(57)【要約】  タービン翼およびタービンブレードなどの超合金構成要素を含めた金属構成要素は、高電気抵抗ろう付合金組成物を用いた電気抵抗によって接合または補修される。いくつかの実施形態では、ろう付合金は、ニッケル基、鉄基、およびコバルト基合金からなる群から選択されたフィラー金属と、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択された元素とを含む。本発明の方法の実施においては、高電気抵抗率ろう付合金組成物を、基材にある欠陥内に導入し、または接合すべき２つの基材間に挿置する。ろう付合金が溶融し、隣接する基材に接着するまで、ろう付合金に電流を流す。ろう付合金の電気抵抗率が高いため、電流によって発生した熱は、基材ではなくろう付合金に集中する。
2015522418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材付近に、前記基材よりも高い電気抵抗率を有するろう付合金を導入するステップと、
前記合金が溶融し、前記基材に接着するまで、前記ろう付合金に電流を流すステップと
を含む、金属構成要素を抵抗ろう付する方法。
【請求項２】
前記金属基材が、超合金を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属基材が、タービンブレードおよびタービン翼からなる群から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ろう付合金が、ニッケル基、鉄基、およびコバルト基合金からなる群から選択されたフィラー金属と、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択された元素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属基材が、超合金タービンブレードおよび超合金タービン翼からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ろう付合金が、粉末状ろう付合金、予め成型／形成された固形リング、フォイル、またはリボン状ろう付合金、顆粒状ろう付合金、予め焼結されたろう付材料、およびペースト状ろう付合金からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
電流を流す前記ステップが、前記基材と前記ろう付合金とに導電的に結合された電極を有する電気抵抗ろう付装置を用いて実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ろう付合金が、ニッケル基、鉄基、およびコバルト基合金からなる群から選択されたフィラー金属と、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択された元素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
接触面を画定している超合金基材と、
前記基材よりも高い電気抵抗率を有し、電気抵抗ろう付の一工程によって前記基材接触面に接着しているろう付合金と
を備え、前記接着が、
前記ろう付合金を前記接触面付近に導入するステップと、
前記合金が溶融し、前記基材に接着するまで、前記ろう付合金に電流を流すステップと
を含む、超合金製造物品。
【請求項１０】
前記金属基材が、タービンブレードまたはタービン翼からなる群から選択される、請求項９に記載の製造物品。
【請求項１１】
前記ろう付合金が、ニッケル基、鉄基、およびコバルト基合金からなる群から選択されたフィラー金属と、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択された元素とを含む、請求項９に記載の製造物品。
【請求項１２】
電流を流す前記ステップが、前記基材と前記ろう付合金とに導電的に結合された電極を有する電気抵抗ろう付装置を用いて実施される、請求項９に記載の製造物品。
【請求項１３】
前記金属基材接触面が、その中にある表面欠陥を画定し、前記ろう付合金が、前記欠陥に充填されている、請求項９に記載の製造物品。
【請求項１４】
第２の接触面を有する第２の金属基材をさらに備え、前記ろう付合金が、前記接触面と前記第２の接触面との両方に接着され、それによって前記基材と前記第２の基材とが互いに固着されている、請求項９に記載の製造物品。
【請求項１５】
超合金基材内にある欠陥内に、前記基材よりも高い電気抵抗を有するろう付合金を導入するステップと、
前記合金が溶融し、前記欠陥が充填されるまで、前記ろう付合金に電流を流すステップと
を含む、欠陥を有する超合金構成要素を補修する方法。
【請求項１６】
前記構成要素が、タービンブレードまたはタービン翼からなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ろう付合金が、ニッケル基、鉄基、およびコバルト基合金からなる群から選択されたフィラー金属と、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択された元素とを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
電流を流す前記ステップが、前記欠陥の両側にあり、前記基材と前記ろう付合金とに導電的に結合された電極を有する電気抵抗ろう付装置を用いて実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
電流を流す前記ステップが、前記基材の両面にあり、前記基材と前記ろう付合金とに導電的に結合された電極を有する電気抵抗ろう付装置を用いて実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
電流を流す前記ステップが、周囲空気から隔離されたチャンバ内で実施される、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年３月３０日に出願された同時係属中の米国仮出願第６１／６１８，２５２号、名称「Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｂｒａｚｅ  Ｒｅｐａｉｒ  Ｏｆ  Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ」、ならびにともに２０１２年１月１８日に出願された同時係属中の米国特許出願第１３／３５２，４７５号、名称「Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｂｒａｚｉｎｇ  Ｏｆ  Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ」、および同第１３／３５２，４６８号、名称「Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｏｆ  Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ」の利益に対する優先権を主張するものであり、それらの全体を参照により組み込む。
【０００２】
本発明は、抵抗ろう付によって、先進の超合金構成要素を含めた金属構成要素を接合または補修する方法に関する。より詳細には、本発明の方法は、電流の印加による比較的低い入熱で、その下にある基材金属の構造特性に影響を及ぼすことなく溶融する高抵抗率ろう付フィラーを使用する。いくつかの実施形態では、本発明は、蒸気タービンまたはガスタービンの超合金タービンブレードおよびタービン翼にある欠陥を、高抵抗率ろう付合金で充填することによって欠陥の表面を補修する方法に関する。他の実施形態は、一般に、金属構成要素、特に超合金金属構成要素の作製または補修において、金属基材にある表面欠陥を、高抵抗率ろう付合金で充填する、または２つの基材を接合することに関する。
【背景技術】
【０００３】
鋳造タービンブレードなどのタービン構成要素を製造するために使用されるニッケル基、およびコバルト基の超合金材料の補修、または新たな作製は、ブレード材料完成品の冶金特性のため、困難となる。例えば、ＣＭ２４７合金など、総計で６％超のアルミニウムまたはチタン含有量を有する超合金は、高温溶接を施すと、アルミニウム−チタン含有量がそれよりも低いＸ−７５０超合金よりも歪み時効割れを生じやすい。タービンブレード合金完成品は通常、鋳造後の熱処理中に強化され、そのためその後の構造溶接を実施することが困難になる。超合金の作製または補修のために現在使用されている溶接方法は一般に、溶接準備物に隣接する基材を実質的に溶融させるステップと、加えられた溶接フィラー材料を完全に溶融させるステップとを含む。かかる材料で構築されたブレードを、同じ、または類似の合金のフィラーで溶接すると、このブレードは、新しい構成要素に匹敵する、超合金の本来の強度およびその他の材料特性を復元することを目的としたその後の熱処理工程中に、溶接部の内部、およびその付近で凝固割れ（別名液化割れ）、および／または歪み時効割れ（別名再熱割れ）を生じやすくなる。
【０００４】
これまで、通常は電気抵抗ろう付が、超合金ではない通常の鉄系および非鉄系（例えば銅）合金基材構成要素を接合するために使用されてきている。例えば、米国特許第４，９２４，０５４号を参照されたい。中実シート、粉末、またはペースト状のろう付合金を、構成要素間に挿置する。圧縮させた電極間で、当接している基材構成要素の対に電流を流し、ろう付合金を溶融させることによって、抵抗ろう付を実施する。電極は、炭素、タングステン、またはモリブデンなどの高抵抗率材料で構築されることが多い。電流によって発生する熱の大部分は電極から生じるものであり、その熱が、接合させる金属基材構成要素を介して伝導する。電流が電極間に流れ、熱が基材構成要素を介して伝導するにつれて、ろう付合金は溶融し、毛管現象によって構成要素を濡らし、構成要素を互いに固着させる。
【０００５】
既知の電気抵抗ろう付法が、通常の非鉄系および鉄系合金を接合するために使用されてきているが、この方法は超合金構成要素の接合または補修に適用するには欠点を有する。抵抗ろう付では、ろう付合金を溶融させるために、基材への高伝導入熱が必要となる。上述のように、超合金材料に高熱を印加すると、超合金材料の構造特性に悪影響が及ぼされる。液化したろう付合金は、抵抗電極に接触してはならず、さもないと電極材料が汚損されてしまう。液化したろう付合金が、電極と基材材料との間に挿置されると、電極と基材材料とが恒久的に付着することになり得、その結果電極が損なわれ、おそらくは基材構成要素が損傷することになる。超合金タービンブレードおよびタービン翼などの補修中など、比較的広い表面積に広がった表面割れを補修する場合、液化したろう付材が溢れ出して電極に接触する可能性がさらに高くなる。
【０００６】
電気抵抗ろう付、および電気抵抗溶接によってそれぞれ超合金構成要素を接合する方法が、ともに２０１２年１月１８日に出願された本願の権利者が所有する同時係属中の米国特許出願第１３／３５２，４７５号、名称「Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｂｒａｚｉｎｇ  Ｏｆ  Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ」、および同第１３／３５２，４６８号、名称「Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｏｆ  Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ」に開示され、かつ特許請求されている。より具体的には、これらの同時係属出願は、それぞれの構成要素に形成された嵌合する凸部と凹部との間の接触面に沿って超合金構成要素同士を接合する方法を開示している。これらの構成要素を、その共通する接触面に沿って、ろう付材料が溶融するまで（ろう付の場合）、または接触面が液化または可塑化するまで（溶接の場合）圧縮し、抵抗加熱し、その結果、対向する接触面同士が接合される。上記出願では、抵抗熱は嵌合した接触面に沿って集中し、その下にある超合金構成要素の構造特性には影響を及ぼさないことが開示されている。これらの出願はさらに、超合金構成要素の表面欠陥を、その表面欠陥を削り取り、削り取ったその材料の表面外形に共形となる表面凸状外形を有する超合金継合せ（ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ  ｓｐｌｉｃｅ）を用意することによって補修することができることを開示し、特許請求している。この超合金継合せは、削り取られた材料がそれまで占めていた空間に充填され、開示の抵抗ろう付法または抵抗溶接法によって、補修された超合金基材に接合される。したがって、補修された超合金構成要素は、事実上、補修する構成要素と同じ、または類似の構造特性を有する新しい超合金継合せによって再構築されることになる。しかし、高い構造強度が必要でない超合金の補修の場合には、欠陥がある材料を削り取り、相補性的なフィラー継合せを作製する必要を回避することが好ましい。
【０００７】
超合金を含めた金属の、元の基材材料の元の構造性能が局所的に必要でない場合の、非構造的な補修または作製では、損傷した材料を、構造特性の仕様がより低い不整合な合金材料と置き換える（または新たに作製された材料の２つの構成要素を接合する）ものとして認識されている。例えば、補修する構成要素の元の外形形状を復元するために、非構造的または表面的な補修を使用することができる。ガスタービン補修分野では、表面的な補修の一例は、タービンブレードエーロフォイルの表面ピット、割れ、またはその他の空隙を充填するものであり、こうした補修は、ブレードの局所的な外面が、ブレード全体の構造一体性にとって重要でない場合に、元の空気力学的外形を復元するために行うものである。表面的な補修または作製は、酸化耐性溶接を用いて、またはブレード本体の超合金基材よりも強度は低いが、延性がより高く、かつ印加温度がより低く、超合金基材の材料特性に悪影響を及ぼさないろう付合金を用いて実現されることが多い。
【０００８】
補修または作製のために、超合金構成要素を接合する拡散ろう付が使用されてきており、このろう付は、接合すべき当接面間にろう付合金を挿置し、それらの構成要素を炉内で（しばしば、真空下で周囲空気から隔離させて、または不活性雰囲気内で）、ろう付合金が液化し、この時点で合わさっている構成要素の基材に拡散するまで加熱することによって行われる。また、拡散ろう付を用いて、超合金構成要素にある割れなどの表面欠陥を充填することもでき、この充填は、ろう付合金をそうした欠陥内に挿入し、その構成要素を炉内で加熱してろう付合金を液化させ、それによって割れを充填することによって行われる。補修の種類によっては、炉ではなくトーチを局所的な熱源として用いて、ろう付合金を溶融させることもできる。表面欠陥の拡散ろう付またはトーチろう付補修を実施すると、既知の電気抵抗ろう付法とは異なり、割れから溢れ出したいかなる液化ろう付合金も、電極を損傷する可能性がなく、または電極が、補修している基材に誤って付着することもない。
【０００９】
超合金構成要素に対して拡散ろう付またはトーチろう付を実施する際、上述のように、基材が過熱し、その構造に劣化が生じるのを回避するように注意を払わなければならない。この目的で、超合金基材全体の加熱を最小限に抑えるために、比較的低い融点を有するろう付合金が使用されてきている。米国特許第７，１５６，２８０号では、超合金構成要素の拡散ろう付補修において広い間隙を充填するために使用されるニッケル基、またはクロム基の高温ろう付合金組成物は、ろう付合金の融点を抑制するように、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）および／またはボロン（Ｂ）を含むことができ、したがって超合金が劣化する可能性が低減していることが記載されている。また、シリコン（Ｓｉ）、およびリン（Ｐ）もやはり、ニッケル合金ろう付材の融点を抑制することが知られている。したがって、Ｂ、Ｓｉ、およびＰは、低溶融温度拡散ろう付およびトーチろう付の用途で推奨されている、市販の粉末状、および固体のろう付合金の成分である。
【００１０】
これまでに開発されてきた超合金補修方法にはすべて、様々な好ましい属性と、好ましくない属性とがある。本願の権利者が所有する同時係属中の米国特許出願に記載され、特許請求されている電気抵抗ろう付法、および電気抵抗溶接法は、損傷した材料を除去し、新しい材料の継合せと置き換えるものであり、それによって比較的簡単な補修装置および方法で高品質の構造補修が実現されるが、タービンブレード、およびタービン翼などの超合金構成要素の比較的簡単な表面的な表面補修には、商業的に費用効果が高いとはみなすことができない。一般に、拡散ろう付工程には、既知のトーチまたは電気抵抗ろう付技術に比べて、比較的長い熱サイクル時間、比較的高価な処理機器を用いた複雑な金属処理工程が必要となり、また点検補修のためのスループット時間が比較的遅くなる。トーチろう付には、手作業が相当に求められ、したがって費用が増大し、補修時間が遅く、補修を実施している個々人の金属職工としての技術レベルに依存して品質管理にばらつきが生じる恐れがある。一般に知られている他の表面的な補修向けの電気抵抗ろう付法では、液化したろう付合金が割れから溢れ出すことによって電極が損傷し、かつ／または基材に誤って付着してしまう可能性があるため、比較的広い、または長い割れには適さない。
【００１１】
したがって、当技術分野では、構成要素基材の構造特性を劣化させることなく、下位構成要素（ｓｕｂｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を接合する、または割れおよびその他の表面欠陥を補修することができる、タービン翼およびタービンブレードなどの超合金構成要素を含めた金属構成要素の表面に対する接合または補修を実施する方法が求められている。
【００１２】
当技術分野では、複雑な溶接、または構成要素基材の構造特性をやはり劣化させ得る補修後熱処理手順を必要とせずに、立証済みの、繰返し可能な補修技術、および補修機器を用いて、タービン翼およびタービンブレードなどの超合金構成要素を含めた金属構成要素の表面に対する接合または補修を実施する方法がさらに求められている。
【００１３】
さらに、当技術分野では、手作業が最小限に抑えられ、補修サイクル時間が比較的短い、タービン翼およびタービンブレードなどの超合金構成要素を含めた金属構成要素の表面に対する接合または補修を実施する方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第４，９２４，０５４号
【特許文献２】米国特許第７，１５６，２８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明の一目的は、構成要素基材の構造特性を劣化させることなく、下位構成要素を接合する、または割れおよびその他の表面欠陥を補修することができる、タービン翼およびブレードなどの超合金構成要素を含めた金属構成要素の表面に対する接合または補修を実施する方法を考案することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、複雑な溶接、または構成要素基材の構造特性をやはり劣化させ得る補修後熱処理手順を必要とせずに、立証済みの、繰返し可能な補修技術、および補修機器を用いて、タービン翼およびタービンブレードなどの超合金構成要素を含めた金属構成要素の表面に対する接合または補修を実施する方法を考案することである。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、手作業が最小限に抑えられ、補修サイクル時間が比較的短い、タービン翼およびタービンブレードなどの超合金構成要素を含めた金属構成要素の表面に対する接合または補修を実施する方法を考案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記およびその他の目的は、高電気抵抗率ろう付合金組成物を用いて、タービン翼およびタービンブレードなどの超合金構成要素を含めた金属構成要素を電気抵抗ろう付する本発明の方法によって達成される。いくつかの実施形態では、ニッケル基、鉄基、またはコバルト基合金のろう付フィラー金属はまた、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）（すべて融点を抑制するために使用されることが知られている）、ならびに硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）（融点を抑制するために使用されることが知られていない）からなる群から選択された、抵抗率が極めて高い元素も含む。本発明の方法の実施においては、高電気抵抗率ろう付合金組成物を、基材にある欠陥内に導入し、または２つの基材間に挿置する。ろう付合金が溶融し、隣接する基材に接着するまで、ろう付合金に電流を流す。ろう付合金の電気抵抗率が高いため、電流によって発生した熱は、基材ではなくろう付合金に集中する。
【００１９】
本発明は、構成要素の金属基材付近に、その基材よりも高い電気抵抗率を有するろう付合金を導入することによって、金属構成要素を抵抗ろう付する方法を特徴とする。その後、ろう付合金が溶融し、基材に接着するまで、ろう付合金に電流を流す。
【００２０】
本発明はまた、欠陥内に、基材よりも高い電気抵抗率を有するろう付合金を導入することによって、欠陥を有する超合金構成要素基材を補修する方法を特徴とする。ろう付合金が溶融し、欠陥が充填されるまで、ろう付合金に電流を流す。
【００２１】
本発明はさらに、例えばタービンブレードまたはタービン翼などの超合金製造物品を特徴とする。超合金基材は、接触面を画定している。基材よりも高い電気抵抗率を有するろう付合金を、電気抵抗ろう付の一工程によって基材接触面に接着させる。基材とろう付合金との接着は、ろう付合金を接触面付近に導入し、ろう付合金が溶融し、基材に接着するまで、ろう付合金に電流を流すことによって実施する。
【００２２】
超合金基材よりも高い電気抵抗率を有する例示的なろう付合金は、ニッケル基、鉄基、またはコバルト基合金のフィラー金属を有し、また、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）（すべて融点を抑制するために使用されることが知られている）、ならびに硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、および、マンガン（Ｍｎ）（融点を抑制するために使用されることが知られていない）からなる群から選択された、抵抗率が極めて高い元素も含む。本発明の実施形態では、既知の電気抵抗ろう付装置、および基材に取り付けられ、基材とろう付合金とに導電的に結合された電極を用いて、ろう付合金に電流を流す。
【００２３】
本発明の目的および特徴は、当業者であれば、併せて、または個別に、いかなる組合せまたは下位組合せでも応用することができる。
【００２４】
本発明の教示は、以下の詳細な説明を添付の図面とともに考慮すれば容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の抵抗ろう付法を用いて、金属基材にある割れを補修するために使用する装置の概略図である。
【図２】図１の装置の代替実施形態の概略図である。
【図３】２つの別個の金属基材を接合するために使用する図２の装置の概略図である。
【図４】市販のろう付合金の電気抵抗率、およびそれらの合金における引用した構成材料の組成を重量百分率で示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
理解しやすいように、各図で共通する同一の要素には、可能な限り同じ参照番号を用いて示してある。
【００２７】
以下の説明を考慮すれば、本発明の教示は、金属基材の接合および／または補修、より詳細には超合金タービンブレードおよびタービン翼の補修に容易に使用できることが当業者には明白に理解されよう。高い電気抵抗率を有するろう付合金を、既知の電気抵抗ろう付装置によって発生させた電流をろう付合金に流すことによって基材に接着する。電流が流れることによって発生した熱は、基材ではなく高電気抵抗率ろう付合金に集中する。集中した熱は、ろう付合金を溶融させるのに十分であり、それによってろう付合金が、超合金の構造特性を劣化させることなく、隣接する超合金基板材料に接着する。
【００２８】
図１は、１つまたは複数の表面割れ欠陥１４を有する、超合金タービンブレードなどの例示的な基材１２を補修する抵抗ろう付装置１０を示す。電流発生装置２０、例えば既知の電気抵抗ろう付装置によって、既知の電極２２、２４に電流を流し、電流流路は、ブレード基材１２を通過すると完成する。図１では、電極は、ブレード基材１２の割れが生じた表面に向けられ、割れ１４の横方向側方に配置されており、したがって横方向に進む電流の流れが、すべての割れを横切り、ろう付合金３０に送られることになる。電極の向きは、電流の流れが割れ１４に良好に供給されるように、選択的に変動させる。図２では、電極２２、２４は、基材１２の両面に向けて配置されており、したがって電流の流れは基板厚さを貫通して送られ、比較的深い割れ１４付近に良好に電流が流れることになる。任意選択で、ろう付中の雰囲気を制御するために、ろう付アセンブリ全体をチャンバ４０内に収容することができる。
【００２９】
図１および図２では、粉末状の高電気抵抗率ろう付合金３０が、割れ１４内に導入されている。粉末状ろう付合金は、基材１２の空隙、割れ、およびその他の表面欠陥１４を充填するのに適している。しかし、他の種類のろう付用途には、他の種類のろう付合金、例えば予め成型／形成された固形リング、フォイル、またはリボン状ろう付合金、顆粒状ろう付合金、予め焼結されたろう付材料、またはペースト状ろう付合金がより適することもある。図３を参照すると、圧縮力Ｆ下で、基材１２Ａと１２Ｂとの間にフォイル状ろう付合金３０を挿置することによって、基材１２Ａと１２Ｂとが接合されている。図３のろう付装置１０は、周囲空気から隔離された炉またはその他のチャンバ内で、真空下、または不活性雰囲気内でろう付作業を実施する。
【００３０】
図１〜図３の実施形態のいずれにおいても、抵抗ろう付装置２０によって、電流が導電基材１２およびろう付合金３０に流れると、抵抗率が比較的高いろう付合金３０の方が、抵抗率が比較的低い（導電率がより高い）基材よりも多くの熱を発生させ、熱が集中することになる。言い換えれば、ろう付合金３０は、周囲の基材１２よりも迅速に、より高い温度まで加熱し、したがって標準の既知の溶接法またはトーチろう付法に伴う基材の熱劣化の危険に晒されることがない。高抵抗率ろう付材３０を充填した、欠陥または割れの不連続部を局所的に加熱することによって、ろう付合金が溶融し、割れの中、および割れに沿って濡らし、冷却すると、最終的にこうした不連続部が補修されることになる。また、ろう付合金を堆積させた割れ内に加熱を集中させることによって、液化したろう付材が割れから溢れ出すか、またはその他の形で電極に流れ込み、電極汚損による損傷が生じ得る可能性が低減している。
【００３１】
本発明のろう付法を実践する際、ろう付合金３０の組成物には、基材１２が熱劣化する危険を最小限に抑えるために、比較的低く抑制された融点を有する組成物を選択する。論理上、ろう付合金３０を溶融させるのに、電流によって誘起される抵抗加熱が低くてすむほど、基材が熱劣化する危険は低くなる。ろう付合金３０の組成物はまた、基材１２を、熱劣化が生じ得る、より高い温度まで加熱する必要なく、ろう付合金内で効率的な熱集中、およびその後の溶融が得られるように、高抵抗率特性のものが選択される。ニッケル基、鉄基、またはコバルト基合金のろう付フィラー金属はまた、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）（すべて融点を抑制するために使用されることが知られている）、ならびに硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、および、マンガン（Ｍｎ）（融点を抑制するために使用されることが知られていない）からなる群から選択された、抵抗率が極めて高い元素も含む。抵抗率が極めて高い元素であるマンガン（Ｍｎ）、スズ（Ｓｎ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、またはリン（Ｐ）を含むろう付組成物は、有利には、他のろう付合金よりも低い融点、および高い抵抗率を有し、言い換えれば、抵抗率が比較的低いろう付合金よりも低い温度でより効率的な熱集中によって接着される。
【００３２】
商業用に生産されているろう付合金およびフラックスには、Ｓｉ、Ｂ、Ｈｆ、およびＣｒを含むものなどの高い電気抵抗率を有する融点抑制剤が含まれている。抵抗率増強剤には、銀（Ａｇ）系のろう付合金にＭｎを添加したもの、および銀／銅（Ａｇ／Ｃｕ）合金にＭｎおよびニッケル（Ｎｉ）を添加したものが含まれる。図４は、例示的な市販のろう付合金の、抵抗率増強剤を有するものと、有しないものとを示す。例えば、Ｂｒａｚｅ  ９９９（ほぼ純粋なＡｇ）は極めて低い抵抗率１．５９μΩ−ｃｍを有し、本発明の抵抗ろう付法を実践するには適さない。しかし、Ｂｒａｚｅ  ８５２、すなわちＭｎを１５重量％含む銀のろう付材は、２０倍よりも高い３７．５μΩ−ｃｍの抵抗率を有する。また、図４に示すように、Ｍｎ／Ｎｉ、およびスズ（Ｓｎ）をそれぞれ含むＡｇ／Ｃｕろう付合金Ｂｒａｚｅ  ４９５およびＢｒａｚｅ  ６０３は、その対応する合金４５０および６００よりも約３倍高い抵抗率を有する。
【００３３】
本発明の教示を組み込んだ様々な実施形態を本明細書に示し、詳細に説明してきたが、当業者であれば、これらの教示をなおも組み込んだ数多くの他の様々な実施形態を容易に考案することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  抵抗ろう付装置
１２  基材
１４  表面割れ欠陥
２０  電流発生装置
２２、２４  電極
３０  ろう付合金
４０  チャンバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月12日(2014.11.12)
【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】
金属基材付近に、前記金属基材よりも高い電気抵抗率を有するろう付合金を導入するステップと、
前記ろう付合金が溶融し、前記金属基材に接着するまで、前記ろう付合金に電流を流すステップと
を含む、金属構成要素を抵抗ろう付する方法。
【請求項２】
前記金属基材が、超合金を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属基材が、タービンブレードおよびタービン翼からなる群から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ろう付合金が、ニッケル基、鉄基、およびコバルト基合金からなる群から選択されたフィラー金属と、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択された元素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属基材が、超合金タービンブレードおよび超合金タービン翼からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ろう付合金が、粉末状ろう付合金、予め成型／形成された固形リング、フォイル、またはリボン状ろう付合金、顆粒状ろう付合金、予め焼結されたろう付材料、およびペースト状ろう付合金からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
電流を流す前記ステップが、前記金属基材と前記ろう付合金とに導電的に結合された電極を有する電気抵抗ろう付装置を用いて実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ろう付合金が、ニッケル基、鉄基、およびコバルト基合金からなる群から選択されたフィラー金属と、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択された元素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
接触面を画定している超合金基材と、
前記超合金基材よりも高い電気抵抗率を有し、電気抵抗ろう付の一工程によって前記超合金基材接触面に接着しているろう付合金と
を備え、前記接着が、
前記ろう付合金を前記接触面付近に導入するステップと、
前記ろう付合金が溶融し、前記超合金基材に接着するまで、前記ろう付合金に電流を流すステップと
を含む、超合金製造物品。
【請求項１０】
前記超合金基材が、タービンブレードまたはタービン翼からなる群から選択される、請求項９に記載の製造物品。
【請求項１１】
前記ろう付合金が、ニッケル基、鉄基、およびコバルト基合金からなる群から選択されたフィラー金属と、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択された元素とを含む、請求項９に記載の製造物品。
【請求項１２】
電流を流す前記ステップが、前記超合金基材と前記ろう付合金とに導電的に結合された電極を有する電気抵抗ろう付装置を用いて実施される、請求項９に記載の製造物品。
【請求項１３】
前記超合金基材接触面が、その中にある表面欠陥を画定し、前記ろう付合金が、前記欠陥に充填されている、請求項９に記載の製造物品。
【請求項１４】
第２の接触面を有する第２の金属基材をさらに備え、前記ろう付合金が、前記接触面と前記第２の接触面との両方に接着され、それによって前記超合金基材と前記第２の金属基材とが互いに固着されている、請求項９に記載の製造物品。
【請求項１５】
超合金基材内にある欠陥内に、前記超合金基材よりも高い電気抵抗を有するろう付合金を導入するステップと、
前記ろう付合金が溶融し、前記欠陥が充填されるまで、前記ろう付合金に電流を流すステップと
を含む、欠陥を有する超合金構成要素を補修する方法。
【請求項１６】
前記超合金構成要素が、タービンブレードまたはタービン翼からなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ろう付合金が、ニッケル基、鉄基、およびコバルト基合金からなる群から選択されたフィラー金属と、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択された元素とを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
電流を流す前記ステップが、前記欠陥の両側にあり、前記超合金基材と前記ろう付合金とに導電的に結合された電極を有する電気抵抗ろう付装置を用いて実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
電流を流す前記ステップが、前記超合金基材の両面にあり、前記超合金基材と前記ろう付合金とに導電的に結合された電極を有する電気抵抗ろう付装置を用いて実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
電流を流す前記ステップが、周囲空気から隔離されたチャンバ内で実施される、請求項１５に記載の方法。
【国際調査報告】
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