JPS63171801A - 摩耗牲製品および粉末並びにその製造方法 - Google Patents
摩耗牲製品および粉末並びにその製造方法Info
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- JPS63171801A JPS63171801A JP62295439A JP29543987A JPS63171801A JP S63171801 A JPS63171801 A JP S63171801A JP 62295439 A JP62295439 A JP 62295439A JP 29543987 A JP29543987 A JP 29543987A JP S63171801 A JPS63171801 A JP S63171801A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は摩耗性の表面部分を保有する製品、さらに具体
的には摩耗性の表面部分を保有するターボ機関用耐熱超
合金製品に関する。
的には摩耗性の表面部分を保有するターボ機関用耐熱超
合金製品に関する。
ガスタービンエンジン効率は少くとも部分的に 、は
、静止および回転部材間のガス流漏れの減少および好ま
しくは排除に依存する。たとえば、エンジンの高温で作
動しているタービン部分では、燃焼生成物のガス状の流
れは、シール作用をする関係で対向する静止状態のシュ
ラウド(shroud)と協動する回転するタービンブ
レードによって拡散される。このようなシールのまわり
の漏れはガス状の流れからのエネルギーの効率的抽出を
低下させる。このような用途に対する摩耗性のシール手
段は各種の多孔質あるいは繊維質の金属あるいは非金属
の摩耗性材料のシュラウドに使用されてきた。運転中に
、回転するタービンブレードの刃先および摩耗性のシー
ル手段は一般的に相互に接近して干渉する関係となりガ
ス状の流れの外への漏れを防止する。
、静止および回転部材間のガス流漏れの減少および好ま
しくは排除に依存する。たとえば、エンジンの高温で作
動しているタービン部分では、燃焼生成物のガス状の流
れは、シール作用をする関係で対向する静止状態のシュ
ラウド(shroud)と協動する回転するタービンブ
レードによって拡散される。このようなシールのまわり
の漏れはガス状の流れからのエネルギーの効率的抽出を
低下させる。このような用途に対する摩耗性のシール手
段は各種の多孔質あるいは繊維質の金属あるいは非金属
の摩耗性材料のシュラウドに使用されてきた。運転中に
、回転するタービンブレードの刃先および摩耗性のシー
ル手段は一般的に相互に接近して干渉する関係となりガ
ス状の流れの外への漏れを防止する。
ガスタービンエンジンの作動温度および条件が苛酷にな
ってきたのにともない、既知の多孔質あるいは繊維質の
摩耗性材料では過剰な酸化あるいは浸食あるいはその両
者を被るようになってきた。
ってきたのにともない、既知の多孔質あるいは繊維質の
摩耗性材料では過剰な酸化あるいは浸食あるいはその両
者を被るようになってきた。
発明の要約
本発明の一つ、の目的は、たとえば高温シール機能用の
、効果的な摩耗性の表面部分を保有する製品を提供する
ことである。
、効果的な摩耗性の表面部分を保有する製品を提供する
ことである。
もう一つの目的はそのような製品表面部分の製造に利用
できる粉末合金混合物を提供することである。
できる粉末合金混合物を提供することである。
さらなるもう一つの目的はそのような製品の製造方法を
提供することである。
提供することである。
さらなる目的は本発明の上記混合物において使用される
場合の他にろう付にも有用な効果的な粉末合金を提供す
ることである。
場合の他にろう付にも有用な効果的な粉末合金を提供す
ることである。
これらの目的およびその他の目的並びに効果は好ましい
実施の態様についての以下の詳細な説明および図面から
十分に理解できるだろう。それらはすべて本発明の範囲
の例示を意図しており如何なる点においてもその限定を
意図しない。端的にいえば、本発明の一つの形態は、そ
れぞれがCoおよびNiから選択した少くとも一つの成
分をMとして、M、CyおよびNを成分ベースとして成
る、二種の粉末合金の混合物を提供することである。
実施の態様についての以下の詳細な説明および図面から
十分に理解できるだろう。それらはすべて本発明の範囲
の例示を意図しており如何なる点においてもその限定を
意図しない。端的にいえば、本発明の一つの形態は、そ
れぞれがCoおよびNiから選択した少くとも一つの成
分をMとして、M、CyおよびNを成分ベースとして成
る、二種の粉末合金の混合物を提供することである。
これらのタイプの合金はr M Cr M Jあるいは
「McrMY」合金と呼ぶことがある。該混合物は重量
百分率で10〜35%(7)Cr、 4〜10 %ノ
#、少量ではあるが有効量乃至約0.09%のY、
2〜6%のSi%そして残部のMおよび付随的な不純物
から本質的になり、しかも実質的にBが存在しないこと
を特徴とする合戸混合物組成を有する。該二種の粉末合
金の第一は該混合物の50〜70重量%を構成し、第二
の粉末合金より高い溶融域を有する。第一の合金は実質
的にSiが存在しないことおよび0.15重量%以下の
量でYが存在することを特徴とし、該Y量が合算混合物
組成の特定のY含有量を提供する。二種の粉末合金の第
二は該混合物の残部を本質的に構成し、実質的にYが存
在しないことを特徴とし、そして重量百分率で8〜12
%のS5 1. 5〜4%のN、10〜30%のCr
sそして残部のMおよび付随的な不純物から本質的にな
る。
「McrMY」合金と呼ぶことがある。該混合物は重量
百分率で10〜35%(7)Cr、 4〜10 %ノ
#、少量ではあるが有効量乃至約0.09%のY、
2〜6%のSi%そして残部のMおよび付随的な不純物
から本質的になり、しかも実質的にBが存在しないこと
を特徴とする合戸混合物組成を有する。該二種の粉末合
金の第一は該混合物の50〜70重量%を構成し、第二
の粉末合金より高い溶融域を有する。第一の合金は実質
的にSiが存在しないことおよび0.15重量%以下の
量でYが存在することを特徴とし、該Y量が合算混合物
組成の特定のY含有量を提供する。二種の粉末合金の第
二は該混合物の残部を本質的に構成し、実質的にYが存
在しないことを特徴とし、そして重量百分率で8〜12
%のS5 1. 5〜4%のN、10〜30%のCr
sそして残部のMおよび付随的な不純物から本質的にな
る。
他の形態の本発明はYが実質的に存在しないことを特徴
とし、重量百分率で8〜12%のSi、1゜5〜4%の
N、10〜30%のCr、そして残部としてCoおよび
Niから選択した少くとも一つの成分および付随的な不
純物から本質的に成る効果的なろう付合金を提供する。
とし、重量百分率で8〜12%のSi、1゜5〜4%の
N、10〜30%のCr、そして残部としてCoおよび
Niから選択した少くとも一つの成分および付随的な不
純物から本質的に成る効果的なろう付合金を提供する。
本発明のもう一つの形態においては、Q超超合金および
Ni基超超合金ら選択した超合金の内側部分および該内
側部分と冶金的に結合していて、しかも本発明の二種の
粉末合金の混合物を圧密化(eor+5O11date
) Lかつ液相焼結してできる外側部分とから成り耐
環境性があり摩耗性のある表面部分を有する製品を提供
する。該外側部分は少くとも約0.05インチ以上約0
.2インチ以下の範囲の厚さを存する。
Ni基超超合金ら選択した超合金の内側部分および該内
側部分と冶金的に結合していて、しかも本発明の二種の
粉末合金の混合物を圧密化(eor+5O11date
) Lかつ液相焼結してできる外側部分とから成り耐
環境性があり摩耗性のある表面部分を有する製品を提供
する。該外側部分は少くとも約0.05インチ以上約0
.2インチ以下の範囲の厚さを存する。
さらなるもう一つの形態の本発明は、該粉末混合物を製
品表面に、たとえば粉末状としであるいは圧縮予備成形
体として置き、次に該粉末混合・物および該表面を非酸
化性雰囲気で該混合物の低融点合金粉末の液相線温度よ
り高く高融点合金粉末の液相線温度より低い温度で加熱
する工程から成る、かかる製品の製造方法を提供するこ
とである。
品表面に、たとえば粉末状としであるいは圧縮予備成形
体として置き、次に該粉末混合・物および該表面を非酸
化性雰囲気で該混合物の低融点合金粉末の液相線温度よ
り高く高融点合金粉末の液相線温度より低い温度で加熱
する工程から成る、かかる製品の製造方法を提供するこ
とである。
好ましい実施の態様
米国特許第3,073,269号明細書および第3.1
55,491号明細書は、いずれもホビン三世等(Il
oplm m、 et al、)によるものであるが、
焼結構造物を形成する目的で粉末混合物の比較的高い溶
融温度の成分を低い溶融温度の成分と組合せることがで
きるという従来知識の代表的なものである。かかる特許
の例において、そのような焼結構造物は広い間隙をろう
付けする混合物の形態にある。また、長年にわたって、
主に被覆として用いられM Cr Aj型金合金も呼ば
れる高温用合金の耐環境性の改善がなされた。
55,491号明細書は、いずれもホビン三世等(Il
oplm m、 et al、)によるものであるが、
焼結構造物を形成する目的で粉末混合物の比較的高い溶
融温度の成分を低い溶融温度の成分と組合せることがで
きるという従来知識の代表的なものである。かかる特許
の例において、そのような焼結構造物は広い間隙をろう
付けする混合物の形態にある。また、長年にわたって、
主に被覆として用いられM Cr Aj型金合金も呼ば
れる高温用合金の耐環境性の改善がなされた。
ガスタービンエンジンの高温で動作する部分に用いる高
温用摩耗性シールに関する従来情報によれば摩耗性を改
善するには低密度材料が必要であるとされる。しかし、
そのような用途における耐酸化性および耐侵食性のため
には高密度材料が必要とされてきた。本発明は、先行材
料および構造とは異なり、密度が窩いとともに耐酸化性
および耐侵食性も高くしかも良好な摩耗性を有する効果
的な製品を提供する。さらに、それは現在用いているタ
ービン合金の表面に適用し結合することができる。
温用摩耗性シールに関する従来情報によれば摩耗性を改
善するには低密度材料が必要であるとされる。しかし、
そのような用途における耐酸化性および耐侵食性のため
には高密度材料が必要とされてきた。本発明は、先行材
料および構造とは異なり、密度が窩いとともに耐酸化性
および耐侵食性も高くしかも良好な摩耗性を有する効果
的な製品を提供する。さらに、それは現在用いているタ
ービン合金の表面に適用し結合することができる。
本発明を評価する際に、多種類の粉末合金およびその混
合物を研究した。その粉末および混合物の代表例を次の
表に示した。
合物を研究した。その粉末および混合物の代表例を次の
表に示した。
第1表
高溶融域合金
(fJIf量%十付随不純物)
温度(”C)
九−Co 夷 ≦ 醒 X 虹 彫哄」哄201
残余 1B、8 24.9 9.9 0.07 0
1374 1414KR11I9 〃32.7
21.88.9 0.130AI8060 ” 、3
0 22 8 0.060 1356 1373第2
表 低溶融域合金 (重量%十付随不純物) 温度(℃) し色 邑 叡 M Y 虹 」唄1儂 202 18.0 残余 18.2 2.7 0
8.0 1091 1230203 17.8
” 18.02.2 0 10.21097 11
35204 27.5 /’ 19.13.9 0
10.11117 1199(i 27.8〃1
9.50 0 10 1118 12291 2B
、7〃19 2.3 Q 10 1103 11
574 2G、3” 18.44.I3 0 10
1121 12305 25.6〃17.9G、
Q O1011461329第3表 粉末混合物 (合算%十付随不純物) 高溶融域 低溶融域 8 201 203 〃2g、3 2L6
r、3 α、05 3.4CKR839204〃
34.92G、9r、3 0.093.3D 2
01 204 〃24.2 23.Or、8
0.0!li 3.3E A180B0
2G4 ” 334 21.0 B、γ G、
04 3.3第4表 混合物/処理 実施例 固相線(”C) 液相線(”C)A
1293 1337C127
51357 D 1283 1380E
1288 1325本表において
、固相線および液相線温度は示差熱分析(DTA)法に
より測定した。
残余 1B、8 24.9 9.9 0.07 0
1374 1414KR11I9 〃32.7
21.88.9 0.130AI8060 ” 、3
0 22 8 0.060 1356 1373第2
表 低溶融域合金 (重量%十付随不純物) 温度(℃) し色 邑 叡 M Y 虹 」唄1儂 202 18.0 残余 18.2 2.7 0
8.0 1091 1230203 17.8
” 18.02.2 0 10.21097 11
35204 27.5 /’ 19.13.9 0
10.11117 1199(i 27.8〃1
9.50 0 10 1118 12291 2B
、7〃19 2.3 Q 10 1103 11
574 2G、3” 18.44.I3 0 10
1121 12305 25.6〃17.9G、
Q O1011461329第3表 粉末混合物 (合算%十付随不純物) 高溶融域 低溶融域 8 201 203 〃2g、3 2L6
r、3 α、05 3.4CKR839204〃
34.92G、9r、3 0.093.3D 2
01 204 〃24.2 23.Or、8
0.0!li 3.3E A180B0
2G4 ” 334 21.0 B、γ G、
04 3.3第4表 混合物/処理 実施例 固相線(”C) 液相線(”C)A
1293 1337C127
51357 D 1283 1380E
1288 1325本表において
、固相線および液相線温度は示差熱分析(DTA)法に
より測定した。
第1表の合金は本発明の混合物の中で効果的な粉末合金
の典型例であり、本発明の他方の粉末合金より高い溶融
域を有することを特徴とする。このような高溶融域合金
は本発明の二種の粉末合金から成る混合物の第一の粉末
合金と呼ぶこともある。さらに、それはSiが実質的に
存在しないことおよび合)?[混合物組成の特定のY含
有量を提供する量でYが存在することを特徴とする。
の典型例であり、本発明の他方の粉末合金より高い溶融
域を有することを特徴とする。このような高溶融域合金
は本発明の二種の粉末合金から成る混合物の第一の粉末
合金と呼ぶこともある。さらに、それはSiが実質的に
存在しないことおよび合)?[混合物組成の特定のY含
有量を提供する量でYが存在することを特徴とする。
第2表は本発明との関連で評価した典型的な合金を示す
。第2表は本発明の混合物を構成する粉末合金の第2の
合金として識別され、低溶融域合金と呼ぶこともある。
。第2表は本発明の混合物を構成する粉末合金の第2の
合金として識別され、低溶融域合金と呼ぶこともある。
本発明の粉末合金の第二の合金は実質的にYが存在しな
いことおよび8〜12重二%の範囲のSiが1. 5〜
4重二%の/V、 10〜30重二%のCr、残量の
CoおよびNiがら選択した成分並びに付随的な不純物
とともに存在することを特徴とする。
いことおよび8〜12重二%の範囲のSiが1. 5〜
4重二%の/V、 10〜30重二%のCr、残量の
CoおよびNiがら選択した成分並びに付随的な不純物
とともに存在することを特徴とする。
第3表および第4表は第1表および第2表の合金のいく
つかのものの粉末混合物であって、本発明の混合物の範
囲内の合算混合物組成を有するものおよびその液相線並
びに固相線温度を示す。それらは重量百分率で10〜3
5%のCr、4〜10%のN、少量ではあるが有効量乃
至約0. 1%のY、 2〜6%のSi%残部のCo
およびNiから選択した少くとも一つの成分並びに付随
的な不純物から本質的になる。さらに該混合物は実質的
にBが存在しないことを特徴とする。本発明の混合物に
おいて、およびそのような混合物を構成する二種の粉末
合金において、Bは特別に避けており本発明の混合物の
いずれの合金にも意図的に加えていないのは、ろう付合
金および被覆合金の融点降下剤としてそれが一般的に用
いられてはいるが、本発明の耐酸化性に対し極めて有害
であることがわかったからである。
つかのものの粉末混合物であって、本発明の混合物の範
囲内の合算混合物組成を有するものおよびその液相線並
びに固相線温度を示す。それらは重量百分率で10〜3
5%のCr、4〜10%のN、少量ではあるが有効量乃
至約0. 1%のY、 2〜6%のSi%残部のCo
およびNiから選択した少くとも一つの成分並びに付随
的な不純物から本質的になる。さらに該混合物は実質的
にBが存在しないことを特徴とする。本発明の混合物に
おいて、およびそのような混合物を構成する二種の粉末
合金において、Bは特別に避けており本発明の混合物の
いずれの合金にも意図的に加えていないのは、ろう付合
金および被覆合金の融点降下剤としてそれが一般的に用
いられてはいるが、本発明の耐酸化性に対し極めて有害
であることがわかったからである。
本発明の混合物は/V、SiおよびYの諸成分の間の注
意深くしかも臨界的なバランスを規定する。
意深くしかも臨界的なバランスを規定する。
このバランスは混合物の高温および低温溶融粉末の液相
線温度間に差を維持して本発明の製品に加工することを
可能とするための要件を考慮に入れ認識する。同時に、
合算混合物組成中のすべての成分のバランスは、製品の
摩耗性の表面部分において、機械的性質、摩耗性および
侵食、腐食並びに酸化に対する抵抗の効果的な組合せを
提供する。
線温度間に差を維持して本発明の製品に加工することを
可能とするための要件を考慮に入れ認識する。同時に、
合算混合物組成中のすべての成分のバランスは、製品の
摩耗性の表面部分において、機械的性質、摩耗性および
侵食、腐食並びに酸化に対する抵抗の効果的な組合せを
提供する。
Mは約1.5〜4ffimp6の範囲で添加し融点の制
御を助け、Yとともにゲッタ(getter)として作
用して酸化抵抗を改善する。該範囲について超過ないし
未満のMの添加は本発明の混合物の低融点合金の溶融が
不十分な結果となることがゎがった。さらにMが約4重
量%を越えると、液相合金が炉中/処理雰囲気中の酸素
に対して不当に鋭敏となり、生成する合金を脆化し処理
の際の溶融および流れの困難な合金となる。
御を助け、Yとともにゲッタ(getter)として作
用して酸化抵抗を改善する。該範囲について超過ないし
未満のMの添加は本発明の混合物の低融点合金の溶融が
不十分な結果となることがゎがった。さらにMが約4重
量%を越えると、液相合金が炉中/処理雰囲気中の酸素
に対して不当に鋭敏となり、生成する合金を脆化し処理
の際の溶融および流れの困難な合金となる。
Siは主に融点降下剤として機能し本発明の混合物の低
溶融域合金にのみ含まれる。しかし過剰なSi、すなわ
ち低融点合金においては、12重は%を越えるSiおよ
び最終の混合物においては6重量%を越えるSiは最終
材料において融点が低すぎる結果となり脆性を増す。よ
って、Siは8〜12重量%の範囲で低融点粉末に含を
させ最終混合物において2〜6ffi量%とする。
溶融域合金にのみ含まれる。しかし過剰なSi、すなわ
ち低融点合金においては、12重は%を越えるSiおよ
び最終の混合物においては6重量%を越えるSiは最終
材料において融点が低すぎる結果となり脆性を増す。よ
って、Siは8〜12重量%の範囲で低融点粉末に含を
させ最終混合物において2〜6ffi量%とする。
本発明の混合物の高溶融域合金にのみ含有されるYは最
終製品中のY量を0.11112%以下に制御するのに
m要な成分である。YがM Cr M Y合金の腐食お
よび酸化に対し寄与することは周知であり、本発明の最
終製品中にYを存在させることによりこれらの目的を達
成する。しかし、高融点合金中のYの量が約0.15重
量%越えると、低融点液相体による高融点粉末粒子の濡
れがより困難となるため圧密化がより確実でなくなる。
終製品中のY量を0.11112%以下に制御するのに
m要な成分である。YがM Cr M Y合金の腐食お
よび酸化に対し寄与することは周知であり、本発明の最
終製品中にYを存在させることによりこれらの目的を達
成する。しかし、高融点合金中のYの量が約0.15重
量%越えると、低融点液相体による高融点粉末粒子の濡
れがより困難となるため圧密化がより確実でなくなる。
さらに、過剰なYは最終製品を初期溶融しやすくし取り
扱いおよび処理中の環境に対しより反応し易くする。
扱いおよび処理中の環境に対しより反応し易くする。
本発明の好ましい形態では、Crおよびも並びにNiの
両成分はベースとして含有させる。成分Crは高溶融お
よび低溶融域合金両者に含ませてCrを約10〜35重
量%の範囲とする組成の粉末混合物を作成し、該Crは
ガンマ相(ガンマ−ベータ系の連続する相)に配分され
、酸化抵抗を与える。約35重量%を越えるCrは熱疲
労に対し乏しい抵抗を有する脆性構造を与える。約10
重量%未満のCrは希望する酸化抵抗を具備させるには
不足である。従って、全混合物組成は約10〜35重量
%の範囲のCrを、低融点構成要素中では10〜30%
そして好ましくは高融点合金中では20〜25%として
、含有させる。
両成分はベースとして含有させる。成分Crは高溶融お
よび低溶融域合金両者に含ませてCrを約10〜35重
量%の範囲とする組成の粉末混合物を作成し、該Crは
ガンマ相(ガンマ−ベータ系の連続する相)に配分され
、酸化抵抗を与える。約35重量%を越えるCrは熱疲
労に対し乏しい抵抗を有する脆性構造を与える。約10
重量%未満のCrは希望する酸化抵抗を具備させるには
不足である。従って、全混合物組成は約10〜35重量
%の範囲のCrを、低融点構成要素中では10〜30%
そして好ましくは高融点合金中では20〜25%として
、含有させる。
本発明の製品の摩耗性の表面部分の酸化抵抗は、fff
Qff率で31〜33%のNi、 20〜22%のC
r、7〜9%のAJo、035〜0.065%のYおよ
び残部のCoおよび付随的な不純物とから成る公称組成
を有するNi Co Cr All Yと2000丁お
よび2100”Fで比較して類別した。本発明の摩耗性
の部分は目視により比較できると判断した。かかるNi
Co Cr /V Y合金は良好な酸化抵抗を有する
と考えられる。さらに、そのような表面部分を2000
丁と水冷の間の30サイクルの熱サイクル疲労試験で類
別した。冶金学的評価で割れは検出されなかった。試験
にもとずくと、本発明の製品の摩耗性の表面は優れた高
圧タービンシュラウドシール材の特性を6する。
Qff率で31〜33%のNi、 20〜22%のC
r、7〜9%のAJo、035〜0.065%のYおよ
び残部のCoおよび付随的な不純物とから成る公称組成
を有するNi Co Cr All Yと2000丁お
よび2100”Fで比較して類別した。本発明の摩耗性
の部分は目視により比較できると判断した。かかるNi
Co Cr /V Y合金は良好な酸化抵抗を有する
と考えられる。さらに、そのような表面部分を2000
丁と水冷の間の30サイクルの熱サイクル疲労試験で類
別した。冶金学的評価で割れは検出されなかった。試験
にもとずくと、本発明の製品の摩耗性の表面は優れた高
圧タービンシュラウドシール材の特性を6する。
高温および低温域合金の混合物により、本発明は炉内処
理中に圧力を適用することなくほぼ100%緻密な材料
を得ることを可能とする。これは混合物を構成する粉末
の組成および処理温度を選択することにより達成される
。本発明の方法の特有の特徴は予備焼結構造物を提供す
ることよりはむしろ液相焼結を利用することにある。
理中に圧力を適用することなくほぼ100%緻密な材料
を得ることを可能とする。これは混合物を構成する粉末
の組成および処理温度を選択することにより達成される
。本発明の方法の特有の特徴は予備焼結構造物を提供す
ることよりはむしろ液相焼結を利用することにある。
本発明の方法によれば、周知の商業的に利用されている
技法を用いて製造した高温および低温合金粉末を、第一
のあるいは高温溶融粉末が混合物の50〜70重二%を
構成するように混合する。
技法を用いて製造した高温および低温合金粉末を、第一
のあるいは高温溶融粉末が混合物の50〜70重二%を
構成するように混合する。
好ましくは、粉末寸法は個々の用途に対し他の寸法を利
用してよいが約−140〜+325メツシユサイズの範
囲である。この混合物を圧縮成形温度で冷間圧縮成形し
て堅い予備成形体を作製する。
用してよいが約−140〜+325メツシユサイズの範
囲である。この混合物を圧縮成形温度で冷間圧縮成形し
て堅い予備成形体を作製する。
低溶融域合金の固相線より低い予備焼結温度において非
酸化性環境中で予備焼結を実施し予備成形体の一体性を
改善することができる。予備成形体の厚さは最終の希望
する沈着物あるいは材料の関数として選択し、圧縮成形
に用いる圧力および粉末寸法により80%以下の見かけ
の密度を有する。
酸化性環境中で予備焼結を実施し予備成形体の一体性を
改善することができる。予備成形体の厚さは最終の希望
する沈着物あるいは材料の関数として選択し、圧縮成形
に用いる圧力および粉末寸法により80%以下の見かけ
の密度を有する。
最終の摩耗面に対する好ましい範囲は0.05〜約0,
2インチである。たとえば、最終的に希望する製品ある
いは製品表面部分が0.06〜0.08インチの範囲で
あるならば、約0.1インチ厚さの冷間圧縮成形体ある
いは堅い予備成形体が好ましい。
2インチである。たとえば、最終的に希望する製品ある
いは製品表面部分が0.06〜0.08インチの範囲で
あるならば、約0.1インチ厚さの冷間圧縮成形体ある
いは堅い予備成形体が好ましい。
このような予備成形体はまず裏金部材あるいは製品、た
とえばタービンシュラウドの清浄な面上に置く。次に、
真空炉サイクルのごとき高温度の非酸化性条件で、一般
的に約2400下よりは低くしかも裏金部材あるいは製
品の初期溶融温度よりも低い処理温度で処理する。予備
成形体は仮付は溶接あるいは重力等適宜な方法で製品表
面に保持することができる。製品は低温溶融構成要素の
液相線よりは高くしかし混合物の高融点粉末の融点より
は低い範囲の処理温度に加熱する。これにより予備成形
体中の低溶融構成要素が溶融し、高融点合金の粉末粒子
を濡らして、それにより予備成形体を圧密化しそれを製
品表面に取りつける。
とえばタービンシュラウドの清浄な面上に置く。次に、
真空炉サイクルのごとき高温度の非酸化性条件で、一般
的に約2400下よりは低くしかも裏金部材あるいは製
品の初期溶融温度よりも低い処理温度で処理する。予備
成形体は仮付は溶接あるいは重力等適宜な方法で製品表
面に保持することができる。製品は低温溶融構成要素の
液相線よりは高くしかし混合物の高融点粉末の融点より
は低い範囲の処理温度に加熱する。これにより予備成形
体中の低溶融構成要素が溶融し、高融点合金の粉末粒子
を濡らして、それにより予備成形体を圧密化しそれを製
品表面に取りつける。
処理温度でさらに時間を置くと粉末粒子の相互の拡散お
よび粉末混合物の均質化とともに製品の基体との結合が
促進する。さらに、処理によって粉末混合物の再溶融温
度の大きな上昇が起る。この効果を第3表および第4表
のデータに示す。結果は約99%以上で100%に近い
見かけの密度を有する製品である。一般的に、炉あるい
は処理温度は混合物の低融点構成要素の液相線温度より
約50℃以上高く維持する。従って、混合物の低融点構
成要素の液相線を低く保ち、処理温度を低く維持するこ
とが望ましい。しかし、処理温度は高融点粉末の液相線
よりは低く、裏金部材あるいは製品の初期溶融温度より
低い。さらに、二種の粉末合金の混合物は製品の最終的
な摩耗性の表面部分の固相線が表面の意図する作動温度
以上であるように選択する。
よび粉末混合物の均質化とともに製品の基体との結合が
促進する。さらに、処理によって粉末混合物の再溶融温
度の大きな上昇が起る。この効果を第3表および第4表
のデータに示す。結果は約99%以上で100%に近い
見かけの密度を有する製品である。一般的に、炉あるい
は処理温度は混合物の低融点構成要素の液相線温度より
約50℃以上高く維持する。従って、混合物の低融点構
成要素の液相線を低く保ち、処理温度を低く維持するこ
とが望ましい。しかし、処理温度は高融点粉末の液相線
よりは低く、裏金部材あるいは製品の初期溶融温度より
低い。さらに、二種の粉末合金の混合物は製品の最終的
な摩耗性の表面部分の固相線が表面の意図する作動温度
以上であるように選択する。
該材料を真空炉中に処理温度にて十分な時間保持して粉
末粒子の望ましい相互拡散をさせて後、製品を冷却し、
それから最終的に希望する形状に加工することができる
。従って、最初の冷間圧縮成形体の寸法は液相焼結によ
る寸法減少を考慮したうえで選択し、機械加工等により
除去するのに十分な余肉を付与しておいてから仕上り形
状を得る。
末粒子の望ましい相互拡散をさせて後、製品を冷却し、
それから最終的に希望する形状に加工することができる
。従って、最初の冷間圧縮成形体の寸法は液相焼結によ
る寸法減少を考慮したうえで選択し、機械加工等により
除去するのに十分な余肉を付与しておいてから仕上り形
状を得る。
本発明のもう一つの形態では、M Cr N Siタイ
プの低融点合金はNiおよびCo基の超合金製品用のろ
う付合金として有用な特性をいくつか有する。この合金
はそのような超合金を効果的に濡らし、ろう付合金とし
て非常に重要である。その溶融域は有用な温度範囲にあ
る。さらに重要なことは、本発明のこの形態のM Cr
N Si系の合金は多くの一般に用いられているろう
付合金と比較してはるかに優れた腐食および酸化抵抗を
示すことである。
プの低融点合金はNiおよびCo基の超合金製品用のろ
う付合金として有用な特性をいくつか有する。この合金
はそのような超合金を効果的に濡らし、ろう付合金とし
て非常に重要である。その溶融域は有用な温度範囲にあ
る。さらに重要なことは、本発明のこの形態のM Cr
N Si系の合金は多くの一般に用いられているろう
付合金と比較してはるかに優れた腐食および酸化抵抗を
示すことである。
本発明の混合物は損傷したあるいは欠陥のある外側部分
を有する製品の修理に用いることができる。そのような
修理の方法において、少くとも損傷しているあるいは欠
陥のある部分を、タービンシュラウド修理技術として周
知の、機械的、化学的、電気的等の手段により除去して
修理に供する面を作る。
を有する製品の修理に用いることができる。そのような
修理の方法において、少くとも損傷しているあるいは欠
陥のある部分を、タービンシュラウド修理技術として周
知の、機械的、化学的、電気的等の手段により除去して
修理に供する面を作る。
本発明の二種の粉末の混合物は、たとえばタービンシュ
ラウドのNi基あるいはco基超超合金如き製品の初期
溶融温度より高い固相線を置換外側部分が保有するよう
にするために、置換用粉末混合物として次に該混合物を
修理に供する面上に置く。
ラウドのNi基あるいはco基超超合金如き製品の初期
溶融温度より高い固相線を置換外側部分が保有するよう
にするために、置換用粉末混合物として次に該混合物を
修理に供する面上に置く。
そのような面に該混合物を置くことは各種の方法で行う
ことができる。一つの方法は前述の予備成形体を作るこ
とである。かかる予備成形体は比較的厚肉の形状品ある
いは当業界では周知のテープあるいは比較的薄い形状の
予備成形体(ここではテープと呼ぶ)であることができ
る。また、該混合物は加熱により実質的に何も残さずに
分解することのできる結合剤の例としてアクリル系結合
剤を用いるなどしてスラリーを使用して結合することが
できる。これらの結合方法は当業界では周知であり広く
用いられている。
ことができる。一つの方法は前述の予備成形体を作るこ
とである。かかる予備成形体は比較的厚肉の形状品ある
いは当業界では周知のテープあるいは比較的薄い形状の
予備成形体(ここではテープと呼ぶ)であることができ
る。また、該混合物は加熱により実質的に何も残さずに
分解することのできる結合剤の例としてアクリル系結合
剤を用いるなどしてスラリーを使用して結合することが
できる。これらの結合方法は当業界では周知であり広く
用いられている。
いずれの形態であれ置換混合物を修理に供する面に置い
て後、該混合物を上述のごとく非酸化性雰囲気で第二の
粉末合金の液相線温度より高く置換混合物の第一の粉末
合金の液相線温度より低い処理温度にて加熱する。次に
該混合物および該修理に供する面を該処理温度に保持し
て該粉末混合物を液相焼結させ、粉末を相互拡散させそ
して該置換混合物を該修理に供する面に結合する。
て後、該混合物を上述のごとく非酸化性雰囲気で第二の
粉末合金の液相線温度より高く置換混合物の第一の粉末
合金の液相線温度より低い処理温度にて加熱する。次に
該混合物および該修理に供する面を該処理温度に保持し
て該粉末混合物を液相焼結させ、粉末を相互拡散させそ
して該置換混合物を該修理に供する面に結合する。
図は2000″Fにおいて空気中で実施した高温摩擦比
較試験の結果をグラフで示す。データは0.020イン
チ浸蝕に標準化して、ガスタービンシュラウド材料とガ
スタービンブレード刃先処理に関するいろいろな組合せ
の類似の試験条件下での挙動を表わす。
較試験の結果をグラフで示す。データは0.020イン
チ浸蝕に標準化して、ガスタービンシュラウド材料とガ
スタービンブレード刃先処理に関するいろいろな組合せ
の類似の試験条件下での挙動を表わす。
記述のとおり、ガスタービンエンジンの運転には、特に
タービン部では、タービンブレード刃先のまわりのシュ
ラウドに対する高温条件下での近接した相対運動がある
。その他の相対的に回転する、潜在的に干渉する条件が
そのような装置には存在する。このような用途に用いる
ための可能性のある材料およびシステムの評価において
、高温摩擦試験はタービンブレードがシュラウドに対し
て摩擦する時に生ずる摩耗を模擬するのにしばしば用い
られてきた。これらの試験は標準化した実験室条件下で
実施し、シュラウド材料とブレード刃先処理をいろいろ
に組合せたものの摩耗挙動の有意義な比較方法を提供す
る。
タービン部では、タービンブレード刃先のまわりのシュ
ラウドに対する高温条件下での近接した相対運動がある
。その他の相対的に回転する、潜在的に干渉する条件が
そのような装置には存在する。このような用途に用いる
ための可能性のある材料およびシステムの評価において
、高温摩擦試験はタービンブレードがシュラウドに対し
て摩擦する時に生ずる摩耗を模擬するのにしばしば用い
られてきた。これらの試験は標準化した実験室条件下で
実施し、シュラウド材料とブレード刃先処理をいろいろ
に組合せたものの摩耗挙動の有意義な比較方法を提供す
る。
これらの試験で、ブレード材料でできた数個の91也ら
な試験片をホイールの外周に(径方向に)固着し、該ホ
イールを所定の刃先速度になるような速さで回転させる
。
な試験片をホイールの外周に(径方向に)固着し、該ホ
イールを所定の刃先速度になるような速さで回転させる
。
シュラウドの代わりとなる曲った試片は回転しているブ
レード試片がシュラウド試片にほとんど接するような位
置に支承する。試験中、ブレード試片およびシュラウド
試片は強制的に一体とされ、ブレード試片の刃先から、
シュラウド試片の曲面からあるいは両者から材料が取り
除かれる結果となる。いくつかの条件下では、ブレード
試片からシュラウド試片への材料の移動が起こり得る。
レード試片がシュラウド試片にほとんど接するような位
置に支承する。試験中、ブレード試片およびシュラウド
試片は強制的に一体とされ、ブレード試片の刃先から、
シュラウド試片の曲面からあるいは両者から材料が取り
除かれる結果となる。いくつかの条件下では、ブレード
試片からシュラウド試片への材料の移動が起こり得る。
図は本発明を具体化するシュラウドの挙動を他の材料あ
るいは系で作ったシュラウドと比較する、一連の高温摩
擦試験の結果を示す棒グラフである。
るいは系で作ったシュラウドと比較する、一連の高温摩
擦試験の結果を示す棒グラフである。
摩擦挙動に対するブレード刃先処理の効果もまた示す。
これらの試験に用いた試験条件は次の通りである;温度
2000”F ;ブレード刃先速さ1400フィート/
秒;浸蝕速さ0.002インチ/秒;雰囲気空気。すべ
ての結果は0.02.0インチ全浸蝕に標準化して比較
を容易化した。
2000”F ;ブレード刃先速さ1400フィート/
秒;浸蝕速さ0.002インチ/秒;雰囲気空気。すべ
ての結果は0.02.0インチ全浸蝕に標準化して比較
を容易化した。
各群の棒は個々のシュラウド材料の挙動を現わす。図の
左側の第一の群は本発明の方法によって作ったシュラウ
ドの挙動を示す。その他の群はその他の方法:すなわち
それぞれ真空プラズマ溶射(VPS)l:よる、重量百
分率で31〜33%Ni、20〜22%Cr、7〜9%
Al、 0. 035〜0.065%Yおよび残部の
Co=lnびに付随的な不純物から成る公称組成を有す
るCo Ni Cr JV Y金属被覆;N−5合金と
呼ばれることのあるむくの鋳造Ni基超超合金およびユ
ニオンカーバイド社(Union Carblde C
o、 )から市販品で入手可能な、Dガン(D−Gun
)装置として知られている装置を用いて沈着させた酸
化イツトリウム安定化ジルコニア被覆;で作製したシュ
ラウドの挙動を示す。各群の中には1又は2の棒のグル
ープがあり、摩擦挙動に対する異なるブレード刃先処理
の効果を示している。これらの試験に用いた刃先処理に
は裸のブレード;ボラゾン(BORAZON )材料と
して市販で入手できる、ニッケルメッキで確保した立方
晶窒化ホウ素粒子;およびNi Co Cr M Yマ
トリックス中の炭化タンタル粒子;がある。このような
データの表示方法において、シュラウドの摩耗量(白抜
きの棒で示す)およびブレード刃先摩耗量(斜線の棒で
示す)は必然的に全体で0.020インチの標準浸蝕量
でなければならない。ブレード材料がシュラウドに移り
、いわゆるシュラウドの肌傷(5cab)を形成する試
験では、ブレード刃先の摩耗量(斜線表示)とシュラウ
ドの肌傷(交差文目表示)の厚さの差異は必然的に0.
020インチでなければならない。航空機用ガスタービ
ンエンジンの性能に関係する範囲ではシュラウドの摩耗
のほうがブレードの摩耗より好ましくシュラウドスキャ
ブは最も好ましくない条件である。被覆のしてないある
いは裸の試片刃先および既知のシュラウド試片を伴うす
べての試験においてかなりの瓜のスキャンが起きたこと
に注目する。ある二のシュラウド材料の除去がありスキ
ャンのないことが本発明を具体化した試片の試験におい
て観察された。試片刃先がボラゾン粒子あるいは炭化タ
ンタル粒子を含有する被覆で処理しである場合、摩耗の
少くとも半分はシュラウド試片に起きた。
左側の第一の群は本発明の方法によって作ったシュラウ
ドの挙動を示す。その他の群はその他の方法:すなわち
それぞれ真空プラズマ溶射(VPS)l:よる、重量百
分率で31〜33%Ni、20〜22%Cr、7〜9%
Al、 0. 035〜0.065%Yおよび残部の
Co=lnびに付随的な不純物から成る公称組成を有す
るCo Ni Cr JV Y金属被覆;N−5合金と
呼ばれることのあるむくの鋳造Ni基超超合金およびユ
ニオンカーバイド社(Union Carblde C
o、 )から市販品で入手可能な、Dガン(D−Gun
)装置として知られている装置を用いて沈着させた酸
化イツトリウム安定化ジルコニア被覆;で作製したシュ
ラウドの挙動を示す。各群の中には1又は2の棒のグル
ープがあり、摩擦挙動に対する異なるブレード刃先処理
の効果を示している。これらの試験に用いた刃先処理に
は裸のブレード;ボラゾン(BORAZON )材料と
して市販で入手できる、ニッケルメッキで確保した立方
晶窒化ホウ素粒子;およびNi Co Cr M Yマ
トリックス中の炭化タンタル粒子;がある。このような
データの表示方法において、シュラウドの摩耗量(白抜
きの棒で示す)およびブレード刃先摩耗量(斜線の棒で
示す)は必然的に全体で0.020インチの標準浸蝕量
でなければならない。ブレード材料がシュラウドに移り
、いわゆるシュラウドの肌傷(5cab)を形成する試
験では、ブレード刃先の摩耗量(斜線表示)とシュラウ
ドの肌傷(交差文目表示)の厚さの差異は必然的に0.
020インチでなければならない。航空機用ガスタービ
ンエンジンの性能に関係する範囲ではシュラウドの摩耗
のほうがブレードの摩耗より好ましくシュラウドスキャ
ブは最も好ましくない条件である。被覆のしてないある
いは裸の試片刃先および既知のシュラウド試片を伴うす
べての試験においてかなりの瓜のスキャンが起きたこと
に注目する。ある二のシュラウド材料の除去がありスキ
ャンのないことが本発明を具体化した試片の試験におい
て観察された。試片刃先がボラゾン粒子あるいは炭化タ
ンタル粒子を含有する被覆で処理しである場合、摩耗の
少くとも半分はシュラウド試片に起きた。
従って、本発明は被覆が作動中に除去されてしまう可能
性に対して著しく改善効果および安全の余裕を提供する
。さらに本発明は被覆のないブレード刃先の使用を容易
化する。
性に対して著しく改善効果および安全の余裕を提供する
。さらに本発明は被覆のないブレード刃先の使用を容易
化する。
本発明は具体的な例および実施例との関係で説明してき
た。しかし、本発明はその他の変更および改変が本発明
の特許請求の範囲に示した本発明の範囲を逸脱すること
なく可能であることは当業者には理解できるだろう。
た。しかし、本発明はその他の変更および改変が本発明
の特許請求の範囲に示した本発明の範囲を逸脱すること
なく可能であることは当業者には理解できるだろう。
図面は本発明に関する熱摩擦データをその他の系のデー
タと比較したグラフである。
タと比較したグラフである。
Claims (18)
- (1)それぞれがMをCoおよびNiから成る群から選
択した少くとも一つの成分としてM、CrおよびAlの
ベース成分から成る二種類の粉末合金の混合物において
、該混合物が重量百分率で10〜35%Cr、4〜10
%Al、少量ではあるが有効量乃至約0.09%Y、2
〜6%Si、残部のMおよび付随的な不純物から本質的
になる合算混合物組成を有し、しかも実質的にBが存在
しないことを特徴とし; 第1の粉末合金は固相線および液相線を有し該混合物の
50〜70重量%を構成しかつ第二の粉末合金より高い
溶融域を有し; 前記第1の合金には実質的にSiが存在しないで該合算
混合物組成におけるY含有量を提供する0.15重量%
以下の量のYが存在し; 第2の粉末合金は固相線および液相線を有し、該混合物
の残部を本質的に構成し、実質的にYが存在しないで、
そして重量百分率で8〜12%Si、1.5〜4%Al
、10〜30%Cr、残部のMおよび付随的な不純物か
ら本質的になることを特徴とする混合物。 - (2)合算混合物組成が重量百分率で20〜25%Cr
、6〜8%Al、0.02〜0.09%Y、2〜4%S
i、残部のMから本質的になり;第一の粉末合金は重量
百分率で20〜25%Cr、8〜10%Al、0.05
〜0.15%Y、残部のMから本質的になり、Siが存
在しないことをさらに特徴とし; 第二の粉末合金は重量百分率で15〜20%Cr、2〜
4%Al、8〜11%Si、残部のMおよび付随的な不
純物から本質的になり、Yが存在しないことをさらに特
徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の混合物。 - (3)該合算混合物組成が重量百分率で20〜35%N
i、20〜25%Cr、6.5〜8%Al、0.04〜
0.09%Y、2.5〜3.5%Si、残部のCoおよ
び付随的な不純物から本質的になり;第一の粉末合金が
重量百分率で15〜35%Ni、20〜25%Cr、8
〜10%Al、0.05〜0.15%Y残部のCoおよ
び付随的な不純物から本質的になり、さらにSiが存在
しないことを特徴とし;そして 第二の粉末合金が重量百分率で13〜30%Co、18
〜20%Cr、2〜4%Al、8〜12%Si、残部の
Niおよび付随的な不純物から本質的になりYが存在し
ないことをさらに特徴とする特許請求の範囲第2項記載
の混合物。 - (4)該合算混合物組成が重量百分率で25〜35%N
i、20〜25%Cr、7〜8%Al、0.05〜0.
09%Y、3〜3.5%Si、残部のCoおよび付随的
な不純物から本質的になり; 第一の粉末合金が重量百分率で15〜35%Ni、20
〜25%Cr、8〜10%Al、0.05〜0.15%
Y、残部のCoおよび付随的な不純物から本質的になり
、Siが存在しないことをさらに特徴とし; 第二の粉末混合物がYを含有せずに重量百分率で25〜
30%Co、18〜20%Cr、3〜4%Al、9.5
〜10.5%Si残部のNiおよび付随的な不純物から
本質的になることを特徴とする特許請求の範囲第3項記
載の混合物。 - (5)実質的にYが存在せず、重量百分率で8〜12%
Si、1.5〜4%Al、10〜30%Cr、残部のC
oおよびNiから成る群から選択した少くとも一つの成
分および付随的な不純物から本質的になることを特徴と
する粉末ろう付合金。 - (6)Crが15〜20%、Alが2〜4%およびSi
が8〜11%である、特許請求の範囲第(5)項に記載
の合金。 - (7)重量百分率で18〜20%Cr、2〜4%Al、
8〜11%Si、13〜30%Co残部のNiおよび付
随的な不純物から本質的になる特許請求の範囲第(6)
項に記載の合金。 - (8)Crが18〜20%、Alが3〜4%、Siが9
.5〜10.5%Coが25〜30%で残部がNiおよ
び付随的な不純物である、特許請求の範囲第(7)項に
記載の合金。 - (9)Co基およびNi基の超合金から成る群から選ん
だ初期溶融温度を有する超合金の内側部分および該内側
部分と冶金的に結合していて特許請求の範囲第(1)項
に記載の混合物から圧密化し液相焼結した外側部分であ
って、0.05インチ以上の範囲の厚さを有する該外側
部分から成る、耐環境性のある摩耗性の表面部分を有す
る製品。 - (10)該外側部分が特許請求の範囲第(2)項に記載
の混合物から圧密化し液相焼結してあり約0.08〜0
.15インチの範囲の厚さを有する、タービンシュラウ
ドの形態の、特許請求の範囲第(9)項に記載の製品。 - (11)該外側部分が約99%以上のみかけの密度を有
する、特許請求の範囲第(10)項に記載の製品。 - (12)特許請求の範囲第(9)項に記載の製品の製造
方法において、特許請求の範囲第(1)項に記載の粉末
混合物を用意し;該混合物を第二の粉末合金の固相線よ
り低い圧縮成型温度で圧縮成型して予備成形体を作り、
該予備成形体を該製品の表面に置き;該予備成形体と表
面とを非酸化性雰囲気中で第二の粉末合金の液相線温度
より高く該混合物の第一の粉末合金の液相線温度より低
い処理温度に加熱し;該予備成形体と表面とを該処理温
度に十分な時間保持して該粉末混合物を液相焼結し第一
および第二の粉末の成分を相互に拡散させそして該予備
成形体を該製品表面に結合することを特徴とする方法。 - (13)該粉末混合物について圧縮成形後に約0.1イ
ンチの範囲内の厚さを有する予備成形体を作り、該処理
温度が980〜1100℃の範囲である、特許請求の範
囲第(12)項に記載の方法。 - (14)該処理温度が第二の粉末合金の液相線より約5
0℃以上高く、かつ、製品の内部の初期溶融温度より低
い、特許請求の範囲第(12)項に記載の方法。 - (15)該混合物を圧縮成形して予備成形体を作製した
後で該予備成形体を該表面に置く前に、予備成形体を非
酸化性雰囲気で第二の粉末合金の固相線より低い予備焼
結温度で予備焼結する、特許請求の範囲第(12)項に
記載の方法。 - (16)製品の外側部分を修理する方法において、該製
品の該外側部分の少くともある部分を除去して修理に供
する面を作り、該製品の初期溶融温度より高い固相線を
有する置換外側部分となる置換粉末混合物を特許請求の
範囲第(1)項に記載の粉末混合物から選択し;該置換
混合物を該修理に供する面に置き;該置換混合物および
修理に供する面を非酸化性雰囲気中で第二の粉末合金の
液相線温度より高く該混合物の第一の粉末合金の液相線
温度より低い処理温度にて加熱し;該置換混合物および
修理に供する面を該処理温度に十分な時間保持して該粉
末混合物を液相焼結し、第一および第二の粉末の成分を
相互に拡散させ、該置換混合物を該修理に供する面に結
合する方法。 - (17)該置換混合物を該修理に供する面に置く前に該
置換粉末混合物を第二の粉末合金の固相線温度より低い
圧縮成形温度で圧縮成形して予備成形体を作る、特許請
求の範囲第(16)項に記載の方法。 - (18)該置換粉末混合物を、該処理温度で実質的な残
渣を残すことなく分解する結合用混合物によって、予備
的にテープ状に一体に結合する、特許請求の範囲第(1
6)項に記載の方法。
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