JP7674100B2 - 遮熱コーティングの施工方法及び耐熱部材 - Google Patents
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Description
また、トップコート層は、ボンドコート層とは求められる性質や材料が異なるため、ボンドコート層を形成する溶射方法とは異なる溶射方法でセラミック層を形成したいというニーズがある。
このように、ボンドコート層とトップコート層とで異なる溶射方法によってそれぞれを形成する場合、装置構成の違いや、使用するガス等のような必要とされる周辺装置やユーティリティの違いにより、同一の溶射ブースで溶射を行うことが困難である。そのため、溶射の対象物を異なる溶射ブースに移動させる手間や、対象物を移動させた後の溶射開始までの対象物のセッティング等の段取り作業が必要である。
溶射ブース内に配置された対象物の耐熱合金基材上に該溶射ブース内に配置された溶射ガンによって、ボンドコート層を高速フレーム溶射によって形成する工程と、
該溶射ブース内に配置された前記対象物の前記ボンドコート層上に該溶射ブース内に配置された溶射ガンによって、セラミックス粉末を含む懸濁液を高速フレーム溶射によって溶射することでトップコート層を形成する工程と、
を備える。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法によって施工された遮熱コーティング3を備える耐熱部材1の断面の模式図である。
図2は、耐熱部材1の一例としての航空機エンジン向けの燃焼器パネル1Aの外観を表す図である。
航空機エンジン向けの燃焼器パネル1Aやタービン翼、産業用ガスタービン向けのタービン翼や分割環等の耐熱部材1には、耐熱部材1の遮熱のための遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating : TBC)3が形成されている。
幾つかの実施形態に係る耐熱部材1の耐熱合金基材(母材)5上には、金属結合層(ボンドコート層)7と、遮熱層としてのトップコート層9が順に形成される。即ち、幾つかの実施形態では、遮熱コーティング3は、ボンドコート層7と、トップコート層9を含んでいる。
これにより、遮熱性に優れた遮熱コーティング3が得られる。
幾つかの実施形態に係る遮熱コーティング3では、トップコート層9における複数の縦割れCvを有する構造により、耐熱合金基材5との線膨張係数の違いによる熱応力の発生を緩和できるので、熱サイクル耐久性に優れる。
図3は、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法の手順を示すフローチャートである。幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法は、ボンドコート層7を形成する工程S10と、トップコート層9を形成する工程S20とを含んでいる。
すなわち、幾つかの実施形態において、ボンドコート層7を形成する工程S10では、溶射材としてのMCrAlY合金等の粉末を高速フレーム溶射によって耐熱合金基材5の表面に溶射する。
すなわち、幾つかの実施形態において、トップコート層9を形成する工程S20で実施する溶射は、懸濁液による高速フレーム溶射(S-HVOF)である。幾つかの実施形態において、トップコート層9を形成する工程S20では、溶射材としてのセラミックス粉末を溶媒に分散した懸濁液を高速フレーム溶射によってボンドコート層7の表面に溶射する。懸濁液による高速フレーム溶射では、懸濁液として供給された溶射材TMは、燃焼炎ジェット流CFによって溶射対象物の表面に吹き付けられる(後述する図5A、図5B参照)。
したがって、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法によれば、ボンドコート層7の形成後に対象物としての耐熱部材1を他の溶射ブースに移動させなくてもよいので、耐熱部材1を異なる溶射ブースに移動させる手間が不要となり、懸濁液による高速フレーム溶射による溶射開始までの耐熱部材1のセッティング等の段取り作業が大幅に削減できるので、遮熱コーティング3を形成する際の作業効率が向上し、製造コストを削減できる。
発明者らが鋭意検討した結果、セラミックス粉末を含む懸濁液を高速フレーム溶射によって溶射することでトップコート層を形成するようにすれば、電子ビーム物理蒸着によってボンドコート層7上にトップコート層を形成した場合と同等の遮熱性や熱サイクル耐久性等の性能を確保できることが判明した。
幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法によれば、電子ビーム物理蒸着によってボンドコート層7上にトップコート層9を形成した場合と比べて、低いランニングコストで、且つ、より短時間でトップコート層を形成できる。また、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法によれば、トップコート層9を形成するための設備の導入コストも大幅に抑制できる。
これにより、耐熱部材1の製造コストを抑制できる。
図4Bは、他の実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法に係る装置の概略を説明するための図である。
図4Cは、さらに他の実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法に係る装置の概略を説明するための図である。
図5Aは、内部供給式の溶射ガン30Iの構造を説明するための模式的な図である。
図5Bは、外部供給式の溶射ガン30Eの構造を説明するための模式的な図である。
遮熱コーティング3の施工に際し、遮熱コーティング3の施工の対象物である耐熱部材1を固定する必要がある場合には、固定治具91を用いてもよく、耐熱部材1を連続的に回転させる必要がある場合には、不図示の回転駆動装置を用いてもよい。
遮熱コーティング3の施工の対象物である耐熱部材1は、この溶射ブース20内で遮熱コーティング3、すなわち、ボンドコート層7とトップコート層9とが形成される。
すなわち、図4Aに示す一実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法では、ボンドコート層7を形成する工程S10とトップコート層9を形成する工程S20とで、使用する溶射ガン30(移動装置50に取り付ける溶射ガン30)を交換する。これにより、ボンドコート層7を形成する工程S10とトップコート層9を形成する工程S20とを同一の溶射ブース20内で実施できる。
すなわち、図4Bに示す他の実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法では、ボンドコート層7を形成する工程S10とトップコート層9を形成する工程S20とで、使用する溶射ガン30(移動装置50に取り付ける溶射ガン30)を交換せず、同一の溶射ガン30でボンドコート層7を形成する工程S10とトップコート層9を形成する工程S20とを実施する。
これにより、ボンドコート層7を形成する工程S10とトップコート層9を形成する工程とを同一の溶射ブース20内で実施できる。
なお、第1供給部35A及び第2供給部35Bは、それぞれ溶射材TMを第1供給部35A及び第2供給部35Bに供給するための不図示の供給装置に接続されている。
図4Cに示すさらに他の実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法では、ボンドコート層7を形成する工程S10とトップコート層9を形成する工程S20とで、使用する溶射ガン30及び移動装置50を交代する。これにより、ボンドコート層7を形成する工程S10とトップコート層9を形成する工程S20とを同一の溶射ブース20内で実施できる。
(1)本開示の少なくとも一実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法は、溶射ブース20内に配置された対象物(耐熱部材1)の耐熱合金基材5上に該溶射ブース20内に配置された溶射ガン30によって、ボンドコート層7を高速フレーム溶射によって形成する工程(S10)を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係る遮熱コーティングの施工方法は、該溶射ブース20内に配置された上記対象物(耐熱部材1)のボンドコート層7上に該溶射ブース20内に配置された溶射ガン30によって、セラミックス粉末を含む懸濁液を高速フレーム溶射によって溶射することでトップコート層9を形成する工程(S20)を備える。
また、上記(1)の方法によれば、電子ビーム物理蒸着によってボンドコート層7上にトップコート層9を形成した場合と比べて、低いランニングコストで、且つ、より短時間でトップコート層9を形成できる。また、上記(1)の方法によれば、トップコート層9を形成するための設備の導入コストも大幅に抑制できる。
3 遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating : TBC)
5 耐熱合金基材(母材)
7 金属結合層(ボンドコート層)
9 トップコート層
20 溶射ブース
30 溶射ガン
35 供給部
50 移動装置
Claims (1)
- 溶射ブース内に配置された対象物の耐熱合金基材上に第1溶射ガンによって、ボンドコート層を高速フレーム溶射によって形成する工程と、
該溶射ブース内に配置された前記対象物の前記ボンドコート層上に前記第1溶射ガンとは異なる第2溶射ガンによって、セラミックス粉末を含む懸濁液を高速フレーム溶射によって溶射することでトップコート層を形成する工程と、
を備え、
ボンドコート層を高速フレーム溶射によって形成する工程では、第1移動装置で前記第1溶射ガンを移動させながら前記ボンドコート層を高速フレーム溶射によって形成し、
トップコート層をセラミックス粉末を含む懸濁液を高速フレーム溶射によって溶射することで形成する工程では、前記第1移動装置とは異なる第2移動装置で前記第2溶射ガンを移動させながら前記トップコート層を形成し、
前記第1溶射ガン、前記第1移動装置、前記第2溶射ガン、及び、前記第2移動装置は、同一の前記溶射ブース内に配置されている
遮熱コーティングの施工方法。
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