(57)【要約】  略１２３５℃未満、且つ略１１５０℃を超える融点を有する、多成分ろう付けフィラー合金について説明される。この合金は、略１０６５℃を超える温度で熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって加工され得、具体的には合金２４７から作られたガスタービンのブレード及びベーンの修復に特に適している。このろう付け合金における相対的に低いＴｉ含量により、特にＺｒ及び／又はＨｆが豊富な他のろう付け合金と比較して、接合界面でＭＣカーバイドをより少なく形成する傾向がある。
2015522420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース材料の固溶化熱処理温度と略同一である融点を有する、多成分ろう付け合金。
【請求項２】
略１２３５℃未満、且つ略１１５０℃を超える融点を有する、多成分ろう付け合金。
【請求項３】
ベース材料に存在する合金化成分を１つ以上含む、多成分ろう付け合金。
【請求項４】
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｎ、及びＴａの元素の合金を含む、多成分ろう付け合金。
【請求項５】
前記合金は実質的に以下の組成：Ｎｉ（ＸＮｉ）−Ｃｒ（ＸＣｒ）−Ｔｉ（ＸＴｉ）−Ａｌ（ＸＡｌ）−Ｃｏ（ＸＣо）−Ｗ（ＸＷ）−Ｍｎ（ＸＭｎ）−Ｔａ（ＸＴａ）を所定の重量百分率で有し、ここで前記重量百分率Ｘｚは、実質的に以下の範囲：
ＸＣｒ＝１２％〜１６％
ＸＴｉ＝１３％〜１６％
ＸＡｌ＝０％〜２％
ＸＣｏ＝２％〜４％
ＸＷ＝３％〜５％
ＸＭｎ＝０％〜２％
ＸＴｉ＝０％〜２％
ＸＮｉ＝（バランス）
で存在する、請求項４に記載のろう付け合金。
【請求項６】
実質的に合金２４７で作られた部品におけるクラック又は欠陥を修復するための方法であって、
ａ）実質的に以下の組成：Ｎｉ（ＸＮｉ）−Ｃｒ（ＸＣｒ）−Ｔｉ（ＸＴｉ）−Ａｌ（ＸＡｌ）−Ｃｏ（ＸＣо）−Ｗ（ＸＷ）−Ｍｎ（ＸＭｎ）−Ｔａ（ＸＴａ）を所定の重量百分率で有し、ここで前記重量百分率Ｘｚは、実質的に以下の範囲：
ＸＣｒ＝１２％〜１６％
ＸＴｉ＝１３％〜１６％
ＸＡｌ＝０％〜２％
ＸＣｏ＝２％〜４％
ＸＷ＝３％〜５％
ＸＭｎ＝０％〜２％
ＸＴｉ＝０％〜２％
ＸＮｉ＝（バランス）
で存在する、ある量のろう付け合金を、前記クラック又は欠陥に適用する段階と、
ｂ）前記クラック又は欠陥に前記ろう付け合金を有する前記部品を、略１２２５℃から略１２５０℃の範囲の温度でろう付けする段階と、
を含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法によって修復された、その中にクラック又は他の欠陥を有する、修復された合金２４７部品。
【請求項８】
請求項１に記載のろう付け合金で充填された、その中に空隙を有する超合金部品。
【請求項９】
請求項２に記載のろう付け合金で充填された、その中に空隙を有する超合金部品。
【請求項１０】
請求項３に記載のろう付け合金で充填された、その中に空隙を有する超合金部品。
【請求項１１】
請求項４に記載のろう付け合金で充填された、その中に空隙を有する超合金部品。
【請求項１２】
請求項５に記載のろう付け合金で充填された、その中に空隙を有する超合金部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超合金部品、具体的にはガスタービンで使用される超合金部品の修復、より具体的にはこのような超合金部品の修復のための低融点ろう付け合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
超合金は典型的に、温度がその材料の融点に接近したときでさえ機械的及び化学的特性低下に対して優れた耐性を示す高温材料であると理解される。Ｎｉ超合金はニッケル（Ｎｉ）をベースとし、特にクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、タンタル（Ｔａ）、カーボン（Ｃ）などの数多くの他の元素を、典型的に相当量含む。超合金の高温性能により、航空機用タービンエンジンにおける早期応用が見出された。より高い操作温度は典型的に、燃料効率を上昇させ且つカーボン放出を低下させるため、これにより超合金に対して、地上用のタービンシステムにおいての使用もますます見出されている（例えば、非特許文献１参照）。この文献の内容は全て、全ての目的のために参照することによって本明細書に組み込まれる。
【０００３】
こうして、超合金はより多数の空中及び地上用のタービンシステムにおいて使用され、高温で操作されるため、ますます多数のブレード（ｂｌａｄｅ）、ベーン（ｖａｎｅ）、及び他の部品が、修復を必要とするクラッキング及び他形態の材料分解にさらされる。このようなタービン部品の修復が効率的に実施され、可能な限り元の部品に近い特性を有する修復部品を結果としてもたらすことが重要である。
【０００４】
ろう付けは超合金部品においてクラックを修復するための１つの重要な技術であり、それは基本的に、修復されるべきクラック内に導入されるフィラー材料の使用と、結合を形成するか又はクラックを修復するための後続の加熱と、を含む。多くのろう付けフィラー材料が研究されてきたが、修復部品においてより良好な構造的特性を作り出す改善されたろう付けフィラー材料であって、ろう付け合金及び修復された超合金部品に必要であるか又はそれらにとって望ましい特徴の中でも特に、修復部品における有害相の形成を低減又は回避し、修復部品が重大な特性低下なく後続の処理を乗り切るのに十分頑丈であり、ろう付け合金がベース金属の固相線の下の温度で融解する、ろう付けフィラー材料に対する必要性が当該分野において存在する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｒｏｇｅｒ  Ｃ．  Ｒｅｅｄによる「Ｔｈｅ  Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ」（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，２００６，特にＣｈａｐｔｅｒ  １）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、ベース材料の固溶化熱処理（ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｈｅａｔ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）温度付近の融点を有するろう付け合金を提供することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、ベース材料の合金化成分を含むろう付け合金組成物を提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる別の目的は、ろう付けサイトにおけるカーバイドの形成を低下させるろう付け合金を提供することである。
【０００９】
追加の目的は、ホウ素又はシリコンなどの従来の融点抑制剤の適用を回避することである。
【００１０】
従って且つ有利には、これらの及び他の利点は、以下で詳細に説明される本発明に従って達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】２４７粉末及びろう付け合金Ｉの混合物を伴うＣＭ２４７超合金の例示的な大ギャップろう付け界面の顕微鏡写真である。
【図２】ろう付け合金Ｉを伴うＣＭ２４７超合金の例示的な狭ギャップろう付け界面の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
高温修復ろう付け合金は、ベース金属に近い組成及び機械的特性を実現するとして説明される。
【００１３】
当該分野では、例えばＮｉ−Ｃｒ−Ｈｆ（ニッケル−クロム−ハフニウム）及びＮｉ−Ｃｒ−Ｚｒ（ニッケル−クロム−ジルコニウム）材料である他のろう付けフィラー材料が知られており、合金２４７又はＩｎ７３８から作られる翼の修復においてベース金属特性の８０％を実現すると主張されている（しかしながら本発明者らによって確認はされていない）。他の既知のろう付けフィラー合金は、ホウ素（Ｂ）及びシリコン（Ｓｉ）を含む低融解接合フィラー合金（ｌｏｗ  ｍｅｌｔｉｎｇ  ｊｏｉｎｉｎｇ  ｆｉｌｌｅｒ  ａｌｌｏｙｓ）を含む。
【００１４】
ホウ素はろう付け合金において禁忌であるが、それはホウ素含有化合物が接合部又は修復領域の延性を低下させる傾向があるからである。上記のようなＮｉ−Ｃｒ−Ｈｆ及びＮｉ−Ｃｒ−Ｚｒをベースとするろう付けフィラー材料は、必ずしもホウ素を含まないが、ろう付け接合点でカーバイドを形成する傾向がある。
【００１５】
本明細書に記載のろう付けフィラー合金は、主な成分としてＮｉ−Ｃｒ−Ｔｉ（ニッケル−クロム−チタン）を使用するが、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、及びアルミニウム（Ａｌ）も含む。相対的に少量のＴｉと組み合わせ且つ実質的に全てのＢを排除したこれらの材料を添加することは、当該分野で既知の他のろう付け材料よりも結果的に強度を上昇させる。
【００１６】
合金２４７は、ガスタービン部品の作製のための重要な材料である。本明細書において具体的にするために、合金２４７部品の修復のための特定の処方及び手順をここに提示する。しかしながら、ここに記載の組成及び手順は本質的に合金２４７に限定されず、所定の実験によって容易に決定され得るような他の合金の修復のためにも有利に使用され得る。
【００１７】
以下の組成は、合金２４７と共に使用するためのろう付けフィラー合金として有利であると判明している。全ての百分率は重量百分率であり、概算であると意図されており、引用値付近での僅かな変動が性能又は特性に劇的な変化をもたらすとは見込まれていない。より正確な適用範囲は、所定の実験によって容易に決定され得る。
ろう付け合金Ｉ：
Ｎｉ（ＸＮｉ）−Ｃｒ（ＸＣｒ）−Ｔｉ（ＸＴｉ）−Ａｌ（ＸＡｌ）−Ｃｏ（ＸＣо）−Ｗ（ＸＷ）−Ｍｎ（ＸＭｎ）−Ｔａ（ＸＴａ）
ここで重量百分率Ｘｚは、概略的に以下の範囲に存在する：
Ｃｒ：ＸＣｒ＝１２％〜１６％
Ｔｉ：ＸＴｉ＝１３％〜１６％
Ａｌ：ＸＡｌ＝０％〜２％
Ｃｏ：ＸＣｏ＝２％〜４％
Ｗ：ＸＷ＝３％〜５％
Ｍｎ：ＸＭｎ＝０％〜２％
Ｔｉ：ＸＴｉ＝０％〜２％
Ｎｉ：ＸＮｉ＝（バランス）
【００１８】
このろう付け合金Ｉに対する融点は、商用のコードＪＭａｔＰｒｏを用いて計算した場合、略１１５０℃から略１２５０℃の範囲であると計算される。
【００１９】
ろう付け合金Ｉの組成は、幾つかの理由のために、合金２４７部品の修復のために有利である。まず、合金２４７は慣習的に略１２３５℃で熱処理されてきた。従って、合金２４７に適用されるとき、ろう付け合金Ｉは熱処理温度付近で融解してクラックを充填すると期待される。固溶化熱処理温度を超える融点を有する他のフィラー材料は、接合部においてクラッキングをもたらす傾向がある。
【００２０】
さらに、ブレード材料２４７に対する通常の２時間にわたる固溶化熱処理は、ろう付け合金Ｉが採用されるとき、修復領域を均一化すると期待される。
【００２１】
実験室での研究がろう付け合金Ｉを用いて実施され、満足のいく結果で合金２４７上のクラックは修復された。
【００２２】
図１は、略１２２５〜１２５０℃の温度で２時間にわたってろう付けされた、ろう付け合金Ｉを用いた大ギャップろう付け接合部の顕微鏡写真である。ろう付け合金Ｉ粉末及び合金２４７の混合物が、図１に示される大ギャップを充填するために使用された。意図された温度範囲でろう付け合金Ｉが融解し、翼のクラックを想定するのに使用される溝を充填し、合金２４７ブレード材料の２つの面を接合する。
【００２３】
図２は、合金２４７ブレード材料におけるクラックの狭ギャップろう付けの顕微鏡写真である。図２に示されるクラックは狭いため、ろう付け合金Ｉを合金２４７粉末と混合する必要はなかった。図２に示される接合部は、ブレード上の狭ギャップクラックにろう付け合金Ｉを適用し、続いて略１２２５〜１２５０℃で２時間にわたってろう付けすることで達成された。
【００２４】
本明細書では本発明の教示を組み込んだ様々な実施形態が示され、詳細に説明されてきたが、当業者ならば容易に、これらの教示を依然として組み込んだ多くの他の多様な実施形態を考案できるであろう。
【図１】
2015522420.tif 000003
【図２】
2015522420.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月18日(2014.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース材料の固溶化熱処理温度と略同一である融点を有する、多成分ろう付け合金。
【請求項２】
１２３５℃未満、且つ１１５０℃を超える融点を有する、多成分ろう付け合金。
【請求項３】
ベース材料に存在する合金化成分を１つ以上含む、多成分ろう付け合金。
【請求項４】
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｎ、及びＴａの元素の合金を含む、多成分ろう付け合金。
【請求項５】
前記合金は以下の組成：Ｎｉ（ＸＮｉ）−Ｃｒ（ＸＣｒ）−Ｔｉ（ＸＴｉ）−Ａｌ（ＸＡｌ）−Ｃｏ（ＸＣо）−Ｗ（ＸＷ）−Ｍｎ（ＸＭｎ）−Ｔａ（ＸＴａ）を所定の重量百分率で有し、ここで前記重量百分率Ｘｚは、以下の範囲：
ＸＣｒ＝１２％〜１６％
ＸＴｉ＝１３％〜１６％
ＸＡｌ＝０％〜２％
ＸＣｏ＝２％〜４％
ＸＷ＝３％〜５％
ＸＭｎ＝０％〜２％
ＸＴｉ＝０％〜２％
ＸＮｉ＝（バランス）
で存在する、請求項４に記載のろう付け合金。
【請求項６】
実質的に合金２４７で作られた部品におけるクラック又は欠陥を修復するための方法であって、
ａ）以下の組成：Ｎｉ（ＸＮｉ）−Ｃｒ（ＸＣｒ）−Ｔｉ（ＸＴｉ）−Ａｌ（ＸＡｌ）−Ｃｏ（ＸＣо）−Ｗ（ＸＷ）−Ｍｎ（ＸＭｎ）−Ｔａ（ＸＴａ）を所定の重量百分率で有し、ここで前記重量百分率Ｘｚは、以下の範囲：
ＸＣｒ＝１２％〜１６％
ＸＴｉ＝１３％〜１６％
ＸＡｌ＝０％〜２％
ＸＣｏ＝２％〜４％
ＸＷ＝３％〜５％
ＸＭｎ＝０％〜２％
ＸＴｉ＝０％〜２％
ＸＮｉ＝（バランス）
で存在する、ある量のろう付け合金を、前記クラック又は欠陥に適用する段階と、
ｂ）前記クラック又は欠陥に前記ろう付け合金を有する前記部品を、略１２２５℃から略１２５０℃の範囲の温度でろう付けする段階と、
を含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法によって修復された、その中にクラック又は他の欠陥を有する、修復された合金２４７部品。
【請求項８】
請求項１に記載のろう付け合金で充填された、その中に空隙を有する超合金部品。
【請求項９】
請求項２に記載のろう付け合金で充填された、その中に空隙を有する超合金部品。
【請求項１０】
請求項３に記載のろう付け合金で充填された、その中に空隙を有する超合金部品。
【請求項１１】
請求項４に記載のろう付け合金で充填された、その中に空隙を有する超合金部品。
【請求項１２】
請求項５に記載のろう付け合金で充填された、その中に空隙を有する超合金部品。
【国際調査報告】
2015522420.tif 000005
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