KR20230095076A

KR20230095076A - 저용융점 및 고용융정 초합금의 분말 혼합물의 저온 분사를 사용하여 초합금 부품에 원하는 기하학적 구조를 형성하는 방법

Info

Publication number: KR20230095076A
Application number: KR1020237013613A
Authority: KR
Inventors: 얀 추이; 매튜 조셉 레이록; 브라이언 리 톨리슨
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2023-06-28
Also published as: US11753724B2; WO2022094527A1; CN116323042A; US11453949B2; JP2023547321A; US20220372627A1; EP4232223A1; US20220127727A1

Abstract

초합금 부품(100) 상의 위치에서 원하는 기하학적 구조를 형성하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 저용융점 초합금 분말(112) 및 고용융점 초합금 분말(114)을 포함하는 분말 혼합물(110)의 입자를 초합금 분말(112, 114)이 변형되게 하고 초합금 부품(100)에 기계적 결합을 형성하지만 야금학적 결합을 형성하지 않게 하기에 충분한 속도로 초합금 부품(100) 상의 위치(102)로 지향하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 입자의 지향은 원하는 기하학적 구조가 형성될 때까지 계속된다. 열은 수리 위치(102)에서 분말 혼합물(110)에 가해진다. 상기 열은 저용융점 초합금 분말(112)이 용융되게 하고, 상기 위치(102)에서 야금학적 결합을 생성하게 한다. 다른 방법은 동일한 지향을 사용하여 부품 상의 위치(102)를 수리하기 위한 예비성형체를 형성한다. 저용융점 초합금 분말은 <1287℃에서 용융되고, 고용융점 초합금 분말은 >1287℃에서 용융된다.

Description

저용융점 및 고용융정 초합금의 분말 혼합물의 저온 분사를 사용하여 초합금 부품에 원하는 기하학적 구조를 형성하는 방법

본 발명은 일반적으로 초합금 부품에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 초합금 부품에 원하는 기하학적 구조를 형성하는 방법에 관한 것이다.

고성능 산업 부품은 종종 초합금으로 제조된다. 터빈 블레이드에서와 같이, 공극을 생성하는 이러한 부품에 손상이나 마모가 발생하는 경우, 원래 제조된 부품과 일치하는 원하는 기하학적 구조로 부품을 수리하는 것이 바람직하다. 현재, 브레이징은 초합금 부품을 수리하는 주요 접근방식이다. 브레이징에서, 용융된 재료가 수리 위치에 형성되고, 재료가 냉각되게 된다. 브레이징은 다수의 문제를 제기한다. 브레이징은, 용융된 재료의 유동이 수리 위치를 넘치지 않도록 제어될 수 있도록, 수평인 수리 위치 상에서 이상적으로 수행된다. 그러나, 많은 수리 위치는 수직면 또는 곡면과 같이, 완벽하게 수평 방향으로 위치 가능하지 않다. 그 결과, 시간 소모적이고 복잡한 다수의 브레이징 공정이 이러한 유형의 수리를 해결하기 위해 수행된다. 다른 과제는 많은 초합금 부품이, 예를 들어, 컴퓨터 제어식 적층 제조 기술을 사용하여 매우 정밀한 치수로 제조된다는 것이다. 초합금 부품을 수리하는 브레이징 기술을 사용하는 것은 원래의 제조와 동일한 수준의 정밀도를 허용하지 않으며, 이는 부품에 대한 원래의 치수 사양을 충족시키지 않는 부품을 초래한다.

본 발명의 제1 양태는 초합금 부품 상의 위치에 원하는 기하학적 구조를 형성하는 방법을 제공하고, 상기 방법은: 저용융점 초합금 분말 및 고용융점 초합금 분말을 포함하는 분말 혼합물의 입자를 초합금 분말이 변형되게 하고 초합금 부품에 기계적 결합을 형성하지만 야금학적 결합을 형성하지 않게 하기에 충분한 속도로 초합금 부품 상의 위치로 지향하게 하는 단계; 원하는 기하학적 구조가 형성될 때까지 입자의 지향을 계속하는 단계; 및 분말 혼합물을 포함하는 초합금 부품에 열을 가하고, 상기 열이 저용융점 초합금 분말이 용융되게 하고, 초합금 부품과 야금학적 결합을 생성하게 하는 단계를 포함하고, 저용융점 초합금 분말은 1287℃ 미만의 용융 온도를 갖고, 고용융점 초합금 분말은 1287℃ 초과의 용융 온도를 갖는다.

본 발명의 제2 양태는 저용융점 초합금 분말 및 고용융점 초합금 분말을 포함하는 분말 혼합물의 입자를 초합금 분말이 변형되게 하고 빌드 플레이트에 기계적 결합을 형성하지만 야금학적 결합을 형성하지 않게 하기에 충분한 속도로 빌드 플레이트로 지향하게 함으로써 예비성형체를 생성하는 단계; 및 예비성형체를 구비한 후에 예비성형체에 열을 가하여, 빌드 플레이트로부터 제거되고, 초합금 부품 상의 위치에 대해 원하는 기하학적 구조로 형상화되고, 초합금 부품 상의 위치에 위치되게 하는 단계를 포함하는 방법을 제공하고, 열 적용은 저용융점 초합금 분말이 용융되게 하고 초합금 부품과의 야금학적 결합을 형성하게 하고, 저용융점 초합금 분말은 1287℃ 미만의 용융 온도를 갖고, 고용융점 초합금 분말은 1287℃ 초과의 용융 온도를 갖는다.

본 발명의 제3 양태는 저용융점 초합금 분말 및 고용융점 초합금 분말을 포함하는 분말 혼합물의 입자를 초합금 분말이 변형되게 하고 빌드 플레이트에 기계적 결합을 형성하지만 야금학적 결합을 형성하지 않게 하기에 충분한 속도로 빌드 플레이트로 지향하게 함으로써 예비성형체를 생성하는 단계; 및 빌드 플레이트로부터 예비성형체를 제거하여 초합금 부품 상의 위치에 대해 원하는 기하학적 구조를 후속 형상화하게 하는 단계를 포함하는 방법을 포함하고, 저용융점 초합금 분말은 1287℃ 미만의 용융 온도를 갖고, 고용융점 초합금 분말은 1287℃ 초과의 용융 온도를 갖는다.

본 발명의 예시적인 양태는 본원에 설명되는 문제 및/또는 논의되지 않은 다른 문제를 해결하기 위해 설계된다.

본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징은 본 발명의 다양한 구현예를 도시하는 첨부 도면과 함께 취해진 본 발명의 다양한 양태에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른, 초합금 부품을 수리하는 방법의 공정의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른, 내부에 분말 혼합물이 있는 초합금 부품 상의 수리될 위치의 확대 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 구현예에 따른, 가열되는, 내부에 분말 혼합물이 있는 초합금 부품 상의 수리될 위치의 확대 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 구현예에 따른, 초합금 부품 상의 위치의 수리에 사용되는 예비성형체를 분말 혼합물로 형성하기 위한 빌드 플레이트의 확대 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 구현예에 따른, 도 4의 빌드 플레이트로부터 예비성형체를 제거하고 예비성형체를 형상화하는 확대 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 구현예에 따른, 초합금 부품 상의 수리 위치에 대한 예비성형체를 위치설정하는 확대 단면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 구현예에 따른, 위치를 수리하기 위해 예비성형체 및 초합금 부품을 가열하는 확대 단면도를 도시한다.
본 발명의 도면이 반드시 축척대로 그려진 것은 아님에 유의한다. 도면은 본 발명의 통상적인 양태만을 도시하도록 한 것이므로 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 도면에서, 동일한 도면부호는 도면들 사이에서 동일한 요소를 나타낸다.

초기 사항으로서, 본 발명의 주제를 명확하게 설명하기 위해, 소정 용어를 선택하는 것이 필요할 것이다. 가능한 범위 내에서, 일반적인 산업 용어가 이의 허용된 의미와 일치하는 방식으로 사용될 것이고 채택될 것이다. 달리 언급되지 않는 한, 이러한 용어는 본 출원의 문맥 및 첨부된 청구범위의 범주와 일치하는 광의의 해석이 주어져야 한다. 당업자는 종종 특정 구성요소가 몇몇 상이하거나 중복되는 용어를 사용하여 지칭될 수 있음을 이해할 것이다. 본원에서 단일 부분인 것으로 설명될 수 있는 것은 다른 맥락에서 다수의 구성요소로 이루어진 것으로 포함할 수 있고 참조될 수 있다. 대안적으로, 본원에서 다수의 구성요소를 포함하는 것으로 설명될 수 있는 것은 어떤 다른 경우에서는 단일 부분으로 지칭될 수 있다.

또한, 몇몇 서술적 용어가 아래에 설명되는 바와 같이, 본원에서 일정하게 사용될 수 있다. 용어 "제1", "제2", 및 "제3"은 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 상호교환 가능하게 사용될 수 있고, 개별 구성요소의 위치 또는 중요성을 나타내려는 것은 아니다.

본원에 사용된 용어는 단지 특정 구현예를 설명하는 것을 목적으로 하는 것이지 본 발명을 한정하려는 것이 아니다. 본원에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 문맥상 명백히 달리 나타내지 않는 한 복수의 형태도 포함하게 하는 것이다. 용어 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 본 명세서에서 사용될 때에는 언급된 특징부, 정수(integer), 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 않는다는 것을 추가로 이해할 것이다. "선택적(optional)"또는 "선택적으로(optionally)"라는 용어는 후속적으로 설명되는 사건 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생하지 않을 수 있다는 것을, 또는 후속적으로 설명되는 구성요소 또는 요소가 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있다는 것을, 그리고 설명이 사건이 발생하거나 구성요소가 존재하는 경우와 사건이 발생하지 않거나 구성요소가 존재하지 않는 경우를 포함한다는 것을 의미한다.

한 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에(on)", "에 맞물리는(engaged to)", "에 연결된(connected to)" 또는 "에 결합된(coupled to)" 것으로 지칭되는 경우, 이는 다른 요소 또는 층에 바로 위에 있거나, 맞물리거나, 연결되거나, 결합될 수 있거나, 중간 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 반면에, 한 요소가 다른 요소 또는 층에 "바로 위에", "에 직접적으로 맞물리고", "에 직접적으로 연결되고" 또는 "에 직접적으로 결합되고"라고 지칭되는 경우에는, 중간 요소 또는 층이 존재하지 않을 수 있다. 요소 사이의 관계를 설명하기 위해 사용된 그 밖의 단어는 유사한 방식(예를 들어, "사이에(between)" 대 "사이에 직접적으로(directly between)", "인접한(adjacent)" 대 "직접적으로 인접한(directly adjacent)", 등)으로 해석되어야 한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는(and/or)"은 연관된 열거 항목 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합을 포함한다.

위에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 초합금 부품 상의 위치에 원하는 기하학적 구조를 형성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 저용융점 초합금 분말 및 고용융점 초합금 분말을 포함하는 분말 혼합물의 입자를 초합금 분말이 변형되게 하고 초합금 부품에 기계적 결합을 형성하지만 야금학적 결합을 형성하지 않게 하기에 충분한 속도로 초합금 부품 상의 위치로 지향하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 저용융점 초합금 분말은 1287℃ 미만의 용융 온도를 갖고, 고용융점 초합금 분말은 1287℃ 초과의 용융 온도를 갖는다. 입자 지향은 원하는 기하학적 구조가 초합금 부품에 형성될 때까지 계속될 수 있다. 방법은 또한 초합금 부품 및 수리 위치 상의 분말 혼합물에 열을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 열은 저용융점 초합금 분말이 용융되게 하고, 상기 위치에서 야금학적 결합을 생성하게 하기에 충분하다. 방법은 또한 입자 지향을 사용하여 빌드 플레이트 상에 예비성형체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 예비성형체는 빌드 플레이트로부터 제거되고, 원하는 기하학적 구조로 형상화되고, 초합금 부품 상의 위치에 위치될 수 있다. 이어서, 열을 가하는 것은 초합금 부품 상의 제자리에 저용융점 초합금 분말(brazes)을 용융시켜, 이와 함께 야금학적 결합을 형성한다. 이후 수리된 초합금 부품을 원하는 치수 사양에 일치시키는 데 필요한 임의의 사소한 기계가공이 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 구현예에 따른, 초합금 부품(100)을 수리하는 방법의 개략도를 도시한다. 초합금 부품(100)은 터빈 노즐의 형태로 도시되어 있지만, 초합금 부품의 임의의 형태를 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, "초합금"은 종래의 합금과 비교하여, Rene 108, CM247, 헤인즈 합금(Haynes alloy), 인칼로이(Incalloy), MP98T, TMS 합금, CMSX 단결정 합금과 같이, 높은 기계적 강도, 높은 열 크리프 변형 저항과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 수많은 우수한 물리적 특성을 갖는 합금을 지칭한다. 일 구현예에서, 본 발명의 교시가 특히 유리할 수 있는 초합금은 높은 감마 프라임(y') 값을 갖는 초합금이다. "감마 프라임(y')"은 니켈계 합금에서의 1차 강화 단계이다. 예시적인 높은 감마 프라임 초합금은 Rene 108, N5, GTD 444, MarM 247 및 IN 738을 포함하지만, 이로 한정되지 않는다.

초합금 부품(100)은 수리가 요구되는 수리 위치(102)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 초합금 부품(100)은 원래, 예를 들어, 컴퓨터 제어식 적층 제조 기술을 사용하여 제조되었을 수 있다. 다른 실시예에서, 초합금 부품(100)은 주조에 의해 제조되었을 수 있다. 도 2는 초합금 부품(100) 상의 예시적인 수리 위치(102)의 확대 단면도를 도시한다. 수리를 필요로 하는 위치(102)는 매우 다양한 형태를 취할 수 있지만, 종종 초합금 재료로 충전을 필요로 하는 개구(104) 또는 마모된 영역을 포함한다. 많은 응용분야에서, 수리는 초합금 부품(100) 및 수리 위치(102)를 원래 부품의 치수 사양에 의해 지시된 원하는 기하학적 구조에 가능한 한 가깝게 해야 한다. 언급된 바와 같이, 초합금 부품을 수리하기 위해 브레이징 기술을 사용하는 것은 원래의 제조와 동일한 수준의 정밀도를 허용하지 않으며, 이는 부품에 대한 원래의 치수 사양을 충족시키지 않는 부품을 초래한다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구현예에 따르면, 분말 혼합물(110)은 원하는 기하학적 구조를 생성하기 위해 초합금 부품(100) 상의 위치(102)로 지향된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 분말 혼합물(110)은 저용융점 초합금 분말(112) 및 고용융점 초합금 분말(114)을 포함한다. 저용융점 초합금 분말(112)은 1287℃ 미만의 용융 온도를 갖고, 고용융점 초합금 분말(114)은 1287℃ 초과의 용융 온도를 갖는다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 각각의 분말(112, 114)은 직경이 1 내지 200 마이크로미터의 범위인 입자를 가질 수 있다. 저용융점 초합금 분말은 AMDRY 770(BNi-2), AMDRY 100(BNi-5), AMDRY 775(BNi-9), AMDRY DF4B, AMDRY D-15, 및 AMDRY 915와 같은 임의의 형태의 초합금 브레이즈 분말을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 고용융점 초합금 분말(114)은 MarM247, Rene 108, GTD111, GTD444, 인코넬 738, Rene 80, 인코넬 713, 및 인코넬 778을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 초합금 부품(100) 상의 위치(102)에 지향될 때, 초합금 분말(112, 114)은 변형되어 초합금 부품(100)에 기계적 결합을 형성하지만 야금학적 결합을 형성하지 않는다. 일 구현예에서, 분말 혼합물(110)은 저용융점 초합금 분말(112) 및 고용융점 초합금 분말(114)을 1:1의 비율로 가질 수 있다. 그러나, 다른 구현예에서, 비율은 15~80% 고용융점 분말(114) 및 85~20% 저용융점 분말(112) 사이에서 변할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 분말 혼합물(110)은 저온 분사 시스템(120) 사용하여 위치(102)에 지향된다. 저온 분사(또한 가스 동적 저온 분사로 알려짐)는 코팅 증착 방법이다. 저온 분사 시스템(120)은 임의의 이제 알려지거나 이후에 개발되는 저온 분사 장치를 포함할 수 있다. 일반적으로, 저온 분사 시스템(120)은 분말 혼합물(110)이 원하는 비율로 증착되는 분말 공급기(122)를 포함할 수 있다. 노즐(124)은 분말 공급 라인(126)을 통해 분말 공급기(122)에 그리고 가스 스트림 라인(130)을 통해 가스 스트림 공급원(128)에 유동적으로 결합된다. 가스 히터(132)는 가스 스트림 라인(128)에서 가스 스트림을 가열한다. 저온 분사 시스템(120)은 임의의 필요한 밸브(136, 138) 및/또는 센서(140)에 작동 가능하게 결합된 제어기(134)를 포함할 수 있다. 제어기(134)는 알려진 방식으로 저온 분사 시스템(120)의 작동을 제어한다. 작동 시, 도 1에 도시된 바와 같이, 고체 분말 혼합물(110)은 초음속 가스 제트(142)에서, 예를 들어, 약 1200미터/초까지의 속도로 가속된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 위치(102)에 영향을 미치는 동안, 초합금 분말(112, 114) 입자는 소성 변형을 겪어, 이들이 위치(102)의 표면(144)에 부착되게 한다. 입자는 초합금 분말(112, 114)이 변형되게 하고 초합금 부품(100)에 기계적 결합을 형성하지만 야금학적 결합을 형성하지 않게 하기에 충분한 속도로 초합금 부품(100) 상의 위치(102)로 지향된다. 따라서, 가스 스트림 팽창에 의해 공급되는 분말 혼합물(110)의 운동 에너지는 결합 동안 소성 변형 에너지로 전환된다. 용사 기술(예를 들어, 아크 용사, 플라즈마 용사, 화염 용사 또는 고속 산소 연료(HVOF) 용사)과 같은 다른 코팅 기술과 대조적으로, 분말(112, 114)은 분사 공정이 발생함에 따라 용융되지 않는다. 저온 분사 시스템(120)은 원하는 기하학적 구조를 달성하기 위해, 임의의 방식, 예를 들어, 분말 공급 속도, 분사 노즐 이송 속도, 스캐닝 단계, 분사 각도 등으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 균일한 두께를 달성하기 위해, 상기 언급된 저온 분사 시스템(120) 파라미터 중 임의의 것이 변경될 수 있다. 입자의 지향 동안, 층(150)(도 2)은 균일한 두께를 갖는 위치(102)에 생성될 수 있다. 원하는 경우, 균일하지 않은 두께가 또한 생성될 수 있다.

분말 혼합물(110)의 입자의 지향은, 원하는 기하학적 구조가 형성되거나 거의 형성될 때까지, 도 2에 도시된 바와 같이 계속될 수 있다. 저온 분사는 임의의 방식으로 원하는 기하학적 구조를 생성하도록 제어될 수 있다. 브레이징 기술과 대조적으로, 본 발명의 구현예는 분말 혼합물(110)을 매우 정확하게 그리고 균일하게 적용할 수 있고, 예를 들어, 경사진 표면 또는 수직면, 또는 곡률을 갖는 표면(도시됨)에 필요한 임의의 방향으로 이를 적용할 수 있다.

도 3은 분말 혼합물(110)이 적용된 초합금 부품(100) 상의 예시적인 수리 위치(102)(도 2)의 확대 단면도를 도시한다. 도 3은 또한 초합금 부품(100) 및 수리 위치(102) 상의 분말 혼합물(110)에 열을 가하는, 즉, 분말 혼합물(110)을 브레이징 하는 것을 도시한다. 도시된 바와 같이, 열은 저용융점 초합금 분말(112)이 용융되어 야금학적 결합을 생성하게 한다. 상기 가열은, 예를 들어, 진공로에서 수행될 수 있다. 열 적용 동안, 고용융점 초합금 분말(114)은 고체 형태로 유지되지만, 저용융점 초합금 분말(112)은 용융되고 유동하여 분말(114) 사이의 공극을 충전하고, 그 사이에 고체 야금학적 또는 화학적 결합(160)을 생성한다. (저온 분사에 의한 기계적 결합을 통해) 표면 상에 결합되는 변형된 고용융점 초합금 입자는 브레이징 공정 동안 이동하지 않을 것이고, 저용융점 초합금 액체가 바람직하지 않은 위치로 넘치는 것을 방지하기 위한 장벽으로서 작동하여, 원하는 기하학적 구조를 유지할 것이다.

유리하게는, 입자 지향 단계는 하나 이상의 수리 위치(예를 들어, 평평한, 수직의, 오버헤드의, 곡선의 등과 같은 다양한 배열)에 적용될 수 있고, 열 적용(브레이징)은 모든 위치에 대해 한 번 수행될 수 있다. 방법은, 예를 들어, 균일하거나 균일하지 않은 기하학적 구조, 곡면 등을 생성하기 위해 임의의 형상 또는 크기 수리에 적용될 수 있다.

일단 경화되면, 위치(102)에 대한 임의의 사소한 기계가공, 예를 들어, 연마 등이 수행될 수 있다. 이어서, 당업계에서 이해되는 바와 같이, 임의의 다양한 추가 보호 코팅, 예를 들어, 본드 코팅, 열차폐 코팅 등이 적용될 수 있다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 도 1에 예시된 본 발명에 따른 방법의 다른 구현예가 도시되어 있다. 이 구현예에서, 예비성형체(166)는 분말 혼합물(110)의 입자를 초합금 분말(112, 114)이 변형되게 하고 빌드 플레이트(162)에 기계적 결합을 형성하지만 야금학적 결합을 형성하지 않게 하기에 충분한 속도로 빌드 플레이트(162)로 지향시킴으로써 형성된다. 이전에 기술한 바와 같이, 분말 혼합물(110)은 저용융점 초합금 분말(112) 및 고용융점 초합금 분말(114)을 포함한다. 저용융점 초합금 분말(112)은 1287℃ 미만의 용융 온도를 갖고, 고용융점 초합금 분말(114)은 1287℃ 초과의 용융 온도를 갖는다. 그렇지 않으면, 분말(112, 114)은 본원에 설명된 바와 같을 수 있다. 여기서, 빌드 플레이트(162)는 분말(112, 114)을 수용하고 유지하기에 충분한 강도를 갖는 경질 플레이트(예를 들어, 금속, 경질 플라스틱 등)의 임의의 형태일 수 있다. 평평한 플레이트로 도시되어 있지만, 빌드 플레이트(162)는 그 위에 형성된 예비성형체(166)의 일부를 형상화하기 위해 요구되는 임의의 원하는 형상, 즉, 곡면 형상, 각진 형상 등을 가질 수 있다. 이 경우, 수리 위치(102)는 빌드 플레이트(162)에 의해 형상화된 예비성형체(166)의 부분의 형상을 적어도 부분적으로 일치시키거나 이미 갖도록 제조될 수 있다. 분말 혼합물(110)은 본원에서 이전에 기술된 바와 같이 지향될 수 있다.

도 5는 빌드 플레이트(162)로부터 예비성형체(166)를 제거하는 것을 도시한다. 이러한 제거는, 예를 들어, 빌드 플레이트(162)로부터 예비성형체(166)를 강제하거나 절단하는 임의의 방식으로 수행될 수 있다. 일부 경우에, 예비성형체(166)는 빌드 플레이트(162) 상에 원하는 기하학적 구조(예를 들어, 형상 및 치수)로 형성될 수 있고, 이는 수리 위치(102)에서 초합금 부품(100)을 수리하는 데 사용될 수 있으며(도 6), 이는 바로 사용할 수 있는 예비성형체(172)를 제공한다. 다른 경우에, 도 5에 또한 도시된 바와 같이, 예비성형체(166)는 초합금 부품(100)의 수리 위치(102)(도 6)에 대해 원하는 기하학적 구조로 (허상에서) 선택적으로 형상화되어, 바로 사용할 수 있는 예비성형체(172)를 생성할 수 있다. 예비성형체(166)는 원하는 기하학적 구조를 얻기 위해 기계가공, 워터젯, 레이저 절단, 또는 전기 방전 기계가공(EDM)을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 방식으로 형상화될 수 있다. 따라서, 예비성형체(172)의 형상화는 예비성형체로부터 원하지 않는 재료를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 원하는 기하학적 구조는 부품(100) 상의 위치를 수리하기 위한 임의의 형상 및/또는 치수일 수 있다. 이러한 방식으로, 이 구현예는 저온 분사에 접근할 수 없는 위치를 수리하는 데 사용될 수 있다.

도 6은 초합금 부품(100) 상의 위치(102)에 예비성형체(172)를 위치설정하는 것을 도시한다. 예비성형체(172)는 임의의 방식으로, 예를 들어, 손으로 부품에 위치될 수 있다. 임의의 수의 예비성형체(172)는 이 단계 동안 임의의 수의 수리 위치(102)에 위치될 수 있다.

일단 제 위치에 있으면, 도 7에 도시된 바와 같이, 예비성형체(172)를 초합금 부품(100)에 고정하기 위해, 즉, 브레이징 열 사이클에서 알려진 방식, 예를 들어, 진공로에서 열이 부품 및 예비성형체(172)에 가해질 수 있다. 본원에 기술된 바와 같이, 열 적용은 저용융점 초합금 분말(112)이 용융되게 하고 초합금 부품(100)과의 야금학적 결합을 형성하게 한다. 그 내부에 예비성형체(172)를 갖는 임의의 수의 수리 위치(102)는 동시에 가열될 수 있다. 일단 경화되면, 위치(102)에 대한 임의의 사소한 기계가공, 예를 들어, 연마 등이 수행될 수 있다. 이어서, 당업계에서 이해되는 바와 같이, 임의의 다양한 추가 보호 코팅, 예를 들어, 본드 코팅, 열차폐 코팅 등이 적용될 수 있다.

예비성형체(166)를 형성하는 단계, 빌드 플레이트(162)로부터 예비성형체(166)를 제거하는 단계, 예비성형체(172)로 예비성형체(166)를 형상화하는 단계 및 예비성형체(172)를 위치설정하는 단계의 각각의 단계는 상이한 위치에서, 그리고 상이한 작업자에 의해 수행될 수 있다. 결과적으로, 이 방법의 이러한 구현예는 수리에서 유연성을 갖게 한다. 예를 들어, 공정은 주문자 상표에 의한 제품 생산자(OEM)가 초합금 부품(100)을 위한 서비스 위치에 (빌드 플레이트(162)를 이용하거나 이용하지 않고) 예비성형체(166)를 제공할 수 있게 하고, OEM 또는 다른 서비스 제공자는 (여전히 제공되는 경우) 빌드 플레이트(162)를 제거하고, 필요에 따라 예비성형체(172)를 형상화하고, 예비성형체(172)를 위치설정하고 예비성형체(172) 및 초합금 부품(100)에 열을 가함으로써 실제 수리를 수행할 수 있다. 예비성형체(172)는 부품이 수리되는 위치에서 추가적으로 맞춤화, 예를 들어, 형상화되거나 치수 맞춤될 수 있다. 따라서, 본 발명의 구현예에 따른 방법의 다른 구현예는 초합금 부품(100) 상의 위치(102)에 대한 원하는 기하학적 구조로 후속 형상화하게 하는 빌드 플레이트(162)로부터 예비성형체(166)를 생성하고 제거하는 예비성형체(166)만을 포함할 수 있다. 또한, OEM은 사용을 위해 이미 형상화된 예비성형체(172)를 제공할 수 있다는 것이 인식될 것이다.

본 발명의 구현예는 저온 분사 및 브레이징 공정을 통해 정확하게 치수 맞춤되는 적층 제조 부품과 같은 초합금 부품을 수리하는 방법을 제공한다. 분말 혼합물은 저용융 및 고용융점 초합금 분말로 구성된다. 분말 혼합물은 저온 분사 시스템을 사용하여 코팅될 표면 상에 균일하게 증착되도록 자동으로 제어될 수 있다. 대안적으로, 공정은 수리 위치를 위한 예비성형체를 생성하는 데 사용될 수 있다. 본원에 기술된 구현예는 초합금 적층 제조 부품과 같이 용접이 어려운 초합금 부품을 수리하는 효과적인 방법을 제공한다. 즉, 본원에 기술된 방법은 또한 주조, 단조 및/또는 용접된 부품을 수리하는 데 사용될 수 있다. 수리 위치는 브레이징 후에 최종제품 형상을 가지며, 즉, 이것은 원하는 기하학적 구조에 있거나 이에 근접한다. 또한, 수리는 코팅물질 분사 축적 및 브레이징 열 사이클 후에 균일한 두께를 가질 수 있다. 본 방법은 하나의 브레이징 사이클에서 다수의 (평평한 또는 수직의 또는 오버헤드의) 위치를 브레이징하게 한다. 공정은 구현하기가 더 쉽고, 인적 오류를 제거하도록 제어될 수 있다. 생성된 수리는 조밀한, 예를 들어, 최대 99%의 밀도를 갖는 물질을 포함할 수 있다.

앞에서 언급한 도면은 본 발명의 여러 구현예에 따라 연관된 처리 중 일부를 도시한다. 이와 관련하여, 각각의 도면은 설명된 방법의 구현예와 관련된 단계를 나타낼 수 있다. 일부 대안적인 구현예에서, 도면에 언급된 동작은 도면에서 언급된 순서와 다르게 발생할 수 있거나, 예를 들어, 관련된 행위에 따라 실제로 실질적으로 동시에 또는 역순으로 실행될 수 있다는 것에 또한 유의하여야 한다. 또한, 당업자는 처리를 설명하는 추가 단계가 추가될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

본원에서 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐 사용된 바와 같이, 개략화하는 표현은 관련된 기본적인 기능의 변화를 초래함이 없이 허용 가능하게 변할 수 있는 임의의 정량적 표현을 수식하기 위해 적용될 수 있다. 따라서, "약(about)", "대략(approximately)" 및 "실질적으로(substantially)"와 같은 용어 또는 용어들로 수식된 값은 명시된 정확한 값으로 한정되지 않는다. 적어도 일부 경우에서, 개략화하는 표현은 값을 측정하기 위한 기기의 정밀도에 상응할 수 있다. 여기에서 그리고 본 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐, 범위 한정은 조합되고/되거나 상호 교환될 수 있고; 그러한 범위는, 문맥 또는 언어가 달리 나타내지 않는 한, 식별되고, 본원에 포함된 모든 하위 범위를 포함한다.

일정 범위의 특정 값에 적용되는 바와 같은 "대략(Approximately)"은 둘 모두의 끝 값에 적용되고, 달리 값을 측정하는 기구의 정밀도에 의존하지 않는 한, 언급된 값(들)의 +/- 10%를 나타낼 수 있다.

이하의 청구범위에서의 모든 수단 또는 단계 플러스 기능 요소의 상응하는 구조, 재료, 동작, 및 등가물은, 구체적으로 청구되는 바와 같은 다른 청구된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료, 또는 동작을 포함하기 위한 것이다. 본 발명의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제시된 것이지, 본 발명을 개시된 형태로 총망라하려거나 그에 한정하려는 것이 아니다. 많은 변형 및 수정이 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이다. 구현예는, 본 발명의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해, 그리고 다른 당업자들이 예상되는 특정 용도에 적합하게 되는 것과 같은 다양한 변형을 갖는 다양한 구현예에 대해 본 발명을 이해할 수 있게 하기 위해, 선택되고 설명되었다.

Claims

초합금 부품(100) 상의 위치(102)에서 원하는 기하학적 구조를 형성하는 방법으로서,
저용융점 초합금 분말(112) 및 고용융점 초합금 분말(114)을 포함하는 분말 혼합물(110)의 입자를 초합금 분말(112, 114)이 변형되게 하고 초합금 부품(100)에 기계적 결합을 형성하지만 야금학적 결합을 형성하지 않게 하기에 충분한 속도로 초합금 부품(100) 상의 위치(102)로 지향하게 하는 단계;
원하는 기하학적 구조가 형성될 때까지 상기 입자의 지향을 계속하는 단계; 및
상기 분말(112, 114) 혼합물을 포함하는 상기 초합금 부품(100)에 열을 가하여, 상기 열이 상기 저용융점 초합금 분말(112)이 용융되어 상기 초합금 부품(100)과의 야금학적 결합을 생성하게 하는 단계를 포함하고,
상기 저용융점 초합금 분말(112)은 1287℃ 미만의 용융 온도를 갖고, 상기 고용융점 초합금 분말(114)은 1287℃ 초과의 용융 온도를 갖는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 저용융점 초합금 분말(112)은 AMDRY (100, 775, 915): AMDRY (100, 775, 915) (770) 770(BNi-2), AMDRY (100, 775, 915) 100(BNi-5), AMDRY (100, 775, 915) 775(BNi-9), AMDRY (100, 775, 915) DF4B, AMDRY (100, 775, 915) D-15, 및 AMDRY (100, 775, 915) 915을 포함하는 군으로부터 선택되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 고용융점 초합금 분말(114)은 MarM247, Rene 108, GTD111, GTD444, 인코넬 738, Rene 80, 인코넬 713, 및 인코넬 778을 포함하는 군으로부터 선택되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 열 적용 동안, 상기 고용융점 초합금 분말(114)은 고체 형태로 유지되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 지향 입자는 균일한 두께를 갖는 상기 위치(102)에 층(150)을 생성하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 초합금 부품(100)은 적층 제조되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 초합금 부품(100)은 주조되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 위치(102)를 기계가공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 위치(102)는 상기 초합금 부품(100)의 개구(104)를 포함하는, 방법.
방법으로서,
저용융점 초합금 분말(112) 및 고용융점 초합금 분말(114)을 포함하는 분말 혼합물(110)의 입자를 상기 초합금 분말(112, 114)이 변형되게 하고 빌드 플레이트(162)에 기계적 결합을 형성하지만 야금학적 결합을 형성하지 않게 하기에 충분한 속도로 상기 빌드 플레이트(162)로 지향하게 함으로써 예비성형체(166, 172)를 생성하는 단계; 및
상기 예비성형체(166, 172)를 구비한 후에 상기 예비성형체(166, 172)에 열을 가하여, 상기 빌드 플레이트(162)로부터 제거되고, 초합금 부품(100) 상의 위치(102)에 대해 원하는 기하학적 구조로 형상화되고, 상기 초합금 부품(100) 상의 위치(102)에 위치되게 하는 단계를 포함하고,
상기 열 적용은 상기 저용융점 초합금 분말(112)이 용융되게 하고 상기 초합금 부품(100)과의 야금학적 결합을 형성하게 하고,
상기 저용융점 초합금 분말(112)은 1287℃ 미만의 용융 온도를 갖고, 상기 고용융점 초합금 분말(114)은 1287℃ 초과의 용융 온도를 갖는, 방법.