JP2016108582A - 溶射皮膜形成方法、タービン用高温部品、タービン、溶射皮膜形成用マスキングピン及びマスキング部材 - Google Patents

Abstract

【課題】溶射対象部材からのマスキングピンの突出長さが長くても孔を確実に形成可能な溶射皮膜形成方法の提供。【解決手段】表面に複数の孔３を有する溶射対象部材１を用意する工程ａと、金属マスキングピン５を用意する工程と、マスキングピン５の各々の一部が表面から突出するようにマスキングピン５を挿入する工程ｂと、マスキングピン５を固定するために紫外線硬化型などの接着剤７を孔３及びマスキングピン５のうち少なくとも一方に付与する工程と、接着剤７によってマスキングピン５が固定された状態で、Ｚｒ系などのセラミックス材料からなるセラミックス層９を溶射により形成する工程ｃと、マスキングピン５を除去する工程ｄと、を備える。溶射対象部材には金属ボンド層１ｂがあってもよい溶射皮膜形成方法。【選択図】図２

Description

本開示は、溶射皮膜形成方法、タービン用高温部品、タービン、溶射皮膜形成用マスキングピン及びマスキング部材に関する。

従来から、省エネルギ対策の一つとして、火力発電の熱効率を高めるための技術開発が行われている。発電用ガスタービンの熱効率を向上させるためには、ガス入口温度を上昇させることが有効である。

ガス入口温度の高温化を実現するためには、ガスタービンを構成する静翼、動翼、分割環、あるいは燃焼器の尾筒等の高温部品の基材を、耐熱部材で構成する必要がある。そして、耐熱部材からなる基材上に、遮熱コーティング（ＴＢＣ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ）を形成する必要がある。

遮熱コーティングは、基材上に順次積層される金属結合層とセラミックス層とにより構成される。セラミックス層は、溶射等により金属結合層上に形成され、その材料としては、ＺｒＯ_２系の材料、特にＹ_２Ｏ_３で部分安定化又は完全安定化したＺｒＯ_２であるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）が、セラミックス材料の中では比較的低い熱伝導率と比較的高い熱膨張率を有しているためによく用いられている。

一方、タービン用の高温部品をフィルム冷却するために、高温部品の表面には複数の冷却孔が開口している。基材にセラミックス層を溶射する際、冷却孔となる基材の孔の閉塞を防ぐために、マスキングピンが基材の孔に挿入される。
特許文献１が開示するマスキングピンは、例えば、黒鉛、炭素繊維強化プラスチック、又は、ポリエチレン樹脂若しくはフッ素樹脂で被覆された金属芯材によって形成されている。このマスキングピンは、セラミックス層を形成する際、セラミックス層と結合することなく全部又は一部が消失する。このため、特許文献１が開示するマスキングピンは、セラミックス層を形成した後に孔から除去する必要が無く、必要があったとしても容易に引き抜くことができる。

特開２００３−３０６７６０号公報

近年、より熱効率の高いガスタービンの開発が進められており、ガス入口温度が１７００℃に達するガスタービンの開発も進められている。この場合、静翼や動翼の表面温度は１３００℃もの高温になることが予想される。このような開発動向に伴い、遮熱コーティングには、更に高い耐熱性及び遮熱性が要求される状況にある。
遮熱コーティングの遮熱性を高めるには、セラミックス層をより厚くすることが考えられる。セラミックス層を厚くする場合、セラミックス層内を延びる冷却孔の部分が長くなるので、セラミックス層の溶射の際、マスキングピンの基材からの突出長さを長くする必要がある。

しかしながら、突出長さが長くなると、特許文献１が開示するようにマスキングピンの全部又は一部が消失する材料で構成されている場合、溶射の際にマスキングピンが損傷したり、あるいはその位置がずれて、基材の孔がセラミックス層によって覆われてしまうことがある。

一方、突出長さが長くなると、マスキングピンとセラミックス層との間での接触面積が大きくなるので、セラミックス層を形成する際にマスキングピンの全部又は一部が消失しない場合には、マスキングピンの除去が困難になってしまう。

他方、冷却孔の開口部の形状には、円筒形状以外に、開口出口に向かって徐々に断面積が拡大する拡開形状がある。このような拡開形状の開口部をセラミックス層に手作業で１つ１つ形成することは煩雑である。
更に、多数の孔の各々に１つずつマスキングピンを挿入する作業は煩雑である。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、溶射対象部材からのマスキングピンの突出長さが長くても孔を確実に形成可能な溶射皮膜形成方法、該方法を用いて製造されたタービン用高温部品、該高温部品を有するタービン、該方法に用いられるマスキングピン及びマスキング部材を提供することにある。
また、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、溶射の際に全部又は一部が消失しなくても、溶射対象部材からのマスキングピンの除去が容易な溶射皮膜形成方法、該方法を用いて製造されたタービン用高温部品、該高温部品を有するタービン、該方法に用いられるマスキングピン及びマスキング部材を提供することにある。
更に、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、孔の開口部に所望の形状を容易に付与可能なマスキングピンを提供することにある。
また更に、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、溶射対象部材の複数の孔に容易に挿入可能な複数の軸部を有するマスキング部材を提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る溶射皮膜形成方法は、
複数の孔の一端が開口する表面を有する溶射対象部材を用意する工程と、
それぞれ金属からなる複数のマスキングピンを用意する工程と、
前記複数の孔に対し、前記複数のマスキングピンの各々の一部が前記表面から突出するように、前記複数のマスキングピンをそれぞれ挿入する挿入工程と、
前記複数の孔に対し前記複数のマスキングピンをそれぞれ固定するための接着剤を、前記複数の孔及び前記複数のマスキングピンのうち少なくとも一方に付与する接着剤付与工程と、
前記接着剤によって前記複数の孔に前記複数のマスキングピンがそれぞれ固定された状態で、前記溶射対象部材の表面にセラミックス材料からなるセラミックス層を溶射により形成する溶射工程と、
前記溶射工程後に前記複数のマスキングピンを前記複数の孔から除去する除去工程と、を備える。

上記構成（１）の溶射皮膜形成方法では、溶射対象部材の孔に対し、金属からなるマスキングピンが接着剤により固定される。金属からなるマスキングピンは耐熱性が高いため、溶射対象部材からのマスキングピンの突出長さが長くても、セラミックス層の溶射時に損傷したり、消失したりすることはない。このため、溶射対象部材の孔がセラミックス層によって閉塞されることはなく、マスキングピンの形状に対応する孔をセラミックス層に形成することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
溶射皮膜形成方法は、前記接着剤としての紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し、前記接着剤によって前記複数の孔に前記複数のマスキングピンをそれぞれ固定する紫外線照射工程を更に備え、
前記除去工程において前記紫外線硬化樹脂を加熱により分解させる。

上記構成（２）の溶射皮膜形成方法では、紫外線硬化樹脂により溶射対象部材の孔にマスキングピンを固定するので、孔に対しマスキングピンを圧入により固定する必要がない。そして、マスキングピンを固定するための紫外線硬化樹脂は、加熱することにより分解させることができる。このため、セラミックス層の溶射時にマスキングピンの全部又は一部が消失しなくても、除去工程において加熱により紫外線硬化樹脂を分解させれば、孔からマスキングピンを容易に除去することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記接着剤付与工程では、前記接着剤としての紫外線硬化樹脂が、前記孔に注入される。
上記構成（３）では、接着剤付与工程において、孔に接着剤としての紫外線硬化樹脂を注入することで、溶射対象部材の表面に接着剤が付着するのを防止することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（３）の何れか１つにおいて、
溶射皮膜形成方法は、前記セラミックス層によって覆われる前記複数のマスキングピンの部分に、前記セラミックス層で覆われる前に離型剤を付与する離型剤付与工程を更に備える。

上記構成（４）では、セラミックス層で覆われるマスキングピンの部分に、予め離型剤を付与しておくことにより、セラミックス層に対しマスキングピンが滑りやすい。このため、マスキングピンの突出長さが長く、マスキングピンとセラミックス層との接触面積が大きくても、セラミックス層に損傷を殆ど与えることなく、マスキングピンを除去することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（４）の何れか１つにおいて、
前記溶射対象部材は、前記孔の他端が開口する内面を有し、
前記除去工程において、前記複数のマスキングピンを前記表面側から前記内面側に向けて移動させることにより前記複数の孔から除去する。

上記構成（５）では、マスキングピンを表面側から内面側に向かって移動させることで、内面側から表面側に向かって移動させる場合に比べ、セラミックス層の損傷をより一層抑制しながら、マスキングピンを除去することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記構成（５）において、
前記除去工程において、前記複数のマスキングピンを前記表面側から前記内面側に向かって押す。
上記構成（６）では、マスキングピンを表面側から内面側に向かって押すことによって、内面側でマスキングピンを引っ張るのに比べて、マスキングピンを容易に除去することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（６）の何れか１つにおいて、
前記溶射対象部材は、前記孔の他端が開口する内面を有し
前記挿入工程の前に、前記内面側に位置決め部材を配置する工程を更に備え、
前記挿入工程では、前記複数のマスキングピンを前記位置決め部材に当接するまで前記表面側から前記孔に挿入する。

形成すべきセラミックス層の厚さに対してマスキングピンの突出長さが長すぎると、溶射の際にマスキングピンの影になる領域が大きくなるので好ましくない。一方、形成すべきセラミックス層の厚さに対してマスキングピンの突出長さが短すぎると、マスキングピンの除去作業が困難になるのみならず、セラミックス層に孔を形成できなくなる。このため、溶射対象部材からのマスキングピンの突出長さを適切な長さに調整するのが好ましい。
この点、上記構成（７）では、位置決め部材に当接するまでマスキングピンを挿入することにより、マスキングピンの突出長さを適切な長さに容易に調整することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記構成（７）において、
前記位置決め部材は耐熱テープからなる。
上記構成（８）によれば、耐熱テープを用いることにより、簡単且つ確実に、マスキングピンの孔への挿入深さを制限することができ、これによりマスキングピンの突出長さを調整することができる。

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る溶射皮膜形成方法は、
複数の孔の一端が開口する表面を有する溶射対象部材を用意する工程と、
それぞれ金属からなる複数のマスキングピンを用意する工程と、
前記複数の孔に対し、前記複数のマスキングピンの各々の一部が前記表面から突出するように、前記複数のマスキングピンをそれぞれ挿入する挿入工程と、
前記複数の孔に前記複数のマスキングピンがそれぞれ挿入固定された状態で、前記溶射対象部材の表面にセラミックス材料からなるセラミックス層を溶射により形成する溶射工程と、
前記溶射工程よりも前に、前記セラミックス層によって覆われる前記複数のマスキングピンの部分に離型剤を付与する離型剤付与工程と、
前記溶射工程後に前記複数のマスキングピンを前記複数の孔から除去する除去工程と、を備える。

上記構成（９）では、セラミックス層で覆われるマスキングピンの部分に、予め離型剤を付与しておくことにより、セラミックス層に対しマスキングピンが滑りやすい。このため、マスキングピンの突出長さが長く、マスキングピンとセラミックス層との接触面積が大きくても、セラミックス層に損傷を殆ど与えることなく、マスキングピンを除去することができる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン用高温部品は、
複数の孔の一端が開口する表面を有する基材と、
前記基材の表面上に形成された金属材料からなるボンド層と、
前記ボンド層の表面上に溶射により形成されたセラミックス材料からなるセラミックス層とを備え、
前記ボンド層及び前記セラミックス層に、前記複数の孔にそれぞれ連なる複数の貫通孔が形成されており、
前記セラミックス層の厚さは０．３ｍｍ以上であり、
前記セラミックス層は、溶射を途中一時的に止めることにより形成される欠陥を含まない。

上記構成（１０）では、セラミックス層の厚さが０．３ｍｍ以上であっても、セラミックス層が、溶射を途中一時的に止めることにより形成される欠陥を含まない。つまり、セラミックス層が連続的な溶射により形成され、位相境界のような不連続な部分を含まない。このため、セラミックス層内で欠陥を起点とする剥離が発生せず、セラミックス層が高い信頼性を有する。この結果として、タービン用高温部品も高い信頼性を有する。

（１１）幾つかの実施形態では、上記構成（１０）において、
前記タービン用高温部品は、燃焼器、動翼、静翼又は分割環のうち何れか１つである。
上記構成（１１）では、タービン用高温部品としての燃焼器、動翼、静翼及び分割環は高い信頼性を有する。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービンは、
上記構成（１０）又は（１１）に記載の少なくとも１つのタービン用高温部品を備える。
上記構成（１２）によれば、高温部品が高い信頼性を有するので、タービンも高い信頼性を有する。

（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係るマスキングピンは、
孔の一端が開口する溶射対象部材の表面に溶射によりセラミックス層を形成する際に、前記孔の閉塞を防止するために前記孔に挿入可能な軸部と、
前記溶射対象部材の孔に連なるように前記セラミックス層に形成される孔の形状を規定可能な型部と、
を備える。

セラミックス層に形成される孔の形状を所望の形状に１つ１つ成形する作業は繁雑である。この点、上記構成（１３）のマスキングピンを用いれば、多数の孔の形状を、所望の形状へと容易且つ短時間で成形することができる。

（１４）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るマスキング部材は、
複数の孔の一端が開口する溶射対象部材の表面に溶射によりセラミックス層を形成する際に、前記複数の孔の閉塞を防止するために前記複数の孔にそれぞれ挿入可能な複数の軸部と、
前記複数の軸部を相互に連結する連結部と、
を備える。

上記構成（１３）のマスキング部材を用いれば、複数の孔に対し同時に軸部を挿入することができるので、容易且つ短時間で軸部を挿入可能である。また、軸部を除去する際も、複数の孔から同時に軸部を抜き取ることができるので、容易且つ短時間で軸部を除去可能である。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、溶射対象部材からのマスキングピンの突出長さが長くても孔を確実に形成可能な溶射皮膜形成方法、該方法を用いて製造されたタービン用高温部品、該高温部品を有するタービン、該方法に用いられるマスキングピン及びマスキング部材が提供される。
また、本発明の少なくとも一実施形態によれば、溶射の際に全部又は一部が消失しなくても、溶射対象部材からのマスキングピンの除去が容易な溶射皮膜形成方法、該方法を用いて製造されたタービン用高温部品、該高温部品を有するタービン、該方法に用いられるマスキングピン及びマスキング部材が提供される。
更に、本発明の少なくとも一実施形態によれば、孔の開口部に所望の形状を容易に付与可能なマスキングピンが提供される。
また更に、本発明の少なくとも一実施形態によれば、溶射対象部材の複数の孔に容易に挿入可能な複数の軸部を有するマスキング部材が提供される。

本発明の一実施形態に係る溶射皮膜形成方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 図１の溶射皮膜形成方法を説明するための図である。 接着剤として紫外線硬化樹脂を用いる場合の溶射皮膜形成方法の概略的な手順の一部を示すフローチャートである。 接着剤付与工程及び紫外線照射工程を説明するための図である。 離型剤を用いる場合の溶射皮膜形成方法の概略的な手順の一部を示すフローチャートである。 幾つかの実施形態に係る除去工程の概略的な手順を示すフローチャートである。 押し込み工程を説明するための図である。 孔の手入れを行う場合の溶射皮膜形成方法の概略的な手順の一部を示すフローチャートである。 孔手入れ工程後における、セラミックス層の孔の形状を概略的に示す平面図である。 セラミックス層の孔の断面形状を概略的に示す断面図である。 幾つかの実施形態に係る溶射皮膜形成方法の概略的な手順の一部を示すフローチャートである。 位置決め部材配置工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る溶射皮膜形成方法の手順を概略的に示すフローチャートである。 上述した溶射皮膜形成方法を用いて製造されたタービン用高温部品を備えるガスタービンを概略的に示す図である。 図１４のガスタービンに用いられたタービン用高温部品としての動翼を概略的に示す斜視図である。 図１４のガスタービンに用いられたタービン用高温部品としての静翼を概略的に示す斜視図である。 図１４のガスタービンに用いられたタービン用高温部品としての分割環を概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るマスキングピンを概略的に示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るマスキング部材を概略的に示す側面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る溶射皮膜形成方法の概略的な手順を示すフローチャートである。図２は、図１の溶射皮膜形成方法を説明するための図である。
図１に示すように、溶射皮膜形成方法は、溶射対象準備工程Ｓ１、マスキングピン準備工程Ｓ３、挿入工程Ｓ５、接着剤付与工程Ｓ７、溶射工程Ｓ９、及び、除去工程Ｓ１１を有する。

溶射対象準備工程Ｓ１では、図２に示すように溶射対象部材１が用意される。図２は、溶射対象部材１の一部を断面にて概略的に示しており、溶射対象部材１は、複数の孔３の一端が開口する表面を有する。孔３の直径は、例えば、０．３ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。
マスキングピン準備工程Ｓ３では、図２（ａ）に示すように、それぞれ金属からなる複数のマスキングピン５が用意される。マスキングピン５は、孔３の直径よりも小さい外径を有する。

挿入工程Ｓ５では、複数の孔３に対し、複数のマスキングピン５の各々の一部が表面から突出するように、複数のマスキングピン５がそれぞれ挿入される。

接着剤付与工程Ｓ７では、複数の孔３に対し複数のマスキングピン５をそれぞれ固定するための接着剤が、複数の孔及び複数のマスキングピンのうち少なくとも一方に付与される。接着剤を付与する方法としては、注射器、ディスペンサ、スプレー、ディッピング、或いは、塗布等の手段を用いることができる。
接着剤としては、例えば４００℃程度の温度まで使用可能な耐熱性を有するものが用いられる。接着剤付与工程Ｓ７は、挿入工程Ｓ５の前に行っても、或いは後に行ってもよい。

図２（ｂ）は、接着剤７によって、ピン５が孔３に固定された状態を示している。溶射工程Ｓ９では、図２（ｃ）に示したように、接着剤７によって複数の孔３に複数のマスキングピン５がそれぞれ固定された状態で、溶射対象部材の表面にセラミックス材料からなるセラミックス層９が溶射により形成される。
除去工程Ｓ１１は、溶射工程Ｓ９後に行われ、図２（ｄ）に示すように、複数のマスキングピン５が複数の孔３から除去される。除去工程Ｓ１１後、溶射対象部材１の孔３と、セラミックス層９に形成された孔１１が、相互に同軸に連なって１つの冷却孔１３を構成する。

上述した実施形態では、溶射対象部材１の孔３に対し、金属からなるマスキングピン５が接着剤７により固定される。金属からなるマスキングピン５は耐熱性が高いため、溶射対象部材１からのマスキングピン５の突出長さが長くても、セラミックス層９の溶射時に損傷したり、消失したりすることはない。このため、溶射対象部材１の孔３がセラミックス層９によって閉塞されることはなく、マスキングピン５の形状に対応する孔１１をセラミックス層９に形成することができる。

幾つかの実施形態では、マスキングピン５は、ニッケル基合金やコバルト基合金等の耐熱合金からなる。例えば、マスキングピン５として、インコネル（登録商標）６２５からなるワイヤを用いることができる。
幾つかの実施形態では、溶射対象部材１からのマスキングピン５の突出長さは、セラミックス層９の厚さと同程度に設定される。

幾つかの実施形態では、接着剤として紫外線線硬化樹脂が用いられる。図３は、接着剤７として紫外線硬化樹脂を用いる場合の溶射皮膜形成方法の概略的な手順の一部を示している。図３に示したように、接着剤７として紫外線硬化樹脂を用いる場合、溶射皮膜形成方法は、紫外線照射工程Ｓ１３を更に有する。

紫外線照射工程Ｓ１３では、接着剤としての未硬化の紫外線硬化樹脂に紫外線が照射され、紫外線硬化樹脂が硬化することによって、接着剤によって複数の孔に複数のマスキングピン５がそれぞれ固定される。
そして、接着剤７として紫外線硬化樹脂を用いた場合、除去工程Ｓ１１において紫外線硬化樹脂が加熱により分解させられる。
紫外線硬化樹脂としては、例えば、Ｄｙｍａｘ社のＳｐｅｅｄＭＡＳＫ等を用いることができる。

上述した実施形態では、紫外線硬化樹脂により溶射対象部材１の孔３にマスキングピン５を固定するので、孔３に対しマスキングピン５を圧入により固定する必要がない。そして、マスキングピン５を固定するための紫外線硬化樹脂は、加熱することにより分解させることができる。このため、セラミックス層９の溶射時にマスキングピン５の全部又は一部が消失しなくても、除去工程Ｓ１１において加熱により紫外線硬化樹脂を分解させれば、孔３からマスキングピン５を容易に除去することができる。

図４は、接着剤付与工程Ｓ７及び紫外線照射工程Ｓ１３を説明するための図である。幾つかの実施形態では、図４（ａ）に示したように、接着剤付与工程Ｓ７において、接着剤としての未硬化の紫外線硬化樹脂７ａが、例えば注射器１４によって、溶射対象部材１の孔３に注入される。そして、紫外線照射工程Ｓ１３において、図４（ｂ）に示したように、例えば紫外線ランプ１５を用いて、紫外線硬化樹脂に紫外線が照射される。なお紫外線ランプ１５は、溶射対象部材１の内面側から照射してもよい。
上述した実施形態では、接着剤付与工程Ｓ７において、孔３に接着剤としての紫外線硬化樹脂を注入することで、溶射対象部材１の表面に接着剤が付着するのを防止することができる。

図５は、離型剤を用いる場合の溶射皮膜形成方法の概略的な手順の一部を示している。図５に示したように、離型剤を用いる場合、溶射皮膜形成方法は、離型剤付与工程Ｓ１５を更に有する。離型剤付与工程Ｓ１５は、挿入工程Ｓ５の前に行われ、マスキングピン５に離型剤が付与される。離型剤は、例えば、スプレー、ディッピング、又は塗布によって、マスキングピンに付与される。

上述した実施形態では、セラミックス層９で覆われるマスキングピン５の部分に、予め離型剤を付与しておくことにより、セラミックス層９に対しマスキングピン５が滑りやすい。このため、マスキングピン５の突出長さが長く、マスキングピン５とセラミックス層９との接触面積が大きくても、セラミックス層９に損傷を殆ど与えることなく、マスキングピン５を除去することができる。
なお、マスキングピン５の全体に離型剤を付与してもよい。

幾つかの実施形態では、離型剤として、例えば、ＢＮ系耐熱離型剤、シリコン型耐熱離型剤及びグラファイト型耐熱離型剤のうち何れかを用いることができる。特に、ＢＮ系耐熱離型剤は、ＢＮ（ボロンナイトライド）の粉末を含む離型剤であり、高い耐熱性を有し、例えば９００℃〜１０００℃の温度まで耐えることができる。

幾つかの実施形態では、溶射対象部材１は、例えば図２（ａ）に示したように、孔３の他端が開口する内面を有し、除去工程Ｓ１１において、複数のマスキングピン５を溶射対象部材１の表面側から内面側に向けて移動させることにより複数の孔３から除去される。
上述した実施形態では、マスキングピン５を溶射対象部材１の表面側から内面側に向かって移動させることで、内面側から表面側に向かって移動させる場合に比べ、セラミックス層の損傷をより一層抑制しながら、マスキングピン５を除去することができる。

図６は、幾つかの実施形態に係る除去工程Ｓ１１の概略的な手順を示している。幾つかの実施形態では、除去工程Ｓ１１は、押し込み工程Ｓ１１３を有する。図７は、押し込み工程Ｓ１１３を説明するための図である。図７に示したように、押し込み工程Ｓ１１３では、例えば棒状の押し込み部材１７を用いて、複数のマスキングピン５が溶射対象部材１の表面側から内面側に向かって押されることにより複数の孔３から除去される。例えば押し込み部材１７として、ワイヤを用いることができる。

なお、溶射工程Ｓ９の直後、例えば図２（ｃ）に示したようにセラミックス層９によってマスキングピン５の先端が覆われている場合、除去工程Ｓ１１は、研削工程Ｓ１１１を更に有する。研削工程Ｓ１１１では、マスキングピン５の先端の位置を確認することができるまで、セラミックス層９の表面が研削される。研削は、例えばグラインダによって、セラミックス層９の表面が平坦になるように行われる。

幾つかの実施形態では、溶射皮膜形成方法は、孔手入れ工程Ｓ１７を更に有する。孔手入れ工程では、例えばやすり等を使用して、セラミックス層９における孔１１の形状、すなわち冷却孔１３の開口形状が、所望の形状に成形される。
ここで、図９は、孔手入れ工程Ｓ１７後における、セラミックス層９の孔１１の形状の一例を概略的に示す平面図であり、図１０は、孔１１の断面形状を概略的に示す断面図である。図９及び図１０のように所望の形状に成形された冷却孔１３は、シェイプトフィルム冷却孔とも称される。

図１１は、幾つかの実施形態に係る溶射皮膜形成方法の概略的な手順の一部を示している。図１１に示したように、溶射皮膜形成方法は、位置決め部材配置工程Ｓ１９を更に有する。
図１２は位置決め部材配置工程Ｓ１９を説明するための図である。位置決め部材配置工程Ｓ１９は、挿入工程Ｓ５の前に行われる。溶射対象部材１は、孔３の他端が開口する内面を有し、位置決め部材配置工程Ｓ１９では、溶射対象部材１の内面側に位置決め部材１９が配置される。

そして、位置決め部材配置工程Ｓ１９に続く挿入工程Ｓ５では、複数のマスキングピン５が、位置決め部材１９に当接するまで溶射対象部材１の表面側から孔３に挿入される。
位置決め部材１９は、例えば耐熱テープからなり、溶射対象部材１の内面に貼り付けられる。耐熱テープによれば、簡単且つ確実に、マスキングピン５の孔３への挿入深さを制限することができ、これによりマスキングピン５の突出長さを調整することができる。

形成すべきセラミックス層９の厚さに対してマスキングピン５の突出長さが長すぎると、溶射の際にマスキングピン５の影になる領域が大きくなるので好ましくない。一方、形成すべきセラミックス層９の厚さに対してマスキングピン５の突出長さが短すぎると、マスキングピン５の除去作業が困難になるのみならず、セラミックス層９に孔１１を形成できなくなる。このため、溶射対象部材１からのマスキングピン５の突出長さを適切な長さに調整するのが好ましい。
この点、上述の実施形態では、位置決め部材１９に当接するまでマスキングピン５を挿入することにより、溶射対象部材１の表面からのマスキングピン５の突出長さを適切な長さに容易に調整することができる。

幾つかの実施形態では、位置決め部材１９としての耐熱テープは、接着剤としての紫外線熱硬化樹脂が孔３に注入される前に貼り付けられる。この場合、未硬化の紫外線硬化樹脂が孔３から流出することが耐熱テープによって防止され、適量の接着剤７によってマスキングピン５を確実に固定することができる。

図１３は、本発明の一実施形態に係る溶射皮膜形成方法の手順を概略的に示すフローチャートである。
溶射対象部材に対するマスキングピンの固定手段は、接着剤に限定されることはなく、溶射工程Ｓ９の間、支持部材によってマスキングピン５を支持してもよい。そこで、図１３の溶射皮膜形成方法は接着剤付与工程Ｓ７を有していない。

一方で、図１３の溶射皮膜形成方法は、溶射工程Ｓ９よりも前に、セラミックス層９によって覆われる複数のマスキングピン５の部分に離型剤を付与する離型剤付与工程Ｓ１５を有している。離型剤付与工程Ｓ１５は、上述したように、挿入工程Ｓ５の前に行われ、マスキングピン５に離型剤が付与される。離型剤は、例えば、スプレー、ディッピング、又は塗布によって、マスキングピンに付与される。離型剤として、例えば、ＢＮ（ボロンナイトライド）の粉末を含む離型剤を用いることができる。ＢＮの粉末を含む離型剤は高い耐熱性を有する。

上述した実施形態では、セラミックス層９で覆われるマスキングピン５の部分に、予め離型剤を付与しておくことにより、セラミックス層９に対しマスキングピン５が滑りやすい。このため、溶射対象部材１の表面からのマスキングピン５の突出長さが長く、マスキングピン５とセラミックス層９との接触面積が大きくても、セラミックス層９に損傷を殆ど与えることなく、マスキングピン５を除去することができる。

以下、本発明の一実施形態として、上述した溶射皮膜形成方法を用いて製造されるタービン用高温部品について説明する。
タービン用高温部品は、図２（ｄ）に示したように、基材１ａと、ボンド層（金属結合層）１ｂと、セラミックス層９とを備える。ボンド層１ｂ及びセラミックス層９は、基材１ａ上において遮熱コーティングを形成している。

基材１ａは、例えばＮｉ基合金等の金属からなる。Ｎｉ基合金は、一例として、Ｎｉ−１６Ｃｒ−８．５Ｃｏ−１．７５Ｍｏ−２．６Ｗ−１．７５Ｔａ−０．９Ｎｂ−３．４Ｔｉ−３．４Ａｌ（質量％）で表される組成を有する。

ボンド層１ｂは、例えば、ＭＣｒＡｌＹ合金からなり、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選ばれる一種又は二種以上を表す。ＭＣｒＡｌＹ合金は、一例として、Ｃｏ−３２Ｎｉ−２１Ｃｒ−８Ａｌ−０．５Ｙで表される組成を有する。ボンド層１ｂの厚さは、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下である。ボンド層１ｂは、例えば高速フレーム溶射により、基材１ａの表面上に形成可能である。なお、ボンド層１ｂの形成前に、基材１ａに対するボンド層１ｂの密着性を高めるために、基材１ａの表面にブラスト処理を施してもよい。

セラミックス層９は、ボンド層１ｂの表面に形成されている。セラミックス層９は、例えばＹやＹｂ等の添加剤を含むジルコニア系セラミックスからなる。セラミックス層９の厚さＴは、例えば０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。セラミックス層９は、例えばプラズマ溶射によりボンド層１ｂ上に形成可能である。

そして、セラミックス層９は、該セラミックス層９の内部に、溶射を途中一時的に止めることにより形成される欠陥を含まない。

上述したタービン用高温部品にあっては、セラミックス層９の厚さが０．３ｍｍ以上であっても、セラミックス層９が、溶射を途中一時的に止めることにより形成される欠陥を含まない。つまり、セラミックス層９が連続的な溶射により形成されており、位相境界のような不連続な部分を含まない。このため、セラミックス層９内で欠陥を起点とする剥離が発生せず、セラミックス層９が高い信頼性を有する。この結果として、タービン用高温部品も高い信頼性を有する。このように、セラミックス層９を連続的に溶射することができるのは、マスキングピン５によって、セラミックス層９の厚さＴが０．３ｍｍ以上であっても、セラミックス層９内に孔１１を形成することができるからである。

なお、マスキングピン５を接着剤７で固定した場合、除去工程Ｓ１１にて接着剤７を熱で分解させる必要があるが、セラミックス層９の形成後に拡散熱処理を行う場合、拡散熱処理によって接着剤７を熱で分解させることができる。拡散熱処理は、例えば、７００℃〜１０００℃の温度範囲で行われる。

図１４は、上述した溶射皮膜形成方法を用いて製造されたタービン用高温部品を備えるガスタービン２０を概略的に示しており、図１５、図１６及び図１７は、ガスタービン２０に用いられたタービン用高温部品として、動翼２２、静翼２４又は分割環２６を概略的にそれぞれ示している。
動翼２２は、ガスタービン２０のロータに固定され、静翼２４及び分割環２６は、ガスタービン２０の車室に固定されている。動翼２２及び静翼２４は円筒状の燃焼ガスの流路に配置されている。分割環２６は、ロータの径方向にて動翼２２の外側に配置され、燃焼ガスの流路の周壁の一部を形成している。

燃焼器２８の尾筒、動翼２２、静翼２４及び分割環２６は、上述した溶射皮膜形成方法により形成されたセラミックス層９を表面に有し、セラミックス層９の表面に冷却孔１３が開口している。冷却孔１３は、燃焼ガスの流路に開口しており、冷却孔１３から流出する空気によって、燃焼器２８、動翼２２、静翼２４及び分割環２６がフィルム冷却される。
なお、タービン用高温部品の適用先は、定置用のガスタービンに限定されることはなく、航空用ジェットエンジンや舶用ガスタービンであってもよく、あるいは、蒸気タービンであってもよい。

図１８は、本発明の一実施形態に係るマスキングピン３０を概略的に示す側面図である。図１８に示したように、マスキングピン３０は、相互に一体の軸部３２と型部３４を有する。
軸部３２は、孔３の直径よりも小さい外径を有し、孔３の一端が開口する溶射対象部材１の表面に溶射によりセラミックス層９を形成する際に、孔３に挿入可能である。軸部３２によってセラミックス層９による孔３の閉塞が防止される。
一方、型部３４は、溶射対象部材１の孔３に連なるようにセラミックス層９に形成される孔１１の形状を規定可能である。例えば図１８のマスキングピン３０の場合、孔１１の形状を、セラミックス層９の表面に向かって徐々に拡開する拡開形状にすることができる。

多数の孔１１を形成する場合、セラミックス層９に形成される多数の孔１１を孔手入れ工程Ｓ１７にて成形することは煩雑であるが、上述した実施形態のマスキングピン３０によれば、多数の孔１１の形状を、所望の形状へと容易且つ短時間で成形することができる。

幾つかの実施形態では、マスキングピン３０は、型部３４と一体の把持部３６を有する。マスキングピン３０が把持部３６を有する場合、除去工程Ｓ１１において、把持部３６をつかんで引っ張ることで、マスキングピン３０を容易に除去することができる。

図１９は、本発明の一実施形態に係るマスキング部材４０を概略的に示す側面図である。マスキング部材４０は金属からなり、相互に一体の軸部４２と連結部４４を有する。
軸部４２は、孔３の直径よりも小さい外径を有し、孔３の一端が開口する溶射対象部材１の表面に溶射によりセラミックス層９を形成する際に、孔３に挿入可能である。軸部４２によってセラミックス層９による孔３の閉塞が防止される。

連結部４４は、複数の軸部４２を相互に連結しており、連結部４４は、溶射対象部材１における孔３の配列パターンに対応するように、複数の軸部４２を支持可能である。連結部４４は、例えば、溶射対象部材１の内面側に配置され、軸部４２は孔３に対し内面側から挿入される。

挿入工程Ｓ５において、複数の孔３に対し１つずつマスキングピン５を挿入するのは煩雑である。この点、マスキング部材４０を用いれば、複数の孔３に対し同時に軸部４２を挿入することができるので、容易且つ短時間で挿入工程Ｓ５を行うことができる。また、除去工程Ｓ１１の際も、複数の孔３から同時に軸部４２を抜き取ることができるので、容易且つ短時間で除去工程Ｓ１１を行うことができる。

最後に、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。

１ 溶射対象部材
１ａ 基材
１ｂ ボンド層
３ 孔
５ マスキングピン
７ 接着剤
７ａ 未硬化の紫外線硬化樹脂
９ セラミックス層
１１ 孔
１３ 冷却孔
１４ 注射器
１５ 紫外線ランプ
１７ 押し込み部材
１９ 位置決め部材
２０ ガスタービン
２２ 動翼
２４ 静翼
２６ 分割環
２８ 燃焼器
３２ 軸部
３４ 型部
３６ 把持部
４０ マスキング部材
４２ 軸部
４４ 連結部
Ｓ１ 溶射対象準備工程
Ｓ３ マスキングピン準備工程
Ｓ５ 挿入工程
Ｓ７ 接着剤付与工程
Ｓ９ 溶射工程
Ｓ１１ 除去工程
Ｓ１３ 紫外線照射工程
Ｓ１５ 離型剤付与工程
Ｓ１７ 孔手入れ工程
Ｓ１９ 位置決め部材配置工程
Ｓ１１１ 研削工程
Ｓ１１３ 押し込み工程

Claims (14)

1. 複数の孔の一端が開口する表面を有する溶射対象部材を用意する工程と、
   それぞれ金属からなる複数のマスキングピンを用意する工程と、
   前記複数の孔に対し、前記複数のマスキングピンの各々の一部が前記表面から突出するように、前記複数のマスキングピンをそれぞれ挿入する挿入工程と、
   前記複数の孔に対し前記複数のマスキングピンをそれぞれ固定するための接着剤を、前記複数の孔及び前記複数のマスキングピンのうち少なくとも一方に付与する接着剤付与工程と、
   前記接着剤によって前記複数の孔に前記複数のマスキングピンがそれぞれ固定された状態で、前記溶射対象部材の表面にセラミックス材料からなるセラミックス層を溶射により形成する溶射工程と、
   前記溶射工程後に前記複数のマスキングピンを前記複数の孔から除去する除去工程と、を備える
   ことを特徴とする溶射皮膜形成方法。
2. 前記接着剤としての紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し、前記接着剤によって前記複数の孔に前記複数のマスキングピンをそれぞれ固定する紫外線照射工程を更に備え、
   前記除去工程において前記紫外線硬化樹脂を加熱により分解させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の溶射皮膜形成方法。
3. 前記接着剤付与工程では、前記接着剤としての紫外線硬化樹脂が、前記孔に注入されることを特徴とする請求項２に記載の溶射皮膜形成方法。
4. 前記セラミックス層によって覆われる前記複数のマスキングピンの部分に、前記セラミックス層で覆われる前に離型剤を付与する離型剤付与工程を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の溶射皮膜形成方法。
5. 前記溶射対象部材は、前記孔の他端が開口する内面を有し、
   前記除去工程において、前記複数のマスキングピンを前記表面側から前記内面側に向けて移動させることにより前記複数の孔から除去することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の溶射皮膜形成方法。
6. 前記除去工程において、前記複数のマスキングピンを前記表面側から前記内面側に向かって押すことにより前記複数の孔から除去することを特徴とする請求項５に記載の溶射皮膜形成方法。
7. 前記溶射対象部材は、前記孔の他端が開口する内面を有し
   前記挿入工程の前に、前記内面側に位置決め部材を配置する工程を更に備え、
   前記挿入工程では、前記複数のマスキングピンを前記位置決め部材に当接するまで前記表面側から前記孔に挿入することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の溶射皮膜形成方法。
8. 前記位置決め部材は耐熱テープからなることを特徴とする請求項７に記載の溶射皮膜形成方法。
9. 複数の孔の一端が開口する表面を有する溶射対象部材を用意する工程と、
   それぞれ金属からなる複数のマスキングピンを用意する工程と、
   前記複数の孔に対し、前記複数のマスキングピンの各々の一部が前記表面から突出するように、前記複数のマスキングピンをそれぞれ挿入する挿入工程と、
   前記複数の孔に前記複数のマスキングピンがそれぞれ挿入固定された状態で、前記溶射対象部材の表面にセラミックス材料からなるセラミックス層を溶射により形成する溶射工程と、
   前記溶射工程よりも前に、前記セラミックス層によって覆われる前記複数のマスキングピンの部分に離型剤を付与する離型剤付与工程と、
   前記溶射工程後に前記複数のマスキングピンを前記複数の孔から除去する除去工程と、を備える
   ことを特徴とする溶射皮膜形成方法。
10. 複数の孔の一端が開口する表面を有する基材と、
    前記基材の表面上に形成された金属材料からなるボンド層と、
    前記ボンド層の表面上に溶射により形成されたセラミックス材料からなるセラミックス層とを備え、
    前記ボンド層及び前記セラミックス層に、前記複数の孔にそれぞれ連なる複数の貫通孔が形成されており、
    前記セラミックス層の厚さは０．１ｍｍ以上であり、
    前記セラミックス層は、溶射を途中一時的に止めることにより形成される欠陥を含まない
    ことを特徴とするタービン用高温部品。
11. 前記タービン用高温部品は、燃焼器、動翼、静翼又は分割環のうち何れか１つであることを特徴とする請求項１０に記載のタービン用高温部品。
12. 請求項１０又は１１に記載の少なくとも１つのタービン用高温部品を備えることを特徴とするタービン。
13. 孔の一端が開口する溶射対象部材の表面に溶射によりセラミックス層を形成する際に、前記孔の閉塞を防止するために前記孔に挿入可能な軸部と、
    前記溶射対象部材の孔に連なるように前記セラミックス層に形成される孔の形状を規定可能な型部と、
    を備えることを特徴とするマスキングピン。
14. 複数の孔の一端が開口する溶射対象部材の表面に溶射によりセラミックス層を形成する際に、前記複数の孔の閉塞を防止するために前記複数の孔にそれぞれ挿入可能な複数の軸部と、
    前記複数の軸部を相互に連結する連結部と、
    を備えることを特徴とするマスキング部材。

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