JP2742471B2 - 液体ジェットによるコーティング等除去方法及びそれにより得られる物品 - Google Patents

液体ジェットによるコーティング等除去方法及びそれにより得られる物品

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JP2742471B2 JP2320508A JP32050890A JP2742471B2 JP 2742471 B2 JP2742471 B2 JP 2742471B2 JP 2320508 A JP2320508 A JP 2320508A JP 32050890 A JP32050890 A JP 32050890A JP 2742471 B2 JP2742471 B2 JP 2742471B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ ＜産業上の利分野＞ 本発明は、コーティング材料の除去技術に関し、特に
液体ジェットの浸蝕作用を利用して、粉末或いは繊維材
を焼結したり、プラズマ溶射などにより形成された摩滅
材、耐摩耗材、熱バリヤコーティング材料などを除去す
る技術に関する。
＜従来の技術＞ 様々なコーティング及び焼結材料が、効率を向上させ
たり部品を熱或いは摩耗から保護する目的で、ガスター
ビンその他の種々の用途に用いられている。このような
材料としては、熱バリヤコーティング、研磨材コーティ
ング、摩滅材シール材、硬質のフェーシングなどがあ
る。
ガスタービンに於て、ブレードとケーシングとの間或
いはディスクとベーンとの間に過大な空隙が生じた場合
には、ガスが漏出し、エンジンの効率が低下することか
ら、回転部分と固定部分との間の空隙を極小化するため
に摩耗可能な摩滅シール材が用いられる。熱バリヤは、
部品を高温に対して保護するために用いられ、研摩材コ
ーティングは、有害な擦れを防ぐために用いられ、硬質
のフェーシングは、摩耗を低減するために用いられる。
このようなコーティングは、プラズマ或いはフレーム
溶射法により形成される場合があり、その場合、通常粉
末からなる粒子を高温のガスの流れ或いはフレーム中に
導入し、粒子が基層表面上に衝当され、コーティングと
して付着し、かつ堆積されるようにして形成される。AB
−１などからなる粒子或いはFeltmetal（商品名）など
からなる短いワイヤを基層上に適宜塗布し、予備的な或
いは部分的な焼結を行った後に最終的なろう付け或いは
焼付けを行うようにして、互いに結合された粒子、ワイ
ヤ、粉末或いは空乏部からなる摩滅材コーティングを得
ることができる。ボンド層は、プラズマ溶射或いは蒸着
により形成することができる。ボンド層はプラズマ溶射
或いは蒸着に於て用いられ、金属系の材料からなる層と
してのボンド層が、コーティングを行う前に基層に被着
される。種々のコーティングに関する技術に関しては米
国特許第3,542,530号、同第3,676,085号、同第3,754,90
3号、同第3,879,831号、同第3,928,026号及び同第4,70
4,332号明細書に記載されており、その応用に関しては
米国特許第3,413,136号、同第4,055,705号及び同第4,32
1,311号を参照されたい。
このようなコーティングに共通する性質は、コーティ
ング強度即ち付着力が比較的弱いことであり、プラズマ
溶射或いは部分的に焼結された粒子は、互いにそれ程強
固に結合されておらず、通常多孔質の構造を有してい
る。一般に、コーティングの強度は基層の強度よりも小
さい。
エンジンの保守作業に際して、しばしばこのようなコ
ーティングを除去しなければならないが、この過程は、
信頼性高く行うことが極めて困難であって、基層に対し
て損傷を与えてしまう場合がある。コーティングを除去
するために種々の方法が用いられている。このような方
法としては、機械加工、化学的剥離方法、機械加工を行
った後化学的剥離方法を行う方法（米国特許第4,339,28
2号及び同第4,425,185号明細書を参照されたい）、或い
はグリッドブラスティングなどがある。しかしながら
に、例えば、機械加工を行った後に化学的剥離方法を用
いる方法は、機械工具がコーティングの大半を除去する
間に部品を固定しなければならず、また強酸或いは強塩
基からなる化学溶液が、残されたコーティング材料を崩
壊させるために塗布される。この方法は、極めて高い精
度を必要として、機械加工に際して工具及び部品を正確
に位置決めしておかないと、基層の損傷が発生し、ま
た、化学溶液は基層材料を浸蝕する傾向を有する。更
に、この方法は多大な時間及び労力を必要とし、化学溶
液を用いる過程に於て有害な廃棄物が発生し得る。ま
た、化学的剥離方法及び機械加工をそれぞれ単独に実施
した場合も、上記したような問題が同様に発生する。
もう１つの一般的な方法である研摩材或いはグリット
を用いたブラスト方法は、部品に損傷を与えたり、部品
を破壊する場合がある。この方法は、研磨材粒子を圧縮
空気流と共にコーティングに衝当させることからなるこ
の方法は、基層が露出すると同時にその損傷を避けるた
めに直ちにブラスティングを中止しなければならず、熟
練したオペレータを必要とする。
発明者の知る限り703.1kg/cm2（10,000psi）を越える
液体ジェットを用いてコーティングを除去する実例は存
在していなかった。140.6〜210.9kg/cm2（2,000〜3,000
psi）程度の比較的低圧の液体ジェットは、洗浄、放射
性汚染の除去、コンクリートの切込み、船底の清掃など
に用いられているが、無機質のコーティングを除去する
目的には用いられていなかった。
＜発明が解決しようとする課題＞ このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目
的は、便利であって、低コストであってしかも環境的な
安全なコーティングの除去方法を提供することにある。
［発明の効果］ ＜課題を解決するための手段＞ このような目的は、本発明によれば、液体ジェットを
用いた浸蝕過程を利用して、コーティングを除去するこ
とにより達成される。液体ジェットは、コーティングに
対して或る角度をなして衝当され、その表面領域を横切
り、コーティングを除去する。液体の圧力に応じて、液
体ジェットは、ボンド層及び基層に対して実質的に損傷
を与えることなく、摩滅材、熱バリヤ、研磨材、硬質の
フェーシングなどからなるコーティングを除去し、或い
は、基層に対して実質的に損傷を与えることなく、コー
ティング及びボンド層の両者を同時に除去することがで
きる。
＜作用＞ 本発明に基づく方法は、基層に対してその強度よりも
小さい付着力をもってプラズマ溶射或いは焼結されたコ
ーティングを除去するために広く用いることができる。
＜実施例＞ 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳し
く説明する。
従来の方法によりコーティングを除去する過程は、困
難であってしかも精度の低いものであった。また、熟練
したオペレータ、多大な時間、高価な設備を必要とする
にも拘らず、部品を破壊してしまう場合がしばしばっ
た。本発明によれば、コーティング、ボンド層或いはそ
の両者を基層材料に損傷を与えることなく除去すること
は、液体ジェットの浸蝕作用を用いて容易に達成するこ
とができ、しかも従来技術に基づく方法よりも優れた結
果を得ることができる。前記したように、本発明は、液
体ジェットの浸蝕作用を用いてコーティングを除去する
ものであるが、その重要なパラメータとしては、ノズル
とコーティングとの間の距離及び液体の圧力がある。用
いられる機器及び圧力の制約に応じて、ノズルをコーテ
ィング面から約15.2〜30.5cm（６〜12インチ）離して配
置することができるが、可及的に短い距離を用いるのが
好ましく、その距離を約6.35〜19.1mm（1/4〜3/4イン
チ）とした時に特に好適な結果が得られる。
液体ジェットの入射角とコーティングの面との間の角
度は、所望に応じて選択することができるが、一般に20
度〜90度の角度が用いられ、30度〜90度の角度が比較的
好ましく、45度前後の角度が最も好ましい（第１図参
照）。入射角度は、それ程重要なパラメータではない
が、斜め方向から液体ジェットを投射することにより、
液体ジエットがコーティングに衝当する部分に於けるコ
ーティングの破片を良好に除去することができる。回転
方向は、除去された後のコーティングの破片の位置に対
して影響を及ぼす。液体ジェットの方向とコーティング
面との間の角度が最も小さくなる方向に向けてノズルが
移動するように部品を回転させるのが好ましい。しかし
ながらこれは二次的な選択事項であって、単に液体ジェ
ットがコーティングに対して作用を及ぼす部分に対し
て、コーティングの破片が干渉することがないようにす
るためのものである。
液体ジェットとして用いられる液体としては、大気圧
下、25℃の条件下に於て、0.25〜5.00センチポアズの範
囲の粘性を有し、ボンド層や基層に対して損傷を与えな
いものであれば、水系の液体を含む任意の液体からなる
ものであって良い。粘性の高い液体は、液体を噴射する
際に流路抵抗を生じるという問題があり、低い粘性の液
体を用いた場合には加圧が困難となり、機器のコストを
高めるという問題が生じる。大気圧25℃の条件下に於て
約0.95センチポアズの粘性を有する水が、コスト及び廃
棄物処理の観点から好適であると考えられる。濡れ改善
剤、或いは部品に対して損傷を与えることなくコーティ
ングを劣化し得るような種々の化学薬品を添加すること
も有用である。
コーティング或いはコーティング及びボンド層を除去
するために十分な水のジェットの圧力が必要となる。約
4,218.6kg/cm2（60,000psi）以上の圧力はガスタービン
の基層材料を損傷させる虞れがあり、それよりも低い圧
力を用いなければならない。最適な圧力は、約1,406.2
〜4.218.6kg/cm2（20,000〜60,000psi）であり、特に、
約1,757.8〜2,.812.4kg/cm2（25,000〜40,000psi）が好
ましい。正確な圧力を決定するファクタとしては、コー
ティングの種類或いはボンド層或いは基層に至るまでコ
ーティングを除去するか否かに応じて決定される。正確
な圧力の限界は、ノズルの幾何学的形状及びノズルとコ
ーティングとの間の間隙、或い用いられる基層の性質に
応じて定められる。実用上に於ては、熟練したオペレー
タであれば、基層に損傷を与えるような圧力或いはボン
ド層を除去するのに必要な圧力を容易に割り出し、適切
な圧力を判断することができる。
本発明は、以下の具体例から一層明瞭に理解されよ
う。
第１例 プラズマ溶射された硬質のフェーシング（20v/oの80
ニッケル・20クロム合金、残余炭化クロム）を、コーテ
ィング及びボンド層の両者が除去されるように、基層材
料から除去するために次の手順を用いた。
（１）コーティングされた基層材料を、相対位置変化可
能であるように、水のジェットノズルに対峙させ、 （２）水のジェットノズルを、その出口端がコーティン
グから6.35mm（1/4インチ）離れた点に位置するように
配置し、水のジェットがコーティングに対して45度の角
度をなして衝当するようにし、（第１図参照） （３）水の圧力を2,812.4kg/cm2（40,000psi）とし、 （４）コーティングが除去されるに従って、次に除去さ
れる部分が水のジェットに衝当されるように部品を移動
させることにより、水のジェットとコーティングとの間
に相対運動を引起し、 （５）除去時間としてはコーティングの表面積に依存す
るが、典型的なガスタービンの部品の場合には約５分〜
10分の時間を要した。
第２例 焼結された摩滅材コーティングを、第１例のステップ
（４）に於ける圧力を、2,812.4kg/cm2（40,000psi）に
代えて、2,460.9kg/cm2（35,000psi）として、それ以外
は、第１例と同様の手順に従ってコーティングを除去し
た。
本発明に基づく方法は、基層よりも低い強度を有する
あらゆるコーティングを除去するために用いることがで
き、その場合、ボンド層に損傷を与えることなくコーテ
ィングを除去し得るように、或いは基層に損傷を与える
ことなくコーティング及び又はボンド層を除去し得るよ
うに圧力を適切に定めることができる。
以上、本発明を特定の実施例について説明したが、当
業者であれば本発明の概念から逸脱することなく種々の
変形・変更を加えて本発明を実施し得ることを了解され
たい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の基本的な実施例を示す斜視図であ
る。 第1A図は、コーティングの層の構造を示す第１図の断面
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ダブリュ・アプルビー・ジュニ ア アメリカ合衆国フロリダ州 33410・パ ームビーチガーデンズ・バンヤンストリ ート 11832 (72)発明者 ジェラード・エー・シレオ アメリカ合衆国フロリダ州 33407・ウ ェストパームビーチ・ウェストチェスタ ードライブ 2520 (72)発明者 ハーバート・アール・バリンジャー アメリカ合衆国オクラホマ州 73110・ ミッドウェスト シティー・シェイディ ーブルックドライブ 3512 (72)発明者 マイケル・ジェイ・パトリー アメリカ合衆国オクラホマ州 73135・ オクラホマシティー・ブリーズウッドド ライブ 8309 (56)参考文献 特開 平１−207153（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−113600（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−158531（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−141863（ＪＰ，Ａ) 実公 昭57−25835（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (24)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】液体ジェットを噴出する手段と、コーティ
    ングを解除するのに十分な圧力を形成する手段と、前記
    コーティングと前記液体ジェットとの間に相対運動を引
    起すための手段と、前記液体を供給するための手段とを
    備える液体ジェット装置により得られる液体ジェットを
    用いてコーティングを除去するための方法であって、 （ａ）前記コーティングのみを除去するために十分な圧
    力を形成する過程と、 （ｂ）前記コーティングと前記液体ジェットとの間に相
    対運動を引起す過程と、 （ｃ）前記液体を供給する過程と、 （ｄ）前記液体を前記コーティングに対して衝当させ、
    前記コーティングのボンド層が露出するまで前記コーテ
    ィングを浸蝕させる過程とを有することにより、 前記ボンド層及び基層が実質的に損傷を受けずに再使用
    可能であるようにしたことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記コーティングが、プラズマ溶射、フレ
    ーム溶射及び焼結コーティングからなるグループから選
    ばれたいずれかによるものであることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記コーティングが摩滅材からなることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記コーティングが熱バリヤからなること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記コーティングが研磨材からなることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記コーティングが硬質のフェーシングか
    らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】前記液体の圧力が約1,406.2〜4,218.6kg/c
    m2（20,000〜60,000psi）であることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記液体ジェットを噴出させるためにノズ
    ルを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
    載の方法。
  9. 【請求項９】前記液体が、ボンド層を劣化させないあら
    ゆる液体からなるグループから選ばれたものからなり、
    大気圧下の25℃に於いて約0.25〜5.00センチポアズの粘
    性を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】前記液体が水系の液体からなるグループ
    から選ばれたものからなることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記液体が概ね水からなることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記液体ジェットと前記コーティングと
    の間の角度を20度〜70度とすることにより、前記コーテ
    ィングの破片が除去されるようにしたことを特徴とする
    特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  13. 【請求項１３】液体ジェットを噴出する手段と、ボンド
    層を除去するのに十分な圧力を形成する手段と、前記ボ
    ンド層と前記液体ジェットとの間に相対運動を引起すた
    めの手段と、前記液体を供給するための手段とを備える
    液体ジェット装置により得られる液体ジェットを用いて
    ボンド層を除去するための方法であって、 （ａ）前記ボンド層を除去するために十分な圧力を形成
    する過程と、 （ｂ）前記ボンド層と前記液体ジェットとの間に相対運
    動を引起す過程と、 （ｃ）前記液体を供給する過程と、 （ｄ）前記液体を前記ボンド層に対して衝当させ、前記
    ボンド層の基層が露出するまで前記ボンド層を浸蝕させ
    る過程とを有することにより、 前記基層が実質的に損傷を受けずに再使用可能であるよ
    うにしたことを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】前記ボンド層が、プラズマ溶射及び蒸着
    からなるグループから選ばれたいずれかによるものであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第13項に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】前記液体の圧力が約1,406.2〜4,218.6kg
    /cm2（20,00〜60,000psi）であることを特徴とする特許
    請求の範囲第13項に記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記液体ジェットを噴出させるためにノ
    ズルを用いることを特徴とする請求の範囲第13項に記載
    の方法。
  17. 【請求項１７】前記液体が、基層を劣化させないあらゆ
    る液体からなるグループから選ばれたものからなり、大
    気圧下の25℃に於いて約0.25〜5.00センチポアズの粘性
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第13項に記載
    の方法。
  18. 【請求項１８】前記液体が水系の液体からなるグループ
    から選ばれたものからなることを特徴とする特許請求の
    範囲第13項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記液体が概ね水からなることを特徴と
    する特許請求の範囲第13項に記載の方法。
  20. 【請求項２０】前記液体ジェットと前記ボンド層との間
    の角度を20度〜70度とすることにより、前記ボンド層の
    破片が除去されるようにしたことを特徴とする特許請求
    の範囲第13項に記載の方法。
  21. 【請求項２１】基層及びボンド層からなる物品であっ
    て、 液体ジェットを噴出する手段と、コーティングを除去す
    るのに十分な圧力を形成する手段と、前記コーティング
    と前記液体ジェットとの間に相対運動を引起すための手
    段と、前記液体を供給するための手段とを備える液体ジ
    ェット装置により得られる液体ジェットを用いてコーテ
    ィングを除去するための方法によって、前記基層及び前
    記ボンド層が概ね損傷を受けることなく再利用可能であ
    るように、摩滅材コーティングを除去した後に前記ボン
    ド層が保持された状態にあり、前記コーティングを除去
    するための方法が、 （ａ）前記コーティングを除去するために十分な圧力を
    形成する過程と、 （ｂ）前記コーティングと前記液体ジェットとの間に相
    対運動を引起す過程と、 （ｃ）前記液体を供給する過程と、 （ｄ）前記液体を前記コーティングに対して衝当させ、
    前記コーティングのボンド層が露出するまで前記コーテ
    ィングを浸蝕させる過程とを有することを特徴とする物
    品。
  22. 【請求項２２】基層及びボンド層からなる物品であっ
    て、 液体ジェットを噴出する手段と、コーティングを除去す
    るのに十分な圧力を形成する手段と、前記コーティング
    と前記液体ジェットとの間に相対運動を引起すための手
    段と、前記液体を供給するための手段とを備える液体ジ
    ェット装置により得られる液体ジェットを用いたコーテ
    ィングを除去するための方法によって、前記基層及び前
    記ボンド層が概ね損傷を受けることなく再利用可能であ
    るように、熱バリヤを除去した後に前記ボンド層が保持
    された状態にあり、前記コーティングを除去するための
    方法が、 （ａ）前記コーティングを除去するために十分な圧力を
    形成する過程と、 （ｂ）前記コーティングと前記液体ジェットとの間に相
    対運動を引起す過程と、 （ｃ）前記液体を供給する過程と、 （ｄ）前記液体を前記コーティングに対して衝当させ、
    前記コーティングのボンド層が露出するまで前記コーテ
    ィングを浸蝕させる過程とを有することを特徴とする物
    品。
  23. 【請求項２３】基層及びボンド層からなる物品であっ
    て、 液体ジェットを噴出する手段と、コーティングを除去す
    るのに十分な圧力を形成する手段と、前記コーティング
    と前記液体ジェットとの間に相対運動を引起すための手
    段と、前記液体を供給するための手段とを備える液体ジ
    ェット装置により得られる液体ジェットを用いてコーテ
    ィングを除去するための方法によって、前記基層及び前
    記ボンド層が概ね損傷を受けることなく再利用可能であ
    るように、研磨材コーティングを除去した後に前記ボン
    ド層が保持された状態にあり、前記コーティングを除去
    するための方法が、 （ａ）前記コーティングを除去するために十分な圧力を
    形成する過程と、 （ｂ）前記コーティングと前記液体ジェットとの間に相
    対運動を引起す過程と、 （ｃ）前記液体を供給する過程と、 （ｄ）前記液体を前記コーティングに対して衝当させ、
    前記コーティングのボンド層が露出するまで前記コーテ
    ィングを浸蝕させる過程とを有することを特徴とする物
    品。
  24. 【請求項２４】基層及びボンド層からなる物品であっ
    て、 液体ジェットを噴出する手段と、コーティングを除去す
    るのに十分な圧力を形成する手段と、前記コーティング
    と前記液体ジェットとの間に相対運動を引起すための手
    段と、前記液体を供給するための手段とを備える液体ジ
    ェット装置により得られる液体ジェットを用いてコーテ
    ィングを除去するための方法によって、前記基層及び前
    記ボンド層が概ね損傷を受けることなく再利用可能であ
    るように、硬質フェーシングを除去した後に前記ボンド
    層が保持された状態にあり、前記コーティングを除去す
    るための方法が、 （ａ）前記コーティングを除去するために十分な圧力を
    形成する過程と、 （ｂ）前記コーティングと前記液体ジェットとの間に相
    対運動を引起す過程と、 （ｃ）前記液体を供給する過程と、 （ｄ）前記液体を前記コーティングに対して衝当させ、
    前記コーティングのボンド層が露出するまで前記コーテ
    ィングを浸蝕させる過程とを有することを特徴とする物
    品。
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