JP2017515968A - 遮熱被覆および被覆方法 - Google Patents

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Abstract

多孔質のセグメント化された遮熱被覆により被覆された物品。記載されている被覆は、理論密度の約８８％未満の密度を有する。多層物品、および物品に遮熱被覆を施すための方法も記載されている。

Description

本発明の技術分野は、広く言えば、溶射被覆である。
溶射は、加熱または溶融された形態の種々の材料を表面に噴霧する被覆方法である。一般的に、被覆材料は、電気プラズマまたは電気アークにより加熱される。使用される被覆材料としては、とりわけ、金属、合金およびセラミックス等が挙げられる。被覆品質は、使用目的に応じて、通常は、密度、気孔率、難焼結性、熱伝導率、歪み許容性等により測定される。これらのおよび他の被覆特性には、使用される被覆材料、使用されるプラズマガス、流速、出力レベル、トーチ距離、基材等の多くのものが影響を及ぼす。このタイプの被覆は、その特性のため、通常は、高温、腐食、侵食、摩耗等から構造材料を保護するために使用される。したがって、このような用途ならびに他の用途のために、被覆の特性および性能を向上させる方法が、継続的に探索されている。
本明細書に記載の方法および材料は、とりわけ被覆の特性および性能の向上を含む上述の課題を解決するものである。
物品に遮熱被覆を付着させる方法が記載される。この方法は、プラズマ加熱された粒子である被覆材料を、物品の表面に溶射して、理論密度の約８８％未満の密度を有する多孔質のセグメント化された遮熱被覆を形成することを含む。
さらに、以下の具体例が挙げられる。
被覆材料を、カスケードプラズマ銃または従来の溶射プラズマ銃、例えば９Ｍ銃またはＦ４銃により付着させる上記の方法。
被覆材料を、ＳｉｎｐｌｅｘＰｒｏ（商標）プラズマ銃またはＴｒｉｐｌｅｘＰｒｏ（商標）プラズマ銃等のカスケードアーク銃を用いて付着させる上記の方法。
アルゴンを一次プラズマガスとして使用する上記の方法。
水素を二次プラズマガスとして使用する上記の方法。
プラズマのエンタルピーが、約１４，０００ＫＪ／ｋｇ〜約２４，０００のＫＪ／ｋｇである上記の方法。
プラズマのエンタルピーが約１８，０００ＫＪ／ｋｇである上記の方法。
アルゴン対水素の比が、約６：１〜約１８：１である上記の方法。
アルゴン対水素の比が、約９：１〜約１２：１である上記の方法。
被覆材料の供給速度が、約３０ｇ／分〜約１８０ｇ／分である上記の方法。
供給速度が、約６０ｇ／分〜約１２０ｇ／分である上記の方法。
溶射粒子の平均温度が、約２７００℃〜約３３００℃である上記の方法。
溶射粒子の平均温度が、約２７００℃〜約３０００℃である上記の方法。
溶射粒子の平均速度が、約１８０ｍ／ｓ〜約２８０ｍ／ｓである上記の方法。
溶射粒子の平均速度が、約１９０ｍ／ｓ〜約２５０ｍ／ｓである上記の方法。
遮熱被覆が、約４．９ｇ／ｃｃ以下の密度を有する上記の方法。
遮熱被覆が、約４．２ｇ／ｃｃ〜約４．９ｇ／ｃｃの密度を有する上記の方法。
遮熱被覆が、約３．０ｇ／ｃｃ〜約５．５ｇ／ｃｃの密度を有する上記の方法。
遮熱被覆が、直線距離で１インチ当たり少なくとも約５個のマクロクラックを有する上記の方法。
遮熱被覆が、直線距離で１インチ当たり少なくとも約５〜約６０個のマクロクラックを有する上記の方法。
遮熱被覆が、約５体積％を超え、好ましくは２０体積％までの気孔率を有し、場合によっては気孔率が最大２５体積％である上記の方法。
被覆材料が、マグネシア、セリア、イットリア、イッテルビア、ジスプロシア、ガドリニア、エルビア、ネオジミア、酸化ランタン、および／または酸化ストロンチウムのうちの１つまたは複数により安定化された酸化ジルコニウムを、通常は、約５〜約７５重量％、好ましくは約５〜約５０重量％、より好ましくは約５〜約１５重量％含む上記の方法。
酸化ジルコニウムの少なくとも一部（または全て）を、酸化ハフニウムにより置換する上記の方法。
被覆材料が、イットリア安定化ジルコニアである上記の方法。
また、他の具体例としては、以下のものが挙げられる。
少なくとも１つの耐酸化性ボンドコートを物品に付着させることを含む上記の方法。
高密度従来型イットリア安定化ジルコニア層をボンドコート上に付着させることを含む上記の方法。
高密度のセグメント化されたイットリア安定化ジルコニア層をボンドコート上に付着させることを含む上記の方法。
少なくとも１つの中間コートをボンドコート上に付着させることを含む上記の方法。
少なくとも１つのトップコートをボンドコート上に付着させることを含む上記の方法。
中間コートが、従来の多孔質のイットリア安定化ジルコニア、高密度被覆、多孔質のセグメント化された被覆、および／または高密度のセグメント化された被覆のうちの少なくとも１つの層を含む上記の方法。
トップコートが、従来の多孔質のイットリア安定化ジルコニア、高密度被覆、多孔質のセグメント化された被覆、および／または高密度のセグメント化された被覆のうちの少なくとも１つの層を含む上記の方法。
少なくとも１つの多孔質のセグメント化された被覆を中間コートとして付着させることを含む上記の方法。
少なくとも１つの多孔質のセグメント化された被覆をトップコートとして付着させることを含む上記の方法。
ボンドコートが、最大約２００μｍの厚さを有する上記の方法。
中間コートが、最大約４００μｍの厚さを有する上記の方法。
中間コートが、約５０μｍ〜４００μｍの厚さを有する上記の方法。
トップコートが、最大約８００μｍの厚さを有する上記の方法。
トップコートが、約１００μｍ〜約８００μｍの厚さを有する上記の方法。
中間コートが、少なくとも１つの歪み許容性を有する被覆層を含む上記の方法。
ボンドコートがＭＣＲＡｌＹを含み、ここでＭは、Ｎｉ、Ｃｏおよび／またはＦｅである上記の方法。
ボンドコートが、ＮｉＣｒ、ＮｉＡｌ、および／またはＮｉＣｒＡｌＹである上記の方法。
ボンドコートが、少量の、例えば微量から０．６重量％までのＲｅ、Ｈｆおよび／またはＳｉを更に含有する上記の方法。
遮熱被覆は、従来型ジルコニア遮熱被覆と比較して、熱伝導率が小さく、歪み許容性が大きく、難焼結性が大きく、および／または熱サイクル寿命が向上している上記の方法。
粒子が、約１０μｍ〜約１７６μｍの粒径を有する上記の方法。
被覆材料または粉末の見掛け密度が、約１．０ｇ／ｃｃ〜約３．０ｇ／ｃｃである上記の方法。
粒子中の酸化物の不純物の合計が、約０．５重量％未満である上記の方法。
酸化物が、これらに限定されないが、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化ナトリウム、ＣａＯ、ＭｇＯおよび／またはＴｉＯ２を含む群に由来する上記の方法。
粒子中の酸化物の不純物の合計が、約０．１５重量％未満である上記の方法。
粉末が、約０．０５重量％未満のウランおよび／またはトリウムを含有する上記の方法。
粉末が、約０．０２重量％未満のウランおよび／またはトリウムを含有する上記の方法。
粉末が、約７５重量％のプラズマにより緻密化された粒子および約２５重量％の噴霧乾燥粉末を含む二峰性分布を有する上記の方法。
プラズマにより緻密化された粉末の直径が約１１μｍ〜約７５μｍであり、噴霧乾燥粉末の直径が約７５μｍ〜約１８０μｍである上記の方法。
さらに、粉末は、プラズマにより緻密化された粉末、凝集焼結粉末、融合粉砕粉末、または噴霧乾燥粉末、またはそれらの種々の割合の任意の組み合わせであってもよい。
多孔質のセグメント化された遮熱被覆により被覆されており、被覆が、理論密度の約８８％未満の密度を有する物品も記載されている。
他の具体例としては、以下のものが挙げられる。
遮熱被覆が、約３．０ｇ／ｃｃ〜約５．５ｇ／ｃｃの密度、直線距離で１インチ当たり約５個〜約６０個のマイクロクラック、および約５体積％〜最大約２５体積％の気孔率を有する上記の物品。
遮熱被覆が、マグネシア、セリア、イットリア、イッテルビア、ジスポロシア、ガドリア、エルビア、ネオジミア、酸化ランタン、および／または酸化ストロンチウムのうちの１つまたは複数により安定化された酸化ジルコニウムを含む上記の物品。
酸化ジルコニウムの少なくとも一部が、酸化ハフニウムにより置換されている上記の物品。
遮熱被覆が、イットリア安定化ジルコニアである上記の物品。
物品上に少なくとも１つの耐酸化性ボンドコートを有する上記の物品。
高密度の従来型またはセグメント化されたイットリア安定化ジルコニア層をボンドコート上に有する上記の物品。
少なくとも１つの中間コートをボンドコート上に有する上記の物品。
少なくとも１つのトップコートをボンドコート上に有する上記の物品。
少なくとも１つの多孔質のセグメント化された被覆を中間コートとして有する上記の物品。
本発明の他の例示的な具体例および利点は、本明細書の開示および添付の図面を参照することにより確認できる。
本発明は、本発明の例示的な具体例の非限定的な例が、複数の図面を参照して、以下の発明の詳細な説明に更に記載されている。
本明細書に記載の被覆された物品の概略図。 本明細書に記載の被覆された物品の概略図。 本明細書に記載の被覆された物品の概略図。 典型的な遮熱被覆を示す図。 本明細書に記載の典型的な遮熱被覆を示す図。
本明細書に示されている説明は例示であり、本発明の様々な実施形態を例示的に考察するためのものに過ぎず、本発明の原理および概念の最も有用で容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために示されている。この点で、本発明の基本的理解に必要とされる程度を越えてより詳細に本発明を詳述する試みはなされていない。本記載は、本発明の幾つかの形態をいかにして実際に実施できるかを当業者に明らかにするものである。
以下、本発明を、より詳細な実施形態を参照しながら説明する。しかし、本発明は様々な形態として具体化できるが、本明細書に示されている形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これら形態は、本開示を詳細で完全なものとして、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供されている。
特別に定義されない限り、本明細書で使用される技術用語および科学用語は全て、本発明が属する当業者に一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本発明の説明に使用される用語は、特定の具体例を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定することを意図したものではない。本発明の説明および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、状況が明白にそうではないと示さない限り、複数形も含むことが意図されている。本明細書で言及されている刊行物、特許出願、特許および他の文献は全て、参照によりそれらの全体が明示的に援用される。
特別に指定がない限り、本明細書および特許請求の範囲で使用されている成分および反応条件等を表現する全ての数値は、全ての場合で「約」により修飾されていると理解されるべきである。したがって、特別に示されない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に示されている数値パラメータは近似値であり、本発明により得ようとしている所望の特性に応じて変化できる。各数値パラメータは、少なくとも、均等論の特許請求の範囲への適用を限定する試みとしてではなく、有効数字および通常の端数処理に照らして解釈されるべきである。
本発明の広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは近似値であるが、特定の例に示されている数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしながら、あらゆる数値は、それぞれの試験の測定による標準偏差から必然的に生じる誤差を本質的に含むものである。本明細書の全体にわたって示されているあらゆる数値範囲は、その広い数値範囲内に入る、狭い数値範囲を、その狭い数値範囲が全て、本明細書に明示的に記載されているかの如く含んでいる。
本発明の他の利点は、部分的に以下の記載に示され、部分的に本記載から明白になるだろう。また、本発明の他の利点は、本発明の実施により判明する場合がある。上記の一般的な記載および以下の発明の説明は両方とも、例示および説明のためのものに過ぎず、特許請求されている本発明を限定するものではないことが理解されるべきである。
遮熱被覆は、垂直クラックを有するものを含めて周知である。垂直クラックを有する遮熱被覆は、多数の刊行物および特許に開示されている。しかしながら、そのような被覆は、通常は高密度微細組織を有する。例えば、Ｔａｙｌｏｒの米国特許第５，０７３，４３３号およびＴａｙｌｏｒらの米国特許第８，１９７，９５０号には、理論密度の８８％を超える５．４７ｇ／ｃｃ（グラム／立方センチメートル）から５．５５ｇ／ｃｃまでの密度を有するセグメント化された被覆が開示されている。これらの米国特許の各々の開示は、その全体が、参照により本明細書に援用される。
歪み許容性が大きく熱伝導率が小さいという利点を有する被覆、およびその被覆を製作する方法が、本明細書に記載されている。この被覆は、有利には、金属成分を保護し、１つまたは複数の耐酸化性ボンドコートを使用できる高温途用の難焼結性遮熱被覆である。
図１Ａには、本明細書に記載の基本構造が示されている。基材材料１０は、本明細書にも記載される遮熱トップコート１１により被覆されている。図１Ｂおよび図１Ｃに示される他の選択肢は多層型であり、基材にはボンドコート１２が付加されており、任意で中間層１３が含まれる。
図２には、典型的な高密度垂直クラック遮熱被覆（ＴＢＣ）が示されている。この被覆は、例えば、「Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｐｒａｙ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」（Ａ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｐｒａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第２２巻（５），第５６４頁〜５７６頁、２０１３年６月）に記載されている。この文献の開示は、その全体が参照により本明細書に明示的に援用される。図２を参照すると、遮熱被覆２２により被覆された基材材料２１が示されている。細孔２３およびマクロクラック２４も見ることができる。
図３には、約２０％の気孔率および１インチ当たり約３５個の垂直マクロクラックを有する、本発明による多孔質のセグメント化されたプラズマ溶射された酸化ジルコニウム−酸化イットリウム（ＹＳＺ）被覆の研磨断面が示されている。図３を参照すると、遮熱被覆３２により被覆された基材材料３１が示されている。細孔３３およびマクロクラック３４も見ることができる。
理論密度の８８％未満の被覆密度を有する大気プラズマ溶射によるセグメント化された被覆を製作することが有利だろう。このタイプの被覆は、被覆の気孔率を増加させるために、粒子の溶融状態および応力レベルを制御することにより製作できる。気孔率の増加は、特に垂直クラックと組み合わせると、被覆の難焼結性を向上させ、熱伝導率を低下させ、歪み許容性を向上させることに寄与できることが有利である。
本明細書に記載された物品は、従来の被覆と比較して、熱伝導率が低く、歪み許容性がより大きく、難焼結性が向上し、熱サイクルの耐疲労性が向上した遮熱被覆を含む。多孔質の垂直セグメント化された微細組織を有する遮熱被覆が製作できる。この被覆は、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）被覆であって、４．２〜４．９ｇ／ｃｃの範囲の典型的な密度を有し、被覆が、約３．０ｃ〜約５．５ｇ／ｃｃの密度を有し、垂直クラック密度が、直線距離で１インチ当たり約５〜約６０個のマクロクラックである被覆であることが有利である。この被覆は、典型的には、従来の高密度セグメント化された遮熱被覆よりも、１．４〜１．６倍の熱サイクル寿命を有する。この被覆は、本明細書に記載のように改変された従来の溶射技術および設備を使用してプラズマ溶射することができる。
本発明により製作される被覆の非限定的な例としては、以下のものが挙げられる。
実施例
ＹＳＺ球状粉末をプラズマ溶射することにより、多孔質のセグメント化されたイットリア安定化ジルコニアの遮熱被覆を形成する。ＹＳＺ粉末は７重量％のイットリアおよび残部がジルコニアからなり、５μｍ〜１８０μｍの範囲の粒径、好ましくは１１μｍ〜１２５μｍの範囲の粒径を有する。可能性のある二峰性分布としてプラズマにより緻密化された材料（１１μｍ〜７５μｍの範囲の粒径）が７５ｗｔ％で、噴霧乾燥材料（７５μｍ〜１８０μｍの範囲の粒径）が２５ｗｔ％であるものを使用できる。可能性のある直接的材料としては、粒径が１１μｍ〜１１０μｍのプラズマにより緻密化されたＹＳＺ粉末を使用できる。ＹＳＺ粉末を、プラズマトーチに半径方向から注入する。具体例としては、プラズマトーチは、カスケード銃が使用され、ＴｒｉｐｌｅｘＰｒｏ（商標）２１０プラズマ銃、ＳｉｎｐｌｅｘＰｒｏ（商標）プラズマ銃、またはＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｍｅｔｃｏ社製のＦ４銃もしくは９ＭＢ銃等の従来型プラズマ銃でさえ使用することができる。金属基材またはセラミックス複合基材に被覆を行なう場合、カスケード銃技術を使用するプラズマ銃が好ましい。
プラズマ溶射中、プラズマ溶射パラメータは、完全に融解する粒子、および部分的にのみ融解するかまたは未融解のままの粒子が存在するように制御すべきである。典型的には、基材に被覆を施す前に、基材を約５００℃に予熱するべきである。
このようにして施されたＹＳＺ被覆は、有利には、望ましい気孔率を有し、完全に融解した平板ならびに部分的に融解した粒子および部分的に未融解の粒子から構成することができる。また、有利には、このＹＳＺ被覆は、約４．２ｇ／ｃｃ〜約４．９ｇ／ｃｃの範囲の密度（すなわち、理論密度の８８％未満）を有することができ、基材の表面と平行な線に沿った直線距離で測定して１インチ当たり約５〜約６０個の垂直マクロクラックを含むことができる。また、ＹＳＺ被覆は、熱伝導率が小さく、難焼結性が著しく向上し、歪み許容性が向上する等の望ましい特性を示すことが予想できる。
上記の例では、７〜８重量％（ｗｔ％）のＹＳＺ材料を使用し、公知のＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｍｅｔｃｏ社のＨＯＳＰプロセスにより製作した被覆が示されている。しかしながら、本発明は、このようなものに限定されず、様々な粉末製造プロセスを使用した、多数の様々な酸化ジルコニウム遮熱系に及ぶことができる。
非限定的な例として、マグネシア、セリア、イットリア、イッテルビア、ジスポシア、ガドリア、エルビア、ネオジミア、酸化ランタン、酸化ストロンチウムのうちの１つまたは複数の組み合わせにより安定化された酸化ジルコニウム系等の、多数の種類の材料系を使用できる。酸化ハフニウムにより、酸化ジルコニウムの一部または全てを置換できる。
さらに、多数の種類の材料製造プロセスを使用できる。例えば、
噴霧乾燥粉末製造ルートまたは有機結合剤を用いたプロセス（０〜１００ｗｔ％の事前合金化成分または０〜１００ｗｔ％の未反応成分）を使用する製造プロセス、
噴霧乾燥焼結材料、
噴霧乾燥プラズマにより緻密化された材料、
種々の製造ルートの２つ以上の化学的沈殿混合物等。
これら３つの製造ルートの１つまたは複数により製作された溶融粉砕材料の混合物も使用できる。
非限定的な例では、粉末特性には、以下のものが挙げられる。
粒径が、約１０〜約１７６μｍである。
見掛け密度が、約１．０ｇ／ｃｃ〜約３．０ｇ／ｃｃである。
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化ナトリウム、ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＴｉＯ２等の酸化物の不純物の合計が、０．５ｗｔ％未満、好ましくは０．１５ｗｔ％未満である。
ウランおよびトリウムが０．０５ｗｔ％未満、好ましくは０．０２ｗｔ％未満である放射活性。
可能性にある二峰性分布は、プラズマにより緻密化された材料（１１μｍ〜７５μｍの範囲の粒径）が７５ｗｔ％であり、噴霧乾燥材料（７５μｍ〜１８０μｍの範囲の粒径）が２５ｗｔ％であるものを使用できる。
非限定的な例では、被覆は、耐酸化性ボンドコートおよび多孔質のセグメント化されたトップコートが使用される二重層系、または耐酸化性ボンドコート上に高密度従来型７〜８ｗｔ％ＹＳＺまたは高密度のセグメント化されたＹＳＺが使用される多層系のいずれかを使用できる。また、被覆は、耐酸化性ボンドコート基材上に１つまたは複数の中間コートおよび１つまたは複数のトップコートを有する様々な被覆組織を有する多層被覆であることができる。中間コートは、従来の多孔質のＹＳＺ被覆、高密度被覆、多孔質のセグメント化された被覆、高密度のセグメント化された被覆、またはそれらの任意の組み合わせの１つまたは幾つかの層であってもよい。１つまたは複数のトップコートは、従来の多孔質のＹＳＺ被覆、高密度被覆、多孔質のセグメント化された被覆、高密度のセグメント化された被覆、またはそれらの任意の組み合わせの１つまたは幾つかの層であってもよい。多層被覆用途では、１つまたは複数の多孔質のセグメント化された被覆は、少なくとも、中間コート層またはトップコート層のいずれとして形成されてもよい。典型的な被覆厚としては、ボンドコートが最大２００μｍ、中間コートが約５０〜４００μｍ、トップコートが約１００〜約８００μｍであることを挙げることができる。
非限定的な具体例として、ボンドコート層は、典型的には、ＮｉＣｒ、ＮｒＡｌ、ＮｉＣｒＡｌＹ、または他のＭＣＲＡｌＹ含有材料であってもよい。ＭＣＲＡｌＹの式中、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、および／または鉄の組み合せを表す。また、ＭＣｒＡｌＹは、微量のＲｅ、Ｈｆ、Ｓｉを含有してもよい。
製造された被覆された物品は、被覆が理論密度の約８８％未満の密度を有する多孔質のセグメント化された遮熱被覆を有する。更なる非限定的な具体例としては、以下のものが挙げられる。
被覆が、約４．９ｇ／ｃｃ以下の密度を有する上記の物品。
被覆が、約４．２ｇ／ｃｃ〜約４．９ｇ／ｃｃの密度を有する上記の物品。
被覆が、約３．０ｇ／ｃｃ〜約５．５ｇ／ｃｃの密度を有する上記の物品。
被覆が、直線距離で１インチ当たり少なくとも約５個のマクロクラックを有する上記の物品。
被覆が、直線距離で１インチ当たり少なくとも約５〜約６０個のマクロクラックを有する上記の物品。
被覆が、約５体積％を超え、好ましくは２０体積％までの気孔率を有し、場合によっては気孔率が最大２５体積％である上記の物品。
被覆が、マグネシア、セリア、イットリア、イッテルビア、ジスプロシア、ガドリニア、エルビア、ネオジミア、酸化ランタン、および／または酸化ストロンチウムのうちの１つまたは複数により安定化された酸化ジルコニウムを含む上記の物品。
酸化ハフニウムにより、酸化ジルコニウムの少なくとも一部が置換された上記の物品。
被覆が、イットリア安定化ジルコニアである上記の物品。
また、更なる非限定的な具体例としては、以下のものが挙げられる。
物品上に少なくとも１つの耐酸化性ボンドコートを有する上記の物品。
高密度従来型の７〜８重量％のイットリア安定化ジルコニア層をボンドコート上に有する上記の物品。
高密度のセグメント化されたイットリア安定化ジルコニア層をボンドコート上に有する上記の物品。
少なくとも１つの中間コートをボンドコート上に有する上記の物品。
少なくとも１つのトップコートをボンドコート上に有する上記の物品。
中間コートが、従来の多孔質のイットリア安定化ジルコニア、高密度被覆、多孔質のセグメント化された被覆、および／または高密度のセグメント化された被覆の少なくとも１つの層を含む上記の物品。
中間層が、１）従来の５〜１０重量％のＹＳＺ被覆構造、２）５％未満の気孔率を有する高密度ＹＳＺ、または３）高密度のセグメント化されたＹＳＺであることができる上記の物品および方法。
トップコートが、従来の多孔質のイットリア安定化ジルコニア、高密度被覆、多孔質のセグメント化された被覆、および／または高密度のセグメント化された被覆の少なくとも１つの層を含む上記の物品。
少なくとも１つの多孔質のセグメント化された被覆を中間コートとして有する上記の物品。
少なくとも１つの多孔質のセグメント化された被覆をトップコートとして有する上記の物品。
ボンドコートが、最大約２００μｍの厚さを有する上記の物品。
中間コートが、最大約４００μｍの厚さを有する上記の物品。
中間コートが、約５０μｍ〜４００μｍの厚さを有する上記の物品。
トップコートが、最大約８００μｍの厚さを有する上記の物品。
トップコートが、約１００μｍ〜約８００μｍの厚さを有する上記の物品。
中間コートが、少なくとも１つの歪み許容性の被覆層を有する上記の物品。
ボンドコートが、ＭＣｒＡｌＹを含み、Ｍが、Ｎｉ、Ｃｏ、および／またはＦｅである上記の物品。
ボンドコートが、ＮｉＣｒ、ＮｉＡｌ、および／またはＮｉＣｒＡｌＹである上記の物品。
ボンドコートが、少量の、例えば、微量から０．６重量％までのＲｅ、Ｈｆ、および／またはＳｉを更に含有する上記の物品。
被覆が、従来型ジルコニア遮熱被覆と比較して熱伝導率が小さく、歪み許容性が大きく、難焼結性が高く、および／または熱サイクル寿命が向上している上記の物品。
なお、このタイプの粉末製造プロセスは、被覆組織に影響を及ぼす場合がある。粉末純度、粉末粒径、粉末への熱入力、ならびに粉末と溶射パラメータとの相互関係は、被覆組織に影響を及ぼす。それらは、多孔質のセグメント化されたＴＢＣ等の最適な微細組織を達成するように構成できる。
さらに、熱伝導率を低減し、難焼結性を向上させ、熱サイクル寿命を延ばすために、半溶融解および未融解の金属酸化物粒子が、遮熱被覆内に捕捉されていることの重要性に留意すべきである。
本発明の有利な具体例によると、多孔質のセグメント化された被覆は、９ｍｍの溶射ノズルを有するＳｉｎｐｌｅｘＰｒｏ（商標）プラズマ銃を使用することにより形成できる。アルゴンおよび水素を、それぞれ一次および二次的プラズマガスとして使用する。使用するプラズマのエンタルピーは、１４０００ＫＪ／ｋｇ〜２４０００ＫＪ／ｋｇの範囲であってもよく、好ましくは１８０００ＫＪ／ｋｇである。アルゴン対水素の比は、６〜１８にでき、好ましくは９〜１２である。供給速度は、３０ｇ／分〜１８０ｇ／分の範囲にでき、好ましくは６０ｇ／分〜１２０ｇ／分の範囲である。粒子の平均温度および速度は、それぞれ、２７００℃〜３３００℃の範囲、１８０ｍ／ｓ〜２８０ｍ／ｓの範囲であってよい。好ましくは、平均温度は２７００℃〜３０００℃であり、平均速度は１９０ｍ／ｓ〜２５０ｍ／ｓである。
上記の例は、説明のために提供されているに過ぎず、いかなる点でも本発明を限定するものとして解釈されないことが留意される。本発明は、例示的な具体例に関して記載されているが、本明細書で使用されている用語は、限定するためではなく、説明および例示のためのものであることが理解される。その態様において本発明の範囲および趣旨から逸脱せずに、添付の特許請求の範囲の範囲内で、本記載のように修正、変更をなすことができる。本発明は、特定の手段、材料、および実施形態に関して本明細書に記載されているが、本発明は、本明細書に開示されている詳細に限定されることは意図されていない。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内等の、あらゆる機能的に均等な構造、方法、および使用に及ぶ。

Claims (20)

  1. 物品に遮熱被覆を付着させる方法であって、プラズマ加熱された粉末の被覆材料を、前記物品の表面に溶射して、理論密度の約８８％未満の密度を有する多孔質のセグメント化された遮熱被覆を形成する段階を含む方法。
  2. 前記遮熱被覆が、約３．０ｇ／ｃｃ〜約５．５ｇ／ｃｃの密度、直線距離で１インチ当たり約５個〜約６０個のマイクロクラック、および約５体積％〜約２５体積％の気孔率を有する、請求項１に記載された方法。
  3. 前記被覆材料が、マグネシア、セリア、イットリア、イッテルビア、ジスプロシア、ガドリニア、エルビア、ネオジミア、酸化ランタン、および／または酸化ストロンチウムのうちの１つまたは複数により安定化された酸化ジルコニウムを含む、請求項１に記載された方法。
  4. 前記酸化ジルコニウムの少なくとも一部が酸化ハフニウムにより置換されている、請求項１に記載された方法。
  5. 少なくとも１つの耐酸化性ボンドコートを前記物品に付着させる段階を含む、請求項１に記載された方法。
  6. 高密度の従来型の又はセグメント化されたイットリア安定化ジルコニア層を、ボンドコート上に付着させる段階を含む、請求項１に記載された方法。
  7. 少なくとも１つの中間コートを、ボンドコート上に付着させる段階を含む、請求項１に記載された方法。
  8. 少なくとも１つのトップコートを、ボンドコート上に付着させる段階を含む、請求項１に記載された方法。
  9. 少なくとも１つの多孔質のセグメント化された被覆を中間コートとして付着させる段階を含む、請求項７に記載された方法。
  10. 少なくとも１つの多孔質のセグメント化された被覆をトップコートとして付着させる段階を含む、請求項８に記載された方法。
  11. 多孔質のセグメント化された遮熱被覆により被覆された物品であって、前記遮熱被覆が、理論密度の約８８％未満の密度を有する物品。
  12. 前記遮熱被覆が、約３．０ｇ／ｃｃ〜約５．５ｇ／ｃｃの密度、直線距離で１インチ当たり約５個〜約６０個のマイクロクラック、および約５体積％〜最大約２５体積％の気孔率を有する、請求項１１に記載された物品。
  13. 前記遮熱被覆が、マグネシア、セリア、イットリア、イッテルビア、ジスプロシア、ガドリニア、エルビア、ネオジミア、酸化ランタン、および／または酸化ストロンチウムのうちの１つまたは複数により安定化された酸化ジルコニウムを含む、請求項１１に記載された物品。
  14. 前記酸化ジルコニウムの少なくとも一部が酸化ハフニウムに置換されている、請求項１３に記載された物品。
  15. 前記遮熱被覆が、イットリア安定化ジルコニアを含む、請求項１１に記載された物品。
  16. 前記物品上に少なくとも１つの耐酸化性ボンドコートを有する、請求項１１に記載された物品。
  17. 高密度の従来型の又はセグメント化されたイットリア安定化ジルコニア層を、前記ボンドコート上に有する、請求項１６に記載された物品。
  18. 少なくとも１つの中間コートを、前記ボンドコート上に有する、請求項１６に記載された物品。
  19. 少なくとも１つのトップコートを、前記ボンドコート上に有する、請求項１６に記載された物品。
  20. 少なくとも１つの多孔質のセグメント化された被覆を、中間コートまたはトップコートとして有する、請求項１６に記載された物品。
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