JP5230053B2 - 漸変させた白金拡散アルミニウム化物被膜 - Google Patents
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Description
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。
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[PtAl2+(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。
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。
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。
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。
[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。
Claims (19)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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