(57)【要約】【課題】高温耐性表面を有する部品の製造方法が提供される。【解決手段】方法は、基材に金属粉末を供給する工程と、金属粉末の少なくとも一部を接合させるのに十分な温度に金属粉末を加熱して、初期層を形成する工程と、初期層の上に追加の層を逐次形成する工程であって、金属粉末の分配層の少なくとも一部を接合させるとともに形成された追加の層を下層に接合させるのに十分な温度に金属粉末の分配層を加熱することによって初期層の上に追加の層を逐次形成する工程と、既に形成された層の上に追加の層を逐次形成する工程を繰り返して、部品の造形部分を形成する工程と、任意には部品の造形部分及び基材の一部を除去する工程とを含む。高温耐性表面を有する部品も提供される。【選択図】図１
2016196702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品の製造方法であって、当該方法が、
基材に金属粉末を供給する工程と、
金属粉末の少なくとも一部を接合させるのに十分な温度に金属粉末を加熱して、初期層を形成する工程と、
初期層の上に追加の層を逐次形成する工程であって、金属粉末の分配層の少なくとも一部を接合させるとともに形成された追加の層を下層に接合させるのに十分な温度に金属粉末の分配層を加熱することによって初期層の上に追加の層を逐次形成する工程と、
既に形成された層の上に追加の層を逐次形成する工程を繰り返して、部品の造形部分を形成する工程と、
任意には部品の造形部分及び基材の一部を除去する工程と
を含んでおり、部品が、造形部分と基材又は造形部分と基材の一部から形成される、方法。
【請求項２】
高温基材が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料から形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
高温基材が非金属材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
金属粉末を加熱する工程が、集束エネルギー源を金属粉末に制御可能に照射する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
基材と金属粉末の組成が異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
基材が中間皮膜層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
中間皮膜層がニッケル基超合金である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
中間皮膜層と金属粉末が異種である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
部品が、ノズル、バケット、シュラウド、燃焼器、燃料スワーラー、マイクロミキサー及びカートリッジチップからなる群から選択される部品である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
除去工程後、基材の一部に遮熱コーティングを施工する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
構造の形成後に、
構造をさらに圧密化するのに十分な高温・高圧下で構造を熱間静水圧プレスする工程と、次いで
構造内部の偏析合金元素を分配するのに十分な高温で十分な時間構造を溶体化する工程と
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
部品の製造方法であって、
基材に金属粉末を供給する工程であって、金属粉末が基材とは異種材料である工程と、
金属粉末の少なくとも一部を溶接するのに十分な温度に金属粉末を加熱して、初期層を形成する工程と、
初期層の上に追加の層を逐次形成する工程であって、金属粉末の分配層の少なくとも一部を溶接するとともに形成される追加の層を下層に溶接するのに十分な温度に金属粉末の分配層を加熱することによって初期層の上に追加の層を逐次形成する工程と、
既に形成された層の上に追加の層を逐次形成する工程を繰り返して、部品の造形部分を形成する工程と、
任意には部品の造形部分及び基材の一部を除去する工程と
を含んでおり、部品が、造形部分と基材又は造形部分と基材の一部から形成され、高温基材が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料から形成される、方法。
【請求項１３】
部品の造形部分及び高温耐性表面を有する基材の一部を含み、造形部分が、金属粉末の逐次接合層を含み、基材が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、部品。
【請求項１４】
造形部分及び基材の一部の中間に配設された中間皮膜層をさらに含む、請求項１３に記載の部品。
【請求項１５】
高温耐性表面が、火炎接触面である、請求項１３に記載の部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、高温耐性表面を有する三次元造形部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンシステムは、効率を向上させるとともにコスト削減のため絶えず改良されている。例えば、タービンシステムの作動温度が高まるように改良すると、タービンシステムの効率を増大させることができる。タービンシステムの作動温度を上昇させる方法として、システム部品に冷却特徴部を形成することが挙げられる。これらの冷却特徴部は三次元（３Ｄ）プリンティングのような特殊な製造方法を用いて形成されることが多く、入り組んだ又は複雑な冷却特徴部を形成することができる。しかし、３Ｄプリンティングは、現状では、簡単に溶接できると考えられる材料に制限されている。
【０００３】
タービンシステムの作動温度を上昇させるための別の方法として、継続供用中にこうした温度に耐えることができる材料から部品を形成することが挙げられる。一般に「高温」材料と呼ばれるこれらの材料は依然として、所望の作動温度で冷却を必要とする。しかし、高温材料は、通常、３Ｄプリンティング技術を用いて溶接できるとは考えられていない。そのため、高温材料の冷却に３Ｄプリンティングの能力を有効活用することは、現状では限られている。
【０００４】
粉末を混合又は変更する場合、未使用粉末の大部分はビルド後にスクラップされる。しばしば、シングルビルドにおいて７５％を超える粉末が未使用であり、少なくとも７５％の粉末材料がスクラップされることになるが、これは非経済的であり、粉末廃棄物を生じる。加えて、粉末の混合又は変更は、製造字にむらのあるビルドを招くおそれがある。
【０００５】
プロセス及び／又は形成された部品の特性が改善された部品及び方法が当技術分野で望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２０１３２６２７号
【発明の概要】
【０００７】
ある例示的な実施形態では、部品の製造方法は、基材に金属粉末を供給する工程と、金属粉末の少なくとも一部を接合させるのに十分な温度に金属粉末を加熱して、初期層を形成する工程と、初期層の上に追加の層を逐次形成する工程であって、金属粉末の分配層の少なくとも一部を接合させるとともに形成された追加の層を下層に接合させるのに十分な温度に金属粉末の分配層を加熱することによって初期層の上に追加の層を逐次形成する工程と、既に形成された層の上に追加の層を逐次形成する工程を繰り返して、部品の造形部分を形成する工程と、任意には部品の造形部分及び基材の一部を除去する工程とを含む。部品は、造形部分及び基材、又は造形部分及び基材の一部から形成される。
【０００８】
別の例示的な実施形態では、部品の製造方法は、基材に金属粉末を供給する工程であって、金属粉末が基材とは異なる工程と、金属粉末の少なくとも一部を溶接するのに十分な温度に金属粉末を加熱して、初期層を形成する工程と、初期層の上に追加の層を逐次形成する工程であって、金属粉末の分配層の少なくとも一部を溶接するとともに形成される追加の層を下層に溶接するのに十分な温度に金属粉末の分配層を加熱することによって初期層の上に追加の層を逐次形成する工程と、既に形成された層の上に追加の層を逐次形成する工程を繰り返して、部品の造形部分を形成する工程と、任意には部品の造形部分及び基材の一部を除去する工程とを含む。部品は、造形部分及び基材、又は造形部分及び基材の一部から形成される。高温基材は、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料から形成される。
【０００９】
別の例示的な実施形態では、部品は、部品の造形部分及び高温耐性表面を有する基材の一部を含む。造形部分は、金属粉末の逐次接合層を含み、基材は、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む。
【００１０】
本発明のその他の特徴及び利点については、本発明の原理を例示する図面と併せて好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を参照することによって明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】部品の製造方法のフローチャートである。
【図２】部品の製造方法のプロセス図である。
【図３】開示の実施形態に従う部品の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を通して、同じ部材にはできるだけ同じ符号を用いた。
【００１３】
高温耐性表面を有する部品及び高温耐性表面を有する部品の製造方法を提供する。本開示の実施形態は、本明細書に開示される特徴の１つ以上を用いていない部品及び方法と比較して、高温材料を含む部品の積層造形（ＡＭ；付加製造ともいう。）を提供し、温度耐性を増大させ、製造コストを削減し、廃棄材料を低減し、製造効率を増大させ、３Ｄ造形部分の高温耐性材料への取り付け又はこれらの組合せを提供する。
【００１４】
図１〜図２を参照して、一実施形態では、部品２００の製造方法１００は、積層法を含む。積層法は、ネット又はニアネット形状構造を製造及び／又は形成するためのいずれかの製造方法を含む。本明細書で用いる「ニアネット」という用語は、構造、例えば部品２００が、構造の最終幾何学形状及びサイズと酷似した幾何学形状及びサイズで形成され、積層造形後に機械加工及び加工処理をほとんど又は全く必要としないことをいう。本明細書で用いる「ネット」という用語は、構造が、機械加工及び加工処理を必要としない幾何学形状及びサイズで形成されることをいう。積層造形法で形成された構造は、いずれかの好適な幾何学形状を含み、例えば限定されるものではないが、正方形、長方形、三角形、円形、半円、楕円、台形、八角形、ピラミッド形、そこに形成された特徴を有する幾何学形状、いずれかの他の幾何学形状又はこれらの組合せが挙げられる。例えば、積層法は、部品２００において、冷却特徴部、例えばピンバンクを形成する工程を含んでいてもよい。
【００１５】
好適な積層造形方法としては、限定されるものではないが、直接金属レーザー溶融法（ＤＭＬＭ）、直接金属レーザー焼結法（ＤＭＬＳ）、レーザ直接積層法（ＬＥＮＳ：Laser Engineered Net Shaping）、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）、電子ビーム溶融法（ＥＢＭ）のような当業者に公知のプロセスが挙げられる。
【００１６】
図１〜図２に示すように、一実施形態では部品２００の製造方法１００は、金属粉末２０３を基材２０１に供給する工程（工程１０１）、金属粉末２０３の少なくとも一部を接合するのに十分な温度に金属粉末２０３を加熱して初期層２０５を形成する工程（工程１０３）、初期層２０５の上に追加の層２０７を逐次形成し、部品２００の造形部分２１０を形成する工程（工程１０５）、及び任意には造形部分２１０及び基材２０１の一部を除去して部品２００を形成する工程（工程１０９）を含む。初期層２０５の上に追加の層２０７を逐次形成する工程（工程１０５）は、金属粉末２０３の分配層２０６を、分配層２０６の少なくとも一部を接合し、形成される追加の層２０７を下層に接合するのに十分な温度に加熱する工程を含む。別の実施形態では、方法１００は、既に形成された層２０８の上に追加の層２０７を逐次形成する工程を繰り返して、部品２００の造形部分２１０を形成する工程（工程１０７）を含む。既に形成された層は、基材２０１の上に形成されたいずれかの層を含み、これは初期層２０５及び／又は初期層２０５に直接又は間接的に接合されたいずれかの他の追加の層２０７を含む。
【００１７】
金属粉末２０３（工程１０３）を加熱する工程は、金属粉末２０３の少なくとも一部を共に接合するのに十分な温度に金属粉末２０３を加熱するためのいずれかの好適な方法を含む。例えば、一実施形態では、金属粉末を接合するのに十分な温度に金属粉末２０３（工程１０３）を加熱する工程は、金属粉末２０３を溶融する工程を含む。別の実施形態では、金属粉末を接合するのに十分な温度に金属粉末２０３を加熱する工程（工程１０３）は、金属粉末２０３の少なくとも一部を焼結する工程と、金属粉末２０３を溶接する工程と、又はこれらの組合せを含む。さらなる実施形態では、金属粉末２０３を加熱する工程（工程１０３）は、金属粉末２０３に集束エネルギー源２０２を制御可能に照射する工程を含む。
【００１８】
好適な集束エネルギー源としては、限定されるものではないが、レーザー装置、電子ビーム装置又はこれらの組合せが挙げられる。レーザー装置は、金属粉末２０３を溶融及び／又は溶接するために出力範囲及び移動速度で作動するいずれかのレーザー装置、例えば限定されるものではないがファイバーレーザー、ＣＯ2レーザー又はＮＤ−ＹＡＧレーザーを含む。一実施形態では、出力範囲としては、１２５〜５００ワット、１５０〜５００ワット、１５０〜４００ワット、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲が挙げられるが、限定されるものではない。別の実施形態では、移動速度は、４００〜１２００ｍｍ／ｓｅｃ、５００〜１２００ｍｍ／ｓｅｃ、５００〜１０００ｍｍ／ｓｅｃ、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲が挙げられるが、限定されるものではない。例えば、さらなる実施形態では、集束エネルギー源２１０は、１２５〜５００ワットの出力範囲において、４００〜１２００ｍｍ／ｓｅｃの移動速度で、１〜３のコンツアーパスの間に作動する。別の実施形態では、集束エネルギー源２１０は、約０．０８ｍｍ〜０．２ｍｍのハッチ間隔を含む。
【００１９】
集束エネルギー源のパラメータは、造形部分２１０及び／又はビルドの各層の所望の厚さを形成するために使用される金属粉末２０３の材料に依存する。金属粉末２０３のための好適な材料としては、積層造形を通して接合できるいずれかの材料が挙げられ、例えば限定されるものではないが、金属、金属合金、超合金、鋼、ステンレス鋼、ツール鋼、ニッケル、コバルト、クロム、チタン、アルミニウム又はこれらの組合せが挙げられる。例えば、一実施形態では、金属粉末２０３のための材料としては、コバルト（Ｃｏ）−クロム（Ｃｒ）−モリブデン（Ｍｏ）合金、例えば限定されるものではないが、７０Ｃｏ−２７Ｃｒ−３Ｍｏが挙げられる。別の実施形態では、金属粉末２０３は、約５０％〜約５５％の合わせたニッケル及びコバルト、約１７％〜約２１％のクロム、約４．７５％〜約５．５０％の合わせたニオブ及びタンタル、約２．８０％〜約３．３０％のモリブデン、約０．６５％〜約１．１５％のチタン、約０．２％〜約０．８０％のアルミニウム、約０．０８％以下の炭素、約０．３５％以下のマンガン、約０．３５％以下のケイ素、約０．０１５％以下のリン、約０．０１５％以下の硫黄、約１．０％以下のコバルト、約０．３％以下の銅、残部の鉄及び不可避不純物の組成を有する。別の実施形態では、金属粉末２０３は、重量で、約１８．０％〜約２２％のクロム、約９．０％〜約１１．０％のコバルト、約８．０％〜約９．０％のモリブデン、約１．９％〜約２．３％のチタン、約１．３％〜約１．７％のアルミニウム、約１．５％以下の鉄、約０．３％以下のマンガン、約０．１５％以下のケイ素、約０．０４％〜約０．０８％の炭素、約０．００８％以下のホウ素、残部のニッケル及び不可避不純物の組成を有する。
【００２０】
一実施形態では、初期層２０５及び／又はいずれかの追加の層２０７を接合して造形部分２１０を形成した後、基材２０１は、部品２００のための高温表面２１１を形成する。別の実施形態では、初期層２０５及び／又はいずれかの追加の層２０７を接合して造形部分２１０を形成した後、任意には、造形部分２１０及び基材２０１の一部を除去する工程（工程１０９）は、基材２０１を切断又は粉砕して部品２００のための高温表面２１１を形成する工程を含む。基材２０１を切断する１つの好適な方法は、ワイヤ放電加工を含む。一実施形態では、ワイヤ放電加工は、基材２０１を切り抜け、基材２０１の約１ｍｍ（０．０４インチ）〜約６ｍｍ（０．２４インチ）、約１．５ｍｍ（０．０６インチ）〜約５ｍｍ（０．２０インチ）、約２ｍｍ（０．０８インチ）〜約４ｍｍ（０．１６インチ）、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲を取り除く。ワイヤ放電加工、又は他の除去方法（工程１０９）は、基材２０１（高温表面２１１を含む）の一部を残し、造形部分２１０に固定し、部品２００を形成する。基材２０１のいずれかの過剰の部分は、次いで機械加工で除かれてもよく、部品２００を形成する。
【００２１】
例えば、除去（工程１０９）及び／又は機械加工後、造形部分２１０に固定される基材２０１の部分は、約１０ｍｍ（０．３９インチ）以下、約０．５ｍｍ（０．０２インチ）〜約１０ｍｍ（０．３９インチ）、約８ｍｍ（０．３２インチ）以下、約１ｍｍ（０．０４インチ）〜約８ｍｍ（０．３２インチ）、約６ｍｍ（０．２４インチ）以下、約０．５ｍｍ（０．０２インチ）〜約６ｍｍ（０．２４インチ）、約１ｍｍ（０．０４インチ）〜約６ｍｍ（０．２４インチ）、約２ｍｍ（０．０８インチ）〜約６ｍｍ（０．２４インチ）、約４ｍｍ（０．１６インチ）以下、約２ｍｍ（０．０８インチ）以下、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲の厚さを含む。
【００２２】
初期層２０５及び各追加の層２０７は、２０〜１００μｍ（０．０００８〜０．００４インチ）、２０〜８０μｍ（０．０００８〜０．００３２インチ）、４０〜６０μｍ（０．００１６〜０．００２４インチ）、又はこれらのいずれかの他の組合せ、部分的組合せ、範囲もしくは部分的範囲の厚さを含む。初期層２０５の厚さは、追加の層２０７のそれぞれの厚さに等しい又は異なり、これは追加の層２０７のそれぞれについて維持又は変更される。造形部分２１０に固定される基材２０１の一部の厚さとしては、約６０ｍｍ以下、約５０ｍｍ以下、約４０ｍｍ以下、約２０ｍｍ〜約６０ｍｍ、約３０ｍｍ以下、約２０ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、約８ｍｍ以下、約６ｍｍ以下、約２ｍｍ〜約１０ｍｍ、約２ｍｍ〜約６ｍｍ、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲が挙げられるが、限定されるものではない。初期層２０５、各追加の層２０７、及び基材２０１の厚さに基づいて、部品２００の厚さは、２５０〜３５００００μｍ（０．０１０〜１３．７８インチ）、２５０〜２０００００（０．０１０〜７．８７インチ）、２５０〜５００００μｍ（０．０１０〜１．９７インチ）、２５０〜６３５０μｍ（０．０１０〜０．２５０インチ）、或いはこれらの任意の組合せ又は二次的組合せ又は範囲又は部分範囲のいずれかの好適な厚さを含む。
【００２３】
本明細書に開示される１つ以上の方法に従って形成された部品２００は、高温（例えば少なくとも１５００°Ｆの温度が挙げられるが、限定されるものではない）に曝されるいずれかの部品表面を含む。好適な部品としては、燃焼部品、タービン部品、ガスタービン部品、高温ガス通路部品、又はこれらの組合せが挙げられる。例えば、１つの好適な部品は、火炎接触面である高温表面２１１を有するマイクロミキサーを含む。別の例としては、基材を有するシュラウド及び付加部分を含み、基材は作動中に高温ガスに曝され、付加部分は冷却特徴部、例えばピンバンク（部品の高温側の冷却を促進する）を形成する。他の好適な部品としては、ノズル、シュラウド、燃焼器、燃料スワーラー、カートリッジチップ、又はこれらの組合せが挙げられるが、限定されるものではない。部品２００はまた、部分的部品、例えば翼形部に取り付けるように構成された後縁を含んでいてもよい。
【００２４】
一実施形態では、基材２０１及び金属粉末２０３の組成は異なる。例えば、別の実施形態では、基材２０１は、高温材料であり、及び／又は耐摩耗性材料であり、金属粉末２０３は、上記で開示されるような、積層造形に好適ないずれかの材料を含む。造形部分２１０及び基材２０１を接合した後に、基材２０１の高温材料は部品２００の高温耐性部分を形成する。高温耐性部分は、部品２００の他の部分に比べて、高温においてその強度及び／又は形状を維持する又は実質的に維持するいずれかの部分を含む。例えば、基材２０１は、部品２００の高温表面２１１を含んでいてもよく、例えばマイクロミキサーの炎保持側又は高温ガス通路部品、例えばノズル又はシュラウドの外部であるが、限定されるものではない。
【００２５】
加えて又は別の方法として、基材２０１は、非溶接可能又は溶接耐性材料を含んでいてもよい。本明細書で用いる非溶接可能な材料は、クラックを生じる又は現在の溶接技術から損傷を受けるいずれかの材料である。基材２０１が非溶接可能な材料を含む場合、本明細書に開示される方法１００に従う初期層２０５及び／又は追加の層２０７の基材２０１への接合は、造形部分２１０を基材２０１に固定し、これがクラッキングがない、又はクラッキングが実質的にないままである。例えば、一実施形態では、造形部分２１０は、ピンバンクを含み、基材２０１に接合され、これは接合によるクラッキングがない又はクラッキングが実質的にない。
【００２６】
基材２０１に好適な材料としては、少なくとも１５００°Ｆの温度でその強度及び／又は形状を維持する又は実質的に維持するいずれかの高温及び／又は非溶接可能な材料が挙げられる。例えば、好適な材料としては、金属材料；合金、例えばニッケル基超合金、コバルト基超合金、及び／又は鉄基超合金；非金属材料、例えばセラミック材料；又はこれらの組合せが挙げられるが、限定されるものではない。加えて、基材２０１は、部品２００の部分を形成するために及び／又はそこに積層造形部分を形成するためにいずれかの好適な形状及び／又は幾何学形状を含む。好適な形状及び／又は幾何学形状としては、平坦、実質的に平坦、湾曲、規則的、不規則的、又はこれらの組合せが挙げられるが、限定されるものではない。例えば、基材２０１は、平坦又は実質的に平坦なベースプレート、物品の平坦化又は実質的に平坦化された表面又は非平坦表面を含んでいてもよい。
【００２７】
基材２０１のための１つの好適な材料は、重量％で、５．２５％〜５．７５％のアルミニウム（Ａｌ）、０．６％〜０．９％のチタン（Ｔｉ）、２．８％〜３．３％のタンタル（Ｔａ）、８．０％〜８．７％のクロム（Ｃｒ）、９．０％〜１０．０％のコバルト（Ｃｏ）、０．４％〜０．６％のモリブデン（Ｍｏ）、９．３％〜９．７％のタングステン（Ｗ）、０．１２％以下のケイ素（Ｓｉ）、１．３％〜１．７％のハフニウム（Ｈｆ）、０．０１％〜０．０２％のホウ素（Ｂ）、０．１％以下の炭素（Ｃ）、０．００５％〜０．０２％のジルコニウム（Ｚｒ）、０．２％以下の鉄（Ｆｅ）、０．１％以下のマンガン（Ｍｎ）、０．１％以下の銅（Ｃｕ）、０．０１％以下のリン（Ｐ）、０．００４％以下の硫黄（Ｓ）、０．１％以下のニオブ（Ｎｂ）、残部のニッケル（Ｎｉ）及び不可避不純物の組成を含む。
【００２８】
基材２０１の別の好適な材料としては、重量％で、約５．０％〜約１０．０％のコバルト、約５．０％〜約１０．０％のクロム、約３．０％〜約８．０％のタンタル、約５．０％〜約７．０％のアルミニウム、約３．０％〜約１０％のタングステン、約６．０％以下のレニウム、約２．０％以下のモリブデン、約０．５０％以下のハフニウム、約０．０７％以下の炭素、約０．０１５％以下のホウ素、約０．０７５％以下のイットリウム、残部のニッケル及び不可避不純物の組成を有する材料を含む。例えば、一実施形態では、基材２０１は、重量％で、約７．５％のコバルト、約７．０％のクロム、約６．５％のタンタル、約６．２％のアルミニウム、約５．０％のタングステン、約３．０％のレニウム、約１．５％のモリブデン、約０．１５％のハフニウム、約０．０５％の炭素、約０．００４％のホウ素、約０．０１％のイットリウム、残部のニッケル及び不可避不純物の公称組成を有する材料を含む。
【００２９】
一実施形態では、図３に示すように、中間層３０１は、造形部分２１０及び基材２０１の中間に配設される。別の実施形態では、中間層３０１は、金属粉末２０３を基材２０１に供給する（工程１０１）前に、基材２０１に施工される。さらなる実施形態では、中間層３０１は、平坦に又は実質的に平坦に機械加工され、次いで金属粉末２０３は、基材２０１に供給される。中間層３０１は、いずれかの施工方法によって施工され、例えば展延、堆積、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、又はこれらの組合せが挙げられるが、限定されるものではない。中間層３０１は、金属粉末２０３と同じ、これらと同様、これらとは異なっていてもよい。好適な中間層としては、緩衝剤層、金属層、金属合金層、例えばニッケル基超合金、又はこれらの組合せが挙げられるが、限定されるものではない。例えば、１つの好適な中間層３０１は、重量で、約２０％〜約２３％のクロム、約８％〜約１０％のモリブデン、約４．０％〜約６．０％の鉄、約０．５％以下のケイ素、約０．５％以下のマンガン、約０．１％以下の炭素、残部のニッケル及び不可避不純物の組成を含む。別の好適な中間層３０１は、重量で、約２０％〜約２４％のクロム、約２０％〜約２４％のニッケル、約１３％〜約１５％のタングステン、約０．０５％〜約０．１５％の炭素、約０．０２％〜約０．１２％のランタン、約３％以下の鉄、約１．２５％以下のマンガン、約０．０１５％以下のホウ素、残部のコバルト及び不可避不純物の組成を含む。
【００３０】
追加的に、方法１００はさらに、部品２００を熱間静水圧プレスする（ＨＩＰ工程）及び／又は部品２００を溶体化熱処理（溶体化）する工程を含んでいてもよい。ＨＩＰ工程は、造形部分２１０を形成した後、部品２００をさらに圧密化するのに十分な高温・高圧下で部品２００をプレスする工程を含む。例えば、別の実施形態では、部品２００は、１１４９℃〜１２６０℃（２１００°Ｆ〜２３００°Ｆ）の高温及び６８．９５ＭＰａ〜１３７．９ＭＰａ（１００００ｐｓｉ〜２００００ｐｓｉ）の高圧で３〜５時間ＨＩＰされる。ＨＩＰ工程はさらに、部品２００を圧密化して、部品２００の密度を、例えば約９７％〜９９％乃至約９９．５％〜９９．９％増大させる。溶体化は、造形部分２１０を形成した後及び／又は部品２００のＨＩＰ工程後、部品２００を真空中で、１０９３℃〜１２０５℃（２０００°Ｆ〜２２００°Ｆ）の高温で１〜２時間処理する工程を含む。高温は、部品２００内部の偏析合金元素を分配するのに十分な温度を含む。ＨＩＰ処理温度及び熱処理温度は、粉末の組成及び所望の特性に大きく依存することは当業者には明らかであろう。
【００３１】
方法１００はまた、除去工程（工程１０９）の後、任意には、例えばボンドコート及び／又は遮熱コーティング（ＴＢＣ）のような皮膜２２１を基材２０１に施工する工程（工程１１１）を含んでいてもよい。ボンドコートは、いずれかの好適なボンドコートを含み、例えばこれらとしては、ＭＣｒＡｌＹボンドコートが挙げられるが、限定されるものではない。別の実施形態では、皮膜２２１は、基材２０１の高温表面２１１に施工される。例えば、さらなる実施形態では、造形部分２１０は、基材２０１に形成され、基材２０１の部分は除去されて、部品２００を形成し、次いでボンドコート及び／又はＴＢＣは、造形部分２１０の反対側の基材２０１の高温表面２１１に溶射される。
【００３２】
本発明を好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、その要素を種々変更することができ、均等物で置換することができることは当業者には明らかであろう。さらに、特定の状況又は材料に適応させるために、その本質的範囲から逸脱することなく、本発明の教示に多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に属するあらゆる実施形態を包含する。
［実施態様１］
部品の製造方法であって、
基材に金属粉末を供給する工程と、
金属粉末の少なくとも一部を接合させるのに十分な温度に金属粉末を加熱して、初期層を形成する工程と、
初期層の上に追加の層を逐次形成する工程であって、金属粉末の分配層の少なくとも一部を接合させるとともに形成された追加の層を下層に接合させるのに十分な温度に金属粉末の分配層を加熱することによって初期層の上に追加の層を逐次形成する工程と、
既に形成された層の上に追加の層を逐次形成する工程を繰り返して、部品の造形部分を形成する工程と、
任意には部品の造形部分及び基材の一部を除去する工程と
を含んでおり、部品が、造形部分と基材又は造形部分と基材の一部から形成される、方法。
［実施態様２］
高温基材が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料から形成される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
高温基材がニッケル基超合金である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
高温基材が非金属材料である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
金属粉末を加熱する工程が、集束エネルギー源を金属粉末に制御可能に照射する工程を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
基材と金属粉末の組成が異なる、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
基材が中間皮膜層を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
中間皮膜層がニッケル基超合金である、実施態様７に記載の方法。
［実施態様９］
中間皮膜層と金属粉末が異種である、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１０］
部品が、ノズル、バケット、シュラウド、燃焼器、燃料スワーラー、マイクロミキサー及びカートリッジチップからなる群から選択される部品である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１１］
除去工程が、ワイヤ放電加工で基材を切断する工程を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１２］
除去工程後、基材の一部に遮熱コーティングを施工する工程をさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１３］
基材の一部が、火炎接触面を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１４］
金属粉末を接合するのに十分な温度に金属粉末を加熱して、初期層を形成する工程が、金属粉末を溶融する工程を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１５］
金属粉末を接合するのに十分な温度に金属粉末を加熱して、初期層を形成する工程が、金属粉末を焼結する工程を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１６］
構造の形成後に、
構造をさらに圧密化するのに十分な高温・高圧下で構造を熱間静水圧プレスする工程と、次いで
構造内部の偏析合金元素を分配するのに十分な高温で十分な時間構造を溶体化する工程と
をさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１７］
部品の製造方法であって、
基材に金属粉末を供給する工程であって、金属粉末が基材とは異種材料である工程と、
金属粉末の少なくとも一部を溶接するのに十分な温度に金属粉末を加熱して、初期層を形成する工程と、
初期層の上に追加の層を逐次形成する工程であって、金属粉末の分配層の少なくとも一部を溶接するとともに形成される追加の層を下層に溶接するのに十分な温度に金属粉末の分配層を加熱することによって初期層の上に追加の層を逐次形成する工程と、
既に形成された層の上に追加の層を逐次形成する工程を繰り返して、部品の造形部分を形成する工程と、
任意には部品の造形部分及び基材の一部を除去する工程と
を含んでおり、部品が、造形部分と基材又は造形部分と基材の一部から形成され、高温基材が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料から形成される、方法。
［実施態様１８］
部品の造形部分及び高温耐性表面を有する基材の一部を含み、造形部分が、金属粉末の逐次接合層を含み、基材が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、部品。
［実施態様１９］
造形部分及び基材の一部の中間に配設された中間皮膜層をさらに含む、実施態様１８に記載の部品。
［実施態様２０］
高温耐性表面が、火炎接触面である、実施態様１８に記載の部品。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
2016196702000001.pdf