專利名稱：用于修復(fù)單晶合金的擴散粘結(jié)混合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于修補氣體渦輪發(fā)動機組件的組合物及其方法，更具體地說，涉及用于擴散粘結(jié)修復(fù)單晶鎳基高溫合金制品的擴散粘結(jié)漆混合物和熱循環(huán)。
背景技術(shù)：
鎳基高溫合金用在氣體渦輪發(fā)動機組件中，是因為它們在高溫工作環(huán)境中具有很高的抗蠕變強度性能。當上述的單晶高溫合金比其他已知的沒有定向顯微結(jié)構(gòu)(directionally oriented microstructure)的鎳基高溫合金表現(xiàn)出實質(zhì)的改善時，它們對在使用期間的環(huán)境侵蝕特別是對由于氧化和硫化而產(chǎn)生的高溫腐蝕表現(xiàn)出折中。另外，盡管強度增加，但單晶合金容易由于受到熱循環(huán)或空氣傳播物體碰撞或其組合而產(chǎn)生裂紋或其他類型的損傷或損壞。在所述組件制造過程中，也會產(chǎn)生不連續(xù)性例如收縮、夾雜和裂紋。因為上述部件的成本相對地較高，因此有時替換比修復(fù)更可取。然而，高溫合金組件一旦損傷，容易在相同的區(qū)域重復(fù)損壞，關(guān)鍵的是任何修復(fù)都能使機械性能、外界性能、工藝性能相當于或優(yōu)于原始高溫合金基金屬。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知有修復(fù)某些鎳基高溫合金的方法，例如寬間隙銅焊和瞬間液相方法。這些方法包括清潔渦輪發(fā)動機組件，施用其熔融溫度低于基底的適宜的擴散粘結(jié)混合物，并且加熱該制品以使擴散粘結(jié)混合物熔融且不會對基底造成熱損傷。大多數(shù)這些方法用于等軸合金，但是發(fā)現(xiàn)修復(fù)單晶合金更困難，因為雜質(zhì)引入單晶體(unicrytal)能夠產(chǎn)生弱化點。
修復(fù)擴散粘結(jié)混合物的配制為包括相當數(shù)量的熔點抑制劑，主要是硅和硼，從而該擴散粘結(jié)混合物能這樣的溫度下應(yīng)用，該溫度足以使該混合物熔融但是不足以使基底熔融并且不對基底造成熱損傷。但是因為熔點抑制劑的量很高，所以擴散粘結(jié)混合物其組分與基底明顯不同，并且所修復(fù)的區(qū)域會具有與相鄰的基底不同的性能，從而增大了在所修復(fù)的區(qū)域中出現(xiàn)損壞的危險。具體地說，不希望有的由鉻、鈦及難熔元素族(例如，鎢、鉭)與熔點抑制劑結(jié)合構(gòu)成的大塊狀或片樣脆相(script-like brittle phases)在形成在基底和擴散粘結(jié)混合物之間的共晶中長大。這些脆相會削弱修復(fù)復(fù)合物。然而，應(yīng)該理解的是，傳統(tǒng)的修復(fù)在正確使用時通常會獲得可靠的最終產(chǎn)品。
因此，需要能夠使施加在該部分上的擴散粘結(jié)混合物合金的量以及因此硼的量最小化的組合物和方法。還需要能夠使寬間銅焊接方法所常見的共晶脆性硼化物最小化的組合物和方法，以及用來修復(fù)高溫合金基底以便使得所修復(fù)的區(qū)域具有與基底非常類似性能的組合物和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為用于修復(fù)單晶高溫合金制品的擴散粘結(jié)混合物漆，其使施加于制品的擴散粘結(jié)混合物合金量最小。該漆由二元合金粉末混合物，粘結(jié)劑，使該漆變薄的載體構(gòu)成。粉末混合物具有高熔點的粉末和低熔點的粉末，二者結(jié)合使擴散粘結(jié)混合物熔化并流進裂紋，接著允許熔融抑制劑擴散進入基體中，從而導致高熔點組分硬化。將該擴散粘結(jié)混合物漆施加在干凈的高溫合金制品上，該制品通過三步熱循環(huán)加熱。熱循環(huán)使漆熔化并流進受損區(qū)域，然后冷卻以等待熱電偶穩(wěn)定并且擴散進入基體。從下面的詳細說明中并且結(jié)合以示例的方式說明本發(fā)明原理的圖將了解該優(yōu)選的混合物組分和方法的其他獨有的特征和優(yōu)點。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施方案擴散粘結(jié)混合物漆具體地包括二元合金粉末混合物，粘結(jié)劑和載體。表1概括了該擴散粘結(jié)混合物漆的組分，其中粉末混合物與重量百分比為約10％的粘結(jié)劑和約5-20％的載體結(jié)合。實施例1說明了由100克的粉末混合物與10克的粘結(jié)劑和5克的載體混合而得的漆。實施例2說明了由100克的粉末混合物與10克的粘結(jié)劑和20克的載體混合而得的漆。
表1擴散粘結(jié)混合物漆的組分

粉末混合物包括高熔點合金粉末和低熔點合金粉末。兩種粉末結(jié)合限定一個均質(zhì)粉末系統(tǒng)。高熔點合金粉末在具有良好的抗氧化性和機械性能的同時具有很強的抗熱腐蝕性，其特征還在于基本上沒有熔融點抑制劑元素如Si或B。相反，低熔點合金粉末包括熔融點抑制劑元素Si、B或二者。實際中，粉末也包括不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選的高熔點合金為MAR-M247和MAR-M509。優(yōu)選的低熔點合金為M3877和MAR-M509B。表2列出優(yōu)選粉末和每一種粉末各組分的重量百分比。
表2合金粉末組分(wt％)高熔點組分 低熔點組分

表3顯示優(yōu)選粉末以優(yōu)選比例的組合。第一種優(yōu)選粉末混合物，標記名稱為JetFix E，是約49-51％的MAR-M247與約49-51％的M3877的組合。第二種優(yōu)選粉末混合物，標記名稱為JetFix G，是約59-61％的MAR-M247與約39-41％的M3877的組合。第三種優(yōu)選粉末混合物，標記名稱為JetFix 555，是約49-51％的MAR-M509與約49-51％的M509B的組合。漆由這些用于修復(fù)MAR-M509罩和CMSX-3翼，以及其他氣體渦輪發(fā)動機組件的粉末混合物制得。
表3合金粉末的優(yōu)選比例高熔點組分 低熔點組分

粉末混合物由粘結(jié)劑和載體混合而成。粘結(jié)劑優(yōu)選AB215，一種公知的非纖維粘結(jié)劑，在商業(yè)上從Metal Methods購得，肯塔基州法蘭克福公司。載體是典型地醇類，在低于粉末混合物熔點的溫度時會蒸發(fā)，例如乙醇或丙酮，優(yōu)選異丙醇。載體的作用是使漆變薄，或降低其粘度。這樣能夠保證應(yīng)用到基底上的漆是一薄層，以此減少應(yīng)用到裂紋中的硼化物，從而將可能形成的共晶脆性硼化物減小到最少。理想地，應(yīng)用足夠的漆提供適量的，但不會更多量的，粉末混合物來修復(fù)裂紋，從而減小脆性硼化物到最少。合成的組合物是通過涂刷或噴霧器應(yīng)用到高溫合金制品上的擴散粘結(jié)混合物漆。
為了修復(fù)損壞的基體，該制品首先通過公知的工藝為修復(fù)做準備。該制品通過脫酸剝?nèi)ニ械匿X化物涂層。通過放大鏡裂紋是可以觀察到的。大于約0.02”的裂紋閉合并且在物理上用夾具約束。然后用點焊將裂紋焊接在一起。在最初的準備后，采用公知的氟化物離子清潔工藝清潔裂紋。依照本發(fā)明，利用涂刷或噴霧器將選擇的擴散粘結(jié)混合物漆以薄層的形式應(yīng)用于裂紋，以此限制應(yīng)用到該制品上硼化物的量。接著將該制品放置在真空中并在2200°F±15°F時加熱10-20分鐘，使擴散粘結(jié)混合物熔化并進入裂紋。然后將該制品冷卻到最小為1500°F±15°F直到熱電偶穩(wěn)定。然后將該制品再次在2200°F±15°F時加熱4小時15分鐘±15分鐘，使熔融點抑制劑擴散進入基體。擴散可以獲得較強的修復(fù)，使部分恢復(fù)運行時，不易發(fā)生初熔。三級熱循環(huán)使漆熔化并進入損壞區(qū)域，使熱電偶穩(wěn)定并最終擴散進入基底。
當所描述地認為是實現(xiàn)本發(fā)明和優(yōu)選實施例的最佳方法時，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解產(chǎn)生了不同的變化和改進，在本發(fā)明范圍內(nèi)的元素可以等效替換。從而，意味著本發(fā)明不局限于特殊實施例包括的內(nèi)容，而包括從屬權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.擴散粘結(jié)混合物包括a)合金粉末混合物，其包括i)具有第一熔點的第一合金粉末，其中第一合金粉末主要由重量百分比為10重量％W，10重量％Co，8.3重量％Cr，5.5重量％Al，1.0重量％Ti，3.0重量％Ta，1.5重量％Hf，0.1重量％Zr，0.70重量％Mo，0.1重量％C和平衡組分Ni及不可避免的雜質(zhì)組成，和ii)具有比第一合金粉末熔點低的第二熔點的第二合金粉末，其中第二合金粉末主要由重量百分比為約15重量％Cr，2.9％B和平衡組分Ni及不可避免的雜質(zhì)組成，和b)粘結(jié)劑，和c)載體。
2.如權(quán)利要求1所述的混合物，其中合金粉末混合物是重量百分比49-51重量％的第一合金粉末和49-51重量％的第二合金粉末。
3.如權(quán)利要求1所述的混合物，其中合金粉末混合物是重量百分比59-61重量％的第一合金粉末和39-41重量％的第二合金粉末。
4.如權(quán)利要求1所述的混合物，其中a)第一合金粉末主要由重量百分比為7重量％W，10重量％Ni，23.5重量％Cr，0.2重量％Ti，3.5重量％Ta，0.35重量％Zr和0.6重量％C以及平衡組分Co和不可避免的雜質(zhì)組成；b)第二合金粉末主要由重量百分比為7重量％W，10重量％Ni，23.5重量％Cr，0.2重量％Ti，3.5重量％Ta，0.35重量％Zr，0.6重量％C和2.9重量％B以及平衡組分Co和不可避免的雜質(zhì)組成；和c)合金粉末混合物是重量百分比59-61％的第一合金粉末和39-41％的第二合金粉末。
5.修復(fù)具有高溫合金基底的制品損傷的方法，其包括如下步驟a)采用氟化物離子清潔工藝清潔損傷區(qū)域；b)在損傷區(qū)域應(yīng)用包含一種或更多熔融點抑制劑的擴散粘結(jié)混合物；c)在真空中至少加熱待修復(fù)的區(qū)域一段足夠的時間至一定溫度，使混合物進入損傷區(qū)域，但足夠低使基底不受損傷；d)至少冷卻待修復(fù)的區(qū)域直到熱電偶穩(wěn)定；和e)加熱待修復(fù)區(qū)域使一種或更多熔融點抑制劑擴散進入基底。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中擴散粘結(jié)混合物包括a)合金粉末混合物，其包括i)具有第一熔點的第一合金粉末，其中第一合金粉末主要由重量百分比為10重量％W，10重量％Co，8.3重量％Cr，5.5重量％Al，1.0重量％Ti，3.0重量％Ta，1.5重量％Hf，0.1重量％Zr，0.70重量％Mo，0.1重量％C和平衡組分Ni及不可避免的雜質(zhì)組成；和ii)具有比第一合金粉末熔點低的第二熔點的第二合金粉末，其中第二合金粉末主要由重量百分比為約15重量％Cr，2.9重量％B和平衡組分Ni及不可避免的雜質(zhì)組成；和b)粘結(jié)劑；和c)載體。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中合金粉末混合物是重量百分比49-51％的第一合金粉末和49-51重量％的第二合金粉末。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中合金粉末混合物是重量百分比59-61％的第一合金粉末和39-41重量％的第二合金粉末。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中擴散粘結(jié)混合物包括a)合金粉末混合物，其包括i)第一合金粉末主要由重量百分比為7重量％W，10重量％Ni，23.5重量％Cr，0.2重量％Ti，3.5重量％Ta，0.35重量％Zr和0.6重量％C以及平衡組分Co和不可避免的雜質(zhì)組成；ii)第二合金粉末主要由重量百分比為7重量％W，10重量％Ni，23.5重量％Cr，0.2重量％Ti，3.5重量％Ta，0.35重量％Zr，0.6重量％C和2.9重量％B以及平衡組分Co和不可避免的雜質(zhì)組成；其中合金粉末混合物是重量百分比59-61％的第一合金粉末和39-41重量％的第二合金粉末；b)粘結(jié)劑，和c)載體。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其中a)步驟(c)中的溫度是2200°F±15°F，時間是10-20分鐘；b)步驟(d)中的溫度是1500°F±15°F；和c)步驟(e)中的溫度是2200°F±15°F，時間是4小時15分鐘±15分鐘。
全文摘要
一種用于修復(fù)單晶高溫合金制品的擴散粘結(jié)混合物漆及其方法，其中減小應(yīng)用到合金上的銅焊接合金量到最少。減小硼的量和用于寬間隙銅焊接工藝的共晶脆性硼化物的量至最小化，來獲得更堅固的修復(fù)。銅焊接漆包括合金粉末混合物，粘結(jié)劑和使漆變薄的載體。
文檔編號F01D5/28GK1665623SQ03815602
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月3日
發(fā)明者F·倫特里亞, W·哈曼 申請人:霍尼韋爾國際公司