JPH05195253A - 炭化クロム−時効硬化性ニッケル基合金を被覆した回転シール部材 - Google Patents

炭化クロム−時効硬化性ニッケル基合金を被覆した回転シール部材

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JPH05195253A
JPH05195253A JP20616892A JP20616892A JPH05195253A JP H05195253 A JPH05195253 A JP H05195253A JP 20616892 A JP20616892 A JP 20616892A JP 20616892 A JP20616892 A JP 20616892A JP H05195253 A JPH05195253 A JP H05195253A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 端面接触流体シールの接触表面に対して優れ
た接触摩耗耐性を有するコーティングを開発すること。 【構成】 端面接触流体シールの第1及び第2部材接触
表面の一方を優れた接触摩耗特性を有する炭化クロム−
時効硬化性ニッケル基合金コーティングで被覆する
(例:第1部材が炭化クロム−時効硬化性ニッケル基合
金で被覆された金属或いは合金でありそして第2部材が
炭素質材料)。端面接触流体シール表面被覆方法は炭化
クロム−時効硬化性ニッケル基合金の粉末組成物を前記
部材の一方の少なくとも一部に溶射し、付着コーティン
グを加熱して(例えば537〜899℃の温度に0.5
〜22時間)コーティングのニッケル基合金成分中に金
属間化合物の析出をもたらすことを含む。炭化クロム−
時効硬化性ニッケル基合金BをバーAに被覆した図1の
昇温圧縮負荷試験によりクラック発生までの%歪の改善
を確認した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、接触表面の少なくとも
一部を炭化クロム時効硬化性ニッケル基合金で被覆した
回転軸用途向けの流体シール及びその表面被覆方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】回転接触シールは、回転シール面及び固
定シール面が外見上接触状態に維持されているシールで
ある。回転接触シールは、最小限の流体漏洩しか生じな
いが、反面両シール面の界面での摩擦熱の発生と摩耗問
題により発生しうるスピード能力において制限を受け
る。回転接触シールは、シールリング内周面と軸表面と
の間での円周接触表面部を伴う周面シールか或いはラジ
アルシール面を伴う端面シール(フェースシール)いず
れかでありうる。
【0003】一般に、基本的な端面接触シールは、軸線
方向負荷によりラジアル面に沿って外見上接触状態に保
持される2つの中実リング材料から成る。通常、そのリ
ングの一方は、炭素のような炭素質材料から成る軟質材
料でありそして他方は鋼、炭化タングステン或いは炭化
珪素のような金属或いは金属合金或いは金属間化合物の
ような硬質材料とされる。どちらのリングが回転されそ
してどちらが固定状態とされるかは、個々のシール設計
及び用途に依存する。但し、硬質リングを回転するのが
一般的である。回転リングは通常軸周囲に固定位置に取
付けられ、そして固定リングは回転リングに軸線方向に
圧接するように負荷される。軸線方向負荷はバネ、ベロ
ーズ、磁気手段等により提供されうる。接触シールの漏
洩特性は無視しうるものであるけれども、それらは表面
の摩擦接触による摩耗問題を呈する。
【0004】炭化クロム基溶射コーティング系が、昇温
下での摺動及び衝撃摩耗耐性を提供するために長年にわ
たって使用されてきた。これまで最も多く使用された系
は、炭化クロム+ニッケルークロム複合体である。コー
ティングのニッケル−クロム(通常Ni−20Cr)成
分は、約10〜35重量%範囲を占める。これらコーテ
ィングは、プラズマ溶射及び爆発銃溶射を含めてあらゆ
る型式の溶射プロセスを使用して生成されてきた。溶射
に使用された粉末は通常2成分の簡単な機械的混合物で
ある。粉末の炭化クロム成分は通常Cr32 であるけ
れども、付着された状態のコーティングは代表的に主に
Cr73 を含み、そして少量のCr32 及びCr23
6 を含んでいる。粉末組成物と付着したままのコーテ
ィングとの間の差異は、Cr32 の酸化と、その結果
としての炭素の損失による。酸化は、爆発銃溶射におい
ては、爆発ガス中の酸素或いは二酸化炭素の結果として
起こり得、他方プラズマ溶射における酸化はプラズマ流
れ中への空気の吸引の結果として起こる。比較的高い容
積分率の金属質成分を有するコーティングは、昇温下で
のガスタービン部品における自己整合性耐摩耗性を付与
する目的で使用されてきた。これらコーティングは、高
い金属含有量の故に、フレッチング(擦過)及び酸化耐
性のみならず、良好な耐衝撃性を有する。
【0005】もっと低い温度においては、公称20重量
%ニッケル−クロムによるコーティングが、機械的シー
ルにおける炭素及び炭素グラファイトに対する摩耗目的
でまたアドヘシブ及びアブレーシブ用途を含めて摩耗一
般目的で使用されてきた。これらコーティングはほとん
ど溶射により生成された。この系のコーティングプロセ
スにおいては、通常粉末の形態にあるコーティング材料
は、その融点近くに加熱され、高速に加速されそして被
覆すべき表面に衝突せしめられる。粒子は表面に衝突
し、側方に流動して薄いレンズ状粒子(しばしばスプラ
ットと呼ばれる)を形成し、これらは無秩序に絡み合い
そして重なり合ってコーティングを形成する。溶射法と
しては、爆発銃溶射、酸素−燃料火炎溶射、高速酸素燃
料溶射及びプラズマ溶射が含まれる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のような20%
(80Ni20Cr)+80%(炭化クロム)が、炭素
に対する環状フェイスシールにおいて長年にわたり使用
されてきた。これらシールは、高い表面速度でそして比
較的低い単位負荷で使用でき、高温作動温度において大
気から油を密閉する。しかし、高温で作動した被覆シー
ルの接触帯域において半径方向クラック、最終的にブリ
スターが発生することがしばしばあった。ブリスターの
発生は許容し得ない程に高い漏れ率につながった。これ
らブリスターの発生の原因は、半径方向クラックの発生
が空気を浸透せしめそして基材との界面の酸化を生じ、
クラック近傍でのコーティングの結合を弱め、ブリスタ
ーの先駆体となるからである。ホットスポットにより生
じるクラックへの耐性が改善されうるなら、ブリスター
発生への耐性、その結果としての漏れが改善されると考
えられる。
【0007】本発明の課題は、端面接触流体シールの接
触表面に対して優れた接触摩耗耐性を有するコーティン
グを開発することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、互いに協働し
そして接触状態にある第1部材及び第2部材にして、少
なくとも一方の部材が他方の部材の表面を移動する第1
及び第2部材を備える端面接触(face contact)流体シ
ールに関するものである。本発明は、接触表面の一方を
優れた接触摩耗特性を有する炭化クロム−時効硬化性ニ
ッケル基合金コーティングで被覆した端面接触流体シー
ルを提供する。接触状態にある一方の部材の少なくとも
一部に炭化クロム−時効硬化性ニッケル基合金コーティ
ングが被覆される。本発明はまた、端面接触流体シール
の接触表面を炭化クロム−時効硬化性ニッケル基合金コ
ーティングで被覆する方法にも関係する。好ましくは、
第1部材の表面は鋼でありそして第2部材の表面は炭素
である。
【0009】好ましくは、鋼接触表面上の付着した状態
の被覆層は加熱されて、そのニッケル基合金成分中に金
属間化合物の析出をもたらす。熱処理段階において、高
い応力下にある微結晶付着状態の組織の良く定義された
X−線回析模様を示すもっと秩序化した組織への変態が
起こる。
【0010】こうした炭化クロム及び時効硬化性ニッケ
ル基合金の溶射コーティングについて、1990年10
月10日付け米国特許出願番号第07/599,482
号はターボマシン気体通路部品を対象とする耐侵食性コ
ーティングを開示する。この方法は、気体通路部品表面
上に炭化クロム及び時効硬化性ニッケル基合金を溶射し
そして好ましくはその後気体通路部品の熱処理すること
から成る。しかし、これは用途の点で全く別異の技術で
ある。
【0011】
【作用】ここで使用するものとしての「時効硬化性ニッ
ケル基合金」とは、ニッケル基合金の過飽和固溶状態か
らの金属間化合物の析出をもたらす加熱により硬化され
うるニッケル基合金を意味する。金属間化合物は通常、
アルミニウム、チタン、ニオブ及びタンタルから成る群
から選択される少なくとも1種の元素を含んでいる。好
ましくは、この元素は、コーティングの0.5〜13重
量%、より好ましくは1〜9重量%の量で存在すべきで
ある。好ましい時効硬化性ニッケル基合金は、約53重
量%ニッケル、約19重量%鉄及び約19重量%クロム
を含有し、残部が約3重量%モリブデン、約5重量%ニ
オブそして約1重量%タンタルであり、少量の他の種元
素をも含むインコネル(Inconel )718である。イン
コネル718は、加熱されるとき、オーステナイト(f
cc)マトリックス中に析出するニッケル金属間化合物
により強化されうる。インコネル718は、硬化用相と
してニッケルーニオブ化合物を析出すると考えられる。
時効硬化性合金に対して、析出は約538℃(1000
°F)で始まりそして一般に析出は温度の増加にともな
い増大する。しかし、899℃(1650°F)のよう
な或る温度を超えると、二次相は固溶状態に戻って再固
溶する。インコネル718に対する再固溶温度は843
℃(1550°F)である。インコネル718に対する
代表的な時効温度は、691〜760℃(1275〜1
400°F)であり、一般に好ましい温度は718℃
(1325°F)である。時効硬化性ニッケル基合金に
は、ハステロイ等を含めて多くのニッケル基耐熱合金、
超合金が該当する。一般に、ニッケル基合金に対して
は、時効温度は538〜899℃(1000〜1650
°F)、好ましくは691〜760℃(1275〜14
00°F)である。熱処理時間は少なくとも0.5〜2
2時間、好ましくは4〜16時間である。
【0012】適当な炭化クロムは、Cr32 、Cr23
6 及びCr73 並びにその混合物であり、特にCr
32 が好ましい。Cr32 +インコネル718の付
着コーティングのミクロ組織をX−線解析により調べた
結果、主として或いは実質上Cr73 とCr236
らなることが見出された。高温での長期曝露に際してC
73 はCr236 に変換されるものと考えられる。
大半の用途に対して、炭化クロム中のクロムは85〜9
5重量%、好ましくは約87重量%とすべきである。
【0013】大半の用途に対して、コーティング中の炭
化クロム成分の割合は、50〜95重量%、好ましくは
70〜90重量%であり、時効硬化性ニッケル基合金は
5〜50重量%、好ましくは10〜30重量%の範囲を
とることができる。
【0014】爆発銃を使用しての爆発作用によるフレー
ム・プレーティング(火炎被覆)が本発明のコーティン
グを生成するのに使用することができる。基本的に、爆
発銃は、約2.54cm(1インチ)の小さな内径を有
する流体冷却式バレルを備えている。一般に酸素とアセ
チレンの混合物がコーティング粉末と共に銃に給送され
る。酸素−アセチレン燃料気体混合物は着火されて、爆
発波を発生し、これが銃バレルに沿って伝搬され、それ
に際してコーティング材料は加熱されそして銃から被覆
すべき物品上に推進せしめられる。米国特許第2,71
4,563号は火炎被覆のために爆発波を利用する方法
及び装置を開示する。詳細はこの特許を参照されたい。
【0015】幾つかの用途においては、酸素−アセチレ
ン燃料混合物を窒素やアルゴンのような不活性気体で稀
釈することが所望されよう。気体稀釈材は、それが爆発
反応に関与しないから火炎温度を減じることが見出され
た。米国特許第2,972,550号は、爆発被覆プロ
セスを増大せる数のコーティング組成物と共に使用しう
るようにするためにそしてまた得られるコーティングに
基づいて新たなそして一層有用な用途向けに酸素−アセ
チレン燃料混合物を稀釈する方法を開示する。詳細は、
上記特許を参照されたい。
【0016】別の用途において、第2の燃焼性気体をア
セチレンと共に使用することができる。その好ましい例
はプロピレンである。2種の燃焼性気体の使用は米国特
許第4,902,539号に開示される。詳細はこの特
許を参照されたい。
【0017】プラズマコーティングトーチが、本発明に
従い適当な基材上に様々の組成のコーティングを生成す
るためのまた別の手段である。プラズマコーティング技
術は、コーティング粉末をその融点近く或いは融点を超
えて加熱しそして被覆されるべき基材に対してプラズマ
気体流れにより加速する照準方式のプロセスである。衝
突に際して、加速された粉末は多数の層の重なり合う薄
いレンズ状粒子即ちスプラットから成るコーティングを
形成する。
【0018】本発明のコーティングを生成するまた別の
方法は、いわゆる超音速火炎溶射プロセスを含めて高速
酸素−燃料プロセスでありうる。これらプロセスにおい
て、酸素及び燃料気体は、連続的に燃焼せしめられ、そ
れにより高速気体流れを形成し、そこにコーティング組
成物粉末材料が注入噴射される。粉末粒子は、その融点
近くに加熱され、加速され、そして被覆すべき表面上に
衝突せしめられる。衝突に際して、粉末粒子は外方に流
動して重なり合った薄いレンズ状の粒子即ちスプラット
を形成する。
【0019】本発明の被覆層を得るのに使用されるコー
ティング材料の炭化クロム粉末は、好ましくは、クロム
の炭化と生成物の粉砕により作製された粉末である。こ
のプロセスにおいて、クロムと炭素とは高温で反応焼結
されそして生成する焼結生成物が粉砕されそして整寸さ
れる。コーティングの金属粉末はアルゴン噴霧化と続い
ての整寸により生成される。粉末成分はその後機械的混
合により混合される。粉末混合物は、従来からの溶射プ
ロセスにおける供給材料として一般に使用されうる。し
かし、凝集した焼結粉末を使用することもでき、この場
合各凝集粉末粒子は炭化クロムと金属成分とを含んでい
る。
【0020】記述したように、従来型式のコーティング
である20%(80Ni20Cr)+80%(炭化クロ
ム)−以下、LClと呼ぶ−が炭素に対する環状フェイ
スシールにおいて長年にわたり使用されてきた。これら
シールは、高い表面速度でそして比較的低い単位負荷で
使用でき、高温作動温度において大気から油を密閉す
る。しかし、高温で作動した被覆シールの接触帯域にお
いて半径方向クラックを見つけることはまれではない。
そうしたクラックは局所的な「ホットスポット」発生の
結果であると考えられそしてシールを横切っての漏れ率
を限界近くまで増大するが、なんとか許容しうる。しか
し、時として、ブリスターが接触帯域に生じ、許容し得
ない程に高い漏れ率につながる。これらブリスターの発
生したシールの解析は、半径方向クラックの発生が空気
を浸透せしめそして基材との界面の酸化を生じ、クラッ
ク近傍でのコーティングの結合を弱めるから、ブリスタ
ーの先駆体と成りうることを示唆した。
【0021】もしホットスポットにより生じるクラック
への耐性が改善されうるなら、ブリスター発生への耐
性、その結果としての漏れが改善されると考えられる。
シールにおける局所的な接触点で発生する応力発生シー
ケンスをモデル化するための比較的安価な試験方法を考
案した。この試験において、「ホットスポット」の早期
の圧縮応力及び昇高温度が、被覆されたバーを被覆側を
圧縮側として曲げそしてバーを負荷をかけたまま加熱す
ることにより模擬された。その後、「ホットスポット」
の冷却がバーを圧縮状態で冷却することにより模擬され
た。バーを冷却した後、バーの負荷を解除しそして平坦
な状態に戻した。試験負荷及び温度においてコーティン
グがどの程度降伏するかに依存して、コーティングはバ
ーが平坦状態に戻る前にクラックを発生しうる。これ
は、「ホットスポット」の冷却中に生じる半径方向クラ
ックに匹敵すると考えることができる。試験のための基
材材料として時効硬化したインコネル718を選択した
ので、基材自体の降伏はほとんど乃至全然起こらず、従
ってすべての変化はコーティングの特性変化によると見
ることができる。
【0022】ホットスポットにおいて遭遇する温度は正
確には知られていない。従って、様々の圧縮負荷及び温
度において前記LClコーティングを使用して予備実験
をなした。圧縮負荷及び温度は次の通りマッチングされ
た。シールは149℃(300°F)の平均温度で走行
しそしてコーティングの熱膨張係数(CTE)は5.6
×10-6/°F(3.1×10-6/℃)であると仮定し
た。最大仮想ホットスポット温度T°F(T−32/
1.8℃)に対して、関連する最大圧縮ひずみは簡易に
CTE(コーティング)×(T−300°F)として評
価された。
【0023】予備試験において、593℃(1100°
F)への加熱が、0.44%歪の対応する圧縮負荷を伴
って、LClコーティングにそれが試験の負荷解除期間
中平坦状態に戻る直前にクラックを生ぜしめるに十分で
あることが見出された。従って、この予備負荷と温度と
が試験された残りのコーティングに対して標準化され
た。
【0024】(試験手順) (1)図1に示すように、6.35mm(1/4イン
チ)×1.27cm(1/2インチ)×25.4cm
(10インチ)寸法のインコネル718バーAの一方側
中央に5.72cm(2−1/4インチ)にわたって炭
化クロム−時効硬化性ニッケル基合金層Bで被覆した。 (2)図1に示すように、タイプKクロメル−アルメル
熱電対Cをバーの縁辺側に(6.35mm側辺)溶着し
た。 (3)図1に概略的に示すような4点曲げ試験用治具を
装備する万能試験機を使用してバーを曲げた。中央負荷
点は6.9cm(2.75インチ)間隔であり、他方外
側負荷点は20.3cm(8インチ)間隔とした。斯く
して、被覆帯域は中央負荷点間の一定歪領域(一様な曲
率)に位置決めされた。 (4)負荷点の位置は、それらが平坦バーAと丁度接触
状態とされた場所で零とした。その後、負荷を適用し
て、中央点をそれらが出発点から5.84mmの点に達
するまで5mm/分の速度で下方に移動せしめそして図
2に示すように負荷を維持した。この5.84mmの変
位は、上述したように選択した標準化予備負荷であった
0.44%歪のバーの中央を横切っての最大表面歪に相
当した。変位量は、次の関係式、ε=24((d+t)
/2)δ÷(3l2 −4a2 )により最大表面歪と関係
づけられる。ここで、 ε=最大表面歪、 d=バー厚さ、 t=コーティング厚さ、 δ=中央負荷点のバーAが平坦な状態にある出発位置か
らの変位、 l=外側負荷点間の距離、 a=内側負荷点間の距離。 (5)図2に示すように負荷を適用した被覆バーを好ま
しくは649℃(1200°F)に予熱した炉内に置い
た。バーの温度を熱電対Cを使用して連続的に検知し
た。バーが593℃(1100°F)に達したとき炉か
ら取り出した。これは通常約15〜30分間かかった。
負荷をまだ適用したまま、被覆バーを約20℃に冷却し
そして後圧電変換器をコーティングに結合しそしてバー
から負荷を解除したとき起こりうるクラック発生を検出
するために記録計に付設した。コーティングに万一クラ
ックが発生したなら、突然の急激なエネルギーの放出が
起こって応力波を発生し、これが変換器により検出され
る。 (6)音響波の放出を検出するため記録計をオンとした
まま、被覆バーガ平坦な状態となるまで負荷を5.1m
m/分(0.2インチ/分)の制御された速度で解放し
た。 (7)バーから負荷を解除している間クラック発生が検
出されないなら、その場合にはバーは図3に示すように
上下逆に反転する。その後、コーティングを張力状態に
おいて図4に示すようにバーを曲げそして音響放出がク
ラック発生を示す点まで曲げを継続する。
【0025】
【実施例】以下に、上記の試験方法に従い本発明の実施
例及び比較例の試験結果を提示する。
【0026】(実施例及び比較例)表に示すように、燃
焼気体混合物としてアセチレンとプロピレンとを含む爆
発銃プロセスを使用して2種のサンプルコーティングを
試験バーに被覆した。
【0027】この試験において、比較例としての炭化ク
ロム−ニッケル・クロムコーティング(サンプルコーテ
ィングA)と本発明の炭化クロム−インコネル718コ
ーティング(サンプルコーティングB)とを、被覆した
ままの状態及び熱処理状態両方において比較した。イン
コネル718バー基材上に爆発銃法を使用して約250
μmの厚さに付着した。表におけるコーティングBのた
めの出発コーティング粉末は11%インコネル718及
び89%炭化クロムであった。表におけるコーティング
Aに対する出発粉末は11%80Ni−20Cr及び8
9%炭化クロムであった。
【0028】表に示すように、コーティングのクラック
発生までの%歪は本発明の方がはるかに大きい。熱処理
は、炭化クロムコーティングの降伏強さを顕著に改善
し、その結果それらを環状面シールにおける熱応力によ
るクラック発生に対して一層耐性のあるものとする。本
発明のコーティングBはコーティングAより熱処理に対
して一層大きな応答性を示した。
【0029】
【表1】
【0030】上記の例はコーティングを被覆するのに爆
発銃を使用したが、本発明のコーティングは例えばプラ
ズマ溶射、高速酸素−燃料溶射、超音速火炎溶射等を含
めて他の溶射(サーマルスプレー)技術を使用して生成
されうる。
【0031】
【発明の効果】端面接触流体シールの接触表面に対して
優れた接触摩耗耐性を有するコーティングを開発するこ
とに成功した。
【0032】本発明について具体的に説明したが、本発
明の範囲内で多くの変更をなしうることを銘記された
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】炭化クロム−時効硬化性ニッケル基合金の層で
上面を被覆したバーを曲げるための4点曲げ試験のバー
が平坦な状態にある段階を示す説明図である。
【図2】図1においてバーを曲げるために力を適用した
後の段階の説明図である。
【図3】バーを反対側にした後図1のバーを曲げるため
の4点曲げ試験のバーガ平坦な状態にある段階を示す説
明図である。
【図4】図3においてバーを曲げるために力を適用した
後の段階の説明図である。
【符号の説明】
A インコネル718バー B 炭化クロム−時効硬化性ニッケル基合金層 C 熱電対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マリアン・オコナー・プライス アメリカ合衆国インディアナ州インディア ナポリス、サンセット・レイン5511

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに協働しそして接触状態にある第1
    部材及び第2部材にして、少なくとも一方の部材が他方
    の部材の表面を移動する第1及び第2部材を備える端面
    接触流体シールにおいて、互いに接触している一方の部
    材の表面の少なくとも一部を炭化クロム−時効硬化性ニ
    ッケル基合金コーティングで被覆したことを特徴とする
    端面接触流体シール。
  2. 【請求項2】 第1部材が炭化クロム−時効硬化性ニッ
    ケル基合金で被覆された金属或いは合金でありそして第
    2部材が炭素質材料である請求項1の端面接触流体シー
    ル。
  3. 【請求項3】 第2部材が炭素である請求項2の端面接
    触流体シール。
  4. 【請求項4】 時効硬化性ニッケル基合金コーティング
    がインコネル718である請求項1の端面接触流体シー
    ル。
  5. 【請求項5】 時効硬化性ニッケル基合金が約53重量
    %ニッケル、約19重量%クロム、約19重量%鉄、約
    3重量%モリブデン、約5重量%ニオブ及び約1重量%
    タンタルを含む請求項1の端面接触流体シール。
  6. 【請求項6】 炭化クロムがCr32 、Cr73
    びCr236 並びにその混合物から成る群から選択され
    る請求項1の端面接触流体シール。
  7. 【請求項7】 炭化クロムが実質上Cr73 である請
    求項6の端面接触流体シール。
  8. 【請求項8】 炭化クロムがコーティングの50〜95
    重量%を占めそして時効硬化性ニッケル基合金がコーテ
    ィングの5〜50重量%を占める請求項1の端面接触流
    体シール。
  9. 【請求項9】 炭化クロムがコーティングの70〜90
    重量%を占めそして時効硬化性ニッケル基合金がコーテ
    ィングの10〜30重量%を占める請求項8の端面接触
    流体シール。
  10. 【請求項10】 互いに協働しそして接触状態にある第
    1部材及び第2部材を備える端面接触流体シールの表面
    を炭化クロム−時効硬化性ニッケル基合金コーティング
    で被覆する方法にして、炭化クロム−時効硬化性ニッケ
    ル基合金の粉末組成物を前記部材の一方の少なくとも一
    部に溶射する段階と、付着したコーティングを加熱して
    コーティングのニッケル基合金成分中に金属間化合物の
    析出をもたらす段階とを含む端面接触流体シール表面被
    覆方法。
  11. 【請求項11】 付着されたコーティングを537〜8
    99℃(1000〜1650°F)の範囲の温度に0.
    5〜22時間加熱する請求項10の方法。
  12. 【請求項12】 温度が690〜760℃(1275〜
    1400°F)でありそして時間が4〜16時間である
    請求項11の方法。
  13. 【請求項13】 時効硬化性ニッケル基合金が約53重
    量%ニッケル、約19重量%クロム、約19重量%鉄、
    約3重量%モリブデン、約5重量%ニオブ及び約1重量
    %タンタルを含む請求項10の方法。
  14. 【請求項14】 炭化クロムがCr32 、Cr73
    及びCr236 並びにその混合物から成る群から選択さ
    れる請求項10の方法。
  15. 【請求項15】 炭化クロムがCr32 である請求項
    14の方法。
  16. 【請求項16】 付着した状態のコーティング中の炭化
    クロムがコーティングの50〜95重量%を占めそして
    時効硬化性ニッケル基合金がコーティングの5〜50重
    量%を占める請求項10の方法。
  17. 【請求項17】 付着した状態のコーティング中の炭化
    クロムがコーティングの70〜90重量%を占めそして
    時効硬化性ニッケル基合金がコーティングの10〜30
    重量%を占める請求項16の方法。
  18. 【請求項18】 第1部材が金属或いは合金でありそし
    て第2部材が炭素質材料でありそしてコーティングが第
    1部材の表面上に被覆される請求項16の方法。
  19. 【請求項19】 第1部材が鋼でありそして第2部材が
    炭素である請求項18の方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10183378A (ja) * 1996-11-27 1998-07-14 United Technol Corp <Utc> ブラシシール用のコーティング
JP2003231957A (ja) * 2001-12-20 2003-08-19 General Electric Co <Ge> 実用された航空機構成要素の鋳造インコネル718の機械的性質を回復させる方法
JP2009091602A (ja) * 2007-10-04 2009-04-30 Mitsubishi Electric Corp 表面処理方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2320033B (en) * 1996-12-05 2001-06-06 Fmc Corp Improvements in strength and wear resistance of mechanical components
US6815099B1 (en) * 1997-10-15 2004-11-09 United Technologies Corporation Wear resistant coating for brush seal applications
JPH11264468A (ja) * 1998-03-17 1999-09-28 Nippon Piston Ring Co Ltd ピストンリング及びその組合せ
DE10036264B4 (de) 2000-07-26 2004-09-16 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenschicht
US6562480B1 (en) 2001-01-10 2003-05-13 Dana Corporation Wear resistant coating for piston rings
CA2484285C (en) * 2002-09-24 2012-10-02 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Method for coating sliding surface of high temperature member, and high-temperature member and electrode for electric-discharge surface treatment
US9284647B2 (en) * 2002-09-24 2016-03-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method for coating sliding surface of high-temperature member, high-temperature member and electrode for electro-discharge surface treatment
US7093837B2 (en) * 2002-09-26 2006-08-22 Siemens Westinghouse Power Corporation Turbine spring clip seal
CA2483528C (en) * 2002-10-09 2015-07-21 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Rotating member and method for coating the same
US7438741B1 (en) * 2003-05-20 2008-10-21 Exxonmobil Research And Engineering Company Erosion-corrosion resistant carbide cermets for long term high temperature service
US7708028B2 (en) * 2006-12-08 2010-05-04 Praxair Technology, Inc. Fail-safe vacuum actuated valve for high pressure delivery systems
US7892652B2 (en) * 2007-03-13 2011-02-22 United Technologies Corporation Low stress metallic based coating
US8530050B2 (en) 2007-05-22 2013-09-10 United Technologies Corporation Wear resistant coating
US20100050649A1 (en) * 2008-09-04 2010-03-04 Allen David B Combustor device and transition duct assembly
CN110427657B (zh) * 2019-07-11 2022-12-09 上海理工大学 结构冷作强化-残余压应力分布的定量匹配设计方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5970759A (ja) * 1982-10-15 1984-04-21 Takenaka Doboku Co Ltd 掘削回転軸の軸受軸封部における摺接部材

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB886560A (en) * 1958-05-28 1962-01-10 Union Carbide Corp Improvements in and relating to coating alloys and the coating of materials
DE2842848C2 (de) * 1977-10-17 1987-02-26 United Technologies Corp., Hartford, Conn. Werkstoff zum Überziehen von Gegenständen
US4275124A (en) * 1978-10-10 1981-06-23 United Technologies Corporation Carbon bearing MCrAlY coating
GB2063305B (en) * 1979-10-15 1984-02-01 United Technologies Corp Carbon bearing mcraiy coatings coated articles and method for these coatings
US4259090A (en) * 1979-11-19 1981-03-31 General Electric Company Method of making diamond compacts for rock drilling
US4566700A (en) * 1982-08-09 1986-01-28 United Technologies Corporation Abrasive/abradable gas path seal system
US4457491A (en) * 1982-12-09 1984-07-03 Egc Enterprises Incorp. Extreme-temperature sealing device and annular seal therefor
JPS61163229A (ja) * 1985-01-14 1986-07-23 Mazda Motor Corp ロ−タリピストンエンジンのアペツクスシ−ル
US4697633A (en) * 1985-05-22 1987-10-06 Solar Turbines Incorporated Thermally balanced restraint system for a heat exchanger
US4666733A (en) * 1985-09-17 1987-05-19 Electric Power Research Institute Method of heat treating of wear resistant coatings and compositions useful therefor
US4659448A (en) * 1985-11-12 1987-04-21 Igr Enterprises Solid state electrochemical pollution control device
DE3701616A1 (de) * 1987-01-21 1988-08-04 Heinz Konrad Prof Dr I Mueller Gleitringdichtung
US4884820A (en) * 1987-05-19 1989-12-05 Union Carbide Corporation Wear resistant, abrasive laser-engraved ceramic or metallic carbide surfaces for rotary labyrinth seal members
US4851093A (en) * 1988-06-06 1989-07-25 United Technologies Corporation Selective decomposition of a chromium carbide coating from a chromium carbide coated nickel alloy substrate
DE3918380A1 (de) * 1989-06-06 1990-12-20 Starck Hermann C Fa Hochtemperatur-verbund-werkstoff, verfahren zu seiner herstellung sowie dessen verwendung
US5042824A (en) * 1990-02-08 1991-08-27 Eg&G Sealol, Inc. Balanced shrink fit seal ring assembly
US5137422A (en) * 1990-10-18 1992-08-11 Union Carbide Coatings Service Technology Corporation Process for producing chromium carbide-nickel base age hardenable alloy coatings and coated articles so produced

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5970759A (ja) * 1982-10-15 1984-04-21 Takenaka Doboku Co Ltd 掘削回転軸の軸受軸封部における摺接部材

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10183378A (ja) * 1996-11-27 1998-07-14 United Technol Corp <Utc> ブラシシール用のコーティング
JP2003231957A (ja) * 2001-12-20 2003-08-19 General Electric Co <Ge> 実用された航空機構成要素の鋳造インコネル718の機械的性質を回復させる方法
JP4554882B2 (ja) * 2001-12-20 2010-09-29 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 実用された航空機構成要素の鋳造インコネル718の機械的性質を回復させる方法
JP2009091602A (ja) * 2007-10-04 2009-04-30 Mitsubishi Electric Corp 表面処理方法

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