(57)【要約】  本発明は、基板（１８）上にチタン合金を塗布する方法であって、前記基板（１８）上に前記チタン合金を溶融、溶接又は蒸着させ、前記チタン合金を凝固させるステップを含む方法において、前記基板（１８）上に前記チタン合金を溶融、溶接又は蒸着させる前記ステップの前か途中に前記チタン合金に０．０１〜０．４重量％のホウ素を追加するステップを含むことを特徴とする。【選択図】図３
2015526625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１８）上にチタン合金を塗布する方法であって、前記基板（１８）上に前記チタン合金を溶融、溶接又は蒸着させ、前記チタン合金を凝固させるステップを含む方法において、前記基板（１８）上に前記チタン合金を溶融、溶接又は蒸着させる前記ステップの前か途中に前記チタン合金に０．０１〜０．４重量％のホウ素を追加するステップを含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記基板（１８）上に前記チタン合金を溶融、溶接又は蒸着させる前記ステップは、前記チタン合金及び前記０．０１〜０．４重量％のホウ素からなる粉末又はワイヤ（２０）を加熱するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記チタン合金は、ＡＳＴＭグレード５〜グレード３８チタン合金の１つであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記チタン合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ及びＴｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏの一方であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記基板（１８）又は溶接継手（１８）上に前記チタン合金を溶融、溶接又は蒸着させる前記ステップは、レーザ金属蒸着（ＬＭＤ）、レーザ溶接、電子ビーム溶解（ＥＭＢ）、金属形材蒸着（ＳＭＤ）、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接、フィラメント蒸発、電子ビーム蒸発、スパッタ蒸着のいずれか１つを用いて実行されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記チタン合金は、前記基板（１８）上に層（１７）を形成するように前記基板上に塗布されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記層（１７）は３ｍｍの最大厚さを有することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基板は２つの部分からなることと、前記チタン合金は前記２つの部分が接合されるように塗布されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記チタン合金は、基板材料を前記チタン合金の溶融温度に局部加熱するという形のエネルギー供給、塑性局部流動、又は原子拡散を介して塗布されることを特徴とする、請求項１乃至５又は７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の方法を用いて塗布されたチタン合金からなることを特徴とする、構成要素。
【請求項１１】
請求項９に記載の少なくとも１つの構成要素（３，４，５，８，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）を含むことを特徴とする、ガスタービンエンジン（１）。
【請求項１２】
基板上に溶融、溶接又は蒸着させるための０．０１〜０．４重量％のホウ素を含むチタン合金の利用法。
【請求項１３】
基板上に溶融、溶接又は蒸着させるためのチタン合金の粉末又はワイヤの形の充填剤であって、前記チタン合金が０．０１〜０．４重量％のホウ素を含むことを特徴とする充填剤。
【請求項１４】
基板上にチタン合金を塗布する方法であって、前記基板上に前記チタン合金を溶融、溶接又は蒸着させ、前記蒸着又は溶融したチタン合金を凝固させるステップを含む方法において、前記基板上に前記チタン合金を溶融、溶接又は蒸着させる前記ステップの前か途中に前記チタン合金に０．０１〜０．４重量％のホウ素を追加するステップを含むことを特徴とする、方法。
【請求項１５】
基板上に前記チタン合金を溶融、溶接又は蒸着させる前記ステップは、前記チタン合金及び前記０．０１〜０．４重量％のホウ素からなる粉末又はワイヤを加熱するステップを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記チタン合金は、ＡＳＴＭグレード５〜グレード３８チタン合金の１つであることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記チタン合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ及びＴｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏの一方であることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板又は溶接継手上に前記チタン合金を溶融、溶接又は蒸着させる前記ステップは、レーザ金属蒸着（ＬＭＤ）、レーザ溶接、電子ビーム溶解（ＥＭＢ）、金属形材蒸着（ＳＭＤ）、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接、フィラメント蒸発、電子ビーム蒸発、スパッタ蒸着のいずれか１つを用いて実行されることを特徴とする、請求項１４乃至１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記チタン合金は、前記基板（１８）上に層（１７）を形成するように前記基板上に塗布されることを特徴とする、請求項１４乃至１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記層は３ｍｍの最大厚さを有することを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記基板は２つの部分からなることと、前記チタン合金は前記２つの部分が接合されるように塗布されることを特徴とする、請求項１４乃至２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記チタン合金は、基板材料を前記チタン合金の溶融温度に局部加熱するという形のエネルギー供給、塑性局部流動、又は原子拡散を介して塗布されることを特徴とする、請求項１４乃至１８又は２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
請求項１４乃至２２のいずれかに記載の方法を用いて塗布されたチタン合金からなることを特徴とする、構成要素。
【請求項２４】
請求項２３に記載の少なくとも１つの構成要素を含むことを特徴とする、ガスタービンエンジン。
【請求項２５】
基板上に溶融、溶接又は蒸着させるための０．０１〜０．４重量％のホウ素を含むチタン合金の利用法。
【請求項２６】
基板上に溶融、溶接又は蒸着させるためのチタン合金の粉末又はワイヤの形の充填剤であって、前記チタン合金が０．０１〜０．４重量％のホウ素を含むことを特徴とする充填剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接、溶融、又は金属蒸着によって基板上にチタン合金を塗布する方法に関する。本発明はまた、かかる方法を用いて塗布されたチタン合金からなる構成要素に関する。本発明は更に、かかる構成要素を少なくとも１つ備えるガスタービンエンジンに関する。本発明は更に、該チタン合金の利用法及び該チタン合金からなる充填剤を含む。
【背景技術】
【０００２】
溶接又は金属蒸着は、新たな構成要素の製造、既存の構成要素への材料の追加、製造中に損傷した構成要素の修理（例えば、成形プロセス中に生じたり、誤った機械加工によって引き起こされたりする欠陥の修理）、及び使用中に損傷した構成要素の修理に用いられる方法である。
【０００３】
溶接又は金属蒸着は、構成要素の製造や、耐酸化性、耐食性、耐粒子浸食性、耐熱性及び／又は耐摩耗性が向上した金属コーティングの塗布に用いてもよい。そのような構成要素又は金属コーティングが、ガスタービンエンジン内で直面するような、構成要素が長時間８００℃を超える酸化雰囲気及び温度にさらされることがある侵食環境で使用される場合、構成要素／金属コーティングは、時間と共に脆くなったり、熱サイクル及び金属疲労によって割れたりすることが、例えばタービンエンジンが稼働及び稼働停止するときに起こることがある。
【０００４】
チタン合金は、それらの高温比強度が高く、耐食性及び耐酸化性が優れ、耐クリープ性が良好であるため、様々な航空宇宙用途に使用される。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖは、大部分の航空宇宙推進システムに使用される。しかしながら、蒸着したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ材料は、一般的に数ミリメートル程度の粗粒径を有しており、そのことが蒸着したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ材料の機械的特性に悪影響を与える。
【０００５】
特許文献１は、強化金属マトリックス複合材及び粉末材料を成形してかかる複合材を形成する方法に関する。製造品は、レーザ製造プロセスによって層状に形成される。そのプロセスでは、粉末を溶融、冷却して不連続強化金属マトリックスの連続層を形成する。このマトリックスは、未強化金属と比べて、高い引張係数、高い強度、大きい硬度など、特性が向上した微粒子構造を呈する。Ｉｎ−ｓｉｔｕ合金粉末、粉末冶金混合物、又は単独で用意された粉末は、０〜３５重量％、より好ましくは約０．５〜１０重量％のホウ素、及び／又は０〜２０重量％の炭素、より好ましくは約０．５〜５重量％の炭素で補強されて、複合材を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，５２１，０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、航空宇宙用途では、例えば、複合材料は金属よりも延性が小さいので、複合材料の特性よりも金属の特性を有する材料を塗布することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、基板上にチタン合金を塗布する改良方法を提供することである。本方法は、基板上にチタン合金を溶融、溶接又は蒸着させ、蒸着、溶接又は溶融したチタン合金を凝固させるステップを含む。本方法はまた、基板上にチタン合金を溶融、溶接又は蒸着させるステップの前か途中にチタン合金に０．０１〜０．４重量％のホウ素を追加するステップを含む。
【０００９】
チタン合金に０．０１〜０．４重量％のホウ素を追加することにより、ホウ素を含んでいないチタン合金の粒子の粒径と比べて、チタン合金の粒径が実質的に低下することがわかっている。ここでの粒径はベータ粒径を指し、これらの粒子のサイズは長さが数ミリメートルであってよい。また、チタン合金にホウ素を追加することによって小さな粒径が得られることにより、ホウ素を含んでいないチタン合金の強度、硬度及びヤング率と比べて、強度、硬度及びヤング率が向上することもわかっている。溶接及び金属蒸着は、言い換えれば、材料を溶融させた後に凝固させることを含み、その間に小さなＴｉ２Ｂ粒子が形成し、冷却中の粒成長を抑制することになる。
【００１０】
チタン合金中のホウ素の溶解度は、極めて限られている。例えば、その溶解限度は、チタン合金Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ中、０．０４重量％未満のホウ素である。これは、凝固中、過剰ホウ素（チタンに溶解することができないホウ素の量）がベータ粒界に不均一に沈殿し、更なる冷却中のベータ粒子の更なる粒成長を抑制することになることを意味している。ホウ素沈殿物自体は本質的に脆く、これらの沈殿物の量が何らかの航空宇宙エンジン用途にとって有害となるであろう臨界量を超えた時に材料の破壊靭性及び延性を劣化させることになる。しかしながら、これらのＴｉ２Ｂ沈殿物の量が非常に少なければ、本発明者らが最大０．４重量％のホウ素を追加した鋳造Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖで発見したように、金属材料の破壊靭性及び延性が劣化することはなく、強度、硬度及びヤング率の向上と共に顕著な微粒化がなおも得られる。本発明者らは、少量のホウ素、即ち０．０１〜０．４重量％のホウ素を溶接又は蒸着したチタン合金に追加した場合、ホウ化チタン粒子（ＴｉＢ粒子）が凝固後のチタン合金の粒界に沿って不均一に分布し、それによって粒径が大幅に低下することになり、従って、ホウ素を含んでいない溶融、溶接又は蒸着したチタン合金と比べて機械的特性が向上することになると考えている。
【００１１】
「基板」という単語は、塗布したチタン合金を支える任意の基層を意味するものとする。基板は、必ずしも下支えである必要はないが、例えば、任意の適切な方法で溶融、溶接又は蒸着した材料を支えるように配設されていればよい。基板は、任意の適切な材料、形状又はサイズのものであってよい。基板は、より多くのチタン合金が塗布された、少なくとも部分的に凝固したチタン合金であってもよい。基板は、１つ以上の構成部分から形成されてもよい。少なくとも１つの基板及び塗布したチタン合金は、一体構成要素を形成するように配設してもよい。例えば、基板は、チタン合金が溶融、溶接又は金属蒸着によって塗布された構成要素であってよく、それによって塗布したチタン合金がその構成要素か、又はその構成要素を別の構成要素に接合するのに使用されることになる融合部の一部を成すことになる。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、本方法は、基板上にチタン合金を溶融又は蒸着させるステップの前か途中にチタン合金に０．０１〜０．２重量％のホウ素又は０．０１〜０．１重量％のホウ素を追加するステップを含む。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、基板上にチタン合金を溶融、溶接又は蒸着させるステップは、チタン合金及び０．０１〜０．４重量％のホウ素からなる粉末又はワイヤを加熱するステップを含む。
【００１４】
本発明の別の実施形態によれば、チタン合金は、ＡＳＴＭグレード５〜グレード３８のチタン合金、好ましくはＡＳＴＭグレード６〜グレード３８のチタン合金のうちの１つである。ＡＳＴＭは、簡単に参照するためのナンバリングスキームによって多くの合金規格を規定している。１つの特定の実施形態によれば、チタン合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ（ＡＳＴＭグレード５、又はＴｉ６−４としても知られている）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏの一方である。しかしながら、本発明による方法は任意のチタン合金を用いて使用してもよいことに留意されたい。
【００１５】
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖは、同じ剛性及び熱的特性を有しながらも工業用純チタンよりもかなりの強度がある。その多くの利点の中でも、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖは熱処理可能であり、強度、耐食性、溶接性及び成形性を見事に併せ持っている。従って、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖは航空宇宙、医療、船舶、及び化学処理用途で広く用いられている。
【００１６】
本発明の更なる実施形態によれば、基板上にチタン合金を溶融、溶接又は蒸着させるステップは、レーザ金属蒸着（ＬＭＤ）、レーザ溶接、電子ビーム溶解、金属形材蒸着（ＳＭＤ）、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接、フィラメント蒸発、電子ビーム蒸発、スパッタ蒸着のいずれか１つを用いて実行される。しかしながら、本発明による方法は任意の適切な手法を用いてチタン合金を塗布することを含んでもよいことに留意されたい。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、チタン合金は、基板上に層を形成するように該基板上に塗布される。本発明の別の実施形態によれば、基板は２つの部分からなり、該チタン合金は該２つの部分が接合されるように塗布される。
【００１８】
なお、本書で使われる「層」という表現は、それが溶融、溶接又は蒸着される基板の少なくとも一部を連続的又は非連続的に覆う層又は融合部を意味するものとする。融合部は、１つ以上の構成要素又は構成部品を接合するために用いてもよい。層は、あらゆる均一又は不均一な厚さ、形状、サイズ及び／又は断面積のものであってよい。本発明の一実施形態によれば、層は、３ｍｍ、２ｍｍ又は１ｍｍの最大厚さを有する。連続した層を塗布することによって、所望の形状を形成することができる。一用途では、蒸着した材料（複数の層）の全厚は約２０ｍｍである。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、チタン合金は、基板材料をチタン合金の溶融温度に局部加熱するという形のエネルギー供給、塑性局部流動、又は原子拡散を介して塗布される。
【００２０】
本発明はまた、本発明の実施形態のいずれかに従った方法を用いて塗布されたチタン合金からなる構成要素にも関する。該構成要素は、即ち、その表面上に塗布したチタン合金を含んでもよく、少なくとも部分的に塗布したチタン合金で構成されてもよい。
【００２１】
本発明はまた、本発明の実施形態のいずれかに従った少なくとも１つの構成要素を備えるガスタービンエンジンにも関する。
【００２２】
本発明は更に、基板上に材料を溶融、溶接又は蒸着させるための０．０１〜０．４重量％のホウ素を含むチタン合金の利用法にも関する。
【００２３】
本発明はまた、基板上に溶融、溶接又は蒸着させるためのチタン合金であって、そのため０．０１〜０．４重量％のホウ素を含むチタン合金の粉末又はワイヤの形の充填剤にも関する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下、添付図面を参照しながら非限定的な例を用いて本発明を更に説明する。
【図１】ガスタービンエンジンの一例示的実施形態の概略縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に従った方法の概略図である。
【図３】ホウ素の重量％がチタン合金の粒径に与える影響を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に従った方法を用いて塗布されたチタン合金の断面の微細構造を示す。
【図５】本発明の一実施形態に従った方法を用いて塗布されたチタン合金の微細構造が見える顕微鏡写真を示す。
【図６】本発明の一実施形態に従った方法のステップを示すフローチャートである。
【００２５】
なお、図面は一定の縮尺で描かれているのではなく、特定の特徴の寸法は明確にするため誇張されている場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下において、本発明を実施形態によって例証する。しかしながら、実施形態は本発明の原理を説明するために記載されており、特許請求の範囲によって定義される本発明の技術的範囲を限定するものではないことを理解されたい。また、本発明の特定の実施形態に関して開示されている本発明のあらゆる特徴は本発明の任意の他の実施形態に組み込んでもよいことに留意されたい。
【００２７】
図１は、エンジン長手方向中心軸２を囲む２軸ターボファンガスタービン航空エンジン１を図示する。エンジン１は、外側ケーシング又はナセル３と、内側ケーシング４（ロータ）と、中間ケーシング５とを備える。中間ケーシング５は、最初の２つのケーシングに対して同心状であり、それらの間の隙間を、空気の圧縮用の内側一次ガスチャネル６と、エンジンバイパス空気が流れる二次チャネル７とに分割する。従って、ガスチャネル６，７の各々は、エンジン長手方向中心軸２に対して垂直な断面において環状である。
【００２８】
ガスタービンエンジン１は、周囲空気９を受け取るファン８と、ブースタ又は低圧圧縮機（ＬＰＣ）１０と、一次ガスチャネル６内に配設された高圧圧縮機（ＨＰＣ）１１と、高圧圧縮機１１によって加圧された空気と燃料を混合して、高圧タービン（ＨＰＴ）１３を通って下流に流れる燃焼ガスを発生させる燃焼器１２と、そこからの燃焼ガスがエンジンから排出される低圧タービン（ＬＰＴ）１４とを備える。
【００２９】
高圧シャフトは、高圧タービン１３を高圧圧縮機１１に接合して、実質的に高圧ロータを形成する。低圧シャフトは、低圧タービン１４を低圧圧縮機１０に接合して、実質的に低圧ロータを形成する。低圧シャフトは、高圧ロータと同軸上且つ高圧ロータの半径方向内側に、少なくとも部分的に回転可能に配置される。
【００３０】
ガスタービンエンジン１は、高圧タービン１３の下流に位置するタービン排気ケーシング１５を更に備える。タービン排気ケーシング１５は、支持構造体１６を備える。
【００３１】
例えば図１に示す、ガスタービンエンジン１の構成要素のうちの少なくとも１つは、本発明の実施形態のいずれかに従った方法を用いて塗布されたチタン合金からなっていてもよい。
【００３２】
図２は、金属蒸着、溶接又は溶融によって基板１８上にチタン合金、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ等のＡＳＴＭグレード５〜グレード３８チタン合金を塗布する方法を概略的に示す。チタン合金は、好ましくは１〜８重量％のアルミニウム、特に３〜７重量％のアルミニウム、及び有利には５．５０〜６．７５重量％のアルミニウムを含む。チタン合金は、好ましくは１〜１０重量％のバナジウム、好ましくは２〜８重量％のバナジウム、及び有利には３．５〜４．５重量％のバナジウムを含む。
【００３３】
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖは、６重量％のアルミニウム、４重量％のバナジウム、０．２５重量％（最大）の鉄、０．２重量％（最大）の酸素、及び残部のチタンからなる化学組成を有する。
【００３４】
更なる実施例によれば、本発明はＴｉ−６４の形態のチタン合金を塗布する方法に関する。Ｔｉ−６４は、以下のものを含む。
アルミニウム：５．５０〜６．７５重量％；
バナジウム：３．５０〜４．５０重量％；
鉄：０〜０．３０重量％；
酸素：０〜０．２０重量％；
炭素：０〜０．０８重量％；
窒素：０〜０．０５重量％（５００ｐｐｍ）；
水素：０〜０．１２５重量％（１２５ｐｐｍ）；
イットリウム：０〜０．００５重量％（５０ｐｐｍ）；
残部チタン。
【００３５】
更なる実施例によれば、本発明はＴｉ−６２４２の形態のチタン合金を塗布する方法に関する。Ｔｉ−６２４２は、以下のものを含む。
アルミニウム：５．５０〜６．５０重量％；
バナジウム：３．６０〜４．４０重量％；
モリブデン：１．８０〜２．２０重量％；
錫：１．８０〜２．２０重量％；
ケイ素：０．０６〜０．１０重量％；
酸素：０〜０．１５重量％；
鉄：０〜０．１０重量％；
炭素：０〜０．０５重量％；
窒素：０〜０．０５重量％（５００ｐｐｍ）；
水素：０〜０．１２５重量％（１２５ｐｐｍ）；
イットリウム：０〜０．００５重量％（５０ｐｐｍ）；
残部チタン。
【００３６】
本方法は、エネルギー源１９を用いてチタン合金及び０．０１〜０．４重量％のホウ素からなる粉末又はワイヤ２０を加熱するステップを含み、その粉末又はワイヤ２０は粉末／ワイヤ供給装置２１を用いて基板１８に供給される。図示の実施形態では、本方法は、既存の構成要素（基板１８）への材料の追加、例えば製造中に（例えば、成形プロセス中に生じたり、誤った機械加工によって引き起こされたりする欠陥によって）損傷した構成要素の修理、又は使用中に損傷した構成要素の修理に用いられる。
【００３７】
０．０１〜０．４重量％のホウ素は、基板１８上にチタン合金を溶融又は蒸着させるステップの前か途中に、例えば粉末又はワイヤの形態のチタン合金に追加してもよい。
【００３８】
チタン合金は、レーザ金属蒸着（ＬＭＤ）、電子ビーム溶解、金属形材蒸着（ＳＭＤ）、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接、フィラメント蒸発、電子ビーム蒸発、スパッタ蒸着又は任意の他の適切な手法のいずれか１つを用いて、基板上に溶融、溶接又は蒸着してもよい。
【００３９】
チタン合金は、基板材料をチタン合金の溶融温度に局部加熱するという形のエネルギー供給、塑性局部流動、又は原子拡散を介して塗布してもよい。
【００４０】
チタン合金を塗布した層１７は、３ｍｍの最大厚さを有する。なお、層１７は必ずしも均一厚さを有する必要はない。
【００４１】
図３は、ホウ素の重量％が鋳造チタン合金のベータ粒径に与える影響を示すグラフである。チタン合金に０．０１〜０．４重量％のホウ素を追加することにより、ホウ素を含んでいない鋳造チタン合金の粒径と比べて、鋳造チタン合金の従来のベータ粒径が実質的に低下することがわかる。また、本発明による方法は、ホウ素を含んでいない鋳造チタン合金の強度、硬度及びヤング率と比べて、鋳造チタン合金の強度、硬度及びヤング率を向上させることもわかっている。
【００４２】
図４は、本発明の一実施形態に従った方法を用いて形成されたチタン合金の複数の層の断面の微細構造を示す。チタン合金層は、従来のベータ粒子（従来のベータ粒径＝図４に示す矢印２２の長さ）を含む微細構造を呈し、このベータ粒子は、ホウ素が追加されていないチタン合金において数ミリメートルの最大粒径（矢印２２の長さ）を有し得る。この最大粒径は、溶融、溶接又は蒸着したチタン合金に０．０１〜０．４重量％のホウ素を追加することによって大幅に低下する。最大粒径は、光学顕微鏡を用いて測定してもよい。
【００４３】
図５（ａ）及び５（ｄ）は、ホウ素が追加されていない鋳造Ｔｉ−６４の顕微鏡写真である。図５（ｂ）及び５（ｅ）は、０．０６重量％のホウ素を含む鋳造Ｔｉ−６４の顕微鏡写真である。図５（ｃ）及び５（ｆ）は、０．１１重量％のホウ素を含む鋳造Ｔｉ−６４の顕微鏡写真である。ホウ化チタン（ＴｉＢ）粒子は、凝固後の鋳造チタン合金の粒界に沿って不均一に分布し（図ｅ及びｆ参照）、それによって図ａ，ｂ及びｃの従来のベータ粒径と比べて粒径が大幅に低下することになり、従って、ホウ素を含んでいない鋳造チタン合金と比べて機械的特性が向上することになる。
【００４４】
図６は、本発明の一実施形態に従った方法のステップを示すフローチャートである。本方法は、例えば、ホウ素によってチタン合金粉末又はワイヤを合金化することによって、チタン合金に０．０１〜０．４重量％のホウ素を追加するステップと、任意の適切な金属蒸着法を用いて基板上に０．０１〜０．４重量％のホウ素を含むチタン合金を溶融、溶接又は蒸着させるステップと、０．０１〜０．４重量％のホウ素を含むチタン合金を少なくとも部分的に凝固させるステップとを含む。任意で、更なるチタン合金材料を、０．０１〜０．４重量％のホウ素を含む少なくとも部分的に凝固したチタン合金上に溶融又は蒸着させてもよい。
【００４５】
特許請求の範囲の技術的範囲内の本発明の更なる変形例は、当業者には明らかとなるであろう。
【図１】
2015526625.tif 000003
【図２】
2015526625.tif 000004
【図３】
2015526625.tif 000005
【図４】
2015526625.tif 000006
【図５】
2015526625.tif 000007
【図６】
2015526625.tif 000008
【国際調査報告】
2015526625.tif 000009
2015526625.tif 000010
2015526625.tif 000011
2015526625.tif 000012