JPH0156121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は金属粉の容器に熱と流体圧力とを作用
して金属粉から物品を製造する方法に関する。

従来の技術 既知の提案では、タービンブレード等の物品を
金属粉で形成し得る。このためには内部スペース
の形状がタービンブレードの形状に相当する容器
に金属粉を充填する容器を封鎖し、米国特許
4329175号記載の高温等静圧プレスを作用させる。

米国特許4065303号、4023966号の記載によつ
て、高温等静圧プレス過程用の容器をワツクスの
パターン上に電気めつきすることによつて形成で
きる。電気めつきした金属層からワツクスのパタ
ーンを除去する。これによつて、パターン及び金
属粉から形成すべき物品の形状に相当する形状と
した内部スペースを有する容器を得る。容器は十
分に厚くし、容器に金属粉充填間及び比較的高い
温度及び圧力において金属粉の圧搾間に自己支持
するための十分な構造強度とする。

高温等静圧プレス作業用のモールドを形成する
ための他の提案が欧州特許願0090118号に記載さ
れる。この文献に示す過程はワツクスのパターン
を繰返し耐火物スラリー内に繰返し浸漬する。パ
ターン上の耐火物の層を硬化し、ワツクスを除
き、内面を所要形状としたモールドを得る。モー
ルドの内面を化学的蒸気過程で金属を被覆する。
モールドに金属粉を充填する。

モールドを通常の方法で処理して粉末冶金部品
を製造する。この処理方法にはモールドを粒状材
料で囲んだ状態で気密に封鎖する過程を含む。更
に、気密の容器に流体圧を作用させて容器外面を
粒状材料より内方に押圧し粒状材料はセラミツク
モールドに圧力を伝達する。セラミツクモールド
に作用する圧力は金属粉に伝達される。

発明の解決すべき問題点 本発明によつて金属粉から物品を形成する新し
い方法を提供し、金属粉の容器を流体透過性材料
の剛性本体で囲み、流体透過性材料の剛性本体に
よつて金属粉の圧搾間過大変形しない保持する。

問題点を解決するための手段 本発明はタービンブレードはベーン等の物品を
金属粉から形成する新しい方法である。この方法
を実施するために、薄い金属容器を内部スペース
の形状を形成すべき物品の形状に相当する形状と
して形成する。容器に金属粉を充填して封鎖す
る。この後に容器の少なくとも一部を流体透過性
材料の剛性本体で囲む。剛性本体には容器の外側
面に接触係合する内側面部を有する。

容器と容器内金属粉とは次に加熱し、容器に流
体圧力を作用する。流体圧力は剛性本体内の細孔
を通つて伝達され容器と加熱金属粉とに作用す
る。容器と金属粉が圧搾されれば、容器の側壁は
流体透過性材料の内側面から離れる。

金属粉の圧搾間、不釣合応力が容器の比較的薄
い側壁内に誘起される。この応力は容器の過大変
形及び曲りを生ずる傾向を有する。しかし、容器
の曲りは流体透過性材料の剛性本体によつて防止
される。金属粉の圧搾間に誘起された応力の作用
の下での容器の過大曲りを防ぐのに加えて、流体
透過性材料の剛性本体は容器を支持する。これに
よつて金属粉の拡散接合を得るに必要な温度に加
熱された時に薄い金属の容器の熱変形を防ぐ。

流体透過性材料の剛性本体は各種の方法で容器
を囲んで形成できる。セラミツク材料の剛性本体
を封鎖容器を囲んで成形することができ、又はセ
ラミツク材料のスラリー内に容器を繰返し浸漬し
て封鎖容器を囲んで形成することができる。好適
な例として、封鎖容器を２個の剛性セラミツクブ
ロツク間に囲み、ブロツクには容器に係合するた
めに予じめ成形した面を有する。両ブロツクを互
に平面接触係合として置くこともできるが、好適
な例では粉末充填容器の外方部分に間隙を残し、
金属粉容器が圧搾された時に間隙を閉じるように
する。

容器を２個の剛性セラミツクブロツクによつて
囲む時は両ブロツクを容器からブロツクに作用す
る力に抗して分離しないように保持する。ブロツ
クの分離を防ぐ手段は、重錘、温度補償クラン
プ、流体ばね等がある。

作 用 本発明による金属粉から物品を形成する方法
は、薄い金属の金属粉容器が流体透過性材料の剛
性本体で囲まれ、金属粉の圧搾間流体透過性材料
の剛性本体によつて支持される。

本発明による金属粉から物品を成形する方法
は、金属粉容器が剛性流体透過性材料のブロツク
によつて囲まれ、ブロツクを通つて伝達される流
体圧力の作用下で金属粉の圧搾間ブロツクは容器
を支持する。

本発明による上述の方法において金属粉の圧搾
間両ブロツクは分離しない保持とされる。

本発明の目的と利点とを明らかにするために例
示とした実施例並びに図面について説明する。

実施例 本発明は比較的複雑な形状の物品を金属粉末か
ら高温等静圧プレス過程によつて正確安価に形成
する方法を提供する。即ち、第１図に示すタービ
ンブレード又はベーン１０を本発明の方法によつ
て金属粉末から形成する。本発明の方法は各種の
異なる形状の物品を形成するために使用できる。
本発明の方法の特に有効な適用例は、長い、軸線
対称でなく、高温等静圧プレス過程で捩れる傾向
のある物品である。

長いタービンブレード１０を形成するために、
ワツクス又は合成樹脂のパターン１２の形状をタ
ービンブレードの寸法より僅に大としてマスター
ダイスとして製造する。ワツクスのパターン１２
を第３図に示す通り、めつきして金属の薄い連続
層１４を形成する。次に金属層１４の頂端と下端
の突出部１６，１８に開口を形成する。

金属層１４を加熱してパターン１２を溶融させ
る。パターンの溶融ワツクス又は合成樹脂は金属
層１４内から頂端の円筒形突出部１６に形成した
孔から流出する。加温した溶剤を突出端１８の端
部の孔から薄い金属層内に注入して残りのワツク
スを溶解する。これによつて第４図に示す容器２
２が形成され、空洞２４の形状はパターン１２及
び翼型１０の形状に相当する。

頂端突出部１６を閉じ、第５図に示す金属粉末
２８を容器２２内に尾端突出部１８を経て注入す
る。容器２２内に金属粉が充填されれば、尾端突
出部１８も閉じる。

タービンブレード１０を形成するためには、金
属粉２８を高温等静圧プレス過程によつて圧縮、
拡散接合する必要がある。容器２２は比較的薄い
金属層であるため、充填封鎖した容器を支持装置
なしで高温等静圧プレスを行なつた時は高温等静
圧プレス間に著しく変形し、第６図に示す形状に
なる。

容器２２の高温等静圧プレス過程間の変形は容
器の著しい弓型と、容器両縁部の曲りを生じ、バ
ナナの形状に類似する。この変形の原因は正確に
は不明であるが、多数の関係の複合であり、容器
の薄い金属の高温等静圧プレスの時の高温による
曲り、容器壁に生じた応力等が含まれる。この応
力は小なくとも部分的には容器壁の非対称形に基
く。即ち、翼型容器の第６図の凸側２９は凹側３
１より大きな長さである。更に電気めつき過程間
にパターン１２に附着した金属層１４の厚さの変
動も応力の原因の一部となると思われる。

本発明によつて、容器の高温等静圧プレス間の
長い容器の変形を防ぐために、充填シールした容
器を流体透過材料の剛性本体内に少なくとも一部
を囲ませる。流体透過材料の剛性本体は熱及び流
体圧力を容器２２及び金属粉２８に伝達し、容器
を支持して容器の過程の変形ｅは曲りを防ぐ。

好適な例として、流体透過性の剛性本体はセラ
ミツク材料の剛性ブロツク３２を第８図に示す通
り、容器２２を囲んで成形する。これには、充填
封鎖した容器２２を第７図に示す型３４内に置
き、型内の少なくとも一部にセラミツク材料のス
ラリー３６を充填する。セラミツク材料のスラリ
ー３６を硬化させて剛性流体透過性ブロツク３２
を得る。

金属粉を封鎖した容器２２と剛性のブロツク３
２とは次に高温ガスオートクレーブ即ち、高温等
静圧プレスユニツト４０内に第９図に示す通りに
置く。抵抗加熱器４２からの熱をブロツク３２を
経て容器２２及び容器内金属粉２８に伝達する。
金属粉は粒子の拡散接合を生じ得る温度に容器内
で加熱される。これと同時に、弁４４を開いて高
圧不活性ガス例えばアルゴンを剛性ブロツク３２
を囲むオートクレーブ４０内に導入する。アルゴ
ンガスの流体圧力は流体透過性セラミツク材料の
ブロツク３２を経て伝達され、容器２２の側壁４
８，５０の外面に第１０図に示す通りに作用す
る。

オートクレーブ４０は各種の型式とすることが
でき、例えば“高圧科学及び技法”第２巻1979の
“高温等静圧処理”、H.D.ヘーンズ、に記されて
いる。オートクレーブ４０は夫々の設計によつて
異なるが、基本的にはオートクレーブは剛性セラ
ミツク材料３２と容器２２とを加熱して容器２２
内の金属粉の塑性変形を生じさせ、粉末粒子の拡
散接合を生じさせる必要がある。

一例として、オートクレーブ４０は容器２２と
剛性セラミツク材料３２とを約1700〓（約930℃）
に加熱する。アルゴンガス圧力は約3000psi（約
2100Kg／cm²）をオートクレーブ４０内に生じ、容
器２２と金属粉２８を圧搾する。封鎖容器２２内
の金属粉の圧搾と拡散接合を生じさせるために、
アルゴンガス圧力30000psiと温度1700〓とをオー
トクレーブ４０内で約２時間保持する。

加熱された容器２２の側壁４８，５０に対する
流体圧は側壁をセラミツクブロツク３２の内面５
２，５４から第１１図に示すように離す。これに
よつて容器２２内の金属粉は圧搾され、時間の経
過によつて拡散接合されて第１図に示すタービン
ブレード又はベーン１０を形成する。高温等静圧
プレス過程間容器２２は封鎖を保ち、アルゴンガ
スは容器内には入らない。

金属粉２８の容器２２内での圧搾間に、容器も
圧搾される。容器２２は最初の寸法から第１２図
に示す点線５６から実線５８に圧搾される。この
圧縮間、容器２２の点めたスペースは減少する。
容器２２と金属粉２８の寸法減少は金属粉の物理
的寸法によつて変化はあるが、容器の翼型部の厚
さの部分的減少は約13〜15％である。

本発明によつて、剛性セラミツク本体３２は容
器２２の過大変形、曲りを防ぐ。即ち、長い容器
２２と金属粉２８との圧搾間、剛性セラミツク本
体３２は容器が最初のスペースの限界、第１２図
に示す点線５６外に動くのを防ぐ。

高温等静圧プレスの間、容器２２の側壁に作用
する応力は容器を第１３図に示すように曲げる傾
向がある。この例では容器２２の先端と尾端６
２，６４はセラミツクブロツク３２の内側面５２
に接触する。容器の中央部６６は剛性セラミツク
ブロツク３２の反対側内面５４に接触する。容器
２２と剛性ブロツクの内面５２，５４との接触は
容器が最初のスペース、第１２図の５６外に、高
温等静圧プレス過程間に容器に生じた応力によつ
て、変形するのを防ぐ。

容器２２の尾端部６８は剛性本体３２から突出
させ、容器加熱の時に剛性本体３２から突出さ
せ、流体圧の作用によつて軸線方向に収縮するの
を可能にする。即ち、容器２２がオートクレーブ
４０内で最初に加熱される時に、容器は軸線方向
に自由膨脹可能に尾端部をブロツク３２から突出
させる。第１３図に示す容器の頂端６２はブロツ
ク３２の下端の開口附近にあり、軸線方向に膨脹
可能である。金属粉２８の圧搾に際して流体圧の
作用によつて容器２２はブロツク３２に対して自
由に軸線方向に動く。容器２２の頂端尾端６２，
６８がセラミツクブロツク３２内に緊密に囲まれ
れば、容器は軸線方向の膨脹収縮不可能となり、
容器の膨脹、収縮に際して曲り又は破断の傾向を
生ずる。

流体透過性材料の剛性本体の第２の実施例につ
いて説明する。

流体透過性材料の剛性本体３２を容器２２を囲
んで形成するには、充填封鎖した容器を第１４図
に示す通り、セラミツク材料のスラリー７２内に
繰返し浸漬して形成することができる。即ち、封
鎖した容器２２をスラリー内に浸漬し、上方に第
１４図に示す点線位置に引上げ、容器を囲むセラ
ミツク層を部分的に乾燥させる。この過程を繰返
し、第１５図に示す通り、複数のセラミツク層７
４を容器２２を囲んで形成させる。容器２２上の
セラミツク層を硬化させて流体透過性材料の剛性
本体７６を形成する。

封鎖容器２２と流体透過性材料の剛性本体７６
とはオートクレーブ４０内で高温等静圧プレス過
程を行なう。このプレス作業間に、容器２２の側
壁に作用する流体圧力は側壁を内方にセラミツク
材料の剛性本体７６の内壁から離れさせ、セラミ
ツクブロツク３２について第９〜１１図に説明し
た通りである。

流体透過性材料の剛性本体の予じめ成形したブ
ロツクについて説明する。

流体透過性材料の剛性本体を成形する場合に、
容器をセラミツクスラリーで囲み、スラリーを硬
化する方法に代えて、第１６図に示す流体透過性
セラミツク材料の剛性ブロツク７８，８０を使用
すること剛性ブロツク７８，８０の内面８２，８
４の形状は第１７図に示す通り容器２２の両面に
密に接触するように定める。即ち、充填封鎖した
容器２２の凸面の側壁４８をブロツク８０の凹面
８４に凸面全面について密に接触させる。容器の
凹面の側壁５０はブロツク７８の凸面８２に凹面
側壁全面について密に接触させる。

ブロツク７８，８０の面８２，８４は容器の外
面と同じ寸法形状である。それ故、第１６図に示
す上部ブロツク７８の下向き平面８８，９０は下
部ブロツク８０の上向き平面９２，９４を平面接
触係合となる。金属部材１００の第１７図に示す
質量を上部セラミツクブロツク７８上に置く。質
量部材１００とセラミツクブロツク７８，８０と
は所要のクランプワイヤ１０２，１０４によつて
互に押圧させる。

セラミツクブロツク７８，８０と容器２２と重
錘１００とは第９図に示すオートクレーブ４０内
に置き、第９〜１１図についての説明の通り、高
温等静圧プレス過程を受けさせる。これによつて
オートクレーブ内のアルゴンガスの圧力は流体透
過性ブロツクを通つて伝達され封鎖容器２２と金
属粉２８とを圧搾する。容器２２が圧搾されれ
ば、側面４８，５０はブロツク７８，８０の凹面
凸面８２，８４から離れ、第１０，１１図に示し
た通りである。この過程間、重錘１００とクラン
プ素子又はワイヤ１０２，１０４とは剛性ブロツ
ク７８，８０を相対運動しない保持とする。これ
によつて容器２２が最初のスペース外に変形する
のを防ぎ、金属粉２８が容器内で拡散接合して翼
型１０を形成する時に過大変形するのを防ぐ。高
温等静圧プレス間にブロツク７８，８０が容器２
２の過大変形を防ぐことは、第１３図のブロツク
３２が容器の過大変形を防ぐ作用と同様である。

第１６，１７図に示す実施例では、ブロツク７
８，８０と内面８２，８４の形状は両ブロツクが
平面接触を容器２２の圧搾前に形成する形状とし
た。しかし、ブロツク７８，８０は間隙を形成し
容器が圧搾された時に閉じるようにすることもで
きる。即ち、第１８，１９図に示す実施例では、
剛性の流体透過性セラミツクブロツク１１０，１
１２は第１６図のブロツクの側面８２，８４に相
当する凹面凸面の内面を有する。この形状は金属
粉の封鎖容器２２の両面の形状と同じとする。そ
れ故、側面８２，８４は第１９図に示す通り、容
器２２に接触する。

第１８，１９図に示す本発明の実施例におい
て、ブロツク１１０，１１２の凹面と凸面の外周
寸法は容器２２の側面４８，５０の外周面の長さ
より短い。それ故、ブロツク１１０，１１２の平
な側面１１６，１１８は容器２２の両側で間隙１
２０，１２２を形成する。間隙１２０，１２２の
実際寸法は金属粉の容器２２の中央軸線に沿う第
１７図の断面上の厚さが約0.150in（約４mm）の時
に間隙は約0.020in（約0.5mm）である。

重錘１２６を上部ブロツク１１０上に置く。ブ
ロツク１１０，１１２、封鎖容器２２、重錘１２
６をオートクレーブ４０内に置き、高温等静圧プ
レス作業を行なう。高温等静圧プレス作業間、容
器２２と封鎖容器内金属粉は圧搾される。容器２
２が圧搾されれば、上部ブロツク１１０は重錘１
２６の作用によつて下部ブロツクの方向に動き、
間隙１２０，１２２を閉鎖する。間隙１２０，１
２２が完全に閉鎖し、側面１１６，１１８が平面
接触係合となることが好適である。しかし、所要
に応じて、間隙１２０，１２２が部分閉鎖とする
こともできる。

第１６〜１８図に示す実施例において、流体透
過性ブロツク７８，８０，１１０，１１２を重錘
の作用によつて押圧した。しかし容器２２の過大
変形又は曲りを生ずる力は重錘１００，１２６の
力より大きいことがある。それ故、剛性ブロツク
は互に押圧するクランプ力をほゞ一定に保ち、又
は高温等静圧プレス過程間にクランプ力が大とな
る構成とする。第１７図に示す実施例では、ワイ
ヤ又はクランプ素子１０２，１０４はワイヤ金属
の熱膨脹によつて長くなり、重錘１００、ブロツ
ク７８，８０に対するワイヤ１０２，１０４の力
は高温等静圧プレス過程間に０となり、少なくと
も著しく減少する。

第２０図に示す本発明の実施例は、熱的に補償
されたクランプ組立体１３０が剛性流体透過性ブ
ロツク１１０，１１２に対する高温等静圧プレス
過程間クランプ力を保つ。このために、ワイヤ又
はクランプ素子１３６を比較的小さい熱膨脹率の
材料製とする。補償金属部材１３８は比較的大き
な熱膨脹率の材料製とする。部材１３８はワイヤ
１３６とセラミツクブロツク１１０の上面との間
に置く。

補償部材１３８の直径と熱膨脹率とをワイヤ１
３６の長さと熱膨脹率に関連させ、加熱の際のワ
イヤのクランプ力を保つ。即ち、温度上昇に際し
ての熱膨脹による部材１３８の直径の増加がワイ
ヤ１３８の熱膨脹による長さの増加をオフセツト
するように定める。部材１３８の温度が上昇すれ
ば、部材は第２０図に著しく誇張して示したよう
に膨脹する。同時にワイヤ１３６の長さも誇張し
て示した通りに増加する。ワイヤは部材１３８の
両側に沿つて延長するため、部材１３８の直径の
微小増加はワイヤ１３６の長さの増加の２倍微小
分を補償する。１本の補償部材１３８を第２０図
に示したが、所要に応じて２本の棒を使用するこ
ともできる。即ち、１本の棒を第２０図に示す通
りブロツク１１０に接触させ、第２の棒をワイヤ
１３６とブロツク１１２との間に置く。

ブロツク１１０，１１２の側面間に第１８，１
９図に示す通りに間隙１２０，１２２を形成する
ことができる。この場合は、棒１３８の直径と熱
膨脹系数とはワイヤ１３６の長さと熱膨脹系数に
関連させ、間隙１２０，１２２が閉じた時にブロ
ツク１１０，１１２に対するクランプ力を保つよ
うに定める。

棒１３８の直径と熱膨脹系数をワイヤ１３６の
長さと熱膨脹系数に関連させてブロツク１１０，
１１２に対するほゞ一定のクランプ力を保つこと
ができる。しかし、棒をワイヤとの寸法と熱膨脹
系数とを関連させて、外囲温度が上昇すればブロ
ツク１１０，１１２に対するクランプ力が増加す
るように定めることができる。何れの場合にも、
ブロツク１１０，１１２、ワイヤ、棒の加熱に際
して単位寸法についての補償棒１３８の寸法増加
はワイヤ１３６の寸法増加より大きい。

ワイヤ１３６、棒１３８についての各種の材料
を使用し得るが、棒１３８を300系ステンレス鋼
又は21−４−Ｎ弁用鋼とし、ワイヤ１３６をＡ−
286鉄超合金とする。ワイヤ１３６は第２０図に
は１本のみを示したが第１７図に示す通り複数本
を使用できる。ワイヤ１３６は棒１３８の一側の
みを囲んだ図を示したが棒とワイヤは異なる組み
方とすることができる。例えば棒１３８を平な形
状とし、ワイヤ１３６は完全に棒を囲み次にブロ
ツク１１０，１１２を囲むようにする。

ブロツクを互に押圧するために重錘１２６を使
用せずに、第２１図に示すピストンシリンダ組立
体１４０を使用して両ブロツク１１０，１１２を
押圧することができる。ピストンシリンダ組立体
１４０は可変容積室１３１を有し、導管１４２，
弁１４４を経て流体圧力供給源に連結する。ピス
トンシリンダ組立体１４０内へ流体圧力は上部ブ
ロツク１１０を下部ブロツク１１２に押圧し、流
体透過性剛性ブロツク１１０，１１２を通して作
用する流体圧によつて封鎖容器２２が圧搾される
間に間隙１２０，１２２を閉じる。

第１６〜２１図に示す実施例において、流体透
過性材料の剛性ブロツク７８，８０，１１０，１
１２の内面、即ち第１６図の面８２，８４に相当
する面はブロツクに係合する容器２２の外面の部
分の形状と同じ形状とした。第２２図に示す本発
明の実施例においては、剛性の流体透過性セラミ
ツク材料で形成した２個のブロツク１４５，１４
６の内面１４７，１４８は金属粉の封鎖容器２２
の外面曲率とは異なる曲率とする。

上部ブロツク１４５の内面１４７の曲率は容器
２２の上面８２の曲率半径より小さくする。同様
に下部ブロツク１４６の内面１４８の曲率半径は
容器２２の外面８４の曲率半径より小さくする。
封鎖容器２２の圧搾間、ブロツク１４５，１４６
は第１７図に示す重錘、又は第２１図に示す空気
圧ばね、又は第２０図に示す熱補償クランプ組立
体の作用によつて互に近接する。容器２２の側面
８２，８４の曲率半径は変化して剛性の流体透過
性セラミツクブロツク１４５，１４６の内面１４
７，１４８の曲率に相当し、ブロツクは互に近接
する。

プレート、パターン、容器について説明する。

第１図に示すタービンブレードは尾部即ち根元
部１５０にほゞ長方形のプラツトホーム１５２を
有する。翼型部１５４はプラツトホーム１５２か
ら外方に延長する。翼型部１５４は曲面の捩れた
形状を有する。タービンブレード１０の形状構成
は周知であり、ブレードを使用する機関の型式及
び機関内のブレートの位置によつて相違する。特
定のタービンブレード１０を第１図に示したが、
他の型式のベーン又はブレート、及び他の物品を
本発明の方法によつて製造することができ、本発
明はタービンブレードに限定されない。

タービンブレード１０は球状のチタニウム粉即
ちPREP（プラズマ回転電極粉）Ti−6Al−4Vが
好適である。他の型式の金属粉末合金、例えばコ
バルト合金又はニツケル超合金、例えばIN−100
も使用できる。ベーン又はブレード１０を形成す
るための金属粉末合金の特定の組成は、ベーン又
はブレードを使用すべき雰囲気とブレートを受け
る作動応力とに応じて定める。

容器１４を形成するためには、第１にブレート
１０の形状に相当する形状としたパターン１２を
形成する必要がある。パターン１２の形状はブレ
ート１０の形状に相当するが、パターン１２はブ
レート１０よりも僅に大として金属粉の圧搾分を
補正する。パターン１２は根元部１５８と、プラ
ツトホーム１６０と、ブレート部１６２とをター
ビンブレード１０の形状に相当させて形成する。
更に、２個のほゞ円注形の突出部１６４，１６６
をパターン１２の頂端と尾端に設ける。

パターン１２は正確に形成したマスター型内に
加温したワツクス又は合成樹脂を射出して成形す
る。マスター型のスペースはパターン１２の所要
形状に相当する。しかし、マスター型の型スペー
スの寸法はパターン１２の寸法より僅に大として
パターン材料の収縮を補正する。ワツクス又は合
成樹脂がマスター型の型スペース内で固化すれば
型を開いてパターンを型から取出す。パターン１
２を形成する方法はインベストメント鋳造法で使
用するパターンの形成と同様である。

ワツクスパターン１２の外面を導電性とするた
めに、銀又はグラハイトをパターンの全外面に連
続層として噴射する。銀又はグハライトのスプレ
ーが好適であるが、他の導電材料をパターンにス
プレーすることができる。更に、パターン外面を
導電性とするために、無電のニツケル又はニツケ
ルコバルト被覆又は任意の金属の蒸着を行なうこ
ともできる。

パターン１２の導電外面にニツケルを電気めつ
きして連続した薄い金属層をパターン上に形成す
る。電気めつき過程間に、パターンを陰極とし、
ニツケルを陽極とする。第３図のニツケル層１４
の電気めつき間にパターン上にニツケルの不均等
被着が生ずる。過去においてはパターンの翼型部
１６２の凸面側が翼型の凹面側よりもニツケルの
厚い層がめつきされ第３図に示す。更に電気めつ
きされた材料が比較的鋭い翼型後縁に集まり、第
３図に示し、更に頂端に集まる。

ニツケル層１４のパターン１２上の厚さの変化
の程度はある程度までは補助陰極又は分流によつ
て電気めつき間の電解質の流れを制御し、非導電
材料のシールドを設ける。ニツケルの層１４の厚
さの変化はある程度は既知の電気めつき技法によ
つて制御できるが、層１４は厚さの変化がある。
それ故金属層１４の外面はパターンの形状に正確
に相当せずパターンの形状の関数とした形状とな
る。これを第３図に示し、層１４の外面にはパタ
ーン１２の翼型部の後縁附近に球状部が形成され
る。

電気めつき作業の原価を最低とするためには、
ニツケル層１４の厚さはできるだけ薄くする必要
がある。しかし、ニツケル層１４の最も薄い部分
も高温等静圧プレス作業に必要とする比較的高い
流体圧力、約30000psi（約2100Kg／cm²）に破損せ
ずに耐える必要がある。即ち、高温、チタニウム
の場合約1700〓（約930℃）、ニツケル超合金の場
合約2000〓（約1100℃、での流体圧力の作用下
で、容器２２の側壁は均等に変形し、容器２２の
気密を保ち、高圧アルゴンガスが容器外にあつて
容器内には入らないことを必要とする。パターン
１２上にめつきされた金属層１４の厚さは変化が
あるが金属層の平均厚さは約0.015in（約0.4mm）と
する。勿論、金属層１４の平均厚さを上述の値と
は別の値とすることもできる。

薄い金属層１４をパターン１２上にめつきした
後に、パターンを除去して容器２２を形成する。
パターン１２を除くために突出部１６，１８の外
方端部を切つて金属層１４に孔を形成する。パタ
ーン１２と金属層１４とをパターン１２を形成す
るワツクス材料の溶融点以上の温度に加熱し、金
属層１４の溶融点より低い温度とする。溶融した
ワツクスは金属層１４の先端の突出部１６の孔か
ら流出する。残つたワツクスを金属層１４内から
清掃するために、溶剤を根元部突出部１８の孔か
ら導入して頂部突出部１６の孔に流す。

パターンを銀で導電性とした場合は銀の層を除
くために所要の試薬例えば硝酸溶液を根元突出部
１８の孔から頂端突出部１６の孔に流す。これに
よつて形成された第４図に示す容器２２はパター
ン１２の形状、タービンブレード１０の形状に相
当するスペース２４を有する。圧搾する粉末がチ
タニウムであり、パターンを導電性とする材料が
グラハイトの場合はグラハイトは容器内から除去
しない。グラハイトはニツケルがチタニウム内に
拡散するのを最小とする機能を有する。凸面の側
壁４８は比較的厚く、凹面の側壁５０は比較的薄
く、翼型後縁に相当するスペースの部分附近は球
状堆積１７０を形成するため、容器２２の外面形
状はパターン１２及びタービンブレード１０の形
状とは異なる。

次に容器の頂端突出部１６の孔を封鎖し、容器
内に根元突出部１８の孔を経て金属粉を充填す
る。容器２２の金属粉の充填は真空利用が好適で
あり、金属粉２８の容器２２への充填を容易にす
る。容器２２内に金属粉充填開始の時にスペース
２４内に空気があれば、開放根元端突出部１８の
孔を通つて空気が逃げるため金属粉の流入を妨げ
る。それ故、容器内に金属粉２８の注入開始前に
容器スペースを排気する。容器内に充填されれば
根元突出部１８の孔を真空雰囲気内で封鎖する。
根元突出部１８の封鎖後に容器２２を真空雰囲気
から外気に取出し、外気はスペース２４内に入ら
ない。

容器２２の薄い金属は高温等静圧プレス作業間
容器を支持する構造強度は不十分であるため、流
体透過性材料の剛性本体がなければ曲り又は過大
変形が容器に生ずる。容器２２へ薄い金属は容器
に金属粉を充填し、次の取扱の間自己支持する十
分な構造強度を有する。容器２２を形成する一般
的過程は米国特許4023966号、4065303号に記載さ
れ、これ以上詳述しない。

容器の曲りについて説明する。

支持のない薄い金属容器２２が第９図に示すオ
ートクレーブ４０内で金属粉２８を圧搾するに必
要とする温度と圧力を受ければ、容器２２は過大
変形を生ずる。即ち、容器２２の曲りの例とし
て、容器が外部支持なしで等静圧プレス作業を受
けた時に第６図に示すほゞバナナ状に曲る。プレ
ス作業間に容器が過大変形又は曲りを生ずる理由
は明確ではないが、容器各部の厚さと長さの差異
によつて容器に誘起される応力に基くものと信じ
られる。

容器２２が流体透過性材料の剛性本体内に包囲
される時は、前述した通り容積が減少し、高温等
静圧プレス作業間に制御された圧搾が行なわれ
る。変形の程度は変化するが、球状粉末の場合、
容積上の圧搾は30〜70％であり、直線上の減少は
15〜20％になる。しかし、第８，１５，１６，１
８，２０図に示す剛性流体透過性材料本体の使用
によつて、タービンブレードは生産ベーンで金属
粉から形成され、希望翼型厚さに対する厚さの変
化は±0.005in（約0.13mm）程度であり、翼型の長
さに沿う側面形の捩れ及び曲りは±0.010in（約
0.25mm）以下である。この精度のタービンブレー
ドの成形は流体透過性材料の剛性本体によつて容
器２２を保持し、容器及び容器内金属粉の加熱圧
搾間容器壁に誘起される応力の作用下で過大曲り
を防ぐことの結果である。

流体透過性材料の剛性本体について説明する。

ある実施例においては容器２２を流体透過性材
料の剛性本体内に囲むために、容器２２を第７図
に示すセラミツクのスラリー３６で囲む。スラリ
ー３６の本体はこの例ではテーラーリフラクトリ
ー社の商品名“TAYCOA”とした鋳造可能シリ
カである。鋳造可能シリカは商品名No.414Fセラ
ミツクと称する。この特定のセラミツクスラリー
を使用したが、シリカ、ジルコン、結合剤、を含
む既知のスラリー例えば米国特許4093017号、
4128431号、4131475号、4236568号に記載する組
成のスラリーも使用できる。

同じ型式のセラミツク材料を使用して、剛性流
体透過性ブロツク７８，８０，１１０，１１２，
１４５，１４６、第１６〜２２図、を形成でき
る。しかし、本発明は容器２２を囲む剛性流体透
過性本体を形成するために特定の材料に限定され
ない。

作動について説明する。

本発明はタービンブレード又はベーン１０等の
物品を金属粉から形成する新しい方法を提供す
る。この方法を実施するために、内部スペース２
４の形状を物品の形状に相当させた金属容器２２
を形成する。容器２２内に金属粉２８を充填して
封鎖する。薄い金属の容器２２は容器充填間自己
支持する十分な強度を有する。

封鎖した容器の少なくとも一部を流体透過性材
料の剛性本体で囲む。流体透過性材料の剛性本体
は容器２２を囲んで固化させることもでき（第
７，１４図）又は予じめ成形して容器２２を収容
することもできる。（第１６〜２２図） 封鎖した容器と容器内の金属粉とは高温等静圧
プレス過程を受け、この間容器は加熱され、流体
圧を受ける。流体圧は剛性本体を通つて伝達し、
容器外面に作用し、容器２２と高温金属粉２８と
を圧搾する。容器２２と金属粉が圧搾されれば容
器外面は流体透過性材料の剛性本体の面から離
れ、第１０，１１図に示す。薄い金属容器自体は
高温等静圧プレス過程間に曲り応力に耐え、変形
なく自己支持する構造強度はないが、容器はプレ
ス過程間の流体圧下で裂けることのない十分な強
度を有する。

金属粉末２８の圧搾間、容器２２の側壁に応力
が誘起される。この応力は容器２２に過大変形又
は曲りを生じさせる傾向がある。しかし、容器の
曲りは流体透過性材料の剛性本体によつて防止さ
れる。金属粉２８の圧搾間に誘起される応力下で
の容器２２の過大変形を防ぐのに加えて、流体透
過性材料の剛性本体は容器２２を支持し、金属粉
の拡散結合に必要とする温度に加熱された後の容
器の熱変形を防止する。

セラミツク材料の剛性本体は充填封鎖された容
器を各種の方法で囲むことができる。セラミツク
材料の剛性本体は封鎖した容器の周囲に成形する
ことができ（第７図）、容器をセラミツク材料の
スラリー内に繰返し浸漬して封鎖容器を囲んで成
形することができる（第１４図）。好適な例とし
て封鎖容器２２を囲む２個の剛性セラミツクブロ
ツク７８，８０，１１０，１１２，１４５，１４
６には容器に接触するための予じめ成形した面を
設ける。予じめ成形した面は容器２２の側面に相
当する面形状とすることもでき（第１６〜２１
図）、又は容器の側面とはある程度異なる面とす
ることもできる（第２２図）。ブロツクは最初に
平面接触させることもでき（第１６，１７図）、
好適な例では最初はブロツク間に間隙を有し、金
属粉容器の圧搾によつて間隙が閉鎖するようにす
る（第１８〜２１図）。何れの場合を容器２２に
対してブロツクを互に近接させるために温度補償
クランプ装置１３０、又は重錘１００，１２６、
又は圧力クランプ１４０等の手段を用いる。

発明の効果 本発明によつてタービンブレード等の不整形の
物品の金属粉による成形又はオートクレーブ内の
高温等静圧プレス作業を容易に、正確な寸法で、
過大変形を生ぜずに製造可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属粉で形成したタービンブレード又
はベーンの一部を除去した斜視図、第２図は第１
図のタービンブレードの形状に相当するパターン
の一部を除去した斜視図、第３図は第２図のパタ
ーンに薄い金属をめつきした一部を除去した斜視
図、第４図は第３図の４−４線に沿いパターンを
除去した容器の断面図、第５図は第４図の容器に
金属粉を充填する図、第６図は第５図の容器の支
持なしで圧搾した時の曲りを示す図、第７図は充
填封鎖した容器の一部を囲みセラミツク材料を成
形する図、第８図は第７図のセラミツクの硬化に
よる流体透過性剛性本体を示す図、第９図は第８
図の容器と剛性本体をオートクレーブに収容し容
器と金属粉を圧搾する図、第１０図は第８図の過
程間の流体圧力の伝達を示す部分拡大断面図、第
１１図は第８図の炉内で圧搾された容器と金属粉
を示す部分拡大断面図、第１２図は第８図のプレ
ス過程による容器の収縮を示す図、第１３図は第
８図の過程での容器の変形限度を示す図、第１４
図は流体透過性材料の剛性本体を容器外面に形成
するためのセラミツクのスラリー内への繰返し浸
漬を示す図、第１５図は第１４図の方法で形成さ
れた剛性本体を示す拡大断面図、第１６図は予じ
め成形した流体透過性材料の剛性本体としたブロ
ツクを示す斜視図、第１７図は第１６図のブロツ
クが金属粉容器を囲む断面図、第１８図は最初は
ブロツク間に間隙を形成する例を示し、間隙を誇
張した図、第１９図は第１８図の相互関係を示す
断面図、第２０図は第１９図の装置に温度補償ク
ランプを使用した図、第２１図は剛性ブロツクの
押圧に流体圧を使用する図、第２２図はブロツク
の予じめ成形した形状を容器の最初の形状とは異
なる形状とした例を示す断面図である。 １０……タービンブレード又はベーン、１２…
…パターン、１４……めつき金属層、１６，１
８，１６４，１６８……突出部、２２……金属粉
容器、２４……スペース、２８……金属粉、３
２，７６，７８，８０，１１０，１１２，１４
５，１４６……流体透過性材料の剛性本体、４
８，５０……側面、５２，５４，８２，８４，１
４７，１４８……内面、１００，１２６……重
錘、１０２，１０４，１３６……ワイヤ、１２
０，１２２……間隙、１３８……棒、１４０……
流体圧装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属粉から物品を形成する方法であつて、内
   部スペースの形状が物品の形状に相当し側壁の外
   面が最初のスペース範囲を形成する金属容器を形
   成し、容器内スペースに金属粉を充填し、充填し
   た容器を容器外面を押圧する流体が容器内に入ら
   ない封鎖とし、その後に、内面を容器外面に係合
   させた流体透過性材料の剛性本体で充填封鎖した
   容器の少なくとも一部を囲み、熱及び流体圧力を
   流体透過性材料の剛性本体内を通つて容器に伝達
   し；上記容器を形成する段階は容器充填間自己支
   持可能の構造強度を有し熱及び流体圧力を容器に
   伝達する間屈曲せずに自己支持不可能の容器を形
   成する段階を含み；流体透過性材料の剛性本体内
   を通つて伝達される流体圧力の作用下で流体透過
   性材料の剛性本体の変形を生ずることなく容器内
   の加熱金属粉を圧搾し；上記加熱金属粉の圧搾過
   程は流体透過性の剛性本体の寸法形状を一定に保
   つ過程と、容器の寸法を減少させて容器外面の一
   部と流体透過性材料の剛性本体の内面との間にス
   ペースの生ずる過程と、容器内に応力を誘起して
   容器の少なくとも一部が容器の最初のスペース範
   囲外に変形する傾向を生ずる過程とを含み；流体
   透過性材料の剛性本体形状が一定を保つため金属
   粉の圧搾間に容器内に誘起された応力の作用下で
   容器が流体透過性材料の剛性本体の内面に接触し
   て最初のスペース範囲を保ち、これによつて容器
   内の金属粉を圧搾して物品の所要形状に少なくと
   も近似した形状とすることを特徴とする金属粉か
   ら物品を形成する方法。 ２ 前記容器を流体透過性材料の剛性本体で囲む
   過程には、セラミツクスラリを準備し、充填封鎖
   した容器をセラミツクスラリで囲み、セラミツク
   スラリを容器を囲んで硬化する過程を含む請求項
   １記載の方法。 ３ 前記容器を流体透過性材料の剛性本体で囲む
   過程には、流体透過性材料で形成した第１第２の
   剛性部材を形成し、充填封鎖した容器の両面に両
   部材を係合させる過程を含む請求項１記載の方
   法。 ４ 前記容器を流体透過性材料の剛性本体で囲む
   過程には、セラミツクスラリを準備し、充填封鎖
   した容器を繰返しセラミツクスラリに浸漬して容
   器上に複数のセラミツクスラリの層を形成し、容
   器上に形成したセラミツクスラリの層を硬化する
   過程を含む請求項１記載の方法。 ５ 前記容器の寸法を減少して容器外面の一部材
   と流体透過性材料の剛性本体内面との間にスペー
   スを形成させる過程には、容器外面が動いて流体
   透過性材料の剛性本体内面との間に離間した関係
   を形成する過程を含む請求項１記載の方法。