(57)【要約】【課題】三次元積層造形法で基材を形成した後、この基材に熱処理を施しても、耐久性の低下を抑えることができるタービン部品、及びその製造方法を提供する。【解決手段】タービン部品の製造方法では、積層造形法によって合金製の基材を形成する基材形成工程Ｓ１と、基材に対して、ゾルゲル法による封孔処理を施し、基材の表面に酸化金属層を形成する封孔処理工程Ｓ２と、封孔処理後の基材に対して、基材の結晶粒を粗大化させるための熱処理を施す熱処理工程Ｓ３と、を実行する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形法によって合金製の基材を形成する基材形成工程と、
前記基材に対して、ゾルゲル法による封孔処理を施し、前記基材の表面に酸化金属層を形成する封孔処理工程と、
前記封孔処理後の前記基材に対して、前記基材の結晶粒を粗大化させるための熱処理を施す熱処理工程と、
を実行するタービン部品の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のタービン部品の製造方法において、
前記合金は、Ｎｉ基合金又はＣｏ基合金である、
タービン部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のタービン部品の製造方法において、
前記ゾルゲル法で用いるゾルは、有機溶媒と有機金属溶質とを含む、
タービン部品の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のタービン部品の製造方法において、
前記有機金属溶質は、ＳｉとＹＳＺとＡｌとＴｉとのうち、少なくとも一の物質を含む、
タービン部品の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のタービン部品の製造方法において、
前記熱処理後の前記基材に対して、熱間等圧加圧処理を施す熱間等圧加圧処理工程を実行する、
タービン部品の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のタービン部品の製造方法において、
前記熱間等圧加圧処理後の前記基材に対して、溶体化処理又は時効処理を施す工程と、
前記溶体化処理又は時効処理された前記基材の表面のうち、一部の表面から、前記酸化金属層を剥離する剥離工程と、
前記剥離工程後の前記基材の前記一部の表面に、遮熱コーティング層を形成する遮熱コーティング層形成工程と、
を実行し、
前記遮熱コーティング層は、前記剥離工程後の前記基材の前記一部の表面に形成された金属を含むボンドコート層と、前記ボンドコート層の表面に形成された酸化金属製のトップコート層と、を有する、
タービン部品の製造方法。
【請求項７】
合金で形成された基材と、
前記基材の表面の一部に形成されている第一酸化金属層と、
前記基材の表面の他の一部に形成されている金属を含むボンドコート層と、
前記ボンドコート層の表面に形成されている第二酸化金属層と、
を有するタービン部品。
【請求項８】
請求項７に記載のタービン部品において、
前記第一酸化金属層の厚さは、前記第二酸化金属層の厚さの１／１０以下である、
タービン部品。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のタービン部品において、
前記第一酸化金属層は、ＳｉとＹＳＺとＡｌとＴｉとのうち、少なくとも一の物質を含む、
タービン部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン部品、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンを構成する複数の部品のうちで、高温の作動媒体に接する部品は、近年、製品の寸法精度を高めるために、三次元積層造形法で製造する方法が研究されている。
【０００３】
例えば、以下の特許文献１に記載されている製造方法では、三次元積層造形法等により合金製の基材を形成する工程と、この基材の結晶粒を大きくするための熱処理工程と、を実行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２１４９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
三次元積層造形法で基材を形成した後、上記特許文献１に記載のように、この基材に熱処理を施すと、基材に複数の欠陥が生じる。特に、基材の表面で開口する複数の欠陥が生じると、基材の耐久性が低下する可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、三次元積層造形法で基材を形成した後、この基材に熱処理を施しても、耐久性の低下を抑えることができるタービン部品、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一態様のタービン部品の製造方法は、積層造形法によって合金製の基材を形成する基材形成工程と、前記基材に対して、ゾルゲル法による封孔処理を施し、前記基材の表面に酸化金属層を形成する封孔処理工程と、前記封孔処理後の前記基材に対して、該基材の結晶粒を粗大化させるための熱処理を施す熱処理工程と、を実行する。
【０００８】
熱処理を施すと、基材の表面では部分溶融による欠陥が形成されることがある。表面上に開口する欠陥が生じた場合、基材の強度低下につながってしまう。しかしながら、本態様では、ゾルゲル法による封孔処理を行うことで、基材の表面に皮膜が形成され、当該皮膜によって、熱処理前に存在していた基材表面の開口を塞ぐことができる。この結果、本態様では、基材表面で開口している欠陥の発生を抑制することができる。
【０００９】
ここで、前記一態様のタービン部品製造方法において、前記合金は、Ｎｉ基合金又はＣｏ基合金であってもよい。
【００１０】
本態様によれば、より耐久性の高いタービン部品を提供することができる。
【００１１】
また、以上のいずれかの前記態様のタービン部品製造方法において、前記ゾルゲル法で用いるゾルは、有機溶媒と有機金属溶質とを含んでもよい。
【００１２】
本態様によれば、封孔処理を施すと、まず、有機溶媒及び有機金属溶質を含むゾルが基材の表面でゲル化する。このゲルから有機溶媒が蒸発することで、基材の表面に有機金属溶質が保持される。さらに、有機金属溶質として疎水性を示す物質を用いた場合であっても、有機溶媒が介在することで、水と有機金属溶質との親和性が高められ、均質なゾルを得ることができる。
【００１３】
また、以上のいずれかの前記態様のタービン部品製造方法において、前記有機金属溶質は、ＳｉとＹＳＺとＡｌとＴｉとのうち、少なくとも一の物質を含んでもよい。
【００１４】
本態様によれば、有機金属溶質として、ＳｉとＹＳＺとＡｌとＴｉとのうち、少なくとも一の物質が含まれていることから、封孔処理を行った際に、より強固かつ安定的な酸化金属層を形成することができる。
【００１５】
また、以上のいずれかの前記態様のタービン部品製造方法において、前記熱処理後の前記基材に対して、熱間等圧加圧処理を施す熱間等圧加圧処理工程を実行してもよい。
【００１６】
本態様によれば、熱処理時に生じる部分溶融によって基材の内部に欠陥が生じた場合であっても、熱間等圧加圧処理を施すことにより、このような欠陥は圧縮され、消失する。その結果、基材の耐久性をさらに高めることができる。
【００１７】
前記熱間等圧加圧処理工程を実行する前記態様のタービン部品製造方法において、前記熱間等圧加圧処理後の前記基材に対して、溶体化処理又は時効処理を施す工程と、前記溶体化処理又は時効処理された前記基材の表面のうち、一部の表面から、前記酸化金属層を剥離する剥離工程と、前記剥離工程後の前記基材の前記一部の表面に、遮熱コーティング層を形成する遮熱コーティング層形成工程と、を実行してもよい。この場合、前記遮熱コーティング層は、前記剥離工程後の前記基材の前記一部の表面に形成された金属を含むボンドコート層と、前記ボンドコート層の表面に形成された酸化金属製のトップコート層と、を有してもよい。
【００１８】
本態様によれば、熱間等圧加圧処理後の基材に対して、溶体化処理又は時効処理を施すことで、基材の結晶中における非整合相が固溶するとともに、整合相が析出する。これにより、基材の強度・耐久性をさらに高めることができる。さらに、遮熱コーティング層形成工程の前に剥離工程を実行することで、基材の表面から酸化金属層が剥離されることから、基材の表面に対するボンドコート層の食いつきをよくすることができる。ボンドコート層の上に酸化金属製のトップコート層が形成されることで、基材表面を運用中の高温から保護することができる。
【００１９】
本発明に係る一態様のタービン部品は、合金で形成された基材と、前記基材の表面の一部に形成されている第一酸化金属層と、前記基材の表面の他の一部に形成されている金属を含むボンドコート層と、前記ボンドコート層の表面に形成されている第二酸化金属層と、を有してもよい。
【００２０】
本態様によれば、第一酸化金属層が形成されていることにより、基材の表面に開口を伴う欠陥が生じるような場合であっても、これを封止することができる。その結果、基材の耐久性を高めることができる。さらに、基材の表面における第一酸化金属層が形成されている部分とは異なる一部にボンドコート層と第二酸化金属層とが形成されていることから、タービン部品が高温に曝される場合であっても、当該タービン部品を熱から保護することができる。
【００２１】
ここで、前記態様のタービン部品において、前記第一酸化金属層の厚さは、前記第二酸化金属層の厚さの１／１０以下であってもよい。
【００２２】
また、以上のいずれかの前記態様のタービン部品において、前記第一酸化金属層は、ＳｉとＹＳＺとＡｌとＴｉとのうち、少なくとも一の物質を含んでもよい。
【００２３】
本態様によれば、第一酸化金属層が、ＳｉとＹＳＺとＡｌとＴｉとのうち、少なくとも一の物質を含むことにより、当該第一金属層の耐久性をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、熱処理を施しても、耐久性の低下を抑えることができるタービン部品、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るガスタービンの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るガスタービンの要部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るタービン部品（基材）の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るタービン部品の製造方法の工程を示す工程図である。
【図５】本発明の実施形態に係るタービン部品（基材）の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る封孔処理工程を行っている際のタービン部品（基材）を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る封孔処理工程後のタービン部品（基材）の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る封孔処理工程後のタービン部品（基材）の表面の状態を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る剥離工程後のタービン部品（基材）の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るタービン部品（基材）の構成を示す断面図であって、ボンドコート層を形成した後の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るガスタービン１の一例を示す模式図である。ガスタービン１は、燃焼用空気Ａを圧縮する圧縮機２と、圧縮機２から供給された圧縮空気中に燃料を噴射して燃焼させ、燃焼ガスＦＧを生成する燃焼器３と、燃焼器３からの燃焼ガスＦＧにより駆動するタービン４と、を備える。圧縮機２は、軸線を中心として回転する圧縮機ロータと、圧縮機車室と、を有する。タービン４は、軸線を中心として回転するタービンロータと、タービン車室と、を有する。圧縮機ロータとタービンロータとは、同一軸線上に位置にして互いに連結されてガスタービンロータ５を構成する。このガスタービンロータ５には、例えば、発電機６が接続されている。
【００２７】
図２は、タービン４の一部を示す断面図である。タービン４は、前述したように、タービンロータ５ｔと、タービンロータ５ｔを覆うタービン車室１０と、を備える。タービンロータ５ｔは、軸線Ａｒを中心として回転するロータ軸部５ｔａと、ロータ軸部５ｔａの周囲に配置される複数のタービン動翼８と、を有する。複数のタービン動翼８は、軸線Ａｒに対する周方向に並んでいる。タービン４は、さらに、複数のタービン静翼７と、複数の分割環９と、を備える。複数のタービン静翼７は、軸線Ａｒに対する周方向に並んで、複数のタービン動翼８の軸線上流側に配置され、タービン車室１０に固定されている。複数の分割環９は、軸線Ａｒに対する周方向に並んで、全体として環状を成す。複数の分割環９は、複数のタービン動翼８の径方向外側に配置されている。分割環９とタービン動翼８の先端との間に間隙が設けられる。
【００２８】
以下の説明において、ガスタービン１の部材を適宜、タービン部品２０、と称する。タービン部品２０は、高温の燃焼ガスＦＧに晒される高温部品（高温部材）である。タービン部品２０は、タービン４の部材でもよいし、燃焼器３の部材でもよい。タービン部品２０は、タービン静翼７でもよいし、タービン動翼８でもよいし、分割環９でもよい。
【００２９】
図３は、タービン部品２０の構成を示す模式的な断面図である。同図に示すように、タービン部品２０は、基材Ｂと、第一酸化金属層Ｌ１と、ボンドコート層Ｌｂと、第二酸化金属層Ｌ２（トップコート層）と、を有している。
【００３０】
基材Ｂは、一例として、Ｎｉ基合金又はＣｏ基合金によって形成される。この基材Ｂは、３Ｄプリンターを用いて、積層造形法によって製造される。この方法では、パウダー状の合金を、レーザー照射によって順次溶融させて、所望の形状を得る。
【００３１】
基材Ｂの内部には、例えば、冷却流路Ｆとしての空間が形成されている。冷却流路Ｆには、ガスタービン１の運転中に当該タービン部品２０を内部から冷却するための冷却空気が流通する。なお、図３では、この冷却流路Ｆの形状を模式的に表現している。
【００３２】
基材Ｂの表面の一部である冷却流路Ｆの壁面には、第一酸化金属層Ｌ１が形成されている。第一酸化金属層Ｌ１は、冷却流路Ｆの壁面の全体を覆う薄膜状の層である。第一酸化金属層Ｌ１は、ＳｉとＹＳＺとＡｌとＴｉとのうち、少なくとも一の物質を含む金属材料によって形成されている。第一酸化金属層Ｌ１は、後述する封孔処理工程Ｓ２によって形成される。
【００３３】
基材Ｂの表面の他の一部、即ち上述の冷却流路Ｆとは異なる部分には、遮熱コーティング層Ｌ３（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ：ＴＢＣ）が形成されている。図３の例では、タービン部品２０の表面のうち、外部に露出する部分に当該遮熱コーティング層Ｌ３が形成されている。遮熱コーティング層Ｌ３は、ガスタービン１の運転中に、タービン部品２０を燃焼ガスの高温から保護するために設けられている。
【００３４】
遮熱コーティング層Ｌ３は、基材Ｂの表面上を覆うボンドコート層Ｌｂと、当該ボンドコート層Ｌｂの上に形成された第二酸化金属層（トップコート層）Ｌ２と、を有している。ボンドコート層Ｌｂは、第二酸化金属層Ｌ２を基材Ｂの表面に密着させた状態で保持するために設けられている。ボンドコート層Ｌｂを形成するにあたっては、一例としてエアロゾルデポジッション法が用いられる。ボンドコート層Ｌｂは、例えば、希土類シリケートで形成された母材を有している。希土類シリケートは、イットリウム、スカンジウム、セリウム、ネオジム、イッテルビウム等の希土類を含有するケイ素化合物である。希土類シリケートとしては、Ｌｎ２Ｓｉ２Ｏ７、Ｌｎ２ＳｉＯ５、及びＬｎ２Ｓｉ２Ｏ７とＬｎ２ＳｉＯ５との混合相が好適に用いられる。なお、以上で例示したボンドコート層Ｌｂは、Ｓｉボンドコート層と呼ばれるものである。ボンドコード層は、このＳｉボンドコート層の他、金属ボンドコート層がある。金属ボンドコート層は、例えば、ＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、叉はこれらの組み合わせ）で形成される。
【００３５】
第二酸化金属層（トップコート層）Ｌ２は、ボンドコート層Ｌｂに対して、酸化金属の粉末を溶射することで形成される。第二酸化金属層Ｌ２では、その母材として希土類シリケートを用いることができる。第二酸化金属層Ｌ２は、ＺｒＯ２系の材料を用いて形成されてもよく、特に、Ｙ２Ｏ３で部分安定化または完全安定化したＺｒＯ２であるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を含んでいてもよい。以上で説明したような遮熱コーティング層Ｌ３を基材Ｂの表面に形成することで、基材Ｂの耐環境性、耐熱性を向上させることができる。即ち、上記のような構成を有する遮熱コーティング層Ｌ３は、耐熱性、気密性、及び耐酸化性が基材Ｂ自体と比較して高い。
【００３６】
第一酸化金属層Ｌ１の厚さは、第二酸化金属層Ｌ２の厚さの１／１０以下である。具体的には、第二酸化金属層Ｌ２の厚さが３００〜７００μｍであるのに対して、第一酸化金属層Ｌ１の厚さは１〜５μｍである。第二酸化金属層Ｌ２は、基材Ｂを高温の燃焼ガスＦＧから保護するための層であるため、一定以上の厚さが必要である。一方、第一酸化金属層Ｌ１は、後述するように、基材Ｂの表面に生じた複数の欠陥の開口を塞ぐための層であり、この開口を塞ぐことができれば、できる限り層厚さが薄い方が好ましい。このため、以上の説明したように、第一酸化金属層Ｌ１の厚さは、第二酸化金属層Ｌ２の厚さより遥かに薄い。
【００３７】
次に、図４を参照して、本実施形態に係るタービン部品の製造方法について説明する。同図に示すように、この製造方法は、基材形成工程Ｓ１と、封孔処理工程Ｓ２と、熱処理工程Ｓ３と、ＨＩＰ処理工程Ｓ４と、溶体化・時効処理工程Ｓ５と、酸化膜剥離工程Ｓ６と、ＴＢＣ形成工程Ｓ７と、を含む。
【００３８】
基材形成工程Ｓ１では、所望の形状・寸法を有するタービン部品２０の基材Ｂが形成される。上述のように、この工程では、前述したように、３Ｄプリンターによる積層造形法によって、図５に示すように、パウダー状の合金から基材Ｂが形成される。この基材Ｂの内部には、冷却流路Ｆが形成されている。
【００３９】
基材形成工程Ｓ１の後に、封孔処理工程Ｓ２が実行される。封孔処理工程Ｓ２では、基材Ｂに対してゾルゲル法による封孔処理が施される。封孔処理工程Ｓ２は、浸漬工程Ｓ２１と、乾燥工程Ｓ２２と、を含む。図６に示すように、浸漬工程Ｓ２１では、基材Ｂを予め調製されたゾルＳｏに浸す。ゾルとしては、有機溶媒と有機金属溶質とを含む溶液が用いられる。より具体的には、ゾルは、有機溶媒としての９９％エタノールと、有機金属溶質としてのアルコキシドと、蒸留水（水）と、２Ｎ塩酸（又は１．５Ｎアンモニア水）と、を含んでいる。なお、Ｎは、規定度である。アルコキシドとして、さらに具体的にはテトラエトキシシラン（Ｓｉ元素を含む）が用いられる。ゾルを得るに当たっては、９９％エタノールと、テトラエトキシシランと、２Ｎ塩酸（又は１．５Ｎアンモニア水）と、を１０：１０：３の体積比率で混合することが望ましい。このような溶液中では、２Ｎ塩酸（又は、１．５Ｎアンモニア水を触媒として、アルコキシド（テトラエトキシシラン）が加水分解する。アルコキシドの加水分解とは、アルコキシル基が水酸基に置換される反応である。さらに、溶液中で加水分解された化学種同士の間で、脱水縮合反応が生じる。これにより、溶液中では、メタロキサン結合を骨格とする無機高分子（メタロキサンポリマー）が生成される。なお、上述の有機金属溶質は、テトラエトキシシランに限定されず、ＳｉとＹＳＺとＡｌとＴｉとのうち、少なくとも一の物質を含むものであればよい。
【００４０】
上記のようなゾル中に、基材Ｂの全体を浸漬させる。これにより、冷却流路Ｆの壁面を含め、基材Ｂの表面全体にゾルが付着した状態となる。その後、基材Ｂをゾル中から一定速度で引き上げる。この時、ゾル中から空気中に露出した部分では、基材Ｂ表面のゾルから有機溶媒であるエタノールが蒸発し、ゲル化する。即ち、図７に示すように、ゾルの流動性が低下し、このゾルがゲルｇとして基材Ｂの表面に保持された状態となる。なお、以上では、基材Ｂを予め調製されたゾルＳｏに浸すが、この代りに、基材Ｂを予め調製されたゾルＳｏを塗布してもよい。すなわち、ここでの工程では、基材Ｂの全表面に予め調製されたゾルＳｏが付着されればよい。
【００４１】
浸漬工程Ｓ２１の後で、ゲル膜が付着した状態の基材Ｂに対して乾燥処理を施す（乾燥工程Ｓ２２）。乾燥工程Ｓ２２では、基材Ｂを例えば高温（一例として５００℃以上の温度）の電気炉内に投入することで、ゲル膜を急激に加熱する。なお、ゲル膜をゆっくりと昇温させるよりも、このように急激に加熱するほうが、ゲル膜に亀裂や剥離が生じにくいとされている。ゲルを加熱することにより、当該ゲル中に残留していた有機溶媒（例えば、エタノール）がまず蒸発する。その後、上述したメタロキサンポリマー中に残留する水酸基同士の間で縮合反応が進行するとともに、アルコキシル基と空気中の酸素との間で燃焼反応が生じる。これにより、基材Ｂの表面には、テトラエトキシシランに含まれていたＳｉとＹＳＺとＡｌとＴｉとのうち、少なくとも一の物質に由来する層、つまり上述の第一酸化金属層Ｌ１が形成される。
【００４２】
このような封孔処理を施すことで、図８に模式的に示すように、基材Ｂの表面に存在していた微細な開口Ｈを伴う欠陥Ｄが封止された状態となる。
【００４３】
上記の乾燥工程Ｓ２２の次に、熱処理工程Ｓ３を実行する。熱処理工程Ｓ３では、第一酸化金属層Ｌ１が形成された状態の基材Ｂを、例えば、１２５０〜１３５０℃の雰囲気中で、１．５〜２４時間にわたって加熱する。好ましくは、１２９０〜１３１０℃の雰囲気中で、２時間にわたって基材Ｂを加熱する。この熱処理によって、基材Ｂを構成する合金の結晶粒が粗大化する。これにより、熱処理を施す前に比べて、基材Ｂのクリープ強度が高められる。なお、熱処理工程Ｓ３を実行すると、基材Ｂの結晶粒界及びその近傍における共結晶部で部分的な溶融が生じることで、欠陥が一定程度形成される。
【００４４】
熱処理工程Ｓ３の次に、ＨＩＰ（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ：熱間等圧加圧）処理工程Ｓ４を実行する。ＨＩＰ処理工程Ｓ４は、上記の部分溶融による欠陥を消失させるために実行される。当該ＨＩＰ処理工程Ｓ４では、熱処理が施された後の基材Ｂに対して、例えば、数１００〜２０００℃の高温下で、数１０〜２００ＭＰａの等方的な圧力が加えられる。一例としてアルゴン等の安定的なガスを圧力媒体として満たした高温容器で加圧処理が行われる。このＨＩＰ処理を施すことにより、基材Ｂの内部で生じていた欠陥は消失又は減少する。なお、基材Ｂの表面に開口する欠陥が生じていた場合、当該欠陥はＨＩＰ処理工程Ｓ４では消失させることが難しい。しかしながら、本実施形態では、上記のように当該開口を有する欠陥が、第一酸化金属層Ｌ１によって予め封孔されている。これにより、ＨＩＰ処理工程Ｓ４を経た基材Ｂは、内部、及び表面に欠陥が存在しないか、又は非常に少ない状態となっている。
【００４５】
次いで、溶体化・時効処理工程Ｓ５を実行する。この工程では、ＨＩＰ処理が施された後の基材Ｂを再び加熱する。具体的には、まず溶体化処理によって基材Ｂの結晶中における非整合相（非整合γ´相）が固溶する。さらに、時効処理を施すことによって、整合相（整合γ´相）が析出する。時効処理を行う際には、整合γ´相を７００℃において３０体積％以上析出させることが望ましい。溶体化・時効処理工程Ｓ５を実行することにより、基材Ｂの高温強度が高められる。
【００４６】
続いて、酸化膜剥離工程Ｓ６（剥離工程）を実行する。この工程では、溶体化・時効処理が施された後の基材Ｂに対して、ブラスト処理を施すことで、上述の第一酸化金属層Ｌ１が除去（剥離）される。より具体的には、ブラスト処理では、微細な金属粒子を高速で基材Ｂ表面に衝突させて、第一酸化金属層Ｌ１を除去する。このブラスト処理を行うことにより、基材Ｂ内部に形成されている冷却流路Ｆの壁面を除いて、外部に露出している表面の一部のみから第一酸化金属層Ｌ１が除去される。言い換えると、図９に示すように、基材Ｂの全表面中で、冷却流路Ｆの壁面のみに第一酸化金属層Ｌ１が残存した状態となる。なお、この状態においても、表面に生じていた開口を伴う欠陥は第一酸化金属層Ｌ１によって封孔された状態を維持している。
【００４７】
酸化膜剥離工程Ｓ６の次に、ＴＢＣ形成工程Ｓ７を実行する。この工程では、上述した遮熱コーティング層Ｌ３（ＴＢＣ層）が基材Ｂの表面の一部に形成される。具体的には、図１０に示すように、基材Ｂの表面のうち、外部に露出した部分に上記のボンドコート層Ｌｂを形成する。その後、当該ボンドコート層Ｌｂの上に酸化金属の粉末を溶射することで、第二酸化金属層Ｌ２を形成する。
【００４８】
以上の処理により、図３で示した構成を有するタービン部品２０が形成される。
【００４９】
ここで、本実施形態のように、三次元積層造形法で基材Ｂを形成した後、この基材Ｂに熱処理を施すと、基材Ｂに複数の欠陥が生じる。特に、基材Ｂの表面で開口する複数の欠陥が生じると、基材Ｂの耐久性が低下する可能性がある。しかしながら、上述の方法によれば、ゾルゲル法による封孔処理を予め施すことで、基材Ｂの表面に皮膜（第一酸化金属層Ｌ１）が形成され、当該皮膜によって、熱処理前に存在していた基材Ｂ表面の開口を塞ぐことができる。即ち、後続のＨＩＰ処理では消失させることが難しい開口を伴う欠陥を封孔処理によって封止することができる。その結果、タービン部品２０の耐久性を向上させることができる。
【００５０】
さらに、基材Ｂは、Ｎｉ基合金又はＣｏ基合金であることから、より耐久性の高いタービン部品２０を提供することができる。
【００５１】
加えて、上述の方法では、封孔処理に用いられるゾルが、有機溶媒と、有機金属溶質と、水と、含んでいる。これにより、封孔処理を施す際に、まず有機金属溶質が基材Ｂの表面でゲル化する。ゲル化した有機金属溶質から有機溶媒が蒸発することで、基材Ｂの表面に有機金属溶質が保持される。さらに、有機金属溶質として疎水性を示す物質を用いた場合であっても、有機溶媒が介在することで、水と有機金属溶質との親和性が高められ、均質なゾルを得ることができる。その結果、封孔処理を安定的に実行することができる。
【００５２】
さらに加えて、上述の方法によれば、有機金属溶質として、ＳｉとＹＳＺとＡｌとＴｉとのうち、少なくとも一の物質が含まれていることから、封孔処理を行った際に、より強固かつ安定的な酸化金属層を形成することができる。
【００５３】
さらに、上述の方法によれば、熱処理後の基材Ｂに対して、ＨＩＰ処理を施す熱間等圧加圧処理工程を実行する。これにより、熱処理時に生じる部分溶融によって基材Ｂの内部に欠陥が生じた場合であっても、熱間等圧加圧処理を施すことにより、このような欠陥は圧縮され、消失する。その結果、基材Ｂの耐久性をさらに高めることができる。
【００５４】
加えて、上記の方法によれば、熱間等圧加圧処理後の基材Ｂに対して、溶体化処理又は時効処理を施すことで、基材Ｂの結晶中における非整合相が固溶するとともに、整合相が析出する。これにより、基材Ｂの強度・耐久性をさらに高めることができる。さらに、遮熱コーティング層Ｌ３形成工程の前に剥離工程を実行することで、基材Ｂの表面から酸化金属層が剥離されることから、基材Ｂの表面に対するボンドコート層Ｌｂの食いつきをよくすることができる。ボンドコート層Ｌｂの上に酸化金属製のトップコート層が形成されることで、基材Ｂ表面を運用中の高温から保護することができる。
【００５５】
さらに、上記の構成によれば、タービン部品２０において、第一酸化金属層Ｌ１が形成されていることにより、基材Ｂの表面に開口を伴う欠陥が生じた場合であっても、これを封止することができる。その結果、基材Ｂの耐久性を高めることができる。さらに、基材Ｂの表面における第一酸化金属層Ｌ１が形成されている部分とは異なる一部にボンドコート層Ｌｂと第二酸化金属層Ｌ２とが形成されていることから、タービン部品が運用中の高温に曝された場合であっても、当該タービン部品を熱から保護することができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上述の構成・方法に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記の実施形態で説明した封孔処理工程Ｓ２で用いるゾルの各成分比率、体積は一例であって、基材Ｂの寸法体格や環境条件によって適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ガスタービン
２…圧縮機
３…燃焼器
４…タービン
５…ガスタービンロータ
５ｔ…タービンロータ
５ｔａ…ロータ軸部
６…発電機
７…タービン静翼
８…タービン動翼
９…分割環
１０…タービン車室
２０…タービン部品
Ｂ…基材
Ｌ１…第一酸化金属層
Ｌｂ…ボンドコート層
Ｌ２…第二酸化金属層（トップコート層）
Ｆ…冷却流路
ｇ…ゲル
Ｌ３…遮熱コーティング層
Ｓ１…基材形成工程
Ｓ２…封孔処理工程
Ｓ３…熱処理工程
Ｓ４…ＨＩＰ処理工程
Ｓ５…溶体化・時効処理工程
Ｓ６…酸化膜剥離工程
Ｓ７…ＴＢＣ形成工程
Ｓ２１…浸漬工程
Ｓ２２…乾燥工程
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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