CH709882A2 - Verfahren zum Zusammenfügen von Hochtemperaturmaterialien und damit hergestellte Artikel. - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Zusammenfügen unähnlicher Hochtemperaturlegierungen werden zusammen mit Artikeln (100), wie aerodynamischen Turbinenprofilen, die durch das Verfahren hergestellt werden, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Einfügen eines Barrierematerials zwischen ein erstes Segment (110) und ein zweites Segment (120), um einen Segmentzusammenbau zu bilden. Das erste Segment umfasst ein Titanaluminid-Material und das zweite Segment umfasst eine Nickellegierung. Das Barrierematerial umfasst ein primäres konstitutives Element, das in dem Barrierematerial in einer Konzentration von mindestens etwa 30 Gewichtsprozent des Barrierematerials vorliegt, und das primäre konstitutive Element ist ein Übergangsmetallelement der Gruppe 1B, Gruppe 4B (ausschliesslich Titan und Zirkonium), Gruppe 5B, Gruppe 6B, Gruppe 7B oder Gruppe 8B (ausschliesslich Nickel). Der Segmentzusammenbau wird im Festzustand bei einer Kombination von Temperatur, Druck und Zeit verbunden, die wirksam sind, um eine metallurgische Verbindungsstelle zwischen den ersten und zweiten Segmenten herzustellen, wodurch ein intermediärer Artikel gebildet wird; und der intermediäre Artikel wird hitzebehandelt, um einen verbundenen Artikel (100) zu bilden.

Description

Stand der Technik

[0001] Diese Offenbarung betrifft allgemein Verfahren zum Zusammenfügen von titanhaltigen Legierungen mit Materialien auf der Basis von Nickel. Insbesondere betrifft diese Offenbarung das Festzustandverbinden von Titanaluminid-Legierungen mit Nickelbasis-Superlegierungen und unter Anwendung derartiger Verfahren hergestellte Artikel.

[0002] Die Wahl einer spezifischen Legierung zur Verwendung bei einer vorgegebenen Maschinenkomponentenkonstruktion, wie beispielsweise einer Gasturbinenkomponente, wird auf der Basis der kritischen Konstruktionserfordernisse für eine Anzahl von Materialeigenschaften, einschliesslich Festigkeit, Zähigkeit, Umgebungsresistenz, Gewicht, Kosten und andere getroffen. Wenn eine Legierung zum Konstruieren der gesamten Komponente verwendet wird, müssen Kompromisse bezüglich der Leistung der Komponente gemacht werden, weil keine einzelne Legierung ideale Werte für die lange Liste von Eigenschaften besitzt, die für die Anwendung erforderlich sind, und weil Bedingungen bezüglich Temperatur, Beanspruchung, Auftreffen von Fremdsubstanz und andere Faktoren nicht gleichförmig über der gesamten Komponentenoberfläche vorliegen.

[0003] Es wäre vorteilhaft, wenn die Leistungsfähigkeit von Maschinenkomponenten verbessert v/erden könnte, damit sie aggressiven Bedingungen, die in örtlich begrenzten Bereichen vorliegen, besser widerstehen. Jedoch wäre es nicht wünschenswert, wenn Verbesserungen einer Eigenschaft auf Kosten anderer kritischer Konstruktionserfordernisse der Komponente ausgeführt werden würden. Daher wäre es von Nutzen, wenn Turbinenkomponenten und andere Komponenten von Hochtemperaturmaschinen auf eine Art und Weise verbessert werden könnten, die beispielsweise eine verbesserte Leistungsfähigkeit in Regionen, die aggressiven Beanspruchungs- und Temperaturbedingungen unterliegen, gestatten würde, ohne die Gesamtleistungsfähigkeit der Komponente wesentlich zu beeinträchtigen.

[0004] Eine Möglichkeit, das oben beschriebene Resultat zu erreichen, besteht darin, Segmente an gewissen Stellen der Komponente anzubringen, wo die Segmente aus Materialien mit Eigenschaften hergestellt sind, die für Bedingungen optimiert sind, die für ihre jeweiligen Positionen spezifisch sind, und die Segmente zusammenzufügen, um eine Gesamtkomponente zu bilden, die strategisch verteilte, ortspezifische Eigenschaften aufweist. Bei dieser Strategie wird jedoch das Vorhandensein von Zusammenfügungsverfahren angenommen, die für das Verbinden der Segmente geeignet sind. Während herkömmliche Verfahren, wie beispielsweise Schweissen und Hartlöten, für gewisse Materialkombinationen unter gewissen Umständen ausreichend sind, bleiben wesentliche Einschränkungen bezüglich des Typs von Materialien, die zusammengefügt werden können, und den Bedingungen, unter denen die Verbindungsstelle geeignete Eigenschaften bereitstellen würde, bestehen.

[0005] Daher besteht weiterhin ein Bedarf für Zusammenfügungsverfahren, die für das Verbinden fortschrittlicher Hochtemperaturmaterialien zum Bilden von Verbundstrukturen, die ausreichende Eigenschaften zur Verwendung bei anspruchsvollen Anwendungen, wie Gasturbinenmaschinenanlagen, aufweisen, geeignet sind. Ein Bedarf besteht auch weiterhin für strategisch konstruierte Komponenten, bei denen eine erforderliche Verteilung von Eigenschaften durch Verwendung von örtlich optimierten Materialzusammensetzungen und -strukturen erreicht werden kann.

Kurze Beschreibung

[0006] Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden bereitgestellt, um diesen und anderen Erfordernissen zu entsprechen. Eine Ausführungsform ist ein Verfahren. Das Verfahren umfasst das Einfügen eines Barrierematerials zwischen ein erstes Segment und ein zweites Segment, um einen Segmentzusammenbau zu bilden. Das erste Segment umfasst ein Titanaluminid-Material und das zweite umfasst eine Nickellegierung. Das Barrierematerial umfasst ein primäres konstitutives Element, das in dem Barrierematerial in einer Konzentration von mindestens etwa 30 Gewichtsprozent des Barrierematerials vorliegt, und das primäre konstitutive Element ist ein Übergangsmetall der Gruppe 1B, Gruppe 4B (ausschliesslich Titan und Zirkonium), der Gruppe 5B, Gruppe 6B, Gruppe 7B oder Gruppe 8B (ausschliesslich Nickel). Der Segmentzusammenbau wird im Festzustand bei einer Kombination von Temperatur, Druck und Zeit, die zum Herstellen einer metallurgischen Verbindungstelle zwischen den ersten und zweiten Segmenten wirksam sind, verbunden, wodurch ein intermediärer Artikel gebildet wird; und der intermediäre Artikel wird hitzebehandelt, um einen verbundenen Artikel zu bilden.

[0007] Bei dem oben erwähnten Verfahren kann das primäre konstitutive Element Niob oder Tantal umfassen.

[0008] Zusätzlich oder alternativ kann das Titanaluminid-Material Gamma-Titanaluminid umfassen.

[0009] Bei dem Verfahren irgendeines oben erwähnten Typs kann das Einfügen das Absetzen einer Schicht umfassen, die das Barrierematerial auf einem oder beiden der Segmente umfasst.

[0010] Bei dem Verfahren irgendeines oben erwähnten Typs kann die Temperatur des Verbindungsschritts im Bereich von etwa 900 Grad Celsius bis etwa 1100 Grad Celsius liegen.

[0011] Zusätzlich oder alternativ kann der Druck des Verbindungsschritts im Bereich von etwa 4 Megapascal bis etwa 7 Megapascal liegen.

[0012] Bei einer weiteren Ergänzung oder einer weiteren Alternative kann der Bindungsschritt in einer im Wesentlichen inerten Umgebung durchgeführt werden.

[0013] Bei dem Verfahren irgendeines oben erwähnten Typs kann die Hitzebehandlung des intermediären Artikels das Erhitzen des intermediären Artikels auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 900 Grad bis etwa 1300 Grad umfassen.

[0014] Zusätzlich oder alternativ kann die Hitzebehandlung eine Mehrstufenhitzebehandlung umfassen.

[0015] Bei dem Verfahren irgendeines oben erwähnten Typs kann die Nickellegierung eine Nickelbasis-Superlegierung sein.

[0016] Der verbundene Artikel kann eine Komponente für einen Gasturbinenzusammenbau umfassen.

[0017] Insbesondere kann die Komponente ein aerodynamisches Profil umfassen.

[0018] Eine andere Ausführungsform ist ein Verfahren. Das Verfahren umfasst das Einfügen eines Barrierematerials, das mindestens etwa 30 Gewichtsprozent Niob, Tantal oder Kombinationen von einem oder beiden derselben zwischen ein erstes Segment und ein zweites Segment unter Bildung eines Segmentzusammenbaus. Das erste Segment umfasst ein Gamma-Titanaluminid-Material und das zweite Segment umfasst eine Nickelbasis-Superlegierung. Das Verfahren umfasst ferner das Verbinden des Segmentzusammenbaus im Festzustand bei einer Temperatur im Bereich von etwa 900 Grad Celsius bis etwa 1300 Grad Celsius, einem Druck im Bereich von etwa 4 Megapascal bis etwa 7 Megapascal und in einer Zeit, die zum Herstellen einer metallurgischen Verbindungsstelle zwischen den ersten und zweiten Segmenten wirksam ist, um dadurch einen intermediären Artikel zu bilden. Ausserdem umfasst das Verfahren ferner das Hitzebehandeln des intermediären Artikels durch eine Mehrstufen-Hitzebehandlung, um einen verbundenen Artikel zu bilden.

[0019] Eine noch andere Ausführungsform ist ein Artikel, der einen ersten Teil umfasst, der mit einem zweiten Teil durch eine Übergangszone verbunden ist. Der erste Teil umfasst ein Titanaluminid-Material, der zweite Teil umfasst eine Nickellegierung. Das Barrierematerial umfasst ein primäres konstitutives Element, das in einer Konzentration von mindestens etwa 30 Gewichtsprozent des Barrierematerials vorliegt; das primäre konstitutive Element ist ein Übergangsmetallelement der 1B, Gruppe 4B (ausschliesslich Titan und Zirkonium), Gruppe 5B, Gruppe 6B, Gruppe 7B oder Gruppe 8B (ausschliesslich Nickel). Die Übergangszone umfasst eine Konzentration von primärem konstitutivem Element, die höher ist als eine Konzentration des konstitutiven Elements im ersten Teil und im zweiten Teil.

[0020] In dem oben erwähnten Artikel kann das primäre konstitutive Element Niob, Tantal oder Kombinationen von einem oder beiden von diesen umfassen.

[0021] Zusätzlich oder alternativ kann die Übergangszone im Wesentlichen frei von Material sein, das einen Schmelzpunkt unter etwa 1000 Grad Celsius aufweist.

[0022] In dem Artikel irgendeines oben erwähnten Typs kann die Nickellegierung eine Nickelbasis-Superlegierung sein.

[0023] Zusätzlich oder alternativ kann das Titanaluminid-Material Gamma-Titanaluminid umfassen.

[0024] Irgendein oben erwähnter Artikel kann eine aerodynamische Profilkomponente für einen Gasturbinenzusammenbau umfassen.

Zeichnungen

[0025] Diese und andere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verstanden, wobei gleiche Zeichen gleiche Teile darstellen, wobei Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.

Detaillierte Beschreibung

[0026] Eine ungefähr entsprechende Sprache, wie sie hier in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen benutzt wird, kann angewendet werden, um irgendeine quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässigerweise variieren könnte, ohne zu einer Änderung der grundlegenden Funktion, auf die sie sich bezieht, zu führen. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen Ausdruck oder Ausdrücke wie «etwa» und «im Wesentlichen» modifiziert ist, nicht auf den genauen angegebenen Wert beschränkt. In einigen Fällen kann die etwa entsprechende Sprache der Genauigkeit eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Hier und in der gesamten Beschreibung und den gesamten Ansprüchen können Bereichseinschränkungen kombiniert und/oder vertauscht werden; derartige Bereiche sind identifiziert und umfassen alle Unterbereiche, die darin enthalten sind, es sei denn, der Zusammenhang oder die Sprache geben etwas anderes an.

[0027] In der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen umfassen die Formen im Singular «ein», «eine» und «der/die/das» Bezugsangaben im Plural, es sei denn, der Zusammenhang diktiert klar etwas anderes. Wie hier benutzt, soll der Ausdruck «oder» nicht bedeuten, dass er exklusiv ist und bezieht sich auf mindestens eine der vorliegenden Komponenten, auf die Bezug genommen wird, und schliesst Fälle ein, in denen eine Kombination der Komponenten, auf die Bezug genommen wird, vorliegen kann, es sei denn, der Zusammenhang diktiert klar etwas anderes.

[0028] Wie hier benutzt, zeigen die Ausdrücke «kann» und «kann sein» eine Möglichkeit eines Auftretens innerhalb eines Satzes von Umständen; einen Besitz einer spezifischen Eigenschaft, Charakteristik oder Funktion an; und/oder beschreiben ein anderes Verb genauer durch Ausdrücken einer oder mehrerer von Leistungsfähigkeit, Befähigung oder Möglichkeit, die mit dem genauer bestimmten Verb verbunden sind. Dementsprechend weist die Benutzung von «kann» und «kann sein» darauf hin, dass ein modifizierter Ausdruck offensichtlich für eine angegebene Fähigkeit, Funktion oder Verwendung angemessen, fähig oder geeignet ist, während berücksichtigt wird, dass unter einigen Umständen der modifizierte Ausdruck manchmal nicht angemessen, fähig oder geeignet ist.

[0029] Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein Verfahren für das metallurgische Festzustandverbinden verschiedener Hochtemperaturmaterialien. Insbesondere stellt das Verfahren das Festzustand-Diffusionsverbinden von Titanaluminid-Materialien mit Nickelbasis-Materialien, wie beispielsweise Superlegierungen, bereit, wobei ein derartiges Verbinden die Herstellung von Komponenten ermöglicht, die beide dieser interessanten Materialien umfassen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen auch Komponenten, die aus verbundenen Segmenten von Titanaluminid und Nickelbasis-Superlegierung hergestellt sind. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein Verfahren für das Diffusionsverbinden von Segmenten aus ungleichen Materialien.

[0030] Das Diffusionsverbinden ist ein Verfahren zum Zusammenfügen, bei dem Segmente, die zusammengefügt werden sollen, bei hohen Temperatur- und Druckniveaus ausreichend lange in Kontakt gebracht werden, um einen Festzustand-Massenübergang durch Diffusion zwischen Segmenten zu bewirken, wodurch eine metallurgische Bindung zwischen den Segmenten gebildet wird. Das Verfahren ist zwar im Vergleich mit Schweissen und Hartlöten etwas teuer, jedoch oft vorteilhaft, wenn derartige Techniken zum Flüssigphasen-Zusammenfügen schwierig oder unmöglich erfolgreich anzuwenden sind. Bei einigen Legierungssystemen, wie beispielsweise gewissen Nickelbasis-Superlegierungen und Titanaluminiden, sind Schweissen und Hartlöten aufgrund der Bildung von schädlichen Phasen und/oder Rissen in der hitzebeeinflussten Zone oder aufgrund von Reaktion mit Füllstoffmaterial oft schwierig erfolgreich anzuwenden. Insbesondere können beim Versuch, ungleiche Materialien zusammenzufügen, Komplikationen dort auftreten, wo zwei Materialien wesentlich verschiedene Reaktionen auf Füllstoffmaterialien und/oder thermische Abweichungen während des Zusammenfügens aufweisen. Das Diffusionsverbinden, ein Festzustand-Zusammenfügverfahren, ist daher ein reizvolles Verfahren zum Zusammenfügen unähnlicher Materialien, die Schwierigkeiten bei herkömmlichen Flüssigphasenverfahren bereiten.

[0031] [0031] In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Segment ein Titanaluminid-Material. Ein «Titanaluminid-Material» für die Zwecke dieser Beschreibung ist irgendeine Klasse von Materialien, die im Stand der Technik als Titanaluminid-Legierungen bekannt sind, das heisst Legierungen, die auf einer intermetallischen Verbindung basieren, die Titan und Aluminium, wie beispielsweise TiAl oder Ti3Al, umfasst. Im Gegensatz dazu basieren herkömmliche Titanlegierungen, wie beispielsweise Ti–6% Aluminium–4% Vanadium (im Stand der Technik als «Ti6–4» bekannt), auf verschiedenen allotropischen Phasen von Titan, wie beispielsweise einer hexagonal dicht gepackten Alpha-Phase und körperzentrierten kubischen Beta-Phase. Titanaluminid-Materialien, wie beispielsweise diejenigen Materialien, die auf Gamma-Titanaluminid (TiAl) basieren, bieten eine interessante potentielle Alternative zu Nickelbasis-Superlegierungen bei manchen Anwendungen aufgrund ihrer ausgezeichneten hochtemperatur-mechanischen und umgebungsresistenten Eigenschaften in Kombination mit einer vergleichsmässig geringen Dichte. Neben Titan und Aluminium kann das Titanaluminid-Material des ersten Segments ferner ein oder mehrere zusätzliche Elemente, die gewöhnlich in Legierungen auf der Basis von Titanaluminid verwendet werden, umfassen; Beispiele derartiger Elemente umfassen ohne Einschränkung, Niob, Chrom, Wolfram, Eisen, Vanadium, Silicium, Kohlenstoff und Bor. Mögliche Phasen, die in dem Titanaluminid-Material des ersten Segments vorliegen, umfassen ohne Einschränkung Gamma-Titanaluminid, Boride, Carbide, Alpha-(hexagonaler dicht gepackter Struktur)Titan, Beta-(körperzentriertes kubisches)Titan und Alpha-Zwei-(nominelle Zusammensetzung Ti3Al)Phase.

[0032] Ein zweites Segment umfasst eine Nickellegierung, was bedeutet, dass Nickel im höchsten Gewichtsanteil aller in der Legierung vorliegenden Elemente vorliegt. In einigen Ausführungsformen gehört die Legierung zu der sogenannten «Superlegierungs»-Klasse. Derartige Legierungen umfassen im Allgemeinen verschiedene ausfällungsverstärkte Nickellegierungen, bei denen intermetallische Ausfällungsphasen, wie beispielsweise Gamma-Prime (Ni3Al), in einer flächenzentrierten kubischen («gamma»- oder Austenit-)Matrix dispergiert sind. Bemerkenswerte, jedoch nicht einschränkende Beispiele derartiger Legierungen umfassen Nickelbasis-Superlegierungen wie GTD-111<®>(General Electric Co.), GTD-444<®>(General Electric Co.), IN-738, Rene<WZ>N4 (General Electric Co.), Rene<WZ>N5 (General Electric Co.), Rene<WZ>108 (General Electric Co.) und Rene<WZ>N500 (General Electric Co.). Nickelbasis-Superlegierungen sind in umfangreichem Masse bei Hochtemperatur-, Hochbeanspruchungsanwendungen wie Turbomaschinenkomponenten aufgrund ihrer ausgezeichneten hochtemperaturmechanischen Eigenschaften verwendet worden. In einigen Ausführungsformen liegt die Superlegierung des zweiten Segments in Form eines Einkristalls vor, während in anderen Ausführungsformen die Legierung polykristallin, wie beispielsweise ein direktionell verfestigtes Material ist, das eine Mehrzahl von Säulenkörnern aufweist, die im Wesentlichen dieselbe Orientierung aufweisen. Direktionell verfestigte und einkristalline Materialien bieten eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Kriechen bei erhöhten Temperaturen.

[0033] Typischerweise ist, wenn eine Nickellegierung und ein Titanaluminid-Artikel unter Anwendung von im Stand der Technik bekannten Standardpraktiken diffusionsverbunden werden, die resultierende Bindung für Hochtemperaturanwendungen aufgrund der Bildung von schädlichen Phasen und Strukturen in der Region des Verbindens nicht akzeptabel. Beispielsweise kann die Diffusion von Aluminium und Titan aus dem Aluminid in die Nickellegierung während des Erhitzens und Verbindens zur Bildung, während des Verarbeitens, einer beträchtlichen Menge Material von relativ niedrigem Schmelzpunkt, wie beispielsweise einer eutektischen Phase, die reich an Nickel, Titan und Aluminium ist, führen. Die Bildung eines derartigen Materials kann zu unerwünschtem Schmelzen während des Verbindungsvorgangs führen. Die Phasen, die in der Bindungsregion gebildet werden, können auch ziemlich spröde im Vergleich mit unedlen Metallen sein und wenn ein ausreichender Volumenanteil einer derartigen spröden Phase gebildet wird, wie beispielsweise wenn eine im Wesentlichen kontinuierliche Region der Länge (oder einer beträchtlichen Länge) der Bindungslinie entlang gebildet wird oder wenn die spröde Phase in einem Netzwerk oder einer anderen im Wesentlichen kontinuierlichen Morphologie gebildet wird, können die mechanischen Eigenschaften des resultierenden verbundenen Artikels ziemlich schlechter sein als diejenigen der konstitutiven unedlen Metalle. Frühere Arbeit auf dem Gebiet des Verbindens von Nickellegierungen mit Titanaluminid hat Änderungen der Oberfläche des Titanaluminids durch Laserverkleiden mit nickelhaltiger Legierung umfasst. Jedoch hat ein derartiges Verkleiden die Bildung kontinuierlicher Schichten von potentiell unerwünschten an Nickel-Titan-Aluminium reichen Schichten der Verbindungslinie im verbundenen Artikel entlang nicht aufgehalten.

[0034] Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Barrierematerial verwendet, das zwischen die ersten und zweiten Segmente eingefügt wird, um eine signifikante Migration von Titan und Aluminium durch Diffusion zwischen Segmenten zu verhindern. Ein wirksames Barrierematerial für die Zwecke dieser Beschreibung ist eines, das die Bildung einer flüssigen Phase während des Verarbeitens und/oder die Bildung von dauerhaften, schädlichen Phasen und Strukturen wie beispielsweise eine im Wesentlichen kontinuierliche Schicht einer spröde machenden Phase oder Struktur oder eine beträchtliche Menge Material mit niedrigem Schmelzpunkt verhindert. Wie hier benutzt, bedeutet «dauerhaft», dass die Phase oder Struktur ausreichend robust ist, um das Verarbeiten Techniken, die hier aufgeführt sind, entsprechend zu überstehen und so im verbundenen Artikel zu verbleiben. Zusätzlich dazu, eine wirksame Barriere gegen Diffusion dieser Elemente zu sein, kann das Barrierematerial das Verbinden dadurch unterstützen, dass es mindestens etwas Löslichkeit in Titanaluminid und/oder Nickellegierungen aufweist und dadurch, dass es eine Reaktionskinetik mit Titanaluminid und Nickellegierungen derart aufweist, dass sie selbst nicht dazu neigen, schädliche Schichten oder Netzwerke und/oder unangebracht hohe Volumenanteile spröder intermetallischer Phasen, wie Laves-Phasen, topologisch eng gepackte Phasen (wie beispielsweise die Eisen und Chrom enthaltende Sigma-Phase) oder körperzentrierte kubische Phasen vom B2-Typ wie beispielsweise Nickelaluminid-(NiAl-)Phase zu bilden. In gewissen Ausführungsformen umfasst das Barrierematerial ein primäres konstitutives Element, das in dem Barrierematerial in einer Konzentration von mindestens etwa 30 Gewichtsprozent vorliegt. Das primäre konstitutive Element ist im Allgemeinen ein Übergangsmetall der Gruppen 1B, 4B, 5B, 6B, 7B oder 8B des Periodensystems, mit der Massgabe, dass die folgenden Elemente dieser aufgezählten Gruppen davon ausgeschlossen sind, als primäre konstitutive Elemente vorzuliegen, aufgrund ihrer Neigung, in hohen Konzentrationen die Bildung von sprödem Material oder solchem mit niedrigem Schmelzpunkt zu unterstützen: Titan, Zirkonium und Nickel. In besonderen Ausführungsformen ist das primäre konstitutive Element Niob oder Tantal. Das Niob oder Tantal liegt in einigen Ausführungsformen in einer Konzentration von mindestens 50 Gewichtsprozent des Barrierematerials in einigen Ausführungsformen vor und beträgt in gewissen Ausführungsformen mindestens 75 Gewichtsprozent des Barrierematerials, einschliesslich spezifische Ausführungsformen, in denen das Barrierematerial im Wesentlichen zu 100% aus Niob oder Tantal besteht.

[0035] Man sollte beachten, dass das Barrierematerial nicht darauf beschränkt ist, nur ein Element aufzuweisen, das in Konzentrationen von mehr als etwa 30 Gewichtsprozent vorliegt. Andere Elemente können in diesen Konzentrationen vorliegen. Ausserdem braucht das Barrierematerial nicht von Nickel, Zirkonium und/oder Titan frei sein, diese Elemente liegen jedoch im Allgemeinen, falls überhaupt, als geringe Bestandteile vor, was bedeutet, dass ihre jeweiligen Konzentrationen nicht mehr als etwa 20 Gewichtsprozent betragen. Ferner umfasst das Barrierematerial in einigen Ausführungsformen zusätzliche Elemente wie beispielsweise Bor, Kohlenstoff, Zirkonium und andere Elemente, die die Fähigkeit des Barrierematerials in eines oder beide der Segmente zu diffundieren, verbessern können, die mechanischen Eigenschaften (wie beispielsweise Kriechfestigkeit) der Verbindung verbessern oder eine wünschenswerte Leistungsfähigkeit auf andere Weise unterstützen. Schliesslich umfasst das Barrierematerial in einigen Ausführungsformen eine Mehrzahl von Unterschichten, von denen jede unabhängig ein oder mehrere der oben beschriebenen Materialien umfasst. Beispielsweise umfasst in einer Ausführungsform das Barrierematerial eine erste Schicht, die in der Nähe des ersten Segments angeordnet ist, und eine zweite Schicht, die in der Nähe des zweiten Segments angeordnet ist. Die Zusammensetzung des Materials der ersten Schicht wird ausgewählt, um ein vorteilhaftes metallurgisches Verbinden mit dem Material des ersten Segments zu unterstützen und das Material der zweiten Schicht wird ausgewählt, um ein vorteilhaftes metallurgisches Verbinden mit dem Material des zweiten Segments zu unterstützen. Faktoren, die zu vorteilhaftem metallurgischem Verbinden führen, umfassen beispielsweise Löslichkeit und/oder ausreichend schnelle Interdiffusion bei typischen Verarbeitungstemperaturen, Unterdrückung schädlicher Phasenbildung und Verträglichkeit mit anderen Unterschichten innerhalb des Barrierematerials.

[0036] In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Barrierematerial zwischen die ersten und zweiten Segmente eingefügt, um einen Segmentzusammenbau zu bilden, der das erste Segment, zweite Segment und das eingefügte Barrierematerial umfasst. Das Einfügen des Barrierematerials kann unter Anwendung einer Anzahl von Verfahren zum Anordnen von Material erreicht werden. Beispielsweise wird in einer Ausführungsform eine Schicht des Barrierematerials auf einem oder beiden der Segmente abgesetzt. Das Absetzen des Barrierematerials kann durch Sputterbeschichten, Verdampfen oder andere Formen von physikalischem Aufdampfen, die im Stand der Technik bekannt sind; durch chemische Aufdampftechniken; und/oder durch andere Beschichtungstechniken, wie beispielsweise thermisches Spritzen oder Galvanisieren durchgeführt werden. Alternativ kann eine Folie oder andere freiliegende Masse des Barrierematerials oder das Barrierematerial umfassendes Pulver zwischen die Segmente eingebracht werden. Die Dicke des Barrierematerials, die in irgendeinem vorgegebenen Fall ausgewählt wird, hängt teilweise von der Zeit, Temperatur und dem Druck, die zum Durchfuhren des Verbindungsschritts ausgewählt werden, ab. Wenn die Dicke der Barriereschicht zu gering angesichts von Bedingungen, die eine relativ schnelle Diffusion unterstützen (hohe Temperatur, lange Zeit und/oder hoher Druck) ist, bietet die Barriere eventuell keine ausreichende Hinderung der Titan- und Aluminiumdiffusion. Ist die Dicke zu stark, wiederum je nach den. ausgewählten Verarbeitungsbedingungen, so ist das Erreichen einer ausreichenden Massenübertragung zum Bilden einer zufriedenstellenden metallurgischen Bindung eventuell schwierig. In einer Ausführungsform beträgt die Dicke des Barrierematerials mindestens 0,5 Mikrometer; in einigen Ausführungsformen kann die Dicke bis zu etwa 40 Mikrometer betragen. Eine veranschaulichende Ausführungsform umfasst das Einfügen einer Barriereschicht, die eine Dicke im Bereich von etwa 0,5 Mikron bis etwa 10 Mikrometer aufweist.

[0037] Der Segmentzusammenbau wird dann verbunden. Der Verbindungsschritt wird unter Anwendung von Standarddiffusionsverbindungskonzepten durchgeführt. Der Zusammenbau wird einem Druck, wie beispielsweise mehr als etwa 4 Megapascal, unterworfen, was einen engen Kontakt zwischen den Komponenten des Segmentzusammenbaus begünstigt. In einigen Ausführungsformen liegt der Druck im Bereich von etwa 4 Megapascal bis etwa 7 Megapascal. Der Druck kann durch irgendeine Anzahl geeigneter Mittel, einschliesslich unidirektionalem Pressen oder isostatischem Pressen, aufgebracht werden. Während er unter Druck steht, wird der Zusammenbau auch auf eine Temperatur erhitzt, die ausreichend hoch ist, um Diffusionsraten zu erreichen, die das Verbinden innerhalb einer praktischen Zeitspanne gestatten. Das Erhitzen wird typischerweise in einer inerten Umgebung wie beispielsweise heliumhaltigen Atmosphäre, argonhaltigen Atmosphäre oder unter Vakuum durchgeführt, um eine übermässige Oxidation der Materialien und/oder die Bildung unerwünschter Mengen schädlicher Phasen, wie beispielsweise Alpha-2, zu vermeiden. Die tatsächlich ausgewählte Temperatur hängt teilweise von den Materialien, die für die verschiedenen Teile des Segmentzusammenbaus verwendet werden, und der Zeit, die als praktisch betrachtet wird, ab; in einigen Ausführungsformen beträgt diese Temperatur mindestens etwa 900 Grad Celsius und in gewissen Ausführungsformen liegt die Temperatur in einem Bereich von etwa 900 Grad Celsius bis etwa 1100 Grad Celsius. Die ausgewählte Zeit hängt von den anderen ausgewählten Parametern ab, liegt jedoch in einigen Ausführungsformen im Bereich von etwa 10 Minuten bis etwa 4 Stunden. Auf das Aussetzen dem Diffusionsverbindungsschritt hin werden die Komponenten des Segmentzusammenbaus miteinander verbunden unter Bildung eines intermediären Artikels.

[0038] Der intermediäre Artikel wird dann wiederum typischerweise in einer inerten Umgebung, wie beispielsweise unter Vakuum oder in einer Edelgas enthaltenden Atmosphäre, hitzebehandelt, um einen verbundenen Artikel zu bilden. Der Hitzebehandlungsschritt kann verschiedene Funktionen ausüben. Eine der Funktionen des Hitzebehandlungsschritts besteht darin, das Barrierematerial noch weiter in die ersten und zweiten Segmente zu diffundieren, was das Verbinden verbessert und eine homogenere Verteilung der Zusammensetzung über die Grenzflächen zwischen den Segmenten und dem Barrierematerial entwickelt. Eine andere damit verbundene Funktion besteht darin, schädliche Phasen oder Strukturen, die während des Verbindungsschritts gebildet worden sein können, wie beispielsweise kontinuierliche Regionen von versprödendem Material oder solchem mit niedrigem Schmelzpunkt abzuschwächen. Im Allgemeinen umfasst der Hitzebehandlungsschritt das Erhitzen auf eine Temperatur, die ausreichend hoch, in einigen Ausführungsformen beispielsweise über 900 Grad Celsius, ist, um diese Funktion innerhalb praktischer Zeit zu erreichen, die jedoch ausreichend niedrig ist, wie beispielsweise in einigen Ausführungsform bis zu etwa 1300 Grad Celsius und bis zu etwa 1200 Grad Celsius in anderen Ausführungsformen beträgt, um die Temperatur des einsetzenden Schmelzens für Material im intermediären Artikel zu vermeiden. Der intermediäre Artikel wird bei dieser Temperatur für eine Zeitspanne gehalten, die ausgewählt wird, um einen erwünschten Grad von Interdiffusion zwischen dem Barrierematerial und den Segmenten zu erreichen; in einigen Ausführungsformen beträgt diese Zeit bis zu etwa 50 Stunden und in spezifischen Ausführungsformen beträgt sie bis zu etwa 6 Stunden.

[0039] Eine andere Funktion der Hitzebehandlung besteht in einigen Ausführungsformen darin, erwünschte Mikrostrukturen der Materialien in den ersten und/oder zweiten Segmenten zu entwickeln. Weil erwünschte Mikrostrukturen für die Legierungen, die in den beschriebenen Ausführungsformen involviert sind, oft die regulierte Bildung und Verteilung von Phasen, wie beispielsweise durch Ausfällungsverstärkungsvorgänge, involvieren, ist der in derartigen Ausführungsformen benutzte Hitzebehandlungsschritt eine Mehrstufenhitzebehandlung, die das Halten des intermediären Artikels bei verschiedenen Temperaturen während verschiedener Stufen und in einigen Fällen Kühlvorgänge zwischen Stufen involviert, wo der Artikel mit regulierten Raten gekühlt wird, um eine erwünschte Phasengrösse, Morphologie und/oder Verteilung zu erreichen. Die physikalische Metallurgie von Titanaluminid-Legierungen und Nickelbasis-Superlegierungen ist gut entwickelt und die Charakteristiken erwünschter Mikrostrukturen in diesen Legierungssystemen und verschiedene Hitzebehandlungen, die zum Erhalten derselben verwendet werden, werden den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten offensichtlich sein. Beispielsweise weist eine wünschenswerte Mikrostruktur für eine Legierung vom Titanaluminid-Typ in einigen Ausführungsformen eine Gammaphasen-Titanaluminid-Matrix und in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere andere Phasen, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Alpha-Phasentitan (hexagonal dicht gepacktes strukturiertes Titan) Alpha-Doppelphase (nominelle Zusammensetzung Ti3Al) und/oder Betaphase (körperzentriertes kubisches Titan) innerhalb der Matrix in einer Morphologie und einem Volumenanteil dispergiert auf, die wirksam sind, die Korngrösse des Materials zu regulieren; in alternativen Ausführungsformen ist eine lamellare Mikrostruktur, die beispielsweise Gamma- und Alpha-2-Phasen umfasst, wünschenswert. In einem anderen Beispiel ist eine wünschenswerte Mikrostruktur für eine Nickelbasis-Superlegierung in einigen Ausführungsformen eine nickelhaltige Matrix vom austenitischen Typ mit einer Dispersion von Gamma-Prime-Präzipitaten einer Grössenverteilung und Volumenfraktion, die wirksam sind, um die Verlagerungsbewegung zu verhindern und die Korngrösse regulieren.

[0040] Komplexe Mikrostrukturen des oben beschriebenen Typs können durch eine Reihe von Stufen erreicht werden, die innerhalb des Gesamtschritts der Hitzebehandlung durchgeführt werden und oft das Erhitzen auf eine erste Temperatur, wie beispielsweise die oben beschriebene Temperatur, um das Barrierematerial noch weiter in die ersten und zweiten Segmente zu diffundieren, dann das Ändern auf eine niedrigere zweite Temperatur involvieren, um beispielsweise eine erwünschte Phase in einer lamellaren Struktur oder als dispergiertes Präzipitat zu bilden. Die Hitzebehandlung kann darauffolgende Erhitzungsstufen bei fortschreitend niedrigeren Temperaturen involvieren, um die Mikrostruktur zu stabilisieren oder andere Phasen zu bilden. Die tatsächlichen ausgewählten Temperaturen und Zeiten hängen teilweise vom Typ der Legierungen, die hitzebehandelt werden, der Zusammensetzung der zu bildenden Phase(n) und der erwünschten Morphologie und Grösse der Phase(n) ab. Ein veranschaulichendes Hitzebehandlungsregime umfasst eine erste Hitzebehandlungsstufe bei 1050–1080 Grad Celsius 4–8 Stunden lang, gefolgt von Ofenkühlen auf eine zweite Hitzebehandlungstemperatur bei 850–1000 Grad Celsius 6–16 Stunden lang, gefolgt von Ofenkühlen auf die Umgebungstemperatur.

[0041] Die folgende veranschaulichende Ausführungsform wird bereitgestellt, um eine spezifische Ausführungsform des Verfahrens aufzuzeigen. Das Verfahren umfasst das Einfügen eines Barrierematerials, das mindestens etwa 30 Gewichtsprozent Niob, Tantal oder Kombinationen von einem oder beiden dieser zwischen einem ersten Segment und einem zweiten Segment umfasst, um einen Segmentzusammenbau zu bilden, wobei das erste Segment ein Gamma-Titanaluminid-Material umfasst und das zweite Segment eine Nickelbasis-Superlegierung umfasst; das Verbinden des Segmentzusammenbaus im Festzustand bei einer Temperatur im Bereich von etwa 900 Grad Celsius bis etwa 1300 Grad Celsius, einem Druck im Bereich von etwa 4 Megapascal bis etwa 7 Megapascal und eine Zeit, die wirksam ist, um eine metallurgische Verbindungsstelle zwischen den ersten und zweiten Segmenten herzustellen, wobei ein intermediärer Artikel gebildet wird; und das Hitzebehandeln des intermediären Artikels durch eine Mehrstufenhitzebehandlung, um einen verbundenen Artikel zu bilden.

[0042] Der Hitzebehandlungsschritt wandelt den intermediären Artikel in einen verbundenen Artikel um. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist der durch das oben beschriebene Verfahren gebildete Artikel 100 durch einen ersten Teil 110 gekennzeichnet, der mit einem zweiten Teil 120 durch eine Übergangszone 130 verbunden ist. Der erste Teil 110 entspricht dem ersten oben beschriebenen Segment und umfasst so das Titanaluminid-Material, wie oben bemerkt. Der zweite Teil 120 entspricht dem zweiten oben beschriebenen Segment und umfasst so die Nickellegierung wie oben bemerkt. Die Übergangszone 130 entspricht der Region, die durch die Interdiffusion unter dem Material des ersten Segments, dem Material des zweiten Segments und dem Barrierematerial beeinflusst wird. Die tatsächliche Grösse und Zusammensetzung der Übergangszone hängen von dem Ausmass ab, in dem der oben angemerkte Hitzebehandlungsschritt die Diffusion der Barrierematerial-Bestandteile unterstützt, damit sie in die ersten und zweiten Teile 110, 120 diffundieren. Mit Ausnahme von Ausführungsformen, bei denen der Hitzebehandlungsschritt so weit ausgeführt wird, dass dem Barrierematerial gestattet wird, vollständig weg zu diffundieren, ist die Übergangszone 130 im Allgemeinen durch eine Konzentration eines Barrierematerial-Bestandteilelements gekennzeichnet, die höher ist als eine Konzentration dieses Elements in den ersten und zweiten Teilen 110, 120. Wird Niob als primäres konstitutives Element des Barrierematerials verwendet, so weist die Übergangszone 130 beispielsweise typischerweise eine höhere Niobkonzentration auf als bei entweder der Titanaluminid-Legierung des ersten Teils 110 oder der Nickellegierung des zweiten Teils 120 zu beobachten ist. Wenn das primäre konstitutive Element vollständig von der Übergangszone 130 in die Teile 110, 120 wegdiffundiert ist, ist die Übergangszone 130 durch einen Konzentrationsgradienten in den Schlüsselelementen der Legierungen, die die jeweiligen Teile 110, 120 bilden, gekennzeichnet. Beispielsweise wird Titan eine relativ hohe Konzentration in dem Titanaluminid des ersten Teils 110, eine relativ niedrige Konzentration in der Nickellegierung des zweiten Teils 120 und einen Gradienten über die Übergangszone aufweisen, wobei die durchschnittliche Titankonzentration zwischen der hohen Konzentration und der niedrigen Konzentration liegt.

[0043] Das oben beschriebene Verfahren, wird es einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemäss durchgeführt, stellt ferner eine Übergangszone 130 bereit, die im Wesentlichen frei von Material von niedrigem Schmelzpunkt, wie beispielsweise Material, das Nickel, Titan und Aluminium umfasst, ist. Eine Phase wird hier und in der gesamten Beschreibung als «einen niedrigen Schmelzpunkt» aufweisend betrachtet, wenn ihr Schmelzpunkt innerhalb von +/– 100 Grad Celsius der erwünschten Arbeitstemperatur des Artikels 100 liegt; in einigen Ausführungsformen weist eine Phase von niedrigem Schmelzpunkt einen Schmelzpunkt unter 1000 Grad Celsius auf. Ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt zur Hand zu haben ist unerwünscht, weil dieses Material als Stelle für beginnendes Schmelzen während des Verarbeitens oder des Betriebs dienen kann und konstitutive Elemente wie beispielsweise Titan und Aluminium, die noch vorteilhafter in der Matrix oder verstärkenden Phasen verwendet werden und, je nach ihrer Konzentration oder Morphologie, als Keimbildungsstellen und/oder als Ausbreitungswege für Risse dienen können, sequestrieren kann. Insbesondere ist die Bildung einer im Wesentlichen kontinuierlichen Region einer vergleichsmässig spröden Phase für Hochtemperatur-/Hochbeanspruchungsanwendungen nicht akzeptabel wegen ihrer Neigung, das Einsetzen von Rissbildung und ihrer schnellen Ausbreitung durch das Material zu gestatten. Die Übergangszone 130 ist im Wesentlichen frei von derartigen Regionen in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

[0044] Der Artikel 100, der durch die oben beschriebenen Techniken gebildet wird, kann in Hochtemperaturkomponenten verwendet werden, wo die Teile 110, 120 dort angeordnet sind, wo die Merkmale ihrer jeweiligen Materialien am vorteilhaftesten angewendet werden können oder v/o ihre Nachteile am effizientesten abgeschwächt werden können. Beispiele derartiger Komponenten umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Komponenten von Gasturbinenzusammenbauten wie beispielsweise eine aerodynamische Turbinenprofilkomponente (einschliesslich Turbinenschaufeln (manchmal auch als Turbinen-«löffel» bezeichnet) und Flügel (manchmal auch als «Düsen» bezeichnet) oder Schaufel-Scheiben (im Englischen «blisk») bezeichnet). In einem Beispiel wird eine aerodynamische Turbinenprofilkomponente, die beispielsweise in einer industriellen Gasturbine verwendet wird, unter Anwendung der oben erwähnten Techniken derart hergestellt, dass sie ein Titanaluminid-Material in den äusseren aerodynamischen Profilabschnitten (das heisst den Teilen des aerodynamischen Profils, das in einem grösseren radialen Abstand vom Mittelpunkt des Rotors als den unten erwähnten inneren Abschnitten angeordnet sind), wie beispielsweise der aerodynamische Profilspitze und Spitzenummantelung umfasst, wobei Nickelbasis-Superlegierung beispielsweise an den inneren Abschnitten des aerodynamischen Profils angeordnet ist, wie beispielsweise denjenigen, die in der Nähe von dort liegen, wo das aerodynamische Profil am Rotor befestigt ist (Verzahnung, Plattform, Flügelwurzelabschnitte usw.). Bei diesem Beispiel wird bei der Hybridkonfiguration der diffusionsverbundenen Komponente Gebrauch gemacht von der überlegenen Hochtemperaturfestigkeit und Ermüdungsleistung der Superlegierung, die vorteilhaft in den Innenteilen des aerodynamischen Profils angewendet wird, und der geringeren Dichte und höheren Kriechleitung des Titanaluminids in den äusseren Abschnitten des aerodynamischen Profils. Dieser veranschaulichenden Beschreibung gemäss entspricht der Artikel 100 in Fig. 1 dem aerodynamischen Profil, wobei der erste Abschnitt 110 dem/den äusseren Abschnitt(en), wie beispielsweise der Spitze und/oder der Spitzenummantelung, entspricht, die das Titanaluminid-Material umfasst, während der zweite Abschnitt 120 dem/den Innenabschnitt(en) entspricht, der/die die Nickellegierung umfasst/umfassen, wie beispielsweise die Verzahnung, Plattform und/oder Flügelwurzelabschnitte. Eine oder mehrere Übergangszonen 130 liegen in dem aerodynamischen Profil 100 dort vor, wo Diffusionsverbinden zum Zusammenfügen eines Titanaluminid enthaltenden Abschnitts 110 mit einem Nickellegierung enthaltenden Abschnitt 120 erfolgt.

Beispiele

[0045] Die folgenden Beispiele sind aufgeführt, um nicht einschränkende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung noch weiter zu veranschaulichen.

[0046] Ein erstes zylindrisches Titanaluminid-Legierungssegment einer nominellen Zusammensetzung von 42,25 Gewichtsprozent Aluminium, 8 Gewichtsprozent Niob, 1,5 Gewichtsprozent Bor, wobei der Rest aus Titan besteht, wurde aus einem Barren geschnitten und 10 Stunden lang bei 1340 Grad Celsius, gefolgt von 10 Stunden bei 1000 Grad Celsius hitzebehandelt, um eine im Wesentlichen vollständig lamellare Mikrostruktur zu erreichen. Ein zweites zylindrisches Segment aus Nickellegierung GTD444 wurde bereitgestellt. Beide Segmente wurden unter Anwendung von 1200er Schleifpapier auf eine endgültige Oberflächenbeschaffenheit geschliffen. Ein Barrierematerial wurde durch Absetzen von 1–8 Mikrometer Niob auf das GTD-444-Segment durch Magnetronsputtern bereitgestellt.

[0047] Die Segmente wurden miteinander in Kontakt gebracht, derart, dass die niobbeschichtete Oberfläche der GTD444 eine genau passende Oberfläche der diffusionsverbundenen Verbindungsstelle war; das heisst, das Niobbarrierematerial wurde zwischen die Titanaluminid-Legierung des ersten Segments und dem GTD444-Material des zweiten Segments eingefügt. Dieser Zusammenbau von Segmenten wurde dann in eine Heisspresse eingegeben und unter den folgenden Bedingungen verbunden: Temperatur – 1020 Grad Celsius; Druck – 5 Megapascal; Vakuum: 10<–><6>bis 10<–><7>Torr; Zeit – 180 Minuten. Der verbundene Zusammenbau wurde dann vier Stunden lang bei 1080 Grad Celsius hitzebehandelt, gefolgt von Ofenabkühlen auf 900 Grad Celsius und dann weitere 10 Stunden dort gehalten, gefolgt Ofenabkühlen auf die Umgebungstemperatur.

[0048] Nach dem Bearbeiten wurde der endgültige Artikel durchgeschnitten und die Verbindungsstelle wurde metallografisch untersucht. Es wurden an der Verbindungslinie keine Hohlstellen oder Risse beobachtet. Es wurden keine kontinuierlichen spröden intermetallischen Phasen in der Verbindungsstelle und ihren umgebenden Regionen beobachtet. Schliesslich wurde kein Anzeichen eutektischer Bildung wie Rissbildung oder anfängliches Schmelzen/erneutes Verfestigen, beobachtet.

[0049] Im Gegensatz dazu wurde beobachtet, dass Probestücke, die auf dieselbe Weise, jedoch ohne Niob-Barrierematerial verbunden wurden, umfangreiche Rissbildung der Verbindungslinie entlang in der Nähe des Nickellegierungssegments aufwiesen und diese Rissbildung wurde der Bildung einer eutektischen Phase (die Nickel, Aluminium, Titan und Chrom enthielt) in einer im Wesentlichen kontinuierlichen Region der Verbindung entlang zugeschrieben.

[0050] Während nur gewisse Merkmale der Erfindung hier veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden viele Modifikationen und Änderungen den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten einfallen. Man sollte daher verstehen, dass die angehängten Ansprüche alle derartigen Modifikationen und Änderungen, wie sie unter den wahren Geist der Erfindung fallen, eingeschlossen sein sollen.

Claims (10)

1. Verfahren umfassend: das Einfügen eines Barrierematerials zwischen ein erstes Segment und ein zweites Segment, um einen Segmentzusammenbau zu bilden, wobei das erste Segment ein Titanaluminid-Material umfasst, das zweite Segment eine Nickellegierung umfasst und das Barrierematerial ein primäres konstitutives Element umfasst, das in dem Barrierematerial in einer Konzentration von mindestens etwa 30 Gewichtsprozent des Barrierematerials vorliegt; wobei das primäre konstitutive Element ein Übergangsmetallelement der Gruppe 1B, Gruppe 4B (ausschliesslich Titan und Zirkonium), Gruppe 5B, Gruppe 6B, Gruppe 7B oder Gruppe 8B (ausschliesslich Nickel) ist; das Verbinden des Segmentzusammenbaus im Festzustand bei einer Kombination von Temperatur, Druck und Zeit, die wirksam sind, um eine metallurgische Bindungsstelle zwischen den ersten und zweiten Segmenten herzustellen, wodurch ein intermediärer Artikel gebildet wird; und das Hitzebehandeln des intermediären Artikels, um einen verbundenen Artikel zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das primäre konstitutive Element Niob oder Tantal umfasst; und/oder wobei das Titanaluminid-Material Gamma-Titanaluminid umfasst; und/oder wobei die Nickellegierung eine Nickelbasis-Superlegierung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einfügen das Absetzen einer Schicht, die das Barrierematerial umfasst, auf einem oder beiden der Segmente umfasst.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des Verbindungsschritts im Bereich von etwa 900 Grad Celsius bis etwa 1100 Grad Celsius liegt; und/oder wobei der Druck des Verbindungsschritts im Bereich von etwa 4 Megapascal bis etwa 7 Megapascal liegt; und/oder wobei der Verbindungsschritt in einer im Wesentlichen inerten Umgebung durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hitzebehandeln des intermediären Artikels das Erhitzen des intermediären Artikels auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 900 Grad Celsius bis etwa 1300 Grad Celsius umfasst; und/oder wobei die Hitzebehandlung eine Mehrstufenhitzebehandlung umfasst.

6. Verfahren umfassend: das Einfügen eines Barrierematerials, das mindestens etwa 30 Gewichtsprozent Niob, Tantal oder eine Kombination von einem oder beiden dieser umfasst, zwischen ein erstes Segment und ein zweites Segment, um einen Segmentzusammenbau zu bilden, wobei das erste Segment ein Gamma-Titanaluminid-Material umfasst und das zweite Segment eine Nickelbasis-Superlegierung umfasst; das Verbinden des Segmentzusammenbaus im Festzustand bei einer Temperatur im Bereich von etwa 900 Grad Celsius bis etwa 1300 Grad Celsius, einem Druck im Bereich von etwa 4 Megapascal bis etwa 7 Megapascal und in einer Zeit, die wirksam ist, um eine metallurgische Verbindungsstelle zwischen den ersten und zweiten Segmenten herzustellen, wodurch ein intermediärer Artikel gebildet wird; und das Hitzebehandeln des intermediären Artikels in einer Mehrstufen-Hitzebehandlung, um einen verbundenen Artikel zu bilden.

7. Artikel (100) umfassend: einen ersten Abschnitt (110), der mit einem zweiten Abschnitt (120) über eine Übergangszone (130) verbunden ist, wobei der erste Abschnitt (110) ein Titanaluminid-Material umfasst, der zweite Abschnitt (120) eine Nickellegierung umfasst, wobei das Barrierematerial ein primäres konstitutives Element umfasst, das in einer Konzentration von mindestens etwa 30 Gewichtsprozent des Barrierematerials vorliegt; wobei das primäre konstitutive Element ein Übergangsmetallelement der Gruppe 1B, Gruppe 4B (ausschliesslich Titan und Zirkonium), Gruppe 5B, Gruppe 6B, Gruppe 7B oder Gruppe 8B (ausschliesslich Nickel) ist; und wobei die Übergangszone (130) eine Konzentration von primärem konstitutivem Element umfasst, die höher ist als eine Konzentration des primären konstitutiven Elements in dem ersten Abschnitt (110) und dem zweiten Abschnitt (120).

8. Artikel (100) nach Anspruch 7, wobei das primäre konstitutive Element Niob, Tantal oder Kombinationen von einem oder beiden derselben umfasst; und/oder wobei die Übergangszone (130) im Wesentlichen frei von Material ist, das einen Schmelzpunkt unter etwa 1000 Grad Celsius aufweist.

9. Artikel (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Nickellegierung eine Nickelbasis-Superlegierungen ist; und/oder wobei das Titanaluminid-Material Gamma-Titanaluminid umfasst.

10. Artikel (100) nach einem der Ansprüche 7–9, wobei der Artikel (100) eine aerodynamische Profilkomponente für einen Gasturbinenzusammenbau umfasst.