JP4949092B2 - 焼結されたプリフォームを有するｈｐｔ側壁の修理方法 - Google Patents

Description

本発明は、航空機のガスタービンエンジン等に使用される超合金部品に関するものであり、より具体的には、摩滅され得る熱高密度化コーティングを施した上記部品に関する。

航空機ガスタービン（ジェット）エンジンにおいては、空気がエンジンの正面に引き込まれ、軸に取り付けられたコンプレッサーによって圧縮されて、燃料と混合される。混合物が燃焼し、生じる高温の燃焼ガスが同じ軸上に取り付けられたタービンを通過する。タービンは、その周囲に支えられたタービン翼を伴う回転タービンディスク、及び燃焼ガスをタービンディスクと側壁との間の環状部に通し、さらにタービン翼に対して流すよう制限する、固定（すなわち、回転しない）ガスタービン流路側壁とを含む。高温の燃焼ガスによるその強制的な流れがタービン翼の翼型部に接触することによってタービンが回転し、これが軸を回転させ、コンプレッサーに動力を提供する。回転タービン翼及びガスタービン固定流路側壁は、高温の燃焼ガスによって加熱され、高温となる。高い外部温度に対するこれらの耐久性を補助するため、通常、それらの内部を通って伝わり、かつそれらの表面の冷却孔から出る圧縮された冷気の流れによって冷却される。エンジンの後方から高温の排気ガスが流出し、それ自身及び航空機を前方に推進する。

使用する間に、タービンディスク、タービン翼及びガスタービン固定流路側壁は全て、高温の燃焼ガスによって浸食、腐食及び酸化され、材料も摩擦によって失われる。タービン翼及びガスタービン固定流路側壁の一部の金属は消失し、部品をガスタービンエンジンの経済的動作のために許容される寸法を下回る寸法に減少する。パワーバーストまたは硬着陸などによるローターのエクスカーションによって、タービン翼と側壁との間で摩擦が生じ、それによって側壁が掘られる。以上より、使用期間が長くなると、タービン翼とガスタービン固定流路側壁との隙間が拡大する。その結果、高温の燃焼ガスがタービン翼の先端とガスタービン固定流路側壁との間の隙間を通って漏出し、タービン翼を回転させる機能を果たさなくなるため、ガスタービンの効率が悪化する。

ガスタービンエンジンをオーバーホールするとき、部品の寸法をそれら本来の製造上の許容範囲内に修復し、それによってガスタービンの効率を回復させることが慣行的に行われる。上記ガスタービン固定流路側壁において、熱高密度化コーティングによってこの修理を行う技術が周知であり、たとえば米国特許第５，５６１，８２７号（その開示内容は援用によって本明細書の一部をなす）を参照されたい。この手法では、プリフォームを準備し、上記ガスタービン固定流路側壁の流路表面に結合させ、再度ドリルで冷却孔を開ける。この方法は、ガスタービン固定流路側壁の寸法を修復すること、及びタービン翼を修復するための技術と組み合わせてガスタービンをその規格寸法、またそれによるその本来の効率に戻すことに関しては、成功を収めていた。
米国特許出願公開第２００５／００５３８００号明細書 米国特許出願公開第２００４／００８６６３５号明細書 米国特許出願公開第２００４／００８４４２３号明細書 米国特許出願公開第２００３／００８８９８０号明細書 米国特許第６，５６０，８７０号明細書 米国特許出願公開第２００３／００３３７０２号明細書 米国特許第６，４６４，１２８号明細書 米国特許第６，２８３，３５６号明細書 米国特許第６，２６９，５４０号明細書 米国特許第６，３３３，８２２号明細書 米国特許第６，０４９，９７８号明細書 米国特許第５，９５６，８４５号明細書 米国特許第５，８２２，８５２号明細書 米国特許第５，７０５，２８１号明細書 米国特許第５，５７５，１４５号明細書 米国特許第５，５６１，８２７号明細書 米国特許第５，０７１，０５４号明細書 米国特許第４，９３７，０４２号明細書 米国特許第４，８４２，９５３号明細書 米国特許第４，８２２，２４８号明細書 米国特許第４，１５５，１５２号明細書

しかしながら、熱高密度化コーティングを利用するいくつかの例において、工程中の熱高密度化コーティングの寸法安定性が不十分なことが観察されていた。その寸法の修復が満足できるものであり、一方で工程中における寸法安定性が維持される、ガスタービン固定流路側壁の修理方法が必要とされている。本発明は、この要望を満足させ、さらにそれに関連する優位性を与えるものである。

本発明の一つの態様は、ガスタービン固定流路側壁の修復方法に関する。上記の方法は、前に使用されていた超合金ガスタービン固定流路側壁を用意することを含んでなり、超合金がニッケル系超合金及びコバルト系超合金からなる群より選択され、側壁が流路表面を含む。上記の方法はさらに、側壁の流路表面に適用するための修復コーティングを調製することを含むが、この調製は、高融点合金成分、低融点合金成分及び逃散性結合剤を含む前駆混合物を用意すること、ゆるやかに湾曲した修復プリフォームを上記の前駆混合物から形成すること、及び上記修復プリフォームを十分に高い所定温度にて焼結し、上記低融点合金成分を、上記修復プリフォームを部分高密度化してさらに上記の結合剤を焼失させるために十分な所定時間融解させることを含んでなり、上記の焼結はゆるやかに湾曲したプレート上で行われる。上記の方法はさらに、側壁の流路表面に修復コーティングを適用することを含んでいるが、この適用は、ゆるやかに湾曲した部分高密度化プリフォームを流路表面に取り付けることと、上記側壁を部分高密度化プリフォームと共に部分高密度化プリフォームと流路表面との間で金属（metallurgical）拡散結合を形成するのに十分な所定時間及び所定温度にて加熱することによりゆるやかに湾曲した部分高密度化プリフォームを流路表面に熱によって結合させることとを含む。

本発明の別の実施形態は、ガスタービン固定流路側壁の修理方法でもある。上記の方法は、前に使用されていた超合金ガスタービン固定流路側壁を用意することを含み、超合金がニッケル系超合金及びコバルト系超合金からなる群より選択され、側壁が流路表面を含む。上記の方法はさらに、側壁の流路表面に適用するための修復コーティングを調製することを含むが、この調製は、高融点合金成分、低融点合金成分及び逃散性結合剤を含む前駆混合物を用意すること、上記の前駆混合物からゆるやかに湾曲した修復プリフォームを形成すること、修復プリフォームを、低融点合金部品を融解させるのに十分に高い所定温度にて、修復プリフォームを部分高密度化してかつ結合剤を焼き取るために十分な所定時間焼結すること、及び、平坦な部分高密度化プリフォームからゆるやかに湾曲した部分高密度化プリフォームを形成することを含んでなり、その焼結は平板上で行われる。上記の方法はさらに、側壁の流路表面に修復コーティングを適用することを含んでいるが、この適用は、ゆるやかに湾曲した部分高密度化プリフォームを流路表面に取り付けることと、上記側壁を部分高密度化プリフォームと共に部分高密度化プリフォームと修復コーティングを形成する流路表面との間で金属拡散結合を形成するのに十分な所定時間及び所定温度にて加熱することによりゆるやかに湾曲した部分高密度化プリフォームを流路表面に熱によって結合させることとを含む。

本発明の利点は、修復コーティングのための部分高密度化プリフォームを使用することで、製造の間の側壁裏材の寸法安定性がもたらされることである。

本発明の別の利点は、ガスタービン固定流路側壁の修復によって、側壁の他の装備に対する過剰な湿潤及びプリフォーム材料の過剰な移動が生じないことである。

本発明の別の特徴及び効果は、後述のより好ましい実施形態における詳細な説明と、例えば本発明の原則を例示する、より低コストで改良されたパフォーマンスに関する以下の図面とを組み合わせることより明らかとなろう。

図１は、ニッケル系またはコバルト系超合金タービン流路側壁の修復方法の実施形態を、ブロックダイヤグラムの形式で示す。上記方法を実施する際に、前に使用されていたニッケル系またはコバルト系超合金タービン流路側壁が用意される（ステップ１００）。図２〜７は、ガスタービン固定流路側壁に関する上記方法の使用を示す。

図２は、ガスタービン４０の関係部分の概略図を示し、対象となる部品のみを図示する。ガスタービン４０は、中央軸４４に固定されかつそれと共に回転するタービンディスク４２を含む。複数のタービン翼４６が、タービンディスク４２の周辺４８から放射状に外方へ延びている。ガスタービン固定流路側壁５０は、タービンディスク４２、軸４４及びタービン翼４６が回転するトンネル様の構造を形成する。ガスタービン固定流路側壁５０は、「固定」と称され、タービンディスク４２、軸４４及びタービン翼４６が回転するときに回転しない。固定されたガスタービン固定流路側壁５０は、ある種のガスタービン翼の先端近くに見いだされる回転側壁とは区別される。ガスタービン固定流路側壁５０は、ともに円筒状のガスタービン固定流路側壁５０を画成する一連の湾曲した固定側壁セグメント５２によって形成される。ガスタービンエンジンの燃焼器（図示せず）から流れる燃焼ガス流５４は、図２の図面の平面に対して垂直である。

図３は、ガスタービン固定流路側壁５０及び固定側壁セグメント５２の一つをより詳細に図示する。各固定側壁セグメント５２は、側壁ハンガー構造５６上に支持される。ガスタービン固定流路側壁５０及び固定側壁セグメント５２は、タービン翼４６の先端６０に対向するが離間する流路表面５８を有する。ガスタービン４０の操作の際に、隙間ＣＧと称される流路表面５８と先端６０との間隔は、特定の許容限界内にあることが重要である。使用する間、流路表面５８及び先端６０は、両方とも高温の燃焼ガス５４によって侵食、腐食及び酸化され、時折それらが摩擦し結果的に材料の喪失を伴う。従って、ＣＧの値は、燃焼ガス流５４の容認できない程の量が、固定流路側壁５０の流路表面５８と先端６０との間から漏れるほど多量になり、その燃焼ガスがタービン翼４６と接触しなくなって、エネルギーを与えなくなるまで、経時的に増加する。その結果は、ガスタービン４０の効率の悪化である。

図４は、流路表面５８の背面を示す。図５〜６は、底面図（図５）及び正面立面図（図６）を示す。ガスタービン固定流路側壁５０などの部品は、好ましくは、ニッケル系超合金またはコバルト系超合金から作製される。本明細書で使用される「ニッケル系」とは、その組成物がニッケルを他のいかなる元素よりも多く有することを意味する。ニッケル系超合金は、γ’（ガンマプライム）相または関連相の沈澱によって強化される組成のものである。好ましい実施形態において、上記部品はＲｅｎｅ Ｎ５合金を含んでなり、その合金が、重量％で、約７．５％のコバルト、約７．０％のクロム、約１．５％のモリブデン、約５％のタングステン、約３％のレニウム、約６．５％のタンタル、約６．２％のアルミニウム、約０．１５％のハフニウム、約０．０５％の炭素、約０．００４％のホウ素、約０．０１％のイットリウム、及び残部のニッケル並びに付随的な不純物の名目上の組成を有する。本明細書で使用される「コバルト系」とは、その組成物がコバルトを他のいかなる元素よりも多く有することを意味する。別の好ましい実施形態において、上記部品はＭＡＲ−Ｍ−５０９合金を含んでなり、その合金が、重量％で、約２３〜約２４．２５％のクロム、約９〜約１１％のニッケル、約６．５〜約７．５％のタングステン、約３〜約４％のタンタル、約０．５５〜約０．６５％の炭素、約０．３〜約０．５％のジルコニウム、最大約２％の鉄、最大約０．３％のシリコン、最大約０．１％の銅、最大約０．１％のマンガン、最大約０．０１５％のリン、最大約０．０１５％の硫黄、最大約０．０１％のホウ素、及び残部のコバルト並びに付随的な不純物の組成を有する。

前に使用されていた側壁セグメント５２を洗浄し、埃、酸化及び腐食による生成物、並びに前の使用によって生じた他の不純物を除去する（ステップ１０５）。上記の洗浄は、好ましくは、１９７８年７月４日に登録された表題「ＳＵＰＥＲＡＬＬＯＹ ＡＲＴＩＣＬＥ ＣＬＥＡＮＩＮＧ ＡＮＤ ＲＥＰＡＩＲ ＭＥＴＨＯＤ」の、本願出願人に譲渡された米国特許第４，０９８，４５０号（その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす）に記載のような、フッ化物イオン洗浄によって達成される。

修復コーティングの調製（ステップ１１０）は、固定側壁セグメント５２の修復前の流路表面７４に対する適用（ステップ１４５）のために行われる。ステップ１１０は、最初に前駆混合物を用意すること（ステップ１１５）を含む。前駆混合物は、高融点合金の粉末成分、低融点合金の粉末成分及び逃散性結合剤の混合物を含む。好ましくは、低融点合金の粉末及び高融点の粉末の両者の粉末サイズは、約−１４０／＋３２５メッシュであるが、他の粉末サイズを特定の用途のために使用してもよい。上記の二つの合金成分は別々に調製され、次いで逃散性結合剤（かかる逃散性結合剤は当技術分野において周知である）と共に混合され、前駆混合物が作製される。上記の二つの合金の粉末成分は所定の比率で共に混合され、合金混合物が形成される。次いで、逃散性結合剤が上記の合金粉末混合物に添加され、ステップ１１５で準備された前駆混合物が形成される。結合剤は、好ましくは、その合金粉末を最初の処理において選択した形状に保つが、後に部分的高密度化（ステップ１３５）の間に消失する有機物質である。

側壁５０がニッケル系超合金を含む一つの実施形態において、前駆混合物中の二つの合金は、２００３年１１月６日に出願され、”ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＲＥＰＡＩＲ ＯＦ Ａ ＮＩＣＫＥＬ−ＢＡＳＥ ＳＵＰＥＲＡＬＬＯＹ ＡＲＴＩＣＬＥ ＵＳＩＮＧ Ａ ＴＨＥＲＭＡＬＬＹ ＤＥＮＳＩＦＩＥＤ ＣＯＡＴＩＮＧ”の発明の名称を有するアメリカ特許出願第１０／７０３，０１０号（その開示内容全体は援用によって本願明細書の内容の一部をなし、また本願出願人に譲渡されている）において詳細に記載されている。側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するための、好適な高融点合金成分は、重量％で、約３．１％のコバルト、約７．６％のクロム、最大約０．１％のモリブデン、約３．８５％のタングステン、最大約０．０２％のチタン、約１．６５％のレニウム、約０．５５％のシリコン、約５．４５％のタンタル、約７．８％のアルミニウム、約０．１５％のハフニウム、約０．０２％の炭素、及び残部のニッケル並びに付随的な不純物の名目上の組成を有する。別の好ましい実施形態において、側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するための高融点合金成分は、重量％で、約０．０１〜約０．０３％の炭素、最大約０．１％のマンガン、約０．５〜約０．６％のシリコン、最大約０．０１％のリン、最大約０．００４％の硫黄、約７．４〜約７．８％のクロム、約２．９〜約３．３％のコバルト、最大約０．１％のモリブデン、約３．７〜約４．０％のタングステン、約５．３〜約５．６％のタンタル、最大約０．０２％のチタン、約７．６〜約８．０％のアルミニウム、約１．５〜約１．８％のレニウム、最大約０．００５％のセレニウム、最大約０．３％のプラチナ、約０．０１〜約０．０２％のホウ素、最大約０．０３％のジルコニウム、約０．１２〜約０．１８％のハフニウム、最大約０．１％のニオブ、最大約０．１％のバナジウム、最大約０．１％の銅、最大約０．２％の鉄、最大約０．００３５％のマグネシウム、最大約０．０１％の酸素、最大約０．０１％の窒素及び付随的な不純物を伴う残部のニッケルを含む。好ましい実施形態において、側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するための低融点合金成分は、重量％で、約１４．０〜約１６．０％のコバルト、約１９．０〜約２１．０％のクロム、約４．５〜約５．５％のアルミニウム、最大約０．０５の炭素、約７．７〜約８．１％のシリコン、最大約０．５％の鉄、最大約０．１％のマグネシウム、及び残部のニッケル並びに付随的な不純物を含む。好ましい実施形態において、側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するための前駆混合物の合金成分は、重量％で、高融点合金成分を約７９％含み、残部が低融点合金成分である。

側壁５０がニッケル系超合金を含む一実施形態において、結合された前駆混合物の合金成分は、約１５重量％以下のクロム、好ましくは、１２重量％以下のクロム、最も好ましくは、約１０重量％以下のクロムを含む。かかる実施形態において、結合された前駆混合物の合金成分は、約０．０１％以下のイットリウムを含み、好ましくは、実質的にイットリウムを含まない（すなわち約０．００１％以下）。別の好ましい実施形態において、結合された側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するための前駆混合物の合金成分は、重量％で、約１０．２％のクロム、約５．６％のコバルト、約７．２％のアルミニウム、約４．３％のタンタル、約１．３％のレニウム、約３．１％のタングステン、約０．１％のハフニウム、約２．１％のシリコン、及び残部のニッケル並びに不純物を含んでなり、実質的にイットリウムを含まない名目上の組成を有する。

側壁５０がニッケル系超合金を含む別の実施形態において、前駆混合物中の二つの合金は、米国特許第５，５６１，８２７号（１９９６年１０月１日に登録された”ＣＯＡＴＥＤ ＮＩＣＫＥＬ−ＢＡＳＥ ＳＵＰＥＲＡＬＬＯＹ ＡＮＤ ＰＯＷＤＥＲ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＵＳＥＦＵＬ ＩＮ ＩＴＳ ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮ”の発明の名称を有し、その開示内容の全体が援用により本願明細書の一部をなし、また本願出願人に譲渡されている）において詳細に記載されている。側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するための好適な代替的な高融点合金成分は、重量％で、約１０〜約２０％のコバルト、約１４〜約２５％のクロム、約２〜約１２％のアルミニウム、０〜約０．２％のイットリウム及び残部のニッケル並びに付随的な不純物を含む組成を有する。側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するためのより好適な代替的な高融点合金成分は、重量％で、約１４〜約１６％のコバルト、約１９〜約２１％のクロム、約８．５〜約９．５％のアルミニウム、約０．０５〜約０．１５％のイットリウム、最大約０．０２％のホウ素、最大約０．０５％の炭素、最大約０．５００％の鉄、最大約０．００７５％のセレニウム、最大約０．１％のシリコン、最大約０．０１０％のリン、最大約０．０１０％の銅、最大約０．１０のマグネシウム及び残部のニッケルを含む組成を有する。側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するための好適な代替的な低融点合金成分は、重量％で、約１０〜約２０％のコバルト、約１４〜約２５％のクロム、約２〜約１２％のアルミニウム、約０．００１〜約３％のホウ素、約２〜約１２％のシリコン、残部のニッケル及び付随的な不純物を含む組成を有する。側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するためのより好適な代替的な低融点合金成分は、重量％で、約１４〜約１６％のコバルト、約１９〜約２１％のクロム、約４．５〜約５．５％のアルミニウム、約８％のシリコン、最大約０．０５％のホウ素、最大約０．０５％の炭素、最大約０．５００％の鉄、約０．００７５％のセレニウム、最大約０．０１０％のリン、最大約０．０１０％の銅、最大約０．１０％のマグネシウム、残部のニッケルを含む。代替的な好ましい実施形態において、結合された側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するための前駆混合物の合金成分は、重量％で、約６０〜約７５％の高融点合金成分を含み、残部が低融点合金成分である。より好適な実施形態において、側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するための前駆混合物の合金成分は、重量％で、約６８．５％の高融点合金成分を含み、残部が低融点合金成分である。

別の実施形態において、側壁５０のニッケル系超合金での実施形態と共に使用するための結合された前駆混合物の合金成分は、重量％で、約１０〜約２０％のコバルト、約１４〜約２５％のクロム、約２〜約１２％のアルミニウム、０〜約０．２％のイットリウム、約０．００１〜約３％のホウ素、約１〜約１０％のシリコン、及び残部のニッケル並びに付随的な不純物を含む。

側壁５０がコバルト系超合金を含む別の実施形態において、前駆混合物中の二つの合金は、米国特許第４，８４２，９５３号（１９８９年６月２７日に登録され、”ＡＢＲＡＤＡＢＬＥ ＡＲＴＩＣＬＥ ＡＮＤ ＰＯＷＤＥＲ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ，”の発明の名称を有し、その開示内容全体が援用により本願明細書の一部をなし、本願出願人に譲渡されている）に詳細に記載され、また米国特許Ｎｏ．４，９３７，０４２号（１９９０年６月２６日に登録され、”ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＡＮ ＡＢＲＡＤＡＢＬＥ ＡＲＴＩＣＬＥ，”の発明の名称を有し、その開示内容全体が援用により本願明細書の一部をなし、本願出願人に譲渡されている）に詳細に記載されている。側壁５０のコバルト系超合金での実施形態と共に使用するための別の代替的な好適な高融点合金成分は、重量％で、約１６．８〜約３２．７％のニッケル、約２１．５〜約２４．９％のクロム、約８〜約９．９％のアルミニウム、約０．０４５〜約０．１３％のイットリウム、残部のコバルト及び付随的な不純物を含む組成を有し、さらに実質的にシリコンを含まないことを特徴とする。側壁５０のコバルト系超合金での実施形態と共に使用するための別の代替的なより好適な高融点合金成分は、重量％で、約３０．５〜約３２．５％のニッケル、約２１．５〜約２２．５％のクロム、約８〜約９％のアルミニウム、約０．０４５〜約０．０９５％のイットリウム、最大約０．５％の鉄、最大約０．０１１％の炭素、最大約０．００５％の硫黄、最大約０．０１０％のリン、最大約０．０１７５％の酸素、最大約０．０１５％の窒素、及び残部のコバルト並びに付随的な不純物を含む組成を有し、さらに実質的にシリコンを含まないことを特徴とする。側壁５０のコバルト系超合金での実施形態と共に使用するための別の代替的な好適な低融点合金成分は、重量％で、約３８〜約５３．１％のニッケル、約１０〜約３０％のクロム、約８〜約１２％のシリコン、約１．５〜約４％のアルミニウム、及び残部のコバルト並びに付随的な不純物を含む組成を有し、さらに実質的にイットリウムを含まないことを特徴とする。側壁５０のコバルト系超合金での実施形態と共に使用するための別の代替的なより好適な低融点合金成分は、重量％で、約３８〜約４０％のニッケル、約２１．５〜約２２．５％のクロム、約３．４〜約４．４％のアルミニウム、約９．８〜約１０．２％のシリコン、最大約０．５０％の鉄、最大約０．０１１％の炭素、最大約０．００５％の硫黄、最大約０．０１０％のリン、最大約０．０１７５％の酸素、最大約０．０１５％の窒素、及び残部のコバルト並びに付随的な不純物を含む組成を有し、さらに実質的にイットリウムを含まないことを特徴とする。代替的な好ましい実施形態において、側壁５０のコバルト系超合金での実施形態と共に使用するための結合された前駆混合物の合金成分は、重量％で、約５０〜約７０％の高融点合金成分を含み、残部が低融点合金成分である。

別の代替的な実施形態において、側壁５０のコバルト系超合金での実施形態と共に使用するための結合された前駆混合物の合金成分は、重量％で、約１０〜約３５％のクロム、約４〜約１０％のアルミニウム、最大約０．０９％のイットリウム、約２〜約６％のシリコン、並びに残部のコバルト及び付随的な不純物を含み、上記のコーティングはさらに実質的にホウ素を含まないことを特徴とする。

一つの実施形態において、前駆混合物１１５の準備の後の次のステップ１２０は、上記の前駆混合物を、ゆるやかに湾曲した修復前流路表面７４の形状に適合し、かつ約０．０８０〜約０．１２０インチの厚さを有する、薄くゆるやかに湾曲したプリフォームに形成する。ゆるやかに湾曲したプリフォームは、テープケーシング、押圧、注入成形または別のいかなる使用できる方法によって形成されてもよい。押圧ステップに使用される結合剤及び押圧ステップに関する記載は、米国特許第５，７０５，２８１号（発明の名称”ＣＯＡＴＥＤ ＮＩＣＫＥＬ−ＢＡＳＥ ＳＵＰＥＲＡＬＬＯＹ ＡＲＴＩＬＣＥ ＡＮＤ ＰＯＷＤＥＲ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＵＳＥＦＵＬ ＩＮ ＩＴＳ ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮ”）に見出すことができ、その開示内容は援用により本願明細書の内容の一部をなす。

プリフォームは、後で鑞付けを行い多孔性の度合いを減少させることによって部分高密度化されるため、多孔度が小さいことを必要としない。注入成形法のためには、プラスチック結合剤が使用される。ゆるやかに湾曲したプリフォームがステップ１２０で形成された後、その次のステップ１２５では、プリフォームを、真空炉において低融点合金部品の融点よりも高い温度にて、部分高密度化プリフォームを形成するために十分な時間加熱することによって、プリフォームを部分高密度化させる。加熱１２５のステップは、上記プリフォームがゆるやかに湾曲したプレート上にあり、その結果プリフォームがそのゆるやかに湾曲した形状を維持するときに生じる。ゆるやかに湾曲したプレートは、好ましくは、アルミナ、ジルコニア及びセラミックフェルトからなる群より選択される材料を含むが、当分野において周知のいかなる機能材料を使用してもよい。部分的な高密度化は、好ましくは、高融点合金の融点を下回る温度にて行われる。部分的な高密度化は、好ましくは、約０．２５〜約４時間、約１１７７℃（２１５０°Ｆ）〜約１２４６℃（２２７５°Ｆ）の温度にて行われる。上記の部分的な高密度化は、より好ましくは、約２時間、約１２３２℃（２２５０°Ｆ）〜約１２４３℃（２２７０°Ｆ）の温度にて行われる。

別の実施形態において、前駆混合物１１５を準備するステップの後の次のステップ１３０は、薄い平らなプリフォームを形成する。上記の平らなプリフォームは、テープケーシング、押圧、注入成形または別のいかなる使用できる方法によって形成されてもよい。プリフォームは、後で鑞付けを行い多孔性の度合いを減少させることによって部分高密度化されるため、多孔度が小さいことを必要としない。注入成形法のためには、プラスチック結合剤が使用される。

この代替的な実施形態において、平らなプリフォームがステップ１３０で形成された後、その次のステップ１３５では、プリフォームを真空炉において平らなプレート上で低融点合金部品の融点よりも高い温度にて、部分高密度化プリフォームを形成するために十分な時間加熱することによって、プリフォームを部分高密度化させる。上記の平らなプレートは、好ましくは、アルミナ、ジルコニア及びセラミックからなる群より選択される材料を含むが、当分野において周知のいかなる機能材料を使用してもよい。上記の部分的な高密度化は、好ましくは、高融点合金の融点より低い温度で起こる。上記の部分的な高密度化は、好ましくは、約０．２５〜約４時間、約１１７７℃（２１５０°Ｆ）〜約１２４６℃（２２７５°Ｆ）の温度にて行われる。上記の部分的な高密度化は、より好ましくは、約２時間、約１２３２℃（２２５０°Ｆ）〜約１２４３℃（２２７０°Ｆ）の温度にて行われる。

この代替的な実施形態における次のステップ１４０は、ステップ１３５で形成された平らな高密度化されたプリフォームから、ゆるやかに湾曲した部分高密度化プリフォームを形成する。これは、平らな部分高密度化プリフォームを機械的に動かすなど、当分野において周知のいかなる手段によって行ってもよい。

各々の場合において、ゆるやかに湾曲した部分高密度化プリフォームが一旦形成されると、次のステップ１４５では修復を適用する。上記の修復を適用する最初のステップ１５０では、側壁５０の修復前流路表面７４に対して上記のゆるやかに湾曲した部分高密度化プリフォームを接触させる。プリフォームは、接着剤を使用してプリフォームを押し下げる、またはプリフォームをスポット溶接するなど、当分野において周知のいかなる手段によって、修復前流路表面７４に対して接触されてもよい。

次のステップ１５５は、真空炉において、プリフォームと側壁５０とを、約１２３２℃（２２５０°Ｆ）〜約１２８８℃（２３５０°Ｆ）の温度にて、約２０分〜約２時間加熱することによって、部分高密度化プリフォームを側壁５０に対して結合させる。結合１５５のステップは、好ましくは、約１２４９℃（２２８０°Ｆ）〜約１２７４℃（２３２５°Ｆ）の温度にて約２時間行なわれる。

図７に示すように、露出するコーティング７２の表面は、新しい、修理された流路表面５８である。修復コーティング７２は、側壁５０の寸法をその所望の値に戻す任意の使用可能な厚さｔｃにて適用してもよいが、好ましくは、約０．０８０〜約０．１２０インチの厚さにて適用される。修復コーティングは、あるいは、より厚いまたは薄い厚さ、例えば約０．０４〜約０．１６０インチにて適用してもよい。上記コーティングの多孔度は、約０．３〜約３．０％である。

処理後、側壁５０は、前に使用されたニッケル系またはコバルト系超合金側壁５０、並びに、修復コーティング７２を形成する部分高密度化プリフォームによる、側壁セグメント５２の修復前流路表面７４に対して適用された、部分高密度化プリフォームの修復及び金属結合した拡散、を含む。修復コーティング７２の多孔度は、好ましくは、約０．３〜約３．０％である。

任意に、当分野において周知の通り、側壁の部分を保護するために耐環境コーティングを適用してもよい。上記耐環境コーティングは、広義には、気相アルミナイド化（ＶＰＡ）によって適用される拡散アルミナイドであり、当分野において周知である。流路表面５８上に沈着する耐環境コーティングのいずれの部分も、エンジンの作動前に機械除去される。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲内で様々な変更をなすことができ、構成要素を均等物で置換できることは当業者には明らかであろう。さらに、本発明の技術的範囲内で、特定の状況又は材料を本発明の教示内容に適合させるため多くの修正をなすことができる。したがって、本発明は、その最良の実施の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に属するあらゆる実施形態を包含する。

本発明の方法の実施形態を実施するための好ましい方法を示すブロックフローチャート。 ガスタービンの一部の、部分概略正面立面図。 ガスタービン固定流路側壁組立体の、図２の３−３線に沿った断面図、並びにタービン翼との関係図。 ガスタービン固定流路側壁の部分の斜視図。 ガスタービン固定流路側壁の底面図。 ガスタービン固定流路側壁の正面図。 修理ステップの間のガスタービン固定流路側壁の拡大概略側面図。

Claims (10)

1. ガスタービン固定流路側壁（５０）の修理方法であって、
   （１）以前に使用された超合金製ガスタービン固定流路側壁であって、前記超合金がニッケル基超合金及びコバルト基超合金からなる群から選択され、流路表面（７４）を有する固定流路側壁を用意する段階（１００）と、
   （２）前記側壁の流路表面（７４）に適用するための修復プリフォームを調製する段階（１１０）であって、（２−ｉ）高融点合金成分と低融点合金成分と逃散性結合剤とを含む前駆混合物を用意する工程（１１５）と、（２−ｉｉ）該前駆混合物からゆるやかに湾曲した修復プリフォームを形成する工程（１２０）と、（２−ｉｉｉ）該修復プリフォームを、前記低融点合金成分を溶かすのに十分に高い温度で、前記修復プリフォームを部分的に高密度化するとともに結合剤を焼失させるのに十分な時間焼結させる工程（１２５）とを含んでいて、前記焼結が前記流路表面（７４）以外のゆるやかに湾曲する平面上で行われる段階と、
   （３）修復コーティングを前記流路表面に適用する段階（１４５）であって、（３−ｉ）ゆるやかに湾曲した部分高密度化プリフォームを前記流路表面に接触させる工程（１５０）と、（３−ｉｉ）前記側壁を部分高密度化プリフォームと共に、部分高密度化プリフォームと流路表面との間で金属拡散結合を形成するのに十分な時間及び温度で加熱することによって、ゆるやかに湾曲する部分高密度化プリフォームを前記流路表面に熱的に結合させて修復コーティング（７２）を形成する工程（１５５）とを含む段階と
   を含む方法。
2. 前記超合金がニッケル基超合金である、請求項１記載の方法。
3. 前記高融点合金成分と低融点合金成分とが合計で、最大１２重量％のクロム及び最大０．０１重量％のイットリウムを含む、請求項２記載の方法。
4. 前記高融点合金成分と低融点合金成分とが合計で、１０．２重量％のクロム、５．６重量％のコバルト、７．２重量％のアルミニウム、４．３重量％のタンタル、１．３重量％のレニウム、３．１重量％のタングステン、０．１重量％のハフニウム、２．１重量％のシリコン、及び残部のニッケルと不可避不純物を含んでなり、実質的にイットリウムを含まない、請求項２記載の方法。
5. 前記高融点合金成分と低融点合金成分とが合計で、１０〜２０重量％のコバルト、１４〜２５重量％のクロム、２〜１２重量％のアルミニウム、０〜０．２重量％のイットリウム、０．００１〜３重量％のホウ素、１〜１０重量％のシリコン、及び残部のニッケルと不可避不純物を含む、請求項２記載の方法。
6. 前記超合金がコバルト基超合金であって、前記高融点合金成分と低融点合金成分とが合計で、１０〜３５重量％のクロム、４〜１０重量％のアルミニウム、最大０．０９重量％のイットリウム、２〜６重量％のシリコン、及び残部のコバルトと不可避不純物を含んでなり、実質的にホウ素を含まない、請求項１記載の方法。
7. 前記焼結する段階が１１７７〜１２４６℃の温度で、０．２５〜４時間行われる、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の方法。
8. 前記熱的に結合させる段階が１２３２〜１２８８℃の温度で、２０分〜２時間行われる、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の方法。
9. 前記修復コーティング（７２）の多孔度が０．３〜３．０％である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の方法。
10. 前記修復コーティング（７２）が０．０４〜０．１６０インチ（１．０〜４．１ｍｍ）の厚さを有する、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の方法。

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