JPH0559520A - コーテイング方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子出願以前の出願であるので 要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。

Description

【発明の詳細な説明】 米国政府は空軍省によって与えられた契約番号 Ｎｏ．Ｆ３３６５７−８２−Ｃ−０１９５に本発 明遂行の権利を持つものである。

（産業上の利用分野） 本発明は、高温環境に露される金属製品の保護 コーティングに関するものである。さらに詳細に 言えば、セラミック層と金属基体間に接合コート を行う必要のない熱障壁コーティング方式におけ るようなセラミックコーティングに関するもので ある。

（従来の技術） セラミックの性質を金属特に超合金の性質と組合 せることが、かなり大きな科学研究課題となって いる。これらの研究の一つの方向として、金属の 優れた延性および強さとセラミックの熱的性質と を組合せるために、セラミックコーティングで金 属製品を保護しようとする試みがなされてきた。

熱伝導度の低いセラミックのコーティングは、さ らされる高温条件と酸化条件の両者又はその何れ かから下地の金属生地を熱絶縁し保護する熱障壁 として働らく。このような性質があるので、熱障 壁コーティングは、ガスタービンエンジン及び発 電機のような機器の金属コンポーネントの保護に 対して特に有益である。航空機エンジンへの応用 では、高圧タービンシュラウドへのセラミックコ ーティングの使用と他のエンジンコンポーネント への熱障壁コーティングの使用とは、現今追求が 進められ、タービン入口温度の高温化、スラスト 重量比の増加及び燃料消費率の改善の鍵となるも のである。このようなコーティングを、航空機の エンジン燃焼室、トランジッションダクト、アフ ターバーナライナ、ベコーンプラットホーム、各 段のエアホイルに一般的に使われている超合金コ ンポーネントに適用すれば、その基体の温度が降 り熱の過渡的効果も少なくなる。

過去においては、セラミック熱障壁コーティン グにはプラズマ熔射法かまたは蒸着法がしばしば 適用された。金属基体にセラミック層が密着でき るようにするためには、普通、金属・セラミック 間に組立て層を構成する遷移接合コートかまたは 重畳接合コートを使う必要があった。金属基体に 適用したとき、この接合コートは金属基体の酸化 保護とセラミック粒子が金属基体へ機械的接合を 形成し易くなる比較的粗い層とを与えてくれる。

一般に使われている接合コートの材料組成は、要 するにＭＣｒＡｌＹ合金として知られている種類 の材料である。このような合金は、一般に（３０ 〜４０）％Ｃｒ，（３〜２５）％Ａｌ，（０．１ 〜３）％Ｙ（またはＨｆ，Ｌａ，ＣｅかＳｃ）と 残余の金属がＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉかあるいはその混 合物から選んだ金属Ｍとから成る組成の合金であ る。この種の接合コートを利用する熱障壁コーテ ィング方式はこの技術分野では良く知られており、 例えば次のような公開特許に記載されている。１ ９７７年１０月２５日発行のＳｔｅｃｕｒａ ｅ ｔａｌによる米国特許Ｎｏ．４，０５５，７０５， １９８１年２月３日発刊のＧ．Ｗ．Ｇｏｗａｒｄ ｅｔａｌによる米国特許Ｎｏ．４，２８４，９ ４０，１９８３年９月２０日発刊のＮ．Ｅ．Ｕｌ ｉｏｎ ｅｔａｌによる米国特許Ｎｏ．４，４０ ５，６６０，および１９８４年１１月２７日発刊 のＳ．Ｓｔｅｃｕｒａによる米国特許Ｎｏ．４， ４８５，１５１。

しかしながら、熱障壁コーティング方式に接合 コートを使った場合には、コーティング製品が露 される温度に恐らく限界があろう。接合コート用 に使われている材料の多くは約１９００°Ｆ以上の 温度にもたないのに対して、セラミック層及び金 属基体はこれよりもかなり高温に耐えることがで きる。従って、このようなコーティング製品を使 用する場合には、接合コートの耐久温度が熱障壁 方式の最高運転温度の制約条件となる。その上、 このような重畳接合コートは、仕上り製品の重量 増となる。特に、航空機エンジンのような用途に 対しては、重量増の寄与は考慮を要する大きな問 題である。熱障壁コーティング方式に接合コート が介在すると、余分の工程が必要となり、このた め生産コストが高くなり生産スケジュールも永く なる。その上さらに、接合コートは劣化と破壊が 起り易く、これにくっついているセラミック層に チッピング、スポーリングまたは亀裂が順次発生 することになろう。

（発明が解決しようとする課題） 従って本発明の目的は、金属基体と熱障壁コー ティング層との間に、上記タイプの遷移コートあ るいは接合コートを必要としない熱障壁コーティ ング系を提供することである。

従来のような接合コートを適用して得られる熱 障壁コーティング系に比べて、これよりも更に高 い高温まで耐え得る熱障壁コーティング系を得よ うとするのも本件の目的の一つである。

なお、さらに、如何なる遷移コートあるいは接 合コートも使わずに、金属基体に熱障壁コーティ ングを直接行う方法を提供するのも本件の目的の 一つである。

（課題を解決するための手段） 本件の一つの現示によれば、その上に熱障壁コ ーティングのような保護コーティングを実施した 製品は、少なくとも一面を粗した金属基体から構 成され、この粗面は算術平均（ＡＡ）で少なくと も約６００マイクロインチ表面から内部に伸びた ギザギザの凹みを持たせたものとする。セラミッ ク熱障壁コーティングは、コーティングの少なく とも一部が、金属基体との境界面あるいはその境 界線で粗した基体表面の凹みにとどくように表面 にくっつけるものとする。一つの実施例では、基 体はＮｉ基、Ｃｏ基、およびＦｅ基合金から成る グループの中から選んだ一つの材料を含む構成と なっており、セラミックコーティングは他の酸化 物で安定化させたジルコニアから構成されている。

本件のもう一つの現示では、熱障壁材料のよう な保護コーティングで金属基体をコーティングす る方法は、プロフィロメータによる測定値か少な くとも約６００マイクロインチＡＡの表面粗さに なるように金属表面の少なくとも一面を粗すこと から成っている。表面粗化は、化学的エッチング、 電解エッチングおよびレーザ表面処理法の中から 簡便で好適な方法を選んで適用する。次に、コー ティングの少なくともその一部が粗した基体表面 の凹みにとどくように、基体にセラミック熱障壁 コーティングのような保護コーティングを実施す る。適用するコーティングは、例えばプラズマ熔 射法、蒸着法およびスパッター法などの様々な方 法で粗した基体表面に実施する。化学量論的セラ ミック組成を得るために、熱障壁コーティングは 酸素を含む雰囲気中で実施してもよい。

（実施例） 第１図は、本件に従って実施した耐久性のある セラミック熱障壁コーティング製品の一部を約３ ２倍に拡大した断面の説明図である。

金属基体１０は、セラミック熱障壁コーティン グ１４がそれに付着している少なくとも１つの粗 した表面１２を持っている。コーティング層１４ は、少なくともその１部が粗面化面１２に直接く っつくように、基体１０に凝析される。本件によ れば、粗面化面１２はプロフィロメータ読取値で 少なくとも約６００マイクロインチＡＡの表面粗 さを持っており、第１図に示すようなギザギザし た凹みを持つことを特徴とするものである。

基体１０には、いろんな構造のものが使える。

一般的には、基体１０は熱障壁を備えるコーティ ングのような密着コーティングによつて恩恵を受 ける金属構造体でよい。特に有益であった一実施 例では、基体１０は、機械的強さが高く、耐高温 ・耐食性に優れた構造体へ使用するのに適した製 品である。このような実施例においては、基体１ ０はニッケル基、コバルト基および鉄基合金から 成るグループから選んだ材料である。高温での例 外的とも言える性質があることから、超合金とし て知られるようになった合金組成のものは、この 材料グループに含まれる。ガスタービンエンジン に応用するには、基体用に選ばれる材料は、高温 で、耐酸化・耐食性は勿論のこと強度にも優れて いることが望ましいことがしばしばある。これら の特性をもつ代表的な合金組成には、次の第１表 に揚げるものがある。

セラミックコーティング１４に選ぶ材料は、そ の他の性質として、次のような性質を持っていな ければならない。すなわち、熱伝導度が低いこと、 熱応力によるスポーリング及び亀裂に充分に耐え られるだけの基体に対する密着性が得られること、 熱膨脹係数が基体のそれにできるだけ近く適合し 得るものであること、結晶組織の変態に伴って生 ずる体積膨脹の影響ができるだけ低くなるように セラミックの結晶構造を十分に安定化させたもの であること、である。

酸化ジルコニウムは有効な熱障壁材であるので、 熱障壁コーティング系にしばしば使用されている。

安定性に優れたものであるためには、ジルコニア 材は立方晶相と正方晶相との混合相でなければな らないことが分っている。さらに、例えば酸化イ ットリウムのような他の酸化物で、ジルコニアを 部分安定化させることによって、この望ましい混 合相が得られることも分っている。なるべくなら、 セラミックコーティング１４は、重量比で６％か ら２０％のイットリアで部分安定化させたジルコ ニアで構成することが望ましい。イットリア量が 重量比で約６％以下の場合には所望の部分安定化 とはならない。一方、イットリア量が約２０％重 量比を越えると、完全安定化した酸化ジルコニウ ムとなる。熱障壁コーティングへの応用では、酸 化イットリウム量が重量比で約６％から約８％の ものが選ばれることが多い。

本発明の初期の評価段階において、表面を粗し た基体に重畳セラミックコーティングを機械的に 強固に接合するには、表面粗さ度合と表面の特質 との組合せが予想外に重要であることが認められ た。知られている接合コート、例えば熱熔射ＭＣ ｒＡｌＹタイプのようなものは、表面粗さが約４ ５０−５５０マイクロインチ（ＡＡ）であること に気付いた。重畳セラミックコーティングは長時 間の熱サイクル期間中このような面に密着を維持 していた。しかしながら、このような接合層ある いは遷移層のない粗さの小さい粗さ範囲のもので は、不適当な接合となった。例えば、表面をグル ドブラストで処理したものでは、表面粗さは普通 約１００−２５０マイクロインチ（ＡＡ）のもの となる。

次に表面の特質について述べる。粗面化表面と 重畳セラミックコーティングとの間に良好な機械 的なリンキングとか接合とが得られるためには、 例えばプロフィロメータで測定されるような比較 的大きな表面粗さが必要であるが、このほか表面 は第１図に示すような“ギザギザ”した状態のも のでなければならないことが認められた。例えば、 この技術分野で広範な報告があり広く使われまた よく知られている放電加工（ＥＤＨ）で処理即ち 粗面化した表面は、表面粗さが約７５０マイクロ インチ（ＡＡ）であった。これまでの試験で、セ ラミックコーティングの接合線沿いに、大きな亀 裂が発生することが分った。これは粗した表面が 金属直し(recast)を受けた結果であるものと考え られる。

ところでこれに対比する電解加工（ＥＣＭ）に ついても述べる。この加工法も、この技術分野で は良く知られており、広範な報告と応用とがある が、表面を粗す装置としてはまだ整備されていな い。電解加工で粗した表面は、６００−１、００ ０マイクロインチ（ＡＡ）範囲の表面粗さとなり、 同じ試料で接合線亀裂は全く発生しなかった。本 発明によれば、このような結果は、少なくとも約 ６００マイクロインチ（ＡＡ）の表面粗さによる ほか、第１図に示すようなギザギザした歯形状組 織が表面にできることによる。

次の第２表に示したデータは、本発明の評価で 得られた試験結果の代表的なものである。

後で示す第３表の場合と同様に第２表の熱サイ クル試験は、ジェットエンジン熱衝撃（ＪＥＴＳ） リグで行った。このＪＥＴＳリグは、本発明の譲 受人によって設計、製作され、Ｃ・Ｅ航空機エン ジンから刊行されているＭＡＣＨ３マガジン．１ ９８７年１０／１１月号生産工程“セラミック強 靱化新シュラウド”に報告されている。ＪＥＴＳ リグは、基本的には四つの部分から構成されてい る。：（１）加熱／冷却アセンブリ（２）垂直回 転台上に支持取付けした試験片、（３）電子割出 しパルスモータドッガ（４）温度測定及びモニタ 装置である。１吋径のボタン状試料のセラミック 面を酸素−プロパントーチで加熱することによっ て急熱（約２０秒間）ができる。次に、セラミッ ク表面と金属裏金表面との両面に空気ジェットを 吹付けて試料温度を急冷却（約２０秒で５００°Ｆ 以下）させる。両面の温度は光パイロメータで測 定する。

第２表及び第３表にデータで示した評価では、 ８％重量比のＹ_２Ｏ_３で安定化させＺｒＯ_２の 熱障壁セラミックス層を、指定した厚さに空気プ ラズマが熔射したものである。第２表の各サイク ルは、各試料を次の条件で加熱した。：セラミッ クの平均表面温度２２３０°Ｆ（１２２０℃）；金 属の裏面の平均温度１５９５°Ｆ（８６８℃）；平 均の温度差６３５°Ｆ（３５３℃）。その後で、各 サイクルとも試料を上記したように約５００°Ｆ以 下に冷却した。第３表の各サイクルは、各試を次 の条件で加熱したものである。；セラミック面の 平均表面温度２５６７°Ｆ（１４０８℃）；金属裏 面の平均表面温度１２０８°Ｆ（６３５℃）；平均 温度差１３５９°Ｆ（７５５℃）・その後で各サイ クルとも上記に示したように約５００°Ｆ以下に冷 却した。

第２表のデータ及び第３表のデータの比較から、 コーティングの健全性に関して本発明がめざまし い効果を示しているかが明らかである。即ち、こ のような粗さの特質に加えて表面粗さ度との組合 せによって、高温での応用に対して大きく改善さ れた熱障壁系を得ることができる。

基体にＲｅｎｅ′Ｎ５を使用した特定例では、 試料面の粗面化に化学エッチング法を採用した。

このような粗面化処理方法は、公称組成が第１表 に示してある単結晶合金のような材料には、特に 魅力のある方法である。化学エッチング結果は、 ２−４ｍｉｌの腐蝕深さを持ち約６００−８００ マイクロインチ（ＡＡ）範囲の表面粗さであった。

さらに、このようなエッチングによる技法では、 Ｒｅｎｅ′Ｎ５のような合金の樹枝状晶と樹枝状 晶間の領域との間の化学組成の違いおよびエッチ ング特性の違いが利用できる利点がある。酸エッ チングでは、セラミックオーバレイヤーを受け留 め、これを保持するのに適した特異な粗面（最高 ８００マイクロインチＡＡまで）が得られた。そ の上さらに、セラミックコーティング層に延びた 樹枝状晶チップは、セラミック内での亀裂形成に 影響を持ち、これによって境界面近くで歪緩和機 構が起り易くなる。多量の金属を取り去って製品 表面の形をととのえるのに一般的に使われていて よく知られているいわゆる電解的工法（ＥＣＭ） のパラメータを調節することによって、基体製品 によって異なるが良く似た結果を得ることができ る。

Ｒｅｎｅ′Ｎ５を含む上記の化学エッチング例 では、エッチング槽は、ＨＮＯ_３と水に対して５ ０重量％のＦｅＣｌ_３とを少量含有する主として ＨＣｌからなる水溶液であった。エッチングは、 約１時間ほぼ周囲温度で行った。

それが望ましいと思われる用途に対しては、本 発明によってコートした製品は、さらに、セラミ ック材料から造ったプリフォーム体を１個以上含 む次のような構成としてもよかろう。即ち、第２ 図の図解で示したように、金属基体の少なくとも １表面が、セラミックプリフォーム構造体と機械 的に接合した構造を含む構成のコーティング製品 である。セラミックプリフォーム構造体は予め決 められた形状と厚さに作ることができよう。その 厚さは、空気プラズマ熔射セラミックコーティン グで容易に得られる厚さを大きく上まわるもので もよい。第２図示した特定の実施例では、プリフ ォーム構造体は、厚板１６の向い合ったエッヂ沿 に１対の保持溝１８があるセラミック厚板１６か らできている。厚板１６を基体１０の面２２に機 械的に接触させる手段は、保持溝１８とこれに組 合せる１対の保持タブ２０とにより、保持タブ２ ０はその各々が保持溝１８の１つと固定嵌め合に なるような配置になっている。また、保持タブ２ ０は基体１０と一体物になるように作られており、 基体１０の所定位置にセラミック厚板１６が保持 できる構造・配置となっている。表面２４、２６、 ２８、３０のような基体の残りの表面は、第１図 の表面１２とコーティング１４で図解説明したよ うに、表面を粗してセラミックコーティングを施 してもよかろう。このような実施例では、セラミ ック熱障壁コーティングで基体１０を完全に包み 込むことができ、またいろんな厚みの断面を持つ 構成とすることもできる。

上記の中で述べた熱障壁コーティング系は、保 護セラミックスと下地構造との間に、中間的なビ ルトアップ接合コート層を使わなくても形成でき る。本発明によれば、金属基体を熱障壁材料でコ ートする方法は、上記で述べたように金属基体の 少なくとも１面を粗面化し、その上にセラミック 熱障壁コーティングを適用することから構成され る。セラミックコーティングはその少なくとも１ 部が基体の粗面化表面のギザギザした凹み内を占 めるように実施する。粗面化工程は、プロフィロ メータで測定した値が少なくとも約６００マイク ロインチＡＡになるように実施する。より好まし い粗さ範囲は約６００ないし１、０００マイクロ インチＡＡである。

基体表面の粗面化には、いろんな技法が使える。

本発明によれば、電解加工（ＥＣＭ）と化学的エ ッチングとは粗れた基体表面を得るのに有効な２ つの特定加工法であることが既に見出されている。

材料の除去技術分野で使われているように、電解 加工の最終目標は表面を平滑に仕上げることであ る。例えばＥＣＭは、空力的および機械的設計動 機から持ち上がる平滑度要求事項を満すために、 航空機エンジンコンポーネントの製作に一般的に 使用されている。しかしながら本発明は、アンペ ア数、ラム移動距離、ノズル流量、電解液のよう なパラメータをいろいろ変えることによって、電 解加工がセラミック熱障壁コーティング用接合表 面に適したタイプの粗面金属面を得るのにも使え ることを見出だした。例えば、第１表のＭＡ９５ ６及びＭＡ７５４合金組成の組成を持つ金属合金 基体に対して、電解加工を使いプロフィロメータ で７００から１、０００マイクロインチＡＡ範囲 の表面粗さを得た。これによって粗面化した金属 表面には、特徴的な明確なピークと谷があり、空 気プラズマ熔射接合コートに認められたテクスチ ャに良く似た粗くて粒状のテクスチャを持ってい た。 類似の粗面化表面は、化学的エッチング法 でも得られよう。Ｒｅｎｅ′Ｎ５合金と関連で上 記で述べたように、腐蝕液及び腐蝕液に基体を浸 漬する時間を適性に選ぶことによって、多様な所 要の表面粗さが得られよう。例えば、プロフィロ メータで６００乃至９００マイクロインチＡＡの 表面粗さが、第１表に示したＲｅｎｅ′Ｎ４及び Ｒｅｎｅ′Ｎ５合金の組成を持つ金属合金基体の 化学的エッチングで達成されている。

金属鋳造法で製造した基体の場合には、鋳造の 一過程で粗面化基体表面を得るのが望ましいだろ う。本発明の粗面化は、鋳型内に基体を鋳込んで 金属基体を造る過程で達成することができよう。

鋳放し状態の基体で所要の表面粗さが得られるよ うに鋳型自体の対応する表面を粗しておくものと する。例えば、選定したワックス型鋳型表面をロ ーレット切り、エッチングあるいは電解加工で表 面を粗しておけばよかろう。粗された鋳型表面が 一旦得られれば、基体の鋳造には、通常の焼き流 し精密鋳造が使えよう。このようにして得られた 鋳放し基体構造には、本発明に従った特徴と粗さ を充分に備えた表面部分が少なくとも１個所は含 まれており、セラミック熱障壁コーティング用接 合表面としての機能する。

セラミック熱障壁コーティングは、多数の方法 で粗した基体表面に適用できよう。その中の好適 な技術にプラズマ熔射、蒸着及びスパッターリン グがある。これらの技術は総てこの技術分野でよ く知られており、広範な報告もある。一般的に、 プラズマ熔射では、所望の材料組成を持った粉末 粒子を、プラズマ銃から目標表面に高温ガス流で 運ぶ。粉末粒子は高温ガス流で加熱されて熔融状 態になり、目標表面上滞積再固化する。蒸着法で は、コートしようとする製品は所望の組成を持つ 材料の熔融プールの上方に配置してあり、材料が 蒸着するとその蒸発は製品の上に凝集して表面を コートする。蒸着は普通真空槽内で行なわれ、材 料を加熱して熔融状態に保つ加熱源には電子ビー ムを使用することが多い。

酸化物を含有する熱障壁コーティングの場合に は、上記の技術を使って得られた熔着セラミック スそのものは、酸素欠損の状態のものであろう。

このようなコーティングを本発明の方法に使用す るときには、熱障壁コーティングが実質的に化学 量論的組成のセラミックスになるように酸素を含 む雰囲気中で加熱する余分のプロセスが必要とな ろう。部分安定化ジルコニア酸化物セラミックス の場合、コーティングの加熱は、約１、９７５°Ｆ の温度で約４時間大気中で行なえば普通は充分で ある。ここで注意しておくべきことは、用途によ ってはコーティング製品が使用状態で焼鈍をうけ ることがある。この場合には、上述の焼鈍工程は 不要となる。

熱障壁コーティング応用で、中には、セラミッ クコーティングの所要厚さが、上述のセラミック コーティング技術では容易には得られない厚さの 場合もあろう。このような応用に対しては、本発 明の方法は、さらに、第２図に関連して上述した ように、セラミック材料のプリフォーム構造を少 なくとも１個金属基体の少なくとも１面に機械的 接触する方法を含むことになろう。勿論本発明に 含まれている処理技術のどの方法についても、一 つの準備段階として、粗面化する表面あるいはコ ートする表面を完全に清浄にすることが望まれよ う。ごみ、グリース・酸化物、及びその他同類の ものは、この技術分野で知られている清浄方法の 中から幾つかの好適な方法を選んで除去することが できよう。

本発明のもう一つの評価では、航空機エンジン 技術分野でレーガッタとして知られているＭＡ９ ５６合金構造品を本発明に従って熱障壁材料をコ ーティングし、周期的温度火炎トンネルバーナー リグで試験した。レーガッタの両トレイリングフ ラップの内表面を電解加工で粗し、８重量％のイ ットリアで安定化したジルコニアを、空気プラズ マ熔射で、その上に０．０２０吋の厚さコーティ ングした。コートしたレガッタ構造品は、上例で 使った熱衝撃テストリグよりも運転温度が高くで き加圧加熱システムも備えている火炎トンネルテ ストリグで、熱サイクル試験を行った。テストサ イクルの中で加熱サイクル時には、加圧したジェ ット燃料を自動点火して得られた火炎で、大気圧 を越える平方吋当り１００ポンドの圧力（ＰＳＩ Ａ）で試料を２２．５秒間約２、３００°Ｆの温度 に加熱した。冷却サイクル時には、試料冷却には 水冷を使い、８５ＰＳＩＡの圧力で、同じ２２． ５秒間にわって約１９００°Ｆの温度に冷却した。

熱障壁コートを行った試料はこれらのバーナリ グテストサイクルの１０００サイクル試験を無事 完了した。熱障壁コーティング方式によるものは、 外観上、セラミックにスポーリングは全く認めら れず、完全に試験前の外観を維持していた。ＥＣ Ｍ−粗面化表面は、この場合もまた、セラミック スの金属基体への密着性に対する優れた接合表面 となっていた。第３図は、１、０００サイクルの 熱サイクル試験を行った後のレーガッタの外観説 明図である。その上セラミックコーティングを行 ったＥＣＭ−粗面化表面は、第３図に、後縁フラ ップ４０及び４２の内側表面４４及び４６として 示してある。第３図に参照番号４８と５０で示し た２つの小さな亀裂は、レーガッタ構造品の後縁 に試験中に発生したものである。各々の亀裂は長 さが約０．３００吋で、それぞれの後縁フラップ スパンのほぼ中央位置に発生していた。これの亀 裂は、恐らく、温度サイクル期間中にフラップの 断面方向に存在していた比較的大きな温度勾配に 起因したものであろう。試験期間中、レーガッタ は、２個のレーガッタ・エンドキャップで、所定 位置にしっかり保持しておいた。エンドキャップ をテストリグに取付け、そしてこの装置全体を次 のように水トラフに落着かせた。即ち、水トラフ からの冷却水によって、エンドキャップ及びこれ に対応するレーガッタの上部と底部とが、フラッ プの中央スパン部よりもかなり低温になるような 相対位置に落着かせた。各々のフラップの断面方 向にできる温度勾配によって中央スパン部に最大 熱応力が誘起され、その結果第３図に示した４８ 及び５０の亀裂が発生したものと思われる。ここ で留意すべきことは、このレーガッタ構造品は航 空機エンジンのアフターバーナーコンポーネント を模したものであり、もしこの構造体が完全に２ つに分離したとき初めて故障したと見なされると いうことである。理論的には、亀裂４８と５０と がレーガッタの前縁ノーズ半径方向に伝播するに つれて、各々のフラップの断面方向の温度勾配と その結果生ずる熱応力とは、各々の亀裂がもうこ れ以上伝播・成長しなくなるある大きさまで減少 することになろう。

（発明の効果） 前記で、金属基体とセラミックコーティング間 に接合コート層を必要としない熱障壁コーティン グ系が述べてある。本件は基体に確実に接合され る耐久性のあるセラミックコーティングを持つ熱 的に保護された製品を提供する。このような接合 コートの必要がなくなることによって、本件は在 来の熱障壁コーティング方式を使って従来得るこ とができたものよりも、重量が軽くてより高い運 転温度に耐え得る最終製品を提供するものである。

さらに言えば、熱障壁セラミックコーティングを 金属基体に直接適用する方法を提供することによ って、本件は製造費を低減し生産スケジュールを 短縮することもできる。

発明は、発明に関係のある具体的なものを幾つ か選んだ実施例について、その実施例に合致した 発明について詳細に述べてきたが、この技術分野 の習熟者達は、それについての多くの改良と改変 を行うことができよう。例えば、発明は発明の幾 つかの特定例について述べてきたが、その中で述 べた製造・処理方法は勿論のことセラミック及び 金属の組成も、それに限定したものではなくむし ろ典型的なものについて説明を用意したものであ る。従って、特許請求範囲で、この発明の真の精 神とその範囲内に入る全ての改良と改変とを包括 する。

【図面の簡単な説明】

発明に関する事項は明細書の結論の中で詳細に 規定し厳密に主張する。しかしながら、発明その ものである発明の体制とその実際の方法、並びに 派生目的としての利点については、添付図面と関 連付けた以下の説明を参照すれば最も良く理解で きよう。即ち、 第１図は、本発明の一実施例によるコーティン グ製品の一部を物理治金学的に図解した部分拡大 断面図である。 第２図は、本件の別の実施例に従って行った熱 障壁コーティング製品の、コーティング前の製品 の図解説明図である。 さらに第３図は、本件に従って熱障壁コーティ ングを実施した後熱サイクル試験を行って製品の 外観の透視説明図である。 １０…基体、１２…粗面化面、 １４…セラミックコーティング、 １６…セラミック厚板、１８…保持溝、 ２０…保持タブ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属基体の表面が、少なくとも約600マ イクロ吋（算術平均、ＡＡ）において基体内に延 びたギザギザした凹みを備えており、この凹みが 表面に連なっている製品の金属基体（生地）に保 護コーティングを行った製品。
2. 【請求項２】 コーティングをセラミックでおこない、 セラミックが凹みにまで達して、凹み面と相互に 機械的にからみ合いを持つ請求項１記載の製品。
3. 【請求項３】 セラミックコーティングは、酸化ジルコ ニウムを主体にした熱障壁コーティングである請 求項２記載の製品。
4. 【請求項４】 基体は、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅから構成 されるグループから選んだ少なくとも１元素を含 有する超合金で、その凹みが約600-1,000マイ クロインチ（ＡＡ）の範囲内で基体内に延びてお り、また熱障壁コーティングは、他の酸化物で安 定化された酸化ジルコニウムから主としてなる請 求項３に記載の製品。
5. 【請求項５】 基体がＮｉ基超合金単結晶構造品であ
   り、 熱障壁コーティングは約６−２０重量％の酸化イ ットリウムで安定化された酸化ジルコニウムをか ら主としてなる請求項４記載の製品。
6. 【請求項６】 熱障壁コーティングが少なくとも約 0.005吋の厚さである請求項４記載の製品
7. 【請求項７】 コーティングが約0.005-0.0050吋の範 囲の厚さである請求項６記載の製品
8. 【請求項８】 金属基体、少なくとも１個はセラミック 材料のプリフォーム構造品、及びそのプリフォー ム構造品を製品に取り付ける手段からなる請求項 １記載の製品。
9. 【請求項９】 保護コーティングを付与するための金属 基体製品の製造方法において、少なくとも約600 マイクロインチ（ＡＡ）は基体内に延び、しかも 表面が連なったギザギザした凹みを有する表面を 持った基体を得る方法。
10. 【請求項１０】 ギザギザしたしかも基体内部に向って
    少 なくとも約６００マイクロインチは延び表面に連 なった表面凹みを作るために基体の表面を粗面化 する工程及びコーティングが凹みで基体と機械的 に相互にからみあうように、その凹みに保護コー ティングを行う工程からなる金属基体へ保護コー ティングを付与する方法。
11. 【請求項１１】 金属基体に保護コーティングを付与す
    る 際に、電解除去、化学的エッチング及びレーザエ ッチングからなるグループから選定した金属除去 方法で表面を粗面化する請求項１０記載の方法
12. 【請求項１２】 鋳造金属基体に保護コーティングを付
    与 する際に、基体の鋳造過程で、基体に凹みを精密 鋳造することによって、表面に粗さを与える請求 項１０記載の方法。
13. 【請求項１３】 Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅからなるグループ
    か ら選んだ少なくとも１元素を主成分とする超合金 基体にセラミックコーティングを付与する際に、 ６００−１，０００マイクロインチ（ＡＡ）の範 囲内で基体内に延びギザギザした表面凹みを持っ た基体表面に粗面化する工程及びコーティングが 凹みで基体と機械的に相互にからみあうように凹 みにセラミックコーティングを施す工程からなる 請求項１０記載の方法。
14. 【請求項１４】 ニッケル基超合金基体にセラミック熱
    障 壁コーティングを付与するために、電解除去、化 学的エッチング及びレーザエッチングからなるグ ループから選定した金属除去方法で表面を粗面化 する請求項１３記載の方法。
15. 【請求項１５】 セラミックコーティングが蒸着、プラ
    ズ マ熔射及びスパッタリングからなるグループから 選定したコーティング方法によって得られる請求 項１３記載の方法
16. 【請求項１６】 熱障壁コーティングは酸化ジルコニウ
    ム から主としてなり、また粗面化には電解除去法を 用いる請求項１４記載の方法
17. 【請求項１７】 熱障壁コーティングは酸化ジルコニウ
    ム から主としてなり、粗面化には化学的エッチング 法を用いる請求項１４記載の方法
18. 【請求項１８】 ニッケル基合金単結晶基体にセラミッ
    ク 熱障壁コーティングを付与するため、粗面化は化 学的エッチング法で行い、またセラミック熱障壁 コーティングは安定化酸化ジルコニウムから主と してなる請求項１４記載の方法。
19. 【請求項１９】 熱障壁コーティングが、６−２０重量
    ％ の酸化イットリウムで安定化された酸化ジルコニ ウムから主としてなる請求項１８記載の方法