JP2012102731A - 一時的被覆を使用して構成部品を作製する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】構成部品100を作製する方法は、基材110の表面112上に一時的被覆を堆積するステップを含み、基材は中空の内部空間114を有する。方法は、基材の表面に溝132を形成するように、一時的被覆を通って基材を機械加工するステップを含む。溝は基部を有し基材の表面に沿って延びる。方法は、各溝を各中空の内部空間とそれぞれ流体連通して連結するように、溝のそれぞれの基部を通って、のアクセス孔を形成するステップを含む。方法は、溝を充填剤で充填するステップ、一時的被覆を除去するステップ、基材の表面の上に被覆150を配設するステップ、および溝および被覆がともに構成部品を冷却するための多数のチャネル130を画成するように、充填剤を溝から除去するステップを含む。
【選択図】図2
Description
含み、γ’相が超合金の体積の少なくとも40%を占めるニッケル基超合金とすることがで
きる。そのような合金は、高温強度および高温クリープ抵抗を含む、望ましい特性の組み合わせであることから、有利であることが知られている。第1の材料はまた、航空機で使用されるタービンエンジン用途での使用に有利な高温強度および高温クリープ抵抗を含む、優れた特性の組み合わせを有することも知られていることから、NiAl金属間化合物合金を含むこともできる。ニオブ基合金の場合、Nb/Ti合金、特にNb‐(27‐40)Ti‐(4.5‐10.5)Al‐(4.5‐7.9)Cr‐(1.5‐5.5)Hf‐(0‐6)V原子パーセントを含む合金など、優れた耐酸化性を有する、コーティングされたニオブ基合金が好ましい。第1の材料はまた、ニオブ含有金属間化合物、ニオブ含有炭化物またはニオブ含有ホウ化物など、少なくとも1つの二次相を含む、ニオブ基合金を含むこともできる。そのような合金は、延性相(すなわち、ニオブ基合金)および強化相(すなわち、ニオブ含有金属間化合物、ニオブ含有炭化物またはニオブ含有ホウ化物)を有するという点が複合材料と類似している。
、被覆150は、以下で米国特許第5,626,462号を参照してより詳細に説明するように、これらの同じ材料を含むことができる。
、被覆150の第2の材料は、これらの同じ材料を含むことができる。被覆150および基材110の材料のそのような組み合わせは、既存のエンジンと同様の動作環境の最大温度(例えば、1650℃未満)での用途などに好ましい。基材110の第1の材料がニオブ基合金である場合、被覆150の第2の材料は、同じニオブ基合金を含む、ニオブ基合金を含むこともできる。
相の両方の混合物を含むニッケル基超合金を含む場合、ISはNi3[Ti、Ta、Nb、V]、NiAl、Cr3Si、[Cr、Mo]XSi、[Ta、Ti、Nb、Hf、Zr、V]C、Cr3C2およびCr7C3金属間化合物および中間相を含むことができ、Mはγ相およびγ’相の両方の混合物を含むニッケル基超合金を含むことができる。γ相およびγ
’相の両方の混合物を含むニッケル基超合金では、元素Co、Cr、Al、CおよびBが、
Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Re、HfおよびZrの様々な組み合わせとともに、合金成分としてほぼ常に存在する。したがって、上記のIS材料の成分の例は、(基材110を形成する)第1の材料として使用することができるニッケル基超合金に一般に見られる1つまたは複数の材料に対応し、したがって、本明細書で説明される相および相互拡散の安定性を達成するように適合させることができる。第1の材料(基材110)がNiAl金属間化合物合金を含む場合の追加的な例として、ISはNi3[Ti、Ta、Nb、V]、NiAl、Cr3Si、[Cr、Mo]XSi、[Ta、Ti、Nb、Hf、Zr、V]C、Cr3C2およびCr7C3金属間化合物および中間相を含むことができ、IMはNi3Al金属間化合物合金を含むことができる。また、NiAl金属間化合物合金では、元素Co、Cr、CおよびBの1つまたは複数が、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Re、HfおよびZrの様々な組み合わせとともに、合金成分としてほぼ常に存在する。したがって、上記のIS材料の成分の例は、第1の材料として使用することができるNiAl合金に一般に見られる1つまたは複数の材料に対応し、したがって、本明細書で説明される相および相互拡散の安定性を達成するように適合させることができる。
実施例
一連のプロセスステップの例を以下に述べる。しかし、これは例であり、本発明を限定するものではない。スピードマスク729(登録商業)UV/可視光硬化性マスキング樹脂を含む一時的被覆を、単結晶超合金(ReneeN5)基材の表面に塗布した。研磨水噴流を使用して、一時的被覆を通って溝を基材に形成した。銅インクを含む充填剤材料をスラリーとして、一時的被覆された基材の全面および溝内部に塗布した。過剰な充填剤を拭き取り、次いで、残りの充填剤を硬化させた。摂氏500度で熱処理を実施することによって、チャネル内の充填剤には害を及ぼさないがマスカント上の過剰な充填剤を除去して、マスカント(一時的被覆)を除去した。次いで、表面を研削することによって、チャネル内の残りの硬化した充填剤を平面に平滑化した。HVOFプロセスを使用して最終的な金属結合被覆およびYSZ(イットリア安定化ジルコニア)遮熱コーティングを塗布し、濃硝酸を使用して充填剤を浸出させた。
12 圧縮機
14 燃焼器
16 タービン
18 シャフト
20 燃料ノズル
30 一時的被覆
32 充填剤
80 高温ガス流
100 高温ガス通路構成部品
110 基材
112 基材の外面
114 中空の内部空間
116 基材の内面
130 チャネル
132 溝
134 溝の基部
136 溝の上面(開口)
138 溝壁部
140 アクセス孔
142 フィルム孔
150 被覆
160 研磨液噴流
Claims (10)
- 構成部品(100)を作製する方法であって、
少なくとも1つの中空の内部空間(114)を有する基材(110)の表面(112)上に一時的被覆(30)を堆積するステップと、
前記基材(110)の前記表面(112)に、それぞれ基部(134)を有し、少なくとも一部が前記基材(110)の前記表面(112)に沿って延びる、1つまたは複数の溝(132)を形成するように、前記一時的被覆(30)を通って前記基材(110)を機械加工するステップと、
各溝(132)を各中空の内部空間(114)とそれぞれ流体連通して連結するように、前記1つまたは複数の溝(132)のそれぞれの前記基部(134)を通って、1つまたは複数のアクセス孔(140)を形成するステップと、
前記溝(132)を充填剤(32)で充填するステップと、
前記一時的被覆(30)を除去するステップと、
前記基材(110)の前記表面(112)の少なくとも一部分の上に被覆(150)を配設するステップと、
前記1つまたは複数の溝(132)および前記被覆(150)がともに前記構成部品(100)を冷却するための1つまたは複数のチャネル(130)を画成するように、前記充填剤(32)を前記1つまたは複数の溝(132)から除去するステップとを含む方法。 - 前記基材(110)の前記表面(112)上に前記一時的被覆(30)を堆積する前に、前記基材(110)を鋳造するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記1つまたは複数の溝(132)が、磨液噴流、プランジ電解加工(ECM)、スピン電極を使用した放電加工(フライスEDM)、およびレーザー加工(レーザー穿孔)の1つまたは複数を使用して形成される、請求項1記載の方法。
- 前記基材(110)の前記表面(112)の少なくとも一部分の上に前記被覆(150)を配設するステップがイオンプラズマ堆積を実施するステップを含み、前記被覆(150)がニッケル基またはコバルト基合金を含む、請求項1記載の方法。
- 前記基材(110)の前記表面(112)の少なくとも一部分の上に前記被覆(150)を配設するステップが、
高速酸素燃料溶射(HVOF)、高速空気燃料溶射(HVAF)、大気プラズマ溶射、または低圧プラズマ溶射(LPPS)を含む熱溶射プロセス、および
低温溶射プロセスの少なくとも一方を実施するステップを含む、請求項1記載の方法。 - 前記基材(110)の前記表面(112)に堆積された前記一時的被覆(30)の厚さが0.1〜2.0ミリメートルの範囲であり、前記一時的被覆(30)がポリマーまたは炭素質材料を含む、請求項1記載の方法。
- 前記基材(110)を機械加工する前に、前記一時的被覆(30)を乾燥、硬化、または焼結するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記充填剤(32)を乾燥、硬化、または焼結するステップと、
前記充填剤(32)を乾燥、硬化、または焼結した後、前記基材(110)の前記表面(112)上に前記被覆(150)を配設する前に、前記一時的被覆(30)を除去するステップとをさらに含む、請求項1記載の方法。 - 前記1つまたは複数の溝を前記充填剤(32)で充填する前に、前記一時的被覆(30)を除去するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記一時的被覆(30)が、粉末被覆、静電被覆、浸漬被覆、スピン被覆、化学気相堆積および準備したテープの使用からなる群から選択される堆積技術を使用して堆積される、請求項1記載の方法。
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