(57)【要約】  【課題】【課題】  ろう付け部材の製造方法を提供する。【解決手段】  本方法は、基材表面を被覆する段階を含み、接合前の基材表面にまずろう合金を含むろう材粉末をコールドスプレーすることで表面を洗浄した後、この粉末をさらにスプレーすることで基材表面にろう合金の層を形成する。この被覆表面を、別の表面と結合させてアセンブリを形成し、共にろう付けすることによってろう付け部材を形成する。この基材及びろう合金は、ニッケル基超合金であってよい。  【選択図】図１
2010514572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう付け部材の製造方法であって、
表面を有する基材を用意する段階と、
不活性雰囲気中での高速コールドスプレーによってろう合金を含むろう材粉末を基材表面に送って、基材表面から酸化物を除去する段階と、
高速コールドスプレーによってろう材粉末を基材表面に送り続けて、表面にろう合金の層を形成して被覆基材表面を形成する段階と、
被覆基材表面を別の１以上の基材表面と接触させて、アセンブリを形成する段階と、
アセンブリを加熱して、被覆基材を別の１以上の基材表面とろう付けしてろう付け部材を形成する段階と
を含む方法。
【請求項２】
前記基材が、ニッケル基、コバルト基及び鉄基超合金からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ろう材粉末が、ニッケル基、コバルト基、銅基及び金基ろう合金からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ろう材粉末が、ニッケル基、コバルト基及び金基ろう合金からなる群から選択され、基材表面に送られるときの温度が約５００°Ｆ〜６５０°Ｆである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ろう材粉末が、送られるときの温度が約３５０°Ｆ〜５００°Ｆの銅基ろう合金を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記基材が、ニッケル基超合金である、請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記ろう材粉末が、ニッケル基ろう合金である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
基材表面にろう合金粉末を送ることによって０インチ超約０．０００１インチ未満の基材表面が除去される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
基材表面が約０．００１インチ〜約０．００４インチのろう合金の層で被覆されるまで、ろう材粉末を基材表面に施工し続ける、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
基材上にろう合金を製膜する方法であって、
表面を有する基材を用意する段階と、
不活性雰囲気中での高速コールドスプレーによってろう合金を含むろう材粉末を基材表面に送って、基材表面から酸化物を除去する段階と、
高速コールドスプレーによってろう材粉末を基材表面に送り続けて、表面にろう合金層を形成して被覆基材表面を形成する段階と
を含む方法。
【請求項１１】
前記基材が、ニッケル基、コバルト基及び鉄基超合金からなる群から選択される、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記ろう材粉末が、ニッケル基、コバルト基、銅基及び金基ろう合金粉末からなる群から選択される、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記ろう材粉末を基材表面に送るときの温度が約３５０°Ｆ〜６５０°Ｆである、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記ろう合金粉末がニッケル基ろう合金である、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
基材表面にろう合金粉末を送ることによって０インチ超約０．０００１インチ未満の基材表面が除去される、請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
ろう合金層が約０．００１インチ〜約０．００４インチ厚である、請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
ろう付け部材であって、
表面を有する基材を用意する段階と、
不活性雰囲気中での高速コールドスプレーによってろう合金を含むろう材粉末を基材表面に送って、基材表面から酸化物を除去する段階と、
高速コールドスプレーによってろう材粉末を基材表面に送り続けて、表面にろう合金の層を形成して被覆基材表面を形成する段階と、
被覆基材表面を別の１以上の基材表面と接触させて、アセンブリを形成する段階と、
アセンブリを加熱して、被覆基材を別の１以上の基材表面とろう付けしてろう付け部材を形成する段階と
を含む方法によって形成されたろう付け部材。
【請求項１８】
当該ろう付け部材が、ろう合金と基材の間に酸化物を実質的に含んでいない、請求項１７記載のろう付け部材。
【請求項１９】
前記基材が、ニッケル基超合金を含む、請求項１７記載のろう付け部材。
【請求項２０】
前記ろう材粉末が、ニッケル基、コバルト基、銅基及び金基ろう合金からなる群から選択される、請求項１７記載のろう付け部材。
【請求項２１】
前記ろう材粉末を基材表面に送るときの温度が約３５０°Ｆ〜６５０°Ｆである、請求項１７記載のろう付け部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろう材粉末でまず基材を洗浄してから表面を被覆するため、高速コールドスプレー法によってろう材粉末を基材にスプレーすることを含む方法に関する。被覆及び保護された基材は、同様の他の基材とろう付けして部材を形成する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル基超合金は、ろう付け航空機アセンブリで広く用いられている。通例、これらの超合金はニッケル基ろう材を用いて約１９００°Ｆ以上の温度でろう付けされる。ある種の合金元素の量のため、これらの超合金の一部の接合面は、ろう付け温度まで昇温する際の雰囲気暴露から接合面を保護するため、ろう付けの前にニッケルの薄層でメッキする必要がある。こうした暴露によって、後段での溶融ろう材の濡れ及び流れに支障をきたす酸化皮膜が生じるおそれがあるからである。
【０００３】
ニッケルメッキの短所は、そのプロセスによってろう付け作業の時間と手順が増すこと、環境に好ましくない化学物質が用いられることである。さらに、マスキングや選択的メッキはいずれも困難で費用がかかるので、ほとんどの場合、部品全体をニッケルメッキしている。また、本発明以前に、ろう材として使用されていたのはリン含有ニッケルメッキ組成物だけであった。リンを含有するニッケルろう材は、その熱的及び機械的性質が劣るため、用途が限られていた。
【０００４】
コールドガスダイナミックスプレー（cold gas dynamic spraying）法又はキネティックメタライゼーション（kinetic metallization）法は、ガス媒質を用いて加速させた金属微粉末を表面に衝突させて、表面に金属粉末の皮膜を形成するプロセスである。粒子が表面に衝突すると、粒子の激しい塑性変形を生じるとともに、表面及び他の粒子との結合を生じる。このプロセスでは、粒子は溶融しない。従前、コールドガスダイナミックスプレー法は基材上に皮膜として材料堆積物を成膜するのには使用されてきたが、表面の洗浄及び保護のため基材にろう材を施工するのには使用されていなかった。
【０００５】
従って、既存の表面処理プロセスの短所をもたない、ろう付けのための表面処理プロセスが必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の一つの目的は、基材表面をろう合金で被覆し、次いで該表面を１以上の他の表面とろう付けしてろう付け部材を形成するために高速コールドスプレーを用いることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、ろう付け部材の製造方法であって、表面を有する基材を用意する段階と、不活性雰囲気中での高速コールドスプレーによってろう合金を含むろう材粉末を基材表面に送って、基材表面から酸化物を除去する段階と、高速コールドスプレーによってろう材粉末を基材表面に送り続けて、表面にろう合金の層を形成して被覆基材表面を形成する段階と、被覆基材表面を別の１以上の基材表面と接触させて、アセンブリを形成する段階と、アセンブリを加熱して、被覆基材を別の１以上の基材表面とろう付けしてろう付け部材を形成する段階とを含む方法である。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、基材上にろう合金を製膜する方法であって、表面を有する基材を用意する段階と、不活性雰囲気中での高速コールドスプレーによってろう合金を含むろう材粉末を基材表面に送って、基材表面から酸化物を除去する段階と、高速コールドスプレーによってろう材粉末を基材表面に送り続けて、基材表面にろう合金層を形成する段階とを含む方法である。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態は、表面を有する基材を用意する段階と、不活性雰囲気中での高速コールドスプレーによってろう合金を含むろう材粉末を基材表面に送って、基材表面から酸化物を除去する段階と、高速コールドスプレーによってろう材粉末を基材表面に送り続けて、表面にろう合金の層を形成して被覆基材表面を形成する段階と、被覆基材表面を別の１以上の基材表面と接触させて、アセンブリを形成する段階と、アセンブリを加熱して、被覆基材を別の１以上の基材表面とろう付けしてろう付け部材を形成する段階とを含む方法によって形成されたろう付け部材である。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態は、表面を有する基材を用意する段階と、ろう付け合金を含むろう材粉末を不活性雰囲気中での高速コールドスプレーによって基材表面に送って、基材表面から酸化物を除去する段階と、高速コールドスプレーによってろう材粉末を基材表面に送り続けて、表面にろう合金の層を形成して被覆基材表面を形成する段階とを含む方法によって形成された被覆基材である。
【００１１】
本発明のその他の特徴及び利点は、本発明の原理を例示する添付図面と併せて以下の好ましい実施形態の詳細な説明を参照することによって明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による表面の洗浄及び保護のためろう材粉末を基材に施工する方法を実施するための装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書では、高速コールドスプレー法によって基材表面をろう合金で被覆する方法を開示する。被覆基材表面を次いで別の１以上の表面と集成して集成部材を形成し、これを加熱してアセンブリを接合してろう付け部材を形成する。
【００１４】
図１に、基材２５の表面２０にろう合金を堆積させるシステム１０を示す。表面２０は、接合すべき部品（例えばタービン部品）の端面であってもよい。システム１０は、ガス供給源４０からのガスが送られるパウダーフィーダ３０を含む。パウダーフィーダ３０には、ろう材粉末（図示せず）が供給される。ガスは任意の不活性ガスでよいが、アルゴン及びヘリウムが好ましい。ガスは、パウダーフィーダ３０に入る前に約１２００°Ｆ（６４９℃）に加熱される。ガスは、ガス供給源４０において加熱してもよいし、或いはパウダーフィーダ３０に供給する際に加熱してもよい。
【００１５】
ろう材粉末は、特に限定されないが、ニッケル基、コバルト基、銅基、金基及び銀基ろう合金から選択される。粉末は、ろう合金皮膜の欠陥を低減するため３２５メッシュ未満とすべきである。ニッケル基ろう合金は、ニッケル基超合金のような高温材料のろう付けに用いられる。例えば、Ｎｉ−７Ｃｒ−３Ｆｅ−３Ｂ−４．１Ｓｉの組成を有するＡＭＳ４７７７は、ステンレス鋼、ニッケル基、コバルト基及び鉄基超合金のような基材のろう付けに用いることができる。その他の高温ろう合金としては、特に限定されないが、ＡＭＳ４７７８（Ｎｉ−２．９Ｂ−４．５Ｓｉ）、ＡＭＳ４７７９（Ｎｉ−１．９Ｂ−３．５Ｓｉ）及びＡＭＳ４７８２（Ｎｉ−１９Ｃｒ−１０Ｓｉ）が挙げられる。
【００１６】
ニッケル基、コバルト基及び鉄基超合金に通常用いられるコバルト基ろう合金は、ＡＭＳ４７８３（Ｃｏ−１７Ｎｉ−１９Ｃｒ−０．８Ｂ−８Ｓｉ−４Ｗ）である。延性の高い継手が必要とされるアセンブリに通常用いられる金基ろう合金は、ＡＭＳ４７８４（５０Ａｕ−２５Ｐｄ−２５Ｎｉ）、ＡＭＳ４７８６（７０Ａｕ−８Ｐｄ−２２Ｎｉ）及びＡＭＳ４７８７（８２Ａｕ−１８Ｎｉ）である。さほど過酷でない環境に暴露されるアセンブリに通常用いられる銅基ろう合金としては、特に限定されないが、ＡＭＳ４７６４（５２．５Ｃｕ−３８Ｍｎ−９．５Ｎｉ）、ＢＣｕ−１（純度９９．９％銅）、ＢＣｕＰ−１（Ｃｕ−５Ｐ）及びＢＣｕＰ−３（Ｃｕ−５Ａｇ−７Ｐ）が挙げられる。
【００１７】
ろう付けすべき基材２５は、ろう付け前にろう合金の皮膜が必要とされるニッケル基、コバルト基及び鉄基超合金から選択し得る。典型的なニッケル基超合金はＩｎｃｏｎｅｌ  ７１８である。
【００１８】
ガスは、２つのラインでフィーダボックス３０に供給される。第１ライン４４は、パウダーフィーダ３０中の粉末を迂回し、ノズル５０を約１２００°Ｆ（６４９℃）の温度まで加熱するのに用いられる。ガスでノズル５０が約１２００°Ｆ（６４９℃）まで加熱されたら、ガスを第２ライン４６でパウダーフィーダ３０に約２５０ｐｓｉ〜４００ｐｓｉの圧力で供給し、粉末を浮遊させてノズル５０に送る。粉末は、約４０ｐｓｉ〜約７０ｐｓｉのノズル圧のノズル５０から、表面２０を有する基材２５に向けて亜音速で送られる。ノズル５０を出る粉末温度は、約３５０°Ｆ（１７７℃）〜約６５０°Ｆ（３４３℃）とすべきである。ニッケル基、コバルト基、金基及び銀基ろう金属粉末は、好ましくは約５００°Ｆ（２６０℃）〜約６５０°Ｆ（３４３℃）に加熱される。銅基ろう合金は、好ましくは約３５０°Ｆ（１７７℃）〜５００°Ｆ（２６０℃）の温度範囲に加熱される。
【００１９】
最初に表面２０に衝突するろう材粉末は、ブラスト材として作用し、表面材料の薄層を除去することによって表面を洗浄する。除去される表面材料の層は０μｍ超約１μｍ未満であるが、表面酸化物を実質的に除去するのに十分である。
【００２０】
ろう材粉末で酸化皮膜を除去した後、粉末は表面２０に付着し始める。粉末は、ろう合金の層８０が形成されるまで表面２０に向かって送られる。表面２０に付着しない粉末は、吸引装置６０によってその領域から除去される。吸引装置６０によって除去及び回収された粉末をリサイクルして、ろう材粉末源として使用してもよい。後段の真空ろう付け作業の前に、約０．００１インチ〜約０．００４インチのろう合金層を形成する。
【００２１】
例えば、Ｎｉ−７Ｃｒ−３Ｆｅ−３Ｂ−４．１Ｓｉの組成のニッケル基ろう合金金属粉末を約６００°Ｆ（３１５℃）のスプレー温度で用いて、ろう合金層を形成した。形成された層は約０．００３インチ厚であった。形成された層は、ろう合金層と基材の間に実質的に酸化物を有していなかった。被覆基材は、次いで、後段の作業でうまく真空ろう付けすることができた。
【００２２】
被覆基材表面を別の１以上の基材表面と接触させて、アセンブリを形成する。別の１以上の基材表面は、表面同士の強固なろう付け接合を担保するため酸化物が存在しないものでなくてはならない。好ましくは、別の１以上の基材表面は、同様の方法で被覆基材表面と同じろう合金で被覆しておいたものである。
【００２３】
アセンブリをろう合金のろう付け温度まで加熱し、冷却してろう付け部材を形成する。ニッケル基ろう合金でろう付けされるニッケル基超合金基材に関しては、約１８００°Ｆ（９８２℃）〜約２２５０°Ｆ（１２３２℃）の範囲のろう付け温度が用いられる。
【００２４】
好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、様々な変更を加え、本発明の構成要素を均等なもので置換することができることは当業者には自明であろう。本発明の技術的範囲から逸脱せずに、本発明の教示内容を特定の条件又は材料に適合させるために多くの修正を加えることができる。従って、本発明の実施形態は、最良の実施形態として開示した特定の形態にとどまらず、添付の特許請求の範囲に属するあらゆる形態を包含する。
【図１】
2010514572.tif 000003
【国際調査報告】
2010514572.tif 000004
2010514572.tif 000005
2010514572.tif 000006