JP2003239061A - アルミニウム化合物拡散コーティングを修復するための方法 - Google Patents
アルミニウム化合物拡散コーティングを修復するための方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 部品（１０）上のアルミニウム化合物拡散コ
ーティング（２０）を修復するための方法である。 【解決手段】 この修復方法は、コーティング（２０）
の付加層（２２）の少なくとも一部が取り除かれるが、
該付加層（２２）の下にある拡散域（２４）が残るま
で、硝酸及びリン酸の水溶液で該コーティング（２０）
を処理することを含む。次に、部品（１０）の露出面
は、再アルミ化されて付加的なアルミニウムを付着形成
し、所望の厚さまで付加層（２２）を形成する。この方
法は、過度に厚い付加層（２２）を有するように、部品
（１０）上に堆積され、部品（１０）が実用のために戻
される前のアルミニウム化合物拡散コーティング（２
０）に、特に適用可能である。
ーティング（２０）を修復するための方法である。 【解決手段】 この修復方法は、コーティング（２０）
の付加層（２２）の少なくとも一部が取り除かれるが、
該付加層（２２）の下にある拡散域（２４）が残るま
で、硝酸及びリン酸の水溶液で該コーティング（２０）
を処理することを含む。次に、部品（１０）の露出面
は、再アルミ化されて付加的なアルミニウムを付着形成
し、所望の厚さまで付加層（２２）を形成する。この方
法は、過度に厚い付加層（２２）を有するように、部品
（１０）上に堆積され、部品（１０）が実用のために戻
される前のアルミニウム化合物拡散コーティング（２
０）に、特に適用可能である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジンの劣悪な環境のような、酸化及び腐食性の環境に曝
される部品のための拡散コーティングに関する。より具
体的には、本発明は、基板からコーティングを完全に取
り除くことなく、アルミニウム化合物拡散コーティング
を修復するための方法に向けられている。
ジンの劣悪な環境のような、酸化及び腐食性の環境に曝
される部品のための拡散コーティングに関する。より具
体的には、本発明は、基板からコーティングを完全に取
り除くことなく、アルミニウム化合物拡散コーティング
を修復するための方法に向けられている。
【０００２】
【発明の背景】効率を増加させるために、ガスタービン
エンジンに対してより高い作動温度が求め続けられてい
る。しかしながら、作動温度が高くなるに従い、エンジ
ン部品の高温耐久性も対応して増加させなければならな
い。タービン、燃焼器、及び推力増強装置のように、ガ
スタービンエンジンの特定の部分に配置される場合、超
合金から形成された部品は、一般に保護被覆なしで長い
実用露出に耐えることができないが、ニッケル及びコバ
ルト基超合金で形成されることによって、高温性能にお
ける著しい進歩が達成された。このような種類の一つの
コーティングが、環境コーティング、すなわち、酸化及
び高温腐食に耐性があるコーティングと呼ばれる。広い
利用法が見出される環境コーティングは、パック浸透法
及び気相法のような拡散法により形成されたアルミニウ
ム化合物拡散コーティングを含む。
エンジンに対してより高い作動温度が求め続けられてい
る。しかしながら、作動温度が高くなるに従い、エンジ
ン部品の高温耐久性も対応して増加させなければならな
い。タービン、燃焼器、及び推力増強装置のように、ガ
スタービンエンジンの特定の部分に配置される場合、超
合金から形成された部品は、一般に保護被覆なしで長い
実用露出に耐えることができないが、ニッケル及びコバ
ルト基超合金で形成されることによって、高温性能にお
ける著しい進歩が達成された。このような種類の一つの
コーティングが、環境コーティング、すなわち、酸化及
び高温腐食に耐性があるコーティングと呼ばれる。広い
利用法が見出される環境コーティングは、パック浸透法
及び気相法のような拡散法により形成されたアルミニウ
ム化合物拡散コーティングを含む。
【０００３】拡散法は、一般に、アルミニウムを含む気
体組成物を用いて部品の表面を反応させ、２つの区別で
きる区域を形成することを必要とし、その区域の最も外
側は、ＭＡｌで表される環境耐性のある合金を含む付加
層であり、ここでＭは、基板材料に応じて決まる、鉄、
ニッケル又はコバルトである。ＭＡｌ合金は、付着形成
されたアルミニウム、及び基板から外部に拡散した鉄、
ニッケル、及び／又はコバルトから生じたものである。
空気中において高温に曝されている間に、ＭＡｌ合金
は、拡散コーティング及びその下にある基板の酸化を抑
制する保護用の酸化アルミニウム（アルミナ）スケール
を形成する。白金、クロム、ケイ素、ロジウム、ハフニ
ウム、イットリウム、及びジルコニウムのような、付加
的な元素のアルミニウム含有組成物の存在によって、付
加層の化学的性質を変更することができる。白金アルミ
ニウム化合物コーティングと呼ばれる、白金を含むアル
ミニウム化合物拡散コーティングは、ガスタービンエン
ジンの部品に特に広く用いられている。一般に、白金
は、アルミ化する前に、基板上に白金層を電気メッキす
ることによって、コーティング内に組み込まれ、通常は
ＰｔＡｌ2又は溶体中の白金である（Ｐｔ）ＮｉＡｌ型
金属間相を含む付加層を生成する。
体組成物を用いて部品の表面を反応させ、２つの区別で
きる区域を形成することを必要とし、その区域の最も外
側は、ＭＡｌで表される環境耐性のある合金を含む付加
層であり、ここでＭは、基板材料に応じて決まる、鉄、
ニッケル又はコバルトである。ＭＡｌ合金は、付着形成
されたアルミニウム、及び基板から外部に拡散した鉄、
ニッケル、及び／又はコバルトから生じたものである。
空気中において高温に曝されている間に、ＭＡｌ合金
は、拡散コーティング及びその下にある基板の酸化を抑
制する保護用の酸化アルミニウム（アルミナ）スケール
を形成する。白金、クロム、ケイ素、ロジウム、ハフニ
ウム、イットリウム、及びジルコニウムのような、付加
的な元素のアルミニウム含有組成物の存在によって、付
加層の化学的性質を変更することができる。白金アルミ
ニウム化合物コーティングと呼ばれる、白金を含むアル
ミニウム化合物拡散コーティングは、ガスタービンエン
ジンの部品に特に広く用いられている。一般に、白金
は、アルミ化する前に、基板上に白金層を電気メッキす
ることによって、コーティング内に組み込まれ、通常は
ＰｔＡｌ2又は溶体中の白金である（Ｐｔ）ＮｉＡｌ型
金属間相を含む付加層を生成する。
【０００４】アルミニウム化合物拡散コーティングの第
２の区域は、付加層の下にある部品の表面領域に形成さ
れる。この拡散域は、拡散勾配及び基板の局部領域にお
ける元素の溶解度の変化の結果として、コーティング反
応中に形成される種々の金属間相及び準安定相を含む。
拡散域内の金属間相は、基板及び拡散コーティングの全
ての合金元素の生成物である。
２の区域は、付加層の下にある部品の表面領域に形成さ
れる。この拡散域は、拡散勾配及び基板の局部領域にお
ける元素の溶解度の変化の結果として、コーティング反
応中に形成される種々の金属間相及び準安定相を含む。
拡散域内の金属間相は、基板及び拡散コーティングの全
ての合金元素の生成物である。
【０００５】このようなコーティングを形成するための
環境コーティングの材料及び方法に著しい進歩がなされ
たが、一定の情況のもとでこれらのコーティングを修復
するための避けられない必要性がある。例えば、拡散コ
ーティングの浸食又は熱劣化、コーティングが形成され
た部品の修復、或いは、拡散コーティング又は該拡散コ
ーティングにより部品に付着された熱障壁コーティング
（存在する場合は）の製造工程中における修復により、
除去が必要とされる場合がある。現在の最新技術の修復
方法は、付加層及び拡散層と相互作用し、この両方を取
り除くことができる酸性溶液を用いた処理によりアルミ
ニウム化合物拡散コーティングを完全に取り除くもので
ある。このような方法の例が、特許文献１において開示
されている。特許文献１の方法は、硝酸及びリン酸の水
溶液に非常に長い間曝し、続いてアルカリ性の過マンガ
ン溶液で処理し、コーティングを完全に取り除くもので
ある。
環境コーティングの材料及び方法に著しい進歩がなされ
たが、一定の情況のもとでこれらのコーティングを修復
するための避けられない必要性がある。例えば、拡散コ
ーティングの浸食又は熱劣化、コーティングが形成され
た部品の修復、或いは、拡散コーティング又は該拡散コ
ーティングにより部品に付着された熱障壁コーティング
（存在する場合は）の製造工程中における修復により、
除去が必要とされる場合がある。現在の最新技術の修復
方法は、付加層及び拡散層と相互作用し、この両方を取
り除くことができる酸性溶液を用いた処理によりアルミ
ニウム化合物拡散コーティングを完全に取り除くもので
ある。このような方法の例が、特許文献１において開示
されている。特許文献１の方法は、硝酸及びリン酸の水
溶液に非常に長い間曝し、続いてアルカリ性の過マンガ
ン溶液で処理し、コーティングを完全に取り除くもので
ある。
【０００６】
【特許文献１】 米国特許第３，８３３，４１４号
【０００７】拡散域を含むアルミニウム化合物コーティ
ング全体を取り除くことは、基板表面の一部を取り除く
ことになる。拡散域を取り除くことは、ガスタービンエ
ンジンのブレード及び羽根翼形部に対しては、基板表面
の合金減耗を引き起こすことがあり、空気冷却される部
品に対しては、部品を廃棄しなくてはならない程度まで
壁を過度に薄くし、気流の特性を激変させることがあ
る。従って、修復方法は、アルミニウム化合物拡散コー
ティングを全体的に修復しなくてはならないが、部品の
寿命への影響のためにコーティングの除去は望ましくな
いか、又は許されない状況において開発されてきた。一
般に、修復方法は部品の表面の洗浄を必要とし、該部品
上に付加的なアルミニウムを堆積させる制御された活性
アルミ化工程がこれに続く。
ング全体を取り除くことは、基板表面の一部を取り除く
ことになる。拡散域を取り除くことは、ガスタービンエ
ンジンのブレード及び羽根翼形部に対しては、基板表面
の合金減耗を引き起こすことがあり、空気冷却される部
品に対しては、部品を廃棄しなくてはならない程度まで
壁を過度に薄くし、気流の特性を激変させることがあ
る。従って、修復方法は、アルミニウム化合物拡散コー
ティングを全体的に修復しなくてはならないが、部品の
寿命への影響のためにコーティングの除去は望ましくな
いか、又は許されない状況において開発されてきた。一
般に、修復方法は部品の表面の洗浄を必要とし、該部品
上に付加的なアルミニウムを堆積させる制御された活性
アルミ化工程がこれに続く。
【０００８】時として、修復方法によりコーティングが
堆積し過ぎて、例えば、付加層の厚さが、１００マイク
ロメートルを超えることになる。部品が、アルミニウム
化合物コーティングを完全に取り除くことによる修復を
以前に受けたことがない場合には、コーティング全体
（すなわち、付加層及び拡散域）を完全に剥がし、該部
品を再アルミ化することができる。しかしながら、アル
ミニウム化合物拡散コーティングを完全に取り除くこと
によって部品が既に修復され、これによりその壁厚が減
少している場合には、部品を廃棄することが必要になる
であろう。
堆積し過ぎて、例えば、付加層の厚さが、１００マイク
ロメートルを超えることになる。部品が、アルミニウム
化合物コーティングを完全に取り除くことによる修復を
以前に受けたことがない場合には、コーティング全体
（すなわち、付加層及び拡散域）を完全に剥がし、該部
品を再アルミ化することができる。しかしながら、アル
ミニウム化合物拡散コーティングを完全に取り除くこと
によって部品が既に修復され、これによりその壁厚が減
少している場合には、部品を廃棄することが必要になる
であろう。
【０００９】上記から、特に過度に厚いアルミニウム化
合物コーティングを有するように修復された部品につい
て、アルミニウム化合物拡散コーティングを修復する改
良された方法が望まれることが理解できるであろう。
合物コーティングを有するように修復された部品につい
て、アルミニウム化合物拡散コーティングを修復する改
良された方法が望まれることが理解できるであろう。
【００１０】
【発明の概要】本発明は、一般に、ガスタービンエンジ
ンの超合金タービン、燃焼器、及び推力増強装置の部品
のような、劣悪な環境において使用するために設計され
た部品上に施されたアルミニウム化合物拡散コーティン
グを修復するための方法を提供するものである。
ンの超合金タービン、燃焼器、及び推力増強装置の部品
のような、劣悪な環境において使用するために設計され
た部品上に施されたアルミニウム化合物拡散コーティン
グを修復するための方法を提供するものである。
【００１１】本発明の修復方法は、下にある基板の合金
が減耗し、薄くならないように、下にある拡散域への侵
食を最小限にするようにアルミニウム化合物拡散コーテ
ィングの付加層の一部又は全てを取り除くことを含む。
次に、部品は、再アルミ化されて、コーティングの付加
層を修復される。場合によっては種々の状況に対して有
用であるが、本発明の方法は、部品を実用に供する前に
部品上に堆積されたばかりのアルミニウム化合物拡散コ
ーティングに特に適用可能であり、また、修復はされた
が、結果として生じた付加層が過度に厚く付着形成され
たコーティングに特に適用可能である。この場合には、
コーティングは、ガスタービンエンジンの高温において
などの実用に供されていないので、部品の基板と付加層
との間に限定された相互拡散が生じている。
が減耗し、薄くならないように、下にある拡散域への侵
食を最小限にするようにアルミニウム化合物拡散コーテ
ィングの付加層の一部又は全てを取り除くことを含む。
次に、部品は、再アルミ化されて、コーティングの付加
層を修復される。場合によっては種々の状況に対して有
用であるが、本発明の方法は、部品を実用に供する前に
部品上に堆積されたばかりのアルミニウム化合物拡散コ
ーティングに特に適用可能であり、また、修復はされた
が、結果として生じた付加層が過度に厚く付着形成され
たコーティングに特に適用可能である。この場合には、
コーティングは、ガスタービンエンジンの高温において
などの実用に供されていないので、部品の基板と付加層
との間に限定された相互拡散が生じている。
【００１２】本発明の方法は、付加層の少なくとも一部
が取り除かれるが、基板は影響を受けずに残るまで、本
質的に硝酸及びリン酸からなる水溶液により、約７０℃
から約８０℃までの温度でアルミニウム化合物拡散コー
ティングを処理することを含む。次に、部品の露出され
た処理面は、アルミ化されて付加的なアルミニウムを堆
積され、所望の厚さまで付加層を形成される。
が取り除かれるが、基板は影響を受けずに残るまで、本
質的に硝酸及びリン酸からなる水溶液により、約７０℃
から約８０℃までの温度でアルミニウム化合物拡散コー
ティングを処理することを含む。次に、部品の露出され
た処理面は、アルミ化されて付加的なアルミニウムを堆
積され、所望の厚さまで付加層を形成される。
【００１３】本発明によると、処理段階において用いら
れた温度においては、硝酸及びリン酸の溶液は、従来技
術の剥離方法におけるようにアルミニウム化合物拡散コ
ーティングを完全に取り除くことはない。代わりに、酸
性溶液を限定的に使用することにより、該基板を侵食す
ることなくアルミニウム化合物拡散コーティングの付加
層をきれいに取り除くことが可能になり、基板において
合金を減耗させ、壁を薄くするようなことはない。従っ
て、本発明の方法により修復された部品の信頼性及び耐
用寿命は、従来技術の方法を用いたものと比較して著し
く改良されている。何れかの理論に固執しようとするわ
けではないが、酸性溶液が所定の温度においてアルミニ
ウムに対して選択的であるために基板が侵食されないも
のと考えられる。更に、アルミニウム化合物拡散が、白
金アルミニウム化合物である場合には、アルミニウムを
選択的に取り除くために、コーティングの白金含有成分
が触媒として働くように見える。本発明の方法は、ガス
タービンエンジン上のアルミニウム化合物拡散コーティ
ングが修復されたが、部品がエンジンにおける実用のた
めに戻される前である場合のように、相互拡散が極く限
定されており付加層と拡散域がはっきりと定まっている
ようなアルミニウム化合物拡散コーティングにおいて最
も効果的である。上述のように、このような状況の顕著
な例は、コーティングが修復されたが、結果として生じ
た付加層が意図する用途に対して厚すぎる場合である。
れた温度においては、硝酸及びリン酸の溶液は、従来技
術の剥離方法におけるようにアルミニウム化合物拡散コ
ーティングを完全に取り除くことはない。代わりに、酸
性溶液を限定的に使用することにより、該基板を侵食す
ることなくアルミニウム化合物拡散コーティングの付加
層をきれいに取り除くことが可能になり、基板において
合金を減耗させ、壁を薄くするようなことはない。従っ
て、本発明の方法により修復された部品の信頼性及び耐
用寿命は、従来技術の方法を用いたものと比較して著し
く改良されている。何れかの理論に固執しようとするわ
けではないが、酸性溶液が所定の温度においてアルミニ
ウムに対して選択的であるために基板が侵食されないも
のと考えられる。更に、アルミニウム化合物拡散が、白
金アルミニウム化合物である場合には、アルミニウムを
選択的に取り除くために、コーティングの白金含有成分
が触媒として働くように見える。本発明の方法は、ガス
タービンエンジン上のアルミニウム化合物拡散コーティ
ングが修復されたが、部品がエンジンにおける実用のた
めに戻される前である場合のように、相互拡散が極く限
定されており付加層と拡散域がはっきりと定まっている
ようなアルミニウム化合物拡散コーティングにおいて最
も効果的である。上述のように、このような状況の顕著
な例は、コーティングが修復されたが、結果として生じ
た付加層が意図する用途に対して厚すぎる場合である。
【００１４】本発明の他の目的及び利点は、以下の詳細
な説明により一層良く理解されるであろう。
な説明により一層良く理解されるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、一般に、アルミニウム
化合物拡散コーティングによって熱的及び化学的に劣悪
な環境から保護される部品に適用可能である。このよう
な部品の顕著な例には、ガスタービンエンジンの高圧タ
ービン及び低圧タービンのノズル及びブレード、シュラ
ウド、燃焼器ライナ、及び推力増強装置のハードウェア
が含まれる。本発明の利点は、特にガスタービンエンジ
ンの部品に適用可能であるが、本発明の教示は、一般
に、部品をその環境から保護するためにアルミニウム化
合物拡散コーティングを用いることができる如何なる部
品にも適用可能である。
化合物拡散コーティングによって熱的及び化学的に劣悪
な環境から保護される部品に適用可能である。このよう
な部品の顕著な例には、ガスタービンエンジンの高圧タ
ービン及び低圧タービンのノズル及びブレード、シュラ
ウド、燃焼器ライナ、及び推力増強装置のハードウェア
が含まれる。本発明の利点は、特にガスタービンエンジ
ンの部品に適用可能であるが、本発明の教示は、一般
に、部品をその環境から保護するためにアルミニウム化
合物拡散コーティングを用いることができる如何なる部
品にも適用可能である。
【００１６】高圧タービンブレード１０の例が図１に示
される。一般に、ブレード１０は、翼形部１２及びプラ
ットフォーム１６を有し、これらには、ガスタービンエ
ンジンの作動中に高温燃焼ガスが向けられ、従って、そ
の表面は、酸化、腐食、及び浸食による厳しい攻撃を受
けやすい。翼形部１２は、ブレード１０の根元部分に形
成されたダブテール部１４を用いてタービンディスク
（図示せず）に固定される。冷却孔１８が翼形部１２内
にあり、これを通して抽気が流通させられ、ブレード１
０からの熱を移送する。他の材料を用い得ることも予測
されるが、ブレード１０に特に適した材料には、ニッケ
ル及びコバルト基超合金が含まれる。
される。一般に、ブレード１０は、翼形部１２及びプラ
ットフォーム１６を有し、これらには、ガスタービンエ
ンジンの作動中に高温燃焼ガスが向けられ、従って、そ
の表面は、酸化、腐食、及び浸食による厳しい攻撃を受
けやすい。翼形部１２は、ブレード１０の根元部分に形
成されたダブテール部１４を用いてタービンディスク
（図示せず）に固定される。冷却孔１８が翼形部１２内
にあり、これを通して抽気が流通させられ、ブレード１
０からの熱を移送する。他の材料を用い得ることも予測
されるが、ブレード１０に特に適した材料には、ニッケ
ル及びコバルト基超合金が含まれる。
【００１７】図２に示すのは、翼形部１２の基板領域の
上にあるアルミニウム化合物拡散コーティングである。
ガスタービンエンジンの部品上に用いられる拡散アルミ
ニウム化合物コーティングの典型的な厚さは、約５０マ
イクロメートルから約１２５マイクロメートルまでであ
る。他の技術を用い得ることも予測されるが、当該技術
分野において周知のように、拡散アルミニウム化合物コ
ーティング２０は、パック浸透法、気相（気体相）アル
ミ化（ＶＰＡ）、又は化学気相蒸着法（ＣＶＤ）のよう
な、アルミ化方法により形成される。アルミニウム化合
物拡散コーティングの組成は、耐酸化性であり、高温に
曝される間、その表面上にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）層又は
スケール（図示せず）を形成する。アルミナ・スケール
は、下にある超合金基板を酸化及び高温腐食から保護す
る。
上にあるアルミニウム化合物拡散コーティングである。
ガスタービンエンジンの部品上に用いられる拡散アルミ
ニウム化合物コーティングの典型的な厚さは、約５０マ
イクロメートルから約１２５マイクロメートルまでであ
る。他の技術を用い得ることも予測されるが、当該技術
分野において周知のように、拡散アルミニウム化合物コ
ーティング２０は、パック浸透法、気相（気体相）アル
ミ化（ＶＰＡ）、又は化学気相蒸着法（ＣＶＤ）のよう
な、アルミ化方法により形成される。アルミニウム化合
物拡散コーティングの組成は、耐酸化性であり、高温に
曝される間、その表面上にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）層又は
スケール（図示せず）を形成する。アルミナ・スケール
は、下にある超合金基板を酸化及び高温腐食から保護す
る。
【００１８】コーティング２０は、ブレード１０の表面
の上にある付加層２２と、該ブレード１０の表面領域内
の拡散域２４とから構成されるものとして図２に概略的
に示され、これは、全てのアルミニウム化合物拡散コー
ティングに見られるものである。拡散域（ＤＺ）２４
は、拡散勾配及び基板の局部領域における元素の溶解度
の変化の結果として、コーティング反応中に形成される
種々の金属間相、及び準安定相を含む。付加層２２は、
一般に、約３０マイクロメートルから７５マイクロメー
トルまでの厚さであり、環境耐性のある金属間相ＭＡｌ
を含む。ここで、Ｍは、鉄、ニッケル、又はコバルトで
あり、基板の材料（該基板がニッケルベースの場合に
は、主にｂ（ＮｉＡｌ））に応じて決まる。白金、クロ
ム、ケイ素、ロジウム、ハフニウム、イットリウム、及
びジルコニウムのような他の元素をコーティング工程に
取り入れることにより、付加層２２の化学的性質を変更
することができる。例えば、アルミ化前に白金が基板上
に堆積される場合には、付加層２２は、（Ｐｔ）ＮｉＡ
ｌ型金属間相を含むことになる。
の上にある付加層２２と、該ブレード１０の表面領域内
の拡散域２４とから構成されるものとして図２に概略的
に示され、これは、全てのアルミニウム化合物拡散コー
ティングに見られるものである。拡散域（ＤＺ）２４
は、拡散勾配及び基板の局部領域における元素の溶解度
の変化の結果として、コーティング反応中に形成される
種々の金属間相、及び準安定相を含む。付加層２２は、
一般に、約３０マイクロメートルから７５マイクロメー
トルまでの厚さであり、環境耐性のある金属間相ＭＡｌ
を含む。ここで、Ｍは、鉄、ニッケル、又はコバルトで
あり、基板の材料（該基板がニッケルベースの場合に
は、主にｂ（ＮｉＡｌ））に応じて決まる。白金、クロ
ム、ケイ素、ロジウム、ハフニウム、イットリウム、及
びジルコニウムのような他の元素をコーティング工程に
取り入れることにより、付加層２２の化学的性質を変更
することができる。例えば、アルミ化前に白金が基板上
に堆積される場合には、付加層２２は、（Ｐｔ）ＮｉＡ
ｌ型金属間相を含むことになる。
【００１９】上述した形式のアルミニウム化合物拡散コ
ーティングは、相対的に低いコスト、簡単な装置及びコ
ーティング操作で、空気冷却孔をプラグで塞ぐことなく
堆積させることができるという理由から、タービンのハ
ードウェアを保護するために最も広く用いられる環境コ
ーティングである。材料及び製造コストが高いために、
損傷し又は欠陥のあるアルミニウム化合物拡散コーティ
ングを有する超合金部品は、通常のこととして修復され
る。本発明の方法は、アルミニウム化合物拡散コーティ
ング２０の修復に向けられ、より具体的には、コーティ
ング２０の修復工程において、付加層２２が過度な厚さ
に堆積された場合などに、該付加層２２の少なくとも一
部を取り除くことに向けられる。本発明の修復方法で
は、翼形部１２の基板材料を損傷することなく、付加層
２２を取り除くことができる。
ーティングは、相対的に低いコスト、簡単な装置及びコ
ーティング操作で、空気冷却孔をプラグで塞ぐことなく
堆積させることができるという理由から、タービンのハ
ードウェアを保護するために最も広く用いられる環境コ
ーティングである。材料及び製造コストが高いために、
損傷し又は欠陥のあるアルミニウム化合物拡散コーティ
ングを有する超合金部品は、通常のこととして修復され
る。本発明の方法は、アルミニウム化合物拡散コーティ
ング２０の修復に向けられ、より具体的には、コーティ
ング２０の修復工程において、付加層２２が過度な厚さ
に堆積された場合などに、該付加層２２の少なくとも一
部を取り除くことに向けられる。本発明の修復方法で
は、翼形部１２の基板材料を損傷することなく、付加層
２２を取り除くことができる。
【００２０】本発明の修復方法は、アルミニウム化合物
拡散コーティング２０をリン酸（Ｈ 3ＰＯ4）及び硝酸
（ＨＮＯ3）を含む酸性の剥離用溶液と接触させること
を内容とする。剥離用溶液に適した組成は、約８５重量
パーセントのＨ3ＰＯ4（残りは水）を含む、体積百分率
で約２５％から約７５％までのリン酸、及び約７５重量
パーセントのＨＮＯ3（残りは水）を含む、体積百分率
で約２５％から約７５％までの硝酸である。好ましい溶
液は、これらの特定濃度のリン酸及び硝酸を等量に含む
もの、すなわち、体積割合で、約８５重量パーセントの
Ｈ3ＰＯ4を含むリン酸を約５０％と、約７５重量パーセ
ントのＨＮＯ3を含む硝酸を約５０％を組み合わせたも
のである。アルミニウム化合物拡散コーティングが、約
７０℃から約８０℃まで（約１６０°Ｆから１８０°Ｆ
まで）、好ましくは約７５℃（約１７０°Ｆ）におい
て、約２０分から約３０分間、好ましくは約２５分間、
酸性の剥離用溶液と接触すると、下にある超合金基板を
ほとんど侵食することなく、付加層２２が高水準の選択
性で剥がされる。この範囲より上の処理温度は、超合金
基板に腐食をもたらすことがあるが、好ましい温度範囲
より下では、付加層２２を取り除くのに、溶液の活性が
不十分である。本発明の酸性溶液は、特に拡散アルミニ
ウム化合物が白金アルミニウム化合物であり、従って白
金合金を含む場合には、アルミニウムを選択的に侵食す
るように見える。硝酸及びリン酸は、Ｇｒｉｓｉｋ他に
付与された米国特許第３，８３３，４１４号に開示され
ているが、その使用は、アルミニウム化合物拡散コーテ
ィングを完全に剥がす方法のためのものであり、アルミ
ニウム化合物拡散コーティングの付加層を完全に取り除
くという限定された目的のためのものではなかった。
拡散コーティング２０をリン酸（Ｈ 3ＰＯ4）及び硝酸
（ＨＮＯ3）を含む酸性の剥離用溶液と接触させること
を内容とする。剥離用溶液に適した組成は、約８５重量
パーセントのＨ3ＰＯ4（残りは水）を含む、体積百分率
で約２５％から約７５％までのリン酸、及び約７５重量
パーセントのＨＮＯ3（残りは水）を含む、体積百分率
で約２５％から約７５％までの硝酸である。好ましい溶
液は、これらの特定濃度のリン酸及び硝酸を等量に含む
もの、すなわち、体積割合で、約８５重量パーセントの
Ｈ3ＰＯ4を含むリン酸を約５０％と、約７５重量パーセ
ントのＨＮＯ3を含む硝酸を約５０％を組み合わせたも
のである。アルミニウム化合物拡散コーティングが、約
７０℃から約８０℃まで（約１６０°Ｆから１８０°Ｆ
まで）、好ましくは約７５℃（約１７０°Ｆ）におい
て、約２０分から約３０分間、好ましくは約２５分間、
酸性の剥離用溶液と接触すると、下にある超合金基板を
ほとんど侵食することなく、付加層２２が高水準の選択
性で剥がされる。この範囲より上の処理温度は、超合金
基板に腐食をもたらすことがあるが、好ましい温度範囲
より下では、付加層２２を取り除くのに、溶液の活性が
不十分である。本発明の酸性溶液は、特に拡散アルミニ
ウム化合物が白金アルミニウム化合物であり、従って白
金合金を含む場合には、アルミニウムを選択的に侵食す
るように見える。硝酸及びリン酸は、Ｇｒｉｓｉｋ他に
付与された米国特許第３，８３３，４１４号に開示され
ているが、その使用は、アルミニウム化合物拡散コーテ
ィングを完全に剥がす方法のためのものであり、アルミ
ニウム化合物拡散コーティングの付加層を完全に取り除
くという限定された目的のためのものではなかった。
【００２１】付加層２２のアルミニウムに対する剥離用
溶液の選択性のために、本発明では、修復方法の結果と
して生じるような、過度に厚い付加層（例えば、１００
マイクロメートルを超える）を取り除くことができるよ
うになる。剥離用溶液の選択性は、コーティング２０が
高温での実用を経験しておらず（すなわち、ブレード１
０がガスタービンエンジンに取り付け、作動されたこと
がない）、ブレードの超合金と付加層２２と拡散域２４
との間の相互拡散が限定的である場合に、最も有利であ
る。元のコーティング２０の余分な付加層２２が取り除
かれると、合金を減耗し、下にある基板を薄くする危険
なしに、所望の厚さの新しい付加層を堆積させることが
できる。白金アルミニウム化合物コーティングが望まれ
る場合には、白金のフラッシュ（例えば、厚さが約２マ
イクロメートルの）を堆積させ、剥離操作により露出さ
れた翼形部１２の表面に（即ち、拡散域２４及び元の付
加層２２のあらゆる残りの部分はそのままにして）拡散
させることができる。白金層を拡散させるための適切な
方法は、約１０５０℃（約１９２５°Ｆ）における約２
時間の熱処理である。適切な再アルミ化方法は、約１０
４０℃（約１９０５°Ｆ）の温度で約６時間行われる気
相アルミ化（ＶＰＡ）である。他の拡散アルミ化方法を
用いることもでき、よって、それらは本発明の範囲内に
ある。
溶液の選択性のために、本発明では、修復方法の結果と
して生じるような、過度に厚い付加層（例えば、１００
マイクロメートルを超える）を取り除くことができるよ
うになる。剥離用溶液の選択性は、コーティング２０が
高温での実用を経験しておらず（すなわち、ブレード１
０がガスタービンエンジンに取り付け、作動されたこと
がない）、ブレードの超合金と付加層２２と拡散域２４
との間の相互拡散が限定的である場合に、最も有利であ
る。元のコーティング２０の余分な付加層２２が取り除
かれると、合金を減耗し、下にある基板を薄くする危険
なしに、所望の厚さの新しい付加層を堆積させることが
できる。白金アルミニウム化合物コーティングが望まれ
る場合には、白金のフラッシュ（例えば、厚さが約２マ
イクロメートルの）を堆積させ、剥離操作により露出さ
れた翼形部１２の表面に（即ち、拡散域２４及び元の付
加層２２のあらゆる残りの部分はそのままにして）拡散
させることができる。白金層を拡散させるための適切な
方法は、約１０５０℃（約１９２５°Ｆ）における約２
時間の熱処理である。適切な再アルミ化方法は、約１０
４０℃（約１９０５°Ｆ）の温度で約６時間行われる気
相アルミ化（ＶＰＡ）である。他の拡散アルミ化方法を
用いることもでき、よって、それらは本発明の範囲内に
ある。
【００２２】本発明に至る検討の間、高圧タービン（Ｈ
ＰＴ）ブレードは、体積割合で、約８５重量パーセント
のＨ3ＰＯ4を含むリン酸を約５０％と、約７５重量パー
セントのＨＮＯ3を含む硝酸を約５０％とを含む酸性剥
離用溶液で処理された。ブレードは、ルネ１２４として
周知のニッケル基超合金から形成され、このニッケル基
超合金は、重量で約１２％のコバルト、６．８％のクロ
ム、６．１５％のアルミニウム、１．５％のモリブデ
ン、４．９％のタングステン、６．３５％のタンタル、
２．８％のレニウム、１．５％のハフニウム、０．１２
％の炭素、及び０．０１５％のホウ素、残りはニッケル
と偶発的な不純物からなる名目上の組成を有していた。
ブレードは、修復された白金アルミニウム化合物コーテ
ィングにより保護され、特定の用途に対しては大きすぎ
ると思われる厚さが１００マイクロメートルを超える付
加層を形成した。ブレードは、約１７０°Ｆ（約７５
℃）で、約２５分間、剥離用溶液と接触させられ、該付
加層は、下にある超合金基板を損傷することなく完全に
取り除かれた。付加層を取り除くのに続いて、白金のフ
ラッシュがブレードの露出面上にメッキされ、次に約１
９２５°Ｆ（約１０５０℃）で熱処理されて白金のフラ
ッシュを拡散接着させ、次に約１９０５°Ｆ（約１０４
０℃）の温度で約６時間、ＶＰＡにより再アルミ化され
た。
ＰＴ）ブレードは、体積割合で、約８５重量パーセント
のＨ3ＰＯ4を含むリン酸を約５０％と、約７５重量パー
セントのＨＮＯ3を含む硝酸を約５０％とを含む酸性剥
離用溶液で処理された。ブレードは、ルネ１２４として
周知のニッケル基超合金から形成され、このニッケル基
超合金は、重量で約１２％のコバルト、６．８％のクロ
ム、６．１５％のアルミニウム、１．５％のモリブデ
ン、４．９％のタングステン、６．３５％のタンタル、
２．８％のレニウム、１．５％のハフニウム、０．１２
％の炭素、及び０．０１５％のホウ素、残りはニッケル
と偶発的な不純物からなる名目上の組成を有していた。
ブレードは、修復された白金アルミニウム化合物コーテ
ィングにより保護され、特定の用途に対しては大きすぎ
ると思われる厚さが１００マイクロメートルを超える付
加層を形成した。ブレードは、約１７０°Ｆ（約７５
℃）で、約２５分間、剥離用溶液と接触させられ、該付
加層は、下にある超合金基板を損傷することなく完全に
取り除かれた。付加層を取り除くのに続いて、白金のフ
ラッシュがブレードの露出面上にメッキされ、次に約１
９２５°Ｆ（約１０５０℃）で熱処理されて白金のフラ
ッシュを拡散接着させ、次に約１９０５°Ｆ（約１０４
０℃）の温度で約６時間、ＶＰＡにより再アルミ化され
た。
【００２３】本発明を好ましい実施形態により説明して
きたが、当業者には他の形態を採り得ることが明らかで
ある。例えば、本発明は、断熱層のための接着コーティ
ングとして、ガスタービンエンジンの高温部品によく用
いられる拡散コーティングにも適用可能である。なお、
特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためで
あってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するもの
ではない。
きたが、当業者には他の形態を採り得ることが明らかで
ある。例えば、本発明は、断熱層のための接着コーティ
ングとして、ガスタービンエンジンの高温部品によく用
いられる拡散コーティングにも適用可能である。なお、
特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためで
あってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するもの
ではない。
【図１】 ガスタービンエンジンの高圧タービンブレー
ドの斜視図。
ドの斜視図。
【図２】 図１のブレード上のアルミニウム化合物拡散
コーティングの断面図。
コーティングの断面図。
１０ 部品
１２ 翼形部
１４ ダブテール部
１６ プラットフォーム
１８ 冷却孔
２０ アルミニウム化合物拡散コーティング
２２ 付加層
２４ 拡散域
─────────────────────────────────────────────────────
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）
Ｆ０１Ｄ 5/08 Ｆ０１Ｄ 5/08
5/28 5/28
9/02 １０２ 9/02 １０２
25/00 25/00 Ｌ
Ｘ
Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｃ
Ｄ
9/00 9/00 Ａ
(72)発明者 シャノン・リネット・シスモスキー
アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ
ィ、スプリングフィールド・パイク、28番
Ｆターム(参考） 3G002 AB07 AB08 BA06 BA09 BA10
BB04 BB05 CA11 CA15 EA05
EA06 EA09 FA10 FB03 GA10
GB04
4K028 CA01 CA07 CC01 CD01
4K057 WA20 WB05 WE02 WE04 WG01
WG02 WK06 WN06
Claims (12)
- 【請求項１】 部品（１０）の表面上にある付加層（２
２）と、該付加層（２２）の下で該部品（１０）の表面
領域内にある拡散域（２４）とを備えるアルミニウム化
合物拡散コーティング（２０）を付着形成した後であっ
て、該部品（１０）を高温での実用に供する前に、該部
品（１０）上の前記アルミニウム化合物拡散コーティン
グ（２０）を修復するための方法であって、 前記付加層（２２）の少なくとも一部が取り除かれるが
前記拡散域（２４）が残されて、前記アルミニウム化合
物拡散コーティング（２０）の処理面を確立するまで、
本質的に硝酸及びリン酸からなる水溶液により、約７０
℃から約８０℃までの温度で前記アルミニウム化合物拡
散コーティング（２０）を処理する段階と、 次いで、前記部品（１０）の処理面をアルミ化する段階
と、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記水溶液が、硝酸、リン酸、及び水か
らなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記水溶液が、硝酸及びリン酸を実質的
に同じ比率で含むことを特徴とする、請求項１に記載の
方法。 - 【請求項４】 前記アルミニウム化合物拡散コーティン
グ（２０）が、約２０分から約３０分間処理されること
を特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記水溶液が約７５℃であり、前記アル
ミニウム化合物拡散コーティング（２０）が約２５分間
処理されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記処理段階に続いて白金層を前記処理
面上に堆積させる段階と、次に、前記アルミ化段階の前
に前記部品（１０）を熱処理して、前記白金層を該処理
面内に拡散させる段階とを更に含むことを特徴とする、
請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記アルミニウム化合物拡散コーティン
グ（２０）が白金を含み、前記方法が、前記処理段階に
続いて白金層を前記処理面上に堆積させる段階と、次
に、前記アルミ化段階の前に前記部品（１０）を熱処理
して、前記白金層を該処理面内に拡散させる段階とを更
に含むこと特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 前記部品（１０）を高温での実用に供し
た後に該部品（１０）をアルミ化する結果として、前記
アルミニウム化合物拡散コーティング（２０）が該部品
（１０）上に存在するようになることを特徴とする、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 前記アルミニウム化合物拡散コーティン
グ（２０）が、前記処理段階の前に１００マイクロメー
トルを超える厚さで前記部品上に存在することを特徴と
する、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記部品（１０）が、ガスタービンエ
ンジンの部品（１０）であり、該部品（１０）がガスタ
ービンエンジンに取り付けられ、該ガスタービンエンジ
ンが作動され、該部品（１０）が該ガスタービンエンジ
ンから取り外された後に、該部品（１０）をアルミ化す
る結果として、前記アルミニウム化合物拡散コーティン
グ（２０）が該部品（１０）上に存在するようになるこ
とを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記アルミニウム化合物拡散コーティ
ング（２０）が、前記アルミ化段階の後で前記処理段階
の前に、１００マイクロメートルを超える厚さで前記部
品（１０）上に存在することを特徴とする、請求項１０
に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記処理段階が、実質的に全ての前記
付加層（２２）を取り除くが、前記部品（１０）の表面
領域を損傷しないことを特徴とする、請求項１に記載の
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/029350 | 2001-12-20 | ||
| US10/029,350 US6875292B2 (en) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | Process for rejuvenating a diffusion aluminide coating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003239061A true JP2003239061A (ja) | 2003-08-27 |
| JP4236919B2 JP4236919B2 (ja) | 2009-03-11 |
Family
ID=21848596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002367429A Expired - Fee Related JP4236919B2 (ja) | 2001-12-20 | 2002-12-19 | アルミニウム化合物拡散コーティングを修復するための方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6875292B2 (ja) |
| EP (1) | EP1321536B2 (ja) |
| JP (1) | JP4236919B2 (ja) |
| BR (1) | BR0205409A (ja) |
| CA (1) | CA2413640C (ja) |
| DE (1) | DE60231466D1 (ja) |
| SG (1) | SG114593A1 (ja) |
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| JP2010164300A (ja) * | 2009-01-19 | 2010-07-29 | General Electric Co <Ge> | 触媒反応器コーティングを使用するシステムおよび方法 |
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| US4339282A (en) | 1981-06-03 | 1982-07-13 | United Technologies Corporation | Method and composition for removing aluminide coatings from nickel superalloys |
| US4425185A (en) * | 1982-03-18 | 1984-01-10 | United Technologies Corporation | Method and composition for removing nickel aluminide coatings from nickel superalloys |
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