[发明专利]用于修复超合金部件的预烧结的预成形坯

说明书

本申请要求美国临时专利申请号61/786,920的2013年3月15日的提交日权益。

发明领域

本发明大体上涉及材料技术的领域，并且更特别涉及使用含有无硼的钎焊材料的预烧结的预成形坯来修复超合金部件。

发明背景

公认的是，由于它们易于焊接凝固开裂和应变时效开裂，超合金材料的修复是困难的。术语“超合金”在本文中如其在本领域中常用的那样使用；即在高温下表现出优异的机械强度和抗蠕变性的非常抗腐蚀和抗氧化的合金。超合金通常包含高的镍或钴含量。超合金的实例包括以商标和品牌名Hastelloy、Inconel合金（例如IN738、IN792、IN939）、Rene合金（例如ReneN5、Rene80、Rene142）、Haynes合金、MarM、CM247、CM247LC、C263、718、X-750、ECY768、282、X45、PWA1483和CMSX（例如CMSX-4）单晶合金出售的合金。

已知使用含有具有与部件的合金类似的组成的基础合金颗粒、含有熔点抑制剂例如硼或硅的钎焊合金颗粒和粘合剂的混合物的预烧结的预成形坯来修复超合金燃气涡轮发动机部件。参见例如美国专利号8,087,565B2。但是，硼和硅产生降低接头和修复区的延展性的有害相。已经研发出包含铪和/或锆的无硼和硅的钎焊合金，但是，这样的材料倾向于在钎焊接头处形成碳化物。因此，需要进一步改进超合金材料的修复。

附图简述

在下列描述中基于唯一的附图解释本发明，其展示用预烧结的预成形坯修复的燃气涡轮叶片。

发明详述

在共同审理的2012年6月13日提交的美国专利申请13/495,223（代理人案号2011P25126US01）以及美国专利8,640,942（两者都转让给本发明的受让人并都通过引用并入本文）中公开了使用钛作为熔点抑制材料的无硼和硅的钎焊合金。本文公开了用于与预成形坯一起用于修复超合金基底材料的额外的无硼和硅的钎焊合金，包括与现有技术的铪基钎焊合金相比时有利地具有减小的熔融温度范围的合金。它们提供具有充分接近（例如至少80%）经修复的基底材料性能的机械性能的钎焊接头，以使该修复可以被视为结构修复并可用于该部件的受到相对高应力的区域中。

用于修复超合金燃气涡轮发动机部件的现有技术预成形坯已知由非常小的颗粒形成，以促进快速烧结和使孔隙率最小化。例如，美国专利号8,087,565B2教导了使用通常小于150目，和更优选325目（44微米）或更小的粉末。此外，现有技术中忌用更大的颗粒，因为它们产生颗粒之间更大的空隙空间体积，其必须用较弱的钎焊合金填充。本发明人已经发现，当与本文中公开的相对较强的钎焊合金结合时，在预成形坯中可以使用更大得多的合金颗粒，且这样的更大颗粒有利地提供与由较小颗粒制成的现有技术预成形坯相比降低的收缩。此外，由于公开的钎焊颗粒不含硼或硅，所产生的结构提供允许此类预成形坯用于结构应用，例如用于修复燃气涡轮发动机桨叶或叶片的平台的机械性能。可以使用大至2000微米（2mm）的合金颗粒。这些较大颗粒不仅提供降低的收缩，它们在制造上也比更小颗粒便宜，并与现有技术预成形坯中所用的细粉相比在操作上更简单和更安全，具有降低的损耗和因此更小的环境影响。

在示例性实施方案中，将具有小于50℃或低至10℃的熔融温度范围的多组分的无硼和硅的低熔点Ni-Cr-Ti三元钎焊合金与基础超合金材料，例如Alloy247、Rene80或IN939的颗粒混合。该超合金颗粒通常将是与待修复的部件的合金相同合金的，尽管在某些实施方案中可以使用不同的合金。该粉末混合物中的钎焊合金部分在某些实施方案中可以为5-50重量%，或在另外的实施方案中为5重量%至小于30重量%。基础合金颗粒尺寸范围可包括大于140US目（104微米）或大于100US目（152微米）或大至2000微米（2mm）的颗粒。钎焊材料颗粒筛目范围可以比基础合金颗粒的小。该混合物在压力下和在小于钎焊和超合金颗粒的固相线温度的温度下，例如小于1185℃下，在最小15ksi的压力和惰性气氛下预烧结直至孔隙率为小于5体积%。该预烧结的材料以净形的形式形成，或随后再成形以用作修复工艺中的预成形坯。