JP2016040048A - ロウ付け方法、および耐熱材料を有する部品 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン部品の、耐熱材料を有するロウ付け方法を提供する。
【解決手段】ロウ付け方法は、基材１０８上に配置された予備焼結プリフォーム１２０を用意する工程であり、予備焼結プリフォームが、混合物を含み、混合物が、混合物の約３０重量パーセント〜約９０重量パーセントのベース合金と、ベース合金よりも低い融解温度を有するのに十分な量の融点降下剤を含む第２合金とを含む、工程を含む。ロウ付け方法は、予備焼結プリフォームを耐熱材料で少なくとも部分的に被覆する工程であり、耐熱材料の溶融温度が、予備焼結プリフォームの溶融温度よりも高い、工程と、基材上の予備焼結プリフォームを加熱する工程とをさらに含む。
【選択図】図５

Description

本明細書に開示する主題は、ロウ付け方法および部品に関し、より具体的には、ロウ付け方法、および耐熱材料を有する部品に関する。

新たな材料を追加したり、既存の材料を改変したり、部品の形状を改変したり、複数の部品を接合したり、さもなければ元の部品を変質させたりするために、広範な工業部品をロウ付け工程の対象とすることができる。ロウ付け工程は、一般に、ベース基材（すなわち元の部品）上に配置している間に充填材金属をその融解温度を超えて（すなわち、その液相線温度を超えて）加熱することと、それに続いて材料を冷却して充填材金属とベース基材を接合させることとを含むことができる。

各種のタービン部品は、例えば、最初の製造中またはタービン内での利用の前または後の改変中に１つまたは複数のロウ付けサイクルを受けることができる。幾つかの特定のタービン部品は、持続運転を容易にするために、非常に高い強度、靱性および／または他の物理特性を有することもできる。工業用および航空機用のガスタービンエンジンのバケット（ブレード）、ノズル（ベーン）、他の高温ガス路部品、および燃焼部品等のタービン部品は、適した機械特性および環境特性を有するニッケル基、コバルト基、または鉄基の超合金で形成することができる。

米国特許第８，７０３，０４４号明細書

ロウ付け工程は、典型的に、改変を必要とする面に限定される。例えば、タービンバケットシュラウドのＺノッチ面等、タービン運転中に隣接部品と接触する面は、摩損等を生じ易い場合があり、したがって将来のロウ付け工程を受ける可能性が高くなる場合がある。しかし、全体の発電出力を増加させるためにタービン部品のサイズが増加するにつれて、これまでは運転中に接触するとは知られていなかった面も摩損する場合がある。例えば、大きなタービン部品ほどタービン起動中に振動が増加する場合がある。この振動は、本明細書では非Ｚノッチ接触面と総称する、シールレール、Ｚノッチ隣接面、およびエンゼルウィングを含む面との接触を増加させる場合がある。使用期間延長後等のこれらの面の改変は、困難かつ不経済となる場合がある。例えば溶接は、熱を分散させて亀裂を防止するのに利用できる材料の量が比較的少ないので困難となる場合がある。

また、しかも幾つかの例では、ターボ機械の効率がその運転温度に少なくとも部分的に依存する場合があるため、タービンバケットおよびノズル等の部品を益々高まる温度に耐えるようにする要求がある場合がある。超合金部品の最高局所温度が超合金の融解温度に近づくと、強制空冷が必要となる場合がある。このため、ガスタービンバケットおよびノズルの翼は、複雑な冷却用機構を含む場合があり、冷却用機構内では、空気、典型的には抽気が翼内の内部冷却用通路に強制的に流され、次いで翼面の冷却用孔を通って排出されて部品から熱を移す。冷却用空気が部品の周囲面を膜冷却するのに役立つように冷却用孔を構成することもできる。製造工程によっては、ロウ付けまたは予備焼結プリフォームの使用等により、冷却用通路の１つまたは複数の部分を阻止して、空気の流れを適当な方向に押し進める必要がある場合がある。しかし、ロウ付けまたは予備焼結プリフォームは、材料回復プロセス、修繕プロセス等の加熱処理工程中に高温を受ける場合がある。これらの高温は、ロウ付けまたは予備焼結プリフォームを部分的に溶融させ、さもなければ変形させる（例えばスランプ）ことによって、追加の製造工程を作り出す場合がある。

したがって、当技術分野では、代替的なロウ付け方法、および耐熱材料を有する部品が歓迎されるであろう。

一実施形態では、ロウ付け方法を開示する。ロウ付け方法は、基材上に配置された予備焼結プリフォームを備える基材を用意する工程であり、予備焼結プリフォームが、混合物を含み、混合物が、混合物の約３０重量パーセント〜約９０重量パーセントのベース合金と、ベース合金よりも低い融解温度を有するのに十分な量の融点降下剤を含む第２合金とを含む、工程を含む。ロウ付け方法は、予備焼結プリフォームを耐熱材料で少なくとも部分的に被覆する工程であり、耐熱材料の溶融温度が予備焼結プリフォームの溶融温度よりも高い、工程と、基材上の予備焼結プリフォームを加熱する工程とをさらに含む。

別の実施形態では、改変部品を開示する。改変部品は、基材に接合された予備焼結プリフォームであり、改変面に接合する前に、混合物の約３０重量パーセント〜約９０重量パーセントのベース合金と、ベース合金よりも低い融解温度を有するのに十分な量の融点降下剤を含む第２合金とを含む予備焼結プリフォームを含む。改変部品は、予備焼結プリフォームを少なくとも部分的に被覆する耐熱材料であり、耐熱材料の溶融温度が予備焼結プリフォームの溶融温度よりも高い、耐熱材料をさらに含む。

本明細書で議論する実施形態により提供されるこれらおよび追加の特徴は、図面と併せて以下の詳細な説明を考慮することにより、より完全に理解されるであろう。

図面に明らかにする実施形態は、図示であり例示的なものであり、請求項により規定する発明を限定することを意図するものではない。図示する実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造を同様の参照数字で示す以下の図面と併せて読むときに理解することができる。

本明細書に図示または説明する１つまたは複数の実施形態による例示的な燃焼タービンエンジンのある断面の側面斜視図である。 本明細書に図示または説明する１つまたは複数の実施形態による複数のタービンバケットシュラウドの断片的な上面斜視図である。 本明細書に図示または説明する１つまたは複数の実施形態による予備焼結プリフォームを有する、図２のシュラウドの断片的な分解斜視図である。 本明細書に図示または説明する１つまたは複数の実施形態による、予備焼結プリフォームおよび耐熱材料を有する改変部品の概要図である。 本明細書に図示または説明する１つまたは複数の実施形態による、図４の改変部品の横断面図である。 本明細書に図示または説明する１つまたは複数の実施形態による例示的なロウ付け方法のフローチャートである。 本明細書に図示または説明する１つまたは複数の実施形態による例示的な他のロウ付け方法のフローチャートである。

本発明の１つまたは複数の特定の実施形態を以下で説明する。これらの実施形態を正確に説明する試みでは、実際の実施態様の全ての特徴を明細書中に記述していない場合がある。そのような任意の実際の実施態様の開発では、任意の工学または設計のプロジェクトと同様に、開発の特定のゴールを達成するために、実施態様毎に変化する場合がある、システムおよびビジネスに関連する制約を遵守する等、実施に固有の多数の決定を成さなければならないことを理解されたい。また、そのような開発の努力は、複雑かつ時間を要する場合もあるが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとっては設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。

本発明の各種の実施形態の要素を紹介するときに、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、１つまたは複数の要素があることを意味することを意図している。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括すること、および列挙する要素以外に追加の要素があってもよいことを意味することを意図している。

次に図１を参照すると、例示的な燃焼タービンエンジン１００のある断面の側面斜視図を図示している。エンジン１００は、複数の相異なる部品を備え、各部品は、本開示の対象である１つまたは複数の基材を備えてもよい。具体的に、エンジン１００は、ハブ１０４に結合された複数のタービンバケット１０２を備える。本明細書では、「タービンバケット」とは、任意の段のバケット、ブレード、ベーン等を指す。ハブ１０４は、タービンシャフト（図１に示していない）に結合される。各バケット１０２は、対応する翼１０６と、翼１０６の半径方向最外側端で翼１０６に結合されて固定された対応するタービンバケットシュラウド１０８とを有する。各シュラウド１０８は、対応する２つの両側のＺノッチ１１０を有しており、シュラウド１０８毎に一方のみが図示されている。各シュラウド１０８は、複数のＺノッチ隣接面１１６（すなわち、隣接するシュラウド１０８に面する、Ｚノッチ１１０に直接隣接する面）をさらに有する。シールレール１１２は、シュラウド１０８に対する実質的に弓状のシールリング（図１に示していない）の結合を容易にして、バケット１０２の周方向の運動および振動の軽減を容易にする。

図１のうち太い点線で囲み２を付した部分を図２に図示している。具体的に、図２は、タービンバケットシュラウド１０８の断片的な上面斜視図を図示している。シュラウド１０８を各端部上のＺノッチ１１０およびＺノッチ隣接面１１６と共に図示している。Ｚノッチ１１０は、噛合面１１４を有する。（概略の）翼１０６およびシールレール１１２を部分的に図示して、この向きの斜視図を提供している。

本明細書に開示する部品および基材は、シュラウド１０８を含めて、ロウ付けに適した任意の金属または合金の基材を含むことができる。具体的に、本開示は、ロウ付けしてもよい任意の金属または合金の部品、特に、比較的高い応力および／または温度を特徴とする環境内で動作する部品に概ね適用することができる。そのような部品の特筆すべき例は、工業用のガスもしくは蒸気タービンまたは航空機用のガスタービンエンジン等のタービンのタービンバケット（ブレード）、ノズル（ベーン）、シュラウド、他の高温ガス路部品、および燃焼部品等のタービン部品を含む。

例えば、幾つかの実施形態では、本明細書に開示する基材は、シュラウド１０８を含めて、ニッケル基、コバルト基、または鉄基の超合金を含んでもよい。例えば、基材は、Ｒｅｎｅ Ｎ４、Ｒｅｎｅ Ｎ５、Ｒｅｎｅ １０８、ＧＴＤ−１１１（登録商標）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）、ＧＴＤ−４４４（登録商標）、ＩＮ−７３８、およびＭａｒＭ２４７等のニッケル基超合金、あるいはＦＳＸ−４１４等のコバルト基超合金を含んでもよい。ガスもしくは蒸気タービン内に存在しうるような比較的高い温度および応力に抵抗するように、基材を等軸方向性凝固（ＤＳ）鋳造物または単一結晶（ＳＸ）鋳造物として形成してもよい。

次に図１〜３を参照すると、タービンバケット１０２は、複数の非Ｚノッチ接触面１１１を有する。本明細書では、「非Ｚノッチ接触面」１１１とは、初期起動中および／または運転中に隣接部品に接触しうる、タービンバケット１０２のうちＺノッチ１１０自体を除く面を指す。これらの面は、以前は、潜在的に改変を必要とする限度まで隣接部品に接触することはおろか、隣接部品に接触するおそれが低かったため、当技術分野では時折「非接触面」と称される場合もある。非Ｚノッチ接触面１１１は、具体的にシールレール１１２、Ｚノッチ隣接面１１６、およびエンゼルウィング１１８を含む。幾つかの実施形態では、これらの非Ｚノッチ接触面１１１は、タービンエンジン１００の初期起動、遷移状態および定常状態を含む状況で隣接部品と接触し、その結果振動する場合がある。

改変したタービンバケットシュラウド１０８を形成するために、予備焼結プリフォーム１２０を利用して非Ｚノッチ接触面１１１を改変してもよい。具体的に、改変したタービンバケットシュラウド１０８は、非Ｚノッチ接触面１１１の１つまたは複数の部分を含む改変面を有してもよい。元の材料の除去等により改変面を前処理してもよく、予備焼結プリフォーム１２０を改変面に接合してタービンバケットシュラウド１０８を改変してもよい（例えば、元の形状または寸法に戻すように改変する）。

予備焼結プリフォーム１２０は、一般に、ベース合金および第２合金の粒子を含む混合物を含み、これらの粒子は、それらの融点未満の温度で共に焼結されて、多少の間隙を有する凝集塊を形成する。粉末粒子の適した粒子サイズ範囲は、１５０メッシュを含み、３２５メッシュ以下さえも含み、粒子の急速な焼結を促し、予備焼結プリフォーム１２０中の間隙を約１０体積パーセント以下に最小化する。幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０の密度は、９０％以上である。しかも幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０の密度は、９５％以上である。

予備焼結プリフォーム１２０のベース合金は、基材（例えばタービンバケットシュラウド１０８）の組成と同様な任意の組成を含んで、予備焼結プリフォーム１２０と基材の間で共通の物理特性を促すことができる。例えば、幾つかの実施形態では、（予備焼結プリフォーム１２０の）ベース合金と基材（例えばタービンバケットシュラウド１０８）は、共通組成を共有する（すなわち、これらは同じタイプの材料である）。幾つかの実施形態では、ベース合金は、上で論じたような、Ｒｅｎｅ Ｎ４、Ｒｅｎｅ Ｎ５、Ｒｅｎｅ １０８、ＧＴＤ−１１１（登録商標）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）、ＧＴＤ−４４４（登録商標）、ＩＮ−７３８、およびＭａｒＭ２４７等のニッケル基超合金、あるいはＦＳＸ−４１４等のコバルト基超合金を含むことができる。幾つかの実施形態では、ベース合金の特性は、高い疲労強度、低い亀裂傾向、酸化抵抗性、および／または機械加工性等、基材（例えばタービンバケットシュラウド１０８）との化学的および治金学的な互換性を有する。

幾つかの実施形態では、ベース合金は、基材の融解温度の約２５℃内の融点を有してもよい。幾つかの実施形態では、ベース合金は、重量でおよそ、コバルト２．５〜１１％、クロム７〜９％、タングステン３．５〜１１％、アルミニウム４．５〜８％、タンタル２．５〜６％、チタン０．０２〜１．２％、ハフニウム０．１〜１．８％、モリブデン０．１〜０．８％、炭素０．０１〜０．１７％、ジルコニア最大０．０８％、ケイ素最大０．６０、レニウム最大２．０、残部のニッケルおよび随伴不純物から成る組成範囲を有してもよい。しかも幾つかの実施形態では、ベース合金は、重量でおよそ、コバルト９〜１１％、クロム８〜８．８％、タングステン９．５〜１０．５％、アルミニウム５．３〜５．７％、タンタル２．８〜２．３％、チタン０．９〜１．２％、ハフニウム１．２〜１．６％、モリブデン０．５〜０．８％、炭素０．１３〜０．１７％、ジルコニア０．０３〜０．０８％、残部のニッケルおよび随伴不純物から成る組成範囲を有してもよい。

しかも幾つかの実施形態では、ベース合金は、ＷＥＳＧＯ Ｃｅｒａｍｉｃｓから市販されているＴｒｉｂａｌｏｙ Ｔ−８００を含んでもよい。そのようなベース合金は、重量でおよそ、モリブデン２７．０〜３０．０％、クロム１６．５〜１８．５％、ケイ素３．０〜３．８％、鉄最大１．５％、ニッケル最大１．５％、酸素最大０．１５％、炭素最大０．０８％、リン最大０．０３％、硫黄最大０．０３％、および残部のコバルトから成る組成範囲を有してもよい。幾つかの実施形態では、ベース合金は、ＷＥＳＧＯ Ｃｅｒａｍｉｃｓから市販されており、時折ＣＭ−６４またはＣＭ６４と称されるＣｏａｓｔ Ｍｅｔａｌ ６４を含んでもよい。そのようなベース合金は、重量で、クロム２６．０〜３０．０％、タングステン１８．０〜２１．０％、ニッケル４．０〜６．０％、バナジウム０．７５〜１．２５％、炭素０．７〜１．０％、ホウ素０．００５〜０．１％、鉄最大３．０％、マグネシウム最大１．０％、ケイ素最大１．０％、モリブデン最大０．５％、および残部のコバルトから成る組成範囲を有してもよい。

予備焼結プリフォーム１２０のベース合金の組成として特定の材料および組成を本明細書に列挙してきたが、これらの列挙した材料および組成は、単なる例示であり、限定するものではなく、他の合金を代替的または追加的に使用してもよいことを理解されたい。さらに、予備焼結プリフォーム１２０のベース合金の具体的な組成は、基材（例えばタービンバケットシュラウド１０８）の組成に依存してもよいことを理解されたい。

上で論じたように、予備焼結プリフォーム１２０は、第２合金をさらに含む。第２合金は、基材（例えばタービンバケットシュラウド１０８）と同様の組成を有してもよいが、融点降下剤をさらに含有して、ベース合金および第２合金の粒子の焼結を促し、基材（例えばタービンバケットシュラウド１０８）の融点未満の温度での基材に対する予備焼結プリフォーム１２０の接合を可能にしてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、融点降下剤は、ホウ素および／またはケイ素を含むことができる。

幾つかの実施形態では、第２合金の融点は、基材（例えばタービンバケットシュラウド１０８）の結晶成長または結晶化初期の融解温度よりも約２５℃〜約５０℃低くてもよい。そのような実施形態は、加熱プロセス中に基材（例えばタービンバケットシュラウド１０８）の所望の微細構造を、より良好に保つことができる。幾つかの実施形態では、第２合金は、重量でおよそ、コバルト９〜１０％、クロム１１〜１６％、アルミニウム３〜４％、タンタル２．２５〜２．７５％、ホウ素１．５〜３．０％、ケイ素最大５％、イットリウム最大１．０％、残部のニッケルおよび随伴不純物から成る組成範囲を有してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、第２合金は、市販されているロウ付け用ニッケル合金Ａｍｄｒｙ ＤＦ４Ｂを含んでもよい。

しかも幾つかの実施形態では、第２合金は、ＷＥＳＧＯ Ｃｅｒａｍｉｃｓから市販されているＭＡＲ Ｍ−５０９Ｂを含んでもよい。そのような第２合金は、重量でおよそ、クロム２２．９〜２４．７５％、ニッケル９．０〜１１．０％、タングステン６．５〜７．６％、タンタル３．０〜４．０％、ホウ素２．６〜３．１６％、炭素０．５５〜０．６５％、ジルコニア０．３〜約０．６％、チタン０．１５〜０．３％、鉄最大１．３％、ケイ素最大０．４％、マンガン最大０．１％、硫黄最大０．０２％、および残部のコバルトから成る組成範囲を有することができる。

予備焼結プリフォーム１２０の第２合金の組成として特定の材料および組成を本明細書に列挙してきたが、これらの列挙した材料および組成は、単なる例示であり、限定するものではなく、他の合金を代替的または追加的に使用してもよいことを理解されたい。さらに、予備焼結プリフォーム１２０の第２合金の具体的な組成は、基材（例えばタービンバケットシュラウド１０８）の組成に依存してもよいことを理解されたい。

予備焼結プリフォーム１２０は、十分な融点降下剤を提供して、ベース合金および第２合金の粒子の湿潤、および粒子相互の接合および基材（例えばタービンバケットシュラウド１０８）の外面に対する接合（例えば拡散接合／ロウ付け接合）を確実にするのに十分な任意の相対量のベース合金と第２合金を含むことができる。例えば、幾つかの実施形態では、第２合金は、予備焼結プリフォーム１２０の少なくとも約１０重量パーセントを構成することができる。幾つかの実施形態では、第２合金は、予備焼結プリフォーム１２０の７０重量パーセント以下を構成することができる。

しかも幾つかの実施形態では、ベース合金は、Ｔ−８００またはＣＭ−６４を含んでもよく、第２合金は、ＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂを含んでもよい。そのような実施形態では、Ｔ−８００／ＣＭ−６４とＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂの比率は、Ｔ−８００／ＣＭ−６４ ８０％〜８５％とＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂ ２０％〜１５％である。代替的に、Ｔ−８００／ＣＭ−６４とＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂの比率としては、Ｔ−８００／ＣＭ−６４ ９０％〜６０％とＭＡＲ−Ｍ−５０９Ｂ １０％〜４０％の比率を使用してもよい。

そのような実施形態は、それに続く加熱の機械特性および環境特性の潜在的な低減を限定するが、十分な量の融点降下剤を提供してもよい。さらに、これらの実施形態では、ベース合金は、予備焼結プリフォーム１２０の残り（例えば、予備焼結プリフォームの約３０重量パーセント〜約７０重量パーセント）を構成することができる。しかも幾つかの実施形態では、ベース合金の粒子は、第２合金の粒子を含む組成の残部を伴って、予備焼結プリフォーム１２０の約４０重量パーセント〜約７０重量パーセントを構成することができる。ベース合金および第２合金の特定の相対範囲を本明細書に提示してきたが、これらの範囲は、単なる例示であり、限定するものではなく、上で論じたような十分な量の融点降下剤を提供するように、他の任意の相対組成を実現してもよいことを理解されたい。

ベース合金および第２合金の粒子の他には、予備焼結プリフォーム１２０中に他の成分を必要としなくてもよい。しかし、幾つかの実施形態では、ベース合金および第２合金の粒子と結合剤を最初に混ぜ合わせて、焼結前により容易に形作ることができる粘着性の塊を形成してもよい。そのような実施形態では、結合剤は、例えば、ＮＩＣＲＯＢＲＡＺ−Ｓの名称でＷａｌｌ Ｃｏｌｍｏｎｏｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている結合剤を含むことができる。他の潜在的に適した結合剤は、Ｖｉｔｔａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＮＩＣＲＯＢＲＡＺ ３２０、ＶＩＴＴＡ ＧＥＬ、およびＣｏｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている接着剤を含む他の結合剤を含み、これらの全ては、焼結中にすっかり蒸発してもよい。

撹拌、振盪、回転、混ぜ合わせ等またはこれらの組合せの任意の適した手段によりベース合金の粉末粒子（すなわちベース合金の粒子）と第２合金の粉末粒子（すなわち第２合金の粒子）とを混合することによって、予備焼結プリフォーム１２０を形成してもよい。混合後に、混合物を結合剤と組み合わせてもよく（すなわち、粉末混合物の組合せを形成するように）、形状に鋳造してもよく（すなわち、圧縮したプリフォームを形成するように）、その最中および／またはその後に結合剤を焼失させることができる。圧縮したプリフォームを、次いで焼結工程のために非酸化（真空ガスまたは不活性ガス）雰囲気の炉内に配置してもよく、その最中にベース合金および第２合金の粉末粒子を焼結させて、良好な構造強度および少ない間隙を有する予備焼結プリフォームを生じさせてもよい。適した焼結温度は、ベース合金および第２合金の粒子の具体的な組成に少なくとも部分的に依存してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、焼結温度は、約１０１０℃〜約１２８０℃の範囲でもよい。幾つかの実施形態では、焼結に続いて、予備焼結プリフォームを熱間等方加圧または真空加圧して、９５％を超える密度を実現することができる。しかも幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０と非Ｚノッチ接触面１１１の間にホウ素含有材料の追加層を配置して、両者の間の接合部に拡散ホウ素がより集中するのを助けることができる。

任意の適した温度、１つまたは複数の熱源、反復法、傾斜率、保持時間、サイクルおよび他の任意の関連するパラメータを用いて、予備焼結プリフォーム１２０をさらに加熱して非Ｚノッチ接触面１１１と接合させてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、接合プロセスを容易にするために、炉内の非酸化雰囲気および予備焼結プリフォーム１２０に圧力を引き起こす方法を提供してもよい、非酸化雰囲気を得るために、およそ０．０６７パスカル（Ｐａ）（０．５ミリトール）以下の圧力で炉内に真空を形成してもよい。およそ１４℃／分（２５°Ｆ／分）の率でおよそ６５０℃（１２００°Ｆ）まで炉を加熱してもよい。およそ６５０℃（１２００°Ｆ）に達すると、この温度をおよそ３０分間維持してもよい。次いで炉温をおよそ１４℃／分（２５°Ｆ／分）の率でおよそ９８０℃（１８００°Ｆ）まで増加させてもよい。およそ９８０℃（１８００°Ｆ）に達すると、この温度をおよそ３０分間維持してもよい。次いで炉温をおよそ１９℃／分（３５°Ｆ／分）の率でおよそ１２０４〜１２１８℃（２２００〜２２２５°Ｆ）まで増加させてもよい。およそ１２０４〜１２１８℃（２２００〜２２２５°Ｆ）に達すると、この温度をおよそ２０分間維持してもよい。しかも幾つかの実施形態では、冷却サイクルのサブステップは、予備焼結プリフォーム１２０および基材（例えばタービンバケットシュラウド１０８）を内側に有するロウ付け用炉をおよそ１１２０℃（２０５０°Ｆ）まで冷却制御し、この温度をおよそ６０分間維持することを含んでもよい。次いで炉をおよそ８１５℃（１５００°Ｆ）までさらに冷却してもよい。最後には、それに続いて炉をおよそ室温まで冷却してもよい。特定の温度、時間、および傾斜率を本明細書に開示してきたが、これらは、例示を意図するものであり、限定を意図するものではないことを理解されたい
予備焼結プリフォーム１２０は、改変を受ける非Ｚノッチ接触面１１１に基づく各種の形状を有してもよい。具体的に、予備焼結プリフォーム１２０は、それが接合される非Ｚノッチ接触面１１１に一致する形状を有する。そのような実施形態は、基材の元の幾何形状と実質的に適合するようにサイズ決定され形作られた新たな材料で元の材料の一部を修繕または置換することによって、１つまたは複数の非Ｚノッチ接触面１１１に対して一貫した簡便な改変を可能にすることができる。

例えば、幾つかの実施形態では、図３に図示するように、非Ｚノッチ接触面１１１は、１つまたは複数のシールレール１１２を含んでもよい。そのような実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、シールレールの形状（すなわち、実質的に平行なシールレールの幾何形状と一致する形状）を有してもよい。他の実施形態では、非Ｚノッチ接触面１１１は、Ｚノッチ隣接面１１６の一方または両方を含んでもよい。そのような実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、接合される関連するＺノッチ隣接面１１６に一致する実質的に平坦な平板部を備えてもよい。しかも幾つかの実施形態では、非Ｚノッチ接触面１１１は、エンゼルウィング１１８の少なくとも一部を含んでもよい。そのような実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、接合される関連するエンゼルウィング１１８に一致する実質的に平坦な円板部を同様に備えてもよい。

本明細書に開示および説明するような予備焼結プリフォーム１２０を任意の適した技術を用いて任意の適した形状に形作ってもよいことを理解されたい。例えば、上に開示したように、予備焼結プリフォーム１２０を炉内で部分的に焼結させて、基材（例えば、シュラウド１０８またはエンゼルウィング１１８の部分のようなタービンバケット１０２の１つまたは複数の部分）と接合する前に前記形状を保持するのを助けてもよい。

次に図１〜２および図４〜５を参照すると、幾つかの実施形態では、改変部品は、予備焼結プリフォーム１２０を少なくとも部分的に被覆する耐熱材料１３０に加えて、予備焼結プリフォーム１２０を備えてもよい。そのような実施形態は、将来の加熱処理中に予備焼結プリフォーム１２０の保護を容易にして、下にある予備焼結プリフォーム１２０の寸法不安定性を回避または低減させてもよい。将来の加熱処理は、部品の１つまたは複数の改変部に対して任意の高温を加えることを含む。例えば、部品がタービンバケット１０２を備えるとき、部品は、回復サイクル、将来のロウ付け、溶接改変、接合プロセス等、将来の加熱処理を受けてもよく、これらの全ては、予備焼結プリフォームに高温を加えてもよい
例えば、予備焼結プリフォーム１２０を部品（例えばタービンバケット１０２）の基材（例えば、シュラウド１０８、冷却用チャネル１１７、エンゼルウィング１１８等）内に予め配置してもよく、基材に予め接合してもよい。幾つかの実施形態では、タービンバケット１０２は、１つまたは複数の冷却用チャネル１１７の一端を閉鎖し、さもなければ阻止するように、バケットのシュラウド１０８内の１つまたは複数の冷却用チャネル１１７内に配置された１つまたは複数の予備焼結プリフォーム１２０を備えてもよい。例えば、冷却用チャネル１１７がシュラウド１０８をドリルスルーしたステムであり、チャネルを通る空気流の向きを変えるのに阻止部が必要とされるときに、そのような阻止部を利用してもよい。

しかも幾つかの実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、上で論じたような従前の改変プロセス等によって、１つまたは複数の非Ｚノッチ接触面１１１に存在してもよい。他の実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、部品が他の任意のニッケル基、コバルト基、または鉄基の超合金を含むとき等に、他の任意のタイプの基材の上に存在してもよい。

図４および５に最良に図示するように、将来の加熱からの予備焼結プリフォーム１２０の保護を容易にするために、耐熱材料１３０は、予備焼結プリフォーム１２０を少なくとも部分的に被覆してもよい。耐熱材料１３０は、予備焼結プリフォーム１２０を少なくとも部分的に被覆できる１つまたは複数の任意の材料を含んでもよく、予備焼結プリフォーム１２０の溶融温度よりも高い溶融温度を有する。

例えば、幾つかの実施形態では、耐熱材料１３０は、粉末材料被膜を含んでもよい。適した粉末材料被膜は、例えば、任意の適した技術を用いて予備焼結プリフォーム１２０上に堆積された粉末合金を含んでもよい。例えば、幾つかの特定の実施形態では、耐熱材料１３０は、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）の熱溶射により塗布されたＴｒｉｂａｌｏｙ Ｔ−８００を含んでもよい。しかも幾つかの実施形態では、耐熱材料１３０は、ロウ付け材料を含んでもよい。ロウ付け材料は、少なくとも部分的に溶融でき、予備焼結プリフォーム１２０に接合できる、任意の金属または合金を含んでもよい。幾つかの実施形態では、耐熱材料１３０自体は、基材に既に接合されている予備焼結プリフォームよりも高い溶融温度を有する別の予備焼結プリフォーム（異なる量またはより多くの量のベース合金による等）を含んでもよい。例えば、幾つかの実施形態では、別の予備焼結プリフォームを含む耐熱材料１３０は、（９０〜９５重量パーセントまたは約９２．５重量パーセント等の）ベース合金であるＴｒｉｂａｌｏｙ Ｔ−８００および／または（５〜１０重量パーセントまたは約８．５重量パーセント等の）第２合金であるＭＡＲ Ｍ−５０９Ｂを含んでもよい。これらの実施形態は、元のサイズおよび形状を復元するために部品（例えばタービンバケット１０８）が材料の追加を必要とするときに、改変および／または加熱工程を特に容易にすることができる。

幾つかの実施形態では、耐熱材料１３０は、セラミック塗料を含んでもよい。そのような実施形態のセラミック塗料は、下にある予備焼結プリフォーム１２０の溶融温度よりも高い溶融温度を有する任意の材料組成を有してもよい。これらの実施形態は、セラミック塗料が他の被膜代替物ほど著しくは厚さを増加させないので、部品（例えばタービンバケット１０８）が既に目標のサイズおよび形状にあり、またはそれに近いときに、改変および／または加熱工程を特に容易にすることができる。

用途に応じては、耐熱材料１３０を加熱後にさらに仕上げ処理してもよく、改変部品（例えばタービンバケット１０２）を次いで工程中に再使用できるように加熱後に仕上げ前状態のままにしてもよい。

次に図６を併せて参照すると、本明細書に開示する１つまたは複数の実施形態による、タービンバケット１０２等の基材をロウ付けする方法２００を図示している。方法２００は、最初に工程２１０にて基材（例えばタービン部品１０２）を用意することを含み、この工程では、基材（例えばタービン部品１０２）は、非Ｚノッチ接触面１１１を含む改変面を有する。幾つかの実施形態では、工程２１０にて基材を用意することは、マイクロブラスト等の任意の適した機械的もしくは化学的な方法による材料の除去および／または洗浄等によって、改変面を準備することを含んでもよい。

方法２００は、次いで工程２２０にて予備焼結プリフォーム１２０を改変面（例えば、シールレール１１２、Ｚノッチ隣接面１１６、またはエンゼルウィング１１８）上に配置し、工程２３０にて前記予備焼結プリフォーム１２０を加熱して予備焼結プリフォーム１２０を改変面に接合することを含む。上で論じたように、工程２３０にて加熱の温度、１つまたは複数の熱源、反復法、傾斜率、保持時間、サイクル、および他の任意の関連するパラメータを、予備焼結プリフォーム１２０を改変面に接合するように調節することができる。

次に図７を併せて参照すると、本明細書に開示する１つまたは複数の実施形態による、タービンバケット１０２等の基材をロウ付けする別の方法３００を図示している。方法３００は、最初に工程３１０にて基材（例えばタービン部品１０２）を用意することを含み、この工程では、基材（例えばタービン部品１０２）は、予備焼結プリフォーム１２０を既に備えている。本明細書に開示するように、適した非限定的な例は、１つもしくは複数の冷却用チャネル１１７内の阻止部として働く予備焼結プリフォーム１２０を備えるタービンバケットシュラウド１０８、または１つもしくは複数の非Ｚノッチ接触面１１１に接合された１つもしくは複数の予備焼結プリフォーム１２０を備えるタービンバケット１０２さえも含む。

方法３００は、次いで工程３２０にて予備焼結プリフォーム１２０を耐熱材料１３０で少なくとも部分的に被覆することを含む。上で論じたように、耐熱材料１３０は、それに続く加熱中に予備焼結プリフォーム１２０の任意の寸法不安定を防止または回避するのを助けるように、予備焼結プリフォーム１２０の溶融温度よりも高い溶融温度を有する。耐熱材料１３０は、例えば、粉末材料被膜、ロウ付け、別の予備焼結プリフォーム、またはセラミック塗料さえも含むことができる。

方法３００は、工程３３０にて前記予備焼結プリフォーム１２０を基材（例えばタービンバケット１０２）上で加熱することをさらに含む。上で論じたように、工程３３０にて加熱の温度、１つまたは複数の熱源、反復法、傾斜率、保持時間、サイクル、および他の任意の関連するパラメータを、関連する加熱工程を容易にするために必要に応じて調節することができる。

限定された数の実施形態のみに関連して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されないことを容易に理解されたい。むしろ、本発明を修正して、本発明の趣旨および範囲に相応するが本明細書では説明していない任意の数の変形、変更、置換、または等価な構成を組み込むことができる。加えて、本発明の各種の実施形態を説明してきたが、説明した実施形態の一部のみを本発明の態様が含んでもよいことを理解されたい。したがって、本発明は、先の説明により限定されると見做されず、添付の請求項の範囲のみにより限定される。

１００ エンジン
１０２ バケット、タービン部品
１０４ ハブ
１０６ 翼
１０８ シュラウド、タービンバケット
１１０ Ｚノッチ
１１１ 非Ｚノッチ接触面
１１２ シールレール
１１４ 噛合面
１１６ Ｚノッチ隣接面
１１７ 冷却用チャネル
１１８ エンゼルウィング
１２０ 予備焼結プリフォーム
１３０ 耐熱材料
２００ 方法
２１０ 工程
２２０ 工程
２３０ 工程
３００ 方法
３１０ 工程
３２０ 工程
３３０ 工程

Claims (20)

1. 基材上に配置された予備焼結プリフォーム（１２０）を備える前記基材を用意する工程であり、前記予備焼結プリフォーム（１２０）が、混合物を含み、前記混合物が、前記混合物の約３０重量パーセント〜約９０重量パーセントのベース合金と、前記ベース合金よりも低い融解温度を有するのに十分な量の融点降下剤を含む第２合金とを含む、工程と、
   前記予備焼結プリフォーム（１２０）を耐熱材料（１３０）で少なくとも部分的に被覆する工程であり、前記耐熱材料（１３０）の溶融温度が、前記予備焼結プリフォーム（１２０）の溶融温度よりも高い、工程と、
   前記基材上の前記予備焼結プリフォーム（１２０）を加熱する工程と、
   を含むロウ付け方法。
2. 前記耐熱材料（１３０）が別の予備焼結プリフォームを含む、請求項１に記載のロウ付け方法。
3. 前記別の予備焼結プリフォームがベース合金および第２合金を含み、前記ベース合金が、重量でおよそ、モリブデン２７．０〜３０．０％、クロム１６．５〜１８．５％、ケイ素３．０〜３．８％、鉄最大１．５％、ニッケル最大１．５％、酸素最大０．１５％、炭素最大０．０８％、リン最大０．０３％、硫黄最大０．０３％、および残部のコバルトから成る組成範囲を有し、前記第２合金が、重量でおよそ、クロム２２．９〜２４．７５％、ニッケル９．０〜１１．０％、タングステン６．５〜７．６％、タンタル３．０〜４．０％、ホウ素２．６〜３．１６％、炭素０．５５〜０．６５％、ジルコニア０．３〜約０．６％、チタン０．１５〜０．３％、鉄最大１．３％、ケイ素最大０．４％、マンガン最大０．１％、硫黄最大０．０２％、および残部のコバルトから成る組成範囲を有する、請求項２に記載のロウ付け方法。
4. 前記別の予備焼結プリフォームが、重量で、約９０〜約９５％のベース合金および約５〜約１０％の第２合金を含む、請求項２に記載のロウ付け方法。
5. 前記耐熱材料（１３０）が粉末材料被膜を含む、請求項１に記載のロウ付け方法。
6. 前記粉末材料被膜が、重量でおよそ、モリブデン２７．０〜３０．０％、クロム１６．５〜１８．５％、ケイ素３．０〜３．８％、鉄最大１．５％、ニッケル最大１．５％、酸素最大０．１５％、炭素最大０．０８％、リン最大０．０３％、硫黄最大０．０３％、および残部のコバルトから成る組成範囲を有する、請求項５に記載のロウ付け方法。
7. 前記耐熱材料（１３０）がロウ付け材料を含む、請求項１に記載のロウ付け方法。
8. 前記耐熱材料（１３０）がセラミック塗料を含む、請求項１に記載のロウ付け方法。
9. 前記基材がタービンバケットシュラウド（１０８）を含む、請求項１に記載のロウ付け方法。
10. 前記予備焼結プリフォーム（１２０）が、前記タービンバケットシュラウド（１０８）の冷却用チャネル（１１７）内に配置される、請求項９に記載のロウ付け方法。
11. 前記基材がニッケル基、コバルト基、または鉄基の超合金を含む、請求項１に記載のロウ付け方法。
12. 基材に接合された予備焼結プリフォーム（１２０）であり、改変面に接合する前に、混合物の約３０重量パーセント〜約９０重量パーセントのベース合金と、前記ベース合金よりも低い融解温度を有するのに十分な量の融点降下剤を含む第２合金とを含む予備焼結プリフォーム（１２０）と、
    前記予備焼結プリフォーム（１２０）を少なくとも部分的に被覆する耐熱材料（１３０）であり、前記耐熱材料（１３０）の溶融温度が前記予備焼結プリフォーム（１２０）の溶融温度よりも高い、耐熱材料（１３０）と、
    を備える改変部品。
13. 前記耐熱材料（１３０）が別の予備焼結プリフォームを含む、請求項１２に記載の改変部品。
14. 前記別の予備焼結プリフォームがベース合金および第２合金を含み、前記ベース合金が、重量でおよそ、モリブデン２７．０〜３０．０％、クロム１６．５〜１８．５％、ケイ素３．０〜３．８％、鉄最大１．５％、ニッケル最大１．５％、酸素最大０．１５％、炭素最大０．０８％、リン最大０．０３％、硫黄最大０．０３％、および残部のコバルトから成る組成範囲を有し、前記第２合金が、重量でおよそ、クロム２２．９〜２４．７５％、ニッケル９．０〜１１．０％、タングステン６．５〜７．６％、タンタル３．０〜４．０％、ホウ素２．６〜３．１６％、炭素０．５５〜０．６５％、ジルコニア０．３〜約０．６％、チタン０．１５〜０．３％、鉄最大１．３％、ケイ素最大０．４％、マンガン最大０．１％、硫黄最大０．０２％、および残部のコバルトから成る組成範囲を有する、請求項１３に記載の改変部品。
15. 前記別の予備焼結プリフォームが、重量で、約９０〜約９５％のベース合金および約５〜約１０％の第２合金を含む、請求項１４に記載の改変部品。
16. 前記耐熱材料（１３０）が粉末材料被膜を含む、請求項１２に記載の改変部品。
17. 前記粉末材料被膜が、重量でおよそ、モリブデン２７．０〜３０．０％、クロム１６．５〜１８．５％、ケイ素３．０〜３．８％、鉄最大１．５％、ニッケル最大１．５％、酸素最大０．１５％、炭素最大０．０８％、リン最大０．０３％、硫黄最大０．０３％、および残部のコバルトから成る組成範囲を有する、請求項１６に記載の改変部品。
18. 前記耐熱材料（１３０）がロウ付け材料を含む、請求項１２に記載の改変部品。
19. 前記耐熱材料（１３０）がセラミック塗料を含む、請求項１２に記載の改変部品。
20. 前記基材がタービンバケットシュラウド（１０８）を含む、請求項１２に記載の改変部品。