JP2024503811A - 高温性能を有する、具体的にはガスタービンブレード用研磨コーティングとしての予備焼結プリフォーム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本開示は、ブレード先端に接合して、研磨ブレード先端キャップを形成するための研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)に関し、研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)は、接合層(12)及び研磨層(13)で形成され、接合層(12)は、ニッケルろう付け合金及びニッケル基超合金の粉末サイズ粒子を含む金属層であり、研磨層(13)は、接合層(12)と同じ組成の金属マトリックス中に立方晶窒化ホウ素(cBN)及び酸化アルミニウム(Al2O3)の粉末サイズ粒子を含む金属マトリックス中のセラミック層である。本開示はまた、研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)を製造する方法、及び研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)をブレード先端に接合して研磨ブレード先端キャップを形成する方法に関する。
【選択図】図1
Description
-cBN粉末の粒径は、最小93重量%で181~277メッシュの範囲であるものとする。
-酸化Al粉末の粒径は、最小40重量%で100メッシュであるものとする。
-Ni基超合金粉末の粒径は、最小95重量%で395メッシュであるものとする。
-Ni基ろう付け合金粉末の粒径は、最小95重量%で395メッシュであるものとする。
-150分で1038℃まで加熱
-1038℃で30分間保持
-20分で1177℃まで加熱
-1177℃で30分間保持
-5分間で1218℃まで加熱
-1218℃で20±5分間保持
-室温へのアルゴン急冷(1.2÷1.8バール)。
-セラミック粒子を金属マトリックスと接合して、固定子シュラウドに対する運転中の過度の摩耗を防止するためにブレードが必要とする研磨特性を達成すること。
-ニッケル基超合金の劣化、例えば機械加工された根元の再結晶化を最小限に抑えること。
Claims (11)
- ガスタービンブレード先端に接合して、研磨ガスタービンブレード先端キャップを形成するように構成された研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)であって、前記研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)は、接合層(12)及び研磨層(13)で形成され、前記接合層(12)は、ニッケルろう付け合金及びニッケル基超合金の粉末サイズ粒子を含む金属層であり、前記研磨層(13)は、前記接合層(12)と同じ組成の金属マトリックス中に立方晶窒化ホウ素(cBN)及び酸化アルミニウム(Al2O3)の粉末サイズ粒子を含む金属マトリックス中のセラミック層である、研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)。
- 前記接合層(12)の厚さは、前記研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)の全厚の50%±15%である、請求項1に記載の研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)。
- 前記接合層(12)は、50%±15重量%のNi基超合金の粉末サイズ粒子及び50%±15重量%のNi基ろう付け合金の粉末サイズ粒子からなる、請求項1に記載の研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)。
- 前記研磨層(13)は、50%±15重量%の金属マトリックス中の25%±7.5重量%の立方晶窒化ホウ素(cBN)の粉末サイズ粒子及び25%±7.5重量%の酸化アルミニウム(Al2O3)の粉末サイズ粒子からなり、前記金属マトリックスは、50%±15重量%のNi基超合金及び50%±15重量%のNi基ろう付け合金からなる、請求項1に記載の研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)。
- 立方晶窒化ホウ素(cBN)の粒径は最小93重量%で181~277メッシュの範囲であり、酸化アルミニウムの粒径は最小40重量%で100メッシュであり、Ni基超合の粒径は最小95重量%で395メッシュであり、Ni基ろう付け合金の粒径は最小95重量%で395メッシュである、請求項1に記載の研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)。
- 前記ニッケルろう付け合金は、コバルト13.5~16.5重量%、クロム18.5~21.5重量%、アルミニウム4.2~5.8重量%、ケイ素7.5~8.4重量%、ニッケル46.71~55.21重量%、他の元素1.1重量%未満からなる、請求項1に記載の研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)。
- 前記ニッケル基超合金は、コバルト11.35~12.1重量%、クロム6.5~7.2重量%、アルミニウム5.9~6.6重量%、タンタル6.1~6.7重量%、タングステン4.5~5.3重量%、ハフニウム1.2~1.8重量%、レニウム2.5~3.1重量%、ニッケル55.61~60.36重量%、他の元素1.6重量%未満からなる、請求項1に記載の研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)。
- 請求項1~7に記載の研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)の製造方法であって、
-接合層(12)及び研磨層(13)で形成されたシート又はテープを形成する(20)ステップであって、前記接合層(12)は、ニッケルろう付け合金及びニッケル基超合金の粉末サイズ粒子を含み、前記研磨層(13)は、前記接合層(12)と同じ組成のマトリックス中に立方晶窒化ホウ素(cBN)及び酸化アルミニウム(Al2O3)の粉末サイズ粒子を含み、前記ニッケルろう付け合金はろう付け温度を有する、ステップと、
-前記ろう付け温度の80~90%で前記シート又はテープを真空熱処理する(30)ステップと、
-前記シート又はテープを前記研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)の最終形状に切断する(40)ステップと、を含む、方法。 - 前記2層シート又はテープを形成する(20)ステップは、代替的に、
-ニッケルろう付け合金及びニッケル基超合金の粉末サイズ粒子を含む接合層(12)を形成する(201)ステップ、
-前記ろう付け温度の80~90%で前記接合層(12)を真空熱処理することによって前記接合層(12)を焼結させる(203)ステップ、
-研磨層(13)を形成する(202)ステップであって、前記研磨層(13)は、前記接合層(12)と同じ組成の金属マトリックス中に立方晶窒化ホウ素(cBN)及び酸化アルミニウム(Al2O3)の粉末サイズ粒子を含む、ステップ、
-前記ろう付け温度の80~90%で前記研磨層(13)を真空熱処理することによって前記研磨層(13)を焼結させる(204)ステップ、並びに
-前記接合層(12)の上に前記研磨層(13)を配置する(205)ステップ、
又は
-ニッケルろう付け合金及びニッケル基超合金の粉末サイズ粒子を含む接合層(12)を形成する(206)ステップ、
-上記第1の層の上に研磨層(13)を形成する(207)ステップであって、前記研磨層(13)は、前記接合層(12)と同じ組成の金属マトリックス中に立方晶窒化ホウ素(cBN)及び酸化アルミニウム(Al2O3)の粉末サイズ粒子を含む、ステップを含み、
-金属シートを形成するために前記ろう付け温度の80~90%で前記層を真空熱処理する(30)、ステップ、及び
-前記金属シートを所望の形状に切断する(40)ステップを更に含む、請求項8に記載の製造方法。 - 請求項1に記載の研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)をブレード先端に接合して研磨ブレード先端キャップを形成する方法であって、
-前記研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)をガスタービンブレード(10)の前記先端に仮付け溶接する(50)ステップと、
-前記研磨ガスタービンブレード先端キャッププリフォーム(11)と前記ガスタービンブレード先端とを真空ろう付けによって互いに接合するために真空熱処理する(60)ステップと、を含む、方法。 - 前記真空熱処理する(60)ステップは、繰り返される、加熱する(601)サブステップ及び拡散する(602)サブステップ、続いて、前記温度を室温に下げることによって急冷する(603)最終サブステップを含む、請求項10に記載の方法。
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