JPH04309452A - 高融点超合金組成物から鋳造品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】本発明は超合金製品の製造方法に関する
ものであって、更に詳しく言えば、高融点超合金組成物
から超合金鋳造品を製造するための方法に関する。

【０００２】航空機用ガスタービンエンジンにおける用
途は、最も要求条件の厳しい材料用途の１つである。か
かるエンジンにおいて使用される材料は、数多くの始動
／停止サイクルに暴露されながら、長い期間にわたり過
酷な環境中で高い温度および大きい応力に耐えなければ
ならない。その上、構造部品の性能目標はできるだけ軽
量の材料を用いて達成されなければならない。なぜなら
、材料の重量が１ポンド増加する毎に航空機が輸送し得
る有料荷重は減少するからである。最後に、エンジンの
総原価を低く抑えるため、構造部品はできるだけ安価に
製造しなければならない。

【０００３】ガスタービンエンジンまたはジェットエン
ジンにおいては、エンジンの前部から空気が吸入され、
そして一連の圧縮機羽根によって圧縮される。圧縮され
た空気は燃料と混合され、そしてかかる混合物が点火さ
れる。膨張する燃焼生成物は圧縮機駆動用のタービンを
回転させ、次いでエンジンの後部から放出されてエンジ
ンを前方に推進する。熱力学の原理に基づけば、できる
だけ高い性能および効率を達成するためには、燃焼ガス
の温度をできるだけ高くすることが必要である。しかし
ながら、エンジンの運転温度は利用可能な材料および製
造技術によって制限される。それ故、効率の良い強力な
航空機用エンジンを開発する努力の一環として、一層高
い運転温度を可能にする改良された材料およびエンジン
の製造方法が絶えず探求されているのである。

【０００４】最新の軸流式ジェットエンジンは概して管
状の形態を有するものであって、かかる管の前端から空
気が吸入され、そしてそれの後端から燃焼ガスが放出さ
れる。エンジンの中心に沿って伸びる回転軸上に圧縮機
およびタービンが取付けられていると共に、回転軸の回
りに環状の燃焼室が配置されている。かかるエンジンは
、動作中の部品を結合状態に保つと共に、圧縮機および
タービンが正しく機能し得るように回転軸を正確な心合
せ状態に維持するのに十分なだけの構造強度および剛性
を有していなければならない。かかるエンジンはまた、
エンジンの後部におけるガス流路内に見られる高温が及
ぼす悪影響に耐えることも必要である。

【０００５】エンジン構造のうちで高温に暴露される部
分を製造するための通常の方法に従えば、先ず最初に、
耐荷重用のフレーム構造を構成する個々の部品が鋳造可
能なニッケル基またはコバルト基超合金が製造される。 次いで、耐熱性を付与するため、一般に鍛錬超合金から
作製されたライナが鋳造フレーム構造と高温の燃焼ガス
との間に配置される。かかるライナは構造荷重の実質的
な部分を支持するものではなく、耐荷重用フレーム構造
の急速な融解または劣化を引起こすことのある高温から
フレーム構造を保護するためのものである。

【０００６】上記のごとき構成のフレーム構造が使用さ
れる理由は、鋳造の容易な超合金が燃焼ガスの高温に耐
えられないことにある。ある種の超合金は融解および鋳
造によって容易に加工し得るのに対し、別種の超合金は
かかる方法によって加工することが（不可能ではないに
せよ）非常に困難である。その理由は、かかる超合金か
ら製造された部品中には欠陥が生じることにある。この
ように鋳造の困難な超合金（以後は「鋳造不可能な高融
点超合金」または「鋳造不可能な超合金」と呼ぶ）は鋳
造の容易な超合金よりも高い使用温度性能を有するのが
普通であるから、かかる鋳造の困難な高融点超合金を用
いてフレーム構造部品を製造することは望ましいわけで
ある。かかる鋳造不可能な超合金は溶接も困難であるこ
とが多いから、それらの材料から作製された構造部品を
溶接したものもこれまで実用化されていなかった。それ
故、従来の技術によれば耐荷重機能と耐熱機能とを分離
することが必要であり、従って各々の機能を達成するた
めに独立の部品を用意することがであった。このような
独立の部品は重量を増加させると共に、エンジンの複雑
度を高めていたのである。

【０００７】このように、高温性能を保持しながら重量
を低減させるような改良された航空機用ジェットエンジ
ンの製造方法が要望されているのである。本発明はかか
る要望を満たすと共に、それに関連した利益をもたらす
ものである。

【０００８】

【発明の概要】本発明は、耐荷重用構造部品が従来より
も高い温度に耐えるようにすることによってエンジンの
重量を低減させるような航空機用ジェットエンジンの製
造方法を提供するものである。すなわち、鋳造の困難な
高融点超合金から鋳造によって構造部品が製造される結
果、燃焼ガスの高温に対する保護用のライナまたはその
他の部品の必要性が排除されることになる。

【０００９】本発明に従えば、鋳造の困難な高融点超合
金から超合金鋳造品を製造するための方法が提供される
。かかる方法は、（ａ）　鋳造の困難な高融点超合金か
ら製品を鋳造し、（ｂ）　鋳造された製品中に存在する
一次欠陥を確認し、（ｃ）　一次欠陥およびそれの周囲
の金属部分を切除することによって製品の表面に切除空
間を形成し、（ｄ）　切除空間内に溶加材を充填し、（
ｅ）　溶加材中の欠陥を切除してから溶加材の表面の酸
化物を除去し、（ｆ）　溶加材の表面に結合剤と被覆材
粉末との混合物を付加し、（ｇ）　製品に熱処理を施す
ことにより、結合剤を除去すると共に被覆材粉末を融解
して凝固させ、次いで（ｈ）　製品に高温等圧圧縮を施
す諸工程から成っている。

【００１０】当業界においては「鋳造可能な超合金」と
「鋳造の困難な超合金」との間に区別を設けるのが通例
であるが、本発明においてもその区別が採用されている
。当業者にとっては自明のごとく、「鋳造可能な超合金
」は熱間亀裂や収縮のごとき鋳造欠陥の発生率を許容し
得る程度に低く抑えながら大形の複雑な構造部品を鋳造
するために使用することができる。「鋳造の困難な超合
金」においては、そのような表面および内部の鋳造欠陥
の発生率が非常に高くかつそれらの鋳造欠陥の程度も非
常に顕著であるため、かかる超合金は大形の構造用鋳造
品の製造目的からは除外されるのが普通である。とは言
え、ガスタービンエンジン羽根のごとき小形の製品をか
かる超合金から鋳造することは容易である。かかる鋳造
の困難な超合金から鋳造された大形の複雑な構造部品に
おいては非常に顕著な欠陥が認められるため、かかる超
合金は（小形の製品を鋳造することは可能であるにもか
かわらず）「鋳造不可能な超合金」と呼ばれることが多
い。本明細書中で使用される「鋳造不可能な超合金」と
いう用語は、上記のごとき鋳造の困難な超合金を意味し
ている。

【００１１】鋳造可能な超合金と鋳造不可能な超合金と
を組成の面から定義することは、現在のところ不可能で
ある。その代り、これら２種の超合金は上記のごとく機
能に関する性能によって区別される。それらはまた、欠
陥を有する鋳造品が溶接や高温等圧圧縮（ＨＩＰ）など
によって所望の用途に適合し得る状態に補修し得るかど
うかによっても区別される。鋳造不可能な超合金は、一
般に、通常の融接技術によって補修することが困難もし
くは不可能である。

【００１２】ニッケル基超合金が鋳造不可能なものであ
ることを表わす場合が多いと考えられるそれの特性とし
ては、合金元素の含量が高く、従って超合金が部分的に
液体かつ部分的に固体として存在する温度範囲が広いこ
と、熱処理後に比較的高い体積分率のγ’　相が存在す
ることによってγ’　相析出硬化が得られること、溶接
性が悪いこと、並びに１５００°Ｆよりも高い温度に対
して強度の保留性が良いことが挙げられる。このような
超合金は鋳造時の熱間亀裂および溶接補修時の割れを生
じ易いのが通例であり、従って鋳造不可能なものとして
分類される。すなわち、かかる超合金は通常の技術によ
って大形の構造部品を製造するためには使用することが
できないのである。鋳造不可能な超合金の実例としては
、ルネ（ＲＥＮＥ’）　１０８、ルネ７７、ＭＡＲ−Ｍ
−５０９、ルネ１２５、Ｂ−１９００、Ｂ−１９００＋
Ｈｆ、ＭＡＲ−Ｍ−２４６、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅ
ｌ）　１００、ＧＴＤ−１１１、ワスパロイ（Ｗａｓｐ
ａｌｏｙ）、インコネル７１３、インコネル７３８、イ
ンコネル７９２、インコネル９３９およびＵ−５００が
挙げられる。ルネ８０やＭＡＲ−Ｍ−２４７のごときタ
ービン羽根用超合金は、小形のタービン羽根を鋳造する
ため日常的に使用されているが、構造用途に関しては鋳
造不可能なものとして分類される。 なお、ガスタービンエンジン用の大形構造部品を鋳造す
るために広く使用されているインコネル７１８は、鋳造
可能なものとして分類される超合金の一例である。

【００１３】本発明の方法においては、航空機用ジェッ
トエンジンの耐荷重用構造部品のごとき製品が鋳造不可
能な鋳造不可能な超合金から鋳造される。すなわち、か
かる超合金が融解され、そして所望の形状を生み出す鋳
型内において鋳造される。こうして得られた製品は、そ
れ以上の処理を施さなければ、ジェットエンジンの構造
部品として使用することができない。なぜなら、かかる
製品の表面および内部には多数の欠陥（以後は「一次欠
陥」と呼ぶ）が存在しているからである。

【００１４】構造部品において特に有害な種類の一次欠
陥は、熱間亀裂と呼ばれる亀裂状の開口である。熱間亀
裂は、鋳型または製品自体の形状のために一様な収縮が
実質的に制限されるような条件下において、粥状を成し
て凝固する合金を鋳造した場合に起こるのが通例である
。凝固時における温度の低下が十分な熱収縮および熱応
力を引起こす結果、部分的に液状を成す鋳造品が熱応力
を支持することができず、そのため鋳造品中に亀裂が生
じるのである。その場合、熱応力の発生する拘束距離が
大きくなるほど熱間亀裂は起こり易くなる。

【００１５】本発明の方法においては、かかる一次欠陥
およびそれの周囲の金属部分を（たとえば研削により）
切除することによって鋳造品の補修が行われる。次いで
、溶接のごとき技術により、金属部分を切除した後の空
間内に溶加材が充填される。なお、かかる溶加材は鋳造
品の残部と実質的に同じ組成を有することが好ましい。 溶加材が鋳造品の基材と実質的に同じ組成を有するから
、それもまた欠陥（以後は「溶加材欠陥」と呼ぶ）を生
じ易い。とは言え、かかる溶加材欠陥は鋳造品中に見ら
れた一次欠陥よりも小さくかつ軽度のものであるから、
一層容易に補修することができる。

【００１６】かかる溶加材欠陥が（たとえば表面研削に
より）切除される。次いで、溶加材の表面上に被覆材被
膜が設置されるが、かかる被覆材被膜は隣接する区域を
も覆うのが通例である。詳しく述べれば、はけ塗り、吹
付けまたは類似の方法により、流動性の有機組成物から
成る結合剤が処理すべき区域に塗布される。かかる結合
剤はアクリル樹脂および該樹脂用の揮発性溶剤（たとえ
ば、ケトンまたはエーテル）から成ることが好ましい。 かかる結合剤は後の熱処理に際して完全に除去し得るよ
うに選定される。塗布後に溶剤が蒸発する結果、完全に
乾燥する前の一定時間にわたって結合剤は粘着性を示す
。このような目的のためには、相溶性のある各種の樹脂
結合剤および溶剤を使用することができる。

【００１７】次に、粘着性を示す結合剤の表面上に被覆
材粉末を散布すれば、それは付着して被覆材層を形成す
る。あるいはまた、その他の方法（たとえば流動床処理
）を用いて結合剤の表面に被覆材粉末を付着させること
もできる。結合剤を塗布してから被覆材粉末を散布する
操作を数回繰返すことにより、所望の厚さを持った被覆
材被膜を得ることができる。なお、被覆材被膜は０．０
０４インチ程度の厚さを有するのが通例である。被覆材
粉末は、高融点超合金と低融点粒子との混合物から成る
ように選定されることが好ましい。その場合、高融点成
分は製品と実質的に同じ組成を有する鋳造不可能な超合
金から成るのに対し、低融点成分は別種の超合金から成
る。

【００１８】製品の表面上に所望厚さの被覆材粉末を付
着させた後、結合剤を揮発もしくは分解させると共に、
被覆材粉末の低融点成分を融解するのに十分な温度を使
用しながら、好ましくは真空中において製品に熱処理が
施される。溶融した低融点成分は被覆材粉末の高融点成
分および鋳造不可能な超合金の製品中に拡散し、それに
よって両者に対する融点降下剤として作用する。このよ
うにして相互拡散が起こり、また溶融した低融点成分が
毛管作用によって製品の表面に残存する欠陥内に流入す
るのに伴い、溶融した低融点成分は高融点成分の粒子お
よび製品の基材に由来する元素を溶解する。好ましくは
、低融点成分が十分な量のかかる元素を溶解する結果、
熱処理温度において定温凝固が起こることになる。 あるいはまた、温度を僅かに低下させることにより、実
質的に定温条件下で溶融金属を凝固させることもできる
。

【００１９】付加された材料は被覆材と呼ばれるが、最
終製品においては、独立した材料が存在する形跡はほと
んど認められない。超合金の間の相互拡散および残存欠
陥内への低融点成分の流入が起こることにより、少量の
低融点成分は製品および溶加材を構成する鋳造不可能な
超合金中に実質的に併合される。その結果、（少量の低
融点成分を除外すれば）鋳造不可能な超合金と実質的に
同じ組成を有する補修部分を有すると共に、鋳造直後の
製品中に存在していた一次欠陥および補修操作時に発生
しかつ切除された溶加材欠陥を含まないような最終製品
が得られることになる。最終製品が鋳造不可能な超合金
と実質的に同じ組成を有することは重要である。なぜな
ら、本発明の主たる目的は鋳造可能な超合金に比べて改
善された性質を有する鋳造不可能な超合金から製品を製
造することにあるからである。

【００２０】最後に、残存する内部の欠陥を除去しかつ
補修後の表面を強化するため、製品に高温等圧圧縮を施
すことが好ましい。高温等圧圧縮は当業界において最終
の高密度化操作として知られるものであり、また製品の
深部に存在する欠陥を除去するためにも役立つ。

【００２１】更に一般的に述べれば、鋳造不可能な高融
点超合金から超合金鋳造品を製造するための本発明方法
は、（ａ）　表面に一次欠陥を有する製品を鋳造不可能
な高融点超合金から鋳造し、（ｂ）　一次欠陥およびそ
れの周囲の区域を切除することによって切除空間を形成
し、（ｃ）　製品と実質的に同じ組成を有する高融点超
合金から成る溶加材を切除空間内に充填し、（ｄ）溶加
材の表面に欠陥が存在すればそれらの欠陥を切除し、（
ｅ）　熱処理に際して溶加材の表面内に拡散し得る低融
点金属成分を含有する被覆材粉末で溶加材の表面を被覆
し、次いで（ｆ）　低融点金属成分を融解するのに十分
な温度下で製品に熱処理を施すことにより、低融点金属
成分を溶加材の表面内に拡散させると共に、毛管作用に
よって低融点金属成分を表面の欠陥内に流入させる諸工
程から成っている。その後、製品全体に高温等圧圧縮を
施すことが好ましい。

【００２２】このように、本発明の方法は構造用超合金
鋳造品の分野に大きな進歩をもたらすものである。すな
わち、高温下における使用に対して優れた性能を有する
合金から耐荷重用部品が製造されることにより、場合に
よってはライナのごとき独立の保護部品の必要性が排除
される。その結果、エンジンの重量が減少することにな
る。本発明のその他の特徴および利点は、好適な実施の
態様に関する下記の詳細な説明を読むことによって自ら
明らかとなろう。

【００２３】以下、添付の図面に関連して本発明の原理
を一層詳しく説明しよう。

【００２４】

【実施例の記載】本発明に従えば、凝固に際して許容し
得ないほどに大きい鋳造欠陥を生じる鋳造不可能な超合
金から超合金鋳造品を製造するための方法が提供される
。かかる方法は、（ａ）　鋳造不可能な超合金から製品
を鋳造し、（ｂ）　製品中に存在する一次欠陥を確認し
、（ｃ）　一次欠陥およびそれの周囲の金属部分を切除
することによって製品の表面に切除空間を形成し、（ｄ
）　製品を構成する鋳造不可能な超合金と実質的に同じ
組成を有する溶加材を切除空間内に充填し、（ｅ）　溶
加材中の欠陥を切除すると共に溶加材の表面の酸化物を
除去し、（ｆ）　製品を構成する鋳造不可能な超合金と
実質的に同じ組成を有する第１の粉末粒子と、第１の粉
末粒子よりも低い融点を有しかつ鋳造不可能な超合金を
濡らすことのできる第２の粉末粒子との混合物から通例
成る被覆材粉末と結合剤との混合物を溶加材の表面に付
加し、（ｇ）　製品に熱処理を施すことにより、結合剤
を除去すると共に、被覆材粉末を融解しかつ定温凝固に
よって凝固させ、次いで（ｈ）　製品に高温等圧圧縮を
施す諸工程から成っている。

【００２５】鋳造不可能な超合金は、全体的に見て、（
若干の例外は存在するものの）鋳造可能な超合金よりも
高い温度下において強度およびその他の望ましい性質を
保持することができる。しかしながら、鋳造不可能な超
合金から製造された鋳造品には欠陥が存在するため、耐
荷重性の構造部品において鋳造不可能な超合金を使用す
ることによって得られる利益はこれまで理解されていな
かった。

【００２６】図１には、本発明に従って製造し得る代表
的な製品２０が示されているが、これはエンジンフレー
ムである。製品２０の基礎構造物は、焼流し精密鋳造法
によって鋳造不可能なニッケル基超合金から単体として
製造される。

【００２７】製品２０を常法に従って鋳造不可能な超合
金から鋳造した場合、それは図２に示されるような種類
の欠陥を数多く含んでいる。なお、図２は表面３０付近
における製品２０の拡大断面図である。内部欠陥３２は
製品２０の本体の内部に位置していて、表面３０には開
いていない。この種の内部欠陥３２はいわゆる高温等圧
圧縮によって除去することができる。すなわち、製品２
０が高温に加熱されると共に、一軸圧力または好ましく
はあらゆる方向からの均等な圧力によって製品２０が圧
縮される。かかる圧縮によって製品２０の寸法が僅かに
収縮する結果、内部欠陥３２の側壁同士は互いに接近し
て癒着することになる。このようにして、内部欠陥３２
は極めて僅かな痕跡しか残さずに除去されるのである。 高温等圧圧縮は本発明の方法における最後の工程であっ
て、内部欠陥３２はこの工程中において閉鎖されかつ除
去される。高温等圧圧縮がこの種の内部欠陥を除去する
ために役立つことは既に知られているのであって、この
点に関してはたとえば米国特許第３７５８３４７号明細
書を参照されたい。

【００２８】製品２０はまた、それの表面に開いた欠陥
をも含んでいるが、その一例として一次欠陥３４が図示
されている。一次欠陥３４は酸化物層３６によって示さ
れるごとく酸化表面を有しており、また内部の空間に汚
染物（たとえば異物）３８を含むこともある。内部欠陥
３２を除去するため製品２０に高温等圧圧縮を施した場
合でも、（表面に開いた）一次欠陥３４は除去されない
。このような表面に開いた一次欠陥内には加圧ガスが容
易に侵入して圧力を均等化するため、一次欠陥の閉鎖は
妨げられるのである。その上、一次欠陥３４内には酸化
物層３６および汚染物３８が残存することにもなる。

【００２９】しかるに、本発明の方法は表面に開いた欠
陥（たとえば一次欠陥３４）の除去を可能にする。すな
わち、図３に示されるごとく、一次欠陥３４がそれの周
囲の（通例は酸化物層および汚染物を伴う）金属部分４
０と共に切除される。図中には、切除された金属部分４
０の寸法が一次欠陥３４よりも大きいことを示すため、
以前に存在していた一次欠陥３４の輪郭が点線で描かれ
ている。その結果、一次欠陥３４に付随する酸化物層３
６および汚染物３８も完全に除去されることになる。か
かる切除は任意適宜の技術によって行うことができる。 たとえば、大きい一次欠陥に対しては研削を使用すれば
よく、また小さい一次欠陥に対しては食刻を使用すれば
よい。

【００３０】次に、図４に示されるごとく、切除された
金属部分４０によって以前に占められていた空間内に溶
加材４２が充填される。かかる溶加材は、製品２０を鋳
造するために使用されたものと実質的に同じ合金である
こと、すなわち鋳造不可能な超合金と実質的に同じ組成
を有することが好ましい。製品２０の残部と実質的に同
じ組成を有する溶加材４２が使用される結果、最終製品
は全体にわたって実質的に同じ組成を有することになり
、製品２０との適合性が達成され、かつ使用中に組成の
違いに応じて腐食セルやピットが誘起されることがある
という問題が回避されるのである。溶加材４２を付加す
るための好適な方法は、真空または不活性雰囲気中にお
ける溶接である。ここで言う「溶接」とは、充填すべき
空間の側壁を部分的に融解しながら溶融状態にある一定
量の金属を供給することを意味する。すなわち、加熱に
より、溶加材４２と製品２０の残部４４との間に界面に
おいて製品２０が部分的に融解される。かかる融解によ
り、溶加材４２と製品２０の残部４４との間に良好な結
合が達成されるのである。このような意味で、溶加材４
２は製品２０の残部４４に接合されている。図５中には
、図解の目的で溶加材４２が示されているが、実際には
溶加材４２と製品２０の残部４４との境界を識別するこ
とは困難である。

【００３１】製品２０の表面に存在する損傷や欠陥に対
して目止めを行うため、次に被覆工程が実施される。か
かる工程の開始に先立ち、溶加材４２の表面を含めた処
理すべき表面に入念な清浄処理が施される。すなわち、
ふき取り、蒸気洗浄、蒸気脱脂またはその他の技術によ
り、表面３０から油脂、汚れまたはその他の汚染物が除
去される。

【００３２】図６に示されるごとく、はけ塗り、吹付け
またはその他の技術を用いて液状の結合剤を表面３０に
塗布することによって結合剤層４８が形成される。かか
る結合剤は、メタクリル酸メチル共重合体を基材とした
アクリル樹脂をジエチレングルコールモノブチルエーテ
ルのごとき揮発性溶剤中に溶解したものから成ることが
好ましい。なお、１容量部の樹脂と３容量部の溶剤との
混合物が有効であることが判明している。アクリル樹脂
結合剤およびジエチレングルコールモノブチルエーテル
溶剤が好適であるとは言え、それ以外にも相溶性のある
様々な樹脂結合剤および溶剤が商業的に入手可能であり
かつ使用可能である。なお、表面３０に付着するもので
あれば任意の樹脂結合剤が使用可能であり、またそれに
対して相溶性を有しかつ徐々に蒸発するものであれば任
意の溶剤が使用可能である。数分の後、結合剤層４８は
粘着性を示すようになる。

【００３３】結合剤層４８が粘着性を有する間に、結合
剤層４８上に被覆材粉末が散布される。図６に示される
ごとく、一部の被覆材粉末が結合剤層４８に付着して被
覆材粉末層５０を形成する。その後、被覆材粉末層５０
上に結合剤層４８を再び塗布することができる。このよ
うにして、被覆材粉末の付加を数回にわたって繰返すこ
とにより、所望の厚さを有する被覆材粉末および結合剤
の多層構造物が形成される。通例、かかる多層構造物は
約０．００４インチの厚さを有する。

【００３４】被覆材粉末は、少なくとも２種の成分、す
なわち少なくとも２種の粒子を含有するように選定され
ることが好ましい。この場合、第１の粒子は製品２０と
実質的に同じ組成を有することが好ましい。第２の粒子
は、第１の粒子よりも低い温度で融解し、第１の粒子を
濡らし、かつ製品２０を構成する鋳造不可能な超合金を
濡らすような超合金から成るものである。２種の粒子の
融点に大きな差があることは、最終製品の結合性を向上
させるので好ましい。また、各々の粒子の粒度は−１２
０／＋３２５の範囲内にあることが好ましい。なお、被
覆材粉末が第１の粒子を約４０〜約７０重量％（好まし
くは５０重量％）の割合で含有する場合に満足すべき結
果が得られることが判明している。

【００３５】被覆材粉末中における２種の粒子の組合せ
の実例が、製品を構成する鋳造不可能な超合金と共に、
下記表１中に示されている。いずれの場合においても、
高融点成分と低融点成分の比は重量百分率で表わして５
０：５０であることが好ましい。

【００３６】

【表１】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　表　　　　１　　製品を構成する鋳造　
　　　高融点成分Ａ　　　　　　低融点成分Ｂ　　　　
　　Ａ／Ｂ比　　　　不可能な超合金　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　（重量％）　　ルネ８０　　　　　
　　　　　　　　　ルネ８０　　　　　　　　Ｄ−１５
　　　　　　　　　　　　５０：５０　　ルネ７７　　
　　　　　　　　　　　　ＩＮ−７１８　　　　ＩＮ−
７１８Ｂ　　　　　　５０：５０　　ルネ１０８　　　
　　　　　　　　　ルネ１０８　　　　　　Ｄ−１５　
　　　　　　　　　　　５０：５０　　ルネ２２０Ｃ　
　　　　　　　　　ルネ２２０Ｃ　　　　ＡＭＳ−４７
７７　　　　５０：５０　　ＭＡＲ−Ｍ−５０９　　　
　ＩＮ−７１８　　　　ＩＮ−７１８Ｂ　　　　　　５
０：５０参考用として、表１中に記載された超合金の組
成を概略重量百分率で表わしたデータを表２に示す。

【００３７】

【表２】 層４８および５０が設置された後、第２の（低融点）粒
子を融解するが第１の（高融点）粒子は必ずしも融解し
ないような温度を使用しながら、好ましくは真空中にお
いて製品３０に熱処理が施される。最初、液相は第２の
粒子と実質的に同じ組成を有するが、第１の粒子および
製品の基材の一部が液相中に溶解するのに伴って急速に
変化する。液相が表面３０内に拡散すると共に、毛管作
用によって製品２０の表面欠陥内に流入する結果、図７
に示されるごとくに相互拡散層５２が形成される。ほと
んどの場合、液相中に溶解する溶質の量が増加してそれ
の固相線／液相線温度を上昇させるのに伴い、相互拡散
層５２は定温条件下で凝固する。あるいはまた、かかる
操作中に熱処理温度を僅かに低下させることによって凝
固を生起させることもできる。

【００３８】かかる相互拡散層５２は、溶加材欠陥４６
の切除後にも残存することのある非常に小さい欠陥に対
して表面３０を目止めするために役立つ。実際には、相
互拡散層５２は０．００４インチ程度という非常に薄い
ものであり、また相互拡散処理の結果として製品２０の
本体を構成する基材（すなわち、鋳造不可能な超合金）
に極めて近似した組成を有している。更にまた、融解し
た被覆材の一部は毛管作用によって溶加材欠陥の少なく
とも一部分に流入することもある。要するに、第一近似
によれば、製品２０の組成は全体にわたって鋳造不可能
な超合金と同じなのである。

【００３９】相互拡散層５２は、大きい一次欠陥３４の
範囲を越えて隣接する小さい一次欠陥３４’　上にまで
達するのが通例である。かかる小さい一次欠陥３４’　
は表面に存在することがあるが、独立の補修操作を施す
ほどに大きいものではない。相互拡散層５２は、米国特
許第３７５８３４７号明細書中に記載されたごとくにし
てかかる一次欠陥３４’　を覆うことになる。とは言え
、相互拡散層５２のこのような付随的効果は上記に記載
されたような大きい一次欠陥３４に対する補修操作とは
区別すべきである。すなわち、このような小さい一次欠
陥は高温等圧圧縮操作によって閉鎖されるのである。相
互拡散層５２が製品２０を包囲するという重要な機能を
果たす結果、表面に開いた一次欠陥を高温等圧圧縮操作
によって閉鎖することが可能になるのである。相互拡散
層５２が存在しなければ、表面に開いた一次欠陥内に加
圧ガスが侵入するために一次欠陥の閉鎖は妨げられるわ
けである。

【００４０】最後に、内部欠陥３２を除去するのに十分
な温度下で製品２０に高温等圧圧縮が施される。高温等
圧圧縮を行う際の温度は、上記のごとき被覆工程の温度
より少なくとも約２５°Ｆだけ低い。たとえば、鋳造不
可能な超合金の典型例について述べれば、高温等圧圧縮
は約２２００°Ｆの温度および約１５０００ｐｓｉ　の
圧力の下で行われる。

【００４１】本発明の方法は、高温下で使用するための
製品の製造分野に大きな進歩をもたらすものである。上
記には特定の実施の態様に関連して本発明が詳しく説明
されているが、前記特許請求の範囲によって規定される
本発明の範囲から逸脱することなしに様々な変更態様が
可能であることは当業者にとって自明であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法によって製造し得るような種類の
製品の斜視図である。

【図２】図１に示されたもののごとき製品の鋳造直後に
おける一表面区域の拡大断面図である。

【図３】点線で示された一次欠陥を切除した後における
図２の表面区域の拡大断面図である。

【図４】溶加材を付加した後における図３の表面区域の
拡大断面図である。

【図５】溶加材欠陥を切除した後における図４の表面区
域の拡大断面図である。

【図６】結合剤および被覆材粉末の層を設置した後にお
ける図５の表面区域の拡大断面図である。

【図７】製品に熱処理を施した後における図６の表面区
域の拡大断面図である。

【符号の説明】

２０　　製品 ３０　　表面 ３２　　内部欠陥 ３４　　一次欠陥 ３６　　酸化物層 ３８　　汚染物 ４０　　周囲の金属部分 ４２　　溶加材 ４４　　製品の残部 ４６　　溶加材欠陥 ４８　　結合剤層 ５０　　被覆材粉末層 ５２　　相互拡散層

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（ａ）　鋳造不可能な高融点超合金か
   ら製品を鋳造し、（ｂ）　前記製品中に存在する一次欠
   陥を確認し、（ｃ）　前記一次欠陥およびそれの周囲の
   金属部分を切除することによって前記製品の表面に切除
   空間を形成し、（ｄ）　前記切除空間内に溶加材を充填
   し、（ｅ）　前記溶加材中の欠陥を切除すると共に前記
   溶加材の表面の酸化物を除去し、（ｆ）　前記溶加材の
   表面に結合剤と被覆材粉末との混合物を付加し、（ｇ）
   　前記製品に熱処理を施すことにより、前記結合剤を除
   去すると共に前記被覆材粉末を融解して凝固させ、次い
   で（ｈ）　前記製品に高温等圧圧縮を施す諸工程から成
   ることを特徴とする、鋳造不可能な高融点超合金から高
   融点超合金製品を製造するための方法。
2. 【請求項２】　　前記鋳造不可能な高融点超合金がルネ
   ８０、ルネ７７、ＭＡＲ−Ｍ−５０９、ルネ１０８、ル
   ネ１２５、Ｂ−１９００、Ｂ−１９００＋Ｈｆ、ＭＡＲ
   −Ｍ−２４６、ＩＮ−１００、ＧＴＤ−１１１、ワスパ
   ロイ、インコネル７１３、インコネル７３８、インコネ
   ル７９２、インコネル９３９およびＵ−５００から成る
   群より選ばれる請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】　　前記工程（ｄ）　が溶接によって実施
   される請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】　　前記溶加材が前記鋳造不可能な高融点
   超合金から鋳造された前記製品と実質的に同じ組成を有
   する請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】　　前記工程（ｅ）　が研削によって実施
   される請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】　　前記工程（ｆ）　が、前記溶加材の表
   面を前記結合剤で被覆し、次いで前記結合剤が乾燥する
   前に前記結合剤上に前記被覆材粉末を散布することによ
   って実施される請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】　　前記結合剤がアクリル樹脂を含有する
   請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】　　前記結合剤がアクリル樹脂と揮発性溶
   剤との混合物である請求項１記載の方法。
9. 【請求項９】　　前記結合剤がアクリル樹脂とジエチレ
   ングリコールモノブチルエーテルとの混合物である請求
   項１記載の方法。
10. 【請求項１０】　　前記被覆材粉末が少なくとも２種の
    粒子組成物の混合物から成っていて、第１の粒子組成物
    は前記鋳造不可能な高融点超合金から鋳造された前記製
    品と実質的に同じ組成を有し、かつ第２の粒子組成物は
    前記第１の粒子組成物および前記製品よりも低い融点を
    有する請求項１記載の方法。
11. 【請求項１１】　　前記工程（ｆ）　を少なくとも２回
    実施することによって前記溶加材の表面上に前記被覆材
    粉末の層が形成される請求項１記載の方法。
12. 【請求項１２】　　前記工程（ｇ）　が前記被覆材粉末
    の少なくとも一部分を定温条件下で凝固させるのに十分
    なだけの高い温度下で実施される請求項１記載の方法。
13. 【請求項１３】　　前記製品が航空機用ガスタービンエ
    ンジンの部品である請求項１記載の方法。
14. 【請求項１４】　　請求項１記載の方法によって製造さ
    れた製品。
15. 【請求項１５】　　請求項１３記載の方法によって製造
    された製品。
16. 【請求項１６】　　（ａ）　鋳造不可能な高融点超合金
    から製品を鋳造し、（ｂ）　前記製品中に存在する一次
    欠陥を確認し、（ｃ）　前記一次欠陥およびそれの周囲
    の金属部分を切除することによって切除空間を形成し、
    （ｄ）　前記鋳造不可能な高融点超合金から鋳造された
    前記製品と実質的に同じ組成を有する溶加材を前記切除
    空間内に充填し、（ｅ）　前記溶加材中の欠陥を切除す
    ると共に前記溶加材の表面の酸化物を除去し、（ｆ）　
    前記製品と実質的に同じ組成および融点を有する第１の
    粉末粒子組成物と、前記第１の粉末粒子組成物および前
    記製品よりも低い融点を有しかつ融解時に前記第１の粉
    末粒子組成物および前記製品を濡らすことのできる第２
    の粉末粒子組成物とを含む少なくとも２種の相異なる粉
    末粒子組成物の混合物から成る被覆材粉末と結合剤との
    混合物を前記溶加材の表面に付加し、（ｇ）　前記製品
    に熱処理を施すことにより、前記結合剤を除去すると共
    に前記被覆材粉末の少なくとも一部分を融解しかつ定温
    凝固によって凝固させ、次いで（ｈ）　前記製品に高温
    等圧圧縮を施す諸工程から成ることを特徴とする、鋳造
    不可能な高融点超合金の凝固時に通例発生する許容し得
    ないほどに大きい鋳造欠陥を含まない高融点超合金製品
    を鋳造不可能な高融点超合金から製造するための方法。
17. 【請求項１７】　　（ａ）　表面に一次欠陥を有する製
    品を鋳造不可能な高融点超合金から鋳造し、（ｂ）　前
    記一次欠陥およびそれの周囲の区域を切除することによ
    って切除空間を形成し、（ｃ）　前記製品と実質的に同
    じ組成を有する鋳造不可能な高融点超合金から成る溶加
    材を前記切除空間内に充填し、（ｄ）　前記溶加材の表
    面に欠陥が存在すればそれらの欠陥を切除し、（ｅ）　
    前記溶加材よりも低い融点を有しかつ熱処理に際して前
    記溶加材の表面内に拡散し得る微粒子状の低融点金属成
    分を含有する被覆材粉末で前記溶加材の表面を被覆し、
    （ｆ）　前記低融点金属成分を融解するのに十分な温度
    下で前記製品に熱処理を施すことにより、前記低融点金
    属成分を前記溶加材の表面内に拡散させると共に、表面
    に開いた欠陥内に前記低融点金属成分を毛管作用により
    少なくとも部分的に流入させて表面の欠陥を除去し、次
    いで（ｇ）　前記製品に高温等圧圧縮を施すことによっ
    て表面以外の欠陥を実質的に除去する諸工程から成るこ
    とを特徴とする、鋳造不可能な高融点超合金から高融点
    超合金製品を製造するための方法。