特表2022-514724サービスラン・ガスタービン部品の修理のための事前準備
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-15
(54)【発明の名称】サービスラン・ガスタービン部品の修理のための事前準備
(51)【国際特許分類】
B23K 1/00 20060101AFI20220207BHJP
C23C 24/08 20060101ALI20220207BHJP
B22F 5/04 20060101ALI20220207BHJP
B22F 7/08 20060101ALI20220207BHJP
C22C 30/00 20060101ALI20220207BHJP
B23K 35/30 20060101ALI20220207BHJP
F01D 25/00 20060101ALI20220207BHJP
F02C 7/00 20060101ALN20220207BHJP
【ＦＩ】
B23K1/00 330P
C23C24/08 B
B22F5/04
B22F7/08 E
C22C30/00
B23K35/30 340M
F01D25/00 X
F01D25/00 L
F02C7/00 C
F02C7/00 D
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021507024
(86)(22)【出願日】2019-08-06
(85)【翻訳文提出日】2021-03-29
(86)【国際出願番号】 US2019045262
(87)【国際公開番号】W WO2020101766
(87)【国際公開日】2020-05-22
(31)【優先権主張番号】16/059,490
(32)【優先日】2018-08-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/512,433
(32)【優先日】2019-07-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】599078705
【氏名又は名称】シーメンス エナジー インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110003317
【氏名又は名称】特許業務法人山口・竹本知的財産事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100075166
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 巖
(74)【代理人】
【識別番号】100133167
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100169627
【弁理士】
【氏名又は名称】竹本 美奈
(72)【発明者】
【氏名】グーナキカー，ソメシュ ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】ヤーブロー，ジェームズ エー．
(72)【発明者】
【氏名】ガルシア，マーク エー．
【テーマコード（参考）】
4K018
4K044
【Ｆターム（参考）】
4K018AA10
4K018AB02
4K018AB03
4K018AB07
4K018AC01
4K018BA04
4K018BC12
4K018DA11
4K018JA22
4K018KA12
4K044AA06
4K044BA06
4K044BA12
4K044BB01
4K044BB03
4K044BC02
4K044BC05
4K044CA24
4K044CA27
4K044CA29
4K044CA53
(57)【要約】
予備焼結プリフォーム（１１４）および予備焼結プリフォーム（１１４）を利用する修理する方法（１００）が開示され、その各々は、部品の表面（１１０）上に堆積された置換保護コーティング（１１８）を含むろう付け（１１６）をもたらす。保護コーティング（１１８）は、関連する部品（１０２）の耐用年数にわたり、優れた温度耐性および耐酸化性、超合金表面への接着性の改善、および消費の減少を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
修理面（１１０）を暴露するために、サービスランのタービン部品（１０２）の損傷部分（１０８）を除去すること（１０６）と、前記タービン部品（１０２）の前記修理面（１０８）に、予備焼結プリフォーム（１１４）を施用すること（１１２）と、
前記予備焼結プリフォーム（１１４）とタービン部品（１０２）とを一緒に加熱して、前記予備焼結プリフォーム（１１４）および前記タービン部品（１０２）の冷却時に、前記修理面（１１０）上に置換保護コーティング（１１８）を含むろう付け部（１１６）を形成すること（１２０）と、
を含む、修理する方法であって、
前記予備焼結プリフォーム（１１４）は、ボンドコート粉末とろう付け粉末との混合物から形成されており、
前記ボンドコート粉末は、重量％で、
Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含み、前記ろう付け粉末は、重量％で、
Ｎ ： ３２、
Ｃ ： ２１、
Ａｌ： ８、
Ｙ ： ０．５、および
残余のＣｏ、
を含む、方法（１００）。
【請求項2】
前記ボンドコート粉末が、ＴｉおよびＺｒからなる群から選択される要素を重量で０．０１～０．３含む、請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項3】
前記ボンドコート粉末が、重量％で、Ｎｉ： ３４、
Ｃｒ： ２２．４、
Ｓｉ： ８．９、
Ａｌ： ２．７、
Ｗ ： １．４、
Ｔａ： ０．７、
Ｂ ： ０．５５、
Ｃ ： ０．１２、
Ｆｅ： ０．３、および
残余のＣｏ、
の組成を含む、請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項4】
前記ボンドコート粉末および前記ろう付け粉末が、１：１の重量比で提供される、請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項5】
前記加熱することが、少なくとも１１００℃＋／２５℃の温度で行われる、請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項6】
前記保護コーティング（１１８）上に遮熱コーティングを施用することをさらに含む、請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項7】
ボンドコート粉末およびろう付け粉末の焼結混合物を含む予備焼結プリフォーム（１１４）であって、前記ボンドコート粉末は、Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含み、
前記ろう付け粉末は重量％で、
Ｎ ： ３２、
Ｃ ： ２１、
Ａｌ： ８、
Ｙ ： ０．５、および
残余のＣｏ、
を含む、
予備焼結プリフォーム（１１４）。
【請求項8】
前記ボンドコート粉末が、重量％、Ｎｉ： ３４、
Ｃｒ： ２２．４、
Ｓｉ： ８．９、
Ａｌ： ２．７、
Ｗ ： １．４
Ｔａ： ０．７
Ｂ ： ０．５５
Ｃ ： ０．１２
Ｆｅ： ０．３、および
残余のＣｏ、
を含む、請求項７に記載の予備焼結プリフォーム（１１４）。
【請求項9】
前記ボンドコート粉末が、ＴｉおよびＺｒからなる群から選択される要素を重量で０．０１～０．３で含む、請求項７に記載の予備焼結プリフォーム（１１４）。
【請求項10】
前記ボンドコート粉末および前記ろう付け粉末が、前記予備焼結プリフォーム中に、１：１重量比で含まれる、請求項７に記載の予備焼結プリフォーム（１１４）。
【請求項11】
重量％で、Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含む、ボンドコート組成物。
【請求項12】
前記ボンドコート組成物が、重量％で、Ｎｉ： ３４、
Ｃｒ： ２２．４、
Ｓｉ： ８．９、
Ａｌ： ２．７、
Ｗ ： １．４
Ｔａ： ０．７
Ｂ ： ０．５５
Ｃ ： ０．１２
Ｆｅ： ０．３、および
残余のＣｏ、
を含む、請求項１１に記載のボンドコート組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、超合金部品の修理に関し、特に、既知の構造および方法と比較して、耐酸化性が向上し、材料の消耗が少ないボンドコートを超合金部品に提供する予備焼結プリフォームおよびそれを使用するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービンは、当技術分野でよく知られている。ガスタービンサイクルの熱効率を高めるために、ガスタービン分野で継続的な研究が行われている。これが達成された一つの方法は、ますます耐熱性の高い材料、または高温で経時的にその構造的完全性を維持することができる材料を開発することである。このため、ガスタービンエンジンの高温ガス経路部品は、しばしば超合金材料から形成される。「超合金」という語は、本明細書では、高温、例えば＞１０００℃で優れた機械的強度および耐クリープ性を示す高耐食性および耐酸化性合金を指すために、当該技術分野で一般的に使用されているように使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第６，６７０，０４６号明細書
【特許文献2】米国特許第６，２３５，３７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
材料の改善にもかかわらず、エンジン効率を高めるために、より高い動作温度でガスタービン駆動するという動きは、部品の表面に保護コーティングを施すことにつながっている。いくつかの例では、この保護コーティングは、耐酸化性金属ボンドコート（例えば、当該技術分野で公知のＭＣｒＡｌＹ合金）および熱絶縁遮熱コーティング（ＴＢＣ）の両方を含む。このような場合、ボンドコートは、ＴＢＣの部品の表面への付着性をさらに改善する。
【0005】
他の例では、保護コーティングは、ボンドコートだけを含み、これは、ある程度の熱保護を有する部品に耐酸化コーティングを提供するために適用されてもよい。いずれの場合も、現行のボンドコート適用技術は、部品の耐用年数にわたっておよび／または制限された厚さによって、ボンドコートが継続的に損失することを特徴とする。例えば、熱溶射ボンドコートは、限られた厚さのコーティングしか提供できないことが分かっている。ボンドコート材料の堆積時にコーティング厚さが増加すると、圧縮力が増加し、ボンドコート材料の破壊または消耗を招く。
【0006】
加えて、下層の基材に損傷を有するボンドコートを有するサービスラン部品の修理では、保護コーティングは、典型的に、コーティングから化学的に剥がされる。その後、当技術分野で公知のようなろう付けまたは溶接技術を利用して、下にある基板を修理する。次に、部品に保護コーティング（ボンドコートまたはボンドコートおよびＴＢＣ）を施用する。これらすべてのステップを合計すると、かなりのコストと時間が発生するため、修理の費用を負担するのではなく、部品の廃棄につながることがしばしばある。従って、コスト及び時間を低減し、耐酸化性の向上及び材料消耗の低減をもたらすサービスラン部品の修理のために、改良されたボンドコート適用技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、以下の説明において、示す図面に鑑みて説明される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【0009】
本発明者らは、タービン部品のベース基板の修理を提供すると同時に部品にボンドコートを追加する、予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）およびそれを利用するための方法を開発することによって当技術分野の欠点に取り組んだ。さらに、得られたボンドコートは、試験されており、優れた耐熱性および耐酸化性、下層のタービン部品への付着性の改善、および類似のボンドコート材料の溶射を含む既知の適用技術と比較して、タービン部品の耐用年数にわたるボンドコートの消耗の低減を示す。さらに、本明細書に記載される予備焼結プリフォームおよび方法を介して、ボンドコートは、ボンドコートが剥離または消耗する危険性なしに、より厚い層として施用されてもよい。より厚い層は、有利には、下層の部品に対する追加の熱保護を提供する。予備焼結プリフォームは、リングセグメント、ブレード、ベーン等のサービスランのガスタービン部品の修理にさらに適していてもよい。
【0010】
本発明の一態様によれば、以下を含む修理する方法が提供される。
修理面を暴露するために、サービスランのタービン部品の損傷部分を除去することと、
タービン部品の修理面に、予備焼結プリフォームを施用することと、
予備焼結プリフォームとタービン部品とを一緒に加熱して、予備焼結プリフォームおよびタービン部品の冷却時に、修理面上に置換保護コーティングを備えるろう付け部を形成することと、
を含む、修理する方法であって、
予備焼結プリフォームは、第１の粉末と第２の粉末との混合物から形成されており、
第１の粉末は、重量％で、
Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含み、第２の粉末は、重量％で、
Ｎ ： ３２、
Ｃ ： ２１、
Ａｌ： ８、
Ｙ ： ０．５、および
残余のＣｏ、
を含む。
修理面を暴露するために、サービスランのタービン部品の損傷部分を除去することと、
タービン部品の修理面に、予備焼結プリフォームを施用することと、
予備焼結プリフォームとタービン部品とを一緒に加熱して、予備焼結プリフォームおよびタービン部品の冷却時に、修理面上に置換保護コーティングを備えるろう付け部を形成することと、
を含む、修理する方法であって、
予備焼結プリフォームは、第１の粉末と第２の粉末との混合物から形成されており、
第１の粉末は、重量％で、
Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含み、第２の粉末は、重量％で、
Ｎ ： ３２、
Ｃ ： ２１、
Ａｌ： ８、
Ｙ ： ０．５、および
残余のＣｏ、
を含む。
【0011】
別の態様によれば、第１の粉末と第２の粉末との焼結混合物を含む予備焼結プリフォームが提供され、ここで、第１の粉末は重量％で、
Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含み、第２の粉末は、重量％で、
Ｎ ： ３２、
Ｃ ： ２１、
Ａｌ： ８、
Ｙ ： ０．５、および
残余のＣｏ、
を含む。
Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含み、第２の粉末は、重量％で、
Ｎ ： ３２、
Ｃ ： ２１、
Ａｌ： ８、
Ｙ ： ０．５、および
残余のＣｏ、
を含む。
【0012】
さらに別の態様によれば、重量％で、
Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含む、ボンドコート組成物が提供される。
Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含む、ボンドコート組成物が提供される。
【発明を実施するための形態】
【0013】
次に、図面を参照すると、図１は、圧縮機セクション４、燃焼器セクション６、およびタービンセクション８を有する公知のガスタービンエンジン２を示している。タービンセクション８には、静止翼形セクション１８（一般に「ベーン」と呼ばれる）と回転翼形セクション１６（一般に「ブレード」と呼ばれる）の交互列がある。ブレード１６の各列は、ロータ軸１２を有するロータ１０上に配置された取り付けディスク１４に接続された翼形の円形アレイによって形成される。ブレード１６は、ロータ１０から半径方向外側に延び、ブレード先端部で終端する。ベーン１８は、エンジン２の外側ケーシング２６に取り付けられているベーンキャリア２２、２４の内面から半径方向内側に延びている。ベーン１８の列の間には、リングシール２０がベーンキャリア２２の内面に取り付けられている。リングシール２０は、回転ブレード１６の位置でベーン１８の列の間の高温ガス経路ガイドとして作用する静止部品である。リングシール２０は、ベーンキャリア２２、２４に直接、またはベーンキャリア２２、２４に取り付けられた金属隔離リング（図示せず）に取り付けるなどして間接的に取り付けられた複数のリングセグメント２１によって一般的に形成される。エンジン運転中、高温／高速ガス２８は、タービンセクション８内のベーン１８およびブレード１６の列を通って、主にロータ軸１２に対して軸方向に流れる。
【0014】
図２は、その上に保護コーティング１０４を有するサービスランのタービン部品１０２を修理するための方法１００における非限定的な工程を示している。第１の工程において、そして図３～図４４に示すように、方法１００は、修理面１１０（図４）を暴露するために、サービスランタービン部品１０２（図３）の損傷部分１０８を除去する工程１０６を含む。損傷部分１０８は、保護コーティング１０４の全てではない場合には、保護コーティングの少なくとも一部を含む。特定の実施形態では、部品１０２のベース基板１０３の一部（内部に欠陥（亀裂等）を含む）も除去することができる。他の実施形態において、ベース基板１０３は、除去されず、欠陥は、以下に説明するように、溶融されたＰＳＰ材料で充填される。保護コーティング１０４は、ボンドコートを単独で、またボンドコートを遮熱コーティング（ＴＢＣ）と組み合わせて含むことができる。あるいは、保護コーティング１０４は、任意の他の適切な温度および耐酸化性コーティングを含んでもよい。サービスランタービン部品１０２は、ベーン１８またはリングセグメント２１のような、上述したガスタービンエンジン２の任意の部品とすることができる。損傷部分１０８の除去は、部品１０２の表面を機械加工することなどによって、任意の適切な方法によって行うことができる。
【0015】
機械加工が利用される場合、機械加工は、金属ベース基板から金属および／またはセラミック材料を除去するために、関連技術において公知の任意の機械的（非化学的）プロセスを含んでもよい。機械加工プロセスの非限定的な例は、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）研削技術を含む研削プロセス、並びに隆起領域および／または遊離した材料を除去するために機械加工された表面を機械的にブレンドするための公知のプロセスを含む。ブレンドおよび洗浄技術は、得られた機械加工された表面が均一な形状（例えば、平坦、弓形、凸形、凹形等）であり、生産汚染がないことを保証するために使用されてもよい。機械加工された表面（例えば、背面側、円周方向端部、前面および後面）の非ガス通路側面は、ガス通路表面のグリットブラストを避けるように注意しながら、洗浄二次表面を提供するために、随意にグリットブラスト加工されてもよい。
【0016】
摩耗または損傷した保護コーティング１０４を除去するための化学技術の代わりに機械加工（研削）を使用することにより、関連技術において既に知られている化学除去プロセスにしばしば伴う不整合および欠陥が回避される。化学的技術とは異なり、機械加工は、摩耗または損傷した保護コーティング１０４を完全に除去する一方で、部品１０２から除去される基板材料の量を最小限に抑えることができる。機械加工ステップは、従来技術の化学的洗浄／溶接ビルドアップ技術を使用する場合、一般に避けられない表面の不整合や欠陥のない機械加工された表面を提供することができる。
【0017】
特定の実施形態では、方法１００は、機械加工（修理）された表面１１０を洗浄する工程をさらに含んでもよい。例えば、これは、当技術分野で公知のフッ化物イオン洗浄（ＦＩＣ）プロセスを介して、その後のろう付けに適した部品の表面から行うことができる。いくつかの実施形態では、ＦＩＣプロセスは、フッ化水素ガスによる洗浄を含んでもよい。ＦＩＣ洗浄の使用は、機械加工された表面から、および修復された表面１１０上に存在する微視的および巨視的亀裂内に、望ましくない酸化物および残留被覆残留物（例えば、拡散被覆残留物）を有利に除去する。他の実施形態では、修復表面１、１０の洗浄は、金属ベースの材料特性に応じて、真空洗浄、水素洗浄、または真空洗浄、水素洗浄および／またはフッ化物イオン洗浄の組合せを用いて行うことができる。
【0018】
再び図２を参照して、修理面１１０が調製された後、方法１００は、タービン部品１０２の修理面１１０に予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）１１４を適用する工程１１２（図５）、およびＰＳＰ １１４およびタービン部品１０２を一緒に加熱して、ＰＳＰ １１４およびタービン部品１０２の冷却時に修理面１１０上に置換保護コーティング１１８を含むろう付け部１１６を形成する工程１２０をさらに含む。反復するために、保護コーティング１１８は、少なくともボンドコートを含む。特定の実施形態において、ＰＳＰ １１４は、スポット溶接などの適切な方法または構造によって、部品１０２の表面に一時的に固定される。加熱１２０は、ＰＳＰ １１４および部品１０２を所定の温度、またはそれに近い温度にさらすことによって行うことができる。一実施形態によると、所定の温度は、ＰＳＰ １１４の材料の溶液温度を含む。特定の実施形態では、加熱は２１２５°Ｆ±２５°Ｆ（１１６３℃±３℃）の温度で行われる。加熱１２０は、さらに、等張的（ｉｓｏｃｒａｔｉｃａｌｌｙ）に、または温度勾配を伴って行われ得る。一実施形態では、ＰＳＰ １１４を適切に溶融させ、部品１０２内への溶融材料の拡散がベース基板（存在する場合）内のあらゆる欠陥を充填することを可能にするために、所望の温度またはその付近の温度をある期間保持する。一実施形態では、加熱（ろう付け）は、アルゴンガス等の存在下などの不活性雰囲気中で行われる。
【0019】
以下に説明するように、ＰＳＰ １１４の組成は、ＰＳＰ １１４が、部品１０２を（欠陥を埋めるために下層の基板と適合する材料を供給することによって）修理すること、および部品１０２のための少なくともボンドコートを含む置換用保護コーティング１１８を提供することの両方ができるような組成である。ＰＳＰ １１４は、任意の適切なプロセスによって提供または形成されてもよい。一実施形態では、ＰＳＰ １１４は、第１の（ボンドコート）粉末と第２の（ろう付け）粉末とを所定の量および比率で第２の粉末に混合することによって調製される。得られた粉末混合物に加熱（焼結）処理を施し、粉末混合物を焼結し、ＰＳＰ １１４を形成する。ＰＳＰ １１４は、所定の厚さと、修理面１１０の形状に相補的な形状とを有し、一緒に配置されたときに表面と表面との接触を提供することができる。ＰＳＰ １１４の所定の厚さは、部品１０２の表面を適切に保護するために必要な厚さを有する保護コーティングを得るように制御されてもよい。上述のように、本明細書に記載されるＰＳＰ １１４の使用は、さらに、従来のプロセス、例えば保護コーティングの熱溶射適用と比較して、より厚い保護コーティングを部品１０２に加えることを可能にする。典型的には、ＰＳＰ １１４の形状は、焼結が生じる鋳型の形状によって決定される。ＰＳＰ １１４の厚さは、部品１０２の表面を適切に保護するために必要な厚さを有する置換保護コーティング１１８を得るように制御される。特定の実施形態において、結果として生じるＰＳＰ １１４は、例えば、加熱工程１２０の結果としての保護コーティング１１８の最終的な形状およびサイズを決定づけるために、切断によってさらに成形されてもよい。
【0020】
ＰＳＰ １１４を形成する際、第１の（ボンドコート）粉末は、熱条件に対して部品１０２の表面に接着し、かつ保護するように構成された熱保護金属合金を含む。本発明の態様では、ボンドコート粉末は、重量％で、
Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含む。
Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含む。
【0021】
特定の実施では、ボンドコート粉末は、重量％で、
Ｎｉ： ３４、
Ｃｒ： ２２．４、
Ｓｉ： ８．９、
Ａｌ： ２．７、
Ｗ ： １．４、
Ｔａ： ０．７、
Ｂ ： ０．５５、
Ｃ ： ０．１２、
Ｆｅ： ０．３、および
残余のＣｏ、
を含む。
Ｎｉ： ３４、
Ｃｒ： ２２．４、
Ｓｉ： ８．９、
Ａｌ： ２．７、
Ｗ ： １．４、
Ｔａ： ０．７、
Ｂ ： ０．５５、
Ｃ ： ０．１２、
Ｆｅ： ０．３、および
残余のＣｏ、
を含む。
【0022】
ある実施形態において、ボンドコート粉末は、ＴｉおよびＺｒからなる群から選択される要素を０．０１～０．３重量、さらに含む。一態様によれば、ボンドコート粉末は、付着性、熱抵抗、および耐酸化性の改善、ならびに既知の材料と比較しての材料消耗の低減を実験的に試験することによって示した。
【0023】
第２の（ろう付け）粉末は、部品の表面に結合することができるろう付け材料として働き、下層の部品１０２の材料と同様の強度のろう付け部１１６を生じる組成物を含む。このようにして、ＰＳＰ １１４は、下層の部品１０２を修理する材料を提供するとともに、優れたボンドコート（置換保護コーティング１１８）を提供する。特定の実施形態において、第２の（ろう付け）粉末は、質量％で以下の組成物を含むろう付け粉末を含む。
Ｎ ：３２、
Ｃ ：２１、
Ａｌ： ８、
Ｙ ： ０．５、および
残余のＣｏ。
Ｎ ：３２、
Ｃ ：２１、
Ａｌ： ８、
Ｙ ： ０．５、および
残余のＣｏ。
【0024】
現在、上記の組成の材料は、Ｐｒａｘａｉｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社の商品名ＣＯ－２１０で市場から入手可能である。
【0025】
部品１０２のベース基板１０３は合金材料を含み、特定の実施形態では、当該技術分野で周知のような、ニッケル基またはコバルト基超合金材料のような超合金材料を含む。「超合金」という語は、高温においてさえ、優れた機械的強度および耐クリープ性を示す、耐腐食性および耐酸化性の高い合金を指すと理解され得る。例示的な超合金材料は市場から入手可能であり、商標名ならびにブランド名である、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ、Ｉｎｃｏｎｅｌ Ａｌｌｏｙ（例えば、ＩＮ ７３８、ＩＮ ７９２、ＩＮ ９３９）、Ｒｅｎｅ Ａｌｌｏｙ（例えば、Ｒｅｎｅ Ｎ５、Ｒｅｎｅ ４１、Ｒｅｎｅ ８０、Ｒｅｎｅ １０８、Ｒｅｎｅ １４２、Ｒｅｎｅ ２２０）、Ｈａｙｎｅｓ Ａｌｌｏｙ、Ｍａｒ Ｍ、ＣＭ ２４７、ＣＭ ２４７、ＬＣ、Ｃ２６３、７１８、Ｘ－７５０、ＥＣＹ ７６８、２６２、Ｘ４５、ＰＷＡ １４８３、およびＣＭＳＸ（例えば、ＣＭＳＸ－４）単結晶合金、ＧＴＤ １１１、ＧＴＤ ２２２、ＭＧＡ １４００、ＭＧＡ ２４００、ＰＳＭ １１６、ＣＭＳＸ－８、ＣＭＳＸ－１０、ＰＷＡ １４８４、ＩＮ ７１３Ｃ、Ｍａｒ－Ｍ－２００、ＰＷＡ １４８０、ＩＮ １００、ＩＮ ７００、Ｕｄｉｍｅｔ ６００、Ｕｄｉｍｅｔ ５００、およびチタンアルミナイドなどで販売されている。本発明者らは、上記の第２の（ろう付け）粉末が、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ、Ｉｎｃｏｎｅｌ （ＩＮ） ７３８、およびＩｎｃｏｎｅｌ （ＩＮ） ９３９の商品名で現在市場から入手可能な超合金から形成される部品１０２の修理に特に適していることを見出した。従って、一実施形態では、ベース基板１０３は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ、ＩＮ ７３８材料のうちの一方を含む。
【0026】
存在する場合、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘは、典型的に、以下の公称組成を重％で含む。
残余のＮｉ
Ｃｒ： ２２
Ｆｅ： １８
Ｍｏ： ９
Ｃｏ： １．５
Ｗ ： ０．６
Ｃ ： ０．１
Ｍｎ： 最大１．０
Ｓｉ： 最大１．０
Ｂ ： 最大 ．００８
Ｎｂ： 最大０．５
Ａｌ： 最大０．５
Ｔｉ： 最大０．１５
残余のＮｉ。
残余のＮｉ
Ｃｒ： ２２
Ｆｅ： １８
Ｍｏ： ９
Ｃｏ： １．５
Ｗ ： ０．６
Ｃ ： ０．１
Ｍｎ： 最大１．０
Ｓｉ： 最大１．０
Ｂ ： 最大 ．００８
Ｎｂ： 最大０．５
Ａｌ： 最大０．５
Ｔｉ： 最大０．１５
残余のＮｉ。
【0027】
さらに、存在する場合、ＩＮ ７３８は、典型的に、以下の公称組成を重量％で含む。
Ｃ ： ０．１１～０．１７
Ｃｏ： ８．５０
Ｃｒ： １６．０
Ｍｏ： １．７５
Ｗ ： ２．６０
Ｔａ： １．７５
Ｎｂ： ０．９０
Ａｌ： ３．４０
Ｔｉ： ３．４０
Ｂ ： ．０１０
Ｆｅ： 最大０．０５
Ｍｎ： 最大 ．０２
Ｓｉ： 最大 ．３０
Ｓ ： 最大 ．０１５
残余のＮｉ
Ｃ ： ０．１１～０．１７
Ｃｏ： ８．５０
Ｃｒ： １６．０
Ｍｏ： １．７５
Ｗ ： ２．６０
Ｔａ： １．７５
Ｎｂ： ０．９０
Ａｌ： ３．４０
Ｔｉ： ３．４０
Ｂ ： ．０１０
Ｆｅ： 最大０．０５
Ｍｎ： 最大 ．０２
Ｓｉ： 最大 ．３０
Ｓ ： 最大 ．０１５
残余のＮｉ
【0028】
さらに、存在する場合、ＩＮ ９３９は、典型的に、重量％で以下の公称組成を含む。
Ｃｒ： ２２．４
Ｃｏ： １９
Ａｌ： １．９
Ｔｉ： ３．７
Ｔａ： ２．５
Ｗ ： １．６
Ｚｒ： ０．１
Ｃ ： ．１５
Ｂ ： １
Ｃｒ： ２２．４
Ｃｏ： １９
Ａｌ： １．９
Ｔｉ： ３．７
Ｔａ： ２．５
Ｗ ： １．６
Ｚｒ： ０．１
Ｃ ： ．１５
Ｂ ： １
【0029】
第１の（ボンドコート）粉末および第２の（ろう付け）粉末は、互いに対して任意の適切な比率で提供されてもよい。特定の実施形態では、第１の（ボンドコート）粉末は、全粉末組成物の２５～７５重量％の比で提供される。特定の実施形態において、第１の（ボンドコート）粉末および第２の（ろう付け）は、１：１比または５０：５０重量％で提供される。このようにして、粉末混合物と得られたＰＳＰは容易に再現可能である。粉末粒子の粒径は、任意の適切なサイズおよび範囲であってもよい。一実施形態では、粉末粒子は、約１０（２０００マイクロメートル）～約１２５０（１０マイクロメートル）の範囲のメッシュサイズを有する。本明細書で使用される「約」という語は、記載された値からプラスまたはマイナス２％である量を指す。いくつかの実施態様において、第１の粉末および第２の粉末の粉末サイズは、約－１２０～＋３２５メッシュの範囲である。さらに、必要な場合、粉末混合物は、液体バインダーを使用してペーストに一緒に結合されてもよく、この場合、液体バインダーは、粉末混合物の約５体積％～約１５体積％の範囲である。
【0030】
本発明の一態様によれば、ＰＳＰ １１４を修理面１１０に直接適用して、それにろう付け／ボンドコート混合物を施用することにより、ＰＳＰ １１４を修理面１１０に（例えば、抵抗タック溶接（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔａｃｋ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いて）より正確に配置し、接合することができる。加えて、ＰＳＰ １１４の使用はまた、結果として生じる保護コーティング１１８の厚さに対する改善された制御を提供し、論議されるように、例えば、溶射に対してより厚いボンドコートを部品１０２表面に適用することを可能にする。
【0031】
特定の実施形態において、方法１００は、部品１０２表面上に、部品１０２表面上に存在し得る亀裂および他の不均質性を充填するために、ろう付けペーストを施用することを含んでもよい。ろう付けペーストは、例えば、上述したように液体バインダーを用いて一緒に結合されるペースト形態の粉末混合物を含んでもよい。随意のろう付けペーストの使用は、部品の表面の事前処理は、ＰＳＰ １１４の部品１０２の表面への接触および結合に影響を及ぼし得る亀裂、溝、または他の不均質性をもたらす特定の実施形態において有益であり得る。
【0032】
ＰＳＰ １１４および加熱１２０ステップの適用において、少なくとも１つのＰＳＰ １１４が、修理面１１０上の所望の修復領域を覆うように、１つまたは複数のＰＳＰ １１４が、部品１０２の表面上に施用されてもよい。特定の実施形態では、複数のＰＳＰ１１４は、互いに積層されて、より厚い保護コーティング１１８またはグレーデッド保護コーティング１１８を生成し、ここで、保護コーティング１１８の組成は、その厚さに沿って変更される。別の実施形態では、部品１１２の表面を正確に覆う第１のＰＳＰ １１４が部品１１２の表面に施用され、第２のＰＳＰ １１４が第１のＰＳＰ １１４の上部に施用され、第２のＰＳＰ １１４は、第１のＰＳＰ １１４よりも大きな表面積を有し、部品１１２の表面の各エッジを張り出すように配置される。さらに他の実施形態では、単一のＰＳＰ １１４を部品１１２の表面上に配置することができ、ここで単一のＰＳＰ １１４は、部品１１２の表面を部分的にまたは完全に覆うことができ、あるいは部品１１２の表面の少なくとも１つの境界（エッジ）を張り出すことができる。
【0033】
加熱工程１２０および置換保護コーティング１１８を有するろう付け部１１６の形成に続いて、特定の実施形態では、図７に示すように、追加の耐熱性材料、例えば、遮熱コーティング１２２を、置換保護コーティング１１８に施用することができる。ＴＢＣ １２２は、当技術分野で公知のように、溶射法、スラリーベースコーティング堆積法、または蒸着法のような任意の適切な方法によって施用することができる。一実施形態によると、ＴＢＣ １２２は、プラズマ溶射法のような熱溶射法を介して適用される。
【0034】
ＴＢＣ １２２は、部品１０２に施用されたときに、当該部品１０２に温度抵抗を増加させる任意の適切な材料を含んでもよい。一実施形態では、ＴＢＣ １２２は、安定化ジルコニア材料を含む。例えば、ＴＢＣ １２２は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を含んでもよく、このジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）は、所定濃度の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、パイロクロア、または当技術分野で公知の他の耐熱性材料を含む。別の実施形態では、ＴＢＣ １２２は、米国特許第６，６７０，０４６号明細書、６，２３５，３７０号明細書のような当技術分野で公知の摩擦性傾斜絶縁体（ＦＧＩ）を含んでもよく、これらの文献は参照により本明細書に組み込まれる。ＴＢＣ １２２は、その意図された用途に適した任意の所望の厚さを有してよいと考えられる。
【実施例】
【0035】
本明細書に記載されるシステムおよび方法は、本質的に例示的であり、開示の範囲を限定することを意図しない、以下の例を通して、さらに説明される。
【0036】
実施例１
本明細書に記載されるボンドコート粉末およびろう付け粉末を含むＰＳＰ １１４を、ＭＣｒＡｌＹコーティング粉末とともに調製した。ＰＳＰを第１の部品の表面にろう付けし、ＭＣｒＡｌＹ粉末を第２の部品の表面に熱溶射した。次いで、堆積された材料を、１０００時間の間、次の９５０℃、１０１０℃、１０７９℃、および１，１２１℃の温度に曝した。これらの温度は、ガスタービンリングセグメント部品の一般的な動作条件の範囲をカバーする。結果は、図８に図示されており、材料の損失または消耗は、本明細書に記載される組成を有するＰＳＰ対熱溶射ＭＣｒＡｌＹ粉末の方が低いことを示している。
本明細書に記載されるボンドコート粉末およびろう付け粉末を含むＰＳＰ １１４を、ＭＣｒＡｌＹコーティング粉末とともに調製した。ＰＳＰを第１の部品の表面にろう付けし、ＭＣｒＡｌＹ粉末を第２の部品の表面に熱溶射した。次いで、堆積された材料を、１０００時間の間、次の９５０℃、１０１０℃、１０７９℃、および１，１２１℃の温度に曝した。これらの温度は、ガスタービンリングセグメント部品の一般的な動作条件の範囲をカバーする。結果は、図８に図示されており、材料の損失または消耗は、本明細書に記載される組成を有するＰＳＰ対熱溶射ＭＣｒＡｌＹ粉末の方が低いことを示している。
【0037】
本発明の種々の実施形態が本明細書に示され、説明されているが、このような実施形態は、単に例として提供されるものであることは明らかである。本明細書の発明から逸脱することなく、多数の変形、変更及び置換を行うことができる。従って、発明は、特許請求範囲の趣旨および範囲によってのみ限定されることを意図している。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2021-09-02
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
修理面（１１０）を暴露するために、サービスランのタービン部品（１０２）の損傷部分（１０８）を除去すること（１０６）と、前記タービン部品（１０２）の前記修理面（１１０）に、予備焼結プリフォーム（１１４）を施用すること（１１２）と、
前記予備焼結プリフォーム（１１４）とタービン部品（１０２）とを一緒に加熱して、前記予備焼結プリフォーム（１１４）および前記タービン部品（１０２）の冷却時に、前記修理面（１１０）上に置換保護コーティング（１１８）を含むろう付け部（１１６）を形成すること（１２０）と、
を含む、修理する方法であって、
前記予備焼結プリフォーム（１１４）は、ボンドコート粉末とろう付け粉末との混合物から形成されており、
前記ボンドコート粉末は、重量％で、
Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含み、前記ろう付け粉末は、重量％で、
Ｎ ： ３２、
Ｃ ： ２１、
Ａｌ： ８、
Ｙ ： ０．５、および
残余のＣｏ、
を含む、方法（１００）。
【請求項2】
前記ボンドコート粉末が、ＴｉおよびＺｒからなる群から選択される要素を重量で０．０１～０．３含む、請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項3】
前記ボンドコート粉末が、重量％で、Ｎｉ： ３４、
Ｃｒ： ２２．４、
Ｓｉ： ８．９、
Ａｌ： ２．７、
Ｗ ： １．４、
Ｔａ： ０．７、
Ｂ ： ０．５５、
Ｃ ： ０．１２、
Ｆｅ： ０．３、および
残余のＣｏ、
の組成を含む、請求項１または２に記載の方法（１００）。
【請求項4】
前記ボンドコート粉末および前記ろう付け粉末が、１：１の重量比で提供される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項5】
前記加熱することが、少なくとも１１００℃＋／２５℃の温度で行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項6】
前記保護コーティング（１１８）上に遮熱コーティングを施用することをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項7】
ボンドコート粉末およびろう付け粉末の焼結混合物を含む予備焼結プリフォーム（１１４）であって、前記ボンドコート粉末は、Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含み、
前記ろう付け粉末は重量％で、
Ｎ ： ３２、
Ｃ ： ２１、
Ａｌ： ８、
Ｙ ： ０．５、および
残余のＣｏ、
を含む、
予備焼結プリフォーム（１１４）。
【請求項8】
前記ボンドコート粉末が、重量％で、Ｎｉ： ３４、
Ｃｒ： ２２．４、
Ｓｉ： ８．９、
Ａｌ： ２．７、
Ｗ ： １．４
Ｔａ： ０．７
Ｂ ： ０．５５
Ｃ ： ０．１２
Ｆｅ： ０．３、および
残余のＣｏ、
を含む、請求項７に記載の予備焼結プリフォーム（１１４）。
【請求項9】
前記ボンドコート粉末が、ＴｉおよびＺｒからなる群から選択される要素を重量で０．０１～０．３で含む、請求項７または８に記載の予備焼結プリフォーム（１１４）。
【請求項10】
前記ボンドコート粉末および前記ろう付け粉末が、前記予備焼結プリフォーム中に、１：１重量比で含まれる、請求項７から９のいずれか一項に記載の予備焼結プリフォーム（１１４）。
【請求項11】
ボンドコート組成物であって、
重量％で、
Ｎｉ： ３３．０～３５．０、
Ｃｒ： ２１．４～２３．４、
Ｓｉ： ８．６～９．２、
Ａｌ： ２．４～３．０、
Ｗ ： １．２～１．６、
Ｔａ： ０．６～０．８、
Ｂ ： ０．４５～０．６５、
Ｃ ： ０．０５～０．１５、
Ｆｅ： ０．１５～０．４５、および
残余のＣｏ、
を含む、ボンドコート組成物。
【請求項12】
前記ボンドコート組成物が、重量％で、Ｎｉ： ３４、
Ｃｒ： ２２．４、
Ｓｉ： ８．９、
Ａｌ： ２．７、
Ｗ ： １．４
Ｔａ： ０．７
Ｂ ： ０．５５
Ｃ ： ０．１２
Ｆｅ： ０．３、および
残余のＣｏ、
を含む、請求項１１に記載のボンドコート組成物。
【国際調査報告】