JP2000186570A - 接着被覆が施されている超合金基盤からセラミック断熱被覆を剥離する方法、ガスタ―ビン部品上に施された断熱被覆におけるセラミック部分を再生する方法および再生されたガスタ―ビン部品 - Google Patents
接着被覆が施されている超合金基盤からセラミック断熱被覆を剥離する方法、ガスタ―ビン部品上に施された断熱被覆におけるセラミック部分を再生する方法および再生されたガスタ―ビン部品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービン部品のセラミック断熱被覆を、
接着被覆を侵食することなく剥離する手段を提供する。 【解決手段】 最初に、カセイ溶液およびオートクレー
ブ装置を使用した湿式化学的処理によってセラミック層
の大部分が剥離される。この化学的処理によって接着被
覆が浸食あるいは剥離されることなくセラミック層が剥
離されるように、この処理条件は慎重に制御される。次
に、機械的研磨ステップによって、残留したセラミック
層の全てと、接着被覆において化学的処理によって化学
的性質が変化してしまった部分の厚さ以上の厚さの接着
被覆と、が剥離される。
接着被覆を侵食することなく剥離する手段を提供する。 【解決手段】 最初に、カセイ溶液およびオートクレー
ブ装置を使用した湿式化学的処理によってセラミック層
の大部分が剥離される。この化学的処理によって接着被
覆が浸食あるいは剥離されることなくセラミック層が剥
離されるように、この処理条件は慎重に制御される。次
に、機械的研磨ステップによって、残留したセラミック
層の全てと、接着被覆において化学的処理によって化学
的性質が変化してしまった部分の厚さ以上の厚さの接着
被覆と、が剥離される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック剥離処
理に関し、特に、接着被覆を著しく剥離あるいは浸食す
ることなく、セラミック材料を剥離することができるセ
ラミック剥離処理に関する。
理に関し、特に、接着被覆を著しく剥離あるいは浸食す
ることなく、セラミック材料を剥離することができるセ
ラミック剥離処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは、航空機を推進
したり、電力を発生させたり、流体を汲み上げるため
に、広く利用されている。このようなエンジンにおいて
は、より高い性能およびより高い燃料経済性が必要とさ
れている。現在、経済性および出力を増大させるために
最も容易に利用できる方法は、動作温度を上昇させるこ
とである。しかし、多数のガスタービンエンジン部品
は、一般に、これらの融点に非常に近い温度で動作して
おり、実際上、多数のガスタービンエンジン部品は、内
部冷却されている。
したり、電力を発生させたり、流体を汲み上げるため
に、広く利用されている。このようなエンジンにおいて
は、より高い性能およびより高い燃料経済性が必要とさ
れている。現在、経済性および出力を増大させるために
最も容易に利用できる方法は、動作温度を上昇させるこ
とである。しかし、多数のガスタービンエンジン部品
は、一般に、これらの融点に非常に近い温度で動作して
おり、実際上、多数のガスタービンエンジン部品は、内
部冷却されている。
【０００３】近年、ガスタービンの部品の（加熱され
る）外部表面に、特に空気によって冷却されるタービン
部品に、セラミックの断熱被覆を施すことによって、高
温状態での運転を可能にすることが一般的となってい
る。
る）外部表面に、特に空気によって冷却されるタービン
部品に、セラミックの断熱被覆を施すことによって、高
温状態での運転を可能にすることが一般的となってい
る。
【０００４】幅広い種類の断熱被覆がガスタービンにお
いて利用されているが、これらは全てセラミックベース
であり、このセラミックとして最もよく利用されるもの
はイットリア安定化ジルコニアである。セラミック被覆
は、蒸着技術によって形成することができる（例えば、
米国特許第４，３２１，３１１号、米国特許第５，２３
８，７５２号および米国特許第５，５１４，４８２号参
照）。また、溶射技術によっても形成することができる
（例えば、米国特許第４，８６１，６１８号参照）。
いて利用されているが、これらは全てセラミックベース
であり、このセラミックとして最もよく利用されるもの
はイットリア安定化ジルコニアである。セラミック被覆
は、蒸着技術によって形成することができる（例えば、
米国特許第４，３２１，３１１号、米国特許第５，２３
８，７５２号および米国特許第５，５１４，４８２号参
照）。また、溶射技術によっても形成することができる
（例えば、米国特許第４，８６１，６１８号参照）。
【０００５】限られた例外は存在するが、基盤上にはあ
らかじめ中間層あるいは接着被覆が施され、この上にセ
ラミック断熱被覆が形成される。接着被覆によって、断
熱被覆の付着性および耐性が向上する。さらに、セラミ
ック断熱被覆が運転中に損傷した場合に、周囲からの保
護手段となる。
らかじめ中間層あるいは接着被覆が施され、この上にセ
ラミック断熱被覆が形成される。接着被覆によって、断
熱被覆の付着性および耐性が向上する。さらに、セラミ
ック断熱被覆が運転中に損傷した場合に、周囲からの保
護手段となる。
【０００６】超合金は、鉄ベース、ニッケルベースある
いはコバルトベースの合金であり、これらは１０００°
Ｆ（５３８℃）以上の高温状態で有用な特性を有する。
ニッケル超合金が最も広く利用されており、表１によっ
てこのニッケルベース超合金の具体例が示されている。
いはコバルトベースの合金であり、これらは１０００°
Ｆ（５３８℃）以上の高温状態で有用な特性を有する。
ニッケル超合金が最も広く利用されており、表１によっ
てこのニッケルベース超合金の具体例が示されている。
【０００７】
【表１】
【０００８】接着被覆には、２種類の主要なタイプのも
のが利用されている。第１のタイプはオーバーレイつま
りＭＣｒＡｌＹ接着被覆である。ＭＣｒＡｌＹ接着被覆
は、クロム、アルミニウムおよびイットリウムを含むニ
ッケル合金あるいはコバルト合金である。チタン、プラ
チナ、ロジウム、シリコン、ハフニウムおよびレニウム
を含めて、他の少量の合金成分を含んでいてもよい。運
転中、ＭＣｒＡｌＹにおいて、比較的高純度のアルミナ
からなる酸化物表面層が形成される。
のが利用されている。第１のタイプはオーバーレイつま
りＭＣｒＡｌＹ接着被覆である。ＭＣｒＡｌＹ接着被覆
は、クロム、アルミニウムおよびイットリウムを含むニ
ッケル合金あるいはコバルト合金である。チタン、プラ
チナ、ロジウム、シリコン、ハフニウムおよびレニウム
を含めて、他の少量の合金成分を含んでいてもよい。運
転中、ＭＣｒＡｌＹにおいて、比較的高純度のアルミナ
からなる酸化物表面層が形成される。
【０００９】
【表２】
【００１０】表２において、数種類のＭＣｒＡｌＹの組
成の具体例が示されている。
成の具体例が示されている。
【００１１】ＭＣｒＡｌＹオーバーレイ被覆の厚さは、
通常、７５〜１７５μである。
通常、７５〜１７５μである。
【００１２】第２のタイプの接着被覆は拡散によるアル
ミナイド接着被覆である。アルミナイド被覆は、超合金
基盤材料の表面にアルミニウムを拡散してアルミニウム
含有量の高い表面層を生成し、確実に超合金基盤材料の
表面に形成される酸化物層の大部分をアルミナにするこ
とによって形成される。通常のアルミナイド被覆の厚さ
は、３０〜７０μである。様々なアルミナイド被覆が周
知であるが、プラチナアルミナイドが主要であり、これ
はアルミナを拡散する前にプラチナ層が基盤表面に施さ
れることによって形成される。プラチナアルミナイド被
覆は、特定の用途において、通常のアルミナイド被覆よ
り優れた特性を有する。接着被覆としてのプラチナアル
ミナイドの説明については、米国特許第５，７１６，７
２０号を参照されたい。
ミナイド接着被覆である。アルミナイド被覆は、超合金
基盤材料の表面にアルミニウムを拡散してアルミニウム
含有量の高い表面層を生成し、確実に超合金基盤材料の
表面に形成される酸化物層の大部分をアルミナにするこ
とによって形成される。通常のアルミナイド被覆の厚さ
は、３０〜７０μである。様々なアルミナイド被覆が周
知であるが、プラチナアルミナイドが主要であり、これ
はアルミナを拡散する前にプラチナ層が基盤表面に施さ
れることによって形成される。プラチナアルミナイド被
覆は、特定の用途において、通常のアルミナイド被覆よ
り優れた特性を有する。接着被覆としてのプラチナアル
ミナイドの説明については、米国特許第５，７１６，７
２０号を参照されたい。
【００１３】アルミナイド被覆と、ＭＣｒＡｌＹ被覆
と、オーバーレイ被覆とを組み合わせることも可能であ
る（例えば米国特許第４，８９７，３１５号および米国
特許第４，００５，９８９号を参照）。
と、オーバーレイ被覆とを組み合わせることも可能であ
る（例えば米国特許第４，８９７，３１５号および米国
特許第４，００５，９８９号を参照）。
【００１４】ＭＣｒＡｌＹオーバーレイ被覆およびアル
ミナイド被覆において、セラミック断熱被覆層がよく付
着する比較的高純度のアルミナ層が形成される。
ミナイド被覆において、セラミック断熱被覆層がよく付
着する比較的高純度のアルミナ層が形成される。
【００１５】セラミック層は、物理蒸着技術あるいは溶
射技術を利用することによって形成することができる。
接着被覆およびセラミック被覆についての細部に関係な
く、最終的に形成されるものは、超合金基盤、基盤上の
接着被覆、接着被覆上のアルミナ層および接着被覆に付
着したセラミック層を備えたガスタービン部品である。
射技術を利用することによって形成することができる。
接着被覆およびセラミック被覆についての細部に関係な
く、最終的に形成されるものは、超合金基盤、基盤上の
接着被覆、接着被覆上のアルミナ層および接着被覆に付
着したセラミック層を備えたガスタービン部品である。
【００１６】ガスタービンエンジンにおいて、２７００
°Ｆ（１４８２℃）もの高温状態のガスが、１０００ｆ
ｔ／ｓ（３０５ｍ／ｓ）の速度で、かつ４００ｐｓｉ
（２８ｋｇｆ／ｃｍ２）もの圧力で、被覆された超合金
部品全体に亘って流れる。このようなガスタービンエン
ジンにおいて、断熱被覆が施された超合金のタービン部
品は、数千時間使用されることが望まれる。従って、断
熱被覆は、耐性を有するとともに基盤に良く付着するこ
とが好ましい。
°Ｆ（１４８２℃）もの高温状態のガスが、１０００ｆ
ｔ／ｓ（３０５ｍ／ｓ）の速度で、かつ４００ｐｓｉ
（２８ｋｇｆ／ｃｍ２）もの圧力で、被覆された超合金
部品全体に亘って流れる。このようなガスタービンエン
ジンにおいて、断熱被覆が施された超合金のタービン部
品は、数千時間使用されることが望まれる。従って、断
熱被覆は、耐性を有するとともに基盤に良く付着するこ
とが好ましい。
【００１７】初期の耐性に関わらず、ガスタービン部品
の耐用期間中に、被覆された部品の修理あるいは再生が
必要となるときが来る。その時は、セラミック被覆を剥
離し、新たなセラミック被覆を再び施すことが必要とな
る。概念的には、セラミックは機械的にあるいは化学的
に剥離することが可能であるが、実際には、接着被覆を
剥離することなく、あるいは接着被覆に悪影響を及ぼす
ことなく、セラミックを剥離することが課題となってい
る。接着被覆が剥離されてしまった場合、あるいは化学
的に浸食されてその表面の組成が変化してしまった場合
は、接着被覆を取り替えることが一般的に必要となり、
新たなセラミック被覆が元の被覆と同様な付着性および
耐性を確実に有するようにしなければならない。この処
理はコストがかかり、経済的でない。
の耐用期間中に、被覆された部品の修理あるいは再生が
必要となるときが来る。その時は、セラミック被覆を剥
離し、新たなセラミック被覆を再び施すことが必要とな
る。概念的には、セラミックは機械的にあるいは化学的
に剥離することが可能であるが、実際には、接着被覆を
剥離することなく、あるいは接着被覆に悪影響を及ぼす
ことなく、セラミックを剥離することが課題となってい
る。接着被覆が剥離されてしまった場合、あるいは化学
的に浸食されてその表面の組成が変化してしまった場合
は、接着被覆を取り替えることが一般的に必要となり、
新たなセラミック被覆が元の被覆と同様な付着性および
耐性を確実に有するようにしなければならない。この処
理はコストがかかり、経済的でない。
【００１８】オートクレーブは、超合金産業において、
主に超合金の鋳物からセラミック製鋳型や中子を除去す
るために利用されることが周知である。シェル鋳型は厚
さ０．１〜０．２５インチ（２．５４〜６．３５ｍｍ）
であり、中子は被覆内側に３〜６インチ（７６．２〜１
５２．４ｍｍ）延びる。オートクレーブは、鋳型および
中子を除去するために使用される際、水酸化ナトリウム
あるいは水酸化カリウムのカセイ溶液とともに、セラミ
ック製シェルおよび中子に対する積極的な浸食および除
去が妥当な時間で行われるような温度および圧力で運転
される。シェルおよび中子のセラミックを超合金から除
去するためにオートクレーブを用いた従来の処理の重要
性は、積極的な処理によって、妥当な時間で多量のセラ
ミックを除去することにある。シェルおよび中子の除去
はブレード生成プロセスの中の早い段階で行われ、その
後、最終的な機能を有するブレードの形状や寸法調整の
多数のステップが実行されるとともに、続いて保護被覆
が施されるので、除去処理後の超合金表面の化学特性お
よび品質は、重要度が低い。
主に超合金の鋳物からセラミック製鋳型や中子を除去す
るために利用されることが周知である。シェル鋳型は厚
さ０．１〜０．２５インチ（２．５４〜６．３５ｍｍ）
であり、中子は被覆内側に３〜６インチ（７６．２〜１
５２．４ｍｍ）延びる。オートクレーブは、鋳型および
中子を除去するために使用される際、水酸化ナトリウム
あるいは水酸化カリウムのカセイ溶液とともに、セラミ
ック製シェルおよび中子に対する積極的な浸食および除
去が妥当な時間で行われるような温度および圧力で運転
される。シェルおよび中子のセラミックを超合金から除
去するためにオートクレーブを用いた従来の処理の重要
性は、積極的な処理によって、妥当な時間で多量のセラ
ミックを除去することにある。シェルおよび中子の除去
はブレード生成プロセスの中の早い段階で行われ、その
後、最終的な機能を有するブレードの形状や寸法調整の
多数のステップが実行されるとともに、続いて保護被覆
が施されるので、除去処理後の超合金表面の化学特性お
よび品質は、重要度が低い。
【００１９】従来技術においては、さらに、ブレード洗
浄ならびに断熱被覆剥離のために、オートクレーブおよ
びカセイ溶液（caustic solution)がある程度利用され
てきた。例えば米国特許第５，６８５，９１７号を参照
されたい。セラミック断熱被覆の剥離についてのこれら
の関連技術は、特殊な冷媒を利用することによってオー
トクレーブプロセスにおいて超臨界流体状態を発生させ
る、というような、特別な特徴に焦点を当てたものであ
る。従来の関連技術においては、明らかに、機械的な研
磨プロセスが利用されていない。
浄ならびに断熱被覆剥離のために、オートクレーブおよ
びカセイ溶液（caustic solution)がある程度利用され
てきた。例えば米国特許第５，６８５，９１７号を参照
されたい。セラミック断熱被覆の剥離についてのこれら
の関連技術は、特殊な冷媒を利用することによってオー
トクレーブプロセスにおいて超臨界流体状態を発生させ
る、というような、特別な特徴に焦点を当てたものであ
る。従来の関連技術においては、明らかに、機械的な研
磨プロセスが利用されていない。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、接着被覆の厚さおよび化学的組成を著しく変化させ
ることなく、断熱被覆のセラミック部分を剥離できるプ
ロセスを開示することである。
は、接着被覆の厚さおよび化学的組成を著しく変化させ
ることなく、断熱被覆のセラミック部分を剥離できるプ
ロセスを開示することである。
【００２１】本発明の更なる目的は、断熱被覆の再生プ
ロセスについて述べることである。
ロセスについて述べることである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック剥
離処理に関する。この処理においては、慎重に制御され
た条件下での湿式の化学的セラミック除去ステップが行
われ、続いて表面において緩やかな研磨洗浄ステップが
行われる。接着被覆を剥離したりあるいは著しく浸食す
ることなく、全部ではなくとも大部分のセラミック材料
が剥離されるように、化学的ステップの処理パラメータ
は選択される。残留したセラミック材料は、この後、機
械的研磨ステップによって剥離される。この残留したセ
ラミック材料は化学的剥離ステップによって弱められ、
浸食されている。緩やかな機械的研磨ステップによっ
て、接着被覆表面からも薄い層が剥離される。この層の
厚さは、接着被覆において化学的に浸食された厚さと同
一かあるいはこれより大きい。
離処理に関する。この処理においては、慎重に制御され
た条件下での湿式の化学的セラミック除去ステップが行
われ、続いて表面において緩やかな研磨洗浄ステップが
行われる。接着被覆を剥離したりあるいは著しく浸食す
ることなく、全部ではなくとも大部分のセラミック材料
が剥離されるように、化学的ステップの処理パラメータ
は選択される。残留したセラミック材料は、この後、機
械的研磨ステップによって剥離される。この残留したセ
ラミック材料は化学的剥離ステップによって弱められ、
浸食されている。緩やかな機械的研磨ステップによっ
て、接着被覆表面からも薄い層が剥離される。この層の
厚さは、接着被覆において化学的に浸食された厚さと同
一かあるいはこれより大きい。
【００２３】本発明によると、セラミックの断熱被覆は
ガスタービンエンジン部品から完全に剥離されるが、こ
れに伴って剥離される接着被覆材料の厚さは約１５ミク
ロン以下である。このような少量の接着被覆が剥離され
ることによって、再び被覆された以後の物品の機能に実
質的な影響が及ぶことはない。
ガスタービンエンジン部品から完全に剥離されるが、こ
れに伴って剥離される接着被覆材料の厚さは約１５ミク
ロン以下である。このような少量の接着被覆が剥離され
ることによって、再び被覆された以後の物品の機能に実
質的な影響が及ぶことはない。
【００２４】本発明に係る湿式の化学的ステップは、オ
ートクレーブ装置内で行われ、このステップにおいて、
水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムあるいはこれ
らの混合物からなる化学的カセイ溶液が使用される。カ
セイ溶液の濃度は、断熱被覆のセラミック部分を経済的
な時間内で剥離するために、オートクレーブ内部の温度
および圧力の条件と相関しており、好ましくは約４時間
の総サイクル時間で、さらに好ましくは最高処理温度に
おいては約１時間以内で処理することが望ましい。
ートクレーブ装置内で行われ、このステップにおいて、
水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムあるいはこれ
らの混合物からなる化学的カセイ溶液が使用される。カ
セイ溶液の濃度は、断熱被覆のセラミック部分を経済的
な時間内で剥離するために、オートクレーブ内部の温度
および圧力の条件と相関しており、好ましくは約４時間
の総サイクル時間で、さらに好ましくは最高処理温度に
おいては約１時間以内で処理することが望ましい。
【００２５】カセイ溶液による湿式化学的処理を適切に
行うことの重要性は、大部分の、好ましくは約８０％以
上の面積のセラミック断熱被覆を剥離することである。
通常、セラミック材料は、接着被覆の酸化物層から破砕
させることによって剥離される。残留したセラミック材
料は、残っていても、弱められた状態で残っているた
め、続いて行われる緩やかな機械的研磨ステップによっ
て容易に剥離される。
行うことの重要性は、大部分の、好ましくは約８０％以
上の面積のセラミック断熱被覆を剥離することである。
通常、セラミック材料は、接着被覆の酸化物層から破砕
させることによって剥離される。残留したセラミック材
料は、残っていても、弱められた状態で残っているた
め、続いて行われる緩やかな機械的研磨ステップによっ
て容易に剥離される。
【００２６】カセイ溶液の化学的ステップによって表面
が侵食され、選択的にアルミナが除去されることが、接
着被覆において主な害となることが発見された。表面の
アルミニウム含有量は表面酸化物層を形成するために重
要となり、この酸化物層によって再生されたセラミック
断熱被覆が基盤に付着されなければならないため、この
ことは、続いて部品を利用する際に障害となる。
が侵食され、選択的にアルミナが除去されることが、接
着被覆において主な害となることが発見された。表面の
アルミニウム含有量は表面酸化物層を形成するために重
要となり、この酸化物層によって再生されたセラミック
断熱被覆が基盤に付着されなければならないため、この
ことは、続いて部品を利用する際に障害となる。
【００２７】続いて行われる機械的研磨プロセスによっ
て、残留したセラミックの全てと、付着性のアルミナ層
が形成されるように適切なアルミニウムの組成を有する
表面の露出に十分な量の接着被覆と、が剥離される。こ
れによって、再生されたセラミック断熱被覆は接着被覆
に付着するようになる。
て、残留したセラミックの全てと、付着性のアルミナ層
が形成されるように適切なアルミニウムの組成を有する
表面の露出に十分な量の接着被覆と、が剥離される。こ
れによって、再生されたセラミック断熱被覆は接着被覆
に付着するようになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明では、産業上一般的に利用
されているタイプのオートクレーブ装置を利用する。こ
の装置は、モネルのような耐腐食性材料から形成された
圧力容器からなり、液体を加熱する手段および圧力上昇
が可能なようにチャンバーをシールする手段を有する。
密閉した容器に液体を充満し、かつ加熱することによっ
て、オートクレーブ内の液体の沸騰が促進され、蒸気圧
が大気圧より高くなる。そして、上昇した温度によっ
て、部品に施されたセラミック被覆へのカセイ溶液によ
る化学的浸食の速度が実質的に増加する。
されているタイプのオートクレーブ装置を利用する。こ
の装置は、モネルのような耐腐食性材料から形成された
圧力容器からなり、液体を加熱する手段および圧力上昇
が可能なようにチャンバーをシールする手段を有する。
密閉した容器に液体を充満し、かつ加熱することによっ
て、オートクレーブ内の液体の沸騰が促進され、蒸気圧
が大気圧より高くなる。そして、上昇した温度によっ
て、部品に施されたセラミック被覆へのカセイ溶液によ
る化学的浸食の速度が実質的に増加する。
【００２９】予備試験において、鋳型および中子を除去
するために利用される、セラミックシェルおよび中子の
一般的な除去サイクル（通常４５０°Ｆ（２３２℃），
５０％のカセイ溶液で２４〜４８時間）を、セラミック
断熱被覆を有するガスタービン部品に行ったところ、セ
ラミック断熱被覆は完全にうまく剥離された。しかし、
実質的に接着被覆も３０〜５０ミクロンの深さまで浸食
され、その表面のアルミニウムの含有量が著しく減少す
る。この浸食の深さは、最初の接着被覆を確実に再利用
するためには、大き過ぎる。従って、オートクレーブに
よるシェルおよび中子の一般的な除去処理サイクルで
は、十分でない。
するために利用される、セラミックシェルおよび中子の
一般的な除去サイクル（通常４５０°Ｆ（２３２℃），
５０％のカセイ溶液で２４〜４８時間）を、セラミック
断熱被覆を有するガスタービン部品に行ったところ、セ
ラミック断熱被覆は完全にうまく剥離された。しかし、
実質的に接着被覆も３０〜５０ミクロンの深さまで浸食
され、その表面のアルミニウムの含有量が著しく減少す
る。この浸食の深さは、最初の接着被覆を確実に再利用
するためには、大き過ぎる。従って、オートクレーブに
よるシェルおよび中子の一般的な除去処理サイクルで
は、十分でない。
【００３０】接着被覆表面の組成を有害な深さまで実質
的に変化させることなく、セラミック断熱被覆を剥離す
ることができる処理のパラメータが、広範囲な実験が行
われた後に決定された。このような条件は、補助的な機
械的研磨ステップと組み合わせて使用される。この機械
的研磨ステップによって、接着被覆材料の厚さおよび化
学的性質が実質的に変化することなく、セラミック断熱
被覆が完全に剥離される、という望ましい結果が得られ
る。
的に変化させることなく、セラミック断熱被覆を剥離す
ることができる処理のパラメータが、広範囲な実験が行
われた後に決定された。このような条件は、補助的な機
械的研磨ステップと組み合わせて使用される。この機械
的研磨ステップによって、接着被覆材料の厚さおよび化
学的性質が実質的に変化することなく、セラミック断熱
被覆が完全に剥離される、という望ましい結果が得られ
る。
【００３１】処理において使用される温度および圧力
は、剥離されるべき断熱被覆のタイプと、加熱速度なら
びに冷却速度のようなオートクレーブの特性と、によっ
て、変更することができる。
は、剥離されるべき断熱被覆のタイプと、加熱速度なら
びに冷却速度のようなオートクレーブの特性と、によっ
て、変更することができる。
【００３２】オートクレーブ処理は、超音波、機械的混
合およびボイリング（オートクレーブの圧力を変更する
ことによる）を組み合わせて使用することも可能であ
る。
合およびボイリング（オートクレーブの圧力を変更する
ことによる）を組み合わせて使用することも可能であ
る。
【００３３】本発明においては、約１５〜５０ｗｔ％の
水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムあるいはこれ
らの混合物からなる濃縮されたカセイ溶液を使用する
が、約２５〜５０ｗｔ％のカセイ溶液が好ましく、約３
５〜５０ｗｔ％のカセイ溶液が最も好ましい。本発明に
おいては、最高処理温度は約２９０〜４５０°Ｆ（１４
３〜２３２℃）が好ましく、これを使用するが、さらに
好ましくは約３２５〜４２５°Ｆ（１６３〜２１８℃）
であり、最も好ましくは約３５０〜４２５°Ｆ（１７７
〜２１８℃）である。
水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムあるいはこれ
らの混合物からなる濃縮されたカセイ溶液を使用する
が、約２５〜５０ｗｔ％のカセイ溶液が好ましく、約３
５〜５０ｗｔ％のカセイ溶液が最も好ましい。本発明に
おいては、最高処理温度は約２９０〜４５０°Ｆ（１４
３〜２３２℃）が好ましく、これを使用するが、さらに
好ましくは約３２５〜４２５°Ｆ（１６３〜２１８℃）
であり、最も好ましくは約３５０〜４２５°Ｆ（１７７
〜２１８℃）である。
【００３４】本発明では、スパイク工程と称される工程
を行っている。この工程において、部品がオートクレー
ブ内に置かれ、オートクレーブが密閉され、続いて、所
望の最高温度まで可能な限りの最大加熱速度で加熱され
る。この最高温度に到達したら、その最高温度状態で、
比較的短い時間維持される。この維持時間は、１時間以
内であり、好ましくは２０分以内である。本発明に使用
されるオートクレーブは、産業上一般的なものと思われ
るものであるが、これにおいて、オートクレーブの所定
の最高温度までの約１時間の加熱、最高処理温度での１
時間以内の維持、および約１時間の冷却ステップからな
る２〜３時間のサイクルで、セラミック断熱被覆のバル
クを取り除くことが可能となっている。この時間および
他の処理条件は、オートクレーブによって僅かに変更さ
れる。それは、オートクレーブの大きさ、熱容量、処理
温度までの加熱速度および処理温度からの冷却速度等に
よって決まる。
を行っている。この工程において、部品がオートクレー
ブ内に置かれ、オートクレーブが密閉され、続いて、所
望の最高温度まで可能な限りの最大加熱速度で加熱され
る。この最高温度に到達したら、その最高温度状態で、
比較的短い時間維持される。この維持時間は、１時間以
内であり、好ましくは２０分以内である。本発明に使用
されるオートクレーブは、産業上一般的なものと思われ
るものであるが、これにおいて、オートクレーブの所定
の最高温度までの約１時間の加熱、最高処理温度での１
時間以内の維持、および約１時間の冷却ステップからな
る２〜３時間のサイクルで、セラミック断熱被覆のバル
クを取り除くことが可能となっている。この時間および
他の処理条件は、オートクレーブによって僅かに変更さ
れる。それは、オートクレーブの大きさ、熱容量、処理
温度までの加熱速度および処理温度からの冷却速度等に
よって決まる。
【００３５】断熱被覆は、通常、内部冷却を有するター
ビン部品に施される。この断熱被覆は、高温状態に露出
される表面に施される。冷却空気が部品の通路を通して
流されるが、何種類かのガスタービン装置において冷却
空気は１０００°Ｆ（５３８℃）もの高温になり得る。
高温の冷却空気を利用するために、部品内部に保護被覆
を施して冷却空気による内部の酸化を抑制することが一
般的である。
ビン部品に施される。この断熱被覆は、高温状態に露出
される表面に施される。冷却空気が部品の通路を通して
流されるが、何種類かのガスタービン装置において冷却
空気は１０００°Ｆ（５３８℃）もの高温になり得る。
高温の冷却空気を利用するために、部品内部に保護被覆
を施して冷却空気による内部の酸化を抑制することが一
般的である。
【００３６】内部の被覆にはアルミナイド被覆が利用さ
れる。多くの装置において、冷却孔が形成されており、
これによって部品の壁全体および部品外部に亘って冷却
空気を流し、フィルム冷却を行っている。
れる。多くの装置において、冷却孔が形成されており、
これによって部品の壁全体および部品外部に亘って冷却
空気を流し、フィルム冷却を行っている。
【００３７】内部のアルミナイド被覆の浸食を最小にす
るために、湿式化学ステップを慎重に制御することが必
要である。さらに、湿式化学ステップの後に徹底的なリ
ンスステップを行い、ブレードから全てのカセイ溶液を
取り除くことが一般的に適切である。圧力下で、リンス
水を内部の冷却通路を通して流すことも可能である。高
温の水によるリンス、湿潤剤、攪拌、を利用することも
できる。
るために、湿式化学ステップを慎重に制御することが必
要である。さらに、湿式化学ステップの後に徹底的なリ
ンスステップを行い、ブレードから全てのカセイ溶液を
取り除くことが一般的に適切である。圧力下で、リンス
水を内部の冷却通路を通して流すことも可能である。高
温の水によるリンス、湿潤剤、攪拌、を利用することも
できる。
【００３８】カセイ溶液の濃縮および温度のパラメータ
を上述した範囲にすることと、オートクレーブの違いを
考慮することによって、当業者は容易に処理サイクルを
決定することができる。この処理サイクルによって、ア
ルミナイド接着被覆の場合に、アルミニウムの含有量
を、深さ約１０μ以上、好ましくは深さ５μ以上変化さ
せることなく、セラミック断熱被覆の少なくとも８０％
を剥離することができる。部品がＭＣｒＡｌＹ接着被覆
を有しており、かつ内部アルミナイド被覆を有していな
い場合は、ＭＣｒＡｌＹの厚さはより大きいため、約２
０μの深さまでアルミニウムを消耗してもよいが、好ま
しくは、接着被覆の５μ以上の深さまで消耗してはなら
ない。部品が内部アルミナイド被覆も有する場合は、こ
の内部被覆の浸食によって処理が決定され、従って、内
部被覆の浸食は１０μ、好ましくは５μを越えてはなら
ない。
を上述した範囲にすることと、オートクレーブの違いを
考慮することによって、当業者は容易に処理サイクルを
決定することができる。この処理サイクルによって、ア
ルミナイド接着被覆の場合に、アルミニウムの含有量
を、深さ約１０μ以上、好ましくは深さ５μ以上変化さ
せることなく、セラミック断熱被覆の少なくとも８０％
を剥離することができる。部品がＭＣｒＡｌＹ接着被覆
を有しており、かつ内部アルミナイド被覆を有していな
い場合は、ＭＣｒＡｌＹの厚さはより大きいため、約２
０μの深さまでアルミニウムを消耗してもよいが、好ま
しくは、接着被覆の５μ以上の深さまで消耗してはなら
ない。部品が内部アルミナイド被覆も有する場合は、こ
の内部被覆の浸食によって処理が決定され、従って、内
部被覆の浸食は１０μ、好ましくは５μを越えてはなら
ない。
【００３９】接着被覆は、通常、最初は局部的に浸食さ
れ、このように局部的に浸食された部位が領域内で成長
することが発見された。局部的な浸食を受けている接着
被覆の割合を領域の約２０％以下にまで、好ましくは約
３ミクロン以下にまで減少させるように、化学剥離ステ
ップが行われることが望まれる。接着被覆において、組
成が変化した部分は消耗ゾーンと呼ばれる。この消耗ゾ
ーンは、接着被覆において、アルミニウムの含有量が最
初の含有量より約２０％以上減少した表面領域として定
義される。実施例の方法によると、接着被覆のアルミニ
ウム含有量が１５％の場合、消耗ゾーンは、アルミニウ
ム含有量が約１３％以下である、接着被覆外側の部分と
定義される。
れ、このように局部的に浸食された部位が領域内で成長
することが発見された。局部的な浸食を受けている接着
被覆の割合を領域の約２０％以下にまで、好ましくは約
３ミクロン以下にまで減少させるように、化学剥離ステ
ップが行われることが望まれる。接着被覆において、組
成が変化した部分は消耗ゾーンと呼ばれる。この消耗ゾ
ーンは、接着被覆において、アルミニウムの含有量が最
初の含有量より約２０％以上減少した表面領域として定
義される。実施例の方法によると、接着被覆のアルミニ
ウム含有量が１５％の場合、消耗ゾーンは、アルミニウ
ム含有量が約１３％以下である、接着被覆外側の部分と
定義される。
【００４０】通常、カセイ溶液による化学的処理のみを
利用することによっては、接着被覆の化学的性質、（ア
ルミニウム含有量）が約５ミクロン以上の深さまで変化
する前に、全てのセラミック断熱被覆材料を剥離できな
い。本発明では、化学的浸食を利用することによって、
接着被覆を過度に浸食させずに大部分のセラミックを剥
離し、続いて機械的な研磨を行うことによって、残留し
たセラミックおよび浸食されてしまった接着被覆を剥離
する。
利用することによっては、接着被覆の化学的性質、（ア
ルミニウム含有量）が約５ミクロン以上の深さまで変化
する前に、全てのセラミック断熱被覆材料を剥離できな
い。本発明では、化学的浸食を利用することによって、
接着被覆を過度に浸食させずに大部分のセラミックを剥
離し、続いて機械的な研磨を行うことによって、残留し
たセラミックおよび浸食されてしまった接着被覆を剥離
する。
【００４１】セラミックは、接着被覆上のアルミナ表面
層で破砕あるい離層する。カセイ溶液は、接着被覆アル
ミナ層あるいは接着被覆アルミナ層の表面とセラミック
層との境界面を浸食すると考えられる。
層で破砕あるい離層する。カセイ溶液は、接着被覆アル
ミナ層あるいは接着被覆アルミナ層の表面とセラミック
層との境界面を浸食すると考えられる。
【００４２】オートクレーブのセラミック剥離ステップ
の後、部品はオートクレーブから取り出されてリンスが
行われ、この後、残留したセラミック材料と、接着被覆
においてカセイ溶液プロセスで化学的性質が変化した薄
い表面部分と、を剥離するために、機械的研磨ステップ
を行わなければならない。本発明では、緩やかなグリッ
トブラストが利用される。しかし、当業者の技術の範囲
内で、他の研磨技術を利用することも可能であると考え
られる。例えば、一般的に振動マスメディア仕上げ（vi
bratory mass media finishing）と称される多数の技術
があり、これらにおいて、加工されるべき部品は、通
常、大きなセラミック粒子からなるベッドに埋め込ま
れ、これに液体が添加されて振動あるいは移動する。
の後、部品はオートクレーブから取り出されてリンスが
行われ、この後、残留したセラミック材料と、接着被覆
においてカセイ溶液プロセスで化学的性質が変化した薄
い表面部分と、を剥離するために、機械的研磨ステップ
を行わなければならない。本発明では、緩やかなグリッ
トブラストが利用される。しかし、当業者の技術の範囲
内で、他の研磨技術を利用することも可能であると考え
られる。例えば、一般的に振動マスメディア仕上げ（vi
bratory mass media finishing）と称される多数の技術
があり、これらにおいて、加工されるべき部品は、通
常、大きなセラミック粒子からなるベッドに埋め込ま
れ、これに液体が添加されて振動あるいは移動する。
【００４３】実施例 タービンブレードは、蒸着によって形成された、アルミ
ナ接着被覆（厚さ３０〜４０ミクロン）および約１２５
ミクロンの７％イットリア安定化ジルコニアを断熱被覆
として有しており、これが、異なる条件で化学的に剥離
された。
ナ接着被覆（厚さ３０〜４０ミクロン）および約１２５
ミクロンの７％イットリア安定化ジルコニアを断熱被覆
として有しており、これが、異なる条件で化学的に剥離
された。
【００４４】剥離は、オートクレーブ内で行われた。
（カセイ溶液自体の気体の圧力によってのみ加圧され
た。）カセイ溶液は５０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液で
ある。２種類の温度および数種類の処理時間について評
価された。
（カセイ溶液自体の気体の圧力によってのみ加圧され
た。）カセイ溶液は５０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液で
ある。２種類の温度および数種類の処理時間について評
価された。
【００４５】その結果は、表３に示されている。サンプ
ルの大きさが小さいことと、接着被覆に違いが存在し得
ることと、によって、データにばらつきがあるが、いく
つかの傾向は明らかである。両方の温度において、処理
時間を短くすることは、接着被覆の浸食が最小となるよ
うにセラミックを除去するのに効果的である。各温度で
約１０分以内とするスパイク処理は、両方の温度の場合
に効果的である。
ルの大きさが小さいことと、接着被覆に違いが存在し得
ることと、によって、データにばらつきがあるが、いく
つかの傾向は明らかである。両方の温度において、処理
時間を短くすることは、接着被覆の浸食が最小となるよ
うにセラミックを除去するのに効果的である。各温度で
約１０分以内とするスパイク処理は、両方の温度の場合
に効果的である。
【００４６】
【表３】
【００４７】一様に全てのセラミック被覆が除去された
ことが示されても、少量の接着被覆を剥離するために、
かつカセイ溶液による処理によって残された化学的汚染
物を除去するために、まだ軽い研磨ステップが必要とさ
れる。
ことが示されても、少量の接着被覆を剥離するために、
かつカセイ溶液による処理によって残された化学的汚染
物を除去するために、まだ軽い研磨ステップが必要とさ
れる。
【００４８】元のセラミック被覆が除去された後、新た
なセラミック被覆を施すことによって再生された被覆を
有する部品が形成される。通常、新たなセラミック被覆
は、最初のセラミック被覆と実質的に同一である。接着
被覆は、所定の表面仕上げ処理が行われ、その後でアル
ミナ表面層を形成するために処理されることも可能であ
る。接着被覆表面の前処理、アルミナスケール前処理お
よびセラミック再生、についての詳細な点は、元のセラ
ミック断熱被覆層を施すために利用されたものとほぼ同
一である。
なセラミック被覆を施すことによって再生された被覆を
有する部品が形成される。通常、新たなセラミック被覆
は、最初のセラミック被覆と実質的に同一である。接着
被覆は、所定の表面仕上げ処理が行われ、その後でアル
ミナ表面層を形成するために処理されることも可能であ
る。接着被覆表面の前処理、アルミナスケール前処理お
よびセラミック再生、についての詳細な点は、元のセラ
ミック断熱被覆層を施すために利用されたものとほぼ同
一である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ジェイ．マーシン アメリカ合衆国，コネチカット，マールボ ウロウ，ヴァージニア レイル ドライヴ 50 (72)発明者 ステファン ディー．ムーレイ アメリカ合衆国，コネチカット，マールボ ウロウ，ヒッコリー ドライヴ 35 (72)発明者 ケイス ディー．シェフラー アメリカ合衆国，コネチカット，ウェザー ズフィールド，オールド コモン 143 (54)【発明の名称】 接着被覆が施されている超合金基盤からセラミック断熱被覆を剥離する方法、ガスタ―ビン部品 上に施された断熱被覆におけるセラミック部分を再生する方法および再生されたガスタ―ビン部 品
Claims (20)
- 【請求項１】 接着被覆が施されている超合金基盤から
セラミック断熱被覆を剥離する方法であって、 ａ．前記被覆された基盤を、大気圧より大きい圧力下に
あり、かつ大気中におけるカセイ溶液の沸点よりも高い
最高処理温度にある濃縮されたカセイ溶液に、前記接着
被覆の化学的組成を約１５ミクロン以上の深さまで変化
させることなく前記セラミック被覆の少なくとも８０％
を剥離するのに十分な時間、浸漬し、 ｂ．接着被覆が施された基盤を機械的に研磨し、これに
よって残留したセラミック材料の全てと、接着被覆にお
いてカセイ溶液による化学的ステップによって化学的組
成が変化してしまった部分の厚さ以上の厚さの接着被覆
材料と、を剥離することを特徴とするセラミック断熱被
覆を剥離する方法。 - 【請求項２】 前記接着被覆はアルミナイドであり、前
記接着被覆は１５ミクロンより小さい深さまで化学的に
変化することを特徴とする請求項１記載のセラミック断
熱被覆を剥離する方法。 - 【請求項３】 前記カセイ溶液は、ＫＯＨ，ＮａＯＨ，
およびこれらの混合物からなる群から選択された材料の
１５〜５０ｗｔ％含む水溶液からなることを特徴とする
請求項１記載のセラミック断熱被覆を剥離する方法。 - 【請求項４】 前記カセイ材料は、２５〜５０ｗｔ％含
まれていることを特徴とする請求項３記載のセラミック
断熱被覆を剥離する方法。 - 【請求項５】 前記カセイ材料は、３５〜５０ｗｔ％含
まれていることを特徴とする請求項３記載のセラミック
断熱被覆を剥離する方法。 - 【請求項６】 前記カセイ溶液の最高処理温度は、約２
９０〜４５０°Ｆ（１４３〜２３２℃）であることを特
徴とする請求項１記載のセラミック断熱被覆を剥離する
方法。 - 【請求項７】 前記カセイ溶液の最高処理温度は、約３
２５〜４２５°Ｆ（１６３〜２１８℃）であることを特
徴とする請求項１記載のセラミック断熱被覆を剥離する
方法。 - 【請求項８】 前記最高処理温度にある時間は約１時間
以内であることを特徴とする請求項１記載のセラミック
断熱被覆を剥離する方法。 - 【請求項９】 前記最高処理温度にある時間は約１〜２
０分間であることを特徴とする請求項１記載のセラミッ
ク断熱被覆を剥離する方法。 - 【請求項１０】 前記接着被覆における化学的変化の最
大深さは、約３ミクロンであることを特徴とする請求項
１記載のセラミック断熱被覆を剥離する方法。 - 【請求項１１】 前記研磨処理は、乾式グリットブラス
ト、湿式グリットブラストおよび振動マスメディア仕上
げ(vibratory mass media finishing) からなる群から
選択されたことを特徴とする請求項１記載のセラミック
断熱被覆を剥離する方法。 - 【請求項１２】 ガスタービン部品上に施された断熱被
覆におけるセラミック部分を再生する方法であって、 ａ．前記被覆された基盤を、大気圧より大きい圧力下に
あり、かつ大気中における前記カセイ溶液の沸点よりも
高い最高処理温度にある濃縮されたカセイ溶液に、接着
被覆の化学的組成を約１５ミクロン以上の深さまで変化
させることなく前記セラミック被覆を剥離するのに十分
な時間、浸漬するステップと、 ｂ．前記接着被覆が施された基盤を機械的に研磨し、こ
れによって残留したセラミック材料の全てと、前記接着
被覆において化学的組成が変化してしまった部分の厚さ
以上の厚さの接着被覆材料と、を剥離するステップと、 ｃ．再びセラミック層を施すステップと、からなること
を特徴とするセラミック部分を再生する方法。 - 【請求項１３】 前記カセイ溶液は、ＫＯＨ，ＮａＯ
Ｈ，およびこれらの混合物からなる群から選択された材
料を１５〜５０ｗｔ％含む水溶液からなることを特徴と
する請求項１２記載のセラミック部分を再生する方法。 - 【請求項１４】 前記カセイ材料は、３５〜５０ｗｔ％
含まれていることを特徴とする請求項１３記載のセラミ
ック部分を再生する方法。 - 【請求項１５】前記カセイ溶液の最高処理温度は、約２
９０〜４５０°Ｆ（１４３〜２３２℃）であることを特
徴とする請求項１２記載のセラミック部分を再生する方
法。 - 【請求項１６】前記最高処理温度状態にある時間は約１
時間以内であることを特徴とする請求項１２記載のセラ
ミック部分を再生する方法。 - 【請求項１７】前記接着被覆における化学的変化の最大
深さは、約３ミクロンであることを特徴とする請求項１
２記載のセラミック部分を再生する方法。 - 【請求項１８】前記研磨処理は、乾式グリットブラス
ト、湿式グリットブラストおよび振動マスメディア仕上
げ (vibratory mass media finishing) からなる群から
選択されたことを特徴とする請求項１２記載のセラミッ
ク部分を再生する方法。 - 【請求項１９】 前記再び施されたセラミック層は約８
０ｗｔ％以上のジルコニアを含むことを特徴とする請求
項１２記載のセラミック部分を再生する方法。 - 【請求項２０】 請求項１２の方法によって生成され
た、再生されたガスタービン部品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/221,293 US6158957A (en) | 1998-12-23 | 1998-12-23 | Thermal barrier removal process |
| US09/221293 | 1998-12-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000186570A true JP2000186570A (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=22827198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11295143A Pending JP2000186570A (ja) | 1998-12-23 | 1999-10-18 | 接着被覆が施されている超合金基盤からセラミック断熱被覆を剥離する方法、ガスタ―ビン部品上に施された断熱被覆におけるセラミック部分を再生する方法および再生されたガスタ―ビン部品 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6158957A (ja) |
| EP (1) | EP1013798B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000186570A (ja) |
| DE (1) | DE69933427T2 (ja) |
| SG (1) | SG74136A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011179108A (ja) * | 2009-07-31 | 2011-09-15 | Shinryo Corp | 超硬材における硬質被膜の除去方法及び超硬材の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6465040B2 (en) * | 2001-02-06 | 2002-10-15 | General Electric Company | Method for refurbishing a coating including a thermally grown oxide |
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