DE102017100086B4

DE102017100086B4 - Superlegierungs-verbundmaterial-vorformlinge und deren anwendungen

Info

Publication number: DE102017100086B4
Application number: DE102017100086.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Gerardo Perez; Daniel J. De Wet; Joel Dawson; Robert MONDS
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2017-01-04
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2037-01-05
Also published as: CA2953758A1; DE102017100086A1; US20170197283A1

Abstract

Verbundmaterial-Vorformling, der Folgendes umfasst:eine Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, eine Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und eine schmelzpunktsenkende Komponente, die in eine Faser-Polymer-Matrix eingelagert sind,wobei das Nickel-Basis-Superlegierungspulver eine Zusammensetzung von 0,05 bis 0,2 Gew.-% Kohlenstoff, 7 bis 9 Gew.-% Chrom, 8 bis 11 Gew.-% Kobalt, 0,1 bis 1 Gew.-% Molybdän, 9 bis 11 Gew.-% Wolfram, 3 bis 4 Gew.-% Tantal, 5 bis 6 Gew.-% Aluminium, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Titan, weniger als 0,02 Gew.-% Bor, weniger als 0,02 Gew.-% Zirkonium, weniger als 2 Gew.-% Hafnium und zum Rest Nickel aufweist, undwobei das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver eine Zusammensetzung von 0,01 bis 0,03 Gew.-% Kohlenstoff, 14 bis 17 Gew.-% Chrom, 9 bis 12 Gew.-% Kobalt, weniger als 0,02 Gew.-% Molybdän, 0,05 bis 0,2 Gew.-% Eisen, 2 bis 5 Gew.-% Tantal, 2 bis 5 Gew.-% Aluminium, weniger als 0,02 Gew.-% Titan, 1,5 bis 2,5 Gew.-% Bor, 0,05 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium, weniger als 0,02 Gew.-% Mangan und zum Rest Nickel aufweist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbundmaterial-Vorformlinge und, insbesondere, Verbundmaterial-Vorformlinge für die Reparatur von Superlegierungskomponenten.
HINTERGRUND
Gasturbinenkomponenten, einschließlich Blättern und Schaufeln, sind harten Betriebsbedingungen unterworfen, die durch einen oder mehrere Mechanismen zu Beschädigungen der Komponenten führen. Gasturbinenkomponenten können beispielsweise Schäden durch thermische Ermüdungsrisse, Kriechen, oxydativen Oberflächenabbau, Heißkorrosion oder Schäden durch Fremdkörper erleiden. Sofern dem nichts entgegengesetzt wird, werden diese Schäden die Effizienz der Gasturbine zwangsläufig beeinträchtigen und zu möglicherweise weiteren Turbinenschäden führen.
Angesichts derart harter Betriebsbedingungen werden Turbinenkomponenten häufig aus einer Nickel- oder Kobaltbasis-Superlegierung hergestellt, die eine hohe Festigkeit und hohe Temperaturresistenz zeigt. Der Einsatz von Superlegierungszusammensetzungen in Verbindung mit den Anforderungen an ein komplexes Design und eine komplexe Form machen die Herstellung von Gasturbinen kostenintensiv. Eine einzige Stufe von Schaufeln für eine Flugzeugturbine verursacht Kosten in Höhe von Zehntausenden von Dollar. Außerdem können die Kosten für industrielle Gasturbinen eine Million Dollar überschreiten. Bei so großen Kapitalinvestitionen wurden verschiedene Verfahren entwickelt, Turbinenkomponenten zu reparieren und dadurch die Lebensdauer der Turbine zu verlängern. Festkörper-Diffusionsschweißen, konventionelles Hartlöten, Transient-Liquid-Phase-Bonding (TLP) und Reparaturverfahren für breite Spalten wurden bei der Reparatur von Turbinenkomponenten eingesetzt. Jede dieser Techniken zeigt jedoch einen oder mehrere Nachteile. Festkörper-Diffusionsschweißen erfordert beispielsweise kostspielige Vorrichtungen zum Ausrichten, die Anwendung von Hochdruck und geringen Toleranzen für Passflächen. Derartige Anforderungen erhöhen die Kosten und begrenzen die geeigneten Orte für Turbinenreparaturen durch dieses Verfahren. Konventionelles Hartlöten ergibt eine Schweißnaht mit einer deutlich unterschiedlichen Zusammensetzung als die Superlegierungskomponente und ist anfällig für die Bildung von spröden eutektischen Phasen. Im Gegensatz dazu bietet TLP eine Schweißnaht, die in Zusammensetzung und Mikrostruktur im Wesentlichen nicht von der der Superlegierungskomponente zu unterscheiden ist. TLP ist jedoch auf strukturelle Schäden oder Mängel von 50 µm oder weniger beschränkt. Wie bereits der Name erkennen lässt, übersteigen Reparaturverfahren für breite Spalten die Abstandsbeschränkungen von TLP und eignen sich für Mängel mit einer Breit von über 250 µm. Dennoch stehen Mengenvorteile, die sich durch ein Reparaturverfahren für breite Spalten bieten, dem Einsatz von Fugen-Legierungsverbundmaterialien, einschließlich Elementen, die spröde intermetallische Schichten mit der Superlegierungskomponente einbinden, entgegen.
Die DE 602 19 026 T2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung auf Basis von Nickel, bei dem ein erstes Nickel-Legierungspulver mit hohem Schmelzpunkt und ein zweites Nickel-Legierungspulver mit einem niedrigen Schmelzpunkt miteinander vermischt und anschließend erwärmt werden, wobei die Temperatur so gewählt wird, dass sie unter dem Schmelzpunkt des ersten Nickel-Legierungspulvers und über dem Schmelzpunkt des zweiten Nickel-Legierungspulvers liegt. Das erste Nickel-Legierungspulver weist tendenziell höhere Gehalte an Nickel auf als das zweite Nickel-Legierungspulver.
Die DE 20 19 766 A beschreibt Formkörper aus einem sinterbaren, feindispersem Material, das gleichmäßig in einem Material aus verflochtenen Fasern eines organischen Polymers, beispielsweise aus PTFE, verteilt ist. Das sinterbare, feindisperse Material ist ein Metall, eine intermetallische Verbindung, eine Legierung, ein Salz, ein keramisches Material, ein organisches Polymer oder ein Gemisch davon. Zusätzlich weist der Formkörper ein Bindemittel auf.
Die EP 1 642 666 A1 zeigt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Reparieren eines Risses in einem Bauteil, beispielsweise einem Flügel eines Gasturbinenmotors, in welchem bzw. mit welcher eine Lötlegierung auf den Riss aufgebracht und anschließend mittels Mikrowellenstrahlung erhitzt wird, insbesondere für 5 bis 60 Minuten. Das Bauteil kann insbesondere aus einer Kobalt-Superlegierung oder einer Nickel-Superlegierung sein.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem Punkt werden Verbundmaterial-Vorformlinge für die Reparatur von Superlegierungsteilen und/oder -geräten hierin beschrieben. Ein Verbundmaterial-Vorformlinge umfasst beispielsweise ein Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, eine Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und eine schmelzpunktsenkende Komponente, die in eine Faser-Polymer-Matrix eingelagert wird.
Das Nickel-Basis-Superlegierungspulver weist eine Zusammensetzung von 0,05 bis 0,2 Gew. % Kohlenstoff, 7 bis 9 Gew.-% Chrom, 8 bis 11 Gew.-% Kobalt, 0,1 bis 1 Gew.-% Molybdän, 9 bis 11 Gew.-% Wolfram, 3 bis 4 Gew.-% Tantal, 5 bis 6 Gew. % Aluminium, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Titan, weniger als 0,02 Gew.-% Bor, weniger als 0,02 Gew.-% Zirkonium, weniger als 2 Gew.-% Hafnium und zum Rest Nickel auf.
Das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver weist eine Zusammensetzung von 0,01 bis 0,03 Gew.-% Kohlenstoff, 14 bis 17 Gew.-% Chrom, 9 bis 12 Gew.-% Kobalt, weniger als 0,02 Gew.-% Molybdän, 0,05 bis 0,2 Gew.-% Eisen, 2 bis 5 Gew. % Tantal, 2 bis 5 Gew.-% Aluminium, weniger als 0,02 Gew.-% Titan, 1,5 bis 2,5 Gew.-% Bor, 0,05 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium, weniger als 0,02 Gew. % Mangan und zum Rest Nickel auf.
Die Faser-Polymer-Matrix kann ein flexibles Gewebe bilden, in dem die Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, die Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und die schmelzpunktsenkende Komponente verteilt sind.
In einigen Ausführungsformen umfasst die schmelzpunktsenkende Komponente Bor in einer Menge von 0,2 bis 2 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings. Ferner kann die schmelzpunktsenkende Komponente als Bestandteil des Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulvers bereitgestellt werden. Alternativ ist die schmelzpunktsenkende Komponente unabhängig vom Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver.
In einem anderen Punkt werden hierin Verfahren zur Reparatur von Nickel-Basis Superlegierungsteilen oder -geräten beschrieben. Ein Verfahren zur Reparatur von Nickel-Basis-Superlegierungsteilen umfasst die Bereitstellung einer Baugruppe durch Anwendung mindestens eines Verbundmaterial-Vorformlings an einem beschädigten Bereich des Nickel-Basis Superlegierungsteils, wobei der Verbundmaterial-Vorformling eine Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, eine Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und eine schmelzpunktsenkende Komponente enthält, die in eine Faser-Polymer-Matrix eingelagert wird, wobei die schmelzpunktsenkende Komponente Bor in einer Menge von 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings umfasst. Die Baugruppe wird über einen Zeitraum von 1 bis 4 Stunden auf eine Temperatur von 1200 bis 1250 °C erhitzt, um eine Fugen-Legierung zu bilden, die metallurgisch mit dem beschädigten Bereich verbunden ist, wobei die Fugen-Legierung aus der Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, und der Hartlötlegierungspulverkomponente gebildet wird. Wie zusätzliche hierin eingehend beschrieben, kann die resultierende Fugen-Legierung ein tragendes Bauteil des Nickel-Basis Superlegierungsteils werden. Die Fugen-Legierung ist ein tragendes Bauteil des Superlegierungsteils und die verfügt über eine Zugfestigkeit größer als 50 Prozent des Nickel-Basis-Superlegierungsteils.
Das Nickel-Basis-Superlegierungspulver weist eine Zusammensetzung von 0,05 bis 0,2 Gew. % Kohlenstoff, 7 bis 9 Gew.-% Chrom, 8 bis 11 Gew.-% Kobalt, 0,1 bis 1 Gew.-% Molybdän, 9 bis 11 Gew.-% Wolfram 3 bis 4 Gew.-% Tantal, 5 bis 6 Gew.-% Aluminium, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Titan, weniger als 0,02 Gew.-% Bor, weniger als 0,02 Gew.-% Zirkonium, weniger als 2 Gew.-% Hafnium und zum Rest Nickel auf.
Das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver weist eine Zusammensetzung von 0,01 bis 0,03 Gew.-% Kohlenstoff, 14 bis 17 Gew.-% Chrom, 9 bis 12 Gew.-% Kobalt, weniger als 0,02 Gew.-% Molybdän, 0,05 bis 0,2 Gew.-% Eisen, 2 bis 5 Gew. % Tantal, 2 bis 5 Gew.-% Aluminium, weniger als 0,02 Gew.-% Titan, 1,5 bis 2,5 Gew.-% Bor, 0,05 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium, weniger als 0,02 Gew. % Mangan und zum Rest Nickel auf.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Fugen-Legierung mechanische Eigenschaften vergleichbar der Nickel-Basis-Superlegierung des Teils zeigen, einschließlich Zugfestigkeit, Verformbarkeit und/oder Ermüdungsbeständigkeit. Ein tragendes Bauteil des Superlegierungsteils zu werden, ist eine grundlegende Abkehr von Legierungsbeschichtungen und -verkleidungen, die angewendet wurden, um Korrosion und/oder Abnutzung zu verhindern.
Diese und weitere Ausführungsformen werden in den nachfolgenden detaillierten Beispielen weiter beschrieben.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsaufnahme eines Rasterelektronenmikroskops (REM) von einer Fugen-Legierung, die mit einem Nickel-Basis-Superlegierungssubstrat, nach einer hierin beschriebenen Ausführungsform, metallurgisch verbunden ist.
2 ist eine Querschnittsaufnahme eines REM von einer Fugen-Legierung, die mit einem Nickel-Basis-Superlegierungssubstrat, nach einer hierin beschriebenen Ausführungsform, metallurgisch verbunden ist.
3 ist eine Querschnittsaufnahme eines REM von einer Fugen-Legierung, die mit einem Nickel-Basis-Superlegierungssubstrat, nach einer hierin beschriebenen Ausführungsform, metallurgisch verbunden ist.
4 ist eine Querschnittsaufnahme eines REM von einer Fugen-Legierung, die mit einem Nickel-Basis-Superlegierungssubstrat, nach einer hierin beschriebenen Ausführungsform, metallurgisch verbunden ist.
5 ist eine Querschnittsaufnahme eines REM von einer Fugen-Legierung, die mit einem Nickel-Basis-Superlegierungssubstrat, nach einer hierin beschriebenen Ausführungsform, metallurgisch verbunden ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin beschriebene Ausführungsformen werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und der Beispiele und deren vorherigen und folgenden Beschreibungen leichter verständlich. Hierin beschriebene Elemente, Vorrichtungen und Verfahren sind jedoch nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt, die in der ausführlichen Beschreibung und in den Beispielen vorgestellt werden. Es sollte klar sein, dass diese Ausführungsformen lediglich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Modifikationen und Anpassungen sind Fachleuten ohne Weiteres offensichtlich, ohne vom Grundgedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
I. Verbundmaterial-Vorformlinge
In einem Punkt werden Verbundmaterial-Vorformlinge für die Reparatur von Superlegierungsteilen und/oder -geräten hierin beschrieben. Solche Verbundmaterial-Vorformlinge umfassen eine Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, eine Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und eine schmelzpunktsenkende Komponente, die in eine Faser-Polymer-Matrix eingelagert wird. Wie hierin weiter verdeutlicht wird, können das Nickel-Basis-Superlegierungspulver und das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver in der gesamten Faser-Polymer-Matrix verteilt sein. Bei bestimmten Komponenten kann das Nickel-Basis-Superlegierungspulver eines oder mehrere Nickel-Basis-Superlegierungspulver umfassen. Geeignetes Nickel-Basis-Superlegierungspulver kann beispielsweise in seiner Zusammensetzung ähnlich oder in Einklang mit einer oder mehreren Nickel-Basis Superlegierungen sein, die in der Herstellung von Gasturbinenkomponenten, wie Blätter und Schaufeln, verwendet werden. In einigen Ausführungsformen verfügen Nickel-Basis-Superlegierungspulver über kompositorische Parameter, die innerhalb Nickel-Basis Superlegierungsklassen konventioneller Gusslegierungen, gerichtet erstarrter Legierungen, Einkristall-Legierungen der ersten Generation, Einkristall-Legierungen der zweiten Generation, Einkristall-Legierungen der dritten Generation, Knetlegierungen und/oder pulververarbeitende Superlegierungen fallen. Die Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente besteht aus 0,05-0.2 Gew.-% Kohlenstoff, 7-9 Gew.-% Chrom, 8-11 Gew.-% Kobalt, 0,1-1 Gew.-% Molybdän, 9-11 Gew.-% Wolfram, 3-4 Gew.-% Tantal, 5-6 Gew.-% Aluminium, 0,5-1,5 Gew.-% Titan, weniger als 0,02 Gew.-% Bor, weniger als 0,02 Gew.-% Zirkonium, weniger als 2 Gew.-% Hafnium und Rest-Nickel. In einigen bestimmten Ausführungsformen kann die Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente ein Legierungspulver enthalten, das aus Tabelle I ausgewählt wird.
Geeignetes Nickel-Basis-Superlegierungspulver des Verbundmaterial-Vorformlings ist, in einigen Ausführungsformen, im Handel von zugelassenen Lieferanten von General Electric erhältlich. Ein weiteres im Handel erhältliches Nickel-Basis-Superlegierungspulver zur Verwendung in einem hierin beschriebenen Verbundmaterial-Vorformling ist Mar M247.
Nickel-Basis-Superlegierungspulver des Verbundmaterial-Vorformlings kann jede gewünschte Korngröße aufweisen. Die Korngröße kann nach verschiedenen Kriterien ausgewählt werden, einschließlich, aber ohne Begrenzung, der Verteilbarkeit in der Faser-Polymer-Matrix, Merkmale der Packungsdichte und/oder Oberflächenbereiche für eine Wechselwirkung und/oder Reaktion mit der Nickel-Basis Hartlötlegierungskomponente. Bei einigen Ausführungsformen kann das Nickel-Basis-Superlegierungspulver beispielsweise eine durchschnittliche Korngröße von 10 µm bis 100 µm oder 30 µm bis 70 µm aufweisen. Ferner ist die Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente allgemein in einer Menge von 45 bis 95 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings vorhanden. In manchen Ausführungsformen liegt das Nickel-Basis-Superlegierungspulver in dem Verbundmaterial-Vorformling in einer Menge vor, die aus Tabelle II ausgewählt wird. Tabelle II - Nickel-Basis-Superlegierungspulver eines Verbundmaterial-Vorformlings (Gew.%)

55-90

60-85

65-75

70-80
Zusätzlich zu der Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente umfasst ein hierin beschriebener Verbundmaterial-Vorformling eine Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente. Die Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente kann ein oder mehrere Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver umfassen. Es kann jedes beliebige Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver eingesetzt werden, das nicht in Widerspruch mit den Zielen der vorliegenden Erfindung steht. Geeignetes Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver kann beispielsweise einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Nickel-Basis-Superlegierungspulver des Verbundmaterial-Vorformlings haben. Bei einigen Ausführungsformen hat das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver einen mindestens 100 °C niedrigeren Schmelzpunkt als das Nickel-Basis-Superlegierungspulver. In einer bestimmten Ausführungsform kann das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver ein Legierungspulver mit der in Tabelle III dargelegten Zusammensetzung enthalten.
Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver, dessen Zusammensetzung innerhalb der Parameter von Tabelle III fällt, ist im Handel unter der Handelsbezeichnung Amdry D15 erhältlich. Zusätzliche geeignete Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver können aus der Amdry-Reihe und anderen im Handel erhältlichen Pulvern gewählt werden.
Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver des Verbundmaterial-Vorformlings kann jede gewünschte Korngröße aufweisen. Die Korngröße kann nach verschiedenen Kriterien ausgewählt werden, einschließlich, aber ohne Begrenzung, der Verteilbarkeit in der Faser-Polymer-Matrix, Merkmale der Packungsdichte und/oder Oberflächenbereiche für eine Wechselwirkung und/oder Reaktion mit der Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente. Bei einigen Ausführungsformen kann das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver beispielsweise eine durchschnittliche Korngröße von 10 µm bis 150 µm oder 40 µm bis 125 µm aufweisen. Ferner ist die Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente allgemein in einer Menge von 10 bis 45 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings vorhanden. In manchen Ausführungsformen liegt das Nickel-Basis-Superlegierungspulver in dem Verbundmaterial-Vorformling in einer Menge vor, die aus Tabelle IV ausgewählt wird. Tabelle IV - Nickel-Basis-Superlegierungspulver eines Verbundmaterial-Vorformlings (Gew.-%)

15-40

25-35

20-30
Wie hierin beschrieben, umfasst der Verbundmaterial-Vorformling eine schmelzpunktsenkende Komponente zusätzlich zu den Nickel-Basis-Superlegierungspulver- und Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponenten. Es kann jede beliebige schmelzpunktsenkende Komponente eingesetzt werden, die nicht in Widerspruch mit den Zielen der vorliegenden Erfindung steht. Geeignete schmelzpunktsenkende Komponenten können Bor, Magnesium, Hafnium, Zirkonium, MgNi₂, Silicium oder Kombinationen hiervon einschließen. Im Allgemeinen liegt eine schmelzpunktsenkende Komponente in einer Menge von 0,2 bis 20 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings vor. In einigen Ausführungsformen umfasst die schmelzpunktsenkende Komponente Bor in einer Menge von 0,2 bis 2 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings. In einigen bestimmten Ausführungsformen liegt Bor in dem Verbundmaterial-Vorformling in einer Menge vor, die aus Tabelle V ausgewählt wird. Table V - Bor-Gehalt des Verbundmaterial-Vorformlings (Gew.-%)

1,3-2,0

1,1-1,2

0,9-0,95

0,7-0,8

0,5-0,6

0,3-0,4

0,2-0,25

0,2-0,95

0,3-0,92

0,3-1,5

Bor ist in einigen Ausführungsformen die einzige Sorte von schmelzpunktsenkender Komponente. Alternativ kann Bor mit einer oder mehreren zusätzlichen schmelzpunktsenkenden Komponentensorten kombiniert werden. Bor kann beispielsweise mit Hafnium oder MgNi₂ kombiniert werden, um die schmelzpunktsenkende Komponente bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen wird Bor mit Hafnium gemäß Tabelle VI kombiniert. Table VI - Bor-Hafnium Gehalt des Verbundmaterial-Vorformlings (Gew.-%)

Bor	Hafnium
1,1-1,2	15-17
0,9-0,95	15-17
0,7-0,8	15-17
0,5-0,6	15-17
0,3-0,4	15-17
0,2-0,25	15-17
1,1-1,2 .	0,5-2
0,9-0,95	0,5-2
0,7-0,8	0,5-2
0,5-0,6	0,5-2
0,3-0,4	0,5-2
0,2-0,25	0,5-2

Die schmelzpunktsenkende Komponente in einigen Ausführungsformen ist Teil der Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und/oder der Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente. Die Nickel-Basis-Hartlötlegierung und/oder die Nickel-Basis-Superlegierung können die schmelzpunktsenkende Komponente als Teil der Legierungszusammensetzung enthalten. Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver kann beispielsweise so ausgewählt werden, dass es Bor und/oder Hafnium enthält, um als schmelzpunktsenkende Komponente zu dienen. In derartigen Ausführungsformen können die Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und die Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente dem Verbundmaterial-Vorformling im einem Verhältnis zugefügt werden, so dass die gewünschte Menge an schmelzpunktsenkender Komponente bereitgestellt wird. Im Allgemeinen liegt das Verhältnis Hartlötlegierungspulverkomponente/Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente im Verbundmaterial-Vorformling zwischen 1 und 10. In einigen bestimmten Ausführungsformen wird das Verhältnis Hartlötlegierungspulverkomponente/Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente im Verbundmaterial-Vorformling aus Tabelle VII gewählt. Table VII - Verhältnis Ni-Basis Superleqierunq/Ni-Basis Hartlötleqierunq

8-9

5-6

2,5-3,5

1-2

1,75-2
Alternativ kann dem Verbundmaterial-Vorformling die schmelzpunktsenkende Komponente unabhängig von Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente und Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente bereitgestellt werden. Schmelzpunktsenkendes Pulver kann beispielsweise den Nickel-Basis-Pulvern oder dem Verbundmaterial-Vorformling zugefügt werden.
Die Nicke-Basis-Superlegierungspulverkomponente, die Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und die schmelzpunktsenkende Komponente, werden in eine Faser-Polymer-Matrix eingelagert. Wie in den nachfolgenden Beispielen verdeutlicht wird, kann die Faser-Polymer-Matrix ein flexibles Gewebe bilden, in dem die Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, die Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und die schmelzpunktsenkende Komponente verteilt sind. Das flexible Polymer-Gewebe kann eine beliebige Dicke aufweisen, die mit den Zielen der vorliegenden Erfindung nicht unvereinbar ist. Das flexible Polymer-Gewebe kann beispielsweise allgemein eine Dicke von 0,2-4 mm oder 1-2 mm aufweisen. Jede Polymersorte, die so einsetzbar ist, dass sie eine Faser- oder Filament-Morphologie annimmt, kann bei der Matrix-Konstruktion verwendet werden. Geeignete Polymersorten können Fluorpolymere, Polyamide, Polyester, Polyolefine oder Mischungen davon enthalten. In einigen Ausführungsformen wird beispielsweise die Faser-Polymer-Matrix von fibrilliertem Polytetrafluoräthylen (PTFE) gebildet. In derartigen Ausführungsformen können die PTFE-Fasern oder Fibrillen eine zusammenhängende Netzwerk-Matrix bereitstellen, in der die Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente und die Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente verteilt und eingeschlossen sind. Außerdem kann das fibrillierte PTFE mit anderen Polymer-Fasern kombiniert werden, wie z. B. Polyamiden und Polyester, um die Eigenschaften der Faser-Matrix zu verändern oder anzupassen. Die Faser-Polymer-Matrix beträgt im Allgemeinen weniger als 1,5 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings. Bei einigen Ausführungsformen beträgt beispielsweise die Faser-Polymer-Matrix 1,0-1,5 Gewichtsprozent oder 0,5-1,0 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings.
Der Verbundmaterial-Vorformling kann durch mehrere Techniken hergestellt werden, um die Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, die Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und die schmelzpunktsenkende Komponente in der Faser-Polymer-Matrix zu verteilen. In einigen Ausführungsformen wird der Verbundmaterial-Vorformling durch Kombination von Polymerpulver, Nickel-Basis-Superlegierungspulver und Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver und mechanischer Bearbeitung der Mischung hergestellt, um das Polymerpulver zu fibrillieren und Nickel-Basis-Legierungspulver in der resultierenden Faser-Polymer-Matrix einzufangen. In derartigen Ausführungsformen ist die schmelzpunktsenkende Komponente ein Bestandteil des Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulvers und/oder des Nickel-Basis-Superlegierungspulvers. In einer bestimmten Ausführungsform werden beispielsweise das Nickel-Basis-Superlegierungspulver und das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver mit 3-15 Vol.-% des PTFE-Pulvers gemischt und mechanisch bearbeitet, um das PTFE zu fibrillieren und Nickel-Basis-Legierungspulver in der resultierenden PTFE-Matrix einzufangen. Nickel-Basis-Superlegierungspulver und Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver können aus den obigen Tabellen I und III ausgewählt werden, wobei die schmelzpunktsenkende Komponente, wie zum Beispiel Bor, als Bestandteil der Nickel-Basis-Hartlötlegierung bereitgestellt wird. Mechanische Bearbeitung der Pulvermischung kann eine Kugelfräsen, Rollen, Dehnen, Strecken, Extrudieren, Auswalzen oder Kombinationen davon einschließen. In einigen Ausführungsformen wird das resultierende PTFE-flexible Verbundmaterial-Vorformling-Gewebe, einem kaltisostatischem Pressen unterzogen. Ein hierin beschriebener Verbundmaterial-Vorformling, kann gemäß der Offenbarung eines oder mehrerer der US-Patente 3,743,556 , 3,864,124, 3,916,506, 4,194,040 und 5,352,526 hergestellt werden.
II. Verfahren zur Reparatur von Nickel-Basis-Superlegierungen
In einem anderen Punkt werden hierin Verfahren zur Reparatur von Nickel-Basis Superlegierungsteilen oder -geräten beschrieben. Ein Verfahren zur Reparatur von Nickel-Basis-Superlegierungsteilen umfasst die Bereitstellung einer Baugruppe durch Anwendung mindestens eines Verbundmaterial-Vorformlings an einem beschädigten Bereich des Nickel-Basis
Superlegierungsteils, wobei der Verbundmaterial-Vorformling eine Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, eine Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und eine schmelzpunktsenkende Komponente enthält, die in eine Faser-Polymer-Matrix eingelagert wird. Die Baugruppe wird erhitzt, um eine Fugen-Legierung zu bilden, die metallurgisch mit dem beschädigten Bereich verbunden ist, wobei die Fugen-Legierung aus der Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, und der Hartlötlegierungspulverkomponente gebildet wird. In einigen Ausführungsformen wird das flexible Gewebe, das die Legierungspulver enthält, auf die gewünschten Abmessungen zur Anwendung im beschädigten Bereich zugeschnitten.
Verbundmaterial-Vorformlinge die über eine Konstruktion und kompositorische Eigenschaften, die hierin in Abschnitt I beschrieben werden, verfügen, können bei einem beschädigten Bereich auf einem Nickel-Basis-Superlegierungsteil angewendet werden, um ein Baugruppe bereitzustellen. Ein beschädigter Bereich auf einem Nickel-Basis-Superlegierungsteil kann Risse, oxidativen Oberflächenabbau und/oder andere chemische Zersetzungen, Heißkorrosion, Lochfraß und Schäden durch Fremdkörper einschließen. Deshalb ist die Fugen-Legierung, die aus einem oder mehreren Verbundmaterial-Vorformlingen gebildet wird, ein Zusatz des beschädigten Bereichs und wird nicht als schützende Verkleidung betrachtet. Ein Verbundmaterial-Vorformling kann durch jede beliebige Vorrichtung auf dem beschädigten Bereich angewendet werden, die nicht in Widerspruch mit den Zielen der vorliegenden Erfindung steht. Der Verbundmaterial-Vorformling kann beispielsweise durch Verwendung eines Klebers oder Films angewendet werden. Die Flexibilität, die durch die gewebeähnliche Faser-Polymer-Matrix bereitgestellt wird, ermöglicht es dem hierin beschriebenen Verbundmaterial-Vorformling, sich komplexen Formen und Geometrien verschiedener Nickel-Basis-Superlegierungsteile anzupassen. Wie hierin beschrieben, kann der Verbundmaterial-Vorformling bei der Reparatur von Gasturbinenteilen, einschließlich Blätter und Schaufeln, eingesetzt werden. Die Flexibilität der gewebeähnlichen Faser-Polymer-Matrix ermöglicht die Anwendung des Verbundmaterial-Vorformlings in verschiedenen Bereichen des Turbinenblattes, einschließlich der Druck-Seitenwand, Ansaugseitenwand, Blattspitze, Vorder- und Hinterkanten sowie Blattfuß und Plattform.
In einigen Ausführungsformen wird ein einziger Verbundmaterial-Vorformling auf dem beschädigten Bereich des Nickel-Basis-Superlegierungsteil angewendet. Alternativ können mehrere Verbundmaterial-Vorformlinge auf dem beschädigten Bereich des Nickel-Basis-Superlegierungsteil angewendet werden. Verbundmaterial-Vorformlinge können beispielsweise in geschichtetem Format auf dem beschädigten Bereich angewendet werden. Der Schichtaufbau der Verbundmaterial-Vorformlinge kann die Herstellung der Fugen-Legierung in jeder gewünschten Dicke ermöglichen. In einigen Ausführungsformen sind die Verbundmaterial-Vorformlinge geschichtet, um eine Fugen-Legierung mit einer Dicke von mindestens 5 cm oder mindestens 10 cm bereitzustellen. Der beschädigte Bereich des Nickel-Basis-Superlegierungsteils kann vor der Anwendung der hierin beschriebenen Verbundmaterial-Vorformlinge einer oder mehreren Vorbereitungstechniken unterworfen werden. Der beschädigte Bereich kann beispielsweise durch chemische und/oder mechanische Mittel, wie zum Beispiel Fluoridionenreinigung, vor der Anwendung des Verbundmaterial-Vorformlings gereinigt werden.
Nach Anwendung von einem oder mehreren Verbundmaterial-Vorformlingen auf dem beschädigten Bereich des Nickel-Basis-Superlegierungsteils, wird die resultierende Baugruppe erhitzt, um eine Fugen-Legierung zu bilden, die metallurgisch mit dem beschädigten Bereich verbunden ist. Das Erhitzen der Baugruppe zersetzt die Polymer-Faser-Matrix, und die Fugen-Legierung wird aus der Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente und der Nickel-Basis Hartlötlegierungskomponente der Verbundmaterial-Vorformling(e) gebildet. Die Baugruppe wird im Allgemeinen auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Nickel-Basis Hartlötlegierungskomponente und unterhalb des Schmelzpunktes der Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente erhitzt. Um die Fugen-Legierung mit dem Nickel-Basis-Superlegierungspulver zu bilden, wird deshalb das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver geschmolzen, wobei die Fugen-Legierung metallurgisch mit dem Nickel-Basis-Superlegierungsteil verbunden ist. Das Fließverhalten der geschmolzenen Nickel-Basis-Hartlötlegierung erlaubt die Bildung einer blasenfreien Schnittstelle zwischen der Fugen-Legierung und dem Nickel-Basis-Superlegierungsteil. Heiztemperatur und Heizdauer hängen von den bestimmten kompositorischen Parametern des Nickel-Basis-Superlegierungsteils und des Verbundmaterial-Vorformlings ab. Die Baugruppe wird über einen Zeitraum von 1 bis 4 Stunden auf Temperaturen von 1200-1250 °C erwärmt.
In einigen Ausführungsformen zeigt die Fugen-Legierung eine einheitliche oder im Wesentlichen einheitliche Mikrostruktur. Wie in den hierin enthaltenen Figuren bereitgestellt, kann die Mikrostruktur der Fugen-Legierung von der Mikrostruktur des Nickel-Basis-Superlegierungsteils abweichen. Außerdem kann die Mikrostruktur der Fugen-Legierung frei oder im Wesentlichen frei von spröden Metall-Borid-Präzipitaten, einschließlich verschiedener Chromboriden [CrB, (Cr,W)B, Cr(B,C), Cr₅B₃] und/oder Nickelboriden wie Ni₃B, sein. Ferner kann die Fugen-Legierung vollständig dicht oder im Wesentlichen vollständig dicht sein. Dadurch, dass sie im Wesentlichen vollständig dicht ist, kann die Fugen-Legierung über weniger als 5 Volumenprozent Durchlässigkeit verfügen. Die Fugen-Legierung kann anschließend so bearbeitet werden, dass unerwünschtes Material oder ein Überschuss an Fugen-Legierung von einer oder mehreren unbeschädigten Oberflächen des Nickel-Basis-Superlegierungsteils entfernt wird.
Es ist wichtig, dass die angewandte und mit dem beschädigten Bereich des Nickel-Basis-Superlegierungsteils metallurgisch verbundene Fugen-Legierung in einigen Ausführungsformen ein tragendes Bauteil wird. Dadurch, dass sie ein tragendes Bauteil des Nickel-Basis-Superlegierungsteils wird, muss die Fugen-Legierung von Beschichtungen, die zur Verhinderung von Abbaumechanismen wie Korrosion, Abrieb und/oder Abnutzung aufgetragen werden, unterschieden werden. Die tragende Fugen-Legierung kann über eine Zugfestigkeit, Verformbarkeit und Ermüdungsbeständigkeit verfügen, die mit der Nickel-Basis-Superlegierung des Teils vergleichbar ist.
Die Fugen-Legierung kann beispielsweise eine mehr als 50 % größere Zugfestigkeit als die Nickel-Basis-Superlegierung des Teils zeigen. Die Fugen-Legierung kann auch eine Verformbarkeit von 1-2 % Dehnung zeigen und kann ein Low-Cycle Fatigue Testing (Ermüdungsprüfung) von mehr als 3800 Zyklen überstehen. Dies ist von Fugen-Legierungen belegt, die aus Verbundwerkstoffartikeln aus Beispiel 3 und 5 (im Weiteren beschrieben) hergestellt wurden. Diese Fugen-Legierungen zeigen Zugfestigkeitseigenschaften, die 50 % größer sind als die der ursprünglichen Rene' 108-Superlegierung und eine Dehnung von 1-2 %. Diese Fugen-Legierungen überstehen außerdem mehr als 3800 Zyklen, wenn sie bei 871 °C (1600 °F) getestet werden.
Darüber hinaus kann ein Grenzflächenübergangsbereich zwischen der Fugen-Legierung und dem Nickel-Basis-Superlegierungsteil eingerichtet werden. Der Grenzflächenübergangsbereich kann eine Mikrostruktur zeigen, die von der Fugen-Legierung und dem Nickel-Basis-Superlegierungsteil abweicht. In einigen Ausführungsformen ist der Grenzflächenübergangsbereich frei oder im Wesentlichen frei von spröden Metall-Borid-Präzipitaten, einschließlich Chromborid-, und Nickelborid-Sorten, die oben beschrieben wurden. Ein Grenzflächenübergangsbereich weist in einigen Ausführungsformen eine Dicke von 20 µm bis 150 µm auf.
Im Anschluss an die metallurgische Verbindung der Fugen-Legierung mit dem beschädigten Bereich kann das reparierte Nickel-Basis-Superlegierungsteil zusätzlichen Behandlungen, einschließlich Lösungsglühen und Wärmealterung, unterzogen werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Feuerschutzschicht bei dem reparierten Nickel-Basis-Superlegierungsteil angewendet werden. Eine Feuerschutzschicht kann beispielsweise ein oder mehrere metallische Elemente umfassen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium und metallischen Elementen der Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems und einem oder mehreren nichtmetallischen Elementen, die aus den Gruppen IIIA, IVA, VA und VIA des Periodensystems ausgewählt werden. Eine Feuerschutzschicht kann ein Carbid, Nitrid, Carbonitrid, Oxycarbonitrid, Oxid oder Borid eines oder mehrerer metallischer Elemente umfassen, die aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und metallischen Elementen der Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems ausgewählt werden. Beispielsweise können eine oder mehrere Schutzschichten aus der Gruppe, bestehend aus Titannitrid, Titancarbonitrid, Titanoxycarbonitrid, Titancarbid, Zirkoniumnitrid, Zirkoniumcarbonitrid, Hafniumnitrid, Hafniumcarbonitrid und Aluminiumoxid und Mischungen davon, ausgewählt werden.
Diese und weitere Ausführungsformen werden in den nachfolgenden, nicht einschränkenden Beispielen weiter veranschaulicht.
Beispiel 1 - Verbundstoffartikel
Ein Verbundwerkstoffartikel wurde durch Anwendung eines Verbundmaterial-Vorformlings, der hierin beschrieben wird, auf ein Nickel-Basis-Superlegierungssubstrat wie folgt gebildet. 400 g Nickel-Basis Superlegierungspulver, das über die kompositorische Parameter von Legierungspulver 1 aus Tabelle I (Rene' 108) verfügt und 134 g Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver aus Tabelle III (Amdry D15) wurden mit 5-15 Vol.-% PTFE-Pulver gemischt. Die Pulvermischung wurde mechanisch bearbeitet, um das PTFE zu fibrillieren und das Nickel-Basis Superlegierungspulver und das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver einzufangen, und dann gerollt, wodurch der Verbundmaterial-Vorformling als gewebeähnliches flexibles Tuch mit einer Dicke von 1-2 mm gebildet wurde. Der Verbundmaterial-Vorformling enthielt 0,57 Gew.-% Bor als schmelzpunktsenkende Komponente. Wie hierin beschrieben, wurde die schmelzpunktsenkende Bor-Komponente als Teil des Amdry D15 bereitgestellt.
Der Verbundmaterial-Vorformling war am Mar M247-Substrat festgeklebt, um eine Baugruppe bereitzustellen. Die Baugruppe wurde unter Vakuum über einen Zeitraum von drei Stunden auf eine Temperatur von 1220-1250 °C erhitzt. Eine Fugen-Legierung wurde aus Nickel-Basis-Superlegierungspulver und Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver gebildet und metallurgisch mit dem Mar M247-Substrat verbunden. Wie durch die Querschnittsaufnahme eines REM-Bildes (50x) aus 1 belegt, war die Fugen-Legierung im Wesentlichen vollständig verdichtet und die Schnittstelle mit dem Mar M247-Substrat blasenfrei.
Beispiel 2 - Verbundstoffartikel
Ein Verbundwerkstoffartikel wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei das Rene’ 108-Superlegierungspulver durch Mar M247-Pulver ersetzt wurde. Der resultierende Verbundwerkstoffartikel enthielt 0,56 Gew.-% Bor als schmelzpunktsenkende Komponente. 2 ist eine Querschnittsaufnahme eines REM (50x), die eine metallurgische Verbindung der Fugen-Legierung mit dem Mar M247-Substrat veranschaulicht. Die Fugen-Legierung war im Wesentlichen vollständig verdichtet und die Schnittstelle mit dem Mar M247-Substrat blasenfrei.
Beispiel 3 - Verbundstoffartikel
Ein Verbundwerkstoffartikel wurde durch Anwendung eines Verbundmaterial-Vorformlings, der hierin beschrieben wird, auf ein Nickel-Basis-Superlegierungssubstrat wie folgt gebildet. 470 g Nickel-Basis Superlegierungspulver Rene' 108 und 235 g Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver Amdry D15 wurden mit 5-15 Vol.-% PTFE-Pulver gemischt. Die Pulvermischung wurde mechanisch bearbeitet, um das PTFE zu fibrillieren und das Rene' 108-Pulver und das Amdry D15-Pulver einzufangen, und dann gerollt, wodurch der Verbundmaterial-Vorformling als gewebeähnliches flexibles Tuch mit einer Dicke von 1-2 mm gebildet wurde. Der Verbundmaterial-Vorformling enthielt 0,75 Gew.-% Bor als schmelzpunktsenkende Komponente. Wie hierin beschrieben, wurde die schmelzpunktsenkende Bor-Komponente als Teil des Amdry D15 bereitgestellt.
Der Verbundmaterial-Vorformling war am Rene' 108-Substrat festgeklebt, um eine Baugruppe bereitzustellen. Die Baugruppe wurde unter Vakuum über einen Zeitraum von 1 Stunde auf eine Temperatur von 1220-1250 °C erhitzt. Eine Fugen-Legierung wurde aus Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver und Nickel-Basis-Superlegierungspulver gebildet und metallurgisch mit dem Rene' 108-Substrat verbunden. Wie durch die Querschnittsaufnahme eines REM-Bildes (50x) aus 3 belegt, war die Schnittstelle der Fugen-Legierung mit dem Rene' 108-Substrat blasenfrei.
Beispiel 4 - Verbundstoffartikel
Ein Verbundwerkstoffartikel wurde gemäß Beispiel 3 gebildet. Jedoch wurden 420 g Rene' 108 und 280 g Amdry D15 verwendet, um den Verbundmaterial-Vorformling herzustellen und 0,92 Gew.-% Bor als schmelzpunktsenkende Komponente bereitgestellt. Wie in dem SEM (50x) Bild von 4 zur Verfügung gestellt, war die resultierende Fugen-Legierung im Wesentlichen vollständig verdichtet und die Schnittstelle mit dem Rene' 108-Substrat blasenfrei.
Beispiel 5 - Verbundstoffartikel
Ein Verbundwerkstoffartikel wurde gemäß Beispiel 3 gebildet. Jedoch wurden 350 g Rene' 108 und 350 g Amdry D15 verwendet, um den Verbundmaterial-Vorformling herzustellen und 1,15 Gew.-% Bor als schmelzpunktsenkende Komponente bereitgestellt. Wie in dem SEM (50x) Bild von 5 zur Verfügung gestellt, war die resultierende Fugen-Legierung im Wesentlichen vollständig verdichtet und die Schnittstelle mit dem Rene' 108-Substrat blasenfrei.
Es wurden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die die verschiedenen Aufgaben der Erfindung erfüllen. Es sollte klar sein, dass diese Ausführungsformen lediglich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Modifikationen und Anpassungen sind Fachleuten ohne Weiteres offensichtlich.

Claims

Verbundmaterial-Vorformling, der Folgendes umfasst: eine Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, eine Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und eine schmelzpunktsenkende Komponente, die in eine Faser-Polymer-Matrix eingelagert sind, wobei das Nickel-Basis-Superlegierungspulver eine Zusammensetzung von 0,05 bis 0,2 Gew.-% Kohlenstoff, 7 bis 9 Gew.-% Chrom, 8 bis 11 Gew.-% Kobalt, 0,1 bis 1 Gew.-% Molybdän, 9 bis 11 Gew.-% Wolfram, 3 bis 4 Gew.-% Tantal, 5 bis 6 Gew.-% Aluminium, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Titan, weniger als 0,02 Gew.-% Bor, weniger als 0,02 Gew.-% Zirkonium, weniger als 2 Gew.-% Hafnium und zum Rest Nickel aufweist, und wobei das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver eine Zusammensetzung von 0,01 bis 0,03 Gew.-% Kohlenstoff, 14 bis 17 Gew.-% Chrom, 9 bis 12 Gew.-% Kobalt, weniger als 0,02 Gew.-% Molybdän, 0,05 bis 0,2 Gew.-% Eisen, 2 bis 5 Gew.-% Tantal, 2 bis 5 Gew.-% Aluminium, weniger als 0,02 Gew.-% Titan, 1,5 bis 2,5 Gew.-% Bor, 0,05 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium, weniger als 0,02 Gew.-% Mangan und zum Rest Nickel aufweist.
Verbundmaterial-Vorformling nach Anspruch 1, wobei die Faser-Polymer-Matrix gewebeähnlich ist und eine Dicke von 0,2 bis 4 mm aufweist.
Verbundmaterial-Vorformling nach Anspruch 2, wobei die Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, die Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und die schmelzpunktsenkende Komponente in der Faser-Polymer-Matrix verteilt sind.
Verbundmaterial-Vorformling nach Anspruch 2, wobei die Faser-Polymer-Matrix fibrilliertes Polytetrafluorethylen umfasst.
Verbundmaterial-Vorformling nach Anspruch 1, wobei die schmelzpunktsenkende Komponente in einer Menge von 0,2 bis 20 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings vorliegt.
Verbundmaterial-Vorformling nach Anspruch 5, wobei die schmelzpunktsenkende Komponente Bor in einer Menge von 0,2 bis 2 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings umfasst.
Verbundmaterial-Vorformling nach Anspruch 5, wobei die schmelzpunktsenkende Komponente Bor in einer Menge von 0,2 bis 0,95 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings umfasst.
Verbundmaterial-Vorformling nach Anspruch 5, wobei die schmelzpunktsenkende Komponente Bor in einer Menge von 0,7 bis 0,8 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings umfasst.
Verbundmaterial-Vorformling nach Anspruch 6, wobei die schmelzpunktsenkende Komponente ferner mindestens eines der Folgenden umfasst: Magnesium, Hafnium, Zirkonium, MgNi₂ und Silizium.
Verbundmaterial-Vorformling nach Anspruch 6, wobei das Bor durch das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver, das Nickel-Basis-Superlegierungspulver, oder eine Kombination hiervon, bereitgestellt wird.
Verbundmaterial-Vorformling nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis von Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente zu Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente zwischen 2 und3 liegt.
Verfahren zur Reparatur von Nickel-Basis-Superlegierungsteilen, welches die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Baugruppe durch Anwendung mindestens eines Verbundmaterial-Vorformlings im beschädigten Bereich des Nickel-Basis-Superlegierungsteils, wobei der Verbundmaterial-Vorformling eine Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente, eine Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und eine schmelzpunktsenkende Komponente enthält, die in eine Faser-Polymer-Matrix eingelagert sind, wobei die schmelzpunktsenkende Komponente Bor in einer Menge von 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent des Verbundmaterial-Vorformlings umfasst; und Erwärmen der Baugruppe über einen Zeitraum von 1 bis 4 Stunden auf eine Temperatur von 1200 bis 1250 °C, um eine Fugen-Legierung, die mit dem beschädigten Bereich metallurgisch verbunden ist, zu bilden, wobei die Fugen-Legierung aus der Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente und der Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente gebildet wird, wobei die Fugen-Legierung ein tragendes Bauteil des Superlegierungsteils ist und die Fugen-Legierung über eine Zugfestigkeit von größer als 50 Prozent des Nickel-Basis-Superlegierungsteils verfügt, wobei das Nickel-Basis-Superlegierungspulver eine Zusammensetzung von 0,05 bis 0,2 Gew.-% Kohlenstoff, 7 bis 9 Gew.-% Chrom, 8 bis 11 Gew.-% Kobalt, 0,1 bis 1 Gew.-% Molybdän, 9 bis 11 Gew.-% Wolfram 3 bis 4 Gew.-% Tantal, 5 bis 6 Gew.-% Aluminium, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Titan, weniger als 0,02 Gew.-% Bor, weniger als 0,02 Gew.-% Zirkonium, weniger als 2 Gew.-% Hafnium und zum Rest Nickel aufweist, und wobei das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver eine Zusammensetzung von 0,01 bis 0,03 Gew.-% Kohlenstoff, 14 bis 17 Gew.-% Chrom, 9 bis 12 Gew.-% Kobalt, weniger als 0,02 Gew.-% Molybdän, 0,05 bis 0,2 Gew.-% Eisen, 2 bis 5 Gew.-% Tantal, 2 bis 5 Gew.-% Aluminium, weniger als 0,02 Gew.-% Titan, 1,5 bis 2,5 Gew.-% Bor, 0,05 bis 0,2 Gew.-% Zirkonium, weniger als 0,02 Gew.-% Mangan und zum Rest Nickel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente über einen niedrigeren Schmelzpunkt verfügt als die Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Baugruppe auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher ist als der Schmelzpunkt der Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulverkomponente und niedriger als der Schmelzpunkt der Nickel-Basis-Superlegierungspulverkomponente.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Fugen-Legierung im Wesentlichen vollständig dicht ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Fugen-Legierung eine blasenfreie Schnittstelle mit dem Nickel-Basis-Superlegierungsteil bildet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Grenzflächenübergangsbereich zwischen der Fugen-Legierung und dem Nickel-Basis-Superlegierungsteil festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Grenzflächenübergangsbereich frei von spröden Metall-Borid-Präzipitaten ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Fugen-Legierung eine Verformbarkeit von 1-2 % Dehnung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Faser-Polymer-Matrix gewebeähnlich ist und eine Dicke von 0,2 bis4 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die schmelzpunktsenkende Komponente ferner mindestens eines der Folgenden umfasst: Magnesium, Hafnium, Zirkonium, MgNi₂ und Silizium.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bor durch das Nickel-Basis-Hartlötlegierungspulver, das Nickel-Basis Superlegierungspulver, oder eine Kombination hiervon, bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das beschädigte Nickel-Basis-Superlegierungsteil eine Komponente einer Gasturbine ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Komponente ein Turbinenblatt oder eine Turbinenschaufel ist.