JP2019035139A - クラッド物品およびクラッド物品の形成方法 - Google Patents

クラッド物品およびクラッド物品の形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】物品(100)およびクラッド層(202)を含むクラッド物品(200)が開示される。【解決手段】物品(100)は、表面層(102)と、表面層(102)の下の物品(100)内に配置されたキャビティ(104)と、表面層(102)内に配置されたマイクロクラック(106)とを含む。表面層(102)は、HTW合金(108)を含む。クラッド層(202)は、表面層(102)の表面(110)上に配置され、物品(100)にろう付けされたPSP(204)から形成される。クラッド層(202)は、マイクロクラック(106)の上に配置される。物品(100)上にPSP(204)を配置し、物品(100)にPSP(204)をろう付けすることを含むクラッド物品(200)の形成方法が開示される。物品(100)にPSP(204)をろう付けすることによって、物品(100)上に配置されたクラッド層(202)をマイクロクラック(106)の上に形成する。【選択図】図2

Description

本発明は、クラッド物品およびクラッド物品の形成方法に関する。さらに詳細には、本発明は、予備焼結プリフォーム(PSP)から形成されたクラッド層を含むクラッド物品およびクラッド物品の形成方法に関する。
ガスタービンおよび他の特定の機械は、効率および性能を向上させるために継続的に改造されている。これらの改造には、さらに高温およびさらに苛酷な条件下で作動する能力が含まれ、冷却チャネルの提供が含まれ得る。
冷却効率の向上は、冷却チャネルと冷却された物品の表面との間の距離を最小にすることによって達成され得る。しかし、冷却チャネルと冷却された物品の表面との間の距離を最小にすると、外部環境から冷却チャネルを分離する表面層が必然的に薄くなる。特定の組成物および形成方法では、薄い表面層は、冷却流体を漏出させ、冷却された物品の破損を引き起こす可能性があるマイクロクラックの形成を受けやすい可能性がある。一例として、難溶接性(HTW)合金から形成された表面層および付加製造技術によって形成された表面層は、マイクロクラックの形成を特に受けやすい可能性がある。
例示的な実施形態では、クラッド物品は、物品およびクラッド層を含む。物品は、表面層と、表面層の下の物品内に配置された少なくとも1つのキャビティと、表面層内に配置された少なくとも1つのマイクロクラックとを含む。表面層は、HTW合金を含む。クラッド層は、表面層の表面上に配置され、物品にろう付けされたPSPから形成される。クラッド層は、少なくとも1つのマイクロクラックの上に配置される。
別の例示的な実施形態では、クラッド物品の形成方法は、物品上にPSPを配置し、物品にPSPをろう付けすることを含む。物品は、表面層と、表面層の下の物品内に配置された少なくとも1つのキャビティと、表面層内に配置された少なくとも1つのマイクロクラックとを含む。表面層は、HTW合金を含む。物品にPSPをろう付けすることによって、物品上に配置されたクラッド層を少なくとも1つのマイクロクラックの上に形成する。
本発明の他の特徴および利点は、たとえば、本発明の原理を図示する添付の図面と合わせて、好適な実施形態に関する以下のさらに詳細な説明から明らかになるであろう。
本開示の一実施形態によるマイクロクラックを含む物品の斜視図である。 本開示の一実施形態によるPSPクラッディングを有する図1の物品の斜視図である。
可能な限り、同じ部品を表すために図面を通して同じ参照符合を用いている。
例示的なクラッド物品およびクラッド物品の形成方法が提供される。本開示の実施形態は、本明細書に開示される1つ以上の特徴を利用しない物品および物品の形成方法と比較して、機械的性質を改善し、封止の完全性を改善し、冷却流体の漏出を低減し、壁面冷却を改善し、製造歩留まりを増加させ、耐久性を増加させ、強度を増加させ、効率を向上させるか、これらの組合せを可能にする。
本明細書で使用される「HTW合金」は、溶離、熱およびひずみ時効による亀裂を示し、したがって溶接には実用できない合金である。
本明細書で使用される「マイクロクラック」は、約25μm未満の最大長さ(極大最大表面寸法とも解釈され得る)を有する亀裂であり、ディボット、ホールおよび凹部などの望ましくない表面形状を含む。
本明細書で使用される「BNi−2」は、約3重量%の鉄、約3.1重量%のホウ素、約4.5重量%のケイ素、約7重量%のクロムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「BNi−3」は、約4.5重量%のケイ素、約3重量%のホウ素および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「BNi−5」は、約10重量%のケイ素、約19重量%のクロムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「BNi−6」は、約11重量%の亜リン酸および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「BNi−7」は、約14重量%のクロム、約10重量%の亜リン酸および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「BNi−9」は、約15重量%のクロム、約3重量%のホウ素および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「BNi−10」は、約11.5重量%のクロム、約3.5重量%のケイ素、約2.5重量%のホウ素、約3.5重量%の鉄、約0.5重量%の炭素、約16重量%のタングステンおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「CMSX−4」は、約6.4重量%のクロム、約9.6重量%のコバルト、約0.6重量%のモリブデン、約6.4重量%のタングステン、約5.6重量%のアルミニウム、約1.0重量%のチタン、約6.5重量%のタンタル、約3重量%のレニウム、約0.1重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「CMSX−10」は、約2重量%のクロム、約3重量%のコバルト、約0.4重量%のモリブデン、約5重量%のタングステン、約5.7重量%のアルミニウム、約0.2重量%のチタン、約8重量%のタンタル、約6重量%のレニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「DF−4B」は、約14重量%のクロム、約10重量%のコバルト、約3.5重量%のアルミニウム、約2.5重量%のタンタル、約2.75重量%のホウ素、約0.05重量%のイットリウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「D15」は、約15重量%のクロム、約10.25重量%のコバルト、約3.5重量%のタンタル、約3.5重量%のアルミニウム、約2.3重量%のホウ素および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「DS Siemet」は、約9重量%のコバルト、約12.1重量%のクロム、約3.6重量%のアルミニウム、約4重量%のチタン、約5.2重量%のタンタル、約3.7重量%のタングステン、約1.8重量%のモリブデンおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「GTD111」は、約14重量%のクロム、約9.5重量%のコバルト、約3.8重量%のタングステン、約4.9重量%のチタン、約3重量%のアルミニウム、約0.1重量%の鉄、約2.8重量%のタンタル、約1.6重量%のモリブデン、約0.1重量%の炭素および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「GTD222」は、約23.5重量%のクロム、約19重量%のコバルト、約2重量%のタングステン、約0.8重量%のニオブ、約2.3重量%のチタン、約1.2重量%のアルミニウム、約1重量%のタンタル、約0.25重量%のケイ素、約0.1重量%のマンガンおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「GTD262」は、約22.5重量%のクロム、約19重量%のコバルト、約2重量%のタングステン、約1.35重量%のニオブ、約2.3重量%のチタン、約1.7重量%のアルミニウム、約0.1重量%の炭素および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「GTD444」は、約7.5重量%のコバルト、約0.2重量%の鉄、約9.75重量%のクロム、約4.2重量%のアルミニウム、約3.5重量%のチタン、約4.8重量%のタンタル、約6重量%のタングステン、約1.5重量%のモリブデン、約0.5重量%のニオブ、約0.2重量%のケイ素、約0.15重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「HAYNES188」は、約22重量%のクロム、約22重量%のニッケル、約0.1重量%の炭素、約3重量%の鉄、約1.25重量%のマンガン、約0.35重量%のケイ素、約14重量%のタングステン、約0.03重量%のランタンおよび残部のコバルトの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「HAYNES230」は、約22重量%のクロム、約2重量%のモリブデン、約0.5重量%のマンガン、約0.4重量%のケイ素、約14重量%のタングステン、約0.3重量%のアルミニウム、約0.1重量%の炭素、約0.02重量%のランタンおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「INCONEL100」は、約10重量%のクロム、約15重量%のコバルト、約3重量%のモリブデン、約4.7重量%のチタン、約5.5重量%のアルミニウム、約0.18重量%の炭素および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「INCONEL700」は、最大約0.12重量%の炭素、約15重量%のクロム、約28.5重量%のコバルト、約3.75重量%のモリブデン、約2.2重量%のチタン、約3重量%のアルミニウム、約0.7重量%の鉄、最大約0.3重量%のケイ素、最大約0.1重量%のマンガンおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「INCONEL738」は、約0.17重量%の炭素、約16重量%のクロム、約8.5重量%のコバルト、約1.75重量%のモリブデン、約2.6重量%のタングステン、約3.4重量%のチタン、約3.4重量%のアルミニウム、約0.1重量%のジルコニウム、約2重量%のニオブおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「INCONEL792」は、約12.4重量%のクロム、約9重量%のコバルト、約1.9重量%のモリブデン、約3.8重量%のタングステン、約3.9重量%のタンタル、約3.1重量%のアルミニウム、約4.5重量%のチタン、約0.12重量%の炭素、約0.1重量%のジルコニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「INCONEL939」は、約0.15重量%の炭素、約22.5重量%のクロム、約19重量%のコバルト、約2重量%のタングステン、約3.8重量%のチタン、約1.9重量%のアルミニウム、約1.4重量%のタンタル、約1重量%のニオブおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「L605」は、約20重量%のクロム、約10重量%のニッケル、約15重量%のタングステン、約0.1重量%の炭素および残部のコバルトの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Mar−M−200」は、約9重量%のクロム、約10重量%のコバルト、約12.5重量%のタングステン、約1重量%のコロンビウム、約5重量%のアルミニウム、約2重量%のチタン、約10.14重量%の炭素、約1.8重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「MAR−M−247」は、約5.5重量%のアルミニウム、約0.15重量%の炭素、約8.25重量%のクロム、約10重量%のコバルト、約10重量%のタングステン、約0.7重量%のモリブデン、約0.5重量%の鉄、約1重量%のチタン、約3重量%のタンタル、約1.5重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「MAR−M−509」は、約24重量%のクロム、約10重量%のニッケル、約7重量%のタングステン、約3.5重量%のタンタル、約0.5重量%のジルコニウム、約0.6重量%の炭素および残部のコバルトの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「MAR−M−509B」は、約23.5重量%のクロム、約10重量%のニッケル、約7重量%のタングステン、約3.5重量%のタンタル、約0.45重量%のジルコニウム、約2.9重量%のホウ素、約0.6重量%の炭素、約0.2重量%のチタンおよび残部のコバルトの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「MGA1400」は、約10重量%のコバルト、約14重量%のクロム、約4重量%のアルミニウム、約2.7重量%のチタン、約4.7重量%のタンタル、約4.3重量%のタングステン、約1.5重量%のモリブデン、約0.1重量%の炭素および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「MGA2400」は、約19重量%のコバルト、約19重量%のクロム、約1.9重量%のアルミニウム、約3.7重量%のチタン、約1.4重量%のタンタル、約6重量%のタングステン、約1重量%のニオブ、約0.1重量%の炭素および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「PMA1480」は、約10重量%のクロム、約5重量%のコバルト、約5重量%のアルミニウム、約1.5重量%のチタン、約12重量%のタンタル、約4重量%のタングステンおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「PWA1483」は、約9重量%のコバルト、約12.2重量%のクロム、約3.6重量%のアルミニウム、約4.1重量%のチタン、約5重量%のタンタル、約3.8重量%のタングステン、約1.9重量%のモリブデンおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「PMA1484」は、約5重量%のクロム、約10重量%のコバルト、約2重量%のモリブデン、約5.6重量%のアルミニウム、約9重量%のタンタル、約6重量%のタングステンおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene65」は、約13重量%のコバルト、最大約1.2重量%の鉄、約16重量%のクロム、約2.1重量%のアルミニウム、約3.75重量%のチタン、約4重量%のタングステン、約4重量%のモリブデン、約0.7重量%のニオブ、最大約0.15重量%のマンガンおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene77(Udimet700)」は、約15重量%のクロム、約17重量%のコバルト、約5.3重量%のモリブデン、約3.35重量%のチタン、約4.2重量%のアルミニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene80」は、約14重量%のクロム、約9.5重量%のコバルト、約4重量%のモリブデン、約3重量%のアルミニウム、約5重量%のチタン、約4重量%のタングステン、約0.17重量%の炭素および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene88DT」は、約16重量%のクロム、約13重量%のコバルト、約4重量%のモリブデン、約0.7重量%のニオブ、約2.1重量%のアルミニウム、約3.7重量%のチタン、約4重量%のタングステン、約0.1重量%のレニウム、最大約4.3重量%のレニウムおよびタングステンならびに残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene104」は、約13.1重量%のクロム、約18.2重量%のコバルト、約3.8重量%のモリブデン、約1.9重量%のタングステン、約1.4重量%のニオブ、約3.5重量%のアルミニウム、約3.5重量%のチタン、約2.7重量%のタンタルおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene108」は、約8.4重量%のクロム、約9.5重量%のコバルト、約5.5重量%のアルミニウム、約0.7重量%のチタン、約9.5重量%のタングステン、約0.5重量%のモリブデン、約3重量%のタンタル、約1.5重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene125」は、約8.5重量%のクロム、約10重量%のコバルト、約4.8重量%のアルミニウム、最大約2.5重量%のチタン、約8重量%のタングステン、最大約2重量%のモリブデン、約3.8重量%のタンタル、約1.4重量%のハフニウム、約0.11重量%の炭素および残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene142」は、約6.8重量%のクロム、約12重量%のコバルト、約6.1重量%のアルミニウム、約4.9重量%のタングステン、約1.5重量%のモリブデン、約2.8重量%のレニウム、約6.4重量%のタンタル、約1.5重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene195」は、約7.6重量%のクロム、約3.1重量%のコバルト、約7.8重量%のアルミニウム、約5.5重量%のタンタル、約0.1重量%のモリブデン、約3.9重量%のタングステン、約1.7重量%のレニウム、約0.15重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene N2」は、約7.5重量%のコバルト、約13重量%のクロム、約6.6重量%のアルミニウム、約5重量%のタンタル、約3.8重量%のタングステン、約1.6重量%のレニウム、約0.15重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene N4」は、約9.75重量%のクロム、約7.5重量%のコバルト、約4.2重量%のアルミニウム、約3.5重量%のチタン、約1.5重量%のモリブデン、約6.0重量%のタングステン、約4.8重量%のタンタル、約0.5重量%のニオブ、約0.15重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene N5」は、約7.5重量%のコバルト、約7.0重量%のクロム、約6.5重量%のタンタル、約6.2重量%のアルミニウム、約5.0重量%のタングステン、約3.0重量%のレニウム、約1.5重量%のモリブデン、約0.15重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene N500」は、約7.5重量%のコバルト、約0.2重量%の鉄、約6重量%のクロム、約6.25重量%のアルミニウム、約6.5重量%のタンタル、約6.25重量%のタングステン、約1.5重量%のモリブデン、約0.15重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene N515」は、約7.5重量%のコバルト、約0.2重量%の鉄、約6重量%のクロム、約6.25重量%のアルミニウム、約6.5重量%のタンタル、約6.25重量%のタングステン、約2重量%のモリブデン、約0.1重量%のニオブ、約1.5重量%のレニウム、約0.6重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「Rene N6」は、約12.5重量%のコバルト、約4.2重量%のクロム、約7.2重量%のタンタル、約5.75重量%のアルミニウム、約6重量%のタングステン、約5.4重量%のレニウム、約1.4重量%のモリブデン、約0.15重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「TMS−75」は、約3.5重量%のクロム、約12.5重量%のコバルト、約13.7重量%のアルミニウム、約2重量%のタングステン、約1.2重量%のモリブデン、約1.6重量%のレニウム、約2重量%のタンタル、約0.04重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「TMS−82」は、約5.8重量%のクロム、約8.2重量%のコバルト、約12.2重量%のアルミニウム、約0.63重量%のチタン、約2.9重量%のタングステン、約1.2重量%のモリブデン、約0.8重量%のレニウム、約2.1重量%のタンタル、約0.04重量%のハフニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
本明細書で使用される「UDIMET500」は、約18.5重量%のクロム、約18.5重量%のコバルト、約4重量%のモリブデン、約3重量%のチタン、約3重量%のアルミニウムおよび残部のニッケルの組成を含む合金を指す。
図1を参照すると、一実施形態では、物品100は、表面層102と、表面層102の下の物品100内に配置された少なくとも1つのキャビティ104と、表面層102内に配置された少なくとも1つのマイクロクラック106とを含む。表面層102は、HTW合金108を含む。
HTW合金は、限定するものではないが、耐熱合金、超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、アルミニウム−チタン超合金、CMSX−4、CMSX10、DS Siemet、GTD111、GTD222、GTD262、GTD444、INCONEL100、INCONEL700、INCONEL738、INCONEL792、INCONEL939、Mar−M−200、Mar−M−247、MGA1400、MGA2400、PWA1480、PWA1483、PWA1484、Rene N2、Rene N4、Rene N5、Rene N6、Rene65、Rene77、Rene80、Rene88DT、Rene104、Rene108、Rene125、Rene142、Rene195、Rene N500、Rene N515、TMS−75、TMS−82、UDIMET500またはこれらの組合せを含む任意の好適な合金であってよい。
一実施形態では、物品100の組成は、HTW合金108を含むか、あるいはHTW合金108からなる。表面層102は、表面層102とは異なるか、表面層102から切れ目なく組成的に区別できない基材114上に配置してもよい。基材114は、限定するものではないが、アルミニウム合金、鉄基合金、合金鋼、炭素合金鋼、ステンレス合金鋼、ニッケル基合金、コバルト基合金、チタン基合金、チタン−アルミニウム合金、耐熱合金、超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金またはこれらの組合せを含む任意の好適な組成を含んでもよい。
物品100は、限定するものではないが、タービン部品を含む任意の好適な物品100であってよい。好適なタービン部品は、限定するものではないが、高温ガス通路部品、シュラウド、バケット(ブレードとしても知られている)、ノズル(ベーンとしても知られている)、燃料ノズル、燃焼器、燃焼ライナ、トランジションピースまたはこれらの組合せを含む。
一実施形態では、少なくとも1つのキャビティ104は、冷却チャネル112を含む。少なくとも1つのキャビティ104は、限定するものではないが、表面から約0.05インチ未満の距離、あるいは表面から約0.04インチ未満の距離、あるいは表面から0.03インチ未満の距離、あるいは表面から約0.02インチ未満の距離、あるいは表面から約0.01インチ未満の距離、あるいは表面から約0.005インチ未満の距離を含む表面110から任意の好適な距離に配置してもよい。
表面層102は、直接金属レーザ溶融構造および電子ビーム溶融構造のうちの少なくとも1つを含んでもよい。一実施形態では、物品100の全体は、直接金属レーザ溶融構造および電子ビーム溶融構造のうちの少なくとも1つを含む。
図2を参照すると、一実施形態では、クラッド物品200は、クラッド層202および物品100を含む。クラッド層202は、表面層102の表面110上に配置され、物品100にろう付けされたPSP204から形成される。クラッド層202は、少なくとも1つのマイクロクラック106の上に配置される。クラッド層202は、物品100の表面110の一部の上に、または物品100の表面110の全体にわたって配置されてもよい。
一実施形態では、少なくとも1つのキャビティ104には、クラッド層202が約1体積%未満充填されるか、クラッド層202が約0.1体積%未満充填されるか、クラッド層202が約0.01体積%未満充填されるか、クラッド層202が含まれない。
一実施形態では、クラッド層202は、別個の相として相互に混合された第1の合金および第2の合金を含む。さらなる実施形態では、第1の合金は少なくとも約2,400°F、あるいは少なくとも約2,450°F、あるいは少なくとも約2,500°Fの第1の融点を含み、第2の合金は約2,350°F未満、あるいは約2,300°F未満、あるいは約2,250°F未満の第2の融点を含む。
第1の合金は、限定するものではないが、HTW合金、耐熱合金、超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、チタン−アルミニウム超合金、鉄基合金、合金鋼、ステンレス合金鋼、コバルト基合金、ニッケル基合金、チタン基合金、GTD111、GTD444、HAYNES188、HAYNES230、INCONEL738、L605、MAR−M−247、MAR−M−509、Rene108、Rene142、Rene195およびRene N2またはこれらの組合せを含む任意の好適な合金であってよい。
第2の合金は、限定するものではないが、ろう付け合金、鉄基合金、合金鋼、ステンレス合金鋼、コバルト基合金、ニッケル基合金、チタン基合金、DF−4B、D15、MAR−M−509B、BNi−2、BNi−3、BNi−5、BNi−6、BNi−7、BNi−9、BNi−10またはこれらの組合せを含む任意の好適な合金であってよい。
クラッド層202は、セラミック添加剤をさらに含んでもよい。セラミック添加剤は、限定するものではないが、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化タングステン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭化チタンまたはこれらの組合せを含む任意の好適なセラミック材料であってよい。
クラッド層202は、限定するものではないが、約0.1インチ未満、あるいは約0.05インチ未満、あるいは約0.02インチ未満、あるいは約0.01インチ未満、あるいは約0.001インチ〜約0.1インチ、あるいは約0.005インチ〜約0.04インチ、あるいは約0.001インチ〜約0.01インチ、あるいは約0.005インチ〜約0.015インチ、あるいは約0.01インチ〜約0.02インチ、あるいは約0.015インチ〜約0.025インチ、あるいは約0.02インチ〜約0.03インチ、あるいは約0.025インチ〜約0.035インチ、あるいは約0.03インチ〜約0.04インチ、あるいは約0.035インチ〜約0.045インチ、あるいは約0.04インチから約0.05インチのクラッドの厚さを含む任意の好適な厚さを含んでもよい。
一実施形態では、クラッド層202は、少なくとも1つのマイクロクラック106を封止する。少なくとも1つのマイクロクラック106を封止することによって、少なくとも1つのマイクロクラック106を介して少なくとも1つのキャビティ104が外部環境に流体連通するのを実質的に排除するか、少なくとも1つのマイクロクラック106を介して少なくとも1つのキャビティ104が外部環境に流体連通するのを排除する。一実施形態では、少なくとも1つのマイクロクラック106を介して少なくとも1つのキャビティ104が外部環境に流体連通するのを実質的に排除することは、少なくとも1つのマイクロクラック106を介して少なくとも1つのキャビティ104が外部環境に流体連通するのを少なくとも約90%、あるいは少なくとも約95%、あるいは少なくとも約99%、あるいは少なくとも約99.9%減少させることを含む。
一実施形態では、クラッド物品200の形成方法は、物品100上にPSP204を配置し、物品100にPSP204をろう付けすることを含む。物品100にPSP204をろう付けすることによって、物品100上に配置されたクラッド層202を少なくとも1つのマイクロクラック106の上に形成する。クラッド層202を形成することによって、少なくとも1つのマイクロクラック106を封止し、少なくとも1つのマイクロクラック106を介して少なくとも1つのキャビティ104が外部環境に流体連通するのを実質的に排除してもよい。物品100上にPSP204を配置することは、物品100上にPSP204を手動または機械的に配置するか、電子線によるレーザまたはワイヤ供給付加製造とともに粉末供給付加製造を使用して物品100上にPSP204を形成することを含んでもよい。
一実施形態では、物品100にPSP204をろう付けすることによって、少なくとも1つのキャビティ104内にPSP204を拡散させない。別の実施形態では、物品100にPSP204をろう付けすることによって、少なくとも1つのキャビティ104にクラッド層202が約1体積%未満充填されるか、クラッド層202が約0.1体積%未満充填されるか、クラッド層202が約0.01体積%未満充填されるように、少なくとも1つのキャビティ104内にPSP204を拡散させる。
クラッド物品200を形成することは、付加製造方法によって物品を形成することをさらに含んでもよい。好適な付加製造方法には、限定するものではないが、直接金属レーザ溶融、電子ビーム溶融およびこれらの組合せが含まれる。
本発明について好適な実施形態を参照して記述してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行ってもよく、その要素を等価物で置き換えてもよいことが当業者には理解されるであろう。さらに、特定の状況または材料に適応させるために、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に多くの修正を行ってもよい。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示される特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に属するすべての実施形態を含むことを意図している。
[実施態様1]
クラッド物品(200)であって、
物品(100)を含み、前記物品(100)は、
難溶接性(HTW)合金(108)を含む表面層(102)と、
前記表面層(102)の下の前記物品(100)内に配置された少なくとも1つのキャビティ(104)と、
前記表面層(102)内に配置された少なくとも1つのマイクロクラック(106)とを含み、さらに
前記表面層(102)の表面(110)上に配置されたクラッド層(202)を含み、前記クラッド層(202)が前記物品(100)にろう付けされた予備焼結プリフォーム(PSP)から形成され、
前記クラッド層(202)が前記少なくとも1つのマイクロクラック(106)の上に配置されるクラッド物品(200)。
[実施態様2]
前記少なくとも1つのキャビティ(104)が前記クラッド層(202)を含まない実施態様1に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様3]
前記少なくとも1つのキャビティ(104)が冷却チャネル(112)を含む実施態様1に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様4]
前記冷却チャネル(112)が、前記表面(110)から約0.01インチ未満に配置される実施態様3に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様5]
前記物品(100)がタービン部品である実施態様1に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様6]
前記タービン部品が、高温ガス通路部品、シュラウドおよびバケット(ブレード)、ノズル(ベーン)、燃料ノズル、燃焼器、燃焼ライナ、トランジションピースならびにこれらの組合せからなる群から選択される実施態様5に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様7]
前記表面層(102)が、直接金属レーザ溶融構造および電子ビーム溶融構造のうちの少なくとも1つを含む実施態様1に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様8]
前記HTW合金(108)が、耐熱合金、超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、アルミニウム−チタン超合金、CMSX−4、CMSX10、DS Siemet、GTD111、GTD222、GTD262、GTD444、INCONEL100、INCONEL700、INCONEL738、INCONEL792、INCONEL939、Mar−M−200、Mar−M−247、MGA1400、MGA2400、PWA1480、PWA1483、PWA1484、Rene N2、Rene N4、Rene N5、Rene N6、Rene65、Rene77、Rene80、Rene88DT、Rene104、Rene108、Rene125、Rene142、Rene195、Rene N500、Rene N515、TMS−75、TMS−82、UDIMET500およびこれらの組合せからなる群から選択される実施態様1に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様9]
前記クラッド層(202)が別個の相として相互に混合された第1の合金および第2の合金を含み、前記第1の合金が少なくとも約2,400°Fの第1の融点を含み、前記第2の合金が約2,350°F未満の第2の融点を含む実施態様1に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様10]
前記第1の合金が、HTW合金、耐熱合金、超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、チタン−アルミニウム超合金、鉄基合金、合金鋼、ステンレス合金鋼、コバルト基合金、ニッケル基合金、チタン基合金、GTD111、GTD444、HAYNES188、HAYNES230、INCONEL738、L605、MAR−M−247、MAR−M−509、Rene108、Rene142、Rene195およびRene N2ならびにこれらの組合せからなる群から選択される実施態様9に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様11]
前記第2の合金が、ろう付け合金、鉄基合金、合金鋼、ステンレス合金鋼、コバルト基合金、ニッケル基合金、チタン基合金、DF−4B、D15、MAR−M−509B、BNi−2、BNi−3、BNi−5、BNi−6、BNi−7、BNi−9、BNi−10およびこれらの組合せからなる群から選択される実施態様9に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様12]
前記クラッド層(202)が、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化タングステン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭化チタンおよびこれらの組合せからなる群から選択されたセラミック添加剤をさらに含む実施態様9に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様13]
前記クラッド層(202)が、前記少なくとも1つのマイクロクラック(106)を封止し、前記少なくとも1つのマイクロクラック(106)を介して前記少なくとも1つのキャビティ(104)が外部環境に流体連通するのを実質的に排除する実施態様1に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様14]
前記クラッド層(202)が、約0.05インチ未満のクラッドの厚さを含む実施態様1に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様15]
前記クラッドの厚さが、約0.005インチ〜約0.04インチである実施態様14に記載のクラッド物品(200)。
[実施態様16]
クラッド物品(200)の形成方法であって、
予備焼結プリフォーム(PSP)を物品(100)上に配置することを含み、前記物品(100)は、
難溶接性(HTW)合金(108)を含む表面層(102)と、
前記表面層(102)の下の前記物品(100)内に配置された少なくとも1つのキャビティ(104)と、
前記表面層(102)内に配置された少なくとも1つのマイクロクラック(106)とを含み、さらに
前記物品(100)に前記PSPをろう付けし、前記物品(100)上に配置されたクラッド層(202)を前記少なくとも1つのマイクロクラック(106)の上に形成することを含むクラッド物品(200)の形成方法。
[実施態様17]
前記物品(100)に前記PSPをろう付けすることによって、少なくとも1つのキャビティ(104)内に前記PSPを拡散させない実施態様16に記載の方法。
[実施態様18]
前記少なくとも1つのマイクロクラック(106)を封止し、前記少なくとも1つのマイクロクラック(106)を介して前記少なくとも1つのキャビティ(104)が外部環境に流体連通することを実質的に排除することをさらに含む実施態様16に記載の方法。
[実施態様19]
付加製造技術によって前記物品(100)を形成することをさらに含む実施態様16に記載の方法。
[実施態様20]
前記付加製造技術が、直接金属レーザ溶融および電子ビーム溶融のうちの少なくとも1つを含む実施態様19に記載の方法。
100 物品
102 表面層
104 少なくとも1つのキャビティ
106 少なくとも1つのマイクロクラック
108 HTW合金
110 表面
112 冷却チャネル
114 基材
200 クラッド物品
202 クラッド層

Claims (15)

  1. クラッド物品(200)であって、
    物品(100)を含み、前記物品(100)は、
    難溶接性(HTW)合金(108)を含む表面層(102)と、
    前記表面層(102)の下の前記物品(100)内に配置された少なくとも1つのキャビティ(104)と、
    前記表面層(102)内に配置された少なくとも1つのマイクロクラック(106)とを含み、さらに
    前記表面層(102)の表面(110)上に配置されたクラッド層(202)を含み、前記クラッド層(202)が前記物品(100)にろう付けされた予備焼結プリフォーム(PSP)から形成され、
    前記クラッド層(202)が前記少なくとも1つのマイクロクラック(106)の上に配置されるクラッド物品(200)。
  2. 前記少なくとも1つのキャビティ(104)が前記クラッド層(202)を含まない請求項1に記載のクラッド物品(200)。
  3. 前記少なくとも1つのキャビティ(104)が冷却チャネル(112)を含む請求項1に記載のクラッド物品(200)。
  4. 前記冷却チャネル(112)が、前記表面(110)から約0.01インチ未満に配置される請求項3に記載のクラッド物品(200)。
  5. 前記物品(100)がタービン部品である請求項1に記載のクラッド物品(200)。
  6. 前記表面層(102)が、直接金属レーザ溶融構造および電子ビーム溶融構造のうちの少なくとも1つを含む請求項1に記載のクラッド物品(200)。
  7. 前記HTW合金(108)が、耐熱合金、超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、アルミニウム−チタン超合金、CMSX−4、CMSX10、DS Siemet、GTD111、GTD222、GTD262、GTD444、INCONEL100、INCONEL700、INCONEL738、INCONEL792、INCONEL939、Mar−M−200、Mar−M−247、MGA1400、MGA2400、PWA1480、PWA1483、PWA1484、Rene N2、Rene N4、Rene N5、Rene N6、Rene65、Rene77、Rene80、Rene88DT、Rene104、Rene108、Rene125、Rene142、Rene195、Rene N500、Rene N515、TMS−75、TMS−82、UDIMET500およびこれらの組合せからなる群から選択される請求項1に記載のクラッド物品(200)。
  8. 前記クラッド層(202)が別個の相として相互に混合された第1の合金および第2の合金を含み、前記第1の合金が少なくとも約2,400°Fの第1の融点を含み、前記第2の合金が約2,350°F未満の第2の融点を含む請求項1に記載のクラッド物品(200)。
  9. 前記第1の合金が、HTW合金、耐熱合金、超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、チタン−アルミニウム超合金、鉄基合金、合金鋼、ステンレス合金鋼、コバルト基合金、ニッケル基合金、チタン基合金、GTD111、GTD444、HAYNES188、HAYNES230、INCONEL738、L605、MAR−M−247、MAR−M−509、Rene108、Rene142、Rene195およびRene N2ならびにこれらの組合せからなる群から選択され、前記第2の合金が、ろう付け合金、鉄基合金、合金鋼、ステンレス合金鋼、コバルト基合金、ニッケル基合金、チタン基合金、DF−4B、D15、MAR−M−509B、BNi−2、BNi−3、BNi−5、BNi−6、BNi−7、BNi−9、BNi−10およびこれらの組合せからなる群から選択される請求項8に記載のクラッド物品(200)。
  10. 前記クラッド層(202)が、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化タングステン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭化チタンおよびこれらの組合せからなる群から選択されたセラミック添加剤をさらに含む請求項8に記載のクラッド物品(200)。
  11. 前記クラッド層(202)が、前記少なくとも1つのマイクロクラック(106)を封止し、前記少なくとも1つのマイクロクラック(106)を介して前記少なくとも1つのキャビティ(104)が外部環境に流体連通するのを実質的に排除する請求項1に記載のクラッド物品(200)。
  12. 前記クラッド層(202)が、約0.05インチ未満のクラッドの厚さを含む請求項1に記載のクラッド物品(200)。
  13. クラッド物品(200)の形成方法であって、
    予備焼結プリフォーム(PSP)を物品(100)上に配置することを含み、前記物品(100)は、
    難溶接性(HTW)合金(108)を含む表面層(102)と、
    前記表面層(102)の下の前記物品(100)内に配置された少なくとも1つのキャビティ(104)と、
    前記表面層(102)内に配置された少なくとも1つのマイクロクラック(106)とを含み、さらに
    前記物品(100)に前記PSPをろう付けし、前記物品(100)上に配置されたクラッド層(202)を前記少なくとも1つのマイクロクラック(106)の上に形成することを含むクラッド物品(200)の形成方法。
  14. 前記物品(100)に前記PSPをろう付けすることによって、少なくとも1つのキャビティ(104)内に前記PSPを拡散させない請求項13に記載の方法。
  15. 付加製造技術によって前記物品(100)を形成することであって、前記付加製造技術が、直接金属レーザ溶融および電子ビーム溶融のうちの少なくとも1つを含む、形成することをさらに含む、請求項13に記載の方法。
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