JP3145428B2 - 改良型高温ろう付け合金及びその使用法 - Google Patents

改良型高温ろう付け合金及びその使用法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は合金製物品の補修方法、
特に運転によって誘発された損傷をもつガスタービンノ
ズルの補修に利用される活性化拡散修復法に使用される
ろう付け合金組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼器、タービン羽根、ノズル等を包含
する高温作動ガスタービンエンジン構成部材の製造及び
補修の両目的のために多数のコバルト基合金が使用され
ている。
【０００３】超合金製物品の製造及び／又は補修用に使
用されるコバルト基合金の代表的な例は米国特許第４，
８３０，９３４号、同第４，６１４，２９６号、同第
４，３８１，９４４号、同第４，２８５，４５９号、同
第４，０５８，４１５号、同第３，３５５，２８７号、
同第３，２７６，８６５号、同第３，２７１，１４０号
及び同第４，３９６，５７７号明細書に記載されてい
る。
【０００４】かゝる構成部材の高温作動条件下での作動
中に種々の型の損傷又は劣化が生じ得る。たとえば、亀
裂は熱サイクル、外部からの物体の衝撃及び／又は腐食
によって生じ得る。勿論、これらの構成部材のコストが
比較的高いこと及びそれ故にこれらの部材を交換するよ
りも補修することがより望ましいことは周知である。
【０００５】
【発明の概要】本発明は腐食性の高温条件に長時間暴露
された環境による損傷を受けたガスタービン構成部材の
補修用の改良型ろう付け合金組成物に関するものであ
る。これらのろう付け合金組成物は活性化拡散修復法に
おいて、たとえばノズルを、該ろう付け合金及びノズル
の基礎金属の微粒子状の混合物をろう付けすることによ
って補修再生するために特に適するものである。特定的
にいえば、補修はろう付け合金粉末及び基礎合金粉末の
混合物を含む付着層をろう付けすることによって達成さ
れる。真空ろう付けサイクルはろう付け合金を溶融させ
かつこれを基礎合金粉末及び基礎合金製基体表面と合金
化せしめる。ついで、ろう付け後の拡散加熱処理サイク
ルを施して一層の相互拡散を促進させる。得られる補修
領域の機械的性質は基礎合金のそれにほとんど等しい。
【０００６】本発明に従うろう付け合金は高いクロム含
量をもちかつ融点降下剤としてＢ及びSiをさらに含有す
るコバルト基合金である。融点降下剤は基礎合金成分を
溶融することなしにろう付け合金を溶融せしめるために
必要である。
【０００７】本発明のコバルト基合金はさらに主たるＭ
Ｃ−形成性元素タリウム及びハフニウムを配合したこと
を特徴とする。
【０００８】したがって、本発明の好ましい一態様によ
ると、重量で、 ニッケル 約８．５％ないし約１２．５％ クロム 約２４％ないし約４０％ タングステン 約０％ないし約９％ 炭素 約０．０３％ないし約０．６％ ホウ素 約０．０１％ないし約３．５％ 珪素 約０．１％ないし約１１％ マンガン 約２％まで ハフニウム 約０．１％ないし約３％ タンタル 約０．１％ないし約８％ ジルコニウム 約０％ないし約１％ チタン 約０％ないし約１％ コバルト 残部 を含有してなるろう付け合金が提供される。
【０００９】本発明のろう付け合金は高温度（１２００
−１９００°Ｆ）に耐性でありかつ上記温度範囲におい
て優れた機械的性質ならびに酸化及び腐食抵抗性を与え
る。
【００１０】本発明のその他の目的及び利点は以下の詳
細な開示から明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の詳細な開示】本発明のろう付け合金は重量でつ
ぎの組成： Ni １０％ Cr ２９％ Ｗ ７％ Ｃ ０．３５％ Ｂ ０．０１５％ Si ０．１％ Mn ０．１％ Hf １％ Ta ０．５％ Zr ０．５％ Ti ０．２％ Co 残部 をもつ既知のコバルト基超合金製タービンノズルに対し
て使用するに特に適するものである。
【００１２】本発明のろう付け合金はまた重量で、 Ni １０％ Cr ２９％ Ｗ ７％ Ｃ ０．２５％ Si ０．９％ Mn ０．６％ Co 残部 を含有してなる別の改良型コバルト基超合金製基体物質
と相容性であるように調製される。
【００１３】これらの各場合における主たる目的は上記
の“基礎”合金の機械的性質及び環境抵抗性を保有しつ
つ、しかも（基礎合金ではなく）本発明のろう付け合金
の溶融温度を低下させて良好なろう付け特性を付与する
ことである。
【００１４】本発明は具体的には、重量で、 ニッケル 約８．５％ないし約１２．５％ クロム 約２４％ないし約４０％ タングステン 約０％ないし約９％ 炭素 約０．０３％ないし約０．６％ ホウ素 約０．０１％ないし約３．５％ 珪素 約０．１％ないし約１１％ マンガン 約２％まで ハフニウム 約０．１％ないし約３％ タンタル 約０．１％ないし約８％ ジルコニウム 約０％ないし約１％ チタン 約０％ないし約１％ コバルト 残部 の組成範囲をもつコバルト基合金を提供する。
【００１５】本発明に従うろう付け合金の最初の例はつ
ぎの組成： ニッケル １０％ クロム ２９％ タングステン ７％ 炭素 ０．１％ ホウ素 ２．５％ 珪素 ２．５％ マンガン ０．６％ ハフニウム ２％ タンタル ２％ ジルコニウム ０％ チタン ０％ コバルト 残部 を有する。
【００１６】本発明に従うろう付け合金の第二の例はつ
ぎの組成： ニッケル １０％ クロム ２９％ タングステン ３．５％ 炭素 ０．１％ ホウ素 １％ 珪素 ７％ マンガン ０．６％ ハフニウム ０．１％ タンタル ４％ ジルコニウム ０％ チタン ０％ コバルト 残部 を有する。
【００１７】前記したごとく、本発明のろう付け合金は
融点降下剤としてホウ素及び珪素を配合したものであ
る。これはろう付け工程中にろう付け合金混合物を溶融
せしめるが、基礎合金は溶融しないようにするために必
要である。ホウ素はこの点で有利であるが、良好な耐酸
化性の観点からは有害である。したがって、本発明のろ
う付け合金はさらに主たるＭＣ−形成性元素としてタン
タル及びハフニウムを配合して増強された耐酸化性を付
与するものである。これらの耐熱性元素（Zr及びTiも含
めて）はまたもっとも熱力学的に安定なホウ化物形成剤
としても知られているので、ろう付け領域中にＭＢ2 又
はＭＢ型の耐火性ホウ化物が個々に分離した粒子として
生成する。これはろう付け領域からのホウ素のマイグレ
ーションを抑制するおそれがあるが、強度及び延性を損
なうようなスクリプト又は共晶様ホウ化物構造体の生成
を最小限に阻止するであろう。
【００１８】使用に際しては、本発明のろう付け合金粉
末及び基礎合金粉末の混合物をその場で真空ろう付けし
て運転によって誘発された損傷をもつタービンノズル
（又はその他の部材）を補修再生せしめる。真空ろう付
けは本発明のろう付け合金を基礎合金粉末及び基礎合金
製基体表面に融着せしめる。ついで慣用のろう付け後の
拡散加熱処理サイクルを施して一層の相互拡散ならびに
ろう付け領域からのホウ素のマイグレーションを促進せ
しめる。かくして表面の腐食抵抗性に対するホウ素の作
用を最小限に抑制する。
【００１９】本発明のろう付け合金を使用した場合の補
修領域の機械的性質は基礎合金のそれにほゞ等しい。
【００２０】したがって、本発明のろう付け合金は約１
２００−１９００°Ｆの温度範囲にわたって優れた酸化
及び腐食抵抗性ならびに優れた機械的性質を与え、それ
故タービンノズル（又はその他の部材）の補修領域は基
礎合金と同等の機械的性質を保有する。
【００２１】以上、本発明を現在もっとも実用的なかつ
好ましい実施態様と考えられる事例について具体的に説
明したが、本発明はこれらの実施態様に限定されるべき
ものではなく、特許請求の範囲に示した技術思想の範囲
に含まれる種々の変形及び等価的な改良のすべてを包含
することを意図するものであることは勿論である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールス・ヘンリー・クレイシャー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケ ネクタデイ、バーチウッド・レーン、 881番 (56)参考文献 特開 昭55−22194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−90394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−291939（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−16905（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 19/07 B22F 1/00 B23K 35/30 310

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重量で、 ニッケル ８．５％ないし１２．５％ クロム ２４％ないし４０％ タングステン ９％まで 炭素 ０．０３％ないし０．６％ ホウ素 ０．０１％ないし３．５％ 珪素 ０．１％ないし１１％ マンガン ２％まで ハフニウム ０．１％ないし３％ タンタル ０．１％ないし８％ コバルト 残部 を含有してなるコバルト基高温ろう付け合金。
  2. 【請求項２】 重量で、 ニッケル １０％； クロム ２９％； タングステル ７％； 炭素 ０．１％； ホウ素 ２．５％； 珪素 ２．５％； マンガン ０．６％； ハフニウム ２％； タンタル ２％；及び コバルト 残部； から本質的になることを特徴とする請求項１記載の合
    金。
  3. 【請求項３】 重量で、 ニッケル １０％； クロム ２９％； タングステン ３．５％； 炭素 ０．１％； ホウ素 １％； 珪素 ７％； マンガン ０．６％； ハフニウム ０．１％； タンタル ４％；及び コバルト 残部； から本質的になることを特徴とする請求項１記載の合
    金。
  4. 【請求項４】 コバルト基超合金製基体を補修するに際
    し、 （ａ）重量で、 ニッケル ８．５％ないし１２．５％ クロム ２４％ないし４０％ タングステン ９％まで 炭素 ０．０３％ないし０．６％ ホウ素 ０．０１％ないし３．５％ 珪素 ０．１％ないし１１％ マンガン ２％まで ハフニウム ０．１％ないし３％ タンタル ０．１％ないし８％ コバルト 残部 から本質的になる粉末状のろう付け合金組成物及び前記
    コバルト基超合金の粉末の混合物を調製し；そして （ｂ）該混合物を補修すべき前記コバルト基超合金製基
    体の領域上に真空蒸着し、それによって前記ろう付け合
    金粉末を溶融させそして前記コバルト基超合金粉末及び
    前記コバルト基超合金製基体と合金化せしめる； 工程を行なうことを特徴とするコバルト基超合金製基体
    の補修方法。
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