(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンブレードの一部分に耐磨耗性の硬化表面合金を施す方法であって、前記タービンブレードの前記部分の合わせ面の上にろう付合金の薄い箔を配置し、所望の厚さより厚い硬化表面合金を前記箔の上に配置することにより、前記タービンブレードの前記部分と前記硬化表面合金との間に前記箔をサンドイッチ状に挟み、前記箔が融解し前記硬化表面合金と前記タービンブレードの前記部分との接合が生起するのに充分な時間前記タービンブレードの前記部分、箔および硬化表面合金を加熱し、その後、前記硬化表面合金を機械加工して前記所望より厚い厚さをより薄い所望の厚さにすることからなる方法。
【請求項２】
前記硬化表面合金が、次の元素（重量％）：
炭素      ０．７０〜１．０
Ｃｒ      ２６〜３０
Ｓｉ      １．０
Ｎｉ      ４〜６
Ｆｅ      ３．０
Ｖ        ０．７５〜１．２５
Ｂ        ０．００５〜０．１０
Ｗ        １８〜２１
Ｃｏ      残部
で構成されるコバルト基合金からなる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記箔が、
（ｉ）次の元素（重量％）：
Ｃｒ        １３
Ｆｅ        ４
ホウ素      ２．８
Ｓｉ        ４
Ｎｉ        残部
を含むニッケル基合金、又は
（ｉｉ）次の元素（重量％）：
Ｃｒ        １９
ホウ素      １．５
炭素        ０．０８
Ｓｉ        ７．３
Ｎｉ        残部
を含むニッケル基合金からなる、請求項１又は請求項２方法。
【請求項４】
さらに、前記硬化表面合金と前記タービンブレードの前記部分との中間の位置に粉末化金属合金を添加することを含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記粉末化金属合金を添加する工程が、加熱に先立って、前記硬化表面合金と前記タービンブレードの前記部分との間の少なくともひとつの露出した継目界面の上にペースト状ろう付合金のビーズを加えることからなる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
さらに、前記箔の上に硬化表面合金を配置した後に、ひとつ以上の局部位置において硬化表面合金をタービンブレードの前記部分にタック溶接することにより前記硬化表面合金と前記タービンブレードの前記部分との間にサンドイッチされた位置に箔を一時的に保持する工程を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
タービンブレードの一部分を製作公差内に再生する方法であって、
前記タービンブレードの一部分を研削して研削合わせ面を形成し、
前記合わせ面の上にろう付合金の薄い箔を配置し、硬化表面合金を前記箔の上に配置することにより、前記合わせ面と前記硬化表面合金との間に前記箔をサンドイッチ状に挟み、
前記ろう付合金が融解し前記硬化表面合金と前記タービンブレードの前記部分との接合が生起するように前記タービンブレードの前記部分、箔および硬化表面合金を加熱し、
前記タービンブレードの前記部分に接合した前記硬化表面合金を機械加工して、所望より厚い厚さをより薄い所望の厚さにする
ことからなる方法。
【請求項８】
前記硬化表面合金が、次の元素（重量％）：
炭素      ０．７０〜１．０
Ｃｒ      ２６〜３０
Ｓｉ      １．０
Ｎｉ      ４〜６
Ｆｅ      ３．０
Ｖ        ０．７５〜１．２５
Ｂ        ０．００５〜０．１０
Ｗ        １８〜２１
Ｃｏ      残部
で構成されるコバルト基合金からなる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記箔が、
（ｉ）次の元素（重量％）：
Ｃｒ        １３
Ｆｅ        ４
ホウ素      ２．８
Ｓｉ        ４
Ｎｉ        残部
を含むニッケル基合金、又は
（ｉｉ）次の元素（重量％）：
Ｃｒ        １９
ホウ素      １．５
炭素        ０．０８
Ｓｉ        ７．３
Ｎｉ        残部
を含むニッケル基合金からなる、請求項７又は請求項８方法。
【請求項１０】
前記タービンブレードが切欠きをもったシュラウドを含み、前記切欠きの表面がろう付合金箔に隣接しており、硬化表面合金が前記箔の上に位置している、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
さらに、前記硬化表面合金と前記タービンブレードの前記部分との中間の位置に粉末化金属合金を添加することを含んでおり、該粉末化金属合金を添加する工程が、加熱に先立って、前記硬化表面合金と前記タービンブレードの前記部分との間の少なくともひとつの露出した継目界面の上にペースト状ろう付合金のビーズを加えることからなる、請求項７乃至請求項９のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、拡散接合により耐磨耗性の物質を基材に適用する（付着させる）ことに係り、特にタービンブレードに耐磨耗性の合金をろう付する方法、およびこの方法に従って耐磨耗性合金がろう付されているタービンブレードに係る。
【０００２】
ある種のガスタービンブレードは翼の外側先端にシュラウドをもっている。これらのブレードシュラウドは一般に、通常は切欠きの形態の噛合いの特徴をもって設計されており、この特徴により、各ブレードは、このようなブレードがタービンディスクの周囲に据え付けられたときに隣接するブレードとそのシュラウドで噛合うことができるようになっている。この噛合いの特徴は翼が振動するのを防ぐ助けになり、それにより運転中にブレードに負荷される応力を低減する。
【０００３】
残念なことに、タービンブレードは通常高温で高強度を保つように設計されたニッケル基超合金その他の高温超合金で作られており、ブレードと噛合い「切欠き」のシュラウド材料はブレードが「噛合い」位置および「非噛合い」位置にねじれるタービンエンジンの始動および停止の際に生じる磨耗応力およびすり摩擦に耐え得るのに充分な硬さをもっていない。このシュラウド材料の比較的低いロックウェル(Rcokwell)硬さのために、噛合い部は磨耗しシュラウド内に間隙を開け、それにより翼は運転中に捩じれ、また変形し、さらには振動する可能性もある。そうすると、ブレードにさらに高い応力がかかり、そのため急速にブレードの破損、そしてその結果タービンの破壊に至る可能性があるので、極めて望ましくない。
【０００４】
隣接するブレード間の噛合い界面におけるブレードシュラウドの硬さを増大するための手段として、シュラウド噛合い部を必要な寸法より小さく機械加工し、フレーム溶射法によって高硬度物質、たとえば炭化クロム材料を噛合い面に塗布することが知られている。この高硬度炭化クロム材料は、そのようなフレーム溶射法を用いて、シュラウド噛合い面が設計上の寸法公差内に入るように充分な厚さで付着される。しかしながら、不利なことに、このような方法でタービンブレードの噛合い領域（ブレードシュラウドのいわゆる「Ｚ−切欠き」領域）に硬めの物質を付着させると、多孔質の硬化表面が生成し、シュラウドを構成しているニッケル基超合金との接合強度が低くなる。多孔性になると、硬化表面材料の厚さの正確な寸法を決定するのが困難になり、そのためタービンディスクの周辺における噛合い界面の公差の増大に基づく噛合い上の問題が生じる。また、接着強度が低いと、タービンの運転中に硬化表面が剥落し、したがって磨耗した、寸法不足の噛合いおよび噛合ってないブレードの望ましくない応力の当初の問題が再浮上することになる。
【０００５】
別法として、硬化表面材料をシュラウドに溶接することがときとして行なわれる。この方法でも、噛合い部を必要寸法より小さく機械加工し、噛合い「Ｚ−切欠き」に所望の厚さより厚い硬化表面を溶接により設けた後、機械加工して所望の寸法公差の噛合いＺ−切欠きを作成する。しかし、望ましくないことだが、溶接は必然的に硬化表面材料とシュラウド基材の両方の融解を伴ない、そのためこの２種の材料の望ましくない混合が起こり、その結果硬化表面物質の硬さが低下するばかりでなく、溶接点の付近でシュラウド基材の超合金特性が弱くなる。さらに、溶接は熱的に誘発された応力勾配のために製造中に亀裂を生ずることが多く、また硬化表面材料に不均一な硬さと多孔性が生じることが多い。高い応力がかかる物質に亀裂が生じるのは極めて望ましくないことである。
【０００６】
このように、高い応力がかかる部品を接合するのに適した高い接合強度をもち、多孔質でなく寸法公差を容易に満足することができる硬化表面物質をブレードに接合する方法が要望されている。
【０００７】
【発明の要約】
硬化表面物質をタービンブレードに付着させる従来法の多くの欠点を克服するために、本発明は、その広い局面のひとつにおいて、硬化表面物質をタービンブレードシュラウドに拡散接合する方法に係る。
【０００８】
ジルコニウム、チタンおよびこれらの合金のような材料について米国特許第４，０３４，４５４号に開示されている方法のような拡散接合は公知である。しかし、今までは、接合の弱さ、および硬化表面物質がはがれた場合の悲惨な結果を考えると、タービンブレードのように高い応力のかかる部品、特にＺ−切欠き箇所に物質を接合するのに前記のような方法を使用することは適当ではないと考えられていた。有利なことに、そして驚くべきことに、本発明は、従来技術の表面硬化の数多くの欠点（たとえば、溶接亀裂）を克服するだけでなく、驚くべきことに実質的な強度の結合を提供する、タービンブレードのシュラウド部分に硬化表面物質を拡散接合する方法を提供する。特に、特定の硬化表面材料、および各々が特定の材料組成を有する２つの箔材料がこのタイプの適用に適した高接合強度の拡散接合をもたらすことが判った。
【０００９】
したがって、より特定すると、本発明は、その広い局面のひとつにおいて、タービンブレードの一部分に耐磨耗性の硬化表面合金を施す方法であって、
（ｉ）  硬化表面物質を接合することが望まれるタービンブレードのある表面上にろう付合金の薄い箔を配置し、
（ii）  硬化表面材料を箔の上に配置することにより、タービンブレードと硬化表面材料との間に箔をサンドイッチ状に挟み、
（iii ）  ろう付合金が融解し、硬化表面合金とタービンブレードとの接合が生起するようにタービンブレード、箔および硬化表面合金を加熱する
ことを含んでなる方法からなる。
【００１０】
好ましい態様において、このタイプの高応力用途（タービンブレード）に適した充分な強度の拡散接合が達成されることが判明した硬化表面材料と箔材料を以下に挙げる。硬化表面材料としては、
炭素        ０．７０〜１．０
Ｃｒ        ２６〜３０
Ｓｉ        １．０
Ｎｉ        ４〜６
Ｆｅ        ３．０
バナジウム  １．２５
Ｂ          ０．１０
Ｗ          １８〜２１
Ｃｏ        残部
（重量％）を含むステライト(Stellite)６９４（商標）で構成されるコバルト合金がある。
【００１１】
箔材料としては、２つの箔が満足のいくものであることが分っている。第一に、実質的に次の元素（重量％）、
Ｃｒ    １３
Ｆｅ      ４
ホウ素    ２．８
Ｓｉ      ４
Ｎｉ      残部
を含むアンドライ(Amdry) ９１５といわれるニッケル基合金があり、第二に、実質的に次の元素（重量％）、
Ｃｒ    １９
Ｓｉ      ７．３
ホウ素    １．５
Ｃ        ０．０８
Ｎｉ      残部
を含むニッケル基超合金がある。
【００１２】
箔材料中のホウ素は共晶降下剤として機能すると考えられる。すなわち、このホウ素は箔が融解した際に硬化表面材料とシュラウド基材の両方の中に拡散し、次いで残った箔は固化し、硬化表面材料とシュラウド基材との間の接合を形成する。したがって、本発明方法の加熱工程は、箔中のホウ素の少なくとも一部分が、シュラウド面と箔が接触して形成された界面から拡散して出て行き、硬化表面材料とシュラウド材料の一方または両方の中に入って行って適正な拡散接合を起こすことができるように充分な時間行なうのが好ましい。
【００１３】
好ましい態様において、本発明の方法は、さらに、硬化表面合金とタービンブレードとの中間の位置に粉末化金属合金を添加すること、より特定的には、箔の加熱に先立ち、または同時に、硬化表面材料とタービンブレードとの間の少なくともひとつの露出した継目界面の上にペースト状ろう付合金のビーズを加えて拡散接合を補助することを含む。特に、好ましい態様においては、粉末化金属合金は、実質的にＡＭＳ４７８３、すなわち、重量％で、
Ｎｉ            １７
Ｃｒ            １９
タングステン      ４
炭素              ０．４
ホウ素            ０．８
ケイ素            ８
Ｃｏ              残部
を含むコバルト基超合金である。
【００１４】
本発明者らは、合金Ａもしくは合金Ｂを含むか、またはＡが粉末化金属合金の６０重量％を成すニッケル基超合金でありＢが４０重量％を成すニッケル基超合金である２つの合金ＡとＢを含む粉末化金属合金が適していることを見出した。特に、合金Ａは、実質的に（重量％）、
Ｃｏ          １０
Ｃｒ            ８．３
Ａｌ            ５．５
Ｔｉ            １．０
タンタル        ３．０
モリブデン      ０．７
タングステン  １０
ハフニウム      １．５
Ｃ              ０．１４
ホウ素          ０．０１５
Ｎｉ            残部
を含み、合金Ｂは、実質的に（重量％）、
Ｃｏ      ２２
Ｃｒ      １５
ホウ素      ２．８
Ｓｉ        ３．５
Ｎｉ        残部
を含む。
【００１５】
Ａ６０％およびＢ４０％を含む混合物は、上に説明した方法で添加して、拡散接合を増大し、したがって硬化表面材料とタービンブレード基材との間の接合の強度を増大することができる粉末化金属合金として有用であることが判明した。
【００１６】
有利なことに、硬化表面物質をタービンブレード、特にシュラウドタービンブレードのＺ−切欠き面に付着させるための本発明の硬化表面拡散接合法は従来技術の方法の問題を克服する。硬化表面材料がシュラウドに溶接され、溶接点の付近で硬化表面材料とシュラウド材料の局部融解が起こる従来の溶接技術とは異なり、本発明のろう付技術においては、加熱工程で硬化表面材料、箔およびシュラウドが通常硬化表面材料またはシュラウド材料の融点よりずっと低い箔の融点まで加熱されるだけである。したがって、これら硬化表面材料やシュラウド材料の融解や混合が起こらないので、表面硬化成分と基材の個々の物理的特性、すなわち硬化表面材料の硬さ性能とシュラウドのニッケル基超合金材料の高強度性能が保持される。これは高い応力がかかるタービンブレードにとって極めて重大である。さらに、低めの温度を使用するので、熱的に誘起される応力がなく（または顕著に少なく）溶接部の局部的加熱と冷却により誘起される亀裂がない。
【００１７】
また、炭化物付着による公知の従来の表面硬化法と比較して、本発明方法による硬化表面材料の拡散接合には顕著な利点がある。すなわち、硬化表面材料は多孔性となることはなく、また拡散接合は硬化表面材料を維持するのに充分な強度である。
【００１８】
製造後であれ長期の使用後であれ、タービンブレードは超合金の最大強度を回復するために加熱処理する必要がある。有利なことに、本発明の別の局面において、本発明の加熱工程は、この加熱が、タービンブレードの一部分への硬化表面合金のろう付と拡散接合を可能にするばかりでなく、同時にタービンブレードの加熱処理および／または応力除去を達成するような時間にわたって実施できる。本発明の方法は、所望であれば加熱処理工程と同時に拡散接合工程を実施できるように特に適合されており、したがってそのような同時工程が可能であり、そのため製造工程を経済的にできると共に本発明の拡散接合工程の為に別の加熱を実施する必要が避けられる。
【００１９】
本発明方法の別の好ましい態様においては、加熱工程中の酸化とタービンシュラウドやブレード中への不純物の混入とを防ぐために、加熱を非酸化性の不活性または真空雰囲気で実施する。また、拡散接合工程の補助とするために、本発明の方法ではさらに、加熱中に硬化表面材料に圧力をかけて硬化表面材料とタービンシュラウドの拡散接合を補助してもよいものと考えられる。
【００２０】
本発明のさらに別の局面には、上記方法に従ってブレードの一部分に耐磨耗性の硬化表面合金がろう付されているタービンブレードが包含される。
【００２１】
本発明のさらに別の洗練された態様において、本発明は、新たなブレードの製造のみでなく、新らしいまたは使用後のブレードの表面を再生するのにも適用される。このような別の局面において、本発明は、タービンブレードの一部分を製作公差内に再生する方法であって、
（ｉ）  前記タービンブレードの一部分を研削して研削合わせ面を形成し、
（ii）  前記合わせ面の上にろう付合金の薄い箔を配置し、
（iii ）  硬化表面合金を前記箔の上に配置することにより、前記合わせ面と前記硬化表面合金との間に箔をサンドイッチ状に挟み、
（iv）  前記箔が融解し前記硬化表面合金と前記タービンブレードの前記部分との接合が生起するように前記タービンブレードの前記部分、箔および硬化表面合金を加熱し、
（ｖ）  前記タービンブレードの前記部分に接合した前記硬化表面材料を機械加工して、所望の厚さより大きい厚さをより薄い所望の厚さに削減する
ことを含んでなる方法である。
【００２２】
このようなタービンブレードの一部分の再生方法は、運転中に磨耗したタービンブレードシュラウドの噛合い面を再生するのに特に有用である。有利なことに、このようなタービンブレードの再生方法により、その噛合い面を元の設計公差内に再構築することができ、これによりすでに機能しなくなったブレードを再度機能するようにすることができる。同様に、本発明によるブレードの再生法はタービンブレードの材料の加熱処理と同時に実施することによりその物質を更新させるのに適している。２つの工程をひとつに組み合わせると使用済のブレードを再加工する際の経済性が達成され得る。
【００２３】
本発明の別の目的と利点は、以下の本発明の詳細な説明と本発明の好ましい具体例を示す図面から明らかとなろう。
【００２４】
【発明の詳細な記述】
図１（透視図）および図２（平面図）から分かるように、複数のタービンブレード１０がタービンディスク１４の一部分の半径方向の周辺１２の回りに設置されており、各ブレード１０はその翼２２の最も外側の端に対応するシュラウド２０をもっている。各シュラウド２０は対応して対向する２つのＺ−切欠き２５をもっている。各Ｚ−切欠き２５は、以下に詳細に述べる本発明の方法に従ってろう付された硬化表面物質（合金）２８をもっている。
【００２５】
各ブレード１０の硬化表面物質２８は、タービンディスク１４が運転速度で回転するとき隣接するタービンブレード１０の対応するＺ−切欠き２５の対応する硬化表面物質２８と接触するようになっている。それぞれのＺ−切欠き２５にろう付された硬化表面物質２８は、各シュラウド１０内の各切欠き２５を、運転中ブレード１０に遠心力、圧力、熱および振動の負荷がかかっているとき接触摩擦の結果起こる磨耗から保護する。
【００２６】
以下、タービンブレード１０のＺ−切欠き２５に硬化表面材料２８を付着させる本発明の方法の好ましい態様について説明する。図３に示したタービンブレード１０のシュラウド２０のＺ−切欠き２５を参照されたい。
【００２７】
まず、約１〜５ｍｍ以上の薄い箔４０を、硬化表面材料２８を付けようとするシュラウド１０のＺ−切欠き２５の目的とする合わせ面４２と実質的に同じ形状と面積に切断する。この合わせ面４２は一般に、ほぼ垂直の平面内にある実質的に平坦な表面である。このような面４２は当初の鋳造したままの表面でもよいし、あるいは通常のフライスや研削工程によってそのような形状に機械加工してもよい（この方が好ましい）。合わせ面４２は場合によりニッケルブラストによって表面４２を粗面化して拡散接合の補助としてもよい。ニッケルは、一般にシュラウド２０を構成しているニッケル基超合金に不純物が導入されないようにこの目的に選択される。
【００２８】
その後、薄い箔４０をタービンブレード１０のシュラウド２０の合わせ面４２の上に配置する。有利なことに、箔４０は、ほぼ合わせ面４２の表面積に合わせて切断されているかまたはその表面積を覆っているので、ろう付合金は確実に、硬化表面材料２８と合わせ面４２との間に存在する界面の全体にわたって存在する。金属のペースト状ビーズのみを用いて毛管作用を利用すると、必ずしも常にこうとはならない。しかしながら、以下に記載するように、ペースト状の金属合金ビーズをあらゆるすき間を充填するのに用いることもできるが、箔プレフォーム４０が最初に所望の合わせ面４２の大きさに切断されているかまたは少なくともこれを覆っているので、ろう付合金が確実に合わせ面４２のあらゆる位置に存在することはこの工程の明確な利点と考えられる。
【００２９】
実質的に合わせ面４２の寸法に対応する寸法と最終的に望まれるよりいくらか大きい厚さとを有する硬化表面材料２８（以後硬化表面プレフォーム２８という）を箔４０の上に配置して、合わせ面４２と硬化表面プレフォーム２８との間に箔プレフォーム４０をサンドイッチ状に挟むようにする。このような硬化表面プレフォーム２８は、箔４０に対して押し付けて、（後述の）加熱工程の間そのまま保ってもよい。あるいは、硬化表面プレフォーム２８を軽くタック溶接してもよい。このような態様の場合、溶接棒の先端（図示してない）を硬化表面プレフォーム２８の外面に当て、硬化表面材料２８中の１または２の離れた位置で硬化表面材料２８を合わせ面４２にタック溶接して硬化表面２８と合わせ面４２との間に箔４０をサンドイッチ状に挟む位置に硬化表面プレフォーム２８を維持する。硬化表面プレフォーム２８の厚さは一般に０．０８０〜０．１００″である。したがって、溶接トーチは硬化表面プレフォーム２８を通してタック溶接するのに充分な位強力でなければならないが、硬化表面２８をシュラウド２０に付けるのに充分な１または２の離れた位置でのわずかな局部融解を超えるいかなる融解を引き起こすほど充分に強力であってはならない。
【００３０】
合わせ面４２が凹凸のある表面を有するため、硬化表面プレフォーム２８と合わせ面４２の縁部の回りに間隙が存在することがある。位置Ｂ（図３参照）にペースト状の金属合金ビーズの形態の縁部合金（図示してない）を用いて硬化表面材料２８と合わせ面４２との間の界面のあらゆる間隙を充填して、箔４０を構成しているろう付合金が加熱（後述）の際に確実にそのような位置で融解して硬化表面材料とシュラウド２０の両方に接触するようにすることができる。
【００３１】
硬化表面プレフォーム２８と合わせ面４２との間に箔４０をサンドイッチ状に挟んだら、箔プレフォーム４０が融解するのに充分な温度で、硬化表面合金とシュラウドの拡散結合が生起するのに充分な時間、この組立物に熱を加える。実際の融解温度は使用する箔４０の組成に依存するが、一般に共晶降下剤としてホウ素またはその等価物が添加されているニッケル基合金を含有する箔の場合融点は約９００°Ｆの範囲である。この融解温度は一般に硬化表面材料２８またはシュラウド２０の融点よりずっと低い。後者は一般にニッケル基超合金からなっており、その融点は２１７５°Ｆを超える。充分な拡散接合が生起するのに必要とされる時間は通常８００〜９００°Ｆの温度で約４５分の範囲であるが、これより長い時間が推奨される。
【００３２】
この加熱工程の間にいかなる不純物も金属中に導入されるのは極めて望ましくないため、加熱工程は非酸化性雰囲気中、通常は真空下または不活性ガス存在下で行なわれる。
【００３３】
本発明の方法の最後の工程として、冷却後、硬化表面プレフォーム２８を機械加工して所望の厚さより厚かった厚さをより薄い所望の厚さに低下させて、さまざまなブレード１０のＺ−切欠き２５が設計公差内の寸法を有するようにすることができる。図４に、上述の本発明の方法の概略を示す。
【００３４】
本発明方法の好ましい態様において、拡散接合は、応力除去と材料更新の目的でブレードに施される加熱処理と同時に行なうことができる。応力除去に必要とされる温度と時間は一般に硬化表面プレフォーム材料２８とシュラウド２０の拡散接合を行なうための温度と時間をかなり超えている。したがって、本発明の拡散接合工程はブレード再生更新工程の一部として実施することができる。この２つの工程を組み合わせることができるということは、磨耗したＺ−切欠き領域２５を有する使用済ブレード１０を新たな硬化表面材料２８を付けることによってそのような領域をもともとの材料公差内に再生しようとする場合に特に有用である。拡散接合のために本発明の一部として利用する加熱工程はブレード応力除去およびブレード更新のために使用するブレード加熱処理の一部となる。
【００３５】
箔４０が共晶降下剤としてホウ素を含有している好ましい態様の場合、硬化表面プレフォーム２８、箔４０およびＺ−切欠き基材２５のサンドイッチ状組立物を箔４０内からのホウ素の拡散が可能になる時間加熱することにより、共晶融解した箔の固化が起こり、その箔合金の固化の際に硬化表面とシュラウド基材の接合が起こる。
【００３６】
【実施例】
実施例１
シュラウド２０、箔４０、硬化表面プレフォーム２８および縁部合金に選択したいくつかの材料を用いて、ブレード加熱処理の一部としての本発明の方法で硬化表面プレフォーム２８をタービンブレード１０のシュラウド２０内のＺ−切欠き２５に満足に接合できることを確かめるために、最初の一連の試験を実施した。
【００３７】
この一連の試験（同じく以下の実施例２）用に選択したシュラウド材料２０はゼネラル・エレクトリック(General Electric)所有の材料、特にＧＴＤ１１１ニッケル基超合金であった。
【００３８】
この最初の試験に選択した硬化表面プレフォーム材料２８は、デローラル・ステライト社(Deloral Stellite Inc.) 製のトリバロイ(Tribaloy)Ｔ８００という商品名のコバルト基硬化表面合金であった。このような硬化表面合金は、重量％で
Ｃｏ        ５１．０〜５３．０
Ｃｒ        １６．５〜１７．５
Ｓｉ        ３．０〜３．５
Ｆｅ＋Ｎｉ  最大３．０
Ｍｏ        ２７〜２９
Ｓ          最大０．０３
Ｐ          最大０．０３
Ｃ          最大０．１
で構成されている。
【００３９】
２種のタイプの箔４０を試験した。ひとつは、重量％で、
Ｃｒ    １３
Ｆｅ      ４
ホウ素    ２．８
ケイ素    ４
Ｎｉ      残部
からなるアンドライ(Amdry) ９１５といわれる市販のニッケル基合金である（箔Ａと指称する）。
【００４０】
第二の箔（箔Ｂと指称する）は、重量％で、
Ｃｒ    １３
ホウ素    １．５
ケイ素    ７．３
Ｃ        ０．０８
Ｎｉ      残部
からなる同様に市販のニッケル基合金である。
【００４１】
同様に、２種のタイプの縁部合金を試験した。ひとつは、重量％で、
Ｎｉ            １７
Ｃｒ            １９
タングステン      ４
炭素              ０．４
ホウ素            ０．８
ケイ素            ８
Ｃｏ              残部
からなるＡＭＳ４７８３で構成されるコバルト基金属合金のペースト状ビーズからなる。
【００４２】
第二の縁部合金は、重量％で、
Ｃｏ          １０
Ｃｒ            ８．３
Ａｌ            ５．５
チタン          １．０
タンタル        ３．０
モリブデン      ０．７０
ハフニウム      １．５
炭素            ０．１４
ホウ素          ０．０１５
Ｎｉ            残部
からなる合金Ａを６０％含む金属合金であり、同様にビーズペーストの形態で使用した。
【００４３】
試験を実施するために、最初に１６のラップ剪断試片を調製した。各々の試片は幅と厚さの寸法がそれぞれ５００″±０．００５″、０．１２５″±０．００５″の細長い矩形の部材からなっていた。上記幅と厚さの２つの同等な半分ずつの試片を調製した。最初の半分はＧＴＤ１１１シュラウド基材材料からなり、他の半分は硬化表面材料のトリバロイ(Triballoy) Ｔ８００からなっていた。次に、これらの２つの半分ずつの試片を対応する端で３／１６″の距離で重ね、上記箔Ａまたは箔Ｂからなる箔をこれらの間に挟んだ。この重なり部分の周辺の外部界面にＡＭＳ４７８３または合金Ａ６０％／合金Ｂ４０％の縁部合金を塗布した。これら１６の試片の８に対して、重なり領域にある２つの半分ずつの試片の各々に対するニッケルブラストからなるろう付前洗浄予備調製を施した。
【００４４】
次に、２つの加熱処理サイクルのいずれかに従って加熱を施して材料を互いにろう付した。特に、引張り試験片８つを次の加熱サイクルにかけた。
サイクル１    ９００°Ｆ／４５分＋１９５０°Ｆ／３０分＋２１７５°Ｆ／２０分＋２０５０°Ｆ／１２０分＋２１００°Ｆ／１２分。
【００４５】
残りの８つの試験片には次の加熱処理を施した。
サイクル２    ９００°Ｆ／４５分＋１９５０°Ｆ／３０分＋２１７５°Ｆ／６０分＋２０５０°Ｆ／６０分。
【００４６】
いずれの加熱サイクルも真空（５×１０-4トル）で実施し、次に結合したラップ剪断試片を２００°Ｆ以下にまでアルゴン冷却した。
【００４７】
その後、上記のようにして調製した１６の剪断試験片に対して引張り応力試験を実施した。結果は次表Ｉに示す。
表  Ｉ
縁部合金                  箔  サイクル  Niブラスト    強度（ｐｓｉ）
ＡＭＳ４７８３            Ａ    １        あり          １８，８６４
ＡＭＳ４７８３            Ａ    １        あり          １４，７６８
ＡＭＳ４７８３            Ｂ    １        あり          １９，１９３６
ＡＭＳ４７８３            Ｂ    １        あり          １６，６７２
ＡＭＳ４７８３            Ａ    １        なし          １８，２７２
ＡＭＳ４７８３            Ａ    １        なし          １７，７２８
ＡＭＳ４７８３            Ｂ    １        なし          試験せず
ＡＭＳ４７８３            Ｂ    １        なし          試験せず
ＡＭＳ４７８３            Ａ    １        あり          ２１，７１２
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ａ    ２        あり          ２２，５７６
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ｂ    ２        あり          １９，０５６
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ｂ    ２        あり          ２０，５９２
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ａ    ２        あり          １５，９８４
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ａ    ２        なし          １６，０１６
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ｂ    ２        なし          ２１，２９６
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ｂ    ２        なし          ２１，６８０
すべての試験片の破壊はラップ剪断引張り試片の硬化表面材料で起こり、継目重なり部分でもＧＴＤ１１１材料のところでもなかった。
【００４８】
また、１６の試片の引張り試験を行なう前に、１６の試片の８つの硬化表面側を重なり領域でロックウェル(Rockwell)−ｃ硬さ試験にかけた。
【００４９】
この硬さ試験の結果を以下に示す。
0004831379.tif 000002
実施例２
実施例１で調製した試片と同様な別の１６の試片を調製した。ただし、硬化表面材料２８としてＴ８００の代わりにステライト(Stellite)６９４を用いた。引張り試験は上記と同様に実施した。これらの試験の結果を以下に示す。
表 III
縁部合金                  箔    サイクル  Ｎｉブラスト  強度(psi)
ＡＭＳ４７８３            Ａ    １        あり          ３８，１６０
ＡＭＳ４７８３            Ａ    １        あり          ３１，６４８
ＡＭＳ４７８３            Ｂ    １        あり          ３１，６４８
ＡＭＳ４７８３            Ｂ    １        あり          ４３，２００
ＡＭＳ４７８３            Ａ    １        なし          ３６，１２８
ＡＭＳ４７８３            Ａ    １        なし          ３２，８４８
ＡＭＳ４７８３            Ｂ    １        なし          ３８，３５２
ＡＭＳ４７８３            Ｂ    １        なし          ４０，０００
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ａ    ２        あり          ３７，４２４
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ａ    ２        あり          ３２，６２４
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ｂ    ２        あり          ４０，６２４
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ｂ    ２        あり          ３４，０６４
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ａ    ２        なし          ４０，１９２
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ａ    ２        なし          ４１，９５２
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ｂ    ２        なし          ３２，５７６
合金Ａ60％／合金Ｂ40％    Ｂ    ２        なし          ３８，０４８
実施例２のすべての試片の破壊は同様にラップ剪断試片の硬化表面材料で起こり、継目重なり部分でもＧＴＤ１１１材料のところでもなかった。
【００５０】
また、実施例１で行なったように、１６のサンプルの８つに対して重なり領域で３つの別々の位置において同様なロックウェル(Rockwell)硬さ試験を行なった。
表  IV
サイ  Ｎｉ
縁部合金               箔  クル  ブラスト  Ｒｃ１    Ｒｃ２    Ｒｃ３
ＡＭＳ４７８３         Ａ  １    あり      ４５．３  ４６．２  ４５．８
ＡＭＳ４７８３         Ｂ  １    あり      ４６．８  ４６．９  ４７．１
ＡＭＳ４７８３         Ａ  １    なし      ４３．８  ４７．２  ４４．９
ＡＭＳ４７８３         Ｂ  １    なし      ４５．７  ４６．１  ４６．９
合金A60%／合金B40%     Ａ  ２    あり      ４５．１  ４５．８  ４６．０
合金A60%／合金B40%     Ｂ  ２    あり      ４８．２  ４９．２  ４８．７
合金A60%／合金B40%     Ａ  ２    なし      ４７．４  ４８．２  ４７．７
合金A60%／合金B40%     Ｂ  ２    なし      ４８．９  ４８．８  ４９．２
上記の試験と表Ｉ〜IVのデータを検討すると、硬化表面材料２８をタービンブレード材料（ＧＴＤ１１１）に拡散接合するための手段として（一般にタービンブレードの応力除去に必要とされる範囲と時間の）サイクル加熱を用いることで高引張り応力を有する接合が生じることが示される。また、すべてのケースで継目やＧＴＤ１１１材料のところではなく硬化表面材料のところで破壊が起こるため、シュラウド基材ＧＴＤ１１１の引張り特性には接合に起因する価値を減じるような劣化が測定できないほどであるかまたはないことが分かる。この意味するところは、接合領域において硬化表面合金とシュラウド基材との混合による材料の劣化が実質的にないということである。さらに、ロックウェル(Rockwell)硬さが高いままで、かつ実質的に均一である（表IIおよびIV参照）ことから、表面硬化の材料劣化が起こっていないことが確認された。
【００５１】
以上、本発明の好ましい具体例について例示して説明して来たが、本発明はこれら特定の具体例に限定されるものではないものと理解されたい。多くの変形と修正が当業者には可能である。本発明は特許請求の範囲に定義されている通りである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、タービンディスクの周辺に配列されたときに互いに並列して配置された３つのタービンディスクの透視図であり、タービンブレードシュラウドと、タービンディスク内に設置されたときに個々のブレードの振動を防ぐために最も外側の端でブレードを固定するようにされたシュラウドのＺ−切欠き噛合い特徴とを示す。
【図２】図２は、図１の矢印「Ａ」に沿って見た図であり、Ｚ−切欠き噛合い特徴を詳細に示しており、また本発明に従ってシュラウドに接合された硬化表面物質の位置も示している。
【図３】図３は、図２に示したタービンブレードの切欠きにろう付けされた硬化表面物質の拡大図である。
【図４】図４は、本発明の方法を広く記述した概略フローチャートである。
【図１】
0004831379.tif 000003
【図２】
0004831379.tif 000004
【図３】
0004831379.tif 000005
【図４】
0004831379.tif 000006