(57)【要約】      （修正有）【課題】環境酸化及び腐食に対する抵抗性の向上した合金でガスタービン翼部を製造する方法を提供する。【解決手段】第１の合金の金属粉末からなる第１のプリフォーム３２であって、湾曲した正圧側壁２０及び負圧側壁２２を有する翼形部本体を画成する第１のプリフォーム３２を用意する段階を含む翼形部の製造方法が開示される。翼形部本体の半径方向外端には、翼形部の正圧側壁と負圧側壁との間に先端キャップ２８が配設されている。第１の合金と異なる第２の合金の金属粉末からなる第２のプリフォーム３４を設けるため、部分高さスキーラ先端３０が先端キャップから半径方向に沿って外方に延在している。この先端キャップは、スキーラ先端の延長部の形状に形成されている。第１及び第２のプリフォームを焼結することで金属粉末は合体される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形部（１２）の製造方法であって、
（ａ）第１の合金の金属粉末からなる第１のプリフォーム（３２）であって、湾曲した正圧側壁（２０）及び負圧側壁（２２）を有する翼形部本体、翼形部本体の半径方向外端において正圧側壁と負圧側壁との間に配設された先端キャップ（２８）、並びに先端キャップから半径方向に沿って外方に延在する部分高さスキーラ先端（３０）を画成する第１のプリフォーム（３２）を用意する段階、
（ｂ）第１の合金と異なる第２の合金の金属粉末からなる第２のプリフォーム（３４）であって、スキーラ先端の延長部の形状に形成された第２のプリフォーム（３４）を用意する段階、並びに
（ｃ）第１及び第２のプリフォームを加熱して金属粉末を一緒に焼結することで、合体された翼形部を形成する段階
を含んでなる方法。
【請求項２】
第１のプリフォーム（３２）を用意する段階が、
（ａ）第１の合金の金属粉末と結合剤との混合物を用意し、結合剤を溶融し、第１の混合物を型（４４）の中に押し出して第１のプリフォームを形成する段階、及び
（ｂ）過剰の結合剤を除去する段階
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第２のプリフォーム（３４）を用意する段階が、
（ａ）第２の合金の金属粉末と結合剤との混合物を用意し、結合剤を溶融し、第２の混合物を型（４４）の中に押し出して第２のプリフォームを形成する段階、及び
（ｂ）過剰の結合剤を除去する段階
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
過剰の結合剤を除去する段階が、結合剤を溶解するが金属粉末は溶解しないように選択された溶媒で第１のプリフォーム（３２）を洗浄することを含む、請求項２記載の方法。
【請求項５】
過剰の結合剤を除去する段階が、結合剤を溶解するが金属粉末は溶解しないように選択された溶媒で第２のプリフォーム（３４）を洗浄することを含む、請求項３記載の方法。
【請求項６】
翼形部（１２）の製造方法であって、
（ａ）第１の合金の金属粉末からなる第１のプリフォーム（３２）であって、湾曲した正圧側壁（２０）及び負圧側壁（２２）を有する翼形部本体、翼形部本体の半径方向外端において正圧側壁と負圧側壁との間に配設された先端キャップ（２８）、並びに先端キャップから半径方向に沿って外方に延在する部分高さスキーラ先端（３０）を画成する第１のプリフォーム（３２）を用意する段階、
（ｂ）第１の合金と異なる第２の合金の金属粉末からなる第２のプリフォーム（３４）であって、スキーラ先端の延長部の形状に形成された第２のプリフォーム（３４）を用意する段階、並びに
（ｃ）第１及び第２のプリフォームを一緒に焼結することで合体された翼形部を形成する段階
を含んでなる方法。
【請求項７】
第１のプリフォーム（３２）及び第２のプリフォーム（３４）を用意する段階が、
（ａ）第１の合金の金属粉末と結合剤とを混合して第１の混合物を形成し、結合剤を溶融し、第１の混合物を型（４４）の中に押し出して第１のプリフォームを形成する段階、
（ｂ）第１のプリフォームから過剰の結合剤を浸出する段階、
（ｃ）第２の合金の金属粉末と結合剤とを混合して第２の混合物を形成し、結合剤を溶融し、第２の混合物を型（４４）の中に押し出して第２のプリフォームを形成する段階、及び
（ｄ）第２のプリフォームから過剰の結合剤を浸出する段階、
を含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法に従って製造された翼形部（１２）。
【請求項９】
（ａ）湾曲した正圧側壁（２０）及び負圧側壁（２２）を有する翼形部本体、翼形部本体の半径方向外端において正圧側壁と負圧側壁との間に配設された先端キャップ（２８）、並びに先端キャップから半径方向に沿って外方に延在する部分高さスキーラ先端（３０）であって、第１の合金の金属粉末からなる第１のプリフォーム（３２）から形成されたこれらの構成部分、
（ｂ）第１の合金と異なる第２の合金の金属粉末からなるスキーラ先端の延長部、並びに
（ｃ）合体された金属粉末を含む第１及び第２のプリフォーム
を含んでなる翼形部（１２）。
【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用の高温部品に関し、さらに詳しくは２種以上の合金からなる組成を有する部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイメタル部品を製造するための現行の技術では、タングステン不活性ガス溶接、電子ビーム溶接、イナーシャ溶接、ろう付け及び類似の方法のような接合方法の使用を伴う。これらの方法は高い費用がかかり、弱化した熱影響部を残すことがあり、しかも多くは検査が困難である。
【０００３】
ガスタービンエンジン翼形部の前縁、後縁及び先端のような構成部分に加わる熱的及び機械的負荷は、翼形部の有効寿命に悪影響を及ぼすことがある。ガスタービンエンジン内の翼形部は、熱誘起応力に原因する亀裂及び酸化や摩擦に原因する材料損失の形で、翼形部の先端における耐久性の問題に遭遇する。これは、環境酸化及び腐食に対する抵抗性の向上した合金を使用することで解決できる。しかし、翼形部全体を耐熱性及び耐酸化性の高い合金に格上げすることは、部品コスト及び（恐らくは）重量を増加させるので望ましくない。
【０００４】
通常の超合金より良好な高温特性を有する材料が利用可能である。しかし、通常の超合金に比べて密度及びコストが高いため、完全なガスタービン部品を製造するためにそれを使用することは控えられている。そのため、かかる材料はコーティング又は部品の小部分として使用されるのが通例である。これらの耐環境性が高い材料は、基本的な翼形部合金に結合させるのが難しいことが判明している。
【０００５】
したがって、バイメタル部品の製造方法に対するニーズが存在している。また、耐環境性合金を通常の超合金に結合する方法に対するニーズも存在している。
【特許文献１】米国特許第４，２５０，６１０号公報
【特許文献２】米国特許第６，１８３，６８９号公報
【特許文献３】米国特許第６，８０５，８３５号公報
【特許文献４】米国特許第６，５３２，６５６号公報
【特許文献５】米国特許第６，５５８，１１９号公報
【特許文献６】米国特許出願公開第２００３／００１２６７７号公報
【特許文献７】米国特許出願公開第２００３／００６２６６０号公報
【非特許文献１】PROF.DINESH AGRAWAL;Microwave Sintering of Metals;Materials World;November 1999;pages 672-73;Vol.7,no.11;www.asom.com/details.asp?ArticlelD-937.
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述のニーズは本発明によって満たされるが、一態様に従えば、本発明は第１の合金の金属粉末からなる第１のプリフォームを用意することを含むバイメタル部品の製造方法を提供する。第２のプリフォームは、第１の合金と異なる第２の合金の金属粉末からなっている。第１及び第２のプリフォームを加熱して金属粉末を一緒に焼結することで、合体された翼形部が形成される。
【０００７】
本発明の別の態様に従えば、第１の合金の金属粉末からなる第１のプリフォームを用意することを含む翼形部の製造方法が提供される。第１のプリフォームは、湾曲した正圧側壁及び負圧側壁を有する翼形部本体、翼形部本体の半径方向外端において正圧側壁と負圧側壁との間に配設された先端キャップ、並びに先端キャップから半径方向に沿って外方に延在する部分高さスキーラ先端を含んでいる。第１の合金と異なる第２の合金の金属粉末からなりかつスキーラ先端の延長部の形状に形成された第２のプリフォームが用意される。第１及び第２のプリフォームを加熱して金属粉末を一緒に焼結することで、合体された翼形部が形成される。
【０００８】
本発明の別の態様に従えば、第１のプリフォームは、第１の合金の金属粉末と結合剤とからなる第１の混合物を用意し、結合剤を溶融し、第１の混合物を型の中に押し出して第１のプリフォームを形成すると共に、第１のプリフォームを浸出して過剰の結合剤を除去することで製造される。第２のプリフォームは、第２の合金の金属粉末と結合剤とからなる第２の混合物を用意し、結合剤を溶融し、第２の混合物を型の中に押し出して第２のプリフォームを形成すると共に、第２のプリフォームを浸出して過剰の結合剤を除去することで製造される。
【０００９】
本発明の別の態様に従えば、湾曲した正圧側壁及び負圧側壁を有する翼形部本体、翼形部本体の半径方向外端において正圧側壁と負圧側壁との間に配設された先端キャップ、並びに先端キャップから半径方向に沿って外方に延在する部分高さスキーラ先端であって、第１の合金の金属粉末からなる第１のプリフォームから形成されたこれらの構成部分を含む翼形部が提供される。かかる翼形部はまた、第１の合金と異なる第２の合金の金属粉末からなるスキーラ先端の延長部も含んでいる。第１及び第２のプリフォームを焼結することで金属粉末が合体される。
【００１０】
本発明は、添付の図面に関連して以下の説明を考察することで最も良く理解できよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
様々な図のすべてを通じて同一の参照番号が同じ構成要素を表す図面について述べれば、図１及び図２はガスタービンエンジン用の例示的なタービンブレード１０を示している。本発明は、固定タービンベーン、フレーム、燃焼器などのような他のタイプの金属部品の製造にも等しく適用できる。タービンブレード１０は、前縁１４，後縁１６、先端１８、基部１９、凹状正圧側壁２０、凸状負圧側壁２２、プラットホーム２４及びダブテール２６を有する翼形部１２を含んでいる。
【００１２】
本発明の方法に従えば、タービンブレード１０は第１のプリフォーム３２及び第２のプリフォーム３４から製造される。例えば、第１のプリフォーム３２は正圧側壁２０、負圧側壁２２、先端キャップ２８、及び一体成形された部分高さスキーラ先端３０を含み得る。第１のプリフォーム３２は、通例、長期運転条件に適した高温強度特性を有する公知タイプのニッケル基又はコバルト基超合金からなっている。第１のプリフォーム３２を製造するための公知材料の例には、ＲＥＮＥ７７、ＲＥＮＥ８０、ＲＥＮＥ１４２並びにＲＥＮＥ  Ｎ４及びＮ５ニッケル基合金がある。
【００１３】
第２のプリフォーム３４は、部分高さスキーラ先端３０に隣接してスキーラ先端延長部を含んでいる。スキーラ先端延長部は、第１のプリフォーム３２の基礎合金に比べて優れた耐高温酸化性を示す合金を含んでいる。
【００１４】
この目的のために適する材料は、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、チタン、ハフニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される１種以上の析出強化金属約３〜約９原子％、モリブデン、タングステン、レニウム及びこれらの混合物からなる群から選択される１種以上の固溶強化金属約４原子％以下、ルテニウム約１〜約５原子％、白金約１０原子％以下、パラジウム約１０原子％以下並びに残部のロジウムを含むロジウム基合金である。かかる合金は、さらに面心立方晶相及びＬｌ2構造化相を含んでいる。
【００１５】
スキーラ先端延長部３４用として適する別の材料は、ロジウム、白金及びパラジウムを含むと共に、約１０００℃を超える温度でＬｌ2構造化相を実質的に含まないミクロ組織を有する第２のロジウム基合金である。さらに詳しくは、Ｐｄは約１〜約４１原子％の範囲内の量で存在し、Ｐｔはパラジウムの量に依存する量で存在する。即ち、ａ）約１〜約１４原子％の範囲内のパラジウム量に対しては、白金は式（４０＋Ｘ）原子％（式中、Ｘは原子％単位のパラジウム量である。）で定義される量で存在し、ｂ）約１５〜約４１原子％の範囲内のパラジウム量に対しては、白金は約５４原子％以下の量で存在する。残部はロジウムからなり、ロジウムは２４原子％以上の量で存在する。
【００１６】
第１のプリフォーム３２及び第２のプリフォーム３４は、微細な金属粉末をプラスチック結合剤と混合し、プラスチック成形装置を用いて所望の形状に押し出す金属射出成形（ＭＩＭ）法で製造される。
【００１７】
プリフォーム３２及び３４の各々に関し、結合剤及びそれぞれの金属粉末を一緒にして完全に混合する。次いで、混合物を加熱して結合剤を溶融し、結合剤で被覆された金属粉末からなる流体を生成する。次に、混合物を個別に所定形状に成形する。混合物を成形する一つの方法は、公知の射出成形装置を使用することである。
【００１８】
図３は、第１のホッパ３８Ａ及び第２のホッパ３８Ｂ並びにそれぞれに回転スクリュー４２Ａ及び４２Ｂを有する第１の押出機４０Ａ及び第２の押出機４０Ｂを含む射出成形装置３６の略図を示している。それぞれの混合物を型４４のキャビティ４６の一部に押し出す。結合剤の過度に急速な凝固によって脆いプリフォームが生じるのを回避するため、型４４を任意に加熱することができる。個別のバッチごとに結合剤を溶融する代わりに、スクリュー４２Ａ及び４２Ｂを通過する間に結合剤を溶融し得る公知の射出成形装置を用いて混合物を連続的に成形することもできる。
【００１９】
図４に示すように、混合物が凝固した後、型４４を開き、個々のプリフォーム３２及び３４から形成された未圧縮又は「未加工」の複合プリフォーム４８を取り出す。
【００２０】
複合プリフォーム４８は、凝固した結合剤中に懸濁した金属粒子を含んでいる。プリフォーム４８は完成部品として使用するには適さないが、さらなる加工を受けるには十分な機械的強度を有している。プリフォーム４８を浸出して大部分の結合剤を除去する。これは、結合剤を溶解するが金属粉末は攻撃しない適当な溶媒を用いて複合プリフォーム４８を浸漬又は洗浄することで達成できる。
【００２１】
次に、金属粒子の液相線温度より低いと共に、金属粉末粒子を融合及び合体させて２つの個別プリフォーム３２及び３４を結合するのに十分高い温度に複合プリフォーム４８を加熱することで、複合プリフォーム４８を焼結する。かかる高温はまた、残留する結合剤を溶融して追い出すことができる。
【００２２】
プリフォーム４８は、合体し焼結した「素焼き」のプリフォームを生じるのに十分長い選択時間にわたり所望の温度に保たれる。焼結サイクルの完了後、得られたタービンブレード１０（図１）を放冷する。タービンブレード１０には、該部品が実質的に１００％の密度を有することを保証するため、公知の熱間静水圧圧縮成形（「ＨＩＰ」）法を用いてさらなる圧密を施すことができる。
【００２３】
所望ならば、タービンブレード１０には、公知のやり方で最終機械加工、被覆、検査などの追加操作を施すことができる。
【００２４】
本発明に係る方法を図５に流れ図として示す。第１及び第２の合金を結合剤と混合して第１及び第２の混合物を形成する。次いで、第１及び第２の混合物を別々に加熱してそれぞれの結合剤を溶融する。この溶融状態で第１及び第２の混合物を別々に単一の型の中に押し出して複合混合物を形成し、次いでこれを加熱する。得られたプリフォームから過剰の結合剤を除去する。次に、プリフォームを焼結して複合混合物を緊密に合体させ、こうして生じたバイメタル部品を得る。
【００２５】
以上、バイメタル部品の製造方法及び開示された方法に従って製造されるバイメタル部品を記載した。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに様々な修正を行い得ることは当業者にとって自明であろう。したがって、本発明の好ましい実施形態及び本発明を実施するための最良の形態に関する上記の説明は、限定ではなく例示のみを目的として示したものであり、本発明は特許請求の範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】例示的なタービンブレードの斜視図である。
【図２】図１のタービンブレードの一部の断面図であって、それのスキーラ先端を示している。
【図３】射出成形装置の概略側面図である。
【図４】図３に示した型から取り出されるプリフォームの概略側面図である。
【図５】本明細書中に記載される金属部品の合体方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００２７】
１２  翼形部
２０  正圧側壁
２２  負圧側壁
２８  先端キャップ
３０  スキーラ先端
３２  第１のプリフォーム
３４  第２のプリフォーム
４４  型
【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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