KR20180088293A

KR20180088293A - 브레이징 시스템, 브레이징 물품 및 브레이징 물품의 형성 방법

Info

Publication number: KR20180088293A
Application number: KR1020180008725A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 레슬리 헨더슨; 폴 에이 쿡; 다니엘 제임스 도리에티
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2018-08-03
Also published as: US20180209288A1

Abstract

브레이징 시스템(100)을 개시하며, 이 브레이징 시스템은, 제1 표면(102); 제2 표면(104); 제1 표면(102)과 상기 2 표면(104) 사이에 배치된 간극(106); 간극(106) 내에 배치된 모세관 매트릭스(108); 및 모세관 매트릭스(108)와 접촉하게 배치된 브레이징 재료(110)를 포함한다. 모세관 매트릭스(108)는 복수의 모세관(114)을 형성하는 매트릭스 조직(112)을 포함한다. 브레이징 재료(110)가 복수의 모세관(114) 내에 배치되어 제1 표면(102)과 제2 표면(104)에 접촉하고 있는 브레이징 물품(200)을 개시한다. 브레이징 재료(110), 모세관 매트릭스(108), 제1 표면(102), 제2 표면(104) 및 간극(106)은 약 20% 미만의 공극을 포함한 브레이징된 부분(202)을 형성한다. 브레이징 물품(200)을 형성하는 방법은, 간극(106) 내에 모세관 매트릭스(106)를 배치하고, 브레이징 재료(110)를 복수의 모세관(114) 내에 주입하여 제1 표면(102) 및 제2 표면(104)과 접촉하게 하여 브레이징된 부분(202)을 형성하는 것을 포함한다.

Description

브레이징 시스템, 브레이징 물품 및 브레이징 물품의 형성 방법{BRAZE SYSTEM, BRAZED ARTICLE, AND METHOD FOR FORMING A BRAZED ARTICLE}

본 발명은 브레이징 시스템, 브레이징 물품 및 브레이징 물품의 형성 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 브레이징 시스템, 모세관형 매트릭스를 포함한 브레이징 물품 및 그 브레이징 물품의 형성 방법에 관한 것이다.

니켈계 초합금 및 소정 알루미늄-티타늄 합금 등의 난용접(hard-to-weld: HTW) 합금은 이들의 감마 프라임(gamma prime) 및 다양한 기하학적 제약으로 인해 감마 프라임 스트레인 시효(aging), 액화 및 열간 크래킹을 겪기 쉽다. 이들 재료는 또한 알루미늄 또는 티타늄 함량이 약 3%를 초과하는 경우에 발생할 수 있는 약 30%보다 큰 체적 분율로 감마 프라임 상이 존재하는 경우에 결합이 곤란하다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "HTW" 합금은 액화, 열간 및 스트레인 시효 크래킹을 보이며, 이에 따라 용접하는 것이 실용적이지 않은 합금이다.

불용접(non-weldable: NW) 합금은 통상 석출 경화 가능 또는 고용강화 합금으로서, 산업적 세팅 및 산업적 스케일에서는 실질적으로 용접될 수 없고 엄두를 내지 못하는 극단적인 조건에서만 용접될 수 있어, 일반적으로 용접 불가능한 것으로 간주된다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "NW" 합금은 약 4.5 이상의 티타늄-알루미늄 당량(또는 그 조성들의 조합 중량 백분율)을 갖는 합금을 지칭한다. NW 합금은, 주 경화 기구가 석출 프로세스를 통한 것인 니켈계 합금, 고용강화되는 코발트 합금, 및 용접 직전과 용접 중에 적어도 1,000C로의 가열을 요구하는 합금을 포함할 수 있다.

HTW 및 NW 합금은, 시일 슬롯(seal slot), 에어포일, 블레이드(버킷), 노즐(베인), 쉬라우드, 쉬라우드 시일 슬롯, 연소기, 전이 피스(transition piece), 전이 피스 시일 슬롯, 회전 터빈 요소, 휘일, 시일 및 기타 고온 가스 경로 요소 등의 가스 터빈 엔진의 부품들에 포함될 수 있다. 이들 HTW 합금의 포함은, 특히 가장 극단적인 조건 및 응력에 노출되는 소정 구성 요소들에 대해 흔히 매우 우수한 작동 특성으로 인해 바람직할 수 있다. 하지만, HTW 및 NW 합금에 고유한 나쁜 용접성은 그러한 합금을 포함한 부품들을 결합, 수리 및 보수하는 것을 복잡하게 한다.

추가로, 가스 터빈 엔진의 부품을 비롯한 부품들을 결합, 수리 및 보수하는 것은 약 1/2인치의 폭에 이르는 간극을 브레이징하는 것을 요구할 수 있다. 예를 들면, 소정 부품은 넓은 간극을 남긴 채 기계 가공에 의해 제거되는 원하지 않는 피처(feature)를 포함할 수 있다. 하지만, 표준 브레이징 재료, 페이스트, 호일, 테이프, 예비 소결 프리폼 또는 플럭스 분발로 넓은 간극을 브레이징하는 것은 바람직하지 못하거나 허용할 수 없는 기공도, 크래킹, 접합 결여 또는 공융 상(eutectic phase)의 형성을 야기할 수 있다. 이는 브레이징될 베이스 재료가 HTW 또는 NW 합금인 경우에 악화될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 브레이징 시스템은, 제1 표면; 제2 표면; 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치된 간극; 간극 내에 배치된 모세관 매트릭스; 및 이 모세관 매트릭스와 접촉하게 배치된 브레이징 재료를 포함한다. 모세관 매트릭스는 복수의 모세관을 형성하는 매트릭스 조직을 포함한다.

다른 예시적인 실시예에서, 브레이징 물품은, 제1 표면; 제2 표면; 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치된 간극; 간극 내에 배치된 모세관 매트릭스; 및 브레이징 재료를 포함한다. 모세관 매트릭스는 복수의 모세관을 형성하는 매트릭스 조직을 포함하며, 브레이징 재료는 복수의 모세관 내에 배치되어 제1 표면과 제2 표면에 접촉한다. 브레이징 재료, 모세관 매트릭스, 제1 표면, 제2 표면 및 간극은 약 20% 미만의 공극을 포함하는 브레이징된 부분을 형성한다.

또 다른 예시적인 실시예에서, 브레이징 물품을 형성하는 방법은, 제1 표면과 제2 표면 사이의 간극 내에 모세관 매트릭스를 배치하는 단계를 포함한다. 모세관 매트릭스는 복수의 모세관을 형성하는 매트릭스 조직을 포함하며, 브레이징 재료는 복수의 모세관 내로 주입된다. 브레이징 재료는 제1 표면 및 제2 표면과 접촉하여 브레이징된 부분을 형성한다.

본 발명의 기타 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 고려한 이하의 바람직한 실시예의 보다 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 그 첨부 도면은 본 발명의 원리를 예를 들어 도시하고 있다.

도 1은 본 개시의 실시예에 따른 브레이징 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 브레이징 물품의 개략도이다.
가능하다면 동일한 도면 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일 부품을 나타내는 데에 이용될 것이다.

예시적인 브레이징 시스템, 브레이징 물품 및 브레이징 물품의 형성 방법을 제공한다. 본 개시의 실시예들은, 본 명세서에서 개시하는 하나 이상의 특징을 이용하지 않는 브레이징, 시스템, 브레이징 물품 및 브레이징 물품의 형성 방법과 비교해, 비용을 감소시키며, 프로세서 제어를 향상시키며, 수리성을 증가시키며, 기계적 특성을 개선시키며, 고온 성능을 개선시키며, 결합 가능성을 증가시키며, 결합 품질을 증가시키며, 내구성을 증가시키며, 강도를 증가시키며, 공융 상을 감소시키며, 공극을 감소시키며, 또는 그 조합이 가능하다.

도 1을 참조하면, 하나의 실시예에서, 브레이징 시스템(100)은, 제1 표면(102); 제2 표면(104); 제1 표면(102)과 제2 표면(104) 사이에 배치된 간극(106); 간극(106) 내에 배치된 모세관 매트릭스(108); 및 이 모세관 매트릭스(108)와 접촉하게 배치된 브레이징 재료(110)를 포함한다. 모세관 매트릭스(108)는 복수의 모세관(114)을 형성하는 매트릭스 조직(112)을 포함한다.

도 2를 참조하면, 하나의 실시예에서, 브레이징 물품(200)은, 제1 표면(102); 제2 표면(104); 제1 표면(102)과 제2 표면(104) 사이에 배치된 간극(106); 간극(106) 내에 배치된 모세관 매트릭스(108); 및 브레이징 재료(110)를 포함한다. 모세관 매트릭스(108)는 복수의 모세관(114)을 형성하는 매트릭스 조직(112)을 포함하며, 브레이징 재료(110)는 복수의 모세관(114) 내에 배치되어 제1 표면(102)과 제2 표면(104)에 접촉한다. 브레이징 재료(110), 모세관 매트릭스(108), 제1 표면(102), 제2 표면(104) 및 간극(106)은 브레이징된 부분(202)을 형성한다.

브레이징된 부분(202)은 임의의 적절한 수준의 공극을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 브레이징된 부분은 약 20% 미만의 공극을 포함하며; 대안적으로는 약 15% 미만의 공극; 대안적으로는 약 10% 미만의 공극; 대안적으로는 약 7.5% 미만의 공극; 대안적으로는 약 5% 미만의 공극; 대안적으로는 약 2.5% 미만의 공극; 대안적으로는 약 2% 미만의 공극; 대안적으로는 약 1% 미만의 공극; 대안적으로는 약 0.5% 미만의 공극; 대안적으로는 약 0.1% 미만의 공극을 포함한다.

브레이징된 부분(202)은 공융 상이 실질적으로 없거나 대안적으로는 공융 상이 없을 수 있다. 하나의 실시예에서, "실질적으로 없다"라 함은 약 1% 미만의 공융 상을 가리키며; 대안적으로는 약 0.5% 미만의 공융 상; 대안적으로는 약 0.1% 미만의 공융 상; 대안적으로는 약 0.01% 미만의 공융 상; 대안적으로는 약 0.001% 미만의 공융 상을 가리킨다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 하나의 실시예(도 1 참조)에서는, 제1 표면(102)이 제1 물품(116)에 속하고 제2 표면(104)이 제2 물품(118)에 속하고, 제1 물품(116)은 제2 물품(118)에 결합되지 않고 별개의 것인 한편, 다른 실시예(도 2 참조)에서는 제1 표면(102) 및 제2 표면(104)이 단일 물품(204)에 속한다. 하나의 실시예에서, 제1 표면(102), 제2 표면(104) 및 간극(106)이 시일 슬롯을 구성한다. 다른 실시예에서, 그 시일 슬롯은 가스 터빈 시일 슬롯이다. 또 다른 실시예에서, 가스 터빈 시일 슬롯은 쉬라우드 시일 슬롯, 노즐(베인) 시일 슬롯 또는 전이 피스 시일 슬롯이다. 또 다른 실시예에서, 제1 표면(102), 제2 표면(104) 및 간극(106)이 기계 가공 채널을 구성한다. 다른 실시예에서, 기계 가공 채널은 물품으로부터 원하지 않는 피처의 제거에 의해 형성된다.

매트릭스 조직(112)은 가교(cross-linked) 금속 매트릭스(120)(도시함) 및 인터우븐(interwoven) 금속 매트릭스, 부직 금속 매트릭스 또는 그 조합을 비롯하여 그에 한정되지 않는 임의의 적절한 조직을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 복수의 모세관(114)은 서로 유체 연통한다.

매트릭스 조직(112)은, 약 150㎛ 이하의 기공 사이즈; 대안적으로는 약 100㎛ 이하; 대안적으로는 약 1㎛ 내지 약 100㎛; 대안적으로는 약 1㎛ 내지 약 100㎛; 대안적으로는 약 1㎛ 내지 약 40㎛; 대안적으로는 약 20㎛ 내지 약 60㎛; 대안적으로는 약 40㎛ 내지 약 80㎛; 대안적으로는 약 60㎛ 내지 약 100㎛; 대안적으로는 약 1㎛ 내지 약 20㎛; 대안적으로는 약 15㎛ 내지 약 35㎛; 대안적으로는 약 30㎛ 내지 약 50㎛; 대안적으로는 약 45㎛ 내지 약 65㎛; 대안적으로는 약 60㎛ 내지 약 80㎛; 대안적으로는 약 75㎛ 내지 약 100㎛의 기공 사이즈를 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 적절한 기공 사이즈를 포함할 수 있다.

모세관 매트릭스(108)는, 초합금, 니켈계 초합금, 코발트계 초합금, 철계 초합금, HTW 합금, NW 합금, 내화 합금, 철계 합금, 강 합금, 스테인리스강 합금, 코발트계 합금, 니켈계 합금, FSX 414, HASTALLOY X, GTD 111, GTD 222, HAYNES 188, HAYNES 230, INCONEL 600, INCONEL 625, INCONEL 738, INCONEL 939, MAR-M-247, MAR-M-509, Rene 108, Rene N5 또는 그 조합을 비롯하여 이들에 한정되는 않는 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다.

하나의 실시예에서, 제1 표면(102)과 제2 표면(104) 중 적어도 하나(대안적으로는 제1 표면(102)과 제2 표면(104) 모두)은 철계 합금, 강, 스테인리스강, 탄소강, 니켈계 합금, 코발트계 합금, 티타늄-알루미늄 합금, 초합금, 니켈계 초합금, 코발트계 초합금, 철계 초합금, HTW 합금, NW 합금, 내화 합금, GTD 111, GTD 222, GTD 444, INCONEL 100, INCONEL 738, INCONEL 939, MAR-M-247, Rene 108, Rene N5 또는 그 조합 중 적어도 하나를 각각 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 표면(102)과 제2 표면(104)은 모두 HTW 합금 또는 NW 합금을 포함한다.

브레이징 재료(110)는 임의의 적절한 조성을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 브레이징 재료(110)는 제1 재료를 포함한다. 제1 재료는 브레이징 합금, DF-4B, D15, MAR-M-509B, BNi-2, BNi-3, BNi-5, BNi-6, BNi-7, BNi-9, BNi-10 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 재료에 추가하여, 브레이징 재료(110)는 제2 재료를 더 포함한다. 제2 재료는 제1 재료보다 높은 용융점을 갖는 합금, HAYNES 188, HAYNES 230, L605, MAR-M-247, MAR-M-509, Rene 108 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 제1 재료와 제2 재료는 브레이징 재료(110)에 걸쳐, 균일하게 분포될 수 있거나, 대안적으로는 본질적으로 균일하게 분포될 수 있거나, 대안적으로 불균일하게 분포될 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "본질적으로 균일하게 분포"란 표현은 그 분포에서 10% 미만의 편차가 있음을 의미하는 한편, "불균일하게 분포"란 표현은 그 분포에서 10%보다 큰 편차를 나타낸다.

브레이징 재료(110)는 임의의 적절한 양의 제1 재료와 제2 재료를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 브레이징 재료(110)는 제2 재료 대 제1 재료의 중량비가 약 95:5 내지 약 20:80; 대안적으로는 약 90:10 내지 30:70; 대안적으로는 약 85:15 내지 35:65이다. 다른 실시예에서, 브레이징 재료(110)는, 브레이징 재료(110)의 약 3% 미만, 대안적으로는 브레이징 재료(110)의 약 2% 미만, 대안적으로는 브레이징 재료(110)의 약 1% 미만을 형성하는 불순물을 제외하고, 본질적으로 제1 재료와 제2 재료로 이루어진다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "BNi-2"는 약 3중량%의 철, 약 3.1중량%의 붕소, 약 4.5중량%의 규소, 약 7중량% 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "BNi-3"은 약 4.5중량%의 규소, 약 3중량%의 붕소 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "BNi-5"는 약 10중량%의 규소, 약 19중량%의 크롬 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "BNi-6"은 약 11중량%의 인 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "BNi-7"은 약 14중량%의 크롬, 약 10중량%의 인 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "BNi-9"는 약 15중량%의 크롬, 약 3중량%의 붕소 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "BNi-10"은 약 11.5중량%의 크롬, 약 3.5중량%의 규소, 약 2.5중량%의 붕소, 약 3.5중량%의 철, 약 0.5중량%의 탄소, 약 16중량%의 텅스텐 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "DF-4B"는 약 14중량%의 크롬, 약 10중량%의 코발트, 약 3.5중량%의 알루미늄, 약 2.5중량%의 탄탈룸, 약 2.75중량%의 붕소, 약 0.05중량%의 이트륨 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "D15"는 약 15중량%의 크롬, 약 10.25중량%의 코발트, 약 3.5중량%의 탄탈룸, 약 3.5중량%의 알루미늄, 약 2.3중량%의 붕소 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "FSX 414"는 약 29중량%의 크롬, 약 7%의 텅스텐, 약 10중량%의 니켈, 약 0.6중량%의 탄소 및 잔부로서 코발트의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "GTD 111"은 약 14중량%의 크롬, 약 9.5중량%의 코발트, 약 3.8중량%의 텅스텐, 약 4.9중량%의 티타늄, 약 3중량%의 알루미늄, 약 0.1중량%의 철, 약 2.8중량%의 탄탈룸, 약 1.6중량%의 몰리브덴, 약 0.1중량%의 탄소 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "GTD 222"는 약 23.5중량%의 크롬, 약 19중량%의 코발트, 약 2중량%의 텅스텐, 약 0.8중량%의 니오븀, 약 2.3중량%의 티타늄, 약 1.2중량%의 알루미늄, 약 1중량%의 탄탈룸, 약 0.25중량%의 규소, 약 0.1중량%의 망간 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "GTD 444"는 약 7.5중량%의 코발트, 약 0.2중량%의 철, 약 9.75중량%의 크롬, 약 4.2중량%의 알루미늄, 약 3.5중량%의 티타늄, 약 4.8중량%의 탄탈룸, 약 6%의 텅스텐, 약 1.5중량%의 몰리브덴, 약 0.5중량%의 니오븀, 약 0.2중량%의 규소, 약 0.15중량%의 하프늄 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "HASTELLOY X"는 약 22중량%의 크롬, 약 18중량%의 철, 약 9중량%의 몰리브덴, 약 1.5중량%의 코발트, 약 0.1중량%의 탄소, 약 0.6중량%의 텅스텐 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "HAYNES 188"은 약 22중량%의 크롬, 약 22중량%의 니켈, 약 0.1중량%의 탄소, 약 3중량%의 철, 약 1.25중량%의 망간, 약 0.35중량%의 규소, 약 14중량%의 텅스텐, 약 0.03중량%의 란타늄 및 잔부로서 코발트의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "HAYNES 230"은 약 22중량%의 크롬, 약 2중량%의 몰리브덴, 약 0.5중량%의 망간, 약 0.4중량%의 규소, 약 14중량%의 텅스텐, 약 0.3중량%의 알루미늄, 약 0.1중량%의 탄소, 약 0.02중량%의 란타늄 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "INCONEL 100"은 약 10중량%의 크롬, 약 15중량%의 코발트, 약 3중량%의 몰리브덴, 약 4.7중량%의 티타늄, 약 5.5중량%의 알루미늄, 약 0.18중량%의 탄소 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "INCONEL 600"은 약 15.5중량%의 크롬, 약 8중량%의 철, 약 1중량%의 망간, 약 0.5중량%의 구리, 약 0.5중량%의 규소, 약 0.15중량%의 탄소 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "INCONEL 625"는 약 21.5%중량%의 크롬, 약 5중량%의 철, 약 9중량%의 몰리브덴, 약 3.65중량%의 니오븀, 약 1중량%의 코발트, 약 0.5중량%의 망간, 약 0.4중량%의 알루미늄, 약 0.4중량%의 티타늄, 약 0.5중량%의 규소, 약 0.1중량%의 탄소 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "INCONEL 738"은 약 0.17중량%의 탄소, 약 16중량%의 크롬, 약 8.5중량%의 코발트, 약 1.75중량%의 몰리브덴, 약 2.6중량%의 텅스텐, 약 3.4중량%의 티타늄, 약 3.4중량%의 알루미늄, 약 0.1중량%의 지르코늄, 약 2중량%의 니오븀 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "INCONEL 939"는 약 0.15중량%의 탄소, 약 22.5중량%의 크롬, 약 19중량%의 코발트, 약 2중량%의 텅스텐, 약 3.8중량%의 티타늄, 약 1.9중량%의 알루미늄, 약 1.4중량%의 탄탈룸, 약 1중량%의 니오븀 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "L605"는 약 20중량%의 크롬, 약 10%의 니켈, 약 15중량%의 텅스텐, 약 0.1중량%의 탄소 및 잔부로서 코발트의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "MAR-M-247"은 약 5.5중량%의 알루미늄, 약 0.15중량%의 탄소, 약 8.25중량%의 크롬, 약 10중량%의 코발트, 약 10중량%의 텅스텐, 약 0.7중량%의 몰리브덴, 약 0.5중량%의 철, 약 1중량%의 티타늄, 약 3중량%의 탄탈룸, 약 1.5중량%의 하프늄 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "MAR-M-509"는 약 24중량%의 크롬, 약 10중량%의 니켈, 약 7중량%의 텅스텐, 약 3.5중량%의 탄탈룸, 약 0.5중량%의 지르코늄, 약 0.6중량%의 탄소 및 잔부로서 코발트의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "MAR-M-509B"는 약 23.5중량%의 크롬, 약 10중량%의 니켈, 약 7중량%의 텅스텐, 약 3.5중량%의 탄탈룸, 약 0.45중량%의 지르코늄, 약 2.9중량%의 붕소, 약 0.6중량%의 탄소, 약 0.2중량%의 티타늄 및 잔부로서 코발트의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "Rene 108"은 약 8.4중량%의 크롬, 약 9.5중량%의 코발트, 약 5.5중량%의 알루미늄, 약 0.7중량%의 티타늄, 약 9.5중량%의 텅스텐, 약 0.5중량%의 몰리브덴, 약 3중량%의 탄탈룸, 약 1.5중량%의 하프늄 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "Rene N5"는 약 7.5중량%의 코발트, 약 7.0중량%의 크롬, 약 6.5중량%의 탄탈룸, 약 6.2중량%의 알루미늄, 약 5.0중량%의 텅스텐, 약 3.0중량%의 레늄, 약 1.5중량%의 몰리브덴, 약 0.15중량%의 하프늄 및 잔부로서 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

간극(106)은 임의의 적절한 간극 폭(122)을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 간극 폭(122)은 약 0.03인치 내지 약 0.5인치; 대안적으로는 약 0.03인치 내지 약 0.25인치; 대안적으로는 약 0.1인치 내지 약 0.35인치; 대안적으로는 약 0.2인치 내지 약 0.5인치; 대안적으로는 약 0.03인치 내지 약 0.1인치; 대안적으로는 약 0.1인치 내지 약 0.2인치; 대안적으로는 약 0.2인치 내지 약 0.3인치; 대안적으로는 약 0.3인치 내지 약 0.4인치; 대안적으로는 약 0.4인치 내지 약 0.5인치; 대안적으로는 약 0.5인치 미만; 대안적으로는 약 0.45인치 미만; 대안적으로는 약 0.03인치; 대안적으로는 약 0.05인치일 수 있다.

하나의 실시예에서, 브레이징 물품(200)을 형성하는 방법은, 제1 표면(102)과 제2 표면(104) 사이의 간극(106) 내에 모세관 매트릭스(108)를 배치하는 단계; 모세관 매트릭스(108)의 복수의 모세관(114) 내로 브레이징 재료(110)를 주입하는 단계; 및 브레이징 재료(110)를 제1 표면(102) 및 제2 표면(104)과 접촉시켜 브레이징된 부분(202)을 형성하는 단계를 포함한다.

간극(106) 내에 모세관 매트릭스(108)를 배치하는 단계는 간극(106) 내로 모세관 매트릭스(108)를 압입하는 것을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 간극(106) 내로 모세관 매트릭스(108)를 압입하는 것은 모세관 매트릭스 폭(124)이 간극 폭(122)으로부터 약 0.004인치 마이너스 내지 약 0.01인치 플러스 범위 내; 대안적으로는 간극 폭(122)으로부터 약 0.002인치 마이너스 내지 약 0.008인치 플러스 범위 내; 대안적으로는 간극 폭(122)으로부터 약 0.001인치 마이너스 내지 약 0.007인치 플러스 범위 내에 있는 모세관 매트릭스(108)를 포함한다.

복수의 모세관(114) 내로 브레이징 재료(110)를 주입하는 단계는, 복수의 모세관(114)들 간의 유체 연통을 통한 순차적 모세관 작용에 의해 브레이징 재료(110)를 모세관 매트릭스(108)를 통해 빨아들이는 것을 포함할 수 있다. 복수의 모세관(114) 내로 브레이징 재료(10)를 주입하는 단계는 중력의 도움을 포함한다.

하나의 실시예에서, 상기 브레이징된 부분(202)을 형성하는 것은 약 15% 미만의 공극, 대안적으로는 약 10% 미만의 공극; 대안적으로는 약 7.5% 미만의 공극; 대안적으로는 약 5% 미만의 공극; 대안적으로는 약 2.5% 미만의 공극; 대안적으로는 약 2% 미만의 공극; 대안적으로는 약 1% 미만의 공극; 대안적으로는 약 0.5% 미만의 공극; 대안적으로는 약 0.1% 미만의 공극을 형성하는 것을 포함한다. 다른 실시예에서, 브레이징된 부분(202)을 형성하는 것은 브레이징된 부분(202)에 공융 상을 실질적으로 형성하지 않는 것이거나, 브레이징된 부분에 공융 상을 형성하지 않는 것일 수 있다.

본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어 질 수 있고, 등가물이 그 구성 요소들을 대체할 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 게다가, 본 발명의 근본적인 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 재료를 맞추도록 수많은 수정이 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 발명을 실시하는 데에 있어 고려되는 최선의 형태로서 개시한 특정 실시예에 본 발명이 한정되지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구 범위의 보호 범위 내에 포함되는 모든 실시예를 포함하도록 한 것이다.

Claims

브레이징 시스템(100)으로서:
제1 표면(102);
제2 표면(104);
상기 제1 표면(102)과 상기 2 표면(104) 사이에 배치된 간극(106);
상기 간극(106) 내에 배치된 모세관 매트릭스(108)로서, 복수의 모세관(114)을 형성하는 매트릭스 조직(112)을 포함하는 모세관 매트릭스(108); 및
상기 모세관 매트릭스(108)와 접촉하게 배치된 브레이징 재료(110)
를 포함하는 브레이징 시스템.
제1항에 있어서, 상기 매트릭스 조직(112)은 가교(cross-linked) 금속 매트릭스(120)를 포함하는 것인 브레이징 시스템.
제2항에 있어서, 상기 매트릭스 조직(112)은 100㎛ 이하의 기공 사이즈를 포함하는 것인 브레이징 시스템.
제2항에 있어서, 상기 모세관 매트릭스(108)는, 초합금, 니켈계 초합금, 코발트계 초합금, 철계 초합금, 난용접 합금, 불용접 합금, 내화 합금, 철계 합금, 강 합금, 스테인리스강 합금, 코발트계 합금, 니켈계 합금, FSX 414, GTD 111, GTD 222, HASTALLOY X, HAYNES 188, HAYNES 230, INCONEL 600, INCONEL 625, INCONEL 738, INCONEL 939, MAR-M-247, MAR-M-509, Rene 108, Rene N5 또는 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것인 브레이징 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 표면(102)과 제2 표면(104) 중 적어도 하나는 난용접 합금 또는 불용접 합금을 포함하는 것인 브레이징 시스템.
제1항에 있어서, 상기 브레이징 재료는, 브레이징 합금, DF-4B, D15, MAR-M-509B, BNi-2, BNi-3, BNi-5, BNi-6, BNi-7, BNi-9, BNi-10 또는 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 제1 재료를 포함하는 것인 브레이징 시스템.
제6항에 있어서, 제2 재료를 더 포함하며, 이 제2 재료는, 상기 제1 재료보다 높은 용융점을 갖는 합금, HAYNES 188, HAYNES 230, L605, MAR-M-247, MAR-M-509, Rene 108 또는 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 브레이징 재료(100)는 약 95:5 내지 약 20:80의 상기 제2 재료 대 상기 제1 재료의 중량비를 포함하는 것인 브레이징 시스템.
제1항에 있어서, 상기 간극(106)은 약 0.03인치 내지 약 0.5인치의 간극 폭(122)을 포함하는 것인 브레이징 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 표면(102), 제2 표면(104) 및 간극(106)이 시일 슬롯을 구성하는 것인 브레이징 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 표면(102), 제2 표면(104) 및 간극(106)이 기계 가공 채널을 구성하는 것인 브레이징 시스템.
브레이징 물품(200)으로서:
제1 표면(102);
제2 표면(104);
상기 제1 표면(102)과 상기 2 표면(104) 사이에 배치된 간극(106);
상기 간극(106) 내에 배치되는 모세관 매트릭스(108)로서, 복수의 모세관(114)을 형성하는 매트릭스 조직(112)을 포함하는 모세관 매트릭스(108); 및
상기 복수의 모세관(114) 내에 배치되어 상기 제1 표면(102)과 상기 제2 표면(104)에 접촉하는 브레이징 재료(110)
를 포함하며, 상기 브레이징 재료(110), 모세관 매트릭스(108), 제1 표면(102), 제2 표면(104) 및 간극(106)은 브레이징된 부분(202)을 형성하며,
상기 브레이징된 부분(202)은 약 20% 미만의 공극을 포함하는 것인 브레이징 물품.
브레이징 물품(200)을 형성하는 방법으로서:
제1 표면(102)과 제2 표면(102) 사이의 간극(106) 내에, 복수의 모세관(114)을 형성하는 매트릭스 조직(112)을 포함한 모세관 매트릭스(108)를 배치하는 단계; 및
상기 복수의 모세관(114) 내로 브레이징 재료(110)를 주입하고 상기 브레이징 재료(110)를 상기 제1 표면(102) 및 제2 표면(104)과 접촉시켜 브레이징된 부분(202)을 형성하는 단계
를 포함하는 것인 방법.
제12항에 있어서, 상기 복수의 모세관(114) 내로 브레이징 재료(110)를 주입하는 것은, 상기 복수의 모세관(114)들 간의 유체 연통을 통한 순차적 모세관 작용에 의해 상기 브레이징 재료(110)를 상기 모세관 매트릭스(108)를 통해 빨아들이는 것을 포함하는 것인 방법.
제12항에 있어서, 상기 브레이징 부분(202)을 형성하는 것은 약 20% 미만의 공극을 형성하고 공융 상(eutectic phase)을 실질적으로 형성하지 않는 것인 방법.
제12항에 있어서, 상기 간극(106) 내에 상기 모세관 매트릭스(108)를 배치하는 것은 상기 간극(106) 내에 상기 모세관 매트릭스(108)를 압입하는 것을 포함하며, 상기 모세관 매트릭스(108)는 간극 폭(122)으로부터 약 0.002인치 마이너스 내지 약 0.008인치 플러스 범위 내의 모세관 매트릭스 폭(124)을 포함하는 것인 방법.