JP2002173783A - 金属基材に高温ボンドコートを施工する方法並びに関連組成物及び製品 - Google Patents
金属基材に高温ボンドコートを施工する方法並びに関連組成物及び製品Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ボンドコート及び遮熱コーティングの皮膜を施
工したタービンエンジン等の金属系基材を提供する。 【解決手段】金属系基材上にボンドコートを施工する方
法では、ろう材だけでなく揮発分も含有するスラリーを
基材上に塗布する。かかるスラリーはボンドコート材料
を含んでいてもよい。或いは、ボンドコート材料を固体
又は第二のスラリーとして後から施工することもでき
る。次いで、スラリー及びボンドコートが乾燥され、基
材に融着させる。
工したタービンエンジン等の金属系基材を提供する。 【解決手段】金属系基材上にボンドコートを施工する方
法では、ろう材だけでなく揮発分も含有するスラリーを
基材上に塗布する。かかるスラリーはボンドコート材料
を含んでいてもよい。或いは、ボンドコート材料を固体
又は第二のスラリーとして後から施工することもでき
る。次いで、スラリー及びボンドコートが乾燥され、基
材に融着させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属に施工された
ボンドコート及び遮熱コーティングに関する。金属は大
概はタービンエンジンに使用される部品の一部分であ
る。本発明はかかる皮膜を施工する方法にも関する。
ボンドコート及び遮熱コーティングに関する。金属は大
概はタービンエンジンに使用される部品の一部分であ
る。本発明はかかる皮膜を施工する方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】超合金のような特殊材料で作られた部品
は多種多様な動作条件の下で様々な工業用途に使用され
ている。かかる部品には、耐食性、耐熱性、耐酸化性、
耐摩耗性など種々の特性を付与するための皮膜が設けら
れていることが多い。例えば、タービンエンジンの各種
部品は、通例約１１００〜１１５０℃の稼働温度に耐え
得るが、その動作可能な温度を効果的に向上させるため
遮熱コーティング（ＴＢＣ）で被覆することが多い。
は多種多様な動作条件の下で様々な工業用途に使用され
ている。かかる部品には、耐食性、耐熱性、耐酸化性、
耐摩耗性など種々の特性を付与するための皮膜が設けら
れていることが多い。例えば、タービンエンジンの各種
部品は、通例約１１００〜１１５０℃の稼働温度に耐え
得るが、その動作可能な温度を効果的に向上させるため
遮熱コーティング（ＴＢＣ）で被覆することが多い。
【０００３】大半のＴＢＣは、例えばジルコニア（酸化
ジルコニウム）などの材料を主成分とするセラミック系
のものであり、通常はイットリアのような別の材料で化
学的に安定化されている。ジェットエンジンでは、皮膜
は、タービン動翼、タービン静翼、燃焼器ライナ及び燃
焼器ノズルなど各種の超合金表面に施工される。通常、
ＴＢＣセラミックは金属部品の表面に直接施工された介
在ボンドコート（「結合層」と呼ばれることもある）の
上に施工される。ボンドコートは、金属基材とＴＢＣと
の密着性の改善に決定的重要性をもつことが多い。
ジルコニウム）などの材料を主成分とするセラミック系
のものであり、通常はイットリアのような別の材料で化
学的に安定化されている。ジェットエンジンでは、皮膜
は、タービン動翼、タービン静翼、燃焼器ライナ及び燃
焼器ノズルなど各種の超合金表面に施工される。通常、
ＴＢＣセラミックは金属部品の表面に直接施工された介
在ボンドコート（「結合層」と呼ばれることもある）の
上に施工される。ボンドコートは、金属基材とＴＢＣと
の密着性の改善に決定的重要性をもつことが多い。
【０００４】ＴＢＣの有効性は、保護している基材から
ＴＢＣが剥落するまでに耐えることのできる熱サイクル
の数によって測定されることが多々ある。一般に、暴露
温度が高いほど皮膜の有効性は落ちる。ＴＢＣの破損
は、ボンドコートのミクロ組織などボンドコートと何ら
かの関連性がある弱さ又は欠陥に起因することが多い。
ＴＢＣの破損はボンドコート−基材界面又はボンドコー
ト−ＴＢＣ界面の欠陥に起因することもある。
ＴＢＣが剥落するまでに耐えることのできる熱サイクル
の数によって測定されることが多々ある。一般に、暴露
温度が高いほど皮膜の有効性は落ちる。ＴＢＣの破損
は、ボンドコートのミクロ組織などボンドコートと何ら
かの関連性がある弱さ又は欠陥に起因することが多い。
ＴＢＣの破損はボンドコート−基材界面又はボンドコー
ト−ＴＢＣ界面の欠陥に起因することもある。
【０００５】ボンドコートのミクロ組織はその堆積法に
よって決まることが多い。堆積法自体はその上層をなす
保護皮膜に関する条件によってある程度決まる。例え
ば、多くのＴＢＣでは基材への有効な密着性のため非常
に粗いボンドコート面（例えば、二乗平均粗さ（Ｒa）
が約２００マイクロインチを上回るもの）が必要とされ
る。かかる表面を与えるため大気プラズマ溶射（ＡＰ
Ｓ）技術が多用される。
よって決まることが多い。堆積法自体はその上層をなす
保護皮膜に関する条件によってある程度決まる。例え
ば、多くのＴＢＣでは基材への有効な密着性のため非常
に粗いボンドコート面（例えば、二乗平均粗さ（Ｒa）
が約２００マイクロインチを上回るもの）が必要とされ
る。かかる表面を与えるため大気プラズマ溶射（ＡＰ
Ｓ）技術が多用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】当技術分野では、基材
と後で施工されるＴＢＣとの極めて良好な密着性をもた
らすボンドコート（例えば、表面の比較的粗いボンドコ
ート）に対するニーズが存在し続けている。さらに、基
材の手に届きにくい領域にかかる皮膜を施工して硬化さ
せるための新規方法も多大な関心がもたれている（従来
の溶射装置はかかる領域には大きすぎて扱い難いことが
ある）。さらに、ＴＢＣ系全体（ＴＢＣとボンドコー
ト）は高温及び度重なる熱サイクルに暴露されたとき良
好な健全性を示すべきである。かかる系は、高温及び度
重なる熱サイクルに暴露される超合金部品などの高性能
用途に用いられる部品の保護に有効であるべきである。
と後で施工されるＴＢＣとの極めて良好な密着性をもた
らすボンドコート（例えば、表面の比較的粗いボンドコ
ート）に対するニーズが存在し続けている。さらに、基
材の手に届きにくい領域にかかる皮膜を施工して硬化さ
せるための新規方法も多大な関心がもたれている（従来
の溶射装置はかかる領域には大きすぎて扱い難いことが
ある）。さらに、ＴＢＣ系全体（ＴＢＣとボンドコー
ト）は高温及び度重なる熱サイクルに暴露されたとき良
好な健全性を示すべきである。かかる系は、高温及び度
重なる熱サイクルに暴露される超合金部品などの高性能
用途に用いられる部品の保護に有効であるべきである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施形態は、
金属系基材にボンドコートを施工する方法であって、 ａ）ろう材だけでなく揮発分も含有するスラリーを基材
に塗布する段階、 ｂ）ボンドコート材料を基材に塗布する段階、 ｃ）揮発分の少なくとも一部を除去するのに十分な条件
下でスラリー及びボンドコート材料を乾燥する段階、及
び ｄ）ろう材及びボンドコート材料を基材に融着させる段
階 を含んでなる方法に関する。
金属系基材にボンドコートを施工する方法であって、 ａ）ろう材だけでなく揮発分も含有するスラリーを基材
に塗布する段階、 ｂ）ボンドコート材料を基材に塗布する段階、 ｃ）揮発分の少なくとも一部を除去するのに十分な条件
下でスラリー及びボンドコート材料を乾燥する段階、及
び ｄ）ろう材及びボンドコート材料を基材に融着させる段
階 を含んでなる方法に関する。
【０００８】ろう材は通常はニッケル、コバルト又は鉄
を主成分とする。ボンドコート材料は、以下で説明する
「ＭＣｒＡｌＸ」材料又は金属炭化物であることが多
い。
を主成分とする。ボンドコート材料は、以下で説明する
「ＭＣｒＡｌＸ」材料又は金属炭化物であることが多
い。
【０００９】本発明によってボンドコートを施工するに
は様々な方法がある。一つの方法では、ボンドコート材
料とろう材を溶媒及び以下で説明する１種類以上の添加
剤と混合する。次いで、得られたスラリー混合物をフロ
ーコーティング、刷毛塗り又は吹付けなどの様々な技術
で基材に塗布すればよい。別法として、段階ａ）でろう
材を含むがボンドコート材料を含まないスラリーを塗布
し、実質的に乾燥してグリーン層を形成する。グリーン
層に接着剤を塗布し、融着段階の前にボンドコート粒子
を接着剤に塗布すればよい。さらに別の方法では、２種
類の別個のスラリー（ろう材を含むスラリーとボンドコ
ート材料を含むスラリー）を使用できる。各々のスラリ
ーは以下で説明する添加剤を含んでいてもよい。この実
施形態では、まずろう材スラリーを塗布してから、ボン
ドコートスラリーを塗布するのが普通である。次いでス
ラリーを乾燥し、基材に融着させればよい。所望に応じ
て、ボンドコート上にオーバーコートを施工できる。オ
ーバーコートは通常は、慣用の遮熱コーティング（ジル
コニウム系のものなど）である。別法として、オーバー
コートは、金属炭化物系耐摩耗性皮膜のような別のタイ
プのものであってもよい。
は様々な方法がある。一つの方法では、ボンドコート材
料とろう材を溶媒及び以下で説明する１種類以上の添加
剤と混合する。次いで、得られたスラリー混合物をフロ
ーコーティング、刷毛塗り又は吹付けなどの様々な技術
で基材に塗布すればよい。別法として、段階ａ）でろう
材を含むがボンドコート材料を含まないスラリーを塗布
し、実質的に乾燥してグリーン層を形成する。グリーン
層に接着剤を塗布し、融着段階の前にボンドコート粒子
を接着剤に塗布すればよい。さらに別の方法では、２種
類の別個のスラリー（ろう材を含むスラリーとボンドコ
ート材料を含むスラリー）を使用できる。各々のスラリ
ーは以下で説明する添加剤を含んでいてもよい。この実
施形態では、まずろう材スラリーを塗布してから、ボン
ドコートスラリーを塗布するのが普通である。次いでス
ラリーを乾燥し、基材に融着させればよい。所望に応じ
て、ボンドコート上にオーバーコートを施工できる。オ
ーバーコートは通常は、慣用の遮熱コーティング（ジル
コニウム系のものなど）である。別法として、オーバー
コートは、金属炭化物系耐摩耗性皮膜のような別のタイ
プのものであってもよい。
【００１０】金属系基材上に施工されたボンドコートを
交換する方法についても以下で説明する。この方法に
は、普通、以下の段階が含まれる。 （ｉ）基材の所定の領域から既存のボンドコートを除去
する段階、（ii）ろう材だけでなく揮発分も含有するス
ラリーを上記所定の領域に塗布する段階、（iii）追加
のボンドコート材料を上記所定の領域に塗布する段階、
及び（iv）ろう材及びボンドコート材料を上記所定の領
域に融着させる段階。
交換する方法についても以下で説明する。この方法に
は、普通、以下の段階が含まれる。 （ｉ）基材の所定の領域から既存のボンドコートを除去
する段階、（ii）ろう材だけでなく揮発分も含有するス
ラリーを上記所定の領域に塗布する段階、（iii）追加
のボンドコート材料を上記所定の領域に塗布する段階、
及び（iv）ろう材及びボンドコート材料を上記所定の領
域に融着させる段階。
【００１１】この技術は摩耗又は損傷したＴＢＣ系の補
修プロセス全体の一部をなし得る。
修プロセス全体の一部をなし得る。
【００１２】本発明の別の実施形態は、ろう材及びボン
ドコート材料を、溶媒のような慣用スラリー成分と共に
含有するスラリー組成物に関する。別記した通り、通
常、ろう材はニッケル、コバルト、鉄、貴金属、又はこ
れらの成分のいずれかを含む混合物である。ボンドコー
ト材料は普通はＭＣｒＡｌＸ型（後述）のものである
が、金属炭化物その他の材料であってもよい。このスラ
リー組成物はＴＢＣ系の形成に極めて有用である。
ドコート材料を、溶媒のような慣用スラリー成分と共に
含有するスラリー組成物に関する。別記した通り、通
常、ろう材はニッケル、コバルト、鉄、貴金属、又はこ
れらの成分のいずれかを含む混合物である。ボンドコー
ト材料は普通はＭＣｒＡｌＸ型（後述）のものである
が、金属炭化物その他の材料であってもよい。このスラ
リー組成物はＴＢＣ系の形成に極めて有用である。
【００１３】本発明の別の実施形態は製品である。この
製品は、（ａ）金属系基材、及び（ｂ）基材上の揮発分
含有スラリーであって、ろう材及びボンドコート材料
（粗面形成性ボンドコート粒子など）を含んでなる揮発
分含有スラリーを含んでなる。
製品は、（ａ）金属系基材、及び（ｂ）基材上の揮発分
含有スラリーであって、ろう材及びボンドコート材料
（粗面形成性ボンドコート粒子など）を含んでなる揮発
分含有スラリーを含んでなる。
【００１４】基材は大抵は超合金であり、ろう材及びボ
ンドコート材料については以下で説明する。スラリー中
の揮発分を実質的に除去すると、グリーン皮膜が残り、
これをろう付けなどで基材に融着させる。融着後、ろう
材は連続マトリックス相をなし、その内部にボンドコー
ト粒子が埋め込まれている。
ンドコート材料については以下で説明する。スラリー中
の揮発分を実質的に除去すると、グリーン皮膜が残り、
これをろう付けなどで基材に融着させる。融着後、ろう
材は連続マトリックス相をなし、その内部にボンドコー
ト粒子が埋め込まれている。
【００１５】本発明のその他の特徴及び利点は、以下の
本発明の詳細な説明から一段と明らかとなろう。
本発明の詳細な説明から一段と明らかとなろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明で使用されるろう材は当技
術分野で公知の合金組成物から形成することができ、市
販されてもいる。２種類のかかる組成物が多用される。
すなわち、通常の液体ろう材と活性化拡散ろう材であ
る。（常にではないが）大抵は、ろう合金は基材と類似
した組成を有する。例えば、基材がニッケル基超合金で
あれば、ろう合金は約４０重量％以上のニッケルをクロ
ム、アルミニウム及びイットリウムのような他の様々な
元素と共に含むのが普通である（コバルト基超合金では
一般に含ニッケル又は含コバルトろう合金が使用され
る）。ろう合金組成物は通例その融点を降下させる１種
類以上の成分も含む。ニッケル基及びコバルト基ろう合
金組成物用の融点降下剤の例は、ケイ素、ホウ素及びリ
ンである。ケイ素又はホウ素又はこれらの組合わせが往
々にして好ましい。ろう合金組成物は、フラックス剤な
どの当技術分野で公知の他の添加物も含み得る。ろう合
金の平均粒度は通常は約２０〜約１５０ミクロン、さら
に好ましくは約４０〜約８０ミクロンである。
術分野で公知の合金組成物から形成することができ、市
販されてもいる。２種類のかかる組成物が多用される。
すなわち、通常の液体ろう材と活性化拡散ろう材であ
る。（常にではないが）大抵は、ろう合金は基材と類似
した組成を有する。例えば、基材がニッケル基超合金で
あれば、ろう合金は約４０重量％以上のニッケルをクロ
ム、アルミニウム及びイットリウムのような他の様々な
元素と共に含むのが普通である（コバルト基超合金では
一般に含ニッケル又は含コバルトろう合金が使用され
る）。ろう合金組成物は通例その融点を降下させる１種
類以上の成分も含む。ニッケル基及びコバルト基ろう合
金組成物用の融点降下剤の例は、ケイ素、ホウ素及びリ
ンである。ケイ素又はホウ素又はこれらの組合わせが往
々にして好ましい。ろう合金組成物は、フラックス剤な
どの当技術分野で公知の他の添加物も含み得る。ろう合
金の平均粒度は通常は約２０〜約１５０ミクロン、さら
に好ましくは約４０〜約８０ミクロンである。
【００１７】ニッケル基及びコバルト基ろう合金組成物
の具体例は、本願出願人に譲渡された１９９９年１１月
２３日出願の米国特許出願第０９／４４４７３７号
（Ｗ．Ｈａｓｚ）に記載されている（その開示内容は援
用によって本明細書に取り込まれる）。本発明で好まし
いニッケル基ろう合金組成物は、約５〜約１５重量％の
ケイ素又はホウ素、約１５〜約２５重量％のクロム、及
び残部のニッケルからなる。ホウ素よりもケイ素の方が
好ましいこともある。ケイ素とホウ素の混合物も使用で
きる。
の具体例は、本願出願人に譲渡された１９９９年１１月
２３日出願の米国特許出願第０９／４４４７３７号
（Ｗ．Ｈａｓｚ）に記載されている（その開示内容は援
用によって本明細書に取り込まれる）。本発明で好まし
いニッケル基ろう合金組成物は、約５〜約１５重量％の
ケイ素又はホウ素、約１５〜約２５重量％のクロム、及
び残部のニッケルからなる。ホウ素よりもケイ素の方が
好ましいこともある。ケイ素とホウ素の混合物も使用で
きる。
【００１８】その他の種類のろう合金も使用でき、例え
ば銀、金、白金及び／又はパラジウムを銅、マンガン、
ニッケル、クロム、ケイ素、ホウ素などの他の金属と共
に含む貴金属組成物が使用できる。ろう合金元素の１種
類以上を含む混合物も使用し得る。金属ろう組成物の多
くはＰｒａｘａｉｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｉｅｓ社から市販されている。
ば銀、金、白金及び／又はパラジウムを銅、マンガン、
ニッケル、クロム、ケイ素、ホウ素などの他の金属と共
に含む貴金属組成物が使用できる。ろう合金元素の１種
類以上を含む混合物も使用し得る。金属ろう組成物の多
くはＰｒａｘａｉｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｉｅｓ社から市販されている。
【００１９】上述の通り、ろう材はスラリーの形態で使
用される。スラリーは普通１種類以上の結合剤及び溶媒
を含む。溶媒の選択は、結合剤の溶解能、ろう材粉体の
分散能、及び基材へのスラリーの塗布法など、様々な要
因に依存する。普通、ろう材は水性溶媒又は有機溶媒の
いずれかに分散させることができる。その具体例には、
水、エタノールなどのアルコール、ケトン、ニトリル溶
剤（アセトニトリルなど）、アセトンのようなケトン系
溶剤、トルエン、キシレン、キシレノールなどの芳香族
溶剤、及びその混和性混合物がある。場合によっては、
一方の溶媒がフラッシュ蒸発し、他方の溶媒がゆっくり
と蒸発して平滑化効果をもたらすような二溶媒系が好ま
しいこともある。本明細書中で用いる「揮発分」という
用語は概してスラリーに使用した溶媒（又は複数の溶
媒）をいう。なお、スラリー中の結合剤及びその他の成
分も蒸発するし、温度が上昇すると（例えば、融着温度
に近づくと）分解する。
用される。スラリーは普通１種類以上の結合剤及び溶媒
を含む。溶媒の選択は、結合剤の溶解能、ろう材粉体の
分散能、及び基材へのスラリーの塗布法など、様々な要
因に依存する。普通、ろう材は水性溶媒又は有機溶媒の
いずれかに分散させることができる。その具体例には、
水、エタノールなどのアルコール、ケトン、ニトリル溶
剤（アセトニトリルなど）、アセトンのようなケトン系
溶剤、トルエン、キシレン、キシレノールなどの芳香族
溶剤、及びその混和性混合物がある。場合によっては、
一方の溶媒がフラッシュ蒸発し、他方の溶媒がゆっくり
と蒸発して平滑化効果をもたらすような二溶媒系が好ま
しいこともある。本明細書中で用いる「揮発分」という
用語は概してスラリーに使用した溶媒（又は複数の溶
媒）をいう。なお、スラリー中の結合剤及びその他の成
分も蒸発するし、温度が上昇すると（例えば、融着温度
に近づくと）分解する。
【００２０】スラリーには、ポリエチレンオキシドや各
種アクリル系誘電体のような水性有機材料又は溶媒系結
合剤のような各種の結合剤を使用し得る。スラリーは、
分散剤、湿潤剤、解膠剤、安定剤、沈降防止剤、増粘
剤、可塑剤、軟化剤、潤滑剤、界面活性剤、消泡剤、硬
化調整剤などその他様々な添加剤を含んでいてもよい。
一般に、添加剤は各々スラリー組成物全体の重量を基準
として約０．０１〜約１０重量％の量で使用される。各
添加剤の最も有効な量は当業者が容易に決定し得る。
種アクリル系誘電体のような水性有機材料又は溶媒系結
合剤のような各種の結合剤を使用し得る。スラリーは、
分散剤、湿潤剤、解膠剤、安定剤、沈降防止剤、増粘
剤、可塑剤、軟化剤、潤滑剤、界面活性剤、消泡剤、硬
化調整剤などその他様々な添加剤を含んでいてもよい。
一般に、添加剤は各々スラリー組成物全体の重量を基準
として約０．０１〜約１０重量％の量で使用される。各
添加剤の最も有効な量は当業者が容易に決定し得る。
【００２１】スラリーの混合に関する従来技術の詳細
は、米国特許第４３２５７５４号（その開示内容は文献
の援用によって本明細書の内容の一部をなす）などの様
々な文献に記載されている。スラリー組成物は市販され
てもいる。様々な技術を用いてスラリーを基材に塗布す
ることができる。具体的には、スリップキャスティン
グ、刷毛塗り、絵付け、ディッピング、フローコーティ
ング、ロールコーティング、スピンコーティング及び吹
付けがある。これに関しては、例えばＫｉｒｋ−Ｏｔｈ
ｍｅｒ “Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”， ４ｔｈ Ｅｄｉ
ｔｉｏｎ， Ｖｏｌ．５， ６０６〜６１９頁、及び
“Ｔｈｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｐａｉｎｔ
ｓ， Ｖａｒｎｉｓｈｅｓ ａｎｄ Ｌａｃｑｕｅｒ
ｓ”（Ｃ．Ｍａｒｔｅｎｓ編、Ｒｅｉｎｈｏｌｄ Ｂｏ
ｏｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ発行，１９６８）など、
様々な文献が役立つ。米国特許出願第０９／３７８９５
６号（Ｄ．Ｓａｎｇｅｅｔａ他、１９９９年８月２３日
出願、本願出願人に譲渡）にも、スラリー技術の幾つか
の側面が記載されており、その開示内容は援用によって
本明細書に取り込まれる。
は、米国特許第４３２５７５４号（その開示内容は文献
の援用によって本明細書の内容の一部をなす）などの様
々な文献に記載されている。スラリー組成物は市販され
てもいる。様々な技術を用いてスラリーを基材に塗布す
ることができる。具体的には、スリップキャスティン
グ、刷毛塗り、絵付け、ディッピング、フローコーティ
ング、ロールコーティング、スピンコーティング及び吹
付けがある。これに関しては、例えばＫｉｒｋ−Ｏｔｈ
ｍｅｒ “Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”， ４ｔｈ Ｅｄｉ
ｔｉｏｎ， Ｖｏｌ．５， ６０６〜６１９頁、及び
“Ｔｈｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｐａｉｎｔ
ｓ， Ｖａｒｎｉｓｈｅｓ ａｎｄ Ｌａｃｑｕｅｒ
ｓ”（Ｃ．Ｍａｒｔｅｎｓ編、Ｒｅｉｎｈｏｌｄ Ｂｏ
ｏｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ発行，１９６８）など、
様々な文献が役立つ。米国特許出願第０９／３７８９５
６号（Ｄ．Ｓａｎｇｅｅｔａ他、１９９９年８月２３日
出願、本願出願人に譲渡）にも、スラリー技術の幾つか
の側面が記載されており、その開示内容は援用によって
本明細書に取り込まれる。
【００２２】本発明では様々なタイプのボンドコート材
料を使用できる。その大半は当技術分野で公知である。
（常にではないが）大抵は「高温」ボンドコートが好ま
しい。これは、基材が約５００℃以上（多くは約９００
℃以上）の稼働温度に暴露される用途に用いられるボン
ドコートである。大概、ボンドコート材料はＭＣｒＡｌ
Ｘ型のものである。ＭはＦｅ、Ｎｉ又はＣｏのような各
種の金属又はそれらの組合せでよく、ＸはＹ、Ｔａ、Ｓ
ｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃ及びそれらの組合せから
なる群から選択される。（Ｘは普通はイットリウムであ
る）。このタイプの好ましい合金は、約１７〜２３重量
％のクロム、約４〜約１３重量％のアルミニウム、約
０．１〜約２重量％のイットリウム、及び残部のＭから
なる広範な組成を有する。幾つかの実施形態では、Ｍは
ニッケルとコバルトの混合物であり、ニッケルとコバル
トとの重量比は約１０：９０〜約９０：１０である。
料を使用できる。その大半は当技術分野で公知である。
（常にではないが）大抵は「高温」ボンドコートが好ま
しい。これは、基材が約５００℃以上（多くは約９００
℃以上）の稼働温度に暴露される用途に用いられるボン
ドコートである。大概、ボンドコート材料はＭＣｒＡｌ
Ｘ型のものである。ＭはＦｅ、Ｎｉ又はＣｏのような各
種の金属又はそれらの組合せでよく、ＸはＹ、Ｔａ、Ｓ
ｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃ及びそれらの組合せから
なる群から選択される。（Ｘは普通はイットリウムであ
る）。このタイプの好ましい合金は、約１７〜２３重量
％のクロム、約４〜約１３重量％のアルミニウム、約
０．１〜約２重量％のイットリウム、及び残部のＭから
なる広範な組成を有する。幾つかの実施形態では、Ｍは
ニッケルとコバルトの混合物であり、ニッケルとコバル
トとの重量比は約１０：９０〜約９０：１０である。
【００２３】前述の通り、別のタイプのボンドコート材
料も使用できる。非限定的な具体例には、アルミナイ
ド、白金アルミナイド、ニッケルアルミナイド、白金ニ
ッケルアルミナイド及びそれらの混合物がある。さら
に、ＭＣｒＡｌＸ型の材料とジルコニウム又はハフニウ
ムのような金属との混合物も使用し得る。最適なボンド
コート材料の選択は、最終用途、コスト、加工法及びそ
の他の事項に基づいて当業者がなし得ることである。
料も使用できる。非限定的な具体例には、アルミナイ
ド、白金アルミナイド、ニッケルアルミナイド、白金ニ
ッケルアルミナイド及びそれらの混合物がある。さら
に、ＭＣｒＡｌＸ型の材料とジルコニウム又はハフニウ
ムのような金属との混合物も使用し得る。最適なボンド
コート材料の選択は、最終用途、コスト、加工法及びそ
の他の事項に基づいて当業者がなし得ることである。
【００２４】ボンドコート粒子の粒度は幾分変化させる
ことができ、ボンドコートの望ましい粗さにある程度関
係する。普通、ボンドコート粒子は約４５ミクロン以上
の平均粒度を有する。後でＴＢＣを大気プラズマ溶射
（往々にして粗い下地面が必要とされる）で施工する場
合には、ボンドコート粒子の平均粒度は普通約１５０ミ
クロン以上である。幾つかの好ましい実施形態では、ボ
ンドコート粒子は約１５０〜約３００ミクロンの粒度を
有する。粗さを大きくすることが望まれる場合などに
は、さらに大きな粒度のものを使用してもよい。こうし
た粒子を、本明細書中では「一次ボンドコート粒子」と
いうこともあるが、これは以下で説明する従来のタイプ
の粗さ（Ｒa）を与える。
ことができ、ボンドコートの望ましい粗さにある程度関
係する。普通、ボンドコート粒子は約４５ミクロン以上
の平均粒度を有する。後でＴＢＣを大気プラズマ溶射
（往々にして粗い下地面が必要とされる）で施工する場
合には、ボンドコート粒子の平均粒度は普通約１５０ミ
クロン以上である。幾つかの好ましい実施形態では、ボ
ンドコート粒子は約１５０〜約３００ミクロンの粒度を
有する。粗さを大きくすることが望まれる場合などに
は、さらに大きな粒度のものを使用してもよい。こうし
た粒子を、本明細書中では「一次ボンドコート粒子」と
いうこともあるが、これは以下で説明する従来のタイプ
の粗さ（Ｒa）を与える。
【００２５】好ましい実施形態、特に大気プラズマ溶射
でＴＢＣを施工する場合には、ボンドコート粒子は特定
の形状を有する。その形状は、ボンドコート材料をろう
材で基材に融着させた後のボンドコートにミクロ粗さを
生ずるのに十分である。ミクロ粗さは一次ボンドコート
粒子で与えられる粗さ（Ｒa）とは別のもので、それに
追加される。（従来の粗さは表面輪郭測定法によって測
定されるのが通例である）。ミクロ粗さは、一次粒子の
微細な粗さ及び折り返しである。本発明のすべての実施
形態で、後で施工されるＴＢＣに対する極めて良好な密
着性をもたらす。ただし、ミクロ粗さが存在すると、Ｔ
ＢＣの実用寿命中にその密着性が大幅に向上する場合が
多い。
でＴＢＣを施工する場合には、ボンドコート粒子は特定
の形状を有する。その形状は、ボンドコート材料をろう
材で基材に融着させた後のボンドコートにミクロ粗さを
生ずるのに十分である。ミクロ粗さは一次ボンドコート
粒子で与えられる粗さ（Ｒa）とは別のもので、それに
追加される。（従来の粗さは表面輪郭測定法によって測
定されるのが通例である）。ミクロ粗さは、一次粒子の
微細な粗さ及び折り返しである。本発明のすべての実施
形態で、後で施工されるＴＢＣに対する極めて良好な密
着性をもたらす。ただし、ミクロ粗さが存在すると、Ｔ
ＢＣの実用寿命中にその密着性が大幅に向上する場合が
多い。
【００２６】ミクロ粗さは幾つかの方法で得られるが、
普通はかかる効果を与えることが知られている市販のボ
ンドコート粉体を使用する。ミクロ粗さは、大きな一次
粒子に結合したボンドコート材料の小球（例えば、一次
粒子の粒径の約５〜約５０％の粒径をもつもの）の形態
をとり得る。
普通はかかる効果を与えることが知られている市販のボ
ンドコート粉体を使用する。ミクロ粗さは、大きな一次
粒子に結合したボンドコート材料の小球（例えば、一次
粒子の粒径の約５〜約５０％の粒径をもつもの）の形態
をとり得る。
【００２７】或いは、ミクロ粗さは一次粒子上の凹凸又
は粗面の形態もとり得る。この場合、一次粒子の表面は
複雑に入り組んでいて、一部の領域ではアンダーカット
部が折り返しているように見える。かかる粒子表面は、
イングリッシュマフィンを半分に引裂いたときの表面に
似た外観を有する。こうした特性を（例えば、ＭＣｒＡ
ｌＸ型の組成と併せて）もつ粉体粒子は市販されてい
る。
は粗面の形態もとり得る。この場合、一次粒子の表面は
複雑に入り組んでいて、一部の領域ではアンダーカット
部が折り返しているように見える。かかる粒子表面は、
イングリッシュマフィンを半分に引裂いたときの表面に
似た外観を有する。こうした特性を（例えば、ＭＣｒＡ
ｌＸ型の組成と併せて）もつ粉体粒子は市販されてい
る。
【００２８】本発明の一実施形態では、スラリーはボン
ドコート材料も含んでいて、ろう材とボンドコート材料
は基材に同時に塗布される。ろう材及びボンドコート材
料を一つのスラリーに導入するにはどんな従来法を用い
てもよく、例えば、機械式ミキサを用いてもよい。一般
的な安全手順に従うことに加えて、各金属成分がスラリ
ー中で十分な分散状態を保つように注意すべきである。
スラリーには、１種類以上の水性溶媒又は有機溶媒を用
いる。この実施形態のための具体的溶媒又は溶媒混合物
の選択は、ろう材及びボンドコート材料双方との溶媒の
適性及び任意成分たる融点降下剤との溶媒の適性にある
程度依存する。溶媒は、固体成分を実質的に分散状態に
保つことのできるものであるべきである。さらに、スラ
リーに用いる（上述の）添加剤は互いに適合性で、スラ
リーの他の成分とも適合性を有するべきである。
ドコート材料も含んでいて、ろう材とボンドコート材料
は基材に同時に塗布される。ろう材及びボンドコート材
料を一つのスラリーに導入するにはどんな従来法を用い
てもよく、例えば、機械式ミキサを用いてもよい。一般
的な安全手順に従うことに加えて、各金属成分がスラリ
ー中で十分な分散状態を保つように注意すべきである。
スラリーには、１種類以上の水性溶媒又は有機溶媒を用
いる。この実施形態のための具体的溶媒又は溶媒混合物
の選択は、ろう材及びボンドコート材料双方との溶媒の
適性及び任意成分たる融点降下剤との溶媒の適性にある
程度依存する。溶媒は、固体成分を実質的に分散状態に
保つことのできるものであるべきである。さらに、スラ
リーに用いる（上述の）添加剤は互いに適合性で、スラ
リーの他の成分とも適合性を有するべきである。
【００２９】普通、スラリーは単層として基材に塗布す
る。ただし、場合によっては、スラリーを２層以上の
「副層」として（すなわち、２回以上に分けて）堆積さ
せるのが望ましいこともある。例えば、各副層は同一の
組成でもよいが、ボンドコート粒子の粒度を変化させて
もよい。皮膜密度を高めるため、基材に近い副層に粒度
の小さい粒子を使用してもよい。所望の粗さを与えるた
め、１層以上の上部副層に粒度の大きな粒子を使用して
もよい。（各副層を塗布する毎に熱処理を施してもよ
い）。
る。ただし、場合によっては、スラリーを２層以上の
「副層」として（すなわち、２回以上に分けて）堆積さ
せるのが望ましいこともある。例えば、各副層は同一の
組成でもよいが、ボンドコート粒子の粒度を変化させて
もよい。皮膜密度を高めるため、基材に近い副層に粒度
の小さい粒子を使用してもよい。所望の粗さを与えるた
め、１層以上の上部副層に粒度の大きな粒子を使用して
もよい。（各副層を塗布する毎に熱処理を施してもよ
い）。
【００３０】別法として、ボンドコートの深さに応じて
異なる性質を与えるべく、２以上の副層の組成を変えて
もよい。例えば、第一の副層はろう合金と共に通常のＭ
ＣｒＡｌＹ型ボンドコート材料を含んだものとし得る。
第一の副層上に施工された第二の副層は、ろう合金と共
にタイプの異なるボンドコート材料（例えば、Ｍがニッ
ケルとコバルトの混合物であるようなＭＣｒＡｌＸ型ボ
ンドコート材料）を含んだものとし得る。ある環境下で
は、稼働時に雰囲気に近い第二の副層を通常のＭＣｒＡ
ｌＹ材料よりも高い耐食性をもたらすべきである。
異なる性質を与えるべく、２以上の副層の組成を変えて
もよい。例えば、第一の副層はろう合金と共に通常のＭ
ＣｒＡｌＹ型ボンドコート材料を含んだものとし得る。
第一の副層上に施工された第二の副層は、ろう合金と共
にタイプの異なるボンドコート材料（例えば、Ｍがニッ
ケルとコバルトの混合物であるようなＭＣｒＡｌＸ型ボ
ンドコート材料）を含んだものとし得る。ある環境下で
は、稼働時に雰囲気に近い第二の副層を通常のＭＣｒＡ
ｌＹ材料よりも高い耐食性をもたらすべきである。
【００３１】同様に、酸化の起きる程度（例えば、実施
例で検討するボンドコート−基材界面での酸化の程度）
を調整するため、２以上の副層の組成を変えることもで
きる。さらに、ボンドコート材料の組成を（計量装置な
どで）段階的又は層状に変えて、基材にスラリー組成物
を塗布するごとに特定の成分を徐々に変化させてもよ
い。
例で検討するボンドコート−基材界面での酸化の程度）
を調整するため、２以上の副層の組成を変えることもで
きる。さらに、ボンドコート材料の組成を（計量装置な
どで）段階的又は層状に変えて、基材にスラリー組成物
を塗布するごとに特定の成分を徐々に変化させてもよ
い。
【００３２】スラリー組成物を塗布した後、それに含ま
れていた揮発分の少なくとも一部分を除去する。この段
階は「蒸発段階」とも呼ばれ、実質的に脱揮された（無
溶媒）皮膜、すなわち「グリーン」皮膜が得られる。揮
発分の除去にはどんな従来法を用いてもよい。乾燥に
は、室温での風乾又は真空乾燥がある。場合によって
は、乾燥を促進するためスラリー組成物を加熱するのが
望ましいこともある。
れていた揮発分の少なくとも一部分を除去する。この段
階は「蒸発段階」とも呼ばれ、実質的に脱揮された（無
溶媒）皮膜、すなわち「グリーン」皮膜が得られる。揮
発分の除去にはどんな従来法を用いてもよい。乾燥に
は、室温での風乾又は真空乾燥がある。場合によって
は、乾燥を促進するためスラリー組成物を加熱するのが
望ましいこともある。
【００３３】次いで、ろう材及びボンドコート材料を含
有するグリーン皮膜を基材に融着させる。融着段階は様
々な技術で実施できるる。大概、これはろう付け段階で
あって、従来のろう付け作業と同様のものである。（本
明細書中で用いる「ろう付け」という用語は、金属又は
合金溶加材を使用するあらゆる金属接合方法を総括的に
いう）。ろう付けに関する詳細が記載された文献の一例
は、Ｊ．Ｒ．Ｗａｌｋｅｒ著，Ｍｏｄｅｒｎ Ｍｅｔａ
ｌｗｏｒｋｉｎｇ（Ｔｈｅ Ｇｏｏｄｈｅｒｔ−Ｗｉｌ
ｃｏｘ Ｃｏ．， Ｉｎｃ．，１９６５）２９−１〜３
０−２４頁である。当業者であれば、ろう付けに関する
その他の詳細に精通しているはずである。ろう付け温度
は、用いるろう合金の種類にある程度依存するが、通例
約５２５〜約１６５０℃である。ニッケル基ろう合金の
場合、ろう付け温度は普通約８００〜約１２６０℃であ
る。可能であれば、ろう付けは真空炉で実施されること
が多い。真空度はろう合金の組成にある程度依存する。
普通、真空度は約１０-1〜約１０-8ｔｏｒｒである。炉
ろう付けも、グリーン層に残留する揮発分（結合剤な
ど）を除去する。揮発分含量は、示差熱分析法（ＤＴ
Ａ）や熱重量分析法（ＴＧＡ））など様々な技術で求め
ることができる。
有するグリーン皮膜を基材に融着させる。融着段階は様
々な技術で実施できるる。大概、これはろう付け段階で
あって、従来のろう付け作業と同様のものである。（本
明細書中で用いる「ろう付け」という用語は、金属又は
合金溶加材を使用するあらゆる金属接合方法を総括的に
いう）。ろう付けに関する詳細が記載された文献の一例
は、Ｊ．Ｒ．Ｗａｌｋｅｒ著，Ｍｏｄｅｒｎ Ｍｅｔａ
ｌｗｏｒｋｉｎｇ（Ｔｈｅ Ｇｏｏｄｈｅｒｔ−Ｗｉｌ
ｃｏｘ Ｃｏ．， Ｉｎｃ．，１９６５）２９−１〜３
０−２４頁である。当業者であれば、ろう付けに関する
その他の詳細に精通しているはずである。ろう付け温度
は、用いるろう合金の種類にある程度依存するが、通例
約５２５〜約１６５０℃である。ニッケル基ろう合金の
場合、ろう付け温度は普通約８００〜約１２６０℃であ
る。可能であれば、ろう付けは真空炉で実施されること
が多い。真空度はろう合金の組成にある程度依存する。
普通、真空度は約１０-1〜約１０-8ｔｏｒｒである。炉
ろう付けも、グリーン層に残留する揮発分（結合剤な
ど）を除去する。揮発分含量は、示差熱分析法（ＤＴ
Ａ）や熱重量分析法（ＴＧＡ））など様々な技術で求め
ることができる。
【００３４】時として、炉を使用することができない領
域にスラリーを塗布しなければならないことがある。例
えば、部品が大き過ぎて炉に入らない場合である。そう
した場合、代替法が考えられる。例えば、トーチその他
の局部加熱手段が使用できる。これらの技術は当技術分
野で公知であり、上述の本願出願人に譲渡された（米国
特許出願第０９／４４４７３７号明細書（Ｗ．Ｈａｓ
ｚ）に簡潔に記載されている（その開示内容は援用によ
って本明細書に取り込まれる）。
域にスラリーを塗布しなければならないことがある。例
えば、部品が大き過ぎて炉に入らない場合である。そう
した場合、代替法が考えられる。例えば、トーチその他
の局部加熱手段が使用できる。これらの技術は当技術分
野で公知であり、上述の本願出願人に譲渡された（米国
特許出願第０９／４４４７３７号明細書（Ｗ．Ｈａｓ
ｚ）に簡潔に記載されている（その開示内容は援用によ
って本明細書に取り込まれる）。
【００３５】別の実施形態では、スラリーはろう材及び
所要の添加剤を含むが、ボンドコート材料は含まない。
この場合、スラリーを塗布した後実質的に乾燥してグリ
ーン層を形成する。風乾など上述したものを始め従来の
あらゆる乾燥技術を、揮発分の蒸発量を増やすための任
意段階たる熱処理の前又は後に、用いてもよい。
所要の添加剤を含むが、ボンドコート材料は含まない。
この場合、スラリーを塗布した後実質的に乾燥してグリ
ーン層を形成する。風乾など上述したものを始め従来の
あらゆる乾燥技術を、揮発分の蒸発量を増やすための任
意段階たる熱処理の前又は後に、用いてもよい。
【００３６】ボンドコート材料（普通はドライ粉体粒子
の形態）を次いでグリーン層上に塗布する。通常は、ボ
ンドコート粉体を塗布する前に、グリーン層の表面に接
着剤を塗布する。後段の融着段階で完全に蒸発し得るも
のであれば、各種の接着剤を使用できる。適当な接着剤
の例は、例えば、Ｔｈｅ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ， １０ｔｈ Ｅｄ
ｉｔｉｏｎ（Ｂ．Ｈａｗｌａｙ編，Ｖａｎ Ｎｏｓｔｒ
ａｎｄ Ｒｅｉｎｈｏｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，１９８
１）２０〜２１頁に記載されており、その記載内容は援
用によって本明細書に取り込まれる。接着剤の具体例に
はポリエチレンオキシド及びアクリル材料がある。ろう
材接着剤の市販品としては、Ｃｏｔｒｏｎｉｃｓ社から
市販の「４Ｂ Ｂｒａｚｅ Ｂｉｎｄｅｒ」がある。接
着剤は様々な技術で塗布できる。例えば、液状接着剤は
表面に吹付けるか塗布すればよい。また、３Ｍ社の４６
７（商標）接着テープのような両面に接着剤の付いた薄
いマット又はフィルムを用いることもできる。
の形態）を次いでグリーン層上に塗布する。通常は、ボ
ンドコート粉体を塗布する前に、グリーン層の表面に接
着剤を塗布する。後段の融着段階で完全に蒸発し得るも
のであれば、各種の接着剤を使用できる。適当な接着剤
の例は、例えば、Ｔｈｅ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ， １０ｔｈ Ｅｄ
ｉｔｉｏｎ（Ｂ．Ｈａｗｌａｙ編，Ｖａｎ Ｎｏｓｔｒ
ａｎｄ Ｒｅｉｎｈｏｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，１９８
１）２０〜２１頁に記載されており、その記載内容は援
用によって本明細書に取り込まれる。接着剤の具体例に
はポリエチレンオキシド及びアクリル材料がある。ろう
材接着剤の市販品としては、Ｃｏｔｒｏｎｉｃｓ社から
市販の「４Ｂ Ｂｒａｚｅ Ｂｉｎｄｅｒ」がある。接
着剤は様々な技術で塗布できる。例えば、液状接着剤は
表面に吹付けるか塗布すればよい。また、３Ｍ社の４６
７（商標）接着テープのような両面に接着剤の付いた薄
いマット又はフィルムを用いることもできる。
【００３７】次いで、散布、振りかけ、吹き付け、ロー
ル塗布など各種の技術でボンドコート材料を接着剤上に
ランダムに塗布すればよい。塗布後、過剰の粉体を（振
盪や吹き飛ばしなどで）基材から除去すると、実質的に
単層のボンドコート粒子が残る。前述の通り、粒子の粒
度は主にボンドコートに必要な粗さの程度に依存する。
次いで、上記の通りグリーン皮膜（ろう材を付着させた
もの）を基材に融着させる。得られた皮膜系は、第一の
実施形態で形成したものと実質的に同一である。
ル塗布など各種の技術でボンドコート材料を接着剤上に
ランダムに塗布すればよい。塗布後、過剰の粉体を（振
盪や吹き飛ばしなどで）基材から除去すると、実質的に
単層のボンドコート粒子が残る。前述の通り、粒子の粒
度は主にボンドコートに必要な粗さの程度に依存する。
次いで、上記の通りグリーン皮膜（ろう材を付着させた
もの）を基材に融着させる。得られた皮膜系は、第一の
実施形態で形成したものと実質的に同一である。
【００３８】さらに別の実施形態では、ボンドコート材
料は第二のスラリー（すなわち、ろう材を含んだスラリ
ーとは別のスラリー）の形態で使用できる。第二のスラ
リーは、１種類以上の溶媒（ボンドコート組成物に適合
した溶媒）を用いて調製される。このスラリーは、結合
剤や分散剤など前述の添加剤の１種類以上を含んでいて
もよい。また、スラリーは吹付けなど上述の技術のいず
れかで第一のスラリー上に塗布できる。好ましい実施形
態では、気泡の発生を避けるため、第二のスラリーを塗
布する前に第一のスラリー中の揮発分の一部又は全部を
除去する。揮発分の除去は、上記と同様、加熱によって
実施する。次いで、融着段階の前に、第二のスラリーか
ら揮発分を完全又はほぼ同様にして除去する。得られた
皮膜系は、他の実施形態で形成したものと実質的に同一
である。
料は第二のスラリー（すなわち、ろう材を含んだスラリ
ーとは別のスラリー）の形態で使用できる。第二のスラ
リーは、１種類以上の溶媒（ボンドコート組成物に適合
した溶媒）を用いて調製される。このスラリーは、結合
剤や分散剤など前述の添加剤の１種類以上を含んでいて
もよい。また、スラリーは吹付けなど上述の技術のいず
れかで第一のスラリー上に塗布できる。好ましい実施形
態では、気泡の発生を避けるため、第二のスラリーを塗
布する前に第一のスラリー中の揮発分の一部又は全部を
除去する。揮発分の除去は、上記と同様、加熱によって
実施する。次いで、融着段階の前に、第二のスラリーか
ら揮発分を完全又はほぼ同様にして除去する。得られた
皮膜系は、他の実施形態で形成したものと実質的に同一
である。
【００３９】別法として、ボンドコートは、上記第一の
スラリーと予備混合した第二のスラリーの形態であって
もよい。得られた予備混合物を基材に塗布した後、揮発
分を除去すればよい。次いで、融着段階を上述の通り実
施する。
スラリーと予備混合した第二のスラリーの形態であって
もよい。得られた予備混合物を基材に塗布した後、揮発
分を除去すればよい。次いで、融着段階を上述の通り実
施する。
【００４０】本発明の幾つかの実施形態では、ボンドコ
ート材料をろう材と共に基材に融着した後、ボンドコー
ト上にオーバーコートを施工する。オーバーコートは普
通は遮熱コーティングであるが、環境から保護する（酸
化、腐食又は化学薬品の侵食による悪影響から基材を保
護する）皮膜であればどんなタイプのものでもよい。オ
ーバーコートは耐摩耗性皮膜でもよい。また、オーバー
コートは普通はセラミックであるが、金属系のものであ
ってもよい。
ート材料をろう材と共に基材に融着した後、ボンドコー
ト上にオーバーコートを施工する。オーバーコートは普
通は遮熱コーティングであるが、環境から保護する（酸
化、腐食又は化学薬品の侵食による悪影響から基材を保
護する）皮膜であればどんなタイプのものでもよい。オ
ーバーコートは耐摩耗性皮膜でもよい。また、オーバー
コートは普通はセラミックであるが、金属系のものであ
ってもよい。
【００４１】（常にではないが）大抵は、セラミック遮
熱コーティングはジルコニア系材料である。本明細書中
で用いる「ジルコニア系」という用語は、ジルコニアを
５０重量％以上含有するセラミック材料をいう。ジルコ
ニアは遮熱コーティング用の周知の化合物である。その
使用は、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏ
ｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ，３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．２４，８８
２〜８８３頁（１９８４）に記載されている。好ましい
実施形態では、ジルコニアは、酸化イットリウム、酸化
カルシウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、酸化ス
カンジウム又はこれらいずれかの混合物のような材料を
配合することで化学的に安定化される。ある具体例で
は、ジルコニアは約１〜約２０重量％の酸化イットリウ
ム（その合計重量を基準）、好ましくは約３〜１０重量
％の酸化イットリウムと配合できる。
熱コーティングはジルコニア系材料である。本明細書中
で用いる「ジルコニア系」という用語は、ジルコニアを
５０重量％以上含有するセラミック材料をいう。ジルコ
ニアは遮熱コーティング用の周知の化合物である。その
使用は、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏ
ｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ，３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．２４，８８
２〜８８３頁（１９８４）に記載されている。好ましい
実施形態では、ジルコニアは、酸化イットリウム、酸化
カルシウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、酸化ス
カンジウム又はこれらいずれかの混合物のような材料を
配合することで化学的に安定化される。ある具体例で
は、ジルコニアは約１〜約２０重量％の酸化イットリウ
ム（その合計重量を基準）、好ましくは約３〜１０重量
％の酸化イットリウムと配合できる。
【００４２】セラミック皮膜の施工には様々な技術を使
用し得る。非限定的な例として、ＡＰＳのような溶射技
術、物理蒸着（ＰＶＤ）又は電子ビーム物理蒸着（ＥＢ
−ＰＶＤ）などがある。当業者であればこれらの堆積技
術の詳細に精通しているはずである。関連文献として、
Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉ
ａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１５，（１９８１）
及び同Ｖｏｌ．２０，（１９８２）；Ｕｌｌｍａｎｎ’
ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒ
ｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｆｉｆｔｈ Ｅｄｉｔｉ
ｏｎ；Ｖｏｌ．Ａ６，ＶＣＨ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ（１
９８６）；Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ，
Ｈ．Ｈｅｒｍａｎ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１９８８；及び
米国特許第５３８４２００号がある。セラミック皮膜の
施工には、セラミックスラリー技術又はゾルゲル技術も
使用できる。
用し得る。非限定的な例として、ＡＰＳのような溶射技
術、物理蒸着（ＰＶＤ）又は電子ビーム物理蒸着（ＥＢ
−ＰＶＤ）などがある。当業者であればこれらの堆積技
術の詳細に精通しているはずである。関連文献として、
Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉ
ａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１５，（１９８１）
及び同Ｖｏｌ．２０，（１９８２）；Ｕｌｌｍａｎｎ’
ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒ
ｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｆｉｆｔｈ Ｅｄｉｔｉ
ｏｎ；Ｖｏｌ．Ａ６，ＶＣＨ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ（１
９８６）；Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ，
Ｈ．Ｈｅｒｍａｎ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１９８８；及び
米国特許第５３８４２００号がある。セラミック皮膜の
施工には、セラミックスラリー技術又はゾルゲル技術も
使用できる。
【００４３】オーバーコートとして使用し得るその他の
タイプの材料の例には、耐摩耗性皮膜、例えば炭化クロ
ムや炭化タングステンなどの炭化物皮膜、コバルト−モ
リブデン−クロム−ケイ素からなる皮膜がある。その他
のタイプの材料、例えば、アルミナ、ムライト、ジルコ
ン、並びにジルコン酸ストロンチウムカルシウムのよう
なガラス質材料も使用できる。当業者であれば、所定の
最終用途に最適な材料を選択することができるはずであ
る。かかる材料の調製及び塗布法は、ジルコニア系ＴＢ
Ｃに関して説明したもの、その他当技術分野で周知の技
術からなる。さらに、ある種のオーバーコートは上述の
通りスラリーとして調製し、ボンドコートに塗布するこ
とができる。スラリー状オーバーコートは、２０００年
４月２４日出願の本願出願人に譲渡されたＤ．Ｓａｎｇ
ｅｅｔａの米国特許出願第０９／５５７３９３号にも記
載されている（その開示内容は援用によって本明細書に
取り込まれる）。例えば、この米国特許の「Ｓｕｍｍａ
ｒｙ ｏｆ Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ」その他の項目が有用
である。
タイプの材料の例には、耐摩耗性皮膜、例えば炭化クロ
ムや炭化タングステンなどの炭化物皮膜、コバルト−モ
リブデン−クロム−ケイ素からなる皮膜がある。その他
のタイプの材料、例えば、アルミナ、ムライト、ジルコ
ン、並びにジルコン酸ストロンチウムカルシウムのよう
なガラス質材料も使用できる。当業者であれば、所定の
最終用途に最適な材料を選択することができるはずであ
る。かかる材料の調製及び塗布法は、ジルコニア系ＴＢ
Ｃに関して説明したもの、その他当技術分野で周知の技
術からなる。さらに、ある種のオーバーコートは上述の
通りスラリーとして調製し、ボンドコートに塗布するこ
とができる。スラリー状オーバーコートは、２０００年
４月２４日出願の本願出願人に譲渡されたＤ．Ｓａｎｇ
ｅｅｔａの米国特許出願第０９／５５７３９３号にも記
載されている（その開示内容は援用によって本明細書に
取り込まれる）。例えば、この米国特許の「Ｓｕｍｍａ
ｒｙ ｏｆ Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ」その他の項目が有用
である。
【００４４】本発明の別の実施形態は、金属系基材に以
前施工したボンドコートを交換する方法に関する。ボン
ドコートの交換は、往々にして、摩耗又は損傷したＴＢ
Ｃの補修プロセス全体の一部をなす。ＴＢＣ「系」（ボ
ンドコートとＴＢＣ）の入念な補修は、基材の劣化を防
ぐ上で極めて重要である。例えば、タービンエンジン部
品の場合、稼働中（つまり、生産現場からの配送後）の
タービンの皮膜の補修が必要となることがある。本明細
書で開示する方法は既存のＴＢＣ系の所定の領域を迅速
に補修又は交換する手段を提供するが、部品全体から皮
膜をすべて除去する必要はない。この方法は、他の補修
技術では接近にアクセスできない領域に位置する皮膜の
補修に特に有用である。
前施工したボンドコートを交換する方法に関する。ボン
ドコートの交換は、往々にして、摩耗又は損傷したＴＢ
Ｃの補修プロセス全体の一部をなす。ＴＢＣ「系」（ボ
ンドコートとＴＢＣ）の入念な補修は、基材の劣化を防
ぐ上で極めて重要である。例えば、タービンエンジン部
品の場合、稼働中（つまり、生産現場からの配送後）の
タービンの皮膜の補修が必要となることがある。本明細
書で開示する方法は既存のＴＢＣ系の所定の領域を迅速
に補修又は交換する手段を提供するが、部品全体から皮
膜をすべて除去する必要はない。この方法は、他の補修
技術では接近にアクセスできない領域に位置する皮膜の
補修に特に有用である。
【００４５】ボンドコートの交換方法は、一般に、
（ｉ）基材の所定の領域から既存のボンドコート（及び
存在するときは摩耗又は損傷オーバーコート）を除去す
る段階、（ii）ろう材だけでなく揮発分も含有するスラ
リーを上記所定の領域に塗布する段階、（iii）追加の
ボンドコート材料を上記所定の領域に塗布する段階、及
び（iv）ろう材及びボンドコート材料を上記所定の領域
に融着させる段階を含んでなる。
（ｉ）基材の所定の領域から既存のボンドコート（及び
存在するときは摩耗又は損傷オーバーコート）を除去す
る段階、（ii）ろう材だけでなく揮発分も含有するスラ
リーを上記所定の領域に塗布する段階、（iii）追加の
ボンドコート材料を上記所定の領域に塗布する段階、及
び（iv）ろう材及びボンドコート材料を上記所定の領域
に融着させる段階を含んでなる。
【００４６】上述の通り、ろう材とボンドコート材料を
共に含んだ単一のスラリーを使用してもよい。或いは、
２種類の別個のスラリーを使用してもよい。別法とし
て、ろう材スラリーを塗布して乾燥した後、接着剤層を
塗布してもよい。次いで、ボンドコート材料を接着剤層
に塗布すればよい。
共に含んだ単一のスラリーを使用してもよい。或いは、
２種類の別個のスラリーを使用してもよい。別法とし
て、ろう材スラリーを塗布して乾燥した後、接着剤層を
塗布してもよい。次いで、ボンドコート材料を接着剤層
に塗布すればよい。
【００４７】スラリー及びボンドコート材料は、段階
（iii）と（iv）の間に風乾してもよい。揮発分の除去
を促進するため、赤外線ランプのような加熱手段を用い
てもよい。融着段階は大抵はトーチその他の携帯型加熱
装置を用いて実施される。
（iii）と（iv）の間に風乾してもよい。揮発分の除去
を促進するため、赤外線ランプのような加熱手段を用い
てもよい。融着段階は大抵はトーチその他の携帯型加熱
装置を用いて実施される。
【００４８】タービンエンジン部品が補修すべき皮膜を
有している場合、エンジン作動中の発熱が揮発分を除去
し融着段階（iv）を実施するのに十分であることがあ
る。これは、以下で説明する通りスラリー状オーバーコ
ートを施工するまで加熱及び硬化を事実上延期できるこ
とを意味する。
有している場合、エンジン作動中の発熱が揮発分を除去
し融着段階（iv）を実施するのに十分であることがあ
る。これは、以下で説明する通りスラリー状オーバーコ
ートを施工するまで加熱及び硬化を事実上延期できるこ
とを意味する。
【００４９】オーバーコートを交換する場合、ボンドコ
ート上にオーバーコートを施工すればよい。普通、オー
バーコート（ＴＢＣなど）は補修現場での溶射段階によ
って施工される。プラズマ溶射が好適な技術の一例であ
る。ただし、上述の通り、スラリー状のオーバーコート
をボンドコート上に施工してもよい（Ｓａｎｇｅｅｔａ
の米国特許出願第０９／５５７３９３号参照）。上述の
通り、タービンエンジンの作動温度は、全揮発分の除
去、基材へのろう材及びボンドコートの融着、オーバー
コートの硬化をすべて一段階で実施するのに十分なこと
がある。
ート上にオーバーコートを施工すればよい。普通、オー
バーコート（ＴＢＣなど）は補修現場での溶射段階によ
って施工される。プラズマ溶射が好適な技術の一例であ
る。ただし、上述の通り、スラリー状のオーバーコート
をボンドコート上に施工してもよい（Ｓａｎｇｅｅｔａ
の米国特許出願第０９／５５７３９３号参照）。上述の
通り、タービンエンジンの作動温度は、全揮発分の除
去、基材へのろう材及びボンドコートの融着、オーバー
コートの硬化をすべて一段階で実施するのに十分なこと
がある。
【００５０】本発明の別の実施形態は、ろう材とボンド
コート材料を含んでなるスラリー組成物に関する。かか
るスラリーは、上述の通り、ボンドコートの施工に有用
である。スラリーには、通常の液体ろう又は活性化拡散
ろうを使用できる。スラリーをニッケル基超合金に塗布
するときは、ろう合金は、通常、クロム、アルミニウ
ム、イットリウムなど他の様々な元素とともに、ニッケ
ルを約４０重量％以上含有する。ろう合金の平均粒度
は、上述の通り、通常は約２０〜約１５０ミクロンであ
る。
コート材料を含んでなるスラリー組成物に関する。かか
るスラリーは、上述の通り、ボンドコートの施工に有用
である。スラリーには、通常の液体ろう又は活性化拡散
ろうを使用できる。スラリーをニッケル基超合金に塗布
するときは、ろう合金は、通常、クロム、アルミニウ
ム、イットリウムなど他の様々な元素とともに、ニッケ
ルを約４０重量％以上含有する。ろう合金の平均粒度
は、上述の通り、通常は約２０〜約１５０ミクロンであ
る。
【００５１】スラリー中のボンドコート材料は通常は上
述のＭＣｒＡｌＸ型のものである。ボンドコート粒子の
粒度は幾分変化し得るが、大抵は約４５ミクロン以上の
平均粒度を有する。
述のＭＣｒＡｌＸ型のものである。ボンドコート粒子の
粒度は幾分変化し得るが、大抵は約４５ミクロン以上の
平均粒度を有する。
【００５２】スラリー用の溶媒の選択は、スラリーに含
まれる固体成分の種類及び基材への塗布方法にある程度
依存する。溶媒の例は上述の通りであり、結合剤その他
の各種の添加剤（分散剤、湿潤剤、安定剤など）につい
ても同様である。スラリー中のろう材及びボンドコート
の量は、ボンドコートの所望の厚さ、溶媒又は混合溶媒
中でのボンドコート材料及びろう材の溶解性又は分散
性、スラリーの塗布法など、様々な要因に依存する。通
常、スラリーはその全重量を基準にして約２０〜約５０
重量％のろう材及び約５０〜約８０重量％のボンドコー
ト材料を含有する。スラリーは通例約１０重量％以下の
溶媒及び約１０重量％以下の結合剤を含有する。
まれる固体成分の種類及び基材への塗布方法にある程度
依存する。溶媒の例は上述の通りであり、結合剤その他
の各種の添加剤（分散剤、湿潤剤、安定剤など）につい
ても同様である。スラリー中のろう材及びボンドコート
の量は、ボンドコートの所望の厚さ、溶媒又は混合溶媒
中でのボンドコート材料及びろう材の溶解性又は分散
性、スラリーの塗布法など、様々な要因に依存する。通
常、スラリーはその全重量を基準にして約２０〜約５０
重量％のろう材及び約５０〜約８０重量％のボンドコー
ト材料を含有する。スラリーは通例約１０重量％以下の
溶媒及び約１０重量％以下の結合剤を含有する。
【００５３】本発明のさらに別の実施形態は、（ａ）金
属系基材（超合金製のものなど）、及び（ｂ）上記基材
上の揮発分含有スラリーであって、ろう材及びボンドコ
ート材料を含んでなる揮発分含有スラリーを含んでなる
製品に関する。かかるスラリー中の各成分は上述した通
りである。スラリー中の揮発分を実質的に除去すると、
グリーン層が残る。グリーン層を、ろう付け技術などで
基材に融着させる。好ましい実施形態では、ろう材は連
続マトリックス相をなし、その中にボンドコート粒子が
埋め込まれる。ボンドコート粒子の粒度は、それらがマ
トリックス相から突き出すように選択できる。その場
合、ボンドコート粒子は比較的粗い表面（例えば、Ｒa
約２００マイクロインチを上回るもの、好ましくは約３
００マイクロインチを上回るもの）を与える。かかる表
面は後で施工されるセラミック層との優れた密着性をも
たらす。かかる層（ジルコニア系ＴＢＣなど）を含む製
品も、本発明の技術的範囲に属する。
属系基材（超合金製のものなど）、及び（ｂ）上記基材
上の揮発分含有スラリーであって、ろう材及びボンドコ
ート材料を含んでなる揮発分含有スラリーを含んでなる
製品に関する。かかるスラリー中の各成分は上述した通
りである。スラリー中の揮発分を実質的に除去すると、
グリーン層が残る。グリーン層を、ろう付け技術などで
基材に融着させる。好ましい実施形態では、ろう材は連
続マトリックス相をなし、その中にボンドコート粒子が
埋め込まれる。ボンドコート粒子の粒度は、それらがマ
トリックス相から突き出すように選択できる。その場
合、ボンドコート粒子は比較的粗い表面（例えば、Ｒa
約２００マイクロインチを上回るもの、好ましくは約３
００マイクロインチを上回るもの）を与える。かかる表
面は後で施工されるセラミック層との優れた密着性をも
たらす。かかる層（ジルコニア系ＴＢＣなど）を含む製
品も、本発明の技術的範囲に属する。
【００５４】当業者が本発明の理解を深めることができ
るように、以下の実施例を示すが、これらの実施例は例
示のためのであり、限定のためのものではない。
るように、以下の実施例を示すが、これらの実施例は例
示のためのであり、限定のためのものではない。
【００５５】実施例１ 試料Ａは比較のためのものであり、典型的なＴＢＣ系の
代表例である。基材はニッケル基超合金から作成したク
ーポンであった。クーポンをグリットブラスト処理及び
超音波洗浄した。次いで、基材表面にＮｉＣｒＡｌＹ型
ボンドコートを大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）法で施工し
た。公称ボンドコート組成は、６８重量％Ｎｉ、２２重
量％Ｃｒ、９重量％Ａｌ及び１重量％Ｙであった。ボン
ドコートの厚さは約５〜８ミル（約１２７〜２０３ミク
ロン）の範囲内にあった。ボンドコートは約５００〜約
９００マイクロインチの平均粗さＲa を有していた。次
いで、ボンドコート上にＴＢＣ（遮熱コーティング、イ
ットリア安定化ジルコニア、イットリア８重量％）を大
気プラズマ溶射法で施工した。ＴＢＣの厚さは約１０〜
１２ミル（約２５４〜３０５ミクロン）の範囲内にあっ
た。
代表例である。基材はニッケル基超合金から作成したク
ーポンであった。クーポンをグリットブラスト処理及び
超音波洗浄した。次いで、基材表面にＮｉＣｒＡｌＹ型
ボンドコートを大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）法で施工し
た。公称ボンドコート組成は、６８重量％Ｎｉ、２２重
量％Ｃｒ、９重量％Ａｌ及び１重量％Ｙであった。ボン
ドコートの厚さは約５〜８ミル（約１２７〜２０３ミク
ロン）の範囲内にあった。ボンドコートは約５００〜約
９００マイクロインチの平均粗さＲa を有していた。次
いで、ボンドコート上にＴＢＣ（遮熱コーティング、イ
ットリア安定化ジルコニア、イットリア８重量％）を大
気プラズマ溶射法で施工した。ＴＢＣの厚さは約１０〜
１２ミル（約２５４〜３０５ミクロン）の範囲内にあっ
た。
【００５６】試料Ｂは本発明の実施形態を代表例であ
る。最初に、攪拌下で下記成分をアセトンに添加してス
ラリーを調製した。 （ａ）６８重量％Ｎｉ、２２重量％Ｃｒ、９重量％Ａ
ｌ、及び１重量％Ｙの概略組成を有するＮｉＣｒＡｌＹ
型ボンドコート粗粒粉体。粉体は−３０＋１００メッシ
ュ（すなわち、１５０〜６００ミクロン）の平均粒度を
有していた。 （ｂ）Ａｍｄｒｙ（登録商標）１００として市販されて
いる、１０重量％ケイ素、１９重量％クロム及び残部の
ニッケルからなる概略組成を有する高温ろう材粉体。こ
の粉体は、約−１００メッシュ（すなわち、約１５０ミ
クロン未満）の平均粒度を有していた。 （ｃ）Ｎｉｃｒｏｂｒａｚ（登録商標）３００結合剤
（Ｗａｌｌ Ｃｏｌｍｏｎｏｙ社（米国ミシガン州マデ
ィソンハイツ）から市販のトリクロロエチレン中のメタ
クリル酸エチル）。
る。最初に、攪拌下で下記成分をアセトンに添加してス
ラリーを調製した。 （ａ）６８重量％Ｎｉ、２２重量％Ｃｒ、９重量％Ａ
ｌ、及び１重量％Ｙの概略組成を有するＮｉＣｒＡｌＹ
型ボンドコート粗粒粉体。粉体は−３０＋１００メッシ
ュ（すなわち、１５０〜６００ミクロン）の平均粒度を
有していた。 （ｂ）Ａｍｄｒｙ（登録商標）１００として市販されて
いる、１０重量％ケイ素、１９重量％クロム及び残部の
ニッケルからなる概略組成を有する高温ろう材粉体。こ
の粉体は、約−１００メッシュ（すなわち、約１５０ミ
クロン未満）の平均粒度を有していた。 （ｃ）Ｎｉｃｒｏｂｒａｚ（登録商標）３００結合剤
（Ｗａｌｌ Ｃｏｌｍｏｎｏｙ社（米国ミシガン州マデ
ィソンハイツ）から市販のトリクロロエチレン中のメタ
クリル酸エチル）。
【００５７】金属成分（５０重量％の成分（ａ）と５０
重量％の成分（ｂ））を乾式混合した。次いで、成分
（ｃ）及び（ｄ）（各々スラリーの全重量の１０重量
％）を添加して混合した。
重量％の成分（ｂ））を乾式混合した。次いで、成分
（ｃ）及び（ｄ）（各々スラリーの全重量の１０重量
％）を添加して混合した。
【００５８】スラリーを、試料Ａに使用したものと同じ
タイプの超合金クーポンに（刷毛塗りによって）塗布し
た。スラリーの湿潤厚さは約５ミル（１２７ミクロン）
であった。次いで、約１２時間にわたってスラリーを風
乾したところ、少なくとも約１５重量の揮発分が除去さ
れた。得られたグリーン皮膜を真空炉で約１０９３〜１
２０４℃（２０００〜２２００°Ｆ）のろう付け温度で
約１時間加熱した。Ｒ a 約２５ミクロン（約９８４マイ
クロインチ）の緻密な粗面ボンドコートが得られた。次
いで、ボンドコート上に、試料Ａで使用したものと同じ
タイプの（ジルコニア系）遮熱コーティングを大気プラ
ズマ溶射法で施工した。
タイプの超合金クーポンに（刷毛塗りによって）塗布し
た。スラリーの湿潤厚さは約５ミル（１２７ミクロン）
であった。次いで、約１２時間にわたってスラリーを風
乾したところ、少なくとも約１５重量の揮発分が除去さ
れた。得られたグリーン皮膜を真空炉で約１０９３〜１
２０４℃（２０００〜２２００°Ｆ）のろう付け温度で
約１時間加熱した。Ｒ a 約２５ミクロン（約９８４マイ
クロインチ）の緻密な粗面ボンドコートが得られた。次
いで、ボンドコート上に、試料Ａで使用したものと同じ
タイプの（ジルコニア系）遮熱コーティングを大気プラ
ズマ溶射法で施工した。
【００５９】図１は、試料Ａに関する皮膜系の断面顕微
鏡写真である。領域Ｉは基材である。領域IIは、加熱試
験の結果基材とボンドコートの間に生成し始めた酸化物
領域である。領域IIIはボンドコートそのものであっ
て、ＡＰＳ塗布方法で生じたボンドコート材料の「平
板」が重なり合った典型的な状態を示す。領域IVはＴＢ
Ｃである。
鏡写真である。領域Ｉは基材である。領域IIは、加熱試
験の結果基材とボンドコートの間に生成し始めた酸化物
領域である。領域IIIはボンドコートそのものであっ
て、ＡＰＳ塗布方法で生じたボンドコート材料の「平
板」が重なり合った典型的な状態を示す。領域IVはＴＢ
Ｃである。
【００６０】試料Ａの総合皮膜系は、ある種の最終用途
及び設計上の実用寿命に対しては良好な健全性を示す。
しかし、シミュレートされた実用寿命の終期に近づく
と、ボンドコート−基材界面での促進酸化の結果領域II
が生じる。最終的には、かかる酸化はＴＢＣ及びボンド
コートの大部分又は全部が基材から剥落して皮膜の破壊
をもたらす。
及び設計上の実用寿命に対しては良好な健全性を示す。
しかし、シミュレートされた実用寿命の終期に近づく
と、ボンドコート−基材界面での促進酸化の結果領域II
が生じる。最終的には、かかる酸化はＴＢＣ及びボンド
コートの大部分又は全部が基材から剥落して皮膜の破壊
をもたらす。
【００６１】図２は、本発明の実施形態に従って作製し
た試料Ｂの皮膜系の断面顕微鏡写真である。この皮膜系
には、試料Ａの場合と同量の加熱試験を施した。領域Ｖ
は基材である。領域VIは、基材に塗布しろう付けしたス
ラリー層である。領域VIIはＴＢＣである。図１で観察
された酸化物領域が存在しないことは、ボンドコート−
基材界面で促進酸化が起こらなかったことを示す。
た試料Ｂの皮膜系の断面顕微鏡写真である。この皮膜系
には、試料Ａの場合と同量の加熱試験を施した。領域Ｖ
は基材である。領域VIは、基材に塗布しろう付けしたス
ラリー層である。領域VIIはＴＢＣである。図１で観察
された酸化物領域が存在しないことは、ボンドコート−
基材界面で促進酸化が起こらなかったことを示す。
【００６２】各試料で実施した加熱試験の種類は、炉内
サイクル試験（ＦＣＴ）であった。１サイクルは、２０
００°Ｆ（１０９３℃）で４５分間の加熱からなってい
た。試験は、各試料で３００サイクルにわたって継続し
た。得られた結果は、本発明の試料Ｂの炉内サイクル寿
命が比較用の基準線試料（試料Ａ）の炉内サイクル寿命
の約３倍であることを示していた。
サイクル試験（ＦＣＴ）であった。１サイクルは、２０
００°Ｆ（１０９３℃）で４５分間の加熱からなってい
た。試験は、各試料で３００サイクルにわたって継続し
た。得られた結果は、本発明の試料Ｂの炉内サイクル寿
命が比較用の基準線試料（試料Ａ）の炉内サイクル寿命
の約３倍であることを示していた。
【００６３】実施例２ 本実施例では、同じ種類の基材を使用して試料Ｃを作製
した。８０重量％のＡｍｄｒｙ（登録商標）１００高温
ろう材粉体を１０重量％の水及び１０重量％のポリエチ
レンオキシド結合剤と共に含むスラリーを調製した。約
５ミル（１２７ミクロン）の湿潤厚さを与えるように、
スラリーを基材に塗布した。次いで、約１４〜１６時間
スラリーを風乾した。この乾燥段階で少なくとも約１５
重量の揮発分が除去され、グリーン層が得られた。次い
で、グリーン層にろう材コンタクト接着剤（Ｎｉｃｒｏ
ｂｒａｚ（登録商標）３００）の層を塗布した。
した。８０重量％のＡｍｄｒｙ（登録商標）１００高温
ろう材粉体を１０重量％の水及び１０重量％のポリエチ
レンオキシド結合剤と共に含むスラリーを調製した。約
５ミル（１２７ミクロン）の湿潤厚さを与えるように、
スラリーを基材に塗布した。次いで、約１４〜１６時間
スラリーを風乾した。この乾燥段階で少なくとも約１５
重量の揮発分が除去され、グリーン層が得られた。次い
で、グリーン層にろう材コンタクト接着剤（Ｎｉｃｒｏ
ｂｒａｚ（登録商標）３００）の層を塗布した。
【００６４】次に、実施例１（試料Ｂ）で使用したＮｉ
ＣｒＡｌＹ型ボンドコート粗粒粉体をコンタクト接着剤
上に散布して粗粒粉体の単層を形成した。過剰なボンド
コート粉体は吹き飛ばした。次いで、クーポンを真空炉
内で約１０９３〜１２０４℃（２０００〜２２００°
Ｆ）のろう付け温度で約０．２５〜２時間加熱して、緻
密な粗面ボンドコート（Ｒa 約２５ミクロン（約９８４
マイクロインチ））を得た。次いで、ボンドコート上
に、試料Ａに使用したものと同じタイプの（ジルコニア
系）遮熱コーティングを大気プラズマ溶射法で施工し
た。
ＣｒＡｌＹ型ボンドコート粗粒粉体をコンタクト接着剤
上に散布して粗粒粉体の単層を形成した。過剰なボンド
コート粉体は吹き飛ばした。次いで、クーポンを真空炉
内で約１０９３〜１２０４℃（２０００〜２２００°
Ｆ）のろう付け温度で約０．２５〜２時間加熱して、緻
密な粗面ボンドコート（Ｒa 約２５ミクロン（約９８４
マイクロインチ））を得た。次いで、ボンドコート上
に、試料Ａに使用したものと同じタイプの（ジルコニア
系）遮熱コーティングを大気プラズマ溶射法で施工し
た。
【００６５】実施例１と同様にＦＣＴを実施した。試料
Ｃは、試料Ｂとほぼ同じ性質（亀裂及び層剥離に対する
抵抗性）を示した。さらに、試料Ｃは（試料Ａで観察さ
れたような）ボンドコート−基材界面での促進酸化の徴
候を示さなかった。
Ｃは、試料Ｂとほぼ同じ性質（亀裂及び層剥離に対する
抵抗性）を示した。さらに、試料Ｃは（試料Ａで観察さ
れたような）ボンドコート−基材界面での促進酸化の徴
候を示さなかった。
【００６６】以上、例示のため好ましい実施形態を開示
してきた。しかし、以上の説明は本発明の技術的範囲を
限定するものではない。従って、請求項に記載された技
術的思想及び技術的範囲から逸脱することなく様々な修
正、応用及び変更が可能であることは当業者には自明で
あろう。
してきた。しかし、以上の説明は本発明の技術的範囲を
限定するものではない。従って、請求項に記載された技
術的思想及び技術的範囲から逸脱することなく様々な修
正、応用及び変更が可能であることは当業者には自明で
あろう。
【００６７】上記で引用した特許、論文及び文献はすべ
て援用によって本明細書に取り込まれる。
て援用によって本明細書に取り込まれる。
【図１】いずれも従来の方法に従って施工されたボンド
コート及びＴＢＣを含む比較用皮膜系の断面顕微鏡写真
である。
コート及びＴＢＣを含む比較用皮膜系の断面顕微鏡写真
である。
【図２】ボンドコートが本発明に係るスラリー技術によ
り施工されてなるボンドコート／ＴＢＣ皮膜系の断面顕
微鏡写真である。
り施工されてなるボンドコート／ＴＢＣ皮膜系の断面顕
微鏡写真である。
Ｖ 基材 VI スラリー層 VII ＴＢＣ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディー・サンゲッタ アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、クレストフィールド・コート、12130 番 Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA06 EA08 4K031 AA02 AB03 AB08 AB09 BA05 CB22 CB26 CB27 CB42 CB43 DA04 4K044 AA02 AA06 AB10 BA02 BA06 BA08 BB03 BB04 BC01 BC02 BC11 CA11 CA53 CA62
Claims (66)
- 【請求項１】 金属系基材にボンドコートを施工する方
法であって、 ａ）ろう材だけでなく揮発分も含有するスラリーを基材
に塗布する段階、 ｂ）ボンドコート材料を基材に塗布する段階、 ｃ）スラリー及びボンドコート材料を乾燥して上記揮発
分の少なくとも一部を除去する段階、及び ｄ）ろう材及びボンドコート材料を基材に融着させる段
階 を含んでなる方法。 - 【請求項２】 前記ろう材がニッケル、コバルト、鉄、
貴金属、及びこれらのいずれか１種類以上を含む混合物
からなる群から選択される１種類以上の金属からなる、
請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記ろう材がニッケルを約４０重量％以
上含有する、請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記ろう材が該ろう合金の融点を降下さ
せる成分をさらに含む、請求項２記載の方法。 - 【請求項５】 前記成分がケイ素、ホウ素又はそれらの
混合物である、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記ろう材が約２０〜約１５０ミクロン
の平均粒度を有する、請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記スラリーが結合剤、安定剤、増粘
剤、分散剤、解膠剤、沈降防止剤、可塑剤、軟化剤、潤
滑剤、界面活性剤、消泡剤及び硬化調節剤からなる群か
ら選択される１種類以上の添加剤をさらに含有する、請
求項１記載の方法。 - 【請求項８】 スリップキャスティング、刷毛塗り、絵
付け、ディッピング、フローコーティング、ロールコー
ティング、スピンコーティング及び吹付けからなる群か
ら選択される技術でスラリーを基材に塗布する、請求項
１記載の方法。 - 【請求項９】 前記ボンドコート材料が式ＭＣｒＡｌＸ
（式中、ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ及びそれらの混合物から
なる群から選択され、ＸはＹ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃ及びそれらの組合せからなる群から選
択される）で表される合金からなる、請求項１記載の方
法。 - 【請求項１０】 前記ボンドコートがアルミナイド、白
金アルミナイド、ニッケルアルミナイド、白金ニッケル
アルミナイド及びそれらの混合物からなる群から選択さ
れる材料からなる、請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】 前記ボンドコート材料が約４５ミクロ
ン以上の平均粒度を有する、請求項１記載の方法。 - 【請求項１２】 前記ボンドコート材料が約１５０〜約
３００ミクロンの平均粒度を有する、請求項１１記載の
方法。 - 【請求項１３】 前記揮発分が１種類以上の水性溶媒、
１種類以上の有機溶媒、又はそれらの混合物からなる、
請求項１記載の方法。 - 【請求項１４】 段階ｃ）が風乾で実施される、請求項
１記載の方法。 - 【請求項１５】 段階ｄ）が約５２５〜約１６５０℃の
温度で実施される、請求項１記載の方法。 - 【請求項１６】 前記金属系基材が超合金である、請求
項１記載の方法。 - 【請求項１７】 前記超合金がニッケル基又はコバルト
基材料である、請求項１６記載の方法。 - 【請求項１８】 前記ボンドコートが段階ｄ）後に約２
００マイクロインチを上回る二乗平均粗さ（Ｒa）を有
する、請求項１記載の方法。 - 【請求項１９】 前記スラリーがボンドコート材料も含
有していて、ろう材とボンドコート材料を同時に基材に
塗布する、請求項１記載の方法。 - 【請求項２０】 ボンドコート材料及びろう材を、溶
媒、結合剤、安定剤、増粘剤、分散剤、解膠剤、沈降防
止剤、可塑剤、軟化剤、潤滑剤、界面活性剤、消泡剤及
び硬化調節剤からなる群から選択される１種類以上の添
加剤と混合することによって前記スラリーを調製する、
請求項１９記載の方法。 - 【請求項２１】 前記ろう材が約２０〜約１５０ミクロ
ンの平均粒度を有し、前記ボンドコート材料が約４５ミ
クロン以上の平均粒度を有する、請求項１９記載の方
法。 - 【請求項２２】 段階ａ）のスラリーを塗布した後、ボ
ンドコート材料を塗布する前に、実質的に乾燥してグリ
ーン層を形成する、請求項１記載の方法。 - 【請求項２３】 前記ボンドコート材料を塗布する前
に、グリーン層に接着剤を塗布する、請求項２２記載の
方法。 - 【請求項２４】 前記ボンドコート材料がドライ粒子の
形態をなしていて、これを接着剤に塗布する、請求項２
３記載の方法。 - 【請求項２５】 前記ボンドコート材料を接着剤に振り
かけもしくは散布する、請求項２４記載の方法。 - 【請求項２６】 前記ボンドコート材料が第二のスラリ
ーの形態をなしていて、段階ａ）で塗布したスラリーに
段階ｂ）で塗布する、請求項２４記載の方法。 - 【請求項２７】 各々のスラリーが結合剤、安定剤、増
粘剤、分散剤、解膠剤、沈降防止剤、可塑剤、軟化剤、
潤滑剤、界面活性剤、消泡剤及び硬化調節剤からなる群
から選択される１種類以上の添加剤をさらに含有する、
請求項２６記載の方法。 - 【請求項２８】 スリップキャスティング、刷毛塗り、
絵付け、ディッピング、フローコーティング、ロールコ
ーティング、スピンコーティング及び吹付けからなる群
から選択される技術で各々のスラリーを基材に塗布す
る、請求項２６記載の方法。 - 【請求項２９】 前記ボンドコート材料が第二のスラリ
ーの形態をなしていて、第二のスラリーを第一のスラリ
ーと予備混合して予備混合物とし、該予備混合物を段階
ｃ）の前に基材に塗布する、請求項１記載の方法。 - 【請求項３０】 スリップキャスティング、刷毛塗り、
絵付け、ディッピング、フローコーティング、ロールコ
ーティング、スピンコーティング及び吹付けからなる群
から選択される技術で予備混合物を基材に塗布する、請
求項２９記載の方法。 - 【請求項３１】 段階ｄ）後にボンドコート上にオーバ
ーコートを施工する、請求項１記載の方法。 - 【請求項３２】 前記オーバーコートが遮熱コーティン
グである、請求項３１記載の方法。 - 【請求項３３】 前記遮熱コーティングがジルコニア系
である、請求項３２記載の方法。 - 【請求項３４】 前記遮熱コーティングを溶射技術で施
工する、請求項３２記載の方法。 - 【請求項３５】 前記溶射技術がプラズマ溶射技術であ
る、請求項３４記載の方法。 - 【請求項３６】 前記オーバーコートが耐摩耗性皮膜で
ある、請求項３１記載の方法。 - 【請求項３７】 前記オーバーコートが金属炭化物、ア
ルミナ、ムライト、ジルコン、コバルト−モリブデン−
クロム−ケイ素、ジルコン酸ストロンチウムカルシウム
ガラス及びそれらの混合物からなる群から選択される材
料からなる、請求項３１記載の方法。 - 【請求項３８】 金属アルミナイド系又はＭＣｒＡｌＹ
系ボンドコート（式中、Ｍはニッケル、コバルト又はそ
れらの混合物である）を超合金基材に施工する方法であ
って、 （Ｉ）ニッケルを約４０重量％以上含有するろう材とボ
ンドコート材料との混合物に加えて揮発分を含有するス
ラリーを基材に塗布する段階、 （II）揮発分の少なくとも一部を除去するのに十分な条
件下でスラリーを乾燥してグリーン皮膜を形成する段
階、及び （III）グリーン皮膜を基材にろう付けする段階 を含んでなる方法。 - 【請求項３９】 前記ろう材が約４０〜約８０ミクロン
の平均粒度を有し、ボンドコート材料が約１５０〜約３
００ミクロンの平均粒度を有する、請求項３８記載の方
法。 - 【請求項４０】 前記ボンドコート上にジルコニア系遮
熱コーティングを施工する、請求項３８記載の方法。 - 【請求項４１】 金属系基材上に施工されたボンドコー
トを交換する方法であって、 （ｉ）基材の所定の領域から既存のボンドコートを除去
する段階、 （ii）ろう材だけでなく揮発分も含有するスラリーを上
記所定の領域に塗布する段階、 （iii）追加のボンドコート材料を上記所定の領域に塗
布する段階、及び （iv）ろう材及びボンドコート材料を上記所定の領域に
融着させる段階 を含んでなる方法。 - 【請求項４２】 前記スラリーがボンドコート材料も含
有していて、ろう材及びボンドコート材料を同時に基材
に塗布する、請求項４１記載の方法。 - 【請求項４３】 前記ボンドコート材料が式ＭＣｒＡｌ
Ｘ（式中、ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ及びそれらの混合物か
らなる群から選択され、ＸはＹ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃ及びそれらの組合せからなる群から選
択される）で表される合金からなる、請求項４１記載の
方法。 - 【請求項４４】 前記金属系基材がタービンエンジンの
一部分である、請求項４１記載の方法。 - 【請求項４５】 ろう材及びボンドコート材料を含んで
なるスラリー組成物。 - 【請求項４６】 前記ろう材がニッケル、コバルト、
鉄、貴金属、及びこれらのいずれか１種類以上を含む混
合物からなる群から選択される１種類以上の金属からな
る、請求項４５記載の組成物。 - 【請求項４７】 前記ろう材がニッケルを約４０重量％
以上含有する、請求項４６記載の組成物。 - 【請求項４８】 前記ボンドコート材料が式ＭＣｒＡｌ
Ｘ（式中、ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ及びそれらの混合物か
らなる群から選択され、ＸはＹ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃ及びそれらの組合せからなる群から選
択される）で表される合金からなる、請求項４６記載の
組成物。 - 【請求項４９】 前記ボンドコートがアルミナイド、白
金アルミナイド、ニッケルアルミナイド、白金ニッケル
アルミナイド及びそれらの混合物からなる群から選択さ
れる材料からなる、請求項４６記載の組成物。 - 【請求項５０】 前記ボンドコート材料が粒子の形態を
なしていて、粒子が約４５ミクロン以上の平均粒度を有
する、請求項４６記載の組成物。 - 【請求項５１】 （ａ）金属系基材、及び（ｂ）上記基
材に施工された揮発分含有スラリーであって、ろう材及
びボンドコート材料を含んでなる揮発分含有スラリーを
含んでなる製品。 - 【請求項５２】 前記基材が超合金である、請求項５１
記載の製品。 - 【請求項５３】 前記基材がタービンエンジンの部品で
ある、請求項５１記載の製品。 - 【請求項５４】 前記ろう材がニッケルを約４０重量％
以上含有し、ボンドコート材料が式ＭＣｒＡｌＸ（式
中、ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ及びそれらの混合物からなる
群から選択され、ＸはＹ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｂ、Ｃ及びそれらの組合せからなる群から選択され
る）で表される合金からなる、請求項５１記載の製品。 - 【請求項５５】 前記スラリー中の揮発分を実質的に除
去してグリーン皮膜を形成する、請求項５１記載の製
品。 - 【請求項５６】 前記グリーン皮膜を基材に融着させて
ボンドコートを形成する、請求項５５記載の製品。 - 【請求項５７】 前記ろう材が連続マトリックス相を形
成し、その中にボンドコート材料の粒子が埋め込まれて
いる、請求項５６記載の製品。 - 【請求項５８】 前記ボンドコート上にオーバーコート
が施工されている、請求項５７記載の製品。 - 【請求項５９】 前記オーバーコートがジルコニア系Ｔ
ＢＣである、請求項５８記載の方法。 - 【請求項６０】 前記オーバーコートが耐摩耗性皮膜で
ある、請求項５８記載の方法。 - 【請求項６１】 （ｉ）金属系基材、及び（ii）基材表
面に設けられた、ボンドコート粒子を含むろう付けボン
ドコートであって、ろう材が連続マトリックス相を形成
し、その中にボンドコート材料の粒子が埋め込まれてい
るろう付ボンドコートを含んでなる製品。 - 【請求項６２】 前記ろう付けボンドコートが約２００
マイクロインチを上回る二乗平均粗さ（Ｒa）を有す
る、請求項６１記載の製品。 - 【請求項６３】 前記ろう付けボンドコートが微小粗さ
によって特徴づけられる、請求項６１記載の製品。 - 【請求項６４】 前記ろう材がニッケル基又はコバルト
基合金である、請求項６１記載の製品。 - 【請求項６５】 前記ボンドコートが高温材料である、
請求項６１記載の製品。 - 【請求項６６】 前記ボンドコート粒子が粗さを生じ
る、請求項６１記載の製品。
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|---|---|---|---|
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