(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械構成要素の表面を処理する方法を提供する。【解決手段】ターボ機械構成要素の基材１０２を処理する方法は、ターボ機械構成要素の基材１０２の表面１００にコーティング１０４を適用することと、表面１００にコーティング１０４を適用した後、コーティング１０４に対するピーニング力がコーティング１０４を通して基材１０２に伝達されるようにコーティング１０４上にピーニング力を向けることによって基材１０２をピーニングすることとを含む。ターボ機械構成要素の内部表面１００を処理する方法は、ターボ機械構成要素の冷却通路内の内部表面１００にピーニング力を向けることを含む。【選択図】図４
2020143668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械構成要素の基材（１０２）を処理する方法（２００、３００）であって、
前記ターボ機械構成要素の前記基材（１０２）の表面（１００）にコーティング（１０４）を適用すること（２０２）と、
前記表面（１００）に前記コーティング（１０４）を適用した後、前記コーティング（１０４）に対するピーニング力が前記コーティング（１０４）を通して前記基材（１０２）に伝達されるように前記コーティング（１０４）上に前記ピーニング力を向けることによって前記基材（１０２）をピーニングすること（２０４）と
を含む、方法（２００、３００）。
【請求項２】
前記ターボ機械構成要素は、中空であり、前記表面（１００）は、内部表面（１００）である、請求項１に記載の方法（２００、３００）。
【請求項３】
前記ターボ機械構成要素は、ロータブレード（２８）であり、前記表面（１００）は、前記ロータブレード（２８）の冷却通路（５６）の内部表面（１００）である、請求項１に記載の方法（２００、３００）。
【請求項４】
前記ロータブレード（２８）は、シャンク部分（３６）と、翼形部部分（４０）とを備え、前記冷却通路（５６）は、前記シャンク部分（３６）および前記翼形部部分（４０）内に延び、前記ピーニング力は、前記コーティング（１０４）に対するピーニング媒体の衝撃力であり、前記方法（２００、３００）は、前記冷却通路（５６）の前記内部表面（１００）をピーニングする前に前記冷却通路（５６）内にマスク（１１０）を適用することをさらに含み、それにより前記ピーニング媒体は、前記マスク（１１０）によって、ピーニング中に前記ロータブレード（２８）の前記翼形部部分（４０）内の前記冷却通路（５６）の一部に入るのを妨げられる、請求項３に記載の方法（２００、３００）。
【請求項５】
ピーニング後に前記マスク（１１０）を除去することをさらに含む、請求項４に記載の方法（２００、３００）。
【請求項６】
前記基材（１０２）をピーニングすること（２０４）は、ランスを使用して前記基材（１０２）をショットピーニングし、前記コーティング（１０４）上にピーニング媒体を向けることを含む、請求項１に記載の方法（２００、３００）。
【請求項７】
前記コーティング（１０４）を適用すること（２０２）は、前記基材（１０２）を加熱することを含む、請求項１に記載の方法（２００、３００）。
【請求項８】
前記コーティング（１０４）を適用すること（２０２）は、アルミナイド材料を前記基材（１０２）に適用し、拡散アルミナイドコーティング（１０４）を形成することを含む、請求項１に記載の方法（２００、３００）。
【請求項９】
前記コーティング（１０４）を適用すること（２０２）は、化学気相成長によって前記コーティング（１０４）を適用することを含む、請求項１に記載の方法（２００、３００）。
【請求項１０】
ターボ機械構成要素を処理する方法（２００、３００）であって、
前記ターボ機械構成要素の冷却通路（５６）の内部表面（１００）にピーニング力を向けること
を含む、方法（２００、３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、ターボ機械構成要素の表面を処理する方法に関する。特に、本開示は、ターボ機械構成要素の内部表面などのコーティングされた表面をピーニングする方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
タービンシステムは、発電などの分野において広く利用されている。例えば、従来のガスタービンは、圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、少なくとも１つのタービンセクションとを含む。圧縮機セクションは、空気が圧縮機セクションを通って流れるときに空気を圧縮するように構成される。次いで、空気は圧縮機セクションから燃焼器セクションに流れ、そこで燃料と混合されて燃焼し、高温ガス流を生成する。高温ガス流はタービンセクションに提供され、タービンセクションは、高温ガス流からエネルギーを抽出して圧縮機、発電機、および他の様々な負荷に動力を供給することによって高温ガス流を利用する。
【０００３】
タービンシステムまたはターボ機械の動作中、ターボ機械の様々な構成要素は、様々な形態の摩耗に耐える。このような摩耗は、個々の構成要素およびターボ機械一般の損傷および／または故障につながる可能性がある。ターボ機械の動作中に回転するロータ構成要素は、特に摩耗しやすくなっている。例えば、現在のロータ構成要素は、約１５０，０００時間動作し、約５，０００回起動すると予想され得る。さらに、多くの場合、ロータ構成要素上など、構成要素上の特定の摩耗に敏感な場所は、他の場所よりも早く摩耗する傾向があり得る。これらの摩耗に敏感な場所は、関連するロータ構成要素の寿命を制限する可能性がある。
【０００４】
ターボ機械構成要素、特にロータ構成要素の摩耗特性を修正しようとするために、様々な技法が使用されてきた。例えば、粉末パック堆積技法は、ロータ構成要素の外部表面をコーティングするために利用されてきた。しかし、そのような技法は、現場でのサービス修理中に実行するのが困難であり、構成要素の歪みの問題を引き起こす。さらに、コーティングは比較的脆いものであり得、交換および／または修理に費用がかかる可能性がある。
【０００５】
ターボ機械構成要素の摩耗特性を修正しようとするために使用されてきた別の技法は、ピーニングである。ピーニングは、ターボ機械構成要素の金属材料など、金属の材料性質を改善するために使用することができるプロセスである。通常、ハンマーブローなどの機械的手段またはショットブラスト（例えば、ショットピーニング）によって生成されるピーニング衝撃は、金属表面を塑性変形させ、表面以下の残留圧縮応力および内部の引張応力を生じさせる。金属表面の圧縮応力により、金属の疲労および亀裂成長に対する金属の耐性が向上する。
【０００６】
これまで、コーティングとピーニングの両方の技法を組み合わせようとする試みは、限られた成功しか収めていなかった。例えば、上述のように、コーティング材料は比較的脆いものであり得、それによりコーティング材料が構成要素から剥がれ落ちるなど、ピーニング中の衝撃力がコーティングを損なったり損傷したりする可能性がある。別の例として、一部のコーティング材料は、ピーニングするには延性が高すぎる場合がある。そのような延性コーティング材料は、ピーニング中の衝撃力に抵抗し得るが、そのような力を構成要素自体に伝達せず、構成要素の有益な残留応力の形成を防止または阻害する可能性もある。さらに別の例として、ピーニング後にコーティングを適用すると、ピーニングの効果の一部またはすべてが無効になる場合がある。例えば、コーティング適用プロセスからの熱は、ピーニングからの残留応力を緩和し得る。
【０００７】
したがって、当技術分野では、コーティングとピーニングの両方を使用して構成要素を処理することを可能にする改善された方法が望まれている。
【発明の概要】
【０００８】
本技術の態様および利点は、以下の説明において後述され、またはその説明から明らかになり、または本技術の実施により学ぶことができる。
【０００９】
１つの例示的な実施形態によれば、ターボ機械構成要素の基材を処理する方法が提供される。方法は、ターボ機械構成要素の基材の表面にコーティングを適用することと、表面にコーティングを適用した後、コーティングに対するピーニング力がコーティングを通して基材に伝達されるようにコーティング上にピーニング力を向けることによって基材をピーニングすることとを含む。
【００１０】
別の例示的な実施形態によれば、ターボ機械構成要素を処理する方法が提供される。方法は、ターボ機械構成要素の冷却通路の内部表面にピーニング力を向けることを含む。
【００１１】
さらに別の例示的な実施形態によれば、ターボ機械構成要素が提供される。ターボ機械構成要素は、基材と、基材上の拡散アルミナイドコーティングとを含む。基材は、ピーニングによる残留圧縮応力を表す。
【００１２】
当業者であれば、本明細書の検討において、このような実施形態の特徴および態様などをよりよく理解するであろう。
【００１３】
本実施形態の完全かつ実施可能な開示は、その最良の形態の当業者に対する開示を含めて、以下の添付の図の参照を含む、本明細書の以降の部分でより詳細に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の１つまたは複数の実施形態による、１つまたは複数の処理された構成要素を組み込むことができる例示的なガスタービンの機能図である。
【図２】本開示の様々な実施形態を組み込むことができる例示的なロータブレードの部分切り欠き斜視図である。
【図３】マスクがその冷却通路内に適用されている、図２の例示的なロータブレードの別の図である。
【図４】本開示の１つまたは複数の実施形態による、基材および基材上のコーティングの拡大断面図である。
【図５】本開示の１つまたは複数の追加の実施形態による、基材および基材上のコーティングの拡大断面図である。
【図６】本開示の１つまたは複数の例示的な実施形態による、ターボ機械構成要素を処理する例示的な方法を示すフローチャートである。
【図７】本開示の１つまたは複数の追加の例示的な実施形態による、ターボ機械構成要素を処理する別の例示的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、様々な実施形態について詳しく説明するが、その１つまたは複数の例が、添付の図面に示されている。詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を使用する。図面および説明の中で同じまたは類似の符号は、同じまたは類似の部品を参照するために使用されている。本明細書で使用する場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の場所または重要性を意味することは意図されていない。「上流」または「前方」、および「下流」または「後方」という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は、流体が流れてくる方向を指し、「下流」は、流体が流れていく方向を指す。「半径方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対的な方向を指し、「軸方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な相対的な方向を指す。
【００１６】
「含む」および「含んでいる」という用語は、本明細書で使用する場合、「備えている」という用語と同様に包括的であることを意図している。同様に、「または」という用語は、一般に、包括的であることを意図している（すなわち、「ＡまたはＢ」は、「ＡまたはＢまたは両方」を意味することを意図している）。さらに、本明細書で使用する場合、「約」、「一般に」、「実質的に」、または「ほぼ」などの近似の用語は、誤差の１０パーセントの範囲内であることを指すことを理解されたい。角度または方向の文脈で使用されるとき、そのような用語は、記載された角度または方向よりも１０度大きいまたは小さい範囲を含む。例えば、「一般に垂直」は、任意の方向、例えば、時計回りまたは反時計回りの垂直から１０度の範囲内の方向を含む。
【００１７】
各例は、限定ではなく、説明のために提供される。実際、本実施形態の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変形が本実施形態において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施形態で使用し、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本実施形態は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正および変形を包含することが意図されている。例示的な実施形態は、説明の目的で陸上発電用ガスタービンに関連して一般的に説明されるが、当業者であれば、実施形態が蒸気タービン、船舶用ガスタービン、または航空機用ガスタービンなどの任意のタイプのターボ機械に適用することができ、特許請求の範囲に具体的に記載されていない限り、実施形態が陸上発電用ガスタービン構成要素に限定されないことが容易に理解されよう。
【００１８】
ここで図面を参照すると、図１は、ガスタービン１０の一実施形態の概略図を示している。ガスタービン１０は、一般に、入口セクション１２と、入口セクション１２の下流に配置された圧縮機セクション１４と、圧縮機セクション１４の下流に配置された燃焼器セクション１６内の複数の燃焼器（図示せず）と、燃焼器セクション１６の下流に配置されたタービンセクション１８と、タービンセクション１８の下流に配置された排気セクション２０とを含む。加えて、ガスタービン１０は、圧縮機セクション１４とタービンセクション１８との間に結合された１つまたは複数のシャフト２２を含むことができる。
【００１９】
タービンセクション１８は、一般に、複数のロータディスク２６（そのうちの１つが示されている）を有するロータシャフト２４と、各ロータディスク２６から半径方向外向きに延び、各ロータディスク２６に相互接続されている複数のロータブレード２８とを含むことができる。次に各ロータディスク２６は、タービンセクション１８を通って延びるロータシャフト２４の一部に結合されてもよい。タービンセクション１８は、ロータシャフト２４およびロータブレード２８を円周方向に取り囲む外側ケーシング３０をさらに含み、それによってタービンセクション１８を通る高温ガス経路３２を少なくとも部分的に画定する。
【００２０】
動作中、空気などの作動流体が入口セクション１２を通って圧縮機セクション１４に流入し、ここで空気が徐々に圧縮され、それにより加圧空気を燃焼セクション１６の燃焼器に提供する。加圧空気は、燃料と混合され、各燃焼器内で燃焼されて高温の燃焼ガス３４を発生する。高温の燃焼ガス３４は、高温ガス経路３２を通って燃焼器セクション１６からタービンセクション１８に流れ、ここでエネルギー（運動および／または熱）が高温ガス３４からロータブレード２８に伝達されることにより、ロータシャフト２４が回転する。次いで、機械的回転エネルギーを使用して、例えば、圧縮機セクション１４に動力を供給し、発電を行うことができる。タービンセクション１８を出る高温の燃焼ガス３４はその後、排気セクション２０を介してガスタービン１０から排出され得る。
【００２１】
本開示は、ターボ機械構成要素およびそのような構成要素を処理する方法、例えば、ターボ機械構成要素の内部表面を処理する方法を含む。例えば、ターボ機械構成要素は、ロータブレード２８であってもよい。図２および図３は、本発明の１つまたは複数の実施形態による、例示的なロータブレード２８の斜視図である。図２および図３に示すように、ロータブレード２８は、一般に、取付本体３８を有する取付またはシャンク部分３６と、実質的に平坦なプラットフォーム４２から実質的に半径方向外向きに延びる翼形部４０とを含む。プラットフォーム４２は、一般に、タービンセクション１８（図１）の高温ガス経路３２を通って流れる高温の燃焼ガス３４のための半径方向内向きの境界として機能する。図２および図３に示すように、取付またはシャンク部分３６の取付本体３８は、プラットフォーム４２から半径方向内向きに延びることができ、ロータブレード２８をロータディスク２６（図１）に相互接続または固定するように構成された、ダブテールなどの根元構造を含むことができる。
【００２２】
翼形部４０は、正圧側壁４４と、対向する負圧側壁４６とを含む。正圧側壁４４および負圧側壁４６は、翼形部４０とプラットフォーム４２との間の交差部に画定され得る翼形部４０の根元４８から翼形部４０の先端５０にわたって、プラットフォーム４２から実質的に半径方向外向きに延びる。翼形部４０は、翼形部４０の前縁５２と、前縁５２の下流の後縁５４との間に延びる。正圧側壁４４は、一般に、翼形部４０の空気力学的な凹状の外部表面を備える。同様に、負圧側壁４６は、一般に、翼形部４０の空気力学的な凸状の外部表面を画定することができる。先端５０は、根元４８の半径方向反対側に配置される。このように、先端５０は、一般に、ロータブレード２８の半径方向最外部分を画定することができ、したがって、ガスタービン１０の静止シュラウドまたはシール（図示せず）に隣接して位置決めされるように構成することができる。先端５０は、先端キャビティ６６を含むことができる。
【００２３】
図２および図３に示すように、ロータブレード２８は、少なくとも部分的に中空であってもよく、例えば、複数の冷却通路５６（図２および図３に部分的に破線で示す）は、翼形部４０内で外接しており、冷却剤５８（図２）を翼形部４０を通して正圧側壁４４と負圧側壁４６との間に送り、それにより対流冷却を提供することができる。冷却剤５８は、圧縮機セクション１４（図１）からの圧縮空気の一部および／または翼形部４０を冷却するための蒸気もしくは任意の他の適切なガスもしくは他の流体を含むことができる。１つまたは複数の冷却通路入口６０は、ロータブレード２８に沿って配置される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の冷却通路入口６０は、取付本体３８内に、取付本体３８に沿って、または取付本体３８によって形成される。冷却通路入口６０は、少なくとも１つの対応する冷却通路５６と流体連通している。複数の冷却剤出口６４は、先端キャビティ６６と流体連通し得る。各冷却通路５６は、冷却剤出口６４の少なくとも１つと流体連通している。いくつかの実施形態では、先端キャビティ６６は、正圧側先端レール６８および負圧側先端レール７０によって少なくとも部分的に取り囲まれてもよい。
【００２４】
図２および図３に見られるように、冷却通路５６は、シャンク部分３６および翼形部部分４０の各々の中に延びる。例えば、冷却通路５６は、シャンク部分３６と翼形部部分４０との間に、例えば、シャンク部分３６の１つまたは複数の冷却通路入口６０から翼形部部分４０の先端５０の少なくとも１つの冷却剤出口６４になど、シャンク部分３６から翼形部部分４０に延びることができる。したがって、各冷却通路５６は、シャンク部分３６内に第１のまたは半径方向内側部分５５と、ロータブレード２８の翼形部部分４０内に第２のまたは半径方向外側部分５７とを含むことができる。
【００２５】
図３に最もよく見られるように、冷却通路５６は、複数の内部表面１００を含むことができる。以下により詳細に説明されるように、そのような内部表面１００は、内部表面１００にコーティングを適用することおよび／または内部表面１００をピーニングすることなどによって処理され得る。
【００２６】
いくつかの実施形態では、例えば図４に示されるように、ロータブレード２８は、基材１０２を含むことができ、内部表面１００は、基材１０２の表面とすることができる。図４に示すように、コーティング１０４は、基材１０２の内部表面１００上など、基材１０２に適用されてもよい。コーティング１０４は、例えば、パックセメンテーションなどの化学気相成長技法を使用して適用することができる拡散アルミナイドコーティングであってもよい。また、図４に見られるように、構成要素、例えば、ロータブレード２８は、ピーニングされてもよい。当業者によって一般に理解されるように、ピーニングは、ワークピースまたは構成要素、例えば、ロータブレード２８上にピーニング媒体からの衝撃力などのピーニング力を向けるまたは衝突させることを含む。ピーニングは、一般に、力を構成要素に加えて構成要素を塑性変形させ、構成要素の所望の場所または領域に圧縮応力降伏を生じさせる。塑性変形により、構成要素の表面、例えば、表面１００にひずみ硬化および圧縮残留応力が生じる。例えば、ピーニングは、ショットピーニングを含む場合があり、ピーニング力は、ショットなどのピーニング媒体、例えば、丸い一般的に球状の金属球の衝撃力である。他の例では、ピーニングは、そのような媒体を使用せずに力を加える場合がある。
【００２７】
ピーニング媒体の衝撃により、構成要素の表面にわずかな窪みの列が形成され得る。例えば、図４は、ピーニング媒体がコーティング１０４上に向けられ、コーティング１０４に窪み１０６を形成している構成要素の一部を示している。説明の目的で図４に示すように、窪み１０６は、球状の球を含むショットピーニング媒体によって形成され得るような半球形である。しかし、窪み１０６のこの形状は、説明のみを目的として描かれており、窪み１０６のスケールは、説明を明確にするために誇張されている場合がある。実際には、窪み１０６は、例えば、コーティング１０４の厚さに対して相対的に小さくてもよく、球体の半分未満の球体の部分を含む丸い形状または例えば、線形または多面的な形状を含む他の形状など、異なる形状を含んでもよい。
【００２８】
コーティング１０４に対するピーニング媒体の衝撃は、コーティング１０４を通して基材１０２に伝達され得る。例えば、図４に示すように、窪み１０８の列は、コーティング１０４上のピーニングの結果として基材１０２に形成することができる。したがって、基材１０２は、ピーニングによる残留圧縮応力を表し得る。ピーニングによる残留応力は、窪み１０８などの構造的特徴によって表される場合があり、または別の例として、ピーニングによる残留圧縮応力は、例えば、基材１０２が金属材料である場合、基材の結晶格子内の粒子の方位差によって基材に示される場合がある。そのような粒子の方位差は、例えば、電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）などの構成要素の顕微鏡検査によって特定することができる。窪み１０６と同様に、図４に描かれる窪み１０８は、説明のみを目的として示されており、実際にはサイズおよび／または形状が異なる場合がある。
【００２９】
いくつかの実施形態では、例えば図５に示されるように、コーティング１０４および／または基材１０２は、ピーニングの容易に観察可能なマクロスケール効果を表さない場合があり、例えば、図４に描かれる窪み１０６および／または１０８は、存在しない場合がある。例えば、上述のように、構成要素は、ピーニング媒体を使用せずにピーニングすることができる。本開示に従って使用され得る追加の例示的なピーニングプロセスは、限定はしないが、水キャビテーションピーニング、爆発成形、およびレーザピーニングを含む。そのような実施形態では、例えば、レーザまたはキャビテーション水などからのピーニング力は、コーティング１０４を通してより広く、例えば、より広い領域にわたって基材１０２に伝達され得、その結果、窪み１０６および１０８などの個別の局所的な表面変形が存在しないことがある。そのような表面特徴が存在しない場合、構成要素は、ピーニングによる残留応力を示すとは予想され得ない。例えば、構成要素は、例えば肉眼での初期観察では、残留応力またはピーニングの他の効果を表すように現れない可能性がある。しかし、そのような場合、基材１０２は、窪み１０６および／または１０８が存在しない場合、または最小限の窪みが存在する場合でも、上述のように、例えば、基材の結晶格子内の粒子の方位差により、ピーニングによる残留圧縮応力を表し得る。そのような粒子の方位差は、例えば、電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）などの構成要素の顕微鏡検査によって特定することができる。例えば、粒子の方位差は、表面１００に近接した基材１０２の衝撃ゾーン１１２内で観察可能であってもよい。
【００３０】
様々な実施形態において、本開示は、ターボ機械構成要素の基材を処理するなど、ターボ機械構成要素を処理する１つまたは複数の方法を含むことができる。そのような方法の例は、図６および図７のフロー図によって示されている。
【００３１】
例えば、図６は、ターボ機械構成要素の基材を処理する方法２００を示している。方法２００は、ターボ機械構成要素の基材の表面にコーティングを適用するコーティングステップ２０２を含む。いくつかの実施形態では、ステップ２０２におけるコーティングおよび基材は、例えば、図４または図５に示され上述したコーティング１０４および基材１０２であってもよい。
【００３２】
例えば、基材は、ロータブレード２８などのターボ機械構成要素の基材であってもよく、構成要素は、中空であってもよく、例えば、冷却通路５６などの１つまたは複数の内部キャビティを含んでもよい。そのような実施形態では、表面は、内部表面、例えば、図３に示す冷却通路の内部表面１００であってもよい。
【００３３】
図６に示すように、方法２００は、コーティングステップ２０２の後にピーニングステップ２０４をさらに含むことができる。ピーニングステップ２０４は、コーティングに対するピーニング力がコーティングを通して基材に伝達されるようにコーティング上にピーニング力、例えば、ピーニング媒体の衝撃力を向けることを含むことができる。理解されるように、コーティング、例えば、図４または図５のコーティング１０４を通してピーニング力を伝達するために、コーティングは、ピーニングエネルギー、例えば、ピーニング媒体の衝撃力が基材に有益な圧縮応力を誘発することなくコーティングによって吸収されるほど延性が高くなく、ピーニング中のコーティングへの損傷、例えば、スポーリングを回避または最小限に抑えるのに十分な弾性（例えば、脆くない）である。
【００３４】
図７は、ターボ機械構成要素を処理する別の例示的な方法３００を示している。例えば図７に示されるように、方法３００は、少なくとも１つの内部冷却通路を含む中空のターボ機械構成要素を形成するステップ３０２を含むことができる。いくつかの実施形態では、中空のターボ機械構成要素は、インベストメント鋳造によって形成されてもよい。インベストメント鋳造の特定のステップは、当業者によって理解されている。方法３００は、ターボ機械構成要素の冷却通路の内部表面にピーニング媒体の衝撃力などのピーニング力を向けることを含み得る、ピーニングステップ３０４をさらに含むことができる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、ターボ機械構成要素は、基材を含むことができ、内部表面は、基材の表面とすることができ、方法３００はまた、上述の方法２００のステップ２０２と同様に、内部表面にピーニング力を向ける前にコーティングを内部表面に適用するステップを含むことができる。そのような実施形態では、ピーニング力は、コーティングに対するピーニング力がコーティングを通して基材に伝達されるように、コーティング上に向けられてもよい。
【００３６】
様々な実施形態において、方法２００のピーニングステップ２０４および／または方法３００のピーニングステップ３０４は、ショットピーニングを含むことができ、例えば、ピーニング力は、ピーニング媒体の衝撃力であり得、ピーニング媒体は、ショットを含むことができる。そのような実施形態では、内部表面にピーニング力を向けることは、例えば、内部表面におよびコーティング上にピーニング媒体を向けるためにランスを使用して、内部表面におよびコーティング上にピーニング媒体を向けることを含むことができる。そのようなランスの構造および動作は、当業者によって一般に理解されており、したがって、明確さおよび簡潔さのために、本明細書ではさらに詳細に図示または説明されない。
【００３７】
いくつかの実施形態では、ピーニングの前に内部表面にコーティングを適用することは、アルミナイド材料を内部表面に適用し、基材上に拡散アルミナイドコーティングを形成することを含むことができる。コーティングを適用することはまた、基材を加熱することを含むことができる。例えば、コーティングがアルミナイド材料を含む実施形態では、拡散アルミナイドコーティングは、パックセメンテーションなどの化学気相成長によって形成されてもよい。当業者によって一般に理解されるように、そのような技法は、基材を加熱することを含む。例えば、パックセメンテーションは、摂氏約８００度（８００℃）から摂氏約１２００度（１２００℃）以上の温度に基材を加熱することを含み得る。当業者は、そのような温度が、コーティングの前に実行されるピーニングによる基材の残留応力を緩和し得ることを認識するであろう。したがって、本主題の例示的な実施形態は、コーティングを適用した後に構成要素をピーニングすることを含む。
【００３８】
いくつかの実施形態では、方法２００および／または方法３００は、冷却通路５６の内部表面１００をピーニングする前に冷却通路５６内にマスク１１０（図３）を適用することを含むことができる。マスク１１０は、ロータブレード２８のシャンク部分３６内の冷却通路５６の半径方向内側部分５５と、ロータブレード２８の翼形部部分４０内の半径方向外側部分５７との間に、図３に示されるプラットフォーム４２とほぼ半径方向に整列した場所などに適用されてもよい。例えば、ピーニングがマスク１１０を適所に置いて衝撃力をコーティングおよび／または基材に提供するようなピーニング媒体の使用を含む実施形態では、ピーニング媒体は、マスク１１０によって、ピーニング中にロータブレード２８の翼形部部分４０内の冷却通路５６の半径方向外側部分５７に入るのを妨げられ得る。ピーニング後、マスク１１０は、除去することができる。例えば、いくつかの実施形態では、マスク１１０は、室温加硫シリコーン（ＲＴＶ）またはワックスなど、ピーニング後に注入されてその後除去される、例えば、溶融または焼失され得る材料を含み得る。他の例示的な実施形態では、マスク１１０は、他の方法によって除去されてもよい。例えば、エポキシまたは水溶性ポリマーまたはセラミックを含む、任意の他の適切な材料をマスク１１０に使用することができる。そのような実施形態では、マスク１１０は、マスク１１０を溶解することによって除去することができる。様々な実施形態において、マスク１１０は、媒体を使用しないピーニングプロセス、例えば、上述の水キャビテーションピーニングと組み合わせて使用されてもよく、またはピーニング媒体は、本開示の範囲内の他の変形および特徴の組合せの中で、マスク１１０なしで使用されてもよい。
【００３９】
再び図２および図３を参照すると、図に示されているロータブレード２８は、上述の方法の１つまたは複数に従って処理することができるターボ機械構成要素の一例である。他のターボ機械構成要素もまた、上述の方法の１つまたは複数に従って処理されてもよい。そのような処理の結果として、図４および図５に示され上述した基材１０２などのその基材を含む構成要素は、ピーニングによる残留圧縮応力を表し得る。構成要素は、アルミニウム合金、チタン合金、ニッケル基超合金、鋳鉄、他の鉄合金、および切り欠き、穴、角部、または疲労破壊を起こしやすい他の特徴を有する実質的にあらゆる金属構成要素など、硬化の恩恵を受けることができる任意の材料を含むことができる。例えば、構成要素、例えばロータブレード２８は、超合金材料および／または単結晶材料、例えば、内部粒子境界が最小であるかまたは全くない材料を含んでもよい。例えば、構成要素の基材は、超合金材料および／または単結晶材料を含んでもよい。そのような材料の例は、ＧＴＤ−１１１（商標）、ＧＴＤ−４４４（商標）、ＲＥＮＥ  Ｎ５（登録商標）、Ｒ１０８（商標）、ＩＮＣＯＮＥＬ（商標）７３８、または単結晶Ｎ４およびＮ５などの高性能ニッケル基超合金など、ニッケルまたはコバルト基超合金を含んでもよい。
【００４０】
本明細書は、最良の形態を含め、本技術を開示するために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含め、当業者が本技術を実施することができるように、実施例を使用している。本技術の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、あるいは特許請求の範囲の文言との実質的な相違がない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ガスタービン
１２  入口セクション
１４  圧縮機セクション
１６  燃焼器セクション／燃焼セクション
１８  タービンセクション
２０  排気セクション
２２  シャフト
２４  ロータシャフト
２６  ロータディスク
２８  ロータブレード
３０  外側ケーシング
３２  高温ガス経路
３４  高温の燃焼ガス
３６  シャンク部分
３８  取付本体
４０  翼形部部分／翼形部
４２  プラットフォーム
４４  正圧側壁
４６  負圧側壁
４８  根元
５０  先端
５２  前縁
５４  後縁
５５  半径方向内側部分
５６  冷却通路
５７  半径方向外側部分
５８  冷却剤
６０  冷却通路入口
６４  冷却剤出口
６６  先端キャビティ
６８  正圧側先端レール
７０  負圧側先端レール
１００  内部表面
１０２  基材
１０４  コーティング
１０６  窪み
１０８  窪み
１１０  マスク
１１２  衝撃ゾーン
２００  方法
３００  方法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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2020143668000002.pdf
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