JPS6119351A - Article forming abrasive surface and manufacture thereof - Google Patents

Article forming abrasive surface and manufacture thereof

Info

Publication number
JPS6119351A
JPS6119351A JP60138841A JP13884185A JPS6119351A JP S6119351 A JPS6119351 A JP S6119351A JP 60138841 A JP60138841 A JP 60138841A JP 13884185 A JP13884185 A JP 13884185A JP S6119351 A JPS6119351 A JP S6119351A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particles
abrasive
matrix
article
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP60138841A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0555295B2 (en
Inventor
アルフレツド・ピオ・マタレーズ
ハリー・エドウイン・イートン
リチヤード・チヤールズ・ノヴアク
ジエームス・マイケル・グツドマン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RTX Corp
Original Assignee
United Technologies Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/624,446 external-priority patent/US4610698A/en
Priority claimed from US06/624,421 external-priority patent/US4744725A/en
Application filed by United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Publication of JPS6119351A publication Critical patent/JPS6119351A/en
Publication of JPH0555295B2 publication Critical patent/JPH0555295B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18After-treatment

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はアブレイシブ、詳細には、高められた温度で使
用される超合金に付着される薄層アブレイシブに係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD This invention relates to abrasives, particularly thin layer abrasives deposited on superalloys used at elevated temperatures.

背景技術 ガスタービンエンジン及び他の軸流ターボ機械はほぼ円
筒状のケース内に収容されている回転ブレードの列を有
する。ケースに近いブレード先端の周りのガスまたは他
の作動流体の漏洩を最小化することが非常に望ましい。
BACKGROUND OF THE INVENTION Gas turbine engines and other axial flow turbomachines have rows of rotating blades contained within a generally cylindrical case. It is highly desirable to minimize leakage of gas or other working fluid around the blade tips close to the case.

エンジンケースの内面に取付けられたシールとブレード
先端が擦り合うブレード及びシーリングシステムにより
この漏洩が最小化されることは知られている。一般に、
ブレード先端はシールよりも硬(且つ一層アプレイシブ
にされており、従ってブレード先端はエンジンのこれら
の部品の作動中に互いに接触する時にシール内ヘカット
インする。
It is known that this leakage is minimized by blade and sealing systems in which the blade tips rub against seals mounted on the interior surface of the engine case. in general,
The blade tips are made harder (and more aggressive) than the seals, so the blade tips cut into the seals when these parts of the engine come into contact with each other during operation.

上記の形式の以前のシステムでは、ブレード先端はたい
てい硬い面を有する超合金材料であり、シールは適当な
摩耗傾向を有する金属であった。
In previous systems of the type described above, the blade tip was often a superalloy material with a hard surface and the seal was a metal with a moderate wear tendency.

たとえば、多孔性粉末金属が使用された。今では、しか
し、米国特許第3.975.165号、第4,269,
903号及び第4.273,824号明細書に示されて
いるようにセラミックを含むシールが望ましいことが見
出されている。セラミック被覆されたシールは従来の金
属シールよりもかなり硬く、その結果、従来のブレード
先端はシールを摩耗により除去する能力に不足していた
For example, porous powdered metals were used. Now, however, U.S. Pat.
It has been found that seals comprising ceramics are desirable, as shown in U.S. Pat. No. 903 and U.S. Pat. Ceramic coated seals are significantly harder than conventional metal seals, and as a result, conventional blade tips lack the ability to abrade the seals.

従って、改良されたブレード先端、最も詳細には、本願
の譲受人と同一の譲受人に譲渡された“アルミナ被覆さ
れたシリコンカーバイド・アブレイシブという名称の米
国特許第4,249,913号明細書に記載されている
形式のブレード先端が開発されてきた。この特許による
0、20〜0.76nの平均標準直径のシリコンカーバ
イド粒子はアルミナのような金属酸化物により被覆され
ており、また粉末金属まだは鋳造技術によりニッケルま
たはコバルト基合金内に組み入れられている。粉末金属
をコンパクトに含む30〜45%の体積百分率の粒子が
製造され、ブレードの先端に拡散ポンディング、液相ポ
ンディングまたはろ−付けによりボンドされる。
Accordingly, an improved blade tip is disclosed, most particularly in U.S. Pat. A blade tip of the type described has been developed in which silicon carbide particles with an average standard diameter of 0.20 to 0.76n are coated with a metal oxide such as alumina and powdered metal still remains. are incorporated into nickel- or cobalt-based alloys by casting techniques. Particles with a volume percentage of 30-45% containing powdered metal compactly are produced and placed at the tip of the blade by diffusion pumping, liquid phase pumping or filtering. Bonded by attaching.

しかし、上記の方法により製造されたアブレイシブには
いくつかの本来的な性質がある。特に、金属部品は挺際
的な最小の厚み、典型的には1〜2日の厚みにのみ製造
され得る。通常、アブレイシブ先端部はタービンブレー
ド基体の先端の断面形状に製造され、コンパクト化また
は鋳造の後に平らな表面に機械加工される。同様に、ブ
レード先端がアブレイシブを受は入れるべく平らな表面
に機械加工される。このような平らな機械加工は、良好
な密嵌合及び0.05mのオーダーの最小溶接厚みを得
るために必要な実際的制限である。これが行われなけれ
ば、1100°Cの作動温度での適当なボンド強度は得
られない。ブレード先端上にアブレイシブをポンドした
後、複数個のブレードがエンジンのディスクと共に回転
するべく構成された取付具内に組み立てられる。それら
は次いでエンジンケースシールの内面と一致−する円筒
状または円錐状表面に研削される。この過程の結果とし
て、アブレイシブは最初に、実質的な度合に研削されな
ければならない実質的な厚みを有する。粒子はしばしば
高価であり、従ってまたこの方法は高価である。第二に
、接合面が平らであり、アブレイシブ先端付きブレード
の最終仕上がり形状が円筒状または円錐状であるので、
第9図に示されているように、ブレード先端を横切って
アブレイシブの厚みに変化が存在する。公知のブレード
は有用であるけれども、先端のアブレイシブ部分が局面
を横切って均等な厚みを有することが一層望ましい。ま
た、製造過程で使用されなければならないグリッドの量
を最小化することが非常に望ましい。なぜならば、グリ
ッドは高品質でなければならず、酸化物被覆過程を含め
てそれらの製造に費用がかさむからである。
However, abrasives produced by the above method have some inherent properties. In particular, metal parts can only be manufactured to extremely minimal thicknesses, typically 1-2 days thick. Typically, abrasive tips are manufactured to the cross-sectional shape of the tip of a turbine blade body and machined into a flat surface after compaction or casting. Similarly, the blade tip is machined into a flat surface to receive the abrasive. Such flat machining is a necessary practical limitation in order to obtain a good close fit and minimum weld thickness on the order of 0.05 m. If this is not done, adequate bond strength at operating temperatures of 1100°C will not be achieved. After pounding the abrasive onto the blade tip, the plurality of blades are assembled into a fixture configured to rotate with the engine disk. They are then ground to a cylindrical or conical surface that matches the inner surface of the engine case seal. As a result of this process, the abrasive initially has a substantial thickness that must be ground to a substantial degree. Particles are often expensive and therefore the method is also expensive. Second, since the joint surface is flat and the final finished shape of the abrasive tipped blade is cylindrical or conical,
As shown in FIG. 9, there is a variation in abrasive thickness across the blade tip. While known blades are useful, it is more desirable that the abrasive portion of the tip have a uniform thickness across the curve. It is also highly desirable to minimize the amount of grid that must be used during the manufacturing process. This is because the grids must be of high quality and their manufacture, including the oxide coating process, is expensive.

本発明の目的は、1100°C付近及びそれ以上の温度
セ使用するのに適したアブレイシブの薄い均等な層をブ
レードの先端に形成することである。粒子を担持するア
ブレイシブの薄い層は、このような高い温度での使用に
は適していないが、知られている。たとえば、アルミナ
、シリカ及びシリコンカーバイドから製造された被覆さ
れたアブレイシブは、金属ポンドされたダイアモンド及
びキュービック窒化はう素研削車のように通常の製品で
ある。スプレィされた金属の溶融または非溶融層は金属
化の分野で良く知られている。たとえば米国特許第3+
 248+ 189号及び第4,386’、112号明
細書参照。しかし、金属スブレイイング・グリッド及び
母材金属のどの過程も、スプレィされた材料の一部分し
か実際に表面に衝突して付着しない点で本来的に不適当
である;これらのことは特に、比較的小さい、たとえば
約6 / 50 mmのサイズの典型的なタービンブレ
ード先端のアブレイシブの形成を困難にする。
It is an object of the present invention to form a thin, uniform layer of abrasive on the tip of the blade that is suitable for use at temperatures near and above 1100°C. Abrasive thin layers carrying particles are known, although they are not suitable for use at such high temperatures. For example, coated abrasives made from alumina, silica, and silicon carbide are common products, as are metal-plated diamond and cubic nitride-boron grinding wheels. Sprayed fused or unfused layers of metal are well known in the metallization art. For example, US Patent No. 3+
248+ 189 and 4,386', 112. However, both metal spraying grids and base metal processes are inherently inadequate in that only a portion of the sprayed material actually hits and adheres to the surface; these are particularly , making the abrasive formation of typical turbine blade tips of a size of approximately 6/50 mm difficult, for example.

本発明に特に関連のある従来技術は下記のものである。The prior art particularly relevant to the present invention is as follows.

シリコンカーバイド粒子は、米国特許第3.508,8
90号及び第3,377.624号に従って、有機接着
剤を用いて部品にポンドされ、次いでアルミニュームま
たは他の金属で表面被覆される。米国特許第3.779
.726号明細書には、シリコンカーバイド及び他のグ
リッドを含む金属−アブレイシブ工具を製造する方法と
して、グリッドを多孔性金属被覆内に封入し、次いで粒
子を一体化するため封入層を他の金属で含浸する方法が
記載されている。米国特許第4.029,852号明細
書には、グリッドを表面上に置き、その上に溶融金属小
滴をスプレィすることにりノンースキンド表面を製造す
る方法が記載されている。この米国特許第4,0291
852号の発明は、金属ボンドされたアブレイシブ及び
本発明を特徴付ける細かい製品と対照的に、階段の踏み
台のように比較的大形の製品を対象としている。米国特
許第3,871,840号明細書には、純粋金属エンベ
ロープ内にグリッドを封入することにより種々の仕方で
製造された金属ボンドされたアブレイシブの性質がどの
ように改善されるかが記載されている。
Silicon carbide particles are described in U.S. Patent No. 3,508,8
No. 90 and No. 3,377.624, parts are bonded using an organic adhesive and then surface coated with aluminum or other metal. U.S. Patent No. 3.779
.. No. 726 describes a method of manufacturing metal-abrasive tools containing silicon carbide and other grids by encapsulating the grid within a porous metal coating and then using an encapsulation layer with another metal to integrate the particles. A method of impregnation is described. US Pat. No. 4,029,852 describes a method for producing non-skinned surfaces by placing a grid on the surface and spraying molten metal droplets onto it. This U.S. Patent No. 4,0291
The '852 invention is directed to relatively large products, such as stair treads, as opposed to metal bonded abrasives and the fine products that characterize the present invention. U.S. Pat. No. 3,871,840 describes how the properties of metal-bonded abrasives made in various ways are improved by encapsulating a grid within a pure metal envelope. ing.

先に製造された粒子及び金属構造から成り溶接過程によ
りタービンブレード先端に取付けられる前記のアブレイ
シブは有用なアブレイシブの特性を示した。しかし、ア
ブレイシブの厚みを堅牢な先端に対して必要な最小厚み
に減することが望ましいけれども、このような最小厚み
はポンドされたアブレイシブ先端によっては前記の製造
上の実際的な問題のために達成され得ない。同時に、過
去の経験から、前記米国特許に記載されているものも含
めて他の用途に通常入手可能な材料は所望の最小厚みを
得られるにしても堅牢性の点で不十分である。従って、
所望のアブレイシブ先端を有する超合金タービンブレー
ドを製造するための研究及び開発を行う必要があった。
The previously described abrasives, which are comprised of particles and metal structures and are attached to turbine blade tips by a welding process, have exhibited useful abrasive properties. However, although it is desirable to reduce the abrasive thickness to the minimum thickness required for a robust tip, such minimum thickness may not be achievable depending on the pounded abrasive tip due to the manufacturing practical issues discussed above. It cannot be done. At the same time, past experience has shown that materials commonly available for other applications, including those described in the aforementioned U.S. patents, are insufficiently robust, even though they may provide the desired minimum thickness. Therefore,
Research and development needed to be done to produce superalloy turbine blades with the desired abrasive tips.

発明の開示 本発明の目的は、金属対象物の表面上に薄層アブレイシ
ブを形成することである。特に、本発明の目的は、ター
ボ機械用のエーロフオイル上に非常に軽量でしかも堅牢
なアブレイシブ材料を形成することである。すなわち、
できるかぎり少数の粒子を使用してセラミック粒子及び
金属のアブレイシブを製造することが望ましい。高温用
としてはアブレイシブは耐酸化性材料、特に超合金母材
金属から成っていなければならず、またアブレイシブは
熱的及び機械的応力に耐えるように超合金“基体に良好
にポンドされていなけれシならない。
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to form a thin abrasive layer on the surface of a metal object. In particular, it is an object of the present invention to form a very lightweight yet robust abrasive material on airfoil for turbomachinery. That is,
It is desirable to produce ceramic particles and metal abrasives using as few particles as possible. For high temperature applications, abrasives must be made of oxidation-resistant materials, especially superalloy base metals, and the abrasive must be well bonded to a superalloy "substrate" to withstand thermal and mechanical stresses. No.

本発明によれば、物品はその表面上にセラミック粒子の
単一の層を有する。粒子は基体の表面と接触しており、
また優勢に周囲の母材金属を通じて自由な機械加工され
た表面に延びている。また、機械加工された表面がアブ
レイシブが置かれている表面、に平行である時、粒子は
等しい長さを有し、また最も有効な仕方で表面に配置さ
れている。アブレイシブから最適な性能を得るため、粒
子は密に、しかし均等に間隔をおかれている。しかし、
粒子は少なくとも80%が互いに接触しないように注意
深く寸法及び配置を選択されている。
According to the invention, the article has a single layer of ceramic particles on its surface. The particles are in contact with the surface of the substrate;
It also extends predominantly through the surrounding base metal to the free machined surface. Also, when the machined surface is parallel to the surface on which the abrasive is placed, the particles have equal lengths and are placed on the surface in the most effective manner. To obtain optimal performance from the abrasive, the particles are closely but evenly spaced. but,
The particles are carefully sized and arranged such that at least 80% of the particles do not touch each other.

こうして、周囲母材の存在は、粒子がアブレイシブ内に
良好にポンドされること、またアブレイシブが基体に良
好にボンドされることを意味する。
Thus, the presence of the surrounding matrix means that the particles are better implanted into the abrasive and that the abrasive is better bonded to the substrate.

本発明によアブレイシブは1.9対1以下、好ましくは
1.5対1付近の粒子縦横比を有するセラミックから製
造される。このことは、粒子が粒子表面の1CI112
あたり33〜62、好ましくは42〜53の密度でほぼ
均等な間隔で、また10〜20(体積百分率)で存在す
ることを可能にする。
In accordance with the present invention, abrasives are made from ceramics having a particle aspect ratio of 1.9:1 or less, preferably around 1.5:1. This means that the particle has 1CI112 on the particle surface.
approximately evenly spaced at a density of 33 to 62, preferably 42 to 53, and also 10 to 20 (volume percentage).

本発明の好ましい実施態様では、アブレイシブ材料はシ
ンタリング、プラズマアークスプレイイング及び機械加
工を用いて超合金タービンブレードの先端に付着される
。セラミック粒子は高められた温度で母材材料と相互作
用しないものである。たとえば、アルミナ被覆されたシ
リコンカーバイド粒子が使用された。粒子はさらにシン
タリング可能な材料、たとえばニッケルでクラッドされ
た。粒子は表面上に置かれて、シンタリング温度に加熱
され、それによりニッケル層を基体に合金的に付着させ
る。次いで、超合金母材が通常“ラインーオブーサイト
”プロセス(デポジットされた材料が表面に向かって直
線的に移動する)により粒子の上にデポジットされる。
In a preferred embodiment of the invention, abrasive materials are applied to the tips of superalloy turbine blades using sintering, plasma arc spraying, and machining. Ceramic particles are those that do not interact with the matrix material at elevated temperatures. For example, alumina-coated silicon carbide particles have been used. The particles were further clad with a sinterable material, such as nickel. The particles are placed on the surface and heated to a sintering temperature, thereby alloyingly adhering the nickel layer to the substrate. A superalloy matrix is then deposited over the particles, usually by a "line-of-sight" process (in which the deposited material moves linearly toward the surface).

表面上の不規則な形状の粒子の付近に空所が生成し、続
いてホント・スタティック・プレッシングのような処理
が粒子の周りに母材を稠密化させるのに用いられる。そ
の結果、周囲に相互拡散された金属の領域(母材材料の
組成に比較的不足しまたクラツディング材料の組成に比
較的富んでいる領域)を有するセラミック粒子を含む稠
密な超合金母材により特徴付けられる金属学的構造が得
られる。
Cavities are created near the irregularly shaped particles on the surface, and then a process such as true static pressing is used to densify the matrix around the particles. The result is a dense superalloy matrix containing ceramic particles with regions of interdiffused metal at the periphery (relatively deficient in the composition of the matrix material and regions relatively enriched in the composition of the cladding material). A metallurgical structure is obtained which can be attached.

アブレイシブがセラミックシールと相互作用するブレー
ドの先端上に置かれた時、母材材料は、基体から測って
粒子長さの10〜50%を露出するように、アブレイシ
ブの自由な機械加工された表面から部分的に除去される
。このことは、アブレイシブがセラミックシールをカッ
トする能力を改善する。
When the abrasive is placed on the tip of the blade that interacts with the ceramic seal, the matrix material is exposed to the free machined surface of the abrasive such that 10-50% of the particle length, measured from the substrate, is exposed. partially removed from This improves the abrasive's ability to cut ceramic seals.

本発明は、エーロフオイル先端の比較的小さい    
   。
The present invention has a relatively small airflow oil tip.
.

カンバーされた表面の上に、ブレード先端を摩耗から保
護し、セラミックの減摩可能なシールにカットインし、
高い温度及び熱応力に耐えるなど本発明の1的を達成す
るアブレイシブ材料を付着するのに有効である。
Above the cambered surface, the blade tip is cut into a ceramic anti-friction seal that protects it from wear.
It is useful for depositing abrasive materials that achieve one objective of the present invention, such as withstanding high temperatures and thermal stresses.

本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は以下にその
好ましい実施例を図面により詳細に説明するなかで一層
明らかになろう。
The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent as preferred embodiments thereof are described in detail below with reference to the drawings.

発明を実施するための最良の形態 本発明は、米国・特許第4,209,348号明細書に
記載されている単結晶ニッケル合金から成る典型的な進
歩したガスタービンエンジン・タービンブレードの先端
への、ここでば簡単に“アブレイシブ(abrasiv
e )″と呼ばれるシリコンカーバイド粒子及び超合金
母材アブレイシブのボンディングに関して記載されてい
る。米国特許第4,249,913号明細書に開示され
ている形式のアルミナ被覆されたシリコンカーバイド粒
子が本発明に使用されることは好ましい。上記両特許の
開示内容を参照によりここに組み入れたものとする。本
発明は他の材料にも同様に応用可能である。上記米国特
許第4.249,913号明細書に示されているように
、シリコンカーバイド粒子上のアルミナ被覆は、シリコ
ンカーバイドと周囲の母材金属との間の相互作用を阻止
するので、特に有用である。このような相互作用は製造
中及び高温使用中に生起する可能性があり、またアブレ
イシブ機能を遂行するシリコンカーバイド粒子の能力を
低下させる可能性がある。好ましくは、アルミナ被覆は
0.010〜0.020鶴の厚みであり、また商業的な
化学的蒸着プロセスにより付着されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a typical advanced gas turbine engine turbine blade tip constructed from a single crystal nickel alloy as described in U.S. Pat. No. 4,209,348. In this case, it is simply called “abrasive”.
alumina-coated silicon carbide particles of the type disclosed in U.S. Pat. No. 4,249,913 are disclosed in the present invention. No. 4,249,913, the disclosures of which are incorporated herein by reference. The invention is equally applicable to other materials. As indicated in the specification, alumina coatings on silicon carbide particles are particularly useful because they prevent interactions between the silicon carbide and the surrounding base metal. This can occur during medium and high temperature use and can reduce the ability of the silicon carbide particles to perform abrasive functions. Preferably, the alumina coating is between 0.010 and 0.020 mm thick. , also deposited by a commercial chemical vapor deposition process.

母材は粒子及び基体に接着され得る金属である。母材は
、本発明の最良の実施態様では、耐熱合金、すなわち商
業的な合金であるインコネル600、インコネル625
、ハステロイX、−>イネス188及びMCrAIYの
ように600°C又はそれ以上の温度で使用するのに適
した合金、若しくは超合金、すなわち商業的なニッケル
基合金であるワスパロイ、lN100、U2O5、MA
R−M2O3、インコネル718のようにガンマプライ
ム析出により強化されたNi、CoまたはFeを母材と
する合金である。いずれの形式の合金も、性質が変化す
る多数の組成、すなわちNi、Co、Fe、Cr及びF
eを有する傾向があり、後二者の元素が特にそれらを特
徴付けて、酸化耐性を生ずる。
The matrix is a metal that can be bonded to the particles and the substrate. The base material, in the best embodiment of the invention, is a heat resistant alloy, i.e. commercial alloys Inconel 600, Inconel 625.
, Hastelloy
R-M2O3 and Inconel 718 are alloys based on Ni, Co or Fe that are strengthened by gamma prime precipitation. Both types of alloys are available in a number of compositions with varying properties, namely Ni, Co, Fe, Cr and F.
The latter two elements particularly characterize them, resulting in oxidation resistance.

好ましくは、超合金母材は重量百分率で21〜25 C
r、 4.5〜? A l、 4〜l OW、 2.5
〜7Ta、 0.02〜0.15Y、 0.1〜0.3
C,残余Niの標準組成を有する。他の有用な材料は重
量百分率で18〜30Cr、10〜3ONi+Fe。
Preferably, the superalloy matrix has a weight percentage of 21 to 25 C
r, 4.5~? Al, 4~l OW, 2.5
~7Ta, 0.02~0.15Y, 0.1~0.3
C, has a standard composition of residual Ni. Other useful materials are 18-30Cr, 10-3ONi+Fe by weight percentage.

5〜15 W + M o、1〜5Ta+’Cb、0.
05〜0.6C13,5・〜80A1.0.5〜20H
f及び0゜02〜0.IY、残余Coの標準組成を有す
るコバルト基合金である。
5-15 W+Mo, 1-5Ta+'Cb, 0.
05~0.6C13,5・~80A1.0.5~20H
f and 0°02~0. It is a cobalt-based alloy with a standard composition of IY and residual Co.

典型的なタービンブレードの形態が第8図中に示されて
いる。ブレード20は根元部分22及びエーロフオイル
部分24から成っている。ブレードの先端28にアブレ
イシブ層26が本発明の方法により付着されている。ア
ブレイシブ先端の表面30は標準半径R及び周縁りを有
する回転の円筒状表面に仕上げられている。半径Rはブ
レード付きタービン車の半径であり、また標準的にブレ
ード付きタービン車が含まれているエンジンケースの内
側半径でもある。半径方向と一致するブレード軸線をそ
のz軸と定義する。ブレードの先端はエーロフオイル先
端断面の標準中心線である平均カンバー線Cを有する。
A typical turbine blade configuration is shown in FIG. The blade 20 consists of a root section 22 and an airfoil section 24. An abrasive layer 26 is applied to the blade tip 28 by the method of the present invention. The surface 30 of the abrasive tip is finished as a rotating cylindrical surface with a standard radius R and circumference. Radius R is the radius of the bladed turbine wheel and is also the inner radius of the engine case that typically contains the bladed turbine wheel. The blade axis that coincides with the radial direction is defined as its z-axis. The tip of the blade has an average camber line C, which is the standard centerline of the Aerofoil tip cross section.

第9図及び第10図には、線Cが2平面内へ広げられて
いる時に線りに沿って線Cの方に見た時に現れるブレー
ド先端の側面図が示されている。第10図には第8図の
一定厚みの屓26外観が示されている。ブレード基体2
8の最も外側の表面32及びアブレイシブの表面30は
いずれも曲面を描いている。これらの曲面は、延ばされ
た時に、カンバー形状及び円筒状表面の相互作用により
郭定される表面のために、複雑である。背景技術のとこ
ろに記載した仕方で構成された公知のブレード先端の同
様の図が第9図に示されている。アブレイシブの最も外
側の表面30aは第10図中に示されている曲面30と
同一であり、ブレード基体28aの表面32aは平らで
ある。従って、半径方向または2軸方向のアブレイシブ
の厚みはエーロフオイルのカンバー長さCを横切って変
化する。また、前縁及び後縁に金属不足グリツドが存在
する明白な傾向がある。また、本発明による第10図で
はアブレイシブは粒子の単一の層から成っているが、公
知の層ではカンバー線長さの中心部分35aの付近に多
数のグリシドを必要とする。また、公知のアブレイシブ
は典型的に接着継目31を有する。
9 and 10 show side views of the blade tip as it appears when looking along line C toward line C when line C is spread out into two planes. FIG. 10 shows the appearance of the sill 26 of FIG. 8 having a constant thickness. Blade base 2
8 and the abrasive surface 30 are both curved. These curved surfaces are complex due to the surface defined by the interaction of the cambered and cylindrical surfaces when stretched. A similar view of a known blade tip constructed in the manner described in the background section is shown in FIG. The outermost surface 30a of the abrasive is identical to the curved surface 30 shown in FIG. 10, and the surface 32a of the blade base 28a is flat. Therefore, the radial or biaxial abrasive thickness varies across the airfoil camber length C. There is also a clear tendency for metal deficient grids to exist at the leading and trailing edges. Also, in accordance with the present invention, in FIG. 10, the abrasive consists of a single layer of particles, whereas the known layer requires a large number of glycides near the central portion 35a of the camber line length. Also, known abrasives typically have adhesive seams 31.

薄いアブレイシブ先端を形成するためのプロセス段階は
部分的に概要を第1〜7図により示されており、またさ
らに以下に説明される。いずれも線りに沿って見て、第
1〜4図にはガスタービンブレードの先端のプロフィル
が示されてお−リ、また第5〜7図には先端の一部分が
一層詳細に示されている。
The process steps for forming a thin abrasive tip are partially outlined in FIGS. 1-7 and described further below. 1-4 show the profile of the tip of a gas turbine blade, and FIGS. 5-7 show a portion of the tip in more detail, both viewed along the line. There is.

本発明のアブレイシブ先端は、゛背景技術のところで述
べた米国特許に二、三開示されているよう、に、セラミ
ックスのアブレード可能なシールと相互作用するべく意
図されている。良好な性能を得るために必要であること
が発見されており、また公知の先端アブレイシブと異な
るアブレイシブにはいくつかの独特な局面がある。これ
らの局面は粒子及び母材の組成と、粒子の寸法と、ブレ
ードの先端に置かれる密度くいずれも母材内に含まれる
時の間隔及び体積百分率に関する)と、アブレイシブ層
の全厚みと、粒子が実際に母材により包まれてその中に
置かれる度合とを含んでいる。ここで唱えられるパラメ
トリックな制限は特に、米国特許第4,249,913
号明細書に開示されている超合金母材及びアルミナ被覆
されたシリコンカーバイド粒子を含んでいるアブレイシ
ブによる経験の結果である。しかし、局面の多くは他の
粒子、特に機械的局面に関するものにも適切である。
The abrasive tip of the present invention is intended to interact with ceramic abradable seals, as disclosed in a few of the US patents mentioned in the Background section. There are several unique aspects of the abrasive that have been discovered to be necessary for good performance and that differ from known advanced abrasives. These aspects include the composition of the particles and the matrix, the dimensions of the particles, the density placed at the tip of the blade (both with respect to spacing and volume percentage within the matrix), the total thickness of the abrasive layer, and the degree to which the particles are actually encased by and placed within the matrix. The parametric limitations advocated herein are particularly relevant in U.S. Pat.
This is the result of experience with an abrasive comprising a superalloy matrix and alumina-coated silicon carbide particles as disclosed in the US patent application. However, many of the aspects are also suitable for other particles, especially those relating to mechanical aspects.

アブレイシブの厚みは制限されなければならず、また粒
子の寸法選定に従っていなければならない。第一に、ア
ブレイシブは第10図に示されているように粒子の単一
の層を含んでいる。アブレイシブ粒子の単一の層は先端
に於けるアブレイシブ材料の質量を最小に保つために重
要である。経験的なテスト及び計算の結果、セラミック
シールと相互作用する時にアブレイシブ先端が有効に作
用するためには、すなわち粒子が適切に力、7 )し、
しかもブレード先端から容易に除去されなし)ようにす
るためには、母材の約10〜50%が除去されなければ
ならないことが判明している。それよりも多量に除去さ
れると、残された母材では使用中の負荷の下に粒子を保
持するのに不十分となる。
Abrasive thickness must be limited and must comply with particle sizing. First, abrasives include a single layer of particles as shown in FIG. A single layer of abrasive particles is important to keep the mass of abrasive material at the tip to a minimum. Empirical tests and calculations have shown that for an abrasive tip to be effective when interacting with a ceramic seal, the particles must exert appropriate force, 7)
It has been found that approximately 10-50% of the base material must be removed to ensure that it is not easily removed from the blade tip. If more is removed, the remaining matrix will be insufficient to hold the particles under the loads during use.

本発明による好ましい先端アブレイシブのAZ軸厚みは
約0.38±0.03nであり、またこのような厚みに
対して粒子寸法は米国ふるい系列No。
The AZ-axis thickness of the preferred tip abrasive according to the present invention is about 0.38±0.03n, and for such thickness the particle size is US Sieve Series No.

35〜40 (標準的に0.42±0.50鶴)の間の
ふるい分けと一致している。もちろん、特に典型的なセ
ラミック粒子は不規則であるので、共通のふるい分けに
よっても粒子寸法は分布する。粒子の若干はNo、40
ふるい寸法よりも小さい。しかし、粒子の標準的な最小
寸法は0.420であり、このことはセラミックスの過
半数すなわち(0%またはそれ以上が第3図、第4図及
び第9図に示されているようにアブレイシブの自由表面
44.30に母材を通じて必然的に広がるという事実を
反映している。このことは第9図及び先に参照した特許
に示されている公知技術による場合と対照的である。一
層厚いアブレイシブ層が望まれる時には、所望の結果を
得るために、米国ふるい系列No、20 (標準的に0
.83fi)までの一層大きい粒子を使用するのが有効
であることが見出されている。
consistent with a sieve between 35 and 40 (typically 0.42±0.50). Of course, even a common sieve will result in a distribution of particle sizes, especially since typical ceramic particles are irregular. Some of the particles are No. 40
smaller than the sieve size. However, the typical minimum particle size is 0.420, which means that the majority of the ceramics (0% or more) are abrasive as shown in Figures 3, 4, and 9. This reflects the fact that the free surface 44.30 necessarily extends through the matrix, in contrast to the prior art shown in FIG. 9 and the previously referenced patent. When an abrasive layer is desired, a US sieve series No. 20 (typically 0
.. It has been found effective to use larger particles up to 83 fi).

典型的に、母材は粒子を包囲するのに十分な厚みで付着
され、次いで母材と粒子との複合物が仕上がり寸法に機
械加工される。こうして粒子の過半数は機械加工された
長さを有し、また自由表面、が通常望ましい基体表面に
平行である時に長さは等しい。
Typically, the matrix is deposited to a sufficient thickness to surround the particles, and the matrix and particle composite is then machined to finished dimensions. Thus, the majority of the particles have a machined length and are of equal length when the free surface is generally parallel to the desired substrate surface.

本発明の最良の実施形態では、粒子は均等に、しかも比
較的稠密に間隔をおかれている。密度はl cm 2あ
たり33〜62粒子の範囲内である。それでも15〜2
0%以上の数の粒子は集塊されな叶 い、すなわち互いに接触しない。粒子の間の間隔は、そ
れらが母材により適当に包囲され、またアブレイシブ内
で適当に接着されるために必要とされる。本発明では、
粒子の過半数は表面に対して平行な方向に(すなわち2
軸に対して横方向に)母材金属により完全に包囲されて
いる。このことは、先端の側縁の仕上げにより露出され
た粗い粒子は別として、粒子の少なくとも80%、典型
的には90%が母材により包囲されることを意味する。
In the best embodiment of the invention, the particles are evenly and relatively closely spaced. The density is in the range of 33-62 particles per l cm2. Still 15-2
More than 0% of the particles are not agglomerated, ie they do not touch each other. Spacing between the particles is required for them to be properly surrounded by the matrix and properly adhered within the abrasive. In the present invention,
The majority of the particles are oriented parallel to the surface (i.e. 2
completely surrounded by the base metal (transversely to the axis). This means that at least 80%, and typically 90%, of the particles are surrounded by the matrix, apart from the coarse particles exposed by the finish on the side edges of the tip.

一層密度が高く且つ包囲が完全な上記の複合物を得るた
め、本願発明者は、ホントプレスされたシリコンカーバ
イド粒子も1.9:1以下、好ましくは約1.4〜1.
5対lの縦横比を有していなければならないことを発見
した。縦横比は粒子の最も長い軸とその標準的な断面寸
法との標準的な比である。本願発明者はクオンテイメソ
ト表面アナライザ(ケンブリッジインスツルメント社(
Cambridge Instrument Ltd)
 、ケンブリッジ、英国)を使用して縦横比を測定した
。この縦横比は、公知の圧粉金属アブレイシブ先端に使
用された1、9〜2.1対1の縦横比を有する通常の粒
子と対照的である。このような粒子では、粒子が第1図
に示されているような製造方法で表面上に置かれる時に
当然その長いほうの長さを表面とほぼ平行に狗けて置か
れるので、過大な集塊が生じた。このような高い縦横比
の粒子は一層等軸の粒子に比較して所望の高さに付着し
に(い傾向があり、また高い密度の達成を妨げる。
In order to obtain the above-mentioned composite with higher density and complete encapsulation, the present inventors also use true pressed silicon carbide particles of less than 1.9:1, preferably about 1.4-1.
We have discovered that it must have an aspect ratio of 5:1. Aspect ratio is the standard ratio of a particle's longest axis to its standard cross-sectional dimension. The inventor of the present application is the Quantay Mesotho Surface Analyzer (Cambridge Instruments Co., Ltd.)
Cambridge Instrument Ltd)
, Cambridge, UK) was used to measure the aspect ratio. This aspect ratio is in contrast to the typical particles used in known powder metal abrasive tips, which have an aspect ratio of 1.9 to 2.1 to 1. With such particles, when the particles are placed on a surface using the method of manufacture shown in Figure 1, their longer lengths are naturally placed approximately parallel to the surface, so that excessive agglomeration may occur. A lump formed. Such high aspect ratio particles tend to be less likely to adhere to a desired height than more equiaxed particles and also prevent high densities from being achieved.

前記のように、粒子は金属母材内に包囲されている。母
材の部分の除去に先立って、アブレイシブが第3図に示
されているように平らな表面に機械加工される時、粒子
は典型的に全アブレイシブの約10〜20%、好ましく
は15%(体積百分率)を含んでいる。これは米国特許
第4,249,913号明細書に開示されている濃度よ
りも低い濃度である。約20%以上の濃度はひび割れに
よりアブレイシブに材料疲労を生じさせる傾向があるこ
とが見出されている。10%以下の濃度は不適当なアブ
レイシブ特性を生ずる1頃向がある。
As mentioned above, the particles are enclosed within the metal matrix. When the abrasive is machined into a flat surface as shown in Figure 3 prior to removal of a portion of the matrix, the particles typically account for about 10-20% of the total abrasive, preferably 15%. (volume percentage). This is a lower concentration than that disclosed in US Pat. No. 4,249,913. It has been found that concentrations above about 20% tend to cause abrasive material fatigue due to cracking. Concentrations below 10% tend to result in inadequate abrasive properties.

前記の臨界的な寸法、縦横比及び密度が、所望のカッテ
ィング作用を得るために達成されなければならない。タ
ービンブレードの典型的な先端は狭いので、この領域内
に存在する粒子は非常に少数である。本発明の目的は、
第8図中の線りに沿って近接して見たときにブレードの
幅を横切って粒子のフルラインを形成することである。
The critical dimensions, aspect ratios and densities mentioned above must be achieved to obtain the desired cutting action. Because the typical tip of a turbine blade is narrow, very few particles are present within this region. The purpose of the present invention is to
The goal is to form a full line of particles across the width of the blade when viewed closely along the line in FIG.

本発明によるアブレイシブの特徴により、このことがブ
レードの90%で達成される。残余は、部品上に粒子を
付着させた時から部品が最終的に使用可能状態にされま
での間の粒子の喪失により少数の開いたスペースを有し
得る。
With the abrasive feature according to the invention, this is achieved in 90% of the blades. The remainder may have a small number of open spaces due to particle loss between the time of depositing the particles on the part and the time the part is finally ready for use.

第1図には、続いて永久的に接着されるべき基体28の
表面32の上にいかにして粒子が最初に置かれるかが示
されている。シリコンカーバイド粒子を表面上に置くに
先立って、粒子はそれらの外側に米国特許第4,249
,913号による0、0101の蒸着アルミナの被覆と
、O,OO5〜O,’050 i++aの厚みに化学的
に付けられたニッケルのような金属のクラツディングと
を施されている。セラミック粒子にニッケル被覆を施す
方法は商業的に利用可能であり、また米国特許第3,9
20,410号、・第4゜291.089号及び第4,
374,173号明細書に開示されている。もしセラミ
ック粒子が本来的に母材との反応に耐え得るならば、ナ
ルミナ被覆は必要でない。
FIG. 1 shows how the particles are initially placed on the surface 32 of the substrate 28 to which they are subsequently to be permanently adhered. Prior to placing the silicon carbide particles on the surface, the particles were coated on the outside of them with U.S. Pat. No. 4,249
, 913, and a cladding of a chemically applied metal such as nickel to a thickness of O,OO5 to O,'050 i++a. Methods for applying nickel coatings to ceramic particles are commercially available and described in U.S. Pat.
No. 20,410, No. 4゜291.089 and No. 4,
No. 374,173. If the ceramic particles are inherently resistant to reaction with the matrix, a narumina coating is not necessary.

粒子がブレード先端の表面上に置かれる直前に、粒子を
付着後に保持するため、540°C以下の温度で後に蒸
発され得るポリマー接着剤の被覆が表面に付けられる。
Immediately before the particles are placed on the surface of the blade tip, a coating of polymer adhesive is applied to the surface, which can be subsequently evaporated at a temperature below 540° C., to hold the particles after attachment.

本願発明者はトルエン中の1〜20%(体積百分率)の
ポリスチレンを選んだ。粒子は、先ず真空を与えられて
いる穴明き板に粒子を吸引し、次いで坂を表面の上に置
いて真空を瞬間的に解除することにより表面上に置かれ
る。他の方法及び接着剤が粒子を置くために使用され得
ることは明らかであろう。
The inventors selected 1-20% (volume percentage) polystyrene in toluene. Particles are placed on a surface by first drawing the particles into a perforated plate that is provided with a vacuum, then placing a ramp on top of the surface and momentarily releasing the vacuum. It will be clear that other methods and adhesives can be used to place the particles.

次ぎに、有機ホントされた粒子を有するブレードが加熱
される。垂直位置で毎時約500°Cの加熱速度を用い
て約0.06 P aの真空中で2時間にわたり少なく
とも1000°C1典型的には約1080°Cで加熱さ
れる。他の不活性雰囲気も使用され得る。この過程は先
ずポリスチレン接着剤を気         坪化させ
、次いでブレードの表面にニッケルクラツディングの固
相ポンディングまたはシンタリングを生じさせる。ボン
ド接合34の性質及び位置は、炉から取出し後に金属顕
微鏡写真で観察可能であるので、第5図に示されている
。粒子の不規則な形状及び粒子上の金属クラツディング
の厚みのために、ボンド34は比較的繊細であり、粒子
33が表面32に非常に近い点にのみおかれている。母
材が超合金である時には、大量のボンド金属を粒子の周
りに有すること若しくはそれをブレードの基体にボンド
することは望ましくない。基体を約1800℃以上の温
度に曝すことも望ましくなく、従って粒子上のクラツデ
ィングの選択はこのような条件に於ボンドを住する材料
に制限される。さらに、クラツディング材料は基体及び
続いて付着される母材と両立性があり、またそれらと相
互作用する傾向のあるものでなければならない。これら
の条件はそれにもかかわらず種々の材料が使用されるこ
とを許す。好ましくは、ニッケル、コバルトまたはそれ
らの混合物が使用される。
Next, the blade with the organically treated particles is heated. It is heated to at least 1000° C., typically about 1080° C., for 2 hours in a vacuum of about 0.06 Pa using a heating rate of about 500° C. per hour in a vertical position. Other inert atmospheres may also be used. This process first vaporizes the polystyrene adhesive and then causes solid-phase ponding or sintering of the nickel cladding on the surface of the blade. The nature and location of the bond joint 34 is shown in FIG. 5 as it can be observed in metallurgical micrographs after removal from the furnace. Because of the irregular shape of the particles and the thickness of the metal cladding on the particles, the bonds 34 are relatively delicate and are only placed at points where the particles 33 are very close to the surface 32. When the matrix is a superalloy, it is undesirable to have large amounts of bond metal around the particles or bond them to the blade substrate. It is also undesirable to expose the substrate to temperatures above about 1800 DEG C., thus limiting the choice of cladding on the particles to materials that will form bonds under such conditions. Additionally, the cladding material must be compatible with, and tend to interact with, the substrate and the subsequently deposited matrix. These conditions nevertheless allow a variety of materials to be used. Preferably nickel, cobalt or mixtures thereof are used.

ボンディングを促進するために知られている合金添加物
が含まれていてよい。一般に、クラツディングのヘース
金属は、ニッケル、コハルトマタハ鉄基母材及び基体合
金が含まれている時、周期律表の遷移系列からの金属で
ある傾向がある。特定の環境のもとに、所望の接着を強
化するため被覆が表面32に付着され得る。
Alloy additives known to promote bonding may be included. In general, the metals of the cladding tend to be metals from the transition series of the periodic table when nickel, ferrous base matrix and base alloys are included. Under certain circumstances, a coating may be applied to surface 32 to enhance the desired adhesion.

次に、粒子は第2図及び第6図に示されているように約
1.1〜1.3 mの厚みにプラズマアークスプレィに
よりデポジットされた母材材料の層でオーバースプレィ
される。前記のようなニッケル基超合金、たとえば重量
百分率で25Cr、8W、4Ta : 6Al 1.O
Hf、0.IY、0.23C。
The particles are then oversprayed with a layer of matrix material deposited by plasma arc spray to a thickness of about 1.1 to 1.3 meters as shown in FIGS. 2 and 6. Nickel-based superalloys as described above, such as 25Cr, 8W, 4Ta: 6Al 1. by weight percentage. O
Hf, 0. IY, 0.23C.

残余Niの組成を有する超合金が使用される。A superalloy with a residual Ni composition is used.

−400米国フルイ系列メツシュ粉末が低圧チャンバ内
でアルゴン−ヘリウム・プラズマアークスプレィにより
付着される。たとえば、エレクトロ−プラズマ社(El
ectro−Plasma Inc、) (米国、カリ
フォロルニア州、イルピング)の120kW低圧プラズ
マアークスプレイシステムのような商業的に入手可能な
装置が使用され得る。米国特許第4,236,059号
明細書をも参照。ブレードは26kPaまたはそれ以下
の圧力に排気されたスプレィチャンバ内に置かれる。雰
囲気中の酸素レベルは、たとえばチャンバ内の雰囲気を
反応性金属と接触させることにより体積比で5’ppm
のレベルに減ぜられる。加工物であるブレードはプラズ
マアーク装置に対して、溶融粒子が移動する軸線に対し
て垂直に先端断面がスプレーされるように置かれる。ブ
レードはその周縁を、さまようスプレーがブレードのサ
イドにデポジットしないように適当にマスクされる。
-400 US sieve series mesh powder is deposited by argon-helium plasma arc spray in a low pressure chamber. For example, Electro-Plasma (El
Commercially available equipment can be used, such as a 120 kW low pressure plasma arc spray system from electro-Plasma Inc. (Irping, Calif., USA). See also US Pat. No. 4,236,059. The blade is placed in a spray chamber evacuated to a pressure of 26 kPa or less. The oxygen level in the atmosphere can be reduced to 5'ppm by volume, for example, by contacting the atmosphere in the chamber with a reactive metal.
reduced to the level of The workpiece blade is placed in the plasma arc device such that the tip section is sprayed perpendicular to the axis of movement of the molten particles. The blade is suitably masked around its periphery to prevent stray spray from depositing on the sides of the blade.

実際のデポジションの開始に先立って、加工物は同時に
高温プラズマアークカスにより少なくとも700°C1
典型的には850°Cに加熱され、同時にプラズマアー
ク装置の付近に配置されている接地電極またはその一体
部分としての接地電極に対して陰極にされる。部品上に
堆積している可能性のある酸化物層の除未を助けるため
約70Aの電流が約2〜10分間にわたり典型的なター
ビンブレード先端に与えられる。加熱過程の目的は、プ
ラズマアークスプレーへの部品の受容性を増し、またボ
ンディングを改善し、さらに母材金属及び基体を含む加
工物だ室温に冷却された後に存在する残留応力を減する
ことである。こうしてアブレイシブはひび割れ及びスポ
ーリングに対する耐性を改善される。
Prior to the start of the actual deposition, the workpiece is simultaneously heated to at least 700°C by means of a high-temperature plasma arc gas.
It is typically heated to 850° C. and is simultaneously cathodized with respect to a ground electrode located in the vicinity of the plasma arc device or as an integral part thereof. A current of about 70 A is applied to a typical turbine blade tip for about 2 to 10 minutes to help remove any oxide layer that may have built up on the component. The purpose of the heating process is to increase the receptivity of the part to plasma arc spray, improve bonding, and reduce residual stresses that exist after the workpiece, including base metal and substrate, has cooled to room temperature. be. The abrasive thus has improved resistance to cracking and spalling.

金属母材が、示されているように、0.6〜1.3鶴、
好ましくは1.1〜163の厚みに付着される。
The metal base material is 0.6 to 1.3 Tsuru, as shown.
Preferably, it is deposited to a thickness of 1.1 to 163 mm.

好ましくは、母材金属は、金属の層が高められた圧力す
なわち少なくとも130MPaに於てアルゴンガスに対
して不透過性であるような厚み及び質に物理的プロセス
によりデポジットされる。この不透過性は上記のプラズ
マスプレィ・プロセスによる十分な厚みの付着により達
成可能である。
Preferably, the base metal is deposited by a physical process to a thickness and quality such that the layer of metal is impermeable to argon gas at elevated pressures, ie at least 130 MPa. This impermeability can be achieved with sufficient thickness of deposition by the plasma spray process described above.

層は不透過性であるけれども、それにもかかわらず第6
図に示されているような若干の多孔性により特徴付けら
れている。詳細には、孔38が粒子の表面上に材料内に
存在しており、また粒子の多くに隣接して空所40が存
在している。空所40は金属スプレィプロセスに特有で
あり、また任意の“ラインーオブーサイト”デポジショ
ンプロセスまたはデポジットされた材料が物理的に直線
内を移動するプロセスにより生成される。使用され得る
他のプロセスは物理的蒸着プロセスである。
Although the layer is impermeable, the sixth
It is characterized by some porosity as shown in the figure. In particular, pores 38 are present in the material on the surface of the particles, and voids 40 are present adjacent many of the particles. Cavity 40 is inherent in metal spray processes and is created by any "line-of-sight" deposition process or process in which the deposited material physically moves in a straight line. Other processes that may be used are physical vapor deposition processes.

米国特許第4,153,005号明細書参照。See U.S. Pat. No. 4,153,005.

次に、部品は好ましくはホ、7ト・アイソスタティック
・プレソシングにより稠密化される。一般に、これはア
ブレイシブ材料を高められた温度でその降伏またはクリ
ープ限界点を越えて変形させることを含んでいる。好ま
しくは、部品は上記の孔及び空所を閉じるべく1065
℃及び138MPaアルゴン圧力に曝される。他のホッ
ト・プレッシング過程が母材を固め、また稠密化及びボ
ンディングの目的を達成するのに使用され得る。母材が
固められた後、部品は炉内で冷却され、また取り出され
る。
The part is then densified, preferably by isostatic pressing. Generally, this involves deforming the abrasive material past its yield or creep threshold at elevated temperatures. Preferably, the part is 1065 to close said holes and voids.
℃ and 138 MPa argon pressure. Other hot pressing processes can be used to solidify the matrix and also achieve densification and bonding purposes. After the base material is solidified, the part is cooled in the furnace and removed.

しかし、第7図には、いかにしてアブレイシブが顕微鏡
写真的に整列させられた試料内に現れるかが一層詳細に
示されている。超合金母材は稠密であり、また粒子を完
全に包囲している。また各粒子33を包囲して、母材材
料の組成に比較してクローム、アルミニューム及び一層
重い元素が少なく、またニッケルが多い領域42が存在
している。これはもちろん粒子に付着されたニッケル・
タラソディング層の結果であり、本発明の一つの特徴で
ある。
However, FIG. 7 shows in more detail how abrasive appears within a micrographically aligned sample. The superalloy matrix is dense and completely surrounds the particles. Also surrounding each particle 33 is a region 42 that is low in chromium, aluminum and heavier elements and rich in nickel compared to the composition of the base material. This is of course due to the nickel attached to the particles.
This is a result of the thalassodding layer and is a feature of the present invention.

次に、第2図中に示されているアブレイシブの粗い表面
が第3図に概要を示されている形状を得るべく研削のよ
うな通常の過程を用いて機械加工される。自由表面44
は仕上げられたブレードを特徴付ける所望の2長さ寸法
T′を生ずる。次に、ブレードの表面44が、母材材料
をアタックしてその一部を除去するエツチング剤または
他の物質と接触させられる。たとえば、1983年7付
26日付は米国特許出願第517,315号明細書に記
載されているような電気化学的機械加工が用いられ得る
The abrasive rough surface shown in FIG. 2 is then machined using conventional processes such as grinding to obtain the shape outlined in FIG. free surface 44
yields the two desired length dimensions T' that characterize the finished blade. The blade surface 44 is then contacted with an etchant or other substance that attacks the base material and removes portions thereof. For example, electrochemical machining as described in US Patent Application No. 517,315, dated July 26, 1983, may be used.

理解されるように、本発明は、物品表面に沿って整列さ
せられている粒子を含んでいる。このような二次元の製
造方法は、金属粉末との混合及び固化により実施される
従来の三次元の製造方法によるアブレイシブに比較して
、はるかに均等且つ有効なアブレイシブを生ずる。本発
明では、自由な機械加工されたアブレイシブ表面が(最
大対最小サイズを反映する)セラミックスの比較的均等
な断面積により特徴付けられている。これは、公知の粉
末金属アブレイシブを特徴付ける最大対零粒子寸法を反
映する広く変動する断面積と対照的である。また、母材
の一部が部分的に除去される時、本発明の元の自由表面
に於ける粒子材料の存在は変化しない。しかし、公知技
術では、粒子の部分が除去された母材により粒子の部分
がアブレイシブ内に保持されているに過ぎないので、粒
子の若干が失われ、また自由表面セラミックスの量が減
少した。
As will be appreciated, the present invention includes particles that are aligned along the surface of the article. Such two-dimensional manufacturing methods yield much more uniform and effective abrasions than conventional three-dimensional manufacturing methods that are performed by mixing with metal powder and solidifying. In the present invention, the free machined abrasive surface is characterized by a relatively uniform cross-sectional area of the ceramic (reflecting the largest to smallest size). This is in contrast to the widely varying cross-sectional area reflecting the maximum-to-zero particle size that characterizes known powder metal abrasives. Also, when a portion of the matrix is partially removed, the presence of particulate material at the original free surface of the present invention remains unchanged. However, in the prior art, some of the particles were lost and the amount of free surface ceramics was reduced because portions of the particles were only retained within the abrasive by the matrix from which they were removed.

以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例について説
明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
Although the present invention has been described above with reference to specific preferred embodiments, it is understood that the present invention is not limited to these embodiments, and that various embodiments are possible within the scope of the present invention. will be clear to those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図ないし第4図は粒子が基体の表面上に置かれ、母
材内に包囲され、平らな表面に機械加工され、また最終
形態に機械加工される順次の過程の概要を示す図である
。 第5図は第1図の一部の一層詳細な図であり、基体の表
面に金属的に接着された後に粒子がいかに現れるかを示
している。 第6図は第2図の一部の一層詳細な図であり、いかに母
材が粒子を包囲し、また“ラインーオブーサイト”デポ
ジション過程が用いられる時に孔を含むかを示している
。 第7図は第2図の一部の一層詳細な図であり、空所を無
くし且つ相互拡散を生しさせるため高温プレソシングの
後に第6図の構造がいかに変換されるかを示している。 第8図は先端にナブレイシブ層を有する典型的なガスタ
ービンブレードの概要図である。 第9図は公知のアブレイシブブレード先端の側面図であ
り、厚み及びボンド接合の変化を示している。 第10図は第8図の線りに沿うブレードの側面図であり
、いかに粒子が単一の層内に存在しているか、またいか
にそれらがアブレイシブの母材材料の少し上に延びてい
るかを示している。 20・・・ブレード、22・・・根元部分、24・・・
エーロフオイル部分、26・・・アブレイシブ層、28
・・・先端、30・・・アブレイシブ先端表面、32・
・・最外側表面、33・・・粒子、34・・・ボンド接
合、36・・・超合金母材、38・・・孔、40・・・
空所、44・・・自由表面
Figures 1 to 4 outline the sequential process by which particles are placed on the surface of a substrate, encapsulated within a matrix, machined into a flat surface, and machined into their final form. be. FIG. 5 is a more detailed view of a portion of FIG. 1, showing how the particles appear after being metallically bonded to the surface of the substrate. FIG. 6 is a more detailed view of a portion of FIG. 2, showing how the matrix surrounds the particles and includes pores when a "line-of-sight" deposition process is used. FIG. 7 is a more detailed view of a portion of FIG. 2, showing how the structure of FIG. 6 is transformed after high temperature pressurization to eliminate voids and create interdiffusion. FIG. 8 is a schematic diagram of a typical gas turbine blade having a nubular layer at the tip. FIG. 9 is a side view of a known abrasive blade tip showing changes in thickness and bonding. Figure 10 is a side view of the blade along the lines of Figure 8, showing how the particles are present in a single layer and how they extend slightly above the abrasive matrix material. It shows. 20...Blade, 22...Root part, 24...
Aerof oil part, 26... abrasive layer, 28
...Tip, 30...Abrasive tip surface, 32.
... Outermost surface, 33... Particle, 34... Bond joint, 36... Superalloy base material, 38... Hole, 40...
Vacant space, 44...free surface

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)表面上に金属母材及びセラミック粒子から成るア
ブレィシブ材料が接着されている基体から成る物品に於
て、セラミック粒子の過半数が母材を通じて基体表面か
らアブレィシブ材料の機械加工された表面に延びている
ことを特徴とするアブレィシブ表面を有する物品。
(1) In an article consisting of a substrate on which an abrasive material consisting of a metal matrix and ceramic particles is adhered, a majority of the ceramic particles extend from the substrate surface through the matrix to the machined surface of the abrasive material. An article having an abrasive surface.
(2)セラミック粒子を包囲する金属母材から成るアブ
レィシブ材料が接着されている湾曲した先端表面を有す
るタービンエンジンエーロフォイルのような形状の物品
に於て、粒子の過半数が単一の層の上に載っており、先
端表面と接触しており、またほぼ等しい長さで母材を通
じてアブレィシブの自由表面に延びていることを特徴と
するアブレィシブ表面を有する物品。
(2) In an article shaped like a turbine engine airfoil with a curved tip surface to which an abrasive material consisting of a metal matrix surrounding ceramic particles is adhered, the majority of the particles are on a single layer. 1. An article having an abrasive surface, the abrasive surface resting on the abrasive surface, in contact with the tip surface, and extending approximately equal length through the matrix to the free surface of the abrasive.
(3)超合金から製造されており、表面にセラミック粒
子を包囲する耐熱合金金属母材から成るアブレィシブ材
料が接着されている湾曲した先端表面を有するタービン
エンジンエーロフォイルのような形状の物品に於て、粒
子の過半数が単一の層の上に載っており、先端表面と接
触しており、またほぼ等しい長さで母材を通じてアブレ
ィシブの自由表面に延びており、粒子が1.9対1以下
の縦横比を有することを特徴とするアブレィシブ表面を
有する物品。
(3) In an article shaped like a turbine engine airfoil that is manufactured from a superalloy and has a curved tip surface to which is adhered an abrasive material consisting of a high temperature alloy metal matrix surrounding ceramic particles. The majority of the particles rest on a single layer, are in contact with the tip surface, and extend approximately equal lengths through the matrix to the free surface of the abrasive, with a ratio of 1.9 to 1. An article having an abrasive surface characterized in that it has an aspect ratio of:
(4)物品の表面上に粒子及び母材から成るアブレィシ
ブ材料を付着させる方法に於て、金属クラッディングを
有する間隔をおいたセラミック粒子の単一の層を物品表
面に接着する過程と、粒子が物品に接着されて表面から
間隔をおいて突出するように金属クラッディングを表面
に接着させる過程と、本来的に空所を有する母材材料に
より粒子の間の間隔を満たすように金属の層を表面上に
デポジットする過程と、母材を稠密化し且つ母材を金属
クラッド粒子及び基体に合金的にボンドするように高め
られた温度に物品を加熱する過程と、粒子が表面に於て
可視であるように仕上がり表面にアブレィシブ材料上の
表面を機械加工する過程とを含んでいることを特徴とす
るアブレィシブ表面を有する物品の製造方法。
(4) a method of depositing an abrasive material consisting of particles and a matrix onto the surface of an article, the step of adhering a single layer of spaced ceramic particles having a metal cladding to the surface of the article; The process of adhering a metal cladding to a surface such that particles are adhered to the article and protrude from the surface at intervals, and the process of bonding a metal cladding to a surface such that particles are adhered to the article and protrude from the surface at intervals, and a layer of metal is applied to fill the spaces between the particles by means of a matrix material that inherently has voids. heating the article to an elevated temperature to densify the matrix and alloyingly bond it to the metal clad particles and the substrate; machining a surface on an abrasive material to a finished surface such that the abrasive material has a finished surface.
JP60138841A 1984-06-25 1985-06-25 Article forming abrasive surface and manufacture thereof Granted JPS6119351A (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US624421 1984-06-25
US624446 1984-06-25
US06/624,446 US4610698A (en) 1984-06-25 1984-06-25 Abrasive surface coating process for superalloys
US06/624,421 US4744725A (en) 1984-06-25 1984-06-25 Abrasive surfaced article for high temperature service

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6119351A true JPS6119351A (en) 1986-01-28
JPH0555295B2 JPH0555295B2 (en) 1993-08-16

Family

ID=27089682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60138841A Granted JPS6119351A (en) 1984-06-25 1985-06-25 Article forming abrasive surface and manufacture thereof

Country Status (14)

Country Link
EP (1) EP0166676B1 (en)
JP (1) JPS6119351A (en)
KR (1) KR930010150B1 (en)
AU (1) AU583516B2 (en)
BR (1) BR8503041A (en)
DE (1) DE3580525D1 (en)
ES (1) ES295927Y (en)
HK (1) HK24991A (en)
IE (1) IE56633B1 (en)
IL (1) IL75564A (en)
IN (1) IN163804B (en)
MX (1) MX165846B (en)
PT (1) PT80693B (en)
SG (1) SG7691G (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63162161A (en) * 1986-12-15 1988-07-05 ユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレイション Ceramic grinding grain coated with metal
JPH02303689A (en) * 1989-05-19 1990-12-17 Matsushita Electric Works Ltd Method for joining contact point material
JPH05209295A (en) * 1991-07-02 1993-08-20 Wera Werk Hermann Werner Gmbh & Co Tool provided with work plane to which torque is transmitted and preparation of said tool
US6887036B2 (en) 2001-11-09 2005-05-03 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine and manufacturing method therefor
JP2007024042A (en) * 2005-07-14 2007-02-01 Sulzer Metco (Us) Inc Method of treating tip of turbine blade and turbine blade treated by the method
JP2009231294A (en) * 1997-07-25 2009-10-08 Morgan Chemical Products Inc Hall-current ion source apparatus and material processing method
JP2016508202A (en) * 2012-11-28 2016-03-17 ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータNuovo Pignone S.R.L. Seal system for use in a turbomachine and method of making the same

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL75564A (en) * 1984-06-25 1988-02-29 United Technologies Corp Abrasive surfaced article for high temperature service
US4680199A (en) * 1986-03-21 1987-07-14 United Technologies Corporation Method for depositing a layer of abrasive material on a substrate
US4689242A (en) * 1986-07-21 1987-08-25 United Technologies Corporation Method for adhesion of grit to blade tips
US4802828A (en) * 1986-12-29 1989-02-07 United Technologies Corporation Turbine blade having a fused metal-ceramic tip
US4808055A (en) * 1987-04-15 1989-02-28 Metallurgical Industries, Inc. Turbine blade with restored tip
US5104293A (en) * 1990-07-16 1992-04-14 United Technologies Corporation Method for applying abrasive layers to blade surfaces
US5484665A (en) * 1991-04-15 1996-01-16 General Electric Company Rotary seal member and method for making
JP4553843B2 (en) * 2003-06-10 2010-09-29 株式会社Ihi Surface treatment method, turbine rotor blade, gas turbine engine, turbine component, and steam turbine engine
US7799111B2 (en) 2005-03-28 2010-09-21 Sulzer Metco Venture Llc Thermal spray feedstock composition
WO2007108793A1 (en) * 2006-03-20 2007-09-27 Sulzer Metco Venture, Llc Method for forming a ceramic containing composite structure
US7799388B2 (en) 2006-05-26 2010-09-21 Sulzer Metco Venture, Llc Mechanical seals and method of manufacture
CH699312A1 (en) * 2008-08-15 2010-02-15 Alstom Technology Ltd Blade arrangement for a gas turbine.
DE102008056741A1 (en) 2008-11-11 2010-05-12 Mtu Aero Engines Gmbh Wear protection layer for Tial
US8628597B2 (en) 2009-06-25 2014-01-14 3M Innovative Properties Company Method of sorting abrasive particles, abrasive particle distributions, and abrasive articles including the same
EP2317078B2 (en) 2009-11-02 2021-09-01 Ansaldo Energia IP UK Limited Abrasive single-crystal turbine blade
WO2014151101A1 (en) 2013-03-15 2014-09-25 United Technologies Corporation Turbine blade tip treatment for industrial gas turbines
EP3546703A1 (en) 2018-03-29 2019-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Turbine blade for a gas turbine
EP3546702A1 (en) 2018-03-29 2019-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Turbine blade for a gas turbine
IT201900003691A1 (en) * 2019-03-13 2020-09-13 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Abrasive terminal of a rotor blade for a turboexpander
CN116201759A (en) * 2023-01-18 2023-06-02 河北德林机械有限公司 Slurry pump product blended with small-particle alloy coating technology

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51104411A (en) * 1975-03-12 1976-09-16 Toyo Kogyo Co FUKUGOTAINOSEIZOHO
JPS58194782A (en) * 1982-03-05 1983-11-12 ロ−ルス−ロイス・リミテツド Composite material coating material and application to article

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE530127A (en) * 1953-11-25
US4018576A (en) * 1971-11-04 1977-04-19 Abrasive Technology, Inc. Diamond abrasive tool
AT358947B (en) * 1976-09-24 1980-10-10 Gen Electric CUTTING TOOL, ESPECIALLY GRINDING TOOL, AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
US4169020A (en) * 1977-12-21 1979-09-25 General Electric Company Method for making an improved gas seal
GB2038214A (en) * 1978-12-21 1980-07-23 Dianite Coatings Ltd Abrasive tool
US4249913A (en) * 1979-05-21 1981-02-10 United Technologies Corporation Alumina coated silicon carbide abrasive
US4374173A (en) * 1979-11-06 1983-02-15 Sherritt Gordon Mines Limited Composite powders sprayable to form abradable seal coatings
US4386112A (en) * 1981-11-02 1983-05-31 United Technologies Corporation Co-spray abrasive coating
IL75564A (en) * 1984-06-25 1988-02-29 United Technologies Corp Abrasive surfaced article for high temperature service
DE3424661A1 (en) * 1984-07-05 1986-01-16 MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München INLET COVER OF A FLUID MACHINE

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51104411A (en) * 1975-03-12 1976-09-16 Toyo Kogyo Co FUKUGOTAINOSEIZOHO
JPS58194782A (en) * 1982-03-05 1983-11-12 ロ−ルス−ロイス・リミテツド Composite material coating material and application to article

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63162161A (en) * 1986-12-15 1988-07-05 ユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレイション Ceramic grinding grain coated with metal
JPH02303689A (en) * 1989-05-19 1990-12-17 Matsushita Electric Works Ltd Method for joining contact point material
JPH05209295A (en) * 1991-07-02 1993-08-20 Wera Werk Hermann Werner Gmbh & Co Tool provided with work plane to which torque is transmitted and preparation of said tool
JP2009231294A (en) * 1997-07-25 2009-10-08 Morgan Chemical Products Inc Hall-current ion source apparatus and material processing method
US6887036B2 (en) 2001-11-09 2005-05-03 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine and manufacturing method therefor
JP2007024042A (en) * 2005-07-14 2007-02-01 Sulzer Metco (Us) Inc Method of treating tip of turbine blade and turbine blade treated by the method
JP2016508202A (en) * 2012-11-28 2016-03-17 ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータNuovo Pignone S.R.L. Seal system for use in a turbomachine and method of making the same

Also Published As

Publication number Publication date
IL75564A0 (en) 1985-10-31
IE56633B1 (en) 1991-10-23
PT80693A (en) 1985-07-01
EP0166676A2 (en) 1986-01-02
BR8503041A (en) 1986-03-11
HK24991A (en) 1991-04-12
IL75564A (en) 1988-02-29
SG7691G (en) 1991-04-05
IN163804B (en) 1988-11-12
ES295927U (en) 1987-12-01
KR930010150B1 (en) 1993-10-15
JPH0555295B2 (en) 1993-08-16
IE851550L (en) 1985-12-25
ES295927Y (en) 1988-05-16
AU583516B2 (en) 1989-05-04
DE3580525D1 (en) 1990-12-20
KR860000125A (en) 1986-01-25
PT80693B (en) 1987-01-05
AU4396085A (en) 1986-01-02
MX165846B (en) 1992-12-07
EP0166676A3 (en) 1987-08-05
EP0166676B1 (en) 1990-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6119351A (en) Article forming abrasive surface and manufacture thereof
US4744725A (en) Abrasive surfaced article for high temperature service
US4610698A (en) Abrasive surface coating process for superalloys
KR950006398B1 (en) Method for depositing a layer of abrasive material on a substrate
US5156321A (en) Powder metallurgy repair technique
CA1255545A (en) Method for adhesion of grit to blade tips
EP1165941B1 (en) High temperature erosion resistant, abradable thermal barrier composite coating
EP0725842B1 (en) Plasma sprayed abradable seals for gas turbine engines
US5264011A (en) Abrasive blade tips for cast single crystal gas turbine blades
US5359770A (en) Method for bonding abrasive blade tips to the tip of a gas turbine blade
US8266801B2 (en) Method for producing abrasive tips for gas turbine blades
JP2001192862A (en) A coating system for providing environmental protection to a metal substrate and its related method
CA1202768A (en) Method for forming braze-bonded abrasive turbine blade tip
JP2004530075A (en) Abradable seal system
JPS63162161A (en) Ceramic grinding grain coated with metal
EP0467821A1 (en) Method for applying abrasive layers to blade surfaces
JPS60159161A (en) Manufacture of porous metal structure
WO1995020687A1 (en) Improved pack coating process for articles containing small passageways
GB2130244A (en) Forming coatings by hot isostatic compaction
US4049428A (en) Metal porous abradable seal
WO1995021319A1 (en) Honeycomb abradable seals

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term