(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル基及びコバルト基超合金物品（１０）の補修用ニッケル基ろう材であって、第１ニッケル基粉末及び第２ニッケル基粉末を含有し、第１ニッケル基粉末が１０〜１８重量％のクロム、６〜１４重量％のコバルト、３．５〜６．５重量％のチタン、１．５〜４．５重量％のアルミニウム、２．５〜５．５重量％のタングステン、２．５〜５．５重量％のモリブデン、０．０５〜０．３０重量％の炭素、０．０１〜０．２０重量％のジルコニウム、０．００１〜０．２重量％のホウ素、ただしタングステンとモリブデンの合計量が５．０重量％以上、残部のニッケル及び不可避的不純物からなり、第２ニッケル基粉末が１０．０〜２０．０重量％のクロム、２．０〜５．０重量％のホウ素、３．０重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物からなり、ろう材中の第１ニッケル基粉末と第２ニッケル基粉末との重量比が５０：５０〜７５：２５である、ニッケル基ろう材。
【請求項２】
さらにバインダを含有する、請求項１記載のニッケル基ろう材。
【請求項３】
当該ニッケル基ろう材がスラリー、テープ又はパテ状である、請求項２記載のニッケル基ろう材。
【請求項４】
当該ニッケル基ろう材が焼結プリフォームの形態となるように第１ニッケル基粉末と第２ニッケル基粉末が互いに焼結されている、請求項１記載のニッケル基ろう材。
【請求項５】
第１ニッケル基粉末が１３．７〜１４．３重量％のクロム、９．０〜１０．０重量％のコバルト、４．８０〜５．２０重量％のチタン、２．８０〜３．２０重量％のアルミニウム、３．７０〜４．３０重量％のタングステン、３．７０〜４．３０重量％のモリブデン、０．１５〜０．１９重量％の炭素、０．０３〜０．１０重量％のジルコニウム、０．０１〜０．０２重量％のホウ素、ただしタングステンとモリブデンの合計量が７．７重量％以上、残部のニッケル及び不可避的不純物からなる、請求項１記載のニッケル基ろう材。
【請求項６】
第２ニッケル基粉末が１３．００〜１７．００重量％のクロム、３．００〜４．００重量％のホウ素、１．５重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物からなる、請求項１記載のニッケル基ろう材。
【請求項７】
ろう材中の第１ニッケル基粉末と第２ニッケル基粉末との重量比が６５：３５である、請求項１記載のニッケル基ろう材。
【請求項８】
１０〜１９重量％のクロム、３〜１０．５重量％のコバルト、１．７５〜４．９重量％のチタン、０．７５〜３．４重量％のアルミニウム、１．２５〜４．１重量％のタングステン、１．２５〜４．１重量％のモリブデン、０．０２５〜０．２２５重量％の炭素、０．００５〜０．１５重量％のジルコニウム、０．５０〜２．６重量％のホウ素、１．５重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物からなるニッケル基ろう合金（１６）を生成するようにニッケル基ろう材内で第１ニッケル基粉末と第２ニッケル基粉末が結合する、請求項１記載のニッケル基ろう材。
【請求項９】
クラック（１２）に請求項１記載のニッケル基ろう材が充填された超合金物品（１０）。
【請求項１０】
物品を形成する超合金の公称組成が、
２２．４重量％のクロム、１９．０重量％のコバルト、３．７重量％のチタン、１．９重量％のアルミニウム、２．０重量％のタングステン、１．４重量％のタンタル、１．０重量％のニオブ、０．１０重量％のジルコニウム、０．１５重量％の炭素、０．００９重量％のホウ素、残部のニッケル及び不可避的不純物であるか、又は
２２．５重量％のクロム、１４．０重量％のコバルト、２．３重量％のチタン、１．２重量％のアルミニウム、２．０重量％のタングステン、０．８重量％のコロンビウム、１．０重量％のタンタル、残部のニッケル及び不可避的不純物である請求項９記載の超合金物品。
【請求項１１】
物品（１０）がガスタービンエンジンの燃焼器ライナー（１０）である、請求項９記載の超合金物品（１０）。
【請求項１２】
ニッケル基及びコバルト基超合金物品（１０）を補修する方法であって、
ニッケル基超合金物品（１０）補修用のニッケル基ろう材を調製し、このろう材は第１ニッケル基粉末及び第２ニッケル基粉末を含有し、第１ニッケル基粉末が１０〜１８重量％のクロム、６〜１４重量％のコバルト、３．５〜６．５重量％のチタン、１．５〜４．５重量％のアルミニウム、２．５〜５．５重量％のタングステン、２．５〜５．５重量％のモリブデン、０．０５〜０．３０重量％の炭素、０．０１〜０．２０重量％のジルコニウム、０．００１〜０．２重量％のホウ素、ただしタングステンとモリブデンの合計量が５．０重量％以上、残部のニッケル及び不可避的不純物からなり、第２ニッケル基粉末が１０．０〜２０．０重量％のクロム、２．０〜５．０重量％のホウ素、３．０重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物からなり、ろう材中の第１ニッケル基粉末と第２ニッケル基粉末との重量比が５０：５０〜７５：２５であり、
ニッケル基ろう材をニッケル基又はコバルト基超合金物品（１０）の表面にその表面のボイド（１４）を充填するように適用し、
超合金物品（１０）を加熱してニッケル基ろう材をボイド（１４）に流入、充填させ、ニッケル基ろう材から超合金物品（１０）と冶金結合したニッケル基ろう合金を生じさせる
工程を含んでなる方法。
【請求項１３】
ニッケル基ろう材がさらにバインダを含有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
ニッケル基ろう材をスラリー、テープ、パテ又は焼結プリフォームとして調製する、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
超合金物品（１０）を１１７０〜１２１５℃の温度に加熱し、当該方法が、さらに、ニッケル基ろう合金（１６）を１１３５〜１１６５℃の温度で０．５〜４時間熱処理して、ニッケル基ろう合金（１６）を超合金物品（１０）と相互拡散させ、次いで超合金物品（１０）を３０℃／分以上の速度で８１５℃未満の温度に冷却する工程を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
第１ニッケル基粉末が１３．７〜１４．３重量％のクロム、９．０〜１０．０重量％のコバルト、４．８０〜５．２０重量％のチタン、２．８０〜３．２０重量％のアルミニウム、３．７０〜４．３０重量％のタングステン、３．７０〜４．３０重量％のモリブデン、０．１５〜０．１９重量％の炭素、０．０３〜０．１０重量％のジルコニウム、０．０１〜０．０２重量％のホウ素、ただしタングステンとモリブデンの合計量が７．７重量％以上、残部のニッケル及び不可避的不純物からなる、請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
第２ニッケル基粉末が１３．００〜１７．００重量％のクロム、３．００〜４．００重量％のホウ素、１．５重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物からなる、請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
ろう材中の第１ニッケル基粉末と第２ニッケル基粉末との重量比が６５：３５である、請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
前記ニッケル基ろう合金が１０〜１９重量％のクロム、３〜１０．５重量％のコバルト、１．７５〜４．９重量％のチタン、０．７５〜３．４重量％のアルミニウム、１．２５〜４．１重量％のタングステン、１．２５〜４．１重量％のモリブデン、０．０２５〜０．２２５重量％の炭素、０．００５〜０．１５重量％のジルコニウム、０．５０〜２．６重量％のホウ素、１．５重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物からなるように第１ニッケル基粉末と第２ニッケル基粉末とがニッケル基ろう材内で結合する、請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
超合金物品（１０）の公称組成が、
２２．４重量％のクロム、１９．０重量％のコバルト、３．７重量％のチタン、１．９重量％のアルミニウム、２．０重量％のタングステン、１．４重量％のタンタル、１．０重量％のニオブ、０．１０重量％のジルコニウム、０．１５重量％の炭素、０．００９重量％のホウ素、残部のニッケル及び不可避的不純物であるか、又は
２２．５重量％のクロム、１４．０重量％のコバルト、２．３重量％のチタン、１．２重量％のアルミニウム、２．０重量％のタングステン、０．８重量％のコロンビウム、１．０重量％のタンタル、残部のニッケル及び不可避的不純物である
請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
超合金物品（１０）がガスタービンエンジンの燃焼器ライナー（１０）であり、ニッケル基又はコバルト基超合金から形成され、燃焼器ライナー（１０）が複数のトランスピレーション冷却穴（１４）を有し、少なくとも１つの冷却穴にクラック（１２）が通り、１０〜１９重量％のクロム、３〜１０．５重量％のコバルト、１．７５〜４．９重量％のチタン、０．７５〜３．４重量％のアルミニウム、１．２５〜４．１重量％のタングステン、１．２５〜４．１重量％のモリブデン、０．０２５〜０．２２５重量％の炭素、０．００５〜０．１５重量％のジルコニウム、０．５０〜２．６重量％のホウ素、１．５重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物からなるニッケル基ろう材からなるニッケル基ろう合金（１６）で上記クラックを充填する、請求項１２記載の方法。
【請求項２２】
ニッケル基ろう合金（１６）が１３．４〜１５．３重量％のクロム、５．８〜６．５重量％のコバルト、３．１〜３．４重量％のチタン、１．８〜２．１重量％のアルミニウム、２．４〜２．８重量％のタングステン、２．４〜２．８重量％のモリブデン、０．１０〜０．１３重量％の炭素、０．０２〜０．０７重量％のジルコニウム、１．０〜１．４重量％のホウ素、１．０重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物からなる、請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、高温で作動する部品を補修するろう材及び方法に関する。本発明は特に、ガスタービンエンジンの燃焼器ライナーの形成に用いられるタイプのニッケル基及びコバルト基超合金の補修に適した組成のニッケル基合金を含有するろう材で形成した補修部に関する。
【０００２】
【背景技術】
ガスタービンエンジンの燃焼器やタービン部品のような高温で作動させなければならない部品の製造に、耐熱性コバルト基及びニッケル基超合金が使用されている。エンジンの運転中、これらの部品は苛酷な高温条件にさらされるが、かかる条件下では様々なタイプの損傷や劣化が起こる。例えば、燃焼器ライナーはクラックを生じるが、クラックは典型的には点火装置チューブや大径希釈穴のような表面不整部を開始点とし、冷熱サイクルによって変動する応力によって進展する。耐熱性コバルト基及びニッケル基超合金から形成した部品のコストが比較的高いので、通常これらの部品を交換するより補修する方が望ましい。
【０００３】
超合金から鍛造された燃焼器ライナーの補修方法として、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接法がある。従来の空冷式燃焼器ライナーでは、通常比較的大きな希釈穴（例えば直径０．２０インチ（約５ｍｍ）以上）が穴直径の１０倍以上の間隔で分布している。ＴＩＧ溶接は、溶接後に必要な加工がごくわずかしかなく、また希釈穴の比較的大きな間隔及び寸法から見て実用的であるので、このような補修にはＴＩＧ溶接が適切である。しかし、ガスタービンエンジンの効率の向上とともに、一段と優れた冷却方法が必要となっている。このような冷却方法では、少ない冷却空気流を冷却表面により均一に適用するのが代表的である。このことは、燃焼入口温度の上昇及び疲労強度の優れた材料の開発と相まって、トランスピレーションフィルム冷却を用いる燃焼器ライナーの開発につながった。トランスピレーションフィルム冷却では、極めて多数の格段に小さな冷却穴をライナー表面に均一に分布させる。トランスピレーション冷却穴は、レーザー加工のような方法で、ライナー表面に対して傾斜させて精密に形成しかつ密な間隔とし、これによりライナーの流路側表面上に均一な冷却フィルムを生成し、かくして高熱燃焼ガスによる熱損傷を軽減する。しかし、トランスピレーションフィルム冷却を用いると、苛酷な使用条件から燃焼器ライナーに生じるクラックの現場修理が煩雑になる。クラックは、やはり表面不整部から始まることが多いが、多数のトランスピレーション穴を介して進行する。穴の寸法と間隔が小さいため、従来の溶接補修では、補修位置内及びその近傍の多数のトランスピレーション穴を埋め、つぶしてしまうことになり、レーザードリリング又は放電加工（ＥＤＭ）により穴を復元する必要があり、結果として従来の溶接補修は費用がかさんでしまう。
【０００４】
超合金部品の補修のために最近開発された低コストのアプローチは、活性化拡散ヒーリング（ＡＤＨ＝activated  diffusion healing）と称され、真空ろう付け操作を行う。ＡＤＨ法では、補修すべき超合金部品より低い温度で溶融する合金粉末又は粉末混合物を使用する。２種の粉末を組み合わせる場合、片方の粉末は他方の粉末よりはるかに低い温度で溶融し、したがって溶融時に二相混合物が形成されるような組成とする。真空ろう付けサイクルにより、粉末ろう混合物を溶融させ、相互にかつ補修中の部品の超合金と合金化させる。次にろう付け後拡散熱処理サイクルを行って、相互拡散をさらに促進し、これによりろう混合物の再溶融温度を上げる。
【０００５】
強度が高く、高度に合金化した超合金の出現につれて、補修すべき超合金ごとに特殊化した改良補修材料が必要とされている。そのねらいはほとんどの場合、高い強度と補修物品のミクロ組織と密接にマッチしたミクロ組織とで特徴付けられる補修部をもたらすろう合金を得ることである。その結果、ＡＤＨ法その他のろう補修法に用いる何種かのろう合金材料が開発されている。多くの極めて適当な補修材料が種々の耐熱性コバルト基及びニッケル基超合金との性能が良好な組成に配合されているが、従来、特定の超合金から形成された燃焼器ライナーを補修するため特別に調製した組成のろう補修材料は存在しない。ここで一番大事なこととして、ライナー用のろう補修材料は、補修すべき特定のライナーに必要とされる機械的及び環境特性に合うよう独特な工夫をしなければならない。ライナーの特性要件はエンジンの種類及び航空用か工業用かその用途に依存する。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、物品、例えばニッケル基及びコバルト基超合金から形成したガスタービンエンジンの燃焼器ライナーを補修するろう材及び補修方法を提供する。ろう材はニッケル基ろう合金からなるが、ニッケル基ろう合金は好ましくは粉末形態であって、適当なビヒクル、例えばバインダに分散される。バインダは、上記粉末とスラリー、パテ又は固体テープを形成するように選択することができる。バインダは、ろう合金粒子を互いに接着するとともに、ろう合金粒子を補修すべき物品に接着する役目を果たす。或いは、ろう合金粒子を互いに焼結して剛固な補修プリフォームを形成することもできる。
【０００７】
本発明によれば、ろう合金の組成は、燃焼器ライナーの高温作動環境に耐えることができて、しかも補修すべき超合金の結晶粒成長温度又は溶融開始温度よりも低い溶融温度をもつように調製される。好ましいろう合金は２種以上のニッケル基粉末を結合させることにより形成される。これらの粉末のうち第１粉末は、実質的に１０〜１８重量％のクロム、６〜１４重量％のコバルト、３．５〜６．５重量％のチタン、１．５〜４．５重量％のアルミニウム、２．５〜５．５重量％のタングステン、２．５〜５．５重量％のモリブデン、０．０５〜０．３０重量％の炭素、０．０１〜０．２０重量％のジルコニウム、０．００１〜０．２重量％のホウ素、ただしタングステンとモリブデンの合計量が５．０重量％以上、残部のニッケル及び不可避的不純物からなる。第２粉末は、実質的に１０．０〜２０．０重量％のクロム、２．０〜５．０重量％のホウ素、３．０重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物からなる。ろう材中の第１粉末と第２粉末との好適な重量比は約５０：５０〜７５：２５である。ろう合金全体の好適な組成は、約１０〜１９重量％のクロム、約３〜１０．５重量％のコバルト、約１．７５〜４．９重量％のチタン、約０．７５〜３．４重量％のアルミニウム、約１．２５〜４．１重量％のタングステン、約１．２５〜４．１重量％のモリブデン、約０．０２５〜０．２２５重量％の炭素、約０．００５〜０．１５重量％のジルコニウム、約０．５０〜２．６重量％のホウ素、１．５重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物である。ここで、不可避的不純物とは、加工上の制約のためろう合金から完全に取り除くのが困難な元素であり、しかも合金の所望の特性を有意に変えたり劣化したりするのに十分な量は存在しない。
【０００８】
本発明の超合金製燃焼器ライナーを補修する方法では、ライナーのクラック、ボイドその他の損傷した表面領域にろう材を充填し、その後ライナーを真空環境で十分な温度に加熱し、もってろう合金を溶融させてクラック／ボイドに流入、充満させ、ろう合金とライナーの超合金との濡れ及び合金化を促進し、もって冷却時に冶金結合を生じさせる。本発明のろう合金には、約２２００°Ｆ（約１２００℃）以下の温度が、ライナー超合金の結晶粒成長又は溶融開始を引き起こすことなく、ろう合金を溶融し流動させるのに十分である。その後、超合金を好ましくは熱処理に付してろう合金とライナー超合金との相互拡散をさらに促す。
【０００９】
本発明によれば、ろう合金は、ガスタービンエンジン、特に航空用途に用いるガスタービンエンジンの燃焼器ライナー用に特別に開発された特定の超合金と相溶性となる組成とするのが理想的である。補修材料として、ろう合金はクラック及びボイドにおいてニッケル基及びコバルト基超合金との良好な濡れ性を発揮し、その結果得られる補修部は、従来のＴＩＧ法により補修されたライナーの応力−破断特性と合致又はそれを上回る応力−破断特性を発揮する。ろう材の好ましい組成は、ろう付け温度で、ろう合金がクラックその他の損傷区域に流れそこを充填するのに十分高い粘度を有し、しかも溶融合金が周囲の冷却穴に流れそれを塞ぐのを阻止するという追加の利点も有する。この利点は、空冷ライナーの密な間隔の小さなトランスピレーション冷却穴にクラックが交差する場合でも得られる。
【００１０】
本発明の他の目的及び効果は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、高温で作動しなければならない部品、特にガスタービンエンジンの燃焼器ライナーを補修するためのろう材及び補修方法を提供する。燃焼器ライナーは、ガスタービンエンジンの苛烈な熱及び腐食環境に耐える特殊な組成をもち、ライナーの高温特性を高めるミクロ組織を生じるように処理したニッケル基及びコバルト基超合金からなる。本発明のろう材は、ライナーをなすニッケル基及びコバルト基超合金と相溶性の組成をもたせることにより、空冷燃焼器ライナーのボイドやクラックの補修に特に適している。ろう材は、かかる超合金基板を容易に濡らして冶金結合でき、かかるライナーの冷却穴の復元に必要な再加工の量を最小限に抑える。
【００１２】
図１及び図２に示す燃焼器ライナー１０では、ライナー１０のトランスピレーションフィルム冷却穴１４を通るクラック１２が、本発明にしたがって形成されたろう合金１６で充填されている。燃焼器ライナー１０は、冷熱サイクルや、ライナーの表面の酸化を促進する高熱燃焼ガスへの曝露など、ライナー１０が遭遇する苛酷な使用条件により、図示のタイプのクラックを発生しやすい。本発明のろう合金１６を用いてクラック１２に充填し、ライナー１０の超合金に冶金結合した補修部を形成する。
【００１３】
本発明のろう合金１６は溶融温度が高いが、補修プロセス時に超合金の望ましいミクロ組織を保つためライナー超合金の結晶粒成長温度又は溶融開始温度よりは低い。さらに、ろう合金は、補修すべき超合金の組成と相溶性となる組成とされる。ガスタービンエンジンの燃焼器ライナー用の超合金としては、ＧＴＤ２２２として知られるニッケル基超合金が特に有効である。ＧＴＤ２２２超合金は公称組成が、約２２．５重量％のクロム、約１４．０重量％のコバルト、約２．３重量％のチタン、約１．２重量％のアルミニウム、約２．０重量％のタングステン、約０．８重量％のコロンビウム（ニオブ）、約１．０重量％のタンタル、残部のニッケル及び不可避的不純物である。別の有効な超合金はＩＮ９３９であり、その公称組成は、約２２．４重量％のクロム、約１９．０重量％のコバルト、約３．７重量％のチタン、約１．９重量％のアルミニウム、約２．０重量％のタングステン、約１．４重量％のタンタル、約１．０重量％のニオブ、約０．１０重量％のジルコニウム、約０．１５重量％の炭素、約０．００９重量％のホウ素、残部のニッケルである。これらの超合金がその高温特性から望ましいが、その他のニッケル基超合金及びコバルト基超合金も本発明のろう材で補修できると予想される。
【００１４】
本発明によれば、ろう合金１６は以下の基本組成、すなわち約１０〜１９重量％のクロム、約３〜１０．５重量％のコバルト、約１．７５〜４．９重量％のチタン、約０．７５〜３．４重量％のアルミニウム、約１．２５〜４．１重量％のタングステン、約１．２５〜４．１重量％のモリブデン、約０．０２５〜０．２２５重量％の炭素、約０．００５〜０．１５重量％のジルコニウム、約０．５０〜２．６重量％のホウ素、１．５重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物からなる組成を有する。ろう合金１６の好ましい組成は、約１３．４〜１５．３重量％のクロム、約５．８〜６．５重量％のコバルト、約３．１〜３．４重量％のチタン、約１．８〜２．１重量％のアルミニウム、約２．４〜２．８重量％のタングステン、約２．４〜２．８重量％のモリブデン、約０．１０〜０．１３重量％の炭素、約０．０２〜０．０７重量％のジルコニウム、約１．０〜１．４重量％のホウ素、１．０重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物である。上述の通り、ろう合金１６は、ＧＤＴ２２２及びＩＮ９３９超合金と金属学的に相溶性である。さらに、ろう合金１６はろう付け温度が約２１４０°Ｆ（約１１７０℃）〜約２２１５°Ｆ（約１２１５℃）の範囲にあり、これはＧＤＴ２２２及びＩＮ９３９超合金が示す結晶粒成長温度又は溶融開始温度よりも低いが、さもなければろう付けサイクルによって悪影響を受けるであろう。
【００１５】
ろう合金１６は、好ましくは２種以上のニッケル基合金粉末を含む組成のろう材から形成される。粉末粒子は好ましくは約−１４０メッシュ〜＋３２５メッシュの粒度範囲を有するが、形成すべき補修部のタイプに応じて、それより大きい粒子でも小さい粒子でも使用できると思料される。合金粉末のうち第１の粉末は、当技術分野で周知の超合金であるＲｅｎｅ８０の組成に似た組成を有する。特に、第１合金粉末は、１０〜１８重量％のクロム、６〜１４重量％のコバルト、３．５〜６．５重量％のチタン、１．５〜４．５重量％のアルミニウム、２．５〜５．５重量％のタングステン、２．５〜５．５重量％のモリブデン、ただしタングステンとモリブデンの合計量が５．０重量％以上、０．０５〜０．３０重量％の炭素、０．０１〜０．２０重量％のジルコニウム、０．００１〜０．２重量％のホウ素、残部のニッケル及び不可避的不純物からなる組成を有する。第１合金粉末の好ましい組成は、１３．７〜１４．３重量％のクロム、９．０〜１０．０重量％のコバルト、４．８０〜５．２０重量％のチタン、２．８０〜３．２０重量％のアルミニウム、３．７０〜４．３０重量％のタングステン、３．７０〜４．３０重量％のモリブデン、ただしタングステンとモリブデンの合計量が７．７重量％以上、０．１５〜０．１９重量％の炭素、０．０３〜０．１０重量％のジルコニウム、０．０１〜０．０２重量％のホウ素、残部のニッケル及び不可避的不純物である。タングステンとモリブデンの合計量は、ろう合金１６が高温で適当な機械的特性をもつように適量の固溶強化剤を確保する上で重要である。さらに、クロム及びアルミニウムはろう合金１６の耐酸化性を高め、チタン及びアルミニウムはγ’型析出物を形成して合金１６の機械的特性を高め、また炭素、ジルコニウム及びホウ素の存在は合金１６内に粒界析出物を生成する。第２合金粉末は、第１粉末よりも格段に低い温度で溶融して粉末混合物の溶融時に二相混合物が生成するような組成に調製される。第２合金粉末に適した材料はＡｌｌｏｙ  ７７５であり、その組成は１０．０〜２０．０重量％のクロム、２．０〜５．０重量％のホウ素、３．０重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物である。第２合金粉末の好ましい組成は、１３．００〜１７．００重量％のクロム、３．００〜４．００重量％のホウ素、１．５重量％以下の鉄、残部のニッケル及び不可避的不純物である。第１合金粉末と第２合金粉末は約５０：５０〜７５：２５、好ましくは６５：３５の重量比で組み合わせる。
【００１６】
ろう材は好ましくはスラリーとして用意し、使用するが、パテ、焼結プリフォーム又は可塑化テープの形態でも使用でき、これらは各々概して２種の合金粉末の混合物とバインダとを含有する。合金粉末を有機バインダと組み合わせる好ましい形態では、ろう材はスラリーとして塗工でき、スラリーはクラック１２を埋めてろう付け作業間ずっとライナー１０の表面に付着し続けるように簡単かつ正確に堆積させることができる。かかるバインダは当技術分野で周知であり、ＣＯＴＲＯＮＩＣＳ  ４Ｂのように環境に優しい市販のろうバインダが概ねすべて挙げられる。
【００１７】
本発明によるライナー１０の補修方法では、まず前述の処方のいずれかにしたがってろう材を調製する。溶融ろう合金が確実にクラック１２を充填してクラック１２の表面を濡らし、ろう合金１６とライナー超合金との間に冶金結合が生じるようにろう材を適切な形態で塗工し、もって高温作動温度での超合金の特性に合致するかそれを上回る機械的特性（例えば引張及び応力−破断）の組合せで特徴付けられる補修部が得られるようにする。ろう材及び超合金を真空又は不活性雰囲気中で、ろう合金溶融温度、すなわち約２１４０°Ｆ〜約２２１５°Ｆ、好ましくは約２２００°Ｆ（約１２００℃）で約２０分間加熱する。この加熱条件は、バインダを揮発させ合金粉末を流動させるのに十分であり、しかも超合金基板のミクロ組織を維持するのに十分低い。上述の通り、第２粉末は第１粉末よりもはるかに低い温度で溶融する組成とされ、したがって加熱時に、第２粉末は最初に溶融し、次いで第１粉末を溶解して二相混合物を生成し、この二相混合物が一緒に合金化してろう合金１６を形成する。この後、ろう合金１６及び超合金をさらに相互拡散させるため、補修したライナー１０を、温度約２０７５°Ｆ（約１１３５℃）〜約２１２５°Ｆ（約１１６５℃）、好ましくは約２１００°Ｆ（約１１５０℃）で期間約０．５〜４時間、好ましくは約２時間熱処理サイクルに付すのが好ましい。熱処理後、余分なろう合金１６は通常の研磨法で除去し得る。
【００１８】
超合金がＧＴＤ２２２の場合、ライナー１０を拡散温度から８１５℃（約１５００°Ｆ）以下に、３０℃／分（約５０°Ｆ／分）以上の速度で迅速に冷却して、ＧＴＤ２２２基板材料の粒界に沿って連続した炭化物膜を生成する必要がある。もっと遅い速度で冷却したり、８１５℃〜１１５０℃の温度範囲に長期間保持すると、粒界の炭化物膜が不均一になって、ＧＴＤ２２２から形成したライナーの延性及び低サイクル疲労寿命が低下する。
【００１９】
上述の補修方法を試験エンジンに搭載した燃焼器ライナーで評価したところ、良好な結果が得られ、ろう合金１６が従来のＴＩＧ溶接補修部と等価な補修部を形成することが実証された。評価対象は、図１に示したものに類似した数千の近接したトランスピレーション冷却穴を有する内側及び外側燃焼器ライナーとした。冷却穴をレーザー加工により精密形成し、ライナーの流路側表面に沿って冷却フィルムを生成し、高熱燃焼ガスによるライナーへの熱損傷を防止した。従来は、かかるライナーでＴＩＧ溶接による補修を行うと、多数の冷却穴が溶接材料で塞がれてしまい、レーザードリリング又は放電加工（ＥＤＭ）で冷却穴を再生する必要があった。従来のＴＩＧ溶接補修で見られた別の問題として、高い溶接温度に起因する残留応力及び基板のゆがみによって補修ライナーが使用不可能になることがあった。これに対して、本発明のろう付け作業で用いる温度は低く、基板材料に有害な残留応力を生じることがなく、ゆがみはほとんど発生しない。
【００２０】
本発明のろう材を使用する場合、塞がれる冷却穴の数が著しく低減する。ろう付け温度が低いため、補修区域内及びその近傍の冷却穴に防護材（ストップオフ）又は防護材スティックを使用でき、穴が塞がれるのを防止できるからである。防護材材料としては液体ろう閉塞組成物、例えば酸化物微粒子を液体キャリヤ媒体に懸濁したものがある。好ましい防護材スティックは、Ｄｅｍｏらの米国特許第５９３５７１８号に開示された耐火金属酸化物粉末をポリマー固体に分散してなる、固体であるが可撓性のプリフォームインサートである。なお、好ましい合金粉末複数種を好ましい比で組み合わせた場合、防護材を用いなくても、ろう合金で補修を行うことができる。本発明のこうした特徴は、ろう合金が、クラックその他の損傷区域を溶融合金で満たすことができるものの溶融合金が冷却穴に流れ込まないようなろう付け温度で高い粘度を有することに起因する。本発明のこの利点は、冷却穴と交差するクラックを補修するのに本ろう合金を用いる場合でも、確認された。
【００２１】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、当業者であれば他の形態も採用できることが明らかである。例えば、ろう材の物理的形状は大幅に変えることができ、種々のバインダを使用でき、またろう材を前述したものとは異なるろう付け操作に使用できる。したがって、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンの燃焼器ライナーの表面領域を示す平面図である。
【図２】本発明のろう材で補修した後の図１の表面領域の断面図である。
【符号の説明】
１０  燃焼器ライナー
１２  クラック
１４  冷却穴
１６  ろう合金
【図１】
0004060083.tif 000002
【図２】
0004060083.tif 000003