JP2014224526A - 両面冷却特徴要素を備えた構成要素及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】両面冷却特徴要素を備えた構成要素及びその製造方法を提供する。【解決手段】製造方法は、基材を提供するステップと、基材の外側表面内又は基材の外側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝を形成するステップと、基材の内側表面又は基材の内側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝を形成し、基材の内側表面上に１つ又はそれ以上の冷却溝を定めるようにするステップと、を含む。本方法は更に、基材の外側表面の一部又は基材の外側表面上に配置されたコーティングの一部の少なくとも一方を覆って構造コーティングを施工し、基材の外側表面上に１つ又はそれ以上の冷却チャンネルを定めるようにするステップを含む。本方法に従って製造される構成要素が開示される。【選択図】図１５

Description

本開示は、全体的に、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンにおけるマイクロチャンネル冷却に関する。

ガスタービンエンジンにおいて、空気は、圧縮機において加圧され、燃焼器において燃料と混合されて高温の燃焼ガスが発生する。エネルギーは、圧縮機を駆動する高圧タービン（ＨＰＴ）において、及びターボファン航空機エンジン用途においてファンを駆動し又は船舶及び産業用途のため外部シャフトを駆動する低圧タービン（ＬＰＴ）において、ガスから抽出される。

エンジン効率は、燃焼ガスの温度に伴って高くなる。しかしながら、燃焼ガスは、種々の構成要素を流路に沿って加熱し、従って、許容可能な長いエンジン耐用期間を達成するために冷却が必要となる。通常、高温ガス経路構成要素は、圧縮機から空気を抽気することにより冷却される。この冷却プロセスは、抽気空気が燃焼プロセスで使用されないことに起因して、エンジン効率を低下させる。

ガスタービンエンジン冷却技術は、十分に成熟しており、種々の高温ガス経路構成要素における冷却回路及び特徴要素の様々な態様についての数多くの特許が挙げられる。例えば、燃焼器は、半径方向外側及び内側ライナを含み、これらは作動中に冷却を必要とする。タービンノズルは、外側及び内側バンド間に支持される中空のベーンを含み、これもまた冷却を必要とする。タービンロータブレードは、中空であり、通常は冷却回路を内部に含み、ブレードはタービンシュラウドによって囲まれており、これらもまた冷却を必要とする。高温の燃焼ガスは、ライニング加工されて好適に冷却することができる排気部を通って放出される。

これらの例示的なガスタービンエンジン構成要素の全てにおいて、構成要素の重量を軽減し、冷却の必要性を最小限にするために、通常は、高強度超合金金属の薄肉壁が使用される。種々の冷却回路及び特徴要素は、エンジンの対応する環境における個々の構成要素に合わせて調整される。例えば、一連の冷却通路又は蛇行路は、高温ガス経路構成要素内に形成することができる。冷却流体は、プレナムから蛇行路に供給することができ、該冷却流体は、通路を通って流れ、高温ガス経路構成要素の基材及び何らかの関連のコーティングを冷却することができる。しかしながら、この冷却方式は通常、比較的非効率的な熱伝達及び非均一な構成要素温度プロファイルをもたらす。

マイクロチャンネル冷却技術を利用すると、冷却要件を大幅に低減する可能性がある。通常、マイクロチャンネル冷却は、熱流束源にできる限り近接して冷却が加えられ、より具体的には、外部又は高温側上のチャンネルに冷却を加え、従って、所与の熱伝達率に対する耐荷重基材材料の高温側と低温側の間の温度差が低減される。しかしながら、多くの構成要素は、外部又は高温側にのみマイクロチャンネルを配置することで提供できるレベルよりも更に高レベルの全体冷却の効果又は適応性を必要とする可能性がある。

米国特許第８，３８７，２４５号明細書 米国特許第５，６２６，４６２号明細書 米国特許出願公開第２００５／００１３９２６号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０１４５３７１号明細書 米国特許第７，８７９，２０３号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０２９３４２３号明細書

従って、製造時間を短縮し且つその技術を簡素化しながら、冷却能力、効果及び適応性を向上させた冷却チャンネルを高温ガス経路構成要素に形成する方法を提供することが望ましいことになる。

本開示の１つの態様は、内側表面、外側表面、及び少なくとも１つの内部スペースを備えた基材を提供するステップを含む製造方法である。基材の外側表面内又は基材の外側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝が形成され、各溝が外側表面に沿って少なくとも部分的に延びる。基材の内側表面又は基材の内側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝が形成され、各溝が、基材の内側表面上に１つ又はそれ以上の冷却溝を定めるよう内側表面に沿って少なくとも部分的に延びるようにする。基材の外側表面の一部又は基材の外側表面上に配置されたコーティングの一部の少なくとも一方を覆って構造コーティングが施工され、基材の外側表面上に１つ又はそれ以上のチャンネルを定めるようにする。

本開示の別の態様は、内側表面、外側表面、及び少なくとも１つの内部スペースを備えた基材を提供するステップを含む製造方法である。基材の外側表面内又は基材の外側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝が形成され、各溝が外側表面に沿って少なくとも部分的に延びる。加えて、基材の内側表面又は基材の内側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝が形成され、各溝が、内側表面に沿って少なくとも部分的に延びる。基材の外側表面又は基材の外側表面上に配置されたコーティングの一方の少なくとも一部が処理され、それぞれの溝の上部の少なくとも近傍において基材の外側表面又はコーティングの外側表面の一方を塑性変形してファセットを形成し、溝の上部にわたるギャップが縮小されるようにする。基材の外側表面の少なくとも一部又は基材の外側表面上に配置されたコーティング層の少なくとも一部のうちの一方を覆って構造コーティングを施工する。基材の内側表面内又は基材の内側表面上に配置されたコーティング層内の一方に１つ又はそれ以上の冷却チャンネルが定められ、基材の外側表面内又は基材の外側表面上に配置されたコーティング層内の一方に１つ又はそれ以上の冷却チャンネルが定められる。

本開示の更に別の態様は、外側表面と、少なくとも１つの内部スペースを定める内側表面とを含む基材を備えた構成要素である。基材の外側表面内又は基材の外側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝が形成される。各溝は、外側表面に沿って少なくとも部分的に延びて且つベースと開口とを有する。加えて、基材の内側表面内又は基材の内側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝が形成される。各溝は、内側表面に沿って少なくとも部分的に延びて、基材の内側表面上に１つ又はそれ以上の冷却溝を定め且つベースと開口とを有する。基材の外側表面の少なくとも一部又は基材の外側表面上に配置されたコーティングの一方を覆って構造コーティングが配置され、基材の外側表面上に１つ又はそれ以上の冷却チャンネルを定める。

本開示の様々な態様に関する上述の特徴の種々の改善が存在する。これらの種々の態様に更に別の特徴を組み込むこともできる。これらの改善及び追加の特徴は、個別に又は組み合わせて存在することが可能である。例えば、本発明の例証の実施形態の何れかに関して以下で検討する種々の特徴は、本発明の上記の態様の何れかに単独で、もしくは組み合わせて組み込むことができる。この場合もまた、上に提示した概要は、本発明の特定の態様及び内容についての読者の理解を得るためのものであって、特許請求した主題を限定することを意図するものではない。

本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。

図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、ガスタービンシステムの概略図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な翼形部構成の概略断面図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な燃焼器構成の概略断面図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な高温ガス経路構成要素の製造方法のステップを概略的に示す図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な高温ガス経路構成要素の製造方法のステップを概略的に示す図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な高温ガス経路構成要素の製造方法のステップを概略的に示す図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、図５〜７の方法に従って製造された両面マイクロチャンネルの高温ガス経路構成要素の断面図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な高温ガス経路構成要素の製造方法の代替の実施形態の概略図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な高温ガス経路構成要素の製造方法のステップの代替の実施形態の概略図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な高温ガス経路構成要素の製造方法のステップの代替の実施形態の概略図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な高温ガス経路構成要素の製造方法のステップの代替の実施形態の概略図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な高温ガス経路構成要素の製造方法のステップの代替の実施形態の概略図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な高温ガス経路構成要素の製造方法のステップの代替の実施形態の概略図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面冷却を備えた例示的な高温ガス経路構成要素の製造方法のステップの代替の実施形態の概略図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、図９〜１４の方法に従って製造された両面マイクロチャンネルの高温ガス経路構成要素の断面図。 図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、両面マイクロ冷却を含む高温ガス経路構成要素の製造方法の１つの実施構成のフローチャート。

本明細書で使用される用語「第１」、「第２」及び同様のものは、順序、数量、又は重要度を示すものではなく、むしろある要素を別の用途と区別するために使用される。「１つの」といった用語は、本明細書においては数量の限定を表しておらず、言及された品目の少なくとも１つが存在することを表している。数量に関連して使用される修飾語「およそ」は表示値を含めて、文脈によって決まる意味を有する（例えば、特定の量の測定値に付随するある程度の誤差を含む）。加えて、用語「組み合わせ」は、配合物、混合物、合金、反応生成物、及び同様のものを含む。

更にまた、本明細書において「数詞のない表現」の用語は、その用語が意味するものの単数及び複数の両方を含むことを意図しており、従って当該用語の１つ又はそれ以上を含む（例えば、「通路孔」は、別途指定のない限り、１つ又はそれ以上の通路孔を含むことができる）。本明細書全体を通じて、「１つの実施形態」、「別の実施形態」、「ある実施形態」、及びその他などへの言及は、実施形態に関して記載された特定の要素（例えば、特徴、構造、及び／又は特性）が、本明細書で記載される少なくとも１つの実施形態に含まれており、他の実施形態に存在する場合もあり、存在しない場合もあることを意味する。同様に、「特定の構成」への言及は、構成に関して記載された特定の要素（例えば、特徴、構造、及び／又は特性）が、本明細書で記載される少なくとも１つの構成に含まれており、他の構成に存在する場合もあり、存在しない場合もあることを意味する。これに加えて、記載される本発明の特徴部は、様々な実施形態及び構成において何らかの好適な様態で組み合わせることができる点を理解されたい。

図１は、ガスタービンシステム１０の概略図である。システム１０は、１つ又はそれ以上の圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６、及び燃料ノズル２０を含むことができる。圧縮機１２及びタービン１６は、１つ又はそれ以上のシャフト１８により結合することができる。シャフト１８は、単一シャフト又は共に結合されてシャフト１８を形成する複数のシャフトセグメントとすることができる。

ガスタービンシステム１０は、幾つかの高温ガス経路構成要素を含むことができる。高温ガス経路構成要素は、システム１０を通過する高温ガス流に少なくとも部分的に曝される、システム１０の何れかの構成要素である。例えば、バケット組立体（ブレード又はブレード組立体としても知られる）、ノズル組立体（ベーン又はベーン組立体としても知られる）、シュラウド組立体、移行部品、保持リング、及びタービン排出構成要素は、全て高温ガス経路構成要素である。しかしながら、本開示の高温ガス経路構成要素は、上記の実施例に限定されず、高温のガス流に少なくとも部分的に曝されるあらゆる構成要素とすることができる点は理解されたい。更に、本開示の高温ガス経路構成要素は、ガスタービンシステム１０における構成要素に限定されず、高温流に曝される可能性がある機械装置のあらゆる要素又はその構成要素とすることができる点は理解されたい。

高温ガス経路構成要素が高温ガス流に曝されると、高温ガス流によって加熱され、高温ガス経路構成要素が実質的に劣化又は故障する温度にまで達する場合がある。従って、システム１０の所望の効率、性能及び／又は寿命を達成するのに必要な高い温度の高温ガス流でシステム１０が作動できるようにするためには、高温ガス経路構成要素の冷却システムが必要となる。

一般に、本開示の冷却システムは、高温ガス経路構成要素の第１の側部及び対向する第２の側部上の基材及び／又はコーティング層の一方に定められる一連の冷却溝、小チャンネル、又はマイクロチャンネルを含む。高温ガス経路構成要素は、基材の外側表面及び内側表面に、又は基材の内側表面及び外側表面上に配置されたコーティング層に形成される１つ又はそれ以上の溝を含むことができる。追加のコーティング層を基材又はコーティング層の一方に配置し、１つ又はそれ以上の溝の上に架け渡してマイクロチャンネル（本明細書では冷却チャンネルとも呼ばれる）を形成することができる。工業用サイズの発電タービン構成要素において、「小」又は「マイクロ」チャンネルの寸法は、０．２５ｍｍから１．５ｍｍの範囲の概略の深さ及び幅を含み、航空機製造サイズのタービン構成要素では、チャンネルの寸法は、０．１ｍｍから０．５ｍｍの範囲の概略の深さ及び幅を含む。冷却流体は、プレナムからチャンネルに供給することができ、該冷却流体は、チャンネル及び／又は冷却溝を通って流れ、高温ガス経路構成要素を冷却することができる。

ここで図２を参照すると、翼形部構成を有する高温ガス経路構成要素３０の１つの実施例が示されている。図示のように、構成要素３０は、外側表面３４及び内側表面３６を有する基材３２を含む。基材３２の内側表面３６は、少なくとも１つの中空の内部スペース３８を定める。代替の実施形態において、高温ガス経路構成要素３０は、中空の内部スペース３８の代わりに、供給キャビティを含むことができる。図示の実施例において、コーティング４２は、基材３２の外側表面３４の少なくとも一部を覆って配置され、複数の溝が形成されている。加えて、構造コーティング４４がコーティング４２を覆って配置されて溝をシールし、１つ又はそれ以上の冷却チャンネル４０を定める。更に、コーティング４６は、基材３２の内側表面３６の少なくとも一部を覆って配置される。コーティング４６内には、１つ又はそれ以上の溝５０が定められる。図示の実施形態において、構造コーティング４８は、コーティング４６を覆って配置されて溝５０をシールし、１つ又はそれ以上の冷却チャンネル５２を定める。代替の実施形態において、構造コーティングは、熱冷却を向上させるために、コーティング４６及び内部に定められる溝５０の上には配置されない。図示の実施形態において、冷却チャンネル４０、５２の各々は、１つ又はそれ以上の冷却供給孔４３を介して少なくとも１つの中空の内部スペース３８と流体連通してコーティング４２、４６内を少なくとも部分的に延びている。冷却供給孔４３は、離散的開口として構成されるが、それぞれの冷却チャンネル４０、５２の全長にわたってはいない。１つ又はそれ以上の冷却材出口特徴部５４が構造コーティング４８内に定められ、高温流体流の流出を可能にすることができる。

ここで図３を参照すると、図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、１つ又はそれ以上の両面冷却構成要素を含む例示的な燃焼器エンジンの概略断面図が示される。より詳細には、複数の高温ガス経路構成要素を含む、及びより具体的には燃焼器ライナ６２及び燃焼器移行部品６４を含む、燃焼器エンジン６０の１つの実施例が示される。この特定の実施形態において、燃焼器ライナ６２は、ライナ流れスリーブ６３を含み、燃焼器移行部品６４は、周囲の流れスリーブ６５を含む。燃焼器ライナ６２及び燃焼器移行部品６４は、アクセスが容易な冷却材側６８と高温ガス側６６とを有する構成要素であり、ここではマイクロチャンネル及びコーティングの処理は、構成要素の両面冷却を達成するために両方の側部上で行うことができる。図示の構成要素６０、６２では、両面マイクロ冷却は、冷却側だけでなく高温側に対して調整冷却の利点を提供する。図３は更に、下流側タービンノズル７０と、矢印７２で示す圧縮機吐出空気の流れとを示している。

以下で記載されるように、本明細書で開示される方法は、３次元仕上げの構成要素、より詳細には、図２の翼形部３０のような翼形部、図３の燃焼器ライナ６２のような燃焼器ライナ、図３の燃焼移行部品６４のような燃焼移行部品として構成することができる高温ガス経路構成要素、或いは、ドーム型プレート、スプラッシュプレート、又はアクセスが容易な冷却材側と高温ガス側を含み、マイクロ冷却特徴要素及びコーティングの処理を両側で行うことができる他の何れかの高温ガス経路構成要素などの他の高温ガス経路構成要素を生成する堆積及び機械加工技術を含む。本方法は、強度を低下させる多孔質材料を用いる必要もなく、近浸出冷却を含む構成要素をもたらすことができる。冷却チャンネルは、位置及びサイズについて任意又は特定することができ、従って、設計上の融通性がある。更に、１つの実施形態において、通常はチャンネル構造内のコーティング材料の堆積を最小限にするのに利用される、凹状形状の冷却チャンネルは必要ではなく、機械加工時間の短縮及び設計許容度の緩和をもたらすことができる。

上記で示したように、本明細書で開示される方法に従って製造される例示的な実施形態は、両面冷却を提供するように、構成要素の内部及び外部側に形成される複数の冷却特徴要素と流体連通した内部中空通路を含む、ガスタービン翼形部、燃焼器エンジンライナ又は移行部品の製造である。

構成要素３０、６２、又は６４とほぼ同様の構成要素８０を製造する方法について、図４〜１５を参照して説明する。製造方法の実施形態が本開示の目的で提供され、本開示によって本明細書で示されるステップの別の組み合わせが想起される点は理解されたい。ここで図４を参照すると、製造方法は、基材８２内にある深さまで延びる１つ又はそれ以上の溝８８を形成するステップを含む。代替の実施形態において、溝８８の一部だけが基材８２内にある深さまで延びている。図４に示すように、基材８２は、少なくとも１つの中空内部スペース９０を定める内側表面８４及び外側表面８６を含む。図４〜７に示す例示的な構成において、１つ又はそれ以上の溝８８は、実質的に矩形の断面である。直線状の壁を有するように図示されているが、１つ又はそれ以上の溝８８は、あらゆる壁構成を有することができ、例えば、直線状又は湾曲状にすることができる。１つの実施形態において、図４〜７に示す例示的な配列において、完成時には、１つ又はそれ以上の溝８８の各々は、実質的に平行な側壁９２、ベース９４、及び開口９６を含む。代替の実施形態において、完成時には、１つ又はそれ以上の溝８８の各々は、それぞれの開口を狭くすることができ、その結果、各溝が凹状形状の溝（現在説明している）を含むようになる。凹状形状の溝の形成は、同一出願人による、Ｒｏｎａｌｄ Ｓｃｏｔｔ Ｂｕｎｋｅｒ他の「Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ ｓｈａｐｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」の米国特許第８，３８７，２４５号に記載されている。

図２に関して上記で説明したように、図２の基材３２とほぼ同様の基材８２が示される。この特定の実施形態において、最初に、１つ又はそれ以上の溝８８の少なくとも一部は、基材８２の内側表面８４と外側表面８６の両方にある深さで形成される。より詳細には、図４において最も良く示されるように、本方法は、１つ又はそれ以上の溝８８の少なくとも一部が延びて形成されるように基材８２の内側表面８４及び外側表面８６へのサブトラクティブ法を含む。或いは、基材８２は、最初に、１つ又はそれ以上の溝８８の少なくとも一部が内部に形成されて含むように鋳造することができる。基材８２の内側表面８４に定められる１つ又はそれ以上の溝８８は、内側表面８４に沿って延び、基材８２の外側表面８６に定められる１つ又はそれ以上の溝８８は、外側表面８６に沿って延びる。１つの実施形態において、１つ又はそれ以上の溝８８は、１つ又はそれ以上の垂直及び水平方向で又はあるパターンで形成することができる。パターンは、寸法上の要件が維持される限り、湾曲した溝を含む、格子状又はあらゆる任意の幾何形状で形成することができる。

１つの実施形態において、基材８２は、１つ又はそれ以上の溝８８を形成する前に鋳造される。引用により全体が本明細書に組み込まれる、Ｍｅｌｖｉｎ Ｒ． Ｊａｃｋｓｏｎ他による、「Ｄｏｕｂｌｅ−ｗａｌｌ ａｉｒｆｏｉｌ」の米国特許第５，６２６，４６２号で検討するように、基材８２は、何らかの好適な材料から形成することができる。高温ガス構成要素８０の目的とする用途に応じて、これは、Ｎｉ基、Ｃｏ基、及びＦｅ基超合金を含むことができる。Ｎｉ基超合金は、γ及びγ’相の両方を含有するもの、詳細には、γ及びγ’相の両方を含有するＮｉ基超合金とすることができ、ここでγ’相は超合金の少なくとも４０重量％を占める。このような合金は、高温強度及び高温のクリープ抵抗を含む望ましい特性が組み合わされていることに起因して、有利であることが知られている。基材材料はまた、ＮｉＡｌ金属間化合物合金を含むことができ、これらの合金もまた、高温強度及び高温クリープ抵抗を含む優れた特性の組み合わせを有することが知られているので、航空機に使用されるタービンエンジン用途での使用に有利である。Ｎｂ基合金のケースでは、優れた耐酸化性を有するコーティングされたＮｂ基合金が好ましく、詳細には、これらの合金は、Ｎｂ−（２７−４０）Ｔｉ−（４．５−１０．５）Ａｌ−（４．５−７．９）Ｃｒ−（１．５−５．５）Ｈｆ−（０−６）Ｖを含み、ここで組成範囲は原子パーセントである。基材材料はまた、シリサイド、カーバイド、又はホウ化物を含むＮｂ含有金属間化合物など、少なくとも１つの２次相を含有するＮｂ基合金を含むことができる。このような合金は、延性相（すなわち、Ｎｂ基合金）と強化相（すなわち、Ｎｂ含有金属間化合物）との複合材である。他の構成では、基材材料は、Ｍｏ５ＳｉＢ２及びＭｏ３Ｓｉ２次相を有するモリブデン（固溶体）をベースとした合金のような、モリブデン基合金を含む。他の構成では、基材材料は、ＳｉＣファイバで強化された炭化ケイ素（ＳｉＣ）マトリックスのような、セラミックマトリックス複合材を含む。他の構成では、基材材料は、ＴｉＡｌ基金属間化合物を含む。

図示の実施形態において、様々な技術を用いて１つ又はそれ以上の溝８８を形成することができる。基材８２に溝８８を形成する例示的な技術には、アブレシブ液体ジェット、プランジ電解加工（ＥＣＭ）、スピニング単一点電極を用いた放電加工機（ミルＥＤＭ）、及びレーザ機械加工（レーザ孔加工）が挙げられる。例示的なレーザ機械加工技術は、２０１０年１月２９日に出願された、同一出願人による米国特許出願シリアル番号１２／６９７，００５、「Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｈａｐｅｄ ａｉｒ ｈｏｌｅｓ」に記載されており、当該出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。例示的なＥＤＭ技術は、２０１０年５月２８日に出願された、同一出願人による米国特許出願シリアル番号１２／７９０，６７５、「Ａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｃｈｅｖｒｏｎ ｆｉｌｍ ｃｏｏｌｉｎｇ ｈｏｌｅｓ， ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」に記載されており、当該出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。

特定のプロセスにおいて、溝８８の各々の一部は、アブレシブ液体ジェット９８（図４）を用いて形成される。例示的な水ジェット孔加工プロセス及びシステムは、２０１０年５月２８日に出願された、同一出願人による米国特許出願シリアル番号１２／７９０，６７５、「Ａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｃｈｅｖｒｏｎ ｆｉｌｍ ｃｏｏｌｉｎｇ ｈｏｌｅｓ， ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」に記載されており、当該出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。米国特許出願シリアル番号１２／７９０，６７５において説明されるように、水ジェットプロセスは通常、高圧水のストリーム中に懸濁された研磨粒子（例えば、研磨グリット）の高速ストリームを利用する。水圧は、大きく変わる可能性があるが、多くの場合、約３５〜６２０ＭＰａの範囲にある。ガーネット、アルミナ、炭化ケイ素、及びガラスビーズなど、幾つかの研磨材料を用いてもよい。要約すると、アブレシブ液体ジェット機械加工法の能力は、形状を制御することにより様々な深さまで各段階で材料を除去することができる。これにより、基材８２の内側表面８４及び外側表面８６に形成される１つ又はそれ以上の溝８８の各々の一部を、上記で示したように凹状形の溝を形成するよう実質的に平行な側部又は角度を有して孔開けすることが可能になる。

米国特許出願シリアル番号１２／７９０，６７５において説明されるように、水ジェットシステムは、多軸コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ユニットを含むことができる。ＣＮＣシステム自体は当該技術分野で公知であり、例えば、米国特許出願公開２００５／００１３９２６（Ｓ． Ｒｕｔｋｏｗｓｋｉ他）に記載されており、当該米国特許出願公開は引用により本明細書に組み込まれる。ＣＮＣシステムは、幾つかのＸ、Ｙ、及びＺ軸並びに回転軸に沿ったカッティングツールの移動を可能にする。

実質的に平行な側部を有する１つ又はそれ以上の溝８８を定める１つの実施形態において、所定の深さまで基材８２の内側表面８４及び外側表面８６内に形成される１つ又はそれ以上の溝８８の一部の各々は、アブレシブ液体ジェットを基材８２の局所的表面８４、８６に対して実質的に法線角度で配向することにより形成することができる。代替の実施形態において、基材の表面内に形成される溝の一部は、凹状形の溝を定めることを含むことができ、ここで、所定の深さまで基材の内側表面及び外側表面内に形成される１つ又はそれ以上の溝の一部の各々は、アブレシブ液体ジェットの第１のパスで基材表面に対して側方角でアブレシブ液体ジェットを配向し、次いで、各溝が溝の開口に向かって狭くなり始めるように次のパスを側方角とは実質的に反対の角度にすることにより形成することができる。通常は、溝の所望の深さ及び幅を得るために複数のパスが実施される。この技術は、同一出願人による、Ｂｕｎｋｅｒ他による、「Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ ｓｈａｐｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」の米国特許出願シリアル番号１２／９４３，６２４において記載され、当該出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。加えて、１つ又はそれ以上の凹状形の溝を形成するステップは、更に、材料が溝のベースから除去されるように、側方角と実質的に反対の角度との間の１つ又はそれ以上の角度にて溝のベースに向けてアブレシブ液体ジェットが配向される追加パスを実施するステップを含むことができる。

ここで図５を参照すると、製造方法は更に、基材の少なくとも外側表面８６を覆って構造コーティング１０２を配置して、１つ又はそれ以上の溝８８を更に定め、最終的には構成要素８０を冷却するため外側表面上に１つ又はそれ以上の冷却チャンネル１０４を形成するステップを含む。より詳細には、基材８２の外側表面８６への１つ又はそれ以上の溝８８の一部の形成に続いて、構造コーティング１０２が、１つ又はそれ以上の溝８８を実質的にシールするように施工される。１つの実施形態において、図５に示すように、基材８２の内側表面８４へのアクセスに応じて、構造コーティング１０２は更に、基材８２の内側表面８４に形成される１つ又はそれ以上の溝８８を実質的にシールし、構成要素８０の冷却のため内側表面８４上に１つ又はそれ以上の冷却チャンネル１０４を定めるように、基材の内側表面８４上に施工することができる。基材８２の内側表面８４及び外側表面８６上の１つ又はそれ以上の冷却チャンネル１０４は、幾何形状が同一ではなく、正確には互いに対向して配置されなくてもよい点は理解されたい。基材８２の内側表面８４へのアクセスが制限される１つの実施形態において、内側表面８４の内部に形成される溝８８は、開口９６を開いた状態で維持し、構成要素８０に対する熱的強化を向上させることができる。

図４〜７、特に図５に示す構成において、コーティング１０２は、１つ又はそれ以上の溝８８を更に定めるように堆積される。１つの実施形態において、コーティング材料１０２は、約０．０３０インチの厚みを有して堆積などにより製造されるが、コーティング４２の厚みは、設計依存であり、結果として得られる所望の冷却特徴要素サイズによって決定付けられる点は理解されたい。１つの実施形態において、コーティング１０２は、１つ又はそれ以上の溝８８の開口９６を実質的にシールする。上記で示すように、開口９６にわたる距離は、特定の用途に基づいて変わることができる。１つの実施形態において、１つ又はそれ以上の溝８８の各々の開口９６にわたる距離は、約０〜１５ミル（０．０〜０．４ｍｍ）の範囲にある。有利には、これは、犠牲充填剤（図示せず）を用いることなく、コーティング１０２を施工可能にする。１つの実施形態において、基材８２は、開口９６を更に狭くするため、及び犠牲充填剤を用いることなくコーティング１０２を施工可能にするために、ピーニング（ここで説明される）などの処理を含むことができる。

加えて、複数の冷却材供給孔１００が、一定断面のストレート孔、成形孔（楕円形など）、又は収束又は発散孔として１つ又はそれ以上の溝８８の各々と流体連通して基材８２及びコーティング１０２上に形成することができる。１つの実施形態において、１つ又はそれ以上の冷却材供給孔１００は、外側表面８６上に形成される溝８８のそれぞれのベース９４を通って形成され、それぞれの中空内部スペース９０と流体連通してそれぞれの溝８８を接続する。冷却材供給孔１００は孔であるので、従って、冷却チャンネル１０４の溝８８と同一の広がりをもたない点に留意されたい。冷却アクセス孔とも呼ばれる冷却材供給孔を形成する例示的な技法は、同一出願人による、Ｂｕｎｋｅｒ他の「Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」の米国特許出願シリアル番号１３／２１０，６９７に記載されており、本出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。

図６及び７に最も良く示されるように、１つ又はそれ以上の冷却出口特徴要素１０６は、基材８２の外側表面８６上に配置されたコーティング１０２に定められる。１つの実施形態において、冷却出口特徴要素１０６は、コーティング１０２を機械加工することによって形成される。代替の実施形態において、冷却出口特徴要素１０６は、基材８２の外側表面８６上へのコーティング１０２の堆積中に必然的に形成することができる。冷却出口特徴要素１０６は、それぞれの溝８８と出口流を冷却する手段とを流体連通して接続する。この特定の実施形態において、１つ又はそれ以上の冷却出口特徴要素１０６は、孔として構成されるので、チャンネル１０４と同一の広がりをもたない点は理解されたい。冷却出口特徴要素１０６は、複数の冷却チャンネル１０４の冷却出口を接続することができる出口トレンチを含む、多くの代替の形態を取ることができる点は理解されたい。出口トレンチは、同一出願人による、Ｂｕｎｋｅｒ他の「Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」の米国特許出願公開第２０１１／０１４５３７１に記載され、この公開特許は引用により全体が本明細書に組み込まれる。

ここで図７を参照すると、両面冷却特徴要素を含む完成した構成要素８０が示される。冷却材の流れ１０８は、基材の内部表面８４に隣接する内部スペース９０から冷却出口特徴要素１０６を介して構成要素８０の外部に示される。両面マイクロ冷却チャンネルは、構成要素８０に対する冷却を向上させる。

次に、図８〜１４を参照すると、構成要素３０、６２又は６４とほぼ同様の構成要素８０を製造する代替方法が記載される。図８の実施例に示すように、製造方法は、基材８２の内側表面８４及び外側表面８６上にコーティング１１０を堆積するステップを含む。１つの実施形態において、堆積に続いて、コーティング材料１１０が熱処理される。１つの実施形態において、コーティング材料１１０は、約０．０３０インチの厚みを有して製造されるが、コーティング１１０の厚みは、設計依存であり、結果として得られる所望の冷却特徴要素サイズによって決定付けられる点は理解されたい。図９に示すように、製造方法は、基材８２の内側表面８４及び外側表面８６上に堆積されるコーティング１１０に１つ又はそれ以上の溝８８を形成するステップを含む。１つ又はそれ以上の溝８８は、基材８２に貫通することなく１つ又はそれ以上の垂直又は水平方向でコーティング１１０を選択的に除去するためアブレシブ液体ジェット９８を用いて形成するように機械加工によって形成することができる。代替の実施形態において、１つ又はそれ以上の溝８８は、コーティング１１０の更なる処理の前にコーティング１１０内に且つ基材８２内に少なくとも部分的に機械加工することができる。パターンは、寸法上の要件が維持される限り、湾曲した溝を含む、格子状又はあらゆる任意の幾何形状で形成することができる。例えば、図４及び９に示すように、各溝８８は、基材８２の内側表面８４上に堆積されたコーティング１１０に沿って少なくとも部分的に延びる。加えて、各溝は、基材８２の外側表面８６上に堆積されたコーティング１１０に沿って少なくとも部分的に延びる。

図１０において最も良く示されるように、１つ又はそれ以上の冷却材供給孔１００は、基材８２の外側表面８６上の１つ又はそれ以上の溝８８をそれぞれの内部スペース９０に接続する。図２に示すように、基材３２とほぼ同様の基材８２は、図２の内部スペース３８とほぼ同様の少なくとも１つの内部スペース９０を有する。図１０に示す冷却材供給孔１００は、図示の断面で配置された離散的孔であり、１つ又はそれ以上の溝８８の全長に沿って基材８２を貫通して延びていない点に留意されたい。冷却材供給孔１００は、１つ又はそれ以上の溝８８をそれぞれの内部スペース９０に接続するあらゆる所望のパターンでどこにでも機械加工することができる。冷却材供給孔１００は、図１０に最も良く示されるように、基材８２の内側表面８４などの局所的表面に対して法線角度で、又は代替の実施形態においては、局所的表面に対して鋭角で形成することができる。１つの実施形態において、冷却材供給孔１００は、何らかの残りの施工されるコーティング特徴部を貫通して、より詳細にはコーティング１１０の少なくとも一部を貫通して機械加工することができる。

図４〜７に示す方法に関して上記で示したように、基材８２は通常、引用により全体が本明細書に組み込まれる、Ｍｅｌｖｉｎ Ｒ． Ｊａｃｋｓｏｎ他による、「Ｄｏｕｂｌｅ−ｗａｌｌ ａｉｒｆｏｉｌ」の米国特許第５，６２６，４６２号で検討するように、鋳造構造体である。基材８２は、本明細書で既に記載されたようなあらゆる好適な材料から形成することができる。

コーティング層１００は、様々な技術を用いて施工又は堆積することができる。特定のプロセスにおいて、コーティング１１０は、イオンプラズマ蒸着（カソードアーク堆積としても当該技術分野で公知）を実施することによって堆積することができる。例示的なイオンプラズマ蒸着装置及び方法は、同一出願人による、Ｗｅａｖｅｒ他、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｃａｔｈｏｄｉｃ ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｓｍａ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」の米国特許第７，８７９，２０３号において与えられ、当該特許は引用により全体が本明細書に組み込まれる。要約すると、イオンプラズマ蒸着は、所望のコーティング材料を生成する組成を有する消耗カソードを真空チャンバ内に置くステップと、真空環境内に基材を提供するステップと、カソードに電流を供給し、カソード表面上にカソードアークを形成して、カソード表面からコーティング材料のアーク誘起浸食を生じさせるステップと、カソードからコーティング材料を基材の内側表面８４及び外側表面８６上に堆積するステップとを含む。

イオンプラズマ蒸着を用いて堆積されるコーティングの非限定的な実施例は、米国特許第５，６２６，４６２号に記載される。特定の高温ガス経路構成要素では、コーティングは、ニッケル基又はコバルト基合金を含み、より詳細には、超合金又は（Ｎｉ，Ｃｏ）ＣｒＡｌＹ合金を含む。基材材料がγ及びγ’層の両方を含有するＮｉ基超合金である場合、米国特許第５，６２６，４６２号において考察したように、コーティングは同様の材料組成を含むことができる。加えて、超合金では、コーティングは、γ’−Ｎｉ₃Ａｌ系合金に基づく組成を含む。

他のプロセス構成では、コーティング１００は、溶射プロセス及びコールドスプレープロセスのうちの少なくとも１つを実施することにより堆積される。例えば、溶射プロセスは、燃焼溶射又はプラズマ溶射を含むことができ、燃焼溶射は、高速酸素燃料溶射（ＨＶＯＦ）又は高速空気燃料溶射（ＨＶＡＦ）を含むことができ、プラズマ溶射は、大気（空気又は不活性ガスなど）プラズマ溶射、又は低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ、真空プラズマ溶射又はＶＰＳとしても知られる）を含むことができる。１つの非限定的な実施例において、（Ｎｉ，Ｃｏ）ＣｒＡｌＹコーティングは、ＨＶＯＦ又はＨＶＡＦにより堆積される。コーティング１００を堆積する他の例示的な技術は、限定ではないが、スパッタリング、電子ビーム物理蒸着、化学めっき、及び電気めっきを含む。

１つ又はそれ以上の溝８８は、複数の異なる形状の何れかを有するように構成することができる。図７〜１４に示す例示的な構成では、１つ又はそれ以上の溝８８は、実質的に矩形断面である。直線状の壁を有するように図示されているが、１つ又はそれ以上の溝８８は、あらゆる壁構成を有することができ、例えば、直線状又は湾曲状にすることができる。加えて、上述のように、１つ又はそれ以上の溝８８は、凹状形状の溝として構成することができる。

１つ又はそれ以上の溝８８は、様々な技術を用いて形成することができる。コーティング１１０内に１つ又はそれ以上の溝８８を形成する例示的な技術は、アブレシブ液体ジェット、プランジ電解加工（ＥＣＭ）、スピニング単一点電極を用いた放電加工（ミルＥＤＭ）、及び／又はレーザ機械加工を含む。例示的なレーザ機械加工法は、同一出願人による、Ｂ． Ｗｅｉ他、「Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｈａｐｅｄ ａｉｒ ｈｏｌｅｓ』の米国特許出願シリアル番号１２／６９７，００５に記載されており、当該出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。例示的なＥＤＭ技術は、同一出願人による、Ｒ． Ｂｕｎｋｅｒ、「Ａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｃｈｅｖｒｏｎ ｆｉｌｍ ｃｏｏｌｉｎｇ ｈｏｌｅｓ， ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」の米国特許出願公開第２０１１／０２９３４２３号に記載されており、当該公開特許は引用により全体が本明細書に組み込まれる。特定のプロセスにおいて、１つ又はそれ以上の溝８８及び冷却材供給孔１００は、上述のようにアブレシブ液体ジェット９８（図９）を用いて形成される。

図８〜１４に示す方法において、製造方法は更に、コーティング１１０の表面１１２の少なくとも一部を処理して、それぞれの溝８８の上部の少なくとも近傍にコーティング１１０を塑性的に変形させるステップを含む。図１１Ａにおいて最も良く示されるように、この表面処理ステップは、アクセス可能な場合に内側表面８４上に堆積されるコーティング１１０と、基材８２の外側表面８６上に堆積されるコーティング１１０とを実施することができる。図１１Ｂにおいて最も良く示されるように、この表面処理ステップは、基材８２の外側表面８６上に堆積されるコーティング１１０のみを実施することができ、この場合、基材の内側表面８４上に堆積されるコーティング１１０は、容易にアクセス可能ではない。結果として処理されたコーティング１１０は、例えば、図１１Ａ及び１１Ｂに示され、処理の結果として溝８８の上部にわたって存在するギャップ１１４が縮小される。従って、表面１１２の処理は、コーティング材料１１０の塑性変形に影響を及ぼす。有利には、溝８８の上部にわたるギャップ１１４を縮小することによって、製造方法は、開口を直接的に（すなわち、犠牲充填剤を使用することなく）架け渡すように、１つ又はそれ以上の追加の堆積コーティングの能力を改善する。加えて、溝８８の上部にわたるギャップ１１４を縮小することによって、製造方法は、溝８８の上部にわたる幅のあまり厳しくない機械加工仕様の使用を可能にする。有利には、この機械加工仕様を簡素化することにより、製造方法は、チャンネルの機械加工コストを低減することができる。

上記で示したように、本製造方法は更に、任意選択的に、コーティング１１０の堆積前又は堆積中に基材８２を予熱するステップを含むことができる。更に、本製造方法は更に、任意選択的に、コーティング１１０が堆積した後で且つコーティング１１０の表面の処理を行う前に構成要素８０を熱処理（例えば、１１００℃で２時間の真空熱処理）するステップを含むことができる。従って、コーティング１１０の表面１１２を処理するステップは、予熱又は後熱することができる。これらの熱処理の選択肢は、基材８２の内側表面８４及び外側表面８６へのコーティング１１０の接着を向上させ、及び／又はコーティング１１０の延性を増大させ、コーティング１１０を塑性変形させて溝８８の上部にわたるギャップ１１４を縮小するようなコーティング基材８２の処理を可能にすることができる。加えて、本製造方法は更に、任意選択的に、１つ又はそれ以上のグリットブラスト作業を実施するステップを含むことができる。例えば、基材表面８２は、任意選択的に、内側表面８４、外側表面８６、又は内側表面及び外側表面８４、８６両方をコーティング１１０の施工前にグリットブラスト処理することができる。加えて、処理されたコーティング表面１１２は、任意選択的に、グリットブラストに曝され、引き続き堆積される追加コーティング（現在説明される）の接着を改善することができる。グリットブラスト作業は、通常は、熱処理の直後ではなく、熱処理の後に実施されることになる。

２０１１年９月２３日に出願された、同一出願人による、Ｂｕｎｋｅｒ他、「Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」の米国特許出願シリアル番号１３／２４２，１７９は、基材８２に対して同様の処理を加えている。しかしながら、コーティング１１０を処理することにより、上述の方法は、コーティング１１０が基材８２よりも延性があり、従って、塑性変形に好適であるとすることができる点で有利である。加えて、変形プロセスによってコーティング１１０内に誘起される欠陥は、コーティングされた構成要素の機械的欠点を軽減するように影響を与え、後続の熱処理中に基材８２における状態よりもより容易にヒール処理することができる。従って、コーティング１１０を有するシステムは、上述の方法を用いることで、米国特許出願シリアル番号１３／２４２，１７９の方法を用いた非コーティング基材が可能とするよりも大きな程度まで変形させることができる。加えて、コーティング１１０に対する変形のみを制限することにより、この方法は、基材８２の再結晶化を排除することができ、周期的荷重下での機械特性の改善につながる。

上記で示したように、コーティング１１０の表面１１２の処理は、溝８８の上部の近傍でコーティング１１０におけるギャップ１１４を縮小する。本明細書で使用される「ギャップの縮小」とは、処理後のギャップ幅が処理前よりも小さいことを意味する。特定の構成において、この処理は、開口を幾何学的に閉鎖することができ、ここで「幾何学的閉鎖」とは、コーティング１１０が溝開口の反対の側部からコーティング１１０に対して近接近して引き寄せられて、ギャップ１１４を実質的に閉鎖することを意味する。従って、本明細書で使用されるように、幾何学的に閉鎖されることは、金属結合されることと同じではない。しかしながら、特定の処理構成において、実際には金属結合を形成することもできる。有利には、ギャップ１１４のサイズを縮小することにより、開口を直接架け渡すための１つ又はそれ以上の追加の堆積コーティングの能力が更に改善される。

コーティング１１０の表面１１２は、限定ではないが、表面１１２のショットピーニング、表面１１２の水ジェットピーニング、表面１１２のフラッパピーニング、表面１１２の重力ピーニング、表面１１２の超音波ピーニング、表面１１２のバニシ仕上げ、表面１１２の低塑性バニシ仕上げ、及び表面１１２のレーザ衝撃ピーニングを含む、様々な技法の１つ又はそれ以上を用いて処理し、溝８８の少なくとも近傍でコーティング１１０（及び場合によっては基材８２の一部も）を塑性変形させ、溝８８の上部にわたるギャップ１１４が縮小するようにすることができる。表面の処理は、同一出願人による、Ｒ． Ｂｕｎｋｅｒ、「Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｉｔｈ Ｍｉｃｒｏ−Ｃｏｏｌｅｄ Ｃｏａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ（コーティング層） ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」の米国特許出願シリアル番号１３／６６３，９６７に記載されており、本特許出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。

特定のプロセスにおいて、コーティング１１０の表面１１２は、ショットピーニング１１６により処理される。他のプロセスでは、コーティング１１０の表面１１２は、バニシ仕上げにより処理することができる。表面処理される材料及び所望の変形に応じて、様々なバニシ仕上げ技法を利用することができる。バニシ仕上げ技法の非限定的な実施例は、例えば、ローラ、ピン、又はボールを用いたコーティング１１０の表面の塑性マッサージ処理、及び低塑性バニシ仕上げが挙げられる。

１つ又はそれ以上の溝８８の各々の上部にわたるギャップ１１４は、特定の用途に基づいて変わることになる。しかしながら、特定の構成では、１つ又はそれ以上の溝８８の各々の上部にわたるギャップ１１４は、コーティング１１０の表面処理の前で約８〜４０ミル（０．２〜１．０ｍｍ）の範囲であり、コーティング１１０の表面処理の後では約０〜１５ミル（０〜０．４ｍｍ）の範囲にある。特定の構成では、コーティング１１０の表面１１２を処理するステップは、コーティング１１０を「マッシュルーム」のようにコーティング表面１１２を変形させ、１つ又はそれ以上の溝８８の各々の近傍で「ファセット」を形成するようにする。本明細書で使用される「ファセット」とは、例えば、図１１Ａの丸く囲まれた領域で示されるように、溝８８に向けて溝８８の近傍で表面１１２を傾斜させることと理解されたい。

例えば、図１２に示すように、製造方法は更に、基材８２の少なくとも外側表面８６上に堆積されるコーティング１１０の表面１１２の少なくとも一部にわたって追加のコーティング１２０を堆積させて、ギャップ１１４の架け渡しを形成するステップを含む。この追加のコーティング１２０は、１つ又はそれ以上の異なるコーティング層を含むことができる点に留意されたい。例えば、コーティング１２０は、構造コーティング、及び／又はボンドコート、熱障壁コーティング（ＴＢＣ）及び酸化防止コーティングのような任意選択の追加のコーティング層を含むことができる。特定の構成において、コーティング１２０は、外側構造コーティング層を含む。例えば、図１２に示すように、基材８２、コーティング１１０、及びコーティング１２０は、構成要素８０の冷却のため基材８２の外側表面８６上に１つ又はそれ以上の冷却チャンネル１０４の各々を定める。図４〜７の方法で既に示したように、１つの実施形態において、基材８２の内側表面８４へのアクセスに応じて、コーティング１２０は、基材８２の内側表面８４に形成される１つ又はそれ以上の溝８８を実質的にシールして、構成要素８０の冷却のため基材８２の内側表面８４上に１つ又はそれ以上の冷却チャンネル１０４を定めるように、基材８２の内側表面８４に追加的に施工することができる。１つの実施形態において、基材８２の内側表面８４へのアクセスが制限される場合、基材８２の内側表面８４上に配置されるコーティング１１０の内部に形成される溝８８は、開いた状態で維持され、構成要素８０に対する熱的強化を向上させる冷却溝８８として機能することができる。

特定の構成において、コーティング１１０、１２０は、工業部品としては０．１〜２．０ミリメートルの範囲、より詳細には０．２〜１ミリメートルの範囲、更により詳細には０．２〜０．５ミリメートルの範囲で組み合わせ厚みを有する。航空機部品においては、この範囲は通常、０．１〜０．２５ミリメートルである。しかしながら、特定の構成要素８０の要件に応じて他の厚みを利用することもできる。

コーティング層１２０は、様々な技法を用いて堆積することができる。コーティングを形成する例示的な堆積技法は上記で提示されている。構造コーティングに加えて、ボンドコート、ＴＢＣ、及び酸化防止コーティングは、上述の技法を用いて堆積することができる。

特定の構成において、コーティング１１０、１２０を堆積するのに複数の堆積技法を利用することが望ましい。例えば、コーティング１１０は、イオンプラズマ蒸着を用いて堆積することができ、続いて堆積されるコーティング１２０は、フレーム溶射プロセス又はプラズマ溶射プロセスなどの他の技法を用いて堆積することができる。使用材料に応じて、コーティング層に異なる堆積技法を用いることで、限定ではないが、歪み耐性、強度、接着、及び／又は延性などの特性上の利点を提供することができる。

図１３に示すように、コーティング１２０の堆積（及びセラミックコーティングなどの他の何れかのコーティングが施工される）に続いて、冷却パターンを完成するために、１つ又はそれ以上の冷却出口特徴要素１０６は、１つ又はそれ以上の冷却出口特徴要素１０６が冷却パターンと、及びより詳細には基材８２及び溝８８の外側表面８６上に形成される１つ又はそれ以上の冷却チャンネル１０４との流体連通する所望の位置及びパターンで、再度コーティング１２０（及び後続の何らかの堆積されるコーティング）を貫通して機械加工することができる。１つ又はそれ以上の冷却出口特徴要素１０６は、この場合もまた、図１３において最も良く見えるように局所的面に垂直（上述した通り）か又は角度が付けられ、成形その他を含むことができる。冷却出口特徴要素１０６は、複数の冷却チャンネルの冷却出口を接続できる出口トレンチを含む、多くの代替の形態を取ることができる点は理解されたい。出口トレンチは、同一出願人による、Ｂｕｎｋｅｒ他の「Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」の米国特許出願公開第２０１１／０１４５３７１に記載され、この公開特許は引用により全体が本明細書に組み込まれる。

ここで図１４を参照すると、両面冷却を含む完成した構成要素８０が示される。冷却材の流れは、基材の内部表面８４に隣接する内部スペース９０から、冷却出口特徴要素１０６を介して構成要素８０の外部まで示される。両面マイクロ冷却チャンネルは、構成要素８０に対する冷却を向上させる。

ここで図１５を参照すると、図示され本明細書で記載される１つ又はそれ以上の実施形態による、基材８２の内側表面８４及び外側表面８６の各々の内部又はその上に形成される１つ又はそれ以上の冷却チャンネル１０４を含む構成要素８０の製造方法１３０の実施構成を描いたフローチャートが示される。方法１３０は、ステップ１３２において、最初に基材８２を提供することにより、最終的に１つ又はそれ以上の冷却チャンネル１０４を含めた構成要素８０を製造するステップを含む。本方法において、ステップ１３４で、１つ又はそれ以上の溝８８が基材８２の内側表面８４及び外側表面８６に形成される。より具体的には、１つの実施形態において、ステップ１３５は、機械加工などにより、垂直又は水平方向のうちの１つ又はそれ以上で基材８２の一部を選択的に除去し、基材の内部表面８４及び外部表面８６に１つ又はそれ以上の溝８８を定め、これらと流体連通して１つ又はそれ以上の冷却材供給孔１００を定めるステップを含む。パターンの機械加工は、寸法上の要件が維持される限り、湾曲した幾何形状を含む、格子様幾何形状又はあらゆる任意の幾何形状で構成することができる。

代替の方法において、ステップ１３６にて、基材８２の内側表面８４及び外側表面８６上にコーティング１１０を堆積するステップを含む。コーティング１１０は、任意選択的に、更なる処理ステップの前に熱処理することができる。次に、ステップ１３８にて、コーティング１１０を機械加工し、１つ又はそれ以上の垂直及び水平方向でコーティング１１０を選択的に除去してコーティング１１０内に１つ又はそれ以上の溝８８を定める。上述のステップ１３４と同様に、パターンの機械加工は、寸法上の要件が維持される限り、湾曲した幾何形状を含む、格子様幾何形状又はあらゆる任意の幾何形状で構成することができる。ステップ１３８にて、１つ又はそれ以上の冷却材供給孔１００が追加的に基材８２に定められる。１つ又はそれ以上の冷却材供給孔１００は、内部スペース９０と流体連通する。

任意選択のステップ１４０において、次に、基材８２の内側表面８４及び／又は外側表面８６、もしくはコーティング１１０の表面１１２が、ショットピーニングプロセスなどで処理されて変形し、更にコーティング１１０の場合、特にコーティング１１０の表面１１２を「押しつぶし」、１つ又はそれ以上の溝８８のギャップ１１４を縮小する。ステップ１４２にて、次に、コーティング１０２又は１２０が１つ又はそれ以上の溝８８の少なくとも一部の上に堆積し、１つ又はそれ以上の冷却チャンネル１０４を定め、及び任意選択的に１つ又はそれ以上の冷却出口特徴要素１０６を定める。最後に、任意選択のステップ１４４にて、特に、冷却出口特徴要素１０６がステップ１４４において必然的に形成されない場合には、１つ又はそれ以上の冷却出口特徴要素１０６をコーティング１０２、１１０、及び／又は１２０内に機械加工して冷却出口を定めるようにする。１つ又はそれ以上の冷却出口特徴要素１０６は、冷却パターンと流体連通するようコーティング１０２又は１２０においてあらゆる場所及びパターンで機械加工される。処理後、内部スペース通路９０、内部通路９０と流体連通した１つ又はそれ以上の冷却材供給孔１００、基材の外側表面８６内又はその上に形成される１つ又はそれ以上の冷却チャンネル１０４、及び基材の内側表面８４内又はその上に形成され且つ１つ又はそれ以上の冷却材供給孔１００と流体連通した１つ又はそれ以上の溝８８又は冷却チャンネル１０４を含む、構成要素８０が提供される。

有利には、上述の製造方法は、冷却能力が向上した多層浸出冷却工業用構成要素の製造を可能にする。より具体的には、本構成要素は、基材の外側表面内又はその上に形成される１つ又はそれ以上の冷却チャンネル及び基材の内側表面８４内又はその上に形成され熱的強化を向上させた１つ又はそれ以上の冷却チャンネル又は溝を製造することにより、構成要素に対する両面冷却を含む。両面冷却能力は、タービン燃焼器ライナ、移行部品、端壁、プラットフォーム、シュラウド、翼形部などの高温ガス経路構成要素、並びにアクセスが容易な冷却材側及び高温ガス側を含む他の何れかの高温ガス経路構成要素に対して冷却を向上させることができ、この場合、マイクロ冷却特徴要素及びコーティングの処理は、冷却材側及び高温ガス側の両方に行うことができる。

本明細書では、本発明の特定の特徴のみを例示し説明してきたが、多くの修正及び変更が当業者には想起されるであろう。従って、本発明の真の精神の範囲内にあるこのような変更形態及び変更全ては、添付の請求項によって保護されるものとする点を理解されたい。

１０ ガスタービンシステム
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ シャフト
２０ 燃料ノズル
３０ 高温ガス構成要素
３２ 基材
３４ 外側表面
３６ 内側表面
３８ 内部スペース
４０ 表面冷却チャンネル
４２ コーティング
４３ 冷却供給孔
４４ 構造コーティング
４６ コーティング
４８ 構造コーティング
５０ 溝
５２ 表面冷却チャンネル
５４ 冷却材出口
６０ エンジン
６２ 燃焼器ライナ
６３ 燃焼器ライナ流れスリーブ
６４ 燃焼器移行構成要素
６５ 燃焼器移行流れスリーブ
６６ 高温側
６８ 低温側
７０ タービンノズル
７２ 圧縮機吐出空気
８０ 構成要素
８２ 基材
８４ 内部表面
８６ 外側表面
８８ 溝
９０ 内部スペース
９２ 側壁
９４ ベース
９６ 開口
９８ アブレシブ液体ジェット
１００ 冷却材供給孔
１０２ 構造コーティング
１０４ 冷却チャンネル
１０６ 冷却出口特徴要素
１１０ コーティングの第２の実施形態
１１２ 表面
１１４ ギャップ
１１６ ショットピーニング
１２０ 追加コーティング
１３０ 方法
１３６ ステップ
１３８ ステップ
１４０ ステップ
１４２ ステップ
１４４ ステップ

Claims (20)

1. 内側表面、外側表面、及び少なくとも１つの内部スペースを備えた基材を提供するステップと、
   前記基材の外側表面内又は前記基材の外側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝を形成し、前記各溝が前記外側表面に沿って少なくとも部分的に延びるようにするステップと、
   前記基材の内側表面又は前記基材の内側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝を形成し、前記各溝が、前記基材の内側表面上に１つ又はそれ以上の冷却溝を定めるよう前記内側表面に沿って少なくとも部分的に延びるようにするステップと、
   前記基材の外側表面の一部又は前記基材の外側表面上に配置されたコーティングの一部の少なくとも一方を覆って構造コーティングを施工し、前記基材の外側表面上に１つ又はそれ以上のチャンネルを定めるようにするステップと、
   を含む、製造方法。
2. 前記１つ又はそれ以上の溝の各々が、アブレシブ液体ジェット、プランジ電解加工（ＥＣＭ）、スピニング単一点電極を用いた放電加工機（ミルＥＤＭ）、鋳造、及びレーザ機械加工のうちの１つ又はそれ以上を用いて形成される、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記基材の外側表面及び内側表面内に前記１つ又はそれ以上の溝を形成するステップが、前記基材の一部内に前記１つ又はそれ以上の溝の少なくとも一部を形成するステップを更に含む、請求項１に記載の製造方法。
4. 前記基材の内側表面又は外側表面の少なくとも一方の少なくとも一部もしくは前記基材の内側表面又は外側表面の少なくとも一方上に配置されたコーティングの表面を処理し、前記それぞれの溝の上部の近傍において前記基材又は前記コーティングの少なくとも一方を塑性変形させて、前記溝の上部にわたるギャップが縮小されるようにするステップを更に含む、請求項１に記載の製造方法。
5. 前記処理が、表面の水ジェットピーニング、表面のフラッパピーニング、表面の重力ピーニング、表面の超音波ピーニング、表面のバニシ仕上げ、表面の低塑性バニシ仕上げ、及び表面のレーザ衝撃ピーニングのうちの１つ又はそれ以上を実施して、前記溝の近傍において前記基材又は前記コーティングの少なくとも一方を塑性変形させるステップを含む、請求項４に記載の製造方法。
6. 前記コーティングが、外側構造コーティング層、ボンドコート、及び熱障壁コーティングの１つ又はそれ以上を含む、請求項１に記載の製造方法。
7. 機械加工により前記基材の外側表面内に１つ又はそれ以上の溝を形成するステップと、
   機械加工により前記基材の内側表面内に１つ又はそれ以上の溝を形成するステップと、
   前記基材の外側表面の少なくとも一部を覆って構造コーティングを施工し、前記基材の外側表面に１つ又はそれ以上のチャンネルを定めるステップと、
   を更に含む、請求項１に記載の製造方法。
8. 前記基材の内側表面の少なくとも一部を覆って構造コーティングを施工し、前記基材の内側表面に１つ又はそれ以上のチャンネルを定めるステップを更に含む、請求項７に記載の製造方法。
9. 前記基材の外側表面上に配置されたコーティング層内に機械加工によって１つ又はそれ以上の溝を形成するステップと、
   前記基材の内側表面上に配置されたコーティング層内に機械加工によって１つ又はそれ以上の溝を形成するステップと、
   前記基材の外側表面上の前記コーティング層を覆って構造コーティングを施工し、前記基材の外側表面に１つ又はそれ以上のチャンネルを定めるステップと、
   を更に含む、請求項１に記載の製造方法。
10. 前記基材の内側表面又は前記基材の内側表面上に配置されたコーティング層のうちの一方を覆って構造コーティングを施工し、前記基材の内側表面上に１つ又はそれ以上のチャンネルを定めるステップを更に含む、請求項９に記載の製造方法。
11. 内側表面、外側表面、及び少なくとも１つの内部スペースを備えた基材を提供するステップと、
    前記基材の外側表面内又は前記基材の外側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝を形成し、前記各溝が前記外側表面に沿って少なくとも部分的に延びるようにするステップと、
    前記基材の内側表面又は前記基材の内側表面上に配置されたコーティング層内に１つ又はそれ以上の溝を形成し、前記各溝が、前記内側表面に沿って少なくとも部分的に延びるようにするステップと、
    前記基材の外側表面又は前記基材の外側表面上に配置されたコーティングの一方の少なくとも一部を処理し、前記それぞれの溝の上部の少なくとも近傍において前記基材の外側表面又は前記コーティングの外側表面の一方を塑性変形してファセットを形成し、前記溝の上部にわたるギャップが縮小されるようにするステップと、
    前記基材の外側表面の少なくとも一部又は前記基材の外側表面上に配置されたコーティング層の少なくとも一部のうちの一方を覆って構造コーティングを施工するステップと、
    を含み、前記基材の内側表面内又は前記基材の内側表面上に配置されたコーティング層内の一方に１つ又はそれ以上の冷却チャンネルが定められ、前記基材の外側表面内又は前記基材の外側表面上に配置されたコーティング層内の一方に１つ又はそれ以上の冷却チャンネルが定められる、製造方法。
12. 前記基材の外側表面又は前記基材の内側表面の一方内に１つ又はそれ以上の溝を形成するステップが、前記基材の一部内に前記１つ又はそれ以上の溝の少なくとも一部を形成するステップを更に含む、請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記基材の外側表面又は前記基材の外側表面上に配置されたコーティングの外側表面の一方の少なくとも一部を処理するステップが、表面の水ジェットピーニング、表面のフラッパピーニング、表面の重力ピーニング、表面の超音波ピーニング、表面のバニシ仕上げ、表面の低塑性バニシ仕上げ、及び表面のレーザ衝撃ピーニングのうちの１つ又はそれ以上を実施して、前記それぞれの溝の上部の少なくとも近傍において前記表面を変形させ、前記溝の少なくとも１つの縁部に隣接する縁部にファセットを形成するステップを含む、請求項１１に記載の製造方法。
14. 前記構造コーティングが、外側構造コーティング層、ボンドコート、及び熱障壁コーティングの１つ又はそれ以上を含む、請求項１１に記載の製造方法。
15. 前記基材の内側表面の少なくとも一部又は前記基材の内側表面上に配置されたコーティング層の少なくとも一部の一方を覆って構造コーティングを施工し、前記基材の内側表面内又はその上の一方に１つ又はそれ以上の冷却チャンネルを定めるステップを更に含む、請求項１１に記載の製造方法。
16. 構成要素であって、
    外側表面と、少なくとも１つの内部スペースを定める内側表面とを含む基材と、
    前記基材の外側表面内又は前記基材の外側表面上に配置されたコーティング層内に形成され、各々が前記外側表面に沿って少なくとも部分的に延びて且つベースと開口とを有する１つ又はそれ以上の溝と、
    前記基材の内側表面内又は前記基材の内側表面上に配置されたコーティング層内に形成され、各々が前記内側表面に沿って少なくとも部分的に延びて、前記基材の内側表面上に１つ又はそれ以上の冷却溝を定め且つベースと開口とを有する１つ又はそれ以上の溝と、
    前記基材の外側表面の少なくとも一部又は前記基材の外側表面上に配置されたコーティングの一方を覆って配置されて、前記基材の外側表面上に１つ又はそれ以上の冷却チャンネルを定める構造コーティングと、
    を備える、構成要素。
17. 前記基材の内外側表面の少なくとも一部又は前記基材の内側表面上に配置されたコーティングの一方を覆って配置されて、前記基材の内側表面上に１つ又はそれ以上の冷却チャンネルを定める構造コーティングを更に備える、請求項１６に記載の構成要素。
18. 前記１つ又はそれ以上の冷却チャンネルと流体連通した１つ又はそれ以上の冷却材供給孔と、前記１つ又はそれ以上の冷却チャンネルと流体連通した１つ又はそれ以上の出口特徴要素とを更に備える、請求項１６に記載の構成要素。
19. 前記基材の外側表面、前記基材の内側表面、前記基材の外側表面上に配置されたコーティング、又は基材の内側表面上に配置されたコーティングのうちの少なくとも１つにおけるそれぞれの溝の近傍に複数の表面むらが形成される、請求項１６に記載の構成要素。
20. 前記基材の外側表面又は前記基材の内側表面の少なくとも一方上に配置されたコーティングが、外側構造コーティング層、ボンドコート、及び熱障壁コーティングの１つ又はそれ以上を含む、請求項１６に記載の構成要素。