(57)【要約】【課題】  物品２０１、構成要素１００、及び構成要素１００を作製する。【解決手段】物品２０１は、輪郭形成された近位面２０２及び輪郭形成された遠位面２０３を有する予備焼結プリフォームを含む。輪郭形成された近位面２０２は、構成要素１００の端壁の曲線輪郭を実質的に反映するように構成及び配置され、輪郭形成された遠位面２０３は、改修された表面特性を含む外面を形成するように構成及び配置される。構成要素１００は、第１の端壁１０５、第２の端壁１０７、並びに第１の端壁１０５及び第２の端壁１０７の少なくとも１つに固定された物品２０１を含み、この物品２０１は、輪郭形成された近位面２０２及び輪郭形成された遠位面２０３を有する予備焼結プリフォームを含む。輪郭形成された近位面２０２は、第１の端壁１０５及び第２の端壁１０７の少なくとも１つの曲線輪郭を実質的に反映し、輪郭形成された遠位面２０３は、その上に外面を形成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
輪郭形成された近位面２０２と、
輪郭構成された遠位面２０３と、
を有する予備焼結プリフォームを含み、
前記輪郭形成された近位面２０２は、構成要素１００の端壁の曲線輪郭を実質的に反映するように構成及び配置され、
前記輪郭形成された遠位面２０３は、改修された表面特性を含む外面を形成するように構成及び配置される、物品２０１。
【請求項２】
前記輪郭形成された遠位面２０３の曲線輪郭は、前記輪郭形成された近位面２０２の曲線輪郭とは異なる、請求項１に記載の物品２０１。
【請求項３】
前記改修された表面特性は、空気力学的表面を含む、請求項１に記載の物品２０１。
【請求項４】
前記輪郭形成された近位面２０２は、内部に形成された少なくとも１つの溝７０１をさらに含み、前記溝７０１は、前記物品２０１が前記端壁の上に配置されたとき、冷却チャネルを形成するように構成及び配置される、請求項１に記載の物品２０１。
【請求項５】
第１の端壁１０５と、
第２の端壁１０７と、
前記第１の端壁１０５及び前記第２の端壁１０７の少なくとも１つに固定された物品２０１と、
を含み、前記物品２０１は、
輪郭形成された近位面２０２と、
輪郭形成された遠位面２０３と、
を有する予備焼結プリフォームを含み、
前記輪郭形成された近位面２０２は、前記第１の端壁１０５及び前記第２の端壁１０７の少なくとも１つの曲線輪郭を実質的に反映し、
前記輪郭形成された遠位面２０３は、前記第１の端壁１０５又は前記第２の端壁１０７の上に、改修された表面特性を含む外面を形成するように構成及び配置される、構成要素１００。
【請求項６】
前記第１の端壁１０５、前記第２の端壁１０７、前記輪郭形成された近位面２０２、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される前記構成要素１００の部分内に形成された少なくとも１つの溝７０１をさらに含む、請求項５に記載の構成要素。
【請求項７】
前記構成要素１００は、ガスタービンの高温ガス経路構成要素である、請求項５に記載の構成要素１００。
【請求項８】
構成要素１００を作製する方法であって、
近位面及び遠位面を有する予備焼結プリフォームを含む物品２０１を形成するステップと、
前記物品２０１の前記近位面を輪郭形成して輪郭形成された近位面２０２を形成するステップと、
前記物品２０１の前記遠位面を輪郭形成して輪郭形成された遠位面２０３を形成するステップと、
前記物品２０１の前記輪郭形成された近位面２０２を前記構成要素１００の第１の端壁及１０５及び第２の端壁１０７の１つに固定するステップと、
を含み、
前記固定するステップの前に、前記輪郭形成された近位面２０２は、前記構成要素１００の前記第１の端壁１０５及び前記第２の端壁１０７の少なくとも１つの曲線輪郭を実質的に反映し、
前記固定するステップの後、前記輪郭形成された遠位面２０３は、前記第１の端壁１０５及び前記第２の端壁１０７の少なくとも１つの上に、改修された表面特性を含む外面を形成する、方法。
【請求項９】
前記近位面を輪郭形成するステップは、前記固定するステップの前に、前記輪郭形成された近位面２０２と前記第１の端壁１０５及び前記第２の端壁１０７の少なくとも１つとの間により精密な公差を提供する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記固定するステップの前に、前記第１の端壁１０５、前記第２の端壁１０７、前記輪郭形成された近位面２０２、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される前記構成要素１００の部分内に形成された少なくとも１つの溝７０１を形成するステップをさらに含み、
前記固定するステップの後、前記少なくとも１つの溝７０１は、前記構成要素１００内に冷却チャネルを形成する、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、物品、構成要素、及び構成要素を作製する方法に関する。より具合的には、本実施形態は、輪郭形成された物品、輪郭形成された物品を含む構成要素、輪郭形成された物品を含む構成要素を作製する方法に関する。
【０００２】
作動中、高温燃焼ガスは、多くのガスタービンエンジンの異なる部分を通って流れる。これらの高温燃焼ガスは、ガスタービンエンジン内の種々の高温ガス経路構成要素の上に及び／又はそれらに隣接して流れ、通常の作動中、構成要素を高温に曝す。ガスタービンが、効率を高め、コストを減少させるように改修されると、高温ガス経路内の温度は上昇し、一方、構成要素の幾何形状はより複雑になる。高温経路内の温度を上昇させ続けるために、この領域におけるタービン構成要素は、そうした温度に耐え得る材料で構成する必要がある。
【０００３】
幾つかの高温ガス経路構成要素は、下層の構成要素の１又は複数の部分の上に取り付けられる１又はそれ以上の材料シートを含むことができる。例えば、予備焼結プリフォーム（ｐｒｅ−ｓｉｎｔｅｒｅｄ  ｐｒｅｆｏｒｍ、ＰＳＰ）の製造中、１つ又はそれ以上の材料シートを、ノズル又は翼形部などの構成要素の上にろう付けする。次に、通常、シートを構成要素の上に重ね合わせてろう付けし、外面又は外板を形成する。一般に、シートは平坦であるか又はシートが取り付けられる構成要素の全体的形状にほぼ類似した曲率を含むが、取り付けプロセスの間、例えば圧力により曲げられて、平坦なシートは、下層の構成要素に適合することができる。
【０００４】
加えて、ＰＳＰのようなオーバーレイシートで製造された多くの構成要素は、オーバーレイシートに隣接した小さい冷却チャネル又はマイクロチャネルを含み得る。例えば、ＰＳＰ製造の際、下層の構成要素は、表面上に形成された１つ又はそれ以上の溝を有し得る。オーバーレイシートが取り付けられると、一連の個々の及び／又は相互接続された通路を形成することができ、これらの通路は、内部の冷却流体の流れを可能にする冷却チャネル及び／又はマイクロチャネルを提供する。これらのチャネルは、オーバーレイシートの厚さに匹敵する距離を置いて、完成した構成要素の表面近傍にあり、外板の外面からチャネル冷却流へ熱伝達をもたらすことができる。
【０００５】
しかしながら、現在の方法に従って製造される場合、平坦なシートを輪郭形成された端壁に適合させることにより、材料と端壁との間の結合界面においてギャップが形成されることがある。ギャップは、空気で充填されることが多く、そのことは、材料と端壁との間の熱伝達を低下させる。この熱伝達の低下により、例えば、その本体内に形成された冷却マイクロチャネルなどを通じたノズルの冷却効率が低下する。冷却効率の低下はまた、タービンシステムの効率を低下させ及び／又は運転コストを増大させることもある。さらに、平坦なシートを輪郭形成された端壁に適合させる間、平坦なシートの材料が、構成要素内の溝に侵入することがある。機械加工などの種々の方法により、侵入する材料を除去することはできるが、材料を除去すると、コストが増大し、製造効率が低下し、及び／又は製造出力が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第9039350号明細書
【発明の概要】
【０００７】
１つの実施形態において、物品は、少なくとも１つの溝を含む輪郭形成された近位面と、輪郭形成された遠位面とを有する予備焼結プリフォームを含む。輪郭形成された近位面は、少なくとも１つの溝を除いて、構成要素の端壁の曲線輪郭を実質的に反映する。輪郭形成された遠位面は、改修された表面特性を含む外面を形成するように構成及び配置される。
【０００８】
別の実施形態において、構成要素は、第１の端壁と、第２の端壁と、第１の端壁及び第２の端壁の少なくとも１つに構成された物品とを含み、物品は、輪郭形成された近位面及び輪郭形成された遠位面を有する予備焼結プリフォームを含む。輪郭形成された近位面は、第１の端壁及び第２の端壁の少なくとも１つの曲線輪郭を実質的に反映し、輪郭形成された遠位面は、第１の端壁又は第２の端壁の上に、改修された表面特性を含む外面を形成するように構成及び配置される。
【０００９】
別の実施形態において、近位面及び遠位面を有する予備焼結プリフォームを含む物品を形成するステップと、物品の近位面を輪郭形成して輪郭形成された近位面を形成するステップと、物品の遠位面を輪郭形成して輪郭形成された遠位面を形成するステップと、物品の輪郭形成された近位面を構成要素の第１の端壁及び第２の端壁の１つに固定するステップとを含む。固定するステップの前に、輪郭形成された近位面は、構成要素の第１の端壁及び第２の端壁の少なくとも１つの曲線輪郭を実質的に反映する。固定するステップの後、輪郭形成された遠位面は、第１の端壁及び第２の端壁の少なくとも１つの上に、改修された表面特性を含む外面を形成する。
【００１０】
本発明の他の特徴及び利点は、例証として本発明の原理を示す添付図面を参照しながら、以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の１つの実施形態による、構成要素の斜視図。
【図２】本開示の１つの実施形態による、図１の構成要素の部分の上に配置された物品の斜視図。
【図３】本開示の１つの実施形態による、構成要素の部分の上に配置された物品の斜視図。
【図４】本開示の１つの実施形態による、構成要素を形成する方法のプロセス図。
【図５】構成要素を形成する従来技術の方法の拡大したプロセス図。
【図６】本開示の１つの実施形態による、物品の斜視図。
【図７】本開示の１つの実施形態による、冷却チャネルを含む構成要素を形成する方法の拡大したプロセス図。
【図８】本開示の別の実施形態による、冷却チャネルを含む構成要素を形成する方法の拡大したプロセス図。
【図９】本開示の別の実施形態による、構成要素を形成する方法のプロセス図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
可能な限り、同じ要素を示すために図面全体を通じて同じ参照符号が使用される。
【００１３】
物品、構成要素、及び構成要素を作製する方法が提供される。本開示の実施形態は、例えば本明細書で開示される特徴の１つ又は複数を含まない概念と比較すると、構成要素内のギャップの形成を減少又は排除し、構成要素の冷却効率を向上し、構成要素とろう付けシートとの間により精密な公差を提供し、ろう付けシートと構成要素との間の接合部品質を高め、構成要素の寿命を長くし、製造効率を増大し、製造歩留りを増大し、高いシステム温度の使用を容易にし、システム効率を向上し、又はそれらの組み合わせをもたらす。
【００１４】
図１を参照すると、構成要素１００は、これらに限定されるものではないが、シュラウド、ブレード、バケット、いずれかの他の高温ガス経路構成要素、又はそれらの組み合わせのような、高温に曝される表面を有するいずれかの燃焼及び／又はタービン構成要素を含む。例えば、一実施形態において、構成要素１００は、タービンエンジンの高温ガス経路内で使用するように構成されたノズル１０１を含む。別の実施形態において、ノズル１０１は、第１の端壁１０５と第２の端壁１０７との間に配置された翼形部分１０３を含む。更に別の実施形態において、図２〜図３に示されるように、構成要素１００は、その第１の端壁１０５（図２）及び／又は第２の端壁１０７（図３）に固定された少なくとも１つの物品２０１を含む。当業者には理解されるように、図２〜図３においては、第１の端壁１０５又は第２の端壁１０７のいずれかに固定されるものとして示されるが、本開示はそのように限定されるものではなく、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７の各々に固定された物品２０１の少なくとも１つを含むことができる。構成要素の端壁１０５、１０７は、タービンエンジンの中心軸線又はロータ軸線に対して測定可能な円周方向半径を有することができる。
【００１５】
物品２０１は、これらに限定されるものではないが、ろう付け、焼結、溶接、又はそれらの組み合わせのようないずれかの適切な方法によって、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に固定することができる。一実施形態において、物品２０１は、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７の各々に固定された単一の物品を含む。別の実施形態において、物品２０１は、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７の各々に固定された協働する複数の物品を含む。更に別の実施形態において、協働する複数の物品２０１が互いに隣接して配置されて構成要素１００の選択された領域を覆う。協働する複数の物品の各々は、対応する隣接端部及び／又は相互連結特徴部を含むような形状及び／又はサイズにすることができる。
【００１６】
一実施形態において、物品２０１は、輪郭形成された近位面２０２及び輪郭形成された遠位面２０３を含む。輪郭形成された近位面２０２及び／又は輪郭形成された遠位面２０３は、これらに限定されるものではないが、付加（ａｄｄｉｔｉｖｅ）及び／又は３次元（３Ｄ）印刷方法を用いて物品２０１を平坦でないネットシェイプに製造すること、製造中の物品２０１の輪郭形成、製造後の物品２０１の輪郭形成、物品２０１の曲げ加工、物品２０１の機械加工、又はそれらの組み合わせといったいずれかの適切な方法によって形成される。輪郭形成された近位面２０２及び輪郭形成された遠位面２０３は、同時に形成することも又は別個に形成することもでき、同じ、実質的に同じ、又は異なる形状及び／又は曲線輪郭を含む。例えば、物品２０１の製造中、輪郭形成された近位面２０２及び輪郭形成された遠位面２０３の両方の形状及び／又は幾何形状を形成することができ、又は、物品２０１を加工して輪郭形成された近位面２０２の形状及び／又は幾何形状を形成し、次に輪郭形成された遠位面２０３を機械加工又は他の方法で処理して輪郭形成された遠位面２０３の形状及び／又は幾何形状を形成することができる。
【００１７】
幾つかの実施形態において、構成要素１００を作製する方法は、近位面及び遠位面を有する物品２０１を形成するステップと、物品の近位面を輪郭形成して輪郭形成された近位面２０２を形成するステップと、物品の遠位面を輪郭形成して輪郭形成された遠位面２０３を形成するステップと、物品２０１の輪郭形成された近位面２０２を構成要素１００の第１の端壁１０５及び第２の端壁１０７の１つに固定するステップとを含む。固定するステップの前に、輪郭形成された近位面２０２は、構成要素１００の第１の端壁１０５及び第２の端壁１０７の少なくとも１つの曲線輪郭を実質的に反映する。構成要素の端壁１０５、１０７の１つ又は両方は、その表面近傍に１つ又はそれ以上の小さい溝７０１（図７参照）を有することができる。固定するステップの後、輪郭形成された遠位面２０３は、第１の端壁１０５及び第２の端壁１０７の少なくとも１つの上に、改修された表面特性を含む外面を形成し、この外面は、該外面に極めて接近した表面近傍冷却チャネル７０３（図７参照）を有することができる。
【００１８】
幾つかの実施形態において、物品２０１は、予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）材料を含む。幾つかの実施形態において、予め湾曲されたＰＳＰシートを用いて形成された結果として生じる端壁の外面は、円周方向に均一の半径からの様々な半径偏差により定められる３Ｄ輪郭形成部を含み、構成要素１００は、表面のわずかに下に、端壁の３Ｄ輪郭形成部に従う表面近傍冷却チャネル７０３をさらに含む。幾つかの実施形態において、物品２０１は、実質的に均一な厚さを有する。しかしながら、他の実施形態において、物品２０１の厚さは、物品２０１の遠位面２０３上のピーク及びトレンチに基づいて変化し得る。幾つかの実施形態において、物品２０１の厚さは、１００μｍから３ｍｍまでの範囲、代替的には１００μｍから５００μｍまでの範囲、代替的には５００μｍから１ｍｍまでの範囲、代替的には１ｍｍから２ｍｍまでの範囲、代替的には２ｍｍから３ｍｍまでの範囲、又はそれらの間のいずれかの範囲又は部分範囲にある。本明細書で用いられる場合、「表面近傍の冷却」とは、構成要素の端壁１０５、１０７又は近位面２０２内の溝７０１により定められる冷却チャネル７０３による冷却を指す。従って、冷却チャネル７０３は、物品２０１の厚さを超えない、遠位面２０３の距離内に配置される。
【００１９】
幾つかの実施形態において、改修された表面特性は、輪郭形成された空気力学的表面又は三次元の空気力学的形状を含む。多くの構成要素において、ノズル１０１の端壁上の輪郭形成された形状のような、構成要素の表面上に形成された特定の３次元空気力学的形状を有し、かつ、優れた表面近傍冷却のための表面近傍マイクロチャネルも提供することは、望ましい。
【００２０】
幾つかの実施形態において、構成要素１００を作製する方法は、近位面及び遠位面を有する物品２０１を形成するステップと、物品の近位面を輪郭形成して輪郭形成された近位面２０２を形成するステップと、物品の遠位面を輪郭形成して輪郭形成された遠位面２０３を形成するステップと、物品２０１の輪郭形成された近位面２０２を構成要素１００の第１の端壁１０５及び第２の端壁１０７の１つに固定するステップとを含む。固定するステップの前に、輪郭形成された近位面２０２は、構成要素１００の第１の端壁１０５及び第２の端壁１０７の少なくとも１つの曲線輪郭を実質的に反映する。近位面は、１つ又はそれ以上の小さい溝７０１を内部に含むことができる。固定するステップの後、輪郭形成された遠位面２０３は、第１の端壁１０５及び第２の端壁１０７の少なくとも１つの上に、改修された表面特性を含む外面を形成し、構成要素１００は表面近傍冷却チャネル７０３を含む。
【００２１】
図４〜図９を参照すると、輪郭形成された近位面２０２は、物品２０１を、構成要素１００の第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に直接又は間接的に固定するように構成及び配置される。例えば、一実施形態において、図４に示されるように、輪郭形成された近位面２０２は、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に直接固定され、かつ、物品２０１を第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に固定する前に、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７の形状及び／又は曲線輪郭を反映する又は実質的に反映する形状及び／又は曲線輪郭を含む。「反映する（ｍｉｒｒｏｒ）」又は「実質的に反映する（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｍｉｒｒｏｒ）」とは、物品２０１の輪郭形成された近位面２０２が第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７の幾何形状に従う幾何形状を有し、その表面の間に直接接触をもたらすことを意味する。
【００２２】
固定プロセスの際に端壁に適合する平坦な面５０１（図５）とは対照的に、輪郭形成された近位面２０２の形状及び曲線輪郭は、物品２０１と第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７（図４）との間により精密な公差を提供する。物品２０１により提供されるより精密な公差は、ギャップの形成を減少又は排除し、及び／又は物品２０１と第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７との間の接合部の品質を高める。これは、構成要素１００の製造歩留りを増大させ、構成要素１００の寿命を長くし、構成要素１００の冷却効果を高め、又はそれらの組み合わせをもたらす。
【００２３】
物品２０１に対して輪郭形成された近位面２０２の反対側又は実質的に反対側に配置される輪郭形成された遠位面２０３は、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７の上に外面を形成する。輪郭形成された遠位面２０３により形成される外面は、輪郭形成された近位面２０２の形状及び／又は曲線輪郭と同じであっても、実質的に同じであっても、又はそれとは異なっていてもよく、かつ、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７の上に改修された表面特性を与えるためのいずれかの適切な形状及び／又は曲線輪郭を含む。
【００２４】
例えば、一実施形態において、図６に示されるように、輪郭形成された近位面２０２は、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７を反映するように構成及び配置され、一方、遠位面２０３は、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７の上に、輪郭形成された空気力学的表面を含む改修された表面特性を形成するように構成及び配置される。別の実施形態において、輪郭形成された空気力学的表面は、従来の軸対称の又は円形の円周方向端壁に対して隆起して輪郭形成され、高温ガスが構成要素の翼形部分に隣接してその周りに流れるときに生成される渦流の悪影響を含む、空気力学的悪影響を低減する。更に別の実施形態において、輪郭形成された空気力学的表面は、ピーク、ハンプ、バンプ、トレンチ、トラフ、及び／又は輪郭形成された端壁のためのいずれかの他の特徴部のような３Ｄ輪郭形成特徴部を含むように、半径方向に隆起して輪郭形成される。幾つかの実施形態において、３Ｄ輪郭形成部は、円周方向に均一な半径からの様々な半径方向偏差を含む。前述のように、円周方向半径は、タービンエンジンの中心軸線又はロータ軸線に対して定められることが好ましい。
【００２５】
付加的に又は代替的に、図７〜図８に示されるように、物品２０１及び第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７は、構成要素１００内に１つ又はそれ以上の表面近傍冷却チャネル７０３を形成するように構成及び配置される。図７を参照すると、一実施形態において、少なくとも１つの溝７０１が、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７内に形成される。物品２０１は、少なくとも１つの溝７０１の上に配置され、少なくとも１つの溝７０１が形成される、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に直接又は間接的に固定される。第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に固定されると、物品２０１は少なくとも１つの溝７０１を覆い、構成要素１００内に１つ又はそれ以上の表面近傍冷却チャネル７０３を形成する。図８を参照すると、別の実施形態において、少なくとも１つの溝７０１は、物品２０１の輪郭形成された近位面２０２内に形成される。第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に固定されると、物品２０１内の少なくとも１つの溝７０１は、構成要素１００内に１つ又はそれ以上の表面近傍冷却チャネル７０３を形成する。本明細書では、物品２０１又は端壁１０５、１０７の何れかの中に形成されるものとして説明されるが、当業者には理解されるように、本開示はそのように限定されるものではなく、物品２０１内、又は物品２０１と端壁１０５、１０７の両方の中に形成された少なくとも１つの溝７０１を含むことができる。物品２０１が端壁１０５、１０７に固定された際に、１つ又はそれ以上の表面近傍冷却チャネル７０３を形成するように、物品２０１及び端壁１０５、１０７内に形成された溝７０１は、位置合わせされ及び／又は交互配置される。
【００２６】
特定の実施形態において、表面近傍冷却チャネル７０３のサイズ、配置、及び／又は密度は、輪郭形成された表面の種々の特徴と関連した熱負荷に応じて、より多くの又はより少ない冷却をもたらすように構成することができる。例えば、比較的多量の冷却流をもたらすように、ピーク又はバンプのようなより高い隆起及び／又は増大した熱負荷（例えば、増大した局所熱伝達係数）を有する構成要素１００の部分内の冷却チャネル７０３を構成及び配置することができ、一方、比較的少量の冷却流をもたらすように、トレンチ又はトラフなどのより低い隆起及び／又は低減した熱負荷（例えば、減少した局所熱伝達係数）を有する構成要素１００の部分内の冷却チャネル７０３を構成及び配置することができる。
【００２７】
図９を参照すると、一実施形態において、少なくとも１つの中間部材９０１が、物品２０１と第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７との間に配置される。中間部材９０１は、物品２０１を第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に間接的に固定するのに適したいずれかの材料又は材料の組み合わせを含む。例えば、一実施形態において、中間部材９０１は、ペースト、スラリ、粉末、又は物品２０１を第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に固定するのを容易にするための他の材料構成を含む。他の中間材料は、ＰＳＰ組成物と共に使用するのに適したいずれかの材料を含む。別の実施形態において、中間部材９０１は、物品２０１を第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に間接的に固定するように構成及び配置された第１の表面及び第２の表面を含む。更に別の実施形態において、物品２０１が、中間部材９０１を介して第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に間接的に固定されると、輪郭形成された遠位面２０３は、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７の上に外面を形成する。
【００２８】
固定する前に、中間部材９０１の第１の表面は、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７の形状及び／又は曲線輪郭を反映する又は実質的に反映する形状及び／又は曲線輪郭を含み、中間部材９０１の第２の表面は、物品２０１の輪郭形成された近位面２０２の形状及び／又は曲線輪郭を反映する又は実質的に反映する形状及び／又は曲線輪郭を含む。中間部材９０１の第１の表面が第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に固定されると、中間部材９０１の第２の表面は、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７の上に中間表面を提供する。中間表面は、そこへの輪郭形成された近位面２０２の固定を容易にし、この中間表面は、図５に示される平坦な表面５０３と比べると、輪郭形成された近位面２０２と組み合わせて、物品２０１と第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７との間により精密な公差を提供する。付加的に、中間部材９０１は、内部に形成された１つ又はそれ以上の溝７０１を含むことができ、１つ又はそれ以上の溝７０１は、構成要素１００内に表面近傍冷却チャネル７０３の少なくとも１つを形成するように構成及び配置される。
【００２９】
本明細書に開示される１つ又はそれ以上の実施形態によると、構成要素１００及び物品２０１の材料は、これらに限定されるものではないが、いずれかの公知の基材及び／又はＰＳＰ材料を含む、燃焼及び／又はタービンシステムで用いるいずれかの好適な材料又は材料の組み合わせを含む。例えば、一実施形態において、構成要素１００は、タービンエンジン内及び／又はタービンエンジンの高温ガス経路内での連続的使用のための、いずれかの好適なマイクロ構造を有するいずれかの好適な材料を含む。好適なマイクロ構造は、これらに限定されるものではないが、等軸、方向性凝固（ＤＳ）、単結晶（ＳＸ）、又はそれらの組み合わせを含む。構成要素１００の好適な材料は、これらに限定されるものではないが、金属、セラミック、合金、超合金、鋼、ステンレス鋼、工具鋼、ニッケル、コバルト、クロム、チタン、アルミニウム、又はそれらの組み合わせを含むことができる。
【００３０】
構成要素１００の１つの好適な材料は、これらに限定されるものではないが、約２９重量％のクロム（Ｃｒ）、約１０重量％のニッケル（Ｎｉ）、約７重量％のタングステン（Ｗ）、約１重量％の鉄（Ｆｅ）、約０．２５重量％の炭素（Ｃ）、約０．０１重量％のホウ素（Ｂ）及び残部のコバルト（Ｃｏ）（例えば、ＦＳＸ４１４）；約２０重量％〜約２４重量％のＣｒ、約２０重量％〜約２４重量％のＮｉ、約１３重量％〜約１５重量％のＷ、約３重量％のＦｅ、約１．２５重量％のマンガン（Ｍｎ）、約０．２重量％〜０．５重量％のケイ素（Ｓｉ）、約０．０１５重量％のＢ、約０．０５重量％〜約０．１５重量％のＣ、約０．０２重量％〜約０．１２重量％のランタン（Ｌａ）及び残部のＣｏ（例えば、ＨＡＹＮＥＳ（登録商標）１８８）；約２２．５重量％〜約２４．２５重量％のＣｒ、約９重量％〜約１１重量％のＮｉ、約６．５重量％〜約７．５重量％のＷ、約３重量％〜約４重量％のＴａ、約０．３重量％までのチタン（Ｔｉ）（例えば、約０．１５重量％〜約０．３重量％のＴｉ）、約０．６５重量％までのＣ（例えば、約０．５５重量％〜約０．６５重量％のＣ）、約０．５５重量％までのジルコニウム（Ｚｒ）（例えば、約０．４５重量％〜約０．５５重量％のＺｒ）及び残部のＣｏ（例えば、Ｍａｒ−Ｍ−５０９）；約２０重量％のＮｉ、約２０重量％のＣｒ、約７．５重量％のＴａ、約０．１重量％のＺｒ、約０．０５重量％のＣ及び残部のＣｏ（例えば、Ｍａｒ−Ｍ−９１８）の組成を含む、コバルト・ベースの材料である。
【００３１】
構成要素１００の別の好適な材料は、これらに限定されるものではないが、約９．７５重量％のＣｒ、約７．５重量％のＣｏ、約６．０重量％のＷ、約４．２重量％のアルミニウム（Ａｌ）、約３．５重量％のＴｉ、約１．５重量％のモリブデン（Ｍｏ）、約４．８重量％のＴａ、約０．５重量％のニオブ（Ｎｂ）、約０．１５重量％のハフニウム（Ｈｆ）、約０．０５重量％のＣ、約０．００４重量％のＢ及び残部のＮｉ（例えば、Ｒｅｎｅ  Ｎ４）；約７．５重量％のＣｏ、約７．０重量％のＣｒ、約６．５重量％のＴａ、約６．２重量％のＡｌ、約５．０重量％のＷ、約３．０重量のレニウム（Ｒｅ）、約１．５重量％のＭｏ、約０．１５重量％のＨｆ、約０．０５重量％のＣ、約０．００４重量％のＢ、約０．０１重量％のイットリウム（Ｙ）及び残部のＮｉ（例えば、Ｒｅｎｅ  Ｎ５）；約９重量％〜約１０重量％のＣｏ、約９．３重量％〜約９．７重量％のＷ、約８．０重量％〜約８．７重量％のＣｒ、約５．２５重量％〜約５．７５重量％のＡｌ、約２．８重量％から約３．３重量％のＴａ、約１．３重量％〜約１．７重量％のＨｆ、約０．９重量％までのＴｉ（例えば、約０．６重量％〜約０．９重量％）、約０．６重量％までのＭｏ（例えば、約０．４重量％〜約０．６重量％）、約０．２重量％までのＦｅ、約０．１２重量％までのＳｉ、約０．１重量％までのＭｎ、約０．１重量％までの銅（Ｃｕ）、約０．１重量％までのＣ（例えば、約０．０７重量％〜約０．１重量％）、約０．１重量％までのＮｂ、約０．０２％までのＺｒ（例えば、０．００５重量％〜約０．０２重量％）、約０．０２重量％までのＢ（例えば、約０．０１重量％〜約０．０２重量％）、約０．０１重量％までのリン（Ｐ）、約０．００４重量％の硫黄（Ｓ）及び残部のＮｉ（例えば、Ｒｅｎｅ  １０８）；約１３．７０重量％〜約１４．３０重量％のＣｒ、約９．０重量％〜約１０．０重量％のＣｏ、約４．７重量％〜約５．１重量％のＴｉ、約３．５重量％〜約４．１重量％のＷ、約２．８重量％〜約３．２重量％のＡｌ、約２．４重量％〜約３．１重量％のＴａ、約１．４重量％〜約１．７重量％のＭｏ、０．３５重量％のＦｅ、０．３重量％のＳｉ、約０．１５重量％のＮｂ、約０．０８重量％〜約０．１２重量％のＣ、約０．１重量％のＭｎ、約０．１重量％のＣｕ、約０．０４重量％のＺｒ、約０．００５重量％〜約０．０２０重量％のＢ、約０．０１５重量％のＰ、約０．００５重量％のＳ及び残部のＮｉ（例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＧＴＤ−１１１（登録商標））；約２２．２重量％〜約２２．８重量％のＣｒ、約１８．５重量％〜約１９．５重量％のＣｏ、約２．３重量％のＴｉ、約１．８重量％〜約２．２重量％のＷ、約１．２重量％のＡｌ、約１．０重量％のＴａ、約０．８重量％のＮｂ、約０．２５重量％のＳｉ、約０．０８重量％〜約０．１２重量％のＣ、約０．１０重量％のＭｎ、約０．０５重量％のＺｒ、約０．００８重量％のＢ及び残部のＮｉ（例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＧＴＤ−２２２（登録商標））；約９．７５重量％のＣｒ、約７．５重量％のＣｏ、約６．０重量％のＷ、約４．２重量％のＡｌ���約４．８重量％のＴａ、約３．５重量％のＴｉ、約１．５重量％のＭｏ、約０．０８重量％のＣ、約０．００９重量％のＺｒ、約０．００９重量％のＢ及び残部のＮｉ（例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＧＴＤ−４４４（登録商標））；約１５．７０重量％〜約１６．３０重量％のＣｒ、約８．００重量％〜約９．００重量％のＣｏ、約３．２０重量％〜約３．７０重量％のＴｉ、約３．２０重量％〜約３．７０重量％のＡｌ、約２．４０重量％〜約２．８０重量％のＷ、約１．５０重量％〜約２．００重量％のＴａ、約１．５０重量％〜約２．００重量％のＭｏ、約０．６０重量％〜約１．１０重量％のＮｂ、約０．５０重量％までのＦｅ、約０．３０重量％までのＳｉ、約０．２０重量％までのＭｎ、約０．１５重量％〜約０．２０重量％のＣ、約０．０５重量％〜約０．１５重量％のＺｒ、約０．０１５重量％までのＳ、約０．００５重量％〜約０．０１５重量％のＢ及び残部のニッケル（例えば、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）７３８）；約９．３重量％〜約９．７重量％のＷ、約９．０重量％〜約９．５重量％のＣｏ、約８．０重量％〜約８．５重量％のＣｒ、約５．４重量％〜約５．７重量％のＡｌ、約０．２５重量％までのＳｉ、約０．１重量％までのＭｎ、約０．０６重量％〜約０．０９重量％のＣ、不可避的不純物及び残部のＮｉ（例えば、Ｍａｒ−Ｍ−２４７）の組成を含むニッケル・ベースの材料である。
【００３２】
構成要素１００の別の好適な材料は、これらに限定されるものではないが、ニッケル及びコバルトを合わせて約５０重量％〜約５５重量％、約１７重量％〜約２１重量％のクロム、ニオブ及びタンタルを合わせて約４．７５重量％〜約５．５０重量％、約０．０８重量％の炭素、約０．３５重量％のマグネシウム、約０．３５重量％のケイ素、約０．０１５重量％のリン、約０．０１５重量％の硫黄、約１．０重量％のコバルト、約０．３５重量％〜約０．８０重量％のアルミニウム、約２．８０重量％〜約３．３０重量％のモリブデン、約０．６５重量％〜約１．１５重量％のチタン、約０．００１重量％〜約０．００６重量％のホウ素、約０．１５重量％の銅及び残部の鉄（例えば、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）７１８）の組成を含む、鉄ベースの材料である。構成要素１００の他の材料は、これらに限定されるものではないが、例えば、７０Ｃｏ−２７Ｃｒ−３ＭｏなどのＣｏＣｒＭｏ合金、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）、又はそれらの組み合わせを含む。
【００３３】
「ＩＮＣＯＮＥＬ」は、米国ウェストバージニア州Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ所在のＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎ  Ａｌｌｏｙｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより製造される合金の連邦政府によって登録された商標である。「ＨＡＹＮＥＳ」は、米国インディアナ州Ｋｏｋｏｍｏ所在のＨａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．によって製造される合金の連邦政府によって登録された商標である。
【００３４】
別の実施形態において、物品２０１は、第１の端壁１０５及び／又は第２の端壁１０７に固定されるのに適した、及び／又はタービンエンジン内及び／又はタービンエンジンの高温ガス経路内での連続的使用に適したいずれかの材料を含む。物品２０１の材料は、構成要素１００の材料と同じであっても、実質的に同じであっても、又はそれとは異なっていてもよい。一実施形態において、物品２０１の材料は、いずれかの好適なＰＳＰ材料を含む。別の実施形態において、ＰＳＰ材料は、種々の混合百分率を有する、少なくとも２つの材料を含有する。第１の材料は、例えば、本明細書に開示されるタービンシステムの高温経路に適したいずれかの材料を含む。第２の材料は、例えば、これらに限定されるものではないが、約１３重量％〜約１５重量％のクロム、約９重量％〜約１１重量％のコバルト、約２．２５重量％〜約２．７５重量％のタンタル、約３．２５重量％〜約３．７５重量％のアルミニウム、約２．５重量％〜約３重量％のホウ素、約０．１重量％までのイットリウム（例えば、約０．０２重量％〜約０．１重量％のイットリウム）及び残部のニッケル；又は、約１８．５重量％〜約１９．５重量％のクロム、約９．５重量％〜約１０．５重量％のケイ素、約０．１重量％のコバルト、約０．０３重量％のホウ素、約０．０６重量％の炭素及び残部のニッケルの組成を有する、ニッケルろう付け合金材料のような、ろう付け用合金を含む。
【００３５】
１又はそれ以上の実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができ且つ本発明の要素を均等物で置き換えることができる点は、当業者には理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実行するために企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の請求項の範囲に属する全ての実施形態を含むことになることを意図している。さらに、詳細な説明において識別される全ての数値は、厳密な値及び近似値がどちらも明示的に識別されるかのように解釈される。
【００３６】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
少なくとも１つの溝を有する輪郭形成された近位面と、
輪郭構成された遠位面と、
を有する予備焼結プリフォームを含み、
上記輪郭形成された近位面は、少なくとも１つの溝を除いて、構成要素の端壁の曲線輪郭を実質的に反映するように構成及び配置され、
上記輪郭形成された遠位面は、改修された表面特性を含む外面を形成するように構成及び配置される、物品。
［実施態様２］
上記輪郭形成された遠位面の曲線輪郭は、上記輪郭形成された近位面の曲線輪郭とは異なる、実施態様１に記載の物品。
［実施態様３］
上記輪郭形成された遠位面の上記曲線輪郭は、円周方向に均一な半径からの様々な半径偏差を含む３次元の輪郭形成部を含む、実施態様１に記載の物品。
［実施態様４］
上記改修された表面特性は、輪郭形成された空気力学的表面を含む、実施態様１に記載の物品。
［実施態様５］
上記少なくとも１つの溝は、上記物品が上記端壁の上に配置されたときに、少なくとも１つの冷却チャネルを形成するように構成及び配置される、実施態様１に記載の物品。
［実施態様６］
上記少なくとも１つの溝は、上記構成要素の上記端壁の上記曲線輪郭に従うように構成及び配置される、実施態様５に記載の物品。
［実施態様７］
上記改修された表面特性は、少なくとも１つのピーク及び少なくとも１つのトレンチを含む輪郭形成された空気力学的表面を含み、上記少なくとも１つの溝は複数の溝を含み、上記複数の溝は、上記少なくとも１つのピークのより大きな表面近傍冷却を提供するために、上記少なくとも１つのトレンチの下方よりも上記少なくとも１つのピークの下方に近接して構成される、実施態様５に記載の物品。
［実施態様８］
第１の端壁と、
第２の端壁と、
上記第１の端壁及び上記第２の端壁の少なくとも１つに固定された物品と、
を含み、上記物品は、
輪郭形成された近位面と、
輪郭形成された遠位面と、
を有する予備焼結プリフォームを含み、
上記輪郭形成された近位面は、上記第１の端壁及び上記第２の端壁の少なくとも１つの曲線輪郭を実質的に反映し、
上記輪郭形成された遠位面は、上記第１の端壁又は上記第２の端壁の上に、改修された表面特性を含む外面を形成するように構成及び配置される、構成要素。
［実施態様９］
上記輪郭形成された遠位面の曲線輪郭は、上記輪郭形成された近位面の曲線輪郭とは異なる、実施態様８に記載の構成要素。
［実施態様１０］
上記輪郭形成された遠位面の上記曲線輪郭は、円周方向に均一な半径からの様々な半径偏差を含む３次元の輪郭形成部を含む、実施態様８に記載の構成要素。
［実施態様１１］
上記第１の端壁、上記第２の端壁、上記輪郭形成された近位面、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される上記構成要素の部分内に形成された少なくとも１つの溝をさらに含む、実施態様８に記載の構成要素。
［実施態様１２］
上記少なくとも１つの溝は、上記構成要素内に冷却チャネルを形成するように構成及び配置される、実施態様１１に記載の構成要素。
［実施態様１３］
上記少なくとも１つの溝は、上記第１の端壁及び上記第２の端壁の少なくとも１つの上記曲線輪郭に従うように構成及び配置される、実施態様１１に記載の構成要素。
［実施態様１４］
上記少なくとも１つの溝は、上記輪郭形成された遠位面の３次元の輪郭形成特徴部内に異なる流量を提供するように構成及び配置された複数の溝を含む、実施態様１１に記載の構成要素。
［実施態様１５］
上記複数の溝は、増大した熱負荷を有する上記３次元の輪郭形成特徴部内の冷却チャネルの比較的増大した密度を形成する、実施態様１４に記載の構成要素。
［実施態様１６］
上記構成要素は、ガスタービンの高温ガス経路構成要素である、実施態様８に記載の構成要素。
［実施態様１７］
上記構成要素はノズルであり、上記ノズルは、上記第１の端壁と上記第２の端壁との間に配置された翼形部分をさらに含む、実施態様１６に記載の構成要素。
［実施態様１８］
構成要素を作製する方法であって、
近位面及び遠位面を有する予備焼結プリフォームを含む物品を形成するステップと、
上記物品の上記近位面を輪郭形成して輪郭形成された近位面を形成するステップと、
上記物品の上記遠位面を輪郭形成して輪郭形成された遠位面を形成するステップと、
上記物品の上記輪郭形成された近位面を上記構成要素の第１の端壁及び第２の端壁の１つに固定するステップと、
を含み、
上記固定するステップの前に、上記輪郭形成された近位面は、上記構成要素の上記第１の端壁及び上記第２の端壁の少なくとも１つの曲線輪郭を実質的に反映し、
上記固定するステップの後、上記輪郭形成された遠位面は、上記第１の端壁及び上記第２の端壁の少なくとも１つの上に、改修された表面特性を含む外面を形成する、方法。
［実施態様１９］
上記近位面を輪郭形成するステップは、上記固定するステップの前に、上記輪郭形成された近位面と上記第１の端壁及び上記第２の端壁の少なくとも１つとの間により精密な公差を提供する、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
上記固定するステップの前に、上記第１の端壁、上記第２の端壁、上記輪郭形成された近位面、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される上記構成要素の部分内に形成された少なくとも１つの溝を形成するステップをさらに含み、
上記固定するステップの後、上記少なくとも１つの溝は、上記構成要素内の冷却チャネルを形成する、実施態様１８に記載の方法。
【符号の説明】
【００３７】
１００  構成要素
１０１  ノズル
１０５  第１の端壁
１０７  第２の端壁
１０３  翼形部分
２０１  物品
２０２  輪郭形成された近位面
２０３  輪郭形成された遠位面
５０１  平坦な面
５０３  平坦な表面
７０１  溝
７０３  表面近傍冷却チャネル
９０１  中間部材
【図１】
2017207058.tif 000003
【図２】
2017207058.tif 000004
【図３】
2017207058.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2017207058.tif 000011
【外国語明細書】
2017207058000001.pdf