JP2008163449A - 耐浸食性コーティング及び製法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐浸食性コーティング組成物及びコーティング方法を含むタービンエンジン構成要素を提供する。
【解決手段】被覆されたタービンエンジン100構成要素は、タービンエンジン構成要素102、104、106、108、110、112と、電子ビーム物理蒸着又はイオンプラズマカソードアーク蒸着を用いてタービンエンジン構成要素102、104、106、108、110、112の表面の少なくとも一部分上に配置された耐浸食性コーティングとを含んでいる。耐浸食性コーティングは、セラミック、サーメット、又は以上のものを少なくとも1つ含む組合せからなることができる。
【選択図】図2
【解決手段】被覆されたタービンエンジン100構成要素は、タービンエンジン構成要素102、104、106、108、110、112と、電子ビーム物理蒸着又はイオンプラズマカソードアーク蒸着を用いてタービンエンジン構成要素102、104、106、108、110、112の表面の少なくとも一部分上に配置された耐浸食性コーティングとを含んでいる。耐浸食性コーティングは、セラミック、サーメット、又は以上のものを少なくとも1つ含む組合せからなることができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、コーティング組成物及びコーティング方法、より特定的には耐浸食性コーティング組成物及びコーティング方法に関する。
金属構成要素は、多種多様の産業用途において、多様な作動条件下で使用される。多くの場合、これらの構成要素は、耐食性、耐熱性、耐酸化性、及び耐浸食性のような様々な特性を付与するコーティングを備えている。一例として、耐浸食性コーティングは、特に固体粒子の浸食を受け易い高圧及び中圧蒸気タービンの第1段階に使用されることが多い。また、耐浸食性コーティングは、砂若しくはその他の空中固体粒子浸食及び腐食を受け易いガスタービン及びジェットエンジンのコンプレッサーセクションで使用されることが多い。
これらの構成要素の浸食は、一般に、流体媒体(すなわち、空気、蒸気、又は水)によりもたらされる、例えば、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、粘土、火山灰、などの固体粒子(例えば、空気中の砂又は蒸気中のボイラー剥離物)の衝突によって起こる。タービン構成要素の現存する、限定されることはないがマルテンサイトステンレススチールのような母材はこれらの条件で適当な耐浸食性又は耐食性をもっていない。その結果起こり得る激しい浸食のため、タービン構成要素が損傷されることにより、頻繁なメンテナンスに関する操業停止、作業効率の損失、及び様々な構成要素を定期的に交換する必要性が生じ得る。
浸食問題を回避又は緩和するために、幾つかの発電所は固体粒子含有量がある一定のレベルに達したら停止するように設計されていて、さらなる浸食を防止する。発電所の操業停止に加えて、浸食を緩和するために様々な耐浸食性コーティングが開発されてきている。かかるコーティングとしては、空気プラズマ溶射(APS)及び高速ガス溶射(HVOF)のような溶射技術により設けることが多いアルミナ、チタニア、クロミア、などのセラミックコーティングが多い。これらのプロセスでは、粗い表面組織と限られた硬度を有するコーティングが生成することが多く、そのためタービンの性能に悪影響を及ぼすことがある。また、これらのプロセスでは、基材又は母材の高いサイクル疲労強度に対して悪影響を与え得るコーティングが生成する可能性がある。最後に、これらのプロセスで製造されるコーティングは、コーティングの厚さを埋め合わせるためにタービン翼の修正を要することが多い。
蒸気タービンの構成要素を空気力学的により効率的にするために耐浸食性コーティングの表面粗度を低下させる最近の試みとして、蒸着したコーティングを特定の表面粗度まで機械加工又は研磨するものがある。残念ながら、これらの技法は高価で時間がかかるプロセスである。その結果、多くの用途でこのタイプの機械加工又は研磨は見送られている。
米国特許出願公開第2002−0014208号
米国特許出願公開第2005−0112411号
国際公開第2005−052210号
従って、当技術分野では、低下した表面粗度、増大した硬度、高いサイクル疲労強度の最小又はゼロの低下、及び/又は翼面積及び表面特性に対する最小の影響を有するタービンエンジン構成要素用のコーティングを製造する方法が相変わらず必要とされている。蒸着したままのコーティングが低下した表面粗度を示し、低下した表面粗度を達成するために蒸着後の機械加工又は研磨段階を必要としないならば特に有利であろう。
被覆されたタービンエンジン構成要素は、タービンエンジン構成要素と、電子ビーム物理蒸着又はイオンプラズマカソードアーク蒸着を用いてタービンエンジン構成要素の表面の少なくとも一部分の上に配置された耐浸食性コーティングとを含んでいる。
別の実施形態において、被覆されたタービンエンジン構成要素は、タービンエンジン構成要素と、タービンエンジン構成要素の表面の少なくとも一部分の上に配置された約75マイクロインチ以下の平均粗さを有する多層耐浸食性コーティングとを含んでいる。
本発明の方法は、タービンエンジン構成要素の表面の少なくとも一部分の上に電子ビーム物理蒸着又はイオンプラズマカソードアーク蒸着によって耐浸食性コーティングを配置することを含んでいる。
もう1つ別の方法は、タービンエンジン構成要素の表面の少なくとも一部分の上に約75マイクロインチ以下の平均粗さを有する多層耐浸食性コーティングを電子ビーム物理蒸着又はイオンプラズマカソードアーク蒸着によって配置することを含んでいる。
上記及びその他の特徴は以下の図及び詳細な説明により例証される。
ここで、本発明の実施形態を例示する図面を参照するが、図中類似の要素には同様な数字を付してある。
本明細書には、金属製のタービンエンジン構成要素に耐浸食性を付与するコーティング組成物及びコーティング方法が開示されている。この方法は、一般に、平滑なタービンエンジン構成要素基材上へのコーティングの電子ビーム−物理蒸着(EB−PVD)又はイオンプラズマカソードアーク蒸着に基づいている。この方法により、現存するコーティングと比べて低下した表面粗度を有するコーティングが得られる。有利なことに、蒸着したコーティングは、低下した表面粗度を達成するための蒸着後の機械加工又は研磨段階を必要としない。さらにまた、本発明のコーティングは、タービンの作動中寸法安定性が増大している。例えば、被覆されたタービンエンジン構成要素は、耐浸食性コーティングが配置されていないタービンエンジン構成要素以上の高いサイクル疲労(HCF)強度を有する。従って、増大した表面粗度を有するコーティングで観察される低下したタービン効率及び出力のような悪影響を減らすことができる。これらの特徴により、結局、構成要素とタービンエンジンの寿命が延びる。
ここで図1を参照すると、全体を10で示した被覆された物品の一部分が図示されている。被覆された物品10のこの部分は一般に、基材12と、基材12の表面の少なくとも一部分の上に配置された耐浸食性コーティング14とを含んでいる。
耐浸食性コーティング14が上に配置されている基材12は、いかなる金属、合金、セラミック(例えば、酸化物、窒化物、炭化物、など)、又は以上のものを少なくとも1つ含む組合せ(例えば、金属/合金−ポリマー複合材)でもよい。基材12の組成と微細構造は耐浸食性コーティング14の性能に影響を及ぼし得ることに注意するのが重要である。代表的な1つの実施形態において、基材12はタービンエンジン構成要素である。タービンエンジン構成要素の形態は、シュラウド、バケット又はブレード、ノズル又はベーン、隔膜部品、シール部品、バルブステム、ノズルボックス、ノズルプレート、などで変化し得る。用語「ブレード」及び「バケット」は互換的に使用することができる。一般に、ブレードは航空機タービンエンジンの回転翼であり、バケットは陸上の発電用タービンエンジンの回転翼である。また、一般に蒸気又はガスタービンの固定羽根を指す用語「ノズル」は、用語「ベーン」と互換的に使用することができる。
タービンエンジン構成要素は一般に鋼及び/又は超合金からなる。超合金は、絶対融解温度の約0.7を超えることが多い高温で使用することができる合金である。いかなるFe−、Co−、又はNi−基超合金組成物も、構造部品を形成するのに使用することができる。Fe−、Co−、又はNi−基超合金中の最も一般的な溶質はアルミニウム及び/又はチタンである。一般に、アルミニウム及び/又はチタンの濃度は低い(例えば、各々約15重量パーセント(wt%)以下)。Fe−、Co−、又はNi−基超合金のその他の任意成分としては、クロム、モリブデン、コバルト(Fe−又はNi−基超合金)、タングステン、ニッケル(Fe−又はCo−基超合金)、レニウム、鉄(Co−又はNi−基超合金)、タンタル、バナジウム、ハフニウム、コロンビウム、ルテニウム、ジルコニウム、ホウ素、イットリウム、及び炭素があり、各々独立して約15wt%以下の量で存在することができる。
固体粒子の浸食を受け易いタービンエンジン構成要素に耐浸食性を付与するように、特定の耐浸食性コーティング14組成を選択する。耐浸食性コーティング14はセラミック材料からなることができる。適切なセラミック組成物としては、Al2O3、Cr2O3、Y2O3、ZrO2、CeO2、TiO2、Ta2O5、TaO2、などのような金属酸化物、Cr3C2、WC、TiC、ZrC、B4C、などのような金属炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素、BN、TiN、ZrN、HfN、CrN、Si3N4、AlN、TiAlN、TiAlCrN、TiCrN、TiZrN、などのような金属窒化物、TiB2、ZrB2、Cr3B2、W2B2、などのような金属ホウ化物、及び以上の組成の1種以上を含む組合せ(例えば、TiCN、CrBN、TiBN、など)がある。また、耐浸食性コーティング14はセラミック−金属複合材(サーメット)からなることもできる。適切なサーメットとしては、WC/Co、WC/CoCr、WC/Ni、TiC/Ni、TiC/Fe、Ni(Cr)/Cr3C2、TaC/Ni、及び以上のものを1種以上含む組合せがある。耐浸食性コーティング14のさらに別の実施形態としては、1種以上のセラミック又はサーメットを含む組合せ(例えば、以上のものを1種含む金属又は合金マトリックス)がある。
代表的な1つの実施形態において、耐浸食性コーティング14は図1に示したような多層コーティングである。多層耐浸食性コーティング14内の各層の組成は、耐食性、耐熱性、延性、汚れ耐性(例えば、付着物の蓄積に対する抵抗性)、硬度、破壊靱性、又は以上の特性を1種以上含む組合せのような付加的な所望の特性を付与するように選択することができる。
例えば、耐浸食性コーティング14は、約5000キログラム/平方ミリメートル(kg/mm2)までの断面又はVickers硬度(Hv)を有することができる。この範囲内で、耐浸食性コーティング14の硬度は約500kg/mm2以上である。1つの実施形態において、耐浸食性コーティング14の硬度は約1000kg/mm2以上である。別の実施形態において、耐浸食性コーティング14の硬度は約2000kg/mm2以上である。さらにもう1つ別の実施形態において、耐浸食性コーティング14の硬度は約4000kg/mm2以下である。さらに別の実施形態において、耐浸食性コーティング14の硬度は約3000kg/mm2以下である。
耐浸食性コーティング14の平均粗さ(Ra)、すなわち、試料長さ内で図上の中心線から測定した耐浸食性コーティング14の側面高さ偏差の絶対値の算術平均は、約75マイクロインチ以下であり得る。この範囲内で、耐浸食性コーティング14は約60マイクロインチ以下のRaを有することができる。1つの実施形態において、耐浸食性コーティング14は約50マイクロインチ以下のRaを有する。別の実施形態において、耐浸食性コーティング14は約40マイクロインチ以下のRaを有する。さらにもう1つ別の実施形態において、耐浸食性コーティング14は約10マイクロインチ以上のRaを有する。さらに別の実施形態において、耐浸食性コーティング14は約20マイクロインチ以上のRaを有する。
多層耐浸食性コーティング14を形成することができる個々の層の数に特定の上限はないが、通常2層以上でなければならない。多層耐浸食性コーティング14内で、熱膨張、さらには個々の層と基材12との及び個々の層間の熱サイクル応力を考慮しなければならない。例えば、個々の層の熱サイクル応力は多層耐浸食性コーティング14全体の降伏応力を越えてはならない。
また、多層耐浸食性コーティング14内の各層は異なる厚さであってもよいし、及び/又は各層が非均一な厚さを有していてもよい。各層の平均厚さは独立して約5ナノメートル(nm)〜約25マイクロメートル(μm)であり得る。この範囲内で、各層の平均厚さは独立して約100nm以上、特定的には約1μm以上であることができる。また、この範囲内で、各層の平均厚さは独立して10μm以下、特定的には約5μm以下であることができる。多層コーティング14全体の平均厚さは約1〜約200μmであり得る。この範囲内で、多層コーティング14全体の平均厚さは約5μm以上、特定的には約7μm以上であることができる。また、この範囲内で、多層コーティング14全体の厚さの平均厚さは50μm以下、特定的には約30μm以下であることができる。
1つの実施形態において、多層耐浸食性コーティング14の少なくとも一部分は個々の層の周期的繰返しであることができる。例えば、2つの異なる組成物を交互に積み重ねて3以上の層を形成することができる。また、3つの異なる組成物を、限定されることはないが1−2−3−1−2−3−、1−2−3−2−1−、などを始めとして任意の数の順に積み重ねてもよい。これらの交互に積み重ねられた層が充分に薄い(例えば、約100nm以下)場合、より厚い個々の層より大幅に改良された硬度と破壊耐性を有することができるヘテロ構造又は超格子が形成される。
前述のように、耐浸食性コーティング14は電子ビーム物理蒸着(EB−PVD)又はイオンプラズマカソードアーク蒸着を用いて基材12上に設けることができる。耐浸食性コーティング14が多層コーティングである場合、多層耐浸食性コーティング14の各層を同じ蒸着技術を用いて設けるのが望ましいことがあるかもしれないが、必要ではない。
EB−PVD装置は一般に、カソードを収容する真空チャンバー、電源、及び標的アノードアセンブリを含んでいる。アノード標的アセンブリは、所望のコーティング組成物の1種以上の金属からなるアノード標的と、標的ホルダーを含んでいる。1種より多くの金属を蒸着する場合、蒸着しようとする金属の合金からなる単一の標的を気化させることもできるし、又は複数の標的を一緒に気化させることもできる。まず、蒸着チャンバーを特定の圧力に排気する。電源に接続された電子源(例えば、タングステンフィラメント)により生成した電子ビームをアノード標的に衝突させる。電子ビームによるアノード標的の強力な加熱のため、標的の表面が融解又は昇華し、金属の気化した分子が上方へ移動して、基材12の表面上に沈積し、所望の耐浸食性コーティング14が生成する。その厚さはコーティングプロセスの持続時間と基材上に凝縮する蒸気流に依存する。制御されたガスをチャンバー内に導入することにより、標的と導入されたガスとの化合物である組成物が基材12上に蒸着する。蒸着チャンバー内で基材12を動かして、基材12の様々な表面上で均一なコーティングを達成することができる。
対照的に、カソードアーク装置は一般に、アノードを収容している真空チャンバー、電源、及び電源に接続されたカソード標的アセンブリを含んでいる。カソード標的アセンブリは、所望のコーティング組成の1種以上の金属のカソード標的と、標的ホルダーを含んでいる。1種より多くの金属を蒸着する場合、蒸着しようとする金属の合金からなる単一の標的を気化させることもできるし、又は複数の標的を一緒に気化させることもできる。まず、蒸着チャンバーを特定の圧力に排気する。次に、電子トリガーを用いてアークを発生させ、外部磁場によりアークを維持すると共にそのアークをカソード標的の表面に案内して、基材12上にコーティングを蒸着するのに理想的な高度にイオン化されたプラズマの強力な源を発生させる。カソード標的と基材12との間にバイアス電圧をかけて、耐浸食性コーティング14の蒸着を推進する。制御されたガスをイオン化されたプラズマ雲に導入することによって、標的と導入されたガスとの化合物を基材12上に蒸着させることができる。蒸着チャンバー内で基材12を動かして、基材12の様々な表面上で均一なコーティングを達成することができる。
基材12の一部分のみを耐浸食性コーティング14で被覆したい場合には、基材12を蒸着チャンバーに挿入する前にマスクを用いて、基材12の被覆されないで残す部分を覆うことができる。本開示に鑑みて硬質マスク及び軟質マスクのような特定のマスク技術が当業者には公知である。
耐浸食性コーティング14を形成するのに使用する特定の蒸着パラメーターは、当業者が本開示に鑑みて過度の実験をすることなく決定することができる。技術の選択は、特定の用途、基材12、温度、コスト、などに依存する。例えば、所与基材12でカソードアーク蒸着の代わりにEB−PVDを用いると、少し平滑度の高い耐浸食性コーティング14が得られる。また、EB−PVDの場合、蒸着することができるコーティング組成の融通性をより高くすることができるが、より大きな組成上の制御は、特に多元又は複合合金の場合、カソードアーク蒸着を用いて達成することができる。EB−PVDは一般に、耐浸食性コーティング14のより速い蒸着が可能である。しかし、カソードアーク蒸着用の装置のコストはEP−PVDよりずっと低い。両者の技術の蒸着温度は同様であるが、カソードアーク蒸着を用いて多元又は複合合金を蒸着する場合アークスポットのより高い瞬間的温度のために増大した組成制御が可能になる。
EB−PVDもカソードアーク蒸着も、コーティングを設ける基材12と同じ又は実質的に同じ微細構造及び/又は平均粗さを有する耐浸食性コーティング14を製造することができる。例えば、EB−PVDの場合、設けられる耐浸食性コーティング14の粗さ平均は基材12の粗さ平均の約1〜約10パーセント以内であり、イオンプラズマカソードアーク蒸着の場合、設けられる耐浸食性コーティング14の粗さ平均は基材12の粗さ平均の約1〜約33パーセント以内である。被覆されていないタービンエンジン構成要素の平滑度/粗さはその構成要素を所望の外形及び/又は寸法に機械加工することにより制御することができる。従って、有利な特徴として、高度に平滑な蒸着したままの耐浸食性コーティング14を、平滑なタービンエンジン構成要素の上に、蒸着後の加工処理段階を必要とせずに製造することができる。こうして、コーティング段階が完了したら、被覆された物品10はすぐに使用したり、又は以後の製造プロセスにかけられる。
ここで図2を参照すると、図中で影を付けてある耐浸食性コーティング14で被覆された様々な構成要素を有するタービンエンジン(全体を100で示す)の一部分の断面が示されている。特定的には、ノズル102とバケット104は、被覆することができる主要な構成要素の2つである。本明細書に記載した耐浸食性コーティング14で被覆することができるタービンエンジン100の他の領域としては、ノズル隔膜の一部分(例えば、ルートスピルストリップ106、及びチップスピルストリップともいわれる隔膜外輪112)、バケットダブテールの一部分(例えば、全体を110で示すダブテールのスピルストリッププラットフォーム108及びその他の軸面)、並びに固体粒子の浸食を受け得る他のあらゆる領域がある。現存するコーティング技術の場合と異なり、図2に示す被覆された領域は、コーティングの厚さを相殺するための流れ領域の修正を必要としないことに注意されたい。
ここで、タービンバケット104である基材に言及する。代表的な多層耐浸食性コーティング14は、TiとTiNの交互の層をバケット104上に蒸着することによって形成することができる。
実例として、再び図1を参照して多層耐浸食性コーティング14について説明する。特定的には、図に示されているように、TiNの層(18、22、26、及び30)には影を付けてあり、一方Tiの層(16、20、24、及び28)には影を付けてない。8つの交互の層(すなわち、16、18、20、22、24、26、28、及び30)について言及するが、これは単に例示のためであるものと了解されたい。当業者には、任意の数の交互層を使用できることが分かるであろう。さらにまた、この実施形態では第1の交互層16(すなわち、タービンバケットに最も近い層)をTi層として示してあるが、第1の交互層16としてTiNを使用することが可能である。
Tiの交互層は、チタンインゴットを用いてEB−PVD又はカソードアーク蒸着で設けられる。TiNの層が望まれる場合、蒸着チャンバー中に窒素を導入して金属チタン蒸気を窒化する。
TiとTiNの交互の層を用いる特に有利な特徴として、コーティング全体の厚さをかなり大きくすることができることがある。TiN自体の蒸着による残留応力は非常に大きくて、約5μmより厚いコーティングを形成することができない。しかし、多層耐浸食性コーティング14の累積厚さは約5〜約45μmとすることができ、TiとTiNの個々の層は各々約500nm〜約5μmの厚さを有する。
さらにまた、多層耐浸食性コーティング14の成分として金属(この場合はチタン)のような軟質で延性の材料を使用することによって、硬質で脆性のセラミック(この場合は窒化物)層が浸食物により衝撃されたときに亀裂の伝播を最小にするか又は防止することが可能である。このため、コーティング、最終的には被覆されたバケットの寿命が効果的に延長される。
また、Ti/TiNの多層耐浸食性コーティング14、最終的には被覆されたバケットは、約1100度Fahrenheit(°F)までの酸化に対しても耐性である。さらにまた、多層耐浸食性コーティング14は約30〜約50マイクロインチ、より特定的には約38〜約40マイクロインチのRaを有する。被覆されたバケットの硬度は約2000〜約2600kg/mm2、より特定的には約2400〜約2600kg/mm2である。
予想外のことに、基材12(例えば、鋼)の高いサイクル疲労(HCF)特性が、EB−PVD又はカソードアーク蒸着を用いて基材12をTi/TiN多層耐浸食性コーティング14で被覆することによって改良されることが判明した。これは、溶射したコーティングで得られた基材のHCF強度が低下したというデータと全く対照的である。
もう1つの別の代表的な実施形態においては、バケット104の代わりに、ノズル102が多層耐浸食性コーティング14で被覆される。この多層耐浸食性コーティング14は、TiAlN(18、22、26、及び30)とTi(16、20、24、及び28)の交互の層を蒸着することによって形成される。ここでも、8つの交互層(すなわち、16、18、20、22、24、26、28、及び30)は単なる例示の目的であり、任意の数の交互層を使用することができる。同様に、第1の交互層16はTiAlN又はTiのいずれの層であることもできる。
上記したように、Tiの交互層はチタンインゴットを用いてEB−PVD又はカソードアーク蒸着によって設けられる。しかし、TiAlNの層が望まれるときには、TiAl合金の単一のインゴット又は2つの別個のインゴット(すなわち、一方はチタンで、他方はアルミニウム)を使用することができ、蒸着チャンバー中に窒素を導入して金属チタン及びアルミニウム蒸気を窒化する。TiAlN中のアルミニウム含有量は約1〜約50原子パーセントであることができる。代表的な1つの実施形態において、アルミニウム含有量は約20〜約30原子パーセントである。特に代表的な実施形態において、アルミニウム含有量は約26原子パーセントである。約26原子パーセントを越えるアルミニウム含有量では、増大した耐酸化性が得られるが、耐浸食性は低下する。約26原子パーセントのAlで、TiAlNは約1380°Fまで酸化耐性である。
TiNと同様に、TiAlN自体の蒸着による残留応力は非常に大きいので約5μmより厚いコーティングを形成することができない。しかし、TiとTiAlNの交互の層を使用することにより、多層耐浸食性コーティング14の約5〜約45μmという累積厚さが可能になり、TiとTiAlNの個々の層の厚さは約500nm〜約5μmである。また、上記軟質で延性のチタン層を使用する亀裂停止効果もTi/TiAlN多層耐浸食性コーティング14で観察され得る。
Ti/TiAlNの多層耐浸食性コーティング14及び、最終的には被覆されたタービンノズルは、約1300°Fまで酸化に対して耐性である。さらにまた、多層耐浸食性コーティング14は約40〜約50マイクロインチのRaを有する。被覆されたノズルの硬度は約3000〜約3600kg/mm2である。
タービンエンジン構成要素は、ボンディングコート、断熱皮膜、潤滑性コーティング、などのような、一般にタービンエンジン構成要素に設けられる他のコーティングを含んでいてもよいものと了解されたい。本明細書に記載した耐浸食性コーティング14を既に被覆されているタービンエンジン構成要素上に設けようとする場合、その既に被覆されているタービンエンジン構成要素は上記基材12と考えるべきである。さらにまた、平滑なコーティングを達成するために、耐浸食性コーティングを蒸着する前に、既に被覆されている基材12を機械加工して所望の平滑度をもたせてもよい。これら他のタイプのコーティングの蒸着は当業者に公知である。
また、被覆されたタービンエンジン構成要素10は、耐浸食性コーティング14の表面特性を変えることのない他の機械加工作業にかけることができる。例えば、被覆されたタービンエンジン構成要素10は、例えば、被覆されたノズルの場合のように、蒸着後の製造段階で全タービンエンジンの別の構成要素に溶接その他の方法により結合させることができる。こうして、ノズルアセンブリ全体を蒸着チャンバーに入れる(そして、コーティングをしたくない領域をマスクする)代わりに、タービンエンジンのより少ない構成要素を蒸着チャンバー内に配置し耐浸食性コーティング14で被覆することができる。
さらにまた、平滑な被覆された物品10を達成するのに必要というわけではないが、耐浸食性コーティング14を基材12上に設けた後に耐浸食性コーティング14を特定の外形及び寸法に機械加工することができる。
代表的な実施形態に関連して本発明を説明して来たが、本開示の範囲から逸脱することなく様々な変更をなすことができ、またその要素に代えて等価物を用いることができるということが当業者には了解されよう。また、特定の状況又は材料を本開示の教示に適合させるべく、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく多くの修正を施すことができる。従って、本開示は、本開示を実施する上で考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に入る全ての実施形態を包含するものである。
また、用語「第1」、「第2」、「底部」、「頂部」、などはいかなる順序、量、又は重要性も示すものではなく、1つの要素を別のものから区別するために使用されており、単数形態の用語は量の限定を意味するものではなく、言及されたものが1種以上存在することを意味している。量に関して使用した修飾語「約」は示した値を含み、前後関係で示唆される意味を有しており、少なくとも特定の量の測定に関連する誤差を包含する。さらにまた、同じ量又は物理的特性を示す範囲は全て、示された終点を含み、独立して組合せ可能である。
10 被覆された物品
12 基材
14 耐浸食性コーティング
16〜30 多層耐浸食性コーティングの層
100 タービンエンジン
102 ノズル
104 バケット
106 ルートスピルストリップ
108 スピルストリッププラットフォーム
110 ダブテール軸面
112 隔膜外輪
12 基材
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106 ルートスピルストリップ
108 スピルストリッププラットフォーム
110 ダブテール軸面
112 隔膜外輪
Claims (10)
- タービンエンジン構成要素(12、102、104、106、108、110、112)と、
電子ビーム物理蒸着又はイオンプラズマカソードアーク蒸着を用いて前記タービンエンジン構成要素(12、102、104、106、108、110、112)の表面の少なくとも一部分の上に配置された耐浸食性コーティング(14)と
を含んでなる、被覆されたタービンエンジン構成要素(10、100)。 - 耐浸食性コーティング(14)が、セラミック、サーメット、又は以上のものを少なくとも1つ含む組合せからなる、請求項1記載の被覆されたタービンエンジン構成要素(10、100)。
- 耐浸食性コーティング(14)が、75マイクロインチ以下の平均粗さを有する、請求項1〜2のいずれかに記載の被覆されたタービンエンジン構成要素(10、100)。
- 被覆されたタービンエンジン構成要素(10、100)が、耐浸食性コーティング(14)が配置されていないタービンエンジン構成要素(12、102、104、106、108、110、112)のサイクル疲労強度以上である高いサイクル疲労強度を有する、請求項1〜3のいずれかに記載の被覆されたタービンエンジン構成要素(10、100)。
- 耐浸食性コーティング(14)が多層コーティングである、請求項1〜4のいずれかに記載の被覆されたタービンエンジン構成要素(10、100)。
- 多層耐浸食性コーティング(14)の各層(16、18、20、22、24、26、28、30)が5ナノメートル〜25マイクロメートルの平均厚さを有しており、多層耐浸食性コーティング(14)が1〜200マイクロメートルの平均合計厚さを有する、請求項5記載の被覆されたタービンエンジン構成要素(10、100)。
- 多層耐浸食性コーティング(14)が、軟質で延性の組成物及び硬質で脆性の組成物の交互の層(16、18、20、22、24、26、28、30)からなる、請求項5又は6記載の被覆されたタービンエンジン構成要素(10、100)。
- タービンエンジン構成要素(12、102、104、106、108、110、112)の表面の少なくとも一部分の上に電子ビーム物理蒸着又はイオンプラズマカソードアーク蒸着により耐浸食性コーティングを配置することを含んでなる方法。
- 耐浸食性コーティング(14)が多層耐浸食性コーティング(14)であり、多層耐浸食性コーティング(14)の各層(16、18、20、22、24、26、28、30)が独立して電子ビーム物理蒸着層又はイオンプラズマカソードアーク蒸着層である、請求項8記載の方法。
- 配置された耐浸食性コーティング(14)の平均粗さが、タービンエンジン構成要素(12、102、104、106、108、110、112)の平均粗さの1〜33パーセント以内である、請求項8又は9に記載の方法。
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