JP5780703B2 - 半田合金、および部材を修理するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１記載の半田合金、および請求項１７記載の部材修理方法に関する。

部材は、製造後、例えば鋳造後、または利用されクラックを生じたのち、しばしば修理されねばならない。このため例えば溶接法等のさまざまな修理法があるが、しかし溶接法では部材の母材材料が一緒に溶融されねばならず、そのことから特に、鋳造され方向性凝固された部材の破損や母材材料の構成要素の蒸発を生じることがある。半田付け法は溶接法時の温度と比べて、従って母材材料の融点と比べて低い温度で作動される。しかしそれにもかかわらず半田は、半田を充填されたクラックまたは窪みが高い使用温度時に部材全体の弱化を生じることのないように、高い強度を有していなければならない。

そこで本発明の課題は、上記問題を克服した半田合金および部材修理方法を明示することである。

半田合金に関する前記課題は、請求項１記載の半田合金からなる半田によって解決される。この半田合金は、Ｎｉ−Ｇｅの２成分系をベースとする半田合金であって、以下の組成、即ち、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｗ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｗ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｗ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｗ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｗ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｗ−Ａｌ−Ｇｅの内の１つから成る半田合金において、前記Ｇｅの含有量は３〜２８重量％とし、Ｃｒの含有量は２〜１０重量％とし、Ｃｏの含有量は２〜１０重量％とし、Ｗの含有量は２〜６重量％とし、Ａｌの含有量は１〜５重量％とし、残部がＮｉであってその含有量が最大重量％であることを特徴とする。

有利な仕方で互いに任意に組合せることのできる他の有利な諸措置は、下記または従属請求項に列挙されている。これらの諸措置は下記の通りである。すなわち、
-この半田合金はケイ素を含まない。
-この半田合金は炭素を含まない。
-この半田合金は鉄を含まない。
-この半田合金はマンガンを含まない。
-この半田合金はガリウム（Ｇａ）を含み、ゲルマニウム（Ｇｅ）を含まない。
-この半田合金はゲルマニウム（Ｇｅ）を含み、ガリウム（Ｇａ）を含まない。
-この半田合金はガリウム（Ｇａ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とを含む。
-この半田合金はガリウム（Ｇａ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）の含有量が３重量％以上であり、特に３重量％である。
-この半田合金のガリウム（Ｇａ）含有量またはゲルマニウム（Ｇｅ）含有量が６重量％以上であり、特にガリウム含有量またはゲルマニウム含有量が６重量％である。
-この半田合金のガリウム（Ｇａ）含有量またはゲルマニウム（Ｇｅ）含有量が２８重量％以下であり、特に１８重量％以下である。
-この半田合金のガリウム（Ｇａ）含有量またはゲルマニウム（Ｇｅ）含有量が１３重量％以下であり、特にガリウム含有量またはゲルマニウム含有量が１３重量％である。
-この半田合金のガリウム（Ｇａ）含有量またはゲルマニウム（Ｇｅ）含有量が８重量％以下であり、特にガリウム含有量またはゲルマニウム含有量が８重量％である。
-この半田合金が１８重量％〜２８重量％、特に２０重量％のゲルマニウム（Ｇｅ）、まったく特別には２６重量％のＧｅを有する。
-この半田合金が２１重量％〜２５重量％のゲルマニウム（Ｇｅ）、特に２３重量％のゲルマニウム（Ｇｅ）を有する。
-この半田合金が２８重量％〜３５重量％のガリウム（Ｇａ）を有する。
-この半田合金が特に少なくとも０．１重量％のクロム（Ｃｒ）を含む。
-この半田合金が特に少なくとも０．１重量％のコバルト（Ｃｏ）を含む。
-この半田合金が特に少なくとも０．１重量％のアルミニウム（Ａｌ）を含む。
-この半田合金が特に少なくとも０．１重量％のタングステン（Ｗ）を含む。
-この半田合金が特に少なくとも０．１重量％のチタン（Ｔｉ）を含む。
-この半田合金が特に少なくとも０．１重量％のモリブデン（Ｍｏ）を含む。
-この半田合金が特に少なくとも０．１重量％のタンタル（Ｔａ）を含む。
-この半田合金がニッケル（Ｎｉ）と、ガリウム（Ｇａ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）と、専らクロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）およびアルミニウム（Ａｌ）の群から選択される１つの他の合金元素とから成る。
-この半田合金がニッケル（Ｎｉ）と、ガリウム（Ｇａ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）と、専らクロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）およびアルミニウム（Ａｌ）の群から選択される２つの他の合金元素とから成る。
-この半田合金がニッケル（Ｎｉ）と、ガリウム（Ｇａ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）と、専らクロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）およびアルミニウム（Ａｌ）の群から選択される３つの他の合金添加剤とから成る。
-この半田合金がニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）とから成る。
-この半田合金がホウ素（Ｂ）および／またはジルコニウム（Ｚｒ）を含まない。
-この半田合金はニッケル（Ｎｉ）が最大重量割合を有する。
-この半田合金はニッケル（Ｎｉ）が最大体積割合を有する。
-この半田合金のクロム含有量が２重量％〜１０重量％、特に３重量％〜９重量％、まったく特別には８重量％である。
-この半田合金のアルミニウム含有量が１重量％〜５重量％、特に２重量％〜４重量％、まったく特別には３重量％である。
-この半田合金のタングステン含有量が２重量％〜６重量％、特に３重量％〜５重量％、まったく特別には４重量％である。
-この半田合金のコバルト含有量が２重量％〜１０重量％、特に３重量％〜９重量％、まったく特別には８重量％である。
-この半田合金はタングステンを含まない。
-この合金のアルミニウム含有量が１．０重量％〜２．０重量％、特に１．５重量％である。
-この半田合金のタングステン含有量が１重量％〜３重量％、特に２重量％である。
-この半田合金のコバルト含有量が３重量％〜５重量％、特に４重量％である。
-この半田合金のクロム含有量が３重量％〜５重量％、特に４重量％である。
-この半田合金がクロム（Ｃｒ）を含まない。
-この半田合金がコバルト（Ｃｏ）を含まない。
-この半田合金がアルミニウム（Ａｌ）を含まない。
-この半田合金がニッケル、ゲルマニウム、タングステンおよびアルミニウムから成る。
-この半田合金がニッケル、ゲルマニウム、コバルトおよびタングステンから成る。
-この半田合金がニッケル、ゲルマニウム、クロムおよびタングステンから成る。
-この半田合金がニッケル、ゲルマニウム、クロムおよびコバルトから成る。
-この半田合金がニッケル、ゲルマニウム、コバルトおよびアルミニウムから成る。
-この半田合金がニッケル、ゲルマニウム、クロムおよびアルミニウムから成る。
方法に関する課題は請求項１７による方法により解決される。
この方法は部材（１）の修理を含み、この修理の際に半田（１０）が少なくとも１１４０℃で、特に少なくとも１１６０℃で使用される。
方法に関する有利な諸措置が、下記または従属請求項に列挙されており、これらの諸措置は有利な仕方で互いに任意に組合わせることができる。これらの諸措置は以下の通りである。すなわち、
-半田付けが等温法で行われる。
-半田付けが温度勾配法によって行われる。
-半田が方向付けられ、特に単結晶で凝固される。
-半田（１０）が合金ＰＷＡ１４８３、ＰＷＡ１４８４またはＲｅｎｅＮ５用に使用される。
-部材の母材が方向付け凝固され、特に単結晶で凝固されている。
-温度が１１６０℃である。
-温度が１１８０℃である。
-温度が１２００℃である。
-温度が１２３０℃である。
-温度が１２３０℃である。
-温度が１２６０℃である。
-温度が１２８０℃である。
-温度が最高１２８０℃、特に最高１１６０℃である。
-処理室内に１０ｍｂａｒ（＝１０００Ｐａ）以下、特に約１ｍｂａｒ（＝１００Ｐａ）の総圧力が調整される。
-処理室内に０．１ｍｂａｒ（＝１０Ｐａ）超、特に１ｍｂａｒ（＝１００Ｐａ）よりも大きな総圧力が調整される。
-処理室において部材を半田と一緒に加熱する前に不活性ガスで処理室のフラッシングが特に少なくとも１０時間、特に好ましくは４８時間行われる。
-フラッシング過程時の流量が０．２ｌ／分〜１ｌ／分である。
-フラッシング過程時の流量が１ｌ／分である。
-特に純度６．０の不活性ガスが、処理室に流入前にガス浄化カートリッジで濾過される。
-半田付けの継続時間が少なくとも１０時間（１０ｈ）、特に少なくとも４８時間（４８ｈ）である。
-半田（１０）が多結晶（ＣＣ）で、特にＣＣ部材内で凝固される。

本発明に係る半田で処理中および処理後の部材の２つの横断面図である。 タービン翼を示す斜視図である。 燃焼室を示す斜視図である。 ガスタービンを示す図である。 超合金のリストである。

図１で示される部材１は本発明に係る半田合金から成る半田１０で処理される。部材１は母材４を含み、この母材は特に高温応用用の部材の場合、特に蒸気タービンまたはガスタービン１００（図４）用のタービン翼１２０、１３０（図２）または燃焼室要素１５５（図３）の場合、ニッケル基またはコバルト基超合金から成る（図５）。半田１０はとりわけ図５による全合金用に使用することができる。これらは特に公知の素材ＰＷＡ１４８３、ＰＷＡ１４８４またはＲｅｎｅＮ５とすることができる。半田１０は航空機用のタービン翼でも応用される。

母材４が有するクラック７または窪み７は半田で充填されねばならない。クラック７もしくは窪み７は特に幅が約２００μｍであり、５ｍｍまでの深さのことがある。半田合金から成る半田１０が窪み７内またはその近傍に付与され、熱処理（＋Ｔ）によって半田１０は母材４の融点未満で溶融し、窪み７を完全に充填する。

半田合金１０はニッケル基であり、それゆえに最大割合として主にニッケル（Ｎｉ）を有する。

主に、Ｎｉ−ＧｅまたはＮｉ−Ｇａの２成分系が使用される。

好ましくは、ガリウム（Ｇａ）含有量が少なくとも０．１重量％である。同様に好ましくは、ゲルマニウム含有量が少なくとも０．１重量％である。この僅かな割合がニッケルまたはニッケル合金の半田特性に影響を及ぼす。

残りのニッケルとガリウムおよび／またはゲルマニウムの他に、好ましくは他の成分、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）またはタンタル（Ｔａ）を設けておくことができ、それらが使用される場合、それらは好ましくはそれぞれ少なくとも０．１重量％の割合で使用される。

クロム含有量は、好ましくは２重量％〜１０重量％の範囲内、特に３重量％〜９重量％の範囲内であり、特に好ましい実施例はクロム含有量が４重量％または８重量％であり、これにより好ましいクロム値は３重量％〜５重量％または７重量％〜９重量％の範囲内、好ましくは８重量％である。好ましくは含有量が４重量％クロムでもある。

アルミニウム含有量は、好ましくは１重量％〜５重量％の範囲内、特に好ましくは２重量％〜４重量％の範囲内である。特別良好な実施例はアルミニウム含有量３重量％の半田合金を有する。

タングステン含有量は、好ましくは２重量％〜６重量％の範囲内、特に好ましくは３重量％〜５重量％の範囲内である。特別良好な結果は４重量％のタングステン含有量で達成された。

コバルト含有量は２重量％〜１０重量％の範囲内、特別好ましくは３重量％〜９重量％の範囲内である。特別好ましい実施例はコバルト含有量が４重量％または８重量％であり、特別好ましいコバルト含有量は３重量％〜５重量％または７重量％〜９重量％、特に８重量％である。好ましくは、コバルト含有量は４重量％でもある。

ガリウムまたはゲルマニウム含有量は、好ましくは少なくとも３重量％、特に好ましくは少なくとも６重量％である。好ましくは、ゲルマニウムまたはガリウム含有量は１８重量％の最大値に限定することができる。同様に好ましくはガリウムまたはゲルマニウムの最大含有量が１３重量％であり、まったく特別に好ましくはこの最大含有量が８重量％である。

半田合金としてのニッケル基超合金内のガリウム（Ｇａ）の割合は、好ましくは２８重量％〜３５重量％である。

ゲルマニウムの割合は、特に２成分系の場合、つまりＮｉＧｅ２０、ＮｉＧｅ２３またはＮｉＧｅ２６の場合、特に単結晶凝固用に好ましくは１８重量％〜２８重量％、特に２０重量％、２３重量％、２６重量％または２７重量％である。

好ましくは、上記半田成分のリストはニッケル、クロム、コバルト、タングステン、アルミニウム、ガリウムまたはゲルマニウムだけを含んでいる。

好ましくはガリウムまたはゲルマニウムのいずれかのみが使用される。

有利に使用される合金の最終的組成が以下に列挙される。この合金はゲルマニウムのみ、またはガリウムのみ、あるいはゲルマニウムとガリウムを有する（Ｇ＝ガリウムおよび／またはゲルマニウム、つまりＧａのみ、またはＧｅのみ、または、ＧａおよびＧｅ）：Ｎｉ−Ｃｒ−Ｇ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｇ、Ｎｉ−Ｗ−Ｇ、Ｎｉ−Ａｌ−Ｇ、
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｇ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ｇ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｇ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｗ−Ｇ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ａｌ−Ｇ、Ｎｉ−Ｗ−Ａｌ−Ｇ、
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｗ−Ｇ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ａｌ−Ｇ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ａｌ−Ｇ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｗ−Ａｌ−Ｇ、
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｗ−Ａｌ−Ｇ

好ましくは半田１０はホウ素を含まない。同様に好ましくは半田１０はジルコニウムを含まない。好ましくはレニウムの添加も省くことができる。同様に好ましくはハフニウムが使用されない。

ケイ素および／または炭素は半田内に脆性相を形成するので、好ましくはそれらの添加または存在は避けられる。鉄および／またはマンガンは低融点相または非酸化相を形成するので、やはり好ましくはこれらの元素の添加または存在は避けられる。

半田１０は等温法または温度勾配法で部材１、１２０、１３０、１５５の母材４と結合することができる。勾配法が考慮に値するのは、好ましくは、母材４が方向性構造、例えばＳＸ構造またはＤＳ構造を有し、引き続き半田１０も方向性構造を有するときである。しかし半田内の方向性凝固構造は等温法で達成することもできる。

同様に、部材１は方向性凝固構造を有する必要がない（方向性凝固構造ではなく、ＣＣ構造を有する）。同様に、この半田は部材のＣＣ母材においてＣＣ構造で半田付けして凝固させることができる。その場合、この半田は多結晶に凝固（ＣＣ）される。

特に半田の多結晶凝固用には以下の半田が特別興味あるものである：
ＮｉＧｅ
ＮｉＧｅＷ４Ａｌ３
ＮｉＧｅＣｏ８Ｗ４
ＮｉＧｅＣｒ８Ｗ４
ＮｉＧｅＣｒ８Ｃｏ８Ｗ４Ａｌ３
ＮｉＧｅＣｒ８Ｃｏ８
ＮｉＧｅＣｏ８Ａｌ３
ＮｉＧｅＣｒ８Ａｌ３
ＮｉＧｅＣｒ４Ｃｏ４Ｗ２Ａｌ１．５

ここでゲルマニウム成分は２０重量％〜３０重量％の割合を有し、特に２６重量％または２７重量％である。

溶融時（等温法または勾配法）、好ましくは、高温時に母材４からのクロム蒸発を減少させる不活性ガス、特にアルゴンが使用され、または還元性ガス（アルゴン／水素）が使用される。特に中空部材において母材４の厚肉化を達成するために、半田１０は部材１、１２０、１３０、１５５の表面に広い面で被着することもできる。主に、半田１０はクラック７または窪み７を充填するのに使用される。

方法とそのパラメータ
半田１０を真空下で半田付けすることは、半田１０または部材１、１２０、１３０、１５５が酸化するときしばしば行われるが、その場合主に不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ａｒ／Ｈｅ、Ｈ₂…）の使用によって、および／または真空の使用によって処理圧力が過度に低いとき、部材１、１２０、１３０、１５５または半田１０の構成要素が蒸発する問題が生じる。酸素分圧ｐ₀₂が過度に高いと半田１０または部材１、１２０、１３０、１５５の酸化が起きる。

それゆえに本発明に係る方法は好ましくはさらに、処理室の真空中で、好ましくは炉内で最高１０^-6ｍｂａｒ（＝１０^-4Ｐａ）の酸素分圧ｐ₀₂において半田付け法を行うことを提案する。酸素分圧ｐ₀₂は好ましくは少なくとも１０^-7ｍｂａｒ（１０^-5Ｐａ）である。

総処理圧は、好ましくは最高１００ｍｂａｒ（＝１００００Ｐａ）、特に最高１０ｍｂａｒ（１０００Ｐａ）である。総処理圧は好ましくは少なくとも０．１ｍｂａｒ（１０Ｐａ）である。特別良好な半田結合は１ｍｂａｒ（＝１００Ｐａ）の圧力において達成された。

これらの圧力値は特に、処理室の内部を真空とし、好ましくは持続的に排気し、半田付け前に好ましくは純不活性ガス、好ましくはアルゴン（Ａｒ）（Ａｒ５．０、好ましくはＡｒ６．０）でフラッシングすることによって達成される。このフラッシングは好ましくは、主に０．２ｌ／分〜１ｌ／分の流量で少なくとも１０時間、特に４８時間行われる。

その際好ましくはアルゴン６．０（処理ガス内の酸素成分５×１０^-7を意味する）が使用されるが、しかし好ましくはこれがガス浄化カートリッジで濾過され、酸素および水の含有量が１００倍減らされ、処理室に導入される処理ガス内で５×１０^-9の酸素成分が達成される。

半田付け過程のときやはり好ましくはアルゴンが上記圧力値の範囲で存在する。

半田付け処理時の温度は少なくとも１１４０℃、特に少なくとも１１６０℃である。他の有利な半田付け温度は１１６０℃、１１８０℃、１２００℃、１２３０℃、１２６０℃である。最高温度は好ましくは１２８０℃、特に最高１２６０℃である。

半田付け処理の持続時間は好ましくは少なくとも１０時間、特に４８時間である。

図２は、縦軸線１２１に沿って延びた流体機械の動翼１２０または静翼１３０を示した斜視図である。

この流体機械は飛行機のガスタービン、発電所のガスタービン、蒸気タービンまたは圧縮機とすることができる。

翼１２０、１３０は長手軸線１２１に沿って順次、固定部４００、これに隣接する翼プラットホーム４０３、翼板４０６、そして翼端４１５を有する。静翼１３０として翼１３０はその翼端４１５に他のプラットホーム（図示せず）を有することができる。

固定部４００に形成された翼脚部１８３は動翼１２０、１３０を軸またはディスクに固定するのに役立つ（図示せず）。翼脚部１８３は例えばＴ字形に形成されている。他に、クリスマスツリー形またはダブテール形脚としての形成が可能である。翼１２０、１３０は翼板４０６を通流する媒体用に前縁４０９と後縁４１２とを有する。

従来の翼１２０、１３０では、翼１２０、１３０のすべての部分４００、４０３、４０６において例えば中実金属素材、特に超合金、特に図５による超合金が使用される。そのような超合金が例えばＥＰ１２０４７７６Ｂ１、ＥＰ１３０６４５４、ＥＰ１３１９７２９Ａ１、ＷＯ９９／６７４３５またはＷＯ００／４４９４９により公知である。これらの明細書は合金の化学組成に関して本開示の一部である。その際、翼１２０、１３０は鋳造法によって、また方向性凝固によって、鍛造法によって、フライス加工法によって、またはそれらの組合せによって作製しておくことができる。

１つまたは複数の単結晶構造を有する工作物は、運転時に高い機械的、熱的および／または化学的負荷に曝される機械用の部材として利用される。このような単結晶工作物の作製は例えば溶融体から方向性凝固によって行われる。これは鋳造法であり、液状金属合金が単結晶構造へと、すなわち単結晶工作物へと凝固され、または方向性凝固される。樹枝状結晶が熱流に沿って整列し、柱状結晶質粒状構造（柱状、すなわち、工作物の全長にわたって延びる粒子。ここでは、一般的用語法に従って方向性凝固と称される。）または単結晶構造、すなわち、工作物全体が単一の結晶から成る構造、のいずれかを形成する。この方法では、球状（多結晶）凝固への移行を避けねばならない。というのも、非方向性成長によって不可避的に横方向および縦方向粒界が生じ、これが、方向性凝固部材または単結晶部材の良好な特性を無にするからである。一般に方向性凝固組織とは、粒界を有しないかまたはせいぜい小角粒界を有する単結晶を意味し、また縦方向に延びる粒界を有するが横方向粒界を持たない柱状結晶構造も意味している。第二に指摘したこの結晶構造は方向性凝固組織（directionally solidified structures）とも称される。このような方法が米国特許第６０２４７９２号明細書、ＥＰ０８９２０９０Ａ１により公知である。これらの明細書は凝固法に関して本開示の一部である。

同様に、翼１２０、１３０は腐食または酸化に備えた被覆を有することができる（例えば、ＭＣｒＡｌＸ；Ｍは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の群のうち少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素、イットリウム（Ｙ）および／またはケイ素および／または少なくとも１つの希土類元素、もしくはハフニウム（Ｈｆ）である）。このような合金はＥＰ０４８６４８９Ｂ１、ＥＰ０７８６０１７Ｂ１、ＥＰ０４１２３９７Ｂ１またはＥＰ１３０６４５４Ａ１により公知であり、これらは合金の化学組成に関して本開示の一部となるものである。その密度は有利には理論密度の９５％である。

（中間層としてまたは最外層としての）ＭＣｒＡｌＸ層上に保護する酸化アルミニウム層（ＴＧＯ＝熱成長酸化物層）が生成する。

好ましくは、この層の組成はＣｏ−３０Ｎｉ−２８Ｃｒ−８Ａｌ−０．６Ｙ−０．７ＳｉまたはＣｏ−２８Ｎｉ−２４Ｃｒ−１０Ａｌ−０．６Ｙを有する。これらのコバルト基保護被覆の他に、好ましくはＮｉ−１０Ｃｒ−１２Ａｌ−０．６Ｙ−３ＲｅまたはＮｉ−１２Ｃｏ−２１Ｃｒ−１１Ａｌ−０．４Ｙ−２ＲｅまたはＮｉ−２５Ｃｏ−１７Ｃｒ−１０Ａｌ−０．４Ｙ−１．５Ｒｅ等のニッケル基保護層も使用される。

ＭＣｒＡｌＸ上にさらに１つの断熱層を設けておくことができ、この断熱層は有利には最外層であり、例えばＺｒＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂から成る。すなわちこの断熱層は安定化されていないか、または酸化イットリウムおよび／または酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムによって部分的にまたは完全に安定化されている。この断熱層がＭＣｒＡｌＸ層全体を覆う。例えば電子ビーム蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）等の好適な被覆法によって断熱層内に柱状粒子が生成される。別の被覆法、例えば大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）、ＬＰＰＳ、ＶＰＳまたはＣＶＤが考えられる。この断熱層は耐熱衝撃性を改善するために多孔質、マイクロクラックまたはマクロクラックのある粒子を有することができる。つまり断熱層は有利にはＭＣｒＡｌＸ層よりも多孔質である。

再加工（補修）とは、部材１２０、１３０がそれらの利用後に場合によっては保護層を（例えばサンドブラストによって）取り除かれねばならないことを意味する。その後、腐食層および／または酸化層もしくは腐食生成物および／または酸化生成物の除去が行われる。場合によってはなお部材１２０、１３０のクラックも修理される。その後、部材１２０、１３０の再被覆と、部材１２０、１３０の再利用が行われる。

翼１２０、１３０は中空または中実に実施しておくことができる。翼１２０、１３０が冷却されねばならない場合、翼は中空であり、場合によってはなお膜冷却孔４１８（破線で示唆）を有する。

図３はガスタービンの燃焼室１１０を示す。燃焼室１１０は例えばいわゆる環状燃焼室として形成されており、周方向で回転軸線１０２の周りに配置される多数のバーナ１０７が共通の燃焼室空間１５４に開口して火炎１５６を生成する。このため燃焼室１１０はその全体が環状構造体として形成され、回転軸線１０２の周りに配置されている。

比較的高い効率を達成するために燃焼室１１０は作動媒体Ｍの比較的高い約１０００℃〜１６００℃の温度用に設計されている。材料にとって不都合なこれらの動作パラメータの場合でも比較的長い運転時間を可能とするために、燃焼室壁１５３は作動媒体Ｍに向き合うその側に、複数の遮熱要素１５５で形成される内張りを備えている。合金製の各遮熱要素１５５は作動媒体側に特別耐熱性の保護層（ＭＣｒＡｌＸ層および／またはセラミック被覆）を装備しており、または耐熱材料（中実セラミック煉瓦）から作製されている。これらの保護層はタービン翼と類似させることができ、つまり例えばＭＣｒＡｌＸを意味する：Ｍは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の群のうち少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素、イットリウム（Ｙ）および／またはケイ素および／または少なくとも１つの希土類元素、もしくはハフニウム（Ｈｆ）である。このような合金はＥＰ０４８６４８９Ｂ１、ＥＰ０７８６０１７Ｂ１、ＥＰ０４１２３９７Ｂ１またはＥＰ１３０６４５４Ａ１により公知であり、これらは合金の化学組成に関して本開示の一部となるものである。

ＭＣｒＡｌＸ上に例えばセラミック断熱層をさらに設けておくことができる。このセラミック断熱層は例えばＺｒＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂から成る。すなわち断熱層は安定化されていないか、または酸化イットリウムおよび／または酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムによって部分的にまたは完全に安定化されている。例えば電子ビーム蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）等の好適な被覆法によって断熱層内に柱状粒子が生成される。別の被覆法、例えば大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）、ＬＰＰＳ、ＶＰＳまたはＣＶＤが考えられる。この断熱層は耐熱衝撃性を改善するために多孔質、マイクロクラックまたはマクロクラックのある粒子を有することができる。

再加工（補修）とは、遮熱要素１５５がその利用後に場合によっては保護層を（例えばサンドブラストによって）取り除かれねばならないことを意味する。その後、腐食層および／または酸化層もしくは腐食生成物および／または酸化生成物の除去が行われる。場合によってはなお遮熱要素１５５のクラックも修理される。その後、遮熱要素１５５の再被覆と、遮熱要素１５５の再利用が行われる。

それに加えて、燃焼室１１０の内部の高い温度のゆえに、遮熱要素１５５用もしくはその保持要素用に冷却システムを設けておくことができる。その場合、遮熱要素１５５は例えば中空であり、場合によっては、燃焼室空間１５４に開口する冷却孔（図示せず）をなお有する。

図４は例示的にガスタービン１００を縦部分断面図で示す。ガスタービン１００が内部に、軸１０１を備えて回転軸線１０２の周りで回転可能に支承されるロータ１０３を有し、このロータはタービンロータとも称される。ロータ１０３に沿って順次続くのは吸込ケーシング１０４、圧縮機１０５、同軸状に配置される複数のバーナ１０７を備えた例えばトーラス状の燃焼室１１０、特に環状燃焼室、タービン１０８、そして排気ケーシング１０９である。環状燃焼室１１０は、例えば環状の高温ガス通路１１１と連通している。そこでは例えば前後に接続される４つのタービン段１１２がタービン１０８を形成する。各タービン段１１２は例えば２つの翼輪で形成されている。作動媒体１１３の流れ方向に見て高温ガス通路１１１内で静翼列１１５に続くのは、動翼１２０で形成される列１２５である。

静翼１３０がステータ１４３の内部ケーシング１３８に固定されているのに対して、列１２５の動翼１２０は例えばタービンディスク１３３によってロータ１０３に取付けられている。ロータ１０３に発電機または作業機械（図示せず）が連結されている。

ガスタービン１００の運転中、圧縮機１０５によって吸込ケーシング１０４を通して空気１３５が吸い込まれて圧縮される。圧縮機１０５のタービン側末端で供給される圧縮空気はバーナ１０７へと送られ、そこで燃料と混合される。次にこの混合物は燃焼室１１０内で燃焼されて作動媒体１１３を形成する。そこから作動媒体１１３は高温ガス通路１１１に沿って静翼１３０および動翼１２０を通流する。動翼１２０で作動媒体１１３が膨張して衝撃を伝達し、動翼１２０がロータ１０３を駆動し、ロータはロータに連結された作業機械を駆動する。

高温作動媒体１１３に曝された部材は、ガスタービン１００の運転中熱負荷を受ける。作動媒体１１３の流れ方向に見て第１タービン段１１２の静翼１３０と動翼１２０は、環状燃焼室１１０に内張りされる遮熱要素と並んで、最も強く熱負荷を受ける。そこに存在する温度に耐えるために翼は冷却材によって冷却することができる。同様に、この部材の母材は配向構造を有することができる。すなわち、母材は単結晶（ＳＸ構造）であるか、または縦方向粒子（ＤＳ構造）のみを有する。部材用、特にタービン翼１２０、１３０および燃焼室１１０の部材用の材料として使用されるのは例えば鉄基、ニッケル基またはコバルト基超合金である。そのような超合金が例えばＥＰ１２０４７７６Ｂ１、ＥＰ１３０６４５４、ＥＰ１３１９７２９Ａ１、ＷＯ９９／６７４３５またはＷＯ００／４４９４９により公知である。これらの明細書は合金の化学組成に関して本開示の一部である。

同様に、翼１２０、１３０は腐食に備えた被覆を有することができる（ＭＣｒＡｌＸ；Ｍは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の群のうち少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素で、イットリウム（Ｙ）および／またはケイ素、スカンジウム（Ｓｃ）および／または少なくとも１つの希土類元素、もしくはハフニウムである）。このような合金はＥＰ０４８６４８９Ｂ１、ＥＰ０７８６０１７Ｂ１、ＥＰ０４１２３９７Ｂ１またはＥＰ１３０６４５４Ａ１により公知であり、これらは化学組成に関して本開示の一部となるものである。

ＭＣｒＡｌＸ上にさらに１つの断熱層を設けておくことができ、この断熱層は例えばＺｒＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂から成る。すなわち断熱層は安定化されていないか、または酸化イットリウムおよび／または酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムによって部分的にまたは完全に安定化されている。例えば電子ビーム蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）等の好適な被覆法によって断熱層内に柱状粒子が生成される。

静翼１３０はタービン１０８の内部ケーシング１３８に向き合う静翼脚部（ここには図示せず）とこの静翼脚部とは反対側の静翼端とを有する。静翼端はロータ１０３に向き合い、ステータ１４３の固定リング１４０に固定されている。

１、１２０、１３０、１５５ 部材
４ 母材
１０ 半田

Claims (11)

1. Ｎｉ−Ｇｅの２成分系をベースとする半田合金であって、以下の組成、即ち、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｗ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｗ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｗ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｗ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｗ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｗ−Ａｌ−Ｇｅの内の１つから成る半田合金において、
   前記Ｇｅの含有量は３〜２８重量％とし、Ｃｒの含有量は２〜１０重量％とし、Ｃｏの含有量は２〜１０重量％とし、Ｗの含有量は２〜６重量％とし、Ａｌの含有量は１〜５重量％とし、残部がＮｉであってその含有量が最大重量％であることを特徴とする半田合金。
2. Ａｌの含有量が１．０重量％〜２．０重量％である請求項１記載の半田合金。
3. Ｗの含有量が２重量％〜３重量％である請求項１又は２記載の半田合金。
4. Ｃｏの含有量が３重量％〜５重量％である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半田合金。
5. Ｃｒの含有量が３重量％〜５重量％である請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半田合金。
6. 部材（１）を修理するための方法であって、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半田（１０）が、少なくとも１１４０℃の温度で使用される方法。
7. 半田付けが等温法で行われる請求項６記載の方法。
8. 半田付けが温度勾配法によって行われる請求項６記載の方法。
9. 半田（４０）が方向付けられ、単結晶で凝固される請求項６ないし８のいずれか１つに記載の方法。
10. 部材（１、１２０、１３０、１５５）の母材（４）が方向付け凝固され、単結晶で凝固されている請求項項６ないし９のいずれか１つに記載の方法。
11. 半田（１０）が多結晶（ＣＣ）で、ＣＣ部材内で凝固される請求項６ないし１０のいずれか１つに記載の方法。

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