JP2022044540A - 孔（複数可）を備えた基材をコーティングするための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コーティングされたコンポーネントの孔または冷却孔の元の形状および寸法を維持するためのコーティング方法を提供する。【解決手段】コーティング方法は、少なくとも１つの孔が自身の表面に形成されているコンポーネントを提供するステップと、各孔の上方に空間を画定するために表面の一部の上に中空部材を積層造形するステップであって、表面の一部が孔に隣接し、中空部材が、孔のうちの少なくとも１つの周辺の幾何学的形状と相補的な内周の幾何学的形状を有する、ステップと、塗布されたコーティングの厚さを有する塗布されたコーティングを形成するようにコンポーネントの表面上および中空部材の周囲に少なくとも１つのコーティングを塗布するステップと、中空部材の上部を塗布されたコーティングと同一平面上にして、塗布されたコーティングを貫通して空間を露出させるように中空部材の少なくとも一部を除去するステップとを含む。【選択図】なし

Description

本開示は、一般に、基材をコーティングするための方法に関する。特に、本開示は、孔を備えた基材を選択的にコーティングするためのコーティング方法、およびコーティング方法によって形成される孔を備えたコーティングされた基材に関する。

タービンが航空機または発電に使用される場合、通常、運転効率を高めるために、できるだけ高い温度で運転される。コンポーネントに使用される合金が高温によって損傷することがあるので、金属コンポーネントの作動温度を高めるために様々な手法が使用されてきた。１つの手法では、エンジン作動中に冷たい空気が強制的に流される内部冷却チャネルをコンポーネントに組み込むことが要求される。ウォータージェット加工および／または放電加工（ＥＤＭ）などの技法によって、孔または冷却孔を基材に形成することができる。（通常はエンジンの圧縮器によって供給される）冷却空気が、穴を通じてコンポーネントの壁の冷却器側から高温側に供給される。穴が空いている限り、押し寄せる空気は、高温金属表面の温度の低下の防止およびコンポーネントの溶融または他の劣化の防止を助ける。

金属部品を保護し、実際の運転温度を効果的に上昇させるための別の技法としては、ボンドコート、遮熱コーティング（ＴＢＣ）、または耐環境コーティング（ＥＢＣ）などのコーティングの使用が挙げられる。ＴＢＣは、通常、セラミック系である。コーティング系はまた、接着を改善するためにセラミックコーティングと基材との間に配置されるボンドコートを含むことが多い。冷却孔とのＴＢＣの使用は往々にして、エンジン部品を保護する効果的な手段である。しかしながら、両方のコーティング系を組み込むことは極めて困難である。例えば、冷却穴は往々にして、ＴＢＣの適用後にエンジン部品に形成することができない。これは、レーザが通常、穴のパターンを形成するようにセラミック材料と金属との両方を効果的に貫通できず、場合によってはＴＢＣを亀裂させる可能性があるためである。コーティング系の塗布前に冷却孔が形成される場合、コーティングが塗布されると、冷却孔は覆われ、少なくとも部分的に閉塞される可能性がある。

本開示の第１の態様は、少なくとも１つの孔を備えたコンポーネントのためのコーティング方法を提供する。コーティング方法は、少なくとも１つの孔が自身の表面に形成されているコンポーネントを提供するステップと、各孔の上方に空間を画定するために表面の一部の上に中空部材を積層造形するステップであって、表面の一部が孔に隣接し、中空部材が、孔のうちの少なくとも１つの周辺の幾何学的形状と相補的な内周の幾何学的形状を有する、ステップと、塗布されたコーティングの厚さを有する塗布されたコーティングを形成するようにコンポーネントの表面上および中空部材の周囲に少なくとも１つのコーティングを塗布するステップと、中空部材の上部を塗布されたコーティングと同一平面上にして、塗布されたコーティングを貫通して空間を露出させるように中空部材の少なくとも一部を除去するステップとを含み、中空部材の下部が、塗布されたコーティングを貫通して空間を画定するように残る。

本開示の第２の態様は、コーティングされたコンポーネントを提供する。コンポーネントは、表面と、表面上に形成された少なくとも１つの孔と、表面上のコーティング層であって、コーティング層が、表面から上面まで延びる表面上に積層造形された少なくとも１つの中空部材であって、各中空部材が少なくとも１つの孔のそれぞれ１つの上方に空間を画定し、中空部材の周囲が各少なくとも１つの孔と同じ位置にあり、孔の少なくとも１つのそれぞれの１つの周辺の幾何学的形状と相補的な内周の幾何学的形状を有する、少なくとも１つの中空部材と、中空部材の表面上および周囲にスプレーされるコーティング材料であって、コーティング材料が、中空部材の少なくとも１つの部分が除去された後、中空部材の一部と同一平面上にある上面を有する、コーティング材料とを含む、コーティング層とを備える。

本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および／または論じられていない他の問題を解決するように設計されている。

本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を図示する添付の図面と併せて、本開示の様々な態様に関する以下の詳細な説明を読めば、さらに容易に理解される。

本開示のコンポーネントの斜視図である。 本開示によるプロセスのフローチャートである。 本開示による、複数の孔を備え、中空部材が上に形成された図１のコンポーネントの断面図である。 本開示による、複数の孔を備え、中空部材およびコーティングが上に形成された図１のコンポーネントの断面図である。 本開示による、複数の孔を備え、中空部材およびコーティングが上に形成され、中空部材の部分が除去された図１のコンポーネントの断面図である。 本開示による、複数の孔を備え、中空部材が上に形成された本開示の別の態様によるコンポーネントの断面図である。 本開示による、複数の孔を備え、中空部材およびコーティングが上に形成された本開示の別の態様によるコンポーネントの断面図である。 本開示による、複数の孔を備え、中空部材およびコーティングが上に形成され、中空部材の部分が除去された本開示の別の態様によるコンポーネントの断面図である。 本開示によるコンポーネントを有するスプレー装置の図である。

本開示の図面は、原寸に比例していないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様のみを示すことが意図されており、したがって、本開示の範囲を限定するものと見なされるべきではない。図面では、類似する符号は、図面間で類似する要素を表す。

始めに、本技術を明確に説明するために、タービン内の関連する構成要素を参照して説明するときに特定の専門用語を選択することが必要になる。可能な限り、一般的な工業専門用語がその受け入れられている意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素を含んでもよく、複数の構成要素からなるものとして別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の部品として他の箇所で参照されてもよい。

加えて、本明細書ではいくつかの記述的用語を規則通りに使用することができ、このセクションの始めにこれらの用語を定義することが有用であることがわかる。これらの用語およびその定義は、別途記載のない限り、以下の通りである。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」とは、タービンエンジンを通る作動流体、または例えば、燃焼器を通る空気の流れ、もしくはタービンのコンポーネントシステムの１つを通る冷却材などの流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、流れの反対の方向を指す。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」はエンジンの前端部または圧縮機端部を指し、「後方」はエンジンの後端部またはタービン端部を指す。

多くの場合、中心軸線に関して異なる半径方向位置に配置された部品を記述することが要求される。「半径方向」という用語は、軸線に垂直な移動または位置を指す。例えば、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線に近接して位置する場合には、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側」または「内方」にあると述べる。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線から遠くに位置する場合には、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」または「外方」にあると述べることができる。「軸方向」という用語は、軸線に平行な移動または位置を指す。最後に、「円周方向」という用語は、軸線周りの移動または位置を指す。このような用語は、タービンの中心軸線に関連して適用することができることが理解されよう。

加えて、以下に記載のように、本明細書ではいくつかの記述的用語を規則通りに使用することができる。「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の場所または重要性を示すことを意図するものではない。

本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、特に別段の明示のない限り、複数形も含むことが意図されている。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことをさらに理解されたい。「任意の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「場合により（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、後で述べられる事象または状況が起こってもよいし、または起こらなくてもよいことを意味し、またこの説明が、その事象が起こる場合と、起こらない場合とを含むことを意味する。

ある要素または層が別の要素または層に対して「上に」、「係合される」、「接続される」、または「結合される」と言及される場合には、他の要素または層に対して直接上に、係合され、接続され、または結合されてもよいし、あるいは介在する要素または層が存在してもよい。逆に、ある要素が別の要素または層に対して「直接上に」、「直接係合される」、「直接接続される」、または「直接結合される」と言及される場合には、介在する要素または層は存在しなくてもよい。要素間の関係について説明するために使用される他の語も、同様に解釈されるべきである（例えば、「～の間に」に対して「直接～の間に」、「～に隣接して」に対して「直接～に隣接して」など）。本明細書で使用する場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つまたは複数のありとあらゆる組み合わせを含む。

上記のように、本開示は、コンポーネントをコーティングするための方法を提供する。特に、本開示は、孔を備えるコンポーネントを選択的にコーティングするためのコーティング方法、およびコーティング方法によって形成された孔を備えるコーティングされたコンポーネントに関する。

図１を参照すると、一実施形態では、コンポーネント１００は、少なくとも１つの孔１０９を自身に形成された任意の適切なコンポーネントを含む。別の実施形態では、コンポーネント１００は、限定されないが、発電システム（例えば、ガスタービン、ジェットタービン、および他のタービンアセンブリ）など、温度変化を受ける用途に使用される任意の適切なコンポーネントを含む。適切な例示的なコンポーネント１００としては、限定されないが、ノズル、ブレード、ベーン、シュラウド、動翼、トランジションピース、ライナ、またはそれらの組み合わせが挙げられる。孔１０９は、限定されないが、冷却孔（例えば、トレンチ冷却孔、ディフューザ形状冷却孔、直線冷却孔、傾斜冷却孔）、燃料流を供給するための開口部、またはそれらの組み合わせ、および現在知られているまたは今後開発される他の冷却孔構成など、コンポーネント１００の外面１０２に形成された任意の開口部を含む。

例えば、図１に示すように、コンポーネント１００は、翼型部セクション１０３と、プラットフォームセクション１０５と、ダブテールセクション１０７とを有するタービンブレードとして例示的に示されている。翼型部セクション１０３には、冷却孔として機能する複数の孔１０９が形成されている。

一実施形態では、コンポーネント１００は、ニッケル系、コバルト系、または鉄系の超合金などの高温強度を有する高温耐酸化性および耐腐食性の合金から作られる。別の実施形態では、コンポーネント１００は、コンポーネントの外面１０２上に塗布されたコーティング４００（図４）を含む。コーティング４００は、限定されないが、ボンドコート、遮熱コーティング（ＴＢＣ）、耐環境コーティング（ＥＢＣ）、もしくはそれらの組み合わせ、または現在知られているもしくは今後開発される他のコーティングなど、外面１０２の少なくとも一部を覆う、および／または外面１０２に保護（例えば、耐熱性の向上、耐食性の向上）を提供する任意の適切なコーティングを含むことができる。ボンドコートの適切な例としては、限定されないが、ＭＣｒＡｌＸコーティングが挙げられ、Ｍは、コバルト、ニッケル、鉄、またはそれらの組み合わせであり、Ｘは、イットリウム（Ｙ）および／またはケイ素（Ｓｉ）および／または少なくとも１つの希土類元素もしくはハフニウム（Ｈｆ）などの活性元素である。ＴＢＣの適切な例としては、限定されないが、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）などのセラミックコーティングが挙げられ、その結晶構造は、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、イットリア安定化酸化ジルコニウム、金属材料、ケイ素系材料、グラファイト、酸化アルミニウム、イットリア安定化ジルコニア、およびそれらの組み合わせ、または現在知られているまたは今後開発される他のコーティングを添加することによって部分的または完全に安定化され得る。一般に、ＥＢＣ系は、多くの場合希土類またはケイ酸イットリウムのコーティング材料の２つ以上の層（例えば、ボンドコートおよび／または遮熱コート）を含み、各層は特定の目的に役立つ。よって、本開示は、ＥＢＣが層を含み得るため、層の塗布に焦点を当てる（したがって、層という場合、ＥＢＣにおける複数の層を指す）。

図２～図５を参照すると、一実施形態では、第１のコーティング方法２００は、孔１０９が自身の外面１０２に形成されているコンポーネント１００を提供するステップ（ステップ２０１）と、次いで、孔１０９の上方に空間３０９（図４）を画定するために、孔１０９における外面１０２の一部の上に少なくとも１つの中空部材３００（図３）を積層造形／プリントするステップ（ステップ２０３）とを含む。中空部材３００がプリントされた（ステップ２０３）後、塗布されたコーティングの厚さ４０３（図４）を有するコーティング４００（図４）の層を形成するようにコンポーネント１００の外面１０２上かつ中空部材３００の周りに少なくとも１つのコーティングが塗布される（ステップ２０５）。

コーティング４００が形成されると、コーティング４００を貫通して空間３０９を孔１０９まで露出させるように中空部材３００の一部が除去される（ステップ２０７）。あるいは、所望の場合かつコーティング４００の厚さ全体を減らすために、中空部材３００の一部を除去することによりコーティング４００の一部を除去することができ（ステップ２０７）、これにより、コーティングの厚さ４０３が減らされた状態でコーティング４００を貫通して空間３０９を孔１０９まで露出させる。

一実施形態では、中空部材３００は、孔１０９と相補的な幾何学的形状を備える。孔１０９および中空部材３００に適した相補的な幾何学的形状としては、限定されないが、管状、半球形、正方形、長方形、円筒形、楕円形、砂時計形、シェブロン形、孔１０９において外面１０２から延びることができる任意の他の相補的な幾何学的形状（例えば、平面的または非平面的に）、またはそれらの組み合わせが挙げられる。例えば、一実施形態では、中空部材３００の幾何学的形状は、ディフューザ形状冷却孔と相補的である。

中空部材３００は、ステップ２０７の後にコーティング４００と同一の広がりを有する空間３０９を形成するための任意の適切な高さでコンポーネント１００の外面１０２上にプリントされる。空間３０９の壁は、中空部材３００の内壁によって形成され、孔１０９の壁と実質的に共線的に等しい。

例えば、中空部材３００は、塗布されたコーティングの厚さ４０３以上の高さでコンポーネント１００の外面１０２から離れるように延びるように、孔１０９の周りのコンポーネント１００の外面１０２上にプリントされる（図３または図５を参照）。適切なコーティングの厚さ４０３の高さは、限定されないが、最大約２．５ミリメートル（０．１インチ）を含む。

別の態様では、中空部材３００の内周３１０および幾何学的形状は、孔１０９の外周１１１および幾何学的形状と整列し、等しく、かつ相補的である。この構成により、孔１０９と中空部材３００とを互いに同軸にすることができる。この構成はまた、孔１０９から中空部材３００への滑らかな直線的移行を可能にし、実質的に孔１０９から中空部材３００への同一平面の移行内面を形成する。

中空部材３００は、限定されないが、材料を除去するのではなく、材料を連続的に層形成することによってコンポーネントを製造する多種多様なプロセスなどの、任意の適切な３Ｄプリントプロセス、プリントプロセス、または積層造形プロセス（以下、「積層造形プロセス」と総称する）によって形成される。そのため、積層造形は、いかなる種類の工具、鋳型、または固定具も使用せずに、かつ廃棄材料をほとんどまたは全く伴わずに中空部材３００の複雑な幾何学的形状を作成することができる。大半が切除されて廃棄されることになる材料の固体ビレットからの中空部材３００の機械加工の代わりに、積層造形では、中空部材３００をプリントするために必要とされる材料しか使用されない。

積層造形技法は、典型的には、形成されるコンポーネント（ここではコンポーネント１００の外面１０２によって形成されたビルドプラットフォーム上の中空部材３００）の三次元コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルを取得することと、コンポーネントを例えば１８～１０２マイクロメートル厚の層に電子的にスライスすることと、ベクトル、画像または座標を含む各層の二次元画像を有するファイルを作成することとを含む。これで、中空部材３００を異なるタイプの積層造形システムによって構築することができるようにファイルを解釈する準備ソフトウェアシステムにこのファイルをロードすることができる。３Ｄプリント、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）、および直接デジタル製造（ＤＤＭ）の積層造形形式では、材料層を選択的に分配し、焼結し、形成し、堆積させるなどして中空部材３００を形成する。

直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）（選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）とも呼ばれる）などの粉末積層造形製造技法では、粉末層を共に順次溶融してコンポーネントを形成する。より具体的には、粉末床上でアプリケータを使用して微細な粉末層を均一に分配した後、これらを順次溶融させる。各アプリケータは、金属、プラスチック、セラミック、炭素繊維、またはゴム製のリップ、ブラシ、ブレード、またはローラの形態であり、粉末をビルドプラットフォーム上に均一に広げるアプリケータ要素を備える。粉末床は、垂直軸線に沿って移動させることができる。プロセスは、正確に制御された雰囲気を有する処理チャンバ内で行われる。各層が形成されると、粉末を選択的に溶融することによって、コンポーネントの幾何学的形状の各二次元スライスを融着させることができる。溶融は、限定されないが１００ワットのイッテルビウムレーザなどの高出力溶融ビームによって実施することができ、金属粉末を完全に溶接（溶融）して固体を形成する。溶融ビームは走査ミラーを使用してＸ－Ｙ方向に動かされ、粉末を完全に溶接（溶融）して固体を形成するのに十分な強度を有する。後続の二次元層ごとに粉末床を下げることができ、コンポーネントが完全に形成されるまでプロセスが繰り返される。

再び図２～図５を参照すると、中空部材３００をプリント／積層造形した（ステップ２０３）後、塗布されたコーティングの厚さ４０３を有するコーティング４００を形成するための任意の適切な塗布方法によって、少なくとも１つのコーティング４００がコンポーネント１００の外面１０２上に塗布される（ステップ２０５）。適切な塗布方法としては、限定されないが、空気プラズマ溶射、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）溶射、もしくは電子ビーム物理蒸着、または現在知られているか以下に開発される他の塗布方法が挙げられる。少なくとも１つのコーティングの塗布（ステップ２０５）の際、塗布されているコーティングに対する中空部材３００の向きおよび幾何学的形状（以下に記載）は、中空部材３００の任意の部分（例えば、孔１０９および空間３０９（図４参照））におけるコーティング４００材料の堆積を低減または排除する。

コーティング（複数可）４００が塗布されると（ステップ２０５）、中空部材３００の上部３０１が除去され得る（ステップ２０７）。さらに、本明細書で述べるように、コーティング４００の一部は、場合により、塗布されたコーティング４００（ステップ２０５）が厚すぎる場合、所望のコーティングの厚さ４０３を提供するように任意の適切な除去方法によって除去することができる。よって、除去後、コーティング４００の上面４１０（図５）は、中空部材３００の残りの部分と同一平面になる。適切な除去方法としては、限定されないが、機械加工、サンディング、グリットブラスト、エッチング、研磨、またはそれらの組み合わせが挙げられる。例えば、一実施形態では、コーティングの除去は、ダイヤモンドパッドでコーティング４００を研磨することを含む。

本開示の一態様では、中空部材３００の上部３０１（図４）は、下部３０３の下部幾何学的形状とは異なる上部幾何学的形状を備える。例えば、単なる例示であり、決して本開示の実施形態を限定することを意図するものではないが、図４の中空部材３５０は、長方形のプリントされた上部セクションを含む。この異なる上部形状は、孔１０９から離れた端部で中空部材３００が開いている場合（開放端３２１を有する図４の中空部材３２０を参照）、コーティング４００が中空部材３００に入ることを排除するように中空部材３００が構成されるようなものであってもよい。中空部材３００をプリント／積層造形することにより、特にコーティング４００がスプレーされる場合、上部３０１を閉鎖することができる（図４の中空部材３３０を参照）、またはコーティング４００の進入に抵抗する程度まで開放することができる。

さらに、本明細書で説明するように、下部３０３の幾何学的形状は、孔１０９の幾何学的形状に適合することができ、上部３０１の幾何学的形状は、孔１０９の幾何学的形状に適合するか、または下部３０３から延びる任意の他の構成または形状を備えることができる。例えば、本開示を限定することを決して意図するものではないが、下部３０３における中空部材３００は円形の孔１０９に適合する幾何学的形状を備えて、上部３０１の楕円形状に移行して外面１０２から離れるように延びることができる。

上部３０１が除去されると（ステップ２０７）、図５に示すように、上部および下部３０１、３０３の一部が残って、空間３０９を画定する。一実施形態では、空間３０９の幾何学的形状は、限定されないが、円筒形、球形、正方形、長方形、ドーム形、長円形、台形、湾曲、直線、ねじれ、不規則、それを通る流れを可能にする任意の他の形状、またはそれらの組み合わせを含む。

本開示のさらなる態様は、図６～図８に示すように、角度付き孔１０９（フィルム冷却タービンコンポーネントに使用されるものを含むが、これに限定されない）と共に角度付き中空部材５００をプリント／積層造形することを含む。同様の参照符号は、同様の要素に使用される。

図６～図８では、角度付き中空部材５００は、角度付き孔１０９における外面１０２の一部上にプリントされて、角度付き孔１０９の上方に空間５０９を画定し、表面１０２において交差する孔１０９は通常は楕円形または楕円形となる。上記の実施形態のように、角度付き中空部材５００は、孔１０９に相補的な幾何学的形状を備える。また、角度付き中空部材５００の内周５１０および幾何学的形状は、表面１０２における角度付き孔１０９の外周１１１および幾何学的形状と等しく、かつ相補的であり得る。したがって、角度付き孔１０９および角度付き中空部材５００は、角度付き孔１０９から中空部材５００へ同一平面の移行面を実質的に形成し、中空部材５００は、角度付き孔１０９の壁と実質的に同一直線上にある。

中空部材５００は、塗布されるコーティング４００と共に空間５０９を形成するための任意の適切な高さでコンポーネント１００の外面１０２上にプリントされる。空間５０９の壁は、中空部材５００の内壁によって形成され、空間５０９の壁は孔１０９の壁と実質的に同一直線上にある。

中空部材５００は、孔１０９の角度と一致する角度でコンポーネント１００の外面１０２から離れるように延びるように、角度付き孔１０９の周りでコンポーネント１００の外面１０２上に（上述の任意の適切なプリントまたは積層造形プロセスで）プリントされる。この構成により、孔１０９と中空部材５００とを互いに同軸にすることができる。上記のように、中空部材５００は、塗布されたコーティングの厚さ４０３以上の高さを有する。

中空部材５００をプリント／積層造形した後、塗布されたコーティングの厚さ４０３を有するコーティング４００を形成するための任意の適切な塗布方法によって、少なくとも１つのコーティング４００がコンポーネント１００の外面１０２上に塗布される。コーティング（複数可）４００の塗布の際、コーティング材料のアプリケータ／スプレー器に対して角度を付けられている中空部材５００の向きおよび幾何学的形状によって、孔１０９および空間５０９の上または中のコーティング材料が削減または排除される。図８のように上部５０１が除去されると、上部および下部５０１、５０３の一部が残って、空間５０９を画定する。よって、除去後、コーティングの上面４１０は、中空部材５００の残りの部分と同一平面になる。さらに、所望のコーティングの厚さ４０３を達成する必要がある場合、コーティング（複数可）４００の何らかの部分の除去は、中空部材５００の除去と共に行うことができる。

コーティング４００を塗布するためのプロセスに関して、上述したように、塗布されたコーティングの厚さ４０３を有するコーティング４００を形成するための任意の適切なアプリケータ／スプレー器および塗布方法によって、コーティング（複数可）４００がコンポーネント１００の外面１０２上に塗布される。上述のように、１つの適切な塗布方法は、コーティング（複数可）４００をスプレーすることによるものである。

本明細書の実施形態のいずれかでは、スプレーコーティングアプリケータ／スプレー器は、コンポーネント１００の孔１０９に対してある角度を付けて配置され得るスプレーヘッドを備えたスプレーガンを備えることができる。角度付きスプレーヘッドはスプレーが孔１０９に入るのを低減するのに有効であり、それは、孔１０９（表面１０２に実質的に直交するものを含む）および中空部材３００、５００の角度がスプレーと整列せず、よってスプレーは孔１０９に直接入らないはずであるためである。さらに、プリントされた中空部材３００、５００が孔１０９に設けられると、角度付きスプレーヘッドは、孔１０９と中空部材３００、５００との間のカバレッジを向上させることができる。中空部材３００、５００では、いかなるスプレーおよびコーティング（複数可）４００も孔１０９に入らないようにする必要があり、これにより、除去および廃棄が必要な孔１０９内の無駄なスプレーなしに、コーティングのより効率的かつ効果的な消費が可能になる。

図９は、角度付きスプレーヘッド５５５を備えたスプレーガン５５０を有する実施形態のこの態様を示している。さらに、角度付きスプレーヘッド５５５は、表面１０２に対するその向きを０度（表面１０２に直交する）からほぼ９０度まですなわち表面１０２にほぼ平行まで動かすように調整可能な角度付きスプレーヘッド５５５とすることができる。図示のように、角度付きスプレーヘッド５５５は、１組の中空部材５００Ａについて示されるように、プリントされた中空部材の間にスプレーを直接的に向けることもできるし、中空部材のセット５００Ｂについて示されるように、プリントされた中空部材の間にスプレーをオフセットさせて向けることもできる。１つの望ましい角度は、直交から約２０度であるが、この角度は、決して実施形態を限定することを意図するものではない。中空部材３００、５００によっては、スプレーおよびコーティングが孔１０９に入らないようにされ、これにより、除去および廃棄が必要な孔１０９内の無駄なスプレーなしに、コーティングのより効率的かつ効果的な消費が可能になる。

本開示の一実施形態の１つの利点は、コーティングされたコンポーネントの孔または冷却孔の元の形状および寸法を維持することを含む。一実施形態の別の利点は、コーティングされたコンポーネントの空気流をより良好に制御することである。さらに別の利点は、コーティングされたコンポーネントをより速く処理することである。一実施形態の別の利点は、コンポーネントがコーティングまたは再コーティングされた後の冷却孔の洗浄時間が短縮されることである。さらに別の利点は大幅な省力化を含み、これは、コーティング後に冷却孔を開けるために穿孔を必要としないためである。

本開示のコンポーネントは、非限定的に、ガスタービン、蒸気タービン、ジェットタービン、および他のタービンアセンブリなどが非限定的に挙げられる発電システムのような、温度変化を受ける任意の用途に使用してもよい。さらに、本開示の実施形態は、本明細書に開示される特徴のうちの１つまたは複数を使用しないコーティング方法と比較して、コーティング効率を高め、コーティング後のクリアリングなしでコーティングを貫通する孔を提供し、コーティングされたコンポーネントの空気流の制御を高め、コーティングコストを下げ、コーティング時間を短縮し、コンポーネントのコーティング後に孔を洗浄する時間を短縮し、またはそれらの組み合わせを提供する。

上記の図面は、本開示のいくつかの実施形態による関連する処理のいくつかを示す。これに関連して、図面の流れ図内の各図面またはブロックは、記載した方法の実施形態に関連するプロセスを表している。いくつかの代替の実施態様では、図面またはブロックで説明した動作は、図で示した順序から外れて生じてもよいし、または例えば、関連する動作に応じて、実際には実質的に同時に、または逆の順序で実行されてもよいことにも留意されたい。また、当業者であれば、処理を説明する付加的なブロックを追加することができることを認識するであろう。

本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両端の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された値の＋／－１０％を示すことができる。

以下の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を実施するための、一切の構造、材料、または動作を包含することを意図している。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図していない。当業者には、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく多くの修正および変形が明らかであろう。本開示の原理および実際の用途を最良に説明し、想定される特定の使用に適するように様々な修正を伴う様々な実施形態の本開示を他の当業者が理解することができるようにするために、本実施形態を選択し、かつ説明した。

１００ コンポーネント
１０２ 外面／表面
１０３ 翼型部セクション
１０５ プラットフォームセクション
１０７ ダブテールセクション
１０９ 角度付き孔
１１１ 孔の外周
２００ 第１のコーティング方法
２０１ ステップ
２０３ ステップ
２０５ ステップ
２０７ ステップ
３００ 中空部材
３０１ 中空部材の上部
３０３ 中空部材の下部
３０９ 空間
３１０ 中空部材の内周
３２０ 中空部材
３２１ 中空部材の開放端
３３０ 中空部材
３５０ 中空部材
４００ コーティング
４０３ コーティングの厚さ
４１０ コーティングの上面
５００ 角度付き中空部材
５００Ａ １組の中空部材
５００Ｂ １組の中空部材
５０１ 中空部材の上部
５０３ 中空部材の下部
５０９ 空間
５１０ 中空部材の内周
５５０ スプレーガン
５５５ 角度付きスプレーヘッド

Claims (15)

1. 少なくとも１つの孔（１０９）が自身の表面（１０２）に形成されているコンポーネント（１００）の前記表面（１０２）の一部に中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）を積層造形するステップであって、前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）が前記少なくとも１つの孔（１０９）の上方に空間（３０９、５０９）を画定し、前記表面（１０２）の前記一部が前記少なくとも１つの孔（１０９）に隣接し、前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）が、前記少なくとも１つの孔（１０９）の周辺の幾何学的形状と相補的な内周の幾何学的形状を有する、ステップと、
   塗布されたコーティングの厚さ（４０３）を有する塗布されたコーティング（４００）を形成するように前記コンポーネント（１００）の前記表面（１０２）上および前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）の周囲に少なくとも１つのコーティング（４００）を塗布するステップと、
   前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）の上部を前記塗布されたコーティング（４００）と同一平面上にして、前記塗布されたコーティング（４００）を貫通して前記空間（３０９、５０９）を露出させるように前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）の少なくとも一部を除去するステップと
   を含む、コーティング（４００）方法であって、
   前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）の下部が、前記塗布されたコーティング（４００）を貫通して前記空間（３０９、５０９）を画定するように残る、コーティング（４００）方法。
2. 前記コーティング（４００）および前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）が、遮熱コーティング（４００）組成物、耐環境コーティング（４００）組成物、およびボンドコート組成物のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のコーティング（４００）方法。
3. 前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）を積層造形するステップが、前記少なくとも１つの孔（１０９）と同じ位置にある前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）を積層造形するステップを含む、請求項１に記載のコーティング（４００）方法。
4. 前記少なくとも１つの孔（１０９）と同じ位置にある前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）を積層造形するステップが、前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）の内周を前記少なくとも１つの孔（１０９）の外周（１１１）と位置を合わせて、その中に同一平面の移行面を画定するステップを含む、請求項３に記載のコーティング（４００）方法。
5. 前記少なくとも１つの孔（１０９）が、前記表面（１０２）に対して非垂直角度で配置された軸線を画定し、前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）を積層造形するステップが、前記少なくとも１つの孔（１０９）と同じ位置にあり、前記少なくとも１つの孔（１０９）の軸線と同軸である前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）を積層造形するステップを含む、請求項３に記載のコーティング（４００）方法。
6. 前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）および前記コーティング（４００）が、セラミック材料、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、イットリア安定化酸化ジルコニウム、金属材料、ケイ素系材料、グラファイト、酸化アルミニウム、イットリア安定化ジルコニア、およびそれらの組み合わせから選択されることをさらに含む、請求項１に記載のコーティング（４００）方法。
7. 前記コンポーネント（１００）が、ノズル、ブレード、ベーン、シュラウド、動翼、トランジションピース、ライナ、およびそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項１に記載のコーティング（４００）方法。
8. 前記除去するステップが、機械加工、グリットブラスト、サンディング、エッチング、研磨、またはそれらの組み合わせを行うステップを含む、請求項１に記載のコーティング（４００）方法。
9. 少なくとも１つのコーティング（４００）を塗布するステップが、空気プラズマ溶射、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）溶射、または電子ビーム物理蒸着を行うステップを含む、請求項１に記載のコーティング（４００）方法。
10. 少なくとも１つのコーティング（４００）を塗布するステップが、スプレーガン（５５０）によってコーティング（４００）をスプレーするステップを含み、前記スプレーガン（５５０）が、前記少なくとも１つの孔（１０９）に対してある角度で配置されたスプレーヘッド（５５５）を備える、請求項１に記載のコーティング（４００）方法。
11. コーティングの厚さ（４０３）を減らすために前記塗布されたコーティング（４００）の一部を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載のコーティング（４００）方法。
12. 少なくとも１つのコーティング（４００）を塗布するステップが、コーティング（４００）を最大約２．５ミリメートル（０．１インチ）の厚さに塗布するステップを含む、請求項１１に記載のコーティング（４００）方法。
13. 前記塗布されたコーティング（４００）の前記一部を除去するステップが、前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）の前記一部を除去するステップをさらに含む、請求項１１に記載のコーティング（４００）方法。
14. コーティングされたコンポーネント（１００）であって、前記コンポーネント（１００）が、
    表面（１０２）と、
    前記表面（１０２）上に形成された少なくとも１つの孔（１０９）と、
    前記表面（１０２）上のコーティング（４００）層であって、前記コーティング（４００）層が、
    前記表面（１０２）から外面まで延びる前記表面（１０２）上に積層造形された少なくとも１つの中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）であって、各中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）が前記少なくとも１つの孔（１０９）のそれぞれ１つの上方の空間（３０９、５０９）を画定し、各中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）の周囲が前記少なくとも１つの孔（１０９）のそれぞれ１つと同じ位置にあり、前記孔（１０９）の前記少なくとも１つの孔（１０９）のそれぞれの１つの周辺の幾何学的形状と相補的な内周の幾何学的形状を有する、少なくとも１つの中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）と、
    前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）の前記表面（１０２）上および周囲にあるコーティング（４００）材料であって、前記コーティング（４００）材料が、前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）の少なくとも１つの部分（３０１、３０３、５０１、５０３）が除去された後、前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）の一部と同一平面上にある上面（４１０）を有する、コーティング（４００）材料と
    を含む、コーティング（４００）層と
    を備える、コーティングされたコンポーネント（１００）。
15. 前記コーティング（４００）および前記中空部材（３００、３２０、３３０、３５０、５００）が、遮熱コーティング（４００）組成物、耐環境コーティング（４００）組成物、またはボンドコート組成物のうちの少なくとも１つをそれぞれ含む、請求項１４に記載のコーティングされたコンポーネント（１００）。

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