JP2002105666A - 研磨層、燃焼エンジン、ガスタービン、及び、その製造方法 - Google Patents

研磨層、燃焼エンジン、ガスタービン、及び、その製造方法

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JP2002105666A JP2000295477A JP2000295477A JP2002105666A JP 2002105666 A JP2002105666 A JP 2002105666A JP 2000295477 A JP2000295477 A JP 2000295477A JP 2000295477 A JP2000295477 A JP 2000295477A JP 2002105666 A JP2002105666 A JP 2002105666A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期間に亘って研磨性能が維持される研磨層
の提供、及び、運転開始から長期間にわたって動翼3と
シュラウドとの適度なクリアランスが維持され、従って
動翼3の損傷が生じにくい燃焼エンジンの提供。 【解決手段】研磨層7は、第1の研磨粒子が分散さえた
第1層13と、第2の研磨粒子が分散された第2層15
とから構成されている。更に、第1の研磨粒子21は第
2の研磨粒子27よりも融点が高い。また、第2の研磨
粒子27は第1の研磨粒子21よりも高硬度である。燃
焼エンジンにおいては、動翼3は、母材11と、研磨層
7とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、対向する二つの部
材が摺動する恐れがある箇所などで、摺動の際に相手側
を削ることにより同部材の破壊・焼損等を防止する、い
わゆるアブレシシブコーティング等に用いられる研磨層
に関する。例えばガスタービン、ジェットエンジン等の
燃焼エンジンに関し、特に動翼とシュラウド等の両者の
隙間を詰める必要があるが故に摺動する恐れがある燃焼
エンジンに適用される研磨層及びその燃焼エンジンに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンの動翼先端と、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。
【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
翼とシュラウドの熱膨張差、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り、これを初
期摺動と呼ぶ。また、ガスタービンが運転されていく
と、高温ガスに曝されたシュラウドが徐々に熱変形を起
こし、やはり動翼の先端とシュラウドとが摺動してしま
うことがあり、これを二次的摺動と呼ぶ。初期摺動時に
は、動翼の先端とシュラウドとの激しい摺動が生じる場
合があるのに対し、二次的摺動は、一般に比較的緩やか
な摺動となる。
【0004】一般的にシュラウドは、その内周面に、ジ
ルコニア(ZrO↓2)等による遮熱被覆(herm
al arrier oating、以下 TBC
と呼ぶ。)を備えているか、またはMCrAlYからな
る耐酸化被膜を備えている。ジルコニアからなるコーテ
ィングの場合、通常は動翼の母材金属よりも高硬度であ
る。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った。
【0005】この様な摺動の対策として、特開平4−2
18698号公報には、酸化防止性材料であるMCrA
lYからなるマトリクス中に研磨粒子が分散した研磨層
を備えたガスタービン動翼が開示されている。この動翼
では、研磨粒子として、例えば立方晶窒化硼素(ub
ic oron itrido、以下 CBNと呼
ぶ。)等が用いられている。CBNはジルコニアよりも
高硬度である。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CBN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。また、そ
の製造方法等は、特表平9−504340号、特開平1
0−30403号や米国特許第5702574号にも記
載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CBN
は、耐熱性が十分ではないので、酸化雰囲気での長期間
の運転によって研磨粒子が酸化、溶融又は昇華して、消
失してしまうことがある。また、酸化によるMCrAl
Yの劣化に伴って、CBNの粒子が徐々に脱落してしま
うこともある。従って、初期摺動時には研磨粒子による
シュラウドの研磨がなされるものの、研磨層が劣化した
後の二次的摺動では研磨が不十分となり、動翼が大きく
損傷を受けてしまうことがある。特に近年、エネルギー
効率向上の観点からガスタービンにおける燃焼温度が高
温化する傾向が見られ、研磨層の熱劣化の問題が顕著と
なりつつある。同様の問題は、例えばジェットエンジン
等の、ガスタービン以外の燃焼エンジンにも見られる。
【0007】本発明は、上述のような問題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、長期間の使用に亘って、
研磨性能が発揮できる研磨層の提供にある。また、この
研磨層を適用することにより、動翼とシュラウドとの適
度なクリアランスが維持され、従って動翼の損傷が生じ
にくいエンジンの提供にある。更に、上記の問題に鑑み
てなされた他の発明は、このような燃焼エンジンに好適
な研磨層の形成方法の提供を目的とする。
【0008】
【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、次のとおりである。
【0009】先ず、研磨層の発明として、第1の研磨粒
子が分散されたコーティング材を有する第1層と、第2
の研磨粒子が分散されたコーティング材を有する前記第
1層の外面側に位置する第2層とを有することを特徴と
する研磨層である。
【0010】また、装置発明として、圧縮機と燃焼器と
タービンを備える燃焼エンジンの可動部分と非可動部分
とが対向する面の一方に、第1の研磨粒子が分散された
コーティング材を有する第1層と、第2の研磨粒子が分
散されたコーティング材を有する前記第1層の外面側に
位置する第2層とを有することを特徴とする燃焼エンジ
ンである。
【0011】更に、製造方法の発明として、被成膜面に
金属めっきによって第1の研磨粒子を固定する工程と、
該第1の研磨粒子が固定された金属めっき上にコーティ
ング材を成膜する工程と、該コーティング材に金属めっ
きによって第2の研磨粒子を固定する工程と、該第2の
研磨粒子を固定された金属めっき上にコーティング材を
成膜する工程とを含むことを特徴とする研磨層の製造方
法である。
【0012】これらの発明により、例えば、初期摺動で
は外面側の第2層が劣化・消失しても、第1層のコーテ
ィング層が残存し、この第1層の第1の研磨粒子によっ
てシュラウドの内周面が研磨される。従って、長期間の
使用に亘って、良好な研磨性能が発揮できる。また、燃
焼エンジンの動翼又はシュラウドのいずれか一方の面に
本研磨層を適当することにより、動翼とシュラウドとを
近接させて組立てたとしても、動翼とシュラウドとの適
度なクリアランスが維持され、燃焼エンジンの性能向上
が図れ、また、動翼やシュラウドの損傷も防止される。
尚、研磨層が動翼先端に設けられた場合は、シュラウド
内周面が研磨されることになり、研磨層がシュラウドの
内周に設けられた場合は、動翼の先端が研磨粒子によっ
て研磨されることになり、これによって動翼とシュラウ
ドとのクリアランスが維持される。更には、研磨層の製
造においては、金属めっきによって耐熱性の研磨粒子を
固定するので、各層への研磨粒子の固定・分散が効率よ
く容易にできる。
【0013】研磨層の発明として好ましくは、第1層及
び第2層の研磨粒子は、シュラウドの内周面よりも高硬
度である。これにより、シュラウドの研磨がより確実に
達成される。なお、本明細書で用いられる硬度とは、常
温下で測定されるビッカース硬度(HV)等の一般的意
味の硬度のことである。
【0014】研磨層において、好ましくは、第1層の第
1の研磨粒子は、その耐熱温度が第2層の第2の研磨粒
子の耐熱温度よりも高い粒子とし、第2層の第2の研磨
粒子は、その硬度が第1層の第1の研磨粒子よりも高硬
度である粒子とする。これにより、動翼とシュラウドと
が激しく摺動する初期摺動では、硬度の高い第2層の第
2の研磨粒子によって、比較的短時間でシュラウドが研
磨される。一方、長期間の運転によって第2層が消失し
た後も、耐熱性に優れる第1層の第1の研磨粒子が残存
し、これによって二次的摺動時の研磨が継続される。
【0015】また、好ましくは、各層は酸化防止材を主
成分とすることにより、研磨粒子を酸化から防止するこ
とができ、加えて、被成膜面である動翼先端部分の母材
の酸化も防止できる。また、好ましくは、アルミナの粒
子、シリコンカーバイトの粒子、焼結ダイヤの粒子等の
耐熱性の粒子を第1層に分散させたので、耐熱性に優
れ、且つ、比較的硬度のある第1層を形成することがで
きる。また、好ましくは、CBNの粒子を第2層に分散
させたので、高硬度で研磨性能に優れる第2層を形成す
ることができる。また、好ましくは、第1層の厚さを、
研磨粒子の粒子径以上の厚さとしたので、研磨粒子の先
端が第1層から突出することがないので、第1層上に施
される金属めっきを研磨粒子が阻害してしまうことがな
い。また、好ましくは、第2層の厚さを、研磨粒子の粒
子径以下の厚さとしたので、動翼先端とシュラウドとが
摺動し始める極めて初期の段階から、シュラウドの研磨
が行われ、動翼の損傷がより確実に防止される。
【0016】更には、シュラウドの内周面がジルコニア
(ZrO)を主成分とするコーティング層である場
合、第1層の研磨粒子の材質としてはアルミナ(Al
)、シリコンカーバイド(SiC)及び焼結ダイヤ
からなる群から選択された1種又は2種以上が好適であ
り、第2層の研磨粒子の材質としてはCBNが好適であ
る。
【0017】また、好ましくは、第1コーティング層及
び第2コーティング層のマトリックスの空隙率は1%以
下である。これにより、酸化によるマトリックスの劣化
がより確実に防止され、研磨粒子の脱落が抑制される。
マトリックスの好ましい主成分は、MCrAlYであ
る。MCrAlYにおけるMは、鉄、ニッケル及びコバ
ルトからなる群から選択された1種又は2種以上の金属
元素を意味する。すなわち、MCrAlYは、鉄、ニッ
ケル又はコバルトと、クロム(Cr)と、アルミニウム
(Al)と、イットリウム(Y)とを主成分とする合金
である。
【0018】装置発明として、好ましくは、ガスタービ
ンのタービンのロータに取り付けられた動翼の先端に研
磨層を有するので、最近効率向上の為に燃焼ガス温度が
高温化されてきたガスタービンの、高温燃焼ガスに曝さ
れる動翼においても、初期摺動、二次摺動の何れの場合
でも、良好な研磨性能を発揮することができるので、ク
リアランスを保つことができ、翼の損壊が防止できる。
【0019】製造方法の発明として好ましくは、ガスタ
ービンのローターに円周上に取付けられる動翼の先端に
円周方向外側向きに突出部分を設け、この突出部分に研
磨層を成形するようにしたので、金属めっきや溶射の際
の非被成膜面のマスキング等、被成膜面の特定が容易で
あるとともに、万一、動翼先端とシュラウドが急激に接
触し、研磨層の研磨能力を越えた場合でも、突出部分が
先ず最初に破壊されるので、動翼本体がダメージを受
け、ガスタービン全体に大きなトラブルが発生すること
を防止できる。
【0020】製造方法の発明として、好ましくは、第1
めっき工程及び第2めっき工程はニッケル電気めっきに
よって成膜される。ニッケルめっき層は耐熱性が高く、
また、第1のコーティング層及び第2のマトリクスとの
なじみも良好である。
【0021】好ましくは、上記第1成膜工程及び第2成
膜工程は酸化防止性材料の溶射によって達成される。溶
射は成膜速度が速いので、例えば電気めっき法のみから
研磨層が形成される場合に比べて効率的である。
【0022】好ましくは、第1成膜工程において、第1
の研磨粒子が酸化防止性材料によって埋没するまで溶射
が行われる。これにより、第1の研磨粒子の先端が第1
のコーティング層から突出することがなく、従って第1
のコーティング層上に施される電気めっきを第1の研磨
粒子が阻害してしまうことがない。
【0023】好ましくは、第2成膜工程における溶射は
第2の研磨粒子が第2のマトリクスに埋没するまで行わ
れる。そして、第2の研磨粒子の硬度よりも低くかつ第
2のマトリクスの硬度よりも高い硬度を有する研磨材に
よって、第2の研磨粒子が第2のマトリクスから突出す
るまで第2のマトリクスが研磨される。研磨材の硬度は
第2の研磨粒子の硬度よりも低いので、第2の研磨粒子
が研磨されてしまうことなく、第2のマトリクスが研磨
される。
【0024】
【発明の実施の形態】図1は、ガスタービンの全体を示
した模式図である。このガスタービン1では、圧縮機2
の左側から空気が吸気され、圧縮機2にて圧縮され、圧
縮された圧縮空気は燃焼器4へ供給され燃料と混合され
て連続燃焼される。そして、燃焼器4での燃焼にて得ら
れた高温高圧の燃焼ガスがタービン6へ送られ、タービ
ンのロータ8に植え込まれた動翼を駆動する。このガス
タービン1においては、タービン6へ供給される燃焼ガ
スの温度が高くなれば高くなるほど効率が良くなる為、
近年は高温化の要請が強まってきている。例えば、ター
ビン入口温度は、従来の1000℃程度から、1300
℃、更には、1500℃へと高温化してきている。
【0025】図2はガスタービン1のタービン6部分の
軸方向部分断面図である。図面に向って左側より燃焼ガ
スが供給され、一段静翼101、一段動翼201、二段
静翼102、二段動翼202、三段静翼103、と言っ
た順に静翼と動翼が交互に配列されている。そして、各
段において、静翼で整流された燃焼ガスが、その下流側
の動翼を駆動する。この際に、動翼と動翼外周側との隙
間を極力詰めるようにし、燃焼ガスが動翼に駆動力を十
分に与えるこことなく、この隙間より燃焼ガスが後段側
へ流れて、ガスタービンの効率が低下してしまわないよ
うに設計されている。
【0026】図3は、図2のタービン部分の動翼部分の
拡大であり、本発明の一実施形態にかかるガスタービン
1(又は、燃焼エンジン)の一部が示された部分断面図
である。このガスタービン1は、動翼3と、シュラウド
5とを備えており、動翼3は、その先端に研磨層7を備
えている。動翼3の先端部の外周側に位置するシュラウ
ド5は、その内周面にジルコニアを主成分とするTBC
層9を備えている。研磨層7とTBC層9との間隔(図
3において両矢印Cで示される)が、クリアランスであ
る。
【0027】図4は、図3の動翼3の先端の一部が示さ
れた拡大断面図である。図示されていないが、この図4
の上方に、クリアランスを隔ててシュラウド5が位置し
ている。この図4では、動翼の母材11と、研磨層7と
が示されている。研磨層7は、第1層13と、第2層1
5とから構成されている。第1層13は、第1めっき層
17と、第1コーティング層19と、第1の研磨粒子2
1とから構成されている。また、第2層15は、第2め
っき層23と、第2コーティング層25と、第2の研磨
粒子27とから構成されている。なお、図4では第1め
っき層17と第1コーティング層19との境界が明確に
画かれているが、実際は拡散によって境界は曖昧となっ
ている。同様に、第2めっき層23と第2コーティング
層25との境界も、拡散によって曖昧となっている。
【0028】第1めっき層17は、動翼3の母材11の
表面に施されている。後に詳述されるように、この第1
めっき層17によって、第1コーティング層19が形成
されるまでの間、第1の研磨粒子21が仮固着される。
第1めっき層17の材質は特には制限されないが、例え
ばニッケル、クロム等が用いられ、特に第1コーティン
グ層19の成分組成の一つであり馴染みのよいニッケル
が好ましい。第1めっき層17の厚み(第1コーティン
グ層19が形成される前の厚み)は特には制限されない
が、第1の研磨粒子21の下端部分のみを有効に固着す
るという観点から、30μm以上100μm以下が好ま
しい。また、第1めっき層が、被成膜面である母材表面
を覆うので、母材表面の酸化も防止することができる。
【0029】第1コーティング層19は、第1の研磨粒
子21を固着するバインダーとして機能する。この第1
コーティング層19には、酸化防止性材料が用いられて
いる。これにより、第1コーティング層19の酸化・劣
化による第1の研磨粒子21の脱落が抑制される。好ま
しい酸化防止性材料としては、MCrAlY(鉄、ニッ
ケル又はコバルトと、クロムと、アルミニウムと、イッ
トリウムとを主成分とする合金)が挙げられる。酸化防
止の観点から、第1コーティング層19の空隙率は1%
以下が好ましい。第1コーティング層19の厚みは、5
0μm以上200μm以下が好ましい。厚みが上記範囲
未満であると、第1コーティング層19から第1の研磨
粒子21が突出し、後に詳述されるように第2めっき層
23の形成に不都合が生じることがある。逆に、厚みが
上記範囲を超えると、第1層13が消失した後に第1の
研磨粒子21が第1コーティング層19から突出するま
でに長時間を要してしまうことがある。
【0030】第1の研磨粒子21は、シュラウド5のT
BC層9(ジルコニアが主成分)よりも高硬度であるこ
とが好ましい。具体的には、第1の研磨粒子21のビッ
カース硬度は、1000以上が好ましい。このような材
質としては、アルミナ、シリコンカーバイド、焼結ダイ
ヤ、CBNが挙げられる。第1の研磨粒子21の平均粒
子直径は、シュラウド5の研磨が効率よく行われるとの
観点から、50μm以上200μm以下が好ましい。ま
た、同様の理由から、第1層13における第1の研磨粒
子21の数は、30個/mm↓2以上50個/mm↓2
以下が好ましい。
【0031】第2めっき層23は、第1コーティング層
19の表面に施されている。後に詳述されるように、こ
の第2めっき層23によって、第2コーティング層25
が形成されるまでの間、第2の研磨粒子27が仮固着さ
れる。第2めっき層23の材質は特には制限されない
が、第1めっき層17と同様に、ニッケル、クロム等が
用いられ、特にニッケルが好適である。第2めっき層2
3の厚み(第2コーティング層25が形成される前の厚
み)は特には制限されないが、第2の研磨粒子27の下
端部分のみを有効に固着するという観点から、30μm
以上100μm以下が好ましい。
【0032】第2コーティング層25は、第2の研磨粒
子27を固着するバインダーとして機能する。この第2
コーティング層25には、酸化防止性材料が用いられて
いる。これにより、第2コーティング層25の酸化・劣
化による第2の研磨粒子27の脱落が抑制される。好ま
しい酸化防止性材料としては、第1コーティング層19
と同様のMCrAlYが挙げられる。酸化防止の観点か
ら、第2コーティング層25の空隙率は1%以下が好ま
しい。第2コーティング層25の厚みは、50μm以上
200μm以下が好ましい。厚みが上記範囲未満である
と、第2の研磨粒子27の固着が不十分となってしまう
ことがある。逆に、厚みが上記範囲を超えると、第2の
研磨粒子27が第2コーティング層25に埋没してしま
うことがある。
【0033】第2の研磨粒子27は、シュラウド5のT
BC層9(ジルコニアが主成分)よりも高硬度であるこ
とが好ましい。具体的には、第2の研磨粒子27のビッ
カース硬度(常温下で測定されるビッカース硬度、以下
において同じ)は、1000以上が好ましい。このよう
な材質としては、アルミナ、シリコンカーバイド、焼結
ダイヤ、CBN等が挙げられる。第2の研磨粒子27の
平均粒子直径は、シュラウド5の研磨が効率よく行われ
るとの観点から、50μm以上200μm以下が好まし
い。また、同様の理由から、第2層15における第2の
研磨粒子27の数は、10個/mm↓2以上50個/m
m↓2以下が好ましい。
【0034】この燃焼エンジンが起動され定格運転への
移行段階において、タービンの動翼3の方がシュラウド
5よりも早く加熱され、また、動翼3には回転による遠
心力が作用することもにより、動翼3の方が、シュラウ
ド5を含むケーシング部分よりも早く熱膨張を起こす。
よって、早く熱膨張した動翼3が未だ十分に熱膨張して
いないシュラウド5に接し、初期摺動が起こる。この初
期摺動時には、動翼3の最先端にある第2層15の第2
の研磨粒子27がシュラウド5の内周面にあるTBC層
と摺動し、TBC層が切削される。動翼3が高温燃焼ガ
スに曝されつつ一定時間運転された後の二次的摺動にお
いて、第2層15が消失している場合は、第1の研磨粒
子21がシュラウド5と摺動する。
【0035】第1の研磨粒子21と第2の研磨粒子27
とは同一の材質でもよいが、高温環境下でも消失しにく
いという理由から第1の研磨粒子21は酸化雰囲気で長
時間安定しているものが好ましく、激しい初期摺動に耐
えうるという理由から第2の研磨粒子27はより高硬度
なものが好ましい。具体的には、第1の研磨粒子21は
使用可能温度が1000℃以上のものが好ましく、ま
た、第2の研磨粒子27はビッカース硬度が1000以
上、特には5000以上のものが好ましい。
【0036】このような研磨粒子の組み合わせとして
は、第1の研磨粒子21がアルミナ、シリコンカーバイ
ド又は焼結ダイヤからなり、第2の研磨粒子27がCB
Nからとする事が好ましい。特に好適な第1の研磨粒子
21の材質は、ビッカース硬度が約2000とさほど高
くないものの、約1500℃で長時間安定するアルミナ
が挙げられる。なお、第2の研磨粒子27に好適なCB
Nでは、使用可能温度は約1000℃とさほど高くない
が、ビッカース硬度は約5000から7000と、極め
て高硬度である。
【0037】この動翼3では、第1層13及び第2層1
5から研磨層7が構成されているが、母材11と第1層
13との間や、第1層13と第2層15との間等に、他
の層が設けられてもよい。また、第1層と第2層が連続
的に形成され、その連続層の下層部分に第1の研磨粒子
を分散させ、上層部分に第2の研磨粒子を分散させても
よい。
【0038】ここで、動翼3の先端に研磨層7を形成す
る方法の一例を詳述する。まず、動翼3の母材11のう
ち研磨層7を形成する部分以外の部分にマスキングを施
し、この母材11を電解槽の電解液中に配置する。次
に、電気めっきを施して第1めっき層17を形成する。
電気めっきにより、電解槽の下方に沈められた第1の研
磨粒子21が仮固着される。第1の研磨粒子21の下方
部分のみが第1めっき層17に埋没するような厚みまで
第1めっき層17が形成された段階で、電気めっきを終
了させる(第1めっき工程)。
【0039】次に、第1めっき層17の上方(すなわち
第1の研磨粒子21の外面側、言換えれば、周囲)に酸
化防止性材料を溶射して、第1コーティング層19を形
成する。溶射法としては、プラズマ溶射法、高速フレー
ム溶射法等が採用可能である。溶射は、第1の研磨粒子
21が第1コーティング層19に完全に埋没するまで行
われる(第1成膜工程)。なお、溶射に代えて電気めっ
き等で第1コーティング層19が形成されてもよいが、
第1コーティング層19の形成速度が速い溶射の方が電
気めっきより効率がよく、また、経済的でもあり、好ま
しい。
【0040】次に、第1コーティング層19の表面を洗
浄し、酸化等によって生じた汚れを除去する。そして、
第1めっき工程と同様の方法で第2めっき層23を形成
し、この第2めっき層23で第2の研磨粒子27を仮固
着させる(第2めっき工程)。なお、第1の研磨粒子2
1は第1コーティング層19に埋没しているので、第1
の研磨粒子21が非導電性であってもこの第1の研磨粒
子21によって第2めっき層23の形成が阻害されるこ
とがない。
【0041】次に、第1成膜工程と同様に酸化防止性材
料を溶射して、第2コーティング層25を形成する(第
2成膜工程)。溶射によって第2の研磨粒子27が第2
コーティング層25に埋没する。その後、第2コーティ
ング層25の硬度(MCrAlYの場合は約HV40
0)と第2の研磨粒子27の硬度(CBNの場合は約H
V5000)との中間の硬度を有する材料(例えば約H
V2000であるアルミナ)からなる研磨材により第2
コーティング層25のみを研磨し、第2の研磨粒子27
の先端を第2コーティング層25から突出させる(研磨
工程)。なお、溶射に代えて電気めっき等で第2マトリ
クス25を形成してもよい。電気めっきでは形成速度が
溶射に比べて遅くなるが、第2の研磨粒子27が埋没し
ない程度に第2マトリクス25の厚みを制御することが
容易となる。
【0042】こうして第1層13と第2層15とが形成
された後に、熱処理がなされる。熱処理によって、各め
っき層と各コーティング層との間で拡散が起こって層間
の密着力が向上するとともに、層間での成分の均質化が
図られる。熱処理は、特に研磨層のためだけでなく、動
翼母材の熱処理として実施し、研磨層の熱処理と兼用さ
せることもできる。
【0043】ガスタービン動翼において、更に好ましい
例を図5に示す。図5において、動翼33の先端には、
翼プロファイルの背面にそって、動翼33の先端より更
に外周方向、即ち、円周方向外周向きであって、対向し
て位置するシュラウド(図示せず。)に近づく方向に、
突起部分39が設けられている。そして、シンニング部
分とも呼ぶこの突起部分に、上述の研磨層37が形成さ
れる。研磨層37を動翼先端全面でなく突起部分39に
形成したことにより、成膜工程においては、被成膜面部
分が突出しているので、その分他の面との区別が明確に
なり、成膜しない非被成膜部分のマスキング等が容易に
なる。また、突起部分39のみに成膜すれば済むので、
被成膜面の面積が狭くでき、成膜量が少なくて済み、製
造時間の短縮化、費用削減等の効果を図ることができ
る。更には、動翼33から突き出した薄い突起部分を有
するので、万一、ガスタービン起動時等に動翼の熱伸び
が過大になり、シュラウドと予想外の激しい接触を起こ
し、研磨が接触に追いつかなくなったとしても、動翼3
3本体よりも、突起部分39が先に破断、摩耗、焼損等
を起こして滅失してくれるので、動翼33本体に重大な
トラブルが発生することを防止できる。
【0044】以上、研磨層が動翼の先端に設けられる場
合が例とされて本発明が詳述されたが、同様の研磨層が
シュラウドの内周側に形成されてもよい。この場合は、
動翼の少なくとも先端が低硬度の材料から構成され、摺
動によって動翼が研磨される。また、通常のガスービン
では、動翼は各段毎にローター上に多数枚(例えば、数
十枚)植え込まれているが、その全ての動翼の先端に研
磨層を形成しても良いし、逆に、多数枚の内の、一部の
動翼のみ(例えば、数枚)が研磨層を施されたものであ
っても良い。また、以上の説明ではガスタービンが例と
されたが、本発明は、例えばジェットエンジン等の、動
翼とシュラウドとが摺動するおそれのある全ての燃焼エ
ンジンに適用され得るし、その他、高温酸化雰囲気中で
摺動の恐れのある装置、部品等もの有効に適用され得
る。
【0045】
【発明の効果】以上説明されたように、本発明のエンジ
ンでは、運転開始から長期間にわたって動翼とシュラウ
ドとの適度なクリアランスが維持される。従って、この
エンジンでは動翼の損傷が生じにくく、信頼性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明にかかるガスタービンの模式図
である。
【図2】図2は、ガスタービンのタービン部分の拡大断
面図である。
【図3】図3は、本発明の一実施形態にかかるガスター
ビンの一部が示された部分断面図である。
【図4】図4は、図5の動翼の先端の一部が示された拡
大断面図である。
【図5】図5は、本発明の他の実施形態にかかる動翼の
先端の拡大図である。
【符号の説明】
1・・・ガスタービン 2・・・圧縮機 3・・・動翼 4・・・燃焼器 5・・・シュラウド 6・・・タービン 7・・・研磨層 8・・・ロータ 9・・・TBC層 11・・・母材 13・・・第1層 15・・・第2層 17・・・第1めっき層 19・・・第1コーティング層 21・・・第1の研磨粒子 23・・・第2めっき層 25・・・第2コーティング層 27・・・第2の研磨粒子
───────────────────────────────────────────────────── 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 Fターム(参考) 3G002 EA05 EA08 HA04 HA13 4K031 AA02 AA08 AB02 AB03 AB08 CB08 CB11 DA01 DA04 4K044 AA01 AB10 BA02 BA06 BA10 BA12 BA13 BA18 BA19 BB05 BB11 BC01 BC11 CA11 CA18 CA53

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の研磨粒子が分散されたコーティング
    材を有する第1層と、第2の研磨粒子が分散されたコー
    ティング材を有する前記第1層の外面側に位置する第2
    層と、を有することを特徴とする研磨層。
  2. 【請求項2】第1の研磨粒子が分散されたコーティング
    材を有する第1層と、第2の研磨粒子が分散されたコー
    ティング材を有する前記第1層の外面側に位置する第2
    層を有し、前記第1の研磨粒子の耐熱温度は前記第2の
    研磨粒子の耐熱温度よりも高く、前記第2の研磨粒子の
    硬度は前記第1の研磨粒子の硬度よりも高いことを特徴
    とする研磨層。
  3. 【請求項3】第1の研磨粒子が分散された酸化防止材を
    主成分とする第1層と、第2の研磨粒子が分散された酸
    化防止材を主成分とする前記第1層の外面側に位置する
    第2層と、を有することを特徴とする研磨層。
  4. 【請求項4】アルミナの粒子、シリコンカーバイトの粒
    子、焼結ダイヤの粒子の内の少なくとも一つが分散され
    たコーティング材を有する第1層と、第2の研磨粒子が
    分散されたコーティング材を有する前記第1層の外面側
    に位置する第2層と、を有することを特徴とする研磨
    層。
  5. 【請求項5】第1の研磨粒子が分散されたコーティング
    材を有する第1層と、立方晶窒化硼素の粒子が分散され
    たコーティング材を有する前記第1層の外面側に位置す
    る第2層と、を有することを特徴とする研磨層。
  6. 【請求項6】金属めっき層部分と酸化防止材層部分とを
    有するコーティング材に第1の研磨粒子が分散された第
    1層と、金属めっき層部分と酸化防止材層部分と有する
    コーティング材に第2の研磨粒子が分散された前記第1
    層の外面側に位置する第2層と、を有することを特徴と
    する研磨層。
  7. 【請求項7】第1の研磨粒子が分散され該第1の研磨粒
    子の粒子径以上の厚さのコーティング材を有する第1層
    と、第2の研磨粒子が分散されたコーティング材を有す
    る前記第1層の外面側に位置する第2層と、を有するこ
    とを特徴とする研磨層。
  8. 【請求項8】第1の研磨粒子が分散されたコーティング
    材を有する第1層と、第2の研磨粒子が分散され該第2
    の研磨粒子の粒子径以下の厚さのコーティング材を有す
    る前記第1層の外面側に位置する第2層と、を有するこ
    とを特徴とする研磨層。
  9. 【請求項9】アルミナの粒子、シリコンカーバイトの粒
    子、焼結ダイヤの粒子の内の少なくとも一つが分散され
    たMCrAlYを主成分とする第1層と、立方晶窒化硼
    素の粒子が分散されたMCrAlYを主成分とする前記
    第1層の外面側に位置する第2層と、を有することを特
    徴とする研磨層。
  10. 【請求項10】圧縮機と燃焼器とタービンを備える燃焼
    エンジンの可動部分と非可動部分とが対向する面の一方
    に、第1の研磨粒子が分散されたコーティング材を有す
    る第1層と、第2の研磨粒子が分散されたコーティング
    材を有する前記第1層の外面側に位置する第2層と、を
    有することを特徴とする燃焼エンジン。
  11. 【請求項11】圧縮機と燃焼器とタービンを備えるガス
    タービンの該タービンのロータに取り付けられた動翼の
    先端に、アルミナの粒子、シリコンカーバイトの粒子、
    焼結ダイヤの粒子の内の少なくとも一つが分散されたM
    CrAlYを主成分とする第1層と、立方晶窒化硼素の
    粒子が分散されたMCrAlYを主成分とする前記第1
    層の外面側に位置する第2層と、を有することを特徴と
    するガスタービン。
  12. 【請求項12】被成膜面に金属めっきによって第1の研
    磨粒子を固定する工程と、該第1の研磨粒子が固定され
    た金属めっき上にコーティング材を成膜する工程と、該
    コーティング材に金属めっきによって第2の研磨粒子を
    固定する工程と、該第2の研磨粒子を固定された金属め
    っき上にコーティング材を成膜する工程と、を含むこと
    を特徴とする研磨層の製造方法。
  13. 【請求項13】ガスタービンのローターに円周上に取付
    けられる動翼であって、該動翼の先端に円周方向外側向
    きに突出部分を備え、該突出部分に金属めっきによって
    アルミナの粒子、シリコンカーバイトの粒子、焼結ダイ
    ヤの粒子の内の少なくとも一つを固定する工程と、該耐
    熱性の研磨粒子が固定された金属めっき上にMCrAl
    Yを溶射する工程と、該工程にで形成されたコーティン
    グの表面に金属めっきによって立方晶窒化硼素の粒子を
    固定する工程と、該高硬度の研磨粒子を固定された金属
    めっき上にMCrAlYを溶射する工程と、を含むこと
    を特徴とするガスタービン動翼の製造方法。
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