JP2002538306A - 高温部材の被覆方法及び被覆設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 製品（１２）を真空設備（１）内で金属層（１３）、特にガスタービンの高温部材で被覆する方法、また製品（１２）を被覆室（３）及び熱後処理室（５）を有する真空設備（１）内で金属層（１３）で被覆する装置を提供する。温度推移に対するこの新規の処理操作法により、特に金属層（１３）を製品（１２）上に被着した後及びその熱後処理前にいつでも室温（Ｔ_R）よりも高い最低温度（Ｔ_{m in}）が保証される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、真空設備内で製品を金属層、特に金属酸化保護層で被覆する方法に
関する。本方法の場合、製品を真空設備内に入れ、室温から製品温度に加熱し、
金属層を製品上に施し、被覆された製品に熱後処理を行う。更に本発明は、真空
設備内において金属層で製品を被覆する設備に関し、その際この真空設備は被覆
室と熱後処理室を含んでいる。

【０００２】 ガスタービン翼を被覆する被覆設備、例えば物理蒸着法によりセラミックス層
をガスタービン翼上に施す、Interturbine von Ardenne GmbH社の直列形電子
ビームPVD被覆設備（EB‐PVD＝electron Beam‐Physical Vapor Deposition
）は公知である。このような被覆設備は、例えば直接連続的に接続され、タービ
ン翼を運ぶ搬送システムと接続された室を備える。その際この第１の室はタービ
ン翼の装填室の役目をする。この装填室からタービン翼は装填室に接続する第２
の真空室に移送され、そこで予熱される。引続き製品の後処理室への更なる搬送
が行われ、そこでセラミックス材料、特にイットリウムで安定化された酸化ジル
コンが電子ビームにより加熱され、溶融され、そして蒸着される。このセラミッ
クス材料はタービン翼上で凝縮し、こうしてセラミックス被覆が形成される。こ
のように被覆されたタービン翼は更に冷却室内に搬送されて冷却される。その際
タービン翼を冷却室内に放置し、それによりその熱が室温に冷却される迄熱放射
により周囲に放出されるため、冷却は無制御で、特に調整なしで行われる。

【０００３】 タービン翼上に施す断熱層組織は、米国特許第５２３８７５２号明細書に由来
するものである。この場合タービン翼は、ニッケルベース超合金の基礎材料でで
きており、この上にMCrAlY又はPtAlの類の金属保護層又は結合層が施されている
。ここにＭはニッケル及び／又はコバルトを、Crはクロムを、Alはアルミニウム
を、Ｙはイットリウムを、そしてPtは白金を表す。この金属結合層上に酸化アル
ミニウムの薄層が形成され、その上にイットリウムで安定化された酸化ジルコン
から成る本来のセラミックス断熱層が施される。この場合タービン翼の被覆は、
セラミックス材料（酸化ジルコン）を電子ビーム溶射により施す物理蒸着法で行
われる。この被覆プロセスは真空室内で行われ、その際タービン翼は基板加熱器
を用いて約１２００〜１４００Ｋ、好ましくは約１３００Ｋの温度に輻射熱によ
り加熱される。

【０００４】 上記の公知方法及び装置でタービン翼上に形成された層は、ガスタービンに使
用する場合、特に熱ガスに曝される場合、それらの耐用期間についてなお改良を
要するものである。

【０００５】 本発明の課題は、金属層で製品を被覆する方法を提供することにある。その際
金属層の耐久限度は、とりわけ腐食及び酸化作用に対し明らかに改善される。も
う１つの本発明の課題は、製品を金属層で被覆する設備を提供することにある。
この設備を使って高品質の金属層を製品上に形成することが可能となる。

【０００６】 本発明によれば、第１に挙げた課題は、製品を真空設備内に装入し、室温から
製品温度に加熱し、金属層を製品上に施し、この被覆した製品に熱処理を行い、
その際製品の温度が層の被覆後及び熱後処理前に、少なくとも室温より高い最低
温度になるようにこの熱後処理を層の被着に引続いて行う、真空設備内で製品を
金属層、特に金属酸化保護層で被覆する方法により解決される。

【０００７】 この場合本発明は、第１に製品の基礎材料上に施す金属層の品質が極めて重要
になると云う考え方から出発する。例えば層の均一性、その基板への結合性及び
層と基板との間の境界層の構造のような材料特性並びに固有の層特性は重要な品
質特性である。これらは、更に被覆プロセスを行う際、第１の層上に施す別の層
の結合性及び品質に影響を及ぼす。

【０００８】 従って製品上の金属層、例えば金属酸化保護層は、上述の層特性が良好に実現
されればされるほど、例えば腐食及び／又は酸化に対する保護層としてその機能
に一層効力を発揮する。例えば酸化又は腐食条件下に使用される製品上の金属層
の、耐用期間にとって、材料の選択の他に、特に製品の基礎材料に対する層の結
合性は決定的役割を果たす。この結合性は、製造プロセスの全段階で製品の処理
法に左右される。層の形成及び結合性に悪影響を及ぼしかねない化学的及び物理
的、特に熱的影響に対して注意しなければならない。化学的影響は、装置の全て
の組込み部分に、層の材料に対してできるだけ化学的に不活性な、適切な材料の
選択により十分に低減できる。層の製造プロセスを行う物理的条件は、それらの
全体としての処理操作、即ち製品の準備から、保護層の被着を経て、製品のその
後の処理（通常はその後の熱後処理）に至るまで、並びに可能な全ての中間工程
に関連する。従って製造プロセスの全ての段階において、処理操作の制御及び形
態は極めて重要である。その際、製品が製造プロセス中に支配される圧力及び温
度のような時間及び場所に依存する熱力学上のプロセスパラメータに注意せねば
ならない。例えば一般に基礎材料及び層材料の異なる熱膨張率により、層を施す
際の製品の温度（被覆温度）及び被覆された製品の熱後処理の完了までの温度推
移は、製品表面と層との間の界面層の形成に大きな影響を及ぼす。

【０００９】 本方法により、金属層の製造プロセスの全段階における温度についてのほぼ静
的な処理操作が達成できる。この場合、金属層を製品上に施した後及び熱後処理
前のこの製品に、室温より高い最低温度が常に保障される。

【００１０】 製品がガスタービン翼や燃焼室の耐熱防護板等のガスタービンの高温部材であ
れば、最低温度は好ましくは約５００Ｋ、特に９００〜１４００Ｋである。

【００１１】 本方法は、製品がその周囲と常に熱力学的にほぼ平衡状態にある点で優れてい
る。時間的にも、空間的にも温度勾配、特に熱衝撃は回避される。この温度推移
に対する処理操作におけるこの新しい方法により、熱後処理中の製品の基礎材料
への金属層の結合を明らかに改善することができる。このようにして金属層の被
着に引続いて行う熱後処理中の拡散工程により、基礎材料と層材料との固い結合
が生じ、高品質の層が製品上に形成される。

【００１２】 製品上への金属層の被着を被覆領域内で行い、熱後処理は熱後処理領域内で行
うとよい。この場合、被覆領域と熱後処理領域は真空設備の異なる領域である。
金属層の製品上への被着と熱後処理とは同じ真空設備内で行うが、空間的に互い
に分離すると有利である。それは、これら処理工程が若干異なる温度で行われ、
一般に異なる処理時間を有するからである。例えば金属層、特に金属の酸化・腐
食保護層のガスタービン翼への被着は、約１１００〜１２００Ｋの被着温度で、
他方ガスタービン翼の熱後処理は約１２００〜１５００Ｋの熱後処理温度で行わ
れる。被覆領域と熱後処理領域の分離は、金属層の品質及び再現性に好影響を及
ぼす。即ち、異なる処理工程を異なる処理パラメータで設備の同じ領域内で行う
のを回避できる。同じ領域内で行うには、真空設備の操作パラメータを定期的に
変更して実施せざるを得ず、層の品質及び再現性に悪影響を及ぼす。

【００１３】 被覆した製品を自動的に被覆領域から熱後処理領域に移すのが好ましい。この
処理方法は、金属層の工業的製造に極めて有利である。とりわけ真空設備内で、
特に電子制御により製品を自動的に搬送することは、例えば出費を要する、手動
で外部から操作可能なマニピュレータと、気密な真空パスとを備える他の公知に
実施形態よりも遙かに優れている。

【００１４】 熱後処理した製品を、制御下に室温に冷却するのが有利である。室温への冷却
を、制御又は調整しつつ行うことは更に好ましい。これは製品に予想される真空
室からの取り出しに先立って行う。冷却工程を制御及び調整することで、熱後処
理を終えた製品に、金属層と基板との間に生じる熱応力によりその層特性に悪影
響を及ぼしかねない、無制御での室温への冷却を回避できる。

【００１５】 被覆領域内に第１の個数の製品が、また同時に熱後処理領域内に第２の個数の
製品があり、その際第２の個数が第１の個数よりも多いと有利である。この処理
法は製品上に金属層を工業的な流れ作業方式で大量生産するのに極めて有利であ
る。製品上に被覆領域内で金属層を施し、一方同時に熱後処理領域内で製品に熱
後処理を行う。こうすることにより製品上への金属層の効率の良い形成が行える
。この処理工程により、製品の連続したかつ同時の操作が可能になる。特にこの
操作の場合、製品の単位時間当たりの進行は、同時操作ではない処理工程に比べ
明らかに高められる。個々の処理工程が異なる処理時間を要し、この方法の場合
は熱後処理プロセスが一般に律速的なプロセスであるため、同じ時間に被覆領域
内にあるよりも多くの製品に熱処理を行う。例えばガスタービン翼上に金属層、
特に金属の酸化・腐食保護層を施すには、約３０分の処理時間を要し、一方ガス
タービン翼の熱後処理には約６０〜２４０分のかなり長い処理時間を要する。真
空設備をそれぞれの処理時間を考慮して配列することにより、製品の連続したか
つ同時の操作が保障され、効率の良い製造が可能になる。

【００１６】 製品として、好適にはガスタービンの高温部材、特にガスタービン翼又は燃焼
室の耐熱防護板が利用される。更に高温部材の基礎材料としてニッケル、鉄又は
コバルトベースの超合金を使用すると有利である。ガスタービン翼は、ガスター
ビンの熱ガスチャネル内に配置される高温部材である。高温負荷、特に例えば１
５００Ｋ以上の高いタービン給気温度並びに熱ガスによる腐食・酸化条件に曝さ
れるガスタービンでは、タービン案内翼とタービン回転翼とを区別する。従って
基礎材料として相応しい合金を選択せねばならない。高い時間安定性を示すニッ
ケルベースの耐熱性合金の例として、主成分が７３％のニッケル、１３％のクロ
ム、４．２％のモリブデン並びに２％のニオブからなるInconel 713Cがある。

【００１７】 特に、金属層としてMCrAlX合金を使用するとよい。なおＭは鉄、コバルト、ニ
ッケルを含む単数又は複数の元素の群、Crはクロム、AlはアルミニウムそしてＸ
はイットリウム、レニウム並びに希土類元素を含む群の単数又は複数の元素を表
す。この金属層を被覆領域内でVPS（真空プラズマ溶射）法又はLPPS（低圧プラ
ズマ溶射）法での輻射熱により、公知のようにして製品、特にガスタービンの高
温部材上に施す。このMCrAlX層は、特にニッケル、鉄又はコバルトベースの超合
金から成る基礎材料を含むガスタービンの高温部材に適する。これらの層は据置
き形ガスタービン及び高いタービン給気温度を有する翼駆動装置に適している。
更にこれらの層は、例えばセラミックス断熱層を製品上にPVD（物理蒸着）によ
り形成するような他の被覆法で、更なる層を施すための接着剤層としても適して
いる。

【００１８】 設備に対する課題は、本発明によれば被覆室と熱後処理室とを含み、この熱後
処理室が被覆室と真空を保つように接合された、真空設備内で、製品を金属層で
被覆する設備により解決される。

【００１９】 それにより金属層を製品上に施し、引続き設備内で熱後処理を行うことが可能
になる。被覆室と熱後処理室との真空を保つ接合は、製品をこの処理中のいかな
る時点でも、雰囲気、特に空気中の酸素に曝さないことを保証する。従って層を
施し、熱後処理するために分離され、互いに真空を保つように接合されていない
複数の真空室を備える従来の設備に比べ、この真空設備は優れている。

【００２０】 熱後処理室内に加熱装置を設けるのがよい。この加熱装置を公知の形態に形成
し、例えば間接的に輻射加熱する輻射加熱素子により又は製品を直接電子照射に
より加熱する電子ビーム銃により構成する。熱後処理のため、製品温度に関する
この処理操作は、製品温度を所定の値、即ち熱後処理温度に調整するように実施
する必要がある。その際製品の温度測定及び加熱装置の加熱出力の調節、例えば
輻射加熱素子の輻射出力を熱電流を介して調節し、熱後処理温度を調整する。

【００２１】 被覆室の手前に配置し、これと真空を保つように接合する予熱室を設けるとよ
い。この予熱室は真空室として形成され、製品を金属層で被覆するための真空設
備全体の一構成要素である。この予熱室内に、公知のように、例えば間接的に輻
射加熱する輻射加熱素子により、又は製品を直接電子照射により加熱する電子ビ
ーム銃により行う加熱装置を設ける。この予熱室は、一方では製品を収容し、室
温から製品温度に予熱し、他方では製品をその後の処理工程のため、特に金属層
を被覆室内で製品上に施すための前処理及び準備のために使用される。この予熱
室内で、場合によっては製品の表面に加わることが予想される汚染を製品からガ
ス除去処理することもできる。汚染は製品上への層の被着、従って層の品質に悪
影響を及ぼすことになる。従って、脱ガス処理により相応しく清浄に準備された
表面と明確に限定された製品温度を有する製品を製造すべく、この予熱室は、予
備加熱処理の他に同時に、被覆すべき製品にとって重要な洗浄機能を果たす。

【００２２】 熱後処理室の後方に配置され、これと真空を保つように接合された冷却室を設
けると有利である。製品の熱後処理に引続いて該製品を加熱する。この製品を、
更に処理するか又はその用途に供給するため、適切な方法で室温にもたらす。そ
れには冷却が必要であり、そのため従来法ではやはり、被覆室に接続していない
外部の熱後処理室を使用していた。この中で製品を、制御下に冷却した。それに
対し本発明の真空設備では、制御下の冷却工程を分離した冷却室内で行う。その
際、この冷却室を真空室として形成し、真空設備全体の１つの構成要素となす。
製品を制御下に冷却するため、冷却室内に加熱装置を用意する。この装置は、冷
却工程中に製品が所定の温度を有するようにする。そのため製品の冷却は、急激
過ぎる熱輻射又は外部への熱の導出により行わず、温度が徐々にかつ制御下に、
加熱装置の加熱出力の調節により室温迄低下するよう準静的に行う。この加熱装
置は、例えば公知の製品を間接的に輻射加熱する輻射加熱素子の形に形成する。
製品の冷却のために、不活性冷却ガス（例えばアルゴン）を供給するシステムの
形の、公知の補助処理装置を冷却室内に備えることができる。この実施形態では
、温めた製品に十分な量の不活性冷却ガスを当て、制御下に室温迄冷却する。こ
の冷却室を同時に製品の取り出し室として利用するのが有利である。

【００２３】 被覆室と熱後処理室との真空を保つ接合を、エアロック室を介して形成すると
よい。その際金属層を製品上に施すため及びその熱後処理のための処理時間も、
また各処理パラメータ、特に被覆温度及び熱後処理温度も異なっている。例えば
ガスタービン翼上への金属層、特に金属の酸化・腐食保護層の被着は約１１００
〜１２００Ｋの被覆温度で行う。それに対し被覆したガスタービン翼の熱後処理
は、１２００〜１５００Ｋの明らかに高い熱後処理温度で行う。従ってこのプロ
セスを、適当な装置によって、この場合分離されたエアロック室により実施し、
空間的にも双方の相互作用を十分に排除するように、互いに分離することが好ま
しい。プロセス工学的にも、この実施形態は有利である。その際このエアロック
室は、まず第１に製品を被覆室から熱後処理室に搬送する役目をする。エアロッ
ク室は真空設備の不可欠な構成要素である。このエアロック室内に所定の製品温
度を搬送中に保障する加熱装置を設けると有利である。

【００２４】 その際被覆室から熱処理室に製品を搬送中、エアロック室内の製品温度をそれ
ぞれの処理温度に連続的に適合させ得ると有利である。真空設備を同時の操作法
で、工業的な流れ作業的大量生産に使用する場合、場合によってはその生産個数
を相互に適合させるため、従ってまた製品のできるだけ連続した進行を保証する
ため、このエアロック室は更に重要な緩衝組織となる。

【００２５】 製品を真空設備のある真空室（予熱室、被覆室、エアロック室、熱後処理室、
冷却室）から別の真空室に自動的に引き渡す搬送システムを設けるとよい。

【００２６】 特に真空設備内で製品を電子制御により自動的に移送することは、例えば手動
で外部から操作可能な高額なマニピュレータと気密な真空パスを用いる公知の形
態より優れている。特に連続的かつ自動化された製品の操作を可能にするため、
真空設備の真空室（予熱室、被覆室、エアロック室、熱後処理室、冷却室）に適
切な搬送システムを設ける。その際この搬送システムは製品を受け入れ、製品を
搬送しそして製品を引き渡すため各真空室内に配置される装置を有する。

【００２７】 被覆室が第１の収容容積を、また熱後処理室が第２の収容容積を製品のために
有し、その際第２の収容容積が第１の収容容積よりも大きいと有利である。一般
に真空室内の製品の平均個数は、単位時間毎に真空室内に送り込まれる製品の個
数に平均滞留時間を乗ずることで求められる。理想的な連続操作では、全ての真
空室に単位時間毎に供給される製品の数は同じである。真空室内の製品の平均個
数は、この真空室内での滞留時間から求められる。従って製品を収容する被覆室
及び熱後処理室の相対収容容積は、各々の処理時間から近似的に求められる。MC
rAlX層をVPS又はLPPS法によりニッケル、鉄又はコバルトベースの超合金から成
る基礎材料を有するガスタービン翼上に施すために、典型的には約３０分の処理
時間が保持され、一方ガスタービン翼の熱後処理には約１２０分の処理時間がか
かる。従って熱後処理室は、ガスタービン翼用の収容容積が被覆室のそれの少な
くとも約４倍あるように採寸・形成される。この真空設備は、収容容積が各々の
処理時間に適合し、従って製品の連続した、かつ同時操作が可能になるように考
案しており、これはまた工業的な流れ方式の大量生産に極めて有効である。

【００２８】 本発明による製品を、真空設備内で金属層により被覆する設備および方法を図
示の実施例により以下に詳述する。図面は一部を概略的にかつ簡略化して示す。

【００２９】 図１は、製品１２（例えばガスタービン翼１２）を金属層１３で被覆するため
の真空設備１を縦断面図で示す。真空設備１は異なる真空室２、３、４、５、６
を、予熱室２、被覆室３、エアロック室４、熱後処理室５及び冷却室６の順に有
する。被覆室３は、エアロック室４を介して真空を保つように熱後処理室５と接
続されている。予熱室２は被覆室３の手前に配置され、これと真空を保つように
接合されている。冷却室６は熱後処理室５の後方に配置され、これと気密に接合
されている。予熱室２、エアロック室４、熱後処理室５及び冷却室６内には、そ
れぞれ少なくとも１つの加熱装置７、７Ａが備えられている。図示の実施例では
個々の真空室２、４、５、６内の加熱装置７、７Ａは、真空室内に配置されたガ
スタービン翼１２を所定の製品温度に制御下に加熱する輻射加熱素子として形成
されている。真空室２、３、４、５、６には搬送システム８、１１が設けられ、
各々引き渡し／引き受け装置１１と搬送装置８として個々の真空室２、３、４、
５、６内に形成されている。予熱室２、エアロック室４、熱後処理室５並びに冷
却室６内には、それぞれ少なくとも２個のガスタービン翼１２がそれぞれの搬送
装置８上に配置されている。被覆室３は被覆領域９を持ち、その中に被覆装置１
４並びに長手軸１７の廻りを回転可能なガスタービン翼１２用ホルダ１６が配置
されている。この場合、被覆装置１４は被覆材料１５（例えばMCrAlX）をガスタ
ービン翼１２上に熱溶射するためのVPS（真空プラズマ溶射）又はLPPS（低圧プ
ラズマ溶射）装置（プラズマバーナ）として形成されている。この被覆装置１４
は、同時にガスタービン翼１２を所定の製品温度に加熱する役目をする。これは
被覆工程時に被覆装置１４（プラズマバーナ）の熱したプロセスガス及びガスタ
ービン翼１２の表面に打ち当たる被覆材料１５により保証される。ガスタービン
翼１２は被覆領域９内のホルダ１６上にある。被覆装置１４は被覆領域９内のガ
スタービン翼１２の上方に配置されている。熱後処理室５内に熱後処理領域１０
が形成されており、そこで金属層１３、特にMCrAlX層で被覆された幾つかのガス
タービン翼１２が搬送装置上に載っている。その際、熱後処理領域１０内のガス
タービン翼１２の数は、被覆領域９内のガスタービン翼１２の数より多い。熱後
処理領域１０内に２つの加熱装置７Ａが備えられている。１個の加熱装置７Ａは
ガスタービン翼１２の上方に、もう１個の加熱装置７Ａは下方に配置され、従っ
て輻射熱により、ガスタービン翼１２の所定の製品温度、即ち熱後処理温度への
加熱を保障する。真空設備１の真空室２、３、４、５、６は、個々の真空室内に
各々所望の真空度が生ずるよう、図１には示さない拡散ポンプ、弁及び真空測定
装置並びに予備真空ポンプからなる真空ポンプシステムと接続されている。

【００３０】 例えばガスタービン翼である製品１２を真空設備１内で金属層１３、特に金属
のMCrAlXの酸化保護層で被覆する方法の場合、ガスタービン翼１２をまず第１に
予熱室２内に装入し、搬送システム８、１１の搬送装置８上に配置する。予熱室
２はガスタービン翼１２の収容及び予熱に使用する。予熱室２内に設置した加熱
装置７により、ガスタービン翼１２を、室温から製品温度、即ち被覆温度に加熱
する。ガスタービン翼１２を予熱室２内で前処理し、後の処理工程のため、特に
被覆室３内での金属層１３の被着のため準備する。予熱室２内で、場合によりガ
スタービン翼１２の表面に付着すると予想される汚染も、ガスタービン翼１２か
ら脱ガスにより除去できる。従って予熱室２は予熱処理の他に、同時に被覆すべ
きガスタービン翼１２にとって重要な浄化機能を果たす。この場合、加熱及び脱
ガス処理後にガスタービン翼１２を、相応しく浄化準備された表面、及び明確に
限定された製品温度、即ち被覆温度を有するガスタービン翼１２を加熱及び脱ガ
ス処理により準備する。引続きガスタービン翼１２を搬送システム８、１１によ
り予熱室２から被覆室３の被覆領域９内に自動的に搬送し、可動の、即ちここで
は長手軸１７の廻りで回転可能な、ホルダ１６上に配置する。被覆室３内で被覆
工程を行う際、金属層１３、例えばMCrAlX酸化保護層をガスタービン翼１２上に
施す。この被覆材料１５（MCrAlX）を、例えばVPS真空プラズマ溶射又はLPPS低
圧プラズマ溶射法での熱溶射により、長手軸１７の廻りを動く（この場合長手軸
１７の廻りを回転する）ガスタービン翼１２の表面上に施す。その際、この層１
３を施すための処理時間は約３０分である。この処理時間中にガスタービン翼１
２を、翼へのプロセス的に限定された熱の取込みにより、約１１００〜１２００
Ｋの被覆温度に保持する。この場合ガスタービン翼１２の加熱は、被覆装置１４
（プラズマバーナ）の熱したプロセスガス及びガスタービン翼１２に打ち当たる
被覆材料１５により行われる。金属層１３をガスタービン翼１２上に施した後、
これを被覆領域９から熱後処理領域１０に搬送システム８、１１で自動的に搬送
する。この搬送はエアロック室４を介して行う。エアロック室４内でガスタービ
ン翼１２を、そこに配置した加熱装置７により、常に最低温度よりも高い所定の
製品温度に保持する。その際、この最低温度は室温よりも高く、有利には５００
Ｋ、特に約９００〜１４００Ｋである。搬送後、熱後処理領域１０内で金属層１
３を備えたガスタービン翼１２に、約１２００〜１５００Ｋの処理温度で熱後処
理を行う。それにはガスタービン翼１２を加熱装置７Ａで所定の熱後処理温度に
加熱し、この温度に一定時間を保持する。この処理時間は、この場合例えば１２
０分（図２及び図３についての記載も参照のこと）である。それにより強固な結
合（拡散結合）が金属層１３とガスタービン翼１２の基礎材料との間に生ずる。
この熱後処理の後、ガスタービン翼１２を熱後処理室５から冷却室６に自動的に
搬送する。ガスタービン翼１２を熱後処理した後、これを一定温度に加熱する。
ガスタービン翼１２を更に処理するため又はその用途に供するため、これを適切
な方法で室温にもたらす。それにはガスタービン翼１２を冷却せねばならない。
従来方法では、これをやはり被覆室に真空を保つようには結合されていない外部
の熱後処理室内で行っていた。それに対しこの真空設備では、制御下の冷却工程
を分離した冷却室６内で行う。ガスタービン翼１２を制御下に冷却するために、
冷却室６内に加熱装置７を設けている。この装置は、ガスタービン翼１２が冷却
工程中に所定の温度を得るように図る。それにより、ガスタービン翼１２の冷却
は急激過ぎる外部への熱輻射又は熱伝導を介しては行わず、温度が徐々にかつ制
御下に、加熱装置７の加熱出力の制御又は調節により室温迄下がるように準静的
に行う。ガスタービン翼１２を冷却室６内で制御下に室温に冷却してから、冷却
室６から取り出す。

【００３１】 ここで例として記載した製品１２、特にガスタービン翼１２を金属層１３で被
覆する方法は、連続的かつ同時操作の方法である点で優れている。この結果、複
数の製品１２に、種々の処理工程を同時にかつ連続的に施すことができる。この
ことは図１内に、例えば１個のガスタービン翼１２が被覆領域９内に、また同時
により多くのガスタービン翼１２が、各々予熱室２、エアロック室４、熱後処理
領域１０及び冷却室６内にあることから説明される。従って被覆領域９内でガス
タービン翼１２上に金属層１３を施し、一方同時に熱後処理領域１０内で金属層
１３を施したガスタービン翼１２に熱後処理を行い、その間に同時に予熱室２内
でガスタービン翼１２を前処理し、かつ同時に冷却室６内でガスタービン翼１２
を制御下に冷却し、そして同時にエアロック室４内にガスタービン翼１２を移送
する。種々の処理工程によるガスタービン翼１２の連続的かつ同時的な処理が可
能になる。特にこの処理法の場合、ガスタービン翼１２の単位時間当たりの処理
量は、非同期及び／又は非連続の方法に比べて明らかに増大する。個々の処理工
程の異なる処理時間に基づき、本方法では、熱後処理プロセスが一般に時間を規
定するプロセスであるため、同時に被覆領域９内で被覆するより多くのガスター
ビン翼１２に熱後処理を施す。真空設備１を各処理時間に配慮して配列すること
で、製品１２の連続的かつ同時的な操作を保障し、金属層１３を製品１２上に効
率良く形成することをできる。本方法は、ガスタービン翼１２の被覆の他に、ガ
スタービンの他の高温部材、例えば燃焼室の耐熱防護板の被覆にも適する。

【００３２】 次の図中で、熱の推移に関する処理操作を従来法（図２）と本発明方法（図３
）とを対比して以下に説明する。その際分かり易くするため、図１の符号も参照
されたい。

【００３３】 図２は従来の被覆法での製品、特にガスタービン翼１２の時間に関する温度推
移を示す。このグラフはＸ軸上に時間ｔを、またＹ軸上に製品１２が処理中のあ
る時点ｔに持つ温度Ｔを示す。時間ｔの関数としての製品温度Ｔは、このグラフ
では、曲線Ｔ₁（ｔ）として示してある。製品 １２はまず室温Ｔ_Rから製品温度
Ｔ、即ち被覆温度Ｔ_Cに直線的に加熱される。金属層１３を製品１２上に被着し
ている間、被覆処理時間Δｔ_Cの温度は被覆温度Ｔ_Cに保持される。その後、製品
１２は被覆温度Ｔ_Cから室温Ｔ_Rに冷却される。その後製品１２は常法で被覆室３
から取り出され、適当な方法で中間貯蔵され、不特定の時点で熱後処理のため熱
後処理室５に送られる。従って製品１２の熱後処理は、金属層１３の被着直後に
は行われない。このことを分かり易くするため、図２の時間軸ｔを室温Ｔ_Rへの
冷却後と熱後処理の開始前とで切断している。即ち、この場合連続した処理を問
題としていない。この製品１２は最後に熱後処理される。それには製品１２をま
ず室温Ｔ_Rから直線的に製品温度Ｔ、即ち熱後処理温度Ｔ_Hに加熱する。この温度
は被覆温度Ｔ_Cよりも高い。熱後処理処理は一般に金属層１３の被着よりも長い
処理時間を要するので、製品が熱後処理温度Ｔ_Hである熱後処理の処理時間Δｔ_H は、相応して被覆処理時間Δｔ_Cよりも長くなる。例えばガスタービン翼である
製品１２の熱後処理で、熱後処理の処理時間Δｔ_Hは被覆処理時間Δｔ_Cの約４倍
である。熱後処理の後、製品１２を熱後処理温度Ｔ_Hから再び室温Ｔ_Rに冷却する
。従来法における温度推移に関する処理操作は、金属層１３の被着と熱後処理と
の間に製品１２を室温Ｔ_Rに冷却することを特徴とする。

【００３４】 図３は本発明方法による製品１２、特にガスタービン翼の温度推移に関するグ
ラフを示す。グラフのＸ軸上に時間ｔが、Ｙ軸上に製品がある時点で持つ製品温
度Ｔがとられている。時間ｔの関数としての製品温度Ｔは、グラフ中の相応する
曲線Ｔ₂（ｔ）により説明されている。この温 度推移では、製品１２はまず室温
Ｔ_Rから製品温度Ｔ、即ち被覆温度Ｔ_Cに直線的に加熱される。金属層１３を製品
１２上に被着している被覆処理時間Δｔ_Cの間 、温度は被覆温度Ｔ_Cに保持され
る。例えばガスタービン翼であるMCrAlX 層を施こした製品１２の被覆温度Ｔ_Cは
約１１００〜１２００Ｋである。 本来の被覆工程の後、直ちに製品１２を被覆
領域９から熱後処理領域１０にエアロック室４を介して連続して搬送し、これは
場合によってはグラフに見られるように製品１２の温度の変化に関して一般に温
度の低下と結び付く。この処理工程中の温度推移は、被覆温度Ｔ_Hから最低温度
Ｔ_minへの製品１２に予想される温度の低下が室温Ｔ_Rより高くなるように制限し
て行われる。その際、ガスタービン翼の場合には、最低温度Ｔ_minは好ましくは
５００Ｋ以上、特に約９００〜１４００Ｋである。引続き製品１２を熱後処理の
ため、製品温度Ｔに、即ち熱後処理温度Ｔ_Hに加熱し、これはガスタービン翼の
場合約１２００〜１５００Ｋである。この熱後処理法は熱後処理温度Ｔ_Hで行わ
れ、この温度に製品１２を熱後処理時間Δｔ_Hの間保持する。熱後処理の処理時
間Δｔ_Hは被覆処理時間Δｔ_Cよりも長い。熱後処理の後、製品１２を熱後処理温
度Ｔ_Hから室温Ｔ_Rに冷却する。本方法による製品１２の時間に依存した温度推移
は、連続した曲線Ｔ₂（ｔ）を示 し、これは特に被覆温度Ｔ_Cのプラトー部分と
、熱後処理温度Ｔ_Hである後半のプラトー部分を連続的に連結している。その際
連結は製品１２の最低温度Ｔ_minを常に保障するように行われ、その際製品１２
は明確に室温Ｔ_Rには冷却されず及び／又は雰囲気に曝されることはない。温度
推移に対するこの新しい処理操作により、熱後処理中に金属層１３の、製品１２
の基礎材料への結合を明らかに改善することができる。この場合、製品１２は常
にその周囲と熱力学的な平衡状態にある。時間的にも、空間的にも温度勾配、特
に室温Ｔ_Rへの冷却による有害な熱衝撃は回避され、これは金属層の品質に極め
て良い影響をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】 製品、例えばガスタービン翼を金属層で被覆するための真空設備の縦断面を示
す概略図。

【図２】 従来法による製品の温度推移の簡素化したグラフ図。

【図３】 本発明方法による製品の温度推移の簡素化したグラフ図。

【符号の説明】 １ 真空設備 ２ 予熱室 ３ 被覆室 ４ エアロック室 ５ 熱後処理室 ６ 冷却室 ７、７Ａ 加熱装置 ８、１１ 搬送システム ８ 搬送装置 １１ 引き渡し／引き受け装置 Ｔ 製品温度 ｔ 時間 Ｔ_R 室温 Ｔ_C 被覆温度 Δｔ_C 被覆処理時間 Ｔ_H 熱後処理温度 Δｔ_H 熱後処理の処理時間

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）製品（１２）を真空設備（１）内に入れ、室温（Ｔ_R）
   から製品温度（Ｔ）に加熱し、 （ｂ）金属層（１３）を製品（１２）上に施し、 （ｃ）被覆された製品（１２）に熱後処理を行う 真空設備（１）内で製品（１２）を金属層（１３）、特に金属酸化保護層で被覆
   する方法において、 層（１３）の被着後かつ熱後処理前の製品（１２）の温度が、少なくとも最低
   温度（Ｔ_min）が室温（Ｔ_R）より高くなるように、層（２３）の被着に引続いて
   熱後処理を行うことを特徴とする真空設備内で製品を金属層で被覆する方法。
2. 【請求項２】 最低温度（Ｔ_min）が約５００Ｋ、特に９００〜１４００Ｋ
   であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 金属層（１３）の製品（１２）上への被着を被覆領域（９）
   内で行い、熱後処理を熱後処理領域（１０）内で行い、その際被覆領域（９）と
   熱後処理領域（１０）とが真空設備（１）の異なる領域であることを特徴とする
   請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】 被覆した製品（１２）を自動的に被覆領域（９）から熱後処
   理領域（１０）に移送することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 熱後処理した製品（１２）を、制御下に室温（Ｔ_R）に冷却
   することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
6. 【請求項６】 製品（１２）の第１の個数は被覆領域（９）内に、製品（１
   ２）の第２の個数は熱後処理領域（１０）内にあり、第２の個数が第１の個数よ
   りも多いことを特徴とする請求項３乃至５の１つに記載の方法。
7. 【請求項７】 製品（１２）が、ガスタービンの高温部材、特にガスタービ
   ン翼又は燃焼室の耐熱防護板であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記
   載の方法。
8. 【請求項８】 製品（１２）の基礎材料がニッケル、鉄又はコバルトベース
   の超合金であることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】 金属層（１３）がMCrAlX合金（式中Ｍは鉄、コバルト及びニ
   ッケルから成る群の単数又は複数の元素を、Crはクロムを、Alはアルミニウムを
   、そしてＸはイットリウム、レニウム並びに希土類の元素から成る群の単数又は
   複数の元素を表す）から成ることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方
   法。
10. 【請求項１０】 被覆室（３）と熱後処理室（５）を含む真空設備（１）内
    で製品（１２）を金属層（１３）で被覆する設備において、熱後処理室（５）が
    被覆室（３）と真空を保つように接合されたことを特徴とする製品の被覆設備。
11. 【請求項１１】 熱後処理室（５）内に加熱装置（７Ａ）が備えられたこと
    を特徴とする請求項１０記載の設備。
12. 【請求項１２】 予熱室（２）が被覆室（３）の手前に設けられ、これと真
    空を保つように接合されたことを特徴とする請求項１０又は１１記載の設備。
13. 【請求項１３】 熱後処理室（５）の後方に配置され、これと真空を保つよ
    うに接合された冷却室（６）を備えることを特徴とする請求項１０乃至１２の１
    つに記載の設備。
14. 【請求項１４】 被覆室（３）と熱後処理室（５）との真空を保つ接合がエ
    アロック室（４）を介して形成されたことを特徴とする請求項１０乃至１３の１
    つに記載の設備。
15. 【請求項１５】 エアロック室（４）内に加熱装置（７）を備えることを特
    徴とする請求項１４記載の設備。
16. 【請求項１６】 真空設備（１）の製品（１２）を真空室（２、３、４、５
    、６）から別の真空室（２、３、４、５、６）内に自動的に移す搬送システム（
    ８、１１）を備えることを特徴とする請求項１０乃至１５の１つに記載の設備。
17. 【請求項１７】 製品（１２）用に被覆室（３）が第１の収容容積を、熱後
    処理室（５）が第２の収容容積を持ち、第２の収容容積が第１の収容容積よりも
    大きいことを特徴とする請求項１０乃至１６の１つに記載の設備。