JP2012527536A - 耐食物品 - Google Patents

Abstract

ガスタービンエンジンタービンブレードは、少なくとも下部プラットフォーム領域に実質的に６価クロムフリーであるスラリー組成物から形成されるシリコン変性アルミナイドコーティングを含む。シリコン変性アルミナイドコーティングは、重量の不利益を加えることなくＰｔＡｌコーティングと同等の耐酸化性をもたらす。
【選択図】図４

Description

本発明は、一般に、ガスタービンエンジンタービンブレードの下部プラットフォーム領域の耐食コーティング、耐食コーティングを施す方法、ガスタービンエンジンブレードを修理する方法、および耐食物品に関する。

航空機ガスタービンエンジンでは、空気がエンジンの前部に吸い込まれ、シャフトを取り付けた圧縮機によって圧縮され、燃料と混合される。この混合気が燃焼され、高温燃焼ガスは同じシャフトに取り付けたタービンを通過する。燃焼ガスの流れは、タービンブレードおよびベーンのエーロフォイル部に衝突することによってタービンを回転させ、それによってシャフトを回転させ、圧縮機に動力を供給する。高温排ガスが、エンジンの後部から流れ、エンジンおよび航空機を前方に駆動させる。

燃焼ガスおよび排ガスが熱くなるほど、ジェットエンジンの動作はより効率がよくなる。したがって、燃焼ガス温度および排ガス温度を上昇させる動機がある。燃焼ガスの最高温度は、通常、エンジンの高温部構成要素を製造するために使用した材料によって制限される。これらの構成要素には、高温燃焼ガスが直接衝突するガスタービンのタービンベーンおよびタービンブレードが含まれる。これらの構成要素は、酸化剤および腐食剤によって損傷を受ける。

タービンブレードおよびベーンの運転温度の限界および耐用年数を現在のレベルまで増加するために、多くの手法が用いられてきた。ベース材の組成および加工自体も改良されてきた。例として、冷却用空気を通過させる内部冷却通路を備える構成要素を設けることによる冷却技法が使用されている。高温部構成要素を保護するために使用される別の手法は、表面の一部をアルミニウム含有コーティングなどの保護コーティングでコーティングすることである。保護コーティングは、下地基板を保護する酸化アルミニウム保護層を作製するために酸化する。

漏れおよびブリード空気は、タービンブレードの流路でない側に腐食性物質を運ぶ。アルカリ硫酸塩などの金属塩、亜硫酸塩、塩化物、炭酸塩、酸化物、および吸い込んだ砂埃、フライアッシュ、火山灰、コンクリート粉砕物、砂、海塩などから生じる他の塩堆積物が、腐食の主な原因である。ブリードガス環境中の他の要素も、腐食を促進させ得る。関心の温度範囲および大気領域におけるアルカリ硫酸塩腐食は、典型的には約１２００°Ｆ（６４９℃）で始まる温度でタービンブレード基板の点腐食をもたらす。

腐食孔は、下部プラットフォーム領域中においてあるガスエンジンタービンブレードにおける疲労クラックを開始させる原因として認識されている。当技術分野では、下部プラットフォーム領域は、単純アルミナイドコーティングまたは白金アルミナイド（ＰｔＡｌ）コーティングでコーティングされてきた。ＰｔＡｌは、下部プラットフォーム領域に対する最もよく見られるコーティングである。ダブテールの下部プラットフォーム領域の複雑な幾何形状における白金めっきの制御は、とても難しい。白金アルミナイドコーティングは、高価でもある。複雑なコーティングを必要とする部品は、所定の範囲に適切なコーティングを得て他の範囲では避けるために、難しいマスキングおよび工程中の細切れのサイクル（ｉｎ−ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｔｒｉｐ ｃｙｃｌｅｓ）を必要とする。さらに、過酷な運転条件では、ＰｔＡｌコーティングは、下部プラットフォーム部において腐食孔、およびそれに続く疲労クラックが発生するのを防ぐには十分でないことが分かっている。酸化および腐食による損傷は、損傷が低減または修理されない限り、タービンブレードの故障または早期取外し（ｐｒｅｍａｔｕｒｅ ｒｅｍｏｖａｌ）および交換を招き得る。

したがって、タービンブレードのある部分を腐食および酸化から保護するコーティングシステムおよび方法を提供することが望まれている。

いわゆる「シリコン変性」アルミナイドは、例えば、米国特許第４，３１０，５７４号および米国特許第６，１２６，７５８号において、超合金基板にアルミニウムに富んだ領域を与えるためのアルミナイド化の組成物（ａｌｕｍｉｎｉｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）として提案されている。シリコン変性アルミナイドは、基板上へスプレーまたは他のやり方でコーティングできるスラリーコーティングから形成することができる。次いで、揮発性成分を蒸発させ、アルミニウムおよびシリコンを基板表面に拡散させるようにアルミニウム含有成分を加熱することができる。

基板をアルミナイド化するためにスラリーを用いることには利点がある。例えば、スラリーは、容易かつ経済的に調製することができ、スラリーのアルミニウム含有量は、ある特定の基板の要求に適合するように容易に調整することができる。また、スラリーは、いくつかの異なる技法によって基板に施すことができ、スラリーの濡れ性は、比較的均一なアルミニウム処理（ａｌｕｍｉｎｉｚａｔｉｏｎ）を確実にするのに役立つ。

一部のアルミニウム含有スラリー組成物は、耐食性を改善することが知られているクロム酸イオンを含む。これらのスラリー組成物はいくつかの用途に役立ち得るが、クロム酸イオンは、有毒であると考えられる。特に、６価クロメート（Ｃｒ⁺⁶）は、発がん性物質でもあると考えられる。したがって、これらのタイプのコーティング用組成物を使用することは、健康および安全規制を満たすために特別な取扱方法をもたらすことになり、これによりコストを増加させ、生産性を減少させる。

米国特許第７，２７０，８５２号は、金属を主成分とする基板の表面領域をアルミニウムで富化させるためのスラリータイプのアルミニウム処理用の組成物を提供する。例示的な組成物は、コロイド状シリカと、アルミニウムを主成分とする粉末の粒子とを含み、実質的に６価クロムフリーである。

欧州特許第１５０５１７６号

当技術分野で見られる問題を回避するタービンブレードの下部プラットフォーム領域に対する適切なコーティングおよびコーティング方法を提供することが望まれている。特に、６価クロムフリーであり、容易および均一に施すことができ、下地基板の熱機械的特性に負の影響を及ぼさない知られたＰｔＡｌコーティングを上回る優れた性能をもたらすコーティングを提供することが望まれている。

上記の１つまたは複数の必要性は、ブレードの下部プラットフォーム領域を有する超合金基板を備えるガスタービンエンジンタービンブレードを提供する例示的な実施形態によって満たすことができる。このブレードは、下部プラットフォーム領域の少なくとも一部にシリコン変性アルミナイドコーティングを備え、このシリコンアルミナイドコーティングは、実質的に６価クロムフリーであると共にコロイド状シリカと、アルミニウムを主成分とする粉末とを含むスラリー組成物から形成される。

例示的な一実施形態は、下部プラットフォーム領域、およびこの下部プラットフォーム領域の少なくとも一部に配設したスラリー組成物を含むガスタービンエンジンタービンブレードを備える。このスラリー組成物は、実質的に６価クロムフリーであると共にコロイド状シリカと、アルミニウムを主成分とする粉末の粒子とを含み、適切な熱処理の後、スラリー組成物は、下部プラットフォーム領域の少なくとも一部に約０．０６４ｍｍの最終コーティング厚を有するシリコン変性アルミナイドコーティングを施すのに十分な厚さを有する。

本発明とみなされる主題は、本明細書の結論部に特に挙げられ、明確に権利主張されている。しかし、本発明は、以下の説明を添付図面と併せて参照することによって最もよく理解することができる。

ガスタービンエンジンタービンブレードなどの構成要素物品の斜視図である。 タービンブレードの下部プラットフォーム領域に施されるスラリー組成物、およびそれから形成した耐食コーティングを示す概略図である。 例示的なコーティングプロセスを示す流れ図である。 例示的なタービンブレードのコーティングした下部プラットフォーム領域を示す部分断面図である。

図面を参照すると、図１は、好ましくは以前より稼働中である、または新品の物品であり得るガスタービンブレード２０を示す。ガスタービンブレード２０は、稼働運転中に高温燃焼ガス流が衝突するエーロフォイル２２と、下向きに延びるシャンク２４と、ガスタービンブレード２０をガスタービンエンジンのガスタービンディスク（図示せず）に取り付けるダブテール２６の形態の取付部とを有する。プラットフォーム２８は、エーロフォイル２２とシャンク２４およびダブテール２６との間の位置で外に向かって横方向に延びる。プラットフォーム２８は、エーロフォイル２２に隣接する上面３０と、シャンク２４およびダブテール２６に隣接する（プラットフォームの「下側」と呼ばれることもある）底面３２とを有する。

ガスタービンブレード２０は、ニッケル基超合金、鉄基超合金、またはコバルト基超合金で作製することができる。例示的な一実施形態では、ガスタービンブレード２０は、以前より稼働中であるブレードであり得るが、新品の物品も本開示の範囲内で考えられる。以前より稼働中であるガスタービンブレード２０は、新品のガスタービンブレードとして製造され、次いで、少なくとも１度航空機エンジンの稼働に用いられている。稼働中、ガスタービンブレード２０は、その構造を劣化させる状態にさらされる。ガスタービンブレードの一部は、浸食、酸化および／または腐食されて離れ、それによってガスタービンブレード２０の形状および寸法は変化し、コーティングは、穴が開けられ、または減少させられる。ガスタービンブレード２０は、高価な物品であるので、比較的軽微な損傷は、ガスタービンブレード２０を廃棄するのではなく修理することが好ましい。例示的な一実施形態では、ガスタービンブレード２０は、修理、改装および新品同様にすることができ、それによってガスタービンブレード２０は、稼働状態に戻すことができる。そのような修理、改装および新品同様にすることは、他の状況では使用不可能なガスタービンブレードを、適切な処理をした後に次の稼働に戻すことによって航空機ガスタービンエンジンの採算性を改善する重要な機能である。

場合によっては、修理の一態様は、「下部プラットフォーム領域３４」と本明細書において呼ばれるプラットフォーム２８の底面３２、およびシャンク２４の隣接部分に保護コーティングを施すことである。下部プラットフォーム領域３４は、エーロフォイル２２に衝突する高温燃焼ガス流から比較的隔たっているので、下部プラットフォーム領域３４が保護コーティングを備えないということは、場合によっては、過去の慣例の通りである。しかし、ガスタービンブレード２０の他の特性が、エンジン効率を向上させるためにいっそうより高温の運転温度を可能にするように改善されたので、酸化および腐食による損傷を抑え、望ましくは酸化および腐食による損傷が生じないようにするために、下部プラットフォーム領域３４が、保護コーティングを必要とし得ることは明らかになっている。ここに開示した本実施形態は、以前より稼働中であるガスタービンブレード、および新たに作製したブレードに同様に適用可能である。

例示的な一実施形態では、耐食耐酸化コーティングは、下部プラットフォーム領域３４に形成されて、この領域内のブレードの腐食および／または応力腐食割れを防ぐ。例示的な一実施形態は、タービンブレード２０を取り扱うが、比較的高圧および腐食条件にさらされる他の構成要素も、このコーティングから利益を享受することが予期されよう。

例示的な一実施形態では、耐食耐酸化コーティングは、実質的に６価クロムフリーの組成物である。例示的な６価クロムフリーの組成物は、ブレード上の他の場所でアルミニウム処理用の組成物として利用することができる。例示的な組成物は、（ａ）コロイド状シリカと、（ｂ）アルミニウムを主成分とする粉末の粒子とを含む。例示的な一実施形態では、コロイド状シリカは、組成全体の割合としてシリカ固体に基づいて約５重量％〜約２０重量％の範囲で存在する。例示的な一実施形態では、アルミニウムは、全組成物の重量に基づいて約０．５重量％〜約４５重量％の範囲で存在する。本明細書に開示した全ての割合は、特段の断りがない限り、重量パーセントである。

例示的な一実施形態では、この組成物は、アルミニウムを主成分とする粉末と、コロイド状シリカ（水性系）、有機樹脂（有機ベース系）、およびそれらの組み合わせの群から選択される結合剤と、適宜、不活性の熱分解可能な有機増粘剤（ｉｎｅｒｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｙｒｏｌｙｓａｂｌｅ ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ）とを含む。本明細書で用いられる場合、「熱分解可能（ｐｙｒｏｌｙｓａｂｌｅ）」は、熱分解（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）できることを意味する。

典型的には、不活性の熱分解可能な増粘剤は、固体の有機粒状増粘剤（ｓｏｌｉｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ）を含む。例示的な構造には、ビーズ、ヤーン、ストリング、繊維、およびそれらの組み合わせが含まれる。例示的な材料には、アクリル、ポリマー、より具体的には、ポリ（メチルメタクリレート）が含まれる。例示的な組成物には、ポリビニルアルコールなどの水溶性高分子増粘剤が含まれ得る。

本明細書で用いられる場合、「アルミニウムを主成分とする粉末」は、粉末中に存在する元素全体に基づいて少なくとも約７５重量％のアルミニウムを含有するものとして定義される。この粉末は、白金族金属、希土類金属、例えばランタニド、およびスカンジウムやイットリウムなどのランタニドに化学的に類似する元素などの他の元素を含んでもよい。

例示的な一実施形態では、スラリー組成物は、アルミニウムとシリコンの合金を含み得る。アルミニウムシリコン合金におけるシリコンは、一部において、合金の融点を低下させる働きをし、それによってコーティングプロセスを容易にする。

他の添加剤が、組成物中に存在してもよく、例えば、顔料、希釈剤、硬化剤、分散剤、解膠剤、沈降防止剤、消泡剤、結合剤、可塑剤、緩和剤、表面活性剤、乾燥剤、増量剤、および滑剤などである。一般に、添加材は、全組成物の重量に基づいて約０．０１重量％〜約１０重量％の範囲内のレベルで使用される。

水性組成物については、結合剤は、コロイド状シリカを含む。本明細書で用いられる場合、「コロイド状シリカ」は、シリカの微粒子を水または他の溶剤の媒体に分散したものを意味する。「水性」は、揮発性成分の少なくとも約６５％が水である組成物を指す。水と混合できる他のキャリアには、例えば１〜４個の炭素原子の低級アルコール、およびハロゲン化炭化水素溶剤が含まれる。

用いられる液体キャリアの量は、通常、スラリーの固体成分を懸濁状態に維持するのに十分な最小量であるが、例えば、組成物の粘性を調整するために他の量が用いられてもよい。一般に、液体キャリアは、組成物全体の約３０重量％〜約７０重量％を占める。

例示的な一実施形態では、組成物は、少なくとも２つのヒドロキシル基を有する少なくとも１つの有機安定剤を含む。有機安定剤は、アルカンジオール、グリセロール、ペンタエリトリトール、脂肪、および炭水化物からなる群から選択することができる。一般に、有機安定剤は、組成物中に存在する水性成分との接触時にアルミニウムを主成分とする粉末を化学的に安定化するのに十分な量で存在する。例えば、有機安定剤は、組成物の総重量に基づいて約０．１重量％〜約２０重量％の範囲内のレベルで存在し得る。

有機ベースの組成物の実施形態では、結合剤は、少なくとも１つの有機樹脂を含む。本明細書に用いられる「有機ベースの」組成物は、少なくとも１種類の合成樹脂または乾性油を膜形成成分として１種類または複数種類の溶剤と共に含有する物質を説明するように意図されている。有用な有機樹脂のいくつかの例には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、およびそれらの組み合わせが含まれる。アルコール類、グリコール類、ケトン類、アルデヒド類、芳香族化合物、ジメチルホルムアミド、ミネラルスピリット、ナフサ、ニトロ化炭化水素、塩素化炭化水素、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの有機溶剤を与えることが有用であり得る。

例示的な一実施形態では、組成物は、スラリーコーティング組成物として与えられる。コーティングされる基板は、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、または鉄基超合金を含む材料から形成される。スラリーコーティング組成物は、実質的に６価クロムフリーであり、コロイド状シリカ、少なくとも１つの有機樹脂、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される結合剤と、平均粒径が約１ミクロン〜約５０ミクロンの範囲にあるアルミニウムシリコン合金の粒子と、不活性な有機ポリマー増粘剤ビーズとを含む。

例示的な一実施形態は、アルミニウムを主成分とする粉末成分、アルミニウムシリコン合金成分、コロイド状シリカ結合剤成分、および有機安定剤成分を含む。

例示的な組成物は、約８重量％のグリセロール、約３２重量％のコロイド状シリカ結合剤、約４５重量％のアルミニウムを主成分とする粉末、および約１５重量％のアルミニウム合金粉末を含有する。

図２に示すように、スラリー組成物５０を基板５２の所定の部分、例えば、タービンブレードの下部プラットフォーム領域に施すことができる。スラリー組成物／基板アセンブリ５４を熱処理して揮発性成分を除去し、アルミニウムおよびシリコンが基板の中に拡散されているシリコン変性アルミナイド拡散コーティング５６を形成する。例示的な熱処理は、約８００℃〜約９２０℃の範囲内の温度で実行される。他の例示的な熱処理は、揮発性成分を除去するための予備熱処理と、アルミニウム／シリコンを基板の中に拡散させるための最終熱処理とを含んでもよい。例示的な一実施形態では、外面領域６０は、コーティング厚Ｔの約２５％であるように画定される。例示的な一実施形態では、外面領域６０は、少なくとも約２０重量％のアルミニウムと、約１〜約１５重量％のシリコンとを含む。

図３の流れ図によって示す例示的な一実施形態では、ガスタービンブレードの予め選択した部分をコーティングする方法９０が提供される。この方法は、下部プラットフォーム領域を有するガスタービンブレードを用意するステップを含む（ステップ１００）。この方法は、下部プラットフォーム領域の予め選択した部分にスラリー組成物を施すステップをさらに含み（ステップ１１０）、ここでスラリー組成物は、（ａ）コロイド状シリカと、（ｂ）アルミニウムを主成分とする粉末の粒子とを含有する実質的に６価クロムフリーの組成物を含む。スラリー組成物は、予め選択した部分にシリコン変性アルミナイドコーティングを施すことができる。このスラリー組成物は、適切な塗布方法によって予め選択した部分に施される。この塗布方法は、ブラッシング、スプレイング、ポーリング、フローイング、ディッピング、ローリングなど、およびそれらの組み合わせから選択することができる。例示的な一実施形態では、スラリー組成物は、ロボット噴霧器を用いる自動システムにおいて施すことができる。

この方法は、適切な熱処理（ステップ１２０）をさらに含む。例示的な一実施形態では、タービンブレードは、真空および保護雰囲気からなる群から選択される環境中で約８００℃〜約９２０℃の範囲内の予め選択した温度まで加熱される。熱処理は、アルミニウムおよびシリコンを予め選択した部分に拡散させて約０．０６４ｍｍの範囲内の厚さを有するシリコン変性アルミナイドコーティングを形成するように、約０．５時間〜約４時間の範囲内の予め選択した期間、予め選択した温度あたりでガスタービンブレードの温度を保持するステップを含む。

例示的な方法では、タービンブレードは、ブレードのひび割れ、剥離、および過剰なビルドアップ、または他の目に見える表面欠陥の徴候を目視検査することを可能にするために、約１５０°Ｆ（６６℃）〜約２００°Ｆ（９３℃）の温度で「予備硬化」されてもよい（ステップ１３０）。「予備硬化」の操作は、最終熱処理前にコーティングを除去し、置き換えることを可能にする。代替として、このコーティングは、室温で「予備硬化」して同様の結果を達成することができる。

例示的な一実施形態では、このコーティングは、β−ＮｉＡｌ相とＣｒＳ₂相の組み合わせを含む。例示的な一実施形態では、拡散熱処理サイクルは、真空（１×１０³Ｔｏｒｒ以下）の下、約９００℃で少なくとも約４時間加熱するステップを含む。例示的な一実施形態では、拡散コーティングは、約０．０６４ｍｍの厚さを有する。例示的な方法では、スラリー組成物は、所望のコーティング厚を設けるのに十分な厚さに施され得る。例示的な一実施形態では、スラリー組成物は、所望のコーティング厚より大きい厚さ約０．０１０ｍｍに施される。例示的な方法では、施したスラリー組成物の厚さを渦電流検査（ＥＣＩ：ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）技法によって求めることができる。

適宜、この方法は、任意の以前の耐食コーティングを洗浄、検査および除去することによってスラリー組成物を受けるための予め選択した部分を準備するステップを含む（ステップ１０５）。例えば、以前より稼働中である中古のブレードについては、任意のＰｔＡｌまたはアルミナイドコーティングを、下部プラットフォーム領域から除去することが必要とされ得る。機械的手段（例えば、グリットブラスチング）または化学的手段（例えば、ストリッピング）あるいはそれらの任意の組み合わせを用いて以前のコーティングを除去することができる。例示的な一実施形態では、全ての必要なコーティングが除去されることを確実するために、ブレードは、コーティング除去後に加熱／冷却されてもよい。

適宜、例示的な方法は、洗浄や検査などのコーティング後のステップを含む（ステップ１４０）。例えば、外面領域６０（図２）は、アルミニウムおよびシリコンの含有量を求めるために検査されてもよい。

例示的な一実施形態では、ガスタービンブレードを用意するステップ（ステップ１００）は、以前の稼働使用による下部プラットフォーム領域内の腐食またはひび割れの少なくとも１つを示すブレードを用意するステップを含む。例示的な方法は、例示的なコーティングが下部プラットフォーム領域の予め選択した部分に形成された後に、ブレードを稼働状態に戻すこと（修理したブレード）、またはブレードを稼働状態に置くこと（新品のブレード）を含む（ステップ１５０）。例示的な一実施形態では、約１６５０°Ｆ（８９８℃）より高い温度でコーティングまたはアルミニウム処理されるブレードの一部は、下部プラットフォーム領域にスラリー組成物を施す前に処理される。別の例示的な実施形態では、ブレードの一部は、例示的なスラリー組成物が下部プラットフォーム領域に施された後に、例えば、耐環境コーティングシステムまたは遮熱コーティングシステムでコーティングすることができる。

図４を参照すると、例示的な一実施形態は、ニッケル基超合金、鉄基超合金、コバルト基超合金、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される超合金を含有するガスタービンエンジンタービンブレード１００を含む。例示的なブレード１００は、底面１０４を有するプラットフォーム１０２と、シャンク部１０６とを含み、本明細書においてはまとめて下部プラットフォーム領域１１０と呼ばれる。例示的なブレード１００は、下部プラットフォーム領域１１０の予め選択した部分にシリコン変性アルミナイドコーティング１２０をさらに含み、このシリコン変性アルミナイドコーティングは、コロイド状シリカを含む実質的に６価クロムフリーのスラリー組成物から形成される。例示的な一実施形態では、このコーティングは、コーティング厚の外側２５％に少なくとも約２０重量％のアルミニウムおよび約１〜約１５重量％のシリコンの、アルミニウムおよびシリコンの含有量を示す。例示的な一実施形態では、アルミニウムが、コーティングの外側２５％に少なくとも約２４重量％の量で存在する。例示的な一実施形態では、シリコンは、コーティングの外側２５％に少なくとも約４重量％の量で存在する。例示的な一実施形態では、シリコンは、コーティングの外側２５％に約１〜約１０重量％の量で存在する。

例示的な一実施形態では、本明細書に開示するような、下部プラットフォーム領域上のシリコン変性アルミナイドコーティングは、このブレードのある機械的特性を抑えない。例えばコーティングされた様々な超合金基板の低サイクル疲労（ＬＣＦ）試験は、本明細書に開示した６価クロムフリーのスラリー組成物から形成されるコーティングは、知られたＰｔＡｌコーティングに比べて勝ることを示す。知られたＰｔＡｌコーティングと比べると、本明細書に開示した実施形態は、実質的にウェイトニュートラル（ｗｅｉｇｈｔ ｎｅｕｔｒａｌ）である。

Ｒｅｎｅ Ｎ５超合金材料から形成した例示的な基板の試料を本開示によるコーティングの可能性を実証するのに用いた。本明細書に開示した実施形態による６価クロムフリーのシリコン変性アルミナイドが、スラリーとして施され、基板上をコーティングする上塗り層を形成するために熱処理された。コーティング厚は、約１．６ミル（４０．６４ミクロン）だった。このコーティングは、β−ＮｉＡｌ相とＣｒＳｉ₂相の組み合わせを示した。試料は、通常の運転条件でタービンブレードの下部プラットフォーム領域が出会う腐食性物質をシミュレートすることを目的として腐食物混合物にさらされた。この腐食物混合物は、ＣａＳＯ₄、ＭｇＳＯ₄、Ｎａ₂ＳＯ₄、およびＫ₂ＳＯ₄などの硫酸塩化合物を含む。試料が高温で腐食物混合物にさらされた繰り返しの露出サイクルの後、コーティングの検査は、コーティングの劣化がほとんどか全くないことを示す。コーティング組成物は、コーティング全体にわたって分散した微細シリコン豊富相（ｆｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｉｃｈ ｐｈａｓｅ）も示した。

同様の試験が、６価クロム、単純アルミナイド、およびＰｔＡｌを有するコーティングを用いて行われた。本明細書に開示した非６価クロムコーティングは、好ましい比較結果を示した。

したがって、タービンブレードの下部プラットフォーム領域に施した、本明細書に開示した例示的なスラリー組成物は、高温性能を強化するように耐食および耐酸化コーティングを提供することができる。本明細書に開示した例示的な方法は、下部プラットフォーム領域に適切なコーティングを施すための適切な塗布プロセスおよび熱処理プロセスを提供する。

本明細書は例を用いて最良の形態を含めて本発明を開示し、また、当業者による本発明の生産および使用を可能にする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例が、特許請求の範囲の文言とは異ならない構造的要素を有する場合、またはそのような他の例が、特許請求の範囲の文言とはわずかな相違を有する均等な構造要素を含む場合、そのような他の例は、特許請求の範囲内にあるものとする。

２０ ガスタービンブレード
２２ エーロフォイル
２４ シャンク
２６ ダブテール
２８ プラットフォーム
３０ 上面
３２ 底面
３４ 下部プラットフォーム領域
５０ スラリー組成物
５２ 基板
５６ シリコン変性アルミナイド拡散コーティング
６０ 外面領域
９０ 方法
１００ ガスタービンエンジンタービンブレード、ブレード
１０２ プラットフォーム
１０４ 底面
１０６ シャンク部
１１０ 下部プラットフォーム領域
１２０ シリコン変性アルミナイドコーティング

Claims (12)

1. ガスタービンエンジンタービンブレードであって、
   ニッケル基超合金、鉄基超合金、およびコバルト基超合金、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される超合金基板と、
   前記ブレードの下部プラットフォーム領域と、
   前記下部プラットフォーム領域の少なくとも一部にあるシリコン変性アルミナイドコーティングとを備え、前記シリコンアルミナイドコーティングが、実質的に６価クロムフリーであると共にコロイド状シリカと、アルミニウムを主成分とする粉末とを含むスラリー組成物から形成される、ガスタービンエンジンタービンブレード。
2. 前記シリコン変性アルミナイドコーティングは、前記シリコン変性アルミナイドコーティングの表面でのシリコン濃度が、約１〜約１５重量％の範囲内であり、前記シリコン変性アルミナイドコーティングの前記表面でのアルミニウム濃度が、少なくとも約２０重量％の範囲内である、請求項１記載のガスタービンエンジンブレード。
3. 前記シリコン変性アルミナイドコーティングの前記表面での前記シリコン濃度が、少なくとも約４重量％の範囲内である、請求項２記載のガスタービンエンジンブレード。
4. 前記シリコン変性アルミナイドコーティングの前記表面での前記シリコン濃度が、約１〜約１０重量％の範囲内である、請求項２記載のガスタービンエンジンブレード。
5. 新品のブレードを含む、請求項１記載のガスタービンエンジンブレード。
6. 修理した中古のブレードを含む、請求項１記載のガスタービンエンジンブレード。
7. 前記ニッケル基超合金を含む、請求項１記載のガスタービンエンジンブレード。
8. 前記シリコン変性アルミナイドコーティングが、約０．０６４ｍｍの厚さを有する、請求項１記載のガスタービンエンジンブレード。
9. 前記下部プラットフォーム領域内が白金アルミナイドコーティングでコーティングされているガスタービンエンジンブレードと同等の耐酸化性を前記下部プラットフォーム領域内で示す、請求項１記載のガスタービンエンジンブレード。
10. 前記スラリー組成物が、（ａ）コロイド状シリカと、（ｂ）アルミニウムを主成分とする粉末の粒子とを含み、前記コロイド状シリカが、シリカ固体に基づいて約５重量％〜約２０重量％の範囲で存在し、アルミニウムが、全組成物のうちの約０．５重量％〜約４５重量％の範囲で存在する、請求項１記載のガスタービンエンジンブレード。
11. 下部プラットフォーム領域と、
    前記下部プラットフォーム領域の少なくとも一部に配設したスラリー組成物とを含み、前記スラリー組成物が、実質的に６価クロムフリーであると共にコロイド状シリカと、アルミニウムを主成分とする粉末の粒子とを含み、適切な熱処理の後、前記スラリー組成物が、前記下部プラットフォーム領域の少なくとも前記一部に約０．０６４ｍｍの最終コーティング厚を有するシリコン変性アルミナイドコーティングを施すのに十分な厚さを有する、ガスタービンエンジンタービンブレード。
12. 前記スラリー組成物の厚さが、最終コーティング厚より大きい約０．０１０ｍｍである、請求項１０記載のガスタービンブレード。

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