JP3558469B2 - アブレーダブルコーティング方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転などを行う移動体と間隙を有して配置された静止体の間隙面に塗布されるコーティング材で移動体が接触した場合、自己が削られて移動体を傷めないようにするアブレーダブルコート(被造間隙皮膜)のコーティング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガスタービンやジェットエンジンのロータに植えられたブレードの先端と、ステータとは所定の間隙が設けられており、シール性を保持している。振動などの異常によりブレードがステータに接触する場合があるが、この時ステータの間隙部が硬いとブレードの先端が損傷し、回転が適正に行われなくなったり、シール性が損なわれたりする。このためステータの間隙部には切削性のよいコーティング材を塗布しておき、ブレードの損傷を防止し、コーティング材が削られるようにしておく。
【0003】
このようなコーティング材には次の性質が要求される。
▲1▼切削性がよく接触してくる方の部材に損傷を与えない。
▲2▼この接触と切削によりコーティング材が大きく脱落しない。
▲3▼コーティング材が接触してくる相手側に付着しない。
▲4▼使用温度に耐える。
▲5▼耐酸化性を有する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような要求を満たすコーティング材として、使用温度が500℃以下の場合は、Ni−グラファイトの粉末を溶射するものやNiCrAl−BN の粉末を溶射するコーティング材のように使用温度が500℃以上で使用が可能でも良好なアブレーダビリティを満足するコーティング材がなかった。また、あっても技術内容は軍事上機密に属するため公開されていない。
【0005】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、使用温度が500℃を越える場合も、使用可能なアブレーダブルコートを生成するアブレーダブルコーティング方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、被コート面をブラスト処理により粗面化する工程と、粗面化した面にNi−5AlまたはNi−18.5Cr−6Alの粉末をプラズマ溶射する工程と、プラズマ溶射した面に第1粉末と第2粉末を1:0.05〜0.30の重量%の割合で混合してフレーム溶射する工程と、を有し、前記第1粉末はCrが3〜7重量%、Alが3〜7重量%、Al2O3 とSiO2が6〜14重量%、Niが残りの重量%からなり、前記第2粉末は、Crが3〜7重量%、Alが3〜7重量%、Al2O3 とSiO2が15〜30重量%、Niが残りの重量%からなるようにする。
【0007】
また、前記第1粉末の大きさは37〜74μm、前記第2粉末の大きさは74〜125μmとする。
【0008】
また、前記ブラスト処理にはAl2O3 またはSiCの粉末を用いる。
【0009】
これらの方法をさらに説明すると、被コート面はまずブラスト処理をして粗面化し、コーティングの付着を確実にする。ブラスト処理には、Al2O3 またはSiC の粉末が好適である。粗面化した面にコーティング膜の密着性を向上させるためNi−5AlまたはNi−18.5Cr−6Alの粉末をプラズマ溶射して被コート面とコーティング膜との結合膜(ボンドコート)とする。次にこのボンドコートの上面に第1粉末と、第2粉末を重量%で1:0.05〜0.30の割合、好ましくは1:0.20〜0.30の割合に混合してフレーム溶射する。第1粉末は、Crが3〜7重量%、好ましくは4〜6重量%、Alが3〜7重量%、好ましくは4〜6重量%、Al2O3 とSiO2が6〜14重量%、好ましくは8〜12重量%、Niが残りの重量%とする。第2粉末は、Crが3〜7重量%、好ましくは4〜6重量%、Alが3〜7重量%、好ましくは4〜6重量%、Al2O3 とSiO2が15〜30重量%、好ましくは20〜25重量%、Niが残りの重量%からなるようにする。また第1粉末の大きさは37〜74μmとし、第2粉末の大きさは74〜125μmとする。
【0010】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図1は本発明のコーティング材を使用する対象を示す図で、ガスタービンやジェットエンジンのロータとステータを示す。ロータ1はステータ2内に設けられ、ロータ1には動翼3が植えられ、動翼3の先端はステータ2の内面と間隙Cを有しており、このステータ2の内面で動翼3の先端と対応する部分にアブレダブルコート5が形成されている。ステータ2には静翼4が動翼3と交互に植えられている。アブレーダブルコート5の表面は間隙Cを正確に出すために機械加工されている。
【0011】
ステータ2を表す試料を作成し、この試料にアブレーダブルコートを生成する。まず、試料の被コート面をAl2O3 の粉末でブラスト処理し、粗面化する。次にこの面にNi−5Alの粉末をプラズマ溶射する。厚みは0.1mm程度とする。次に第1粉末をCr5重量%、Al5重量%Al2O3 とSiO2を10重量%、Niを80重量%とし、第2粉末をCr2重量%、Al5重量%、Al2O3 とSiO2を25重量%、Niを65重量%とし、第1粉末1に対し第2粉末を0.25の重量%の比で混合してフレーム溶射する。第1粉末の大きさは37〜74μm、第2粉末の大きさは74〜125μmとし、膜厚は1.0mm程度とする。図2はこのように形成されたアブレーダブルコートの構成を示す。このような試料を、次に示す4種類の試験用に各3個合計12個作成した。
【0012】
(1)ブラストエロージョンテスト
本テストはロータに吸い込まれる異物粒子(砂塵等)によって、動翼3との間隙Cを保持することによりシール部を構成しているアブレーダブルコート5のエロージョン(浸食)に対する耐久性を試験する。図3はブラストエロージョン専用試験機を示す。試料10を台座11に乗せるとマグネット12で固定される。ノズル13より研削材を噴出する。試験要目は次の通りである。
研削材:グレイアルミナ−45+5μm
噴射圧:1.5〜2.7kg/cm2 ,200〜300リットル/回
噴射量:40g〜60g/10秒
温度:16℃
【0013】
評価は試験前後のコーティング表面の形状変化により浸食量を比較することにより行う。
【0014】
(2)耐酸化テスト
本テストは実機内で使用される温度でのアブレーダブルコートの変質(酸化)の程度を比較する。図4は耐酸化テスト機を示す。試料10は熱電対16を付けてパイプ15中に入れられ、パイプ15を電気炉17に入れ加熱する。加熱は制御装置18により行われる。試験要目は次の通りである。
温度:550℃±30℃
試験時間:750時間
雰囲気:大気
【0015】
評価は次のように行う。
▲1▼試験前後での重量変化を調べる。
▲2▼コーテイング膜断面ミクロ組織観察での酸化状態を比較する。
▲3▼表面硬度の変化を調べる。
【0016】
(3)サーマルショックテスト
本テストは実機内で受ける温度サイクルを与え、熱衝撃による劣化を比較する。図5(a)はサーマルショックテスト機を示し、(b)は試料10に加える熱サイクルを示す。酸素アセチレントーチ20とエアーノズル21を固定具22に取り付け、移動部23で周期的に上下させ、フレームとエアをホルダー24に支持された試料10に当て、温度モニタ25で試料10の温度を計測する。温度サイクルは(b)に示すように550±30℃と50℃の間を往復させる。
【0017】
評価は次のようにする。
▲1▼試験前後の重量変化を調べる(劣化によるコーティング膜の脱落を調べる。)
▲2▼コーティング膜断面ミクロ組織観察で劣化状態を調べる。
▲3▼表面硬度の変化を調べる。
【0018】
(4)チッピングテスト(アブレーダビリティテスト)
アブレーダブルコーティング膜を実機で使用される温度下において、ブレード(動翼)又はダミーブレードでこすり、被削性を調べる。図6はチッピングテスト機を示し、試料10は試料送り機26に取り付けられ、一定の送り速度で送られる。試料10はバーナ27で実機と同じ温度に加熱され、その温度は熱電対レコーダ28に記録される。ディスク29にブレード30が取り付けられ回転する。試料10は試料送り器26によりブレード30に対して送られ切削される。
試験要目は次の通りである。
温度:500℃〜300℃
送り:0.1mm/7.5秒(最大送り0.5mm)
【0019】
評価は次のようになる。
▲1▼コーティング膜の被削後の外観を調べる。
▲2▼ブレード材の変形を調べる。
▲3▼ブレード材へのコーティング膜の付着状況を調べる。
【0020】
図7はテスト結果の総合判定を示す一覧表である。テスト結果には参考に従来例として説明したNi−グラファイト、NiCrAl−BN の粉末を溶射したコーティング膜について同じ試験を行った結果を併記する。図中○は該当するテストに合格したことを示し、×は不合格、三角は不合格に近い合格を示す。本実施例のコーティング膜は4種類のテスト全てに合格しており、500℃以上550±30℃、つまり520℃までの高温の使用に耐えることが示されている。比較例として記載したNi−グラファイト、NiCrAl−BN を用いるものはサーマルショックテスト、チッピングテストの結果が不合格となっている。
【0021】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によって生成されるアブレーダブルコーティング膜は500℃以上の高温の使用を可能とし、エア、オイルシール用のアブレーダブルコーティングとして幅広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によって生成するコーティング膜を使用するロータとステータを示す図である。
【図2】実施例のコーテイング膜の構成を示す図である。
【図3】ブラストエロージョン専用試験機の構成を示す図である。
【図4】耐酸化テスト機の構成を示す図である。
【図5】サーマルショックテスト機の構成を示す図である。
【図6】チッピングテスト機の構成を示す図である。
【図7】テスト結果の総合判定を示す一覧表である。
【符号の説明】
1 ロータ
2 ステータ
3 動翼
4 静翼
5 アブレーダブルコート
10 試料
11 台座
12 マグネット
13 ノズル
15 パイプ
16 熱電対
17 電気炉
18 制御装置
20 酸素アセチレントーチ
21 エアーノズル
22 固定具
23 移動部
24 ホルダー
25 温度モニタ
26 試料送り機
27 バーナ
28 熱電対レコーダ
29 ディスク
30 ブレード
Claims (3)
- 被コート面をブラスト処理により粗面化する工程と、
粗面化した面にNi−5AlまたはNi−18.5Cr−6Alの粉末をプラズマ溶射する工程と、
プラズマ溶射した面に第1粉末と第2粉末を1:0.05〜0.30の重量%の割合で混合してフレーム溶射する工程と、
を有し、
前記第1粉末はCrが3〜7重量%、Alが3〜7重量%、Al2O3 とSiO2が6〜14重量%、Niが残りの重量%からなり、前記第2粉末は、Crが3〜7重量%、Alが3〜7重量%、Al2O3 とSiO2が15〜30重量%、Niが残りの重量%からなることを特徴とするアブレーダブルコーティング方法。 - 前記第1粉末の大きさは37〜74μm、前記第2粉末の大きさは74〜125μmとすることを特徴とする請求項1記載のアブレーダブルコーティング方法。
- 前記ブラスト処理にはAl2O3 またはSiCの粉末を用いることを特徴とする請求項1記載のアブレーダブルコーティング方法。
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