JP2003183809A

JP2003183809A - 局部アルミニド被覆の形成法

Info

Publication number: JP2003183809A
Application number: JP2002256808A
Authority: JP
Inventors: Thomas Kircher; トマス・キルヒャー
Original assignee: Sermatech International Inc
Current assignee: Sermatech International Inc
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2022-09-02
Also published as: ATE357543T1; EP1288330B1; US6730179B2; EP1288330A1; US20030041923A1; CA2399710C; DE60218946D1; JP3663190B2; DE60218946T2; CA2399710A1

Abstract

(57)【要約】【課題】金属基体の制限空間にある目標表面にアルミ
ニド被覆を形成する方法を提供する。【解決手段】（ａ）制限空間を覆って被覆テープを位
置決めして該制限空間を少なくとも一部分密閉し、この
場合に該被覆テープは目標表面と非接触の関係にあり、
そして（１）（ｉ）混合物の約７０重量％〜約９９重量
％を占める少なくとも１種のアルミニウム源であって、
約２０重量％〜約６０重量％のアルミニウムを含有する
アルミニウム源と、(ii)混合物の約１重量％〜約１５重
量％を占める少なくとも１種のハロゲン化物活性剤とを
含む混合物及び（２）少なくとも１種の結合剤を含むも
のとし、（ｂ）目標表面を、アルミニウム源を活性剤及
び該目標表面と反応させるのに有効な温度に加熱し、こ
れによって該目標表面にアルミニド被覆を形成する、こ
とを構成要件とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には金属基
体上に拡散されたアルミニド被覆の分野に関し、特には
被覆の拡散を基体の選択された領域に目標定めすること
に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニド被覆をブレード、羽根、燃焼
器ケースなどの如き金属ガスタービン部材の表面に拡散
させることは、これらの部材に対する酸化及び腐食の有
害な影響を減少させ、これによってそれらの有用な寿命
を維持する標準的な方法である。具体的に言えば、アル
ミニド被覆は、通常約６４９℃(１２００°Ｆ)よりも高
い温度での操作に使用される部品の有効寿命を延長す
る。かかる部材は、通常、ニッケルから又はニッケル若
しくはコバルトを基材とする合金から作られる。

【０００３】本質的には、すべてのアルミニウム拡散被
覆法は、被覆を形成するためのいくつかの共通工程を共
有する。第一に、被覆材料が金属基体の近くに又はそれ
に接触して置かれる。次いで、被覆材料及び基体は、被
覆材料が基体に拡散するまで加熱される。より具体的に
言えば、配置工程は、金属基体をレトルト室にアルミニ
ウム源及びハロゲン化物活性剤と共に置くことを包含す
る。アルミニウム源は、純アルミニム又はアルミニウム
に富む金属間化合物、例えばクロム−アルミニウム合金
又はＣｏ₂Ａｌ₅などであってよい。活性剤は、ハロゲン
化アルミニウム、ハロゲン化アルカリ金属、ハロゲン化
アンモニウム又はそれらの混合物を含めた任意数のハロ
ゲン化化合物であってよい。活性剤は、金属部材の表面
へのアルミニウムの付着を促進する働きをする。

【０００４】次いで、レトルト室内の金属基体、アルミ
ニウム源及び活性剤に対して高い熱を不活性雰囲気中で
２〜１２時間の範囲にわたる期間適用して酸化の発生を
防止する。加熱工程の間に、ハロゲン化物活性剤は解離
しそしてアルミニウム源からのアルミニウム金属イオン
と反応してＡｌ−ハロゲン化物中間体を形成し、この中
間体が金属基体の表面に移行する。このＡｌ−ハロゲン
化物中間体は、金属基体の金属原子を“強奪する”。こ
れらの原子は、金属基体の表面上に又はそれよりも下の
いくらかの深さにおいてＡｌ−ハロゲン化物中間体を還
元させてＮｉ₂Ａｌ₃、ＮｉＡｌ又はＮｉＡｌ₃の如き金
属間化合物を形成する。これらの金属間化合物がアルミ
ニドであり、そして一般的には高温劣化に対して抵抗性
である。従って、これらは保護被覆として好ましい。

【０００５】また、拡散アルミニド被覆法は、活性度又
は均一電着性（これは、ハロゲン化物活性剤の使用から
生じる）と称される第二の共通性を共有する。均一電着
性は、アルミニウム源中のアルミニウムイオンと反応す
る際のハロゲン化物活性剤の強度に関する。均一電着性
は、本質的には、ハロゲン化物活性剤が被覆反応を促進
する際に有するポテンシャルの尺度である。より大きい
均一電着性を有するようなハロゲン化物活性剤は、より
反応性のＡｌ−ハロゲン化物中間体を形成する。従っ
て、それらは、基体の金属原子をそれらの結晶構造から
容易に引き出すと共に、基体中のより深部から金属イオ
ンを引き出すことができる。より大きい均一電着性を有
するハロゲン化物活性剤は、より強い被覆反応（これ
は、付着された被覆の厚さに関係する）を促進させるこ
とができる。

【０００６】かくして、拡散アルミニド被覆は、Ａｌ−
ハロゲン化物中間体と基体の金属原子との間の化学反応
性（これは、先に記載したように、ハロゲン化物活性剤
の反応性の関数である）に左右される。被覆の深さ及び
品質に影響を及ぼす他の因子としては、加熱温度や、加
熱室又はハロゲン化物活性剤の均一電着性を抑制するこ
とができる基体の表面上のいずれかに配置される任意の
他の物質の存在が挙げられる。

【０００７】本質的には、個々の各種拡散被覆法の間の
相違点は、配置距離に、そして被覆材料と基体との間の
もっとも近い関係に関係する。これまで、アルミニド被
覆は、ワチテル氏他の米国特許３２５７２３０及びブー
ン氏の米国特許３５４４３４８に記載されるいわゆる
“パックセメンテーション”によって形成されてきた。
この方法では、金属基体は、アルミニウム源及びハロゲ
ン化物活性剤を含有する粉末形態の被覆材料中に埋没さ
れる。即ち、被覆材料は、基体と接触状態の関係にあ
る。他の接触状態の被覆媒体としては、被覆テープ及び
スラリーが挙げられる。この媒体は被処理表面に直接適
用されるので、これらの方法は、パックセメンテーショ
ン法の変形例に相当する。実際に、ラファーテイ氏他の
米国特許５３３４４１７は、被覆テープを使用して金属
基体上にパックセメンテーションタイプの被覆を形成す
ることについて記載している。オルソン氏他の米国特許
６０４５８６３では、二帯域拡散被覆を生成する被覆テ
ープが使用されている。スカエファー氏他の米国特許５
６７４６１０では、アルミニドではなくクロムの拡散被
覆を予備形成するために被覆テープが使用されている。
グリシク氏の米国特許４００４０４７は、アルミニウム
源がＦｅ−Ａｌ粉末混合物であるところの被覆テープの
使用を特徴点としている。また、カーチャー氏他の米国
特許６１１０２６２は、拡散アルミニド被覆用のスラリ
ーを開示している。

【０００８】パックセメンテーション法と幾分異なるも
のは、金属基体がレトルト室装置において被覆材料より
も上方にあるようないわゆる“パック上方”被覆法であ
る。被覆材料は典型的には粉末形態にあり、そして基体
と接触状態の関係にある。アルミニウム源及びハロゲン
化物活性剤の他に、被覆材料は、ハロゲン化物活性剤の
活性を低下させるのに必要に応じて酸化物及び変性剤を
含有することができる。例えば、ベンデン氏他の米国特
許４１３２８１６、ベンデン氏他の米国特許４１４８２
７５、シャンカー氏他の米国特許４５０１７６６、及び
ミリアニク氏他の米国特許５２１７７５７を参照された
い。本質的には、これらの引用文献は、金属部材の内部
特徴面を被覆することができる蒸気アルミニドの拡散に
ついて記載している。更なる変法は、バスタ氏他の米国
特許５６５８６１４に記載される化学蒸着法である。

【０００９】ガスタービンエンジン部材に対して拡散ア
ルミニド被覆を使用する際の問題は、被覆しようとする
部材の接近不可能な又は到達するのが困難な部分につい
て均一な被覆を絶えず得ることができないことであっ
た。被覆媒体と金属基体との間で接触状態の関係を必要
とする方法は、その媒体が粉末形態、テープ又はスラリ
ーであろうともそれに関係なく接近不可能な帯域を被覆
することができない。

【００１０】基体表面に適用される被覆媒体の量は、通
常、拡散された被覆の厚さに影響を及ぼす。先の接触状
態被覆法は、到達が困難な部材の部分への被覆媒体の適
用に対して成功又は失敗の解決策をもたらす。しかしな
がら、被覆しようとする部分の寸法形状及び不規則性に
依存して、部材の到達するのが困難な部分に粉末又はス
ラリーの如き接触状態被覆機構を使用すると、基体に塗
布された不均一な被覆層がもたらされるようである。多
くの場合に、到達するのが困難な金属基体に被覆媒体を
移行させるのに行うことができる最良の方法は、内部関
係接触をなされたことを評価することである。更に、到
達するのが困難な部材にスラリーを配置することは、被
覆されるべきでない部材の部分に対する検出されない又
は未制御の接触を危険にさらす。被覆媒体の不規則な又
は不均一な適用を検出することは困難であるかもしれな
い。その上、被覆媒体の検出できないほどの不均一な適
用が加熱されると、不均一の被覆厚さを検出することは
困難である。

【００１１】上記のパックセメンテーション又は蒸気拡
散のような非接触の関係を許容するアルミニド拡散法
は、接触状態の方法よりも幾分多くの制御を提供するこ
とができる。これは、上記の方法では、部材の全面が加
熱室でアルミニウム蒸気に自動的に暴露される結果とし
て拡散被覆が生じるためである。例えば、到達するのが
困難な表面に関して、上記のパックセメンテーション
は、ガスタービンブレード及び羽根の如き中空製品の内
面に金属被覆を付着させる方法を提供した。ベンデン氏
他の米国特許４１４８２７５を参照されたい。中空ガス
タービンブレードは、室において被覆媒体が置かれると
ころよりも上に配置される。粉末である被覆媒体は、ハ
ロゲン化Ａｌが蒸発してブレードの中空に向けられる際
の温度に加熱される。また、ベンデン氏他の米国特許４
１３２８１６も参照されたい。

【００１２】しかしながら、ベンデン法は極めて限定さ
れており、そして中空タービンエンジン部材の内面全体
の被覆が望まれるときにのみ有用である。この方法は、
被覆蒸気をブレードの中空にポンプ送りすることができ
るように適応された特殊装置を必要とする。このような
特殊法は、タービンエンジン部材の部分のアルミニド被
覆の局部補修に対しては容易には適用することができな
い。この特殊ベンデン法及び装置も、エッジシール及び
プラットホーム下側ポケット（これらは、蒸気被覆をポ
ンプ送りすることができる中空を提供しないがしかしブ
レードを２分する）の如き特殊タイプのタービンエンジ
ン部材の外部特徴点を被覆するのに容易には適用するこ
とができない。

【００１３】局部アルミニド拡散被覆における他の試み
は、被覆媒体と基体との間の接触状態の関係にのみ頼っ
ている。例えば、補修しようとする基体表面に被覆テー
プを直接適用することに関してはオルソン氏他の米国特
許６０４５８６３、補修しようとする基体表面の局部領
域に被覆テープを適用することに関してはラファーテイ
氏他の米国特許５３３４４１７、補修しようとするター
ビンブレードのある部分に予備処理として白金の局部被
覆を適用し、次いでブレードに蒸気拡散を施して予備処
理領域全体に均一な被覆を形成することに関してはバス
タ氏他の米国特許５６５８６１４をそれぞれ参照された
い。また、コナー氏他の米国特許６２０３８４７、及び
リグニー氏他の米国特許６２７４１９３も参照された
い。上記引用文献のどれも、不均一又は不規則表面のア
ルミニド被覆法について記載するものはない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】現在、到達するのが困
難な表面、特にタービンエンジン部材の表面に対して最
初の被覆及び補修被覆の両方のために好適な目標拡散ア
ルミニド被覆を形成するための被覆が要求されている。
このような方法は、不規則表面上に最初の被覆又は補修
被覆を形成することができるべきである。加えて、この
ような目標アルミニド被覆法は、局部プロセス中に基体
の目標とされない横方法に隣接する部分も被覆されると
いう可能性を最小限にすべきである。要求される局部被
覆法は、被覆媒体と基体との間の非接触関係に頼ってい
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】発明の概要本発明は、容易には接近できない金属基体の目標表面に
アルミニド被覆を形成するための方法及び組成物を提供
する。目標表面は、基体の制限空間を画性する。本法
は、金属基体の小部分のみが被覆を必要とするときにの
み、また通常の方法を使用して被覆を適用するのに基体
の広範囲のマスキングが要求されるときにのみ特に有用
である。

【００１６】本発明の１つの具体例に従えば、金属基体
の目標表面にアルミニド被覆を形成するための方法が提
供される。この目標表面は、基体の制限空間を形成す
る。この方法は、制限空間を覆って被覆テープを配置し
て該制限空間を少なくとも一部分密封することを含む。
被覆テープは、目標表面と非接触関係にある。この被覆
テープは、（ｉ）混合物の約７０重量％〜約９９重量％
を構成する少なくとも１種のアルミニウム源であって、
約２０重量％〜約６０重量％のアルミニウムを含有する
アルミニウム源と、（ii）混合物の約１重量％〜約１５
重量％を構成する少なくとも１種のハロゲン化物活性剤
とを含む混合物を含む。被覆テープは、少なくとも１種
の結合剤を更に含む。目標表面は、アルミニウム源を活
性剤及び目標表面と反応させるのに効果的な温度に加熱
され、これによって目標表面にアルミニド被覆が形成さ
れる。

【００１７】本発明の他の具体例に従えば、金属基体の
目標表面にアルミニド被覆を形成するための方法が提供
される。この目標表面は、基体の制限空間を画成する。
この方法は、制限空間を覆ってしかし目標表面と非接触
関係で被覆テープを配置して該制限空間を少なくとも一
部分密封することを含む。次いで、テープの上にスラリ
ー被覆組成物が配置される。このスラリー組成物は、
（１）スラリー被覆組成物の約３０重量％〜約８０重量
％の量の固体顔料混合物であって、約２０重量％のＡｌ
〜約６０重量％のＡｌを含有するＣｒ−Ａｌ合金及びＣ
ｒ−Ａｌ合金の約０．３重量％〜約１５重量％の量のＬ
ｉＦを含む固体顔料混合物、（２）少なくとも１種の有
機結合剤及び（３）溶剤を含む。テープは、合金をハロ
ゲン化物活性剤及び目標表面と反応させるのに有効な温
度よりも低い分解温度に加熱したときに残留物を残さず
に実質上分解するように適応される。目標表面は、合金
をハロゲン化物活性剤及び目標表面と反応させこれによ
って目標表面にアルミニド被覆を形成させるのに有効な
温度に加熱される。

【００１８】随意として、被覆テープを位置決めする前
に金属基体の領域にマスキング材料を配置することもで
きる。この領域は、制限空間内ではなく制限空間に対し
て横方向に隣接する。マスキング材料は、被覆材料が横
方向に隣接する領域にアルミニド被覆を形成するのを抑
止する。

【００１９】本発明の他の具体例に従えば、基体によっ
て形成される制限空間を画成する目標表面を有する金属
基体と、前記制限空間を覆って配置されてその空間を少
なくとも一部分密閉する被覆テープとからなる製品が提
供される。被覆テープは、目標表面と非接触関係にあ
る。被覆テープは、（１）（ｉ）混合物の約７０重量％
〜約９０重量％を占める少なくとも１種のアルミニウム
源であって、約２０重量％〜約６０重量％のアルミニウ
ムを含有するアルミニウム源と、（ii）混合物の約１重
量％〜約１５重量％を占める少なくとも１種のハロゲン
化物活性剤との混合物、及び（２）少なくとも１種の結
合剤を含む。金属基体を、アルミニウム源をハロゲン化
物活性剤及び目標表面と反応させるのに有効な温度に加
熱すると、制限空間の目標表面にアルミニド被覆が形成
される。

【００２０】本明細書で用語「アルミニウム源」を使用
するときには、それは、元素状アルミニウム又はアルミ
ニウムの化合物若しくは合金を意味する。

【００２１】本明細書で用語「目標表面」を使用すると
きには、それは、アルミニド拡散被覆をしようとする金
属基体の表面の一部分を意味する。

【００２２】本明細書で用語「制限空間」を使用すると
きには、それは、目標表面によって画成された空間を意
味する。

【００２３】

【発明の実施の形態】発明の具体的な説明本発明は、金属基体、特にタービンエンジン部材を構成
する金属基体の制限空間の目標表面にアルミニド被覆を
形成するための方法に関する。この被覆法は、タービン
エンジン部材、特にニッケル及びニッケル又はコバルト
の超合金より作った部材に初期又は補修のいずれかの被
覆を形成するのに使用されることができる。

【００２４】被覆しようとする目標表面は、金属基体の
１つの部分にわたって広がることができ、そして間隔を
置いて規則的に生じる穴のように１個よりも多くの特徴
点を含む。目標表面は、使用を通して金属基体の金属疲
労又は酸化によって形成される人為現象として発生した
ものであってよい。本発明の局部被覆から利益を生じる
特徴点の例としては、押し込み、くぼみ、貫通孔、ポケ
ット、中空、切取り、ピットなどが挙げられる。目標表
面は、円形、卵形、楕円形、正方形、長方形、六角形な
どの如き任意の形状を取ることができる。加えて、本発
明の方法によって被覆される特徴部は凹面である必要は
なく、ファスナー例えばピン又は類似物のような金属基
体の表面上の突起であってもよい。このような突起の特
徴部では、被覆材料が目標表面の周囲にそれと非接触関
係で配置され、これによって目標表面と被覆材料との間
に制限空間を形成する限り、本発明の方法は、目標表面
にアルミニド被覆を形成するのに使用されることができ
る。この制限空間は、球形、円錐形、立方形、環状形、
螺旋形、鐘形、Ｖ−形、ピラミッド形、円筒形及び平円
形を含めた任意の容積形状を取ることができるが、これ
らに限定されるものではない。

【００２５】図１に示される本発明の方法の１つの具体
例では、金属基体１０の表面に位置された凹みを覆って
被覆テープ１６が置かれる。基体１０にある凹みは、制
限空間１４を形成する。被覆テープは、制限空間１４を
少なくとも一部分密閉するように位置決めされる。制限
空間の壁は、被覆しようとする目標表面１８を形成す
る。被覆テープ１６は、目標表面１８と非接触の関係に
ある。本発明の方法が目標表面１８への局部直接被覆の
付着を達成する機構を生じるのが制限空間１４である。

【００２６】図２は、開放端２７及び２９を有する管状
部材２０の一端７を覆って被覆テープ２６が配置される
場合の他の具体例を示す。この管状部材は、例えば、タ
ービンエンジン部材からなってよい。テープの配置が管
状部材と協同して環状部材の端部２７に制限空間２４を
形成する。端部２７に隣接する部材２０の内壁が、被覆
しようとする目標表面２８を形成する。被覆テープ２６
は、目標表面２８と非接触の関係にある。たとえ一端が
なお開放しているとしても、制限空間２４は、目標表面
への拡散アルミニド被覆の配置を可能にする。

【００２７】被覆テープが固定された部材は、目標表面
に拡散アルミニド被覆を付着させるのに有効な温度に加
熱される。目標表面は、被覆テープからの距離に応じて
種々の厚さの被覆を受け取る。その上、制限空間は、被
覆材料（図示せず）によって一部分密封されることがで
きる。

【００２８】また、本発明は、本発明の方法で使用する
ための被覆テープも提供する。この被覆テープは、混合
物の約７０重量％〜約９９重量％を占める少なくとも１
種のアルミニウム源と、混合物の約１重量％〜約１０重
量％を占める少なくとも１種のハロゲン化物活性剤とを
含む混合物を含む。このアルミニウム源は、約２０重量
％〜約６０重量％のアルミニウムを含有する。随意成分
として、被覆活性度の抑制剤及びセラミック充填剤が挙
げられる。１つの具体例では、被覆テープは、粉末形態
のアルミニウム源と粉末形態のハロゲン化物活性剤との
混合物を含む。

【００２９】アルミニウム源は、拡散被覆の加熱工程中
に溶融しない適当な高融点アルミニウム化合物の任意の
数であってよい。例えば、元素状アルミニウム、又はＣ
ｏ−Ａｌ、Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉなどの
如きアルミニウム合金、及びそれらの混合物を使用する
ことができる。アルミニウムは、アルミニウム源の約２
０重量％〜約６０重量％、好ましくはアルミニウム源の
約３０重量％〜約６０重量％、そして最も好ましくはア
ルミニウム源の約４０重量％〜約５５重量％に相当す
る。

【００３０】少なくとも１種のハロゲン化物活性剤は、
被覆しようとする目標表面に対するアルミニウムイオン
（アルミニウム源中の）の輸送剤として作用する。この
ハロゲン化物活性剤は、三弗化アルミニウム、弗化ナト
リウム、弗化リチウム、弗化アンモニウム、塩化アンモ
ニウム、弗化カリウム、臭化カリウム及びそれらの混合
物を含めた多数のハロゲン化物化合物のうちのいずれか
１種であってよい。この少なくとも１種のハロゲン化物
活性剤は、アルミニウム源＋活性剤の混合物の約１重量
％〜約１５重量％に相当する。

【００３１】クロム、コバルト、ニッケル、チタン及び
これらの混合物の如き抑制剤は被覆反応の活性度を低下
させる。不活性セラミック材料は、被覆プロセス中にテ
ープの各成分が一緒に焼結するのを抑制することができ
る任意の物質であってよい。

【００３２】本発明の１つの好ましい具体例では、被覆
テープは、約２０重量％〜約６０重量％のアルミニウム
を含有するクロム−アルミニウム（Ｃｒ−Ａｌ）合金で
ある粉末形態のアルミニウム源を含有する。更に好まし
い具体例では、被覆テープは、ハロゲン化物活性剤とし
て粉末形態の弗化リチウム（ＬｉＦ）を含有する。なお
更に好ましい具体例では、被覆テープ中の粉末混合物
は、約２０重量％〜約６０重量％のアルミニウムを含有
するＣｒ−Ａｌ合金と、ハロゲン化物活性剤としてのＬ
ｉＦとを含む。

【００３３】結合剤は、被覆テープを強化する作用をす
る。この結合剤は、被覆テープ又は被覆基体のいずれの
特性にも有害な影響を及ぼさずに被覆成分を一緒に保持
することができる任意の物質であってよい。結合剤は、
加熱工程中に望まれない又は有害な残留物を残さずに蒸
発することができなければならない。好適な結合剤とし
ては、ポリテトラフルオルエチレン、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ウレタン、アクリル、セルロース及びこ
れらの混合物が挙げられる。

【００３４】被覆テープが随意成分としての充填剤物質
を含む場合には、好ましい充填剤は酸化アルミニウムで
ある（−２２０Ｍ又はそれよりも微細）。不活性充填剤
物質は、拡散被覆プロセス中にテープの各成分が一緒に
焼結するのを防止する作用をし、それ故にこの機能を果
たす任意の物質であってよい。

【００３５】被覆テープは、上記の成分から米国特許５
３３４４１７に記載される製造技術を使用して通常の態
様で形成される。必要ならば、この米国特許を参照され
たい。一般には、アルミニウム源とハロゲン化物活性剤
と結合剤と所望ならば不活性充填剤との混合物が一緒に
混合され、そして所望の厚さ（これは、好ましくは、約
０．０３８ｃｍ（０．０１５インチ）〜約０．２２９ｃ
ｍ（０．０９０インチ）である）のテープにロール掛け
される。テープは、それを適当な接着剤で金属基体に適
用することができるように形成される。もしも自己粘着
性でない場合には、テープは、被覆プロセスに有害な影
響を及ぼさない任意の慣用接着剤で適用することができ
る。この接着剤は、加熱工程中に有害で望まれない残留
物を残さずに蒸発することができなければならない。接
着剤は慣用のものであってよく、例えば、商品名「Ｓｃ
ｏｔｃｈ４６５ＡｄｈｅｓｉｖｅＴｒａｎｓｆｅ
ｒＴａｐｅ」又は「３ＭＳｕｐｅｒ７７Ｓｐｒａ
ｙＡｄｈｅｓｉｖｅ」を挙げることができる。好まし
くは、テープは片側に接着剤を有し、従って自己粘着性
である。

【００３６】図１に示されるように、被覆テープ１６
は、目標表面の側面に隣接する基体の縁１７に少なくと
も１つの層で適用される。適用される層の数は、得られ
る被覆の所望の厚さに左右される。図１に示されるよう
に、テープが目標領域を覆って適所にとどまりこれによ
って加熱工程中に制限空間を画定することを確実にする
ために、好ましくはニッケルで作られた金属箔１２を制
限領域の周囲に米国特許６０４５８６３に開示された態
様で配置させることができる。必要ならば、この米国特
許を参照されたい。

【００３７】目標表面の位置及びそれが存在する部材に
依存して、目標表面に隣接する金属基体上で逸れたアル
ミニド被覆を最小限にするのが望ましい場合がある。即
ち、目標表面以外の領域で付随的な拡散アルミニド被覆
を最小限にすることが有益になる場合がある。勿論、こ
のような付随的な被覆は、図１に示されるように被覆テ
ープを側面に隣接する縁１７に直接位置付けすることか
ら生じる。これを防止するために、図３に本発明のマス
キング具体例が示されており、この場合には、目標表面
に最も近い金属基体３０の部分３７に対して先ずマスキ
ング材料３５が適用され、そしてここに被覆テープ３６
が配置される。被覆テープ３６は、金属基体３０の表面
に位置された凹面を覆って配置される。制限空間３４の
壁は、被覆しようとする目標表面３８を形成する。マス
キング材料の強度に依存して、マスキングは目標表面の
被覆を最小限にすることができるが、しかしそれを全く
妨げない。マスキング材料３５と被覆テープ３６との併
用によって、被覆しようとする目標表面をより正確に画
成するためにより大きな制御を実行することが可能にな
る。

【００３８】マスキング材料は、マスキングされる金属
基体のその領域にアルミニド被覆が付着されるのを防止
するような任意の物質を含むことができる。本発明で使
用するためにいくつかの異なるタイプのマスキング化合
物が市場で入手可能である。１つのタイプは、アルミニ
ウム及びクロムの酸化物の如き金属酸化物より主として
構成される。このタイプのマスキング化合物の例は、米
国デラウエア州ウイルミントン所在のアロイ・サーフェ
イセズによって製造販売される「Ｃｏｍｐｕｎｄ “Ｍ
１”」及びクロマロイ・イスラエル・リミテッドによっ
て製造販売される「Ｃｏｍｐｕｎｄ “Ｔ−Ｂｌｏｃｋ
１”」である。第二のタイプは、ニッケル粉末又はニ
ッケル−アルミニウム粉末、並びにセラミック酸化物の
如き種々の量の金属物質を含む。かかるマスキング材
は、アルミニウム蒸気から目標表面のより完全なマスキ
ングを可能にする。このタイプのマスキング化合物の例
は、米国デラウエア州ウイルミントン所在のアロイ・サ
ーフェイセズによって製造販売される「Ｃｏｍｐｕｎｄ
“Ｍ７”」及びクロマロイ・イスラエル・リミテッド
によって製造販売される「Ｃｏｍｐｕｎｄ “Ｔ−Ｂｌ
ｏｃｋ２”」である。これらの化合物は、マスキング
を必要とする表面に適用するためのペーストを形成する
ために有機結合剤と混合されることができる粉末として
入手可能である。また、これらは、ある場合には、予備
形成したテープ又はパテイとしても入手可能である。

【００３９】本発明の他の具体例に従えば、局部アルミ
ニド被覆を形成するために、被覆テープの代わりにアル
ミニド被覆材料の源として被覆スラリーが使用される。
先に記載したように、基体上にある種のテープ（被覆テ
ープ以外の）が配置される。このテープは、スラリーが
付着されるところの基礎として働くが、しかしそれ自体
は他の点ではスラリー内容物を含有しない。テープは、
基体がハロゲン化物活性剤をアルミニウム源と反応させ
るのに有効な温度よりも下に加熱されるときに望まれな
い又は有害な残留物を残さずに完全に且つ明確に分解す
るようなタイプのものである。好適なテープとしては、
商品名「ＳｃｏｔｃｈＭａｇｉｃＴａｐｅ８１
０」が挙げられる。

【００４０】スラリー被覆組成物は、アルミニウム源と
ハロゲン化物活性剤との固体顔料混合物、並びに有機結
合剤及び溶剤を含む。このアルミニウム源は、スラリー
被覆混合物の約３０重量％〜約８０重量％の量にあり、
そして約２０重量％〜約６０重量％のＡｌを含有するＣ
ｒ−Ａｌ合金を含む。ハロゲン化物活性剤は、Ｃｒ−Ａ
ｌ合金の約０．３〜薬１５重量％の量にあるＬｉＦであ
る。

【００４１】有機結合剤は、次の考慮事項を基にして選
択される。この結合剤は、Ｃｒ−Ａｌ合金及びハロゲン
化物活性剤に対して不活性でなければならない。それは
活性剤を溶解してはならず、そしてスラリーの適切な実
用寿命を増進すべきである。また、結合剤は、望まれな
い又は有害な残留物を残さずに完全に燃え尽きるべきで
ある。好適な有機結合剤はヒドロキシプロピルセルロー
スである。１つのかかるヒドロキシプロピルセルロース
は、アクアロン・カンパニーから商品名「Ｋｌｕｃｅ
ｌ」として入手可能である。

【００４２】スラリー中の溶剤は、揮発性、燃焼性及び
毒性を考慮することによって選択される。この具体例で
の好ましい溶剤としては、低級アルコール、例えばエチ
ルアルコール及びイソプロピルアルコールのようなＣ₁
〜Ｃ₆アルコール、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）及
び水があげられる。これらの溶剤は、広範囲の粘度を有
する溶液を生成するように含められる。

【００４３】図４は、本発明の方法で使用されるスラリ
ー被覆組成物を示す。テープ４２は、開放端４７及び４
９を有する管状部材４０の一端４７を覆って配置され
る。テープの配置が管状部材と協同して環状部材の端４
７に制限空間４４を形成する。端４７に隣接する部材４
０の内壁は、被覆しようとする目標表面４８を形成す
る。次いで、刷毛塗り、吹付及び浸漬の如き慣用法によ
ってスラリー被覆組成物４６テープを覆って配置され
る。この適用法は、スラリー被覆組成物の流動度、並び
に目標表面を形成する特徴点の寸法形状に左右される。
スラリー被覆の最小限の推奨適用厚さは約０．２５ｍｍ
（０．０１０インチ）である。被覆の均一性が阻害され
る前に適用することができる最大限の厚さは知られてい
ない。

【００４４】もしも１つよりも多くの被覆層が要求され
るならば、適用されたスラリー層を暖かい空気で、対流
炉において、赤外ランプの下に又は同様の手段のどちら
かで乾燥させるのが好ましい。更なる具体例（図示せ
ず）では、被覆テープ４２を配置して制限空間４４を形
成する前に、目標表面に対して横方向に隣接して存在す
る金属基体の上に図３で使用するようなマスキング材料
を配置することができる。

【００４５】一旦、被覆テープ又はスラリーのどちらか
の被覆材料、そしてある具体例ではマスキング材料が配
置されると、目標表面が加熱される。加熱工程は、被覆
テープ中の粉末として又はスラリー中に存在する固体顔
料としてのどちらかでアルミニウム源中のアルミニウム
イオンをハロゲン化物活性剤と反応させてＡｌ−ハロゲ
ン化物中間体を形成するのに有効な温度で実施される。
目標表面の金属原子は、それらを還元しこれによって金
属間化合物を形成することによってＡｌ−ハロゲン化物
中間体と反応する。この金属間化合物の組成は、勿論、
金属基体の金属又は合金に左右される。ニッケル又はニ
ッケル超合金エンジン部材に対しては、金属間化合物と
してＮｉ₂Ａｌ₃、ＮｉＡｌ又はＮｉＡｌ₃を挙げること
ができる。金属間化合物は、基体の表面の上下に付着さ
れる。金属間化合物が被覆基体の表面の平面よりも下側
に伸びる深さが被覆の厚さを表わす。

【００４６】アルミニド拡散被覆は還元反応であるの
で、加熱工程は、一般には、非酸化性雰囲気中において
典型的にはレトルト室中で不活性ガスの存在下に実施さ
れる。加熱工程のための適当な温度範囲は、約８７１℃
（１６００°Ｆ）〜約１１２１℃（２０５０°Ｆ）、好
ましくは約１０１０℃（１８５０°Ｆ）〜約１０６６℃
（１９５０°Ｆ）である。加熱時間は厳密なものではな
く、有益には約２時間〜約１２時間の範囲内である。

【００４７】得られるアルミニド被覆の厚さは、加熱時
間、温度、使用される特定のアルミニウム源中のアルミ
ニウムの活性度及び質量を含めたいくつかの因子に、並
びにハロゲン化物活性剤の濃度に左右される。被覆材料
は目標表面と接触状態にないので、本発明では、蒸気拡
散被覆法をまねることによって目標とした局部被覆が達
成される。具体的には、本発明では、拡散アルミニド被
覆が生じることができる制限空間が形成される。本発明
の制限空間は、本質的には、目標表面の近くで局部レト
ルト室を形成する。本発明は、制限空間内でＡｌ−ハロ
ゲン化物中間体を発生させるためにハロゲン化物活性剤
のスローイング力（均一電着性）に頼る。これらの中間
体は、目標表面の上下で金属イオンと反応する。実際に
は、本発明の技術解決は、被覆テープ又はスラリー被覆
の使用によって制限空間を形成し、ここで目標表面を被
覆材料中のハロゲン化物活性剤の均一電着性による蒸気
拡散によってアルミニド被覆することである。

【００４８】目標に向けられた局部被覆の厚さは、使用
するハロゲン化物活性剤の均一電着性、並びに被覆材料
と目標表面との間の距離に左右される。一般的には、ハ
ロゲン化物活性剤の均一電着性は、本発明を使用して被
覆が約０．６４ｃｍ（０．２５インチ）の距離まで生じ
るのを可能にする。図２及び４に示されるように、目標
表面が被覆材料から離れて平坦でない又は曲面である場
合には、被覆の厚さは、被覆材料からの距離の変化に応
じて目標表面全体にわたって連続的に変動する。

【００４９】

【実施例】次の実施例において本発明を更に例示する
が、これらは本発明の実施態様を例示するものであっ
て、いかなる点においても本発明を限定するものではな
い。

【００５０】例１約９４重量％の３２５メッシュ４４Ａ１−５６Ｃｒ合金
粉末と６重量％の３２５メッシュＬｉＦ粉末との粉末配
合物を混合し、その後に約１．２７ｃｍ（０．５０イン
チ）厚及び２．５４ｃｍ（１インチ）幅のテープにし
た。約０．６４ｃｍ（０．２５インチ）の外径及び約
０．４７ｃｍ（０．１８５インチ）の内径を有するＩＮ
６００ニッケル合金管の端部に約０．７６ｃｍ（０．３
インチ）×０．７６ｃｍ（０．３インチ）平方の１枚の
テープを貼り付けた。テープを小さい１枚の０．０５ｍ
ｍ（０．００２インチ）厚ニッケル箔によって適所に保
持した。この管をアルゴンでパージしたレトルトに入
れ、そして１０５０℃（１９２５°Ｆ）に加熱してこの
温度で４時間保った。冷却時に、管を取り出し、そして
テープの残留物をブラシ掛けによって除去した。管を断
面が見られるように長手方向に切断し、そしてエポキシ
で固定しそしてＳｉＣ研磨紙で研磨することによって金
属顕微鏡試験のために準備した。酸化アルミニウムスラ
リーで最終の研磨を行った。管の内部を検査すると、ア
ルミニド被覆が管壁の内部に約０．５１ｃｍ（０．２０
０インチ）形成したことを示していた。被覆は管の端部
の近くで約０．０４ｍｍ（０．００１５インチ）厚であ
り、そして管の端部から約０．５１ｃｍ（０．２００イ
ンチ）離れた距離では約０．０２ｍｍ（０．０００９イ
ンチ）に次第に減じていた。

【００５１】例２ＰＷＡ１４５５ニッケル合金から作ったタービンエン
ジン燃焼器ライナーの裏側に例１のテープと同様のテー
プを配置した。このライナーの裏側には、約０．１８ｃ
ｍ（０．０７０インチ）間隔で離した直径約０．７６ｃ
ｍ（０．０３０インチ）で高さ約０．２５ｃｍ（０．１
００インチ）の一列のキャストピン特徴点が形成されて
いた。テープは、ピン壁及びライナーの裏側と接触せず
にこれらのピンの先端に載るように置かれた。ライナー
をアルゴンでパージしたレトルトに入れ、そして１０５
０℃（１９２５°Ｆ）に加熱して４時間保持した。冷却
時に、ライナーを取り出し、そしてテープの残留物をブ
ラシ掛けによって除去した。ライナーを切断し、そして
エポキシで固定しそしてＳｉＣ研磨紙で研磨することに
よって金属顕微鏡試験のために準備した。酸化アルミニ
ウムスラリーで最終の研磨を行った。金属顕微鏡試験に
よると、ピンの側部及びライナーの裏側に沿って約０．
０４ｃｍ（０．００１５インチ）厚のアルミニド被覆が
形成したことを示した。

【００５２】例３長さ約２．５４ｃｍ（１インチ）、幅１．２７ｃｍ
（０．５インチ）及び深さ約０．５０８ｃｍ（０．２０
０インチ）の“ポケット”特徴点を有するＣＭ−１８６
ニッケル合金タービンブレードを白金でメッキし、そし
てアルゴン中において１０８０℃（１９７５°Ｆ）で２
時間拡散させた。このポケット領域を覆って、長さ約
３．０５ｃｍ（１．２インチ）×幅１．５２ｃｍ（０．
６インチ）である例１と同様の１枚のテープをポケット
の側壁及び内部と接触させずに配置した。このタービン
ブレードをアルゴンでパージしたレトルトに入れ、そし
て１０５０℃（１９２５°Ｆ）に加熱して４時間保持し
た。冷却時に、ブレードを取り出し、そしてテープの残
留物をブラシ掛けによって除去した。ブレードをポケッ
ト領域で切断し、そしてエポキシで固定しそしてＳｉＣ
研磨紙で研磨することによって金属顕微鏡試験のために
準備した。酸化アルミニウムスラリーで最終の研磨を行
った。金属顕微鏡試験によると、ポケットの内部に約
０．０４５ｃｍ（０．００１８インチ）厚の白金アルミ
ニド被覆が形成したことを示した。

【００５３】例４Ｍａｒ−Ｍ−００２ニッケル合金タービンブレード
は、ブレードエアホイルの凸面側にセラミック断熱層被
覆、そしてブレードエアホイルの凹面側に幅約０．０４
ｃｍ（０．０１５インチ）及び長さ０．１９ｃｍ（０．
０７５インチ）の一連の冷却通路を有する。エアホイル
の凸面側にある冷却通路を覆って例１と同様のテープを
配置した。このタービンブレードをアルゴンでパージし
たレトルトに入れ、そして１０５０℃（１９２５°Ｆ）
に加熱して４時間保持した。冷却時に、ブレードを取り
出し、そしてテープの残留物をブラシ掛けによって除去
した。セラミック断熱層被覆は元のままであった。ブレ
ードを冷却孔を通して切断し、そしてエポキシで固定し
そしてＳｉＣ研磨紙で研磨することによって金属顕微鏡
試験のために準備した。酸化アルミニウムスラリーで最
終の研磨を行った。金属顕微鏡試験によると、冷却通路
の全長に沿ってエアホイル冷却孔の内部に約０．０５ｍ
ｍ（０．００２インチ）厚のアルミニド被覆が形成した
ことを示した。被覆テープと接触するエアホイル凸面上
に約０．０９ｍｍ（０．００３５インチ）厚のアルミニ
ド被覆が形成された。

【００５４】例５被覆テープとエアホイルの凸面との間にセラミックマス
キング化合物を配置したことを除いて、例１と同様のブ
レードを準備した。ブレードをアルゴンでパージしたレ
トルトに入れ、そして１０５０℃（１９２５°Ｆ）に加
熱して４時間保持した。冷却時に、ブレードを取り出
し、そしてテープの残留物をブラシ掛けによって除去し
た。セラミック断熱層被覆は元のままであった。ブレー
ドを冷却孔を通して切断し、そしてエポキシで固定しそ
してＳｉＣ研磨紙で研磨することによって金属顕微鏡試
験のために準備した。酸化アルミニウムスラリーで最終
の研磨を行った。金属顕微鏡試験によると、冷却通路の
全長に沿ってエアホイル冷却孔の内部に約０．０２５ｍ
ｍ（０．００１インチ）厚のアルミニド被覆が形成した
ことを示した。被覆テープとブレードの凸面との間にお
けるマスキング化合物の存在は、ブレードの外面上のア
ルミニド被覆厚を約０．０２５ｃｍ（０．００１イン
チ）に減少させた。

【００５５】本明細書で言及した引用文献はすべて、こ
こに参照の対象として挙げる。当業者には、本発明は、
上記の目的を達成し且つ上記の結果及び利益、並びに本
発明に固有のものを得るように満足下に適応されること
が容易に理解されよう。また、本発明は本発明の精神又
は本質的属性から逸脱せずに他の特定の形態で具体化す
ることができるので、本発明の範囲を表わすものとして
上記の明細書の記載よりもむしろ特許請求の範囲を参照
されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に従ってタービンエンジン部材の
目標表面を覆う被覆テープの横断図を示す図である。

【図２】タービンエンジン部材の環状容積の横断面が被
覆しようとする目標表面を画成する場合の本発明の他の
具体例を示す図である。

【図３】目標表面の側面に隣接する領域がマスキングさ
れる場合の図１のマスキング具体例を示す図である。

【図４】被覆材料としてスラリーを使用する場合の本発
明の具体例を示す図である。

【符号の説明】

１０：金属基体１４、２４、４４：制限空間１６、２６：被覆テープ１８、２８、３８、４８：目標表面３５：マスキング材料４２：テープ４６：スラリー被覆組成物

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属基体の制限空間を画成している該基
体の目標表面にアルミニド被覆を形成する方法におい
て、（ａ）制限空間を覆って被覆テープを位置決めして該制
限空間を少なくとも一部分密閉し、この場合に該被覆テ
ープは目標表面と非接触の関係にあり、そして（１）
（ｉ）混合物の約７０重量％〜約９９重量％を占める少
なくとも１種のアルミニウム源であって、約２０重量％
〜約６０重量％のアルミニウムを含有するアルミニウム
源と、(ii)混合物の約１重量％〜約１５重量％を占める
少なくとも１種のハロゲン化物活性剤とを含む混合物、
及び（２）少なくとも１種の結合剤、を含むものとし、（ｂ）目標表面を、アルミニウム源を活性剤及び該目標
表面と反応させるのに有効な温度に加熱し、これによっ
て該目標表面にアルミニド被覆を形成する、ことからな
るアルミニド被覆の形成法。
【請求項２】金属基体の目標表面であって、該金属基
体によって形成された制限空間を画成している目標表面
にアルミニド被覆を形成する方法において、（ａ）制限空間を覆ってしかし目標表面と非接触の関係
でテープを位置決めして該制限空間を少なくとも一部分
密閉し、ここで該テープは目標表面と非接触の関係にあ
るものとし、（ｂ）テープ上にスラリー被覆組成物を配置し、この場
合に該スラリー被覆組成物は、（１）スラリー被覆組成物の約３０重量％〜約８０重量
％の量の固体顔料混合物であって、（ｉ）約２０重量％
のＡｌ〜約６０重量％のＡｌを含有するＣｒ−Ａｌ合金
及び(ii)該Ｃｒ−Ａｌ合金の約０．３重量％〜約１５重
量％の量のＬｉＦを含む固体顔料混合物、（２）少なくとも１種の有機結合剤、及び（３）溶剤、を含むものとし、ここでテープは、合金をハロゲン化物
活性剤及び目標表面と反応させるのに有効な温度よりも
低い分解温度に加熱したときに残留物を残さずに実質上
分解するように適応され、そして（ｃ）目標表面を、合金を活性剤及び該目標表面と反応
させるのに有効な温度に加熱し、これによって該目標表
面にアルミニド被覆を形成する、ことからなるアルミニ
ド被覆の形成法。
【請求項３】請求項１又は２記載の方法に従って形成
されたアルミニド被覆を含む金属基体。
【請求項４】（ａ）形成された制限空間を画成してい
る目標表面を有する金属基体、及び（ｂ）制限空間を少
なくとも一部分密閉するために該制限空間を覆って配置
された被覆テープ、ここで該被覆テープは目標表面と非
接触の関係にあり、そして（１）（ｉ）混合物の約７０
重量％〜約９９重量％を占める少なくとも１種のアルミ
ニウム源であって、約２０重量％〜約６０重量％のアル
ミニウムを含有するアルミニウム源と、(ii)混合物の約
１重量％〜約１５重量％を占める少なくとも１種のハロ
ゲン化物活性剤とを含む混合物、及び（２）少なくとも
１種の結合剤、を含むものとする、を含む製品であっ
て、しかも、金属基体を、アルミニウム源をハロゲン化
物活性剤及び目標表面と反応させるのに有効な温度に加
熱したときに、制限空間の目標表面にアルミニド被覆が
形成されるようにしたことからなる製品。