KR20010039976A - 금속 기재상에 결합 피막 및 열 차폐 피막을 도포하는방법, 및 관련 제품 - Google Patents

금속 기재상에 결합 피막 및 열 차폐 피막을 도포하는방법, 및 관련 제품 Download PDF

Info

Publication number
KR20010039976A
KR20010039976A KR1020000057913A KR20000057913A KR20010039976A KR 20010039976 A KR20010039976 A KR 20010039976A KR 1020000057913 A KR1020000057913 A KR 1020000057913A KR 20000057913 A KR20000057913 A KR 20000057913A KR 20010039976 A KR20010039976 A KR 20010039976A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
foil
bond
bond coat
substrate
coat
Prior art date
Application number
KR1020000057913A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100821393B1 (ko
Inventor
하즈웨인챨스
보롬마쿠스프레스톤
Original Assignee
제이 엘. 차스킨, 버나드 스나이더, 아더엠. 킹
제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제이 엘. 차스킨, 버나드 스나이더, 아더엠. 킹, 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제이 엘. 차스킨, 버나드 스나이더, 아더엠. 킹
Publication of KR20010039976A publication Critical patent/KR20010039976A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100821393B1 publication Critical patent/KR100821393B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment
    • C23C4/185—Separation of the coating from the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0233—Sheets, foils
    • B23K35/0238—Sheets, foils layered
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/30—Foil or other thin sheet-metal making or treating
    • Y10T29/301—Method
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49318—Repairing or disassembling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49718—Repairing
    • Y10T29/49732—Repairing by attaching repair preform, e.g., remaking, restoring, or patching
    • Y10T29/49734—Repairing by attaching repair preform, e.g., remaking, restoring, or patching and removing damaged material
    • Y10T29/49737—Metallurgically attaching preform
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12479—Porous [e.g., foamed, spongy, cracked, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12611—Oxide-containing component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12736—Al-base component
    • Y10T428/1275—Next to Group VIII or IB metal-base component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771—Transition metal-base component
    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12875—Platinum group metal-base component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771—Transition metal-base component
    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12931—Co-, Fe-, or Ni-base components, alternative to each other
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771—Transition metal-base component
    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12944—Ni-base component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31511—Of epoxy ether
    • Y10T428/31525—Next to glass or quartz

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 금속계 기재의 표면상에 하나 이상의 결합 피막을 도포하는 방법에 관한 것이다. 결합 피복재의 호일을 우선 기재 표면에 부착시킨 후, 예를 들어, 납땜에 의해 융합시킨다. 우선, 제거가능한 지지체 시이트상에 결합 피복재를 열적으로 분사하고, 그다음 지지체 시이트로부터 탈착시킴으로써, 흔히 호일을 제조한다. 선택적으로, 호일은 결합 피막에 도포된 열 차폐 피막을 포함할 수 있다. 기재는 터빈 엔진 구성 요소일 수 있다.

Description

금속 기재상에 결합 피막 및 열 차폐 피막을 도포하는 방법, 및 관련 제품{A METHOD OF APPLYING A BOND COATING AND A THERMAL BARRIER COATING ON A METAL SUBSTRATE, AND RELATED ARTICLES}
본 발명은 일반적으로 터빈 엔진에 사용되는 금속 요소와 같은 금속에 도포되는 결합 피막 및 열 차폐 피막에 관한 것이다. 일부 특정 양태에서, 본 발명은 접근이 어려운 표면에 피복재를 도포하기 위한 개선된 기술에 관한 것이다.
금속 구성 요소는 다양한 세트의 가동 조건하에서 다양한 산업상 용도로 사용된다. 다수의 경우, 다양한 특성, 예를 들어 내식성, 내열성, 내산화성 및 내마모성을 부여하는 피막을 갖는 구성 요소가 제공된다. 예를 들어, 약 1100℃ 내지 1150℃의 가동 온도 범위하에서 전형적으로 견딜 수 있는 터빈 엔진의 다양한 구성 요소는 흔히 열 차폐 피막(thermal barrier coating, TBC)으로 피복되어, 이들이 작동할 수 있는 온도를 효율적으로 증가시킨다.
대부분의 TBC는, 일반적으로 세라믹계, 예를 들어 이트리아와 같은 다른 물질로서, 일반적으로 화학적으로 안정화된 지르코니아(지르코늄 옥사이드)와 같은 물질계이다. 제트 엔진에 있어서, 피막은 다양한 초합금 표면, 예를 들어 터빈 블레이드 및 날개, 연소기 라이너 및 연소기 노즐에 도포된다. 일반적으로 TBC 세라믹은, 금속 부품의 표면에 직접적으로 도포되는 개재 결합 피막(흔히 "결합층", "결합 피막" 또는 "결합 피복층"으로 지칭됨)에 도포된다. 흔히, 결합 피막은 금속 기재와 TBC 사이의 접착력을 개선시키는데 있어서 매우 중요하다.
TBC 피막의 효율은, 흔히 TBC 피막이 보호하는 기재로부터 피막이 탈착되기 전까지 견딜 수 있는 열 사이클의 횟수로 측정된다. 일반적으로 노출 온도가 증가할수록 피막 효율은 감소한다. TBC의 파손은, 흔히 여러 가지 점에서 결합 피막의 결점 또는 결함, 예를 들어 결합 피막의 마이크로조직에 기인한다. TBC의 파손은 흔히 결합 피막-기재 계면 또는 결합 피막-TBC 계면에서의 결함에 의해 발생할 수 있다.
결합 피막의 마이크로조직은 흔히 이들의 용착 방법으로 결정된다. 용착 기법은 다시 위에 있는 보호용 피막(overlying protective coating)에 대한 요구사항에 의해 결정된다. 예를 들어, 기재에 효과적으로 접착되도록 일반적으로 매우 거친 결합 피막 표면이 많은 TBC에 요구된다. 에어 플라즈마 분사법(air plasma spray; APS) 기법이 이와 같은 표면을 제공하기 위해서 사용된다.
APS 공정은 다수의 장점을 가지지만, 이것도 다공성 피막 마이크로조직을 형성한다. 이러한 마이크로조직은 결합 피막에 심각한 내부 산화를 유발한다. 결합 피막의 산화 영역은 흔히 다른 결합 피막 영역내의 알루미늄 농도를 감소시킨다. 이러한 현상은 인접한 알루미늄 함유 기재, 예를 들어 초합금으로부터의 알루미늄 확산을 유발할 수 있다. 초합금 기재로부터의 알루미늄의 고갈은, 구성 요소가 전술한 승온 상태에서 사용되는 경우, 특히 심하다. 알루미늄이 손실되면 초합금 구성 요소의 성질이 손상될 수 있다.
계류중인 사건 번호 제 RD 24,423 호에서, 다공성 결합 피막의 마이크로조직과 관련된 문제점이 지적되었다. 참고 문헌의 한가지 양태에서, TBC를 금속 기재에 결합시키기 위해서, 이중층이 사용되었다. 이중층은, 기재상의 밀집화 제 1 결합 피막, 및 밀집화 피막상의 "해면상" 제 2 결합 피막을 포함한다. 제 1 결합 피막은 일반적으로 진공 플라즈마 분사법(VPS) 또는 고속 옥시-연료(HVOF) 기법에 의해 도포된다. 해면상 제 2 결합 피막은 일반적으로 공기 플라즈만 분사법에 의해 도포된다. 제 1 결합 피막은 기재가 과도하게 산화되는 것으로부터 보호하는 것을 보조한다. 제 2 결합 피막은 제 1 피막과 후속적으로 도포될 TBC 사이의 접착력을 증진시키면서, 이러한 2개의 다른 피막 사이에서 변형 경감제로서 작용한다. 생성된 TBC 시스템은 고온 및 빈번한 열 사이클에 노출되는 동안 높은 일체성을 나타낸다.
명백하게, 전술한 다양한 열 분사법은 다수의 기재상에 결합 피막을 도포하는데 매우 적당하다. 그러나, 이들은, 분사 기기가 기재의 영역에 비해 너무 크고 주체하기 힘들기 때문에, 접근불가능한 기재의 일부 영역에 피막을 도포하는 경우 비효율적이다. 예를 들어, 터빈 엔진 부품의 플렌지 또는 다른 표면상에 결합 피막을 열 분사하는 것은 매우 어려울 수 있다. 추가로, 하나 이상의 마스킹 단계를 포함할 수도 있는 분사 공정은 흔히 매우 시간 소모적이다. 이러한 공정을 사용하면 국부적으로 보수하는 것이 매우 어려운 경우가 대부분이다.
따라서, 결합 피막 및 TBC를 기재의 접근불가능한 영역에 효율적으로 도포하기 위한 신규한 방법이 종래 분야에서 환영받아 왔다. 상기 방법은 기재가 과도하게 산화되는 것을 보호하는 결합 피막 마이크로조직을 제공할 수 있어야 한다. 이러한 방법은 기재와 후속적으로 도포될 TBC 사이에 바람직한 정도의 접착력을 제공하는 결합 피막을 형성해야만 한다. 전체 TBC는 고도의 성능 용도, 예를 들어 고온 및 빈번한 열 사이클에 노출된 초합금 부품에서 사용되는 구성 요소를 보호하는데 효과적이어야만 한다. 또한, 이러한 방법은 일반적으로 종래의 도포 기기, 예를 들어 다양한 플라즈마 분사법과 상용가능한 경우 바람직하다.
본 발명의 양태는 하기 (a) 및 (b) 단계를 포함하는, 금속계 기재의 표면에 하나 이상의 결합 피막을 도포하는 방법에 관한 것이다:
(a) 기재 표면에 결합 피막을 포함하는 호일을 접착시키는 단계; 및
(b) 상기 호일을 기재 표면상에서 융합시켜, 결합 피막을 기재에 접착하는 단계.
호일은 흔히 제거가능한 지지체 시이트상에 결합 피복재를 열 분사시킴으로써 제조된다. 예시적인 열 분사법은 진공 플라즈마 용착법(VPS), 고속 옥시-연료(HVOF), 및 에어 플라즈마 분사법(APS)이다. 지지체 시이트가 제거되어도, 결합 피복재의 자립성(free-standing) 호일이 잔류한다.
자립성 호일은 전형적으로 납땜 또는 용접 공정에 의해 기재 표면에 융합된다. 다양한 납땜 기법이 가능한다. 예를 들어, 납땜 조성물의 슬러리를 나중에 기재 표면과 접촉할 호일의 표면에 도포시킨 후, 기재 표면과 접촉시켜, 납땜 조성물을 기재와 접촉시킨다. 그다음, 납땜 조성물을 적당한 납땜 온도에 노출시킨다. 대체 기법은 납땜 슬러리를 제 1 기재 표면상에 도포시킴을 포함한다. 그다음, 호일을 슬러리-피복된 기재상에 부착시키고, 그다음 납땜한다. 다른 대체 방법으로서, 호일을 기재 표면상에 부착시키기 위해서 그린 납땜용 테이프(green braze tape)를 사용한 후, 납땜할 수 있다.
결합 피막은 일반적으로 일반식 MCrAlY의 합금을 포함하며, 여기서 M은 Fe, Ni, Co 및 전술한 임의의 금속의 혼합물중에서 선택된다. 본 발명의 일부 양태에서, 호일은 2개 이상의 결합 피막으로 구성된다. 예를 들어, 하기에서 기술할 바와 같이, 밀집화 제 1 결합 피막 및 밀집화 피막상의 "해면상" 제 2 결합 피막을 들 수 있다.
추가로, 본 발명의 다른 양태는 제거가능한 지지체 시이트상의 결합 피막에 도포된 열 차폐 피막의 도포 단계를 포함한다. TBC는 일반적으로 지르코니아계이고, 다양한 기법, 예를 들어 플라즈마 분사 공정에 의해 결합 피막상에 도포될 수 있다. 따라서, 이러한 양태에서의 자립성 호일은 결합 피막(또는 다중 결합 피막) 및 TBC를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서는 금속계 기재상에 도포된, 마모되거나 손상된 열 차폐 피막 시스템을 보수하기 위한 방법을 포함한다. 이러한 방법은 마모되거나 손상된 시스템(즉, 하나 이상의 결합 피막 및 TBC를 포함함)을 제거하는 단계 및 그후에 전술한 자립성 호일을 사용하여 피막 시스템을 대체하는 단계를 포함한다. 전술한 바와 같이, 호일은 일반적으로 목적하는 형태로 절단되고, 기재 표면에 납땜된다.
본 발명의 다른 양태는 금속계 기재, 예를 들어 터빈 엔진의 초합금 구성 요소를 포함하는 제품에 관한 것이다. 제품은 추가로 기재에 융합된 하나 이상의 결합 피막을 포함하는 호일을 포함한다. 호일은 또한 TBC를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 호일은 납땜 물질의 개재 피막에 의해 기재에 융합된다.
본 발명 및 이들의 다양한 양태는 보다 구체적으로 하기 상세한 설명에 기술되어 있다.
다양한 형태의 결합 피막은 본 발명의 방법에 의해 도포될 수 있다. 이러한 층을 위한 조성물은 당 분야에 공지되어 있다. 매우 자주, 결합 피막은 일반식 MCrAlY로 구성되며, 여기서 M은 Fe, Ni 또는 Co와 같은 다양한 물질 또는 금속 조합체일 수 있다. 이러한 형태의 바람직한 합금의 일부는 크롬 약 17% 내지 약 23%, 알루미늄 약 4% 내지 약 13%, 및 이트륨 약 0.1% 내지 약 2%의 폭넓은 조성(중량%)을 가지고, M이 나머지를 구성한다. 일부 양태에서, M은 니켈 및 코발트 혼합물이고, 여기서 니켈 대 코발트의 비는 약 10:90 내지 약 90:10 중량부이다.
전술한 바와 같이, 결합 피복재는 호일의 형태로, 즉 흔히 "피막 예비-형태"로 지칭되는 박막 시이트의 형태로 사용된다. 호일의 두께는 대부분 결합 피막의 목적하는 두께에 좌우한다. 일반적으로 호일의 전체 두께는 약 25㎛ 내지 약 900㎛, 바람직하게는 약 100㎛ 내지 500㎛이다(어떠한 TBC도 없는 경우, 및 표면 마무리, 예를 들어 분쇄 공정 후).
결합 피막 호일은 다양한 기법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 분말 형태의 결합 피복재는 금속 박막 층으로서 제거가능한 지지체 시이트(전형적으로 금속성임)에 용착될 수 있다. 일부 양태에서, 지지체 시이트는 실제로 제거가능한 기재, 예를 들어 "최종 기재"(결합 피막을 요구하는 구성 성분)의 복사본 또는 복제품이다. 따라서, 지지체 시이트는 최종 부품의 모든 굴곡을 포함해야 한다. 하기에서 기술할 바와 같이, 다양한 기법이 사용되어 후속적으로 지지체 시이트로부터 호일을 탈착시킬 수 있다. 자립성 호일이 탈착되는 경우, 이것은 지지체 시이트의 모든 굴곡을 포함한다.
다양한 열 분사법이 제거가능한 지지체 시이트상에 결합 피막 분말을 용착시키기 위해서 일반적으로 사용된다. 예를 들어, VPS, HVOF 또는 APS를 예로 들 수 있다. 다른 용착 기법, 예를 들어 스퍼터링 또는 물리적 증착(PVD)이 사용될 수 있다. 하나를 구체적으로 설명하자면, HVOF 기법은 당 분야에 공지되어 있고, 본원에서 참고로 인용중인 미국 특허 제 5,508,097 호 및 미국 특허 제 5,527,591 호에서 기술되어 있다. HVOF는 분말을 매우 고속으로 분사 건(spray gun)의 제트 스트림에 주입하는 연속 연소 공정이다. 당 분야의 숙련자들은 다양한 HVOF의 세부사항, 예를 들어 주된 기체, 제 2 기재(사용되는 경우) 및 냉각용 기체의 선택법; 기체 유량; 분말 함량; 피막 입자의 크기 등에 정통하다.
다른 설명으로서, 플라즈마 분사법이 당 분야에 공지되어 있고, 본원에서 참고로 인용중인 문헌[Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, vol. 15, page 255]에 기술되어 있다. 미국 특허 제 5,332,598 호, 미국 특허 제 5,047,612 호 및 미국 특허 제 4,741,286 호는 또한 다양한 양태의 플라즈마 분사법에 대해 설명하고 있으며, 본원에서 참고로 인용중이다. 일반적으로, 전형적인 플라즈마 분사법은 고온 플라즈마를 형성하며, 그 결과 열 플룸(thermal plume)이 생성된다. 분말 형태의 상기 피복재가 이러한 플룸에 공급된다. 분말 입자가 플라즈마에서 용융되고 피복될 기재로 가속화된다(상기 공정이 공기 환경에서 수행되는 경우, 이것을 흔히 APS로 지칭한다). 플라즈마 분사 피복 기술 분야의 숙련자들은 피막을 도포하는 것에 관련된 다양한 세부 사항, 예를 들어 분사 거리(건으로부터 기재까지)와 같은 플라즈마 분사 파라미터; 분사-경로의 갯수의 선택; 분말 공급 속도, 토치 동력, 플라즈마 기체 선택 등에 정통하다.
다른 용착 기법에 관한 정보(예를 들어, 진공 플라즈마 용착, 스퍼터링, PVD 등)이 또한 유용하다. 당 분야의 숙련자들은 지지체 시이트상에 결합 피복재의 호일을 용착시키기 위한 이러한 각각의 기법의 사용에 있어서 구체적인 공정 조건을 선택할 것이다.
전술한 바와 같이, 호일은 둘 이상의 결합 피막을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 이것은 밀집화 제 1 결합 피막, 및 "해면상" 마이크로조직을 갖는 제 2 결합 피막을 포함할 수 있다. 특정 도포 조건하에서의 이러한 2층의 사용은 본원에서 추가로 기술하는 바와 같이 매우 바람직한 피막 특성의 조합을 유발한다. 이러한 형태의 2층이 본원에서 참고로 인용중인 보롬(M. Borom)의 계류중인 서류 번호 제 24,423 호에 기술되어 있다.
밀집화 제 1 결합 피막은 전술한 바와 같이 일반식 MCrAlY로 일반적으로 구성되어 있다. 제 2 결합 피막(후술할 것임)과는 대조적으로, 밀집화 층은 이들의 마이크로조직내에 비교적 낮은 함량의 내포 산화물을 가지며, 실질적으로는 내포 산화물이 없을 수도 있다. 밀집화 층은 또한 비교적 적은 갯수의 상호연결된 개구 또는 "옥사이드 열(oxide string)", 즉 약 200개 미만의 옥사이드 열을 갖는다. 일반적으로(항상은 아님), 밀집화 결합 피막도 옥사이드 혼입량이 약 10 체적% 미만이다. 일부 양태에서, 밀집화 결합 피막의 옥사이드 혼입량은 약 5 체적% 미만이다.
밀집화 제 1 결합 피막은 다양한 기법, 예를 들어 진공 플라즈마 분사법 또는 HVOF 기법에 의해 제거가능한 지지체에 도포될 수도 있다. 진공 플라즈마 시스템은 당 분야에 공지되어 있다. 이들에는 흔히 직류로 전원을 공급하고, 공정은 저압 환경, 예를 들어 약 20 torr 내지 약 60 torr에서, 매우 감소된 양의 산소 함량하에서 수행된다. 용융 피막 입자에 축적될 수 있는 다소의 산소가 존재하기 때문에, 이러한 파라미터가 산소 혼입량을 최소화한다. 종래의 진공 플라즈마 분사 건, 예를 들어 일렉트로플라즈마(Electroplasma; 슐저-메트코 인코포레이티드(Sulzer-METCO, Inc.))로부터의 EPI 03CA 건이 사용할 수 있다. 다른 세부사항은 보롬 등의 참고 문헌인 서류 번호 제 RD-24,423에 제공된다. HVOF 기법이 전술되었다.
밀집화 제 1 결합 피막의 두께는 부분적으로 최종 피복된 제품이 젝옹되는 조건 뿐만 아니라 제품을 위해 요구되는 산호 보호 정도와 같은 다른 인자에 좌우될 것이다. 일반적으로 두께는 약 100㎛ 내지 약 400㎛, 바람직하게는 약 200㎛ 내지 약 300㎛일 것이다.
2층 양태에서, 제 2 결합 피막은 흔히 참고 문헌인 서류 번호 제 RD-24,423에서 기술한 바와 같이 상호연결된 개구의 개방 망상구조를 포함한다. 상기 개구는 일반적으로 결합 피복재의 입자상에 내포된 옥사이드 층 사이에 위치한다. 이러한 마이크로조직('해면상'으로 지칭할 수 있음)은 선행기술 분야에서 바람직한 것으로 생각되었던 밀집화 결합 피복재와는 정반대이다.
결합 피복재 마이크로조직은 "선의 길이", 즉 피막의 정해진 구획에서의 내포 옥사이드의 열의 합(즉, 개구의 길이)를 특징으로 한다. 이러한 측정법은 서류 번호 제 RD-24,423에서 기술한 바와 같이, 구획의 이미지 분석에 의해 달성될 수 있다. 바람직한 양태에서, 해면상 결합 피막의 마이크로조직은, 광학 현미경 1500X 배수에 의해 측정되는 바와 같이 샘플의 1㎟(횡당면에서 관찰함)당 길이가 25㎛ 이상인 옥사이드의 연속 열 약 225개 이상을 가진다. 일부 특히 바람직한 양태에서, 결합 피막 마이크로조직은 길이가 25㎛ 보다 큰 연속 옥사이드 열 약 300 개 이상을 가질 것이다(대조적으로, 밀집화 제 1 결합 피막은 일반적으로 샘플 1㎟당, 길이가 25㎛ 보다 큰 옥사이드 연속 열 약 200 미만을 가진다; 서류 번호 제 RD-24,423 호에서 기술한 바와 같이, 다공성의 정도는 흔히 옥사이드 혼입량과 관련됨). 해면상 제 2 결합 피막은 일반적으로 열 분사법, 예를 들어 전술한 플라즈마 분사 공정에 의해 도포된다.
제 2 결합 피막의 두께는 다양한 인자, 예를 들어 구성 요소를 위해 바람직한 산화 보호 및 마모 보호 뿐만 아니라 재료 비용에 좌우될 것이다. 결합 피막의 두께가 크기 공차를 능가하지 않아야 하기 때문에, 부품의 형태 및 크기를 고려해야만 한다. 일반적으로 두께는 약 50㎛ 내지 약 500㎛, 바람직하게는 약 100㎛ 내지 약 400㎛일 것이다. 특히 바람직한 양태에서, 두께는 약 200㎛ 내지 약 300㎛일 것이다.
다른 2층 결합 피막 시스템이 가능하다. 예를 들어, MCrAlY 형태의 제 1 결합 시스템은 제거가능한 지지체 시이트에 도포될 수 있다. 그다음, 알루미나이드 또는 귀금속-알루미나이드 물질(예를 들어 백금 알루미나이드) 피막을 제 2 결합 피막으로서 제 1 결합 피막에 도포할 수 있다. 이러한 물질의 도포를 위해서, 예를 들어 팩 알루미나이딩(pack aluminiding)과 같은 다양한 기법이 유용한다. 백금 알루미나이드 피복을 위한 1종의 바람직한 양태에서, 우선 백금을 제 1 결합 피막, 즉 제거가능한 지지체 시이트에 일반적으로 부착된 제 1 결합 피막의 호일에 전착시켰다. 이러한 형태의 전착은 흔히 종래의 P-염 또는 Q-염 전착 용액으로 수행된다. 제 2 단계에서, 백금 층은 알루미늄 증기로 확산 처리되어 백금 알루미나이드를 형성한다. 따라서, 이러한 예시적인 호일은 MCrAlY의 제 1 층, 및 백금 알루미나이드의 제 2 결합 피복층을 포함한다.
다른 대체품으로서, 3층 결합 피막 시스템이 제거가능한 지지체 시이트상에 도포될 수 있다. 예를 들어, 밀집화 제 1 결합 피막이 우선 용착되고, 그다음 전술한 바와 같이 '해면상' 제 2 결합 피막을 용착시킨다. 그다음, 알루미나이드 또는 귀금속-알루미나이드 피막을 해면상 제 2 결합 피막위에 3번째 피막으로서 도포할 수 있다. 이러한 경우에, 마지막으로 도포된 피막은 화학적 내성의 척도를 제공하고, 이전에 용착된 2개의 결합 피막은 전술한 바와 같은 일반적인 작용을 수행한다.
결합 피막 또는 다중 결합 피막이 용착된 후, 지지체 시이트를 제거하면, 목적하는 자립성 금속 호일이 남는다. 다수의 상이한 기법을 사용하여 지지체 시이트로부터 호일을 제거할 수 있다. 예를 들어 지지체 시이트에 피복 금속을 용착시키기 전에 의도적으로 그릿블라스팅화하지 않은 경우, 지지체 시이트로의 금속의 접착력이 비교적 낮아져서, 호일이 손쉽게 탈착된다. 선택적으로, 결합 피복재를 도포하기 전에 제거가능한 지지체 시이트에 이형 피막을 도포할 수 있다. 적당한 이형 피막은 당 분야에 공지되어 있고, 예를 들어 프락사이어(Praxair)에서 시판중이다. 다른 대체물로서, 결합 피복재를 도포하기 전에, 알루미늄과 같은 에칭성 피막을 제거가능한 지지체 시이트에 도포할 수 있다. 결합 피복재가 도포되는 경우, 피복된 지지체 시이트는 알루미늄을 선택적으로 에칭하는 용액, 예를 들어 수성 수산화칼륨 용액으로 처리될 수 있다. 알루미늄 층을 제거하면 제거가능한 지지체 시이트로부터 호일이 탈착된다.
일부 양태에서, 호일이 부착될 지지체의 표면은 매우 휘어있거나 다소 불규칙적이다. 이러한 경우, 실질적으로 동일한 형태를 갖는 호일을 제공하는 것이 바람직하다. 비교적 박막의 호일은 다소 가요성이고 기재의 굴곡에 따라 어느정도 휘어질 수 있다. 보다 두꺼운 두께의 호일은 일반적으로 가요성이 아니며, 다른 기법에 의해 형상화될 수 있다. 예를 들어, 전술한 제거가능한 지지체 시이트는, 피복재를 용착시키기 전에 초기에 목적하는 굴곡의 기재에 제공된다(최종 기재의 복제품이 지지체 시이트로 사용되는 경우, 이것은 목적하는 형태 및 굴곡을 가져야 한다).
제거가능한 지지체 시이트를 탈착시키면 결합 피복재의 자립성 호일이 형성된다. (전술한 바와 같이, 호일은 단일 결합 피막 또는 다중 결합 피막의 형태, 예를 들어 밀집화 층 위의 해면상 결합 피복층의 형태일 수 있다) 그다음, 호일이 기재에 융합되기 전에, 결합 피막이 요구되는 지지체의 부위에 적당한 크기로, 호일을 절단할 수 있다. 다양한 기법을 사용하여 융합하기 전에 호일을 적소에 일시적으로 고정할 수 있다. 예를 들어, 접착제, 즉 융합 단계에서 완전히 기화되는 접착제를 사용할 수 있다. 선택적으로, 호일은 적소에 볼트로 고정되거나, 클램프로 고정되거나 가용접될 수 있다.
다양한 금속 또는 금속 합금은 본 발명을 위한 기재로서 사용될 수 있다. 본원에서 기술하는 기재에 대한 참고로 "금속계"라는 용어는, 주로 금속 또는 금속 합금으로 구성되었지만 일부 비금속성 성분, 예를 들어 세라믹, 금속간 상 또는 중간 상을 포함할 수 있음을 지칭한다. 일반적으로, 기재는 내열성 합금, 예를 들어 전형적으로 작동 온도가 약 1000 내지 1150℃인 초합금이다. ("초합금"이라는 용어는 일반적으로 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄 및 철과 같은 다른 원소를 1종 이상 함유하는 복합 코발트계 또는 니켈계 합금을 포함하고자 한다) 초합금은, 예를 들어 본원에서 참고로 인용중인 미국 특허 제 5,399,313 호 및 미국 특허 제 4,116,723 호와 같은 다양한 문헌에 기술되어 있다. 고온 합금은 일반적으로 문헌[Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, Vol 12, pp.417-479(1980) 및 vol. 15, pp. 787-800(1981)]에 기술되어 있다. 예시적인 니켈계 초합금은 상표명 인코넬(Inconel, 등록상표), 니모닉(Nimonic, 등록상표), 렌(Rene, 등록상표)(예를 들어 렌 80, 렌 95 합금) 및 우디메트(Udimet, 등록상표)로서 시판중이다. 이러한 형태의 기재는 매우 다양하지만, 흔히 터빈 노즐과 같은 제트 엔진 부품의 형태이다.
기재에 결합 피복재의 호일을 부착시키기 위한 융합 단계는, 다양한 기법에 의해 수행될 수 있다. 납땜 단계인 경우가 대부분이고, 이는 임의의 통상적인 납땜 공정과 유사하다. (본원에서 사용하는 바와 같이, "납땜"은 일반적으로 충전재 금속 또는 합금의 사용을 포함하는 금속을 결합시키는 임의의 방법을 포함하고자 한다) 납땜과 관련된 세부 사항에 대한 예시적인 참고 자료는 워커(J. R. Walker)의 문헌[The Goodheart-Willcox Co, Inc., 1965, pp. 29-1 to 30-24]에 기술되어 있다.
다양한 납땜용 합금 조성물이 본 발명을 위해서 사용될 수도 있다. 이들중 일부는 문헌[Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, Vol. 21, pages 342 et seq]에 기술되어 있다. 기재가 니켈계 초합금인 경우, 납땜용 합금은 일반적으로 약 40% 중량% 이상의 니켈을 함유한다. (니켈-함유 납땜용 합금 또는 코발트-함유 납땜용 합금은 일반적으로 코발트계 초합금과 함께 사용된다.) 납땜용 합금 조성물은 융점 강하제로서 작용하는 규소 및/또는 붕소를 함유할 수 있다.
다른 형태의 납땜용 합금, 예를 들어 구리, 망간, 니켈, 크롬, 규소 및 붕소와 같은 금속과의 혼합물의 형태로 은, 금 및/또는 팔라듐을 함유하는 값비싼 금속 조성물이 사용될 수도 있다는 것에 주목해야 한다. 하나 이상의 납땜 구성 요소를 포함하는 혼합물도 가능하다. 다양한 금속 납땜 조성물이 프락사이어 설피스 테크놀로지 인코포레이티드(Praxair Surface Technology, Inc.)에서 시판중이다.
납땜용 합금을 도포하는 다양한 기법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 납땜용 합금 조성물은 결합 피막 조성물의 도포 전에 제거가능한 지지체 시이트에 도포될 수 있다. 다양한 열적 분사법 기법, 예를 들어 HVOF 및 APS을 사용하여 납땜 조성물을 제거가능한 지지체 시이트에 도포할 수 있다. 다른 기법, 예를 들어 스퍼터링 또는 PVD가 사용될 수 있다. 제거가능한 지지체 시이트가 탈착되는 경우, 납땜 층이 결합 피막의 하부 측부에 부착된 채로 잔류할 수 있다. 즉, 최종 기재에 융합되기 위한 2층(또는 2개의 결합 피막이 사용되는 경우, 3층)을 형성할 수 있다. 에칭성 피막이 사용되는 경우(전술한 바와 같음), 에칭성 피복층이 용착된 후에, 납땜 조성물이 도포되어야 한다. 에칭성 피막을 공격하기 위해서 사용되는 용액은 납땜 조성물 또는 임의의 결합 피막 조성물에 부정적인 영향을 미치지 않는 것이어야만 한다.
납땜용 합금을 도포하기 위한 선택적인 기법으로, 자립형 납땜 호일이 사용될 수 있다. 이러한 납땜 호일을 제조하는 방법은 당 분야에 공지되어 있다. 추가로, 납땜 호일은 다양한 공급체, 예를 들어 웨스고(Wesgo) 및 얼라이드 시그날 캄파니(Allied Signal Company)에서 시판중이다. 납땜용 호일은 기재에 가용접시키거나 접착제를 사용하여 부착시킬 수 있다. 그다음, 결합 피복재의 호일을 납땜용 호일에 가용접하거나 접착제로 부착시킬 수 있다. 선택적으로, 납땜용 호일을 우선 결합 피막 호일에 부착시킨 후, 기재에 결합된 호일을 부착시킬 수 있다.
다른 양태로서, 그린 납땜용 테이프를 사용하여 기재에 결합 피막 호일을 부착시킬 수 있다. 이러한 테이프는 당 분야에 공지되어 있으며, 술저 네트코 인코포레이티로부터의 테이프중에서, 예를 들어 암드리(Amdry, 등록상표) 라인으로 시판중이다. 이것은 한쪽 또는 양쪽 측면에 접착제로 결합시킬 수 있어서, 테이프는 초기에는 기재 또는 결합 피막 호일 양쪽에 부착될 수 있다.
다른 양태로서, 납땜 물질은, 일반적으로 금속 분말, 결합제 및 선택적으로 용매를 함유하는 슬러리의 형태로서 사용될 수 있다. 다양한 결합제 물질, 예를 들어 수계 유기 물질, 예를 들어 폴리에틸렌 옥사이드 및 다양한 아크릴계 물질 또는 용매계 결합제가 사용될 수 있다. 슬러리의 혼합에 관련된 종래의 세부 사항들은, 예를 들어 본원에서 참고로 인용중인 미국 특허 제 4,325,754 호와 같은 다양한 참고문헌에 기술되어 있다. 슬러리 조성물도 시판중이다. 납땜 슬러리 조성물을 사용하는 것이 다양한 측면에서 유리하다. 예를 들어, 최종 기재 표면이 불규칙하거나 구멍 또는 갈라진 틈을 포함하는 경우, 납땜 슬러리는 이러한 영역을 충전시키기 위해서 사용될 수 있다.
납땜 슬러리는, 납땜 슬러리상에 자립형 결합 피막 호일을 배치하기 전에, 최종 기재의 목적하는 영역에 도포될 수 있다. 다양한 기법이 납땜 슬러리 조성물에 도포하는데 유용하다. 예를 들어, 이것은 최종 기재상에 분사되거나, 페인트 칠되거나 또는 테이프 캐스팅 될 수 있다. 선택적으로, 납땜 슬러리 조성물은 기재의 목적하는 영역에 접촉하는 호일의 표면 영역에 도포될 수 있다. 사실상, 납땜 슬러리 조성물은 결합 피막 호일 및 호일과 접촉할 기재의 영역에 도포될 수 있다.
당 분야의 숙련자들은 납땜과 관련된 그밖의 세부 사항에 정통하다. 납땜 온도는 부분적으로 사용된 납땜용 합금의 형태에 좌우되고, 전형적으로는 약 525℃ 내지 약 1650℃의 범위이다. 니켈계 납땜용 합금의 경우, 납땜 온도는 일반적으로 약 800℃ 내지 약 1260℃이다. 가능한 경우, 납땜은 흔히 진공 퍼니스에서 수행된다. 진공량은 부분적으로 납땜용 합금의 조성에 좌우될 것이다. 일반적으로, 진공은 약 10-1torr 내지 약 10-8torr의 범위일 것이다.
결합 피막 또는 다중 결합 피막이 퍼니스의 사용이 가능하지 않은 영역에 도포되는 경우(예를 들어, 구성 요소 자체가 퍼니스에 삽입되기에 너무 큰 경우), 토치(torch) 또는 그밖의 국부 가열 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 아르곤 커버 차폐막 또는 플럭스(flux)를 포함하는 토치가 납땜 표면을 향할 수 있다. 구체적으로, 이러한 목적을 위한 가열 기법의 예시적인 형태는 기체 용접 토치(예를 들어, 옥시-아세틸렌, 옥시-수소, 공기-아세틸렌, 공기-수소); RF 용접; TIG(텅스텐 불활성 기재) 용접; 전자 빔 용접; 저항 용접의 사용 및 IR 램프를 사용하는 것을 포함한다. 전술한 바와 같이, 그린 납땜용 물질은 일반적으로 휘발성인 유기 결합제를 함유한다. 그린 납땜으로 이러한 유형의 가열 기법을 사용하는 경우, 기체 소모의 바람직하지 않은 결과를 피하도록 주의를 기울여야 한다. 예를 들어 가열 단계는 매우 점차적으로 수행될 수 있다. 추가로, 휘발성 물질의 함량이 낮은 그린 테이프 조성물을 선택할 수 있다. (다른 대체 방법으로는, 전술한 바와 같은, 예를 들어 결합제 없이 금속 납땜용 호일을 사용하는 것도 가능하다.)
전술한 바와 같이, 융합 단계는 납땜 이외의 기법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 토치 또는 그밖의 가열 기기(예를 들어 전술한 용접 기기)가, 진공 퍼니스의 대체물로서 기재에 결합 피막 호일을 융합시키기 위해서 사용될 수 있다. 융합 기법을 사용함에도 불구하고, 생성된 결합 피막은 기재에 야금학적으로 결합되고, 기존의 분야의 기법에 의해 도포되는 결합 피막의 특성을 나타낸다.
전술한 방법은 종래 분야의 공정에서 흔히 발견되는 시간 소모적 단계를 최소화하거나 제거할 수 있다. 예를 들어, 부품(또는 부품의 영역)을 피복시키는 경우에 일반적으로 요구되는 마스킹 단계가 제거될 수 있다. 실로, 결합 피막이 호일로서 "오프-라인" 형성된다. 호일은 정확한 크기로 절단되고, 그다음 부품의 선택된 영역에 납땜될 수 있다. 다수의 경우, 납땜 단계는 이러한 공정에서 일반적으로 수행되는 다른 가열 단계 동안에 유리하게 수행될 수 있다. 예를 들어, 납땡 단계는 용액 가열-처리 단계 또는 TBC 가열-처리 단계에서 수행될 수 있다. (다른 가열 단계에서 사용되는 온도와 유사한 융합 온도를 갖는 납땜용 합금이 선택될 수 있다.)
전술한 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 호일은 추가로 결합 피막(또는 다중 결합 피막)에 도포된 열 차폐 피막을 포함한다. 일반적으로 TBC는 지르코니아계이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "지르코니아계"는 약 70 중량% 이상의 지르코니아를 함유하는 세라믹 물질을 포함한다. 지르코니아는 차단 피막으로서 공지된 화합물이다. 이들의 사용은 문헌[Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, V. 24, pp. 882-883(1984)]에 공지되어 있다. 바람직한 양태에서, 지르코니아는 이트륨 옥사이드, 칼슘 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 세륨 옥사이드, 스칸듐 옥사이드 또는 이러한 물질의 혼합물과 같은 물질로 블렌딩됨으로써 화학적으로 안정화된다. 구체적인 예로서, 지르코니아는 약 1 중량% 내지 약 20중량%의 이트륨 옥사이드(총 중량을 기준으로 함), 및 바람직하게는 약 3 중량% 내지 10 중량%의 이트륨 옥사이드로 혼합될 수 있다.
일부 바람직한 양태에서, 플라즈마 분사법은 결합 피막 또는 다중 결합 피막상에 TBC를 도포하기 위해서 사용된다. 적당한 플라즈마 분사 공정은 본원 및 다양한 참고문헌에 이미 기술되어 있다. 또한, 당분야의 숙련자라면 선택적으로 일상적인 제조 단계를 수행할 수 있고, 다양한 공정 파라미터, 예를 들어 플라즈마 분사 거리; 분사 패스의 갯수; 분말 공급 속도; 분말 입자의 크기 등을 조절할 수 있다. 그밖의 다양한 인자, 예를 들어 지르코니아계 TBC의 특정한 조성 및 피복될 부품의 최종 용도를 고려할 것이다. TBC의 두께는 부분적으로 피복될 특정한 성분에 좌우될 것이다. 일반적으로 이러한 두께는 약 125㎛ 내지 약 2500㎛의 범위일 것이다. 이러한 에어호일(airfoil) 구성 요소와 같은 최종 용도를 위한 바람직한 양태에서, 두께는 흔히 약 250㎛ 내지 약 1150㎛의 범위이다.
이러한 방법에 의한 TBC의 도포는 종래 분야의 공정에 비해 다양한 장점을 제공한다. 또한, 전체 TBC 시스템-TBC 자체를 포함하는 결합 피막 또는 다중 결합 피막이 호일로서 오프-라인 형성되기 때문에, 마스킹 단계를 제거할 수 있다. 그다음, 호일은 바람직한 특정 크기로 절단되고, 기재의 선택된 영역으로 납땜될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 기재상에 도포된 마모되거나 손상된 TBC 및 결합 피막(또는 결합 피막 세트)을 보수하는 방법에 관한 것이다. 이러한 층을 조심스럽게 보수하는 것은 기재의 열화를 억제하는데 있어서 중요하다. 터빈 엔진 구성 요소의 경우에, 예를 들어 터빈이 가동되는 동안, 즉 제조 위치로부터 수송된 후 피막을 보수해야 한다. 본원에서 기술한 방법은 현존하는 TBC 시스템의 선택된 영역(즉, 결합 피막 및 열 차폐 피막)을, 전체 부품으로부터 피막을 완전히 제거하지 않은 채, 빠르게 보수하거나 대체하기 위한 수단을 제공한다. 공정은 특히 다른 보수 기법으로 쉽게 접근하기 힘든 영역에 위치하는 피막을 보수하는데 유용한다. 이러한 단계는 일반적으로 하기 단계 (i) 내지 (iii)을 포함한다:
(i) 기재상의 선택된 영역으로부터 마모되거나 손상된 결합 피막 및 TBC를 제거하는 단계;
(ii) 대체 결합-피막 및 TBC를 포함하는 호일을 기재 표면에 부착시켜, 선택된 영역을 덮는 단계; 및
(iii) 호일을 기재에 융합시켜, 결합 피막 및 TBC가 기재상의 선택된 영역에 부착되는 단계(호일의 결합 피막-표면은 기재에 부착되어, TBC-표면이 노출되도록 한다)
이러한 양태를 위한 융합 단계는 흔히 토치 또는 그밖의 휴대용 가열 기기를 사용하여 수행된다. 선택적인 양태에서, 임의의 개별적인 결합 피막 또는 TBC 피막은 호일 부착 기법을 사용하여 용착되고, 그밖의 피막은 종래의 방법, 예를 들어 기재상에 직접적으로 분사하는 방법으로 용착된다.
본 발명의 다른 양태는 금속계 기재에 융합된 결합 피복재의 호일을 포함하는 제품에 관한 것이다. 결합 피막은 전술한 바와 같이 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다. 기재는 다양한 물질, 예를 들어 초합금으로 구성될 수 있고, 흔히 터빈 엔진 구성 성분의 형태일 수 있다. 호일은 전술한 바와 같이 일반적으로 개재 납땜 층으로 기재에 융합된다. 일반적으로 납땜 층은 약 2.5㎛ 내지 약 125㎛, 일반적으로 약 25㎛ 이하의 두께를 갖는다.
(본 양태에서) 호일의 두께는 결합 피복층 또는 다중 결합 피복층의 목적하는 두께에 좌우될 것이다. 일반적으로 두께는 표면 마무리 단계후에 약 25㎛ 내지 약 900㎛, 바람직하게는 약 100㎛ 내지 약 500㎛ 범위이다. 호일이 기재(즉, 터빈 구성 요소)에 융합되는 경우, 이것은 결합 피막으로서 작용하여, 전술한 바와 같이, 기재의 지적된 부분을 보호한다.
전술한 설명을 통해서, 부가적인 양태는 하나 이상의 결합 피막 및 금속계 기재상에 융합된 그 위에 있는 TBC를 포함하는 제품에 관한 것이라는 것이 명백해졌다. 호일은, 전술한 바와 같이 개재 납땜 층에 의해 기재에 일반적으로 융합된다. TBC는 전술한 바와 같이, 화학적으로 안정화된 지르코니아계 물질로 구성된다. 호일의 TBC 영역의 두께는 특정 구성 성분을 보호하기 위해서, TBC 자체의 목적하는 두께에 좌우될 것이다. 일반적으로 이들의 두께는 약 125㎛ 내지 약 2500㎛의 범위일 것이다. 이러한 에어 호일 구성요소의 최종 용도를 위한 바람직한 양태에서, 두께는 흔히 약 250㎛ 내지 약 1150㎛이다.
하기 실시예는 설명을 위해 제공되지만, 이것은 본원 발명의 범주를 어떠한 형태로든 한정하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
니켈계 초합금으로 구성된 기체 터빈 보호판은 본 실험에서 기재로서의 역할을 한다. 피복시키기 전에, 보호판의 표면을 의도적으로 그릿블라스트화시키지 않아서(즉, 전형적인 공정과는 대조적임), 후속적으로 도포되는 피막의 접착력을 최소화하였다. 그다음, NiCrAlY형의 결합 피막을 보호판의 표면에 플라즈마-분사시켰다. 그다음, 열 차폐 피막(이트리아 8 중량%를 포함하는 지르코니아)를 결합 피막상에 에어 플라즈마 분사시켰다.
터빈 부품을 냉각시킨 후, 용착된 피막을 연속적인 시이트로서, 즉 호일로서 형성하였다. 자립성 호일은 본래의 부품에 존재하는 정확한 굴곡을 포함한다. 그다음, 호일을 워터 제트로 개별적인 시험용 조각(폭이 0.64㎝인 스트립; 2.54㎝ 디스크)로 절단하였다. 그다음, 자립성 디스크를 암드리 100 그린 납땜용 테이프(슐저-메트코 인코포레이티드로부터 시판중임; 테이프의 두께는 약 0.005 인치/0.013㎝임)를 사용하여, 니켈계 초합금 기재에 납땜시켰다.
그린 납땜용 테이프를 자립성 호일과 금속 기재 사이에 끼우고, 그다음 2100℉(1149℃)에서 30분 동안 진공 납땜시켰다. 퍼니스로부터 회수한 후, 호일-피막을 금속 기재에 완전히 납땜시켰다. 그다음, 2000℉(1093℃)에서 45분의 1 사이클을 갖는 퍼니스 사이클 시험(FCT)를 수행하였다. 시험은 통상적으로 도포된 에어-플라즈마-분사 TBC 시스템과 비교시, 이러한 방식으로 도포된 TBC 시스템의 우수한 퍼니스 사이클 수명을 나타내었다. 시험 수행 동안, 대조예(통상적으로 피복된) 샘플의 손상이 약 360 FCT 사이클에서 발생하였다. 현저한 차이점으로서, 본 발명의 샘플을 약 1700 FCT 사이클 이후에도 손상되지 않았다.
실시예 2
편평하고 냉각-롤링된 강철판을 본 실시예에서 사용하였다. 판의 크기는 22.9㎝×12.7×0.15×였다. 판은 약 381㎛(0.015 인치)의 알루미늄으로 와이어 분사식-피복되고, 이것은 에칭성 이형 층으로서 작용한다.
그다음, 판을 NiCrAlY-형 결합 피막(0.010 인치/254 ㎛의 두께)로 에어 플라즈마 분사시켰다. 결합 피막을 용착시킨 후, 지르코니아-이트리아 TBC(0.015 인치/381 ㎛의 두께)의 에어 플라즈마-분사시켰다. 그다음, 판을 1인치(2.54㎝)의 디스크로 절단하였다.
디스크중 하나를 50:50 중량%의 수산화 칼륨: 탈이온수의 수욕에 침지시켰다. 5분후에 샘플은 말단에서 맹렬히 버블링하였다. 샘플을 회수하고, 2시간 동안 부식제에 노출시킨 후 정검하였다. 결합 피막/TBC는 기재로부터 탈착되지 않았다. 그러나, 스테레오-현미겅으로 샘플을 관찰한 결과, 중간의 알루미늄 층 약 0.25인치(0.64 ㎝)가 제거되었다.
샘플을 수산화칼륨/수욕에 다시 넣고 추가로 6시간후에 회수하였다. 결합 피막/TBC는 기재로부터 제거되었다. 그다음 자립형 피막(호일)을 실시예 1에서 설명한 바와 같이 니켈계 초합금 기재에 납땜하였다. 그다음, 퍼니스 사이클 시험(FCT)를 전술한 실시예와 같이 수행하였다. 그다음, 시험한 결과 우수한 퍼니스 사이클 수명을 나타냈으며, 1100 FCT 사이클까지 손상을 나타내지 않았다.
바람직하고 예시적인 양태를 본원에서 설명하고 있다. 그러나, 당 분야의 숙련자에게라면 본 발명의 다른 개질도 이러한 교시로부터 가능하다는 것이 명백할 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 진의 및 범주에 속하는 모든 이러한 개질이 첨부된 청구의 범위으로 보장하고자 한다.
전술한 모든 특허, 미국 특허원, 기사 및 문헌은 본원에서 참고 자료로 인용된다.
본 발명에 따른 방법에 의해 제공된 결합 피막은, 종래의 방법에 의해 제조된 피막에 비해 고온 및 다수회의 열 사이클에도 뛰어난 안정성을 나타내고, 이에 따라 구성 요소의 보호에 보다 효율적이다.

Claims (46)

  1. (a) 결합 피막을 포함하는 호일을 금속계 기재 표면에 부착시키는 단계; 및
    (b) 호일을 기재 표면에 융합시켜 상기 결합 피막이 기재에 접착되도록 하는 단계를 포함하는, 금속계 기재의 표면에 하나 이상의 결합 피막을 도포하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제거가능한 지지체 시이트에 결합 피복재를 열적으로 분사시켜 호일을 형성한 후, 상기 제거가능한 지지체 시이트로부터 호일을 분리시킴으로써, 상기 호일을 제조하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    진공 플라즈마 용착법, 고속 옥시 연료 및 에어 플라즈마 분사법(air plasma spray)중에서 선택된 기법으로 열적 분사를 수행하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    납땜 또는 용접 기법으로 기재 표면에 호일을 융합시키는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    납땜 조성물의 슬러리를 호일의 표면에 도포하고, 상기 호일을 기재 표면에 부착시켜 상기 납땜 조성물이 기재 표면과 접촉되게 한 후, 상기 납땜 조성물을 적당한 납땜 온도에 노출시킴으로써 납땜 기법을 수행하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    납땜 조성물의 슬러리를 기재 표면에 도포하고, 상기 호일을 기재 표면에 부착시켜 상기 호일이 납땜 조성물과 접촉되게 한 후, 상기 납땜 조성물을 적당한 납땜 온도에 노출시킴으로써 납땜 기법을 수행하는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    (I) 제거가능한 지지체 시이트에 납땜용 합금 물질 층을 도포하는 단계;
    (II) 상기 납땜용 합금 물질 층 위에 결합 피복재를 열 분사시킴으로써 납땜용 합금 및 결합 피복재의 2층을 형성하는 단계;
    (III) 상기 제거가능한 지지체 시이트로부터 상기 2층을 분리시키는 단계;
    (IV) 기재 표면에 2층을 부착시켜 납땜용 합금 물질이 기재 표면과 접촉되도록 하는 단계; 및
    (V) 납땜 조성물을 적당한 납땜 온도에 노출시키는 단계를 포함하는 기법으로, 호일을 기재 표면에 융합시키는 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    결합 피복재를 포함하는 호일을 그린 납땜용 테이프(green braze tape)에 의해 기재 표면에 부착하고, 이어서 그린 납땝용 테이프를 적당한 납땜 온도에 노출시킴으로써 납땜 기법을 수행하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    결합 피막이 일반식 MCrAlY(여기서, M은 Fe, Ni, Co 및 이들의 혼합물중에서 선택됨)의 합금을 포함하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    호일이 2개 이상의 결합 피막을 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    2개의 결합 피막이 (i) 밀집화 제 1 결합 피막, 및 (ii) 상호연결된 개구의 개방 망상구조를 포함하는 마이크로조직을 갖는, 상기 밀집화 피막상의 제 2 결합 피막을 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    밀집화 제 1 결합 피막 및 제 2 결합 피막이 각각 일반식 MCrAlY(여기서, M은 Fe, Ni, Co 및 이들의 혼합물중에서 선택됨)의 합금을 포함하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 (i)의 밀집화 제 1 결합 피막이 진공 플라즈마 분사법 또는 고속 옥시-연료(HVOF) 기법에 의해 도포되는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    제 2 결합 피막이 열적 분사에 의해 도포되는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    열 분사법이 플라즈마 분사법인 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    제 2 결합 피막의 마이크로조직이, 횡단면에서 관찰시, 샘플 1㎟ 당 길이가 25㎛ 이상의 연속적인 옥사이드 열을 약 225 개 이상 갖는 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    2개의 결합 피막이 (i) 밀집화 제 1 결합 피막, 및 (ii) 백금 알루미나이드 또는 백금-니켈 알루미나이드를 포함하는, 상기 밀집화 피막 상의 제 2 결합 피막을 포함하는 방법.
  18. 제 10 항에 이어서,
    호일이 3개의 결합 피막을 포함하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    3개의 결합 피막이 (i) 밀집화 제 1 결합 피막, (ii) 상호연결된 개구의 연속적인 망상구조를 포함하는 마이크로조직을 갖는, 상기 밀집화 피막상의 제 2 결합 피막, 및 (iii) 백금 알루미나이드 또는 백금-니켈-알루미나이드를 포함하는, 상기 제 2 결합 피막상의 제 3 결합 피막을 포함하는 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    호일이 결합 피막상에 도포된 열 차폐 피막을 추가로 포함하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    열 차폐 피막이 지르코니아계인 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    열 차폐 피막이 열적 분사로 도포되는 방법.
  23. 제 1 항에 있어서,
    금속계 기재가 초합금인 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    초합금이 니켈계인 방법.
  25. 제 1 항에 있어서,
    금속계 기재가 터빈 엔진의 구성 요소인 방법.
  26. (a) 하나 이상의 결합 피막 및 그 위의 지르코니아계 열 차폐 피막을 포함하는 호일을 초합금 기재 표면에 부착시키는 단계; 및
    (b) 상기 기재 표면에 호일을 납땜시키는 단계를 포함하는, 초합금 기재의 표면에 지르코니아계 열 차폐 피막을 도포하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    호일이 밀집화 제 1 결합 피막 및 상기 밀집화 피막상의 해면상 제 2 결합 피막을 포함하되, 제 2 결합 피막이 상호연결된 개구의 개방 망상구조를 포함하는 마이크로조직을 갖고, 상기 결합 피막이 각각 MCrAlY(여기서, M은 Fe, Ni, Co 및 이들의 혼합물로 구성된 군중에서 선택됨)를 포함하는 합금 물질로 형성되는 방법.
  28. (i) 금속계 기재상의 선택된 영역으로부터 마모되거나 손상된 열 차폐 피막 시스템을 제거하는 단계;
    (ii) 대체 열 차폐 피막 시스템을 포함하는 호일을 상기 기재 표면에 부착시켜 선택된 영역을 덮는 단계; 및
    (iii) 상기 호일을 상기 기재에 융합시켜 열 차폐 피막 시스템이 상기 기재상의 선택된 영역에 부착되도록 하는 단계를 포함하고,
    상기 열 차폐 피막 시스템이 기재와 접촉하기 위한 하나 이상의 결합 피막, 및 상기 결합 피막상에 도포된 열 차폐 피막을 포함하는,
    금속계 기재상에 도포된 마모되거나 손상된 열 차폐 피막 시스템을 보수하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    융합 단계가 납땜 기법으로 수행되는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    그린 납땝용 테이프로 호일을 기재 표면에 부착시키고, 이어서 상기 그린 납땝용 테이프를 적당한 납땜 온도에 노출시킴으로써 납땜 기법을 수행하는 방법.
  31. 제 29 항에 있어서,
    납땜 기법이 휴대용 가열 기구로 수행되는 방법.
  32. 제 29 항에 있어서,
    열 차폐 피막 시스템을 제거가능한 지지체 시이트에 도포하여 호일을 형성한 후, 제거가능한 지지체 시이트로부터 호일을 분리함으로써 상기 호일을 제조하는 방법.
  33. (i) 금속계 기재 및
    (ii) 상기 기재에 융합된 하나 이상의 결합 피막을 포함하는 호일을 포함하는 제품.
  34. 제 33 항에 있어서,
    납땜용 물질의 개재 층에 의해 호일이 기재에 융합된 제품.
  35. 제 34 항에 있어서,
    납땜용 물질의 층의 두께가 약 2.5㎛ 내지 약 125㎛의 범위인 제품.
  36. 제 33 항에 있어서,
    결합 피막이 일반식 MCrAlY(여기서, M은 Fe, Ni, Co 및 이들의 혼합물중에서 선택됨)의 합금을 포함하는 제품.
  37. 제 33 항에 있어서,
    호일의 두께가 약 25㎛ 내지 약 900㎛의 범위인 제품.
  38. 제 33 항에 있어서,
    기재가 초합금 물질을 포함하는 제품.
  39. 제 33 항에 있어서,
    호일이 둘 이상의 결합 피막을 포함하는 제품.
  40. 제 39 항에 있어서,
    2개의 결합 피막이 (i) 밀집화 제 1 결합 피막 및 (ii) 상호연결된 개구의 개방 망상구조를 포함하는 마이크로조직을 갖는, 상기 밀집화 피막상의 제 2 결합 피막을 포함하는 제품.
  41. 제 33 항에 있어서,
    호일이 3개의 결합 피막을 포함하는 제품.
  42. 제 41 항에 있어서,
    3개의 결합 피막이 (i) 밀집화 제 1 결합 피막, (ii) 상호연결된 개구의 개방 망상구조를 포함하는 마이크로조직을 갖는, 상기 밀집화 피막상의 제 2 결합 피막, 및 (iii) 백금 알루미나이드 또는 백금-니켈-알루미나이드를 포함하는, 상기 제 2 결합 피막상의 제 3 결합 피막을 포함하는 제품.
  43. 제 33 항에 있어서,
    호일이 결합 피막 상부에 위치한 열 차폐 피막을 추가로 포함하는 제품.
  44. 제 43 항에 있어서,
    열 차폐 피막의 두께가 약 125㎛ 내지 약 2500㎛의 범위인 제품.
  45. (i) 초합금 기재;
    (ii) 상기 기재상의 납땜용 물질 층; 및
    (iii) 밀집화 제 1 결합 피막, 상기 밀집화 피막 상의 해면상 제 2 결합 피막, 및 상기 제 2 결합 피막상의 지르코니아계 열 차폐 피막을 포함하는 호일을 포함하되, 상기 제 2 결합 피막이 상호연결된 개구의 개방 망상구조를 포함하는 마이크로조직을 가지고,
    상기 결합 피막이 각각 일반식 MCrAlY(여기서, M은 Fe, Ni, Co 및 이들의 혼합물로 구성된 군중에서 선택됨)를 포함하는 합금 물질로 구성되고,
    상기 납땜용 물질이 상기 호일을 상기 기재에 융합시키는 제품.
  46. 제 45 항에 있어서,
    초합금 기재가 터빈 엔진의 구성 요소인 제품.
KR1020000057913A 1999-10-04 2000-10-02 금속 기재상에 결합 피막 및 열 차폐 피막을 도포하는방법, 및 관련 제품 KR100821393B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/411,222 1999-10-04
US09/411,222 US6387527B1 (en) 1999-10-04 1999-10-04 Method of applying a bond coating and a thermal barrier coating on a metal substrate, and related articles
US9/411,222 1999-10-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010039976A true KR20010039976A (ko) 2001-05-15
KR100821393B1 KR100821393B1 (ko) 2008-04-10

Family

ID=23628077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020000057913A KR100821393B1 (ko) 1999-10-04 2000-10-02 금속 기재상에 결합 피막 및 열 차폐 피막을 도포하는방법, 및 관련 제품

Country Status (4)

Country Link
US (2) US6387527B1 (ko)
EP (1) EP1091020A1 (ko)
JP (1) JP2001179431A (ko)
KR (1) KR100821393B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100505534B1 (ko) * 2002-05-27 2005-08-03 주식회사 스펙 미세유로를 가지는 금속재 박판의 제작 및 도금 또는증착층을 이용한 브레이징 접합 방법
KR101156135B1 (ko) * 2009-04-28 2012-06-20 한양대학교 산학협력단 우수한 내산화막을 갖춘 내열 초합금 및 그 제조방법

Families Citing this family (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6302318B1 (en) * 1999-06-29 2001-10-16 General Electric Company Method of providing wear-resistant coatings, and related articles
US6387527B1 (en) * 1999-10-04 2002-05-14 General Electric Company Method of applying a bond coating and a thermal barrier coating on a metal substrate, and related articles
US6497758B1 (en) * 2000-07-12 2002-12-24 General Electric Company Method for applying a high-temperature bond coat on a metal substrate, and related compositions and articles
US6612480B1 (en) * 2000-11-21 2003-09-02 C.A. Patents, L.L.C. Method of forming preforms for metal repairs
DE10131362A1 (de) 2001-06-28 2003-01-09 Alstom Switzerland Ltd Verfahren zur Herstellung einer räumlich geformten, folienartig ausgebildeten Trägerschicht aus sprödhartem Material
US6921014B2 (en) * 2002-05-07 2005-07-26 General Electric Company Method for forming a channel on the surface of a metal substrate
US20040056071A1 (en) * 2002-09-25 2004-03-25 Honeywell International, Inc. Adhesive laminated braze sheet
US6843406B2 (en) * 2002-09-27 2005-01-18 Battelle Memorial Institute Gas-tight metal/ceramic or metal/metal seals for applications in high temperature electrochemical devices and method of making
US6910620B2 (en) * 2002-10-15 2005-06-28 General Electric Company Method for providing turbulation on the inner surface of holes in an article, and related articles
US6933061B2 (en) 2002-12-12 2005-08-23 General Electric Company Thermal barrier coating protected by thermally glazed layer and method for preparing same
FR2848487B1 (fr) * 2002-12-13 2006-01-21 Snecma Moteurs Procede pour realiser un revetement sur un article et/ou d'un substrat metallique, un tel revetement, un tel article et/ou substrat metallique et une came formant un tel article
US6921582B2 (en) * 2002-12-23 2005-07-26 General Electric Company Oxidation-resistant coatings bonded to metal substrates, and related articles and processes
US6924002B2 (en) * 2003-02-24 2005-08-02 General Electric Company Coating and coating process incorporating raised surface features for an air-cooled surface
US20050067061A1 (en) * 2003-09-26 2005-03-31 General Electric Company Nickel-based braze alloy compositions and related processes and articles
US7509735B2 (en) * 2004-04-22 2009-03-31 Siemens Energy, Inc. In-frame repairing system of gas turbine components
EP1591561A1 (de) * 2004-04-28 2005-11-02 ALSTOM (Switzerland) Ltd Verfahren zum Aufbringen einer schützenden Beschichtung auf ein thermisch beanspruchtes Bauteil
FR2870858B1 (fr) * 2004-05-28 2007-04-06 Snecma Moteurs Sa Procede de fabrication ou de reparation d'un revetement sur un substrat metallique
US7371428B2 (en) * 2005-11-28 2008-05-13 Howmet Corporation Duplex gas phase coating
US7309512B2 (en) * 2006-04-04 2007-12-18 Siemens Power Generation, Inc. Method of repairing an article having a bondcoat and a topcoat
US20080011813A1 (en) * 2006-07-17 2008-01-17 David Vincent Bucci Repair process for coated articles
US20100237134A1 (en) * 2006-07-17 2010-09-23 David Vincent Bucci Repair process for coated articles
US20080028605A1 (en) * 2006-07-28 2008-02-07 Lutz Andrew J Weld repair of metallic components
DE102006039380A1 (de) * 2006-08-22 2008-03-06 Bayerische Motoren Werke Ag Gleitlager für die Kurbelwelle oder die Nockenwelle eines Verbrennungsmotors
US7749570B2 (en) 2006-12-20 2010-07-06 General Electric Company Method for depositing a platinum-group-containing layer on a substrate
WO2008154940A1 (de) * 2007-06-19 2008-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur reparatur eines bereichs einer wärmedämmschicht
US8147982B2 (en) 2007-12-19 2012-04-03 United Technologies Corporation Porous protective coating for turbine engine components
US20090191422A1 (en) * 2008-01-30 2009-07-30 United Technologies Corporation Cathodic ARC deposition coatings for turbine engine components
US8471168B2 (en) * 2008-06-19 2013-06-25 General Electric Company Methods of treating metal articles and articles made therefrom
US8365405B2 (en) 2008-08-27 2013-02-05 United Technologies Corp. Preforms and related methods for repairing abradable seals of gas turbine engines
GB0816257D0 (en) * 2008-09-08 2008-10-15 Rolls Royce Plc A method of repairing a coating on an article
US8047771B2 (en) * 2008-11-17 2011-11-01 Honeywell International Inc. Turbine nozzles and methods of manufacturing the same
US20100154734A1 (en) * 2008-12-19 2010-06-24 Sebright Jason L Method of making a coated article
CH700774A1 (de) 2009-03-31 2010-10-15 Alstom Technology Ltd Doppellotelement, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendungen desselben.
US8573949B2 (en) * 2009-09-30 2013-11-05 General Electric Company Method and system for focused energy brazing
US20120231295A1 (en) * 2011-03-08 2012-09-13 General Electric Company Method of fabricating a component and a component
US9737933B2 (en) * 2012-09-28 2017-08-22 General Electric Company Process of fabricating a shield and process of preparing a component
US9776282B2 (en) 2012-10-08 2017-10-03 Siemens Energy, Inc. Laser additive manufacture of three-dimensional components containing multiple materials formed as integrated systems
US8960525B2 (en) * 2013-01-31 2015-02-24 General Electric Company Brazing process and plate assembly
EP3096920A4 (en) * 2014-01-24 2017-03-01 United Technologies Corporation Additive repair for combustor liner panels
US8939706B1 (en) 2014-02-25 2015-01-27 Siemens Energy, Inc. Turbine abradable layer with progressive wear zone having a frangible or pixelated nib surface
WO2016133987A2 (en) 2015-02-18 2016-08-25 Siemens Aktiengesellschaft Forming cooling passages in combustion turbine superalloy castings
US9243511B2 (en) 2014-02-25 2016-01-26 Siemens Aktiengesellschaft Turbine abradable layer with zig zag groove pattern
EP3111055A2 (en) 2014-02-25 2017-01-04 Siemens Aktiengesellschaft Turbine component thermal barrier coating with depth-varying material properties
US9151175B2 (en) 2014-02-25 2015-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Turbine abradable layer with progressive wear zone multi level ridge arrays
US9970307B2 (en) 2014-03-19 2018-05-15 Honeywell International Inc. Turbine nozzles with slip joints impregnated by oxidation-resistant sealing material and methods for the production thereof
GB2529608B (en) * 2014-06-10 2018-07-18 Monitor Coatings Ltd A method of coating a sheet of steel
US10000851B2 (en) 2014-10-21 2018-06-19 United Technologies Corporation Cold spray manufacturing of MAXMET composites
WO2016133583A1 (en) 2015-02-18 2016-08-25 Siemens Aktiengesellschaft Turbine shroud with abradable layer having ridges with holes
FR3032976B1 (fr) * 2015-02-23 2017-03-17 Snecma Procede de depot local de metal precieux
US10052724B2 (en) * 2016-03-02 2018-08-21 General Electric Company Braze composition, brazing process, and brazed article
US20190329355A1 (en) * 2018-04-27 2019-10-31 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Method for Fabricating Seal-Free Multi-Metallic Thrust Chamber Liner
US11471984B2 (en) 2018-06-28 2022-10-18 Scandium International Mining Corporation Control of recrystallization in cold-rolled AlMn(Mg)ScZr sheets for brazing applications
JP7242867B2 (ja) * 2018-12-29 2023-03-20 昆明理工大学 超合金及びその製造方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3293072A (en) 1961-06-29 1966-12-20 Vitta Corp Ceramic-metallizing tape
US3490116A (en) 1967-05-09 1970-01-20 Coast Metals Inc Manufacture of brazing alloys in strip form or the like
US3876447A (en) 1973-06-22 1975-04-08 Trw Inc Method of applying hard-facing materials
US4152223A (en) * 1977-07-13 1979-05-01 United Technologies Corporation Plasma sprayed MCrAlY coating and coating method
FR2564350B1 (fr) 1984-05-17 1987-11-20 Snecma Procede de reparation par diffusion
US4665383A (en) 1985-04-22 1987-05-12 Firecom, Inc. Security system with monitoring and warning circuits
US4726101A (en) 1986-09-25 1988-02-23 United Technologies Corporation Turbine vane nozzle reclassification
DE3638088A1 (de) 1986-11-07 1988-05-19 Bernd Retter Verfahren und vorrichtung zum beschichten von verschleissflaechen sowie nach dem verfahren erstellte verschleissflaechen
US4842953A (en) * 1986-11-28 1989-06-27 General Electric Company Abradable article, and powder and method for making
US5464699A (en) * 1988-04-18 1995-11-07 Alloy Surfaces Co. Inc. Pyrophoric materials and methods for making the same
CH674650A5 (en) 1988-04-28 1990-06-29 Castolin Sa Heat-treating coated surfaces - with high energy beam and pre- or post-heat treatment using induction heating devices to prevent cracking in high hardness alloys
DE3930859C2 (de) 1988-09-20 1997-04-30 Schulz Harder Juergen Verfahren zum Verlöten wenigstens zweier Elemente
JPH0653934B2 (ja) * 1989-05-15 1994-07-20 川崎重工業株式会社 遮熱皮膜の製造方法
JPH0653934A (ja) * 1992-07-29 1994-02-25 Nec Corp 携帯用入出力装置
JPH06122567A (ja) * 1992-10-14 1994-05-06 Nippon Cement Co Ltd セラミックスと金属との接合方法
US6004683A (en) 1992-11-04 1999-12-21 C. A. Patents, L.L.C. Plural layered metal repair tape
EP0673292B1 (en) 1992-11-04 2002-08-21 Coating Applications, Inc. Method of repairing the surface of a superalloy part
US5549927A (en) 1994-03-01 1996-08-27 Modine Manufacturing Company Modified substrate surface and method
US5683825A (en) * 1996-01-02 1997-11-04 General Electric Company Thermal barrier coating resistant to erosion and impact by particulate matter
DE59607689D1 (de) 1996-12-03 2001-10-18 Mtu Aero Engines Gmbh Bauteil mit bereichsweiser Beschichtung und Herstellungsverfahren
JP3839939B2 (ja) * 1997-11-19 2006-11-01 株式会社東芝 コーティング端部構造
US5935407A (en) * 1997-11-06 1999-08-10 Chromalloy Gas Turbine Corporation Method for producing abrasive tips for gas turbine blades
US6468669B1 (en) 1999-05-03 2002-10-22 General Electric Company Article having turbulation and method of providing turbulation on an article
US6302318B1 (en) 1999-06-29 2001-10-16 General Electric Company Method of providing wear-resistant coatings, and related articles
US6387527B1 (en) * 1999-10-04 2002-05-14 General Electric Company Method of applying a bond coating and a thermal barrier coating on a metal substrate, and related articles

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100505534B1 (ko) * 2002-05-27 2005-08-03 주식회사 스펙 미세유로를 가지는 금속재 박판의 제작 및 도금 또는증착층을 이용한 브레이징 접합 방법
KR101156135B1 (ko) * 2009-04-28 2012-06-20 한양대학교 산학협력단 우수한 내산화막을 갖춘 내열 초합금 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US6387527B1 (en) 2002-05-14
KR100821393B1 (ko) 2008-04-10
US20020102409A1 (en) 2002-08-01
JP2001179431A (ja) 2001-07-03
US6637643B2 (en) 2003-10-28
EP1091020A1 (en) 2001-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100821393B1 (ko) 금속 기재상에 결합 피막 및 열 차폐 피막을 도포하는방법, 및 관련 제품
US6302318B1 (en) Method of providing wear-resistant coatings, and related articles
US6355356B1 (en) Coating system for providing environmental protection to a metal substrate, and related processes
US6541075B2 (en) Method for forming a thermal barrier coating system
US4530885A (en) Nickel or cobalt alloy composite
US7709057B2 (en) Method for masking selected regions of a substrate
US20080011813A1 (en) Repair process for coated articles
KR101519131B1 (ko) 금속 합금 조성물 및 이를 포함하는 제품
EP1881154B1 (en) Repair process for coated articles
EP1788108B1 (en) Method for coating metals
US20060141160A1 (en) Oxidation-resistant coatings bonded to metal substrates, and related articles and processes
GB2107349A (en) Superalloy coating compositions
US9023423B2 (en) Method of deposition of metallic coatings using atomized spray
US20140220375A1 (en) Method for forming a protective coating with enhanced adhesion between layers
JPH06306640A (ja) 高温被曝材料
JP2934599B2 (ja) 高温耐食性複合表面処理方法
JPH0739635B2 (ja) 熱障壁被膜系によって保護されている物品のアルミニウム化処理
US6656605B1 (en) Low-sulfur article coated with a platinum-group metal and a ceramic layer, and its preparation
Mom et al. Corrosion and Corrosion Control in Gas Turbines: Part II—The Turbine Section

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee