CN1954960A - 单晶部件的低温扩散硬钎焊修补 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于修补涡轮发动机部件中裂纹的方法。该方法包括以下步骤：提供优选由单晶镍基材料形成的、具有至少一条裂纹的部件，将含有单晶镍基合金、第一镍基硬钎焊合金和第二镍基硬钎焊合金的修补合金组合物施加到所述裂纹上，和将施加有所述修补合金组合物的部件经受热循环以使所述修补合金组合物扩散到裂纹中。

Description

单晶部件的低温扩散硬钎焊修补
技术领域
本发明涉及对单晶材料形成的涡轮发动机部件进行修补的方法，以及用于实现所述修补的修补合金组合物。
背景技术
涡轮发动机部件，比如高压和低压发动机叶片，通常由单晶材料比如单晶镍基超合金形成。在使用中，这些部件会出现裂纹，需要修补。目前，一些修补技术将正在接受修补的部件暴露在2200的温度下。这种暴露可能导致1600蠕变强度下降，这是无法接受的。
强烈需要对材料性能没有负面影响的修补技术。
发明内容
本发明提供料对材料性能没有负面影响的修补技术。
根据本发明，用于修补涡轮发动机部件的方法概括而言包括以下步骤：提供具有至少一条裂纹的部件，将含有单晶镍基合金、第一镍基硬钎焊(braze)合金和第二镍基硬钎焊合金的修补合金组合物施加到所述裂纹上，对施加有修补合金组合物的所述部件进行热处理以使所述修补合金组合物扩散进入所述裂纹。
进一步根据本发明而言，提供了用于修补裂纹的修补合金组合物。所述修补合金组合物概括而言包含单晶镍基材料、第一镍基硬钎焊合金和第二镍基硬钎焊合金。
在下面的详述和附图中，给出了本发明单晶部件的低温扩散硬钎焊修补的其它细节以及其它目标和附带的优点。
附图说明
图1是光学显微照片，示出了根据本发明实现的修补；和
图2是图1所示修补的放大图。
具体实施方式
本发明提供了用于修补具有至少一条裂纹的涡轮发动机部件的、对材料性能没有负面影响的方法。本方法可用于修补由镍基超合金形成的涡轮发动机部件，尤其是单晶形成的涡轮发动机部件。可用于所述部件的典型镍基超合金包括但不限于具有5-10重量％铬、5-10重量％钴、5-6.2重量％铝、高达1.9重量％钼、4-6重量％钨、8-12重量％钽、高达0.35重量％铪、高达3.0重量％铼和余量镍的镍基合金。
本发明的方法采用了包含三种组分的修补合金。所述三种组分是单晶镍基材料、第一镍基硬钎焊合金和第二镍基硬钎焊合金。所述单晶镍基材料的含量可以是5-50重量％。第一镍基硬钎焊合金的含量可以是40-60重量％。第二镍基硬钎焊合金的含量可以是10-35重量％。单晶镍基材料和第一镍基硬钎焊合金添加剂提供了对形成涡轮发动机部件的材料有利的合金添加剂。第二镍基硬钎焊合金优选使得所述合金混合物可以在2025范围内熔融。所述三种组分可以采用本领域公知的任何合适方式混合以形成所述修补合金组合物。
单晶镍基材料优选包含具有下述组成的单晶镍基合金：5-10重量％铬、5-10重量％钴、1.5-3.5重量％钛、4.2-6.2重量％铝、高达1.9重量％钼、4-6重量％钨、4.8-12重量％钽、高达0.5重量％铌、高达0.35重量％铪、高达0.004重量％硼、高达3.0重量％铼、高达0.013重量％钇和余量镍。
第一镍基硬钎焊合金可以是商品名为DF-4B的硬钎焊合金。该硬钎焊合金由14重量％铬、10重量％钴、3.5重量％铝、2.5重量％钽、2.75重量％硼、0.1重量％钇和余量镍组成。可以采用其它镍基硬钎焊合金，只要镍含量大于50重量％即可。
第二镍基硬钎焊合金可以是商品名为Nicobraz 150的硬钎焊合金。该硬钎焊合金由14.75重量％铬、小于0.06重量％碳、3.63重量％硼、小于1.5重量％铁和余量镍组成。可以使用其它镍基硬钎焊合金，只要镍含量大于50重量％即可。
在修补合金制备完成后，可以将由所述三种组分形成的修补合金施加到被修补部件中的每条裂纹上。修补合金可以采用本领域公知的任何合适技术施加到裂纹上。
在将修补合金施加到裂纹上后，将部件进行热循环，所述热循环对形成该部件的材料性能没有负面影响。热循环包括将裂纹上施加了修补合金的部件加热到范围为1950-2065、优选2000-2050的熔融循环温度一段时间，比如15分钟，然后将施加由修补合金的所述部件冷却到范围为1950-2025，优选1975-2025的扩散循环温度，并在该温度保持5-20小时、优选8-12小时的总时间，以实现裂纹修补。热循环可以在真空为5×10-4托或更低的炉子中进行。在热循环完成后，修补的部件可以以35/分或更快的速率冷却。
已经发现，当用本发明的硬钎焊合金混合物修补并暴露到热循环中时，裂纹形成填充良好的、等温固化的结构。
现在参见图1和2，示出了根据本发明进行的修补。如图所示，形成了填充良好的、等温固化的结构。图中所示修补是通过去除被修补部件的所有涂层进行的。部件中的裂纹进行了清洁。随后，在该裂纹上施加由60重量％DF-4B、35重量％Nicobraz 150和5重量％镍基单晶合金组成的、组成为5重量％铬、10重量％钴、5.65重量％铝、1.09重量％钼、5.9重量％钨、8.4重量％钽、0.10重量％铪、3.0重量％铼、0.013重量％钇和余量镍的修补合金。将具有修补合金的部件置于炉子中，在5×10-4托的真空中于2010-2040的温度热处理15分钟。随后，将具有修补合金的部件冷却至2000，并保温9小时45分钟。然后，将修补的部件以35/分或更快的速率冷却。
对单晶镍基合金部件的修补也通过从正被修补的部件上去除所有涂层并且清洁待修补的裂纹而进行。制备由50重量％DF-4B、25重量％Nicobraz 150和25重量％镍基单晶合金组成的、组成为5重量％铬、10重量％钴、5.65重量％铝、1.09重量％钼、5.9重量％钨、8.4重量％钽、0.10重量％铪、3.0重量％铼、0.013重量％钇和余量镍的修补合金，并施加到裂纹上。将具有修补合金的部件置于炉子中，在5×10-4托的真空中于2035-2065的温度热处理15分钟。随后，将部件和修补合金冷却至1975，并保温9小时45分钟。然后，将修补的部件以35/分或更快的速率冷却。

Claims (15)

1.用于修补裂纹的组合物，所述组合物包括单晶镍基材料、第一镍基硬钎焊合金和第二镍基硬钎焊合金。
2.权利要求1的组合物，其中所述单晶镍基材料由5-10重量％铬、5-10重量％钴、1.5-3.5重量％钛、4.2-6.2重量％铝、高达1.9重量％钼、4-6重量％钨、4.8-12重量％钽、高达0.5重量％铌、高达0.35重量％铪、高达0.004重量％硼、高达3.0重量％铼、高达0.013重量％钇和余量镍组成。
3.权利要求2的组合物，其中所述第一镍基硬钎焊合金由14重量％铬、10重量％钴、3.5重量％铝、2.5重量％钽、2.75重量％硼、0.1重量％钇和余量镍组成。
4.权利要求2的组合物，其中所述第二镍基硬钎焊合金由14.75重量％铬、小于0.05重量％碳、3.63重量％硼、小于1.5重量％铁和余量镍组成。
5.权利要求1的组合物，其中所述单晶镍基材料的含量为5-50重量％，所述第一镍基硬钎焊合金的含量是40-60重量％。所述第二镍基硬钎焊合金的含量是10-35重量％。
6.用于修补部件中裂纹的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有至少一条裂纹的部件；
将含有单晶镍基合金、第一镍基硬钎焊合金和第二镍基硬钎焊合金的修补合金组合物施加到所述至少一条裂纹上；和
使具有所述修补合金组合物的所述部件经受热循环以使所述硬钎焊合金组合物扩散进入所述至少一条裂纹并修补所述部件。
7.权利要求6的方法，其中所述提供部件的步骤包括提供由单晶镍基合金形成的部件。
8.权利要求6的方法，其中所述提供部件的步骤包括提供由具有如下组成的单晶镍基合金形成的部件：5-10重量％镍、5-10重量％钴、5-6.2重量％铝、高达1.9重量％钼、4-6重量％钨、8-12重量％钽、高达0.35重量％铪、高达3.0重量％铼和余量镍。
9.权利要求6的方法，其中所述施加修补合金组合物的步骤包括施加含有5-50重量％单晶镍基材料、40-60重量％第一镍基硬钎焊合金和10-35重量％第二镍基硬钎焊合金的修补合金组合物。
10.权利要求6的方法，其中所述施加修补合金组合物的步骤包括施加含有下列组分的修补合金：单晶镍基材料，由5-10重量％铬、5-10重量％钴、1.5-3.5重量％钛、4.2-6.2重量％铝、高达1.9重量％钼、4-6重量％钨、4.8-12重量％钽、高达0.5重量％铌、高达0.35重量％铪、高达0.004重量％硼、高达3.0重量％铼、高达0.013重量％钇和余量镍组成；第一镍基硬钎焊合金，由14重量％铬、10重量％钴、3.5重量％铝、2.5重量％钽、2.75重量％硼、0.4重量％钇和余量镍组成；和第二镍基硬钎焊合金，由14.75重量％铬、小于0.05重量％碳、3.63重量％硼、小于1.5重量％铁和余量镍组成。
11.权利要求6的方法，其中所述经受步骤包括将施加有所述修补合金组合物的部件置于炉子中；将所述施加有所述修补合金组合物的部件加热到1950-2065的温度达所需的时间；将所述施加有所述修补合金组合物的部件冷却至1950-2025的温度达5-20小时的时间。
12.权利要求11的方法，在所述经受步骤中施加5×10-4托或以下的真空。
13.权利要求11的方法，进一步包括冷却所述修补部件。
14.权利要求13的方法，其中所述冷却步骤包括以35/分的速率冷却所述修补部件。
15.权利要求13的方法，其中所述冷却步骤包括以大于35/分的速率冷却所述修补部件。
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