JP2001234322A - ガスタービンエンジン用のタービン羽根 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構成要素の耐久性を向上させるために高温ガ
ス流に直接さらされないタービン羽根の部分に錆止めペ
イントを塗布する。 【解決手段】 本発明によれば、動作中に例えば１００
０℃以上の高温にさらされる物品が開示される。１つの
実施例では、ガスタービンエンジン用のタービン羽根
は、指向的に結晶化した金属下地、例えば、翼形と根元
と羽根および根元の間に配置された台とを画定する超合
金を含む。その台は根元に隣接する下側を有し、ＭＣｒ
ＡｌＹのような耐食ライニング塗料が、台の下側と頸部
に配置される。塗布された塗料は、これらの領域で羽根
の腐食および応力腐食割れを防止する。また、翼形が被
覆される所では、翼形の塗料が台下面の塗料と異なる組
成を有してもよい。
ス流に直接さらされないタービン羽根の部分に錆止めペ
イントを塗布する。 【解決手段】 本発明によれば、動作中に例えば１００
０℃以上の高温にさらされる物品が開示される。１つの
実施例では、ガスタービンエンジン用のタービン羽根
は、指向的に結晶化した金属下地、例えば、翼形と根元
と羽根および根元の間に配置された台とを画定する超合
金を含む。その台は根元に隣接する下側を有し、ＭＣｒ
ＡｌＹのような耐食ライニング塗料が、台の下側と頸部
に配置される。塗布された塗料は、これらの領域で羽根
の腐食および応力腐食割れを防止する。また、翼形が被
覆される所では、翼形の塗料が台下面の塗料と異なる組
成を有してもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、腐食防止用塗料に
関し、特にこのような塗料が塗布された物品に関する。
関し、特にこのような塗料が塗布された物品に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは、化学ポテンシ
ャルエネルギーを燃料の形態で熱エネルギーに変換し、
そして飛行機の推進、発電、流体の送出などに使用する
機械エネルギーに変換するための良く発達した機構であ
る。ガスタービンエンジンの効率を改善するために使用
される主要なアプローチの１つは、より高い動作温度を
使用することである。最新のガスタービンエンジンの最
も熱い部分（即ちエンジンタービンセクション内の主要
なガス流路）では、ニッケル合金またはコバルト合金か
ら鋳造されたタービン翼形の構成要素がそれらの融点よ
り高いガス温度にさらされる。これらの構成要素は、構
成要素内の空洞に冷却空気を通されなければ残存するこ
とができない。この冷却空気は、空洞を循環して構成要
素の温度を下げ、構成要素の穴を介して構成要素を出
て、主要な流路内に含まれる高温ガスと混合する。しか
し、冷却空気を供給すると機関効率が低下する。
ャルエネルギーを燃料の形態で熱エネルギーに変換し、
そして飛行機の推進、発電、流体の送出などに使用する
機械エネルギーに変換するための良く発達した機構であ
る。ガスタービンエンジンの効率を改善するために使用
される主要なアプローチの１つは、より高い動作温度を
使用することである。最新のガスタービンエンジンの最
も熱い部分（即ちエンジンタービンセクション内の主要
なガス流路）では、ニッケル合金またはコバルト合金か
ら鋳造されたタービン翼形の構成要素がそれらの融点よ
り高いガス温度にさらされる。これらの構成要素は、構
成要素内の空洞に冷却空気を通されなければ残存するこ
とができない。この冷却空気は、空洞を循環して構成要
素の温度を下げ、構成要素の穴を介して構成要素を出
て、主要な流路内に含まれる高温ガスと混合する。しか
し、冷却空気を供給すると機関効率が低下する。
【０００３】従って、ガスタービン本体構造部用の塗料
が広範囲に開発されている。これらの塗料は、歴史的
に、タービンガス通路にさらされる表面の耐酸化性また
は耐食性を改善するために塗布されている。最近では、
冷却空気の必要量を実質的に減少させることができるよ
うに、最も高いガス通路温度にさらされる内部で冷却さ
れる構成要素に熱障壁塗料が塗布されている。この塗料
は部品を重くするとともに疲労寿命を短縮させるので、
必要な耐久性を得るために、意図的に塗料が必要な構成
要素のこれらの部分にのみ塗料が塗布される。タービン
羽根のような回転部品の場合には、塗料の付加重量は、
交互により強くより重い翼車を必要とし、交互により強
くより重い軸を必要とするなどの羽根の引きをかなり増
大させる。従って、塗料が絶対に必要な羽根のこれらの
部分、例えば、典型的に主要なガス通路の表面に塗料を
使用するように厳しく制限する動機づけが加えられる。
が広範囲に開発されている。これらの塗料は、歴史的
に、タービンガス通路にさらされる表面の耐酸化性また
は耐食性を改善するために塗布されている。最近では、
冷却空気の必要量を実質的に減少させることができるよ
うに、最も高いガス通路温度にさらされる内部で冷却さ
れる構成要素に熱障壁塗料が塗布されている。この塗料
は部品を重くするとともに疲労寿命を短縮させるので、
必要な耐久性を得るために、意図的に塗料が必要な構成
要素のこれらの部分にのみ塗料が塗布される。タービン
羽根のような回転部品の場合には、塗料の付加重量は、
交互により強くより重い翼車を必要とし、交互により強
くより重い軸を必要とするなどの羽根の引きをかなり増
大させる。従って、塗料が絶対に必要な羽根のこれらの
部分、例えば、典型的に主要なガス通路の表面に塗料を
使用するように厳しく制限する動機づけが加えられる。
【０００４】ガス通路温度を上げることにより、タービ
ン構成要素または高圧タービンガス通路に直接さらされ
ない構成要素の部分を動作中に比較的高い温度にさらし
てもよく、従って保護塗装を必要としてもよい。例え
ば、（台下側、羽根の頸部および取付セレーションのよ
うな）ガス通路にさらされないタービン羽根の部分は、
動作中に１２００Ｆ（約６４９℃）より高い温度にさら
すことができる。これらの羽根の位置は、図１において
１８および１９で示されている。タービン動作温度が高
くなると、羽根のこれらの部分がさらされる温度が上昇
し続けることが予想される。
ン構成要素または高圧タービンガス通路に直接さらされ
ない構成要素の部分を動作中に比較的高い温度にさらし
てもよく、従って保護塗装を必要としてもよい。例え
ば、（台下側、羽根の頸部および取付セレーションのよ
うな）ガス通路にさらされないタービン羽根の部分は、
動作中に１２００Ｆ（約６４９℃）より高い温度にさら
すことができる。これらの羽根の位置は、図１において
１８および１９で示されている。タービン動作温度が高
くなると、羽根のこれらの部分がさらされる温度が上昇
し続けることが予想される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、構成要素の
耐久性を向上させるために高温ガス流に直接さらされな
いタービン羽根の部分に錆止めペイントを塗布すること
を目的とする。
耐久性を向上させるために高温ガス流に直接さらされな
いタービン羽根の部分に錆止めペイントを塗布すること
を目的とする。
【０００６】また、本発明は、高温ガス流に直接さらさ
れない構成要素の部分への応力腐食割れを防止するため
に、錆止めペイントを提供することを目的とする。
れない構成要素の部分への応力腐食割れを防止するため
に、錆止めペイントを提供することを目的とする。
【０００７】さらに、本発明は、羽根台の下の領域にお
いてタービン羽根を応力腐食割れから保護するために、
このような塗料を提供することを目的とする。
いてタービン羽根を応力腐食割れから保護するために、
このような塗料を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明よるガスタービンエンジン用のタービン羽根
は、翼形と、根元と、頸部と、前記翼形および前記根元
の間に配置され且つ前記頸部に隣接する下側を有する台
とを画定する超合金下地からなり、前記台の下側および
前記頸部に耐食ライニング塗料が塗布されることを特徴
とする。
め、本発明よるガスタービンエンジン用のタービン羽根
は、翼形と、根元と、頸部と、前記翼形および前記根元
の間に配置され且つ前記頸部に隣接する下側を有する台
とを画定する超合金下地からなり、前記台の下側および
前記頸部に耐食ライニング塗料が塗布されることを特徴
とする。
【０００９】本発明によれば、動作中に例えば１０００
℃以上の高温にさらされる物品が開示される。１つの実
施例では、ガスタービンエンジン用のタービン羽根は、
指向的に結晶化した金属下地、例えば、翼形と根元と羽
根および根元の間に配置された台とを画定する超合金を
含む。その台は根元に隣接する下側を有し、ＭＣｒＡｌ
Ｙのような耐食ライニング塗料が、台の下側と頸部に配
置される。塗布された塗料は、これらの領域で羽根の腐
食および応力腐食割れを防止する。また、翼形が被覆さ
れる所では、翼形の塗料が台下面の塗料と異なる組成を
有してもよい。
℃以上の高温にさらされる物品が開示される。１つの実
施例では、ガスタービンエンジン用のタービン羽根は、
指向的に結晶化した金属下地、例えば、翼形と根元と羽
根および根元の間に配置された台とを画定する超合金を
含む。その台は根元に隣接する下側を有し、ＭＣｒＡｌ
Ｙのような耐食ライニング塗料が、台の下側と頸部に配
置される。塗布された塗料は、これらの領域で羽根の腐
食および応力腐食割れを防止する。また、翼形が被覆さ
れる所では、翼形の塗料が台下面の塗料と異なる組成を
有してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の１つの見地によれば、ガ
スタービン羽根の耐久性の向上は、錆止めペイントの塗
布によって達成される。指向的に結晶化したニッケル超
合金からなる典型的なガスタービンエンジン用のタービ
ン羽根は、翼形と、根元と、羽根の翼形と根元の間に配
置した台とを含む。この台は羽根の頸部に隣接する下側
を有し、羽根頸部は翼付根に隣接している。
スタービン羽根の耐久性の向上は、錆止めペイントの塗
布によって達成される。指向的に結晶化したニッケル超
合金からなる典型的なガスタービンエンジン用のタービ
ン羽根は、翼形と、根元と、羽根の翼形と根元の間に配
置した台とを含む。この台は羽根の頸部に隣接する下側
を有し、羽根頸部は翼付根に隣接している。
【００１１】本発明の１つの見地では、ＭＣｒＡｌＹ
（Ｍは典型的にニッケルやコバルトからなる）のような
耐食ライニング塗料が、台の下側および羽根の頸部に塗
布される。腐食防止効果を最大にするために、この塗料
は、２０〜４０％のＣｒと５〜２０％のＡｌを含まなけ
ればならない。この塗料の存在は、ガス通路に直接さら
れれないように遮蔽された羽根の領域に溜まった塩によ
る羽根の腐食を防止することにより、構成要素の寿命を
向上させる。さらに、塗料の塗布により羽根の応力腐食
割れを防止するという利点がある。耐食ライニング塗料
は、塩とニッケル合金の構成要素との間の障壁のように
作用することによって、腐食や応力腐食割れを防止す
る。
（Ｍは典型的にニッケルやコバルトからなる）のような
耐食ライニング塗料が、台の下側および羽根の頸部に塗
布される。腐食防止効果を最大にするために、この塗料
は、２０〜４０％のＣｒと５〜２０％のＡｌを含まなけ
ればならない。この塗料の存在は、ガス通路に直接さら
れれないように遮蔽された羽根の領域に溜まった塩によ
る羽根の腐食を防止することにより、構成要素の寿命を
向上させる。さらに、塗料の塗布により羽根の応力腐食
割れを防止するという利点がある。耐食ライニング塗料
は、塩とニッケル合金の構成要素との間の障壁のように
作用することによって、腐食や応力腐食割れを防止す
る。
【００１２】本発明のより一般的な用途では、耐食ライ
ニング塗装系は、ニッケル合金の下地とＭＣｒＡｌＹ層
の間またはＭＣｒＡｌＹ層上にアルミニウム化物層また
はアルミニウム化白金塗料層を含んでもよい。被覆され
る構成要素にある特性を提供するために、アルミニウム
化物層またはアルミニウム化白金層が存在してもよい。
これらの特性は、より効率的な羽根の修理／製造または
耐久性の向上を含むことができる。
ニング塗装系は、ニッケル合金の下地とＭＣｒＡｌＹ層
の間またはＭＣｒＡｌＹ層上にアルミニウム化物層また
はアルミニウム化白金塗料層を含んでもよい。被覆され
る構成要素にある特性を提供するために、アルミニウム
化物層またはアルミニウム化白金層が存在してもよい。
これらの特性は、より効率的な羽根の修理／製造または
耐久性の向上を含むことができる。
【００１３】
【実施例】図１に示されるように、本発明による超合金
材料からなるタービン羽根は、参照符号１０で示されて
いる。タービン羽根は、翼形１２と、（タービン羽根を
回転可能なタービン翼車に取り付ける）鋸歯状翼付根１
４と、翼形と鋸歯状翼付根の間に配置された台１６とを
含む。羽根台１８の下側と翼付根の間の領域は、頸部１
９として示されている。典型的なタービン羽根（および
他のガスタービンエンジンの構成要素）は、指向的に結
晶化したニッケル合金からなり、この合金は、例えば、
単結晶からなり、または成長方向に平行に向けられた多
数の柱状結晶粒を有する。このような合金の典型的な組
成物が表１に示されている。典型的な柱状の単結晶およ
び指向的に結晶化した合金は、米国特許４，２０９，３
４８号、４，６４３，７８２号、４，７１９，０８０号
および５０６８０８４号に記載されている。この技術に
おいて一般に知られているように、タービン羽根の一以
上の部分に冷却穴を設けて、動作中に翼形の特定の部分
の上に冷却空気が流れるようにしてもよい。
材料からなるタービン羽根は、参照符号１０で示されて
いる。タービン羽根は、翼形１２と、（タービン羽根を
回転可能なタービン翼車に取り付ける）鋸歯状翼付根１
４と、翼形と鋸歯状翼付根の間に配置された台１６とを
含む。羽根台１８の下側と翼付根の間の領域は、頸部１
９として示されている。典型的なタービン羽根（および
他のガスタービンエンジンの構成要素）は、指向的に結
晶化したニッケル合金からなり、この合金は、例えば、
単結晶からなり、または成長方向に平行に向けられた多
数の柱状結晶粒を有する。このような合金の典型的な組
成物が表１に示されている。典型的な柱状の単結晶およ
び指向的に結晶化した合金は、米国特許４，２０９，３
４８号、４，６４３，７８２号、４，７１９，０８０号
および５０６８０８４号に記載されている。この技術に
おいて一般に知られているように、タービン羽根の一以
上の部分に冷却穴を設けて、動作中に翼形の特定の部分
の上に冷却空気が流れるようにしてもよい。
【００１４】
【表１】 柱状結晶および単結晶の合金の組成物 合金 タイプ Ni Co Cr Al Mo Ta W Re Hf Ti N b PWA 1422 DS bal. 10 9 5 − − 12 − 1.6 2 1 DS R80H DS bal. 9.5 14 3 4 − 4 − 0.75 4.8 − CM247LC DS bal. 9.2 8.1 5.6 0.5 3.2 9.5 − 1.4 0.7 − PWA1480 SC bal. 5 10 5 − 12 4 − − 1.5 − PWA1484 SC bal. 10 5 5.65 1.9 8.7 5.9 3 0.1 − − Rene’N5 SC bal. 7.5 7 6.2 1.5 6.5 5 3 0.15 − − CMSX−4 SC bal. 9 6.5 5.6 0.6 6.5 6 3 0.1 1 − （ナトリウム、カリウム、カルシウムおよび硫酸マグネ
シウムの混合物を変える）タービン構成要素の高温腐食
の原因となるアルカリおよびアルカリ土金属の硫酸塩
が、タービンガス通路の外側の羽根の領域に溜まること
が発見された。これらの塩は、燃焼工程の結果、海の環
境や形態において入口空気で採り入れられる場合があ
る。これらの塩による羽根の腐食は、典型的には塩の融
解温度（約１１００Ｆ、すなわち約５９３℃）以下の温
度で非常に制限される。しかし、上昇したタービン動作
温度によって、ガス通路から遮蔽された羽根の領域の温
度が硫酸塩の融解温度を超えて、羽根の頸部および台の
下側の腐食を加速する場合がある。また、十分に高い応
力レベルでは、これらの塩の存在によって、単結晶また
は柱状粒構造を有する指向的に結晶化したニッケル合金
のタービンの応力腐食割れを生じる場合があることが発
見された。これらの材料の応力腐食割れは、新しく発見
された現象を示している。
シウムの混合物を変える）タービン構成要素の高温腐食
の原因となるアルカリおよびアルカリ土金属の硫酸塩
が、タービンガス通路の外側の羽根の領域に溜まること
が発見された。これらの塩は、燃焼工程の結果、海の環
境や形態において入口空気で採り入れられる場合があ
る。これらの塩による羽根の腐食は、典型的には塩の融
解温度（約１１００Ｆ、すなわち約５９３℃）以下の温
度で非常に制限される。しかし、上昇したタービン動作
温度によって、ガス通路から遮蔽された羽根の領域の温
度が硫酸塩の融解温度を超えて、羽根の頸部および台の
下側の腐食を加速する場合がある。また、十分に高い応
力レベルでは、これらの塩の存在によって、単結晶また
は柱状粒構造を有する指向的に結晶化したニッケル合金
のタービンの応力腐食割れを生じる場合があることが発
見された。これらの材料の応力腐食割れは、新しく発見
された現象を示している。
【００１５】本発明の１つの見地では、タービン羽根の
台１８の下側および頸部１９のような応力腐食され易い
下地２０の部分に耐食ライニング塗料（図２の２１）を
塗布して、これらの位置で羽根の腐食や応力腐食割れ防
止している。本発明は、図１ではタービン羽根として示
されているが、特定の構成要素に限られない。比較的高
い応力および腐食条件にさらされる他の構成要素も本発
明の利点を得ることが期待される。
台１８の下側および頸部１９のような応力腐食され易い
下地２０の部分に耐食ライニング塗料（図２の２１）を
塗布して、これらの位置で羽根の腐食や応力腐食割れ防
止している。本発明は、図１ではタービン羽根として示
されているが、特定の構成要素に限られない。比較的高
い応力および腐食条件にさらされる他の構成要素も本発
明の利点を得ることが期待される。
【００１６】台下面１８および１９に塗布されたライニ
ング塗料としては、ＭＣｒＡｌＹ塗料（Ｍは、コバル
ト、ニッケル、鉄またはこれらの材料の組合せ）が好ま
しいが、ＭＣｒ塗料やＭＣｒＡｌ塗料のような他の塗料
を使用してもよい。本発明で有用な典型的な塗料は、少
なくともＮｉＣｒＡｌＹ塗料、ＣｏＣｒＡｌＹ塗料、Ｎ
ｉＣｏＣｒＡｌＹ塗料およびＣｏＮｉＣｒＡｌＹ塗料を
含む。この塗料は、耐酸化性または耐食性をさらに向上
させるために、ＨｆおよびＳｉのような他の構成要素を
含んでもよい。羽根台の下の領域に塗布されるＭＣｒＡ
ｌＹライニング塗料は、約１０〜４０ｗｔ％のＣｒ、５
〜３５ｗｔ％のＡｌ、０〜２ｗｔ％のＹ、０〜７ｗｔ％
のＳｉ、０〜２ｗｔ％のＨｆおよび残りのＮｉおよびＣ
ｏの少なくとも一方の組み合わせからなる範囲の組成物
を含まなければならない。ＭＣｒＡｌＹ組成物は、２０
〜４０ｗｔ％のＣｒ、５〜２０ｗｔ％のＡｌ、０〜１ｗ
ｔ％のＹ、０〜２ｗｔ％のＳｉおよび０〜１ｗｔ％のＨ
ｆ（残りはＮｉやＣｏ）を含むのが好ましい。最適な耐
食性のための典型的な塗料は、２５〜４０ｗｔ％のＣ
ｒ、５〜１５ｗｔ％のＡｌ、０〜０．８ｗｔ％のＹ、０
〜０．５ｗｔ％のＳｉおよび０〜０．４ｗｔ％のＨｆを
含み、残りがＮｉおよびＣｒの少なくとも一方からなる
ものでなければならない。また、これらの塗料の各々
は、約２０ｗｔ％までの他の合金元素を含んでもよい。
好ましい典型的なライニング塗料組成物の概要が表２に
示されている。
ング塗料としては、ＭＣｒＡｌＹ塗料（Ｍは、コバル
ト、ニッケル、鉄またはこれらの材料の組合せ）が好ま
しいが、ＭＣｒ塗料やＭＣｒＡｌ塗料のような他の塗料
を使用してもよい。本発明で有用な典型的な塗料は、少
なくともＮｉＣｒＡｌＹ塗料、ＣｏＣｒＡｌＹ塗料、Ｎ
ｉＣｏＣｒＡｌＹ塗料およびＣｏＮｉＣｒＡｌＹ塗料を
含む。この塗料は、耐酸化性または耐食性をさらに向上
させるために、ＨｆおよびＳｉのような他の構成要素を
含んでもよい。羽根台の下の領域に塗布されるＭＣｒＡ
ｌＹライニング塗料は、約１０〜４０ｗｔ％のＣｒ、５
〜３５ｗｔ％のＡｌ、０〜２ｗｔ％のＹ、０〜７ｗｔ％
のＳｉ、０〜２ｗｔ％のＨｆおよび残りのＮｉおよびＣ
ｏの少なくとも一方の組み合わせからなる範囲の組成物
を含まなければならない。ＭＣｒＡｌＹ組成物は、２０
〜４０ｗｔ％のＣｒ、５〜２０ｗｔ％のＡｌ、０〜１ｗ
ｔ％のＹ、０〜２ｗｔ％のＳｉおよび０〜１ｗｔ％のＨ
ｆ（残りはＮｉやＣｏ）を含むのが好ましい。最適な耐
食性のための典型的な塗料は、２５〜４０ｗｔ％のＣ
ｒ、５〜１５ｗｔ％のＡｌ、０〜０．８ｗｔ％のＹ、０
〜０．５ｗｔ％のＳｉおよび０〜０．４ｗｔ％のＨｆを
含み、残りがＮｉおよびＣｒの少なくとも一方からなる
ものでなければならない。また、これらの塗料の各々
は、約２０ｗｔ％までの他の合金元素を含んでもよい。
好ましい典型的なライニング塗料組成物の概要が表２に
示されている。
【００１７】
【表２】 保護塗装の組成（ｗｔ％） 塗料の組成（ｗｔ％） 明記された範囲 Ｎｉ Ｃｏ Ｃｒ Ａｌ Ｙ Ｓｉ Ｈｆ 代表的な範囲 残り 10〜40 5〜35 0〜2 0〜7 0〜2 好ましい範囲 残り 20〜40 5〜20 0〜1 0〜2 0〜1 典型的な範囲 残り 25〜40 5〜15 0〜0.8 0〜0.5 0〜0.4 塗料は、羽根台の下側および頸部に、最大約０．００５
インチ（〜１２５μｍ）の厚さに塗布される。タービン
羽根のような回転する応用対象について、皮膜厚さは、
領域の全範囲が塗布されることを保証するため、および
典型的な羽根の整備間隔で保護するのに必要な腐食寿命
を提供するために、適切な厚さでなければならない。最
大の皮膜厚さは、塗料の存在と関連する疲労の欠点のた
めに制限される。従って、回転する構成要素のための厚
さは、好ましくは約０．００３インチ（〜７５μｍ）未
満で、０．０００５インチ（１２．５μｍ）を超える厚
さであり、好ましくは約０．００２インチ（〜５０μ
ｍ）である。
インチ（〜１２５μｍ）の厚さに塗布される。タービン
羽根のような回転する応用対象について、皮膜厚さは、
領域の全範囲が塗布されることを保証するため、および
典型的な羽根の整備間隔で保護するのに必要な腐食寿命
を提供するために、適切な厚さでなければならない。最
大の皮膜厚さは、塗料の存在と関連する疲労の欠点のた
めに制限される。従って、回転する構成要素のための厚
さは、好ましくは約０．００３インチ（〜７５μｍ）未
満で、０．０００５インチ（１２．５μｍ）を超える厚
さであり、好ましくは約０．００２インチ（〜５０μ
ｍ）である。
【００１８】ライニング塗料は、（電子ビーム物理的蒸
着法、スパッタリングなど含む）蒸着や、（空気プラズ
マ溶射、低圧または真空プラズマ溶射、高速ガス式溶射
などの）溶射などの当業者に知られている種々の処理に
よって塗布してもよい。本発明を説明するために陰極ア
ーク蒸着による塗料の塗布を使用した。この方法は、蒸
着された塗料の厚さの制御を高める程度が好ましい。塗
料を塗布する典型的な陰極アーク蒸着装置は、１９９７
年８月３０日に出願された本出願人の米国特許出願０８
／９１９，１２９号「陰極アーク蒸着装置」に記載され
ている。
着法、スパッタリングなど含む）蒸着や、（空気プラズ
マ溶射、低圧または真空プラズマ溶射、高速ガス式溶射
などの）溶射などの当業者に知られている種々の処理に
よって塗布してもよい。本発明を説明するために陰極ア
ーク蒸着による塗料の塗布を使用した。この方法は、蒸
着された塗料の厚さの制御を高める程度が好ましい。塗
料を塗布する典型的な陰極アーク蒸着装置は、１９９７
年８月３０日に出願された本出願人の米国特許出願０８
／９１９，１２９号「陰極アーク蒸着装置」に記載され
ている。
【００１９】図３は、本発明において開示された塗料の
塗布による腐食寿命の向上を示している。単結晶タービ
ン羽根の台下面は、約３５ｗｔ％のＣｒ、８ｗｔ％のＡ
ｌ、０．６ｗｔ％のＹ、０．４ｗｔ％Ｓｉ、０．２５ｗ
ｔ％のＨｆおよび残りのニッケルからなる典型的なＭＣ
ｒＡｌＹ塗料で被覆した。硫酸塩の存在下において１３
５０°Ｆ（約７３２℃）で被覆した羽根の腐食試験を行
って、腐食の相対的深さによって測定したところ、被覆
しない羽根に対する腐食寿命は５〜２０倍の改善を示し
た。また、試験片への同じ耐食ライニング塗料の塗布
も、単結晶合金の応力腐食割れを防止することを示し
た。
塗布による腐食寿命の向上を示している。単結晶タービ
ン羽根の台下面は、約３５ｗｔ％のＣｒ、８ｗｔ％のＡ
ｌ、０．６ｗｔ％のＹ、０．４ｗｔ％Ｓｉ、０．２５ｗ
ｔ％のＨｆおよび残りのニッケルからなる典型的なＭＣ
ｒＡｌＹ塗料で被覆した。硫酸塩の存在下において１３
５０°Ｆ（約７３２℃）で被覆した羽根の腐食試験を行
って、腐食の相対的深さによって測定したところ、被覆
しない羽根に対する腐食寿命は５〜２０倍の改善を示し
た。また、試験片への同じ耐食ライニング塗料の塗布
も、単結晶合金の応力腐食割れを防止することを示し
た。
【００２０】図４は、本発明の他の実施例を示してい
る。構成要素は、金属下地２０、例えば超合金材料と、
アルミニウム化物（またはアルミニウム化白金）層２２
と、アルミニウム化物層上のライニング塗料２４とを含
む。アルミニウム化物層およびアルミニウム化白金層
は、一般に既知であり、ここでは特定の組成および塗布
の方法を詳細に説明しない（例えば米国特許５，５１
４，４８２号を参照）。アルミニウム化物層またはアル
ミニウム化白金層は、ある所望の性質を有する塗料を提
供するために存在させてもよいし、あるいは、構成要素
の修理または改修中にライニング塗料を塗布する場合や
予め存在するアルミニウム化物層がその修理または改修
の部品として除去されない場合には、予め存在させても
よい。
る。構成要素は、金属下地２０、例えば超合金材料と、
アルミニウム化物（またはアルミニウム化白金）層２２
と、アルミニウム化物層上のライニング塗料２４とを含
む。アルミニウム化物層およびアルミニウム化白金層
は、一般に既知であり、ここでは特定の組成および塗布
の方法を詳細に説明しない（例えば米国特許５，５１
４，４８２号を参照）。アルミニウム化物層またはアル
ミニウム化白金層は、ある所望の性質を有する塗料を提
供するために存在させてもよいし、あるいは、構成要素
の修理または改修中にライニング塗料を塗布する場合や
予め存在するアルミニウム化物層がその修理または改修
の部品として除去されない場合には、予め存在させても
よい。
【００２１】図５は、本発明のさらに他の実施例を示し
ている。（全体的には図示しない）構成要素は、金属下
地２６、例えば超合金材料と、この下地上のライニング
塗料２４と、このライニング塗料上のアルミニウム化物
層３０とを含む。アルミニウム化物層は、例えば、ある
所望の性質を有する塗料を提供するために存在させても
よい。
ている。（全体的には図示しない）構成要素は、金属下
地２６、例えば超合金材料と、この下地上のライニング
塗料２４と、このライニング塗料上のアルミニウム化物
層３０とを含む。アルミニウム化物層は、例えば、ある
所望の性質を有する塗料を提供するために存在させても
よい。
【００２２】多くの場合、高温にさらされる物品の部分
も被覆される。タービン羽根の場合、翼形部分は、上述
したような金属ライニング塗料、米国特許５，５１４，
４８２号に記載されたアルミニウム化物塗料、セラミッ
クの断熱層またはこれら塗料の組合わせで覆ってもよ
い。多くの場合には、翼形部分を台の下側および頸部に
塗布した塗料とは異なる組成を有する塗料で被覆する
が、これらの組成が同一または類似でもよい。例えば、
翼形表面をアルミニウム化物で覆うとともに、台下面お
よび頸部をＭＣｒＡｌＹライニング型塗料で被覆しても
よい。塗料の他の組合わせも可能であり、本発明は、構
成要素のさらされた部分および遮蔽された部分に塗布さ
れる特定の組合わせの塗料に限られるものではない。
も被覆される。タービン羽根の場合、翼形部分は、上述
したような金属ライニング塗料、米国特許５，５１４，
４８２号に記載されたアルミニウム化物塗料、セラミッ
クの断熱層またはこれら塗料の組合わせで覆ってもよ
い。多くの場合には、翼形部分を台の下側および頸部に
塗布した塗料とは異なる組成を有する塗料で被覆する
が、これらの組成が同一または類似でもよい。例えば、
翼形表面をアルミニウム化物で覆うとともに、台下面お
よび頸部をＭＣｒＡｌＹライニング型塗料で被覆しても
よい。塗料の他の組合わせも可能であり、本発明は、構
成要素のさらされた部分および遮蔽された部分に塗布さ
れる特定の組合わせの塗料に限られるものではない。
【００２３】本発明によれば、耐久性が従来技術よりか
なり向上する。これらの領域において塗料のない羽根が
動作中の厳しい腐食損傷にさらされ得ることが、現場の
経験から示されている。タービン羽根の台下面および頸
部のような高温にさらされた物品の選択された部分に好
ましい組成の金属ライニング塗料を塗布することによ
り、動作中に優れた腐食および応力腐食割れの保護を提
供する。
なり向上する。これらの領域において塗料のない羽根が
動作中の厳しい腐食損傷にさらされ得ることが、現場の
経験から示されている。タービン羽根の台下面および頸
部のような高温にさらされた物品の選択された部分に好
ましい組成の金属ライニング塗料を塗布することによ
り、動作中に優れた腐食および応力腐食割れの保護を提
供する。
【図１】本発明による超合金物品の説明図。
【図２】図１の物品に塗布された塗料の概略図。
【図３】ライニング塗料によって向上した腐食寿命を示
す図。
す図。
【図４】本発明の他の実施例を示す概略図。
【図５】本発明のさらに他の実施例を示す概略図。
１０…タービン羽根 １２…翼形 １４…鋸歯状翼付根 １８…羽根台 １９…頸部 ２０…下地
フロントページの続き (72)発明者 ウォルター イー．オルソン アメリカ合衆国，コネチカット，ヴァーノ ン，ウィンディング ブルック トレイル 46 (72)発明者 ディリップ エム．シャー アメリカ合衆国，コネチカット，グラスト ンベリー，ハンプシャー ドライヴ 95 (72)発明者 アラン デイヴィッド セテル アメリカ合衆国，コネチカット，ウエスト ハートフォード，フュラー ドライヴ 90
Claims (29)
- 【請求項１】 翼形と、根元と、頸部と、前記翼形およ
び前記根元の間に配置され且つ前記頸部に隣接する下側
を有する台とを画定する超合金下地からなり、前記台の
下側および前記頸部に耐食ライニング塗料が塗布される
ことを特徴とする、ガスタービンエンジン用のタービン
羽根。 - 【請求項２】 前記塗料がＭＣｒＡｌＹライニング塗料
（ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅの組合わせを示す）であること
を特徴とする、請求項１に記載のタービン羽根。 - 【請求項３】 前記塗料が、１０〜４０％のＣｒと、５
〜３５％のＡｌと、０〜２％のＹと、０〜７％のＳｉ
と、０〜２％のＨｆとを含み、残りが主としてＮｉおよ
びＣｏの少なくとも一方であり、他の元素の総量が２０
％未満であることを特徴とする、請求項１に記載のター
ビン羽根。 - 【請求項４】 前記塗料が、２０〜４０％のＣｒと、５
〜２０％のＡｌと、０〜１％のＹと、０〜２％のＳｉ
と、０〜１％のＨｆとを含み、残りが主としてＮｉおよ
びＣｏの少なくとも一方であり、他の元素の総量が２０
％未満であることを特徴とする、請求項１に記載のター
ビン羽根。 - 【請求項５】 前記塗料が、２５〜４０％のＣｒと、５
〜１５％のＡｌと、０〜０．８％のＹと、０〜０．５％
のＳｉと、０〜０．４％のＨｆとを含み、残りが主とし
てＮｉおよびＣｏの少なくとも一方であり、他の元素の
総量が２０％未満であることを特徴とする、請求項１に
記載のタービン羽根。 - 【請求項６】 前記塗料の称呼厚さが約０．００５イン
チ未満であることを特徴とする、請求項１に記載のター
ビン羽根。 - 【請求項７】 前記塗料の厚さが約０．０００５〜０．
００３インチであることを特徴とする、請求項１に記載
のタービン羽根。 - 【請求項８】 前記翼形の表面にさらに他の塗料が塗布
され、この他の塗料の組成が前記耐食ライニング塗料と
異なることを特徴とする、請求項１に記載のタービン羽
根。 - 【請求項９】 前記下地の表面にさらにアルミニウム化
物層を有し、このアルミニウム化物層に前記ライニング
塗料が塗布されることを特徴とする、請求項１に記載の
タービン羽根。 - 【請求項１０】 前記下地の表面にさらにアルミニウム
化白金層を有し、このアルミニウム化白金層に前記ライ
ニング塗料が塗布されることを特徴とする、請求項１に
記載のタービン羽根。 - 【請求項１１】 前記ライニング塗料上にさらにアルミ
ニウム化物層が配置することを特徴とする、 請求項１
に記載のタービン羽根。 - 【請求項１２】 前記ライニング塗料上にさらにアルミ
ニウム化白金層が配置することを特徴とする、請求項１
に記載のタービン羽根。 - 【請求項１３】 前記下地が等軸晶ニッケル合金からな
ることを特徴とする、請求項１に記載のタービン羽根。 - 【請求項１４】 前記下地が指向的に結晶化したニッケ
ル合金からなることを特徴とする、請求項１に記載のタ
ービン羽根。 - 【請求項１５】 前記下地が単結晶ニッケル合金からな
ることを特徴とする、請求項１に記載のタービン羽根。 - 【請求項１６】 前記下地が柱状結晶粒ニッケル合金か
らなることを特徴とする、請求項１に記載のタービン羽
根。 - 【請求項１７】 高温ガス通路に直接さらされる第１の
露出部と、前記高温ガス通路に対する直接の露出から遮
蔽された第２の遮蔽部と、前記露出部と前記遮蔽部との
間の第３の部分とを有し、この第３の部分に耐食ライニ
ング塗料が塗布されることを特徴とする、１０００℃以
上の主要なガス通路温度の環境中で作動する超合金ガス
タービン構成要素。 - 【請求項１８】 前記構成要素がタービン羽根からな
り、前記第１露出部が第１の塗料によって覆われた翼形
を形成し、前記第２の遮蔽部が根元を形成し、前記第３
の部分が台および頸部を形成し、前記台の下側および前
記頸部に錆止めペイントが塗布され、前記第１の塗料が
前記ライニング塗料と異なる組成を有することを特徴と
する、請求項１７に記載の構成要素。 - 【請求項１９】 前記構成要素が指向的に結晶化した超
合金材料からなることを特徴とする、請求項１７に記載
の構成要素。 - 【請求項２０】 前記ライニング塗料がＭＣｒＡｌＹラ
イニング塗料（ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅの組合わせを示
す）であることを特徴とする、請求項１７に記載の構成
要素。 - 【請求項２１】 前記塗料が、１０〜４０％のＣｒと、
５〜３５％のＡｌと、０〜２％のＹと、０〜７％のＳｉ
と、０〜２％のＨｆとを含み、残りが主としてＮｉおよ
びＣｏの少なくとも一方であり、他の元素の総量が２０
％未満であることを特徴とする、請求項１７に記載の構
成要素。 - 【請求項２２】 前記塗料が、２０〜４０％のＣｒと、
５〜２０％のＡｌと、０〜１％のＹと、０〜２％のＳｉ
と、０〜１％のＨｆとを含み、残りが主としてＮｉおよ
びＣｏの少なくとも一方であり、他の元素の総量が２０
％未満であることを特徴とする、請求項１７に記載の構
成要素。 - 【請求項２３】 前記塗料が、２５〜４０％のＣｒと、
５〜１５％のＡｌと、０〜０．８％のＹと、０〜０．５
％のＳｉと、０〜０．４％のＨｆとを含み、残りが主と
してＮｉおよびＣｏの少なくとも一方であり、他の元素
の総量が２０％未満であることを特徴とする、請求項１
７に記載の構成要素。 - 【請求項２４】 前記塗料の称呼厚さが約０．００５イ
ンチ未満であることを特徴とする、請求項１７に記載の
構成要素。 - 【請求項２５】 前記塗料の厚さが約０．０００５〜
０．００３インチであることを特徴とする、請求項１７
に記載の構成要素。 - 【請求項２６】 前記下地の表面にさらにアルミニウム
化物層を有し、このアルミニウム化物層に前記ライニン
グ塗料が塗布されることを特徴とする、請求項１７に記
載の構成要素。 - 【請求項２７】 前記下地の表面にさらにアルミニウム
化白金層を有し、このアルミニウム化白金層に前記ライ
ニング塗料が塗布されることを特徴とする、請求項１７
に記載の構成要素。 - 【請求項２８】 前記ライニング塗料上にさらにアルミ
ニウム化物層が配置することを特徴とする、 請求項１
７に記載の構成要素。 - 【請求項２９】 前記ライニング塗料上にさらにアルミ
ニウム化白金層が配置することを特徴とする、請求項１
７に記載の構成要素。
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