DE69509083T2

DE69509083T2 - Reparaturbeschichtung von gegenstaenden aus superlegierungen wie gasturbinentriebwerkkomponenten

Info

Publication number: DE69509083T2
Application number: DE69509083T
Authority: DE
Inventors: Wayne Armstrong; Peter Draghi; Norman Pietruska
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2015-02-01
Also published as: DE69509083D1; EP0751849B1; WO1995021042A3; WO1995021042A2; JPH09508322A; EP0751849A1; US5735448A; JP3779727B2; US5437737A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell Beschichtungsmaterialien, insbesondere Reparatur- Beschichtungsmaterialien für Superlegierungsgegenstände, wie Gasturbinenmaschinenbauteile.
Gasturbinenmaschinen sind eine Hauptquelle für Kraft zum Antreiben von Flugzeugen. Die Hauptkomponenten einer Gasturbinenmaschine sind ein Verdichterabschnitt, ein Brennkammereinrichtungsabschnitt und ein Turbinenabschnitt. Stationäre Leitschaufeln, die zwischen Ringen aus sich bewegenden Laufschaufeln in dem Turbinenabschnitt angeordnet sind, lenken und stabilisieren eine Gasströmung von einer Stufe von sich bewegenden Laufschaufeln zu der nächsten. Das Stabilisieren der Kraftströmung optimiert die Menge an Arbeit, die von den heißen Gasen in dem Turbinenabschnitt herausgezogen wird.
Die harten Betriebsbedingungen, unter denen Teile einer Gasturbinenmaschine arbeiten, bewirken eine Verschlechterung der Bauteiloberflächen. Das den heißen Gasen Ausgesetztsein verursacht eine Verschlechterung infolge von Rißbildung, Korrosion, Oxidation und Erosion. Die hohe Temperatur und der hohe Druck, unter denen eine Gasturbinenmaschine arbeitet, bewirkt auch eine Kriechverformung von Turbinenlaufschaufeln und -leitschaufeln. Folglich geht Turbinenwirkungsgrad verloren, und die Leitschaufeln und Laufschaufeln müssen repariert oder ersetzt werden. Infolge der hohen Kosten dieser Maschinenbauteile ist es wünschenswert, die Bauteile für eine anschließende Verwendung zu reparieren, statt sie zu ersetzen. Das Reparieren der Bauteile kann jedoch zu einer zusätzlichen Verschlechterung der Bauteiloberfläche infolge der Auswirkung des Entfernens der Oberflächenkontamination und/oder Schutzbeschichtungen bei dem Reparaturprozeß führen. Konventionell können die Leitschaufeln und Laufschaufeln mit einem HF-Gas behandelt werden, um Oxide von den beschädigten Bereichen zu entfernen. Andere Säurebehandlungen und mechanische Abrasionstechniken können auch zur Reinigung verwendet werden. Die vorangehenden Reinigungstechniken können jedoch die Bauteiloberflächen erotieren und zu zusätzlichen Bauteildefekten führen.
Im Stand der Technik wurden viele Anstrengungen unternommen, um Defekte in diesen Maschinenbauteilen zu reparieren. Beispielsweise wurde ein Schmelzschweißverfahren verwendet, um Risse und andere Defekte zu reparieren, es kam jedoch häufig zu zusätzlicher Rißbildung, die mit dem schnellen Erwärmen und Kühlen in Beziehung stand. Löttechniken wurden auch verwendet, um schädliche Bereiche zu reparieren. Schwierigkeiten traten bei diesem Verfahren auf, und Variationen davon sind die Unfähigkeit, vollständig Kontaminationen in den Rissen zu entfernen, und die Unfähigkeit, schmale Risse mit dem Lötmaterial vollständig zu füllen.
Andere Reparaturprozesse sind in US-A-4,008,844 und WO- 93/22097 beschrieben. Gemäß diesem Patent wird eine Mischung aus Metallpulvern aus zwei Pulvern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen hergestellt. Eine Zusammensetzung ist an die der zu reparierenden Superlegierung angenähert, während die andere Zusammensetzung auch an die der zu reparierende Superlegierung angenähert ist, aber ein Schmelzpunkt- Absenkmittel enthält, üblicherweise Bor. Die Mischung hat eine pastenartige Konsistenz. Der zu reparierende Defekt wird mit einer Mischung aus diesen Pulvern gefüllt und dann auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Bor enthaltende Pulver schmilzt, aber das borfreie Pulver und das Substrat das nicht tun. Es kommt dann zu einer Verfestigung isothermisch über einen Zeitraum hinweg, wenn das Bor in das Substrat diffundiert und so die Verfestigungstemperatur der geschmolzenen Bestandteile anhebt. Dieses Verfahren ist erfolgreich, aber eingeschränkt, da es schwierig ist, exakt die richtige Menge an Material auf flache Oberflächendefekte aufzubringen. Außerdem, wenn größere Defekte abzudecken oder zu füllen sind, fließt tendenziell überflüssige Schmelze während dem Wärmebehandlungsprozeß weg von dem Defekt.
Folglich besteht ein Erfordernis, für ein kontrollierteres Oberflächenreparatur- Beschichtungsmaterial, das auf Superlegierungsgegenstände, wie Gasturbinenmaschinenbauteile, aufwendbar ist.
Die Ziele der vorliegenden Erfindung sind es, (1) ein Oberflächen-Aufbau-Reparatur-Beschichtungsmaterial bereitzustellen, das auf Superlegierungsgegenstände, wie Gasturbinenmaschinenbauteile, anwendbar ist, und (2) ein Reparaturverfahren bereitzustellen, das besonders zur Reparatur von Rissen und flachen Rissen in Superlegierungsgegenständen, wie Maschinenbauteilen, geeignet ist, so daß nur minimale oder keine anschließenden Schleif- oder Schwabbelschritte erforderlich sind, um den Gegenstand auf seine korrekten Abmessungen zurückzubringen.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Reparieren von Oberflächendefekten und oberflächennahen Defekten in einem Superlegierungsgegenstand, aufweisend die folgenden Schritte: (a) Reinigen der Oberfläche des Gegenstands, (b) Aufbringen eines Reparatur-Beschichtungsmaterials auf den Gegenstand, wobei das Reparatur- Beschichtungsmaterial einen Träger und eine Füllermischung aufweist, aufweisend: eine Zusammenstellung von Pulvern, die aus mindestens zwei unterschiedlichen Teilchenkomponenten bestehen, wobei eine zweite Teilchenkomponente ferner eine Menge eines Schmelzpunkt-Absenkmittels aufweist, die wesentlich über der in dem Gegenstand ist und ausreicht, ein Schmelzen eines Teils der Mischung bei einer Verarbeitungstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Gegenstands zu bewirken, wobei der Träger ein Lösungsmittel aufweist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem flüchtigen organischen Träger und einem Träger auf Wasserbasis besteht, (c) Anheben der Temperatur des Gegenstands auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Gegenstands derart, daß die zweite Teilchenkomponente schmilzt, während eine erste Teilchenkomponente fest bleibt, (d) Halten des Gegenstands auf etwa der Verarbeitungstemperatur und Bewirken einer isothermischen Wiederverfestigung der Mischung durch Diffusion des Schmelzpunkt-Absenkmittels in den zu reparierenden Gegenstand und in die erste Teilchenkomponente, (e) Fortsetzen des der hohen Temperatur Aussetzens des Gegenstands zur Homogenisierung, wobei das Reparatur- Beschichtungsmaterial als eine dünne, gleichförmige anhaftende Schicht mit einer farbenartigen Konsistenz mit einer Viskosität von weniger als etwa 50.000 cP aufgebracht wird.
Nach einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung auch ein Reparatur-Beschichtungsmaterial zum Reparieren von Oberflächendefekten und oberflächennahen Defekten in Superlegierungsgegenständen, wie Gasturbinenmaschinenbauteilen, aufweisend einen Träger und eine Füllermischung, wobei die Füllermischung eine erste feinverteilte homogene Teilchenkomponente, die in ihrer Zusammensetzung im wesentlichen der des Gegenstands entspricht, und eine zweite, feinverteilte homogene Teilchenkomponente aufweist, die als ihr Basismaterial das gleiche Basismetall wie der Gegenstand hat und ein Schmelzpunkt-Absenkmittel in einer Menge enthält, die wesentlich die in dem Gegenstand vorhandene überschreitet, wobei der Träger ein Lösungsmittel aufweist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem flüchtigen organischen Träger und einem Träger auf Wasserbasis besteht, wobei die erste und die zweite Teilchenkomponente innig vermischt sind, um eine Pulvermischung zu bilden, die eine Gesamtzusammensetzung hat, welche sich an die des Gegenstands annähert, wobei die erste Komponente der Mischung bei einer Verarbeitungstemperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Gegenstands fest bleibt, wobei die Fließzeit des Reparatur-Beschichtungsmaterials zwischen etwa 10 Sekunden und etwa 40 Sekunden unter Verwendung eines Number 5 Zahn Cup liegt, so daß das Beschichtungsmaterial eine farbenartige Konsistenz besitzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Reparatur- Beschichtungsmaterial beschrieben, das zur Reparatur von Superlegierungsgegenständen, wie Gasturbinenmaschinenbauteilen, geeignet ist. Superlegierungsgegenstände bezeichnen insbesondere Legierungen auf Nickel- und Kobaltbasis. Das Reparatur- Beschichtungsmaterial weist vorzugsweise zwischen etwa 20 Gew.-% und etwa 60 Gew.-% eines flüchtigen wässrigen oder organischen Trägers, bis zu 8 Gew.-% eines Fließmittels, bis zu 5 Gew.-% eines Dickungsmittels und als Rest eine metallische Füllmischung auf. Wenn ein kommerzieller Träger auf Wasserbasis verwendet wird, ist das Dickungsmittels möglicherweise nicht erforderlich, weil der Träger normalerweise ein Dickungsmittel beinhalten wird und ausreichend viskos ist. Ähnlich kann das Fließmittel nicht erforderlich sein, wenn die Oberfläche des Gegenstands ausreichend gereinigt werden kann, damit sie minimale oder keine Oberflächenoxide hat. Die Fließzeit für das Reparatur- Beschichtungsmaterial kann zwischen etwa 10 Sekunden und etwa 40 Sekunden liegen, gemessen unter Verwendung einer Nummer 5 Zahn Bechers (number 5 Zahn cup).
Der flüchtige organische Träger kann jeder kommerziell erhältliche Träger sein, der bei Raumtemperatur flüchtig ist, in Verbindung mit einem Dickungsmittel. Beispielsweise kann der Träger Methylalkohol, Äthylalkohol oder Ether sein. Der Träger auf Wasserbasis kann ein Gelbinder sein, beispielsweise Nicrobraz Cement-S, der von Wall Colmonoy Corporation, Madison Heights, MI, hergestellt wird. Nicrobraz Cement-S das nicht entflammbar, geschmackslos und nicht toxisch ist, ist ein Suspensionsmittel, das mit einem Hartlöt- Füllmetallpulver vermischt werden kann, um eine thixotropische Substanz zu erzeugen. Alternativ kann Wasser in Verbindung mit einem geeigneten Dickungsmittel verwendet werden.
Das Dickungsmittel kann jede Substanz sein, die in der Lage ist, das Reparatur-Beschichtungsmittel festwerden zu lassen, wie Stärken, Gummi, Casein, Gelatin und Phycocolloide; halbsynthetische Zellulose derivate; und Polyvinylalkohol und Carboxyvinylate. Insbesondere kann Zelluloseether, 2-Hydroxypropylether, Methylzellulose, Äthylzellulose, Hydroxypropylzellulose oder Äthylenglykolmonoäthylether verwendet werden.
Das Fließmittel ist ein Aktivator, der als ein Benetzungs/Reinigungsmittel dient und in der Lage ist, restliche Oberflächenoxide aufzulösen. Das Fließmittel weist vorzugsweise eine Halogenidverbindung auf, beispielsweise Fluorverbindungen, Bromverbindungen, Chlorverbindungen oder Mischungen daraus, um die Benetzungseigenschaften des Reparatur- Beschichtungsmaterials durch ein Ablösen von Oberflächenoxiden zu verbessern, die das Benetzen des Substrats mit dem Reparatur-Beschichtungsmaterial stören.
Das Reparatur-Beschichtungsmaterial enthält auch eine metallische Füllmischung als ein Hauptbestandteil. Die Füllmischung weist eine erste feinverteilte homogene Teilchenkomponente, die in ihrer Zusammensetzung im wesentlichen der des Superlegierungsgegenstands entspricht, und eine zweite feinverteilte homogene Teilchenkomponente auf, die als ihr Basismaterial das gleiche Basismetall hat, wie das des Gegenstands, und ein Schmelzpunkt-Absenkmittel enthält, beispielsweise Bor oder Silizium oder Mischungen daraus, in einer Menge, die wesentlich die in dem Superlegierungsgegenstand überschreitet.
Die erste und die zweite Teilchenkomponente sind innigst vermischt, um eine Pulvermischung zu bilden, die eine Gesamtzusammensetzung hat, die sich an die des Superlegierungsgegenstands annähert. Das Gewichtsverhältnis derersten Teilchenkomponente zu der zweiten Teilchenkomponente kann zwischen etwa 70 : 30 und etwa 30 : 70 betragen. Die zweite Teilchenkomponente der Mischung, wird bei einer Verfahrenstemperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Gegenstands schmelzen, während der Rest der Mischung fest bleibt. Die Mischung ist durch eine isothermische Wiederverfestigung bei der Verarbeitungstemperatur gekennzeichnet. Die vorangehende Füllmischung ist in US-A-4,073,639 beschrieben.
Die Erfindung weist ferner ein Verfahren zur Reparatur von Thermo-Ermüdungsbrüchen und von durch Reinigen hervorgerufenen Oberflächendefekten in einem Superlegierungsgegenstand auf, welches den Schritt des Reinigens der Oberfläche des Superlegierungsgegenstandes mit einem konventionellen Reinigungsverfahren aufweist, beispielsweise: Reinigen der Oberfläche des Superlegierungsgegenstands mit einem konventionellen Reinigungsverfahren, beispielsweise Hochtemperatur-HF- Gasreinigung, mechanische Abrasionstechnik oder eine Kombination daraus. Dem Reinigungsschritt folgt das Aufbringen des vorangehend beschriebenen Reparatur- Beschichtungsmaterials auf den Gegenstand, so daß eine dünne, gleichförmige anhaftende Schicht aufgebracht ist. Das Reparatur-Beschichtungsmaterial, das durch Streichen, Sprühen oder Tauchen aufgebracht werden kann, weist die vorangehend beschriebenen Bestandteile auf. Das Reparatur-Beschichtungsmaterial kann in einer einzigen Schicht oder mehreren Schichten, falls erforderlich, aufgebracht werden. Eine Reihe von Erwärmungs/Abkühlzyklen wird durchgeführt, um sicherzustellen, daß das Reparatur-Beschichtungsmaterial korrekt schmilzt, den Gegenstand benetzt und sich mit diesem verbindet und daß das Schmelzpunkt-Absenkmittel in dem Gegenstand diffundiert.
Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels beschrieben, das beispielhaft und nicht begrenzend auszulegen ist. Es sollten flache Oberflächendefekte in einer Turbinenleitschaufel mit einer gewichtsmäßigen Nominalzusammensetzung bestehend aus 8,4 Gew.-% Cr, 10 Gew.-% Co, 0,65 Gew.-% Mo, 5,5 Gew.-% Al, 3,0 Gew.-% Ta, 10,0 Gew.-% W, 1,4 Gew.-% Hf, 1,0 Gew.-% Ti, 0,015 Gew.- % B, 0,05 Gew.-% Zr, Rest Nickel, repariert werden.
Ein Reparatur-Beschichtungsmaterial wurde dann mit den folgenden Bestandteilen zubereitet. TABELLE 1
Bei dem vorliegenden Beispiel war das Fließmittel Lithiumfluorid mit einer Partikelgröße von weniger als etwa 45 Mikrometer, das Dickungsmittel war Hydroxypropylzellulose, und der flüchtige organische Träger war Ether. Obwohl Ether bei dem vorliegenden Beispiel verwendet wurde, kann es wünschenswerter sein, einen Träger auf Wasserbasis zu verwenden, da viele flüchtige organische Verbindungen nachteilig die Umgebung beeinflussen.
Eine metallische Füllmischung mit den folgenden Bestandteilen wurde verwendet. TABELLE II Erste Teilchenkomponente
Bor wurde als das Schmelzpunkt-Absenkmittel in der zweiten Teilchenkomponente der Füllmischung wegen seiner Fähigkeit, schnell in die Leitschaufel zu diffundieren, verwendet. Das Gewichtsverhältnis der zweiten Teilchenkomponente zu der ersten Teilchenkomponente betrug etwa 60 : 40. Die Teilchengröße der ersten und der zweiten Komponente war weniger als etwa 50 Mikrometer.
Die obige Füllmischung wurde mit den Bestandteilen der Tabelle I vermischt, um das Reparatur- Beschichtungsmaterial zu bilden. Das Reparatur- Beschichtungsmaterial hatte eine Fließzeit von zwischen etwa 15 Sekunden und etwa 32 Sekunden unter Verwendung eines Nummer 5 Zahn Bechers.
Vor dem Aufbringen des Reparatur-Beschichtungsmaterials auf die Leitschaufel wurde die Oberfläche der Leitschaufel gereinigt, um Kontaminationen zu entfernen, wie in der dieser detaillierten Beschreibung folgenden Tabelle III zusammengefaßt ist. Um die Leitschaufel zu reinigen, wurde sie erst in Anwesenheit von Wasserstoff auf etwa 980ºC (1.790ºF) erwärmt. Als nächstes wurde eine 15,5% Volumenkonzentration aus HF-Gas etwa 45 Minuten eingebracht. Der Gasfluß wurde dann etwa 15 Minuten unterbrochen. Als nächstes wurde die Leitschaufel reinem Wasserstoff etwa 15 Minuten ausgesetzt, und die vorangehenden Schritte wurden beginnend mit dem Einbringen des HF-Gases wiederholt. Dann folgte ein weiteres Einbringen von HF-Gas etwa 45 Minuten lang, dann folgte ein Halten für etwa 15 Minuten. Als nächstes wurde die Leitschaufel reinem Wasserstoff etwa 30 Minuten lang ausgesetzt, und die Temperatur wurde auf etwa 1.020ºC (1.865ºF) in 60 Minuten erhöht, während mit Wasserstoff gespült wurde. Zusätzliches Spülen mit Wasserstoff folgte etwa 60 Minuten lang. Die Leitschaufel wurde auf etwa 700ºC (1.290ºF) in der Anwesenheit von Wasserstoff gekühlt und weiter auf etwa 75ºC (170ºF) in der Anwesenheit von Wasserstoff gekühlt. Alle Drücke während des Prozesses waren im wesentlichen Umgebungsdrücke. Dieses Verfahren führte zu einem effektiven Entfernen von Kontamination, beispielsweise Oxiden, von der Oberfläche und aus Rissen in der Leitschaufel. TABELLE III
Das Reparatur-Beschichtungsmaterial wurde dann mit Streichen über flache Defekte auf der Oberfläche der gereinigten Leitschaufel aufgebracht. Das Aufbringen des Reparatur-Beschichtungsmaterials erinnert an das Aufbringen von Farbe. Dieses "farbenartige" Beschichtungsmaterial füllte die flachen Defekte und sehr feine Risse in der Leitschaufel, die optisch nicht auszumachen waren. Das Beschichtungsmaterial wurde dann luftgetrocknet.
Die Leitschaufel wurde dann durch eine Reihe von Erwärmungs/Abkühlzyklen geführt, wie in der dieser detaillierten Beschreibung folgenden Tabelle IV zusammengefaßt. Als erstes wurde die Leitschaufel in einen Vakuumofen gebracht und auf zwischen etwa 525ºC (975ºF) und etwa 550ºC (1.025ºF) mit einer Rate von etwa 17º pro Minute (30 F pro Minute) unter einem hohen Unterdruck von etwa 0,067 N/m² (5 · 10&supmin;&sup4; torr) oder weniger erwärmt. Die Temperatur wurde etwa 15 Minuten lang gehalten, um eine gleichförmige Leitschaufeltemperatur sicherzustellen. Die Temperatur wurde dann auf zwischen etwa 970ºC (1.775ºF) und etwa 995ºC (1.825ºF) mit einer Rate von etwa 11ºC pro Minute (20ºF pro Minute) oder schneller erhöht. Die Temperatur wurde dann etwa 10 Minuten gehalten, um eine gleichförmige Leitschaufeltemperatur sicherzustellen. Dann wurde die Temperatur auf eine Verarbeitungstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Leitschaufel erhöht, so daß die zweite Teilchenkomponente schmolz, während die erste Teilchenkomponente fest blieb. Dann wurde die Temperatur auf zwischen etwa 1.195ºC (2.185ºF) und etwa 1.215ºC (2.215ºF) mit einer Rate von zwischen 5, 5ºC pro Minute (10ºF pro Minute) und etwa 14ºC pro Minute (25ºF pro Minute) erhöht, und etwa 15 Minuten zum Homogenisieren und zur Temperaturstabilisation gehalten. Die Temperatur wurde gehalten, um eine isothermische Wiederverfestigung der Mischung durch Diffusion des Schmelzpunkt- Absenkmittels in die Leitschaufel und in die erste Teilchenkomponente zu bewirken. Dieser Temperaturanstieg gerade über den Schmelzpunkt des niedrig schmelzenden Teils des Reparatur-Beschichtungsmaterials ermöglichte ein ausreichendes Fliessen des Beschichtungsmaterials und Füllen der flachen Defekte. Dann wurde die Leitschaufel zuerst bei Unterdruck gekühlt, um die Oxidation zu verringern (auf etwa 540ºC (1.000ºF)), dann in Argon. Das Kühlen der Leitschaufel auf unter etwa 150ºC (300ºF) ermöglichte dann ein sicheres Handhaben der Leitschaufel vor dem Aussetzen der Leitschaufel der Luft. Alternativ kann, wenn der Reinheitszustand beibehalten werden kann, die Leitschaufel bei Unterdruck auf zwischen etwa 970ºC (1.750ºF) und etwa 995ºC (1.825ºF) gekühlt werden, und auf unter etwa 150ºC (300ºF) vor dem Aussetzen der Leitschaufel der Luft Argon-zwangsgekühlt werden. Das Teil wurde optisch inspiziert und zusätzliches Reparatur- Beschichtungsmaterial wurde wo erforderlich aufgebracht. Der obige Erwärmungs/Abkühlzyklus wurde dann wiederholt, um sicherzustellen, daß alle Risse gefüllt waren (das ist wünschenswert aber nicht immer erforderlich). TABELLE IV
Ein Diffusions(homogenisier)zyklus wurde dann ausgeführt. Wie in der der detaillierten Beschreibung folgenden Tabelle V zusammengefaßt ist, weist dieser Zyklus ähnliche Schritte wie im vorangehenden bis zu dem Unterdruckkühlschritt auf. Anstelle des obigen Unterdruckkühlschritts wurde ein Haupt(oder Diffusionspumpen)ventil geschlossen, während ein Grobpumpen-Ventil offengehalten wurde. Eine kontrollierte Menge an Argon wurde eingebracht, so daß der Druck auf zwischen etwa 133 N/m² (1 torr) und 266 N/m² (2 torr) gehalten wurde. Das Argon wurde eingebracht, um das Verdampfen von kritischen Elementen der Superlegierung, beispielsweise Chrom zu minimieren. Die Temperatur wurde für insgesamt 10 Stunden gehalten, um das Bor im wesentlichen in das Substrat zu diffundieren und somit die Verfestigungstemperatur des geschmolzenen Bestandteils anzuheben und die Oberflächenfestigkeit der Leitschaufel zu erhöhen. Argon wurde dann verwendet, um die Leitschaufel auf unter etwa 650ºC (1.200ºF) mit etwa 22ºC pro Minute (40ºF pro Minute) oder schneller zu kühlen. Das Kühlen wurde fortgesetzt auf unter etwa 150ºC (300ºF) vor dem der Luft Aussetzen. Im Anschluß an dieses Prozedere wurde festgestellt, daß das Teil einem Neuteil vollständig äquivalent war. TABELLE V
Die Defekte in dem vorangehend beschriebenen Beispiel waren kleine Risse und flache Spalte. Wenn die Defekte eine Kombination aus schmalen Rissen und großen tiefen Spalten sind, was häufig vorkommt, dann würde man die folgenden Schritte vor dem Aufbringen des vorangehend beschriebenen Reparatur-Beschichtungsmaterials ausführen. Nach dem Reinigen der Leitschaufel würde man eine Paste in die tiefen Spalte einbringen. Diese Paste weist die vorangehend beschriebene Füllmischung mit einer deutlich höheren Viskosität auf und kann auch eine größere Teilchengröße haben, siehe US-A-4,073,639. Nach dem Füllen der Spalte, läßt man die Paste an der Luft trocknen. Das Bauteil wird dann in meinem Ofen erwärmt, um zum Füllen der Spalte das getrocknete Material schmelzen und fließen zu lassen, und die erotierten Bereiche auf mindestens ihre ursprüngliche Dicke aufzubauen. Nach dem anschließendem Verfestigen wird das Bauteil dann zu seinen Originalabmessungen bearbeitet. Anschließendes Schleifen und Schwabbeln des Bauteils kann erforderlich sein. Sobald das überschüssige Material entfernt ist, wird das vorangehend beschriebene Reparatur-Beschichtungsmaterial auf die schmale Spalte und auf die mit Paste gefüllten Bereiche zum zusätzlichen Bauteilschutz aufgebracht.
Der in dem vorangehenden Beispiel diskutierte Metallgegenstand war eine Superlegierung auf Nickelbasis. Wenn der Metallgegenstand eine Superlegierung aus Kobaltbasis wäre, hätte die Metall-Füllmischung die folgenden Bestandteile: TABELLE VI
Außerdem würde der erste Erwärmungszyklus bei etwa 1.205ºC (2.200ºF) ausgeführt werden, um das Fliessen des Reparatur-Beschichtungsmaterials zu verstärken. Dann würde die Temperatur auf etwa 1.150ºC (2.100ºF) abgesenkt werden, um das Bor ausreichend in das Substrat zu diffundieren und dadurch die Verfestigungstemperatur der geschmolzenen Bestandteile anzuheben und die Festigkeit der Beschichtung zu erhöhen. Der Gegenstand würde dann bei Unterdruck auf etwa 540ºC (1.000ºF) gekühlt werden, um das Risiko einer Kontaminationsbildung zu verringern. Argon würde dann verwendet werden, um die Leitschaufel auf unter etwa 150ºC (300ºF) zu kühlen, um ein sicheres Handhaben des Gegenstands zu ermöglichen, bevor die Leitschaufel der Luft ausgesetzt wird. Alternativ, wenn der Reinheitszustand beibehalten werden kann, kann der Gegenstand bei Vakuum auf zwischen etwa 970ºC (1.775ºF) und etwa 995ºC (1.825ºF) gekühlt werden, und Argon kann dann verwendet werden, um die Leitschaufel auf unter etwa 150ºC (300ºF) zu kühlen, bevor die Leitschaufel der Luft ausgesetzt wird. Man würde den Gegenstand dann optisch inspizieren und mehr Reparatur-Beschichtungsmaterial zufügen, wo erforderlich. Der vorangehende Zyklus würde dann wiederholt werden, um sicherzustellen, daß alle Risse gefüllt sind.
Vorteile der vorliegenden Erfindung beinhalten die Fähigkeit dünne, haftende haltbare Schichten aus dem Reparatur-Beschichtungsmaterial auf große Bereiche eines Metallgegenstands aufzubringen. Dieses Verfahren stellt eine vollständige Überdeckung der Defekte sicher und minimiert das Bedürfnis nach Nacharbeit. Die vorliegende Erfindung kann ein beschädigtes Bauteil mit großen, tiefen Spalten in ein zu einem neuen Bauteil im wesentlichen äquivalentes Bauteil überführen. Dieses Verfahren führt zu einer verlängerten Nutzlebensdauer bestehender Bauteile, weniger Ausschußbauteilen und folglich zu beträchtlichen Kosteneinsparungen.
Obwohl die Prinzipien und die Verfahren hier zur Verwendung bei einer Turbinenleitschaufel, welche repariert werden mußte, beschrieben wurden, erkennt der Fachmann, daß das gleiche Reparaturverfahren und - beschichtungsmaterial auf Gegenstände angewandt werden kann, die bei dem ursprünglichen Herstellungsverfahren Defekte erfahren.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf detaillierte Ausführungsformen davon gezeigt und beschrieben wurde, erkennt der Fachmann, daß verschiedene Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen in deren Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie es in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zur Reparatur von Oberflächendefekten und oberflächennahen Defekten in einem Superlegierungsgegenstand, aufweisend die folgenden Schritte:

(a) Reinigen der Oberfläche des Gegenstands,

(b) Aufbringen eines Reparatur-Beschichtungsmaterials auf den Gegenstand, wobei das Reparatur- Beschichtungsmaterial einen Träger und eine Füllermischung aufweist, aufweisend: eine Zusammenstellung von Pulvern, die aus mindestens zwei unterschiedlichen Teilchenkomponenten bestehen, wobei eine zweite Teilchenkomponente ferner eine Menge eines Schmelzpunkt-Absenkmittels aufweist, die wesentlich über der in dem Gegenstand ist und ausreicht, ein Schmelzen eines Teils der Mischung bei einer Verarbeitungstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Gegenstands zu bewirken, wobei der Träger ein Lösungsmittel aufweist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem flüchtigen organischen Träger und einem Träger auf Wasserbasis besteht,

(c) Anheben der Temperatur des Gegenstands auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Gegenstands derart, daß die zweite Teilchenkomponente schmilzt, während eine erste Teilchenkomponente fest bleibt,

(d) Halten des Gegenstands auf etwa der Verarbeitungstemperatur und Bewirken einer isothermischen Wiederverfestigung der Mischung durch Diffusion des Schmelzpunkt-Absenkmittels in den zu reparierenden Gegenstand und in die erste Teilchenkomponente,

(e) Fortsetzen des der hohen Temperatur Aussetzens des Gegenstands zur Homogenisierung,

wobei das Reparatur-Beschichtungsmaterial als eine dünne, gleichförmige anhaftende Schicht mit einer farbenartigen Konsistenz mit einer Viskosität von weniger als etwa 50.000 cP aufgebracht wird.

2. Verfähren nach Anspruch 1, wobei das Reparatur- Beschichtungsmaterial ferner ein Fließmittel aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Reparatur-Beschichtungsmaterial ferner ein Dickungsmittel aufweist.

4. Reparatur-Beschichtungsmaterial zur Reparatur von Oberflächendefekten und oberflächennahen Defekten in Superlegierungsgegenständen, wie Gasturbinenmaschinenbauteilen, aufweisend einen Träger und eine Füllermischung, wobei die Füllermischung eine erste feinverteilte homogene Teilchenkomponente, die in ihrer Zusammensetzung im wesentlichen der des Gegenstands entspricht, und eine zweite, feinverteilte homogene Teilchenkomponente aufweist, die als ihr Basismaterial das gleiche Basismetall wie der Gegenstand hat und ein Schmelzpunkt-Absenkmittel in einer Menge enthält, die wesentlich die in dem Gegenstand vorhandene überschreitet, wobei der Träger ein Lösungsmittel aufweist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem flüchtigen organischen Träger und einem Träger auf Wasserbasis besteht, wobei die erste und die zweite Teilchenkomponente innig vermischt sind, um eine Pulvermischung zu bilden, die eine Gesamtzusammensetzung hat, welche sich an die des Gegenstands annähert, wobei die erste Komponente der Mischung bei einer Verarbeitungstemperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Gegenstands fest bleibt, wobei die Fließzeit des Reparatur-Beschichtungsmaterials zwischen etwa 10 Sekunden und etwa 40 Sekunden unter Verwendung eines Number 5 Zahn Cup liegt, so daß das Beschichtungsmaterial eine farbenartige Konsistenz besitzt.

5. Reparatur-Beschichtungsmaterial nach Anspruch 4, wobei das Reparatur-Beschichtungsmaterial ferner ein Fließmittel aufweist.

6. Reparatur-Beschichtungsmaterial nach Anspruch 5, wobei das Fließmittel eine Halogenidverbindung aufweist, die aus der Gruppe gewählt ist, die aus Fluorverbindungen, Bromverbindungen, Chlorverbindungen und Mischungen daraus besteht.

7. Reparatur-Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Reparatur- Beschichtungsmaterial ferner ein Dickungsmittel aufweist.

8. Reparatur-Beschichtungsmaterial nach Anspruch 7, wobei das Dickungsmittel aus der Gruppe gewählt ist, die aus Zellulose, Äthylzellulose, Hydroxypropylzellulose und Äthylenglykolmonoethylether besteht.

9. Reparatur-Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der flüchtige organische Träger oder der Träger auf Wasserbasis in einer Menge von zwischen 20 Gew.-% und 60 Gew.-% vorliegt, und wobei das Reparatur-Beschichtungsmaterial ferner bis zu 8 Gew.-% Fließmittel, bis zu 5 Gew.-% Dickungsmittel und als Rest die Füllermischung aufweist.

10. Reparatur-Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der flüchtige organische Träger aus der Gruppe gewählt ist, die aus Methylalkohol, Äthylalkohol und Ether und Mischungen daraus besteht.

11. Reparatur-Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei das Schmelzpunkt- Absenkmittel Bor aufweist.

12. Reparatur-Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei die erste und die zweite Teilchenkomponente Teilchengrößen von weniger als etwa 50 Mikrometer haben.

13. Reparatur-Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 4 bis 12, wobei die erste Teilchenkomponente zu der zweiten Teilchenkomponente ein Gewichtsverhältnis von zwischen etwa 70 : 30 und etwa 30 : 70 hat.