(57)【要約】      （修正有）【課題】エーロフォイルなどのガスタービンエンジンの部品が、動作中に擦り減りタービンの効率が低下しない物品、タービン部品、及びエーロフォイルの処理方法を提供する。【解決手段】溶着困難（ｈｔｗ）合金を含むタービン部品１０６のためのタービン部品処理方法として、低温噴射装置３０４から構造材料３０２の複数の粒子を低温噴射し、複数の粒子を塑性変形させることにより、非変質表面３００に塗布する。複数の粒子に衝撃を与えて、構造材料３０２とｈｔｗ合金との間に機械的な結合を形成することを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品（１００）から変質領域（２００）を除去して非変質表面（３００）を形成するステップであって、前記物品（１００）が前記変質領域（２００）と基体材料（１０４）から構成される基体（１０２）とを含む、ステップと、
低温噴射装置（３０４）から構造材料（３０２）の複数の粒子を低温噴射することにより前記構造材料（３０２）を前記非変質表面（３００）に塗布するステップと、
前記構造材料（３０２）及び前記物品（１００）を仕上げて、未使用物品構造を含む処理済み物品（５００）を形成するステップと、
を備える物品処理方法。
【請求項２】
前記複数の粒子を低温噴射することは、前記複数の粒子の超音速レーザ蒸着を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記複数の粒子を低温噴射することは、前記複数の粒子に衝撃を与えて、前記複数の粒子を塑性変形させることにより、前記構造材料（３０２）と前記基体材料（１０４）との間に機械的な結合を形成することを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記物品（１００）を用意することは、前記基体材料（１０４）として溶着困難（ＨＴＷ）合金を用意することを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記物品（１００）を用意することは、前記物品（１００）としてタービン部品（１０６）を用意することを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記構造材料（３０２）を塗布するステップは、未使用物品構造のほぼ正味の形状（４０２）を形成することを含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記変質領域（２００）を除去するステップは、前記変質領域（２００）を機械的に擦り減らすこと、前記変質領域（２００）を化学的にエッチングすること、前記変質領域（２００）を真空下で熱的に取り除くこと、及び、これらの組み合わせから成るグループから選択されるプロセスを含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記構造材料（３０２）を塗布する前記ステップは、約１００μｍ未満の平均粒径を有する前記構造材料（３０２）を塗布することを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記構造材料（３０２）を塗布するステップは、前記構造材料として前記基体材料（１０４）を塗布することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記構造材料（３０２）を塗布するステップは、第１の構造材料を塗布すること、及び、第２の構造材料を塗布することを含み、前記第１の構造材料が前記第２の構造材料とは組成的に異なる請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品、タービン部品、及びエーロフォイルを処理するための方法に関する。特に、本発明は、低温噴射により構造材料を塗布して、未使用構造を有する物品、タービン部品、又は、エーロフォイルを形成することを含む、物品、タービン部品、及びエーロフォイルを処理するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル系超合金や特定のアルミニウム−チタン合金などの溶着困難（ＨＴＷ）合金は、それらのガンマプライム及び様々な幾何学的制約に起因して、ガンマプライム歪み時効、溶離、及び高温クラッキングの影響を受け易い。また、これらの材料は、ガンマプライム相が約３０％を超える体積分率で存在する場合に結合するのが困難であり、これは、アルミニウム含有量又はチタン含有量が約３％を超えるときに起こり得る。
【０００３】
それらのＨＴＷ材料は、エーロフォイル、ブレード（バケット）、ノズル（ベーン）、シュラウド、回転タービン部品、ホイール、シール、ＨＴＷ合金を伴う３ｄ製造部品、及び、他の高温ガス経路部品などのガスタービンエンジンの部品に組み込まれる場合がある。動作中、ＨＴＷから形成された部品は、部品の一部を擦り減らす条件に晒される場合があり、それによりＨＴＷ材料が除去されて、部品の未使用構造と比べて縮小した構造になる。一例として、ブレード（バケット）などのタービンエーロフォイルのチップが経時的に擦り減り、それにより、タービンの効率が低下する場合がある。そのような摩耗の修理は、ＨＴＷ材料の結合の困難性によって阻まれ、それにより、標準的な修理技術が困難となる。レーザクラッディングや従来の溶射などの高温プロセスを使用してそのような部品を再建すると、高温によって脆弱化したりひび割れする蒸着材料をもたらす。蝋付け技術は適さない。これは、蝋付け材料又は要素が部品中に取り込まれ、それにより、動作要件を満たさない場合があるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８７４１４２０号明細書
【発明の概要】
【０００５】
例示的な実施形態において、物品処理方法は、物品から変質領域を除去して非変質表面を形成することを含み、物品は、変質領域と、基体材料から構成される基体とを含む。構造材料は、低温噴射装置から構造材料の複数の粒子を低温噴射することにより非変質表面に塗布される。構造材料及び物品が仕上げられ、それにより、未使用物品構造を含む処理済み物品を形成する。
【０００６】
他の例示的な実施形態において、タービン部品処理方法は、タービン部品から変質領域を除去して非変質表面を形成することを含み、タービン部品は、変質領域と、溶着困難（ＨＴＷ）合金から構成される基体とを含む。変質領域を除去することは、変質領域を機械的に擦り減らすこと、変質領域を化学的にエッチングすること、変質領域を真空下で熱的に取り除くこと、及び、これらの組み合わせから成るグループから選択されるプロセスを含む。構造材料は、低温噴射装置から構造材料の複数の粒子を低温噴射して、複数の粒子に衝撃を与え、複数の粒子を塑性変形させることにより、構造材料とＨＴＷ合金との間に機械的な結合を形成することによって非変質表面に塗布される。構造材料及びタービン部品が仕上げられ、それにより、未使用タービン部品構造を含む処理済みタービン部品を形成する。構造材料及びタービン部品を仕上げることは、研削、研磨、ピーニング、熱処理、又は、これらの組み合わせから成るグループから選択される仕上げ技術を適用することを含む。
【０００７】
他の例示的な実施形態において、エーロフォイル処理方法は、エーロフォイルから変質領域を除去して非変質表面を形成することを含み、エーロフォイルは、変質領域と、溶着困難（ＨＴＷ）合金から構成される基体とを含む。変質領域を除去することは、変質領域を機械的に擦り減らすこと、変質領域を化学的にエッチングすること、変質領域を真空下で熱的に取り除くこと、及び、これらの組み合わせから成るグループから選択されるプロセスを含む。構造材料は、低温噴射装置から構造材料の複数の粒子を低温噴射して、複数の粒子に衝撃を与え、複数の粒子を塑性変形させることにより、構造材料とＨＴＷ合金との間に機械的な結合を形成することによって非変質表面に塗布され、それにより、未使用エーロフォイル構造のほぼ正味の形状が形成される。構造材料及びエーロフォイルが仕上げられ、それにより、未使用エーロフォイル構造を含む処理済みエーロフォイルが形成される。構造材料及びエーロフォイルを仕上げることは、研削、研磨、ピーニング、熱処理、又は、これらの組み合わせから成るグループから選択される仕上げ技術を適用することを含む。未使用エーロフォイル構造は平坦なエーロフォイルチップを含む。
【０００８】
本発明の他の特徴及び利点は、発明の原理を一例として例示する添付図面と併せて解釈される、以下の好ましい実施形態の更に詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施形態に係る、未使用物品構造を有する物品の一部の斜視図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る、図１の物品に類似するが変質領域を有する物品の一部の斜視図である。
【図３】本開示の一実施形態に係る、変質領域の除去後に非変質表面に構造材料を塗布している時の図２の物品の一部の斜視図である。
【図４】本開示の一実施形態に係る、非変質表面に構造材料を塗布した後の図３の物品の一部の斜視図である。
【図５】本開示の一実施形態に係る、物品の仕上げ後、及び未使用物品構造を有する処理済み物品の形成の後の図４の物品の一部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
可能な限り、同じ部分を表すために同じ参照符号が全図面にわたって使用される。
【００１１】
物品、タービン部品、及びエーロフォイルを処理するための例示的な方法が提供される。本開示の実施形態は、本明細書中に開示される１つ以上の特徴を利用しない方法と比べて、新たな材料を設計して検査する必要性を減らすか、若しくはなくし、コストを低減し、部品の耐用寿命を向上させ、修理性を向上させ、耐久性を向上させ、引張強さを高め、疲労抵抗を高め、クリープ抵抗を高め、酸化速度を高め、腐食速度を高め、弾性率を高め、熱膨張係数を高め、ポアソン比を高め、比熱を高め、密度を高め、プロセス効率を向上させ、材料効率を向上させ、又は、これらの組み合わせを向上させる。
【００１２】
図１を参照すると、１つの実施形態において、物品１００は、基体材料１０４から構成される基体１０２を含むとともに、未使用物品構造を更に含む。未使用物品構造は、物品１００の製造時及び使用前の構造であってよい。未使用物品構造は、最初に製造された際の物品１００、或いは使用の前に意図的に又は偶然に改質された物品１００とは異なる、物品１００に意図される使用前の構造であってもよい。
【００１３】
１つの実施形態では、物品１００はタービン部品１０６である。タービン部品１０６は、エーロフォイル、ノズル（ベーン）、バケット（ブレード）チップ１０８を有するバケット（ブレード）、シュラウド、燃焼燃料ノズル、３ｄ製造部品、高温ガス経路部品、燃焼器、燃焼移行断片、燃焼ライナ、シール、回転部品、ホイール、及び、ディスク、のうちの少なくとも１つを含むがこれらに限定されない任意の適したタービン部品１０６であってもよい。
【００１４】
１つの実施形態では、基体材料１０４はＨＴＷ合金である。本明細書中で使用される「ＨＴＷ合金」は、溶離、溶着、及び、歪み時効クラッキングを成し、したがって、溶接するのに実用的でない合金である。更なる実施形態では、ＨＴＷ合金は超合金である。更なる他の実施形態では、ＨＴＷ合金はニッケル系超合金又はアルミニウム−チタン超合金である。ＨＴＷ合金は、ＧＴＤ１１１、ＧＴＤ４４４、ＧＴＤ２６２、ＲｅｎｅＮ２、ＲｅｎｅＮ４、ＲｅｎｅＮ５、ＲｅｎｅＮ６、Ｒｅｎｅ６５、Ｒｅｎｅ７７（Ｕｄｉｍｅｔ７００）、Ｒｅｎｅ８０、Ｒｅｎｅ８８ＤＴ、Ｒｅｎｅ１０４、Ｒｅｎｅ１０８、Ｒｅｎｅ１２５、Ｒｅｎｅ１４２、Ｒｅｎｅ１９５、ＲｅｎｅＮ５００、ＲｅｎｅＮ５１５、ＣＭ２４７、ＭａｒＭ２４７、ＣＭＳＸ−４、ＭＧＡ１４００、ＭＧＡ２４００、ＩＮ１００、ＩＮＣＯＮＥＬ７００、ＩＮＣＯＮＥＬ７３８、ＩＮＣＯＮＥＬ７９２、ＤＳ  Ｓｉｅｍｅｔ、ＣＭＳＸ１０、ＰＷＡ１４８０、ＰＷＡ１４８３、ＰＷＡ１４８４、ＴＭＳ−７５、ＴＭＳ−８２、Ｍａｒ−Ｍ−２００、ＵＤＩＭＥＴ５００、ＡＳＴＲＯＬＯＹ、及び、これらの組み合わせを含んでよいが、これらに限定されない。
【００１５】
本明細書中で使用される「ＡＳＴＲＯＬＯＹ」とは、重量で、約１５％クロム、約１７％コバルト、約５．３％モリブデン、約４％アルミニウム、約３．５％チタン、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００１６】
本明細書中で使用される「ＤＳ  Ｓｉｅｍｅｔ」とは、重量で、約９％コバルト、約１２．１％クロム、約３．６％アルミニウム、約４％チタン、約５．２％タンタル、約３．７％タングステン、約１．８％モリブデン、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００１７】
本明細書中で使用される「ＧＴＤ１１１」とは、重量で、約１４％クロム、約９．５％コバルト、約３．８％タングステン、約４．９％チタン、約３％アルミニウム、約０．１％鉄、約２．８％タンタル、約１．６％モリブデン、約０．１％炭素、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００１８】
本明細書中で使用される「ＧＴＤ２６２」とは、重量で、約２２．５％クロム、約１９％コバルト、約２％タングステン、約１．３５％ニオブ、約２．３％チタン、約１．７％アルミニウム、約０．１％炭素、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００１９】
本明細書中で使用される「ＧＴＤ４４４」とは、重量で、約７．５％コバルト、約０．２％鉄、約９．７５％クロム、約４．２％アルミニウム、約３．５％チタン、約４．８％タンタル、約６％タングステン、約１．５％モリブデン、約０．５％ニオブ、約０．２％シリコン、約０．１５％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００２０】
本明細書中で使用される「ＭＧＡ１４００」とは、重量で、約１０％コバルト、約１４％クロム、約４％アルミニウム、約２．７％チタン、約４．７％タンタル、約４．３％タングステン、約１．５％モリブデン、約０．１％炭素、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００２１】
本明細書中で使用される「ＭＧＡ２４００」とは、重量で、約１９％コバルト、約１９％クロム、約１．９％アルミニウム、約３．７％チタン、約１．４％タンタル、約６％タングステン、約１％ニオブ、約０．１％炭素、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００２２】
本明細書中で使用される「ＰＭＡ１４８０」とは、重量で、約１０％クロム、約５％コバルト、約５％アルミニウム、約１．５％チタン、約１２％タンタル、約４％タングステン、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００２３】
本明細書中で使用される「ＰＭＡ１４８３」とは、重量で、約９％コバルト、約１２．２％クロム、約３．６％アルミニウム、約４．１％チタン、約５％タンタル、約３．８％タングステン、約１．９％モリブデン、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００２４】
本明細書中で使用される「ＰＭＡ１４８４」とは、重量で、約５％クロム、約１０％コバルト、約２％モリブデン、約５．６％アルミニウム、約９％タンタル、約６％タングステン、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００２５】
本明細書中で使用される「ＲｅｎｅＮ２」とは、重量で、約７．５％コバルト、約１３％クロム、約６．６％アルミニウム、約５％タンタル、約３．８％タングステン、約１．６％レニウム、約０．１５％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００２６】
本明細書中で使用される「ＲｅｎｅＮ４」とは、重量で、約９．７５％クロム、約７．５％コバルト、約４．２％アルミニウム、約３．５％チタン、約１．５％モリブデン、約６．０％タングステン、約４．８％タンタル、約０．５％ニオブ、約０．１５％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００２７】
本明細書中で使用される「ＲｅｎｅＮ５」とは、重量で、約７．５％コバルト、約７．０％クロム、約６．５％タンタル、約６．２％アルミニウム、約５．０％タングステン、約３．０％レニウム、約１．５％モリブデン、約０．１５％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００２８】
本明細書中で使用される「ＲｅｎｅＮ６」とは、重量で、約１２．５％コバルト、約４．２％クロム、約７．２％タンタル、約５．７５％アルミニウム、約６％タングステン、約５．４％レニウム、約１．４％モリブデン、約０．１５％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００２９】
本明細書中で使用される「Ｒｅｎｅ６５」とは、重量で、約１３％コバルト、最大で約１．２％鉄、約１６％クロム、約２．１％アルミニウム、約３．７５％チタン、約４％タングステン、約４％モリブデン、約０．７％ニオブ、最大で約０．１５％マンガン、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００３０】
本明細書中で使用される「Ｒｅｎｅ７７（Ｕｄｉｍｅｔ７００）」とは、重量で、約１５％クロム、約１７％コバルト、約５．３％モリブデン、約３．３５％チタン、約４．２％アルミニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００３１】
本明細書中で使用される「Ｒｅｎｅ８０」とは、重量で、約１４％クロム、約９．５％コバルト、約４％モリブデン、約３％アルミニウム、約５％チタン、約４％タングステン、約０．１７％炭素、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００３２】
本明細書中で使用される「Ｒｅｎｅ８８ＤＴ」とは、重量で、約１６％クロム、約１３％コバルト、約４％モリブデン、約０．７％ニオブ、約２．１％アルミニウム、約３．７％チタン、約４％タングステン、約０．１％レニウム、最大で約４．３％レニウム及びタングステン、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００３３】
本明細書中で使用される「Ｒｅｎｅ１０４」とは、重量で、約１３．１％クロム、約１８．２％コバルト、約３．８％モリブデン、約１．９％タングステン、約１．４％ニオブ、約３．５％アルミニウム、約３．５％チタン、約２．７％タンタル、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００３４】
本明細書中で使用される「Ｒｅｎｅ１０８」とは、重量で、約８．４％クロム、約９．５％コバルト、約５．５％アルミニウム、約０．７％チタン、約９．５％タングステン、約０．５％モリブデン、約３％タンタル、約１．５％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００３５】
本明細書中で使用される「Ｒｅｎｅ１２５」とは、重量で、約８．５％クロム、約１０％コバルト、約４．８％アルミニウム、最大で約２．５％チタン、約８％タングステン、最大で約２％モリブデン、約３．８％タンタル、約１．４％ハフニウム、約０．１１％炭素、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００３６】
本明細書中で使用される「Ｒｅｎｅ１４２」とは、重量で、約６．８％クロム、約１２％コバルト、約６．１％アルミニウム、約４．９％タングステン、約１．５％モリブデン、約２．８％レニウム、約６．４％タンタル、約１．５％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００３７】
本明細書中で使用される「Ｒｅｎｅ１９５」とは、重量で、約７．６％クロム、約３．１％コバルト、約７．８％アルミニウム、約５．５％タンタル、約０．１％モリブデン、約３．９％タングステン、約１．７％レニウム、約０．１５％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００３８】
本明細書中で使用される「ＲｅｎｅＮ５００」とは、重量で、約７．５％コバルト、約０．２％鉄、約６％クロム、約６．２５％アルミニウム、約６．５％タンタル、約６．２５％タングステン、約１．５％モリブデン、約０．１５％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００３９】
本明細書中で使用される「ＲｅｎｅＮ５１５」とは、重量で、約７．５％コバルト、約０．２％鉄、約６％クロム、約６．２５％アルミニウム、約６．５％タンタル、約６．２５％タングステン、約２％モリブデン、約０．１％ニオブ、約１．５％レニウム、約０．６％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００４０】
本明細書中で使用される「ＭａｒＭ２４７」及び「ＣＭ２４７」とは、重量で、約５．５％アルミニウム、約０．１５％炭素、約８．２５％クロム、約１０％コバルト、約１０％タングステン、約０．７％モリブデン、約０．５％鉄、約１％チタン、約３％タンタル、約１．５％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００４１】
本明細書中で使用される「ＩＮ１００」とは、重量で、約１０％クロム、約１５％コバルト、約３％モリブデン、約４．７％チタン、約５．５％アルミニウム、約０．１８％炭素、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００４２】
本明細書中で使用される「ＩＮＣＯＮＥＬ７００」とは、重量で、最大で約０．１２％炭素、約１５％クロム、約２８．５％コバルト、約３．７５％モリブデン、約２．２％チタン、約３％アルミニウム、約０．７％鉄、最大で約０．３％シリコン、最大で約０．１％マンガン、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００４３】
本明細書中で使用される「ＩＮＣＯＮＥＬ７３８」とは、重量で、約０．１７％炭素、約１６％クロム、約８．５％コバルト、約１．７５％モリブデン、約２．６％タングステン、約３．４％チタン、約３．４％アルミニウム、約０．１％ジルコニウム、約２％ニオブ、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００４４】
本明細書中で使用される「ＩＮＣＯＮＥＬ７９２」とは、重量で、約１２．４％クロム、約９％コバルト、約１．９％モリブデン、約３．８％タングステン、約３．９％タンタル、約３．１％アルミニウム、約４．５％チタン、約０．１２％炭素、約０．１％ジルコニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００４５】
本明細書中で使用される「ＵＤＩＭＥＴ５００」とは、重量で、約１８．５％クロム、約１８．５％コバルト、約４％モリブデン、約３％チタン、約３％アルミニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００４６】
本明細書中で使用される「Ｍａｒ−Ｍ−２００」とは、重量で、約９％クロム、約１０％コバルト、約１２．５％タングステン、約１％コロンビウム、約５％アルミニウム、約２％チタン、約１０．１４％炭素、約１．８％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００４７】
本明細書中で使用される「ＴＭＳ−７５」とは、重量で、約３％クロム、約１２％コバルト、約２％モリブデン、約６％タングステン、約６％アルミニウム、約６％タンタル、約５％レニウム、約０．１％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００４８】
本明細書中で使用される「ＴＭＳ−８２」とは、重量で、約４．９％クロム、約７．８％コバルト、約１．９％モリブデン、約２．４％レニウム、約８．７％タングステン、約５．３％アルミニウム、約０．５％チタン、約６％タンタル、約０．１％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００４９】
本明細書中で使用される「ＣＭＳＸ−４」とは、重量で、約６．４％クロム、約９．６％コバルト、約０．６％モリブデン、約６．４％タングステン、約５．６％アルミニウム、約１．０％チタン、約６．５％タンタル、約３％レニウム、約０．１％ハフニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００５０】
本明細書中で使用される「ＣＭＳＸ−１０」とは、重量で、約２％クロム、約３％コバルト、約０．４％モリブデン、約５％タングステン、約５．７％アルミニウム、約０．２％チタン、約８％タンタル、約６％レニウム、及び、残りがニッケルの組成を含む合金のことである。
【００５１】
図２を参照すると、１つの実施形態では、物品１００が変質領域２００を含む。変質領域２００は、未使用物品構造とは異なる領域、逸脱粒子、摩耗、機械的異常、化学的異常、結晶異常、構造異常、又は、これらの組み合わせを含んでよい。１つの実施形態では、図１と比較して図２を参照すると、物品１００の変質領域２００は未使用物品構造と比べて陥凹状を成す。単なる一例として、そのような陥凹は、使用中の物品１００の摩耗によって、腐食によって、酸化によって、又は、これらの組み合わせによって引き起こされる場合がある。物品１００がバケット（ブレード）などのエーロフォイルである更なる実施形態においては、変質領域２００は、タービン動作中のシュラウドとの接触に起因して擦り減ったバケット（ブレード）チップ１０８を含む。
【００５２】
図２及び図３を参照すると、１つの実施形態において、物品処理方法は、物品１００から変質領域２００を除去して、非変質表面３００を形成することを含む。変質領域２００の除去は、任意の適した除去プロセスを含んでよく、除去プロセスは、変質領域２００を機械的に擦り減らすこと、変質領域２００を化学的にエッチングすること、変質領域２００を真空下で熱的に取り除くこと、又は、これらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。変質領域２００の除去は、表面酸化物を除去することを含んでもよい。
【００５３】
図３を参照すると、１つの実施形態では、構造材料３０２が低温噴射によって非変質表面３００に塗布される。構造材料３０２の低温噴射は、低温噴射装置３０４から構造材料３０２の複数の粒子を低温噴射することを含んでもよい。構造材料３０２の低温噴射は、構造材料３０２の複数の粒子に衝撃を与えて、構造材料３０２の複数の粒子を塑性変形させることにより、非変質表面３００において構造材料３０２と基体材料１０４との間に機械的な結合を形成することを更に含んでもよい。
【００５４】
構造材料３０２の複数の粒子は、約５０μｍ未満、或いは約７５μｍ未満、或いは約１００μｍ未満、或いは約５μｍ〜約１００μｍ、或いは約１０μｍ〜約９０μｍ、或いは約１０μｍ〜約７５μｍ、或いは約１５μｍ〜約４５μｍの平均粒径を含むがこれらに限定されない任意の適した粒径を含んでよい。
【００５５】
構造材料３０２は任意の適した材料を含んでよい。１つの実施形態において、構造材料３０２は、基体材料１０４と組成的に異なる相補的材料である。他の実施形態では、構造材料３０２は基体材料１０４である。本明細書中で使用される「相補的」は、構造材料３０２が物品１００の動作条件下で分離しない基体材料１０４との結合を形成できること、構造材料３０２と基体材料１０４とが化学的に適合すること、構造材料３０２と基体材料１０４とが物理的に適合すること、更には、構造材料３０２が、基体材料１０４の対応する物理的特性の少なくとも約５０％、或いは少なくとも約６０％、或いは少なくとも約７０％、或いは少なくとも約８０％、或いは少なくとも約９０％である物理的特性を含むことを示す。物理的特性は、引張強度、疲労抵抗、クリープ抵抗、酸化速度、腐食速度、弾性率、熱膨張係数、ポアソン比、比熱、密度、又は、これらの組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の適した物理的特性であってよい。本明細書中で使用される「組成的に異なる」とは、２つの材料が実質的に異なる物理的特性又は化学的特性をもたらすのに十分な程度に互いと異なった組成を有することを意味する。
【００５６】
他の実施形態において、構造材料３０２を塗布することは、第１の構造材料を塗布すること、及び、第２の構造材料を塗布することを含み、第１の構造材料は第２の構造材料とは組成的に異なる。第１の構造材料と第２の構造材料とが順に塗布されてもよい。１つの実施形態において、第１の構造材料及び第２の構造材料を塗布することは、機能的な勾配の形成を含む。本明細書中で使用される「機能的な勾配」の形成は、構造材料３０２が塗布されるにつれて第１の構造材料に対する第２の構造材料の量が増大するような第１の構造材料及び第２の構造材料の付加を意味する。更なる実施形態において、機能的な勾配は、構造材料３０２が塗布されるにつれて、第２の構造材料が無い第１の構造材料から、第１の構造材料が無い第２の構造材料へと移行する。構造材料３０２の塗布は、第１の構造材料及び第２の構造材料とは組成的に異なる任意の数の更なる構造材料を塗布することを更に含んでもよく、また、これらの更なる構造材料も機能的な勾配を形成してよい。
【００５７】
他の実施形態において、構造材料３０２の複数の粒子の低温噴射は、構造材料３０２の複数の粒子の超音速レーザ蒸着を含む。超音速レーザ蒸着は、飛行中の構造材料３０２の複数の粒子及び基体材料１０４を加熱するためにレーザの使用を含んでもよく、それにより、１回の工程当たりの構造材料３０２の蒸着が高められる。
【００５８】
図４を参照すると、１つの実施形態において、非変質表面３００に対する構造材料３０２の塗布は、物品１００の非変質表面３００上に未仕上げ部４００を形成する。更なる実施形態において、構造材料３０２の塗布は、未使用物品構造のほぼ正味の形状４０２を形成することを含む。本明細書中で使用される「ほぼ正味の形状」とは、未仕上げ部４００がどの箇所においても未使用物品構造から約７．５ｍｍを超えて、或いは約５ｍｍを超えて、或いは約２．５ｍｍを超えて変化しないことを示す。
【００５９】
図５を参照すると、１つの実施形態では、構造材料３０２及び物品１００が仕上げられ、それにより、未使用物品構造を含む処理済み物品５００を形成する。構造材料３０２及び物品１００を仕上げることは、研削、研磨、ピーニング、熱処理、又は、これらの組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の適した仕上げプロセスを含んでよい。また、構造材料３０２及び物品１００を仕上げることは、構造材料３０２を基体材料１０４中へと拡散させて化学結合を形成することを含んでもよい。物品１００がバケット（ブレード）である１つの実施形態において、未使用物品構造は、バケット（ブレード）の長さに対して垂直な平坦なバケット（ブレード）チップ１０８を含む。
【００６０】
１つの実施形態において、構造材料３０２及び物品１００の熱処理は、基体材料１０４に対して標準的な熱処理プロセスステップとパラメータとを含む。更なる実施形態において、熱処理は、構造材料３０２と少なくとも奥側の構造材料３０２に隣接する物品１００の領域とを真空下又は不活性雰囲気下で所定の温度まで加熱することを含む。所定の温度は、熱処理されるべき材料に関して適した任意の温度であってもよい。１つの実施形態において、所定の温度は、約１０００℃〜約１５００℃、或いは約１１００℃〜約１３５０℃である。熱処理は、所定の温度へ向かう所定の温度傾斜プログラム、所定の温度での保持時間、所定の温度からの所定の温度急冷プログラム、又は、これらの組み合わせを更に含んでもよい。
【００６１】
１つの実施形態において、処理済み物品５００を形成することは、基体１０２の対応する物理的特性の少なくとも約５０％、或いは少なくとも約６０％、或いは少なくとも約７０％、或いは少なくとも約８０％、或いは少なくとも約９０％である構造材料３０２における物理的特性を高めることを含む。物理的特性は、引張強度、疲労抵抗、クリープ抵抗、酸化速度、腐食速度、弾性率、熱膨張係数、ポアソン比、比熱、密度、又は、これらの組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の適した物理的特性であってよい。
【００６２】
本発明を好ましい実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば分かるように、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が成されてよく、また、等価物が本発明の要素と置き換えられてもよい。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示内容に適合させるために多くの改変が成されてもよい。したがって、本発明がこの発明を実施するために考えられる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ず、本発明が添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図される。
【符号の説明】
【００６３】
１００  物品
１０２  基体
１０４  基体材料
１０６  タービン部品
１０８  バケット（ブレード）チップ
２００  変質領域
３００  非変質表面
３０２  構造材料
３０４  低温噴射装置
４００  未仕上げ部
４０２  ほぼ正味の形状
５００  処理済み物品
【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】
2017133095.tif 000007
【外国語明細書】
2017133095000001.pdf