JP2015517416A - Wear-resistant article - Google Patents
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Abstract
本開示は、一般に、その上に複合潤滑シートが接着され、かつ高温時の摩擦特性が改善された、タービンファンブレード、ディスクローターなどの耐摩耗性物品に関する。The present disclosure generally relates to wear resistant articles, such as turbine fan blades, disk rotors, and the like, to which a composite lubricating sheet is bonded and which have improved frictional properties at high temperatures.
Description
本開示は、一般に、耐摩耗性物品に係り、より詳しくは、その上に複合潤滑シートが接着された耐摩耗性物品に関する。 The present disclosure relates generally to wear resistant articles and, more particularly, to wear resistant articles having a composite lubricating sheet bonded thereto.
耐摩耗性物品は、一般に、高負荷および/または高摩擦力の下に、他の物体と継続的に接触したときに、それらの相対的な動きによって摩擦や摩耗が生ずるのを防止または低減するために使用される。 Abrasion resistant articles generally prevent or reduce friction and wear caused by their relative movement when in continuous contact with other objects under high loads and / or high frictional forces. Used for.
本発明の第1の態様は、金属基材に接着された複合潤滑シートを含む耐摩耗性物品であって、その複合潤滑シートは、少なくとも部分的に樹脂が含浸され、芳香族ポリアミドヤーンと、芳香族ポリアミドヤーンおよび低摩擦ヤーンを有する混合ヤーンとを含む布と、その布の一方の面に接着された金属層とを含む、耐摩耗性物品に関する。 A first aspect of the invention is an abrasion resistant article comprising a composite lubricating sheet bonded to a metal substrate, the composite lubricating sheet being at least partially impregnated with a resin, an aromatic polyamide yarn, The present invention relates to a wear-resistant article comprising a fabric comprising an aromatic polyamide yarn and a mixed yarn having a low friction yarn, and a metal layer adhered to one side of the fabric.
本発明の第2の態様は、その上に複合潤滑シートが接着された少なくとも1つの部品を含むタービンエンジンであって、その複合潤滑シートは、少なくとも部分的に樹脂が含浸され、芳香族ポリアミドヤーンと、芳香族ポリアミドヤーンおよび低摩擦ヤーンを有する混合ヤーンとを含む布と、その樹脂含浸布の一方の面に接着された金属層とを含む、タービンエンジンに関する。 A second aspect of the present invention is a turbine engine comprising at least one component having a composite lubricating sheet bonded thereon, the composite lubricating sheet being at least partially impregnated with a resin and an aromatic polyamide yarn. And a fabric comprising a mixed yarn having an aromatic polyamide yarn and a low friction yarn, and a metal layer adhered to one side of the resin impregnated fabric.
本発明のこれらの、また他の特徴は、本発明の各種実施形態を示した添付の図面を用いて本発明の各種態様を詳細に説明した以下の記載により、より容易に理解されるであろう。 These and other features of the present invention will be more readily understood from the following description, in which various aspects of the invention are described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate various embodiments of the invention. Let's go.
なお、本発明の図面は正確な縮尺とされていないことに留意されたい。図面は単に本発明の代表的な態様を示すことを意図したものであり、したがって、本発明の範囲を限定するものではない。図面では、図面間の同様の符号は同様の要素を示す。 It should be noted that the drawings of the present invention are not drawn to scale. The drawings are only intended to illustrate exemplary embodiments of the invention and therefore do not limit the scope of the invention. In the drawings, like numbering represents like elements between the drawings.
航空宇宙産業、特に、タービンエンジンに使用される物品は、この物品と、この物品に接する物体間で高圧負荷と高摩擦力を受けることが多く、それにより、タービンエンジンでは、物品および/または物体の疲労性応力のために、表面が摩耗しクラックが形成される。物品、および/または物品と接する物体の寿命を延ばし、タービンエンジンのメンテナンス期間を短縮し、またそのような物品が組み込まれた装置、アセンブリ、飛行機などの動作時間を長くするため、物品の耐摩耗性を向上させることが求められている。摩耗とは、固体表面の特性が、他の表面の作用によって低下することを意味する。低下する特性としては、厚さ、平滑性、硬さ、強度、および/または完全性を挙げ得るが、これらに限定はされない。物品の耐摩耗性は、金属層を有する複合潤滑シートを、物品の上に接着させることによって、向上または増大させ得ることを見出した。 Articles used in the aerospace industry, particularly turbine engines, are often subjected to high pressure loads and high frictional forces between the article and the object in contact with the article, whereby in the turbine engine the article and / or object Due to the fatigue stress, the surface is worn and cracks are formed. Wear resistance of articles to extend the life of articles and / or objects in contact with articles, shorten turbine engine maintenance periods, and increase the operating time of equipment, assemblies, airplanes, etc. in which such articles are incorporated There is a need to improve performance. Abrasion means that the properties of the solid surface are degraded by the action of other surfaces. The decreasing properties can include, but are not limited to, thickness, smoothness, hardness, strength, and / or integrity. It has been found that the wear resistance of an article can be improved or increased by bonding a composite lubricating sheet having a metal layer onto the article.
本開示による耐摩耗性物品の一実施形態を図1に示す。図1を参照すると、金属基材4と、その上に接着された複合潤滑シート(CLS)8とを有する耐摩耗性物品2が示されている。符号5は、金属基材4が、符号5を超えて続き、より大きく完全な金属基材を形成し得ることを暗に示している。金属基材4はタービンエンジンに一体化した構成要素であり得る。一実施形態では、金属基材4は、限定はされないが、タービンファンブレード、ディスクローターおよびディスクローターアセンブリなどの、摩耗する機械部品、またはその構成要素から選ばれた部品であり得る。他の実施形態では、金属基材4はタービンファンブレードであり得る。他の実施形態では、金属基材4はディスクローターであり得る。金属基材4は、チタン、アルミニウム、スチール、ニッケル、および前記のものの合金から選択される金属を含み得る。他の実施形態では、金属基材4は、チタンを含み得る。他の実施形態では、金属基材4は、スチールを含み得る。他の一実施形態では、金属基材4は、アルミニウムを含み得る。 One embodiment of an abrasion resistant article according to the present disclosure is shown in FIG. Referring to FIG. 1, there is shown an abrasion resistant article 2 having a metal substrate 4 and a composite lubricating sheet (CLS) 8 adhered thereon. Reference 5 implies that the metal substrate 4 can continue beyond 5 and form a larger and more complete metal substrate. The metal substrate 4 can be a component integrated into the turbine engine. In one embodiment, the metal substrate 4 may be a part selected from mechanical parts that wear, or components thereof, such as, but not limited to, turbine fan blades, disk rotors and disk rotor assemblies. In other embodiments, the metal substrate 4 may be a turbine fan blade. In other embodiments, the metal substrate 4 can be a disk rotor. The metal substrate 4 may comprise a metal selected from titanium, aluminum, steel, nickel, and alloys of the foregoing. In other embodiments, the metal substrate 4 may comprise titanium. In other embodiments, the metal substrate 4 may comprise steel. In another embodiment, the metal substrate 4 can include aluminum.
CLS8は、布6と、布6の一方の面に接着された金属層7とを含み得る。布6は少なくとも部分的に樹脂を含浸しており、かつ芳香族ポリアミドヤーンと、芳香族ポリアミドヤーンおよび低摩擦ヤーンを有する混合ヤーンとを含み得る。芳香族ポリアミドヤーンは、布を作るために使用される、芳香族ポリアミドを含む繊維を含む、束にされた複数の繊維であり得る。芳香族ポリアミドヤーンは、ポリ(パラ−フェニレンテレフタルアミド)、ポリ(メタ−フェニレンテレフタルアミド)、ポリ(メタ−フェニレンイソフタルアミド)、ポリ(パラ−フェニレンイソフタルアミド)、それらの組み合わせ、およびそれらのコポリマー(但し、これらに限定されない)から作られたヤーンを含み得る。 The CLS 8 may include a cloth 6 and a metal layer 7 bonded to one surface of the cloth 6. The fabric 6 is at least partially impregnated with resin and may include aromatic polyamide yarns and mixed yarns having aromatic polyamide yarns and low friction yarns. Aromatic polyamide yarns can be a bundle of fibers, including fibers containing aromatic polyamide, used to make fabrics. Aromatic polyamide yarns include poly (para-phenylene terephthalamide), poly (meta-phenylene terephthalamide), poly (meta-phenylene isophthalamide), poly (para-phenylene isophthalamide), combinations thereof, and copolymers thereof. Yarn made from (but not limited to) may be included.
低摩擦ヤーンは、それ自身に対する摩擦係数(COF)が、芳香族ポリアミドヤーンのそれ自身に対するCOFより小さいヤーンであり得る。低摩擦ヤーンはグラファイトまたはフルオロポリマーを含み得る。一実施形態では、低摩擦ヤーンはグラファイト繊維またはフルオロポリマー繊維を含み得る。一実施形態では、フルオロポリマー繊維はポリテトラフルオロエチレン繊維であり得る。樹脂含浸布6は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂(但し、これらに限定されない)から選択される樹脂を少なくとも部分的に含浸し得る。一実施形態では、フェノール樹脂はフェノール−ホルムアルデヒドを含み得る。 The low friction yarn may be a yarn having a coefficient of friction (COF) for itself that is less than the COF for the aromatic polyamide yarn itself. The low friction yarn may comprise graphite or a fluoropolymer. In one embodiment, the low friction yarn may comprise graphite fibers or fluoropolymer fibers. In one embodiment, the fluoropolymer fiber can be a polytetrafluoroethylene fiber. The resin-impregnated cloth 6 may be at least partially impregnated with a resin selected from, but not limited to, a phenol resin, an epoxy resin, or a polyimide resin. In one embodiment, the phenolic resin can include phenol-formaldehyde.
金属層7は、チタン、アルミニウム、スチールおよびニッケルから選択される金属を含み得る。一実施形態では、金属層7はチタンであり得る。他の実施形態では、金属層7はスチールであり得る。金属層7は、約20ミクロン〜約1,000ミクロンの範囲の厚さを有し得る。一実施形態では、金属層7は、約50ミクロン〜約250ミクロンの範囲の厚さを有し得る。他の実施形態では、金属層7は、約70ミクロン〜約100ミクロンの範囲の厚さを有し得る。他の実施形態では、金属層7は、約90ミクロンの厚さを有し得る。 The metal layer 7 may comprise a metal selected from titanium, aluminum, steel and nickel. In one embodiment, the metal layer 7 can be titanium. In other embodiments, the metal layer 7 can be steel. Metal layer 7 may have a thickness in the range of about 20 microns to about 1,000 microns. In one embodiment, the metal layer 7 can have a thickness in the range of about 50 microns to about 250 microns. In other embodiments, the metal layer 7 may have a thickness in the range of about 70 microns to about 100 microns. In other embodiments, the metal layer 7 may have a thickness of about 90 microns.
金属層7は、金属箔の形態であり得る。一実施形態では、金属箔は、チタン、アルミニウム、スチールまたはニッケルの薄い柔軟性を有するシートであり得る。一実施形態では金属層7は、チタン箔であり得る。他の実施形態では、金属箔は、約20ミクロン〜約1,000ミクロンの範囲の厚さを有し得る。他の実施形態では、金属箔は、約50ミクロン〜約250ミクロンの範囲の厚さを有し得る。他の実施形態では、金属箔は、約70ミクロン〜約100ミクロンの範囲の厚さを有し得る。他の実施形態では、金属箔は、約90ミクロンの厚さを有し得る。金属層7は樹脂含浸布6の一方の面に接着され得る。 The metal layer 7 can be in the form of a metal foil. In one embodiment, the metal foil may be a thin flexible sheet of titanium, aluminum, steel or nickel. In one embodiment, the metal layer 7 can be a titanium foil. In other embodiments, the metal foil can have a thickness in the range of about 20 microns to about 1,000 microns. In other embodiments, the metal foil can have a thickness in the range of about 50 microns to about 250 microns. In other embodiments, the metal foil can have a thickness in the range of about 70 microns to about 100 microns. In other embodiments, the metal foil may have a thickness of about 90 microns. The metal layer 7 can be bonded to one surface of the resin-impregnated cloth 6.
一実施形態では、金属層7は、単一の金属元素を含む純金属であり得る。他の実施形態では、金属層7は、2種以上の金属元素を含む金属合金であり得る。2種以上の金属元素が金属7の一部であるとき、いかなる元素も重量パーセントにおいてより多い、または優勢な元素であり得る。金属層7に含まれる元素の実施形態としては、チタン、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、亜鉛、タングステン、モリブデン、錫およびコバルト(但し、これらに限定されない)が挙げられる。上記の元素のいずれもが、重量パーセントにおいてより多い、または優勢な元素であり得る。 In one embodiment, the metal layer 7 may be a pure metal containing a single metal element. In other embodiments, the metal layer 7 may be a metal alloy including two or more metal elements. When two or more metal elements are part of metal 7, any element can be a greater or more dominant element in weight percent. Examples of the elements contained in the metal layer 7 include, but are not limited to, titanium, iron, aluminum, copper, nickel, zinc, tungsten, molybdenum, tin, and cobalt. Any of the above elements can be more or predominant elements in weight percent.
金属層7は、ASTM E−384に従って、荷重100gを20秒間適用したとき、約30以上のビッカース硬さHVを有し得る。一実施形態では、金属層7は、約100以上のビッカースHVを有し得る。他の実施形態では、金属層7は、約200以上のビッカースHVを有し得る。他の実施形態では、金属層7は、約300以上のビッカースHVを有し得る。 The metal layer 7 may have a Vickers hardness HV of about 30 or more when a load of 100 g is applied for 20 seconds in accordance with ASTM E-384. In one embodiment, the metal layer 7 can have a Vickers HV of about 100 or greater. In other embodiments, the metal layer 7 may have a Vickers HV of about 200 or greater. In other embodiments, the metal layer 7 may have a Vickers HV of about 300 or greater.
チタン金属層7を有する複合潤滑シート8の例は、E.I.du Pont de Nemours and Companyから入手可能な、製品グレードのVespel(登録商標)ASB−0670である。他の製品グレードのVespel(登録商標)複合潤滑シート8は、スチール、アルミニウムまたはニッケルの金属層7を含み得る。 Examples of the composite lubricating sheet 8 having the titanium metal layer 7 are described in E.I. I. Product grade Vespel® ASB-0670, available from du Pont de Nemours and Company. Other product grade Vespel® composite lubrication sheets 8 may include a metal layer 7 of steel, aluminum or nickel.
複合潤滑シート(CLS)8は、30ミクロン〜3mmの範囲の厚さを有し得る。実施形態では、CLS8は、50ミクロン〜1mmの範囲の厚さを有し得る。他の実施形態では、厚さは100ミクロン〜750ミクロンの範囲であり得る。 The composite lubricating sheet (CLS) 8 can have a thickness in the range of 30 microns to 3 mm. In embodiments, CLS8 may have a thickness in the range of 50 microns to 1 mm. In other embodiments, the thickness can range from 100 microns to 750 microns.
CLS8は、約127ミクロン/分で約450MPaまで押圧することによって圧力を加え、その後解放したときの圧縮率が、0.1%(0.001)〜約20%(0.20)の範囲であり得る。圧縮率とは、特定の条件下での圧縮によって減少した厚さの割合をいう。一実施形態では、複合潤滑シート8は、1%(0.010)〜約5.7%(0.057)の範囲の圧縮率を有し得る。他の実施形態では、圧縮率は、1.3%(0.013)〜約3%(0.030)の範囲であり得る。上記圧縮率の実施形態は、約127ミクロン/分で約450MPaまで押圧することによって圧力を加え、その後解放して測定され得る。 CLS8 has a compression ratio in the range of 0.1% (0.001) to about 20% (0.20) when pressure is applied by pressing to about 450 MPa at about 127 microns / min and then released. possible. The compression ratio refers to the proportion of the thickness that is reduced by compression under specific conditions. In one embodiment, the composite lubricating sheet 8 may have a compression ratio in the range of 1% (0.010) to about 5.7% (0.057). In other embodiments, the compression ratio can range from 1.3% (0.013) to about 3% (0.030). The compressibility embodiment can be measured by applying pressure by pressing to about 450 MPa at about 127 microns / min and then releasing.
CLS8は、耐摩耗性物品2を形成するため、金属基材4に接着され得る。CLS8の接着は、物理的または化学的結合によって達成され得る。また、熱可塑性接着剤、熱硬化性接着剤、およびこの技術分野で知られている他の接着剤などの接着剤も使用し得る。特に、金属層7は、金属基材4に接着され得る。一実施形態では、熱硬化性接着剤はエポキシ系接着剤であり得る。接着剤層は、約2ミクロン〜2,000ミクロンの範囲の厚さを有し得る。一実施形態では、厚さは、約10ミクロン〜100ミクロンの範囲であり得る。他の実施形態では、厚さは、約20ミクロン〜80ミクロンの範囲であり得る。 The CLS 8 can be bonded to the metal substrate 4 to form the wear resistant article 2. CLS8 adhesion can be achieved by physical or chemical bonding. Adhesives such as thermoplastic adhesives, thermosetting adhesives, and other adhesives known in the art may also be used. In particular, the metal layer 7 can be bonded to the metal substrate 4. In one embodiment, the thermosetting adhesive can be an epoxy adhesive. The adhesive layer can have a thickness in the range of about 2 microns to 2,000 microns. In one embodiment, the thickness can range from about 10 microns to 100 microns. In other embodiments, the thickness can range from about 20 microns to 80 microns.
CLS8を金属基材4に接着する前に、金属基材4に接着させる金属層7の表面、および/または金属基材4の表面を、表面処理してもよい。表面処理は、金属表面を処理する分野で知られた任意の方法により行うことができる。一実施形態では、表面処理はピーニング法によって行うことができる。ピーニング法の代表的な方法としては、多数の小粒子を表面に衝突させる方法が挙げられる。ピーニング法の一例として、ショットピーニングが挙げられる。ショットピーニングされ、粗面化された表面は、表面に小さな穴が形成されることによって確認できる特徴的な粗さを有し得る。他の実施形態では、表面処理は、金属基材4に接着させる金属層7の表面をサンドブラストすること、および/または金属基材4の表面をサンドブラストすることを含み得る。他の実施形態では、表面処理は、金属基材4に接着させる金属層7の表面を化学エッチングすること、および/または金属基材4の表面を化学エッチングすることを含み得る。他の実施形態では、表面処理は、金属基材4に接着させる金属層7の表面をベルト研削すること、および/または金属基材4の表面をベルト研削することを含み得る。 Before the CLS 8 is bonded to the metal substrate 4, the surface of the metal layer 7 to be bonded to the metal substrate 4 and / or the surface of the metal substrate 4 may be surface-treated. The surface treatment can be performed by any method known in the field of treating metal surfaces. In one embodiment, the surface treatment can be performed by a peening method. As a typical method of the peening method, there is a method in which a large number of small particles collide with the surface. One example of the peening method is shot peening. A shot peened and roughened surface may have a characteristic roughness that can be identified by the formation of small holes in the surface. In other embodiments, the surface treatment may include sandblasting the surface of the metal layer 7 to be adhered to the metal substrate 4 and / or sandblasting the surface of the metal substrate 4. In other embodiments, the surface treatment may include chemically etching the surface of the metal layer 7 to be adhered to the metal substrate 4 and / or chemically etching the surface of the metal substrate 4. In other embodiments, the surface treatment may include belt grinding the surface of the metal layer 7 to be adhered to the metal substrate 4 and / or belt grinding the surface of the metal substrate 4.
金属層7の表面、および/または金属基材4の表面を処理するため、上記表面処理を組み合わせて行い得る。例えば、金属基材4に接着させる金属層7の表面をまずショットピーニングし、その後、ショットピーニングされた表面を、金属基材4に接着する前に、サンドブラスト処理により処理してもよい。 In order to treat the surface of the metal layer 7 and / or the surface of the metal substrate 4, the above surface treatments may be performed in combination. For example, the surface of the metal layer 7 to be bonded to the metal substrate 4 may be first shot peened, and then the shot peened surface may be processed by sandblasting before being bonded to the metal substrate 4.
通常の使用においては、本明細書に開示した耐摩耗性物品2は、一般に、複合潤滑シート8の樹脂含浸布6を介して、高圧負荷の下で、かつ振動、往復および/または円運動の下で、他の物体との持続的な接触および運動状態に置かれ得る。高圧負荷は、約100MPa〜約600MPaの範囲であり得る。他の物体と持続的接触状態にある耐摩耗性物品2は、0.01〜0.1の範囲の摩擦係数(COF)を有し得る。一実施形態では、COFは、約0.05未満であり得る。他の実施形態では、COFは0.04未満であり得る。 In normal use, the wear resistant article 2 disclosed herein is generally subject to vibration, reciprocation and / or circular motion under high pressure loads via the resin-impregnated cloth 6 of the composite lubricating sheet 8. Underneath, it can be placed in continuous contact and motion with other objects. The high pressure load can range from about 100 MPa to about 600 MPa. The wear resistant article 2 in persistent contact with other objects may have a coefficient of friction (COF) in the range of 0.01 to 0.1. In one embodiment, the COF can be less than about 0.05. In other embodiments, the COF may be less than 0.04.
耐摩耗性物品2の有用性は、制御された圧力および摩耗条件下、CLS8の耐久性を測定することによって示され得る。圧力下の摩耗は、例えば、既知の粗さを有するチタンブロックなどの、摩耗する表面を有する物体を用意し、摩耗する表面に複合潤滑シート8を接着し(この接着は金属層7と摩耗するチタン表面との間で行われる)、他のチタンブロックなどの、摩耗表面を有する物体を用意し、約210MPa〜約500PMaの範囲の圧力の下、CLS8の樹脂含浸布6と他の物体の摩耗表面の位置合わせを行い、そしてCLS8の樹脂含浸布6を、他の物体の表面と持続的に接触させることによって示され得る。 The usefulness of the wear resistant article 2 can be demonstrated by measuring the durability of the CLS 8 under controlled pressure and wear conditions. For wear under pressure, for example, an object having a surface to be worn, such as a titanium block having a known roughness, is prepared, and a composite lubricating sheet 8 is adhered to the surface to be worn (this adhesion is worn with the metal layer 7). Prepare an object having a wear surface, such as another titanium block, between the titanium surface and wear of the resin-impregnated cloth 6 of CLS8 and the other object under a pressure in the range of about 210 MPa to about 500 PMa. It can be shown by performing surface alignment and making the CLS 8 resin impregnated fabric 6 in permanent contact with the surface of other objects.
本開示は、以下の実施例によりさらに定義し得る。以下の実施例は、本開示の実施形態を示すものではあるが、説明のためにのみ提示されるものであることは理解されるべきである。上記考察と以下の実施例から、当業者であれば、本開示の本質的特徴を確認することができ、この開示の精神と範囲から逸脱することなく、各種の使用および条件に適合するよう、本開示に各種の変更および修正を加えることができる。 The present disclosure may be further defined by the following examples. It should be understood that the following examples illustrate embodiments of the present disclosure, but are presented for illustrative purposes only. From the above discussion and the following examples, those skilled in the art can ascertain the essential features of the present disclosure and adapt to various uses and conditions without departing from the spirit and scope of the present disclosure. Various changes and modifications can be made to the present disclosure.
複合潤滑シート(CLS)8の金属層7に対するビッカース硬度(HV)を表1に示す。表1に示した値は、金属箔の形態の金属層7に対するものである。ビッカース硬度はASTM E−384に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。特に断わらない限り、表1のHVは、100グラムの力を20秒間加えて測定した、HV 0.1/20を意味する。 Table 1 shows the Vickers hardness (HV) for the metal layer 7 of the composite lubricating sheet (CLS) 8. The values shown in Table 1 are for the metal layer 7 in the form of a metal foil. Vickers hardness is described in ASTM E-384, which is incorporated herein by reference in its entirety. Unless otherwise noted, HV in Table 1 means HV 0.1 / 20, measured by applying 100 grams of force for 20 seconds.
本開示のCLS8は、圧縮力による圧潰に耐性を有し得る。一実施形態では、圧力への耐性に対する適切な試験は、強い圧縮力が生み出す圧縮係数を決定することである。表2に、各種金属層7を有するCLS8に対する圧縮率の百分率値と、比較用のために金属層を含まないCLS8の記載項目(10)を示す。 The CLS 8 of the present disclosure may be resistant to crushing due to compressive force. In one embodiment, a suitable test for resistance to pressure is to determine the compression factor that a strong compressive force produces. Table 2 shows the percentage value of the compression ratio for CLS 8 having various metal layers 7 and the description item (10) of CLS 8 not including the metal layer for comparison.
表2において、CLS試験試料2、3および4は、E.I.du Pont de Nemours and Companyから入手可能な、製品グレードのVespel(登録商標)ASB−0670を代表する試料であり、金属層はチタンである。CLS試験試料1、5および6は、製品グレードの別のVespel(登録商標)複合潤滑シート8を代表する試料であり、金属層7はスチール(Fe)およびアルミニウムである。CLS試験試料C1は、金属層7を有さない比較用試料である。 In Table 2, CLS test samples 2, 3 and 4 are E.C. I. A sample representative of product grade Vespel® ASB-0670 available from du Pont de Nemours and Company, the metal layer being titanium. CLS test samples 1, 5 and 6 are samples representative of another product grade Vespel® composite lubricant sheet 8 and the metal layer 7 is steel (Fe) and aluminum. The CLS test sample C1 is a comparative sample that does not have the metal layer 7.
CLS8の圧縮率の百分率値は、ミツトヨIP54マイクロメータ、および8800コントローラーを具備したInstron1332疲労試験機を使用して測定した。ミツトヨIP54マイクロメータは、最初に約25mm×約25mmの正方形のCLSの初期厚さを測定することにより、CLSの厚さを測定するために使用した。Instron1332疲労試験機は、正方形CLSに圧縮荷重を加えるために使用した。測定した正方形CLSは、その後、インストロン1332疲労試験機を使用して、0.05インチ/分(1270ミクロン/分)で、10mm×10mmのショットピーニング処理表面を有するTiブロックにより450MPaにまで圧縮した。450MPaの圧力に到達したところで、圧力を開放し、1分以内にミツトヨIP54マイクロメータを使用して正方形CLSの最終厚さを測定した。 CLS8 compressibility percentage values were measured using an Mitsutoyo IP54 micrometer and an Instron 1332 fatigue tester equipped with an 8800 controller. A Mitutoyo IP54 micrometer was used to measure the thickness of the CLS by first measuring the initial thickness of a square CLS about 25 mm × about 25 mm. An Instron 1332 fatigue tester was used to apply a compressive load to the square CLS. The measured square CLS was then compressed to 450 MPa with a Ti block having a 10 mm × 10 mm shot peened surface at 0.05 inches / minute (1270 microns / minute) using an Instron 1332 fatigue tester. did. When the pressure of 450 MPa was reached, the pressure was released and the final thickness of the square CLS was measured using a Mitutoyo IP54 micrometer within 1 minute.
本開示のCLS8は、圧縮力による圧潰や擦り/摩擦力による摩耗に対する耐性を有し得る。一実施形態では、圧縮力および同時に加わる摩擦力に対する適切な耐性試験は、破壊の前にCLS8が耐え得る最小ストローク数を測定することである。チタン金属層7を有するCLS8と、比較のために金属層を含まないCLS8の最少ストローク数を表3に示す。 The CLS 8 of the present disclosure may have resistance to crushing due to compressive force and abrasion due to rubbing / frictional force. In one embodiment, a suitable resistance test against compressive force and simultaneously applied frictional force is to measure the minimum number of strokes that the CLS 8 can withstand before failure. Table 3 shows the minimum number of strokes of the CLS 8 having the titanium metal layer 7 and the CLS 8 not including the metal layer for comparison.
表3では、CLS試験試料1および2は、E.I.du Pont de Nemours and Companyから入手可能な、製品グレードのVespel(登録商標)ASB−0670を代表する試料であり、金属層はチタンである。CLS試験試料C1は、比較用試料であり、これは金属層7を有さない。 In Table 3, CLS test samples 1 and 2 are E. coli. I. A sample representative of product grade Vespel® ASB-0670 available from du Pont de Nemours and Company, the metal layer being titanium. The CLS test sample C1 is a comparative sample and does not have the metal layer 7.
金属基材と共に使用しているCLS8の最少ストローク数は、8800コントローラーを具備したインストロン1321疲労試験機を使用して測定した。最少ストローク数は、CLS8の樹脂含浸布層6に対する物品の相対的な動きによってなされる、10Hzで往復運動する、長さ1.2mmの試験ストロークの数として報告した。 The minimum number of strokes of CLS8 used with the metal substrate was measured using an Instron 1321 fatigue tester equipped with an 8800 controller. The minimum number of strokes was reported as the number of 1.2 mm long test strokes reciprocating at 10 Hz made by the relative movement of the article with respect to the CLS 8 resin-impregnated fabric layer 6.
圧力下における摩耗の評価に先立って、CLS8の樹脂含浸布層6に、フルオロケミカル含有潤滑剤を、樹脂含浸布層6の表面に潤滑剤を噴霧または塗付することにより、軽くコーティングした。噴霧またはコーティングにより、薄い半透明から不透明の潤滑剤のコーティングが形成される。 Prior to the evaluation of wear under pressure, the CLS8 resin-impregnated cloth layer 6 was lightly coated by spraying or applying a fluorochemical-containing lubricant to the surface of the resin-impregnated cloth layer 6 with a lubricant. Spraying or coating forms a thin translucent to opaque lubricant coating.
CLS8を、例えば、CA州、IrvineのNewport Adhesives and Composites,Incから入手可能な、NB 101などのエポキシ系接着剤により、静止した金属基材に接着した。静止金属基材は、サンドブラスト処理した20mm×20mmのチタンブロックであり、ロックウェル硬さC33のピーニング硬化した1つの面を有した。CLS8の樹脂含浸布層6をチタンブロックとは反対側に向けて、CLS8の金属層をチタンブロックに接着した。接着剤を、90分間で約79℃までの第1の加熱工程と、その後の1時間で約149℃までの第2の加熱工程を含む低圧下(約5psi)においてオーブンで硬化させた。その後、CLS8を上に向けて、チタンブロックをInstron1321の下側キャリヤーに載置した。 CLS8 was bonded to a stationary metal substrate with an epoxy-based adhesive, such as NB 101, available from Newport Adhesives and Composites, Inc., Irvine, CA. The stationary metal substrate was a sandblasted 20 mm × 20 mm titanium block with one surface peened and cured with Rockwell hardness C33. The metal layer of CLS8 was bonded to the titanium block with the resin-impregnated cloth layer 6 of CLS8 facing the side opposite to the titanium block. The adhesive was cured in an oven under low pressure (about 5 psi), including a first heating step to about 79 ° C. in 90 minutes, followed by a second heating step to about 149 ° C. in one hour. Thereafter, the titanium block was placed on the lower carrier of the Instron 1321 with the CLS 8 facing up.
約10mm×10mmの大きさのピーニング硬化表面(Rc33)を有する第2のチタンブロックをInstron1321の上側キャリヤーに載置し、下側キャリヤーのチタンブロックの中央に配置したCLS8と平行で可逆的に接触させるようにした。ブロック間の圧力を400MPaに上昇させ、1.2mm長のストロークで、毎秒前方へ10回、後方へ10回のストローク割合で往復運動ストロークを加えた。試験は、破壊が始まるまで、すなわち、10mm×10mmのチタンブロックの角がCLS8の樹脂含浸布層6を貫通するまで行った。最小ストローク数は、試験片が破壊するまでのストロークの数を表す。最小ストローク数が大きいほど、CLS8の性能は良好である。 A second titanium block having a peening hardened surface (Rc33) of approximately 10 mm x 10 mm size is placed on the upper carrier of the Instron 1321 and reversibly contacted in parallel with the CLS8 located in the center of the titanium block of the lower carrier. I tried to make it. The pressure between the blocks was increased to 400 MPa, and a reciprocating stroke was applied at a stroke rate of 1.2 mm long at a rate of 10 times forward and 10 times backward per second. The test was conducted until fracture started, that is, until the corner of the 10 mm × 10 mm titanium block penetrated the resin-impregnated cloth layer 6 of CLS8. The minimum number of strokes represents the number of strokes until the test piece breaks. The larger the minimum number of strokes, the better the performance of CLS8.
チタンの金属層を有するCLSの例1および2と、金属層を有さない例3を比較すると、試験試料1および2では約100倍向上した。試験条件下では、最小ストロークが10,000を超える値は、例えばエンジンのメンテナンスサイクルの間を持ちこたえるだけの耐久性があることを示す。 Comparing CLS Examples 1 and 2 with a titanium metal layer with Example 3 without a metal layer, Test Samples 1 and 2 showed an improvement of about 100 times. Under the test conditions, a value with a minimum stroke exceeding 10,000 indicates that it is durable enough to withstand, for example, an engine maintenance cycle.
本発明に係る耐摩耗性物品の他の実施形態を図2に示す。図2を参照すると、タービンファンブレード52と、その上に接着された複合潤滑シート8を有する耐摩耗性物品50が示されている。タービンファンブレード52は、タービンエンジンに一体化した構成要素であり得る。一実施形態では、タービンファンブレード52は、チタン、アルミニウムおよびスチールから選択される金属を含み得る。他の実施形態では、タービンファンブレード52はチタンを含み得る。 Another embodiment of the wear-resistant article according to the present invention is shown in FIG. Referring to FIG. 2, an abrasion resistant article 50 having a turbine fan blade 52 and a composite lubricating sheet 8 adhered thereon is shown. The turbine fan blade 52 may be a component that is integral to the turbine engine. In one embodiment, turbine fan blade 52 may include a metal selected from titanium, aluminum, and steel. In other embodiments, the turbine fan blade 52 may include titanium.
複合潤滑シート8の実施形態については既に記載しており、それらの全体が参照によりここに組み込まれる。複合潤滑シート8は、タービンファンブレード52のファンブレードの基部54に接着され得る。複合潤滑シート8は、耐摩耗性物品50が例えばディスクローター56と共に使用されるときに、ファンブレード基部54を劣化から保護し得る。タービンエンジンの動作中にファンブレード基部54とディスクローター56との間に生じる力と負荷については、当該技術分野で知られている。複合潤滑シート8の性能特性については既に記載しており、それらの全体が参照によりここに組み込まれる。他の実施形態では、複合潤滑シート8はシムなどの金属基材、金属層、またはファンブレード基部54に既に接着されている他の任意の部品に接着させ得る。シム、金属層などは、チタンまたはスチールから選択される金属を含み得る。 Embodiments of the composite lubricating sheet 8 have already been described, the entirety of which is hereby incorporated by reference. The composite lubricating sheet 8 may be bonded to the fan blade base 54 of the turbine fan blade 52. The composite lubricating sheet 8 may protect the fan blade base 54 from degradation when the wear resistant article 50 is used with, for example, the disk rotor 56. The forces and loads that occur between the fan blade base 54 and the disk rotor 56 during operation of the turbine engine are known in the art. The performance characteristics of the composite lubricating sheet 8 have already been described, the entirety of which is hereby incorporated by reference. In other embodiments, the composite lubricating sheet 8 may be bonded to a metal substrate such as a shim, a metal layer, or any other component that is already bonded to the fan blade base 54. The shim, metal layer, etc. may comprise a metal selected from titanium or steel.
本発明に係る耐摩耗性物品の他の実施形態を図3に示す。図3を参照すると、ディスクローター102と、その上に接着された複合潤滑シート8とを有する耐摩耗性物品100が示されている。ディスクローター102は、タービンエンジンに一体化した構成要素であり得る。一実施形態では、ディスクローター102は、チタン、アルミニウムおよびスチールから選択される金属を含み得る。他の実施形態では、ディスクローター102はチタンを含み得る。 Another embodiment of the wear-resistant article according to the present invention is shown in FIG. Referring to FIG. 3, an abrasion resistant article 100 having a disk rotor 102 and a composite lubricating sheet 8 adhered thereon is shown. The disk rotor 102 may be a component that is integrated into the turbine engine. In one embodiment, the disk rotor 102 may include a metal selected from titanium, aluminum, and steel. In other embodiments, the disk rotor 102 may include titanium.
複合潤滑シート8の実施形態については既に記載しており、それらの全体が参照によりここに組み込まれる。複合潤滑シート8は、ディスクローター102の窪み領域104に接着され得る。複合潤滑シート8は、耐摩耗性物品100がファンブレード52と共に使用されるときに、ディスクローター102および/またはファンブレード基部54を劣化から保護し得る。タービンエンジンの動作中にファンブレード基部54とディスクローター102との間に生じる力と負荷については、当該技術分野で知られている。複合潤滑シート8の性能特性については既に記載しており、それらの全体が参照によりここに組み込まれる。 Embodiments of the composite lubricating sheet 8 have already been described, the entirety of which is hereby incorporated by reference. The composite lubricating sheet 8 can be bonded to the recessed area 104 of the disk rotor 102. The composite lubricating sheet 8 may protect the disk rotor 102 and / or the fan blade base 54 from degradation when the wear resistant article 100 is used with the fan blade 52. The forces and loads that occur between the fan blade base 54 and the disk rotor 102 during operation of the turbine engine are known in the art. The performance characteristics of the composite lubricating sheet 8 have already been described, the entirety of which is hereby incorporated by reference.
本発明に係るタービンエンジンの実施形態について記載する。タービンエンジンは、その上に複合潤滑シートが接着された少なくとも1つの部品を含み得る。少なくとも1つの部品としては、タービンファンブレード、ディスクローターおよびディスクローターアセンブリを挙げ得るが、これらに限定はされない。複合潤滑シートの実施形態および性能特性については既に記載しており、それらの全体が参照によりここに組み込まれる。その中に複合潤滑シートが接着されたタービンファンブレードおよびディスクローターの実施形態については既に記載した。 An embodiment of a turbine engine according to the present invention will be described. The turbine engine may include at least one component having a composite lubricating sheet adhered thereon. The at least one component can include, but is not limited to, a turbine fan blade, a disk rotor, and a disk rotor assembly. Embodiments and performance characteristics of composite lubricating sheets have already been described and are incorporated herein by reference in their entirety. Embodiments of turbine fan blades and disk rotors having composite lubricating sheets bonded therein have already been described.
本明細書では、用語「第1の」、「第2の」などは、順序、量または重要性を示すものではなく、1つの構成要素を他と区別するために使用され、また本明細書では、用語「a」および「an」は量的限定を示すのではなく、言及された項目が少なくとも1つ存在することを示すものである。量と共に使用される修飾語の「約」は包括的な状態値であり、文脈により示された意味を有する(例えば、特定の量の測定に伴う誤差の程度を含む)。本明細書で使用される接尾辞「(s)」は、それが修飾する用語の単数形および複数形の両者を含むことを意図しており、それにより、その用語の一つ以上を含む(例えば、金属(the metal)(s)は1種以上の金属(metals)を含む)。本明細書で開示している範囲は、その両端を含み、独立して組み合わせられる(例えば、「約25重量%まで、より詳しくは約5重量%〜約20重量%」の範囲は、「約5重量%〜約25重量%」の範囲の端点および中間の全ての値を包含するなど)。 As used herein, the terms “first”, “second” and the like do not indicate order, quantity or importance, but are used to distinguish one component from another, and Thus, the terms “a” and “an” do not indicate a quantitative limitation, but indicate that there is at least one item mentioned. The modifier “about” used with a quantity is a generic state value and has the meaning indicated by the context (eg, including the degree of error associated with the measurement of a particular quantity). As used herein, the suffix “(s)” is intended to include both the singular and plural terms of the term it modifies, thereby including one or more of the terms ( For example, the metal (s) includes one or more metals. Ranges disclosed herein include both ends and are independently combined (eg, a range of “up to about 25 wt%, more specifically about 5 wt% to about 20 wt%” Including all endpoints and intermediate values in the range of 5% to about 25% by weight).
本明細書には各種の実施形態を記載しているが、当業者であれば、構成要素の各種実施形態、そこに加えられる変形または改良を考案することができ、それらが本発明の範囲内にあることは、明細書から理解されよう。さらに、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、本発明の実質的範囲から逸脱することなく、多くの修正を行うことができる。したがって、本発明が、本発明の実施のために考えられた最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に入る全ての実施形態を含むことを意図している。 While various embodiments are described herein, one of ordinary skill in the art can devise various embodiments of the components, variations or improvements made thereto, and these are within the scope of the present invention. It will be understood from the description. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the substantial scope thereof. Thus, the present invention is not intended to be limited to the specific embodiments disclosed as the best mode contemplated for carrying out the invention, but is intended to include all embodiments falling within the scope of the appended claims. ing.
Claims (20)
前記複合潤滑シートは、
少なくとも部分的に樹脂が含浸され、芳香族ポリアミドヤーンと、前記芳香族ポリアミドヤーンおよび低摩擦ヤーンを有する混合ヤーンとを含む布と、
前記布の一方の面に接着された金属層と、を含む、耐摩耗性物品。 A wear-resistant article comprising a composite lubricating sheet bonded to a metal substrate,
The composite lubricating sheet is
A fabric at least partially impregnated with resin and comprising an aromatic polyamide yarn and a mixed yarn having said aromatic polyamide yarn and a low friction yarn;
A wear-resistant article comprising: a metal layer bonded to one side of the fabric.
前記複合潤滑シートが、
少なくとも部分的に樹脂が含浸され、芳香族ポリアミドヤーンと、前記芳香族ポリアミドヤーンおよび低摩擦ヤーンを有する混合ヤーンとを含む布と、
前記樹脂含浸布の一方の面に接着された金属層と、
を含む、タービンエンジン。 A turbine engine comprising at least one component having a composite lubricating sheet bonded thereon,
The composite lubricating sheet is
A fabric at least partially impregnated with resin and comprising an aromatic polyamide yarn and a mixed yarn having said aromatic polyamide yarn and a low friction yarn;
A metal layer bonded to one surface of the resin-impregnated cloth;
Including a turbine engine.
かつ前記低摩擦ヤーンが、グラファイトまたはフルオロポリマーを含む、
請求項16に記載のエンジン。 The aromatic polyamide yarn is poly (para-phenylene terephthalamide), poly (meta-phenylene terephthalamide), poly (meta-phenylene isophthalamide), poly (para-phenylene isophthalamide), combinations thereof, and Selected from the group consisting of copolymers,
And the low friction yarn comprises graphite or a fluoropolymer,
The engine according to claim 16.
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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