(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板の表面（７１）を修復する方法であって、
修復のために金属基板の表面（７１）を準備するステップと、
金属基板の表面（７１）上にベース層（７２）を溶融付着させるステップと、
ベースコーティング（７２）に対して積層造形法により第１の材料の複数の第１層を融着させるステップと、
第１の材料及び第２の材料から積層造形法により噛合遷移領域（１０）を形成するステップと、
噛合遷移領域（１０）上に積層造形法により第２の材料の複数の第２層を融着させるステップと
を含み、
噛合遷移領域（１０）は、複数の第１層を複数の第２層に機械的に分離不能に結合させるために、複数の第１層及び複数の第２層から交互に延在する複数の突起を各々含み、
前記突起は、基部から遠位端部に向かって断面積が大きくなる台形突起（２８）、または、
基部側のシャフト（１８、３２）及び遠位端側の球形形状ノブ（２０）からなる突起（１６、３０）である、方法。
【請求項２】
修復のための金属基板の表面（７１）を準備するステップは、金属基板の表面（７１）に溝（７３）を生成するステップを含み、金属基板の表面（７１）上にベース層を溶融付着させるステップは、金属基板の表面（７１）上にベースコーティング（７２）をろう付け溶接するステップを含む、む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ベースコーティング（７２）は、金属コーティングを含み、ベースコーティング（７２）は、積層造形法により形成され、第２の材料は、遮熱コーティング材料又はセラミック材料を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
複数の第１層を融着させるステップは、第１の部品（１２）を形成するために第１の材料の層を連続的に堆積させるステップを含み、複数の第２層を融着させるステップは、第２の部品（１４）を形成するために第２の材料の層を連続的に堆積させるステップを含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
積層造形法により第２の部品（１４）上に追加コーティングを形成するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
表面（７１）は、翼形部（８８）のブレード先端部（８９）を画成し、噛合遷移領域（１０）は、翼形部（８８）の先端部に配置され、さらに複数の突起の各々は、翼形部（８８）とブレード先端部（８９）との間の相対移動を可能にする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
修復された金属基板（７０）であって、
表面（７１）を画成する金属基板と、
金属基板（７０）の表面（７１）に付着されたベースコーティング（７２）と、
ベースコーティング（７２）に付着された第１の部品（１２）であって、第１の材料の複数の融着層を含む第１の部品（１２）と、
第２の材料の複数の融着層を含む第２の部品（１４）と、
第１の部品（１２）と第２の部品（１４）とを機械的に分離不能に結合させるために、第１の部品（１２）及び第２の部品（１４）から交互に延在する複数の突起を各々含む噛合遷移領域（１０）と
を含み、
前記突起は、基部から遠位端部に向かって断面積が大きくなる台形突起（２８）、または、
基部側のシャフト（１８、３２）及び遠位端側の球形形状ノブ（２０）からなる突起（１６、３０）である、金属基板。
【請求項８】
表面（７１）は、翼形部（８８）のブレード先端部（８９）を画成し、噛合遷移領域（１０）は、翼形部（８８）の先端部に配置され、さらに複数の突起の各々は、翼形部（８８）とブレード先端部（８９）との間の相対移動を可能にする、請求項７に記載の金属基板。
【請求項９】
前記複数の第１層及び複数の第２層から交互に延在する前記複数の突起間の間隙に材料を充填し接着層を形成するステップをさらに含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の第１層及び複数の第２層から交互に延在する前記複数の突起間の間隙に充填された材料からなる接着層をさらに備える、請求項７又は８に記載の金属基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、そのようなエンジンに用いられるタービンノズルセグメントの修復に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造では、２以上の部品を接合して単一の部材とすることが望ましいことがしばしばある。しかし、部品を接合する現在の方法は、これらの部品が同じ又は異なる材料から作製されるかどうかに関わらず、多くの場合、不十分な機械的特性になってしまう。
【０００３】
例えば、２つの部品を接合する従来技術の方法は、リベット又はねじなどの機械的な締結具を用いた、溶接又はろう付けなどの金属溶融処理、或いは、構造用接着剤を塗布し硬化させることを含むことができる。これらの接合は、劣悪な物理的性質を示し、貧弱な剪断接着又は粘着などの弱い機械的結合を提供する場合がある。これらの接合はまた、これらの領域における集中した応力に起因する材料遷移線又は面に沿った亀裂初発及び伝搬が起こりやすくなり得る。
【０００４】
さらに、いくつかの用途では、接合された部品の間の相対移動を可能にする接合を有することが望ましい。例えば、柔軟でない、又は可撓性ではない２以上の部品の間の接合は、接合の疲労耐久性、耐衝撃性、及び全体的な寿命に関する問題を呈する場合がある。部品又は接合材料が異なる熱膨張係数を有する場合には、相対移動を許容しない接合は、熱膨張の不整合を補償することができないので、特定の温度環境で接合の破損を招く。
【０００５】
さらに、接合された部品の間に延在する冷却孔が望ましい場合がある。しかし、接合及び部品の向き及び構成によっては、ドリル加工又は機械加工などの現在の方法を用いて、接合の完全性を損なわずに冷却孔を形成することができない場合がある。例えば、孔が接合自体の内部にある場合、或いは孔を穿孔することにより接合が弱くなるおそれがある場合には、冷却孔を形成することができない場合がある。
【０００６】
したがって、改善された構造的完全性を有する、２以上の部品を接合する方法が望まれている。より具体的には、強力な機械的結合を提供しつつ、部品間の相対移動又は必要に応じて冷却孔を含むことを可能にする接合を形成するための方法は、特に有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０１２７００５号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において部分的に記載され、或いは説明から明らかになり、或いは本発明の実施を通して知ることができる。
【０００９】
金属基板の表面を修復するための方法が一般的に提供される。一実施形態では、本方法は、修復のために金属基板の表面を準備するステップと、金属基板の表面上にベース層を溶融付着させるステップと、ベースコーティングに対して積層造形法により第１の材料の複数の第１層を融着させるステップと、第１の材料及び第２の材料から積層造形法により噛合遷移領域（interlocking transition zone）を形成するステップと、噛合遷移領域上に積層造形法により第２の材料の複数の第２層を融着させるステップとを含む。噛合遷移領域は、複数の第１層を複数の第２層に分離不能に結合させるために、複数の第１層及び複数の第２層から交互に延在する複数の突起を各々含む。
【００１０】
また修復された金属基板が一般的に提供される。一実施形態では、修復された金属基板は、表面を画成する金属基板と、金属基板の表面に付着されたベースコーティングと、ベースコーティングに付着された第１の部品であって、第１の材料の複数の融着層を含む第１の部品と、第２の材料の複数の融着層を含む第２の部品と、第１の部品と第２の部品とを分離不能に結合させるために、第１の部品及び第２の部品から交互に延在する複数の突起を各々含む噛合遷移領域とを含む。
【００１１】
本発明のこれらの、並びに他の特徴、態様及び利点は、以下の説明及び添付の図面を参照すれば、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成しており、本発明の実施形態を例示し、説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１２】
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の例示的な一実施形態による噛合遷移領域の斜視図であり、突起の明確な図を提供するために、第１及び第２の部品を分離して示してある。
【図２】例示的な一実施形態によるシャフト及びノブの突起を有する噛合遷移領域の側面図である。
【図３】例示的な一実施形態による台形突起を有する噛合遷移領域の側面図である。
【図４】例示的な一実施形態による細長いシャフト及びノブの突起を有する噛合遷移領域の側面図である。
【図５】例示的な一実施形態によるシャフト及びノブの突起を有する噛合遷移領域の側面図であり、第１の部品と第２の部品との間の接着剤としてろう付け材料が使用される。
【図６】例示的な一実施形態による、貫通する冷却孔を有する平坦でない噛合遷移領域の側面図である。
【図７】噛合遷移領域を用いて修復された基板を示す図である。
【図８】本開示の修復方法に特に適した例示的なタービンブレードを示す図である。
【図９】図８の例示的なタービンブレードの修復された先端部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書及び図面における符号の反復使用は、本発明の同じ又は類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【００１５】
ここで本発明の実施形態を詳細に参照するが、それの１以上の実施例を図面に示す。各実施例は本発明の説明のために提供するものであって、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲又は趣旨を逸脱せずに、様々な修正及び変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示又は記載する特徴は、別の実施形態と共に用いて、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本発明は、添付の請求の範囲及びそれらの等価物の範囲に入るこのような修正及び変更を包括することが意図されている。
【００１６】
積層造形技術は、典型的には垂直（Ｙ）方向に、点ごとに、層ごとに、対象物を構築することによって複雑な対象物を製造することができる。以下の説明では材料の付加について言及するが、当業者であれば、本明細書で開示する方法及び構造は、任意の積層造形技法又は技術により実施することができることを理解するであろう。例えば、本発明の実施形態は、層アディティブ処理、層サブトラクティブ処理、又はハイブリッド処理を使用することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示する方法及び構造は、噛合遷移領域１０によって接合され、かつ、１以上の材料の層を順次堆積することによって形成された２以上の部品を提供することができる。
【００１７】
本開示の実施形態は、積層造形技術を用いて２以上の部品を接合するための方法及び構造を提供する。この点に関しては、独立した実体である複数の部品が作製されるが、結合領域にわたって達する機械的「根元部」を効果的に形成するように構築時に噛合形状部を備えるように作製され、これによって分解に抵抗し、遷移領域にまたがって構造的な負荷を担持することができる。得られた接合は、平面であっても、非平面であってもよく、改善された機械的強度及び接着性を示すことができる。噛合材料遷移領域はまた、例えば、ベース材料に対して高い耐衝撃性保護コーティング層を固着させるために使用することもできる。さらに、噛合形状部は、部品間の小さい範囲の動きを可能にするために離間することができ、接合は一体化された冷却孔又は流路を有することができる。
【００１８】
ここで図面を参照すると、図１は、本開示の例示的な一実施形態による噛合遷移領域１０の斜視図であり、複数の突起１６の明確な図を提供するために、第１の部品１２及び第２の部品１４を分離して示してある。図示するように、噛合遷移領域１０は、Ｘ−Ｚ平面によって規定される平面領域内に延在することができる。特に、図面では噛合遷移領域１０だけを示しているが、当業者であれば、第１の部品１２及び第２の部品１４が積層造形技術を用いて製造された任意の単純な又は複雑な対象物であってもよいことを理解するであろう。さらに、第１の部品１２及び第２の部品１４、並びにこれらを接続する噛合遷移領域１０は、任意のサイズに拡大縮小することができる。例えば、各突起１６は、断面が数ナノメートルから数センチメートル以上の範囲に及ぶことができる。汎用性及びスケーラビリティが与えられるので、積層造形技術を用いて２以上の部品を接合するためのここで開示する方法及び構造は、様々な用途及び技術分野で実施することができる。
【００１９】
図２は、例示的な一実施形態によるシャフト１８及びノブ２０の突起１６を有する噛合遷移領域１０の側面図である。図示するように、第１の部品１２及び第２の部品１４の各々は、第１の部品表面２２及び第２の部品表面２４から延在する複数の突起１６を含む。図示する実施形態では、実質的に垂直な方向に延在する突起１６を示しているが、当業者であれば、他の実施形態では、各突起１６が部品表面２２、２４に対して任意の角度で製造されてもよいことを理解するであろう。各突起１６は、シャフト１８と、その遠位端部に位置するノブ２０とを含む。図１及び図２に示す実施形態では、シャフト１８は円筒形であり、ノブ２０は球形である。しかし、いくつかの実施形態では、シャフト１８は、正方形、長方形、楕円形、不規則な形状、又は他の任意の適切な形状の断面を有してもよく、共通の又は異なる長さであってもよい。同様に、ノブ２０は、正方形、長円形、又は他の任意の適切な形状であってもよい。
【００２０】
複数の突起１６は、第１の部品１２及び第２の部品１４から交互に延在し、長手方向（Ｘ）及び横方向（Ｚ）方向の両方に延在する噛合遷移領域１０を形成することができる。いくつかの実施形態では、ノブ２０の直径はシャフト１８の直径よりも大きく、ノブ２０が隣接するシャフト１８の間に嵌入できるように、シャフト１８は第１の部品１２及び第２の部品１４に沿って離間されている。このようにして、複数の突起１６は、第１の部品１２と第２の部品１４とを機械的に結合する噛合遷移領域１０を形成する。噛合遷移領域１０は、積層造形法を用いて層ごとに印刷することができるので、得られた噛合遷移領域１０は、第１の部品１２と第２の部品１４とを分離不能に結合する。この点に関しては、第１の部品１２及び第２の部品１４は、非破壊的手段によっては分離できないように接合される。いくつかの実施形態では、隣接する突起１６の少なくとも一部は、部品１２、１４の間の相対移動を防止することができる。以下でより詳細に説明するように、他の実施形態では、シャフト１８の間隔は、複数の突起１６間の相対移動を可能にし、噛合遷移領域１０にいくらかの柔軟性を提供するように調整することができる。
【００２１】
いくつかの例示的な実施形態では、突起１６は異なる形状を有することができる。この点に関しては、複数の突起１６は不規則な形状であってもよく、各突起１６は隣接する突起１６の間の領域全体を埋めてもよいし、或いはギャップ又は小さな隙間２６を残してもよい。例えば、図３に示すように、突起１６は、台形突起２８であってもよい。この点に関しては、各台形突起２８は、第１の部品１２又は第２の部品１４に近接した狭い断面を有する。台形突起２８が台形突起２８の遠位端部に向かって第１の部品１２又は第２の部品１４から離れて延びるにつれて、台形突起２８の断面積はより大きくなり、遠位端部において断面が最大となる。
【００２２】
ここで具体的に図４の実施形態を参照すると、複数の突起１６は細長い突起３０であってもよい。この点に関しては、細長い突起３０は、細長いシャフト３２を有してもよいし、或いは、第１の部品１２と第２の部品１４との間でいくらかの相対移動を可能にするように製作してもよい。例えば、細長いシャフト３２は、隣接するノブ２０が互いに接触するまで、第１の部品１２及び第２の部品１４がＺ方向（矢印３４で示す）に互いに相対的に摺動することを可能にすることができる。同様に、いくつかの実施形態では、Ｘ、Ｙ、Ｚ平面における小さい範囲の動き及びＸ、Ｙ、Ｚ軸の周りの回転を可能にするように、複数の突起１６の間隔を大きくすることができる。当業者には理解されるように、複数の突起１６のサイズ、形状、及び間隔は、特定の用途の必要に応じて動きを可能にし、又は制限するように調整することができる。
【００２３】
ここで具体的に図５を参照すると、噛合遷移領域１０のいくつかの実施形態は、強固な結合をさらに確実にするために、接着層３６又は他の材料を第１の部品表面２２と第２の部品表面２４との間に配置することができる。この接着層３６は、例えば、エポキシ樹脂又は硬化樹脂とすることができ、或いは、接合は、第１の部品１２と第２の部品１４との間にろう付け充填材料を導入することによって行うことができる。或いは、接着層３６は、第１の部品１２と第２の部品１４との間の別の積層造形された層であってもよく、後述するように、積層造形プロセスで使用するのに適した任意の材料で形成することができる。このようにして、接着層３６は、噛合遷移領域１０の機械的接合強度を向上させることができる。
【００２４】
場合によっては、第１の部品１２と第２の部品１４との間、及び／又は噛合遷移領域１０内に冷却流体の連通を提供するために、噛合遷移領域１０を貫通する冷却孔３８を含むことが望ましい。図６は、一体化された冷却孔３８を有する平坦でない噛合遷移領域１０の側面図を示す。冷却孔３８は、流路又は冷却孔３８を形成するための積層造形プロセス中に材料を選択的に堆積させることにより部品を貫通するように形成することができる。冷却孔３８は、噛合遷移領域１０の内部を貫通して延在することができるので、自己内蔵型であって、接合された部品の外面に露出することはない。さらに、冷却孔３８は、任意の形状又はサイズであってもよく、任意の場所に配置されてもよい。例えば、図６に示す冷却孔３８は、直線状であって、第１の部品１２から噛合遷移領域１０を通って第２の部品１４まで直線状に延在するが、冷却孔３８は湾曲又は蛇行してもよい。
【００２５】
本明細書で開示する積層造形プロセスにより、第１の部品１２及び第２の部品１４を様々な材料のいずれかで作製することが可能になる。各部品は、同一の材料又は異なる材料で作製ことができる。実際、単一の部品であっても、異なる材料の複数の層を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の部品１２は第１の部分であってもよいし、第２の部品１４は第２の部分であってもよいので、噛合遷移領域１０は複数の部材の集成体を形成することができる。さらに、当業者であれば、本明細書に記載した方法及び構造は、２つの部品に限定する必要はなく、３以上の部品を接合するために使用することができることを理解するであろう。いくつかの実施形態では、第１の部品１２はベース材料であってもよいし、第２の部品１４は保護コーティングであってもよい。例えば、第２の部品１４は、第１の部品１２に対して改善された熱的耐久性を付与するための、遮熱コーティング又は遮熱コーティングのボンドコートであってもよい。他の実施形態では、保護コーティングは、高い耐衝撃性を示す非常に耐久性のある材料であってもよい。このように、保護コーティングは、下地部品を衝撃損傷から保護し、その寿命を延ばすことができる。
【００２６】
上に示したように、第２の部品１４は、遮熱コーティング（ＴＢＣ）系又は耐環境皮膜（ＥＢＣ）系などの保護コーティングであってもよい。このようなＴＢＣ及びＥＢＣ系は、一般に、第１の部品１２の外面を覆うボンド層、及びボンド層の上に配置された断熱層を含むことができる。一般的に理解されるように、ボンド層は、下地の第１の部品１２の酸化及び／又は腐食を防ぐように設計された耐酸化性金属材料から形成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ボンド層は「ＭＣｒＡｌＹ」（「Ｍ」は鉄、ニッケル、又はコバルトを表す）を含む材料から、或いはアルミナイド又は貴金属アルミナイド材料（例えば、プラチナアルミナイド）から形成することができる。同様に、第１の部品１２の動作温度能力を高めるために、断熱層は耐熱材料から形成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、断熱層は、種々の公知のセラミック材料、例えば酸化イットリウムにより部分的もしくは完全に安定化されたジルコニア、酸化マグネシウム、又は他の貴金属酸化物などから形成することができる。
【００２７】
さらに、噛合遷移領域１０を作製するための上に開示した方法及び構造を用いることによって、ＴＢＣ及びＥＢＣ系のボンド層を完全に省くことができる。この点に関しては、熱不整合を補償するための中間層を第１の部品１２と遮熱コーティングとの間に設けるために、ＴＢＣ及びＥＢＣ系では、通常、ボンド層が用いられる、すなわち、第１の部品１２及び遮熱コーティングは異なる熱膨張係数を有し、高温環境に置かれた場合に材料が異なる速度で大きくなり、応力が生じることがある。ボンド層は、付加的な機械的強度及び接着を提供して、熱的不整合による結合領域の障害が生じないことを確実にする。しかし、上述したように、複数の突起１６は、部品間の強力な機械的結合及び改良された接着を提供する噛合遷移領域１０を形成する。したがって、噛合遷移領域１０が第１の部品１２に保護用遮熱コーティングを結合する場合には、ボンド層を完全に省略することができて、それでも集成体は高温環境に耐えることができる。
【００２８】
加えて、当業者であれば理解するように、それらの材料を結合するための様々な材料及び方法を用いることができ、かつ、これらは本開示の範囲内にあることが意図される。例えば、材料は、プラスチック、金属、コンクリート、セラミック、ポリマー、エポキシ、フォトポリマー樹脂、又は固体、液体、粉末、シート材料、もしくは他の任意の適切な形態であり得る他の任意の適切な材料であってもよい。本明細書で用いられる「融着」への言及は、上記の材料のいずれかのボンド層を作製するための任意の適切なプロセスを指すことができる。例えば、対象物がポリマーから作製されている場合には、融着は、ポリマー材料間の熱硬化性結合を生成することを指すことができる。対象物がエポキシである場合には、結合は、架橋プロセスにより形成することができる。材料がセラミックである場合には、結合は焼結プロセスにより形成することができる。材料が粉末金属である場合には、結合は溶融プロセスにより形成することができる。当業者であれば、積層造形法により部品を作製するために材料を融着させる他の方法が可能であり、ここで開示する主題をそれらの方法で実施することができることを理解するであろう。
【００２９】
いくつかの実施形態では、第１の材料及び第２の材料は、異なる熱膨張係数を有する。そのような実施形態では、いくらかの相対移動を許容するように複数の突起１６を構成し、それによって、熱膨張不整合による集中した応力に起因する障害の可能性を低減することが望ましい。
【００３０】
積層造形技術によって、独立した実体であるが、動きの範囲及び／又は分解を制限するために、その構築時に噛合形状部を備えるように作製される複数の部品の作製が可能になる。この点に関しては、２以上の独立した部品を噛合形状部を備えるように製造することができ、噛合形状部は、噛合遷移領域１０を横切って到達する機械的「根元部」を効果的に形成し、分解に抵抗し、噛合遷移領域１０にまたがって構造的な負荷を担持する能力を有する。積層造形技術を用いて２以上の部品を効果的に接合する能力は、広い範囲の平面又は非平面の接合を導入し、固有の集成体の作製を可能にすることができる。
【００３１】
噛合材料遷移領域１０は、従来技術を上回る技術的及び商業上の利点を提供することができる。説明する方法を用いて作製された接合は、改善された機械的強度を有し、異なる機能、組成、もしくは微細構造の領域間の改善された剪断結合、及びミクロ又はマクロスケールにおける強化された接着性を示す。噛合材料遷移領域１０はまた、例えば、ベース材料に対して高い耐衝撃性保護コーティング層を固着させるために使用することもできる。部品を同一又は異なる材料で作製することができるという点で、ボンド層の汎用性もまた改善され、接合は平面又は非平面であってもよい。さらに、噛合形状部は、部品間の小さい範囲の動きを可能にするために離間することができ、接合は一体化された冷却孔又は流路を有することができる。
【００３２】
積層造形法を用いて２以上の部品を接合する上述の装置及び方法は、様々な用途及び様々な産業で使用することができる。例えば、ガスタービンエンジンの部品は、このプロセスを用いて構築することができる。上述した方法を用いて構築することができるガスタービンエンジンの部品のいくつかの例について、以下に説明する。しかし、当業者には理解されるように、これらの部品は単に例示的なものであって、説明した積層造形技術の他の応用及び用途も可能であり、それは本発明の範囲内である。
【００３３】
特定の一実施形態では、噛合遷移領域は、基板、特に金属基板の表面を修復するために利用することができる。図７を参照すると、修復された金属基板７０が一般的に示されている。ベース基板７２は、修復を必要とする表面７１を画成する。表面７１は、最初に修復のための準備が成され、それは洗浄及び／又は金属基板７２の表面７１内に溝７３を生成する（例えば、溝を形成する）ことを含むことができる。例えば、溝は、基板の表面７１内に機械加工することができる。金属基板７２の表面７１にテクスチャを付加することにより、表面７１がその上に結合される追加の層をより受け入れやすくなり得る。すなわち、表面７１は、追加コーティング及び／又は層に対する融着のためのより大きな表面積を有することができる。
【００３４】
次に、ベース層７２を準備された（例えば、洗浄及び／又はテクスチャ化された）表面７１に付着させることができる。一実施形態では、ベース層７２は、準備された表面７１上に溶接（例えば、ろう付け溶接）された金属コーティングである。一実施形態では、ベース金属は、金属基板の組成と実質的に同一の組成を有する。したがって、ベースコーティング７２は、表面７１と良好なろう付けを形成することができる。ベースコーティングは、一実施形態では、積層造形法により形成され、その後に表面に融着される（例えば、加熱、溶接など）。
【００３５】
積層造形法を用いて、次に複数の第１の融着層１２がベース層７２の上部に形成され、複数の第２の融着層１４が第１の融着層１２の上部に形成される。上述したような噛合遷移領域１０が、複数の第１層１２と複数の第２層１４との間に形成され、複数の第１層１２を複数の第２層１４に分離不能に結合させる。
【００３６】
この特定の修復された基板７０は、図８に示すようなガスタービンエンジンのタービン・ファン・ブレード８０に特に有用である。ブレード８０は、航空機ガスタービンエンジンのタービンセクション内のディスク又はロータ（図示せず）に装着するために適合されるように一般的に表されている。このため、ブレード８０は、ディスクの周囲に形成された相補的なダブテールスロットとインターロックすることによりブレード８０をタービンディスクに固定するためのダブテール８２を含むように表されている。図８に示すように、噛合形状部は、ダブテールスロットによって画成される凹部と係合するタング８４と呼ばれる突起を含む。ブレード８０は、ダブテール８２が画成されるシャンク８５から翼形部８８を分離すプラットフォーム８６を有するようにさらに示してある。
【００３７】
ブレード８０は、プラットフォーム８６の反対側に配置されたブレード先端部８９を含む。このように、ブレード先端部８９は、ブレード８０の半径方向最外側部分をほぼ画成し、したがって、ガスタービンエンジンの固定シュラウド（図示せず）に隣接して配置されるように構成することができる。上述したように、使用中に、ブレード先端部８９がシュラウドと接触し、ブレード先端部８９とシュラウドとの間の擦れ事象が生じる場合がある。
【００３８】
特定の一実施形態では、ブレード先端部８９は、ブレード先端部シュラウド（図示せず）をさらに備えることができ、それは同一段内の隣接するブレードの先端部シュラウドと組合せて、ブレードの振動を低減し、空気流特性を向上させることが可能なブレードの周囲のバンドを画成する。シール歯を組み込むことによって、ブレード先端部シュラウドはさらに、ブレード先端部とブレード先端部を囲むシュラウドとの間の燃焼ガス漏れを低減することによりタービンの効率を高めることができる。
【００３９】
エンジンの動作中に高温の燃焼ガスに直接曝されるので、翼形部８８、プラットフォーム８６、及びブレード先端部８９は、非常に厳しい材料要件を有する。プラットフォーム８６及びブレード先端部８９はさらに、タービンセクション内の高温ガス経路の内側及び外側流路表面を形成しているという点で、タービンブレードの重要な領域である。さらに、プラットフォーム８６は、シャンク８５、そのダブテール８２、及びタービンディスクが曝される低温ガスと高温燃焼ガスの混合を防止するためのシールを生成し、ブレード先端部８９は、高いひずみ荷重及びそれとブレード先端部８９を囲むシュラウドとの間の摩耗相互作用に起因するクリープを受ける。ダブテール８２はまた、ダブテールスロットとの係合及びブレード８０により生成される高い遠心負荷により生じる摩耗及び高負荷を受けるという点で重要な領域である。
【００４０】
図９は、本明細書で説明した方法による修復後のブレード先端部８９の拡大図を示す。本実施形態では、ファンブレード先端部８９は修復されるべき基板（例えば、擦れ事象の後）である。すなわち、図７に関して説明した方法は、ファンブレード先端部８９を修復するために利用することができる。この方法を利用して、使用中のファンブレード先端部８９とシュラウド表面との間の任意のギャップを制御するために、ファンブレード先端部８９を特定のサイズ要件に合わせて製造することができる。
【００４１】
一実施形態では、噛合遷移領域１０の複数の突起の各々は、第１の部品１２と第２の部品１４との間の相対移動を可能にするので、ファンブレード先端部８９がシュラウドなどの対象物に接触した時に第２の部品１４（すなわち、図示した実施形態における外側部品）が後退することができる。
【００４２】
上述した積層造形技術は、噛合遷移領域１０により２以上の部品を接合することで複雑な対象物を製造することを可能にする。この技術は、ターボファン１１０の種々の部品を製造するのに有利に使用することができる。例えば、以下に説明するように、積層造形技術は、改良された構造的完全性を示し、かつ、保護コーティング、小さい範囲の動きを提供する柔軟性のある接合、及び一体化された冷却孔もしくは流路を有する接合などの性能を高める特徴を含む種々のロータブレード２００を構築するために使用することができる。当業者であれば、上述した実施形態は上述した積層造形プロセスを用いて製造することができる部品の例にすぎず、他の同様に構築された部品は本発明の範囲内にあることを理解するであろう。
【００４３】
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイス又はシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、又は、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
金属基板の表面（７１）を修復する方法であって、
修復のために金属基板の表面（７１）を準備するステップと、
金属基板の表面（７１）上にベース層（７２）を溶融付着させるステップと、
ベースコーティング（７２）に対して積層造形法により第１の材料の複数の第１層を融着させるステップと、
第１の材料及び第２の材料から積層造形法により噛合遷移領域（１０）を形成するステップと、
噛合遷移領域（１０）上に積層造形法により第２の材料の複数の第２層を融着させるステップとを含み、
噛合遷移領域（１０）は、複数の第１層を複数の第２層に分離不能に結合させるために、複数の第１層及び複数の第２層から交互に延在する複数の突起（１６）を各々含む、方法。
［実施態様２］
修復のための金属基板の表面（７１）を準備するステップは、金属基板の表面（７１）に溝（７３）を生成するステップを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
溝（７３）は、金属基板の表面（７１）内に機械加工される、実施態様２に記載の方法。
［実施態様４］
金属基板の表面（７１）上にベース層を溶融付着させるステップは、金属基板の表面（７１）上にベースコーティング（７２）をろう付け溶接するステップを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
ベースコーティング（７２）は、金属コーティングを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
ベースコーティング（７２）は、金属基板と実質的に同一の組成の金属を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
ベースコーティング（７２）は、積層造形法により形成される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
ベースコーティング（７２）は、基板の表面に熱により融着される、実施態様７に記載の方法。
［実施態様９］
複数の第１層を融着させるステップは、第１の部品（１２）を形成するために第１の材料の層を連続的に堆積させるステップを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
複数の第２層を融着させるステップは、第２の部品（１４）を形成するために第２の材料の層を連続的に堆積させるステップを含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１１］
積層造形法により第２の部品（１４）上に追加コーティングを形成するステップをさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１２］
追加コーティングは、耐環境皮膜を含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１３］
第２の材料は、遮熱コーティング材料を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１４］
第２の材料は、セラミック材料を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１５］
表面（７１）は、翼形部（８８）のブレード先端部（８９）を画成し、噛合遷移領域（１０）は、翼形部（８８）の先端部に配置される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１６］
複数の突起（１６）の各々は、翼形部（８８）とブレード先端部（８９）との間の相対移動を可能にする、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１７］
修復された金属基板（７０）であって、
表面（７１）を画成する金属基板と、
金属基板（７０）の表面（７１）に付着されたベースコーティング（７２）と、
ベースコーティング（７２）に付着された第１の部品（１２）であって、第１の材料の複数の融着層を含む第１の部品（１２）と、
第２の材料の複数の融着層を含む第２の部品（１４）と、
第１の部品（１２）と第２の部品（１４）とを分離不能に結合させるために、第１の部品（１２）及び第２の部品（１４）から交互に延在する複数の突起（１６）を各々含む噛合遷移領域（１０）とを含む、金属基板。
［実施態様１８］
第２の部品（１４）上の追加コーティングをさらに含む、実施態様１７に記載の修復された金属基板。
［実施態様１９］
ベースコーティング（７２）及び金属基板（７０）は、実質的に同一の組成を含む、実施態様１７に記載の修復された金属基板。
［実施態様２０］
複数の突起（１６）の各々は、第１の部品（１２）と第２の部品（１４）との間の相対移動を可能にする、実施態様１７に記載の修復された金属基板。
【符号の説明】
【００４４】
１０  噛合材料遷移領域
１２  第１の部品、第１の融着層
１４  第２の部品、第２の融着層
１６  突起
１８  シャフト
２０  ノブ
２２  第１の部品表面
２４  第２の部品表面
２６  ギャップ
２８  台形突起
３０  細長い突起
３２  細長いシャフト
３４  相対移動の矢印
３６  接着層
３８  冷却孔
７０  修復された金属基板
７１  表面
７２  ベース基板、ベース層、ベースコーティング、金属基板
７４  ベース層
７６  追加コーティング
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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