JP2017053027A

JP2017053027A - 物品処理方法

Info

Publication number: JP2017053027A
Application number: JP2016166484A
Authority: JP
Inventors: ジョン・コンラッド・シェーファー; Jon Conrad Scaeffer; アンドリュー・ジョセフ・デター; Joseph Detor Andrew
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2017-03-16
Also published as: US20170073806A1; EP3141629A1

Abstract

【課題】タービン部品等の物品の取り扱いにおいて、修復性、耐久性、引張強さ、疲労抵抗、クリープ抵抗、酸化速度、腐食率、弾性率、熱膨張係数、ポアソン比、比熱、密度、加工効率、材料効率を向上させる物品処理方法の提供。【解決手段】物品１００は、基材材料１０４からなり、望ましくない基材特徴を含んだ基材１０２の一部が除去されて、基材の表面１０８にくぼみ１１２が形成され、充填材３０２と液体キャリア３０６を含む原料混合物３０４が、充填材の融点より高温の燃焼ガス流れ３０８を有するＨＶＡＦ溶射装置３００に導入され、充填材が、液体キャリアによって充填材の融点より低温に維持されながら、充填材を吐出させることによってくぼみに施工され、充填材と、くぼみと境を接する基材の領域とは、熱処理されて被処理部分を形成する物品の処理方法。【選択図】図３

Description

本発明は、物品を処理する方法に関し、特に、高速空気燃料溶射装置を使って充填材を施工して、望ましくない基材特徴を取り替えることを含む、タービン部品などの物品を処理する方法に関する。

ガンマプライムや様々な幾何学的制約により、ニッケル基超合金や特定のアルミニウムチタン合金などの難溶接性（ＨＴＷ）合金は、ガンマプライム歪時効、溶離及び高温割れを起こしやすい。また、これらの材料は、ガンマプライム相が約３０％を超える体積分率で存在している場合に接合させることが困難であり、それは、アルミニウム又はチタンの含有量が約３％を超えた場合に起こる可能性がある。

これらのＨＴＷ材料は、ガスタービンエンジンに組み込まれて、ブレード（バケット）、ノズル（翼）、シュラウド、燃焼器、回転タービン部品、ホイール、シール、ＨＴＷ合金を用いた三次元製作部品、その他高温ガス路部品などのガスタービンエンジンの部品を形成する場合がある。ＨＴＷ材料を含んだ部品の鋳込み、成形、機械加工、使用又は動作の間に、ＨＴＷ材料には、亀裂、ディボット、摩耗、細孔、異常な結晶粒、その他物理的又は化学的に望ましくない特徴が生じるおそれがある。そのような望ましくない基材特徴の修復は、ＨＴＷ材料の接合の困難さによって損なわれており、ＨＴＷ材料で亀裂につぎ当てしたり、充填したりするなどの標準的な修復技術が困難になっている。そのような望ましくない基材特徴を従来の溶射などの高温の方法を使って埋めると、高温で脆弱したり亀裂が入ったりした被着材が生じる。ろう付け技術は、ろう付け材料又は成分が動作上の要件を満たさない部品に取り入れられることになるので不適切である。

現在、望ましくない基材特徴の美容的修復が行なわれることがあるが、そのような美容的修復個所は、ＨＴＷ材料の本来の機械的特性に欠け、耐久性及び性能特性に劣る部品をもたらす。

米国特許出願公開第２０１１／０２９３９１９号明細書

例示の実施形態では、物品処理方法は、充填材と液体キャリアを含む原料混合物を高速空気燃料（ＨＶＡＦ）溶射装置の燃焼ガス流れに導入することを含む。燃焼ガス流れは充填材の融点より高い温度を有している。ＨＶＡＦ溶射装置内の原料混合物から、同伴（entrained）原料流れが形成される。充填材は、基材材料からなり、表面のくぼみなどの望ましくない基材特徴を含んだ基材を備えた物品に施工される。充填材を物品に施工することには、ＨＶＡＦ溶射装置から充填材を吐出することによって充填材をくぼみに施工することが含まれ、充填材は、吐出される間、液体キャリアによって充填材の融点より低温に維持される。充填材と、くぼみと境を接する基材の領域とは、熱処理されて被処理部分を形成する。

別の例示の実施形態では、物品処理方法は、物品の基材材料からなる基材のうち、望ましくない基材特徴を含んだ一部を除去して、基材の表面にくぼみを形成することを含む。充填材と液体キャリアを含む原料混合物が、ＨＶＡＦ溶射装置の燃焼ガス流れに導入される。燃焼ガス流れは充填材の融点より高い温度を有している。ＨＶＡＦ溶射装置内の原料混合物から、同伴原料流れが形成される。充填材は、ＨＶＡＦ溶射装置から充填材を吐出することによってくぼみに施工され、吐出される間は、液体キャリアによって充填材の融点より低温に維持される。充填材と、くぼみと境を接する基材領域とは、熱処理されて被処理部分を形成する。

本発明のその他の特徴及び利点は、例として発明の原理を示す添付の図面と併せて挙げられた好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。

本開示の実施形態にかかる物品の一部の斜視図である。基材の一部を除去した後の本開示の実施形態にかかる図１の物品の一部の斜視図である。充填材のくぼみへの施工時のＨＶＡＦ溶射装置の概略的描写を伴った本開示の実施形態にかかる、図２の物品の一部の斜視図である。被処理部分を有する本開示の実施形態にかかる図１の物品の一部の斜視図である。本開示の実施形態にかかるＨＶＡＦ溶射ガンの概略図である。

可能な限り、図面全体を通して同じ部分を表すために同じ参照番号が使用される。

物品及びタービン部品を処理する例示的な方法が提供される。本開示の実施形態は、本明細書に開示した１つ以上の特徴を利用しない方法と比較して、新規の材料を設計して検査する必要性を低下させるか、又はなくし、修復性、耐久性、引張強さ、疲労抵抗、クリープ抵抗、酸化速度、腐食率、弾性率、熱膨張係数、ポアソン比、比熱、密度、加工効率、材料効率、又はそれらの組合せを向上させる。

図１を参照して、一実施形態では、物品処理方法は、基材材料１０４からなる基材１０２を備えた物品１００を提供することを含む。基材１０２は、基材１０２の表面１０８に望ましくない基材特徴１０６を含んでいる。望ましくない基材特徴１０６には、以下に限定されないが、亀裂１１０、ディボット、細孔、異常な結晶粒、摩耗、機械的異常、化学的異常、結晶質異常、構造的異常、又はそれらの組合せが含まれる。望ましくない基材特徴１０６には、以下に限定されないが、亀裂１１０、ディボット、細孔、それらの組合せなどの、基材１０２の表面１０８のくぼみ１１２が含まれる。

一実施形態では、物品１００はタービン部品１１４である。タービン部品１１４は、高温ガス路部品、ブレード（バケット）、ノズル（翼）、シュラウド、燃焼器、タービンホイール、回転タービン部品、ホイール、シール、ＨＴＷ合金を用いた三次元製作部品、又はそれらの組合せを含むが、それらに限定されないいかなる適切なタービン部品１１４であってもよい。

一実施形態では、基材材料１０４はＨＴＷ合金である。本明細書において使用される「ＨＴＷ合金」とは、溶離、溶接割れ及び歪時効割れを示すために、溶接するのが非実用的な合金である。別の実施形態では、ＨＴＷ合金は超合金である。さらに別の実施形態では、ＨＴＷ合金はニッケル基超合金又はアルミニウムチタン超合金である。ＨＴＷ合金には、以下に限定されないが、ＧＴＤ１１１、ＧＴＤ４４４、ＧＴＤ２６２、ＲｅｎｅＮ２、ＲｅｎｅＮ４、ＲｅｎｅＮ５、ＲｅｎｅＮ６、Ｒｅｎｅ６５、Ｒｅｎｅ７７（Ｕｄｉｍｅｔ７００）、Ｒｅｎｅ８０、Ｒｅｎｅ８８ＤＴ、Ｒｅｎｅ１０４、Ｒｅｎｅ１０８、Ｒｅｎｅ１２５、Ｒｅｎｅ１４２、Ｒｅｎｅ１９５、ＲｅｎｅＮ５００、ＲｅｎｅＮ５１５、ＣＭ２４７、ＭａｒＭ２４７、ＣＭＳＸ‐４、ＭＧＡ１４００、ＭＧＡ２４００、ＩＮ１００、ＩＮＣＯＮＥＬ７００、ＩＮＣＯＮＥＬ７３８、ＩＮＣＯＮＥＬ７９２、ＤＳＳｉｅｍｅｔ、ＣＭＳＸ１０、ＰＷＡ１４８０、ＰＷＡ１４８３、ＰＷＡ１４８４、ＴＭＳ‐７５、ＴＭＳ‐８２、Ｍａｒ‐Ｍ‐２００、ＵＤＩＭＥＴ５００、ＡＳＴＲＯＬＯＹ、及びそれらの組合せが含まれる。

本明細書において使用される「ＡＳＴＲＯＬＯＹ」とは、重量で、約１５％のクロム、約１７％のコバルト、約５．３％のモリブデン、約４％のアルミニウム、約３．５％のチタン、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＤＳＳｉｅｍｅｔ」とは、重量で、約９％コバルト、約１２．１％のクロム、約３．６％のアルミニウム、約４％のチタン、約５．２％のタンタル、約３．７％のタングステン、約１．８％のモリブデン、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＧＴＤ１１１」とは、重量で、約１４％のクロム、約９．５％のコバルト、約３．８％のタングステン、約４．９％のチタン、約３％のアルミニウム、約０．１％の鉄、約２．８％のタンタル、約１．６％のモリブデン、約０．１％の炭素、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＧＴＤ２６２」とは、重量で、約２２．５％のクロム、約１９％のコバルト、約２％のタングステン、約１．３５％のニオブ、約２．３％のチタン、約１．７％のアルミニウム、約０．１％の炭素、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＧＴＤ４４４」とは、重量で、約７．５％のコバルト、約０．２％の鉄、約９．７５％のクロム、約４．２％のアルミニウム、約３．５％のチタン、約４．８％のタンタル、約６％のタングステン、約１．５％のモリブデン、約０．５％のニオブ、約０．２％のケイ素、約０．１５％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＭＧＡ１４００」とは、重量で、約１０％のコバルト、約１４％のクロム、約４％のアルミニウム、約２．７％のチタン、約４．７％のタンタル、約４．３％のタングステン、約１．５％のモリブデン、約０．１％の炭素、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＭＧＡ２４００」とは、重量で、約１９％のコバルト、約１９％のクロム、約１．９％のアルミニウム、約３．７％のチタン、約１．４％のタンタル、約６％のタングステン、約１％のニオブ、約０．１％の炭素、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＰＭＡ１４８０」とは、重量で、約１０％のクロム、約５％のコバルト、約５％のアルミニウム、約１．５％のチタン、約１２％のタンタル、約４％のタングステン、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＰＷＡ１４８３」とは、重量で、約９％のコバルト、約１２．２％のクロム、約３．６％のアルミニウム、約４．１％のチタン、約５％のタンタル、約３．８％のタングステン、約１．９％のモリブデン、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＰＭＡ１４８４」とは、重量で、約５％のクロム、約１０％のコバルト、約２％のモリブデン、約５．６％のアルミニウム、約９％のタンタル、約６％のタングステン、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＲｅｎｅＮ２」とは、重量で、約７．５％のコバルト、約１３％のクロム、約６．６％のアルミニウム、約５％のタンタル、約３．８％のタングステン、約１．６％のレニウム、約０．１５％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＲｅｎｅＮ４」とは、重量で、約９．７５％のクロム、約７．５％のコバルト、約４．２％のアルミニウム、約３．５％のチタン、約１．５％のモリブデン、約６．０％のタングステン、約４．８％のタンタル、約０．５％のニオブ、約０．１５％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＲｅｎｅＮ５」とは、重量で、約７．５％のコバルト、約７．０％のクロム、約６．５％のタンタル、約６．２％のアルミニウム、約５．０％のタングステン、約３．０％のレニウム、約１．５％のモリブデン、約０．１５％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＲｅｎｅＮ６」とは、重量で、約１２．５％のコバルト、約４．２％のクロム、約７．２％のタンタル、約５．７５％のアルミニウム、約６％のタングステン、約５．４％のレニウム、約１．４％のモリブデン、約０．１５％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「Ｒｅｎｅ６５」とは、重量で、約１３％のコバルト、最高で約１．２％の鉄、約１６％のクロム、約２．１％のアルミニウム、約３．７５％のチタン、約４％のタングステン、約４％のモリブデン、約０．７％のニオブ、最高で約０．１５％のマンガン、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「Ｒｅｎｅ７７（Ｕｄｉｍｅｔ７００）」とは、重量で、約１５％のクロム、約１７％のコバルト、約５．３％のモリブデン、約３．３５％のチタン、約４．２％のアルミニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「Ｒｅｎｅ８０」とは、重量で、約１４％のクロム、約９．５％のコバルト、約４％のモリブデン、約３％のアルミニウム、約５％のチタン、約４％のタングステン、約０．１７％の炭素、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「Ｒｅｎｅ８８ＤＴ」とは、重量で、約１６％のクロム、約１３％のコバルト、約４％のモリブデン、約０．７％のニオブ、約２．１％のアルミニウム、約３．７％のチタン、約４％のタングステン、約０．１％のレニウム、最大限約４．３％のレニウムとタングステン、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「Ｒｅｎｅ１０４」とは、重量で、約１３．１％のクロム、約１８．２％のコバルト、約３．８％のモリブデン、約１．９％のタングステン、約１．４％のニオブ、約３．５％のアルミニウム、約３．５％のチタン、約２．７％のタンタル、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「Ｒｅｎｅ１０８」とは、重量で、約８．４％のクロム、約９．５％のコバルト、約５．５％のアルミニウム、約０．７％のチタン、約９．５％のタングステン、約０．５％のモリブデン、約３％のタンタル、約１．５％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「Ｒｅｎｅ１２５」とは、重量で、約８．５％のクロム、約１０％のコバルト、約４．８％のアルミニウム、最高で約２．５％のチタン、約８％のタングステン、最高で約２％のモリブデン、約３．８％のタンタル、約１．４％のハフニウム、約０．１１％の炭素、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「Ｒｅｎｅ１４２」とは、重量で、約６．８％のクロム、約１２％のコバルト、約６．１％のアルミニウム、約４．９％のタングステン、約１．５％のモリブデン、約２．８％のレニウム、約６．４％のタンタル、約１．５％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「Ｒｅｎｅ１９５」とは、重量で、約７．６％のクロム、約３．１％のコバルト、約７．８％のアルミニウム、約５．５％のタンタル、約０．１％のモリブデン、約３．９％のタングステン、約１．７％のレニウム、約０．１５％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＲｅｎｅＮ５００」とは、重量で、約７．５％のコバルト、約０．２％の鉄、約６％のクロム、約６．２５％のアルミニウム、約６．５％のタンタル、約６．２５％のタングステン、約１．５％のモリブデン、約０．１５％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＲｅｎｅＮ５１５」とは、重量で、約７．５％のコバルト、約０．２％の鉄、約６％のクロム、約６．２５％のアルミニウム、約６．５％のタンタル、約６．２５％のタングステン、約２％のモリブデン、約０．１％のニオブ、約１．５％のレニウム、約０．６％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＭａｒＭ２４７」及び「ＣＭ２４７」とは、重量で、約５．５％のアルミニウム、約０．１５％の炭素、約８．２５％のクロム、約１０％のコバルト、約１０％のタングステン、約０．７％のモリブデン、約０．５％の鉄、約１％のチタン、約３％のタンタル、約１．５％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＩＮ１００」とは、重量で、約１０％のクロム、約１５％のコバルト、約３％のモリブデン、約４．７％のチタン、約５．５％のアルミニウム、約０．１８％の炭素、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＩＮＣＯＮＥＬ７００」とは、重量で、最高で約０．１２％の炭素、約１５％のクロム、約２８．５％のコバルト、約３．７５％のモリブデン、約２．２％のチタン、約３％のアルミニウム、約０．７％の鉄、最高で約０．３％のケイ素、最高で約０．１％のマンガン、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＩＮＣＯＮＥＬ７３８」とは、重量で、約０．１７％の炭素、約１６％のクロム、約８．５％のコバルト、約１．７５％のモリブデン、約２．６％のタングステン、約３．４％のチタン、約３．４％のアルミニウム、約０．１％のジルコニウム、約２％のニオブ、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＩＮＣＯＮＥＬ７９２」とは、重量で、約１２．４％のクロム、約９％のコバルト、約１．９％のモリブデン、約３．８％のタングステン、約３．９％のタンタル、約３．１％のアルミニウム、約４．５％のチタン、約０．１２％の炭素、約０．１％のジルコニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＵＤＩＭＥＴ５００」とは、重量で、約１８．５％のクロム、約１８．５％のコバルト、約４％のモリブデン、約３％のチタン、約３％のアルミニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「Ｍａｒ‐Ｍ‐２００」とは、重量で、約９％のクロム、約１０％のコバルト、約１２．５％のタングステン、約１％のコロンビウム、約５％のアルミニウム、約２％のチタン、約１０．１４％の炭素、約１．８％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＴＭＳ‐７５」とは、重量で、約３％のクロム、約１２％のコバルト、約２％のモリブデン、約６％のタングステン、約６％のアルミニウム、約６％のタンタル、約５％のレニウム、約０．１％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＴＭＳ‐８２」とは、重量で、約４．９％のクロム、約７．８％のコバルト、約１．９％のモリブデン、約２．４％のレニウム、約８．７％のタングステン、約５．３％のアルミニウム、約０．５％のチタン、約６％のタンタル、約０．１％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＣＭＳＸ‐４」とは、重量で、約６．４％のクロム、約９．６％のコバルト、約０．６％のモリブデン、約６．４％のタングステン、約５．６％のアルミニウム、約１．０％のチタン、約６．５％のタンタル、約３％のレニウム、約０．１％のハフニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

本明細書において使用される「ＣＭＳＸ‐１０」とは、重量で、約２％のクロム、約３％のコバルト、約０．４％のモリブデン、約５％のタングステン、約５．７％のアルミニウム、約０．２％のチタン、約８％のタンタル、約６％のレニウム、及び残部のニッケルからなる組成物を含む合金を指す。

図１及び図２を参照して、一実施形態（図１に示す）では、望ましくない基材特徴１０６は基材１０２の表面１０８のくぼみ１１２である。別の実施形態（図示せず）では、望ましくない基材特徴１０６は、くぼみ１１２に限定されず、例えば、以下に限定されないが、異常な結晶粒、機械的異常、化学的異常、結晶質異常、構造的異常又はそれらの組合せなどである。図２を参照して、一実施形態では、望ましくない基材特徴１０６がくぼみ１１２に限定されない望ましくない特徴を含む場合、又はくぼみ１１２を埋めるにはアクセスが十分にできない場合には、基材１０２のうち、望ましくない基材特徴１０６を含んだ一部を除去して、基材１０２の表面１０８にくぼみ１１２を形成する。本明細書において使用される「くぼみ１１２を形成する」ことには、既存のくぼみ１１２を広げて、くぼみ１１２へのアクセスしやすさを高めることが含まれる。

くぼみ１１２は、表面酸化物を除去することによって作製されてもよい。表面酸化物は、くぼみ１１２を機械的に研磨すること、くぼみ１１２を化学的にエッチングすること、くぼみ１１２を真空下で熱洗浄すること、又はそれらの組合せを含むが、それらに限定されないいかなる適切な技術によって除去されてもよい。くぼみ１１２を機械的に研磨することには、くぼみ１１２をグリットブラストすることが含まれる。一実施形態では、表面１０８は、表面酸化物を除去した後、くぼみ１１２を埋めるまで酸化物なしの状態に維持される。

図３を参照して、ＨＶＡＦ溶射装置３００が充填材３０２をくぼみ１１２に施工する（掘り込まれたくぼみ１１２が図示されているが、くぼみ１１２が十分にアクセス可能であれば、掘り込まれていないくぼみ１１２に対して充填材３０２が施工されてもよい）。充填材３０２と液体キャリア３０６を含む原料混合物３０４が、充填材３０２の融点より高い温度を有する、ＨＶＡＦ溶射装置３００の燃焼ガス流れ３０８に導入される。ＨＶＡＦ溶射装置３００内の原料混合物３０４から同伴原料流れ３１０が形成され、ＨＶＡＦ溶射装置３００から充填材３０２を吐出することによって充填材３０２がくぼみ１１２に施工される。充填材３０２は、吐出される間、液体キャリア３０６によって充填材３０２の融点より低温に維持される。一実施形態では、原料混合物３０４がＨＶＡＦ溶射装置３００に導入される間、充填材３０２は液体キャリア３０６によって充填材３０２の融点より低温に維持される。一実施形態では、充填材３０２を施工することには、少なくとも基材１０２の表面１０８までくぼみ１１２を充填材３０２で埋めることが含まれる。

充填材３０２は、基材材料１０４と適合可能ないかなる適切な材料であってもよい。本明細書において使用される「適合可能」とは、充填材３０２が物品１００の動作条件の下で基材材料１０４を分離させない結合を形成可能であること、充填材３０２と基材材料１０４が化学的に適合可能であること、充填材３０２と基材材料１０４が物理的に適合可能であること、さらには、充填材３０２が基材材料１０４の対応する物理的特性の少なくとも約５０％、あるいは少なくとも約６０％、あるいは少なくとも約７０％、あるいは少なくとも約８０％、あるいは少なくとも約９０％の物理的特性を含むことを意味する。物理的特性は、引張強さ、疲労抵抗、クリープ抵抗、酸化速度、腐食率、弾性率、熱膨張係数、ポアソン比、比熱、密度、又はそれらの組合せを含むが、それらに限定されないいかなる適切な物理的特性であってもよい。一実施形態では、充填材３０２が基材材料１０４である。

液体キャリア３０６は、水、アルコール、有機溶剤、又はそれらの組合せを含むが、それらに限定されないいかなる適切な液体であってもよい。液体キャリア３０６には界面活性剤も含まれる。理論にとらわれることなく、界面活性剤の添加が液体キャリア３０６中の充填材３０２の分散を向上させると思われる。

一実施形態では、原料混合物３０４は、重量で、液体キャリア３０６中に約９０％未満の充填材３０２、あるいは液体キャリア３０６中に約７０％未満の充填材３０２、あるいは液体キャリア３０６中に約５０％未満の充填材３０２、あるいは液体キャリア３０６中に約３０％未満の充填材３０２、あるいは液体キャリア３０６中に約１％ないし約２０％の充填材３０２、あるいは液体キャリア３０６中に約２％ないし約１０％の充填材３０２を含む。

一実施形態では、充填材３０２をくぼみ１１２に施工することには、平均粒径が約５０μｍ未満、あるいは約４０μｍ未満、あるいは約３０μｍ未満、あるいは約２０μｍ未満、あるいは約１５μｍ未満、あるいは約１０μｍ未満、あるいは約５μｍ未満の充填材３０２を施工することが含まれる。

図４を（図３に照らして）参照して、一実施形態では、くぼみ１１２内の充填材３０２が仕上げられ、基材１０２の表面１０８とほぼ面一の充填材表面４０２を形成する。本明細書において使用される「ほぼ面一」とは、充填材表面４０２が表面１０８の全体的な構成と際立って異ならないこと、充填材表面４０２と表面１０８が出会う所で、互いの高さの相違が物品１００の動作上の許容差を超えず、約０．６μｍ、あるいは約０．８μｍ、あるいは約１μｍを超えないことを意味する。充填材３０２を仕上げることには、研削、研磨、ピーニング、又はそれらの組合せを含むが、それらに限定されないいかなる適切な仕上げ技術を適用することも含まれる。

充填材３０２と、くぼみ１１２と境を接する基材１０２の領域とが、熱処理されて被処理部分４００を形成する。一実施形態では、熱処理には、基材材料１０４用の標準的な熱処理工程とパラメータが含まれる。別の実施形態では、熱処理には、真空又は不活性雰囲気の下で充填材３０２と、くぼみ１１２と境を接する基材１０２の領域とを所定の温度まで加熱することが含まれる。所定の温度は熱処理される材料に対していかなる適切な温度であってもよい。一実施形態では、所定の温度は約１０００℃と約１５００℃の間、あるいは約１１００℃と約１３５０℃の間である。熱処理には、所定の温度までの所定温度ランピングプログラム、所定の温度での保持時間、所定の温度からの所定温度クエンチングプログラム、又はそれらの組合せがさらに含まれてもよい。別の実施形態では、熱処理には、熱間静水圧プレスが含まれる。

一実施形態では、くぼみ１１２内の充填材３０２を仕上げるより先に、充填材３０２と、くぼみ１１２と境を接する基材１０２の領域とを熱処理する。別の実施形態では、くぼみ１１２内の充填材３０２を仕上げた後に、充填材３０２と、くぼみ１１２と境を接する基材１０２の領域とを熱処理する。

一実施形態では、被処理部分４００を形成することには、基材１０２の対応する物理的特性の少なくとも約５０％、あるいは少なくとも約６０％、あるいは少なくとも約７０％、あるいは少なくとも約８０％、あるいは少なくとも約９０％の物理的特性を発現させることが含まれる。物理的特性は、引張強さ、疲労抵抗、クリープ抵抗、酸化速度、腐食率、弾性率、熱膨張係数、ポアソン比、比熱、密度、又はそれらの組合せを含むが、それらに限定されないいかなる適切な物理的特性であってもよい。

図５を参照して、一実施形態では、ＨＶＡＦ溶射装置はＨＶＡＦ溶射ガン５００である。適切なＨＶＡＦ溶射ガン５００は、開示の全体が本明細書に組み込まれている米国特許出願第１２／７９０，１７０号（２０１０年５月２８日出願）に記載されている。ＨＶＡＦ溶射ガン５００は、燃焼室５０６に空気と燃料をそれぞれ供給する１以上の空気注入口５０２と１以上の燃料注入口５０４を備えている。燃焼室５０６は、入口側５０８と、出口側５１０と、入口側５０８と出口側５１０の間の燃焼領域５１２を備えている。ＨＶＡＦ溶射ガン５００は、燃焼室５０６の燃焼領域５１２で混合気に点火する。燃焼室５０６の出口側５１０には、燃焼ガスを高速まで加速させるノズル５１４が配置されている。ノズル５１４はいかなる適切な幾何学的形状を備えていてもよい。一実施形態では、燃焼ガスの速度は毎秒約６００メートルを超える。燃焼室５０６は、燃焼室５０６内に配置されて、上流側表面５１８と下流側表面５２０を有する透過性バーナーブロック５１６を備えていてもよい。透過性バーナーブロック５１６は高速の燃焼ガス流れ３０８の生成を支援してもよい。一実施形態では、透過性バーナーブロック５１６は燃焼室５０６の燃焼領域５１２に配置されている。一実施形態では、透過性バーナーブロック５１６は、１以上の燃料注入口５０４から燃料を受け取り、燃料の効率的な燃焼を助けて高速の燃焼ガス流れ３０８の生成を支援する。一実施形態では、透過性バーナーブロック５１６は、燃焼領域５１２における効率的な燃焼のために燃料を輸送するのに役立つ複数のオリフィス（図示せず）を備えている。一実施形態では、透過性バーナーブロック５１６はセラミック材料を含んでいる。別の実施形態では、透過性バーナーブロック５１６は触媒板である。ＨＶＡＦ溶射ガン５００は原料混合物注入口５２２をさらに備えている。

本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、当業者によって様々な変更が可能であり、発明の範囲から逸脱することなく発明の要素を等価物と置換可能であることは理解されるであろう。加えて、発明の教示に対して、特定の状況又は材料に適合するように、発明の本質的な範囲から逸脱することなく多くの修正を加えることが可能である。したがって、本発明は、本発明を実行するために熟考された最良の様式として開示された特定の実施形態に限定されず、本発明が添付の特許請求の範囲内にあるすべての実施形態を含むよう意図されている。
［実施態様１］
充填材（３０２）と液体キャリア（３０６）を含む原料混合物（３０４）を高速空気燃料（ＨＶＡＦ）溶射装置（３００）内の、充填材（３０２）の融点より高い温度を有する燃焼ガス流れ（３０８）に導入する工程と、
ＨＶＡＦ溶射装置（３００）内の原料混合物（３０４）から、同伴原料流れ（３１０）を形成する工程と、
充填材（３０２）を、基材材料（１０４）からなり、表面（１０８）のくぼみ（１１２）などの望ましくない基材特徴（１０６）を含んだ基材（１０２）を備えた物品（１００）に施工する工程であって、ＨＶＡＦ溶射装置（３００）から充填材（３０２）を吐出することによって該充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工し、充填材（３０２）が、吐出される間、液体キャリア（３０６）によって充填材（３０２）の融点より低温に維持される、工程と、
充填材（３０２）と、くぼみ（１１２）と境を接する基材（１０２）の領域とを熱処理して被処理部分（４００）を形成する工程と
を含む、物品処理方法。
［実施態様２］
充填材（３０２）を物品（１００）に施工する工程は、難溶接性（ＨＴＷ）合金を含む基材材料（１０４）を有する物品（１００）に対して充填材（３０２）を施工する工程を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
充填材（３０２）を物品（１００）に施工する工程は、物品（１００）としてのタービン部品（１１４）に充填材（３０２）を施工する工程を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
くぼみ（１１２）を機械的に研磨すること、くぼみ（１１２）を化学的にエッチングすること、くぼみ（１１２）を真空下で熱洗浄すること、及びそれらの組合せからなる群から選択された準備方法（ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ）により表面酸化物を除去することによってくぼみ（１１２）を作製する工程をさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工する工程は、平均粒径が約２０μｍ未満の充填材（３０２）を施工する工程を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工する工程は、充填材（３０２）として基材材料（１０４）を施工する工程を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
充填材（３０２）を施工する工程は、くぼみ（１１２）を充填材（３０２）で埋めて、基材（１０２）の表面（１０８）とほぼ面一の充填材表面（４０２）を形成する工程を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
研削、研磨、ピーニング、及びそれらの組合せからなる群から選択された仕上げ技術を適用することによって、くぼみ（１１２）内の充填材（３０２）を仕上げる工程をさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
熱処理には、基材材料（１０４）用の標準的な熱処理工程とパラメータが含まれる、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
被処理部分（４００）を形成する工程は、引張強さ、疲労抵抗、クリープ抵抗、酸化速度、腐食率、弾性率、熱膨張係数、ポアソン比、比熱、密度、及びそれらの組合せからなる群から選択された物理的特性であって、基材（１０２）の対応する物理的特性の少なくとも約８０％の物理的特性を発現させる工程を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１１］
物品（１００）の基材材料（１０４）からなる基材（１０２）のうち、望ましくない基材特徴（１０６）を含んだ一部を除去して、基材（１０２）の表面（１０８）にくぼみ（１１２）を形成する工程と、
充填材（３０２）と液体キャリア（３０６）を含む原料混合物（３０４）を高速空気燃料（ＨＶＡＦ）溶射装置（３００）内の、充填材（３０２）の融点より高い温度を有する燃焼ガス流れ（３０８）に導入する工程と、
ＨＶＡＦ溶射装置（３００）内の原料混合物（３０４）から、同伴原料流れ（３１０）を形成する工程と、
ＨＶＡＦ溶射装置（３００）から充填材（３０２）を吐出することによって該充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工する工程であって、充填材（３０２）が、吐出される間、液体キャリア（３０６）によって充填材（３０２）の融点より低温に維持される、工程と、
充填材（３０２）と、くぼみ（１１２）と境を接する基材（１０２）の領域とを熱処理して被処理部分（４００）を形成する工程と
を含む、物品処理方法。
［実施態様１２］
基材（１０２）の一部を除去する工程は、難溶接性（ＨＴＷ）合金を含む基材材料（１０４）を有する基材（１０２）の一部を除去する工程を含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１３］
物品（１００）の基材（１０２）の一部を除去する工程は、物品（１００）としてのタービン部品（１１４）の基材（１０２）の一部を除去する工程を含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１４］
くぼみ（１１２）を機械的に研磨すること、くぼみ（１１２）を化学的にエッチングすること、くぼみ（１１２）を真空下で熱洗浄すること、及びそれらの組合せからなる群から選択された準備方法により表面酸化物を除去することによってくぼみ（１１２）を作製する工程をさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１５］
充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工する工程は、平均粒径が約２０μｍ未満の充填材（３０２）を施工する工程を含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１６］
充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工する工程は、充填材（３０２）として基材材料（１０４）を施工する工程を含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１７］
充填材（３０２）を施工する工程は、くぼみ（１１２）を充填材（３０２）で埋めて、基材（１０２）の表面（１０８）とほぼ面一の充填材表面（４０２）を形成する工程を含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１８］
研削、研磨、ピーニング、及びそれらの組合せからなる群から選択された仕上げ技術を適用することによって、くぼみ（１１２）内の充填材（３０２）を仕上げる工程をさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１９］
熱処理には、基材材料（１０４）用の標準的な熱処理工程とパラメータが含まれる、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様２０］
被処理部分（４００）を形成する工程は、引張強さ、疲労抵抗、クリープ抵抗、酸化速度、腐食率、弾性率、熱膨張係数、ポアソン比、比熱、密度、及びそれらの組合せからなる群から選択された物理的特性であって、基材（１０２）の対応する物理的特性の少なくとも約８０％の物理的特性を発現させる工程を含む、実施態様１１に記載の方法。

１００物品
１０２基材
１０４基材材料
１０６望ましくない基材特徴
１０８表面
１１０亀裂
１１２くぼみ
１１４タービン部品
３００ＨＶＡＦ溶射装置
３０２充填材
３０４原料混合物
３０６液体キャリア
３０８燃焼ガス流れ
３１０同伴原料流れ
４００被処理部分
４０２充填材表面
５００ＨＶＡＦ溶射ガン
５０２空気注入口
５０４燃料注入口
５０６燃焼室
５０８入口側
５１０出口側
５１２燃焼領域
５１４ノズル
５１６透過性バーナーブロック
５１８上流側表面
５２０下流側表面
５２２原料混合物注入口

Claims

充填材（３０２）と液体キャリア（３０６）を含む原料混合物（３０４）を高速空気燃料（ＨＶＡＦ）溶射装置（３００）内の、充填材（３０２）の融点より高い温度を有する燃焼ガス流れ（３０８）に導入する工程と、
ＨＶＡＦ溶射装置（３００）内の原料混合物（３０４）から、同伴原料流れ（３１０）を形成する工程と、
充填材（３０２）を、基材材料（１０４）からなり、表面（１０８）のくぼみ（１１２）などの望ましくない基材特徴（１０６）を含んだ基材（１０２）を備えた物品（１００）に施工する工程であって、ＨＶＡＦ溶射装置（３００）から充填材（３０２）を吐出することによって該充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工し、充填材（３０２）が、吐出される間、液体キャリア（３０６）によって充填材（３０２）の融点より低温に維持される、工程と、
充填材（３０２）と、くぼみ（１１２）と境を接する基材（１０２）の領域とを熱処理して被処理部分（４００）を形成する工程と
を含む、物品（１００）処理方法。
充填材（３０２）を物品（１００）に施工する工程は、難溶接性（ＨＴＷ）合金を含む基材材料（１０４）を有する物品（１００）に対して充填材（３０２）を施工する工程を含む、請求項１に記載の方法。
くぼみ（１１２）を機械的に研磨すること、くぼみ（１１２）を化学的にエッチングすること、くぼみ（１１２）を真空下で熱洗浄すること、及びそれらの組合せからなる群から選択された準備方法により表面酸化物を除去することによってくぼみ（１１２）を作製する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工する工程は、平均粒径が約２０μｍ未満の充填材（３０２）を施工する工程を含む、請求項１に記載の方法。
充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工する工程は、充填材（３０２）として基材材料（１０４）を施工する工程を含む、請求項１に記載の方法。
熱処理には、基材材料（１０４）用の標準的な熱処理工程とパラメータが含まれる、請求項１に記載の方法。
被処理部分（４００）を形成する工程は、引張強さ、疲労抵抗、クリープ抵抗、酸化速度、腐食率、弾性率、熱膨張係数、ポアソン比、比熱、密度、及びそれらの組合せからなる群から選択された物理的特性であって、基材（１０２）の対応する物理的特性の少なくとも約８０％の物理的特性を発現させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
物品（１００）の基材材料（１０４）からなる基材（１０２）のうち、望ましくない基材特徴（１０６）を含んだ一部を除去して、基材（１０２）の表面（１０８）にくぼみ（１１２）を形成する工程と、
充填材（３０２）と液体キャリア（３０６）を含む原料混合物（３０４）を高速空気燃料（ＨＶＡＦ）溶射装置（３００）内の、充填材（３０２）の融点より高い温度を有する燃焼ガス流れ（３０８）に導入する工程と、
ＨＶＡＦ溶射装置（３００）内の原料混合物（３０４）から、同伴原料流れ（３１０）を形成する工程と、
ＨＶＡＦ溶射装置（３００）から充填材（３０２）を吐出することによって該充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工する工程であって、充填材（３０２）が、吐出される間、液体キャリア（３０６）によって充填材（３０２）の融点より低温に維持される、工程と、
充填材（３０２）と、くぼみ（１１２）と境を接する基材（１０２）の領域とを熱処理して被処理部分（４００）を形成する工程と
を含む、物品（１００）処理方法。
基材（１０２）の一部を除去する工程は、難溶接性（ＨＴＷ）合金を含む基材材料（１０４）を有する基材（１０２）の一部を除去する工程を含む、請求項８に記載の方法。
くぼみ（１１２）を機械的に研磨すること、くぼみ（１１２）を化学的にエッチングすること、くぼみ（１１２）を真空下で熱洗浄すること、及びそれらの組合せからなる群から選択された準備方法により表面酸化物を除去することによってくぼみ（１１２）を作製する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工する工程は、平均粒径が約２０μｍ未満の充填材（３０２）を施工する工程を含む、請求項８に記載の方法。
充填材（３０２）をくぼみ（１１２）に施工する工程は、充填材（３０２）として基材材料（１０４）を施工する工程を含む、請求項８に記載の方法。
熱処理には、基材材料（１０４）用の標準的な熱処理工程とパラメータが含まれる、請求項８に記載の方法。
被処理部分（４００）を形成する工程は、引張強さ、疲労抵抗、クリープ抵抗、酸化速度、腐食率、弾性率、熱膨張係数、ポアソン比、比熱、密度、及びそれらの組合せからなる群から選択された物理的特性であって、基材（１０２）の対応する物理的特性の少なくとも約８０％の物理的特性を発現させる工程を含む、請求項８に記載の方法。