JP2897803B2 - 超合金製部品に被覆を形成する方法 - Google Patents

超合金製部品に被覆を形成する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超合金製部品に被覆を
形成する方法に関し、特に航空機エンジンのような航空
用途で使用することを意図した超合金製部品の局部領域
上に被覆を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】比応力又は遭遇する接触による部品の局
部領域の表面特性を改良するように該領域を被覆するこ
とにより、部品の耐用年数を改善しようとする多くの応
用例が知られている。このタイプの表面処理技術が、仏
国公開特許第２３９７２５９号に記載されており、該特
許は、ブレードの先端の割れに対して耐性を有する合金
被覆を融着し、続いて剛性の及び／又は酸化腐食に耐性
を有する合金層をデポジットすることを提案している。
更に仏国公開特許第２５１１９０８号による拡散ブレー
ジング法が知られており、該方法は、二つの粉末の混合
物から作られた予備焼結ブランク形態のニッケル又はコ
バルト基部への適用を含み、二つの粉末の中、一方の被
覆層粉末と称されるものは、混合物中の５〜２５重量パ
ーセントを占めると共に、ニッケル基、クロム及びホウ
素、又はニッケル、コバルト、シリコン及びホウ素を含
んでいる。更に米国特許第４７０５２０３号は、異なる
組成の二つの連続層のプラズマフレーム溶射、次いで第
１の層のみが溶融されて表面層が得られる熱処理を含む
超合金製部品の表面欠陥を修復する方法を開示してい
る。
【０００３】特に仏国公開特許第２５１１９０８号に開
示されている製造技術は、ブレージングにより超合金製
部品の局部領域上に被覆を形成する適用に対して自己ろ
う付け可能な焼結材料を準備するために均一に混合され
た粉末を使用する必要がある。この場合、超合金製部品
が使用可能な最大温度は、ブレージング温度よりも実質
的に低く維持されなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、超合
金製部品に対して酸化防止、耐摩耗等の特定の表面機能
特性を付与し得ると同時に、ブレージング温度に等しい
かあるいはこれよりも高い温度での超合金製部品の使用
を可能にする被覆を、ブレージングにより超合金製部品
における少なくとも一つの局部領域上に形成することが
できる方法を提供することにある。
【０００５】この問題は特に、通常の使用温度より高い
温度での熱処理サイクルに耐えることができないある種
の超合金の使用から生じたものであり、特に単結晶合金
から作られた航空機用エンジン部品のような特定の航空
用途によく見受けられる。その一つの例がヨーロッパ公
開特許第１４９９４２号に示されている。この問題に対
する充分満足すべき解決法は当技術分野においてまだ提
案されていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
目的は、超合金製部品における少なくとも一つの局部領
域上に被覆を形成する方法であって、（ａ）フラックス
成分を含有する材料を局部領域上に直接プラズマフレー
ム溶射して該材料の内層を局部領域上にデポジットする
段階と、（ｂ）混合物材料の中間層をプラズマフレーム
溶射により内層上にデポジットする段階と、（ｃ）部品
に対して局部領域における所望の表面機能特性を与える
ように選択された材料からなる外層をプラズマフレーム
溶射により中間層上にデポジットする段階と、（ｄ）前
述の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）段階においてデポジット
された各層に対して、その温度及び持続時間が各層に使
用される材料に応じて実験的に決定されるブレージング
熱処理サイクルを施す段階とを連続的に含んでおり、内
層を形成する材料は内層の溶融及びその凝固がブレージ
ング熱処理サイクル中に得られるように選択されてお
り、中間層を形成する混合物材料が内層及び外層に使用
される材料の混合物である方法によって達成される。
【０００７】本発明の方法によれば、内層、中間層及び
外層がプラズマフレーム溶射によって連続的に超合金製
部品の局部領域上にデポジットされた後、これらの各層
に対してブレージング熱処理サイクルが施される。内層
は、フラックス成分を含有しており、内層の溶融及びそ
の凝固がブレージング熱処理サイクル中に得られるよう
に選択された材料からなり、外層は、所望の表面機能特
性を与えるように選択された材料からなり、中間層は、
内層及び外層に使用される材料の混合物からなる。又、
ブレージング熱処理サイクルは、その温度及び持続時間
が各層に使用される材料に応じて決定されている。従っ
て、このようにして得られた被覆は、ブレージング熱処
理サイクル中に達する温度よりも高い再溶融温度を有す
ることができ、その結果、超合金製部品に対して酸化防
止、耐摩耗等の特定の表面機能特性を付与し得ると同時
に、ブレージング温度に等しいかあるいはこれよりも高
い温度での超合金製部品の使用を可能にする被覆を、ブ
レージングにより超合金製部品における少なくとも一つ
の局部領域上に形成することができる。
【０００８】本発明による方法の好ましい特徴によれ
ば、プラズマフレーム溶射が密閉エンクロージャ内にお
いて調節雰囲気の分圧下で実行されるのがよい。
【０００９】更に、本発明によれば、前述の目的は、超
合金製部品における少なくとも一つの局部領域上に被覆
を形成する方法であって、（ａ）金属支持体を準備する
段階と、（ｂ）部品に対して局部領域における所望の表
面機能特性を与えるように選択された粉末状の第１の材
料を金属支持体上にプラズマフレーム溶射して第１の材
料からなる第１の層を支持体上にデポジットする段階
と、（ｃ）第１の材料とフラックス成分を含有する第２
の材料との混合物を粉末状で第１の層上にプラズマフレ
ーム溶射して第２の層を形成する段階と、（ｄ）粉末状
の第２の材料を第２の層上にプラズマフレーム溶射して
第３の層を形成する段階と、（ｅ）前述の（ｂ）、
（ｃ）及び（ｄ）段階によって形成された三層デポジッ
トを、三層デポジットに機械的応力をほとんど及ぼさな
い方法で支持体から取り外す段階と、（ｆ）被覆される
べき部品の局部領域に対応する形状をもつ部分を、得ら
れるべき形状部分に何らの機械的応力も及ぼさない方法
によって三層デポジットから切り取る段階と、（ｇ）前
述の（ｆ）段階で得られた形状部分を、第２の材料で形
成された第３の層を部品に接触させて部品の局部領域上
の正しい位置に設置する段階と、（ｈ）各層の形成に使
用される材料によって決まる温度及び持続時間の条件に
従って、少なくとも局部領域と設置された形状部分とに
ブレージング熱処理サイクルを施す段階とを連続的に備
えており、第２の材料は部品に接触している第３の層の
溶融及びその凝固がブレージング熱処理サイクル中に得
られるように選択されている他の方法によって達成され
る。
【００１０】本発明の他の方法は、被覆されるべき超合
金製部品の局部領域が作業上接近困難であったり、該領
域の境界が溶射の間に粉末の損失をもたらす場合等に有
利である。
【００１１】本発明による他の方法の好ましい特徴によ
れば、プラズマフレーム溶射が密閉エンクロージャ内に
おいて調節雰囲気の分圧下で実行されるのがよい。
【００１２】本発明による他の方法の他の好ましい特徴
によれば、（ｅ）段階における三層デポジットの支持体
からの取外しがワイヤ放電加工によって行われるのがよ
い。
【００１３】本発明による他の方法の更に他の好ましい
特徴によれば、（ｅ）段階における三層デポジットの支
持体からの取外しが支持体を化学的に溶解させることに
よって行われるのがよい。
【００１４】本発明による他の方法の更に他の好ましい
特徴によれば、（ｆ）段階における形状部分の切取りが
レーザ切断によって行われるのがよい。
【００１５】本発明による他の方法の更に他の好ましい
特徴によれば、（ｆ）段階における形状部分の切取りが
ウォータジェット切断によって行われるのがよい。
【００１６】本発明による他の方法の更に他の好ましい
特徴によれば、（ｆ）段階における形状部分の切取りが
ワイヤ放電加工によって行われるのがよい。
【００１７】
【実施例】以下、本発明を図面に示す好ましい実施例を
用いて詳述する。
【００１８】図面に示された超合金製部品の少なくとも
一つの局部領域上に被覆を形成する方法は次の各段階を
備えている。
【００１９】（ａ）図１に示されているように、三つの
層２、３及び４を金属支持体１上にプラズマフレーム溶
射によって連続的にデポジットする段階であって、先
ず、材料に被覆される部分における所望の表面機能特性
に対応した特性の付与を可能にする組成を有する粉末を
使用して、支持体１上に層２を直接デポジットする。次
いで、他の二つの層の製造に使用される粉末の混合物か
らなる中間層３をデポジットし、最後にその構成材料が
フラックス成分を含むと共にブレージング合金に対応す
る粉末を使用して層４をデポジットする。
【００２０】（ｂ）次いで、デポジット５に機械的応力
を全く及ぼさず、又、それ自体知られている取外し法を
使用して、三層デポジット５を支持体１から分離する。
【００２１】（ｃ）次いで、被覆されるべき部品の局部
領域の幾何学的形状に対応する輪郭を有する、図２の
（ａ）に図解式に示されているような少なくとも一つの
形状部分又はプレフォーム６を、それ自体知られており
かつ部分６に全く機械的応力を及ぼさない方法を使用し
て、分離されたデポジット５から切断する。
【００２２】（ｄ）次いで、このようにして得られた形
状部分６を、図２の（ｂ）に示されているような被覆さ
れるべき部品７の局部領域８上の正しい位置に設置し、
所望の被覆を形成するために部品７上で部分６をブレー
ズするために熱処理サイクルを実行する。
【００２３】金属支持体１は、層間剥離に導く可能性が
あるデポジット層内の内的応力の発生を防ぐように選択
される。
【００２４】 ［例Ａ］ 層２が、以下のような特性を有する粉末を使用してデポ
ジットされる。
【００２５】 ４５μｍ未満の粒子サイズ 化学成分（重量パーセント） Ｎｉ ： ３１〜３３ Ｃｒ ： ２０〜２２ Ａｌ ： ７〜９ Ｙ ： ０．３５〜０．６５ Ｃｏ ： １００％までの残り分。
【００２６】デポジット厚さは１ｍｍ、層内の多孔率は
３％未満である。この場合に得られるデポジットは著し
い酸化防止特性を示す。
【００２７】デポジットされる層３の厚さは０．１０ｍ
ｍである。既に述べたように、溶射される粉末は夫々層
２及び層４を得るのに使用される粉末の混合物から構成
されている。デポジットは、層２の組成から出発して層
４の組成で終了するように組成を累進的に一つのパスか
ら次のパスに変化させるマルチパス処理によって得られ
る。
【００２８】層４は０．０５ｍｍの厚さを有しており、
以下のようなという特性を有するブレージング合金粉末
を使用してデポジットされる。
【００２９】 呼び粒子サイズ： １２５μｍ 主要成分の化学成分（重量パーセント）： Ｃｒ ： １４〜１６ Ｂ ： ３．２〜４．０ Ｎｉ ： １００％までの残り分。
【００３０】 融解点： １０５５℃ アルゴンのような保護中性ガス中で、１０4Ｐａの大き
さの分圧下でプラズマフレーム溶射を行うのが好まし
い。
【００３１】この場合のブレージング処理は、１１００
℃の温度を４時間維持することによって行われる。選択
加熱分析測定により、ろう付けされた領域における再溶
融温度を決定することが可能になり、１３００℃の固相
温度及び１３４０℃の液相温度を得る。
【００３２】 ［例Ｂ］ 部品表面に耐摩耗特性が必要とされる場合には、コバル
ト基合金が、例えば以下のような特性を有する粉末を使
って、層２を形成するために使用され得る。
【００３３】 呼び粒子サイズ： ５３μｍ未満 主要成分の化学成分（重量パーセント） Ｃｒ ： ２４．５〜２６．５ Ｎｉ ： ９．５〜１１．５ Ｍｏ ： ６．５〜８．０ Ｃ ： ０．４３〜０．５５ Ｃｏ ： １００％までの残りの分。
【００３４】デポジット厚さは１ｍｍ、層内の多孔率は
３％未満である。
【００３５】この方法の（ｂ）段階における支持体１か
らのデポジット５の取外しに好適な既知の方法の中に
は、支持体の再利用を可能にするワイヤを用いた放電加
工による切断及び支持体１の化学的融解が含まれてい
る。
【００３６】この方法の（ｃ）段階で使用され得る既知
の切断方法は、特に利用される厚さに適合したものであ
り、レーザによる切断、ウォータジェットによる切断及
びワイヤを用いた放電加工による切断などを含んでい
る。
【００３７】この方法の（ｄ）段階において、被覆され
るべき部品の局部領域上にプレフォーム６を正しい位置
に設置する際に、ブレージング合金によって形成された
層４を図２の（ｂ）に示されているような部品７に接触
させて設置しなければならない。
【００３８】この方法の（ｄ）段階においてブレージン
グ熱処理を実行するための条件、特にサイクルの温度及
び持続時間並びに環境は、使用される材料に対してそれ
自体既知であるか、又は材料に応じて実験的に設定して
もよい。
【００３９】部品７上で得られる被覆構造において、層
４はブレージングサイクルの開始時に溶解し、次いで主
として層３へのフラックス成分の拡散の結果凝固する。
層３は、層２からの成分と層４からの成分との間で拡散
により均一化される。ブレージングサイクルの間かつ特
に層４に近接した領域において過渡液体相が出現する可
能性がある。層２は、本方法の（ａ）段階における溶射
の後で得られるものに非常に近似した構造を保ってい
る。
【００４０】部品７上の被覆用に得られる構造の主要な
利点は、一方では、被覆の外層２において例Ａにおける
酸化防止及び例Ｂにおける耐摩耗のような求められる特
定の表面機能特性を備えていること、他方では、内層４
が、ブレージング温度より高い温度での部品７の使用を
可能にする、この方法の（ｄ）段階におけるブレージン
グ熱処理サイクルの間に到達する温度よりも高い再溶融
温度を有することである。
【００４１】これらの利点は、超合金製部品上での修復
作業にとって特に興味深いものである。
【００４２】図２を参照して記載してきた本発明の被覆
方法は、プラズマフレーム溶射による直接的なデポジシ
ョンを作用させるのに、被覆されるべき部品の局部領域
を得ることが困難であるか、又は被覆される領域の特定
の幾何学的形状が直接溶射の間、特に部品のエッジ領域
でかなりの粉末が失われれるような適用に対して特に有
利である。
【００４３】図２の（ｂ）は、タービン翼形態の、部品
の頭頂部の被覆される領域を示しており、記載されてい
る方法は粉末をかなり節約し得る一つの例である。
【００４４】しかし、被覆される表面が大きく、良好な
アクセシビリティにより直接溶射が可能な適用において
は、被覆されるべき部品上に三つの連続層を直接プラズ
マフレーム溶射し、続いてブレージング処理を行うこと
により被覆を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の最初の段階における三層デポジ
ットが適用されている支持体の概略断面図である。
【図２】（ａ）は図１のものと同様ではあるが積層構造
を有する自己ろう付け可能な材料のプレフォームを提供
するために支持体から分離されたデポジットを示してお
り、（ｂ）は本発明の方法の最終段階において被覆を形
成するためにブレージングに先だって（ａ）に示されて
いるプレフォームが設置された超合金製部品を示す概略
図である。
【符号の説明】
１ 支持体 ２、３、４ 層 ５ 三層デポジット ６ プレフォーム ７ 部品 ８ 局部領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−18449（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−18574（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−44962（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−16562（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 28/00 C23C 4/00 - 4/18 B23K 1/20

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超合金製部品における少なくとも一つの
    局部領域上に被覆を形成する方法であって、 （ａ）フラックス成分を含有する材料を前記局部領域上
    に直接プラズマフレーム溶射して該材料の内層を該局部
    領域上にデポジットする段階と、 （ｂ）混合物材料の中間層をプラズマフレーム溶射によ
    り前記内層上にデポジットする段階と、 （ｃ）前記部品に対して前記局部領域における所望の表
    面機能特性を与えるように選択された材料からなる外層
    をプラズマフレーム溶射により前記中間層上にデポジッ
    トする段階と、 （ｄ）前記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）段階においてデポ
    ジットされた各層に対して、その温度及び持続時間が該
    各層に使用される材料に応じて実験的に決定されるブレ
    ージング熱処理サイクルを施す段階とを連続的に含んで
    おり、前記内層を形成する材料は該内層の溶融及びその
    凝固が前記ブレージング熱処理サイクル中に得られるよ
    うに選択されており、前記中間層を形成する混合物材料
    が前記内層及び前記外層に使用される材料の混合物であ
    る前記方法。
  2. 【請求項２】 前記プラズマフレーム溶射が密閉エンク
    ロージャ内において調節雰囲気の分圧下で実行される請
    求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 超合金製部品における少なくとも一つの
    局部領域上に被覆を形成する方法であって、 （ａ）金属支持体を準備する段階と、 （ｂ）前記部品に対して前記局部領域における所望の表
    面機能特性を与えるように選択された粉末状の第１の材
    料を前記金属支持体上にプラズマフレーム溶射して該第
    １の材料からなる第１の層を該支持体上にデポジットす
    る段階と、 （ｃ）前記第１の材料とフラックス成分を含有する第２
    の材料との混合物を粉末状で前記第１の層上にプラズマ
    フレーム溶射して第２の層を形成する段階と、 （ｄ）粉末状の前記第２の材料を前記第２の層上にプラ
    ズマフレーム溶射して第３の層を形成する段階と、 （ｅ）前記（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）段階によって形成
    された三層デポジットを、該三層デポジットに機械的応
    力をほとんど及ぼさない方法で前記支持体から取り外す
    段階と、 （ｆ）被覆されるべき前記部品の局部領域に対応する形
    状をもつ部分を、得られるべき該形状部分に何らの機械
    的応力も及ぼさない方法によって前記三層デポジットか
    ら切り取る段階と、 （ｇ）前記（ｆ）段階で得られた形状部分を、前記第２
    の材料で形成された第３の層を前記部品に接触させて前
    記部品の局部領域上の正しい位置に設置する段階と、 （ｈ）前記各層の形成に使用される材料によって決まる
    温度及び持続時間の条件に従って、少なくとも前記局部
    領域と前記設置された形状部分とにブレージング熱処理
    サイクルを施す段階とを連続的に備えており、 前記第２の材料は前記部品に接触している第３の層の溶
    融及びその凝固が前記ブレージング熱処理サイクル中に
    得られるように選択されている前記方法。
  4. 【請求項４】 前記プラズマフレーム溶射が密閉エンク
    ロージャ内において調節雰囲気の分圧下で実行される請
    求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記（ｅ）段階における前記三層デポジ
    ットの前記支持体からの取外しがワイヤ放電加工によっ
    て行われる請求項３又は４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記（ｅ）段階における前記三層デポジ
    ットの前記支持体からの取外しが該支持体を化学的に溶
    解させることによって行われる請求項３又は４に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 前記（ｆ）段階における前記形状部分の
    切取りがレーザ切断によって行われる請求項３から６の
    いずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記（ｆ）段階における前記形状部分の
    切取りがウォータジェット切断によって行われる請求項
    ３から６のいずれか一項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記（ｆ）段階における前記形状部分の
    切取りがワイヤ放電加工によって行われる請求項３から
    ６のいずれか一項に記載の方法。
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