JP3996059B2

JP3996059B2 - ニッケル拡散ろう付け合金及び超合金の補修方法

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Publication number: JP3996059B2
Application number: JP2002551201A
Authority: JP
Inventors: チェスネス，リチャード・ピー; スー，レイモンド・リューエン
Original assignee: ロールス−ロイス・コーポレーション
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2021-12-10
Also published as: DE60118246D1; WO2002050323A9; EP1341639B1; BR0116068B1; ES2260327T3; AU2002245098A1; BR0116068A; US6454885B1; PT1341639E; EP1341639A2; DE60118246T2; EP1341639A4; JP2005500908A; US20020157737A1; WO2002050323A3; WO2002050323A2

Description

本発明は超合金を補修するための組成物及び補修方法、特にニッケル及び／又はコバルト基超合金の部品のろう付け補修（braze repair）のための組成物及び方法に関する。

ニッケル及び／又はコバルト基超合金は、高温及び応力を受けるタービン翼のような構成部品に関する航空宇宙産業及び電力産業によって通常使用される。このような合金は本質的に損傷に対して強く、そして抵抗性を有するが、亀裂と破断が時々発生する。損傷が比較的小さい場合には、補修は、例えば、ろう付け補修によって可能である。

Ｎｉ及びＣｏ基超合金製のタービン翼を補修するために、通常、高温拡散ろう付け技術が使用される。ろう付け合金混合物は典型的に２種類の粉末成分を含む。第１の成分（母材粉末）は、補修される成分と同じか、又は類似の化学組成を有する高温粉末である。第２の成分（ろう付け合金粉末）は、母材粉末よりもかなり低い溶融温度を有する高温拡散ろう付け合金から成る。このろう付け合金粉末は母材粉末粒子を一体に結合し、そしてこの複合粉末混合物を補修される部品の領域に結合するために使用される。

拡散ろう付け合金粉末は、一般的に元素のホウ素及び／又はケイ素のような融点降下剤を含有する。残念ながら、ろう付け合金にホウ素及びケイ素を使用すると、部品の補修領域の機械的及び／又は環境的特性に悪影響を与える可能性がある。特に、濃淡のむらがあるか、又はスクリプト状（文字状）の脆い相が形成され、これが応力による破断に抵抗する材料の能力を低下させる。これらの脆い相は高融点元素、クロム、及び／又はホウ素、ケイ素及び炭素と結合したチタンから構成される。柱状晶（ＣＧ）及び単結晶（ＳＣ）の微細組織を有する一方向凝固（ＤＳ）超合金のろう付け補修に関して、Ｂ及びＳｉは機械的特性及び耐酸化性に対して特に有害である。

従って、最小のＢ及び／又はＳｉ量を有し、ジェットエンジンタービン翼に見られるような超合金の補修に使用できる改良されたろう付け補修合金粉末に対する必要性が存在する。本発明はその必要性に対処する。

本発明の特徴を簡単に述べると、低融点合金粉末と高融点合金粉末を含むろう付け合金粉末混合物が提供される。低融点粉末組成物は単一の低融点合金粉末から造られてもよいし、又は２種以上の低融点合金粉末の混合物であってもよい。いずれにしても、この低融点粉末組成物は、好ましくは、重量で、５０〜７０％のＮｉ、８〜２０％のＣｒ、８〜１５％のＴａ、４〜１０％のＣｏ、２〜７％のＡｌ、及び約２．２５％以下のＢを含む。同様に、前記高融点粉末組成物は単一の高融点合金粉末から造られてもよいし、又は２種以上の高融点合金粉末の混合物であってもよい。いずれにしても、前記高融点粉末組成物は、好ましくは５０〜７０％のＮｉ、２〜１０％のＣｒ、２〜１０％のＴａ、５〜１５％のＣｏ、２〜１０％のＡｌ、２〜１０％のＷ、及びそれぞれ約３％以下のＲｅ、Ｍｏ及び／又はＨｆを含む。なお、本明細書を通して、「％」は「重量％」を意味するものとする。

最も好ましい態様において、前記低融点粉末組成物は、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｃ、Ｓｉ、及びＺｒのいずれか又は全てのそれぞれ約１％以下を更に含み、また前記高融点合金粉末は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉ、及びＺｒのいずれか又は全てのそれぞれ約１％以下を更に含む
従って、前記ろう付け合金混合物（即ち、低融点粉末及び高融点粉末の組み合わせ）は、好ましくは５０〜７０％のＮｉ、１０〜１５％のＣｒ、８〜１０％のＴａ、８〜１０％のＣｏ、４〜７％のＡｌ、２〜４％のＷ、約１〜２％のＲｅ、及びそれぞれ約０．５〜１％のＭｏ及びＨｆを含む。最も好ましい態様において、前記ろう付け合金混合物は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉ、及びＺｒのいずれか又は全てのそれぞれ約１％以下を更に含む。

本発明の一つの目的はＮｉ及び／又はＣｏ基超合金のろう付け補修に有効なろう付け合金粉末を提供することである。
他の目的及び利点は以下の説明から明らかになるであろう。

本発明の原理を十分に理解するために、特定の好ましい態様について説明し、そしてこれを記述するために専門用語を使用する。しかしながら、これによって，発明の範囲が限定されるものではなく、例示の装置の変更及び修正そして本発明の原理の使用は、本発明に関連する技術の専門家が通常心に浮かぶように、予期できるであろう。

上述したように、本発明の一つの特徴はタービン翼のような超合金部品をろう付け補修するのに有用な粉末に関する。好ましい態様において、１種又はそれ以上の低融点合金粉末を１種又はそれ以上の高融点合金粉末と混合して、前記補修に使用できる粉末ろう付け合金混合物を形成する。

本発明の他の特徴は、前記対象のろう付け合金混合物を約１２６０℃（２３００°Ｆ）のろう付け温度で使用し、続いて段階的な拡散サイクルを約１０３７℃（１９００°Ｆ）〜約１１４８℃（２１００°Ｆ）の温度で使用することにより、超合金部品を補修する方法に関する。

１．基体
本発明のろう付け補修組成物及び補修方法は、ニッケル又はコバルト基合金の基体を含む多種類の基体を補修するために使用できる。本発明の組成物及び方法を用いて補修できる合金の具体例としては、限定されないが、Ｍａｒ−Ｍ２４６、Ｍａｒ−Ｍ２４７のようなニッケル基合金；ＣＭＳＸ−３、ＣＭＳＸ−４、及びＣＭ−１８６のような単結晶ニッケル合金；及びＭａｒ−Ｍ５０９及びＸ４０のようなコバルト基合金がある。

２．ろう付け合金粉末及びその混合物
本発明のろう付け合金粉末混合物は、低融点（low-melt）粉末組成物及び高融点（high-melt）粉末組成物の両方を含む。低融点合金粉末組成物は、実質的にろう付け温度以下で溶融する合金又は合金の混合物である（故に“低融点”と命名する）。これに対して、高融点合金粉末組成物は、この組成物がろう付け温度を超える溶融温度を有するため、ろう付け温度で実質的に溶融しない状態を維持する合金又は合金の混合物である（故に“高融点”と命名する）。

Ｍａｒ−Ｍ２４７又はＣＭＳＸ−３のようなＮｉ基超合金の補修に使用されるろう付け補修混合物の好ましい態様において、低融点粉末組成物は、好ましくは約１２３２℃（２２５０°Ｆ）以下で溶融する合金の混合物から調製され、この合金の組合わせは、低融点粉末が、全体として、実質的に約１１４８℃（２１００°F）＋／−３７℃（１００°F）の範囲で溶融するように選択される。このような態様に使用される高融点合金粉末組成物は好ましくは、約１３１５℃（２４００°F）以上になる
まで溶融しない単一の高融点合金から調製される。

最も好ましい態様において、低融点粉末組成物は、１種又はそれ以上の合金組成物を含
み、そして、重量で、約５０〜７０％のＮｉ、８〜２０％のＣｒ、８〜１５％のＴａ、４〜１０％のＣｏ、２〜７％のＡｌ、及び約２．２５％以下のＢ及び／又はＳｉ、の最終組成を有し、そして約１０９３℃（２０００°Ｆ）〜約１２３２℃（２２５０°Ｆ）の組成物溶融範囲を有する。特定の好ましい態様において、低融点粉末組成物は、更に、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｃ、及びＺｒの、いくつか又は全てを、それぞれ約１％以下で含む。

最も好ましくは、低融点合金粉末の調製に使用される合金は、それぞれ、約０．６５〜約２．２５％のＢを含有し、前記低融点粉末組成物中のＢの総量は、好ましくは約１％〜２％である。低融点合金粉末は、それぞれ更に好ましくは、約３％以下のＳｉを含有し、前記低融点粉末中のＳｉの総量は、好ましくは約０．５％〜１％である。

高融点粉末組成物は好ましくは、補修される基体の合金と同じか又は実質的に同じ成分を有する合金（又は合金の混合物）である。従って、Ｍａｒ−Ｍ２４６又は２４７、又はＣＭＳＸ−３又は−４で造られた部品のようなＮｉ基超合金部品を補修するために、
高融点粉末組成物は、典型的に約５０〜７０％のＮｉ、２〜１０％のＣｒ、２〜１０％のＴａ、５〜１５％のＣｏ、２〜１０％のＡｌ、２〜１０％のＷ、２〜４％のＲｅ、及びそれぞれ３％以下のＭｏ及びＨｆを含有する。最も好ましい態様において、前記高融点粉末組成物は、更にＴｉ、Ｎｂ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉ、及びＺｒの、いくつか又は全てを、それぞれ約１％以下で含む。

低融点合金組成物及び高融点合金組成物は、一般に、低融点粉末：高融点粉末が約１：３〜約３：１の比率で組み合わされ、１：２〜２：１の比率がより好ましい。最も好ましい態様では、低融点粉末対高融点粉末の比率が典型的に１：１〜１：１．５の範囲内にある。

これまでの試験では、約４０〜５０％の低融点合金粉末及び約５０〜６０％の高融点合金粉末を含む組成物がＣＭＳＸ−３のようなＮｉ基超合金部品を補修するのに好ましかった。低融点粉末：高融点粉末が約４５：５５である比率がこれらのＮｉ基超合金部品を補修するのに最も好ましかった。

本発明で使用される部品の比率を選択する場合、高融点粉末の重量パーセントが高いと、ホウ素及び／又はケイ素の含量が低いことから見て、良好な機械的特性が典型的に得られることが理解される。同様に、低融点粉末のパーセントが高いと、ろう付けフロー（braze flow）が典型的に改善される。当業者は理解できるように、特定用途の要求に応じて、機械的特性とろう付けフローとの間に適切なバランスをとる必要がある。

また、Ａｌに富む組成物は高温酸化特性を改善するため、ある態様においては、Ａｌ含量が高いことが望まれる。更に、混合物中のＴａ含量を増大させると、ろう付け接合部の機械的特性が改善される。特に、Ｔａを添加すると、格子ミスマッチ（lattice mismatch）の増大によるガンマ相及びガンマプライム相（gamma prime phases）が強化される。

上記のことを考慮すると、究極のろう付け合金補修混合物は、好ましくは、５０〜７０％のＮｉ、１０〜１５％のＣｒ、８〜１０％のＴａ、８〜１０％のＣｏ、４〜７％のＡｌ、２〜４％のＷ、１〜２％のＲｅ、及びそれぞれ約１％のＭｏ及びＨｆを含み、そして最も好ましくは更に、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉ、及びＺｒの、いくつか又は全てを、それぞれ約１％以下で含む。

上述のように、特定の好ましい態様において、低融点合金粉末は、２種又はそれ以上の低融点合金の混合物を含む。Ｎｉ基超合金部品を補修するのに特に有用な一つの好ましい
態様において、低融点合金粉末は、（ａ）約７４％のＮｉ、約６％のＣｒ、約６％のＡｌ、約１２％のＣｏ、及び約２％のＢ、を含み、約１１２１℃（２０５０°Ｆ）の液相線温度を有する、約３５％の第１の低融点粉末；（ｂ）約４２％のＮｉ、約３１％のＣｒ、約２６％のＴａ、及び約１％のＢ、を含み、約１２３２℃（２２５０°Ｆ）の液相線温度を有する、約４５％の第２の低融点粉末；及び（ｃ）約６４％のＮｉ、約６％のＡｌ、約８％のＣｏ、約４％のＷ、約４％のＴａ、約３％のＳｉ、約１％のＲｅ、約１％のＮｂ、そして約１％のＢ、を含み、約１０９３℃（２０００°Ｆ）の液相線温度を有する、約２０％の第３の低融点粉末、を含む。

一つの好ましい態様において、前記高融点粉末組成物は、約５５〜６０％のＮｉ、約７％のＣｒ、約６％のＴａ、約１２％のＣｏ、約６％のＡｌ、約３％のＲｅ、約１．５％のＨｆ、そして約５％のＷを含む。

下記の表１は、３種類の有望な低融点合金（ＡＤＢ−０１、ＡＤＢ−０２、及びＡＤＢ−０３）及び１種類の有望な高融点合金（ＨＭＡ−０１）の組成を重量％で示す。最も好ましい態様において、これらの合金は、前記低融点合金粉末が約３５％のＡＤＢ−０１、約４５％のＡＤＢ−０２、及び約２０％のＡＤＢ−０３を含むように組み合わされる。一つの好ましいろう付け補修粉末は、低融点粉末の混合物を４５％及び好ましい高融点粉末を５５％含む。

下記の表２は、本発明に使用できる別の低融点合金粉末及び高融点合金粉末を示す。（表２は例示のためのものであって、低融点粉末又は高融点粉末の全てが表２に示されているとは限らないことを理解すべきである）。

表３は、これらの低融点合金粉末及び高融点合金粉末のろう付け補修合金混合物を示す。（表３も例示のためのものであって、低融点粉末又は高融点粉末の全ての混合物が表３に示されているとは限らないことを理解すべきである）。

３．使用方法
次の工程は本発明のろう付け補修方法の代表的な工程である。一部の工程が、補修される部品の性質に応じて修正又は削除できることは理解されるべきである。

第１の工程は一般に部品の検査及び洗浄を含む。最初に、化学的及び機械的洗浄工程が、前記部品から汚れ、破片、グリース、オイル、及び遊離スケールを除去するために、通常使用される。これに続いて、化学的ストリッピングが、存在する可能性のある被膜を取り除くために使用されてもよい。次いで、フッ化物イオン洗浄（ＦＩＣ）が表面及び内側の亀裂から複合酸化物を除去するために使用されてもよい。最後に、高温真空洗浄が前記ＦＩＣプロセスからの残留酸化物及びフッ化物を除去するために、使用されてもよい。これらの方法の全てがこの分野において一般に知られており、そして必要以上の実験をすることなく、“必要に応じて”本発明の方法に採用できる。

洗浄に続いて、高温のろう付け補修を開始する。このプロセスにおいて、（好ましくは粉末どうしを結合させて、また補修面上に粉末を保持するのに有効な結合剤を使用して）ろう付け補修合金粉末をスラリーにして、補修面に付与する。次いで、このろう付け材料が補修される亀裂を充填できるように、前記部品を真空又は不活性ガス中において前記低融点合金が溶融するのに有効な温度まで加熱する。好ましい態様では、ろう付け温度は１１７６℃〜１２８７℃（２１５０°Ｆ〜２３５０°Ｆ）であり、約１２６０℃（２３００°Ｆ）のろう付け温度が最も好ましい。ろう付け時間は約１０分から約４０分まで変動でき、約２０分〜約３０分のろう付け時間が最も一般的に使用される。

ろう付けの後に、前記部品に拡散熱処理サイクルを実施して、補修された領域を均質化する。この拡散熱処理は好ましくは、ろう付け温度より−１７〜＋２０４℃（０〜４００°Ｆ）低い温度及び約２４時間以下の時間で実施される。好ましくは真空又は不活性雰囲気がこの拡散熱処理に使用される。

一部の好ましい態様において、前記熱拡散サイクルは、スクリプト状（文字状）のケイ化物相を細かな分離粒子に分解するのに有効な時間と温度で実施される。また、前記サイクルは好ましくは、もろいホウ化物相の大きさと量を減少させるのに有効な時間と温度で実施される。

一つの好ましい態様において、前記拡散サイクルは段階的な熱サイクルであって、以下のとおりである：
ａ．９８２〜１０９３℃（１８００〜２０００°Ｆ）に加熱して、０．５〜４時間保持し、
ｂ．１０３７〜１１４８℃（１９００〜２１００°Ｆ）に加熱して、１〜４時間保持し、
ｃ．１０６５〜１１７６℃（１９５０〜２１５０°Ｆ）に加熱して、１〜４時間保持し、
ｄ．１０９３〜１２０４℃（２０００〜２２００°Ｆ）に加熱して、６〜２４時間保持し、そして
ｅ．周囲温度に冷却する。

前記加熱は好ましくは、前記第１の加熱工程が毎分約−６〜＋４℃（２０〜４０°Ｆ）の速度で実施され、前記第２の加熱工程が毎分約−１２〜−１℃（１０〜３０°Ｆ）の速度で実施され、前記第３の加熱工程が毎分約−１５〜−６℃（５〜２０°Ｆ）の速度で実施され、前記第４の加熱工程が毎分約−１５〜−６℃（５〜２０°Ｆ）の速度で実施されて達成される。

最も好ましい態様において、前記拡散サイクルは、段階的な熱サイクルであって、以下のとおりである：
ａ．毎分−１℃（３０°Ｆ）で１０３７℃（１９００°Ｆ）まで加熱し、そして１時間保持し、
ｂ．毎分−６℃（２０°Ｆ）で１０９３℃（２０００°Ｆ）まで加熱し、そして２時間保持し、
ｃ．毎分−１２℃（１０°Ｆ）で１１２１℃（２０５０°Ｆ）まで加熱し、そして２時間保持し、
ｄ．毎分−１２℃（１０°Ｆ）で１１４８℃（２１００°Ｆ）まで加熱し、そして８〜１８時間保持し、
ｅ．熱変形を避けるのに十分に遅い速度で約６４８℃（１２００°Ｆ）まで、真空又は不活性ガス炉で冷却し、そして
ｆ．不活性ガスのファンで約６５℃（１５０°Ｆ）以下に冷却する。

上述の方法を用いた特定の実施例について以下に説明する。これらの実施例は好ましい態様を更に詳細に説明するために与えられるが、これによって本発明の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。

ろう付け合金による補修
（ａ）５．７５〜６．２５％のＣｒ、６．１５〜６．３５％のＡｌ、１１．２５〜１２．２５％のＣｏ、２〜２．２５％のＢ、及び残部のＮｉ（さらに、ごく微量の（即ち、０．１％未満の）他の成分及び／又は不純物）を含む約１５％の第１の低融点合金粉末；（ｂ）３０．８〜３１．２％のＣｒ、２５．８〜２６．２％のＴａ、０．８５〜１．１５％のＢ、及び残部のＮｉ（さらに、ごく微量の（即ち、０．１％未満の）他の成分及び／又は不純物）を含む約２０％の第２の低融点合金粉末；（ｃ）５．９％のＣｒ、６．１５〜６．３５％のＡｌ、７．７５〜８．２５％のＣｏ、３．２５〜３．７５％のＷ、１〜１．５％のＲｅ、４〜４．５％のＴａ、１〜１．５％のＮｂ、０．４〜０．６％のＨｆ、１．２〜１．４％のＢ、２．７５〜３．２５％のＳｉ、及び残部のＮｉ（さらに、ごく微量の（即ち、０．１％未満の）他の成分及び／又は不純物）を含む約１０％の第３の合金粉末；そして（ｄ）６．６〜７％のＣｒ、５．９〜６％のＡｌ、１１．４〜１２．１％のＣｏ、４．７〜５．１％のＷ、１．３〜１．７％のＭｏ、２．６〜３％のＲｅ、６．２〜６．５％のＴａ、１．３〜１．７％のＨｆ、及び残部のＮｉ（さらに、ごく微量の（即ち、０．１％未満の）他の成分及び／又は不純物）を含む約５５％の高融点粉末、を組み合わせることによって、ろう付け補修合金混合物が調製される。

このろう付け補修合金粉末を市販の結合剤を使用してスラリーにして、次にＮｉ基超合金物質の清浄面に付与し、そしてこの部品を真空中において約１２６０℃（２３００°Ｆ）のろう付け温度まで約２０分間加熱する。

ろう付けに続いて、段階的な拡散熱サイクルを以下のとおり使用する：
ａ．毎分−１℃（３０°Ｆ）で１０３７℃（１９００°Ｆ）まで加熱し、そして１時間保持し、
ｂ．毎分−６℃（２０°Ｆ）で１０９３℃（２０００°Ｆ）まで加熱し、そして２時間保持し、
ｃ．毎分−１２℃（１０°Ｆ）で１１２１℃（２０５０°Ｆ）まで加熱し、そして２時間保持し、
ｄ．毎分−１２℃（１０°Ｆ）で１１４８℃（２１００°Ｆ）まで加熱し、そして８〜１８時間保持し、
ｅ．熱変形を避けるのに有効な速度で約６４８℃（１２００°Ｆ）まで冷却し、そして少なくとも５分間保持し、
ｆ．６５℃（１５０°Ｆ）以下に冷却する。

応力破断試験
応力破断（Ｓ／Ｒ）試験を代表的な母材について実施し、また本発明の粉末混合物と補修方法の好ましい態様を用いて補修された製品について実施した。この試験の一つの特徴として、母材自体に対する本発明の方法の効果を試験するために、Ｍａｒ−Ｍ２４７及びＣＭＳＸ−３のような母材物質に、本発明で使用される工程（例えば、ろう付け温度に加熱し、続いて典型的な段階的な熱拡散サイクルを実施する）に相当する熱処理を実施した。母材試験のための試験条件は９８２℃（１８００°Ｆ）及び２４８２１１２５２Ｐａ（３６Ｋｓｉ）であった。

前記Ｓ／Ｒ試験の他の特徴として、本発明の方法で補修された部品の機械的特性を測定するために、補修された部品を試験した。補修部品の試験条件は、０．１３ミリ（０．００５インチ）の亀裂が補修される部品に対しては１０９３℃（２０００°Ｆ）及び３４４７３７８５Ｐａ（５Ｋｓｉ）であり、そして１．０ミリ（０．０４０インチ）の亀裂が補修される部品に対しては１０９３℃（２０００°Ｆ）及び２０６８４２７１Ｐａ（３Ｋｓｉ）であった。

本発明のろう付け補修方法は、ＣＭＳＸ−３のような母材の機械的特性に著しい悪影響を与えないことが、試験結果から分かる。更に、補修された部品はＭａｒ−Ｍ２４７のような補修されない超合金に匹敵する機械的特性を示した。

例えば、０．１３ミリ（０．００５インチ）の亀裂（１０９３℃（２０００°Ｆ）及び３４４７３７８５Ｐａ（５Ｋｓｉ）の試験）を有する補修部品に対する応力破断までの平均時間は、被覆されない部品について４６．９８時間であり、標準的なＰｔ／Ａｌ被膜で被覆された部品について１８６．４８時間であった。被覆された１．０ミリ（０．０４０インチ）の亀裂の部品に対する破断までの時間は１５３．３４時間（１０９３℃（２０００°Ｆ）及び２０６８４２７１Ｐａ（３Ｋｓｉ）の試験）であった。Ｐｔ／Ａｌ被膜で被覆されるか、されないかに関係なく、これは、Ｍａｒ−Ｍ２４７から作製された傷がない部品の性能に勝るとも劣らない。

図1はＳ／Ｒ試験の結果を示す。グラフから分かるように、本発明の組成物及び方法によって補修された部品の機械的性能は、損傷がないＭａｒ−Ｍ２４７部品の機械的性能に勝るとも劣らない。

低サイクル疲労試験
低サイクル疲労を代表的な母材について実施し、また本発明の粉末混合物と補修方法の好ましい態様を用いて補修された製品について実施した。この低サイクル疲労（ＬＣＦ）試験の場合、試験条件は１０３７℃（１９００°Ｆ）、Ｒ＝０、ひずみ０．５３％、そして繰返し度数２０ＣＰＭであった。

図２はＬＣＦ試験の結果を示す。グラフから分かるように、本発明の組成物及び方法によって補修された部品の機械的性能は、損傷がないＭａｒ−Ｍ２４７部品の機械的性能に勝るとも劣らない。

繰返し酸化試験
また、繰返し酸化試験を、１１３５℃（２０７５°Ｆ）で５０分間の繰返し酸化試験サイクル及び室温で１０分間のファン冷却を使用して、ろう付けされた試験片について実施した。この試験片は母材及びろう付けされたサンプルから構成され、両者は共通のＰｔＡｌ被膜を有する。

本発明のろう付け合金混合物は試験を通じて従来のろう付け混合物よりも更に良好に機能した。最も好ましい態様は、ホウ素の割合が低く、またアルミニウムの割合が高いため、拡散ろう付け合金系よりも、酸化特性を１０倍以上改善した。

図３は１１３５℃（２０７５°Ｆ）で５００サイクルの繰返し炉酸化試験を通じての比重量変化を示す（５００サイクルが対象エンジンの飛行寿命の妥当な近似値として採用された）。サンプルの重量変化は、重量の減少を除いて、重量増加、即ち重量の現実の増加であった。これらのサンプルは、主にアルミニウム酸化物である保護酸化物の生成に基づいて、重量が増加する。一部の酸化物のスペリングオフ（spelling-off）は重量減少を招く可能性がある。しかし、保護層は依然として表面上に残存し、そしてＡｌがろう付け混合物から表面に拡散して、新規な保護酸化物を形成する。ネガティブな重量増加は望ましくなく、そして５００サイクル試験ではほとんど生じない。

上述したように、本発明の技術でろう付けされた接合部の微細組織は、存在するとしても、接合部の機械的特性及び酸化特性に有害な相をほとんど有していないことが分かる。また、本発明の混合物は、ろう付けプロセスの後に、許容レベルのろう付けボイド（void：空孔）を保有する。

本発明は図面及び上述の記述で、詳細に説明されたが、これらは例示のものとして理解されるべきであり、本発明の特徴を限定するものではなく、好ましい態様のみが示され、そして、本発明の精神の範囲内にある全ての変更と修正が保護されることを理解すべきである。

本発明の一つの好ましい態様のろう付け補修合金粉末で補修された製品について実施された応力破断試験の結果を示すグラフである。本発明の一つの好ましい態様のろう付け補修合金粉末で補修された製品について実施された低サイクル疲労試験の結果を示すグラフである。本発明の一つの好ましい態様のろう付け補修合金粉末で補修された製品について実施された繰返し炉酸化試験を通じての比重量変化を示すグラフである。翼中に微細な亀裂を有するエンジン翼の部分を示す。本発明のろう付け補修合金粉末で補修された後の、図４Ａで示したエンジン翼部分中の亀裂を示す。本発明のろう付け補修合金粉末で補修された後の、図４Ａで示したエンジン翼部分中の亀裂を示す。本発明のろう付け補修合金粉末を用いてろう付け補修する前および補修した後の翼部分の前縁側面を示す。本発明のろう付け補修合金粉末を用いてろう付け補修する前および補修した後の翼部分の後縁側面を示す。

Claims

４５重量％の低融点合金粉末及び５５重量％の高融点合金粉末からなるろう付け合金粉末組成物であって、前記低融点合金粉末は：（ａ）５．７５〜６．２５重量％のＣｒ、６．１５〜６．３５重量％のＡｌ、１１．２５〜１２．２５重量％のＣｏ、２．００〜２．２５重量％のＢ、ごく微量の除去不能成分及び／又は不純物、及び残部のＮｉからなる、３５重量％の第１の低融点粉末；（ｂ）３０．８〜３１．２重量％のＣｒ、２５．８〜２６．２重量％のＴａ、０．８５〜１．１５重量％のＢ、ごく微量の除去不能成分及び／又は不純物、及び残部のＮｉからなる、４５重量％の第２の低融点粉末；及び（ｃ）５．９〜６．１０重量％のＣｒ、６．１５〜６．３５重量％のＡｌ、７．７５〜８．２５重量％のＣｏ、３．２５〜３．７５重量％のＷ、４．００〜４．５０重量％のＴａ、２．７５〜３．２５重量％のＳｉ、１．００〜１．５０重量％のＲｅ、１．００〜１．５０重量％のＮｂ、０．４０〜０．６０重量％のＨｆ、１．２０〜１．４０重量％のＢ、ごく微量の除去不能成分及び／又は不純物、及び残部のＮｉからなる、２０重量％の第３の低融点粉末、からなる３種類の低融点合金粉末の混合物からなり、そして、前記高融点合金粉末は、６．６０〜７．００重量％のＣｒ、６．２０〜６．５０重量％のＴａ、１１．４５〜１２．０５重量％のＣｏ、５．９４〜６．３０重量％のＡｌ、２．６０〜３．００重量％のＲｅ、１．３０〜１．７０重量％のＨｆ、４．７０〜５．１０重量％のＷ、１．３０〜１．７０重量％のＭｏ、ごく微量の除去不能成分及び／又は不純物、及び残部のＮｉからなる、ろう付け合金粉末組成物。
５０〜７０重量％のＮｉ、１０〜１５重量％のＣｒ、８〜１０重量％のＴａ、８〜１０重量％のＣｏ、４〜６重量％のＡｌ、２〜４重量％のＷ、それぞれ１重量％のＭｏ、Ｒｅ、及びＨｆ、及び、除去不能成分から成る、低融点粉末と高融点粉末との組み合わせ物である、ろう付け合金混合物。
５８重量％のＮｉ、１１重量％のＣｒ、９重量％のＴａ、９重量％のＣｏ、５重量％のＡｌ、３重量％のＷ、それぞれ１重量％のＭｏ、Ｒｅ、及びＨｆ、及び、除去不能成分から成る、低融点粉末と高融点粉末との組み合わせ物である、ろう付け合金混合物。
前記組成物は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ、及びＺｒから成る群から選択された１種又はそれ以上の元素のそれぞれ１重量％以下を更に含む、請求項２記載のろう付け合金混合物。
ニッケル基超合金物質から造られた製品を補修する方法であって、この方法は、
（ａ）４５重量％の低融点合金粉末及び５５重量％の高融点合金粉末からなるろう付け合金粉末組成物であって、前記低融点合金粉末が：
（ i ）５．７５〜６．２５重量％のＣｒ、６．１５〜６．３５重量％のＡｌ、１１．２５〜１２．２５重量％のＣｏ、２．００〜２．２５重量％のＢ、ごく微量の除去不能成分及び／又は不純物、及び残部のＮｉからなる、３５重量％の第１の低融点粉末；
（ ii ）３０．８〜３１．２重量％のＣｒ、２５．８〜２６．２重量％のＴａ、０．８５〜１．１５重量％のＢ、ごく微量の除去不能成分及び／又は不純物、及び残部のＮｉからなる、４５重量％の第２の低融点粉末；及び
（ iii ）５．９〜６．１０重量％のＣｒ、６．１５〜６．３５重量％のＡｌ、７．７５〜８．２５重量％のＣｏ、３．２５〜３．７５重量％のＷ、４．００〜４．５０重量％のＴａ、２．７５〜３．２５重量％のＳｉ、１．００〜１．５０重量％のＲｅ、１．００〜１．５０重量％のＮｂ、０．４０〜０．６０重量％のＨｆ、１．２０〜１．４０重量％のＢ、ごく微量の除去不能成分及び／又は不純物、及び残部のＮｉからなる、２０重量％の第３の低融点粉末、からなる３種類の低融点合金粉末の混合物からなり、そして、
前記高融点合金粉末が、６．６０〜７．００重量％のＣｒ、６．２０〜６．５０重量％のＴａ、１１．４５〜１２．０５重量％のＣｏ、５．９４〜６．３０重量％のＡｌ、２．６０〜３．００重量％のＲｅ、１．３０〜１．７０重量％のＨｆ、４．７０〜５．１０重量％のＷ、１．３０〜１．７０重量％のＭｏ、ごく微量の除去不能成分及び／又は不純物、及び残部のＮｉからなる、ろう付け合金粉末組成物を用意し、
（ｂ）前記製品の損傷した部分を前記ろう付け合金粉末組成物でろう付けし、ここで、前記ろう付けは１１７６℃〜１２８７℃（２１５０°Ｆ〜２３５０°Ｆ）の温度で実施される方法。
前記ろう付けされた製品を１０３７℃〜１１４８℃（１９００°Ｆ〜２１００°Ｆ）の温度で段階的な拡散サイクルに供する工程を更に含む、請求項５記載の方法。
請求項６記載の方法であって、前記ろう付けされた製品を段階的な拡散サイクルに供する工程を更に含み、この工程は以下のとおりである方法：
ａ．９８２〜１０９３℃（１８００〜２０００°Ｆ）に加熱して、０．５〜４時間保持し、
ｂ．１０３７〜１１４８℃（１９００〜２１００°Ｆ）に加熱して、１〜４時間保持し、
ｃ．１０６５〜１１７６℃（１９５０〜２１５０°Ｆ）に加熱して、１〜４時間保持し、
ｄ．１０９３〜１２０４℃（２０００〜２２００°Ｆ）に加熱して、６〜２４時間保持し、そして
ｅ．周囲温度に冷却する。
請求項７記載の方法であって、前記第１の加熱工程が毎分−６〜＋４℃（２０〜４０°Ｆ）の速度で実施され、前記第２の加熱工程が毎分−１２〜−１℃（１０〜３０°Ｆ）の速度で実施され、前記第３の加熱工程が毎分−１５〜−６℃（５〜２０°Ｆ）の速度で実施され、前記第４の加熱工程が毎分−１５〜−６℃（５〜２０°Ｆ）の速度で実施されて、前記加熱が達成される方法。
請求項７記載の方法であって、前記段階的な拡散サイクルが以下のとりである方法：
ａ．毎分−１℃（３０°Ｆ）で１０３７℃（１９００°Ｆ）まで加熱し、そして１時間保持し、
ｂ．毎分−６℃（２０°Ｆ）で１０９３℃（２０００°Ｆ）まで加熱し、そして２時間保持し、
ｃ．毎分−１２℃（１０°Ｆ）で１１２１℃（２０５０°Ｆ）まで加熱し、そして２時間保持し、
ｄ．毎分−１２℃（１０°Ｆ）で１１４８℃（２１００°Ｆ）まで加熱し、そして８〜１８時間保持し、
ｅ．熱変形を避けるのに有効な速度で冷却する。