(57)【要約】      （修正有）【課題】粉体材料を圧密化することにより、製品を製造する新規な方法、装置を提供する。【解決手段】粉体材料を圧密化することにより製品を製造する装置１０は、非変形可能な工具１２及び変形可能な工具１４を備えている。非変形可能な工具は、開放した端部２２を有する第一のキャビティ２０を画成し、第一のキャビティは製造すべき製品の形状に相応する形状を有する。非変形可能な工具は、変形可能な工具内に封入され、非変形可能な工具及び変形可能な工具は、第一のキャビティと相互に接続された第二のキャビティ２４を画成する。第一のキャビティ及び第二のキャビティには、粉体材料２６が充填される。変形可能な工具１４は、排気され、密封され、圧密化され、非変形可能な工具の第一のキャビティ内で製品を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体材料を圧密化することにより、製品を製造する方法において、
（ａ）複数の工具部品を備え、開放した端部を有して、製品の形状に相応する形状の第一のキャビティを画成する非変形可能な工具を形成するステップと、
（ｂ）非変形可能な工具を変形可能な工具内に封入し、非変形可能な工具及び変形可能な工具が、第一のキャビティと相互に接続された第二のキャビティを画成するようにするステップと、
（ｃ）第一のキャビティ及び第二のキャビティに粉体材料を充填するステップと、
（ｄ）変形可能な工具を排気するステップと、
（ｅ）変形可能な工具を密封するステップと、
（ｆ）変形可能な工具及び非変形可能な工具に対し熱及び圧力を付与して粉体材料を圧密化し、非変形可能な工具の第一のキャビティ内にて製品を形成するステップとを備える、製品を製造する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、ステップ（ｆ）が、９２５℃の温度まで加熱するステップと、１５０ＭＰａの圧力を付与し且つ、２時間、維持するステップとを備える、方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の方法において、変形可能な工具を非変形可能な工具から除去するステップを備える、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、変形可能な工具を非変形可能な工具から溶解させるステップを備える、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、変形可能な工具を酸を使用して溶解させるステップを備える、方法。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載の方法において、変形可能な工具が、変形可能な真空バッグを備える、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、真空バッグが、金属を備える、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、金属が、軟鋼を備える、方法。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れかの項に記載の方法において、非変形可能な工具を製品から除去するステップを備える、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、非変形可能な工具を工具部品を除去することにより除去するステップを備える、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、非変形可能な工具が、少なくとも２つの工具部品を備える、方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１の何れかに記載の方法において、非変形可能な工具が、非変形可能な金属を備える、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、金属が高強度鋼を備える、方法。
【請求項１４】
請求項９又は請求項１０に記載の方法において、工具部品を製品から除去するステップと、余剰な圧密化した粉体を開放した端部に隣接する製品の端部から除去するステップを備える、方法。
【請求項１５】
請求項９又は請求項１０に記載の方法において、余剰な圧密化した粉体を製品の端部から及び開口部に隣接する非変形可能な工具から除去するステップと、次に、工具部品を製品から除去するステップとを備える、方法。
【請求項１６】
請求項１ないし１５の何れかに記載の方法において、粉体材料が、金属粉体、セラミック粉体又は金属粉体及びセラミック粉体を備える、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、金属粉体が、合金粉体又は元素粉体である、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、金属粉体が、ニッケル合金粉体、チタン合金粉体、アルミニウム合金粉体、コバルト合金粉体又は鉄合金粉体である、方法。
【請求項１９】
請求項１ないし１８の何れかの項に記載の方法において、製品が、コンプレッサ翼、コンプレッサ羽根、タービン翼、タービン羽根、コンプレッサ円板、タービン円板、コンプレッサブリスク又はタービンブリスクである、方法。
【請求項２０】
請求項１ないし１９の何れかの項に記載の方法において、ステップ（ｆ）が、熱間等静圧圧縮し又は等温圧縮するステップを備える、方法。
【請求項２１】
粉体材料を圧密化することにより製品を製造する装置において、非変形可能な工具及び変形可能な工具を備え、非変形可能な工具が、複数の工具部品を備え、非変形可能な工具が、開放した端部を有する第一のキャビティを画成し、第一のキャビティが製品の形状に相応する形状を有し、非変形可能な工具及び変形可能な工具が、第一のキャビティと相互に接続された第二のキャビティを画成するようにした、製品を製造する装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置において、変形可能な工具が、変形可能な真空バッグを備える、装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置において、真空バッグが、金属を備える、装置。
【請求項２４】
請求項２４に記載の装置において、金属が、軟鋼を備える、装置。
【請求項２５】
請求項２１ないし２４の何れかの項に記載の装置において、非変形可能な工具が、非変形可能な金属を備える、装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置において、金属が、高強度鋼を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体材料を圧密化することにより製品を製造する方法、特に、金属粉体、セラミック粉体又は金属粉体及びセラミック粉体の混合体を圧密化することにより製品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、製品を形成するため、金属粉体を使い捨て型／変形可能な工具内に配置することにより、金属粉体及び（又は）セラミック粉体を圧密化している。使い捨て型／変形可能な工具を排気し且つ、その後に、熱間等静圧圧縮して使い捨て型／変形可能な工具が金属粉体及び（又は）セラミック粉体を変形させ且つ圧縮して完全に圧密化された製品にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、この製品の製造方法は、熱間静圧圧縮法を行う前に、必要とされる工具の形状を予見すべく複雑な過程／コンピュータモデリングを必要とし、このため、熱間等静圧圧縮法は、工具、従って金属粉体及び（又は）セラミック粉体を変形させて製品をニアネット形状にする。更に、工具は、熱間等静圧圧縮法の間に、変形するので、工具は、更なる製品を製造するため再使用することはできない。また、この方法は、粉体材料を制御することに依存し、また、粉体の流れ及び圧密化特性を測定する必要がある。
【０００４】
従って、本発明は、粉体材料を圧密化することにより、製品を製造する新規な方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明は、粉体材料を圧密化することにより、製品を製造する方法であって、
（ａ）複数の工具部品を備え、開放した端部を有して、製品の形状に相応する形状の第一のキャビティを画成する非変形可能な工具を形成するステップと、
（ｂ）非変形可能な工具を変形可能な工具内に封入し、非変形可能な工具及び変形可能な工具が第一のキャビティと相互に接続された第二のキャビティを画成するようにするステップと、
（ｃ）第一のキャビティ及び第二のキャビティに粉体材料を充填するステップと、
（ｄ）変形可能な工具を排気するステップと、
（ｅ）変形可能な工具を密封するステップと、
（ｆ）変形可能な工具及び非変形可能な工具に対し熱及び圧力を付与して粉体材料を圧密化し非変形可能な工具の第一のキャビティ内にて製品を形成するステップとを備える、上記の製造方法を提供するものである。
【０００６】
好ましくは、ステップ（ｅ）は、９２５℃の温度まで加熱するステップと、１５０ＭＰａの圧力を付与し且つ、２時間、維持するステップとを備えるものとする。
好ましくは、変形可能な工具は、非変形可能な工具から除去されるものとする。
【０００７】
好ましくは、変形可能な工具は、非変形可能な工具から溶解されるものとする。
好ましくは、変形可能な工具は、酸を使用して溶解されるものとする。
好ましくは、変形可能な工具は、変形可能な真空バッグを備えるものとする。
【０００８】
好ましくは、真空バッグは、金属を備えるものとする。
好ましくは、金属は、軟鋼を備えるものとする。
好ましくは、非変形可能な工具は、製品から除去されるものとする。
【０００９】
好ましくは、非変形可能な工具は、工具部品を除去することにより除去されるものとする。
好ましくは、非変形可能な工具は、少なくとも２つの工具部品を備えるものとする。
【００１０】
好ましくは、非変形可能な工具は、非変形可能な金属を備えるものとする。
好ましくは、金属は、高強度鋼を備えるものとする。
工具部品は、製品から除去することができ、余剰な圧密化した粉体を開口部に隣接する製品の端部から除去する。
【００１１】
これと代替的に、余剰な圧密化した粉体を製品の端部から除去し、開口部に隣接する非変形可能な工具、次に、工具部品を製品から除去するようにする。
好ましくは、粉体材料は、金属粉体、セラミック粉体又は金属粉体及びセラミック粉体を備えるものとする。
【００１２】
金属粉体は、合金粉体又は元素粉体とすることができる。金属粉体は、ニッケル合金粉体、チタン合金粉体、アルミニウム合金粉体、コバルト合金粉体又は鉄合金粉体とすることができる。
【００１３】
好ましくは、製品は、コンプレッサ翼、コンプレッサ羽根、タービン翼、タービン羽根、コンプレッサ円板、タービン円板、コンプレッサブリスク又はタービンブリスクとする。
【００１４】
好ましくは、ステップ（ｆ）は、熱間等静圧圧縮し又は等温圧縮するステップを備えるものとする。
本発明は、粉体材料を圧密化することにより製品を製造する装置であって、非変形可能な工具及び変形可能な工具を備え、非変形可能な工具が、複数の工具部品を備え、非変形可能な工具が、開放した端部を有する第一のキャビティを画成し、第一のキャビティが、製品の形状に相応する形状を有し、非変形可能な工具及び変形可能な工具が、第一のキャビティと相互に接続された第二のキャビティを画成するようにした製造装置をも提供する。
【００１５】
好ましくは、変形可能な工具は、変形可能な真空バッグを備えるものとする。
好ましくは、真空バッグは、金属を備えるものとする。
好ましくは、金属は、軟鋼を備えるものとする。
【００１６】
好ましくは、非変形可能な工具は、非変形可能な金属を備えるものとする。
好ましくは、金属は、高強度鋼を備えるものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、添付図面を参照して本発明を単に一例としてより詳細に説明する。
図１に示すように、粉体材料を圧密化することにより製品を製造する装置１０は、非変形可能な工具１２及び変形可能な工具１４を備えている。非変形可能な工具１２は、複数の工具部品１６、１８を備え、非変形可能な工具１２は、開放端部２２を有する第一のキャビティ２０を画成する。第一のキャビティ２０は、製造すべき製品の形状に相応する形状を有する。非変形可能な工具１２は、変形可能な工具１４内に配置され、非変形可能な工具１２及び変形可能な工具１４は、開口部２２を介して第一のキャビティ２０と相互に接続された第二のキャビティ２４を画成する。変形可能な工具１４は、変形可能な真空バッグと、薄い壁の変形可能な外装とを備え、真空バッグは、例えば、軟鋼のような金属を備えている。真空バッグは、多数の金属部品を互いに溶接することにより形成することができる。非変形可能な工具１２は、少なくとも２つの工具部品１６、１８を備え、非変形可能な工具１２は、圧密化後、粉体材料に接着しない、例えば、高強度鋼のような非変形可能な金属を備えている。
【００１８】
管２８を変形可能な工具１４に固定、溶接し、管２８が第二のキャビティ２４と相互に接続されるようにすることにより、粉体材料を圧密化することで製品が製造される。第一のキャビティ２０及び第二のキャビティ２４には、例えば、粉体材料を管２８を通じて供給することにより、金属粉体、セラミック粉体又は金属粉体及びセラミック粉体の混合体のような粉体材料２６が充填される。変形可能な工具１４は、管２８及び真空ポンプ（図示せず）を使用して排気される。次に、管２８を、１つ又はより多数の溶接を行って密封し、変形可能な工具１４を密封する。
【００１９】
次に、装置１０をＨＩＰ容器内に配置し、熱及び圧力を変形可能な工具１４及び非変形可能な工具１２に付与して粉体材料２６を圧密化し、非変形可能な工具１２の第一のキャビティ２０内で製品３０を形成する。付与される熱及び圧力は、熱間等静圧圧力であることが好ましい。
【００２０】
圧密化過程の間、変形可能な工具１２に作用する等静圧圧力は、変形可能な工具１４が非変形可能な工具１２により支持される位置にて抵抗を受ける。しかし、変形可能な工具１４が非変形可能な工具１２により支持されない、第二のキャビティ２４に隣接する変形可能な工具１４の位置にて、変形可能な工具１４は、図２に示すように、潰れる。その結果、押出し成形されている第二のキャビティ２４内の粉体材料２６の一部が非変形可能な工具１２の開口部２２を通って非変形可能な工具１２の第一のキャビティ２０内に流れ込み、図３に示すように、粉体材料２６を圧密化するのを助ける。粉体材料２６が開口部２２を通じて押出し成形される結果、製品３０の潜在的な欠点の寸法が縮小する。
【００２１】
粉体材料２６を圧密化した後、装置１０をＨＩＰ容器から除去し、変形可能な工具１４を非変形可能な工具１２から除去する。例えば、硝酸のような酸を使用して変形可能な工具１４を溶解させることにより、変形可能な工具１４は非変形可能な工具１２から除去される。しかし、変形可能な工具は、機械加工することにより除去するか又は機械加工及び酸による溶解の組み合わせにより除去してもよい。
【００２２】
次に、非変形可能な工具１２を製品３０から除去する。工具部品１６、１８の双方を製品３０から除去し、余剰な圧密化した粉体３２を例えば、機械加工して、開口部２２に隣接する製品３０の端部から除去し、又は余剰な圧密化した粉体３２を例えば、機械加工して、開口部２２に隣接する製品３０の端部及び非変形可能な工具１２から除去し、次に、工具部品１６、１８を製品３０から除去する。この例において、製品３０は、コンプレッサ翼である。
【００２３】
粉体材料は、金属粉体、セラミック粉体、又は金属粉体及びセラミック粉体を備えることができる。
金属粉体は、合金粉体又は元素粉体とすることができる。金属粉体は、ニッケル合金粉体、チタン合金粉体、アルミニウム合金粉体、コバルト合金粉体又は鉄合金粉体とすることができる。
【００２４】
第一のキャビティは、コンプレッサ翼、コンプレッサ羽根、タービン翼、タービン羽根、コンプレッサ円板、タービン円板、コンプレッサブリスク又はタービンブリスクの形状を画成することができる。
【００２５】
製品は、ガスタービンエンジン用のコンプレッサ翼、コンプレッサ羽根、タービン翼、タービン羽根、コンプレッサ円板、タービン円板、コンプレッサブリスク又はタービンブリスク、コンプレッサブリング及びタービンブリングとすることができる。ブリスクは、一体形の翼を有する円板であり、ブリングは、一体形の翼を有するリングである。しかし、この方法は、その他の適宜な製品を製造するために使用することができる。
【００２６】
例えば、６重量％のアルミニウム、４重量％のバナジウムを備えるチタン合金のような、チタン合金粉体の場合、ベータトランサス（ｂｅｔａ  ｔｒａｎｓｕｓ）以下の９２５℃の温度で加熱し、また、約２時間、１５０ＭＰａの圧力を付与する。特定の温度及び圧力は、特定の合金に従って変化する。ガンマ−アルミ化チタン粉体の場合、温度は、１３００℃以内の温度、例えば、１２６０℃とすることができる。
【００２７】
本発明は、製品の形状の第一のキャビティを画成する開放した端部の非変形可能な中空工具と、非変形可能な工具に対する第二のキャビティを画成する変形可能な中空工具とを備える装置を効果的に提供し、圧密化中に付与された等静圧圧力のため、第二のキャビティ内の粉体材料が第一のキャビティ内に押出し成形されるようにする。
【００２８】
更に、製品の幾つかの幾何学的配置において、等静圧圧力ではなくて等温加圧のような、一方向圧力又は荷重を使用することが可能である。
本発明の有利な効果は、変形可能な工具の予め圧密化した形状を決定するため、複雑な過程のモデリング技術を不要にする点である。更に、非変形可能な工具は、更なる製品を製造するため再使用することができる。
【００２９】
更に、粉体の流れ及び圧密化の特性は測定する必要がない。また、粉体材料が工具内に充填される方法を問わず、この方法は、粉体材料を具合良くニアネット形状の製品にし、このため、電気化学的／化学又は電子脱酸素粉体製造技術により製造された粉体材料のような、流動特性が不良な粉体材料に適している。熱間等静圧圧縮法を行う間、粉体の押出しにより付与される作用力が比較的大きいため、圧密化した粉体製品の特性は向上する。圧密化過程を行う間、粉体材料を押出し成形することは、欠点を解消し、その寸法を縮小させ得るように残りの欠点を広く拡げることにより、粉体材料の潜在的な欠点を解消することになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に従って粉体材料を圧密化することにより、製品を製造する装置の断面図である。
【図２】図１の矢印Ｘ−Ｘの方向に見た断面図である。
【図３】粉体材料を圧密化した後の図１に示した装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    装置
１２    非変形可能な工具
１４    変形可能な工具
１６、１８    工具部品
２０    第一のキャビティ
２２    開放端部／開口部
２４    第二のキャビティ
２６    粉体材料
２８    管
３０    製品
３２    粉体
【図１】
2005187942.tif 000003
【図２】
2005187942.tif 000004
【図３】
2005187942.tif 000005