JP2018535322A - Turbine clearance control coating and method - Google Patents

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エリコン サーフェス ソリューションズ アーゲー、 プフェフィコン
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Abstract

本発明は、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に取り付けられた少なくとも1つのタービンブレードとを備える少なくとも高圧及び低圧のタービンセクションを有するタービンエンジンであって、ケーシングの内面の少なくとも一部は、少なくとも1つのブレードの内面と先端との間にクリアランス制御を提供するために摩耗材としてのシュラウドに覆われ、ブレードの先端が硬質PVDコーティングで被覆されたタービンエンジンにおいて、少なくとも高圧及び/又は低圧のセクションのシュラウド材料は、多孔質セラミック系材料を含み、ブレード先端の硬質PVDコーティングは、本質的に液滴を含まない窒化物コーティングからなることを特徴とするタービンエンジンを開示する。The present invention is a turbine engine having a high pressure and low pressure turbine section comprising a casing and at least one turbine blade rotatably mounted in the casing, wherein at least a portion of the inner surface of the casing is at least one. In a turbine engine that is covered with a shroud as a wear material to provide clearance control between the inner surface and the tip of two blades and the tip of the blade is coated with a hard PVD coating, at least the high and / or low pressure sections Disclosed is a turbine engine characterized in that the shroud material comprises a porous ceramic-based material and the hard PVD coating on the blade tip consists essentially of a nitride coating that is essentially free of droplets.

Description

本発明は、ガスタービンエンジン及びガスタービンエンジンのブレードに関する。本発明の第1の実施形態によれば、開示されたブレードは、タービンシール用途のクリアランス制御コーティングを切断及び成形するための物理的蒸着(PVD)薄膜ハードコーティングを含む。このコーティングは、溶射されたCoNiCrAlY窒化ホウ素、NiCrAlベントナイト、及びNiCrAl窒化ホウ素のクリアランス制御コーティングと摩擦接触中に接触するブレードの改善された耐摩耗性をもたらす。   The present invention relates to a gas turbine engine and a blade of the gas turbine engine. According to a first embodiment of the present invention, the disclosed blade includes a physical vapor deposition (PVD) thin film hard coating for cutting and shaping a clearance control coating for turbine seal applications. This coating results in improved wear resistance of the blades in contact with the sprayed CoNiCrAlY boron nitride, NiCrAl bentonite, and NiCrAl boron nitride clearance control coatings during frictional contact.

タービンエンジンは、典型的にタービンケーシング又はハウジングによって円周方向に囲まれた軸上タービンブレードを組み込んでいる。一般に、ブレードの先端に近いタービンケーシングは、例えば、高い耐熱性及び耐侵食性を有する金属/セラミック材料で構成された複数の摩耗性のシュラウド材料(コーティング)で裏打ちされている。多くの場合、摩耗性の表面材料自体は、ある程度粗い。したがって、早期のブレード先端摩耗を引き起こすおそれがある2つの対向する要素間の接触を避けるため、ブレード先端のギャップGが維持される。   Turbine engines typically incorporate on-axis turbine blades that are circumferentially surrounded by a turbine casing or housing. In general, the turbine casing close to the tip of the blade is lined with a plurality of wearable shroud materials (coating) made of, for example, a metal / ceramic material having high heat and erosion resistance. In many cases, the wearable surface material itself is somewhat rough. Therefore, the blade tip gap G is maintained to avoid contact between two opposing elements that may cause premature blade tip wear.

基本的な構成を図1に示し、タービンケーシング1、ブレード根元7及びブレード先端9を含む、ブレード5を有するロータディスク3を示す。摩耗性シール11、及び摩耗性シール11とブレード先端9の間の先端ギャップGも示している。   The basic configuration is shown in FIG. 1 and shows a rotor disk 3 having blades 5 including a turbine casing 1, a blade root 7 and a blade tip 9. The wearable seal 11 and the tip gap G between the wearable seal 11 and the blade tip 9 are also shown.

高圧ブレード側と低圧ブレード側の間で、ブレード先端の気流漏れを最小にするために、ブレード先端のギャップGは、実際に可能な限り小さく選択されるべきである。   In order to minimize airflow leakage at the blade tip between the high pressure blade side and the low pressure blade side, the blade tip gap G should be chosen as small as practical.

非常に小さいブレード先端ギャップGを有するこのようなシステムを実現するために、当業界では、いわゆるスキーラ先端を使用することが知られている。特許文献1は、スキーラ先端を有するそのようなブレードを開示している。ランニング目的のために、初めて使用されるとき、これらの先端は、ケーシング又はハウジングの摩耗性コーティングと接触し、それによって最小ギャップGを実現する。このようなスキーラ先端を形成するために、特許文献1は、タービンブレードの先端を切削工具のように作用させ、摩耗性基材を切削し、それによって成形するように選択される特殊な形状を開示している。残念なことに、摩耗損傷の問題は依然として存在する。特別な形状を有するこれらの先端は、ブレード先端速度と磨耗性シュラウド材料へのブレード先端の侵入速度との特定の組み合わせでしばしば摩耗性基材と接触したときに、先端が摩耗する傾向があるためである。これは例えば、溶射されたCoNiCrAlY窒化ホウ素、NiCrAlベントナイト及びNiCrAl窒化ホウ素のような特殊な摩耗性材料が使用される場合に、特に当てはまる。   In order to realize such a system with a very small blade tip gap G, it is known in the art to use so-called squealer tips. U.S. Patent No. 6,053,077 discloses such a blade having a squealer tip. When used for the first time for running purposes, these tips come into contact with the wearable coating of the casing or housing, thereby achieving a minimum gap G. To form such a squealer tip, U.S. Pat. No. 6,057,059 has a special shape selected to cause the tip of the turbine blade to act like a cutting tool, cut the wearable substrate and thereby form. Disclosure. Unfortunately, the problem of wear damage still exists. Because these tips with special shapes tend to wear when they come into contact with a wearable substrate, often with a specific combination of blade tip speed and blade tip penetration rate into the wearable shroud material It is. This is especially true when special wear materials are used such as, for example, sprayed CoNiCrAlY boron nitride, NiCrAl bentonite and NiCrAl boron nitride.

非常に類似した別のアプローチが特許文献2に開示されており、上記と同じ目的を目指して、パターン化されたストリップコーティングが、摩耗性コーティングに対する研磨コーティングとして使用されている。利用されるコーティング材料は、ジルコニウム、イットリウム及び/又はアルミニウム酸化物の群から選択され、材料は、被覆される構造表面上に取り付けられた有孔マスクを介して溶射によって適用される。特許文献2は、この手順が堆積後のプロファイリング又は機械加工を回避するだろうと述べているが、提案されたプロセスの取扱う試行量はかなりの量であり、上記の摩耗性材料に対する摩耗損傷は重要な問題として残っている。   Another approach that is very similar is disclosed in US Pat. No. 6,057,028, and with the same objective as above, a patterned strip coating is used as an abrasive coating for an abrasive coating. The coating material utilized is selected from the group of zirconium, yttrium and / or aluminum oxide, and the material is applied by thermal spraying through a perforated mask mounted on the structural surface to be coated. Although US Pat. No. 6,057,056 states that this procedure will avoid post-deposition profiling or machining, the proposed process handles a significant amount of wear and wear damage to the above wearable material is important. Problem remains.

特許文献3においてLinskaらは、電着により製造された、ブレード先端への耐摩耗性コーティングを開示している。これらの電着コーティングは、ブレード先端を強化し、したがって効果的に機能すると思われるが、しかし追加の製造工程を必要とする。摩耗保護層を電着させることの別の欠点は、電気メッキによって導電性材料のみが付着できるということである。これは、そのようなコーティングを比較的厚い(例えば、300〜50ミクロン)金属又は合金層に制限し、多くの場合、十分に耐摩耗性でない。   In Patent Document 3, Linska et al. Discloses an abrasion-resistant coating on a blade tip manufactured by electrodeposition. These electrodeposition coatings appear to strengthen the blade tip and thus function effectively, but require additional manufacturing steps. Another disadvantage of electrodeposition of the wear protection layer is that only conductive material can be deposited by electroplating. This limits such coatings to relatively thick (e.g., 300-50 micron) metal or alloy layers and is often not sufficiently wear resistant.

特許文献4において、翼の先端をコーティングする方法が開示されており、その方法は、機械的マスクを使用して翼の先端領域のみをPVDコーティングに露出させる。ステライト、カーバイド又は窒化物コーティングの開示された厚さは、25.4〜127μmの間で言及されており、それらは、磨耗性に関して翼形部の所望の厚さ公差を保証すべきである。磨耗コーティングの最も好ましい唯一の例として、立方晶窒化ホウ素が、作動中に摩耗せず、翼の構造的完全性を保護する材料として開示されている。立方晶窒化ホウ素の使用は、一般的に知られている非常に高い硬度、耐摩耗性、及び1300°Cまでの耐酸化性により、期待することができる。しかし、六方晶系窒化ホウ素の存在が主に観察されるため、技術的基材への堆積はかなり難易度が高い。また、成長中に生じるPVDコーティングの高い応力は一般に、要求されるコーティング厚をかなり制限し、大部分のPVD被覆炭化物又は窒化物を翼の耐摩耗層としての用途に使用できないようにする可能性がある。   U.S. Patent No. 6,057,031 discloses a method for coating the tip of a wing, which uses a mechanical mask to expose only the tip region of the wing to the PVD coating. The disclosed thicknesses of stellite, carbide or nitride coatings are mentioned between 25.4 and 127 μm and they should ensure the desired thickness tolerance of the airfoil with respect to wear. As the most preferred and only example of a wear coating, cubic boron nitride is disclosed as a material that does not wear during operation and protects the structural integrity of the wing. The use of cubic boron nitride can be expected due to the generally known very high hardness, wear resistance, and oxidation resistance up to 1300 ° C. However, since the presence of hexagonal boron nitride is mainly observed, deposition on technical substrates is quite difficult. Also, the high stresses of PVD coatings that occur during growth generally limit the required coating thickness considerably and may make most PVD coated carbides or nitrides unusable for use as wing wear-resistant layers. There is.

したがって、当技術分野では、上記した摩耗性基材との接触に対して耐摩耗性を示すブレード先端を有するブレードが必要とされている。   Accordingly, there is a need in the art for a blade having a blade tip that exhibits wear resistance to contact with the abradable substrate described above.

WO2015/041787WO2015 / 041787 US5756217AUS5756217A US20150075327A1US20150075327A1 US20150368786A1US20150368786A1 EP0674020B1EP0674020B1

本発明によれば、ブレード先端は、例えば、切削工具の用途で知られているような、物理蒸着された薄膜コーティングで被覆される。   In accordance with the present invention, the blade tip is coated with a physical vapor deposited thin film coating, as is known, for example, in cutting tool applications.

ガスタービンエンジンの圧縮機に同伴される固体粒子による腐食及び侵食に対して、タービンブレードにPVDコーティングを使用することは既に知られている。例えば、特許文献5は、粒子によるこのような侵食に対する多層耐浸食コーティングを説明している。   It is already known to use PVD coatings on turbine blades against corrosion and erosion by solid particles entrained in a gas turbine engine compressor. For example, U.S. Patent No. 6,057,051 describes a multilayer erosion resistant coating against such erosion by particles.

しかし、本発明によれば、磨耗性基材との相互作用から生じる摩耗に対してブレード先端を補強するために、PVDコーティングが使用される。タービンの過酷な摩擦侵入条件下でのブレード材料の過度の摩擦加熱に起因して、及び/又は摩耗性コーティングが過度の高いバルク硬度状態に溶射される場合に生じる、重度の摩耗損傷がある。観察されたメカニズムは、ブレード材の加熱による軟化、極端なバルク塑性変形、及び破砕、並びにブレード材料のステータシュラウドへの移動である。ブレード材料(主にチタン合金に限定される)の燃焼はまた、結果として深刻なエンジン損傷とともに生じ得る。特定値よりも高い硬さを有する摩耗性シュラウドに対し、非効率的な切断で生じる極端なブレード切削力に起因して、ブレード材料の亀裂が生じる。   However, according to the present invention, a PVD coating is used to reinforce the blade tip against wear resulting from interaction with the abradable substrate. There is severe wear damage resulting from excessive frictional heating of the blade material under the severe friction intrusion conditions of the turbine and / or when the wearable coating is sprayed to an excessively high bulk hardness state. The observed mechanisms are softening of the blade material due to heating, extreme bulk plastic deformation and fracture, and movement of the blade material to the stator shroud. Combustion of the blade material (mainly limited to titanium alloys) can also result in severe engine damage. For an abrasive shroud having a hardness higher than a certain value, the blade material cracks due to the extreme blade cutting forces that result from inefficient cutting.

本開示の焦点は、指定されたCoNiCrAlY−hBN、NiCrAl−ベントナイト、NiCrFeAl−hBN及びNiCrAl−hBN摩耗性コーティングでの、1つ以上の金属合金又は金属合金酸化物材料成分による上記ブレード材料の2つの本体研磨摩耗に対する措置に関するものである(なお、hBNは、六方晶窒化ホウ素の略語として使用される)。   The focus of this disclosure is the two of the above blade materials with one or more metal alloy or metal alloy oxide material components with designated CoNiCrAlY-hBN, NiCrAl-bentonite, NiCrFeAl-hBN and NiCrAl-hBN wearable coatings. It relates to measures against body abrasive wear (hBN is used as an abbreviation for hexagonal boron nitride).

固定子(シュラウド)に対するロータ上のブレード間の侵入摩擦事象は、例えば以下のような多くの原因から生じ得る:
・回転子と固定子部品間の異なる熱膨張効果
・航空機のハードランディングや急上昇といった、エンジン状態又は負荷の急激な変化
・「過熱」運転条件
・急速なエンジン停止
・ケーシングの真円度外れによる歪み関連要因
・ベアリングのクリアランスと不安定性に起因するロータの振動
Intrusional friction events between the blades on the rotor against the stator (shroud) can result from a number of causes, for example:
・ Different thermal expansion effects between rotor and stator parts ・ Abrupt changes in engine condition or load, such as hard landing or sudden rise of aircraft ・ “Overheating” operating conditions ・ Rapid engine shutdown ・ Distortion due to out-of-roundness of casing Related factors-Rotor vibration due to bearing clearance and instability

ブレード先端速度の特定の回転子侵入条件、及びブレードのステータ(シュラウド)への侵入速度の下では、ブレード先端の摩耗損傷が生じる可能性がある。さらに、クリアランス(摩耗性)コーティングが、その特定の硬度以上の硬度又は密度で溶射された場合、さもなければ起こらない広範囲の侵入条件にわたり、増加したブレード摩耗損傷が生じる可能性がある。   Under certain rotor penetration conditions of blade tip speed and blade penetration speed into the stator (shroud), blade tip wear damage can occur. Furthermore, if the clearance (wear) coating is sprayed at a hardness or density above its specified hardness, increased blade wear damage can occur over a wide range of penetration conditions that would otherwise not occur.

上記のような事象の結果としての磨耗の種類は、例えば砂又は汚れのような粒子がガス流内に同伴してタービンに入り、ブレードに衝突するときに生じる腐食衝撃による損傷とは非常に異なることに留意されたい。   The type of wear as a result of such events is very different from the damage caused by the corrosive impact that occurs when particles such as sand or dirt entrain in the gas stream enter the turbine and hit the blades. Please note that.

したがって、本発明の目的は、例えば、
・チタン合金コンプレッサブレード
・ニッケル合金コンプレッサブレード
・ステンレス鋼コンプレッサブレード
における、上記の事象に起因する摩耗損傷の排除である。
Therefore, the object of the present invention is, for example,
Elimination of wear damage caused by the above-mentioned events in titanium alloy compressor blades, nickel alloy compressor blades, and stainless steel compressor blades.

本発明によれば、これは、タービンエンジンのコンプレッサ部における侵入摩擦事象中に、摩耗性クリアランス制御コーティング(例えば、CoNiCrAlY−hBN、NiCrAl−ベントナイト、NiCrAl−hBN、NiCrFeAl−hBN)と接触するブレード表面に、薄膜物理蒸着(PVD)ハードコーティングを施すことによって達成される。   According to the present invention, this is a blade surface that contacts an abradable clearance control coating (eg, CoNiCrAlY-hBN, NiCrAl-bentonite, NiCrAl-hBN, NiCrFeAl-hBN) during an ingress friction event in the compressor section of a turbine engine. And by applying a thin film physical vapor deposition (PVD) hard coating.

言い換えると、本発明によれば、ブレード、特にブレード先端に塗布されたPVDハードコーティングは、ブレード先端と摩耗性基材との相互作用から生じる磨耗から保護する目的を有する。   In other words, according to the present invention, the PVD hard coating applied to the blade, particularly the blade tip, has the purpose of protecting against wear resulting from the interaction of the blade tip and the abradable substrate.

驚くべきことに、切削工具の用途から知られているPVDコーティングは、特に、低圧・高圧の圧縮機ロータ、エアロエンジンのブリスク、及び産業用ガスタービン圧縮機ロータに使用されるチタン合金、ステンレス鋼及び/又はニッケル合金ブレードに被覆された場合、この文脈で有利に使用され、優れた保護性能を示すであろう。   Surprisingly, PVD coatings known from cutting tool applications are notably low pressure and high pressure compressor rotors, aero engine blisks, and titanium alloys, stainless steels used in industrial gas turbine compressor rotors. And / or when applied to a nickel alloy blade would be advantageously used in this context and would exhibit excellent protection performance.

以下では、この開示を通して、「ティッピング(tipping)」という表現が、コーティングを少なくとも先端に設けること、好ましくは同様にブレード先端の周辺に設けることを指すときに使用される。単語「周辺(periphery)」を定義するために、本発明によれば、ブレード表面上の点は、その点が、(回転軸から見て)取り付けられたブレードの最も外側の部分から、コーティング厚さの100倍を超えない距離にある場合、ブレード先端の周辺部の一部とみなされる。   In the following, throughout this disclosure, the expression “tipping” will be used when referring to providing a coating at least at the tip, preferably also around the blade tip. In order to define the word “periphery”, according to the invention, a point on the blade surface is defined as the coating thickness from the outermost part of the blade where it is attached (as viewed from the axis of rotation) If it is at a distance not exceeding 100 times the length, it is regarded as a part of the periphery of the blade tip.

これまで、ティッピングの目的のために、ブレード先端にPVDコーティングを適用することは当技術分野では知られていない。ブレードは、(生産に関して)最も経済的な解決として、何らかのティッピングを伴わずに一般に使用される。   To date, it is not known in the art to apply a PVD coating to the blade tip for tipping purposes. Blades are generally used without any tipping as the most economical solution (in terms of production).

一方、ティッピングが使用される場合では、公知の技術は、大気プラズマ溶射(APS)及び高速酸素燃料(HVOF)溶射などの溶射技術によって堆積されたコーティングのような、より厚いハードコーティングに一般に限定される。これらの技術によって塗布されるコーティングは、一般に100〜200マイクロメートルの厚さであり、以下のような欠点を有する:   On the other hand, when tipping is used, known techniques are generally limited to thicker hard coatings, such as coatings deposited by thermal spray techniques such as atmospheric plasma spray (APS) and high velocity oxygen fuel (HVOF) spray. The Coatings applied by these techniques are generally 100-200 micrometers thick and have the following disadvantages:

−ブレード先端材料に対する接着力が不十分である。APS及びHVOFコーティングは、コーティングされる表面に機械的に接着される。
−特に、高圧エアーコンプレッサーに使用される薄いブレード先端の場合、コーティング寸法(厚さ)と重量は大き過ぎである。
−被覆される材料の調製には、表面粗面化(例えば、グリットブラスト)が必要であり、これは、ブレード部品の機械的完全性を損なうおそれがある。
-Insufficient adhesion to blade tip material. APS and HVOF coatings are mechanically bonded to the surface to be coated.
-Especially for thin blade tips used in high pressure air compressors, the coating dimensions (thickness) and weight are too large.
-Preparation of the material to be coated requires surface roughening (eg grit blasting), which can compromise the mechanical integrity of the blade component.

対照的に、PVD技術によって先端に堆積されたコーティングは、主として基材材料に冶金学的に結合され、非常に高い接着強度を有し、ブレード材料に悪影響を与える可能性のある表面前処理技術を必要とせず、非常に硬く、耐酸化性である。本発明によれば、PVDによって堆積された先端コーティングは、ブレードチップに非常に薄い層として塗布できる。例えば1〜40ミクロン、好ましくは5〜25ミクロンの厚さであり、制御された固有のコーティング応力、及び中程度の表面粗さの利点を有する。同時に、PVDコーティングは高密度及び耐磨耗性を示す。   In contrast, coatings deposited at the tip by PVD technology are primarily metallurgically bonded to the substrate material, have a very high bond strength, and can cause adverse effects on the blade material Is very hard and oxidation resistant. According to the present invention, the tip coating deposited by PVD can be applied to the blade tip as a very thin layer. For example, a thickness of 1-40 microns, preferably 5-25 microns, with the advantages of controlled intrinsic coating stress and moderate surface roughness. At the same time, the PVD coating exhibits high density and wear resistance.

本発明によるPVDコーティングでブレードをティッピングすることは、例えば、ブレードの先端及び/又は先端周辺に、薄く(例えば1〜40ミクロンの厚さ)硬質の(例えば、1000〜3500HVの真性皮膜硬度)PVDコーティング、例えば、窒化チタン(TiN)、チタンアルミニウム窒化物(TiAlN)、チタンシリコン窒化物(TiSiN)、チタン・カーボン・ナイトライド(TiCN)、窒化クロム(CrN)又はアルミニウムクロム窒化物(AlCrN)、並びにこれらの組み合わせなど、を施すことができることを意味する。これらは、切削工具の文脈で典型的に使用されるハードコーティングである。   Tipping a blade with a PVD coating according to the present invention may, for example, be a thin (eg 1 to 40 micron thick) hard (eg 1000 to 3500 HV intrinsic film hardness) PVD at and / or around the tip of the blade. Coatings such as titanium nitride (TiN), titanium aluminum nitride (TiAlN), titanium silicon nitride (TiSiN), titanium carbon nitride (TiCN), chromium nitride (CrN) or aluminum chromium nitride (AlCrN), It also means that a combination of these can be applied. These are hard coatings typically used in the context of cutting tools.

非常に驚くべきことに、本発明者らは、これらのPVDコーティング、特に切削工具の分野で典型的に使用されるような硬質薄膜PVDコーティングにより、シュラウド内への広範囲のブレード侵入条件下で、ブレード磨耗損傷が減少及び/又は排除され得ることを見出した。さらに驚くべきことに、上記したように、これらの窒化物ベースのコーティングは、高温での耐酸化性が(例えば、酸化物又は立方晶窒化ホウ素よりも)著しく低いことが知られているが、言及した窒化物ベースのコーティングは早期の酸化を受けない。   Very surprisingly, we have made these PVD coatings, especially hard thin film PVD coatings as typically used in the field of cutting tools, under a wide range of blade penetration conditions into the shroud. It has been found that blade wear damage can be reduced and / or eliminated. More surprisingly, as noted above, these nitride-based coatings are known to be significantly less resistant to oxidation at high temperatures (eg, than oxide or cubic boron nitride) The mentioned nitride-based coatings do not undergo premature oxidation.

なぜこれが機能するのかは完全には分からない。しかし、1つの可能な説明として、ブレード先端と摩耗性表面の相互作用に存在する状態は、高速切削工具が金属合金の加工物に作用しているときの状態とほぼ同様であることが言えるだろう。   I don't fully understand why this works. However, as one possible explanation, it can be said that the state present in the interaction between the blade tip and the wearable surface is substantially similar to the state when the high speed cutting tool is acting on a metal alloy workpiece. Let's go.

産業用又は航空宇宙用タービンの概略図であり、ブレード根元7及びブレード先端9、並びに摩耗性シール11を有する、ロータディスク3上の少なくとも1つのブレード5を備える。摩耗性シール11は、ブレード先端9の反対側でタービンケーシング1の内側に配置され、ギャップGによって隔てられている。1 is a schematic view of an industrial or aerospace turbine comprising at least one blade 5 on a rotor disk 3 having a blade root 7 and a blade tip 9 and an abradable seal 11. The abradable seal 11 is arranged inside the turbine casing 1 on the opposite side of the blade tip 9 and is separated by a gap G. 被覆されたブレード先端領域9上及び周囲の均質なコーティング厚さ分布を模式的に表している。1 schematically represents a uniform coating thickness distribution on and around the coated blade tip region 9.

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail using examples.

本発明者らは、広範囲の摩耗性材料についての研究を基礎としている。それらは(例えば、筐体上に)良好に被覆されているが、これらの材料の積層はPVDコーティングと明確に区別するために、被覆シュラウドと命名される。   We are based on research on a wide range of wearable materials. Although they are well coated (eg on a housing), a stack of these materials is termed a coating shroud to clearly distinguish it from PVD coatings.

試験は、次のシュラウドコーティング材料に基づいている。   The test is based on the following shroud coating material.

1.Ni4Cr4Al21ベントナイト
製品名:Durabrade 2313、Metco 314NS、Metco 312NS、Durabrade 2311
1. Ni4Cr4Al21 bentonite Product name: Durabrade 2313, Metco 314NS, Metco 312NS, Durabrade 2311

これらは、安定化されたベントナイトコアを完全にカプセル化するニッケルクロムアルミニウム合金からなるサーメット粉末である。カプセル化は、化学的クラッド法を用いて達成される。これにより、丈夫で高品質の結合剤を含まない複合粉末が得られる。この粉末は、最終用途に適合するように、様々な耐食性及び摩耗性を有する基材を製造するように設計された。基材は、ニッケルベースの合金又はスチール製のハードウェアに擦れ合うように設計されている。   These are cermet powders consisting of a nickel chromium aluminum alloy that completely encapsulates a stabilized bentonite core. Encapsulation is achieved using a chemical cladding method. This gives a composite powder that is durable and free of high quality binders. This powder was designed to produce substrates with various corrosion and wear resistances to suit the end use. The substrate is designed to rub against nickel-based alloy or steel hardware.

2.CoNiCrAlY−hBN−ポリエステル   2. CoNiCrAlY-hBN-polyester

これら材料の基材内のCoNiCrAlY(コバルト−ニッケル−クロム−アルミニウム−イットリウム)マトリックスは、他のニッケル−クロムベースの摩耗性材料と比較して、改善された耐酸化性及び耐食性を提供する。窒化ホウ素成分は固体潤滑を提供し、それにより磨耗性を改善し、擦れ込み時のブレード摩耗を低減する。基材の気孔率は、35〜60体積%の範囲で変化し得る。これはコーティング内に封入されたポリエステルの量によって制御される。それは、この制御されたウェブ状の金属構造であり、チタン合金、鋼又は超合金部品に対する優れた破砕性を可能にする。   The CoNiCrAlY (cobalt-nickel-chromium-aluminum-yttrium) matrix within the substrate of these materials provides improved oxidation and corrosion resistance compared to other nickel-chromium based wear materials. The boron nitride component provides solid lubrication, thereby improving wear and reducing blade wear during rubbing. The porosity of the substrate can vary in the range of 35-60% by volume. This is controlled by the amount of polyester encapsulated in the coating. It is this controlled web-like metal structure that allows excellent friability for titanium alloy, steel or superalloy parts.

これらの基材は、最高750℃(1380°F)の使用温度で使用できる。しかし、650℃(1200°F)を超えると、酸化に対する感受性が高まることが予想される。極端な環境条件下で使用する場合や、硬質で耐腐食性の高いコーティングが必要な場合は、ハードティップメイティングブレード又はナイフエッジが推奨される。Metco2042及びMetco2043のコーティングは、650℃(1200°F)までの使用温度で、裸の、未処理のニッケル合金及びステンレス鋼部品によって容易に傷付く。裸の、ティップされていない(untipped)チタン部品に使用する場合は、550℃(1020°F)までの使用温度でMetco2042が推奨される。   These substrates can be used at service temperatures up to 750 ° C. (1380 ° F.). However, above 650 ° C. (1200 ° F.), the sensitivity to oxidation is expected to increase. A hard tip mating blade or knife edge is recommended when used in extreme environmental conditions or when a hard and highly corrosion resistant coating is required. Metco 2042 and Metco 2043 coatings are easily scratched by bare, untreated nickel alloys and stainless steel parts at service temperatures up to 650 ° C. (1200 ° F.). For use with bare, untipped titanium parts, Metco 2042 is recommended at service temperatures up to 550 ° C. (1020 ° F.).

3.NiCrFeAl−hBN
製品名:Metco301C−NS及びMetco301NS、すなわちNi13Cr8Fe6.5BN3.5Al2.
3. NiCrFeAl-hBN
Product name: Metco301C-NS and Metco301NS, ie Ni13Cr8Fe6.5BN3.5Al2.

ニッケルクロム合金/窒化ホウ素溶射粉末は、ニッケルクロム合金、六方晶窒化ホウ素、及びアルミニウムからなるサーメット複合材料であり、機械的クラッディング技術を用いて製造される。この粉末は、最終用途に適合するように、様々な耐食性及び摩耗性を有する基材を製造するように設計された。粉末は、燃料ガスとして水素又はアセチレンのいずれかを使用する燃焼粉末噴霧プロセスを用いて最もよく適用される。   Nickel-chromium alloy / boron nitride spray powder is a cermet composite material consisting of nickel-chromium alloy, hexagonal boron nitride, and aluminum, and is manufactured using mechanical cladding techniques. This powder was designed to produce substrates with various corrosion and wear resistances to suit the end use. The powder is best applied using a combustion powder spray process that uses either hydrogen or acetylene as the fuel gas.

4.アルミニウムブロンズポリエステル
製品名:Metco604NS、Metco605NS、Metco610NS
4). Aluminum Bronze Polyester Product Name: Metco 604NS, Metco 605NS, Metco 610NS

Metco604NS、Metco605NS、及びMetco610NSは粉末材料であり、塩での腐食が懸念される海洋環境で動作する航空宇宙及び産業用のタービンクリアランス制御アプリケーション用の摩耗性基材を製造するように設計された。これら粉末の金属マトリックスは、予め合金化されたアルミニウムブロンズ材料である。特別に調合されたポリエステル材料をアルミニウムブロンズマトリックス材料と組み合わせて、低密度基材構造を形成する。Metco604NS及び605NSの場合、ポリエステルは金属成分と混合される。Metco610NSは、ポリエステル成分が固体有機バインダーを用いて金属成分に被覆されている複合材料である。   Metco 604NS, Metco 605NS, and Metco 610NS are powder materials designed to produce abradable substrates for aerospace and industrial turbine clearance control applications that operate in marine environments where salt corrosion is a concern. The metal matrix of these powders is a pre-alloyed aluminum bronze material. A specially formulated polyester material is combined with an aluminum bronze matrix material to form a low density substrate structure. In the case of Metco 604NS and 605NS, the polyester is mixed with the metal component. Metco 610NS is a composite material in which a polyester component is coated on a metal component using a solid organic binder.

NiCrAl−hBN−ポリエステルに関しては、米国特許出願:WO2011/094222A1(Dorfman、Wilsonら)に記載されているような基材が参考になる。   For NiCrAl-hBN-polyester, reference is made to substrates such as those described in US patent application: WO2011 / 094222A1 (Dorfman, Wilson et al.).

本発明の技術的効果を実証するために、Oerlikon Balzersの物理蒸着(PVD)プロセスを用いて、ブレード先端に堆積されたTiAlNコーティングの性能を試験したフレームで評価プログラムを実施した。したがって、TiAl6V4及びInconel718ブレードは、TiAlで先端が被覆され、特定のOerlikon Metco摩耗性基材に対して侵入試験が行われた。   In order to demonstrate the technical effect of the present invention, an evaluation program was implemented in a frame that tested the performance of the TiAlN coating deposited on the blade tip using the Oerlikon Balzers physical vapor deposition (PVD) process. Therefore, TiAl6V4 and Inconel 718 blades were tip coated with TiAl and subjected to penetration testing on specific Oerlikon Metco wearable substrates.

TiAlNで先端が被覆されたTiAl6V4合金ブレードを450℃で以下に対して擦り試験した。
1)M2042摩耗性基材:標準及び高硬度レベルHR15Y 39及び69のそれぞれ、並びに
2)M314NS摩耗性基材:標準硬度レベルHR15Y 50
A TiAl6V4 alloy blade whose tip was coated with TiAlN was rubbed at 450 ° C. against the following.
1) M2042 wearable substrate: standard and high hardness levels HR15Y 39 and 69, respectively, and 2) M314NS wearable substrate: standard hardness level HR15Y50

さらに、TiAlNで先端が被覆されたIN718合金ブレードを750℃で以下に対して擦り試験した。
1)M2043摩耗性硬度HR15Y 67
2)M314摩耗性硬度HR15Y 50
全ての摩耗性基材は、スイスのOerlikon Metco(OM−CH)所在地で溶射された。
Oerlikon Metco(OM)の侵入テスト施設で、一連の16回の侵入テストを実施した。
試験は250及び410m/sの速度で行われ、試験された侵入速度は5又は500μm/sのいずれかであった。到達される侵入深さは1.0mmであった。
Further, an IN718 alloy blade whose tip was coated with TiAlN was rubbed at 750 ° C. against the following.
1) M2043 Abrasion hardness HR15Y 67
2) M314 wear hardness HR15Y 50
All wearable substrates were sprayed at Oerlikon Metco (OM-CH) location in Switzerland.
A series of 16 penetration tests were conducted at the penetration test facility at Oerlikon Metco (OM).
The tests were performed at speeds of 250 and 410 m / s and the penetration speed tested was either 5 or 500 μm / s. The penetration depth reached was 1.0 mm.

与えられた試験条件下で、裸のチタン合金ブレードは、通常、Metco2042及びMetco 2043の摩耗材(主に、低いブレード先端速度及び高い侵入率)に対して著しい磨耗を受ける。これとは対照的に、TiAlNティッピングは、磨耗性能の改善が見られ、その結果ブレード摩耗が観察されなかった。すなわちブレード摩耗が0%であった。これは、磨耗性コーティングシュラウド(公称1.0mm)へのブレード先端の総侵入深さの百分率として測定される。わずかに負のブレード摩耗値(例えば、−1.0%)が得られることもあったが、これはシュラウド材料のブレード先端へのわずかな移動を示すものであり、ブレード先端又は先端コーティングに損傷は観察されない。   Under the given test conditions, bare titanium alloy blades typically experience significant wear against Metco 2042 and Metco 2043 wear materials (mainly low blade tip speed and high penetration rate). In contrast, TiAlN tipping showed improved wear performance so that no blade wear was observed. That is, the blade wear was 0%. This is measured as a percentage of the total penetration depth of the blade tip into the wearable coating shroud (1.0 mm nominal). Slightly negative blade wear values (eg -1.0%) may have been obtained, but this indicates a slight movement of the shroud material to the blade tip and damage to the blade tip or tip coating Is not observed.

Metco314NSはまた、ティッピングの無い裸のTiAl6V4ブレードを使用して摺擦したときのブレード摩耗を示した。しかし、これらのブレードをTiAlNでティッピングした後、侵入テストは、ブレード摩耗無しの改善された摩擦性能を示した。   Metco 314NS also showed blade wear when rubbed using a bare TiAl6V4 blade without tipping. However, after tipping these blades with TiAlN, penetration tests showed improved friction performance without blade wear.

このプログラムは明らかに、ブレード先端部(例えばチタン合金及びニッケル合金ブレード先端など)への薄い硬質PVDコーティングの適用は、ブレード先端の摩耗損傷の劇的な低減が観察され得ることを示し、少なくとも70HR15Yまでの硬さ値に溶射された(ポストポリマーは熱処理状態で燃焼される)特定の摩耗性(クリアランス制御)基材材料における切削性能の改善を示している。   This program clearly shows that application of a thin hard PVD coating to the blade tip (eg, titanium alloy and nickel alloy blade tips, etc.) can observe a dramatic reduction in blade tip wear damage, at least 70HR15Y It shows improved cutting performance in certain wearable (clearance controlled) substrate materials sprayed to hardness values up to (the postpolymer is burned in the heat treated state).

本発明の第2の実施形態は、例えばエアタービン、工業用ガスタービン及びターボチャージャのような高圧圧縮機のクリアランス制御用途に使用される摩耗性コーティングに関する。関係するブレード材料は、例えばチタン合金、ステンレス鋼合金及びニッケル基超合金である。   A second embodiment of the present invention relates to an abradable coating used in high pressure compressor clearance control applications such as air turbines, industrial gas turbines and turbochargers. Related blade materials are, for example, titanium alloys, stainless steel alloys and nickel-base superalloys.

これらの用途のための最先端の摩耗性材料は、一般に熱安定性の低い金属合金であり、低酸化及び/又は焼結耐性を示す。それらは、ブレードの損傷を軽減するために、意図的により柔らかくより多孔性の状態で製造される。ここで、多くの場合ブレードには防護ティッピングがない。この結果、バルク硬度の低い摩耗性材料が得られる。摩耗性コーティングの多孔性は、金属合金のより大きな露出表面積に起因して、特に高温酸化を受けやすい。さらに、必要とされる、より高い多孔度は、コーティングの引張強さを弱め、耐浸食性を低下させる。特に、高温用途に焦点が当てられている場合、それらの材料は一般に耐熱性ではないという欠点がある。   State-of-the-art wear materials for these applications are generally metal alloys with poor thermal stability and exhibit low oxidation and / or sintering resistance. They are intentionally made softer and more porous to reduce blade damage. Here, in many cases, the blade has no protective tipping. As a result, an abradable material having a low bulk hardness is obtained. The porosity of the wearable coating is particularly susceptible to high temperature oxidation due to the larger exposed surface area of the metal alloy. Furthermore, the required higher porosity reduces the tensile strength of the coating and reduces erosion resistance. In particular, when the focus is on high temperature applications, the disadvantage is that these materials are generally not heat resistant.

最新技術によれば、熱的に安定なジルコニア系ポリエステルセラミック溶射粉末がある。これは、航空宇宙産業及び産業用ガスタービンエンジンのタービンセクションにおけるクリアランス制御用途のために、高温摩耗性コーティングとして一般に使用されている。ここでブレード合金は一般に、ニッケルベースの超合金から製造される。さらに、多孔質、耐熱ニッケル及びコバルト合金ベースのコーティングは、航空宇宙産業及び産業用ガスタービンエンジンの高圧圧縮機領域においても使用され、ブレード合金はチタン合金、ステンレス鋼又はニッケルベースの超合金のいずれかから製造される。しかし、より高温のシーリング用途の大部分については、ステンレス鋼合金又はニッケル合金がこれらの硬質セラミック摩耗に対して過度の摩耗を示すため、それぞれのブレード先端は、確立された電気めっき及び裸のチタン合金のような高温ろう付け技術を用いて適用される立方晶窒化ホウ素研磨粒子で覆わなければならない。加えて、特にチタン合金が使用される場合、高硬度摩耗性コーティングに対して摩耗されると、チタン火災の可能性がある。   According to the state of the art, there are thermally stable zirconia-based polyester ceramic spray powders. It is commonly used as a high temperature wear coating for clearance control applications in the aerospace industry and the turbine section of industrial gas turbine engines. Here, the blade alloy is generally manufactured from a nickel-based superalloy. In addition, porous, refractory nickel and cobalt alloy based coatings are also used in the high pressure compressor area of the aerospace industry and industrial gas turbine engines, and blade alloys are either titanium alloys, stainless steels or nickel based superalloys. Manufactured from. However, for the majority of higher temperature sealing applications, each blade tip has a well-established electroplating and bare titanium because stainless steel alloys or nickel alloys exhibit excessive wear against these hard ceramic wears. Must be covered with cubic boron nitride abrasive particles applied using high temperature brazing techniques such as alloys. In addition, particularly when titanium alloys are used, there is a potential for a titanium fire when worn against a hard wear-resistant coating.

上記の第1の実施形態は、磨耗物質によって誘発される磨耗から保護するためにブレード先端に適用される硬質薄膜コーティングを開示している。驚くべきことに、本発明者らはさらに、裸のブレード先端が硬質で耐摩耗性の薄膜コーティングで被覆されている場合、耐高温シュラウド材料(溶射された多孔質ジルコニア酸化物、又はアルミン酸マグネシウム(マグネシウムスピネル)といった他の多孔質低密度セラミック)でさえ、ブレード先端を損傷しないシュラウド材料として使用することができることを発見した。これにより、航空機タービン、産業用ガスタービン及びターボチャージャの低圧と高圧のコンプレッサ領域の両方において、熱的に安定な(高融点、高耐酸化性)セラミック又は金属間化合物ベースのクリアランス制御材料を特別に使用可能としている。   The first embodiment described above discloses a hard thin film coating applied to the blade tip to protect against wear induced by the wear material. Surprisingly, the inventors further have a high temperature resistant shroud material (sprayed porous zirconia oxide or magnesium aluminate) when the bare blade tip is coated with a hard, wear resistant thin film coating. It has been discovered that even other porous low density ceramics (such as magnesium spinel) can be used as shroud materials that do not damage the blade tip. This makes thermal stable (high melting point, high oxidation resistance) ceramic or intermetallic based clearance control materials special in both low and high pressure compressor areas for aircraft turbines, industrial gas turbines and turbochargers. Can be used for

高圧圧縮機クリアランス制御(摩耗性)用途の現在の技術水準は、以下のような摩耗性コーティングである:
・セラミック摩耗物質よりもバルク硬度が低い(柔らかい)。
・セラミック摩耗物質よりも多孔質である。
・セラミックよりも低い熱安定性(酸化及び焼結抵抗)を有する一般的な金属合金である。
The current state of the art for high pressure compressor clearance control (wearability) applications are wearable coatings such as:
• Bulk hardness is lower (softer) than ceramic wear materials.
• More porous than ceramic wear materials.
A general metal alloy that has lower thermal stability (oxidation and sintering resistance) than ceramic.

それらは、ブレード損傷を軽減するために(多くの場合、ブレードには防護ティッピングない)、より柔らかくより多孔性の状態で製造される必要がある。一方、ブレードの損傷(摩耗)をなくすために、ブレードの先端をコーティングすることが知られている。ブレードの先端に堆積されたTiAlN及びAlCrNのようなPVD薄膜コーティングは、ターボ機械で使用される。   They need to be manufactured in a softer and more porous state to reduce blade damage (often without protective tipping on the blade). On the other hand, it is known to coat the tip of the blade in order to eliminate damage (wear) of the blade. PVD thin film coatings such as TiAlN and AlCrN deposited on the tip of the blade are used in turbomachinery.

ブレード材料の例は次のとおりである。
・チタン合金、例えば、TiAl6V4、Ti6242、γTiAl型(Ti−45Al−8Nb)。
・ステンレス鋼合金、例えば、17−4PH鋼。
・ニッケル基超合金、例えば、インコネル718。
Examples of blade materials are as follows.
-Titanium alloy, for example, TiAl6V4, Ti6242, γTiAl type (Ti-45Al-8Nb).
Stainless steel alloy, for example 17-4PH steel.
A nickel-base superalloy, such as Inconel 718.

薄膜硬質コーティングは摩耗保護効果が非常に高いので、より高い熱安定性(高い融点/耐焼結性、高い耐酸化性)を有する、より硬い摩耗性シュラウド材料(例えば溶射された多孔質ジルコニア酸化物コーティングであり、Metco2460(M2460)など)を有利に使用できることを、今回本発明者らは発見した。   Thin film hard coatings have a very high wear protection effect, so harder wearable shroud materials (eg sprayed porous zirconia oxide) with higher thermal stability (high melting / sintering resistance, high oxidation resistance) The present inventors have now discovered that a coating, such as Metco 2460 (M2460), can be used advantageously.

物理蒸着(PVD)プロセスを使用して、TiAlNコーティングをブレード先端(インコネル718)上に堆積させた。Metco2460NS摩耗性コーティングの2つの異なるセットに対して試験された侵入物を溶射した。侵入テスト施設で2回の侵入テストを実施した。第1試験は、TiAlブレード先端コーティングを硬質版のプラズマ溶射M2460NSコーティングに擦りつけたものであり、第2試験は、標準的な溶射パラメータを用いてプラズマ溶射した別のM2460NSコーティングのセットを用いて行った。   A TiAlN coating was deposited on the blade tip (Inconel 718) using a physical vapor deposition (PVD) process. The intrusions tested against two different sets of Metco 2460 NS wear coatings were sprayed. Two penetration tests were conducted at the penetration testing facility. The first test was rubbed with a TiAl blade tip coating onto a hard-plate plasma sprayed M2460NS coating, and the second test was performed with another set of M2460NS coatings plasma sprayed using standard spray parameters. went.

どちらの試験も以下のように実施された:
・ブレード先端速度410m/s。
・侵入率50μm/s。
・シュラウド温度1100°C。
・侵入深さは0.2mm又は0.5mm。
Both tests were conducted as follows:
-Blade tip speed 410 m / s.
-The penetration rate is 50 μm / s.
-Shroud temperature 1100 ° C.
-The penetration depth is 0.2 mm or 0.5 mm.

M2460NSは、ジルコニアベースのポリエステルセラミック溶射粉末である。これは、先に述べたように、航空宇宙産業及び産業用ガスタービンエンジンのタービン部分におけるクリアランス制御用途のための高温摩耗性コーティングとして一般に使用され、従来技術では、立方晶窒化ホウ素がブレード材料として使用される。   M2460NS is a zirconia based polyester ceramic spray powder. This is commonly used as a high temperature wear coating for clearance control applications in the aerospace industry and industrial gas turbine engine turbine parts as previously mentioned, and in the prior art cubic boron nitride is the blade material. used.

このコーティングの以下2つの変形物は溶射により製造され、熱処理してポリエステル多孔性形成剤を燃やした。   The following two variants of this coating were produced by thermal spraying and heat treated to burn the polyester porous former.

高硬度M2460NS:マクロ硬度は、平均59HR15N(ポリマー焼き切れ状態)で測定した。このM2460NS摩耗性コーティング試料を、ポリマー焼き切れ(550℃/6h)後に試験した。ブレード先端速度410m/s、及び侵入速度50μm/sを用いた試験運転は、ブレード摩耗の無い良好な摩擦性能を示した。   High hardness M2460NS: Macro hardness was measured with an average of 59HR15N (polymer burnout state). The M2460NS wearable coating sample was tested after polymer burnout (550 ° C / 6h). A test run using a blade tip speed of 410 m / s and an intrusion speed of 50 μm / s showed good friction performance without blade wear.

標準硬度M2460NSコーティング:マクロ硬度は、平均36HR15N(ポリマー焼き切れ状態)で測定した。このM2460NS摩耗性コーティング試料は、ポリマー焼き切れ状態(550℃/6時間)後に試験した。ブレード先端速度410m/s、及び侵入速度50μm/sを用いた試験は、ブレード摩耗が無く、表面ブレード高さの増加(侵入深さのパーセンテージとして2.1%のブレード高さの増加)に関連して良好な摩擦性能を示した。   Standard hardness M2460NS coating: Macro hardness was measured with an average of 36HR15N (polymer burnout state). This M2460NS wearable coating sample was tested after polymer burnout (550 ° C./6 hours). Tests using a blade tip speed of 410 m / s and penetration speed of 50 μm / s have no blade wear and relate to an increase in surface blade height (2.1% increase in blade height as a percentage of penetration depth) And showed good friction performance.

M2460シュラウドに対して侵入試験を行った場合、ノンチップ(非コーティング)のインコネル718ブレードで見られる典型的なブレードの摩耗は、侵入深さ全体に対するパーセンテージとして70〜100%摩耗の範囲内にある。典型的には、M2460シュラウドに対して侵入試験が行われたときに、最先端の立方晶窒化ホウ素がチップされたインコネル718ブレードについて、ゼロブレード摩耗が見られる。   When performing penetration tests on the M2460 shroud, typical blade wear seen with non-tip (uncoated) Inconel 718 blades is in the range of 70-100% wear as a percentage of the total penetration depth. Typically, zero blade wear is seen for Inconel 718 blades chipped with state-of-the-art cubic boron nitride when penetration testing is performed on the M2460 shroud.

驚くべきことに、TiAlNで被覆されたブレード先端部について見られる領域は、最先端の立方晶窒化ホウ素がチップされたブレードについて見られる領域に類似している。すなわち、全侵入深さのパーセンテージとして、ゼロブレード摩耗である。   Surprisingly, the area seen for a TiAlN coated blade tip is similar to the area seen for a state-of-the-art cubic boron nitride chip blade. That is, zero blade wear as a percentage of the total penetration depth.

これらの結果に基づいて、先端がAlCrNでコーティングされている場合、その範囲は、それ以上とは言えない場合でも、少なくとも同等であると推定される。特に、高温範囲では、AlCrNが好ましい場合がある。おそらく、これはこのPVDコーティングの温度安定性の向上に戻るだろう。   Based on these results, if the tip is coated with AlCrN, the range is presumed to be at least equivalent, even if not more. In particular, AlCrN may be preferable in the high temperature range. Perhaps this will return to the improved temperature stability of this PVD coating.

ポスト侵入試験(カット)シュラウド表面の表面粗さ測定を行い、市販の標準ブレード先端(摩耗性立方窒化ホウ素)を用いて切断したのと比較した。結果(以下の表1及び2に示す)は、PVDでチップされたブレードが、より滑らかでより低い表面仕上げを生成することを示した。このような改善は、航空ターボ機械のすべての部分(コンプレッサー及びタービン)における航空宇宙クリアランス制御アプリケーションにとって重要である。   Post penetration test (cut) The surface roughness of the shroud surface was measured and compared with cutting using a commercially available standard blade tip (abrasive cubic boron nitride). The results (shown in Tables 1 and 2 below) indicated that PVD-bladed blades produced a smoother and lower surface finish. Such improvements are important for aerospace clearance control applications in all parts of the aero turbomachine (compressor and turbine).

表1は、本発明のPVDがチップされたブレードに対し侵入後のM2460NSシュラウド粗さを示す。

Figure 2018535322
Table 1 shows the M2460 NS shroud roughness after intrusion for a blade with a PVD chip of the present invention.
Figure 2018535322

表2は、従来技術によるcBNでチップされたブレードに対し侵入後のM2460NSシュラウド粗さを示す。

Figure 2018535322
Table 2 shows the M2460 NS shroud roughness after intrusion for blades chipped with cBN according to the prior art.
Figure 2018535322

ブレード上のTiAlN及び/又はAlCrNのPVDコーティングの使用によって観測される改善:
・チップされていないブレードと比較して、ブレード摩耗をゼロに低減された(典型的に、ブレード摩耗は総侵入深さの70〜100%である)。
・従来技術の立方晶窒化ホウ素でチップされたブレードについて観測されたのと同等のブレード摩耗(ゼロ)である。
・シュラウドの表面粗さが、従来技術の立方晶窒化ホウ素でチップされたブレードについて観測されたのと比べ、改善された。
・従来技術の立方晶窒化ホウ素でチップされたブレードで観察されているものよりも、低コスト、低次元(コーティング厚さ)及びより高い製造堅牢性を有する。特に、複雑な先端形状を有する、より薄いブレード先端がPVD技術によってコーティングされ易いことは、技術水準を超える顕著な利点を提供する。
・硬質の薄膜PVDコーティングを使用して、ニッケル超合金及びステンレス鋼ブレード材料の成形及びコーティングが容易であるため、これらは、現在、ターボ機械の高圧圧縮機部分で使用するために多孔質セラミック系の摩耗性材料を使用可能とし、
i)耐酸化性
ii)焼結抵抗
iii)耐食性
の点で、従来技術の高圧圧縮摩耗材(金属合金ベース)を超える大きな性能上の利点を有する。
・硬質の薄膜PVDコーティングを使用して、チタン合金のような他のブレード材料をコーティングすることが容易であるため、現在では、ターボ機械の低圧圧縮機部分に使用する多孔質セラミックベースの摩耗材を使用する機会が開かれており、次の大きな利点がある。
i)耐食性
ii)従来技術の低圧圧縮機の摩耗部材(一般に、アルミニウム合金ベース)に比べて、改善された熱膨張の不釣り合い及び残留応力の適合性。
Improvements observed by the use of TiAlN and / or AlCrN PVD coatings on the blade:
• Blade wear was reduced to zero compared to non-tip blades (typically blade wear is 70-100% of total penetration depth).
Equivalent blade wear (zero) as observed for blades chipped with prior art cubic boron nitride.
-The surface roughness of the shroud was improved compared to that observed for blades chipped with prior art cubic boron nitride.
It has lower cost, lower dimensions (coating thickness) and higher manufacturing robustness than those observed with blades chipped with prior art cubic boron nitride. In particular, the fact that thinner blade tips with complex tip shapes are more easily coated with PVD technology offers significant advantages over the state of the art.
Because of the ease of molding and coating of nickel superalloy and stainless steel blade materials using hard thin film PVD coatings, these are now porous ceramic systems for use in the high pressure compressor section of turbomachinery Wearable materials can be used,
i) Oxidation resistance ii) Sintering resistance iii) Great performance advantages over prior art high pressure compression wear materials (metal alloy base) in terms of corrosion resistance.
A porous ceramic-based wear material currently used in low pressure compressor parts of turbomachines because it is easy to coat other blade materials such as titanium alloys using a hard thin film PVD coating The opportunity to use is open and has the following great advantages:
i) Corrosion resistance ii) Improved thermal expansion imbalance and residual stress compatibility compared to wear members (typically aluminum alloy base) of prior art low pressure compressors.

硬質薄膜で被覆されたブレード先端と、磨耗部材としての熱的に安定な多孔質セラミックシュラウドとの組み合わせは、従来技術と比較して有利であることが開示されている。硬質薄膜コーティングは、Me1Me2Xのような複合材料をふくむことが好ましい。Me1は、好ましくはTi、Cr、Zr又はそれらの組み合わせによって形成される群の要素であり、Me2は、好ましくはAl及び/又はSiであり、Xは、好ましくはN、O、B又はそれらの組み合わせによって形成される群の要素である。当業者であれば、ブレード先端にこのようなコーティングを効率的に塗布するための多数の方法を知っており、その中でも、陰極アーク蒸着又はスパッタリングのような物理蒸着が好ましい。   It has been disclosed that the combination of a blade tip coated with a hard film and a thermally stable porous ceramic shroud as a wear member is advantageous over the prior art. The hard thin film coating preferably comprises a composite material such as Me1Me2X. Me1 is preferably a member of the group formed by Ti, Cr, Zr or combinations thereof, Me2 is preferably Al and / or Si, and X is preferably N, O, B or their An element of a group formed by a combination. Those skilled in the art know many ways to efficiently apply such coatings to the blade tips, among which physical vapor deposition such as cathodic arc vapor deposition or sputtering is preferred.

本発明の別の態様によれば、硬質薄膜コーティングでブレードを被覆する方法が開示されている。この態様は、ブレードの先端及び磨耗性シュラウドに対するこれら先端の保護だけでなく、侵食粒子(例えば、高速、かつブレード表面への複数の入射角での塵埃の衝突など)に対するブレードの保護にも関連する。   In accordance with another aspect of the present invention, a method for coating a blade with a hard thin film coating is disclosed. This aspect relates not only to the protection of the blade tips and the wearable shroud, but also to the protection of the blades against erosive particles (eg dust impingement at high speeds and multiple angles of incidence on the blade surface). To do.

既に上記したように、このような薄膜コーティングをブレード表面に適用するための好ましい方法の1つは、物理蒸着法である。例としては、陰極アーク蒸発及びスパッタリングがある。典型的には、陰極アーク蒸発は、非常に緻密で硬い層を提供し、これは本発明に関連する用途において有利である。   As already mentioned above, one of the preferred methods for applying such a thin film coating to the blade surface is physical vapor deposition. Examples include cathodic arc evaporation and sputtering. Typically, cathodic arc evaporation provides a very dense and hard layer, which is advantageous in applications related to the present invention.

密度は、堆積される粒子が高度に正に帯電しているときに実現できる。基材に負のバイアス電圧を印加することにより、これらのイオンが被覆される表面に加速される。しかし、アーク蒸発中に典型的に生成され、表面上に堆積され、薄膜に組み込まれる、いわゆる液滴(droplet)のために、得られるコーティングは一般に、かなりの表面粗さを有する。   Density can be achieved when the deposited particles are highly positively charged. By applying a negative bias voltage to the substrate, these ions are accelerated to the surface to be coated. However, because of the so-called droplets that are typically generated during arc evaporation, deposited on the surface, and incorporated into a thin film, the resulting coating generally has a significant surface roughness.

先端をコーティングするという文脈で既に説明したように、そのような粗さは不利であるかもしれない。これとは別に、ブレード表面の表面粗さは、侵食粒子が攻撃可能な複数のセンターを生成し、侵食に対する保護を自然に弱める浸食のセンターを複数生成する。さらに、表面粗さは、偶発的で制御が困難な方法でタービン内の流れに不都合な影響を及ぼす。   As already explained in the context of coating the tip, such roughness may be disadvantageous. Apart from this, the surface roughness of the blade surface creates multiple centers where erosion particles can attack and creates multiple erosion centers that naturally weaken protection against erosion. Furthermore, surface roughness adversely affects the flow in the turbine in an accidental and difficult to control manner.

陰極アーク蒸発の間に、そのような液滴が薄膜又はその表面へ堆積されたり、取り込まれたりすることをほぼ回避する技術がある。例えば、ろ過されたアークを使用できる。ここで、磁気及び/又は電場が、堆積される荷電粒子の飛行に影響を及ぼすために使用される。液滴は帯電していないか、又は主に巨視的であり、かなり加速されなければならないので、コーティング粒子は、コーティングされる基材に向かう途中で液滴から分離される。   There are techniques that substantially prevent such droplets from being deposited or entrained on the thin film or its surface during cathodic arc evaporation. For example, a filtered arc can be used. Here, magnetic and / or electric fields are used to influence the flight of the deposited charged particles. Since the droplets are uncharged or predominantly macroscopic and have to be accelerated considerably, the coating particles are separated from the droplets on the way to the substrate to be coated.

スパッタリングは、物理蒸着に基づいて基材に薄膜を適用する別の好ましい方法である。スパッタリングという文脈では、いわゆる作動ガスのイオン化粒子がスパッタリングターゲットの表面上に加速される。これらのイオンがターゲット表面に衝突すると、ターゲット材料の粒子が飛び出す。   Sputtering is another preferred method of applying a thin film to a substrate based on physical vapor deposition. In the context of sputtering, so-called working gas ionized particles are accelerated onto the surface of the sputtering target. When these ions collide with the target surface, particles of the target material jump out.

イオン化された作動ガス粒子の加速は、ターゲットに印加された負の電圧に基づく。これららの粒子とともにターゲットの衝撃がそれを加熱するので、ターゲットが一般に動作することができるエネルギー密度は限られている。スパッタされた薄膜は、堆積中に液滴が形成されないので、カソードアーク蒸発によって堆積された薄膜と比較してより小さい表面粗さを示す。しかし、一般に、スパッタされた粒子は帯電しないか、又はイオン化の程度は少なくとも非常に低い。したがって、これらの粒子は、一旦ターゲットを提供する材料の表面を離れると、コーティングされる表面の方向に加速されないことがある。本発明の発明者らは、ブレードにコーティングするための特殊なPVDコーティング方法を見出し、また使用するアイデアを有している。その方法は、膜に液滴を混入させることなく高密度薄膜をもたらす。   The acceleration of the ionized working gas particles is based on a negative voltage applied to the target. Since the impact of the target along with these particles heats it, the energy density with which the target can generally operate is limited. Sputtered thin films exhibit less surface roughness compared to thin films deposited by cathodic arc evaporation because no droplets are formed during deposition. In general, however, the sputtered particles are not charged or the degree of ionization is at least very low. Thus, these particles may not be accelerated in the direction of the surface to be coated once they leave the surface of the material that provides the target. The inventors of the present invention have found an idea to use and use special PVD coating methods for coating blades. The method results in a high density thin film without introducing droplets into the film.

それぞれの方法はスパッタリングに基づいているが、スパッタリングプロセスが実行されるエネルギー密度は従来のスパッタリングと比較して劇的に増加する。このような増加は、ターゲット表面から放出された荷電粒子を生じさせ、したがって荷電されたコーティング粒子を基材への方向に加速するために、負のバイアスをコーティングされる基材に印加することができる。ターゲットの加熱は、周期的に、ターゲットへのそれぞれの電圧を高周波で遮断することで回避することができる。   Each method is based on sputtering, but the energy density at which the sputtering process is performed increases dramatically compared to conventional sputtering. Such an increase can result in charged particles being emitted from the target surface and thus applying a negative bias to the substrate to be coated to accelerate the charged coating particles in the direction towards the substrate. it can. The heating of the target can be avoided by periodically interrupting each voltage to the target at a high frequency.

このいわゆるHIPIMSは、上記のようにスパッタリング法であるが、高周波で良好に整形され再現性の高い高出力パルスを提供する複雑な発電機が必要とされる、という欠点を有する。本出願人によって開発された別のスパッタリング法の文脈では、電力はスイッチオフされず、単に異なるターゲット及び/又は電力ダンプに切り替えられる。出願人は、この方法を「S3p」の商標のもとで提供している。それぞれのスパッタリング方法を実施する一例の詳細な説明は、特許出願WO2013/060415A1から見出すことができる。   This so-called HIPIMS is a sputtering method as described above, but has the disadvantage that a complex generator is required that provides a high output pulse that is well shaped at high frequencies and provides high reproducibility. In the context of another sputtering method developed by the applicant, the power is not switched off but simply switched to a different target and / or power dump. Applicant provides this method under the trademark “S3p”. A detailed description of an example of performing each sputtering method can be found in patent application WO2013 / 060415A1.

本発明の一態様によれば、コーティング粒子を次のような速度に加速できる。すなわち、コーティング粒子を表面に当てたときに、それらは、ブレードの使用中に表面に衝突するダスト粒子の予想される平均速度と同じオーダーの速度を有する。   According to one aspect of the present invention, the coating particles can be accelerated to the following speed. That is, when the coating particles are applied to the surface, they have a speed on the same order as the expected average speed of the dust particles impinging on the surface during use of the blade.

好ましくは、硬質薄膜コーティングは、HIPIMSによって生成され、特にS3pによるのが好ましく、Me1Me2Xのような複合材料を含む。ここで、Me1は、好ましくはTi、Cr、Zr又はこれらの組み合わせによって形成される群の要素であり、Me2は、好ましくはAl及び/又はSiであり、Xは、好ましくはN、O、B又はそれらの組み合わせによって形成される群の要素である。   Preferably, the hard thin film coating is produced by HIPIMS, particularly preferably by S3p and comprises a composite material such as Me1Me2X. Here, Me1 is preferably a member of the group formed by Ti, Cr, Zr or combinations thereof, Me2 is preferably Al and / or Si, and X is preferably N, O, B Or a group of elements formed by a combination thereof.

上記の説明で言及した全てのPVDコーティングは、単層又は多層コーティングであってもよい。それらは、タービンブレード基材の間に接着層でもって塗布できるが、好ましくは基材材料自体の上に直接塗布できる。多層の場合、中間層(例えば、金属中間層)が予見され得る。被覆深さの機能として、材料組成物中に勾配を含む1つ以上の層を有することも可能である。しかし、好ましいのは単層であり、特に好ましくはAlCrN単層である。   All PVD coatings mentioned in the above description may be single or multilayer coatings. They can be applied with an adhesive layer between the turbine blade substrates, but can preferably be applied directly onto the substrate material itself. In the case of multiple layers, an intermediate layer (eg, a metal intermediate layer) can be foreseen. It is also possible to have one or more layers that contain gradients in the material composition as a function of coating depth. However, a single layer is preferable, and an AlCrN single layer is particularly preferable.

ブレード先端と比べてブレード本体表面を別のコーティングで被覆することも可能である。例えば、ブレードの全ての露出した表面部分をブレード先端に使用されるコーティングで被覆することができる。これは、好ましくはAlCrN単層である。この後、先端をマスクし、他の表面部分をコートすることができ、加えて、ダスト粒子が表面に衝突するためのより柔らかい薄膜材料を塗布することも可能である。   It is also possible to coat the blade body surface with another coating compared to the blade tip. For example, all exposed surface portions of the blade can be coated with a coating used on the blade tip. This is preferably an AlCrN monolayer. After this, the tip can be masked and other surface portions can be coated, and in addition, a softer thin film material can be applied for the dust particles to strike the surface.

タービンエンジンは、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に取り付けられた少なくとも1つのタービンブレードとを備え、ケーシング内面の少なくとも一部は、少なくとも1つのブレードの内面と先端との間のクリアランス制御を提供するための磨耗材としてのシュラウドで被覆され、ブレード先端が硬質PVDコーティングで被覆されている、タービンセクションを開示しており、シュラウド材料は、多孔質セラミック系材料を少なくとも含み、好ましくは多孔質セラミック系材料であることを特徴としている。   The turbine engine includes a casing and at least one turbine blade rotatably mounted within the casing, wherein at least a portion of the casing inner surface provides clearance control between the inner surface and the tip of the at least one blade. Disclosed is a turbine section that is coated with a shroud as a wear material for and a blade tip is coated with a hard PVD coating, the shroud material comprising at least a porous ceramic based material, preferably a porous ceramic based It is characterized by being a material.

PVDコーティングは、Me1Me2Xなどの複合材料を含むコーティングであってもよい。ここで、Me1は、好ましくはTi、Cr、Zr又はこれらの組み合わせによって形成される群の要素であり、Me2は、好ましくはAl及び/又はSiであり、Xは、好ましくはN、O、B又はそれらの組み合わせによって形成される群の要素である。シュラウド材料は、少なくともジルコニア系ポリエステルセラミック材料を含むことができ、好ましくはジルコニア系ポリエステルセラミック材料である。   The PVD coating may be a coating comprising a composite material such as Me1Me2X. Here, Me1 is preferably a member of the group formed by Ti, Cr, Zr or combinations thereof, Me2 is preferably Al and / or Si, and X is preferably N, O, B Or a group of elements formed by a combination thereof. The shroud material can include at least a zirconia-based polyester ceramic material, and is preferably a zirconia-based polyester ceramic material.

上記のようなタービンエンジンに係る、タービンエンジンの製造方法が開示されており、この方法は、
− シュラウド材料をケーシングの内面に溶射する工程と、
− ケーシング内で使用されるブレードの少なくとも先端をPVDコーティングする工程とを含む。
A method for manufacturing a turbine engine according to the turbine engine as described above is disclosed.
-Spraying the shroud material on the inner surface of the casing;
-PVD coating at least the tips of the blades used in the casing.

PVDコーティングのステップは、電力密度パルスが5W/cm以上の高出力インパルスマグネトロンスパッタリングによって実施することができ、好ましくは50W/cm以下、より好ましくは40W/cm以下、最も好ましくは30W/cm以下である。 The PVD coating step can be performed by high power impulse magnetron sputtering with a power density pulse of 5 W / cm 2 or more, preferably 50 W / cm 2 or less, more preferably 40 W / cm 2 or less, most preferably 30 W / cm. cm 2 or less.

電力は、DC電力発生器によって供給することができ、パルスは、スパッタリングターゲットを供給するある材料から別の材料、及び/又はダミーターゲットに電力を切り替えることによって実現される。   The power can be supplied by a DC power generator, and the pulses are realized by switching power from one material that supplies the sputtering target to another material and / or a dummy target.

驚くべきことに、高出力インパルスマグネトロンスパッタリングによって製造されたPVDコーティング95は、ブレード先端9で測定された平均コーティング厚さtと約10%の最大偏差を有する均一なコーティング厚さ分布をさらに示している。コーティング厚さ及び特性の高い均一性は、図2に示すように、タービンブレードの周りだけでなく、ブレード先端9とタービンブレードのマントル表面91との間のコーティングされたコーナに沿っても当てはまる。本質的に液滴を含まないコーティングは、作業中におけるコーティング不良の可能性を低減する非常に高密度な構造を示すことが明らかになった。この特徴は、金属又はセラミックのシュラウド材料に対するPVDコーティングの高い耐久性の原因となり、その細孔容積にほとんど影響を受けないと考えられる。   Surprisingly, the PVD coating 95 produced by high power impulse magnetron sputtering further shows a uniform coating thickness distribution with an average coating thickness t measured at the blade tip 9 and a maximum deviation of about 10%. Yes. The coating thickness and high uniformity of properties apply not only around the turbine blade, but also along the coated corner between the blade tip 9 and the turbine blade mantle surface 91, as shown in FIG. It has been found that coatings that are essentially free of droplets exhibit a very dense structure that reduces the possibility of coating failure during operation. This feature is responsible for the high durability of PVD coatings on metal or ceramic shroud materials and is believed to be largely unaffected by their pore volume.

本発明のPVDコーティングのいくつかの変種、例えばTi50Al50N、Ti40Al60N、Ti33Al67N、並びにAl50Cr50N、Al60Cr40N、Al70Cr30Nが堆積され、同様に良好な被覆厚さ分布を達成した。最良の性能結果は、Me1Me2XのMe2/(Me1+Me2)(ここで、コーティングの金属成分のみを考慮)から計算したとき、PVDコーティング95が40〜70at%のMe2含有量を示す際に達成された。   Several variants of the PVD coating of the present invention, such as Ti50Al50N, Ti40Al60N, Ti33Al67N, and Al50Cr50N, Al60Cr40N, Al70Cr30N were deposited to achieve a good coating thickness distribution as well. The best performance results were achieved when PVD coating 95 exhibited a Me2 content of 40-70 at%, as calculated from Me1Me2X Me2 / (Me1 + Me2), where only the metal component of the coating was considered.

本発明のPVDコーティングは、薄層(例えば、1〜40ミクロン、好ましくは5〜25ミクロンの厚さ)として堆積できることが分かった。   It has been found that the PVD coating of the present invention can be deposited as a thin layer (e.g., 1-40 microns, preferably 5-25 microns thick).

1 タービンケーシング
3 ロータディスク
5 ブレード
7 ブレード根元
9 ブレード先端
11 摩耗性シール
91 マントル表面
95 PVDコーティング
G ギャップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine casing 3 Rotor disc 5 Blade 7 Blade root 9 Blade tip 11 Wear seal 91 Mantle surface 95 PVD coating G Gap

Claims (9)

ケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に取り付けられた少なくとも1つのタービンブレードとを備える少なくとも高圧及び低圧のタービンセクションを有するタービンエンジンであって、
前記ケーシングの内面の少なくとも一部は、前記少なくとも1つのブレードの内面と先端との間にクリアランス制御を提供するために摩耗材としてのシュラウドに覆われ、
前記ブレードの前記先端が硬質PVDコーティングで被覆されたタービンエンジンにおいて、
前記少なくとも高圧及び/又は低圧のセクションのシュラウド材料は、多孔質セラミック系材料を含み、前記ブレードの前記先端の硬質PVDコーティングは、本質的に液滴を含まない窒化物コーティングからなることを特徴とするタービンエンジン。
A turbine engine having at least a high pressure and a low pressure turbine section comprising a casing and at least one turbine blade rotatably mounted in said casing,
At least a portion of the inner surface of the casing is covered with a shroud as a wear material to provide clearance control between an inner surface and a tip of the at least one blade;
In a turbine engine in which the tip of the blade is coated with a hard PVD coating,
The shroud material of the at least high pressure and / or low pressure section comprises a porous ceramic-based material, and the hard PVD coating on the tip of the blade consists essentially of a nitride coating free of droplets. Turbine engine.
本質的に液滴を含まないPVDコーティングは、Me1Me2Xのような複合材料を含むコーティングであり、
ここで、Me1は、好ましくはTi、Cr、Zr又はそれらの組み合わせによって形成される群の要素であり、Me2は、好ましくはAl及び/又はSiであり、Xは、好ましくはN、O、B又はそれらの組み合わせによって形成される群の要素であることを特徴とする請求項1に記載のタービンエンジン。
An essentially droplet-free PVD coating is a coating comprising a composite material such as Me1Me2X,
Here, Me1 is preferably a member of the group formed by Ti, Cr, Zr or combinations thereof, Me2 is preferably Al and / or Si, and X is preferably N, O, B The turbine engine according to claim 1, wherein the turbine engine is a group of elements formed by a combination thereof.
本質的に液滴を含まないPVDコーティングは、複合材料Me1Me2Xからなり、
ここで、Me2は好ましくはAl及び/又はSiであり、Me2/(Me1+Me2)を計算すると、40〜70at%の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のタービンエンジン。
The PVD coating essentially free of droplets consists of the composite material Me1Me2X,
2. The turbine engine according to claim 1, wherein Me 2 is preferably Al and / or Si, and Me 2 / (Me 1 + Me 2) is in a range of 40 to 70 at%.
本質的に液滴を含まないコーティングは、1〜40μmのコーティング厚さを有し、好ましくは5〜25μmのコーティング厚さを有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のタービンエンジン。   4. The coating essentially free of droplets has a coating thickness of 1 to 40 [mu] m, preferably a coating thickness of 5 to 25 [mu] m. Turbine engine. 前記高圧及び/又は低圧のセクションのシュラウド材料は、少なくともジルコニア系ポリエステルセラミック材料を含み、好ましくはジルコニア系ポリエステルセラミック材料であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のタービンエンジン。   5. The turbine according to claim 1, wherein the shroud material of the high-pressure and / or low-pressure section comprises at least a zirconia-based polyester ceramic material, preferably a zirconia-based polyester ceramic material. engine. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のタービンエンジンの製造方法であって、
− 前記シュラウド材料を前記ケーシングの内面に溶射する工程と、
− 前記ケーシング内で使用される前記ブレードの少なくとも前記先端をPVDコーティングする工程とを含む製造方法。
A method for manufacturing a turbine engine according to any one of claims 1 to 5,
-Spraying the shroud material onto the inner surface of the casing;
-PVD-coating at least the tip of the blade used in the casing.
追加の工程として、
− 前記ブレードの前記先端をマスクする工程と、
− 前記ブレードの前記先端コーティングとは異なるコーティングで、前記ブレード本体をPVDコーティングする工程とを含む請求項6に記載の製造方法。
As an additional step,
-Masking the tip of the blade;
The manufacturing method according to claim 6, further comprising: PVD coating the blade body with a coating different from the tip coating of the blade.
前記PVDコーティングの工程は、電力密度パルスが5W/cm以上、好ましくは50W/cm以下、より好ましくは40W/cm以下、最も好ましくは30W/cm以下である高出力インパルスマグネトロンスパッタリングによって行われることを特徴とする請求項6又は7に記載の製造方法。 The PVD coating process is performed by high power impulse magnetron sputtering with a power density pulse of 5 W / cm 2 or more, preferably 50 W / cm 2 or less, more preferably 40 W / cm 2 or less, and most preferably 30 W / cm 2 or less. The manufacturing method according to claim 6, wherein the manufacturing method is performed. 電力はDC電力発生器によって供給され、パルスはスパッタリングターゲットを供給するある材料から、別の材料及び/又はダミーターゲットに電力を切り替えることによって実現されることを特徴とする請求項8に記載の製造方法。   9. Manufacturing according to claim 8, characterized in that the power is supplied by a DC power generator and the pulses are realized by switching power from one material supplying the sputtering target to another material and / or a dummy target. Method.
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