JP5941266B2 - 窪み形状の冷却チャネルを備える構成部品および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、その中でのマイクロチャネル冷却に関する。

ガスタービンエンジンでは、高温の燃焼ガスを発生させるために、空気が圧縮機内で加圧され、燃焼器内で燃料と混合される。圧縮機に動力供給する高圧タービン（ＨＰＴ）内のガスから、またターボファン航空機エンジンの用途におけるファンに動力供給する、または船舶用および産業用では外部シャフトに動力供給する低圧タービン（ＬＰＴ）内のガスから、エネルギーが抽出される。

エンジン効率は燃焼ガスの温度が高くなるにつれて高まる。しかし、燃焼ガスはそれらの流路に沿った様々な構成部品を加熱するので、エンジンの寿命を長くするためにはそれらを冷却することが必要となる。通常、熱ガス経路構成部品は、圧縮機から抽気することによって冷却される。抽気は燃焼プロセスで使用されないので、この冷却プロセスによりエンジン効率は低下する。

ガスタービンエンジン冷却の技術分野は成熟しており、様々な熱ガス経路構成部品内の冷却回路および特徴部の様々な態様のための多数の特許を含む。例えば、燃焼器は、運転中に冷却することを必要とする半径方向の外側ライナおよび内側ライナを含む。タービンノズルは、やはり冷却することを必要とする外側バンドと内側バンドとの間で支持される中空のベーンを含む。タービンブレードは中空であり、通常、その中に冷却回路を含み、タービンブレードはやはり冷却することを必要とするタービンシュラウドによって囲まれる。高温の燃焼ガスは、やはりライニングされ適切に冷却されることがある排気装置を通して排気される。

これらの例示のすべてのガスタービンエンジンの構成部品において、それらを冷却する必要性を最小にしながら耐久性を向上させるために、通常、高強度超合金金属の薄い金属壁が使用される。様々な冷却回路および特徴部は、エンジン内の対応する環境においてこれらの個々の構成部品に適合するように作られる。例えば、一連の内部冷却通路またはサーペンタイン（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ）が熱ガス経路構成部品内に形成されてもよい。冷却流体がプレナムからサーペンタインに供給されてもよく、この冷却流体はこれらの通路を通って流れて、熱ガス経路構成部品の基材およびコーティングを冷却することができる。しかし、通常はこの冷却手法により熱伝達率が相対的に低くなり、また、構成部品の温度プロフィールが一様ではなくなる。

マイクロチャネル冷却には、冷却を加熱ゾーンに可能な限り近づけ、所与の熱伝達率に対する高温側と低温側との温度差を縮小させることにより、冷却要件を大幅に軽減する潜在力がある。しかし、マイクロチャネルを形成するための現在の技術では、通常、コーティングがマイクロチャネル内に堆積しないようにするための犠牲充填材（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ ｆｉｌｌｅｒ）を使用すること、堆積する際にコーティングを支持すること、さらに、コーティングシステムを堆積した後に犠牲充填材を除去することが必要となる。しかし、一時的な材料でチャネルを充填することおよびその材料を後で除去することには、現在のマイクロチャネル処理技術にとっての潜在的な問題がある。例えば、充填材は基材およびコーティングに適合していなければならず、さらに収縮度が最小でなければならず、さらにそれでもやはり十分な強度を有さなければならない。犠牲充填材を除去することには、浸出、エッチングまたは気化などの潜在的に損傷を引き起こすようなプロセスが含まれ、通常長い時間がかかる。充填材材料が残留することもやはり問題である。

米国特許第７３０２９９０号公報

したがって、充填プロセスおよび除去プロセスの必要性をなくする、熱ガス経路構成部品内に冷却チャネルを形成するための方法が提供されることが望ましい。

本発明の一態様は構成部品の製造方法に属する。この方法は、基材の表面に１つまたは複数の溝を形成することを含み、ここでは、基材が少なくとも１つの中空の内部空間を有する。１つまたは複数の溝の各々は基材の表面に少なくとも部分的に沿って延在し、また、底面および頂部を有する。底面は頂部より広く、したがって、１つまたは複数の溝の各々は窪み形状の溝を有する。この方法は、溝を中空の内部空間（複数可）のそれぞれの１つに流体連通させて接続するために、それぞれの１つの、１つまたは複数の溝の底面を通る１つまたは複数のアクセス孔を形成することをさらに含む。この方法は、基材の表面の少なくとも一部分の上にコーティングを堆積させることをさらに含み、ここでは、１つまたは複数の溝およびコーティングが、構成部品を冷却するための１つまたは複数の窪み形状のチャネルを画定する。

本発明の別の態様は、外側表面および内側表面を有する基材を含む構成部品に属する。内側表面は少なくとも１つの中空の内部空間を画定し、外側表面は１つまたは複数の溝を画定する。１つまたは複数の溝の各々は基材の表面に少なくとも部分的に沿って延在し、また、底面および頂部を有する。底面は頂部より広く、したがって、１つまたは複数の溝の各々は窪み形状の溝を有する。１つ（または複数の）アクセス孔が、溝を少なくとも１つの中空の内部空間のそれぞれ１つに流体連通させて接続するために、それぞれの溝の底面を通るように形成される。この構成部品は、基材の表面の少なくとも一部分の上に堆積される少なくとも１つのコーティングをさらに含む。１つまたは複数の溝およびコーティングが、構成部品を冷却するための１つまたは複数の窪み形状の溝を画定する。

本発明の別の態様は、犠牲充填材を使用することなく構成部品を被覆する方法に属する。この方法は基材の表面に１つまたは複数の溝を形成することを含み、ここでは、基材は少なくとも１つの中空の内部空間を有する。１つまたは複数の溝の各々は基材の表面に少なくとも部分的に沿って延在し、また、底面および頂部を有し、頂部の幅は約０．１ｍｍから約０．５ｍｍである。この方法は、基材の表面の少なくとも一部分の上において、１つまたは複数の溝のうちの空いている溝の上に直接にコーティングを堆積させることをさらに含み、ここでは、１つまたは複数の溝およびコーティングが、構成部品を冷却するための１つまたは複数のチャネルを画定する。

本発明のこれらのおよび別の特徴、態様および利点は、複数の図面を通して同じ記号は同じ部品を示している添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、より良く理解されるであろう。

ガスタービンシステムを示す概略図である。 本発明の態様による、窪み形状の冷却チャネルを備える例のエーロフォイル構成を示す概略的な断面図である。 窪み形の溝を形成するための、角度φにおける研磨液噴射の第１の通過を示す図である。 窪み形の溝を形成するための、反対の角度１８０φにおける研磨液噴射の第２の通過を示す図である。 窪み形の溝を形成するための、溝に対して垂直である研磨液噴射の任意選択の第３の通過を示す図である。 窪み形の冷却チャネルを有する冷却回路の一部分を示す概略的な断面図である。 窪み形状のチャネルを形成するために溝の頂部の上を延在するコーティングを備える窪み形状の溝を概略的に示す断面図である。 基材の表面とチャネル冷却剤とに沿って個別のフィルム冷却孔まで部分的に延在する３つの例のマイクロチャネルを概略的に示す斜視図である。 アクセス孔からフィルム冷却孔まで冷却剤を運ぶマイクロチャネルを示している、図８の例のマイクロチャネルのうちの１つを示す断面図である。 本発明の窪み形のマイクロチャネルとの、角度をつけるコーティング技法の適用例を示す図である。 応力を除去するための多孔性の隙間を備えるコーティングを示す図である。

「第１の」および「第２の」などの用語は本明細書では順番、量または重要性を一切示しておらず、１つの要素を別の要素と区別するのに使用される。本明細書で数詞がないときは特定の量を限定することを示しておらず、参照する項目の少なくとも１つが存在することを示している。量に関連して使用される「約」という修飾語は、述べた値を含み、さらに、文脈によって決定される意味を有する（例えば、特定の量の測定値に伴われる誤差の程度を含む）。さらに、「組合せ」という用語は、ブレンド材、混合物、合金および反応生成物などを含む。

また、本明細書では、「（複数可）」という接尾辞は、通常、それが修飾する用語の単数および複数の両方を含むことを意図しており、したがって、その用語の１つまたは複数を含むことを意図する（例えば、「通路孔」は、特に指定しない限り、１つまたは複数の通路孔を含んでよい）。本明細書を通して、「一実施形態」、「別の実施形態」および「実施形態」などに言及することは、その実施形態に関連して説明される特定の要素（例えば、特徴、構造および／または特性）が、本明細書で説明される少なくとも１つの実施形態に含まれ、別の実施形態に存在していても存在していなくてもよいことを意味する。さらに、説明される本発明の特徴は、様々な実施形態において任意の好適な形で組み合わせることができることを理解されたい。

図１は、ガスタービンシステム１０の概略図である。システム１０は、１つまたは複数の、圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６および燃料ノズル２０を有することができる。圧縮機１２およびタービン１６は１つまたは複数のシャフト１８によって連結することができる。シャフト１８は、１つのシャフトであっても、シャフト１８を形成するように一体に連結された複数のシャフトセグメントであってもよい。

ガスタービンシステム１０は複数の熱ガス経路構成部品１００を有することができる。熱ガス経路構成部品は、システム１０を通るガスの高温流に少なくとも部分的にさらされる、システム１０の任意の構成部品である。例えば、バケット組立体（ブレードまたはブレード組立体としても知られる）、ノズル組立体（ベーンまたはベーン組立体としても知られる）、シュラウド組立体、トランジションピース、保持リング、および、圧縮機排気構成部品はすべて、熱ガス経路構成部品である。しかし、本発明の熱ガス経路構成部品１００が、上記の例に限定されず、ガスの高温流に少なくとも部分的にさらされる任意の構成部品であってもよいことを理解されたい。さらに、本開示の熱ガス経路構成部品１００が、ガスタービンシステム１０内の構成部品に限定されず、高温流にさらされる可能性がある機械の任意の部品またはその構成部品であってもよいことを理解されたい。

熱ガス経路構成部品１００が熱ガス流８０にさらされると、熱ガス経路構成部品１００は熱ガス流８０によって加熱され、故障する温度に達する可能性がある。したがって、システム１０の効率および性能を向上させて、システム１０が高い温度において熱ガス流８０と共に運転されるのを可能にするために、熱ガス経路構成部品１００のための冷却システムが必要となる。

概して、本開示の冷却システムは、熱ガス経路構成部品１００の表面内に形成される一連の小型チャネルすなわちマイクロチャネルを有する。熱ガス経路構成部品はコーティングを備えていてもよい。冷却流体がプレナムからこれらのチャネルに供給されてもよく、この冷却流体はチャネルを通って流れてコーティングを冷却することができる。

図２〜１１を参照して構成部品１００の製造方法を説明する。例えば図３〜６に示されるように、この方法は、基材１１０の表面１１２に１つまたは複数の溝１３２を形成することを含む。示される実施例では、複数の溝１３２が基材１１０内に形成される。例えば図２に示されるように、基材１１０は少なくとも１つの中空の内部空間１１４を有する。例えば図８および９に示されるように、溝１３２の各々は基材１１０の表面１１２に少なくとも部分的に沿って延在する。例えば図６に示されるように、溝１３２の各々は底面１３４および頂部１３６を有し、底面１３４は頂部１３６より広くなっており、したがって、溝１３２の各々は窪み形状の溝１３２を有する。図８および９に示される実施例では、溝は流体を出口フィルム孔１４２まで運ぶ。しかし、別の構成ではフィルム孔は伴われず、マイクロチャネルが単に基材の表面１１２に沿って延在し、後縁またはバケット先端部、あるいは端壁縁部などの、構成部品の縁部から抜け出る。また、図８ではフィルム孔は丸形で示されているが、これは単に非限定の実施例であることに留意されたい。このフィルム孔は非円形形状の孔であってもよい。

例えば図６に示されるように、この方法は、溝１３２と１つの中空の内部空間（複数可）１１４との間に流体連通を形成するために、それぞれ１つの溝１３２の底面１３４を通るように１つまたは複数のアクセス孔１４０を形成することをさらに含む。アクセス孔１４０は通常断面が円形または楕円形であり、例えば、レーザ切削（レーザ穿孔）、研磨液噴射、放電加工（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ（ＥＤＭ））、および、電子ビーム穿孔のうちの１つまたは複数を用いて形成されてもよい。アクセス孔１４０はそれぞれの溝１３２の底面１３４に対して垂直であってもよく（図６に示されるように）、または、より概略的には、溝の底面１３４に対して２０度〜９０度の範囲内にある角度で穿孔されてもよい。例えば図６に示されるように、この方法は、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上にコーティング１５０を堆積させることをさらに含む。より詳細には、コーティング１５０は、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上において、溝１３２のうちの空いている溝の上に直接に堆積される。ここで使用する「空いている」は、溝１３２が空であること、すなわち、溝１３２が犠牲充填材で充填されていないことを意味する。例えば図６に示されるように、溝１３２およびコーティング１５０は、構成部品１００を冷却するための複数の窪み形状のチャネル１３０を画定する。例えば図８および９に示されるように、基材１１０およびコーティング１５０は複数の出口フィルム孔１４２をさらに画定してもよい。図９に示される例の構成では、マイクロチャネル１３０は冷却剤をアクセス孔１４０からフィルム冷却孔１４２まで運ぶ。例のコーティング１５０が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，６４０，７６７号および米国特許第５，６２６，４６２号に提示されている。米国特許第５，６２６，４６２号で考察されるように、コーティング１５０は基材１１０の表面１１２の一部に接着される。

基材１１０は、通常、基材１１０の表面１１２内に溝１３２が形成される前に注型される。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された米国特許第５，６２６，４６２号で考察されているように、基材１１０は、本明細書では第１の材料として記載される任意の適当な材料から形成することができる。これには、構成部品１００の意図される用途に応じて、Ｎｉベース、ＣｏベースおよびＦｅベースの超合金が含まれてもよい。Ｎｉベースの超合金は、γ相およびγ’相の両方を含む超合金であってもよく、詳細には、これらのＮｉベースの超合金は、γ’相が超合金の体積の少なくとも４０％を占めるように、γ相およびγ’相の両方を含む。所望される特性の組合せは高温強度および高温耐クリープ性を含むので、このような合金が有利であることは知られている。第１の材料にはＮｉＡｌの金属間化合物合金が含まれてもよく、これらの合金もやはり、高温強度および高温耐クリープ性を含む優れた特性の組合せを有することが知られており、航空機で使用されるタービンエンジンの用途で使用されるのが有利である。Ｎｂベースの合金の場合、優れた耐酸化性を有する、Ｎｂ／Ｔｉ合金などのＮｂベースの合金が被覆されることが好適であり、これらの合金には、詳細には、原子百分率で表して、Ｎｂ−（２７〜４０）Ｔｉ−（４．５〜１０．５）Ａｌ−（４．５〜７．９）Ｃｒ−（１．５〜５．５）Ｈｆ−（０〜６）Ｖが含まれる。第１の材料には、また、Ｎｂを含有する金属間化合物、Ｎｂを含有するカーバイド、またはＮｂを含有するホウ化物などの、少なくとも１つの二次相を含むＮｂベースの合金が含まれてもよい。このような合金は、これらが延性相（すなわち、Ｎｂベースの合金）および強化相（すなわち、Ｎｂを含有する金属間化合物、Ｎｂを含有するカーバイド、またはＮｂを含有するホウ化物）を含むという点で、複合材材料に類似している。

図２、８および９に示される例の配置構成では、コーティング１５０は、基材１１０のエーロフォイル形状の外側表面１１２に沿って長手方向に延在する。コーティング１５０はエーロフォイル形状の外側表面１１２に一致しており、チャネル１３０を形成する溝１３２を覆っている。描かれているように、コーティング１５０が、単に、チャネルを覆う第１のコーティングすなわち構造上のコーティングであることに留意されたい。特定の用途では、１つのコーティングを使用するだけでよい。しかし、別の用途では、ボンドコートおよび遮熱コーティング（ＴＢＣ）も使用される。図８および９に示される例の配置構成では、チャネル１３０が、それぞれのアクセス孔１４０から出口フィルム孔１４２まで冷却流を流通させる。通常、チャネルの長さは、フィルム孔の直径の１０倍から１０００倍の範囲内、より詳細には、フィルム孔の直径の２０倍から１００倍の範囲内にある。好都合には、チャネル１３０は構成部品の表面のいかなる場所でも使用することができる（エーロフォイル本体、前縁部（ｌｅａｄ ｅｄｇｅ）、後縁部（ｔｒａｉｌ ｅｄｇｅ）、ブレード先端、端壁、プラットフォーム）。さらに、チャネルは直線の壁を有して示されているが、チャネル１３０は任意の構成であってもよく、例えば、これらは直線であっても湾曲していてもよく、あるいは複数の湾曲部などを有してもよい。コーティング１５０は、任意の適当な材料であってもよくまた基材１１０のエーロフォイル形状の外側表面１２０に接着される、第２の材料を有する。特定の構成では、コーティング１５０は、工業用部品の場合、０．１ミリメートル〜２．０ミリメートルの範囲内の、より詳細には０．１ミリメートルから１ミリメートルの範囲内の、さらに詳細には０．１ミリメートルから０．５ミリメートルの厚さを有する。航空機産業用の部品（ａｖｉａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の場合、この範囲は通常０．１ミリメートルから０．２５ミリメートルである。しかし、特定の構成部品１００の要件に応じて別の厚さが使用されてもよい。

コーティング１５０は様々な技法を用いて堆積されてもよい。詳細なプロセスでは、コーティング１５０は、イオンプラズマ蒸着を行うことによって基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上に堆積される。例のカソードアークイオンプラズマ蒸着（ｃａｔｈｏｄｉｃ ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｓｍａ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の装置および方法が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された、Ｗｅａｖｅｒらの米国公開特許出願第２００８０１３８５２９号「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｃａｔｈｏｄｉｃ ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｓｍａ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」に提示されている。簡単に言うと、イオンプラズマ蒸着は、コーティング材料で形成されるカソードを真空チャンバ内の真空環境内に配置すること、基材１１０をこの真空環境内に用意すること、カソード表面上にカソードアークを形成してカソード表面からコーティング材料を浸食または蒸発させるために、カソードに電流を印加すること、および、カソードからのコーティング材料を基材の表面１１２上に堆積させることを含む。

１つの非限定の例では、イオンプラズマ蒸着プロセスはプラズマ蒸着プロセスを含む。コーティング１５０の非限定の例には、米国特許第５，６２６，４６２号を参照して後でより詳細に考察するように、金属コーティング、ボンドコーティングおよび、遮熱コーティングが含まれる。特定の熱ガス経路構成部品１００では、コーティング１５０は超合金を含む。例えば、基材１１０の第１の材料が、γ相およびγ’相の両方を含むＮｉベースの超合金である場合、米国特許第５，６２６，４６２号を参照して後でより詳細に考察するように、コーティング１５０はこれらと同じ材料を含んでよい。

別のプロセス構成では、コーティング１５０は、溶射プロセスを実行することにより、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上に堆積される。例えば、溶射プロセスには、高速フレーム溶射（ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｘｙｇｅｎ ｆｕｅｌ ｓｐｒａｙｉｎｇ（ＨＶＯＦ））または高速空気燃料溶射（ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｉｒ ｆｕｅｌ ｓｐｒａｙｉｎｇ（ＨＶＡＦ））が含まれてもよい。１つの非限定の例では、ＮｉＣｒＡｌＹコーティングがＨＶＯＦまたはＨＶＡＦによって堆積される。別の例のプロセス構成では、低圧プラズマ溶射（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｌａｓｍａ ｓｐｒａｙ（ＬＰＰＳ））が使用されてもよい。

より概略的には、米国特許第５，６２６，４６２号で考察されるように、コーティング１５０を形成するのに使用される第２の材料は任意の適当な材料を含む。冷却式タービンの構成部品１００の場合、第２の材料は約１１５０℃に耐えることができなければならず、ＴＢＣでは約１３２０℃に達することもある。コーティング１５０は、基材１１０のエーロフォイル形状の外側表面１１２に接着されることに適合性を有し、それに適応されなければならない。この接着は、コーティング１５０が基材１１０上に堆積されるときに形成されてもよい。この接着作用は、堆積が行われる際に、堆積方法、堆積中の基材１００の温度、堆積表面が堆積源（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）に対して偏向されているか否か、および、別のパラメータ、を含めた多くのパラメータの影響を受ける可能性がある。接着作用はまた、その後の熱処理または別の処理の影響を受ける可能性もある。さらに、堆積が行われる前の基材１１０の表面性状、化学的性質および清浄度が、冶金学的な接着作用が起こる程度に影響する場合がある。コーティング１５０と基材１１０との間に強力な冶金学的接着を形成することに加えて、本明細書で説明するように、この接着が、経時的にまた高温において、相変化および相互拡散に対して安定した状態を維持することが望ましい。適合することにより、これらの要素間の接着が熱力学的に安定し、それにより、接着の強度および延性が、Ｎｉベース合金のエーロフォイル支持壁４０およびエーロフォイルスキン４２の場合には１，１５０℃程度の高温にさらされる場合でも、また、Ｎｂベースの合金などのより高温の高温材料が使用される場合には１，３００℃程度のさらに高温にさらされる場合でも、相互拡散または別のプロセスによって経時的に（例えば、最大で３年）大幅に劣化しないことが好ましい。

米国特許第５，６２６，４６２号で考察されるように、基材１１０の第１の材料が、γ相およびγ’相の両方を含むＮｉベースの超合金またはＮｉＡｌの金属間化合物合金である場合、コーティング１５０用の第２の材料はこれらと同じ材料を含んでよい。コーティング１５０および基材１１０の材料のこのような組合せは、運転環境の最大温度が現行のエンジンの最大温度（例えば、１６５０℃未満）と同等であるような場合の用途において好適である。基材１１０の第１の材料がＮｂベースの合金である場合、コーティング１５０用の第２の材料も、同じＮｂベースの合金を含めた、Ｎｂベースの合金を含んでよい。

米国特許第５，６２６，４６２号で考察されるように、金属合金のコーティング１５０を使用することが望ましくないような温度、環境、または別の制約が課されるような用途などの、別の用途では、コーティング１５０は、金属合金のみの特性より優れた特性を有する、金属間化合物（Ｉ_S）／金属合金（Ｍ）相の複合材および金属間化合物（Ｉ_S）／金属間化合物（Ｉ_M）相の複合材の一般的な形態の複合材などの、材料を含むことが好ましい。金属合金Ｍは、エーロフォイル支持壁４０に使用されるものと同じ合金であってもよく、または、エーロフォイルの要件に応じて別の材料であってもよい。これらの複合材は、一般的に言えば、両方の材料の利点を有するコーティング１５０を作るために、比較的多い延性相ＭまたはＩ_Mと比較的少ない延性相Ｉ_Sとを組み合わせるという点で、類似している。さらに、好結果の複合材を得るためには、これら２つの材料は適合性を有さなければならない。複合材に関連して本明細書で使用される場合、適合性という用語は、それらの材料が、それらの相の所望される初期分布を形成することできなければならず、さらに、複合材の強度、延性、靭性、および別の重要な特性が大幅に損なわれるような冶金反応を起こすことなく、１，１５０℃以上の使用温度において上述したように長時間その分布を維持することができなければならないことを意味する。このような適合性は相安定性という用語で表現されてもよい。すなわち、複合材の分離相は運転時にある温度で（ａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）長時間にわたって安定性を有しなければならず、それにより、これらの相が分離して互いに異質である状態を維持し、それらの別個の独自性および特性が維持され、相互拡散により単一の相または複数の異なる相になることがない。適合性は、Ｉ_S／Ｍ複合材またはＩ_S／Ｉ_M複合材の層の間の相間境界面（ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の形状安定性で表現されてもよい。不安定性は、いずれかの層の持続性を阻害するコンボリューション（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）によって明らかとなる場合がある。また、所与のコーティング１５０内で、複数のＩ_S／ＭまたはＩ_S／Ｉ_M複合材が使用されてもよく、このような複合材は２つの材料または２つの相の組合せに限定されないことに留意されたい。このような組合せを使用することは単に例示的なものであり、包括的なものではなく、すなわち、可能性のある組合せを限定しない。したがって、Ｍ／Ｉ_M／Ｉ_S、Ｍ／Ｉ_S1／Ｉ_S2（Ｉ_S1およびＩ_S2は異なる材料）および多くの別の組合せが可能である。

米国特許第５，６２６，４６２号で考察されるように、基材１１０が、γ相およびγ’相の両方の混合物を含むＮｉベースの超合金を含む場合、Ｉ_Sには、Ｎｉ₃［Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ］、ＮｉＡｌ、Ｃｒ₃Ｓｉ、［Ｃｒ、Ｍｏ］_XＳｉ、［Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ］Ｃ、Ｃｒ₃Ｃ₂およびＣｒ₇Ｃ₃の金属間化合物および中間相が含まれてもよく、Ｍには、γ相およびγ’相の両方の混合物を含むＮｉベースの超合金が含まれてもよい。γ相およびγ’相の両方の混合物を含むＮｉベースの超合金では、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ、ＨｆおよびＺｒの様々な組合せと共に、元素Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、ＣおよびＢはほとんど常に合金成分として存在する。したがって、説明する例示のＩ_S材料の成分は、第１の材料として（基材１１０を形成するのに）使用することができ、したがって本明細書で説明する相および相互拡散の安定性（ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を実現するように適合され得るＮｉベースの超合金で通常見られる１つまたは複数の材料に一致する。第１の材料（基材１１０）がＮｉＡｌの金属間化合物合金を含む場合の追加の例として、Ｉ_Sには、Ｎｉ₃［Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ］、ＮｉＡｌ、Ｃｒ₃Ｓｉ、［Ｃｒ、Ｍｏ］_XＳｉ、［Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ］Ｃ、Ｃｒ₃Ｃ₂およびＣｒ₇Ｃ₃の金属間化合物および中間相が含まれてもよく、Ｉ_Mには、Ｎｉ₃Ａｌの金属間化合物合金が含まれてもよい。ＮｉＡｌの金属間化合物合金でもやはり、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ、ＨｆおよびＺｒの様々な組合せと共に、元素Ｃｏ、Ｃｒ、ＣおよびＢのうちの１つまたは複数が合金成分としてほぼ常に存在する。したがって、説明する例示のＩ_S材料の成分は、第１の材料として使用することができ、したがって本明細書で説明する相および相互拡散の安定性を実現するように適合され得るＮｉＡｌ合金で通常見られる１つまたは複数の材料に一致する。

米国特許第５，６２６，４６２号で考察されるように、基材１１０が、少なくとも１つの二次相を含むＮｂベースの合金を含めた、Ｎｂベースの合金を含む場合、Ｉ_Sには、Ｎｂを含有する金属間化合物、Ｎｂを含有するカーバイド、または、Ｎｂを含有するホウ化物が含まれてもよく、ＭにはＮｂベースの合金が含まれてもよい。このようなＩ_S／Ｍ複合材は、Ｔｉを含むＮｂベースの合金のＭ相を含むことが好ましく、この場合、合金の、Ｎｂに対するＴｉの原子比（Ｔｉ／Ｎｂ）が０．２〜１の範囲であり、Ｉ_S相には、Ｎｂベースのケイ化物、Ｃｒ₂［Ｎｂ、Ｔｉ、Ｈｆ］、および、Ｎｂベースのアルミナイドから構成される群が含まれ、Ｎｂ、ＴｉおよびＨｆの中でもとりわけＮｂが、原子ベースでＣｒ₂［Ｎｂ、Ｔｉ、Ｈｆ］の主成分となる。これらの化合物はすべて共通の成分としてＮｂを有し、したがって、米国特許第５，６２６，４６２号に記載される相および相互拡散の安定性を実現するのに適合され得る。

付着時のコーティングは、溝の内部に堆積されるコーティング材料の量を最小にして窪み形の溝１３２の開いた隙間１３６を架橋するための、十分な粒度、強度および付着力（接着作用）を有する。しかし、通常、例えば図７に示されるように、コーティング材料の一部はやはり外側表面のわずかに下方の開口部内に充填されてしまう。この架橋の効果は、小さいサイズの開いた溝の上に堆積されるプラズマ蒸着（ＰＶＤ）のＴＢＣコーティングと共に上に記載されている。好都合には、溶射コーティングと共に、本発明の窪み形のマイクロチャネル技法を使用することで、大きな隙間１３６サイズを架橋する能力を伴う非常に大きな粒子凝集が得られる。

コーティングシステム１５０に加えて、溝１３２（すなわち、コーティング１５０の第１の（内側の）層が特に耐酸化性ではない場合の、マイクロチャネル１３０）の内部表面を、その耐酸化性および／または高温耐食性を向上させるようにさらに修正することができる。耐酸化性のコーティング（明確には示されない）を溝１３２の（すなわち、マイクロチャネル１３０の）内部表面に付着させるための適切な技法には、気相クロミジング（ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ ｃｈｒｏｍｉｄｉｎｇ）またはスラリクロミジング（ｓｌｕｒｒｙ ｃｈｒｏｍｉｄｉｎｇ）、気相アルミナイジングまたはスラリアルミナイジング、あるいは、蒸発、スパッタリング、イオンプラズマ蒸着、溶射および／またはコールドスプレーを介したオーバーレイ堆積（ｏｖｅｒｌａｙ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が含まれる。例の耐酸化性オーバーレイコーティングには、ＭＣｒＡｌＹの一群（Ｍ＝｛Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ｝）内の材料さらにはＮｉＡｌＸの一群（Ｘ＝｛Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｐｄ｝）から選択される材料が含まれる。

ここで図３〜５を参照すると、窪み形状の溝１３２は様々な技法を用いて形成されてもよい。例えば、窪み形状の溝１３２は、研磨液噴射、プランジタイプの電解加工（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ（ＥＣＭ））、回転する単一点電極を用いる放電加工（ＥＤＭ）（「ミリング」ＥＤＭ）、および、レーザ切削（レーザ穿孔）のうちの１つまたは複数を使用して形成することができる。例のレーザ切削技法が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１０年１月２９日に出願された、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１２／６９７，００５号「Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｈａｐｅｄ ａｉｒ ｈｏｌｅｓ」に記載されている。例のＥＤＭ技法が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１０年５月２８日に出願された、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１２／７９０，６７５号「Ａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｃｈｅｖｒｏｎ ｆｉｌｍ ｃｏｏｌｉｎｇ ｈｏｌｅｓ， ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」に記載されている。

詳細なプロセス構成では、図３〜５に概略的に描かれているように、窪み形状の溝１３２は、研磨液噴射１６０を基材１１０の表面１１２に向けることによって形成される。噴射１６０のための別の工具経路構成が使用されてもよい。例えば、噴射１６０は半径に沿うように振られてもよく（図５）、また、ジグザグの工具経路に従ってチャネルの長手方向に沿って移動されてもよい。このようにして、比較的狭い溝開口部１３６（溝の頂部）を形成することができる。噴射１６０を振る際に、開口部１３６が確実に狭くなるように噴射１６０の枢動点を制御するために、多軸の数値制御される（ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ （ＮＣ））工具経路機能が使用されてもよい。チャネルの深さは、噴流圧力が設定されている場合の、振るときの速度、さらには、チャネルに沿った噴射の移動速度によって決定される。例のウォータージェット穿孔プロセスおよびシステムが米国特許出願第１２／７９０，６７５号に提示されている。米国特許出願第１２／７９０，６７５号で説明されているように、ウォータージェットプロセスは、通常、高圧水の流れの中に懸濁された研磨粒子（例えば、研磨「グリット」（ａｂｒａｓｉｖｅ ｇｒｉｔ））の高速流れを使用する。この水の圧力は大幅に変化してもよいが、約５，０００ｐｓｉ（３４．５ＭＰａ）〜９０，０００ｐｓｉ（６２０ＭＰａ）の範囲内にあることが多い。ざくろ石、酸化アルミニウム、炭化ケイ素およびガラスビーズなどの多数の研磨材料が使用されてもよい。好都合には、ウォータージェットプロセスは、基材１１０を大幅に加熱することを一切伴わない。したがって、他の場合では窪み形状の溝１３２の出口の所望される幾何形状に悪影響を与える可能性があるような、「熱影響ゾーン」が基材の表面１１２上に形成されることはない。

さらに、米国特許出願第１２／７９０，６７５号で説明されているように、ウォータージェットシステムは、多軸のコンピュータ数値制御（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ（ＣＮＣ））ユニットを含んでよい。このＣＮＣシステム自体は当技術分野で知られており、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許公開第２００５／００１３９２６号（Ｓ．Ｒｕｔｋｏｗｓｋｉら）に記載されている。ＣＮＣシステムにより、複数のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸さらには回転軸に沿って切削工具を移動させることが可能となる。

例えば図３および４に示されるように、詳細なプロセス構成では、窪み形状の溝１３２は、研磨液噴射１６０が最初に通過するときに基材１１０の表面１１２に対して外側に角度をつけて研磨液噴射１６０を方向付けて、次いで次に通過するときにその外側の角度と実質的に反対の角度にすることにより、形成される。図３は、基材１１０の表面１１２の表面法線に対して例の外側の角度φにある研磨水噴流を用いて作られた例の切欠部を示している。詳細な構成では、それぞれ１つの窪み形状の溝１３２の壁１３８（例えば図７を参照）は表面法線５２に対して約１０度〜８９度の範囲内にある角度φで、より詳細には、表面法線５２に対して約２０度〜７０度の範囲内にある角度φで、さらに詳細には、表面法線５２に対して約２０度〜４５度の範囲内にある角度φで方向付けられる。壁１３８は図７では直線の壁として示されているが、壁１３８は湾曲していてもよい。湾曲した壁１３８の場合は、角度φは湾曲した壁の平均角度として理解すべきである。同様に、図４は、図３に示される外側の角度の実質的に反対の角度（すなわち、９０°φ＋／−１０°、ここでは、外側の角度φは図３に示されるように表面法線５２を基準にして画定され、反対の角度は図４に示されるように表面１１２を基準にして画定される）の研磨水噴流によって作られた例の切欠部を示している。また、図５に示されるように、窪み形状の溝１３２を形成するステップは、追加的に通過させることを実施するステップをさらに含んでよく、ここでは、研磨液噴射１６０は、外側の角度および実質的に反対の角度の間の１つまたは複数の角度で溝１３２の底面１３４の方に向けられ、それにより、材料が溝１３２の底面１３４から除去される。

溝１３２をコーティングで充填することなく溝１３２の上にコーティング１５０を堆積させることを促進するために、溝１３２の底面１３４が溝の頂部１３６より大幅に大きいことが望ましい。また、これにより、構成部品１００の冷却要求を満たすのに十分な大きさのマイクロチャネル１３０を形成することが可能となる。詳細な構成では、それぞれ１つの窪み形状の溝１３２の底面１３４はそれぞれの溝１３２の頂部１３６の少なくとも２倍の幅を有する。例えば、溝１３２の底面１３４が０．７５ミリメートルである場合、この構成での頂部１３６は幅が０．３７５ミリメートル未満である。より詳細な構成では、それぞれの窪み形状の溝１３２の底面１３４はそれぞれの溝１３２の頂部１３６の少なくとも３倍の幅を有し、さらに詳細には、それぞれの窪み形状の溝１３２の底面１３４はそれぞれの溝１３２の頂部１３６の約３倍〜４倍の範囲内にある幅を有する。好都合には、頂部に対する底面の比が大きくなると、マイクロチャネル１３０の全体の冷却容積（ｃｏｏｌｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅ）が増し、同時に、溝１３２をコーティング１５０で充填することなく溝１３２の上にコーティング１５０を堆積させることが促進される。

好都合には、窪み形の溝１３２を形成することにより、コーティング１５０を基材１１０に付着させるために犠牲充填材（図示せず）を使用する必要がなくなる。これにより、充填プロセスおよびより困難な除去プロセスが必要なくなる。例えば約１０〜１２ミルの範囲内にある幅を有する開口部１３６を有するような、狭い開口部１３６（頂部）を有する窪み形状の溝を形成することにより、犠牲充填材を使用することなくコーティング１５０によって開口部１３６を架橋することができ、それにより、従来のチャネル形成技法での主要な処理ステップのうちの２つ（充填および浸出）が排除される。図７に示される例の構成では、コーティング１５０はそれぞれの溝１３２を完全に架橋しており、したがって、コーティング１５０はそれぞれのマイクロチャネル１３０を密閉している。図１１は別の配置構成を示しており、ここでは、コーティング１５０は１つまたは複数の多孔性の隙間１４４（例えば、コーティング１５０内の小孔、すなわちコーティング内の隙間）を画定しており、したがって、コーティング１５０は個別の溝１３２の各々を完全には架橋していない。図１１は隙間１４４を一様で直線状の幾何形状を有するように概略的に描いているが、コーティング１５０は付着されて一定の厚さを形成するので、隙間１４４は通常不規則な幾何形状を有し、隙間１４４の幅は変化する。最初に、コーティング１５０の第１の部分が基材１１０に付着されるときには、隙間１４４の幅はマイクロチャネル１３０の頂部１３６の幅の５０％程度もあってもよい。次いで、コーティング１５０が形成されるときに、隙間１４４は頂部１３６の幅の５％以下まで狭くされる。詳細な例では、最も狭い箇所の隙間１４４の幅は、それぞれのマイクロチャネル頂部１３６の幅の５％から２０％である。さらに、隙間１４４は多孔性であってもよく、この場合、「多孔性」の隙間１４４はいくつかの接続部、すなわち隙間を有さないいくつかの箇所または場所を有する。好都合には、隙間１４４は、コーティング１５０の応力を除去することができる。

図２および６〜９を参照して構成部品１００を説明する。例えば図２に示されるように、構成部品１００は、外側表面１１２および内側表面１１６を備える基材１１０を有する。例えば図２に示されるように、基材１１０の内側表面１１６は少なくとも１つの中空の内部空間１１４を画定する。例えば図２、６および８に示されるように、基材１１０の外側表面１１２は複数の溝１３２を画定する。例えば図６、８および９に示されるように、溝１３２の各々は基材１１０の表面１１２に少なくとも部分的に沿って延在し、また、底面１３４および頂部１３６を有する。例えば図６に示されるように、それぞれの溝１３２の底面１３４はそれぞれの溝１３２の頂部１３６より広く、したがって、溝１３２の各々は窪み形状の溝１３２を有する。例えば図６に示されるように、アクセス孔１４０が、溝１３２と中空の内部空間（複数可）１１４との間に流体連通を形成するために、溝１３２のそれぞれの底面１３４を通って延在する。上で考察したように、アクセス孔１４０はそれぞれの溝１３２の底面１３４に対して垂直であってもよく（図６に示されるように）、または、溝１３２の底面１３４に対して２０度〜９０度の範囲内にある角度で穿孔されてもよい。

例えば図６に示されるように、構成部品１００は、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上に堆積される少なくとも１つのコーティング１５０をさらに含み、ここでは、溝１３２およびコーティング１５０が、構成部品１００を冷却するための複数の窪み形状の溝１３０を画定する。図８および９に示される例の構成では、マイクロチャネル１３０がそれぞれのアクセス孔１４０から出口フィルム孔１４２まで冷却流を流通させる。マイクロチャネルの例の長さ範囲は上に提示されている。上で述べたように、マクロチャネル１３０は構成部品の表面上のいかなる場所（エーロフォイル本体、前縁部、後縁部、ブレード先端、端壁、プラットフォーム）で使用されてもよい。さらに、マイクロチャネルは直線の壁を有して示されているが、マイクロチャネル１３０は任意の構成であってもよく、例えば、これらは直線であっても湾曲していてもよく、あるいは複数の湾曲部などを有してもよい。例のコーティングも上に提示されている。図２、８および９に示される例の配置構成では、コーティング１５０は、基材１１０のエーロフォイル形状の外側表面１１２に沿って長手方向に延在する。コーティング１５０はエーロフォイル形状の外側表面１１２に一致しており、マイクロチャネル１３０を形成する溝１３２を覆っている。コーティング１５０は第２の材料を有し、第２の材料は、任意の好適な材料とすることができ、基材１１０のエーロフォイル形状の外側表面１２０に接着される。コーティング１５０の例の厚さ範囲は上に提示されている。コーティング１５０の非限定の例には、金属コーティング、ボンドコーティング、および、遮熱コーティングが含まれる。

上で考察したように、溝１３２をコーティングで充填することなく溝１３２の上にコーティング１５０を堆積させるために、溝１３２の底面１３４が溝の頂部１３６より大幅に大きいことが望ましい。さらに、これにより、構成部品１００の冷却要件を満たすのに十分な大きさのマイクロチャネル１３０を形成することが可能となる。詳細な構成では、それぞれ１つの窪み形状の溝１３２の底面１３４はそれぞれの溝１３２の頂部１３６の少なくとも２倍の幅を有する。より詳細には、それぞれの窪み形状の溝１３２の底面１３４はそれぞれの溝１３２の頂部１３６の約３倍〜４倍の範囲内にある幅を有する。

同様に、詳細な構成では、それぞれ１つの窪み形状の溝１３２の壁１３８（例えば図７を参照）は、表面法線５２に対して約１０度〜８９度の範囲内にある角度φ（例えば図３を参照）で方向付けられる。より詳細には、それぞれ１つの窪み形状の溝１３２の壁１３８は表面法線５２に対して約２０〜４５度の範囲内にある角度φで方向付けられる。上で述べたように、溝の壁１３８は例えば図７に示されるように直線であってもよく、または、湾曲していてもよい（図示せず）。湾曲した壁１３８の場合は、角度φは湾曲した壁１３８の平均角度φとして理解すべきである。構成部品１００の特定の構成では、例えば図７に示されるように、コーティング１５０はそれぞれの溝１３２を完全に架橋しており、したがって、コーティング１５０はそれぞれのマイクロチャネル１３０を密閉している。構成部品１００の別の構成では、図１１に示されるように、コーティング１５０は１つまたは複数の多孔性の隙間１４４を画定しており、したがって、コーティング１５０はそれぞれの溝１３２の各々を完全には架橋しない。好都合には、多孔性の隙間１４４はコーティング１５０の応力を除去する。

図２〜９および１１を参照して、犠牲充填材を使用することなく構成部品１００を被覆する方法を説明する。例えば図３〜６に示されるように、この方法は、基材１１０の表面１１２に複数の溝１３２を形成することを含む。図３〜６は窪み形状の溝１３２を形成することを示しているが、別の構成（明確には示されない）では、溝は単純な溝（すなわち、頂部１３６の幅と底面の幅がほぼ等しい）である。例えば図２および６に示されるように、基材１１０は少なくとも１つの中空の内部空間１１４を有する。例えば図８に示されるように、溝１３２の各々は基材１１０の表面１１２に少なくとも部分的に沿って延在する。犠牲充填材を使用することなくコーティング１５０を付着させるために、頂部１３６の幅は通常約０．１ｍｍから約０．５ｍｍであり、より詳細には約０．２ｍｍから約０．３５ｍｍである。

図１０に示されるように、角度をつけて堆積させる場合は、犠牲充填材を使用することなく構成部品１００を被覆するこの方法は、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上において、溝１３２のうちの空いている溝の上に直接にコーティング１５０を堆積させることをさらに含む。ここで使用する「空いている」は、溝１３２が空であること、すなわち、溝１３２が犠牲充填材で充填されていないことを意味する。図６に示されるように、窪み形状の溝の場合、溝１３２およびコーティング１５０は、構成部品１００を冷却するための複数のチャネル１３０を画定する。これらの単純な溝（すなわち、ほぼ等しい幅の頂部１３６と底面を有する溝）は窪み形状の溝より構成部品を冷却する効果が低いが、それでも、単純な溝は、有益に、充填材を使用せずかつ浸出させることなく被覆することを可能にする。

上で考察したように、基材１１０は、通常、基材１１０の表面１１２に溝１３２が形成される前に注型される。図６を参照して上で考察したように、この方法は、適宜、複数のアクセス孔１４０を形成することをさらに含む。アクセス孔１４０の各々は、溝１３２を中空の内部空間（複数可）１１４のそれぞれの１つに流体連通させて接続するために、それぞれ１つの溝１３２の底面１３４を通るように形成される。より詳細には、コーティング１５０には、金属コーティング、ボンドコーティング、および、遮熱コーティングのうちの少なくとも１つが含まれる。コーティングの適当な堆積技法は上で考察されており、これらには、イオンプラズマ蒸着、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）プロセス、高速空気燃料溶射（ＨＶＡＦ）プロセス、または、低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）プロセスを実行することが含まれる。

図７を参照して上で考察したように、特定のプロセス構成では、コーティング１５０はそれぞれの溝１３２を完全に架橋しており、したがって、コーティング１５０はそれぞれのチャネル１３０を密閉する。図１１を参照して上で考察したように、別のプロセス構成では、コーティング１５０は１つまたは複数の多孔性の隙間１４４を画定し、したがって、コーティング１５０は個別の溝１３２の各々を完全には架橋しない。好都合には、この多孔性の構成はコーティングの応力を除去する。

窪み形の溝１３２により、犠牲充填材（図示せず）を使用する必要がなくなり、その後の除去プロセスも必要なくなる。好都合には、これらの２つの処理ステップが排除されることにより、製造のばらつき、欠陥が含まれること、および、人為ミスが軽減される可能性がある。さらに、窪み形のチャネル１３０により、充填および浸出を行う必要がなく構成部品１００を修理することも可能となる。

さらに、上述した窪み形の溝１３２は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれ、ＧＥ整理番号２４７８９４−１に該当し、本願の譲受人に譲渡された、同時に出願された、Ｒｏｎａｌｄ Ｓ．Ｂｕｎｋｅｒらの米国特許出願「Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏａｔｉｎｇ ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」に提示されている、角度をつけてコーティングを堆積させる技法と組み合わせて使用することができる。簡単に言うと、Ｂｕｎｋｅｒらは、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上にコーティング１５０を堆積させることを含む、構成部品１００の被覆方法を提示している。コーティング１５０は１つまたは複数の層５０を有し、層５０のうちの少なくとも１つは、例えば図１０に示されるように、基材１１０の表面法線５２に対して約２０度〜８０度の、より詳細には約５０度〜７０度の範囲内にある角度αで堆積される。好都合には、有意な堆積角度でコーティングを付着させることにより、充填させることなくまたは部分的に充填させることなくコーティングを溝１３２の上に架橋させることができる。

本明細書では本発明の特定の特徴のみを示して説明してきたが、当業者であれば多くの修正形態および変更形態を思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨の範囲内にあるこのようなすべての修正形態および変更形態を包含することを意図することを理解されたい。

１０ ガスタービンシステム
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ シャフト
２０ 燃料ノズル
５０ コーティング層（複数可）
５２ 表面法線
８０ 熱ガス流
１００ 熱ガス経路構成部品
１１０ 基材
１１２ 基材の外側表面
１１４ 中空の内部空間
１１６ 基材の内側表面
１３０ 窪み形状のチャネル
１３２ 窪み形状の溝（複数可）
１３４ 溝の底面
１３６ 溝の頂部（開口部）
１３８ 窪み形状の溝の壁
１４０ アクセス孔（複数可）
１４２ フィルム冷却孔（複数可）
１４４ 多孔性の隙間（複数可）
１５０ コーティング（複数可）
１６０ 研磨液噴射

Claims (9)

1. 構成部品（１００）を製造する方法であって、
   基材（１１０）の表面（１１２）に１つまたは複数の溝（１３２）を形成するステップであり、前記基材（１１０）が少なくとも１つの中空の内部空間（１１４）を有し、前記１つまたは複数の溝（１３２）の各々が前記基材（１１０）の前記表面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延在し、また、底面（１３４）および頂部（１３６）を有し、前記底面（１３４）が前記頂部（１３６）より広く、したがって、前記１つまたは複数の溝（１３２）の各々が窪み形状の溝（１３２）を有する、ステップと、
   前記溝（１３２）を前記少なくとも１つの中空の内部空間（１１４）のそれぞれの１つに流体連通させて接続するために、それぞれ１つの前記１つまたは複数の溝（１３２）の前記底面（１３４）を通るように１つまたは複数のアクセス孔（１４０）を形成するステップと、
   前記基材（１１０）の前記表面（１１２）の少なくとも一部分の上にコーティング（１５０）を堆積させるステップであり、前記１つまたは複数の溝（１３２）および前記コーティング（１５０）が、前記構成部品（１００）を冷却するための１つまたは複数の窪み形状のチャネル（１３０）を画定する、ステップと、
   を含み、
   前記１つまたは複数の窪み形状の溝（１３２）が、前記基材（１１０）の前記表面（１１２）に研磨液噴射（１６０）を方向付けることによって形成され、
   前記１つまたは複数の窪み形状の溝（１３２）が、前記研磨液噴射（１６０）が最初に通過するときに前記基材（１１０）の前記表面（１１２）に対して外側の角度をつけて前記研磨液噴射（１６０）を方向付けて、次いで次に通過するときに前記外側の角度と実質的に反対の角度にすることにより、形成される、
   方法。
2. それぞれ１つの前記１つまたは複数の窪み形状の溝（１３２）の前記底面（１３４）が前記それぞれの溝（１３２）の前記頂部（１３６）の３倍〜４倍の範囲内の幅を有する、請求項１に記載の方法。
3. それぞれ１つの前記１つまたは複数の窪み形状の溝（１３２）の壁（１３８）が表面法線（５２）に対して２０度〜４５度の範囲内にある角度φで方向付けられる、請求項１に記載の方法。
4. 前記基材（１１０）の前記表面（１１２）の少なくとも一部分の上にコーティング（１５０）を堆積させるステップが、
   イオンプラズマ蒸着、
   高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）、
   高速空気燃料溶射（ＨＶＡＦ）、または、
   低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）プロセス
   のうちの少なくとも１つを実行するステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 基材（１１０）と、少なくとも１つのコーティング（１５０）とを備える構成部品（１００）であって、
   前記基材（１１０）が、外側表面（１１２）および内側表面（１１６）を含み、前記内側表面（１１６）が少なくとも１つの中空の内部空間（１１４）を画定し、前記外側表面（１１２）が１つまたは複数の溝（１３２）を画定し、前記１つまたは複数の溝（１３２）の各々が前記基材（１１０）の前記表面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延在し、また、底面（１３４）および頂部（１３６）を有し、前記底面（１３４）が前記頂部（１３６）より広く、したがって、前記１つまたは複数の溝（１３２）の各々が窪み形状の溝（１３２）を有し、１つまたは複数のアクセス孔（１４０）が、前記１つまたは複数の溝（１３２）のそれぞれの１つを前記少なくとも１つの中空の内部空間（１１４）のそれぞれの１つに流体連通させて接続するために、それぞれ１つの前記１つまたは複数の溝（１３２）の前記底面（１３４）を通るように形成され、
   前記少なくとも１つのコーティング（１５０）が、前記基材（１１０）の前記表面（１１２）の少なくとも一部分の上に堆積され、前記１つまたは複数の溝（１３２）および前記コーティング（１５０）が、構成部品（１００）を冷却するための１つまたは複数の窪み形状のチャネル（１３０）を画定する、構成部品（１００）。
6. それぞれ１つの前記１つまたは複数の窪み形状の溝（１３２）の前記底面（１３４）が前記それぞれの溝（１３２）の前記頂部（１３６）の３〜４倍の範囲内にある幅を有し、それぞれ１つの前記１つまたは複数の窪み形状の溝（１３２）の壁（１３８）が表面法線（５２）に対して２０度〜４５度の範囲内にある角度φで方向付けられる、請求項５に記載の構成部品（１００）。
7. 前記コーティング（１５０）が前記個別の１つまたは複数の溝（１３２）を完全に架橋し、したがって、前記コーティング（１５０）が前記それぞれのチャネル（１３０）を密閉する、請求項５に記載の構成部品（１００）。
8. 前記コーティング（１５０）が１つまたは複数の多孔性の隙間（１４４）を画定し、したがって、前記コーティング（１５０）が前記個別の１つまたは複数の溝（１３２）の各々を完全には架橋しない、請求項５に記載の構成部品（１００）。
9. 犠牲充填材を使用することなく構成部品（１００）を被覆する方法であって、
   基材（１１０）の表面（１１２）に１つまたは複数の溝（１３２）を形成するステップであり、前記基材（１１０）が少なくとも１つの中空の内部空間（１１４）を有し、前記１つまたは複数の溝（１３２）の各々が前記基材（１１０）の前記表面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延在し、また、底面（１３４）および頂部（１３６）を有し、前記頂部（１３６）の幅が０．１ｍｍから０．５ｍｍである、ステップと、
   前記基材（１１０）の前記表面（１１２）の少なくとも一部分の上に、前記１つまたは複数の溝（１３２）のうちの空いている溝の上に直接にコーティング（１５０）を堆積させるステップであり、前記１つまたは複数の溝（１３２）および前記コーティング（１５０）が、前記構成部品（１００）を冷却するための１つまたは複数のチャネル（１３０）を画定する、ステップと、
   前記基材（１１０）の前記表面（１１２）に前記１つまたは複数の溝（１３２）を形成する前に前記基材（１１０）を注型するステップと、
   前記溝（１３２）を前記少なくとも１つの中空の内部空間（１１４）のそれぞれの１つに流体連通させて接続するために、それぞれ１つの前記溝（１３２）の前記底面（１３４）を通るように１つまたは複数のアクセス孔（１４０）を形成するステップと
   を含み、
   前記コーティング（１５０）には、金属コーティング、ボンドコーティング、および、遮熱コーティングのうちの少なくとも１つが含まれ、前記基材（１１０）の前記表面（１１２）の少なくとも一部分の上にコーティング（１５０）を堆積させるステップが、
   イオンプラズマ蒸着、
   高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）プロセス、
   高速酸素燃料溶射（ＨＶＡＦ）プロセス、または、
   低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）プロセス、
   のうちの少なくとも１つを実行するステップを含む、
   方法。
   

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