(57)【要約】【課題】溶射施工方法において、熱処理を新たに実施することなく基材との接合性を向上させる。【解決手段】溶射施工方法は、基材１の表面にろう材２を積層するろう材積層工程と、ろう材２の表面に、ろう材２の融点を超える熱量を与えるように、溶融金属３を溶射して積層体４を形成する溶射工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面にろう材を積層するろう材積層工程と、
前記ろう材の表面に、該ろう材の融点を超える熱量を与えるように、溶融金属を溶射して積層体を形成する溶射工程と、
を含む溶射施工方法。
【請求項２】
前記ろう材がニッケルろう材であり、
前記溶射工程は、アーク溶射を用いて、前記ろう材の融点を超える温度で前記ろう材に接するように前記溶融金属を溶射される請求項１に記載の溶射施工方法。
【請求項３】
前記基材がタービン部材である請求項１又は請求項２に記載の溶射施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン等で使用される動翼、静翼、燃焼器等の高温部材は、高温ガスに曝されるため、高い耐熱性が要求される。そのため、高温部材等の基材には、耐熱性の優れた材料が使用されるだけでなく、さらに耐熱性を向上させるためのコーティング等が施されている。
【０００３】
このようなコーティングや基材は、ガスタービンの運転時に高温の作動流体に曝される。そして、長時間にわたるガスタービンの運転に伴い、コーティングの一部が剥離してしまったり、基材の表面が欠損して減肉が生じたりすることで、耐熱性が低下するおそれがある。コーティングが剥離した領域や減肉が生じた領域等の損傷部分に対する補修方法は、ろう付け処理や溶射によって補修材料を損傷部分に塗布することで実施される。このような補修方法では、損傷部分の基材の表面に対して、塗布した補修材料が剥離しないように接合性を向上させる必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、クラックが生じた基材の表面の欠損した領域に対して、複数の材料をコーティングしてから熱処理をする方法が開示されている。具体的には、特許文献１の方法では、ろう材である低融点合金とニッケルをベースとする材料とに対して適合性を有するベース材料との混合物である第一の材料を欠損した領域に堆積させた後で、第一の材料とは低融点合金とベース材料との混合する比率の異なる第二の材料を第一の材料の上に堆積させる。その後、第一の材料及び第二の材料を積層させた基材を所定の温度で所定の時間にわたって加熱する。このような熱処理を行うことで、基材の表面に対する第一の材料及び第二に材料のような補修材料の接合性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２２６１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような方法は、コーティングする第一の材料や第二の材料を基材の上に積層させた後に、熱処理を別工程として実施する必要がある。そのため、対象とする部品が大型であると、熱処理を実施するための装置に部品が収まりきらず、熱処理を別工程として実施することが困難になってしまう。また、熱処理を実施する工程を別に実施することで、作業工程が増えて追加コスト等も発生して負担となってしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、基材に対する接合性を容易に向上させることが可能な溶射施工方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の一態様に係る溶射施工方法は、基材の表面にろう材を積層するろう材積層工程と、前記ろう材の表面に、該ろう材の融点を超える熱量を与えるように、溶融金属を溶射して積層体を形成する溶射工程と、を含む。
【０００９】
このような構成によれば、溶射工程において、ろう材の融点を超える高温の溶融金属が溶射されることで、温度が上昇してろう材が溶融する。その結果、ろう材に含まれるホウ素等の成分が溶融金属や基材に拡散し、基材や溶融金属に対してろう材を強固に接合させることができる。これにより、溶融したろう材を介して、基材と溶融金属とを強固に接合でき、積層体と基材との接合性を向上できる。
【００１０】
また、本発明の他の態様に係る溶射施工方法では、前記ろう材がニッケルろう材であり、前記溶射工程は、アーク溶射を用いて、前記ろう材の融点を超える温度で前記ろう材に接するように前記溶融金属を溶射させてもよい。
【００１１】
このような構成によれば、ろう材としてニッケルろう材を用いることで、基材と溶融金属とを強固に接合するだけでなく、高温環境下で使用される高い耐熱性を要求される部品に対して、溶射後の積層体が形成された部分の耐熱性が低下することを抑制できる。
【００１２】
また、本発明の他の態様に係る溶射施工方法では、前記基材がタービン部材であってもよい。
【００１３】
このような構成によれば、長期間の使用によってタービン部材が広範囲にわたって損傷した場合であっても、短時間で信頼性の高い修復や加工を実施することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の溶射施工方法によれば、ろう材の融点を超える熱量を与えるように溶融金属を溶射することで、別工程として熱処理を実施することなく、基材に対する接合性を容易に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態における溶射施工方法の工程を説明するフロー図である。
【図２】本発明の実施形態における溶射施工方法の工程を説明する模式図であって、同図（ａ）は、実施形態における溶射施工方法を実施前の基材を説明する図、同図（ｂ）はろう材積層工程を説明する図、同図（ｃ）は、溶射工程を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態の溶射工程を実施する際に使用されるツインワイヤアーク溶射装置５を説明する図である。
【図４】本発明の変形例における溶射施工方法の工程を説明する模式図であって、同図（ａ）は、変形例における溶射施工方法を実施前の基材を説明する図、同図（ｂ）はろう材積層工程を説明する図、同図（ｃ）は、溶射工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態について図１から図３を参照して説明する。
溶射施工方法Ｓ１は、タービン静翼、タービン動翼、分割環、燃焼器部品等のタービン部材を基材１として実施される。溶射施工方法Ｓ１は、溶射を用いて基材１の表面に対して複数の材料で構成される積層体４を形成する。本実施形態の溶射施工方法Ｓ１は、減肉が生じた基材１の表面の損傷部分１１に対して、補修材料としてろう材２や溶融金属３を積層して補修する。具体的には、本実施形態の溶射施工方法Ｓ１は、図１及び図２に示すように、基材１に表面にろう材２を積層するろう材積層工程Ｓ１０と、積層させたろう材２の表面に対してろう材２の融点を超える熱量を与えるように溶融金属３を溶射する溶射工程Ｓ２０とを含む。本実施形態における基材１の材料には、例えば、タービン部材に用いられるＮｉ基合金が用いられる。
【００１７】
ろう材積層工程Ｓ１０は、図２（ａ）に示すように、基材１の表面の減肉が生じた損傷部分１１に対してろう材２を積層させる。具体的には、本実施形態のろう材積層工程Ｓ１０では、図２（ｂ）に示すように、ペースト状のろう材２を損傷部分１１に塗布して積層させる。本実施形態では、ろう材２として、表１に示すようなニッケルろう材２１が使用される。ニッケルろう材２１は、ニッケル系合金をベースに構成される。ニッケルろう材２１は、耐食性や耐熱性も高く、鉄系の母材に対する濡れ性が良いため、ステンレス鋼やニッケル基及びコバルト基合金等に対して使用されることが多いろう材２である。ニッケルろう材２１は、表１中に記載されているように、溶融温度（表１中のろう付け温度）が１０００℃から１２００℃程度である。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
溶射工程Ｓ２０は、基材１の表面に積層されたろう材２の表面に溶融金属３を溶射し、基材１の表面の損傷部分１１に積層体４を形成する。本実施形態の溶射工程Ｓ２０は、図２（ｃ）に示すように、ろう材２の融点を超える熱量を与えるように、ろう材２の表面に対して溶融金属３を溶射する。本実施形態に使用される溶融金属３としては、例えば、タービン部材に使用される材料と同じＮｉ基合金が使用される。具体的には、本実施形態の溶射工程Ｓ２０は、図３に示すように、１０００Ａ以上の大電流を供給する電源装置を用いたツインワイヤアーク溶射装置５を使用して溶融金属３を溶射する。ツインワイヤアーク溶射装置５では、二本のワイヤ状の溶融金属３の間でアーク放電を発生させ、この放電エネルギーのよってワイヤ状の溶融金属３を溶融させて圧縮したアルゴンや窒素などの不活性ガスを送る。これにより、溶射工程Ｓ２０では、溶融された溶融金属３をノズル５１から微粒子化しながら基材１上のニッケルろう材２１に吹き付けて連続的に成膜する。本実施形態では、大電流を供給することで、１００[ｇ／分]以上の大量の溶融金属３を溶解し、ニッケルろう材２１に対して溶融金属３を噴射するノズル５１の先端を１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度に近づけて溶射する。これにより、溶射工程Ｓ２０では、ニッケルろう材２１に接触した時点での溶融金属３の温度をニッケルろう材２１の溶融温度に近い１０００℃以上に維持しながら、ニッケルろう材２１に対して溶融金属３を溶射する。
【００２０】
上記のような溶射施工方法Ｓ１によれば、溶射工程Ｓ２０において、基材１の表面の減肉が生じた損傷部分１１に積層されたニッケルろう材２１に対して、ニッケルろう材２１に接触した時点での溶融金属３の温度がニッケルろう材２１の溶融温度である１０００℃以上を維持するように溶射することで、ニッケルろう材２１に融点を超える熱量を与えることができる。即ち、ニッケルろう材２１の融点を超える高温の溶融金属３が溶射されることで、温度が上昇してニッケルろう材２１が溶融する。その結果、ニッケルろう材２１含まれるホウ素等の成分が溶融金属３や基材１に拡散することで、基材１や溶融金属３に対してニッケルろう材２１を強固に接合させることができる。これにより、溶融したニッケルろう材２１を介して、基材１と溶融金属３とを強固に接合でき、積層体４と基材１との接合性を向上できる。したがって、ニッケルろう材２１の融点を超える熱量を与えるように溶融金属３を溶射することで、別工程として熱処理を実施することなく、基材１に対する積層体４の接合性を容易に向上させることができる。
【００２１】
また、ろう材２が溶融して、基材１や溶融金属３に十分に拡散するために必要な時間は数分程度であるため、溶射工程Ｓ２０で溶融金属３を溶射し続けている間は、溶融金属３はろう材２によって強固に接合され続ける。そのため、基材１に対して溶融金属３を高く積層させることができ、厚肉の積層体４を強固に形成することができる。
【００２２】
さらに、従来のアーク溶接等のように溶融金属３の温度がろう材２に接触した時点でろう材２に融点を超える熱量を与えることができない方法では、溶融金属３の温度は数百度までしか上昇しないために、ろう材２を溶融させることができない。一方、本実施形態の溶射工程Ｓ２０では、大電流を供給する電源装置を用いたツインワイヤアーク溶射によって大量の溶融金属３を溶解して、基材１に対して溶融金属３を噴射するノズル５１の先端を近づけてろう材２に対して溶射を実施することで、溶融金属３の温度がろう材２に接触した時点で１０００℃以上を維持させることができ、ろう材２に融点を超える熱量を与えることが容易にできる。
【００２３】
また、ろう材２としてニッケルろう材２１を用いることで、基材１と溶融金属３とを強固に接合するだけでなく、ガスタービン等のように高温環境下で使用される高い耐熱性を要求される部品に対して、溶射後の積層体４が形成された部分の耐熱性が低下することを抑制できる。
【００２４】
さらに、タービン部材を基材とすることで、長期間の使用によってタービン部材が広範囲にわたって損傷した場合であっても、短時間で信頼性の高い修復を実施することができる。そのため、長期間に渡って使用可能なタービン部材を得ることができる。
【００２５】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。即ち、溶射施工方法Ｓ１は、上記実施形態のように減肉が生じた基材１の表面の損傷部分１１に対して実施されることに限定されるものでない。例えば、変形例として、減肉の生じていない基材１の表面に積層体４によって大きな凸部を形成する際に使用してもよい。
【００２６】
即ち、変形例は、図４（ａ）に示すように、減肉の生じていない基材１の平滑な表面に対して、ろう材積層工程Ｓ１０を実施してろう材２を積層させる。変形例のろう材積層工程Ｓ１０は、図４（ｂ）に示すように、基材１の表面の凸形状を形成したい位置に対して、実施形態のろう材積層工程Ｓ１０と同様に、ペースト状のニッケルろう材２１を塗布して積層させる。
【００２７】
変形例の溶射工程Ｓ２０は、図４（ｃ）に示すように、実施形態の溶射工程Ｓ２０と同様に、ろう材２の融点を超える熱量を与えるように、ろう材２の表面に対して溶融金属３を溶射する。
【００２８】
上記のような変形例の溶射施工方法Ｓ１によれば、別工程によって熱処理を実施することなく基材１との接合性を向上させることができるため、大型部品に対しても大規模な熱処理装置を用意することなく、基材１の表面に対して強固に接合された突起等の凸部を容易に形成することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００３０】
なお、ろう材積層工程Ｓ１０で、ろう材２を積層する方法としては上記のようにペースト状のろう材２を積層させる方法に限定されるものではなく、基材１の表面にろう材２を積層できれば良い。例えば、ろう材積層工程Ｓ１０では、シート状のろう材２をバインダ材で接着することで基材１の表面に積層させてもよい。
【００３１】
また、ろう材２は、本実施形態のようにニッケルろう材２１に限定されるものではなく、基材１に用いられる材料よりも融点の低い低融点合金であればよく、基材１自体を溶融させずに溶融金属３を接合させることができる材料であればよい。即ち、ろう材２としては、ニッケルろう材２１の他に、銀ろう材や黄銅ろう材やアルミニウムろう材等の基材１材料に応じた種々のろう材２が使用されればよい。
【符号の説明】
【００３２】
Ｓ１…溶射施工方法  Ｓ１０…ろう材積層工程  Ｓ２０…溶射工程  １…基材  ２…ろう材  ３…溶融金属  ４…積層体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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