金属合金の熱間加工性を改善する方法

 

熱亀裂を減少させるために合金加工物を処理する方法が、合金加工物の表面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射して、合金加工物に冶金的に接合された表面コーティングを形成することを含み得る。その表面コーティングは、合金加工物よりも延性であり得、かつ合金加工物からの熱損失を減少させる。
【選択図】なし

 

 

本開示は、合金インゴットおよび他の合金加工物に関し、合金インゴットおよび他の合金加工物を処理するための方法に関する。
種々の合金が、「亀裂に敏感」であることを特徴とし得る。亀裂に敏感な合金でできているインゴットおよび他の加工物は、それらの表面および/または末端に沿って熱間加工作業中に亀裂を形成し得る。亀裂に敏感な合金から物品を形成することは、例えば、鍛造中または他の熱間加工作業中に形成された亀裂を、研削して落とすかまたは別様に除去する必要があり得、それが作製時間および費用を増加させ、収率を減少させるため、問題であり得る。
鍛造および押出成形のようなある熱間加工作業中、ダイは、合金加工物に力を適用して合金加工物を変形させる。ダイの表面と合金加工物の表面との間の交互作用は、熱伝達、摩擦、および摩耗を含み得る。熱間加工中の表面および末端の亀裂を減少させるための1つの従来技術は、熱間加工前に金属キャニスタに合金加工物を封入することである。円柱状加工物を用いると、例えば、金属キャニスタの内径は、合金加工物の外径よりもやや大きくてもよい。合金加工物は、金属キャニスタが、合金加工物を緩く囲むように金属キャニスタ内に挿入され得るが、冶金的に接合されることはない。ダイは、金属キャニスタの外面に接触していてもよい。金属キャニスタは、封入された合金加工物を熱遮断し機械的に保護し、それによって、合金加工物上の亀裂形成の発生率を排除するかまたは減少させる。金属キャニスタは、合金加工物の内面と金属キャニスタの内面との間の空気間隙の作用によって、および合金加工物が環境へ熱を照射するのを直接的に阻害することによってもまた、合金加工物を熱遮断する。
合金加工物のキャニング作業は、様々な不利点をもたらし得る。例えば、鍛造ダイと金属キャニスタの外面との間の機械的接触は、金属キャニスタをばらばらにし得る。また、キャニングされた加工物の据え込みおよび引き出し(upset−and−draw)鍛造中に、金属キャニスタが、引き出し作業中にばらばらになる場合があり得、そのような場合には、合金加工物が、複数の据え込みおよび引き出し鍛造作業の各据え込みおよび引き出し循環間に再キャニングされる必要があり得る。再キャニングすることは、処理の複雑性と費用を増加させる。更に、金属キャニスタは、亀裂および他の作業から生じた欠損のため、オペレータがキャニングされた合金加工物の表面を目視により監視することを損なわせる恐れがあり得る。
前述の欠点を鑑みて、更に効率的および/または更に費用効果の高い亀裂に敏感な合金を熱間加工する方法を提供することが、有利である。より一般的には、合金インゴットおよび他の合金加工物の熱間加工性を改善するための方法を提供することが、有利である。
本開示に従う態様は、熱間加工性を改善するように合金インゴットおよび他の合金加工物を処理する方法に関する。
本開示に従う非限定的な態様は、熱亀裂を減少させるために合金加工物を処理する方法に関し、その方法は、合金加工物の表面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射して、合金加工物に冶金的に接合された表面コーティングを形成することを含む。金属表面コーティングは、合金加工物よりも延性であり得、合金加工物からの熱損失を減少させる。本方法のある非限定的な実施形態では、合金加工物は、合金加工物の周面の少なくとも一部分上に堆積される金属コーティング材料の溶射の間に、加工物の長軸を中心に回転される。
本開示に従う更なる非限定的な態様は、熱亀裂を減少させるために合金加工物を処理する方法に関し、その方法は、金属キャニスタ内に合金加工物を挿入することを含む。金属キャニスタは、合金よりも低い熱膨張の係数を有し得、かつ内面を含み、その内面がその少なくとも一部分上にニッケル−ホウ素コーティングを含む。合金加工物は、金属キャニスタ内に封止されてキャニングされたアセンブリを形成し、ガスの少なくとも一部分が、キャニングされたアセンブリの内部から除去される。キャニングされたアセンブリは、加熱されて、合金加工物を金属キャニスタに過渡液相接合する。
本開示に従う別の非限定的な態様は、本開示の方法のうちのいずれかに従って作製または処理された合金加工物に関する。
本開示に従うなおも別の非限定的な態様は、本開示の方法のうちのいずれかに従って作製または処理された合金加工物からまたは合金加工物を含んで作製された製品に関する。そのような製品は、例えば、ジェットエンジン構成要素、陸上系タービン構成要素、バルブ、エンジン構成要素、シャフト、および締結具を含む。
本明細書に記載の種々の非限定的な実施形態は、添付の図面と併せて以下の説明を考慮することによってより良く理解され得る。
本明細書に記載の方法のある非限定的な実施形態に従う、フロー図である。 本明細書に記載の種々の非限定的な実施形態に従う、合金加工物を処理する方法の模式図である。 本明細書に記載の種々の非限定的な実施形態に従う、合金加工物を処理する方法の模式図である。 本明細書に記載の方法のある非限定的な実施形態に従う、フロー図である。 本明細書に記載の種々の非限定的な実施形態に従う、合金加工物を処理する方法の模式図である。
読者は、本開示に従う種々の非限定的および非包括的実施形態の以下の説明を考慮した上で、前述の詳細ならびにその他のものを理解する。
概して本明細書に使用される、「から本質的になる」および「からなる」という用語は、「含む(comprising)」という用語に具体化される。
概して本明細書に使用される、「1つの」、「a」、「an」、および「the」という冠詞は、別途示されない限り、「少なくとも1つの」または「1つ以上の」を指す。
概して本明細書に使用される、「含む(including)」および「有する」という用語は、「含む(comprising)」を意味する。
概して本明細書に使用される、「軟化点」という用語は、特定の材料がもはや剛性固体として挙動せず、その自重でたるみ始める最低温度を指す。
概して本明細書に使用される、「約」という用語は、測定された量のための誤差の許容できる程度を指し、測定の本質または精度を所与する。誤差の典型的例示的程度は、20%以内、10%以内、または所与の値または値の範囲の5%以内であってもよい。
本明細書に記述される全ての数量は、別途示されない限り、用語「約」によって全ての事例において修正されるとして理解されるべきである。本明細書に開示される数量は、近似であり、各数値は、列挙された値およびその値を囲む機能的に同等の範囲の両方を意味するように意図される。少なくとも、そして本特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値は、報告された有効数字の数の見地からおよび通常の四捨五入技術を適用することによって、少なくとも解釈されるべきである。本明細書に記述された数値の近似値にかかわらず、実際の測定された値の具体的な実施例において記載される数値は、可能な限り正確に報告されている。
本明細書に記述される全ての数の範囲は、その中に組み込まれる全ての部分的範囲を含む。例えば、「1〜10」および「1〜10の間」の範囲は、その間の全ての部分的範囲を含むことを意図し、列挙された1の最小値および列挙された10の最大値を含む。本明細書に列挙される任意の最大数値限定は、全てのより低い数値限定を含むことが意図される。本明細書に列挙される任意の最小数値限定は、全てのより高い数値限定を含むことが意図される。
以下の説明では、本明細書に記載の物品および方法の種々の非限定的な実施形態の完全な理解を提供するように、ある詳細が説明される。当該分野の当業者は、本明細書に記載の非限定的な実施形態がこれらの詳細なしに実施され得ることを理解する。他の事例では、物品および方法に関連する既知の構造および方法は、本明細書に記載の非限定的な実施形態の不必要に曖昧な説明を避けるために、詳細に示されないまたは説明されない場合がある。
本開示は、種々の特徴、態様、および物品および方法の種々の非限定的な実施形態の利点を説明する。しかしながら、本開示が、種々の特徴、態様、および本明細書に記載の種々の非限定的な実施形態の利点のうちのいずれかの組み合わせによって達成され得る多数の代替的な実施形態を、当該分野の当業者が有用であると考え得る任意の組み合わせまたは部分的組み合わせにおいて包含することを理解されたい。
例えば、鍛造作業および押出成形作業のような熱間加工作業中、力は、加工物の再結晶温度を上回るような周囲温度を超える温度で、合金インゴットまたは他の合金加工物に適用され得、加工物を可塑的に変形させ得る。加工作業を経る合金加工物の温度は、合金加工物の表面に機械的に力を適用するように使用されたダイまたは他の構造の温度を超えてもよい。合金加工物は、周囲空気への熱損失およびその表面間での熱勾配の相殺およびダイまたは他の構造と接触することによってその表面を冷却することが原因で、温度勾配を形成し得る。温度勾配は、熱間加工中、加工物の表面亀裂の一因となり得る。表面亀裂は、合金加工物が亀裂に敏感な合金から形成される状況において特に問題である。
ある非限定的な実施形態に従うと、合金加工物は、亀裂に敏感な合金からなり得るかまたは亀裂に敏感な合金を含み得る。例えば、種々のニッケル基合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、チタン基合金、チタン−ニッケル基合金、コバルト基合金、およびニッケル基超合金のような超合金は、特に熱間加工作業中、亀裂に敏感であり得る。合金インゴットまたは他の合金加工物は、そのような亀裂に敏感な合金および超合金から形成され得る。例えば、亀裂に敏感な合金加工物は、718合金(UNS番号N07718)、720合金(UNS番号N07720)、Rene 41(商標)合金(UNS番号N07041)、Rene 88(商標)合金、Waspaloy(登録商標)合金(UNS番号N07001)、およびInconel(登録商標)100合金から選択される合金または超合金から形成され得るが、これらに限定されない。
本明細書に記載の方法は、亀裂に敏感な合金に関連して使用するために有利であるが、本方法は、概して、例えば、熱間加工温度で比較的低い延性によって特徴付けられる合金、1000°F〜2200°Fの温度で熱間加工された合金、および概して亀裂を起こしやすくない合金を含む任意の合金に対しても適用可能であることを理解されたい。よって、本明細書に使用される、「合金」という用語は、従来の合金および超合金を含む。当該分野の当業者によって理解されるように、超合金は、比較的良好な表面安定性、腐食および酸化抵抗性、高い強度、および高温での高クリープ抵抗性を呈する。種々の非限定的な実施形態では、合金加工物は、インゴット、ビレット、バー、プレート、管、焼結された予め形成された物等を含んでもよいか、またはそれらから選択されてもよい。
合金インゴットまたは他の合金加工物は、例えば、従来の冶金技術または粉末冶金技術を用いて、形成されてもよい。例えば、種々の非限定的な実施形態では、合金インゴットまたは他の合金加工物は、VIM−VAR作業として知られる、真空誘導溶解(VIM)と真空アーク再溶解(VAR)との組み合わせによって形成されてもよい。種々の非限定的な実施形態では、合金加工物は、エレクトロスラグ再溶解(ESR)作業がVIM作業とVAR作業との中間に実施され、VIM−ESR−VAR(すなわち、3つのことから構成される溶解)シーケンスを提供する、3つのことから構成される溶解技術によって形成され得る。他の非限定的な実施形態では、合金加工物は、溶融合金の微粒化および得られる冶金粉末の収集および合金加工物への圧密化を含む粉末冶金作業を用いて形成され得る。
ある非限定的な実施形態では、合金インゴットまたは他の合金加工物は、溶射形成作業を用いて形成され得る。例えば、VIMを使用して、原料から塩基合金組成物を調製し得る。ESR作業は、任意に、VIMの後に使用されてもよい。溶融合金は、VIMまたはESR溶解プールから抽出され得、微粒化されて溶融液滴を形成し得る。溶融合金は、例えば、低温壁誘導ガイド(cold wall induction guide)(CIG)を用いて溶解プールから抽出されてもよい。合金は、溶射形成作業を用いて溶融または半溶融として堆積されてよく、凝固された合金加工物を形成する。
ある非限定的な実施形態では、合金インゴットまたは他の合金加工物は、熱間等方圧加圧(HIP)を用いて形成され得る。HIPは、概して、粉末材料を一体化した予め形成された物に圧縮し圧密化する、例えば、アルゴンのような高圧および高温ガスの等方圧適用を指す。粉末は、密封容器によって高圧および高温ガスから分離され得、圧縮され圧密化されたガスと粉末との間の圧力壁として機能する。密封容器は、可塑的に変形して粉末を圧縮し得、高温は、効率的に、個別の粉末粒子を一緒に焼結して一体化した予め形成された物を形成し得る。均一な圧縮圧力は、粉末全体にわたって適用され得、均質な密度分布が予め形成された物に達成され得る。例えば、ほぼ等原子比のニッケル−チタン合金粉末が、例えば、鋼キャニスタのような金属容器に充填され得、脱ガスされて吸湿した水分および捕捉したガスを除去し得る。ほぼ等原子比のニッケル−チタン合金粉末を含有する容器は、例えば、溶接することによって、真空下で密封され得る。密封された容器は、次いで、容器におけるニッケル−チタン合金粉末の完全な高密度化を達成するのに十分な温度および圧力下でHIP化され得、それによって、完全に高密度化されたほぼ等原子比のニッケル−チタン合金の予め形成された物を形成し得る。
本開示に従うある非限定的な実施形態において、図1を参照すると、熱亀裂を減少させるために合金加工物を処理する方法は、概して、(10)合金加工物の長軸を中心に合金加工物を回転させることと、(15)合金加工物の周面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射して、合金加工物からの熱損失を削減する合金加工物に冶金的に接合された表面コーティングを形成することと、を含み得る。ある非限定的な実施形態では、合金加工物は、略円柱状の合金加工物であり得、金属コーティングは、例えば、合金加工物の周面上に堆積され得る。しかしながら、合金加工物が、異なる形状を有し得ることが理解される。更に、図1は、合金加工物が軸を中心に回転される実施形態を模式的に描写するが、溶射装置が合金加工物に対して、またはその反対に平行移動され、それによって、金属コーティング材料が、合金加工物の表面に対して分散されて、合金加工物の表面上に堆積され得る任意の代替的な方法が利用され得ることが理解される。
非限定的な実施形態では、本開示に従う方法は、合金加工物の長手方向の端部の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射して、合金加工物からの熱損失を減少させる合金加工物に冶金的に接合された金属表面コーティングを形成することを含み得る。ある非限定的な実施形態では、方法は、合金加工物の少なくとも1回の回転を完了した後に加工物の長軸に沿って合金加工物を移動させることと、合金加工物の外周面の少なくとも後続部分上に金属コーティング材料を溶射することと、所望のコーティング厚が達成されるまで移動および溶射を繰り返すことと、を含み得る。しかしながら、再度述べるが、溶射装置と合金加工物との間で相対運動が達成され、それによって、金属コーティング材料が、合金加工物の表面に対して分散されて、合金加工物の表面上に堆積され得るような任意の代替的な作業が使用されてもよいことが理解される。
ある非限定的な実施形態では、金属コーティングの材料は、合金加工物よりも延性および/または可鍛性であってもよい。種々の非限定的な実施形態では、合金加工物上に形成された金属コーティングは、例えば、68°F〜2300°Fおよび1500°F〜2250°Fのような幅広い温度範囲にわたって延性であるものであってもよい。金属コーティングおよび合金加工物の延性は、引き張り試験での面積の伸長または縮小として測定され得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティングは、合金加工物の伸長を超える伸長(室温で2インチにおける%)を含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティングは、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、20%超、25%超、30%超、35超、40%超、45%超、15%〜45%、20%〜40%、または25%〜40%の伸長(室温で2インチにおける%)を含み得る。ある非限定的な実施形態では、合金加工物は、最大15%、最大20%、または最大30%の伸長(室温で2インチにおける%)を含み得る。
ある非限定的な実施形態では、金属コーティング材料は、合金加工物を加工している時に使用される特定の加工温度で合金加工物の合金よりも大きい強靭性および/または低い硬度を有する金属材料を含み得る。硬度は、Rockwell試験に従って測定され得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティングは、合金加工物のRockwell硬度よりも少ないRockwell硬度を含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティングは、88〜95のRockwell B硬度を含み得、合金加工物は、92〜100のRockwell B硬度を含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティングは、82〜88のRockwell B硬度を含み得、合金加工物は、92〜100のRockwell B硬度を含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティングは、88のRockwell B硬度を含み得、合金加工物は、92のRockwell B硬度を含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティングは、25のRockwell C硬度を含み得、合金加工物は、38のRockwell C硬度を含み得る。金属コーティングおよび合金加工物の強靭性は、室温で徐冷された材料上においてCharpy V−notch衝撃試験によって測定され得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティングの材料は、合金加工物のCharpy V−notch衝撃エネルギーを超えるCharpy V−notch衝撃エネルギーを含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティングは、75°Fで65−〜80ft−lbのCharpy V−notch衝撃エネルギーを含み得る。
ある非限定的な実施形態では、金属コーティングは、接触しているダイの表面から合金加工物の表面を熱遮断し得る。そのような場合には、金属コーティングは、環境および/またはコーティングされた加工物に接触している鍛造または押出成形ダイの表面に熱を照射することから下層の合金加工物を阻害するかまたは制限する。金属コーティングの熱遮断する効果は、下層の合金加工物の表面が、表面が熱間加工中により容易に亀裂を生じ得る脆性温度まで冷却されないように阻止し得るかまたは阻害し得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティング材料は、合金加工物よりも酸素に対して更に抵抗性があり得る。
ある非限定的な実施形態では、金属コーティング材料は、加工物の表面上に溶射された金属粒子を含み得る。金属粒子は、例えば、ステンレス鋼粒子、ニッケル基合金粒子、鉄基合金粒子、ニッケル−鉄基合金粒子、チタン基合金粒子、およびコバルト基合金粒子のうちの1つ以上であってもよい。ある非限定的な実施形態では、金属粒子は、ステンレス鋼粒子およびニッケル基合金粒子から選択されてもよい。ある非限定的な実施形態では、ステンレス鋼粒子は、オーステナイト系ステンレス鋼粒子を含んでもよい。ある非限定的な実施形態では、金属コーティング材料は、304型ステンレス鋼(UNS番号S30400)粒子、304L型ステンレス鋼(UNS番号S30403)粒子、316型ステンレス鋼(UNS番号S31600)粒子、および316L型ステンレス鋼(UNS番号S31603)粒子からなる群から選択されるオーステナイト系ステンレス鋼粒子を含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティング材料は、600合金(UNS N06600)粒子および625合金(UNS N06625)粒子からなる群から選択されるニッケル基合金粒子を含み得る。
ある非限定的な実施形態では、金属コーティング材料および合金加工物は、コバルト、鉄、およびニッケルからなる群から選択される地金を含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティング材料の地金は、合金加工物の地金と同じであってもよい。例えば、金属コーティング材料は、600合金(UNS番号N06600)および625合金(UNS番号N06625)から選択されるニッケル基合金を含み得、合金加工物は、720合金(UNS番号N07720)、Rene 88(商標)合金、およびWaspaloy(登録商標)合金(UNS番号N07001)から選択されるニッケル基合金を含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属コーティング材料の地金および合金加工物の地金は、異なってもよい。例えば、金属コーティング材料は、304型ステンレス鋼(UNS S30400)および316型ステンレス鋼(UNS S31600)から選択される鉄基合金を含み得、合金加工物は、720合金(UNS番号N07720)、Rene 88(商標)合金、およびWaspaloy(登録商標)合金(UNS番号N07001)から選択されるニッケル基合金を含み得る。
ある非限定的な実施形態では、熱亀裂を減少させるために合金加工物を処理する方法は、概して、合金加工物の周面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を熱溶射して、合金加工物に冶金的に接合された金属表面コーティングを形成することを含み得、その金属表面コーティングは、合金加工物からの熱損失を削減する。ある非限定的な実施形態では、合金加工物は、略円柱状の合金加工物を含み得る。当該分野の当業者によって理解されるように、熱溶射することは、金属コーティング材料が、金属コーティング材料の融点以上の温度である間に表面上に金属コーティング材料を溶射することを含み得、それよって、溶射された金属コーティング材料は、半溶融金属粒子および/または溶融金属液滴を含む。従来の熱溶射技術は、例えば、プラズマ、高速酸素燃料(HVOF)、アーク、およびガスフレーム熱溶射技術を含む。いくつかの従来の熱溶射技術のうちのいずれもが、過度の労力なく、本開示に従う方法において使用するために好適に適合され得る。
ある非限定的な実施形態では、合金加工物の表面へ半溶融金属粒子および/または溶融金属液滴を含む金属コーティング材料を熱溶射する前に、合金加工物の表面の少なくとも一部分は、例えば、1100°F〜2000°Fのような少なくとも1100°Fに加熱され得る。例えば、略円柱状の合金加工物の周面の少なくとも一部分は、2000°Fを超える温度に加熱され得、次いで、半溶融金属粒子および/または溶融金属液滴を含む金属コーティング材料は、合金加工物の加熱された表面の少なくとも一部分上に熱溶射され得る。
ある非限定的な実施形態では、図2を参照すると、熱溶射システム100は、概して、溶融状態で金属コーティング材料を保持するために、タンディッシュのような器物105を備え得る。器物105は、器物105から溶融材料を流動させるように開口部を有する底壁を備え得る。器物105は、取鍋または炉107から溶融材料を受け取り得る。ノズル110は、開口部から溶融金属コーティング材料の流出流(exit stream)を受け取るように器物105の底壁に隣接していてもよい。噴霧器120は、ノズル110を流出する溶融金属コーティング材料を噴霧するようにノズル110と連通していてもよい。噴霧器120は、液体、空気、または不活性ガス流のような流体流を有する溶融材料の流出流に衝突して、溶射円錐125を形成する溶融液滴に流出流を分解し得る。溶射円錐125を含む溶射は、融点および/または金属コーティング材料の軟化温度以上の温度であり得る。溶射円錐125を含む溶射は、溶融材料および/または半溶融材料を含み得る。本実施形態および本明細書に記載の他の非限定的な実施形態と関連して使用され得る噴霧器120および溶射システムの代替的な設計は、本開示の種々の実施形態の本説明を考慮していることが、当業者には明らかである。
図2に示される非限定的な実施形態を参照すると、合金加工物130は、回転シール140を通って溶射チャンバ150に移動され合金加工物130の長軸を中心に平行に回転され得る。誘導または抵抗性加熱コイル160は、加工物130および/または溶射円錐125の表面の加熱を可能にするように加工物130の周囲長の周りに位置付けされ得る。ある非限定的な実施形態では、加熱コイル160は、加工物表面を1850°Fに加熱し得る。熱溶射された金属表面コーティング135は、合金加工物130上に溶射円錐125を衝突させ合金加工物130を回転させることによって、略円柱状の合金加工物130の周面の少なくとも一部分上に形成され得る。合金加工物130は、溶射円錐125の真下を通って通過してもよい。図1は、合金加工物が軸を中心に回転される実施形態を模式的に描写するが、溶射装置が合金加工物に対してまたはその反対に平行移動され、それによって、金属コーティング材料が、合金加工物の表面に対して分散されて、合金加工物の表面上に堆積され得る任意の代替的な方法が利用され得ることが理解される。
任意に、合金加工物130は、溶射チャンバ150を流出する前および/または溶射チャンバ150を流出した後に1つ以上の圧延機(示されず)と接触してもよい。熱溶射し任意に圧延した後に、合金加工物は、溶射チャンバ150から取り除かれてもよい。過度に溶射されたいずれの溶融コーティング材料も、チャンバベース155で回収され再利用するように粉末として凝固させ得る。
ある非限定的な実施形態では、本開示に従う方法は、熱溶射した後に、熱溶射された金属表面コーティングを圧密化するかまたは密度を高くするように合金加工物を圧延することを含み得る。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、半溶融金属粒子および/または溶融金属液滴は、形成中におよび空中で酸化され得、孔を形成すると考えられる。得られる熱溶射された金属表面コーティングは、コーティングされた合金加工物の後続の熱間加工を妨げ得る開気孔率を含み得る。ある非限定的な実施形態では、本方法は、熱溶射した後に、熱溶射された金属表面コーティングにおける開気孔率を除去するかまたは減少させるように溶射チャンバで合金加工物を圧延することを含み得る。ある非限定的な実施形態では、方法は、熱溶射した後に、熱溶射された金属表面コーティングにおける開気孔率を除去するかまたは減少させるようにコーティングされた合金加工物を再度加熱し合金加工物を圧延することを含み得る。ある非限定的な実施形態では、制限されないが、圧延処理は、例えば、2〜8スタンドのような、最大17スタンドのロールを使用してもよく、1時間あたり最大100トンの速度で材料を処理できる。ある他の非限定的な実施形態では、本開示に従う方法は、熱溶射された金属表面コーティングにおける開気孔率を除去するかまたは減少させるように、コーティングされた加工物を熱間等方圧加圧することによって金属表面コーティングを圧密化することまたは密度を高くすることを含み得る。
ある非限定的な実施形態では、熱溶射された表面コーティングの特徴は、これらに限定されないが、温度、圧力、スタンドオフ(溶射ノズルと合金加工物の対象とする表面との間の距離)、溶射速度、および堆積収率を含む処理する条件に関し得る。ある非限定的な実施形態では、熱溶射装置によって生成された金属コーティング材料溶射の圧力は、1MPa、最大1MPa、1MPa未満、0.5〜1MPa、または0.7〜1MPaであり得る。ある非限定的な実施形態では、熱溶射装置によって生成された金属コーティング材料溶射の温度は、1000°F〜2700°F、1500°F〜2500°F、または2250°F〜2700°Fであり得る。ある非限定的な実施形態では、熱溶射装置によって生成された金属コーティング材料の溶射速度は、1lb/分〜100lb/分、30lb/分〜100lb/分、25lb/分〜75lb/分、または50lb/分であり得る。ある非限定的な実施形態では、熱溶射装置と合金加工物の対象とする表面との間のスタンドオフの距離は、1インチ〜72インチ、12インチ〜72インチ、24インチ〜36インチ、36インチ〜72インチ、または36インチであり得る。ある非限定的な実施形態では、熱溶射処理の堆積収率は、最大95%、最大80%、最大75%、最大70%、10%〜95%、20%〜80%、25%〜75%、30%〜60%、または50%であり得る。概して本明細書に使用される、「堆積収率」という用語は、合金加工物に接着する熱溶射された金属コーティング材料の百分率を指す。
ある非限定的な実施形態では、合金加工物上に熱溶射された金属表面コーティングの厚さは、最大2インチ、最大1インチ、最大0.5インチ、最大0.25インチ、0.25〜2インチ、0.5〜1インチ、または1〜2インチであり得る。ある非限定的な実施形態では、熱溶射された金属表面コーティングは、圧延した後に、最大2インチ、最大1インチ、最大0.5インチ、最大0.25インチ、0.25〜2インチ、0.5〜1インチ、1〜2インチ、0.25〜0.5インチ、0.1〜0.5インチ、または0.1〜0.25インチの厚さを有し得る。ある非限定的な実施形態では、熱溶射された金属表面の厚さは、合金加工物の横切る速度および/または回転速度に関連し得る。
ある非限定的な実施形態では、熱亀裂を減少させるために合金加工物を処理する方法は、概して、合金加工物の表面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を冷却溶射して、合金加工物に冶金的に接合された金属表面コーティングを形成することを含み得、その金属表面コーティングは、合金加工物からの熱損失を削減する。ある非限定的な実施形態では、合金加工物は、略円柱状の合金加工物であり得、金属コーティングは、例えば、合金加工物の周面上に堆積され得る。しかしながら、合金加工物が、異なる形状を有し得ることが理解される。当該分野の当業者によって理解されるように、冷却溶射することは、金属コーティング材料が、金属コーティング材料の融点を下回る温度である間に表面上に金属コーティング材料を溶射することを含み得、それよって、溶射された金属コーティング材料は、金属コーティング材料の固体粒子を含む。
ある非限定的な実施形態では、図3を参照すると、冷却溶射システム200は、概して、固体粒状金属コーティング材料を保持するために、器物205を含み得る。器物205は、器物200から固体粒状材料を流動させるように開口部を有する底壁を備え得る。収束発散(Laval)型ノズルのようなノズル210は、開口部から固体粒状材料を受け取るように器物200と連通していてもよい。ノズル210は、空気、窒素、ヘリウム、アルゴン、またはそれらの混合物のような流体流を超音波速度に加速させ得る。固体粒状材料を、器物200から流体流に供給して流量に同調させ、高速に加速して、溶射円錐225を形成し得る。固体粒状材料が、ノズル210からまたはノズル210の流出口で、器物200から流体流上流に供給され得る。流体流は、固体粒状材料の融点および/または軟化温度未満の温度に加熱され得る。ある非限定的な実施形態では、流体流は、固体粒状材料が、加工物205との衝撃に応じて可塑的に変形させるのに十分な速度を達成すると、ノズル210への流入前に加熱されなくてもよい。本実施形態および本明細書に記載の他の非限定的な実施形態と関連して使用され得る好適なノズルおよび冷却溶射装置は、本発明の実施形態の本説明を考慮していることが、当該分野の当業者には明らかである。
図3に示される非限定的な実施形態を参照すると、合金加工物230は、回転シール240を通って溶射チャンバ250に移動され合金加工物230の長軸を中心に平行に回転され得る。冷却溶射された表面コーティング235は、合金加工物230上に溶射円錐225を衝突させ合金加工物230を回転させることによって、合金加工物230の周面の少なくとも一部分上に形成され得る。合金加工物230は、溶射円錐225の真下を通って通過してもよい。過度に溶射されたいずれの固体金属コーティング材料も、チャンバベース255で回収され再利用され得る。図3は、合金加工物が軸を中心に回転される実施形態を模式的に描写するが、溶射装置が合金加工物に対して、またはその反対に平行移動され、それによって、金属コーティング材料が、合金加工物の表面に対して分散されて、合金加工物の表面上に堆積され得る任意の代替的な方法が利用され得ることが理解される。
冷却溶射することは、粒状金属コーティング材料および合金加工物の融点を下回る、比較的低い温度で実行され得る。比較的低い温度は、高温酸化、蒸発、溶解、再結晶、および/または金属コーティング材料のガス放出を阻止し得、熱溶射コーティング方法全体に利点を提供し得る。ある非限定的な実施形態では、固体金属コーティング材料の本来の構造および特性は、例えば、プラズマ、HVOF、アーク、ガスフレーム溶射、または他の熱溶射処理のような、高温コーティング処理とそうでなければ関連し得る相変態なく、合金加工物上にコーティングとして堆積されるとき保存され得る。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、冷却溶射されたコーティング材料は、空気中で酸化しない場合があり、種々の熱溶射されたコーティングよりも高い密度および/または低い熱伝導度を有する合金加工物上に金属コーティングを提供し得ると考えられる。
冷却溶射の根底にある原理、装置、および方法は、概して、例えば、米国特許第5,302,414号に説明される。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、冷却溶射表面コーティングは、加工物の表面上の粒子衝突の結果として形成され得ると考えられる。合金加工物上の固体金属粒子の衝撃は、固体金属粒子を可塑的に変形させ得る。粒子/粒子界面および/または粒子/加工物界面で剪断することは、粒子および/または合金加工物上の表面酸化フィルムを分解し得、それによって、金属を金属に接触させることおよび個別の金属コーティング粒子間、および金属コーティング粒子と合金加工物の表面との間の強度の冶金接合の形成を開始し得る。冷却溶射処理における接合は、粒子変形の処理に依存し得、それゆえ、硬い脆性の材料は、それらの可塑的に変形させる限定された能力のため、冷却溶射を助長し得る。
ある非限定的な実施形態では、冷却溶射された表面コーティングの特徴は、これらに限定されないが、温度、圧力、合金化合物の横切る速度、スタンドオフ(ノズルと合金加工物の表面との間の距離)、溶射速度、および堆積収率を含む処理する条件に関し得る。ある非限定的な実施形態では、冷却溶射装置によって生成された溶射の圧力は、0.5〜5MPa、0.7〜5MPa、1〜5MPa、1〜4MPa、0.3〜1MPa、0.5〜1MPa、または0.7〜1MPaであり得る。ある非限定的な実施形態では、冷却溶射装置によって生成された溶射の温度は、100〜1000℃、100〜600℃、250〜600℃、300〜1000℃、400〜600℃、500〜1000℃、または500〜800°Cであり得る。ある非限定的な実施形態では、冷却溶射装置の溶射速度は、1〜200g/分、10〜100g/分、または0.1〜1g/分であり得る。ある非限定的な実施形態では、冷却溶射装置と合金加工物の対象とする表面との間のスタンドオフの距離は、1〜72インチ、12〜72インチ、24〜36インチ、36〜72インチ、または36インチであり得る。ある非限定的な実施形態では、冷却溶射処理の堆積収率は、最大95%、最大80%、最大75%、最大70%、10%〜95%、20%〜80%、25%〜75%、30%〜60%、または50%であり得る。
ある非限定的な実施形態では、冷却溶射表面コーティングの厚さは、最大2インチ、最大1インチ、最大0.5インチ、最大0.25インチ、0.25インチ〜2インチ、0.5インチ〜1インチ、1インチ〜2インチであり得る。ある非限定的な実施形態では、熱溶射された金属表面の厚さは、合金加工物の横切る速度および/または回転速度に関連し得る。
本開示に従うある非限定的な実施形態では、表面コーティングが、合金加工物の周面または他の表面の領域上に堆積された後に、合金加工物は、堆積された表面コーティングと溶射円錐から離れた表面の対応する領域とを移動させ、溶射円錐に向かう表面の第2または後続の領域を移動させるように、再度位置付けられ得る。合金加工物が再度位置付けられた後に、金属表面コーティングは、溶射円錐に接触するように合金加工物の長軸に平行な方向に合金加工物を移動させることによって、合金加工物の表面上に冷却溶射され得る。言い換えれば、溶射円錐は、合金加工物が合金加工物の長軸に対して平行に移動させられ、合金加工物の表面の後続の領域が溶射円錐の真下を通る際に、静止状態であってもよい。
合金加工物の相対的な再位置付けをすることおよび例えば、合金加工物の長軸に対して平行な方向において略円柱状の合金加工物の周面上に金属表面コーティングを堆積させることは、合金加工物の周面が実質的に金属コーティングで被覆されるまで連続的に繰り返され得る。ある非限定的な実施形態では、溶射パラメータおよび合金加工物の位置付けは、所定であり得、および/または合金加工物の周面の少なくとも一部分にわたって均一な表面コーティングを形成するように活発に制御され得る。
合金が熱間加工され得る温度範囲は、合金および本開示に従う方法によって堆積させた金属コーティング材料の組成物および形態において亀裂が開始する温度を考慮し得る。熱間加工作業のための所与の開始温度で、いくつかの合金は、合金において亀裂が開始する温度の差異のため、他の合金よりも大きい温度範囲にわたって効率的に熱間加工され得る。比較的小さい熱間加工の温度範囲(すなわち、合金が熱間加工され得る最低温度と亀裂が開始する温度との間の差異)を有する合金のため、金属表面コーティングの厚さは、下層の加工物が、亀裂が開始する脆性の温度範囲まで冷却されないように阻害するかまたは阻止するように、比較的大きくてもよい。同様に、比較的大きい熱間加工の温度範囲を有する合金のため、金属表面コーティングの厚さは、下層の合金インゴットまたは他の合金加工物が、亀裂が開始する脆性の温度範囲まで冷却されないように阻害するかまたは阻止するように、比較的小さくてもよい。
ある非限定的な実施形態では、金属表面コーティングは、合金加工物の表面の少なくとも一部分上に形成され得る。ある非限定的な実施形態では、金属表面コーティングは、加工物の表面の実質的な一部分上に形成され得る。ある非限定的な実施形態では、金属表面コーティングは、合金加工物の周面上に形成され得る。ある非限定的な実施形態では、金属表面コーティングは、加工物の周面上および加工物の少なくとも1つの側面上または端面上に形成され得る。ある非限定的な実施形態では、金属表面コーティングは、加工物の周面上および加工物の各側面上または端面上に形成され得る。
本明細書に開示される方法に従う合金加工物上に提供される金属表面コーティングは、接触しているダイの表面から下層の加工物の表面を熱遮断するのに十分な厚さまで堆積させてもよく、それによって、下層の加工物の表面が、下層の加工物の表面が熱間加工中により容易に亀裂を生じ得る温度まで冷却されないように阻害するかまたは阻止し得る。この方式で、より大きい熱間加工温度は、概して、より大きい金属表面コーティングの厚さを優先することと相関し得る。ある非限定的な実施形態では、金属表面コーティングは、加工物からの熱損失を減少させるのに好適な厚さを有し得る。いかなる特定の理論にも束縛されることを意図しないが、金属表面コーティングは、合金加工物の熱損失を減少し得、および/または熱間加工中にダイまたは他の接触している表面に対して加工物の滑性を増加させ得る。金属表面コーティングは、対流、伝導、および/または放射を通じて加工物からの熱損失に対する遮熱壁として機能し得る。
ある非限定的な実施形態に従うと、熱亀裂を減少させるために合金インゴットまたは他の合金加工物を処理する方法は、概して、合金加工物を加工する前に、金属表面コーティングを含む合金加工物を冷却することを含み得る。合金加工物を冷却することは、金属表面コーティングを冷却することを含み得る。ある非限定的な実施形態では、合金加工物を冷却することは、合金加工物を空気冷却することを含み得る。ある非限定的な実施形態では、合金加工物の表面は、合金加工物を加工する前に室温に冷却され得る。
ある非限定的な実施形態では、図4を参照すると、熱亀裂を減少させるための本開示に従う合金加工物を処理する更なる方法は、概して、(40)金属キャニスタ内に合金加工物を挿入することを含む。金属キャニスタの内面の少なくとも一部分は、ニッケル−ホウ素コーティングを含む。合金加工物は、(42)金属キャニスタ内に封止されてキャニングされたアセンブリを形成する。(44)キャニングされたアセンブリの内部からガスの少なくとも一部分が除去され、(46)キャニングされたアセンブリは、加熱されて、合金加工物を金属キャニスタに過渡液相接合する。ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタは、金属カバーを含み得る。例えば、金属カバーは、金属キャニスタ内に合金加工物を封入するように金属キャニスタの開口端に溶接されてもよく、または別様に安全に取り付けられてもよく、それによってキャニングされたアセンブリを形成し得る。本方法の種々の非限定的な実施形態では、出口が、金属キャニスタおよび金属カバーのうちの1つに提供され得、キャニングされたアセンブリは、出口を待ち設けて密封され得る。ガスは、出口上に真空を設定することによってキャニングされたアセンブリの内部から引き出されてもよい。
ある非限定的な実施形態では、ニッケル−ホウ素コーティングは、キャニングされたアセンブリの加熱中に、金属キャニスタに合金加工物を冶金的に接合させ得る。したがって、ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタは、合金加工物に冶金的に接合された表面コーティングであると称され得るかまたは考慮され得る。
ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタは、開口端と、金属一部分の開口端に溶接されてもよいかまたは別様に安全に取り付けられてもよい金属カバーとを有する略円柱状の金属の一部分を含み得、それによって、その中に合金加工物を封止し得る。ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタは、例えば、0.25〜0.75インチまたは0.25〜0.5インチを超えるような0.25〜1インチの壁の厚さを含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタは、合金加工物の外径よりも大きい内径を含み得、よって合金加工物は、キャニスタ内に配置され得る。ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタは、閉口端の内径に対して、キャニスタの開口端のより大きい内径を含み得る。ある非限定的な実施形態では、キャニングされたアセンブリは、合金加工物と金属キャニスタとの間に間隙を含み得る。ある他の非限定的な実施形態では、キャニングされたアセンブリは、合金加工物と金属キャニスタとの間の間隙を欠く場合がある。ある非限定的な実施形態では、合金加工物は、重力の影響下で金属キャニスタと接触させるように金属キャニスタ内に挿入され得る。ある非限定的な実施形態では、合金加工物は、過渡液相接合中および/または均質化中、ニッケル−ホウ素コーティングをそこに含む金属キャニスタに接触し得る。
ある非限定的な実施形態では、合金加工物および/または金属キャニスタは、テーパ状であり得る。テーパ状金属キャニスタは、テーパ状合金加工物を適合するように冷却形成することおよび金属シートを溶接することによって形成され得る。ある非限定的な実施形態では、テーパ状合金加工物およびテーパ状金属キャニスタは、幅広い端部および狭い端部を含んでもよい。ある非限定的な実施形態では、狭い端部は、底部の端部を含み得、幅広い端は、上部の端部を含み得る。ある非限定的な実施形態では、テーパ状合金加工物およびテーパ状金属キャニスタは、1:50〜1:200、1:50〜1:100、1:200、1:100、または1:50のテーパを含み得る。ある非限定的な実施形態では、合金加工物は、テーパ状の円柱状外面を含み得、金属キャニスタは、相補的テーパ状の円柱状内面を含み得る。ある非限定的な実施形態では、テーパ状表面の相補的幾何学は、ニッケル−ホウ素コーティングを含む合金加工物と金属キャニスタとの間に密接な接触を提供し得る。ある非限定的な実施形態では、合金加工物は、合金加工物の長軸の全体長に沿ってテーパ状であり得る。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、相補的幾何学を有するテーパ状加工物およびテーパ状金属キャニスタを活用することは、非テーパ状合金加工物および/または非テーパ状金属キャニスタに対して、ニッケル−ホウ素コーティングを含む合金加工物と金属キャニスタとの間の接触を改善し得ると考えられる。
ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタは、合金加工物よりも低い熱膨張の係数を有する材料を含み得る。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼は、炭素鋼よりも約30%大きい熱膨張係数を有し得る。ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタの熱膨張の係数は、例えば、68°F〜2000°Fのような広い温度範囲にわたって合金加工物の熱膨張の係数未満の少なくとも20%であり得る。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、合金加工物と金属キャニスタとの間の熱膨張特性におけるそのような差異は、キャニングされたアセンブリの加熱中および過渡液相接合中に、ニッケル−ホウ素コーティングを含む合金加工物と金属キャニスタとの間に接触を維持するように圧縮応力を生成し得ると考えられる。ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタ材料は、70〜200°F(21〜93℃で12.4μm/m・℃)で6.9×10−6in/in・°Fの熱膨張の係数を含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタ材料は、70〜200°F(21〜93℃で16.5μm/m・℃)で9.2×10−6in/in・°Fの熱膨張の係数を含み得る。ある非限定的な実施形態では、合金加工物は、70〜200°F(21〜93℃で12.2μm/m・℃)で6.8×10−6in/in・°Fの熱膨張の係数を含み得る。
ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタは、ニッケル基合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、コバルト基合金、およびステンレス鋼から選択される材料を含み得る。鉄基合金キャニスタは、902合金(UNS番号N09902)を含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタは、430型ステンレス鋼(UNS番号S43000)を含み得る。
ある非限定的な実施形態では、合金加工物および金属キャニスタは、コバルト、鉄、およびニッケルからなる群から選択される地金を含み得る。ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタの地金および合金加工物の地金は、異なってもよい。例えば、金属キャニスタが、902合金(UNS番号N09902)および430型ステンレス鋼(UNS番号S43000)から選択される鉄基合金を含み得る一方で、合金加工物は、720合金(UNS番号N07720)、Rene 88(商標)合金、およびWaspaloy(登録商標)合金(UNS番号N07001)から選択されるニッケル基合金を含み得る。
ある非限定的な実施形態では、方法は、金属キャニスタ内に合金加工物を挿入する前に、金属キャニスタの内面の少なくとも一部分上にニッケル−ホウ素コーティングを堆積させることを含み得る。ある非限定的な実施形態では、ニッケル−ホウ素コーティングは、無電解めっきによって金属キャニスタの内面に適用されてもよい。当該分野の当業者に知られているように、無電解めっきは、電流の使用なしに表面上に材料を堆積させることができる。概して、無電解めっきは、電気エネルギーの使用なしに表面上に金属を堆積させるように溶液中に1つ以上の金属イオンの触媒縮小を含む。堆積処理のための推進力は、溶液中の化学物質還元剤によって提供され得る。種々の好適な無電解めっき処理は、金属キャニスタの内面上にニッケル−ホウ素コーティングを堆積させるように使用されてもよく、当該分野の当業者は、本方法に関連して金属キャニスタの内部の面上に好適なニッケル−ホウ素コーティングを提供するように従来の無電解めっき技術を容易に適合できる。
ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタの内面の少なくとも一部分上にニッケル−ホウ素コーティングを堆積させることは、概して、金属キャニスタの内部のニッケル−ホウ素材料を含むめっき溶液を処分することと、金属キャニスタの内面の少なくとも一部分上にニッケル−ホウ素材料をめっきすることと、出口を通してのような、金属キャニスタからめっき溶液を排出することと、金属キャニスタをすすぐことと、例えば金属キャニスタを加熱することによるような金属キャニスタを乾燥させることと、を含み得る。本処理は、ニッケル−ホウ素コーティングを有する金属キャニスタの内面を提供する。めっき処理中、めっき溶液の温度およびpHは、監視され制御され得る。ある非限定的な実施形態では、めっき溶液は、一定温度で保持され得る。ある非限定的な実施形態では、めっき溶液は、初期に、触媒めっき処理を開始するように加熱され得る。ある非限定的な実施形態では、めっき時間は、ある所望の厚さを有するコーティングを作製するように選択され得る。
ある非限定的な実施形態では、めっき溶液は、金属キャニスタの内面上にめっきされるように、溶媒、還元剤、および1つ以上の金属のイオンを含み得る。溶媒は、例えば、メタノールおよび/またはエタノールのような水および/またはアルコールを含み得る。金属イオンは、例えば、少なくとも部分的に溶媒に可溶性である金属塩を用いて、提供されてもよい。ある非限定的な実施形態では、金属塩は、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、酢酸ニッケル、および/または溶液に可溶性である任意の他の好適なニッケル塩を含んでもよい。ある非限定的な実施形態では塩アニオンが無電解めっき処理を妨げないかまたは不要なコーティング特性を作製しないように塩が選択され得る。ある非限定的な実施形態では、還元剤は、N−ジメチルアミンボラン、H−ジエチルアミンボラン、および水素化ホウ素ナトリウムのうちの1つ以上を含み得る。
ある非限定的な実施形態では、めっき溶液は、溶液のpHを制御する、金属イオンを安定化させる、金属塩の沈殿を阻止する、遊離金属イオン濃度を制御する、および/またはコーティングのある物理的特性を制御するように、1つ以上の添加剤を含み得る。ある非限定的な実施形態では、めっき溶液は、溶液のpHを制御するように酸および/または塩基を含み得る。ある非限定的な実施形態では、めっき溶液は、例えば、めっき溶液の遊離ニッケルイオン濃度を制御するように、酸のような錯化剤を含み得る。
ある非限定的な実施形態では、めっき溶液は、ある物理的特性を作製するように固体潤滑剤および/または硬い粒子を含み得る。例えば、固体潤滑剤および/または硬い粒子は、摩擦または耐摩耗性のある係数を有するコーティングを作製するように選択され得る。ある非限定的な実施形態では、固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、グラファイト、および硫化モリブデンから選択されてもよい。ある非限定的な実施形態では、めっき溶液は、炭化物(例えば、炭化ケイ素および/または炭化クロム)、窒化物、ホウ化物、ダイアモンド、および/または酸化物から選択される硬い粒子を含む。ある非限定的な実施形態では、固体潤滑剤および/または硬い粒子は、めっき溶液中に懸濁された粉末を含み得る。堆積処理中、懸濁された材料のうちのいくつかは、得られるコーティングに組み込まれ得、それによって、所望の物理的な特性を生じ得る。ある非限定的な実施形態では、固体潤滑剤および/または硬い粒子は、個別に、コーティングの体積によって最大20%を含み得る。ある非限定的な実施形態では、ニッケル−ホウ素コーティングは、合金加工物の硬度または耐摩耗性を超える硬度および/または耐摩耗性を有し得る。
ある非限定的な実施形態では、ニッケル−ホウ素コーティングは、ニッケルおよび例えば、2〜7重量パーセントのホウ素、または3〜5重量パーセントのホウ素のような、1〜10重量パーセントのホウ素を含み得る。ある非限定的な実施形態では、ニッケル−ホウ素コーティングは、ニッケルおよび3〜5重量パーセントのホウ素を含み得る。ニッケル−ホウ素コーティングは、偶発的な不純物もまた含み得る。ある非限定的な実施形態では、ニッケル−ホウ素コーティングは、1〜10重量パーセントのホウ素、2〜7重量パーセントのホウ素、または3〜5重量パーセントのホウ素、ニッケル、および偶発的な不純物からなるかまたは本質的になる。
ある非限定的な実施形態では、ニッケル−ホウ素コーティングは、例えば、0.005インチ〜0.1インチまたは0.005インチ〜0.01インチのような0.005インチ〜0.25インチの厚さを含み得る。
ある非限定的な実施形態では、ニッケル−ホウ素コーティングを堆積させる前に、金属キャニスタは、例えば、金属キャニスタの内面を研磨することまたは剥離することによって条件付けされた表面であり得る。種々の非限定的な実施形態では、金属キャニスタは、紙やすりで磨かれ得るおよび/またはバフ研磨され得る。ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタは、キャニスタの内面へのニッケル−ホウ素コーティングの接合を改善させるように3番〜4番仕上げに研削された表面であり得る。
ある非限定的な実施形態では、ニッケル−ホウ素コーティングは、上述のように、熱溶射および冷却溶射のうちの1つによって金属キャニスタに適用されてもよい。キャニスタの内部壁にニッケル−ホウ素コーティングを適用するように熱溶射することを活用するある非限定的な実施形態では、溶融金属コーティング材料は、ニッケル−ホウ素合金を含み得る。キャニスタの内部壁にニッケル−ホウ素コーティングを適用するように冷却溶射することを活用するある非限定的な実施形態では、金属コーティング材料の固体金属粒子は、ニッケル−ホウ素合金粒子を含み得る。ある非限定的な実施形態では、熱溶射または冷却溶射によって適用されるニッケル−ホウ素合金は、ニッケル基合金または最大3重量パーセントのホウ素を含むホウ酸化ステンレス鋼を含み得る。ある非限定的な実施形態では、熱溶射または冷却溶射によって適用されるニッケル−ホウ素合金は、1.75〜2.25重量パーセントのホウ素を含む304B7型ステンレス鋼(UNS番号S30467)を含み得る。
ある非限定的な実施形態では、金属キャニスタの内面の少なくとも一部分上にニッケル−ホウ素コーティングを形成した後であるが合金加工物を挿入する前に、金属キャニスタは、加熱されてもよい。例えば、種々の実施形態では、金属キャニスタは、金属キャニスタを膨張させるように、例えば1100°F〜2500°Fのような高温に曝露され得、合金加工物は、その膨張した金属キャニスタ内に挿入され得る。金属キャニスタはニッケル−ホウ素コーティングが、合金加工物としっかりと接触している状態に取り込まれ得るように金属キャニスタが冷却されると接触してもよい。
ある非限定的な実施形態では、本方法は、キャニスタ上に提供された出口を真空ポンプに接続することにより、キャニングされたアセンブリの内部からガスを除去することと、キャニングされたアセンブリの内部からガスおよび/または水分の少なくとも一部分を除去するように真空を適用することとを含み得る。ある非限定的な実施形態では、真空は、過渡液相接合中および/または均質化中に、合金加工物と金属キャニスタとの間の接触を維持するように空気圧縮圧力を生成し得る。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、キャニングされたアセンブリを加熱することは、過渡液相接合形成および/または冶金接合形成に不利に影響し得るキャニングされたアセンブリの内部においてガスを生成し得ると考えられる。ある非限定的な実施形態では、方法は、同時に、キャニングされたアセンブリの内部からガスおよび/または水分を除去するように真空を適用することと、キャニングされたアセンブリを過渡液相接合温度および/または均質化温度に加熱することと、を含み得る。
ある非限定的な実施形態では、キャニングされたアセンブリを加熱して合金加工物を金属キャニスタに過渡液相接合することは、炉またはオーブン内にキャニングされたアセンブリを置くことを含み得る。ある非限定的な実施形態では、キャニングされたアセンブリは、過渡液相接合温度および均質化温度のうちの少なくとも1つに加熱され得る。ある非限定的な実施形態では、過渡液相接合温度は、均質化温度以下であり得る。ある非限定的な実施形態では、過渡液相接合温度は、ニッケル−ホウ素コーティングの融解温度以上であり得る。ある非限定的な実施形態では、ニッケル−ホウ素コーティングの融解温度は、均質化温度以下であり得る。ある非限定的な実施形態では、均質化温度は、2100°F〜2200°Fであり得る。ある非限定的な実施形態では、過渡液相接合温度は、1800°F〜2000°Fであり得る。ある非限定的な実施形態では、ニッケル−ホウ素コーティングの融解温度は、1850°F〜1930°Fであり得る。
ある非限定的な実施形態では、過渡液相接合および均質化は、同時に起こり得る。例えば、ある非限定的な実施形態では、過渡液相接合温度は、均質化温度と重複してもよい。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、過渡液相接合および/または均質化中、ニッケル−ホウ素コーティングは、溶解し得、ホウ素は、合金加工物および金属キャニスタの両方に拡散し得ると考えられる。ホウ素が、ニッケル−ホウ素コーティングから拡散するにつれて、ニッケル−ホウ素コーティングの融点は、上昇し得る。ニッケル−ホウ素コーティングが再度凝固すると、冶金接合は、金属キャニスタの内面に合金加工物を溶接して形成し得、それによって、過渡液相接合をもたらし得る。ある非限定的な実施形態では、過渡液相接合は、均質化の前に起こり得る。
ある非限定的な実施形態では、キャニングされたアセンブリは、第1の期間には過渡液相接合温度に加熱され得、第2の期間には均質化温度に加熱され得る。ある非限定的な実施形態では、第1の期間および第2の期間は、独立して、例えば、24〜72時間、36〜48時間、6〜24時間、1〜5時間、2〜4時間、または2〜3時間のような、最大72時間、最大48時間、最大36時間、最大24時間、最大12時間、最大5時間、最大4時間、および最大2時間から選択され得る。ある非限定的な実施形態では、第1の期間は、例えば、最大4時間、最大2時間、1〜5時間、2〜4時間、または2〜3時間のような、最大5時間であってもよい。ある非限定的な実施形態では、第2の期間は、例えば、最大48時間、最大36時間、最大24時間、最大12時間、24〜72時間、36〜48時間、または6〜24時間のような、最大72時間であってもよい。ある非限定的な実施形態では、キャニングされたアセンブリは、最大2時間にわたって1850°F〜1930°Fの温度に加熱されてニッケル−ホウ素コーティングを溶解し得、36〜72時間にわたって2100°F〜2200°Fの均質化温度にキャニングされたアセンブリを加熱する前に、合金加工物と金属キャニスタとの間に過渡液相接合をもたらし得る。
ある非限定的な実施形態では、キャニングされたアセンブリは、第1の温度勾配を適用することによって合金加工物と金属キャニスタとの間に過渡液相接合を作製するように加熱され得、次いで、第2の温度勾配を適用することによって合金加工物を均質化するように加熱し得る。ある非限定的な実施形態では、第1の温度勾配は、例えば、少なくとも0.75°F/分、少なくとも1°F/分、少なくとも2°F/分、最大3°F/分、最大2°F/分、最大1.5°F/分、最大1°F/分、0.5〜2°F/分、または0.6〜1.75°F/分のような、少なくとも0.50°F/分であり得る。ある非限定的な実施形態では、第1の温度勾配は、最大2時間にわたって1850°F〜1930°Fの温度に上昇するのに十分な速度であり得る。ある非限定的な実施形態では、第1の温度勾配は、例えば、少なくとも0.2°F/分、少なくとも0.5°F/分、少なくとも0.75°F/分、最大1°F/分、最大1°F/分、最大0.9°F/分、最大0.75°F/分、0.1〜0.9°F/分、または0.2〜0.5°F/分のような、少なくとも0.10°F/分であり得る。ある非限定的な実施形態では、第2の温度勾配は、36〜48時間にわたって2100°F〜2200°Fの温度に上昇するのに十分な速度であり得る。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、ニッケル−ホウ素コーティングの融点付近に温度勾配を減速させることおよび/またはニッケル−ホウ素コーティングの融点で保持することは、溶解されたニッケル−ホウ素コーティングの長範囲の移動を減少させ得るかまたは阻止し得、合金加工物と金属キャニスタとの間により強度な冶金接合を提供し得ると考えられる。ある非限定的な実施形態では、加熱することは、1850°F〜1930°Fに下降され得、1900°F〜1930°Fで1〜2時間にわたって保持され得る。
本明細書に記載のキャニング方法とは対照的に、従来のキャニング技術は、金属缶が、加工物に冶金的に接合されないため、低防護率であることを特徴とし得る。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、金属キャニスタと合金加工物との間の過渡液相接合は、ダイ冷却効果のため、表面亀裂から加工物を効率的に保護するように重熱間加工を乗り切り得、それによって、鍛造収率を改善すると考えられる。例えば、本発明者らは、本発明に従って作製された過渡液相接合が、非常に強靭な圧延条件下で乗り切ったことを観察した。ニッケル−ホウ素表面コーティングは、合金加工物の表面に冶金的に接合され得、金属キャニスタは、熱間加工に至るまでおよび熱間加工中、合金加工物の表面上に保持され得る。合金加工物に接合された金属キャニスタは、合金加工物からの熱損失を減少させ得、そのように接合されたキャニスタを欠くそれ以外は同一の合金加工物に対して、合金加工物の鍛造、押出成形、または他の加工中の表面亀裂の発生率を排除し得るかまたは減少させ得る。金属キャニスタは、鍛造されたバーおよびビレット作製物を作製する回転鍛造の後におよび/またはバーおよびコイル作製物を作製する圧延の後に、合金加工物に冶金的に接合されて残り得る。
ある非限定的な実施形態では、図5を参照すると、熱亀裂を減少させるために合金加工物を処理する方法は、概して、(50)インゴットを提供すること、(52)インゴットを研磨してテーパ状インゴットを形成すること、(54)テーパ状金属キャニスタを提供すること、(56)金属キャニスタの内面の少なくとも一部分上に無電解めっき、溶射形成、または冷却溶射のうちの1つによってニッケル−ホウ素コーティングを堆積させること、(58)金属キャニスタの内面をすすぐことおよび(60)乾燥させること、(62)金属キャニスタ内に合金加工物を挿入すること、(64)金属キャニスタ内に合金加工物を封止してキャニングされたアセンブリを形成すること、(66)真空下でキャニングされたアセンブリの内部からガスおよび/または水分の少なくとも一部分を除去すること、(68)真空下でキャニングされたアセンブリを加熱して、合金加工物を金属キャニスタの内部の面に過渡液相接合して(70)キャニングされた合金加工物を形成することを含み得る。
ある非限定的な実施形態に従うと、本明細書に開示される方法の実施形態によって作製されるコーティングされた合金加工物またはキャニングされた合金加工物は、熱間加工され得る。コーティングされたまたはキャニングされた合金加工物を熱間加工することは、コーティングされたまたはキャニングされた加工物に力を適用して加工物に変形させることを含み得る。力は、例えば、ダイおよび/またはロールを用いて適用され得る。ある非限定的な実施形態では、コーティングされたまたはキャニングされた合金加工物を熱間加工することは、1500°F〜2500°Fの温度で加工物を熱間加工することを含み得る。ある非限定的な実施形態では、コーティングされたまたはキャニングされた合金加工物を熱間加工することは、鍛造作業および/または押出成形作業を含み得る。例えば、本明細書に開示される方法に従う加工物の表面の少なくとも1つの領域上に堆積した金属表面コーティングを有する加工物、または本明細書に記載されるようなキャニングされた合金加工物は、据え込み鍛造および/または引き出し鍛造され得る。種々の非限定的な実施形態では、方法は、加工物上に金属表面コーティングを形成した後に、鍛造することによってコーティングされた加工物を熱間加工することを含み得る。種々の非限定的な実施形態では、方法は、加工物上に金属表面コーティングを形成した後に、1500°F〜2500°Fの温度で鍛造することによってコーティングされた合金加工物を熱間加工することを含み得る。種々の非限定的な実施形態では、方法は、合金加工物上に表面コーティングを形成した後に、押出成形することによってコーティングされた合金加工物を熱間加工することを含み得る。種々の非限定的な実施形態では、方法は、合金加工物上に金属表面コーティングを形成した後に、1500°F〜2500°Fの温度で押出成形することによってコーティングされた合金加工物を熱間加工することを含み得る。
据え込みおよび引き出し鍛造作業は、据え込み鍛造作業の1つ以上のシーケンスおよび引き出し鍛造作業の1つ以上のシーケンスを含み得る。据え込み鍛造作業中、加工物の端表面は、加工物の長さを圧縮し加工物の断面を増大させる加工物に力を適用する鍛造ダイと接触していてもよい。引き出し作業中、側表面(例えば、円柱状加工物の周面)は、加工物の断面を圧縮し加工物の長さを増大させる加工物に力を適用する鍛造ダイと接触していてもよい。
ある非限定的な実施形態に従うと、熱亀裂を減少させるために合金インゴットまたは他の合金加工物を処理する方法は、概して、加工物から金属表面コーティングの少なくとも一部分および/または表面コーティングの残遺物を除去することを含み得る。ある非限定的な実施形態では、方法は、コーティングされた加工物を熱間加工した後に、加工物を熱間加工することによって形成された作製物から金属表面コーティングの少なくとも一部分を除去することを含み得る。表面コーティング材料を除去することは、例えば、ショットブラストすること、研磨すること、剥離すること、および旋盤することのうちの1つ以上を含んでもよい。ある非限定的な実施形態では、熱間加工コーティングされた加工物を剥離することは、旋削加工することを含み得る。
ある非限定的な実施形態に従うと、熱亀裂を減少させるために合金インゴットまたは他の合金加工物を処理する方法は、概して、加工物から金属キャニスタの少なくとも一部分または金属キャニスタの残遺物を除去することを含み得る。ある非限定的な実施形態では、方法は、キャニングされた加工物を熱間加工した後に、キャニングされた加工物を熱間加工することによって形成された作製物から金属キャニスタの少なくとも一部分を除去することを含み得る。キャニスタ材料を除去することは、例えば、ショットブラストすること、研磨すること、剥離すること、および旋盤することのうちの1つ以上を含んでもよい。ある非限定的な実施形態では、熱間加工コーティングされた加工物を剥離することは、旋削加工することを含み得る。
種々の非限定的な実施形態では、金属表面コーティングを含むように処理されたかまたは本明細書に記載のようにキャニングされた合金インゴットまたは他の合金加工物は、1つ以上の据え込みおよび引き出し鍛造作業に供され得る。例えば、3つのことから構成される据え込みおよび引き出し鍛造作業では、コーティングまたはキャニングされた加工物は、最初に据え込み鍛造され、次いで引き出し鍛造され得る。据え込みおよび引き出しシーケンスは、合計で3つの連続する据え込みおよび引き出し鍛造作業に対して更に2度繰り返され得る。種々の非限定的な実施形態では、コーティングまたはキャニングされた加工物は、1つ以上の押出成形作業に供され得る。例えば、押出成形作業では、略円柱状のコーティングまたはキャニングされた加工物は、環状のダイを通って押し出され得、それによって、直径を減少させ加工物の長さを増大させ得る。他の熱間加工技術は、当業者には明らかであり、本開示に従う方法は、過度の実験方法の必要なく、そのような他の技術のうちの1つ以上の使用のために適合され得る。
種々の非限定的な実施形態では、本明細書に開示される方法は、キャストされた、圧密化された、または溶射形成されたインゴットの形態の合金インゴットから鍛造されたビレットを作製するように使用されてもよい。ビレットまたは他の加工された物品へのインゴットの鍛造変換または押出成形変換は、以前の加工物に比べて物品のより細かい粒状構造を作製し得る。コーティングされキャニングされた合金加工物を作製するための本明細書に説明される方法および処理は、合金加工物の表面に提供された材料が、鍛造中および/または押出成形作業中、加工物の表面亀裂の発生率を減少させ得るため、加工物からの鍛造または押出成形された作製物(例えば、ビレットのような)の収率を改善し得る。例えば、本開示の方法の実施形態に従って合金加工物の表面の領域上に提供された金属表面コーティングが、加工ダイによって生じた歪みに耐容性を示すことが観察された。本開示に従って提供された金属表面コーティングが、熱間加工中、加工ダイと合金加工物との間の温度差動に、より容易に耐容性を示すことも観察された。このようにして、本開示に従う金属表面コーティングは、表面亀裂を全く呈し得ないかまたは小規模な表面亀裂を呈し得、一方表面亀裂の開始が加工中に下層の合金加工物で阻止または減少されることが観察された。
種々の非限定的な実施形態では、本開示に従って表面コーティングを有するかまたはキャニングされた種々の合金のインゴットまたは他の加工物は、種々の物品を製作するように使用され得る作製物を形成するように熱間加工されてもよい。例えば、本明細書に記載される処理は、ニッケル基合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、チタン基合金、チタン−ニッケル基合金、コバルト基合金、ニッケル基超合金、および他の超合金からビレットを形成する処理において使用され得る。熱間加工されたインゴットまたは他の合金加工物から形成されたビレットまたは他の作製物を使用して、例えば、タービンエンジンおよび種々の陸上にあるタービンのためのディスクおよびリングのような、タービン構成要素を含む物品を製作し得るが、これらに限定されない。本明細書に記載の種々の非限定的な実施形態に従って処理された合金インゴットまたは他の合金加工物から製作された他の物品は、バルブ、エンジン構成要素、シャフト、および締結具を含み得るが、これらに限定されない。
本明細書の種々の実施形態に従って処理され得る合金加工物は、任意の好適な形態であってもよい。特に非限定的な実施形態では、例えば、合金加工物は、インゴット、ビレット、バー、プレート、管、焼結された予め形成された物等を含んでもよい。
本明細書に引用される全ての文献は、別途示されない限り、参照により本明細書に組み込まれる。いずれの文献の引用も、それが本発明に対する先行技術であるという承認として解釈されるべきではない。本文献における用語のいずれかの意味または定義が、参照により組み込まれる文献における同一の用語のいずれかの意味または定義と矛盾する範囲内では、本文献における該用語に割り当てられた意味または定義が、先行する。
本発明の具体的な非限定的な実施形態が例示され説明されるが、様々な他の変更および修正が、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく行われ得ることは当業者には明白である。それゆえ、添付の特許請求の範囲において、本発明の範囲内にあるそのような全ての変更および修正を網羅することが意図される。



  1. 熱亀裂を減少させるために合金加工物を処理する方法であって、
    合金加工物の表面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射して、前記合金加工物に冶金的に接合された表面コーティングを形成することを含み、
    前記表面コーティングが、前記合金加工物よりも延性であり、
    前記表面コーティングが、前記合金加工物からの熱損失を減少させる、方法。

  2. 前記合金加工物が、略円柱状の合金加工物であり、前記方法が、
    前記合金加工物の周面の少なくとも一部分上に前記金属コーティング材料を溶射して、前記合金加工物に冶金的に接合された前記表面コーティングを形成することを含む、請求項1に記載の方法。

  3. 前記合金加工物の前記周面の少なくとも一部分上への前記金属コーティング材料の前記溶射の間に、前記合金加工物が、前記加工物の長軸を中心に回転される、請求項1または2に記載の方法。

  4. 前記金属コーティング材料が、ステンレス鋼粒子およびニッケル基合金粒子から選択される粒子を含む、請求項1に記載の方法。

  5. 前記金属コーティング材料が、304型ステンレス鋼(UNS番号S30400)、304 L型ステンレス鋼(UNS番号S30403)、316型ステンレス鋼(UNS番号S31600)、および316L型ステンレス鋼(UNS番号S31603)からなる群から選択される少なくとも1つのオーステナイト系ステンレス鋼ステンレスの粒子を含む、請求項1に記載の方法。

  6. 前記金属コーティング材料が、600合金(UNS番号N06600)および625合金(UNS番号N06625)からなる群から選択される少なくとも1つのニッケル基合金の粒子を含む、請求項1に記載の方法。

  7. 前記周面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射することが、前記金属コーティング材料の融点および前記合金加工物の融点未満の温度で、前記合金加工物の前記周面の少なくとも一部分上に前記金属コーティング材料を溶射することを含む、請求項1に記載の方法。

  8. 前記周面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射することが、前記周面に固体金属粒子を溶射することを含む、請求項7に記載の方法。

  9. 前記金属コーティング材料が、固体金属粒子を含む、請求項7に記載の方法。

  10. 前記周面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射することが、
    前記金属コーティング材料の融点以上かつ前記合金加工物の融点未満の温度で、前記合金加工物の前記周面の少なくとも一部分上に前記金属コーティング材料を溶射することを含む、請求項1に記載の方法。

  11. 前記周面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射することが、前記周面上への半溶融金属粒子および溶融金属液滴のうちの少なくとも1つを含む、請求項10に記載の方法。

  12. 前記金属コーティング材料が、半溶融金属粒子および溶融金属液滴のうちの少なくとも1つを含む、請求項10に記載の方法。

  13. 前記周面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射する前に、
    前記合金加工物の前記周面の少なくとも一部分を2000°Fを超える温度まで加熱することを更に含む、請求項1に記載の方法。

  14. 前記合金加工物が、ニッケル基合金、ニッケル基超合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、チタン基合金、チタン−ニッケル基合金、およびコバルト基合金からなる群から選択される材料を含む、請求項1に記載の方法。

  15. 前記合金加工物が、718合金(UNS番号N07718)、720合金(UNS番号N07720)、Rene 41(商標)合金(UNS番号N07041)、Rene 88(商標)合金、Waspaloy(登録商標)合金(UNS番号N07001)、およびInconel(登録商標)100合金からなる群から選択される材料を含む、請求項1に記載の方法。

  16. 前記金属コーティング材料および前記合金加工物が、コバルト、鉄、およびニッケルからなる群から選択される地金を含む、請求項1に記載の方法。

  17. 前記金属コーティング材料の前記地金が、前記合金加工物の前記地金と同じである、請求項16に記載の方法。

  18. 前記金属コーティング材料の前記地金が、前記合金加工物の前記地金とは異なる、請求項16に記載の方法。

  19. 前記周面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射する前に、
    前記合金加工物の前記周面の少なくとも一部分を調整する、請求項1に記載の方法。

  20. 前記合金加工物の少なくとも1回の回転を完了した後に、前記合金加工物の前記長軸に沿う方向に前記合金加工物を移動させることと、
    前記合金加工物の前記周面の後続部分上に前記金属コーティング材料を溶射することと、
    所望の金属コーティング厚を達成するまで前記移動および溶射を繰り返すことと、を更に含む、請求項3に記載の方法。

  21. 前記合金加工物の長手方向の端部の少なくとも一部分上に前記金属コーティング材料を溶射して、前記合金加工物に冶金的に接合された表面コーティングを形成することを更に含む、請求項1に記載の方法。

  22. 前記周面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射した後に、
    前記合金加工物を圧延して前記金属表面コーティングを圧密化することを更に含む、請求項1に記載の方法。

  23. 前記周面の少なくとも一部分上に金属コーティング材料を溶射した後に、
    鍛造および押出成形のうちの少なくとも1つによって前記合金加工物を熱間加工して、前記合金加工物を変形させることを更に含む、請求項1に記載の方法。

  24. 前記合金加工物を熱間加工した後に、
    前記合金加工物から前記金属表面コーティングの少なくとも一部分を除去することを更に含む、請求項23に記載の方法。

  25. 熱亀裂を減少させるために合金加工物を処理する方法であって、
    金属キャニスタ内に前記合金加工物を挿入することであって、前記金属キャニスタが、前記合金加工物よりも低い熱膨張の係数を有し、かつ内面の少なくとも一部分上にニッケル−ホウ素コーティングを含む内面を含み
    前記合金加工物を前記金属キャニスタ内に封止して、キャニングされたアセンブリを提供することと、
    前記キャニングされたアセンブリの内部からガスの少なくとも一部分を除去することと、
    前記キャニングされたアセンブリを加熱して、前記合金加工物を前記金属キャニスタに過渡液相接合することと、を含む、方法。

  26. 前記金属キャニスタの熱膨張の前記係数が、前記合金加工物の熱膨張の前記係数未満の少なくとも20パーセントである、請求項25に記載の方法。

  27. 前記キャニングされたアセンブリを加熱して、前記合金加工物を前記金属キャニスタに過渡液相接合することが、前記合金加工物を前記金属キャニスタに冶金的に接合することである、請求項25に記載の方法。

  28. 前記合金加工物を金属キャニスタ内に封止することが、前記金属キャニスタの開口端に金属カバーを溶接することを含む、請求項25に記載の方法。

  29. 前記金属キャニスタおよび金属カバーのうちの少なくとも1つに出口を提供することと、
    前記出口に真空を適用して前記キャニングされたアセンブリからガスの少なくとも一部分を除去することを更に含む、請求項28に記載の方法。

  30. 前記キャニングされたアセンブリを加熱することが、前記合金加工物が均質化され、および前記ニッケル−ホウ素コーティングの前記融解温度以上の均質化温度に前記キャニングされたアセンブリを加熱することを含む、請求項25に記載の方法。

  31. 前記均質化温度が、2100°F〜2200°Fであり、前記ニッケル−ホウ素コーティングの前記融解温度が、1800°F〜2000°Fである、請求項30に記載の方法。

  32. 前記キャニングされたアセンブリが、
    前記キャニングされたアセンブリを1850°F〜1930°Fの温度で最大2時間にわたって加熱して前記ニッケル−ホウ素コーティングを融解することと、引き続いて、
    2100°F〜2200°Fの均質化温度に前記キャニングされたアセンブリを加熱することと、を含む、請求項30に記載の方法。

  33. 2100°F〜2200°Fの均質化温度に前記キャニングされたアセンブリを加熱することが、36時間〜48時間にわたって前記均質化温度で前記キャニングされたアセンブリを保持することを含む、請求項30に記載の方法。

  34. 前記合金加工物が、テーパ状、略円柱状の外面を含み、前記金属キャニスタが、相補的テーパ状、略円柱状の内面を含む、請求項25に記載の方法。

  35. 金属キャニスタが、ニッケル基合金、鉄基合金、およびステンレス鋼からなる群から選択される材料を含む、請求項25に記載の方法。

  36. 前記金属キャニスタが、902合金(UNS番号N09902)および430型ステンレス鋼(UNS番号S43000)から選択される材料を含む、請求項35に記載の方法。

  37. 前記合金加工物が、718合金(UNS番号N07718)、720合金(UNS番号N07720)、Rene 41(商標)合金(UNS番号N07041)、Rene 88(商標)合金、Waspaloy(登録商標)合金(UNS番号N07001)、およびInconel(登録商標)100合金からなる群から選択される材料を含む、請求項25に記載の方法。

  38. 前記金属キャニスタおよび前記合金加工物が、コバルト、鉄、およびニッケルからなる群から選択される地金を含む、請求項25に記載の方法。

  39. 前記金属キャニスタの前記地金と前記合金加工物の前記地金とが異なる、請求項38に記載の方法。

  40. 前記合金加工物を前記金属キャニスタ内に挿入する前に、
    前記合金加工物の外面および前記金属キャニスタの内面のうちの少なくとも1つの少なくとも1つの領域を研磨することを更に含む、請求項25に記載の方法。

  41. 前記合金加工物を前記金属キャニスタ内に挿入する前に、
    前記金属キャニスタを加熱することを更に含む、請求項25に記載の方法。

  42. 前記キャニングされたアセンブリ内で、前記合金加工物が、前記ニッケル−ホウ素コーティングの少なくとも一部分と接触している、請求項25に記載の方法。

  43. 前記キャニングされたアセンブリが、前記合金加工物と前記金属キャニスタとの間の間隙を欠いている、請求項25に記載の方法。

  44. 同時に、前記キャニングされたアセンブリの内部からガスの少なくとも一部分を除去し、前記キャニングされたアセンブリを加熱して、前記合金加工物を前記金属キャニスタに過渡液相接合することを更に含む、請求項25に記載の方法。

  45. 無電解めっきによって前記金属キャニスタの内面の少なくとも一部分上にニッケル−ホウ素コーティングを堆積させて、前記ニッケル−ホウ素コーティングを形成することを更に含む、請求項25に記載の方法。

  46. 前記ニッケル−ホウ素コーティングが、3〜5重量パーセントのホウ素を含む、請求項45に記載の方法。

  47. 前記ニッケル−ホウ素コーティングが、0.005インチ〜0.01インチの厚さを有する、請求項45に記載の方法。

  48. 前記キャニングされたアセンブリを加熱して、前記合金加工物を前記金属キャニスタに過渡液相接合した後に、
    鍛造および押出成形のうちの少なくとも1つによって前記キャニングされたアセンブリを熱間加工して、前記キャニングされたアセンブリを変形させることを更に含む、請求項25に記載の方法。

  49. 前記キャニングされたアセンブリを熱間加工した後に、
    前記変形させたキャニングされたアセンブリから前記金属キャニスタの少なくとも一部分を除去することを更に含む、請求項48に記載の方法。

 

 

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を含む、ブレーキディスクを作製する方法に関する。粒子状材料は、80重量%〜90重量%の炭化タングステン、8重量%〜12重量%のコバルトおよび2重量%〜6重量%のクロムからなる。
【選択図】図1
車両用の車輪アセンブリであって、車輪(10)と、少なくとも1つの下方サスペンションリンク(20)と1つの上方部(30)と、を備え、車輪(10)は、枢軸線(90)の周囲で、車両を操舵するために360°回転するよう配置され、垂直投影面上への前記枢軸線(90)の投影は、前記車輪(10)と地面(100)との間の接点を通る垂直軸を備え、前記垂直軸とキャスタ角を画成し、前記車輪アセンブリは、キャスタ角(α)を調整するよう配置されるキャスタ調整手段(35)を備え、上方部(30)の位置が第1の自由度および第2の自由度に沿って車両に対して移動可能であることを特徴とする、車輪アセンブリ。
本発明は気体状の生成物を発生させるためのアノードとして適した電極であって、相互に連結した孔隙を有していて触媒の貴金属酸化物を含む少なくとも一つのチタンの亜酸化物の層で被覆した金属の支持体を有する電極に関する。本発明はさらに、そのような電極を製造する方法であって、チタンの亜酸化物と貴金属酸化物に基づく触媒との混合物をバルブ金属の支持体の上にコールドガススプレー法によって塗布することを含む方法に関する。
【選択図】なし
適切に成形された支持部材の上にチタン粒子のコールドガスダイナミックスプレーを施す工程を含む、チタンの耐荷重構造物を製造するための方法、およびそのようにして製造されたチタンの耐荷重構造物。
【選択図】図2
本発明は、内燃機関のためのアルミニウムピストン(1)の製造方法に関し、前記アルミニウムピストンは、少なくとも窪みの端部(4)の領域及び/又は窪みの底部(3)の領域に、アルミニウムピストン(1)のベース材料に少なくとも1つの付加的元素を導入するために且つ中間層(6)を生成するために溶接処理が施される。この溶接法により、以下の付加的元素のうちの少なくとも1つを、特定の濃度、すなわちNiが1wt%〜7wt%、Cuが1wt%〜15wt%、及びFeが0.5wt%〜5wt%で導入することが発明の本質である。これにより、特に、微細で有利に形成された中間層(6)を生成することができ、該中間層はアルミニウムピストン(1)の熱機械的耐性の増大に貢献する。
ターボ機械コンポーネントは、分離接合部(3)によって分離されておりかつ分離接合部(3)にそれぞれ1つのシール面(6、7)を備える、少なくとも2つの部分コンポーネント(4、5)を備え、両シール面(6、7)の少なくとも1つは、その頂部において球形の構造になされており、その結果両シール面(6、7)の線接触が形成されており、シール面(6、7)の少なくとも1つには、厚さが最大30μmで蒸着法によって塗布された、硬質材料を備えるコーティング(9、10)あるいは、厚さが最大30μmで蒸着法によって塗布されたかあるいは厚さが最大300μmで溶射法によって塗布された、クロム含有合金を備えるコーティング(9、10)を備える。
フレーム溶射、プラズマ溶射、コールドスプレー、および高速酸素燃料溶射(HVOF)などの溶射技術において用いられる溶射粉末20が提供される。溶射粉末20は水アトマイズまたはガスアトマイズによって形成され、溶射粉末20の総重量に基づいて、3.0wt%〜7.0wt%の炭素、10.0wt%〜25.0wt%のクロム、1.0wt%〜5.0wt%のタングステン、3.5wt%〜7.0wt%のバナジウム、1.0wt%〜5.0wt%のモリブデン、0.5wt%以下の酸素、および少なくとも40.0wt%の鉄を含む。溶射粉末20をピストンまたはピストンリングなどの金属体に塗布して、コーティングを形成することができる。溶射粉末20はまた、溶射成形部分を提供することができる。
本発明は、光触媒活性スプレー粒子を含むスプレー粉末を、キャリアガスによりノズル内で加速し、スプレー粒子が、基板への衝突時にコーティングを形成する、コールドガススプレー方法である。本発明によれば、光触媒活性スプレー粉末の少なくとも一部は、ナノ結晶凝集体から成り、ナノ結晶凝集体は、200〜800m/gの多孔率を有し、多孔率を、窒素を用いたBET測定により決定することを特徴とする。さらに、本発明に係る方法によって製造されたコーティング、およびこのコーティングを有する物を特許請求の範囲に記載する。
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