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WO2006095799A1 - 表面処理方法及び修理方法 - Google Patents

表面処理方法及び修理方法 Download PDF

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WO2006095799A1
WO2006095799A1 PCT/JP2006/304557 JP2006304557W WO2006095799A1 WO 2006095799 A1 WO2006095799 A1 WO 2006095799A1 JP 2006304557 W JP2006304557 W JP 2006304557W WO 2006095799 A1 WO2006095799 A1 WO 2006095799A1
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WO
WIPO (PCT)
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layer
solid lubricant
film
group
build
Prior art date
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Application number
PCT/JP2006/304557
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hiroyuki Ochiai
Mitsutoshi Watanabe
Takashi Furukawa
Issei Ootera
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
IHI Corp
Mitsubishi Electric Corp
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y10T29/49723—Repairing with disassembling including reconditioning of part
    • Y10T29/49725—Repairing with disassembling including reconditioning of part by shaping
    • Y10T29/49726—Removing material
    • Y10T29/49728—Removing material and by a metallurgical operation, e.g., welding, diffusion bonding, casting

Definitions

  • the present invention relates to a method for forming a film or build-up using a discharge in a desired region of a workpiece such as a part of a gas turbine engine, and a repair method using the method.
  • An object of the present invention is to provide a method for forming a dense ceramic film or overlay using electric discharge.
  • a method for forming a film on a limited area on an object includes a metal powder compact and a sintered metal powder compact.
  • One selected from the group is applied to the machining electrode; the first electrode film is also discharged and deposited on the object using the object as a workpiece; and the machining is performed using the object as a workpiece.
  • Electrode force was also deposited by discharge deposition of the second coating on the first coating; selected from the group of vacuum, air, and oxidizing atmosphere force, and in any case, the second coating was densified. Heating the object to at least partially oxidize to produce a solid lubricating material.
  • a method for creating a repaired product including a defect-containing object removes a portion of the object surrounding the defect; One selected from the group consisting of a body and a compact of sintered metal powder is applied to the machining electrode; the machining electrode force as the workpiece as a workpiece; Heating the object to produce a solid lubricant by densifying or at least partially oxidizing the build-up in any one selected from the group consisting of atmospheric and acid atmosphere forces: .
  • the method further includes a step of filling the pores included in the film with a solid lubricant before the heating step.
  • the solid lubricant is hBN, MoS, BaZrO.
  • the component of the gas turbine engine includes the object. Even more preferably, the gas turbine engine includes the aforementioned parts.
  • FIG. 1 (a) is a schematic view of an object according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (b) (c) is a surface treatment method for the object.
  • FIG. 2 (a), (b) and (c) are diagrams for explaining the surface treatment method.
  • FIG. 3 is a diagram showing a relationship between the thickness of the fusion part and the adhesion strength of the overlay when the overlay is formed on the object by the surface treatment method.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness of the fusion part and the deformation of the object in the case where overlaying is formed on the object by the surface treatment method.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a turbine blade that is an object of a repair method according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a defect of a shroud friction surface (repair target region) in the turbine rotor blade, and FIG. 6 (b) illustrates the repair method.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a defect of a shroud friction surface (repair target region) in the turbine rotor blade, and FIG. 6 (b) illustrates the repair method.
  • FIGS. 7 (a) and 7 (b) are diagrams for explaining the repair method.
  • FIGS. 8 (a) and 8 (b) are diagrams for explaining the repair method.
  • FIGS. 9 (a) and 9 (b) are diagrams illustrating the repair method.
  • discharge deposition refers to the use of electric discharge for electrode wear instead of workpiece machining in an electric discharge machine, and the reaction between the electrode material and the electrode material and machining fluid or machining gas. Used to define the product as depositing on a workpiece.
  • discharge deposition is defined and used as a transitive verb of “discharge deposition”.
  • phrase “becomes more essentially” means to define the component semi-closed, that is, a definition that substantially affects the basic and novel nature of the invention. It is defined and used as to allow inclusion of impurities and other components that do not substantially affect, but do not substantially affect.
  • electric discharge deposition using an electric discharge machine (most of which is not shown) is used.
  • the object is set on the electric discharge machine as a work piece of the electric discharge machine, and the object is placed close to the electrode in the machining tank.
  • a pulsed electric current is supplied from an external power source to generate a pulsed electric discharge between the workpiece and the electrode, which causes the workpiece to be worn away.
  • the piece is cast into a shape complementary to the tip of the electrode.
  • the electrode instead of wearing the workpiece, the electrode is worn, and a reaction product between the electrode material or the electrode material and the working liquid or working gas is deposited on the work piece.
  • Deposit. Deposits can cause phenomena such as diffusion and welding at the same time with the workpiece and between particles of the deposit, using a part of the energy of the discharge just attached to the workpiece.
  • the object 1 is used as a workpiece and is opposed to the electrode 7 in the machining tank 5 of the electric discharge machine. Then, a pulsed discharge is generated between the target portion 3 of the target object 1 and the electrode 7 in the oil L stored in the processing tank 5. Thereby, a deposit by discharge deposition is formed on the target portion 3 of the target object 1 as a thin film 9.
  • the electrode 7 is a molded body formed by compression by a powder force press consisting essentially of metal, or the molded body heat-treated to be at least partially sintered.
  • the electrode 7 may be formed by mud, MIM (Metal Injection Molding), thermal spraying or the like instead of being formed by compression.
  • the (I) thin film forming step is completed, as shown in FIG. 1 (c), in the oil L in the processing tank 5, a pulse shape is formed between the target portion 3 of the target object 1 and the tip surface of the electrode 7. Further generation of discharge. Thereby, the thin film 9 is further grown, and the overlay layer 11 is formed on the target portion 3 of the target object 1.
  • the overlay layer 11 usually has a porous structure.
  • a fusion part (fused layer) 13 in which the composition ratio changes in the thickness direction is generated.
  • the fusion part 13 is configured to have a thickness of 3 m or more and 20 m or less.
  • the appropriate discharge conditions include a peak current of 30 A or less and a pulse width of 200 s or less, preferably a peak current of 20 A or less and a pulse width of 20 s or less.
  • the reason why the thickness of the fusion part 13 is 3 m or more and 20 m or less is based on the test results shown in FIG. 3 and FIG.
  • the thickness of the fusion part 13 is 3 m or more, the adhesion strength of the overlay layer 11 increases.
  • the relationship between the thickness of the fusion part 13 and the deformation of the base material of the object 1 is shown in Fig. 4, and if the thickness of the fusion part 13 is 20 m or less, the base material of the object 1 A new second finding that deformation can be suppressed was obtained. Therefore, from the new first and second findings, the thickness of the fusion part 13 is 3 so that the adhesion strength of the overlay layer 11 can be increased while suppressing deformation of the base material of the object 1. / zm and 20 / zm or less.
  • the horizontal axis in FIGS. 3 and 4 indicates the logarithm of the thickness of the fusion part 13, and the vertical axis in FIG. 3 indicates the adhesion strength of the overlay layer 11 in a non-dimensional manner. Therefore, the vertical axis in FIG. 4 represents the deformation of the base material of the object 1 in a non-dimensional manner.
  • the object 1 is removed from the electric discharge machine. Then, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the solid lubricant 17 is mixed in the liquid in the fine holes 15 in the built-up layer 11 and filled by brushing or the like.
  • the solid lubricant 17 is essentially composed of hBN, MoS, BaZrO, or CrO.
  • the object 1 is set at a predetermined position in the heat treatment furnace 19 as shown in FIG. Then, the object 1 is heated by the heat treatment furnace 19 in a vacuum or in the air so that the built-up layer 11 is densified or oxidized. Although densification will be described later, whether or not densification has been achieved can usually be clearly determined by observation of a macroscopic or microscopic form.
  • the heating temperature and time required for densification depend on the type of metal powder constituting the compact, but the metal powder is a Co alloy powder containing Cr.
  • the high temperature holding condition in vacuum is 1050 ° C for 20 minutes, followed by 760 ° C for 4 hours, and the high temperature holding condition in atmosphere is 760 ° C for 4 hours. It is.
  • the solid lubricant 17 is not reduced, and Cr in the structure is at least partially oxidized to produce Cr O as a solid lubricant.
  • heating may be performed in another oxidizing atmosphere other than air.
  • the target object 1 After the build-up layer 11 having a porous structure force is formed on the target portion 3 of the target object 1, the target object 1 is kept at a high temperature in a vacuum or in the atmosphere by a heat treatment furnace 19 for a predetermined time.
  • the diffusion phenomenon between the target part 3 of the target object 1 and the built-up layer 11 and the diffusion phenomenon between the particles inside the built-up layer 11 cause a phenomenon between the target part 3 of the target object 1 and the built-up layer 11. Bonding force, build-up layer 1 Increase the bonding force between particles inside the inside.
  • the material constituting the cladding layer 11 is oxidized and becomes a substance essentially consisting of an acid ceramic.
  • densification is a term encompassing the improvement of the bonding strength by diffusion and the production of acid-ceramic ceramics by acid.
  • the solid lubricant 17 is filled into a large number of fine holes 15 in the build-up layer 11, whereby the build-up layer is obtained by the lubricating action of the solid lubricant 17.
  • the frictional resistance of 11 can be reduced, and adhesion with the mating member can be suppressed.
  • the thickness of the fusion part 13 is 3 m or more and 20 m or less, the adhesion strength of the overlay layer 11 can be increased while suppressing deformation of the base material of the object 1.
  • the diffusion phenomenon between the target portion 3 of the target object 1 and the built-up layer 11 and the diffusion phenomenon between particles in the built-up layer 11 are caused. Therefore, the bonding force between the target part 3 of the object 1 and the built-up layer 11 and the bonding force between particles inside the built-up layer 11 can be sufficiently increased.
  • the tensile strength of the layer 11 can be increased, and even if a large tensile stress acts on the built-up layer 11, the build-up layer 11 is less likely to break, and the quality of the surface-treated object 1 is improved. Can be easily stabilized.
  • the adhesion strength of the built-up layer 11 can be increased while suppressing the deformation of the base material of the object 1, the quality of the surface-treated object 1 can be further stabilized.
  • the frictional action of the built-up layer 11 can be reduced by the lubricating action of the solid lubricant 17 and adhesion with the mating member can be suppressed, the wear resistance of the built-up layer 11 is increased, The quality of the surface-treated object 1 can be improved.
  • the temperature is kept high for a predetermined time in an oxidizing atmosphere such as the air, the entire porous structure is oxidized to change to a built-up layer 11 having a structural force mainly composed of oxide ceramics. Therefore, the acid resistance and heat shielding properties of the built-up layer 11 can be improved, and the quality of the surface-treated object 1 can be further improved.
  • a turbine blade 21 to be repaired by the repair method according to the second embodiment is one of the engine parts used in a gas turbine engine such as a jet engine.
  • a platform 25 integrally formed on the base end side of the blade 23 and having an inner flow path, and formed so as to be integrated with the platform 25 and fitted in a dovetail groove (not shown) of the turbine disk.
  • a dovetail 27 and a shroud 29 integrally formed on the tip side of the blade 23 and having an outer flow path 29d.
  • the pair of friction surfaces 29f in the shroud 29 of the turbine rotor blade 21 is in contact with the friction surfaces 29f of the shroud 29 in the adjacent turbine rotor blade 21. Therefore, the friction surface 29f of the shroud 29 in the turbine rotor blade 21 where defects such as wear are likely to occur is an object to be repaired.
  • the repair method according to the second embodiment is a method for repairing the friction surface 29f on the shroud 29 of the turbine rotor blade 21 and includes the following (i) defect removal: A process, (ii) a thin film forming process, (iii) a built-up layer forming process, (iv) a lubricant filling process, (V) a high temperature holding process, and (vi) a dimension finishing process.
  • the turbine blade 21 is set at a predetermined position of a grinding machine (most of the grinding machine is not shown). Then, as shown in FIG. 6B, the portion including the defect generated on the friction surface 29f of the shroud 29 is removed by grinding while rotating the turret 31 in the grinding machine.
  • a surface that can be obtained by removing the above-mentioned part is hereinafter referred to as a removing unit 37.
  • the portion may be removed by electric discharge machining or the like. There is no problem.
  • the turbine rotor blade 21 is removed from a predetermined position of the grinding machine, and the inside of the processing tank 33 of the electric discharge machine In FIG.
  • a pulsed discharge is generated between the removal portion 37 of the shroud 29 and the electrode 35.
  • a deposit by discharge deposition is formed on the removal portion 37 of the shroud 29 as a thin film 39.
  • the electrode 35 is the same as the electrode 7 according to the first embodiment.
  • a fusion part (fusion layer) 43 in which the composition ratio changes in the thickness direction in an inclined manner is generated at the boundary between the build-up layer 41 and the base material of the turbine blade 21.
  • the fusion part 43 is configured to have a thickness of 3 m or more and 20 m or less.
  • the appropriate discharge conditions include a peak current of 30 A or less and a pulse width of 200 s or less, preferably a peak current of 20 A or less and a pulse width of 20 / z s or less.
  • the thickness of the fusion part 43 is set to 3 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, as in the fusion part 13 according to the first embodiment, as shown in FIGS. Based on the test results shown.
  • the turbine rotor blade 21 is removed from the electric discharge machine. Then, as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the solid lubricant 47 is mixed into the liquid in a large number of fine holes 45 in the built-up layer 41 and filled by brushing or the like.
  • the solid lubricant 47 is essentially composed of hBN, MoS, BaZrO, or CrO.
  • the heating temperature and time required for densification here depend on the type of metal powder constituting the compact, but the metal powder is a Co alloy powder containing Cr.
  • the high temperature holding condition in vacuum is 1050 ° C for 20 minutes, followed by 760 ° C for 4 hours, and the high temperature holding condition in atmosphere is 760 ° C for 4 hours. It is.
  • the solid lubricant 47 is not reduced, and the Cr in the structure is oxidized to produce the solid lubricant Cr O in the atmosphere.
  • heating may be performed in another oxidizing atmosphere other than air.
  • the turbine blade 21 is also removed from the predetermined position force of the heat treatment furnace 49 and set to a predetermined position of the grinding machine. Then, as shown in FIG. 7 (a), the build-up layer is ground by rotating the turret 31 in the grinding machine so that the build-up layer 41 has a predetermined thickness. Finish 41.
  • the turbine blade 21 is kept at a high temperature in a vacuum or in the atmosphere by a heat treatment furnace 49 for a predetermined time.
  • a diffusion phenomenon between the removal portion 37 of the shroud 29 and the built-up layer 41 and a diffusion phenomenon between particles inside the build-up layer 41 are caused, and the removal portion 37 of the shroud 29 and the built-up layer 41 are Thus, the bonding force between the particles in the built-up layer 41 can be sufficiently increased.
  • the solid lubricant 47 is filled into a large number of micropores in the built-up layer 41, whereby the lubricating action of the solid lubricant 47 is achieved.
  • adhesion with the mating metal part can be suppressed.
  • the thickness of the fusion part 43 is 3 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, The adhesion strength of the cladding layer 41 can be increased while suppressing deformation of the base material of the rotor blade 21.
  • the adhesion strength of the overlay layer 41 can be increased while suppressing deformation of the base material of the turbine blade 21, the quality of the repaired turbine blade 21 can be further stabilized.
  • the frictional action of the built-up layer 41 can be reduced by the lubricating action of the solid lubricant 47 and adhesion with the counterpart metal part can be suppressed, the wear resistance of the built-up layer 41 can be improved. As a result, the quality of the repaired turbine blade 21 can be improved.

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Abstract

　対象物上の限定された部位に緻密化した皮膜を形成するための方法を開示する。前記方法は、金属の粉末の圧縮体および焼結された金属の粉末の圧縮体よりなる群より選択した一を加工電極に適用し；対象物をワークピースとして前記加工電極から前記対象物上に第１の皮膜を放電堆積し；前記対象物をワークピースとして前記加工電極から前記第１の皮膜上に第２の皮膜を放電堆積し；真空、大気および酸化雰囲気からなる群より選択したいずれか一において、前記第２の皮膜を緻密化するべく前記対象物を加熱する各工程より構成される。

Description

明 細 書
表面処理方法及び修理方法
技術分野
[0001] 本発明は、ガスタービンエンジンの部品などのワークピースの所望の領域に放電を 利用して皮膜ないし肉盛を形成するための方法及びこれを利用した修理方法に関 する。
背景技術
[0002] ガスタービンエンジンは高温下で高速回転するので、その部品は耐摩耗性、耐熱 性ないし耐高温腐食性に関して高い性能が要求される。そのような性能が要求され る部位は、当該部品において限定された部位であり、かつごく表面のみである。それ ゆえ、当該部位に限定して、セラミック等の最適な材料を皮膜として母材上に形成せ しめることが、しばしば行われる。適用しうる方法としては、 PVD、 CVD、溶射等が列 挙できるが、選択される材料によっては実施が困難であったり、極めて長時間の処理 を必要としたり、また皮膜を局部的とするために、対象とする部位の周囲をマスキング する工程が必要になるなどの問題がある。
[0003] 電極とワークピースとの間の放電を利用して皮膜を形成せしめる技術力、日本国特 許公開 H8— 300227号に開示されている。し力しながらこの技術の問題は、セラミツ クの種類により、ないし、作動条件により、しばしばポーラスな皮膜が生じることである 。ポーラスな皮膜は粒子間の結合力が貧弱であって、十分な皮膜の強度を確保する ことが困難になりやすい。
発明の開示
[0004] 本発明は、放電を利用して緻密なセラミックの皮膜ないし肉盛を形成する方法を提 供することを目的とする。
[0005] 本発明の第 1の局面によれば、対象物上の限定された部位に皮膜を形成するため の方法は、金属の粉末の圧縮体および焼結された金属の粉末の圧縮体よりなる群よ り選択した一を加工電極に適用し;対象物をワークピースとして前記カ卩ェ電極力も前 記対象物上に第 1の皮膜を放電堆積し;前記対象物をワークピースとして前記加工 電極力も前記第 1の皮膜上に第 2の皮膜を放電堆積し;真空、大気および酸化雰囲 気力もなる群より選択した 、ずれか一にお 、て、前記第 2の皮膜を緻密化な 、し少な くとも部分的に酸ィ匕して固体潤滑物質を生ずるべく前記対象物を加熱する：工程を 含む。
[0006] 本発明の第 2の局面によれば、欠陥を含む対象物カゝら補修された製品を作成する ための方法は、対象物の欠陥を囲む部分を除去し;金属の粉末の圧縮体および焼 結された金属の粉末の圧縮体よりなる群より選択した一を加工電極に適用し;前記対 象物をワークピースとして前記加工電極力 前記部分に肉盛を放電堆積し;真空、大 気および酸ィ匕雰囲気力 なる群より選択したいずれか一において、前記肉盛を緻密 化ないし少なくとも部分的に酸ィ匕して固体潤滑物質を生ずるべく前記対象物を加熱 する：工程を含む。
[0007] 望ましくは、前記加熱工程の前に、前記皮膜に含まれる細孔に固体潤滑材を充填 する工程をさらに含む。また望ましくは、前記固体潤滑材は、 hBN、 MoS、 BaZrO
2 3 および Cr O力もなる群より選択されたいずれか一より本質的になる。さらに望ましく
2 3
は、前記加熱工程の前に、前記皮膜に含まれる細孔に固体潤滑材を充填する工程 をさらに含む。
[0008] なお望ましくは、ガスタービンエンジンの部品は、前記対象物を含む。さらになお望 ましくは、ガスタービンエンジンは、前記部品を含む。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]図 1 (a)は、本発明の第 1の実施形態に係わる対象物の模式図であって、図 1 ( b) (c)は、前記対象物に対する表面処理方法を説明する図である。
[図 2]図 2 (a) (b) (c)は、前記表面処理方法を説明する図である。
[図 3]図 3は、前記表面処理方法により対象物に肉盛を形成した場合における、融合 部の厚さと肉盛の密着強度との関係を示す図である。
[図 4]図 4は、前記表面処理方法により対象物に肉盛を形成した場合における、融合 部の厚さと対象物の変形との関係を示す図である。
[図 5]図 5は、本発明の第 2の実施形態に係わる修理方法の対象物であるタービン動 翼を示す斜視図である。 [図 6]図 6 (a)は、前記タービン動翼におけるシュラウドの擦動面 (修理対象の領域)の 欠陥を示す模式図であって、図 6 (b)は、前記修理方法を説明する図である。
[図 7]図 7 (a) (b)は、前記修理方法を説明する図である。
[図 8]図 8 (a) (b)は、前記修理方法を説明する図である。
[図 9]図 9 (a) (b)は、前記修理方法を説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
[0010] 本明細書と添付の請求の範囲を通して、いくつかの用語を次のように定義して使用 する。「放電堆積」なる語は、放電加工機において放電をワークピースの加工の代わ りに電極の損耗に利用し、前記電極の素材を、ないし前記電極の素材と加工液ない し加工気体との反応生成物を、ワークピース上に堆積せしめること、と定義して使用 する。また「放電堆積する」なる語は「放電堆積」の他動詞として定義して使用する。さ らに「〜より本質的になる」なる句は、半閉鎖的に成分を規定することを意味し、すな わち、発明の基礎的および新規な性質に実質的に影響する規定されていない成分 を排除するが、実質的に影響しない不純物等の成分を含むことを許容すること、とし て定義して使用する。
[0011] 本発明の各実施形態において、放電加工機 (その大部分は図示省略する）による 放電堆積を利用する。放電堆積においては、対象物を放電加工機のワークピースと して放電加工機にセットし、前記対象物を加工槽内において、電極に近接して対向 せしめる。ここで通常の放電加工であれば、外部電源からパルス状の電流を供給す ることにより、ワークピースと電極との間にパルス状の放電を発生させてワークピース を損耗させ、このことによりワークピースは電極の先端と相補的な形状にカ卩ェされる。 本発明による放電堆積においては、ワークピースを損耗させる代わりに、電極を損耗 せしめ、電極の素材、ないし電極の素材とカ卩工液ないしカ卩工気体との反応生成物を 、ワークピース上に堆積させる。堆積物は、ワークピース上に付着するだけでなぐ放 電のエネルギーを一部利用して、ワークピースとの間、及び堆積物の粒子相互に、 拡散や溶着などの現象を同時に起こしうる。
[0012] 本発明の第 1の実施形態を、図 1から図 4を参照して以下に説明する。
[0013] 本発明の第 1の実施形態に係わる表面処理方法は、放電堆積により、図 1 (a)に示 すような対象物 1の対象部 3に対して表面処理を行うための方法であって、次に示す ような (I)薄膜形成工程と、（Π)肉盛層形成工程と、（III)潤滑材充填工程と、（IV)高 温保持工程とを具備して!/、る。
[0014] (I) 薄膜形成工程
図 1 (b)に示すように、対象物 1をワークピースとして、放電加工機の加工槽 5内に おいて、電極 7に対向せしめる。そして、加工槽 5内に貯留した油 L中において対象 物 1の対象部 3と電極 7との間にパルス状の放電を発生させる。これにより、放電堆積 による堆積物が、薄膜 9として対象物 1の対象部 3上に形成される。
[0015] ここで、電極 7は、金属より本質的になる粉末力 プレスによる圧縮によって成形し た成形体、若しくは少なくとも部分的に焼結されるべく加熱処理した前記成形体であ る。なお、電極 7は、圧縮によって成形する代わりに、泥漿、 MIM (Metal Injection Molding)、溶射等によって成形しても差し支えない。
[0016] (II) 肉盛層形成工程
前記 (I)薄膜形成工程が終了した後に、図 1 (c)に示すように、加工槽 5内の油 L中 において対象物 1の対象部 3と電極 7の先端面との間にパルス状の放電を更に発生 させる。これにより、薄膜 9を更に成長させて、対象物 1の対象部 3に肉盛層 11が形 成される。肉盛層 11は通常にはポーラスな組織を有する。
[0017] また、肉盛層 11と対象物 1の母材との境界には、組成比が厚さ方向へ傾斜的に変 化する融合部 (融合層） 13が生成されており、肉盛層 11を形成する際に適正な放電 条件を選択することによって、融合部 13は、厚さが 3 m以上かつ 20 m以下にな るように構成されている。なお、前記適正な放電条件は、ピーク電流が 30A以下で、 パルス幅が 200 s以下であって、好ましくは、ピーク電流が 20A以下で、パルス幅 が 20 s以下である。
[0018] ここで、融合部 13の厚さが 3 m以上かつ 20 m以下になるようにしたのは、図 3 及び図 4に示す試験結果に基づくものである。
[0019] 即ち、放電条件を変えて、放電エネルギーによって対象物 1の母材に肉盛層 11を 形成した場合に、融合部 13の厚さと肉盛層 11の密着強度との関係が図 3のようであ る。融合部 13の厚さが 3 m以上になると、肉盛層 11の密着強度が高くなるという、 新規な第 1の知見を得ることができた。また、融合部 13の厚さと対象物 1の母材の変 形との関係が図 4に示すようになり、融合部 13の厚さが 20 m以下であると、対象物 1の母材の変形を抑えることできるという、新規な第 2の知見を得ることができた。よつ て、新規な第 1及び第 2の知見から、対象物 1の母材の変形を抑えつつ、肉盛層 11 の密着強度を高めることができるように、融合部 13の厚さが 3 /z m以上かつ 20 /z m以 下になるようにした。
[0020] なお、図 3及び図 4における横軸は、融合部 13の厚さを対数表示してあって、図 3 における縦軸は、肉盛層 11の密着強度を無次元化して表示してあって、図 4におけ る縦軸は、対象物 1の母材の変形を無次元化して表示してある。
[0021] (III) 潤滑材充填工程
前記 (II)肉盛層形成工程が終了した後に、前記放電加工機から対象物 1を取り外 す。そして、図 2 (a) (b)に示すように、肉盛層 11における多数の微細孔 15に固体潤 滑材 17を液体に混ぜて刷毛塗り等によって充填する。なお、固体潤滑材 17は、 hB N、 MoS、 BaZrO、又は Cr Oより本質的になる。
2 3 2 3
[0022] (IV) 高温保持工程
前記 (ΠΙ)潤滑材充填工程が終了した後に、図 2 (c)に示すように、熱処理炉 19の 所定位置に対象物 1をセットする。そして、熱処理炉 19によって真空中又は大気中 で、肉盛層 11が緻密化ないし酸化するべく対象物 1を加熱する。緻密化については 後に説明するが、緻密化されたか否かは、通常、マクロ的ないしミクロ的な形態の観 察により明瞭に判別しうる。
[0023] ここで緻密化するのに必要な加熱の温度と時間は、前記成形体を構成する金属の 粉末の種類に依存するが、前記金属の粉末が Crを含む Co合金の粉末である場合 には、真空中における高温保持条件は、 1050°Cで 20分間保ち、続いて、 760°Cで 4時間保つことであって、大気中における高温保持条件は、 760°Cで 4時間保つこと である。但し、肉盛層 11の潤滑性が要求されるときには、固体潤滑材 17が還元され ずに、組織内の Crが少なくとも部分的に酸ィ匕して固体潤滑物質である Cr Oが生成
2 3 されるように、大気中で所定時間だけ高温に保つことにする。
[0024] なお、大気以外の別の酸化雰囲気中で加熱しても差し支えない。 [0025] 対象物 1の対象部 3にポーラスな組織力ゝらなる肉盛層 11を形成した後で、熱処理 炉 19によって対象物 1を真空中又は大気中で所定時間だけ高温に保つことにより、 対象物 1の対象部 3と肉盛層 11との間の拡散現象、肉盛層 11の内部における粒子 間の拡散現象を引き起こして、対象物 1の対象部 3と肉盛層 11との結合力、肉盛層 1 1の内部における粒子間の結合力を高める。特に、大気中等の酸ィ匕雰囲気中で所定 時間だけ高温に保つようにした場合には、肉盛層 11を構成する物質は酸化を受けて 、酸ィ匕物系セラミックスより本質的になる物質に変化する。前述の「緻密化」は、拡散 による結合力の向上と、酸ィ匕による酸ィ匕物系セラミックスの生成とを包含した語である
[0026] また、ポーラスな組織の肉盛層 11を形成した後に、肉盛層 11における多数の微細 孔 15に固体潤滑材 17を充填することにより、固体潤滑材 17の潤滑作用によって肉 盛層 11の摩擦抵抗を小さくして、相手部材との凝着を抑えることができる。
[0027] 更に、融合部 13の厚さが 3 m以上かつ 20 m以下になるようにしたため、対象物 1の母材の変形を抑えつつ、肉盛層 11の密着強度を高めることができる。
[0028] 以上の如き、第 1の実施形態によれば、対象物 1の対象部 3と肉盛層 11との間の拡 散現象、肉盛層 11の内部における粒子間の拡散現象を引き起こして、対象物 1の対 象部 3と肉盛層 11との結合力、肉盛層 11の内部における粒子間の結合力を十分に 高めることができるため、表 1に示すように、肉盛層 11の引張強さを高めることができ 、肉盛層 11に大きな引張応力が作用しても、肉盛層 11に破断が生じることが少なく なって、表面処理済みの対象物 1の品質を容易〖こ安定させることができる。
[表 1] 引張り試験結果
Figure imgf000008_0001
更に、対象物 1の母材の変形を抑えつつ、肉盛層 11の密着強度を高めることがで きるため、表面処理済みの対象物 1の品質をより安定させることができる。 [0030] また、固体潤滑材 17の潤滑作用によって肉盛層 11の摩擦抵抗を小さくして、相手 部材との凝着を抑えることができるため、肉盛層 11の耐摩耗性を高めて、表面処理 済みの対象物 1の品質を向上させることができる。特に、大気中等の酸化雰囲気中 で所定時間だけ高温に保つようにした場合には、ポーラスな組織全体を酸化させて、 酸ィ匕物系セラミックスを主体とした組織力もなる肉盛層 11に変化させることができるた め、肉盛層 11の耐酸ィ匕性及び熱遮蔽性を高めて、表面処理済みの対象物 1の品質 を更に向上させることができる。
[0031] 本発明の第 2の実施形態を、図 5から図 9を参照して以下に説明する。
[0032] 図 5に示すように、第 2の実施形態に係わる修理方法の修理対象であるタービン動 翼 21は、ジェットエンジン等のガスタービンエンジンに用いられるエンジン部品の一 つであって、翼 23と、この翼 23の基端側に一体に形成されてインナ一流路を有する プラットホーム 25と、このプラットホーム 25に一体に形成されかつタービンディスクの ダブテール溝（図示省略）に嵌合するべく構成されたダブテール 27と、翼 23の先端 側に一体に形成されかつアウター流路 29dを有したシュラウド 29とを備えている。
[0033] ここで、図 6 (a)に示すように、タービン動翼 21のシユラウド 29における一対の擦動 面 29fは、隣接するタービン動翼 21におけるシュラウド 29の擦動面 29fとの擦動によ つて磨耗等の欠陥が生じ易ぐタービン動翼 21におけるシュラウド 29の擦動面 29fが 修理の対象部である。
[0034] そして、第 2の実施形態に係わる修理方法は、タービン動翼 21のシユラウド 29にお ける擦動面 29fを修理するための方法であって、次に示すような (i)欠陥除去工程と、 (ii)薄膜形成工程と、（iii)肉盛層形成工程と、（iv)潤滑材充填工程と、（V)高温保持 工程と、（vi)寸法仕上げ工程と、よりなる。
[0035] (i) 欠陥除去工程
タービン動翼 21を研削盤 (研削盤の大部分を図示省略)の所定位置にセットする。 そして、図 6 (b)に示すように、前記研削盤における砲石 31を回転させつつ、研削加 ェによってシュラウド 29の擦動面 29fに生じた前記欠陥を含む部分を除去する。前 記部分を除去することによりできる面を、以下では除去部 37と称する。
[0036] なお、研削加工の代わりに、放電加工等によって前記部分を除去するようにしても 差し支えない。
[0037] (ii) 薄膜形成工程
前記 (i)欠陥除去工程が終了した後に、図 7 (a)に示すように、タービン動翼 21を前 記研削盤の所定位置カゝら取り外して、放電カ卩工機の加工槽 33内において、電極 35 に対向せしめる。そして、加工槽 33に貯留した油 L中において、シュラウド 29の除去 部 37と電極 35との間にパルス状の放電を発生させる。これにより、放電堆積による堆 積物が、薄膜 39としてシュラウド 29の除去部 37上に形成される。なお、電極 35は、 前記第 1の実施形態に係わる前記電極 7と同様のものである。
[0038] (iii) 肉盛層形成工程
前記 (ii)薄膜層形成工程が終了した後に、図 7 (b)に示すように、加工槽 33内の油 L中においてシュラウド 29の除去部 37と電極 35との間にパルス状の放電を更に発生 させる。これにより、薄膜 39を更に成長させて、シュラウド 29の除去部 37に肉盛層 41 が形成される。肉盛層 41は通常にはポーラスな組織を有する。
[0039] また、肉盛層 41とタービン動翼 21の母材との境界には、組成比が厚さ方向へ傾斜 的に変化する融合部（融合層） 43が生成されており、肉盛層 41を形成する際に適正 な放電条件を選択することによって、融合部 43は、厚さが 3 m以上かつ 20 m以 下になるように構成されている。なお、前記適正な放電条件は、ピーク電流が 30A以 下で、パルス幅が 200 s以下であって、好ましくは、ピーク電流が 20A以下で、パル ス幅が 20 /z s以下である。
[0040] ここで、融合部 43の厚さが 3 μ m以上かつ 20 μ m以下になるようにしたのは、第 1 の実施形態に係わる融合部 13と同様に、図 3及び図 4に示す試験結果に基づくもの である。
[0041] (iv) 潤滑材充填工程
前記 (iii)肉盛層形成工程が終了した後に、前記放電加工機カゝらタービン動翼 21 を取り外す。そして、図 8 (a) (b)に示すように、肉盛層 41における多数の微細孔 45 に固体潤滑材 47を液体に混ぜて刷毛塗り等によって充填する。なお、固体潤滑材 4 7は、 hBN、 MoS、 BaZrO、又は Cr Oより本質的になる。
2 3 2 3
[0042] (v) 高温保持工程 前記 (iv)潤滑材充填工程が終了した後に、図 9 (a)に示すように、熱処理炉 49の 所定位置にタービン動翼 21をセットする。そして、熱処理炉 49によって真空中又は 大気中で、肉盛層 41が緻密化するべくタービン動翼 21を加熱する。緻密化の意味 は、前記第 1の実施形態におけるものと実質的に同一である。
[0043] ここで緻密化するのに必要な加熱の温度と時間は、前記成形体を構成する金属の 粉末の種類に依存するが、前記金属の粉末が Crを含む Co合金の粉末である場合 には、真空中における高温保持条件は、 1050°Cで 20分間保ち、続いて、 760°Cで 4時間保つことであって、大気中における高温保持条件は、 760°Cで 4時間保つこと である。但し、肉盛層 41の潤滑性が要求されるときには、固体潤滑材 47が還元され ずに、組織内の Crが酸ィ匕して固体潤滑材 Cr Oが生成されるように、大気中で所定
2 3
時間だけ高温に保つことにする。
[0044] なお、大気以外の別の酸化雰囲気中で加熱しても差し支えない。
[0045] (vi) 寸法仕上げ工程
前記 (V)高温保持工程が終了した後に、熱処理炉 49の所定位置力もタービン動翼 21を取り外して、前記研削盤の所定位置にセットする。そして、図 7 (a)に示すように 、前記研削盤における砲石 31を回転させつつ、肉盛層 41の厚さが所定の厚さにな るように研削加工することにより、肉盛層 41を仕上げる。
[0046] なお、研削加工の代わりに、放電除去力卩ェ等を行っても差し支えな!/、。
[0047] シュラウド 29の除去部 37にポーラスな糸且織カもなる肉盛層 41を形成した後で、熱 処理炉 49によってタービン動翼 21を真空中又は大気中で所定時間だけ高温に保 つことにより、シュラウド 29の除去部 37と肉盛層 41との間の拡散現象、肉盛層 41の 内部における粒子間の拡散現象を引き起こして、シュラウド 29の除去部 37と肉盛層 41との結合力、肉盛層 41の内部における粒子間の結合力を十分に高めることがで きる。
[0048] また、ポーラスな組織力もなる肉盛層 41を形成した後に、肉盛層 41における多数 の微細孔に固体潤滑材 47を充填することにより、固体潤滑材 47の潤滑作用によつ て肉盛層 41の摩擦抵抗を小さくして、相手金属部品との凝着を抑えることができる。
[0049] 更に、融合部 43の厚さが 3 μ m以上かつ 20 μ m以下になるようにしたため、タービ ン動翼 21の母材の変形を抑えつつ、肉盛層 41の密着強度を高めることができる。
[0050] 従って、シュラウド 29の除去部 37と肉盛層 41との間の拡散現象、肉盛層 41の内部 における粒子間の拡散現象を引き起こして、シュラウド 29の除去部 37と肉盛層 41と の結合力、肉盛層 41の内部における粒子間の結合力を十分に高めることができるた め、肉盛層 41の引張強さを高めることができ、肉盛層 41に大きな引張応力が作用し ても、肉盛層 41に破断が生じることが少なくなつて、修理済みのタービン動翼 21の品 質を容易〖こ安定させることができる。
[0051] また、タービン動翼 21の母材の変形を抑えつつ、肉盛層 41の密着強度を高めるこ とができるため、修理済みのタービン動翼 21の品質をより安定させることができる。
[0052] 更に、固体潤滑材 47の潤滑作用によって肉盛層 41の摩擦抵抗を小さくして、相手 金属部品との凝着を抑えることができるため、肉盛層 41の耐摩耗性を高めて、修理 済みのタービン動翼 21の品質を向上させることができる。
[0053] 本発明を幾つかの好適な実施形態を参照して説明したが、本発明は上記実施形 態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、本技術分野の通常の技術を 有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。 例えば、油 Lの代わりに、電気絶縁性のある気体を使用するなど、適宜の変更が可 能である。
産業上の利用の可能性
[0054] 放電を利用して緻密なセラミックの皮膜な 、し肉盛を、簡易に形成することができる

Claims

請求の範囲
[1] 金属の粉末の圧縮体および焼結された金属の粉末の圧縮体よりなる群より選択し た一をカ卩ェ電極に適用し；
対象物をワークピースとして前記加工電極カゝら前記対象物上に第 1の皮膜を放電 堆積し；
前記対象物をワークピースとして前記加工電極から前記第 1の皮膜上に第 2の皮膜 を放電堆積し；
真空、大気および酸ィ匕雰囲気力 なる群より選択したいずれか一において、前記 第 2の皮膜を緻密化ないし少なくとも部分的に酸ィ匕して固体潤滑物質を生ずるべく 前記対象物を加熱する：
工程を含む、対象物上の限定された部位に皮膜を形成するための方法。
[2] 前記加熱工程の前に、前記皮膜に含まれる細孔に固体潤滑材を充填する工程を さらに含む、請求項 1の方法。
[3] 前記固体潤滑材は、 hBN、 MoS、 BaZrOおよび Cr Oからなる群より選択された
2 3 2 3
いずれか一より本質的になる、請求項 2の方法。
[4] 請求項 1の前記対象物を含む、ガスタービンエンジンの部品。
[5] 請求項 4の部品を含む、ガスタービンエンジン。
[6] 対象物の欠陥を囲む部分を除去し；
金属の粉末の圧縮体および焼結された金属の粉末の圧縮体よりなる群より選択し た一をカ卩ェ電極に適用し；
前記対象物をワークピースとして前記加工電極カゝら前記部分に肉盛を放電堆積し； 真空、大気および酸ィ匕雰囲気力 なる群より選択したいずれか一において、前記 肉盛を緻密化ないし少なくとも部分的に酸ィ匕して固体潤滑物質を生ずるべく前記対 象物を加熱する：
工程を含む、欠陥を含む対象物から補修された製品を作成するための方法。
[7] 前記加熱工程の前に、前記皮膜に含まれる細孔に固体潤滑材を充填する工程を さらに含む、請求項 6の方法。
[8] 前記固体潤滑材は、 hBN、 MoS、 BaZrOおよび Cr Oからなる群より選択された いずれか一より本質的になる、請求項 7の方法。
請求項 6の前記対象物を含む、ガスタービンエンジンの部 請求項 9の部品を含む、ガスタービンエンジン，
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