KR102280670B1 - 분말식 합금 및 용재 재료의 추가에 의한 초합금 컴포넌트의 보수 - Google Patents

분말식 합금 및 용재 재료의 추가에 의한 초합금 컴포넌트의 보수 Download PDF

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Abstract

기저(underlying) 원래의 초합금 재료(30)와 상이한 특성을 갖는 첨가제 초합금 재료의 복수 개의 층들(22, 24, 26, 28)을 용착함으로써 초합금 컴포넌트(50)를 보수 또는 제조하는 방법. 원래의 재료와 첨가제 재료 사이에서 변화되는 특성은, 예컨대, 재료 조성, 결정립 구조(grain structure), 주 결정립 축(principal grain axis), 결정립계 강화제(grain boundary strengthener) 및/또는 기공률(porosity)일 수 있다. 첨가제 재료로 형성된 컴포넌트의 구역(60)은, 크래킹(58)에 대해 더 큰 내성과 같이, 원래의 재료와 비교될 때 개선된 성능을 나타낼 수 있다.

Description

분말식 합금 및 용재 재료의 추가에 의한 초합금 컴포넌트의 보수 {REPAIR OF SUPERALLOY COMPONENTS BY ADDITION OF POWDERED ALLOY AND FLUX MATERIAL}
본 출원은 2013년 11월 5일자로 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제14/071,774호(대리인 관리 번호 2013P14584US)의 일부 계속 출원이다. 본 출원은 또한 2013년 12월 31일자로 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제14/144,680호의 일부 계속 출원(대리인 관리 번호 2012P28296US01)이며, 이는 차례로 2013년 1월 31일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/758,795호(대리인 관리 번호 2012P28296US)의 이익을 주장한다. 본 출원은 또한 2013년 8월 1일자로 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제13/956,431호의 일부 계속 출원(대리인 관리 번호 2013P03470US)이며, 이는 차례로 2013년 1월 31일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/755,098호(대리인 관리 번호 2012P28301US)의 일부 계속 출원이었으며, 이는 차례로 2011년 1월 13일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/005,656호의 일부 계속 출원(대리인 관리 번호 2010P13119US)이었다.
본 발명은, 일반적으로 재료들의 기술 분야에 관한 것으로, 더 자세하게는 재료 첨가제 프로세스(additive process)들 그리고 일 실시예에서 초합금 컴포넌트(superalloy component)에 대한 기능성 기반 보수(functionally based repair)를 수행하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
초합금 재료들이 용접 응고화 크래킹(solidification cracking) 및 변형 시효 크래킹(strain age cracking)에 대한 이들의 민감성으로 인해 용접하기 가장 어려운 재료들 중 하나임이 인지된다. 용어 "초합금"은, 당분야에서 보편적으로 사용되는 바와 같이 본원에서 사용되며; 즉, 고온들에서 탁월한 기계적 강도 및 크리프 내성(resistance to creep)을 나타내는 내부식 및 내산화성이 높은 합금이다. 초합금들은 전형적으로 높은 니켈(nickel) 또는 코발트(cobalt) 함량을 포함한다. 초합금들의 예들은, Hastelloy, Inconel 합금들(예컨대, IN 738, IN 792, IN 939), Rene 합금들(예컨대, Rene N5, Rene 80, Rene 142), Haynes 합금들, Mar M, CM 247, CM 247 LC, C263, 718, X-750, ECY 768, 282, X45, PWA 1483 및 CMSX (예컨대, CMSX-4) 단결정 합금들의 상표명들 및 브랜드 네임(brand name)들로 시판중인 합금들을 포함한다.
초합금 분말 입자들의 박층(thin layer)을 초합금 기재 상에 용융시키기 위해서 선택적 레이저 용융(SLM: selective laser melting) 또는 선택적 레이저 소결(SLS: selective laser sintering)을 활용하는 것이 공지된다. 용융 풀(melt pool)은 레이저 가열(laser heating) 중, 아르곤(argon)과 같은 불활성 가스(inert gas)를 적용함으로써 분위기로부터 차폐된다. 이러한 프로세스들은, 용착된(deposited) 재료의 층 내에서 입자들의 표면 상에 부착되는 산화물들(예컨대, 알루미늄(aluminum) 및 크롬(chromium) 산화물들)을 포획하는 경향이 있어, 기공률(porosity) 및 개재물(inclusion)들 및 포획된 산화물들과 연관된 다른 결함들을 유발한다. 후처리 열간 정수압 소결법(HIP: hot isostatic pressing)이 용착된 코팅(coating)의 특성들을 개선하기 위해서 이러한 공극(void)들, 개재물(inclusion)들 및 균열(crack)들을 붕괴시키기 위해서 종종 사용된다. 이러한 프로세스들의 적용은, 또한 분말의 선배치의 요건으로 인해 수평 표면들로 제한된다.
레이저 마이크로클래딩(laser microcladding)은, 표면을 향해 지향된 분말의 유동을 용융시키기 위해서 레이저 빔(laser beam)을 사용함으로써 표면 상에 재료의 작은 박층을 용착하는 3D-가능한 프로세스이다. 분말은 가스의 제트(jet)에 의해서 표면을 향해 나아가며, 분말이 강 또는 합금 재료일 때, 가스는 대기중의 산소(atmospheric oxygen)로부터 용융 합금을 차폐하는 아르곤 또는 다른 불활성 가스이다. 레이저 마이크로클래딩은 그의 낮은 용착 속도에 의해, 이를테면 대략 1 내지 6 ㎤/시간으로 제한된다. 게다가, 보호 아르곤 실드(argon shield)는 클래드 재료(clad material)가 완전 냉각되기 이전에 흩어져 없어지는(dissipate) 경향이 있기 때문에, 인공적인 산화 및 질화가 용착물(deposit)의 표면 상에서 발생할 것이며, 이는 클래드 재료의 다중 층들이 소망하는 클래딩(cladding) 두께를 성취할 필요가 있을 때 문제가 된다.
도 1은 초합금들의 알루미늄 및 티타늄(titanium) 함량에 따라 다양한 초합금들의 상대적 용접성을 예시하는 기존의 차트(chart)이다. 이러한 원소들의 비교적 낮은 농도들을 가지며, 이에 따라 비교적 낮은 감마 프라임 함량(gamma prime content)을 갖는 Inconel® IN718과 같은 합금들이 비교적 용접가능한 것으로 고려되고 있지만, 이러한 용접들은 일반적으로 컴포넌트의 낮은 응력 구역들로 제한된다. 이러한 원소들의 비교적 높은 농도들을 갖는 Inconel® IN939와 같은 합금들은 용접하기가 훨씬 더 어렵다. 파선(dashed line)(10)은 용접성 존(zone)의 인지된 상부 경계를 나타낸다. 파선(10)은, 수직 축선 상에서 3 중량 %의 알루미늄 및 수평 축선 상에서 6 중량 %의 티타늄과 교차한다. 용접성 존의 외부측 합금들은, 전통적인 프로세스에 의해 용접하기 매우 어려운 것으로 인지되며, 알루미늄 함량이 최고인 합금들은 화살표로 나타내는 바와 같이 용접하기가 가장 어려운 것으로 일반적으로 발견되고 있다.
본 발명은 도시하는 도면들을 고려하여 하기 설명에서 설명된다:
도 1은 다양한 초합금 재료들의 상대적 용접성을 예시하는 종래의 다이어그램(diagram)이다.
도 2는 재료 추가 프로세스를 수행하는 초합금 컴포넌트의 횡단면도이다.
도 3은 가스 터빈 블레이드(gas turbine blade)의 사시도이다.
서비스 런(service-run) 초합금 가스 터빈 컴포넌트들의 보수는, 고 합금 재료들의 용접 보수의 어려움에 의해 전통적으로 제한되고 있다. 미국 특허 출원 공보 제2013/0136868 A1호(본원에 참조에 의해 포함됨)는, 다른 방식으로 용접하기 어려운 초합금 재료들을 용착하기 위해 개선된 방법들을 개시한다. 이러한 방법들은, 보호 슬래그(protective slag)의 층 아래에 용융 풀(melt pool)을 형성하도록 분말형 용제 재료(powdered flux material)와 함께 분말형 초합금 재료(powdered superalloy material)의 레이저 용융(laser melting) 단계를 포함한다. 슬래그는, 분위기로부터 용융 합금 재료를 보호하는 것 이외에 세정 기능을 수행한다. 응고하자마자, 슬래그는 균열이 없는 표면(crack-free surface)을 드러내도록 새롭게 용착된 초합금 재료로부터 제거된다. 이러한 방법들은, 도 1에 도시된 전통적인 용접성 존을 지나는 초합금 재료들에 대해서 한층 효과적인 것으로 도시되고 있다.
본 발명자들은, 이제, 첨가제 초합금 재료가 원래의 초합금 재료 상에 용착되어, 첨가제 초합금 재료가 원래의 초합금 재료의 대응 특성(counterpart property)과 상이한 특성을 갖는 방법을 개시함으로써, 미국 특허 출원 공보 제2013/0136868 A1호에서 설명된 능력을 확장한다. 원래의 재료와 첨가제 재료 사이에서 변화되는 특성은, 비제한적인 예들로서, 재료 조성(material composition), 결정립 구조(grain structure), 주 결정립 축(principal grain axis), 결정립계 강화제(grain boundary strengthener) 및/또는 기공률(porosity)일 수 있다. 게다가, 첨가제 재료 자체는 그의 체적에 걸쳐 다양한 특성을 가질 수 있는데, 첨가제 재료의 전부 또는 단지 일부들이 원래의 초합금 재료와 상이하다. 하기에 보다 완전히 설명된 일부 실시예들에서, 첨가제 재료의 특성은, 결과로 발생하는 컴포넌트가 작동하도록 설계될 수 있는, 예상되는 환경에 대응하여 선택될 수 있다.
도 2는 초합금 컴포넌트(20)의 부분적인 횡단면도이며, 이 컴포넌트는 예컨대 가스 터빈 엔진(gas turbine engine) 고온 가스 경로 컴포넌트, 이를테면 블레이드(blade), 베인(vane) 또는 연소기 노즐(combustor nozzle) 또는 버너(burner)일 수 있다. 컴포넌트(20)는 재료 추가 프로세스를 수행하는 것으로 예시되며, 여기서 첨가제 초합금 재료의 복수개의 층들(22, 24, 26, 28)이 원래의 초합금 재료(30) 상에 용착되고 있다. 상기 원래의 초합금 재료의 표면이 드러나도록, 상기 원래의 초합금 재료의 열화된 부분(degraded portion)은 제거될 수 있다. 원래의 초합금 재료(30)는 컴포넌트(20)가 제조되었던 원래의 주조(cast) 재료일 수 있거나 또는 이전 보수 또는 제작(fabrication) 단계동안 컴포넌트(20)에 추가되는 재료의 층일 수 있음이 예측될 것이다.
도 2는 이를테면 미국 특허 출원 공보 제2013/0136868 A1호에 설명된 것과 유사한 프로세스에 의해 이전에 용착된 층(26) 위에 용착되는 프로세스에서의, 첨가제 초합금 재료 층(28)을 예시한다. 이 예에서, 분말형 초합금 재료 및 분말형 용제 재료의 혼합된 층(32)은 층(26) 위에 용착되고 있으며, 화살표 방향(36)으로 층(32)을 가로질러 횡단하는 레이저 빔(34)과 같은 에너지 빔에 의해 용융된다. 레이저 빔(34)은, 용융 풀(38)을 형성하도록 분말들을 용융시키며, 여기서 슬래그 재료의 층(40)은 첨가제 초합금 재료(28)의 층을 덮도록 부유한다. 용융 풀(38)은 횡단하는(36) 레이저 빔(34) 뒤에서 냉각 및 응고한다. 이후, 슬래그 층(40)은 임의의 편리한 방법, 예컨대 그릿 블래스팅(grit blasting)에 의해 제거되어(도시 생략), 첨가제 초합금 재료(28)의 새로운 표면(42)을 드러낸다.
소정의 기하학적 형상으로 복수 개의 층들에 상기 첨가제 초합금 재료를 빌드(build)하여 초합금 컴포넌트를 형성하도록, 이와 같은 용융하는 단계, 냉각 및 응고하는 단계, 및 제거하는 단계를 복수 회(plurality of times) 반복할 수 있다.
종래 기술의 초합금 컴포넌트들의 보수 기술들은, 상기에서 설명된 바와 같은 균열(crack)에 대한 이러한 재료들의 경향으로 인해서 컴포넌트들의 재료들의 선택에 제약이 있었다. 본 발명자들은, 이제, 결과로 발생하는 컴포넌트의 성능 속성들을 개선하거나 또는 최적화하기 위해서 첨가제 초합금 재료의 특성들을 맞춤화하는 것이 가능함을 인식하였다. 예컨대, 도 3에 예시된 가스 터빈 블레이드(50)에서, 블레이드(50)의 재료에서의 응력의 레벨(level) 및 국부적 고온 가스 경로 환경은 가스 터빈 엔진(도시 생략)에서의 블레이드의 사용중 블레이드(50)의 루트 섹션(root section)(52), 플랫폼(platform)(54) 및 팁(tip) 구역(56)에 걸쳐 변할 것이다. 도 2에 예시된 바와 같이 재료 용착 프로세스를 제어함으로써, 본 발명자들은 이제, 이를테면 예컨대 팁 구역(56)에서 내산화성을 더 제공하고 플랫폼(54)에서 부식(corrosion) 및 침식(erosion)에 대한 내성을 더 제공함으로써, 이러한 다양한 작동 조건들에 응답하는 보수를 제공할 수 있다. 이러한 개선은, 블레이드(50)의 원래의 제조 중 또는 보수 활동(repair activity) 중 구현될 수 있으며, 여기서 원래의 (전형적으로 주조) 초합금 재료에서 서비스 유도된(service induced) 균열들(58)이 제거되며, 크래킹된(cracked) 재료가 원래의 초합금 재료의 대응 특성과 상이한 특성을 갖는 첨가제 초합금 재료로 대체된다. 블레이드 플랫폼(54)의 구역(60)은, 이러한 방식으로 보수되고 있는 것으로 예시되며, 보수된 블레이드(50)는, 이제 원래 제조된 블레이드에 비교될 때 작동 중(크래킹(cracking) 발생 이전의 수시간 또는 침식 또는 부식에 대한 내성 등과 같음) 개선된 성능을 제공할 수 있다.
도 3의 구역(60)이 도 2에 예시된 바와 같은 프로세스를 사용하여 보수되었던 것으로 상상된다면, 도 2의 층(22)과 같은 접착제 재료의 조성은, 원래의 초합금 재료(30)의 조성과 상이하다. 게다가, 최상부 첨가제 재료 층들(26, 28)은 최하부 첨가제 재료 층들(22, 24)과 상이한 조성을 가질 때와 같이 첨가제 재료의 체적에 걸쳐 조성 편차가 존재할 수 있다. 첨가제 재료의 체적에 걸쳐 조성 편차는, 층(26)의 표면에 걸쳐 용착된 분말형 재료 층(32)의 조성을 변경시키는 것과 같이, 단일 층 내에서 대안으로 또는 부가적으로 성취될 수 있다. 이러한 편차는, 분말형 합금 재료, 분말형 용제 재료 또는 둘다의 조성을 변경시킴으로써 성취될 수 있다. 예컨대, 추가의 분말형 알루미늄은 더 높은 내산화성이 요망되는 구역들에서 포함될 수 있다. 그리고, 알루미늄 함량이 증가되고 결과로 발생하는 초합금이 도 1에 예시된 바와 같이 크래킹에 보다 민감해짐에 따라, 분말형 용제 재료의 조성은 이를테면 결과로 발생하는 첨가제 합금에서 불순물들을 감소시키기 위해서 제거제(scavenger) 요소들을 더 포함함으로써, 변경될 수 있다.
다른 실시예들에서, 첨가제 초합금 재료(22, 24, 26, 28)의 결정립 구조는, 원래의 초합금 재료(30)의 결정립 구조와 상이할 수 있다. 이는, 용융 풀(38)의 응고의 프로세스를 제어함으로써 성취된다. 예컨대, 원래의 초합금 재료(30)는 등축 결정립 구조(equiaxed grain structure)로 기존방식으로 주조될 수 있다. 그러나, 미리 정해진 축을 따라 그의 강도를 개선하기 위해서, 용착된 첨가제 재료 층들(22, 24, 26, 28)의 용융, 냉각 및 응고 단계를 제어하여 첨가제 재료에서의 방향성 응고되는(directionally solidified) 결정립 구조를 발달시키는 것이 요망될 수 있다. 상기 초합금 컴포넌트의 예상 작동 환경에 반응하여 기하학적 구조에 걸쳐서 상기 초합금 재료의 특성을 변경시키는데 효율적인 방식으로, 상기 용융 단계와 상기 냉각 및 응고 단계가 제어될 수 있다.
방향(36)으로의 레이저 빔의 이동 방향에 대한 도 2의 예시에서, 용접 풀(38)이 기저 합금 재료에 의해 주로 냉각되며, 결과로 발생한 결정립 성장 방향은 일반적으로 수직해질 것이라는 점이 이해될 것이다. 그러나, 이동 방향 때문에, 결정립 성장 방향은, 기저 표면과 완전히 수직한 것이 아니라, 오히려 수직으로부터 벗어나 몇 도만큼 경사질 것이다. 복수 개의 층들(22, 24, 26, 28)이 적용됨에 따라 경사가 축적되는 경향이 있기 때문에, 재료는 등축 결정립 구조를 발달시키는 경향이 있을 것이다. 이러한 현상을 인식하여, 본 발명자들은 층으로부터 층까지 이동 방향(36) 및 응고 조건들을, 이를테면 층들 사이에서 180도만큼 이동 방향을 교번함으로써 제어하여, 결과로 발생하는 전체 첨가제 재료 체적(31)에서 방향성 응고되는 결정립 구조를 유지한다. 냉각 플레이트(chill plate)들, 히터(heater)들, 및 레이저 프로세스 제어부들에 의해 가열 및 응고 변수들을 제어함으로써, 임의의 소망하는 첨가제 재료 결정립 구조는, 임의의 원래의 재료 결정립 구조 상에서 성취될 수 있으며, 방향성 응고된 원래의 초합금 재료의 주 결정립 축에 평행하지 않게 방향성 응고된 첨가제 초합금 재료의 주 결정립 축을 제어하는 것을 포함한다.
첨가제 초합금 재료의 기공률이 원래의 초합금 재료 또는 첨가제 재료 체적의 다른 부분들의 기공률과 상이하도록, 다른 실시예들이 재료 첨가 프로세스를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이는, 예컨대, 분말형 재료 층(32) 내에서 소모성 또는 중공 입자들을 포함함으로써 성취될 수 있다. 재료의 열전도 계수, 열팽창 계수, 경도 또는 마모 특성은 이에 따라 변경될 수 있으며, 그래파이트(graphite) 입자들의 선택적 첨가에 의해서 추가로 변경될 수 있다. 또 다른 예는, 용착 프로세스에서 붕소(boron)의 첨가와 같은 컴포넌트의 일부분의 결정립계(grain boundary)들을 국부적으로 강화시키는 것을 포함한다.
플랫폼(54)의 나머지 부분에서 둘러싸는 원래의 초합금 재료와 비교할 때, 도 3의 가스 터빈 블레이드(50)의 보수된 구역들(60)의 열팽창계수의 국부적 증가는, 블레이드(50)가 가열될 때 둘러싸는 재료보다 더 팽창하는 구역들(60)을 유발할 것이다. 그 결과, (중요할 수 있으며 그렇지 않으면 균열에 취약함) 원래의 초합금 재료의 인접한 구역(62) 및 첨가제 초합금 재료는, 블레이드(50)가 가스 터빈 엔진에서의 상승된 작동 온도 환경으로 복귀될 때 압축력들을 받을 것이다. 결과로 발생하는 압축 응력은, 후속 작동 중 보수된 구역(60)에서 그리고 이의 주변 재료(62)에서 균열들(58)의 재발생을 완화시키는 경향이 있을 것이다. 플랫폼(54)의 두께의 적어도 상부 100 미크론(micron)에서의 국부적으로 증가된 열 팽창계수는, 서비스 유도된 균열 형성 및 성장을 완화시키는데 특히 유용할 수 있다. 일 실시예에서, 합금 IN 939로 형성된 블레이드는, 합금(825)으로 형성된 보수 구역(60)을 가질 수 있다. 합금 939는, 14.0 in/in/K의 열팽창계수를 가지는 반면, 합금 825는 17.1 in/in/K의 열팽창계수를 갖는다. 결과로 발생하는 작동 온도에서의 열(thermal) 성장의 차이는, 블레이드(50)가 서비스로 복귀될 때, 보수된 구역(60)에서 그리고 이의 주변 재료에서 압축 응력을 발생시키는 경향이 있을 것이다.
이제, 초합금 가스 터빈 컴포넌트를 위한 보수 레지먼트(repair regiment)는, 서비스 런 가스 터빈 엔진의 작동 환경으로부터 컴포넌트의 제거시 원래의 초합금 재료의 성능을 평가하는 단계를 포함할 수 있다. 평가가 컴포넌트의 서비스 제한 구역을 식별해야 한다면, 엔진에서 개선된 성능을 갖는 컴포넌트를 제공할 수 있는 원래의 초합금 재료의 대응 특성과 상이한 특성을 갖는 초합금 재료를 식별하는 것이 가능할 수 있다. 마찬가지로, 이러한 재료는 도 1의 선(10) 위에 있는 조성을 가질 수 있다. 이러한 재료는 도 2에 예시된 바와 같은 프로세스를 사용하여 원래의 초합금 재료 대신에 컴포넌트의 보수 중 첨가제 재료로서 적용될 수 있거나, 또는 대체 컴포넌트가 이렇게 제조될 수 있다. 보수되거나 대체된 컴포넌트는, 이후, 가스 터빈 엔진의 작동 환경에서의 추가 서비스를 위해 입수가능하다.
작동 파라미터(operational parameter)에 노출되면 상기 첨가제 초합금 재료의 상이한 특성이 상기 원래의 초합금 재료의 성능에 비해 개선된 성능을 제공하도록, 상기 원래의 초합금 재료와 연관된 작동 파라미터에 반응하는 방식으로 상기 용융하는 단계와 상기 냉각 및 응고하는 단계를 수행할 수 있다.
다른 실시예에서, 가스 터빈 엔진 버너는, 엔진에서 사용되는 연료 유형에 반응하여 초합금 조성을 갖는 버너 팁을 갖도록 보수되거나 또는 제조될 수 있다. 현재, 가스 터빈 버너 팁들은, 전형적으로 하스트(Hast) X 합금으로 대체되는데, 이는 그 합금의 제작이 용이하기 때문이다. 이제, 황(sulfur)이 많고 또는 다른 것이 낮은 소망하는 연료들에 노출될 때 개선된 성능을 제공하는 첨가제 초합금 재료로 팁 보수를 맞춤화하는 것이 가능하다.
본 발명의 다양한 실시예들이 본원에 도시되고 설명되어 있지만, 이러한 실시예들이 단지 예시로써 제공되는 것이 자명할 것이다. 다양한 변경예들, 수정예들 및 치환예들이 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다.

Claims (20)

  1. 첨가제 초합금 재료(additive superalloy material)를 덮는 슬래그(slag)의 층을 포함하는 용융 풀(melt pool)을 형성하도록, 원래의 초합금 재료(original superalloy material)의 표면 상에 분말형(powdered) 합금 재료 및 분말형 용제(flux) 재료를 동시에 용융하는 단계;
    상기 용융 풀을 냉각 및 응고하는 단계; 및
    상기 첨가제 초합금 재료의 표면이 드러나도록 상기 슬래그의 층을 제거하는 단계;를 포함하며,
    상기 용융하는 단계와 상기 냉각 및 응고하는 단계는, 상기 첨가제 초합금 재료가 상기 원래의 초합금 재료의 대응 특성(counterpart property)과 상이한 특성을 가지도록 수행되는,
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨가제 초합금 재료의 조성이 상기 원래의 초합금 재료의 조성과 상이하도록, 상기 분말형 합금 재료 및 상기 분말형 용제 재료를 선택하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨가제 초합금 재료의 결정립(grain) 구조가 상기 원래의 초합금 재료의 결정립 구조와 상이하도록, 상기 냉각 및 응고하는 단계 동안에 응고 방향을 제어하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 원래의 초합금 재료는 방향성 응고 재료(directionally solidified material)를 포함하며,
    상기 방법은, 상기 첨가제 초합금 재료의 주 결정립 축(principal grain axis)이 상기 원래의 초합금 재료의 주 결정립 축에 대해 평행하지 않도록, 상기 냉각 및 응고하는 단계 동안에 응고 방향을 제어하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨가제 초합금 재료의 기공률(porosity)이 상기 원래의 초합금 재료의 기공률과 상이하도록, 상기 용융하는 단계와 상기 냉각 및 응고하는 단계를 수행하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    소정의 기하학적 형상으로 복수 개의 층들에 상기 첨가제 초합금 재료를 빌드(build)하도록, 상기 용융하는 단계, 상기 냉각 및 응고하는 단계, 및 상기 제거하는 단계를 복수 회(plurality of times) 반복하는 단계; 및
    상기 첨가제 초합금 재료의 복수 개의 층들 중 제 1 층이 상기 첨가제 초합금 재료의 복수 개의 층들 중 제 2 층의 대응 특성과 상이한 특성을 가지는 방식으로, 용융, 냉각 및 응고, 및 제거의 복수의 단계들을 수행하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    작동 파라미터(operational parameter)에 노출되면 상기 첨가제 초합금 재료의 상이한 특성이 상기 원래의 초합금 재료의 성능에 비해 개선된 성능을 제공하도록, 상기 원래의 초합금 재료와 연관된 작동 파라미터에 반응하는 방식으로 상기 용융하는 단계와 상기 냉각 및 응고하는 단계를 수행하는 방법을 더 포함하는,
    방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨가제 초합금 재료의 조성이 상기 원래의 초합금 재료와 상이한 결정립계 강화제(grain boundary strengthener)를 포함하도록, 상기 분말형 합금 재료 및 상기 분말형 용제 재료를 선택하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  9. 작동 환경에서 원래의 초합금 재료의 성능을 평가하는 단계;
    상기 원래의 초합금 재료의 대응 특성과 상이하며, 상기 원래의 초합금 재료의 성능과 비교할 때 작동 환경에서 개선된 성능을 갖는 첨가제 초합금 재료를 제공할 특성을 포함하는 첨가제 초합금 재료를 식별하는 단계;
    상기 첨가제 초합금 재료의 층을 덮는 슬래그의 층을 포함하는 용융 풀을 형성하도록, 상기 원래의 초합금 재료의 표면 상에 분말형 합금 재료 및 분말형 용제 재료를 동시에 용융하는 단계;
    상기 용융 풀을 냉각 및 응고하는 단계; 및
    작동 환경에의 노출을 예상하여 상기 첨가제 초합금 재료의 표면이 드러나도록 상기 슬래그의 층을 제거하는 단계를 포함하는,
    방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 첨가제 초합금 재료의 조성이 상기 원래의 초합금 재료의 조성과 상이하도록, 상기 분말형 합금 재료 및 상기 분말형 용제 재료를 선택하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 첨가제 초합금 재료의 결정립 구조가 상기 원래의 초합금 재료의 결정립 구조와 상이하도록, 상기 냉각 및 응고하는 단계 동안에 응고 방향을 제어하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 원래의 초합금 재료는 방향성 응고 재료를 포함하며,
    상기 방법은, 상기 첨가제 초합금 재료의 주 결정립 축이 상기 원래의 초합금 재료의 주 결정립 축과 평행하지 않도록, 상기 냉각 및 응고하는 단계 동안에 응고 방향을 제어하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 첨가제 초합금 재료의 기공률이 상기 원래의 초합금 재료의 기공률과 상이하도록, 상기 용융하는 단계와 상기 냉각 및 응고하는 단계를 수행하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 첨가제 초합금 재료의 조성이 상기 원래의 초합금 재료와 상이한 결정립계 강화제를 포함하도록, 상기 분말형 합금 재료 및 상기 분말형 용제 재료를 선택하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    소정의 기하학적 형상으로 복수 개의 층들에 상기 첨가제 초합금 재료를 빌드하도록, 상기 용융하는 단계, 상기 냉각 및 응고하는 단계, 및 상기 제거하는 단계를 복수 회 반복하는 단계; 및
    상기 첨가제 초합금 재료의 복수 개의 층들 중 제 1 층이 상기 첨가제 초합금 재료의 복수 개의 층들 중 제 2 층의 대응 특성과 상이한 특성을 가지는 방식으로, 용융, 냉각 및 응고, 및 제거의 복수의 단계들을 수행하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 원래의 초합금 재료의 표면이 드러나도록, 상기 원래의 초합금 재료의 열화된 부분(degraded portion)을 제거하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 원래의 초합금 재료의 표면이 드러나도록, 서비스 런 컴포넌트(service run component)의 원래의 초합금 재료의 나머지 부분으로부터 상기 원래의 초합금 재료의 열화된 부분을 제거하는 단계;
    상기 컴포넌트가 상승된 작동 온도 환경으로 복귀될 때 상기 첨가제 초합금 재료 및 상기 원래의 초합금 재료의 인접한 구역이 압축 응력들을 받게 되도록, 상기 첨가제 초합금 재료의 열 팽창 계수가 상기 원래의 초합금 재료의 열 팽창 계수와 상이하도록 상기 용융하는 단계와 상기 냉각 및 응고하는 단계를 수행하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  18. 제 9 항에 있어서,
    가스 터빈 엔진 버너 팁(gas turbine engine burner tip)에 적용되며,
    가스 터빈 엔진에 사용되는 연료의 유형에 반응하여 상기 첨가제 초합금 재료를 선택하는 단계; 및
    상기 동시에 용융하는 단계와 상기 냉각 및 응고하는 단계가 상기 첨가제 초합금 재료의 버너 팁을 제조하도록, 상기 분말형 합금 재료 및 상기 분말형 용제 재료를 선택하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  19. 초합금 재료의 층을 덮는 슬래그의 층을 포함하는 용융 풀을 형성하도록, 표면 상에 분말형 합금 재료 및 분말형 용제 재료를 동시에 용융하는 단계;
    상기 용융 풀을 냉각 및 응고하는 단계;
    상기 초합금 재료의 표면이 드러나도록 슬래그의 층을 제거하는 단계;
    상기 용융하는 단계, 상기 냉각 및 응고하는 단계, 및 상기 제거하는 단계를 복수 회 반복하여 소정의 기하학적 형상의 초합금 컴포넌트를 형성하는 단계; 및
    상기 초합금 컴포넌트의 예상 작동 환경에 반응하여 기하학적 구조에 걸쳐서 상기 초합금 재료의 특성을 변경시키는데 효율적인 방식으로, 상기 용융하는 단계와 상기 냉각 및 응고하는 단계를 제어하는 단계를 포함하는,
    방법.
  20. 제 19 항의 방법에 의해 형성된, 초합금 컴포넌트.
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