JP2018534479A - 断熱された鋼ピストンクラウンおよびセラミックコーティングを使用する作製方法 - Google Patents

Abstract

ディーゼルエンジンのためのピストンが提供される。ピストンは、鋼から形成されるクラウンに適用された熱バリアコーティングを含んでいる。金属結合材料の層がまずクラウンの燃焼面に適用され、その後、金属結合材料およびセラミック材料の混合物を含む勾配構造が適用され、その後、セラミック材料の層が適用される。当該セラミック材料は、セリア、セリア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、および、別の酸化物によって安定化されたジルコニアのうちの少なくとも１つを含む。熱バリアコーティングは熱溶射プロセスまたはＨＶＯＦによって適用される。熱バリアコーティングは、熱バリアコーティングの全体積に基づくと、２体積％〜２５体積％の多孔性を有し、１ｍｍ未満の厚さを有し、１．００Ｗ／ｍ．Ｋ未満の熱伝導性を有する。

Description

関連出願への相互参照
この米国特許出願は、２０１５年１１月２０日に出願された米国仮特許出願番号第６２／２５７，９９３号と、２０１６年１１月１７日に出願された米国特許出願番号第１５／３５４，００１号との利益を主張しており、その全内容は、本願明細書において参照により援用される。

発明の背景
１．発明の分野
この発明は一般に、ディーゼルエンジンのための断熱されたピストンを含む内燃機関のためのピストンと、その製造方法とに関する。

２．関連技術
現代のヘビーデューティディーゼルエンジンは、エミッションおよび燃料経済性についての法律の下で、効率の向上に向かって推進されている。より大きな効率を達成するために、エンジンは、より熱く、かつ、より高いピーク圧力で動作しなければならない。燃焼室を通じての熱損失は、これらの増加した要求の下で問題になる。典型的に、利用可能な燃料エネルギーの約４％から６％が、ピストンを通じて冷却システム中に入る熱として失われる。エンジン効率を改善する１つの方法は、ターボコンパウンディングによって熱い燃焼ガスからエネルギーを抽出することである。たとえば、ターボコンパウンディングによって、燃料エネルギーの約４％から５％が熱排気から抽出され得る。

エンジン効率を改善する別の方法は、ピストンのクラウンを断熱することにより冷却システムへの熱損失を低減することを含む。セラミック材料を含む断熱層は、ピストンを断熱する一つの方法である。１つのオプションは、ピストンの金属ボディ部分に金属結合層を適用し、その後、セラミック層を適用することを含む。しかしながら、これらの層は、不連続であり、セラミックはその性質が多孔性である。したがって、燃焼ガスはセラミックを通り抜けることができ、セラミック／結合層界面において金属結合層を酸化し始め、弱い境界層を形成し、時間にわたってコーティングの潜在的な機能不全を引き起こす。さらに、隣接する層との間での熱膨脹係数のミスマッチと、セラミックの脆い性質とによって、剥離および落剥についてのリスクが生じる。

別の例は、イットリア安定化ジルコニアから形成される熱溶射コーティングである。この材料は、単独で使用された場合、熱効果による不安定化と、ディーゼル内燃機関における化学腐食とを被り得る。さらに、たとえば１ｍｍといった５００μｍ以上のセラミックコーティングのような厚いセラミックコーティングは、クラッキングおよび機能不全の傾向があるということが分かっている。

ピストンについての４０年間を超える熱コーティングの開発は文献において文書化されているが、現在まで成功しコスト効率が良い既知の製品は存在しない。さらに、ジェットタービンに使用される典型的な航空宇宙コーティングは、加えられる熱応力の非常に周期的な性質に関連付けられる原料および堆積コストにより、エンジンピストンには好適ではないということが分かっている。

発明の概要
本発明の１つの局面は、金属から形成されるとともに、燃焼面を提示するクラウンを含むボディ部分を含むピストンを提供する。熱バリアコーティングは、クラウンに適用され、かつ、燃焼面から露出面に延在する厚さを有する。熱バリアコーティングは、金属結合材料およびセラミック材料の混合物を含み、熱バリアコーティングに存在するセラミック材料の量は燃焼面から露出面へと増加する。

本発明の別の局面は、ピストンを製造する方法を提供する。当該方法は、金属から形成されるクラウンの燃焼面に熱バリアコーティングを適用することを含んでいる。熱バリアコーティングは、燃焼面から露出面に延在する厚さを有しており、熱バリアコーティングは、金属結合材料とセラミック材料との混合物を含む。燃焼面に熱バリアコーティングを適用するステップは、金属結合材料に対してセラミック材料の量を、燃焼面から露出面へ増加させることを含む。

本発明の他の利点は、添付の図面に関連して考慮されると、以下の詳細な説明への参照によってより理解されるため、容易に認識されるであろう。

本発明の例示的な実施形態に従った、クラウンに適用される熱バリアコーティングを含むギャラリー含有ディーゼルエンジンピストンの断面斜視図である。 図１のピストンクラウンに適用される熱バリアコーティングの部分の拡大図である。 本発明の別の例示的な実施形態に従った、クラウンに適用される熱バリアコーティングを含むギャラリーレスディーゼルエンジンピストンの断面斜視図である。 例示的な実施形態に従った、熱バリアコーティングを適用する前の面取りエッジを含むピストンクラウンの部分を示す図である。 例示的な実施形態に従った、熱バリアコーティングを適用する前の面取りエッジを含むピストンクラウンの部分の側面図である。 熱バリアコーティングの例示的な組成を開示する図である。 鋼ピストンクラウンに配置される熱バリアコーティングの例を示す断面図である。

例示的な実施形態の詳細な説明
本発明の１つの局面は、ヘビーデューティディーゼルエンジンのような内燃機関における使用のための熱バリアコーティング２２をピストン２０に設ける。熱バリアコーティング２２は冷却システムへの熱損失を低減し、したがってエンジン効率を改善する。さらに、熱バリアコーティング２２は、ピストンを断熱するために使用される他のコーティングと比較して、よりコスト効率が良好で安定しているとともに、化学腐食を受けにくい。

１つの例示的な実施形態に従った熱バリアコーティング２２を含むピストン２０の例が図１に示される。例示的なピストン２０は、ヘビーデューティディーゼルエンジンにおける使用のために設計されているが、熱バリアコーティング２２は他のタイプのピストンに適用され得、さらに、内燃機関の燃焼室に露出される他の部品にも適用され得る。例示的な実施形態では、ピストン２０は、金属材料、具体的には鋼から形成されるボディ部分２６を含む。たとえば、ボディ部分２６を形成するために使用される鋼は、ＡＩＳＩ４１４０グレードまたはマイクロアロイ３８ＭｎＳｉＶＳ５であり得る。ボディ部分２６を形成するために使用される鋼はリン酸塩を含んでいない。リン酸塩がボディ部分２６の表面に存在する場合、そのリン酸塩は、熱バリアコーティング２２を適用する前に除去される。ボディ部分２６は、中心軸Ａに沿って長手方向に上端２８から下端３０へ中心軸Ａの周りを延在する。ピストンボディ部分２６はさらに、上端２８から下端３０に向かって中心軸Ａの周りを円周方向に延在するクラウン３２を含む。図１の実施形態では、クラウン３２は、この場合、溶接によってボディ部分２６の残りの部分に連結される。

ピストン２０のクラウン３２は上端２８において燃焼面３４を規定しており、燃焼面３４は、内燃機関におけるピストン２０の使用の間、熱いガスに直接的に晒され、したがって高い温度および高い圧力に直接的に晒される。例示的な実施形態において、燃焼面３４は、平坦な外側リムから延在する燃焼ボウルを含んでおり、燃焼面３４は中心軸Ａにおいて頂点を含んでいる。ピストン２０のクラウン３２はさらに、外径表面に位置するとともに中心軸Ａの周りを円周方向に延在する、少なくとも１つのリング（図示せず）を受け入れるための少なくとも１つのリング溝３６を規定する。典型的に、ピストン２０は２つまたは３つのリング溝３６を含む。各リング溝３６に隣接して、リングランド３８が配置され、リング溝３６を互いから間隔を置いて配置するとともに燃焼面３４から間隔を置いて配置する。

図１の例では、ピストン２０は、クラウン３２とボディ部分２６の残りの部分との間で、中心軸Ａの周りを円周方向に延在する冷却ギャラリー２４を含む。この実施形態において、クラウン３２は、中心軸Ａから間隔を置いて配置される上部リブ４２を含んでおり、ボディ部分２６の隣接するセクションは、中心軸Ａから間隔を置いて配置される下部リブ４４を含む。上部リブ４２は、冷却ギャラリー２４を形成するよう下部リブ４４に溶接される。この場合、リブ４２，４４は一緒に摩擦溶接されるが、リブ４２，４４は他の方法を使用して結合されてもよい。冷却ギャラリー２４は、内燃機関においてピストン２０の使用中に、熱いクラウン３２から熱を放散するために冷却流体を含有し得る。さらに、内燃機関における使用の間にクラウン２４の温度を低減するために、冷却流体またはオイルが、冷却ギャラリー２４中へスプレーされ得るか、または、クラウン３２の内表面に沿ってスプレーされ得る。

図１に示されるように、ピストン２０のボディ部分２６は、中心軸Ａの周りにおいて互いから間隔を置いて配置されるとともにクラウン３２から下端３０へ垂下するピンボス４６の対をさらに含む。各ピンボス４６は、接続ロッドにピストン２０を接続するために使用され得るリストピンを受け入れるためのピン孔４８を規定する。ボディ部分２６はさらに、中心軸Ａの周りにおいてピンボス４６を互いから間隔を置いて配置するとともにクラウン３２から下端３０へと垂下してスカートセクション５４の対を含む。

図２に示される別の例示的な実施形態に従うと、ピストン２０のボディ部分２６は、ギャラリーレスピストンである。ギャラリーレスピストン２０は、内燃機関のシリンダボア内に含まれる燃焼室の燃焼ガスに直接的に晒される上部燃焼面３４を提示するクラウン３２を含む。例示的な実施形態では、燃焼面３４は中心軸Ａにおいて頂点を含む。リング溝３６およびリングランド３８は燃焼面３４から垂下しており、ピストン２０の外径に沿って円周方向に延在する。ギャラリーレスピストン２０はさらに、中心軸Ａの周りにおいて互いから間隔を置いて配置されるとともにクラウン３２から下端３０へ垂下するピンボス４６を含む。各ピンボス４６は、接続ロッドにピストン２０を接続するために使用され得るリストピンを受け入れるためのピン孔４８を規定する。ボディ部分２６はさらに、中心軸Ａの周りにおいてピンボス４６を互いから間隔を置いて配置するとともにクラウン３２から下端３０へと垂下するスカートセクション５４を含む。ギャラリーレスピストン２０の全ボディ部分２６は典型的には、単一ピースとして鍛造または鋳造される。

図２のピストン２０のクラウン下表面３５は、クラウン３２の下側に形成されており、燃焼面３４の正反対側かつリング溝３６の半径方向内方に形成されている。クラウン下表面３５は、燃焼ボウルとは正反対側の表面である。ここで、クラウン下表面３５は、如何なるピン孔４８も除外して、底部からピストン２０をまっすぐに観察する際に見える表面であると規定される。クラウン下表面３５はさらに、ピストン２０の下側から見ると、オープンに露出されており、シールまたは密閉された冷却ギャラリーによって境界をつけられない。

言いかえれば、底部からピストン２０を見ると、自身を提示する表面は、上部クラウン３２のクラウン下表面３５であり、たとえば冷却ギャラリーのフロアではない。当該ピストン２０は「ギャラリーレス」であるので、下位クラウン表面３５へ直接的に露出されるキャビティの底部は、カバーされておらず下からオープンになっている。従来のギャラリースタイルピストンと異なり、ギャラリーレスピストン２０は、クラウン下表面３５直下の領域またはスペースにおいてある量の冷却オイルを捕えるように通常機能する底部フロアまたはレッジを欠いている。このピストン２０のクラウン下表面３５は、意図的に完全にオープンであり、その露出が最大限にされている。

ピストン２０のクラウン下表面３５はさらに、シールまたは密封された冷却ギャラリーを有する比較のピストンよりも、より大きな全表面エリア（表面の輪郭に従う３次元のエリア）と、より大きな投影された表面エリア（平面図において見られるような平面の２次元のエリア）とを有する。ピストン２０の下側に沿ったこのオープンな領域は、オイルのはねかけへの直接的なアクセスを提供するか、または、クランクケースの内部から直接的にクラウン下表面３５上にスプレーされることを提供し、これにより、オイルが自由にリストピンの周りにおいてはねかけることを可能にしつつ、クラウン下表面３５全体がクランクケースの内部からオイルによって直接的にはねかけられることを可能にし、さらに、ピストン２０の重量を著しく低減する。したがって、典型的な閉じられたまたは部分的に閉じられた冷却ギャラリーを有していないが、ギャラリーレスピストン２０の概してオープンな構成によって、クラウン下表面３５の最適な冷却と、ピン孔４８内でのリストピンへの潤滑とが可能になるとともに、同時に、燃焼ボウルの近くの表面上でオイル滞留時間が低減される。オイル滞留時間は、ある体積のオイルが表面上に残る時間である。クラウン下表面３５の２次元および３次元の表面エリアは典型的に、オイルのはねかけによって引き起こされる冷却または露出面に対してクランクケースから上方向にスプレーされることよって引き起こされる冷却が向上され得るように最大化され、これにより、ピストン２０の冷却が優れたものになる。

図１に示されるように、熱バリアコーティング２２は、燃焼室への熱損失を低減し、したがって、エンジンの効率を増加させるために、燃焼面３４とピストン２０のリングランド３８のうちの少なくとも１つとに適用される。例示的な実施形態では、熱バリアコーティング２２は、燃焼面３４に直接的に隣接する最上リングランド３８に適用される。熱バリアコーティング２２はさらに、ピストン２０の他の部分に適用され得、また、ピストン２０に加えて、ライナー表面、バルブおよびシリンダヘッドといった、燃焼室に露出される他の部品に随意に適用され得る。熱バリアコーティング２２は、クラウン３２に沿って熱い領域および冷たい領域を修正するために、燃料噴射器、燃料プルーム、または熱マップ測定からのパターンの位置に整列および／または隣接する位置にしばしば配置される。

熱バリアコーティング２２は、燃焼室における苛酷な状況への露出のために設計されている。たとえば、熱バリアコーティング２２は、大きくかつ振動する熱サイクルに晒されるディーゼルエンジンピストンに適用され得る。そのようなピストンは、非常に冷たい始動温度を経験し、燃焼ガスに接触すると７００℃まで到達する。さらに、１秒当たり約１５〜２０回またはそれ以上の各燃焼現象からの温度サイクリングがある。さらに、２５０〜３００バールまでの圧力の揺れが各燃焼サイクルで見られる。

熱バリアコーティング２２の部分は、セラミック材料５０から形成されており、具体的には、たとえばセリア、セリア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、別の酸化物によって安定化されたジルコニア、および／または、その混合物といった少なくとも１つの酸化物から形成されている。セラミック材料５０は、１Ｗ／ｍ・Ｋ未満といった低い熱伝導性を有する。セリアがセラミック材料５０において使用される場合、熱バリアコーティング２２は、ディーゼルエンジンの高い温度、高い圧力および他の厳しい条件の下で、より安定である。さらに、セリアを含むセラミック材料５０の組成によって、熱バリアコーティング２２は、単独で使用された場合にディーゼル内燃機関における熱効果および化学腐食により不安定化し得る他のセラミックコーティングよりも、化学腐食を受けにくくなる。セリアおよびセリア安定化ジルコニアは、そのような熱および化学条件下で非常により安定している。セリアは、ピストンボディ部分２６を形成するために使用される鋼材料と同様の熱膨脹係数を有する。室温におけるセリアの熱膨脹係数は、１０Ｅ−６から１１Ｅ−６の範囲にあり、室温における鋼の熱膨脹係数は１１Ｅ−６から１４Ｅ−６の範囲にある。この同様の熱膨脹係数は、応力割れを生み出す熱のミスマッチを回避することを支援する。

典型的に、熱バリアコーティング２２は、熱バリアコーティング２２の全体積に基づくと、７０体積パーセント（体積％）から９５体積％の量のセラミック材料５０を含んでいる。一実施形態では、熱バリアコーティング２２を形成するために使用されるセラミック材料５０は、セラミック材料５０の全重量に基づくと、９０〜１００重量％の量のセリアを含む。別の例示的な実施形態では、セラミック材料５０は、セラミック材料５０の全重量に基づくと、９０〜１００重量％の量のセリア安定化ジルコニアを含む。別の例示的な実施形態では、セラミック材料５０は、セラミック材料５０の全重量に基づくと、９０〜１００重量％の量のイットリア安定化ジルコニアを含む。さらに別の例示的な実施形態では、セラミック材料５０は、セラミック材料５０の全重量に基づくと、９０〜１００重量％の合計量のセリア安定化ジルコニアおよびイットリア安定化ジルコニアを含む。別の例示的な実施形態では、セラミック材料５０は、セラミック材料５０の全重量に基づくと、９０〜１００重量％の量のマグネシア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、および／または、別の酸化物によって安定化されたジルコニアを含む。言いかえれば、上記の酸化物のうちのいずれかが、セラミック材料５０の全重量に基づくと、９０〜１００重量％の量で単独でまたは組み合わせて使用され得る。セラミック材料５０が、セリア、セリア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニアおよび／または別の酸化物によって安定化されたジルコニアから完全になっていない場合、セラミック材料５０の残りの部分は典型的に、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化珪素、マンガンもしくはコバルト化合物、窒化珪素、ならびに／または、ピグメントもしくは触媒のような機能材料といった他の酸化物および化合物からなる。たとえば、一実施形態に従うと、燃焼を修正するために触媒が熱バリアコーティング２２に加えられる。色化合物も熱バリアコーティング２２に加えられ得る。１つの例示的な実施形態に従うと、熱バリアコーティング２２は、黄褐色であるが、青または赤のような他の色であり得る。

一実施形態に従うと、セラミック材料５０はセリア安定化ジルコニアを含み、セラミック材料５０は、セラミック材料５０中のセリア安定化ジルコニアの全量に基づくと、２０重量％〜２５重量％の量のセリアと、７５重量％〜８０重量％の量のジルコニアとを含む。代替的には、セラミック材料５０は、３重量％までのイットリアを含み得、したがってジルコニアの量は低減される。この実施形態では、セリア安定化ジルコニアは、１１μｍ〜１２５μｍの公称粒径を有する粒子の形で提供される。好ましくは、９０重量％のセリア安定化ジルコニア粒子は、９０μｍ未満の公称粒径を有し、５０重量％のセリア安定化ジルコニア粒子は、５０μｍ未満の公称粒径を有し、１０重量％のセリア安定化ジルコニア粒子は、２５μｍ未満の公称粒径を有する。

別の例示的な実施形態に従うと、セラミック材料５０はイットリア安定化ジルコニアを含んでおり、セラミック材料５０は、セラミック材料５０におけるイットリア安定化ジルコニアの量に基づくと、７重量％〜９重量％の量のイットリアと、９１重量％〜９３重量％の量のジルコニアとを含む。この実施形態において、イットリア安定化ジルコニアは、１１μｍ〜１２５μｍの公称粒径を有する粒子の形で提供される。好ましくは、９０重量％のイットリア安定化ジルコニア粒子は、１０９μｍ未満の粒径を有し、５０重量％のイットリア安定化ジルコニア粒子は、５９μｍ未満の粒径を有し、１０重量％のイットリア安定化ジルコニア粒子は、２８μｍ未満の粒径を有する。

別の例示的な実施形態に従うと、セラミック材料５０は、セリア安定化ジルコニアおよびイットリア安定化ジルコニアの混合物を含んでおり、セラミック材料５０は、セラミック材料５０に存在する当該混合物の合計量に基づくと、５重量％〜９５重量％の量のセリア安定化ジルコニアと、５重量％〜９５重量％の量のイットリア安定化ジルコニアとを含む。この実施形態では、セリア安定化ジルコニアは、１１μｍ〜１２５μｍの公称粒径を有する粒子の形で提供される。好ましくは、９０重量％のセリア安定化ジルコニア粒子は、９０μｍ未満の粒径を有し、５０重量％のセリア安定化ジルコニア粒子は、５０μｍ未満の粒径を有し、１０重量％のセリア安定化ジルコニア粒子は、２５μｍ未満の粒径を有する。イットリア安定化ジルコニアは、１１μｍ〜１２５μｍの公称粒径を有する粒子の形で提供される。好ましくは、９０重量％のイットリア粒子は、１０９μｍ未満の粒径を有し、５０重量％のイットリア安定化ジルコニア粒子は、５９μｍ未満の粒径を有し、１０重量％のイットリア安定化ジルコニア粒子は、２８μｍ未満の粒径を有する。セラミック材料５０がセリア安定化ジルコニアおよびイットリア安定化ジルコニアの混合物を含んでいる場合、セラミック材料は、合計１００重量％の混合物において、５重量％〜９５重量％のセリア安定化ジルコニアを残部のイットリア安定化ジルコニアに加えることにより形成され得る。

さらに別の例示的な実施形態に従うと、セラミック材料５０はカルシア安定化ジルコニアを含んでおり、セラミック材料５０は、４．５重量％〜５．５重量％の量のカルシアと、９１．５重量％の量のジルコニアとを含み、セラミック材料５０において残部は他の酸化物からなる。この実施形態では、カルシア安定化ジルコニアは、１１μｍ〜９０μｍの公称粒径範囲を有する粒子の形で提供される。好ましくは、カルシア安定化ジルコニア粒子は、４５μｍより大きな粒径の粒子を７重量％、４５μｍ未満の粒子を６５重量％まで最大で含む。

さらに別の例示的な実施形態に従うと、セラミック材料５０はマグネシア安定化ジルコニアを含んでおり、セラミック材料５０は、１５重量％〜３０重量％の量のマグネシアを含み、残部はジルコニアからなる。この実施形態では、マグネシア安定化ジルコニアは、１１μｍ〜９０μｍの公称粒径を有する粒子の形で提供される。好ましくは、１５重量％のマグネシア安定化ジルコニア粒子は、８８μｍ未満の粒径を有する。

他の酸化物または酸化物の混合物が、セラミック材料５０を安定させるために使用されてもよい。他の酸化物または混合酸化物の量は典型的に、５重量％〜３８重量％の範囲にあり、安定化セラミック材料５０の公称粒径範囲は１μｍ〜１２５μｍである。

セラミック材料５０の多孔性は典型的に、熱バリアコーティング２２の熱伝導性を低減するように制御される。熱バリアコーティング２２を適用するために熱溶射法が使用される場合、セラミック材料５０の多孔性は、セラミック材料５０の全体積に基づくと、典型的に２５体積％未満であり、たとえば、２体積％〜２５体積％、好ましくは５体積％〜１５体積％、より好ましくは８体積％〜１０体積％である。しかしながら、熱バリアコーティング２２を適用するために真空法が使用される場合、多孔性は典型的に、セラミック材料５０の全体積に基づくと、５体積％未満である。全熱バリアコーティング２２の多孔性は、熱バリアコーティング２２の全体積に基づくと、典型的に５体積％より大きく２５体積％まで、好ましくは５体積％〜１５体積％、最も好ましくは８体積％〜１０体積％である。熱バリアコーティング２２の孔は典型的に、セラミック領域において集中する。熱バリアコーティング２２の多孔性は、熱バリアコーティング２２の熱伝導性の低減に寄与する。

不連続の金属／セラミック界面を回避するために、熱バリアコーティング２２はさらに勾配構造５１において適用される。言いかえれば、勾配構造５１は際立った界面を回避する。したがって、熱バリアコーティング２２は、使用中に剥離しにくくなる。熱バリアコーティング２２の勾配構造５１は、まずピストンボディ部分２６に金属結合材料５２を適用し、次いで、金属結合材料５２およびセラミック材料５０の混合物を適用し、その後、セラミック材料５０を適用することにより形成される。

金属結合材料５２の組成は、たとえば鋼粉末といったピストンボディ部分２６を形成するのに用いられた粉末と同じであり得る。代替的には、金属結合材料５２は、ジェットタービンのコーティングにおいて使用されるもののように高性能超合金を含み得る。例示的な実施形態に従うと、金属結合材料５２は、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒ、ＮｉＡｌ、ＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＡｌＭｏおよびＮｉＴｉからなる群から選択される少なくとも１つの合金を含むか、または、上記群から選択される少なくとも１つの合金からなる。熱バリアコーティング２２は、熱バリアコーティング２２の全体積に基づくと、典型的に５体積％〜３３体積％、より好ましくは１０体積％〜３３体積％、最も好ましくは２０体積％〜３３体積％の量の金属結合材料５２を含む。金属結合材料５２は、−１４０メッシュ（＜１０５μｍ）、好ましくは−１７０メッシュ（＜９０μｍ）、より好ましくは−２００メッシュ（＜７４μｍ）、最も好ましくは−４００メッシュ（＜３７μｍ）の粒径を有する粒子の形で提供される。１つの例示的な実施形態に従うと、金属結合材料５２の厚さは３０μｍ〜１ｍｍの範囲にある。金属結合材料５２の厚さの限界は金属結合材料５２の粒径によって規定される。熱バリアコーティング２２の剥離のリスクを低減するよう薄い厚さがしばしば好ましい。

勾配構造５１は、１００％の金属結合材料５２から１００％のセラミック材料５０へと徐々に遷移することにより形成される。熱バリアコーティング２２は、ボディ部分２６に適用された金属結合材料５２を含み、その後、セラミック材料５０の量を増加し、金属結合材料５２の量を低減する。勾配構造５１の遷移関数は、線形、指数関数、放物線状、ガウス形、二項式であり得るか、組成平均を位置へ関連付ける別の方程式に従い得る。

熱バリアコーティング２２の最上部分は全体的にセラミック材料５０から形成される。勾配構造５１は、熱のミスマッチによって作り出される応力を軽減することを支援し、セラミック材料５０および金属結合材料５２の界面において連続的な弱い酸化物境界層を形成する傾向を低減する。

一実施形態に従うと、図１Ａに示されるように、ピストン２０の燃焼面３４および／またはリングランド３８に直接的に適用される熱バリアコーティング２２の最低部分は、金属結合材料５２からなる。典型的に、熱バリアコーティング２２の全厚さの５％から２０％は、１００％の金属結合材料５２から形成される。さらに、熱バリアコーティング２２の最上部分はセラミック材料５０からなり得る。たとえば、熱バリアコーティング２２の全厚さの５％から５０％が１００％のセラミック材料５０から形成され得る。１００％の金属結合材料５２から１００％のセラミック材料５０へと連続的に遷移する熱バリアコーティング２２の勾配構造５１はその間に位置する。典型的に、熱バリアコーティング２２の全厚さの３０％から９０％が勾配構造５１から形成される。セリア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）および金属結合材料（結合）を含む熱バリアコーティング２２の例示的な組成が図５に開示される。さらに、熱バリアコーティング２２の全厚さの１０％から９０％が金属結合層５２の層から形成され、熱バリアコーティング２２の厚さの８０％までが勾配構造５１から形成され、熱バリアコーティング２２の全厚さの１０％から９０％がセラミック材料５０の層から形成されるということが可能である。図６は、クラウン３２に配置される熱バリアコーティング２２の例を示す断面図である。

溶射されたそのままの形態では、熱バリアコーティング２２は典型的に、１５μｍ未満の表面粗さＲａと、≦１１０μｍ以下の表面粗さＲｚとを有する。熱バリアコーティング２２は平滑化され得る。少なくとも１つの付加的な金属層、金属結合材料５２の少なくとも１つの付加的な層、または、少なくとも１つの他の層が、熱バリアコーティング２２の最外面に適用され得る。付加的な層または複数の付加的な層が適用される場合、当該付加的な材料によって形成される最外面も、１５μｍ未満の表面粗さＲａと、≦１１０μｍ以下の表面粗さＲｚとを有し得る。粗さは、コーティングの表面上においてキャビティ内に燃料を捕らえることにより、燃焼に影響し得る。典型的には、本願明細書において記載される例よりも粗いコーティング面を回避することが望ましい。

熱バリアコーティング２２は、熱バリアコーティング２２を通じて熱の流れを低減するよう低い熱伝導性を有する。典型的に、厚さが１ｍｍ未満である熱バリアコーティング２２の熱伝導性は、１．００Ｗ／ｍ．Ｋ未満であり、好ましくは０．５Ｗ／ｍ．Ｋ未満であり、最も好ましくは０．２３Ｗ／ｍ．Ｋ以下である。熱バリアコーティング２２の比熱容量は、使用される特定の組成に依存するが、典型的には４０℃と７００℃との間の温度において４８０Ｊ／ｋｇ．Ｋ〜６１０Ｊ／ｋｇ．Ｋの範囲にある。熱バリアコーティング２２の低い熱伝導性は、セラミック材料５０の相対的に高い多孔性によって達成される。熱バリアコーティング２２の組成および低い熱伝導性により、熱バリアコーティング２２の厚さが低減され得、これにより、より大きな厚さの比較のコーティングに対して同じレベルの断熱を達成しつつ、クラックまたはスポーリングのリスクが低減される。なお、熱バリアコーティング２２のこの有利な低い熱伝導性は予期されていない。熱バリアコーティング２２のセラミック材料５０がセリア安定化ジルコニアを含んでいる場合、熱伝導性は特に低い。

熱バリアコーティング２２に存在する勾配構造５１と、ピストン２０のボディを形成するために使用される金属の組成とにより、熱バリアコーティング２２の結合強さも増加される。厚さが０．３８ｍｍである熱バリアコーティング２２の結合強さは、ＡＳＴＭ Ｃ６３３に従ってテストされる場合、典型的に少なくとも２０００ｐｓｉである。

勾配構造５１を有する熱バリアコーティング２２は、勾配構造５１を有する熱バリアコーティング２２ほど典型的に成功していない二層構造を有する比較のコーティングに比較され得る。比較のコーティングは、金属基板に適用される金属結合層を含み、その後、コーティングにより不連続の界面を有するセラミック層が形成される。この場合、燃焼ガスは多孔性のセラミック層を通り抜け得、セラミック／結合層の界面で結合層を酸化し始め得る。その酸化によって弱い境界層が形成され、これにより、コーティングの性能が損なわれる。

しかしながら、勾配構造５１を有する熱バリアコーティング２２は多くの利点を提供し得る。熱バリアコーティング２２は燃焼面３４に適用され、また、随意にピストン２０のリングランド３８に適用され、これにより、ピストン２０を通る熱の流れが低減する。熱の流れの低減は、燃焼面３４またはリングランド３８上に熱バリアコーティング２２が存在しない同じピストンに対して少なくとも５０％である。ピストン２０によって熱の流れを低減することによって、より多くの熱が、エンジンによって生成される排気ガス中に保持され、これにより、エンジン効率および性能が改善される。

本発明の熱バリアコーティング２２は、鋼ピストンボディ部分２６に良好に固着することが分かった。しかしながら、付加的な機械的な固定のために、熱バリアコーティング２２が適用されるピストン２０の表面は典型的に、０．１ｍｍ未満の半径を有する如何なるエッジまたは構造も存在しない。言いかえれば、熱バリアコーティング２２が適用されるピストン２０の表面は、如何なる鋭いエッジまたはコーナーも存在しないのが好ましい。

１つの例示的な実施形態に従うと、ピストン２０は、図３および図４に示されるように、燃焼面３４と最上部のリングランド３８との間において、クラウン３２の外径表面に沿って加工された欠けたエッジまたは面取り部５６を含んでいる。面取り部５６は、熱バリアコーティング２２が、燃焼面３４のエッジの上でクリープすることを可能にするとともにピストン２０のクラウン３２に半径方向にロックすることを可能にする。代替的には、ピストンクラウン３２の燃焼面３４および／またはリングランド３８に沿って、少なくとも１つのポケット、凹部またはラウンドエッジが加工され得る。これらの構造は、熱溶射コーティング２２中の応力集中を回避することと、コーティングの機能不全を引き起こし得る鋭いコーナーまたはエッジを回避することとを支援し得る。加工されたポケットまたは凹部はさらに、コーティング２２を適切な位置に機械的にロックし、これにより、剥離障害の確率を低減する。

本発明の別の局面は、たとえばディーゼルエンジンといった内燃機関において使用されるコーティングされたピストン２０を製造する方法を提供する。鋼から典型的に形成されるピストンボディ部分２６は、鍛造または鋳造のようなさまざまな異なる方法に従って製造され得る。方法はさらに、ピストンボディ部分２６の下部セクションにピストンクラウン３２を溶接することを含み得る。上で論じたように、ピストン２０はさまざまな異なる設計を含み得る。ボディ部分２６に熱バリアコーティング２２を適用する前に、熱バリアコーティング２２が適用される表面に位置する如何なるリン酸塩または他の材料も除去されなければならない。

次に、方法は、ピストン２０に熱バリアコーティング２２を適用することを含む。熱バリアコーティング２２は、ピストン２０の全燃焼面３４または燃焼面３４の部分のみに適用され得る。セラミック材料５０および金属結合材料５２は、粒子または粉末の形で提供される。粒子は、中空球であり得、スプレー乾燥され得、スプレー乾燥および焼結され得、ゾルゲルであり得、溶融され得、および／または、破砕され得る。燃焼面３４に加えてまたは代替例として、熱バリアコーティング２２はリングランド３８またはリングランド３８の部分に適用され得る。例示的な実施形態では、方法は、熱または力学法によって金属結合材料５２およびセラミック材料５０を適用することを含む。一実施形態に従うと、プラズマ溶射、フレーム溶射またはワイヤーアーク溶射のような熱溶射技術が、熱バリアコーティング２２を形成するために使用される。高速酸素燃料（ＨＶＯＦ：high velocity oxy-fuel）溶射は、より稠密なコーティングを与える力学法の好ましい例である。ピストン２０に熱バリアコーティング２２を適用する他の方法も使用され得る。たとえば、熱バリアコーティング２２は、物理蒸着法または化学蒸着法のような真空法によって適用され得る。一実施形態に従うと、ＨＶＯＦは、クラウン３２に金属結合材料５２の緻密層を適用するために使用され、勾配構造５１およびセラミック材料５０の層を適用するためにプラズマ溶射のような熱溶射技術が使用される。さらに、勾配構造５１は、プラズマ溶射コーティングを適用しつつツイン粉末フィーダの送り速度を変更することにより適用され得る。

例示的な方法は、溶射される材料の全重量に基づくと、１００重量％の量の金属結合材料５２と、０重量％の量のセラミック材料５０とを溶射することによって開始する。溶射プロセスの全体にわたって、組成に加えられるセラミック材料５０の量が増加され、金属結合材料５２の量が低減される。したがって、熱バリアコーティング２２の組成は、ピストンボディ部分２６における１００％の金属結合材料５２から露出面５８における１００％のセラミック材料５０へと徐々に変化する。熱バリアコーティング２２を適用するために複数の粉末フィーダが典型的に使用され、それらの送り速度は勾配構造５１を達成するために調節される。熱バリアコーティング２２の勾配構造５１は熱溶射プロセス中に達成される。

熱バリアコーティング２２は、全燃焼面３４およびリングランド３８またはその部分に適用され得る。ボディ部分２６の非コーティング領域は、熱バリアコーティング２２を適用するステップの間、マスキングされ得る。当該マスクは再使用可能であり得、コーティングされる領域に隣接して除去材料が適用される。マスキングはさらに、熱バリアコーティング２２に図形を導入するために使用され得る。さらに、熱バリアコーティング２２が適用された後、コーティングエッジが調和され、鋭いコーナーまたはエッジが低減され、これにより高応力領域が回避される。

図１Ａに示されるように、熱バリアコーティング２２は、燃焼面３４から露出面５８まで延在する厚さｔを有する。例示的な実施形態に従うと、熱バリアコーティング２２は、１．０ｍｍ以下または０．７ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、最も好ましくは０．３８０ｍｍ以下の全厚みｔまで適用される。この全厚みｔは好ましくは熱バリアコーティング２２と、さらに熱バリアコーティング２２の最上面に適用される任意の付加的な層またはシーラント層との全厚みを含む。しかしながら、付加的な層が使用される場合、厚さｔがより大きくなり得る。厚さｔはピストン２０の全表面に沿って均一であり得るが、典型的に厚さｔはピストン２０の表面に沿って変動する。たとえばプラズマガンからの影が位置するピストン２０のある領域において、熱バリアコーティング２２の厚さｔは０．０２０ｍｍ〜０．０３０ｍｍのように低くあり得る。たとえば燃焼面３４の頂点または燃料噴射器に並ぶもしくは隣接する領域といったピストン２０の他の領域においては、熱バリアコーティング２２の厚さｔは増加される。たとえば、方法は、回転を防止するためにピストンボディ部分２６を固定することによって燃料プルームに対して特定の位置にピストンボディ部分２６を整列させることと、並んだスキャニングガンを用いることと、ピストンボディ部分２６の異なる領域にわたって熱バリアコーティング２２の厚さｔを調節するよう熱バリアコーティング２２を適用するために使用される溶射または他の技術の速度を変動させることとを含み得る。

さらに、たとえば５〜１０層といった、同じまたは異なる組成を有する熱バリアコーティング２２の１つより多い層がピストン２０に適用され得る。さらに、熱バリアコーティング２２に加えて、他の組成を有するコーティングがピストン２０に適用され得る。

１つの例示的な実施形態に従うと、燃料吸収に対するシールを提供し、熱成長する酸化物を防止し、セラミック材料５０の化学的な劣化を防止するために、無電解ニッケル層のような付加的な金属層が熱バリアコーティング２２の上に適用される。付加的な金属層の厚さは好ましくは１〜５０μｍである。付加的な金属層が存在する場合、熱バリアコーティング２２の多孔性が増加され得る。代替的には、金属結合材料５２の付加的な層が、熱バリアコーティング２２のセラミック材料５０の上に適用され得る。

熱バリアコーティング２２を適用する前に、ピストンクラウン３２の表面は、汚染を除去するために溶剤中で洗浄される。次に、方法は典型的に、０．１ｍｍ未満の半径を有する如何なるエッジまたは構造も除去することを含む。方法はさらに、ピストンボディ部分２６への熱バリアコーティング２２の機械的なロックを支援し、ピストンクラウン３２において応力上昇部を低減する欠けたエッジもしくは面取り部５６または別の構造を形成することを含み得る。これらの構造は、たとえばターニング、ミリングまたは任意の他の適切な手段といった加工によって形成され得る。この方法はさらに、熱バリアコーティング２２の固着を向上するために、熱バリアコーティング２２を適用する前にピストンボディ部分２６の表面をグリットブラスティングすることを含み得る。

熱バリアコーティング２２がピストンボディ部分２６に適用された後、コーティングされたピストン２０は、隆起を除去し平滑表面を達成するために摩食され得る。方法はさらに、ピストン２０が市場において使用される際においてコーティングされたピストン２０の識別の目的で熱バリアコーティング２２の表面にマーキングを形成することを含み得る。マーキングを形成するステップは典型的に、レーザにより熱バリアコーティング２２を再溶解することを伴う。他の実施形態に従うと、グラファイト、熱ペイントまたはポリマーの付加層が熱バリアコーティング２２の上に適用される。ポリマーコーティングが使用される場合、ポリマーはエンジンにおけるピストン２０の使用中に燃え尽きる。方法は、洗浄および乾燥すること、錆防止剤を加えること、さらにパッケージングすることといった付加的なアセンブリステップを含み得る。コーティングされたピストン２０の如何なる後処理も、熱バリアコーティング２２と適合しなければならない。

上記の教示に鑑みると、本発明の多くの修正例および変形例が可能であり、具体的に他の態様で実施されてもよいことは明らかである。

Claims (20)

1. ピストンであって、
   金属から形成されるボディ部分を含み、
   前記ボディ部分は燃焼面を提示するクラウンを含み、前記ピストンはさらに、
   前記クラウンに適用され、かつ、前記燃焼面から露出面に延在する厚さを有する熱バリアコーティングを含み、
   前記熱バリアコーティングは、金属結合材料およびセラミック材料の混合物を含み、
   前記熱バリアコーティングに存在する前記セラミック材料の量は前記燃焼面から前記露出面へと増加する、ピストン。
2. 前記セラミック材料の多孔性は、前記セラミック材料の全体積に基づくと、２体積％〜２５体積％である、請求項１に記載のピストン。
3. 前記熱バリアコーティングの前記厚さは１ｍｍ未満である、請求項１に記載のピストン。
4. 前記熱バリアコーティングは１．００Ｗ／ｍ．Ｋ未満の熱伝導性を有する、請求項１に記載のピストン。
5. 前記熱バリアコーティングの前記セラミック材料は、セリア、セリア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、および、別の酸化物によって安定化されたジルコニアのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のピストン。
6. 前記セラミック材料はセリア安定化ジルコニアからなる、請求項１に記載のピストン。
7. 前記熱バリアコーティングは、前記クラウンの前記燃焼面に直接的に適用される前記金属結合材料の層を含んでおり、前記熱バリアコーティングの前記厚さの５％〜２０％は、前記金属結合材料の層からなり、
   前記熱バリアコーティングは、前記金属結合材料の層に直接的に適用される勾配構造を含んでおり、前記勾配構造は、前記金属結合材料と前記セラミック材料との前記混合物を含み、前記勾配構造に存在する前記セラミック材料の量は、前記第１の層から前記露出面に向かって連続的に増加しており、
   前記熱バリアコーティングは、前記勾配構造に直接的に適用されるとともに前記露出面に延在する前記セラミック材料の層を含んでおり、前記熱バリアコーティングの前記厚さの５％〜５０％は、前記セラミック材料の前記層からなる、請求項１に記載のピストン。
8. 前記金属結合材料は、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒ、ＮｉＡｌ、ＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＡｌＭｏおよびＮｉＴｉからなる群から選択される少なくとも１つの合金を含む、請求項１に記載のピストン。
9. 前記熱バリアコーティングが適用される前記クラウンの前記燃焼面は、０．１ｍｍ未満の半径を有する如何なる構造も存在しない、請求項１に記載のピストン。
10. 前記燃焼面に適用される前記熱バリアコーティングは、ＡＳＴＭ Ｃ６３３に従ってテストされる場合、少なくとも２０００ｐｓｉの結合強さを有する、請求項１に記載のピストン。
11. 前記熱バリアコーティングは、前記燃焼面の第１の部分に適用され、前記燃焼面の第２の部分に適用されず、前記熱バリアコーティングは、前記第１の部分に沿って０．３８０ｍｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載のピストン。
12. 前記ボディ部分は鋼から形成されており、前記ボディ部分はリン酸塩を含んでおらず、前記熱バリアコーティングが適用される前記クラウンの前記燃焼面上にリン酸塩は存在せず、
    前記クラウンは、前記ボディ部分の上端から下端に向かって中心軸の周りを円周方向に延在し、
    前記クラウンの前記燃焼面は、外側リムから延在する燃焼ボウルを含んでおり、前記燃焼ボウルは前記中心軸において頂点を含み、
    前記クラウンは、外径表面に位置するとともに前記中心軸の周りを円周方向に延在するリング溝を含んでおり、
    前記クラウンは、前記リング溝を互いからおよび前記燃焼面から間隔を置いて配置するリングランドを含んでおり、
    前記熱バリアコーティングが適用される前記クラウンの前記燃焼面は、０．１ｍｍ未満の半径を有する如何なる構造も存在しないか、または、前記クラウンは、前記燃焼面から、前記燃焼面に隣接して位置する前記リングランドのうちの１つに延在する面取り部を含み、
    前記ボディ部分は、前記中心軸の周りにおいて互いから間隔を置いて配置されるとともに前記クラウンから前記下端へ垂下するピンボスの対を含み、前記ピンボスの各々はピン孔を規定しており、
    前記ボディ部分は、前記中心軸の周りにおいて前記ピンボスを互いから間隔を置いて配置するとともに前記クラウンから前記下端へと垂下するスカートセクションの対を含み、
    前記熱バリアコーティングは、前記燃焼面に直接的に隣接して位置するリングランドを含む前記リングランドのうちの少なくとも１つに適用され、
    前記熱バリアコーティングの前記セラミック材料は、セリア、セリア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、および、別の酸化物によって安定化されたジルコニアのうちの少なくとも１つを含み、
    前記セラミック材料は、前記セラミック材料の全体積に基づくと、２体積％〜１５体積％の多孔性を有しており、
    前記熱バリアコーティングは、前記熱バリアコーティングの全体積に基づくと、７０体積％〜９５体積％の量の前記セラミック材料を含み、
    前記金属結合材料は、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒ、ＮｉＡｌ、ＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＡｌＭｏおよびＮｉＴｉからなる群から選択される少なくとも１つの合金を含み、
    前記熱バリアコーティングは、前記熱バリアコーティングの全体積に基づくと、５体積％〜３３体積％の量の前記金属結合材料を含み、
    前記熱バリアコーティングは、前記クラウンの前記燃焼面に直接的に適用される前記金属結合材料の層を含んでおり、前記熱バリアコーティングの前記厚さの５％〜２０％は、前記金属結合材料の前記層からなり、
    前記熱バリアコーティングは、前記金属結合材料の前記層に直接的に適用される勾配構造を含んでおり、前記熱バリアコーティングの前記厚さの３０％〜９０％は、前記勾配構造からなり、前記勾配構造は、前記金属結合材料と前記セラミック材料との前記混合物を含み、前記勾配構造に存在する前記セラミック材料の量は、前記第１の層から前記露出面に向かって連続的に増加しており、
    前記熱バリアコーティングは、前記勾配構造に直接的に適用されるとともに前記露出面に延在する前記セラミック材料の層を含んでおり、前記熱バリアコーティングの前記厚さの５％〜５０％は、前記セラミック材料の前記層からなり、
    前記熱バリアコーティングは、前記熱バリアコーティングの全体積に基づくと、２体積％〜２５体積％の多孔性を有しており、
    前記熱バリアコーティングの前記厚さは０．７ｍｍ以下であり、
    前記熱バリアコーティングの前記露出面は１５μｍ未満の表面粗さＲａと、≦１１０μｍ以下の表面粗さＲｚとを有し、
    前記熱バリアコーティングは０．５Ｗ／ｍ．Ｋ未満の熱伝導性を有し、
    前記熱バリアコーティングは、４０℃と７００℃との間の温度において、４８０Ｊ／ｋｇ．Ｋ〜６１０Ｊ／ｋｇ．Ｋの比熱を有し、
    前記燃焼面に適用される前記熱バリアコーティングは、ＡＳＴＭ Ｃ６３３に従ってテストされる場合、少なくとも２０００ｐｓｉの結合強さを有する、請求項１に記載のピストン。
13. ピストンを製造する方法であって、
    金属から形成されるクラウンの燃焼面に熱バリアコーティングを適用するステップを含み、前記熱バリアコーティングは、前記燃焼面から露出面に延在する厚さを有しており、前記熱バリアコーティングは、金属結合材料とセラミック材料との混合物を含んでおり、
    前記燃焼面に前記熱バリアコーティングを適用するステップは、前記金属結合材料に対して前記セラミック材料の量を、前記燃焼面から前記露出面へ増加させることを含む、方法。
14. 前記熱バリアコーティングは熱溶射技術によって適用される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記熱バリアコーティングの少なくとも部分は、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ：high velocity oxy-fuel）溶射により適用される、請求項１３に記載の方法。
16. 前記セラミック材料は、前記燃焼面に適用する前に粒子として提供され、前記セラミック材料の粒子は、１１μｍ〜１２５μｍの公称粒径を有し、前記金属結合材料は、前記燃焼面に適用される前に粒子として提供され、前記金属結合材料の前記粒子は１０５μｍ未満の公称粒径を有する、請求項１３に記載の方法。
17. 前記熱バリアコーティングは、前記熱バリアコーティングの全体積に基づくと、２体積％〜２５体積％の多孔性を有する、請求項１３に記載の方法。
18. 前記熱バリアコーティングの厚さは１ｍｍ未満である、請求項１３に記載の方法。
19. 前記熱バリアコーティングは１．００Ｗ／ｍ．Ｋ未満の熱伝導性を有する、請求項１３に記載の方法。
20. 前記熱バリアコーティングの前記セラミック材料は、セリア、セリア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、および、別の酸化物によって安定化されたジルコニアのうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の方法。