KR20210125030A - 마멸가능 재료를 포함하는 허니콤 구조체 - Google Patents

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라그하벤드라 라오 아드하라푸라푸
에클라브야 칼라
서린더 싱 파블라
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Abstract

다양한 실시예는 마멸가능 재료를 포함하는 허니콤 구조체, 및 마찰 손상을 감소시키기 위해 그러한 허니콤 구조체를 가스 터빈 엔진의 강철 구성요소에 적용하는 방법을 포함한다. 특정 실시예는 각각의 셀이 공극을 둘러싸는 셀 벽을 포함하는 복수의 셀들, 및 복수의 셀들의 각각의 셀의 공극 내의 마멸가능 재료를 포함하고, 마멸가능 재료가 금속 합금 및 중공 입자들을 포함하는, 허니콤 구조체를 포함한다.

Description

마멸가능 재료를 포함하는 허니콤 구조체
본 발명은 대체적으로 허니콤 구조체 및 마멸가능 재료에 관한 것이며, 더 구체적으로는, 마찰 손상(rub damage)을 감소시키기 위해 가스 터빈 엔진의 강철 구성요소에 적용되는 마멸가능(abradable) 재료를 포함하는 허니콤 구조체에 관한 것이다.
기술분야
종래에서와 같이, 마멸가능 재료는 회전 기계 내의 가동 부품과 고정 부품 사이에 사용되어, 부품들 중 하나가 마멸가능 재료 내로 홈을 절삭하거나 그와 마찰하도록 한다. 가스 터빈 엔진에서, 마멸가능 재료는 보통 고정 케이스(예컨대, 슈라우드) 상에 배치되고, 회전 블레이드가 마멸가능 재료 내로 홈을 절삭/마찰한다. 이는 열 성장 및 블레이드 크리프(blade creep)의 조절을 허용한다. 그러나, 가스 터빈 엔진의 슈라우드가 베이스 재료로서 스테인리스강을 포함하는 경우, 강철 슈라우드와 종래의 마멸가능 재료 사이의 열팽창 계수(CTE)의 증가된 부정합이 효과적인 마멸가능 시스템을 제공하기 위해 해결될 필요가 있다. 이러한 종래의 마멸가능 시스템은 가스 터빈 엔진의 고온, 큰 가스 유동 및 산화되기 쉬운 환경을 처리하지 못한다.
마멸가능 재료를 포함하는 허니콤 구조체 및 터빈 엔진의 강철 부품에 대한 마찰 손상을 감소시키는 방법이 개시된다. 본 발명의 제1 태양에서, 허니콤 구조체는 각각의 셀이 공극을 둘러싸는 셀 벽을 포함하는 복수의 셀들; 및 복수의 셀들의 각각의 셀의 공극 내의 마멸가능 재료를 포함하고, 마멸가능 재료는 적어도 하나의 금속 합금 및 복수의 중공 입자들을 포함하고, 적어도 하나의 금속 합금은 브레이즈 합금(braze alloy)을 포함하고, 복수의 중공 입자들은 플라이 애시 입자들을 포함한다.
본 발명의 제2 태양에서, 허니콤 구조체는 각각의 셀이 공극을 둘러싸는 셀 벽을 포함하는 복수의 셀들; 및 복수의 셀들의 각각의 셀의 공극 내의 마멸가능 재료를 포함하고, 마멸가능 재료는 적어도 하나의 금속 합금 및 복수의 중공 입자들을 포함하며, 적어도 하나의 금속 합금은 MCrAlY-NiAlx를 포함하고, 여기서 M은 Fe, Co 및 Ni 중 하나 이상이고, x는 20% 이상이고, 복수의 중공 입자들은 산화아연, 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화세륨, 및 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 제3 태양에서, 터빈 엔진을 위한 적어도 하나의 강철 부품에 대한 마찰 손상을 감소시키는 방법은 금속 마멸재 충전된 허니콤 구조체를 마찰을 받기 쉬운 위치 내의 적어도 하나의 강철 부품에 적용하는 단계를 포함하고, 허니콤 구조체는 복수의 셀들을 포함하고, 복수의 셀들의 각각의 셀은 공극을 둘러싸는 셀 벽을 포함하고, 금속 마멸재는 적어도 하나의 금속 합금 및 복수의 중공 입자들을 포함하고 복수의 셀들의 각각의 셀의 공극들을 충전한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징부는 본 발명의 다양한 실시예를 도시하는 첨부 도면과 함께 취해진 본 발명의 다양한 태양들의 하기의 상세한 설명으로부터 더욱 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 케이싱/슈라우드에 매우 근접한 블레이드를 포함하는 가스 터빈 엔진의 일부분의 개략 절결도이다.
도 2는 마찰 후의 블레이드 마모 및 슈라우드 컷을 개략적으로 도시한다.
도 3은 허니콤 구조체를 도시한다.
본 발명의 도면이 반드시 축척대로 그려진 것은 아님에 유의한다. 도면은 본 발명의 전형적인 태양만을 도시하도록 의도되고, 따라서 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 도면들 사이의 동일한 요소를 나타낸다.
본 발명은 대체적으로 허니콤 구조체 및 마멸가능 재료에 관한 것이며, 더 구체적으로는, 마찰 손상을 감소시키기 위해 가스 터빈 엔진의 강철 구성요소에 적용되는 마멸가능 재료를 포함하는 허니콤 구조체에 관한 것이다. 전술된 바와 같이, 가스 터빈 엔진의 슈라우드가 베이스 재료로서 스테인리스강을 포함하는 경우, 강철 슈라우드와 종래의 마멸가능 재료 사이에 열팽창 계수(CTE)의 증가된 부정합이 있다. 또한 전술된 바와 같이, CTE 부정합 우려에 더하여, 종래의 마멸가능 시스템은 가스 터빈 엔진의 고온, 큰 가스 유동 및 산화되기 쉬운 환경을 처리하지 못한다.
본 발명의 다양한 태양은, 종래의 스테인리스강 부품과 연관된 언급된 CTE 부정합 문제를 다루고 심지어 큰 가스 유동(대략 1725 lb/초)에서도 고온 능력(≥ 1620℉)을 여전히 유지하면서 저비용 재료를 사용하는 마멸가능 재료를 갖는 허니콤 구조체를 포함한다. 본 발명의 추가의 태양은 허니콤 자체의 산화를 감소 및/또는 방지하기 위한 접근법을 포함한다. 따라서, 종래의 접근법과 비교할 때, 본 발명의 허니콤 구조체를 이용함으로써, 강철 엔진 부품의 손상(예컨대, 마찰 손상) 및 산화가 감소될 수 있다. 또한, 손상 및 산화에 대한 감소된 민감성(susceptibility)은 본 발명의 허니콤 구조체를 이용하는 강철 엔진 부품의 더 긴 기대 수명에 기여한다.
도 1은 중심축(또는 주축)을 중심으로 회전하도록 구성된 블레이드(110), 및 블레이드(110)에 인접한 고정 케이싱 섹션(120)(예컨대, 슈라우드)을 포함하는 가스 터빈 엔진(100)의 섹션을 도시한다. 열 성장 및 블레이드 크리프를 조절하기 위한 수단 없이, 블레이드 마모가공(wearing) 및 슈라우드 절삭가공 중 하나 또는 둘 모두가 일어날 수 있다 - 이는 도 2에 개략적으로 도시되어 있음. 도 2에 도시된 좌측 다이어그램("마찰 전") 및 수평 파선은 마찰가공 및 블레이드 마모가공/슈라우드 절삭가공이 일어나기 전에 블레이드(110)와 슈라우드(120) 사이의 클리어런스(clearance)를 도시한다. 우측 다이어그램("마찰 후")은 마찰가공 후의 블레이드 마모 갭(210) 및 슈라우드 컷(220)을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 블레이드 마모 갭(210) 및 슈라우드 컷(220)은 블레이드(110)와 슈라우드(120) 사이의 원래의 클리어런스(수평 파선으로 표시됨)를 현저하게 증가시킨다. 이러한 증가된 클리어런스는 엔진(100)(도 1)의 전체 성능을 감소시킬 수 있는 원치 않는 갭 및 기류 누설을 야기할 수 있다.
허니콤 구조체는 클리어런스 제어 목적을 위해 사용될 수 있다. 종래의 허니콤 구조체는 마찰가공/절삭가공이 일어날 때 과도한 마찰 열 및/또는 마모를 방지하기 위해 중간에 공기 갭(공극)을 갖는 금속 셀 벽을 전형적으로 포함하는 다수의 육각형 형상의 셀을 갖는다. 그러나, 각각의 허니콤 셀 내의 공기 갭은 공기역학적 손실의 공급원인 항공기 난기류(aero-turbulence)(예컨대, 회전 와류)를 생성할 수 있다. 따라서, 허니콤 셀을 마멸가능 재료로 충전하는 것은 그것이 그러한 공기역학적 손실을 제거할 수 있는 한편 허니콤 셀 벽이 구조적 완전성을 제공할 수 있다는 점에서 유익할 수 있다. 마멸가능 재료로 충전된 허니콤 구조체의 다양한 태양이 도 3을 참조하여 아래에서 논의된다.
본 발명의 태양에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 셀(320)을 포함하는 허니콤 구조체(300)가 제공된다. 각각의 셀(320)은 공극(310)을 둘러싸는 셀 벽(330)을 갖는다. 각각의 셀(320)은 셀 크기(때때로, 높이로 지칭됨) "h"를 포함한다. 셀 크기/높이(h)는 1/8", 3/16", 1/4" 및 3/8"(각각, 밀리미터로는: 3.175, 4.7625, 6.35 및 9.525)와 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 크기를 포함할 수 있다. 다양한 태양에서, 셀 벽(330)은 금속성이며, 니켈계 합금과 같은 금속 합금을 포함할 수 있다. 그러나, 다양한 태양에서, 종래의 접근법과 비교할 때 내산화성 및/또는 산화 방지를 개선하기 위하여, 셀 벽(330)에는 알루미늄 코팅이 제공될 수 있다.
공기역학적 손실을 감소시키거나 방지하기 위하여, 다양한 태양에 따르면, 셀(320) 내의 공극(310)은 마멸가능 재료로 충전된다. 마멸가능 재료는 적어도 하나의 금속 합금 및 복수의 중공 입자들을 포함할 수 있다. 마멸가능 재료의 금속 합금은 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 및 코발트(Co) 중 임의의 둘 이상을 포함할 수 있다. 그러한 금속 합금의 비제한적인 예에는 브레이즈 합금 또는 MCrAlY-NiAlx가 포함되며, 여기서 M은 Fe, Co 및 Ni 중 하나 이상이고, x는 20% 이상이다. 마멸가능 재료의 중공 입자는 중공 플라이 애시 입자 및 중공 세라믹 입자를 포함할 수 있다. 중공 세라믹 입자는 산화아연, 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화세륨 및 하이드록시아파타이트의 중공 구체를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다.
주로 Al2O3 및 SiO2로 제조되는 중공 플라이 애시 입자에 관련하여, 그러한 입자는 저비용 충전제라는 이점을 갖는다. 이와 같이, 본 발명의 일 태양은 셀(320)의 공극(310)을 활성 브레이즈 합금에 의해 함께 유지되는 중공 플라이 애시 입자를 포함하는 마멸가능 재료로 충전하는 것을 포함한다. 예를 들어, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 하프늄(Hf)과 같은 활성 원소를 함유하는 활성 브레이즈 합금은, 그러한 셀 벽이 산화알루미늄, 산화크롬 및 산화규소와 같은 산화물을 포함하더라도, 셀(320)의 셀 벽(330)과 같은 금속 표면을 습윤시켜 그와 접합할 수 있다. 브레이즈 합금은, 예를 들어 고온 니켈계 활성 브레이즈 합금일 수 있다. Ni계 브레이즈 합금의 비제한적인 예는 Ni-7Cr-4.5Si-3Fe-3.2B-(0.5-10)Ti, 또는 더 구체적으로는 Ni-7Cr-4.5Si-3Fe-3.2B-4.5Ti이며, 여기서 숫자는 중량%를 나타내고 나머지는 니켈(Ni)이다. 그러한 Ni계 브레이즈 합금은, 활성 원소와 입자, 예컨대 세라믹 입자와의 반응으로 인해, 세라믹 입자를 비롯한 중공 입자와 같은 마멸가능 입자에 금속을 결합시킬 수 있다. 추가적으로, 브레이즈 합금은 붕소(B)를 함유할 수 있다. 붕소(B)가 브레이즈 합금에 존재하는 경우, 붕소(B)는, 예를 들어 산화규소 세라믹과 반응하고 접합되어 다양한 붕소-규산염 유리 상을 형성하여, 따라서 브레이즈와 세라믹 입자 사이의 접착을 개선할 수 있다. 브레이즈 합금의 조성물은 선택된 브레이즈 합금이 900℃ 내지 1200℃ 범위 내의 브레이징 온도를 갖도록 선택될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 중공 플라이 애시 입자 및 브레이즈 합금을 포함하는 마멸가능 재료의 제조, 및 뒤이은 허니콤 구조체의 충전이 다음과 같이 개시된다. 브레이즈 합금은 중공 플라이 애시 입자와 (예컨대, 원심력에 의해) 혼합될 수 있으며, 유기 결합제(예를 들어, 특수 등급 유기 결합제)가 혼합물에 첨가될 수 있다. 유기 결합제(들)는 브레이징 온도 아래에서 분해되어, 이에 의해 잔류물을 남기지 않고 깨끗한 브레이즈 조인트를 허용하도록 선택될 수 있다. 적절한 브레이징(아래에서 논의됨)을 보장하기 위하여, 혼합물에 사용되는 브레이즈 합금은 바람직하게는 중공 플라이 애시 입자와 완전히 접촉하기 위하여 분말 형태이다. 최적 혼합 부피비가 입자 크기에 기초하여 선택될 수 있기 때문에, 325 메시(< 45 마이크로미터 입자 크기)가 브레이즈 분말에 사용될 수 있다. 결과적인 혼합물은 페이스트의 형태일 수 있으며, 이는 이어서 허니콤 구조체(300)의 공극(310) 내로 충전될 수 있고, 이때 셀 벽(330)은 혼합물을 함유한다(도 3). 전술된 바와 같이, 허니콤 구조체(300)의 셀 벽(330)에는 충전 전에 알루미늄 코팅이 제공될 수 있다.
다양한 태양에서, 충전 후에, 충전된 허니콤 구조체는 열처리된다. 열처리는 2개의 단계, 즉 유기 결합제를 연소시키는 하나의 단계 및 브레이즈 합금을 용융시켜 그것이 허니콤 구조체의 셀 벽뿐만 아니라 마멸가능 재료의 입자에 접합되도록 하는 다음 단계로 수행될 수 있다. 그러한 열처리는, 허니콤의 셀 내에 안치되고 그리고 예를 들어 120 밀 내지 200 밀(1 밀= 1/1000 인치)의 범위일 수 있는 선택된 두께를 갖는 결과적인 마멸가능 재료를 생성한다. 결과적인 마멸가능 재료는, 그 내부에 사용되는 재료의 성질 및 그 내부에 혼입된 다공성 둘 모두에 기인하는 연마성을 갖는다. 다공성은 중공 입자로 인한 것이고, 따라서 마멸가능 재료의 금속 합금에 기공 형성제가 첨가되도록 요구하지 않으며, 또한 기공없는 금속 합금의 사용을 가능하게 한다.
충전된 허니콤 구조체의 다른 예시적인 실시예에서, 금속 합금은 MCrAlY(여기서, M은 Fe, Ni 및/또는 Co임)일 수 있으며, 이때 NiAlx(x ≥ 20%)가 취성 상(brittle phase)으로서 여기에 첨가되며, 중공 입자는 산화아연의 중공 구체일 수 있다. 이러한 실시예에서, 산화아연은 총 마멸가능 재료의 22 중량% 초과를 구성하고, 결과적인 허니콤 구조체의 개선된 연마성에 기여한다. 산화아연 중공 구체는 마멸가능 재료의 대략 40 중량%를 차지할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 마멸가능 재료로 충전되기 전에 허니콤 구조체(300)의 셀 벽(330)에는 알루미늄 코팅이 제공될 수 있다. 전술된 실시예와 유사하게, 허니콤의 셀 내에 안치되는 결과적인 마멸가능 재료는, 예를 들어 120 밀 내지 200 밀의 범위일 수 있는 선택된 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 복수의 셀을 포함하는 허니콤 구조체가 있으며, 여기서 각각의 셀은 공극을 둘러싸는 셀 벽을 포함하고, 셀 벽은 상기에 논의된 마멸가능 재료들 중 임의의 것을 포함한다. 다시 말하면, 마멸가능 재료는 허니콤 구조체 자체의 셀의 셀 벽을 형성하도록 패턴화되며, 허니콤 구조체는 여전히 내부에 공극을 갖거나 또는 내부에 마멸가능 재료로 충전된 공극을 갖는다.
언급된 마멸가능 재료를 포함하는 본 발명의 상기 논의된 허니콤 구조체는, 모두가 큰 가스 유동(예컨대, 1725 lb/초)에서 고온 능력(예컨대, ≥ 1620℉)을 여전히 유지하면서, 예를 들어 강철 슈라우드와 마멸가능 재료 사이의 종래의 CTE 부정합 문제를 해소할 뿐만 아니라 저비용 재료(예컨대, 중공 플라이 애시 입자)를 사용할 수 있다. 추가로, 종래의 구조체와 관련하여 고려할 때, 허니콤 자체의 산화 감소 및/또는 산화 방지가 제공될 수 있다(예컨대, 알루미나이드화되는 경우). 본 발명의 허니콤 구조체의 이들 특징부 모두는 종래의 접근법 및 결과적인 구조체와 비교할 때, 그러한 허니콤을 이용하는 엔진 부품의 더 긴 기대 수명에 기여한다.
본 발명의 추가의 태양은, 304 등급 및 310 등급 스테인리스강과 같은 스테인리스강 부품을 포함하는, 터빈 엔진을 위한 적어도 하나의 강철 부품에 대한 마찰 손상을 감소시키는 방법을 포함한다. 그러한 방법은, 예를 들어, 상기에 논의된 금속 마멸재 충전된 허니콤 구조체를, 마찰을 받기 쉬운 위치 내의 강철 부품에 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 충전된 허니콤 구조체의 적용은 금속 마멸재를 강철 부품의 표면에 접합하는 단계를 포함할 수 있다. 금속 마멸재를 허니콤 구조체의 셀 벽에 접합하는 것은 금속 마멸재를 강철 부품의 표면에 접합하기 전에 또는 그와 동시에 일어날 수 있다. 허니콤 구조체의 충전 및 금속 마멸재의 접합은 다음과 같이 수행될 수 있다.
상기에 논의된 바와 같이, 허니콤 구조체는 복수의 셀을 포함하며, 복수의 셀은 전형적으로 서로 규칙적으로 이격되고, 전형적으로 특정 셀 크기(때때로 높이 "h"로 지칭됨 - 도 3 참조)를 갖는 육각형 형상이다. 복수의 셀은 또한 전형적으로 특정 셀 벽 두께 및 특정 깊이(때때로 허니콤 두께로 지칭됨)를 갖는다. 따라서, 주어진 셀에 의해 점유되는 부피는 용이하게 추정될 수 있다. 따라서, 미리결정된 양의 오버플로우와 함께 허니콤 구조체의 각각의 셀을 충전하는 데 필요한 부피가 또한 용이하게 결정될 수 있다. 그러한 부피를 알면, 주입기에 마멸가능 재료의 미리결정된 양의 슬러리가 공급되는 수동 또는 자동화된 시스템이 슬러리를 허니콤 구조체의 셀 내로 분배하는 데 사용될 수 있다. 슬러리의 점도는 마멸가능 재료의 개별 성분의 부피 및/또는 중량을 고려하여 조정될 수 있다. 자동화된 시스템이 이용되는 실시예에서, 시스템은 각각의 개별 허니콤 셀 내로 분배되는 슬러리의 양을 제어하도록 프로그래밍될 수 있고, 셀들이 미리결정된 부피까지 충전되는 것을 보장하기 위해 하나의 셀로부터 다음 셀로 이동하도록 추가로 프로그래밍될 수 있다.
금속 브레이즈 합금을 포함하는 마멸가능 재료의 경우에, 결과적인 브레이즈 조인트의 연속 메시를 제공하기 위해 최소 8 내지 12 부피%의 금속 브레이즈 합금이 금속 브레이즈 입자들 사이의 연속적인 접촉을 보장하는 데 사용될 수 있다. 브레이즈 합금에 의한 세라믹 매체(예컨대, 중공 플라이 애시 입자)의 습윤성에 따라, 그리고 또한 마멸재의 원하는 궁극적인 특성을 고려하면, 금속 브레이즈 합금의 부피%는 대략 75 부피% 만큼 증가될 수 있다. 허니콤 구조체의 충전 후에, 전체 충전된 허니콤 구조체는 적어도 10-3 mbar 진공을 갖는 진공로 내에서 브레이징될 수 있다. 브레이징 후에, 브레이징된 구조체는 충전된 허니콤 셀이 허니콤 셀 벽 높이와 동일 높이에 있도록 줄로 깎여질(file down) 수 있다. 원하는 경우, 브레이징된 구조체는, 예컨대 터빈 엔진을 위한 강철 부품 내로 통합되기 전에 추가의 열처리 사이클을 거칠 수 있다.
마찰 손상을 감소시키기 위한 본 발명의 방법은, 종래의 접근법과 비교할 때, 큰 가스 유동(예를 들어, 1725 lb/초)에서도 고온 능력(예컨대, ≥ 1620℉)을 여전히 유지하면서, 그리고 일부 경우에 그렇게 함에 있어서 저비용 재료(예컨대, 중공 플라이 애시 입자)를 이용하면서, 스테인리스강 부품을 포함하는 터빈 엔진용 부품에 대한 마찰 손상을 감소시킬 수 있다. 따라서, 종래의 접근법과 비교할 때, 본 발명의 방법은 부품의 더 긴 기대 수명을 가능하게 하며, 이는 결국 제조 비용, 작동 비용 및 수리 비용과 같은 가스 터빈 엔진과 연관된 전체 비용을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 의도는 아니다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 문맥상 명백히 달리 지시하지 않는 한 복수의 형태를 또한 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 특징부, 정수, 단계, 작동, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는 것을 추가로 이해할 것이다.
발명의 상세한 설명 및 청구범위 전체에 걸쳐 본 명세서에 사용되는 바와 같은 근사화 표현은 그가 관련된 기본적인 기능의 변화를 초래하지 않고서 허용가능하게 변할 수 있는 임의의 정량적 표현을 수정하는 데 적용될 수 있다. 따라서, "약", "대략" 및 "실질적으로"와 같은 용어 또는 용어들에 의해 수식된 값은 명시된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 적어도 일부 경우에, 근사화 표현은 값을 측정하기 위한 기기의 정밀도에 상응할 수 있다. 여기서 그리고 발명의 상세한 설명 및 청구범위 전체에 걸쳐서, 범위 한계들은 조합 및/또는 상호교환될 수 있고, 그러한 범위들은 식별되고, 문맥이나 표현이 달리 나타내지 않는 한 그 안에 포함된 모든 하위 범위들을 포함한다. 일정 범위의 특정 값에 적용되는 바와 같은 "대략"은 둘 모두의 값에 적용되고, 달리 값을 측정하는 기구의 정밀도에 의존하지 않는 한, 언급된 값(들)의 +/- 10%를 나타낼 수 있다. "실질적으로"는 주로, 대부분, 전체적으로 특정된 또는 임의의 약간의 편차를 지칭하며, 이는 본 발명의 동일한 기술적 이익을 제공한다.
이하의 청구범위에서의 모든 수단 또는 단계 플러스 기능 요소의 대응하는 구조, 재료, 작용, 및 등가물은, 구체적으로 청구되는 바와 같은 다른 청구된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료, 또는 작용을 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 설명은, 예시 및 설명의 목적을 위해 제시되었지만, 개시된 형태로 본 발명을 총망라하거나 그로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 많은 변형 및 수정이, 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해, 그리고 다른 당업자가 예상되는 특정 용도에 적합하게 되는 바와 같은 다양한 변형을 갖는 다양한 실시예에 대해 본 발명을 이해하는 것을 가능하게 하기 위해, 실시예들이 선택되고 설명되었다.

Claims (20)

  1. 허니콤 구조체로서,
    각각의 셀이 공극을 둘러싸는 셀 벽을 포함하는 복수의 셀들; 및
    상기 복수의 셀들의 각각의 셀의 공극 내의 마멸가능(abradable) 재료를 포함하고, 상기 마멸가능 재료는 적어도 하나의 금속 합금 및 복수의 중공 입자들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 금속 합금은 브레이즈 합금(braze alloy)을 포함하고, 상기 복수의 중공 입자들은 중공 플라이 애시 입자들을 포함하는, 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 브레이즈 합금은 900℃ 내지 1200℃의 범위 내의 브레이즈 온도를 갖는 활성 니켈계 브레이즈 합금이며, 상기 활성 니켈계 브레이즈 합금은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 활성 원소를 포함하는, 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 브레이즈 합금은 Ni-Cr7%-Si4.5%-Fe3%-B3.2%-Ti0.5-10%이고, 상기 백분율들은 중량 백분율들이고 나머지는 니켈(Ni)인, 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마멸가능 재료는 120 밀 내지 200 밀의 범위 내의 두께를 갖는, 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속 합금에는 기공들이 없는, 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 셀 벽들은 상기 마멸가능 재료를 포함하는, 구조체.
  7. 허니콤 구조체로서,
    각각의 셀이 공극을 둘러싸는 셀 벽을 포함하는 복수의 셀들; 및
    상기 복수의 셀들의 각각의 셀의 공극 내의 마멸가능 재료를 포함하고, 상기 마멸가능 재료는 적어도 하나의 금속 합금 및 복수의 중공 입자들을 포함하며, 상기 적어도 하나의 금속 합금은 MCrAlY-NiAlx를 포함하고, 여기서 M은 Fe, Co 및 Ni 중 하나 이상이고, x는 20% 이상이고, 상기 복수의 중공 입자들은 산화아연, 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화세륨, 및 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 구조체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속 합금은 CoNiCrAlY-NiAl20%를 포함하는, 구조체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 중공 입자들은 산화아연을 포함하고, 상기 마멸가능 재료는 22 중량% 초과의 산화아연을 포함하는, 구조체.
  10. 제7항에 있어서, 상기 마멸가능 재료는 120 밀 내지 200 밀의 범위 내의 두께를 갖는, 구조체.
  11. 제7항에 있어서, 상기 금속 합금에는 기공들이 없는, 구조체.
  12. 제7항에 있어서, 상기 셀 벽들은 상기 마멸가능 재료를 포함하는, 구조체.
  13. 터빈 엔진을 위한 적어도 하나의 강철 부품에 대한 마찰 손상(rub damage)을 감소시키는 방법으로서,
    금속 마멸재 충전된 허니콤 구조체를 마찰을 받기 쉬운 위치 내의 적어도 하나의 강철 부품에 적용하는 단계를 포함하고,
    상기 허니콤 구조체는 복수의 셀들을 포함하고, 상기 복수의 셀들의 각각의 셀은 공극을 둘러싸는 셀 벽을 포함하고,
    상기 금속 마멸재는 적어도 하나의 금속 합금 및 복수의 중공 입자들을 포함하고, 복수의 셀들의 각각의 셀의 공극들을 충전하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 충전된 허니콤 구조체를 상기 적어도 하나의 강철 부품에 적용하기 전에,
    상기 복수의 셀들의 각각의 셀의 공극들을 상기 금속 마멸재로 충전하고, 상기 금속 마멸재를 상기 셀 벽들에 접합하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 허니콤 구조체를 상기 적어도 하나의 강철 부품에 적용하는 단계는 상기 금속 마멸재 및 상기 허니콤 구조체의 셀 벽들 둘 모두를 상기 적어도 하나의 강철 부품의 표면에 접합하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 합금은 브레이즈 합금을 포함하고, 상기 복수의 중공 입자들은 중공 플라이 애시 입자들을 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 브레이즈 합금은 Ni-Cr7%-Si4.5%-Fe3%-B3.2%-Ti4.5%이고, 상기 백분율들은 중량 백분율들이고 나머지는 니켈(Ni)인, 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 합금은 MCrAlY-NiAlx를 포함하며, 여기서 M은 Fe, Co 및 Ni 중 하나 이상이고, x는 20% 이상이고, 상기 복수의 중공 입자들은 산화아연, 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화세륨, 및 하이드록시아파타이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 금속 합금은 CoNiCrAlY-NiAl20%를 포함하고, 상기 복수의 중공 입자들은 산화아연을 포함하고, 마멸가능 재료는 22 중량% 초과의 산화아연을 포함하는, 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 강철 부품은 304 등급 스테인리스강 부품 또는 310 등급 스테인리스강 부품인, 방법.
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