专利名称：用于修复单晶合金的扩散粘结混合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于修补气体涡轮发动机组件的组合物及其方法，更具体地说，涉及用于扩散粘结修复单晶镍基高温合金制品的扩散粘结漆混合物和热循环。
背景技术：
镍基高温合金用在气体涡轮发动机组件中，是因为它们在高温工作环境中具有很高的抗蠕变强度性能。当上述的单晶高温合金比其他已知的没有定向显微结构(directionally oriented microstructure)的镍基高温合金表现出实质的改善时，它们对在使用期间的环境侵蚀特别是对由于氧化和硫化而产生的高温腐蚀表现出折中。另外，尽管强度增加，但单晶合金容易由于受到热循环或空气传播物体碰撞或其组合而产生裂纹或其他类型的损伤或损坏。在所述组件制造过程中，也会产生不连续性例如收缩、夹杂和裂纹。因为上述部件的成本相对地较高，因此有时替换比修复更可取。然而，高温合金组件一旦损伤，容易在相同的区域重复损坏，关键的是任何修复都能使机械性能、外界性能、工艺性能相当于或优于原始高温合金基金属。
在现有技术中已知有修复某些镍基高温合金的方法，例如宽间隙铜焊和瞬间液相方法。这些方法包括清洁涡轮发动机组件，施用其熔融温度低于基底的适宜的扩散粘结混合物，并且加热该制品以使扩散粘结混合物熔融且不会对基底造成热损伤。大多数这些方法用于等轴合金，但是发现修复单晶合金更困难，因为杂质引入单晶体(unicrytal)能够产生弱化点。
修复扩散粘结混合物的配制为包括相当数量的熔点抑制剂，主要是硅和硼，从而该扩散粘结混合物能这样的温度下应用，该温度足以使该混合物熔融但是不足以使基底熔融并且不对基底造成热损伤。但是因为熔点抑制剂的量很高，所以扩散粘结混合物其组分与基底明显不同，并且所修复的区域会具有与相邻的基底不同的性能，从而增大了在所修复的区域中出现损坏的危险。具体地说，不希望有的由铬、钛及难熔元素族(例如，钨、钽)与熔点抑制剂结合构成的大块状或片样脆相(script-like brittle phases)在形成在基底和扩散粘结混合物之间的共晶中长大。这些脆相会削弱修复复合物。然而，应该理解的是，传统的修复在正确使用时通常会获得可靠的最终产品。
因此，需要能够使施加在该部分上的扩散粘结混合物合金的量以及因此硼的量最小化的组合物和方法。还需要能够使宽间铜焊接方法所常见的共晶脆性硼化物最小化的组合物和方法，以及用来修复高温合金基底以便使得所修复的区域具有与基底非常类似性能的组合物和方法。
发明内容
本发明为用于修复单晶高温合金制品的扩散粘结混合物漆，其使施加于制品的扩散粘结混合物合金量最小。该漆由二元合金粉末混合物，粘结剂，使该漆变薄的载体构成。粉末混合物具有高熔点的粉末和低熔点的粉末，二者结合使扩散粘结混合物熔化并流进裂纹，接着允许熔融抑制剂扩散进入基体中，从而导致高熔点组分硬化。将该扩散粘结混合物漆施加在干净的高温合金制品上，该制品通过三步热循环加热。热循环使漆熔化并流进受损区域，然后冷却以等待热电偶稳定并且扩散进入基体。从下面的详细说明中并且结合以示例的方式说明本发明原理的图将了解该优选的混合物组分和方法的其他独有的特征和优点。
具体实施例方式
本发明的实施方案扩散粘结混合物漆具体地包括二元合金粉末混合物，粘结剂和载体。表1概括了该扩散粘结混合物漆的组分，其中粉末混合物与重量百分比为约10％的粘结剂和约5-20％的载体结合。实施例1说明了由100克的粉末混合物与10克的粘结剂和5克的载体混合而得的漆。实施例2说明了由100克的粉末混合物与10克的粘结剂和20克的载体混合而得的漆。
表1扩散粘结混合物漆的组分
粉末混合物包括高熔点合金粉末和低熔点合金粉末。两种粉末结合限定一个均质粉末系统。高熔点合金粉末在具有良好的抗氧化性和机械性能的同时具有很强的抗热腐蚀性，其特征还在于基本上没有熔融点抑制剂元素如Si或B。相反，低熔点合金粉末包括熔融点抑制剂元素Si、B或二者。实际中，粉末也包括不可避免的杂质。优选的高熔点合金为MAR-M247和MAR-M509。优选的低熔点合金为M3877和MAR-M509B。表2列出优选粉末和每一种粉末各组分的重量百分比。
表2合金粉末组分(wt％)高熔点组分 低熔点组分
表3显示优选粉末以优选比例的组合。第一种优选粉末混合物，标记名称为JetFix E，是约49-51％的MAR-M247与约49-51％的M3877的组合。第二种优选粉末混合物，标记名称为JetFix G，是约59-61％的MAR-M247与约39-41％的M3877的组合。第三种优选粉末混合物，标记名称为JetFix 555，是约49-51％的MAR-M509与约49-51％的M509B的组合。漆由这些用于修复MAR-M509罩和CMSX-3翼，以及其他气体涡轮发动机组件的粉末混合物制得。
表3合金粉末的优选比例高熔点组分 低熔点组分
粉末混合物由粘结剂和载体混合而成。粘结剂优选AB215，一种公知的非纤维粘结剂，在商业上从Metal Methods购得，肯塔基州法兰克福公司。载体是典型地醇类，在低于粉末混合物熔点的温度时会蒸发，例如乙醇或丙酮，优选异丙醇。载体的作用是使漆变薄，或降低其粘度。这样能够保证应用到基底上的漆是一薄层，以此减少应用到裂纹中的硼化物，从而将可能形成的共晶脆性硼化物减小到最少。理想地，应用足够的漆提供适量的，但不会更多量的，粉末混合物来修复裂纹，从而减小脆性硼化物到最少。合成的组合物是通过涂刷或喷雾器应用到高温合金制品上的扩散粘结混合物漆。
为了修复损坏的基体，该制品首先通过公知的工艺为修复做准备。该制品通过脱酸剥去所有的铝化物涂层。通过放大镜裂纹是可以观察到的。大于约0.02”的裂纹闭合并且在物理上用夹具约束。然后用点焊将裂纹焊接在一起。在最初的准备后，采用公知的氟化物离子清洁工艺清洁裂纹。依照本发明，利用涂刷或喷雾器将选择的扩散粘结混合物漆以薄层的形式应用于裂纹，以此限制应用到该制品上硼化物的量。接着将该制品放置在真空中并在2200°F±15°F时加热10-20分钟，使扩散粘结混合物熔化并进入裂纹。然后将该制品冷却到最小为1500°F±15°F直到热电偶稳定。然后将该制品再次在2200°F±15°F时加热4小时15分钟±15分钟，使熔融点抑制剂扩散进入基体。扩散可以获得较强的修复，使部分恢复运行时，不易发生初熔。三级热循环使漆熔化并进入损坏区域，使热电偶稳定并最终扩散进入基底。
当所描述地认为是实现本发明和优选实施例的最佳方法时，本领域的技术人员可以理解产生了不同的变化和改进，在本发明范围内的元素可以等效替换。从而，意味着本发明不局限于特殊实施例包括的内容，而包括从属权利要求范围内的所有实施例。
权利要求
1.扩散粘结混合物包括a)合金粉末混合物，其包括i)具有第一熔点的第一合金粉末，其中第一合金粉末主要由重量百分比为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和平衡组分Ni及不可避免的杂质组成，和ii)具有比第一合金粉末熔点低的第二熔点的第二合金粉末，其中第二合金粉末主要由重量百分比为约15重量％Cr，2.9％B和平衡组分Ni及不可避免的杂质组成，和b)粘结剂，和c)载体。
2.如权利要求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.如权利要求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.如权利要求1所述的混合物，其中a)第一合金粉末主要由重量百分比为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以及平衡组分Co和不可避免的杂质组成；b)第二合金粉末主要由重量百分比为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以及平衡组分Co和不可避免的杂质组成；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.修复具有高温合金基底的制品损伤的方法，其包括如下步骤a)采用氟化物离子清洁工艺清洁损伤区域；b)在损伤区域应用包含一种或更多熔融点抑制剂的扩散粘结混合物；c)在真空中至少加热待修复的区域一段足够的时间至一定温度，使混合物进入损伤区域，但足够低使基底不受损伤；d)至少冷却待修复的区域直到热电偶稳定；和e)加热待修复区域使一种或更多熔融点抑制剂扩散进入基底。
6.如权利要求5所述的方法，其中扩散粘结混合物包括a)合金粉末混合物，其包括i)具有第一熔点的第一合金粉末，其中第一合金粉末主要由重量百分比为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和平衡组分Ni及不可避免的杂质组成；和ii)具有比第一合金粉末熔点低的第二熔点的第二合金粉末，其中第二合金粉末主要由重量百分比为约15重量％Cr，2.9重量％B和平衡组分Ni及不可避免的杂质组成；和b)粘结剂；和c)载体。
7.如权利要求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.如权利要求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.如权利要求5所述的方法，其中扩散粘结混合物包括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为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以及平衡组分Co和不可避免的杂质组成；ii)第二合金粉末主要由重量百分比为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以及平衡组分Co和不可避免的杂质组成；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)粘结剂，和c)载体。
10.如权利要求5所述的方法，其中a)步骤(c)中的温度是2200°F±15°F，时间是10-20分钟；b)步骤(d)中的温度是1500°F±15°F；和c)步骤(e)中的温度是2200°F±15°F，时间是4小时15分钟±15分钟。
全文摘要
一种用于修复单晶高温合金制品的扩散粘结混合物漆及其方法，其中减小应用到合金上的铜焊接合金量到最少。减小硼的量和用于宽间隙铜焊接工艺的共晶脆性硼化物的量至最小化，来获得更坚固的修复。铜焊接漆包括合金粉末混合物，粘结剂和使漆变薄的载体。
文档编号F01D5/28GK1665623SQ03815602
公开日2005年9月7日 申请日期2003年6月30日 优先权日2002年7月3日
发明者F·伦特里亚, W·哈曼 申请人:霍尼韦尔国际公司