JP2005014090A - 亀裂の修理方法およびこの修理方法のためのろう付けペースト - Google Patents

Abstract

【課題】タービンエンジン部材などの金属ワークピース内の亀裂を修理する方法、および、この方法に使用されるろう付けペーストが提供される。
【解決手段】方法は、ホウ素とクロムを含有する第１のニッケル基合金材料と、クロムとコバルトを含有する第２のニッケル基合金材料とを含むろう付けペーストを形成し、少なくとも１つの亀裂を含む金属ワークピースの領域にろう付けペーストを施し、好ましくは華氏２０００度から華氏２２００度の範囲の温度に、ろう付けペーストおよびワークピースを加熱することにより、ワークピースおよびろう付けペーストをろう付けサイクルに掛けることを含む。ろう付けサイクル中に、ろう付けペーストは、少なくとも１つの亀裂内へ流れ込みかつ亀裂を塞ぎ、ワークピースが修理される。ろう付けペーストは、ホウ素とクロムを含有する第１のニッケル基合金材料と、クロムとコバルトを含有する第２のニッケル基合金材料とを含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属ワークピース内の亀裂を修理する方法に関し、より詳細には、この修理方法に使用されるろう付けペーストに関する。

タービンエンジン部材などの金属ワークピースは、一般に、困難な作動環境に遭遇する。作動環境の厳しさの結果として、ワークピースの耐用寿命の経過に亘ってワークピース内に亀裂が発生し得る。

長い年月の間、そのような金属ワークピース内の亀裂を修理する技術が多数開発されてきた。これらの技術には、金属ワークピースを溶接およびろう付けして亀裂を修理することが含まれる。これらの技術が存在するにもかかわらず、より効果的な修理方法および修理用製品の必要性が依然として残っている。

従って、本発明の目的は、金属ワークピース内の亀裂を修理する方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、金属ワークピース内の亀裂を修理する方法に使用するためのろう付けペーストを提供することである。

上述した目的は、本発明の方法およびろう付けペーストにより達成される。

本発明に従うと、タービンエンジン部材などの金属ワークピースを修理する方法が提供される。方法は、ホウ素およびクロムを含有する第１のニッケル基合金材料と、クロムおよびコバルトを含有する第２のニッケル基合金材料とを含むろう付けペーストを形成し、亀裂を含む金属ワークピースの領域にろう付けペーストを施し、ろう付けペーストおよびワークピースを加熱することによりろう付けサイクルを実施することを含む。

さらに、本発明に従うと、金属ワークピース内の亀裂の修理に使用するためのろう付けペーストは、一般に、ホウ素およびクロムを含有する第１のニッケル基合金材料と、クロムおよびコバルトを含有する第２のニッケル基合金材料とを含む。

本発明の修理方法の他の詳細、および、それに付随する他の目的および利点は、以下の詳細な説明内に述べられる。

本発明に従うと、タービンエンジン部材などの金属ワークピース内の亀裂を修理する方法が提供される。方法は、一般に、ホウ素およびクロムを含有する第１のニッケル基合金材料と、クロムおよびコバルトを含有する第２のニッケル基合金材料とを含むろう付けペーストを形成し、亀裂を含む金属ワークピースの領域にろう付けペーストを施し、ろう付けペーストおよびワークピースを加熱することによりろう付けサイクルを実施することを含む。ろう付けペーストは、好ましくは、２０重量％から６０重量％の第１のニッケル基合金材料と、残部の第２のニッケル基合金材料とを含む。最も好ましい実施態様においては、第１のニッケル基合金材料と第２のニッケル基合金材料は、１：１の割合で存在する。

上述した比率の第１および第２のニッケル基合金材料を用いてろう付けペーストを形成するのが好ましいとはいえ、ろう付けペーストは、ろう付け過程の間に適切な流れを生じるのに十分な量の第１のニッケル基合金材料と第２のニッケル基合金材料を混合して形成することができる。

本発明の一実施態様においては、第１のニッケル基合金材料は、好ましくは、主成分としてニッケル、１４重量％から１６重量％のクロム、および２．４重量％から３．０重量％のホウ素を含有する。適切な第１のニッケル基合金材料の一例は、１４から１６重量％のクロム、２．４から３．０重量％のホウ素、合計で０．１５重量％以下の他の元素、残部ニッケル、および不可避的不純物から成る組成を有するものである。

第２のニッケル基合金材料は、好ましくは、４５重量％のニッケルから５１重量％のニッケル、２２重量％から２３重量％のクロム、および１８．５重量％から１９．５重量％のコバルトから成る組成を有する。１つのそのような第２のニッケル基合金材料の一例は、２２．０重量％から２３．０重量％のクロム、１８．５重量％から１９．５重量％のコバルト、３．５重量％から４．０重量％のチタン、１．８重量％から２．２重量％のタングステン、１．７重量％から２．０重量％のアルミニウム、１．２重量％から１．５重量％のタンタル、０．８重量％から１．２重量％のニオブ、０．１３重量％から０．１７重量％の炭素、０．２０重量％以下のマンガン、０．０１５重量％以下のリン、０．１０重量％以下の銅、０．２５重量％以下の鉄、０．１０重量％以下のケイ素、０．０４重量％以下のジルコニウム、０．００１重量％から０．００８重量％のホウ素、０．００５重量％以下の硫黄、０．００５重量％以下の窒素、０．００３重量％以下の酸素、０．０００５重量％以下の銀、０．０００５重量％以下の鉛、０．００００５重量％以下のセレン、０．００００３重量％以下のビスマス、０．００００５重量％以下のテルル、０．００００５重量％以下のタリウム、残部のニッケル、および不可避的不純物から成るニッケル基合金材料である。

第１および第２のニッケル基合金材料は、粉末形態で提供される。第１および第２のニッケル基合金材料は、次に、ろう付けペーストを形成するように機械的に混合される。所望ならば、第１および第２のニッケル基合金材料は、Ｎｉｃｒｏｂｒａｚｅ Ｓ バインダーなどの結合剤と混合できる。当業技術内で知られる任意の適切な機械的混合手段が、ろう付けペーストを形成するのに使用できる。

ろう付けペーストは、当業技術内で知られる任意の適切な手段を用いて、亀裂を含むワークピースの領域に施すことができる。塞がれる亀裂は、ろう付けペーストを施す前に、当業技術内で知られる任意の適切な手段を用いてどのような破片も除去できる。

ろう付けペーストが、修理される１つまたは複数の亀裂を含む領域に施された後で、ろう付けペーストおよびワークピースは、ろう付けサイクルに掛けられ、このろう付け過程の間に、ワークピースおよびろう付けペーストは、ろう付けペーストが１つまたは複数の亀裂内へ流れ込みかつ亀裂を塞ぐのに十分な長さの時間、華氏２０００度から華氏２２００度の範囲の温度に加熱される。当業技術内で知られる任意の適切な手段が、上述した温度範囲においてろう付けサイクルを実施するのに使用できる。

いくつかの場合、粉末形態の第２のニッケル基合金材料で１つまたは複数の亀裂を予め塞ぐのが好ましくなり得る。これは、ろう付けサイクル処理の間に、第１のニッケル基合金材料は液体になるが、第２のニッケル基合金材料は固体のままだからである。固体は、混合物が、修理される亀裂内へ流れ込むときに、液体と共に運ばれる。

本発明に従うろう付けペーストは、このペーストによって、修理領域および隣接した親材料に望ましくない冶金学的変化を生じさせずに、亀裂部材の修理が可能となるので、有利である。

本発明の修理方法は、航空用および発電用両方のガスタービンエンジン部材を修理するのに使用できる。

修理される金属ワークピースは、ニッケル基合金などといった任意の適切な基体材料から形成できるとはいえ、本発明の方法は、ワークピースが、第２のニッケル基合金を形成する材料と同じ材料から形成されるときに、特によく作用する。

本発明に従って、上述した目的、手段、および利点を十分に満足する修理方法が提供されたことは明らかである。本発明は、その特定の実施態様の文脈で説明したが、他の代替物、変更物、および変形物が、上述した説明を読んだ当業者には明らかになるであろう。従って、これらの代替物、変更物、および変形物は、添付の請求項の広い範囲に含まれるように包含されることが意図される。

Claims (19)

1. 金属ワークピース内の少なくとも１つの亀裂を修理する方法であって、
   ホウ素およびクロムを含有する第１のニッケル基合金材料と、クロムおよびコバルトを含有する第２のニッケル基合金材料とを含むろう付けペーストを形成し、
   少なくとも１つの亀裂を含む金属ワークピースの領域にろう付けペーストを施し、
   ろう付けペーストおよびワークピースを加熱することによりろう付けペーストおよびワークピースをろう付けサイクルに掛ける、
   ことを含むことを特徴とする方法。
2. 前記加熱することは、華氏２０００度から華氏２２００度の範囲の温度にろう付けペーストおよびワークピースを加熱することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記ろう付けペーストを形成することは、粉末形態の第１および第２のニッケル基合金材料を提供し、第１および第２のニッケル基合金材料を機械的に混合することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記第２のニッケル基合金材料で少なくとも１つの亀裂を予め塞ぐことをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記ろう付けペーストを形成することは、２０重量％から６０重量％の第１のニッケル基合金材料と、残部の第２のニッケル基合金材料とを含むペーストを形成することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記ろう付けペーストを形成することは、第１のニッケル基合金材料対第２のニッケル基合金材料が１：１の割合であるろう付けペーストを形成することを含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記ろう付けペーストを形成することは、主成分としてニッケル、１４重量％から１６重量％のクロム、および２．４重量％から３．０重量％のホウ素を含有する第１のニッケル基合金材料と、４５重量％のニッケルから５１重量％のニッケル、２２重量％から２３重量％のクロム、および１８．５重量％から１９．５重量％のコバルトを含有する第２のニッケル基合金材料とを混合することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
8. ホウ素およびクロムを含有する第１のニッケル基合金材料と、クロムおよびコバルトを含有する第２のニッケル基合金材料とを含むことを特徴とする、金属ワークピース内の亀裂を修理するためのろう付けペースト。
9. 前記ペーストは、２０重量％から６０重量％の第１のニッケル基合金材料と、残部の第２のニッケル基合金材料とを含むことを特徴とする請求項８記載のろう付けペースト。
10. 前記第１のニッケル基合金材料と第２のニッケル基合金材料は、１：１の割合で存在することを特徴とする請求項９記載のろう付けペースト。
11. 前記第１のニッケル基合金材料は、主成分としてニッケル、１４重量％から１６重量％のクロム、および２．４重量％から３．０重量％のホウ素を含有することを特徴とする請求項８記載のろう付けペースト。
12. 前記第２のニッケル基合金材料は、４５重量％のニッケルから５１重量％のニッケル、２２重量％から２３重量％のクロム、および１８．５重量％から１９．５重量％のコバルトを含有することを特徴とする請求項８記載のろう付けペースト。
13. タービンエンジン部材内の少なくとも１つの亀裂を修理する方法であって、
    ホウ素およびクロムを含有する第１のニッケル基合金材料と、クロムおよびコバルトを含有する第２のニッケル基合金材料とを含むろう付けペーストを形成し、
    少なくとも１つの亀裂を含むタービンエンジン部材の領域にろう付けペーストを施し、
    ろう付けペーストが少なくとも１つの亀裂内へ流れ込みかつ亀裂を塞ぐように、ろう付けペーストおよびタービンエンジン部材を加熱する、
    ことを含むことを特徴とする方法。
14. 前記加熱することは、華氏２０００度から華氏２２００度の範囲の温度にろう付けペーストおよびタービンエンジン部材を加熱することを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記ろう付けペーストを形成することは、粉末形態の第１および第２のニッケル基合金材料を提供し、第１および第２のニッケル基合金材料を機械的に混合することを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
16. 前記第２のニッケル基合金材料でタービンエンジン部材内の少なくとも１つの亀裂を予め塞ぐことをさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
17. 前記ろう付けペーストを形成することは、２０重量％から６０重量％の第１のニッケル基合金材料と、残部の第２のニッケル基合金材料とを含むペーストを形成することを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
18. 前記ろう付けペーストを形成することは、第１のニッケル基合金材料対第２のニッケル基合金材料が１：１の割合であるろう付けペーストを形成することを含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
19. 前記ろう付けペーストを形成することは、主成分としてニッケル、１４重量％から１６重量％のクロム、および２．４重量％から３．０重量％のホウ素を含有する第１のニッケル基合金材料と、４５重量％のニッケルから５１重量％のニッケル、２２重量％から２３重量％のクロム、および１８．５重量％から１９．５重量％のコバルトを含有する第２のニッケル基合金材料とを混合することを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。