(57)【要約】      （修正有）【課題】材料特性の低下を防ぐ、構成要素の修理方法の提供。【解決手段】原形状を有する原構成要素から二次構成要素を形成する方法が、原構成要素を親構成要素と交換される部分とに分離するステップと、付加製造システムを使用して交換クーポンを形成するステップとを含む。該交換クーポンは交換される部分の原形状に実質的に一致するように成形される。本方法は、交換クーポンを親構成要素に結合して、二次構成要素を形成するステップをさらに含む。また、（ｉ）構築時交換クーポンへの任意の熱処理の適用の前に、付加製造システムのビルドプレートから交換クーポンを除去するステップであり、該交換クーポンは、除去後、交換される部分のニアネット原形状を維持する、除去するステップ、及び（ｉｉ）交換クーポンの熱間静水圧プレス処理が実施されていない状態で、該二次構成要素に通常の仕事を始めさせるステップと、のうちの少なくとも１つを含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原形状を有する原構成要素（３００）から二次構成要素（３０１）を形成する方法（５００）であって、
前記原構成要素（３００）を親構成要素（３０２）と交換される部分（３０８）とに分離するステップ（５０４）と、
付加製造システム（４００）を使用して交換クーポン（４０２）を形成するステップ（５０８）であり、前記交換クーポン（４０２）は前記交換される部分（３０８）の前記原形状に実質的に一致するように成形される、ステップ（５０８）と、
前記構築時交換クーポン（４０２）への任意の熱処理の適用前に、前記付加製造システム（４００）のビルドプレート（４０１）から前記交換クーポン（４０２）を除去するステップ（５１２）であり、前記交換クーポン（４０２）は、除去後、前記交換される部分（３０８）のニアネット原形状を維持する、ステップ（５１２）と、
前記交換クーポン（４０２）を前記親構成要素（３０２）に結合して、前記二次構成要素（３０１）を形成するステップ（５１６）と
を含む、方法（５００）。
【請求項２】
前記交換クーポン（４０２）の各溶融ビルド層（４１６）の厚さが約１０マイクロメートルから約１，０００マイクロメートルまでの範囲内にあるように、前記付加製造システム（４００）を動作させるステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
約１００ワットから約２，０００ワットまでの範囲内の、レーザシステム（４０６）の出力で、前記付加製造システム（４００）を動作させるステップをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
１秒当たり約５０ミリメートルから１秒当たり約２，０００ミリメートルまでの範囲内のスキャン速度で、前記付加製造システム（４００）を動作させるステップをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記親構成要素（３０２）と前記交換クーポン（４０２）との溶接前熱処理を少なくとも部分的に同時に実施するステップ（５２０）をさらに含み、前記溶接前熱処理は、結合する前記ステップ（５１６）の前に前記構築時交換クーポン（４０２）に適用される唯一の熱処理である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記交換クーポン（４０２）の熱間静水圧プレス処理が実施されていない状態で、前記二次構成要素（３０１）に仕事を始めさせるステップ（５２４）をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
形成する前記ステップ（５０８）は、前記交換クーポン（４０２）の前記熱間静水圧プレス処理が実施されていない状態で、約０．３５パーセント未満の多孔性を有する前記交換クーポン（４０２）を形成するステップを含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
形成する前記ステップ（５０８）は、粉末形状の合金から前記交換クーポン（４０２）を形成するステップを含み、前記合金は、
約６０重量パーセントから約６５重量パーセントまでのコバルトと、
約２５重量パーセントから約３０重量パーセントまでのクロムと、
約５重量パーセントから約７重量パーセントまでのモリブデンと、
約０．０１重量パーセントから約１重量パーセントまでのニッケル、および
約０．０１重量パーセントから約２重量パーセントまでの鉄
のうちの少なくとも１つと
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記粉末形状の前記合金から前記交換クーポン（４０２）を形成する前記ステップは、
少なくとも０．１重量パーセントからのニッケル、および
少なくとも０．７５重量パーセントからの鉄
のうちの少なくとも１つを含む前記合金から形成するステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
原形状を有する原構成要素（３００）から二次構成要素（３０１）を形成する方法（５００）であって、
前記原構成要素（３００）を親構成要素（３０２）と交換される部分（３０８）とに分離するステップ（５０４）と、
付加製造システム（４００）を使用して交換クーポンを形成するステップで（５０８）あり、前記交換クーポン（４０２）は前記交換される部分（３０８）の前記原形状に実質的に一致するように成形される、ステップ（５０８）と、
前記交換クーポン（４０２）を前記親構成要素（３０２）に結合して、前記二次構成要素（３０１）を形成するステップ（５１６）と、
前記交換クーポン（４０２）の熱間静水圧プレス処理が実施されていない状態で、前記二次構成要素（３０１）に仕事を始めさせるステップ（５２４）と
を含む、方法（５００）。
【請求項１１】
前記交換クーポン（４０２）の各溶融ビルド層（４１６）の厚さが約１０マイクロメートルから約１，０００マイクロメートルまでの範囲内にあるように、前記付加製造システム（４００）を動作させるステップをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
約１００ワットから約２，０００ワットまでの範囲内の、レーザシステム（４０６）の出力で、前記付加製造システム（４００）を動作させるステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
１秒当たり約５０ミリメートルから１秒当たり約２，０００ミリメートルまでの範囲内のスキャン速度で、前記付加製造システム（４００）を動作させるステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記親構成要素（３０２）と前記交換クーポン（４０２）との溶接前熱処理を少なくとも部分的に同時に実施するステップ（５２０）をさらに含み、前記溶接前熱処理は、結合する前記ステップ（５１６）の前に前記構築時交換クーポン（４０２）に適用される唯一の熱処理である、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
形成する前記ステップ（５０８）は、前記交換クーポン（４０２）の前記熱間静水圧プレス処理が実施されていない状態で、約０．３５パーセント未満の多孔性を有する前記交換クーポン（４０２）を形成するステップを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
形成する前記ステップ（５０８）は、粉末形状の合金から前記交換クーポン（４０２）を形成するステップを含み、前記合金は、
約６０重量パーセントから約６５重量パーセントまでのコバルトと、
約２５重量パーセントから約３０重量パーセントまでのクロムと、
約５重量パーセントから約７重量パーセントまでのモリブデンと、
約０．０１重量パーセントから約１重量パーセントまでのニッケル、および
約０．０１重量パーセントから約２重量パーセントまでの鉄
のうちの少なくとも１つと
を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
前記粉末形状の合金から前記交換クーポン（４０２）を形成する前記ステップは、
少なくとも０．１重量パーセントからのニッケル、および
少なくとも０．７５重量パーセントからの鉄
のうちの少なくとも１つを含む前記合金から形成するステップを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
原形状を有する原構成要素（３００）から二次構成要素（３０１）を形成する方法（５００）であって、
前記原構成要素（３００）を親構成要素（３０２）と交換される部分（３０８）とに分離するステップ（５０４）と、
付加製造システム（４００）を使用して交換クーポン（４０２）を形成するステップ（５０８）であり、前記交換クーポン（４０２）は前記交換される部分（３０８）の前記原形状に実質的に一致するように成形される、ステップ（５０８）と、
前記親構成要素（３０２）と前記交換クーポン（４０２）との溶接前熱処理を少なくとも部分的に同時に実施するステップ（５２０）と、
前記交換クーポン（４０２）を前記親構成要素（３０２）に結合して、前記二次構成要素（３０１）を形成するステップ（５１６）であり、前記溶接前熱処理は、結合するステップ（５１６）の前に前記構築時交換クーポン（４０２）に適用される唯一の熱処理である、結合するステップ（５１６）と
を含む、方法。
【請求項１９】
前記交換クーポン（４０２）の各溶融ビルド層（４１６）の厚さが約１０マイクロメートルから約１，０００マイクロメートルまでの範囲内にあるように、前記付加製造システム（４００）を動作させるステップをさらに含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
約１００ワットから約２，０００ワットまでの範囲内の、レーザシステム（４０６）の出力で、前記付加製造システム（４００）を動作させるステップをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
１秒当たり約５０ミリメートルから１秒当たり約２，０００ミリメートルまでの範囲内のスキャン速度で、前記付加製造システム（４００）を動作させるステップをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
前記交換クーポン（４０２）の熱間静水圧プレス処理が実施されていない状態で、前記二次構成要素（３０１）に仕事を始めさせるステップ（５２４）をさらに含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
形成する前記ステップ（５０８）は、前記交換クーポン（４０２）の前記熱間静水圧プレス処理が実施されていない状態で、約０．３５パーセント未満の多孔性を有する前記交換クーポン（４０２）を形成するステップを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
形成する前記ステップは（５０８）、粉末形状の合金から前記交換クーポン（４０２）を形成するステップを含み、前記合金は、
約６０重量パーセントから約６５重量パーセントまでのコバルトと、
約２５重量パーセントから約３０重量パーセントまでのクロムと、
約５重量パーセントから約７重量パーセントまでのモリブデンと、
約０．０１重量パーセントから約１重量パーセントまでのニッケル、および
約０．０１重量パーセントから約２重量パーセントまでの鉄
のうちの少なくとも１つと
を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２５】
前記粉末形状の合金から前記交換クーポン（４０２）を形成する前記ステップは、
少なくとも０．１重量パーセントからのニッケル、および
少なくとも０．７５重量パーセントからの鉄
のうちの少なくとも１つを含む前記合金から形成するステップを含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
粉末形状の合金であって、
約６０重量パーセントから約６５重量パーセントまでのコバルトと、
約２５重量パーセントから約３０重量パーセントまでのクロムと、
約５重量パーセントから約７重量パーセントまでのモリブデンと、
少なくとも０．１重量パーセントからのニッケル、および
少なくとも０．７５重量パーセントからの鉄
のうちの少なくとも１つと
を含む、合金。
【請求項２７】
約１．０重量パーセント未満の炭素と、
約１．０重量パーセント未満のシリコンと、
約１．０重量パーセント未満のマンガンと
をさらに含む、請求項２６記載の合金。
【請求項２８】
前記モリブデンは少なくとも６重量パーセントをさらに含む、請求項２６記載の合金。
【請求項２９】
回転機械（１００）の高温ガス（１２６）経路用の構成要素であって、前記構成要素は請求項２６の合金から付加製造により形成される、構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、全般的に、構成要素の修理に関し、より具体的には、付加製造交換クーポンを使用して構成要素を修理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンノズル、タービン翼エーロフォイル、および／またはタービン翼先端シュラウドを含むがそれらに限定されない、ガスタービン構成要素などの少なくともいくつかの公知の機械構成要素が、動作中、機械的応力および／または高温に暴露される可能性がある。そのような構成要素の少なくともいくつかの動作ライフサイクルがクリープにより制限される可能性がある。クリープは、機械的応力および／または熱応力の組合せに暴露された場合、経時的にゆっくり移動するかまたは変形する材料の傾向である。例えば、少なくともいくつかのガスタービンノズルの動作ライフサイクルは、該ノズルの後縁部におけるクリープにより制限される可能性がある。
【０００３】
過剰なクリープまたは他の損傷を示す少なくともいくつかの公知の構成要素が交換される。しかし、交換は、機械の複雑な分解および再組付けを必然的に伴う可能性があり、交換構成要素自体に必要な製造コストが比較的高く、製造時間が比較的長い可能性がある。あるいは、過剰なクリープまたは他の損傷を示す少なくともいくつかの公知の構成要素が修理される。例えば、構成要素の変形した部分または損傷した部分が溶接材料積層（ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）により修理されてもよい。しかし、必要とされる溶接量は構成要素の形状を変形させ、修理された領域の、耐クリープ性などの材料特性は原構成要素の材料特性と一致しない可能性がある。別の例では、そのような構成要素は、構成要素の変形部分または損傷部分を除去することにより、かつ同じ材料からの交換クーポン鋳造物を原構成要素に結合することにより、修理されてもよい。しかし、鋳造交換クーポンは原構成要素の材料特性に一致させることを容易にするが、また、該交換クーポンの製造は比較的高いコストおよび長い時間を必要とする。
【０００４】
少なくともいくつかの公知の構成要素が付加製造法を用いて形成され、付加製造法では一連の薄い材料層を継続的に蒸着させかつ溶融させて構成要素を層ごとに構築することにより構成要素が形成される。しかし、少なくともいくつかの公知の付加製造法を用いて構築される構成要素の、耐クリープ性などの材料特性が制限される。高機械的応力用途および／または高温用途における使用を目的とする構成要素では、ビルドプレートから構築時構成要素を除去して、構成要素の構築後変形を低減する前に、通常、応力解放熱処理などの、構築時（ａｓ−ｂｕｉｌｄ）構成要素の一連の熱処理が必要であり、その後に熱間静水圧プレス処理が続き、構成要素材料の多孔性を低下させ、微視亀裂発生のリスクを軽減する。いくつかの場合には、構成要素が溶接される場合、これの後に別の溶接前熱処理が続く。該一連の熱処理は、そのような構成要素を形成し、使用するのに必要なコストおよび時間を増大させる。
【０００５】
さらに、そのような合金中のニッケルは合金の積層欠陥エネルギーを増大させる傾向があるので、高温用途における使用を目的とする少なくともいくつかの公知の付加製造された構成要素が、実質的にニッケルを含まない（すなわち０．１重量パーセント未満のニッケル含有量を含む）コバルト−クロム−モリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）超合金粉末から形成される。積層欠陥エネルギーの増大は、限定されないが耐クリープ性の低下などの、材料特性に対する悪影響に関連する。別の例では、そのような合金中の鉄もまた合金の積層欠陥エネルギーを増大させる傾向があるので、高応力用途および／または高温用途における使用を目的とする少なくともいくつかの公知の構成要素が、鉄含有量が非常に低い（すなわち０．７５重量パーセント未満の鉄含有量を含む）コバルト−クロム−モリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）超合金粉末から形成される。しかし、耐クリープ性などの、少なくともいくつかのそのような合金の材料特性は制限されたままである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、原形状を有する原構成要素から二次構成要素を形成する方法が提供されている。本方法は、原構成要素を親構成要素と交換される部分とに分離するステップと、付加製造システムを使用して交換クーポンを形成するステップとを含む。交換クーポンは、交換される部分の原形状に実質的に一致するように成形される。また、本方法は、構築時交換クーポンへの任意の熱処理の適用の前に、付加製造システムのビルドプレートから交換クーポンを除去するステップを含む。交換クーポンは、除去後、交換される部分のニアネット原形状を維持する。本方法は、該交換クーポンを親構成要素に結合して二次構成要素を形成するステップをさらに含む。
【０００７】
別の態様では、原形状を有する原構成要素から二次構成要素を形成する方法が提供されている。本方法は、原構成要素を親構成要素と交換される部分とに分離するステップと、付加製造システムを使用して交換クーポンを形成するステップとを含む。交換クーポンは、交換される部分の原形状に実質的に一致するように成形される。また、本方法は、交換クーポンを親構成要素に結合して、二次構成要素を形成するステップと、交換クーポンの熱間静水圧プレス処理が実施されていない状態で、該二次構成要素に仕事を開始させるステップとを含む。
【０００８】
別の態様では、原形状を有する原構成要素から二次構成要素を形成する方法が提供されている。本方法は、原構成要素を親構成要素と交換される部分とに分離するステップと、付加製造システムを使用して交換クーポンを形成するステップとを含む。該交換クーポンは、交換される部分の原形状に実質的に一致するように成形される。また、本方法は、親構成要素と交換クーポンとの溶接前熱処理を少なくとも部分的に同時に実施するステップと、交換クーポンを親構成要素に結合して、二次構成要素を形成するステップとを含む。溶接前熱処理は、結合するステップの前に構築時交換クーポンに適用される唯一の熱処理である。
【０００９】
別の態様では、粉末形状の合金が提供されている。該合金は、約６０重量パーセントから約６５重量パーセントまでのコバルトと、約２５重量パーセントから約３０重量パーセントまでのクロムと、約５重量パーセントから約７重量パーセントまでのモリブデンと、少なくとも０．１重量パーセントからのニッケルおよび少なくとも０．７５重量パーセントからの鉄のうちの少なくとも１つとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的回転機械の概略図である。
【図２】図１に示されている回転機械で使用され得るタービン部分の段の断面図である。
【図３】図２に示されているタービン部分で使用され得る例示的原構成要素および例示的二次構成要素の斜視図である。
【図４】例示的付加製造システムの概略図である。
【図５】図３に示されている原構成要素などの原構成要素から、図３に示されている二次構成要素などの二次構成要素を形成する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書に記載されている方法、システム、および合金組成は、構成要素を修理する公知の方法の少なくともいくつかの欠点を克服する。より具体的には、本明細書に記載されている方法およびシステムは、ビルドプレートからの除去の前に応力解放熱処理を必要としないが、除去後に実質的に変形のないニアネット原形状を維持する交換クーポンの付加製造を可能にする。さらにまたはあるいは、本方法および本システムは、交換クーポンの熱間静水圧プレス（ＨＩＰ：ｈｏｔ  ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｉｎｇ）処理を必要とせず、微視亀裂発生または材料特性の他の劣化のリスクを軽減する、選択された範囲内のプリント時（ａｓ−ｐｒｉｎｔｅｄ）多孔性により特徴付けられている交換クーポンの付加製造を可能にする。いくつかの実施形態では、プリント時交換クーポンは、修理される構成要素に結合される前、もっぱら単一の溶接前熱処理を必要とする。さらに、いくつかのそのような実施形態では、交換クーポンの溶接前熱処理は、修理される構成要素の応力解放熱処理と少なくとも部分的に同時に実施され、修理工程をさらに合理化する。さらにまたはあるいは、交換クーポンは、限定されないが耐クリープ性の向上などの、向上した機械的特性を交換クーポンおよび修理済み構成要素に与える、より高いニッケル含有量およびより高い鉄含有量の少なくとも１つを有するＣｏＣｒＭｏ合金から付加製造される。
【００１２】
別段の指示がない限り、本明細書において用いられている「ｇｅｎｅｒａｌｌｙ（概ね）」、「ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ（実質的に）」、および「ａｂｏｕｔ（約）」などの近似語が、当業者には理解されると考えられるように、そのように修正される用語が絶対的なまたは完全な程度ではなく、近似の程度のみに適用され得ることを示す。したがって、「ａｂｏｕｔ（約）」、「ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ（およそ）」、および「ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ（実質的に）」などの用語（単数または複数）により修正される値が、明記されている正確な値に限定されるべきではない。少なくともいくつかの例では、近似語は、値を測定する機器の精度に対応し得る。ここでかつ本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲限界が確認される可能性がある。そのような範囲は組み合わせられてもよく、かつ／または交換されてもよく、文脈または語が別段に示さない限り、そこに含有されている全ての下位範囲を含み得る。
【００１３】
さらに、別段の指示がない限り、用語「ｆｉｒｓｔ（第１の）」、「ｓｅｃｏｎｄ（第２の）」等は、本明細書では単に標示として用いられているに過ぎず、これらの用語が指す物品に関して、順序要件、位置要件、または階層要件を与えることは意図されていない。さらに、参照すると、例えば「第２の」物品が、例えば「第１の」もしくはより小さい番号が付けられた物品または「第３の」もしくはより大きい番号が付けられた物品の存在を必要とせず、あるいはそうした物品の存在を除外しない。
【００１４】
図１は例示的回転機械１００の概略図である。該例示的実施形態では、回転機械１００はガスタービンエンジンである。あるいは、回転機械１００は、蒸気タービンエンジン、ガスターボ送風機航空エンジン、他の航空エンジン、風力タービン、圧縮機、およびポンプのうちの１つを含むがこれらに限定されない、任意の他の回転機械である。いくつかの実施形態では、回転機械１００は、吸気部分１０２と、吸気部分１０２の下流に連結されている圧縮機部分１０４と、圧縮機部分１０４の下流に連結されている燃焼器部分１０６と、該燃焼器部分１０６の下流に連結されているタービン部分１０８と、タービン部分１０８の下流に連結されている排気部分１１０とを含む。タービン部分１０８は、ロータシャフト１１２を介して圧縮機部分１０４に連結されている。本明細書に用いられている用語「ｃｏｕｐｌｅ（結合／接続／連結する）」は、複数の構成要素間の直接的な機械的接続、電気的接続および／または通信接続に限定されず、複数の構成要素間の間接的な機械的接続、電気的接続および／または通信接続もまた含むことに留意すべきである。燃焼器部分１０６は少なくとも１つの燃焼器１１４を含む。燃焼器部分１０６は、各燃焼器１１４が圧縮機部分１０４と流動連通しているように、圧縮機部分１０４に連結されている。タービン部分１０８は、限定されないが発電機および／または機械駆動用途などの負荷１１６にさらに連結されている。圧縮機部分１０４およびタービン部分１０８の各々は、ロータシャフト１１２に結合されている少なくとも１つの回転翼組立体１１８を含む。
【００１５】
回転機械１００の動作中、圧縮機部分１０４が吸気部分１０２からの吸気１２０を受け入れ、該吸気を圧縮し、該圧縮空気１２２を燃焼器部分１０６に向かって排出する。燃焼器部分１０６内で、圧縮空気１２２が燃料と混合され、結果的に得られる混合物は少なくとも１つの燃焼器１１４の内部で燃やされ、少なくとも１つの燃焼器１１４およびタービン部分１０８を通る高温ガス経路に沿って方向付けられる高温ガス１２６を生成する。タービン部分１０８は、高温ガス１２６中の熱エネルギーを、ロータシャフト１１２を駆動するのに使用される機械回転エネルギーへ変換する。該回転エネルギーの部分が圧縮機部分１０４を駆動するのに使用され、その残りは負荷１１６を駆動するのに使用される。タービン部分１０８を退出する高温ガス１２６は排気部分１１０へ特定の経路で送られる。
【００１６】
図２は、（図１に示されている）回転機械１００の例示的タービン部分１０８の段２０６の断面図である。いくつかの実施形態では、タービン部分１０８は複数の段２０６を含む。各段２０６は、複数の円周方向に離間されている固定ノズル２１２と、ノズル２１２の下流に軸方向に離間されている、複数の円周方向に離間されている回転翼２１４とを含む。各回転翼２１４はロータシャフト１１２に結合されており、ロータシャフト１１２から径方向外側へ延在しており、各回転翼２１４は、高温ガス１２６流からのエネルギーをシャフト１１２の回転に変換するような形状にされているエーロフォイル２１８を含む。各ノズル２１２は、タービン部分１０８の周囲に円周方向に延在しているケーシング２２８に結合されており、ケーシング２２８から径方向内側に延在している。各ノズル２１２は略エーロフォイル形の羽根２１６を含む。より具体的には、羽根２１６は、高温ガス１２６からの回転翼２１４による効率的なエネルギー抽出を容易にする事前に選択された角度で、高温ガス１２６流を下流に回転翼２１４内へ案内するような形状にされている。
【００１７】
いくつかの実施形態では、経時的に、高温ガス１２６により高温ガス経路に沿って作り出される環境が羽根２１６にクリープを誘発するか、または羽根２１６を変形させるかもしくは羽根２１６に損傷を与える。例えば、しかし制限目的ではなく、羽根２１６の後縁部２１７が変形するかまたは部分的に腐食する。クリープ、変形、または他の損傷の結果として、羽根２１６は、もはや高温ガス１２６流を、正確に、事前に選択された角度で下流に回転翼２１４内へ案内せず、結果的に（図１に示されている）回転機械１００の効率損失をもたらす。さらに、ノズル２１２の全体の交換は羽根２１６の修理に関して法外な費用がかかる可能性がある。
【００１８】
図３は、例示的原構成要素３００および例示的二次構成要素３０１の斜視図である。例示的実施形態では、原構成要素３００が（図２に示されている）ノズル２１２の羽根２１６である。代替的実施形態では、原構成要素３００が、（図１に示されている）回転機械１００を通って高温ガス１２６が移動する高温ガス経路に沿って存在する別の構成要素である。他の代替的実施形態では、原構成要素３００が、回転機械で使用するための構成要素に限定されないが、むしろ、原構成要素３００は、本明細書に記載されているように適切に修理され得る、任意の使用または用途のための任意の構成要素である。したがって、原構成要素３００は、例えば羽根２１６のネットシェイプの観点から、本明細書に記載されるが、原構成要素３００の形状および他の特性はそのように限定されないことを理解されたい。
【００１９】
該例示的実施形態では、原構成要素３００が、第１の材料３０４から形成される単位構造を有し、原構成要素３００の外面３０６により画定されている原形状を有する。例えば、原構成要素３００は、原構成要素３００のニアネット原形状で第１の材料３０４を鋳造することにより形成され、次いで、該鋳物を機械加工して、原形状を有する原構成要素３００を形成する。代替的実施形態では、原構成要素３００は任意の適切な構造を有し、二次構成要素３０１が本明細書に記載されているように形成されることを可能にする任意の適切な方法で形成される。
【００２０】
原構成要素３００は、分離面３１９に沿って、親構成要素３０２と交換される部分３０８とに分離可能である。例えば、原構成要素３００の動作期間後、交換される部分３０８は、交換される部分３０８を原構成要素３００の設計ネットシェイプから逸脱させるクリープ、変形、または他の損傷を示す。原構成要素３００は分離面３１９に沿って切断されて、交換される部分３０８を除去し、親構成要素３０２が二次構成要素３０１を形成するのに使用されることを可能にする。該例示的実施形態では、分離面３１９はおおよそ平面である。しかし、代替的実施形態では、分離面３１９は、任意の適切な形状、構造、および原構成要素３００の修理を容易にする範囲を有する。例えば、該例示的実施形態では、原構成要素３００は羽根２１６であり、交換される部分３０８は、後縁部２１７を含む、羽根２１６の部分である。図３には原構成要素３００のみが示されているが、いくつかの実施形態では、羽根２１６として具現化されている原構成要素３００は、交換される部分３０８の分離および二次構成要素３０１の形成中、（図２に示されている）ノズル２１２の径方向に対向する端部に結合されたままである。
【００２１】
二次構成要素３０１が、結合部３２０において結合される親構成要素３０２および交換クーポン４０２から形成される。したがって、いくつかの実施形態では、二次構成要素３０１が原構成要素３００の修理バージョンであると考えられる。結合部３２０は、原構成要素３００において分離面３１９に隣接していた親構成要素３０２の部分により、少なくとも部分的に画定されている。該例示的実施形態では、結合部３２０は、例えば溶接材料３２２を使用して、溶接用交換クーポン４０２を親構成要素３０２に溶接することにより形成される。代替的実施形態では、結合部３２０は、二次構成要素３０１が本明細書に記載されているように機能することを可能にする任意の適切な方法で形成される。
【００２２】
該例示的実施形態では、交換クーポン４０２が第２の材料４０４から形成され、交換される部分３０８の原形状に実質的に一致するように成形される。例えば、交換クーポン４０２は、原構成要素３００の後縁部２１７の原形状と実質的に同一である後縁部分４１７を含む。換言すれば、交換クーポン４０２の形状が交換される部分３０８のニアネット原形状である。代替的実施形態では、交換クーポン４０２は、二次構成要素３０１が本明細書に記載されているように機能することを可能にする任意の適切な形状を有する。本明細書に用いられている用語「クーポン」は、交換される部分３０８および／または交換クーポン４０２の大きさまたは形状にいかなる制限を加えることも意図されていない。
【００２３】
さらに、交換クーポン４０２は、二次構成要素３０１が原構成要素３００の構造的耐力にかなうかまたは構造的耐力を超えることを可能にする、事前に選択された材料特性を有するように形成される。例えば、交換クーポン４０２は、微視亀裂発生または材料特性の他の劣化のリスクを軽減する、選択された範囲内の多孔性を有するように形成され、それによりクリープに対する交換クーポン４０２の耐性を向上させる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、第２の材料４０４が、コバルト基超合金、ニッケル基超合金、鉄基合金、およびチタン基合金のうちの少なくとも１つである。代替的実施形態では、第２の材料４０４は、交換クーポン４０２が本明細書に記載されているように機能することを可能にする任意の適切な材料である。
【００２５】
いくつかの実施形態では、第２の材料４０４は、最初に（図４に示されている）粉末形状で与えられる、コバルト−クロム−モリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）超合金である。例えば、しかし制限目的でなく、第２の材料４０４は、約６０（重量）パーセントから約６５（重量）パーセントまでの範囲内のコバルト含有量と、約２５（重量）パーセントから約３０（重量）パーセントまでの範囲内のクロム含有量と、約５（重量）パーセントから約７（重量）パーセントまでの範囲内のモリブデン含有量と、各々が１（重量）パーセント未満であるシリコン含有量、マンガン含有量、および炭素含有量とを有する粉末形状４１４で用意される。
【００２６】
前段で検討されている通り、通常、ニッケルおよび鉄のより高い含有量が、一般に耐クリープ性などの材料特性に悪影響を及ぼす傾向がある、合金の積層欠陥エネルギーの増大に関連するので、ＣｏＣｒＭｏ超合金粉末が、通常、実質的にニッケルを含まず（すなわち０．１重量パーセント未満のニッケル含有量を含み）、かつ／または非常に低い鉄含有量（すなわち０．７５重量パーセント未満の鉄含有量を含む）を有する。しかし、本開示のいくつかの実施形態では、第２の材料４０４は、高温環境構成要素の付加製造用の公知のＣｏＣｒＭｏ超合金粉末に対して、より高いニッケル含有量およびより高い鉄含有量の少なくとも１つをさらに含むように選択される。
【００２７】
例えば、いくつかのそのような実施形態では、粉末形状４１４で用意される第２の材料４０４が、少なくとも０．１パーセントのニッケル含有量をさらに含み、０．１パーセント未満のニッケル含有量を有する類似のＣｏＣｒＭｏ超合金から形成される構成要素と比較して、交換クーポン４０２の耐クリープ性が予想外に高まる。さらに、いくつかのそのような実施形態では、粉末形状４１４で用意される第２の材料４０４は、約０．０１パーセントから約２パーセントまでの範囲内の鉄含有量をさらに含む。あるいは、粉末形状４１４で用意される第２の材料４０４は、交換クーポン４０２が本明細書に記載されているように機能することを可能にする任意の適切な鉄含有量を含む。
【００２８】
別の例として、いくつかのそのような実施形態では、粉末形状４１４で用意される第２の材料４０４は少なくとも０．７５パーセントの鉄含有量をさらに含み、交換クーポン４０２の耐クリープ性が、０．７５パーセント未満の鉄含有量を有する類似のＣｏＣｒＭｏ超合金から形成される構成要素と比較して、予想外に高まる。さらに、いくつかのそのような実施形態では、粉末形状４１４で用意される第２の材料４０４は、約０．０１パーセントから約１パーセントまでの範囲内のニッケル含有量をさらに含む。あるいは、粉末形状４１４で用意される第２の材料４０４は、交換クーポン４０２が本明細書に記載されているように機能することを可能にする任意の適切なニッケル含有量を含む。
【００２９】
さらに、いくつかのそのような実施形態では、少なくとも０．１パーセントのニッケル含有量および少なくとも０．７５パーセントの鉄含有量の両方を含む、粉末形状４１４で用意される第２の材料４０４が、より高いニッケル含有量およびより高い鉄含有量の１つだけを有する構成要素と比較して、交換クーポン４０２の耐クリープ性を高める。特定の実施形態では、０．１パーセントから約０．１５パーセントまでの範囲内のニッケル含有量と約１パーセントから約１．２パーセントまでの範囲内の鉄含有量とをさらに含む第２の材料４０４が交換クーポン４０２の耐クリープ性を特に高める。
【００３０】
さらに、いくつかのそのような実施形態では、前述されている通り、より高いニッケル含有量およびより高い鉄含有量の少なくとも１つを有する第２の材料４０４が、少なくとも６パーセントのモリブデン含有量をさらに含み、交換クーポン４０２の耐クリープ性が、６パーセント未満のモリブデン含有量を有する類似のＣｏＣｒＭｏ超合金から形成される構成要素と比較して、高まる。さらに、いくつかのそのような実施形態では、前述されている通り、より高いニッケル含有量およびより高い鉄含有量の少なくとも１つを有しかつ少なくとも６．４パーセントのモリブデン含有量をさらに有するＣｏＣｒＭｏ超合金として、粉末形状４１４で用意される第２の材料４０４は、交換クーポン４０２の耐クリープ性を特に向上させる。
【００３１】
より高いニッケル含有量、より高い鉄含有量、および／またはより高いモリブデン含有量の利点は耐クリープ性の観点から前述されているが、当然のことながら、いくつかの実施形態では、利点は、限定されないが引張強度および疲労抵抗などの他の材料特性に関しても同様に示されている。代替的実施形態では、粉末形状４１４で用意される第２の材料４０４は、交換クーポン４０２が本明細書に記載されているように機能することを可能にする任意の適切なニッケル含有量、鉄含有量、および／またはモリブデン含有量を含む。より具体的には、例示的実施形態では、本明細書に記載される通り、交換クーポン４０２は、図４に概略的に示されている付加製造システム４００の例示的実施形態などの付加製造システムにより形成され、該付加製造システムのいくつかの動作パラメータが、交換クーポン４０２の材料特性を選択的に向上させるように調整される。
【００３２】
図４を参照すると、例示的実施形態では、付加製造システム４００が直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔａｌ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）システムである。代替的実施形態では、付加製造システム４００は、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔａｌ  Ｌａｓｅｒ  Ｍｅｌｔｉｎｇ）システム、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）システム、直接金属レーザ堆積（ＤＭＬＤ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔａｌ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）システム、およびＬａｓｅｒｇＣｕｓｉｎｇシステムのうちの１つを含むがこれに限定されない任意の他の適切な付加製造システムである。例示的実施形態では、付加製造システム４００は、ビルド取付具（ｂｕｉｌｄ  ｆｉｘｔｕｒｅ）４１０と、該ビルド取付具４１０の内部で配向されておりかつ交換クーポン４０２を支持するように構成されているビルドプレート４０１と、エネルギー光線４０７を生成するように構成されているレーザシステム４０６と、事前に選択されたスキャン速度でビルド取付具４１０を横断して、エネルギー光線４０７を選択的に方向付けるように構成されているスキャナシステム４０８と、粉末送達システム４１２と、粉末塗布装置４１８と、コントローラ４２０とを含む。
【００３３】
該例示的実施形態では、粉末塗布装置４１８が移動可能であり、コントローラ４２０による命令時に、粉末形状４１４の第２の材料４０４を粉末送達システム４１２からビルド取付具４１０まで移動させる。例えば、粉末送達システム４１２は動作可能なピストン４２２を含み、コントローラ４２０による命令時に、粉末形状４１４の第２の材料４０４の選択された厚さを、粉末送達システム４１２の縁部４２４の上方に持ち上げ、粉末塗布装置４１８は縁部４２４に沿って掃引可能であり、粉末形状４１４の第２の材料４０４の選択された厚さを捕捉し、それをビルド取付具４１０へ送達する。粉末塗布装置４１８は、粉末形状４１４の、捕捉した第２の材料４０４を、ビルド層４１６としてビルド取付具４１０上に堆積させるようにさらに動作可能である。さらに、ビルド取付具４１０は、コントローラ４２０による命令時に、ビルドプレート４０１を再配置して、第２の材料４０４の、以前に堆積された層上にビルド層４１６を受容するように動作可能である。例えば、ビルド取付具４１０は、動作可能なピストン４２６を含み、コントローラ４２０による命令時に、ビルドプレート４０１を、事前に選択された距離で、ビルド取付具４１０の縁部４２８の下方に降下させて、粉末塗布装置４１８からのビルド層４１６の受容を調整する。代替的実施形態では、付加製造システム４００は、交換クーポン４０２が本明細書に記載されているように形成されることを可能にする任意の適切な方法で、粉末形状４１４の第２の材料４０４をビルド層４１６上に堆積させるように構成されている。
【００３４】
例示的実施形態では、レーザシステム４０６が、コントローラ４２０による命令時に、ビルド層４１６の真下の層内で、事前に選択された領域が第２の材料４０４と融合するように、ビルド層４１６の事前に選択された領域において、粉末形状４１４の第２の材料４０４を少なくとも部分的に融解させるのに十分な、事前に選択されたエネルギーを有するエネルギー光線４０７を生成するように構成されている。該例示的実施形態では、レーザシステム４０６はイットリウム基固体レーザを含む。代替的実施形態では、レーザシステム４０６は、交換クーポン４０２が本明細書に記載されているように形成されることを可能にする、エネルギー光線４０７用の任意の適切な源を含む。さらに、付加製造システム４００は単一のレーザシステム４０６を含むように記載されているが、当然のことながら、付加製造システム４００は２つ以上のレーザシステム４０６を含む可能性がある。いくつかの実施形態では、例えば、付加製造システム４００は、第１の出力を有する第１のレーザシステム４０６と、第１の出力とは異なる第２の出力を有する第２のレーザシステム４０６とを含む。他の実施形態では、付加製造システム４００は、交換クーポン４０２が本明細書に記載されているように形成されることを可能にする任意の適切な出力を各々が有するレーザシステム４０６の任意の組合せを含む。
【００３５】
該例示的実施形態では、スキャナシステム４０８が、コントローラ４２０による命令時に、事前に選択された領域がビルド層４１６の真下の層内の第２の材料４０４と融合するように、エネルギー光線４０７を、交換クーポン４０２の部分に対応するビルド層４１６の事前に選択された領域に選択的に方向付けるように構成されている。例えば、スキャナシステム４０８は、２次元（２Ｄ）スキャン検流計、３次元（３Ｄ）スキャン検流計、および動的収束スキャン検流計（図示せず）のうちの少なくとも１つなどの適切なセンサを含み、エネルギー光線４０７に対するビルド層４１６の位置および配向を決定する。代替的実施形態では、スキャナシステム４０８は、付加製造システム４００が本明細書に記載されているように機能することを可能にする任意の適切な方法で、エネルギー光線４０７をビルド層４１６の事前に選択された領域に選択的に方向付けるように構成されている。
【００３６】
コントローラ４２０が、ビルド取付具４１０、レーザシステム４０６、スキャナシステム４０８、粉末送達システム４１２、および粉末塗布装置４１８の各々に動作可能に接続されており、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ：ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ）機械として付加製造システム４００を実行する。該例示的実施形態では、交換クーポン４０２を形成するために、コントローラ４２０が交換クーポン４０２のコンピュータ設計モデルを受信し、各平面内の第２の材料４０４の分配が定められるように、コンピュータ設計モデルが一連の薄い平行平面に「スライスされる」ビルドファイルを生成する。コントローラ４２０が、次いで、命令信号を供給し、モデルスライスに基づいて第２の材料４０４の連続層を堆積させ、かつ融合させて、交換クーポン４０２を形成する必要に応じて、ビルド取付具４１０、レーザシステム４０６、スキャナシステム４０８、粉末送達システム４１２、および粉末塗布装置４１８からフィードバックを受信する。例えば、エネルギー光線４０７が各ビルド層４１６に沿って所定の経路を辿るように、第２の材料４０４が選択的に融合されて、ビルドファイルに基づく融合層厚さを有する交換クーポン４０２の各層を形成するように、コントローラ４２０がビルド取付具４１０、粉末送達システム４１２、および粉末塗布装置４１８を制御し、各連続ビルド層４１６用の粉末形状４１４の第２の材料４０４を供給し、レーザシステム４０６の出力、ならびにスキャナシステム４０８の位置、移動およびスキャン速度を制御するように構成されている。
【００３７】
該例示的実施形態では、コントローラ４２０が１つまたは複数の電子計算装置を使用して実行される。そのような装置は、通常、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）装置、および／または本明細書に記載されている機能を実行することができる任意の他の回路もしくは処理装置などの少なくとも１つの処理装置（図示せず）を含む。本明細書に記載されている方法は、少なくとも１つのプロセッサに接続されている持続性記憶装置および／またはメモリデバイスを含むがそれらに限定されないコンピュータ可読媒体内で具現化される実行可能な命令として、エンコードされてもよい。そのような命令は、コントローラまたは処理装置により実行された場合、本明細書に記載されている方法ステップの少なくともいくつかを、コントローラまたは処理装置に実行させる。コントローラ４２０が離散系として示されているが、コントローラ４２０は、ビルド取付具４１０、レーザシステム４０６、スキャナシステム４０８、粉末送達システム４１２、および粉末塗布装置４１８、ならびに任意の他の適切な計算装置のいずれかに埋め込まれている少なくとも１つのプロセッサにより、少なくとも部分的に実施され得る。上記の例は例示的なものに過ぎず、したがって、いずれにしても、用語「コントローラ」および「処理装置」の定義ならびに／または意味を制限するものではない。
【００３８】
上記の通り、典型的な付加製造法を用いて構築されている構成要素の材料特性が制限される可能性がある。詳細には、高応力用途および／または高温用途において使用するための構成要素は、通常、例えば構成要素の構築後変形を低減する、ビルドプレートから構築時修理構成要素を除去する前の、次に構成要素材料の多孔性を低下させかつ微視亀裂発生のリスクを軽減する熱間静水圧プレス処理が続く応力解放熱処理などの、構築時構成要素の一連の様々な種類の熱処理を必要とする。熱間静水圧プレス処理が、あらゆる方向から構成要素に高圧がかけられるように、不活性ガスで満たされた高圧閉込め槽内でなどの、高温および高圧の適用を指す。構成要素が溶接される場合、この後に、通常、別の溶接前熱処理が続く。しかし、いくつかの実施形態では、交換クーポン４０２が、ビルドプレート４０１からの除去後、二次構成要素３０１の一部として仕事を開始する前に、実施され得る１回の応力解放熱処理などの、少数の熱処理のみを必要とするように、本明細書に記載されている付加製造システム４００は、向上した機械的特性を有する構築時交換クーポン４０２を製造するように構成されている。
【００３９】
例えば、いくつかの実施形態では、付加製造システム４００を使用する、交換クーポン４０２の付加製造のために、コントローラ４２０が、結果的に構築時交換クーポン４０２に残留応力の低減をもたらす、事前に選択された動作パラメータを用いて、少なくともレーザシステム４０６およびスキャナシステム４０８を動作させるように構成されている。交換クーポン４０２がビルドプレート４０１からの除去後にその構築時形状を保つように、残留応力の低減は、任意の熱処理の前に、交換クーポン４０２がビルドプレート４０１から除去されることを可能にする。換言すれば、事前に選択された動作パラメータは、典型的な動作パラメータを用いるビルドと比較して、交換クーポン４０２の結果的に生じる変形がほとんどもしくは全くない状態で、任意の熱処理の前に交換クーポン４０２がビルドプレート４０１から除去されることを可能にする。
【００４０】
さらにまたはあるいは、コントローラ４２０が、典型的な動作パラメータを用いるビルドと比較して、結果的に構築時交換クーポン４０２の多孔性の低下をもたらす、事前に選択された動作パラメータを用いて、少なくともレーザシステム４０６およびスキャナシステム４０８を動作させるように構成されている。用語「多孔性」は材料内の空隙の尺度を指す。例えば、それは、交換クーポン４０２の全容積にわたる交換クーポン４０２内の空隙量の、０と１の間の小数として、または０パーセントと１００パーセントの間の割合として、表現されている。いくつかの実施形態では、多孔性の低下は、典型的な動作パラメータを用いるビルドと比較して、熱間静水圧プレス処理を受けずに、微視亀裂発生のリスクが軽減した構築時交換クーポン４０２を結果的にもたらす。したがって、熱間静水圧プレス処理なしの構築時交換クーポン４０２は、典型的な動作パラメータを用いるビルドと比較して向上した耐クリープ性を有して、二次構成要素３０１の一部として仕事をすることができる。
【００４１】
例えば、交換クーポン４０２の各融合ビルド層４１６の厚さが約１０マイクロメートルから約１，０００マイクロメートルまでの範囲内であるように、粉末形状４１４で用意される第２の材料４０４が、前述されている適切なニッケル含有量および／または鉄含有量を含み、事前に選択された動作パラメータは、約１００ワットから約２，０００ワットまでの範囲内でレーザシステム４０６により生成される、エネルギー光線４０７の出力と、１秒当たり約５０ミリメートルから１秒当たり約２，０００ミリメートルまでの範囲内のスキャナシステム４０８のスキャン速度とを含む。いくつかのそのような実施形態では、交換クーポン４０２がビルドプレート４０１からの除去後にその構築時形状を保つように、前述されている範囲内の、事前に選択された動作パラメータは、任意の熱処理の前に交換クーポン４０２がビルドプレート４０１から除去されることを可能にする構築時交換クーポン４０２の残留応力の低減を結果的にもたらす。さらに、いくつかのそのような実施形態では、熱間静水圧プレス処理を受けずに交換クーポン４０２が二次構成要素３０１の一部として仕事を開始するように、前述されている範囲内の、事前に選択された動作パラメータは、結果的に多孔性の低下をもたらす。例えば、いくつかのそのような実施形態では、構築時交換クーポン４０２は、該交換クーポンの熱間静水圧プレス処理が実施されていない状態で、約０．３５パーセント未満の多孔性を有する。ビルドプレート４０１からの除去の前の応力解放熱処理の除外、および／または熱間静水圧プレス処理の除外は、典型的な動作パラメータを用いるビルドと比較して、二次構成要素３０１に結合する準備ができている交換クーポン４０２を形成するのに必要な時間およびコストを減少させる。
【００４２】
さらに、いくつかのそのような実施形態では、交換クーポン４０２の各融合ビルド層４１６の厚さが約４０マイクロメートルから約５０マイクロメートルまでの範囲内にあるように、事前に選択された動作パラメータは、約２８０ワットから約３００ワットまでの範囲内の、レーザシステム４０６により生成されるエネルギー光線４０７の出力と、１秒当たり約８００ミリメートルから１秒当たり約１，０００ミリメートルまでの範囲内の、スキャナシステム４０８のスキャン速度とを含む。いくつかのそのような実施形態では、前述されている範囲内の、事前に選択された動作パラメータは、熱間静水圧プレス処理を受けることなく、構築時交換クーポン４０２における特に有利な残留応力の低減と、約０．１５パーセントの未満の多孔性とを結果的にもたらす。
【００４３】
いくつかの実施形態では、構築時交換クーポン４０２が、溶接により結合部３２０において（図３に示されている）親構成要素３０２に結合する前の溶接前熱処理を除いて、熱処理に晒されない。さらに、いくつかのそのような実施形態では、交換クーポン４０２の溶接前熱処理は親構成要素３０２の溶接前熱処理と少なくとも部分的に同時に実施され、交換クーポン４０２を使用して二次構成要素３０１を形成するのに必要な時間およびコストをさらに減少させる。
【００４４】
図５は、原構成要素３００などの原形状を有する原構成要素から、二次構成要素３０１などの二次構成要素を形成する方法５００の流れ図である。また図３および図４を参照すると、該例示的実施形態では、方法５００は、原構成要素を、親構成要素３０２などの親構成要素と交換される部分３０８などの交換される部分とに分離するステップ５０４を含む。方法５００は、付加製造システム４００などの付加製造システムを使用して、交換される部分の原形状に実質的に一致するように成形されている、交換クーポン４０２などの交換クーポンを形成するステップ５０８をさらに含む。いくつかの実施形態では、方法５００は、構築時交換クーポンへの任意の熱処理の適用前に、ビルドプレート４０１などの、付加製造システムのビルドプレートから交換クーポンを除去するステップ５１２を含み、該交換クーポンは、除去後、交換される部分のニアネット原形状を維持する。例えば、前述されている通り、交換クーポンは、事前の応力解放熱処理なしで、ビルドプレートから除去され、その構築時形状を実質的に維持する。
【００４５】
該例示的実施形態では、方法５００は、交換クーポンを親構成要素に結合して二次構成要素を形成するステップ５１６をさらに含む。いくつかの実施形態では、方法５００は、交換クーポンの熱間静水圧プレス処理が実施されていない状態で、二次構成要素に仕事を始めさせるステップ５２４をさらに含む。さらにまたはあるいは、いくつかの実施形態では、交換クーポンを親構成要素に結合するステップ５１６は溶接を含み、方法５００は、親構成要素と交換クーポンとの溶接前熱処理を少なくとも部分的に同時に実施するステップ５２０をさらに含み、溶接前熱処理は、結合するステップ５１６の前に構築時交換クーポンに適用される唯一の熱処理である。さらに、いくつかのそのような実施形態では、溶接前熱処理は、ステップ５２０における仕事開始の前に構築時交換クーポンに適用される唯一の熱処理である。
【００４６】
いくつかの実施形態では、第２の材料４０４用のＣｏＣｒＭｏ超合金を使用してかつ／または事前に選択された動作パラメータを用いて付加製造システム４００により形成される交換クーポン４０２が、原構成要素３００と比較して、材料特性を向上させた。例えば、該例示的実施形態では、二次構成要素３０１が原構成要素３００と比較して優れた全体的生涯能力を有するように、交換クーポン４０２を含む二次構成要素３０１は、交換される部分３０８を含む原構成要素３００と比較して、後縁部に隣接した耐クリープ性を向上させた。
実施例
ここに示されている実施例は、本明細書において開示されている方法および組成の説明に役立ち、いずれの点においても制限するものではない。
【００４７】
一連の試験クーポンを、粉末形状で用意された各ＣｏＣｒＭｏ超合金組成から、付加製造システム４００の実施形態を用いて形成した。より具体的には、第１の群の試験クーポンを、０．１パーセント未満のニッケル含有量と、０．７５パーセント未満の鉄含有量と、６．０パーセント未満のモリブデン含有量とを含む、標準的な組成を有する公知のＣｏＣｒＭｏ超合金から形成した。第２の群の試験クーポンを、少なくとも０．１パーセントのニッケル含有量と、少なくとも０．７５パーセントの鉄含有量と、少なくとも６．０パーセントのモリブデン含有量とを含む、本開示の実施形態に基づく第２の材料４０４から形成した。表１が、誘導結合プラズマ原子発光分析により決定される通り、２つの群の試験クーポンの合金組成をさらに詳述する。
【００４８】
【表１】
2019056172.tif 000003
（図２に示されている）複数のノズル２１２の羽根２１６の後縁部を切断し、群１および群２からの試験クーポンにより交換し、図３の図に類似した「修理済み」構成要素を作り出す。原羽根を、約５１パーセントのコバルトと、約３０パーセントのクロムと、約１０パーセントのニッケルと、約７パーセントのタングステンと、約０．８パーセントのシリコンおよびマンガンの各々と、約０．３パーセントの炭素とを含むコバルト基超合金から鋳造した。各群からの試験クーポン、および各群からの試験クーポンを含む「修理済み」構成要素に、当該技術分野において知られている方法および技術を用いるいくつかの材料特性試験を受けさせた。特に、群１および群２の試験クーポンに、後述されている試験の前に熱間静水圧プレスを受けさせなかった。
【００４９】
より具体的には、各群からの試験クーポンを有する「修理済み」構成要素を、長時間の間、１平方インチ当たり７，０００ポンドの応力および１，７００°Ｆの温度に晒し、各試験クーポンにおけるクリープ量を複数の時間間隔で測定した。群１の試験クーポンは約１２０時間で１パーセントのクリープに達し、一方、群２の試験クーポンは約３９０時間後に１パーセントのクリープに達した。
【００５０】
さらに、各群からの試験クーポンに、１，７００°Ｆの温度で引張試験を受けさせた。群１の試験クーポンは、１平方インチ当たり約２２，０００ポンドで０．２パーセントの塑性変形（０．２パーセントの降伏力）に達し、一方、群２の試験クーポンは、１平方インチ当たり約３０，０００ポンドに関して０．２パーセントの降伏力を示した。さらに、群１の試験クーポンは、１平方インチ当たり約３１，０００ポンド最終的な引張強度を示し、一方、群２の試験クーポンは、１平方インチ当たり約３９，０００ポンドの最終的な引張強度を示した。
【００５１】
同様に、各群からの試験クーポンを有する「修理済み」構成要素に、室温で引張試験を受けさせた。群１の試験クーポンは、１平方インチ当たり約６０，０００ポンドに関して０．２パーセントの降伏力を示し、一方、群２の試験クーポンを有する「修理済み」構成要素は、試験クーポンに関して得られ得ると考えられる結果の前に、鋳造親構成要素内で機能しなくなった。
【００５２】
前述の実施形態は、構成要素を修理する公知の方法の少なくともいくつかの欠点を克服する。具体的には、実施形態は、付加製造システムの動作パラメータ、および／または構成要素を構築するのに使用される粉末形状の合金の成分を提供しており、これらは、付加製造される構成要素の微細構造を調整して、ニアネット形状および所望の材料特性を有する構成要素を、以前に知られている方法と比較して、より迅速に、より低いコストで製造することを容易にする。例えば、いくつかの実施形態が、ビルドプレートからの除去の前に応力解放熱処理を必要としないが、除去後に実質的に変形のないニアネット形状を保つ交換クーポンの付加製造を可能にする。さらにまたはあるいは、実施形態は、交換クーポンの熱間静水圧プレス処理の必要なく、微視亀裂発生または材料特性の他の劣化のリスクを軽減する、選択された範囲内のプリント時多孔性を特徴とする交換クーポンの付加製造を可能にする。さらにまたはあるいは、該プリント時交換クーポンは、修理される構成要素に結合するステップの前、もっぱら単一の溶接前熱処理を必要とする。さらにまたはあるいは、交換クーポンの溶接前熱処理は、修理される構成要素の応力解放熱処理と少なくとも部分的に同時に実施され、修理工程をさらに合理化する。さらにまたはあるいは、交換クーポンは、交換クーポンおよびそれから形成される二次構成要素に、限定されないが耐クリープ性の向上などの向上した機械的特性を与えるより高いニッケル含有量およびより高い鉄含有量の少なくとも１つを有するＣｏＣｒＭｏ超合金から付加製造される。
【００５３】
本明細書において開示されている方法、システム、および組成は、本明細書に記載されている特定の実施形態に限定されず、むしろ、方法のステップ、システムの要素、および／または本組成の元素は単独で利用されてもよく、本明細書に記載されている他のステップおよび／または要素から分離して利用されてもよい。例えば、方法、システム、および組成は、本明細書に記載されている回転機械のみでの実践に限定されない。むしろ、方法、システムおよび組成は、多くの他の用途に関連して実施されてもよく、利用されてもよい。
【００５４】
様々な実施形態の特定の特徴がいくつかの図面には示されていて他には示されていない可能性があるが、これは単に便宜上のことである。さらに、上記記載における「一実施形態」への言及が、記載されている特徴をやはり組み込んでいるさらなる実施形態の存在を除外すると解釈されることは意図されていない。本開示の原理に基づいて、図面の任意の特徴が、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて言及されてもよく、かつ／または特許請求されてもよい。
【００５５】
本明細書は、最良の形態を含む例を用いて、当業者が、任意のデバイスまたはシステムを作製することおよび使用することならびに任意の援用されている方法を実施することを含めて、本開示を実践することを可能にする。本開示の特許性のある範囲は特許請求の範囲により定められ、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言とのごく僅かな差異を有する同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内に入ることが意図されている。
【符号の説明】
【００５６】
１００  回転機械
１０２  吸気部分
１０４  圧縮機部分
１０６  燃焼器部分
１０８  タービン部分
１１０  排気部分
１１２  ロータシャフト
１１４  燃焼器
１１６  負荷
１１８  回転翼組立体
１２０  吸気
１２２  圧縮空気
１２６  高温ガス
２０６  段
２１２  固定ノズル
２１４  回転翼
２１８  エーロフォイル
２１６  羽根
２１７  （羽根２１６の）後縁部
２２８  ケーシング
３００  原構成要素
３０１  二次構成要素
３０２  親構成要素
３０４  第１の材料
３０６  （原構成要素３００の）外面
３１９  分離面
３０８  交換される部分
３２０  結合部
３２２  溶接材料
４００  付加製造システム
４０１  ビルドプレート
４０２  交換クーポン
４０４  第２の材料
４０６  レーザシステム、第１のレーザシステム、第２のレーザシステム
４０７  エネルギー光線
４０８  スキャナシステム
４１０  ビルド取付具
４１２  粉末送達システム
４１４  粉末形状
４１６  ビルド層
４１７  後縁部分
４１８  粉末塗布装置
４２０  コントローラ
４２２、４２６  ピストン
４２４  （粉末送達システム４１２の）縁部
４２８  （ビルド取付具４１０の）縁部
５００  方法
５０４、５０８、５１２、５１６、５２０、５２４  （方法の）ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2019056172000001.pdf