JP2007154314A - 低い堆積アルミニウムレベルを有するボンディングコートに関連する施工方法およびガスタービンエンジン構成部品 - Google Patents

Abstract

【課題】金属基体にＮｉＡｌ系ボンディングコート及び拡散アルミナイド皮膜を施工する方法の提供
【解決手段】本方法は、外部表面（３８）を有する超合金基体を準備する段階と、超合金基体の外部表面（３８）を任意選択的に清浄化する（１４０）段階とを含む。さらに、超合金基体の外部表面の一部分を物理蒸着法によって、堆積ＮｉＡｌ基合金が約６〜２５重量パーセントの制御した量のアルミニウムを含みかつさらに該ＮｉＡｌ基合金の堆積アルミニウムレベルがアルミナイジング処理後のアルミニウム最終レベルの約５０〜１００％であるように制御したＮｉＡｌ基合金の層で被覆して（１６０）、被覆外部部分を形成する段階と、その後、超合金基体の被覆外部部分と別の表面とを同時にアルミナイジング処理する（１８０）段階とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ニッケル、アルミニウム及びクロムを含むボンディングコートをガスタービンエンジン構成部品の外部表面に施工する方法に関する。

効率を高めるために、ガスタービンエンジンのより高い作動温度が継続的に追求されている。しかしながら、作動温度が上昇するにつれて、エンジン内部の構成部品の高温耐久性が、それに対応して高められなければならない。

耐高温性における大きな進歩は、これまでニッケル基及びコバルト基超合金を調製することによって達成されてきた。例えば、幾つかのガスタービンエンジン構成部品は、高強度一方向凝固又は単結晶ニッケル基超合金で作製することができる。これらの構成部品は、コアエンジン流を用いて有用な仕事を行うための特有の特徴形状を有するように鋳造され、多くの場合、外部フィルム冷却を行って翼形部温度を低下させるための内部冷却細部構造及び貫通孔を含む。

ガスタービンエンジン作動の過酷な条件に曝されたとき、特にタービンセクションにおいて、ベース合金のみでは、酸化及び腐食侵食のような損傷を受けやすく、十分な機械的特性を保持することができない。従って、ベース合金は、そのエンジン部品及び作動環境に応じて様々なタイプの皮膜システムで保護されることが多い。

従って、高温で作動するエンジン構成部品は、酸化及び腐食からの保護を行うための環境皮膜を必要とすることが多い。この環境皮膜は、さらに断熱皮膜のためのボンディングコートとして機能させるように使用することができる。それらの構成部品の典型的な実例は、冷却タービンブレードである。

ブレードの外面では、白金アルミナイド、ＭＣｒＡｌＹオーバレイ又は好ましくはオーバレイＮｉＡｌ系皮膜のような皮膜システムがしばしば利用される。多くの場合、この皮膜は、７ＹＳＺのようなＴＢＣ材料でさらに被覆される。
米国特許第６，２９１，０８４Ｂ１号公報 米国特許第４，０５５，７０５号公報 米国特許第４，３２８，２８５号公報 米国特許第５，２１６，８０８号公報 米国特許第５，２３６，７４５号公報 米国特許第６，８９６，４８８Ｂ２号公報

科学者及び技術者は、本出願の出願人の指示のもとで研究を行い、ガスタービンエンジン構成部品のような物品に施工してエンジンの過酷な作動条件に耐えるようにすることができる向上した性能を有する新規なボンディングコート並びにガスタービンエンジン構成部品にそのようなボンディングコートを施工する方法を継続的に探求している。特許請求の範囲に記載した本発明は、このニーズ及びその他を満たすものである。

本発明の１つの実施形態によると、金属基体にＮｉＡｌ系ボンディングコート及び拡散アルミナイド皮膜を施工する方法を開示する。本方法は、外部表面を有する超合金基体を準備する段階と、超合金基体の外部表面を任意選択的に清浄化する段階とを含む。本方法はさらに、超合金基体の外部表面の一部分を物理蒸着法によって、堆積ＮｉＡｌ基合金が約６〜２５重量パーセントの制御した量のアルミニウムを含んで被覆外部部分を形成しかつさらに該ＮｉＡｌ基合金の堆積アルミニウムレベルがアルミナイジング処理後のアルミニウム最終レベルの約５０〜１００％であるように制御したＮｉＡｌ基合金の層で被覆する段階と、その後、超合金基体の被覆外部部分と別の表面とを同時にアルミナイジング処理する段階とを含む。拡散アルミナイド層が別の表面上に形成され、またＮｉＡｌ基合金が、約１２〜２５重量パーセントのアルミニウムを含みかつその全体にわたってアルミニウムとＣｒ、Ｚｒ及びＨｆの少なくとも１つから選択した他の改質元素との均一な分布を有するＮｉＡｌ系ボンディングコートになる利点がある。

本発明の別の実施形態によると、金属基体にＮｉＡｌ系ボンディングコート及び拡散アルミナイド皮膜を施工する方法を開示する。本方法は、その中に内部表面によって形成された内部通路と外部表面とを有する超合金基体を準備する段階を含む。本方法はさらに、超合金基体の内部及び外部表面を任意選択的に清浄化する段階と、超合金基体の外部表面をカソードアーク蒸着法によって、堆積ＮｉＡｌ基合金が約６〜２５重量パーセントの制御した量のアルミニウムを含みかつさらに該ＮｉＡｌ基合金の堆積アルミニウムレベルがアルミナイジング処理後のアルミニウム最終レベルの約５０〜１００％であるように制御したＮｉＡｌ基合金の層で被覆する段階と、その後、超合金基体の外部表面と内部表面とを同時にアルミナイジング処理する段階とを含む。拡散アルミナイド層が内部表面上に形成され、またＮｉＡｌ基合金が、超合金基体の外部表面上のＮｉＡｌ系ボンディングコートになり、そのＮｉＡｌ系ボンディングコートが、約１２〜２５重量パーセントのアルミニウムを含みかつその全体にわたってアルミニウムとＣｒ、Ｚｒ及びＨｆの少なくとも１つから選択した他の改質元素との均一な分布を有するようになる利点がある。

本発明のさらに別の実施形態によると、ガスタービンエンジン構成部品を開示する。本構成部品は、外部表面を有する超合金基体を含み、外部表面の一部分が、約６〜２５重量パーセントの制御した量のアルミニウムを含みかつさらにその堆積アルミニウムレベルがアルミナイジング処理後のアルミニウム最終レベルの約５０〜１００％であるように制御したＮｉＡｌ基合金の層で被覆され、その後超合金基体がアルミナイジング処理されて、該超合金基体の別の表面上の拡散アルミナイド層と該超合金基体の外部表面の一部分上のＮｉＡｌ系ボンディングコートとが同時に形成される。ＮｉＡｌ系ボンディングコートが、約１２〜２５重量パーセントのアルミニウムを含み、かつ該ＮｉＡｌ系ボンディングコート全体にわたってアルミニウムとＣｒ、Ｚｒ及びＨｆの少なくとも１つから選択した他の改質元素との均一な分布を有するようになる利点がある。

その他の特徴及び利点は、本発明の原理を一例として示した以下のより詳細な説明及び図面から明らかになるであろう。

本発明の実施形態による図１を参照すると、ガスタービンエンジン構成部品の外部表面にＮｉＡｌＣｒＺｒ又はＮｉＡｌＣｒＨｆオーバレイ層のようなＮｉＡｌ基合金を施工しかつ内部表面に拡散アルミナイド皮膜を施工する方法を示しており、この場合、ＮｉＡｌ基合金は、アルミナイジング処理後の最終ＮｉＡｌ系ボンディングコートのアルミニウムの量よりも少ない制御した量のアルミニウムを有する。構成部品は、その中に内部表面によって形成された内部通路と外部表面とを有する金属基体材料を含む。そのような構成部品の実例は、その中に冷却孔を有する図２に示すタービンブレード２０であり、以下でさらに詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の１つの実施形態の最初のステップ（１００）は、その中に内部表面によって形成された内部通路と外部表面とを有する基体を準備する段階を含む。

タービンブレード（２０）はその中に内部表面によって形成された内部通路を有するが、本明細書で説明する方法はまた、それに限定されないが中実の低圧タービンブレード又はシュラウドを含む、内部表面を有していない構成部品にも適用可能である。例えば、タービンブレードのプラットフォーム下方領域内のポケットのような通視線がほとんどない外面領域を被覆することができると共に、プラットフォーム下方領域での高温腐食防止を強化するための白金アルミナイドのような拡散アルミナイジング処理を用いる異なった皮膜で構成部品の様々な領域を被覆することもできる。この特徴は、部品の異なる領域がしばしば異なる環境曝露を有しまた異なるタイプのアルミナイド皮膜によって最もよく保護することができるので特に有利である。例えば、幾つかのタービンブレードのプラットフォーム下方領域は、約８７１℃以下で作動し、高温腐食を受けやすい可能性があり、このプラットフォーム下方領域は、白金のような異なった改質材を含むアルミナイド皮膜で保護するのが好ましい場合がある。別の実例には、シュラウド上の取付けフックのような厳密な寸法の特徴形状部が含まれ、これらの特徴形状部は、ＮｉＡｌ皮膜によって与えられる完全な保護を必要とせず、オーバレイ被覆による寸法増大を許容することができない。

任意選択的に、基体の一部分は、通視線方向の外部表面の一部分上へのＮｉＡｌ系皮膜の堆積を防止するために必要に応じてマスキングすることができる。そのようなマスキング法（１２０）は、当技術分野では公知である。

任意選択的に、内部及び／又は外部表面は、構成部品からあらゆるゴミ又は他の粒子を除去するために清浄化する（１４０）ことができる。

次に、ＮｉＡｌ基合金が、構成部品に堆積させるために準備される（１６０）。ＮｉＡｌ系材料は一般的に、１つ又は複数のカソードの形態で調製され、そのカソードの組成は、気化されかつ部品上に堆積されたときに所望の組成が得られるように選択される。その内容を参考文献として本明細書に組み入れている米国特許第６，２９１，０８４号を参照されたい。イオンプラズマ堆積法としても知られているカソードアーク法は、物理蒸着（ＰＶＤ）被覆法の一群に属する処理法である。カソードアーク法では、皮膜フィルムは、励起イオンの凝縮によって堆積される。ＮｉＡｌ合金のようなカソード材料は、そのカソード材料をイオン化する金属蒸気アークによって気化される。金属イオンは、カソード表面から離れる方向に移動しかつ構成部品上に堆積して、皮膜フィルムを形成する。多くの場合、金属イオンを加速させかつ引き付けるために、被覆される構成部品に対して負のバイアス電位が印加される。このプロセスは、一般的には６０〜１２０アンペアであるカソード電流と一般的には２０〜５０ボルトである蒸着バイアス電位とを調製することによって制御することができる。ＮｉＡｌ基合金は一般的に、約０．０００５〜０．００５インチ（０．０１２７〜０．１２７ｍｍ）の厚さに堆積される。それに代えて、ＥＢ−ＰＶＤ法及びスパッタリング法のような他のＰＶＤ法を使用することができる。

ＮｉＡｌ基合金の組成は、処理後の最終ボンディングコートのアルミニウムレベルよりも低いアルミニウムレベルを有するように制御するのが有利である。より具体的には、アルミニウムレベルは、所望の最終レベルの約５０〜１００重量％或いはより望ましくは約７５〜１００重量％に制御される。例えば、最終の所望アルミニウムレベルが２４重量％である場合には、堆積ＮｉＡｌ基合金は、１２〜２４重量％のアルミニウムを含有すべきである。得られたものは、皮膜全体にわたって実質的に均一なアルミニウムレベルにあり、従って表面でのより高いアルミニウム含有量の望ましくない勾配がないものである。皮膜全体にわたる皮膜組成の均一性は、例えば直線拡散皮膜から期待できるよりもより良好である利点がある。それと対照的に、より低い堆積アルミニウムレベルでは、表面でより高いレベルでありかつ皮膜内でより深ければより低いレベルである大きなアルミニウム勾配が皮膜内に存在する。従って、表面でのレベルが所望のものよりも高い可能性があり、またその勾配により、実使用中に表面でのレベルが極めて早期に激減する可能性がある。また、初期のアルミニウムレベルが低すぎる場合には、表面内への大きなアルミニウム拡散が存在することになる。従って、Ｃｒ及びＺｒのような改質元素の望ましい添加が希釈されることになり、表面でより低くなる過度の組成勾配が発生する可能性がある。拡散皮膜は一般的に、組成勾配に依存して形成され、従って、付加的な改質元素を制御する能力が制限される。加えて、拡散皮膜は一般的に、基体材料の幾らかを消費し、構成部品の耐荷重断面を減少させる。

さらに、堆積アルミニウム材料（アルミナイジング処理前の）は、アルミニウムレベルがアルミナイジング処理の間に低下する可能性がないので、最終の所望レベルよりも大きいアルミニウムレベルを有してはならない。さらに、別の利点は、より低アルミニウムのカソード（イオンプラズマ堆積法のための原料材料）は、低脆性かつ低融点であるために製作が非常に容易であることである。

真空内で約１９００oＦ（１０３８℃）〜２０５０oＦ（１１２１℃）の範囲の温度で約２〜約４時間行われる熱処理ステップ（１７０）を必要に応じ任意選択的に実施して、ＮｉＡｌ基合金の圧密化及び結合を促進することができる。

プロセスの次のステップは、アルミナイジング処理ステップ（１８０）であり、このステップにおいて、アルミニウムが堆積されかつＮｉＡｌ系皮膜内に拡散して、約０．０００５〜０．００５インチ（０．０１２７〜０．１２７ｍｍ）の範囲の厚さを有するＮｉＡｌベースの層が形成される。同時に、このアルミナイジング処理ステップは、構成部品の内部表面上に約０．０００５〜０．００３インチ（０．０１２７〜０．０７６ｍｍ）の範囲の拡散の深さまで拡散アルミナイド層を堆積させる。このステップでは、ＶＰＡ法を使用することができる。ＶＰＡ法は、酸素を除去したレトルト内でアルミニウム含有ドナー材料で囲んだ構成部品を加熱することによって達成することができる。ハロゲン系付活剤が、ドナーから部品へのアルミニウムの移動を促進させるために、レトルトに添加される。ＶＰＡ処理は、約１８００〜２０００oＦ（約９８２〜１０９３℃）の温度で約２〜１０時間の期間で実施することができる。このプロセスの変形形態としては、パックセメンテーション法及び化学蒸着法が挙げられ、これらは、代わりとして使用することができる。

真空内で約１９００oＦ（１０３８℃）〜２０５０oＦ（１１２１℃）の範囲の温度で約２〜約４時間行われる付加的な熱処理ステップ（１９０）を必要に応じ任意選択的に実施して、アルミニウムをＮｉＡｌ系皮膜内にさらに拡散させることができる。

任意選択的な次のステップは、酸化熱処理（２００）を含み、この処理では、基体を酸素含有雰囲気内で所定の温度に所定の時間加熱して、基体の外部表面上のＮｉＡｌ系拡散層の表面上に実質的にアルミナのスケールを形成させかつ基体の内部表面上のアルミナイド層の表面上のアルミナのスケールを形成させる。この熱処理は、約１０^−３バールの酸素分圧下にあるＰＶＤチャンバ内で、約１８３０oＦ（９９９℃）〜約２０１０oＦ（１０９９℃）で約４〜１０分間実施することができる。

構成部品は次に、任意選択的に周囲温度まで冷却し、その後、ＮｉＡｌ系皮膜の外部表面にＴＢＣ層を任意選択的に施工する（２４０）ことができる。

図２を参照して本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。図２を参照すると、本発明の実施形態によりＮｉＡｌ系ボンディングコート及び拡散アルミナイド内部皮膜で被覆したタービンブレード２０のようなガスタービンエンジンの構成部品物品を示している。タービンブレード２０は単に、被覆対象の好適な物品の一例に過ぎず、それに限定されないが、タービンベーン、中実の構成部品などを含むその他の物品も、本発明の実施形態により適用可能であることを理解されたい。同様に、本明細書ではブレード２０について説明するが、その説明は、あらゆる好適な物品に適用されることを理解されたい。

ブレード２０は、あらゆる好適な材料で作製することができ、一般的にニッケル基、鉄基、コバルト基超合金又はそれらの組み合わせである。単結晶ニッケル基超合金が、本明細書に記載した基体に特に好適な材料である。ブレード２０は、それに対して高温排気流が導かれる翼形部２２を含む。ブレード２０は、ダブテール２４によってタービンディスク（図示せず）に取り付けられ、ダブテール２４は、翼形部２２から下向きに延びかつタービンディスク上のスロットに係合する。プラットフォーム２６は、翼形部２２がダブテールに接合された領域から縦方向外向きに延びる。多数の内部冷却通路が、翼形部２２の内部セクションを貫通して延びて、翼形部２２の表面内の開口部２８で終端する。翼形部は、ダブテール２４に隣接する根元端部３０とダブテール２４から離れて反対側に配置された先端端部３２とを有するものとして説明することができる。内部冷却通路３４は各々、内部表面３６を有し、また翼形部２２の金属部分の外部翼形表面３８もまた存在する。

最初に、ＮｉＡｌ基合金が、外部翼形表面３８に施工される。しかしながら、この施工の前に、翼形部２２は、任意選択的に従来通りの方法によって清浄化することができる。

ＮｉＡｌ基合金は、最終施工状態における所望のアルミニウムレベルよりも低い制御したアルミニウムレベルを有するのが有利である。ＮｉＡｌ基合金は、約２５重量パーセント又はそれ以下、例えば約６〜２５重量パーセントの所望のアルミニウム含有量を有するあらゆる好適なＮｉＡｌ系皮膜を含むことができ、それらＮｉＡｌ系皮膜には、それに限定されないが、ＮｉＡｌＣｒＺｒ、ＮｉＡｌＣｒＨｆ及びそれらの組合せが含まれる。例えば、イオンプラズマ堆積物内のアルミニウムレベルは、この範囲内において特定の最終目的に応じたものとすることができる。従って、原料材料内のアルミニウムレベルは、この範囲が達成されるようにイオンプラズマ堆積パラメータと共に調整することができ、そのようにする方法は当業者には分かるであろう。さらに、ＮｉＡｌ系皮膜内のＣｒ含有量は一般的に、約２〜１０重量パーセントである。ＮｉＡｌ基合金のための好適な原料材料組成の実例には、概略の重量パーセントで、１２〜２５のＡｌ、２〜１０のＣｒ、０．５〜２．０のＺｒ、残部がＮｉの組成、及び１９．５３のＡｌ、６．３７のＣｒ、１．８５のＺｒ、残部がＮｉの組成が含まれる。

出願人は、処理の完了時点で外部オーバレイ領域と内部領域のような所望の拡散被覆領域とにおいて所望の最終アルミニウムレベルが得られるように、オーバレイ材料のアルミニウムレベル及び拡散アルミナイド処理を制御する方法を有利な方法で解決した。ＮｉＡｌ基合金を所望の厚さ及び組成に施工する。所望の最終アルミニウム濃度が達成されるアルミニウム活性度レベルで、非通視線方向の表面及びあらゆる内部表面内にアルミナイジング処理された層が得られるのに十分な時間にわたって、ＶＰＡプロセスを実施する。ＶＰＡプロセスでのアルミニウム活性度は、プロセス温度、ドナー濃度、付活材料及びガス流を調整することによって制御する。これらの関係は、当業者には公知である。

同時に、外部表面３８及び内部表面３６を気相アルミナイジング法によってアルミナイジング処理し、それによって拡散アルミナイド層が内部表面３６上に形成され、またＮｉＡｌ基合金が超合金基体の外部表面３８上のＮｉＡｌ系ボンディングコート４６になる。

ボンディングコート４６は、外部翼形表面３８の上に位置しかつ外部翼形表面３８に密着する。ボンディングコート４６の厚さは一般的に、約０．０００５〜約０．００５インチ（０．０１２７〜約０．１２７ｍｍ）の厚さである。アルミナイジングプロセスの間に、アルミニウムはＮｉＡｌ基合金内に拡散して、該合金を所望の最終アルミニウムレベルにする。このステップは、ＰＶＡ法によって実施することができ、或いはそれに代えてパックセメンテーション法又はＣＶＤ法によって実施することができる。

ボンディングコート４６は、実質的に均一な皮膜組成を有し、アルミナイジング処理前よりも高いアルミニウムレベルを含むのが望ましい。ボンディングコート４６のアルミニウムレベルは一般的に、約１２〜２５重量パーセントである。

断熱皮膜ＴＢＣ（図示せず）は通常、ボンディングコート４６の上に堆積される。断熱皮膜は、単独又は他の材料と組合せたあらゆる好適なセラミック材料を含むことができる。例えば、断熱皮膜は、完全に又は部分的に安定化させたイットリア安定化ジルコニアなど並びに当技術分野では公知の他の低伝導度酸化物皮膜材料を含むことができる。他の好適なセラミックの実例には、それに限定されないが、他の公知のセラミック断熱皮膜の中でとりわけ、約７〜８重量パーセントのイットリアで安定化させた約９２〜９３重量パーセントのジルコニアが含まれる。断熱皮膜は、あらゆる好適な方法で施工することができる。堆積のための１つの好適な方法は、電子ビーム物理蒸着（ＥＢ‐ＰＶＤ）法によるものであるが、空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）法のようなプラズマ溶射堆積法もまた採用することができる。セラミック断熱皮膜のより具体的な実例は、幾つかを挙げると米国特許第４，０５５，７０５号、第４，３２８，２８５号、第５，２１６，８０８号及び第５，２３６，７４５号に記載されている。断熱皮膜はまた、あらゆる所望の厚さに施工することができる。例えば、この皮膜は、約７５ミクロン〜約３００ミクロンの厚さを有することができる。

実施例
Ｒｅｎｅ’Ｎ５及びＲｅｎｅ’Ｎ６の試料を、イオンプラズマ（カソードアーク）法を用いて、以下の組成、すなわち１９．５３のＡｌ、６．３７のＣｒ、１．８５のＺｒ、残部がＮｉの組成を有するカソードにより被覆した。ＮｉＡｌ基合金を、約０．００１５インチ（０．０３８１ｍｍ）の厚さに施工した。次に、試料は、標準的な気相アルミナイジング（ＶＰＡ）法を用いてオーバコートした。試料のミクロ組織評価は、試料が、ＶＰＡ処理の後に２０重量パーセントよりも高いアルミニウムレベルを有することを示した。ＸＲＦ分析は、処理後に十分なＺｒ含有量が残存していることを示した。

上述の実施例は、アルミニウム及び改質元素の所望のレベルを同時に達成することができると共に、構成部品の内部及び非通視方向領域或いはそれに対してはオーバレイＮｉＡｌボンディングコートの完全な性能が所望でない領域にアルミナイド皮膜を形成することができることを示している。

本発明の実施形態のさらに別の利点には、余分の処理ステップ、過度の皮膜成長、剥離による過度の壁面損失及びオーバレイ領域での皮膜性能の低下なしに、内部表面とＮｉＡｌ級オーバレイ皮膜を利用する選択した外部表面との要求に適合可能である構成部品被覆処理が含まれる。

本発明の実施形態のさらに別の利点は、ブレードの内部表面に拡散アルミナイドを施工するのに用いる幾つかの方法が、堆積ＮｉＡｌ系皮膜の性能に干渉する可能性があるという問題を解決することである。例えば、最初に表面の内部を被覆した場合には、外部表面は、ＮｉＡｌ系皮膜の付加の後に過度の皮膜厚さを生じた状態で被覆されるか、或いはＮｉＡｌ系皮膜の施工前にその皮膜を剥ぎ取った場合には壁面厚さの低下を生じた状態で被覆されるようになる傾向がある。外部表面の全体的なアルミナイジングを回避するための十分なマスキング材料は一般的に、内部皮膜への干渉或いはオーバレイ被覆への有害な影響なしには利用できない。さらに、スラリー法のような内部表面のみを被覆する方法は、堆積プロセス後のスラリー材料の困難な除去を含む欠点を有することが多い。

さらに、出願人の皮膜原料材料は、過度に脆性ではなく、従来型の鋳造、機械加工及び取扱いプロセスに適合可能であり、従ってより低コストで利用することができる。

本発明の実施形態のさらに別の利点は、Ｈｆ及びＺｒのような反応性元素のレベル及び分散を最適化することができることである。例えば、低いアルミニウム含有量を有するオーバレイ材料の堆積の間に、反応性元素の溶解度レベルか高いことにより、それらの元素が固溶体内に均一に分散した状態に維持されることが可能になる。その後の拡散アルミナイジングサイクルの間に反応性元素の溶解度がより大きい場合には、完全な化学堆積の間に形成することが知られているものと比較して、析出物のより均一かつ望ましい分散が発生することになる。さらに、反応性元素のより高いレベルは、反応性元素の分散不良の望ましくない影響なしに、向上した皮膜性能を可能とするように使用することができる。例えば、ジルコニウムは、ベータＮｉＡｌ（Ｂ２結晶形）の好ましい補強材である。しかしながら、Ｚｒの溶解度は低く、標準的な処理では望ましくない析出物形態が形成され、皮膜の耐酸化性を制限する可能性がある。

本明細書では様々な実施形態を説明しているが、当業者はそれらにおける要素の様々な組合せ、変形又は改良を行うことができ、またそれらが本発明の技術的範囲内に属することは、本明細書から理解されるであろう。

本発明の１つの実施形態による、ガスタービンエンジン構成部品を被覆する方法を示すプロセスフローチャート。 本発明の１つの実施形態による、被覆ガスタービンブレードを示す図。

符号の説明

１００ 金属基体を準備する
１２０ 任意選択的にマスキングする
１４０ 任意選択的に清浄化する
１６０ ＮｉＡｌ系皮膜を堆積させる
１７０ 任意選択的に熱処理する
１８０ アルミナイジング処理する
１９０、２００ 任意選択的に熱処理する
２２０ 任意選択的に冷却する
２４０ 任意選択的にＴＢＣ施工する

Claims (10)

1. 金属基体上にＮｉＡｌ系ボンディングコートと拡散アルミナイド皮膜とを施工する方法であって、
   外部表面（３８）を有する超合金基体を準備する段階と、
   前記超合金基体の外部表面（３８）を任意選択的に清浄化する（１４０）段階と、
   前記超合金基体の外部表面の一部分を物理蒸着法によって、堆積ＮｉＡｌ基合金が被覆外部部分を形成する６〜２５重量パーセントの制御した量のアルミニウムを含みかつさらに該ＮｉＡｌ基合金の堆積アルミニウムレベルがアルミナイジング処理後のアルミニウム最終レベルの５０〜１００％であるように制御したＮｉＡｌ基合金の層で被覆する（１６０）段階と、
   その後、前記超合金基体の被覆外部部分と別の表面とを同時にアルミナイジング処理し（１８０）、それによって前記別の表面上に拡散アルミナイド層が形成されかつ前記ＮｉＡｌ基合金がＮｉＡｌ系ボンディングコートになるようにする段階と、を含み、
   前記ＮｉＡｌ系ボンディングコートが、１２〜２５重量パーセントのアルミニウムを含み、また前記ＮｉＡｌ系ボンディングコートが、該ＮｉＡｌ系ボンディングコート全体にわたってアルミニウムとＣｒ、Ｚｒ及びＨｆの少なくとも１つから選択した他の改質元素との均一な分布を有する、
   方法。
2. 前記物理蒸着ＮｉＡｌ基合金のアルミニウムレベルが、処理後の前記ＮｉＡｌ系ボンディングコート内のアルミニウムの７５〜１００重量パーセントであるように制御される、請求項１記載の方法。
3. 前記超合金が、その中に内部表面（３６）によって形成された内部通路（３４）を有し、前記物理蒸着法によって被覆された外部表面（３８）及び前記内部表面（３６）が、同時にアルミナイジング処理される（１８０）、請求項１記載の方法。
4. アルミナイジング処理（１８０）される前記超合金基体の別の表面が、ブレードプラットフォームの外部下面部分及びシュラウドの取付けフックのうちの少なくとも１つから選択される、請求項１記載の方法。
5. 前記被覆する段階が、概略の重量パーセントで、１２〜２５のＡｌ、２〜１０のＣｒ、０．５〜２．０のＺｒ、残部がＮｉの組成を有する原料材料を用いてＮｉＡｌ基合金を施工する（１６０）段階を含む、請求項１記載の方法。
6. 前記被覆する段階が、概略の重量パーセントで、１９．５３のＡｌ、６．３７のＣｒ、１．８５のＺｒ、残部がＮｉの組成を有する原料材料を用いてＮｉＡｌ基合金を施工する（１６０）段階を含む、請求項１記載の方法。
7. 前記ＮｉＡｌ基合金の堆積（１６０）の後でかつアルミナイジング処理（１８０）の前に、真空内で１０３８℃〜１１２１℃で２〜４時間加熱して前記堆積材料の圧密化及び結合を促進する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
8. 外部表面（３８）を有する超合金基体を含み、
   前記外部表面の一部分が、６〜２５重量パーセントの制御した量のアルミニウムを含みかつさらにその堆積アルミニウムレベルがアルミナイジング処理後のアルミニウム最終レベルの５０〜１００％であるように制御したＮｉＡｌ基合金の層で被覆され（１６０）、
   その後前記超合金基体がアルミナイジング処理され（１８０）て、該超合金基体の別の表面上の拡散アルミナイド層と該超合金基体の外部表面（３８）の一部分上のＮｉＡｌ系ボンディングコートとが同時に形成され、
   前記ＮｉＡｌ系ボンディングコートが、１２〜２５重量パーセントのアルミニウムを含み、かつ該ＮｉＡｌ系ボンディングコート全体にわたってアルミニウムとＣｒ、Ｚｒ及びＨｆの少なくとも１つから選択した他の改質元素との均一な分布を有する、
   ガスタービンエンジン構成部品。
9. 前記ＮｉＡｌ基合金と共に同時にアルミナイジング処理される前記超合金基体の別の表面が、ブレードプラットフォームの外部下面部分及びシュラウドの取付けフックのうちの少なくとも１つから選択される、請求項８記載のガスタービンエンジン構成部品。
10. 前記ＮｉＡｌ基合金の原料材料が、概略の重量パーセントで、１９．５３のＡｌ、６．３７のＣｒ、１．８５のＺｒ、残部がＮｉの組成を有する、請求項９記載のガスタービンエンジン構成部品。

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