(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータ本体（２０１）を含んでなる高温ガスタービンエンジン部品であって、
アクチュエータ本体（２０１）は、次式：
（Ａ1-xＰＧＭx）0.5+yＢ0.5-y
（式中、ＡはＮｉ及びＮｉとＣｏ又はＦｅとの組合せからなる群から選択される元素であり、ＢはＡｌ及びＡｌとＣｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｔａ又はＶとの組合せからなる群から選択される元素であり、ＰＧＭはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ及びこれらの組合せからなる群から選択される白金族元素であり、ｘは０．０５〜０．６であり、ｙは０．０１〜０．２である。）の合金からなるニッケル−アルミニウム系形状記憶合金であって所定温度を超えると変化した幾何学的形状を有するアルミニウム系形状記憶合金からなるアクチュエート可能部分を有し、
アクチュエータ本体（２０１）は高温酸化雰囲気に対する抵抗性を有しており、アクチュエータ本体（２０１）の変化した幾何学的形状がガス流路を修正する、高温ガスタービンエンジン部品。
【請求項２】
タービンエンジン部品は運転中に所定温度に到達するか又はそれを超え、アクチュエート可能部分は所定温度未満では実質的にマルテンサイト相にあり、所定温度を超えると実質的にオーステナイト相にある、請求項１記載のタービンエンジン部品。
【請求項３】
アクチュエータ本体（２０１）が、ノズル、排気構造体、シュラウド、シュラウドハンガ、ブレード、ディスク、シール、燃焼器及びこれらの組合せからなる群から選択される部品に固定されるか又はそれに隣接している、請求項１又は請求項２記載のタービンエンジン部品。
【請求項４】
アクチュエータ本体（２０１）が、ノズル、排気構造体、シュラウド、シュラウドハンガ、ブレード、ディスク、シール、燃焼器及びこれらの組合せからなる群から選択される部品に形成されている、請求項１又は請求項２記載のタービンエンジン部品。
【請求項５】
ニッケル−アルミニウム系形状記憶合金が次式の合金からなる、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のタービンエンジン部品。
（Ａ1-xＰＧＭx）0.5+yＢ0.5-y
（式中、ＡはＮｉ及びＣｏであり、ＰＧＭはＰｔ及びＰｄの一方又は両方であり、ＢはＡｌ及びＴｉであってＴｉとＡｌの比は０．１〜１０である。）
【請求項６】
ニッケル−アルミニウム系形状記憶合金が次式の合金からなる、請求項５記載のタービンエンジン部品。
（Ａ1-xＰＧＭx）0.5+yＢ0.5-y
（式中、Ｂはさらに１０原子％以下のＣｒ並びに２原子％以下のＨｆ、Ｚｒ及びＹの１種以上を含む。）
【請求項７】
前記式中、ＡがＮｉとＣｏの組合せであり、ＰＧＭがＰｔであり、ＢがＡｌとＣｒの組合せである、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のタービンエンジン部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、高温でのアクチュエーションのために形状記憶合金を有する構造体を含む部品（例えばガスタービンエンジン部品）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、圧縮機内で空気を加圧し、燃焼器内で燃料と混合し、点火して高温燃焼ガスを発生させる。高温燃焼ガスはエンジンのタービンセクションに流れ込む。エンジンのタービンセクションは通例複数の段を含んでいて、これらの段はタービンブレードとタービンベーンの組合せを含み得る。膨張する燃焼ガスは、タービン軸を回転させるブレードに圧力を加えることでタービンを駆動する。タービン軸の回転は、発電又は機械的駆動力の発生のために利用される。ベーンは通例翼形の形状を含み、燃焼ガスをタービンの次段のタービンブレードに案内する。これらの燃焼ガスは、タービンブレード及びベーンを高温の腐食性雰囲気に暴露させる。
【０００３】
機械的健全性及び寸法安定性を維持しながら動作応力及び動作温度の組合せを処理するため、鉄基、ニッケル基及びコバルト基超合金を始めとする高性能材料を開発することによって高温性能の大きな進歩が達成された。タービン効率及び信頼性のさらなる向上は、超合金を酸化及び高温腐食から保護し得る環境コーティングの使用に由来していた。しかし、いかなる形状記憶合金もタービンエンジンの運転中に存在する高温の酸化雰囲気に耐えられないことが判明しているので、上記及び類似の高温用途のための形状変化アクチュエータは存在しない。
【０００４】
各種の低温用途では、Ｎｉ−Ｔｉ系に基づく形状記憶合金が商業的に使用されてきた。しかし、約２５０℃の温度を超えると、Ｎｉ−Ｔｉ系は相変化及び酸化のために形状記憶応答の急速な低下を示す。
【０００５】
したがって、タービンエンジンの運転条件のような高温の酸化雰囲気中で動作及び／又はアクチュエーションを行う能力を有する、高温用途で使用するための形状記憶合金を含む部品が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６４２８６０２号明細書
【特許文献２】米国特許第６２３８４９６号明細書
【特許文献３】米国特許第５６５５１２１号明細書
【特許文献４】米国特許第５６４１３６４号明細書
【特許文献５】米国特許第５１１４５０４号明細書
【特許文献６】米国特許第５５９０３８３号明細書
【特許文献７】米国特許第４９３３０２７号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００７／０００４１６５号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００６／０１２７６９５号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００５／０２０７８９６号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００５／００００４４４号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００５／０１１６２９２号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００４／０２２９０７５号明細書
【特許文献１４】特開２００５−３３６５３４号公報
【特許文献１５】特開２００５−１８８５０５号公報
【特許文献１６】特開２００４−１６２１７８号公報
【特許文献１７】特開２００５−２７３０１５号公報
【特許文献１８】特開２００６−２６５７１９号公報
【特許文献１９】特開平１０−０６８０６２号公報
【特許文献２０】欧州特許出願公開第０７０９４８２号明細書
【特許文献２１】欧州特許出願公開第１７１５０８１号明細書
【特許文献２２】欧州特許出願公開第１５２８１１８号明細書
【特許文献２３】欧州特許出願公開第１５７７４２２号明細書
【特許文献２４】欧州特許出願公開第０３３６１７５号明細書
【特許文献２５】欧州特許出願公開第０４８４８０５号明細書
【特許文献２６】仏国特許出願公開第２８６１４２３号明細書
【特許文献２７】国際公開第２００５／１１１２５５号パンフレット
【特許文献２８】国際公開第０３／０２８４２８号パンフレット
【特許文献２９】国際公開第９６／０６８１４号パンフレット
【特許文献３０】国際公開第２００５／１０３３４２号パンフレット
【特許文献３１】国際公開第２００４／１０４２４３号パンフレット
【特許文献３２】国際公開第２００６／０７６１３０号パンフレット
【特許文献３３】国際公開第２００７／００８２２７号パンフレット
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ及び／又はＴａ並びに白金族金属（ＰＧＭ）を含む形状記憶合金からなるアクチュエート可能部分を含むアクチュエータ本体を有する高温ガスタービンエンジン部品である。アクチュエータ本体は、所定温度で変化した幾何学的形状を有する。アクチュエータはまた、耐高温酸化性を有する。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、アクチュエーション用高温形状記憶合金の形成方法である。本方法は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ及びこれらの組合せからなる群から選択される１種以上の元素並びにＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ及びこれらの組合せからなる群から選択される白金族金属を含む形状記憶合金を用意する段階を含んでいる。かかる合金を所定の高温に加熱する。次いで、かかる合金を所定温度で変形させて高温に対する形状記憶を付与する。機能上のニーズに応じ、形状記憶合金の良好な可逆性を達成するため、形状記憶合金に繰り返して熱機械的処理を施すことができる。次いで、かかる合金を構造体／部品に固定して高温形状記憶アクチュエータを形成する。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態は、高温アクチュエーション制御を実施する方法である。本方法は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ及びこれらの組合せからなる群から選択される１種以上の元素並びにＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ及びこれらの組合せからなる群から選択される白金族金属を含む形状記憶合金からなるアクチュエート可能部分を有するアクチュエータ本体を含む高温アクチュエータを用意する段階を含んでいる。アクチュエータ本体は、所定温度で変化した幾何学的形状を有する。アクチュエータは耐高温酸化性を有する。本方法は、アクチュエータを所定温度に暴露してアクチュエート可能部分の幾何学的形状を変化させる段階を含んでいる。所定温度は、環境温度の変化、電気抵抗加熱などによって達成できる。
【００１０】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を例示する添付の図面と共に好ましい実施形態に関する以下の一層詳しい説明を考察することで明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジンのタービンセクションの一部分を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示した本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジンのタービンセクションの一部分の拡大図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係るアクチュエータを示している。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態に係るアクチュエータを示している。
【図５】図５は、熱サイクリングを受ける実施例１及び比較例２の形状記憶合金コーティングの写真を示している。
【図６】図６は、実施例１及び比較例２の形状記憶合金コーティングの重量増加を熱酸化サイクル数に対してプロットしたグラフを示している。
【００１２】
可能な限り、同一又は類似の部分を示すために図面全体を通じて同一の参照番号を使用してある。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書中に開示されるのは、高温アクチュエータで使用するための材料である。本明細書中で使用される「アクチュエータ」、「アクチュエートする」、「アクチュエート可能」及びその文法的変形は、所定の温度又は温度範囲への暴露のような条件への暴露に応答して機械的装置又はシステムを作動又は制御することを含む装置又は部品及び動作又は機能を包含するものである。例えば、形状記憶合金はアクチュエータ中に組み込むことができ、この場合には形状記憶合金を利用して所定温度に暴露された場合に部品の表面又は一部を制御下で操作し又は運動させることができる。加えて、形状記憶合金を含むアクチュエータは初期温度暴露中に不可逆的な展開又はその他の運動を示し、その後は実質的に運動しない状態を保つことができる。若干の実施形態に係るアクチュエータは、ガスタービンエンジン中に存在する条件のような高温酸化条件下で使用できる１種以上の形状記憶合金を含む部品又は部品の一部を含んでいる。
【００１４】
タービンエンジン部品は一般に超合金のような高温合金で形成され、引張強さ、耐クリープ性及び耐酸化性の点で高温性能を有することが知られている。その例には、ニッケル基合金、コバルト基合金、鉄基合金及びチタン基合金がある。一実施形態では、形状記憶合金材料をタービン部品中に組み込んで所望の部品アクチュエータ機能性を付与することができる。かかる組込みは、アクチュエータ本体及び／又はタービン部品に対する形状記憶合金の機械的取付け又は冶金的結合からなり得る。
【００１５】
本発明の実施形態に係る形状記憶合金は、温度依存性の相変化によって特徴づけられる。これらの相には、マルテンサイト相及びオーステナイト相がある。以下の議論では、マルテンサイト相を一般的に低温相というのに対し、オーステナイト相を一般的に高温相という。マルテンサイト相は一般に変形性が高いのに対し、オーステナイト相は一般に変形性が低い。形状記憶合金がマルテンサイト相にあり、一定の温度を超えて加熱された場合、形状記憶合金はオーステナイト相に変化し始める。この現象が開始する温度をオーステナイト開始温度（Ａｓ）という。この現象が完了する温度をオーステナイト終了温度（Ａｆ）という。形状記憶合金がオーステナイト相にあって冷却された場合、それはマルテンサイト相に変態し始める。この現象が開始する温度をマルテンサイト開始温度（Ｍｓ）という。マルテンサイト相への変態が完了する温度をマルテンサイト終了温度（Ｍｆ）という。
【００１６】
形状記憶合金は、特定の合金組成、加工履歴及び（外因性の場合は）アクチュエータ構造に応じて一方向形状記憶効果、固有の二方向形状記憶効果及び外因性の二方向形状記憶効果を示す。アニールされた形状記憶合金は、通例、一方向形状記憶効果のみを示す。形状記憶材料の（Ｍｆ未満での）低温変形に続いてオーステナイト終了温度を超えて加熱すれば、元の（Ａｆを超える温度での）高温オーステナイト形状を回復する。したがって、加熱時に一方向形状記憶効果が認められる。
【００１７】
固有及び外因性の二方向形状記憶材料は、マルテンサイト相からオーステナイト相への加熱時に形状変化を示すと共に、オーステナイト相からマルテンサイト相に戻す冷却時にも形状変化を示すことで特徴づけられる。固有の二方向形状記憶挙動は、加工によって形状記憶材料中に誘起しなければならない。かかる操作は、マルテンサイト相にある間に材料を変形させ、続いて拘束下で変態温度を通して加熱及び冷却を繰り返すことを含み得る。材料が二方向形状記憶効果を示すことに馴れた後には、低温状態と高温状態との間における形状変化は一般に可逆的となり、多数の熱サイクルを通じて持続する。それとは対照的に、外因性の二方向形状記憶効果を示す構造体は、一方向効果を示す形状記憶合金と、低温形状を回復させるための復原力を与える別の構成要素とを組み合わせたものである。外因性の二方向形状記憶効果の例には、形状記憶合金を異種材料に貼付すること、レーザアニール又はショットピーニングによって形状記憶合金の表面を変性することなどがある。このような場合、加熱時にはアクチュエータ本体の一部分を用いて一方向形状記憶アクチュエーションが誘起される一方、変態温度を通して冷却する際にはアクチュエータ本体の別の部分を用いて形状復原力が得られる。
【００１８】
本発明の一実施形態は形状記憶アクチュエータの形成方法である。本発明に係る形状記憶合金は、所定温度に応答してアクチュエーションを行うためのアクチュエータ機構で使用できる。アクチュエータの動作時にアクチュエーションを行うため、形状記憶合金に所望の幾何学的形状及び／又は配置構成が付与される。本方法は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ又はこれらの組合せ及び白金族金属を含む形状記憶合金を用意する段階を含んでいる。かかる合金は、形状記憶合金を製造するための公知方法で製造できる。例えば、かかる合金は、真空誘導融解又は真空アーク融解のような真空融解を用いて形状記憶合金組成物のインゴットを形成し、次いで圧延、押出し、鍛造、引抜き及び／又は据込みのような変形加工を施すことで製造できる。別法として、形状記憶合金は堆積（例えば、溶射、物理蒸着、真空アーク堆積）によっても製造できる。加えて、かかる合金は粉末の圧密によっても製造できる。製造後、所望の高温形状を付与するのに十分な温度（例えば、オーステナイト終了温度を超える温度）に合金を加熱する。合金を高温で変形させることで、高温動作のために所望される幾何学的形状を付与する。マルテンサイト相への冷却後、形状記憶合金はオーステナイト相の幾何学的形状を保持する。続いてこの合金をＡｓ未満の温度で変形させた場合、Ａｆを超える温度に再加熱すれば復元する。形状記憶合金の可逆性は、熱機械的馴化によって向上させることができる。この馴化は、低温マルテンサイト状態で合金をわずかに変形させることを含み得る。わずかに変形させることの例としては、約２％の塑性ひずみを付与することが挙げられる。次いで、合金をＡｆ近傍又はそれを超える温度でアニールする。変形及びアニールプロセスを数サイクル（例えば１〜１０サイクル）にわたって繰り返すか、或いは形状記憶効果の所望可逆性が得られるまで繰り返す。
【００１９】
アクチュエーションを行うために適した形状記憶合金材料には、特に限定されないが、ニッケル−アルミニウム系合金、特に白金族金属（即ちＰＧＭ）添加剤（ロジウム、ルテニウム、パラジウム、イリジウム及び白金）を有するニッケル−アルミニウム合金がある。合金組成は、用途のための所望形状記憶効果、例えば特に限定されないが変態温度及びひずみ、ひずみヒステリシス、アクチュエーション力、（マルテンサイト相及びオーステナイト相の）降伏強さ、制振能力、耐酸化性及び耐高温腐食性、反復サイクルを通してのアクチュエーション能力、二方向形状記憶効果を示す能力、並びに複数の他の工学的設計基準が得られるように選択される。ガスタービンエンジン用途におけるアクチュエーションのためには、形状記憶効果は（最高温用途に関しては約１１５０℃までの）優れた耐酸化性及び（運転温度近傍でのアクチュエーションが要求される場合には）高い変態温度を有している。好適な形状記憶合金組成物には、特に限定されないが、式(Ａ１−ｘＰＧＭｘ)０．５＋ｙＢ０．５−ｙを有する合金がある。式中、ＡはＮｉ、Ｃｏ及びＦｅの１種以上であり、ＰＧＭはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＩｒを含む１種以上の白金族元素からなり、ＢはＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｔａ及びＶを含み、ｘは０を超えて約１まで又は約０．１〜約０．６の原子分率であり、ｙは約０〜約０．２３又は約０．０１〜約０．２の原子分率である。加えて、合金はさらに約１原子％以下の炭素及び／又はホウ素を含み得る。一実施形態では、式中のＡはＮｉであり、ＰＧＭはＰｔ及びＰｄの１種以上であり、ＢはＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ及びＺｒの１種以上である。別の実施形態では、式中のＡはＮｉであり、ＰＧＭはＰｄであり、ＢはＴｉ及びＡｌであり、ｘは約０．４であり、ｙは約−０．１〜約０．１である。さらに別の実施形態では、ＢはＴｉ及びＡｌからなり、ＴｉとＡｌの比は約０．１〜約１０である。さらに別の実施形態では、Ｂは１０原子％以下のＣｒ並びに２原子％以下のＨｆ、Ｚｒ及びＹの１種以上を含む。
【００２０】
さらに別の実施形態は、式Ｒｕ０．５＋ｙ(Ｎｂ１−ｘＴａｘ)０．５−ｙを有する合金系である。これらの合金系はさらに、形状記憶特性のために適したマルテンサイト相及びオーステナイト相のような相を含んでいる。ルテニウム含有系の一実施形態は、ｙが約−０．０６〜約０．２３原子分率であり、ｘが約０〜約１である合金である。
【００２１】
形状記憶合金はアクチュエータ本体又はアクチュエータ本体の一部分として形成できるが、形状記憶合金を高温部品に直接固定することもできる。特定の固定方法は、一部では、形状記憶合金及びアクチュエート可能部品の所望幾何学的形状及び組成に依存する。形状記憶合金を基礎部品構造体に固定するための各種方法は、一般に機械的接合、堆積又は冶金的結合に類別できる。好適な機械的接合方法には、特に限定されないが、リベット締め、ボルト締め、ブレーシング及びワイヤタイイングがある。好適な堆積方法には、特に限定されないが、アークスプレー、エレクトロスパークデポジション、レーザクラッディング、真空プラズマスプレー、不活性ガスシュラウド溶射、プラズマトランスファアーク、物理蒸着又は真空アーク堆積によるクラッディング又はコーティングがある。冶金的結合方法には、特に限定されないが、ろう付け、共押出し、爆発接合、熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）、鍛接、拡散接合、慣性溶接、並進摩擦圧接、融接、摩擦撹拌溶接などがある。
【００２２】
形状記憶合金をタービン部品上に固定することを述べてきたが、本発明の形状記憶合金を含むタービン部品が静止又は回転タービン部品から分離及び／又は離脱していてもよいことに注意されたい。例えば、好適な部品としては、加熱時に所望の幾何学的形状に拡張するキャビティ内で自由浮動する構造を有する分離シール部品が挙げられる。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る形状記憶アクチュエータを使用するガスタービンエンジンの中心線断面を示す図である。タービンセクション１００は３段タービンであるが、タービンの設計に応じて任意の段数を使用できる。図示のように、エンジンの中心線１０３に沿ってディスク１０１内のボアを貫通して延在する軸（図示せず）上にタービンディスク１０１が取り付けられている。ディスク１０１にはタービンブレード１０２が固定されている。詳しくは、第１段ディスク１０６に第１段ブレード１０５が取り付けられている一方、第２段ディスク１０８に第２段ブレード１０７が取り付けられ、第３段ディスク１１０に第３段ブレード１０９が取り付けられている。ベーン１１１がケーシング１１３から延在している。高温燃焼ガスは、高温ガス流路内においてベーン１１１及びブレード１０２に接しながら流れる。第１段ブレード１０５、第２段ブレード１０７、第３段ブレード１０９及びベーン１１１は高温ガス流路内に延在している。ベーン１１１は高温ガス流を案内するために役立つ一方、ディスク１０１上に取り付けられたブレード１０２は高温ガスの衝突に応じて回転し、エネルギーを抽出してエンジンを作動する。
【００２４】
ホイールスペースシール１１５は、ディスク１０１及びタービンブレード１０２の下部を高温燃焼ガスに対して封鎖すると共に、高温燃焼ガスを高温ガス流路内に維持するために役立つ。シール１１５は、高温ガスの漏れを防止するための境界を形成する。シール１１５は特に運転温度で回転中に漏れを起こしやすいので、生じる漏れの量を最小にすることが望ましい。本発明の一実施形態に係る形状記憶合金材料を含むアクチュエータ本体を有するアクチュエータを用いて高温（例えば、ガスタービンエンジンの運転温度）で展開させることにより、シール１１５を通して生じる漏れの量を低減させることができる。
【００２５】
図２は図１中の領域１１７の拡大図であって、第１段ブレード１０５及び第１段ディスク１０６の前方にあるガスタービン部分を示している。形状記憶合金から形成された複数の形状アクチュエータ２０１が、ガス漏れが起こり得るホイールスペースシール経路２０３に沿って固定されている。形状アクチュエータ２０１は、金属表面への接合或いはその他の方法による表面へのアクチュエータ２０１の組込み又は固定を含む任意適宜の方法により、ホイールスペースシール経路２０３に沿った表面に固定できる。形状アクチュエータ２０１は、ガスタービンエンジン運転温度又はそれ未満の温度で運動又はアクチュエーションを可能にするように構成されている。詳しくは、ホイールスペースシール経路２０３内の温度が温度がほぼオーステナイト開始温度を超え始めるとアクチュエーションが起こり得る。オーステナイト開始温度では、形状アクチュエータ２０１中の形状記憶合金の幾何学的形状が変化し始める。プロセスは不可逆であるが、形状アクチュエータ２０１は二方向形状記憶特性を含み得る。即ち、形状アクチュエータ２０１をほぼマルテンサイト開始温度未満に冷却すると（例えば、ホイールスペースシール経路２０３内の温度が低下すると）、マルテンサイト相への相変化が生じ、対応する低温幾何学的形状への復帰が起こる。形状記憶合金の幾何学的形状の変化は、形状アクチュエータ２０１の運動を可能にする。かかる運動は、アクチュエータ２０１をただ１つの点又は複数の点で剛性表面に固定することで生み出すことができる。この場合、形状アクチュエータ２０１は、オーステナイト相においてまっすぐな、屈曲した又は湾曲した幾何学的形状を有し得る。この実施形態における屈曲又は他の運動は、ホイールスペースシール経路２０３内で漏れが起こり得る横断面の減少をもたらし、それによって特に運転温度でのシール１１５の性能を向上させる。図２は複数のアクチュエータ２０１を示しているが、任意の数又は単一のアクチュエータ２０１を使用できる。その場合、アクチュエータ２０１の配置は、組立及び／又は展開時に所望の機能性をもたらす任意の位置を含み得る。アクチュエータ２０１は、例えばベーン１１１の円周方向に沿って個々の部品の形状に適合するように個別に配置し又はセグメント化することができる。別法として、タービンの組立中又は組立後に１以上のアクチュエータ２０１をタービン部品の表面に固定することができる。
【００２６】
図３は、ほぼオーステナイト開始温度を超える温度への暴露時にシール経路２０３内でピボット運動を可能にするようにして表面に固定されたアクチュエータ２０１の例を示している。この例のアクチュエータ２０１は、アクチュエーションに際してピボット軸の回りでのアクチュエータの回転を許すような位置においてかつピボット軸からの距離を置いてタービン部品の表面に固定されている。
【００２７】
図４は、ほぼオーステナイト開始温度を超える温度への暴露時にアクチュエータ２０１の少なくとも一部分がホイールスペースシール経路２０３内に屈曲又は弓形化し得るようにしてタービン部品の表面上の位置にに沿って固定されたアクチュエータ２０１の例を示している。
【００２８】
以上、図１ないし図４をタービンシールに関して説明してきたが、本発明はタービンシールでの使用に限定されない。本発明は、任意の高温及び／又は酸化雰囲気中で使用するための形状アクチュエータ２０１を含み得る。特に限定されないが、本発明に係る形状記憶合金を含む形状アクチュエータ２０１は、タービンノズル、ブレード、シュラウド、シュラウドハンガ、燃焼器、排気ノズル、ディスク、及び高温に暴露される他のシールにおいて、これらに隣接して、或いはこれらと協力して使用できる。詳しくは、形状アクチュエータ２０１は排気ノズル又は関連する構造体を含み得る。この場合、排気ノズル中に形状記憶合金を使用することにより、運転温度で排気ノズルの幾何学的形状を変更又は配置構成して排気ガスの流れの制御又は管理を行うことができる。別の実施形態では、本発明の実施形態に係る形状アクチュエータ２０１は、離陸時の消音及び巡航時の空力効率を与えるための排気シェブロンを含み得る。さらにまた、本発明の実施形態に係る形状アクチュエータ２０１は、ガスタービンエンジン内における冷却用空気の流れ分布を制御、調整及び／又は最適化するための冷却用空気ダイバータを含んでいる。
【実施例】
【００２９】
実施例１及び比較例２
単結晶超合金Ｒｅｎｅ Ｎ５試験クーポンを試験材料で被覆した。試験クーポンは、直径２５ミリメートルかつ厚さ３．２５ｍｍであった。実施例１は、式Ｎｉ−４０Ａｌ−６Ｃｏ−５Ｐｔ−４Ｃｒ（原子％）に従った概略組成を有する５０マイクロメートルの(Ｎｉ，Ｐｔ)Ａｌコーティングを含んでいた。比較例２は、式Ｎｉ−４７Ｔｉ（原子％）に従った組成を有する２７５マイクロメートルのＮｉＴｉコーティングを含んでいた。クーポンには、空気中で反復熱サイクルを施した。この場合、クーポンを１１５０℃の温度に１時間加熱し、続いて室温まで冷却した。図５は、熱サイクリング前、１サイクル後及び１００サイクル後における実施例１及び比較例２を示している。比較例２はただ１回のサイクル後に激しい酸化によって破損した一方、実施例１は１１５０℃で１００サイクル後にも無傷のままであったことが注目される。図６は、実施例１及び比較例２に関する相対質量増加を示すグラフである。この例からわかるように、耐高温性組成の形状記憶合金はタービン運転を代表する苛酷な酸化環境に耐え得る一方、低温動作用として当技術分野で知られているＮｉＴｉ系形状記憶合金は激しく酸化されるために高温では有用でない。
【００３０】
以上、好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱せずに様々な変更をなすことができ、またその構成要素を同等物で置換できることが当業者には理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示内容に適合させるために多くの修正をなすことができる。したがって、本発明はこの発明を実施するために想定される最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を包含するものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０５  第１段ブレード
１１１  ベーン
１１５  ホイールスペースシール
２０１  形状アクチュエータ
【図１】
0005523719.tif 000002
【図２】
0005523719.tif 000003
【図３】
0005523719.tif 000004
【図４】
0005523719.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005523719.tif 000007