JP2010005698A - 保護層を有する合金鋳造品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋳造品12の表面16に連続自然酸化物層を設け、液体金属の攻撃に対して耐性であり、かつ保護層14は合金中に存在する元素の酸化物としてクロミア、ニオビア、チタニア、タンタラ、シリカ、ジルコン、イットリア又はこれらの組合せを含む鋳型内側皮膜を形成し、合金鋳造品の表面に保護層を形成する方法を提供する。この方法は、鋳型に合金を配置し、合金の元素を酸化して鋳造品の表面に保護層を形成することを含む。
【選択図】図1
Description
アルミナ系内面(フェースコート)を有するセラミック鋳型を使用した。鋳型の内面は、コロイド状シリカ中にアルミナ粉末を混合することによって調製したスラリーから調製した。暫定パターン(例えばワックス)をスラリー中に浸漬した後、この浸漬したてのパターン上に乾燥アルミナ粒子を篩い分け(sieving)して鋳型内面を形成した。スラリー浸漬とその後のアルミナ篩い分けの工程を二回繰り返した。これら2つの内面層の後、スラリー浸漬とそれに続くアルミナ篩い分けの工程をさらに10回繰り返したが、これらのバックアップ層にはより大きいアルミナ粒子を使用した。この際、スラリーと粒子の各コートを空気乾燥した後にその後のコートを設けた。蒸気オートクレーブを用いて暫定パターンを鋳型から除去した。その後、鋳型を約1000℃の温度で、鋳型を安定化するのに有効な時間焼成した。次に、このアルミナ系鋳型を、殊に鋳造中追加の冷却のための液体スズのポットを備えた方向性凝固炉内に入れた。方向性凝固炉において、鋳型を、最初にヒーター内で真空中約1500〜約1550℃の範囲の温度に予熱した。別途、投入量のニッケル基超合金をるつぼ内で溶融させ、この溶融した合金を、予熱した鋳型に真空雰囲気中で入れた。超合金は、7.5重量%のCo、9.75重量%のCr、4.2重量%のAl、7.5重量%のTi、0.5重量%のNb、4.8重量%のTa、1.5重量%のMo、6重量%のW、0.15重量%のHf、0.08重量%のC、0.009重量%のBを含み、残部がNiであった。次に、溶融した超合金で満たした鋳型をヒーターから引き出し、同様に真空雰囲気内で溶融したスズのポット中に浸漬した。引き出しの完了時に、液体スズで冷却された鋳型をスズポットから取り出した時、鋳型に亀裂が生じ鋳型に内部にスズが侵入している徴候を示していた。次いで、この鋳型を機械的に叩いて緩め、凝固した超合金鋳造品を露出させた。鋳造品はスズで覆われていたが、これは液体スズで増強された凝固プロセス中に鋳型に侵入した。その後、超合金鋳造品の回りのスズ材料を機械的手段と化学的洗浄によって除去した。スズ材料の化学的洗浄後、超合金鋳造品の表面を目視又は低い倍率の顕微鏡で検査して、表面ピットの形態にあるスズと金属表面の反応の程度を決定した。
この実施例では、実施例1と同様なアルミナ系内面を有するセラミック鋳型を液体スズ冷却方向性凝固実験に使用した。しかし、この第2の実施例では、鋳型予熱、超合金溶融、鋳型引き出し及びスズ浸漬の工程は、実施例1で用いたような真空中ではなくアルゴンと10%のCOを含む流動ガス混合物中で行った。アルゴン+10%CO混合物の流量は5立方フィート/時に設定した。
この実施例では、ケイ酸ジルコニウム(ジルコン)系内面(フェースコート)を有するセラミック鋳型を使用した。この実施例で用いた鋳型の内面は、コロイド状シリカ中にジルコン粉末を混合することによって形成されたスラリーから調製した。暫定パターンをスラリー中に浸漬した後乾燥アルミナ粒子を浸漬したてのパターン上に篩い分けして鋳型内面を形成した。スラリー浸漬とその後のアルミナ篩い分けの工程を二回繰り返した。2つの内面層の形成後、実施例1に記載した工程を使用して追加の10のバックアップ層を構築した。次に、この鋳型を約1000℃の温度で鋳型を安定化するのに有効な時間焼成した。
この実施例では、実施例3と同様なジルコン系内面を有するセラミック鋳型を液体スズ冷却方向性凝固実験に使用した。また、鋳型予熱、超合金溶融、鋳型引き出し及びスズ浸漬の工程は、真空中ではなくアルゴンと10%のCOを含む流動ガス混合物中で行った。アルゴン+10%CO混合物の流量は5立方フィート/時に設定した。
この実施例では、実施例3及び実施例4と同様なジルコン系内面を有するセラミック鋳型を液体スズ冷却方向性凝固実験に使用した。しかし、この実施例では、鋳型予熱、超合金溶融、鋳型引き出し及びスズ浸漬の工程を、前の実施例に記載したような真空中又はアルゴン+10%COの混合物中ではなく、アルゴンと5%のCO2を含む流動ガス混合物中で行った。アルゴン+5%CO2混合物の流量は5立方フィート/時に設定した。
この実施例では、実施例3〜5と同様なジルコン系内面を有するセラミック鋳型を液体スズ冷却方向性凝固実験に使用した。しかし、この実施例では、鋳型予熱、超合金溶融、鋳型引き出し及びスズ浸漬の工程は、真空中でも、実施例4に記載したアルゴン+10%COの流動混合物でも又は実施例5に記載した流動アルゴン+5%CO2混合物中でもなく、CO2の流動ガス中で行った。
この実施例では、実施例1及び実施例2と同様なアルミナ系内面を有するセラミック鋳型を使用したが、鋳造の前に鋳型の内面を処理する追加の手順を使用した。具体的には、この実施例で使用した鋳型は、最初に、実施例1に記載した鋳型の構築及び焼成手順を用いてアルミナ系内面を創成するように調製した。しかし、鋳型を実際に鋳造に使用する前に、この鋳型内面を、鋳物産業で「洗浄」として知られる追加の手順でさらに処理した。本明細書で用いる「洗浄」という用語は、様々に選択されたセラミック粒子を懸濁した水系溶液で鋳型の内面を濯ぐための手順をいう。本実施例では、アルミナ系内面を有する鋳型を、約10体積%のイットリア粒子を含有する溶液で洗浄した。その後、このイットリアで洗浄した鋳型を、液体スズで冷却される方向性凝固炉内での鋳造に使用する前に1000℃で焼成した。この実施例は鋳造は実施例1と同様に真空雰囲気中で行った。
この実施例でも、実施例7と同様なイットリアで洗浄したアルミナ系内面を有するセラミック鋳型を液体スズ冷却方向性凝固実験に使用した。しかし、本実施例では、鋳型予熱、超合金溶融、鋳型引き出し及びスズ浸漬の工程を、実施例7で使用したような真空中ではなく、アルゴンと10%COからなる流動ガス混合物中で行った。アルゴン+10%CO混合物の流量は5立方フィート/時に設定した。
当業者には明らかであろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の思想内に入るかかる修正と変更を全て包含するものであると了解されたい。
14 保護層
16 鋳造品
18 フローチャート
20〜22 フローチャート18のの表面方法に関与する工程
24 保護を有する鋳造品を形成するための装置
26 鋳型
28 液体金属浴
30 合金
32 矢印
34 液体金属
36 鋳造品
38 鋳型の底部
40 鋳型の頂部
42 保護層
44 鋳造品の表面
46 鋳造品の底面
48 鋳造品の側壁
50 鋳型の内面の皮膜
54 フローチャート
56〜58 フローチャート54の方法に関与する工程
60 フローチャート
62〜66 フローチャート60の方法に関与する工程
Claims (25)
- 鋳造品の表面に保護層が設けられた合金鋳造品であって、該保護層が液体金属の攻撃に対して耐性であり、かつ該保護層が合金中に存在する元素の酸化物を含んでなる合金鋳造品。
- 前記合金がニッケル又はコバルト又はチタン又は鉄又はこれらの組合せを含む、請求項1記載の合金鋳造品。
- 前記合金がアルミニウムを含む、請求項1記載の合金鋳造品。
- 前記酸化物が酸化アルミニウムを含む、請求項1記載の合金鋳造品。
- 前記保護層が鋳造品の表面全体で実質的に連続的である、請求項1記載の合金鋳造品。
- 前記保護層の厚さが約0.5〜約50μmの範囲である、請求項1記載の合金鋳造品。
- 前記鋳造品がガスタービンエンジンの翼形部に使用される、請求項1記載の合金鋳造品。
- 鋳造品の表面に連続自然酸化物層が設けられたニッケル基合金の鋳造品であって、該自然酸化物層が液体金属の攻撃に対して耐性である鋳造品。
- 合金の鋳造品の表面に保護層を形成する方法であって、
鋳型に合金を配置し、
合金の元素を酸化して、鋳造品の表面に保護層を形成する
ことを含んでなる方法。 - 前記鋳型が、合金の1種以上の元素に対して反応性であって他の元素に対しては比較的に反応性が低いか又は不活性である内側皮膜を含む、請求項9記載の方法。
- 前記鋳型の内側皮膜が、クロミア、ニオビア、チタニア、タンタラ、シリカ、ジルコン、イットリア又はこれらの組合せを含む、請求項9記載の方法。
- 前記保護層の少なくとも一部分が鋳造品の表面に結合している、請求項9記載の方法。
- 前記酸化が、鋳型の内側皮膜に由来する1種以上の物質を合金中に存在するアルミニウムと反応させることを含む、請求項9記載の方法。
- 前記酸化が、合金又は鋳造品を酸化性雰囲気に暴露して、合金中に存在するアルミニウム金属の酸化を促進するを含む、請求項9記載の方法。
- 前記酸化性雰囲気が不活性キャリアで希釈された酸素源を含む、請求項14記載の方法。
- 前記酸素源が一酸化炭素、酸素、二酸化炭素、湿気又はこれらの組合せを含む、請求項15記載の方法。
- 前記不活性キャリアがアルゴンを含む、請求項15記載の方法。
- 前記酸化性雰囲気が、酸素源及び不活性キャリアの混合物の総量の約2〜約20%の範囲の酸素源を含む、請求項15記載の方法。
- 前記酸素源が約10%の一酸化炭素及び約90%のアルゴンを含む、請求項15記載の方法。
- 前記保護層の厚さが約0.5〜約50μmの範囲である、請求項9記載の方法。
- 前記鋳型がジルコニア、ジルコン、シリカ、アルミナ又はこれらの組合せを含む、請求項9記載の方法。
- 前記保護層の少なくとも一部分を合金の鋳造品と同時に形成する、請求項9記載の方法。
- 前記保護層の少なくとも一部分が鋳型の表面と結合していない、請求項9記載の方法。
- 鋳造品上に酸化アルミニウム層を形成する方法であって、
鋳型の内面に皮膜が設けられた鋳型を準備し、
鋳型に合金を配置する
ことを含んでなり、合金中のアルミニウムの少なくとも一部分が皮膜中の成分の一部分を還元して酸化アルミニウムを形成する方法。 - 鋳造品上に酸化アルミニウム層を形成する方法であって、
鋳型を準備し、
鋳型に合金を配置して鋳造品を形成し、
鋳型に酸化性雰囲気を供給して合金中に存在するアルミニウムの少なくとも一部分を酸化する
ことを含んでなる方法。
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