JP2593606B2 - 回転シール部材及びガスタービンエンジンの動翼部材 - Google Patents
回転シール部材及びガスタービンエンジンの動翼部材Info
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Classifications
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、研摩粒子を含んでいる
回転シール部材に関し、特に、このような部材の表面部
を形成する方法、及びその方法により製造された部材に
関する。
回転シール部材に関し、特に、このような部材の表面部
を形成する方法、及びその方法により製造された部材に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンの効率は、エンジ
ン構成部が原動流体、例えば空気及び燃焼生成物を設計
通路に封じ込める能力に部分的に依存する。このような
設計流路からの漏れは効率を低下させるおそれがある。
従って、従来、ガスタービンエンジンの設計者たちはこ
のような漏れを減少させるか又は制御する様々な漏止め
機構を開示してきた。一種の機構は密に相隔たった並置
回転シール部材を含んでおり、この部材の一表面は、対
向している部材の表面よりも硬い、即ち、研摩性が高
い。両表面の間に相対熱膨張が生ずると、両面の間の空
間を閉ざして研摩又は摩損状態をもたらし、より硬い方
の表面は、対向した面の一部を除去して「ゼロ間隙」状
態に接近する。時には、研摩性表面は埋め込まれた研摩
粒子を具備している。
ン構成部が原動流体、例えば空気及び燃焼生成物を設計
通路に封じ込める能力に部分的に依存する。このような
設計流路からの漏れは効率を低下させるおそれがある。
従って、従来、ガスタービンエンジンの設計者たちはこ
のような漏れを減少させるか又は制御する様々な漏止め
機構を開示してきた。一種の機構は密に相隔たった並置
回転シール部材を含んでおり、この部材の一表面は、対
向している部材の表面よりも硬い、即ち、研摩性が高
い。両表面の間に相対熱膨張が生ずると、両面の間の空
間を閉ざして研摩又は摩損状態をもたらし、より硬い方
の表面は、対向した面の一部を除去して「ゼロ間隙」状
態に接近する。時には、研摩性表面は埋め込まれた研摩
粒子を具備している。
【０００３】このような封じ機構の一例は、対向したシ
ュラウドに対して回転する動翼部材の先端部に設けられ
ている。従来の幾種かのガスタービンエンジン圧縮機
は、チタン合金製動翼部材を用いるものであり、このよ
うな部材は、シュラウドを研摩する結果、摩擦により生
ずる熱によってチタン合金の点火を引き起こした。従っ
て、このようなシール機構では、間隙を制御するが摩擦
熱をこのようなシールの部材表面部の点火点以下の温度
になるまで放散し得る適当な研摩をもたらすことが重要
である。又、研摩粒子を用いる場合、研摩粒子を研摩性
部材の表面に、冶金学的且つ熱的に安定して機構の健全
性を高めるような手段によって保持することが重要であ
る。
ュラウドに対して回転する動翼部材の先端部に設けられ
ている。従来の幾種かのガスタービンエンジン圧縮機
は、チタン合金製動翼部材を用いるものであり、このよ
うな部材は、シュラウドを研摩する結果、摩擦により生
ずる熱によってチタン合金の点火を引き起こした。従っ
て、このようなシール機構では、間隙を制御するが摩擦
熱をこのようなシールの部材表面部の点火点以下の温度
になるまで放散し得る適当な研摩をもたらすことが重要
である。又、研摩粒子を用いる場合、研摩粒子を研摩性
部材の表面に、冶金学的且つ熱的に安定して機構の健全
性を高めるような手段によって保持することが重要であ
る。
【０００４】
【発明の概要】本発明は、一態様において、回転シール
の一部材の基体に特に選定された特性の層を冶金学的に
接合することにより、回転シール部材の基体に改良され
た表面部を設けるものである。この層は基体の弾性係数
と合致した弾性係数を有していることを特徴とし、好ま
しくは、高温使用状態で良好な耐酸化性を有している。
この層は又、使用温度で同層と基体との間に脆性金属間
化合物が形成されないような基体との固溶性を有してい
る。
の一部材の基体に特に選定された特性の層を冶金学的に
接合することにより、回転シール部材の基体に改良され
た表面部を設けるものである。この層は基体の弾性係数
と合致した弾性係数を有していることを特徴とし、好ま
しくは、高温使用状態で良好な耐酸化性を有している。
この層は又、使用温度で同層と基体との間に脆性金属間
化合物が形成されないような基体との固溶性を有してい
る。
【０００５】研摩粒子を含んでいる態様において、基体
上の層との反応に抗する金属被覆が研摩粒子に施されて
いる。この層は、溶融されて溶融プールを生成し、この
プール内に被覆された研摩粒子が配置されている。回転
シールにおいて研摩粒子を用いるとき、研摩粒子の配置
は２つの方式で達成される。研摩粒子が溶融プールの比
重よりもかなり低い比重を有する場合には、研摩粒子を
溶融中のプール内に直接配置することが可能である。そ
の際、研摩粒子は沈み、そしてプールが凝固するにつれ
て捕捉される。比重が溶融プールとほぼ同じか又はそれ
よりも高い研摩粒子の場合には、研摩粒子はプール内に
注入され、そして研摩粒子が表面に上昇する前に凝固に
よりプール内に捕捉される。これを達成する一方法は、
凝固速度を制御することによる。凝固速度の制御の一例
は、適当なキャリヤガス流を溶融プールに向けることで
ある。このキャリヤガスは研摩粒子に速度を与えると共
に、凝固中のプールからの除熱に役立つ。
上の層との反応に抗する金属被覆が研摩粒子に施されて
いる。この層は、溶融されて溶融プールを生成し、この
プール内に被覆された研摩粒子が配置されている。回転
シールにおいて研摩粒子を用いるとき、研摩粒子の配置
は２つの方式で達成される。研摩粒子が溶融プールの比
重よりもかなり低い比重を有する場合には、研摩粒子を
溶融中のプール内に直接配置することが可能である。そ
の際、研摩粒子は沈み、そしてプールが凝固するにつれ
て捕捉される。比重が溶融プールとほぼ同じか又はそれ
よりも高い研摩粒子の場合には、研摩粒子はプール内に
注入され、そして研摩粒子が表面に上昇する前に凝固に
よりプール内に捕捉される。これを達成する一方法は、
凝固速度を制御することによる。凝固速度の制御の一例
は、適当なキャリヤガス流を溶融プールに向けることで
ある。このキャリヤガスは研摩粒子に速度を与えると共
に、凝固中のプールからの除熱に役立つ。
【０００６】本発明の物品は、上述の特性を有する層を
冶金学的に接合した基体を有している回転シールの一部
材である。一態様において、この層内に上述の被覆され
た研摩粒子が捕捉される。
冶金学的に接合した基体を有している回転シールの一部
材である。一態様において、この層内に上述の被覆され
た研摩粒子が捕捉される。
【０００７】
【実施例】市販のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金で製造された
ガスタービンエンジン圧縮機動翼の先端に研摩粒子を、
例えばニッケルめっき捕捉により付着させ、このような
Ｔｉ合金動翼の評価を行ったところ、高サイクル疲労
（ＨＣＦ）に対する耐性の減少、例えば、ある場合には
少なくとも約５０％の減少が観察された。この広範な評
価のために選択された研摩粒子は、炭化物、Ａｌ
2 Ｏ3 、立方窒化ホウ素（ＣＢＮ）であり、これらは、
主としてＮｉ又はＣｕに基づく結合被覆を介して翼端に
付着されたものである。この評価には、被覆されていな
い翼端と、様々な通常の方法で様々な被覆層が施されて
おり、研摩粒子を有していない翼端と、研摩粒子を内部
に配置された結合被覆を施した翼端とが包含されてい
た。その後の熱処理の効果も評価された。この評価の結
論として、ＨＣＦ強度の減少の主因は、基体Ｔｉ合金
と、特定用途に対し所望に応じて研摩粒子を層内に配置
し得るような接合層との物理的及び冶金学的関係である
ことがわかった。更に詳述すると、接合層の弾性係数を
基体の弾性係数と合致させるべきであることが確認され
た。本明細書において、弾性係数に関する前述の「合
致」という用語は、弾性係数値の差が、界面における割
れを誘発するほど大きな応力を界面において発生するに
は不十分であることを意味するものとする。
ガスタービンエンジン圧縮機動翼の先端に研摩粒子を、
例えばニッケルめっき捕捉により付着させ、このような
Ｔｉ合金動翼の評価を行ったところ、高サイクル疲労
（ＨＣＦ）に対する耐性の減少、例えば、ある場合には
少なくとも約５０％の減少が観察された。この広範な評
価のために選択された研摩粒子は、炭化物、Ａｌ
2 Ｏ3 、立方窒化ホウ素（ＣＢＮ）であり、これらは、
主としてＮｉ又はＣｕに基づく結合被覆を介して翼端に
付着されたものである。この評価には、被覆されていな
い翼端と、様々な通常の方法で様々な被覆層が施されて
おり、研摩粒子を有していない翼端と、研摩粒子を内部
に配置された結合被覆を施した翼端とが包含されてい
た。その後の熱処理の効果も評価された。この評価の結
論として、ＨＣＦ強度の減少の主因は、基体Ｔｉ合金
と、特定用途に対し所望に応じて研摩粒子を層内に配置
し得るような接合層との物理的及び冶金学的関係である
ことがわかった。更に詳述すると、接合層の弾性係数を
基体の弾性係数と合致させるべきであることが確認され
た。本明細書において、弾性係数に関する前述の「合
致」という用語は、弾性係数値の差が、界面における割
れを誘発するほど大きな応力を界面において発生するに
は不十分であることを意味するものとする。
【０００８】加えて、ある接合層は基体に対して次のよ
うな固溶性、即ち、本物品の少なくとも設計使用温度で
脆性金属間化合物、例えば、適当な状態図に見られるよ
うなものを生成するような固溶性を有していることが観
察された。従って、本発明の他の特徴は、このような脆
性金属間化合物を形成しない接合層の選択である。本発
明は、基体上に、基体の弾性係数と合致した弾性係数を
有しており、そして基体と共に脆性金属間化合物を形成
しない層を設けるという重要な特徴の組み合わせであ
る。更に、強烈酸化環境、例えば、ガスタービンエンジ
ンの諸部に生ずる酸化環境での適用に対して、この層は
良好な耐酸化性を特徴とする。このような層は、もし向
かい合った回転シール表面よりも硬ければ、単独で使用
することができるが、しばしば、層内に研摩粒子を捕捉
することがより望ましい。
うな固溶性、即ち、本物品の少なくとも設計使用温度で
脆性金属間化合物、例えば、適当な状態図に見られるよ
うなものを生成するような固溶性を有していることが観
察された。従って、本発明の他の特徴は、このような脆
性金属間化合物を形成しない接合層の選択である。本発
明は、基体上に、基体の弾性係数と合致した弾性係数を
有しており、そして基体と共に脆性金属間化合物を形成
しない層を設けるという重要な特徴の組み合わせであ
る。更に、強烈酸化環境、例えば、ガスタービンエンジ
ンの諸部に生ずる酸化環境での適用に対して、この層は
良好な耐酸化性を特徴とする。このような層は、もし向
かい合った回転シール表面よりも硬ければ、単独で使用
することができるが、しばしば、層内に研摩粒子を捕捉
することがより望ましい。
【０００９】本発明の一実施例では、上述の市販のＴｉ
−６Ａｌ−４Ｖ合金で製造された一連のガスタービンエ
ンジン圧縮機動翼の先端部を用意した。このようなＴｉ
合金の弾性係数は低く、約１６×１０6 ｐｓｉである。
このような弾性係数に合わせて、１層のＮｂを少なくと
も０．００２インチの、そして主に約０．０１０インチ
〜０．０３０インチの範囲内の厚さになるように付着さ
せて、その後の研摩粒子の配置を可能にした。Ｎｂは本
発明の一好適例として選択された。なぜなら、その弾性
係数は、約１５×１０6 ｐｓｉであり、チタン合金基体
の弾性係数に合致するからである。又、Ｎｂは、Ｔｉと
Ｎｂとの間の状態図上の相対固溶度からわかるように、
脆性金属間化合物を形成せず、更に設計使用温度、例え
ば約５００゜Ｆ〜約１４００゜Ｆの温度で良好な耐酸化
性を有している。
−６Ａｌ−４Ｖ合金で製造された一連のガスタービンエ
ンジン圧縮機動翼の先端部を用意した。このようなＴｉ
合金の弾性係数は低く、約１６×１０6 ｐｓｉである。
このような弾性係数に合わせて、１層のＮｂを少なくと
も０．００２インチの、そして主に約０．０１０インチ
〜０．０３０インチの範囲内の厚さになるように付着さ
せて、その後の研摩粒子の配置を可能にした。Ｎｂは本
発明の一好適例として選択された。なぜなら、その弾性
係数は、約１５×１０6 ｐｓｉであり、チタン合金基体
の弾性係数に合致するからである。又、Ｎｂは、Ｔｉと
Ｎｂとの間の状態図上の相対固溶度からわかるように、
脆性金属間化合物を形成せず、更に設計使用温度、例え
ば約５００゜Ｆ〜約１４００゜Ｆの温度で良好な耐酸化
性を有している。
【００１０】機械加工したＴｉ合金翼端をきれいにした
後、−６０メッシュＮｂ粉末を用い、そして業界でレー
ザ被覆として知られる方法により５ＫＷ・ＣＷ・ＣＯ2
レーザビームをアルゴンガス内で２ｋＷ〜３ｋＷで作用
させて、Ｎｂ層を付着させた。これはＮｂ層とＴｉ合金
基体との間に冶金学的結合をもたらすと共に、両部の間
に良好な界面をもたらした。このような方法の一例は、
メータ（Mehta）等の１９８８年５月１０日付米国特許
第４７４３７３３号に記載されており、この特許の開示
はここに参照されるべきものである。
後、−６０メッシュＮｂ粉末を用い、そして業界でレー
ザ被覆として知られる方法により５ＫＷ・ＣＷ・ＣＯ2
レーザビームをアルゴンガス内で２ｋＷ〜３ｋＷで作用
させて、Ｎｂ層を付着させた。これはＮｂ層とＴｉ合金
基体との間に冶金学的結合をもたらすと共に、両部の間
に良好な界面をもたらした。このような方法の一例は、
メータ（Mehta）等の１９８８年５月１０日付米国特許
第４７４３７３３号に記載されており、この特許の開示
はここに参照されるべきものである。
【００１１】基体と、接合された層とのこの組み合わせ
は、被覆のないＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に関する基線Ｈ
ＣＦ強度に比べて、他の組み合わせの場合の５０％のＨ
ＣＦ強度減少ではなく、約２５％だけのＨＣＦ強度減少
を示した。試験は主として室温で行われ、評価中のある
試験は７００゜Ｆで行われた。他の評価では、Ａｇ基ろ
う付け合金を基体上の層として、Ｎｂの代わりに用い
た。なぜなら、その弾性係数は約１０×１０6 ｐｓｉ〜
１４×１０6 ｐｓｉであり、Ｔｉ合金基体の弾性係数と
合致するからである。又、層として用いたＡｇ合金は、
Ｔｉと共に脆性金属間化合物を形成しない。Ａｇ合金は
レーザプラズマにより付着された。室温ＨＣＦ試験は、
Ｎｂの場合と同様の良好なＨＣＦ強度を示した。ある高
温用途の場合、Ａｇ合金は所望耐酸化性を有していない
が、その耐酸化性が設計使用状態の下で許容し得るもの
であれば、本発明に従ってＡｇ合金を使用することがで
きる。
は、被覆のないＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に関する基線Ｈ
ＣＦ強度に比べて、他の組み合わせの場合の５０％のＨ
ＣＦ強度減少ではなく、約２５％だけのＨＣＦ強度減少
を示した。試験は主として室温で行われ、評価中のある
試験は７００゜Ｆで行われた。他の評価では、Ａｇ基ろ
う付け合金を基体上の層として、Ｎｂの代わりに用い
た。なぜなら、その弾性係数は約１０×１０6 ｐｓｉ〜
１４×１０6 ｐｓｉであり、Ｔｉ合金基体の弾性係数と
合致するからである。又、層として用いたＡｇ合金は、
Ｔｉと共に脆性金属間化合物を形成しない。Ａｇ合金は
レーザプラズマにより付着された。室温ＨＣＦ試験は、
Ｎｂの場合と同様の良好なＨＣＦ強度を示した。ある高
温用途の場合、Ａｇ合金は所望耐酸化性を有していない
が、その耐酸化性が設計使用状態の下で許容し得るもの
であれば、本発明に従ってＡｇ合金を使用することがで
きる。
【００１２】上述のように、本発明の重要な特徴の１つ
は、基体上に配設された層の弾性係数が基体の弾性係数
に合致することである。約１０×１０6 ｐｓｉ〜約２０
×１０6 ｐｓｉの弾性係数値を有している金属が代表的
な好適金属である。前述のＮｂ又はＡｇ合金に基づく系
に加えて、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｖ及びＣｕ等の元
素、並びにそれらの組み合わせであって、基体の弾性係
数と合致した弾性係数を有しているものも使用すること
ができる。
は、基体上に配設された層の弾性係数が基体の弾性係数
に合致することである。約１０×１０6 ｐｓｉ〜約２０
×１０6 ｐｓｉの弾性係数値を有している金属が代表的
な好適金属である。前述のＮｂ又はＡｇ合金に基づく系
に加えて、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｖ及びＣｕ等の元
素、並びにそれらの組み合わせであって、基体の弾性係
数と合致した弾性係数を有しているものも使用すること
ができる。
【００１３】基体上に配設された層内に研摩粒子を捕捉
した一例において、約１００ミクロン〜１２０ミクロン
の寸法範囲にある立方窒化ホウ素（ＣＢＮ）の研摩粒子
が用いられた。このような研摩粒子は、ボラゾン（Bora
zon）研摩粒子として市販されているものである。本発
明の一態様では、基体上の層との反応に抗する被覆を研
摩粒子に施した。被覆は、例えば、このような層に対し
て低い溶解性を有しており、層内で溶解して有害になる
ことはない。この例では、ＣＢＮ研摩粒子にＣｏの被覆
を、商業的に利用可能な化学蒸着（ＣＶＤ）方法によ
り、研摩粒子の重量を約５０重量％だけ増す厚さに施し
た。
した一例において、約１００ミクロン〜１２０ミクロン
の寸法範囲にある立方窒化ホウ素（ＣＢＮ）の研摩粒子
が用いられた。このような研摩粒子は、ボラゾン（Bora
zon）研摩粒子として市販されているものである。本発
明の一態様では、基体上の層との反応に抗する被覆を研
摩粒子に施した。被覆は、例えば、このような層に対し
て低い溶解性を有しており、層内で溶解して有害になる
ことはない。この例では、ＣＢＮ研摩粒子にＣｏの被覆
を、商業的に利用可能な化学蒸着（ＣＶＤ）方法によ
り、研摩粒子の重量を約５０重量％だけ増す厚さに施し
た。
【００１４】Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の圧縮機動翼に前
述のようにＮｂ層を設けた後に、Ｎｂ層をＣＯ2 レーザ
で再溶融して翼端部に溶融プール域を形成した。Ｃｏ被
覆を施したＣＢＮ研摩粒子を溶融プール内に、例えば、
前述のメータ（Mehta）等の米国特許第４７４３７３３
号に記載の方法により配置した。他の例では、Ｎｂを先
ずＴｉ合金基体上で溶融し、次いで研摩粒子をレーザビ
ームの下流で溶融プール内に配置した。
述のようにＮｂ層を設けた後に、Ｎｂ層をＣＯ2 レーザ
で再溶融して翼端部に溶融プール域を形成した。Ｃｏ被
覆を施したＣＢＮ研摩粒子を溶融プール内に、例えば、
前述のメータ（Mehta）等の米国特許第４７４３７３３
号に記載の方法により配置した。他の例では、Ｎｂを先
ずＴｉ合金基体上で溶融し、次いで研摩粒子をレーザビ
ームの下流で溶融プール内に配置した。
【００１５】ＣＢＮ研摩粒子は、溶融Ｎｂプールよりも
低い比重を有しており、不活性ガス流により注入され
た。この不活性ガス流は、溶融プール内の研摩粒子を、
凝固前に、制御された深さに浸すのに十分な速度を有す
るものであった。次いで、研摩粒子は急速凝固により捕
捉された。一実施例において、チタン合金基体に接合さ
れたＮｂ層によって捕捉されたＣｏ被覆ＣＢＮ研摩粒子
を備えた先端部を有しているチタン合金製圧縮機動翼が
設けられた。このような動翼は、安定した耐酸化性研摩
性翼端を有していることを特徴とする。重要なこととし
て、翼端は、次のような熱特性、即ち、良好な放熱をも
たらすと共に、回転シール干渉状態における摩擦による
チタン合金基体の点火の誘発を抑制するような熱特性を
有している。ＣＢＮ研摩粒子は、ダイヤモンドと同様
に、これに関して特に好適である。なぜなら、それらは
他の研摩粒子、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 、並びにＳｉ、Ｗ及
びＢの炭化物よりも発熱が少ないからである。加えて、
ＣＢＮと、ダイヤモンドとは、優れた切削能力を有す
る。
低い比重を有しており、不活性ガス流により注入され
た。この不活性ガス流は、溶融プール内の研摩粒子を、
凝固前に、制御された深さに浸すのに十分な速度を有す
るものであった。次いで、研摩粒子は急速凝固により捕
捉された。一実施例において、チタン合金基体に接合さ
れたＮｂ層によって捕捉されたＣｏ被覆ＣＢＮ研摩粒子
を備えた先端部を有しているチタン合金製圧縮機動翼が
設けられた。このような動翼は、安定した耐酸化性研摩
性翼端を有していることを特徴とする。重要なこととし
て、翼端は、次のような熱特性、即ち、良好な放熱をも
たらすと共に、回転シール干渉状態における摩擦による
チタン合金基体の点火の誘発を抑制するような熱特性を
有している。ＣＢＮ研摩粒子は、ダイヤモンドと同様
に、これに関して特に好適である。なぜなら、それらは
他の研摩粒子、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 、並びにＳｉ、Ｗ及
びＢの炭化物よりも発熱が少ないからである。加えて、
ＣＢＮと、ダイヤモンドとは、優れた切削能力を有す
る。
【００１６】本発明の組み合わせ（前述のように、弾性
係数の合致と、基体層と研摩粒子とに関して有害金属間
化合物が発生しないこと）の意外な利点を示すために、
被覆なしのＣＢＮ研摩粒子をＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金動
翼の準備した翼端に、ニッケル捕捉電着により付着させ
た。この電着は、例えば、ファーマ（Farmer）等の１９
８６年８月２６日付米国特許第４６０８１２８号に記載
されており、この特許はここに参照されるべきものであ
る。標準室温ＨＣＦ試験の結果、ショットピーニングを
施した裸翼端と比べて約５０％の動翼ＨＣＦ強度減少が
認められた。本発明の組み合わせに対する同様な試験で
はこのような減少の半分が示された。
係数の合致と、基体層と研摩粒子とに関して有害金属間
化合物が発生しないこと）の意外な利点を示すために、
被覆なしのＣＢＮ研摩粒子をＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金動
翼の準備した翼端に、ニッケル捕捉電着により付着させ
た。この電着は、例えば、ファーマ（Farmer）等の１９
８６年８月２６日付米国特許第４６０８１２８号に記載
されており、この特許はここに参照されるべきものであ
る。標準室温ＨＣＦ試験の結果、ショットピーニングを
施した裸翼端と比べて約５０％の動翼ＨＣＦ強度減少が
認められた。本発明の組み合わせに対する同様な試験で
はこのような減少の半分が示された。
【００１７】Ｔｉ合金基体上のＮｂ層の顕微鏡写真の考
察により、Ｎｂを基体に冶金学的に接合すべきことがわ
かった。Ｎｂの濃度は、Ｔｉと、少ない割合のＡｌ及び
Ｖとを含有している格付けされた層を示す基体に近付く
につれ減少していた。光学写真は、被覆されたＣＢＮ研
摩粒子の分解を示さず、又、研摩粒子とＮｂのマトリク
ス層との間の化学反応も示さなかった。研摩粒子は溶融
プール域内に良好に分布していた。
察により、Ｎｂを基体に冶金学的に接合すべきことがわ
かった。Ｎｂの濃度は、Ｔｉと、少ない割合のＡｌ及び
Ｖとを含有している格付けされた層を示す基体に近付く
につれ減少していた。光学写真は、被覆されたＣＢＮ研
摩粒子の分解を示さず、又、研摩粒子とＮｂのマトリク
ス層との間の化学反応も示さなかった。研摩粒子は溶融
プール域内に良好に分布していた。
【００１８】ＣＢＮの代わりにＡｌ2 Ｏ3 研摩粒子を用
いた並行試験により、Ａｌ2 Ｏ3 研摩粒子と溶融Ｎｂと
の間の過酷な反応域が示された。これは、層と化学的に
反応しない研摩粒子を選択するか、又はこのような反応
を阻止する材料の被覆を研摩粒子に施すという本発明の
態様の一特徴を強調するものである。このように、他の
研摩粒子、例えば、酸化物、炭化物、窒化物等の研摩粒
子も、化学反応の阻止に適するものであれば、本発明の
組み合わせにより選択的に使用することができる。
いた並行試験により、Ａｌ2 Ｏ3 研摩粒子と溶融Ｎｂと
の間の過酷な反応域が示された。これは、層と化学的に
反応しない研摩粒子を選択するか、又はこのような反応
を阻止する材料の被覆を研摩粒子に施すという本発明の
態様の一特徴を強調するものである。このように、他の
研摩粒子、例えば、酸化物、炭化物、窒化物等の研摩粒
子も、化学反応の阻止に適するものであれば、本発明の
組み合わせにより選択的に使用することができる。
【００１９】以上、本発明の特定の実施例を説明した
が、これらは代表例に過ぎず、本発明の組み合わせによ
る様々な構成が可能である。
が、これらは代表例に過ぎず、本発明の組み合わせによ
る様々な構成が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・ローリン・ヤング アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナ ティ、フィールズ−イーテル・ロード、 4628番 (56)参考文献 特開 平２−4981（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−77583（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−60707（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】 ５００゜Ｆから１４００゜Ｆまでの温度
で用いられる回転シール部材であって、 翼端部を有しているチタン合金基体と、 レーザ被覆により前記基体の翼端部に一方の側で冶金学
的に接合されており、少なくとも約０．００２インチの
厚さを有している単一の層であって、該単一の層は、当
該部材の表面を形成しており、前記基体と、該層とは、
互いに合致した弾性係数を有しており、該単一の層は、
脆性金属間化合物が前記基体との界面に形成されないよ
うな前記基体との固溶性を有している、単一の層とから
本質的に成っており、 前記単一の層は、Ｎｂと、Ｖと、Ｈｆと、Ｚｒと、Ａｕ
と、Ａｇと、Ｃｕとから成っている群から選択された元
素と、該単一の層に捕捉された研摩粒子とに基づいてお
り、該研摩粒子は、前記単一の層との反応を阻止するよ
うに構成されている回転シール部材。 - 【請求項２】 前記研摩粒子は、コバルトで覆われた立
方窒化ホウ素である請求項１に記載の部材。 - 【請求項３】 回転シール装置において５００゜Ｆから
１４００゜Ｆまでの温度で動作するように構成されてい
るガスタービンエンジンの動翼部材であって、 翼端を有しているチタン合金基体と、 レーザ被覆により前記基体の翼端に冶金学的に接合され
ており、約０．００２インチから約０．０３インチまで
の厚さを有している単一の層であって、該単一の層は、
当該部材の表面を形成しており、前記基体と、該層と
は、互いに合致した弾性係数を有しており、該単一の層
は、脆性金属間化合物が前記基体との界面に形成されな
いような前記基体との固溶性を有している、単一の層と
から本質的に成っており、 前記単一の層は、Ｎｂと、Ｖと、Ｈｆと、Ｚｒと、Ａｕ
と、Ａｇと、Ｃｕとから成っている群から選択された元
素と、該単一の層に捕捉された研摩粒子とに基づいてお
り、該研摩粒子は、前記単一の層との反応を阻止するよ
うに構成されているガスタービンエンジンの動翼部材。 - 【請求項４】 前記研摩粒子は、コバルトで覆われた立
方窒化ホウ素である請求項３に記載の動翼部材。 - 【請求項５】 当該部材は、ガスタービンエンジンの圧
縮機動翼である請求項３に記載の動翼部材。 - 【請求項６】 前記研摩粒子は、ダイヤモンドである請
求項３に記載の動翼部材。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/685,110 US5484665A (en) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | Rotary seal member and method for making |
| US685110 | 1991-04-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05112879A JPH05112879A (ja) | 1993-05-07 |
| JP2593606B2 true JP2593606B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=24750818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4082566A Expired - Fee Related JP2593606B2 (ja) | 1991-04-15 | 1992-04-06 | 回転シール部材及びガスタービンエンジンの動翼部材 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5484665A (ja) |
| EP (1) | EP0509758B1 (ja) |
| JP (1) | JP2593606B2 (ja) |
| CA (1) | CA2062930A1 (ja) |
| DE (1) | DE69227722T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5871820A (en) * | 1995-04-06 | 1999-02-16 | General Electric Company | Protection of thermal barrier coating with an impermeable barrier coating |
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| US6139290A (en) * | 1998-05-29 | 2000-10-31 | Masterson; Frederick | Method to seal a planetary rotor engine |
| US6190133B1 (en) | 1998-08-14 | 2001-02-20 | Allison Engine Company | High stiffness airoil and method of manufacture |
| US6517080B1 (en) | 1999-07-19 | 2003-02-11 | Caterpillar Inc | Seal material having anisotropic properties |
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| DE102009055914A1 (de) * | 2009-11-27 | 2011-06-09 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Dichtringe für eine Labyrinthdichtung |
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| US10933469B2 (en) | 2018-09-10 | 2021-03-02 | Honeywell International Inc. | Method of forming an abrasive nickel-based alloy on a turbine blade tip |
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