JP2006022810A - ２つの金属部品間の接触面を保護する方法およびそのような保護から得られる利点 - Google Patents

Abstract

【課題】接触している部品間の小振幅変位により発生する、フレッチングタイプの磨耗に対してより優れた適合性を有する別の固体潤滑方式を提案する。
【解決手段】相対移動を受ける２つの金属部品の接触面を保護する。この方法は、前記接触面の少なくとも一方を、もっぱらニッケル基質１３中に分散されたグラファイト粒子１２からなる複合自己潤滑性材料２２で覆うことを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、小振幅の相対変位を受ける２つの金属部品間の接触面を保護する方法に関する。さらに詳細には、本発明は、ターボジェットの分野、および特にブレードの基部がディスク周辺に画定されたソケット内に保持された状態で、ファンのロータディスクにブレードを組み込むことに関する。本発明は、このような保護を施されるコンプレッサ、またはターボジェットファンにも関する。

航空機エンジンにおいて、ブレード基部の支持面にＣｕＮｉＩｎ被覆を利用することにより、ロータディスクとファンブレードの基部との間の小振幅の移動で発生する磨耗に対処することが知られており、ブレード基部は、前記ブレード基部が係合されるディスクソケットの内面と接触する。この技術は、ブレードへの負荷がより大きい最新のエンジンにはもはや適しなくなっている。現在まで使用されてきた被覆は、あまりに磨耗が速く、接触している部品の劣化、特にディスクの支持面の劣化が見られる。ディスクは、クラックが発生する危険性を有し、これがディスク自体の破壊に結びつくことがある。
米国特許第５３５８７５３号明細書

本発明は、研究結果により、より強力でかつＣｕＮｉＩｎ被覆と置き換えるのに適する、新規なタイプの被覆である。異なる技術分野において、すなわち、ピストンエンジンの技術分野においては、ニッケル基質中に分散された、二硫化モリブデンおよびグラファイトの混合物の粒子で作られる自己潤滑性材料の層を付着することにより、開口の内面を処理することが知られている。この潤滑混合物は、米国特許第５３５８７５３号に記載されており、２つの接触部品間の、詳細にはピストンとピストンスリーブとの間の大振幅の相対変位により発生する磨耗に対処するのに適する。本発明は、接触している部品間の小振幅の変位により発生する、フレッチングタイプの磨耗に対してより優れた適合性を有する別の固体潤滑剤を提案する。

さらに詳細には、本発明は、小振幅の相対変位を受ける２つの金属部品間の接触面を保護する方法を提供し、この方法は、前記接触面の少なくとも一方を、もっぱらニッケル基質中に分散されたグラファイト粒子からなる複合自己潤滑性材料で覆うことを含むことを特徴とする。

このような自己潤滑性材料は、ファンロータディスクのソケットに係合するブレード基部の少なくとも接触ゾーンに付着される。

付着は、従来の粉末溶射によりなされ、前記粉末の粒状物は、ニッケル被覆されたグラファイト粒子からなる。有利には、前記溶射はプラズマ溶射である。

ターボファンエンジンにおいて、その上に自己潤滑性材料が付着される金属基板（ブレードの基部上）は、一般にチタン合金で作られる。理論上は、前述の自己潤滑性材料の接着は充分である。しかしながら、この接着を強化することが望まれる場合、前記自己潤滑性材料を付着する前に、覆われる表面上に接着下層を付着することができる。この接着下層は、例えば、ニッケルアルミニウムからなることもできる。この材料は、一般にあらゆる金属基板の上に強固に接着できる。この材料は溶射により付着でき、この場合には、他の溶射材料、詳細にはニッケルグラファイト自己潤滑性材料を保持するのに寄与する形態を示す。

この方法は、前記複合自己潤滑性材料の表面に別の固体潤滑性材料を溶射する操作に関連付けられることができ、この別の材料は、例えば二硫化モリブデンまたはグラファイトであってもよい。この追加の固体潤滑性材料は、摩擦を低減するのに最も有利な連続層を形成する。この層は、付着の形態が一定量の孔を含むため、ニッケルグラファイトの複合自己潤滑性材料に強固に接着する。

有利には、前述の様々な材料の溶射は、プラズマ溶射により実行されるが、レーザを含む他の知られているシステムを用いても実行可能である。

本発明はさらに、回転ディスクおよびこの回転ディスクの周辺に取り付けられたブレードを備える、ターボジェットファンを提供し、前記回転ディスクは、ブレード基部が係合されるソケットを有し、ファンは、ブレード基部の少なくとも接触ゾーンが、もっぱらニッケル基質で被覆されるグラファイト粒子からなる複合自己潤滑性材料の層を備える被覆で覆われることを特徴とする。

例示としてのみ与えられた以下の説明および添付図面を参照することにより、本発明はさらによく理解され、他の利点は明らかになるであろう。

本発明を実現するために、各粒状物１１が、図１に示す構造を有する、すなわちニッケル１３で被覆されたグラファイト粒子１２である、知られている粉末を使用することが好ましい。粒状物のサイズが、２０マイクロメートル（μｍ）から１００μｍの範囲であるそのような粉末から、満足な結果が得られた。グラファイトの重量での割合は、１０％から４０％の範囲にできる。

しかし、以下に記載されるような溶射方法が、ナノメートルのオーダの粒状物のサイズに適用されるなら、粒状物のサイズは、ナノメートルのオーダのようにきわめて小さくできる。

より詳細に説明する実施形態においては、粉末は、溶射、有利にはプラズマ溶射される。この溶射（図３）は、ブレード基部２０の接触ゾーン１８に従来のプラズマトーチ１６を使用して実行される。ブレード基部はファンブレードの一部分であり、この部分は、前記ファンのロータディスクのソケット内に係合されることを、想起されたい。図２に示すとおり、高温の間に粉末を溶射することによって、複合自己潤滑性材料３２の層が、当該接触ゾーンに形成される。したがって、この層は、ニッケル基質内に分散されたグラファイト粒子で形成される。溶射の間、粒状物は、ニッケル溶融により相互に溶接され、この結果、自己潤滑性材料の層の厚みは、内部に埋め込まれたグラファイト粒子の数倍になり、グラファイトはニッケル内に一様に分散している。

この方法は、この方法で付着された複合自己潤滑性材料の表面に、別の固体潤滑性材料２４を溶射することで終了する。前記別の材料は、ニッケルグラファイト層２２に表面に接着される均一な層を形成する。この別の固体潤滑性材料は、二硫化モリブデンまたはグラファイトであってもよく、または詳細には、これら両方の混合物であってもよい。この材料は、先に付着されたニッケルグラファイト層に強固に接着する。この追加の固体潤滑性材料の厚みは、１０μｍから５０μｍの範囲にできる。

この追加層は、ニッケルグラファイト層の潤滑性作用を向上させ、均一な固体潤滑剤が消滅されたときだけ、ニッケルグラファイト層は、完全な作用を開始する。したがって、劣化が発生する前の接触の寿命が延びる。少なくともこのニッケルグラファイト層２２、好ましくは別の固体潤滑性材料の層２４、および任意の接着副層（図示せず）を備える、この新規なタイプの被覆２８を利用すると、試験結果では、ブレード基部を修理する前のターボファンの寿命は、１０倍まで延長できることが判明した。

ニッケルグラファイト層２２の厚みは、５０μｍから２００μｍの範囲にできる。この層は、金属基板２６の上、すなわちブレード基部２０を構成する金属、特にチタン合金の上に直接付着できる。ただし、ニッケルグラファイト層と金属基板との間の接着を増大したい場合、例えば、ニッケルアルミニウムの接着下層を溶射することができる（ニッケルグラファイト層を付着する前に）。

本発明はさらに、ロータディスク３０、およびこのロータディスク３０の周辺に取り付けられたブレード３２を備える、ターボジェットファンを提供する。ディスクは、ブレード基部が係合されるソケット３４を含み、ブレード基部の接触ゾーンは、もっぱらニッケル基質中に分散されたグラファイト粒子からなる複合自己潤滑性材料の少なくとも１つの層を備える、前述の被覆２８で覆われる。被覆は、複合自己潤滑性材料層（図２に示す）を覆う別の固体潤滑性材料層を含んでもよい。この別の層は、グラファイトおよび／または二硫化モリブデンを含んでいてもよい。

例えばニッケルアルミニウムで形成される接着下層は、複合自己潤滑性材料の前述の層の下のブレード基部（従来はチタン合金で作られる）に付着されることができる。

比較試験は、以下の条件で実行した。フアンのブレード基部は、前述と同様に処理した。その他は、従来のＣｕＮｉＩｎで被覆された。ブレードは、単一ディスク上に取り付けられ、このディスクを、エンジンにおいて８０００サイクルで試験した。この期間の最後に、ＣｕＮｉＩｎで被覆されたブレード基部は、磨耗による損傷が見られ、被覆は剥がれ落ちが見られた。この一方で、本発明により処理されたブレード基部は、劣化が見られなかった。

ＮｉＧｒの付着については、以下の操作条件で満足な結果を得た。
・ プラズマ溶射：５５ボルト（Ｖ）で４００アンペア（Ａ）
・ ＮｉＧｒ粉末の粒状物サイズ：５０μｍ
・ ノズル−部品間の距離：１２０ミリメートル（ｍｍ）
・ 溶射速度：３２０ミリメートル／秒（ｍｍ／ｓ）
・ ２回通過間の変位：６ｍｍ
・ 層の厚さ：１５０μｍ

保護されるべき金属部品の表面に複合自己潤滑性材料の層を形成するための粉末粒状物の構造を示す。 本発明により処理された表面を通る概略断面図である。 ブレード基部を処理する方法における手順の実施を示す。 本発明によるファンの概略および部分図である。

符号の説明

１１ 粒状物
１２ グラファイト粒子
１３ ニッケル
１６ プラズマトーチ
１８ 接触ゾーン
２０ ブレード基部
２２ ニッケルグラファイト層
２４ 固体潤滑性材料
２６ 金属基板
２８ 被覆
３０ ロータディスク
３２ ブレード
３４ ソケット

Claims (15)

1. 小振幅の相対移動を受ける２つの金属部品間の接触面を保護する方法であって、前記接触面の少なくとも一方を、もっぱらニッケル基質（１３）中に分散されたグラファイト粒子（１２）からなる複合自己潤滑性材料（２２）で覆うことからなる操作を含むことを特徴とする、方法。
2. 前記自己潤滑性材料を使用して、ターボジェットコンプレッサのブレード基部の接触ゾーン（１８）を覆うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 粉末（１１）を溶射することを含み、前記粉末の粒状物が、ニッケル（１３）で被覆されたグラファイト粒子（１２）からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記溶射がプラズマ溶射であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記粉末の粒状物のサイズが、２０μｍから１００μｍの範囲であることを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
6. グラファイトの重量割合が、１０％から４０％の範囲であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記自己潤滑性材料を付着する前に、金属部品に接着下層を付着する操作を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記接着下層が、ニッケルアルミニウムで作られていることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記複合自己潤滑性材料の表面に、少なくとも１つの別の固体潤滑性材料（２２）を溶射する操作を含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記固体潤滑性材料（２４）が、二硫化モリブデンを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記固体潤滑性材料（２４）が、グラファイトを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
12. 回転ディスク（３０）および該回転ディスクの周辺に取り付けられたブレード（３２）を備えるターボジェットファンであって、前記回転ディスクは、ブレード基部が係合されるソケット（３４）を有し、ブレード基部（２０）の少なくとも接触ゾーン（１８）が、もっぱらニッケル基質で被覆されるグラファイト粒子からなる複合自己潤滑性材料の層を含む被覆（２８）で覆われることを特徴とする、ファン。
13. 前記被覆が、例えばニッケルアルミニウムの接着下層を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のファン。
14. 前記被覆が、前記複合自己潤滑性材料の層を覆う固体潤滑性材料（２４）の別の層を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のファン。
15. 前記別の層が、グラファイトおよび／または二硫化モリブデンを含むことを特徴とする、請求項１４に記載のファン。

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