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技術 ハイブリッド物品、ハイブリッド物品を形成するための方法、及び開口部を埋めるための方法

出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
発明者 ヤン・ツイスリカンス・チャンドルドゥ・コッティリンガムブライアン・リー・トリソン
出願日 2016年12月6日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-236362
公開日 2017年9月14日 (4年1ヶ月経過) 公開番号 2017-160530
状態 特許登録済
技術分野 粉末冶金 溶融はんだ付 タービンの細部・装置 はんだ付・ろう付材料 ガスタービン、高圧・高速燃焼室
主要キーワード 幾何学的制約 動作要件 レーザービーム溶接 ガスタングステンアーク溶接 押出プレス プラズマアーク溶接 高温性能 被覆厚
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重要な関連分野

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図面 (7)

課題

ハイブリッド物品、ハイブリッド物品を形成するための方法、及び開口部を埋めるための方法の提供。

解決手段

コア材料108を有するコア102の側面106に配置され、側面を取り囲む被覆104を含むハイブリッド物品100において、被覆104は、約35〜約95%の第1の融点を有する第1の金属材料110と、第1の融点よりも低い約5%〜約65%の第2の融点を有する第2の金属材料112とを含むハイブリッド物品100。コア102をダイの中に配置する工程と、側面106とダイの間に隙間を形成する工程と、金属材料110,112を有するスラリーを隙間に導入する工程と、スラリーを焼結して被覆104を形成する工程とを含む、ハイブリッド物品100の製造方法。

概要

背景

ニッケル基超合金及びある種のアルミニウムチタン合金などの難溶接性HTW)合金は、それらのガンマプライム及び様々な幾何学的制約のため、ガンマプライムひずみ時効(gamma prime strain aging)、溶離及び高温割れが起こりやすい。また、これらの材料は、ガンマプライム相が約30%を超える体積分率で存在するときには結合が難しく、これは、アルミニウム又はチタン含有量が約3%を超えるときに起こることがある。本明細書において用いられるとき、「HTW合金」は、溶離、高温及びひずみ時効割れを示す合金であり、したがって、溶接することが実際的ではない。

これらのHTW合金は、翼形部、ブレードバケット)、ノズルベーン)、シュラウド燃焼器、回転するタービン構成部品ホイールシール、HTW合金を用いて3D製造された構成部品及び他の高温ガス経路構成部品など、ガスタービンエンジンの構成部品に取り込まれることがある。しばしば優れた動作特性により、特に、最も極端な条件及び応力を受けるある種の構成部品については、これらのHTW合金の取り込みが望ましいことがある。

鋳造プロセスの間に開いたままにされた開口部を埋めるなど、HTW合金を取り込む製造プロセス及び構成部品の補修標準的な技術を用いて実現することが難しいが、それは、これらの技術がHTW合金を損傷したり、或いは、構成部品が受ける高温によって弱くなったり、割れたりするであろう材料を導入したりする恐れがあるためである。例として、典型的なろう付け技術は不適当であるが、その理由は、動作要件を満たさない恐れのある典型的なろう付け材料又は元素が構成部品に取り込まれるためである。

概要

ハイブリッド物品、ハイブリッド物品を形成するための方法、及び開口部を埋めるための方法の提供。コア材料108を有するコア102の側面106に配置され、側面を取り囲む被覆104を含むハイブリッド物品100において、被覆104は、約35〜約95%の第1の融点を有する第1の金属材料110と、第1の融点よりも低い約5%〜約65%の第2の融点を有する第2の金属材料112とを含むハイブリッド物品100。コア102をダイの中に配置する工程と、側面106とダイの間に隙間を形成する工程と、金属材料110,112を有するスラリーを隙間に導入する工程と、スラリーを焼結して被覆104を形成する工程とを含む、ハイブリッド物品100の製造方法。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

ハイブリッド物品(100)であって、側面(106)及びコア材料(108)を含むコア(102)と、側面(106)に配置され、側面を取り囲む被覆(104)とを含んでおり、被覆(104)が、約35%〜約95%の第1の融点を有する第1の金属材料(110)と、約5%〜約65%の第2の融点を有する第2の金属材料(112)とを含んでいて、第1の融点が第2の融点よりも高い、ハイブリッド物品(100)。

請求項2

コア材料(108)が、1種以上の超合金ニッケル基超合金コバルト基超合金鉄基超合金、難溶接性HTW)合金耐熱合金GTD111、GTD444、HAYNES188、INCONEL738、MAR−M−247、Rene108、Rene142、Rene195及びReneN2からなる群から選択される、請求項1に記載のハイブリッド物品(100)。

請求項3

第1の金属材料(110)が、1種以上の超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、難溶接性(HTW)合金、耐熱合金、GTD111、GTD444、HAYNES188、INCONEL738、MAR−M−247、Rene108、Rene142、Rene195及びReneN2からなる群から選択される、請求項1に記載のハイブリッド物品(100)。

請求項4

第1の融点が約2400°F〜約2600°Fであり、第2の融点が約1500°F〜約2375°Fである、請求項1に記載のハイブリッド物品(100)。

請求項5

被覆(104)が、約0.5mm〜約5mmの平均被覆厚さを有する、請求項1に記載のハイブリッド物品(100)。

請求項6

コア(102)が、約0.5mm〜約30mmの平均径を有する、請求項1に記載のハイブリッド物品(100)。

請求項7

円形楕円形長円形三角形、R付け三角形、正方形、R付け正方形、長方形、R付け長方形、五角形、R付け五角形、六角形、R付け六角形及びこれらの組合せからなる群から選択される物品断面構造(114)をさらに含む、請求項1に記載のハイブリッド物品(100)。

請求項8

ハイブリッド物品(100)を形成するための方法であって、側面(106)を含むコア(102)をダイ(200)の中に配置する工程と、側面(106)とダイ(200)の間に、側面(106)を取り囲む隙間(202)を形成する工程と、第1の融点を有する第1の金属材料(110)と、第2の融点を有する第2の金属材料(112)とを含んでいて、第1の融点が第2の融点よりも高いスラリー(204)を隙間(202)に導入する工程と、側面(106)をスラリー(204)で被覆する工程と、スラリー(204)を焼結して、約35%〜約95%の第1の金属材料(110)と、約5%〜約65%の第2の金属材料(112)とを含み、側面(106)を取り囲む被覆(104)を形成して、ハイブリッド物品(100)を形成する工程とを含む方法。

請求項9

物品(600)の開口部(602)を埋めるための方法であって、側面(106)及びコア材料(108)を含むコア(102)と、側面(106)に配置され、側面を取り囲む被覆(104)とを含むハイブリッド物品(100)であって、被覆(104)が、約35%〜約95%の第1の融点を有する第1の金属材料(110)と、約5%〜約65%の第2の融点を有する第2の金属材料(112)とを含んでいて、第1の融点が第2の融点よりも高い、ハイブリッド物品(100)を、開口部(602)に挿入する工程と、ハイブリッド物品(100)を物品(600)にろう付けすること、溶接充填材として作用するハイブリッド物品(100)を用いて開口部(602)を溶接すること及びこれらの組合せからなる群から選択される技術によって、開口部(602)を埋める工程とを含む方法。

請求項10

ハイブリッド物品(100)を開口部(602)に挿入する工程が、ハイブリッド物品(100)をタービン構成部品に挿入する工程を含む、請求項9に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、ハイブリッド物品、ハイブリッド物品を形成するための方法、及び開口部を埋めるための方法に関する。とりわけ、本発明は、ハイブリッド物品、ハイブリッド物品を形成するための方法、及び開口部を埋めるための方法に関するものであり、ハイブリッド物品は、コア材料、及び融点の異なる2種類の金属材料を有する被覆を含む。

背景技術

0002

ニッケル基超合金及びある種のアルミニウムチタン合金などの難溶接性HTW)合金は、それらのガンマプライム及び様々な幾何学的制約のため、ガンマプライムひずみ時効(gamma prime strain aging)、溶離及び高温割れが起こりやすい。また、これらの材料は、ガンマプライム相が約30%を超える体積分率で存在するときには結合が難しく、これは、アルミニウム又はチタン含有量が約3%を超えるときに起こることがある。本明細書において用いられるとき、「HTW合金」は、溶離、高温及びひずみ時効割れを示す合金であり、したがって、溶接することが実際的ではない。

0003

これらのHTW合金は、翼形部、ブレードバケット)、ノズルベーン)、シュラウド燃焼器、回転するタービン構成部品ホイールシール、HTW合金を用いて3D製造された構成部品及び他の高温ガス経路構成部品など、ガスタービンエンジンの構成部品に取り込まれることがある。しばしば優れた動作特性により、特に、最も極端な条件及び応力を受けるある種の構成部品については、これらのHTW合金の取り込みが望ましいことがある。

0004

鋳造プロセスの間に開いたままにされた開口部を埋めるなど、HTW合金を取り込む製造プロセス及び構成部品の補修標準的な技術を用いて実現することが難しいが、それは、これらの技術がHTW合金を損傷したり、或いは、構成部品が受ける高温によって弱くなったり、割れたりするであろう材料を導入したりする恐れがあるためである。例として、典型的なろう付け技術は不適当であるが、その理由は、動作要件を満たさない恐れのある典型的なろう付け材料又は元素が構成部品に取り込まれるためである。

0005

例示的な実施形態では、ハイブリッド物品は、コア及び被覆を含む。コアは、側面及びコア材料を含む。被覆は、側面に配置され、側面を取り囲む。被覆は、約35%〜約95%の第1の融点を有する第1の金属材料と、約5%〜約65%の第2の融点を有する第2の金属材料とを含む。第1の融点は、第2の融点よりも高い。

0006

別の例示的な実施形態では、ハイブリッド物品を形成するための方法は、コアをダイの中に配置する工程を含む。コアは、側面を含む。隙間は、側面とダイの間に形成される。隙間は、側面を取り囲む。スラリーは、隙間に導入される。スラリーは、第1の融点を有する第1の金属材料と、第2の融点を有する第2の金属材料とを含む。第1の融点は、第2の融点よりも高い。側面は、スラリーで被覆される。スラリーは、焼結されて、側面を取り囲む被覆を形成して、ハイブリッド物品を形成する。被覆は、約35%〜約95%の第1の金属材料と、約5%〜約65%の第2の金属材料とを含む。

0007

別の例示的な実施形態では、物品の開口部を埋めるための方法は、ハイブリッド物品を開口部に挿入する工程を含む。ハイブリッド物品は、コア及び被覆を含む。コアは、側面及びコア材料を含む。被覆は、側面に配置され、側面を取り囲む。被覆は、約35%〜約95%の第1の融点を有する第1の金属材料と、約5%〜約65%の第2の融点を有する第2の金属材料とを含む。第1の融点は、第2の融点よりも高い。本方法は、開口部を埋める工程を含む。開口部を埋める工程は、ハイブリッド物品を物品にろう付けすること、溶接充填材として作用するハイブリッド物品を用いて開口部を溶接すること及びこれらの組合せからなる群から選択される技術を含む。

0008

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を例として示す添付図面と共に取り入れた、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

0009

本開示の実施形態によるハイブリッド物品の透視図である。
本開示の実施形態によるハイブリッド物品の構成の概略図である。
本開示の実施形態による、図2のコア及びダイの3−3線における断面図である。
本開示の実施形態による、図2のコア、ダイ及びスラリーの4−4線における断面図である。
本開示の実施形態による、図2のコア、ダイ及びスラリーの5−5線における断面図である。
本開示の実施形態による物品及びハイブリッド物品の断面図である。

実施例

0010

可能である場合、同じ部品を表すために図面を通じて同じ参照数字を用いている。

0011

記載されるのは、例示的なハイブリッド物品、ハイブリッド物品を形成するための方法、及び開口部を埋めるための方法である。本開示の実施形態は、本明細書に開示されている1以上の特徴を利用しない物品及び方法と比較して、コストを削減し、プロセス制御を向上させ、補修可能性を向上させ、機械的特性を改善し、高温性能を改善し、溶接性を向上させ、或いはこれらが組合せられる。

0012

図1を参照すると、一実施形態では、ハイブリッド物品100は、コア102及び被覆104を含む。コア102は、側面106及びコア材料108を含む。被覆104は、側面106に配置される。被覆104は、第1の金属材料110及び第2の金属材料112を含む。

0013

一実施形態では、コア102は、約0.25mm〜約50mm、又は約0.5mm〜約30mm、又は約0.5mm〜約15mm、又は約0.5mm〜約5mm、又は約0.5mm〜約3mm、又は約1mm〜約2mmの平均径を備える。

0014

別の実施形態では、被覆104は、約0.1mm〜約10mm、又は約0.25mm〜約7.5mm、又は約0.5mm〜約5mm、又は約0.5mm〜約2.5mm、又は約0.5mm〜約2mm、又は約0.5mm〜約1mmの平均被覆厚さを備える。

0015

ハイブリッド物品100は、円(図示)、楕円長円三角形、R付け三角形、正方形、R付け正方形、長方形、R付け長方形、五角形、R付け五角形、六角形、R付け六角形又はこれらの組合せを含む任意の適した物品断面構造114を備えてもよいが、これらに限定されない。コア102は、円(図示)、楕円、長円、三角形、R付け三角形、正方形、R付け正方形、長方形、R付け長方形、五角形、R付け五角形、六角形、R付け六角形又はこれらの組合せを含む任意の適したコア断面構造116を備えてもよいが、これらに限定されない。物品断面構造114は、コア断面構造116と同じ構造でも、異なる構造でもよい。一実施形態では、コアはワイヤーである。別の実施形態では、コアは導電性のワイヤーである。

0016

被覆104は、任意の適切な量の第1の金属材料110及び第2の金属材料112を含んでもよい。一実施形態では、被覆は、約35%〜約95%の第1の金属材料、或いは、約45%〜約85%の第1の金属材料、又は約35%〜約55%の第1の金属材料、又は約55%〜約75%の第1の金属材料、又は約75%〜約95%の第1の金属材料を含む。別の実施形態では、被覆は、約5%〜約65%の第2の金属材料、或いは、約15%〜約55%の第2の金属材料、又は約55%〜約25%の第2の金属材料、又は約25%〜約45%の第2の金属材料、又は約45%〜約65%の第2の金属材料を含む。別の実施形態では、被覆104は、実質的に、約3%未満の被覆104、又は約2%未満の被覆104、又は約1%未満の被覆104を形成する不純物を除く、第1の金属材料110及び第2の金属材料112からなる。

0017

一実施形態では、第1の金属材料110は、第1の融点を備え、第2の金属材料112は、第2の融点を有し、第1の融点は第2の融点よりも高い。第1の融点は、約2380°F〜約2700°F、又は約2400°F〜約2600°F、又は約2450°F〜約2550°F、又は約2475°F〜約2525°Fでもよい。第2の融点は、約1400°F〜約2375°F、又は約1450°F〜約2300°F、又は約1500°F〜約2200°F、又は約1550°F〜約2150°F、又は約1600°F〜約2100°Fでもよい。

0018

コア材料108は、超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金鉄基超合金、難溶接性(HTW)合金、耐熱合金GTD111、GTD444、HAYNES188、INCONEL738、MAR−M−247、Rene108、Rene142、Rene195、ReneN2又はこれらの組合せを含み、これらに限定されない任意の適した材料でもよい。

0019

第1の金属材料110は、超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、難溶接性(HTW)合金、耐熱合金、GTD111、GTD444、HAYNES188、INCONEL738、MAR−M−247、Rene108、Rene142、Rene195、ReneN2又はこれらの組合せを含み、これらに限定されない任意の適した材料でもよい。第1の金属材料110は、コア材料108と同じ材料でも、異なる材料でもよい。

0020

第2の金属材料112は、ろう付け合金、DF−4B、BNi−2、BNi−5(AMS4782)、BNi−9又はこれらの組合せを含み、これらに限定されない任意の適した材料でもよい。

0021

本明細書において用いられるとき、「DF−4B」は、重量で、クロム約14%、コバルト約10%、アルミニウム約3.5%、タンタル約2.5%、ホウ素約2.75%、イットリウム約0.05%及び残部のニッケル組成を備える合金を指す。

0022

本明細書において用いられるとき、「BNi−2」は、重量で、鉄約3%、ホウ素約3.1%、ケイ素約4.5%、クロム約7%及び残部のニッケルの組成を備える合金を指す。

0023

本明細書において用いられるとき、「BNi−5」及び「AMS4782」は、重量で、ケイ素約10%、クロム約19%及び残部のニッケルの組成を備える合金を指す。

0024

本明細書において用いられるとき、「BNi−9」は、重量で、クロム約15%、ホウ素約3%及び残部のニッケルの組成を備える合金を指す。

0025

本明細書において用いられるとき、「GTD111」は、重量で、クロム約14%、コバルト約9.5%、タングステン約3.8%、チタン約4.9%、アルミニウム約3%、鉄約0.1%、タンタル約2.8%、モリブデン約1.6%、炭素約0.1%及び残部のニッケルの組成を備える合金を指す。

0026

本明細書において用いられるとき、「GTD444」は、重量で、コバルト約7.5%、鉄約0.2%、クロム約9.75%、アルミニウム約4.2%、チタン約3.5%、タンタル約4.8%、タングステン約6%、モリブデン約1.5%、ニオブ約0.5%、ケイ素約0.2%、ハフニウム約0.15%及び残部のニッケルの組成を備える合金を指す。

0027

本明細書において用いられるとき、「HAYNES188」は、重量で、クロム約22%、ニッケル約22%、炭素約0.1%、鉄約3%、マンガン約1.25%、ケイ素約0.35%、タングステン約14%、ランタン約0.03%及び残部のコバルトの組成を備える合金を指す。

0028

本明細書において用いられるとき、「INCONEL738」は、重量で、炭素約0.17%、クロム約16%、コバルト約8.5%、モリブデン約1.75%、タングステン約2.6%、チタン約3.4%、アルミニウム約3.4%、ジルコニウム約0.1%、ニオブ約2%及び残部のニッケルの組成を備える合金を指す。

0029

本明細書において用いられるとき、「MAR−M−247」は、重量で、アルミニウム約5.5%、炭素約0.15%、クロム約8.25%、コバルト約10%、タングステン約10%、モリブデン約0.7%、鉄約0.5%、チタン約1%、タンタル約3%、ハフニウム約1.5%及び残部のニッケルの組成を備える合金を指す。

0030

本明細書において用いられるとき、「Rene108」は、重量で、クロム約8.4%、コバルト約9.5%、アルミニウム約5.5%、チタン約0.7%、タングステン約9.5%、モリブデン約0.5%、タンタル約3%、ハフニウム約1.5%及び残部のニッケルの組成を備える合金を指す。

0031

本明細書において用いられるとき、「Rene142」は、重量で、クロム約6.8%、コバルト約12%、アルミニウム約6.1%、タングステン約4.9%、モリブデン約1.5%、レニウム約2.8%、タンタル約6.4%、ハフニウム約1.5%及び残部のニッケルの組成を備える合金を指す。

0032

本明細書において用いられるとき、「Rene195」は、重量で、クロム約7.6%、コバルト約3.1%、アルミニウム約7.8%、タンタル約5.5%、モリブデン約0.1%、タングステン約3.9%、レニウム約1.7%、ハフニウム約0.15%及び残部のニッケルの組成を備える合金を指す。

0033

本明細書において用いられるとき、「ReneN2」は、重量で、コバルト約7.5%、クロム約13%、アルミニウム約6.6%、タンタル約5%、タングステン約3.8%、レニウム約1.6%、ハフニウム約0.15%及び残部のニッケルの組成を備える合金を指す。

0034

図2を参照すると、一実施形態では、ハイブリッド物品100を形成するための方法は、コア102をダイ200の中に配置する工程を含む。図2及び図3を参照すると、隙間202は、側面106とダイ200の間に形成され、隙間202は、側面106を取り囲む。図2及び図4を参照すると、スラリー204は、隙間202に導入され、スラリーは、第1の金属材料110と、第2の金属材料112とを含み、側面106を被覆する。図2及び図5を参照すると、スラリー204は、側面106を取り囲む。図2を再び参照すると、スラリー204は、焼結されて、側面106を取り囲む被覆104を形成して、ハイブリッド物品100を形成する。スラリー204は、バインダーゲルを含んでもよい。一実施形態では、スラリー204は、スラリー204が焼結されて被覆104を形成するまでコア102に付着するのに十分な粘度を備える。

0035

スラリー204を焼結して被覆104を形成する工程は、発熱体206を用いてスラリー204を加熱する工程を含んでもよい。発熱体206は、オーブンを含み、これに限定されない任意の適した発熱体でもよい。一実施形態では、スラリー204を加熱する工程は、スラリー204を焼結温度まで加熱する工程を含む。焼結温度は、約1500°F〜約2375°F、又は約1600°F〜約2350°F、又は約1700°F〜約2325°F、又は約1800°F〜約2300°F、又は約1850°F〜約2250°Fの焼結温度を含み、これらに限定されない任意の適した温度でもよい。別の実施形態では、スラリー204を焼結温度まで加熱する工程は、焼結温度において焼結時間の間、スラリー204を保持する工程を含む。焼結時間は、約5分〜約150分、又は約10分〜約120分、又は約15分〜約90分の時間を含み、これらに限定されない任意の適した時間でもよい。スラリー204を焼結して被覆104を形成する工程は、空気下不活性ガス下、真空下又はこれらの組合せにおいてスラリー204を加熱する工程を含んでもよい。

0036

一実施形態では、コア102はワイヤーである。別の実施形態では、コア102は、ダイ200に通される。コア102をダイ200に通す工程は、連続的なプロセスでもよい。さらに別の実施形態では、ダイ200は、被覆金属アーク溶接電極など(ただし、これに限定されない。)の溶接電極の製造のための被覆装置の一部である。別の実施形態では、ダイ200は、押出プレスの一部である。

0037

一実施形態では、スラリー204は、高圧下で導入される。本明細書において用いられるとき、「高圧」は、ダイ200の外部の大気圧よりも大きい圧力を表す。高圧は、コア102がダイ200の中を通るとき、側面106をスラリー204で完全に被覆するのに十分な圧力を含み、これに限定されない任意の適した圧力でもよい。

0038

ハイブリッド物品100は、加熱、研磨ブラシ研磨、先端クリーニング(tip cleaning)、サイズ変更(sizing)、化学処理又はこれらの組合せを含み、これらに限定されない任意の適した仕上げ技術により仕上げされてもよい。ハイブリッド物品100のサイズを変更する工程は、ハイブリッド物品100の1以上の部分を除去して、ハイブリッド物品100の長さを所定の長さに短縮する工程を含んでもよい。所定の長さは、任意の適した長さでもよい。ハイブリッド物品100の1以上の部分を除去する工程は、ハイブリッド物品100の長さに対して、直交する角度、又はハイブリッド物品100が挿入される物品の表面に合う角度を含み、これらに限定されない任意の適した角度で、ハイブリッド物品100の1以上の部分を切り離す工程を含んでもよい。

0039

図6を参照すると、一実施形態では、物品600の開口部602を埋めるための方法は、ハイブリッド物品100を開口部602に挿入する工程と、開口部602を埋める工程とを含む。開口部602を埋める工程は、ハイブリッド物品100を物品600にろう付けする工程、溶接充填材として作用するハイブリッド物品100を用いて開口部602を溶接する工程、又はこれらの組合せを含む。

0040

開口部602を埋める工程は、気密性のシールを形成してもよい。一実施形態では、開口部602が埋められるとき、ハイブリッド物品100の末端604は、物品600の表面606とほぼ同じ高さである。別の実施形態では、開口部602が埋められるとき、末端604は、物品600の表面606とは異なる。本明細書において用いられるとき、「ほぼ同じ高さ」は、物品600の表面606から末端604が0.3mm未満除去されることを表し、「異なる」は、物品600の表面606から末端604が少なくとも0.3mm除去されることを表す。

0041

一実施形態では、物品600はタービン構成部品である。物品600は、高温ガス経路構成部品、翼形部、バケット(ブレード)、ノズル(ベーン)、シュラウド、燃焼器又はこれらの組合せを含み、これらに限定されない任意の適したタービン構成部品でもよい。

0042

一実施形態では、ハイブリッド物品100を物品600にろう付けする工程は、ハイブリッド物品100を難溶接性(HTW)合金にろう付けする工程を含む。別の実施形態では、開口部602を溶接する工程は、溶接装置608を用いて溶接技術を実施する工程を含む。溶接技術は、ガスタングステンアーク溶接、被覆金属アーク溶接、プラズマアーク溶接レーザービーム溶接電子ビーム溶接又はこれらの組合せを含み、これらに限定されない任意の適した溶接技術でもよい。

0043

ハイブリッド物品100は、溶接充填材を取り込む溶接技術を用いる任意の適した溶接用途のための溶接充填材として使用されてもよい。適した溶接用途は、超合金構成部品内の開口部を埋める工程、HTW合金構成部品内の開口部を埋める工程、超合金構成部品内の空隙を充填する工程、HTW合金構成部品内の空隙を充填する工程、超合金構成部品を補修する工程、HTW合金構成部品を補修する工程、第1の構成部品及び第2の構成部品のうちの少なくとも1つが超合金を含む第1の構成部品と第2の構成部品とを結合する工程、第1の構成部品及び第2の構成部品のうちの少なくとも1つがHTW合金を含む第1の構成部品と第2の構成部品とを結合する工程、又はこれらの組合せを含むが、これらに限定されない。溶接技術は、ガスメタルアーク溶接、ガスタングステンアーク溶接、被覆金属アーク溶接、プラズマアーク溶接、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接、又はこれらの組合せを含んでもよいが、これらに限定されない。

0044

一実施形態では、ハイブリッド物品100のコア材料108は、開口部602を規定する物品600の基板材料610と同じ材料組成を備える。別の実施形態では、ハイブリッド物品100のコア材料108は、開口部602を規定する物品600の基板材料610とは異なる材料組成を備える。この文脈において、材料組成がほぼ同じであり、任意の変化が材料の特性に重要な影響を与えるには不十分である場合、コア材料108は、基板材料610と同じ材料組成を備え、一方、材料組成がほぼ同じではない場合、又は変化が材料の特性に重要な影響を与える場合、ハイブリッド物品100のコア材料108は、基板材料610とは異なる材料組成を備える。

0045

本発明は好ましい実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えてもよく、その要素が均等物で置換されてもよいことを当業者なら理解するであろう。加えて、特定の状況又は材料を本発明の教示に適応させるために、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに多くの修正を施してもよい。したがって、本発明が、本発明を実施するために考えられた最良の態様として開示されている特定の実施形態に限定されず、本発明が、添付の特許請求の範囲に含まれるあらゆる実施形態を含むことが意図されている。
[実施態様1]
ハイブリッド物品(100)であって、
側面(106)及びコア材料(108)を含むコア(102)と、
側面(106)に配置され、側面を取り囲む被覆(104)とを含み、被覆(104)が、約35%〜約95%の第1の融点を有する第1の金属材料(110)と、約5%〜約65%の第2の融点を有する第2の金属材料(112)とを含んでいて、第1の融点が第2の融点よりも高い、ハイブリッド物品(100)。
[実施態様2]
コア材料(108)が、1種以上の超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、難溶接性(HTW)合金、耐熱合金、GTD111、GTD444、HAYNES188、INCONEL738、MAR−M−247、Rene108、Rene142、Rene195及びReneN2からなる群から選択される実施態様1に記載のハイブリッド物品(100)。
[実施態様3]
第1の金属材料(110)が、1種以上の超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、難溶接性(HTW)合金、耐熱合金、GTD111、GTD444、HAYNES188、INCONEL738、MAR−M−247、Rene108、Rene142、Rene195及びReneN2からなる群から選択される実施態様1に記載のハイブリッド物品(100)。
[実施態様4]
第1の融点が約2400°F〜約2600°Fであり、第2の融点が、約1500°F〜約2375°Fである実施態様1に記載のハイブリッド物品(100)。
[実施態様5]
被覆(104)が、約0.5mm〜約5mmの平均被覆厚さをさらに含む実施態様1に記載のハイブリッド物品(100)。
[実施態様6]
コア(102)が、約0.5mm〜約30mmの平均径をさらに含む実施態様1に記載のハイブリッド物品(100)。
[実施態様7]
円形楕円形長円形、三角形、R付け三角形、正方形、R付け正方形、長方形、R付け長方形、五角形、R付け五角形、六角形、R付け六角形及びこれらの組合せからなる群から選択される物品断面構造(114)をさらに含む実施態様1に記載のハイブリッド物品(100)。
[実施態様8]
側面(106)を含むコア(102)をダイ(200)の中に配置する工程と、
側面(106)とダイ(200)の間に、側面(106)を取り囲む隙間(202)を形成する工程と、
第1の融点を有する第1の金属材料(110)と、第2の融点を有する第2の金属材料(112)とを含んでいて、第1の融点が第2の融点よりも高いスラリー(204)を隙間(202)に導入する工程と、
側面(106)をスラリー(204)で被覆する工程と、
スラリー(204)を焼結して、約35%〜約95%の第1の金属材料(110)と、約5%〜約65%の第2の金属材料(112)とを含み、側面(106)を取り囲む被覆(104)を形成して、ハイブリッド物品(100)を形成する工程とを含む、ハイブリッド物品(100)を形成するための方法。
[実施態様9]
コア(102)をダイ(200)の中に配置する工程が、1種以上の超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、難溶接性(HTW)合金、耐熱合金、GTD111、GTD444、HAYNES188、INCONEL738、MAR−M−247、Rene108、Rene142、Rene195及びReneN2からなる群から選択されるコア材料(108)を有するコア(102)を配置する工程を含む実施態様8に記載の方法。
[実施態様10]
コア(102)をダイ(200)の中に配置する工程が、円形、楕円形、長円形、三角形、R付け三角形、正方形、R付け正方形、長方形、R付け長方形、五角形、R付け五角形、六角形、R付け六角形及びこれらの組合せからなる群から選択される物品断面構造(114)を有するコア(102)を配置する工程を含む実施態様8に記載の方法。
[実施態様11]
コア(102)をダイ(200)の中に配置する工程が、コア(102)としてワイヤーを配置する工程を含む実施態様8に記載の方法。
[実施態様12]
コア(102)をダイ(200)の中に配置する工程が、コア(102)をダイ(200)の中に通す工程を含む実施態様8に記載の方法。
[実施態様13]
スラリー(204)を隙間(202)に導入する工程が、スラリー(204)を高圧下で導入する工程を含む実施態様8に記載の方法。
[実施態様14]
ハイブリッド物品(100)に仕上げをする工程をさらに含む実施態様8に記載の方法。
[実施態様15]
ハイブリッド物品(100)のサイズを所定の長さに変更する工程をさらに含む実施態様8に記載の方法。
[実施態様16]
物品(600)の開口部(602)を埋めるための方法であって、
側面(106)及びコア材料(108)を含むコア(102)と、
側面(106)に配置され、側面を取り囲む被覆(104)とを含み、被覆(104)が、約35%〜約95%の第1の融点を有する第1の金属材料(110)と、約5%〜約65%の第2の融点を有する第2の金属材料(112)とを含んでいて、第1の融点が第2の融点よりも高い、ハイブリッド物品(100)を開口部(602)に挿入する工程と、
ハイブリッド物品(100)を物品(600)にろう付けすること、溶接充填材として作用するハイブリッド物品(100)を用いて開口部(602)を溶接すること及びこれらの組合せからなる群から選択される技術によって、開口部(602)を埋める工程とを含む方法。
[実施態様17]
ハイブリッド物品(100)を物品(600)にろう付けする工程が、ハイブリッド物品(100)を難溶接性(HTW)合金にろう付けする工程を含む実施態様16に記載の方法。
[実施態様18]
溶接充填材として作用するハイブリッド物品(100)を用いて開口部(602)を溶接する工程が、ガスタングステンアーク溶接、被覆金属アーク溶接、プラズマアーク溶接、レーザービーム溶接及び電子ビーム溶接のうちの少なくとも1つからなる群から選択される溶接技術の使用を含む実施態様16に記載の方法。
[実施態様19]
開口部(602)を埋める工程が、気密性のシールを形成する実施態様16に記載の方法。
[実施態様20]
ハイブリッド物品(100)を開口部(602)に挿入する工程が、ハイブリッド物品(100)をタービン構成部品に挿入する工程を含む実施態様16に記載の方法。

0046

100ハイブリッド物品
102コア
104被覆
106 側面
108コア材料
110 第1の金属材料
112 第2の金属材料
114物品断面構造
116コア断面構造
200 ダイ
202 隙間
204スラリー
206発熱体
600 物品
602 開口部
604末端
606 表面
608溶接装置
610 基板材料

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