JP2006131994A - 金属基板にクロム含有コーティングを塗布するための方法およびその被覆物品 - Google Patents

金属基板にクロム含有コーティングを塗布するための方法およびその被覆物品 Download PDF

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Abstract

【課題】 その上を覆う白金含有層（５０）を有する基底の金属基板（２１）に、クロム含有コーティング（４６、５８）を塗布するための方法（１００）を提供する。
【解決手段】クロム含有層（５８）が白金含有層（５０）の上に堆積され（１０２）、アルミナイド拡散層（６６）がクロム含有層（５８）の上に堆積され（１０３）、アルミナイド拡散層（６６）は、クロム含有層（５８）に隣接する内側拡散層（７２）と、内側拡散層（７２）に隣接する外側付加層（７８）とを有する。クロム含有層（５８）は、後で堆積される（１０３）アルミナイド拡散層（６６）内にクロム含有層（５８）内のクロムがより容易に拡散できるようにする堆積法によって堆積される（１０２）。次いで、クロム含有層（５８）からのクロムを少なくとも８％の量だけ外側付加層（７８）内に拡散させるように、クロム含有層およびアルミナイド拡散層（５８、６６）が処理される（１０４）。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板の表面に腐食保護を提供するために、タービンエーロフォイルなどの物品の金属基板にクロム含有コーティングを塗布するための方法に関する。本発明は、さらに、そのようなコーティングを有する耐食性の物品に関する。
ガスタービンエンジンのより高い動作温度は、それらの効率を高めるために絶えず追求されている。高温性能の大幅な進歩は、ニッケルおよびコバルトベースの超合金の形成によって実現されてきた。ただし、そのような合金単独では、ガスタービンエンジンのある部分に配置されるところの、タービンロータ、ブレードおよびベーン、タービンシュラウド、バケット、ノズル、燃焼器ライナおよびそらせ板、オーグメンターなどの構成要素を形成するのにはしばしば不適切である。しかし、動作温度が上昇すると、それに応じて、エンジンの構成要素の高温耐久性（これらのタービン構成要素を取り囲み且つそれらに浸透する腐食環境に対する耐性をも含む）が高まらなければならない。
タービンブレードおよびベーンで使用されるエーロフォイルなどのタービンエンジン構成要素は、通常、使用中に１５００°Ｆ（８１５℃）を超える温度まで加熱され、ガスタービンからの高い腐食性を有する排気ガスに露出される。そのような温度では、
排気ガスの酸素およびその他の腐食成分は、タービンエーロフォイルの金属基板（ニッケルおよびコバルトベースの超合金からなる金属基板でさえ）に望ましくない腐食をもたらす可能性がある。さらに、通常、過剰な熱を除去するために、タービンエーロフォイルの冷却が必要である。例えば、タービンエーロフォイルに内部冷却経路を設けることができるが、空気は、これらの冷却経路を通して進められてエーロフォイルの外面にある開口から出ることとなり、これによりエーロフォイルの内部から熱が除去されて、ある場合には、エーロフォイルの表面に、より低温の空気の境界層がもたらされる。例えば、本発明の譲受人に譲渡された２００１年２月６日に発行された米国特許第６１８３８１１Ｂ１号（Ｃｏｎｎｅｒ）、および１９９９年７月２７日に発行された米国特許第５９２８７２５号（Ｈｏｗａｒｄ等）を参照されたい。

タービンエーロフォイルの寿命を改善するために、金属基板用の多くの保護コーティングが開発されている。これらの保護コーティングは、典型的には厚さが２〜５ミル（５１〜１２７ミクロン）であり、エーロフォイルが動作中にさらされる高温での酸化および腐食からの金属基板を保護する。これらは、例えばニッケルアルミナイドおよび白金アルミナイドコーティングなどの耐酸化アルミナイド拡散コーティングを含む。これらのアルミナイド拡散コーティングは、パックセメンテーション法によって、あるいは、より近年では化学気相成長（ＣＶＤ）法によって金属基板に塗布することができる。例えば、１９７９年４月１０日に発行された米国特許第４１４８２７５号（Ｂｅｎｄｅｎ等）、本発明の譲受人に譲渡された１９９４年１１月２９日に発行された米国特許第５３６８８８８号（Ｒｉｇｎｅｙ）、１９９９年７月２７日に発行された米国特許第５９２８７２５号（Ｈｏｗａｒｄ等）、２０００年３月２１日に発行された米国特許第６０３９８１０号（Ｍａｎｔｋｏｗｓｋｉ等）、２００１年２月６日に発行された米国特許第６１８３８１１Ｂ１号（Ｃｏｎｎｅｒ）、および２００１年５月１日に発行された米国特許第６２２４９４１Ｂ１号（Ｃｈｅｎ等）を参照されたい。上記の各特許は、アルミナイド拡散コーティングを塗布するための様々な装置および方法を開示している。
より低温下での腐食に対して、或いは腐食性の塩が存在するような海洋環境での腐食に対してさらなる保護を行うために、保護コーティング内にクロムを含むことが望ましい場合がある。クロムは、金属基板の表面上にクロム含有粉末を噴霧することによって、金属基板表面に塗布することができる。しかし、内部空気冷却経路を有するタービンエーロフォイルでは、エーロフォイルの外面でのそのようなスプレーコーティングの不均一性、特に表面粗さが望ましくない。また、クロムは、金属基板上にクロムを堆積させ、次いでクロムと基板内の金属合金とを相互拡散させることによって塗布することもできる。本発明の譲受人に譲渡された２００１年９月４日に発行された米国特許第６２８３７１５号（Ｎａｇａｒａｊ等）を参照されたい。典型的には、これに続いて、パックセメンテーションまたはＣＶＤ法によって、堆積クロム含有層にアルミナイド拡散コーティングを塗布する。
堆積されたクロム含有層に塗布されるこのアルミナイド拡散コーティングは、典型的には、クロム含有層に隣接する内側拡散層と、拡散層に隣接する外側付加層とを形成する。有益な腐食保護を提供するために行われる後続の拡散プロセス中に、この外側付加層へは不十分なクロムしか届かないことが判明している。特に、この外側付加層に到達するクロムのレベルは、この外側層の約６重量％以下である。
米国特許第６１８３８１１Ｂ１号 米国特許第５９２８７２５号 米国特許第４１４８２７５号 米国特許第５３６８８８８号 米国特許第６０３９８１０号 米国特許第６２２４９４１Ｂ１号 米国特許第６２８３７１５号 米国特許第５３９９３１３号 米国特許第４１１６７２３号 米国特許第５４８２７８９号 Kirk-Othmer'sEncyclopedia of Chemical Technology, 3rd Ed., Vol.12, pp. 417-479 (1980)、およびVol.15,pp.787-800 (1981)
したがって、金属基板への有益な腐食保護を提供するように、また金属基板用のコーティングの成分としてクロムを取り入れることができ、このコーティングが、アルミナイド拡散コーティングも含むことが望ましい。また、内部冷却空気経路または同様の経路を有するタービンエーロフォイルまたは他の構成要素で使用される金属基板の保護コーティング内にこのクロムを取り入れることができることが望ましい。さらに、タービンエーロフォイルを形成する様々な金属基板、および他の材料に適合し、かつ比較的安価な保護コーティングを提供するプロセスを使用して、このクロムを取り入れることができることが望ましい。
本発明の実施形態は、基底の金属基板に耐食クロム含有コーティングを塗布するための方法であって、金属基板が、上を覆う白金含有層を有する方法に関する。この方法は、
後で堆積されるアルミナイド拡散コーティング層内にクロム含有層内のクロムがより容易に拡散できるようにする堆積法によって、白金含有層の上にクロム含有層を堆積するステップと、
クロム含有層に隣接する内側拡散層と、内側拡散層に隣接する外側付加層とを有するアルミナイド拡散層をクロム含有層の上に堆積するステップと、
クロム含有層からのクロムを少なくとも約８％の量だけ外側付加層内に拡散させるように、クロム含有層およびアルミナイド拡散層を処理するステップと
を含む。
本発明の別の実施形態は、耐食被覆物品に関する。この物品は、
金属基板と、
基板に隣接して基板を覆う白金含有層と、
白金含有層に隣接して白金含有層を覆うクロム含有層と、
クロム含有層を覆ってクロム含有層に隣接する内側拡散層、および内側拡散層に隣接する外側付加層を備えるアルミナイド拡散層とを備え、外側付加層が、少なくとも約８重量％の拡散されたクロムを含む。
本発明の方法、および結果として得られる耐食被覆物品は、いくつかの利益を提供する。この方法は、耐食保護コーティング、特にコーティングのアルミナイド拡散層の成分として、クロムの効果的な取入れを可能にして、基底の金属基板に効果的な耐食性および保護を提供する。特に、コーティングのアルミナイド拡散層の外側付加層内に、十分なクロム（すなわち少なくとも約１０％）が拡散することができる。この方法は、タービンエーロフォイルが備える様々な金属基板および他の材料に適合するクロム含有コーティングを提供する。また、この方法を使用して、内部冷却空気経路または同様の経路を有するタービンエーロフォイル（例えばタービンブレード）または他の構成要素で使用される基底の金属基板用の保護コーティング内に、そのような内部冷却経路の閉鎖など他の望ましくない影響をもたらさずに、または過剰な熱処理による表面粗さおよび損傷を増大することなく、所望の有益なクロムを取り入れることができる。また、この方法は、前には保護コーティングを上に有さなかった構成要素、特にタービンエーロフォイルの修理も考慮に入れている。
本明細書で使用する際、用語「備える」または「含む」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）は、様々な組成物、化合物、成分、層、ステップなどを、本発明において併せて使用することができることを意味する。したがって、用語「備える」または「含む」は、より限定的な用語「本質的に〜からなる」（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）および「からなる」（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）を包含する。
本明細書で使用する全ての量、割合、比率、およびパーセンテージは、特に指定がない限り、重量によるものである。
本発明の方法の実施形態は、高温で、特に通常のエンジン動作中に生じる高い温度で操作される、またはそのような高温に露出される様々なタービンエンジン（例えばガスタービンエンジン）部分および構成要素で使用される、様々な金属、および超合金を含めた金属合金からなる金属基板にクロム含有耐食保護コーティングを塗布するのに有用である。これらのタービンエンジン部分および構成要素は、ブレードおよびベーンなどのタービンエーロフォイル、タービンシュラウド、タービンノズル、燃焼器構成要素、例えばライナ、そらせ板、およびそれらの当該のドームアセンブリ、ガスタービンエンジンのオーグメンターハードウェアなどを含むことができる。本発明の方法の実施形態は、タービンブレードおよびベーン、特にそのようなブレードおよびベーンのシャンクおよびエーロフォイル部分にクロム含有耐食保護コーティングを塗布するのに特に有用である。しかし、本発明の方法の実施形態の以下の論述は、タービンブレードおよびベーン、特にそれらのブレードおよびベーンを構成するそれらのエーロフォイル部分に関するものであるが、本発明の方法は、耐食保護コーティングを必要とする金属基板を備える他の物品でも有用な場合があることを理解されたい。
本明細書で以下に説明するように、本発明の方法の様々な実施形態を、図面を参照してさらに例示する。図面を参照すると、図１は、タービンブレードまたはタービンベーンなどガスタービンエンジンの構成要素物品、特に一般に参照番号２０として識別されるタービンブレードを示す（タービンベーンは、当該の部分に関して同様の外観を有する）。タービンブレード２０は、任意の使用可能な材料、例えばニッケルベースの超合金から形成され、これがタービンブレード２０のベース金属である。タービンブレードのベース金属は、本明細書で以下に説明するコーティングのための金属基板２１（図２参照）として働く。タービンブレード２０は、エーロフォイル２２を含み、エーロフォイル２２に対して、高温排気ガスの流れが向けられる。エーロフォイル２２は、凹形に形状を取られた参照番号２４で示される「高圧側」と、凸形に形状を取られ、時として「低圧側」または「後面」と呼ばれる参照番号２６で示される吸気側とを有する。動作時、高温燃焼ガスは、高圧側２４に向けられる。
エーロフォイル２２は、プラットフォーム２８から上方に延在し、プラットフォーム２８は、エーロフォイル２２から横方向外側に延在する。プラットフォーム２８は、エーロフォイル２２に近い上面３０と、エーロフォイル２２から遠い下面３２とを有する。図１に示されるように、タービンブレード２０は、プラットフォーム２８から下方に（すなわち、エーロフォイル２２とは反対の方向に）延在するシャンク３４を有する。タービンブレード２０は、シャンク３４から下方に延在してタービンディスクのスロットに係合するダブテール３６によって、タービンディスクまたはハブ（図示せず）に取り付けられる。
タービンブレード２０のいくつかの実施形態では、複数の内部経路が、エーロフォイル２２の内部を通って延在し、エーロフォイル２２の表面にある参照番号３８で示される開口で終端する。動作中、冷却空気の流れが、内部経路を通して導かれて、エーロフォイル２２を冷却する、すなわちエーロフォイル２２の温度を低下させる。
基板２１は、典型的にはアルミナイド拡散コーティングによって保護された様々な金属または金属合金の任意のものを備えることができる。例えば、基板２１は、高温耐熱合金、例えば超合金を備えることができる。そのような高温合金は、１９９５年３月２１日に発行された米国特許第５３９９３１３号（Ｒｏｓｓ等）、および１９７８年９月２６日に発行された米国特許第４１１６７２３号（Ｇｅｌｌ等）など様々な参考文献に開示されており、上記特許の両方を参照として本明細書に組み込む。また、高温合金は、一般に、Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Ed., Vol.12,
pp. 417-479 (1980)、およびVol.15, pp. 787-800 (1981)に記載されている。例示的な高温ニッケルベース合金は、商標名Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、Ｎｉｍｏｎｉｃ（登録商標）、Ｒｅｎｅ（登録商標）（例えば、Ｒｅｎｅ（登録商標）８０およびＲｅｎｅ（登録商標）Ｎ５合金）、およびＵｄｉｍｅｔ（登録商標）で表される。
本発明の保護コーティングは、ニッケルベースの超合金で特に有用である。本明細書で使用する際、「ニッケルベース」は、組成に、任意の他の元素よりも多くニッケルが存在することを意味する。ニッケルベース超合金は、典型的には、ガンマプライム相の析出によって強化された組成からなる。より典型的には、ニッケルベース合金は、約４〜約２０％のコバルトと、約１〜約１０％のクロムと、約５〜約７％のアルミニウムと、０〜約２％のモリブデンと、約３〜約８％のタングステンと、約４〜約１２％のタンタルと、０〜約２％のチタンと、０〜約８％のレニウムと、０〜約６％のルテニウムと、０〜約１％のニオブと、０〜約０．１％の炭素と、０〜約０．０１％のホウ素と、０〜約０．１％のイットリウムと、０〜約１．５％のハフニウムと、残部のニッケルおよび付随する不純物とからなる組成を有する。
本発明の保護コーティングは、Ｒｅｎｅ Ｎ５などのニッケルベース合金組成物で特に有用であり、Ｒｅｎｅ Ｎ５は、約７．５％のコバルトと、約７％のクロムと、約６．２％のアルミニウムと、約６．５％のタンタルと、約５％のタングステンと、約１．５％のモリブデンと、約３％のレニウムと、約０．０５％の炭素と、約０．００４％のホウ素と、約０．１５％のハフニウムと、最大で約０．０１％のイットリウムと、残部のニッケルおよび付随する不純物とからなる公称組成を有する。他の使用可能なニッケルベース超合金としては、例えば以下のものがある。Ｒｅｎｅ Ｎ６（約１２．５％のコバルトと、約４．２％のクロムと、約１．４％のモリブデンと、約５．７５％のタングステンと、約５．４％のレニウムと、約７．２％のタンタルと、約５．７５％のアルミニウムと、約０．１５％のハフニウムと、約０．０５％の炭素と、約０．００４％のホウ素と、約０．０１％のイットリウムと、残部のニッケルおよび付随する不純物とからなる公称組成を有する）、Ｒｅｎｅ １４２（約６．８％のクロムと、約１２．０％のコバルトと、約１．５％のモリブデンと、約２．８％のレニウムと、約１．５％のハフニウムと、約６．１５％のアルミニウムと、約４．９％のタングステンと、約６．３５％のタンタルと、約１５０ｐｐｍのホウ素と、約０．１２％の炭素と、残部のニッケルおよび付随する不純物とからなる公称組成を有する）、ＣＭＳＸ−４（約９．６０％のコバルトと、約６．６％のクロムと、約０．６０％のモリブデンと、約６．４％のタングステンと、約３．０％のレニウムと、約６．５％のタンタルと、約５．６％のアルミニウムと、約１．０％のチタンと、約０．１０％のハフニウムと、残部のニッケルおよび付随する不純物とからなる公称組成を有する）、ＣＭＳＸ−１０（約７．００％のコバルトと、約２．６５％のクロムと、約０．６０％のモリブデンと、約６．４０％のタングステンと、約５．５０％のレニウムと、約７．５％のタンタルと、約５．８０％のアルミニウムと、約０．８０％のチタンと、約０．０６％のハフニウムと、約０．４％のニオブと、残部のニッケルおよび付随する不純物とからなる公称組成を有する）、ＰＷＡ１４８０（約５．００％のコバルトと、約１０．０％のクロムと、約４．００％のタングステンと、約１２．０％のタンタルと、約５．００％のアルミニウムと、約１．５％のチタンと、残部のニッケルおよび付随する不純物とからなる公称組成を有する）、ＰＷＡ１４８４（約１０．００％のコバルトと、約５．００％のクロムと、約２．００％のモリブデンと、約６．００％のタングステンと、約３．００％のレニウムと、約８．７０％のタンタルと、約５．６０％のアルミニウムと、約０．１０％のハフニウムと、残部のニッケルおよび付随する不純物とからなる公称組成を有する）、およびＭＸ−４（約０．４〜約６．５％のルテニウムと、約４．５〜約５．７５％のレニウムと、約５．８〜約１０．７％のタンタルと、約４．２５〜約１７．０％のコバルトと、０〜約０．０５％のハフニウムと、０〜約０．０６％の炭素と、０〜約０．０１％のホウ素と、０〜約０．０２％のイットリウムと、約０．９〜約２．０％のモリブデンと、約１．２５〜約６．０％のクロムと、０〜約１．０％のニオブと、約５．０〜約６．６％のアルミニウムと、０〜約１．０％のチタンと、約３．０〜約７．５％のタングステンとからなり、モリブデンとクロムとニオブとの和が約２．１５〜約９．０％であり、アルミニウムとチタンとタングステンとの和が約８．０〜約１５．１％であり、かつ残部がニッケルおよび付随する不純物である、米国特許第５４８２７８９号に記載された公称組成を有する）。本発明の使用は、これらの好ましい合金から作成されたタービン構成要素に限定されず、より広い適用可能性がある。
図２に示されるように、基板２１に隣接して基板２１を覆って、一般に参照番号４６で示される保護コーティングが存在する。保護コーティング４６は、典型的には、約１〜約６ミル（約２５〜約１５２ミクロン）、より典型的には約２〜約４ミル（約５１〜約１０２ミクロン）の厚さを有する。
この保護コーティング４６は、基板２１を覆って基板２１に直に隣接する、一般に参照番号５０で示される白金含有層を備える。この白金含有層５０は、典型的には約０．１〜約０．５ミル（約２．５〜約１３ミクロン）、より典型的には約０．１〜約０．２ミル（約２．５〜約５ミクロン）の厚さを有する。白金含有層５０は、典型的には、約９９〜１００％の白金を含む。本明細書で以下に説明する白金含有層５０の堆積後熱処理中、基板２１からの元素（例えばアルミニウムおよびニッケル）が、層５０内に拡散することができ、より限られた程度で、白金が、層５０から基板２１内に拡散することができる。
図２に示されるように、保護コーティング４６は、さらに、白金含有層５０を覆う参照番号５４で示される耐食部分を備える。コーティング４６のこの耐食部分５４は、約０．５〜約５．９ミル（約１３〜約１５０ミクロン）、より典型的には約２〜約４ミル（約５１〜約１０２ミクロン）の厚さを有する。
コーティング４６の耐食部分５４は、白金含有層５０に直に隣接して白金含有層５０を覆うクロム含有層５８を含む。このクロム含有層５８は、典型的には約０．５〜約２ミル（約１３〜約５１ミクロン）、より典型的には約０．５〜約１ミル（約１３〜約２５ミクロン）の厚さを有する。これらの厚さは、通常、クロム含有層５８の初期堆積に関連する。このクロム含有層の堆積中、特に本明細書で以下に説明する後続の熱処理中に、層５８の境界が明確でなくなる場合がある。
図２に示されるように、コーティング４６の耐食部分５４は、さらに、クロム含有層５８に隣接してクロム含有層５８を覆うアルミナイド拡散層６６を備える。このアルミナイドコーティング層６６は、約１〜約４ミル（約２５〜約１０２ミクロン）、より典型的には約１．５〜約３ミル（約３８〜約７６ミクロン）の厚さを有する。クロム含有層５８と同様に、このアルミナイド拡散層６６に関するこれらの厚さは、通常、層６６の初期堆積に関連する。このアルミナイド拡散層６６の堆積中、特に本明細書で以下に説明する後続の熱処理ステップ中に、層６６の境界が明確でなくなる場合がある。
図２に示されるように、アルミナイド拡散層６６は、典型的には、クロム含有層５８に直に隣接する内側拡散層７２（典型的にはコーティング層６６の厚さの約３０〜約６０％、より典型的にはコーティング層６６の厚さの約４０〜約５０％）と、拡散層７２に直に隣接する外側付加層７８（典型的には層６６の厚さの約４０〜約７０％、より典型的には層６６の厚さの約５０〜約６０％）とを備える。望みであれば、セラミック断熱コーティングなど他の任意選択のコーティング層を、アルミナイド拡散層６６の上に堆積することもできる。
図３に、保護コーティング４６、特に耐食部分５４を提供するための、一般に参照番号１００で示される本発明の方法の実施形態のブロック図を示す。図３に示されるように、参照番号１０１で示されるこの方法の最初のステップは、基板２１上に白金含有層５０を堆積することを含む。白金含有層５０は、当業者に知られている任意の適切な方法によって基板２１上に形成することができる。例えば、典型的には電気めっきを使用して、基板２１に白金含有層５０を塗布する。電気めっきでは、白金含有層５０は、典型的には、溶解した白金塩を含む水溶液から基板２１上に堆積される。例えば、濃度約４〜２０グラム／リットルの白金を有するＰｔ（ＮＨ３）４ＨＰＯ４の白金含有水溶液を使用して、約１〜約４時間、約１９０°〜約２００°Ｆ（約８８°〜約９３℃）の温度で、（約０．５〜約１０ａｍｐｓ／ｆｔ２の電圧／電流源を使用して）白金含有層５０にめっきすることができる。電気めっきの代わりに、スパッタリングやイオンプラズマ法など、金属基板上に白金含有層を塗布するための他の法を使用することもできる。
さらに図３に示されるように、参照番号１０２で示されるこの方法の次のステップは、白金含有層５０の上にクロム含有層５８を堆積することを含む。通常、層５０の上にクロム含有層５８を堆積する前に、典型的には約１７００°〜約２０００°Ｆ（約９２７°〜約１０９３℃）の温度で約０．５〜約２時間にわたって白金含有層５０が熱処理される。クロム含有層５８は、（アルミニウム拡散層６６を堆積するための本明細書で以下に説明する法を用いた）化学気相成長（ＣＶＤ）およびパックセメンテーションを含めた拡散法によって、めっき法によって、かつスパッタリングやイオンプラズマなどオーバーレイコーティング法によって白金含有層５０の上に堆積することができる。クロム含有層５８を堆積するためのこれらの法の主要な特徴は、それらの法では、この層からのクロムが、後に、後続の熱処理中にアルミナイド拡散層内により容易に拡散できることである。例えば、約２０〜約３０％のクロムと、シリコンなど何らかの任意選択の修正元素とを含む組成物を含めた、そのような堆積法に適した任意のクロム含有組成物を使用して、クロム含有層５８を形成することができる。クロム含有層５８は、タービンブレード２０の表面全体を覆うように堆積することができ、あるいは、例えば、保護コーティング４６が必要とされないブレード２０の他の部分、例えばダブテール３６をマスクすることによって、タービンブレード２０の一部分にのみ、例えばシャンク３４の表面および／またはエーロフォイル部分２２の表面にのみ堆積することができる。クロム含有層５８が、タービンブレード２０の表面全体を覆うように堆積される場合、堆積された層５８を、保護コーティング４６が必要とされないブレード２０の部分から（例えば機械加工によって）除去することができる。
図３に示されるように、参照番号１０３で示されるこの方法の次のステップは、クロム含有層５８の上にアルミナイド拡散層６６を塗布または堆積することを含む。パックセメンテーション、上部パックアルミナイド処理（ａｂｏｖｅ−ｔｈｅ−ｐａｃｋ ａｌｕｍｉｎｉｄｉｎｇ）、スラリ堆積、化学気相成長（ＣＶＤ）、および有機金属化学気相成長など、アルミナイド拡散コーティングを堆積するための任意の従来の方法を使用することができる。例えば、本発明の譲受人に譲渡された１９９４年１１月２９日に発行された米国特許第５３６８８８８号（Ｒｉｇｎｅｙ）、２０００年３月２１日に発行された米国特許第６０３９８１０号（Ｍａｎｔｋｏｗｓｋｉ等）、２００１年２月６日に発行された米国特許第６１８３８１１Ｂ１号（Ｃｏｎｎｅｒ）、２００１年５月１日に発行された米国特許第６２２４９４１Ｂ１号（Ｃｈｅｎ等）、本発明の譲受人に譲渡された２００１年９月４日に発行された米国特許第６２８３７１５号（Ｎａｇａｒａｊ等）の第８欄２５〜６１行を参照されたい。上記特許は全て、参照として本明細書に組み込む。アルミナイド拡散層６６は、任意選択で、合金元素を含めることによって修正することができる。アルミニウムの発生源は、気相アルミナイド処理（ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ａｌｕｍｉｎｉｄｉｎｇ）におけるように、ガス源にすることができる。この手法では、塩化水素などのハロゲン化水素ガスが、アルミニウム金属またはアルミニウム合金と接触して、対応するハロゲン化アルミニウムガスを生成する。任意選択で、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、シリコン、チタン、タンタル、コバルト、白金、およびパラジウムなどのアルミナイド修正元素を、同様の発生源からガス源内にドープすることができる。原料ガスが、保護コーティング４６によって覆われるべきタービンブレード２０の部分に接触する。堆積反応は通常、約１８００°〜約２１００°Ｆ（約９８２°〜約１１４９℃）の範囲内など高温で、典型的には約４〜約８時間の期間にわたって生じる。
図３に示されるように、結果として得られた層５８と６６の組合せは、ステップ１０４で示されるように、層５８からコーティング層６６の外側付加層７８内へのクロムの十分な拡散がもたらされるように処理される。ステップ１０４における処理中、少なくとも約８％のクロム（典型的には、約８〜約２５％の範囲内のクロム、より典型的には約１０〜約１５％の範囲内のクロム）が、クロム含有層５８から外側付加層７８内に拡散される。ステップ１０４中の処理は通常、ある期間にわたって、クロム含有層５８から外側付加層７８内へのクロムの十分な拡散を可能にするのに適した高い温度まで層５８および６６を加熱することによって行われる。十分なクロム拡散を可能にするのに適した温度への層５８および６６の加熱は、アルミナイド拡散層６６の堆積中に行われる場合がある。これは、層６６の堆積中に関わる温度（および発生する熱）が、層５８から外側付加層７８内へのクロムの適切な拡散をもたらすのに十分に高い場合があるためである。しかし、ステップ１０４は、典型的には、全ての層（すなわち５８および６６）の堆積が完了した後に、結果として得られた保護コーティングを加熱することによって行われる。熱処理は通常、結果として得られた保護コーティング４６を、約１８００°〜約２１００°Ｆ（約９８２°〜約１１４９℃）、より典型的には約１９２５°〜約１９７５°Ｆ（約１０５２°〜約１０７９℃）の範囲内の温度に約１〜約８時間、より典型的には約２〜約４時間さらすことを含む。また、熱処理は、典型的には真空下で行われ、または別法として、不活性ガス雰囲気内で行うこともできる。
本発明の方法の実施形態の前記の説明は、ブレードまたはベーン２０の基板２１に新たな保護コーティング４６を塗布することに関するものであったが、本発明の方法の別の実施形態を使用して、ブレードまたはベーン２０の基板２１上の、部分的に、または完全に損傷を受けた既存のコーティング４６、または少なくともその耐食部分５４を修理または交換することもできる。この方法の実施形態では、部分的に、または完全に損傷を受けた既存のコーティングが、必要な場合には、例えばグリットブラスト法によって基板２１から除去され、それにより、上で説明し、図３に示したように、新たな保護コーティング４６、または少なくともその耐食部分５４を基板２１に塗布することができるようにする。
本発明の特定の実施形態を説明してきたが、頭記の特許請求の範囲内で定義した本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それらに様々な修正を施すことができることを当業者は理解されよう。
本発明の保護コーティングを有用とするタービンブレードの斜視図である。 本発明の保護コーティングの実施形態を示す、線２−２に沿って取られた図１のタービンブレードのエーロフォイル部分を通る拡大断面図である。 タービンブレードに保護コーティングを塗布するための本発明の方法の実施形態のブロック流れ図である。
符号の説明
２０ タービンブレード、耐食被覆物品
２１ 金属基板
２２ エーロフォイル
２８ プラットフォーム
３４ シャンク
３６ ダブテール
４６ 保護コーティング
５０ 白金含有層
５８ クロム含有層
６６ アルミナイド拡散層
７２ 内側拡散層
７８ 外側付加層

Claims (10)

  1. 上を覆う白金含有層（５０）を有する基底の金属基板（２１）にクロム含有コーティング（４６、５８）を塗布するための方法（１００）であって、
    白金含有層（５０）の上にクロム含有層（５８）を堆積するステップであって、次に堆積されるアルミナイド拡散層（６６）内にクロム含有層（５８）内のクロムがより容易に拡散せしめる堆積法を用いるステップ（１０２）と、
    前記クロム含有層（５８）に隣接する内側拡散層（７２）と、前記内側拡散層（７２）に隣接する外側付加層（７８）とを有するアルミナイド拡散層（６６）を前記クロム含有層（５８）の上に堆積するステップ（１０３）と、
    前記クロム含有層（５８）からのクロムを少なくとも約８％の量だけ前記外側付加層（７８）内に拡散させるように、前記堆積されたクロム含有層およびアルミナイド拡散層（５８、６６）を処理するステップ（１０４）と
    を具備する方法（１００）。
  2. 前記白金含有層（５０）が、堆積ステップ（１）の前に、９２７°〜１０９３℃の温度で０．５〜約２時間にわたって熱処理される請求項１記載の方法（１００）。
  3. 前記クロム含有層（５８）が、拡散コーティング、めっき、またはオーバーレイコーティング法によって、１２．７〜約５１ミクロンの厚さに堆積される請求項１乃至２に記載のいずれか１項記載の方法（１００）。
  4. 処理ステップ（３）（１０４）が、前記外側付加層（７２）が前記クロム含有層（５８）から拡散される少なくとも約１０％のクロムを含むまで、前記堆積されたクロム含有層およびアルミナイド拡散層（５８、６６）を加熱することを含む請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法（１００）。
  5. 処理ステップ（３）（１０４）が、ステップ（２）（１０３）における前記アルミナイド拡散層（６６）の堆積中に発生した熱によって行われる請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法（１００）。
  6. 処理ステップ（３）（１０４）が、ステップ（２）（１０３）が完了した後に、前記堆積されたクロム含有層およびアルミナイド拡散層（５８、６６）を９８２°〜１１４９℃の範囲内の温度まで１〜８時間にわたって加熱することによって行われる請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
  7. 前記金属基板（２１）が、その上に、損傷を受けた既存の保護コーティング（４６）を有し、前記方法が、ステップ（１）（１０２）の前に、前記損傷を受けた既存の保護コーティング（４６）を除去するさらなるステップを含む請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法（１００）。
  8. 金属基板（２１）と、
    前記基板（２１）に隣接して基板（２１）を覆う白金含有層（５０）と、
    前記白金含有層（５０）に隣接して白金含有層（５０）を覆うクロム含有層（５８）と、
    前記クロム含有層（５８）を覆ってクロム含有層（５８）に隣接する内側拡散層（７２）、および前記内側拡散層（７２）に隣接する外側付加層（７８）を備えるアルミナイド拡散層（６６）とを備え、前記外側付加層（７８）が、少なくとも約８％の拡散されたクロムを含むことを特徴とする耐食被覆物品（２０）。
  9. 前記クロム含有層とアルミナイド拡散層（５８、６６）が、１２．７〜約１５０ミクロンの合計の厚さを有する請求項８記載の物品。
  10. 前記外側付加層（７８）が、８〜２５％の拡散されたクロムを含む請求項８乃至９のいずれか１項記載の物品（２０）。
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