JP2021169403A - 消耗性コーティング、及び高温部品をダスト堆積物から保護する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダスト堆積物の攻撃に対する改善された保護性能、並びに続いて生じるガス浸食、粒子浸食、及び粒子衝撃に対する改善された保護性能を実現するコーティングを提供すること。【解決手段】被覆部品は部品をダストから保護する消耗性コーティングを有していてもよい。被覆部品は、基材表面を画定するケイ素含有基材と、基材表面上のバリアコーティングであってバリア表面を画定するバリアコーティングと、バリア表面上の消耗性コーティングとを含んでいてもよい。消耗性コーティングはケイ酸塩を含むセラミック酸化物を含んでいてもよい。ターボ機械の部品等の部品は、消耗性コーティングを部品上に施すことによりダストから保護することができる。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は一般に、ターボ機械等の高温システムで使用される部品上のバリアコーティングを保護する消耗性コーティング、及びダスト堆積物からそのような部品を保護するためにそのような消耗性コーティングを配合及び施す方法に関する。

ターボ機械において、それらの効率を改善するためにより高い運転温度が継続的に求められている。しかし、運転温度が上昇すると、エンジンの部品の高温耐久性はそれにしたがって向上させなければならない。鉄、ニッケル、及びコバルト系超合金の配合によって、高温性能の大幅な進歩が実現されてきた。更に、超合金で作られた多くの高温ガス経路部品と共に、部品を断熱するために遮熱コーティング（ＴＢＣ）が使用されてもよく、耐荷重性合金とコーティング表面との間で明らかな温度差を持続することができ、そのため構造部品の熱曝露を抑制する。

ターボ機械の全体にわたって、特に高温の区域では、超合金は部品へ広く利用されてきたが、一方で代替となるより軽量の基材、例えばセラミックマトリックス複合（ＣＭＣ）材料等が提案されている。ＣＭＣ及びモノリシックセラミック部品は、環境バリアコーティング（ＥＢＣ）で被覆して、例えば高温燃焼環境中の腐食性ガスに対する緻密なハーメチックシールを実現することにより、高温のエンジン区域の過酷環境から保護することができる。

炭化ケイ素及び窒化ケイ素セラミックが乾燥した高温環境中で酸化されると、酸化ケイ素の保護スケールが材料の表面上に形成される。ターボ機械等の、水蒸気を含有する湿った高温の環境では、酸化と酸化ケイ素スケールからガス状水酸化ケイ素への変換による後退の両方が生じ、これは材料の寸法損失をもたらす。ターボ機械におけるケイ素系基材の部品の利用において、そのような材料損失は隙間を広げ、壁厚を減少させ、非効率的な損失を生じる可能性がある。

下地の部品を高温及び水蒸気から保護するのを助けるために、ＥＢＣをセラミックの表面上に施してもよい。ＥＢＣに一般的に使用される材料としては、希土類ケイ酸塩及びバリウムストロンチウムアルミノケイ酸塩（ＢＳＡＳ）が挙げられる。ＣＭＣと比較してＥＢＣは蒸気中で比較的安定であり、緻密なコーティング層として存在する場合、ＣＭＣへの蒸気の浸透を防ぐことができる。

しかし、既知のＥＢＣ材料は環境汚染物質に対して、特にカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、及びそれらの混合物の酸化物を含有するものに対して様々な耐性を有する。例えばターボ機械に取り込まれるほこり、灰、及びダストは、多くの場合そのような化合物で構成されており、これらは多くの場合に化合して、本明細書において「ＣＭＡＳ」と呼ばれるカルシウム−マグネシウム−アルミニウム−ケイ素混合酸化物系（Ｃａ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ）を含む汚染組成物を形成する。ターボ機械の運転温度において、取り込まれた環境汚染物質は高温のＥＢＣ表面に堆積及び付着することがあり、付着した汚染物質堆積物は少なくとも部分的に溶融し、タービンの運転温度において溶融ダストを形成することがある。ＣＭＡＳ等の溶融ダストを含めた堆積物は、バリアコーティングと相互作用するか又はコーティングの細孔、チャネル、クラック、若しくは他の空洞に侵入することによりその多孔性構造を埋めてしまうことがある。冷却すると、侵入した堆積物は固化し、コーティングの層間剥離及び／又はスポーリングを生じさせることがある。同様に、溶融していない汚染物質堆積物はコーティングのそのような細孔、チャネル、クラック、又は他の空洞に侵入し、同様にコーティングの層間剥離及び／又はスポーリングを生じさせることがある。この説明において、融合固着した固体ダスト、部分溶融ダスト、完全溶融ダスト、及びＣＭＡＳ等の、上記で言及される任意の環境汚染物質堆積物は、「ダスト堆積物」又は場合により単純に「ダスト」と呼ぶことにする。

したがって、現在の最新のバリアコーティングを上回る、ダスト堆積物の攻撃に対する改善された保護性能、並びに続いて生じるガス浸食、粒子浸食、及び粒子衝撃に対する改善された保護性能を実現するコーティングが必要とされている。

態様及び利点は以下の説明である程度示されることになるか、又は説明から明らかとなるか、又は本発明により開示される主題の実施を通して学ぶことができる。

一態様において、本開示は被覆部品を包含し、より詳細には消耗性コーティングを有する被覆部品を包含する。例示的な被覆部品としては、ターボ機械の部品、又はダスト堆積物にさらされる可能性がある他の部品を挙げることができる。本発明により開示される被覆部品は、部品をダスト堆積物から保護する消耗性コーティングを含む。例示的な被覆部品は、基材表面を画定するケイ素含有基材と、基材表面上のバリアコーティングであってバリア表面を画定するバリアコーティングと、バリア表面上の消耗性コーティングとを含んでいてもよい。消耗性コーティングは、ケイ酸塩を含むセラミック酸化物を含んでいてもよい。

別の態様において、本開示はターボ機械の部品等の部品をダスト堆積物から保護する方法を包含する。例示的な方法は、基材表面を画定するケイ素含有基材と、基材表面上のバリアコーティングであってバリア表面を画定するバリアコーティングとを有する部品上に、消耗性コーティングを施す工程を含んでいてもよい。消耗性コーティングはバリア表面の少なくとも一部に施されてもよく、消耗性コーティングはケイ酸塩を含むセラミック酸化物を含んでいてもよい。例示的な方法は更に、ダストが堆積した被覆部品を使用すること、例えばターボ機械に取り付けられた被覆部品上にダスト堆積物を有するターボ機械を運転し、ダスト堆積物の一部及び消耗性コーティングの一部からケイ酸塩反応生成物を形成させる工程を含んでいてもよい。

さらなる態様において、本開示は、１つ若しくは複数の被覆部品が取り付けられているターボ機械又は他の装置を包含する。例示的なターボ機械は、１つ又は複数の被覆部品であって基材表面を画定する基材及び基材表面上に施されたコーティング系を有する１つ又は複数の被覆部品を含んでいてもよく、コーティング系は、基材表面のボンドコートと、ボンドコートの表面上の熱成長酸化物（ＴＧＯ）層と、ＴＧＯ層の表面上のバリアコーティングであってバリア表面を画定するバリアコーティングと、バリア表面上の消耗性コーティングとを含んでいてもよい。消耗性コーティングは、ケイ酸塩を含むセラミック酸化物を含んでいてもよい。

これらの及び他の特徴部、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を参照してより良く理解されることになる。この明細書に組み込まれてこの明細書の一部を構成する添付の図面は、例示的な実施形態を示し、説明と共に本発明により開示される主題の特定の原理を説明するのに役立つ。

当業者に向けられた、最良の様式を含む完全で実現可能な開示が本明細書に示され、添付の図を参照する。

消耗性コーティングが施された例示的な部品を概略的に示す図である。 バリアコーティング及びバリアコーティング上の消耗性コーティングを含むコーティング系を有する例示的な部品を概略的に示す図である。 図２のコーティング系に含まれていてもよい消耗性コーティングの例示的な実施形態を概略的に示す図である。 図２のコーティング系に含まれていてもよい消耗性コーティングの例示的な実施形態を概略的に示す図である。 図２のコーティング系に含まれていてもよい消耗性コーティングの例示的な実施形態を概略的に示す図である。 図２のコーティング系に含まれていてもよい消耗性コーティングの例示的な実施形態を概略的に示す図である。 図２のコーティング系に含まれていてもよい消耗性コーティングの例示的な実施形態を概略的に示す図である。 部品を溶融ダスト等のダスト堆積物から保護する例示的な方法を示すフローチャートを示す図である。

本発明の明細書及び図面における参照文字の繰り返しの使用は、本開示の同じ又は類似する特徴部又は要素を表すことを意図している。

ここで本発明により開示される主題の例示的な実施形態を詳細に参照することとし、その１つ又は複数の実施例を図面に示す。各実施例は説明として示され、本開示を制限するものとして解釈されるべきではない。実際に、本開示の範囲又は精神から逸脱せずに本開示において様々な修正及び変更を行えることが当業者にとって明らかとなる。例えば、一実施形態の一部として示される又は記載される特徴部を別の実施形態と共に使用してさらなる実施形態を生み出すことができる。このように、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内でそのような修正及び変更をあるがままに網羅することを意図している。

本開示は一般に、部品をダスト堆積物から保護するためにターボ機械の部品上に施すことができる消耗性コーティング、及びそのような消耗性コーティングを含む部品、並びに部品をダスト堆積物から保護する方法を提供する。より詳細には、本発明により開示される消耗性コーティングは部品のバリアコーティング又は下地基材をダスト堆積物から保護することを意図している。

本発明により開示される消耗性コーティングは、高温環境（例えば、約１，０００℃〜約１８００℃の運転温度）で見られるセラミック部品、超合金部品、又は他の部品への利用において特に有用である場合があり、ターボ機械の高温ガス経路等で、特にＣＭＡＳの形成等の高いレベルのダスト堆積物が広く認められ得るほこりっぽい又は砂の多い運転環境において、例えば砂漠又は他のほこりっぽい若しくは砂の多い地域に近接した環境等において、溶融ダストが形成されることがある。消耗性コーティングを施すことができる例示的なターボ機械部品としては、圧縮機区域内に配置されているもの（例えば、圧縮機ベーン、ブレード、及び／又はシュラウド）、燃焼区域内に配置されているもの（例えば、燃焼バーナー、ライナー、及び／又は遮熱材）、又はタービン区域内に配置されているもの（例えば、タービンベーン、ブレード、及び／又はシュラウド）が挙げられる。消耗性コーティングを有する部品は、高バイパスターボファンジェットエンジン（「ターボファン」）、ターボジェット、ターボプロップ、又はターボシャフトガスタービンエンジン、並びに工業用及び船用ガスタービンエンジン、及び補助動力装置を含め、一般にターボ機械において利用されてもよい。

溶融ダスト、具体的にはＣＭＡＳを含めたダスト堆積物は、ＥＢＣと強く相互作用することがある。特に、一部の希土類ケイ酸塩（例えば、ガドリニウム、エルビウム、及びイットリウムを含むもの）は、溶融ダスト及びＣＭＡＳを含めたダスト堆積物と相互作用して、耐火性の高い「カルシウム−希土類ケイ酸塩」相、例えばカルシウム−希土類サイクロケイ酸塩（例えば、Ｃａ_３Ｌｎ_２Ｓｉ_６Ｏ_２６）、カルシウム−希土類シリコカルノタイト（例えば、Ｃａ_３Ｌｎ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２）、カルシウム−希土類カスピディン（例えば、Ｃａ_２Ｌｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_９）、及び／又はアパタイト（Ｃａ_２Ｌｎ_８Ｓｉ_６Ｏ_２６に基づく固溶体）等を形成する。形成される特定のカルシウム−希土類ケイ酸塩相、並びにそれらのそれぞれの量及び相対的割合は、例えば、ダスト堆積物の組成に依存し得る。例示的なカルシウム−希土類ケイ酸塩相としては、とりわけ、カルシウム−ケイ酸ガドリニウム、カルシウム−ケイ酸エルビウム、及びカルシウム−ケイ酸イットリウムを挙げることができる。

ダスト堆積物の攻撃に対してより耐性のあるコーティングを作ることによりアパタイト等の反応生成物の形成を阻止又は抑制しようとする他のコーティングとは対照的に、本発明により開示される消耗性コーティングは、溶融又は固化ダスト堆積物の化学組成を改質することにより、ダスト堆積物が部品のバリアコーティング又は下地コーティング層若しくは下地基材を損傷する傾向を減少又は軽減させる。ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分（例えば、ＣａＯ、ＣａＳＯ_４、ＣａＣＯ_３）の存在は、ＥＢＣが損傷される度合いに影響を与える傾向がある。例えば、カルシウム−希土類ケイ酸塩の形成（例えば、アパタイトの形成）の程度は、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分の濃度及び／又は活性に正比例して増加することがある。更に、又は代わりに、形成されるカルシウム−希土類ケイ酸塩の特定の相は、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分の濃度及び／又は活性に依存することがある。本発明による開示される消耗性コーティングは、溶融又は固体ダスト堆積物の化学組成を改質することにより、例えば（とりわけ）以下の経路の１つ又は両方により、部品のバリアコーティング又は下地コーティング層若しくは下地基材に対するダスト堆積物からの損傷を減少又は軽減させることができる。すなわち、いくつかの実施形態において、消耗性コーティングはダスト堆積物中の酸化カルシウム成分の濃度及び／又は活性を減少させることができる。更に、又は代わりに、酸化カルシウム成分がバリアコーティングとの反応に利用されないようにするために、消耗性コーティングの１つ又は複数の成分が、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と化合及び／又は反応することができる。前述のことに加えて、消耗性コーティングが溶融又は固体ダスト堆積物の化学組成を改質する他の経路が存在する可能性があることが理解されるであろう。特定の経路に関わらず、溶融又は固化ダストの化学組成は、ターボ機械の運転温度においてダスト堆積物と化合又は相互作用することが可能である１つ又は複数のセラミック酸化物構成成分を含む消耗性コーティングを提供することにより、改質することができる。更に、バリアコーティングの層間剥離又はスポーリングの事象において、消耗性コーティングは例えば基材材料（例えば、ＳｉＣ−ＳｉＣ ＣＭＣ基材材料）からのシリカの揮発速度を低下させることにより、下地基材を保護することができる。

本明細書で使用する、「バリアコーティング」という用語は、ＥＢＣ及び／又はＴＢＣのことを指し、それらの１つ又は複数の層、並びに１つ又は複数の他の層、例えばボンドコート及び／又は熱成長酸化物（ＴＧＯ）層等が含まれる。ＥＢＣを含むバリアコーティング、特に１つ又は複数の希土類ケイ酸塩を含むものが特に興味深く、なぜならダスト堆積物と希土類ケイ酸塩との相互作用が典型的なエンジン運転条件下で層間剥離又はスポーリングを生じやすいカルシウム−希土類−ケイ酸塩（例えば、アパタイト）層の形成をもたらすことがあるためである。

下地基材は、超合金材料、並びにＣＭＣ材料及びモノリシックセラミック材料等のセラミック材料を含んでいてもよい。消耗性コーティングは、スラリー懸濁液又は粉末としての形態を含め、様々な方法で施されてもよく、消耗性コーティングは、部品をターボ機械に取り付ける前及び／又は部品が取り付けられた後に部品上に施されてもよい。例えば、初期の消耗性コーティング及び消耗性コーティングを再び施すことを含め、消耗性コーティングは、例えば以前に施された消耗性コーティングが一定の整備の間隔を空けた後に、ターボ機械を完全に分解することなく、場合によっては部分的に分解することすらなく、整備を委託されたターボ機械に取り付けられた様々な部品上に施されてもよい。そのようなコーティング施用は、部品が少なくとも部分的に組み立てられたまま消耗性コーティングが１つ又は複数の部品上に施される場合、本明細書において「その場」、「現場」、又は「搭載中」のコーティング施用と呼ばれることがあり、そのようなコーティング施用は、運転環境、ダスト及び他の汚染物質の行き渡り方、消耗性コーティングの消耗速度等に応じて任意の所望の頻度で行われてもよい。

本明細書で使用する、「ＣＭＣ」という用語は、ケイ素含有又は酸化物−酸化物のマトリックス及び強化材料を含むセラミック基材材料を指す。本明細書で使用する、「モノリシックセラミック」とは、繊維補強のないセラミック基材材料（例えば、マトリックス材料のみを有する）を指す。そのようなＣＭＣ材料及びモノリシックセラミックを本明細書において集合的に「セラミック基材」と呼ぶ。

本明細書で使用する、「コーティング」という用語は、下地表面の少なくとも一部に連続的又は不連続的に配置された材料を指す。更に、「コーティング」という用語は、均一な厚さの配置された材料を必ずしも意味するのではなく、配置された材料は均一の又は変動する厚さを有していてもよい。「コーティング」という用語は、コーティング材料の１つの層を指すか又はコーティング材料の複数の層を指す場合がある。コーティング材料は複数の層において同じであるか又は異なっていてもよい。

本明細書で使用する、「ケイ酸塩」という用語は、一般式［ＳｉＯ^{（４−２ｘ）−} _４−ｘ］_ｎ（式中、０≦ｘ＜２、及びｎ≧１）を有する構成基を有する、任意のイオン性又は非イオン性の化合物を含めた、任意の化合物を含む。そのようなケイ酸塩としては、オルトケイ酸塩（ｘ＝０）、メタケイ酸塩（ｘ＝１）、ピロケイ酸塩（ｘ＝０．５、ｎ＝２）、及びシリカ（ＳｉＯ_２）（ｘ＝２）が挙げられる。「ケイ酸塩」という用語は、そのようなケイ酸塩の任意の塩、及びそのようなケイ酸塩を含有する任意のエステルも含む。

本開示において、ある層が別の層又は基材の「上」又は「上方」にあると記載される場合、明確に別段の記載がない限り、それらの層は互いに直接接触しているか又はそれらの層間に別の層若しくは特徴部を有する場合があることを理解するべきである。したがって、これらの用語は単にそれらの層の互いの相対的位置を説明しており、必ずしも「最上部に」を意味するものではなく、なぜなら相対的位置である上又は下は観察者にとってのデバイスの向きに依存するためである。

化学元素は、それらの一般的な化学略称、例えば元素周期表において一般的に見られるもの等を使用して、本開示において論じられる。例えば、水素はその一般的な化学略称Ｈにより表され、ヘリウムはその一般的な化学略称Ｈｅによって表される、等である。本明細書で使用する「Ｌｎ」は、希土類元素又は希土類元素の混合物を指す。より具体的には、希土類元素Ｌｎは、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、又はルテチウム（Ｌｕ）、及びそれらの混合物を指す。

「最上部」、「最下部」、「外側」、「内側」等の用語は便宜的な言葉であり、限定する用語として解釈されるべきではないことも理解される。本明細書において使用する場合、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」という用語は、１つの部品を別のものと区別するために交換可能に使用されてもよく、個々の部品の位置又は重要性を表すことを意図していない。用語「ａ」及び「ａｎ」は、量の限定を表すのではなく、むしろ言及される品目が少なくとも１つ存在することを表す。

ここで、並びに明細書及び特許請求の範囲の全体にわたって、範囲の限定は組み合わせ及び交換が行われ、そのような範囲は特定され、文脈上又は言語上別段の記載がない限り、その範囲に含有されるあらゆる部分範囲を含む。例えば、本明細書で開示されるあらゆる範囲は終点を含み、終点は互いに独立に組み合わせ可能である。

明細書及び特許請求の範囲の全体にわたってここで使用される近似する言語は、それが関連する基本的な機能を変化させずに差し支えない程度に変動することがある任意の定量的な表現を修飾するように適用される。したがって、「約」、「およそ」、及び「実質的に」等の用語により修飾された値は、指定される正確な値に限定されないことになる。少なくともいくつかの場合において、近似する言語は値を測定するための機器の精密さ、或いは部品及び／又はシステムを構築又は製造するための方法又は機械の精密さに対応し得る。例えば、近似する言語は１０パーセント以内の差であることを指す場合がある。

ここで図を参照して本開示の例示的な実施形態を更に詳細に説明することにする。図１は例示的な部品１００を示し、消耗性コーティング１０２は部品１００の外表面１０４上に施されている。部品１００は、基材１０６と基材１０６の基材表面１１０に施されたコーティング系１０８とを含んでいてもよい。コーティング系１０８は、ＥＢＣ及び／又はＴＢＣ等の１つ又は複数のコーティング層を含んでいてもよいバリアコーティング１１２と、バリアコーティング１１２上に施された消耗性コーティング１０２とを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、消耗性コーティング１０２は、コーティング配合物供給源（図示せず）と通じている塗布装置１１６から噴霧物１１４の形態で施されてもよい。塗布装置１１６により噴霧されるコーティング配合物は、スラリー懸濁液又は乾燥粉末の形態であってもよく、塗布装置１１６は、部品１００の外表面１０４に消耗性コーティング１０２を適切に施すために噴霧物１１４を送るように構成された１つ又は複数のノズル１１８を含んでいてもよい。しかし、説明されるような塗布装置１１６は単に例として示されて限定するためではなく、任意の適切な塗布装置１１６又はコーティング技術を利用して本開示の精神及び範囲から逸脱することなく消耗性コーティング１０２を施すことができることが理解されるであろう。

基材１０６はモノリシックセラミック材料又はＣＭＣ材料等のセラミック材料で形成されていてもよい。本明細書での使用において許容可能なＣＭＣ材料のいくつかの例としては、限定はされないが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンオキシカーバイド、酸窒化ケイ素、及びそれらの混合物等の非酸化物ケイ素系材料を含むマトリックス及び強化繊維を有する材料を挙げることができる。例としては、限定はされないが、炭化ケイ素マトリックス及び炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素マトリックス及び炭化ケイ素繊維、並びに炭化ケイ素／窒化ケイ素マトリックス混合物及び炭化ケイ素繊維を含むＣＭＣ材料が挙げられる。更に、ＣＭＣ材料は、例えば酸化物セラミックを含むマトリックス及び強化繊維を有していてもよい。具体的には、酸化物−酸化物ＣＭＣ材料としては、酸化アルミニウム又はアルミナ（例えばＡｌ_２Ｏ_３）、二酸化ケイ素又はシリカ（例えばＳｉＯ_２）、アルミノケイ酸塩、及びそれらの混合物等の、酸化物系材料で形成されたマトリックス及び強化繊維を挙げることができる。例示的なＣＭＣ材料としては、ＳｉＣ繊維を含むＳｉ−ＳｉＣマトリックスを挙げることができる。アルミノケイ酸塩としては、ムライト（例えば、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２又は２Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２）等の結晶性材料、及びガラス質アルミノケイ酸塩を挙げることができる。

例示的なコーティング系１０８は一般に、ＥＢＣ又はＴＢＣ等の任意のバリアコーティング１１２と、バリアコーティング１１２上に施された消耗性コーティング１０２とを含む。図２を参照して例示的なバリアコーティング１１２を更に詳細に説明することとし、図３Ａ〜３Ｅを参照して例示的な消耗性コーティング１０２を更に詳細に説明することとする。図２に示すように、バリアコーティング１１２は１つ又は複数のバリア層２００を含んでいてもよく、これらは任意の典型的なＥＢＣ材料及び／又は任意の典型的なＴＢＣ材料から選択される材料を含んでいてもよい。バリアコーティング１１２はボンドコート２０２を任意選択により含んでいてもよい。ボンドコート２０２は、基材表面１１０上に直接、間に層を含まずに施されてもよい。しかし、他の実施形態において、存在する場合はボンドコート２０２と、基材表面１１０との間に、１つ又は複数の層を配置することができる。他の実施形態において、１つ又は複数のバリア層２００は基材表面１１０上に直接形成されてもよい。

存在する場合、ボンドコート２０２は元素ケイ素又はケイ素系材料（例えばケイ化物等）を含んでいてもよく、セラミック基材に施された場合に有用である。一般に、約２５マイクロメートル（μｍ）〜約２７５μｍ、例えば約２５μｍ〜約１５０μｍ（例えば、約２５μｍ〜約１００μｍ）等である厚さを有するもの等、ボンドコート２０２は比較的薄い。

いくつかの実施形態において、バリアコーティング１１２は任意選択によりボンドコート２０２の表面上に熱成長酸化物（ＴＧＯ）層２０４を含んでいてもよい。例として、ＴＧＯ層２０４は製造中及び／又は使用中に酸素に曝露されてできた天然生成物としてケイ素系ボンドコート２０２の表面上に形成されることがあり、熱処理によりより厚くなるように設計することができる。ＴＧＯ層２０４は酸化ケイ素であってもよく、これは場合により「酸化ケイ素スケール」又は「シリカスケール」と呼ばれることがあり、一般に約２０μｍまでの厚さ（例えば、約０．０１μｍ〜約６μｍ）を有する。ＴＧＯ層２０４は下地のボンドコート２０２、加工方法、及び曝露条件に応じて、均一の厚さを有していなくてもよい。

様々な実施形態において、１つ又は複数のバリア層２００は、基材表面１１０上、ボンドコート２０２の表面上、又はＴＧＯ層２０４の表面上に施されてもよい。１つ又は複数のバリア層２００の組成、例えば１つ又は複数の層がＥＢＣ材料及び／又はＴＢＣ材料を含むかどうか等は、部品１００の具体的な用途並びに基材１０６の組成に依存し得る。例えば、基材１０６がセラミック材料（例えばＣＭＣ材料）を含む場合、１つ又は複数のバリア層２００は１つ又は複数のＥＢＣ材料を含んでいてもよい。代わりに、又は更に、基材１０６が超合金等の金属合金を含む場合、１つ又は複数のバリア層２００は１つ又は複数のＴＢＣ材料を含んでいてもよい。そのようなＥＢＣ材料及びＴＢＣ材料は単独で又は互いに組み合わせて使用されてもよい。

一般に、ＥＢＣ材料は水蒸気バリア特性の向上等により環境からの保護の向上を実現するように構成されており、一般に、ＴＢＣ材料は断熱特性の向上を実現するように構成されている。しかし、ＥＢＣ材料及びＴＢＣ材料はそれぞれ材料の特定の組成に応じた様々な度合いで環境からの保護及び断熱の両方を実現し得ることが理解されるであろう。本開示の目的において、一般に、用語ＥＢＣ及びＴＢＣは、環境バリア性及び／又は遮熱性を下地基材１０６及び／又はバリアコーティング１１２の下地層に与えるバリアコーティング１１２のバリア層２００における材料を一般的に指すために、交換可能に使用されてもよい。

適切なＥＢＣ材料としては、限定はされないが、希土類ケイ酸塩（例えば、一ケイ酸塩及び二ケイ酸塩）、アルミノケイ酸塩（例えば、ムライト、希土類アルミノケイ酸塩、ＢＳＡＳ等）等、並びにこれらの組み合わせを挙げることができる。例示的な実施形態において、ＥＢＣ材料としては、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩、例えば式Ｌｎ_２ＳｉＯ_５を有する１つ又は複数の希土類一ケイ酸塩、及び／又は式Ｌｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７を有する１つ又は複数の希土類二ケイ酸塩等を挙げることができる。例として、ＥＢＣ材料としてはケイ酸イッテルビウム（例えば、ＹｂＳｉＯ_５及び／又はＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）を挙げることができる。

適切なＴＢＣ材料としては、限定はされないが、様々な種類の酸化物、例えばハフニア、ジルコニア、安定化ハフニア、安定化ジルコニア、希土類ハフニウム酸塩、希土類ジルコン酸塩、希土類ガリウム酸化物等、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。安定化ジルコニアの例としては、イットリア−安定化ジルコニア、セリア−安定化ジルコニア、カルシア−安定化ジルコニア、スカンジア−安定化ジルコニア、マグネシア−安定化ジルコニア、インジア−安定化ジルコニア、イッテルビア−安定化ジルコニア、ランタナ−安定化ジルコニア、又はガドリニア−安定化ジルコニア、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。同様の安定化ハフニア組成物が当技術分野において知られており、本明細書に記載の実施形態での使用に適している。

１つ又は複数のバリア層２００は、合わせた厚さが約２５マイクロメートル（μｍ）〜約２，０００μｍ、例えば約２５μｍ〜約１，５００μｍ等（例えば、約２５μｍ〜約１，０００μｍ）であってもよい。

バリアコーティング１１２は、１つ又は複数のバリア層２００、及び任意選択によりボンドコート２０２を含み、任意の１つ又は複数の適切なコーティング技術、例えばプラズマ噴霧、熱噴霧、化学気相蒸着、イオンプラズマ蒸着、物理蒸着等を使用して施されてもよい。バリアコーティング１１２はまた、スラリー又は他の「湿式」プロセスにより施されてもよい。コーティング施用方法は、バリアコーティング１１２の様々な層ごとに、及び／又は任意選択のボンドコート２０２とバリアコーティング１１２との間で異なっていてもよい。

ここで図３Ａ〜図３Ｅを参照して、例示的な消耗性コーティング１０２を説明することにする。図３Ａに示すように、コーティング系１０８は、基材１０６の基材表面１１０上に施されたバリアコーティング１１２（１つ又は複数のバリア層２００を含んでいてもよい）と、バリアコーティング１１２のバリア表面３００上に施された消耗性コーティング１０２の１つ又は複数の層とを含む。消耗性コーティング１０２は、バリア表面３００上に直接、間に層を含まずに施されてもよい。しかし、他の実施形態において、１つ又は複数の層を消耗性コーティング１０２とバリア表面３００との間に配置することができる。例えば、部品１００は消耗性コーティング１０２の１つ又は複数の既存の層を含んでいてもよく、その上に消耗性コーティング１０２の１つ又は複数の新しい層が施されてもよい。消耗性コーティング１０２の１つ又は複数の新しい層は、例えば既存の消耗性コーティング１０２を補充するために、既存の消耗性コーティング１０２の上に施されてもよく、新しい消耗性コーティング１０２層の組成は既存の消耗性コーティング１０２層の組成と同じ又は異なっていてもよい。コーティング系１０８は、コーティング系１０８の１つ又は複数の層で蓄積されたダスト堆積物を有する場合がある。例えば、消耗性コーティング１０２を施す前に存在している又は消耗性コーティング１０２が犠牲的に消費された後に蓄積するダスト堆積物３０１ａの場合等において、ダスト堆積物３０１ａは少なくとも部分的にバリアコーティング１１２に侵入する場合がある。更に、又は代わりに、消耗性コーティング１０２を犠牲的に消費する過程等において、ダスト堆積物３０１ｂは少なくとも部分的に消耗性コーティング１０２と混ざっている場合がある。更に加えて、又は代わりに、消耗性コーティング１０２が施された後にダスト堆積物３０１ｃが蓄積する場合等において、ダスト堆積物３０１ｃは少なくとも部分的に消耗性コーティング１０２の表面で蓄積する場合がある。ダスト堆積物３０１の位置に関わらず、またダスト堆積物３０１がいつ蓄積するかに関わらず、消耗性コーティング１０２は本明細書に記載のそのようなダスト堆積物３０１から部品１００を保護することができる。

消耗性コーティング１０２は、任意の１つ又は複数の適切なコーティング技術、例えばスラリー噴霧、ブラッシング、ローリング又はプラズマ噴霧、熱噴霧、化学気相蒸着、イオンプラズマ蒸着、及び／又は物理蒸着等を使用して施されてもよい。現場又は搭載中のコーティング施用では、単純な周囲環境コーティング施用技術、例えば噴霧、ブラッシング、ローリング等が好ましい場合がある。例示的な実施形態において、消耗性コーティング１０２は、図１に示すように１つ又は複数のノズル１１８を通して噴霧物１１４を放出するように構成された塗布装置１１６を使用して施されてもよい。ターボ機械の部品１００は、ターボ機械筐体の１つ又は複数のアクセスポート、例えばボアスコープポート、点火ポート、燃料ノズルポート等を介してアクセスすることができる。

述べたように、少なくとも２つの経路によって、消耗性コーティングは溶融又は固体ダスト堆積物の化学組成を改質することができる。いくつかの実施形態において、第１の経路によれば、消耗性コーティング１０２は、ターボ機械運転温度で溶融してダスト堆積物と化合又は相互作用し得る１つ又は複数のセラミック酸化物構成成分を含んでいてもよい。それにより１つ又は複数のセラミック酸化物構成成分は、溶融状態又は固体状態にあるダスト堆積物の化学組成を改質することにより、ダスト堆積物が部品１００のバリアコーティング１１２又は下地コーティング層若しくは基材１０６を損傷する傾向を減少又は軽減することができる。ダスト堆積物を希釈するために消耗性コーティング１０２において使用されるセラミック酸化物構成成分は、酸化カルシウム成分がないことを除いて汚染物質に基づくダスト堆積物と同じ又は類似する構成成分を含んでいてもよい。例えば、消耗性コーティング１０２は、１つ又は複数のケイ酸塩構成成分（例えば、シリカ／ＳｉＯ_２）、１つ又は複数のアルミナ酸化物構成成分（例えば、アルミナ／Ａｌ_２Ｏ_３）、１つ又は複数の酸化マグネシウム構成成分（例えば、マグネシア／ＭｇＯ）、及び／又は１つ又は複数のムライト酸化物構成成分を含んでいてもよい。ムライト酸化物構成成分は、本明細書において「ムライト」と呼ばれることがあり、これは約４０ｍｏｌ％ Ａｌ_２Ｏ_３−６０ｍｏｌ％ ＳｉＯ_２〜約６０ｍｏｌ％ Ａｌ_２Ｏ_３−４０ｍｏｌ％ ＳｉＯ_２を含んでいてもよい。例として、ムライトは３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２及び／又は２Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２の形態で存在していてもよい。ダスト堆積物の酸化カルシウム成分の濃度及び／又は活性を減少させることにより、アパタイト（例えば、Ｃａ_２Ｌｎ_８（ＳｉＯ_４）_６Ｏ_２）の形成の推進力を低減することができ、及び／又はバリアコーティング１１２との相互作用に物理的に利用可能な酸化カルシウム成分の量を減少させることができる。

更に、又は代わりに、第２の経路によれば、消耗性コーティング１０２は、酸化カルシウム成分がバリアコーティング１１２との相互作用に利用されないようにするために、高温の存在下等においてダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と相互作用することが可能な１つ又は複数のセラミック酸化物構成成分を含んでいてもよい。例えば、消耗性コーティング１０２は、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と相互作用することができる、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩等の、１つ又は複数の希土類酸化物を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、消耗性コーティング１０２中の１つ又は複数の希土類酸化物は、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と相互作用してアパタイト相（例えば、Ｃａ_２Ｌｎ_８（ＳｉＯ_４）_６Ｏ_２）を形成することができ、それによりバリアコーティング１１２のバリア表面３００上及び／又はバリアコーティング１１２の微細構造内部に直接アパタイトが形成されることを防ぐ又は軽減する。更に、又は代わりに、１つ又は複数の希土類酸化物は、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と相互作用してアパタイト相よりも優先的に１つ又は複数のカルシウム−希土類ケイ酸塩結晶相を形成することができ、これはアパタイト相の形成を不利にし、及び／又はアパタイトがバリアコーティング１１２の微細構造中に侵入し得るバリアコーティング１１２中の通路を物理的にブロックする。いくつかの実施形態において、消耗性コーティング１０２は除去及び補充されてもよい。このように、１つ又は複数のセラミック酸化物構成成分（例えば、ケイ酸塩、希土類酸化物、希土類ケイ酸塩等）は、消耗性コーティング中にアパタイトを形成させながらも、ダスト堆積物と犠牲的に相互作用又は化合することができるが、その後消耗性コーティング１０２がバリアコーティング１１２をダスト堆積物の攻撃から保護するのに利用可能な十分なセラミック酸化物構成成分を有するように、選択された操作間隔で消耗性コーティング１０２を補充する。

消耗性コーティング１０２中の１つ又は複数のセラミック酸化物構成成分は、更に、又は代わりに、１つ又は複数のケイ酸塩を含んでいてもよい。例示的な実施形態において、消耗性コーティング１０２はシリカを含んでいてもよい。更に、又は代わりに、消耗性コーティング１０２は、シリカが少なくとも何らかの相ドメインに存在している１つ又は複数のケイ酸塩を含んでいてもよい。例として、シリカ相ドメインは、過剰のシリカの存在下で形成される希土類ケイ酸塩材料等の、希土類ケイ酸塩材料中に存在していてもよい。消耗性コーティング１０２中の、シリカ等の１つ又は複数のケイ酸塩は、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と相互作用することができる。シリカ等の１つ又は複数のケイ酸塩は、例えば高温の存在下で酸化カルシウム成分と相互作用することができ、そのような相互作用による反応生成物は、１つ又は複数のケイ酸カルシウム（例えば、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２、ＣａＯ・ＳｉＯ_２、ＣａＳｉＯ_３、Ｃａ_３ＳｉＯ_５、Ｃａ_２ＳｉＯ_４、及び／又はＣａ_３Ｓｉ_２Ｏ_７）を含む場合がある。そのようなケイ酸カルシウムの形成は、酸化カルシウム成分がアパタイト相の形成に利用されないようにすることができる。そのようなケイ酸カルシウムはまた、典型的には嵩密度が低く、これはダスト堆積物とバリアコーティング１１２との間にいくらかの可撓性をもたらす可能性がある。このように、ダスト堆積物中のケイ酸カルシウムの存在は、ダストがバリアコーティング１１２の熱膨張又は収縮に柔軟に適合することを可能にし、それにより、コーティングの耐ひずみ性の低下及び／又はバリアコーティング１１２とダスト堆積物との間の熱膨張係数の不均衡から生じるクラックをダスト堆積物が引き起こし伝搬する傾向を低減させることができる。

例示的な実施形態において、本発明により開示される消耗性コーティング１０２は、１つ又は複数のシリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分、並びに１つ又は複数の希土類酸化物（例えば希土類ケイ酸塩）を含んでいてもよい。例えば、消耗性コーティング１０２は、ケイ酸塩及び希土類ケイ酸塩を含んでいてもよい。１つ又は複数のシリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分を１つ又は複数の希土類酸化物（例えば、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩）と組み合わせて均質な消耗性コーティングを形成させることができる。いくつかの実施形態において、消耗性コーティング中のケイ酸塩はシリカを含んでいてもよい。更に、又は代わりに、消耗性コーティングは希土類酸化物及び／又はアルミナを含んでいてもよい。例えば、消耗性コーティングはシリカ並びに希土類酸化物及び／又はアルミナを含んでいてもよい。別の例として、消耗性コーティングは更に又は代わりに、ケイ酸塩、並びに希土類酸化物及び／又はアルミナを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、消耗性コーティングは更に又は代わりに、希土類ケイ酸塩を含んでいてもよい。例えば、消耗性コーティングは、シリカ、及び希土類ケイ酸塩を含んでいてもよい。別の例として、消耗性コーティングは更に又は代わりに、ケイ酸塩、並びに希土類酸化物及び／又はアルミナを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、消耗性コーティングは更に又は代わりに、ムライトを含んでいてもよい。例えば、消耗性コーティングはシリカ及びムライトを含んでいてもよい。別の例として、消耗性コーティングは更に又は代わりに、ケイ酸塩及びムライトを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、消耗性コーティング中のケイ酸塩は、ムライト等のアルミノケイ酸塩を含んでいてもよい。例えば、消耗性コーティングは、別のケイ酸塩を含まずムライト等のアルミノケイ酸塩を含んでいてもよい。

図３Ａに示すように、消耗性コーティング１０２は、バリア表面３００上に施された１つ又は複数の均質な層を含んでいてもよい。代わりに、図３Ｂ〜３Ｅに示すように、消耗性コーティング１０２は異なる組成を有する複数の層を含んでいてもよい。例えば、１つ又は複数のシリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分が消耗性コーティング１０２の第１の消耗性コーティング層３０２を形成してもよく、１つ又は複数の希土類酸化物（例えば、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩）が消耗性コーティング１０２の第２の消耗性コーティング層３０４を形成してもよい。消耗性コーティングが１つ又は複数の均質な層（図３Ａ）及び／又は異なる組成を有する複数の層（図３Ｂ〜図３Ｅ）を含むかどうかに関わらず、消耗性コーティングはそれぞれの層にわたって均質に及び／又は複数の異質のドメイン内に分布していてもよい。

いくつかの実施形態において、図３Ｂに示すように、１つ又は複数のシリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分を含む第１の消耗性コーティング層３０２をバリアコーティング１１２のバリア表面３００上に施してもよく、１つ又は複数の希土類酸化物（例えば、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩）を含む第２の消耗性コーティング層３０４を第１の消耗性コーティング層３０２上に施してもよい。代わりに、他の実施形態において、図３Ｃに示すように、１つ又は複数の希土類酸化物（例えば、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩）を含む第２の消耗性コーティング層３０４をバリア表面３００上に施してもよく、１つ又は複数のシリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分を含む第１の消耗性コーティング層３０２を第２の消耗性コーティング層３０４上に施してもよい。第１の消耗性コーティング層は、約４０ｗｔ．％〜約１００ｗｔ．％の量で、例えば４０ｗｔ．％〜約９０ｗｔ．％等、例えば約６０ｗｔ．％〜約８０ｗｔ．％等、例えば少なくとも約６０ｗｔ．％等、例えば少なくとも約７０ｗｔ．％等、例えば少なくとも約８０ｗｔ．％等の量でシリカを含んでいてもよい。第２の消耗性コーティング層は、約４０ｗｔ．％〜約９０ｗｔ．％の量で、例えば約６０ｗｔ．％〜約８０ｗｔ．％等、例えば少なくとも６０ｗｔ．％等、例えば少なくとも７０ｗｔ．％等、例えば少なくとも８０ｗｔ．％等の量で希土類酸化物（例えば、希土類シリカ）を含んでいてもよい。

いくつかの実施形態において、消耗性コーティング１０２は、シリカ等の有機ケイ素誘導体材料を含むセラミック酸化物を含んでいてもよい。有機ケイ素誘導体材料は、消耗性コーティング１０２スラリーに含まれる有機ケイ素バインダー又は他の材料に由来するものであってもよい。有利なことに、有機ケイ素バインダー又は他の材料の少なくとも一部は、ターボ機械に典型的な運転条件等の高温運転条件にさらされるとシリカ等の有機ケイ素誘導体材料に変換し得る。有機ケイ素バインダー又は他の材料から生じるシリカ等の有機ケイ素誘導体材料は、次いでダスト堆積物中の酸化カルシウム成分の濃度及び／又は活性を減少させることができる、及び／又はシリカがダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と相互作用することができる。

有機ケイ素材料を含む例示的な消耗性コーティング１０２は、１つ又は複数のセラミック酸化物構成成分も含んでいてもよい。しかし、いくつかの実施形態において、図３Ｄに示すように、消耗性コーティング１０２は高温でシリカ等の有機ケイ素誘導体材料に変換されることを意図している有機ケイ素材料を含むバインダー層３０６を含んでいてもよく、得られるシリカが消耗性コーティング１０２における唯一のセラミック酸化物構成成分であってもよい。有機ケイ素バインダー又は他の材料から生じるシリカ等の有機ケイ素誘導体材料は、次いでダスト堆積物中の酸化カルシウム成分の濃度及び／又は活性を減少させることができる、及び／又はシリカがダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と相互作用することができる。代わりに、他の実施形態において、有機ケイ素バインダー又は他の材料を、１つ又は複数のシリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分、及び／又は１つ又は複数の希土類酸化物（例えば、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩）等の１つ又は複数のセラミック酸化物構成成分と組み合わせて、有機ケイ素誘導体材料を含む均質な消耗性コーティング１０２を形成させることができる。例えば、第１の消耗性コーティング層３０２及び／又は第２の消耗性コーティング層３０４は有機ケイ素誘導体材料を含んでいてもよい。

いくつかの実施形態において、図３Ｅに示すように、消耗性コーティング１０２の第３の消耗性コーティング層３０８が有機ケイ素誘導体材料を含み、消耗性コーティング１０２の第４の消耗性コーティング層３１０が１つ又は複数のシリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分、及び／又は１つ又は複数の希土類酸化物（例えば、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩）を含むようにして、消耗性コーティング１０２が複数の層を含んでいてもよい。図３Ｅに示すように、有機ケイ素誘導体材料を含む第３の消耗性コーティング層３０８をバリア表面３００上に施してもよく、１つ又は複数のシリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分、及び／又は１つ又は複数の希土類酸化物（例えば、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩）を含む第４の消耗性コーティング層３１０を第３の消耗性コーティング層３０８上に施してもよい。有機ケイ素誘導体材料に加えて、消耗性コーティング１０２の第３の消耗性コーティング層３０８は、１つ又は複数のシリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分、及び／又は１つ又は複数の希土類酸化物（例えば、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩）も含んでいてもよい。例えば、消耗性コーティング１０２の第３の消耗性コーティング層３０８は、１つ又は複数のシリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分、並びに有機ケイ素誘導体材料を含んでいてもよく、消耗性コーティング１０２の第４の消耗性コーティング層３１０は１つ又は複数の希土類酸化物（例えば、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩）を含んでいてもよい。別の例として、消耗性コーティング１０２の第３の消耗性コーティング層３０８は１つ又は複数の希土類酸化物（例えば、１つ又は複数の希土類ケイ酸塩）及び有機ケイ素誘導体材料を含んでいてもよく、第４の消耗性コーティング層３１０は１つ又は複数のシリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分を含んでいてもよい。第４の消耗性コーティング層３１０は有機ケイ素誘導体材料も含んでいてもよい。

バリアコーティング１１２に加えて、本発明により開示される消耗性コーティング１０２は、ボンドコート２０２、及び下地基材１０６を含めた、他のコーティング又はコーティング層をダスト堆積物の攻撃から保護することができる。したがって、バリア表面３００に消耗性コーティング１０２を施すこと、及びバリアコーティング１１２の得られる保護は、例として説明され、限定するものではないことが理解されることになる。実際に、本開示の精神及び範囲から逸脱せずに、本発明により開示される消耗性コーティング１０２が、任意のコーティング系１０８又は基材１０６に施され、その得られる保護性を実現することが可能である。

消耗性コーティング１０２に含まれていてもよい例示的なセラミック酸化物としては、バリアコーティング１１２（ＥＢＣ及びＴＢＣ）に関して本明細書において論じられる材料のいずれかを含めた、酸化ケイ素成分、酸化アルミニウム成分、及び／又はムライト酸化物構成成分、並びに希土類酸化物が挙げられる。酸化ケイ素成分としては、限定はされないが、シリカ、及び任意の他のケイ酸塩を挙げることができる。

本明細書で使用する、「希土類酸化物」という用語は、希土類元素をその構成元素の１つとして含む酸化物化合物を指す。例示的な希土類酸化物は、希土類元素の酸化物、及び希土類ケイ酸塩を含む。希土類元素のそのような酸化物としては、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｐｒ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｐｍ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｔｂ_２Ｏ_３、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｔｍ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、又はＬｕ_２Ｏ_３、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。例示的な希土類酸化物は、希土類元素及び遷移金属元素、例えばジルコニウム、ハフニウム、チタン、又はニオブ等、及びこれらの組み合わせを含む、複合酸化物も含む。そのような複合酸化物としては、例えば、イットリア−安定化ジルコニア及びイットリア−安定化ハフニアが挙げられる。

例示的な希土類ケイ酸塩は、式Ｌｎ_２ＳｉＯ_５を有する希土類一ケイ酸塩、及び式Ｌｎ_２Ｓｉ_２Ｏ_７を有する希土類二ケイ酸塩、並びにこれらの組み合わせを含む。適切な希土類ケイ酸塩としては、限定はされないが、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イットリウム（Ｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、又はスカンジウム（Ｓｃ）の一ケイ酸塩及び／又は二ケイ酸塩、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。例として、希土類ケイ酸塩としては、ケイ酸イットリウム（例えば、Ｙ_２ＳｉＯ_５及び／又はＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ガドリニウム（例えば、Ｇｄ_２ＳｉＯ_５及び／又はＧｄ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸イッテルビウム（例えば、Ｙｂ_２ＳｉＯ_５及び／又はＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸エルビウム（例えば、Ｅｒ_２ＳｉＯ_５及び／又はＥｒ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。

消耗性コーティングは１つ又は複数の希土類ケイ酸塩を含んでいてもよい。例として、消耗性コーティングは、ケイ酸ランタン（例えば、Ｌａ_２ＳｉＯ_５及び／又はＬａ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸セリウム（例えば、Ｃｅ_２ＳｉＯ_５及び／又はＣｅ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸プラセオジム（例えば、Ｐｒ_２ＳｉＯ_５及び／又はＰｒ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ネオジム（例えば、Ｎｄ_２ＳｉＯ_５及び／又はＮｄ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸サマリウム（例えば、Ｓｍ_２ＳｉＯ_５及び／又はＳｍ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ユーロピウム（例えば、Ｅｕ_２ＳｉＯ_５及び／又はＥｕ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ガドリニウム（例えば、Ｇｄ_２ＳｉＯ_５及び／又はＧｄ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸テルビウム（例えば、Ｔｂ_２ＳｉＯ_５及び／又はＴｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ジスプロシウム（例えば、Ｄｙ_２ＳｉＯ_５及び／又はＤｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ホルミウム（例えば、Ｈｏ_２ＳｉＯ_５及び／又はＨｏ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸イットリウム（例えば、Ｙ_２ＳｉＯ_５及び／又はＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、又はケイ酸エルビウム（例えば、Ｅｒ_２ＳｉＯ_５及び／又はＥｒ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、並びにこれらの組み合わせを含んでいてもよい。

いくつかの実施形態において、高温でダスト堆積物が希土類ケイ酸塩と相互作用した場合に形成される結晶相は、希土類ケイ酸塩の希土類元素のイオン半径に依存し得ると考えられる。特に、比較的小さいイオン半径の希土類元素を有する希土類ケイ酸塩は、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と相互作用してアパタイト（例えば、Ｃａ_２Ｌｎ_８（ＳｉＯ_４）_６Ｏ_２）よりも他のカルシウム−希土類ケイ酸塩結晶相を優先的に形成し得るが、一方で比較的大きいイオン半径の希土類元素を有するケイ酸塩は、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分に由来するアパタイトを容易に形成し得る。

Ｔａｂｌｅ １（表１）は、＋３の原子価状態、配位数６における、それぞれの希土類元素のイオン半径を示す。例示的な実施形態において、希土類ケイ酸塩は、約０．７４５オングストローム（Å）〜約１．０３２Å、例えば約０．８８０Å〜約１．０３２Å等、又は例えば約０．８９０Å〜約０．９５８Å等のイオン半径を有する希土類元素を含んでいてもよい。

いくつかの実施形態において、消耗性コーティング１０２は、希土類元素がエルビウム（Ｅｒ）のイオン半径よりも大きい又はそれと等しいイオン半径を有する希土類ケイ酸塩を含んでいてもよい。希土類ケイ酸塩がダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と相互作用する場合にアパタイトを優先的に形成するように、そのような希土類ケイ酸塩が、消耗性コーティング１０２に含まれていてもよい。このように、アパタイトは、バリアコーティング１１２との相互作用からよりもむしろ、消耗性コーティング１０２との相互作用から容易に形成し得る。例えば、そのような希土類ケイ酸塩としては、ケイ酸ランタン（例えば、Ｌａ_２ＳｉＯ_５及び／又はＬａ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸セリウム（例えば、Ｃｅ_２ＳｉＯ_５及び／又はＣｅ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸プラセオジム（例えば、Ｐｒ_２ＳｉＯ_５及び／又はＰｒ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ネオジム（例えば、Ｎｄ_２ＳｉＯ_５及び／又はＮｄ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸サマリウム（例えば、Ｓｍ_２ＳｉＯ_５及び／又はＳｍ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ユーロピウム（例えば、Ｅｕ_２ＳｉＯ_５及び／又はＥｕ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ガドリニウム（例えば、Ｇｄ_２ＳｉＯ_５及び／又はＧｄ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸テルビウム（例えば、Ｔｂ_２ＳｉＯ_５及び／又はＴｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ジスプロシウム（例えば、Ｄｙ_２ＳｉＯ_５及び／又はＤｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ホルミウム（例えば、Ｈｏ_２ＳｉＯ_５及び／又はＨｏ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸イットリウム（例えば、Ｙ_２ＳｉＯ_５及び／又はＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、又はケイ酸エルビウム（例えば、Ｅｒ_２ＳｉＯ_５及び／又はＥｒ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、並びにこれらの組み合わせを挙げることができる。

代わりに、いくつかの実施形態において、消耗性コーティング１０２は、希土類元素がイッテルビウム（Ｙｂ）以下のイオン半径を有する希土類ケイ酸塩を含んでいてもよい。希土類ケイ酸塩がダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と相互作用する場合にアパタイトの形成を最小化又は排除するように、そのような希土類ケイ酸塩が消耗性コーティング１０２に含まれていてもよい。例えば、そのような希土類ケイ酸塩としては、ケイ酸イッテルビウム（例えば、Ｙｂ_２ＳｉＯ_５及び／又はＹｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ルテチウム（例えば、Ｌｕ_２ＳｉＯ_５及び／又はＬｕ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、又はケイ酸スカンジウム（例えば、Ｓｃ_２ＳｉＯ_５及び／又はＳｃ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、並びにこれらの組み合わせを挙げることができる。いくつかの実施形態において、そのような他の結晶相を含有する消耗性コーティング１０２を通常の運転の期間にわたって除去するか又は徐々に摩耗させ、それによりダスト堆積物から形成されるアパタイトの悪影響からバリアコーティング１１２を犠牲的に保護することができる。その後、消耗性コーティング１０２を必要に応じて補充してもよい。

消耗性コーティング１０２が有機ケイ素バインダー等の有機ケイ素を含む場合、有機ケイ素バインダーはシロキサン（すなわち、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ骨格又は結合）及び／又はシロキシ（すなわち、Ｒ_３ＳｉＯ−）官能基を含む任意のオリゴマー又はポリマーを含んでいてもよい。有機ケイ素は、乾燥させたままの状態及び部分的に熱分解された状態の消耗性コーティング１０２に強度を与えることができるが、一方で完全に分解された状態のシリカ灰を有利に形成させる。例えば、有機ケイ素としては、ポリシロキサン、例えば限定はされないが、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、ポリビニルシロキサン（ＰＶＳ）、及びポリ（イミド−ｃｏ−シロキサン）（ＰＩＳ）、並びにこれらの組み合わせ等を挙げることができる。

消耗性コーティング１０２がスラリー懸濁液の形態で塗布される場合、スラリー懸濁液は、有機溶媒、分散剤、界面活性剤、可塑剤、制御された分散のための添加剤、増粘剤、有機ケイ素バインダー等の、様々な有機加工助剤を含んでいてもよい。例示的な有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、アセトン、ジアセトンアルコール、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、ケトン（例えば、ペンタノン等のジアルキルケトン）、トルエン、ヘプタン、又はキシレン、並びにこれらの組み合わせを挙げることができる。例示的な分散剤としては、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸−ポリエチレン酸化物コポリマー、ポリメタクリル酸、ポリエチレンイミン、アンモニウムポリアクリレート、アンモニウムポリメタクリレート、スルホン化ナフタレンホルムアルデヒド縮合物、又はポリビニルスルホン酸、並びにこれらの組み合わせを挙げることができる。例示的な可塑剤としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、グリセロール、グリセリン、ポリエチレングリコール、又はジエチレングリコールモノブチルエーテル、並びにこれらの組み合わせを挙げることができる。例示的な界面活性剤としては、フルオロカーボン類、ジメチルシリコーン類、又はアセチレングリコールケミストリー類、並びにこれらの組み合わせを挙げることができる。制御された分散のための例示的な添加剤としては、クエン酸、グリシン、デキストロース、スクロース、マンノース、酒石酸、又はシュウ酸、並びにこれらの組み合わせを挙げることができる。例示的な増粘剤としては、キサンタンガム、ポリエチレン酸化物、グアーガム、メチルセルロース及び他の可溶性繊維、ポリアクリル酸、又はポリビニルピロリドン、並びにこれらの混合物を挙げることができる。有機ケイ素バインダーに加えて、又はその代わりに、消耗性コーティング１０２は他のバインダー剤を含んでいてもよく、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチロール、スチレン−ブタジエンコポリマー、ポリアクリル酸、ポリアクリレート類、アクリルポリマー類、ポリメチルメタクリレート／ポリブチルアクリレート、酢酸ポリビニル、ポリビニルマレート、天然ラテックスゴム、及びそれらの混合物等の、ラテックスバインダーが挙げられる。一般に、これらの有機加工助剤は、消耗性コーティング１０２中にいつまでも存在しないように加工中及び／又は運転環境にさらされている間に揮発する炭素及び他の元素を含んでいてもよい。

一実施形態において、スラリー懸濁液は、主な消耗性コーティング材料（例えば、シリカ、アルミナ、及び／又はムライト酸化物構成成分、希土類酸化物、希土類ケイ酸塩等の１つ又は複数のセラミック酸化物）と液体担体を合わせて、十分に分散するまで混合することにより得ることができる。任意選択により、溶媒、分散剤、界面活性剤、可塑剤等を含めた、１つ又は複数の有機加工助剤を使用してもよい。例示的な液体担体としては、水及び／又は有機溶媒、例えばアルコール及び／又はケトン等を挙げることができる。更に、アルミナ又はジルコニア混合媒体等の混合媒体を使用してもよい。混合物は、振とう、ボールミリング、アトライターミリング、遊星ボールミリング、又は機械的混合若しくは撹拌を含めた、当業者に既知の従来の技術を使用し、任意選択により同時に超音波エネルギーを与えて、混合することができる。混合媒体又は超音波エネルギーはスラリー中のいかなる凝集セラミック粒子も分解することができる。存在する任意の混合媒体はその後例えば濾すことにより除去することができる。

スラリーは、例えば塗布のタイプ（例えば、ローリング、噴霧等）、消耗性コーティング層の所望の厚さ、消耗性コーティングが施される部品によって決まる、任意の適切な固体負荷を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、固体負荷は、最終スラリー配合物の重量を基準として約５％〜約４０重量％、例えば約１０ｗｔ．％〜約３０ｗｔ．％等、例えば約１５ｗｔ．％〜約４０ｗｔ．％等、例えば約１５ｗｔ．％〜約２５ｗｔ．％等、又は例えば約１８ｗｔ．％〜約２５ｗｔ．％等であってもよい。スラリーは、有機ケイ素又はラテックス材料等のバインダーを、最終スラリー配合物の重量を基準として約０．１％〜約５重量％、例えば約１ｗｔ．％〜約４ｗｔ．％等、例えば約１．５ｗｔ．％〜約２．５ｗｔ．％等の量で含んでいてもよい。消耗性コーティングスラリー中の固体は、約０．１ミクロン（μｍ）〜約８μｍ、例えば約０．２μｍ〜約６μｍ等、例えば約１μｍ〜約４μｍ等、例えば約０．５μｍ〜２．５μｍ等のメジアン粒径を有していてもよい。

増粘剤を必要に応じてスラリー懸濁液へ加えてもよく、得られる混合物は、機械的撹拌、ローリング、ブレンディング、振とう、及び他の同様の方法等の方法によりかき混ぜてもよい。増粘剤が完全に溶解したら、制御された分散のための任意の補助添加剤を必要に応じて加えることができ、補助添加剤が溶解するまで、上記に列挙した方法のいずれかを使用して、得られるスラリーを再び混合してもよい。

スラリーは、低速のローリング、低速の機械的混合、又はスラリー中の気泡の閉じ込めを避ける他の同様の方法により混合されてもよい。この弱い混合は無期限に継続することができ、又は代わりに、一旦混合されたら塗布に必要になるまでスラリーを置いておくことができる。

当業者は、前述の実施形態は本明細書に記載のスラリー組成物を作る１つの方法であり、他の方法も許容可能であることを理解するであろう。

必要に応じて、スラリー懸濁液を塗布する前にマスキングを部品１００又は他の近くの部品に施して、部品１００又はそのような近くの部品の特定の領域を被覆するのを防ぐことができる。マスキングは、限定はされないが、テープ、コンフォーマルマスク、ステンシル、及びペイントオンマスクを含めた当業者に既知の従来の技術を使用して実施されてもよい。すべての所望のマスキングが完了したら、スラリー懸濁液を噴霧して消耗性コーティング１０２により部品１００を被覆することができる。消耗性コーティングは、例えば現場整備において、適切なアクセス器具を使用してターボ機械の部品の表面に噴霧されてもよい。

消耗性コーティング１０２を十分な量で施して適切な厚さを有する１つ又は複数の層を得ることができる。例として、消耗性コーティング１０２及び／又は消耗性コーティング１０２の層は、約１０ミクロン〜約２５０ミクロン、例えば約１０ミクロン〜約１２５ミクロン等、例えば約１０ミクロン〜約７５ミクロン等、又は例えば約５ミクロン〜約３０ミクロン等の厚さを有していてもよい。

スラリー懸濁液が部品１００に塗布されたら、スラリーがまだ湿っている間に、過剰のスラリー材料を除去するためにレベリングを行ってもよい。限定はされないが、部品１００をスピンさせる、回転させる、又は吊るす、振動を加えながら又は加えずに液だれさせる等の従来の技術を使用して、又はエアナイフ、ドクターブレード等を使用して、レベリングを行って過剰なスラリー材料を除去してもよい。スラリー塗布と同様に、レベリングは手動で行うことができ、又は自動化されてもよく、スラリーが乾燥するのが速すぎするとレベリング中にコーティングに欠陥を生じさせることがあるので、レベリングは多湿環境中で行うことができる。

次に、部品１００を乾燥させることができる。乾燥は、周囲温度及び湿度条件で、又は制御された温度及び湿度条件で行ってもよい。一実施形態において、塗布されたスラリーコーティングの完全性を維持するのを助けるために、制御された温度及び湿度を利用することができる。より詳細には、一実施形態において、乾燥は約５℃〜約１５０℃の温度で、別の実施形態では約２０℃〜約３０℃の温度で行ってもよい。乾燥はまた、「搭載中」の施用においてコーティング１０２を施した後にエンジン環境中で行われてもよい。

乾燥後、テープ及び接着剤をはがすことにより、テープ及び接着剤を焼き切ることにより、又は多用途器具を使用することにより、存在するマスキングを除去することができる。マスキング除去後に残っている粗い縁跡は従来の手段を使用してこそげ落とすか又は切り落としてもよい。

いくつかの実施形態において、有機加工助剤を焼き切ることができるように部品１００を高温環境にさらすことにより、有機加工助剤を焼き切ってもよい。コーティングを現場で、又は搭載中に施す場合、焼き切りプロセスは、例えば被覆された部品１００を含むターボ機械を焼き切りのスケジュールにしたがって運転することにより行われてもよい。代わりに、焼き切りは通常のターボ機械の運転から本来的に生じさせてもよい。一実施形態において、有機加工助剤の焼き切りは、被覆された部品１００を約４００℃〜約１４００℃（例えば、約６００℃〜約８００℃）へ加熱し部品１００をこの温度で約０．０５〜約２時間維持した場合に実現され得る。

ここで図４を参照して、部品１００をダスト堆積物から保護する例示的な方法を説明することにする。部品１００は、ターボ機械又は任意の他の高温環境中に取り付けられた１つ又は複数の部品１００を含んでいてもよい。例示的な方法４００は、工程４０２において、ターボ機械の部品１００上に消耗性コーティング１０２を施す工程を含んでいてもよい。部品は、基材表面１１０を画定するケイ素含有基材１０６と、基材表面１１０上のバリアコーティング１１２であってバリア表面３００を画定するバリアコーティング１１２とを含んでいてもよく、消耗性コーティング１０２はバリア表面３００の少なくとも一部に施されてもよい。消耗性コーティングはセラミック酸化物を含んでいてもよく、セラミック酸化物はケイ酸塩を含んでいてもよい。

部品１００が完全に又は部分的に組み立てられたターボ機械に配置されている状態で、工程４０２において消耗性コーティング１０２がターボ機械の部品１００上に施されてもよい。いくつかの実施形態において、消耗性コーティングは「現場で」又は「搭載中」に施されてもよい。消耗性コーティング１０２は、ターボ機械の分解を必要とせずに、そのため完全に又は部分的にでさえターボ機械を分解する休止時間を必要とせずに、施すことができる。例えば、消耗性コーティングは、工程４０２において、ターボ機械筐体の１つ又は複数のアクセスポート、例えばボアスコープポート、点火ポート、燃料ノズルポート等を介してアクセスすることができるターボ機械の部品１００上に、塗布装置１１６を使用して消耗性コーティング１０２を少なくとも部分的に噴霧することにより、施されてもよい。いくつかの実施形態において、更に又は代わりに、ターボ機械が他のメンテナンス活動中等に部分的に分解されている間に消耗性コーティングを施すことが望ましい場合がある。

いくつかの実施形態において、方法４００は、工程４０４において、ターボ機械に取り付けられた被覆済み部品１００上にダスト堆積物を有するターボ機械を運転し、ダスト堆積物の一部及び消耗性コーティング１０２の一部からケイ酸塩反応生成物を形成させる工程を更に含んでいてもよい。ダスト堆積物は、高いレベルのダスト及び他の汚染物質が広く認められ得る、ほこりっぽい又は砂の多い運転環境、例えば砂漠又は他のほこりっぽい若しくは砂の多い地域に近接した環境等に由来する場合がある。

方法４００は、工程４０６において、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分の濃度及び／又は活性を減少させる工程を更に含んでいてもよい。工程４０６は、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分を消耗性コーティング１０２の少なくとも一部と化合及び／又は反応させる工程を含んでいてもよい。工程４０６は更に又は代わりに、消耗性コーティング１０２に由来するケイ酸塩をダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と化合及び／又は反応させる工程を含んでいてもよい。工程４０６は更に又は代わりに、消耗性コーティング中の一部のシリカをダスト堆積物中の一部の酸化カルシウムと化合及び／又は反応させることにより、１つ又は複数のケイ酸カルシウム類を優先的に形成させる工程を更に含んでいてもよい。工程４０６は更に又は代わりに、消耗性コーティング中の一部の希土類酸化物をダスト堆積物中の一部の酸化カルシウムと化合及び／又は反応させることにより、１つ又は複数のカルシウム希土類ケイ酸塩を優先的に形成させる工程を更に含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、希土類酸化物は希土類ケイ酸塩を含んでいてもよい。ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分の濃度及び／又は活性を減少させる工程４０６は、アパタイトの形成を低減させ得る。更に、又は代わりに、工程４０６の結果として、バリアコーティング１１２との相互作用に物理的に利用可能な酸化カルシウム成分の量を減少させることができる。任意選択により、１つ又は複数のケイ酸カルシウム類は、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２、ＣａＯ・ＳｉＯ_２、ＣａＳｉＯ_３、Ｃａ_３ＳｉＯ_５、Ｃａ_２ＳｉＯ_４、又はＣａ_３Ｓｉ_２Ｏ_７、並びにこれらの組み合わせを含んでいてもよい。そのようなケイ酸カルシウム類の形成は、酸化カルシウム成分（例えば、ＣａＯ）をアパタイト相の形成に利用できないようにすることができる。

他の実施形態において、化合及び／又は反応させる工程４０６は、更に又は代わりに、消耗性コーティング１０２に由来する一部の希土類酸化物をダスト堆積物に由来する酸化カルシウム成分と化合及び／又は反応させることにより、カルシウム−希土類ケイ酸塩を優先的に形成させる工程を含んでいてもよい。例えば、カルシウムのイオン半径により良く一致する希土類元素のイオン半径に少なくともある程度起因してアパタイトがより容易に形成されるように、希土類酸化物はユーロピウム（Ｅｕ）のイオン半径以下のイオン半径を有する希土類元素を含む希土類ケイ酸塩を含んでいてもよい。代わりに、化合及び／又は反応させる工程４０６は、消耗性コーティング１０２に由来する一部の希土類酸化物をダスト堆積物に由来する酸化カルシウム成分と化合及び／又は反応させることにより、アパタイトの形成を最小化させる工程を含んでいてもよい。例えば、アパタイトの形成が最小化又は排除されるように、希土類酸化物はユーロピウム（Ｅｕ）のイオン半径よりも大きいイオン半径を有する希土類元素を含む希土類ケイ酸塩を含んでいてもよい。

さらなる実施形態において、消耗性コーティング１０２は更に又は代わりに、少なくとも一部が有機ケイ素材料に由来するケイ酸塩を含んでいてもよく、例示的な方法４００は、ターボ機械を運転する際に有機ケイ素材料の少なくとも一部をシリカに変換させる工程を含んでいてもよい。更に、例示的な方法４００は、有機ケイ素材料に由来するシリカの一部をダスト堆積物に由来する酸化カルシウム成分と化合及び／又は反応させる工程を含んでいてもよい。

いくつかの実施形態において、例示的な方法４００は、工程４０８において、例えばターボ機械を一定時間運転した後にターボ機械の部品上に消耗性コーティングを再び施す工程を含んでいてもよい。消耗性コーティング１０２は、例えば「現場で」又は「搭載中」に消耗性コーティング１０２を再び施すことを含めた、工程４０２に関して記載されるのと同じ又は同様の方法で、再び施してもよい。これらの場合において、再び施すことはターボ機械の分解を必要とせずに行うことができる。しかし、いくつかの実施形態において、更に又は代わりに、ターボ機械が部分的に分解されている間に消耗性コーティング１０２を施すことが望ましい場合がある。例えば、消耗性コーティングは、ターボ機械の少なくとも一部の分解を含むメンテナンス又は修理活動と関連して施されてもよい。消耗性コーティングは、例えば運転環境の観測若しくは予測される性質、及び／又は１回又は複数回の操作間隔において運転後の消耗性コーティングの観測若しくは予測される状態に少なくともある程度基づいて選択することができる、任意の所望の操作間隔で再び施されてもよい。

いくつかの実施形態において、消耗性コーティングは、観測又は予測される、化合及び／又は反応が起こった程度（例えば、工程４０６において）に少なくともある程度基づいて、工程４０８において再び施されてもよい。いくつかの実施形態において、消耗性コーティングは、少なくとも１つの層間剥離した領域を有するバリアコーティングを有する部品上に施され及び／又は再び施されてもよい。層間剥離した領域のバリアコーティングは部分的に失われ及び／又は完全に失われていてもよい。例えば、層間剥離した領域は、層間剥離又はスポーリングを被っている場合がある。いくつかの実施形態において、部品の表面全体でバリアコーティング材料が実質的にない場合がある。消耗性コーティングはそれでも部品の残留するバリアコーティング及び／又は下地基材に保護性能を与えることができる。例えば、バリアコーティングが層間剥離又はスポーリングを被った領域であっても、消耗性コーティングは基材材料（例えば、ＳｉＣ−ＳｉＣ ＣＭＣ基材材料）からのシリカの揮発速度を低下させることにより下地基材を保護することができる。

ケイ酸塩を含む様々なスラリー懸濁液を調製及び使用して基材上に消耗性コーティング１０２を形成させた。例示的なスラリー懸濁液は、エタノール中に分散したシリカを重量で２０％の固体負荷まで含有するものとした。別の例示的なスラリー懸濁液は、シリカ及びケイ酸ガドリニウムを含有するものとした。得られるスラリー懸濁液を、炭化ケイ素基材上に希土類−二ケイ酸塩バリアコーティングを含む試片の表面に塗布し、１ミルの厚さの消耗性コーティングを希土類−二ケイ酸塩バリアコーティングの表面上に設けた。２層消耗性コーティングも形成させた。例示的な２層消耗性コーティングは、シリカを含有する第１の層とケイ酸ガドリニウムを含有する第２の層とを含むものであった。いくつかの実施例において、第１の層を試片上に施し、第２の層を第１の層の上に施し、いくつかの実施例においては、第２の層を試片上に施し、第１の層を第２の層の上に施した。例示的な消耗性コーティングは、シリカ、希土類ケイ酸塩、アルミナ、ムライト、及び有機ケイ素材料を含み、約０．１ミクロン（μｍ）〜約４μｍのメジアン粒径を有する固体がエタノール及びペンタノンを含む溶媒中に分散したものであった。

消耗性コーティングを含む試片、及び比較用のベースラインを得るための消耗性コーティングを含まない試片に対して、サイクル熱勾配試験を行った。

熱勾配試験によるバリアコーティングの体積損失の量を各熱サイクル後に測定し、実施例の消耗性コーティングの各々はバリアコーティングの損失が見られる前の熱サイクルの回数を大幅に延ばしたことが実証された。

本発明により開示される主題のさらなる態様を以下の条項により示す。

１．基材表面を画定するケイ素含有基材と、基材表面上のバリアコーティングであってバリア表面を画定するバリアコーティングと、バリア表面上の消耗性コーティングであってケイ酸塩を含むセラミック酸化物を含む消耗性コーティングとを含む、被覆部品。

２．ケイ酸塩がシリカを含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

３．消耗性コーティングが希土類酸化物及び／又はアルミナを含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

４．希土類酸化物がＳｃ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｐｒ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｐｍ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｔｂ_２Ｏ_３、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｔｍ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、及び／又はＬｕ_２Ｏ_３を含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

５．消耗性コーティングが希土類ケイ酸塩を含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

６．希土類ケイ酸塩が、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及び／又はルテチウム（Ｌｕ）の一ケイ酸塩及び／又は二ケイ酸塩を含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

７．希土類ケイ酸塩が、ケイ酸ランタン（例えば、Ｌａ_２ＳｉＯ_５及び／又はＬａ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸セリウム（例えば、Ｃｅ_２ＳｉＯ_５及び／又はＣｅ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸プラセオジム（例えば、Ｐｒ_２ＳｉＯ_５及び／又はＰｒ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ネオジム（例えば、Ｎｄ_２ＳｉＯ_５及び／又はＮｄ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸サマリウム（例えば、Ｓｍ_２ＳｉＯ_５及び／又はＳｍ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ユーロピウム（例えば、Ｅｕ_２ＳｉＯ_５及び／又はＥｕ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ガドリニウム（例えば、Ｇｄ_２ＳｉＯ_５及び／又はＧｄ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸テルビウム（例えば、Ｔｂ_２ＳｉＯ_５及び／又はＴｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ジスプロシウム（例えば、Ｄｙ_２ＳｉＯ_５及び／又はＤｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ホルミウム（例えば、Ｈｏ_２ＳｉＯ_５及び／又はＨｏ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸イットリウム（例えば、Ｙ_２ＳｉＯ_５及び／又はＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、及び／又はケイ酸エルビウム（例えば、Ｅｒ_２ＳｉＯ_５及び／又はＥｒ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）を含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

８．消耗性コーティングが第１の消耗性コーティング層及び第２の消耗性コーティング層を含み、第１の消耗性コーティング層がシリカを含み、第２の消耗性コーティング層が希土類酸化物（例えば、希土類ケイ酸塩）を含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

９．第１の消耗性コーティング層がバリアコーティング上に施されており、第２の消耗性コーティング層が第１の消耗性コーティング層上に施されている、又は第２の消耗性コーティング層がバリアコーティング上に施されており、第１の消耗性コーティング層が第２の消耗性コーティング層上に施されている、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

１０．消耗性コーティングがシリカ及びケイ酸ガドリニウムを含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

１１．消耗性コーティングがシリカ、アルミナ、マグネシア、ムライト、及び／又は希土類酸化物を含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

１２．消耗性コーティングがムライト等のアルミノケイ酸塩、或いはアルミナ及び／又はムライトを含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

１３．消耗性コーティングが有機ケイ素誘導体材料を含むセラミック酸化物を含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

１４．消耗性コーティングが１０ミクロン〜７５ミクロンの厚さを有する、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

１５．消耗性コーティングが、シリカとユーロピウム（Ｅｕ）のイオン半径以下のイオン半径を有する希土類元素を含む希土類ケイ酸塩とを含む、及び／又は消耗性コーティングが、シリカとユーロピウム（Ｅｕ）のイオン半径よりも大きいイオン半径を有する希土類元素を含む希土類ケイ酸塩とを含む、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

１６．消耗性コーティングが、シリカ、希土類ケイ酸塩、アルミナ、ムライト、及び有機ケイ素材料を含み、消耗性コーティングが、約０．１ミクロン（μｍ）〜約４μｍのメジアン粒径を有する、エタノール及びペンタノンを含む溶媒中に分散された固体を含むスラリーの塗布により部品上に施されている、前述の条項のいずれかに記載の被覆部品。

１７．ターボ機械の部品をダスト堆積物から保護する方法であって、消耗性コーティングをターボ機械の部品上に施す工程であって、部品が、基材表面を画定するケイ素含有基材と、基材表面上のバリアコーティングであってバリア表面を画定するバリアコーティングとを含み、消耗性コーティングがバリア表面の少なくとも一部に施され、消耗性コーティングがケイ酸塩を含むセラミック酸化物を含む、工程を含む、方法。

１８．消耗性コーティングに由来するケイ酸塩が、シリカ及び／又は希土類酸化物（例えば希土類ケイ酸塩）を含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

１９．消耗性コーティングが、液体担体中の固体粒子を含むスラリーとして施される、前述の条項のいずれかに記載の方法。

２０．固体粒子が約０．１ミクロン〜約８ミクロンのメジアン粒径を有する、前述の条項のいずれかに記載の方法。

２１．スラリーが約１５ｗｔ．％〜約４０ｗｔ．％の固体負荷を含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

２２．液体担体が有機ケイ素材料を含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

２３．有機ケイ素材料が、スラリーの全含量の約１ｗｔ．％〜約４ｗｔ．％を構成する、前述の条項のいずれかに記載の方法。

２４．ターボ機械を運転する際に有機ケイ素材料の少なくとも一部を有機ケイ素誘導体材料へ変換させる工程を含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

２５．液体担体がアルコール及び／又はケトンを含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

２６．ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分を消耗性コーティングの少なくとも一部と化合及び／又は反応させることにより；及び／又は消耗性コーティングに由来するケイ酸塩をダスト堆積物中の酸化カルシウム成分と化合及び／又は反応させることにより；及び／又は消耗性コーティング中の一部のシリカをダスト堆積物中の一部の酸化カルシウムと化合及び／又は反応させることによって１つ又は複数のケイ酸カルシウムを形成させることにより；及び／又は消耗性コーティング中の一部の希土類酸化物をダスト堆積物中の一部の酸化カルシウムと化合及び／又は反応させることによって１つ又は複数のカルシウム希土類ケイ酸塩を形成させることにより、ダスト堆積物中の酸化カルシウム成分の濃度及び／又は活性を減少させる工程を含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

２７．消耗性コーティングに由来する希土類酸化物の一部をダスト堆積物に由来する酸化カルシウム成分と化合及び／又は反応させることにより優先的にアパタイトを形成させる工程であって、希土類酸化物がユーロピウム（Ｅｕ）のイオン半径以下のイオン半径を有する希土類元素を含む希土類ケイ酸塩を含む工程、又は消耗性コーティングに由来する希土類酸化物の一部をダスト堆積物に由来する酸化カルシウム成分と化合及び／又は反応させることによりアパタイトの形成を減少させる工程であって、希土類酸化物がユーロピウム（Ｅｕ）のイオン半径よりも大きいイオン半径を有する希土類元素を含む希土類ケイ酸塩を含む工程を含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

２８．消耗性コーティングが、少なくとも一部が有機ケイ素材料に由来するケイ酸塩を含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

２９．ターボ機械を運転する際に有機ケイ素材料の少なくとも一部をシリカに変換させる工程と、シリカの一部をダスト堆積物に由来する酸化カルシウム成分と化合及び／又は反応させる工程とを含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

３０．部品が、少なくとも１つの層間剥離した領域を含み、層間剥離した領域でバリアコーティングが部分的に失われている又は完全に失われている、前述の条項のいずれかに記載の方法。

３１．消耗性コーティングを部品上に施す工程が、部品が完全に組み立てられた又は部分的に組み立てられたターボ機械に配置されている状態で消耗性コーティングを部品上に施す工程を含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

３２．約０．１ミクロン（μｍ）〜約４μｍのメジアン粒径を有しエタノール及びペンタノンを含む溶媒中に分散された固体を含むスラリーの塗布により消耗性コーティングを部品上に施す工程を含み、消耗性コーティングが、シリカ、希土類ケイ酸塩、アルミナ、ムライト、及び有機ケイ素誘導体材料を含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

３３．ターボ機械に取り付けられた被覆部品上のダスト堆積物を有するターボ機械を運転し、ダスト堆積物の一部及び消耗性コーティングの一部からケイ酸塩反応生成物を形成させる工程を含む、前述の条項のいずれかに記載の方法。

３４．１つ又は複数の被覆部品を含むターボ機械であって、１つ又は複数の被覆部品が、基材表面を画定する基材及び基材表面上に施されたコーティング系を含み、コーティング系が、基材表面上のボンドコート、ボンドコートの表面上のＴＧＯ層、ＴＧＯ層の表面上のバリアコーティングであってバリア表面を画定するバリアコーティング、及びバリア表面上の消耗性コーティングであってケイ酸塩を含むセラミック酸化物を含む消耗性コーティングを含む、ターボ機械。

３５．前述の条項のいずれかに記載の被覆部品を含む、前述の条項のいずれかに記載のターボ機械。

３６．前述の条項のいずれかに記載の方法を施された被覆部品を含む、前述の条項のいずれかに記載のターボ機械。

この記載される説明は例示的な実施形態を使用して、最良の様式を含めた本発明により開示される主題を説明し、更にまた、任意のデバイス又はシステムの作製及び使用並びに任意の組み込まれた方法の実施を含めた、そのような主題を任意の当業者が実施できるようにする。本発明により開示される主題の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字言語と違いがない構成要素を含む場合、又はそれらが特許請求の範囲の文字言語と実質的な違いがない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内に含まれることを意図している。

１００ 部品
１０２ 消耗性コーティング
１０４ 外表面
１０６ 基材
１０８ コーティング系
１１０ 基材表面
１１２ バリアコーティング
１１４ 噴霧物
１１６ 塗布装置
１１８ ノズル
２００ バリア層
２０２ ボンドコート
２０４ ＴＧＯ層
３００ バリア表面
３０１ａ ダスト堆積物
３０１ｂ ダスト堆積物
３０１ｃ ダスト堆積物
３０２ 第１の消耗性コーティング層
３０４ 第２の消耗性コーティング層
３０６ バインダー層
３０８ 第３の消耗性コーティング層
３１０ 第４の消耗性コーティング層

Claims (20)

1. 基材表面を画定するケイ素含有基材と、
   基材表面上のバリアコーティングであってバリア表面を画定するバリアコーティングと、
   バリア表面上の消耗性コーティングであってケイ酸塩を含むセラミック酸化物を含む消耗性コーティングと
   を含む、被覆部品。
2. ケイ酸塩がシリカを含む、請求項１に記載の被覆部品。
3. 消耗性コーティングが希土類酸化物及び／又はアルミナを更に含む、請求項２に記載の被覆部品。
4. 消耗性コーティングが希土類ケイ酸塩を更に含む、請求項２に記載の被覆部品。
5. 希土類ケイ酸塩が、ケイ酸ランタン（例えば、Ｌａ_２ＳｉＯ_５及び／又はＬａ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸セリウム（例えば、Ｃｅ_２ＳｉＯ_５及び／又はＣｅ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸プラセオジム（例えば、Ｐｒ_２ＳｉＯ_５及び／又はＰｒ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ネオジム（例えば、Ｎｄ_２ＳｉＯ_５及び／又はＮｄ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸サマリウム（例えば、Ｓｍ_２ＳｉＯ_５及び／又はＳｍ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ユーロピウム（例えば、Ｅｕ_２ＳｉＯ_５及び／又はＥｕ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ガドリニウム（例えば、Ｇｄ_２ＳｉＯ_５及び／又はＧｄ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸テルビウム（例えば、Ｔｂ_２ＳｉＯ_５及び／又はＴｂ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ジスプロシウム（例えば、Ｄｙ_２ＳｉＯ_５及び／又はＤｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸ホルミウム（例えば、Ｈｏ_２ＳｉＯ_５及び／又はＨｏ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、ケイ酸イットリウム（例えば、Ｙ_２ＳｉＯ_５及び／又はＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）、及び／又はケイ酸エルビウム（例えば、Ｅｒ_２ＳｉＯ_５及び／又はＥｒ_２Ｓｉ_２Ｏ_７）を含む、請求項４に記載の被覆部品。
6. 消耗性コーティングが第１の消耗性コーティング層及び第２の消耗性コーティング層を含み、第１の消耗性コーティング層がシリカを含み、第２の消耗性コーティング層が希土類ケイ酸塩を含む、請求項１に記載の被覆部品。
7. 消耗性コーティングがムライトを含む、請求項１に記載の被覆部品。
8. 消耗性コーティングが有機ケイ素誘導体材料を含むセラミック酸化物を含む、請求項２に記載の被覆部品。
9. 消耗性コーティングが１０ミクロン〜７５ミクロンの厚さを有する、請求項１に記載の被覆部品。
10. ターボ機械の部品をダスト堆積物から保護する方法であって、
    消耗性コーティングをターボ機械の部品上に施す工程であって、部品が、基材表面を画定するケイ素含有基材と、基材表面上のバリアコーティングであってバリア表面を画定するバリアコーティングとを含み、消耗性コーティングがバリア表面の少なくとも一部に施され、消耗性コーティングがケイ酸塩を含むセラミック酸化物を含む、工程
    を含む、方法。
11. 消耗性コーティングのケイ酸塩がシリカを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 消耗性コーティングが、液体担体中の固体粒子を含むスラリーとして施される、請求項１０に記載の方法。
13. 固体粒子が０．１ミクロン〜８ミクロンのメジアン粒径を有する、請求項１２に記載の方法。
14. 液体担体がアルコール及び／又はケトンを含む、請求項１２に記載の方法。
15. スラリーが１５ｗｔ．％〜４０ｗｔ．％の固体負荷を含む、請求項１２に記載の方法。
16. 液体担体が有機ケイ素材料を含む、請求項１２に記載の方法。
17. 有機ケイ素材料がスラリーの全含量の１ｗｔ．％〜４ｗｔ．％を構成する、請求項１６に記載の方法。
18. ターボ機械を運転する際に有機ケイ素材料の少なくとも一部を有機ケイ素誘導体材料に変換させる工程を含む、請求項１６に記載の方法。
19. 部品が、少なくとも１つの層間剥離した領域を含み、層間剥離した領域でバリアコーティングが部分的に失われている又は完全に失われている、請求項１０に記載の方法。
20. 消耗性コーティングを部品上に施す工程が、部品が完全に組み立てられた又は部分的に組み立てられたターボ機械に配置されている状態で消耗性コーティングを部品上に施す工程を含む、請求項１０に記載の方法。

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