JP5230053B2 - 漸変させた白金拡散アルミニウム化物被膜 - Google Patents

Description

［発明の技術分野］
本発明は、高い使用温度にさらされる、ガスタービンエンジンブレード及びベーンのような、超合金の構成要素における白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜を形成することに関する。

［発明の背景］
推進技術における進歩は、高い温度で動作するためにガスタービンエンジンを要求してきた。動作温度におけるこの増加は、運転中における酸化及び熱腐食に耐えるために、金属（例えば、ニッケル及びコバルト系超合金）のタービンエンジン構成要素の動作温度における付随する進歩を要求してきた。内部へ成長した及び外部へ成長した白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜は、これらのより高い温度の要求を満たすために、超合金のタービンエンジン構成要素において形成されてきた。一つのこのような内部へ成長した白金で改質した拡散被膜は、アルミニウム化物ハロゲン化物の被覆剤のガスを使用して化学蒸着によって形成され、内部の拡散層及び外側の二相［ＰｔＡｌ_２＋（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ］の層を含む。二相のＰｔで改質した拡散アルミニウム化物被膜は、相対的に堅いが脆く、ガスタービンエンジンの運転中における熱的機械的疲労（ＴＭＦ）の亀裂に敏感であることが観察されてきた。

一つのこのような外部へ成長した白金で改質した拡散被膜は、米国特許第５６５８６１４号、第５７１６７２０号、第５９８９７３３号、及び第５７８８８２３号に記載されているような低い活性のアルミニウム化物ハロゲン化物の被覆剤のガスを使用して、化学蒸着によって形成され、内部の拡散層及び外側の（付加的な）単相（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌを含む。

本発明の目的は、基板表面上に、外側から内側の領域へ向って漸変させたＰｔの含量を有する外側の付加的な層を含む、外部へ成長した単相拡散アルミニウム化物被膜を形成するための、アルミニウムの一つ又はそれ以上の固体の源を使用する気相でアルミ化する方法を提供することである。

［発明の要約］
本発明は、ニッケル又はコバルト系超合金の基板のような基板上に、基板上の白金を含む層を沈積させて、次に基板の表面に十分近く配置したアルミニウムの固体の源（例えばアルミニウム合金の微粒子）を有する塗布チャンバー内で基板を気相でアルミ化して、高い塗布温度で、内側の拡散層及び拡散層に隣接する最も内側の塗布領域におけるよりも最も外側の塗布領域において相対的により高い濃度の白金を有する外側の単相（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌの付加的な層を有する外部へ成長した拡散アルミニウム化物被膜を形成することによって、白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜を形成することを伴う。気相でアルミ化することを、基板中への白金層の予備拡散の有無に関らず実施することができる。

また、本発明は、基板上において、基板の第一の表面エリアで白金を漸変させた単相拡散アルミニウム化物被膜、及び同時に同じ塗布チャンバー内において基板の第二の表面エリアで、異なる拡散アルミニウム化物被膜を形成することを構想する。

本発明は、酸化及び熱腐食の耐性並びに従来の二相の白金で改質した拡散被膜と比較して改善された延性を付与するために、ニッケル又はコバルト系超合金の基板上で、拡散層に隣接する最も内側の塗布領域におけるよりも最も外側の塗布領域において相対的により高いＰｔ含量を備えた外側の単相（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌの付加的な層を有する外部へ成長した白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜を形成することに有利である。

本発明の上記目的及び利点は、以下の図面と共に解釈される以下の記載からより容易に明らかになると思われる。

［発明の説明］
本発明の模範的な実施例は、内側の拡散層及び拡散層に隣接する最も内側の塗布領域におけるよりも最も外側の塗布領域において相対的により高い濃度の白金を有する外側の付加的な単層（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ層を有することを特徴とする、ニッケル系超合金、コバルト系超合金、又は他の基板上で、外部へ成長した拡散アルミニウム化物被膜を形成することを伴う。単相（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ層は、白金で改質したアルミニウム化ニッケルを含み、ここで白金は、アルミニウム化物における固溶体にある。

基板は、典型的には、等軸で一方向凝固の単結晶の鋳物を、鍛造品、加圧された粉末の構成要素、機械加工された構成要素、及び他の形態のような、これらの材料の他の形態と同様に、含んでもよいニッケル又はコバルト系超合金を含む。例えば、単に、基板は、単結晶のタービンブレード及びベーンを製作するために使用される１０．０％のＣｏ、８．７％のＴａ、５．９％のＷ、５．６５％のＡｌ、５．０％のＣｒ，３．０％のＲｅ、１．９％のＭｏ，０．１０％のＨｆ、及び残部のＮｉ（ここで％は重量％である）の公称の組成を有するＰＷＡ １４８４ニッケル系超合金を含んでもよい。使用することができる他のニッケル系超合金は、ＰＷＡ ６５５、ＰＷＡ １４２２、ＰＷＡ １４４７、ＰＷＡ １４５５、ＰＷＡ １４８０、Ｒｅｎｅ Ｎ−５、Ｒｅｎｅ Ｎ−６、Ｒｅｎｅ ７７、Ｒｅｎｅ ８０、Ｒｅｎｅ １２５、ＣＳＭＸ−４、及びＣＭＳＸ−１０のニッケル系超合金を含むが、限定はされない。使用することができるコバルトを主材料とした超合金は、Ｍａｒ−Ｍ−５０９、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ ３１、及びＷＩ ５２、並びに他のコバルト系超合金を含むが、限定はされない。

説明であって限定ではない目的の為に、本発明を、図１に説明するようなガスタービンブレード１０の選択された領域で外部へ成長した漸変させた白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜を形成することに関して、ここで以下に記載することにする。タービンブレードは、前述のＰＷＡ １４８４のニッケル系超合金を含む。タービンブレードは、前縁１０ｂ及び後縁１０ｃを備えたエーロフォイル領域１０ａを有する単結晶のインベストメント鋳造物として製作される。エーロフォイルは、凹側１０ｄ及び凸側１０ｅを含む。タービンブレード１０は、ルート領域１０ｆ及びルート領域とエーロフォイル領域との間のプラットフォーム領域１０ｇを含む。ルート領域は、複数のもみの木形リブ１０ｒを含むことができる。プラットフォーム領域は、エーロフォイル領域の、凹側１０ｄにおけるプラットフォーム領域に位置する一方のダンパーポケット及び凸側１０ｅにおけるプラットフォーム領域における他方を備えた、一組みのダンパーポケット又は窪み１２（図１に示すもの）を含む。各ダンパーポケット１２は、プラットフォーム領域１０ｇの突出する表面１２ａ及び、図１において破線Ｌによって定義される表面の広さを有する側面１２ｂによって定義される。ダンパーポケット表面１２ａは、ダンパーポケット表面１２ｂに対しておおよそ垂直に広がる。

また、プラットフォーム領域１０ｇは、それぞれの前及び後縁における外部の第一及び第二の周辺の横断面１３ａ、凹及び凸側に配置される第一及び第二の周辺の側面１３ｂ、エーロフォイル領域１０ａへ向って面する上方に面する表面１４、及び、ルート領域１０ｆへ向って及びルート領域１０ｆから離れて面する外部へ面する表面１５を含む。

タービンブレード１０は、ルート領域１０ｆの端Ｅに冷却用空気の入口の開口１１ａ、１１ｂを有する概略的に説明する内部冷却通路１１を含む。内部冷却通路１１は、入口の開口１１ａ、１１ｂからルート領域１０ｆを通じて、及びエーロフォイル領域１０ａを通じて延び、通路１１の構成は、便利さのために単純化される。エーロフォイル領域において、冷却通路１１は、冷却用空気が排出される後縁１０ｃで複数の出口の開口１１ｅへ通ずる。

上述した模範的なタービンブレード１０は、ガスタービンエンジンのタービンの区画において、運転中における酸化及び熱腐食に耐えるために、保護の外部の拡散アルミニウム化物被膜で外部及び内部が被覆される。

説明であって限定ではない目的のために提示した特定の実施例において、外部へ成長したＰｔの無いアルミニウム化ニッケル拡散被膜が、エーロフォイル領域１０ａの外部の表面及びプラットフォーム領域１０ｇの表面１３ａ、１３ｂ、１４上に形成されると同時に、ダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂは、本発明に準じて気相でアルミ化されて、本発明の外部へ成長した白金を漸変させた単相拡散アルミニウム化物被膜を局所的に表面１２ａ、１２ｂ上に形成する。プラットフォーム領域１０ｇのルート領域１０ｆ及び表面１５は、被覆されてない。内部冷却通路１１の表面は、被覆されて、Ｐｔの無い外部の拡散アルミニウム化物被膜を形成する。

説明であって限定ではない目的のために、上述の被膜でタービンブレード１０を被覆する際に以下のステップを伴う。特に、インベストメント鋳物のタービンブレード１０は、各々、多数のブラスト処理の動作にさらされ、ここで、る。ダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂを、３乃至７インチのグリットブラストノズル高さで、１０乃至４０プサイで、２４０メッシュの酸化アルミニウムグリットでブラスト処理する。

ダンパーポケット表面１２ａ、１２ｂ上に白金の電気メッキに対する準備において、内部冷却通路１１が、ワックスで充填されると同時に、ダンパーポケットの表面１２ａ及び１２ｂを除いて各タービンブレード１０の外部の表面は、従来の剥離型のマスク剤によってマスクされる。

次に、ダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂ上にのみ白金層を沈積させるために、各々マスクされたタービンブレードは、電気メッキの動作にさらされる。説明の目的のためにのみ、ヘキサクロロ白金酸（１乃至１２グラム毎リットルのＰｔの濃度、６．５乃至７．５のｐＨ、１６．５乃至２１．０の比重、１６０乃至１７０度ＦのＢａｕｍｅの電解液の温度）を含む従来の水性ホスファートの緩衝溶液で構成された有用な電気メッキの溶液、及び白金層を沈積させるために０．２４３−０．４８５アンペア／インチ^２構成された電流密度。ヘキサクロロ白金酸を含む適切な白金をメッキする溶液は、米国特許第３６７７７８９号及び第３８１９３３８号に記載されている。水酸化物を主材料とした水性のメッキの溶液は、米国特許第５７８８８２３に記載されている。白金層を、ダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂ上に０．１０９乃至０．１５３グラム／インチ^２、典型的には０．１３１グラム／インチ^２の量で沈積させることができる。他の白金を電気メッキする溶液及びパラメータを用いることができるが、これらのメッキのパラメータを、説明の目的のためにのみ提示する。また、白金層を、スパッタリング及び他の沈積の技術のようなものを含むが限定はされない電気メッキを除いた技術によって、表面１２ａ、１２ｂ上に沈積させることができる。

メッキした後、内部通路１１のマスク剤及びワックスは、各タービンブレードから取り除かれる。マスク剤及びワックスを、空気中で１２５０度Ｆまでブレードを加熱することによって取り除くことができる。次に、ブレードは、脱イオン水で内部が高圧スプレー洗浄され、引き続き、１６０乃至２１０度Ｆの水温で１５乃至３０分間の中間の行程で動作されるＭａｎ−Ｇｉｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍａｇｎｕｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能な洗浄機で洗浄する。次に、タービンブレードを、２２５乃至２７５度Ｆで３０分間、乾燥される。

上述のように清浄にした後、電気メッキされたダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂで白金層を超合金基板中へ拡散させるために、タービンブレード１０を、自由選択の予備拡散熱処理にさらすことができる。特に、タービンブレードを、５乃至１０分間、１９２５度Ｆまでレトルト内で流動するアルゴン雰囲気で加熱することができる。予備拡散熱処理サイクルの終わりに、タービンブレードを、１９２５度Ｆから１６００度Ｆまで１０度Ｆ／分で送風機により、又は、アルゴン雰囲気下で９００度Ｆ以下までより速く冷却する。次に、タービンブレードを、レトルトから取り除く。次に、エーロフォイル領域１０ａ及びプラットフォーム領域１０ｇは、３乃至５インチのグリットブラストノズル高さと共に、４０乃至６０プサイで２４０メッシュの酸化アルミニウムグリットを使用する、ブラスト処理６にさらされる。ルート領域１０ｆ及びダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂは、遮蔽され、グリットブラスト処理されない。予備拡散熱処理は、本発明を実行する際に、電気メッキされたダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂのようなものを備えたタービンブレードを予備拡散熱処理なしで直接気相でアルミ化することができるのように、自由選択であり得る。

次に、予備拡散熱処理の有無に関らずタービンブレード１０は、図４における塗布レトルトに配置される、図３における塗布チャンバー内で、本発明に準ずる気相でアルミ化する動作にさらされる。

気相でのアルミ化より先に、台板２０ｃ上の中空のピン２０ａ及び２０ｂを含むピン取り付け具２０は、ルート領域１０ｆの端Ｅへ接着される。ピン２０ａ、２０ｂは、図２におけるルートの端における内部通路１１のそれぞれの開口１１ａ、１１ｂ中へ延びる及びそれぞれの開口１１ａ、１１ｂへ通ずる。

次に、マスク剤は、図１におけるルート領域１０ｆ及び表面１５に塗布される。マスク剤は、従来のＭ−１マスク剤（結合剤中のストップオフを含むアルミナ）及びＭ−７マスク剤（結合剤中のシースコートを含むほとんどニッケルの粉末）の多重層を含むことができ、両方のマスク剤は、Ａｌｌｏｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅから入手可能である。例えば、Ｍ−１マスク剤の２つのコート及びＭ−７マスク剤の４つのコートを、上記表面に塗布することができる。乾燥したマスク剤のような、他のどんな適切なマスク剤をも使用することができるが、これらのマスク剤は、限定ではなく説明の目的のためにのみ記載される。

説明であって限定ではない目的のために、上述の被膜を形成するためにタービンブレードを気相でアルミ化することは、塗布レトルト５０に位置決めされたリフティングポスト４０上の支持物４０ａ上に支えられる、図３及び４において複数の塗布チャンバー３０で実施される。各塗布チャンバー３０は、円筒形の環状チャンバー３０ａ及び蓋３０１を含み、チャンバー及び蓋は、図４で説明するようなリフティングポスト４０を受けるための中央通路３０ｐを有する。

各塗布チャンバーは、下側のチャンバー領域３１ａ及び上側の塗布チャンバー領域３１ｂを含む。中空のピン２０ａ、２０ｂを下側のチャンバー３１ａへ通じさせるために、複数のタービンブレード１０は、囲いぜき３４の底の壁及び壁Ｗ１における穴のそれぞれの組みを通じて延びるルートの端７上に接着される中空のピン２０ａ、２０ｂを備えた上側のチャンバー領域３１ｂにおける囲いぜき３４においてルートより下に保持される。図３において、各囲いぜき３４及び壁Ｗ１における各ピン２０ｂ及び対応する穴は、ピン２０ａの後ろに隠される。複数のブレード１０のルート領域１０ｆは、図３における環状の囲いぜき３４内のアルミナ（又は他の耐火性の）微粒子のベッド３７に保持される。便宜の目的のために各囲いぜき３４にそのように保持された一つのブレード１０のみを示すが、典型的には、複数のブレード１０のルート領域１０ｆは、各囲いぜき３４において周囲に間隔を空けてそのように保持される。ルート領域１０ｆは、下側のチャンバー領域３１ａに通じたそれぞれのピン２０ａ、２０ｂを備えた各囲いぜき３４に置かれ、次にベッド３７のアルミナ微粒子は、図３ａに示す程度までアルミナ微粒子におけるルート領域１０ｆを埋め込むために、囲いぜき３４中へ導入される。内側及び外側のガスシール３０ｉ、３０ｏは、図３で説明するような環状チャンバー壁の間における空間に充填され詰められたアルミナグリットによって、下側のチャンバー領域３１ａ及び上側のチャンバー領域３１ｂの間で形成される。

下側のチャンバー領域３１ａは、用いられる高い塗布温度（例えば、１９７５度Ｆプラス又はマイナス２５度Ｆ）でアルミニウムを生ずる被覆剤のガスを発生させて各タービンブレードの冷却通路１１の内面に拡散アルミニウム化物被膜を形成するために、環状の裸線バスケットＢ１内に受けられるアルミニウムの固体の源Ｓ１（例えば、アルミニウム合金粒子）を含む。例えばＡｌＦ_３のみのような、ある量の従来のハロゲン化物の活性化剤（示してない）を、用いられる高い塗布温度における固体の源Ｓ１からのアルミニウムを生ずる被覆剤のガス（例えばＡｌＦガス）の発生を開始するために、使用する。アルゴン（又は他のキャリヤーガス）の輪状の入り口の導管３２は、ピン２０ａ、２０ｂ及びタービンブレードの後縁における出口の開口１１ｅからの排出用の冷却通路１１を通じて発生したアルミニウムを生ずる被覆剤のガスを運ぶアルゴンのキャリヤーガスを排出するために、下側のチャンバー領域３１ａで位置決めされる。各導管３２は、レトルトの蓋を通じて各導管３２上の取り付け部品（示されていない）へ延びる個々の配管３３によって、二つの最上のチャンバー３０用に図４に示すようなアルゴン（Ａｒ）の従来の共通の源ＳＡに接続される。各配管３３は、アルゴンの圧力及び流量を制御するために、レトルトの外側で共通の圧力調整器Ｒ及びそれぞれの個々の流量計ＦＭに接続される。便宜の目的のために、アルゴン源ＳＡ、圧力調整器Ｒ、流量計ＦＭ、及び配管３３を、レトルト５０内における二つの最上の塗布チャンバー３０に対してのみ示す。他の塗布チャンバー３０の各々の各導管３２は、それ自体の配管（示してない）によって、類似の様式で共通のアルゴン源ＳＡ及び共通の調整器Ｒへ接続される。

固体の源Ｓ１におけるアルミニウムの活性（即ち、二成分アルミニウム合金粒子Ｓ１中のアルミニウムの活性）は、高い塗布温度で内部の冷却通路の表面に所望のタイプの拡散アルミニウム化物被膜を形成するために制御される。源Ｓ１におけるアルミニウムの活性は、伴った特定の塗布温度で所望のタイプの被膜を形成することに有効な特定のアルミニウム合金粒子の組成の選択によって制御される。説明であって限定ではない目的のために、内部の冷却通路の表面に上述の外部のタイプの拡散アルミニウム化物被膜を形成するために、源Ｓ１は、例えば５０重量％のＣｏ及び残部のＡｌを含む微粒子を備えたＣｏ−Ａｌの二成分の合金微粒子を含むことができる。微粒子は、４ｍｍ（ｍｍは、ミリメートルである）掛ける１６ｍｍの粒子の大きさを有することができる。活性化剤は、各バスケットＢ１の下に散在させたＡｌＦ_３の粉末を含むことができる。アルゴンのキャリヤーガスによる冷却通路１１を通じた輸送の間に、アルミニウムを生ずる被覆剤のガスは、内部の冷却通路の表面に外部の拡散アルミニウム化物被膜を形成することになる。

説明であって限定ではない目的のために、各塗布チャンバー３０内で３６個までのタービンブレードを、内部を被覆して、内部通路１１内で上記の外部のアルミニウム化物拡散被膜を形成するために、約６００グラムのＡｌＦ_３の粉末の活性化剤を、各バスケットＢ１の下における各下側のチャンバー領域３１ａに散在させることができ、６０−７５ポンドのＣｏ−Ａｌ合金微粒子を、各下側のチャンバー領域３１ａにおける各バスケットＢ１に置くことができる。内部の通路壁上にそのように形成された外部の拡散アルミニウム化物被膜は、内側の拡散層及び単一のＮｉＡｌ相の外側の付加的な層を含む微細構造を有し、説明の目的のために０．０００５乃至０．００３インチの範囲内の合計の厚さを有する。

上側のチャンバー領域３１ｂは、エーロフォイル領域１０ａの外部表面及びプラットフォームの表面１３ａ、１３ｂ及び１４上に所望の拡散アルミニウム化物被膜を形成する窄めに、二成分の合金組成によって制御されるアルミニウム活性の源Ｓ２を備えた水平なチャンバー壁Ｗ１上における三つのそれぞれの環状の裸線バスケットＢ２内で受けられる複数（三つを示す）のアルミニウムの固体の源Ｓ２を含む。単に例えばフッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）の粉末のような従来のハロゲン化物の活性化剤（示してない）を、用いられる高い塗布温度（例えば１９７５度Ｆプラス又はマイナス２５度Ｆ）で上側のチャンバー領域３１ｂ中の固体の源Ｓ２からのアルミニウムを生ずる被覆剤のガス（例えばＡｌＦガス）の発生を開始するための量で壁Ｗ１上のバスケットＢ２の下に散在させる。

説明であって限定ではない目的のために、エーロフォイル領域１０ａの外部の表面及びプラットフォームの表面１３ａ、１３ｂ及び１４上に上記の外部へ成長したＰｔの無いアルミニウム化ニッケル拡散被膜を形成するために、源Ｓ２は、例えば７０重量％のＣｒ及び残部のＡｌを含む粒子を備えたＣｒ−Ａｌの二成分の合金微粒子を含むことができる。微粒子は、４ｍｍ掛ける１６ｍｍの粒子の大きさを有することができる。活性化剤は、ＡｌＦ_３の粉末を含むことができる。各塗布チャンバー内で３６個のタービンブレードを被覆して上記の外部へ成長したＰｔの無いアルミニウム化ニッケル拡散被膜を形成するために、約３５グラムのＡｌＦ_３を、各塗布チャンバーの壁Ｗ１におけるバスケットＢ２の下に散在させ、１４０乃至１６０ポンドのＣｒ−Ａｌ合金の微粒子は、各上側のチャンバー領域３１ｂにおける各バスケットＢ２に置かれる。外部へ成長したＰｔの無いアルミニウム化ニッケル拡散被膜は、基板に近接する内側の拡散層及び外側のＰｔの無い付加的な単相ＮｉＡｌ層を含み、典型的には０．００１乃至０．００３インチの範囲内における合計の厚さを有する。

本発明の実施例に準じて、上側のチャンバー領域３１ｂは、また、環状の囲いぜき３４に配置されるアルミニウムの固体の源Ｓ３（例えば、二成分アルミニウム合金粒子）を含む。固体の源Ｓ３は、固体の源Ｓ３において予め決められたアルミニウム活性を有し、高い塗布温度でエーロフォイル領域１０ａの表面及びプラットフォームの表面１３ａ、１３ｂ及び１４上に形成されたもの１０と異なる図５における拡散アルミニウム化物被膜１００を形成するために、ダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂに十分近接して近くにある。

源Ｓ３におけるアルミニウムの活性は、伴われる特定の塗布温度で所望のタイプの被膜を形成するために有効な特定の二成分アルミニウム合金粒子の組成の選^択によって制御される。

特に、ダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂ上でのみ形成された拡散アルミニウム化物被膜１００は、内側の拡散層１００ａ及び拡散層１００ａに隣接する最も内側の塗布領域におけるよりも最も外側の塗布領域（例えば、付加的な層厚さの外側の２０％）において相対的により高い濃度の白金を有する図５における外側の付加的なＰｔを生ずる単相（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ層１００ｂを含む。これは、白金が欠けている外側の付加的な単相ＮｉＡｌ層を有するためにエーロフォイル領域１０ａの表面及びプラットフォームの表面１３ａ、１３ｂ及び１４上で形成される上記の外部へ成長したＰｔの無い拡散アルミニウム化物被膜と対照的である。被膜１００は、典型的には、０．００１乃至０．００３インチの範囲に、典型的には０．００２インチの合計の厚さ（層１００ａプラス１００ｂ）を有する。

説明であって限定ではない目的のために、高い塗布温度で、エーロフォイル領域１０ａの表面で提供されるよりもダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂに近接するアルミニウムを生ずる被覆剤のガスにおいてより高いアルミニウム種の活性を提供するために、固体の源Ｓ３は、図１で破線によって表したダンパーポケットの表面１２ａの最低の程度まで十分近い距離Ｄ内に位置決めされるが、ベッドＳ２で使用されるのと同じアルミニウム合金微粒子（即ち、４ｍｍ掛ける１６ｍｍの粒子の大きさの７０重量％のＣｒ及び残部のＡｌ粒子）を含むことができ、それらの結果として固体の源Ｓ２によってプラットフォーム領域１０ｇの上方に面する表面は、エーロフォイルの表面及びプラットフォームの表面からより遠く離れて間隔を空けられる。

説明のみの目的のために、各塗布チャンバー３０において３６個のタービンブレードを被覆するために、５乃至１０ポンドのＣｒ−Ａｌ合金微粒子（７０重量％のＣｒ及び残部Ａｌ）は、外側の付加的な層１００ｂの厚さを通じて上記の漸変させた白金の濃度（Ｐｔ勾配）を形成するために、破線Ｌによって定義されるダンパーポケットの表面１２ａの最下の程度まで３／８から１／２インチまでの図３ａにおける十分近い距離Ｄ内に位置決めされる源Ｓ３の上側の表面を備えた各囲いぜき３４に置かれる。他方では、源Ｓ２は、典型的には、エーロフォイル領域１０ａの表面及びプラットフォームの表面１３ａ、１３ｂ及び１４へのそれらの最も近い距離で、約１．００インチ距離の間隔を空けられる。

代わりに、固体の源Ｓ３は、固体の源Ｓ２のものと異なる組成を有するアルミニウム合金の微粒子を含むことができる。外側の付加的な層１００ｂの厚さを通じて上記の漸変させた白金の濃度を形成するために、固体の源Ｓ３の組成（即ち、活性）及びダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂからのそれらの距離を、経験的に調節することができる。

気相でのアルミ化は、タービンブレード１０及び源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有する塗布チャンバー３０をリフティングポスト４０上の支持物４０ａ上に投入すると共に、加熱炉（示してない）において高い塗布温度（例えば、１９７５度Ｆプラス又はマイナス２５度Ｆ）まで加熱するために、図４におけるレトルト５０に投入されたポストを置くことによってもたらされる。高い塗布温度を、固体のアルミニウム源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の組成に依存して望まれるように、選択することができ、基板の組成は、被覆された及び被覆する組成である。１９７５度Ｆプラス又はマイナス２５度Ｆの塗布温度を、源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及び上述の活性化剤を使用する上述した被覆剤ＰＷＡ １４８４のニッケル系超合金のタービンブレードに関して説明の目的のためにのみ提示する。
レトルト５０における塗布チャンバー３０内の気相でのアルミ化の間に、内部の冷却通路表面で外部の拡散アルミニウム化物被膜を形成するために、下側のチャンバー領域３１ａにおける固体の源Ｓ１は、各タービンブレードの内部冷却通路１１を通じた流れ用の配管３３及び導管３２によって補給されるキャリヤーガス（例えば、アルゴン）によって運ばれるアルミニウムを生ずる被覆剤のガス（例えば、ＡｌＦガス）を発生させる。消費された被覆剤のガスは、各タービンブレードの後縁における出口の開口１１ｅから排出され、塗布チャンバー３０ａと緩めた蓋３０１との間における間隔ＳＰの中から、それが排気管を通じて排気されるレトルト５０へ流れる。

上側のチャンバー領域３１ｂ内における源Ｓ２、Ｓ３から発生したアルミニウムを生ずる被覆剤のガスは、エーロフォイル領域１０ａのダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂ及び外部の表面並びにプラットフォームの表面１３ａ、１３ｂ及び１４上 に上述した異なる拡散アルミニウム化物被膜を形成する。源Ｓ２、Ｓ３からの被覆剤のガスは、チャンバー３１ｂの外のガス排出開口１１ｅからの間隔ＳＰを通じた、それが管５２を経由して排気されるレトルト５０中へのアルゴンの流れによって運ばれる。

ＰＷＡ １４８４の合金のタービンブレード１０上に詳細に上述した異なる内部及び外部のアルミニウム化物拡散被膜を形成するために、塗布チャンバー３０及びレトルト５０は、アルゴンの流れを使用して、初期に空気が除去される。気相でのアルミ化の間に、塗布チャンバーのアルゴンの流量は、典型的には、３０プサイ プラス又はマイナス２．５プサイのＡｒで９４ｃｆｈ（立方フィート毎時）プラス又はマイナス６ｃｆｈであり得る。レトルトのアルゴンの流れは、共通のアルゴン源ＳＡ及び、図４におけるポスト４０の後ろでレトルトの蓋を通じて、アルゴンが配管３５から排出されるレトルトの底へ延びる配管３５に接続された共通の圧力調整器Ｒによって提供される。配管３５は、アルゴン圧力及び流量を制御するために共通の調整器Ｒの下流で流量計ＦＭ１に接続される。レトルトのアルゴンの流量は、典型的には、１２．５プラス又はマイナス２．５プサイで１００ｃｆｈプラス又はマイナスの６ｃｆｈのＡｒであり得る。

高い塗布温度は、１９７５度プラス又はマイナス２５度Ｆであり得ると共に、塗布時間は、５時間プラス又はマイナス１５分であり得る。高い塗布温度は、レトルト５０を受ける加熱炉の温度の調節によって制御される。加熱炉は、従来のガス燃焼タイプの炉又は電気抵抗で加熱された炉を含むことができる。塗布時間が経過した後、レトルトは、加熱炉から取り除かれ、アルゴン雰囲気を維持すると同時に、４００度Ｆ以下まで送風機で冷却される。

次に、被覆されたタービンブレードを、塗布チャンバー３０から取り除き、Ｍ−１及びＭ−７マスク剤の層を取り除くるためにデマスキングし、５乃至７インチのノズル高さで１５−２０プサイにおいて２４０メッシュのアルミナでグリットブラスト処理し、タービンブレードを清浄にするために上述のように洗浄することができる。次に、被覆されたタービンブレードを、拡散熱処理（４時間の間１９７５度Ｆプラス又はマイナス２５度Ｆ）、析出硬化熱処理（８時間の１６００度Ｆプラス又はマイナス２５度Ｆ、引き続き１０度Ｆ／分で１６００度Ｆから１２００度Ｆまで送風機による又は９００度Ｆ以下までのより速い冷却）、５乃至７のグリットブラストのノズル高さで１５乃至２０プサイで２４０メッシュのアルミナグリットを使用するブラスト処理にさらすと共に、拡散アルミニウム化物被膜によって表面の被覆率を評価するために従来のように加熱着色を検査することができ、その加熱着色の検査は、本発明の一部分も形成しない。

図５は、内側の拡散層１００ａ及び、拡散層１００ａに隣接する最も内側の塗布領域におけるよりも最も外側の塗布領域（例えば付加的な層の厚さにおける外側の２０％）において相対的により高い濃度の白金を有する外側の付加的な単相（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ層１００ｂを含むような、ダンパーポケットの表面１２ａ、１２ｂ上に形成された典型的な拡散アルミニウム化物被膜１００を説明する。例えば、外側の付加的な（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌの層は、典型的には、外側の付加的な層１００ｂの外側の２０％において２５乃至４５重量％及びおそらく６０重量％までのＰｔ濃度、並びに外側の付加的な層１００ｂの外側の２０％において２０乃至３０重量％及びおそらく３５重量％までのＡｌ濃度を有することになる。対照的に、外側の付加的な（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ層は、典型的には、拡散層１００ａに隣接する外側の付加的な層１００ｂの内側の２０％において１０乃至２５重量％のＰｔ濃度、及び拡散層１００ａに隣接する外側の付加的な層１００ｂの内側の２０％において２０乃至２５重量％のＡｌ濃度を有することになる。図５における付加的な層１００ｂ内の黒い領域は、もともとの基板の表面に存在する酸化物及び／又はグリット粒子である。

以下の表は、ＰＷＡ １４８４のタービンブレードのダンパーポケットの表面上に形成された外側の付加的な単相（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ層１００ｂの選択された個々のエリアにおける元素の含量を説明する。その組成を、エネルギー分散型Ｘ線分光法によって外側の付加的な層１００ｂの最も外側の表面から拡散層へ向って（ミクロンで）異なる深さで測定した。試料を、拡散及び析出硬化熱処理の前に測定した。エリアの表示Ｉ２、Ｉ３は、図３の内側のバスケット内で被覆された試料を示す。ミクロンは、付加的な層１００ｂの最も外側の表面からの深さである。

表は、アルミ化された条件において最も外側の表面から拡散層１００ａへ向った外側の付加的な層１００ｂにおける別個のＰｔ勾配を明らかにする。また、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏ及びＮｉの勾配は、明白である。

本発明は、酸化及び熱腐食の耐性及び従来の二相の白金で改質した拡散被膜と比較して改善された延性を付与するために、拡散層に隣接する最も内側の塗布領域におけるよりも最も外側の塗布領域において相対的により高いＰｔ含量を備えた単相の付加的な外側の層を有する外部へ成長した白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜を提供することに有利である。

本発明を、ダンパーポケットの表直１２ａ、１２ｂ上でのみ、図５における外側の漸変させたＰｔの単相の付加的な外側の層を有する外部へ成長した白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜を形成ことに関して上で詳細に記載してきたが、本発明は、そのように限定されない。

このような外部へ成長した漸変させた白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜を、（エーロフォイルと呼ばれる）タービンブレード及びベーンの他の領域で形成することができる。例えば、エーロフォイル領域１０ａ及び／又はプラットフォーム領域１０ｇの外部の表面のいくつか又は全てを、図５における外部へ成長した漸変させた白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜を形成するために、本発明に準じて被覆することができる。エーロフォイル領域１０ａ全体を被覆するために、エーロフォイル領域は、上述のように電気メッキされた白金であるかもしれず、アルミニウム源Ｓ２へのエーロフォイル領域の距離は、図５の外部へ成長した漸変させた白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜を形成するために減少させるかもしれない。

本発明を、ある一定の実施例に関して上で詳細に記載してきたが、当業者は、修飾、変化などを、添付した請求項において述べる本発明の主旨及び範囲から逸脱することなくなすことができることを認識すると思われる。
［付記］
付記（１）：
基板に白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜を形成する方法であって、
前記基板に白金を含む層を沈積させること、並びに
内側の拡散層及び前記拡散層に隣接する最も内側の塗布領域におけるよりも最も外側の塗布領域において相対的により高い濃度の白金を有する外側の付加的な単相の層を含む、外部へ成長した拡散アルミニウム化物被膜を高い塗布温度で形成するように、前記基板に近接して配置されるアルミニウムを含む固体の源を有する塗布チャンバーに前記基板を配置すること、並びに、
前記塗布温度まで前記基板及び前記固体の源を加熱して、前記基板に前記拡散アルミニウム化物被膜を形成すること、を含む方法。
付記（２）：
前記気相でアルミ化することは、前記層の予備拡散無しに実施される、付記（１）に記載の方法。
付記（３）：
前記気相でアルミ化することは、少なくとも部分的に前記基板への、前記層の予備拡散と共に実施される、付記（１）に記載の方法。
付記（４）：
アルミニウムの前記固体の源は、別の金属とのアルミニウムの合金を含み、前記塗布温度で前記被膜を形成する表面に対して十分近くに位置決めされる、付記（１）に記載の方法。
付記（５）：
前記固体の源は、前記塗布チャンバーに配置される二成分アルミニウム合金の微粒子のベッドを含む、付記（４）に記載の方法。
付記（６）：
前記塗布チャンバーにハロゲン化物の活性化剤を提供することを含む、付記（４）に記載の方法。
付記（７）：
前記外側の単相の層は、（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌを含む、付記（１）に記載の方法。
付記（８）：
基板に、異なる、白金で改質した拡散アルミニウム化物被膜を形成する方法であって、
前記基板の第一の表面エリアにＰｔを含む層を沈積させること、
アルミニウムを含む第一の固体の源に相対的に近接する前記第一の表面エリア、及び前記第一の固体の源から相対的に遠いと共にアルミニウムを含む第二の固体の源に相対的に近接する第二の表面エリア、を備えた塗布チャンバーにおいて、前記基板を位置決めすること、並びに、
高い塗布温度まで前記基板、第一の固体の源、及び第二の固体の源を加熱することによって、前記基板を気相でアルミ化して、前記第一の表面エリアに、内側の拡散層及び前記拡散層に隣接する最も内側の塗布領域におけるよりも最も外側の塗布領域において相対的により高い濃度の白金を有する外側の付加的な単相の層を有する拡散アルミニウム化物被膜、並びに前記基板の前記第二の表面エリアに、異なる拡散アルミニウム化物被膜を形成すること、を含む方法。
付記（９）：
前記気相でアルミ化することは、前記層の予備拡散無しに実施される、付記（８）に記載の方法。
付記（１０）：
前記気相でアルミ化することは、少なくとも部分的に前記基板への、前記層の予備拡散と共に実施される、付記（８）に記載の方法。
付記（１１）：
前記第一の固体の源は、別の金属とのアルミニウムの合金を含み、前記塗布温度で前記被膜を形成する表面に対して十分近くに位置決めされる、付記（８）に記載の方法。
付記（１２）：
前記第一の固体の源は、前記第一の表面エリアに近接する前記塗布チャンバーに配置される二成分アルミニウム合金の微粒子のベッドを含む、付記（１１）に記載の方法。
付記（１３）：
前記第二の固体の源は、前記第一の表面エリアから相対的に遠いと共に前記第二のエリアに相対的に近接する前記塗布チャンバーに配置される二成分アルミニウム合金の微粒子のベッドを含む、付記（１２）に記載の方法。
付記（１４）：
前記塗布チャンバーにハロゲン化物の活性化剤を提供することを含む、付記（８）に記載の方法。
付記（１５）：
前記の異なる拡散アルミニウム化物は、内側の拡散層及び白金の無い外側の付加的なＮｉＡｌ層を含む、付記（８）に記載の方法。
付記（１６）：
前記第一の表面エリアは、ガスタービンエンジンブレードのダンパーポケットを形成する表面を含む、付記（８）に記載の方法。
付記（１７）：
前記第二の表面エリアは、ガスタービンエンジンブレードのエーロフォイルを含む、付記（１６）に記載の方法。
付記（１８）：
前記内側の拡散層及び前記拡散層に隣接する最も内側の塗布領域におけるよりも最も外側の塗布領域において相対的により高い濃度の白金を有する前記外側の付加的な単相の層を含むように、付記（１の方法によって少なくとも表面エリアに形成される外部の拡散アルミニウム化物被膜を有するニッケル系超合金を含む基板。
付記（１９）：
付記（８）の方法によって第一の表面エリア及び第二の表面エリアに形成される外部の拡散アルミニウム化物被膜を有するニッケル系超合金を含む基板。

エーロフォイル領域、ルート領域、及びエーロフォイルの凹側及び凸側に位置する、プラットフォーム領域より下のダンパーポケット又は窪みを備えたプラットフォーム領域を有するガスタービンエンジンブレードの立面図である。 タービンブレードの内部冷却通路を通じて被覆剤のガスを導くためにタービンブレードのルートの端に位置決めされるピン取り付け具の立面図である。 タービンブレードが被覆される塗布チャンバーの部分概略図である。塗布チャンバーは、図４に説明するようなリフティングポストを受けるための中央の通路を有する、蓋を備えた円筒形の環状チャンバーを含む。 アルミニウムの源に近接するダンパーポケットを備えたタービンブレードの部分的な拡大した立面図である。 リフティングポスト上で、位置決めされた複数の塗布チャンバーを示すレトルトの概略断面図である。 内側の拡散層及び拡散層に隣接する最も内側の塗布領域におけるよりも最も外側の塗布領域で相対的により高い濃度の白金を有する外側の単相の付加的な層を有する外部へ成長した拡散アルミニウム化物被膜の４７５Ｘでの顕微鏡写真である。図５の最上の層は、被膜の一部ではなく、金属組織学的試料を製作するためにのみ存在する。

Claims (19)

1. 基体に白金で改質された拡散アルミニウム化物のコーティングを形成する方法であって、
   前記基体に白金を含む層を堆積させること、並びに、
   内側の拡散ゾーン及び上記の拡散ゾーンに隣接の最も内側のコーティング領域におけるものと比べて最も外側のコーティング領域において相対的により高い濃度の白金を有する外側の付加的な単一の相の層を含む外方へ成長させられた拡散アルミニウム化物のコーティングをコーティング温度で形成するために上記の基体に隣接して配されたアルミニウムを含む固体の源を有するコーティングチャンバーに前記基体を配すること、並びに、
   上記の基体に上記の拡散アルミニウム化物のコーティングを形成するために上記のコーティング温度まで上記の基体及び上記の固体の源を加熱すること
   を含むと共に、
   前記基体は、前記固体の源から間隔を空けられる、
   方法。
   
2. 請求項１の方法において、
   上記の気体の相でアルミニウム処理することは、上記の層の予めの拡散無しで実施される、方法。
   
3. 請求項１の方法において、
   上記の気体の相でアルミニウム処理することは、少なくとも部分的に上記の基体への上記の層の予めの拡散有りで実施される、方法。
   
4. 請求項１の方法において、
   アルミニウムの上記の固体の源は、別の金属とのアルミニウムの合金を含むと共に上記のコーティング温度で上記のコーティングを形成するために上記の表面に隣接して位置決めされる、方法。
   
5. 請求項４の方法において、
   上記の固体の源は、上記のコーティングチャンバーに配された二元のアルミニウム合金の微粒子のベッドを含む、方法。
   
6. 請求項４の方法であって、
   上記のコーティングチャンバーにハロゲン化物の活性体を提供することを含む、方法。
   
7. 請求項４の方法において、
   上記の外側の単一の相の層は、（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌを含む、方法。
   
8. 基体に異なる白金で改質された拡散アルミニウム化物のコーティングを形成する方法であって、
   前記基体の第一の表面のエリアにＰｔを含む層を堆積させること、
   アルミニウムを含む第一の固体の源に相対的に近接の上記の第一の表面のエリアを備えた並びに上記の第一の固体の源から相対的に遠方の及びアルミニウムを含む第二の固体の源に相対的に近接の第二の表面のエリアを備えたコーティングチャンバーに前記基体を位置決めすること、並びに、
   内側の拡散ゾーン及び上記の拡散ゾーンに隣接の最も内側のコーティングの領域におけるものと比べて最も外側のコーティングの領域で相対的により高いものである濃度の白金を有する外側の付加的な単一の相の層を有する拡散アルミニウム化物のコーティングを上記の第一の表面のエリアに、並びに、上記の基体の上記の第二の表面のエリアに異なる拡散アルミニウム化物のコーティングを、形成するためにコーティング温度まで前記基体、第一の固体の源、及び第二の固体の源を加熱することによって前記基体を気体の相でアルミニウム処理すること
   を含むと共に、
   前記基体は、前記第一の固体の源から間隔を空けられる、
   方法。
   
9. 請求項８の方法において、
   上記の気体の相でアルミニウム処理することは、上記の層の予めの拡散無しで実施される、方法。
   
10. 請求項８の方法において、
    上記の気体の相でアルミニウム処理することは、少なくとも部分的に上記の基体への上記の層の予めの拡散有りで実施される、方法。
    
11. 請求項８の方法において、
    上記の第一の固体の源は、別の金属とのアルミニウムの合金を含むと共に上記のコーティング温度で上記のコーティングを形成するために上記の表面に十分に近くに位置決めされる、方法。
    
12. 請求項１１の方法において、
    上記の第一の固体の源は、上記の第一の表面のエリアに近接の上記のコーティングチャンバーに配された二元のアルミニウム合金の微粒子のベッドを含む、方法。
    
13. 請求項１２の方法において、
    上記の第二の固体の源は、上記の第一の表面のエリアから相対的に遠方の及び上記の第二のエリアに相対的に近接の上記のコーティングチャンバーに配された二元のアルミニウム合金の微粒子のベッドを含む、方法。
    
14. 請求項８の方法であって、
    上記のコーティングチャンバーにハロゲン化物の活性体を提供することを含む、方法。
    
15. 請求項８の方法において、
    上記の異なる拡散アルミニウム化物は、内側の拡散ゾーン及び白金の無い外側の付加的なＮｉＡｌ層を含む、方法。
    
16. 請求項８の方法において、
    上記の第一の表面のエリアは、ガスタービンエンジンブレードのダンパーポケットを形成する表面を含む、方法。
    
17. 請求項１６の方法において、
    上記の第二の表面のエリアは、ガスタービンエンジンブレードのエーロフォイルを含む、方法。
    
18. 上記の内側の拡散ゾーン及び上記の拡散ゾーンに隣接の最も内側のコーティングの領域におけるものと比べて最も外側のコーティングの領域で相対的により高いものである濃度の白金を有する上記の外側の付加的な単一の相の層を含むために請求項１の方法によって少なくとも表面のエリアに形成された外方の拡散アルミニウム化物のコーティングを有するニッケルベースの超合金を含む基体。
    
19. 請求項８の方法によって第一の表面のエリア及び第二の表面のエリアに形成された外方の拡散アルミニウム化物のコーティングを有するニッケルベースの超合金を含む基体。

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