(57)【要約】【課題】バインダジェット付加製造技術によって、予備焼結プリフォームを作製する。【解決手段】第１の粉末と、第２の粉末とを含む第１の粉末層（１１０）を堆積させた後、第１のバインダを第１の粉末層（１１０）の所定の位置に堆積させ、第２の粉末層（１３０）を第１の粉末層（１１０）の少なくとも一部の上に堆積させた後、第２のバインダを第２の粉末層（１３０）の所定の位置に堆積させる。第１のバインダの少なくとも一部および第２のバインダの少なくとも一部は、硬化されて未焼結部分（１５０）を形成する。次いで、未焼結部分（１５０）は、緻密化されて予備焼結プリフォーム（１６０）のニアネットシェイプ構成要素を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニアネットシェイプ構成要素を作製する方法であって、
バインダジェット付加製造技術によって、ニアネットシェイプ構成要素を作製することを含み、前記バインダジェット付加製造技術は、
第１の粉末と、第２の粉末とを含む第１の粉末層（１１０）を堆積させることと、
第１のバインダを前記第１の粉末層（１１０）の所定の位置に堆積させることと、
第２の粉末層（１３０）を第１の粉末層（１１０）の少なくとも一部の上に堆積させることと、
第２のバインダを前記第２の粉末層（１３０）の所定の位置に堆積させることと、
前記第１のバインダの少なくとも一部および前記第２のバインダの少なくとも一部を少なくとも部分的に硬化させてニアネットシェイプ未焼結部分（１５０）を形成することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記未焼結部分（１５０）を緻密化して予備焼結プリフォーム（１６０）のニアネットシェイプ構成要素を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
タービン物品（２００）を組み立てることをさらに含み、タービン物品（２００）を前記組み立てることが、前記予備焼結プリフォーム（１６０）のニアネットシェイプ構成要素をタービン物品構成要素（２１０）に固定して前記タービン物品（２００）を形成することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記タービン物品（２００）が、タービンバケット、タービンノズル、タービンシュラウド、翼形部、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記予備焼結プリフォーム（１６０）のニアネットシェイプ構成要素を構成して流体が前記予備焼結プリフォーム（１６０）のニアネットシェイプ構成要素を通って流れることができるようにすることをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記構成要素が、タービンバケット、タービンノズル、タービンシュラウド、翼形部、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記未焼結部分（１５０）に、前記浸透材料が、銅合金、ニッケル合金、コバルト合金、およびパラジウム合金からなる群から選択される浸透材料を浸透させることをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記未焼結部分（１５０）を緻密化することが、焼結、溶体化、エージング、およびそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記粉末材料が、第１の溶融温度を有する第１の粉末と、第２の溶融温度を有する第２の粉末とを含み、前記第１の溶融温度が、前記第２の溶融温度より低い、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記未焼結部分（１５０）を、前記第１の粉末の前記融点より高く、前記第２の粉末の前記融点より低い温度に加熱することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ニアネットシェイプ構成要素であって、
第１の粉末と、第２の粉末と、バインダとを備える緻密化されたバインダジェットが堆積された予備焼結プリフォーム（１６０）を備え、前記ニアネットシェイプ構成要素は、複雑な幾何学的形状を含む、ニアネットシェイプ構成要素。
【請求項１２】
前記緻密化された予備焼結プリフォーム（１６０）が、焼結、溶体化、エージング、およびそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１１に記載のニアネットシェイプ構成要素。
【請求項１３】
前記ニアネットシェイプ構成要素が、タービンバケット、タービンノズル、タービンシュラウド、翼形部、およびそれらの組合せからなる群から選択されるタービン物品（２００）に接合される、請求項１１に記載のニアネットシェイプ構成要素。
【請求項１４】
前記第１の粉末が、前記第２の粉末の融点より低い融点を有する、請求項１１に記載のニアネットシェイプ構成要素。
【請求項１５】
前記予備焼結プリフォーム（１６０）が、前記第１の粉末の前記融点より高く、前記第２の粉末の前記融点より低い温度に加熱され、前記ニアネットシェイプ構成要素が、タービン構成要素に接合されたときに亀裂を実質的に有さない、請求項１５に記載のニアネットシェイプ構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予備焼結プリフォームの製造のための付加製造技術および予備焼結プリフォームから形成されるタービン構成要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
付加製造は、様々な産業におけるカスタム部品の製造のための魅力的な技術である。従来の付加技術では、粉末は、局所焼結／溶融によって層毎に結合される。製造中に部品に課される反復熱応力は、得られる部品の機械的特性および全体的な耐久性を低下させる可能性がある。
【発明の概要】
【０００３】
例示的な実施形態は、バインダジェット付加製造技術によって、予備焼結プリフォームを作製する方法を含む。バインダジェット付加製造技術は、第１の粉末と、第２の粉末とを含む第１の粉末層を堆積させることを含む。第１のバインダは、第１の粉末層の所定の位置に堆積される。第２の粉末層は、第１の粉末層の少なくとも一部の上に堆積される。第２のバインダは、第２の粉末層の所定の位置に堆積される。第１および第２のバインダは、少なくとも部分的に硬化されて未焼結部分を形成する。未焼結部分は、緻密化されて予備焼結プリフォームのニアネットシェイプ構成要素を形成する。
【０００４】
例示的な実施形態は、第１の粉末と、第２の粉末と、バインダとを有する緻密化バインダジェット堆積材料を含むニアネットシェイプ構成要素を含む。ニアネットシェイプ構成要素は、複雑な幾何学的形状を含む。
【０００５】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例として示した添付の図面を伴って、以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態による粉末物品の概略図である。
【図２】一実施形態によるタービン物品の概略図である。
【図３】一実施形態による予備焼結プリフォームを作製する方法のフローチャートである。
【図４】一実施形態によるタービン物品を作製する方法のフローチャートである。
【０００７】
可能である場合、同じ部品を表すために図面を通して同じ参照数字を用いている。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
予備焼結プリフォームを形成する方法および予備焼結プリフォームから形成されるタービン物品が提供される。本開示の実施形態は、たとえば、本明細書に開示された１つまたは複数の特徴を含まない概念と比較して、表面均一性が改善され、表面亀裂が減少した予備焼結プリフォームをもたらす。
【０００９】
本明細書で使用される未焼結部分という用語は、粉末粒子が互いに直接結合されることなく、粉末がバインダによって、または機械的に（たとえば、圧縮されて）共に保持される金属および／またはセラミック粉末を含む構造を定義する。本明細書で使用される予備焼結プリフォームという用語は、粉末が互いに直接結合されることによって共に保持される金属および／またはセラミック粉末を含む構造を定義する。本明細書で使用される高溶融粉末という用語は、粉末層の粉末の最高融点を有する粉末を定義する。粉末層の追加の粉末は、それらの融点が最高溶融粉末の摂氏２００度以内である場合、高溶融粉末とみなされる。本明細書で使用される低溶融粉末という用語は、粉末層の最高溶融粉末より少なくとも摂氏２００度低い融点を有する粉末を定義する。
【００１０】
粉末物品１００の実施形態を、図１に示す。例示的な実施形態では、粉末物品１００は、バインダジェット付加製造技術によって形成された粉末物品を含む。第１の粉末と、第２の粉末とを少なくとも含む第１の粉末層１１０が堆積される。第１の粉末層１１０の粉末は、金属（たとえば、アルミニウム、クロム、コバルト、鉄、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、ケイ素、タンタル、チタン、タングステン、バナジウム、およびそれらの組合せ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の粉末層１１０の金属は、別個の構成要素として設けられてもよい。いくつかの実施形態では、第１の粉末層１１０の金属は、合金（たとえば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ−１０Ｍｇ）、ニッケル超合金（たとえば、ＧＴＤ１１１、ＧＴＤ２２２、ＨＡＳＴＡＬＬＯＹ  Ｘ、ＨＡＹＮＥＳ２３０、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、Ｉｎｃｏｎｅｌ７３８、Ｉｎｃｏｎｅｌ９３９、ＭＡＲ−Ｍ−２４７、Ｒｅｎｅ１０８、ＲｅｎｅＮ５、およびそれらの組合せ）、ステンレス鋼（たとえば、ステンレス鋼３１６、および／またはステンレス鋼４２０）、および／またはコバルト−クロム合金（たとえば、ＦＳＸ４１４、ＨＡＹＮＥＳ１８８、ＭＡＲ−Ｍ−５０９、およびそれらの組合せ）として設けられてもよい。第１の粉末および第２の粉末の材料は、異なっている。いくつかの実施形態では、第１の粉末は、第２の粉末の融点より低い融点を有する。いくつかの実施形態では、第１の粉末および第２の粉末は各々、高溶融粉末であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の粉末は、低溶融粉末であってもよく、第２の粉末は、高溶融粉末であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の粉末層１１０は、追加の粉末を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１および第２の粉末の平均粒径は、独立して、約４．０マイクロメートルより大きく、約７．０マイクロメートルより大きく、約１０．０マイクロメートルより大きく、約１５．０マイクロメートルより大きく、約２０．０マイクロメートルより大きく、約１００．０マイクロメートルより小さく、約７０．０マイクロメートルより小さく、約５０．０マイクロメートルより小さく、約３０．０マイクロメートルより小さく、およびそれらの組合せであってもよい。
【００１１】
図１の例では、バインダ領域１２０が、第１の粉末層１１０に形成される。バインダは、第１の粉末層１１０の所定の位置に堆積されて第１のバインダ領域１２０を形成する。バインダは、第１の粉末層１１０の少なくとも一部に浸透して第１の粉末層１１０の少なくとも一部の間隙を充填する。バインダは、第１のバインダ領域１２０内の粉末粒子間に凝集力を与える。いくつかの実施形態では、バインダは、固体、液体、または溶融物として堆積させることができる。他の実施形態では、バインダは、溶液として堆積させてもよい。第１のバインダ領域１２０のバインダは、第１の粉末層１１０の材料と適合する任意のバインダとすることができる。適切なバインダは、これらに限定されないが、熱可塑性樹脂（たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、および／またはエチレンコポリマー）、熱硬化性樹脂（たとえば、ポリウレタン、フェノール類、ポリイミド、ポリエステル、メラミンおよび／またはポリシアヌレート）、およびそれらの組合せを含む。適切な溶媒は、これらに限定されないが、２−ピロリドン、メタノール、イソプロピルアルコール、水、１，５−ペンタンジオール、エチレングリコール、トリエチレングリコール、およびそれらの組合せを含む。
【００１２】
図１の例では、第２の粉末層１３０は、第１の粉末層１１０の少なくとも一部および第１のバインダ領域１２０の少なくとも一部の上に堆積される。第２の粉末層１３０は、第３の融点を有する第３の粉末と、第４の融点を有する第４の粉末とを少なくとも含む。第３の粉末は、第１の粉末および／または第２の粉末と同じであっても異なっていてもよい。第４の粉末は、第１の粉末および／または第２の粉末と同じであっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第３の粉末は、第１の粉末と同じであってもよく、第４の粉末は、第２の粉末と同じであってもよい。適切な第３および第４の粉末材料は、第１および第２の粉末について上述したものを含む。いくつかの実施形態では、第３の粉末および第４の粉末は各々、高溶融粉末であってもよい。いくつかの実施形態では、第３の粉末は、低溶融粉末であってもよく、第４の粉末は、高溶融粉末であってもよい。いくつかの実施形態では、第２の粉末層１３０は、追加の粉末を含んでもよい。
【００１３】
図１の例では、第２のバインダ領域１４０は、第２のバインダを第２の粉末層１３０の所定の位置に堆積させることによって第２の粉末層１３０に形成される。バインダは、第２の粉末層１３０の少なくとも一部に浸透して第２の粉末層１３０の少なくとも一部の間隙を充填する。バインダは、第２のバインダ領域１４０内の粉末粒子間に凝集力を与える。いくつかの実施形態では、バインダは、固体、液体、または溶融物として堆積させることができる。他の実施形態では、バインダは、溶液として堆積させてもよい。第２のバインダ領域１４０は、第１のバインダ領域１２０の少なくとも一部と接触する。第２のバインダ領域１４０のバインダは、第２の粉末層１３０の材料と適合する任意のバインダとすることができる。第２のバインダ領域１４０のバインダは、第１のバインダ領域１２０のバインダと同じであっても異なっていてもよい。一実施形態では、第１のバインダ領域１２０のバインダは、第２のバインダ領域１４０のバインダと同じである。適切なバインダおよび溶媒は、第１のバインダ領域１２０について上述したものを含む。
【００１４】
バインダが凝固および／または硬化するにつれて、第１のバインダ領域１２０および第２のバインダ領域１４０の重なり合う部分は、共に結合して未焼結部分１５０を形成する。いくつかの実施形態では、バインダは、加熱（たとえば、マイクロ波および／または熱）および／または化学線（たとえば、可視光、および／または紫外光）の照射によって少なくとも部分的に硬化され得る。いくつかの実施形態では、粉末層およびバインダ領域の追加の堆積を行ってより大きい未焼結部分１５０を形成してもよい。いくつかの実施形態では、未焼結部分１５０のバインダは、バインダ領域が堆積されるにつれて少なくとも部分的に連続的に硬化されてもよい。他の実施形態では、未焼結部分１５０のバインダは、複数のバインダ領域の堆積後に少なくとも部分的に硬化させることができる。追加の層／バインダ領域の数は、少なくとも約１０、少なくとも約１００、少なくとも約１０００、少なくとも約５０００、および／または少なくとも約１０，０００であってもよい。
【００１５】
バインダ領域の少なくとも部分的な硬化の後、未焼結部分１５０を加熱（たとえば、オーブンで）して少なくとも部分的に硬化したバインダを実質的に完全に硬化させることができる。未焼結部分１５０のバインダを実質的に完全に硬化させることにより、損傷を与えることなく処理中に未焼結部分１５０をより容易に物理的に操作することができる。
【００１６】
未焼結部分１５０は、緻密化されて予備焼結プリフォーム１６０を形成することができる。緻密化は、予備焼結プリフォーム１６０の機械的、光学的、および／または電気的特性（たとえば、硬度、破壊靱性、曲げ強度、耐摩耗性、熱膨張率、熱伝導率、耐熱衝撃性、熱衝撃サイクル）を高めることができる。
【００１７】
第１の粉末層１１０および／または第２の粉末層１３０は、任意選択で、１つまたは複数の添加剤を含むことができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の添加剤は、得られる予備焼結プリフォーム１６０の強度特性を改善するために提供されてもよい。適切な添加剤は、これらに限定されないが、カーボンナノ粒子（たとえば、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノフィラメント、およびそれらの組合せ）および／またはセラミック繊維（たとえば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、ホウ化チタン、窒化チタン、炭化チタン、炭化ホウ素、およびそれらの組合せ）を含む。
【００１８】
緻密化の技術は、これらに限定されないが、焼結、溶体化、エージング、およびそれらの組合せを含む。いくつかの実施形態では、緻密化は、焼結を含む。焼結温度は、粉末層の材料に依存する。一実施形態では、焼結は、第１の粉末の融点より高く第２の粉末の融点より低い温度で行われる。一実施形態では、焼結は、第１の粉末の融点および第２の粉末の融点より低い温度で行われる。たとえば、Ａｌ２Ｏ３Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）は、減圧（たとえば、約１０−４Ｔｏｒｒ）下で、約５００〜約７００ケルビン／時間の加熱速度で、約８５０〜約９００ケルビンの第１の温度で約０．５〜約２時間、および約１９００〜約２０００ケルビンの第２の温度で約０．５〜約２時間、最初に焼結されてもよい。いくつかの実施形態では、未焼結部分１５０は、熱間静水圧プレス法（ＨＩＰ）によって緻密化されてもよい。例示的な実施形態では、未焼結部分１５０は、不活性雰囲気（たとえば、アルゴン、窒素、および／またはヘリウム）下で密閉された炉内に配置され、圧力（たとえば、５０メガパスカル〜３１０メガパスカル）下で加熱（たとえば、摂氏４８０度〜摂氏１３２０度）されてもよい。特定の熱間静水圧プレス法条件は、未焼結部分１５０の材料に依存する。いくつかの実施形態では、熱間静水圧プレス法は、焼結プロセスの少なくとも一部として行われてもよい。未焼結部分１５０のバインダは、典型的には、焼結温度より低い分解温度を有し、緻密化の間にバインダの実質的にすべてが未焼結部分１５０から除去されることを可能にする。
【００１９】
いくつかの実施形態では、浸透材料（たとえば、銅合金（たとえば、銅−錫）、ニッケル合金（たとえば、ＢＮｉ−２、ＢＮｉ−３、ＢＮｉ−５、ＢＮｉ−６、ＢＮｉ−７、ＢＮｉ−９、ＢＮｉ−１０、ＤＦ−４Ｂ、Ｄ１５、およびそれらの組合せ）、コバルト合金（たとえば、Ｃｏ−１０１、ＤＦ−４Ｂ、およびそれらの組合せ）、パラジウム合金（たとえば、ＢＶＰｄ−１、ＰＤ２０１、およびそれらの組合せ）、炭素、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化セシウム、酸化ジルコニウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化クロム、および／または窒化マグネシウム）を高密度化の間に添加して、緻密化された予備焼結プリフォームの特性をさらに高めることができる。浸透は、これらに限定されないが、圧力支援浸透、真空駆動浸透、毛細管駆動浸透、およびそれらの組合せを含む当技術分野で公知の様々な方法によって行うことができる。いくつかの実施形態では、予備焼結プリフォーム１６０の得られる密度は、理論上の最大密度の約９５％超、約９７％超、約９８％超、約９９％超、約９９．５％超、および／または約９９．９％超であってもよい。
【００２０】
本明細書で使用する場合、「ＢＮｉ−２」は、重量で、約３％の鉄、約３．１％のホウ素、約４．５％のケイ素、約７％のクロム、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００２１】
本明細書で使用する場合、「ＢＮｉ−３」は、重量で、約４．５％のケイ素、約３％のホウ素、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００２２】
本明細書で使用する場合、「ＢＮｉ−５」は、重量で、約１０％のケイ素、約１９％のクロム、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００２３】
本明細書で使用する場合、「ＢＮｉ−６」は、重量で、約１１％の亜リン酸および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００２４】
本明細書で使用する場合、「ＢＮｉ−９」は、重量で、約１５％のクロム、約３％のホウ素、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００２５】
本明細書で使用する場合、「ＢＮｉ−１０」は、重量で、約１１．５％のクロム、約３．５％のケイ素、約２．５％のホウ素、約３．５％の鉄、約０．５％の炭素、約１６％のタングステン、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００２６】
本明細書で使用する場合、「ＢＣｏ−１」は、重量で、約１９％のクロム、約１７％のニッケル、約８％のケイ素、約０．８％のホウ素、約４％のタングステン、および残部のコバルトの組成を含む合金を指す。
【００２７】
本明細書で使用する場合、「ＢＶＰｄ−１」は、重量で、約３５％のコバルト、および残部のパラジウムの組成を含む合金を指す。
【００２８】
本明細書で使用する場合、「Ｃｏ−１０１」は、重量で、約１９％のクロム、約８％のケイ素、約０．８％のホウ素、約０．４％の炭素、約４％のタングステン、および残部のコバルトの組成を含む合金を指す。
【００２９】
本明細書で使用する場合、「ＤＦ−４Ｂ」は、重量で、約１４％のクロム、約１０％のコバルト、約３．５％のアルミニウム、約２．５％のタンタル、約２．７５％のホウ素、約０．０５％のイットリウム、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００３０】
本明細書で使用する場合、「Ｄ１５」は、重量で、約１５％のクロム、約１０．２５％のコバルト、約３．５％のタンタル、約３．５％のアルミニウム、約２．３％のホウ素、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００３１】
本明細書で使用する場合、「ＦＳＸ４１４」は、重量で、約２９％のクロム、約７％のタングステン、約１０％のニッケル、約０．６％の炭素、および残部のコバルトの組成を含む合金を指す。
【００３２】
本明細書で使用する場合、「ＧＴＤ１１１」は、重量で、約１４％のクロム、約９．５％のコバルト、約３．８％のタングステン、約４．９％のチタン、約３％のアルミニウム、約０．１％の鉄、約２．８％のタンタル、約１．６％のモリブデン、約０．１％の炭素、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００３３】
本明細書で使用する場合、「ＧＴＤ２２２」は、重量で、約２３．５％のクロム、約１９％のコバルト、約２％のタングステン、約０．８％のニオブ、約２．３％のチタン、約１．２％のアルミニウム、約１％のタンタル、約０．２５％のケイ素、約０．１％のマンガン、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００３４】
本明細書で使用する場合、「ＧＴＤ４４４」は、重量で、約７．５％のコバルト、約０．２％の鉄、約９．７５％のクロム、約４．２％のアルミニウム、約３．５％のチタン、約４．８％のタンタル、約６％のタングステン、約１．５％のモリブデン、約０．５％のニオブ、約０．２％のケイ素、約０．１５％のハフニウム、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００３５】
本明細書で使用する場合、「ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ  Ｘ」は、重量で、約２２％のクロム、約１８％の鉄、約９％のモリブデン、約１．５％のコバルト、約０．１％の炭素、約０．６％のタングステン、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００３６】
本明細書で使用する場合、「ＨＡＹＮＥＳ１８８」は、重量で、約２２％のクロム、約２２％のニッケル、約０．１％の炭素、約３％の鉄、約１．２５％のマンガン、約０．３５％のケイ素、約１４％のタングステン、約０．０３％のランタン、および残部のコバルトの組成を含む合金を指す。
【００３７】
本明細書で使用する場合、「ＨＡＹＮＥＳ２３０」は、重量で、約２２％のクロム、約２％のモリブデン、約０．５％のマンガン、約０．４％のケイ素、約１４％のタングステン、約０．３％のアルミニウム、約０．１％の炭素、約０．０２％のランタン、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００３８】
本明細書で使用する場合、「ＩＮＣＯＮＥＬ１００」は、重量で、約１０％のクロム、約１５％のコバルト、約３％のモリブデン、約４．７％のチタン、約５．５％のアルミニウム、約０．１８％の炭素、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００３９】
本明細書で使用する場合、「ＩＮＣＯＮＥＬ６００」は、重量で、約１５．５％のクロム、約８％の鉄、約１％のマンガン、約０．５％の銅、約０．５％のケイ素、約０．１５％の炭素、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００４０】
本明細書で使用する場合、「ＩＮＣＯＮＥＬ６２５」は、重量で、約２１．５％のクロム、約５％の鉄、約９％のモリブデン、約３．６５％のニオブ、約１％のコバルト、約０．５％のマンガン、約０．４％のアルミニウム、約０．４％のチタン、約０．５％のケイ素、約０．１％の炭素、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００４１】
本明細書で使用する場合、「ＩＮＣＯＮＥＬ７１８」は、重量で、約１７％のクロム、約０．３５％のアルミニウム、約２．８０％のモリブデン、約０．６５％のチタン、約４．７５％のニオブ＋タンタル、および残部のニッケル＋コバルト（コバルトの最大１％）の組成を含む合金を指す。
【００４２】
本明細書で使用する場合、「ＩＮＣＯＮＥＬ７３８」は、重量で、約０．１７％の炭素、約１６％のクロム、約８．５％のコバルト、約１．７５％のモリブデン、約２．６％のタングステン、約３．４％のチタン、約３．４％のアルミニウム、約０．１％のジルコニウム、約２％のニオブ、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００４３】
本明細書で使用する場合、「ＩＮＣＯＮＥＬ９３９」は、重量で、約０．１５％の炭素、約２２．５％のクロム、約１９％のコバルト、約２％のタングステン、約３．８％のチタン、約１．９％のアルミニウム、約１．４％のタンタル、約１％のニオブ、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００４４】
本明細書で使用する場合、「Ｌ６０５」は、重量で、約２０％のクロム、約１０％のニッケル、約１５％のタングステン、約０．１％の炭素、および残部のコバルトの組成を含む合金を指す。
【００４５】
本明細書で使用する場合、「ＭＡＲ−Ｍ−２４７」は、重量で、約５．５％のアルミニウム、約０．１５％の炭素、約８．２５％のクロム、約１０％のコバルト、約１０％のタングステン、約０．７％のモリブデン、約０．５％の鉄、約１％のチタン、約３％のタンタル、約１．５％のハフニウム、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００４６】
本明細書で使用する場合、「ＭＡＲ−Ｍ−５０９」は、重量で、約２４％のクロム、約１０％のニッケル、約７％のタングステン、約３．５％のタンタル、約０．５％のジルコニウム、約０．６％の炭素、および残部のコバルトの組成を含む合金を指す。
【００４７】
本明細書で使用する場合、「ＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂ」は、重量で、約２３．５％のクロム、約１０％のニッケル、約７％のタングステン、約３．５％のタンタル、約０．４５％のジルコニウム、約２．９％のホウ素、約０．６％の炭素、約０．２％のチタン、および残部のコバルトの組成を含む合金を指す。
【００４８】
本明細書で使用する場合、「ＰＤ−２０１」は、重量で、約４０％のニッケル、および残部のパラジウムの組成を含む合金を指す。
【００４９】
本明細書で使用する場合、「Ｒｅｎｅ１０８」は、重量で、約８．４％のクロム、約９．５％のコバルト、約５．５％のアルミニウム、約０．７％のチタン、約９．５％のタングステン、約０．５％のモリブデン、約３％のタンタル、約１．５％のハフニウム、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００５０】
本明細書で使用する場合、「ＲｅｎｅＮ５」は、重量で、約７．５％のコバルト、約７．０％のクロム、約６．５％のタンタル、約６．２％のアルミニウム、約５．０％のタングステン、約３．０％のレニウム、約１．５％のモリブデン、約０．１５％のハフニウム、および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
【００５１】
本明細書で使用する場合、「ステンレス鋼３１６」は、重量で、約１６％のクロム、約１０％のニッケル、約２％のモリブデン、および残部の鉄の組成を含む合金を指す。
【００５２】
本明細書で使用する場合、「ステンレス鋼４２０」は、重量で、約１３％のクロム、少なくとも０．１５％の炭素、および残部の鉄の組成を含む合金を指す。
【００５３】
タービン物品２００の一実施形態を、図２に示す。タービン物品２００は、予備焼結プリフォーム１６０と、少なくとも１つのタービン物品構成要素２１０とを含む。タービン物品２００は、予備焼結プリフォーム１６０を少なくとも１つのタービン物品構成要素２１０に固定することによって形成することができる。溶接、機械ろう付け、レーザ溶接、摩擦溶接、超音波溶接、付加製造、およびそれらの組合せを含む、様々な技術を使用して予備焼結プリフォーム１６０を少なくとも１つのタービン物品構成要素２１０に固定することができる。いくつかの実施形態では、タービン物品２００は、タービンバケット、タービンノズル、タービンシュラウド、翼形部、およびそれらの組合せであってもよい。他の実施形態では、タービン物品２００自体が、タービンノズル、タービンシュラウド、および／または翼形部などのタービン部品のさらなる構成要素であってもよい。
【００５４】
いくつかの実施形態では、予備焼結プリフォーム１６０は、ニアネットシェイプ構成要素であってもよい。ニアネットシェイプ構成要素は、使用に望ましい形状および／または構成で実質的に製造プロセスを終了する。ニアネットシェイプ製造を使用して、湾曲した表面および複雑な幾何学的形状を有する構成要素を製造することができる。ニアネットシェイプに製造された構成要素は、典型的には、使用前に製造後処理（たとえば、機械加工）をほとんどまたは全く必要とせず、製造後処理による材料損失および／または無駄を低減または排除することができる。
【００５５】
図３は、予備焼結プリフォームをバインダジェット付加製造技術によって作製することを含む、予備焼結プリフォーム１６０を作製する方法３００のフローチャートである。図３の例では、ブロック３１０において、第１の粉末と、第２の粉末とを含む第１の粉末層１１０が堆積される。ブロック３２０において、バインダは、第１の粉末層の所定の位置に堆積されて第１のバインダ領域１２０を形成する。ブロック３３０において、第２の粉末層１３０は、第１の粉末層１１０の少なくとも一部および第１のバインダ領域１２０の少なくとも一部の上に堆積される。ブロック３４０において、第２のバインダは、第２の粉末層１３０の所定の位置に堆積されて第２のバインダ領域１４０を形成する。第２のバインダ領域１４０は、第１のバインダ領域１２０と少なくとも部分的に重なり合う。ブロック３５０において、バインダの少なくとも一部は、凝固してニアネットシェイプ未焼結部分１５０を形成する。ブロック３６０において、ニアネットシェイプ未焼結部分１５０は、緻密化されて予備焼結プリフォーム１６０のニアネットシェイプ構成要素を形成する。
【００５６】
図４は、タービン物品２００を作製する方法４００のフローチャートである。図４の例では、ブロック４１０において、少なくとも１つのタービン物品構成要素２１０が設けられる。ブロック４２０において、少なくとも１つの予備焼結プリフォーム１６０は、タービン物品構成要素２１０に固定されてタービン物品２００を形成する。
【００５７】
本発明について１つまたは複数の実施形態を参照して記述してきたが、本発明の範囲から逸脱せずに、種々の変更を施してもよいこと、およびその要素を等価物に置換してもよいことが当業者にとって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に属するすべての実施形態を含むことを意図している。加えて、詳細な説明で特定されるすべての数値は、正確な値と近似値の両方が明示的に特定されているものと解釈されるべきである。
［実施態様１］
ニアネットシェイプ構成要素を作製する方法であって、
バインダジェット付加製造技術によって、ニアネットシェイプ構成要素を作製することを含み、前記バインダジェット付加製造技術は、
第１の粉末と、第２の粉末とを含む第１の粉末層（１１０）を堆積させることと、
第１のバインダを前記第１の粉末層（１１０）の所定の位置に堆積させることと、
第２の粉末層（１３０）を第１の粉末層（１１０）の少なくとも一部の上に堆積させることと、
第２のバインダを前記第２の粉末層（１３０）の所定の位置に堆積させることと、
前記第１のバインダの少なくとも一部および前記第２のバインダの少なくとも一部を少なくとも部分的に硬化させてニアネットシェイプ未焼結部分（１５０）を形成することと
を含む、方法。
［実施態様２］
前記未焼結部分（１５０）を緻密化して予備焼結プリフォーム（１６０）のニアネットシェイプ構成要素を形成することをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
タービン物品（２００）を組み立てることをさらに含み、タービン物品（２００）を前記組み立てることが、前記予備焼結プリフォーム（１６０）のニアネットシェイプ構成要素をタービン物品構成要素（２１０）に固定して前記タービン物品（２００）を形成することを含む、実施態様２に記載の方法。
［実施態様４］
前記タービン物品（２００）が、タービンバケット、タービンノズル、タービンシュラウド、翼形部、およびそれらの組合せからなる群から選択される、実施態様３に記載の方法。
［実施態様５］
前記予備焼結プリフォーム（１６０）のニアネットシェイプ構成要素を前記固定することが、溶接、機械ろう付け、レーザ溶接、摩擦溶接、超音波溶接、付加製造、およびそれらの組合せを含む、実施態様３に記載の方法。
［実施態様６］
前記予備焼結プリフォーム（１６０）のニアネットシェイプ構成要素を構成して流体が前記予備焼結プリフォーム（１６０）のニアネットシェイプ構成要素を通って流れることができるようにすることをさらに含む、実施態様２に記載の方法。
［実施態様７］
前記構成要素が、タービンバケット、タービンノズル、タービンシュラウド、翼形部、およびそれらの組合せからなる群から選択される、実施態様２に記載の方法。
［実施態様８］
前記未焼結部分（１５０）に浸透材料を浸透させることをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
前記浸透材料が、銅合金、ニッケル合金、コバルト合金、およびパラジウム合金からなる群から選択される、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１０］
前記未焼結部分（１５０）を緻密化することが、焼結、溶体化、エージング、およびそれらの組合せを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１１］
前記緻密化することが、焼結を含む、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１２］
前記粉末材料が、第１の溶融温度を有する第１の粉末と、第２の溶融温度を有する第２の粉末とを含み、前記第１の溶融温度が、前記第２の溶融温度より低い、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１３］
前記未焼結部分（１５０）を、前記第１の粉末の前記融点より高く、前記第２の粉末の前記融点より低い温度に加熱することをさらに含む、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１４］
ニアネットシェイプ構成要素であって、
第１の粉末と、第２の粉末と、バインダとを備える緻密化されたバインダジェットが堆積された予備焼結プリフォーム（１６０）を備え、前記ニアネットシェイプ構成要素は、複雑な幾何学的形状を含む、ニアネットシェイプ構成要素。
［実施態様１５］
前記緻密化された予備焼結プリフォーム（１６０）が、焼結、溶体化、エージング、およびそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つである、実施態様１４に記載のニアネットシェイプ構成要素。
［実施態様１６］
前記緻密化された予備焼結プリフォーム（１６０）が、焼結される、実施態様１４に記載のニアネットシェイプ構成要素。
［実施態様１７］
前記ニアネットシェイプ構成要素が、タービンバケット、タービンノズル、タービンシュラウド、翼形部、およびそれらの組合せからなる群から選択されるタービン物品（２００）に接合される、実施態様１４に記載のニアネットシェイプ構成要素。
［実施態様１８］
前記第１の粉末が、前記第２の粉末の融点より低い融点を有する、実施態様１４に記載のニアネットシェイプ構成要素。
［実施態様１９］
前記予備焼結プリフォーム（１６０）が、前記第１の粉末の前記融点より高く、前記第２の粉末の前記融点より低い温度に加熱され、前記ニアネットシェイプ構成要素が、タービン構成要素に接合されたときに亀裂を実質的に有さない、実施態様１８に記載のニアネットシェイプ構成要素。
【符号の説明】
【００５８】
１００  粉末物品
１１０  第１の粉末層
１２０  第１のバインダ領域
１３０  第２の粉末層
１４０  第２のバインダ領域
１５０  未焼結部分
１６０  予備焼結プリフォーム
２００  タービン物品
２１０  タービン物品構成要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2019011506000001.pdf