JP2002349290A - Method of manufacturing combustion engine moving blade - Google Patents
Method of manufacturing combustion engine moving bladeInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばガスタービ
ン、ジェットエンジン等の燃焼エンジンに用いられる動
翼の製造方法に関する。詳細には、本発明は、動翼の先
端に位置する研磨層の形成方法の改良に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a moving blade used in a combustion engine such as a gas turbine and a jet engine. More specifically, the present invention relates to an improvement in a method for forming a polishing layer located at the tip of a moving blade.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ガスタービンのタービン部の動翼先端
と、この動翼先端に対向するシュラウドとの間には、運
転中に両者が接触しないように所定寸法のクリアランス
が設けられている。このクリアランスが大きすぎると動
翼の圧力面側から負圧面側へ燃焼ガスが漏れだし、圧力
損失が大きくなって運転効率が低下してしまう。これを
防止してガスタービンの性能を向上させる目的で、極限
までクリアランスを小さく設定する試みがなされてい
る。2. Description of the Related Art A clearance of a predetermined size is provided between a tip of a rotor blade of a turbine portion of a gas turbine and a shroud facing the tip of the rotor blade so that they do not come into contact during operation. If this clearance is too large, the combustion gas leaks from the pressure surface side of the rotor blade to the negative pressure surface side, which increases the pressure loss and lowers the operating efficiency. In order to prevent this and improve the performance of the gas turbine, attempts have been made to set the clearance as small as possible.
【０００３】ところが、クリアランスがあまりに小さす
ぎると、ガスタービンの運転開始初期段階において、動
翼の熱膨張、タービンロータの偏心、ガスタービン全体
に生じる振動等に起因して、動翼の先端とシュラウドと
が摺動してしまうことがある（いわゆる初期摺動）。ま
た、ガスタービンが長期間運転されると、高温ガスに曝
されたシュラウドが除々に熱変形を起こし、やはり動翼
の先端とシュラウドとが摺動してしまうことがある（い
わゆる二次的摺動）。動翼の先端とシュラウドとの激し
い摺動は、初期摺動時に起こりうる。これに対し、二次
的摺動は、比較的緩やかな摺動である。[0003] However, if the clearance is too small, the tip of the blade and the shroud may be damaged in the initial stage of gas turbine operation due to thermal expansion of the blade, eccentricity of the turbine rotor, vibrations generated in the entire gas turbine, and the like. May slide (so-called initial sliding). Further, when the gas turbine is operated for a long period of time, the shroud exposed to the high-temperature gas gradually undergoes thermal deformation, and the tip of the moving blade and the shroud may also slide (so-called secondary sliding). Ver.) Vigorous sliding between the tip of the bucket and the shroud can occur during initial sliding. In contrast, secondary sliding is relatively gentle sliding.
【０００４】一般的にシュラウドは、遮熱又は酸化防止
の目的で形成された被覆層をその内周面に備えている。
例えば、遮熱の目的でＴＢＣ(Thermal Barrier Coatin
g)が設けられたり、ＭＣｒＡｌＹ（鉄、ニッケル又はコ
バルトを主成分とし、クロムと、アルミニウムと、イッ
トリウムが含まれる合金、以下ＭＣｒＡｌＹとする）か
らなる耐酸化被膜が設けられることがある。特にＴＢＣ
はＺｒＯ2系の酸化物であるため、高硬度であることが
多く、このため、動翼先端とシュラウド内周面とが摺動
すると動翼が大きく損傷を受けてしまうことがある。[0004] Generally, the shroud has a coating layer formed on the inner peripheral surface thereof for the purpose of heat insulation or oxidation prevention.
For example, TBC (Thermal Barrier Coatin)
g) or an oxidation-resistant coating made of MCrAlY (an alloy containing iron, nickel or cobalt as a main component and containing chromium, aluminum, and yttrium, hereinafter referred to as MCrAlY). Especially TBC
Since is a ZrO 2 -based oxide, it often has a high hardness. Therefore, when the tip of the blade and the inner peripheral surface of the shroud slide, the blade may be greatly damaged.
【０００５】特開平４−２１８６９８号公報、特開平９
−５０４３４０号公報、特開平１０−３０４０３号公報
及び米国特許第５７０２５７４号公報には、耐酸化性金
属材料（典型的にはＭＣｒＡｌＹ）からなるマトリクス
中に研磨粒子が分散した研磨層を先端に備えた動翼が開
示されている。この研磨層では、研磨粒子はマトリクス
から突出している。研磨粒子としては、例えば立方晶窒
化硼素（ＣＢＮ）等が用いられている。立方晶窒化硼素
は高硬度な材料であり、従って動翼先端とシュラウド内
周面とが摺動すると、この立方晶窒化硼素からなる研磨
粒子がシュラウドの内周面を研磨する。これによって、
動翼とシュラウドとの間に適度なクリアランスが維持さ
れる。[0005] Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 4-21898 and Hei 9
JP-A-504340, JP-A-10-30403 and U.S. Pat. No. 5,702,574 are provided with a polishing layer in which abrasive particles are dispersed in a matrix made of an oxidation-resistant metal material (typically MCrAlY). A rotating blade is disclosed. In this polishing layer, the abrasive particles protrude from the matrix. As the abrasive particles, for example, cubic boron nitride (CBN) or the like is used. Cubic boron nitride is a material having high hardness. Therefore, when the blade tip and the inner peripheral surface of the shroud slide, the abrasive particles made of cubic boron nitride polish the inner peripheral surface of the shroud. by this,
An appropriate clearance is maintained between the bucket and the shroud.
【０００６】この研磨層は、まず動翼本体に研磨粒子が
仮固着され、次にこの研磨粒子の周りに電着メッキ法に
よってマトリクスが形成されることによって得られる。
すなわち、マトリクスはメッキ層の成長によって形成さ
れる。この方法では、メッキ層の成長に長時間を要する
ので、効率が悪い。しかも、電着メッキ法によるマトリ
クスの形成は、概して高価である。[0006] This polishing layer is obtained by first temporarily attaching abrasive particles to the blade body, and then forming a matrix around the abrasive particles by electrodeposition plating.
That is, the matrix is formed by growing the plating layer. This method is inefficient because it takes a long time to grow the plating layer. Moreover, formation of a matrix by the electrodeposition plating method is generally expensive.
【０００７】特開平１０−３０４０３号公報には、溶射
法によってマトリクスを形成する耐摩耗層形成方法が開
示されている。溶射法は、溶融金属を噴射することによ
って金属層を成長させる手法である。溶射法は電着メッ
キ法に比して高効率であり、しかも低コストである。Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-30403 discloses a method for forming a wear-resistant layer in which a matrix is formed by thermal spraying. The thermal spraying method is a method of growing a metal layer by spraying a molten metal. The thermal spraying method has higher efficiency and lower cost than the electrodeposition plating method.
【０００８】しかし、溶射法ではマトリクス厚みの正確
な制御が困難であり、しかも研磨粒子の表面にも溶融金
属が噴射されてしまうので、形成されたマトリクスに一
部又は全部の研磨粒子が埋没することがある。研磨粒子
が埋没すると、研磨層の研磨能力が低下してしまう。前
述の特開平１０−３０４０３号公報に開示された耐摩耗
層形成方法では、マトリクスの表面に機械加工を施し、
さらにケミカルミーリング加工を施すことによってマト
リクスの表面寄り部分を除去し、研磨粒子をマトリクス
から突出させている。However, in the thermal spraying method, it is difficult to precisely control the thickness of the matrix, and the molten metal is also sprayed on the surface of the abrasive particles, so that a part or all of the abrasive particles are buried in the formed matrix. Sometimes. When the abrasive particles are buried, the polishing ability of the polishing layer is reduced. In the method for forming a wear-resistant layer disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-30403, the surface of the matrix is machined,
Further, by performing a chemical milling process, a portion of the matrix near the surface is removed, and the abrasive particles are projected from the matrix.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この形
成方法では、機械加工とケミカルミーリング加工との２
段階加工でマトリクス表面寄り部分が除去されるので、
加工に手間とコストとがかかってしまう。However, in this forming method, there are two processes, namely, machining and chemical milling.
Since the part near the matrix surface is removed by step processing,
Processing requires labor and cost.
【００１０】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、その先端に研磨層を備えた動翼を効率よく
しかも低コストで生産し得ることを目的とするものであ
る。The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to make it possible to efficiently and at a low cost produce a rotor blade having a polishing layer at its tip.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めになされた発明は、その先端にマトリクスとこのマト
リクス中に分散した多数の研磨粒子とを備えた研磨層が
形成されている燃焼エンジン動翼の製造方法であって、
以下の（１）及び（２）の工程を含む製造方法である。 (1) 動翼本体の先端に、研磨粒子が埋没するようにマ
トリクスを形成するマトリクス形成工程及び(2) この
マトリクスに放電加工を施してマトリクスの表面寄り部
分を除去し、研磨粒子をマトリクスから突出させる除去
工程。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a combustion engine in which a polishing layer having a matrix and a large number of abrasive particles dispersed in the matrix is formed at its tip. A method for manufacturing a bucket, comprising:
This is a manufacturing method including the following steps (1) and (2). (1) A matrix forming step of forming a matrix at the tip of the rotor blade body so that the abrasive particles are buried, and (2) applying an electric discharge machining to this matrix to remove a portion near the surface of the matrix and removing the abrasive particles from the matrix. A removing step for projecting.
【００１２】この製造方法では、まず研磨粒子が埋没す
るようにマトリクスが形成される。従って、マトリクス
の厚みの正確な制御が不要である。また、この製造方法
では、放電加工によって、マトリクスの表面寄り部分が
研磨粒子に優先して除去される。すなわち、この製造方
法では、マトリクス形成工程(1)と除去工程(2)とが、と
もに簡便且つ低コストでなされる。In this manufacturing method, first, a matrix is formed so that the abrasive particles are buried. Therefore, precise control of the thickness of the matrix is not required. Further, in this manufacturing method, the portion near the surface of the matrix is removed by the electrical discharge machining in preference to the abrasive particles. That is, in this manufacturing method, both the matrix forming step (1) and the removing step (2) are performed simply and at low cost.
【００１３】好ましくは、弱放電加工によってマトリク
スの表面寄り（表面側）部分が除去される。放電加工で
は、加工時に通電しない研磨粒子が除去されてしまうこ
とがなく、研磨粒子周辺のマトリクスのみが確実に除去
される。但し、放電加工は、加工効率に優れるものの研
磨粒子の最終突出を精度良く行うには、手間を要す。Preferably, a portion near the surface of the matrix (surface side) is removed by weak electric discharge machining. In the electric discharge machining, the abrasive particles that are not energized at the time of machining are not removed, and only the matrix around the abrasive particles is reliably removed. However, although electrical discharge machining is excellent in machining efficiency, it takes time and labor to accurately perform the final projection of the abrasive particles.
【００１４】好ましくは、マトリクスの材質に対する研
磨粒子の材質の電気抵抗値比率は、２００％以上であ
る。これにより、研磨粒子に優先するマトリクスの表面
寄り部分の除去がより確実に達成される。すなわち、マ
トリクスの表面寄り部分の除去の際に研磨粒子が共に除
去されてしまうことが抑制される。Preferably, the ratio of the electric resistance value of the material of the abrasive particles to the material of the matrix is 200% or more. Thereby, the removal of the portion of the matrix near the surface, which is prior to the abrasive particles, is more reliably achieved. That is, it is possible to prevent the abrasive particles from being removed together when the portion near the surface of the matrix is removed.
【００１５】好ましいマトリクスと研磨粒子との組み合
わせとしては、マトリクスの主成分がＭＣｒＡｌＹであ
り研磨粒子の主成分が立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）又はア
ルミナ（Ａｌ2Ｏ3）である場合が挙げられる。As a preferred combination of the matrix and the abrasive particles, there is a case where the main component of the matrix is MCrAlY and the main component of the abrasive particles is cubic boron nitride (CBN) or alumina (Al 2 O 3 ).
【００１６】上記の目的を達成するためになされた他の
発明は、その先端にマトリクスとこのマトリクス中に分
散した多数の研磨粒子とを備えた研磨層が形成されてい
る燃焼エンジン動翼の製造方法であって、以下の（Ａ）
及び（Ｂ）の工程を含む製造方法である。 (A) 動翼本体の先端に、研磨粒子が埋没するようにマ
トリクスを形成するマトリクス形成工程及び(B) この
マトリクスにブラスト処理を施してマトリクスの表面寄
り部分を除去し、研磨粒子をマトリクスから突出させる
除去工程。Another object of the invention to achieve the above object is to provide a combustion engine rotor blade having a polishing layer provided at its tip with a matrix and a large number of abrasive particles dispersed in the matrix. A method comprising:
And (B). (A) a matrix forming step of forming a matrix at the tip of the rotor blade body so that the abrasive particles are buried therein; and (B) blasting the matrix to remove a portion near the surface of the matrix, thereby removing the abrasive particles from the matrix. A removing step for projecting.
【００１７】この製造方法では、まず研磨粒子が埋没す
るようにマトリクスが形成される。従って、マトリクス
の厚みの正確な制御が不要である。また、この製造方法
では、加工効率に優れるブラスト処理によって、マトリ
クスの表面寄り部分が研磨粒子に優先して除去される。
すなわち、この製造方法では、マトリクス形成工程(A)
と除去工程(B)とが、共に簡便且つ低コストでなされ
る。また、ブラストによるマトリクスの除去は、最終的
な仕上げは目視で確認しながら作業できるため、処理の
加減が付けやすく仕上げ向きといえる。この点では、放
電加工よりも優れている。In this manufacturing method, first, a matrix is formed so that the abrasive particles are buried. Therefore, precise control of the thickness of the matrix is not required. Further, in this manufacturing method, a portion near the surface of the matrix is removed in preference to the abrasive particles by a blast treatment having excellent processing efficiency.
That is, in this manufacturing method, the matrix forming step (A)
And the removing step (B) are both performed simply and at low cost. In addition, the removal of the matrix by blasting can be performed while visually confirming the final finish, so that it can be said that the process can be easily adjusted and the finish is suitable. In this respect, it is superior to electric discharge machining.
【００１８】好ましくは、マトリクスのビッカース硬度
がＨ１とされ、研磨粒子のビッカース硬度がＨ２とさ
れ、ブラスト処理に用いられるブラスト粒子のビッカー
ス硬度がＨ３とされたとき、Ｈ１，Ｈ２及びＨ３は、下
記数式(I)に示される関係を満たす。 Ｈ１＜Ｈ３＜Ｈ２ ・・・・(I) これにより、研磨粒子に優先するマトリクスの表面寄り
部分の除去が確実に達成される。すなわち、マトリクス
の表面寄り部分の除去の際に研磨粒子が共に除去されて
しまうことが抑制される。なお、本明細書で用いられる
「ビッカース硬度」という用語は、常温（２３℃）で測
定されるビッカース硬度（ＨＶ）を意味する。Preferably, when the Vickers hardness of the matrix is H1, the Vickers hardness of the abrasive particles is H2, and the Vickers hardness of the blast particles used for blasting is H3, H1, H2 and H3 are as follows: Satisfies the relationship shown in equation (I). H1 <H3 <H2 (I) Thereby, the removal of the portion near the surface of the matrix, which has priority over the abrasive particles, is reliably achieved. That is, it is possible to prevent the abrasive particles from being removed together when the portion near the surface of the matrix is removed. The term “Vickers hardness” as used herein means Vickers hardness (HV) measured at normal temperature (23 ° C.).
【００１９】マトリクス、研磨粒子及びブラスト粒子の
好ましい組み合わせの一例としては、マトリクスの主成
分がＭＣｒＡｌＹであり、研磨粒子の主成分が立方晶窒
化硼素であり、ブラスト粒子の主成分がアルミナである
場合が挙げられる。また、好ましい組み合わせの他の例
としては、マトリクスの主成分がＭＣｒＡｌＹであり、
研磨粒子の主成分がアルミナであり、ブラスト粒子の主
成分がジルコニア（ＺｒＯ2）である場合が挙げられ
る。An example of a preferable combination of the matrix, the abrasive particles and the blast particles is a case where the main component of the matrix is MCrAlY, the main component of the abrasive particles is cubic boron nitride, and the main component of the blast particles is alumina. Is mentioned. Further, as another example of a preferable combination, the main component of the matrix is MCrAlY,
The main component of the abrasive particles is alumina, and the main component of the blast particles is zirconia (ZrO 2 ).
【００２０】これらの発明において、低コストで効率よ
くマトリクスが形成されるろう付法又は溶射法がマトリ
クス形成工程に採用されるのが好ましい。In these inventions, it is preferable that a brazing method or a thermal spraying method in which a matrix is efficiently formed at low cost is employed in the matrix forming step.
【００２１】[0021]
【発明に実施の形態】以下、適宜図面が参照されつつ、
実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
The present invention will be described in detail based on embodiments.
【００２２】図１は、本発明の一実施形態にかかる燃焼
エンジン動翼の製造方法が示されたフロー図である。こ
の製造方法では、まずマトリクスの材質と同一材質から
なる金属粉末が用意される（ＳＴＰ１）。次に、研磨粒
子が用意される（ＳＴＰ２）。次に、この金属粉末と研
磨粒子とが所定比率で混合され、混合粉末が得られる
（ＳＴＰ３）。次に、燃焼エンジン動翼（以下、単に
「動翼」とも称される）の本体の先端に、混合粉末が載
置される（ＳＴＰ４）。次に、この混合粉末が加熱さ
れ、さらに冷却される（ＳＴＰ５）。加熱により混合粉
末中の金属粉末が溶融し、冷却により溶融金属が凝固す
る。そして、動翼本体に固着する（いわゆるろう付）。
こうして、研磨粒子が埋没したマトリクスが形成され
る。FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a combustion engine rotor blade according to an embodiment of the present invention. In this manufacturing method, first, a metal powder made of the same material as the material of the matrix is prepared (STP1). Next, abrasive particles are prepared (STP2). Next, the metal powder and the abrasive particles are mixed at a predetermined ratio to obtain a mixed powder (STP3). Next, the mixed powder is placed on the tip of the main body of the combustion engine rotor blade (hereinafter, also simply referred to as "rotor blade") (STP4). Next, the mixed powder is heated and further cooled (STP5). The metal powder in the mixed powder is melted by heating, and the molten metal is solidified by cooling. Then, it is fixed to the rotor blade body (so-called brazing).
Thus, a matrix in which the abrasive particles are embedded is formed.
【００２３】図２は、ＳＴＰ５の後（すなわちマトリク
ス３が形成された後）の動翼１の一部が示された拡大断
面図である。この図に示されているように、動翼本体２
の先端（図２では上側端）に形成されたマトリクス３に
は、研磨粒子４が分散している。研磨粒子４は、マトリ
クス３中にほぼ埋没している。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a part of the moving blade 1 after the STP 5 (that is, after the matrix 3 is formed). As shown in FIG.
The abrasive particles 4 are dispersed in the matrix 3 formed at the tip (the upper end in FIG. 2). The abrasive particles 4 are almost buried in the matrix 3.
【００２４】この動翼１に、ブラスト処理が施される
（ＳＴＰ６）。ブラスト処理では、ブラスト粒子がマト
リクス３の表面に吹きつけられる。このブラスト処理に
より、動翼１からマトリクス３の表面寄り部分が除去さ
れる。こうして、研磨層５（図３参照）が形成される。The blade 1 is subjected to blasting (STP6). In the blasting process, blast particles are sprayed on the surface of the matrix 3. By this blasting process, the portion of the matrix 3 close to the surface is removed from the rotor blade 1. Thus, the polishing layer 5 (see FIG. 3) is formed.
【００２５】図３は、ＳＴＰ６の後（すなわち研磨層が
完成した状態）の動翼１の一部が示された拡大断面図で
ある。この図から明らかなように、マトリクス３の厚み
（図３において両矢印Ｔで示されている）は、図２に示
されたマトリクスの状態の厚みｔよりも薄くなってい
る。これは、図２のマトリクス３の表面寄り部分がブラ
スト処理によって除去されたからである。研磨粒子４は
ブラスト処理によってもほとんど除去されないので、マ
トリクス３の表面寄り部分の除去に伴い、研磨粒子４が
マトリクス３から突出する（いわゆる「目出し」）。こ
の研磨粒子４の突出部分によって、後に詳説されるシュ
ラウド内周面の研磨が行われる。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the moving blade 1 after the STP 6 (that is, in a state where the polishing layer is completed). As is apparent from this figure, the thickness of the matrix 3 (indicated by a double-headed arrow T in FIG. 3) is smaller than the thickness t of the matrix shown in FIG. This is because the portion near the surface of the matrix 3 in FIG. 2 was removed by blasting. Since the abrasive particles 4 are hardly removed even by the blasting treatment, the abrasive particles 4 protrude from the matrix 3 with the removal of the portion near the surface of the matrix 3 (so-called “appearance”). The protruding portions of the abrasive particles 4 polish the inner peripheral surface of the shroud, which will be described in detail later.
【００２６】ブラスト処理によって研磨粒子４に優先し
てマトリクス３の表面寄り部分を除去するには、研磨粒
子４よりも低硬度であり、かつマトリクス３よりも高硬
度であるブラスト粒子を用いるのが好ましい。すなわ
ち、マトリクス３のビッカース硬度がＨ１とされ、研磨
粒子４のビッカース硬度がＨ２とされ、ブラスト処理に
用いられるブラスト粒子のビッカース硬度がＨ３とされ
たとき、Ｈ１，Ｈ２及びＨ３が下記数式(I)に示される
関係を満たすことが好ましい。Ｈ１＜Ｈ３＜Ｈ２ ・
・・(I)In order to remove the portion near the surface of the matrix 3 in preference to the abrasive particles 4 by blasting, it is necessary to use blast particles having a lower hardness than the abrasive particles 4 and a higher hardness than the matrix 3. preferable. That is, when the Vickers hardness of the matrix 3 is set to H1, the Vickers hardness of the abrasive particles 4 is set to H2, and the Vickers hardness of the blast particles used for the blasting process is set to H3, H1, H2 and H3 are expressed by the following formula (I It is preferable to satisfy the relationship shown in (1). H1 <H3 <H2
・ ・ (I)
【００２７】例えば、マトリクス３のビッカース硬度が
１００〜５００であり、研磨粒子４のビッカース硬度が
３５００〜７０００である場合、ビッカース硬度が１５
００〜２５００であるブラスト粒子が用いられるのが好
ましい。このような組み合わせの具体例としては、マト
リクス３の主成分がＭＣｒＡｌＹ（ビッカース硬度：約
３００）であり、研磨粒子４の主成分が立方晶窒化硼素
（ビッカース硬度：約５０００）であり、ブラスト粒子
の主成分がアルミナ（ビッカース硬度：約２０００）で
ある場合が挙げられる。この場合のブラスト圧力は４ｋ
ｇ／ｃｍ2〜５ｋｇ／ｃｍ2が好ましく、ブラスト距離は
２０ｍｍ程度が好ましく、ブラスト時間は１０秒から２
０秒が好ましい。For example, when the Vickers hardness of the matrix 3 is 100 to 500 and the Vickers hardness of the abrasive particles 4 is 3500 to 7000, the Vickers hardness is 15
It is preferable to use blast particles of 00 to 2500. As a specific example of such a combination, the main component of the matrix 3 is MCrAlY (Vickers hardness: about 300), the main component of the abrasive particles 4 is cubic boron nitride (Vickers hardness: about 5000), and the blast particles Is a main component of alumina (Vickers hardness: about 2000). The blast pressure in this case is 4k
g / cm 2 to 5 kg / cm 2 , the blast distance is preferably about 20 mm, and the blast time is 10 seconds to 2 seconds.
0 seconds is preferred.
【００２８】例えば、マトリクス３のビッカース硬度が
１００〜５００であり、研磨粒子４のビッカース硬度が
１５００〜３０００である場合、ビッカース硬度が７０
０〜１２００であるブラスト粒子が用いられるのが好ま
しい。このような組み合わせの具体例としては、マトリ
クス３の主成分がＭＣｒＡｌＹ（ビッカース硬度：約３
００）であり、研磨粒子４の主成分がアルミナ（ビッカ
ース硬度：約２０００）であり、ブラスト粒子の主成分
がジルコニア（ビッカース硬度：約１０００）である場
合が挙げられる。この場合のブラスト圧力は５ｋｇ／ｃ
ｍ2〜６ｋｇ／ｃｍ2が好ましく、ブラスト距離は２０ｍ
ｍ程度が好ましく、ブラスト時間は６０秒から１００秒
が好ましい。For example, when the Vickers hardness of the matrix 3 is 100 to 500 and the Vickers hardness of the abrasive particles 4 is 1500 to 3000, the Vickers hardness is 70.
Preferably, blast particles of 0 to 1200 are used. As a specific example of such a combination, the main component of the matrix 3 is MCrAlY (Vickers hardness: about 3).
00), and the main component of the abrasive particles 4 is alumina (Vickers hardness: about 2000), and the main component of the blast particles is zirconia (Vickers hardness: about 1000). The blast pressure in this case is 5 kg / c
m 2 to 6 kg / cm 2 is preferable, and the blast distance is 20 m
m is preferable, and the blast time is preferably 60 seconds to 100 seconds.
【００２９】ブラスト粒子の平均粒子直径が小さすぎる
場合は、マトリクス３の表面寄り部分の除去に長時間を
要し、図４のＡに示すように、研磨粒子４の周囲を固定
している必要なマトリクス３まで、ブラスト粒子８が除
去してしまい、研磨粒子４を強固に支えられない。一
方、ブラスト粒子８の平均粒子直径が大きすぎる場合
は、図４のＢに示すように隣接する研磨粒子４，４同士
の間にブラスト粒子８が入り込めず、研磨粒子４に優先
するマトリクス３の表面寄り部分の除去が困難となり、
研磨粒子４が適度に突出しなくなる。図４のＣに示すよ
うに、研磨粒子４の大きさが適度な場合は、研磨粒子４
の周囲に研磨粒子４を固定するためのマトリクス３の肉
部が残り、研磨粒子４が強固にマトリクス３に固定さ
れ、研磨粒子４の突出量も適度になる。例えば平均粒子
直径が１００μｍ程度の研磨粒子４が５０個／ｍｍ2の
密度で分散している場合、用いられるブラスト粒子の平
均粒子直径は５０μｍ程度が好ましい。If the average particle diameter of the blast particles is too small, it takes a long time to remove the portion of the matrix 3 close to the surface, and it is necessary to fix the periphery of the abrasive particles 4 as shown in FIG. The blast particles 8 are removed up to the proper matrix 3 and the abrasive particles 4 cannot be supported firmly. On the other hand, if the average particle diameter of the blast particles 8 is too large, the blast particles 8 cannot enter between the adjacent abrasive particles 4, 4 as shown in FIG. It is difficult to remove the part near the surface of
The abrasive particles 4 do not protrude appropriately. As shown in FIG. 4C, when the size of the abrasive particles 4 is appropriate,
The surrounding portion of the matrix 3 for fixing the abrasive particles 4 remains, the abrasive particles 4 are firmly fixed to the matrix 3, and the protrusion amount of the abrasive particles 4 becomes appropriate. For example, when abrasive particles 4 having an average particle diameter of about 100 μm are dispersed at a density of 50 particles / mm 2 , the average particle diameter of the blast particles used is preferably about 50 μm.
【００３０】図１に示される製造方法では、ろう付法に
よって研磨層５を形成しているが、ろう付法に代えて溶
射法が採用されてもよい。溶射法では、まず薄肉の電着
メッキ層等によって動翼本体２に研磨粒子４が仮固着さ
れる。そして、この研磨粒子４の周りに、マトリクス３
の材質と同一材質からなる溶融金属が噴射される。この
溶融金属が凝固することにより、マトリクス３が形成さ
れる。溶射法の場合も研磨粒子４がマトリクス３に埋没
する傾向が見られるが、前述のブラスト処理が施される
により、研磨粒子４の突出が達成される。In the manufacturing method shown in FIG. 1, the polishing layer 5 is formed by a brazing method, but a thermal spraying method may be employed instead of the brazing method. In the thermal spraying method, first, the abrasive particles 4 are temporarily fixed to the bucket main body 2 by a thin electrodeposition plating layer or the like. Then, around the abrasive particles 4, a matrix 3
A molten metal made of the same material as the above is sprayed. The matrix 3 is formed by solidification of the molten metal. Although the abrasive particles 4 tend to be buried in the matrix 3 in the case of the thermal spraying method, the abrasive particles 4 can be projected by performing the above-described blasting.
【００３１】ろう付法又は溶射法によって形成されたマ
トリクス３の表面寄り部分が、ブラスト処理ではなく放
電加工によって除去されてもよい。放電加工では、マト
リクス３と対向する位置に面状の電極が設けられ、この
電極と動翼本体２との間に電圧が印加される。一般に、
マトリクス３は導電性であり研磨粒子４は非導電性であ
るので、電圧印加によって研磨粒子４に優先してマトリ
クス３の表面寄り部分が除去される。除去により、研磨
粒子４がマトリクス３から突出する。The surface portion of the matrix 3 formed by the brazing method or the thermal spraying method may be removed by electric discharge machining instead of blasting. In the electric discharge machining, a planar electrode is provided at a position facing the matrix 3, and a voltage is applied between the electrode and the moving blade main body 2. In general,
Since the matrix 3 is conductive and the abrasive particles 4 are non-conductive, a portion near the surface of the matrix 3 is removed by applying a voltage in preference to the abrasive particles 4. The removal causes the abrasive particles 4 to protrude from the matrix 3.
【００３２】放電加工が採用される場合は、マトリクス
３の表面寄り部分とともに研磨粒子自体４もが除去もし
くは損傷されてしまうことを防止する観点から、弱放電
加工が好ましい。また、同様の観点から、マトリクス３
の材質に対する研磨粒子４の材質の電気抵抗値比率は、
２００％以上が好ましく１０００％以上が特に好まし
い。When electric discharge machining is employed, weak electric discharge machining is preferred from the viewpoint of preventing the abrasive particles 4 from being removed or damaged together with the portion of the matrix 3 near the surface. From the same viewpoint, the matrix 3
The electrical resistance value ratio of the material of the abrasive particles 4 to the material of
It is preferably at least 200%, particularly preferably at least 1000%.
【００３３】マトリクス３の表面寄り部分を除去する効
率は、ブラスト処理よりも放電加工もしくは、アルミナ
ペーパー等を用いた機械時除去の方が優れている。一般
に、ろう付方よりも溶射法の方が、研磨粒子４の埋没の
程度が激しい。従って、溶射法でマトリクス３が形成さ
れる場合は、荒仕上げとして機械加工及び放電加工を行
い、最終仕上げはブラストによって研磨粒子４の突出が
達成されるのが好ましい。ろう付法に対し、溶射法は埋
没の程度が激しいため、効率良くマトリクスを除去する
方法として、先ずアルミナ系のペーパーにて荒仕上げを
行い、ＣＢＮの先端を確認した上でブラストにより最終
仕上げを行うと効率良く除去できることを確認してい
る。一方、ろう付法の場合はブラストのみでマトリクス
の除去が可能である。The efficiency of removing the portion of the matrix 3 close to the surface is superior to that of the blast treatment by electric discharge machining or mechanical removal using alumina paper or the like. In general, the degree of burial of the abrasive particles 4 is greater in the thermal spraying method than in the brazing method. Therefore, when the matrix 3 is formed by the thermal spraying method, it is preferable that machining and electric discharge machining are performed as rough finishing, and that the abrasive particles 4 project by blasting in the final finishing. In contrast to the brazing method, the thermal spraying method has a high degree of burial. Therefore, as a method of removing the matrix efficiently, first rough finish with alumina paper, confirm the tip of CBN, and then finish with a blast. It has been confirmed that the removal can be performed efficiently. On the other hand, in the case of the brazing method, the matrix can be removed only by blasting.
【００３４】図５は、図１の製造方法によって得られた
動翼１が用いられたガスタービンのタービン部の一部が
示された断面図である。この図には、動翼１とシュラウ
ド６とが示されている。動翼１の先端には、前述の研磨
層５が形成されている。シュラウド６は、その内周面に
ジルコニアを主成分とする遮熱層７（ＴＢＣ）を備えて
いる。遮熱層７に代えて、ＭＣｒＡｌＹ等からなるコー
ティング層が形成されてもよい。研磨層５と遮熱層７と
の間隔（図１において両矢印Ｃで示される）が、クリア
ランスである。動翼１とシュラウド６とが摺動すると、
研磨層５によってシュラウド６の内周面が研磨される。
この研磨によって、適切なクリアランスＣが維持され
る。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of a turbine portion of a gas turbine using the moving blade 1 obtained by the manufacturing method of FIG. In this figure, a bucket 1 and a shroud 6 are shown. The polishing layer 5 described above is formed at the tip of the bucket 1. The shroud 6 has a heat shield layer 7 (TBC) containing zirconia as a main component on the inner peripheral surface thereof. Instead of the heat shield layer 7, a coating layer made of MCrAlY or the like may be formed. The space between the polishing layer 5 and the heat shield layer 7 (indicated by a double-headed arrow C in FIG. 1) is a clearance. When the bucket 1 and the shroud 6 slide,
The inner peripheral surface of the shroud 6 is polished by the polishing layer 5.
By this polishing, an appropriate clearance C is maintained.
【００３５】研磨粒子４の平均粒子直径は、５０μｍ以
上２００μｍ以下が好ましい。平均粒子直径が５０μｍ
未満であると、研磨層５の研磨能力が不十分となるおそ
れがある。この観点から、平均粒子直径は８０μｍ以上
が特に好ましい。一方、平均粒子直径が２００μｍを越
えると、研磨層５の研磨能力が不十分となったり、研磨
粒子４の耐酸化性が不十分となることがある。この観点
から、平均粒子直径は１７０μｍ以下が特に好ましい。The average particle diameter of the abrasive particles 4 is preferably 50 μm or more and 200 μm or less. Average particle diameter 50μm
If it is less than 10 mm, the polishing ability of the polishing layer 5 may be insufficient. In this respect, the average particle diameter is particularly preferably equal to or greater than 80 μm. On the other hand, if the average particle diameter exceeds 200 μm, the polishing ability of the polishing layer 5 may be insufficient, or the oxidation resistance of the polishing particles 4 may be insufficient. In this respect, the average particle diameter is particularly preferably equal to or less than 170 μm.
【００３６】マトリクス３の厚みＴは、５０μｍ以上２
００μｍ以下が好ましい。マトリクス３の厚みが５０μ
ｍ未満であると、研磨層５の耐久性が不十分となること
がある。逆に、マトリクス３の厚みが２００μｍを越え
ると、研磨粒子４の突出が達成困難となることがある。The thickness T of the matrix 3 is 50 μm or more and 2
It is preferably not more than 00 μm. The thickness of the matrix 3 is 50μ
If it is less than m, the durability of the polishing layer 5 may be insufficient. Conversely, if the thickness of the matrix 3 exceeds 200 μm, it may be difficult to achieve the protrusion of the abrasive particles 4.
【００３７】図６は、図３の動翼１がさらに拡大された
断面図である。前述のように、研磨粒子４はマトリクス
３から突出している。この図において両矢印ｐで示され
ているのは、研磨粒子４の突出寸法である。研磨粒子４
の平均粒子直径がＤとされ、マトリクス３から突出して
いるすべての研磨粒子４における突出寸法ｐの平均値
（すなわち平均突出寸法）がＰとされたとき、平均粒子
直径Ｄに対する平均突出寸法Ｐの比率は、２５％以上７
０％以下が好ましい。この比率が２５％未満であると、
研磨層５の研磨能力が不十分となることがある。この観
点から、比率は３０％以上がより好ましい。逆に、この
比率が７０％を超えると、研磨粒子４がマトリクス３か
ら脱落しやすくなることがある。この観点から、比率は
５０％以下がより好ましい。FIG. 6 is a sectional view showing the rotor blade 1 of FIG. 3 further enlarged. As described above, the abrasive particles 4 protrude from the matrix 3. In this drawing, what is indicated by a double-pointed arrow p is the protrusion size of the abrasive particles 4. Abrasive particles 4
Is defined as D and the average value of the protrusion size p of all the abrasive particles 4 protruding from the matrix 3 (that is, the mean protrusion size) is defined as P. The ratio is 25% or more 7
0% or less is preferable. If this ratio is less than 25%,
The polishing ability of the polishing layer 5 may be insufficient. In this respect, the ratio is more preferably equal to or greater than 30%. Conversely, if this ratio exceeds 70%, the abrasive particles 4 may easily fall off the matrix 3. In this respect, the ratio is more preferably equal to or less than 50%.
【００３８】以上、ガスタービンのタービン部に用いら
れる動翼が一例とされて本発明の製造方法が詳説された
が、本発明は、ガスタービンの圧縮機、ジェットエンジ
ン等の動翼にも好適に適用されうる。Although the manufacturing method of the present invention has been described in detail by taking the rotor blade used in the turbine section of the gas turbine as an example, the present invention is also suitable for the rotor blade of a gas turbine compressor, a jet engine or the like. May be applied.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上、説明されたように、本発明は動翼
本体の先端に、マトリクスとこのマトリクス中に分散し
た多数の研磨粒子とを備えた研磨層が形成されている燃
焼エンジン動翼の製造方法であって、動翼本体の先端
に、研磨粒子が埋没するようにマトリクスを形成するマ
トリクス形成工程と、このマトリクスに放電加工若しく
はブラスト加工を施してマトリクスの表面寄り部分を除
去し、研磨粒子をマトリクスから突出させる除去工程と
を含む製造方法を用いたので、動翼本体の先端部に研磨
層を効率よく、しかも低コストで動翼が製造されうる。As described above, the present invention provides a combustion engine rotor blade in which a polishing layer having a matrix and a large number of abrasive particles dispersed in the matrix is formed at the tip of the rotor blade body. The manufacturing method of, the tip of the rotor blade body, a matrix forming step of forming a matrix so that the abrasive particles are buried, and subjecting this matrix to electrical discharge machining or blasting to remove the portion near the surface of the matrix, Since the manufacturing method including the step of removing the abrasive particles from the matrix is used, the moving blade can be manufactured efficiently and at a low cost at the tip of the moving blade main body.
【図１】本発明の一実施形態にかかる燃焼エンジン動翼
の製造方法が示されたフロー図である。FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a combustion engine rotor blade according to an embodiment of the present invention.
【図２】マトリクス層除去前の段階における動翼の一部
が示された拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a moving blade before a matrix layer is removed.
【図３】マトリクス層の表面側を除去した後の動翼の一
部が示された拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a rotor blade after a surface side of a matrix layer is removed.
【図４】Ａは、ブラスト粒子の平均粒子が小さすぎる場
合の研磨層を示す断面図であり、Ｂはブラスト粒子の平
均粒子が大きすぎる場合の研磨層を示す断面図であり、
Ｃはブラスト粒子の平均粒子が適度である場合の研磨層
を示す断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view showing a polishing layer when the average blast particles are too small, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing the polishing layer when the average blast particles are too large;
C is a cross-sectional view showing the polishing layer when the average particles of the blast particles are moderate.
【図５】図１の製造方法によって得られた動翼が用いら
れたガスタービンのタービン部の一部が示された断面図
である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of a turbine section of a gas turbine using the rotor blade obtained by the manufacturing method of FIG.
【図６】図３の動翼がさらに拡大された断面図である。 １ 動翼 ２ 動翼本体 ３ マトリクス ４ 研磨粒子 ５ 研磨層 ６ シュラウド ７ 遮熱層 ８ ブラスト粒子FIG. 6 is a cross-sectional view in which the moving blade of FIG. 3 is further enlarged. REFERENCE SIGNS LIST 1 rotor blade 2 rotor blade body 3 matrix 4 abrasive particles 5 polishing layer 6 shroud 7 heat shield layer 8 blast particles
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｄ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F02C 7/00 F02C 7/00 D
Claims (9)
トリクス中に分散した多数の研磨粒子とを備えた研磨層
が形成されている燃焼エンジン動翼の製造方法であっ
て、 動翼本体の先端に、研磨粒子が埋没するようにマトリク
スを形成するマトリクス形成工程と、 このマトリクスに放電加工を施してマトリクスの表面寄
り部分を除去し、研磨粒子をマトリクスから突出させる
除去工程とを含むことを特徴とする製造方法。1. A method for manufacturing a combustion engine rotor blade, wherein a polishing layer comprising a matrix and a large number of abrasive particles dispersed in the matrix is formed at the tip of the rotor blade body. At the tip, a matrix forming step of forming a matrix so that the abrasive particles are buried, and a removing step of subjecting the matrix to electric discharge machining to remove a portion near the surface of the matrix and projecting the abrasive particles from the matrix. Characteristic manufacturing method.
加工である請求項１に記載の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the electric discharge machining in the removing step is a weak electric discharge machining.
の材質の電気抵抗値比率が２００％以上である請求項１
又は請求項２に記載の製造方法。3. The electric resistance value ratio of the material of the abrasive particles to the material of the matrix is 200% or more.
Or the manufacturing method according to claim 2.
であり、研磨粒子の主成分が立方晶窒化硼素又はアルミ
ナ等である請求項３に記載の製造方法。4. The main component of said matrix is MCrAlY
The method according to claim 3, wherein the main component of the abrasive particles is cubic boron nitride or alumina.
トリクス中に分散した多数の研磨粒子とを備えた研磨層
が形成されている燃焼エンジン動翼の製造方法であっ
て、 動翼本体の先端に、研磨粒子が埋没するようにマトリク
スを形成するマトリクス形成工程と、 このマトリクスにブラスト処理を施してマトリクスの表
面寄り部分を除去し、研磨粒子をマトリクスから突出さ
せる除去工程とを含むことを特徴とする製造方法。5. A method for manufacturing a combustion engine rotor blade, wherein a polishing layer comprising a matrix and a large number of abrasive particles dispersed in the matrix is formed at the tip of the rotor blade body. At the tip, a matrix forming step of forming a matrix so that the abrasive particles are buried, and a removing step of subjecting the matrix to a blast treatment to remove a portion near the surface of the matrix and projecting the abrasive particles from the matrix. Characteristic manufacturing method.
とされ、研磨粒子のビッカース硬度がＨ２とされ、ブラ
スト処理に用いられるブラスト粒子のビッカース硬度が
Ｈ３とされたとき、これらのビッカース硬度がＨ１＜Ｈ
３＜Ｈ２の関係を満たす請求項５に記載の製造方法。6. The matrix according to claim 1, wherein the matrix has a Vickers hardness of H1.
When the Vickers hardness of the abrasive particles is H2 and the Vickers hardness of the blast particles used for blasting is H3, these Vickers hardnesses are H1 <H.
The manufacturing method according to claim 5, wherein a relationship of 3 <H2 is satisfied.
ｌ−Ｙであり、研磨粒子の主成分が立方晶窒化硼素であ
り、ブラスト粒子の主成分がアルミナである請求項６に
記載の製造方法。7. The main component of the matrix is M-Cr-A
The method according to claim 6, wherein the main component of the abrasive particles is cubic boron nitride, and the main component of the blast particles is alumina.
ｌ−Ｙであり、研磨粒子の主成分がアルミナであり、ブ
ラスト粒子の主成分がジルコニアである請求項６に記載
の製造方法。8. The main component of the matrix is M-Cr-A
The production method according to claim 6, wherein the main component of the abrasive particles is l-Y, and the main component of the blast particles is zirconia.
によって形成される請求項１から請求項８のいずれか１
項に記載の製造方法。9. The method according to claim 1, wherein the matrix is formed by brazing or thermal spraying.
The production method according to the paragraph.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001154772A JP3790440B2 (en) | 2001-05-24 | 2001-05-24 | Manufacturing method of combustion engine blade |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5536240B1 (en) * | 2013-01-23 | 2014-07-02 | 東芝プラントシステム株式会社 | Blasting device and blasting method |
| JP2016508202A (en) * | 2012-11-28 | 2016-03-17 | ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータＮｕｏｖｏ Ｐｉｇｎｏｎｅ Ｓ．Ｒ．Ｌ． | Seal system for use in a turbomachine and method of making the same |
-
2001
- 2001-05-24 JP JP2001154772A patent/JP3790440B2/en not_active Expired - Lifetime
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