JP6291269B2

JP6291269B2 - 成膜装置及び成膜方法

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Publication number: JP6291269B2
Application number: JP2014017836A
Authority: JP
Inventors: 妻鹿　雅彦; 雅彦妻鹿; 秀次谷川; 鳥越　泰治; 泰治鳥越; 尚俊岡矢; 芳史岡嶋
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2034-01-31
Also published as: JP2015145515A

Description

本発明は、成膜装置、成膜方法、高温部品、及びガスタービンに関する。

ガスタービンは、動翼、静翼、及び分割環のような高温部品を備えている。高温部品は、例えば１５００℃以上の高温ガス環境で使用される。ガスタービンに係る技術分野において、金属の基材にセラミックスの遮熱コーティング（ＴＢＣ：Thermal Barrier Coating）を行って高温部品の遮熱性を向上させる技術が知られている。大気プラズマ溶射法を用いて遮熱コーティング膜を形成する技術の一例が特許文献１に開示されている。

特開平０６−２３５０７４号公報

遮熱コーティング膜が基材に良好に形成されないと、高温部品の寿命が低下する可能性がある。例えば、遮熱コーティング膜が基材から剥離すると、高温部品の遮熱性が低下し、高温部品の劣化が加速するので、その結果、ガスタービンの性能が低下する可能性がある。溶射により基材に遮熱コーティング膜のトップコート膜を形成する場合、基材の線膨張係数と遮熱コーティング膜のトップコート膜の線膨張係数との差により、遮熱コーティング膜の少なくとも一部が基材から剥離する懸念がある。

本発明は、基材に遮熱コーティング膜を良好に形成できる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。また、本発明は、性能の低下が抑制される高温部品及びガスタービンを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、基材を支持する支持装置と、溶射材を溶射して、前記基材上に遮熱コーティング膜を形成する溶射装置と、前記基材の温度を調整する温度調整装置と、溶射処理の開始から終了までの溶射期間の少なくとも一部において前記基材が冷却されるように前記温度調整装置を制御する制御装置と、を備える成膜装置を提供する。

本発明によれば、溶射期間の少なくとも一部において基材を冷却するようにしたので、基材の過剰な温度上昇が抑制される。そのため、溶射処理後に基材及び遮熱コーティング膜の温度が低下しても、その温度低下に伴う基材の収縮量と遮熱コーティング膜の収縮量との差を小さくすることができる。これにより、遮熱コーティング膜に歪みが生じることが抑制され、遮熱コーティング膜が基材から剥離することが抑制される。したがって、耐剥離性を有する遮熱コーティング膜を基材に良好に形成することができる。

本発明に係る成膜装置において、前記溶射処理は、溶射材を溶射して遮熱コーティング膜を形成した後、形成された前記遮熱コーティング膜に前記溶射材を溶射する溶射動作を複数回行って、前記基材上に遮熱コーティング膜を複数層形成する処理を含み、前記溶射処理の開始は、第１回の前記溶射動作の開始を含み、前記溶射処理の終了は、最終回の前記溶射動作の終了を含んでもよい。

従って、遮熱コーティング膜の厚膜化が図られ、高い遮熱性を有する遮熱コーティング膜を形成することができる。

本発明に係る成膜装置において、前記制御装置は、前記最終回の前記溶射動作の終了時に前記基材が規定温度以下になるように前記温度調整装置を制御してもよい。

従って、最終回の溶射動作の終了時における基材の温度が規定温度以下に抑制されることにより、溶射処理後に基材及び遮熱コーティング膜の温度が低下しても、その温度低下に伴う基材の収縮量と遮熱コーティング膜の収縮量との差を小さくすることができる。

本発明に係る成膜装置において、前記制御装置は、第１回の前記溶射動作の開始前に、前記規定温度よりも高い温度になるように前記温度調整装置を用いて前記基材を予熱してもよい。

従って、所期の性能を有する遮熱コーティング膜を形成することができる。本発明者の知見によると、予熱された基材に対して第１回の溶射動作を行うことにより、縦割れ状（柱状）の緻密組織（ＤＶＣ：Dense Vertically Crack）を含む遮熱コーティング膜が、横割れ等の有害欠陥なく形成されやすい。縦割れ状の緻密組織を含む遮熱コーティング膜は、例えばポーラスを含む遮熱コーティング膜に比べて、耐エロージョン性が高い。そのため、縦割れ状の緻密組織を含む遮熱コーティング膜を厚膜化することにより、耐剥離性、遮熱性、及び耐エロージョン性を備えた遮熱コーティング膜を形成することができる。

本発明に係る成膜装置において、前記制御装置は、第１回の溶射動作の少なくとも一部において、前記規定温度よりも高い温度になるように前記温度調整装置を用いて前記基材を加熱してもよい。

従って、所期の性能を有する遮熱コーティング膜を形成することができる。本発明者の知見によると、第１回の溶射動作において基材が加熱されることにより、縦割れ状（柱状）の緻密組織（ＤＶＣ）を含む遮熱コーティング膜が、横割れ等の有害欠陥なく形成されやすい。縦割れ状の緻密組織を含む遮熱コーティング膜は、例えばポーラスを含む遮熱コーティング膜に比べて緻密なため、耐エロージョン性が高い。また、膜厚方向に縦割れを有する構造により、ガスタービンの起動発停に伴って部品の温度が上下した場合でも、母材とコーティングとの線膨張係数差による熱応力の発生を緩和する効果があり、熱サイクル耐久性に優れる。ただし、緻密組織のため、遮熱性に劣る点があり、その分厚膜化が必要となる。そのため、縦割れ状の緻密組織を含む遮熱コーティング膜を厚膜化することにより、耐剥離性、遮熱性、及び耐エロージョン性を備えた遮熱コーティング膜を形成することができる。

本発明に係る成膜装置において、前記制御装置は、第１回の前記溶射動作の終了後に前記基材の冷却を開始してもよい。

従って、溶射処理の終了までに基材を冷却することができる。

本発明に係る成膜装置において、前記温度調整装置は、前記支持装置に冷却媒体を供給する供給装置を含み、前記制御装置は、前記冷却媒体の温度を調整してもよい。

従って、支持装置を介して基材を円滑に冷却できる。

本発明に係る成膜装置において、前記溶射材の溶射終了時点から次の溶射材の溶射開始時点までのインターバル期間が設定され、前記制御装置は、前記インターバル期間を調整して、前記基材の温度を調整してもよい。

従って、インターバル期間によって基材は自然冷却されるため、インターバル期間を調整することによって、基材を所期の温度に調整することができる。

本発明に係る成膜装置において、前記基材の温度を検出する検出装置を備え、前記制御装置は、前記検出装置の検出結果に基づいて前記基材の温度を調整してもよい。

従って、検出装置の検出結果に基づいて、基材の温度は所期の温度に精度良く調整される。

本発明の第２の態様は、溶射材を溶射して、基材上に遮熱コーティング膜を形成することと、溶射処理の開始から終了までの溶射期間の少なくとも一部において前記基材を冷却することと、を含む成膜方法を提供する。

本発明に係る成膜方法において、前記溶射処理は、溶射材を溶射して遮熱コーティング膜を形成した後、形成された前記遮熱コーティング膜に前記溶射材を溶射する溶射動作を複数回行って、前記基材上に遮熱コーティング膜を複数層形成することを含み、前記溶射処理の開始は、第１回の前記溶射動作の開始を含み、前記溶射処理の終了は、最終回の前記溶射動作の終了を含んでもよい。

本発明に係る成膜方法において、前記最終回の前記溶射動作の終了時に前記基材が規定温度以下になるように前記冷却が行われてもよい。

本発明に係る成膜方法において、第１回の前記溶射動作の開始前に、前記規定温度よりも高い温度になるように前記基材を予熱することを含んでもよい。

従って、所期の性能を有する遮熱コーティング膜を形成することができる。本発明者の知見によると、予熱された基材に対して第１回の溶射動作を行うことにより、縦割れ状（柱状）の緻密組織（ＤＶＣ）を含む遮熱コーティング膜が、横割れ等の有害欠陥なく形成されやすい。縦割れ状の緻密組織を含む遮熱コーティング膜は、例えばポーラスを含む遮熱コーティング膜に比べて、耐エロージョン性及び耐熱サイクル耐久性が高い。そのため、縦割れ状の緻密組織を含む遮熱コーティング膜を厚膜化することにより、耐剥離性、耐熱サイクル耐久性、遮熱性、及び耐エロージョン性を備えた遮熱コーティング膜を形成することができる。

本発明に係る成膜方法において、第１回の溶射動作の少なくとも一部において、前記規定温度よりも高い温度になるように前記基材を加熱することを含んでもよい。

従って、所期の性能を有する遮熱コーティング膜を形成することができる。本発明者の知見によると、第１回の溶射動作において基材が加熱されることにより、縦割れ状（柱状）の緻密組織（ＤＶＣ）を含む遮熱コーティング膜が、横割れ等の有害欠陥なく形成されやすい。縦割れ状の緻密組織を含む遮熱コーティング膜は、例えばポーラスを含む遮熱コーティング膜に比べて、耐エロージョン性及び耐熱サイクル耐久性が高い。そのため、縦割れ状の緻密組織を含む遮熱コーティング膜を厚膜化することにより、耐剥離性、耐熱サイクル耐久性、遮熱性、及び耐エロージョン性を備えた遮熱コーティング膜を形成することができる。

本発明に係る成膜方法において、第１回の前記溶射動作の終了後に前記基材の冷却が開始されてもよい。

本発明に係る成膜方法において、前記基材を冷却することは、前記基材を支持する支持装置に冷却媒体を供給することを含んでもよい。

従って、支持装置を介して基材を円滑に冷却できる。

本発明に係る成膜方法において、前記基材を冷却することは、前記溶射材の溶射終了時点から次の溶射材の溶射開始時点までのインターバル期間を設定することを含んでもよい。

従って、インターバル期間によって基材は自然冷却されるため、インターバル期間を設定することによって、基材を所期の温度に調整することができる。

本発明に係る成膜方法において、前記基材の温度を検出することを含み、前記検出の結果に基づいて前記基材の温度が調整されてもよい。

従って、検出の結果に基づいて、基材の温度は所期の温度に精度良く調整される。

本発明の第３の態様は、第２の態様の成膜方法により製造される高温部品を提供する。

本発明によれば、遮熱コーティング膜は所期の性能を有するため、高温部品の性能の低下が抑制される。

本発明の第４の態様は、第３の態様の高温部品を備えるガスタービンを提供する。

本発明によれば、性能の低下が抑制された高温部品を備えるため、ガスタービンの性能の低下が抑制される。

本発明に係る成膜装置及び成膜方法によれば、基材に遮熱コーティング膜を良好に形成することができる。本発明に係る高温部品及びガスタービンによれば、性能の低下を抑制できる。

図１は、第１実施形態に係るガスタービンの一例を示す模式図である。図２は、第１実施形態に係るタービン部の一例を示す断面図である。図３は、第１実施形態に係る高温部品の一例を模式的に示す断面図である。図４は、第１実施形態に係る成膜装置の一例を示す図である。図５は、第１実施形態に係る成膜装置の一例を示す機能ブロック図である。図６は、第１実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図７は、第１実施形態に係る成膜方法の一例を説明するための図である。図８は、第１実施形態に係る成膜方法の一例を説明するための図である。図９は、第１実施形態に係る成膜方法の一例を説明するための図である。図１０は、第１実施形態に係る成膜方法の一例を説明するための図である。図１１は、第１実施形態に係る基材の温度プロファイル及び比較例に係る基材の温度プロファイルの一例を示す図である。図１２は、第２実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図１３は、第２実施形態に係る基材の温度プロファイルの一例を示す図である。図１４は、第３実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図１５は、第３実施形態に係る基材の温度プロファイルの一例を示す図である。図１６は、第４実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図１７は、第５実施形態に係る成膜装置及びタービン動翼の一例を示す平面図である。図１８は、第５実施形態に係る成膜装置及びタービン動翼の一例を示す側面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るガスタービン１の一例を示す模式図である。ガスタービン１は、燃焼用空気を圧縮する圧縮機２と、圧縮機２から供給された圧縮空気に燃料を噴射して燃焼させ、燃焼ガスＦＧを生成する燃焼器３と、燃焼器３から供給された燃焼ガスＦＧにより駆動するタービン部４と、発電機６と、圧縮機２、タービン部４、及び発電機６に配置される回転軸５とを備えている。

図２は、タービン部４の一部を示す断面図である。タービン部４は、回転軸５の周囲に配置されるタービン静翼７と、回転軸５の周囲に配置されるタービン動翼８と、回転軸５に対する放射方向に関してタービン動翼８の外側に配置される分割環９とを備えている。

分割環９は、車室１０に支持される。分割環９は、環状の部材であり、回転軸５の周方向に配置される複数の分割体を含む。分割環９とタービン動翼８の先端との間に間隙が設けられる。

以下の説明において、ガスタービン１の部材を適宜、高温部品Ｍ、と称する。高温部品Ｍは、タービン部４の部材でもよいし、燃焼器３の部材でもよい。高温部品Ｍは、タービン静翼７でもよいし、タービン動翼８でもよいし、分割環９でもよい。

図３は、高温部品Ｍの一例を模式的に示す断面図である。図３に示すように、高温部品Ｍは、基材１１と、基材１１上に形成されたアンダーコート膜１２と、アンダーコート膜１２上に形成されたトップコート膜１３とを備えている。アンダーコート膜１２は、基材１１の表面１１Ｓに設けられる。アンダーコート膜１２は、基材１１と接する裏面１２Ｂと、裏面１２Ｂの反対方向を向く表面１２Ｓとを有する。トップコート膜１３は、アンダーコート膜１２の表面１２Ｓに設けられる。トップコート膜１３は、アンダーコート膜１２と接する裏面１３Ｂと、裏面１３Ｂの反対方向を向く表面１３Ｓとを有する。

基材１１は、金属製である。本実施形態において、基材１１は、ニッケル基超合金製である。ニッケル基超合金は、耐熱性が高いため、高温部品Ｍの材料に好適である。なお、基材１１が、コバルト基超合金製でもよい。

アンダーコート膜１２は、基材１１とトップコート膜１３との密着性を高める金属結合層として機能する。アンダーコート膜１２は、金属製の膜である。本実施形態において、アンダーコート膜１２は、ＭＣｒＡｌＹ合金（但し、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、又はこれらの元素の組み合わせ）で形成される。

トップコート膜１３は、遮熱性を有し、基材１１を保護する。トップコート膜１３は、遮熱コーティング（ＴＢＣ：Thermal Barrier Coating）膜である。遮熱コーティング膜（トップコート膜）１３は、ジルコニア（ＺｒＯ_２）系セラミックス製の膜である。以下の説明において、遮熱コーティング膜（トップコート膜）１３を適宜、ＴＢＣ膜１３、と称する。本実施形態において、ＴＢＣ膜１３は、Ｙ_２Ｏ_３で部分安定化又は完全安定化したＺｒＯ_２であるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を含む。

本実施形態において、ＴＢＣ膜１３は、基材１１の冷却の少なくとも一部と並行して、その基材１１に対して溶射された溶射材により基材１１に形成される。

次に、本実施形態に係るＴＢＣ膜１３の製造装置である成膜装置２０の一例について説明する。図４は、本実施形態に係る成膜装置２０の一例を示す図である。図５は、本実施形態に係る成膜装置２０の一例を示す機能ブロック図である。図４及び図５に示すように、成膜装置２０は、基材１１を支持する支持装置２１と、溶射材Ｔを溶射して、基材１１上にＴＢＣ膜１３を形成する溶射装置２２と、基材１１の温度を調整する温度調整装置２３と、支持装置２１と溶射装置２２とを相対移動可能な駆動装置２４と、成膜装置２０を制御する制御装置２５とを備えている。

また、成膜装置２０は、基材１１の温度を検出する検出装置２６と、操作に基づく入力信号を制御装置２５に入力する入力装置２８と、溶射処理に関する情報を記憶する記憶装置２９とを備えている。

制御装置２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含み、溶射処理の管理に関する各種の処理を実行する。支持装置２１は、溶射材Ｔが供給される基材１１を支持する。溶射装置２２は、プラズマ溶射ガンを含み、溶射材Ｔを射出する射出部２２Ｊを有する。

温度調整装置２３は、基材１１の温度を調整可能である。本実施形態において、温度調整装置２３の少なくとも一部は、支持装置２１に配置される。温度調整装置２３は、支持装置２１を介して、基材１１の温度を調整する。温度調整装置２３は、制御装置２５に制御される。

本実施形態において、温度調整装置２３は、基材１１を冷却可能な冷却装置２３Ｃと、基材１１を加熱可能な加熱装置２３Ｈとを有する。冷却装置２３Ｃは、支持装置２１の内部空間に冷却媒体（冷却ガス）を供給する供給装置２３ＣＳを有する。供給装置２３ＣＳは、支持装置２１に供給される冷却媒体の温度を調整可能である。制御装置２５は、供給装置２３ＣＳから支持装置２１に供給される冷却媒体の温度を調整することによって、基材１１の温度を調整可能である。制御装置２５は、供給装置２３ＣＳから支持装置２１に供給される単位時間当たりの冷却媒体の供給量を調整することによって、基材１１の温度を調整してもよい。支持装置２１に供給された冷却媒体は、供給装置２３ＣＳに戻される（回収される）。加熱装置２３Ｈは、支持装置２１に配置されたヒータ部材を含む。制御装置２５は、加熱装置２３Ｈを制御して、基材１１の温度を調整可能である。

駆動装置２４は、基材１１の表面１１Ｓと平行な面内において支持装置２１と溶射装置２２とを相対移動することができる。また、駆動装置２４は、支持装置２１及び溶射装置２２の一方又は両方を移動して、支持装置２１と溶射装置２２との距離を調整することができる。駆動装置２４は、制御装置２５に制御される。

検出装置２６は、支持装置２１に支持されている基材１１の温度を検出する。検出装置２６は、支持装置２１に配置される。検出装置２６の検出結果は、制御装置２５に出力される。制御装置２５は、検出装置２６の検出結果に基づいて温度調整装置２３を制御して、基材１１の温度を調整する。

入力装置２８は、キーボード及びタッチパネルの少なくとも一方を含み、作業者に操作される。作業者が入力装置２８を操作すると、その操作に基づく入力信号が制御装置２５に入力される。記憶装置２９は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、及びハードディスクドライブの少なくとも一つを含み、溶射処理の管理に関する各種の情報を記憶する。

次に、本実施形態に係るＴＢＣ膜１３の製造方法である成膜方法の一例について説明する。図６は、本実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図７、図８、図９、及び図１０のそれぞれは、本実施形態に係る成膜方法の一例を説明するための模式図である。

本実施形態において、制御装置２５は、成膜装置２０を使った溶射処理の開始から終了までの溶射期間の少なくとも一部において、基材１１が冷却されるように温度調整装置２３を制御する。

本実施形態において、トップコート膜１３は、積層された複数のＴＢＣ薄膜１３Ｐによって形成される。すなわち、トップコート膜１３は、ＴＢＣ薄膜１３Ｐの積層体である。本実施形態において、溶射処理は、溶射動作を複数回行って、基材１１上にＴＢＣ薄膜１３Ｐを複数層形成することを含む。溶射動作は、溶射材Ｔを溶射してＴＢＣ薄膜１３Ｐを形成した後、その既に形成されたＴＢＣ薄膜１３Ｐに溶射材Ｔを溶射する動作を含む。基材１１（アンダーコート膜１２）上にＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成されていない場合、溶射動作は、その基材１１（アンダーコート膜１２）に対して溶射材Ｔを溶射する動作を含む。

すなわち、本実施形態において、溶射処理は、溶射動作を複数回行って、複数のＴＢＣ薄膜１３Ｐを順次形成する処理を含む。本実施形態において、溶射処理の開始時点は、第１回の溶射動作の開始時点である。溶射処理の終了時点は、最終回の溶射動作の終了時点である。第１回の溶射動作により、積層される複数のＴＢＣ薄膜１３Ｐのうち、最も下層のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成される。最終回の溶射動作により、積層される複数のＴＢＣ薄膜１３Ｐのうち、最も上層（表層）のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成される。最も下層のＴＢＣ薄膜１３Ｐは、アンダーコート膜１２に接するＴＢＣ薄膜１３Ｐである。

また、本実施形態においては、溶射によりＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成されてから、そのＴＢＣ薄膜１３Ｐの上に次のＴＢＣ薄膜１３Ｐを形成するための溶射が開始されるまでの間にインターバル期間Ｔｒが設けられる。インターバル期間Ｔｒとは、第ｎ層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐを形成するために行われた第ｎ回の溶射動作における溶射材Ｔの溶射終了時点から、次の第ｎ＋１層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐを形成するために行われる第ｎ＋１回の溶射動作における溶射材Ｔの溶射開始時点までの期間（時間）をいう。

図６に示すように、成膜処理の準備が行われる（ステップＳＡ１）。準備は、支持装置２１で基材１１を支持すること、及び溶射装置２２が溶射可能な状態に設定することを含む。

図７は、準備が終了した成膜装置２０の一例を示す。図７に示すように、基材１１にアンダーコート膜１２が形成されている。支持装置２１は、既にアンダーコート膜１２が設けられている基材１１を支持する。制御装置２５は、駆動装置２４を使って支持装置２１及び溶射装置２２の一方又は両方を移動して、支持装置２１に支持された基材１１のアンダーコート膜１２の表面１２Ｓと溶射装置２２の射出部２２Ｊとの距離（溶射距離）Ｇを調整する。

施工パラメータが入力される（ステップＳＡ２）。施工パラメータは、入力装置２８を介して制御装置２５に入力される。施工パラメータは、溶射動作の回数、及びインターバル期間Ｔｒを含む。溶射動作の回数は、ＴＢＣ薄膜１３Ｐの積層数と等しい。溶射動作は、指定された値Ｎだけ行われる。ＴＢＣ薄膜１３Ｐは、Ｎ層形成される。

次に、カウンタｎ＝１が設定された後（ステップＳＡ３）、基材１１の冷却が開始される（ステップＳＡ４）。制御装置２５は、供給装置２３ＣＳから支持装置２１に冷却媒体が供給されるように温度調整装置２３を制御する。支持装置２１に冷却媒体が供給されることにより、支持装置２１に支持される基材１１が冷却される。

制御装置２５は、温度調整装置２３で基材１１が冷却されている状態で、第１回の溶射動作を開始する（ステップＳＡ５）。第１回の溶射動作の開始により、本実施形態に係る溶射処理が開始される。制御装置２５は、支持装置２１に支持された基材１１のアンダーコート膜１２と溶射装置２２の射出部２２Ｊとが対向している状態で、射出部２２Ｊから溶射材Ｔを射出しながら基材１１の表面１１Ｓと平行な面内において支持装置２１と溶射装置２２とが相対移動する。これにより、アンダーコート膜１２の表面１２Ｓの所定範囲に溶射材Ｔが供給される。制御装置２５は、溶射距離Ｇを調整しながら、射出部２２Ｊより溶射材Ｔを射出する。以上により、第１回の溶射動作が終了する（ステップＳＡ６）。

射出部２２Ｊから射出される溶射材Ｔの温度は、例えば２５００℃以上３０００℃以下である。本実施形態においては、温度調整装置２３により基材１１が冷却されつつ溶射が行われるため、基材１１の温度が過剰に高くなることが抑制される。本実施形態においては、溶射処理において、基材１１の温度が検出装置２６で検出される。制御装置２５は、基材１１の温度が過剰に高くならないように、検出装置２６の検出結果に基づいて、温度調整装置２３を制御する。本実施形態においては、制御装置２５は、検出装置２６の検出結果に基づいて、供給装置２３ＣＳから支持装置２１に供給される冷却媒体の温度、及び単位時間当たりの冷却媒体の供給量の一方又は両方を調整して、基材１１の温度を調整する。

図８は、第１回の溶射動作の終了後の状態の一例を示す図である。図８に示すように、第１回の溶射動作により、アンダーコート膜１２の表面１２Ｓに、第１層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成される。

第１層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成された後、インターバル期間Ｔｒが設定される（ステップＳＡ７）。インターバル期間Ｔｒとは、第ｎ層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐを形成するために行われた第ｎ回の溶射動作における溶射材Ｔの溶射終了時点から、次の第ｎ＋１層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐを形成するために行われる第ｎ＋１回の溶射動作における溶射材Ｔの溶射開始時点までの期間（時間）をいう。

溶射が行われないインターバル期間Ｔｒが設けられることにより、基材１１は自然冷却される。インターバル期間Ｔｒが調整されることにより、基材１１の温度が調整される。インターバル期間Ｔｒが長いと、基材１１の温度の低下量は大きくなり、インターバル期間Ｔｒが短いと、基材１１の温度の低下量は小さくなる。制御装置２５は、インターバル期間Ｔｒを調整することによって、基材１１の温度を調整することができる。

本実施形態においては、インターバル期間Ｔｒに関する入力信号が入力装置２８を介して制御装置２５に入力される。作業者は、基材１１の熱伝導率、溶射距離Ｇ、及び射出部２２Ｊから射出される溶射材Ｔの温度などを含む溶射条件（成膜条件）を考慮して、基材１１の温度が過剰に高くならないように、インターバル期間Ｔｒを決定して入力してもよい。

なお、検出装置２６の検出結果に基づいて、インターバル期間Ｔｒが調整されてもよい。例えば、インターバル期間Ｔｒ中の検出装置２６の検出結果に基づいて、基材１１の温度が許容値以下に低下したと判断されたとき、制御装置２５は、インターバル期間Ｔｒを終了してもよい。

なお、溶射条件とインターバル期間Ｔｒと基材１１の温度（温度低下量）との関係を事前に求めて記憶装置２９に記憶し、その記憶装置２９の記憶情報に基づいて、基材１１の温度が許容値以下に低下するまで、制御装置２５は、インターバル期間Ｔｒを調整してもよい。

次に、溶射動作の回数（ＴＢＣ薄膜１３Ｐの積層数）が指定値Ｎに到達したかどうかが判断される（ステップＳＡ８）。溶射動作の回数が指定値Ｎに到達していないと判断された場合、カウンタｎ＝ｎ＋１の処理が行われた後（ステップＳＡ９）、ステップＳＡ５からステップＳＡ８の処理が繰り返される。

図９は、第２回の溶射動作の終了後の状態の一例を示す図である。図９に示すように、第２回の溶射動作により、第１層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐの上に、第２層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成される。ＴＢＣ薄膜１３Ｐが第Ｎ層目まで形成されるまで、上述の処理が繰り返される。本実施形態においては、第１層目から第Ｎ層目までのＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成されるまで、基材１１が温度調整装置２３によって冷却され続ける。インターバル期間Ｔｒにおいても、基材１１は温度調整装置２３によって冷却され続ける。

図１０は、第Ｎ回（最終回）の溶射動作の終了後の状態の一例を示す図である。図１０に示すように、第Ｎ回の溶射動作により、第Ｎ層目（最終層目）のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成される。これにより、ＴＢＣ膜１３が形成される。最終回の溶射動作の終了により、本実施形態に係る溶射処理が終了する。溶射処理が終了した後、基材１１の冷却が終了される（ステップＳＡ１０）。

図１１は、本実施形態に係る溶射処理における基材１１の温度と時間との関係の一例を示す図である。図１１に示すグラフにおいて、横軸は、溶射処理が開始されてからの時間（経過時間）を示す。縦軸は、基材１１の温度を示す。

本実施形態において、制御装置２５は、最終回の溶射動作の終了時に基材１１が規定温度Ｔｐ以下になるように、温度調整装置２３を制御する。制御装置２５は、最終回の溶射動作の終了時に基材１１が規定温度Ｔｐ以下になるように、インターバル期間Ｔｒを調整してもよい。

図１１において、ラインＬ１は、本実施形態に係る基材１１の温度プロファイルを示す。図１１に示すように、最終回の溶射動作終了時（溶射処理終了時）において、基材１１の温度は、規定温度Ｔｐ以下に抑えられている。本実施形態において、規定温度Ｔｐは、４００℃である。

ラインＬＪは、比較例に係る基材１１の温度プロファイルであって、溶射処理において基材１１を温度調整装置２３で冷却しなかった場合の温度プロファイルを示す。図１１に示すように、基材１１を温度調整装置２３で冷却しないと、溶射の熱により、基材１１の温度は過剰に上昇する。

なお、ラインＬ１は、温度調整装置２３により基材１１の裏面を冷却し、インターバル期間Ｔｒを３０秒に設定した例を示す。ラインＬＪは、基材１１を冷却せず、インターバル期間Ｔｒを１０秒に設定した例を示す。

溶射処理（最終回の溶射動作）が終了すると、基材１１及びＴＢＣ膜１３の温度は、例えば常温まで徐々に低下する。基材１１はニッケル基超合金のような金属製であり、ＴＢＣ膜１３はセラミックス製である。基材１１の線膨張係数とＴＢＣ膜１３の線膨張係数との差は大きい。溶射処理終了時において、基材１１及びＴＢＣ膜１３の温度が過剰に高い場合（規定温度Ｔｐよりも高い場合）、温度低下に伴う基材１１の収縮量とＴＢＣ膜１３の収縮量との差が大きくなる。その結果、ＴＢＣ膜１３に圧縮応力が作用し、ＴＢＣ膜１３に歪みが生じる可能性が高くなる。すると、比較例に係る基材１１に形成されたＴＢＣ膜１３は、せん断的な破壊を生じやすくなったり、座屈したりすることにより、基材１１から剥離してしまう可能性が高くなる。

本実施形態によれば、溶射期間の少なくとも一部において基材１１が冷却される。溶射処理（最終回の溶射動作）の終了時に基材１１が規定温度Ｔｐ以下になるように、溶射期間における基材１１の温度調整及びインターバル期間Ｔｒの設定が行われる。これにより、基材１１の温度が過剰に高くなることが抑制される。そのため、溶射処理後に基材１１及びＴＢＣ膜１３の温度が低下しても、その温度低下に伴う基材１１の収縮量とＴＢＣ膜１３の収縮量との差を小さくすることができる。これにより、ＴＢＣ膜１３に歪みが生じることが抑制され、ＴＢＣ膜１３が基材１１から剥離したり、ＴＢＣ膜１３に横方向の亀裂が生じたりすることが抑制される。したがって、耐剥離性を有するＴＢＣ膜１３を基材１１に良好に形成することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、溶射期間の少なくとも一部において基材１１を冷却するようにしたので、溶射により形成されたＴＢＣ膜１３が基材１１から剥離するリスクが抑制される。したがって、耐剥離性を有するＴＢＣ膜１３を基材１１に良好に形成することができる。

本実施形態においては、縦割れ状（柱状）の緻密組織（ＤＶＣ：Dense Vertically Crack）を含むＴＢＣ膜１３が形成されるように、基材１１の熱伝導率、溶射距離Ｇ、及び射出部２２Ｊから射出される溶射材Ｔの温度などを含む溶射条件（成膜条件）が定められている。なお、溶射距離Ｇとは、溶射材Ｔを射出する射出部２２Ｊと、その溶射材Ｔが供給される部材の表面（本実施形態においては、アンダーコート膜１２の表面１２Ｓ又はＴＢＣ薄膜１３Ｐの表面）との距離である。ＤＶＣを含むＴＢＣ膜１３は、例えばポーラスを含むＴＢＣ膜に比べて、耐エロージョン性が高い。ガスタービン１の作動時に、ガスタービン１の内部において、使用状態によっては、酸化物等の粉体の飛散がある。粉体が高温部品Ｍと衝突すると、その高温部品Ｍの表面が浸食（エロージョン）され、表面粗度が悪化し、高温部品Ｍの空力特性に影響を与えるなど、高温部品Ｍの性能が低下する可能性がある。そのため、ＴＢＣ膜１３は、耐エロージョン性が高いことが望まれる。本発明者の知見によると、溶射距離Ｇを短くすると、ＤＶＣを含むＴＢＣ膜１３を円滑に形成できることが判明している。一方、溶射距離Ｇを短くすると、溶射の熱により基材１１の温度が上昇しやすくなる。本実施形態においては、温度調整装置２３で基材１１を冷却することにより、ＤＶＣを含むＴＢＣ膜１３を製造可能な成膜条件を達成しつつ、基材１１の温度上昇を抑制することができる。したがって、耐剥離性、遮熱性、及び耐エロージョン性を備えたＴＢＣ膜１３を形成することができる。

また、本実施形態においては、溶射処理は、複数回の溶射動作を含み、ＴＢＣ膜１３は、積層された複数のＴＢＣ薄膜１３Ｐを含む。これにより、ＤＶＣを含むＴＢＣ膜１３の厚膜化を実現することができる。したがって、耐剥離性、遮熱性、及び耐エロージョン性を備えたＴＢＣ膜１３を形成することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１２は、本実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態においては、第１回の溶射動作の終了後に、温度調整装置２３を用いた基材１１の冷却が開始される例について説明する。

図１２に示すように、成膜処理の準備が行われる（ステップＳＢ１）。準備は、支持装置２１で基材１１を支持すること、及び溶射装置２２が溶射可能な状態に設定することを含む。次に、施工パラメータが入力される（ステップＳＢ２）。本実施形態においても、溶射動作は、指定値Ｎだけ行われる。ＴＢＣ薄膜１３Ｐは、Ｎ層形成される。

次に、第１回の溶射動作が開始される（ステップＳＢ３）。第１回の溶射動作の開始により、本実施形態に係る溶射処理が開始される。第１の溶射動作において、温度調整装置２３を用いた基材１１の冷却は行われない。換言すれば、供給装置２３ＣＳから支持装置２１に対する冷却媒体の供給が行われない。第１回の溶射動作の終了により、アンダーコート膜１２上に第１層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成される（ステップＳＢ４）。

次に、カウンタｎ＝２が設定され（ステップＳＢ５）、インターバル期間Ｔｒが設けられる（ステップＳＢ６）。また、基材１１の冷却が開始される（ステップＳＢ７）。制御装置２５は、温度調整装置２３を使って、支持装置２１に支持される基材１１を冷却する。

制御装置２５は、温度調整装置２３で基材１１が冷却されている状態で、第２回の溶射動作を開始する（ステップＳＢ８）。第２回の溶射動作の終了により、第２層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐが第１層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐの上に形成される（ステップＳＢ９）。第２層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成された後、インターバル期間Ｔｒが設けられる（ステップＳＢ１０）。

次に、溶射動作の回数（ＴＢＣ薄膜１３Ｐの積層数）が指定値Ｎに到達したかどうかが判断される（ステップＳＢ１１）。溶射動作の回数が指定値Ｎに到達していないと判断された場合、カウンタｎ＝ｎ＋１の処理が行われた後（ステップＳＢ１２）、ステップＳＢ８からステップＳＢ１１の処理が繰り返される。

ＴＢＣ薄膜１３Ｐが第Ｎ層目まで形成されるまで、上述の処理が繰り返される。本実施形態においては、第２層目から第Ｎ層目までのＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成されるまで、基材１１が温度調整装置２３によって冷却され続ける。インターバル期間Ｔｒにおいても、基材１１は温度調整装置２３によって冷却され続ける。

第Ｎ回の溶射動作により、第Ｎ層目（最終層目）のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成される。これにより、ＴＢＣ膜１３が形成される。最終回の溶射動作の終了により、本実施形態に係る溶射処理が終了する。溶射処理が終了した後、基材１１の冷却が終了される（ステップＳＢ１３）。

図１３は、本実施形態に係る溶射処理における基材１１の温度と時間との関係の一例を示す図である。図１３に示すグラフにおいて、横軸は、溶射処理が開始されてからの時間（経過時間）を示す。縦軸は、基材１１の温度を示す。

本実施形態においも、制御装置２５は、最終回の溶射動作の終了時に基材１１が規定温度Ｔｐ以下になるように、温度調整装置２３を制御する。制御装置２５は、最終回の溶射動作の終了時に基材１１が規定温度Ｔｐ以下になるように、インターバル期間Ｔｒを調整してもよい。

図１３において、ラインＬ２は、本実施形態に係る基材１１の温度プロファイルを示す。図１３に示すように、最終回の溶射動作終了時（溶射処理終了時）において、基材１１の温度は、規定温度Ｔｐ以下に抑えられている。

なお、ラインＬ２は、溶射期間の初期は基材１１を冷却せず、その後、基材１１の裏面を温度調整装置２３で冷却し、インターバル期間Ｔｒを３０秒に設定した例を示す。

本発明者の知見によると、ＤＶＣの特徴である縦割れは、溶射後の冷却過程でセラミックス凝固するときのセラミックス自身の引張応力で発生する。セラミックスの融点は２０００℃以上であり、セラミックスの温度が５００℃程度に温度低下する前に、縦割れが発生すると考えられる。セラミックスの扁平挙動は、基材１１の温度に影響を受けるため、溶射期間の初期においては基材１１の冷却を行わないことにより、セラミックスと基材１１との密着性が向上すると考えられる。溶射期間の初期においては、基材１１の温度は過剰に上昇しておらず、その初期の段階で基材１１を冷却すると、セラミックス粒子の扁平不良に基づく密着性不良から、横割れが発生し、耐剥離性が低下する可能性がある。そのため、溶射期間の初期においては、基材１１を冷却しなくてもよい。例えば、ＴＢＣ薄膜１３Ｐの積層体の厚さが１００μｍ程度になるまでは、基材１１を冷却することなく溶射を行ってもよい。

以上説明したように、温度調整装置２３による冷却は、溶射期間の全部で行われなくてもよい。溶射処理の終了時に基材１１が規定温度Ｔｐ以下になっていれば、冷却が行われる期間は任意である。本実施形態においても、所期の性能を有するＴＢＣ膜１３を基材１１に良好に形成することができる。

本実施形態においては、第１回の溶射動作において基材１１を冷却せず、第２回の溶射動作から基材１１を冷却する例について説明した。基材１１の冷却の開始は、第１回の溶射動作の終了後であればよく、第３回の溶射動作において基材１１の冷却が開始されてもよいし、第４回の溶射動作において基材１１の冷却が開始されてもよいし、第Ｎ−１回の溶射動作において基材１１の冷却が開始されてもよいし、第Ｎ回の溶射動作において基材１１の冷却が開始されてもよい。また、溶射期間の前半においては基材１１を冷却せず、溶射期間の後半が開始された時点で基材１１の冷却を開始してもよい。

＜第３実施形態＞
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１４は、本実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態においては、第１回の溶射動作の開始前に、規定温度Ｔｐよりも高い温度になるように、温度調整装置２３を用いて基材１１が予熱される例について説明する。

図１４に示すように、成膜処理の準備が行われる（ステップＳＣ１）。準備は、支持装置２１で基材１１を支持すること、及び溶射装置２２が溶射可能な状態に設定することを含む。次に、施工パラメータが入力される（ステップＳＣ２）。本実施形態においても、溶射動作は、指定値Ｎだけ行われる。ＴＢＣ薄膜１３Ｐは、Ｎ層形成される。

次に、制御装置２５は、第１回の溶射動作の開始前に、規定温度Ｔｐよりも高い温度になるように、温度調整装置２３の加熱装置２３Ｈを用いて支持装置２１に支持された基材１１を予熱（加熱）する（ステップＳＣ３）。上述の実施形態と同様、規定温度Ｔｐは、４００℃である。本実施形態においては、基材１１の温度が規定温度Ｔｐよりも高い５００℃になるように、基材１１の温度が調整される。基材１１の温度が５００℃に到達した後、加熱装置２３Ｈによる加熱が終了される（ステップＳＣ４）。

次に、カウンタｎ＝１が設定され（ステップＳＣ５）、温度調整装置２３を用いた基材１１の冷却が開始される（ステップＳＣ６）。制御装置２５は、温度調整装置２３の冷却装置２３Ｃを使って、支持装置２１に支持される基材１１を冷却する。

制御装置２５は、温度調整装置２３で基材１１が冷却されている状態で、第１回の溶射動作を開始する（ステップＳＣ７）。第１回の溶射動作の終了により、第１層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐがアンダーコート膜１２の上に形成される（ステップＳＣ８）。第１層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成された後、インターバル期間Ｔｒが設けられる（ステップＳＣ９）。

次に、溶射動作の回数（ＴＢＣ薄膜１３Ｐの積層数）が指定値Ｎに到達したかどうかが判断される（ステップＳＣ１０）。溶射動作の回数が指定値Ｎに到達していないと判断された場合、カウンタｎ＝ｎ＋１の処理が行われた後（ステップＳＣ１１）、ステップＳＣ７からステップＳＣ１０の処理が繰り返される。

ＴＢＣ薄膜１３Ｐが第Ｎ層目まで形成されるまで、上述の処理が繰り返される。本実施形態においては、第１層目から第Ｎ層目までのＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成されるまで、基材１１が温度調整装置２３によって冷却され続ける。インターバル期間Ｔｒにおいても、基材１１は温度調整装置２３によって冷却され続ける。

第Ｎ回の溶射動作により、第Ｎ層目（最終層目）のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成される。これにより、ＴＢＣ膜１３が形成される。最終回の溶射動作の終了により、本実施形態に係る溶射処理が終了する。溶射処理が終了した後、基材１１の冷却が終了される（ステップＳＣ１２）。

図１５は、本実施形態に係る溶射処理における基材１１の温度と時間との関係の一例を示す図である。図１５に示すグラフにおいて、横軸は、溶射処理が開始されてからの時間（経過時間）を示す。縦軸は、基材１１の温度を示す。

図１５において、ラインＬ３は、本実施形態に係る基材１１の温度プロファイルを示す。図１５に示すように、溶射処理の開始前に、基材１１の温度が約５００℃に加熱（予熱）されている。また、最終回の溶射動作終了時（溶射処理終了時）において、基材１１の温度は、規定温度Ｔｐ以下に抑えられている。

以上説明したように、第１回の溶射動作の開始前に、基材１１が予熱されてもよい。これにより、所期の性能を有するＴＢＣ膜１３を形成することができる。本発明者の知見によると、予熱された基材１１に対して第１回の溶射動作を行うことにより、ＤＶＣを含むＴＢＣ膜１３が、横割れ等の不良欠陥なく円滑に形成されることが判明している。ＤＶＣを含むＴＢＣ膜１３は、耐剥離性、耐熱サイクル耐久性、及び耐エロージョン性を有する。そのＴＢＣ膜１３が厚膜化されることにより、耐剥離性、耐熱サイクル耐久性、遮熱性、及び耐エロージョン性を備えたＴＢＣ膜１３を形成することができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１６は、本実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態においては、第１回の溶射動作の少なくとも一部において、規定温度Ｔｐよりも高い温度になるように温度調整装置２３を用いて基材１１を加熱することが行われる例について説明する。

図１６に示すように、成膜処理の準備が行われる（ステップＳＤ１）。準備は、支持装置２１で基材１１を支持すること、及び溶射装置２２が溶射可能な状態に設定することを含む。次に、施工パラメータが入力される（ステップＳＤ２）。本実施形態においても、溶射動作は、指定値Ｎだけ行われる。ＴＢＣ薄膜１３Ｐは、Ｎ層形成される。

次に、第１回の溶射動作の開始前に、規定温度Ｔｐよりも高い温度になるように、温度調整装置２３の加熱装置２３Ｈを用いて支持装置２１に支持された基材１１が加熱される（ステップＳＤ３）。上述の実施形態と同様、規定温度Ｔｐは、４００℃である。本実施形態においては、基材１１の温度が規定温度Ｔｐよりも高い５００℃になるように、基材１１の温度が調整される。

次に、第１回の溶射動作が開始される（ステップＳＤ４）。第１回の溶射動作の開始により、本実施形態に係る溶射処理が開始される。第１の溶射動作においても、温度調整装置２３を用いた基材１１の加熱が行われる。制御装置２５は、第１回の溶射動作において、規定温度Ｔｐよりも高い温度になるように、温度調整装置２３の加熱装置２３Ｈを用いて基材１１を加熱する。第１回の溶射動作の終了により、アンダーコート膜１２上に第１層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成される（ステップＳＤ５）。

本実施形態においては、第１回の溶射動作が終了した後、第２回の溶射動作の開始前に、加熱装置２３Ｈによる加熱が終了される（ステップＳＤ６）。

次に、カウンタｎ＝２が設定され（ステップＳＤ７）、インターバル期間Ｔｒが設定される（ステップＳＤ８）。また、基材１１の冷却が開始される（ステップＳＤ９）。制御装置２５は、温度調整装置２３を使って、支持装置２１に支持される基材１１を冷却する。

制御装置２５は、温度調整装置２３で基材１１が冷却されている状態で、第２回の溶射動作を開始する（ステップＳＤ１０）。第２回の溶射動作の終了により、第２層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐが第１層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐの上に形成される（ステップＳＤ１１）。第２層目のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成された後、インターバル期間Ｔｒが設定される（ステップＳＤ１２）。

次に、溶射動作の回数（ＴＢＣ薄膜１３Ｐの積層数）が指定値Ｎに到達したかどうかが判断される（ステップＳＤ１３）。溶射動作の回数が指定値Ｎに到達していないと判断された場合、カウンタｎ＝ｎ＋１の処理が行われた後（ステップＳＤ１４）、ステップＳＤ１０からステップＳＤ１３の処理が繰り返される。

第Ｎ回の溶射動作により、第Ｎ層目（最終層目）のＴＢＣ薄膜１３Ｐが形成される。これにより、ＴＢＣ膜１３が形成される。最終回の溶射動作の終了により、本実施形態に係る溶射処理が終了する。溶射処理が終了した後、基材１１の冷却が終了される（ステップＳＤ１５）。

以上説明したように、第１回の溶射動作の少なくとも一部において、基材１１が加熱されてもよい。これにより、所期の性能を有するＴＢＣ膜１３を形成することができる。本発明者の知見によると、アンダーコート膜１２に第１層目のＴＢＣ膜１３Ｐを形成する場合、基材１１が加熱された状態で溶射を行うことにより、基材１１（アンダーコート膜１２）との密着性が高いＤＶＣを含むＴＢＣ膜１３が円滑に形成されることが判明している。したがって、耐剥離性、遮熱性、及び耐エロージョン性を備えたＴＢＣ膜１３を形成することができる。

また、本発明者の知見によると、ＤＶＣの特徴である縦割れは、溶射後の冷却過程でセラミックスが凝固するときのセラミックス自身の引張応力で発生する。セラミックスの融点は２０００℃以上であり、セラミックスの温度が５００℃程度に温度低下する前に、縦割れが発生すると考えられる。セラミックスの扁平挙動は、基材１１の温度に影響を受けるため、５００℃程度の予熱を行うことにより、セラミックスと基材１１との密着性が向上すると考えられる。溶射期間の初期においては、基材１１の温度は過剰に上昇しておらず、その初期の段階で基材１１を冷却すると、セラミックス粒子の扁平不良に基づく密着性不良から、横割れが発生し、耐剥離性が低下する可能性がある。そのため、溶射期間の前又は溶射期間の初期においては、基材１１を冷却せずに、加熱してもよい。例えば、ＴＢＣ薄膜１３Ｐの積層体の厚さが１００μｍ程度になるまでは、基材１１を加熱しながら溶射を行ってもよい。

なお、本実施形態においては、第１回の溶射動作において基材１１を加熱し、第２回の溶射動作から基材１１を冷却する例について説明した。第２回の溶射動作まで基材１１を加熱してもよいし、第３回の溶射動作まで基材１１を加熱してもよい。また、第１回から第Ｎ−１回までの溶射動作において基材１１を加熱し、第Ｎ回の溶射動作において基材１１を冷却してもよい。また、溶射期間の前半においては基材１１を加熱し、溶射期間の後半が開始された時点で基材１１の冷却を開始してもよい。

＜第５実施形態＞
第５実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１７は、本実施形態に係る成膜装置２０Ｅ及びタービン動翼８の一例を示す平面図である。図１８は、本実施形態に係る成膜装置２０Ｅ及びタービン動翼８の一例を示す側面図である。

タービン動翼８は、燃焼ガスが接触する翼本体１０１と、ロータ軸に保持される翼根１０２を有する。また、タービン動翼８は、翼本体１０１を支持するプラットホーム１０４と、プラットホーム１０４と翼根１０２とを連結するシャンク１０３とを有する。

翼本体１０１は、内部空間（孔）１０９を有する。孔１０９は、翼本体１０１の内部に複数設けられる。孔１０９は、翼根１０２からシャンク１０３を通り、さらにプラットホーム１０４を通って翼本体１０１まで貫通する。

なお、タービン動翼８の一例は、例えば特開２００５−２３３１４１号公報に開示されている。本実施形態においては、孔１０９の一端部の流入口が翼根１０２に配置され、孔１０９の他端部の流出口が翼本体１０１の先端部に配置されている。なお、孔１０９（流入口及び流出口）は、図１７及び図１８に示す例に限定されない。例えば、特開２００２−１２９９０５号公報に開示されているように、孔１０９の流出口が、翼本体１０１の腹部に配置されてもよいし、背部に配置されてもよいし、前縁部に配置されてもよい。

成膜装置２０Ｅは、タービン動翼８の翼根１０２を支持する支持装置２１Ｅと、溶射材Ｔを溶射して、翼本体１０１の基材上にＴＢＣ膜１３を形成する溶射装置２２Ｅと、少なくとも一部が支持装置２１Ｅに配置され、翼本体１０１の基材の温度を調整する温度調整装置２３Ｅと、溶射処理の開始から終了までの溶射期間の少なくとも一部において翼本体１０１の基材が冷却されるように温度調整装置２３Ｅを制御する制御装置２５Ｅとを備えている。

本実施形態において、温度調整装置２３Ｅは、孔１０９に冷却媒体（冷却ガス）を供給する。温度調整装置２３Ｅは、孔１０９の一端部の流入口に冷却媒体を供給する。流入口を介して孔１０９に供給された冷却媒体は、孔１０９を流れた後、孔１０９の他端部の流出口から流出する。これにより、翼本体１０１が冷却媒体によって冷却される。

上述の実施形態に従って、溶射期間の少なくとも一部において翼本体１０１が温度調整装置２３Ｅにより冷却されながら、溶射装置２２Ｅから溶射材Ｔを供給される。これにより、翼本体１０１にＴＢＣ膜１３が形成される。

また、上述の実施形態に従って、翼本体１０１が温度調整装置２３Ｅにより加熱されてもよい。温度調整装置２３Ｅは、孔１０９に加熱用のガスを供給することによって、翼本体１０１の基材を加熱することができる。

また、上述の実施形態に従って、溶射期間の終了時に翼本体１０１の基材が規定温度Ｔｐ以下になるように温度調整装置２３Ｅが制御されたり、インターバル期間Ｔｒが調整されたりしてもよい。

なお、上述の各実施形態において、基材１１を加熱（予熱を含む）する場合、支持装置２１に設けられた加熱装置２３Ｈに代えて、又は加熱装置２３Ｈとともに、溶射装置２２（２２Ｅ）が発生する熱で基材１１を加熱（プラズマ加熱）してもよい。

なお、上述の各実施形態においては、溶射処理が複数回の溶射動作を含むこととした。溶射処理は１回の溶射動作でもよい。すなわち、１回の溶射動作で、ＴＢＣ膜１３が形成されてもよい。その場合においても、溶射処理の開始から終了までの溶射期間の少なくとも一部において基材１１が冷却されることにより、所期の性能を有するＴＢＣ膜１３を形成することができる。溶射処理の終了時に基材１１が規定温度Ｔｐ以下になるように基材１１の温度が調整されることにより、所期の性能を有するＴＢＣ膜１３を形成することができる。

１ガスタービン
２圧縮機
３燃焼器
４タービン部
５回転軸
６発電機
７タービン静翼
８タービン動翼
９分割環
１０車室
２０成膜装置
２１支持装置
２２溶射装置
２３温度調整装置
２３Ｃ冷却装置
２３ＣＳ供給装置
２３Ｈ加熱装置
２５制御装置
２６検出装置
Ｍ高温部品

Claims

基材を支持する支持装置と、
溶射材を溶射して、前記基材上に遮熱コーティング膜を形成する溶射装置と、
前記基材を冷却可能な冷却装置及び前記基材を加熱可能な加熱装置を含み、前記基材である前記タービン動翼の翼本体の内部に設けられている孔に冷却ガス及び加熱ガスを供給して前記基材の温度を調整する温度調整装置と、
溶射処理の開始から終了までの溶射期間において前記基材が冷却及び加熱されるように前記温度調整装置を制御する制御装置と、を備え、
前記溶射処理は、溶射材を溶射して遮熱コーティング膜を形成した後、形成された前記遮熱コーティング膜に前記溶射材を溶射する溶射動作を複数回行って、前記基材上に遮熱コーティング膜を複数層形成する処理を含み、
前記制御装置は、第１回の溶射動作の開始前に規定温度よりも高い温度になるように前記加熱装置を用いて前記基材を予熱し、第１回の溶射動作において前記規定温度よりも高い温度になるように前記加熱装置を用いて前記基材を加熱し、第１回の溶射動作の終了後に前記冷却装置を用いて前記基材の冷却を開始し、第２回の溶射動作から最終回の溶射動作が終了するまで、先の溶射動作における溶射材の溶射終了時点から次の溶射動作における溶射材の溶射開始時点までのインターバル期間も含めて、前記冷却装置を用いて前記基材を冷却し続け、最終回の溶射動作の終了時に前記基材を前記規定温度以下にする、
成膜装置。
前記溶射処理の開始は、第１回の前記溶射動作の開始を含み、
前記溶射処理の終了は、最終回の前記溶射動作の終了を含む、請求項１に記載の成膜装置。
前記制御装置は、前記インターバル期間を調整して、前記基材の温度を調整する請求項１又は請求項２に記載の成膜装置。
前記基材の温度を検出する検出装置を備え、
前記制御装置は、前記検出装置の検出結果に基づいて前記基材の温度を調整する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成膜装置。
溶射材を溶射して、基材であるタービン動翼の翼本体上に遮熱コーティング膜を形成することと、
溶射処理の開始から終了までの溶射期間において前記基材である前記タービン動翼の翼本体の内部に設けられている孔に冷却ガス及び加熱ガスを供給して前記基材を冷却及び加熱することと、を含み、
前記溶射処理は、溶射材を溶射して遮熱コーティング膜を形成した後、形成された前記遮熱コーティング膜に前記溶射材を溶射する溶射動作を複数回行って、前記基材上に遮熱コーティング膜を複数層形成することを含み、
第１回の溶射動作の開始前に規定温度よりも高い温度になるように前記基材を予熱し、第１回の溶射動作において前記規定温度よりも高い温度になるように前記基材を加熱し、第１回の溶射動作の終了後に前記基材の冷却を開始し、第２回の溶射動作から最終回の溶射動作が終了するまで、先の溶射動作における溶射材の溶射終了時点から次の溶射動作における溶射材の溶射開始時点までのインターバル期間も含めて、前記基材を冷却し続け、最終回の溶射動作の終了時に前記基材を前記規定温度以下にする、
成膜方法。
前記溶射処理の開始は、第１回の前記溶射動作の開始を含み、
前記溶射処理の終了は、最終回の前記溶射動作の終了を含む、請求項５に記載の成膜方法。
前記基材の温度を検出することを含み、
前記検出の結果に基づいて前記基材の温度が調整される請求項５又は請求項６に記載の成膜方法。