(57)【要約】【課題】改質アルミナイド層が形成される基体の被覆のための、従来と異なる方法を提示し、そのような層を有する加工物を使用可能にすること。【解決手段】基体を被覆するための方法が提示され、ＰｔＭＡｌの種類の白金により改質されたアルミナイドの層が基体に形成され、ここで、Ｍは鉄Ｆｅ又はニッケルＮｉ又はコバルトＣｏなどの金属、又はこれらの金属の組み合わせを示し、層が気相による物理的な堆積ＰＶＤによって形成され、アルミニウムＡｌ及び金属Ｍの少なくとも２つの成分が気相により物理的に堆積され、堆積が少なくとも０．１ｍｂａｒ、好ましくは少なくとも０．４ｍｂａｒ、特に０．４ｍｂａｒと０．６ｍｂａｒの間のプロセス圧力で実行される。この種類の方法を用いて形成された層を付着した基体を備える加工物、特にタービン翼がさらに提示される。【選択図】図１
2014122430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体を被覆するための方法であって、ＰｔＭＡｌの種類の白金により改質されたアルミナイドの層が前記基体に形成され、ただしＭが鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）又はコバルト（Ｃｏ）などの金属又はこれらの金属の組み合わせを示し、前記層が気相による物理的な堆積（ＰＶＤ）によって形成され、アルミニウム（Ａｌ）及び金属Ｍの少なくとも２つの成分が気相により物理的に堆積され、前記堆積が少なくとも０．１ｍｂａｒ、好ましくは少なくとも０．４ｍｂａｒ、特に０．４と０．６ｍｂａｒの間のプロセス圧力で実行されることを特徴とする方法。
【請求項２】
アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、及び金属Ｍの前記全ての成分が、気相によって物理的に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記白金が、ガルバニックに付着され、前記成分及び金属Ｍが前記気相によって物理的に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記層がさらに少なくとも１つの活性元素を含み、各活性元素が、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）、セリウム（Ｃｅ）からルテチウム（Ｌｕ）のランタニドを含む群から選択される、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの活性元素が前記気相により物理的に堆積される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
１つから３つの活性元素が合計して前記層の重量で０．２から１０％になる、１つから３つの要素が堆積される、請求項４から５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
クロムが付加的に前記気相により物理的に堆積され、合計して前記層の重量で３％から２５％の量になる、請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第１の方法段階で白金層が最初に堆積され、続いて、少なくとも１つの別の方法段階で前記層のその他の成分が堆積される、請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記層の全ての成分が、１つの方法段階、本質的には同時に堆積される、請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記物理的堆積が、高速ＰＶＤ（ＨＳ−ＰＶＤ）によって実行される、請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
遮熱層（ＴＢＣ）が前記層に続いて付着される、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか一項に記載の方法を用いて形成された層がその上に付着された基体を備える加工物。
【請求項１３】
タービン翼として形成された、請求項１２に記載の加工物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本方法は、独立請求項１の前提部分に従って基体を被覆する方法に関し、この方法に従って層を付着した基体を備える加工物にも関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、飛行機用のエンジンとして、或いは地上の産業用ガス・タービンとして使用されるタービンの動作では、ガス温度が高いほどタービンの効率が向上することから、燃焼によって生じるガスの温度をできる限り高温にすることが目標となっている。そのような配置では、ガス温度は、例えばタービン翼及び燃焼チャンバ等の、高温ガスに接触することになる部分を製造する金属化合物の融解温度をしばしば超える。
【０００３】
こうした理由で、とりわけタービンの高温領域において、一方で、高温でも非常に優れた機械的性質を持つ材料金属化合物（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）として選択すること、他方で、例えばタービン翼などの加工物を積極的に冷却すること、及び／又は例えば熱保護層のＴＢＣ（断熱コーティング）によって保護層を与えることが一般的である。
【０００４】
原則として、通常ニッケル基合金又はコバルト基合金である超合金が、熱的に最も負荷がかかるタービンの加工物用材料として使用される。これらの超合金は非常に高い温度で並外れた強度を有するが、耐酸化性及び高温耐食性に関するその性質は、タービンの激しい環境においてしばしば適切でない。この問題を解決するために、非常に優れた高温耐食性を有する層を伴う超合金を提供することが周知である。
【０００５】
高温耐食性、及び高温耐酸化性の層を超合金で製造された加工物に形成するために、例えばＰｔＭＡｌの種類の白金により改質されたアルミナイドを使用することが周知である。ここでＭは、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）又はコバルト（Ｃｏ）の金属、又はそれらの金属の組み合わせを表す。これらのアルミナイドでは、金属Ｍの部分は白金（Ｐｔ）で置き換えられる。これらは拡散層である。層の形成のために、先ず白金層がガルバニックな（ｇａｌｖａｎｉｃ：電気的な）プロセスによって基体に付着される。その後、別の方法工程で基体がアリタイズされる（ａｌｉｔｉｓｅｄ）。これは高温でパック・セメンテーション（ｐａｃｋ  ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）又は化学蒸着（ＣＶＤ）により、また、好ましくはその後の熱処理によって行われる。
【０００６】
この種類の白金により改質されたアルミナイド層が、例えば欧州特許出願公開第１１１０９１号に開示されている。ここでは、基体は例えばニッケル基合金のものである。白金層の電気化学的な付着に続いて、アリタイジング（ａｌｉｔｉｓｉｎｇ）がＣＶＤによって行われる。この装置では、一方でアルミニウムが拡散して白金層を通って基体の境界領域に入り、他方でニッケルが基体から拡散して白金層を通って外側に出る。これにより、白金により改質されたニッケル・アルミナイド層が形成される。
【０００７】
欧州特許出願公開第２０９２４７号（米国特許第６６０２３５６号に対応する）からも、白金のガルバニックな付着、そしてそれに続くＣＶＤプロセスによるアリタイジングによって、白金により改質されたアルミナイド層を形成することが周知であり、ＣＶＤプロセス中に例えば、ハフニウム（Ｈｆ）などの活性元素がさらに層に導入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１１１０９１号
【特許文献２】欧州特許出願公開第２０９２４７号
【特許文献３】国際公開第９８／１３５３１号
【特許文献４】ドイツ特許公開第４２  ３５  ５４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従来技術から取り組み始めている、白金により改質されたアルミナイドによる層が形成される基体の被覆のための異なる方法を提示することである。さらに、本発明は、基体及びこのように形成された層を有する加工物を使用可能にするように意図される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの目的を満足する本発明の主題は、それぞれのカテゴリーでの独立請求項の特徴によって表現することができる。
【００１１】
したがって、本発明によれば、基体の被覆のための方法が提示され、ＰｔＭＡｌの種類の白金により改質されたアルミナイドの層が基体上に形成され、ただし、Ｍは、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）又はコバルト（Ｃｏ）などの金属又はこれらの金属の組み合わせを示し、層は、気相（ｇａｓ  ｐｈａｓｅ）による物理的な堆積（ＰＶＤ）によって形成され、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、金属Ｍの成分のうちの少なくとも１つは、蒸気相（ｖａｐｏｕｒ  ｐｈａｓｅ）により物理的に堆積され、それとともに少なくとも２つの構成要素、アルミニウム（Ａｌ）及び金属Ｍは、蒸気相から物理的に堆積され、また堆積は、少なくとも０．１ｍｂａｒ、好ましくは少なくとも０．４ｍｂａｒ、特に０．４ｍｂａｒと０．６ｍｂａｒの間のプロセス圧力で実行される。
【００１２】
白金が、前もって薄い層の形でガルバニックに堆積され、例えば化学的プロセスによるＣＶＤ法によって形成される拡散層で白金によって改質されたアルミナイド層を形成する周知の方法とは対照的に、本発明による方法では、少なくとも２つの成分である金属Ｍ及びアルミニウム（Ａｌ）が気相により物理的に堆積され、その場合、この堆積が少なくとも１０−１ｍｂａｒのプロセス圧力で実行される。これは、アルミニウムに加えて、金属Ｍすなわち、例えばニッケル、コバルト、又は鉄もＰＶＤプロセスによって使用可能になり、基体からの拡散プロセスによって供給される必要がないという決定的な利点がある。したがって、金属Ｍの濃度又はアルミニウム濃度の望ましくない漸変も回避することができ、層の化学的成分が正確に設定可能になる。
【００１３】
例えばＥＢ−ＰＶＤ法（電子ビームＰＶＤ法）など、その他のＰＶＤプロセスと比べると比較的高いプロセス圧力であるが、個々の成分のおそらく大きく異なる蒸気圧は、形成される層の組成に対してもはや大きな働きをなさない。特に、高速（ＨＳ）ＰＶＤプロセスが本発明の方法に適している。
【００１４】
金属Ｍ及びアルミニウムは、ＰＶＤによって同時に使用可能にされることが好ましい。
【００１５】
このプロセスを実行する第１に好ましい方法では、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、及び金属Ｍの全ての成分が気相によって物理的に堆積される。これにより、生成される層が、例えば拡散層の場合には、例えば５０％である、層のかなり大きな部分が基体の壁に形成されるように、基体上に８０％〜９０％配置される堆積層になる。一般に基体の補修前に層を除去する必要がある補修に関して、これは特に有利である。本発明による方法を使用すれば、補修の際に基体からかなりの量の材料を除去する必要がある、いわゆる「ロスト・ウォール」効果が軽減できる。さらに、３つの成分全てをＰＶＤによって利用可能にすることにより、層の化学組成が制御された形で非常に正確に設定できる。拡散層の生成中には通常のことである、層の厚さに関連して濃度が変化することが本発明の方法によって回避できる。当然のことながら、本方法を適切に行うことによって、意図的に層の厚さ全体を通じて成分の濃度を変化させることも可能である。
【００１６】
さらに、このプロセスを実行する方法では、材料Ｍ、言い換えれば例えばニッケル（Ｎｉ）が気相によって物理的に堆積されるので、金属は外側に拡散することによって基体から移動し層内に入る必要はない。したがって層の組成、又はさらに化学量論比が大幅に、より単純且つ正確に制御できる。
【００１７】
このプロセスをこのように実行するさらなる利点は、成分の物理的な堆積によって、周知の方法の化学的プロセスによって生じるような、層内の汚染物質を無くすことが可能であることである。したがって、例えば白金のガルバニックな堆積では、塩が残留すると、望ましくない硫黄（Ｓ）及び亜燐酸（Ｐ）のとり込みを生じる。白金が気相によって直接に金属の形に物理的に堆積されるので、本発明による方法ではこれが生じる可能性がない。
【００１８】
しかし、ＰＶＤによって層の必ずしも全ての成分が付着されない方法工程が可能である。
【００１９】
したがって、例えば白金をガルバニックに付着させ、アルミニウム（Ａｌ）、及び金属Ｍなどの成分を気相により物理的に堆積させることが可能である。その場合には、それ自体は周知の様式でガルバニックな方法を使用して白金を付着させ、続いてアルミニウム及び金属ＭをＰＶＤプロセスによって付着させる。
【００２０】
本出願によれば、層がさらに少なくとも１つの活性元素を含むことが有利である可能性があり、各活性元素は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ケイ素（Ｓｉ）、及びセリウム（Ｃｅ）からルテチウム（Ｌｕ）までのランタニドを含む群から選択される。活性元素を加えることにより、層の性質に肯定的に影響を与えることができることが周知である。少なくとも１つの活性要素が気相により有利に物理的に堆積される。本発明によるこの方法を使用することで、層の化学組成を制御し、それを所望の値に調整することがより簡単になることが明らかである。これは、例えば層に対する成分がそこから放出される、対応する陰極の組成及び設計によって確実にできる。かなり広い範囲の元素若しくは元素の組み合わせ、及び／又は濃度がＰＶＤ法を用いることで利用可能になる。周知のＣＶＤの方法では、すなわち、適切な濃度の活性元素によるプロセスに対して通常使用されるハロゲン化物を濃縮することが困難である場合が多いことが周知である。
【００２１】
この場合には、合計して層の重量で０．２％から１０％の量で１つから３つの活性元素が堆積されることが好ましい。
【００２２】
耐食性の向上に注目すると、これは合計して層の重量で３％から２５％の量になるクロム（Ｃｒ）が気相によって物理的に堆積される場合に有利な方策である。
【００２３】
本方法を実行する好ましい方法によれば、第１の方法段階で白金層が最初に堆積され、続いて少なくとも１つの別の段階で層のその他の成分が堆積される。
【００２４】
本プロセスを実行する別の好ましい方式によれば、層の全ての成分が１つの方法段階、本質的には同時に堆積される。これにより、非常に早く均質に層を作製することが可能になる。
【００２５】
本発明による方法では、堆積が高速ＰＶＤ（ＨＳ−ＰＶＤ）によって実行されるのが特に好ましい。このガスフロー・スパッタリング法を使用して、例えば１００μｍ／ｈまでの非常に高い堆積率が達成できる。
【００２６】
これは、用途に応じて熱保護層（ＴＢＣ）が続いて層に付着される場合に有利な方策である。例えば、イットリウム安定化酸化ジルコニウム（ｙｔｔｒｉｕｍ−ｓｔａｂｉｌｉｓｅｄ  ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）など、それ自体が周知の全てのＴＢＣ材料がこれに適している。
【００２７】
本発明によれば、本発明による層を付着した基体を備える加工物がさらに提示される。
【００２８】
好ましい用途によれば、加工物がタービンブレードとして設計される。
【００２９】
本発明のさらに有利な方策及び好ましい設計が独立請求項から生じる。
【００３０】
本発明をこれから図面を参照して以下にさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による方法を実行するための装置の概略図である。
【図２】本発明による加工物の実施例の概略断面図である。
【実施例】
【００３２】
下記の説明で、「頂部」「底部」「上方」「下方」などの相対的な位置の名前は、図１及び図２に使用される位置に関する。これらの位置の指示は、例として理解されることは言うまでもない。
【００３３】
本発明による方法では、基体２（図１）の被覆の目的で、層３（図２）がＰｔＭＡｌの種類の白金により改質されたアルミナイドにより基体２に形成され、この場合Ｍが鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）又はコバルト（Ｃｏ）又はこれらの金属の組み合わせを示す。本発明による方法は、層３のアルミニウム（Ａｌ）及び金属Ｍの少なくとも２つの構成要素が、気相による物理的な堆積によって、言い換えればＰＶＤ（物理蒸着）法によって生成され、それに伴って、堆積が１０−１ｍｂａｒ（ミリバール）、好ましくは少なくとも４×１０−１ｍｂａｒ、特に４×１０−１ｍｂａｒと６×１０−１ｍｂａｒの間のプロセス圧力で実行されることを特徴とする。原理的に、それ自体が周知の全てのＰＶＤ法は、そのようなプロセス圧力で実行することができ、本発明による方法に使用することができる。これらは当分野の平均的な熟練者に十分に周知である。以下に高速ＰＶＤの方法に対し、例示の記号を用いて参照を行うが、ＨＳ−ＰＶＤ（ＨＳ：高速）が実用に特に好ましい。
【００３４】
本プロセスを実行する好ましい様式に対してさらに言及すると、層３の全ての成分が気相により物理的に堆積される。本プロセスを実施するその他の方法も可能であることは言うまでもない。したがって、例えば白金がガルバニックに付着され、アルミニウム（Ａｌ）、及び金属Ｍなどの成分を気相によって物理的に堆積することが可能である。この場合には、それ自体が周知の様式でガルバニックな方法を使用して白金を付着させ、続いてアルミニウム及び金属ＭをＰＶＤプロセスによって付着させる。
【００３５】
さらに、同様の例示の記号によって、ニッケルを金属Ｍとして使用することができ、すなわち層３は白金により改質されたニッケル・アルミナイド（ＰｔＮｉＡｌ）層であることも仮定される。説明は、当然、金属Ｍとして鉄、コバルト又はこれらの３つの元素の組み合わせに対して同様に適用される。
【００３６】
図１は、本発明による方法を実行するのに適した装置の概略図を示す。この装置は、全体を通して参照番号１０で示される。この特定例では、装置１０は、ＨＳ−ＰＶＤを実行するのに適している。ＨＳ−ＰＶＤは、ガスフロー・スパッタリング・プロセス、又は反応性ガスフロー・スパッタリング・プロセスである。ガスフロー・スパッタリングは、例えば国際公開第９８／１３５３１号及びドイツ特許公開第４２  ３５  ５４３号に記載されている。この方法では、不活性ガス、例えばアルゴンが中空の陰極を通って供給され、その中に陽極が配置される。アルゴン原子がイオン化され、次いで陰極に衝突し、それによって陰極材料がスパッターされ、次いで不活性ガスの流れによって陰極の外に運ばれ基材に向かう。反応性ガスフロー・スパッタリングの場合には、反応性ガス用の供給、例えば酸素が陰極の出口と基板の間に提供され、それによってスパッターされた陰極材料が酸化される。
【００３７】
次に、図１に概略的に示した装置１０を下記に説明する。
【００３８】
ＨＳ−ＰＶＤプロセス用の装置１０は、ポンプ装置１２によって真空を生成できるチャンバ１１を備える。ＨＳ−ＰＶＤ用のチャンバ１１内の圧力は一般に、０．１ｍｂａｒから１ｍｂａｒの範囲である。
【００３９】
陰極配列２０がチャンバ内に設けられ、その陰極は中空の陰極配列として設計され、それとともに陰極材料が中空の陰極配列の内側に取り付けられている。例示の実施例では陰極配列２０は直線状になるように設計され、それは、陰極材料が板形状の要素２１の形で設計されることを意味する。互いに平行になった組に配置された２つの板形状の要素２１が提供される。ＤＣ電圧源２３を介して陰極配列２０に接続されている棒状の陽極２２が設けられる。ＤＣ電圧源２３は、例えば１０００Ｖまでの電圧を出力することができ、それによって１５０Ａまでの電流を生成できる。配列及び材料に応じて動作範囲が変化し、装置は、数ｋＷから約１５０ｋＷまでの出力によって動作することができる。さらに、陰極冷却システム２５が設けられ、それを通して、図１の２つの矢印によって示されるように、冷媒、例えば水を陰極配列２０に、また、そこから離れた方向に導くことができる。
【００４０】
ガス入口２４が陰極の下側に設けられ、それがガス供給ライン１４を介して図示されないガス・リザーバに連結されている。不活性ガス、好ましくはアルゴンが動作状態でこのガス入口２４を通って陰極配列２０内に流れる。陰極配列２０の設計によれば、ガス入口２４は、分配器として設計することができ、その分配器は、不活性ガスを所定の様式で陰極配列２０に分配する。陰極配列２０の壁は、不活性ガスの流れを供給する役割を果たすこともできる。図面による陰極配列の上端のところに出口２６が設けられ、その出口は隙間の形になった開口として形成されることが好ましい。不活性ガスは、スパッターされた陰極材料とともに陰極配列２０から出口２６を通って流れる。
【００４１】
図面によれば、加工物１の基体２は、陰極配列２０の上方に設けられ、保持装置１５に配置される。保持装置１５は、基体２の被覆が確実に、できる限り均等になるように、図１の回転矢印によって示されるように、例えばサーボ・モータなどのモータによって回転可能である。保持装置１５はさらに、電圧源１７に接続されている。電圧源１７によってバイアス電圧を加えることは、層の圧密化のために基体２に向かって陰極材料のイオン化された部分を加速するのに使用することができる。
【００４２】
加工物１の領域では、加熱装置１８がさらに設けられ、それを使用して熱放射又は熱対流によって基体２を加熱することができる。基体を可能な限り均等に加熱して、均質な温度（ｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）にするために、加熱装置の加熱要素（図示せず）が基体２の両側に設けられることが好ましい。加熱装置１８を使用して、例えば加工物を９００℃又はそれより高く加熱することができる。
【００４３】
回動可能なスクリーン１９を陰極配列２０の出口２６と加工物１の間に設けることも可能であり、そのスクリーンは回動した状態で出口２６に対して加工物１を遮る。
【００４４】
図面によれば、反応性ガス供給部１３の出口が回動可能なスクリーン１９の下方に設けられ、そこを通って反応性ガスをチャンバ１１に、特にスパッターされた陰極材料をそれによって担持する、不活性ガスの流れの中に導入することができる。この手段によって、例えば金属の形で存在するスパッターされた陰極材料を化学的に改質することが可能になる。例えば、熱バリア層（ＴＢＣ：熱バリア被覆）を基体に堆積する場合、ジルコニウム及びイットリウムを陰極材料から金属の形でスパッターすることができ、反応性ガスの供給により酸素を材料の流れに導入し、それによってジルコニウム及びイットリウムを酸化することができる。その場合には、イットリウム安定化酸化ジルコニウムの熱バリア層が基体２に堆積される。用途に応じて、例えば窒素などのその他の反応性ガスも供給可能である。
【００４５】
ここに示されるようなチャンバ１１での個々の構成要素の配置は、ただ単に実施例であると理解されることが自明である。当然、図１に示された垂直配置の代わりに水平配置も行うことができる。
【００４６】
本発明による方法を実行するために、白金により改質されたニッケル・アルミナイドの層３がこの実施例でＨＳ−ＰＶＤにより基体２に堆積され、Ｐｔだけでなく、Ａｌ及びＮｉも気相によって物理的に堆積できる。１つの選択肢として、それらの性質を層に特定的に改質するために、同様にして１つ又は複数の活性元素を追加的に組み込むことが可能である。活性元素は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ケイ素（Ｓｉ）、及びセリウム（Ｃｅ）からルテチウム（Ｌｕ）のランタニドの群から選択されることが好ましい。実用上の理由により、合計して層３の重量で０．２％から１０％の量で、最大で３つの活性元素が堆積されることが好ましい。
【００４７】
層３のＰｔ及びＡｌの含有量は、それぞれの場合に重量で１０〜３５％の量になることが好ましく、それぞれの場合に重量で１５から２０％の量になることが特に好ましい。
【００４８】
耐食性の向上の観点から、層３に重量で３％から２５％の濃度を有するクロム（Ｃｒ）をさらに導入することも有利である可能性がある。
【００４９】
層３の所望の化学組成は、非常に正確に、陰極材料を備える板形状の要素２１の設計によって再生することができる様式で調整することができる。さらに、例えば予め決めることが可能な化学量論比で、又は予め決めることが可能な濃度の割合によって、層に含むことが意図される元素を最初に混合又は合金にして、その後、この混合物により板形状の要素２１を製造することが可能である。さらに、板形状の要素２１が、異なる材料を提供する、異なる領域を有するように、板形状の要素２１をセグメントに製造することが可能である。これらの領域の寸法及び位置を介して、正確な濃度比率を調整することができる。当然、これらの２つの代替案の組み合わせも可能である。さらに、反応性ガスを反応性ガス供給部１３を通して供給することによって、付着する層の成分を特定的に改質することが可能である。
【００５０】
このように、層３の化学組成が陰極材料の設計を介して再現可能に且つ厳密に調整可能であることにより、加工できる材料及び個々の成分の実現可能な濃度範囲に関して、ＰＶＤ法はＣＶＤ法よりもかなり柔軟である。
【００５１】
陰極材料を有する層３の望ましい組成に対応して設計された板形状の要素２１が、層３を付着させるために陰極配列２０に装着される。堆積プロセスを最適にするために、加熱装置１８によって、基体２が所定の温度、例えば９００℃に加熱される。
【００５２】
陰極配列２０内には、不活性ガス、好ましくはアルゴンがガス入口２４を通って導入される。アルゴンは、陽極２２と陰極配列２０の間の電位差によってイオン化される。イオン化されたアルゴン粒子は、板形状の要素２１に配置された陰極材料に向かって加速されそこに衝突するとき原子、言い換えれば、例えば金属のＰｔ、Ａｌ、及びＮｉ、又は要素２１の表面２１１による原子の集団をたたく。放出され、スパッターされた陰極材料は、次いで基体２の方向に出口２６を通って不活性ガスの流れの中に搬送され、そこで層３の形に堆積される。この配列では、層３が可能な限り均等に成長するように、基体２が保持装置１５、及びモータ１６によって回転される。
【００５３】
ＨＳ−ＰＶＤ法の特定の利点は、例えば１００μｍ／ｈの非常に高い堆積速度が達成できることから理解される。
【００５４】
ＰＶＤ法では、白金（及び当然、その他の金属元素）が金属の形で直接ガス層により堆積されるので、例えば、ガルバニックな堆積において使用される塩により生じるような汚染物質を無くすことができる。このようにして硫黄又は亜燐酸の不都合な取込みを回避することができる。
【００５５】
このプロセスを実行する方法に関連して、いくつかの代替案が可能である。したがって、例えば、第１の方法段階で白金層を最初に堆積し、それに続いて１つ又は複数の方法段階において層３のその他の成分を堆積させることが可能である。この点において、手動又は自動で個々の方法段階の間で陰極材料が変更される。手動の交換では、例えば、板形状の要素２１又はその一部分が交換される。当然、数個の陰極配列を設けることも可能であり、それは、例えば選択的に活性化することができる。別の代替案は、陰極配列内により深く又はより浅く突っ込むことができるように、ガス入口２４又はガス分配器を移動することである。この方策は、特に部分合金に有利である。
【００５６】
プロセスを実行するこの方式を使用して、２段階のプロセスを模倣することができ、それは、従来のＰｔ層のガルバニックな堆積によってそれ自体が周知のＣＶＤ法で実行される。
【００５７】
一方、１つの方法段階で、本質的に同時に層３の全ての成分を堆積させることも可能である。さらに、例えば交互に配置された数個の陰極配列２０を設けることもできる。
【００５８】
特に、１つの方法段階として層３がさらに多く堆積される場合には、層３を拡散プロセスによって可能な限り均質にするために、それに続いて、被覆された基体３をそれ自体が周知の熱処理にかけることが有利である。
【００５９】
当然、１つ又は複数の相によって層３を意識的に設計することも可能である。
【００６０】
ＰＶＤプロセスは、少なくとも０．１ｍｂａｒのチャンバ内でのプロセス圧力で実行される。この目的のために、チャンバ１１は、先ずポンプで少なくとも５×１０−３の開始時の真空（ｓｔａｒｔｉｎｇ  ｖａｃｕｕｍ）に下げられ、それに続いてＰＶＤプロセスが少なくとも０．１ｍｂａｒで実行される。このプロセス圧力は、少なくとも４×１０−１ｍｂａｒ、特に４×１０−１ｍｂａｒと６×１０−１ｍｂａｒの間の量になることが好ましい。このプロセス圧力のために、チャンバが最初に１０−３ｍｂａｒの開始時の真空に排気される。そのようなプロセス圧力では、例えば一般的なＥＢ−ＰＶＤプロセス用に使用されるもののかなり上にあるものもある。ＥＢ−ＰＶＤ用に、プロセス圧力は、通常１０−３ｍｂａｒから２×１０−２ｍｂａｒの量になり、それに伴って排気が実行され、１０−５ｍｂａｒから１０−６ｍｂａｒの開始時の圧力にされる。
【００６１】
本発明による別の代替の方法は、層３を形成した後でその層に熱バリア層（ＴＢＣ）を付着させることである。ＴＢＣ層は、それ自体周知の全ての方法によって、言い換えれば、例えばＰＶＤ法又は溶射法によって付着させることが可能である。ＴＢＣ層４は、この目的のために全ての周知の全ての材料、言い換えれば、例えば第３酸化物（ｔｈｉｒｄ  ｏｘｉｄｅ）を有するＹＳＺの組み合わせによる、又はスピネル、プロベスカイト、及びパイロクロールなどの新しいＴＢＣ材料を有する完全に又は部分的なイットリウム安定化酸化ジルコニウム（ＹＳＺ）で構成することができる。
【００６２】
本発明による方法は特に、熱に激しく曝されるタービン翼又はその他のガス・タービンの構成要素に高温耐食物及び高温耐酸化物保護層を形成するのに適している。
【符号の説明】
【００６３】
１  加工物
２  基体
３  層
４  ＴＢＣ層
１０  装置
１１  チャンバ
１２  ポンプ装置
１３  反応性ガス供給部
１４  ガス供給ライン
１５  保持装置
１６  モータ
１７  電圧源
１８  加熱装置
１９  スクリーン
２０  陰極配列
２１  板形状の要素
２２  陽極
２３  ＤＣ電圧源
２４  ガス入口
２５  陰極冷却システム
２６  出口
２１１  表面
【図１】
2014122430.tif 000003
【図２】
2014122430.tif 000004