(57)【要約】【課題】コーティングを施したベーンを備えたクローズド羽根車を提供する。【解決手段】クローズド羽根車は、基部内部表面を有する基部カバーと、第２のカバーとを有する。入口遠位端と出口遠位端とを有するベーンが基部内部表面上にある。ベーンは、低圧側表面および高圧側表面を有する。それらは、低圧中点または高圧中点をそれぞれ有する。硬質コーティングが、低圧側表面および高圧側表面に施されている。硬質コーティングは、それら各々の中点に最小低圧コーティング厚さおよび最小高圧コーティング厚さを有する。最小低圧コーティング厚さならびに最小高圧コーティング厚さは、それぞれ、出口遠位端における最大出口コーティング厚さ）の、または入口遠位端における最大入口コーティング厚さのいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲である。【選択図】図２
2014001726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部内部表面（４４）を有する基部カバー（４２）と、
第２のカバー（５２）と、
前記基部内部表面（４４）上のベーン（６１，６１’）であって、前記ベーン（６１，６１’）が略円弧形状であり、かつ入口遠位端（６２，６２’）と出口遠位端（６４，６４’）とを含む、ベーン（６１，６１’）と
を含み、
前記ベーン（６１，６１’）が低圧側表面（６６，６６’）を有し、前記低圧側表面（６６，６６’）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間に低圧長さ（７２，７２’）を有し、前記低圧長さ（７２，７２’）の低圧中点（７４，７４’）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間のほぼ中間であり、
前記低圧側表面（６６，６６’）上に硬質低圧コーティング（１００，１００’）があり、前記硬質低圧コーティング（１００，１００’）が前記低圧中点（７４，７４’）において最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）を有し、前記硬質低圧コーティング（１００，１００’）が前記出口遠位端（６４，６４’）において最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）を有し、前記硬質低圧コーティング（１００，１００’）が前記入口遠位端（６２，６２’）において最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）を有し、
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）のいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲であり、
前記ベーン（６１，６１’）が高圧側表面（６８，６８’）を有し、前記高圧側表面（６８，６８’）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間に高圧長さ（１２０，１４０）を有し、前記高圧長さ（１２０，１４０）の高圧中点（１２２，１４２）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間のほぼ中間であり、
前記高圧側表面（６８，６８’）上に硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）があり、前記硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）が前記高圧中点（１２２，１４２）において最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）を有し、前記硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）が前記出口遠位端（６４，６４’）において最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）を有し、前記硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）が、前記入口遠位端（６２，６２’）において最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）を有し、  
前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）のいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲である、
クローズド羽根車（４０）。
【請求項２】
前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）が前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）にほぼ等しく、前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）が前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）にほぼ等しい、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項３】
前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）が前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）に等しく、前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）が前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）に等しい、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項４】
前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）が前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）を超え、前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）が前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）を超える、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項５】
前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）が前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）よりも薄く、前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）が前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）よりも薄い、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項６】
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）のいずれか１つの約０．１５〜約０．６０倍の範囲であり、前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）のいずれか１つの約０．１５〜約０．６０倍の範囲である、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項７】
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）のいずれか１つの約０．４０〜約０．５５倍の範囲であり、前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）のいずれか１つの約０．４０〜約０．５５倍の範囲である、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項８】
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）のいずれか１つの約０．３０〜約０．４０倍の範囲であり、前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）のいずれか１つの約０．３０〜約０．４０倍の範囲である、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項９】
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）のいずれか１つの約０．３０〜約０．６０倍の範囲であり、前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）のいずれか１つの約０．０８５〜約０．２０倍の範囲である、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項１０】
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）のいずれか１つの約０．５０倍に等しく、前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）のいずれか１つの約０．１４倍に等しい、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項１１】
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）のいずれか１つの約０．３３倍に等しく、前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）のいずれか１つの約０．３３倍に等しい、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項１２】
前記基部カバー（４２）が基部外部表面（４６）をさらに含み、前記第２のカバー（５２）が第２の内部表面（５４）と第２の外部表面（５６）とを有する、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項１３】
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が約３５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲であり、前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１２６）が約３５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲である、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項１４】
前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）が約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲であり、前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）が約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲であり、前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）が約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲であり、前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）が約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲である、請求項１に記載のクローズド羽根車（４０）。
【請求項１５】
ベーン基体（６１，６１’）および硬質コーティング（１００，１００’，１０１，１０１’）を含むコーティングを施した羽根車ベーン（６０，６０’）であって、
前記ベーン（６１，６１’）が略円弧形状であり、かつ入口遠位端（６２，６２’）と出口遠位端（６４，６４’）とを含み、
前記ベーン（６１，６１’）が低圧側表面（６６，６６’）を有し、前記低圧側表面（６６，６６’）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間に低圧長さ（７２，７２’）を有し、前記低圧長さ（７２，７２’）の低圧中点（７４，７４’）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間のほぼ中間であり、
前記低圧側表面（６６，６６’）上に硬質低圧コーティング（１００，１００’）があり、前記硬質低圧コーティング（１００，１００’）が前記低圧中点（７４，７４’）において最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）を有し、前記硬質低圧コーティング（１００，１００’）が前記出口遠位端（６４，６４’）において最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）を有し、前記硬質低圧コーティング（１００，１００’）が前記入口遠位端（６２，６２’）において最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）を有し、
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）のいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲であり、
前記ベーン（６１，６１’）が高圧側表面（６８，６８’）を有し、前記高圧側表面（６８，６８’）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間に高圧長さ（１２０，１４０）を有し、前記高圧長さ（１２０，１４０）の高圧中点（１２２，１４２）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間のほぼ中間であり、
前記高圧側表面（６８，６８’）上に硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）があり、前記硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）が前記高圧中点（１２２，１４２）において最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）を有し、前記硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）が前記出口遠位端（６４，６４’）において最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）を有し、前記硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）が、前記入口遠位端（６２，６２’）において最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）を有し、
前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）のいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲である、
コーティングを施した羽根車ベーン（６０，６０’）。
【請求項１６】
前記最大低圧コーティング出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）が前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）にほぼ等しく、前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）が前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）にほぼ等しい、請求項１５に記載のコーティングを施した羽根車ベーン（６０，６０’）。
【請求項１７】
前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）が前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）に等しく、前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）が前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）に等しい、請求項１５に記載のコーティングを施した羽根車ベーン（６０，６０’）。
【請求項１８】
前記最大低圧コーティング入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）が前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）を超え、前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）が前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）を超える、請求項１５に記載のコーティングを施した羽根車ベーン（６０，６０’）。
【請求項１９】
前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）が前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）未満であり、前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）が前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）未満である、請求項１５に記載のコーティングを施した羽根車ベーン（６０，６０’）。
【請求項２０】
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）のいずれか１つの約０．４０〜約０．５５倍の範囲であり、前記最小高圧厚さ（１２４，１４４）が前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）のいずれか１つの約０．４０〜約０．５５倍の範囲である、請求項１５に記載のコーティングを施した羽根車ベーン（６０，６０’）。
【請求項２１】
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）のいずれか１つの約０．３０〜約０．６０倍の範囲であり、前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）のいずれか１つの約０．０８５〜約０．２０倍の範囲である、請求項１５に記載のコーティングを施した羽根車ベーン（６０，６０’）。
【請求項２２】
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が約３５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲であり、前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）が約３５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲である、請求項１５に記載のコーティングを施した羽根車ベーン（６０，６０’）。
【請求項２３】
前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）が約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲であり、前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）が約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲であり、前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）が約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲であり、前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）が約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲である、請求項１５に記載のコーティングを施した羽根車ベーン（６０，６０’）。
【請求項２４】
入口（２４）と出口（２６）とを有するポンプハウジング（２２）と、
前記ポンプハウジング（２２）内のクローズド羽根車（４０）と、
を含む、ポンプ（２０）であって、
前記クローズド羽根車（４０）が、
基部内部表面（４４）を有する基部カバー（４２）と、
第２のカバー（５２）と、
前記基部内部表面（４４）上のベーン（６１，６１’）であって、前記ベーン（６１，６１’）が略円弧形状であり、かつ入口遠位端（６２，６２’）と出口遠位端（６４，６４’）とを含む、ベーン（６１，６１’）と、
を含み、
前記ベーン（６１，６１’）が低圧側表面（６６，６６’）を有し、前記低圧側表面（６６，６６’）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間に低圧長さ（７２，７２’）を有し、前記低圧長さ（７２，７２’）の低圧中点（７４，７４’）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間のほぼ中間であり、
前記低圧側表面（６６，６６’）上に硬質低圧コーティング（１００，１００’）があり、前記硬質低圧コーティング（１００，１００’）が前記低圧中点（７４，７４’）において最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）を有し、前記硬質低圧コーティング（１００，１００’）が前記出口遠位端（６４，６４’）において最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）を有し、前記硬質低圧コーティング（１００，１００’）が前記入口遠位端（６２，６２’）において最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）を有し、
前記最小低圧コーティング厚さ（１０２，１０２’）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大低圧出口コーティング厚さ（１０４，１０４’）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大低圧入口コーティング厚さ（１０６，１０６’）のいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲であり、
前記ベーン（６１，６１’）が高圧側表面（６８，６８’）を有し、前記高圧側表面（６８，６８’）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間に高圧長さ（１２０，１４０）を有し、前記高圧長さ（１２０，１４０）の高圧中点（１２２，１４２）が前記入口遠位端（６２，６２’）と前記出口遠位端（６４，６４’）との間のほぼ中間であり、
前記高圧側表面（６８，６８’）上に硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）があり、前記硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）が前記高圧中点（１２２，１４２）において最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）を有し、前記硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）が前記出口遠位端（６４，６４’）において最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）を有し、前記硬質高圧コーティング（１０１，１０１’）が、前記入口遠位端（６２，６２’）において最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）を有し、
前記最小高圧コーティング厚さ（１２４，１４４）が、前記出口遠位端（６４，６４’）における前記最大高圧出口コーティング厚さ（１２６，１４６）または前記入口遠位端（６２，６２’）における前記最大高圧入口コーティング厚さ（１２８，１４８）のいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲である、
ポンプ（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーティングを施したベーンを含むクローズド羽根車に関する。特に、本発明は、コーティングを施したベーンのコーティングスキームがクローズド羽根車の有効寿命を増加する、コーティングを施したベーンを備えたクローズド羽根車に関する。コーティングスキームは、クローズド羽根車の機械的な性能特性に負の影響を及ぼすことなく、コーティングを施したベーンの耐侵食性および耐腐食性を向上することによってこれを実施する。
【背景技術】
【０００２】
特定の環境では、ポンプ、流量制御デバイス、ならびに流体およびスラリーを移動または運搬するために使用される他の物品は侵食性および腐食性流体およびスラリーの影響にさらされる。例示的なそのような物品の１つはクローズド羽根車である。クローズド羽根車は、一般に、流体を移動または運搬するのに有用なポンプまたは他の物品の構成要素である。多くの例では、侵食および／または腐食による流体および／またはスラリーの影響によってクローズド羽根車の性能、ゆえに、クローズド羽根車を構成要素とする物品（例えばポンプ）の性能が低下する。
【０００３】
侵食および／または腐食に起因する問題は、流体およびスラリーの運搬および／または移動に有用な多くの種類の物品に共通している。種々の用途の状況においてこの侵食および／または腐食の問題に対処するために、侵食および／または腐食された構成要素に幾分の保護を提供するため、例えば、窒化（例えば固溶窒化）などの拡散処理が使用されている。例えば、Ｂｅｒｎｓに付与された（特許文献１）では、高速ポンプギヤおよび羽根車の状況におけるステンレス鋼の固溶窒化について開示している。固溶窒化などのプロセスによりある程度の向上が認められる一方で、用途によっては、その有効寿命を向上させるために、クローズド羽根車などの構成要素を処理するための方法を提供することが依然必要とされている。
【０００４】
構成要素の寿命を向上させるため、クラッド法が使用されている。このようなプロセスにおいては、可撓性のある炭化タングステン−コバルト層が限界面上に配置され、それに付着される。Ｂｒｅｔｏｎらに付与された（特許文献２）は例示的なクラッド法を示す。可撓性のある炭化タングステン−コバルトクラッドは５０１Ｐａｒｋ  Ｅａｓｔ  Ｂｌｖｄ．，Ｎｅｗ  Ａｌｂａｎｙ，Ｉｎｄｉａｎａ  ４７１５０に所在のＣｏｎｆｏｒｍａＣｌａｄから入手可能である。この可撓性のあるクラッドは、ドラフトタービンブレード（（非特許文献１）を参照）のフライアッシュ侵食から保護するため、ならびに押出機のバレルの摩耗から保護するため（（非特許文献２）を参照）使用されうる。
【０００５】
クラッド法は耐侵食性および耐腐食性に関して許容可能な結果を提供するが、クラッド法に付随する制約がある。第１に、プロセスの性質のため、クラッドは、特に、届きづらい領域には塗布できない。この理由は、そこに到達することができず、可撓性のあるクラッド層が塗布されないからである。第２に、構成要素（複数可）の寸法公差が厳密な場合、クラッド法は、通常、使用に適さない。クローズド羽根車の寸法的に厳密かつ届きづらい構造特徴のため、クラッド法の使用は、クローズド羽根車、特にクローズド羽根車のベーンへの適用に限定されている。したがって、クラッド法は用途によっては適切かもしれないが、特に、保護を要する領域に届きづらく、および／または厳密な寸法公差を要する場合には、その有効寿命を向上させるため、クローズド羽根車などの構成要素を処理するための方法を提供する必要が依然ある。
【０００６】
クローズド羽根車という状況では、ベーンだけでなく他の構成要素の幾何学的形状および物理的特性もクローズド羽根車の性能に影響するおそれがある。クローズド羽根車の性質においては、ベーンへのコーティングの密着性が優れているという条件が課される。ベーンにおけるコーティングの密着性が乏しいとクローズド羽根車の有効寿命の減少につながる。したがって、クローズド羽根車（および特にクローズド羽根車のベーン）に、優れた密着性を有するコーティングを提供すると有利である。コーティングスキームがベーンの基体の表面に冶金学的に結合されることが特に望ましい。
【０００７】
クローズド羽根車の性質は、また、コーティングの厚さの制御が非常に精密であることを課す。コーティング厚さの意図しない変化は、動作性能の低下、ならびにクローズド羽根車の有効寿命の減少につながるおそれのある寸法公差の損失を生じる可能性がある。さらに、コーティング厚さの意図しない変化はクローズド羽根車の動作性能に有害となる重量不均衡を引き起こすおそれがあり、これがクローズド羽根車の有効寿命を減少させる可能性がある。これら意図しないコーティング厚さの変化は、部品の複雑な幾何学的形状によって流束の不規則性が増幅されることから、現在のところ、構成要素全体において厚さを一定値に制御することに焦点が当てられていることに起因する。クローズド羽根車（および特にクローズド羽根車のベーン）に、コーティングの厚さにおいて意図しない変化を有しないコーティングを提供すると大きな利点となろう。
【０００８】
これまでは、コーティング密着性およびコーティング厚さの制御に対する要求により、クローズド羽根車のベーンのコーティングスキームは単一コーティング層に限定されていた。しかし、単一コーティング層を塗布するのに使用されるコーティング法の中には大きな欠点を有するものがある。高熱により、実際にクローズド羽根車のベーンを含む構成要素の幾何学的形状が歪むため、溶射法（例えば、Ｒａｎｇａｓｗａｍｙらに付与された（特許文献３）を参照）などのプロセスでは最適なコーティングスキームが塗布されない。同様の理由で、高熱によりクローズド羽根車のベーンを含む構成要素の幾何学的形状が歪むため、プラズマ粉体肉盛溶接（ｐｌａｓｍａ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ａｒｃ）法（例えば、Ｓｏｌｏｍｏｎらに付与された（特許文献４））では最適なコーティングスキームが塗布されない。したがって、コーティング法により構成要素の幾何学的形状が歪まないように、クローズド羽根車などの構成要素（および特にクローズド羽根車のベーン）を処理する（例えばコーティングする）ための方法を提供することが望ましい。
【０００９】
堆積温度が高くなるほどクローズド羽根車のベーンを含む構成要素の幾何学的形状が歪むため、典型的な化学気相成長法（ＣＶＤ）は適切でない。ＣＶＤ法において現在用いられているような高い堆積温度を使用する必要なくクローズド羽根車などの構成要素を処理するための方法を提供することが望ましい。
【００１０】
加えて、ＣＶＤ法およびＰＶＤ法では最適なコーティングスキームは提供されない。その理由は、それらがコーティングスキームの厚さの規模に限定されるためである。従来のＰＶＤ法は、通常、約１０マイクロメートルのコーティング厚さ限界を有する。従来のＣＶＤ法は、通常、少なくとも約８００℃の堆積温度に加えて、約２５マイクロメートル〜約３０マイクロメートルのコーティング厚さ限界を有する。クローズド羽根車のベーンのコーティングの厚さは少なくとも約３５マイクロメートルとすべきである。したがって、少なくとも約３５マイクロメートルなどの十分な厚さを示すコーティングをクローズド羽根車（および特にクローズド羽根車のベーン）に施すことが非常に望ましかろう。
【００１１】
羽根車の不測の故障モードはベーンの入口領域および出口領域における摩耗の加速によるバランスの早期喪失である。シンプルな速度プロファイルは、速度が高くなれば出口の摩耗が大きくなることを示唆しているが、詳細な検証では、流体の方向の変化により入口領域が局所的な摩耗の加速を引き起こすことを示している。したがって、耐摩耗性コーティング層のプロファイルは、ベーンの他の位置に比べて、この入口領域および出口領域に追加の材料を有する必要がある。
【００１２】
コーティングスキームをクローズド羽根車のような物品に塗布するため、特に、コーティングをクローズド羽根車のベーンに塗布するために使用される従来の技法には欠点があることは明らかになっている。これら欠点に対する解決策を提供することが非常に有益であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第５，５０３，６８７号明細書
【特許文献２】米国特許第３，７４３，５５６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，３８５，７８９号明細書
【特許文献４】米国特許第５，７０５，７８６号明細書
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】ＣｏｎｆｏｒｍａＣｌａｄ  ｂｒｏｃｈｕｒｅ  ｅｎｔｉｔｌｅｄ  “Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ  Ｖａｌｌｅｙ  Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ”
【非特許文献２】Ｒｏｂｅｒｔ  Ｃｏｌｖｉｎ，“Ｗｅａｒ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｈｅｌｐｓ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｒ  ｏｖｅｒｃｏｍｅ  ｐｒｏｂｌｅｍｓ”，Ｍｏｄｅｒｎ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２００７
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一形態においては、本発明は、基部内部表面と、第２のカバーと、基部内部表面にあるベーンとを有する基部カバーを含むクローズド羽根車である。ベーンは略円弧形状であり、入口遠位端と出口遠位端とを有する。ベーンは、入口遠位端と出口遠位端との間の低圧長さと、低圧長さの、入口遠位端と出口遠位端との間のほぼ中間にある低圧中点とを有する低圧側表面を有する。硬質低圧コーティングが低圧側表面に施され、硬質低圧コーティングは、低圧中点に最小低圧コーティング厚さ、出口遠位端に最大低圧出口コーティング厚さ、および入口遠位端に最大低圧入口コーティング厚さを有する。最小低圧コーティング厚さは、出口遠位端における最大低圧出口コーティング厚さ、または入口遠位端における最大低圧入口コーティング厚さのいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲である。ベーンは、入口遠位端と出口遠位端との間の高圧長さと、高圧長さの、入口遠位端と出口遠位端との間のほぼ中間にある高圧中点とを有する高圧側表面を有する。硬質高圧コーティングが高圧側表面に施され、硬質高圧コーティングは、高圧中点に最小高圧コーティング厚さ、出口遠位端に最大高圧出口コーティング厚さ、および入口遠位端に最大高圧入口コーティング厚さを有する。最小高圧コーティング厚さは、出口遠位端における最大高圧出口コーティング厚さ、または入口遠位端における最大高圧入口コーティング厚さのいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲である。
【００１６】
そのさらに別の形態では、本発明は、ベーン基体と硬質コーティングとを含むコーティングを施した羽根車ベーンである。ベーンは略円弧形状であり、入口遠位端と出口遠位端とを有する。ベーンは、入口遠位端と出口遠位端との間の低圧長さと、低圧長さの、入口遠位端と出口遠位端との間のほぼ中間にある低圧中点とを有する低圧側表面を有する。硬質低圧コーティングが低圧側表面に施され、硬質低圧コーティングは、低圧中点に最小低圧コーティング厚さ、出口遠位端に最大低圧出口コーティング厚さ、および入口遠位端に最大低圧入口コーティング厚さを有する。最小低圧コーティング厚さは、出口遠位端における最大低圧出口コーティング厚さ、または入口遠位端における最大低圧入口コーティング厚さのいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲である。ベーンは、入口遠位端と出口遠位端との間の高圧長さと、高圧長さの、入口遠位端と出口遠位端との間のほぼ中間にある高圧中点とを有する高圧側表面を有する。硬質高圧コーティングが高圧側表面に施され、硬質高圧コーティングは、高圧中点に最小高圧コーティング厚さ、出口遠位端に最大高圧出口コーティング厚さ、および入口遠位端に最大高圧入口コーティング厚さを有する。最小高圧コーティング厚さは、出口遠位端における最大高圧出口コーティング厚さ、または入口遠位端における最大高圧入口コーティング厚さのいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲である。
【００１７】
そのさらに別の形態においては、本発明は、入口と出口とを有するポンプハウジングを含むポンプである。ポンプハウジング内にクローズド羽根車がある。クローズド羽根車は、基部内部表面と第２のカバーとを有する基部カバーを含む。ベーンが基部内部表面上にある。ベーンは略円弧形状であり、入口遠位端と出口遠位端とを有する。ベーンは、入口遠位端と出口遠位端との間の低圧長さと、低圧長さの、入口遠位端と出口遠位端との間のほぼ中間にある低圧中点とを有する低圧側表面を有する。硬質低圧コーティングが低圧側表面に施され、硬質低圧コーティングは、低圧中点に最小低圧コーティング厚さ、出口遠位端に最大低圧出口コーティング厚さ、および入口遠位端に最大低圧入口コーティング厚さを有する。最小低圧コーティング厚さは、出口遠位端における最大低圧出口コーティング厚さ、または入口遠位端における最大低圧入口コーティング厚さのいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲である。ベーンは、入口遠位端と出口遠位端との間の高圧長さと、高圧長さの、入口遠位端と出口遠位端との間のほぼ中間にある高圧中点とを有する高圧側表面を有する。硬質高圧コーティングが高圧側表面に施され、硬質高圧コーティングは、高圧中点に最小高圧コーティング厚さ、出口遠位端に最大高圧出口コーティング厚さ、および入口遠位端に最大高圧入口コーティング厚さを有する。最小高圧コーティング厚さは、出口遠位端における最大高圧出口コーティング厚さ、または入口遠位端における最大高圧入口コーティング厚さのいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明クローズド羽根車の特定の実施形態を使用するポンプの等角図である。
【図２】図１のクローズド羽根車の構成要素の分解図である。
【図３】コーティングスキーム、ならびに低圧側表面上にコーティング層があり、高圧側表面上にコーティング層があるベーンの基体を示す、図１のクローズド羽根車のベーンのうちの１つの特定の実施形態の頂面図である。
【図３Ａ】図３の丸３Ａ内に示されるクローズド羽根車のベーンの一部の拡大図である。
【図４】コーティングスキーム、ならびに低圧側表面上にコーティング層があり、高圧側表面上にコーティング層があるベーンの基体を示す、図１のクローズド羽根車で使用するのに適したベーンのうちの１つの別の特定の実施形態の頂面図である。
【図４Ａ】図４の丸４Ａ内に示されるクローズド羽根車のベーンの一部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面、特に図１を参照すると、入口２４と出口２６とを有するポンプハウジング２２を含むポンプ２０が示される。ポンプ２０は、さらに、ポンプハウジング２２内にクローズド羽根車４０を含む。クローズド羽根車４０の駆動を容易にするため、軸２８がクローズド羽根車４０に作動的に連結されている。軸２８に作動的に連結しており、それによって軸２８を回転させる動力源３２が示される。
【００２０】
図２を参照すると、クローズド羽根車４０は、基部内部表面４４と基部外部表面４６とを有する基部カバー４２を含む。クローズド羽根車４０は、さらに、第２の内部表面５４と第２の外部表面５６とを有する第２のカバー５２を有する。第２のカバー５２は中心孔５８を含む。クローズド羽根車４０は、さらに、基部内部表面４４上に、複数の、コーティングを施した羽根車ベーン６０を含む。図２に示されるように、第２のカバー５２は基部カバー４２の上に配置され、それにより、基部内部表面４４から突出したハブ５９が中心孔５８を通過する。この図では、止め輪７８により第２のカバー５２を基部カバー４２に固定する。
【００２１】
図３および図３Ａを参照すると、コーティングを施した羽根車ベーン６０のコーティングスキームが示される。コーティングを施した羽根車ベーン６０は、ベーン基体６１と、ベーン基体６１上の硬質コーティング１００、１０１とを含む。ベーン基体６１は、以下の材料、鋳造、ロッドまたは薄板からの機械加工、または粉末冶金技術によって作製された鋼、ステンレス鋼または超合金のいずれか１つとされうる。材料の特定の種類は、例えば、ＣＡ６ＮＭなどのステンレス鋼もしくは３００系または４００系ステンレス鋼とされうる。基体は、４１４０または４３４０等のような鋼材であってもよい。さらに、ベーン基体６１は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）［連邦商標登録（Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｔｒａｄｅｍａｒｋ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）第３０８，２００号で示されるＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎ  Ａｌｌｏｙｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ，Ｗｅｓｔ  Ｖｉｒｇｉｎｉａ  ２５７０５の登録商標］であっても、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）［連邦商標登録（Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｔｒａｄｅｍａｒｋ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）第２６９，８９８号によって示されるＨａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．，Ｋｏｋｏｍｏ，Ｉｎｄｉａｎａ  ４６９０４の登録商標］材であっても、類似のニッケルベースの合金であってもよい。
【００２２】
硬質コーティング１００、１０１の組成およびコーティング構造は、クローズド羽根車が組み込まれる特定の用途によって変えることができる。例えば、コーティングスキームは複数層を含むことができる。層は、金属、セラミックまたは複合材の１つとすることができる。例示的な金属材料は、チタン、クロム、ニッケル、ジルコニウム、タングステンまたはハフニウムである。例示的なセラミック層は、窒化チタン、炭窒化チタン、チタン窒化アルミニウム、炭窒化チタンアルミニウムシリコンおよび炭化タングステンである。例示的な複合材層は、タングステン−炭化タングステン、炭窒化チタンシリコン（ナノ複合材構造）、炭窒化シリコン、炭化タングステン−コバルト、炭化タングステン−ニッケルおよびニッケル−ダイヤモンドを含む。
【００２３】
一選択肢として、硬質コーティング１００、１０１は、タングステン−炭化タングステンまたは炭窒化チタンシリコンのナノ複合材の単一層とすることができる。
【００２４】
別の選択肢として、硬質コーティング１００、１０１は、チタン、ニッケル、クロムまたはシリコンの結合層を含んでもよい。
【００２５】
ベーン６０は略円弧形状であり、入口遠位端６２と出口遠位端６４とを有する。ベーン６０は、低圧側表面６６と、低圧側表面６６の反対側の高圧側表面６８とを有する。低圧側表面６６は、入口遠位端６２と出口遠位端６４との間に画定される低圧長さ（円弧状の線７２を参照）を有する。入口遠位端６２と出口遠位端６４との間の中間（すなわち低圧長さ７２に沿ってほぼ中程）に、低圧側表面６６の低圧中点７４がある。高圧側表面６８は、入口遠位端６２と出口遠位端６４との間に画定される高圧長さ（円弧状の線１２０を参照）を有する。入口遠位端６２と出口遠位端６４との間の中間（すなわち高圧長さ１２０に沿ってほぼ中程）に、高圧側表面６８の高圧中点１２２がある。
【００２６】
硬質コーティング１００は低圧側表面６６上に施されており、硬質コーティング１０１は高圧側表面６８上に施されている。硬質コーティング１００、１０１は、硬質コーティング１００、１０１の位置によって変化する厚さを有する。より具体的には、低圧側表面６６上の硬質コーティング１００は低圧コーティングプロファイルを有し、高圧側表面６８上の硬質コーティング１０１は高圧コーティングプロファイルを有する。以下の説明から明らかになるように、図３および図３Ａの特定の実施形態では、低圧コーティングプロファイルは全般的に高圧コーティングプロファイルに一致してもよい。さらに具体的には、低圧側表面６６上のコーティング１００と高圧側表面６８上のコーティング１０１は、実質的に同じコーティング厚さおよび実質的に同じコーティングプロファイルを有してもよい。多くの環境においては、ベーンの遠位端（すなわち、入口遠位端および出口遠位端）では、低圧中点または高圧中点の近傍に比べて腐食性摩耗が大きくなる。したがって、低圧コーティングプロファイルおよび高圧コーティングプロファイルのうちいずれか１つまたは両方のコーティングプロファイルが、遠位端の近傍においてコーティングの厚さの増加を示し、クローズド羽根車の有効寿命を増加するという性能利点を提供する。このようなことは、図３および図３Ａの実施形態の低圧コーティングプロファイルおよび高圧コーティングプロファイルにあてはまる。
【００２７】
低圧コーティングプロファイルを参照すると、低圧側表面６６上の硬質コーティング１００は低圧中点７４において最小厚さ１０２（図３Ａを参照）を有する。硬質コーティング１００は出口遠位端６４において最大出口コーティング厚さ１０４を有する。硬質コーティング１００は入口遠位端６２において最大入口コーティング厚さ１０６を有する。通常、低圧側表面６６上の硬質コーティングの厚さは、入口遠位端６２と低圧中点７４との間において、ならびに出口遠位端６４と低圧中点７４との間において滑らかに変化する。最小厚さ１０２は、出口遠位端６４における最大出口コーティング厚さ１０４の、および入口遠位端６２における最大入口コーティング厚さ１０６の約０．０８５〜約０．８倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１０６と最大出口コーティング厚さ１０４は等しいまたはほぼ等しい。
【００２８】
上記０．０８５〜０．８倍の範囲に対する一選択肢として、最小厚さ１０２は、出口遠位端６４における最大出口コーティング厚さ１０４の、および入口遠位端６２における最大入口コーティング厚さ１０６の約０．１５〜約０．６０倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１０６と最大出口コーティング厚さ１０４は等しいまたはほぼ等しい。別の選択肢として、最小厚さ１０２は、出口遠位端６４における最大出口コーティング厚さ１０４の、および入口遠位端６２における最大入口コーティング厚さ１０６の約０．４０〜約０．５５倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１０６と最大出口コーティング厚さ１０４は等しいまたはほぼ等しい。さらに別の選択肢として、最小厚さ１０２は、出口遠位端６４における最大出口コーティング厚さ１０４の、および入口遠位端６２における最大入口コーティング厚さ１０６の約０．３０〜約０．４０倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１０６と最大出口コーティング厚さ１０４は等しいまたはほぼ等しい。
【００２９】
さらに低圧コーティングプロファイルを参照すると、用途によっては、コーティング厚さの変化の性質、すなわち低圧コーティングプロファイルがクローズド羽根車の有効寿命に影響する場合がある。一選択肢として、低圧側表面６６上の硬質コーティングの厚さは、入口遠位端６２と低圧中点７４との間において滑らかに変化し、入口遠位端におけるコーティング厚さは約６０マイクロメートルに等しく、中点におけるコーティング厚さは約２０マイクロメートルの厚さを示す。したがって、中点におけるコーティング厚さは入口遠位端および出口遠位端におけるコーティング厚さの約０．３３倍に等しい。
【００３０】
高圧コーティングプロファイルを参照すると、高圧側表面６８上の硬質コーティング１０１は高圧中点１２２において最小厚さ１２４を有する。硬質コーティング１０１は出口遠位端６４において最大出口コーティング厚さ１２６を有する。硬質コーティング１０１は入口遠位端６２において最大入口コーティング厚さ１２８を有する。通常、低圧側表面６８上の硬質コーティング１０１の厚さは、入口遠位端６２と高圧中点１２２との間において、ならびに出口遠位端６４と高圧中点１２２との間において滑らかに変化する。最小厚さ１２４は、出口遠位端６４における最大出口コーティング厚さ１２６の、および入口遠位端６２における最大入口コーティング厚さ１２８の約０．０８５〜約０．８倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１２８と最大出口コーティング厚さ１２６は等しいまたはほぼ等しい。
【００３１】
上記０．０８５〜０．８倍の範囲に対する一選択肢として、最小厚さ１２４は、出口遠位端６４における最大出口コーティング厚さ１２６の、および入口遠位端６２における最大入口コーティング厚さ１２８の約０．１５〜約０．６０倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１２８と最大出口コーティング厚さ１２６は等しいまたはほぼ等しい。別の選択肢として、最小厚さ１２４は、出口遠位端６４における最大出口コーティング厚さ１２６の、および入口遠位端６２における最大入口コーティング厚さ１２８の約０．４０〜約０．５５倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１２８と最大出口コーティング厚さ１２６は等しいまたはほぼ等しい。さらに別の選択肢として、最小厚さ１２２は、出口遠位端６４における最大出口コーティング厚さ１０４の、および入口遠位端６２における最大入口コーティング厚さ１２８の約０．３０〜約０．４０倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１２８と最大出口コーティング厚さ１２６は等しいまたはほぼ等しい。
【００３２】
さらに高圧コーティングプロファイルを参照すると、用途によっては、コーティング厚さの変化の性質、すなわち高圧コーティングプロファイルがクローズド羽根車の有効寿命に影響する場合がある。一選択肢として、単独または以下の選択肢とのいずれかにおいて、高圧側表面６８上の硬質コーティング１０１の厚さは、入口遠位端６２と低圧中点１２２との間において滑らかに変化し、入口遠位端におけるコーティング厚さは約６０マイクロメートルに等しく、中点におけるコーティング厚さは約２０マイクロメートルの厚さを呈する。したがって、中点におけるコーティング厚さは入口遠位端および出口遠位端におけるコーティング厚さの約０．３３倍に等しい。
【００３３】
一般に、低圧コーティングプロファイルおよび高圧コーティングプロファイルのそれぞれを参照すると、低圧側表面および高圧側表面のそれぞれにおけるコーティングスキームの厚さは約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲である。入口遠位端および出口遠位端の近傍のコーティングスキームの厚さは約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲である。ベーンの中点の近傍のコーティングスキームの厚さは、約３５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲である。低圧コーティングプロファイルおよび高圧コーティングプロファイルに関して、多くの環境においては、ベーンの遠位端（すなわち入口遠位端および出口遠位端）では、低圧中点または高圧中点の近傍に比べて腐食性摩耗が大きくなる。したがって、遠位端の近傍におけるコーティングの厚さの増加はクローズド羽根車の有効寿命を増加するという性能利点を提供する。したがって、入口遠位端におけるコーティングの最大入口厚さおよび出口遠位端におけるコーティングの最大出口厚さは、低圧中点または高圧中点におけるコーティングの厚さよりも大きいと考えられる。
【００３４】
さらに、コーティングスキームが、視認可能な傷または剥離がない、もしくは基体表面が露出していない表面を有する場合は利点となる。コーティングスキームの外観が均一な色を有する場合も有利である。
【００３５】
図４および図４Ａを参照すると、６０’で示されるクローズド羽根車のコーティングを施したベーンの別の特定の実施形態が示される。ベーン６０’は略円弧形状であり、入口遠位端６２’と出口遠位端６４’とを有する。ベーン６０’は低圧側表面６６’と、低圧側表面６６’の反対側の高圧側表面６８’とを有する。低圧側表面６６’は、入口遠位端６２’と出口遠位端６４’との間に画定される低圧長さ（円弧状の線７２’を参照）を有する。入口遠位端６２’と出口遠位端６４’との間の中間（すなわち低圧長さ７２’に沿ってほぼ中程）に、低圧側表面６６’の低圧中点７４’がある。高圧側表面６８’は、入口遠位端６２’と出口遠位端６４’との間に画定される高圧長さ（円弧状の線１４０を参照）を有する。入口遠位端６２’と出口遠位端６４’との間の中間（すなわち高圧長さ１４０に沿って中程）に、高圧側表面６８’の高圧中点１４２がある。
【００３６】
硬質コーティング１００’は低圧側表面６６’上に施されており、硬質コーティング１０１’は高圧側表面６８’上に施されている。硬質コーティング１００’、１０１’は、硬質コーティング１００’の位置によって変化する厚さを有する。さらに具体的には、低圧側表面６６’上の硬質コーティング１００’は低圧コーティングプロファイルを有し、高圧側表面６８’上の硬質コーティング１０１’は高圧コーティングプロファイルを有する。以下の説明から明らかになるように、低圧コーティングプロファイルのコーティング厚さの減少の程度が高圧コーティングプロファイルの減少の程度よりも小さいこと以外は、低圧コーティングプロファイルは高圧コーティングプロファイルとの全般的な一致を示す。
【００３７】
低圧コーティングプロファイルを参照すると、低圧側表面６６’上の硬質コーティング１００’は、低圧中点７４’において最小厚さ１０２’（図４Ａを参照）を有する。硬質コーティング１００’は、出口遠位端６４’において最大出口コーティング厚さ１０４’を有する。硬質コーティング１００’は、入口遠位端６２’において最大入口コーティング厚さ１０６’を有する。通常、低圧側表面６６’上の硬質コーティングの厚さは、入口遠位端６２’と低圧中点７４’との間において、ならびに出口遠位端６４’と低圧中点７４’との間において滑らかに変化する。最小厚さ１０２’は、出口遠位端６４における最大出口コーティング厚さ１０４’の、および入口遠位端６２’における最大入口コーティング厚さ１０６’の約０．０８５〜約０．８倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１０６’と最大出口コーティング厚さ１０４’は等しいまたはほぼ等しい。
【００３８】
上記０．０８５〜０．８倍の範囲に対する一選択肢として、最小厚さ１０２’は、出口遠位端６４’における最大出口コーティング厚さ１０４’の、および入口遠位端６２’における最大入口コーティング厚さ１０６’の約０．１５〜約０．６０倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１０６’と最大出口コーティング厚さ１０４’は等しいまたはほぼ等しい。別の選択肢として、最小厚さ１０２’は、出口遠位端６４’における最大出口コーティング厚さ１０４’の、および入口遠位端６２’における最大入口コーティング厚さ１０６’の約０．４０〜約０．５５倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１０６’と最大出口コーティング厚さ１０４’は等しいまたはほぼ等しい。さらに別の選択肢として、最小厚さ１０２’は、出口遠位端６４’における最大出口コーティング厚さ１０４’の、および入口遠位端６２’における最大入口コーティング厚さ１０６’の約０．３０〜約０．４０倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１０６’と最大出口コーティング厚さ１０４’は等しいまたはほぼ等しい。
【００３９】
さらに低圧コーティングプロファイルを参照すると、用途によっては、コーティング厚さの変化の性質、すなわち低圧コーティングプロファイルがクローズド羽根車の有効寿命に影響する場合がある。一選択肢として、低圧側表面６６’上の硬質コーティングの厚さは、入口遠位端６２’と低圧中点７４’との間において滑らかに変化し、入口遠位端におけるコーティング厚さは約６０マイクロメートルに等しく、中点におけるコーティング厚さは約２０マイクロメートルの厚さを呈する。したがって、中点におけるコーティング厚さは入口遠位端および出口遠位端におけるコーティング厚さの約０．３３倍に等しい。
【００４０】
高圧コーティングプロファイルを参照すると、高圧側表面６８’上の硬質コーティング１０１’は、高圧中点１４２において最小厚さ１４４（図４Ａを参照）を有する。硬質コーティング１０１’は出口遠位端６４’において最大出口コーティング厚さ１４６を有する。硬質コーティング１０１’は入口遠位端６２’において最大入口コーティング厚さ１４８を有する。通常、低圧側表面６８’上の硬質コーティング１０１’の厚さは、入口遠位端６２’と高圧中点１４２との間において、ならびに出口遠位端６４’と高圧中点１４２との間において滑らかに変化する。最小厚さ１４４は、出口遠位端６４’における最大出口コーティング厚さ１４６の、および入口遠位端６２’における最大入口コーティング厚さ１４８の約０．０８５〜約０．８倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１４８と最大出口コーティング厚さ１４６は等しいまたはほぼ等しい。
【００４１】
上記０．０８５〜０．８倍の範囲に対する一選択肢として、最小厚さ１４４は、出口遠位端６４’における最大出口コーティング厚さ１４６の、および入口遠位端６２’における最大入口コーティング厚さ１４８の約０．１５〜約０．６０倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１４８と最大出口コーティング厚さ１４６は等しいまたはほぼ等しい。別の選択肢として、最小厚さ１４４は、出口遠位端６４’における最大出口コーティング厚さ１４６の、および入口遠位端６２’における最大入口コーティング厚さ１４８の約０．４０〜約０．５５倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１４８と最大出口コーティング厚さ１４６は等しいまたはほぼ等しい。さらに別の選択肢として、最小厚さ１４４は、出口遠位端６４’における最大出口コーティング厚さ１４６の、および入口遠位端６２’における最大入口コーティング厚さ１４８の約０．３０〜約０．４０倍の範囲である。最大入口コーティング厚さ１４８と最大出口コーティング厚さ１４６は等しいまたはほぼ等しい。
【００４２】
さらに高圧コーティングプロファイルを参照すると、用途によっては、コーティング厚さの変化の性質、すなわち高圧コーティングプロファイルはクローズド羽根車の有効寿命に影響する可能性がある。一選択肢として、単独または以下の選択肢とのいずれかにおいて、高圧側表面６８’上の硬質コーティング１０１’の厚さは、入口遠位端６２’と高圧中点１４２との間において滑らかに変化し、入口遠位端におけるコーティング厚さは約６０マイクロメートルに等しく、中点におけるコーティング厚さは約２０マイクロメートルの厚さを呈する。中点におけるコーティング厚さは、入口遠位端および出口遠位端におけるコーティング厚さの約０．３３倍に等しい。
【００４３】
図４および図４Ａの特定の実施形態の記載は、低圧コーティングプロファイルのコーティング厚さの減少の程度が高圧コーティングプロファイルの減少の程度よりも小さいこと以外は、低圧コーティングプロファイルは高圧コーティングプロファイルとの全般的な一致を示していることを示す。コーティング厚さの定量的範囲に関しては、以下の関係が考えられる。最小低圧厚さは、出口遠位端における最大低圧出口厚さまたは入口遠位端における最大低圧入口厚さのいずれか１つの約０．３０〜約０．６０倍の範囲とされうる。最小高圧厚さは、出口遠位端における最大高圧出口厚さまたは入口遠位端における最大高圧入口厚さのいずれか１つの約０．０８５〜約０．２０倍の範囲とされうる。別の選択肢として、最小低圧厚さは、出口遠位端における最大低圧出口厚さまたは入口遠位端における最大低圧入口厚さのいずれか１つの約０．５０倍に等しくされうる。最小高圧厚さは、出口遠位端における最大高圧出口厚さまたは入口遠位端における最大高圧入口厚さのいずれか１つの約０．１４倍に等しくされうる。
【００４４】
一般に、低圧コーティングプロファイルおよび高圧コーティングプロファイルのそれぞれを参照すると、低圧側表面および高圧側表面のそれぞれにおけるコーティングスキームの厚さは約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲である。入口遠位端および出口遠位端の近傍のコーティングスキームの厚さは約３５マイクロメートル〜約１３５マイクロメートルの範囲である。ベーンの中点の近傍のコーティングスキームの厚さは、約３５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲である。低圧コーティングプロファイルおよび高圧コーティングプロファイルに関して、多くの環境においては、ベーンの遠位端（すなわち、入口遠位端および出口遠位端）では、低圧中点または高圧中点の近傍に比べて腐食性摩耗が大きくなる。したがって、遠位端の近傍におけるコーティングの厚さの増加は、クローズド羽根車の有効寿命を増加するという性能利点を提供する。したがって、入口遠位端におけるコーティングの最大入口厚さおよび出口遠位端におけるコーティングの最大出口厚さは低圧中点または高圧中点におけるコーティングの厚さよりも大きいと考えられる。
【００４５】
さらに、コーティングスキームが、視認可能な傷または剥離がない、もしくは基体表面が露出していない表面を有する場合は利点となる。コーティングスキームの外観が均一な色を有する場合も有利である。
【００４６】
上記実施形態から理解されうるように、低圧コーティングプロファイルと高圧コーティングプロファイルは実質的に同じとすることができ、同じ厚さを有する。さらに、低圧コーティングプロファイルと高圧コーティングプロファイルは実質的に同じとすることができるが、最大コーティング厚さと最小コーティング厚さとの間の変化の程度は異なりうることは理解される。図４および図４Ａの実施形態の場合、低圧側表面６６’上のコーティング１００’のコーティング厚さは高圧側表面６８’上のコーティング１０１’の厚さよりも変化が小さい。他の例では、低圧側表面６６’上のコーティング１００’のコーティング厚さは、高圧側表面６８’上のコーティング１０１’の厚さよりも大きく変化しうると理解すべきである。
【００４７】
コーティングスキームの他の有利な物理的特性は以下の通りである。７０Ｋｇ超のロックウェル押し込み密着強さ（Ｒｏｃｋｗｅｌｌ  ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｄｈｅｓｉｏｎ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を使用した密着性、約０．０５超の硬さ（ＧＰａ）／弾性係数（ＧＰａ）の比率で測定した靭性、基体の弾性的に変形される領域に視認可能な剥離がないほどの弾性、ＡＳＴＭ  Ｇ６５−０４（２０１０）［“Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｄｒｙ  Ｓａｎｄ／Ｒｕｂｂｅｒ  Ｗｈｅｅｌ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ”］試験を使用した耐摩耗性（耐摩耗性はコーティングを施していない基体の耐摩耗性の５倍超である）、酸、硫化物およびブライン溶液などに耐性のある耐腐食性、ＡＳＴＭ  Ｇ７６−０７［“Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｅｒｏｓｉｏｎ  Ｔｅｓｔｓ  ｂｙ  Ｓｏｌｉｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｇａｓ  Ｊｅｔｓ”］試験を使用した耐侵食性（２０°の入射角などの低い衝突角度において、耐侵食性はコーティングを施していない基体の耐侵食性の少なくとも１．５〜２倍）、コーティングが約１１００ＨＶ超の硬さを有していなければならないほどの硬さ、およびベーン基体の硬さはコーティングの塗布により４ＨＲＣ超低下してはならない。
【００４８】
１つの適切な技術はプラズマ強化マグネトロンスパッタリング（ＰＥＭＳ）法である。ＰＥＭＳ法は、Ｗｅｉらに付与された、耐侵食性コーティング（ＥＲＯＳＩＯＮ  ＲＥＳＩＳＴＡＮＴ  ＣＯＡＴＩＮＧＳ）という名称の米国特許出願公開第２００９／０２１４７８７Ａ１号明細書に示され、かつ記載されている。さらに、ＰＥＭＳ法については、Ｗｅｉらによる論文、「Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｉｃｋ  ｎｉｔｒｉｄｅｓ  ａｎｄ  ｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅｓ  ｆｏｒ  ｓａｎｄ  ｅｒｏｓｉｏｎ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ」，Ｓｕｒｆａｃｅ  ＆  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１（２００６），ｐｐ．４４５３−４４５９に示され、かつ記載されている。
【００４９】
別の適切なプロセスは、Ｈｏｌｚｌらに付与された、Ａ１５構造を含むタングステン合金およびこれを作製する方法（ＴＵＮＧＳＴＥＮ  ＡＬＬＯＹＳ  ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  Ａ１５  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＭＡＫＩＮＧ  ＳＡＭＥ）という名称の米国特許第４，４２７，４４５号明細書に示されている。
【００５０】
コーティングスキームを塗布するために使用されるプロセスは約６００℃以下の温度で動作する。代替として、コーティングスキームを塗布するために使用されるプロセスは、約５５０℃以下の温度で動作する。
【００５１】
本発明の特定の実施形態を以下に説明する。
【実施例】
【００５２】
実施例１では、コーティングされた物品は、約８インチ（２０センチメートル）の有効径を有し、一連の５つのベーンを有する鋳造ステンレス鋼製のクローズド羽根車を含む。各ベーンは約６．２インチ（１６センチメートル）の有効アーク長を有する。このクローズド羽根車は、低温ＣＶＤ法を使用し、炭化タングステンおよびタングステンを含む、硬質だが靱性のあるコーティングでコーティングされた。低温ＣＶＤ法には、数マイクロメートルのニッケル金属を鉄ベースの基体に塗布するステップと、この部分を真空中において約５００〜５２０℃に加熱するステップと、加熱した気体反応生成物をこの部分上に流すステップと、その後、不活性雰囲気中で室温まで冷却するステップと、の基本ステップを含む。
【００５３】
実施例１では、生じたコーティングは、ベーンの入口遠位端から測定した、各ベーンに沿った類似の距離において均一なコーティング厚さを有した。ベーンの高圧側に沿ったコーティング厚さの変化は、端部の近傍において約６０マイクロメートルの最大コーティング厚さ、中点の近傍において約２０マイクロメートルの最小コーティング厚さを示した。
【００５４】
実施例２では、コーティングされた物品は、約８インチ（２０センチメートル）の有効径を有し、かつ一連の５つのベーンを有する鋳造ステンレス鋼製のクローズド羽根車を含む。各ベーンは約６．２インチ（１６センチメートル）の有効アーク長を有する。このクローズド羽根車は、上述と同じ低温ＣＶＤ法を使用するが別個のバッチにおいて、硬質だが靱性のあるコーティングでコーティングされた。
【００５５】
実施例２では、生じたコーティングは、ベーンの入口遠位端から測定した、各ベーンに沿った類似の距離において均一なコーティング厚さを有していた。ベーンの高圧側に沿った厚さの変化は、中点の近傍において、入口端部および出口端部と比較して約１４パーセント（１４％）の最小コーティング厚さを示した。このベーンの低圧側において、中点におけるコーティング厚さは入口端部および出口端部と比較して５０パーセント（５０％）変化した。
【００５６】
上の記載では、最小コーティング厚さは、ベーンの低圧側であるか高圧側であるかに関わらず、最大入口厚さのコーティング厚さおよび最大出口厚さのコーティング厚さと比較して示されている。これら最大厚さは等しいまたはほぼ等しい。場合によっては、最小コーティング厚さは、これら最大コーティング厚さのいずれか１つに対して画定されうることを理解すべきである。したがって、ある範囲において、最小低圧厚さは、出口遠位端における最大低圧出口厚さまたは入口遠位端における最大低圧入口厚さのいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲であり、かつ最小高圧厚さは、出口遠位端における最大高圧出口厚さまたは入口遠位端における最大高圧入口厚さのいずれか１つの約０．０８５〜約０．８倍の範囲であると考えられる。
【００５７】
本発明が、クローズド羽根車の機械的性能に不利に影響することなくクローズド羽根車のコーティングを施したベーンの耐侵食性および耐腐食性を向上させるコーティングスキームを提供することは明らかである。
【００５８】
さらに、本発明は、その有効寿命を向上させるためにクローズド羽根車などの構成要素を処理するための方法を提供することは明らかである。本発明は、特に、保護を要する領域に届きづらい場合、および／または厳密な寸法公差を要する場合、その有効寿命を向上させるためにクローズド羽根車などの構成要素を処理するための方法を提供することは明らかである。
【００５９】
本発明が、クローズド羽根車（特にクローズド羽根車のベーン）に優れた密着性を有するコーティングを提供することは明らかである。本発明が、クローズド羽根車（特にクローズド羽根車のベーン）にコーティングを提供することは明らかである。コーティングスキームはベーンの基体の表面に冶金学的に結合される。本発明が、クローズド羽根車（特にクローズド羽根車のベーン）に、コーティングの厚さにおいて意図しない変化を有しないコーティングを提供することは明らかである。
【００６０】
さらに、本発明は、コーティングの塗布に高熱を要しないため、クローズド羽根車のベーンを含む構成要素の幾何学的形状を歪ませないコーティングがクローズド羽根車（特にクローズド羽根車のベーン）に提供されることは明らかである。本発明は、典型的なＣＶＤおよびＰＶＤ法に現在使用されているような高い堆積温度を使用する必要なくクローズド羽根車などの構成要素を処理するための手法を提供することは明らかである。
【００６１】
本発明は、コーティングを、見通し法（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）によってコーティングすることができない、届きづらい領域に塗布することができるように、クローズド羽根車（および特にそのベーン）などの構成要素を処理するための方法を提供することは明らかである。
【００６２】
本発明が、クローズド羽根車（および特にクローズド羽根車のベーン）に、少なくとも約３５マイクロメートルなどの十分な厚さを呈するコーティングを提供することは明らかである。
【００６３】
本明細書中に示される特許および他の文書は参照により本明細書に組み込まれる。本発明の他の実施形態は、当業者には、明細書の考察または本明細書中に開示される本発明の実施から明らかとなろう。明細書および実施例は単に例証的なものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明の実際の範囲および精神は以下の特許請求の範囲によって示される。
【符号の説明】
【００６４】
２０  ポンプ
２２  ポンプハウジング
２４  入口
２６  出口
２８  軸
３２  動力源
４０  クローズド羽根車
４２  基部カバー
４４  基部内部表面
４６  基部外部表面
５２  第２のカバー
５４  第２の内部表面
５６  第２の外部表面
５８  中心孔
５９  ハブ
６０  コーティングを施した羽根車ベーン
６０’  コーティングを施した羽根車ベーン
６１  ベーン基体
６１’  ベーン基体
６２  入口遠位端
６２’  入口遠位端
６４  出口遠位端
６４’  出口遠位端
６６  低圧側表面
６６’  低圧側表面
６８  高圧側表面
６８’  高圧側表面
７２  低圧長さ
７２’  低圧長さ
７４  低圧中点
７４’  低圧中点
１００  硬質低圧コーティング
１００’  硬質低圧コーティング
１０１  硬質高圧コーティング
１０１’  硬質高圧コーティング
１０２  最小低圧コーティング厚さ
１０２’  最小低圧コーティング厚さ
１０４  最大低圧出口コーティング厚さ
１０４’  最大低圧出口コーティング厚さ
１０６  最大低圧入口コーティング厚さ
１０６’  最大低圧入口コーティング厚さ
１２０  高圧長さ
１２２  高圧中点
１２４  最小高圧コーティング厚さ
１２６  最大高圧出口コーティング厚さ
１２８  最大高圧入口コーティング厚さ
１４０  高圧長さ
１４２  高圧中点
１４４  最小高圧コーティング厚さ
１４６  最大高圧出口コーティング厚さ
１４８  最大高圧入口コーティング厚さ
【図１】
2014001726.tif 000003
【図２】
2014001726.tif 000004
【図３】
2014001726.tif 000005
【図３Ａ】
2014001726.tif 000006
【図４】
2014001726.tif 000007
【図４Ａ】
2014001726.tif 000008