[发明专利]用于燃气涡轮部件修复的NI-TI-CR近三元共晶合金

说明书

本发明描述了Ni、Ti、Cr的近三元共晶合金，其具有大约1230℃或更低的相对低的熔融温度，适用于在修复过程中融合涡轮叶片和叶轮中的裂纹而没有开裂的巨大风险。这种合金适用于涡轮叶片的低温接合或修复，因为其包含与典型的涡轮叶片和叶轮相同的组分而不含外部元素来降低修复后的材料的熔点或不利地影响修复后的部件的机械性能。不含硼消除了脆的硼化合物的形成，这对于修复或接缝的性能是有害的。

本申请是申请号为201280052221.2（PCT/US2012/063305）、申请日为2012年11月2日的发明专利申请的分案申请。

主张优先权

本发明是根据35 U.S.C. § 111(a)提交的实用专利申请，并且根据35 U.S.C. § 119要求2011年11月3日提交的临时专利申请61/555,113的优先权。前述临时专利申请的整个内容通过引用并入本文用于所有目的。

技术领域

本发明涉及超级合金部件的修复，并且特别地涉及在燃气涡轮中使用的超级合金部件，并且最特别地涉及用于实现这种修复的Ni-Ti-Cr近三元共晶合金。

背景技术

通常，超级合金被认为是甚至在接近该材料的熔点的温度时仍然显示出优异的耐机械和化学损坏性能的高温材料。Ni超级合金基于镍（Ni）并且通常包含显著量的多种其它元素例如铬（Cr）、铝（Al）、钛（Ti）、钨（W）、钴（Co）、钽（Ta）、碳（C）等。最早超级合金应用于航空涡轮发动机上。因为更高的操作温度通常导致增加的燃料效率和更低的碳排放，导致超级合金也越来越多地应用于陆基涡轮系统。例如，参见The supperalloy（超级合金），RogerC. Reed著（剑桥出版社，2006，特别是第一章）。该参考文献的整个内容通过引用并入本文用于所有目的。

因此，由于超级合金在更大量的空中和路基涡轮系统中使用并且在更高的温度下操作，越来越多的叶片叶轮和其它部件经受开裂和其它形式的材料损坏而需要修复。有效进行这种涡轮部件的修复以使得修复后的部件具有与原始部件尽可能相近的性能是很重要的。

超级合金的经济重要性导致在它们的焊接和修复方面已经产生了大量的研究。参见例如，Welding Metallurgy and Weldability of Nickel-Base Alloys，J.N. Dupont,J. C. Lippold, Samuel D. Kiser (John Wiley & Sons, 2009)，特别是第4章。该参考文献的整个内容通过引用并入本文用于所有目的。

尽管有了大量的研究，在接合或修复超级合金部件中仍然会出现问题。通常，其它方法的缺点包括在修复期间或修复之后开裂，修复后部件短的使用寿命，增加的脆性等。因此，在本领域存在改进修复超级合金涡轮部件的方法和材料的需求。

发明内容

本文描述的填料合金利用了Ni-Ti-Cr的近三元共晶组合物，其使得修复能够在相对低温下进行，从而降低或消除了在修复过程期间开裂的问题。此外，通过本文描述的填料合金的某些实施方案，基础材料的溶液热处理在也导致修复区域均质化的温度下发生。此外，硼不以有害量存在于本文描述的填料合金中，从而消除了通常与形成脆的硼化合物有关的脆性等问题。

在本发明的某些实施方案中，调节近三元共晶的组成以允许在部件的溶液热处理温度下发生修复区域的均质化。用JMarPro-4.0（来自Sente Software Ltd., SurryTechnology Centre, UK）进行的计算表明该三元合金具有大约如在式1中所给出的组成:

Ni(x)-Ti(y)-Cr(z) 式-1

当基本在以下范围（以重量百分数计）选择x，y，z时，熔点接近1175℃，