JP2007040303A - タービン構成要素の一部を回復させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン構成要素（１０）のエーロフォイル壁面（１２）の除去した部分（５８）を回復させる方法を提供すること。
【解決手段】この方法は、（ａ）壁厚（６６）のある金属基板（３０）を有するエーロフォイル（１２）を備えたタービン構成要素（１０）を提供するステップであって、壁厚の一部（５８）が残部壁厚（７２）を与えるように除去されるステップと、（ｂ）残部壁厚（７２）と少なくとも実質的に一致する金属組成物（８０）を提供するステップと、（ｃ）金属組成物（８０）が、（１）残部壁厚（７２）に付着され、（２）除去された壁厚（５８）を少なくとも実質的に回復させるように、残部壁厚（７２）に金属組成物（８０）を塗布するステップとを含む。また、前に補修したタービン構成要素（１０）のエーロフォイル壁面の除去した部分（５８）を回復させる方法が提供される。
【選択図】図３

Description

本発明は概して、タービン構成要素のエーロフォイル壁の取り除いた部分を回復させる方法に関する。

効率をよくするため、ガスタービンエンジンのより高い作動温度が継続して求められている。しかし、作動温度が上昇すると、エンジンの構成要素の高温耐性はそれにしたがって大きくならなければならない。高温能力での大きな進歩が、ニッケルおよびコバルト系超合金の形成により達成され、このような合金だけはしばしば、ガスタービンエンジン、タービンシュラウド、動翼、ノズル、燃焼ライナおよび偏向板、オーグメンタなどの特定の部分に配置されたタービン構成要素を形成するのに不適当である。共通の解決法は、その供給温度を最小限に抑えるため、このような構成要素、例えばタービンブレード、羽根などを断熱することである。この目的のため、このような高い表面温度に曝されたタービン構成要素の金属基板の上に遮熱コーティングが塗布されている。

遮熱コーティングは普通、金属または金属合金を含む金属基板を重ねるセラミック層を備えている。様々なセラミック材料が、セラミック層、例えば、イットリア安定化ジルコニア、酸化スカンジウム安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、および酸化マグネシウム安定化ジルコニアなどの化学的に安定した（酸化金属）ジルコニアとして利用されてきた。最適な遮熱コーティングは普通、例えば、約７％イットリアおよび約９３％ジルコニアなどのイットリア安定化ジルコニアセラミックコーティングである。

基礎の金属基板へのセラミック層の付着を促進し、その酸化を防ぐため、結合コート層がＭＣｒＡｌＹ（Ｍは、金属、コバルト、および／またはニッケル）などの耐酸化オーバーレイ合金コーティング、またはアルミナイド、例えばニッケルアルミナイドおよび白金アルミナイドなどの耐酸化拡散コーティングから金属基板上に形成されている。使用される結合コート層によって、遮熱コーティングを、プラズマ溶射などの溶射技術、または電子ビーム物理的気相成長（ＥＢ−ＰＶＤ）などの物理的気相成長（ＰＶＤ）のいずれかによって結合コート層上に塗布することができる。

特定の例では、タービン構成要素は単に、ガスタービンエンジンの酸化雰囲気と、存在する他の腐食剤からの環境保護を必要とする。例えば、タービンブレード、羽根などのタービン構成要素は、ガスタービンエンジンの特定の部分で動作する場合に酸化または他の腐食の問題の影響を受けやすい可能性がある。このような例では、白金アルミナイド、ニッケルアルミナイドなどの拡散コーティング、または単純なアルミナイドコーティングを金属基板に塗布することができる。このような拡散コーティングは普通、酸化、またはガスタービンエンジン動作中に起こる他の腐食の影響に耐えることが可能である。

遮熱コーティングと、環境保護に使用される拡散コーティングの耐性を向上させる際に、かなりの進歩がなされたが、このようなコーティングは普通、特定の状況における除去および補修が必要である。例えば、遮熱コーティングと、拡散コーティングは、エンジンによって取り込まれる物体、腐食、酸化、およびコーティングの除去および補修を必要とする環境汚染物質からの攻撃を含む様々なタイプの損傷を受けやすい可能性がある。また、コーティング内の欠陥、処理する損傷、およびコーティングの除去に必要なコーティングに関係ない製造動作、例えば放電加工（ＥＤＭ）動作などを繰り返す必要性により、タービン構成要素製造中に、コーティングの除去が必要なこともある。

遮熱コーティングと、保護拡散コーティングを除去する際に、グリットブラスト法、蒸気ホーニング法、およびガラスビードピーニング法などの研削過程が普通は使用される。このような研削過程では、遮熱コーティングの結合コート層は普通、基礎の金属基板の一部と共に除去される。同様に、拡散コーティングを除去する際、基礎の金属基板の一部がまた普通は除去される。基礎の金属基板の除去は、拡散コーティングおよび拡散結合コート層で特に重大である。というのは、このようなコーティング／層は金属基板表面内に拡散および延びるからである。同一の譲受人である、２００１年５月２９日発行の米国特許第６，２３８，７４３号（Ｂｒｏｏｋｓ）（結合コートを劣化させることなくセラミックコーティングを除去するための、フッ化水素アンモニウムの水溶液の使用）、２００２年４月３０日発行の米国特許第６，３７９，７４９号（Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ，Ｊｒ．他）（基礎の基板材料を損傷することなくセラミックコーティングを除去するための、フッ化水素アンモニウムまたはフッ化水素ナトリウムの水溶液の使用）、および２００３年６月２６日公開の米国特許出願公開第２００３／０１１６２３７号（Ｗｏｒｔｈｉｎｇ，Ｊｒ．他）（再アルミニウム処理前に、拡散アルミナイドコーティングの拡散領域ではなく追加層の一部を除去するための、硝酸およびリン酸の水溶液を使用した拡散アルミナイドコーティングの活性化）を参照されたい。

このようなコーティングが除去されたエーロフォイルからなるタービンブレード、羽根などの特定のタービン構成要素の場合、金属基板の一部の除去によりエーロフォイルの肉厚（壁厚）はより薄くなる。補修のためにコーティングが追加の回数除去されると、エーロフォイルの壁厚は普通、より多くの金属基板が除去されるにつれて、次第に薄くなる。実際、エーロフォイルの壁厚はとても薄いので、タービンブレード、羽根などは使用可能ではなくなり、したがって擦り取るまたは廃棄しなければならない。同一の譲受人の２００３年６月２６日発行の米国特許第２００３／０１１６２３７号（Ｗｏｒｔｈｉｎｇ，Ｊｒ．他）を参照のこと。
米国特許第６，２３８，７４３号公報 米国特許第６，３７９，７４９号公報 米国特許出願公開第２００３／０１１６２３７号公報 米国特許第３，９４４，４１６号公報 米国特許第４，１６１，４１２号公報 米国特許第５，０３５，９５８号公報 米国特許第５，１４２，７７８号公報 米国特許第５，５１１，３０８号公報 米国特許第５，５２２，１３４号公報 米国特許第５，６９７，１５１号公報 米国特許第５，８１３，１１８号公報 米国特許第５，９１３，５５５号公報 米国特許第６，０７４，６０２号公報 米国特許第６，０９６，１４１号公報 米国特許第６，２３５，３５２号公報 米国特許第６，２６９，５４０号公報 米国特許第６，３０２，６４９号公報 米国特許第６，３３１，３６１号公報 米国特許第６，３５４，７９９号公報 米国特許第６，３７６，８０１号公報 米国特許第６，４１３，６５０号公報 米国特許第６，４４４，０５７号公報 米国特許第６，４６８，３６７号公報 米国特許第６，４９１，２０７号公報 米国特許第６，５０８，０００号公報 米国特許第６，５３２，６５６号公報 米国特許第６，５４３，１３４号公報 米国特許第６，５７１，４７２号公報 米国特許第６，５８２，５３４号公報 米国特許第６，６１５，４７０号公報 米国特許第６，６５９，３３２号公報 米国特許第６，８７５，２９２号公報 米国特許第６，９０５，５５９号公報 米国特許出願公開第２００４／０１７２８２６号公報

したがって、タービン構成要素を擦り取るまたは廃棄する必要があるほどひどくなったエーロフォイルの壁厚が小さくなることなく、ガスタービンエンジン構成要素用のこのようなコーティングを補修することが可能であることが望ましい。

本発明の一実施形態は概して、（ａ）壁厚のある金属基板を有するエーロフォイルを備えたタービン構成要素を提供するステップであって、壁厚の一部が残部壁厚を与えるように除去されるステップと、（ｂ）残部壁厚と少なくとも実質的に一致する金属組成物を提供するステップと、（ｃ）金属組成物が、（１）残部壁厚に付着され、（２）除去された壁厚を少なくとも実質的に回復させるように、残部壁厚に金属組成物を塗布するステップとを含む方法を対象としている。

本発明の別の実施形態は概して、（ａ）壁厚のある金属基板を有するエーロフォイルを備えた前に補修したタービン構成要素を提供するステップであって、壁厚の一部が残部壁厚を与えるように除去されたステップと、（ｂ）残部壁厚と少なくとも実質的に一致する金属組成物を提供するステップと、（ｃ）金属組成物が、（１）残部壁厚に付着され、（２）除去された壁厚を少なくとも実質的に回復させるように、残部壁厚に金属組成物を塗布するステップとを含む方法を対象としている。

本発明の方法の実施形態は、エーロフォイル、より詳細にはタービン構成要素の補修したエーロフォイルの壁厚を回復させることに関するいくつかの利点および利益を提供する。例えば、補修したエーロフォイルの除去した壁厚を効果的に回復させることができることにより、エーロフォイルを備えたタービンの構成要素の機械的または他の特性（例えば、機械的強度）に悪影響を与えることなく、複数回このようなエーロフォイル上の保護コーティングを補修することが可能になる。また、補修したエーロフォイルの壁厚を効果的に回復させることができることにより、壁厚が不十分なことによる、補修したタービン構成要素（例えば、タービンブレード）を処分しなければならないことを防ぐことができる。

本明細書で使用されているように、「壁厚」という用語は、エーロフォイルの壁面の金属基板の合計厚さのことを言う。

本明細書で使用されているように、「補修領域」という用語は、拡散コーティングなどのコーティングが全体的または部分的に除去される、エーロフォイルの領域のことを言う。

本明細書で使用されているように、「除去した壁厚」という用語は、拡散コーティングなどのコーティングが除去されるときに、除去される金属基板の壁厚の部分のことを言う。

本明細書で使用されているように、「残部壁厚」という用語は、壁厚の一部を除去した後に残る金属基板の壁厚の部分のことを言う。

本明細書で使用されているように、「残部壁厚に付着される」という用語は、残部壁厚に組み合わされる、一体化される、取り付けられる、あるいは付着される、塗布した金属組成物のことを言う。普通、塗布した金属組成物は、残部壁厚と一体になる、またはほぼ一体になる。

本明細書で使用されているように、「除去した壁厚を少なくとも実質的に回復させる」という用語は、壁厚の一部を除去する前と同じ、またはほぼ同じ壁厚をエーロフォイル内の金属基板が有するように、除去した壁厚を回復させることを言う。

本明細書で使用されているように、「前に補修したタービン構成要素」という用語は、例えば、金属基板のエーロフォイル部分が１回または複数回除去されるように、矛コーティング（例えば、遮熱コーティングなど）を除去し、拡散コーティングなどを除去することによって、１回または複数回補修されたタービン構成要素のことを言う。

本明細書で使用されているように、「一致させられるまたは実質的に一致させられる」という用語は、金属組成が金属基板の残部壁厚の名目合金構成（例えば、合金の名目仕様制限内）と一致する、または実質的に一致することを言う。金属基板の残部壁厚の名目合金構成に一致する、または実質的に一致することによって、除去した壁厚を回復させる際に使用される金属組成物は、金属基板の残部壁厚に付着される、特に一体化するまたは実質的に一体化するようになる機会がより大きくなる。

本明細書で使用されているように、「高ガンマプライムニッケル合金」という用語は普通、約５％以上のアルミニウム、または約６％以上の結合アルミニウムおよびチタンを有するニッケルのことを言う。

本明細書で使用されているように、「単結晶合金」という用語は従来の意味で、粒界がなく結晶形態を有する金属合金のことを言う。

本明細書で使用されているように、「一方向性凝固合金」という用語は従来の意味で、一方向性粒界および結晶形態を有する金属合金のことを言う。

本明細書で使用されているように、「当軸晶合金」という用語は従来の意味で、複数の粒界および結晶形態を有する金属合金のことを言う。

本明細書で使用されているように、「拡散コーティング」という用語は、拡散技術によって被着され、普通はニッケルアルミナイドおよび白金アルミナイドなどの様々な貴金属アルミナイド、および単純アルミナイド（すなわち、貴金属以外でなく形成されたもの）を含むコーティングのことを言う。これらの拡散コーティングは普通、化学蒸着法（ＣＶＤ）、パックセメント結合技術などによって金属基板上に形成されている。例えば、ＣＶＤによってアルミナイド拡散コーティングを塗布する様々な装置および方法を開示している、１９７９年４月１０日発行の米国特許第４，１４８，２７５号（Ｂｅｎｄｅｎ他）、１９９９年６月２７日発行の米国特許第５，９２８，７２５号（Ｈｏｗａｒｄ他）、および２０００年３月２１日発行の米国特許第６，０３９，８１０号（Ｍａｎｔｋｏｗｓｋｉ他）（それぞれの関連する部分を参照として援用する）を参照されたい。

本明細書で使用されているように、「備えている」という用語は、様々な構成、化合物、成分、材料、コーティング、基板、層、ステップなどを本発明で共同で利用することができるということである。したがって、「備えている」という用語は、「基本的に〜でなる」および「〜でなる」というより限定した用語を含んでいる。

本明細書で使用する全ての量、部分、比、および比率は、別に特定されない限り、重量によるものである。

本発明の方法の実施形態は、エーロフォイルを備えたタービン構成要素を再使用することができるように、タービンブレード、タービン羽根、タービンノズルなどのタービン構成要素のエーロフォイル部分の除去した壁厚を回復させることができるという発見に基づくものである。例えば、拡散コーティングを補修する、または遮熱コーティングなどのオーバーレイ保護コーティングを補修する目的で拡散コーティングを除去する際、基礎の金属基板の壁厚の一部も普通は除去される。従来、拡散コーティングまたは他のコーティングは、エーロフォイルの金属基板のこのように除去した壁厚を回復させることなく再び塗布されていた。特に拡散コーティングを数回（すなわち、複数回）除去した後、残部壁厚が薄くて、タービン構成要素を利用することができなく、擦り取るあるいは廃棄しなければならなくなるまで、エーロフォイルの金属基板の残部壁厚は普通は次第に薄くなる。任意選択で、拡散コーティングは、基礎の金属基板の除去を防ぐ、または実質的に防ぐ特別な技術によって（例えば、特別なストリッピング溶液によって）除去することができる。同一の譲受人の２００１年５月２９日発行の米国特許第６，２３８，７４３号（Ｂｒｏｏｋｓ）（結合コートを劣化させることなくセラミックコーティングを除去するための、フッ化水素アンモニウムの水溶液の使用）、２００２年４月３０日発行の米国特許第６，３７９，７４９号（Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ，Ｊｒ．他）（基礎の基板材料を損傷することなくセラミックコーティングを除去するための、フッ化水素アンモニウムまたはフッ化水素ナトリウムの水溶液の使用）、および２００３年６月２６日公開の米国特許出願公開第２００３／０１１６２３７号（Ｗｏｒｔｈｉｎｇ，Ｊｒ．他）（再アルミニウム処理前に、拡散アルミナイドコーティングの拡散領域ではなく追加層の一部を除去するための、硝酸およびリン酸の水溶液を使用した拡散アルミナイドコーティングの活性化）を参照されたい。

本発明の方法の実施形態は、補修領域内でエーロフォイルの金属基板のこのように除去した壁厚を効果的に回復させることによって拡散コーティングを少なくとも周期的に除去する必要によって生じたこれらの問題を解決する。補修領域内でエーロフォイルの除去した壁厚を回復させる、または実質的に回復させる際に、金属基板の残部壁厚の金属組成は、金属組成物がエーロフォイルの残部壁厚に付着する、特に一体化するようになる可能性がより高いように、一致させられる、または実質的に一致させられる。金属組成物は、エーロフォイルの補修領域内で金属基板の除去した壁厚を回復させる、または実質的に回復させるのに十分な量塗布される。金属組成物は、金属組成が金属基板の残部壁厚に付着する、または普通はこれと一体化するまたは実質的に一体化することが可能になる技術（例えば、物理的気相成長）によって塗布することもできる。本発明の方法の実施形態によって補修したエーロフォイルの除去した壁厚を効果的に回復させることができることにより、例えば、エーロフォイルを備えたタービンの構成要素の機械的または他の特性（例えば、機械的強度）に悪影響を与えることなく、多数回このようなエーロフォイル上の保護コーティングを補修することが可能になる。特に、補修したエーロフォイルの壁厚を効果的に回復させることができることにより、費用がかかる可能性がある壁厚が不十分なことによる、補修したタービン構成要素（例えば、タービンブレード）を処分しなければならないことを防ぐことができる。

本発明の方法の実施形態は、エーロフォイルを備えたあらゆるタービンエンジン（例えば、ガスタービンエンジン）の構成要素のためにエーロフォイルの除去した壁厚を回復させるのに有用である。エーロフォイルを備えたこれらのタービン構成要素は、タービンブレード、タービン羽根、タービンノズル、タービンブリスクなどを含むことができる。本発明の方法の一実施形態の以下の説明はタービンブレード、特にこれらのブレードを備えたそのエーロフォイル部のことに言及しているが、本発明の方法はエーロフォイルを備え、エーロフォイルの除去した壁厚の補修を必要とする他のタービン構成要素（例えば、排気ノズルのライナ、フラップ、およびシール）で有用であることも理解すべきである。

本発明の様々な実施形態を、以下に説明するように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羽根などのガスタービンエンジンの構成要素物体、より詳細には全体を１０で示したタービンブレードを示している。（タービン羽根は、関連する部分に関して同様の外観をしている。）ブレード１０は普通、ガスタービンエンジンの動作中に熱い燃焼ガスがそれに向けられ、その表面がそれによって高温環境に曝されるエーロフォイル１２を備えている。エーロフォイル１２は、１４で示した凹形状の「高圧側」と、時々「低圧側」または「後側」として知られている全体を１６で示した凸形状の吸引側とを有する。動作中、熱い燃焼ガスが高圧側に対して向けられる。ブレード１０は、ブレード１０のプラットフォーム２０から下向きに延びる蟻継１８でタービンディスク（図示せず）に固着されている。ブレード１０のいくつかの実施形態では、いくつかの一体経路がエーロフォイル１２の内部を通って延びて、エーロフォイル１２の表面内の２２で示す開口部で終端する。動作中、冷却空気流は、エーロフォイル１２の温度を冷却するまたは下げるため、内部通路（図示せず）を通して向けられている。

図２を参照すると、エーロフォイル１２の金属基板は全体的に３０で示されており、図では表面３４を有する。基板３０は、あらゆる様々な金属、またはより一般的には、ニッケル、コバルト、および／または鉄合金系のものを含む金属合金を含むことができる。適切な超合金は、単結晶、一方向性凝固、または当軸晶形態を有することができる。このような超合金は、例えばそれぞれの関連する部分を参照として援用する、共通の譲受人の２０００年６月１３日発行の米国特許第６，０７４，６０２号（Ｗｕｋｕｓｉｃｋ他）、２００２年９月３日発行の米国特許第６，４４４，０５７号（Ｄａｒｏｌｉａ他）、および２００５年６月１４日発行の米国特許第６，９０５，５５９号（Ｏ’Ｈａｒａ他）などの様々な引例に開示されている。超合金はまた普通、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第３版、１２巻、４１７〜４７９ページ（１９８０年）および１５巻、７８７〜８００ページ（１９８１年）に記載されている。本明細書での使用に適した例示的なニッケル系超合金は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、Ｎｉｍｏｎｉｃ（登録商標）、Ｒｅｎｅ（登録商標）の商標名、例えばＲｅｎｅ（登録商標）１４２およびＮ４一方向性凝固合金、Ｒｅｎｅ（登録商標）Ｎ５およびＮ６単結晶合金、およびＲｅｎｅ（登録商標）８０および１２５当軸晶合金に指定されている。本発明の方法の実施形態は、ガスタービンエンジンの最も熱く最も不利な環境に曝された高ガンマプライムニッケル合金を備えた高圧タービンブレード１０の壁厚を回復させるのに特に有用である。

普通、金属表面３０のオーバーレイ表面３４は、オーバーレイ遮熱コーティング（ＴＢＣ）などの追加の保護コーティングを備えたまたは備えていない、全体を４２で示す拡散コーティングなどの保護コーティングであり、拡散コーティング４２は基板３０の表面３４へのＴＢＣの付着を良くするように基本的に結合コート層として働く。時間が経つにつれて、および通常のエンジン動作中、拡散コーティング４２は除去する必要がある。というのは、オーバーレイＴＢＣ、または拡散コーティング４２自体が、例えばエンジンによって取り入れられる異物、腐食、酸化、および環境汚染物質からの攻撃によって磨耗するまたは損傷するからである。本発明の方法の一実施形態では、金属基板３０から拡散コーティング４２（およびあらゆるオーバーレイＴＢＣ）を剥ぎ取る、あるいは除去することが必要な初期ステップがある。拡散コーティング４２は、拡散コーティングを除去するための当業者に知られているあらゆる適切な方法によって除去することができる。このような拡散コーティング４２を除去する方法は、機械的除去、化学的除去、またはそのあらゆる組合せによって行うことができる。適切な除去方法としては、グリットブラスト法（参照として援用した、同一の譲受人の１９９８年３月３日発行のＮａｇａｒａｊ他の米国特許第５，７２３，０７８号、特に第４欄、４６〜６６行目参照）、ミクロ機械加工、レーザエッチング（参照として援用した、同一の譲受人の１９９８年３月３日発行のＮｉａｇａｒａ他の米国特許第５，７２３，０７８号、特に第４欄６７行から第５欄、３および１４〜１７行目参照）、塩酸、フッ化水素酸、硝酸、フッ化水素アンモニウムおよびその混合物を含むものなどの拡散コーティング４２用の化学エッチング液での（フォトリソグラフィなどによる）処理（例えば、それぞれの関連する開示を参照として援用した、同一の譲受人の１９９８年３月３日発行のＮｉａｇａｒａ他の米国特許第５，７２３，０７８号、特に第５欄、３〜１０行目、１９８６年１月７日発行のＡｄｉｎｏｌｆｉ他の米国特許第４，５６３，２３９号、特に第２欄６７行目から第３欄７行目まで、１９８２年１０月１２日発行のＦｉｓｈｔｅｒ他の米国特許第４，３５３，７８０号、特に第１欄、５０〜５８行目、および１９８３年１０月２５日発行のＦｉｓｈｔｅｒ他の米国特許第４，４１１，７３０号、特に第２欄、４０〜５１行目参照）、研磨粒子を装填してまたは装填しないで圧力をかけた水での処理（すなわち、水ジェット処理）、およびこれらの方法の様々な組合せが行われていない表面をマスキングしたまたはマスキングしていない、グリットブラスト法を挙げることができる。普通、拡散コーティング４２はグリッドブラスト法によって除去され、拡散コーティング４２は炭化珪素粒子、スチール粒子、アルミナ粒子または他のタイプの研磨粒子の研磨動作が行われる。グリットブラスト法で使用されるこれらの粒子は普通、アルミナ粒子であり、約２２０から約３５メッシュ（約６３から約５００マイクロメータ）、より一般的には約８０から約６０メッシュ（約１８０から約２５０マイクロメータ）の粒子寸法である。

図２を参照すると、全体を５０で示したエーロフォイル１２の補修領域から拡散コーティング４２を除去する際に、普通は全体を５８で示す、金属基板３０の壁厚の部分が除去される。金属基板３０の壁厚５８の除去した部分により、全体を６６で示した金属基板３０の全体の壁厚が小さくなり、したがって全体を７２で示す金属基板３０の壁厚の残りの部分が残っている。拡散コーティング４２が数回除去されると、除去された壁厚５８は普通増加し、金属基板３０の残部壁厚７２が次第に少なく残るようになる。次第に、金属基板３０の残部壁厚７２はとても薄くなり、ブレード１０は使用可能でなくなり、捨てるあるいは廃棄しなければならなくなる。

ブレード１０を捨てるあるいは廃棄する必要を避けるため、本発明の方法の一実施形態は、拡散コーティング４２を基板３０の表面３４に再び塗布する前に、補修領域５０内で除去した壁厚５８の全て、またはほぼ全てを回復させる。基板３０の補修領域５０の除去した壁厚５８は、基板３０の残部壁厚７２に存在する金属合金の金属組成と一致させる、または実質的に一致させることによって回復される。

図３を参照すると、除去した壁厚５８を回復させる際に使用される金属組成物は、補修領域５０に金属組成物を塗布するあらゆる適切な物理的気相成長（ＰＶＤ）技術を使用して、全体を８０で示す除去した壁厚５０の全て、またはほぼ全てを回復させるのに十分な量だけ基板３０の補修領域５８に塗布される。適切なＰＶＤ技術は、液相または固相からではなく蒸気またはイオン相から直接堆積するものであり、それによって界面境界は金属基板と堆積した金属組成物の間で最小限に抑えられる。適切なＰＶＤ技術として、電子ビーム物理的気相成長（ＥＢＰＶＤ）、陰極アーク、イオンプラズマ、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）などと、陰極アークとＥＢＰＶＤとの組合せ、イオンプラズマとＥＢＰＶＤとの組合せ、スパッタリングとＥＢＰＶＤとの組合せ、スパッタリングとＰＬＤとの組合せ、ＰＬＤと陰極アークとの組合せなどを含むこのようなＰＶＤ技術の組合せが挙げられる。例えば、ＥＢ―ＰＶＤ技術を含むＰＶＤ技術によって本発明の方法の実施形態による金属組成物を塗布する様々な装置および方法を開示する、（それぞれの関連する部分を参照として援用する）１９９７年７月８日発行の米国特許第５，６４５，８９３号（Ｒｉｃｋｅｒｂｙ他、特に第３欄、３６〜６３行目）、および１９９８年２月１０日発行の米国特許第５，７１６，７２０号（Ｍｕｒｐｈｙ、特に第５欄、２４〜６１行目）を参照されたい。

金属組成物を基板３０の残部壁厚７２の補修領域５０に塗布した後、回復させた壁厚８０の塗布した金属組成物はその後熱処理され、それによって全体を８８で示すインターフェイスで、金属基板３０の残部壁厚７２に塗布され、普通はこれと一体化する、または実質的に一体化する。普通は、塗布した金属組成物は熱処理されて、蟻継１８などのブレード１０の他の部分を加熱することを避けるように、また内部冷却通路（図示せず）に塗布されたものなどのエーロフォイル１２に塗布された内部コーティングに影響を与えることを避けるように、誘導加熱などによって基板３０の残部壁厚７２と一体化する。誘導加熱に加えて、塗布した金属組成物を基板３０の残部壁厚７２と一体化させる、または実質的に一体化させる他の方法は、熱処理されるのを防ぐべきであるブレード１０の他の部分の冷却および／または遮熱でのフラッシュランプの使用を含む。

図４および５に示す画像は、本発明の方法の実施形態の利点を図示している。図４は、タービンブレード１０のエーロフォイル１２を示し、金属基板３０はＲｅｎｅ（登録商標）１４２ニッケル系金属合金を含んでいる。図４に示すように、拡散コーティング４２と、壁厚の一部（すなわち、除去した壁厚５８）が基板３０から除去されて、残部壁厚７２が残っている。図５に示すように、Ｒｅｎｅ（登録商標）１４２ニッケル系金属合金を含む適合する金属組成物は、陰極アーク／イオンプラズマ技術によって残部壁厚７２に塗布され、その後誘導加熱によって処理されて、回復させた壁厚８０を形成する。この回復させた壁厚８０は基本的に、８８として淡い境界線によって示すように、残部壁厚７２と一体である。また図５に示すように、（拡散コーティング４２の場合もあり、そうでない場合もある）コーティング９２は、回復させた壁厚８０に塗布され、これに重なる。

回復させた壁厚８０が本発明の実施形態によって得られた後、拡散コーティング４２（または、結合コーティングなどのあらゆる他のコーティングなど）は、あらゆる適当な拡散コーティング技術によって再び塗布することができる。拡散コーティング４２を再び塗布するのに適切な技術として、パックセメント結合、上記パック、気相、化学蒸着（ＣＶＤ）またはスラリコーティング過程を挙げることができる。例えば、適切なＣＶＤ技術に関しては、（それぞれの関連する部分を参照として援用する）１９７９年４月１０日発行の米国特許第４，１４８，２７５号（Ｂｅｎｄｅｎ他）、１９９９年７月２７日発行の米国特許第５，９２８，７２５号（Ｈｏｗａｒｄ他）、および２０００年３月２１日発行の米国特許第６，０３９，８１０号（Ｍａｎｔｋｏｗｓｋｉ他）を参照されたい。例えば、適切なスラリゲルコーティング蒸着技術に関しては、（それぞれの関連する部分を参照として援用する）同一の譲受人の１９９８年６月２日発行の米国特許第５，７５９，０３２号（Ｓａｎｇｅｅｔａ他）、１９９９年１１月１６日発行の米国特許第５，９８５，３６８号（Ｓａｎｇｅｅｔａ他）、および２００１年９月２５日発行の米国特許第６，２９４，２６１号（Ｓａｎｇｅｅｔａ他）を参照されたい。

拡散コーティング４２を再び塗布した後、適切なＴＢＣを所望の場合、拡散コーティング４２に、またはその上に塗布または再び塗布することができる。ＴＢＣは、遮熱特性を提供するあらゆる適切な厚さをしていることができる。ＴＢＣは普通、約１から約３０ミル（約２５から約７６９ミクロン）、より一般的には約３から約２０ミル（約７５から約５１３ミクロン）の厚さをしている。ＴＢＣは、様々な従来の遮熱コーティング法によって、拡散コーティング４２に、またはその上に形成することができる。例えば、ＴＢＣは、電子ビームＰＶＤ（ＥＢ−ＰＶＤ）、フィルタアーク蒸着、などの物理的気相成長（ＰＶＤ）、またはスパッタリングによって形成することができる。本明細書で使用される適切なスパッタリング技術として、これに限らないが、直流ダイオードスパッタリング、無線周波数スパッタリング、イオンビームスパッタリング、反応スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、およびステアードアークスパッタリングが挙げられる。ＰＶＤ技術は、垂直マイクロクラック構造などの耐歪みまたは許容マイクロ構造を形成することができる。ＥＢ−ＰＶＤ技術は、コーティング付着をさらに増加させるように、高い耐歪み性がある柱状構造を形成することができる。例えば、ＥＢ−ＰＶＤ技術を含むＰＶＤ技術によってＴＢＣを塗布する様々な装置および技術を開示している、１９９７年７月８日発行の米国特許第５，６４５，８９３号（Ｒｉｃｋｅｒｂｙ他、特に第３欄、３６〜６３行目）、および１９９８年２月１０日発行の米国特許第５，７１６，７２０号（Ｍｕｒｐｈｙ、特に第５欄、２４〜６１行目）を参照されたい。

ＴＢＣを形成する代替技術は、溶射によってである。本明細書に使用するように、「溶射」という用語は、普通は拡散コーティング４２上での加熱気体流内の巻き込みによる、セラミック材料の加熱、および普通は少なくとも部分的または完全な熱溶融、および加熱／溶融したセラミック材料の蒸着を必要とする噴射、塗布、あるいは蒸着方法のことを言う。適切な溶射蒸着技術として、空気プラズマスプレー（ＡＰＳ）および真空プラズマスプレー（ＶＰＳ）などのプラズマスプレー、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）スプレー、爆発溶射、溶線式溶射などと、これらの技術の組合せが挙げられる。本明細書に使用される特定の適切な溶射蒸着技術は、プラズマスプレーである。適切なプラズマスプレー技術は当業者によく知られている。例えば、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第３版、１５巻、２５５ページ、および本明細書に記した引例と、プラズマスプレーを行う装置を含む、本明細書での使用に適したプラズマスプレーの様々な態様を記載した、（それぞれの関連する部分を参照として援用する）１９９４年７月２６日発行の米国特許第５，３３２，５９８号（Ｋａｗａｓａｋｉ他）、１９９１年９月１０日発行の米国特許第５，０４７，６１２号（Ｓａｖｋａｒ他）、および１９９８年３月３日発行の米国特許第４，７４１，２８６号（Ｉｔｏｈ他）を参照されたい。

本発明の特定の実施形態を説明したが、添付の特許請求の範囲で規定するように、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な変更を加えることができることが当業者には明らかである。

本発明の方法が有用なタービンブレードの斜視図である。 本発明の方法の一実施形態による、エーロフォイルの除去した壁厚を回復させる前の、図１のブレードの断面図である。 本発明の方法の一実施形態による、エーロフォイルの除去した壁厚を回復させた後の、図１のブレードの断面図である。 本発明の方法の一実施形態による、エーロフォイルの除去した壁厚を回復させる前の、タービンブレードのエーロフォイルの側断面図の画像である。 本発明の方法の一実施形態による、エーロフォイルの除去した壁厚を回復させた後の、タービンブレードのエーロフォイルの側断面図の画像である。

符号の説明

１０ タービンブレード
１２ エーロフォイル
１４ エーロフォイル１２の高圧側
１６ エーロフォイル１２の低圧側
１８ 蟻継
２０ ブレード１０のプラットフォーム
２２ 冷却穴
３０ 金属基板
３４ 基板３０の表面
４２ 拡散コーティング
５０ エーロフォイル１２の補修領域
５８ 除去した壁厚
６６ 合計壁厚
７２ 残部壁厚
８０ 回復させた壁厚
８８ 図５に示す残部壁厚と回復させた壁厚の間の境界
９２ 図５の回復させた壁厚８０に重なるコーティング

Claims (10)

1. （ａ）壁厚（６６）を持つ金属基板（３０）を有するエーロフォイル（１２）を含み、前記壁厚の一部（５８）が残部壁厚（７２）を形成するように除去されているタービン構成要素（１０）を提供するステップと、
   （ｂ）前記残部壁厚（７２）の組成物と少なくとも実質的に一致する金属組成物（８０）を提供するステップと、
   （ｃ）前記金属組成物（８０）が（１）前記残部壁厚（７２）に付着されるように且つ（２）除去された壁厚（５８）を少なくとも実質的に回復させるように、前記残部壁厚（７２）に前記金属組成物を塗布するステップと、
   を含む方法。
2. ステップ（ａ）で提供された前記タービン構成要素（１０）は、タービンブレード（１０）またはタービン羽根（１０）である、請求項１記載の方法。
3. 前記残部壁厚（７２）および金属組成物（８０）はそれぞれ、ニッケル系合金を含む、請求項１乃至２のいずれか１項記載の方法。
4. 前記ニッケル系合金は、高ガンマプライムニッケル合金である、請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
5. ステップ（ｃ）は、物理的気相成長を使用して前記金属組成物（８０）を前記残部壁厚（７２）に塗布することによって行われる、請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
6. ステップ（ｃ）は、陰極アークまたはイオンプラズマ技術を使用して前記金属組成物（８０）を前記残部壁厚（７２）に塗布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. ステップ（ｃ）は、前記塗布された金属組成物（８０）が前記残部壁厚（７２）と一体化する、または実質的に一体化するように行われる、請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法。
8. ステップ（ｃ）は、前記残部壁厚（７２）と一体化するように、前記塗布された金属組成物（８０）を熱処理することによって行われる、請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法。
9. ステップ（ｃ）は、誘導加熱によって行われる、請求項１乃至８のいずれか１項記載の方法。
10. ステップ（ａ）で提供された前記タービン構成要素（１０）は、前に補修したタービン構成要素（１０）である、請求項１乃至９のいずれか１項記載の方法。