JP2004197226A5

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Publication number: JP2004197226A5
Application number: JP2003414094A
Authority: JP
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2023-12-12

Description

原材料及び保護コーティングの注意深い選択にもかかわらず、ガスタービン構成部品が使用された後は、該構成部品は通常侵食され、腐食され、酸化されており、そのため構成部品の１つ又はそれ以上の重要寸法がそれぞれの最小許容寸法の値を下回って減少される可能性がある。一実施例は、ガスタービンベーンの各隣接対の間のスロート分離寸法に関し、該空間は高温の燃焼ガスが燃焼器からこの進路上を流れてタービンブレードに接触する空間である。２つの隣接するガスタービンベーン間のスロート寸法は最大許容寸法値を有し、この値を超えるとガスタービンの性能及び効率が低下する。ガスタービンベーンが運転中に作動すると、ベーン表面が磨耗し、そのためベーンの重要厚み寸法がより小さい寸法になる。結果として、ベーン間のガス流のスロート分離寸法はより大きくなり、ベーンの重要厚み寸法が最小許容寸法を下回ると、最終的には最大許容スロート分離寸法値を超過する。
米国特許５４２７８６６号明細書米国特許５８４６６０５号明細書米国特許６１２９９９１号明細書米国特許６０３６９９５号明細書米国特許４２４６３２３号明細書米国特許６１３９９７６号明細書米国特許６２９９９８６号明細書米国特許６４６５０４０号明細書米国特許５４９８４８４号明細書イギリス特許２３２２３８２号明細書米国特許５５２５４２９号明細書米国特許６４３５８３５号明細書米国特許６６５２９１４号明細書米国特許６３５４７９９号明細書米国特許６０９５７５５号明細書米国特許５７８３３１８号明細書米国特許６４６１７４６号明細書欧州特許出願公開第０９２１２０９Ａ２号明細書欧州特許出願公開第０８２１０７８Ａ１号明細書米国特許６２８３７１５Ｂ１号明細書米国特許出願公開第２００２/０１１９０４３Ａ１号明細書米国特許出願公開第２００２／０１３００４７Ａ１号明細書米国特許５７８３３１８号明細書米国特許６４６１７４６号明細書米国特許６２３３８２２号明細書欧州特許出願公開第０９２１２０９Ａ２号明細書欧州特許出願公開第０８２１０７８Ａ１号明細書

コーティングされた物品は、基材組成を有する金属基材と該金属基材を被覆し且つ接触する金属コーティングとを備える。金属コーティングは、基材組成とは異なる金属コーティング組成を有する。金属コーティング組成物は、約０．０７６ないし約０．３８ｍｍの範囲のような薄層に容易で且つ管理可能に被着できなければならないが、被着速度は経済的に実施可能なように十分に早いものでなければならない。保護コーティングは、金属コーティングを被覆し且つ接触する。該保護コーティングは、金属コーティングを被覆し且つ接触するアルミナイド層と、任意選択枝的に該アルミナイド層を被覆し且つ接触するセラミック遮熱コーティングとを含む。

本発明の方法の適用においては、保護コーティングを施す前に、基材の厚みを増大させるために金属コーティングが基材に施される。該金属コーティングは、基材の組成とは異なる組成を有する。金属コーティングは、基材材料の機械的性質と同等の性質を有することだけでなく、適度な厚みの層に被着される能力の両方について選択される。典型的な例においては、該金属コーティングは、少なくとも約０．０７６ｍｍ、好ましくは約０．０７６ないし０．２５ｍｍの厚みを有するが、場合によっては０．３８ｍｍ又はそれ以上の厚みを有する。該金属コーティングが保護コーティングの厚みを差し引いた基材のほぼ元の厚みにまで該基材の厚みを復元し、次いで最適な保護コーティングを該金属コーティングの上に施して、要求される全体の重要寸法を復元する。

アルミナイド層３２は、好ましくは約０．０１３ないし約０．１０ｍｍの厚みを有する。セラミック遮熱コーティング３６は、存在する場合には、好ましくは約０．１３ないし約０．５１ｍｍ、より好ましくは約０．１３ないし約０．３８ｍｍの厚みを有する。これらの厚みは、下にある構造体の保護に関する要件によって選択され、また更にそれぞれの厚みは、アルミナイド層３２及びセラミック遮熱コーティング３６がそれぞれの下にある構造体から剥離するほど厚くないように選択される。これらの厚みは、下にある基材２６から失われた又は欠落した金属を置き換えるために実質的に増大させることはできない。これにかわり、金属コーティング２８は基材２６から失われた又は欠落した金属に置き換えられて、寸法ｔ_vを最小許容寸法値ｔ_v,MINを上回るまでに戻す。金属コーティング２８は基材２６の強度とほぼ同等の強度を有することから、基材２６の失われた金属を金属コーティング２８に置き換えても、物品２０の全体的な強度特性を大きく損なう結果にはならない。他方、保護コーティング３０の材料は基材２６の材料に比べて非常に弱い。通常の場合は、金属コーティング２８は、少なくとも約０．０７６ｍｍの厚みを有し、約０．３８ｍｍ程の厚い場合もあり、通常は約０．１３ないし約０．２５ｍｍの厚みを有する。

使用される場合は、セラミック遮熱コーティング３６は、好ましくは、電子ビーム物理蒸着法（ＥＢＰＶＤ）のような物理蒸着法によって被着される。セラミック遮熱コーティング３６は、好ましくは、約０．１３ないし約０．５１ｍｍの厚みである。セラミック遮熱コーティング４２は、好ましくはイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）であり、これは約３ないし約１２重量パーセント、好ましくは約６ないし約８重量パーセントの酸化イットリウムを含有する酸化ジルコニウムである。他の実施可能なセラミック材料も同様に使用することができる。例として、酸化ランタン、酸化イッテルビウム、酸化ガドリニウム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化タンタル、又はこれらの酸化物の混合物のような「第３の」酸化物の添加によって改質されたイットリア安定化ジルコニアが含まれ、これはＹＳＺと共に被着される。

Claims

コーティングされた物品（２０）であって、
基材組成を有する金属基材（２６）と、
前記金属基材（２６）を被覆し且つ接触する、前記基材組成と異なる金属コーティング組成を有する金属コーティング（２８）と、
前記金属コーティング（２８）を被覆し且つ接触する保護コーティング（３０）と、
を備え、
前記保護コーティング（３０）が、前記金属コーティング（２８）を被覆し且つ接触するアルミナイド層（３２）を含む物品（２０）。
前記基材組成が、ニッケル基合金及びコバルト基合金からなる群から選択される請求項１に記載の物品（２０）
前記基材（２６）が、その上に前記金属コーティング（２８）が無く以前に使用されていたガスタービンエンジンの構成部品である請求項１に記載の物品（２０）。
前記金属コーティング（２８）が、ニッケル基超合金である請求項１に記載の物品（２０）。
前記アルミナイド層（３２）が、白金族金属アルミナイド層（３２）である請求項１に記載の物品（２０）。
コーティングされた物品（２０）であって、
その上に金属コーティング（２８）が無い状態で以前に使用されていたガスタービンエンジンの構成部品であり、ニッケル基合金とコバルト基合金からなる群から選択された基材組成を有する金属基材（２６）と、
前記金属基材（２６）を被覆し且つ接触する、前記基材組成と異なる金属コーティング組成を有する金属コーティング（２８）と、
前記金属コーティング（２８）を被覆し且つ接触する保護コーティング（３０）と、
を備え、
前記保護コーティング（３０）が、前記金属コーティング（２８）を被覆し且つ接触する白金族金属アルミナイド層（３２）を含む物品（２０）。
物品（２０）の重要寸法を復元し且つ該物品を保護するための方法であって、
基材組成を有する金属基材（２６）として機能し、重要寸法が最小許容寸法値を下回っている以前に使用されていた物品（２０）を提供する段階と、
前記基材組成と異なる金属コーティング組成を有する金属コーティング（２８）を、前記金属基材（２６）を被覆し且つ接触するように被着させる段階と、
前記金属コーティング（２８）を被覆し且つ接触する保護コーティング（３０）を被着させる段階と、
を備え、
前記金属コーティング（２８）と前記保護コーティング（３０）とを併せた厚みが、前記重要寸法を前記最小許容寸法値以上に増大させるのに十分な復元厚みであり、前記保護コーティング（３０）が前記金属コーティングを被覆し且つ接触するアルミナイド層（３２）を含むことを特徴とする方法。
前記物品（２０）を提供する段階が、ニッケル基合金及びコバルト基合金からなる群から選択される前記基材組成を有する物品（２０）を提供する段階を含む請求項７に記載の方法。
前記金属コーティング（２８）を被着させる段階が、ニッケル基超合金である金属コーティング（２８）を被着させる段階を含む請求項７に記載の方法。
前記保護コーティング（３０）を被着させる段階が、前記アルミナイド層（３２）を被覆し且つ接触するセラミック遮熱コーティング（３６）を被着させる段階を含む請求項７に記載の方法。