(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨材と、主成分がＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒからなる合金の粉末と、ろう材とを所定の割合で混合して所望の厚さのシートを成形し；同シートを真空炉内に設置したエンジンブレードの先端部全面に載せ上部より必要に応じ重りを載せて加圧し；真空炉中で加熱して前記研磨材を前記ブレード先端部へ接合するブレード先端部の研磨材接合方法において、前記研磨材を含むシートを前記ブレード先端部に載せた後、その上面にふるいを通した研磨材を載せ、その後に加圧、加熱処理することを特徴とするブレード先端部の研磨材接合方法。
【請求項２】
前記研磨材を含むシートと前記ブレード先端部との間には、更にろう材のシートを挟むことを特徴とする請求項１記載のブレード先端部の研磨材接合方法。
【請求項３】
前記研磨材は表面にＡｌ2 Ｏ3 を被覆したものを使用すると共に、前記研磨材の表面に被覆したＡｌ2 Ｏ3 の表面には、更にＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単体もしくは合金からなる材料をコーティングすることを特徴とする請求項１又は２記載のブレード先端部の研磨材接合方法。
【請求項４】
前記研磨材は表面にＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単体もしくは合金からなる材料がコーティングされたものを使用することを特徴とする請求項１又は２記載のブレード先端部の研磨材接合方法。
【請求項５】
前記Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単体もしくは合金からなるコーティングの表面には、更にＴｉのコーティングが施されることを特徴とする請求項３又は４記載のブレード先端部の研磨材接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はジェットエンジンのブレードの先端部に研磨材を接合する方法に関し、ブレードが回転中に先端がケーシング内面と接触してもケーシング内面を研削してブレード先端部の損傷を防止するために行う研磨材接合方法である。
【０００２】
【従来の技術】
ジェットエンジンのブレードにおいては、ブレード先端部が運転中にケーシング内面と接触し、ブレード先端部が破損することが起るので、現状ではブレード先端部に研磨材を接合し、ブレード先端部がケーシング内面に接触しても、ケーシング内面を研削し、ブレードの損傷を防止し、かつ、クリアランスも最小にしてエンジンの性能を向上させることが行なわれている。ブレード先端部に研磨材を接合する方法は、メッキ方法、ろう付け方法、焼結方法があるが、現状ではＣＢＮ等の研磨材を析出メッキ方法で行うのが主流である。この場合は研磨材の配置は表面部に単層のみが形成される方法である。
【０００３】
図３は上記の析出メッキ方法の説明図であり、（ａ）はメッキ方法の模式図、（ｂ）はメッキ後のブレード先端部の拡大断面図でメッキ相の断面を示す。図において、メッキ槽３０内にはメッキ液（スルファミン酸ニッケル）を入れ、メッキ液３３中にはブレード４０を浸す。メッキ槽３０内には電極３１を入れ、電極３１とブレード４０との間には直流電源３２により電圧を印加し、電気分解でブレード４０表面にメッキ相（ニッケルメッキ＋クロム合金）４１を形成させ、メッキ相４１の表面に研磨材（ＣＢＮ，Ａｌ2 Ｏ3、他）３を付着させる。
【０００４】
上記の方法ではメッキ相４１の表面に研磨材３を接合するが、研磨材３の配置は表面の単層のみであり、使用中にブレード先端部がケーシングに接触しているうちに表面の研磨材が無くなってしまい、研磨材は単層であるので、以降の研削効果がなくなり、ブレードが破損してしまう恐れがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来のジェットエンジンのブレード先端部には研磨材を接合させ、運転中にブレード先端部がケーシング内面と接触しても、ブレード先端部でケーシング内面を研削し、ブレードの損傷を防止し、かつ、これによりクリアランスを最小にしてエンジン性能の向上を図っている。しかし、現状のブレード先端部の研磨材は表面部のみの接合であって使用中に研磨材が無くなると、以降の研削ができなくなり、ブレードの破損をまねく恐れがあった。
【０００６】
そこで本発明ではブレード先端部に接合する研磨材をブレード先端部の表面のみではなく、接合相全体に分散させ、又、研磨材を接合する方法もシート化したものを使用して研磨材の歩留まりも良好とし、かつ、研磨材の接合性も向上させることができるブレード先端部に研磨材を接合する方法を提供することを課題としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決するために、次の（１）〜（５）の方法を提供する。
【０００８】
（１）研磨材と、主成分がＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒからなる合金の粉末と、ろう材とを所定の割合で混合して所望の厚さのシートを成形し；同シートを真空炉内に設置したエンジンブレードの先端部全面に載せ上部より必要に応じ重りを載せて加圧し；真空炉中で加熱して前記研磨材を前記ブレード先端部へ接合するブレード先端部の研磨材接合方法において、前記研磨材を含むシートを前記ブレード先端部に載せた後、その上面にふるいを通した研磨材を載せ、その後に加圧、加熱処理することを特徴とするブレード先端部の研磨材接合方法。
【０００９】
（２）前記研磨材を含むシートと前記ブレード先端部との間には、更にろう材のシートを挟むことを特徴とする（１）記載のブレード先端部の研磨材接合方法。 
【００１０】
（３）前記研磨材は表面にＡｌ2 Ｏ3 を被覆したものを使用すると共に、前記研磨材の表面に被覆したＡｌ2 Ｏ3 の表面には、更にＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単体もしくは合金からなる材料をコーティングすることを特徴とする（１）又は（２）記載のブレード先端部の研磨材接合方法。
【００１１】
（４）前記研磨材は表面にＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単体もしくは合金からなる材料がコーティングされたものを使用することを特徴とする（１）又は（２）記載のブレード先端部の研磨材接合方法。 
【００１２】
（５）前記Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単体もしくは合金からなるコーティングの表面には、更にＴｉのコーティングが施されることを特徴とする（３）又は（４）記載のブレード先端部の研磨材接合方法。
【００１３】
本発明の（１）の方法では、研磨材もろう材もシート化したものを使用し、加熱してブレード先端部に接合する。従って、研磨材の歩留まりが良好となる。又、研磨材もろう材と主としてＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒからなる合金内全体に分散させるので均一な研磨材の分布が得られ、接合性も良好となる。又、接合後の研磨材は比重が軽いので一部は表面に現れるが、積極的に表面に研磨材を出すためには、研磨材を含んだシートをブレード先端部に設定後加熱前にふるいを通して研磨材を置いて加圧して加熱する。これにより研磨材を積極的に表面に出すことができる。
【００１４】
本発明の（２）では、上記（１）の発明において、研磨材を含むシートとブレード先端部との間には、更にろう材のシートを挟むので研磨材の接合がより良好となると共に、ろう材とＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒの合金全体に分散して複数層の研磨材を形成する。これによりブレードが運転中にケーシングに接触して上層部の研磨材が無くなったとしても、次の相の研磨材があるので、ブレードを損傷することがない。 
【００１５】
本発明の（３）では、研磨材の表面がＡｌ2 Ｏ3 で被覆されているので、Ａｌ2 Ｏ3 は耐高温酸化性を有し、研磨材が拡散したり酸化したりして劣化することが防止される。又、Ａｌ2Ｏ3 のコーティングの表面に、更にＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単体もしくは合金がコーティングされるので、同様にろう材との接合が良好となる。
【００１６】
本発明の（４）では、研磨材の表面は、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単体もしくは合金材料でコーティングされているので、使用するろう材との濡れ性が良好となりろう材との接合性が良好となる。 
【００１７】
本発明の（５）では、上記（３）、又は（４）の発明ではろう材との濡れ性は良いが、研磨材は比重が小さいので加熱時に浮き上がろうとして均一な分散の点では不充分である。そこで、研磨材全体をＴｉでコーティングし、研磨材の浮き上がりを防ぎ、内部に均一に分散させ、複数層の研磨材を形成させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るブレード先端部の研磨材接合方法について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の一形態に係るブレード先端部に研磨材を接合する装置を示し、（ａ）は装置の構成図、（ｂ）は研磨材接合後のブレード先端部の断面図である。図において、１０は真空チャンバであり、加熱コイル１１を備え、ポンプ１２で真空状態とすることができる。加熱コイル１１は電源１５によりスイッチ１４を介して電圧が印加され、加熱コイル１１を加熱する構成である。又、真空チャンバ１０の上部には重り１３が上下動装置１６により上下動可能に配置されている。
【００１９】
（ａ）図において、真空チャンバ１０内の加熱コイル１１内にはブレード２０が挿入されてセットされ、ブレード２０の先端にはろう材シート２が載せられ、そのシート２の上に、更に研磨材（ＣＢＮ，Ａｌ2 Ｏ3 、他）＋ＭＣｒＡＬＹ（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒの合金）＋バインダからなるシート１を載せる。シート１、シート２を載せると、その上に重り１１を下降させ、シート１，２を押圧し、３〜１０ｇ／cm2の荷重を掛ける。この状態でポンプ１２を作動させ、真空引きを行いチャンバ１０内を真空状態とし、スイッチ１４を閉じて加熱コイル１１に電流を流し、加熱する。
【００２０】
上記のようにシート１、シート２をブレード２０の先端に載せて加熱すると、シート２のろう材とシート１の研磨材及び合金が融合して研磨材３がろう材中に分散する。この状態を（ｂ）図の断面図で示すが、ブレード２０の母材の上にろう材＋ＭＣｒＡＬＹが研磨層４を形成し、その中に研磨材３が均一に分散し、研磨材３が単層ではなく研磨層４は研磨材３＋ＭＣｒＡＬＹ＋ろう材から形成され複数層形成される。なお、後述するようにシート２のろう材は使用しない場合もある。
【００２１】
次に上記に説明した研磨材３について次に説明する（１），（２），（３）の形態があり、図２により説明する。まず、（１）研磨材３は、高温度になると金属マトリックス内の分散材（ＣＢＮ、ＳｉＣ等）は拡散や酸化を生じ劣化する。これを防止するために図２（ａ）に示すように、研磨材３の表面に耐高温酸化性を有する酸化アルミニュウム（アルミナ）のコーティング５を被覆する。
【００２２】
（２）の形態として、本プロセスはろう材を使用するため研磨材とろう材との濡れ性が必要である。そのため研磨材にＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅを、又はこれらの合金（例：Ｎｉ＋Ｃｏなど）を、又はその他使用ろう材と濡れ性の良い金属或いは合金を、蒸着、メッキ（電解、無電解）等により図２（ｂ）に示すようにコーティング６を施す。或いは、上記（１）のコーティング５（Ａｌ2 Ｏ3）を施した表面に、図２（ｃ）に示すように更に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ、その他使用ろう材との濡れ性の良い金属或いは合金を蒸着、メッキ（電解、無電解）等によりコーティング６を施し、２層或いは３層以上のコーティングとする。
【００２３】
次に、（３）の形態として、上記（１），（２）の研磨材はろう材との濡れ性は良いが、研磨材は比重が小さいため加熱時に浮き上がろうとする。これを研磨層全体に均一に分散させるために、例えば図２（ｄ）に示すようにＴｉを蒸着したコーティング７を施す。
【００２４】
次に、上記に説明した研磨材をブレード先端部に接合する接合方法について、具体的に説明する。まず、研磨材を単層に接合する方法について、次の〈１〉で説明する。
【００２５】
〈１〉上記研磨材を用いて、ブレード２０の使用温度に耐えるろう材（例えばＢＮＩ−２）とＭＣｒＡＬＹ材（粉末）を混合する。混合割合としては、例えば研磨材：１０〜７０ vol％、ＭＣｒＡＬＹ材：２０〜７０ vol％、残：ろう材とする。好ましくは、研磨材：５０ vol％、ＭＣｒＡＬＹ：２０ vol％、ろう材：３０ vol％の混合粉末、或いはこれに適量のバインダー（例えば：ニクロブレーズ・セメント♯５１０）を加え任意の厚さのシート１にしたものをブレード２０の先端部に所定の位置に規定の厚さになるように均一に載せて、重り１３で面圧：３〜１０ｇ／cm2の荷重を掛け、真空チャンバ１０中で加熱し、接合する。
【００２６】
なお、上記のＭＣｒＡＬＹの“Ｍ”としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ或いはＮｉ＋Ｃｏ等の合金に用いられる。また、ＭＣｒＡＬＹ材は高温下での耐酸化性を向上させるために使用するため、ろう材の成分と合わせて、高温酸化および耐高温腐食に対してはＣｏ量の多いものを使用し、高温強度が要求される場合には、Ｎｉ＋Ｃｏ系でＮｉ量が多くなるように混合比を検討する。また、耐食性、耐熱性を向上させるために、均一な所定の成分になるように、ろう付け後、１０８０℃で、２〜４Ｈｒの加熱処理（拡散処理）を行うと良い。
【００２７】
〈２〉研磨材を複層に接合する場合には、上記研磨材を用いて、ブレードの使用温度に耐えるろう材とＭＣｒＡＬＹ材（粉末）を混合する。混合の割合としては、例えば研磨材：１０〜８０ vol％、ＭＣｒＡＬＹ材：２０〜９０ vol％およびバインダーを適量加えて指定の厚さのシート１を作製する。好ましくは、研磨材：５０ vol％、ＭＣｒＡＬＹ材：５０ vol％に適量のバインダーを加え、指定の厚さのシート１を作製する。このシート１とブレード２０先端部の間に任意の厚さのろう材シート２をはさみ、重り１３で単位面積当たり３〜１０ｇ／cm2の荷重を与え真空チャンバ１０中で加熱、接合する。
【００２８】
〈３〉上記〈１〉、〈２〉において、ろう付け後研磨材は比重が軽いので一部は表面に現れるが積極的に表面に研磨材を出すためには、研磨材を含んだシート１をブレード２０先端に設定後、加熱前に一並べの研磨材をふるい等で置いて、適切な荷重を与え、真空チャンバ中で重り１３により面圧：３〜１０ｇ／cm2 の荷重を与えて、加熱、接合する。
【００２９】
上記のように研磨材を接合したブレード先端部の接合相の断面には、図１（ｂ）に示すように表面に出た研磨材３と、内部に分散した研磨材３とがあり、最初は表面に出た研磨材３が開いて、ブレード２０先端との接触時研削作用を生じるが使用中に摩耗減少する。次に研磨層４に内在していた研磨材３が相手方のケーシングとの接触時にその効果を発揮するために現れ、常に最良の研削状態を保持することができる。
【００３０】
最後に真空チャンバ１０で加熱処理後、仕上げを行うが、表面状態を整えるため次の方法を用いても良い。又、これらの方法を必要に応じて組合せて行っても良い。
【００３１】
化学的方法：硝酸、塩酸、硫酸或いはこれらの混酸、または塩酸＋過酸化水素液中に浸跡させて、研磨材表面に被った余分のろう材、およびＭＣｒＡＬＹ材を除去する。
【００３２】
機械的方法：ブラッシング、或いは軽いブラスト処理によって表面の正常化を行う。
【００３３】
物理的方法：当該表面と、電極間で軽微な放電を行い表面の正常化を行う。
【００３４】
以上、説明した実施の形態によれば、研磨材とろう材共にシート化して加熱処理するので研磨材の歩留まりが良くなり、又、研磨材３は研磨層４の中に分散させるため、上層部の研磨材３が無くなっても次の研磨材３が有るのでブレード２０先端を破損するようなことがない。又、この研磨材３の厚さはシート１，２の厚さを設定することにより容易に調整ができる。又、研磨材３表面にはコーティング５，６，７が施されるので酸化が防止され、ろう材との接合性も良好となる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のブレード先端部の研磨材接合方法は、（１）研磨材と、主成分がＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒからなる合金の粉末と、ろう材とを所定の割合で混合して所望の厚さのシートを成形し；同シートを真空炉内に設置したエンジンブレードの先端部全面に載せ上部より必要に応じ重りを載せて加圧し；真空炉中で加熱して前記研磨材を前記ブレード先端部へ接合するブレード先端部の研磨材接合方法において、前記研磨材を含むシートを前記ブレード先端部に載せた後、その上面にふるいを通した研磨材を載せ、その後に加圧、加熱処理することを特徴としている。
【００３６】
このような方法により、研磨材もろう材もシート化したものを使用し、加熱してブレード先端部に接合する。従って、研磨材の歩留まりが良好となる。又、研磨材もろう材と主成分がＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒからなる合金内全体に分散させるので均一な研磨材の分布が得られ、接合性も良好となる。又、接合後の研磨材は比重が軽いので一部は表面に現れるが、積極的に表面に研磨材を出すためには、研磨材を含んだシートをブレード先端部に設定後加熱前にふるいを通して研磨材を置いて加圧して加熱する。これにより研磨材を積極的に表面に出すことができる。
【００３７】
本発明の（２）では、上記（１）の発明において、研磨材を含むシートとブレード先端部との間には、更にろう材のシートを挟むので研磨材の接合がより良好となると共に、ろう材と主成分がＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒの合金全体に分散して複数層の研磨材を形成する。これによりブレードが運転中にケーシングに接触して上層部の研磨材が無くなったとしても、次の相の研磨材があるので、ブレードを損傷することがない。 
【００３８】
本発明の（３）では、上記（１）又は（２）の発明において、研磨材の表面がＡｌ2 Ｏ3で被覆されているので、Ａｌ2Ｏ3は耐高温酸化性を有し、研磨材が拡散したり酸化したりして劣化することが防止される。又、Ａｌ2 Ｏ3のコーティングの表面に、更にＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単体もしくは合金のコーティングが施されるので、同様にろう材との接合が良好となる。
【００３９】
本発明の（４）では、研磨材の表面は、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単体もしくは合金材料でコーティングされているので、使用するろう材との濡れ性が良好となりろう材との接合性が良好となる。 
【００４０】
本発明の（５）では、上記（３）、又は（４）の発明ではろう材との濡れ性は良いが、研磨材は比重が小さいので加熱時に浮き上がろうとして均一な分散の点では不充分である。そこで、研磨材全体をＴｉでコーティングし、研磨材の浮き上がりを防ぎ、内部に均一に分散させ、複数層の研磨材を形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の一形態に係るブレード先端部に研磨材を接合する方法を実施する装置を示し、（ａ）は装置の構成図、（ｂ）は接合後のブレード先端部の断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係る研磨材を示す断面図で、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ表面のコーティングの異なる態様を示す。
【図３】  従来の研磨材のメッキ方法を示し、（ａ）はメッキ装置の構成図，（ｂ）はメッキ後の断面図を示す。
【符号の説明】
１，２       シート
３           研磨材
４           研磨層
５，６，７   コーティング
１０         真空チャンバ
１１         加熱コイル
１３         重り
１４         スイッチ
１５         電源
１６         上下動装置
２０         ブレード
【図１】
0003886721.tif 000002
【図２】
0003886721.tif 000003
【図３】
0003886721.tif 000004