JP2001123283A - 緻密セラミック遮熱皮膜を表面から除去する方法 - Google Patents
緻密セラミック遮熱皮膜を表面から除去する方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ＴＢＣ（緻密セラミック遮熱被膜）の施工さ
れた物品表面から緻密ＴＢＣを除去する方法を提供す
る。 【解決手段】 Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ及びそれらの酸
化物から選択される１種類以上の物質を含んでいる。境
界層を、１６００°Ｆ以上の温度で、還元性ガスへの暴
露することにより、少なくとも境界層において前記群の
うちの１種類以上の物質を気体状化合物に変換すること
によりガスが境界層に浸透し、そして、物品表面からＴ
ＢＣを分離させる。
れた物品表面から緻密ＴＢＣを除去する方法を提供す
る。 【解決手段】 Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ及びそれらの酸
化物から選択される１種類以上の物質を含んでいる。境
界層を、１６００°Ｆ以上の温度で、還元性ガスへの暴
露することにより、少なくとも境界層において前記群の
うちの１種類以上の物質を気体状化合物に変換すること
によりガスが境界層に浸透し、そして、物品表面からＴ
ＢＣを分離させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物品表面からの皮
膜の除去、特にＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ及びそれらの酸
化物の１種類以上を含む物品表面からの緻密セラミック
皮膜の除去に関する。
膜の除去、特にＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ及びそれらの酸
化物の１種類以上を含む物品表面からの緻密セラミック
皮膜の除去に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジン部品、典型的には
タービンセクションのブレード、ベーン、ノズル及びシ
ュラウドは、比較的高温で作動するように設計されてい
る。作動中、かかる部品は、一般的には高速で流れる空
気とタービンエンジン燃料の燃焼生成物からなるガス雰
囲気に高温で暴露されるので、過酷な環境条件を経験す
る。そのため、部品の作動寿命を向上すべく、各種の表
面保護用耐環境皮膜又は複合皮膜をかかる部品の露出面
に施工するのがタービンエンジン技術分野の慣行であ
る。Ｔｉ及び／又はＣｒを含む合金用の皮膜として広く
報告されている典型的なものとしては、Ａｌを含んでい
ることが多い金属皮膜、セラミック皮膜（そのある種の
形態は遮熱皮膜と呼ばれる）、並びにそれらの複合型が
ある。
タービンセクションのブレード、ベーン、ノズル及びシ
ュラウドは、比較的高温で作動するように設計されてい
る。作動中、かかる部品は、一般的には高速で流れる空
気とタービンエンジン燃料の燃焼生成物からなるガス雰
囲気に高温で暴露されるので、過酷な環境条件を経験す
る。そのため、部品の作動寿命を向上すべく、各種の表
面保護用耐環境皮膜又は複合皮膜をかかる部品の露出面
に施工するのがタービンエンジン技術分野の慣行であ
る。Ｔｉ及び／又はＣｒを含む合金用の皮膜として広く
報告されている典型的なものとしては、Ａｌを含んでい
ることが多い金属皮膜、セラミック皮膜（そのある種の
形態は遮熱皮膜と呼ばれる）、並びにそれらの複合型が
ある。
【０００３】かかるガスタービンエンジンの物品の作動
中、エンジンの熱サイクルに対する反応又は雰囲気浮遊
粒子の衝突又はそれらの組合せが部品に損傷を引起すこ
とが観察されている。損傷部の補修には、表面保護皮膜
の交換が必要とされることが多く、表面保護皮膜は、皮
膜と皮膜の間の境界層又は皮膜と基材の間の境界層に金
属酸化物を有することがある。常用される耐環境皮膜の
一つにＡｌ元素を含む金属皮膜があり、かかる皮膜は、
基材又は物品表面の中に拡散浸透した内側部分を有して
いる。かかる皮膜の形態及び表面部分から除去方法は、
米国特許第５７２８２２７号（Ｒｅｖｅｒｍａｎ；１９
９８年３月１７日発行）に記載されている。
中、エンジンの熱サイクルに対する反応又は雰囲気浮遊
粒子の衝突又はそれらの組合せが部品に損傷を引起すこ
とが観察されている。損傷部の補修には、表面保護皮膜
の交換が必要とされることが多く、表面保護皮膜は、皮
膜と皮膜の間の境界層又は皮膜と基材の間の境界層に金
属酸化物を有することがある。常用される耐環境皮膜の
一つにＡｌ元素を含む金属皮膜があり、かかる皮膜は、
基材又は物品表面の中に拡散浸透した内側部分を有して
いる。かかる皮膜の形態及び表面部分から除去方法は、
米国特許第５７２８２２７号（Ｒｅｖｅｒｍａｎ；１９
９８年３月１７日発行）に記載されている。
【０００４】上述の形態の高温セラミック保護皮膜は、
往々にして遮熱皮膜（ＴＢＣ:thermal barrier coatin
g）又はＴＢＣ系と呼ばれる。具体例は、米国特許第４
０５５７０５号（Ｓｔｅｃｕｒａ他；１９７７年１０月
２５日発行）、同第４０９５００３号（Ｗｅａｔｈｅｒ
ｌｙ他；１９７８年６月１３日発行）、同第４３２８２
８５号（Ｓｉｅｍｅｒｓ他；１９８２年５月４日発
行）、同第５２１６８０８号（Ｍａｒｔｕｓ他；１９９
３年６月８日発行）及び同第５２３６７４５号（Ｇｕｐ
ｔａ他；１９９３年８月１７日発行）等の米国特許で報
告されている。金属耐環境皮膜の上にＴＢＣを施工して
ＴＢＣ系を提供することが多々ある。セラミックＴＢＣ
の除去には、特にＴＢＣが緻密で、皮膜表面に浸透させ
ようとする化学薬品に対して実質的に非多孔質であると
きは、金属皮膜の除去とは異なる問題を呈する。例え
ば、工業的化学蒸着法を用いて実質的に完全に緻密なＴ
ＢＣを堆積させるのが慣行である。酸溶液をＴＢＣ皮膜
面に接触させてセラミックと化学反応させセラミックを
除去するには時間がかかり、さらに重要な点として、上
記のＲｅｖｅｒｍａｎの米国特許で論じられているよう
に、冷却空気開口部の寸法を広げてそこを通過する冷却
空気の流れを変化させてしまうおそれがある。
往々にして遮熱皮膜（ＴＢＣ:thermal barrier coatin
g）又はＴＢＣ系と呼ばれる。具体例は、米国特許第４
０５５７０５号（Ｓｔｅｃｕｒａ他；１９７７年１０月
２５日発行）、同第４０９５００３号（Ｗｅａｔｈｅｒ
ｌｙ他；１９７８年６月１３日発行）、同第４３２８２
８５号（Ｓｉｅｍｅｒｓ他；１９８２年５月４日発
行）、同第５２１６８０８号（Ｍａｒｔｕｓ他；１９９
３年６月８日発行）及び同第５２３６７４５号（Ｇｕｐ
ｔａ他；１９９３年８月１７日発行）等の米国特許で報
告されている。金属耐環境皮膜の上にＴＢＣを施工して
ＴＢＣ系を提供することが多々ある。セラミックＴＢＣ
の除去には、特にＴＢＣが緻密で、皮膜表面に浸透させ
ようとする化学薬品に対して実質的に非多孔質であると
きは、金属皮膜の除去とは異なる問題を呈する。例え
ば、工業的化学蒸着法を用いて実質的に完全に緻密なＴ
ＢＣを堆積させるのが慣行である。酸溶液をＴＢＣ皮膜
面に接触させてセラミックと化学反応させセラミックを
除去するには時間がかかり、さらに重要な点として、上
記のＲｅｖｅｒｍａｎの米国特許で論じられているよう
に、冷却空気開口部の寸法を広げてそこを通過する冷却
空気の流れを変化させてしまうおそれがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】物品表面からＴＢＣを
除去する方法には、ＴＢＣの外面をハロゲン化物に暴露
してハロゲン化物を外面に浸透させてＴＢＣと基材の境
界層に作用させる方法がある。かかる方法の報告例とし
て、米国特許第４８８９５８９号（ＭｃＣｏｒｍａｓ；
１９８９年１２月２６日発行）及び同第５６１４０５４
号（Ｒｅｅｖｅｓ他；１９９７年３月２５日発行）があ
る。しかし、公知の方法で緻密なＴＢＣ（特に実質的に
完全に緻密なＴＢＣ）を処理するには極めて時間がかか
り、コストがかさむおそれがある。
除去する方法には、ＴＢＣの外面をハロゲン化物に暴露
してハロゲン化物を外面に浸透させてＴＢＣと基材の境
界層に作用させる方法がある。かかる方法の報告例とし
て、米国特許第４８８９５８９号（ＭｃＣｏｒｍａｓ；
１９８９年１２月２６日発行）及び同第５６１４０５４
号（Ｒｅｅｖｅｓ他；１９９７年３月２５日発行）があ
る。しかし、公知の方法で緻密なＴＢＣ（特に実質的に
完全に緻密なＴＢＣ）を処理するには極めて時間がかか
り、コストがかさむおそれがある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、一つの態様で
は、ＴＢＣの施工された物品表面から緻密ＴＢＣを除去
する方法を提供する。物品表面は、物品表面とＴＢＣの
間の境界層の少なくとも一部が露出した縁部を含んでい
る。境界層はＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ及びそれらの酸化
物から選択される１種類以上の物質を含んでいる。この
方法は、還元性ガスが境界層で上記群の１種類以上の物
質を気体状化合物に変換して境界層中に浸透するととも
にＴＢＣを物品表面から分離させて除去するのに十分な
時間、少なくとも露出境界層を１６００°Ｆ以上の温度
で還元性ガスに暴露する段階を含む。
は、ＴＢＣの施工された物品表面から緻密ＴＢＣを除去
する方法を提供する。物品表面は、物品表面とＴＢＣの
間の境界層の少なくとも一部が露出した縁部を含んでい
る。境界層はＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ及びそれらの酸化
物から選択される１種類以上の物質を含んでいる。この
方法は、還元性ガスが境界層で上記群の１種類以上の物
質を気体状化合物に変換して境界層中に浸透するととも
にＴＢＣを物品表面から分離させて除去するのに十分な
時間、少なくとも露出境界層を１６００°Ｆ以上の温度
で還元性ガスに暴露する段階を含む。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明が適用されるガスタービン
エンジン部品の形態には、米国特許第５８１３８３２号
（Ｒａｓｃｈ他；１９９８年９月２９日発行）に記載さ
れたタイプの空気冷却タービンエンジンのベーン部分が
ある。かかる物品は、内側バンドと外側のバンドの間に
配置された１以上のベーンがある。一実施形態では、ベ
ーンは、公称組成が重量％で、９．８％Ｃｒ、０．０２
％Ｚｒ、７．５％Ｃｏ、４．２％Ａｌ、３．５％Ｔｉ、
１．５％Ｍｏ、６％Ｗ、４．８％Ｔａ、０．１５％Ｈ
ｆ、残部のＮｉからなるＮｉ基超合金（Ｒｅｎｅ’Ｎ４
合金とも呼ばれる）でできている。別の形態では、ベー
ンは、公称組成が重量％で、１０％Ｎｉ、２５％Ｃｒ、
２．５％Ｗ、０．２％Ｆｅ、２．５％Ｙ、０．０５％
Ｃ、残部のＣｏからなるＣｏ基合金（Ｘ−４０合金とも
呼ばれる）でできている。設計上物品の受ける過酷な高
温作動条件から物品の形態を保護するため、ガス流の中
に置かれる物品の表面には外側ＴＢＣ皮膜が（往々にし
て内側金属皮膜との組合せで）設けられる。
エンジン部品の形態には、米国特許第５８１３８３２号
（Ｒａｓｃｈ他；１９９８年９月２９日発行）に記載さ
れたタイプの空気冷却タービンエンジンのベーン部分が
ある。かかる物品は、内側バンドと外側のバンドの間に
配置された１以上のベーンがある。一実施形態では、ベ
ーンは、公称組成が重量％で、９．８％Ｃｒ、０．０２
％Ｚｒ、７．５％Ｃｏ、４．２％Ａｌ、３．５％Ｔｉ、
１．５％Ｍｏ、６％Ｗ、４．８％Ｔａ、０．１５％Ｈ
ｆ、残部のＮｉからなるＮｉ基超合金（Ｒｅｎｅ’Ｎ４
合金とも呼ばれる）でできている。別の形態では、ベー
ンは、公称組成が重量％で、１０％Ｎｉ、２５％Ｃｒ、
２．５％Ｗ、０．２％Ｆｅ、２．５％Ｙ、０．０５％
Ｃ、残部のＣｏからなるＣｏ基合金（Ｘ−４０合金とも
呼ばれる）でできている。設計上物品の受ける過酷な高
温作動条件から物品の形態を保護するため、ガス流の中
に置かれる物品の表面には外側ＴＢＣ皮膜が（往々にし
て内側金属皮膜との組合せで）設けられる。
【０００８】物品表面に施工されて拡散する金属皮膜の
一形態はＡｌを含む。かかる皮膜の一例はＣｏｄｅｐア
ルミニド皮膜とも呼ばれるもので、市販されており、そ
の一形態は米国特許第３６６７９８５号（Ｌｅｖｉｎｅ
他；１９７２年６月６日発行）に記載されている。他の
広く報告され用いられている金属保護皮膜は、Ｍ−Ｃｒ
−Ａｌ−Ｙ型の皮膜であり、「Ｍ」はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ
又はそれらの組合せである。別のタイプの金属保護皮膜
としてはＰｔ−Ａｌ皮膜があり、これは表面にＰｔを電
着した後表面をアルミナイジングすることで施工され
る。表面の保護のために、例えば皮膜施工時の熱処理や
加熱によって皮膜の構成元素（特にＡｌ）を物品表面内
部に拡散浸透させる。かかる拡散皮膜を含む表面の補修
及び皮膜の除去が必要とされるときは、上記のＲｅｖｅ
ｒｍａｎの米国特許に記載された方法が用いられてき
た。
一形態はＡｌを含む。かかる皮膜の一例はＣｏｄｅｐア
ルミニド皮膜とも呼ばれるもので、市販されており、そ
の一形態は米国特許第３６６７９８５号（Ｌｅｖｉｎｅ
他；１９７２年６月６日発行）に記載されている。他の
広く報告され用いられている金属保護皮膜は、Ｍ−Ｃｒ
−Ａｌ−Ｙ型の皮膜であり、「Ｍ」はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ
又はそれらの組合せである。別のタイプの金属保護皮膜
としてはＰｔ−Ａｌ皮膜があり、これは表面にＰｔを電
着した後表面をアルミナイジングすることで施工され
る。表面の保護のために、例えば皮膜施工時の熱処理や
加熱によって皮膜の構成元素（特にＡｌ）を物品表面内
部に拡散浸透させる。かかる拡散皮膜を含む表面の補修
及び皮膜の除去が必要とされるときは、上記のＲｅｖｅ
ｒｍａｎの米国特許に記載された方法が用いられてき
た。
【０００９】セラミックＴＢＣ皮膜は、複合皮膜の外側
皮膜部分として、複合皮膜の内側部分となる金属アルミ
ニド型皮膜上に施工される。セラミックＴＢＣの好まし
い堆積法は工業的化学蒸着によるものである。この方法
は緻密な（ある形態では実質的に完全に緻密な）セラミ
ック外側障壁を与えるからである。しかし、空冷物品の
かかるＴＢＣの緻密性のため、補修前に公知方法で除去
するのが困難となる。化学薬品を使用すると、例えば表
面につながる冷却空気開口部のように、セラミック皮膜
の存在しない物品表面部分を侵食して、開口部を広げて
冷却空気の設計流量を変化させてしまうおそれがある。
皮膜部分として、複合皮膜の内側部分となる金属アルミ
ニド型皮膜上に施工される。セラミックＴＢＣの好まし
い堆積法は工業的化学蒸着によるものである。この方法
は緻密な（ある形態では実質的に完全に緻密な）セラミ
ック外側障壁を与えるからである。しかし、空冷物品の
かかるＴＢＣの緻密性のため、補修前に公知方法で除去
するのが困難となる。化学薬品を使用すると、例えば表
面につながる冷却空気開口部のように、セラミック皮膜
の存在しない物品表面部分を侵食して、開口部を広げて
冷却空気の設計流量を変化させてしまうおそれがある。
【００１０】本発明では、ＴＢＣと物品表面の間の露出
した境界層を利用するが、かかる境界層はＡｌ、Ｔｉ、
Ｃｒ、Ｚｒ及びそれらの酸化物から選択される１種類以
上の物質を含む。往々にして、境界層には、Ａｌを含ん
だ内側金属皮膜が存在する。ＴＢＣは、物品の構造を損
傷することなく、その下層面から分離されて除去され
る。例えば、ガスタービンエンジンの翼形部、バンド、
ストラット、シュラウド等の物品がＴＢＣ外側層を有す
るときは、ＴＢＣは概して物品の先端部のような縁部で
終わる。これは、ＴＢＣとその下層面（多くは内側金属
皮膜である）の間の境界層を露出させる。別法では、境
界層は縁部での機械的除去によって露出させることもで
きる。酸化条件下の高温での物品の作動中に、Ａｌ、Ｔ
ｉ、Ｃｒ及びＺｒの元素が存在するとその１種類以上の
酸化物が少なくとも境界層に生ずる可能性がある。本発
明では、境界層のかかる元素及び／又は酸化物の存在を
利用して、物品表面から外側ＴＢＣを除去する。
した境界層を利用するが、かかる境界層はＡｌ、Ｔｉ、
Ｃｒ、Ｚｒ及びそれらの酸化物から選択される１種類以
上の物質を含む。往々にして、境界層には、Ａｌを含ん
だ内側金属皮膜が存在する。ＴＢＣは、物品の構造を損
傷することなく、その下層面から分離されて除去され
る。例えば、ガスタービンエンジンの翼形部、バンド、
ストラット、シュラウド等の物品がＴＢＣ外側層を有す
るときは、ＴＢＣは概して物品の先端部のような縁部で
終わる。これは、ＴＢＣとその下層面（多くは内側金属
皮膜である）の間の境界層を露出させる。別法では、境
界層は縁部での機械的除去によって露出させることもで
きる。酸化条件下の高温での物品の作動中に、Ａｌ、Ｔ
ｉ、Ｃｒ及びＺｒの元素が存在するとその１種類以上の
酸化物が少なくとも境界層に生ずる可能性がある。本発
明では、境界層のかかる元素及び／又は酸化物の存在を
利用して、物品表面から外側ＴＢＣを除去する。
【００１１】本発明の一形態では、少なくとも露出境界
層を１６００°Ｆ以上の温度でハロゲンを含んだ還元性
ガスに、ハロゲンが境界層中に浸透し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃ
ｒ、Ｚｒ及びそれらの酸化物の１種類以上を気体状化合
物に変換するのに十分な時間、付す。上記の複合皮膜に
おいて、Ａｌ及び／又は酸化アルミニウムは、アルミニ
ド内側皮膜から変換される。例えば、内側皮膜が存在し
ないときは、ハロゲンはＴＢＣの下層の物品表面からの
物質を変換させる。かかる物質の境界層からの気体状化
合物（ハロゲン化物等）への変換によって外側ＴＢＣが
分離する。典型的には、ＴＢＣは施工面から分離して脱
落する。
層を１６００°Ｆ以上の温度でハロゲンを含んだ還元性
ガスに、ハロゲンが境界層中に浸透し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃ
ｒ、Ｚｒ及びそれらの酸化物の１種類以上を気体状化合
物に変換するのに十分な時間、付す。上記の複合皮膜に
おいて、Ａｌ及び／又は酸化アルミニウムは、アルミニ
ド内側皮膜から変換される。例えば、内側皮膜が存在し
ないときは、ハロゲンはＴＢＣの下層の物品表面からの
物質を変換させる。かかる物質の境界層からの気体状化
合物（ハロゲン化物等）への変換によって外側ＴＢＣが
分離する。典型的には、ＴＢＣは施工面から分離して脱
落する。
【００１２】上記のＲｅｖｅｒｍａｎの米国特許で論じ
られている通り、気体状ハロゲン化物に変換して表面汚
染物質を除去するためのハロゲン（フッ化物イオン等）
は、米国特許第４０９８４５０号（Ｋｅｌｌｅｒ他；１
９７８年７月４日発行）、及びＣｈａｓｔｅｅｎの同第
４１８８２３７号及び同第４４０５３７９号（それぞれ
１９８０年２月１２日及び１９８３年９月２０日発行）
で報告されている。Ｒｅｖｅｒｍａｎは、拡散Ａｌを還
元フッ化物ガス（典型的にはフッ化水素ガス）に暴露す
ると、Ａｌが１６００°Ｆ以上の温度のガスとＡｌ拡散
部分からＡｌが減損するのに十分な時間反応することに
よって寸法変化を起こさずに拡散部分からＡｌを抜き取
る或いは変換できることを認識している。本発明の一形
態は、Ｒｅｖｅｒｍａｎの米国特許の主題を用いている
ので、便宜上、Ｒｅｖｅｒｍａｎの米国特許第５７２８
２２７号明細書の第３欄２８行目〜第４欄２２行目の記
載を文献の援用によって本明細書中に取り込む。
られている通り、気体状ハロゲン化物に変換して表面汚
染物質を除去するためのハロゲン（フッ化物イオン等）
は、米国特許第４０９８４５０号（Ｋｅｌｌｅｒ他；１
９７８年７月４日発行）、及びＣｈａｓｔｅｅｎの同第
４１８８２３７号及び同第４４０５３７９号（それぞれ
１９８０年２月１２日及び１９８３年９月２０日発行）
で報告されている。Ｒｅｖｅｒｍａｎは、拡散Ａｌを還
元フッ化物ガス（典型的にはフッ化水素ガス）に暴露す
ると、Ａｌが１６００°Ｆ以上の温度のガスとＡｌ拡散
部分からＡｌが減損するのに十分な時間反応することに
よって寸法変化を起こさずに拡散部分からＡｌを抜き取
る或いは変換できることを認識している。本発明の一形
態は、Ｒｅｖｅｒｍａｎの米国特許の主題を用いている
ので、便宜上、Ｒｅｖｅｒｍａｎの米国特許第５７２８
２２７号明細書の第３欄２８行目〜第４欄２２行目の記
載を文献の援用によって本明細書中に取り込む。
【００１３】本発明の評価に当たって、上記のＲａｓｃ
ｈ他の米国特許に記載されたものと同様の一般的なタイ
プのガスタービンエンジン空冷高圧タービンノズルであ
って、ガスタービンエンジンでの作動を経た空冷高圧タ
ービンノズルを試験した。ノズルの翼形部は上記のＲｅ
ｎｅ’Ｎ４ Ｎｉ基超合金で作られていた。エンジン流
路に置かれる翼形部表面は複合皮膜を含んでいた。複合
皮膜は、Ｎｉ合金面中に拡散した部分を含む内側拡散ア
ルミニドＣｏｄｅｐ皮膜と、化学蒸着法で内側皮膜上に
施工された約８重量％イットリアで安定化した約９２重
量％ジルコニアからなる緻密セラミックＴＢＣとを含ん
でいた。亀裂等の損傷がノズルの翼形部に発生している
のが観察され、補修が必要とされた。しかし、補修を始
める前に、翼形部の表面から複合皮膜及び亀裂内部の酸
化物を除去する必要があると思料された。
ｈ他の米国特許に記載されたものと同様の一般的なタイ
プのガスタービンエンジン空冷高圧タービンノズルであ
って、ガスタービンエンジンでの作動を経た空冷高圧タ
ービンノズルを試験した。ノズルの翼形部は上記のＲｅ
ｎｅ’Ｎ４ Ｎｉ基超合金で作られていた。エンジン流
路に置かれる翼形部表面は複合皮膜を含んでいた。複合
皮膜は、Ｎｉ合金面中に拡散した部分を含む内側拡散ア
ルミニドＣｏｄｅｐ皮膜と、化学蒸着法で内側皮膜上に
施工された約８重量％イットリアで安定化した約９２重
量％ジルコニアからなる緻密セラミックＴＢＣとを含ん
でいた。亀裂等の損傷がノズルの翼形部に発生している
のが観察され、補修が必要とされた。しかし、補修を始
める前に、翼形部の表面から複合皮膜及び亀裂内部の酸
化物を除去する必要があると思料された。
【００１４】この物品はエンジン流路での作動を経てい
るので、少なくとも翼形部の表面は、亀裂内の酸化物を
含め、エンジン燃焼生成物への暴露に起因する酸化物そ
の他の表面汚染物質を含んでいた。さらに、ＴＢＣと内
側皮膜の間の境界層は少なくともＡｌの酸化物を含んで
いた。外面の汚染物質を除去するため、まず１２０メッ
シュ酸化アルミニウムグリットを用いた通常のグリット
ブラストによって外表面を機械的に清浄化した。
るので、少なくとも翼形部の表面は、亀裂内の酸化物を
含め、エンジン燃焼生成物への暴露に起因する酸化物そ
の他の表面汚染物質を含んでいた。さらに、ＴＢＣと内
側皮膜の間の境界層は少なくともＡｌの酸化物を含んで
いた。外面の汚染物質を除去するため、まず１２０メッ
シュ酸化アルミニウムグリットを用いた通常のグリット
ブラストによって外表面を機械的に清浄化した。
【００１５】本発明の一の形態に従って、炉の中で翼形
部を、約６〜１４重量％のフッ化水素ガス（約６〜２０
重量％の範囲内）を含みその残部が主に水素ガスからな
る混合物の形態の還元性ハロゲンに約１８００°Ｆの温
度（約１６００°Ｆ〜２０００°Ｆの範囲内）で約４時
間暴露することによって、セラミック外側ＴＢＣを除去
した。これによって、翼形部の露出縁部からハロゲンが
アルミニド皮膜と外側ＴＢＣの間の境界層に浸透できる
ようになり、内側皮膜の少なくともＡｌ及び／又は酸化
アルミニウムが気体状フッ化アルミニウム化合物へと変
換され、ＴＢＣが内側皮膜から分離した。かかる処理後
に炉内を観察すると、翼形部から分離したＴＢＣの薄片
やシートが処理した物品の下に落ちているのが認められ
た。
部を、約６〜１４重量％のフッ化水素ガス（約６〜２０
重量％の範囲内）を含みその残部が主に水素ガスからな
る混合物の形態の還元性ハロゲンに約１８００°Ｆの温
度（約１６００°Ｆ〜２０００°Ｆの範囲内）で約４時
間暴露することによって、セラミック外側ＴＢＣを除去
した。これによって、翼形部の露出縁部からハロゲンが
アルミニド皮膜と外側ＴＢＣの間の境界層に浸透できる
ようになり、内側皮膜の少なくともＡｌ及び／又は酸化
アルミニウムが気体状フッ化アルミニウム化合物へと変
換され、ＴＢＣが内側皮膜から分離した。かかる処理後
に炉内を観察すると、翼形部から分離したＴＢＣの薄片
やシートが処理した物品の下に落ちているのが認められ
た。
【００１６】物品表面からＴＢＣが分離する際に、境界
層から浸入した還元性ガスが内側皮膜からもアルミニウ
ムを若干減損させかねないことが観察された。さらにＡ
ｌを減損させるのが望ましかったときは、ＴＢＣ除去に
続いて、中間処理としての内側皮膜の外側部分の機械的
除去を行うか或いは行わずに、還元性ガスへの暴露を行
った。
層から浸入した還元性ガスが内側皮膜からもアルミニウ
ムを若干減損させかねないことが観察された。さらにＡ
ｌを減損させるのが望ましかったときは、ＴＢＣ除去に
続いて、中間処理としての内側皮膜の外側部分の機械的
除去を行うか或いは行わずに、還元性ガスへの暴露を行
った。
【００１７】上述の実施例では、ＴＢＣをこうして除去
した後に、上記Ｒｅｖｅｒｍａｎの米国特許の方法を実
施して、まず粒度の細かい２４０メッシュの酸化アルミ
ニウムで内側アルミニド皮膜の外側表面をグリットブラ
ストした内側アルミニド皮膜の残りの部分を除去した。
次いで、後段の補修に適した状態の物品表面を提供すべ
く、残った表面から亀裂内の酸化物を除去するとともに
Ａｌを減損させた。この後の段階は、ＴＢＣの除去と同
一条件下の炉の中で実施した。物品表面を貫通する空気
冷却孔を観察したところ、実質的に寸法の変化は認めら
れなかった。
した後に、上記Ｒｅｖｅｒｍａｎの米国特許の方法を実
施して、まず粒度の細かい２４０メッシュの酸化アルミ
ニウムで内側アルミニド皮膜の外側表面をグリットブラ
ストした内側アルミニド皮膜の残りの部分を除去した。
次いで、後段の補修に適した状態の物品表面を提供すべ
く、残った表面から亀裂内の酸化物を除去するとともに
Ａｌを減損させた。この後の段階は、ＴＢＣの除去と同
一条件下の炉の中で実施した。物品表面を貫通する空気
冷却孔を観察したところ、実質的に寸法の変化は認めら
れなかった。
【００１８】上述の実施例ではＮｉ基超合金の評価を行
ったが、Ｃｏ基合金のようなその他の基材合金も本発明
に従って処理したことを理解されたい。便宜上、本発明
を、上記Ｒｅｂｅｒｍａｎの米国特許の援用部分に記載
されているものを含めて、特定の実施例、実施形態及び
組合せに関して説明してきた。特許請求の範囲で規定さ
れる本発明の技術的範囲を逸脱することなく、本発明に
様々な拡充、修正及び変更を加え得ることは当業者には
自明であろう。
ったが、Ｃｏ基合金のようなその他の基材合金も本発明
に従って処理したことを理解されたい。便宜上、本発明
を、上記Ｒｅｂｅｒｍａｎの米国特許の援用部分に記載
されているものを含めて、特定の実施例、実施形態及び
組合せに関して説明してきた。特許請求の範囲で規定さ
れる本発明の技術的範囲を逸脱することなく、本発明に
様々な拡充、修正及び変更を加え得ることは当業者には
自明であろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー・ジョン・レバーマン アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、トペカ・ストリート、2521番 (72)発明者 リール・ティモシー・ラスチ アメリカ合衆国、オハイオ州、フェアフィ ールド、ブライアークリフ・コート、1747 番
Claims (12)
- 【請求項１】 緻密セラミック遮熱皮膜（ＴＢＣ）の施
工された物品表面からＴＢＣを除去する方法であって、
物品表面の縁部には、該物品表面と遮熱皮膜（ＴＢＣ）
の間の境界層の少なくとも一部が露出していて、該境界
層がＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ及びそれらの酸化物からな
る群から選択される１種類以上の物質を含んでおり、当
該方法が、 還元性ガスが境界層で上記群の１種類以上の物質を気体
状化合物に変換して境界層中に浸透するとともにＴＢＣ
を物品表面から分離させて除去するのに十分な時間、少
なくとも上記露出境界層を１６００°Ｆ以上の温度で還
元性ガスに暴露する段階を含む方法。 - 【請求項２】 前記温度が１６００°Ｆ〜２０００°Ｆ
の範囲であり、 前記露出境界層を前記還元性ガスに暴露する時間が２〜
１０時間であり、かつ、 前記還元性ガスが、ハロゲン化水素ガスを６〜２０重量
％含み、その残部が主に水素ガスからなる混合物である
請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記混合物がフッ化水素ガスを６〜１４
重量％含み、その残部が主に水素ガスからなる、請求項
１記載の方法。 - 【請求項４】 （ａ）Ａｌ元素を含む内側皮膜であっ
て、少なくともＡｌが物品表面内部に拡散浸透した拡散
内側皮膜部分と該拡散内側皮膜部分を覆う内側皮膜の外
側部分とを含む内側皮膜と、（ｂ）内側皮膜の外側部分
を覆う緻密ＴＢＣとからなる複合皮膜を物品表面から除
去する請求項１記載の方法であって、当該方法が、ＴＢ
Ｃ除去後に、 露出した拡散内側部分を、ハロゲンガスを６〜２０重量
％含み、その残部が主に水素ガスからなる還元性ガス
に、１６００°Ｆ以上の温度で、物品表面の寸法変化を
実質的に起こさずに、ハロゲンガスが露出拡散内側皮膜
部分からＡｌを減損させるのに十分な２時間以上の時間
暴露する追加の段階を含む、方法。 - 【請求項５】 露出した拡散内側部分を還元性ガスに暴
露する段階に先立って、 拡散内側皮膜部分を露出させるため、内側皮膜の外側部
分を機械的に除去する段階を含む請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記還元性ガスがハロゲン化水素ガスを
６〜２０重量％含み、その残部が主に水素ガスからなる
混合物であり、 前記温度が１６００°Ｆ〜２０００°Ｆの範囲であり、
かつ前記暴露時間が２〜１０時間の範囲である請求項４
記載の方法。 - 【請求項７】 前記混合物がフッ化水素ガスを６〜１４
重量％含み、その残部が主に水素ガスからなる請求項６
記載の方法。 - 【請求項８】 前記物品表面がタービンエンジン内での
作動を経たタービンエンジン部品の表面であってＴＢＣ
に表面汚染物質が存在する請求項１記載の方法であっ
て、前記境界層を前記還元性ガスへ暴露する段階に先立
って、少なくとも表面汚染物質をＴＢＣから機械的に除
去する段階を含む方法。 - 【請求項９】 酸化物を含んだ亀裂を有するタービンエ
ンジン部品を補修するための請求項８記載の方法であっ
て、前記物品表面が、（ａ）Ａｌ元素を含む内側皮膜で
あって、少なくともＡｌが物品表面内部に拡散浸透した
拡散内側皮膜部分と該拡散内側皮膜部分を覆う内側皮膜
の外側部分とを含む内側皮膜と、（ｂ）内側皮膜の外側
部分を覆う緻密ＴＢＣとからなる複合皮膜を含んでお
り、当該方法が、 ＴＢＣから少なくとも表面汚染物質を機械的に除去する
段階、 ハロゲン化水素ガスを６〜２０重量％含み、その残部が
主に水素ガスからなる混合物からなる還元性ガスに少な
くとも露出境界層を１６００°Ｆ〜２０００°Ｆの範囲
の温度で２〜１０時間暴露することによって内側皮膜の
外側部分からＴＢＣを除去し、もってハロゲン化水素が
境界層で上記群の１種類以上の物質を気体状化合物に変
換して境界層に浸透するとともにＴＢＣを物品表面から
分離させて除去することで内側皮膜を露出させる段階、
及びハロゲン化水素ガスを６〜２０重量％含み、その残
部が主に水素ガスからなる混合物還元性ガスに露出した
内側皮膜及び亀裂を１６００°Ｆ〜２０００°Ｆの範囲
の温度で２〜１０時間暴露して、内側皮膜部分からＡｌ
を減損させるとともに亀裂から酸化物を減損させる段階
を含む方法。 - 【請求項１０】 還元性ガスが、フッ化水素ガスガスを
６〜１４重量％含み、その残部が主に水素ガスからなる
請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 露出した内側皮膜と亀裂を還元性ガス
に暴露する段階に先立って、 内側皮膜の外側部分を機械的に除去して拡散内側皮膜部
分を露出させる段階を含む請求項９記載の方法。 - 【請求項１２】 タービンエンジン部品が、複合皮膜を
備えた翼形部を含む、請求項９記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/371817 | 1999-08-11 | ||
| US09/371,817 US6199276B1 (en) | 1999-08-11 | 1999-08-11 | Method for removing a dense ceramic thermal barrier coating from a surface |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001123283A true JP2001123283A (ja) | 2001-05-08 |
| JP2001123283A5 JP2001123283A5 (ja) | 2007-09-27 |
| JP4579383B2 JP4579383B2 (ja) | 2010-11-10 |
Family
ID=23465523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000240531A Expired - Lifetime JP4579383B2 (ja) | 1999-08-11 | 2000-08-09 | 緻密セラミック遮熱皮膜を表面から除去する方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6199276B1 (ja) |
| EP (1) | EP1076114B1 (ja) |
| JP (1) | JP4579383B2 (ja) |
| BR (1) | BR0003494B1 (ja) |
| DE (1) | DE60015251T2 (ja) |
| SG (1) | SG85721A1 (ja) |
| TW (1) | TWI259218B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015514158A (ja) * | 2012-03-28 | 2015-05-18 | アルストム テクノロジー リミテッドＡＬＳＴＯＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ | セラミックス部分から金属部分を分離する方法 |
| JP2016540717A (ja) * | 2013-10-30 | 2016-12-28 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 溶浸セラミックマトリックス複合体中のマトリックスクラックの補修方法 |
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| EP1676938A1 (de) * | 2004-12-30 | 2006-07-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer Turbine und ein Bauteil einer Turbine |
| DE102005051310A1 (de) * | 2005-10-26 | 2007-05-03 | Siemens Ag | Reinigung von oxidierten oder korrodierten Bauteilen |
| DE102008004559B4 (de) * | 2007-01-23 | 2017-03-16 | General Electric Technology Gmbh | Verfahren zum Bearbeiten eines thermisch belasteten Bauteils |
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| IT1399945B1 (it) | 2010-04-29 | 2013-05-09 | Turbocoating S P A | Metodo e apparato per rimuovere ricoprimenti ceramici, con sabbiatura di anidride carbonica allo stato solido. |
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2000
- 2000-08-02 EP EP00306573A patent/EP1076114B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-08-02 DE DE60015251T patent/DE60015251T2/de not_active Expired - Lifetime
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- 2000-08-04 SG SG200004371A patent/SG85721A1/en unknown
- 2000-08-09 JP JP2000240531A patent/JP4579383B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2000-08-11 BR BRPI0003494-0A patent/BR0003494B1/pt not_active IP Right Cessation
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