KR100430552B1 - 자가 세정 브레이즈 재료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 터보 엔진의 수리에 사용되는 자가 세척 브레이즈(braze) 페이스트(paste)에 관한 것이다. 브레이즈 페이스트는, 상기 브레이즈 재료가 보수되어야 할 부분의 크랙이나 보이드에 흘러들어 가서 보수하고, 크랙(crack) 또는 보이드(void)에 유입될 수 있도록 유동체(flux)의 역할을 하는 충분한 양으로 그리고 상기 크랙이나 보이드 내에 리튬 또는 불소가 더 이상 잔류하지 않는 충분한 함량으로, 바람직하기로는 약 20 부피% 이하로 함유된 LiF, 약 15 부피% 이하의 겔 바인더(gel binder) 그리고 최소한 하나 이상의 니켈 브레이즈 합금 및 코발트 브레이즈 합금이 포함된 잔부를 포함한다. 가장 바람직한 구체화로는, 리튬 플로라이드가 약 10 ∼ 15 부피%의 양으로 존재하는 것이다. 본 발명의 브레이즈 재료는 페이스트 형태로 또는 페인트나 테이프의 형태로 제공될 수 있다.

또한, 본 발명은 브레이즈 연결부를 세정 및 보수하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 상기 언급된 범위의 LiF, 15 부피% 이하의 겔 바인더, 그리고 최소한 하나 이상의 니켈 브레이즈 합금 및 코발트 브레이즈 합금으로 이루어진 잔부를 포함하는 브레이즈 재료를 형성하고; 상기 재료를 상기 브레이즈 연결부에 도입시키고; 및 상기 재료를 리튬 플로라이드를 충분히 휘발시킬 수 있는 온도에서부터 약 2300 ℉ 이하의 온도로 1 ∼ 30 분 동안 가열하는 과정으로 이루어진다.

Description

자가 세정 브레이즈 재료{SELF CLEANING BRAZE MATERIAL}

본 발명은 페이스트(paste), 페인트 또는 테이프 형태의 브레이즈 재료(braze material)에 관한 것으로서, 구체적으로 가스 터빈 엔진 부품의 보수에 유용한 브레이즈 재료 및 상기 브레이즈 재료를 이용한 브레이즈 연결부의 보수 방법에 관한 것이다.

가스 터빈 엔진의 통상적인 보수는 상기 엔진을 분해하고, 각 부품들이 재사용 가능한지 보수 또는 교체가 요구되는지를 결정하기 위하여 부품들을 조사하고, 최종적으로 재사용, 재수선 또는 일부 교체된 부품을 재조립(rebuilding) 하게 된다. 브레이징(brazing)을 포함하여 가스 터빈 엔진 부품을 보수하는데 다양한 방법들이 이용되고 있다. 예를들면, 다수의 브레이즈로된 컴프레서 베인(vane)을 지지하는 내측 및 외측 슈라이드(shroud)가 구비된 고압 컴프레서 스테이터(stator) 장치는 통상 상기 베인을 탈 브레이징하고, 상기 슈라이드 및 재사용 가능한 베인을 세정 및 보수하고, 상기 스테이터 장치를 개조하기 위하여 상기 슈라우드에 재사용이 가능하고 교체된 베인을 브레이징하는 방식으로 보수된다.

엔진 작동 도중에 생성된 산화물을 제거하기 위한 슈라이드의 세정 과정은, 스테이터 장치의 재조립(rebuilding)시 깨끗하고 흠이 없는 브레이즈를 수행하는데 중요하다. 통상적으로 사용되는 세정 방법은 그릿 블라스팅(grit blasting)과 수성 탈질(aqueous degreasing)이 있다. 이들 방법은 많은 슈라이드의 만족스러운 세정이 가능한 반면에, 그릿 블라스팅시 산화물에 대한 가시거리 또는 수성 탈질시 강한 화학 물질이 요구된다. 그러나 상기 슈라이드의 복잡한 기하 구조로 인하여, 효과적인 그릿 블라스팅을 위하여 요구되는 가시거리의 확보가 종종 어렵고 또는 불가능하다. 강한 화학 물질을 사용하는 선택은 수리점 측에서 작업에 따른 환경적 영향을 줄이는 방법이 요구됨에 따라 그리 바람직하지 않다. 또한, 그릿 블라트팅 또는 수성 탈질을 선택할때 조차도, 만족스러운 세정에 요구되는 시간과 노력 등은 소비자들에게 받아들여지지 않는다. 더구나, 그릿 블라스팅 및/또는 수성 탈질 작업은 강해서(aggressive) 슈라이드 전체에 손상을 입히므로, 수리를 위해서는 모든 스테이터 장치가 분해되어야 한다. 스테이터 장치의 분해는 소비자에게 고비용이 들고, 교체 장치가 구비되는 동안 재조합이 지연될 수 있다.

미합중국 특허 제5,735,448호는 가스 터빈 엔진 부품과 같은 초합금 물품의 표면 및 표면 주위 결함을 보수하는 방법을 기재하고 있다. 이러한 방법에 따르면, 상기 물품의 기저 금속(base matal) 표면을 세정한 후에, 상기 물품의 기저 금속표면에 보수 코팅(repair coating)을 도입한다. 보수 코팅은 약 20 ∼ 60 중량%의 휘발성 유기 담체 및 약 20 ∼ 60 중량% 의 수계 담체로 구성된 군에서 선택된조성을 포함한다. 또한, 상기 보수 코팅은 할라이드 화합물을 포함하고 있는 약 8% 이하의 유동화제(fluxing agent) 및 5 % 이하의 농조화제(thickening agent)를 추가로 포함한다. 상기 물질의 코팅의 잔부로는, 상기 물품의 조성과 실질적으로 부합하는 제 1의 미세하게 나누어진 균일한 미립자 성분, 및 상기 물품과 동일한 기저 금속을 포함하고, 상기 물품 내에 실질적으로 과량의 녹는점 억제제를 포함하는 제 2의 미세하게 구분된 균일한 미립자를 포함하는 금속 충진제 혼합물로 이루어진다. 상기 휘발성 유기 담체는 메틸알콜, 에틸알콜, 또는 에테르가 사용될 수 있다. 상기 수계(water-based) 담체는 니코로브라즈 세멘트-S(Nicorbraz Cement-S)와 같은 겔 바인더(gel binder)가 사용될 수 있다. 상기 농조화제는 녹말(starch), 검(gum) 카세인(casein), 젤라틴 및 피코콜로이드(phycocolloids), 세미 합성(semisynthetic) 셀룰로오스 유도체, 그리고 폴리비닐 알코올과 카르복시비닐레이트(carboxylvinylates)와 같이 상기 보수 코팅 물질을 응고시킬 수 있으면 어떠한 재료이라도 가능하다. 상기 유동화제(fluxing agent)는 불소, 브로마이드, 염소 또는 그들의 혼합물과 같은 할로겐 화합물을 포함한다.

엔진 보수 산업은 브레이즈를 지지하는데 요구되는 가스터빈엔진 부품의 보다 신속하고 더욱 신뢰성 있는 세정 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 엔진 부품을 세정 및 보수하는데 사용되는 개선된 브레이즈 재료를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 브레이즈를 위해 요구되는 보다 신속하고, 더욱 신뢰성 있는 가스터빈 엔진의 세정 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 가스 터빈 엔진 일부를 보수하는 좀더 신뢰성이 있는 방법을 제공하는 것이다.

상술한 바의 목적은 본 발명의 브레이즈 재료 및 방법에 의해서 달성된다.

본 발명에 따르면, 엔진 부품내의 브레이즈 연결부(joint)의 크랙(crack) 및 보이드(void)를 세정하고 보수하기 위한 브레이즈 재료가 제공된다.

상기 브레이즈 재료는 유동체로 작용하여 수리하여야 하는 부분의 크랙 또는 보이드로 브레이즈 물질이 흘러들어가도록 할 수 있는 충분한 양에서부터, 크랙 또는 보이드에 잔여하는 리튬 또는 불소가 없도록 하는 양까지 존재하는, 바람직하게는 20 부피%이하로 존재하는 LiF와, 약 15 부피% 이하의 겔 바인더(gel binder), 및 니켈 브레이즈 합금 및 코발트 브레이즈 합금 중 적어도 하나를 포함하는 잔부를 포함하여 이루어져 있다. 가장 바람직한 구현 예에 따르면, LiF는 약 10 ∼ 15 부피%로 존재한다.

본 발명의 상기 브레이즈 재료는 페이스트 형태, 또는 페인트나 테이프 형태로 적용될 수 있다. 상기 브레이즈 재료가 페인트 형태로 적용되는 경우, 약 50 부피% 이하의 적절한 용매를 포함한다. 상기 브레이즈 재료가 테이프의 형태로 적용되는 경우, 상기 겔 바인더는 일반적으로 테이프 제품을 형성하는데 사용되는 유동성 바인더(fluxing binder) 형태로 대체된다.

또한, 본 발명에서는 브레이즈 연결부를 세정하고 보수하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 유동체로 작용하여 수리하여야 하는 부분의 크랙 또는 보이드로 브레이즈 물질이 흘러들어가도록 할 수 있는 충분한 양에서부터, 크랙 또는 보이드에 잔여하는 리튬 또는 불소가 없도록 하는 양까지 존재하는, 바람직하게는 20 부피%이하로 존재하는 LiF와, 약 15 부피% 이하의 겔 바인더(gel binder), 및 니켈 브레이즈 합금 및 코발트 브레이즈 합금 중 적어도 하나를 포함하는 잔부를 포함하여 이루어진 브레이즈 물질을 형성하고; 상기 브레이즈 재료를 브레이즈 연결부에 적용하고; 그리고, LiF가 휘발할 수 있도록 하는 충분한 온도에서부터 약 2300 ℉ 이하로, 바람직하게는 약 2200 ℉ 이하로, 가장 바람직하기로 약 1950 ℉ 이하의 온도로, 약 1 ∼ 30분 동안 가열하는 단계를 포함하여 이루어진다. 상기에서 언급된 것처럼, 상기 브레이즈 재료는 페이스트 형태, 페인트 형태, 또는 테이프 형태로 제공된다.

본 발명에 따른 브레이즈 재료, 세정 및 보수 방법 그리고 다른 목적 및 이점은 아래의 상세한 설명에 기술될 것이다.

연결부 내에 보이드, 작동으로 인한 크랙 및/또는 연결부의 브레이즈가 부족한 브레이즈 연결부가 구비된 고압 컴프레서 스테이터와 같은, 엔진 부품이 장착된 가스 터빈 엔진 보수 작업(unit)에 있어서, 브레이즈 보수에 앞서 연결부를 적절하게 세정하는 것은 어렵다. 또한, 그릿 블라스팅 및 수성 탈질과 같은 세정방법은 엔진의 산화물을 성공적으로 제거하지 못한다는 것이 이미 공지되어 있다. 따라서, 자가 세정(self-cleaning) 성분을 포함하는 브레이즈 재료가 절실히 요구되고 있다.

본 발명에 따르면, 자가 세정 브레이즈 재료가 제공된다. 상기 재료는 LiF, 니켈 브레이즈 합금 및 겔 바인더를 포함한다. 상기 LiF는 유동체로 작용하여 오염된 연결부로 브레이즈 물질이 흘러들어가는 것을 증가시켜 줄 수 있는 충분한 양으로, 그리고 크랙 또는 보이드에 잔여하는 리튬 또는 불소가 없도록 하는 양까지, 바람직하게는 20 부피%까지 존재한다. 더 바람직한 브레이즈 재료에서, LiF는 약10 부피%에서 약 15 부피%까지 존재한다. 상기 LiF는 브레이징 작업도중 이용된 열 사이클 과정에서 휘발되기 때문에 브레이즈 공정을 하는 동안 사용되는 특히 바람직한 재료로 알려져 있다. 또한, 리튬 및 불소 모두 상기 기저 재료에 확산되지 않는다. 대신 상기 리튬 및 불소는 대기에 방출된다.

또한 부가적으로, 상기 LiF 내의 불소 성분이 상기 표면 산화물과 결합하여표면에 오염된 산화물을 제거한다는 것을 알 수 있었다. 이것은 브레이즈 재료를 적절하게 습하게 하고 브레이즈의 변형을 이행하는 것을 가능하게 한다.

또한, 본 발명의 브레이즈 재료는 브레이즈 재료가 페이스트로 형성되는 것을 용이하게 할 수 있도록 겔 바인더를 포함한다. 상기 겔 바인더는 약 15 부피% 이하로 존재하고, 바람직하게는 약 5 ∼ 15 부피%로 존재한다. 겔 바인더는 본 발명의 기술 분야에서 알려진 통상적인 모든 적절한 겔 바인더를 포함할 수 있다. 예를들면, 월 콜머니(Wall Colmonoy Co.)사에서 제조된 니콜브라츠 S-바인더(Nicorbraz S-binder)로 알려진 겔 바인더가 사용될 수 있다. 이 겔 바인더는 20 ℃에서 비중이 0.998이고 증기압이 17.53 mmHg인 특징이 있고, 불연성, 무독성, 무취의 현탁액제(suspenstion)로 틱소트로픽(thixotropic) 재료를 형성하도록 브레이징 금속분말 충진제와 혼합이 가능하다.

상기 브레이즈 재료가 페이스트 형태로 사용될 때, 상기 재료의 잔여부분은 니켈 블레이즈 합금과 코발트 브레이즈 합금 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 브레이즈 재료에 사용되는 니켈 또는 코발트 브레이즈 합금은 본 발명의 기술 분야에서 알려진 적절한 니켈 브레이즈 합금 및/또는 다른 적절한 코발트 브레이즈 합금을 포함할 수 있다. 예를들면, 본 발명의 브레이즈 재료에서는 17.5 ∼18.5 중량% 니켈을 필수적으로 포함하고, 잔부로는 금이 필수적으로 포함된 니켈 브레이즈 합금이 사용될 수 있다. 또는 이와 달리, 본 발명의 브레이즈 재료에 있어서, AMS 4777로 알려진 니켈 브레이즈 합금과 4.5 중량%의 실리콘, 7.0 중량%의 크롬, 3.1 중량%의 보론, 3.0 중량%의 철 그리고 필수적으로 잔부를 니켈이 포함된 니켈 브레이즈 합금이 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, LiF 및 브레이즈 합금은 처음에 각각의 입자의 크기가 - 60 mesh 내지 - 325 mesh 인 분말을 포함하는 각각의 분말 형태를 사용한다. 상기 브레이즈 재료를 페이스트 형태로 만들기 위해서, LiF 분말 및 브레이즈 합금 분말을 혼합한다. 그 후에 겔 바인더를 화합물에 첨가한다. 이어서 겔 바인더가 함유된 혼합물을 페이스트가 될 때까지 부드럽게 교반한다. 페이스트 형태인 브레이즈 재료를 보수가 요구되는 크랙, 보이드 또는 다른 브레이즈 변형에 적용하기 위하여 시린지(syringe)가 사용된다.

몇몇 경우에 있어서는, 본 발명에 따른 상기 브레이즈 재료는 페인트 형태로 사용하는 것이 바람직하다. 페인트형을 제조할 때는, 상기 혼합물에 용매를 첨가한다. 상기 용매는 수계 용매, 알코올계 용매 및 그들의 혼합물에 한정하지 않고 본 기술 분야에서 알려진 모든 적절한 용매를 포함한다. 요구되는 바의 농도에 따르면, 상기 용매는 대략 50 부피% 이하로 포함한다. 본 발명에 따른 브레이즈 재료를 페인트 형태로 사용할 때는, 브러시나 스프레이 건(gun)을 사용하여 보수가 필요한 부분 또는 브레이즈 연결부에 적용할 수 있다.

경우에 따라서, 본 발명에 따른 브레이즈 재료는 테이프 형태로 사용하는 것이 바람직하다. 테이프형태로 제조하는 경우, 상기 겔 바인더는 유동성 바인더로교체된다. 상기 유동성 바인더는 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 이송 (transfer) 테이프를 제조하기 위해 사용되는 통상적인 바인더가 사용될 수 있다. 특히, 상기 유동성의 바인더는 약 5 ∼ 8 부피%로 존재한다.

본 발명의 브레이즈 재료는, 특히 니켈 및 코발트를 기초로 하는 초합금으로 형성된 가스 터보 엔진 부품의 크랙이나 보이드를 보수하기 위하여 사용될 수 있다. 예를들면, 본 발명에 따른 브레이즈 재료는 인코넬(Inconel) 718과 인코넬 X-750으로 고안된 재료로 형성된 부품의 브레이즈 연결부를 세정하고 보수하는데 사용될 수 있다. 인코넬 718은 19 중량%의 크롬, 3.0 중량%의 몰리브데늄, 5.1 중량%의 콜로비늄(columbium), 0.90 중량%의 티타늄, 0.50 중량%의 알루미늄, 18 중량%의 철, 및 필수적으로 니켈이 포함된 잔부를 포함하는 금속 합금이다. 인코넬 X - 750은 15.5 중량%의 크롬, 0.95 중량% 콜로비늄, 2.5 중량%의 티타늄, 0.70 중량% 알루미늄, 7.0 중량% 철, 및 필수적으로 니켈이 포함된 금속 합금이다.

엔진 부품의 크랙, 보이드 또는 다른 브레이즈 변형을 세정하고 보수하기 위해서, 본 발명에 따른 브레이즈 재료가 상기 크랙이나 보이드에 페이스트, 페인트, 또는 테이프의 형태로 적용된다. 따라서, 상기 브레이즈 재료 및 세정되고 보수된 부품들은 열처리 사이클의 대상이 되고, 적용되어진 상기 브레이즈 재료 및 LiF가 증발할 수 있는 온도에서부터 약 2300 ℉ 이하로, 바람직하기로는 약 2200 ℉이하로, 가장 바람직하기로는 약 1950 ℉이하로, 약 1 ∼ 30 분 동안 가열한다.

고압 컴프레서 스테이터와 같은 가스터빈 엔진 부품은 브레이즈 보수를 수행하는 동안 진공에서 수행하여, 열처리 과정 중의 산화를 방지하고 적절한 브레이즈의 흐름이 가능하도록 할 수 있다. 만약 상기 연결부가 엔진의 작동으로 인해 이미 산화물로 오염된 경우, 진공처리는 산화물이 추가적으로 형성되는 것을 막을 수 있다. 그러나, 진공으로 인해 적절한 브레이즈가 흐름으로 상기 연결부로 유입될 수 있도록 상기 존재하는 산화물을 충분히 감소시킬 수 없다. 본 발명에 따른 브레이즈 재료의 자가 세정 기능은 열처리 사이클 과정에서 산화된 및/또는 오염된 연결부 표면을 세정하여, 상기 브레이즈 재료가 연결부 영역으로 유입되도록 한다.

본 발명의 브레이즈 재료에 의한 향상을 보여주기 위해 몇 가지 실험을 수행하였다.

<실시예 1>

불소는 상승된 온도에서 금속성 산화물과 쉽게 반응하며, 유동성 화합물에 세정제로서 사용되었다. 불소 물질를 포함하는 화합물은 일반적으로, 높은 온도에서 적용시 사용된다. 따라서, 몇 가지 불소 화합물을 선택하여 첨가하였다. 비교를 하기 위해서, 폴리테트라플로로에틸렌(polytetrafluoro ethylene : TEFLON)분말을 구입하여 AMS 4777 브레이즈 합금에 다양한 농도로 첨가하였다. 또한, 두 개의 다른 화합물 - 암모늄 바이 플로라이드(NH₄F₂)와 리튬플로라이드(LiF)- 을 선택하여 브레이즈 합금에 첨가하였다. 상기 불소 화합물을 5, 10, 15 부피%로 AMS 4777 브레이즈 합금에 첨가 하였다. 분말 혼합물을 페이스트로 제조하기 위해 니코브라즈 'S' 바인더가 사용되었다.

LiF가 Li의 통상의 젖음성(wetting)을 증가시키고 충진제 금속의 흐름을 증가시킬 수 있는 능력을 증가시키는 잇점이 있음을 알 수 있었다. 또한 NH₄F₂를 상기 브레이즈 분말에 적절하게 첨가하여 페이스트로 제조하는 것이 어렵다는 것을 알 수 있었다. 이것은 NH₄F₂가 거대한 결정성 염으로, 상기 브레이즈 분말과 용이하게 혼합될 수 있는 작은 입자로 쉽게 파괴되지 않기 때문이다.

우선적으로, 산화된 크랙에서 작동하는 엔진은 사용할 수 없었다. 따라서, 'T' 연결부를 인코넬 718과 인코넬 X-750을 기재로 하는 시트 원료(sheet stock)로 제조하였다. 상기 'T' 연결부를 1500 ℉의 반사로(air furnace)에서 15분 ∼ 2시간 동안 산화시켰다. 이러한 실험들은 산화된 'T'연결부에서 기준(baseline)물질인 AMS 4777 뿐만 아니라 상기에서 언급된 혼합물을 사용하여 수행하였다. 열처리 후에, 테플론(TEFLON) 및 NH₄F₂브레이즈 페이스트가 포함된 'T' 연결부는 기준물질인 AMS 4777 보다 젖음성/흐름성의 향상이 나타지 않았다. 또한, 테플론(TEFLON) 및 NH₄F₂브레이즈 필렛(fillet)은 브레이즈 연결부에 붙어있는 그을리고, 검음색의 잔여물을 보여주었다. LiF가 10 ∼ 15 부피% 포함된 연결부는 기준물질인 AMS 4777과 동등 또는 그 이상의 흐름성을 나타내었다. 이들 연결부는 가장 완벽한 표면 마무리를 보여주었고, 검은색 잔여물을 보여주지 않았다.

<실시예 2>

상기 LiF는 잔여물을 남기지 않고 규격화된 AMS 4777 페이스트와 비교할 때 동등 또는 그 이상으로 보여지기 때문에, 자가 세정 시약으로서 잠재성을 좀더 연구하였다. 더 많은 'T' 연결부를 조합하여 산화시켰다. 부가적으로, 상기 기준물질 내부에 여러 개의 크랙이 있는 인코넬 X-750으로 형성된 스테이터를 최초의 'T'연결부 테스트와 같은 공정을 이용하여 산화시켰다. 페이스트 및 페인트 형태의 브레이즈 재료는 15 부피%의 LiF, 니코브라즈-S 겔 바인더, 및 AMS 4777로 제조되었다. 이들 실험을 하는 동안에, 자가 세정 브레이즈 페이스트 뿐만 아니라 자가 세정 브레이즈 페이스트와 페인트의 혼합(니코로브라즈 'S' 바인더를 첨가하여 얇게 펼친 페이스트)을 'T' 연결부와 크랙에 적용하였다. 상기 페인트의 점도가 낮을수록, 대량의 브레이즈 페이스트를 용해하며 연결부에 유입시키기 전에, 자가 세정 브레이즈 합금이 크랙 내로 유입되어 LiF가 상기 산화된 표면을 미리 세정하게 한다. 시각적으로, 상기 'T'연결부와 크랙이 더 깨끗해 보였고, 계속적인 야금 측정 평가(metallurgical evaluation)는 자가 세정 브레이즈 페이스트를 사용하여 보수된 크랙 및 'T' 연결부는 기준물질인 AMS 4777로 보수된 것보다 효과적으로 충진되었음을 보여주었다.

자가 세정 브레이즈 페이스트 및 페인트에 의해서 보수된 인코넬 X-750 기본 재료로 제조된 연결부의 전자 미세 탐침 분석(micro probe analysis)에 의하면, 리튬 또는 불소가 브레이즈 합금 또는 인접한 기본 물질에 존재하지 않았음을 보여주었다. 갈라진 틈 말단에 작은 공간부가 있는 연결부를 대상으로 추가적인 분석을 실시하였으며, 전자 미세 탐침 분석은 기본 물질내부에서 리튬 또는 불소가 확산되지 않았음을 보여주었다.

브레이즈 합금의 유도 커플 플라즈마(Induced coupled plasma ;ICP) 질량 분광 화학적 분석 결과는 열처리 후, 미미한 수준(ppm)으로 리튬이 남아있음을 보여주었다. 열처리 후 자가 세정 브레이즈 합금 샘플 다섯 개로 전기화학적 유출 시험을 실시하여 잔류하는 리튬 및 불소의 기준양을 측정하였다. 상기 샘플을 8시간 동안 고온의, 탈 이온화된(de-ionized) 물에 담근 후에, 이어서 소량의 물을 취하여 시험하였다. 상기 측정 용액에서는 미량의 수준인 0.198 ppm의 리튬과 0.248 ppm의 불소가 검출되었다.

<실시예 3>

작동 온도에 노출되는 동안 LiF의 첨가가 기저 금속에 미치는 영향을 조사하기 위해서 부식성 테스트를 수행하였다. 자가 세정 브레이즈 합금 (15 %의 LiF를 포함한 AMS 4777)과 기저물질인 AMS 4777을 인코넬 718 및 인코넬 X-750 플레이트에서 브레이즈를 수행하였다. 브레이즈 과정이 행하여진 후, 즉시 각 플레이트의 한 단면을 기준점으로 취하였다. 4개의 플레이트 모두를 1300 ℉의 공기 용광로에서 10시간 동안 통과시켰다. 샘플을 각 플레이트에서 선택하여 야금학적으로 측정하였고, 브레이즈 합금 구역의 부식을 확인하며 원래의 기준물질 샘플과 비교하였다. 4개의 플레이트를 5개의 보다 적층된 열 사이클 속에 위치시켰다.; 매 10시간마다 하나의 샘플을 각 플레이트에서 제거하였다. 총 60시간이 지난 후에, 15 %의 Li이 함유된 AMS 4777 과 AMS 4777사이에는 어떠한 차이도 없었고, 60시간 동안의 열 노출이 없었던 기준물질과도 아무런 차이가 없었다.

<실시예 4>

두 개의 인코넬 718과 두 개의 인코넬 X-750 평면 표본에 각각 AMS 4777과 15 %의 LiF, 그리고 전술한 15 %의 LiF가 첨가된 니켈-금 블레이즈 합금을 도입한 후, 이들을 적절한 열 사이클에 노출시켰다. 각각의 플레이트는 베르티스 플럭스 검출 키트(bernite flux Detection Kit)를 사용한 할라이드 테스트를 수행하였다. 열 처리 후, 더 이상 불소가 잔류하지 않았다.

<실시예 5>

작동 중에 산화되고, 일반적으로 보수하기 어렵다고 여겨지는, 두 개의 크랙된 브레이즈 연결부를 구비하고, 인코넬 718로 형성된 13/14 번째 단계의 고압 컵프레서 스테이터에서 다른 테스트를 수행하였다.

상기 스테이터는 수성 용매로 세정하였고 240 그릿 실리콘 카바이드를 사용하여 그릿 블라스팅을 수행하였다. 전술된 15 부피% LiF가 함유된 니켈-금 브레이즈 합금의 페인트를 연결부에 도입한 후, 연이어 얇은 층의 전술된 15 부피%의 LiF가 함유된 니켈-금 브레이즈 합금의 페이스트 알갱이(bead)를 도입하였다. 상기 스테이터를 브레이즈 사이클에 노출시켰다. 육안으로는, 브레이즈의 상태가 매우 깨끗하고 흠이 없었으며, 브레이즈의 크랙이나 보이드 및 결핍 부분이 전혀 나타나 있지 않았다. 다시 할라이드 테스트를 수행하였다. 더 이상 잔류하는 불소 화합물이 없었다. 야금학적인 검사 결과, 수용 가능한 연결부가 얻어졌다(최소한 80 %의 수렴도가 요구됨).

하나의 연결부는 자체크기로 인하여 매우 넓은 면적이 포함되어 있어, 완전히 충진할 수 없었다. 그러나, 상기 연결부의 벽을 따라서 브레이즈 합금이 젖음성 및 자가 세정 브레이즈 합금에 의한 예비-세정(pre-cleaning) 흔적이 관찰되었다. 결과적으로, 자가 세정 브레이즈 (15 % LiF) 페이스트 및 페인트를 병행한 사용은, 상기 연결부의 예비 세정이 바람직하게 수행되어, 상기 합금이 합금을 연결부 내로 잘 유입되게 하는 작용을 한다

본 발명의 브레이즈 재료에 있어서, 상기 LiF는 유체 또는 활성화제로 작용을 하여 브레이즈 재료가 산화된 연결부에 유입 되도록 한다. 본 발명의 브레이즈 재료는 LiF가 표준화된 열처리 과정에서 방출되고, 보수되어야 할 부품의 기저 금속에 악 영향을 미치지 않는 이점을 가지고 있다. 또한, 상기 LiF는 국부화된 세정을 제공한다. 불소 성분은 표면 산화물과 결합하여 오염된 표면으로부터 산화물을 제거하고, 적절히 습하게 하여 변형을 브레이즈 시킨다.

본 발명의 브레이즈 재료가 가스 터빈 엔진 부품의 크랙이나 보이드 또는 브레이즈 변형을 보수하는데 사용되는 것으로 설명되어지는 한편, 브레이즈 재료는 또한 다른 부품의 크랙이나 보이드 또는 브레이즈 변형을 보수하는데 사용될 수 있으며, 연결부의 넓은 틈을 연결하고 강한 강도, 유연한 확산 브레이즈 물질 생산을 위해 다른 금속성의 분말과 혼합 될 수 있다.

본 발명 브레이즈 재료의 세정 능력으로 인해 노동시간 및 순환 시간을 감소시킨다.

본 발명은 특별한 구체화에 의해 설명되었다. 본 발명의 기술 분야에 있는 사람이면 전술된 설명을 읽고 다른 치환, 변형, 모방이 가능할 것이다. 따라서, 그러한 치환, 변형 그리고 모방은 부가되는 청구항의 범위에 포함될 것이다.

Claims (20)

10 내지 20 부피%의 LiF,

5 내지 15 부피%의 겔 바인더, 및

니켈 브레이즈 합금 및 코발트 브레이즈 합금 중 적어도 하나를 포함하는 잔부를 포함하여 구성된, 금속성 부품에서 크랙(crack) 및 보이드(void)의 세정 및 보수를 위한 브레이즈 재료.

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제 1항에 있어서, 상기 잔부가 니켈-금 브레이즈 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이즈 재료.

제 5항에 있어서, 상기 니켈 브레이즈 합금이 17.5 중량% ∼18.5 중량% 의 니켈 및 잔부의 금으로 구성된 것을 특징으로 하는 브레이즈 재료.

제 1항에 있어서, 상기 잔부가 4.5 중량%의 실리콘, 7.0 중량%의 크롬, 3.1 중량%의 보론, 3.0 중량 %의 철, 및 잔부의 니켈을 포함하는 니켈 브레이즈 합금을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 브레이즈 재료.

제 1항에 있어서, 상기 브레이즈 재료가 페이스트 형태인 것을 특징으로 하는 브레이즈 재료.

제 1항에 있어서, 상기 브레이즈 재료는 페인트 형태이고, 추가로 물, 알코올, 및 그의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되어진 용매를 50 부피%이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이즈 재료.

제 1항에 있어서, 상기 브레이즈 재료가 테이프 형태이고, 추가로 5 % ∼ 8 부피%의 유동성의 바인더(flexible binder)를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이즈 재료.

제 1항에 있어서, 상기 LiF와 니켈 브레이즈 합금이 모두 분말 형태이고, 상기 니켈 브레이즈 합금이 - 60 mesh 내지 -325 mesh 의 입자 크기를 갖고, 상기 겔 바인더가 상기 LiF 및 니켈 브레이즈 합금 분말을 페이스트로 형성시키는 것을 특징으로 하는 브레이즈 재료.

10 내지 20 부피%의 LiF, 5 내지 15 부피%의 겔 바인더, 및 니켈 브레이즈 합금 및 코발트 브레이즈 합금 중 적어도 하나를 포함하는 잔부를 포함하여 구성된, 브레이즈 재료를 형성하는 단계;

상기 브레이즈 재료를 브레이즈 연결부에 적용하는 단계 ; 및

상기 LiF가 휘발되어지기에 충분한 온도에서 2300 ℉이하의 온도까지, 1 분 ∼ 30 분 동안 상기 재료를 가열하는 단계를 포함하여 이루어진 브레이즈 연결부의 세정 및 보수 방법.

제 12항에 있어서, 상기 가열 단계가 상기 재료를 상기 충분한 온도에서부터 2200 ℉ 이하의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.

제 12항에 있어서, 상기 가열 단계가 상기 재료를 상기 충분한 온도에서부터 1950 ℉이하의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.

제 12항에 있어서, 상기 적용 단계가 상기 브레이즈 재료를 상기 브레이즈 연결부에 페이스트 형태로 적용하는 것을 특징으로 하는 방법.

제 12항에 있어서, 상기 형성 단계가 분말 형태의 상기 LiF, 분말 형태의 상기 니켈 브레이즈 합금, 및 상기 겔 바인더를 혼합하여 페이스트를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.

제 12항에 있어서, 상기 형성 단계가 용매를 50 부피% 이하로 첨가하는 단계를 포함하고, 상기 적용 단계가 상기 브레이즈 재료를 상기 브레이즈 연결부에 페인트 형태로 적용하는 것을 특징으로 하는 방법.

제 17항에 있어서, 상기 용매의 첨가 단계는 수계 용매, 알코올계 용매 및 그들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되어진 용매를 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.

제 12항에 있어서, 상기 적용 단계가 상기 브레이즈 재료를 브레이즈 연결부에 테이프 형태로 적용하는 것을 특징으로 하는 방법

제 19항에 있어서, 상기 형성 단계가 유동성 바인더를 5 ∼ 8 부피% 함량으로 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.