JPH11229109A - 耐熱性トップコート及びコーティングシステム - Google Patents
耐熱性トップコート及びコーティングシステムInfo
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- JPH11229109A JPH11229109A JP10340889A JP34088998A JPH11229109A JP H11229109 A JPH11229109 A JP H11229109A JP 10340889 A JP10340889 A JP 10340889A JP 34088998 A JP34088998 A JP 34088998A JP H11229109 A JPH11229109 A JP H11229109A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンエンジン内の基体に施される研
磨性コーティングの組成を改善する。 【解決手段】 研磨性のコーティングは、ボンドコート
媒体の上にトップコートをプラズマ溶射することによっ
て形成される。上記研磨性コーティングは、１１〜１４
重量％のイットリアを含み、その残部は実質的にジルコ
ニアである。この組成によって、上記コーティングの腐
食耐性が改善されるとともにその熱伝導率が低くなり、
このコーティングを使用することでエンジンの効率及び
その耐久性を向上させることができる。
磨性コーティングの組成を改善する。 【解決手段】 研磨性のコーティングは、ボンドコート
媒体の上にトップコートをプラズマ溶射することによっ
て形成される。上記研磨性コーティングは、１１〜１４
重量％のイットリアを含み、その残部は実質的にジルコ
ニアである。この組成によって、上記コーティングの腐
食耐性が改善されるとともにその熱伝導率が低くなり、
このコーティングを使用することでエンジンの効率及び
その耐久性を向上させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶射コーティング
に関し、特に、ガスタービンエンジンの回転部材に施さ
れる溶射コーティングの組成の改善に関する。
に関し、特に、ガスタービンエンジンの回転部材に施さ
れる溶射コーティングの組成の改善に関する。
【０００２】本発明は、本出願人が共有し、係属中の同
日出願である、ツァショースキー等による米国出願第０
８／９９４，６６０号、名称「ロータブレード先端部へ
の溶射コーティング処理」、ツァショースキー及びディ
アスによる米国出願第０８／９９４，６８０号、名称
「回転機械のエアフォイルを配置するためのツーリング
アセンブリ」、ツァショースキーとディアスによる米国
出願第０８／９９４，６７６号、名称「エアフォイル表
面を保護するためのシールド及び方法」、及びツァショ
ースキーとディアスによる米国出願第０８／９９４，６
６２号、名称「流れ案内アセンブリの先端部にコーティ
ングを施すための方法」に関連する。
日出願である、ツァショースキー等による米国出願第０
８／９９４，６６０号、名称「ロータブレード先端部へ
の溶射コーティング処理」、ツァショースキー及びディ
アスによる米国出願第０８／９９４，６８０号、名称
「回転機械のエアフォイルを配置するためのツーリング
アセンブリ」、ツァショースキーとディアスによる米国
出願第０８／９９４，６７６号、名称「エアフォイル表
面を保護するためのシールド及び方法」、及びツァショ
ースキーとディアスによる米国出願第０８／９９４，６
６２号、名称「流れ案内アセンブリの先端部にコーティ
ングを施すための方法」に関連する。
【０００３】
【従来の技術】大型のガスタービンエンジンは、航空機
の推進力及び地上での発電に広く使用されている。この
ような大型のガスタービンエンジンは、軸流タイプであ
り、圧縮セクション、燃焼セクション、及びタービンセ
クションを含む。また、圧縮セクションの前には、通常
ファンセクションが含まれる。作動媒体ガスのための環
状流路は、エンジンのこれらのセクションを通じて延び
る。それぞれのファンセクション、圧縮セクション、及
びタービンセクションは、シャフトに固定された複数の
ディスクを有し、これらのディスクからは、複数のエア
フォイル形状のブレードが径方向に突出している。中空
のケースがこれらの種々のエンジンセクションを取り囲
む。複数の固定ベーンが各ディスクの間に配置されてお
り、これらのベーンは、ディスクを取り囲むケースアセ
ンブリから内向きに突出している。
の推進力及び地上での発電に広く使用されている。この
ような大型のガスタービンエンジンは、軸流タイプであ
り、圧縮セクション、燃焼セクション、及びタービンセ
クションを含む。また、圧縮セクションの前には、通常
ファンセクションが含まれる。作動媒体ガスのための環
状流路は、エンジンのこれらのセクションを通じて延び
る。それぞれのファンセクション、圧縮セクション、及
びタービンセクションは、シャフトに固定された複数の
ディスクを有し、これらのディスクからは、複数のエア
フォイル形状のブレードが径方向に突出している。中空
のケースがこれらの種々のエンジンセクションを取り囲
む。複数の固定ベーンが各ディスクの間に配置されてお
り、これらのベーンは、ディスクを取り囲むケースアセ
ンブリから内向きに突出している。
【０００４】ファンセクション、圧縮セクション、及び
タービンセクションの作動時には、作動媒体ガスは、軸
方向に流れるに従って可動ブレードと固定ベーンとの間
を交互に導かれる。ファンセクション及び圧縮セクショ
ンでは、空気が圧縮され、この圧縮空気は、燃料と混合
され、高圧で高温のガスを提供するために燃焼セクショ
ンで燃焼される。作動媒体ガスは、続いてタービンセク
ションを通って流れ、ここでブレードを有するタービン
ディスクの回転によってエネルギが抽出される。このエ
ネルギの一部は、圧縮セクション及びファンセクション
を作動するために使用される。
タービンセクションの作動時には、作動媒体ガスは、軸
方向に流れるに従って可動ブレードと固定ベーンとの間
を交互に導かれる。ファンセクション及び圧縮セクショ
ンでは、空気が圧縮され、この圧縮空気は、燃料と混合
され、高圧で高温のガスを提供するために燃焼セクショ
ンで燃焼される。作動媒体ガスは、続いてタービンセク
ションを通って流れ、ここでブレードを有するタービン
ディスクの回転によってエネルギが抽出される。このエ
ネルギの一部は、圧縮セクション及びファンセクション
を作動するために使用される。
【０００５】エンジン効率は、ガス流と可動及び固定エ
アフォイルとの間の相互作用が最大となるようにガス流
の漏れを最小にすることができるかどうかによって、か
なりの程度決まってくる。効率低下の主な要因は、圧縮
機ブレードの先端部の周囲におけるブレード先端部とエ
ンジンケースとの間のガスの漏れである。従って、漏れ
を減少させることによって効率性を改善する手段は、ま
すます重要となっている。かなりせまい許容範囲内でか
み合うように、ブレード先端部とエンジンケースとを製
造することによって、はめ合い部分の許容差を小さくす
ることはできるが、この製造工程は、大変な費用及び時
間がかかる。更に、ブレード先端部とエンジンケースと
を合わせて形成したアセンブリが、作動時と同様の高温
環境及び回転力にさらされた場合に、ブレード先端部と
エンジンケース部材との膨張係数が異なることによって
間隙が増加または減少してしまうおそれがある。間隙が
大きく減少すると、ブレードとハウジングとが接触し、
これらの部材間の摩擦によって生じる熱で温度が大きく
上昇し、一方または両方の部材が損傷されるおそれがあ
る。一方、間隙が増加すると、圧縮機のブレードとハウ
ジングとの間をガスが漏れ出てしまうことにより効率が
低下してしまう。
アフォイルとの間の相互作用が最大となるようにガス流
の漏れを最小にすることができるかどうかによって、か
なりの程度決まってくる。効率低下の主な要因は、圧縮
機ブレードの先端部の周囲におけるブレード先端部とエ
ンジンケースとの間のガスの漏れである。従って、漏れ
を減少させることによって効率性を改善する手段は、ま
すます重要となっている。かなりせまい許容範囲内でか
み合うように、ブレード先端部とエンジンケースとを製
造することによって、はめ合い部分の許容差を小さくす
ることはできるが、この製造工程は、大変な費用及び時
間がかかる。更に、ブレード先端部とエンジンケースと
を合わせて形成したアセンブリが、作動時と同様の高温
環境及び回転力にさらされた場合に、ブレード先端部と
エンジンケース部材との膨張係数が異なることによって
間隙が増加または減少してしまうおそれがある。間隙が
大きく減少すると、ブレードとハウジングとが接触し、
これらの部材間の摩擦によって生じる熱で温度が大きく
上昇し、一方または両方の部材が損傷されるおそれがあ
る。一方、間隙が増加すると、圧縮機のブレードとハウ
ジングとの間をガスが漏れ出てしまうことにより効率が
低下してしまう。
【０００６】効率を高めるための一つの試みとしては、
圧縮機ハウジングの内部面に適切な材料によるアブレイ
ダブルコーティングを施すことである。このコーティン
グが摩耗すると、ブレード先端部とハウジングとの間に
溝が形成される。ブレード先端部とハウジングとの間の
漏れは、この溝内の空気流に制限される。ブレード先端
部がその内部で移動可能となるせまいはめ合い溝を形成
することができるように、圧縮機ハウジングの内径に圧
縮機ブレードの摩擦接触によって摩耗可能なアブレイダ
ブルコーティングを施すために種々の技術が使用されて
きた。これにより、コーティングされたアセンブリが高
温でかつ応力の高い環境に置かれた場合に、ブレード及
びケースは、ブレード先端部とハウジングとの間で大き
なガスの漏れを生じさせることなく膨張または縮小する
ことができる。
圧縮機ハウジングの内部面に適切な材料によるアブレイ
ダブルコーティングを施すことである。このコーティン
グが摩耗すると、ブレード先端部とハウジングとの間に
溝が形成される。ブレード先端部とハウジングとの間の
漏れは、この溝内の空気流に制限される。ブレード先端
部がその内部で移動可能となるせまいはめ合い溝を形成
することができるように、圧縮機ハウジングの内径に圧
縮機ブレードの摩擦接触によって摩耗可能なアブレイダ
ブルコーティングを施すために種々の技術が使用されて
きた。これにより、コーティングされたアセンブリが高
温でかつ応力の高い環境に置かれた場合に、ブレード及
びケースは、ブレード先端部とハウジングとの間で大き
なガスの漏れを生じさせることなく膨張または縮小する
ことができる。
【０００７】しかし、ブレード先端部が、圧縮機ハウジ
ングの内部面に施されたコーティングと接触した時に劣
化しないことが重要である。アブレイダブルシールと擦
れるブレード先端部の耐久性を向上させるために、ブレ
ード先端部の面に研磨層を施すこともある。
ングの内部面に施されたコーティングと接触した時に劣
化しないことが重要である。アブレイダブルシールと擦
れるブレード先端部の耐久性を向上させるために、ブレ
ード先端部の面に研磨層を施すこともある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記研磨層は、特定の
特性の組み合わせを有する必要がある。これらの研磨層
は、時には細かい粒子状物質を含むこともある高速でか
つ高温のガス流による侵食に対して耐性がなければなら
ない。また、研磨性コーティングは、使用中に受ける熱
や振動によるひずみに耐え得るような構造となっている
ことが必要である。更に、研磨性の先端部とエンジンケ
ースとの間で意図的な接触が起こると、ブレード先端部
の研磨性コーティングにとって過酷で摩耗度の高い環境
が形成される。
特性の組み合わせを有する必要がある。これらの研磨層
は、時には細かい粒子状物質を含むこともある高速でか
つ高温のガス流による侵食に対して耐性がなければなら
ない。また、研磨性コーティングは、使用中に受ける熱
や振動によるひずみに耐え得るような構造となっている
ことが必要である。更に、研磨性の先端部とエンジンケ
ースとの間で意図的な接触が起こると、ブレード先端部
の研磨性コーティングにとって過酷で摩耗度の高い環境
が形成される。
【０００９】所望の特性の組み合わせを有する摩耗性コ
ーティングを開発するためにかなりの労力が費やされて
きた。例えば、ビネ等による米国特許第４，８６１，６
１８号では、タービンブレードのエアフォイル部に使用
することができる耐熱性コーティングが開示されてい
る。この特許の一実施例では、６〜８重量％のイットリ
アを含むジルコニアのセラミックオーバコートが上に施
されたＮｉＣｏＣｒＡｌＹボンドコートが開示されてい
る。
ーティングを開発するためにかなりの労力が費やされて
きた。例えば、ビネ等による米国特許第４，８６１，６
１８号では、タービンブレードのエアフォイル部に使用
することができる耐熱性コーティングが開示されてい
る。この特許の一実施例では、６〜８重量％のイットリ
アを含むジルコニアのセラミックオーバコートが上に施
されたＮｉＣｏＣｒＡｌＹボンドコートが開示されてい
る。
【００１０】上記技術にも拘わらず、出願人の支持の下
で働く科学者や技術者は、ガスタービンエンジン内の基
体に施される研磨性コーティングの組成を改善しようと
している。
で働く科学者や技術者は、ガスタービンエンジン内の基
体に施される研磨性コーティングの組成を改善しようと
している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、物品
に施される腐食耐性が改善された耐熱性トップコートで
あって、この耐熱性トップコートは、１１〜１４重量％
のイットリアを含み、その残部は実質的にジルコニアで
あることを特徴とする。
に施される腐食耐性が改善された耐熱性トップコートで
あって、この耐熱性トップコートは、１１〜１４重量％
のイットリアを含み、その残部は実質的にジルコニアで
あることを特徴とする。
【００１２】請求項１に従属する請求項２の発明は、上
記耐熱性トップコートが、１．１５ワット／メートル−
ケルビン以下の熱伝導率を有し、これにより、より低い
重量％のイットリアを含むコーティングに比べて基体の
温度が低く保たれることを特徴とする。
記耐熱性トップコートが、１．１５ワット／メートル−
ケルビン以下の熱伝導率を有し、これにより、より低い
重量％のイットリアを含むコーティングに比べて基体の
温度が低く保たれることを特徴とする。
【００１３】同じく請求項１に従属する請求項３の発明
は、上記物品が、ガスタービンエンジン内の回転部材で
あることを特徴とする。
は、上記物品が、ガスタービンエンジン内の回転部材で
あることを特徴とする。
【００１４】請求項４の発明は、ガスタービンエンジン
用のコーティングシステムであって、金属性の基体と、
この基体上に施された第一の研磨特性を有する付着性の
ボンドコートと、このボンドコート上にプラズマ溶射さ
れ、１１〜１４重量％のイットリアを含み、残部が実質
的にジルコニアである第二の研磨特性を有するトップコ
ート層と、を含み、トップコートの第二の研摩特性は、
ボンドコートの第一の研摩特性よりも高く、コーティン
グシステムは、ボンドコートに対して実質的に垂直な微
視亀裂を含み、これらの亀裂は、トップコートを通って
延びてボンドコートまで達することを特徴とする。
用のコーティングシステムであって、金属性の基体と、
この基体上に施された第一の研磨特性を有する付着性の
ボンドコートと、このボンドコート上にプラズマ溶射さ
れ、１１〜１４重量％のイットリアを含み、残部が実質
的にジルコニアである第二の研磨特性を有するトップコ
ート層と、を含み、トップコートの第二の研摩特性は、
ボンドコートの第一の研摩特性よりも高く、コーティン
グシステムは、ボンドコートに対して実質的に垂直な微
視亀裂を含み、これらの亀裂は、トップコートを通って
延びてボンドコートまで達することを特徴とする。
【００１５】本発明では、１１〜１４重量％のイットリ
アを含み、残部が実質的にジルコニアである腐食耐性が
改善された耐熱研磨性コーティングが開示されている。
アを含み、残部が実質的にジルコニアである腐食耐性が
改善された耐熱研磨性コーティングが開示されている。
【００１６】この１１〜１４重量％のイットリアを含む
コーティングの主な特徴は、６〜９重量％のイットリア
を含む従来技術のコーティングに比較して熱伝導率が低
いことである。このコーティングの熱伝導率は、６〜９
重量％のイットリアを含むコーティングの熱伝導率が
１．４ワット／メートル−ケルビンであるのに対して、
１．１５ワット／メートル−ケルビンである。
コーティングの主な特徴は、６〜９重量％のイットリア
を含む従来技術のコーティングに比較して熱伝導率が低
いことである。このコーティングの熱伝導率は、６〜９
重量％のイットリアを含むコーティングの熱伝導率が
１．４ワット／メートル−ケルビンであるのに対して、
１．１５ワット／メートル−ケルビンである。
【００１７】本発明の利点は、ブレード先端部とエンジ
ンケースとの相互作用によって高温の摩擦熱が発生した
場合でも基体の温度が低く保たれる点である。本発明
は、イットリアの含有量が多いことにより、より少ない
重量％のイットリアを含むコーティングに比べて温度的
な安定性が改善されている。また、本発明のコーティン
グの結晶構造における変化は、より低い重量％のイット
リアを含む従来のコーティングに比べて少なくなってい
る。よって、高温によるコーティングの剥離や粉状化も
実質的に減少する。このことによって、連続的に基体に
付着するコーティングを得ることができ、これにより、
周囲の環境の腐食作用に対する基体の耐性が向上する。
ンケースとの相互作用によって高温の摩擦熱が発生した
場合でも基体の温度が低く保たれる点である。本発明
は、イットリアの含有量が多いことにより、より少ない
重量％のイットリアを含むコーティングに比べて温度的
な安定性が改善されている。また、本発明のコーティン
グの結晶構造における変化は、より低い重量％のイット
リアを含む従来のコーティングに比べて少なくなってい
る。よって、高温によるコーティングの剥離や粉状化も
実質的に減少する。このことによって、連続的に基体に
付着するコーティングを得ることができ、これにより、
周囲の環境の腐食作用に対する基体の耐性が向上する。
【００１８】本発明に係る上記の及び他の目的、特徴、
及び利点は、発明の実施例を示した以下の発明の実施の
形態及び添付図面によってより明らかとなる。
及び利点は、発明の実施例を示した以下の発明の実施の
形態及び添付図面によってより明らかとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図２は、コーティング媒体粒子を
形成して噴射するための装置と保持固定具とを示してい
る。圧縮機ブレード１０等の複数の回転ブレードは、円
筒形の保持固定具１２内に配置されている。保持固定具
１２は、回転軸Ａｒを有する。保持固定具１２は、かな
りの数のブレード１０を収容することができ、最大で段
の全ブレードを収容することができる。固定具１２の直
径は、約１８〜３６インチ（４５７〜９１４ミリ）の範
囲であり、エンジン流路の寸法にほぼ一致するように約
２０〜２８インチ（５０８〜７１１ミリ）であることが
望ましい。固定具１２は、寸法が大きいので、段の全て
のブレードを収容することができる。回転軸Ａｒからブ
レード１０までの半径がブレード１０の作動半径と同じ
半径となるようにその先端部を配置する固定具１２を選
択することによって、先端部の位置がエンジン内の半径
とほぼ一致するようにすることができる。
形成して噴射するための装置と保持固定具とを示してい
る。圧縮機ブレード１０等の複数の回転ブレードは、円
筒形の保持固定具１２内に配置されている。保持固定具
１２は、回転軸Ａｒを有する。保持固定具１２は、かな
りの数のブレード１０を収容することができ、最大で段
の全ブレードを収容することができる。固定具１２の直
径は、約１８〜３６インチ（４５７〜９１４ミリ）の範
囲であり、エンジン流路の寸法にほぼ一致するように約
２０〜２８インチ（５０８〜７１１ミリ）であることが
望ましい。固定具１２は、寸法が大きいので、段の全て
のブレードを収容することができる。回転軸Ａｒからブ
レード１０までの半径がブレード１０の作動半径と同じ
半径となるようにその先端部を配置する固定具１２を選
択することによって、先端部の位置がエンジン内の半径
とほぼ一致するようにすることができる。
【００２０】各ロータブレード１０は、根部とプラット
フォームとを有する。エアフォイルは、プラットフォー
ムから延び、先端部が終端となる。各エアフォイルは、
前縁と後縁とを有する。負圧面と正圧面とは、これらの
縁の間を延びる。ブレード１０は、ブレード１０の先端
部上の点が保持固定具１２の回転軸の周りで円を描くよ
うに配置される。ブレード１０の先端部は、固定具１２
から外向きに面している。
フォームとを有する。エアフォイルは、プラットフォー
ムから延び、先端部が終端となる。各エアフォイルは、
前縁と後縁とを有する。負圧面と正圧面とは、これらの
縁の間を延びる。ブレード１０は、ブレード１０の先端
部上の点が保持固定具１２の回転軸の周りで円を描くよ
うに配置される。ブレード１０の先端部は、固定具１２
から外向きに面している。
【００２１】溶射コーティング装置１４として示されて
いるブレード１０の先端部に粒子を噴射するための装置
は、固定具１２に近接する。溶射コーティング装置１４
は、溶射ガン１６を含み、この溶射ガンは、層を施すた
めに円筒形の固定具１２の外径に配置されている。この
溶射ガン１６は、固定具１２とは異なる方向に移動可能
である。溶射コーティング装置１４は、溶融酸化ジルコ
ニウム粒子など溶融粒子を含む熱せられたプラズマを形
成する。これらの溶融粒子は、固定具１２内に配置され
たブレード１０に向かって熱せられたプラズマガス流内
に放出される。一つの実施例では、ブレード１０の先端
部上の隣接点が、作動中のエンジン内でブレード１０の
先端部が描く回転面に実質的に平行な回転面にほぼ一致
するように固定具１２内に配置される。ブレード１０が
回転するに従って、ガン１６が固定具１２の回転面に実
質的に平行な方向に上下移動し、ブレード１０に順次コ
ーティングを施す。
いるブレード１０の先端部に粒子を噴射するための装置
は、固定具１２に近接する。溶射コーティング装置１４
は、溶射ガン１６を含み、この溶射ガンは、層を施すた
めに円筒形の固定具１２の外径に配置されている。この
溶射ガン１６は、固定具１２とは異なる方向に移動可能
である。溶射コーティング装置１４は、溶融酸化ジルコ
ニウム粒子など溶融粒子を含む熱せられたプラズマを形
成する。これらの溶融粒子は、固定具１２内に配置され
たブレード１０に向かって熱せられたプラズマガス流内
に放出される。一つの実施例では、ブレード１０の先端
部上の隣接点が、作動中のエンジン内でブレード１０の
先端部が描く回転面に実質的に平行な回転面にほぼ一致
するように固定具１２内に配置される。ブレード１０が
回転するに従って、ガン１６が固定具１２の回転面に実
質的に平行な方向に上下移動し、ブレード１０に順次コ
ーティングを施す。
【００２２】施される研磨性コーティングの厚みは、基
体の適用によって異なる。圧縮機及びブラシシールに適
用される場合には、研磨層は、５〜４０ｍｉｌ（０．１
３〜１．０２ミリ）の範囲の厚みを有してもよい。
体の適用によって異なる。圧縮機及びブラシシールに適
用される場合には、研磨層は、５〜４０ｍｉｌ（０．１
３〜１．０２ミリ）の範囲の厚みを有してもよい。
【００２３】図３は、図２の３−３線に沿った拡大図で
あり、粒子を形成してこれを噴射するための装置１４か
ら噴射されるプラズマ溶射スプレーと固定具１２内に配
置されたブレード１０の先端部との関係を示している。
溶射スプレーの周方向の幅は、ブレード１０の周方向の
幅と同じ幅からブレード１０の周方向の幅の１０倍の幅
までの範囲とすることができる。これにより、ブレード
１０のエアフォイルの負圧面及び正圧面に均一に溶射コ
ーティングを施すことができる。スプレーしぶき（ｏｖ
ｅｒｓｐｒａｙ）の現象は、周知であり、固定されたブ
レード１０の先端部に対して真っすぐにコーティングを
溶射する処理でも生じる。しかし、本発明の処理によっ
て生じるスプレーしぶきによって、従来の処理に比べて
均一により多くのエアフォイル表面積にコーティングが
施される。エアフォイル表面に施されるスプレーしぶき
によって、溶射コーティングがブレード１０上により強
く付着する。スプレーしぶきによって、先端部自体とと
もにブレード１０の前縁及び後縁やこれらの隣接する負
圧面及び正圧面の領域にコーティングを施すことによ
り、前縁や後縁でコーティングが欠けることのない、よ
り耐久性のあるブレード１０の先端部を得ることができ
る。
あり、粒子を形成してこれを噴射するための装置１４か
ら噴射されるプラズマ溶射スプレーと固定具１２内に配
置されたブレード１０の先端部との関係を示している。
溶射スプレーの周方向の幅は、ブレード１０の周方向の
幅と同じ幅からブレード１０の周方向の幅の１０倍の幅
までの範囲とすることができる。これにより、ブレード
１０のエアフォイルの負圧面及び正圧面に均一に溶射コ
ーティングを施すことができる。スプレーしぶき（ｏｖ
ｅｒｓｐｒａｙ）の現象は、周知であり、固定されたブ
レード１０の先端部に対して真っすぐにコーティングを
溶射する処理でも生じる。しかし、本発明の処理によっ
て生じるスプレーしぶきによって、従来の処理に比べて
均一により多くのエアフォイル表面積にコーティングが
施される。エアフォイル表面に施されるスプレーしぶき
によって、溶射コーティングがブレード１０上により強
く付着する。スプレーしぶきによって、先端部自体とと
もにブレード１０の前縁及び後縁やこれらの隣接する負
圧面及び正圧面の領域にコーティングを施すことによ
り、前縁や後縁でコーティングが欠けることのない、よ
り耐久性のあるブレード１０の先端部を得ることができ
る。
【００２４】本発明の処理工程は、（ボンドコートの表
面に対して実質的に垂直な）鉛直方向の微視亀裂を生ず
るように制御され、ガン１６の種類や固定具１２の寸法
等の変動の影響を受ける。鉛直方向の微視亀裂は、上部
コーティング層を貫き、ボンドコート層まで延びること
がある。鉛直方向の微視亀裂は、基体表面には達しな
い。処理工程は、特定のパラメータを選択することも含
む。これらのパラメータには、予め選択した速度での固
定具１２の回転、基体に対するガン１６の角度設定、予
め選択した移動速度でのガン１６の移動、予め選択した
温度への基体の加熱、予め選択した速度でのコーティン
グ粉末の注入、予め選択した流量の搬送ガス及びプラズ
マガスの放出が含まれる。これらのパラメータは、全て
コーティングの構造に影響を与えるので、圧縮機ブレー
ド１０または他の基体に均一なコーティングを提供する
ように調整することが必要となる。一般に、ガン１６か
ら基体までの距離が近いことと、溶射ガン１６の出力が
比較的高いことの条件が組合わさることによって、所望
の鉛直セグメンテーション即ちコーティング構造の微視
亀裂を得ることができるということが分かっている。こ
こで挙げたパラメータは、プラズマテクニック社(Plasm
a Technics,Inc.)より購入され、現在ニューヨーク、ウ
ェストベリーに施設を所有するサルツァメトコ社(Sulze
r Metco)によって供給されているＦ−４モデルエアプラ
ズマ溶射ガンと、基体の形状によって異なる種々の直径
の円筒形固定具１２と、を使用する場合に合わせて調整
したものである。理解されるように、これらのパラメー
タは、異なる溶射ガン１６または固定具１２が使用され
た場合に変動し得る。従って、ここで挙げたパラメータ
は、異なる作動条件のために他の適切なパラメータを選
択する基準として使用することができる。
面に対して実質的に垂直な）鉛直方向の微視亀裂を生ず
るように制御され、ガン１６の種類や固定具１２の寸法
等の変動の影響を受ける。鉛直方向の微視亀裂は、上部
コーティング層を貫き、ボンドコート層まで延びること
がある。鉛直方向の微視亀裂は、基体表面には達しな
い。処理工程は、特定のパラメータを選択することも含
む。これらのパラメータには、予め選択した速度での固
定具１２の回転、基体に対するガン１６の角度設定、予
め選択した移動速度でのガン１６の移動、予め選択した
温度への基体の加熱、予め選択した速度でのコーティン
グ粉末の注入、予め選択した流量の搬送ガス及びプラズ
マガスの放出が含まれる。これらのパラメータは、全て
コーティングの構造に影響を与えるので、圧縮機ブレー
ド１０または他の基体に均一なコーティングを提供する
ように調整することが必要となる。一般に、ガン１６か
ら基体までの距離が近いことと、溶射ガン１６の出力が
比較的高いことの条件が組合わさることによって、所望
の鉛直セグメンテーション即ちコーティング構造の微視
亀裂を得ることができるということが分かっている。こ
こで挙げたパラメータは、プラズマテクニック社(Plasm
a Technics,Inc.)より購入され、現在ニューヨーク、ウ
ェストベリーに施設を所有するサルツァメトコ社(Sulze
r Metco)によって供給されているＦ−４モデルエアプラ
ズマ溶射ガンと、基体の形状によって異なる種々の直径
の円筒形固定具１２と、を使用する場合に合わせて調整
したものである。理解されるように、これらのパラメー
タは、異なる溶射ガン１６または固定具１２が使用され
た場合に変動し得る。従って、ここで挙げたパラメータ
は、異なる作動条件のために他の適切なパラメータを選
択する基準として使用することができる。
【００２５】図１のフローチャートのように溶射コーテ
ィングを制御しながら施す処理は、まず、ブレード１０
の先端部がきれいでかつ露出した状態であり、エアフォ
イルと根部との表面が一般にマスキングによって保護さ
れているブレード１０を用意することから始まり、いく
つかの関連する工程を含む。ブレード１０の先端部に研
磨層を施す前に従来の洗浄及び前処理を行うことが必要
である。本発明の実施において、例えば図示したような
ブレード１０の先端部の表面には、続いて施されるコー
ティング材料の付着を高めるために洗浄及び粗面処理が
行われる。このような洗浄は、粉末状または液体状の研
磨粒子を使用する蒸気または空気ブラストタイプの処理
等の機械的な研磨を含むことができる。
ィングを制御しながら施す処理は、まず、ブレード１０
の先端部がきれいでかつ露出した状態であり、エアフォ
イルと根部との表面が一般にマスキングによって保護さ
れているブレード１０を用意することから始まり、いく
つかの関連する工程を含む。ブレード１０の先端部に研
磨層を施す前に従来の洗浄及び前処理を行うことが必要
である。本発明の実施において、例えば図示したような
ブレード１０の先端部の表面には、続いて施されるコー
ティング材料の付着を高めるために洗浄及び粗面処理が
行われる。このような洗浄は、粉末状または液体状の研
磨粒子を使用する蒸気または空気ブラストタイプの処理
等の機械的な研磨を含むことができる。
【００２６】表面を洗浄する前に、ツァショースキーと
ディアスによる米国出願第０８／９９４，６７６号、名
称「エアフォイル表面を保護するためのシールド及び方
法」で開示されているように、ブレード１０には、適切
にマスクが施される。
ディアスによる米国出願第０８／９９４，６７６号、名
称「エアフォイル表面を保護するためのシールド及び方
法」で開示されているように、ブレード１０には、適切
にマスクが施される。
【００２７】上記処理は、ブレード１０の先端部に向か
って軟化したボンドコート媒体粒子を含むスプレーを噴
射することを含む。コーティング媒体を噴射する工程
は、溶射コーティング装置１４内で軟化したボンドコー
ト媒体粒子を含むスプレーを形成することを含む。この
工程には、ボンドコート粉末と搬送ガスとを高温のプラ
ズマガス流内へ放出することが含まれる。プラズマガス
流内では、粉末粒子は溶解するとともに基体に向かって
加速される。通常、十分な軟度及び量のボンドコートを
提供することができるように粉末供給速度を調整する必
要がある。ボンドコートの粉末供給速度は、３０〜５５
グラム／分の範囲である。搬送ガス（アルゴンガス）の
流れは、粉末を加圧下に保つとともに粉末の供給を容易
にするために使用される。この搬送ガス流の流量は、４
〜８標準立法フィート／時（１．９〜３．８標準リット
ル／分）の範囲である。標準的な条件とは、ここでは、
おおよそ室内温度（７７°Ｆ）で約１気圧（７６０ｍｍ
Ｈｇ）（１０１ｋＰａ）であると定義される。
って軟化したボンドコート媒体粒子を含むスプレーを噴
射することを含む。コーティング媒体を噴射する工程
は、溶射コーティング装置１４内で軟化したボンドコー
ト媒体粒子を含むスプレーを形成することを含む。この
工程には、ボンドコート粉末と搬送ガスとを高温のプラ
ズマガス流内へ放出することが含まれる。プラズマガス
流内では、粉末粒子は溶解するとともに基体に向かって
加速される。通常、十分な軟度及び量のボンドコートを
提供することができるように粉末供給速度を調整する必
要がある。ボンドコートの粉末供給速度は、３０〜５５
グラム／分の範囲である。搬送ガス（アルゴンガス）の
流れは、粉末を加圧下に保つとともに粉末の供給を容易
にするために使用される。この搬送ガス流の流量は、４
〜８標準立法フィート／時（１．９〜３．８標準リット
ル／分）の範囲である。標準的な条件とは、ここでは、
おおよそ室内温度（７７°Ｆ）で約１気圧（７６０ｍｍ
Ｈｇ）（１０１ｋＰａ）であると定義される。
【００２８】プラズマガス流を形成するガスは、一次ガ
ス（アルゴンガス）と二次ガス（水素ガス）とを含む。
二次ガスとしてヘリウムガスを使用することもできる。
ガン１６の一次ガス流量は、７５〜１１５標準立法フィ
ート／時（３５〜５４標準リットル／分）の範囲であ
り、二次ガス流量は、１０〜２５標準立法フィート／時
（４．７〜１２標準リットル／分）の範囲である。溶射
ガン１６の出力は、通常３０〜５０キロワットの範囲で
ある。
ス（アルゴンガス）と二次ガス（水素ガス）とを含む。
二次ガスとしてヘリウムガスを使用することもできる。
ガン１６の一次ガス流量は、７５〜１１５標準立法フィ
ート／時（３５〜５４標準リットル／分）の範囲であ
り、二次ガス流量は、１０〜２５標準立法フィート／時
（４．７〜１２標準リットル／分）の範囲である。溶射
ガン１６の出力は、通常３０〜５０キロワットの範囲で
ある。
【００２９】上記処理は、続いて、軟化したボンドコー
ト媒体を含むスプレーを、ブレード１０の先端部から約
４〜６インチ（１０２〜１５２ミリ）離間した距離で第
一の位置から第二の位置まで移動させる工程を含む。一
実施例では、溶射ガン１６は、保持固定具１２の回転面
に対して実質的に平行な方向に移動される。ボンドコー
ト溶射中の溶射ガン１６の移動速度は、６〜１２インチ
／分（１５２〜３０５ミリ／分）の範囲である。
ト媒体を含むスプレーを、ブレード１０の先端部から約
４〜６インチ（１０２〜１５２ミリ）離間した距離で第
一の位置から第二の位置まで移動させる工程を含む。一
実施例では、溶射ガン１６は、保持固定具１２の回転面
に対して実質的に平行な方向に移動される。ボンドコー
ト溶射中の溶射ガン１６の移動速度は、６〜１２インチ
／分（１５２〜３０５ミリ／分）の範囲である。
【００３０】更に、上記処理は、固定具１２をその回転
軸を中心に回転させることによって、軟化したボンドコ
ート粒子を含むスプレーにブレードを通過させることを
含む。この工程は、溶射ガン１６及び熱いプラズマガス
流の前にブレード１０を通過させることでブレード１０
を２００〜４５０°Ｆの温度まで熱することを含む。軟
化したボンドコート媒体粒子を含むスプレーにブレード
１０を通過させる工程は、ブレード１０及び堆積したコ
ーティング層を溶射ガン１６から回転によって遠ざける
ことによって冷却することも含む。ブレード１０の冷却
は、冷却空気流または冷却ジェットをブレード１０また
は固定具１２に向けることによって更に行うことができ
る。ブレード１０がコーティング媒体粒子を含むスプレ
ーに入る前にブレード１０を加熱するための独立した熱
供給源を設けることもできる。この独立した熱供給源に
よって、熱を供給するように溶射ガン１６を調節するこ
となくブレード１０温度を制御することができる。ボン
ドコートの溶射時には、円筒形の固定具１２は、２０〜
７５回転／分の範囲の速度で回転する。この回転速度
は、基体の直径によって異なる。ブレード１０の表面速
度（ｓｕｒｆａｃｅｓｐｅｅｄ）は、通常１２５〜３０
０平方フィート／分の範囲である。
軸を中心に回転させることによって、軟化したボンドコ
ート粒子を含むスプレーにブレードを通過させることを
含む。この工程は、溶射ガン１６及び熱いプラズマガス
流の前にブレード１０を通過させることでブレード１０
を２００〜４５０°Ｆの温度まで熱することを含む。軟
化したボンドコート媒体粒子を含むスプレーにブレード
１０を通過させる工程は、ブレード１０及び堆積したコ
ーティング層を溶射ガン１６から回転によって遠ざける
ことによって冷却することも含む。ブレード１０の冷却
は、冷却空気流または冷却ジェットをブレード１０また
は固定具１２に向けることによって更に行うことができ
る。ブレード１０がコーティング媒体粒子を含むスプレ
ーに入る前にブレード１０を加熱するための独立した熱
供給源を設けることもできる。この独立した熱供給源に
よって、熱を供給するように溶射ガン１６を調節するこ
となくブレード１０温度を制御することができる。ボン
ドコートの溶射時には、円筒形の固定具１２は、２０〜
７５回転／分の範囲の速度で回転する。この回転速度
は、基体の直径によって異なる。ブレード１０の表面速
度（ｓｕｒｆａｃｅｓｐｅｅｄ）は、通常１２５〜３０
０平方フィート／分の範囲である。
【００３１】コーティング処理は、続いて軟化したトッ
プコート媒体粒子を含むスプレーを形成する工程を含
む。この工程は、トップコート粉末及び搬送ガスを高温
のプラズマガス流内に放出することを含む。通常は、注
入される混合物の量が基体を覆うのに十分であり、かつ
溶解及び亀裂の形成を減少させる量よりも少なくなるよ
うに、粉末供給速度を調整する必要がある。トップコー
トの粉末供給速度は、１５〜４０グラム／分の範囲であ
る。搬送ガス（アルゴンガス）の流れは、粉末を加圧下
に保つとともに粉末の供給を容易にするために使用され
る。この搬送ガス流の流量は、４〜８標準立法フィート
／時（１．９〜３．８標準リットル／分）の範囲であ
る。上記したように標準的な条件とは、ここでは、おお
よそ室内温度（７７°Ｆ）で約１気圧（７６０ｍｍＨ
ｇ）（１０１ｋＰａ）であると定義される。
プコート媒体粒子を含むスプレーを形成する工程を含
む。この工程は、トップコート粉末及び搬送ガスを高温
のプラズマガス流内に放出することを含む。通常は、注
入される混合物の量が基体を覆うのに十分であり、かつ
溶解及び亀裂の形成を減少させる量よりも少なくなるよ
うに、粉末供給速度を調整する必要がある。トップコー
トの粉末供給速度は、１５〜４０グラム／分の範囲であ
る。搬送ガス（アルゴンガス）の流れは、粉末を加圧下
に保つとともに粉末の供給を容易にするために使用され
る。この搬送ガス流の流量は、４〜８標準立法フィート
／時（１．９〜３．８標準リットル／分）の範囲であ
る。上記したように標準的な条件とは、ここでは、おお
よそ室内温度（７７°Ｆ）で約１気圧（７６０ｍｍＨ
ｇ）（１０１ｋＰａ）であると定義される。
【００３２】軟化したトップコート媒体粒子を含むスプ
レーを形成する工程は、回転する固定具１２に向かうプ
ラズマ流の方向と逆方向の速度成分を粉末に与えるよう
にトップコート粉末を斜めに注入することを含む。保持
固定具１２の回転軸に垂直な面に対する溶射の角度は、
６５〜８５°の範囲である。この注入の角度によって、
プラズマプルーム（ｐｌａｚｍａ ｐｌｕｍｅ）に向か
って粉末が戻るようにトップコート粉末が注入され、こ
れにより、プラズマガス流内における粉末の滞留時間が
延長される。プラズマガス流内での滞留時間が延長され
ることにより、粉末粒子がより融解しやすくなる。
レーを形成する工程は、回転する固定具１２に向かうプ
ラズマ流の方向と逆方向の速度成分を粉末に与えるよう
にトップコート粉末を斜めに注入することを含む。保持
固定具１２の回転軸に垂直な面に対する溶射の角度は、
６５〜８５°の範囲である。この注入の角度によって、
プラズマプルーム（ｐｌａｚｍａ ｐｌｕｍｅ）に向か
って粉末が戻るようにトップコート粉末が注入され、こ
れにより、プラズマガス流内における粉末の滞留時間が
延長される。プラズマガス流内での滞留時間が延長され
ることにより、粉末粒子がより融解しやすくなる。
【００３３】ガン１６内の一次ガス（アルゴンガス）の
流れは、５０〜９０標準立法フィート／時（２４〜４３
標準リットル／分）の範囲である。同様に、ガン１６内
の二次ガス（水素ガス）の流れは、１０〜３０標準立法
フィート／時（４．７〜１４標準リットル／分）の範囲
である。溶射ガン１６の出力は、通常３０〜５０キロワ
ットの範囲である。
流れは、５０〜９０標準立法フィート／時（２４〜４３
標準リットル／分）の範囲である。同様に、ガン１６内
の二次ガス（水素ガス）の流れは、１０〜３０標準立法
フィート／時（４．７〜１４標準リットル／分）の範囲
である。溶射ガン１６の出力は、通常３０〜５０キロワ
ットの範囲である。
【００３４】上記処理は、更に、ブレード１０の先端部
から約３〜４インチ（７６〜１０２ミリ）離間した位置
において軟化したトップコート媒体のスプレーを第一の
位置から第二の位置まで保持固定具１２の回転基準平面
に対して実質的に垂直に移動させる工程を含む。溶射時
において、各部材にわたって溶射ガン１６が移動する速
度は、２〜１０インチ／分（５０．８〜２５４ミリ／
分）の範囲である。ガン１６から基体までの距離は、基
体表面の温度レベルを適切に保つために変更することが
できる。十分な鉛直方向の微視亀裂を形成するには、ガ
ン１６と基体との間の距離が短いことが必要となる。
から約３〜４インチ（７６〜１０２ミリ）離間した位置
において軟化したトップコート媒体のスプレーを第一の
位置から第二の位置まで保持固定具１２の回転基準平面
に対して実質的に垂直に移動させる工程を含む。溶射時
において、各部材にわたって溶射ガン１６が移動する速
度は、２〜１０インチ／分（５０．８〜２５４ミリ／
分）の範囲である。ガン１６から基体までの距離は、基
体表面の温度レベルを適切に保つために変更することが
できる。十分な鉛直方向の微視亀裂を形成するには、ガ
ン１６と基体との間の距離が短いことが必要となる。
【００３５】この工程は、更に、固定具１２をその回転
軸を中心に回転させることによって、軟化したトップコ
ート粒子を含むスプレーにブレードを通過させることを
含む。この工程は、溶射ガン１６の前にブレード１０を
通過させることでブレード１０を熱することを含む。ト
ップコートの溶射温度とは、トップコートの溶射時に測
定される基体の温度である。この溶射温度は、３００〜
８５０°Ｆの範囲で変動させることができる。実際の溶
射温度は、所定温度の約±５〜１０％の比較的一定のレ
ベルに保たれることが望ましい。この所定温度は、コー
ティングが施されるエンジン要素の寸法及びトップコー
トが溶射される基体によって異なる。
軸を中心に回転させることによって、軟化したトップコ
ート粒子を含むスプレーにブレードを通過させることを
含む。この工程は、溶射ガン１６の前にブレード１０を
通過させることでブレード１０を熱することを含む。ト
ップコートの溶射温度とは、トップコートの溶射時に測
定される基体の温度である。この溶射温度は、３００〜
８５０°Ｆの範囲で変動させることができる。実際の溶
射温度は、所定温度の約±５〜１０％の比較的一定のレ
ベルに保たれることが望ましい。この所定温度は、コー
ティングが施されるエンジン要素の寸法及びトップコー
トが溶射される基体によって異なる。
【００３６】軟化した粒子を含むスプレーにブレード１
０を通過させる工程は、ブレード１０を冷却する工程を
含む。更に、堆積温度を制御するために外部冷却を行う
こともできる。
０を通過させる工程は、ブレード１０を冷却する工程を
含む。更に、堆積温度を制御するために外部冷却を行う
こともできる。
【００３７】上記処理によって、運転状態においてブレ
ード１０が回転する場合に描く回転面に対して実質的に
平行な回転面で、ブレード１０の先端部にボンドコート
及びトップコートの層が順次堆積される。現象として
は、完全に解明されてはいないが、エンジンの作動時に
おけるコーティング層の回転面に対して実質的に平行
に、一層ずつコーティングを施すと、径方向に比較的均
一な微視亀裂が提供され、この点で有利であると考えら
れている。径方向に比較的均一な微視亀裂により、作動
状態におけるコーティング構造の応力が比較的均一とな
る。
ード１０が回転する場合に描く回転面に対して実質的に
平行な回転面で、ブレード１０の先端部にボンドコート
及びトップコートの層が順次堆積される。現象として
は、完全に解明されてはいないが、エンジンの作動時に
おけるコーティング層の回転面に対して実質的に平行
に、一層ずつコーティングを施すと、径方向に比較的均
一な微視亀裂が提供され、この点で有利であると考えら
れている。径方向に比較的均一な微視亀裂により、作動
状態におけるコーティング構造の応力が比較的均一とな
る。
【００３８】ボンドコート媒体は、耐酸化性のコーティ
ングを提供する。ボンドコート材料は、通常ニッケル−
アルミニウム合金である。しかし、ボンドコート媒体
は、ＭｃｒＡｌＹまたはその他の耐酸化性材料から構成
されてもよい。
ングを提供する。ボンドコート材料は、通常ニッケル−
アルミニウム合金である。しかし、ボンドコート媒体
は、ＭｃｒＡｌＹまたはその他の耐酸化性材料から構成
されてもよい。
【００３９】使用されるトップコート媒体は、実質的に
１１〜１４重量％のイットリアによって構成され、残部
は実質的にジルコニアである。このトップコートの組成
にイットリアが多く含まれていることにより、トップコ
ートセラミック材料の温度の安定性が高まるとともに腐
食耐性が向上する。トップコート材料の安定性が向上す
ることによって、この材料がはく離するおそれが低下す
る。従って、基体材料は、周囲の環境条件における硫化
物や塩から保護された状態に保たれる。
１１〜１４重量％のイットリアによって構成され、残部
は実質的にジルコニアである。このトップコートの組成
にイットリアが多く含まれていることにより、トップコ
ートセラミック材料の温度の安定性が高まるとともに腐
食耐性が向上する。トップコート材料の安定性が向上す
ることによって、この材料がはく離するおそれが低下す
る。従って、基体材料は、周囲の環境条件における硫化
物や塩から保護された状態に保たれる。
【００４０】更に、高い割合でイットリアを含むトップ
コート材料は、低い割合のイットリアを含む材料に比べ
てより低い熱伝導率を有する材料を提供することができ
る。１１〜１４重量％のイットリアの熱伝導率は、約
１．１５ワット／メートル−ケルビンである。これに対
して、７〜９重量％のイットリアを含むコーティングの
熱伝導率は、１．４ワット／メートル−ケルビンであ
る。コーティングの低い熱伝導率は、作動中のエンジン
においてブレード１０の先端部がエンジンケースの内面
と接触した場合に有利となる。このような接触によっ
て、接触面に急激に摩擦熱が加えられる。この熱は、除
去する必要がある。１１〜１４重量％のイットリアを含
むブレード１０の先端部におけるコーティングの熱伝導
率が比較的低いために、ブレード１０の先端部からの熱
伝達は、対流及び放射によって行われる。熱は、伝導に
よって除去されない。従って、低い重量％のイットリア
を含む組成でコーティングされた基体に比較すると、熱
伝導率が低いコーティングでは、ボンドコートまで熱が
伝達されず、即ち基体まで熱が伝達されないので、基体
温度が低くなる。よって、金属基体の特性は、圧縮機ブ
レード１０の先端部の場合と同様に、熱によって影響を
受けず、コーティングが良好な状態に保たれる。
コート材料は、低い割合のイットリアを含む材料に比べ
てより低い熱伝導率を有する材料を提供することができ
る。１１〜１４重量％のイットリアの熱伝導率は、約
１．１５ワット／メートル−ケルビンである。これに対
して、７〜９重量％のイットリアを含むコーティングの
熱伝導率は、１．４ワット／メートル−ケルビンであ
る。コーティングの低い熱伝導率は、作動中のエンジン
においてブレード１０の先端部がエンジンケースの内面
と接触した場合に有利となる。このような接触によっ
て、接触面に急激に摩擦熱が加えられる。この熱は、除
去する必要がある。１１〜１４重量％のイットリアを含
むブレード１０の先端部におけるコーティングの熱伝導
率が比較的低いために、ブレード１０の先端部からの熱
伝達は、対流及び放射によって行われる。熱は、伝導に
よって除去されない。従って、低い重量％のイットリア
を含む組成でコーティングされた基体に比較すると、熱
伝導率が低いコーティングでは、ボンドコートまで熱が
伝達されず、即ち基体まで熱が伝達されないので、基体
温度が低くなる。よって、金属基体の特性は、圧縮機ブ
レード１０の先端部の場合と同様に、熱によって影響を
受けず、コーティングが良好な状態に保たれる。
【００４１】本発明の主な利点は、ロータブレード１０
の先端部に施されるコーティングの質が高いことであ
る。これは、先端部に対して噴射される粒子の流れに影
響を与える処理の流れパラメータに変動が生じた場合
に、それが複数のロータブレード１０にわたって分散さ
れる方法を使用しているためである。固定具１２が回転
するので、複数のブレード１０が軟化したコーティング
媒体を含むスプレーを通り抜ける。スプレーの強さ、温
度、組成、及びスプレーへの粉末供給の変動等の流れパ
ラメータに関する変動は、変動が生じた期間にスプレー
を通る複数のブレード１０にわたって分散される。これ
により、１つのロータ先端部のみがコーティングの変動
を全て受けないようにすることができる。本発明のコー
ティング処理によって、より均一なコーティングを施す
ことができ、固定された固定具を用いた処理で全ての変
動がたった１つのブレード１０に対して施される場合に
比べて処理における変動の影響が少なくなる。更に、コ
ーティングは、軸を中心としたロータブレード１０の先
端部部分の位置におおよそ平行な層として施される。回
転軸Ａｒからブレード１０までの半径が運転時の半径と
同じ半径となるように先端部を配置する固定具１２を選
択することによって、先端部の位置がエンジン内の半径
とほぼ一致するようにすることができる。これにより、
コーティングは、固定具１２の回転軸に実質的に平行に
施され、コーティング層は、エンジンの作動中における
この層の回転面におおよそ沿ったものとなる。このよう
なコーティングの向きがコーティングの性能を高めると
考えられている。
の先端部に施されるコーティングの質が高いことであ
る。これは、先端部に対して噴射される粒子の流れに影
響を与える処理の流れパラメータに変動が生じた場合
に、それが複数のロータブレード１０にわたって分散さ
れる方法を使用しているためである。固定具１２が回転
するので、複数のブレード１０が軟化したコーティング
媒体を含むスプレーを通り抜ける。スプレーの強さ、温
度、組成、及びスプレーへの粉末供給の変動等の流れパ
ラメータに関する変動は、変動が生じた期間にスプレー
を通る複数のブレード１０にわたって分散される。これ
により、１つのロータ先端部のみがコーティングの変動
を全て受けないようにすることができる。本発明のコー
ティング処理によって、より均一なコーティングを施す
ことができ、固定された固定具を用いた処理で全ての変
動がたった１つのブレード１０に対して施される場合に
比べて処理における変動の影響が少なくなる。更に、コ
ーティングは、軸を中心としたロータブレード１０の先
端部部分の位置におおよそ平行な層として施される。回
転軸Ａｒからブレード１０までの半径が運転時の半径と
同じ半径となるように先端部を配置する固定具１２を選
択することによって、先端部の位置がエンジン内の半径
とほぼ一致するようにすることができる。これにより、
コーティングは、固定具１２の回転軸に実質的に平行に
施され、コーティング層は、エンジンの作動中における
この層の回転面におおよそ沿ったものとなる。このよう
なコーティングの向きがコーティングの性能を高めると
考えられている。
【００４２】他の利点は、制御パラメータを使用するこ
とによって再現可能でかつ信頼性のある処理が得られる
ことである。この処理は、基体表面上にホンドコートを
またはボンドコート上にトップコートを施すために繰り
返し使用することができる。
とによって再現可能でかつ信頼性のある処理が得られる
ことである。この処理は、基体表面上にホンドコートを
またはボンドコート上にトップコートを施すために繰り
返し使用することができる。
【００４３】また他の利点は、所定時間内に多数のブレ
ード１０の表面にコーティングを容易にかつ迅速に施す
ことができる点である。これは、保持固定具１２の大き
さと、複数のブレード１０を取り扱うことができる方法
とによる。複数のブレード１０を収容する保持固定具１
２を使用することによって、固定に要する時間は短縮さ
れる。特定の実施例では、段の全ブレードにコーティン
グを施すことができる。
ード１０の表面にコーティングを容易にかつ迅速に施す
ことができる点である。これは、保持固定具１２の大き
さと、複数のブレード１０を取り扱うことができる方法
とによる。複数のブレード１０を収容する保持固定具１
２を使用することによって、固定に要する時間は短縮さ
れる。特定の実施例では、段の全ブレードにコーティン
グを施すことができる。
【００４４】本発明の更に他の利点は、他の基体加熱手
段を用いないで基体にコーティングを施すことができる
点である。コーティングの溶射中には、プラズマガスと
溶融コーティング粉末を通じて要求される熱の最適な量
が基体に伝達される。コーティング処理中に、ロータブ
レード１０が過熱されることはない。これにより、基体
のミクロ構造または特性を変更することなくロータブレ
ード１０にコーティングを施すことができる。
段を用いないで基体にコーティングを施すことができる
点である。コーティングの溶射中には、プラズマガスと
溶融コーティング粉末を通じて要求される熱の最適な量
が基体に伝達される。コーティング処理中に、ロータブ
レード１０が過熱されることはない。これにより、基体
のミクロ構造または特性を変更することなくロータブレ
ード１０にコーティングを施すことができる。
【００４５】続く実施例は、上記で説明した好適実施形
態に従う。以下の全ての実施例では、プラズマテクニッ
ク社より購入され、現在ニューヨーク、ウェストベリー
に施設を所有するサルツァメトコ社によって供給されて
いるＦ−４モデルエアプラズマ溶射ガンが使用されてい
る。
態に従う。以下の全ての実施例では、プラズマテクニッ
ク社より購入され、現在ニューヨーク、ウェストベリー
に施設を所有するサルツァメトコ社によって供給されて
いるＦ−４モデルエアプラズマ溶射ガンが使用されてい
る。
【００４６】
【実施例】実施例１ 本発明のこの実施例では、複数の小型のニッケル製ロー
タブレードが、直径２４インチ（６１０ミリ）の保持固
定具内に配置される。
タブレードが、直径２４インチ（６１０ミリ）の保持固
定具内に配置される。
【００４７】ボンドコートの溶射では、溶射ガンの出力
は、約３５キロワットまで高められる。ボンドコートの
粉末供給速度は、４５グラム／分である。一次ガス（ア
ルゴン）の流量は、９５標準立法フィート／時（４５標
準リットル／分）であり、二次ガス（水素）の流量は、
１８標準立法フィート／時（８．５標準リットル／分）
である。溶射ガンは、ブレード先端部の表面から５．５
インチ（１４０ミリ）離間するように配置されている。
保持固定具の回転速度は、４０回転／分であり、溶射ガ
ンの移動速度は、９インチ／分（２２９ミリ／分）であ
る。
は、約３５キロワットまで高められる。ボンドコートの
粉末供給速度は、４５グラム／分である。一次ガス（ア
ルゴン）の流量は、９５標準立法フィート／時（４５標
準リットル／分）であり、二次ガス（水素）の流量は、
１８標準立法フィート／時（８．５標準リットル／分）
である。溶射ガンは、ブレード先端部の表面から５．５
インチ（１４０ミリ）離間するように配置されている。
保持固定具の回転速度は、４０回転／分であり、溶射ガ
ンの移動速度は、９インチ／分（２２９ミリ／分）であ
る。
【００４８】トップコートの溶射では、溶射ガンの出力
は、約４４キロワットまで高められる。トップコートの
粉末供給速度は、２２グラム／分である。一次ガス（ア
ルゴン）の流量は、６７標準立法フィート／時（３２標
準リットル／分）であり、二次ガス（水素）の流量は、
２４立法フィート／時（１１標準リットル／分）であ
る。溶射ガンは、ブレード先端部の表面から３．２５イ
ンチ（８３ミリ）離間するように配置されている。保持
固定具の回転速度は、３０回転／分であり、溶射ガンの
移動速度は、６インチ／分（１５２ミリ／分）である。
トップコートの溶射時のブレード温度は、６００±２５
゜Ｆである。
は、約４４キロワットまで高められる。トップコートの
粉末供給速度は、２２グラム／分である。一次ガス（ア
ルゴン）の流量は、６７標準立法フィート／時（３２標
準リットル／分）であり、二次ガス（水素）の流量は、
２４立法フィート／時（１１標準リットル／分）であ
る。溶射ガンは、ブレード先端部の表面から３．２５イ
ンチ（８３ミリ）離間するように配置されている。保持
固定具の回転速度は、３０回転／分であり、溶射ガンの
移動速度は、６インチ／分（１５２ミリ／分）である。
トップコートの溶射時のブレード温度は、６００±２５
゜Ｆである。
【００４９】ボンドコートの組成は、９５重量％ニッケ
ル、及び５重量％アルミニウムである。この組成によっ
て、ブレード先端部に付着性のボンドコートが施され
る。
ル、及び５重量％アルミニウムである。この組成によっ
て、ブレード先端部に付着性のボンドコートが施され
る。
【００５０】トップコートの組成は、１２重量％イット
リアであり、残部は実質的にジルコニアである。コーテ
ィングの処理とその組成によって、ブレード先端部に鉛
直方向の微視亀裂を含む所望のスプラット構造が形成さ
れる。これらの微視亀裂は、トップコート層を貫き、ボ
ンドコート層に達する。
リアであり、残部は実質的にジルコニアである。コーテ
ィングの処理とその組成によって、ブレード先端部に鉛
直方向の微視亀裂を含む所望のスプラット構造が形成さ
れる。これらの微視亀裂は、トップコート層を貫き、ボ
ンドコート層に達する。
【００５１】実施例２ 本発明のこの実施例では、実施例１で使用したブレード
の二倍の大きさのチタン製ロータブレードが、直径２４
インチ（６１０ミリ）の保持固定具内に配置される。ボ
ンドコートの溶射では、溶射ガンの出力は、約３４キロ
ワットまで高められる。ボンドコートの粉末供給速度
は、４５グラム／分である。一次ガス（アルゴン）の流
量は、９５標準立法フィート／時（４５標準リットル／
分）であり、二次ガス（水素）の流量は、１８標準立法
フィート／時（８．５標準リットル／分）である。溶射
ガンは、ブレード先端部の表面から５．５インチ（１４
０ミリ）離間するように配置されている。保持固定具の
回転速度は、４０回転／分であり、溶射ガンの移動速度
は、９インチ／分（２２９ミリ／分）である。
の二倍の大きさのチタン製ロータブレードが、直径２４
インチ（６１０ミリ）の保持固定具内に配置される。ボ
ンドコートの溶射では、溶射ガンの出力は、約３４キロ
ワットまで高められる。ボンドコートの粉末供給速度
は、４５グラム／分である。一次ガス（アルゴン）の流
量は、９５標準立法フィート／時（４５標準リットル／
分）であり、二次ガス（水素）の流量は、１８標準立法
フィート／時（８．５標準リットル／分）である。溶射
ガンは、ブレード先端部の表面から５．５インチ（１４
０ミリ）離間するように配置されている。保持固定具の
回転速度は、４０回転／分であり、溶射ガンの移動速度
は、９インチ／分（２２９ミリ／分）である。
【００５２】トップコートの溶射では、溶射ガンの出力
は、約４４キロワットまで高められる。トップコートの
粉末供給速度は、２２グラム／分である。一次ガス（ア
ルゴン）の流量は、６７標準立法フィート／時（３２標
準リットル／分）であり、二次ガス（水素）の流量は、
２４立法フィート／時（１１標準リットル／分）であ
る。溶射ガンは、ブレード先端部の表面から３．２５イ
ンチ（８３ミリ）離間するように配置されている。保持
固定具の回転速度は、３０回転／分であり、溶射ガンの
移動速度は、６インチ／分（１５２ミリ／分）である。
トップコートの溶射時のブレード温度は、４２５±２５
゜Ｆである。
は、約４４キロワットまで高められる。トップコートの
粉末供給速度は、２２グラム／分である。一次ガス（ア
ルゴン）の流量は、６７標準立法フィート／時（３２標
準リットル／分）であり、二次ガス（水素）の流量は、
２４立法フィート／時（１１標準リットル／分）であ
る。溶射ガンは、ブレード先端部の表面から３．２５イ
ンチ（８３ミリ）離間するように配置されている。保持
固定具の回転速度は、３０回転／分であり、溶射ガンの
移動速度は、６インチ／分（１５２ミリ／分）である。
トップコートの溶射時のブレード温度は、４２５±２５
゜Ｆである。
【００５３】ボンドコートの組成は、９５重量％ニッケ
ル、及び５重量％アルミニウムである。この組成によっ
て、ブレード先端部に付着性のボンドコートが施され
る。
ル、及び５重量％アルミニウムである。この組成によっ
て、ブレード先端部に付着性のボンドコートが施され
る。
【００５４】トップコートの組成は、１２重量％イット
リアであり、残部は実質的にジルコニアである。コーテ
ィングの処理とその組成によって、ブレード先端部に鉛
直方向の微視亀裂を含む所望のスプラット構造が形成さ
れる。これらの微視亀裂は、トップコート層を貫き、ボ
ンドコート層に達する。
リアであり、残部は実質的にジルコニアである。コーテ
ィングの処理とその組成によって、ブレード先端部に鉛
直方向の微視亀裂を含む所望のスプラット構造が形成さ
れる。これらの微視亀裂は、トップコート層を貫き、ボ
ンドコート層に達する。
【００５５】実施例３ 本発明のこの実施例では、実施例１で使用されたブレー
ドの三倍の大きさの大型チタン製ロータブレードが、直
径３４インチ（８６４ミリ）の保持固定具内に配置され
る。
ドの三倍の大きさの大型チタン製ロータブレードが、直
径３４インチ（８６４ミリ）の保持固定具内に配置され
る。
【００５６】ボンドコートの溶射では、溶射ガンの出力
は、約３５キロワットまで高められる。ボンドコートの
粉末供給速度は、４５グラム／分である。一次ガス（ア
ルゴン）の流量は、９５標準立法フィート／時（４５標
準リットル／分）であり、二次ガス（水素）の流量は、
１８標準立法フィート／時（８．５標準リットル／分）
である。溶射ガンは、ブレード先端部の表面から５．５
インチ（１４０ミリ）離間するように配置されている。
保持固定具の回転速度は、３２回転／分であり、溶射ガ
ンの移動速度は、９インチ／分（２２９ミリ／分）であ
る。
は、約３５キロワットまで高められる。ボンドコートの
粉末供給速度は、４５グラム／分である。一次ガス（ア
ルゴン）の流量は、９５標準立法フィート／時（４５標
準リットル／分）であり、二次ガス（水素）の流量は、
１８標準立法フィート／時（８．５標準リットル／分）
である。溶射ガンは、ブレード先端部の表面から５．５
インチ（１４０ミリ）離間するように配置されている。
保持固定具の回転速度は、３２回転／分であり、溶射ガ
ンの移動速度は、９インチ／分（２２９ミリ／分）であ
る。
【００５７】トップコートの溶射では、溶射ガンの出力
は、約４４キロワットまで高められる。トップコートの
粉末供給速度は、２２グラム／分である。一次ガス（ア
ルゴン）の流量は、６７標準立法フィート／時（３２標
準リットル／分）であり、二次ガス（水素）流量は、２
４立法フィート／時（１１標準リットル／分）である。
溶射ガンは、ブレード先端部の表面から３．２５インチ
（８３ミリ）離間するように配置されている。保持固定
具の回転速度は、２２回転／分であり、溶射ガンの移動
速度は、２インチ／分（５１ミリ／分）である。トップ
コートの溶射時のブレード温度は、３２５±２５゜Ｆで
ある。
は、約４４キロワットまで高められる。トップコートの
粉末供給速度は、２２グラム／分である。一次ガス（ア
ルゴン）の流量は、６７標準立法フィート／時（３２標
準リットル／分）であり、二次ガス（水素）流量は、２
４立法フィート／時（１１標準リットル／分）である。
溶射ガンは、ブレード先端部の表面から３．２５インチ
（８３ミリ）離間するように配置されている。保持固定
具の回転速度は、２２回転／分であり、溶射ガンの移動
速度は、２インチ／分（５１ミリ／分）である。トップ
コートの溶射時のブレード温度は、３２５±２５゜Ｆで
ある。
【００５８】ボンドコートの組成は、９５重量％ニッケ
ル、及び５重量％アルミニウムである。この組成によっ
て、ブレード先端部に付着性のボンドコートが施され
る。
ル、及び５重量％アルミニウムである。この組成によっ
て、ブレード先端部に付着性のボンドコートが施され
る。
【００５９】トップコートの組成は、１２重量％イット
リアであり、残部は実質的にジルコニアである。コーテ
ィングの処理とその組成によって、ブレード先端部に鉛
直方向の微視亀裂を含む所望のスプラット構造が形成さ
れる。これらの微視亀裂は、トップコート層を貫き、ボ
ンドコート層に達する。
リアであり、残部は実質的にジルコニアである。コーテ
ィングの処理とその組成によって、ブレード先端部に鉛
直方向の微視亀裂を含む所望のスプラット構造が形成さ
れる。これらの微視亀裂は、トップコート層を貫き、ボ
ンドコート層に達する。
【００６０】本発明をその詳細な実施形態に即して開示
及び説明してきたが、当業者によって理解されるよう
に、本発明の請求項の発明の趣旨及び範囲から逸脱せず
にその形態及び詳細を変更することができる。
及び説明してきたが、当業者によって理解されるよう
に、本発明の請求項の発明の趣旨及び範囲から逸脱せず
にその形態及び詳細を変更することができる。
【図１】本発明に係る処理を示すフローチャートであ
る。
る。
【図２】本発明で使用される固定具とこの固定具内に配
置されたロータブレード列の先端部に粒子を噴射するた
めの装置との関係を示した部分概略説明図である。
置されたロータブレード列の先端部に粒子を噴射するた
めの装置との関係を示した部分概略説明図である。
【図３】プラズマスプレーとロータブレード列の先端部
との関係を示した図２の３−３線に沿った拡大図であ
る。
との関係を示した図２の３−３線に沿った拡大図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケン アール．ラギュクス アメリカ合衆国，コネチカット，バーリ ン，ディアフィールド ドライヴ 183 (72)発明者 ポール エイチ．ザコウスキー アメリカ合衆国，コネチカット，エンフィ ールド，ディアフィールド サークル ９
Claims (4)
- 【請求項１】 物品に施される腐食耐性が改善された耐
熱性トップコートであって、前記耐熱性トップコート
は、１１〜１４重量％のイットリアを含み、その残部は
実質的にジルコニアであることを特徴とする耐熱性トッ
プコート。 - 【請求項２】 前記耐熱性トップコートは、１．１５ワ
ット／メートル−ケルビン以下の熱伝導率を有し、これ
により、より低い重量％のイットリアを含むコーティン
グに比べて基体の温度が低く保たれることを特徴とする
請求項１記載の耐熱性トップコート。 - 【請求項３】 前記物品は、ガスタービンエンジン内の
回転部材であることを特徴とする請求項１記載の耐熱性
トップコート。 - 【請求項４】 ガスタービンエンジン用のコーティング
システムであって、 ａ．金属性の基体と、 ｂ．前記基体上に施された第一の研磨特性を有する付着
性のボンドコートと、 ｃ．前記ボンドコート上にプラズマ溶射され、１１〜１
４重量％のイットリアを含み、残部が実質的にジルコニ
アである第二の研磨特性を有するトップコート層と、を
含み、 前記トップコートの前記第二の研摩特性は、前記ボンド
コートの前記第一の研摩特性よりも高く、前記コーティ
ングシステムは、前記ボンドコートに対して実質的に垂
直な微視亀裂を含み、これらの亀裂は、前記トップコー
トを通って延びて前記ボンドコートまで達することを特
徴とするコーティングシステム。
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