JP2007185655A - コーティング方法およびコーティングされた物品 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ターボ機械のブレードやベーンなどにおける、砂塵に関連した疲労に耐久できるように設計されたサーマルバリアコーティングを提供する。
【解決手段】 ターボ機械の物品をコーティングする方法が、物品に任意選択的にボンディングコート層を適用し(ステップ10)、物品にセラミックベースの化合物層を適用し(ステップ12)、この上に保護層を形成するように少なくとも一つの不活性化合物を適用し(ステップ14)、任意選択的にコーティングされた物品を硬化処理し(ステップ16)、任意選択的にこの物品を乾燥させる(ステップ18)ステップを備える。本発明のコーティング組成により、ターボ機械の運転時に砂塵が浸入してコーティング表面に溶融付着しても、この溶融砂粒のうち少なくとも一つの成分と反応して新たにシーラント層を形成し、磨耗や破損から物品を効果的に保護する。
【選択図】図1
【解決手段】 ターボ機械の物品をコーティングする方法が、物品に任意選択的にボンディングコート層を適用し(ステップ10)、物品にセラミックベースの化合物層を適用し(ステップ12)、この上に保護層を形成するように少なくとも一つの不活性化合物を適用し(ステップ14)、任意選択的にコーティングされた物品を硬化処理し(ステップ16)、任意選択的にこの物品を乾燥させる(ステップ18)ステップを備える。本発明のコーティング組成により、ターボ機械の運転時に砂塵が浸入してコーティング表面に溶融付着しても、この溶融砂粒のうち少なくとも一つの成分と反応して新たにシーラント層を形成し、磨耗や破損から物品を効果的に保護する。
【選択図】図1
Description
本発明はサーマルバリアコーティング組成、サーマルバリアコーティングの適用方法、およびサーマルバリアコーティングが被覆された物品に関する。さらに具体的には、砂粒の浸入に耐えるように設計されたサーマルバリアコーティング組成、このサーマルバリアコーティングの適用方法、およびこのサーマルバリアコーティングが被覆された物品に関する。
サーマルバリアコーティング(TBC)における砂塵に関連した疲労に起因するターボ機械の劣化は、中東で使用される全てのターボ機械に関する懸念である。砂塵に関連した疲労はサーマルバリアコーティングの早すぎる剥離や、ターボ機械およびこれらの部品の酸化の原因となっている。こうした砂塵に関連する疲労のメカニズムは、溶融した砂粒のサーマルバリアコーティングへの浸入である。コーティングの有効期間中に砂塵がターボ機械に侵入し、サーマルバリアコーティング表面上で凝集して溶融状態となる。一般的にターボ機械の表面温度は砂粒の融点よりも高い。この結果、凝集した砂の粒子が幾分溶融状態となり、サーマルバリアコーティングに浸透してセラミック/金属界面に達する。サーマルバリアコーティングの破損は、砂粒が十分なほどに浸入したサーマルバリアコーティングの熱サイクルに対する変形許容度の低下のみならず、セラミック/金属界面で熱成長酸化物に破壊的に作用する溶融砂粒が組み合わさることにより生じる。
米国特許第3,542,530号明細書
米国特許第3,528,861号明細書
米国特許第3,649,225号明細書
米国特許第3,754,903号明細書
米国特許第3,676,085号明細書
米国特許第4,078,922号明細書
米国再発行特許発明第32,121号明細書
米国特許第4,585,481号明細書
剥離によって生じる、サーマルバリアコーティングの破損は部品表面を自然環境に露出させ、これにより溶融砂粒の破壊的作用と同時にターボ機械部品の酸化を加速させる。
その結果、砂塵に関連する疲労に耐えるように設計されたサーマルバリアコーティングが必要となる。
本発明により、物品をコーティングする方法が、概ね、(1)セラミックベースの化合物層を形成するように物品の少なくとも一つの外表面上にセラミックベースの化合物を適用し、(2)保護層を形成するように前記セラミックベースの化合物層の上に少なくとも一つの不活性化合物を適用し、かつ前記少なくとも一つの不活性化合物が、化学式(I)の立方晶系結晶構造を備えた第1の不活性化合物:
A3B2X3O12 (I)
ただし、Aは、Ca+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
A3B2X3O12 (I)
ただし、Aは、Ca+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、化学式(II)の六方晶系結晶構造を備えた第2の不活性化合物:
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、第1の不活性化合物と第2の不活性化合物との混合物を含み、(3)前記物品を熱処理することを備えてなる。
本発明により、物品をコーティングする方法が、概ね、(1)漸変皮膜サーマルバリアコーティングを形成するように物品の少なくとも一つの外表面上にセラミックベースの化合物と少なくとも1つの不活性化合物とを傾斜化させ、かつ前記少なくとも一つの不活性物質が、化学式(I)の立方晶系結晶構造を備えた第1の不活性化合物:
A3B2X3O12 (I)
ただし、Aは、Ca+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
A3B2X3O12 (I)
ただし、Aは、Ca+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、化学式(II)の六方晶系結晶構造を備えた第2の不活性化合物:
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、第1の不活性化合物と第2の不活性化合物との混合物を含むとともに、(2)物品を熱処理することを備えてなる。
本発明により、サーマルバリアコーティングが、概ね、セラミックベースの化合物と、少なくとも一つの不活性化合物と、を含むとともに、前記少なくとも一つの不活性物質が、化学式(I)の立方晶系結晶構造を備えた第1の不活性化合物:
A3B2X3O12 (I)
ただし、Aは、Ca+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
A3B2X3O12 (I)
ただし、Aは、Ca+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、化学式(II)の六方晶系結晶構造を備えた第2の不活性化合物:
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、第1の不活性化合物と第2の不活性化合物との混合物を備える。
本発明により、コーティングされた物品が、サーマルバリアコーティングを備えた少なくとも一つの外表面をもつ物品を備えるとともに、前記サーマルバリアコーティングが概ねセラミックベースの化合物と、少なくとも一つの不活性化合物と、を含み、前記少なくとも一つの不活性化合物が、化学式(I)の立方晶系結晶構造を備えた第1の不活性化合物:
A3B2X3O12 (I)
ただし、AはCa+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
A3B2X3O12 (I)
ただし、AはCa+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、化学式(II)の六方晶系結晶構造を備えた第2の不活性化合物:
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、第1の不活性化合物と第2の不活性化合物との混合物を備える。
本発明により、コーティングが、概ね、少なくとも一つのケイ酸塩ベースの材料と概ねセラミックベースの化合物を含んだサーマルバリアコーティング構成物との反応生成物と、少なくとも一つの不活性化合物と、を備えるとともに、前記少なくとも一つの不活性化合物が、化学式(I)の立方晶系結晶構造を備えた第1の不活性化合物:
A3B2X3O12 (I)
ただし、AはCa+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
A3B2X3O12 (I)
ただし、AはCa+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、化学式(II)の六方晶系結晶構造を備えた第2の不活性化合物:
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、第1の不活性化合物と第2の不活性化合物との混合物を備える。
本発明で用いられるように、語句「サーマルバリアコーティング」は、立方晶系結晶構造もしくは六方晶系結晶構造のいずれかをもつ少なくとも一つの不活性化合物でもって傾斜化された、もしくはこの不活性化合物に機械的あるいは化学的に結合、接着もしくは付着させた、セラミックベースの化合物を含むコーティングを意味する。
本発明で用いられるように、語句「不活性化合物」は、セラミックベースの化合物や、例えば砂粒、カルシアマグネシアアルミナシリケートなど(限定せず)のあらゆるケイ酸塩ベースの材料と、結合もしくは接触したときに、熱力学的平衡あるいは化学平衡を示す立方晶系結晶構造もしくは六方晶系結晶構造をもつ化合物を意味する。
本発明のサーマルバリアコーティングは、例えばカルシウムマグネシアアルミナシリケート(以下、「CMAS」と表記)など(限定せず)の、砂粒の少なくとも一つの成分がサーマルバリアコーティングにおけるセラミックベースの化合物に浸透して物品が早く酸化してしまうのを防ぐように設計されており、サーマルバリアコーティングが剥離するのを防ぐ。砂粒は概ね、少なくともCMASを含むとともに、砂の地理的もしくは地質的条件に依存して、ナトリウム、鉄、カリウムなど(限定せず)、その他の成分を含む。鉄やCMASを含有する砂もまた、鉄とCMASの相互作用やコーティングされた物品における金属/セラミック界面への浸透により、上記と同様の問題を引き起こす。
図1および図2を参照すると、本発明の方法の一つを表すフローチャートが示される。物品が提供され、図1のステップ10および図2のステップ30でボンディングコート材料が任意選択的に被覆される。ボンディングコート材料はMCrAlYの化学組成をもつ。MCrAlYは、Mがニッケル、コバルト、鉄、これらの合金、およびこれらの混合物を表し、Crがクロムを表し、Alがアルミニウムを表し、Yがイットリウムを表す公知の金属コーティング系を示す。MCrAlY材料は所定の組成で適用され、堆積処理時に基体と著しく影響し合うことがないため、多くの場合オーバーレイコーティングとして知られる。MCrAlY材料のいくつかの例(限定せず)については、特許文献1に参照されているように、FeCrAlYコーティングを記載する特許文献2を参照されたい。さらに、特許文献3ではMCrAlYコーティングの堆積の前に、基体にクロム層を適用する複合コーティングが記載されている。特許文献4では著しく高い延性をもつNiCoCrAlYオーバーレイコーティングが記載されている一方、特許文献5ではCoCrAlYオーバーレイコーティングが記載されている。特許文献6では、ハフニウムとイットリウムとの組み合わせの存在により改良された抗酸化性を引き出すコバルトベースの構造の合金が記載されている。好ましいMCrAlYボンディングコート組成が特許文献7に記載されており、重量%で、5〜40%のCrと、8〜35%のAlと、0.1〜2.0%のYと、0.1〜7%のSiと、0.1〜2.0%のHfと、残部がNi、Co、およびこれらの混合物よりなるグループから選択されたものからなる重量百分率の組成範囲をもち、これは本出願人に譲渡され、本願の参照となる。また、本出願人に譲渡され、本願の参照となる特許文献8も参照されたい。
またボンディングコート材料がAl、PtAlなどを含み、拡散被覆として公知である。さらに、ボンディングコート材料がAl、PtAl、上記のMCrAlYなどを含み、カソードアークコーティングとして公知である。
MCrAlYボンディングコートは、オーバーレイボンディングコート、拡散ボンディングコート、カソードアークボンディングコートなど(限定せず)の、所望の組成の高密度で、均一、接着性のあるコーティングを作り出すことが可能な、あらゆる方法により適用されうる。この技術としては、拡散処理法(例えば、内側、外側など)、低圧プラズマ溶射、エアプラズマスプレー、スパッタリング、カソードアーク、電子ビーム物理蒸着法、高速プラズマ溶射法(例えば、HVOF、HVAF)、燃焼処理、線材溶射法、レーザービームクラッディング、電子ビームクラッディング、などを、これに限定せず含みうる。
ボンディングコート用の粒子の大きさはあらゆる適切な大きさでよく、本実施例では約15ミクロン(0.015mm)から約60ミクロン(0.060mm)の間で、平均粒子サイズが約25ミクロン(0.025mm)である。ボンディングコート30はあらゆる適切な厚さで適用され、本実施例では約5mil(0.127mm)から約10mil(0.254mm)の厚さである。ある実施例では、この厚さは約6mil(0.152mm)から約7mil(0.178mm)である。
物品に任意選択的なボンディングコート層を適用した後、図1のステップ12で、セラミックベースの化合物が、任意選択的なボンディングコート層もしくはコーティングされた物品の少なくとも一つの外表面の上に適用される。セラミックベースの化合物はサーマルバリアコーティングとして当業者に周知の任意の複数の処理を用いて物品に適用される。適切な適用法は、物理蒸着法(例えば電子ビーム)、溶射(例えば、エアプラズマ、高速フレーム溶射)、スパッタリング、ゾル‐ゲル法、スラリ法、および前記の適用法の少なくとも一つを備えた組み合わせなど、これに限定せず含む。
いったんサーマルバリアコーティングが適用されると、図1のステップ14で少なくとも一つの不活性化合物がサーマルバリアコーティング上に適用される。少なくとも一つの不活性化合物が当業者に周知の任意の複数の処理を用いてサーマルバリアコーティングに適用される。適切な適用法は、物理蒸着法(例えば電子ビーム)、溶射(例えば、エアプラズマ、高速フレーム溶射)、スパッタリング、ゾル‐ゲル法、スラリ法、および前記の適用法の少なくとも一つを備えた組み合わせなど、これに限定せず含む。
サーマルバリアコーティングおよび少なくとも一つの不活性化合物は同じ方法を用いて適用することができ、例えば、サーマルバリアコーティングと少なくとも一つの不活性化合物との両方が物理蒸着法を用いて適用される。サーマルバリアコーティングと少なくとも一つの不活性化合物とは別々に適用され、サーマルバリアコーティングが形成されて、その後このサーマルバリアコーティング上に少なくとも一つの不活性化合物の層が形成される。この適用法の結果として、サーマルバリアコーティングと少なくとも一つの不活性化合物との層が機械的あるいは化学的に結合、接着もしくは付着される。あるいは、図2のステップ32で、サーマルバリアコーティングと少なくとも一つの不活性化合物とが組み合わされて適用される。例えば、セラミックベースの化合物と少なくとも一つの不活性化合物とが当業者に周知のように一緒に適用されて傾斜化される。セラミックベースの化合物と少なくとも一つの不活性化合物との傾斜化により、少なくとも傾斜化されたコーティングの表面においては少なくとも一つの不活性化合物がほぼ100%存在するコーティングが形成される。
本発明の方法の別の実施例では、図1のステップ12,14でサーマルバリアコーティングと少なくとも一つの不活性化合物とが別の方法を用いて適用される。例えば、サーマルバリアコーティングは物理蒸着法を用いて適用され、少なくとも一つの不活性化合物は溶射法を用いて適用される。サーマルバリアコーティングと少なくとも一つの不活性化合物とは別々に適用されてサーマルバリアコーティングが形成され、その後このサーマルバリアコーティング上に少なくとも一つの不活性化合物の層が形成される。この適用法の結果として、サーマルバリアコーティングと少なくとも一つの不活性化合物との層が機械的あるいは化学的に結合、接着もしくは付着される。
別の実施例では、ゾル‐ゲル法やスラリ法(例えば、浸漬、はけ塗り、塗装など)のような、溶液をもとにした方法を用いて少なくとも一つの不活性化合物を適用する際、図1のステップ14で、サーマルバリアコーティングで被覆された物品が懸濁液を含む水溶液に接触される。この懸濁液は、溶媒と、少なくとも一つの不活性化合物と、少なくとも一つの紫外線硬化性樹脂もしくは熱硬化性樹脂と、少なくとも一つの分散剤と、これに代えてもしくはこれに加えて、少なくとも一つの界面活性剤と、を含む。サーマルバリアコーティングが隙間のある柱状構造をもつ場合、物品を約68°F(20℃)〜約150°F(66℃)の温度で、はじめ約10torr(0.19psi)〜約100torr(1.9psi)の減圧下で約2分〜約5分間懸濁液に接触させ、そしてこの段階で大気圧、すなわち760torr(14.7psi)に調節する。サーマルバリアコーティングが蛇行、相互連結した孔隙をもつ場合、物品を約68°F(20℃)〜約150°F(66℃)の温度で、はじめ約10torr(0.19psi)〜約100torr(1.9psi)の減圧下で約2分〜約10分間懸濁液に接触させ、そしてこの段階で大気圧に調節する。当業者にはこの処理はまた真空含浸法としても知られる。この目的は金属が入り込む空間をつくるためにサーマルバリアコーティングの隙間や孔隙内の空気を抜くことである。空気をさらに抜くためには、例えば懸濁液内で物品を動かして残りの空気を追い出すように、物品を攪拌する。
その後図1のステップ16で樹脂を硬化させるようにコーティングされた物品が紫外光エネルギーもしくは熱で処理される。コーティングされた物品は、紫外光エネルギーで約10秒〜約60秒間、当業者に周知の方法を用いて処理される。別の方法として、熱硬化性樹脂を利用する場合、図1のステップ16で、コーティングされた物品が約300°Fの温度で約20分〜約60分間、同業者に周知のようにオーブンもしくは同様の適切な装置内で処理される。
サーマルバリアコーティングでコーティングされた物品の硬化処理後、余分な溶媒、分散剤や樹脂材料を除去、すなわち蒸発もしくはバーンオフ(燃焼除去)させるように物品を乾燥させる。物品は、当業者に周知の本発明で使用されるのに適した任意の方法を用いて乾燥される。適切な乾燥方法は、空気乾燥、圧力下での乾燥、発熱体の下での乾燥、および前記の方法のうち少なくとも一つを備えた組み合わせなどを、これに限定せず含む。物品を乾燥させるのに要する時間は幾つかの要因、特に懸濁液の溶媒に依存する。例えば、サーマルバリアコーティングが被覆された物品は、樹脂材料をバーンオフするために約750°F〜約1600°Fの温度で約10分〜約90分間乾燥される。
懸濁液に用いられる適切な溶媒は、水、アルコール、および前記の溶媒のうち少なくとも一つをもつ組み合わせなどを含む。適切な分散剤は、乾燥ステップ時に簡単に蒸発もしくはバーンオフされる有機分散剤を含む。代表的な有機分散剤は、ポリメタクリル酸メチル(「PMMA」としても知られる)、ポリビニルアルコールなど、これに限定せずに含む。前記「少なくとも一つの分散剤」は、懸濁液の約0.25%〜約3%(体積%)存在する。
本実施例で用いられる紫外線硬化性樹脂は、開始剤、添加剤、条件剤、モノマー、およびオリゴマーの各々を少なくとも一つずつ含む樹脂である。樹脂は、例えば二重硬化樹脂などの、一つもしくは複数の硬化ステップを要するウレタンベースの樹脂を含む。少なくとも一つの開始剤は、紫外線と適合する波長の紫外光エネルギーに露出されたときに樹脂の重合を開始する物質を含む。二重硬化樹脂では、2つの開始剤が必要であり、樹脂の重合を促進するために第2の開始剤が加熱を要する。コーティングを硬化させる際、例えば当業者に周知のようにコーティングの柱状構造もしくは微小柱状構造の間や、あるいはコーティング内の特定の深みなどの、樹脂材料に紫外光エネルギーが到達しない部位には二重硬化樹脂が効果的である。少なくとも一つの添加剤は、例えば流動度、湿潤度、色、蛍光、および不粘着性表面の達成といった(限定せず)、一つもしくは複数の樹脂特性を促進させることが可能な充填化学物質を含む。少なくとも一つの条件剤は、例えば樹脂の耐衝撃性や亀裂耐性などの耐久性を向上させることが可能な物質を含む。少なくとも一つのモノマーは、例えばコーティングされた物品表面への樹脂の付着などの、表面物質への付着を提供し向上させることが可能な、少なくとも一つのポリマーの一単位を含む。少なくとも一つのオリゴマーは、樹脂のバックボーンとして認識されるとともに、例えば硬度、伸び率、耐化学性などの(限定せず)、紫外線硬化性樹脂の基本的特性を与える約6個のモノマーユニットから約40個のモノマーユニットのポリマーユニットを含む。別の方法では、当業者に周知のように紫外線硬化性樹脂が少なくとも一つの熱硬化性樹脂に置き換えられうる。
サーマルバリアコーティングおよび少なくとも一つの不活性化合物が物品に適用された後、図1のステップ18および図2のステップ34で、コーティングを乾燥させ、必要であれば適用処理時の溶媒を除去、すなわち蒸発もしくはバーンオフさせるように必要な時間、コーティングされた物品を約300°F〜約750°Fの温度で乾燥させる。任意の溶射法を用いてサーマルバリアコーティングを適用する場合、乾燥ステップは任意選択的となるか、もしくは処理過程から省略されることもある。コーティングを乾燥させ、溶媒を除去した後、コーティングの所望の特性を達成するために図1のステップ12,14,16,18もしくは図2のステップ32,34が必要なだけ繰り返される。このような特性は、厚さ、密度、孔隙率などを含む(限定せず)。
少なくとも一つの不活性化合物の各々の結晶構造の形成を促進するため、図1のステップ22および図2のステップ38で、コーティングされた物品が約1200°F(649℃)〜約2000°F(1093℃)の温度で約30分〜約360分間熱処理される。少なくとも一つの不活性化合物が前記の熱処理条件下で乾燥されるに従い、この条件化で不活性化合物の各々の結晶構造が形成される。
前述の処理から形成される本発明のサーマルバリア組成は、前記のセラミックベースの化合物および少なくとも一つの不活性化合物を含むとともに、セラミックバリア組成の適用処理時に形成される少なくとも一つの金属酸化物を含む。少なくとも一つの不活性化合物は、第1の不活性化合物、第2の不活性化合物、もしくは第1の不活性化合物および第2の不活性化合物の両方の混合物を含む。また3つ以上の不活性化合物も利用されうる。
少なくとも一つの不活性化合物は、化学式(I)の立方晶系結晶構造をもつ第1の不活性化合物:
A3B2X3O12 (I)
を含みうる。
A3B2X3O12 (I)
を含みうる。
ただし、Aは、Ca+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Ac+2,Th+2,Pa+2,U+2,Np+2,Pu+2,Am+2,Cm+2,Bk+2,Cf+2,Es+2,Fm+2,Md+2,No+2,Lr+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Ac+2,Th+2,Pa+2,U+2,Np+2,Pu+2,Am+2,Cm+2,Bk+2,Cf+2,Es+2,Fm+2,Md+2,No+2,Lr+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
また少なくとも一つの不活性化合物は、化学式(II)の六方晶系結晶構造をもつ第2の不活性化合物:
A4B6X6O26 (II)
を含みうる。
A4B6X6O26 (II)
を含みうる。
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
また少なくとも一つの不活性化合物は、化学式(I)の不活性化合物と、化学式(II)の不活性化合物との混合物を含みうる。本発明の少なくとも一つの実施例では、化学式(I)の不活性化合物はガーネットを含みうる。本発明における別の少なくとも一つの実施例では、化学式(II)の不活性化合物はオキシアパタイトを含みうる。さらに本発明における別の少なくとも一つの実施例では、前記の混合物がガーネットとオキシアパタイトとの両方を含みうる。適用法に依り、少なくとも一つの不活性化合物は所期の適用法で用いられるのに適した形状をとる。例えば、少なくとも一つの不活性化合物は、ゾル‐ゲル法、スラリ法、もしくは浸漬法で用いられるように微細な微粒子であることもあり、溶射法もしくは物理蒸着法で用いられるように粗い粒子であることもあり、スパッタ法で用いられるように固体ターゲットであることもある。
結果として得られる少なくとも一つの不活性化合物の層、もしくは結果として得られるセラミックベースの化合物と少なくとも一つの不活性化合物との傾斜層は、前記少なくとも一つの不活性化合物の層もしくは傾斜層の約30%(体積%)以下の孔隙率をもち、望ましくは約20%以下である。本発明の不活性化合物は、サーマルバリア組成として現在使用されている全てのセラミックベースの化合物に対して不活性、すなわち化学反応性がない。さらに不活性化合物は、前述の溶融砂粒の少なくとも一つの成分に対しても不活性、すなわち化学反応性がない。不活性特性、ガーネットやオキシアパタイトの硬度(単体もしくは共同で)、および結果とて得られる孔隙率の値は、砂粒およびCMASが本発明のサーマルバリアコーティングに浸入し、コーティングされた物品の表面に達するのを防ぐのに十分である。
図3〜図6を参照すると、本発明の全ての方法により結果として得られる製品は、セラミックベースの化合物の少なくとも一つの層42と、少なくとも一つの不活性化合物の少なくとも一つの層44と、でコーティングされた物品40(図3参照)でもよく、その他には、任意選択的なボンディングコート層56と、セラミックベースの化合物の少なくとも一つの層52と、少なくとも一つの不活性化合物の少なくとも一つの層54と、でコーティングされた物品50(図4参照)でもよい。別の実施例では、セラミックベースの化合物と少なくとも一つの不活性化合物との両方を含んだ少なくとも一つの傾斜層62でコーティングされた物品60(図5参照)でもよく、その他には、任意選択的なボンディングコート層76と、セラミックベースの化合物と少なくとも一つの不活性化合物との両方を含んだ少なくとも一つの傾斜層72と、でコーティングされた物品70(図6参照)でもよい。前述のように、物品は、エーロフォイルをもつあらゆる部品、シールをもつあらゆる部品、エーロフォイル、シールなど(限定せず)の、ターボ機械用途で用いられる部品を含む。当業者に周知のように、一般にシールをもつターボ機械部品もしくはシールにおけるサーマルバリアコーティングは、一般にエーロフォイルをもつターボ機械部品もしくはエーロフォイルにおけるサーマルバリアコーティングよりも、その厚さが一般に厚い。同様に、本発明のコーティングされた物品は、当業者に周知のように工業基準に準拠する。
例えば物品は、ブレード、ベーン、ステータ、中間タービンフレームなどを含む(限定せず)。さらに別の例として物品は、シール、燃焼器パネル、燃焼室、燃焼器隔壁シールド、ディスク側プレート、燃料ノズルガイドなどを含む(限定せず)。
一般的に、本発明のエーロフォイルを有するコーティングされた物品、もしくはコーティングされたエーロフォイルは、約0.25mil〜約15milの厚さをもつ本発明のコーティングを備える。この厚さのコーティング層は、傾斜層もしくは少なくとも一つの不活性化合物のみの層を備える。また、一般的に、本発明のシールを有するコーティングされた物品、もしくはコーティングされたシールは、約0.25mil〜約50milの厚さをもつ本発明のコーティングを備える。この厚さのコーティング層は、傾斜層もしくは少なくとも一つの不活性化合物のみの層を備える。これら本発明のコーティングされた物品におけるコーティングの厚さの幅は、当業者に将来的に認識され理解されるように物品の特定の用途に依り、拡大もしくは縮小されうる。
前述のガーネットやオキシアパタイト材料が単体で、もしくはサーマルバリアコーティングと共同して、溶融砂粒のCMASやその他の成分と反応する。CMASとガーネットもしくはオキシアパタイトとの反応生成物は、本発明によりコーティングされた物品の有効期間中に複数の反応生成物が形成されうるので、さらに少なくとも一つの反応生成物を含む。例えば7YSZ(登録商標)のようなサーマルバリアコーティングとともに積層された、もしくは組み合わされたガーネットもしくはオキシアパタイトがCMASと反応して、ガーネットの結晶構造と複合化するとともにケイ酸オキシアパタイト(silicate oxyapatite)と同時に存在する少なくとも一つの複合酸化物を含んだ反応生成物を形成し、これは少なくとも単体の酸化物、さほど複合化していない複合酸化物、ガラスを含む。
ガーネットやオキシアパタイトがサーマルバリアコーティングを通して分散され、溶融砂粒がコーティングされた物品の金属/セラミック界面へと浸透するに従い、一つもしくは複数の反応生成物がガーネットやオキシアパタイトの全体を通して単体で、もしくはサーマルバリアコーティングとともに形成される。
少なくとも一つの反応生成物が、サーマルバリアコーティング上の層として、もしくはサーマルバリアコーティングを通して、反応障壁すなわちシーラント組成を形成する。サーマルバリアコーティングが、例えば磨耗、腐食、剥離などの、一般的な使用に見合った通常の摩損や破損を受けながらも、結果的なシーラント組成物は依然として残る。したがって、サーマルバリアコーティングが有効期間中に磨耗していくと、シーラント層は再形成されて損傷を受けていない状態のまま残り、効果的にサーマルバリアコーティングに取って代わり、サーマルバリアコーティングとなる。また結果として得られるシーラント層はサーマルバリアコーティングの30%(体積%)以下の所望の孔隙率を示し、望ましくはサーマルバリアコーティングの20%以下の孔隙率を示す。
Claims (51)
- (1)セラミックベースの化合物層を形成するように物品の少なくとも一つの外表面上にセラミックベースの化合物を適用し、
(2)保護層を形成するように前記セラミックベースの化合物層の上に少なくとも一つの不活性化合物を適用し、かつ前記少なくとも一つの不活性化合物が、化学式(I)の立方晶系結晶構造を備えた第1の不活性化合物:
A3B2X3O12 (I)
ただし、Aは、Ca+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、化学式(II)の六方晶系結晶構造を備えた第2の不活性化合物:
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、第1の不活性化合物と第2の不活性化合物との混合物を含み、
(3)前記物品を熱処理することを備えてなる物品のコーティング方法。 - 前記セラミックベースの化合物の適用ステップが、物理蒸着法、溶射法、スパッタリング、ゾル‐ゲル法、およびスラリ法よりなるグループから選択された方法を用いて前記セラミックベースの化合物を適用することを備える請求項1に記載のコーティング方法。
- 前記物理蒸着法が、電子ビーム物理蒸着法であることを特徴とする請求項2に記載のコーティング方法。
- 前記溶射法が、高速フレーム溶射法もしくはエアプラズマ溶射法であることを特徴とする請求項2に記載のコーティング方法。
- 前記熱処理が、前記コーティングされた物品を約1200°F〜約2000°Fで約30分〜約360分間加熱することを備える請求項1に記載のコーティング方法。
- 前記少なくとも一つの不活性化合物の適用ステップが、物理蒸着法、溶射法、スパッタリング、ゾル‐ゲル法、スラリ法、浸漬、はけ塗り、塗装よりなるグループから選択された方法を用いることを備える請求項1に記載のコーティング方法。
- 前記物理蒸着法が、電子ビーム物理蒸着法であることを特徴とする請求項6に記載のコーティング方法。
- 前記溶射法が、エアプラズマ溶射法であることを特徴とする請求項6に記載のコーティング方法。
- 前記溶射法が、高速フレーム溶射法であることを特徴とする請求項6に記載のコーティング方法。
- 前記セラミックベースの化合物を前記物品に適用する方法が、前記不活性化合物を前記セラミックベースの化合物層に適用する方法と異なることを特徴とする請求項1に記載のコーティング方法。
- 前記セラミックベースの化合物を前記物品に適用する方法が、前記不活性化合物を前記セラミックベースの化合物層に適用する方法と同じであることを特徴とする請求項1に記載のコーティング方法。
- 前記物品の少なくとも一つの外表面上に前記セラミックベースの化合物層を適用する前にボンディングコート材料の層を適用するステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のコーティング方法。
- 前記ボンディングコート層の適用が、拡散処理法、低圧プラズマ溶射、エアプラズマスプレー、スパッタリング、カソードアーク、電子ビーム物理蒸着法、高速プラズマ溶射法、燃焼処理、線材溶射法、レーザービームクラッディング、電子ビームクラッディングよりなるグループから選択された方法を備えることを特徴とする請求項12に記載のコーティング方法。
- 前記少なくとも一つの不活性化合物の適用ステップが、
前記物品を、前記不活性化合物と、分散剤、紫外線硬化性樹脂、および任意選択的に界面活性剤の各々を少なくとも一つずつと、を含んだ懸濁液に、約68°F〜約150°Fの温度、約10torr〜約100torrの圧力で約2分〜約5分間接触させるステップと、
前記物品を、紫外光エネルギーを用いて約10秒〜約60秒間硬化処理するステップと、
前記物品を、約750°F〜約1600°Fの温度で約10分〜約90分間熱処理するステップと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のコーティング方法。 - 前記少なくとも一つの不活性化合物の適用が、
前記物品を、前記不活性化合物と、分散剤、熱硬化性樹脂、および任意選択的に界面活性剤の各々を少なくとも一つずつと、を含んだ懸濁液に、約68°F〜約150°Fの温度、約10torr〜約100torrの圧力で約2分〜約10分間接触させるステップと、
前記物品を、約300°Fの温度で約20分〜約60分間硬化処理するステップと、
前記物品を、約750°F〜約1600°Fの温度で約10分〜約90分間熱処理するステップと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のコーティング方法。 - (1)漸変皮膜サーマルバリアコーティングを形成するように物品の少なくとも一つの外表面上にセラミックベースの化合物と少なくとも1つの不活性化合物とを傾斜化させて設け、かつ前記少なくとも一つの不活性物質が、化学式(I)の立方晶系結晶構造を備えた第1の不活性化合物:
A3B2X3O12 (I)
ただし、Aは、Ca+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、化学式(II)の六方晶系結晶構造を備えた第2の不活性化合物:
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、第1の不活性化合物と第2の不活性化合物との混合物を含むとともに、
(2)前記コーティングされた物品を熱処理することを備えてなる物品のコーティング方法。 - 前記傾斜化が、物理蒸着法、溶射法、スパッタリング、ゾル‐ゲル法、およびスラリ法よりなるグループから選択された方法を備えることを特徴とする請求項16に記載のコーティング方法。
- 前記物理蒸着法が、電子ビーム物理蒸着法であることを特徴とする請求項17に記載のコーティング方法。
- 前記溶射法が、高速フレーム溶射法もしくはエアプラズマ溶射法であることを特徴とする請求項17に記載のコーティング方法。
- 前記熱処理が、前記コーティングされた物品を約1200°F〜約2000°Fの温度で約30分〜約360分間加熱することを特徴とする請求項16に記載のコーティング方法。
- 前記傾斜化が、前記漸変皮膜サーマルバリアコーティングにおいて前記少なくとも一つの不活性化合物がほぼ100%(重量%)存在する表面を少なくとももつ前記漸変皮膜サーマルバリアコーティングを形成することを備える請求項16に記載のコーティング方法。
- 前記物品の少なくとも一つの外表面上に前記セラミックベースの化合物の層を適用する前にボンディングコート材料の層を適用するステップをさらに備えることを特徴とする請求項16に記載のコーティング方法。
- 前記ボンディングコート層の適用が、拡散処理法、低圧プラズマ溶射、エアプラズマスプレー、スパッタリング、カソードアーク、電子ビーム物理蒸着法、高速プラズマ溶射法、燃焼処理、線材溶射法、レーザービームクラッディング、電子ビームクラッディングよりなるグループから選択された方法を備えることを特徴とする請求項22に記載のコーティング方法。
- サーマルバリアコーティングを備えた少なくとも一つの表面をもつコーティングされた物品であって、前記サーマルバリアコーティングが、セラミックベースの化合物と、少なくとも一つの不活性化合物と、を含むとともに、前記少なくとも一つの不活性化合物が、化学式(I)の立方晶系結晶構造を備えた第1の不活性化合物:
A3B2X3O12 (I)
ただし、Aは、Ca+2,Gd+3,In+3,Mg+2,Na+,K+,Fe+2,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Sc+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Zr+4,Hf+4,Gd+3,Al+3,Fe+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,In+3,Sc+2,Y+2,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Fe+3,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、化学式(II)の六方晶系結晶構造を備えた第2の不活性化合物:
A4B6X6O26 (II)
ただし、Aは、Ca+2,Mg+2,Fe+2,Na+,K+,Gd+3,Zr+4,Hf+4,Y+2,Sc+2,Sc+3,In+3,La+2,Ce+2,Pr+2,Nd+2,Pm+2,Sm+2,Eu+2,Gd+2,Tb+2,Dy+2,Ho+2,Er+2,Tm+2,Yb+2,Lu+2,Y+2,Ti+2,Zr+2,Hf+2,V+2,Ta+2,Cr+2,W+2,Mn+2,Tc+2,Re+2,Os+2,Co+2,Ir+2,Ni+2,Zn+2,Cd+2よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Bは、Gd+3,Y+2,Sc+2,In+3,Zr+4,Hf+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Xは、Si+4,Ti+4,Al+4,Cr+3,Sc+3,Y+3,V+3,Nb+3,Mo+3,W+3,Mn+3,Fe+3,Ru+3,Co+3,Rh+3,Ir+3,Ni+3,Au+3よりなるグループから選択された少なくとも一つの金属を含み、
Oは酸素である。
もしくは、前記第1の不活性化合物と前記第2の不活性化合物との混合物を含んでなるコーティングされた物品。 - 前記第1の不活性化合物が、前記セラミックベースの化合物を含んだ第2の層の上に配置された第1の層を備えることを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記第1の層が、約0.25mil〜約50milの厚さを備えることを特徴とする請求項25に記載のコーティングされた物品。
- 前記第1の層が、約0.25mil〜約15milの厚さを備えることを特徴とする請求項25に記載のコーティングされた物品。
- 前記第1の不活性化合物と前記セラミックベースの化合物とが1つの傾斜層をなすことを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記傾斜層の少なくとも一つの表面が、前記層の重量百分率のほぼ100%(重量%)存在する前記少なくとも一つの不活性化合物を備えることを特徴とする請求項28に記載のコーティングされた物品。
- 前記第2の不活性化合物が、前記セラミックベースの化合物を含んだ第2の層の上に配置された第1の層を備えることを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記第1の層が、約0.25mil〜約50milの厚さを備えることを特徴とする請求項30に記載のコーティングされた物品。
- 前記第2の不活性化合物と前記セラミックベースの化合物とが1つの傾斜層をなすことを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記傾斜層の少なくとも一つの表面が、前記層の重量百分率のほぼ100%(重量%)存在する前記少なくとも一つの不活性化合物を備えることを特徴とする請求項32に記載のコーティングされた物品。
- 前記第1の不活性化合物と前記第2の不活性化合物との前記混合物が、前記セラミックベースの化合物を含んだ第2の層の上に配置された第1の層を備えることを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記第1の層が、約0.25mil〜約50milの厚さを備えることを特徴とする請求項34に記載のコーティングされた物品。
- 前記第1の不活性化合物と前記第2の不活性化合物との前記混合物と、前記セラミックベースの化合物と、が1つの傾斜層をなすことを特徴とする請求項34に記載のコーティングされた物品。
- 前記傾斜層の少なくとも一つの表面が、前記層の重量百分率のほぼ100%(重量%)存在する前記少なくとも一つの不活性化合物を備えることを特徴とする請求項36に記載のコーティングされた物品。
- 前記セラミックベースの化合物が、安定化ジルコン酸塩もしくは安定化ハフニウム酸塩を備えることを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記セラミックベースの化合物が、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、イットリア安定化ハフニア、カルシア安定化ハフニア、マグネシア安定化ハフニアよりなるグループから選択されることを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記第1の不活性化合物が、ガーネットであることを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記第2の不活性化合物が、オキシアパタイトであることを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記少なくとも一つの不活性化合物が、約30%(体積%)以下の孔隙率を備えることを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記物品が、ブレード、ベーン、ステータ、および中間タービンフレームよりなるグループから選択されることを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記少なくとも一つの不活性化合物が、約5mil〜約15milの厚さをもつ層を備えることを特徴とする請求項43に記載のコーティングされた物品。
- 前記物品が、シール、燃焼器パネル、燃焼室、燃焼器隔壁シールド、ディスク側プレート、および燃料ノズルガイドよりなるグループから選択されることを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記少なくとも一つの不活性化合物が、約0.5mil〜約50milの厚さをもつ層を備えることを特徴とする請求項45に記載のコーティングされた物品。
- 前記物品における前記少なくとも一つの表面上に、この表面と前記サーマルバリアコーティングとの間に配置されたボンディングコート材料をさらに備えることを特徴とする請求項24に記載のコーティングされた物品。
- 前記ボンディングコート層が、約5mil〜約10milの厚さをもつ層を備えることを特徴とする請求項47に記載のコーティングされた物品。
- 前記ボンディングコート材料が、MCrAlYの化学組成を含むとともに、前記Mが、ニッケル、コバルト、鉄、白金、およびこれらの合金よりなるグループから選択された金属を含むことを特徴とする請求項47に記載のコーティングされた物品。
- 前記ボンディングコート材料が、アルミニウム、白金、およびこれらの混合物よりなるグループから選択されたボンディングコート材料を含むことを特徴とする請求項47に記載のコーティングされた物品。
- 前記ボンディングコート材料が、アルミニウム、白金およびMCrAlYよりなるグループから選択されたボンディングコート材料を含むとともに、前記MCrAlYの前記Mが、ニッケル、コバルト、鉄、およびこれらの混合物よりなるグループから選択された金属であることを特徴とする請求項47に記載のコーティングされた物品。
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