JPH11170036A - チタンアルミナイド製部品の拡散ろう付けによる接合又は肉盛方法 - Google Patents
チタンアルミナイド製部品の拡散ろう付けによる接合又は肉盛方法Info
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Abstract
る接合又は肉盛方法として、公知従来方法の欠点がな
く、特に航空分野で必要とされるような十分な品質標準
を実現する方法を提供する。 【解決手段】 チタンアルミナイド製部品の拡散ろう付
けによる接合方法であって、(a)チタンアルミナイド
粉末A40〜90%重量と、Aを化学的に湿潤させ、A
よりもかなり低い融点をもつチタン又は銅合金粉末B1
0〜60%の均質混合物を調製する段階と、(b)有機
結合剤を加えてペーストを形成する段階と、(c)接合
ギャップを覆うようにペーストを堆積する段階と、
(d)1000℃〜1300℃の真空炉で数分間〜6時
間加熱する段階を含む方法。
Description
ド(aluminiure de titane)型の金属間化合物からなる
部品の拡散ろう付け(brasage-diffusion)による接合
(assemblage)方法に関する。本方法は修繕又は部品の
肉盛(rechargement)を実施するためにも使用可能であ
る。
金属合金及び超合金に勝る利点と有利な性質をもつ種々
の金属間化合物からなる材料が開発されている。特にこ
れらの化合物のうちには、特に本発明が関係するTiA
l又はTi3Al型のチタンアルミナイドが含まれる。
これらの材料は一般に鋳造や鍛造により成形される。例
えば米国特許第4294615号はこの種の材料TiA
lを記載している。これらの材料には、更に所望用途に
応じてNb、Mo、Si、Zr、V、Ta等の種々の付
加元素を加えることができる。
に解決されていない個々の問題がある。実際に、従来の
金属合金及び超合金に適用されている公知接合技術はこ
れらの新規金属間化合物からなる材料には不適当である
ことがわかっている。特に、溶加材を用いて又は用いず
に、エネルギービーム、電子ビームもしくはレーザービ
ーム溶接、又はTIG電気アークもしくはプラズマを利
用する方法などの融解を伴う接合法は、材料の冶金学的
構造を大幅に変えるという欠点があり、金属間化合物の
ように脆い材料で使用する場合には特に問題となる。例
えばチタンアルミナイド製部品では、これらの従来方法
の実施時に生じる高い熱応力と材料の低延性の結果とし
て亀裂の問題が一般に認められる。他の方法として拡散
溶接や摩擦溶接等では固体状態で接合を実施できると予
想される。しかし、拡散溶接は完全な幾何学的品質をも
つ接合表面と、清浄度及び熱サイクル条件の非常に厳密
な制御を必要とする。摩擦溶接は特定の流動学的品質が
必要であり、所定数の接合構成には不適当である。
によるチタンアルミナイド製部品の接合はその実施時に
熱応力を生じないため、亀裂の問題がないことが判明し
た。この場合に使用される溶加材はチタン合金からなる
部品の接合時に従来使用されているものであり、例えば
Cu、TiCu、TiNi又は15%TiCuと15%
Niの型である。しかし、これらの公知条件下で使用さ
れるこの方法は、結果の許容可能な品質を確保するため
には厳しい制約がある。実際に、接合ギャップは0.1
〜0.2mmに制限される。多くの場合には接合圧を加
える必要がある。更に、有意厚さの表面の肉盛は期待で
きない。
は、チタンアルミナイド製部品の拡散ろう付けによる接
合又は肉盛方法として、公知従来方法の欠点がなく、特
に航空分野で必要とされるような十分な品質標準を実現
し得る方法を提供することである。
面において、これらの条件を満たすチタンアルミナイド
製部品の拡散ろう付けによる接合方法は、(a)総量の
40〜90%の重量比率に相当するチタンアルミナイド
合金から構成される粉末Aと、粉末Aの溶融開始温度よ
りも著しく低い融点をもち、粉末Aを化学的に湿潤させ
ることが可能なチタン又は銅をベースとする合金から構
成され、総量の10〜60%の重量比率に相当する粉末
B(ここで粉末A及びBの前記比率は方法の実施パラメ
ーター、温度及び粉末の粒度に応じて決定される)の均
質混合物を調製する段階と、(b)前段階(a)で得ら
れた粉末混合物にろう付け技術でそれ自体公知の有機結
合剤を混合してペーストを調製する段階と、(c)部品
の接合ギャップを覆うようにペーストを堆積する段階
と、(d)前段階(c)で得られたアセンブリを100
0℃〜1300℃の温度の真空炉で数分間〜6時間加熱
する段階を含む。
ナイド製部品の拡散ろう付けによる修繕方法は、上記方
法と同一の段階(a)、(b)及び(d)を実施し、中
間段階(c)において、得られたペーストを修繕しよう
とする部品の亀裂を覆うように堆積することにより実施
される。
ナイド製部品の少なくとも1つの表面の肉盛方法は、上
記方法と同一の段階(a)、(b)及び(d)を実施
し、中間段階(c)において、ペーストを肉盛しようと
する表面に堆積することにより実施される。
(compacts autobrasables)を用いる肉盛法も実施でき
る。本発明の第四の面において、所与の形状を有するチ
タンアルミナイド製圧縮体の製造はまず上記段階(a)
から開始し、次いで粉末混合物を圧縮体最終生成物の形
状に相似した形状を有する好ましくは化学的に不活性な
鋳型に装入する。次に、粉末Bの成分が粉末Aの成分に
完全に拡散しないように時間を数分間に短縮して段階
(d)を実施する。圧縮体はろう付け能を維持し、表面
の肉盛に使用することができる。
ろう付け可能な圧縮体のこの実施態様により製造される
圧縮体は稠密なものとなる。
2原子%のCr、2原子%のNb及び残余のTiからな
る組成の粉末Aと、15重量%のCu、15重量%のN
i及び残余のTiからなる組成の粉末B又は30重量%
のTi及び残余のCuからなる組成の粉末Bを使用する
と有利である。
%のMn、2原子%のNb及び残余のTiからなる組成
の粉末Aと、15重量%のCu、15重量%のNi及び
残余のTiからなる組成の粉末B又は30重量%のTi
及び残余のCuからなる組成の粉末Bを使用する。
応じて63μm未満又は150μm未満である。
付図面を参考に、チタンアルミナイド製部品への本発明
による拡散ろう付け方法の数種の適用例に関する以下の
説明に明示される。
イド製部品の突合せ接合であり、本実施例では部品の厚
さは2〜6mmである。該部品を形成する材料の組成は
48原子%のAl、2原子%のCr、2原子%のNb及
び残余のTiである。
の重量比率で粉末A及びBの均質混合物を調製する。粉
末Aは接合しようとする部品と同一の組成であり、48
原子%のAl、2原子%のCr、2原子%のNb及び残
余のTiからなる。粉末Bの組成は15重量%のCu、
15重量%のNi及び残余のTiである。粉末A及びB
の粒度は63μm未満である。
公知の有機結合剤を粉末に混合してペーストを調製す
る。次段階(c)では図1に概略的に示すように、突き
合わせて配置したチタンアルミナイド製部品1及び2の
間の接合ギャップ4を覆うようにペースト3を堆積す
る。それ自体公知の通り、ペーストの堆積前に抵抗溶接
したチタン球を配置して接合しようとする部品1及び2
を固定するように相互連結しておく。本実施例ではシリ
ンジを用いてペーストを堆積し、堆積量は接合ギャップ
の容積の約2〜4倍である。本実施例では接合ギャップ
は0〜0.5mmである。
1260℃の真空炉で4時間加熱する。図2に5で示す
ように、部品1及び2の接合ギャップの完全な充填が得
られる。加熱温度は粉末Bの融点よりも高く且つ粉末A
の融点よりも低くなるように決定される。温度を維持す
る間に、堆積した混合物3は毛管力の作用下で稠密化す
ると同時に、被接合部品1及び2の表面を湿潤させ、拡
散ろう付けにより前記部品との間に満足な冶金的結合が
得られる。
ルミナイドフェルール(virole)等の部品の任意厚みの
亀裂でもよく、本実施例の部品は厚さ2〜6mmであ
り、48原子%のAl、2原子%のCr、2原子%のN
b及び残余のTiからなる組成をもつ。この場合には、
上記方法の各段階は拡散ろう付けによるチタンアルミナ
イド製部品の修繕方法に対応する。
チタンアルミナイド製部品6及び7を重ね合わせて接合
することもできる。この場合には、本発明方法の上記各
段階を同様に実施し、段階(c)でペースト8を2つの
部品で形成される接合角に堆積し、上述のように真空炉
で加熱後にビード(cordon)9が形成され、部品6及び
7間の冶金的結合を確保する。
表面の肉盛である。本実施例では、図5及び6に概略的
に示す部品10は、例えば、48原子%のAl、2原子
%のCr、2原子%のNb及び残余のTiからなる組成
のタービンエンジン羽根である。
のAl、2原子%のCr、2原子%のNb及び残余のT
iからなる部品10と同一組成の粉末Aと、15重量%
のCu、15重量%のNi及び残余のTiからなる組成
の粉末Bの均質混合物を調製する。粉末の粒度は63μ
m未満である。混合物は粉末A60重量%と粉末B40
重量%の比率で調製する。
公知の有機結合剤を粉末に混合してペーストを調製す
る。
に、シリンジを用いて羽根10の肉盛しようとする頂部
にペーストを数回堆積し、羽根10の表面から大きくは
み出た厚さ約3mmの堆積11を得る。
℃の真空炉で4時間加熱する。図6に概略的に示すよう
に、混合物の完全な稠密化と、部品10により構成され
る基板と堆積12の冶金的結合が得られる。図7は得ら
れた冶金的微細構造を示す。最後に、適当に最終加工す
ると羽根10の頂部の仕上げが得られる。
チによる溶射(projection au chalumeau a plasma)等
の他の手段を使用したり、粉末供給とレーザー等の高エ
ネルギービームを併用して堆積してもよい。
表面肉盛は製造中に新品の部品に実施してもよいし、肉
盛表面が羽根の摩耗頂部であり得る図5及び6に関して
説明した羽根10の例のように、中古部品に肉盛を実施
してもよい。図8及び9に示す例のように、形状欠陥の
ある表面の修繕の場合に肉盛を適用することもできる。
部品14にペースト13を堆積後、15に修繕が得ら
れ、新たに表面仕上げして完了する。
ド製圧縮エレメントの製造に関する。実施例1及び2に
記載したように、段階(a)では粉末A60重量%と粉
末B40重量%の比率で粉末A及びBの均質混合物を調
製する。粉末Aは15重量%のCu、15重量%のNi
及び残余のTiからなる組成をもつ。粉末Bは48原子
%のAl、2原子%のCr、2原子%のNb及び残余の
Tiからなる組成をもつ。粉末A及びBの粒度は63μ
m未満である。
うに、得ようとする圧縮エレメントの外形に約110%
の相似比で相似形のくぼみ形状をもつアルミナ鋳型16
に前段階(a)で得られた粉末混合物15を装入する。
たアセンブリを1260℃の真空炉で4時間加熱する。
ルミナイド材料に対して化学的に不活性となるように選
択される。段階(c)で加熱温度を上げると最大稠密化
を得ることができ、この場合には、得られる圧縮エレメ
ント17は更なる加工を要しないチタンアルミナイド製
最終型部品を構成することができる。
全稠密化温度よりもかなり低くする。この操作により、
完全ではないが高度な稠密化と体積の低減が得られ、図
11に示すように、鋳型16とほぼ相似形状の圧縮エレ
メント17が得られる。この場合には、得られる圧縮エ
レメント17は完全稠密化温度にしたときにチタンアル
ミナイド製部品表面に残留ろう付け能を維持する。従っ
て、圧縮エレメント17は自己ろう付け可能な焼結エレ
メントとしても使用できる。図12及び13は自己ろう
付け可能な焼結エレメント19を用いた部品18の肉盛
の概略例を示す。肉盛しようとする表面に適した寸法の
焼結エレメント19を新品又は中古部品18の表面に堆
積した後、1個以上の抵抗溶接点により焼結エレメント
19を部品18に結合する。次に、焼結混合物に選択し
た組成に応じて1000℃〜1300℃の完全稠密化温
度の真空炉にアセンブリを送り加熱する。この結果、稠
密化を完全にすると共に、焼結エレメント20と部品1
8の冶金的結合が得られる。温度維持時間は混合物に選
択した組成及び所望の化学的均質化レベルに応じて数分
間〜数時間で変化し得る。部品18の機能に適した最終
加工により肉盛を調整することができる。
ナイド製部品を接合するために配備した「突合せ」接合
部の概略斜視図である。
る。
ナイド製部品を接合するために配備した「重ね合せ」接
合部の概略斜視図である。
る。
分断面図である。
る。
微鏡写真である。
概略部分断面図である。
る。
ントの製造方法を示す概略断面図である。
ントを用いた部品の肉盛方法の1実施例を示す概略断面
図である。
る。
ド製部品 3、8、13 ペースト 4 接合ギャップ 9 ビード 11、12 ペーストの堆積 15 肉盛による修繕 15 粉末混合物 16 アルミナ鋳型 17 圧縮エレメント 19 自己ろう付け可能な焼結エレメント 20 焼結エレメント
Claims (20)
- 【請求項1】 チタンアルミナイド製部品の拡散ろう付
けによる接合方法であって、(a)総量の40〜90%
の重量比率に相当するチタンアルミナイド合金から構成
される粉末Aと、粉末Aの溶融開始温度よりもかなり低
い融点をもち、粉末Aを化学的に湿潤させることが可能
なチタン又は銅をベースとする合金から構成され、総量
の10〜60%の重量比率に相当する粉末B(ここで粉
末A及びBの前記比率は方法の実施パラメーター、温度
及び粉末の粒度に応じて決定される)の均質混合物を調
製する段階と、(b)前段階(a)で得られた粉末混合
物にろう付け技術でそれ自体公知の有機結合剤を混合し
てペーストを調製する段階と、(c)部品の接合ギャッ
プを覆うようにペーストを堆積する段階と、(d)前段
階(c)で得られたアセンブリを1000℃〜1300
℃の温度の真空炉で数分間〜6時間加熱する段階を含む
前記方法。 - 【請求項2】 チタンアルミナイド製部品の拡散ろう付
けによる修繕方法であって、(a)総量の40〜90%
の重量比率に相当するチタンアルミナイド合金から構成
される粉末Aと、粉末Aの溶融開始温度よりもかなり低
い融点をもち、粉末Aを化学的に湿潤させることが可能
なチタン又は銅をベースとする合金から構成され、総量
の10〜60%の重量比率に相当する粉末B(ここで粉
末A及びBの前記比率は方法の実施パラメーター、温度
及び粉末の粒度に応じて決定される)の均質混合物を調
製する段階と、(b)前段階(a)で得られた粉末混合
物にろう付け技術でそれ自体公知の有機結合剤を混合し
てペーストを調製する段階と、(c)修繕しようとする
部品の亀裂を覆うようにペーストを堆積する段階と、
(d)前段階(c)で得られたアセンブリを1000℃
〜1300℃の温度の真空炉で数分間〜6時間加熱する
段階を含む方法。 - 【請求項3】 チタンアルミナイド製部品の少なくとも
1つの表面の肉盛方法であって、(a)総量の40〜9
0%の重量比率に相当するチタンアルミナイド合金から
構成される粉末Aと、粉末Aの溶融開始温度よりもかな
り低い融点をもち、粉末Aを化学的に湿潤させることが
可能なチタン又は銅をベースとする合金から構成され、
総量の10〜60%の重量比率に相当する粉末B(ここ
で粉末A及びBの前記比率は方法の実施パラメーター、
温度及び粉末の粒度に応じて決定される)の均質混合物
を調製する段階と、(b)前段階(a)で得られた粉末
混合物にろう付け技術でそれ自体公知の有機結合剤を混
合してペーストを調製する段階と、(c)肉盛しようと
する部品の表面にペーストを堆積する段階と、(d)前
段階(c)で得られたアセンブリを1000℃〜130
0℃の温度の真空炉で数分間〜6時間加熱する段階を含
む前記方法。 - 【請求項4】 段階(c)でシリンジによりペーストの
堆積を実施することを特徴とする、請求項3に記載のチ
タンアルミナイド製部品の少なくとも1つの表面の肉盛
方法。 - 【請求項5】 段階(c)でプラズマトーチ溶射により
ペーストの堆積を実施することを特徴とする、請求項3
に記載のチタンアルミナイド製部品の少なくとも1つの
表面の肉盛方法。 - 【請求項6】 段階(c)でレーザー等の高エネルギー
ビームを介する粉末供給による溶射によりペーストの堆
積を実施することを特徴とする、請求項3に記載のチタ
ンアルミナイド製部品の少なくとも1つの表面の肉盛方
法。 - 【請求項7】 所定形状のチタンアルミナイド圧縮エレ
メントの製造方法であって、(a)総量の40〜90%
の重量比率に相当するチタンアルミナイド合金から構成
される粉末Aと、粉末Aの溶融開始温度よりもかなり低
い融点をもち、粉末Aを化学的に湿潤させることが可能
なチタン又は銅をベースとする合金から構成され、総量
の10〜60%の重量比率に相当する粉末B(ここで粉
末A及びBの前記比率は方法の実施パラメーター、温度
及び粉末の粒度に応じて決定される)の均質混合物を調
製する段階と、(b)得ようとする圧縮エレメントの最
終形状に相似形状の鋳型に前段階(a)で得られた粉末
混合物を装入する段階と、(c)前段階(b)で得られ
たアセンブリを1000℃〜1300℃の温度の真空炉
で数分間〜1時間加熱する段階を含む前記方法。 - 【請求項8】 請求項7に記載の方法により得られた圧
縮エレメントを使用するチタンアルミナイド製部品の少
なくとも1つの表面の肉盛方法であって、肉盛しようと
する表面に前記圧縮エレメントをそれ自体公知の任意手
段により配置固定し、その後、得られたアセンブリを1
000℃〜1300℃の温度の真空炉で数分間〜6時間
加熱することを特徴とする前記方法。 - 【請求項9】 粉末Aが46〜50原子%のAl、2原
子%のCr、2原子%のNb及び残余のTiからなる組
成をもち、粉末Bが10〜15重量%のCu、10〜1
5重量%のNi及び残余のTiからなる組成をもつこと
を特徴とする、請求項1に記載のチタンアルミナイド製
部品の拡散ろう付けによる接合方法。 - 【請求項10】 粉末Aが46〜50原子%のAl、2
原子%のCr、2原子%のNb及び残余のTiからなる
組成をもち、粉末Bが30重量%Ti及び残余のCuか
らなる組成をもつことを特徴とする、請求項1に記載の
チタンアルミナイド製部品の拡散ろう付けによる接合方
法。 - 【請求項11】 粉末A及びBが63μm未満の粒度を
もつことを特徴とする、請求項1、9及び10のいずれ
か一項に記載のチタンアルミナイド製部品の拡散ろう付
けによる接合方法。 - 【請求項12】 粉末A及びBが150μm未満の粒度
をもつことを特徴とする、請求項1、9及び10のいず
れか一項に記載のチタンアルミナイド製部品の拡散ろう
付けによる接合方法。 - 【請求項13】 粉末Aが46〜50原子%のAl、2
原子%のCr、2原子%のNb及び残余のTiからなる
組成をもち、粉末Bが10〜15重量%のCu、10〜
15重量%のNi及び残余のTiからなる組成をもつこ
とを特徴とする、請求項2に記載のチタンアルミナイド
製部品の拡散ろう付けによる修繕方法。 - 【請求項14】 粉末Aが46〜50原子%のAl、2
原子%のCr、2原子%のNb及び残余のTiからなる
組成をもち、粉末Bが30重量%のTi及び残余のCu
からなる組成をもつことを特徴とする、請求項2に記載
のチタンアルミナイド製部品の拡散ろう付けによる修繕
方法。 - 【請求項15】 粉末A及びBが63μm未満の粒度を
もつことを特徴とする、請求項2、13及び14のいず
れか一項に記載のチタンアルミナイド製部品の拡散ろう
付けによる修繕方法。 - 【請求項16】 粉末A及びBが150μm未満の粒度
をもつことを特徴とする、請求項2、13及び14のい
ずれか一項に記載のチタンアルミナイド製部品の拡散ろ
う付けによる修繕方法。 - 【請求項17】 粉末Aが46〜50原子%のAl、2
原子%のCr、2原子%のNb及び残余のTiからなる
組成をもち、粉末Bが10〜15重量%のCu、10〜
15重量%Ni及び残余のTiからなる組成をもつこと
を特徴とする、請求項3から6及び8のいずれか一項に
記載のチタンアルミナイド製部品の少なくとも1つの表
面の肉盛方法。 - 【請求項18】 粉末Aが46〜50原子%のAl、2
原子%のCr、2原子%のNbび残余のTiからなる組
成をもち、粉末Bが30重量%のTi及び残余のCuか
らなる組成をもつことを特徴とする、請求項3から6及
び8のいずれか一項に記載のチタンアルミナイド製部品
の少なくとも1つの表面の肉盛方法。 - 【請求項19】 粉末A及びBが63μm未満の粒度を
もつことを特徴とする、請求項3から6、8、17及び
18のいずれか一項に記載のチタンアルミナイド製部品
の少なくとも1つの表面の肉盛方法。 - 【請求項20】 粉末A及びBが150μm未満の粒度
をもつことを特徴とする、請求項3から6、8、17及
び18のいずれか一項に記載のチタンアルミナイド製部
品の少なくとも1つの表面の肉盛方法。
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