(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンバケットのろう付け方法、及びタービンバケット用部品を提供する。【解決手段】タービンバケット１０２のろう付け方法は、非Ｚノッチ接触面を含む修正面を有するタービンバケット１０２を設置することと、予備焼結プリフォームを、修正面に配置することと、予備焼結プリフォームを、修正面で、タービンバケット１０２に接合するために、修正面に接する予備焼結プリフォームを加熱することとを含む。【選択図】図１
2016014390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンバケット（１０２）のろう付け方法であって、
非Ｚノッチ接触面（１１１）を含む修正面を有する前記タービンバケット（１０２）を設置することと、
予備焼結プリフォーム（１２０）を、前記修正面に配置することと、
前記予備焼結プリフォーム（１２０）を、前記修正面で、前記タービンバケット（１０２）に接合するために、前記修正面に接する前記予備焼結プリフォーム（１２０）を加熱することと
を含むろう付け方法。
【請求項２】
前記非Ｚノッチ接触面（１１１）が、１つ以上のシールレール（１１２）を備える、請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項３】
前記非Ｚノッチ接触面（１１１）が、１つ以上のＺノッチ隣接面（１１６）を含む、請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項４】
前記非Ｚノッチ接触面（１１１）が、エンジェルウィング（１１８）の少なくとも一部を含む、請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項５】
前記予備焼結プリフォーム（１２０）が、前記予備焼結プリフォーム（１２０）が配置される前記修正面と合致する形状を有する、請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項６】
前記予備焼結プリフォーム（１２０）が、基合金、及び第２合金を含み、前記基合金が、重量にして、約２７．０％〜３０．０％のモリブデン、１６．５％〜１８．５％のクロム、３．０％〜３．８％のシリコン、１．５％までの鉄、１．５％までのニッケル、０．１５％までの酸素、０．０８％までの炭素、０．０３％までのリン、０．０３％までの硫黄、及び残部のコバルトという組成範囲を有する、請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項７】
前記第２合金が、重量にして、約２２．９％〜２４．７５％のクロム、９．０％〜１１．０％のニッケル、６．５％〜７．６％のタングステン、３．０％〜４．０％のタンタル、２．６％〜３．１６％のホウ素、０．５５％〜０．６５％の炭素、０．３％〜約０．６％のジルコニウム、０．１５％〜０．３％のチタン、１．３％までの鉄、０．４％までのシリコン、０．１％までのマンガン、０．０２％までの硫黄、及び残部のコバルトという組成範囲を有する、請求項６に記載のろう付け方法。
【請求項８】
前記タービンバケット（１０２）が、ニッケル系超合金、コバルト系超合金、又は鉄系超合金を含む、請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項９】
前記予備焼結プリフォーム（１２０）を加熱する前に、前記予備焼結プリフォーム（１２０）を、耐熱材（１３０）で、少なくとも部分的に覆うことをさらに含み、前記耐熱材（１３０）の融解温度が、前記予備焼結プリフォーム（１２０）の融解温度よりも高い、請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項１０】
前記耐熱材（１３０）が、別個の予備焼結プリフォーム（１２０）を備える、請求項９に記載のろう付け方法。
【請求項１１】
非Ｚノッチ接触面（１１１）を含む修正面と、
前記修正面に接合された予備焼結プリフォーム（１２０）とを備える修正タービンバケットであって、前記予備焼結プリフォーム（１２０）が、前記修正面に接合する前に、混合物の約３０重量％〜約９０重量％を占める基合金と、前記基合金よりも融解温度を低くするのに十分な量の融点降下剤を含む第２合金とを含む、修正タービンバケット。
【請求項１２】
前記非Ｚノッチ接触面（１１１）が、１つ以上のシールレール（１１２）を備える、請求項１１に記載の修正タービンバケット。
【請求項１３】
前記非Ｚノッチ接触面（１１１）が、１つ以上のＺノッチ隣接面（１１６）を含む、請求項１１に記載の修正タービンバケット。
【請求項１４】
前記非Ｚノッチ接触面（１１１）が、エンジェルウィング（１１８）の少なくとも一部を含む、請求項１１に記載の修正タービンバケット。
【請求項１５】
前記予備焼結プリフォーム（１２０）が、前記予備焼結プリフォーム（１２０）が接合される非Ｚノッチ接触面（１１１）と合致する形状を有する、請求項１１に記載の修正タービンバケット。
【請求項１６】
前記基合金が、重量にして、約２７．０％〜３０．０％のモリブデン、１６．５％〜１８．５％のクロム、３．０％〜３．８％のシリコン、１．５％までの鉄、１．５％までのニッケル、０．１５％までの酸素、０．０８％までの炭素、０．０３％までのリン、０．０３％までの硫黄、及び残部のコバルトという組成範囲を有する、請求項１１に記載の修正タービンバケット。
【請求項１７】
前記第２合金が、重量にして、約２２．９％〜２４．７５％のクロム、９．０％〜１１．０％のニッケル、６．５％〜７．６％のタングステン、３．０％〜４．０％のタンタル、２．６％〜３．１６％のホウ素、０．５５％〜０．６５％の炭素、０．３％〜約０．６％のジルコニウム、０．１５％〜０．３％のチタン、１．３％までの鉄、０．４％までのシリコン、０．１％までのマンガン、０．０２％までの硫黄、及び残部のコバルトという組成範囲を有する、請求項１６に記載の修正タービンバケット。
【請求項１８】
前記タービンバケットが、ニッケル系超合金、コバルト系超合金、又は鉄系超合金を含む、請求項１１に記載の修正タービンバケット。
【請求項１９】
前記予備焼結プリフォーム（１２０）を、少なくとも部分的に覆う耐熱材（１３０）をさらに含み、前記耐熱材（１３０）の融解温度が、前記予備焼結プリフォーム（１２０）の融解温度よりも高い、請求項１１に記載の修正タービンバケット。
【請求項２０】
前記耐熱材（１３０）が、別個の予備焼結プリフォーム（１２０）を備える、請求項１９に記載の修正タービンバケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、ろう付け方法、及び部品に関し、より詳細には、タービンバケットのろう付け方法、及びタービンバケット用部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
多種多様な工業部品が、新たな材料を追加したり、既存の材料に変更を加えたり、部品の形状を修正したり、複数の部品を１つに接合したり、そうでなければ、元の部品を置き換えたりするために、ろう付け作業を経る場合がある。ろう付け作業は、一般に、溶加材がベース基材（即ち、元の部品）に配置された状態で、溶加材の融解温度よりも高温（即ち、溶加材の液相線温度よりも高温）で、溶加材を加熱することと、続いて、溶加材と、ベース基材とを接合して１つにするために、材料を冷却することとを含む場合がある。
【０００３】
様々なタービン部品が、例えば、元の製造中、又はタービンに利用する前、もしくは利用後の修正の際に、１つ以上のろう付けサイクルを経る場合がある。いくつか特定のタービン部品はまた、持続的な動作を容易にするために、非常に高い強度、靱性、及び／又は他の物理的特性を有する場合がある。バケット（ブレード）、ノズル（ベーン）、及び他の高温ガス通路部品等のタービン部品と、工業用ガスタービンエンジン、及び航空機ガスタービンエンジンの燃焼部品とは、適切な機械的特性、及び環境特性を有する、ニッケル系超合金、コバルト系超合金、又は鉄系超合金から形成され得る。
【０００４】
ろう付け作業は、通常、修正を必要とするこれらの部品の表面に限定される。例えば、タービンバケットシュラウドのＺノッチ表面等の、タービン運転時に隣の部品と接触しやすい表面は、より摩耗等を起こしやすい可能性があり、したがって、将来、ろう付け作業を経る可能性が高い場合がある。しかし、動力の出力全体を上げるために、タービン部品の寸法が大きくなるにつれて、動作中に接触するとは従来は知られていなかった表面も、摩耗する可能性がある。例えば、より大きなタービン部品は、タービンの始動の際に、より増幅した振動を受ける可能性がある。この振動により、本明細書では、合わせて非Ｚノッチ接触面と呼ぶ、シールレール、Ｚノッチ隣接面、及びエンジェルウィングを含む表面に対する接触が、増加する恐れがある。例えば長期使用後の、これらの表面の修正は、手間とコストがかかるようになる恐れがある。例えば、溶接については、割れを防止する目的で、熱を分散させるために利用できる材料が比較的少ないため、困難な場合がある。
【０００５】
その上、さらにいくつかの例では、ターボ機械の効率が、少なくとも部分的に、ターボ機械の運転温度に依存する場合があるため、徐々に高くなる温度に耐えられるタービンバケット、及びノズル等の部品が、求められる場合がある。超合金部品の局所的な最高温度が、その超合金の融解温度に近づくにつれて、強制空冷が必要になる可能性がある。このため、ガスタービンバケットの翼形部、及びノズルは、複雑な冷却機構を含む場合があり、この冷却機構では、空気、通常、抽気が、翼形部内の内部冷却通路を通して押し流され、その後、部品から熱を伝達させるために、翼形部表面の冷却孔を通して排出される。冷却孔はまた、冷却空気が、部品の周囲の表面を、フィルム冷却するのに役立つように構成され得る。製造作業に従って、冷却通路の１つ以上の部分は、空気の流れを、適切な方向に強制的に向けるために、例えば、ろう付け部、又は予備焼結プリフォームを用いて、ストップオフされる必要がある場合がある。しかし、ろう付け部、又は予備焼結プリフォームは、材料活性化処理、補修処理等の熱処理作業中に、温度が上昇しやすい可能性がある。これらの温度上昇により、ろう付け部、又は予備焼結プリフォームが、部分的に溶解するか、そうでなければ形状が変わり（例えば、曲がる）、これにより、さらなる製造作業が生じる恐れがある。
【０００６】
したがって、代替的な、タービンバケットシュラウドのろう付け方法、及びタービンバケットシュラウド用部品が、当技術分野において歓迎されるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８７０３０４４号明細書
【発明の概要】
【０００８】
一実施形態では、タービンバケットのろう付け方法が開示されている。ろう付け方法は、非Ｚノッチ接触面を含む修正面を有するタービンバケットを設置することと、予備焼結プリフォームを、修正面に配置することと、予備焼結プリフォームを、修正面で、タービンバケットに接合するために、修正面に接する予備焼結プリフォームを加熱することとを含む。
【０００９】
別の実施形態では、修正タービンバケットが開示されている。修正タービンバケットは、非Ｚノッチ接触面を含む修正面と、修正面に接合された予備焼結プリフォームとを備え、予備焼結プリフォームが、修正面に接合する前に、混合物の約３０重量％〜約９０重量％を占める基合金と、基合金よりも融解温度を低くするのに十分な量の融点降下剤を含む第２合金とを含む。
【００１０】
本明細書に論じられる実施形態によって提供される、これらの、及びさらなる特徴は、図面を用いた、以下のより詳細な説明を考慮することにより、より十分に理解されるであろう。
【００１１】
図面中に示された実施形態は、本質的に例証的、かつ例示的なものであり、特許請求の範囲によって定められる本発明を限定することを意図するものではない。例証的実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面に関連付けて読まれる場合に、理解され得る。以下の図面では、同様の構造は、同様の参照数字で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書に図示されるか、又は説明される１つ以上の実施形態による、例示的な燃焼タービンエンジンの、断面の側面斜視図である。
【図２】本明細書に図示されるか、又は説明される１つ以上の実施形態による、複数のタービンバケットシュラウドの、断片的な上から見た斜視図である。
【図３】本明細書に図示されるか、又は説明される１つ以上の実施形態による、予備焼結プリフォームを有する図２のシュラウドの、断片的な分解斜視図である。
【図４】本明細書に図示されるか、又は説明される１つ以上の実施形態による、予備焼結プリフォーム、及び耐熱材を有する修正された部品の概略図である。
【図５】本明細書に図示されるか、又は説明される１つ以上の実施形態による、図４の修正された部品の断面図である。
【図６】本明細書に図示されるか、又は説明される１つ以上の実施形態による、例示的なろう付け方法のフローチャートである。
【図７】本明細書に図示されるか、又は説明される１つ以上の実施形態による、別の例示的なろう付け方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の１つ以上の特定の実施形態を、以下に説明する。これらの実施形態を簡潔に説明する試みにより、本明細書では、実際の実施態様におけるすべての特徴を説明しない場合がある。いかなる工学プロジェクト、又は設計プロジェクトにおける場合のような、任意のそのような実際の実施態様の開発において、実施態様に限定された多数の決定が、開発者の特定の目標を達成するために、なされなければならないことを理解されたい。開発者の特定の目標とは、システムに関連した制約の遵守、及びビジネスに関連した制約の遵守等であり、一実施態様と別の実施態様とで異なり得る。その上、このような開発努力は、複雑で時間がかかる可能性があるが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、作製、及び製造に関する日常的な取り組みであろうことを理解されたい。
【００１４】
本発明の様々な実施形態の要素を説明する際、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「前記（ｔｈｅ）」、及び「前記（ｓａｉｄ）」という項目に関しては、その要素が１つ以上存在することを意味することが意図されている。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であることと、列記された要素以外のさらなる要素が存在し得ることを意味することとが意図されている。
【００１５】
ここで図１を参照すると、例示的な燃焼タービンエンジン１００の断面の側面斜視図が示されている。エンジン１００は、複数の様々な部品を含み、複数の様々な部品のそれぞれは、本開示の対象となる１つ以上の基材を含む場合がある。具体的には、エンジン１００は、ハブ１０４に結合した、複数のタービンバケット１０２を含む。本明細書で使用される場合、「タービンバケット」は、いかなる段階のバケット、ブレード、ベーン等も指す。ハブ１０４は、タービン軸（図１には示されていない）に結合している。バケット１０２のそれぞれは、対応する翼形部１０６と、翼形部１０６の半径方向における最も外側の端部で、翼形部１０６にしっかりと結合した、対応するタービンバケットシュラウド１０８とを含む。各シュラウド１０８は、対応する反対側の２つのＺノッチ１１０を有し、各シュラウド１０８に対して、１つのみが示されている。各シュラウド１０８は、複数のＺノッチ隣接面１１６（即ち、隣のシュラウド１０８と対向するＺノッチ１１０に、直接的に隣接する表面）をさらに有する。シールレール１１２は、バケット１０２の周方向の移動、及び振動が軽減するよう補助するために、実質的に弓形のシールリング（図１には示されていない）を、シュラウド１０８に結合させるのに役立つ。
【００１６】
太い点線で囲まれ、符号２と表示された図１の一部が、図２に示されている。具体的には、図２は、タービンバケットシュラウド１０８の、断片的な上から見た斜視図を示す。シュラウド１０８は、端部のそれぞれにおけるＺノッチ１１０と、Ｚノッチ隣接面１１６とを有する状態で示されている。Ｚノッチ１１０は、嵌合面１１４を有する。（輪郭での）翼形部１０６、及びシールレール１１２が、向きに関する見方を提供するために、部分的に示されている。
【００１７】
シュラウド１０８を含む、本明細書に開示される部品、及び基材は、ろう付けを行うのに適した、いかなる金属基材、又は合金基材も含むことができる。具体的には、本開示は、一般に、ろう付けすることができるいかなる金属部品、又は合金部品に対しても適用することができ、特に、応力が比較的高いこと、及び／又は温度が比較的高いことによって特徴付けられる環境内で動作するこれらの部品に対して、適用することができる。このような部品の顕著な例には、タービンバケット（ブレード）、ノズル（ベーン）、シュラウド、及び他の高温ガス通路等のタービン部品と、工業用ガスタービンエンジン、もしくは工業用蒸気タービンエンジン、又は航空機ガスタービンエンジン等の、タービンの燃焼用部品とが挙げられる。
【００１８】
例えば、いくつかの実施形態では、シュラウド１０８を含む、本明細書に開示された基材は、ニッケル系超合金、コバルト系超合金、又は鉄系超合金を含んでもよい。例えば、基材は、ＲｅｎｅＮ４、ＲｅｎｅＮ５、Ｒｅｎｅ１０８、ＧＴＤ−１１１（登録商標）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）、ＧＴＤ−４４４（登録商標）、ＩＮ−７３８、及びＭａｒＭ２４７等のニッケル系超合金、又はＦＳＸ−４１４等のコバルト系超合金を含んでもよい。基材１２は、ガスタービン、又は蒸気タービン内にあり得るような、比較的高い温度、及び比較的高い応力に耐えるように、等軸の、一方向凝固（ＤＳ）、又は単結晶（ＳＸ）の鋳造品として形成され得る。
【００１９】
ここで図１〜図３を参照すると、タービンバケット１０２は、複数の非Ｚノッチ接触面１１１を有する。本明細書で使用される場合、「非Ｚノッチ接触面」１１１は、Ｚノッチ１１０自体を除く、初期始動中、及び／又は動作中に隣の部品と接触する可能性がある、タービンバケット１０２の表面を指す。これらの表面は、潜在的に修正を必要とするほど、隣の部品に接触しそうにないのはもちろんのこと、従来から隣の部品に接触しそうではなかったため、当技術分野では「非接触面」と呼ばれる場合もある。非Ｚノッチ接触面１１１には、具体的には、シールレール１１２、Ｚノッチ隣接面１１６、及びエンジェルウィング１１８が含まれる。いくつかの実施形態では、これらの非Ｚノッチ接触面１１１は、タービンエンジン１００の初期始動、過渡期、及び定常状態を含む状況の際に、隣の部品と接触する可能性があり、その結果、振動を受ける可能性がある。
【００２０】
非Ｚノッチ接触面１１１を、予備焼結プリフォーム１２０を利用して修正し、修正タービンバケットシュラウド１０８を形成してもよい。具体的には、修正タービンバケットシュラウド１０８は、非Ｚノッチ接触面１１１における１つ以上の部分を含む修正面を有してもよい。修正面は、例えば元の材料を取り除くことによって準備されてもよく、予備焼結プリフォーム１２０が、タービンバケットシュラウド１０８を修正するために（例えば、元の形状、又は寸法に戻るように修正する）、修正面に接合されてもよい。
【００２１】
予備焼結プリフォーム１２０は、一般に、凝集体、及び幾分多孔質な集塊を形成するために、融点未満の温度で一緒に焼結された、基合金、及び第２合金を含有する、粒子の混合物を含む。粉末粒子の適切な粒径範囲には、粒子が急速に焼結するように促し、予備焼結プリフォーム１２０の多孔率を、約１０体積％以下にまでできる限り小さくするために、１５０メッシュ、又は３２５メッシュ以下さえも含まれる。いくつかの実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０の密度は、９０％以上の密度である。さらにいくつかの実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、密度が９５％以上である。
【００２２】
予備焼結プリフォーム１２０の基合金は、予備焼結プリフォーム１２０と、基材との間の共通の物理的特性を促進するために、基材（例えば、タービンバケットシュラウド１０８）と同様の組成のような、いかなる組成も有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、（予備焼結プリフォーム１２０の）基合金と、基材（例えば、タービンバケットシュラウド１０８）とは、共通の組成を共有している（即ち、基合金、及び基材は、同じタイプの材料である）。いくつかの実施形態では、基合金は、上述のような、ＲｅｎｅＮ４、ＲｅｎｅＮ５、Ｒｅｎｅ１０８、ＧＴＤ−１１１（登録商標）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）、ＧＴＤ−４４４（登録商標）、ＩＮ−７３８、及びＭａｒＭ２４７等のニッケル系超合金、又はＦＳＸ−４１４等のコバルト系超合金を含むことができる。いくつかの実施形態では、基合金の特性には、高疲労強度、割れにくさ、耐酸化性、及び／又は被削性等の、基材（例えば、タービンバケットシュラウド１０８）との化学的一致、及び冶金学的一致が含まれる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、基合金は、基材１２の融解温度の約２５℃内の融点を有してもよい。いくつかの実施形態では、基合金は、重量にして、約２．５％〜１１％のコバルト、７％〜９％のクロム、３．５％〜１１％のタングステン、４．５％〜８％のアルミニウム、２．５％〜６％のタンタル、０．０２％〜１．２％のチタン、０．１％〜１．８％のハフニウム、０．１％〜０．８％のモリブデン、０．０１％〜０．１７％の炭素、０．０８％までのジルコニウム、０．６０％までシリコン、２．０％までのレニウム、残部がニッケル、及び随伴不純物という組成範囲を有してもよい。さらにいくつかの実施形態では、基合金は、重量にして、約９％〜１１％のコバルト、８％〜８．８％のクロム、９．５％〜１０．５％のタングステン、５．３％〜５．７％のアルミニウム、２．８％〜２．３％のタンタル、０．９％〜１．２％のチタン、１．２％〜１．６％のハフニウム、０．５％〜０．８％のモリブデン、０．１３％〜０．１７％の炭素、０．０３％〜０．０８％のジルコニウム、残部のニッケル、及び随伴不純物という組成範囲を有してもよい。
【００２４】
さらにいくつかの実施形態では、基合金は、ＷＥＳＧＯ  Ｃｅｒａｍｉｃｓから市販されている、Ｔｒｉｂａｌｏｙ  Ｔ−８００を含んでもよい。そのような基合金は、重量にして、約２７．０％〜３０．０％のモリブデン、１６．５％〜１８．５％のクロム、３．０％〜３．８％のシリコン、１．５％までの鉄、１．５％までのニッケル、０．１５％までの酸素、０．０８％までの炭素、０．０３％までのリン、０．０３％までの硫黄、及び残部のコバルトという組成範囲を有してもよい。いくつかの実施形態では、基合金は、ＷＥＳＧＯ  Ｃｅｒａｍｉｃｓから市販されている、ＣＭ−６４、又はＣＭ６４と呼ばれることもある、Ｃｏａｓｔ  Ｍｅｔａｌ６４を含んでもよい。そのような基合金は、重量にして、２６．０％〜３０．０％のクロム、１８．０％〜２１．０％のタングステン、４．０％〜６．０％のニッケル、０．７５％〜１．２５％のバナジウム、０．７％〜１．０％の炭素、０．００５％〜０．１％のホウ素、３．０％までの鉄、１．０％までのマグネシウム、１．０％までのシリコン、０．５％までのモリブデン、及び残部のコバルトという組成範囲を有してもよい。
【００２５】
特定の材料、及び組成が、予備焼結プリフォーム１２０の基合金の組成に関して、本明細書に列挙されたが、これらの列挙された材料、及び組成は、例示的なものに過ぎず、かつ非限定的であり、他の合金が、代替的又は付加的に使用され得るということを理解されたい。また、予備焼結プリフォーム１２０に関する、基合金の特定の組成は、基材（例えば、タービンバケットシュラウド１０８）の組成に依存する場合があるということを理解されたい。
【００２６】
上述のように、予備焼結プリフォーム１２０は、第２合金をさらに含む。第２合金はまた、基材（例えば、タービンバケットシュラウド１０８）と同様の組成を有してもよいが、基合金粒子と、第２合金粒子との焼結を促進し、予備焼結プリフォーム１２０が、基材の融点未満の温度で、基材（例えば、タービンバケットシュラウド１０８）に接合することができるように、融点降下剤をさらに含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、融点降下剤は、ホウ素、及び／又はシリコンを含む場合がある。
【００２７】
いくつかの実施形態では、第２合金は、基材（例えば、タービンバケットシュラウド１０８）の粒成長温度、又は融解開始温度未満で、約２５℃〜約５０℃の融点を有してもよい。このような実施形態では、加熱処理中に、基材（例えば、タービンバケットシュラウド１０８）の望ましい微細構造を、よりよく保持することができる。いくつかの実施形態では、第２合金は、重量にして、約９％〜１０％のコバルト、１１％〜１６％のクロム、３％〜４％のアルミニウム、２．２５％〜２．７５％のタンタル、１．５％〜３．０％のホウ素、５％までのシリコン、１．０％までのイットリウム、残部のニッケル、及び随伴不純物という組成範囲を有してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第２合金は、市販されているＡｍｄｒｙ  ＤＦ４Ｂのニッケルろう付け合金を含んでもよい。
【００２８】
さらにいくつかの実施形態では、第２合金は、ＷＥＳＧＯ  Ｃｅｒａｍｉｃｓから市販されている、ＭＡＲ  Ｍ−５０９Ｂを含んでもよい。このような第２合金は、重量にして、約２２．９％〜２４．７５％のクロム、９．０％〜１１．０％のニッケル、６．５％〜７．６％のタングステン、３．０％〜４．０％のタンタル、２．６％〜３．１６％のホウ素、０．５５％〜０．６５％の炭素、０．３％〜約０．６％のジルコニウム、０．１５％〜０．３％のチタン、１．３％までの鉄、０．４％までのシリコン、０．１％までのマンガン、０．０２％までの硫黄、及び残部のコバルトという組成範囲を有してもよい。
【００２９】
特定の材料、及び組成が、予備焼結プリフォーム１２０の第２合金の組成に関して、本明細書に列挙されたが、これらの列挙された材料、及び組成は、例示的なものに過ぎず、かつ非限定的であり、他の合金が、代替的又は付加的に使用され得るということも理解されたい。また、予備焼結プリフォーム１２０に関する、第２合金の特定の組成は、基材（例えば、タービンバケットシュラウド１０８）の組成に依存する場合があるということを理解されたい。
【００３０】
予備焼結プリフォーム１２０は、基合金粒子、及び第２合金粒子を、互いに対して、及び基材（例えば、タービンバケットシュラウド１０８）の外側表面に対して、確実に湿潤、及び接合（例えば、拡散接合／ろう付け接合）させる目的で、十分な融点降下剤を備えるのに足りる、任意の相対的な量の基合金、及び第２合金を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、第２合金は、予備焼結プリフォーム１２０の、少なくとも約１０重量パーセントを占める場合がある。いくつかの実施形態では、第２合金は、予備焼結プリフォーム１２０の、７０重量％以下を占める場合がある。
【００３１】
さらにいくつかの実施形態では、基合金は、Ｔ−８００、又はＣＭ−６４を含んでもよく、第２合金は、ＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂを含んでもよい。このような実施形態では、Ｔ−８００／ＣＭ−６４のＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂに対する比は、８０％〜８５％のＴ−８００／ＣＭ−６４に対して、２０％〜１５％のＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂである。代替的には、１０％〜４０％のＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂに対する９０％〜６０％のＴ−８００／ＣＭ−６４という、Ｔ−８００／ＣＭ−６４の、ＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂに対する比が、使用され得る。
【００３２】
このような実施形態では、その後の加熱における、機械的特性、及び環境特性の潜在的低下を制限しながら、十分な量の融点降下剤を提供することができる。また、これらの実施形態では、基合金が、（例えば、予備焼結プリフォームの約３０重量％〜約７０重量％の間で）予備焼結プリフォーム１２０の残りを占めることができる。さらにいくつかの実施形態では、基合金の粒子は、予備焼結プリフォーム１２０の約４０重量％〜約７０重量％を占めることができ、組成の残部は、第２合金の粒子に占められる。基合金、及び第２合金の、特定の相対的な範囲が、本明細書に説明されているが、これらの範囲は、例示的なものに過ぎず、かつ非限定的であり、任意の他の相対的な組成が、十分な量の融点降下剤が上述のように提供されるようにして、実現され得ることを理解されたい。
【００３３】
基合金粒子、及び第２合金粒子の他には、他の成分は、予備焼結プリフォーム１２０に必要とされない場合がある。しかし、いくつかの実施形態では、バインダが、まず、基合金粒子、及び第２合金粒子と混合されて、焼結前に、より容易に成形することができる粘着性のある集塊を形成してもよい。このような実施形態では、バインダは、例えば、Ｗａｌｌ  Ｃｏｌｍｏｎｏｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、ＮＩＣＲＯＢＲＡＺーＳの名称で市販されているバインダを含むことができる。他の潜在的に適切なバインダには、Ｖｉｔｔａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＮＩＣＲＯＢＲＡＺ  ３２０、ＶＩＴＴＡ  ＧＥＬと、Ｃｏｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている、接着剤を含む他のバインダとが含まれ、これらはすべて、焼結中、きれいに揮発するであろう。
【００３４】
予備焼結プリフォーム１２０は、攪拌、揺動、回転、折りたたみ等、又はこれらの組み合わせのような、任意の適切な手段により、基合金の粉末粒子（即ち、基合金粒子）と、第２合金の粉末粒子（即ち、第２合金粒子）とを混合することによって形成されてもよい。混合後、混合物は、（即ち、組み合わせられた粉末混合物を形成するために）バインダと組み合わされ、（即ち、圧縮されたプリフォームを形成するために）鋳造して、形が作られてもよい。その間、又はその後に、バインダを、燃焼によって除去することができる。圧縮されたプリフォームは、その後、焼結作業用の、非酸化性（真空、又は不活性ガス）雰囲気炉内に置かれてもよく、この間に、基合金粉末粒子、及び第２合金粉末粒子が焼結され、構造的強度が高く、かつ多孔率が低い、予備焼結プリフォームが生産されてもよい。適切な焼結温度は、少なくとも部分的に、基合金粒子と、第２合金粒子との、特定の組成に依存する可能性がある。例えば、いくつかの実施形態では、焼結温度は、約１０１０℃〜約１２８０℃の範囲にある場合がある。いくつかの実施形態では、焼結に続いて、予備焼結プリフォームは、９５％より大きい密度を得るために、熱間等方圧加圧が施されるか、又は真空プレスされ得る。さらにいくつかの実施形態では、ホウ素含有材料のさらなる層が、予備焼結プリフォーム１２０と、非Ｚノッチ接触面１１１との間の接合部に拡散したホウ素の濃度を高めるのを助けるために、予備焼結プリフォーム１２０と、非Ｚノッチ接触面１１１との間に配置されてもよい。
【００３５】
予備焼結プリフォーム１２０はまた、いかなる適切な温度、熱源（単数又は複数）、繰り返し、ランプ速度、保持時間、サイクル、及びいかなる他の関連するパラメータを用いて、非Ｚノッチ接触面１１１と接合するために、加熱されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、接合処理を容易にするために、炉内の非酸化性雰囲気と、予備焼結プリフォーム１２０に圧力をかける方法とが提供され得る。非酸化性雰囲気を得るために、真空が、約０．０６７パスカル（Ｐａ）（０．５ミリトール）以下の圧力で、炉内に形成される。炉は、約１４℃／分（２５°Ｆ／分）の速度で、約６５０℃（１２００°Ｆ）にまで加熱され得る。約６５０℃（１２００°Ｆ）が達成されると、この温度は、約３０分間維持され得る。その後、炉の温度は、約１４℃／分（２５°Ｆ／分）の速度で、約９８０℃（１８００°Ｆ）にまで上昇され得る。約９８０℃（１８００°Ｆ）が達成されると、この温度は、約３０分間維持され得る。その後、炉の温度は、約１９℃／分（３５°Ｆ／分）の速度で、約１２０４℃〜１２１８℃（２２００°Ｆ〜２２２５°Ｆ）にまで上昇され得る。約１２０４℃〜１２１８℃（２２００°Ｆ〜２２２５°Ｆ）が達成されると、この温度は、約２０分間維持され得る。さらにいくつかの実施形態では、冷却サイクルの副工程は、予備焼結プリフォーム１２０と、基材（例えば、タービンバケットシュラウド１０８）とを内部に有するろう付け炉を、約１１２０℃（２０５０°Ｆ）にまで制御冷却することと、約６０分間、その温度を維持することとを含む。その後、炉は、約８１５℃（１５００°Ｆ）にまで、さらに冷却され得る。続いて、炉は、最終的に、大体室温にまで冷却され得る。特定の温度、時間、及びランプ速度が、本明細書に開示されているが、これらは例示的であり、かつ非限定的であることが意図されていることを理解されたい。
【００３６】
予備焼結プリフォーム１２０は、修正を施す非Ｚノッチ接触面１１１に基づいて、様々な形状を有することができる。具体的には、予備焼結プリフォーム１２０は、予備焼結プリフォーム１２０が接合する非Ｚノッチ接触面１１１と合致する形状を有する。このような実施形態により、基材の元の形状と、実質的に一致させるために、元の材料の幾らかを、すでに寸法、及び形状が定められた新たな材料で補修するか、又は置き換えることによって、１つ以上の非Ｚノッチ接触面１１１における、一貫しており、かつ便利な修正を可能にすることができる。
【００３７】
例えば、いくつかの実施形態では、図３に示されるように、非Ｚノッチ接触面１１１は、１つ以上のシールレール１１２を含んでもよい。このような実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、シールレールの形状（即ち、実質的に平行なシールレールの形状と合致する形状）を有してもよい。他の実施形態では、非Ｚノッチ接触面１１１は、１つ又は２つのＺノッチ隣接面１１６を有してもよい。このような実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、予備焼結プリフォーム１２０が接合する関連したＺノッチ隣接面１１６と合致する、実質的に平坦なプレートを含んでもよい。さらにいくつかの実施形態では、非Ｚノッチ接触面１１１は、エンジェルウィング１１８の少なくとも一部を含んでもよい。このような実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、予備焼結プリフォーム１２０が接合する関連したエンジェルウィング１１８と合致する、実質的に平坦なプレートを、同様に含んでもよい。
【００３８】
本明細書に開示、及び記載されているような、予備焼結プリフォーム１２０は、いかなる適切な技術を用いて、いかなる適切な形状にも成形され得ることを理解されたい。例えば、上述のように、予備焼結プリフォーム１２０は、基材（例えば、シュラウド１０８、又はエンジェルウィング１１８の一部のような、タービンバケット１０２の１つ以上の部分）と接合する前に、前述の形状を保持しやすくするために、部分的に炉内で焼結され得る。
【００３９】
ここで図１〜図２、及び図４〜図５を参照すると、いくつかの実施形態では、修正された部品は、予備焼結プリフォーム１２０を少なくとも部分的に覆う、耐熱材１３０に加えて、予備焼結プリフォーム１２０を含んでもよい。このような実施形態により、将来の熱処理中、予備焼結プリフォーム１２０を保護しやすくなり、下にある予備焼結プリフォーム１２０の寸法不安定性を回避、又は低減することができる。将来の熱処理には、部品の１つ以上の部分を修正するために、上昇した温度をどのように適用することも含まれる。例えば、部品が、タービンバケット１０２を含む場合、この部品は、活性化サイクル、将来のろう付けの適用、溶接修正、接合処理等の、熱処理を将来受ける可能性がある。これらはすべて、予備焼結プリフォームの温度を上昇させる可能性がある。
【００４０】
例えば、予備焼結プリフォーム１２０は、部品（例えば、タービンバケット１０２）の基材（例えば、シュラウド１０８、冷却チャネル１１７、エンジェルウィング１１８等）に、あらかじめ配置され、接合されていてもよい。いくつかの実施形態では、タービンバケット１０２は、１つ以上の冷却チャネル１１７の一端を閉じるか、そうでなければストップオフするために、タービンバケット１０２のシュラウド１０８における、１つ以上の冷却チャネル１１７に配置された、１つ以上の予備焼結プリフォーム１２０を含んでもよい。このようなストップオフは、例えば、ドリルステムで、シュラウド１０８を貫通させて冷却チャネル１１７を形成し、ストップオフが、冷却チャネル１１７を通る空気流の方向を変えるために必要とされる場合に、利用され得る。
【００４１】
さらにいくつかの実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、例えば、上述のような事前の修正処理の際から、１つ以上の非Ｚノッチ接触面１１１に存在していてもよい。他の実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、例えば、部品が、いかなる他の、ニッケル系超合金、コバルト系超合金、又は鉄系超合金を含む場合、いかなる他のタイプの基材の表面に存在していてもよい。
【００４２】
図４、及び図５に最もよく示されるように、予備焼結プリフォーム１２０を、将来の加熱から保護しやすくするために、耐熱材１３０が、予備焼結プリフォーム１２０を、少なくとも部分的に覆っていてもよい。耐熱材１３０は、予備焼結プリフォーム１２０を少なくとも部分的に覆うことができ、予備焼結プリフォーム１２０よりも融解温度が高い、いかなる１つの材料、又は複数の材料を含んでもよい。
【００４３】
例えば、いくつかの実施形態では、耐熱材１３０は、粉末材コーティングを含んでもよい。適切な粉末材コーティングには、例えば、任意の適切な技術を用いて、予備焼結プリフォーム１２０に堆積された、粉末合金が含まれる場合がある。例えば、いくつかの特定の実施形態では、耐熱材１３０は、高速フレーム（ＨＶＯＦ）溶射を適用することによって塗布されるＴｒｉｂａｌｏｙ  Ｔ−８００を含んでもよい。いくつかの実施形態では、耐熱材１３０は、ろう付け材料を含んでもよい。ろう付け材料は、少なくとも部分的に溶解し、予備焼結プリフォーム１２０に接合することができる、いかなる金属、又は合金を含んでもよい。さらにいくつかの実施形態では、耐熱材１３０自体が、（例えば、異なる量、又はより多くの量の基合金により）すでに基材に接合された、予備焼結プリフォームよりも融解温度が高い、別個の予備焼結プリフォームを含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、別個の予備焼結プリフォームを備える耐熱材１３０は、（例えば、９０重量％〜９５重量％、又は約９２．５重量％で）基合金のＴｒｉｂａｌｏｙ  Ｔ−８００、及び／又は（例えば、５重量％〜１０重量％、又は約８．５重量％で）第２合金のＭＡＲ  Ｍ−５０９Ｂを含んでもよい。これらの実施形態により、部品（例えば、タービンバケット１０２）が、部品の元の寸法、及び形状を復元するために材料の添加を必要とする際に、修正、及び／又は熱作業が、特に容易になり得る。
【００４４】
いくつかの実施形態では、耐熱材１３０は、セラミック塗料を含んでもよい。このような実施形態のセラミック塗料は、下にある予備焼結プリフォーム１２０よりも融解温度が高い、いかなる材料組成を有してもよい。セラミック塗料は、他のコーティングの代替品ほど、厚みが大きくならないため、これらの実施形態により、部品（例えば、タービンバケット１０２）が、すでに目標の寸法、及び形状である場合、又はそれに近い場合、修正、及び／又は熱作業が、特に容易になり得る。
【００４５】
用途に応じて、耐熱材１３０は、加熱後に、さらに仕上げ処理を施されてもよく、又は修正された部品（例えば、タービンバケット１０２）が、動作中に続けて再利用できるように、加熱後に、仕上げ処理が施されていない状態で残されてもよい。
【００４６】
ここでさらに図６を参照すると、本明細書に開示される１つ以上の実施形態による、タービンバケット１０２等の基材をろう付けする方法２００が、示されている。方法２００は、始めに、ステップ２１０において、基材（例えば、タービン部品１０２）を設置することを含み、ここでは、基材（例えば、タービン部品１０２）は、非Ｚノッチ接触面１１１を有する修正面を含む。いくつかの実施形態では、ステップ２１０において基材を設置することは、例えば、材料を取り除くこと、及び／又はマイクロブラストのような、いかなる適切な機械的方法、又は化学的方法によって洗浄することにより、修正面の準備をすることを含む場合がある。
【００４７】
方法２００は、その後、ステップ２２０において、予備焼結プリフォーム１２０を、修正面（例えば、シールレール１１２、Ｚノッチ隣接面１１６、又はエンジェルウィング１１８）に配置することと、予備焼結プリフォーム１２０を修正面に接合するために、ステップ２３０において、前述の予備焼結プリフォーム１２０を加熱することとを含む。上述のように、ステップ２３０における、加熱を行う際の、温度、熱源（単数又は複数）、繰り返し、ランプ速度、保持時間、サイクル、及びいかなる他の関連するパラメータは、予備焼結プリフォーム１２０を修正面に接合するために、調整され得る。
【００４８】
ここでさらに図７を参照すると、本明細書に開示された１つ以上の実施形態による、タービンバケット１０２等の基材をろう付けする別の方法３００が、示されている。方法３００は、始めに、ステップ３１０において、基材（例えば、タービン部品１０２）を設置することを含み、ここでは、基材（例えば、タービン部品１０２）は、予備焼結プリフォーム１２０をあらかじめ含んでいる。本明細書に開示されるように、適切ではあるが、非限定的な例には、１つ以上の冷却チャネル１１７のストップオフとして作用する予備焼結プリフォーム１２０を含むタービンバケットシュラウド１０８と、さらに、１つ以上の非Ｚノッチ接触面１１１に接合した、１つ以上の予備焼結プリフォーム１２０を含むタービンバケット１０２とが挙げられる。
【００４９】
方法３００は、その後、ステップ３２０において、耐熱材１３０により、予備焼結プリフォーム１２０を、少なくとも部分的に覆うことを含む。上述のように、耐熱材１３０は、続いて加熱を行う間に、予備焼結プリフォーム１２０のいかなる寸法不安定性を防止、又は回避するのに役立つように、予備焼結プリフォーム１２０よりも融解温度が高い。耐熱材１３０は、例えば、粉末材コーティング、ろう付け部、別個の予備焼結プリフォーム、又はセラミック塗料さえ含む可能性がある。
【００５０】
方法３００は、ステップ３３０において、基材（例えば、タービンバケット１０２）の表面で、前述の予備焼結プリフォーム１２０を加熱することをさらに含む。上述のように、ステップ３３０における、加熱を行う際の、温度、熱源（単数又は複数）、繰り返し、ランプ速度、保持時間、サイクル、及びいかなる他の関連するパラメータは、関連する熱作業を容易にするために、必要に応じて調整され得る。
【００５１】
本発明を、限られた数の実施形態のみに関連させて、詳細に説明してきたが、本発明が、そのような開示された実施形態に限定されないことは、容易に理解されるであろう。むしろ、本明細書に説明されてはいないが、本発明の趣旨、及び範囲に相当する、いかなる数の、変形、代替、置換、又は均等な構成を組み込むように、本発明を修正することが可能である。また、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様は、記載した実施形態のうち、いくつかの実施形態のみを含む可能性があることを理解されたい。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されると見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００５２】
１００  燃焼タービンエンジン、エンジン
１０２  タービンバケット、バケット
１０４  ハブ
１０６  翼形部
１０８  タービンバケットシュラウド、シュラウド
１１０  Ｚノッチ
１１１  非Ｚノッチ接触面
１１２  シールレール
１１４  嵌合面
１１６  Ｚノッチ隣接面
１１７  冷却チャネル
１１８  エンジェルウィング
１２０  予備焼結プリフォーム
１３０  耐熱材
２００  方法
２１０  ステップ（設置する）
２２０  ステップ（配置する）
２３０  ステップ（加熱する）
３００  方法
３１０  ステップ（設置する）
３２０  ステップ（覆う）
３３０  ステップ（加熱する）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016014390.tif 000008
【図７】
2016014390.tif 000009
【外国語明細書】
2016014390000001.pdf