JP3663190B2 - 局部アルミナイド被覆の形成法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には金属基体上に拡散されたアルミナイド被覆の分野に関し、特には被覆の拡散を基体の選択された領域に目標定めすることに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミナイド被覆をブレード、羽根、燃焼器ケースなどの如き金属ガスタービン部材の表面に拡散させることは、これらの部材に対する酸化及び腐食の有害な影響を減少させ、これによってそれらの有用な寿命を維持する標準的な方法である。具体的に言えば、アルミナイド被覆は、通常約６４９℃(１２００°Ｆ)よりも高い温度での操作に使用される部品の有効寿命を延長する。かかる部材は、通常、ニッケルから又はニッケル若しくはコバルトを基材とする合金から作られる。
【０００３】
本質的には、すべてのアルミニウム拡散被覆法は、被覆を形成するためのいくつかの共通工程を共有する。第一に、被覆材料が金属基体の近くに又はそれに接触して置かれる。次いで、被覆材料及び基体は、被覆材料が基体に拡散するまで加熱される。より具体的に言えば、配置工程は、金属基体をレトルト室にアルミニウム源及びハロゲン化物活性剤と共に置くことを包含する。アルミニウム源は、純アルミニム又はアルミニウムに富む金属間化合物、例えばクロム−アルミニウム合金又はＣｏ₂Ａｌ₅などであってよい。活性剤は、ハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化アルカリ金属、ハロゲン化アンモニウム又はそれらの混合物を含めた任意数のハロゲン化化合物であってよい。活性剤は、金属部材の表面へのアルミニウムの付着を促進する働きをする。
【０００４】
次いで、レトルト室内の金属基体、アルミニウム源及び活性剤に対して高い熱を不活性雰囲気中で２〜１２時間の範囲にわたる期間適用して酸化の発生を防止する。加熱工程の間に、ハロゲン化物活性剤は解離しそしてアルミニウム源からのアルミニウム金属イオンと反応してＡｌ−ハロゲン化物中間体を形成し、この中間体が金属基体の表面に移行する。このＡｌ−ハロゲン化物中間体は、金属基体の金属原子を“強奪する”。これらの原子は、金属基体の表面上に又はそれよりも下のいくらかの深さにおいてＡｌ−ハロゲン化物中間体を還元させてＮｉ₂Ａｌ₃、ＮｉＡｌ又はＮｉＡｌ₃の如き金属間化合物を形成する。これらの金属間化合物がアルミナイドであり、そして一般的には高温劣化に対して抵抗性である。従って、これらは保護被覆として好ましい。
【０００５】
また、拡散アルミナイド被覆法は、活性度又は均一電着性（これは、ハロゲン化物活性剤の使用から生じる）と称される第二の共通性を共有する。均一電着性は、アルミニウム源中のアルミニウムイオンと反応する際のハロゲン化物活性剤の強度に関する。均一電着性は、本質的には、ハロゲン化物活性剤が被覆反応を促進する際に有するポテンシャルの尺度である。より大きい均一電着性を有するようなハロゲン化物活性剤は、より反応性のＡｌ−ハロゲン化物中間体を形成する。従って、それらは、基体の金属原子をそれらの結晶構造から容易に引き出すと共に、基体中のより深部から金属イオンを引き出すことができる。より大きい均一電着性を有するハロゲン化物活性剤は、より強い被覆反応（これは、付着された被覆の厚さに関係する）を促進させることができる。
【０００６】
かくして、拡散アルミナイド被覆は、Ａｌ−ハロゲン化物中間体と基体の金属原子との間の化学反応性（これは、先に記載したように、ハロゲン化物活性剤の反応性の関数である）に左右される。被覆の深さ及び品質に影響を及ぼす他の因子としては、加熱温度や、加熱室又はハロゲン化物活性剤の均一電着性を抑制することができる基体の表面上のいずれかに配置される任意の他の物質の存在が挙げられる。
【０００７】
本質的には、個々の各種拡散被覆法の間の相違点は、配置距離に、そして被覆材料と基体との間のもっとも近い関係に関係する。これまで、アルミナイド被覆は、ワチテル氏他の米国特許３２５７２３０及びブーン氏の米国特許３５４４３４８に記載されるいわゆる“パックセメンテーション”によって形成されてきた。この方法では、金属基体は、アルミニウム源及びハロゲン化物活性剤を含有する粉末形態の被覆材料中に埋没される。即ち、被覆材料は、基体と接触状態の関係にある。他の接触状態の被覆媒体としては、被覆テープ及びスラリーが挙げられる。この媒体は被処理表面に直接適用されるので、これらの方法は、パックセメンテーション法の変形例に相当する。実際に、ラファーテイ氏他の米国特許５３３４４１７は、被覆テープを使用して金属基体上にパックセメンテーションタイプの被覆を形成することについて記載している。オルソン氏他の米国特許６０４５８６３では、二帯域拡散被覆を生成する被覆テープが使用されている。スカエファー氏他の米国特許５６７４６１０では、アルミナイドではなくクロムの拡散被覆を予備形成するために被覆テープが使用されている。グリシク氏の米国特許４００４０４７は、アルミニウム源がＦｅ−Ａｌ粉末混合物であるところの被覆テープの使用を特徴点としている。また、カーチャー氏他の米国特許６１１０２６２は、拡散アルミナイド被覆用のスラリーを開示している。
【０００８】
パックセメンテーション法と幾分異なるものは、金属基体がレトルト室装置において被覆材料よりも上方にあるようないわゆる“パック上方”被覆法である。被覆材料は典型的には粉末形態にあり、そして基体と接触状態の関係にある。アルミニウム源及びハロゲン化物活性剤の他に、被覆材料は、ハロゲン化物活性剤の活性を低下させるのに必要に応じて酸化物及び変性剤を含有することができる。例えば、ベンデン氏他の米国特許４１３２８１６、ベンデン氏他の米国特許４１４８２７５、シャンカー氏他の米国特許４５０１７６６、及びミリアニク氏他の米国特許５２１７７５７を参照されたい。本質的には、これらの引用文献は、金属部材の内部特徴面を被覆することができる蒸気アルミナイドの拡散について記載している。更なる変法は、バスタ氏他の米国特許５６５８６１４に記載される化学蒸着法である。
【０００９】
ガスタービンエンジン部材に対して拡散アルミナイド被覆を使用する際の問題は、被覆しようとする部材の接近不可能な又は到達するのが困難な部分について均一な被覆を絶えず得ることができないことであった。被覆媒体と金属基体との間で接触状態の関係を必要とする方法は、その媒体が粉末形態、テープ又はスラリーであろうともそれに関係なく接近不可能な帯域を被覆することができない。
【００１０】
基体表面に適用される被覆媒体の量は、通常、拡散された被覆の厚さに影響を及ぼす。先の接触状態被覆法は、到達が困難な部材の部分への被覆媒体の適用に対して成功又は失敗の解決策をもたらす。しかしながら、被覆しようとする部分の寸法形状及び不規則性に依存して、部材の到達するのが困難な部分に粉末又はスラリーの如き接触状態被覆機構を使用すると、基体に塗布された不均一な被覆層がもたらされるようである。多くの場合に、到達するのが困難な金属基体に被覆媒体を移行させるのに行うことができる最良の方法は、内部関係接触をなされたことを評価することである。更に、到達するのが困難な部材にスラリーを配置することは、被覆されるべきでない部材の部分に対する検出されない又は未制御の接触を危険にさらす。被覆媒体の不規則な又は不均一な適用を検出することは困難であるかもしれない。その上、被覆媒体の検出できないほどの不均一な適用が加熱されると、不均一の被覆厚さを検出することは困難である。
【００１１】
上記のパックセメンテーション又は蒸気拡散のような非接触の関係を許容するアルミナイド拡散法は、接触状態の方法よりも幾分多くの制御を提供することができる。これは、上記の方法では、部材の全面が加熱室でアルミニウム蒸気に自動的に暴露される結果として拡散被覆が生じるためである。例えば、到達するのが困難な表面に関して、上記のパックセメンテーションは、ガスタービンブレード及び羽根の如き中空製品の内面に金属被覆を付着させる方法を提供した。ベンデン氏他の米国特許４１４８２７５を参照されたい。中空ガスタービンブレードは、室において被覆媒体が置かれるところよりも上に配置される。粉末である被覆媒体は、ハロゲン化Ａｌが蒸発してブレードの中空に向けられる際の温度に加熱される。また、ベンデン氏他の米国特許４１３２８１６も参照されたい。
【００１２】
しかしながら、ベンデン法は極めて限定されており、そして中空タービンエンジン部材の内面全体の被覆が望まれるときにのみ有用である。この方法は、被覆蒸気をブレードの中空にポンプ送りすることができるように適応された特殊装置を必要とする。このような特殊法は、タービンエンジン部材の部分のアルミナイド被覆の局部補修に対しては容易には適用することができない。この特殊ベンデン法及び装置も、エッジシール及びプラットホーム下側ポケット（これらは、蒸気被覆をポンプ送りすることができる中空を提供しないがしかしブレードを２分する）の如き特殊タイプのタービンエンジン部材の外部特徴点を被覆するのに容易には適用することができない。
【００１３】
局部アルミナイド拡散被覆における他の試みは、被覆媒体と基体との間の接触状態の関係にのみ頼っている。例えば、補修しようとする基体表面に被覆テープを直接適用することに関してはオルソン氏他の米国特許６０４５８６３、補修しようとする基体表面の局部領域に被覆テープを適用することに関してはラファーテイ氏他の米国特許５３３４４１７、補修しようとするタービンブレードのある部分に予備処理として白金の局部被覆を適用し、次いでブレードに蒸気拡散を施して予備処理領域全体に均一な被覆を形成することに関してはバスタ氏他の米国特許５６５８６１４をそれぞれ参照されたい。また、コナー氏他の米国特許６２０３８４７、及びリグニー氏他の米国特許６２７４１９３も参照されたい。上記引用文献のどれも、不均一又は不規則表面のアルミナイド被覆法について記載するものはない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
現在、到達するのが困難な表面、特にタービンエンジン部材の表面に対して最初の被覆及び補修被覆の両方のために好適な目標拡散アルミナイド被覆を形成するための被覆が要求されている。このような方法は、不規則表面上に最初の被覆又は補修被覆を形成することができるべきである。加えて、このような目標アルミナイド被覆法は、局部プロセス中に基体の目標とされない横方法に隣接する部分も被覆されるという可能性を最小限にすべきである。要求される局部被覆法は、被覆媒体と基体との間の非接触関係に頼っている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
発明の概要
本発明は、容易には接近できない金属基体の目標表面にアルミナイド被覆を形成するための方法及び組成物を提供する。目標表面は、基体の制限空間を画性する。本法は、金属基体の小部分のみが被覆を必要とするときにのみ、また通常の方法を使用して被覆を適用するのに基体の広範囲のマスキングが要求されるときにのみ特に有用である。
【００１６】
本発明の１つの具体例に従えば、金属基体の目標表面にアルミナイド被覆を形成するための方法が提供される。この目標表面は、基体の制限空間を形成する。この方法は、制限空間を覆って被覆テープを配置して該制限空間を少なくとも一部分密封することを含む。被覆テープは、目標表面と非接触関係にある。この被覆テープは、（ｉ）混合物の約７０重量％〜約９９重量％を構成する少なくとも１種のアルミニウム源であって、約２０重量％〜約６０重量％のアルミニウムを含有するアルミニウム源と、（ii）混合物の約１重量％〜約１５重量％を構成する少なくとも１種のハロゲン化物活性剤とを含む混合物を含む。被覆テープは、少なくとも１種の結合剤を更に含む。目標表面は、アルミニウム源を活性剤及び目標表面と反応させるのに効果的な温度に加熱され、これによって目標表面にアルミナイド被覆が形成される。
【００１７】
本発明の他の具体例に従えば、金属基体の目標表面にアルミナイド被覆を形成するための方法が提供される。この目標表面は、基体の制限空間を画成する。この方法は、制限空間を覆ってしかし目標表面と非接触関係で被覆テープを配置して該制限空間を少なくとも一部分密封することを含む。次いで、テープの上にスラリー被覆組成物が配置される。このスラリー組成物は、（１）スラリー被覆組成物の約３０重量％〜約８０重量％の量の固体顔料混合物であって、約２０重量％のＡｌ〜約６０重量％のＡｌを含有するＣｒ−Ａｌ合金及びＣｒ−Ａｌ合金の約０．３重量％〜約１５重量％の量のＬｉＦを含む固体顔料混合物、（２）少なくとも１種の有機結合剤及び（３）溶剤を含む。テープは、合金をハロゲン化物活性剤及び目標表面と反応させるのに有効な温度よりも低い分解温度に加熱したときに残留物を残さずに実質上分解するように適応される。目標表面は、合金をハロゲン化物活性剤及び目標表面と反応させこれによって目標表面にアルミナイド被覆を形成させるのに有効な温度に加熱される。
【００１８】
随意として、被覆テープを位置決めする前に金属基体の領域にマスキング材料を配置することもできる。この領域は、制限空間内ではなく制限空間に対して横方向に隣接する。マスキング材料は、被覆材料が横方向に隣接する領域にアルミナイド被覆を形成するのを抑止する。
【００１９】
本発明の他の具体例に従えば、基体によって形成される制限空間を画成する目標表面を有する金属基体と、前記制限空間を覆って配置されてその空間を少なくとも一部分密閉する被覆テープとからなる製品が提供される。被覆テープは、目標表面と非接触関係にある。被覆テープは、（１）（ｉ）混合物の約７０重量％〜約９０重量％を占める少なくとも１種のアルミニウム源であって、約２０重量％〜約６０重量％のアルミニウムを含有するアルミニウム源と、（ii）混合物の約１重量％〜約１５重量％を占める少なくとも１種のハロゲン化物活性剤との混合物、及び（２）少なくとも１種の結合剤を含む。金属基体を、アルミニウム源をハロゲン化物活性剤及び目標表面と反応させるのに有効な温度に加熱すると、制限空間の目標表面にアルミナイド被覆が形成される。
【００２０】
本明細書で用語「アルミニウム源」を使用するときには、それは、元素状アルミニウム又はアルミニウムの化合物若しくは合金を意味する。
【００２１】
本明細書で用語「目標表面」を使用するときには、それは、アルミナイド拡散被覆をしようとする金属基体の表面の一部分を意味する。
【００２２】
本明細書で用語「制限空間」を使用するときには、それは、目標表面によって画成された空間を意味する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
発明の具体的な説明
本発明は、金属基体、特にタービンエンジン部材を構成する金属基体の制限空間の目標表面にアルミナイド被覆を形成するための方法に関する。この被覆法は、タービンエンジン部材、特にニッケル及びニッケル又はコバルトの超合金より作った部材に初期又は補修のいずれかの被覆を形成するのに使用されることができる。
【００２４】
被覆しようとする目標表面は、金属基体の１つの部分にわたって広がることができ、そして間隔を置いて規則的に生じる穴のように１個よりも多くの特徴点を含む。目標表面は、使用を通して金属基体の金属疲労又は酸化によって形成される人為現象として発生したものであってよい。本発明の局部被覆から利益を生じる特徴点の例としては、押し込み、くぼみ、貫通孔、ポケット、中空、切取り、ピットなどが挙げられる。目標表面は、円形、卵形、楕円形、正方形、長方形、六角形などの如き任意の形状を取ることができる。加えて、本発明の方法によって被覆される特徴部は凹面である必要はなく、ファスナー例えばピン又は類似物のような金属基体の表面上の突起であってもよい。このような突起の特徴部では、被覆材料が目標表面の周囲にそれと非接触関係で配置され、これによって目標表面と被覆材料との間に制限空間を形成する限り、本発明の方法は、目標表面にアルミナイド被覆を形成するのに使用されることができる。この制限空間は、球形、円錐形、立方形、環状形、螺旋形、鐘形、Ｖ−形、ピラミッド形、円筒形及び平円形を含めた任意の容積形状を取ることができるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
図１に示される本発明の方法の１つの具体例では、金属基体１０の表面に位置された凹みを覆って被覆テープ１６が置かれる。基体１０にある凹みは、制限空間１４を形成する。被覆テープは、制限空間１４を少なくとも一部分密閉するように位置決めされる。制限空間の壁は、被覆しようとする目標表面１８を形成する。被覆テープ１６は、目標表面１８と非接触の関係にある。本発明の方法が目標表面１８への局部直接被覆の付着を達成する機構を生じるのが制限空間１４である。
【００２６】
図２は、開放端２７及び２９を有する管状部材２０の一端７を覆って被覆テープ２６が配置される場合の他の具体例を示す。この管状部材は、例えば、タービンエンジン部材からなってよい。テープの配置が管状部材と協同して環状部材の端部２７に制限空間２４を形成する。端部２７に隣接する部材２０の内壁が、被覆しようとする目標表面２８を形成する。被覆テープ２６は、目標表面２８と非接触の関係にある。たとえ一端がなお開放しているとしても、制限空間２４は、目標表面への拡散アルミナイド被覆の配置を可能にする。
【００２７】
被覆テープが固定された部材は、目標表面に拡散アルミナイド被覆を付着させるのに有効な温度に加熱される。目標表面は、被覆テープからの距離に応じて種々の厚さの被覆を受け取る。その上、制限空間は、被覆材料（図示せず）によって一部分密封されることができる。
【００２８】
また、本発明は、本発明の方法で使用するための被覆テープも提供する。この被覆テープは、混合物の約７０重量％〜約９９重量％を占める少なくとも１種のアルミニウム源と、混合物の約１重量％〜約１０重量％を占める少なくとも１種のハロゲン化物活性剤とを含む混合物を含む。このアルミニウム源は、約２０重量％〜約６０重量％のアルミニウムを含有する。随意成分として、被覆活性度の抑制剤及びセラミック充填剤が挙げられる。１つの具体例では、被覆テープは、粉末形態のアルミニウム源と粉末形態のハロゲン化物活性剤との混合物を含む。
【００２９】
アルミニウム源は、拡散被覆の加熱工程中に溶融しない適当な高融点アルミニウム化合物の任意の数であってよい。例えば、元素状アルミニウム、又はＣｏ−Ａｌ、Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉなどの如きアルミニウム合金、及びそれらの混合物を使用することができる。アルミニウムは、アルミニウム源の約２０重量％〜約６０重量％、好ましくはアルミニウム源の約３０重量％〜約６０重量％、そして最も好ましくはアルミニウム源の約４０重量％〜約５５重量％に相当する。
【００３０】
少なくとも１種のハロゲン化物活性剤は、被覆しようとする目標表面に対するアルミニウムイオン（アルミニウム源中の）の輸送剤として作用する。このハロゲン化物活性剤は、三弗化アルミニウム、弗化ナトリウム、弗化リチウム、弗化アンモニウム、塩化アンモニウム、弗化カリウム、臭化カリウム及びそれらの混合物を含めた多数のハロゲン化物化合物のうちのいずれか１種であってよい。この少なくとも１種のハロゲン化物活性剤は、アルミニウム源＋活性剤の混合物の約１重量％〜約１５重量％に相当する。
【００３１】
クロム、コバルト、ニッケル、チタン及びこれらの混合物の如き抑制剤は被覆反応の活性度を低下させる。不活性セラミック材料は、被覆プロセス中にテープの各成分が一緒に焼結するのを抑制することができる任意の物質であってよい。
【００３２】
本発明の１つの好ましい具体例では、被覆テープは、約２０重量％〜約６０重量％のアルミニウムを含有するクロム−アルミニウム（Ｃｒ−Ａｌ）合金である粉末形態のアルミニウム源を含有する。更に好ましい具体例では、被覆テープは、ハロゲン化物活性剤として粉末形態の弗化リチウム（ＬｉＦ）を含有する。なお更に好ましい具体例では、被覆テープ中の粉末混合物は、約２０重量％〜約６０重量％のアルミニウムを含有するＣｒ−Ａｌ合金と、ハロゲン化物活性剤としてのＬｉＦとを含む。
【００３３】
結合剤は、被覆テープを強化する作用をする。この結合剤は、被覆テープ又は被覆基体のいずれの特性にも有害な影響を及ぼさずに被覆成分を一緒に保持することができる任意の物質であってよい。結合剤は、加熱工程中に望まれない又は有害な残留物を残さずに蒸発することができなければならない。好適な結合剤としては、ポリテトラフルオルエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ウレタン、アクリル、セルロース及びこれらの混合物が挙げられる。
【００３４】
被覆テープが随意成分としての充填剤物質を含む場合には、好ましい充填剤は酸化アルミニウムである（−２２０Ｍ又はそれよりも微細）。不活性充填剤物質は、拡散被覆プロセス中にテープの各成分が一緒に焼結するのを防止する作用をし、それ故にこの機能を果たす任意の物質であってよい。
【００３５】
被覆テープは、上記の成分から米国特許５３３４４１７に記載される製造技術を使用して通常の態様で形成される。必要ならば、この米国特許を参照されたい。一般には、アルミニウム源とハロゲン化物活性剤と結合剤と所望ならば不活性充填剤との混合物が一緒に混合され、そして所望の厚さ（これは、好ましくは、約０．０３８ｃｍ（０．０１５インチ）〜約０．２２９ｃｍ（０．０９０インチ）である）のテープにロール掛けされる。テープは、それを適当な接着剤で金属基体に適用することができるように形成される。もしも自己粘着性でない場合には、テープは、被覆プロセスに有害な影響を及ぼさない任意の慣用接着剤で適用することができる。この接着剤は、加熱工程中に有害で望まれない残留物を残さずに蒸発することができなければならない。接着剤は慣用のものであってよく、例えば、商品名「Ｓｃｏｔｃｈ ４６５ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｔａｐｅ」又は「３Ｍ Ｓｕｐｅｒ ７７ Ｓｐｒａｙ Ａｄｈｅｓｉｖｅ」を挙げることができる。好ましくは、テープは片側に接着剤を有し、従って自己粘着性である。
【００３６】
図１に示されるように、被覆テープ１６は、目標表面の側面に隣接する基体の縁１７に少なくとも１つの層で適用される。適用される層の数は、得られる被覆の所望の厚さに左右される。図１に示されるように、テープが目標領域を覆って適所にとどまりこれによって加熱工程中に制限空間を画定することを確実にするために、好ましくはニッケルで作られた金属箔１２を制限領域の周囲に米国特許６０４５８６３に開示された態様で配置させることができる。必要ならば、この米国特許を参照されたい。
【００３７】
目標表面の位置及びそれが存在する部材に依存して、目標表面に隣接する金属基体上で逸れたアルミナイド被覆を最小限にするのが望ましい場合がある。即ち、目標表面以外の領域で付随的な拡散アルミナイド被覆を最小限にすることが有益になる場合がある。勿論、このような付随的な被覆は、図１に示されるように被覆テープを側面に隣接する縁１７に直接位置付けすることから生じる。これを防止するために、図３に本発明のマスキング具体例が示されており、この場合には、目標表面に最も近い金属基体３０の部分３７に対して先ずマスキング材料３５が適用され、そしてここに被覆テープ３６が配置される。被覆テープ３６は、金属基体３０の表面に位置された凹面を覆って配置される。制限空間３４の壁は、被覆しようとする目標表面３８を形成する。マスキング材料の強度に依存して、マスキングは目標表面の被覆を最小限にすることができるが、しかしそれを全く妨げない。マスキング材料３５と被覆テープ３６との併用によって、被覆しようとする目標表面をより正確に画成するためにより大きな制御を実行することが可能になる。
【００３８】
マスキング材料は、マスキングされる金属基体のその領域にアルミナイド被覆が付着されるのを防止するような任意の物質を含むことができる。本発明で使用するためにいくつかの異なるタイプのマスキング化合物が市場で入手可能である。１つのタイプは、アルミニウム及びクロムの酸化物の如き金属酸化物より主として構成される。このタイプのマスキング化合物の例は、米国デラウエア州ウイルミントン所在のアロイ・サーフェイセズによって製造販売される「Ｃｏｍｐｕｎｄ “Ｍ１”」及びクロマロイ・イスラエル・リミテッドによって製造販売される「Ｃｏｍｐｕｎｄ “Ｔ−Ｂｌｏｃｋ １”」である。第二のタイプは、ニッケル粉末又はニッケル−アルミニウム粉末、並びにセラミック酸化物の如き種々の量の金属物質を含む。かかるマスキング材は、アルミニウム蒸気から目標表面のより完全なマスキングを可能にする。このタイプのマスキング化合物の例は、米国デラウエア州ウイルミントン所在のアロイ・サーフェイセズによって製造販売される「Ｃｏｍｐｕｎｄ “Ｍ７”」及びクロマロイ・イスラエル・リミテッドによって製造販売される「Ｃｏｍｐｕｎｄ “Ｔ−Ｂｌｏｃｋ ２”」である。これらの化合物は、マスキングを必要とする表面に適用するためのペーストを形成するために有機結合剤と混合されることができる粉末として入手可能である。また、これらは、ある場合には、予備形成したテープ又はパテイとしても入手可能である。
【００３９】
本発明の他の具体例に従えば、局部アルミナイド被覆を形成するために、被覆テープの代わりにアルミナイド被覆材料の源として被覆スラリーが使用される。先に記載したように、基体上にある種のテープ（被覆テープ以外の）が配置される。このテープは、スラリーが付着されるところの基礎として働くが、しかしそれ自体は他の点ではスラリー内容物を含有しない。テープは、基体がハロゲン化物活性剤をアルミニウム源と反応させるのに有効な温度よりも下に加熱されるときに望まれない又は有害な残留物を残さずに完全に且つ明確に分解するようなタイプのものである。好適なテープとしては、商品名「Ｓｃｏｔｃｈ Ｍａｇｉｃ Ｔａｐｅ ８１０」が挙げられる。
【００４０】
スラリー被覆組成物は、アルミニウム源とハロゲン化物活性剤との固体顔料混合物、並びに有機結合剤及び溶剤を含む。このアルミニウム源は、スラリー被覆混合物の約３０重量％〜約８０重量％の量にあり、そして約２０重量％〜約６０重量％のＡｌを含有するＣｒ−Ａｌ合金を含む。ハロゲン化物活性剤は、Ｃｒ−Ａｌ合金の約０．３〜薬１５重量％の量にあるＬｉＦである。
【００４１】
有機結合剤は、次の考慮事項を基にして選択される。この結合剤は、Ｃｒ−Ａｌ合金及びハロゲン化物活性剤に対して不活性でなければならない。それは活性剤を溶解してはならず、そしてスラリーの適切な実用寿命を増進すべきである。また、結合剤は、望まれない又は有害な残留物を残さずに完全に燃え尽きるべきである。好適な有機結合剤はヒドロキシプロピルセルロースである。１つのかかるヒドロキシプロピルセルロースは、アクアロン・カンパニーから商品名「Ｋｌｕｃｅｌ」として入手可能である。
【００４２】
スラリー中の溶剤は、揮発性、燃焼性及び毒性を考慮することによって選択される。この具体例での好ましい溶剤としては、低級アルコール、例えばエチルアルコール及びイソプロピルアルコールのようなＣ₁〜Ｃ₆アルコール、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）及び水があげられる。これらの溶剤は、広範囲の粘度を有する溶液を生成するように含められる。
【００４３】
図４は、本発明の方法で使用されるスラリー被覆組成物を示す。テープ４２は、開放端４７及び４９を有する管状部材４０の一端４７を覆って配置される。テープの配置が管状部材と協同して環状部材の端４７に制限空間４４を形成する。端４７に隣接する部材４０の内壁は、被覆しようとする目標表面４８を形成する。次いで、刷毛塗り、吹付及び浸漬の如き慣用法によってスラリー被覆組成物４６テープを覆って配置される。この適用法は、スラリー被覆組成物の流動度、並びに目標表面を形成する特徴点の寸法形状に左右される。スラリー被覆の最小限の推奨適用厚さは約０．２５ｍｍ（０．０１０インチ）である。被覆の均一性が阻害される前に適用することができる最大限の厚さは知られていない。
【００４４】
もしも１つよりも多くの被覆層が要求されるならば、適用されたスラリー層を暖かい空気で、対流炉において、赤外ランプの下に又は同様の手段のどちらかで乾燥させるのが好ましい。更なる具体例（図示せず）では、被覆テープ４２を配置して制限空間４４を形成する前に、目標表面に対して横方向に隣接して存在する金属基体の上に図３で使用するようなマスキング材料を配置することができる。
【００４５】
一旦、被覆テープ又はスラリーのどちらかの被覆材料、そしてある具体例ではマスキング材料が配置されると、目標表面が加熱される。加熱工程は、被覆テープ中の粉末として又はスラリー中に存在する固体顔料としてのどちらかでアルミニウム源中のアルミニウムイオンをハロゲン化物活性剤と反応させてＡｌ−ハロゲン化物中間体を形成するのに有効な温度で実施される。目標表面の金属原子は、それらを還元しこれによって金属間化合物を形成することによってＡｌ−ハロゲン化物中間体と反応する。この金属間化合物の組成は、勿論、金属基体の金属又は合金に左右される。ニッケル又はニッケル超合金エンジン部材に対しては、金属間化合物としてＮｉ₂Ａｌ₃、ＮｉＡｌ又はＮｉＡｌ₃を挙げることができる。金属間化合物は、基体の表面の上下に付着される。金属間化合物が被覆基体の表面の平面よりも下側に伸びる深さが被覆の厚さを表わす。
【００４６】
アルミナイド拡散被覆は還元反応であるので、加熱工程は、一般には、非酸化性雰囲気中において典型的にはレトルト室中で不活性ガスの存在下に実施される。加熱工程のための適当な温度範囲は、約８７１℃（１６００°Ｆ）〜約１１２１℃（２０５０°Ｆ）、好ましくは約１０１０℃（１８５０°Ｆ）〜約１０６６℃（１９５０°Ｆ）である。加熱時間は厳密なものではなく、有益には約２時間〜約１２時間の範囲内である。
【００４７】
得られるアルミナイド被覆の厚さは、加熱時間、温度、使用される特定のアルミニウム源中のアルミニウムの活性度及び質量を含めたいくつかの因子に、並びにハロゲン化物活性剤の濃度に左右される。被覆材料は目標表面と接触状態にないので、本発明では、蒸気拡散被覆法をまねることによって目標とした局部被覆が達成される。具体的には、本発明では、拡散アルミナイド被覆が生じることができる制限空間が形成される。本発明の制限空間は、本質的には、目標表面の近くで局部レトルト室を形成する。本発明は、制限空間内でＡｌ−ハロゲン化物中間体を発生させるためにハロゲン化物活性剤のスローイング力（均一電着性）に頼る。これらの中間体は、目標表面の上下で金属イオンと反応する。実際には、本発明の技術解決は、被覆テープ又はスラリー被覆の使用によって制限空間を形成し、ここで目標表面を被覆材料中のハロゲン化物活性剤の均一電着性による蒸気拡散によってアルミナイド被覆することである。
【００４８】
目標に向けられた局部被覆の厚さは、使用するハロゲン化物活性剤の均一電着性、並びに被覆材料と目標表面との間の距離に左右される。一般的には、ハロゲン化物活性剤の均一電着性は、本発明を使用して被覆が約０．６４ｃｍ（０．２５インチ）の距離まで生じるのを可能にする。図２及び４に示されるように、目標表面が被覆材料から離れて平坦でない又は曲面である場合には、被覆の厚さは、被覆材料からの距離の変化に応じて目標表面全体にわたって連続的に変動する。
【００４９】
【実施例】
次の実施例において本発明を更に例示するが、これらは本発明の実施態様を例示するものであって、いかなる点においても本発明を限定するものではない。
【００５０】
例１
約９４重量％の３２５メッシュ４４Ａ１−５６Ｃｒ合金粉末と６重量％の３２５メッシュＬｉＦ粉末との粉末配合物を混合し、その後に約１．２７ｃｍ（０．５０インチ）厚及び２．５４ｃｍ（１インチ）幅のテープにした。約０．６４ｃｍ（０．２５インチ）の外径及び約０．４７ｃｍ（０．１８５インチ）の内径を有するＩＮ６００ニッケル合金管の端部に約０．７６ｃｍ（０．３インチ）×０．７６ｃｍ（０．３インチ）平方の１枚のテープを貼り付けた。テープを小さい１枚の０．０５ｍｍ（０．００２インチ）厚ニッケル箔によって適所に保持した。この管をアルゴンでパージしたレトルトに入れ、そして１０５０℃（１９２５°Ｆ）に加熱してこの温度で４時間保った。冷却時に、管を取り出し、そしてテープの残留物をブラシ掛けによって除去した。管を断面が見られるように長手方向に切断し、そしてエポキシで固定しそしてＳｉＣ研磨紙で研磨することによって金属顕微鏡試験のために準備した。酸化アルミニウムスラリーで最終の研磨を行った。管の内部を検査すると、アルミナイド被覆が管壁の内部に約０．５１ｃｍ（０．２００インチ）形成したことを示していた。被覆は管の端部の近くで約０．０４ｍｍ（０．００１５インチ）厚であり、そして管の端部から約０．５１ｃｍ（０．２００インチ）離れた距離では約０．０２ｍｍ（０．０００９インチ）に次第に減じていた。
【００５１】
例２
ＰＷＡ １４５５ニッケル合金から作ったタービンエンジン燃焼器ライナーの裏側に例１のテープと同様のテープを配置した。このライナーの裏側には、約０．１８ｃｍ（０．０７０インチ）間隔で離した直径約０．７６ｃｍ（０．０３０インチ）で高さ約０．２５ｃｍ（０．１００インチ）の一列のキャストピン特徴点が形成されていた。テープは、ピン壁及びライナーの裏側と接触せずにこれらのピンの先端に載るように置かれた。ライナーをアルゴンでパージしたレトルトに入れ、そして１０５０℃（１９２５°Ｆ）に加熱して４時間保持した。冷却時に、ライナーを取り出し、そしてテープの残留物をブラシ掛けによって除去した。ライナーを切断し、そしてエポキシで固定しそしてＳｉＣ研磨紙で研磨することによって金属顕微鏡試験のために準備した。酸化アルミニウムスラリーで最終の研磨を行った。金属顕微鏡試験によると、ピンの側部及びライナーの裏側に沿って約０．０４ｃｍ（０．００１５インチ）厚のアルミナイド被覆が形成したことを示した。
【００５２】
例３
長さ約２．５４ｃｍ（１インチ）、幅１．２７ｃｍ（０．５インチ）及び深さ約０．５０８ｃｍ（０．２００インチ）の“ポケット”特徴点を有するＣＭ−１８６ニッケル合金タービンブレードを白金でメッキし、そしてアルゴン中において１０８０℃（１９７５°Ｆ）で２時間拡散させた。このポケット領域を覆って、長さ約３．０５ｃｍ（１．２インチ）×幅１．５２ｃｍ（０．６インチ）である例１と同様の１枚のテープをポケットの側壁及び内部と接触させずに配置した。このタービンブレードをアルゴンでパージしたレトルトに入れ、そして１０５０℃（１９２５°Ｆ）に加熱して４時間保持した。冷却時に、ブレードを取り出し、そしてテープの残留物をブラシ掛けによって除去した。ブレードをポケット領域で切断し、そしてエポキシで固定しそしてＳｉＣ研磨紙で研磨することによって金属顕微鏡試験のために準備した。酸化アルミニウムスラリーで最終の研磨を行った。金属顕微鏡試験によると、ポケットの内部に約０．０４５ｃｍ（０．００１８インチ）厚の白金アルミナイド被覆が形成したことを示した。
【００５３】
例４
Ｍａｒ−Ｍ−００２ ニッケル合金タービンブレードは、ブレードエアホイルの凸面側にセラミック断熱層被覆、そしてブレードエアホイルの凹面側に幅約０．０４ｃｍ（０．０１５インチ）及び長さ０．１９ｃｍ（０．０７５インチ）の一連の冷却通路を有する。エアホイルの凸面側にある冷却通路を覆って例１と同様のテープを配置した。このタービンブレードをアルゴンでパージしたレトルトに入れ、そして１０５０℃（１９２５°Ｆ）に加熱して４時間保持した。冷却時に、ブレードを取り出し、そしてテープの残留物をブラシ掛けによって除去した。セラミック断熱層被覆は元のままであった。ブレードを冷却孔を通して切断し、そしてエポキシで固定しそしてＳｉＣ研磨紙で研磨することによって金属顕微鏡試験のために準備した。酸化アルミニウムスラリーで最終の研磨を行った。金属顕微鏡試験によると、冷却通路の全長に沿ってエアホイル冷却孔の内部に約０．０５ｍｍ（０．００２インチ）厚のアルミナイド被覆が形成したことを示した。被覆テープと接触するエアホイル凸面上に約０．０９ｍｍ（０．００３５インチ）厚のアルミナイド被覆が形成された。
【００５４】
例５
被覆テープとエアホイルの凸面との間にセラミックマスキング化合物を配置したことを除いて、例１と同様のブレードを準備した。ブレードをアルゴンでパージしたレトルトに入れ、そして１０５０℃（１９２５°Ｆ）に加熱して４時間保持した。冷却時に、ブレードを取り出し、そしてテープの残留物をブラシ掛けによって除去した。セラミック断熱層被覆は元のままであった。ブレードを冷却孔を通して切断し、そしてエポキシで固定しそしてＳｉＣ研磨紙で研磨することによって金属顕微鏡試験のために準備した。酸化アルミニウムスラリーで最終の研磨を行った。金属顕微鏡試験によると、冷却通路の全長に沿ってエアホイル冷却孔の内部に約０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）厚のアルミナイド被覆が形成したことを示した。被覆テープとブレードの凸面との間におけるマスキング化合物の存在は、ブレードの外面上のアルミナイド被覆厚を約０．０２５ｃｍ（０．００１インチ）に減少させた。
【００５５】
本明細書で言及した引用文献はすべて、ここに参照の対象として挙げる。当業者には、本発明は、上記の目的を達成し且つ上記の結果及び利益、並びに本発明に固有のものを得るように満足下に適応されることが容易に理解されよう。また、本発明は本発明の精神又は本質的属性から逸脱せずに他の特定の形態で具体化することができるので、本発明の範囲を表わすものとして上記の明細書の記載よりもむしろ特許請求の範囲を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法に従ってタービンエンジン部材の目標表面を覆う被覆テープの横断図を示す図である。
【図２】 タービンエンジン部材の環状容積の横断面が被覆しようとする目標表面を画成する場合の本発明の他の具体例を示す図である。
【図３】 目標表面の側面に隣接する領域がマスキングされる場合の図１のマスキング具体例を示す図である。
【図４】 被覆材料としてスラリーを使用する場合の本発明の具体例を示す図である。
【符号の説明】
１０：金属基体
１４、２４、４４：制限空間
１６、２６：被覆テープ
１８、２８、３８、４８：目標表面
３５：マスキング材料
４２：テープ
４６：スラリー被覆組成物

Claims (4)

1. 金属基体の制限空間を画成している該基体の目標表面にアルミナイド被覆を形成する方法において、
   （ａ）制限空間を覆って被覆テープを位置決めして該制限空間を少なくとも一部分密閉し、この場合に該被覆テープは目標表面と非接触の関係にあり、そして
   （１）（ｉ）混合物の７０重量％〜９９重量％を占める少なくとも１種のアルミニウム源であって、２０重量％〜６０重量％のアルミニウムを含有するアルミニウム源と、(ii)混合物の１重量％〜１５重量％を占める少なくとも１種のハロゲン化物活性剤とを含む混合物、及び
   （２）少なくとも１種の結合剤
   を含むものとし、
   （ｂ）目標表面を、ハロゲン化物活性剤をアルミニウム源からのアルミニウムイオンと反応させてＡｌ−ハロゲン化物中間体を該制限空間内に形成させるに有効な温度に加熱し、該Ａｌ−ハロゲン化物中間体を該目標表面と反応させ、これによって該目標表面にアルミナイド被覆を形成させる、
   ことからなるアルミナイド被覆の形成法。
2. 金属基体の目標表面であって、該金属基体によって形成された制限空間を画成している目標表面に、アルミナイド被覆を形成する方法において、
   （ａ）制限空間を覆ってテープを位置決めして該制限空間を少なくとも一部分密閉し、ここで該テープは目標表面と非接触の関係にあるものとし、
   （ｂ）テープ上にスラリー被覆組成物を配置し、この場合に該スラリー被覆組成物は、
   （１）スラリー被覆組成物の３０重量％〜８０重量％の量の固体顔料混合物であって、（ｉ）２０重量％のＡｌ〜６０重量％のＡｌを含有するＣｒ−Ａｌ合金及び(ii)該Ｃｒ−Ａｌ合金の０．３重量％〜１５重量％の量のＬｉＦを含む固体顔料混合物、
   （２）少なくとも１種の有機結合剤、及び
   （３）溶剤
   を含むものとし、ここで該テープは、合金をＬｉＦと反応させて該目標表面と反応するＡｌ−Ｆ中間体を形成させるに有効な温度よりも低い分解温度に加熱したときに残留物を残さずに実質上分解するように適応され、
   （ｃ）目標表面を、合金をＬｉＦと反応させて該目標表面と反応するＡｌ−Ｆ中間体を形成させるのに有効な温度に加熱し、これによって該目標表面にアルミナイド被覆を形成させる
   ことからなるアルミナイド被覆の形成法。
3. 請求項１又は２記載の方法に従って形成されたアルミナイド被覆を含む金属基体。
4. （ａ）形成された制限空間を画成している目標表面を有する金属基体、及び
   （ｂ）制限空間を少なくとも一部分密閉するために該制限空間を覆って配置された被覆テープ、ここで該被覆テープは目標表面と非接触の関係にあり、そして
   （１）（ｉ）混合物の７０重量％〜９９重量％を占める少なくとも１種のアルミニウム源であって、２０重量％〜６０重量％のアルミニウムを含有するアルミニウム源と、(ii)混合物の１重量％〜１５重量％を占める少なくとも１種のハロゲン化物活性剤とを含む混合物、及び
   （２）少なくとも１種の結合剤
   を含むものとする、
   を含む製品であって、しかも、金属基体を、ハロゲン化物活性剤をアルミニウム源からのアルミニウムイオンと反応させてＡｌ−ハロゲン化物中間体を該制限空間内に形成させるに有効な温度に加熱したときに、該Ａｌ−ハロゲン化物中間体が目標表面と反応して制限空間の目標表面にアルミナイド被覆が形成されるようにしたことからなる製品。

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