る温度シーケンスである。
【図２】本発明に基づく方法の文脈において使用され得る、より詳しくは図１または図３で説明される本発明に基づく例示的な方法に関する、材料の例示的な組成物である。
【図３】本発明に基づく更なる例示的な方法において構成され得る更なる例示的な温度シーケンスである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
続いて、本発明の実施形態の例示を図１により提供するが、これによって本発明が制限されるものではない。
図１は、ニッケル基材料のためのまたはニッケル基材料からなるタービン翼のための、本発明に基づく例示的なろう付けもしくは補修方法または本発明に基づく例示的なろう付補修の文脈において構成され得る、ろう付充填金属のための例示的な温度時間シーケンス１を示す。ここで、ニッケル基材料またはニッケル基材料からなるタービン翼は、単結晶または多結晶または一方向凝固式で構成され得る。
【００３７】
ここでは、本方法をニッケル基材料またはタービン翼が、回復もしくは充填すべき亀裂もしくは間隙を有する、または、例えば５００μｍまでの幅もしくは高さを有する回復すべき領域を有する例によって、説明する。
例えば、ろう付充填金属は、ニッケル基ホウ素ろう付充填金属であってよい。ここで、ホウ素は融点降下剤として使用され、ニッケル内で高流動性を有する。加えて、ろう付充填金属はパラジウムを含有してよい。バラジウムはまた、融点降下剤であり、３成分Ｎｉ−Ｐｄ−Ｂ系においてホウ素の縁部ゾーンの溶解度を増大する。更に、ろう付充填金属は、γ’を生成するＡｌ、ＮｂおよびＴａのうちの１つ、複数または全部を含有してもよく、その結果、非エピタキシャル凝固プロセス（以下に述べる）に続いて、析出硬化が適切な熱処理を有する好ましい実施形態において実施されることができ、また、実施される。
【００３８】
おそらく添加材料が既に添加されているかまたは添加される例示的なろう付充填金属に関し、提供される材料のうちの１つは、例えば、本出願人が独国特許第１０３５６５６２Ａ１号の段落［０００６］〜［００６９］または請求項１〜２３に開示したものであってよい。本目的のために、これらを参照することにより、対象となる独国特許第１０３５６５６２Ａ１号の引用文を本開示の対象として使用する。この文脈において、本出願人は、自ら、本発明の組成物を更なる修飾例として主張する権利を明確に保持するものであり、これらの組成物においては、言及した独国特許第１０３５６５６２号の引用文に開示されている材料がろう付充填金属となるように構成されている。
【００３９】
例えば、ろう付充填金属は、以下の表に記載の組成物を有するように構成され得る。
【表８】
2009540173.tif 000010
【００４０】
「残部」という表記は、特にこれにより、この場合はニッケル（Ｎｉ）により、重量比率の合計が１００％になるように補足されなければならない、または補足されることを示している。
【００４１】
ろう付充填金属の特に有利な組成物が、図２による表の２行目に記載されている（Ａ２ろう付合金）。
【００４２】
ろう付合金は、添加材料で補足されることができるか、または補足される。例えば、上記添加材料は、ニッケル基で構成され得る。ろう付合金に添加されている添加材料の比率は、ろう付充填金属の２０重量％より大きく、好ましくは２５重量％より大きく、好ましくは２０〜６０重量％、好ましくは２５〜５０重量％、好ましくは３０〜５０重量％、好ましくは４０〜５０重量％、特に５０重量％が好ましい。例えば、添加材料はＲｅｎｅ８０からなることができ、この組成物は図２の３行目に記載されている。
【００４３】
既に言及したように、基体、すなわち回復すべき材料またはタービン翼は、ニッケル基材料である。基体、すなわち回復すべき材料またはタービン翼はまた、多結晶、円柱状一方向凝固、または単結晶の材料であってよい。しかし、本方法の特定の利点は、円柱状一方向凝固または単結晶の材料でのみ効果を有することに留意されたい。
【００４４】
図１による例示的な温度時間シーケンス１は、（少なくとも言及された温度および時間値に関して）、例えば、材料または基体または部材またはタービンブレードに関するものであるか、または単結晶ニッケル基超合金ＲｅｎｅＮ−５のために最適化されている。このようなニッケル基超合金ＲｅｎｅＮ−５の組成物は、図２の最終行に示されている。しかし、本方法はまた、例えば、円柱状一方向凝固合金または単結晶超合金、より詳しくは、ニッケル基合金のためにも使用され得ることに留意されたい。
【００４５】
本発明に基づく例示的な方法によれば、例えば、特に該方法の図１がニッケル基材料の非等温（すなわち好ましくは低下する温度）のエピタキシャルろう付けのための温度制御シーケンスを示しているように、最初に、ろう付充填金属は、上記ろう付充填金属の溶融温度以上の温度に加熱される。ろう付充填金属は、特に、ろう付充填金属が部分的にまたは完全に溶融した形で利用可能となる温度に加熱される。
【００４６】
続いて、加熱によって生成されたろう付充填金属の溶融塊は、タービンまたはエンジン部材内に形成された亀裂内に、もしくは２つのタービンまたはエンジン部材の間に形成された間隙内に充填されるか、または、補修される領域に塗布される。このような塗布は、加熱時にまたは加熱時間と重なって実施され得るが、代わりに、加熱時間の後に実施されてもよい。
【００４７】
図１による温度時間シーケンス１によって示されるように、そこでの加熱プロセスは、ろう付充填（ｆｉｌｅｒ）金属を完全に溶融してその溶融塊で間隙を充填するために、達成された温度が１２００°Ｃ〜１２６０°Ｃの範囲になるように生じる。図１の参照番号１０は、加熱の領域を示す。例えば、溶融温度が１５〜４５分間維持されている場合には、完全な液化（ｌｉｑｕｉｄａｔｉｏｎ）が達成され得る。これは、図１の領域１２に示されている。あるいは、このような溶融温度維持を行わないか、または加熱プロセスの後、エピタキシャル凝固プロセスの前に、上述の時間と異なる時間にわたって溶融温度維持が行われるように構成することもできる。このように温度を維持するように構成されている場合には、特に、温度維持の期間が後続のエピタキシャル凝固プロセスより短くなるように構成されている。例えば、温度維持の期間が、凝固プロセスが必要とする時間またはそれに伴う冷却期間の、５０％未満、好ましくは４０％未満、好ましくは３０％未満、好ましくは２０％未満、好ましくは１０％未満、好ましくは５％未満、好ましくは３％未満、好ましくは１％未満であるように、構成され得る。
【００４８】
上述のろう付充填金属の後続のエピタキシャル凝固プロセスにおいて、ろう付充填金属の温度は、非等温式に保持または制御される。特に、このエピタキシャル凝固プロセスは、溶融温度から一定の熱放散を有する（例えば傾斜部の形で）ことによって、非等温式に行われ、その結果、亀裂または間隙内の材料が均質に、すなわち共晶島なしで、凝固するようになる。図１が温度時間シーケンス１を示している本発明に基づく例示的な方法において、非等温エピタキシャル凝固は、２〜２５時間の期間内に生じる。本例では、ろう付充填金属の温度は、１０５０°Ｃ〜１２００°Ｃの間に冷却される。
【００４９】
図１の参照番号１４を有する領域は、エピタキシャル凝固プロセスの間の非等温温度制御の図を提供している。
【００５０】
本発明に基づく例示的な方法による、説明したプロセスまたはエピタキシャル凝固のプロセスは、より詳しくは、次の３つの効果もたらす。
【００５１】
第１の効果は、等温エピタキシャルプロセスと同様に、ホウ素が基材内に拡散されることを伴う。第２の効果は、ホウ素の縁部ゾーン溶解度が１０９３°Ｃの温度までのニッケル内で増大されることを伴う。第３の効果は、融点降下元素が溶融塊内に蓄積することを伴い、これが液相線温度を低下させることになる。
【００５２】
領域１６に示したように、エピタキシャル凝固プロセスの後、温度は周囲の温度に回復される。これは、制御された様式でも、制御されない様式でも行われ得る。
【００５３】
特に本実施形態は、単結晶タービン翼の、構造整合性のある非等温ろう付け補修を示している。このろう付け方法を適用することによって、補修された領域は、再度、単結晶構造を有し、結果的に、それに伴う高い機械的強度、耐酸化性、および再溶融温度を有する。例えば、米国特許第６，６２９，３６８Ｂ１号に記載の組成物と比較すると、温度安定性は、等温でないが、温度の低下を伴う等温式であり、ろう付けプロセスを著しく促進する。
【００５４】
従来技術によれば、航空機タービンの分野で既に確立されているろう付け方法を適用すると、動作上の損傷の症状として熱疲労亀裂および材料摩耗を有する、単結晶ニッケル基合金からなるタービン部材は、単結晶構造を有さない。
【００５５】
従って、補修後、これらのタービン部材はまた、元の機械的強度、耐酸化性、および再溶融温度も有さない。しかし、本発明の図１に説明した実施形態によれば、単結晶構造が、従って、機械的および物理的特徴もまた、可能な限り再構築される。
【００５６】
少なくとも本実施形態によって説明した本発明に基づくろう付け方法は、ニッケル基合金の亀裂もしくは間隙内または表面上における、ろう付充填金属の非等温エピタキシャル凝固に基づき、その結果、結晶構造、すなわち基体の結晶の方向および格子、が吸収されている。等温式に導かれたエピタキシャル凝固プロセスは、従来技術に属する。しかし、これらは、大きな間隙幅、例えば２００μｍの間隙幅のための凝固プロセスは極めて時間がかかる、という欠点を有する。なぜなら、ここでは、単にホウ素が液相線温度を上昇させるために間隙から拡散されているだけであるからである。凝固の初めに元素が溶融塊内に蓄積するので、（これらの元素が、結果的に、液相線温度を低下させる）、間隙からホウ素を完全に拡散させずとも、凝固プロセスを促進するために、傾斜部によってろう付け温度を進行させていくことが有利である。
【００５７】
特に本実施形態において示すように、本発明は複数の利点を提供する。本発明に基づく例示的な方法を適用することによって、補修された領域内のろう付充填金属構造は、再度、単結晶構造を有し、この単結晶構造は、従って、それに伴う高い機械的強度、耐酸化性および再溶融温度を有する。
【００５８】
温度制御が、温度の低下を伴い非等温式に実施されるという事実のため、ろう付けプロセスは著しく促進される。その結果として、タービン部材の単結晶基材は、熱的に応力を加えられるたり損傷を受けたりすることがより少なく、更に、より短い処理期間のために、ろう付けプロセスがより経済的になる。
【００５９】
エピタキシャル凝固の間、温度またはろう付け温度は、非等温式に生じ、低下する、すなわち、該温度は、特に極めて単調に低下するように、特に構成されている（領域１４を参照）。
【図１】
2009540173.tif 000011
【図２】
2009540173.tif 000012
【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年4月8日(2008.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶（ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｉｓｔａｌｌｉｎｅ）のタービンまたはエンジン部材を生成または補修する方法であって、
ろう付充填金属の溶融温度以上の温度に前記ろう付充填金属を加熱すること、
前記タービンもしくはエンジン部材内に形成された亀裂内に、または２つのタービンもしくはエンジン部材の間に形成された間隙内に、またはタービンもしくはエンジン部材の損傷領域内に、前記加熱プロセスを介して生成された前記ろう付充填金属の溶融塊を導入すること、および
前記ろう付充填金属のエピタキシャル凝固プロセスの間に、前記ろう付充填金属またはタービンもしくはエンジン部材の温度を非等温制御または調整すること
の各ステップによって、生成または補修する方法。
【請求項２】
前記ろう付充填金属の前記溶融温度以上の前記温度であって、前記温度まで前記ろう付充填金属が加熱される前記溶融温度が、１１００°Ｃ〜１３００°Ｃの範囲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】
前記ろう付充填金属のエピタキシャル凝固プロセスの間の前記ろう付充填金属の温度が、前記エピタキシャル凝固プロセスの間の前記ろう付充填金属の前記温度が極めて単調に低下するような方法で、非等温式に制御されることを特徴とする、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項４】
前記ろう付充填金属のエピタキシャル凝固プロセスの間の前記ろう付充填金属の温度が、前記エピタキシャル凝固プロセスの間の前記ろう付充填金属の前記温度が傾斜部の形でまたは直線的に極めて単調に低下するような方法で、非等温式に制御されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ろう付充填金属の前記エピタキシャル凝固プロセスの間の前記ろう付充填金属の一定または平均の冷却速度が、少なくとも０．００１Ｋ／分、特に１００Ｋ／分〜０．００１Ｋ／分の範囲であることを特徴とする、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項６】
ろう付充填金属を前記ろう付充填金属の前記溶融温度以上の温度に加熱した後であり、前記ろう付充填金属の前記エピタキシャル凝固プロセスの前に、前記温度が、溶融塊を完全に融解させるためにまたは溶融塊の比率を増大するために、予め決められた時間が維持されていることを特徴とする、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ろう付充填金属が、添加材料が添加されたろう付合金からなり、ろう付合金と添加材料との混合物に対する前記添加材料の重量比率が、０．００１重量％〜９９重量％、より詳しくは、２５重量％〜５０重量％の範囲であることを特徴とする、先行する請求項の一項に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも部分的に、また特に完全に、ろう付充填金属で充填された間隙もしくは亀裂または損傷領域を有する部材、すなわち、タービンまたはエンジン部材であって、前記ろう付充填金属が、単結晶または少なくとも一方向凝固構造を有し、パラジウムを含有することを特徴とする、部材。
【請求項９】
前記ろう付充填金属が、結晶構造を有し、パラジウムの他に、ハフニウム、イットリウムおよびホウ素も含有することを特徴とする、請求項８に記載の部材。
【請求項１０】
請求項１〜７のうちの一項に記載の方法で生成または補修された、部材、すなわち、タービンまたはエンジン部材、より詳しくは、請求項８または請求項９に記載の部材。
【国際調査報告】
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