JPH05112879A - 回転シール部材と製造方法 - Google Patents
回転シール部材と製造方法Info
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- JPH05112879A JPH05112879A JP4082566A JP8256692A JPH05112879A JP H05112879 A JPH05112879 A JP H05112879A JP 4082566 A JP4082566 A JP 4082566A JP 8256692 A JP8256692 A JP 8256692A JP H05112879 A JPH05112879 A JP H05112879A
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- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
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Abstract
(57)【要約】
ガスタービンエンジン動翼のような回転シール部材に、
その基体の弾性係数と合致する弾性係数を有する改良表
面層を設ける。この表面層はまた設計使用温度で基体と
ともに脆性金属間化合物を形成しないものである。一態
様において、表面層は、層材料との化学反応を阻止し得
る砥粒を含む。一特定例は、チタン合金基体にニオブを
ベースとする層が冶金学的に接合されそしてこの層内に
コバルトで覆った立方窒化ホウ素砥粒が捕捉されるよう
にしたものである。
その基体の弾性係数と合致する弾性係数を有する改良表
面層を設ける。この表面層はまた設計使用温度で基体と
ともに脆性金属間化合物を形成しないものである。一態
様において、表面層は、層材料との化学反応を阻止し得
る砥粒を含む。一特定例は、チタン合金基体にニオブを
ベースとする層が冶金学的に接合されそしてこの層内に
コバルトで覆った立方窒化ホウ素砥粒が捕捉されるよう
にしたものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は砥粒を含む回転シール部
材に関し、特に、このような部材の表面部を形成する方
法と、それによって製造した部材に関する。
材に関し、特に、このような部材の表面部を形成する方
法と、それによって製造した部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンの効率は、エンジ
ン構成部が原動流体例えば空気と燃焼生成物を設計通路
に封じ込める能力に部分的に依存する。このような設計
流路からの漏れは効率を減らすおそれがある。従って、
従来、ガスタービンエンジンの設計者たちはこのような
漏れを減らすか制御する様々な漏止め機構を開示してき
た。１種の機構は密に相隔たる並置回転シール部材を含
み、該部材の一表面は相対する部材表面より硬い、すな
わち、研磨性が高い。両表面間に相対熱膨張が生ずる
と、両面間の空間を閉ざして研磨または磨損状態をもた
らし、より硬い方の表面は対向面の一部分を除去して
「ゼロ間隙」状態に接近する。時々、研磨性表面は埋め
込まれた砥粒を具備する。
ン構成部が原動流体例えば空気と燃焼生成物を設計通路
に封じ込める能力に部分的に依存する。このような設計
流路からの漏れは効率を減らすおそれがある。従って、
従来、ガスタービンエンジンの設計者たちはこのような
漏れを減らすか制御する様々な漏止め機構を開示してき
た。１種の機構は密に相隔たる並置回転シール部材を含
み、該部材の一表面は相対する部材表面より硬い、すな
わち、研磨性が高い。両表面間に相対熱膨張が生ずる
と、両面間の空間を閉ざして研磨または磨損状態をもた
らし、より硬い方の表面は対向面の一部分を除去して
「ゼロ間隙」状態に接近する。時々、研磨性表面は埋め
込まれた砥粒を具備する。
【０００３】このような封じ機構の一例は、対向シュラ
ウドに対して回転する動翼部材の先端部に設けられる。
従来の幾種かのガスタービンエンジン圧縮機はチタン合
金製動翼部材を用いるものであり、このような部材は、
シュラウドを研磨する結果、摩擦により生ずる熱によっ
てチタン合金の点火をひき起こした。従って、このよう
なシール機構では、間隙を制御するが摩擦熱をこのよう
なシールの部材表面部の点火点以下の温度になるまで放
散しうる適当な研磨をもたらすことが重要である。ま
た、砥粒を用いる場合、砥粒を研磨性部材の表面に、冶
金学的かつ熱的に安定して機構の健全性を高めるような
手段により保持することが重要である。
ウドに対して回転する動翼部材の先端部に設けられる。
従来の幾種かのガスタービンエンジン圧縮機はチタン合
金製動翼部材を用いるものであり、このような部材は、
シュラウドを研磨する結果、摩擦により生ずる熱によっ
てチタン合金の点火をひき起こした。従って、このよう
なシール機構では、間隙を制御するが摩擦熱をこのよう
なシールの部材表面部の点火点以下の温度になるまで放
散しうる適当な研磨をもたらすことが重要である。ま
た、砥粒を用いる場合、砥粒を研磨性部材の表面に、冶
金学的かつ熱的に安定して機構の健全性を高めるような
手段により保持することが重要である。
【０００４】
【発明の概要】本発明は、一態様において、回転シール
の一部材の基体に特に選定された特性の層を冶金学的に
接合することにより回転シール部材の基体に改良表面部
を設けるものである。該層は基体の弾性係数と合致する
弾性係数をもつことを特徴とし、好ましくは、高温使用
状態で良好な耐酸化性を有する。また該層は、使用温度
で同層と基体との間に脆性金属間化合物が形成されない
ような基体との固溶性を有する。
の一部材の基体に特に選定された特性の層を冶金学的に
接合することにより回転シール部材の基体に改良表面部
を設けるものである。該層は基体の弾性係数と合致する
弾性係数をもつことを特徴とし、好ましくは、高温使用
状態で良好な耐酸化性を有する。また該層は、使用温度
で同層と基体との間に脆性金属間化合物が形成されない
ような基体との固溶性を有する。
【０００５】砥粒を含む態様において、基体上の層との
反応に抗する金属被覆が砥粒に施される。該層は溶融さ
れて溶融プールを生成し、このプール内に被覆された砥
粒が配置される。回転シールにおいて砥粒を用いる時、
砥粒の配置は２つの方式で達成される。砥粒が溶融プー
ルの比重よりかなり低い比重をもつ場合、砥粒を溶融中
のプール内に直接配置し得る。その際、砥粒は沈み、そ
してプールが凝固するにつれて捕捉される。比重が溶融
プールとほぼ同じかまたはそれより高い砥粒の場合、砥
粒はプール内に注入され、そして砥粒が表面に上昇する
前に凝固によりプール内に捕捉される。これを達成する
一方法は凝固速度を制御することによる。凝固速度の制
御の一例は、適当なキャリヤーガス流を溶融プールに向
けることである。このキャリヤーガスは砥粒に速度を与
えそして凝固中のプールからの除熱に役立つ。
反応に抗する金属被覆が砥粒に施される。該層は溶融さ
れて溶融プールを生成し、このプール内に被覆された砥
粒が配置される。回転シールにおいて砥粒を用いる時、
砥粒の配置は２つの方式で達成される。砥粒が溶融プー
ルの比重よりかなり低い比重をもつ場合、砥粒を溶融中
のプール内に直接配置し得る。その際、砥粒は沈み、そ
してプールが凝固するにつれて捕捉される。比重が溶融
プールとほぼ同じかまたはそれより高い砥粒の場合、砥
粒はプール内に注入され、そして砥粒が表面に上昇する
前に凝固によりプール内に捕捉される。これを達成する
一方法は凝固速度を制御することによる。凝固速度の制
御の一例は、適当なキャリヤーガス流を溶融プールに向
けることである。このキャリヤーガスは砥粒に速度を与
えそして凝固中のプールからの除熱に役立つ。
【０００６】本発明の物品は、上述の特性をもつ層を冶
金学的に接合した基体を有する回転シールの一部材であ
る。一態様において、該層内に上述の被覆砥粒が捕捉さ
れる。
金学的に接合した基体を有する回転シールの一部材であ
る。一態様において、該層内に上述の被覆砥粒が捕捉さ
れる。
【０００７】
【実施例の記載】市販のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金で製造
したガスタービンエンジン圧縮機動翼の先端に砥粒を、
例えばニッケルめっき捕捉により付着し、このようなＴ
ｉ合金動翼の評価を行ったところ、高サイクル疲労（Ｈ
ＣＦ）に対する耐性の減少、例えば、ある場合には少な
くとも約５０％の減少が観察された。この広範な評価の
ために選択された砥粒は炭化物、Ａｌ2 Ｏ3 、立方窒化
ホウ素（ＣＢＮ）であり、これらは、主としてＮｉまた
はＣｕに基づく結合被覆を介して翼端に付着されたもの
である。この評価には、被覆されない翼端と、様々な通
常の方法で様々な被覆層が施され砥粒をもたない翼端
と、砥粒を内部に配置した結合被覆を施した翼端が包含
された。その後の熱処理の効果も評価された。この評価
の結論として、ＨＣＦ強度の減少の主因は、基体Ｔｉ合
金と、特定用途に対し所望に応じて砥粒を層内に配置し
得るような接合層との物理的および冶金学的関係である
ことがわかった。さらに詳述すると、接合層の弾性係数
を基体のそれと合致させるべきであることが確認され
た。本明細書において、弾性係数に関する前述の「合
致」という用語は、弾性係数値の差が、界面における割
れを誘発するほど大きな応力を界面において発生するに
は不十分であることを意味するものとする。
したガスタービンエンジン圧縮機動翼の先端に砥粒を、
例えばニッケルめっき捕捉により付着し、このようなＴ
ｉ合金動翼の評価を行ったところ、高サイクル疲労（Ｈ
ＣＦ）に対する耐性の減少、例えば、ある場合には少な
くとも約５０％の減少が観察された。この広範な評価の
ために選択された砥粒は炭化物、Ａｌ2 Ｏ3 、立方窒化
ホウ素（ＣＢＮ）であり、これらは、主としてＮｉまた
はＣｕに基づく結合被覆を介して翼端に付着されたもの
である。この評価には、被覆されない翼端と、様々な通
常の方法で様々な被覆層が施され砥粒をもたない翼端
と、砥粒を内部に配置した結合被覆を施した翼端が包含
された。その後の熱処理の効果も評価された。この評価
の結論として、ＨＣＦ強度の減少の主因は、基体Ｔｉ合
金と、特定用途に対し所望に応じて砥粒を層内に配置し
得るような接合層との物理的および冶金学的関係である
ことがわかった。さらに詳述すると、接合層の弾性係数
を基体のそれと合致させるべきであることが確認され
た。本明細書において、弾性係数に関する前述の「合
致」という用語は、弾性係数値の差が、界面における割
れを誘発するほど大きな応力を界面において発生するに
は不十分であることを意味するものとする。
【０００８】加えて、ある接合層は基体に対して次のよ
うな固溶性、すなわち、本物品の少なくとも設計使用温
度で脆性金属間化合物、例えば、適当な状態図に見られ
るようなものを生成するような固溶性を有することが観
察された。それゆえ、本発明の他の特徴はこのような脆
性金属間化合物を形成しない接合層の選択である。本発
明は、基体上に、基体の弾性係数と合致する弾性係数を
もちそして基体とともに脆性金属間化合物を形成しない
層を設けるという重要な特徴の組合せである。さらに、
強烈酸化環境、例えば、ガスタービンエンジンの諸部に
生ずる酸化環境での適用に対し、該層は良好な耐酸化性
を特徴とする。このような層は、もし向かい合う回転シ
ール表面より硬ければ、単独で使用できるが、しばし
ば、層内に砥粒を捕捉することがより望ましい。
うな固溶性、すなわち、本物品の少なくとも設計使用温
度で脆性金属間化合物、例えば、適当な状態図に見られ
るようなものを生成するような固溶性を有することが観
察された。それゆえ、本発明の他の特徴はこのような脆
性金属間化合物を形成しない接合層の選択である。本発
明は、基体上に、基体の弾性係数と合致する弾性係数を
もちそして基体とともに脆性金属間化合物を形成しない
層を設けるという重要な特徴の組合せである。さらに、
強烈酸化環境、例えば、ガスタービンエンジンの諸部に
生ずる酸化環境での適用に対し、該層は良好な耐酸化性
を特徴とする。このような層は、もし向かい合う回転シ
ール表面より硬ければ、単独で使用できるが、しばし
ば、層内に砥粒を捕捉することがより望ましい。
【０００９】本発明の一実施例では、上述の市販のＴｉ
−６Ａｌ−４Ｖ合金で製造した一連のガスタービンエン
ジン圧縮機動翼の先端部を用意した。このようなＴｉ合
金の弾性係数は低く、約１６×１０6 ｐｓｉである。こ
のような弾性係数に合わせて、１層のＮｂを少なくとも
０．００２インチの、そして主に約０．０１０〜０．０
３０インチの範囲内の厚さになるように付着してその後
の砥粒配置を可能にした。Ｎｂは本発明の一好適例とし
て選択された。なぜなら、その弾性係数は約１５×１０
6 ｐｓｉで、チタン合金基体のそれに合致するからであ
る。また、Ｎｂは、ＴｉとＮｂ間の状態図上の相対固溶
度からわかるように、脆性金属間化合物を形成せず、さ
らに設計使用温度、例えば約５００゜Ｆ〜約１４００゜
Ｆの温度で良好な耐酸化性を有する。
−６Ａｌ−４Ｖ合金で製造した一連のガスタービンエン
ジン圧縮機動翼の先端部を用意した。このようなＴｉ合
金の弾性係数は低く、約１６×１０6 ｐｓｉである。こ
のような弾性係数に合わせて、１層のＮｂを少なくとも
０．００２インチの、そして主に約０．０１０〜０．０
３０インチの範囲内の厚さになるように付着してその後
の砥粒配置を可能にした。Ｎｂは本発明の一好適例とし
て選択された。なぜなら、その弾性係数は約１５×１０
6 ｐｓｉで、チタン合金基体のそれに合致するからであ
る。また、Ｎｂは、ＴｉとＮｂ間の状態図上の相対固溶
度からわかるように、脆性金属間化合物を形成せず、さ
らに設計使用温度、例えば約５００゜Ｆ〜約１４００゜
Ｆの温度で良好な耐酸化性を有する。
【００１０】機械加工したＴｉ合金翼端をきれいにした
後、ー６０メッシュＮｂ粉末を用い、そして業界でレー
ザ被覆として知られる方法により５ＫＷ・ＣＷ・ＣＯ2
レーザビームをアルゴンガス内で２〜３ＫＷで働かせ
て、Ｎｂ層を付着した。これはＮｂ層とＴｉ合金基体と
の間に冶金学的結合をもたらすとともに、両部間に良好
な界面をもたらした。このような方法の一例はメータ
（Mehta)等の１９８８年５月１０日付米国特許第４７４
３７３３号に記載されており、この引例の開示は参照に
よりここに包含される。
後、ー６０メッシュＮｂ粉末を用い、そして業界でレー
ザ被覆として知られる方法により５ＫＷ・ＣＷ・ＣＯ2
レーザビームをアルゴンガス内で２〜３ＫＷで働かせ
て、Ｎｂ層を付着した。これはＮｂ層とＴｉ合金基体と
の間に冶金学的結合をもたらすとともに、両部間に良好
な界面をもたらした。このような方法の一例はメータ
（Mehta)等の１９８８年５月１０日付米国特許第４７４
３７３３号に記載されており、この引例の開示は参照に
よりここに包含される。
【００１１】基体と、接合された層とのこの組合せは、
被覆のないＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に関する基線ＨＣＦ
強度に比べて、他の組合せの場合の５０％のＨＣＦ強度
減少ではなく、約２５％だけのＨＣＦ強度減少を示し
た。試験は主として室温で行われ、評価中のある試験は
７００゜Ｆで行われた。他の評価では、Ａｇ基ろう付け
合金を基体上の層としてＮｂの代わりに用いた。なぜな
らその弾性係数は約１０〜１４×１０6 ｐｓｉで、Ｔｉ
合金基体の弾性係数と合致するからである。また、層と
して用いたＡｇ合金はＴｉとともに脆性金属間化合物を
形成しない。Ａｇ合金はレーザプラズマにより付着され
た。室温ＨＣＦ試験はＮｂの場合と同様の良好なＨＣＦ
強度を示した。ある高温用途の場合、Ａｇ合金は所望耐
酸化性をもたないが、その耐酸化性が設計使用状態のも
とで許容しうるものであれば、本発明に従ってＡｇ合金
を使用できる。
被覆のないＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に関する基線ＨＣＦ
強度に比べて、他の組合せの場合の５０％のＨＣＦ強度
減少ではなく、約２５％だけのＨＣＦ強度減少を示し
た。試験は主として室温で行われ、評価中のある試験は
７００゜Ｆで行われた。他の評価では、Ａｇ基ろう付け
合金を基体上の層としてＮｂの代わりに用いた。なぜな
らその弾性係数は約１０〜１４×１０6 ｐｓｉで、Ｔｉ
合金基体の弾性係数と合致するからである。また、層と
して用いたＡｇ合金はＴｉとともに脆性金属間化合物を
形成しない。Ａｇ合金はレーザプラズマにより付着され
た。室温ＨＣＦ試験はＮｂの場合と同様の良好なＨＣＦ
強度を示した。ある高温用途の場合、Ａｇ合金は所望耐
酸化性をもたないが、その耐酸化性が設計使用状態のも
とで許容しうるものであれば、本発明に従ってＡｇ合金
を使用できる。
【００１２】上述のように、本発明の重要な特徴の一つ
は、基体上に配設した層の弾性係数が基体のそれに合致
することである。約１０×１０6 ｐｓｉ〜約２０×１０
6 ｐｓｉの弾性係数値をもつ金属が代表的な好適金属で
ある。前述のＮｂまたはＡｇ合金に基づく系に加えて、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｃｕ等の元素およびそれ
らの組合せで基体の弾性係数と合致する弾性係数をもつ
ものも使用できる。
は、基体上に配設した層の弾性係数が基体のそれに合致
することである。約１０×１０6 ｐｓｉ〜約２０×１０
6 ｐｓｉの弾性係数値をもつ金属が代表的な好適金属で
ある。前述のＮｂまたはＡｇ合金に基づく系に加えて、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｃｕ等の元素およびそれ
らの組合せで基体の弾性係数と合致する弾性係数をもつ
ものも使用できる。
【００１３】基体上に配設した層内に砥粒を捕捉した一
例において、約１００〜１２０ミクロンの寸法範囲にあ
る立方窒化ホウ素（ＣＢＮ）の砥粒が用いられた。この
ような砥粒はボラゾン（Borazon)砥粒として市販されて
いるものである。本発明の一態様では、基体上の層との
反応に抗する被覆を砥粒に施した。被覆は、例えば、こ
のような層に対して低い溶解性を有し、層内で溶解して
有害になることはない。この例では、ＣＢＮ砥粒にＣｏ
の被覆を、商業的に利用しうる化学蒸着（ＣＶＤ）方法
により、砥粒の重量を約５０重量％だけ増す厚さに施し
た。
例において、約１００〜１２０ミクロンの寸法範囲にあ
る立方窒化ホウ素（ＣＢＮ）の砥粒が用いられた。この
ような砥粒はボラゾン（Borazon)砥粒として市販されて
いるものである。本発明の一態様では、基体上の層との
反応に抗する被覆を砥粒に施した。被覆は、例えば、こ
のような層に対して低い溶解性を有し、層内で溶解して
有害になることはない。この例では、ＣＢＮ砥粒にＣｏ
の被覆を、商業的に利用しうる化学蒸着（ＣＶＤ）方法
により、砥粒の重量を約５０重量％だけ増す厚さに施し
た。
【００１４】Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の圧縮機動翼に前
述のようにＮｂ層を設けた後、Ｎｂ層をＣＯ2 レーザで
再溶融して翼端部に溶融プール域を形成した。Ｃｏ被覆
を施したＣＢＮ砥粒を溶融プール内に、例えば、前述の
メータ（Mehta)等の米国特許第４７４３７３３号に記載
の方法により配置した。他例では、ＮｂをまずＴｉ合金
基体上で溶融し、次いで砥粒をレーザビームの下流で溶
融プール内に配置した。
述のようにＮｂ層を設けた後、Ｎｂ層をＣＯ2 レーザで
再溶融して翼端部に溶融プール域を形成した。Ｃｏ被覆
を施したＣＢＮ砥粒を溶融プール内に、例えば、前述の
メータ（Mehta)等の米国特許第４７４３７３３号に記載
の方法により配置した。他例では、ＮｂをまずＴｉ合金
基体上で溶融し、次いで砥粒をレーザビームの下流で溶
融プール内に配置した。
【００１５】ＣＢＮ砥粒は、溶融Ｎｂプールより低い比
重を有し、不活性ガス流により注入された。この不活性
ガス流は、溶融プール内の砥粒を、凝固前に、制御され
た深さに浸すのに充分な速度を有するものであった。次
いで、砥粒は急速凝固により捕捉された。一実施例にお
いて、チタン合金基体に接合したＮｂ層により捕捉され
たＣｏ被覆ＣＢＮ砥粒を備えた先端部を有するチタン合
金製圧縮機動翼が設けられた。このような動翼は安定し
た耐酸化性研磨性翼端をもつことを特徴とする。重要な
こととして、翼端は、次のような熱特性、すなわち、良
好な放熱をもたらすとともに、回転シール干渉状態にお
ける摩擦によるチタン合金基体の点火の誘発を抑制する
ような熱特性を有する。ＣＢＮ砥粒は、ダイヤモンドと
同様に、これに関して特に好適である。なぜなら、それ
らは他の砥粒、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 と、Ｓｉ、Ｗおよび
Ｂの炭化物より発熱が少ないからである。加えて、ＣＢ
Ｎとダイヤモンドは優れた切削能力を有する。
重を有し、不活性ガス流により注入された。この不活性
ガス流は、溶融プール内の砥粒を、凝固前に、制御され
た深さに浸すのに充分な速度を有するものであった。次
いで、砥粒は急速凝固により捕捉された。一実施例にお
いて、チタン合金基体に接合したＮｂ層により捕捉され
たＣｏ被覆ＣＢＮ砥粒を備えた先端部を有するチタン合
金製圧縮機動翼が設けられた。このような動翼は安定し
た耐酸化性研磨性翼端をもつことを特徴とする。重要な
こととして、翼端は、次のような熱特性、すなわち、良
好な放熱をもたらすとともに、回転シール干渉状態にお
ける摩擦によるチタン合金基体の点火の誘発を抑制する
ような熱特性を有する。ＣＢＮ砥粒は、ダイヤモンドと
同様に、これに関して特に好適である。なぜなら、それ
らは他の砥粒、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 と、Ｓｉ、Ｗおよび
Ｂの炭化物より発熱が少ないからである。加えて、ＣＢ
Ｎとダイヤモンドは優れた切削能力を有する。
【００１６】本発明の組合せ（前述のように、弾性係数
の合致と、基体層と砥粒とに関して有害金属間化合物が
発生しないこと）の意外な利点を示すために、被覆なし
のＣＢＮ砥粒をＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金動翼の準備した
翼端に、ニッケル捕捉電着により付着した。この電着
は、例えば、ファーマー（Farmer）等の１９８６年８月
２６日付米国特許第４６０８１２８号に記載されてお
り、この引例は参照によりここに包含される。標準室温
ＨＣＦ試験の結果、ショットピーニングを施した裸翼端
と比べて約５０％の動翼ＨＣＦ強度減少が認められた。
本発明の組合せに対する同様な試験ではこのような減少
の半分が示された。
の合致と、基体層と砥粒とに関して有害金属間化合物が
発生しないこと）の意外な利点を示すために、被覆なし
のＣＢＮ砥粒をＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金動翼の準備した
翼端に、ニッケル捕捉電着により付着した。この電着
は、例えば、ファーマー（Farmer）等の１９８６年８月
２６日付米国特許第４６０８１２８号に記載されてお
り、この引例は参照によりここに包含される。標準室温
ＨＣＦ試験の結果、ショットピーニングを施した裸翼端
と比べて約５０％の動翼ＨＣＦ強度減少が認められた。
本発明の組合せに対する同様な試験ではこのような減少
の半分が示された。
【００１７】Ｔｉ合金基体上のＮｂ層の顕微鏡写真の考
察により、Ｎｂを基体に冶金学的に接合すべきことがわ
かった。Ｎｂの濃度は、Ｔｉと少ない割合のＡｌおよび
Ｖとを含有する格付けされた層を示す基体に近づくにつ
れ減少していた。光学写真は、被覆したＣＢＮ砥粒の分
解を示さず、また、砥粒とＮｂのマトリックス層との間
の化学反応も示さなかった。砥粒は溶融プール域内に良
好に分布していた。
察により、Ｎｂを基体に冶金学的に接合すべきことがわ
かった。Ｎｂの濃度は、Ｔｉと少ない割合のＡｌおよび
Ｖとを含有する格付けされた層を示す基体に近づくにつ
れ減少していた。光学写真は、被覆したＣＢＮ砥粒の分
解を示さず、また、砥粒とＮｂのマトリックス層との間
の化学反応も示さなかった。砥粒は溶融プール域内に良
好に分布していた。
【００１８】ＣＢＮの代わりにＡｌ2 Ｏ3 砥粒を用いた
並行試験により、Ａｌ2 Ｏ3 砥粒と溶融Ｎｂとの間の過
酷な反応域が示された。これは、層と化学的に反応しな
い砥粒を選択するか、またはこのような反応を阻止する
材料の被覆を砥粒に施すという本発明の態様の一特徴を
強調するものである。このように、他の砥粒、例えば、
酸化物、炭化物、窒化物等の砥粒も、化学反応の阻止に
適するものであれば、本発明の組合せにより選択的に使
用できる。
並行試験により、Ａｌ2 Ｏ3 砥粒と溶融Ｎｂとの間の過
酷な反応域が示された。これは、層と化学的に反応しな
い砥粒を選択するか、またはこのような反応を阻止する
材料の被覆を砥粒に施すという本発明の態様の一特徴を
強調するものである。このように、他の砥粒、例えば、
酸化物、炭化物、窒化物等の砥粒も、化学反応の阻止に
適するものであれば、本発明の組合せにより選択的に使
用できる。
【００１９】以上、本発明の特定実施例を説明したが、
それらは代表例に過ぎず、本発明の組合せによる様々な
構成が可能である。
それらは代表例に過ぎず、本発明の組合せによる様々な
構成が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・ローリン・ヤング アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ イ、フイールズ−イーテル・ロード、4628 番
Claims (19)
- 【請求項１】 回転シールの一部材の、第１弾性係数を
有する基体に改良表面層を設ける方法であって、 （ｉ）前記第１弾性係数と合致する第２弾性係数と、
（ｉｉ）設計使用温度で前記基体とともに脆性金属間化
合物を形成しないような前記基体との固溶性とを有する
層材料を選択する段階と、 前記層材料を前記基体に冶金学的に接合する段階とから
なる方法。 - 【請求項２】 前記層はＮｂ、Ｚｒ、ＨｆおよびＶから
なる群から選んだ元素をベースとする、請求項１記載の
方法。 - 【請求項３】 前記層はＡｕ、Ｐｄ、ＡｇおよびＣｕか
らなる群から選んだ元素をベースとする、請求項１記載
の方法。 - 【請求項４】 前記基体はチタン基合金であり、そして
前記層はニオブをベースとする、請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記層は約０．００２〜０．０３インチ
の範囲内の厚さを有する、請求項２記載の方法。 - 【請求項６】 回転シールの一部材の、第１弾性係数を
有する基体に、砥粒を含む改良表面層を設ける方法であ
って、 （ｉ）前記第１弾性係数と合致する第２弾性係数と、
（ｉｉ）設計使用温度で前記基体とともに脆性金属間化
合物を形成しないような前記基体との固溶性とを有する
層材料を選択する段階と、 前記層材料との化学反応を阻止し得る砥粒を選択する段
階と、 前記層を溶融して前記基体上に溶融プールを生成する段
階と、 前記砥粒を前記溶融プール内に配置する段階と、その後
前記溶融プールを前記砥粒の周りで凝固させる段階とか
らなる方法。 - 【請求項７】 前記層はＮｂ、Ｖ、ＺｒおよびＨｆから
なる群から選んだ元素をベースとする、請求項６記載の
方法。 - 【請求項８】 前記層はＡｕ、Ｐｄ、ＣｕおよびＡｇか
らなる群から選んだ元素をベースとする、請求項記６記
載の方法。 - 【請求項９】 前記基体はチタン基合金であり、前記層
はニオブをベースとし、また前記砥粒はコバルトで覆っ
た立方窒化ホウ素である、請求項６記載の方法。 - 【請求項１０】 基体に冶金学的に接合した表面層を有
し、そして前記基体と前記層が互いに合致した弾性係数
を有するような回転シールの一部材。 - 【請求項１１】 前記表面層はＮｂ、Ｖ、ＨｆおよびＺ
ｒからなる群から選んだ元素をベースとする、請求項１
０記載の部材。 - 【請求項１２】 前記表面層はＡｕ、Ｐｄ、Ａｇおよび
Ｃｕからなる群から選んだ元素をベースとする、請求項
１０記載の部材。 - 【請求項１３】 前記表面層はニオブをベースとし、そ
して前記基体はチタン基合金である、請求項１０記載の
部材。 - 【請求項１４】 前記表面層内に捕捉された砥粒を有
し、該砥粒は前記層材料との化学反応を阻止し得るもの
である、請求項１０記載の部材。 - 【請求項１５】 前記砥粒はコバルトで覆った立方窒化
ホウ素である、請求項１４記載の部材。 - 【請求項１６】 回転シール機構において作用するよう
になっているガスタービンエンジン動翼部材であって、
その翼端基体に冶金学的に接合した表面層を有し、そし
て前記基体と前記層が互いに合致した弾性係数を有する
ような動翼部材。 - 【請求項１７】 前記表面層はニオブをベースとし、そ
して前記基体はチタン基合金である、請求項１６記載の
動翼部材。 - 【請求項１８】 前記表面層内に捕捉された砥粒を有
し、該砥粒は前記層材料との化学反応を阻止し得るもの
である、請求項１７記載の動翼部材。 - 【請求項１９】 前記砥粒はコバルトで覆った立方窒化
ホウ素である、請求項１８記載の動翼部材。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/685,110 US5484665A (en) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | Rotary seal member and method for making |
| US685110 | 1991-04-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05112879A true JPH05112879A (ja) | 1993-05-07 |
| JP2593606B2 JP2593606B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=24750818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4082566A Expired - Fee Related JP2593606B2 (ja) | 1991-04-15 | 1992-04-06 | 回転シール部材及びガスタービンエンジンの動翼部材 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5484665A (ja) |
| EP (1) | EP0509758B1 (ja) |
| JP (1) | JP2593606B2 (ja) |
| CA (1) | CA2062930A1 (ja) |
| DE (1) | DE69227722T2 (ja) |
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