JPH09110596A - 単結晶ガスタービンエンジン用部品及び単結晶金属製品の補修方法 - Google Patents

単結晶ガスタービンエンジン用部品及び単結晶金属製品の補修方法

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JPH09110596A JP8134384A JP13438496A JPH09110596A JP H09110596 A JPH09110596 A JP H09110596A JP 8134384 A JP8134384 A JP 8134384A JP 13438496 A JP13438496 A JP 13438496A JP H09110596 A JPH09110596 A JP H09110596A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶製品の欠陥部分を、単結晶特性を損
なわずに補修できるような補修方法を提供する。 【解決手段】 本発明の方法は、欠陥を有する金属の
下地物質に、亀裂が発生しないように選択された条件で
溶加材を溶け込ませる過程を含む。好適実施例において
は、レーザービームの照射は、比較的低い出力密度で、
照射面でのビーム直径が比較的大きくなるように、かつ
比較的長時間行い、深さの幅に対する比が小さい溶融池
を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に金属製品の
補修に関し、特に単結晶ガスタービンエンジン部品の補
修に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在のガスタービンエンジンは、性能及
び効率を高めるために作動時に高速で回転し、高温下で
作動する。従って、ガスタービンエンジンの部品の材料
は、このような過酷な動作環境に耐えられるものでなけ
ればならない。
【０００３】多くの高温ガスタービンエンジン部品は、
高温用、及び高い機械的応力の加わることを想定して特
別に開発されたニッケルベースの超合金製のものであ
る。超合金材料は、部品の形状に鋳込み成型されること
が多い。例えば、当該技術分野においては方向性凝固が
知られている。この鋳込み技術では結晶粒界の方向を応
力軸と平行に合わせる。このような方向の整合によっ
て、耐熱強度が高められる。高温による破損は金属結晶
間の境界部分において発生することが多いので、方向性
凝固では結晶粒界の方向を、破損発生部位を最小化する
ように合わせるのである。
【０００４】単結晶鋳造は上述の技術を拡張したもので
ある。合金を単結晶に鋳造することによって、仕上げら
れた部品の内部結晶境界が除去される。単結晶タービン
ブレード及びベーンは、強度、延性、及び高温下での亀
裂抵抗性のような特性に関して非常に優れたものであ
る。従って、単結晶部品はガスタービンエンジンのター
ビン部分において広く用いられている。
【０００５】単結晶エンジン部品は望ましいものではあ
るが、製造には非常にコストがかさむ。欠陥は、さまざ
まなエンジンの動作が行われた後のみならず、製造中に
も発生することが多い。亀裂または他の欠陥が検出され
たときには、その構成要素を補修または交換しなければ
ならない。現在、単結晶部品を元の結晶の形態及び特性
に復元することが可能な効果的な補修方法はない。この
ために、当該産業上で極めて大きな出費を招いている。
【０００６】単結晶金属部品の補修のための従来の技術
では、結晶境界を導入してしまったり、凝固時の亀裂が
生じるためにうまく補修を行うことができなかった。
「単結晶補修処理」とされる多くの溶接方式の処理が存
在するが、これらの処理は必ず境界を導入してしまい、
機械的特性を損なうことになる。
【０００７】従来の補修処理の大半は、我々の知る限
り、精密に焦点合わせされた高出力密度のレーザービー
ムを用いて、金属下地物質と相互作用させるものであ
る。この方式では少なくとも２つの現象のために亀裂が
生ずる。第１の現象は高い凝固速度に関連する。凝固速
度が高くなるのは、レーザービームにより生成された溶
融池と下地物質との間の温度差が大きいことが原因であ
る。加熱速度が速いために、下地物質の溶融しない部分
の温度があまり上昇せず、この結果温度差が大きくなる
のである。このことが意味するのは、レーザービームが
移動したり、停止したときに、下地物質が非常に効率的
なヒートシンクとして機能して表面の溶融部分が直ちに
凝固してしまうということである。
【０００８】更に詳述すると、レーザービームの出力密
度が高く、それにさらされる時間が短いために大きな温
度勾配が生じ、冷却速度が速くなって凝固速度も速くな
るのである。この方式で部分的溶融及び凝固を行うこと
によって、凝固中の熱応力を誘発し亀裂を生じさせるこ
とがある。
【０００９】多くの従来の技術において亀裂を生じさせ
る第２の現象は、溶融池が深くなり、縦横比（深さに対
する幅の比）が高くなることである。このような比較的
狭く深い溶融池において凝固が行われると、いくつかの
不都合な点が生ずる。例えば、縦横比が比較的大きいた
めに、熱が溶融池から横方向のみならず下地物質の下方
向にも流れることになる。凝固が終了したとき、溶融池
の壁部分の収縮によって大きな応力が生ずる。このよう
に縦横比が大きいことの総合的な効果は、大きな角度の
結晶粒界が導入されること、及び凝固において大きな収
縮が生ずることである。大きな角度の結晶粒界が導入さ
れることによって、材料の完全さが損なわれ、亀裂の発
生率が高まる。この方式の凝固においては、収縮度が高
いことにより、凝固中及び凝固後に高い応力が生じて、
それが亀裂の発生にも結びつくことがある。従って、以
上列挙した理由により、従来のレーザー式金属補修処理
技術は、亀裂を生じさせることが多く、実際に利用する
ことは一般に困難である。
【００１０】このような問題を多少とも解決するための
さまざまなな試みがなされてきた。この中には亀裂を減
少させるべく下地物質を予め加熱しておく方法や、延性
が大きく凝固亀裂の少ない材料のような、異なる溶加材
を用いる方法が含まれる。残念ながら、前述の問題を解
決するためのこれらの方法はあまりうまく実施すること
ができなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、単結晶ガスタービンエンジンなどの単結晶製品の欠
陥部分をその単結晶特性を損なわずに補修できるよう
な、単結晶金属製品の補修方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の実施例の１つに
おいては、亀裂を生じさせないような条件の下で溶加材
を下地物質上の欠陥部分に溶け込ませる。本発明の好適
実施例においては、比較的縦横比の小さい、即ち浅い溶
融池を生成すべく、レーザービーム、または他の適当な
エネルギー源が比較的低い出力密度（約１０Ｊ／ｓ−ｃ
ｍ2（１０Ｗ／ｃｍ2）と約１０4Ｊ／ｓ−ｃｍ2（１０4
Ｗ／ｃｍ2）との間）で、かつ比較的大きなビーム直径
（約０．２５４ｃｍ（０．１インチ）と約１０ｃｍ（４
インチ）との間）で、より長時間（約１秒と約１０００
秒との間）照射させる。
【００１３】材料は溶融池に加えられ、その中に溶け込
んで、凝固しデポジット（deposit）となる。これとは
別に、材料が溶融中または溶融の前に表面に与えられる
こともある。加えられる材料は下地物質と実質的に同じ
組成の粉体であることが好ましい。しかし、応用例によ
っては、下地物質と異なる組成の材料が望ましいことも
ある。例えば、腐食が重要な問題であり、強度はそれほ
ど重要でない場合は、耐腐食性の溶加材が好ましい。欠
陥の性質及び発生原因によっては、欠陥の再発生を防ぐ
ような材料を適当に作ることもある。
【００１４】レーザービームを比較的低い出力密度で照
射し、かつビーム直径を大きくすることによって、凝固
時において、凝固前線を制御できない従来技術と異な
り、凝固領域が下地物質の表面から概ね平面的に外向き
に表面上を広がるようにすることができる。
【００１５】本発明においては、レーザー溶融処理のパ
ラメータを著しく変更することによって、レーザーによ
る金属補修処理中の亀裂の発生の問題を解決する。従来
技術においては、レーザー処理が高い出力密度でかつ短
時間実施されるのに対して、本発明においては、出力密
度は低くされ、処理時間は長くされている。このことに
よって、凝固開始時の、下地物質の溶融池に隣接する部
分の温度を著しく高めることができる。下地物質の溶融
池に隣接する部分を比較的高温に保つことによって、熱
勾配が小さくなり、凝固速度も小さくなる。このことに
よって亀裂の発生率も低くなるのである。従って本発明
によれば、熱勾配を小さくし、冷却速度を下げ、凝固速
度を小さくし、かつ溶融池の縦横比（深さ対幅比）を小
さくすることにより、亀裂を発生させることなく単結晶
材料の補修を行うことが可能となる。
【００１６】本発明の別の実施例は、金属下地物質の欠
陥部分に溶加材を溶け込ませ、凝固させて、更に亀裂が
発生しないような条件の下で溶加材を再び溶融する過程
を含む。詳述すると、エネルギー源によって下地物質の
一部を溶融し、溶融池を形成する。エネルギー源の出力
密度は、約５×１０3Ｊ／ｓ−ｃｍ2（５×１０3Ｗ／ｃ
ｍ2）から約５×１０6Ｊ／ｓ−ｃｍ2（５×１０6Ｗ／ｃ
ｍ2）の間であって、下地物質の加熱に必要なエネルギ
ーのレベルによって決まる。次に、材料が溶融池に加え
られ、溶け込まされ、更に凝固されてデポジットを形成
する。これとは別に、材料が溶融の前または溶融中に表
面上に与えられることもある。デポジットは、エネルギ
ー源が除去されると、下地物質の熱伝達の結果急速に凝
固する。しかし、デポジットは凝固中に生ずる応力のた
めに非常に亀裂が生じやすい。
【００１７】次に、デポジット（及びその周辺の領域）
は、前述したような広い一過程の実施例において用いら
れたような処理パラメータを用いて、エネルギー源をよ
り低い出力密度で、かつより長時間照射させることによ
り再び溶融される。エネルギー源が下地物質を加熱する
ことによって、熱勾配、冷却速度、凝固速度が小さくな
ると共に、溶融処理中及び溶融処理後に発生する応力も
小さくなる。このようにして結晶境界が無く、亀裂のな
いデポジットが形成されることになる。
【００１８】製品を補修するためにこの処理は必要に応
じて繰り返される。各デポジットはその下にある材料に
溶け込み、凝固時の下地物質の結晶方位と整合した結晶
方位を有するようになる。
【００１９】本発明の別の実施例においては、いくつか
のデポジットが形成されたのち、前に溶融池が形成され
たときよりも低い出力密度で、かつより長い時間エネル
ギー源を照射させて再び溶融が行われる。この再溶融処
理において用いられるエネルギー源は、前のものと比較
して製品表面上のより広い領域をカバーするビームを発
生する。
【００２０】本発明の利点は、冷却速度と共に熱勾配を
小さくできることである。これによって凝固時の収縮に
よって発生する応力も低減することができる。このよう
に凝固時の収縮によって生ずる応力を低減することによ
って、亀裂の発生率は必ず小さくなる。
【００２１】この結果、本発明の方法は単結晶ガスター
ビンエンジン部品の補修方法としては理想的なものとな
る。製造過程において、またはエンジンの作動中に損傷
を受けた単結晶ガスタービンエンジン部品を効果的に補
修することが可能となるのである。
【００２２】本発明により、ガスタービンエンジン部品
のための真に構造的な補修方法が提供される。構造的で
あるということは、特に必要がない限り、補修される領
域が下地物質と同一の機械的特性を有するようになると
いうことである。従来の補修処理においては本発明の処
理のように構造的ではなかった。
【００２３】本発明により、下層をなす下地物質と同一
の組成を有するデポジットを形成することができる。従
来の処理では、溶融抑制剤の添加等により、下地物質と
異なる組成となるのが一般的であった。本発明において
は、組成に関して妥協する必要がない。しかし、補修さ
れる部品の性能を改善したり、過酷な環境に対する耐性
を高めたりするために、意図的に組成を変えてもよい。
例えば、その欠陥が酸化によるものである場合、被着さ
れる材料に、１または２種以上の要素、例えばＡｌ、Ｃ
ｒ、Ｙ、Ｌａ、及びＣｅのような元素が添加されること
がある。欠陥が熱腐食に関連するものならば、補修され
る領域にＣｒが添加されることがある。Ａｌ、Ｄｉ、Ｔ
ａ、Ｃｂ、Ｍｏ、及びＷからなるグループから選択され
た材料の量を増加させることによって、補修領域の強度
を下地物質より高めることができる。しかし、より延性
の高められた補修領域が必要な場合は、上述の合金要素
のグループに含まれる要素の量は低減されるべきであ
る。
【００２４】本発明は、補修用デポジットにおいて組成
を変化させるような補修を行うために用いることも可能
である。従って、例えば、補修デポジットの下地物質に
隣接する部分が下地物質と同一の組成を有し、デポジッ
トの外部に露出されている表面に隣接する部分の組成
が、耐酸化性及び耐熱腐食性に関して最適化された組成
を有していてもよい。防護皮膜が塗布できるような貼着
性表面とするのに適する表面の組成を生成することも可
能である。例えば、Ｙの量を高めることによって、防護
皮膜の貼着性が高められる。
【００２５】下地物質に密着した単結晶微細構造を有す
る保護皮膜を被着することも可能である。外部からの破
壊的な化学作用は、選択的に所与の境界に沿って及ぼさ
れることが多いので、このような皮膜によって似たよう
な、多結晶の皮膜の特性を強化したものが得られる。こ
のような単結晶皮膜は部品全体をカバーする必要はない
が、酸化及び熱腐食が特に問題となるような部位には設
けられる。
【００２６】本発明の前述のような、及び他の特徴及び
利点は、以下の実施例の説明を図面と共に参照すること
により一層明らかとなるであろう。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明は、亀裂が生じないような
条件の下で溶加材を下地物質へ溶け込ませる処理に関す
る。（図１〜図６に模式的に示されているような）下地
物質６は、亀裂または割れのような欠陥が生じた何らか
の金属製品である。例えば、下地物質６はニッケルベー
ス、コバルトベース、または他の種類の超合金製品であ
る。
【００２８】下地物質６が単結晶金属製品である場合
は、Ｘ線回折により決定された結晶方位が〈１００〉で
あることが好ましい。この結晶方位に成長した結晶は、
望ましい一方向性構造を構成する。次に、製品の欠陥部
分の周りの領域が、［１００］の結晶方位が垂直方向を
向くように除去される。この方向への結晶の成長が容易
であることから〈１００〉の結晶方位が望ましいのであ
るが、本発明の実施においては、このことは必ずしも必
要ではない。
【００２９】個体亀裂の原因となりうる応力の生成を低
減するのを助けるために、下地物質６を予め加熱しても
よい。この加熱処理は、レーザービーム、コイルヒー
タ、石英水銀灯、または標準的なクラムシェル型炉を利
用する従来通りのさまざまな方法によって実施される。
【００３０】図１は従来の被着処理を示す模式図であっ
て、その幅に対して深さが非常に大きい溶融池８が示さ
れている。熱は矢印１の方向に流れ、凝固前線は矢印５
の方向に移動する。凝固前線は、溶融池８の中央線３に
向かって移動するのが一般的である。溶融池８の両側か
らの凝固前線が中央線３上で出会ったときに応力が発生
する。この応力は従来の多くの処理における亀裂の発生
の原因である。
【００３１】図２は本発明の処理を示した模式図であっ
て、ここでは溶融池８の直径がその深さよりも実質的に
大きい。溶融池８においては、熱が矢印９の方向に流れ
ることによって材料が凝固するが、このとき液体と個体
の境界面は矢印１１の方向に移動し、かつ下地物質６の
表面に向かって移動してゆく。このように凝固前線が実
質的に平面的になるような処理を行うことによって、凝
固前線は下地物質６の外部に露出された表面と実質的に
一致することになるので、亀裂の発生率は大幅に低下す
る。従って、材料内に残留応力が残らないことになる。
符号１５で示す溶融池の周辺部分においてのみ、凝固前
線が下地物質６の外部に露出された表面に向かってまっ
すぐに移動してゆかないことがある。
【００３２】従って、本発明に基づき、亀裂を生じやす
い金属製品の表面を、亀裂を生ずることなく溶融する方
法が得られる。また、本発明の実施態様として挙げられ
るのは、図２に示すような浅い溶融池８の中に別の材料
を添加することによって図３に示すような肉盛部分１７
を形成することである。この別の材料は典型的には粉体
として与えられるが、ワイヤ状または薄膜状の材料を与
えることも可能である。
【００３３】金属下地物質６の表面に肉盛部分を設ける
ことによって欠陥の補修が可能であるということを我々
は発見した。特に重要なことは、本発明を実施する場
合、補修処理中に新しい結晶粒界を形成することなく下
層をなす下地物質の結晶構造をそのまま継続できる点で
ある。このことは非常に重要である。というのはこれに
よって単結晶製品の補修方法が得られるからである。こ
れが従来では達成し得なかった新規な点である。
【００３４】本発明の好適実施例においては、レーザー
ビームまたは他の適当なエネルギー源を使用するが、そ
の出力密度は約１０Ｊ／ｓ−ｃｍ2（１０Ｗ／ｃｍ2）と
約１０4Ｊ／ｓ−ｃｍ2（１０4Ｗ／ｃｍ2）との間であ
り、好ましくは約８０Ｊ／ｓ−ｃｍ2（８０Ｗ／ｃｍ2）
と約８００Ｊ／ｓ−ｃｍ2（８００Ｗ／ｃｍ2）との間で
あり、その照射時間は０．１０秒から約１０００秒の間
であり、好ましくは約０．５秒から約１００秒の間であ
る。更にビーム直径が約０．２５４ｃｍ（０．１イン
チ）と約１０ｃｍ（４インチ）との間であり、好ましく
は約０．５１ｃｍ（０．２インチ）と約５．１ｃｍ（２
インチ）との間であるようなレーザービーム、または適
当なエネルギー源を使用し、それに前述の条件を組み合
わせることによって、図１に示すような深くて狭い溶融
池でなく図２及び図３に示すような浅い幾何学的形状の
溶融池の形成が可能となる。
【００３５】本発明の別の実施例においては、図４に示
すように、この場合ではレーザーである第１エネルギー
源が下地物質６上の欠陥部分の上のスポット４に焦点を
合わせられている。ＹＡＧパルスレーザーのようなレー
ザはー、下地物質６の表面上ビーム直径を非常に小さい
ものとし、補修処理の精度を上げることができるので、
このようなレーザーを使用するのが好ましい。被着「ラ
イン」を生成するために連続的にレーザービームを使用
することも可能である。レーザーの出力密度は約５×１
０3Ｊ／ｓ−ｃｍ2（５×１０3Ｗ／ｃｍ2）と約５×１０
6Ｊ／ｓ−ｃｍ2（５×１０6Ｗ／ｃｍ2）の間であって、
下地物質６の加熱に必要なエネルギーとして決定され
る。ニッケルベースの単結晶下地物質の場合は、出力密
度は約１０5Ｊ／ｓ−ｃｍ2（１０5Ｗ／ｃｍ2）であるの
が好ましい。
【００３６】レーザーによって生成される下地物質６上
のビームスポットの直径は約０．０２５４ｍｍ（約０．
００１インチ）と約２．５４ｍｍ（約０．１００イン
チ）との間であるのが好ましい。ビームスポットの直径
を小さくすることによって、処理の精度が上昇し、ビー
ムスポットの直径を大きくすると肉盛の生成速度が大き
くなる。ビームスポットの最大寸法は使用される出力に
応じて決まる。
【００３７】図５に示すように、ビーム１０によって下
地物質６上に溶融池８が形成される。次に溶融池８の中
に溶加材が被着される。材料の添加はビーム１０の使用
中または使用前に出されてもよい。添加される材料は下
地物質６と実質的に同じ組成を有する粉体１８であるの
が好ましい。
【００３８】粉体１８を溶融池８に被着するときに、粉
体１８は溶融されてビーム１０が除去されると同時に急
激に凝固するデポジットを形成する。例えば、ビーム１
０が製品を横切って通り過ぎることによって加熱入力が
除去されてもよい。これとは別に、粉体１８とレーザー
ビーム１０を下地物質６上に同時に与えることによっ
て、粉体１８と下地物質６が同時に溶融するようにして
もよい。また、上述のような方法で複数のデポジットを
形成してもよい。しかし、これらのデポジットは凝固速
度が速いために生ずる応力によって亀裂を生じているこ
とが多い。
【００３９】次に、亀裂を生じないように選択された条
件、即ち低い出力密度と長い露出時間のもとでデポジッ
トが再び溶融される。詳述すると、この溶融に用いられ
る第２エネルギー源は出力密度が低くなるように調節さ
れた第１エネルギー源でもよい。この場合の出力密度
は、約１０Ｊ／ｓ−ｃｍ2（１０Ｗ／ｃｍ2）と約１０4
Ｊ／ｓ−ｃｍ2（１０4Ｗ／ｃｍ2）との間の範囲がよ
い。ニッケルベースの単結晶下地物質の場合に好ましい
出力密度は約６００Ｊ／ｓ−ｃｍ2（６００Ｗ／ｃｍ2）
である。また出力密度に関する処理パラメータは重複し
ていないことが好ましい。第２エネルギー源に対する露
出時間は約０．１秒から約１０００秒の間がよく、最も
好適な露出時間は約０．５秒から約１００秒の間であ
る。第２エネルギー源への露出時間は、各溶融池の生成
における第１エネルギー源に対する露出時間よりも大き
な時間で、少なくとも約１０秒であることが好ましい。
最も好適な露出時間は少なくとも約１０5倍以上であ
る。
【００４０】第２エネルギー源の下地物質表面上におけ
るビームスポット直径は、図６の符号２８で示すよう
に、第１エネルギー源のビームスポット直径よりも大き
いことが好ましい。最も好適なビームスポット直径は第
１エネルギー源のビームスポット直径の少なくとも約５
倍である。
【００４１】第２エネルギー源を取り除いたときに、材
料は再び凝固するが、第１エネルギー源を与えたときに
較べて低い速度で凝固する。このように穏やかに凝固す
ることによって熱応力が低減し、必然的に亀裂が形成さ
れないことになる。凝固は下地物質６から表面に向かっ
て一方向に進行するので、下層の結晶の形態の継続が促
進され、新しい結晶粒界の形成が防止されることにな
る。
【００４２】上述の過程は下地物質６の肉盛部分におい
て必要なだけ繰り返すことができる。製品の補修にかか
る総時間は製品の寸法によって変わる。
【００４３】図６に示すように、デポジットの凝固領域
２６が形成される。凝固領域２６が第２エネルギー源の
ビームスポット直径より大きい場合は、エネルギー源が
被着された構造を横切って連続的に移動することによっ
て再び溶融されるが、このときエネルギー源の移動速度
は、一方向性の自然凝固が促進されるように露出された
材料を溶融できる速度である。
【００４４】別の実施例として、各層を形成する工程
を、例えば複式エネルギー源を用いることによって同時
に実施することができる。
【００４５】所望の肉盛層が形成されて欠陥が十分に補
修された後、表面が仕上げ処理されてもよい。仕上げ処
理され補修された製品のＸ線回折を行って、層全体に亘
る結晶方位の連続性を確認してもよい。図５には本発明
の方法の実施に適する装置が模式的に示されている。図
５に示すように、粉体供給デバイス２０は溶融池８に粉
体１８を供給する。粉体供給デバイス２０は粉体供給ラ
イン２２を通して粉体供給ノズル２４に粉体１８を供給
する。粉体供給ノズル２４は、粉体１８をビーム１０の
周りに同軸で供給するような同軸式の設計のものでもよ
い。適切な粉体の供給速度は約０．５ｇ／分から約５０
ｇ／分の間であって、溶加材の種類、ビームスポットの
大きさ、及び出力密度に応じて決まる。別の実施例とし
て、粉体１８を下地物質６上に予め与えておくことも可
能である。
【００４６】ビーム１０の部品に対する相対的な移動
は、機械的手段若しくは電気的手段を用いた光学的素子
または下地物質６のマニプレーションによって行われ
る。ここでは、例えば光電素子が用いられてもよい。磁
気効果または静電効果を用いた非機械的手段によって材
料供給の方向が決められる。
【００４７】好適な技術においては、製品の補修される
べき部分の三次元コンピュータモデルが、例えばＣＡＤ
システムを用いて生成される。このモデルにおいては、
インクリメンタルレイヤ（incremental layers）によっ
て、補修されるべき欠陥の個々の断面が画定される。こ
のコンピュータによって生成されたモデルは、コンピュ
ータを用いて例えば５軸システム、及び／若しくはレー
ザービームの多軸式位置決めシステムを制御するのに用
いられる。多軸式位置決めシステムは３軸システムより
も大きいことが好ましい。例えば、５軸位置決めシステ
ムにおいては、部品の回転によって水平方向の形状が構
成し、垂直軸の重力の反対方向に垂直軸に沿ってその水
平方向の形状を積み重ねてゆくことにより、全体の形状
を構成することが可能である。
【００４８】以下に述べる実施例は本発明を更に詳しく
説明するためのものである。明細書に記載された出力密
度は、ＹＡＧレーザー及びニッケルベースの下地物質を
用いた場合には約３０％から約３５％が吸収されるとい
うことに注意されたい。しかし、別の種類のレーザーま
たは下地物質が用いられる場合には、出力密度及び吸収
されるパーセンテージは変化する。更にここに記載した
出力値は平均出力である。
【００４９】
【実施例１】結晶方位が［１００］で、名目組成が５重
量％のＣｒ、１０重量％のＣｏ、１．９重量％のＭｏ、
５．９重量％のＷ、３重量％のＲｅ、８．７重量％のＴ
ａ、５．６５重量％のＡｌ、０．１重量％のＨｆ、残り
がＮｉである単結晶ワークピースがアルコールで洗浄さ
れた。次にワークピースはレーザー被着装置のプラット
フォーム上に配置された。パルスレートが９０Ｈｚ（９
０ｓ-1）で、パルスタイムが約２ミリ秒で、出力密度が
約１０5Ｊ／ｓ−ｃｍ2（約１０5Ｗ／ｃｍ2）で、出力が
１００Ｊ／ｓ（１００Ｗ）であるようなＹＡＧパルスレ
ーザーがワークピース表面の中央部分のスポットに焦点
合わせされた。
【００５０】レーザーを制御するのにＡｌｌｅｎ−Ｂｒ
ａｄｌｅｙ７３２０ＮＣコントローラが用いられた。図
５に示すように、レーザーはビーム１０を発し、このビ
ームは鏡１２で反射されてワークピースに向かう。レー
ザーから発射されたビーム１０は鏡１２とワークピース
との間に配置されたレンズシステム１４を通過した。ビ
ーム１０がレンズシステム１４から発射されたとき、焦
点１６は概ねワークピースの表面上だった。
【００５１】ビーム直径約０．３８１ｍｍ（０．０１５
インチ）のビームスポットがワークピース表面上に生成
された。次に溶融池８が生成された。溶融池８は直径約
０．５０８ｍｍ（約０．０２インチ）で深さが約０．２
０３ｍｍ（０．００８インチ）であった。レーザービー
ムがワークピースの表面を横切っていくときに、各レー
ザーパルスは溶融池８を生成した。
【００５２】粉体の供給速度の制御には、米国ウィスコ
ンシン州ＡｐｐｌｅｔｏｎのＭｉｌｌｅｒ−Ｔｈｅｒｍ
ａｌ社製のモデル１２６０ Ｒｏｔｏ−Ｆｅｅｄ Ｃｏ
ｎｔｒｏｌが用いられた。ディスクの回転速度を約１ｒ
ｐｍから約１．５ｒｐｍの間で変化させることにより流
体の供給速度は約１５ｇ／分となった。粉体のサイズは
約４００メッシュ（mesh）であって、ワークピースの材
料と同じ組成を有するものであった。約１３８ｋＰａ
（２０ｐｓｉ）でアルゴンガスが粉体供給デバイス２０
に連続的に送られて、粉体に圧力をかけ、粉体の供給を
促進するように維持した。アルゴンガスはワークピース
が汚染されないように環境からシールドするのにも用い
られた。
【００５３】粉体供給デバイスはレーザーと１列に並ん
で移動し、移動するレーザーによって生成された溶融池
に粉体が供給され、被着構造を形成し急速に凝固するよ
うにした。
【００５４】８列のデポジットからなる被着構造が生成
された。各列の中心間の距離は約０．３８１ｍｍ（０．
０１５インチ）となった。約６．３５ｍｍ（０．２５イ
ンチ）四方の被覆領域が生成されたが、ここには亀裂が
含まれていた。
【００５５】８列の被着領域が形成された後、処理は停
止された。パルスタイムの設定は４ミリ秒に変えられ
た。パルスレートは９０Ｈｚ（９０ｓ-1）であった。レ
ーザーの平均出力は２００Ｊ／ｓ（２００Ｗ）に上げら
れ、ワークピース表面上におけるビームスポットの直径
は光学システムを変えることによって約６．３５ｍｍ
（０．２５インチ）に大きくされた。このように設定を
変えることによって、出力密度は約６４０Ｊ／ｓ−ｃｍ
2（６４０Ｗ／ｃｍ2）に低くなった。レーザーは凝固領
域に約６０秒間向けられた。凝固領域のレーザーにさら
された部分は溶融し、レーザーが除去されたとき自然に
ゆっくりと凝固し、亀裂を取り除き、ワークピースの下
層をなす部分の単結晶方位をそのまま継続する形となっ
た。
【００５６】６．３５ｍｍ（０．２５インチ）のビーム
スポット直径のレーザーを用いて溶融処理を行った後に
８列の被着部分を形成する処理は３０回連続的に繰り返
されて、生成された層全体に亘ってワークピースの単結
晶方位を継続する形となった。
【００５７】肉盛部分上のいくつかの点でＸ線回折を行
い、結晶方位を判定した。図７Ａ乃至Ｃはそれぞれ点１
（下地物質の肉盛部分の末端部の近傍）、点２（肉盛部
分の概ね中央部分）、及び点３（肉盛部分以外の下地物
質の領域）における結晶方位を示すＸ線回折の結果を示
す図である。
【００５８】各点における結晶方位の差は約５度未満で
ある。またこれは肉盛部分全体に亘って［１００］の単
結晶の結晶方位がそのまま継続されたことを示してい
る。このような方向の一致は図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃの
同様の目に見える水平な線によっても証明されるが、こ
の水平な線は同様に結晶方位を示している。
【００５９】
【実施例２】この試行では、実施例１と同一の装置、粉
体組成、及び下地物質組成を用いた。この試行において
は、材料を長さ１２．７ｍｍ（０．５インチ）で８列分
下地物質上に被着した。実施例１のように、材料の各列
の中心線間の距離は約０．３８１ｍｍ（０．０１５イン
チ）とした。図８は被着された構造を２５倍の倍率で示
した平面図であって、被着によって方向性の成長が生じ
ているところが示されている。被着された構造が形成さ
れたとき、ＹＡＧレーザービームは構造の一端から別の
一端へと動かされた。
【００６０】この試行におけるパラメータは以下の通り
であった。最初の被着処理の段階においては、レーザー
の平均出力は約１００Ｊ／ｓ−ｃｍ2（１００Ｗ／ｃ
ｍ2）、パルスレートは９０Ｈｚ（９０ｓ-1）、パルス
タイムは２ミリ秒であった。出力密度は約１０5Ｊ／ｓ
−ｃｍ2（１０5Ｗ／ｃｍ2）であった。下地物質表面に
おけるビームスポット直径は約０．３８１ｍｍ（０．０
１５インチ）であった。
【００６１】再溶融処理の段階においては、パルスレー
トは９０Ｈｚ（９０ｓ-1）のままであったが、パルスタ
イムは約４ミリ秒、レーザーの平均出力は２００Ｊ／ｓ
（２００Ｗ）に増加され、ワークピース表面におけるビ
ームスポット直径は光学システムを変化させることによ
り６．３５ｍｍ（０．２５インチ）に増加された。この
ようなパラメータの変化によって、出力密度は約６００
Ｊ／ｓ−ｃｍ2（６００Ｗ／ｃｍ2）に低減された。
【００６２】この試行は、単結晶材料の被着する部分の
長さを伸ばすことの実行可能性を明らかにした。図９に
示すのは、単結晶の結晶方位が［１００］しとなってい
ることを示した図である。
【００６３】
【実施例３】本発明は単結晶ニッケルベース合金製のタ
ービンブレードプラットフォーム上に生じた亀裂を補修
するのに利用された。この合金の名目組成はＣｒが５重
量％、Ｃｏが１０重量％、Ｍｏが１．９重量％、Ｗが
５．９重量％、Ｒｅが３重量％、Ｔａが８．７重量％、
Ａｌが５．６５重量％、Ｈｆが０．１重量％、残りがＮ
ｉであった。亀裂の寸法は、長さ約０．２５４ｃｍ
（０．１０インチ）、深さ約０．０１０ｃｍ（０．０４
インチ）から約０．０１３ｃｍ（０．００５インチ）で
あった。
【００６４】補修の前に、亀裂の周囲の領域は研磨され
た（削り取られた）が、この補修されるべき切り欠き部
分の表面は［１００］の結晶方位となるようにされた。
この表面は［１００］の方向に対して必ず垂直でなけれ
ばならなかった。Ｘ線回折を用いて方位が判定された。
タービンブレードは、［１００］の方向が垂直な方向を
向くような姿勢でレーザー式被着装置上に配置された。
【００６５】ＹＡＧパルスレーザーがブレードの欠陥部
分の中央に焦点合わせされた。このＹＡＧパルスレーザ
ーはパルスレートが９０Ｈｚ（９０ｓ-1）、出力密度が
約１０5Ｊ／ｓ−ｃｍ2（１０5Ｗ／ｃｍ2）、パルスタイ
ムが約２ミリ秒、また出力は１４０Ｊ／ｓ（１４０Ｗ）
であった。
【００６６】前述の実施例と同様に、レーザーを制御す
るのにＡｌｌｅｎ−Ｂｒａｄｌｅｙ７３２０ＮＣコント
ローラが用いられた。ブレード表面におけるビームスポ
ット直径は約０．３８１ｍｍ（０．０１５インチ）であ
った。次に、溶融池８が生成された。溶融池８の直径は
約０．５０８ｍｍ（０．０２インチ）、深さが約０．２
０３ｍｍ（０．００８インチ）であった。レーザービー
ムがワークピースの表面を横切って移動するときに各レ
ーザーパルスが溶融池８を生成した。
【００６７】別の実施例と同様に、粉体の供給速度の制
御には、米国ウィスコンシン州ＡｐｐｌｅｔｏｎのＭｉ
ｌｌｅｒ−Ｔｈｅｒｍａｌ社製のモデル１２６０ Ｒｏ
ｔｏ−Ｆｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌが用いられた。ディス
クの回転速度を約１ｒｐｍから約１．５ｒｐｍの間で変
化させることにより流体の供給速度は約１５ｇ／分とな
った。粉体のサイズは約４００メッシュ（mesh）であっ
て、ワークピースの材料と同じ組成を有するものであっ
た。約１３８ｋＰａ（２０ｐｓｉ）でアルゴンガスが粉
体供給デバイス２０に連続的に送られて、粉体に圧力を
かけ、粉体の供給を促進するように維持した。アルゴン
ガスはワークピースが汚染されないように環境からシー
ルドするのにも用いられた。
【００６８】粉体供給デバイスはレーザーと１列に並ん
で移動し、移動するレーザーによって生成された溶融池
に粉体を供給し、被着された構造を形成するようにし
た。この被着された構造は急速に凝固した。
【００６９】デポジットが８列に並んだ被着構造が生成
された。各列の中心線間の距離は約０．３８１ｍｍ
（０．０１５インチ）であった。１辺が約０．３８ｃｍ
（０．１５インチ）、もう１辺が０．１０ｃｍ（０．０
４インチ）の被覆された領域が生成された。
【００７０】８列のデポジットの形成の後、パルスタイ
ムを２ミリ秒に保持し、パルスレートを９０Ｈｚ（９０
ｓ-1）に維持して、かつレーザーの平均出力は約１４０
Ｊ／ｓ（１４０Ｗ）に維持し、ワークピース表面上にお
けるビームスポット直径を約０．５１ｃｍ（０．２イン
チ）に増加させた。このビーム直径の増加は光学的シス
テムの変更によってなされ、このとき焦点はブレード表
面の上方約２．８ｃｍ（１．１インチ）の位置となるよ
うにした。このような変更によって、レーザーの出力密
度は約７００Ｊ／ｓ−ｃｍ2（７００Ｗ／ｃｍ2）に低減
された。レーザーは凝固された領域に向けられ、レーザ
ーの移動速度は約０．７６ｃｍ／分（０．３インチ／
分）であった。この速度で、凝固領域の各部分はレーザ
ーにさらされ、溶融して、レーザーが除去されたとき自
然にゆっくりと凝固した。このようにして亀裂を除去
し、かつ下層をなすブレードの単結晶材料の結晶方位を
そのまま継続する形とした。
【００７１】０．５１ｃｍ（０．２インチ）のビームス
ポット直径のレーザーによって溶融処理を行った後、８
列の被着部分を形成する工程は連続的に繰り返され、生
成された層全体に亘ってワークピースの単結晶材料の結
晶方位をそのまま継続するような形にした。
【００７２】ブレードの補修を施していない領域と同様
に補修を施した領域上のさまざまな点においてＸ線回折
を行った。これらの点は図１０において符号３０、３
２、及び３４で示されている。図１０は補修を施された
タービンブレードの模式図である。各点の結晶方位は互
いに３度以内の角度をなしており、このことは単結晶材
料の結晶方位の継続がうまくなされたことを表してい
る。
【００７３】本発明の利点として、方向性凝固した、ま
たは単結晶のガスタービンエンジン部品の補修を効果的
に実施できるということがある。本発明の技術を、ガス
タービンエンジン部品のような金属製品を互いに接合す
るのに用いてもよい。
【００７４】本発明の別の利点は、成長の方向に対して
垂直な向きの応力を、亀裂が生ずるようなレベルよりも
低いレベルに抑えることができるということである。こ
のことは低い出力密度の熱源を２度目の処理において新
たに用いる方法によって実現される。この熱源はデポジ
ットの層を溶融し、次にゆっくりとした速度で自然に方
向性をもって凝固させる。自然溶融を用いると、熱間割
れやその後の応力による亀裂が生じにくい。熱間割れ
は、部分的に溶融状態にある部位で発生する亀裂であっ
て、亀裂の発生しない構造の生成において大きな障害と
なるものである。凝固した後の工程で誘発する応力も低
減される。
【００７５】亀裂を除去するように選択された条件の下
で、金属下地物質に溶加材を溶け込ませるこのユニーク
な方法は、Ｂｒｏｗｎ等を発明者とし、本発明の出願人
に譲渡された、“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃ
ａｔｉｎｇ Ａｒｔｉｃｌｅｂｙ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａ
ｌ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”という名称の
米国特許第４，３２３，７５６号の明細書に開示された
被着プロセスとはたやすく区別されるが、この明細書を
ここでは参考として参照されたい。上述のＢｒｏｗｎ等
による被着プロセスにおいては、複数の、供給される素
材の薄膜層が、連続的なエネルギービームを用いて下地
物質上に被着される。これらの薄膜層は各被着過程が一
巡する毎に、その被着層の上に連続して被着をなすこと
によって生成される。
【００７６】図１１に示すのは、Ｂｒｏｗｎ等による被
着プロセスの時間と出力密度との関係を、本発明のプロ
セスと比較して示した図である。図１１の細い対角方向
の帯が表すのは、上述の特許の方法における有効処理条
件である。
【００７７】しかし、本発明の有効処理条件は図１１に
おいて区別して示されており、一過程でなされる実施例
のパラメータと共にその過程に続く再溶融過程を有する
実施例のパラメータが、Ｂｒｏｗｎ等によるプロセスに
おける有効処理条件の下に示されている。
【００７８】本発明の方法をＢｒｏｗｎ等の方法と更に
区別すべく、図１２及び１３において比較のための棒グ
ラフが示されている。Ｂｒｏｗｎ等による特許の第２実
施例においては、複数の供給される素材の薄膜層が、各
被着工程が一巡する毎に繰り返し被着処理がなされるこ
とによって形成される。連続的なエネルギー源も用いら
れる。図１２を参照すると、各垂直方向の直線は、連続
的な材料の被着処理の一過程を表す。２２ｒｐｍの速度
で回転するマンドレルと、高さ２５．４ｍｍ（１イン
チ）のフィンが、１０分で形成された（処理一巡当たり
高さ０．１１５ｍｍ（０．００４５４インチ））。
【００７９】しかし、本発明の実施例においては、実施
例１で示したように、エネルギー源を用いて溶融池を生
成し、溶融池の中に材料を被着することによってデポジ
ットが形成される。前述のようにいくつかのデポジット
が形成されてもよい。各デポジットの形成には、約１〜
２ミリ秒かかる。エネルギー源を除去したとき、凝固が
始まる。図１３の第１の垂直方向の棒の組が示すのはこ
の被着処理である。次に、被着部分はより低い出力密度
（約６００Ｊ／ｓ−ｃｍ2）のエネルギー源により長い
時間（約６０秒）照射される。この長い時間かけて行う
処理も図１３に示されている。エネルギー源が除去され
たとき、凝固が開始されるが、このときの凝固速度が前
の凝固のときよりも遅い。
【００８０】冷却速度（℃／ｓ）は、熱勾配の生成及び
成長速度によって決まるということが知られている。正
確な値を測定することは困難であるが、亀裂の発生を減
らすという観点からは冷却速度は遅い方が好ましい。本
発明においては、冷却速度の低下及び熱勾配の低減とい
う重要な成果が得られ、これによって凝固速度も低減さ
せている。この凝固速度の低減によって、凝固中に発生
する応力も低下する。このように凝固時の応力の発生を
減らすことによって、亀裂の発生の可能性も必然的にな
くなることになる。
【００８１】本発明の別の利点は、一方向性の凝固をな
すことが可能である点である。熱勾配を小さくすること
によって成長の方向が下地物質の結晶方位によって制御
されることになる。
【００８２】更に、本発明に基づいて形成された構造の
微細構造は、従来の鋳込みによって形成された構造と比
較して数倍のオーダーで精度を上げることができる。鋳
造用のニッケルベースの超合金は、一般に樹枝状の微細
構造を有する。樹枝状晶とは、木のような形状の微細構
造のものであって、凝固時に形成され、樹枝状晶の枝の
間の構造の組成とはやや異なった組成を有する。
【００８３】樹枝状晶の枝の間隔は、機械的特性及びあ
る特性を得るために必要な熱処理に対して影響を与え
る。所与の組成に対しては樹枝状晶の枝の間隔は凝固速
度の関数であり、またその間隔が冷却速度の見積もりに
用いられる。
【００８４】本発明においては、たとえ、従来のレーザ
ープロセスにおいて生じる溶融された材料の冷却速度を
低減するような工程が用いられていたとしても、冷却速
度は本発明の工程では一般的な鋳込み処理において超合
金材料が冷却されるときの速度よりも実質的に大きなも
のとなる。また、主な樹枝状晶の枝の間隔は約２００μ
ｍから約６００μｍの間の範囲である。本発明の補修領
域において用いられる材料に対しては、樹枝状晶の枝の
間隔は約２０μｍから約１８０μｍの間の範囲である。
単結晶超合金製品においては、隣接し合う領域における
実質的に異なる樹枝状晶の枝の間隔についての特徴が独
特である。
【００８５】本発明の実施例について説明してきたが、
本発明の精神及び範囲を逸脱することなくさまざまな変
更が本発明の実施において可能であるということは当業
者には理解されよう。
【００８６】
【発明の効果】以上より、本発明に基づき、単結晶製品
の欠陥部分を、単結晶特性を損なわずに補修できるよう
な単結晶金属製品の補修方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の溶融池を示した図である。
【図２】本発明の溶融池を示した図である。
【図３】材料の盛り上げられた本発明の溶融池を示した
図である。
【図４】溶融池を生成するのに用いられるエネルギー源
を示した図である。
【図５】溶融池に材料を被着させたところを示した図で
ある。
【図６】下地物質表面上でのビーム直径の大きいエネル
ギー源を示した図である。
【図７】Ａ及びＢ及びＣからなり、Ａは、ニッケルベー
スの単結晶下地物質上に集積された相の結晶方位を示す
点１におけるＸ線回折を示した図であり、Ｂは、ニッケ
ルベースの単結晶下地物質上に集積された相の結晶方位
を示す点２におけるＸ線回折を示した図であり、Ｃは、
ニッケルベースの単結晶下地物質上に集積された相の結
晶方位を示す点３におけるＸ線回折を示した図である。
【図８】倍率２５倍で示した被着構造の平面図である。
【図９】図８の被着構造の中央部における結晶方位を示
した図である。
【図１０】本発明の方法により補修されたタービンブレ
ードを模式的に示した図である。
【図１１】本発明の実施例における出力密度と時間との
関係を、従来の処理方法と比較手示した図である。
【図１２】従来の被着処理をグラフで示したものであ
る。
【図１３】本発明の実施例をグラフで表したものであ
る。
【符号の説明】
６ 下地物質 ８ 溶融池 １０ レーザービーム １２ 鏡 １４ レンズシステム １６ 焦点 １７ 肉盛部分 １８ 粉体 ２０ 粉体供給デバイス ２２ 粉体供給ライン ２４ 粉体供給ノズル ２６ 凝固領域 ２８ ビームスポット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャスティン・アンドレア・ニュートラ アメリカ合衆国コネチカット州06066・バ ーノン・リーガンロード 203 (72)発明者 デイビッド・ヘンリー・アボット アメリカ合衆国コネチカット州06457・ミ ドルタウン・キャリッジクロッシング 166 (72)発明者 ジェイムズ・ピーター・アダスクビッチ アメリカ合衆国コネチカット州06441・ヒ ガナム・ウィーズアルバートロード 258 (72)発明者 ディリップ・エム・シャー アメリカ合衆国コネチカット州06033・グ ラストンベリー・ハンプシャードライブ 95 (72)発明者 ドロセア・ナデット・キャラウェイ アメリカ合衆国コネチカット州06040・マ ンチェスター・ペイラドライブ 144 (72)発明者 レイモンド・ポール・ラングバン アメリカ合衆国コネチカット州06110・ウ ェストハートフォード・ノールウッドロー ド 34 (72)発明者 マーク・アール・サウアーホウファー アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01020・チコピー・ウォールナットストリ ート 12 (72)発明者 リチャード・アラン・ストーン アメリカ合衆国コネチカット州06076・ス タフォードスプリングズ・ホップヤードロ ード 52

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単結晶金属製品の欠陥を補修する方法
    であって、 エネルギー源を亀裂を生じないような条件の下に用いる
    ことによって、前記金属製品上の欠陥部分に溶加材を溶
    け込ませる過程を有し、 前記亀裂を生じないような条件は、出力密度が約１０Ｊ
    ／ｓ−ｃｍ2（１０Ｗ／ｃｍ2）から約１０4Ｊ／ｓ−ｃ
    ｍ2（１０4Ｗ／ｃｍ2）の範囲であり、ビーム直径が約
    ０．２５４ｃｍ（０．１インチ）から約１０ｃｍ（４イ
    ンチ）の範囲であり、ビーム照射時間が約０．１秒から
    約１０００秒の範囲であって、横断面の縦横比の小さい
    溶融池を生成するような条件であることを特徴とする金
    属製品の欠陥の補修方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法によって補修さ
    れた単結晶材料製のガスタービンエンジン用部品。
  3. 【請求項３】 前記溶加材が、前記金属製品と実質的
    に同一の組成であることを特徴とする請求項１に記載の
    方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の方法によって補修さ
    れた単結晶金属製品であって、前記金属製品の補修され
    た部分の樹枝状晶の枝の間隔が、前記補修された部分の
    周囲の部分の樹枝状晶の枝の間隔よりも実質的に小さい
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法によって補修さ
    れた単結晶金属製品。
  5. 【請求項５】 補修される前記金属製品の一部分の３
    次元コンピュータモデルを生成する過程を更に有し、 前記モデルにおいて、生成される個々の断面をインクリ
    メンタルレイヤが画定し、前記モデルは、垂直軸に沿っ
    た水平方向の形状を補修するためのエネルギー源及び５
    軸式位置決めシステムなどの多軸式位置決めシステムの
    コンピュータによる制御に用いられることを特徴とする
    請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 金属製品の欠陥を補修する方法であっ
    て、 （ａ）溶融池を生成すべく、エネルギー源によって金属
    製品の欠陥部分を溶融する過程と、 （ｂ）溶融した部分を凝固させてデポジットを形成すべ
    く、前記欠陥部分の溶融池に金属の溶加材を被着する過
    程と、 （ｃ）凝固時に亀裂が生じないように、過程（ａ）の場
    合と比較して熱入力を低く、エネルギー照射時間を長く
    した条件の下で、前記デポジット及びその周辺部分を再
    溶融する過程とを有することを特徴とする金属製品の欠
    陥を補修する方法。
  7. 【請求項７】 各デポジットをその下の材料の中に流
    し込み、亀裂の生じない補修された金属製品を生成すべ
    く、前記過程（ａ）〜（ｃ）を繰り返す過程（ｄ）を更
    に有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 請求項６に記載の方法によって補修さ
    れた単結晶材料製のガスタービンエンジン用部品。
  9. 【請求項９】 前記金属製品が予め加熱されることを
    特徴とする請求項６に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記溶加材が、下地物質と実質的に
    同一の組成であることを特徴とする請求項６に記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】 〈１００〉の結晶方位を決定すべく
    前記製品のＸ線回折を行い、［１００］の成長方向が垂
    直方向となるように、前記製品の欠陥部分の周辺部分を
    除去する過程を更に有することを特徴とする請求項６に
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】 過程（ｃ）が実行される前に、複数
    のデポジットが形成されることを特徴とする請求項６に
    記載の方法。
  13. 【請求項１３】 再溶融処理の前に、下地物質に対す
    る加熱と溶加材の供給とが同時になされるように、過程
    （ａ）及び（ｂ）が実施されることを特徴とする請求項
    ６に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 過程（ｃ）において、前記エネルギ
    ー源が、過程（ａ）よりも前記製品表面上のより大きい
    面積をカバーすることを特徴とする請求項６に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 請求項６に記載の方法によって補修
    された単結晶金属製品であって、前記金属製品の補修さ
    れた部分の樹枝状晶の枝の間隔が、前記補修された部分
    の周囲の部分の樹枝状晶の枝の間隔よりも実質的に小さ
    いことを特徴とする請求項６に記載の方法によって補修
    された単結晶金属製品。
  16. 【請求項１６】 エネルギー源と材料供給手段とを用
    いて金属製品の欠陥を補修する方法であって、 （ａ）前記金属製品の欠陥部分を溶融し、溶融池を生成
    すべく、前記エネルギー源を前記欠陥部分に向ける過程
    と、 （ｂ）前記エネルギー源を除去したときに、溶融した部
    分が直ちに凝固してデポジットが形成されるように、前
    記欠陥部分の溶融池に金属材料を被着する過程と、 （ｃ）複数のデポジットを形成する過程と、 （ｄ）補修部分の結晶方位が前記製品の結晶方位と整合
    するように、前記エネルギー源を除去したときに過程
    （ｂ）よりも低速で凝固して、生ずる熱応力を減らし亀
    裂が生じないようにするために、過程（ｂ）よりも長い
    露出時間、かつ低い出力密度でエネルギー源を前記デポ
    ジットに向ける過程とを有することを特徴とする金属製
    品の欠陥を補修する方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１６に記載の方法によって補
    修された単結晶材料製のガスタービンエンジン用部品。
  18. 【請求項１８】 過程（ｄ）で用いられる前記エネル
    ギー源が、過程（ａ）で用いられる前記エネルギー源よ
    りも大きい前記欠陥部分表面上でのビームスポット直径
    を有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 金属製品の欠陥を補修する方法であ
    って、 （ａ）欠陥部分に材料を被着する過程と、 （ｂ）エネルギー源を用いて前記欠陥部分に前記材料を
    溶け込ませる過程とを有し、 前記エネルギー源のビーム直径は約０．２５４ｃｍ
    （０．１インチ）から約１０ｃｍ（４インチ）の範囲で
    あり、前記エネルギー源の出力密度は約１０Ｊ／ｓ−ｃ
    ｍ2（１０Ｗ／ｃｍ2）から約１０4Ｊ／ｓ−ｃｍ2（１０
    4Ｗ／ｃｍ2）の範囲であり、前記エネルギー源に対する
    露出時間は約０．１秒から約１０００秒の範囲であっ
    て、前記エネルギー源除去時に生ずる凝固の凝固速度が
    低速で、補修部分の結晶方位が前記製品の結晶方位と整
    合することを特徴とする金属製品の欠陥を補修する方
    法。
  20. 【請求項２０】 前記材料が、下地物質と実質的に同
    一の組成を有することを特徴とする請求項１９に記載の
    方法。
  21. 【請求項２１】 前記材料を被着する前に、前記欠陥
    部分が溶融されることを特徴とする請求項１９に記載の
    方法。
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