JP4553843B2 - 表面処理方法、タービン動翼、ガスタービンエンジン、タービン部品、及び蒸気タービンエンジン - Google Patents
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Description
そして、タービン動翼における前記動翼本体の被処理部に対して、例えばアブレイシブ性及び耐酸化性を局所的に確保するような表面処理が施されている。
ここで、アブレイシブ性とは、相手部品を容易に削ることができる特性のことをいう。
そして、耐酸化金属を溶射材料として用い、前記動翼本体の前記被処理部に溶射によって耐酸化性のある下地コートを形成する。
更に、セラミクスを溶射材料として用い、前記下地コートの表側に溶射によって硬質の保護コートを形成する。
以下、第1の実施形態について図1、図2、図3、図4(a)、及び図4(b)を参照して説明する。
この支持プレート23には、動翼本体5等、タービン部品における部品本体をセット可能な治具25が設けられている。なお、治具25は、電源27に電気的に接続されている。
図4(a)に示すように、鍛造または鋳造によって動翼本体5の大部分を成形する。そして、研削加工等の機械加工によって動翼本体5残りの部分、例えばダブテール11の外形部分を成形する。
前記(i)本体成形工程が終了した後に、翼7の先端部が上を向くように、治具25に動翼本体5をセットする。次に、前記X軸サーボモータ及び前記Y軸サーボモータの駆動によってテーブル19をX軸方向及びY軸方向へ移動させることにより、翼7の先端部が電極31に対向するように動翼本体5の位置決めを行う。なお、テーブル19をX軸方向とY軸方向のうちのいずれかの方向に移動させるだけで足りる場合もある。
前記(ii)コート形成工程が終了した後に、治具25から動翼本体5を取り外して、ピーニング装置(図示省略)の所定位置にセットする。そして、前記ピーニング装置によって保護コート13の表側にピーニング処理を施す。なお、ピーニング処理の具体的な態様は、ショットを用いたショットピーニング処理(例えば、特開2001−170866号公報、特開2001−260027号公報、特開2000−225567号公報等参照)、レーザ光を用いたレーザピーニング処理(例えば、特開2002−236112号公報、特開2002−239759号公報等参照)がある。
以下、第1の実施形態の変形例について図5、図1を参照して説明する。
以下、第1の実施形態について図1、図3、図6、図7(a)、及び図7(b)を参照して説明する。
以下、第3の最良の形態について図1、図3、図8(a)、図8(b)、図9(a)、及び図9(b)を参照して説明する。
以下、第4の実施形態について図1、図3、図10、図11(a)、図11(b)、及び図11(c)を参照して説明する。
なお、翼7の先端部が、動翼本体77の被処理部になっている。
第4の実施形態の変形例について12A及び12Bを参照して説明する。
第5の実施形態について図1、図3、図13、図14、図15(a)、図15(b)、図16(a)、及び図16(b)を参照して説明する。
次に、第5の実施形態の変形例について図17を参照して説明する。
Claims (29)
- ガスタービンエンジンに用いられるタービン動翼の構成要素である動翼本体に対して、表面処理を施すための表面処理方法であって、
金属の粉末、金属の化合物の粉末、セラミックスの粉末のうちいずれか1種の材料の粉末又は2種以上の混合材料の粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される電極を用い、前記動翼本体における翼の先端部と前記電極との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記動翼本体における前記翼の先端部に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、アブレイシブ性のある硬質の第1保護コートを形成し、
前記動翼本体における前記翼の先端部を含む前記翼の翼面全体に、耐酸化性のある第2保護コートをアルミナイズ処理、クロマイズ処理、CVD、又はPVDによって前記第1保護コートを覆うように形成することを特徴とする表面処理方法。 - ガスタービンエンジンに用いられるタービン動翼の構成要素である動翼本体に対して、表面処理を施すための表面処理方法であって、
金属の粉末、金属の化合物の粉末、セラミックスの粉末のうちいずれか1種の材料の粉末又は2種以上の混合材料の粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される電極を用い、前記動翼本体における翼の前縁から腹面に亘った部位と前記電極との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記動翼本体における前記翼の前縁から腹面に亘った部位に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、耐エロージョン性のある硬質の第1保護コートを形成し、
前記動翼本体における前記翼の前縁から腹面に亘った部位を含む前記翼の翼面全体に、耐酸化性のある第2保護コートをアルミナイズ処理、クロマイズ処理、CVD、又はPVDによって前記第1保護コートを覆うように形成することを特徴とする表面処理方法。 - 前記セラミックスは、cBN、TiC、TiN、TiAlN、TiB2、WC、SiC、Si3N4、Cr3C2、Al2O3、ZrO2−Y、ZrC、VC、B4Cのいずれか1種の材料又は2種以上を混合材料であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の表面処理方法。
- 前記第1保護コートのカバレッジが60%以上であって95%以下になるように形成することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか請求項に記載の表面処理方法。
- 請求項1から請求項4のうちのいずれか請求項に記載の表面処理方法に基づいて表面処理が施されたことを特徴とするタービン動翼。
- 請求項5に記載のタービン動翼を具備したことを特徴とするガスタービンエンジン。
- ガスタービンエンジンに用いられるタービン部品の構成要素である部品本体に対して、表面処理を施すための表面処理方法であって、
Siの固形物、Siの粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記部品本体の第1被処理部と前記電極との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記部品本体に前記第1被処理部に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、アブレイシブ性又は耐エロージョン性のある硬質の第1保護コートを形成し、
前記部品本体における前記第1被処理部を含む第2被処理部に、耐酸化性のある第2保護コートをアルミナイズ処理、クロマイズ処理、CVD、又はPVDによって前記第1保護コートを覆うように形成することを特徴とする表面処理方法。 - 前記第1保護コートのカバレッジが60%以上であって95%以下になるように形成することを特徴とする請求項7に記載の表面処理方法。
- 前記タービン部品は、タービン動翼であって、前記第1被処理部は、前記部品本体としての動翼本体における翼の先端部であって、前記第2被処理部位は、前記翼の翼面全体であることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の表面処理方法。
- 前記タービン部品は、タービン動翼であって、前記第1被処理部は、前記部品本体としての動翼本体における翼の前縁から腹面に亘った部位であって、前記第2被処理部は、前記翼の翼面全体であることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の表面処理方法。
- 請求項7又は請求項8に記載の表面処理方法に基づいて表面処理が施されたことを特徴とするタービン部品。
- 請求項11に記載のタービン部品を具備したことを特徴とするガスタービンエンジン。
- ガスタービンエンジンに用いられるタービン部品であって、
部品本体と、
前記部品本体の被処理部に放電エネルギーにより形成され、耐酸化性と熱遮蔽性のあるポーラスな下地コートと、
前記下地コートの表側に放電エネルギーにより形成され、前記ガスタービンエンジンの稼動時に流動性のあるSiO2に変化可能なSiCとMoSi2のうち少なくともいずれかを主成分とした複合材料により構成された中間コートと、
前記中間コートの表側に放電エネルギーにより形成され、酸化物系セラミックス、cBN、前記酸化物系セラミックスと前記耐酸化金属との混合物、或いはcBNと前記耐酸化金属との混合物により構成され、アブレイシブ性、耐エロージョン性、又は耐酸化性のある硬質の保護コートと、
を具備したことを特徴とするタービン部品。 - 前記下地コートは、耐酸化性のある酸化金属の粉末から成形した成形体、若しくは加熱処理した前記成形体により構成される下地コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記部品本体の前記被処理部と前記下地コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記下地コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記部品本体の前記被処理部に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって形成されたものであって、
前記中間コートは、前記複合材料の粉末から成形した成形体若しくは加熱処理した前記成形体により構成される中間コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記下地コートと前記中間コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記中間コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記下地コートの表側に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって形成されたものであって、
前記保護コートは、前記酸化物系セラミックスの粉末、cBNの粉末、前記酸化物系セラミックスの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末、若しくはcBNの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される保護コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記中間コートと前記保護コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記保護コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記中間コートの表側に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって形成されたものであることを特徴とする請求項13に記載のタービン部品。 - 前記下地コートは、耐酸化金属の粉末から成形した成形体、若しくは加熱処理した前記成形体により構成される下地コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記部品本体の前記被処理部と前記第1電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記下地コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記部品本体の前記被処理部に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって形成されたものであって、
前記中間コートは、Siの固形物、Siの粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される中間コート用電極を用い、アルカン炭化水素を含む電気絶縁性のある液中において、前記下地コートと前記中間コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記中間コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を、前記下地コートの表側に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって形成されたものであって、
前記保護コートは、前記酸化物系セラミックスの粉末、cBNの粉末、前記酸化物系セラミックスの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末、若しくはcBNの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される保護コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記中間コートと前記保護コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記保護コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記中間コートの表側に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって形成されたものであることを特徴とする請求項13に記載のタービン部品。 - ガスタービンエンジンに用いられるタービン部品であって、
部品本体と、
前記部品本体の被処理部に放電エネルギーにより形成され、耐酸化性と熱遮蔽性のある下地コートと、
前記下地コートの表側に放電エネルギーにより形成され、酸化物系セラミックス或いは前記酸化物系セラミックスと前記耐酸化金属との混合物により構成され、微細孔がガラス状のSiO2からなる無定形材によって塞がれてあって、アブレイシブ性、耐エロージョン性、又は耐酸化性のある硬質の保護コートと、
を具備したことを特徴とするタービン部品。 - 前記下地コートは、耐酸化金属の粉末から成形した成形体、若しくは加熱処理した前記成形体により構成される下地コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記部品本体の前記被処理部と前記下地コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記下地コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記部品本体の前記被処理部に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって形成されたものであって、
前記保護コートは、前記酸化物系セラミックスの粉末、cBNの粉末、前記酸化物系セラミックスの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末、若しくはcBNの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される保護コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記下地コートと前記保護コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記保護コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記下地コートの表側に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって形成されたものであることを特徴とする請求項16に記載のタービン部品。 - 前記耐酸化金属は、M−CrAlY、NiCr合金のうちいずれか1種の金属又は2種以上の金属であって、前記酸化物系セラミックスは、イットリア安定化ジルコニアであることを特徴とする請求項13から請求項17のうちのいずれかの請求項に記載のタービン部品。
- ガスタービンエンジンに用いられるタービン部品の構成要素である部品本体の被処理部に対して、表面処理するための表面処理方法であって、
耐酸化金属の粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される下地コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記部品本体の前記被処理部と前記下地コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記下地コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記部品本体の前記被処理部に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、耐酸化性と熱遮蔽性のあるポーラスな下地コートを形成し、
SiCとMoSi2のうち少なくともいずれかを主成分とした複合材料の粉末から成形した成形体若しくは加熱処理した前記圧粉体により構成される中間コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記下地コートと前記中間コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記中間コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記下地コートの表側に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、前記ガスタービンエンジンの稼動中に流動性を有するSiO2に変化可能な中間コートを形成し、
酸化物系セラミックスの粉末、cBNの粉末、前記酸化物系セラミックスの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末若しくはcBNの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される保護コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記中間コートと前記保護コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記保護コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記第2保護コートの表側に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、アブレイシブ性、耐エロージョン性、又は熱遮蔽性のある硬質の保護コートを形成することを特徴とする表面処理方法。 - ガスタービンエンジンに用いられるタービン部品の構成要素である部品本体の被処理部に対して、表面処理するための表面処理方法であって、
耐酸化金属の粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される下地コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記部品本体の前記被処理部と前記下地コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記下地コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記部品本体の前記被処理部に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、耐酸化性と熱遮蔽性のある下地コートを形成し、
Siの固形物、Siの粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される中間コート用電極を用い、アルカン炭化水素を含む電気絶縁性のある液中において、前記下地コートと前記中間コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記中間コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を、前記第下地コートの表側に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、前記ガスタービンエンジンの稼動中に流動性を有するSiO2に変化可能な中間コートを形成し、
酸化物系セラミックスの粉末、cBNの粉末、前記酸化物系セラミックスの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末、若しくはcBNの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される保護コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記中間コートと前記保護コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記保護コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記中間コートの表側に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、アブレイシブ性、耐エロージョン性、又は耐酸化性のある硬質の保護コートを形成することを特徴とする表面処理方法。 - ガスタービンエンジンに用いられるタービン部品の構成要素である部品本体の被処理部に対して、表面処理するための表面処理方法であって、
耐酸化金属の粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される下地コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記部品本体の前記被処理部と前記下地コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記下地コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記部品本体の前記被処理部に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、前記部品本体の前記被処理部に耐酸化性と熱遮蔽性のあるポーラスな下地コートを形成し、
酸化物系セラミックスの粉末、cBNの粉末、前記酸化物系セラミックスの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末、若しくはcBNの粉末と前記耐酸化金属の粉末との混合粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される保護コート用電極を用い、電気絶縁性のある液中または気中において、前記下地コートと前記保護コート用電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記保護コート用電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記下地コートの表側に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、アブレイシブ性、耐エロージョン性、又は耐酸化性のある硬質の保護コートを形成し、
更に、前記保護コートの微細孔にSiO2又はMoSi2の粉末を充填して、前記部品本体の前記被処理部を加熱することにより、SiO2又はMoSi2の粉末をガラス状のSiO2にからなる無定形材に変化させて、前記保護コートの微細孔をSiO2によって塞ぐことを特徴とする表面処理方法。 - 前記耐酸化金属は、M−CrAlY、NiCr合金のうちいずれか1種の金属又は複数種の金属であって、前記酸化物系セラミックスはイットリア安定化ジルコニアであることを特徴とする請求項19から請求項21のうのいずれかの請求項に記載の表面処理方法。
- 請求項13から請求項18のうちのいずれかの請求項に記載のタービン部品を具備したことを特徴とするガスタービンエンジン。
- 金属部品の構成要素である部品本体の被処理部に対して、耐エロージョン性を確保するような表面処理を施すための表面処理方法であって、
Siの固形物、Siの粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される電極を用い、アルカン炭化水素を含む電気絶縁性のある液中において、前記部品本体の前記被処理部と前記電極との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記部品本体における前記所定の部位に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、耐エロージョン性のある硬質の保護コートを形成することを特徴とする表面処理方法。 - 前記保護コートを形成した後に、前記保護コートの表側にピーニング処理を施すことを特徴とする請求項24に記載の表面処理方法。
- タービン動翼の構成要素である動翼本体の被処理部に対して、耐エロージョン性を確保するような表面処理を施すための表面処理方法であって、
Siの固形物、Siの粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される電極を用い、アルカン炭化水素を含む電気絶縁性のある液中において、前記動翼本体の前記被処理部と前記電極との間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、前記電極の電極材料或いは該電極材料の反応物質を前記部品本体における前記所定の部位に堆積、拡散、及び/又は溶着させることによって、耐エロージョン性のある硬質の保護コートを形成することを特徴とする表面処理方法。 - 請求項26に記載の表面処理方法に基づいて表面処理が施されたことを特徴とするタービン動翼。
- 請求項27に記載のタービン動翼を具備したことを特徴とするガスタービンエンジン。
- 請求項27に記載のタービン動翼を具備したことを特徴とする蒸気ガスタービンエンジン。
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