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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-09
(45)【発行日】2022-09-20
(54)【発明の名称】ＭＡＸ相を含む合金製タービン部品
(51)【国際特許分類】
C22C 29/02 20060101AFI20220912BHJP
B22F 3/14 20060101ALI20220912BHJP
B22F 5/04 20060101ALI20220912BHJP
C22C 1/05 20060101ALI20220912BHJP
F01D 5/28 20060101ALI20220912BHJP
F01D 9/02 20060101ALI20220912BHJP
F02C 7/00 20060101ALI20220912BHJP
【ＦＩ】
C22C29/02 Z
B22F3/14 101B
B22F5/04
C22C1/05 G
F01D5/28
F01D9/02 101
F02C7/00 C
F02C7/00 D
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2020516696
(86)(22)【出願日】2018-09-21
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-01-28
(86)【国際出願番号】 FR2018052305
(87)【国際公開番号】W WO2019058065
(87)【国際公開日】2019-03-28
【審査請求日】2021-08-25
(31)【優先権主張番号】1758760
(32)【優先日】2017-09-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(73)【特許権者】
【識別番号】311016455
【氏名又は名称】サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ シアンティフィク
【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＤＥ ＬＡ ＲＥＣＨＥＲＣＨＥ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＱＵＥ
(73)【特許権者】
【識別番号】306047664
【氏名又は名称】サフラン
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】サロ，ピエール
(72)【発明者】
【氏名】ブリュネ，ベロニク
(72)【発明者】
【氏名】コルミエ，ジョナタン
(72)【発明者】
【氏名】ドゥルエル，エロディ・マルト・ベルナデット
(72)【発明者】
【氏名】デュボワ，シルバン・ピエール
(72)【発明者】
【氏名】ビルシェーズ，パトリック
【審査官】松村 駿一
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１４－５１４４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００８５０５５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１４７８７５７（ＣＮ，Ａ）
【文献】C. Yang，Low-temperature synthesis of high-purity Ti3AlC2 by MA-SPS technique，Journal of the European Ceramic Society，2009年，29，181-185
【文献】Yong Zou，Low temperature synthesis of single-phase Ti3AlC2 through reactive sintering Ti/Al/C powders，Materials Science and Engineering A，2008年，473，90-95
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ２９／０２
Ｂ２２Ｆ ３／１４
Ｂ２２Ｆ ５／０４
Ｃ２２Ｃ １／０５
Ｆ０１Ｄ ５／２８
Ｆ０１Ｄ ９／０２
Ｆ０２Ｃ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
多結晶性基材（２）を含むタービン部品であって、基材（２）が結晶粒（３）を含み、結晶粒が少なくとも１つのＴｉ３ＡｌＣ２相を有し、前記合金相の質量分率が、９７％超であり、各結晶粒（３）が、長さおよび幅を有し、－結晶粒（３）の平均長さが５０μｍ未満であり、
－結晶粒の平均幅－長さ比が０．４～０．６であり、
－Ｔｉ３ＡｌＣ２相の平均格子体積が１５２．４Å３未満である、
ことを特徴とする、タービン部品（１）。
【請求項2】
基材（２）が炭化チタンを含み、基材の炭化チタンの質量分率が０．８％未満である、請求項１に記載のタービン部品（１）。
【請求項3】
基材がアルミナを含み、基材のアルミナの質量分率が３％未満である、請求項１または２に記載のタービン部品（１）。
【請求項4】
基材（２）がＴｉｘＡｌｙ金属間化合物を含み、基材のＴｉｘＡｌｙ化合物の体積分率が１％未満である、請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン部品（１）。
【請求項5】
基材が、鉄および／またはタングステンを含む相を有し、前記相の鉄の平均体積分率とタングステンの平均体積分率との合計が２％未満である、請求項１から４のいずれか一項に記載のタービン部品（１）。
【請求項6】
Ｔｉ３ＡｌＣ２相の相対密度が９６％超である、請求項１から５のいずれか一項に記載のタービン部品（１）。
【請求項7】
請求項１から６のいずれか一項に記載の部品（１）を含むことを特徴とするタービン翼。
【請求項8】
請求項１から６のいずれか一項に記載の部品（１）を含むことを特徴とするタービンステータ。
【請求項9】
請求項７に記載のタービン翼および／または請求項８に記載のタービンステータを含むことを特徴とするタービン。
【請求項10】
タービン部品（１）の製造方法であって、部品（１）が多結晶性基材（２）を含み、基材（２）が結晶粒（３）を含み、結晶粒が少なくとも１つのＴｉ３ＡｌＣ２相を有し、前記合金相の質量分率が９７％超であり、各結晶粒（３）が長さおよび幅を有し、結晶粒（３）の平均長さが５０μｍ未満であり、平均幅－長さ比が０．４～０．６であり、Ｔｉ３ＡｌＣ２相の平均格子体積が１５２．４Å３未満であり、フラッシュ焼結工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項11】
フラッシュ焼結工程中の温度が１４００℃未満である、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
フラッシュ焼結工程中の圧力が６０ＭＰａ超である、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項13】
フラッシュ焼結工程において最高温度で１０分未満の熱処理を行う、請求項１１～１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
フラッシュ焼結工程が、冷却副工程を備え、冷却副工程中の冷却速度が毎分当たり１００℃未満である、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
請求項１１～１４のいずれか一項に記載の方法であって、ａ）少なくともチタン、アルミニウムおよび炭素を含有する粉末を混合および均一化する工程と、
ｂ）粉末を反応焼結する工程と、
ｃ）工程ｂ）の反応焼結の生成物を粉末状態に変換する工程と
をさらに備え、
工程ａ）～ｃ）が、ミーリングの生成物のフラッシュ焼結工程の前に実施される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、航空工学において使用される、タービン翼またはノズルガイドベーンの翼型等のタービン部品に関し、特に基材を備えるタービン部品であって、その材料がＭＡＸ相を有するものに関する。本発明はまた、かかるタービン部品を製造するための方法にも関する。
【背景技術】
【0002】
ジェットエンジンにおいて、燃焼室から放出された排気ガスは、１２００℃超または、さらには１６００℃超の高温に達する可能性がある。したがって、例えばタービン翼等の、この排気ガスと接触しているジェットエンジンの部品は、こうした高温においても機械的特性を保持することが可能でなければならない。
【0003】
この目的のために、ジェットエンジンの特定の部品を「超合金」から製造することが公知である。超合金は、一般的にニッケル基であり、融点に比較的近い温度（一般的には、融点の０．７～０．９倍）で機能し得る高抵抗の金属合金の一種である。
【0004】
しかしながら、これらの合金は非常に高密度であり、これらの質量がタービン効率を制限する。
【0005】
この目的のために、金属間化合物合金ＴｉＡＬが、タービン構成要素の製造のために使用されてきた。この材料は、ニッケル基超合金より低密度であり、この材料の機械的特性が、タービンに属する特定の構成要素へのＴｉＡＬ製部品の組み込みを可能にする。具体的には、ＴｉＡＬ部品は、例えば、最大で７５０℃の温度までの耐酸化性を有し得る。
【0006】
しかしながら、特定のニッケル基超合金とは異なり、現状のＴｉＡｌは、８００℃超の高温における耐酸化性および十分な寿命を有するタービン部品を製造することができない。
【0007】
この目的のために、いわゆるＭＡＸ相を有する材料が、タービン部品の製造のために使用されてきた。ＭＡＸ相を有する材料は、一般式Ｍｎ＋１ＡＸｎ（式中、ｎは１～３の整数であり、Ｍは遷移金属（Ｓｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＨｆおよびＴａから選択される）であり、ＡはグループＡに属する元素、すなわち、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、ＴｉおよびＰｂから選択される元素であり、そしてＸは炭素および窒素から選択される元素である。ある材料のＭＡＸ相の組成は、特にタービンの動作に対応する温度範囲、例えば８００℃～１２００℃の温度範囲においては、酸化、密度およびクリープ耐性に関する材料に固有の特性をもたらす。特に、タービン部品の製造のためにＴｉ３ＡｌＣ２相を有する材料を使用することが公知である。これは、Ｔｉ３ＡｌＣ２相のアルミニウムが、アルミナ保護層を形成して、タービンの動作中における酸化から部品を保護することを可能にするためである。Ｔｉ３ＡｌＣ２相の炭素は、材料が、タービンの動作温度範囲内において最適なクリープ耐性を有することを可能にする。最後に、Ｔｉ３ＡｌＣ２相のチタンは、材料が、ＭＡＸ相を含む他の材料より低い密度を有することを可能にする。
【0008】
例えば、仏国特許発明第３０３２４４９号明細書は、航空工学分野において使用されることを意図されており、高い機械的耐性を有する材料を記述している。前述の材料は、Ｔｉ３ＡｌＣ２型の第１のＭＡＸ相およびＴｉＡｌ３型の第２の金属間化合物相を含み、ＭＡＸ相の体積分率は７０％～９５％であり、金属間化合物相の体積分率は５％～３０％である。
【0009】
しかしながら、上記文献に記載の材料は、１１００℃での酸化に曝されるものであり、この温度は、航空工学におけるタービン部品の製造のために使用されるには高すぎる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】仏国特許発明第３０３２４４９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の一つの目的は、ＭＡＸ相を含む材料で作られるタービン部品製造の解決策を提案することであり、この材料は、タービン動作範囲の温度における、特有の高い機械的耐性および高い耐酸化性を同時に有し、またニッケル基超合金製の材料よりも低い密度を有する。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の範囲においては、上記目的は、多結晶性基材を含み、基材が結晶粒を含み、結晶粒が少なくとも１つのＴｉ３ＡｌＣ２相を有し、前記合金相の質量分率が９７％超であり、各結晶粒が、ある長さおよびある幅を有する、タービン部品であって、
－結晶粒の平均長さが５０μｍ未満であり、
－結晶粒の平均幅－長さ比が０．４～０．６であり、また、
－Ｔｉ３ＡｌＣ２相の平均格子体積が１５２．４Å３未満である
ことを特徴とするタービン部品によって達成される。
－結晶粒の平均長さが５０μｍ未満であり、
－結晶粒の平均幅－長さ比が０．４～０．６であり、また、
－Ｔｉ３ＡｌＣ２相の平均格子体積が１５２．４Å３未満である
ことを特徴とするタービン部品によって達成される。
【0013】
結晶粒の平均長さが、５０μｍ未満であり平均幅－長さ比が０．４～０．６であり、Ｔｉ３ＡｌＣ２相の平均格子体積が１５２．４Å３未満であるため、Ｔｉ３ＡｌＣ２相の微細組織は、タービンの動作温度範囲内における、高い耐酸化性をもたらす。
【0014】
有利なことに、本発明は、個別に採用されるまたは、技術的に可能な組み合わせのいずれか１つとして採用される、下記の特徴によって完成される。すなわち、
－基材が炭化チタンを含み、基材中の炭化チタンの質量分率が０．８％未満であること、
－基材がアルミナを含み、基材中のアルミナの質量分率が３％未満であること、
－基材がＴｉｘＡｌｙ金属間化合物を含み、基材中のＴｉｘＡｌｙ化合物の体積分率が１％未満であること、
－基材が鉄および／またはタングステンを含む相を有し、前記相の鉄の平均体積分率とタングステンの平均体積分率との合計が２％未満であること、
－Ｔｉ３ＡｌＣ２相の相対密度が９６％超であること、である。
－基材が炭化チタンを含み、基材中の炭化チタンの質量分率が０．８％未満であること、
－基材がアルミナを含み、基材中のアルミナの質量分率が３％未満であること、
－基材がＴｉｘＡｌｙ金属間化合物を含み、基材中のＴｉｘＡｌｙ化合物の体積分率が１％未満であること、
－基材が鉄および／またはタングステンを含む相を有し、前記相の鉄の平均体積分率とタングステンの平均体積分率との合計が２％未満であること、
－Ｔｉ３ＡｌＣ２相の相対密度が９６％超であること、である。
【0015】
本発明の別の主題は、上記部品を含むことを特徴とするタービン翼である。
【0016】
本発明の別の主題は、上記部品を含むことを特徴とするタービンステータである。
【0017】
本発明の別の主題は、上記タービン翼および／または上記タービンステータを含むことを特徴とするタービンである。
【0018】
本発明の別の主題は、多結晶性基材を含み、基材が、結晶粒を含み、少なくとも１つのＴｉ３ＡｌＣ２相を有し、前記合金相の質量分率が９７％超であり、各結晶粒が、ある長さおよびある幅を有し、結晶粒の平均長さが５０μｍ未満であり、平均幅－長さ比が０．４～０．６であり、Ｔｉ３ＡｌＣ２相の平均格子体積が１５２．４Å３未満である、タービン部品を製造するための方法であって、フラッシュ焼結工程の実施を特徴とする方法である。
【0019】
有利なことに、本発明は、個別に採用される、または技術的に可能な組み合わせのいずれか１つとして採用される、下記の特徴によって完成される。すなわち、
【0020】
－フラッシュ焼結工程中における温度が１４００℃未満であること、
－フラッシュ焼結工程中の圧力が６０ＭＰａ超であること、
－フラッシュ焼結工程が最高温度で１０分未満の熱処理を実施すること、
－フラッシュ焼結工程が、冷却副工程を含み、冷却服工程中における冷却速度が一分間当たり１００℃未満であることであり、 －部品の製造方法は、
ａ）少なくともチタン、アルミニウムおよび炭素を含有する粉末を混合および均一化する工程と、
ｂ）粉末を反応焼結する工程と、
ｃ）粉末の反応焼結の生成物を粉末状態に変換する工程と、
を備え、工程ａ）～ｃ）が、ミーリングによる生成物のフラッシュ焼結工程の前に実施される。
－フラッシュ焼結工程中の圧力が６０ＭＰａ超であること、
－フラッシュ焼結工程が最高温度で１０分未満の熱処理を実施すること、
－フラッシュ焼結工程が、冷却副工程を含み、冷却服工程中における冷却速度が一分間当たり１００℃未満であることであり、 －部品の製造方法は、
ａ）少なくともチタン、アルミニウムおよび炭素を含有する粉末を混合および均一化する工程と、
ｂ）粉末を反応焼結する工程と、
ｃ）粉末の反応焼結の生成物を粉末状態に変換する工程と、
を備え、工程ａ）～ｃ）が、ミーリングによる生成物のフラッシュ焼結工程の前に実施される。
【0021】
他の特徴および利点は、下記の記述からさらに明確化するであろうが、下記の記述は、純粋に説明を目的とした非限定的なものであり、添付の図面を参照しながら読まれなければならない。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】タービン部品、例えば、タービン翼またはノズルガイドベーンの翼型の断面を概略的に示す図である。
【図2】タービン部品の基材の微細組織の走査型電子顕微鏡法写真である。
【図3】等温酸化を伴う処理後における、異なる基材の質量増加を示す図である。
【図4】３１２型のＭＡＸ相単位胞を示す図である。
【図5】基材の二次クリープ率の変化に対する、基材の単位格子体積歪み基準および相対密度の影響を示す図である。
【図6】異なるタイプの基材についてのラーソン－ミラー表現におけるクリープを示す図である。
【図7】酸化を伴う処理中における、異なる格子体積歪み基準を有する複数の基材の質量増加の変化を示す図である。
【図8】酸化により処理された基材の質量増加に対する炭化チタンの質量分率の影響を示す図である。
【図9】部品の製造方法を示す図である。
【0023】
定義
結晶粒の「長さ」Ｌという用語は、結晶粒の重心を通過する直線上における結晶粒の最大寸法を表す。
結晶粒の「長さ」Ｌという用語は、結晶粒の重心を通過する直線上における結晶粒の最大寸法を表す。
【0024】
結晶粒の「幅」ｌという用語は、結晶粒の重心を通過する直線上における結晶粒の最小寸法を表す。
【0025】
「密度」は、４℃および大気圧における同一体積の水の質量に対する、所定の体積の基材の質量の比を示す。
【0026】
「相対密度」は、基材の密度と、これと同一の基材の理論密度との比である。
【0027】
「ラーソン－ミラーパラメータ」は、式（１）で与えられるパラメータＰである。：
【0028】
【数1】
【0029】
「化学量論的化合物」または「化学量論的物質」は、多数の元素から構成される材料を示し、各元素の原子分率は整数である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
図１を参照すると、ブレード４等のタービン部品１は、多結晶性基材２を含む。この基材は、少なくとも１つのＴｉ３ＡｌＣ２相を有する。図１に示す要素は、独立に、タービン翼４、ノズルガイドベーンの翼型、または、タービンに属する任意の他の要素、部品もしくは構成要素を表すことができる。
【0031】
図２を参照すると、多結晶性基材２は結晶粒３を含む。基材の結晶粒３は、複数の形態学的パラメータを有する。基材２のＴｉ３ＡｌＣ２相において、結晶粒３の長さＬは平均で５０μｍ未満である。さらに、結晶粒３の平均形状係数、すなわち、結晶粒３の長さに対する結晶粒３の幅の平均比ｌ／Ｌは０．３～０．７、好ましくは０．４～０．６、好ましくは０．４５～０．５５である。したがって、結晶粒３の平均長さおよび平均形状係数に関する微細組織パラメータは、タービンの動作中における基材２の耐酸化性の増大を可能にし、クリープ耐性の増大を可能にする。具体的には、寸法が小さい結晶粒は、基材の表面にまで通じる粒界の面積分率を増加させることができる。ここで、粒界は、合金元素、例えばアルミニウムの、酸化層の形成を生じさせる高速かつ優先的な拡散を可能にする。アルミニウムの大部分は、表面上にアルミナを形成するために拡散する可能性がある。このようにして形成されたアルミナ層は、非常に安定で、高温でも保護作用があり、基材２の質量増加を抑制または防止することができる。
【0032】
結晶粒の平均形状係数は、結晶粒の寸法と相まって、粒界における滑りを回避することにより、クリープ耐性の改善も可能にする。写真の右下にあるスケールバーは、１０μｍの長さに相当する。
【0033】
図３は、等温酸化を伴う処理後における、異なる基材の質量増加を示している。二つの形式の基材が酸化された。本発明に係る第一の形式の基材は図３の黒色の棒に対応し、Ｔｉ３ＡｌＣ２相結晶粒の平均長さは実質的に１０μｍに等しく、本発明のものとは異なる第二の形式の基材は図３の灰色の棒に対応し、Ｔｉ３ＡｌＣ２相結晶粒の平均長さは実質的に６０μｍに等しい。質量増加は、等温酸化後に測定されている。等温酸化は、異なる温度（８００℃、９００℃および１０００℃）で、空気中で３０時間行われた。全ての酸化温度において、結晶粒３の平均長さが実質的に１０μｍに等しい基材２の質量増加は、結晶粒の平均長さが実質的に６０μｍに等しい基材により示された質量増加よりも一桁以上小さい。したがって、結晶粒３の平均長さが５０μｍ未満である基材２は、高い耐酸化性を有する。
【0034】
図４は、３１２型のＭＡＸ相セルを示す。一般に、（元素Ｍ、ＡおよびＸを含む）ＭＡＸ相は六方晶構造を有する。ＭＡＸ相の六方晶格子は、複数の層の中で組織化されている八面体Ｍ６Ｘから形成されており、これらの間には、元素Ａからなる複数の層が挿入されている。Ｔｉ３ＡｌＣ２の単位格子の理論体積は公知であり、Ｖ０＝１５３．４５Å３に等しい。本発明の一態様によれば、Ｔｉ３ＡｌＣ２相の単位格子の平均体積は、理論体積と異なる。格子体積歪み基準という用語は、式（２）によって与えられるパラメータδを表す：
【0035】
【数2】
【0036】
図５は、基材２の二次クリープ速度の変化に対するパラメータδおよび基材の相対密度の効果を示すものである。二次クリープ速度は、基材２を９００℃の温度で処理し、１４０ＭＰａの引張応力を加えて測定されている。図５に示す測定のために使用された基材２は、９８％超のＴｉ３ＡｌＣ２相の体積分率を有し、異なる相対密度を有する。９７％に等しい相対密度（図５の中央の欄および右側の欄に対応する）に関しては、二次クリープ速度は２つのパラメータδ（δ＝０．９８％およびδ＝０．１７％）で示されている。基材２はδ＝０．１７％よりも高く、δ＝０．９８％よりも低い二次クリープ速度を有する。一般に、基材はδ＜０．７％であるとき、より高い二次クリープ速度を有する。したがって、０．７％超のパラメータδを有する基材２は、基材２のクリープ耐性の向上を可能にする。パラメータδは、ＭＡＸ相の単位格子の見かけの体積または実測の体積と、単位格子の理論体積または基準体積との区別を特徴づける。したがって、δが増加するとＭＡＸ相の格子体積は減少するが、これは、異なる元素Ａの層と八面体Ｍ６Ｘとが接近し合うことの結果である。基材２のパラメータδと、クリープ耐性との関係は、予期されないものである。転位の動きを遅くすることにより、この効果を説明できる可能性があるため、この材料のクリープに対する耐性を向上させることができる。好ましくは、δパラメータは０．７～２％、好ましくは０．９２～１％である。Ｔｉ３ＡｌＣ２相においてＶ０＝１５３．４５Å３であると考えたとき、基材２のＴｉ３ＡｌＣ２相の単位格子の平均体積は、１５２．４Å３未満である。好ましくは、Ｔｉ３ＡｌＣ２相の平均格子体積は、１５０．３８Å３～１５２．３７Å３であり、好ましくは１５１．９１Å３～１５２．０３Å３である。好ましくは、上記格子体積の影響は、結晶粒の平均長さが５０μｍ未満であり、結晶粒の平均幅－長さ比が０．４～０．６であるときに観察される。
【0037】
パラメータδ０．９８％（図５の左側の欄および中央の欄に対応する）の場合、二次クリープ速度は、異なる２つの相対密度ρ（左側の欄に対応するρ＝９２％、および、中央の欄に対応するρ＝９７％）との関連で示されている。したがって、９６％超の基材２の相対密度ρは、９６％未満の基材２の相対密度を基準にして、クリープ速度を低下させることができる。具体的に言えば、密度が低下すると、クリープ中に応力を受けた材料の体積はより小さくなる。外部応力が加えられた場合、微細組織基準では、相対密度が低下すると、この力は増大する。したがって、密度が低下するとクリープ寿命は短くなる。
【0038】
図６は、異なる形式の基材に対するラーソン－ミラー表現によるクリープを示す。比応力はラーソン－ミラーパラメータの関数として表される。曲線（ａ）は、公知の多結晶ニッケル基超合金製基材に対応する。曲線（ｂ）は、Ｔｉ３ＡｌＣ２相を含み、０．１７％の単位格子歪み基準δを有する基材に対応する。曲線（ｃ）は、Ｔｉ３ＡｌＣ２相を含み、０．９８％の単位格子歪み基準δを有する、本発明による基材２に対応する。曲線（ｃ）に対応する基材２の特徴は、ニッケル基の基材の比応力に類似した比応力を有することにある。一方で、曲線（ｂ）に対応する基材の特徴は、ラーソン－ミラーパラメータが所定の値である場合において、曲線（ｃ）に対応する基材２の比応力に比べて実質的に１桁小さい比応力を有することにある。したがって、部品１に実装された基材２は、Ｔｉ３ＡｌＣ２相を有する公知の基材より高い機械的耐性を有する。
【0039】
図７は、酸化を伴う処理中における、異なるパラメータδを有する複数の基材の質量増加の変化を示している。酸化は、２４０回のサイクルに亘って各サイクルにつき１時間１０００℃の温度に維持しながら、１００℃～１０００℃において各基材を熱処理することによって実施される。０９０～１４０ｍｇ／ｃｍ２の表面の質量増加が、パラメータδが０．７％未満の基材で測定された。一方、０．７％超のパラメータδを有する基材２は、質量増加が実質的に０である。したがって、本発明による基材２は、タービンの動作に対応する温度条件下において、公知の基材より高い耐酸化性を有する。
【0040】
図８は、酸化を伴う処理後の基材の質量増加における炭化チタンの質量分率の効果を示す。基材の酸化は、空気中において１００回の熱サイクルを制御しながら実施された。各サイクルは、５℃／分の温度勾配で１００℃から１０００℃まで基材の熱処理を行い、続いて、１０００℃の温度で１時間基材を処理した後、１０００℃から１００℃に冷却するものである。
【0041】
３種の基材を熱処理した。各基材は、１．１％（図８の左側の欄に示されている）、０．４％（図８の中央の欄に示されている）および０％（図８の右側の欄）の異なる炭化チタン（ＴｉＣ）の質量分率を有する。したがって、基材の酸化は、基材中におけるＴｉＣの質量分率を低下させることによって、顕著に低減させることができる。有利なことに、本発明の一態様による基材２は、タービンの動作温度によって生じる酸化を低減するように、０．８％未満のＴｉＣの質量分率を有する。
【0042】
図９を参照すると、部品１を製造するための方法は、下記のステップを備えることができる。
【0043】
部品１を製造方法のステップ１０１においては、チタン、アルミニウムおよび炭化物を含有する粉末が混合されて、緻密化される。ＴｉＣ＞０．９５、アルミニウムおよびチタンの粉末は、例えば、それぞれの原子分率の比率が１．９％対１．０５％対１％であるように混合されることが可能である。例えば、Ｔｕｒｂｕｌａ（ＴＭ）型のミキサーまたは同等の任意の種類の三次元ミキサーを使用して、粉末を均質化することができる。好ましくは、混合されたアルミニウム粉末の原子分率は、厳
密には１より大であり、好ましくは１．０３～１．０８である。具体的に言えば、後続する反応焼結処理中にＡｌが蒸発することが、工程の終了したときに得られた部品のアルミニウムの原子分率を低下させる。したがって、ステップ１０１における１．０３～１．０８のアルミニウムの原子分率は、化学量論的化合物の製造を可能にする。したがって、本発明の一態様によれば、基材は、鉄および／またはタングステンを含む層を有し、この相における鉄およびタングステンの平均体積分率の合計は２％未満となる。
密には１より大であり、好ましくは１．０３～１．０８である。具体的に言えば、後続する反応焼結処理中にＡｌが蒸発することが、工程の終了したときに得られた部品のアルミニウムの原子分率を低下させる。したがって、ステップ１０１における１．０３～１．０８のアルミニウムの原子分率は、化学量論的化合物の製造を可能にする。したがって、本発明の一態様によれば、基材は、鉄および／またはタングステンを含む層を有し、この相における鉄およびタングステンの平均体積分率の合計は２％未満となる。
【0044】
方法のステップ１０２において、ステップ１０１において混合された粉末の反応焼結が、実施される。反応焼結は、保護雰囲気中において、１４５０℃で２時間実施されることが可能である。
【0045】
本方法のステップ１０３において、ステップ１０２の生成物は、例えばミーリングによって、粉末状態に変換させられる。
【0046】
本方法のステップ１０４において、フラッシュ焼結（またはスパークプラズマ焼結の略ＳＰＳ）が、実施される。例えば、フラッシュ焼結は－５０℃．ｍｉｎ－１で冷却が行われるように制御しながら、１３６０℃の温度で２分間、７５ＭＰａで実施される。有利には、フラッシュ焼結ステップ１０４における温度は１４００℃未満である。これは、１４００℃未満の温度におけるフラッシュ焼結が、Ｔｉ３ＡｌＣ２相の分解を回避することができるためである。さらに、１４００℃未満の温度におけるフラッシュ焼結は、例えば黒鉛を含むフラッシュ焼結装置の金型を形成する材料と、ステップ１０３の生成物とが相互作用すること、および／または、前述の材料によってステップ１０３の生成物が汚染されることを回避可能にする。有利には、フラッシュ焼結工程中の圧力は６０ＭＰａ超である。これは、公知の方法による焼結の実施中に使用される圧力より高い、この６０ＭＰａ超の圧力が、９６％超のＴｉ３ＡｌＣ２相の相対密度を有し、結晶粒３の平均長さが５０μｍ未満であり、結晶粒の平均幅－長さ比が０．４～０．６である部品１の製造を可能にするためである。有利には、フラッシュ焼結工程は、最高温度で１０分未満の熱処理を実施する。この結果、基材２の結晶粒３の過剰な成長および特性の劣化が回避される。ステップ１０４は、基材２を最高温度に維持した後に冷却するサブステップを含む。有利には、このサブステップ中における冷却速度の標準は１００℃．ｍｉｎ－１未満である。これは、冷却するサブステップ中において、残留機械的応力が基材２に蓄積を回避する。残留応力は、例えば基材の機械加工中における材料にクラックを生じさせるため、部品の製造中には問題となる。したがって、本発明の特徴に係る製造方法の実行は、加工中のクラック発生リスクを低減させる。
【0047】
上述の方法による部品１の製造は、化学量論的特性を有する基材を可能にし、酸化または機械的耐性に関する材料の性能を劣化させる化合物の取り込みを回避または抑制することを可能にする。したがって、本発明の特徴によれば、基材のアルミナの質量分率は３％未満となる。本発明の別の特徴によれば、基材はＴｉｘＡｌｙ金属間化合物を含み、これらの化合物の体積分率は１％未満である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】