(57)【要約】【課題】  コーティングプロセス及びコーティング製品を提供する。【解決手段】  コーティングプロセスは、タービン部品を用意するステップと、防コーティング剤をタービン部品の所定領域に塗布するステップと、タービン部品にコーティング材を被覆するステップとを含む。防コーティング剤は、コーティング材がタービン部品の所定領域を避けるようにし、チャネルを少なくとも部分的に形成する。高温ガス経路タービン部品のコーティングプロセス及びコーティング製品もまた開示される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン部品を用意するステップと、
防コーティング剤を前記タービン部品の所定領域に塗布するステップと、
前記タービン部品にコーティング材を被覆するステップとを含んでおり、
前記防コーティング剤は、前記コーティング材が前記タービン部品の前記所定領域を避けるようにし、チャネルを少なくとも部分的に形成する、
コーティングプロセス。
【請求項２】
前記防コーティング剤は、エラストマー、シリコン系化合物、又はそれらの組み合わせである、請求項１に記載のコーティングプロセス。
【請求項３】
前記コーティング材は、ボンドコート、遮熱コーティング、又はそれらの組み合わせである、請求項１に記載のコーティングプロセス。
【請求項４】
前記タービン部品の前記所定領域は予成形チャネルを含む、請求項１に記載のコーティングプロセス。
【請求項５】
前記タービン部品の前記所定領域から前記防コーティング剤を除去するステップを更に含む、請求項１に記載のコーティングプロセス。
【請求項６】
浸出剤によって前記防コーティング剤を除去するステップを更に含む、請求項５に記載のコーティングプロセス。
【請求項７】
解除剤によって前記防コーティング剤を除去するステップを更に含む、請求項５に記載のコーティングプロセス。
【請求項８】
熱によって前記防コーティング剤を除去するステップを更に含む、請求項５に記載のコーティングプロセス。
【請求項９】
前記防コーティング剤の除去によって基体表面が露出する、請求項５に記載のコーティングプロセス。
【請求項１０】
前記チャネル内の露出した基体表面に冷却孔を機械加工するステップを更に含む、請求項１に記載のコーティングプロセス。
【請求項１１】
前記コーティング材はボンドコートの露出部分に被覆される、請求項１に記載のコーティングプロセス。
【請求項１２】
前記タービン部品はシュラウドである、請求項１に記載のコーティングプロセス。
【請求項１３】
前記タービン部品は高温ガス経路タービン部品である、請求項１に記載のコーティングプロセス。
【請求項１４】
前記高温ガス経路タービン部品はバケットである、請求項１３に記載のコーティングプロセス。
【請求項１５】
前記高温ガス経路タービン部品はノズルである、請求項１３に記載のコーティングプロセス。
【請求項１６】
前記タービン部品は合金からなる、請求項１に記載のコーティング製品。
【請求項１７】
前記タービン部品は金属からなる、請求項１に記載のコーティング製品。
【請求項１８】
前記タービン部品はセラミックマトリックス複合材からなる、請求項１に記載のコーティング製品。
【請求項１９】
高温ガス経路タービン部品を用意するステップと、
防コーティング剤の長尺ストリップを前記高温ガス経路タービン部品の所定領域に塗布するステップと、
前記高温ガス経路タービン部品にコーティング材を被覆するステップと、
前記防コーティング剤の前記長尺ストリップを除去するステップとを含んでおり、
前記防コーティング剤は、前記コーティング材が前記高温ガス経路タービン部品の前記所定領域を避けるようにし、前記高温ガス経路タービン部品に冷却チャネルを形成する、
コーティングプロセス。
【請求項２０】
タービン部品と、
タービン部品上のボンドコートと、
前記ボンドコート上の遮熱コーティングと、
前記遮熱コーティング及び前記ボンドコートを通るチャネルとを含んでおり、
前記チャネルは、前記ボンドコート及び遮熱コーティングの塗布中に形成され、前記タービン部品の基体表面に露出している、
コーティング製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン部品用のコーティング方法及びコーティング製品に関する。より詳細には、本発明は、タービン部品用の遮熱コーティング方法及び遮熱コーティング物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン部品材料の温度制限は、タービン運転温度の上昇、ひいてはタービン効率の向上の障壁となる。そのようなタービン部品の冷却性能の限界は、そのような温度制限を起こす１つの特徴である。例えば、冷却が不十分であったり、且つ／又は所定の温度又はそれ以上の温度で運転したりすると、タービン部品の熱膨張及び熱収縮によって疲労することになる可能性がある。
【０００３】
更に、タービン部品は、温度勾配を有する温度分布を受ける。温度分布及び／又は温度勾配によって、特に運転開始又は運転休止中に、異なる速度でタービン部品の様々な場所が加熱されることがある。そのような不均一加熱は低サイクル疲労を招く可能性があり、これはタービン部品の全有効寿命を縮めるので望ましくない。
【０００４】
タービン部品材料の表面にチャネル又はトレンチを形成することによって、部品に対して更なる冷却を行うことができる。しかしながら、表面近くの冷却チャネルは形成するのが難しい。表面近くの冷却チャネルは、タービン部品の修復を困難にすることもある。更に、コーティングを通ってベース材料まで延在するトレンチ又はチャネルの機械加工によって、ベース金属のトレンチング及び／又はスカーフィングが発生する可能性がある。コーティングを通ってベース材料まで延在するトレンチ又はチャネルを形成する方法の１つとしては、ウォータージェットを用いる方法がある。ウォータージェットによってトレンチの深さを制御することは難しく、トレンチをベース材料まで延在させてしまうことが多い。更にまた、材料を機械加工すると、例えば、既に機械加工されている部品を複製又は修復ができないといった、望ましくない特徴が生じることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，１０５，０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の欠点の１つ又はそれ以上に悩まされることのない、タービン部品コーティングプロセス及びコーティングタービン部品が当該技術分野において望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一例示的実施形態において、コーティングプロセスは、タービン部品を用意するステップと、防コーティング剤をタービン部品の所定領域に塗布するステップと、タービン部品にコーティング材を被覆するステップとを含む。防コーティング剤は、コーティング材がタービン部品の所定領域を避けるようにし、チャネルを少なくとも部分的に形成する。
【０００８】
別の例示的実施形態において、コーティングプロセスは、高温ガス経路タービン部品を用意するステップと、防コーティング剤の長尺ストリップを高温ガス経路タービン部品の所定領域に塗布するステップと、高温ガス経路タービン部品にコーティング材を被覆するステップと、防コーティング剤の長尺ストリップを除去するステップとを含む。防コーティング剤は、コーティング材が高温ガス経路タービン部品の所定領域を避けるようにし、高温ガス経路タービン部品に冷却チャネルを形成する。
【０００９】
別の例示的実施形態において、コーティング製品は、タービン部品と、タービン部品上のボンドコートと、ボンドコート上の遮熱コーティングと、遮熱コーティング及びボンドコートを通るチャネルとを含む。チャネルは、ボンドコート及び遮熱コーティングの塗布中に形成され、タービン部品の基体表面に露出している。
【００１０】
本発明のその他の特徴及び利点は、例として本発明の原理を示す添付図面と共に、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に従った、防コーティング剤を有するタービンバケットの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に従った、防コーティング剤を有するタービンシュラウドの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に従った、複数の防コーティング剤ストリップの横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に従った、防コーティング剤ストリップの横断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に従った、防コーティング剤ストリップの横断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に従った、防コーティング剤ストリップの横断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に従った、防コーティング剤ストリップの横断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に従った、チャネル内の防コーティング剤の断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に従った、チャネル内の防コーティング剤の断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に従った、チャネル内の防コーティング剤の斜視図である。
【００１２】
可能な限り、同一の部品を示すために、図面を通して同一の参照番号が用いられる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
例示的なタービン部品コーティング方法及びコーティングタービン部品が提供される。本発明の実施形態は、本明細書において開示した１つ又はそれ以上の特徴を利用しないプロセス及び製品と比較して、チャネルの形成効率の向上、チャネルの形成費用の削減、チャネルの形成制御の向上、基体材料の露出の増加、又はそれらの組み合わせが可能である。
【００１４】
図１及び図２を参照にすると、防コーティング剤１０１がタービン部品１０５の所定領域１０４に塗布される。所定領域１０４には、基体表面１０３の一部が含まれる。本明細書で用いられる基体表面１０３は、コーティング材１０２の被覆前のタービン部品１０５の最外面を指す。タービン部品１０５は、膜冷却を伴う任意の適切なタービン部品であり、例えば、バケット（又はブレード）、ノズル、シュラウド、近流路シール、側壁、ダブテール、又はそれらの組み合わせである。タービン部品１０５の適切な材料としては、セラミックマトリックス複合材、合金、一方向凝固金属、単結晶金属、等軸粒金属、その他の適切な金属成分、又はそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【００１５】
図１を参照すると、一実施形態では、タービン部品１０５は、例えば、バケット１１０（又はブレード）、ノズル、又はそれらの組み合わせだがこれに限らない高温ガス経路部品である。タービン部品１０５の所定領域１０４に適した位置としては、負圧面１２３、正圧面１２２、前縁１２０、後縁１２１、側壁、プラットホーム、又はそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【００１６】
図２を参照すると、一実施形態では、タービン部品１０５は、例えば、シュラウド２１０だがこれに限らないガスタービン部品である。シュラウド２１０は、少なくとも先端部分２２０と、後端部分２２１と、第１端部２２２と、第２端部２２３とを含む。
【００１７】
図１及び図２を参照すると、コーティング材１０２がタービン部品１０５に被覆される。防コーティング剤１０１は、コーティング材１０２が所定領域１０４を避けるようにし、タービン部品１０５にチャネル１０６を形成する。チャネル１０６は、コーティング材１０２を通って基体表面１０３まで延在する。防コーティング剤１０１を除去することによって、チャネル１０６が露出する。一実施形態では、所定領域１０４には、タービン部品１０５の基体表面１０３の予成形チャネルが含まれる。
【００１８】
一実施形態では、防コーティング剤１０１が除去された後、チャネル１０６によって露出する基体表面１０３に冷却孔が機械加工される。一実施形態では、冷却孔が基体表面１０３に機械加工されて、防コーティング剤１０１によって覆われる。冷却孔は、ウォータージェット加工、放電加工（ＥＤＭ）、電解加工（ＥＣＭ）、レーザードリル加工、又はそれらの組み合わせを含むがこれに限定されるものではない任意の適切な機械加工法を用いて機械加工される。一実施形態では、防コーティング剤１０１がタービン部品１０５のマスキングに用いられる。
【００１９】
図３、図４、図５、図６、及び図７を参照すると、防コーティング剤１０１の適切な幾何学的形態としては、長方形、円形３０１、正方形３０２、三角形３０３、八角形、四辺形３０４、又はそれらの組み合わせに似た幾何学的外形を有する長尺ストリップが挙げられるが、これらに限定されない。防コーティング剤１０１の長尺ストリップは、基体表面１０３の長さにわたって、所定領域１０４に塗布される。防コーティング剤１０１の適切な構造としては、剛構造、柔構造、ねじれ構造、曲線構造、直線構造、破線構造（例えば、破線／折れ線セグメント）、又はそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【００２０】
一実施形態では、防コーティング剤１０１は、ワイヤ、チューブ、ストリップ、ストランド、プレート、又はそれらの組み合わせ等の予成形材料である。防コーティング剤１０１は、基体表面１０３に付着又は載置される。防コーティング剤１０１のサイズ及び／又は形状を制御することによって、チャネル１０６の深さの制御が向上する。一実施形態では、防コーティング剤１０１は、タービン部品１０５の所定領域１０４に塗布されて、硬化する。防コーティング剤１０１の適切な硬化方法としては、熱的方法、電子ビーム（ＥＢ）又は紫外線（ＵＶ）等の放射法、触媒法、或いはそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態では、熱硬化には、防コーティング剤１０１を２５０°Ｆで３０分間加熱することが含まれる。一般に、適切な熱硬化温度としては、約１００°Ｆ〜約４００°Ｆ、約１５０°Ｆ〜約３５０°Ｆ、約２００°Ｆ〜約４００°Ｆ、約２００°Ｆ〜約３００°Ｆ、約２２５°Ｆ〜約２７５°Ｆ、或いはそれらの任意の組み合わせ、部分組み合わせ、範囲、又は部分範囲が挙げられるが、これらに限定されない。適切な熱硬化時間としては、約１０分〜約６０分、約１０分〜約５０分、約２０分〜約４０分、約２５分〜約３５分、或いはそれらの任意の組み合わせ、部分組み合わせ、範囲、又は部分範囲が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２１】
防コーティング剤１０１としては、コーティング材１０２をはじく任意の適切な材料が挙げられる。防コーティング剤１０１に適した材料としては、エラストマー、シリコン系化合物、又はそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。適切な材料の１つは、約２０％〜約３０％のメチルビニル／ジメチルビニル／ビニル末端シロキサン、約２０％〜約３０％のビニルシリコンオイル、約１５％〜約３０％の粉砕シリカ、約３％〜約９％のシラノール末端ＰＤＭＳ、約０．５％以下のスルホケイ酸アルミノナトリウム、約１％以下のビニルトリス（２−メトキシエトキシ）シラン、約１％以下の二酸化チタン、約２％以下の沈降シリカ、約１％以下のストッダード溶剤、約０．５％以下のネオデカン酸、希土類塩、約０．５％以下の２−エチルヘキサン酸希土、及び約０．２％以下のマグネシウムフェライトの組成を有する。
【００２２】
硬化後、防コーティング剤１０１は、除去されるまで適切な位置に保持される。一実施形態では、防コーティング剤１０１は、浸出剤、解除剤、放出ゲル、溶剤、熱、又はそれらの組み合わせを含むがこれに限定されるものではないメカニズムを用いて熱的又は化学的に除去される。一実施形態では、防コーティング剤１０１はコーティング材１０２の被覆中に部分的又は完全に蒸発して、被覆の終了時に防コーティング剤の少なくとも一部が除去されるようになっている。防コーティング剤１０１を除去することによって、チャネル１０６が開放され、基体表面１０３をスカーフィング又はカッティングせずに基体表面１０３が露出する。防コーティング剤１０１の除去後、チャネル１０６によって、マイクロチャネル冷却、壁近傍冷却、及び／又は膜冷却のような、タービン部品１０５の冷却が可能になる。
【００２３】
一実施形態において、コーティング材１０２は、１つ又はそれ以上のボンドコート４０２の層及び１つ又はそれ以上の遮熱コーティング（ＴＢＣ）４０１の層を含む。コーティング材１０２の被覆時にボンドコート４０２及び／又はＴＢＣ４０１をなくすことによって、チャネル１０６を少なくとも部分的に形成する。図８（図１の断面Ａ−Ａ）を参照すると、一実施形態では、防コーティング剤１０１が基体表面１０３から延在し、突出部分８０１を形成する。突出部分８０１は、防コーティング剤１０１を物理的に把持する面積を増やすことによって防コーティング剤１０１の除去を促進する。
【００２４】
図９（図１の断面Ａ−Ａ）を参照すると、一実施形態では、防コーティング剤１０１は、コーティング材１０２と実質的に同じ高さである。ボンドコート４０２の露出部分５０１は、ＴＢＣ４０１をなくし防コーティング剤１０１を避けるようにすることによって形成される。別の実施形態では、ボンドコート４０２の露出部分５０１は、ＴＢＣ４０１を更に被覆することによって覆われる。ボンドコート４０２の露出部分５０１を覆うことによって、タービン部品１０５の使用中のボンドコート４０２の摩耗及び／又は劣化が減少する。更に、防コーティング剤１０１の形状、幾何学的形態、位置、配向、サイズ、長さ、厚さ、直径、又はそれらの組み合わせによって、チャネル１０６の形状が規定される。例えば、図１０を参照のこと。
【００２５】
一実施形態では、ボンドコート４０２は、防コーティング剤１０１を避けるようにしながら、タービン部品１０５の基体表面１０３に被覆される。一実施形態では、タービン部品１０５の基体表面１０３に、ＴＢＣ４０１が被覆され、ボンドコート４０２は被覆されない。ボンドコート４０２の適切な組成としては、ＦｅＣｒＡｌＹ、ＣｏＣｒＡｌＹ、ＮｉＣｒＡｌＹ、又はそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【００２６】
一実施形態では、ＴＢＣ４０１は、防コーティング剤１０１を避けるようにしながら、ボンドコート４０２に被覆される。一実施形態では、タービン部品１０５の基体表面１０３に、ボンドコート４０２が被覆され、ＴＢＣ４０１は被覆されない。ＴＢＣ４０１の適切な組成としては、Ｙ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2、任意のイットリア安定化ジルコニア、又はそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【００２７】
本発明は、好適な実施形態に関して説明されたが、当業者には、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であり、そして、本発明の構成要素に対して同等物の置き換えが可能であることが理解されるであろう。更に、本発明の本質的な技術的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に照らして、多くの修正を行うことが可能である。従って、本発明は、本発明を実施するにあたって想定される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されず、本発明には、特許請求の範囲の技術的範囲内にある全ての実施形態が含まれることが意図されている。
【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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