(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械部品の耐摩耗加工方法（２００）であって、
上記機械部品の表面（１１４）の少なくとも一部であって焼結プリフォームを配設するための部分から酸化表面層が除去されるように上記表面（１１４）の少なくとも一部を下準備する工程（２０２）と、
１種以上の耐摩耗材の所定分量と１種以上のろう付け材の所定分量とを混合することを含む、予備焼結プリフォーム複合耐摩耗混合物を形成する工程（２０４）であって、前記ろう付け材が、クロム、ニッケル及びホウ素を含むコバルト基合金からなる工程（２０４）と、
所定の厚さを有する予備焼結プリフォームを成形する工程（２０６）と、
上記予備焼結プリフォームから気孔率が２％未満の焼結プリフォーム（４０２）を形成する工程（２０８）と、
上記機械部品上に焼結プリフォーム（４０２）を配置する工程（２１０）と、
焼結プリフォーム（４０２）と上記機械部品の間に、それらの拡散接合を促進するためのホウ素を含有する材料の層を挿入する工程と、
焼結プリフォーム（４０２）と上記機械部品の間に拡散接合を形成せしめるとともに、ろう付けによって焼結プリフォームを上記機械部品の少なくとも一部に固定して連結する工程（２１２）と
を含む方法。
【請求項２】
表面（１１４）の少なくとも一部を下準備する工程（２０２）が、機械部品の表面の少なくとも一部から、弱く付着した表面汚染物質、塗工コーティング材及び表面の凹凸をさらに除去することを含む、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項３】
予備焼結プリフォームを成形する工程（２０６）が、所定の厚さの平板（３０２）と実質的に同じ形状に前記予備焼結プリフォーム混合物を成形することを含む、請求項１又は請求項２記載の方法（２００）。
【請求項４】
前記機械部品が、Ｚノッチ（１１０）を有するタービン動翼シュラウド（１０８）である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法（２００）。
【請求項５】
前記機械部品の表面（１１４）が、ニッケル基又はコバルト基超合金からなるタービン動翼シュラウド（１０８）のＺノッチ（１１０）の合わせ面（１１４）である、請求項４記載の方法（２００）。
【請求項６】
前記耐摩耗材が、クロム及びモリブデンを含むコバルト基合金からなる、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法（２００）。
【請求項７】
焼結プリフォームを機械部品の少なくとも一部に固定して連結する工程（２１２）が、加熱工程と冷却工程を含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の方法（２００）。
【請求項８】
前記加熱工程が、
機械部品と焼結プリフォーム（４０２）を、室温から１４℃／分（２５°Ｆ／分）の加熱速度で６４８．９℃（１２００°Ｆ）まで加熱し、
６４８．９℃（１２００°Ｆ）に３０分間維持し、次いで
１４℃／分（２５°Ｆ／分）の速度で９８２．２℃（１８００°Ｆ）に昇温させ、
９８２．２℃（１８００°Ｆ）に３０分間維持し、次いで
１９℃／分（３５°Ｆ／分）の速度で１２０４〜１２１８℃（２２００〜２２２５°Ｆ）に昇温させ、
１２０４〜１２１８℃（２２００〜２２２５°Ｆ）に２０分間維持する
ことを含む、請求項７記載の方法（２００）。
【請求項９】
前記冷却工程が、
機械部品と焼結プリフォーム（４０２）を、１１２１℃（２０５０°Ｆ）まで制御しながら冷却し、その温度に６０分間維持した後、８１５．６℃（１５００°Ｆ）まで冷却し、次いで室温まで冷却する
ことを含む、請求項７又は請求項８記載の方法（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広義には機械部品の製造に関し、具体的には機械部品に耐摩耗層を形成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られたタービン動翼は、従動軸に取付けられた中心ハブに連結しており、動翼はハブ及び従動軸の軸線から実質的に半径方向に配置される。動翼は翼形部を備えており、これに高エネルギー駆動流体が当たって回転エネルギーを与え、軸が回転する。幾つかの公知の燃焼タービン動翼はその翼形部の外側先端にシュラウドを有する。動翼シュラウドは互いに近接して嵌め込まれる。多くの公知のタービン動翼シュラウドは、各動翼が隣接動翼とシュラウドで物理的に噛み合うことができるように、ローマ字のＺに似た形状から「Ｚノッチ」とも呼ばれるノッチの形態の機械的連結機構を有している。
【０００３】
Ｚノッチの領域では様々なメカニズムで摩耗が起こる。例えば、エンジン作動時に、隣接動翼間及び動翼とハブの間でわずかではあるが連続的な振動が起こる。上述の連結機構は翼警部の振動軽減を促進して、作動時にタービン動翼内で誘起される応力を低減する。シュラウドのＺノッチ間の隙間を減らすことによって動翼の振動を軽減するので、隣接ノッチが互いに擦れ合ってシュラウドのＺノッチ近傍で摩耗が増す。
【０００４】
さらに、エンジン始動操作時に、シュラウド、翼形部、ハブ（その他流体と相互作用するあらゆる部品）の温度が各部品内部及び隣接する別の部品との間で変動し、エンジンを運転速度に加速していくと、動翼及びシュラウドが捩れてノッチ同士が常に接触つまり連結状態になる。また、エンジン停止操作時に、始動時とは実質的に逆の部品温度の変動とエンジン減速が起こり、動翼及びシュラウドはノッチ同士が非接触つまり非連結状態に捩れる。
【０００５】
一般に、シュラウド材料は接触や摩擦の長期的に累積される影響に耐える硬度特性を有していない。ノッチの表面材料は摩耗する傾向がある。ノッチが摩耗するにつれて、上述の捩れや振動の影響が増大して、メンテナンスのための運転停止や補修の頻度が高まる。そのため、Ｚノッチには、ノッチ領域の摩耗を低減するため、通例、基材材料と適合性で基材材料よりも硬度の高い保護材料が利用されている。このプロセスは耐摩耗加工（ハードフェーシング）と呼ばれ、用いられる材料は耐摩耗材（ハードフェーシング材）と呼ばれる。耐摩耗材層は溶接、溶射又はろう付けにより形成できる。概して、溶射法は溶接又はろう付け法で達成される結果に比して長期的結果に劣ることがある。
【０００６】
タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接法、レーザ溶接法及びプラズマアーク溶接法を始めとする溶接法を用いた耐摩耗加工は、無欠陥層形成の再現性を低下させる変数を耐摩耗プロセスに導入するおそれがある。こうした状況から、溶接後検査の数と期間及び溶接部修復作業が増す傾向がある。例えば、溶接欠陥の典型例として、溶接割れ、多孔質耐摩耗層、耐摩耗材の接合不良及び密着不良、耐摩耗材及び基材の酸化、並びに熱影響部の発生による基材の割れなどが挙げられる。
【特許文献１】米国特許第４１５５１５２号明細書
【特許文献２】米国特許第４２９１４４８号明細書
【特許文献３】米国特許第４８２２２４８号明細書
【特許文献４】米国特許第６１６４９１６号明細書
【特許文献５】米国特許第６２３３８２２号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様では、機械部品の製造方法を提供する。本方法は、焼結プリフォームを配設するために機械部品の表面の少なくとも一部を下準備する工程を含む。本方法は、１種以上の耐摩耗材の所定分量と１種以上のろう付け材の所定分量とを混合することを含む、予備焼結プリフォーム複合耐摩耗混合物を形成する工程も含む。本方法は、予備焼結プリフォームを成形する工程をさらに含む。予備焼結プリフォームは所定の寸法を有する。本方法は、焼結プリフォームを形成する工程と、機械部品に焼結プリフォームを配置する工程とを含む。本方法は、ろう付けによって機械部品の少なくとも一部に焼結プリフォームを固定して連結する工程もさらに含む。
【０００８】
本発明の別の態様では、機械部品の補修方法を提供する。本方法は、補修すべき機械部品の少なくとも一部を補修する工程を含む。機械部品は表面を有する基材を有しており、基材表面の少なくとも一部は所定の材料組成を有する。部品を補修する工程は、表面下の材料の変形を除去し、基材材料と適合性の材料の層を表面に形成することによって表面ボイドを埋め、表面を所定寸法に機械加工することによって表面凹凸を低減することを含む。本方法は、１種以上の耐摩耗材の所定分量と１種以上のろう付け材の所定分量とを混合して予備焼結プリフォーム複合耐摩耗混合物を形成する工程も含む。本方法は、所定の寸法を有する予備焼結プリフォームを成形する工程をさらに含む。また、本方法は、焼結プリフォームを形成する工程と、機械部品に焼結プリフォームを配置する工程とを含む。本方法は、ろう付けによって機械部品の少なくとも一部に焼結プリフォームを固定して連結する工程もさらに含む。
【０００９】
本発明のさらに別の態様では、機械部品を提供する。部品は基材を備える。基材は表面を有し、基材表面の少なくとも一部は所定の材料組成を含む。機械部品は、複合耐摩耗材層も備える。複合耐摩耗材層は、焼結プリフォームを基材表面にろう付けすることによって基材表面の少なくとも一部に形成される。焼結プリフォームはろう付け材と耐摩耗材との混合物を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、典型的な燃焼タービンエンジン１００の一部分の側面斜視図である。エンジン１００は、ハブ１０４に連結した複数のタービン動翼１０２を有する。典型的な実施形態では、動翼１０２は第３段バケットである。ハブ１０４はタービン軸（図１には図示せず）に連結する。各動翼１０２は翼形部１０６とタービン動翼シュラウド１０８とを有しており、シュラウド１０８は翼形部１０６の半径方向最も外側の先端で翼形部１０６に固定して連結されている。各シュラウド１０８は両側に２つのＺノッチ１１０を有しているが、図では各シュラウド１０８の片側のものしか示していない。突起部１１２は、実質的に円弧形のシールリング（図１には図示せず）をシュラウド１１２に結合させるのに役立ち、タービン動翼１０２の円周方向の動き及び振動を緩和させる。図１の太い点線で囲まれた部分（符号２を付した部分）を図２に示す。
【００１１】
一実施形態では、エンジン１００は、ゼネラルエレクトリック社（米国サウスカロライナ州グリーンビル）から市販されているＭＳ９００１ＦＡエンジン（９ＦＡエンジンと呼ばれることもある）である。本発明は、いかなる特定のエンジンに限定されず、例えば、ゼネラルエレクトリック社のエンジン型式ＭＳ６００１ＦＡ（６ＦＡ）、ＭＳ６００１Ｂ（６Ｂ）、ＭＳ６００１Ｃ（６Ｃ）、ＭＳ７００１ＦＡ（７ＦＡ）、ＭＳ７００１ＦＢ（７ＦＢ）、及びＭＳ９００１ＦＢ（９ＦＢ）を始めとする他のエンジンにも組み込むことができる。
【００１２】
図２は、燃焼タービンエンジン１００に使用できる非耐摩耗加工タービン動翼シュラウド１０８の部分俯瞰斜視図である。シュラウド１０８を両端のＺノッチ１１０と共に示す。Ｚノッチ１１０は合わせ面１１４を有する。翼形部１０６（輪郭図）及び突起部１１２の配置が分かるように示す。
【００１３】
シュラウド１０８は基材を有し、超合金材料から形成し得るる。超合金は通例ニッケル基又はコバルト基合金であり、これらの超合金では単一元素としてニッケル量又はコバルト量が重量比で最も多い。具体的なニッケル基超合金は、約４０重量％以上のニッケル（Ｎｉ）と、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）及び鉄（Ｆｅ）からなる群から選択される１種以上の成分とを含む。ニッケル基超合金の例としては、特に限定されないが、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、Ｎｉｍｏｎｉｃ（登録商標）、Ｒｅｎｅ（登録商標）（例えばＲｅｎｅ（登録商標）８０−、Ｒｅｎｅ（登録商標）９５、Ｒｅｎｅ（登録商標）１４２及びＲｅｎｅ（登録商標）Ｎ５合金）及びＵｄｉｍｅｔ（登録商標）という商品名のものが挙げられ、一方向凝固超合金及び単結晶超合金も挙げられる。代表的なコバルト基超合金は、約３０重量％以上のＣｏと、ニッケル、クロム、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタン及び鉄からなる群から選択される１種以上の成分とからなる。コバルト基超合金の具体例としては、Ｈａｙｎｅｓ（登録商標）、Ｎｏｚｚａｌｏｙ（登録商標）、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）及びＵｌｔｉｍｅｔ（登録商標）という商品名のものが挙げられる。
【００１４】
図３は、タービン動翼シュラウド１０８、さらに具体的にはそのＺノッチ１１０（図２に示す）の例示的な耐摩耗加工法２００のフローチャートである。典型的な方法２００の工程２０２は、タービン動翼シュラウドＺノッチ１１０の表面１１４（図２に示す）を下準備することである。工程２０２は、エンジン１００内での稼働に供されたことのないシュラウド１０８での実施と同様、稼働時に堆積した弱く付着した表面汚染物質を除去する副工程を含む。
【００１５】
こうした表面汚染物質としては、保管時に堆積した弱く付着したほこりや砂粒が挙げられる。工程２０２は、塗工コーティング材を除去する副工程も含む。製造プロセスで、動翼１０２（図１に示す）に塗工されるコーティングは表面１１４にも堆積する。一般に、材料接合工程を含む方法２００の後段の工程は、タービン動翼コーティングの存在によって悪影響を受ける。また、工程２０２は、タービン動翼１０２の製造及び保管時に生じた金属不純物、例えば酸化表面層を、Ｚノッチの合わせ面１１４から除去する副工程を含む。さらに、工程２０２は、製造プロセスで通例生じる表面の凹凸を除去する副工程を有する。一般に、上述のような表面の下準備法には、穏和な洗剤、穏和な研磨剤、軽度の機械加工を用いる。
【００１６】
別法として、工程２０２は、エンジン１００内での稼働に供され、検査のため取り外して補修が予定されるシュラウド１０８で実施してもよい。工程２０２を実施する前に、当技術分野で公知の分解方法でエンジンセクション１００からシュラウド１０８が取り外される。シュラウド１０８に関する追加工程の実施を促進すべく、シュラウド１０８を翼形部１０６から取り外してもよい。或いは、タービン動翼１０２に関する各種メンテナンス作業の集約を図るべく、シュラウド１０８を翼形部１０６に連結したままでもよい。上述の副工程を実施する前に、シュラウド１０８に追加の下準備副工程が必要とされることもあある。稼働時に、シュラウド１０８は、例えば作動中の過渡的変化に起因する温度勾配による小さな割れの発生など、基材材料の状態を変える様々な環境に遭遇する。これらの追加の副工程には、表面下の材料の変形の除去が挙げられる。表面近傍の変形を除去する場合、穏和な研磨剤を用いて機械部品の基材表面を研磨して合わせ面を形成するのがよい。変形が表面から深い場所にある場合には、空気圧式又は電動式グラインダーを用いて機械部品の基材表面の少なくとも一部を研削するのがよい。追加の副工程は、上述の研削作業で生じた表面ボイド、或いは稼働時に高エネルギー流体や連行された粒状汚染物質との物理的作用により生じた点食を充填することである。ボイドの充填は通例Ｚノッチの合わせ面１１４の基材材料と適合性の材料の層を形成することによって実施される。さらに、追加の副工程は、表面を所定寸法に機械加工することによって表面の凹凸を低減することである。この副工程は通常穏和な研磨剤を用いた軽度の機械加工で実施される。
【００１７】
典型的な方法２００の工程２０４は、予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）複合耐摩耗混合物を形成することである。工程２０４は、１種以上の耐摩耗材の所定分量と１種以上のろう付け材の所定分量とを混合して複合耐摩耗材を形成することを含む。典型的な実施形態では、耐摩耗材は、粉体の形態のＴｒｉｂａｌｏｙ  Ｔ８００である。Ｔ８００は、Ｄｅｌｏｒｏ  Ｓｔｅｌｌｉｔｅ社（カナダオンタリオ州ベルビル）製のコバルト基耐摩耗合金であり、Ｍｏｒｇａｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社の一事業部であるＷＥＳＧＯ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社（米国カリフォルニア州ヘイウッド）から市販されている。Ｔ８００は、概略重量％で以下の成分を有する。
【００１８】
【表１】
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Ｔ８００粉体に含まれるクロム分は酸化及び腐食の低減を促進する。
【００１９】
或いは、ＣＭ−６４又はＣＭ６４とも呼ばれるＣｏａｓｔ  Ｍｅｔａｌ６４を用いてもよい。ＣＭ−６４は、Ｍｏｒｇａｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社の一事業部であるＷＥＳＧＯ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社（米国カリフォルニア州ヘイウッド）から市販されている。ＣＭ−６４は、概略重量％で以下の成分を有する。
【００２０】
【表２】
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典型的な実施形態では、ろう付け材は粉体の形態のＭＡＲ  Ｍ−５０９Ｂである。Ｍ−５０９Ｂは、Ｍｏｒｇａｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社の一事業部であるＷＥＳＧＯ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社（米国カリフォルニア州ヘイウッド）から市販されている。Ｍ−５０９Ｂは、ホウ素を添加したコバルト基ろう付け合金であり、概略重量％で以下の成分を有する。
【００２１】
【表３】
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上記ホウ素添加成分の重要性については後述する。
【００２２】
典型的な実施形態では、Ｔ−８００／ＣＭ−６４とＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂとの比は、８０〜８５％のＴ−８００／ＣＭ−６４と２０〜１５％のＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂである。或いは、９０〜６０％のＴ−８００／ＣＭ−６４と１０〜４０％のＭＡＲ−Ｍ−５０９ＢというＴ−８００／ＣＭ−６４とＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂとの比を用いてもよい。ＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂの百分率が増すと、化合物のろう付け温度及び耐摩耗性は低下する傾向にある。
【００２３】
典型的な方法２００の工程２０６は、予備焼結プリフォームを成形することである。工程２０６は、所定の厚さの平板と実質的に同じ形状にＰＳＰ複合耐摩耗混合物を形成することを含む。典型的には、Ｚノッチ１１０の最終寸法に基づいて予め厚さを決める。一般に、厚さは０．２０３ｃｍ（０．０８０ｉｎ）〜０．２５４ｃｍ（０．１００ｉｎ）の範囲内にある。
【００２４】
典型的な方法２００の工程２０８は、焼結プリフォームを形成することである。工程２０８は、ＰＳＰ平板プリフォームを焼結する副工程を含む。プリフォームの焼結は、ＰＳＰの気孔率を２％未満とするため、サーモスタット制御式焼結炉内でＰＳＰ平板を所定温度に所定時間加熱することによって実施される。複合耐摩耗混合物中のろう付け粉体と耐摩耗粉体は互いに溶融混合され、つまり互いに拡散して実質的に均一な混合物を形成する。ＰＳＰ平板プリフォームの焼結が完了したら、放冷する。図４は平板アセンブリ３００の俯瞰斜視図であり、タービン動翼シュラウドＺノッチ１１０（図２に示す）に適用できる焼結平板３０２を含む。焼結平板３０２は成形トレイ３０４に置いた状態で示してある。工程２０８は、焼結平板３０２から焼結プリフォーム（図４には図示せず）を抜き出す第２の副工程も含む。レーザ切削工具或いはウォータージェット切削工具を用いて、焼結平板から焼結プリフォームを切り取る。焼結プリフォームは、Ｚノッチ１１０の所定最終寸法と実質的に同じ所定の寸法を有する。
【００２５】
典型的な方法２００の工程２１０は、タービン動翼シュラウドのＺノッチ１１０に焼結プリフォームを配置することである。図５は、焼結耐摩耗プリフォーム４０２を結合したシュラウド１０８の部分斜視図である。、プリフォーム４０２は、１箇所以上の仮付け溶接４０４によって、Ｚノッチ１１０の合わせ面１１４に保持される。典型的な実施形態では、表面１１４へのプリフォーム４０２の付着性を高めるため２箇所の仮付け溶接を用いる。一般に、表面１１４での熱影響部の形成を低減するとともに、プリフォーム４０２の変形を軽減すべく、仮付け溶接の数は１又は２箇所に保つ。典型的に、溶接トーチ（図５には図示せず）は、実質的に基材の合わせ面１１４の仮付け溶接４０４部位でのみ局所的溶融を起こしながら、耐摩耗プリフォーム４０２との仮付け溶接部４０４を形成するのに十分な強さとする。
【００２６】
別法として、当技術分野で公知のように、プリフォーム４０２と表面１１４の間に、接合を促進するための所定の厚さと化学組成を有する材料の層を挿入してもよい。例えば、Ｎｉ−１３Ｃｒ−４Ｓｉ−４Ｆｅ−３Ｂの化学組成を有する市販のニッケル基合金Ａｍｄｒｙ  ９１５の薄膜を用いてもよい。薄膜の厚さは、約１ｍｍ（０．０４ｉｎ）〜５ｍｍ（０．２０ｉｎ）であり、残りの寸法は表面１１４の寸法と実質的に同じである。
【００２７】
典型的な方法２００の工程２１２は、焼結プリフォーム４０２をＺノッチ合わせ面１１４にろう付けすることである。工程２１２は、加熱工程と冷却工程を含む。典型的な実施形態では、加熱工程は、両側のＺノッチ１１０の各々にプリフォーム４０２を仮付け溶接したシュラウド１０８を、室温つまり摂氏約２１℃（７０°Ｆ）のろう付け炉内に配置することを含む。接合プロセスを促進するため、当業者に公知の方法で、炉内を非酸化性雰囲気にすること及び耐摩耗プリフォーム４０２に圧力を加える方法を実施してもよい。非酸化性雰囲気を得るには、約０．０６７Ｐａ（０．５ｍＴｏｒｒ）以下の圧力にして炉内を真空にする。（炉を約１４℃／分（２５°Ｆ／分）の速度で約６５０℃（１２００°Ｆ）まで加熱する）。約６５０℃（１２００°Ｆ）に達したら、その温度に約３０分間維持する。次いで、炉の温度を、約１４℃／分（２５°Ｆ／分）の速度で約９８０℃（１８００°Ｆ）に昇温させる。約９８０℃（１８００°Ｆ）に達したら、その温度に約３０分間維持する。次いで、炉の温度を、約１９℃／分（３５°Ｆ／分）の速度で約１２０４〜１２１８℃（２２００〜２２２５°Ｆ）に昇温させる。約１２０４〜１２１８℃（２２００〜２２２５°Ｆ）に達したら、その温度に約２０分間維持する。
【００２８】
典型的な実施形態では、冷却工程は、シュラウド１０８を入れたろう付け炉を約１１２０℃（２０５０°Ｆ）まで制御しながら冷却し、その温度に約６０分間保つ。次いで、炉をさらに約８１５℃（１５００°Ｆ）まで冷却する。次いで炉を略室温まで冷却する。
【００２９】
別の実施形態では、工程２１２を他の熱処理作業と同時に実施して製造工程を減らしてもよい。例えば、追加又は他のメンテナンス及び補修作業を受けているシュラウド１０８について、工程２１２を応力を緩和する方法として用いてもよい。或いは、翼形部１０６の熱処理をシュラウド１０８と共に行ってもよい。
【００３０】
典型的な方法２００の工程２１２は、耐摩耗プリフォーム４０２と合わせ面１１４との強力な接合を促進する。これは、少なくともＭＡＲ  Ｍ−５０９Ｂろう付け粉体中のホウ素（Ｂ）濃度にある程度起因する。工程２１２は拡散接合の形態を用いるが、高温で接合される材料の表面での持続的な降伏とクリープによって２つの材料間の実質的にすべての空隙の除去が促進される。ホウ素は耐摩耗プリフォーム４０２から合わせ面１１４に拡散する傾向があり、拡散接合プロセスが促進される。一般に、材料でのホウ素の拡散量が増加するほど、またホウ素の拡散距離が長くなるほど、接合は強くなる。典型的な実施形態では、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接法、レーザ溶接法及びプラズマアーク溶接法を始めとする実質的に拡散接合を起こさない溶接法を用いた耐摩耗加工に比べ、ホウ素の拡散によって、７６μｍ（０．００３インチ）〜１２７μｍ（０．００５インチ）の範囲の拡散接合が促進される。典型的な実施形態では、典型的な接合部のせん断応力、即ち材料或いは結合が破壊するまでに耐えることができる力は、約７０４℃（１３００°Ｆ）での８９６００ｋＰａ（１３ｋｉｐｓ／平方インチ（ｋｓｉ））から略室温での９３８００ｋＰａ（１３．６ｋｓｉ）の範囲にある。この範囲は、９２７℃（１７００°Ｆ）で約１００６６３ｋＰａ（１４．６ｋｓｉ）である基材単独のせん断応力に匹敵する。
【００３１】
或いは、工程２１２をさらに促進するため、工程２１０は、ホウ素含有材料の層を合わせ面１１４とプリフォーム４０２の間に挿入し、接合部で拡散するホウ素の濃度を増加させることを含んでもよい。或いは、工程２０４で説明したろう付け粉体のホウ素濃度を、拡散接合プロセスを促進すべく増してもよい。或いは、工程２０４において、追加のホウ素含有粉体を典型的なろう付け粉体及び耐摩耗粉体と混合してもよい。
【００３２】
接合特性の向上に加えて、上述の溶接法よりも優れている点として、耐摩耗材の気孔率の減少が挙げられる。これは、単一のばらつきのない層が形成されるのに対して、溶接では通例動的方法で複数の層が形成されて層形成にばらつきがみられることによる。追加の利点として、熱影響部の発生がなくなって、溶接に起因する割れがなくなることが挙げられ。また、もう一つの利点として、耐摩耗層の形成に非酸化性雰囲気を用いるので基材及び耐摩耗材の酸化が低減することが挙げられる。
【００３３】
図６は、Ｚノッチ１１０に耐摩耗材４０２を設けた状態で、燃焼タービンエンジン１００に再搭載し得るタービン動翼シュラウド１０８の部分俯瞰斜視図である。シュラウド１０８をエンジン１００に再搭載する前に、表面の凹凸を低減し、合わせ面１１４の寸法と耐摩耗材料の寸法が実質的に同じになるように、耐摩耗材４０２の軽微な機械加工を実施してもよい。
【００３４】
本明細書に開示したタービン動翼の製造方法及び装置は、タービンシステムの作動を促進する。さらに具体的には、上述の通りタービン動翼を耐摩耗加工することによって、堅牢で耐摩耗性をもち、信頼性の高いタービン動翼が得られる。かかるタービン動翼は、信頼性を高め、メンテナンスコストの削減及びタービンシステムの故障低減に資する。
【００３５】
以上、タービンシステムに関するタービン動翼の典型的な実施形態について詳細に説明してきた。方法、装置、システムは、本明細書に記載された具体的な実施形態に限定されるものではなく、また具体的に例示したタービン動翼に限定されるものでもない。
【００３６】
様々な特定の実施形態に関して本発明を説明したが、特許請求の範囲の技術的思想及び技術的範囲内で変更を加えて本発明を実施できることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】典型的な燃焼タービンエンジンの一部分の側面斜視図である。
【図２】図１の燃焼タービンエンジンに使用できる耐摩耗加工していない複数のタービン動翼シュラウドの部分俯瞰斜視図である。
【図３】図２のタービン動翼シュラウドの典型的な耐摩耗加工法のフローチャートである。
【図４】図２のタービン動翼シュラウドに適用できる予備焼結プリフォーム平板の俯瞰斜視図である。
【図５】焼結耐摩耗プリフォームを結合した図２のシュラウドの部分斜視図である。
【図６】図１の燃焼タービンエンジンに使用できる耐摩耗加工したタービン動翼シュラウドの部分俯瞰斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  燃焼タービンエンジン
１０２  タービン動翼
１０４  ハブ
１０６  翼形部
１０８  シュラウド
１１０  Ｚノッチ
１１２  シュラウド
１１２  突起部
１１４  表面
２００  方法
２０２  工程
２０４  工程
２０６  工程
２０８  工程
２１０  工程
２１２  工程
３００  平板アセンブリ
３０２  焼結平板
３０４  成形トレイ
４０２  プリフォーム
４０４  仮付け溶接
【図１】
0005698889.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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