JP4146178B2 - Ｎｉ基焼結合金 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン、ジェットエンジンなどの高温部品、特に動翼あるいは静翼に使用されるＮｉ基焼結合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンやジェットエンジンなどの高温雰囲気中で利用されている動翼や静翼には、一般に鋳造合金及び鍛造合金を使用されている。しかし、これらの合金は、加工性や成形性が十分でない。これに対して、Ｎｉ基合金は、成形性の自由度に富むので、部品の製作や部分的補修を容易に実施することができる。更に、このＮｉ基合金の特性を備えるＮｉ基鋳造合金は高温強度に優れているため、動翼や静翼に多く利用されている。
【０００３】
又、このＮｉ基鋳造合金や鍛造合金からなる高温下で利用される既存の部品については、高温強度に優れているとはいえ、長時間高温雰囲気中にさらされた状態となると、高温ガスに直接触れる部分などで熱疲労が現れて、運転中に損傷を受ける。このような損傷が、定期点検などおいて発見されると、この損傷部を局部的に修復するために、溶接やロー付けなどが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶接による補修を行った場合、溶接割れのような欠陥が発生してしまう。又、ロー付けによる補修を行った場合、そのクリープ強度や熱疲労強度が不足するとともに、ロー材が補修される部品材料と異なるため、その補修部分との界面部分における結合強度が弱い。更に、ロー材の粘性が低いため、補修部分が大きい場合、ロー材が流れてしまうという問題がある。
【０００５】
このような問題を鑑みて、本発明は、融点の異なる２種のＮｉ合金粉末を混合して加熱することでなる構成とすることにより、溶接を不要としてこれによる溶接欠陥の発生を回避するとともに、強度の不足を解消し得るＮｉ基焼結合金を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＮｉ基焼結合金は、高温ガス雰囲気中で利用される高温部品に使用される、融点の異なる２種のＮｉ合金粉末を混合、加熱してなるＮｉ基焼結合金であり、前記２種のＮｉ合金粉末として、焼結処理を行う際の加熱温度よりも高い融点を有する高融点Ｎｉ合金粉末及び焼結処理を行う際の加熱温度よりも低い融点を有する低融点Ｎｉ合金粉末を用い、前記高融点Ｎｉ合金粉末の組成が、Ｎｉ−16〜18Ｃｒ−0〜5Ｃｏ−0.0〜3.5Ｗ−0.0〜1.0Ｔａ−0.0〜1.0Ｔｉ−0.0〜1.0Ａ１−0.15〜0.3Ｃ−0.01〜0.03Ｂ−0.0〜0.1Ｚｒであり、前記低融点Ｎｉ合金粉末の組成が、Ｎｉ−８〜12Ｃｒ−16〜20Ｃｏ−2.0〜3.5Ｍｏ−1.5〜2.5Ｗ−5〜9Ｔａ−7.5〜10Ｔｉ−8.5〜10.5Ａ１−1〜3Ｎｂ−0.5〜3.5Ｂ−0.00〜0.35Ｚｒであり、前記低融点Ｎｉ合金粉末の配合比が、前記高融点Ｎｉ合金粉末と前記低融点Ｎｉ合金粉末を混合したＮｉ合金粉末全体の３０〜６０重量％であることを特徴とする。
【０００８】
又、本発明のＮｉ基焼結合金は、上記構成のＮｉ基焼結合金において、前記高融点Ｎｉ合金粉末の融点が、１３００℃以上であり、前記低融点Ｎｉ合金粉末の融点が、１２００℃以下であることが望ましい。
【０００９】
又、本発明のＮｉ基焼結合金は、上記構成のＮｉ基焼結合金において、前記高融点Ｎｉ合金粉末及び前記低融点Ｎｉ合金粉末が、１１５０〜１２５０℃、且つ２〜１２時間の条件下で加熱されて焼結されることにより、生成されることが望ましい。
【００１０】
又、本発明のＮｉ基焼結合金は、上記構成のＮｉ基焼結合金において、前記高温部品がＩＮ７３８ＬＣで構成され、当該高温部品の補修部分に使用されることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
【００１６】
＜本発明の基本説明＞
本発明は、融点の異なる２種のＮｉ合金粉末、例えば高融点を有するＮｉ合金粉末（以下、「高融点Ｎｉ合金粉末」と呼ぶ）と低融点を有するＮｉ合金粉末（以下、「低融点Ｎｉ合金粉末」と呼ぶ）を混合、加熱するものであるが、低融点Ｎｉ合金粉末のみ、若しくは高融点Ｎｉ合金粉末の一部も溶融して反応させて液相焼結させるものである。図１（Ａ），（Ｂ）に、高融点Ｎｉ合金粉末（Ｈ）と低融点Ｎｉ合金粉末（Ｌ）を混合し、加熱する様子を示す。このとき、加熱前は、図１（Ａ）のように、Ｎｉ合金粉末（Ｈ）、（Ｌ）それぞれを混合して、高融点Ｎｉ合金粉末（Ｈ）間に低融点Ｎｉ合金粉末（Ｌ）が配置されるようにする。
【００１７】
そして、低融点Ｎｉ合金粉末（Ｌ）の融点より高く且つ高融点Ｎｉ合金粉末（Ｈ）の融点よりも低い温度で加熱することにより、低融点Ｎｉ合金粉末（Ｌ）が溶融し、溶融した低融点Ｎｉ合金粉末（Ｌ）が溶融Ｎｉ合金部１として、図１（Ｂ）のように、高融点Ｎｉ合金粉末（Ｈ）間の隙間の大部分を毛細管現象により埋めることになる。その結果、液相焼結による強度の強い合金が得られる。
【００１８】
このように、高融点Ｎｉ合金粉末と低融点Ｎｉ合金粉末とが混合されたＮｉ合金粉末（この混合Ｎｉ合金粉末を、以下、「Ｎｉ基焼結合金粉末」と呼ぶ。）を焼結に用いる場合、低融点Ｎｉ合金粉末の配合比を、Ｎｉ基焼結合金粉末全体の３０〜６０重量％とする。これは、低融点Ｎｉ合金粉末の配合割合が３０重量％未満であると十分に拡散されないので焼結が十分に進まず、又、６０重量％を越えると高融点Ｎｉ合金粉末間の隙間に対して溶融Ｎｉ合金部１の占める部分が大きくなり液相部分が多くなるので十分な強度が得られないためである。
【００１９】
このＮｉ基焼結合金粉末に含まれる高融点Ｎｉ合金粉末としては、少なくともＮｉ，Ｃｒが含まれるとともに、Ｃｏ，Ｗ，Ｔａの少なくとも一つを組成として含むＮｉ合金が使用される。又、低融点Ｎｉ合金粉末としては、少なくともＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｂを組成として含むＮｉ合金が使用される。
【００２０】
又、Ｎｉ基焼結合金粉末に含まれる各Ｎｉ合金粉末の合金成分の組成範囲は、その融点により調整されるとともに、所定の配合比で配合されて得たＮｉ基焼結合金粉末を反応させた後、各合金成分の添加効果が発揮するように、又、σ相等の有害な脆化相が生じないように調整される。更に、このＮｉ基焼結合金粉末に含まれる各Ｎｉ合金粉末の合金粉末の組成範囲は、Ｎｉ基焼結合金粉末を焼結した後の各合金の組成比が、母材に使用されるＮｉ基合金に含まれる各合金の組成比に近くなるように、設定される。
【００２１】
そして、このようなＮｉ基焼結合金粉末を加熱して焼結する際、その加熱温度は１１５０〜１２５０℃とするとともに、その加熱時間を２〜１２時間とする。これは、加熱温度が１１５０℃未満では、低融点Ｎｉ合金粉末が十分に融解されないため、毛細管現象による液相が生ずることがなく、又、加熱温度が１２５０℃を越えると、母材の方が溶けやすくなるためである。尚、このような焼結のための加熱処理を行った後に、更に段階的な加熱処理を行うことが好ましい。具体的には、１１２０℃±１０℃で２〜４時間加熱（以下、「焼結後の溶体化処理」と呼ぶ）し、更に８５０℃±１０℃で１６〜２４時間加熱（以下、「焼結後の時効処理」と呼ぶ）する。
【００２２】
この段階的な加熱処理において、焼結後の溶体化処理は、上記焼結のための加熱処理における冷却課程で析出した母材中のγ’相（Ｎｉ3Ａｌ金属間化合物）を固溶させることを目的に実施するものである。このとき、γ’相の固溶や初期融解を発生させないために、その温度を１１２０℃とし、又、各合金成分の拡散を十分進めるために、処理時間を２〜４時間とした。又、焼結後の時効処理は、γ’相を均一に析出させるために行うものである。このとき、γ’相の析出状態を均一、微細とするために、その温度を８５０℃とし、又、合金組成に適した析出を行うために、その時間を１６〜２４時間とした。
【００２３】
このように、焼結のための加熱処理を行った後に、又は、焼結後の加熱処理を行った後に、Ｎｉ基焼結合金粉末により生成されたＮｉ基焼結合金における気孔の面積率は、全体の０〜５％であることが好ましい。これは、このような焼結を行った際に気孔の発生を避け得ないが、５％を越える場合、Ｎｉ基焼結合金の強度及び延性に悪影響をきたすためである。
【００２４】
上記のようにＮｉ基焼結合金粉末により生成されたＮｉ基焼結合金は、例えば、バルク成形、コーティング、局所的肉盛に利用可能である。ここで、バルク成形は、翼材の形のＮｉ基焼結合金粉末に圧をかけて成形した後、焼結するものである。又、コーティングは、高温酸化などの減肉部にＮｉ基焼結合金粉末を低圧プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法などで吹き付けてコーティングした後、加熱して焼結するものである。又、局所的肉盛は、亀裂部分などの補修対象部にＮｉ基焼結合金粉末を肉盛りした後、焼結するものである。
【００２５】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、以下に説明する。本実施形態において、母材として、ＩＮ７３８ＬＣが用いられるものとする。ＩＮ７３８ＬＣの組成は、Ｎｉ−15.7〜16.3Ｃｒ−8〜9Ｃｏ−1.5〜2.0Ｍｏ−2.4〜2.8Ｗ−1.5〜2.0Ｔａ−3.2〜3.7Ｔｉ−3.2〜3.7Ａ１−1.5〜2.0Ｎｂ−0.09〜0.13Ｃ−0.007〜0.012Ｂ−0.03〜0.08Ｚｒである。
【００２６】
本実施形態のＮｉ基焼結合金粉末における高融点Ｎｉ合金粉末として、その融点が１３００℃以上のものが使用される。この高融点Ｎｉ合金粉末の組成の一例として、Ｎｉ−16〜18Ｃｒ−0〜5Ｃｏ−0.0〜3.5Ｗ−0.0〜1.0Ｔａ−0.0〜1.0Ｔｉ−0.0〜1.0Ａ１−0.15〜0.3Ｃ−0.01〜0.03Ｂ−0.0〜0.1Ｚｒが挙げられる。このとき、Ｎｉに添加する各合金成分の効果は次のとおりである。
【００２７】
まず、Ｃｒは、合金に耐酸化性及び耐食性を付与する合金成分である。Ｃｏは、γ’相（Ｎｉ3Ａｌ）を形成することで高温強度改善に有効な合金成分であるＡｌ及びＴｉに対して、高温におけるそれらの固溶限度を大きくし、結果として高温強度向上に寄与する。Ｗは、固溶強化の効果があり、高温強度の向上に寄与する。Ｔａは、固溶強化とγ’相による析出強化により高温強度の向上に寄与する。
【００２８】
Ｔｉ及びＡｌはγ’相による析出強化により高温強度の向上に寄与する。Ｃは、炭化物を形成し、主として結晶粒界を強化して高温強度の向上に寄与する。Ｂ及びＺｒは、粒界の結合力を増加させ高温強度を向上する。
【００２９】
一方、本実施形態のＮｉ基焼結合金粉末における低融点Ｎｉ合金粉末として、その融点が１１２０〜１２００℃のものが使用される。そして、低融点Ｎｉ合金粉末の組成の一例として、Ｎｉ−8〜12Ｃｒ−16〜20Ｃｏ−2.0〜3.5Ｍｏ−1.5〜2.5Ｗ−5〜9Ｔａ−7.5〜10Ｔｉ−8.5〜10.5Ａ１−1〜3Ｎｂ−0.5〜3.5Ｂ−0.00〜0.35Ｚｒが挙げられる。
【００３０】
尚、各合金成分の添加効果は、高融点Ｎｉ合金粉末と同じである。又、高融点Ｎｉ合金粉末に含まれていないＭｏは、Ｗと同じく、固溶強化の効果があり、高温強度の向上に寄与する。又、Ｎｂは、Ｔｉと同様、Ａｌとともにγ’相を形成して高温強度の向上に寄与する。更に、この低融点Ｎｉ合金粉末は、Ｃｏ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｂが、高融点を有するＮｉ合金粉末より多く添加されている。これは、低融点Ｎｉ合金粉末の融点を低下させることが目的であり、特にＢはその効果が大きい。しかしながら、Ｂは、焼結したときに、合金を脆くしてしまうため、その量を抑える必要がある。
【００３１】
このような合金組成となる高融点Ｎｉ合金粉末と低融点Ｎｉ合金粉末とが混合されて低融点Ｎｉ合金粉末の配合比が３０〜６０重量％になるＮｉ基焼結合金粉末を用いて、上述のバルク成形やコーティングや局所的肉盛が成されるとき、１１５０〜１２５０℃の温度で、２〜１２時間の間加熱することによって焼結を行う。この焼結用の加熱処理を終了し、母材及びＮｉ基焼結合金の冷却を行う際、上述したように、１１２０℃±１０℃での２〜４時間の加熱及び８５０℃±１０℃での１６〜２４時間の加熱による段階的な加熱処理を行うようにしても構わない。
【００３２】
以下に、本実施形態におけるＮｉ基焼結合金粉末を用いた焼結処理について説明する。尚、下記実施例で述べる各部材の数値等は一例を示すもので、本発明の権利範囲を特定するものではない。
【００３３】
（実施例１）
本実施例では、図２を参照して、バルク成形について説明する。まず、Ｎｉ基焼結合金粉末における２種のＮｉ合金粉末を、以下のような組成の粉末とする。低融点Ｎｉ合金粉末：Ｎｉ−10.7Ｃｒ−17.2Ｃｏ−2.6Ｍｏ−2.0Ｗ−5.8Ｔａ−8.6Ｔｉ−8.7Ａ１−2.6Ｎｂ−1.2Ｂ−0.27Ｚｒ
高融Ｎｉ合金点粉末：Ｎｉ−17.1Ｃｒ−3.1Ｗ−0.19Ｃ
【００３４】
このような組成の低融点Ｎｉ合金粉末を４５重量％、高融点Ｎｉ合金粉末を５５重量％の配合割合で、ボールミルなどにおいて混合することによって、Ｎｉ基焼結合金粉末を構成する。このようなＮｉ基焼結合金粉末を翼材の形に圧粉成形した後、１２１５℃、８時間の条件で加熱して焼結した。ひきつづき、強度上昇のため、溶体化処理及び時効処理に相当する、１１２０℃×２時間＋８５０℃×２４時間の段階的な熱処理を行い、図２に示すようなタービンの動翼１１を成形した。
【００３５】
本実施例によれば、２種のＮｉ基合金を混合加熱することにより動翼１１を成形するため、低融点Ｎｉ合金粉末と高融点Ｎｉ合金粉末との間で上述した毛細管現象が起こり（図１参照）、強度が十分な動翼１１を得ることができる。又、焼結のための加熱後、段階的な熱処理を行って、溶体化処理及び時効処理を行うことによって、母材中にγ’相が均一に析出し、動翼１１の強度を一層高くすることができる。
【００３６】
尚、本実施例において、焼結の際に更に高温静水圧（ＨＩＰ）処理を行うようにしても構わない。このとき、例えば、１２００℃×１５００ｋｇ／ｃｍ2×４時間の条件で、ＨＩＰ処理を行う。そして、このＨＩＰ処理を併用することにより、焼結後に発生する気孔を低減あるいは消滅できるという効果が得られる。
【００３７】
（実施例２）
本実施例では、図３を参照して、コーティングについて説明する。ここで、図３（Ａ）はコーティング前の動翼の概略図を示し、又、図３（Ｂ）はコーティング後の動翼の概略図を示す。又、本実施例におけるＮｉ基焼結合金粉末に用いる低融点Ｎｉ合金粉末及び高融点Ｎｉ合金粉末として、実施例１におけるＮｉ基焼結合金粉末と同一の組成のものが使用されるものとする。
【００３８】
まず、ボールミルにおいて、低融点Ｎｉ合金粉末（粒径７５μｍ以下）を４５重量％、高融点Ｎｉ合金粉末（粒径１５０μｍ以下）を５５重量％の配合割合で混合して、Ｎｉ基焼結合金粉末を生成する。続いて、このＮｉ基焼結合金粉末を、例えば低圧プラズマ溶射法で、図３（Ａ）における動翼１１の減肉部１２に吹き飛ばしてコーティングし、１２１５℃、８時間の条件で加熱して焼結する。その後、実施例と同様、溶体化処理及び時効処理に相当する、１１２０℃×２時間＋８５０℃×２４時間の熱処理を行い、図３（Ｂ）に示すように減肉部１２を強固にコーティングしたコーティング部１３を形成する。このようにして、コーティング部１３を有した動翼１１を成形し、動翼１１を修復する。
【００３９】
尚、本実施例において、実施例１と同様、焼結の際に、例えば、１２００℃×１５００ｋｇ／ｃｍ2×４時間の条件下でのＨＩＰ処理を併せて行うようにして、焼結後に発生する気孔を低減あるいは消滅させるようにしても構わない。
【００４０】
（実施例３）
本実施例では、図４を参照して、局所的肉盛について説明する。ここで、図４（Ａ）は局所的肉盛前の動翼の概略図を示し、又、図４（Ｂ）は局所的肉盛後の動翼の概略図を示す。又、本実施例におけるＮｉ基焼結合金粉末に用いる低融点Ｎｉ合金粉末及び高融点Ｎｉ合金粉末として、実施例１におけるＮｉ基焼結合金粉末と同一の組成のものが使用されるものとする。
【００４１】
実施例３は、動翼１１に補修対象として例えば亀裂部１４が生じ、これを補修する場合を示す。同実施例３の場合、まず、図４（Ａ）に示すように、亀裂部１４の点線で示す亀裂周辺部１５をグラインダー等で切削して除去する。次に、ボールミルにおいて、低融点Ｎｉ合金粉末を４５重量％、高融点Ｎｉ合金粉末を５５重量％の配合割合で混合して、Ｎｉ基焼結合金粉末を生成するとともに、更に、有機溶媒（例えばウォールコロモノイ社製の商品名：ミクロブレース＃５１０）を用いて混練りし粘土状にする。
【００４２】
続いて、Ｎｉ基焼結合金粉末を含む粘土状の混合物を、除去された亀裂周辺部１５として肉盛した後、実施例１と同条件で焼結及びその後の加熱処理を行うことにより、図４（Ｂ）に示すように亀裂部周辺部１５に相当する肉盛部１６を形成する。このようにして、亀裂部１４を有する動翼１１を成形し、動翼１１の修復を行う。
【００４３】
尚、本実施例において、実施例１と同様、焼結の際に、例えば、１２００℃×１５００ｋｇ／ｃｍ2×４時間の条件下でのＨＩＰ処理を併せて行うようにして、焼結後に発生する気孔を低減あるいは消滅させるようにしても構わない。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、以下に説明する。本実施形態において、母材として、ＭＧＡ１４００が用いられるものとする。ＭＧＡ１４００の組成は、Ｎｉ−13.1〜15.0Ｃｒ−8.5〜10.5Ｃｏ−1.0〜3.5Ｍｏ−3.5〜4.5Ｗ−3.0〜5.5Ｔａ−2.2〜3.2Ｔｉ−3.5〜4.5Ａ１−0.06〜0.12Ｃ−0.005〜0.025Ｂ−0.01〜0.05Ｚｒである。
【００４５】
本実施形態のＮｉ基焼結合金粉末における高融点Ｎｉ合金粉末として、その融点が１３００℃以上のものが使用される。この高融点Ｎｉ合金粉末の組成の一例として、Ｎｉ−10〜20Ｃｒ−0〜7Ｃｏ−0〜2Ｍｏ−0〜9Ｗ−0〜3Ｔａ−0.0〜0.3Ｃ−0.00〜0.03Ｂが挙げられる。尚、Ｎｉに添加する各合金成分の効果は、第１の実施形態と同じである。
【００４６】
一方、本実施形態のＮｉ基焼結合金粉末における低融点Ｎｉ合金粉末として、その融点が１２５０℃以下のもの（特に、１２１５℃以下のもの）が使用される。そして、低融点Ｎｉ合金粉末の組成の一例として、Ｎｉ−3〜13Ｃｒ−14〜24Ｃｏ−1.5〜7.5Ｍｏ−0.5〜11Ｗ−5〜9Ｔａ−4〜9Ｔｉ−7.5〜11.5Ａ１−0.00〜0.02Ｃ−0.5〜3.5Ｂが挙げられる。尚、Ｎｉに添加する各合金成分の効果は、第１の実施形態と同じである。
【００４７】
このような合金組成となる高融点Ｎｉ合金粉末と低融点Ｎｉ合金粉末とが混合されて低融点Ｎｉ合金粉末の配合比が３０〜６０重量％になるＮｉ基焼結合金粉末を用いて、上述のバルク成形やコーティングや局所的肉盛が成されるとき、１１５０〜１２５０℃の温度で、２〜１２時間の間加熱することによって焼結を行う。この焼結用の加熱処理を終了し、母材及びＮｉ基焼結合金の冷却を行う際、上述したように、１１２０℃±１０℃での２〜４時間の加熱及び８５０℃±１０℃での１６〜２４時間の加熱による段階的な加熱処理を行うようにしても構わない。
【００４８】
このように、母材ＭＧＡ１４００に対して、Ｎｉ基焼結合金粉末を用いて焼結したときに生成されるＮｉ基焼結合金の組成の重量％を、図５に示す。図５（Ａ）では、低融点Ｎｉ合金粉末の組成を、Ｎｉ−4.81Ｃｒ−22.05Ｃｏ−5.29Ｍｏ−8.94Ｗ−7.93Ｔａ−6.94Ｔｉ−9.47Ａ１−0.02Ｃ−1.53Ｂとし、高融点Ｎｉ合金粉末の組成を、Ｎｉ−18.35Ｃｒ−1.62Ｔａ−0.10Ｃ−0.017Ｂとする。このような低融点Ｎｉ合金粉末及び高融点Ｎｉ合金粉末より成るＮｉ基焼結合金粉末を、１２１５℃×８時間の条件下で加熱して焼結処理を行う。
【００４９】
このとき、低融点Ｎｉ合金粉末を５５重量％、５０重量％、４５重量％の配合比としたとき、形成されたＮｉ基焼結合金の組成が、それぞれ、Ｎｉ−10.90Ｃｒ−12.13Ｃｏ−2.91Ｍｏ−4.92Ｗ−5.09Ｔａ−3.82Ｔｉ−5.21Ａ１−0.06Ｃ−0.85Ｂ、Ｎｉ−11.58Ｃｒ−11.03Ｃｏ−2.65Ｍｏ−4.47Ｗ−4.78Ｔａ−3.47Ｔｉ−4.74Ａ１−0.06Ｃ−0.77Ｂ、Ｎｉ−12.26Ｃｒ−9.92Ｃｏ−2.38Ｍｏ−4.02Ｗ−4.46Ｔａ−3.12Ｔｉ−4.26Ａ１−0.07Ｃ−0.70Ｂとなる。
【００５０】
又、図５（Ｂ）では、低融点Ｎｉ合金粉末の組成を、Ｎｉ−11.71Ｃｒ−15.09Ｃｏ−2.28Ｍｏ−1.90Ｗ−7.98Ｔａ−5.72Ｔｉ−7.89Ａ１−0.009Ｃ−1.96Ｂとし、高融点Ｎｉ合金粉末の組成を、Ｎｉ−13.21Ｃｒ−5.01Ｃｏ−0.99Ｍｏ−7.50Ｗ−0.13Ｃとする。このような低融点Ｎｉ合金粉末及び高融点Ｎｉ合金粉末より成るＮｉ基焼結合金粉末を、１２１５℃×８時間の条件下で加熱して焼結処理を行う。
【００５１】
このとき、低融点Ｎｉ合金粉末を５５重量％、５０重量％、４５重量％の配合比としたとき、形成されたＮｉ基焼結合金の組成が、それぞれ、Ｎｉ−12.39Ｃｒ−10.55Ｃｏ−1.70Ｍｏ−4.42Ｗ−4.39Ｔａ−3.15Ｔｉ−4.34Ａ１−0.065Ｃ−1.08Ｂ、Ｎｉ−12.46Ｃｒ−10.05Ｃｏ−1.64Ｍｏ−4.7Ｗ−3.99Ｔａ−2.86Ｔｉ−3.95Ａ１−0.072Ｃ−0.98Ｂ、Ｎｉ−12.54Ｃｒ−9.55Ｃｏ−1.57Ｍｏ−4.98Ｗ−3.59Ｔａ−2.57Ｔｉ−3.55Ａ１−0.078Ｃ−0.88Ｂとなる。
【００５２】
このように、図５（Ａ）、（Ｂ）に示されるような組成の低融点Ｎｉ合金粉末及び高融点Ｎｉ合金粉末を、上述の各配合比で配合することで構成するＮｉ基焼結合金粉末を用いて、第１の実施形態の実施例１〜３と同一の方法で焼結することで、母材ＭＧＡ１４００の組成に近いＮｉ基焼結合金を形成することができる。特に、第１の実施形態における実施例２のコーティング及び実施例３の局所的肉盛を行うことによって、形成したコーティング部１３（図３）及び肉盛部１６（図４）の組成比を動翼１１の母材の組成比に近いものとすることができ、その結合強度を強めることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、Ｎｉ基焼結合金を融点の異なる２種のＮｉ合金粉末を混合した後、加熱して生成することにより、溶接を不要とすることができる。よって、溶接による溶接欠陥の発生を回避するとともに、強度の不足を解消し得るＮｉ基焼結合金を提供できる。又、生成したＮｉ基焼結合金の組成を、高温部品の母材の組成と略同等とすることができるので、母材とＮｉ基焼結合金との界面がなじみやすくすることができ、補修後の結合強度の不足を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＮｉ基焼結合金に使用される、高融点を有するＮｉ合金粉末と低融点を有するＮｉ合金粉末を混合、加熱する場合の説明図。
【図２】 第１の実施形態の実施例１に係るＮｉ基焼結合金によるタービンの説明図。
【図３】 第１の実施形態の実施例２に係るＮｉ基焼結合金によるタービンの説明図。
【図４】 第１の実施形態の実施例３に係るＮｉ基焼結合金によるタービンの説明図。
【図５】 第２の実施形態の低融点Ｎｉ合金粉末の配合比とＮｉ基焼結合金の組成との関係を示す図。
【符号の説明】
１ 溶融Ｎｉ合金部
１１ 動翼
１２ 減肉部
１３ コーティング部
１４ 亀裂部
１５ 亀裂周辺部
１６ 肉盛部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン、ジェットエンジンなどの高温部品、特に動翼あるいは静翼に使用されるＮｉ基焼結合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンやジェットエンジンなどの高温雰囲気中で利用されている動翼や静翼には、一般に鋳造合金及び鍛造合金を使用されている。しかし、これらの合金は、加工性や成形性が十分でない。これに対して、Ｎｉ基合金は、成形性の自由度に富むので、部品の製作や部分的補修を容易に実施することができる。更に、このＮｉ基合金の特性を備えるＮｉ基鋳造合金は高温強度に優れているため、動翼や静翼に多く利用されている。
【０００３】
又、このＮｉ基鋳造合金や鍛造合金からなる高温下で利用される既存の部品については、高温強度に優れているとはいえ、長時間高温雰囲気中にさらされた状態となると、高温ガスに直接触れる部分などで熱疲労が現れて、運転中に損傷を受ける。このような損傷が、定期点検などおいて発見されると、この損傷部を局部的に修復するために、溶接やロー付けなどが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶接による補修を行った場合、溶接割れのような欠陥が発生してしまう。又、ロー付けによる補修を行った場合、そのクリープ強度や熱疲労強度が不足するとともに、ロー材が補修される部品材料と異なるため、その補修部分との界面部分における結合強度が弱い。更に、ロー材の粘性が低いため、補修部分が大きい場合、ロー材が流れてしまうという問題がある。
【０００５】
このような問題を鑑みて、本発明は、融点の異なる２種のＮｉ合金粉末を混合して加熱することでなる構成とすることにより、溶接を不要としてこれによる溶接欠陥の発生を回避するとともに、強度の不足を解消し得るＮｉ基焼結合金を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＮｉ基焼結合金は、高温ガス雰囲気中で利用される高温部品に使用される、融点の異なる２種のＮｉ合金粉末を混合、加熱してなるＮｉ基焼結合金であり、前記２種のＮｉ合金粉末として、焼結処理を行う際の加熱温度よりも高い融点を有する高融点Ｎｉ合金粉末及び焼結処理を行う際の加熱温度よりも低い融点を有する低融点Ｎｉ合金粉末を用い、前記高融点Ｎｉ合金粉末の組成が、Ｎｉ−16〜18Ｃｒ−0〜5Ｃｏ−0.0〜3.5Ｗ−0.0〜1.0Ｔａ−0.0〜1.0Ｔｉ−0.0〜1.0Ａ１−0.15〜0.3Ｃ−0.01〜0.03Ｂ−0.0〜0.1Ｚｒであり、前記低融点Ｎｉ合金粉末の組成が、Ｎｉ−８〜12Ｃｒ−16〜20Ｃｏ−2.0〜3.5Ｍｏ−1.5〜2.5Ｗ−5〜9Ｔａ−7.5〜10Ｔｉ−8.5〜10.5Ａ１−1〜3Ｎｂ−0.5〜3.5Ｂ−0.00〜0.35Ｚｒであり、前記低融点Ｎｉ合金粉末の配合比が、前記高融点Ｎｉ合金粉末と前記低融点Ｎｉ合金粉末を混合したＮｉ合金粉末全体の３０〜６０重量％であることを特徴とする。
【０００８】
又、本発明のＮｉ基焼結合金は、上記構成のＮｉ基焼結合金において、前記高融点Ｎｉ合金粉末の融点が、１３００℃以上であり、前記低融点Ｎｉ合金粉末の融点が、１２００℃以下であることが望ましい。
【０００９】
又、本発明のＮｉ基焼結合金は、上記構成のＮｉ基焼結合金において、前記高融点Ｎｉ合金粉末及び前記低融点Ｎｉ合金粉末が、１１５０〜１２５０℃、且つ２〜１２時間の条件下で加熱されて焼結されることにより、生成されることが望ましい。
【００１０】
又、本発明のＮｉ基焼結合金は、上記構成のＮｉ基焼結合金において、前記高温部品がＩＮ７３８ＬＣで構成され、当該高温部品の補修部分に使用されることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
【００１６】
＜本発明の基本説明＞
本発明は、融点の異なる２種のＮｉ合金粉末、例えば高融点を有するＮｉ合金粉末（以下、「高融点Ｎｉ合金粉末」と呼ぶ）と低融点を有するＮｉ合金粉末（以下、「低融点Ｎｉ合金粉末」と呼ぶ）を混合、加熱するものであるが、低融点Ｎｉ合金粉末のみ、若しくは高融点Ｎｉ合金粉末の一部も溶融して反応させて液相焼結させるものである。図１（Ａ），（Ｂ）に、高融点Ｎｉ合金粉末（Ｈ）と低融点Ｎｉ合金粉末（Ｌ）を混合し、加熱する様子を示す。このとき、加熱前は、図１（Ａ）のように、Ｎｉ合金粉末（Ｈ）、（Ｌ）それぞれを混合して、高融点Ｎｉ合金粉末（Ｈ）間に低融点Ｎｉ合金粉末（Ｌ）が配置されるようにする。
【００１７】
そして、低融点Ｎｉ合金粉末（Ｌ）の融点より高く且つ高融点Ｎｉ合金粉末（Ｈ）の融点よりも低い温度で加熱することにより、低融点Ｎｉ合金粉末（Ｌ）が溶融し、溶融した低融点Ｎｉ合金粉末（Ｌ）が溶融Ｎｉ合金部１として、図１（Ｂ）のように、高融点Ｎｉ合金粉末（Ｈ）間の隙間の大部分を毛細管現象により埋めることになる。その結果、液相焼結による強度の強い合金が得られる。
【００１８】
このように、高融点Ｎｉ合金粉末と低融点Ｎｉ合金粉末とが混合されたＮｉ合金粉末（この混合Ｎｉ合金粉末を、以下、「Ｎｉ基焼結合金粉末」と呼ぶ。）を焼結に用いる場合、低融点Ｎｉ合金粉末の配合比を、Ｎｉ基焼結合金粉末全体の３０〜６０重量％とする。これは、低融点Ｎｉ合金粉末の配合割合が３０重量％未満であると十分に拡散されないので焼結が十分に進まず、又、６０重量％を越えると高融点Ｎｉ合金粉末間の隙間に対して溶融Ｎｉ合金部１の占める部分が大きくなり液相部分が多くなるので十分な強度が得られないためである。
【００１９】
このＮｉ基焼結合金粉末に含まれる高融点Ｎｉ合金粉末としては、少なくともＮｉ，Ｃｒが含まれるとともに、Ｃｏ，Ｗ，Ｔａの少なくとも一つを組成として含むＮｉ合金が使用される。又、低融点Ｎｉ合金粉末としては、少なくともＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｂを組成として含むＮｉ合金が使用される。
【００２０】
又、Ｎｉ基焼結合金粉末に含まれる各Ｎｉ合金粉末の合金成分の組成範囲は、その融点により調整されるとともに、所定の配合比で配合されて得たＮｉ基焼結合金粉末を反応させた後、各合金成分の添加効果が発揮するように、又、σ相等の有害な脆化相が生じないように調整される。更に、このＮｉ基焼結合金粉末に含まれる各Ｎｉ合金粉末の合金粉末の組成範囲は、Ｎｉ基焼結合金粉末を焼結した後の各合金の組成比が、母材に使用されるＮｉ基合金に含まれる各合金の組成比に近くなるように、設定される。
【００２１】
そして、このようなＮｉ基焼結合金粉末を加熱して焼結する際、その加熱温度は１１５０〜１２５０℃とするとともに、その加熱時間を２〜１２時間とする。これは、加熱温度が１１５０℃未満では、低融点Ｎｉ合金粉末が十分に融解されないため、毛細管現象による液相が生ずることがなく、又、加熱温度が１２５０℃を越えると、母材の方が溶けやすくなるためである。尚、このような焼結のための加熱処理を行った後に、更に段階的な加熱処理を行うことが好ましい。具体的には、１１２０℃±１０℃で２〜４時間加熱（以下、「焼結後の溶体化処理」と呼ぶ）し、更に８５０℃±１０℃で１６〜２４時間加熱（以下、「焼結後の時効処理」と呼ぶ）する。
【００２２】
この段階的な加熱処理において、焼結後の溶体化処理は、上記焼結のための加熱処理における冷却課程で析出した母材中のγ’相（Ｎｉ3Ａｌ金属間化合物）を固溶させることを目的に実施するものである。このとき、γ’相の固溶や初期融解を発生させないために、その温度を１１２０℃とし、又、各合金成分の拡散を十分進めるために、処理時間を２〜４時間とした。又、焼結後の時効処理は、γ’相を均一に析出させるために行うものである。このとき、γ’相の析出状態を均一、微細とするために、その温度を８５０℃とし、又、合金組成に適した析出を行うために、その時間を１６〜２４時間とした。
【００２３】
このように、焼結のための加熱処理を行った後に、又は、焼結後の加熱処理を行った後に、Ｎｉ基焼結合金粉末により生成されたＮｉ基焼結合金における気孔の面積率は、全体の０〜５％であることが好ましい。これは、このような焼結を行った際に気孔の発生を避け得ないが、５％を越える場合、Ｎｉ基焼結合金の強度及び延性に悪影響をきたすためである。
【００２４】
上記のようにＮｉ基焼結合金粉末により生成されたＮｉ基焼結合金は、例えば、バルク成形、コーティング、局所的肉盛に利用可能である。ここで、バルク成形は、翼材の形のＮｉ基焼結合金粉末に圧をかけて成形した後、焼結するものである。又、コーティングは、高温酸化などの減肉部にＮｉ基焼結合金粉末を低圧プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法などで吹き付けてコーティングした後、加熱して焼結するものである。又、局所的肉盛は、亀裂部分などの補修対象部にＮｉ基焼結合金粉末を肉盛りした後、焼結するものである。
【００２５】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、以下に説明する。本実施形態において、母材として、ＩＮ７３８ＬＣが用いられるものとする。ＩＮ７３８ＬＣの組成は、Ｎｉ−15.7〜16.3Ｃｒ−8〜9Ｃｏ−1.5〜2.0Ｍｏ−2.4〜2.8Ｗ−1.5〜2.0Ｔａ−3.2〜3.7Ｔｉ−3.2〜3.7Ａ１−1.5〜2.0Ｎｂ−0.09〜0.13Ｃ−0.007〜0.012Ｂ−0.03〜0.08Ｚｒである。
【００２６】
本実施形態のＮｉ基焼結合金粉末における高融点Ｎｉ合金粉末として、その融点が１３００℃以上のものが使用される。この高融点Ｎｉ合金粉末の組成の一例として、Ｎｉ−16〜18Ｃｒ−0〜5Ｃｏ−0.0〜3.5Ｗ−0.0〜1.0Ｔａ−0.0〜1.0Ｔｉ−0.0〜1.0Ａ１−0.15〜0.3Ｃ−0.01〜0.03Ｂ−0.0〜0.1Ｚｒが挙げられる。このとき、Ｎｉに添加する各合金成分の効果は次のとおりである。
【００２７】
まず、Ｃｒは、合金に耐酸化性及び耐食性を付与する合金成分である。Ｃｏは、γ’相（Ｎｉ3Ａｌ）を形成することで高温強度改善に有効な合金成分であるＡｌ及びＴｉに対して、高温におけるそれらの固溶限度を大きくし、結果として高温強度向上に寄与する。Ｗは、固溶強化の効果があり、高温強度の向上に寄与する。Ｔａは、固溶強化とγ’相による析出強化により高温強度の向上に寄与する。
【００２８】
Ｔｉ及びＡｌはγ’相による析出強化により高温強度の向上に寄与する。Ｃは、炭化物を形成し、主として結晶粒界を強化して高温強度の向上に寄与する。Ｂ及びＺｒは、粒界の結合力を増加させ高温強度を向上する。
【００２９】
一方、本実施形態のＮｉ基焼結合金粉末における低融点Ｎｉ合金粉末として、その融点が１１２０〜１２００℃のものが使用される。そして、低融点Ｎｉ合金粉末の組成の一例として、Ｎｉ−8〜12Ｃｒ−16〜20Ｃｏ−2.0〜3.5Ｍｏ−1.5〜2.5Ｗ−5〜9Ｔａ−7.5〜10Ｔｉ−8.5〜10.5Ａ１−1〜3Ｎｂ−0.5〜3.5Ｂ−0.00〜0.35Ｚｒが挙げられる。
【００３０】
尚、各合金成分の添加効果は、高融点Ｎｉ合金粉末と同じである。又、高融点Ｎｉ合金粉末に含まれていないＭｏは、Ｗと同じく、固溶強化の効果があり、高温強度の向上に寄与する。又、Ｎｂは、Ｔｉと同様、Ａｌとともにγ’相を形成して高温強度の向上に寄与する。更に、この低融点Ｎｉ合金粉末は、Ｃｏ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｂが、高融点を有するＮｉ合金粉末より多く添加されている。これは、低融点Ｎｉ合金粉末の融点を低下させることが目的であり、特にＢはその効果が大きい。しかしながら、Ｂは、焼結したときに、合金を脆くしてしまうため、その量を抑える必要がある。
【００３１】
このような合金組成となる高融点Ｎｉ合金粉末と低融点Ｎｉ合金粉末とが混合されて低融点Ｎｉ合金粉末の配合比が３０〜６０重量％になるＮｉ基焼結合金粉末を用いて、上述のバルク成形やコーティングや局所的肉盛が成されるとき、１１５０〜１２５０℃の温度で、２〜１２時間の間加熱することによって焼結を行う。この焼結用の加熱処理を終了し、母材及びＮｉ基焼結合金の冷却を行う際、上述したように、１１２０℃±１０℃での２〜４時間の加熱及び８５０℃±１０℃での１６〜２４時間の加熱による段階的な加熱処理を行うようにしても構わない。
【００３２】
以下に、本実施形態におけるＮｉ基焼結合金粉末を用いた焼結処理について説明する。尚、下記実施例で述べる各部材の数値等は一例を示すもので、本発明の権利範囲を特定するものではない。
【００３３】
（実施例１）
本実施例では、図２を参照して、バルク成形について説明する。まず、Ｎｉ基焼結合金粉末における２種のＮｉ合金粉末を、以下のような組成の粉末とする。低融点Ｎｉ合金粉末：Ｎｉ−10.7Ｃｒ−17.2Ｃｏ−2.6Ｍｏ−2.0Ｗ−5.8Ｔａ−8.6Ｔｉ−8.7Ａ１−2.6Ｎｂ−1.2Ｂ−0.27Ｚｒ
高融Ｎｉ合金点粉末：Ｎｉ−17.1Ｃｒ−3.1Ｗ−0.19Ｃ
【００３４】
このような組成の低融点Ｎｉ合金粉末を４５重量％、高融点Ｎｉ合金粉末を５５重量％の配合割合で、ボールミルなどにおいて混合することによって、Ｎｉ基焼結合金粉末を構成する。このようなＮｉ基焼結合金粉末を翼材の形に圧粉成形した後、１２１５℃、８時間の条件で加熱して焼結した。ひきつづき、強度上昇のため、溶体化処理及び時効処理に相当する、１１２０℃×２時間＋８５０℃×２４時間の段階的な熱処理を行い、図２に示すようなタービンの動翼１１を成形した。
【００３５】
本実施例によれば、２種のＮｉ基合金を混合加熱することにより動翼１１を成形するため、低融点Ｎｉ合金粉末と高融点Ｎｉ合金粉末との間で上述した毛細管現象が起こり（図１参照）、強度が十分な動翼１１を得ることができる。又、焼結のための加熱後、段階的な熱処理を行って、溶体化処理及び時効処理を行うことによって、母材中にγ’相が均一に析出し、動翼１１の強度を一層高くすることができる。
【００３６】
尚、本実施例において、焼結の際に更に高温静水圧（ＨＩＰ）処理を行うようにしても構わない。このとき、例えば、１２００℃×１５００ｋｇ／ｃｍ2×４時間の条件で、ＨＩＰ処理を行う。そして、このＨＩＰ処理を併用することにより、焼結後に発生する気孔を低減あるいは消滅できるという効果が得られる。
【００３７】
（実施例２）
本実施例では、図３を参照して、コーティングについて説明する。ここで、図３（Ａ）はコーティング前の動翼の概略図を示し、又、図３（Ｂ）はコーティング後の動翼の概略図を示す。又、本実施例におけるＮｉ基焼結合金粉末に用いる低融点Ｎｉ合金粉末及び高融点Ｎｉ合金粉末として、実施例１におけるＮｉ基焼結合金粉末と同一の組成のものが使用されるものとする。
【００３８】
まず、ボールミルにおいて、低融点Ｎｉ合金粉末（粒径７５μｍ以下）を４５重量％、高融点Ｎｉ合金粉末（粒径１５０μｍ以下）を５５重量％の配合割合で混合して、Ｎｉ基焼結合金粉末を生成する。続いて、このＮｉ基焼結合金粉末を、例えば低圧プラズマ溶射法で、図３（Ａ）における動翼１１の減肉部１２に吹き飛ばしてコーティングし、１２１５℃、８時間の条件で加熱して焼結する。その後、実施例と同様、溶体化処理及び時効処理に相当する、１１２０℃×２時間＋８５０℃×２４時間の熱処理を行い、図３（Ｂ）に示すように減肉部１２を強固にコーティングしたコーティング部１３を形成する。このようにして、コーティング部１３を有した動翼１１を成形し、動翼１１を修復する。
【００３９】
尚、本実施例において、実施例１と同様、焼結の際に、例えば、１２００℃×１５００ｋｇ／ｃｍ2×４時間の条件下でのＨＩＰ処理を併せて行うようにして、焼結後に発生する気孔を低減あるいは消滅させるようにしても構わない。
【００４０】
（実施例３）
本実施例では、図４を参照して、局所的肉盛について説明する。ここで、図４（Ａ）は局所的肉盛前の動翼の概略図を示し、又、図４（Ｂ）は局所的肉盛後の動翼の概略図を示す。又、本実施例におけるＮｉ基焼結合金粉末に用いる低融点Ｎｉ合金粉末及び高融点Ｎｉ合金粉末として、実施例１におけるＮｉ基焼結合金粉末と同一の組成のものが使用されるものとする。
【００４１】
実施例３は、動翼１１に補修対象として例えば亀裂部１４が生じ、これを補修する場合を示す。同実施例３の場合、まず、図４（Ａ）に示すように、亀裂部１４の点線で示す亀裂周辺部１５をグラインダー等で切削して除去する。次に、ボールミルにおいて、低融点Ｎｉ合金粉末を４５重量％、高融点Ｎｉ合金粉末を５５重量％の配合割合で混合して、Ｎｉ基焼結合金粉末を生成するとともに、更に、有機溶媒（例えばウォールコロモノイ社製の商品名：ミクロブレース＃５１０）を用いて混練りし粘土状にする。
【００４２】
続いて、Ｎｉ基焼結合金粉末を含む粘土状の混合物を、除去された亀裂周辺部１５として肉盛した後、実施例１と同条件で焼結及びその後の加熱処理を行うことにより、図４（Ｂ）に示すように亀裂部周辺部１５に相当する肉盛部１６を形成する。このようにして、亀裂部１４を有する動翼１１を成形し、動翼１１の修復を行う。
【００４３】
尚、本実施例において、実施例１と同様、焼結の際に、例えば、１２００℃×１５００ｋｇ／ｃｍ2×４時間の条件下でのＨＩＰ処理を併せて行うようにして、焼結後に発生する気孔を低減あるいは消滅させるようにしても構わない。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、以下に説明する。本実施形態において、母材として、ＭＧＡ１４００が用いられるものとする。ＭＧＡ１４００の組成は、Ｎｉ−13.1〜15.0Ｃｒ−8.5〜10.5Ｃｏ−1.0〜3.5Ｍｏ−3.5〜4.5Ｗ−3.0〜5.5Ｔａ−2.2〜3.2Ｔｉ−3.5〜4.5Ａ１−0.06〜0.12Ｃ−0.005〜0.025Ｂ−0.01〜0.05Ｚｒである。
【００４５】
本実施形態のＮｉ基焼結合金粉末における高融点Ｎｉ合金粉末として、その融点が１３００℃以上のものが使用される。この高融点Ｎｉ合金粉末の組成の一例として、Ｎｉ−10〜20Ｃｒ−0〜7Ｃｏ−0〜2Ｍｏ−0〜9Ｗ−0〜3Ｔａ−0.0〜0.3Ｃ−0.00〜0.03Ｂが挙げられる。尚、Ｎｉに添加する各合金成分の効果は、第１の実施形態と同じである。
【００４６】
一方、本実施形態のＮｉ基焼結合金粉末における低融点Ｎｉ合金粉末として、その融点が１２５０℃以下のもの（特に、１２１５℃以下のもの）が使用される。そして、低融点Ｎｉ合金粉末の組成の一例として、Ｎｉ−3〜13Ｃｒ−14〜24Ｃｏ−1.5〜7.5Ｍｏ−0.5〜11Ｗ−5〜9Ｔａ−4〜9Ｔｉ−7.5〜11.5Ａ１−0.00〜0.02Ｃ−0.5〜3.5Ｂが挙げられる。尚、Ｎｉに添加する各合金成分の効果は、第１の実施形態と同じである。
【００４７】
このような合金組成となる高融点Ｎｉ合金粉末と低融点Ｎｉ合金粉末とが混合されて低融点Ｎｉ合金粉末の配合比が３０〜６０重量％になるＮｉ基焼結合金粉末を用いて、上述のバルク成形やコーティングや局所的肉盛が成されるとき、１１５０〜１２５０℃の温度で、２〜１２時間の間加熱することによって焼結を行う。この焼結用の加熱処理を終了し、母材及びＮｉ基焼結合金の冷却を行う際、上述したように、１１２０℃±１０℃での２〜４時間の加熱及び８５０℃±１０℃での１６〜２４時間の加熱による段階的な加熱処理を行うようにしても構わない。
【００４８】
このように、母材ＭＧＡ１４００に対して、Ｎｉ基焼結合金粉末を用いて焼結したときに生成されるＮｉ基焼結合金の組成の重量％を、図５に示す。図５（Ａ）では、低融点Ｎｉ合金粉末の組成を、Ｎｉ−4.81Ｃｒ−22.05Ｃｏ−5.29Ｍｏ−8.94Ｗ−7.93Ｔａ−6.94Ｔｉ−9.47Ａ１−0.02Ｃ−1.53Ｂとし、高融点Ｎｉ合金粉末の組成を、Ｎｉ−18.35Ｃｒ−1.62Ｔａ−0.10Ｃ−0.017Ｂとする。このような低融点Ｎｉ合金粉末及び高融点Ｎｉ合金粉末より成るＮｉ基焼結合金粉末を、１２１５℃×８時間の条件下で加熱して焼結処理を行う。
【００４９】
このとき、低融点Ｎｉ合金粉末を５５重量％、５０重量％、４５重量％の配合比としたとき、形成されたＮｉ基焼結合金の組成が、それぞれ、Ｎｉ−10.90Ｃｒ−12.13Ｃｏ−2.91Ｍｏ−4.92Ｗ−5.09Ｔａ−3.82Ｔｉ−5.21Ａ１−0.06Ｃ−0.85Ｂ、Ｎｉ−11.58Ｃｒ−11.03Ｃｏ−2.65Ｍｏ−4.47Ｗ−4.78Ｔａ−3.47Ｔｉ−4.74Ａ１−0.06Ｃ−0.77Ｂ、Ｎｉ−12.26Ｃｒ−9.92Ｃｏ−2.38Ｍｏ−4.02Ｗ−4.46Ｔａ−3.12Ｔｉ−4.26Ａ１−0.07Ｃ−0.70Ｂとなる。
【００５０】
又、図５（Ｂ）では、低融点Ｎｉ合金粉末の組成を、Ｎｉ−11.71Ｃｒ−15.09Ｃｏ−2.28Ｍｏ−1.90Ｗ−7.98Ｔａ−5.72Ｔｉ−7.89Ａ１−0.009Ｃ−1.96Ｂとし、高融点Ｎｉ合金粉末の組成を、Ｎｉ−13.21Ｃｒ−5.01Ｃｏ−0.99Ｍｏ−7.50Ｗ−0.13Ｃとする。このような低融点Ｎｉ合金粉末及び高融点Ｎｉ合金粉末より成るＮｉ基焼結合金粉末を、１２１５℃×８時間の条件下で加熱して焼結処理を行う。
【００５１】
このとき、低融点Ｎｉ合金粉末を５５重量％、５０重量％、４５重量％の配合比としたとき、形成されたＮｉ基焼結合金の組成が、それぞれ、Ｎｉ−12.39Ｃｒ−10.55Ｃｏ−1.70Ｍｏ−4.42Ｗ−4.39Ｔａ−3.15Ｔｉ−4.34Ａ１−0.065Ｃ−1.08Ｂ、Ｎｉ−12.46Ｃｒ−10.05Ｃｏ−1.64Ｍｏ−4.7Ｗ−3.99Ｔａ−2.86Ｔｉ−3.95Ａ１−0.072Ｃ−0.98Ｂ、Ｎｉ−12.54Ｃｒ−9.55Ｃｏ−1.57Ｍｏ−4.98Ｗ−3.59Ｔａ−2.57Ｔｉ−3.55Ａ１−0.078Ｃ−0.88Ｂとなる。
【００５２】
このように、図５（Ａ）、（Ｂ）に示されるような組成の低融点Ｎｉ合金粉末及び高融点Ｎｉ合金粉末を、上述の各配合比で配合することで構成するＮｉ基焼結合金粉末を用いて、第１の実施形態の実施例１〜３と同一の方法で焼結することで、母材ＭＧＡ１４００の組成に近いＮｉ基焼結合金を形成することができる。特に、第１の実施形態における実施例２のコーティング及び実施例３の局所的肉盛を行うことによって、形成したコーティング部１３（図３）及び肉盛部１６（図４）の組成比を動翼１１の母材の組成比に近いものとすることができ、その結合強度を強めることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、Ｎｉ基焼結合金を融点の異なる２種のＮｉ合金粉末を混合した後、加熱して生成することにより、溶接を不要とすることができる。よって、溶接による溶接欠陥の発生を回避するとともに、強度の不足を解消し得るＮｉ基焼結合金を提供できる。又、生成したＮｉ基焼結合金の組成を、高温部品の母材の組成と略同等とすることができるので、母材とＮｉ基焼結合金との界面がなじみやすくすることができ、補修後の結合強度の不足を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＮｉ基焼結合金に使用される、高融点を有するＮｉ合金粉末と低融点を有するＮｉ合金粉末を混合、加熱する場合の説明図。
【図２】 第１の実施形態の実施例１に係るＮｉ基焼結合金によるタービンの説明図。
【図３】 第１の実施形態の実施例２に係るＮｉ基焼結合金によるタービンの説明図。
【図４】 第１の実施形態の実施例３に係るＮｉ基焼結合金によるタービンの説明図。
【図５】 第２の実施形態の低融点Ｎｉ合金粉末の配合比とＮｉ基焼結合金の組成との関係を示す図。
【符号の説明】
１ 溶融Ｎｉ合金部
１１ 動翼
１２ 減肉部
１３ コーティング部
１４ 亀裂部
１５ 亀裂周辺部
１６ 肉盛部
Claims (4)
- 高温ガス雰囲気中で利用される高温部品に使用される、融点の異なる２種のＮｉ合金粉末を混合、加熱してなるＮｉ基焼結合金であり、
前記２種のＮｉ合金粉末として、焼結処理を行う際の加熱温度よりも高い融点を有する高融点Ｎｉ合金粉末及び焼結処理を行う際の加熱温度よりも低い融点を有する低融点Ｎｉ合金粉末を用い、
前記高融点Ｎｉ合金粉末の組成が、Ｎｉ−16〜18Ｃｒ−0〜5Ｃｏ−0.0〜3.5Ｗ−0.0〜1.0Ｔａ−0.0〜1.0Ｔｉ−0.0〜1.0Ａ１−0.15〜0.3Ｃ−0.01〜0.03Ｂ−0.0〜0.1Ｚｒであり、
前記低融点Ｎｉ合金粉末の組成が、Ｎｉ−８〜12Ｃｒ−16〜20Ｃｏ−2.0〜3.5Ｍｏ−1.5〜2.5Ｗ−5〜9Ｔａ−7.5〜10Ｔｉ−8.5〜10.5Ａ１−1〜3Ｎｂ−0.5〜3.5Ｂ−0.00〜0.35Ｚｒであり、
前記低融点Ｎｉ合金粉末の配合比が、前記高融点Ｎｉ合金粉末と前記低融点Ｎｉ合金粉末を混合したＮｉ合金粉末全体の３０〜６０重量％であることを特徴とするＮｉ基焼結合金。 - 前記高融点Ｎｉ合金粉末の融点が、１３００℃以上であり、前記低融点Ｎｉ合金粉末の融点が、１２００℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基焼結合金。
- 前記高融点Ｎｉ合金粉末及び前記低融点Ｎｉ合金粉末が、１１５０〜１２５０℃、且つ２〜１２時間の条件下で加熱されて焼結されることにより、生成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＮｉ基焼結合金。
- 前記前記高温部品がＩＮ７３８ＬＣで構成され、当該高温部品の補修部分に使用されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮｉ基焼結合金。
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