(57)【要約】【課題】約０．０１０インチ（０．０２５ｃｍ）幅より大きい幅広の隙間のあるクラックを修復するために使用することができる修復材料を提供すること。【解決手段】修復用ニッケル基合金は、ホウ素を含む第１のろう付け用ニッケル基合金約４０〜６０重量％と、第１のニッケル基フィラ材約１５〜３５重量％と、第２のニッケル基フィラ材およびろう付け用低融点共晶ニッケル基合金の混合物からなる残部と、の混合物を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素を含む第１のろう付け用ニッケル基合金約４０〜６０重量％と、第１のニッケル基フィラ材約１５〜３５重量％と、第２のニッケル基フィラ材およびろう付け用低融点共晶ニッケル基合金の混合物からなる残部と、の混合物を含むことを特徴とする修復用ニッケル基合金。
【請求項２】
前記混合物が結合材中で混合されることをさらに含む請求項１に記載の修復用ニッケル基合金。
【請求項３】
前記第１のろう付け用ニッケル基合金、前記第１のニッケル基フィラ材、前記第２のニッケル基フィラ材、ならびに前記ろう付け用低融点共晶ニッケル基合金の各々が、粉末状であることを特徴とする請求項１に記載の修復用ニッケル基合金。
【請求項４】
前記第１のろう付け用ニッケル基合金が、クロム約６．０〜６．８重量％、ホウ素約１．１７５〜１．２２５重量％、炭素約０．０８０〜０．１２重量％、アルミニウム約５．７〜６．１重量％、ジルコニウム約０．０４〜０．１２重量％、コバルト約１２．１〜１３．０重量％、モリブデン約１．５〜１．９重量％、タングステン約６．０〜６．８重量％、レニウム約２．７５〜３．２５重量％、タンタル約３．７５〜４．２４重量％、ハフニウム約１．０〜２．０重量％、および残部のニッケルを含有することを特徴とする請求項１に記載の修復用ニッケル基合金。
【請求項５】
前記第１のニッケル基フィラ材が、炭素約０．１３〜０．１７重量％、クロム約８．０〜８．８重量％、コバルト約９．０〜１１．０重量％、モリブデン約０．５〜０．８重量％、タンタル約２．８〜３．３重量％、チタン約０．９〜１．２重量％、タングステン約９．５〜１０．５重量％、アルミニウム約５．３〜５．７重量％、ホウ素約０．０１０〜０．０２０重量％、ハフニウム約１．２〜１．６重量％、ジルコニウム約０．０３〜０．０８重量％、および残部のニッケルを含有することを特徴とする請求項１に記載の修復用ニッケル基合金。
【請求項６】
前記第２のニッケル基フィラ材が、クロム１４重量％、コバルト１０重量％、アルミニウム３．５重量％、ホウ素２．７５重量％、タンタル２．５重量％、イットリウム０．１重量％、および残部のニッケルを含有することを特徴とする請求項１に記載の修復用ニッケル基合金。
【請求項７】
前記ろう付け用低融点共晶ニッケル基合金が、クロム約１３．５〜１６．０重量％、ホウ素約３．２５〜４．０重量％、および残部のニッケルを含有することを特徴とする請求項１に記載の修復用ニッケル基合金。
【請求項８】
修復用ニッケル基合金をニッケル基合金コンポーネントのクラックのある領域に塗布する塗布ステップを含むとともに、前記修復用ニッケル基合金が、ホウ素を含む第１のろう付け用ニッケル基合金約４０〜６０重量％と、第１のニッケル基フィラ材約１５〜３５重量％と、第２のニッケル基フィラ材およびろう付け用低融点共晶ニッケル基合金の混合物からなる残部と、の混合物を含むことを特徴とするニッケル基合金コンポーネントのクラック修復方法。
【請求項９】
前記塗布ステップが、ペースト状の前記修復用ニッケル基合金を前記クラックのある領域に塗布するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復方法。
【請求項１０】
前記塗布ステップが、塗料状の前記修復用ニッケル基合金を前記クラックのある領域に塗布するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復方法。
【請求項１１】
前記塗布ステップが、粉末状の前記修復用ニッケル基合金を前記クラックのある領域に塗布するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復方法。
【請求項１２】
前記塗布ステップが、前記修復用ニッケル基合金から板を形成するステップと、前記板を前記クラックのある領域にあてるステップと、を含むことを特徴とする請求項８に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復方法。
【請求項１３】
前記コンポーネントに約１５〜３０分間融解サイクルを実施するステップと、前記修復用ニッケル基合金を有する前記コンポーネントを約２０００〜２３００°Ｆ（約１０９３〜１２６０°C）の温度に約５．０〜２５時間加熱するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復方法。
【請求項１４】
前記修復用ニッケル基合金を有する前記コンポーネントを約２０００〜２２５０°Ｆ（約１０９３〜１２３２°C）の温度に約１０〜２０時間加熱するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復方法。
【請求項１５】
実質的に、クロム約７．０〜１０．０重量％、タングステン約４．０〜７．０重量％、アルミニウム約３．０〜６．０重量％、タンタル約１．０〜５．０重量％、ホウ素約０．５〜３．０重量％、コバルト約９．０〜１１．０重量％、モリブデン約０．５〜２．０重量％、レニウム最大約２．５重量％、ハフニウム約０．５〜２．５重量％、チタン最大１．０重量％、イットリウム最大０．０３重量％、および残部のニッケルからなることを特徴とするニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【請求項１６】
前記クロム含有率が、約８．５〜９．５重量％であることを特徴とする請求項１５に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【請求項１７】
前記タングステン含有率が、約５．０〜６．２重量％であることを特徴とする請求項１５に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【請求項１８】
前記アルミニウム含有率が、約４．０〜５．０重量％であることを特徴とする請求項１５に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【請求項１９】
前記チタン含有率が、約０．１５〜０．４重量％であることを特徴とする請求項１５に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【請求項２０】
前記タンタル含有率が、約３．０〜４．０重量％であることを特徴とする請求項１５に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【請求項２１】
前記ホウ素含有率が、約１．０〜１．５重量％であることを特徴とする請求項１５に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【請求項２２】
前記コバルト含有率が、約１０重量％〜１１重量％であることを特徴とする請求項１５に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【請求項２３】
前記モリブデン含有率が、約０．９〜１．３重量％であることを特徴とする請求項１５に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【請求項２４】
前記レニウム含有率が、約１．０〜２．０重量％であることを特徴とする請求項１５に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【請求項２５】
前記ハフニウム含有率が、約１．０〜１．３重量％であることを特徴とする請求項１５に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【請求項２６】
前記イットリウム含有率が、約０．０１〜０．０２重量％であることを特徴とする請求項１５に記載のニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジンコンポーネントなどのワークピースを修復するために使用する修復用ニッケル基合金、ならびにこのようなワークピースの修復方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンに使用される、ニッケル基合金から形成されたワークピースまたはコンポーネントを、修復するために現在使用されている材料は、通常、最大０．０１０インチ（０．０２５ｃｍ）幅のクラックを修復することが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、約０．０１０インチ（０．０２５ｃｍ）幅より大きい幅広の隙間のあるクラックを修復するために使用することができる修復材料が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、ホウ素を含む第１のろう付け用ニッケル基合金約４０〜６０重量％と、第１のニッケル基フィラ材約１５〜３５重量％と、第２のニッケル基フィラ材およびろう付け用低融点共晶ニッケル基合金の混合物からなる残部と、の混合物を含む修復用ニッケル基合金が提供される。
【０００５】
本発明によればさらに、修復用ニッケル基合金を、ワークピースのクラックのある領域に塗布するステップを含むとともに、この修復用ニッケル基合金が、ホウ素を含む第１のろう付け用ニッケル基合金約４０〜６０重量％と、第１のニッケル基フィラ材約１５〜３５重量％と、第２のニッケル基フィラ材およびろう付け用低融点共晶ニッケル基合金の混合物からなる残部と、の混合物を含む、ワークピースのクラック修復方法が提供される。
【０００６】
本発明によればさらに、実質的に、クロム約７．０〜１０．０重量％、タングステン約４．０〜７．０重量％、アルミニウム約３．０〜６．０重量％、タンタル約１．０〜５．０重量％、ホウ素約０．５〜３．０重量％、コバルト約９．０〜１１．０重量％、モリブデン約０．５〜２．０重量％、レニウム最大約２．５重量％、ハフニウム約０．５〜２．５重量％、イットリウム最大０．０３重量％、および残部のニッケルからなるニッケル基合金コンポーネントのクラック修復材料が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
上述のように、本発明は、約０．０１０〜０．０４０インチ（０．０２５〜０．１０２ｃｍ）幅の幅広の隙間のあるクラックが生じたタービンエンジンコンポーネントを修復するために使用可能な、ニッケル基合金を形成するために使用される粉末の混合物に関する。さらに、本発明はこのようなクラックを有するコンポーネントの修復方法ならびに修復材料自体に関するものでもある。
【０００８】
こうした修復材料は、好ましくは結合材（ｂｉｎｄｅｒ）中で混合された４つの金属粉末から形成されたニッケル基合金である。これらの粉末は、互いに混合され、ペーストが１０００°Ｆ（約５３８°C）以下に加熱されたとき望ましくない残留物を残さずに燃え尽きることが可能な、典型的な工業用のフラックスフリーの有機物ベースのろう付け用結合材中で懸濁される。適宜な結合材は、ニクロブレーズＳ結合材（ＮｉｃｒｏＢｒａｚ  Ｓ  ｂｉｎｄｅｒ）またはＶｉｔｔａ社のブレーズバインダゲル（Ｖｉｔｔａ  Ｂｒａｚ  Ｂｉｎｄｅｒ  Ｇｅｌ）である。使用される結合材の量は、製造業者間で変動することになる。ペースト状の場合、８〜１５重量％が結合材となる。これらの４つの金属粉末は、ホウ素を含む第１のろう付け用ニッケル基合金と、第１のニッケル基フィラ材と、第２のニッケル基フィラ材と、ろう付け用低融点共晶ニッケル基合金と、を含むことができる。適宜な混合物は、ホウ素を含む第１のろう付け用ニッケル基合金約４０〜６０重量％と、第１のニッケル基フィラ材約１５〜３５重量％と、第２のニッケル基フィラ材およびろう付け用低融点共晶ニッケル基合金の混合物からなる残部と、を含有することができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施例では、第１のろう付け用ニッケル基合金は、クロム約６．０〜６．８重量％、ホウ素約１．１７５〜１．２２５重量％、炭素約０．０８０〜０．１２重量％、アルミニウム約５．７〜６．１重量％、ジルコニウム約０．０４〜０．１２重量％、コバルト約１２．１〜１３．０重量％、モリブデン約１．５〜１．９重量％、タングステン約６．０〜６．８重量％、レニウム約２．７５〜３．２５重量％、タンタル約３．７５〜４．２４重量％、ハフニウム約１．０〜２．０重量％、および残部のニッケルを含有することができる。
【００１０】
好ましい実施例ではさらに、第１のニッケル基フィラ材は、炭素約０．１３〜０．１７重量％、クロム約８．０〜８．８重量％、コバルト約９．０〜１１．０重量％、モリブデン約０．５〜０．８重量％、タンタル約２．８〜３．３重量％、チタン約０．９〜１．２重量％、タングステン約９．５〜１０．５重量％、アルミニウム約５．３〜５．７重量％、ホウ素約０．０１０〜０．０２０重量％、ハフニウム約１．２〜１．６重量％、ジルコニウム約０．０３〜０．０８重量％、および残部のニッケルを含有することができる。
【００１１】
好ましい実施例ではさらに、第２のニッケル基フィラ材は、クロム１４重量％、コバルト１０重量％、アルミニウム３．５重量％、ホウ素２．７５重量％、タンタル２．５重量％、イットリウム０．１重量％、および残部のニッケルを含有することができる。適宜な材料は、ＤＦ−４Ｂという商品名の製品である。
【００１２】
好ましい実施例ではさらに、ろう付け用低融点共晶ニッケル基合金は、クロム約１３．５〜１６．０重量％、ホウ素約３．２５〜４．０重量％、および残部のニッケルを含有することができる。適宜な材料は、ニクロブレーズ１５０（ＮＩＣＲＯＢＲＡＺ  １５０）という商品名の製品である。
【００１３】
これら４つの粉末を、当技術分野で周知の適宜な技術を使用することによって結合材と混合することができる。混合された修復用ニッケル基合金が粉末状であることが好ましいが、必要な場合は、混合物はペーストまたは塗料の形態をとることができる。あるいは、当技術分野で周知の適宜な技術を使用して、粉末状の混合物を板状に変形することができる。
【００１４】
修復材料は、実質的に、クロム約７．０〜１０．０重量％、タングステン約４．０〜７．０重量％、アルミニウム約３．０〜６．０重量％、タンタル約１．０〜５．０重量％、ホウ素約０．５〜３．０重量％、コバルト約９．０〜１１．０重量％、モリブデン約０．５〜２．０重量％、レニウム最大約２．５重量％、ハフニウム約０．５〜２．５重量％、チタン最大１．０重量％、イットリウム最大０．０３重量％、および残部のニッケルからなる組成を有する。好ましい実施例では、修復材料は、クロム含有率が約８．５〜９．５重量％、タングステン含有率が約５．０〜６．２重量％、アルミニウム含有率が約４．０〜５．０重量％、チタン含有率が約０．１５〜０．４重量％、タンタル含有率が約３．０〜４．０重量％、ホウ素含有率が約１．０〜１．５重量％、コバルト含有率が約１０重量％〜１１重量％、モリブデン含有率が約０．９〜１．３重量％、レニウム含有率が約１．０〜２．０重量％、ハフニウム含有率が１．０〜１．３重量％、イットリウム含有率が０．０１〜０．０２重量％である。レニウムは高温クリープを改善し、イットリウムは結晶粒界を強化するものである。
【００１５】
修復を行うためには、修復しようとするコンポーネントの修復領域をまず清浄化して、修復領域における遊離したデブリや異物を除去する。修復領域を清浄化するために、当技術分野で周知の適宜な技術を使用することができる。その後、修復用合金で修復領域のクラックが充填されるように、修復用ニッケル基合金をこの領域に塗布することができる。この塗布ステップに続き、こうしたコンポーネントおよび修復用合金に、約１５〜３０分間、混合された修復用ニッケル基合金の融点より高い温度で融解サイクルを実施することが望ましい。この融解サイクルに続いて、融解された修復用合金を有するコンポーネントに、約２２００〜２３００°Ｆ（約１２０４〜１２６０°C）、好ましくは約２２００〜２２５０°Ｆ（約１２０４〜１２３２°C）の温度で、約５．０〜２５時間、好ましくは約１０〜２０時間、拡散サイクルを実施することができる。この拡散サイクルが完了した後、修復材料を有するコンポーネントを室温まで冷却することができる。必要な場合は、隆起または他の歪みがあればそれを除去するように、修復材料を有するコンポーネントにさらなる処理を行うことができる。
【００１６】
拡散過程（サイクル）の後、修復用合金の微細構造は、概して等温（ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ）であり、一部が非熱的（ａｔｈｅｒｍａｌ）である。拡散時間を延長することにより、非熱相（ａｔｈｅｒｍａｌ  ｐｈａｓｅ）の量を低減することができる。
【００１７】
必要な場合は、本発明の修復用合金を他の修復用ニッケル基合金と組み合わせて使用することができる。
【００１８】
本発明の修復用合金を使用して、約０．０１０〜０．０４０インチ（０．０２５〜０．１０２ｃｍ）幅のクラックを修復することができる。本発明の修復用合金は、いくつかの従来の修復用合金混合物では実現できないような、これらの幅広のクラックまたは隙間が修復工程中に完全にあるいはほぼ完全に等温凝固することを可能にする。こうした修復材料を使用して、多種多様なタービンエンジンコンポーネント、特に、等軸および一方向凝固のニッケル基合金から形成されたコンポーネントを修復することができる。