[发明专利]硬钎焊镍基超级合金中的宽间隙而不显著劣化特性的方法

说明书

本发明涉及硬钎焊镍基超级合金中的宽间隙而不显著劣化特性的方法。先前开发的并由于其耐腐蚀性而使用的在一些实施方案中包含5％至7％Fe的镍基超级合金还具有作为硬钎焊填料用于修复或接合超级合金基底(例如用于形成涡轮发动机桨片和叶片、热交换器、容器和管道的那些)的良好特性。特别地，这样的耐腐蚀性镍基超级合金具有用于超级合金基底中大于一毫米的间隙的宽间隙硬钎焊的良好特性，其在基底中的整个硬钎焊区域保持有利的材料特性。

技术领域

本发明一般地涉及金属、合金和超级合金的制造或修复。更特别地，本发明涉及镍基超级合金的硬钎焊，并且更特别地涉及使用不会导致硬钎焊区域中特性显著劣化的硬钎焊合金材料和步骤来硬钎焊镍基超级合金中的宽间隙。

背景技术

本文描述的实施方案一般地涉及金属、合金和超级合金的制造、修复或二者，例如用于构造涡轮发动机扩散器、桨片和叶片；热交换器；耐腐蚀性的容器和管道等组件应用的那些。为了表达简洁，我们把所有这种组件形成材料称作“合金”，从上下文可以清楚所指的一种或更多种材料。在此种合金的制造或修复中，通常需要接合两块合金、修复裂缝或填充合金中的空隙、间隙或空洞。为了表达简洁，我们把所有这种活动称作“修复”或“修复合金”。虽然硬钎焊通常涉及硬钎焊作为形成组件基底的基体材料的单一类型合金(也称为基体金属、基体合金或基体超级合金)，但是硬钎焊技术不固有地受限于单一组成的基体材料，本文所描述的实施方案也不受限于此。如本领域已知的，不同合金通常通过硬钎焊接合。本文所述的硬钎焊材料的组成范围允许常规实验以获知是否可接合在考虑中的特定不同合金。为了表达简洁，本文中我们描述了硬钎焊形成组件基底的单一类型合金，从而理解不能固有地排除不同合金的接合，其可通过常规的试验确定。

用于修复合金的常用方法包括使用或不使用额外的填充材料的焊接、硬钎焊和软钎焊。焊接涉及熔融基体材料区域，然而硬钎焊和软钎焊涉及仅熔融填充材料但是通常不熔融周围的合金。硬钎焊填充材料在本文中可互换地称作硬钎焊填料、硬钎焊填充材料、硬钎焊材料或硬钎焊合金并且没有差别。被称为“硬钎焊”工艺是常规的，其中填充材料的液相线温度通常高于约450摄氏度(842华氏度)但是低于基体金属基底的固相线温度。我们遵循常规术语，其中液相线温度表示全液相与包含固体和液体二者的相之间的界线，并且固相线表示全固相与包含液体和固体二者的相之间的界线。软钎焊涉及使用在低于约450摄氏度熔融的填充材料。本文的主要关注点涉及硬钎焊。

通过硬钎焊平坦表面或互补表面(例如已成型件相对的壁或一些裂缝相对的面)的接合通常可仅用待接合表面之间的薄层硬钎焊材料来实现，厚度通常小于约1mm，通常约0.1mm。这种薄硬钎焊接合处通常呈现出与周围基体合金类似的特性。也就是说，这种薄硬钎焊接合处的机械特性、耐腐蚀性、高温性能和其他特性通常不会显著不同于周围的基体合金基底。例如，这种几乎一致的特性通过通常使用与基体金属组成相同，仅通过添加少量熔点抑制剂(如硼)改性的硬钎焊填充材料的短程扩散硬钎焊来获得。在这种情况下，扩散硬钎焊的结果可以是与基体金属的组成和特性匹配的硬钎焊填充。

另一方面，许多硬钎焊过程需要硬钎焊填充材料跨越大于约1mm(有时大得多)的间隙，或者填充基体合金中显著的间隙、空隙或空洞，下文称为“宽间隙”。在这种情况下，经硬钎焊的区域通常呈现类似于硬钎焊材料的机械特性、耐腐蚀性、高温特性和其他特性，而不是基体合金的特性(以下一般称为“基底特性”)。熔点抑制剂从硬钎焊材料的此种宽间隙的长程扩散以获得与基体金属基本一致的特性通常不可实现。因此，这种合金基底经硬钎焊的部分和经硬钎焊的部分附近的性能的显著劣化是不期望的结果。在“最薄弱连接”标准下，包括这种经硬钎焊的区域的组件的总体性能可能会显著劣化。由于这些原因，硬钎焊修复(尤其是对于宽间隙)通常被认为是非结构性修复，也就是说，不保持整个经硬钎焊的区域中所需特性的修复。典型的常规硬钎焊材料通常具有显著低于基体金属特性的材料结构特性，有时低于基体金属特性的约70％。