(57)【要約】  本発明は、物理蒸着被覆加工の作業に用いる固定具であって、円形底部材１０、円形底部材１０の反対側の円形上端部材１１、及び上述底部材１０に上述上端部材１１を連結する複数の構造部材１２を有する支持構造物１４と、円筒形状構造物を形成する上述支持構造物１４の外面の周りに垂直な方向に整列された複数のパネル部材１３とを備え、上述パネル部材１３が、被覆が適用される加工物１９、３５を保持するための複数の開口を有し、上述開口が、上述加工物１９、３５が千鳥状に垂直方向に整列されるように上述パネル部材１３の上に配置される固定具に関する。本発明はまた、本発明の固定具を用いて耐食性被覆でガスタービンの圧縮機のブレード及びベーンなど複数の加工物１９、３５を同時に被覆加工するための方法に関する。
2009501278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形底部材、前記円形底部材の反対側の円形上端部材、及び前記底部材に前記上端部材を連結する複数の構造部材を有する支持構造物と、
円筒形状構造物を形成する前記支持構造物の外面の周りに垂直な方向に整列され、前記円形上端部材及び前記底部材に固定される複数のパネル部材と
を備える被覆加工の作業に用いる固定具であって、
前記パネル部材が、被覆が適用される加工物を保持するために複数の開口を有し、前記開口が前記支持構造物から離れて外側の方を向き、前記開口が被覆加工を必要としない前記加工物の部分を受け入れるようになされ、
前記パネル部材が複数の板部材を有し、少なくともいくつかの前記板部材が、前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離し、前記開口に前記加工物を固定するためのバリヤを形成し、
前記開口が、前記加工物が垂直方向に整列され、被覆加工を必要とする前記加工物の部分が前記開口の外部にある前記容積の中に延び、被覆加工を必要としない前記加工物の部分が前記開口の前記内部容積の内側に維持されるように前記パネル部材の上に配置され、その結果、本質的には、直接の連通が前記バリヤを横切って前記開口の前記内部容積と前記開口の外部にある前記容積の間に存在しない固定具。
【請求項２】
複数の加工物を同時に被覆加工するための方法であって、
（ｉ）円形底部材、前記円形底部材の反対側の円形上端部材、及び前記底部材に前記上端部材を連結する複数の構造部材を有する支持構造物と、
円筒形状構造物を形成する前記支持構造物の外面の周りに垂直な方向に整列され、前記円形上端部材及び前記底部材に固定される複数のパネル部材と
を備える固定具であって、
前記パネル部材が、被覆が適用される加工物を保持するために複数の開口を有し、前記開口が前記支持構造物から離れて外側の方を向き、前記開口が被覆加工を必要としない前記加工物の部分を受け入れるようになされ、
前記パネル部材が複数の板部材を有し、少なくともいくつかの前記板部材が前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離し、前記開口に前記加工物を固定するためのバリヤを形成し、
前記開口が、前記加工物が垂直方向に整列され、被覆加工を必要とする前記加工物の部分が前記開口の外部にある前記容積の中に延び、被覆加工を必要としない前記加工物の部分が前記開口の前記内部容積の内側に維持されるように前記パネル部材の上に配置され、その結果、本質的には、直接の連通が前記バリヤを横切って前記開口の前記内部容積と前記開口の外部にある前記容積の間に存在しない固定具を用意するステップと、
（ｉｉ）前記パネル部材の前記開口の中に加工物を取り付け、固定するステップと、
（ｉｉｉ）被覆加工材料源を有する被覆加工用チャンバの中の回転可能駆動システムの上に前記固定具を配置するステップと、
（ｉｖ）前記固定具を回転させるために前記駆動システムを作動し、前記開口の外部にある前記容積の中に延びる前記加工物の部分を物理蒸着によって同時に被覆加工するステップと
を含む方法。
【請求項３】
前記円形底部材が円形の帯部材を有し、前記円形上端部材が円形の帯部材を有し、前記構造部材が棒状部材を有する、請求項１に記載の固定具又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記上端部材が前記パネル部材の端部を受け入れるための手段を有し、前記底部材が前記パネル部材の端部を受け入れるための手段を有し、それによって、前記支持構造物に前記パネル部材を固定する、請求項１に記載の固定具又は請求項２に記載の方法。
【請求項５】
約１２個以下から約３６個以上のパネル部材を備える、請求項１に記載の固定具又は請求項２に記載の方法。
【請求項６】
１から約４以上の列を有し、各列が加工物を保持するための約５個以下から２５個以上の開口を有するパネル部材を備える、請求項１に記載の固定具又は請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記開口が、前記加工物が千鳥状に垂直な方向に整列されるように前記パネル部材の上に配置される、請求項１に記載の固定具又は請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記パネル部材が同じ加工物を有する、請求項１に記載の固定具又は請求項２に記載の方法。
【請求項９】
１つ又は複数のパネル部材が他のパネル部材と異なる加工物を有する、請求項１に記載の固定具又は請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記パネル部材が、（ｉ）前記加工物を保持するための開口を有さない、前記開口の外部にある前記容積から前記開口の前記内部容積を隔離するためのベース・バリアを形成するベース・マスク板部材と、（ｉｉ）前記加工物を保持するための複数の開口を有し、前記ベース・マスク板部材の上に配置されるベース板部材と、（ｉｉｉ）前記加工物を保持するための複数の開口を有するクランプ板部材であって、前記開口が前記ベース板部材の前記開口に整列され、前記クランプ板部材が前記ベース板部材の上に配置され、前記クランプ板部材が前記開口の前記外部にある前記容積から前記開口の前記内部容積を隔離し、前記開口に前記加工物を固定するための上部バリヤを形成するクランプ板部材と、（ｉｖ）前記加工物を保持するための複数の開口を有するブレード支持板部材であって、前記開口が前記ベース板部材及びクランプ板部材の前記開口に整列され、前記ブレード支持板部材が前記クランプ板部材の上に配置されるブレード支持板部材と、（ｖ）前記加工物を保持するための複数の開口を有するブレード・マスク板部材であって、前記開口が前記ベース板部材、クランプ板部材及びブレード支持板部材の前記開口に整列され、前記ブレード・マスク板部材が前記ブレード支持板部材の上に配置されるブレード・マスク板部材と、（ｖｉ）前記ベース・マスク板部材、ベース板部材、クランプ板部材、ブレード支持板部材及びブレード・マスク板部材をともに固定するための締付け手段とを有する、請求項１に記載の固定具又は請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記クランプ板部材の前記開口が、前記ベース板部材及び前記ブレード支持板部材の前記開口と取外し可能に連結可能である、請求項１０に記載の固定具又は請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記加工物が円周方向のダブテール部を有するエアフォイルである、請求項１０に記載の固定具又は請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記加工物が軸方向のダブテール部を有するエアフォイルである、請求項１０に記載の固定具又は請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記パネル部材が、（ｉ）前記加工物を保持するための開口を有さない、前記開口の外部にある前記容積から前記開口の前記内部容積を隔離するためのベース・バリアを形成するベース板部材と、（ｉｉ）前記加工物を保持するための複数の開口を有し、前記ベース板部材の上に配置されるルート・マスク板部材と、（ｉｉｉ）前記加工物を保持するための複数の開口を有するマスキング板部材であって、前記開口が前記ルート・マスク板部材の前記開口に整列され、前記マスキング板部材が前記ルート・マスク板部材の上に配置され、前記ルート・マスク板部材及び前記マスキング板部材が前記開口の外部にある前記容積から前記開口の前記内部容積を隔離し、前記開口に前記加工物を固定するための上部バリヤを形成するマスキング板部材と、（ｉｖ）前記ベース板部材、ルート・マスク板部材及びマスキング板部材をともに固定するための締付け手段を有する、請求項１に記載の固定具又は請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
前記加工物がレッジ部を備えるダブテール部を有するベーンである、請求項１４に記載の固定具又は請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記加工物が物理蒸着によって被覆加工される、請求項１に記載の固定具又は請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
前記加工物が耐食性被覆加工システムの物理蒸着によって被覆加工される、請求項１６に記載の固定具又は請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記耐食性被覆加工システムが、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＺｒＣＮ、ＴｉＡｌＮ及びＴｉＡｌＣＮから選択される、請求項１７に記載の固定具又は請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記耐食性被覆加工システムが多層耐食性被覆加工システムを備える、請求項１８に記載の固定具又は請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
請求項２に記載の方法によって製造される被覆加工物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理蒸着被覆加工の作業に用いる固定具、及び耐食性被覆でガスタービン圧縮機のロータ・ブレード及びステータ・ベーンなど複数の加工物を同時に被覆加工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
しばしば、航空機、戦車及びヘリコプタのガスタービン・エンジンは、ガスタービン圧縮機のロータ・ブレード及びステータ・ベーンが砂及び塵など侵食性媒体にさらされる砂漠の環境で運転される。これら侵食の効果は、燃料消費の増加、馬力の損失、高い全体の運転温度をもたらし、圧縮機及びタービンのハードウェアに損害を引き起こすことがある。陰極アーク物理蒸着によって適用されたＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＺｒＣＮ、ＴｉＡｌＮ及びＴｉＡｌＣＮなど耐食性被覆が、砂の侵食性環境の中で圧縮機のエアフォイルの耐用年数を延ばすために用いられることができる。例えば、米国特許第５０７１６９３号を参照されたい。
【０００３】
物理蒸着は照準線式被覆加工プロセスである。被覆加工されるべき基板が、均一の被覆を実現するために蒸気の中で処理されることが必要である。被覆を必要としない基板の部分は、十分にマスクで覆われる必要がある。
【０００４】
タービン圧縮機のエアフォイルは、燃焼室の中に空気を送出するために外側に延びるエアフォイル部を有する。エアフォイル部の反対側にあるタービン・エアフォイルの部分は、エンジンのディスク又はロータ部にエアフォイルを取り付けるために用いられ、このディスク又はロータ部は、空気の流れの中になく、したがって侵食性の効果からの保護を必要としない。多くの場合、タービン・エアフォイルのこの部分は鳩尾形の形状を有し、エンジンのディスク又はロータ部の鳩尾形の溝穴の中で組み立てられる。したがって、それは多くの場合ダブテール部と呼ばれる。
【０００５】
タービン・エアフォイルのダブテール部の壁はディスク又はロータのダブテール部の溝穴の壁に接触する。長期間又は高速で回転した後、ダブテール部の壁はフレッティングと呼ばれる疲労に関係する現象を見せる。フレッティングは、タービン・エアフォイルのエアフォイル部に適用された被覆によって悪化させられることが分かっている。したがって、タービン・エアフォイルの耐用年数を最大化するようにタービン・エアフォイルの様々な部分の中で所望の特性を実現するために、タービン・エアフォイルのダブテール部に影響を与えることなくタービン・エアフォイルのエアフォイル部を適切に被覆加工する方法を考案することが必要であった。
【０００６】
広範囲には、物理蒸着は、電子ビーム蒸着によってタービン・エアフォイルの上へのセラミックの遮熱被覆に用いられる。広範囲な研究が、様々なエアフォイルのサイズ及び形状に均一な被覆を適用するための設計プロセス及び固定法を目的として行われてきた。
【０００７】
米国特許第５９９７９４７号には、電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）被覆加工プロセスで用いるモジュラー式の回転式串焼き器タイプの被覆加工用固定具について開示されている。この固定具は、それが第１の軸の周りに回転させられることを可能にするために支持構造物及び支持構造物に取り付けられる手段を備える。この固定具は、被覆加工されるべき１つ又は複数の加工物を保持するために支持構造物の内側にカセット手段をさらに備える。このカセット手段は、このカセット手段が第１の軸に実質的に平行な第２の軸の周りを回転することを可能にするスピンドルによって支持構造物に連結され、それによって被覆加工される各加工物がその縦方向の軸の周りを回転することを可能にする。このカセット手段は、被覆加工されるべきエアフォイルの表面が被覆加工源に本質的に平行に維持されるように各加工物を支持する。
【０００８】
上述のように、陰極アーク物理蒸着は、耐食性被覆を適用するために用いられることができる。陰極アーク物理蒸着は、第１次に照準線式蒸着プロセスである。陰極面上の陰極アーク放電によって作り出される蒸気は、陰極面から加工物に向かって基本的に一直線に伝播する。蒸気伝播の第２次の効果は、チャンバのガス雰囲気の中でのイオン化された蒸気の散乱を含む。この散乱は、隅部の周り及び空洞の中にいくらかの均一な電着性、より有意には高イオン化された蒸気の静電気引力を作り出し、したがってエアフォイルのエアフォイル先端部、前縁及び後縁など加工物の縁部及び鋭い輪郭部での被覆積層を促進する。しかしながら、この卓越した蒸着の特徴は、圧縮機のブレード及びベーンのプラットフォーム及びエアフォイルなど平坦な加工物の表面を被覆加工するときの蒸気の照準線式伝播である。エアフォイルの下方部など加工物及びプラットフォームの上に最大被覆厚さを形成するためには、陰極面と加工物表面の間の視界は、遮られるべきではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
複数の加工物を同時に被覆加工することを可能にし、高品質の被覆の生成を促進する物理蒸着被覆加工の作業に用いる被覆加工用固定具に対する必要性が当技術分野で持続している。この被覆加工用固定具は、保護用被覆加工を必要としない部分を保護しながら保護用被覆加工を必要とする加工物の部分だけに被覆加工の適用を可能にするべきものである。さらに、この被覆加工用固定具は、再使用可能で、製造することが比較的廉価であるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は被覆加工の作業に用いる固定具に関し、この固定具は、円形底部材、円形底部材の反対側の円形上端部材、及び前記底部材に前記上端部材を連結する複数の構造部材を有する支持構造物と、円筒形状構造物を形成する前記支持構造物の外面の周りに垂直な方向に整列され、前記円形上端部材及び前記底部材に固定される複数のパネル部材とを備え、前記パネル部材は被覆が適用される加工物を保持するために複数の開口を有し、前記開口は前記支持構造物から離れて外側の方を向き、前記開口は被覆加工を必要としない前記加工物の部分を受け入れるようになされ、前記パネル部材は複数の板部材を有し、少なくともいくつかの前記板部材は前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離し、前記開口に前記加工物を固定するためのバリヤを形成し、前記開口は、前記加工物が垂直方向に整列され、被覆加工を必要とする加工物の部分が前記開口の外部にある容積の中に延び、被覆加工を必要としない加工物の部分が前記開口の内部容積の内側に維持されるように前記パネル部材の上に配置され、その結果、本質的には、直接の連通が、前記バリヤを横切って開口の内部容積と開口の外部にある容積の間に存在しない。
【００１１】
本発明はまた、複数の加工物を同時に被覆加工するための方法であって、（ｉ）円形底部材、円形底部材の反対側の円形上端部材、及び前記底部材に前記上端部材を連結する複数の構造部材を有する支持構造物と、円筒形状構造物を形成する前記支持構造物の外面の周りに垂直な方向に整列され、前記円形上端部材及び前記底部材に固定される複数のパネル部材とを備える固定具であって、前記パネル部材が、被覆が適用される加工物を保持するために複数の開口を有し、前記開口が前記支持構造物から離れて外側の方を向き、前記開口が被覆加工を必要としない前記加工物の部分を受け入れるようになされ、前記パネル部材が複数の板部材を有し、少なくともいくつかの前記板部材が前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離し、前記開口に前記加工物を固定するためのバリヤを形成し、前記開口が、前記加工物が垂直方向に整列され、被覆加工を必要とする加工物の部分が前記開口の外部にある容積の中に延び、被覆加工を必要としない加工物の部分が前記開口の内部容積の内側に維持されるように前記パネル部材の上に配置され、その結果、本質的には、直接の連通が前記バリヤを横切って開口の内部容積と開口の外部にある容積の間に存在しない固定具を用意するステップと、（ｉｉ）前記パネル部材の前記開口の中に加工物を取り付け、固定するステップと、（ｉｉｉ）被覆加工材料源を有する被覆加工用チャンバの中の回転可能駆動システムの上に前記固定具を配置するステップと、（ｉｖ）固定具を回転させるために駆動システムを作動し、前記開口の外部にある容積の中に延びる前記加工物の部分を物理蒸着によって同時に被覆加工するステップとを含む方法に関する。
【実施例】
【００１２】
上述のように、本発明の固定具は、円形底部材１０、前記円形底部材１０の反対側の円形上端部材１１、及び前記底部材１０に前記上端部材１１を連結する複数の構造部材１２を有する支持構造物１４と、円筒形状構造物を形成する前記支持構造物１４の外面の周りに垂直な方向に整列され、前記円形上端部材１１及び前記底部材１０に固定される複数のパネル部材１３とを備え、前記パネル部材１３は、被覆が適用される加工物を保持するために複数の開口を有し、前記開口は前記支持構造物から離れて外側の方を向き、前記開口は被覆加工を必要としない前記加工物の部分を受け入れるようになされ、前記パネル部材１３は複数の板部材を有し、少なくともいくつかの前記板部材が前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離し、前記開口の中で前記加工物を固定するためのバリヤを形成し、前記開口は、前記加工物が垂直方向に整列され、被覆加工を必要とする加工物の部分が前記開口の外部にある容積の中に延び、被覆加工を必要としない加工物の部分が前記開口の内部容積の内側に維持されるように前記パネル部材１３の上に配置され、その結果、本質的には、直接の連通が、前記バリヤを横切って開口の内部容積と開口の外部にある容積の間に存在しない。好ましい実施例では、具体的には、本発明の固定具は、ＴｉＮ又は同様の耐食性被覆で圧縮機のエアフォイルの物理蒸着被覆加工に用いるためになされている。
【００１３】
本発明の固定具の主要な特徴は、垂直に配置された円筒形固定具が約１２個以下から約３６個以上、好ましくは１８個から約３０個、より好ましく約２２個から約２６個の細長い平坦なパネル固定具を保持すること、パネル部材が約５個以下から約２５個以上、好ましくは約１０個から約２０個、より好ましくは約１０個から約１５個のエアフォイルから成る１から約４以上の列、好ましくは２列をしっかりと保持し、ダブテール部をマスクで覆うようになされること、パネル部材が、同様の大きさであるが相異なった部品タイプが１回の被覆加工の稼動で容易に混合し整合することを可能にすること、エアフォイルの垂直の配置により被覆加工の前及び間で塵への露出が最小限に抑えられること、千鳥状のエアフォイル配置により自己遮蔽によって被覆の損失が最小限に抑えられること、ダブテール部の正確なマスキングが精密機械加工のマスク及び追加の遮蔽によって遂行されること、円周方向のダブテール部を有する部品の係止が可動のクランプ板によって遂行されること、レッジ・タイプのダブテール部を有する部品の係止がドロップイン・サンドウィッチ・タイプのコンセプトによって遂行されること、並びにパネルが組立の後で水洗浄及び蒸気によるグリース除去を可能にし、それによって洗浄の後での部品と人間の接触をなくすようになされていることを特に有する。
【００１４】
図１に示す被覆加工用固定具は、円筒形支持構造物１４の外面の周りに垂直な方向に整列されたパネル部材１３を有する円筒形支持構造物１４を示す。図１は、円形底部材１０、円形上端部材１１、及び構造部材１２、すなわち円形上端部材１１に円形底部材１０を連結する棒状部材を示す。図１では、円形上端部材１１は前記パネル部材１３の端部を受け入れる手段を有し、底部材１０はまた前記パネル部材１３の端部を受け入れるための手段を有し、それによって支持構造物１４にパネル部材１３を固定する。一実施例では、上端部材１１は、高くなった舌部又はレッジ部の上に適合することを可能にするかぎ状の端部を有するパネル部材１３を受け入れるために高くなった舌部又はレッジ部を有することができる。底部材１０は前記パネル部材１３の端部を受け入れるための溝を有することができる。円筒形支持構造物１４にパネル部材１３を取り付けるための他の適した手段は、かぎ、ボルト、ナット、ねじ、ワイヤ、クリップ及びピンなどを含むことができる。通例の固定手段がパネル部材１３及び円筒形支持構造物１４とともに用いられることができる。この被覆加工用固定具は、被覆加工用固定具のサイズ及びパネル部材１３のサイズに応じて約１２個以下から約３６個以上のパネル部材１３を含むことができる。
【００１５】
この固定具のサイズは、狭い範囲では重要ではなく、広い範囲にわたって様々であることができる。しかしながら、図４に示すように、この固定具は、被覆加工用チャンバ４１の中の回転可能駆動システム４０の上にその配置が可能であり、駆動システム４０が作動されることが可能であり、それによって固定具が回転することを可能にするように適切なサイズから成るべきである。典型的には、この固定具の円周は、約７５センチメートル以下から約２５０センチメートル以上、好ましくは約９０から約２００センチメートル、より好ましくは約９０から約１２５センチメートルに及ぶことがある。典型的には、この固定具の直径は、約２０センチメートル以下から約１００センチメートル以上、好ましくは約２５から約７５センチメートル、より好ましくは約３０から約５０センチメートルに及ぶことがある。典型的には、この固定具の高さは、約２０センチメートル以下から約１００センチメートル以上、好ましくは約２５から約７５センチメートル、より好ましくは約３０から約５０センチメートルに及ぶことがある。
【００１６】
図２に示すように、ロータ・ブレード１９の被覆加工に有用なパネル部材は、（ｉ）前記加工物１９を保持するための開口を有さない、前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離するためのベース・バリアを形成するベース・マスク板部材２０と、（ｉｉ）前記加工物１９を保持するための複数の開口を有し、前記ベース・マスク板部材２０の上に配置されるベース板部材２１と、（ｉｉｉ）前記加工物１９を保持するための複数の開口を有するクランプ板部材２２であって、前記開口が前記ベース板部材２１の開口に整列され、前記クランプ板部材２２が前記ベース板部材２１の上に配置され、前記クランプ板部材２２が前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離するための上部バリヤを形成し、前記開口に前記加工物１９を固定するクランプ板部材２２と、（ｉｖ）前記加工物１９を保持するための複数の開口を有するロータ・ブレード支持板部材２３であって、前記開口が前記ベース板部材２１及びクランプ板部材２２の開口に整列され、前記ロータ・ブレード支持板部材２３が前記クランプ板部材２２の上に配置されるロータ・ブレード支持板部材２３と、（ｖ）前記加工物１９を保持するための複数の開口を有するロータ・ブレード・マスク板部材２４であって、前記開口が前記ベース板部材２１、クランプ板部材２２及びロータ・ブレード支持板部材２３の開口に整列され、前記ロータ・ブレード・マスク板部材２４が前記ロータ・ブレード支持板部材２３の上に配置されるロータ・ブレード・マスク板部材２４と、（ｖｉ）前記ベース・マスク板部材２０、ベース板部材２１、クランプ板部材２２、ロータ・ブレード支持板部材２３及びロータ・ブレード・マスク板部材２４をともに固定するための締付け手段２５、２７、２８、２９とを有する。
【００１７】
前記ベース・マスク板部材２０、ベース板部材２１、クランプ板部材２２、ロータ・ブレード支持板部材２３及びロータ・ブレード・マスク板部材２４をともに固定するための例示の締付け手段は、図２に示すように、例えば、ねじ、スペーサ及びナットなどを有する。他の適した締付け手段は、ボルト、ピン、ワイヤ及びクリップなどを有することができる。通例の締付け手段がパネル部材で用いられることができる。
【００１８】
クランプ板部材２２は、パネル部材の中にロータ・ブレード加工物１９を固定するために重要である。図２に示すように、前記クランプ板部材２２の開口は、前記ベース板部材２１及び前記ロータ・ブレード支持板部材２３の開口に取外し可能に連結可能である。クランプ板部材２２は、ベース板部材２１及びロータ・ブレード支持板部材２３の締付け手段の開口より大きい締付け手段の開口を有し、それによって、クランプ板部材２２がパネル部材にロータ・ブレード加工物１９を固定するよう調整されることが可能になる。
【００１９】
ロータ・ブレードの被覆加工に有用なパネル部材のサイズは、狭い範囲では重要ではなく、広い範囲にわたって様々であることができる。しかしながら、パネル部材は、それらの支持構造物への配置及び固定を可能にするように適したサイズから成るべきである。典型的には、これらパネル部材は、長さで約２０センチメートル以下から約１００センチメートル以上、好ましくは約２５から約７５センチメートル、より好ましくは約３０から約５０センチメートルに及ぶことがある。典型的には、これらパネル部材は、幅で約２センチメートル以下から約１０センチメートル以上、好ましくは約２から約６センチメートル、より好ましくは約２から約５センチメートルに及ぶことがある。典型的には、これらパネル部材は、厚さで約０．１センチメートル以下から約１センチメートル以上、好ましくは約０．２から約０．６センチメートル、より好ましくは約０．２から約０．５センチメートル以上に及ぶことがある。
【００２０】
図３で示すように、ステータ・ベーン３５の被覆加工に有用なパネル部材は、（ｉ）前記加工物３５を保持するための開口を有さない、前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離するためのベース・バリアを形成するベース・マスク板部材３０と、（ｉｉ）前記加工物３５を保持するための複数の開口を有し、前記ベース板部材３０の上に配置されるルート・マスク板部材３１と、（ｉｉｉ）前記加工物３５を保持するための複数の開口を有するマスキング板部材３２であって、前記開口が前記ルート・マスク板部材３１の開口に整列され、前記マスキング板部材３２が前記ルート・マスク板部材３１の上に配置され、前記ルート・マスク板部材３１及び前記マスキング板部材３２が前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離し、前記開口に前記加工物３５を固定するための上部バリヤを形成するマスキング板部材３２と、（ｉｖ）前記ベース板部材３０、ルート・マスク板部材３１及びマスキング板部材３２をともに固定するための締付け手段とを有する。
【００２１】
前記ベース板部材３０、ルート・マスク板部材３１及びマスキング板部材３２をともに固定するための例示の締付け手段は、例えば、図３に示すように、ねじ、スペーサ及びナットなどを有する。他の適した締付け手段は、ボルト、ピン、ワイヤ及びクリップなどを含むことができる。通例の締付け手段がパネル部材とともに用いられることができる。
【００２２】
ベーンの被覆加工に有用なパネルのサイズは、狭い範囲では重要ではなく、広い範囲にわたって様々であることができる。しかしながら、これらパネル部材は、それらの支持構造物への配置及び固定が可能であるように適切なサイズから成るべきである。典型的には、これらパネル部材は、長さで約２０センチメートル以下から約１００センチメートル以上、好ましくは約２５から約７５センチメートル、より好ましくは約３０から約５０センチメートルに及ぶことがある。典型的には、これらパネル部材は、幅で約２センチメートル以下から約１０センチメートル以上、好ましくは約２から約６センチメートル、より好ましくは約２から約５センチメートルに及ぶことがある。典型的には、これらパネル部材は、厚さで約０．１センチメートル以下から約１センチメートル以上、好ましくは約０．２から約０．６センチメートル、より好ましくは約０．２から約０．５センチメートルに及ぶことがある。
【００２３】
これらパネル部材は、１回の被覆加工の稼動で同様の大きさであるが相異なった加工物タイプを容易に混合し整合することを可能にする。例えば、固定具は、ガスタービン圧縮機のロータ・ブレードを備えたいくつかのパネル部材及びガスタービン圧縮機のステータ・ベーンを備えた他のパネル部材を有することができる。各パネル部材が全て同じ加工物を含むことが好ましい。本発明の被覆加工用固定具のデザインにより、高生産性及び高い歩留まりで多数のエアフォイルの効率的な被覆加工が可能となる。初回の被覆加工の歩留まりは、微粒子汚染によって引き起こされる被覆加工の損失を最小限に抑えることにより極めて高い。この高い歩留まりは、以下で説明する垂直に最適化されたエアフォイルの方位によって達成される。
【００２４】
この被覆加工用固定具は、図１、５、６に示すように、先端部が円筒形表面上で外側を向く状態でエアフォイルの方向を合わせる。１回の被覆加工の稼動でエアフォイルを混合させ整合する柔軟性を実現するためには、同一の部品タイプのエアフォイルが、円筒形支持構造物に取り付けられ、部品を特定するパネル部材にグループ化される。典型的には、パネル部材は１から約４以上の列を保持することができ、各列は約５個以下から約２５個以上の加工物を保持するための開口を含む。エアフォイルは、表面上の塵の捕集を最小限に抑えるように垂直に方向を合わせられ、それによって被覆加工の欠陥を防止する。エアフォイルは、被覆加工の積層を最大化し、自己遮蔽を最小限に抑えるように隔置され、配置されることが好ましい。これは、本明細書で説明し、図７で示すように、エアフォイルの列の間隔及び千鳥状のエアフォイル配置によって実現される。
【００２５】
本発明の被覆加工用固定具では、ダブテール部は、被覆加工の積層に対してマスクで覆われ、覆われない場合は普通ならロータ／ステータ組立プロセスの際に磨耗の問題及び所望でない寸法の問題をもたらすことになる。全てのマスキング板は、最小限のオーバースプレーをダブテール部の精密なマスキングにもたらすように精密機械加工される。
【００２６】
さらに、以下で説明するように、全ての固定具は、洗浄液用の処理済脱水穴を配置することによって組立の後での水洗浄及び蒸気によるグリース除去を可能にするようになされている。このコンセプトは、最終洗浄の後に被覆加工されるべき表面との接触がないことを確実にする。
【００２７】
パネル部材の上で加工物を保持するための開口の数は、狭い範囲では重要ではなく、用いられる陰極アーク被覆加工設備のタイプ及びサイズ、並びにエアフォイルのサイズに応じて広い範囲にわたって様々であることができる。典型的には、パネル部材は、加工物を保持するための開口から成る１から約４以上の列、好ましくは２列を有し、各列は加工物のサイズに応じて約５個以下から約２５個以上の開口を有する。加工物を保持するために約５個から約２０個の開口から成る２列を有することが好ましい。
【００２８】
本発明の固定具は、ガスタービン圧縮機のロータ・ブレード及びステータ・ベーンなどの加工物の被覆加工を可能にする。これら加工物は、円周方向、レッジ部付、軸方向及びその他など様々なダブテール部のデザイン又は形状を有することができる。エアフォイルのダブテール部のデザイン又は形状に関しては、ダブテール部は、ロータ／ステータ組立プロセスの際に磨耗の問題及び所望でない寸法の問題を防止するように被覆加工の積層に対してマスクで覆われる必要がある。本発明によると、円周方向又は軸方向のダブテール部、典型的にはロータ・ブレードを有するエアフォイルのためのパネル部材は、図２で示すようにマスキング板２４、ロータ・ブレード支持板２３、クランプ板２２、ベース板２１及びベース・マスキング板２０から成る多層シートメタル構造として構成される。軸方向ダブテール部を有するエアフォイルのためのパネル部材は、ダブテール部のマスクとして機能をやはり果たす取付けブロックを有するようになされることがある。レッジ部を備えるダブテール部を有するエアフォイル、典型的にはステータ・ベーンのためのパネル部材は、図３で示すようにマスキング板３２、ルート・マスク板３１及びベース板３０から成る多層シートメタル構造として構成される。全てのマスキング板は、最小限のオーバースプレーをダブテール部の精密なマスキングにもたらすように精密機械加工される。
【００２９】
上述のように、本発明の好ましい実施例では、被覆加工用固定具は、垂直に配置されたパネル部材から成る円筒形ドラムを備える。本発明の別の変形例は、垂直に積み重なった円形又はリング状のパネル部材によって柱体を構成することである。この変形例は、パネル部材の実施例と同じ方法でエアフォイルを配置し、加工物の混合及び整合をやはり可能にする。
【００３０】
この実施例によると、本発明は被覆加工の作業に用いる固定具に関し、この固定具は、円形底部材、円形底部材の反対側の円形上端部材、及び前記底部材に前記上端部材を連結する複数の構造部材を有する支持構造物と、円筒形状構造物を形成する前記支持構造物の外面の周りに水平な方向に整列された複数の円形パネル部材とを備え、前記パネル部材が、被覆が適用される加工物を保持するために複数の開口を有し、前記開口が前記支持構造物から離れて外側の方を向き、前記開口が被覆加工を必要としない前記加工物の部分を受け入れるようになされ、前記パネル部材が複数の板部材を有し、少なくともいくつかの前記板部材が前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離し、前記開口に前記加工物を固定するためのバリヤを形成し、前記開口が、前記加工物が水平方向に整列され、被覆加工を必要とする加工物の部分が前記開口の外部にある容積の中に延び、被覆加工を必要としない加工物の部分が前記開口の内部容積の内側に維持されるように前記パネル部材の上に配置され、その結果、本質的には、直接の連通が、前記バリヤを横切って開口の内部容積と開口の外部にある容積の間に存在しない。
【００３１】
ブレードを被覆加工するために有用な円形パネル部材のサイズは、狭い範囲では重要ではなく、広い範囲にわたって様々であることができる。しかしながら、円形パネル部材は、それらの支持構造物への配置及び固定を可能にするように適切なサイズから成るべきである。典型的には、円形パネル部材は、円周で約７５センチメートル以下から約２５０センチメートル以上、好ましくは約８０から約２００センチメートル、より好ましくは約９０から約１５０センチメートルに及ぶことがある。典型的には、円形パネル部材は、幅で約２センチメートル以下から約１０センチメートル以上、好ましくは約２から約６センチメートル、より好ましくは約２から約５センチメートルに及ぶことがある。
【００３２】
円形パネル部材の上で加工物を保持するための開口の数は、狭い範囲では重要ではなく、広い範囲にわたって様々であることができる。典型的には、円形パネル部材は、加工物を保持するための開口から成る１から約４以上の列、好ましくは２列を有し、各列は、加工物のサイズに応じて約１２個以下から約２００個以上の開口を有する。円形パネル部材は、加工物を保持するために約１２個から約１００個の開口から成る２列を有することが好ましい。
【００３３】
円形パネル部材を伴う実施例では、支持構造物の円形上端部材は、前記円形パネル部材の側面を受け入れるための手段を有することができ、底部材はまた、前記円形パネル部材の側面を受け入れるための手段を有することができ、それによって支持構造物に円形パネル部材を固定する。一実施例では、上端部材及び底部材は、前記円形パネル部材の側面を受け入れるために溝を有することができる。円筒形の支持構造物に円形パネル部材を取り付けるための他の適した手段は、ボルト、ナット、ねじ、ピン、ワイヤ及びクリップなどを含むことができる。通例の固定手段が円形パネル部材及び支持構造物とともに用いられることができる。
【００３４】
垂直に配置されたパネル部材と同様に、円形パネル部材の上のエアフォイルは、表面上の塵の捕集を最小限に抑えるように垂直に方向を合わせられ、それによって被覆加工の欠陥を防止する。エアフォイルは、被覆加工の積層を最大化し、自己遮蔽を最小限に抑えるように隔置され、配置されることが好ましい。これは、本明細書で説明し、図７で示すようにエアフォイルの列の隔置及び千鳥状のエアフォイル配置によって実現される。
【００３５】
本発明の被覆加工用固定具の構成部品は、当技術分野で知られる任意の適した材料から形成されることができる。しかしながら、固定具材料は、被覆加工の作業のイオン・エッチング及びめっきプロセス・ステップで被覆加工されるべき加工物に電流フローを供給するよう導電性であるべきである。例えば、円筒形支持構造物の全ての構成部品、及びパネル部材の全ての構成部品は、ステンレス鋼、例えばＳＳＴ３０４及びインコネルなど金属材料から形成されることができる。
【００３６】
全ての固定具は、洗浄液用の処理済脱水穴を配置することによって組立の後での水洗浄及び蒸気によるグリース除去を可能にするようになされている。このコンセプトは、最終洗浄の後に被覆加工されるべき表面との接触がないことを確実にする。具体的には、固定具は、開口の水洗浄溶液の容易な脱水が可能であるようになされている。これにより、固定部アセンブリの洗浄が、加工物の固定の後、加工物の表面の上のどのような汚染物も除去することが可能になる。加工物の表面の汚染は、人間の接触などによって固定の間に導入される可能性がある。図３で示すようにベーンを被覆加工するためのパネル部材で用いられるベース板部材は、水洗浄溶液の除去用の複数の脱水用穴を有することが好ましい。
【００３７】
やはり上述のように、本発明は複数の加工物を同時に被覆加工するための方法に関し、この方法は、（ｉ）円形底部材１０、円形底部材１０の反対側の円形上端部材１１、及び前記底部材１０に前記上端部材１１を連結する複数の構造部材１２を有する支持構造物１４と、円筒形状構造物を形成する前記支持構造物１４の外面の周りに垂直な方向に整列され、前記円形上端部材１１及び前記底部材１０に固定された複数のパネル部材１３とを備える被覆加工の作業に用いる固定具であって、前記パネル部材１３が、被覆が適用される加工物を保持するために複数の開口を有し、前記開口が前記支持構造物から離れて外側の方を向き、前記開口が被覆加工を必要としない前記加工物の部分を受け入れるようになされ、前記パネル部材１３が複数の板部材を有し、少なくともいくつかの前記板部材が前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離し、前記開口に前記加工物を固定するためのバリヤを形成し、前記開口が、前記加工物が垂直方向に整列され、被覆加工を必要とする加工物の部分が前記開口の外部にある容積の中に延び、被覆加工を必要としない加工物の部分が前記開口の内部容積の内側に維持されるように前記パネル部材の上に配置され、その結果、本質的には、直接の連通が前記バリヤを横切って開口の内部容積と開口の外部にある容積の間に存在しない固定具を用意するステップと、（ｉｉ）前記パネル部材１３の前記開口の中に加工物を取り付け、固定するステップと、（ｉｉｉ）被覆加工材料源を有する被覆加工用チャンバ４１の中の回転可能駆動システム４０の上に前記固定具を配置するステップと、（ｉｖ）固定具を回転させるために駆動システム４０を作動し、前記開口の外部にある容積の中に延びる前記加工物の部分を物理蒸着によって同時に被覆加工するステップとを含む。
【００３８】
図４に示すように、固定具は、物理蒸着被覆加工用チャンバ４１の中の回転可能駆動システム４０、例えば回転テーブルの上に配置される。アーク陰極４２は被覆加工用チャンバ４１の側壁の上に配置される。回転可能駆動システム４０は、作動させられ、固定具を回転させる。加工物は物理蒸着によって同時に被覆加工される。図６は、各パネル部材が加工物で一杯の状態のパネル部材で一杯にされている固定具を示す。
【００３９】
本発明はまた複数の加工物を同時に被覆加工するための方法に関し、この方法は、（ｉ）円形底部材、円形底部材の反対側の円形上端部材、及び前記底部材に前記上端部材を連結する複数の構造部材を有する支持構造物と、円筒形状構造物を形成する前記支持構造物の外面の周りに水平な方向に整列された複数の円形パネル部材とを備える固定具であって、前記パネル部材が、被覆が適用される加工物を保持するために複数の開口を有し、前記開口が前記支持構造物から離れて外側の方を向き、前記開口が被覆加工を必要としない前記加工物の部分を受け入れるようになされ、前記パネル部材が複数の板部材を有し、少なくともいくつかの前記板部材が前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離し、前記開口に前記加工物を固定するためのバリヤを形成し、前記開口が、前記加工物が水平方向に整列され、被覆加工を必要とする加工物の部分が前記開口の外部にある容積の中に延び、被覆加工を必要としない加工物の部分が前記開口の内部容積の内側に維持されるように前記パネル部材の上に配置され、その結果、本質的には、直接の連通が前記バリヤを横切って開口の内部容積と開口の外部にある容積の間に存在しない固定具を用意するステップと、（ｉｉ）前記パネル部材の前記開口の中に加工物を取り付け、固定するステップと、（ｉｉｉ）被覆加工材料源を有する被覆加工用チャンバの中の回転可能駆動システムの上に前記固定具を配置するステップと、（ｉｖ）前記固定具を回転させるために駆動システムを作動し、前記開口の外部にある容積の中に延びる前記加工物の部分を物理蒸着によって同時に被覆加工するステップとを備える。
【００４０】
被覆加工用チャンバの中での物理蒸着は、当技術分野で知られる通例の方法で実施されることができる。例えば米国特許第５０７１６９３号を参照されたい。この特許の開示は参照により本明細書に組み込まれている。本発明の被覆加工用固定具とともに用いられることができる例示の耐食性被覆加工システムは、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＺｒＣＮ、ＴｉＡｌＮ及びＴｉＡｌＣＮなどを含む。物理蒸着は、反応性蒸着又はスパッタリングなどによって、例えば陰極アーク蒸着、中空陰極反応性電子ビーム蒸着及び反応性スパッタリングなどによって耐食性被覆加工を適用するために用いられることができる。
【００４１】
エアフォイルの下方部など加工物及びプラットフォームで最大被覆厚さを形成するためには、陰極面と加工物表面の間の視界は遮られるべきではない。パネル上及び回転用固定具上の列に加工物を垂直に配列する好ましい配置でも、加工物は、列が近すぎて隔置される場合にそれら自体を遮断することがある。この自己遮蔽は、隣接する列の中の加工物により蒸気流束が妨害されずに蒸気が列の中の加工物に到達することが可能になるように列が十分に広く隔置されるとき、最小限に抑えられることができる。
【００４２】
プラットフォーム及び加工物のエアフォイルの下方部への蒸気流束をさらに増進するためには、蒸気が、１列の加工物を通過し、次の列のプラットフォーム及び千鳥状の加工物のエアフォイルの下方部に到達できるように、垂直方向に加工物を隔置し、列毎に加工物の位置を千鳥状にすることが有利である。
【００４３】
好ましい実施例では、基本的には、エアフォイル長さ（プラットフォームから先端部）の１から２倍の列の隔置、エアフォイルの翼弦幅の１から２倍の垂直方向での加工物の隔置、及び列での加工物の交互の千鳥状の配置が、自己遮蔽なしに自由に立った状態のプラットフォーム及び加工物のエアフォイルの下方部に同じ蒸着速度をもたらす。
【００４４】
本発明の一実施例では、多層の窒化物含有被覆が、１つの方法によって加工物の上に形成され、この方法は、（ａ）チャンバ４１の中の回転可能駆動システム４０の上に被覆加工されるべき加工物を含む固定具を置くステップであって、前記固定具が、円形底部材１０、円形底部材１０の反対側の円形上端部材１１、及び前記底部材１０に前記上端部材１１を連結する複数の構造部材１２を有する支持構造物１４と、円筒形状構造物を形成する前記支持構造物１４の外面の周りに垂直な方向に整列され、前記円形上端部材１１及び前記円形底部材１０に固定される複数のパネル部材１３とを備え、前記パネル部材１３が、被覆が適用される加工物を保持するために複数の開口を有し、前記開口が前記支持構造物から離れて外側の方を向き、前記開口が被覆加工を必要としない前記加工物の部分を受け入れるようになされ、前記パネル部材１３が複数の板部材を有し、少なくともいくつかの前記板部材は前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離し、前記開口に前記加工物を固定するためのバリヤを形成し、前記開口が、前記加工物が垂直方向に整列され、被覆加工を必要とする加工物の部分が前記開口の外部にある容積の中に延び、被覆加工を必要としない加工物の部分が前記開口の内部容積の内側に維持されるように前記パネル部材１３の上に配置され、その結果、本質的には、直接の連通が前記バリヤを横切って開口の内部容積と開口の外部にある容積の間に存在しないステップと、（ｂ）チャンバ４１にチタン・ベース・ターゲット及び窒素含有ガス混合物を加えるステップと、（ｃ）固定具を回転させるために前記駆動システム４０を作動し、窒素含有ガス混合物の中の窒素と反応し、前記開口の外部にある容積の中に延びる加工物の部分の上に所望の窒素含有物の窒化チタン含有層を形成するようにチタン蒸気を形成するためにチタン・ベース・ターゲットからチタンを同時に蒸発させるステップと、（ｄ）以前に蒸着された被覆の中に含有される窒素と少なくとも２原子パーセントの窒素が異なる窒素含有物を有する別の窒化チタン含有層を被覆加工された加工物の上に形成するためにステップ（ｃ）の中の窒素とチタンの比を変更するステップと、（ｅ）１つの層が隣接する層の中に含有される窒素と少なくとも２原子パーセント異なる窒素を含有する少なくとも２つの層の多層被覆を形成するためにステップ（ｄ）を少なくとも１回繰り返すステップとを含む。窒素とチタンの比は、電流を変え、窒素の流れを変え、又は両方を組み合わせることによって変更されることができる。
【００４５】
本発明の別の実施例では、多層の窒化物含有被覆が、ある方法によって加工物の上に形成され、この方法は、蒸着用チャンバ４１の中の回転可能駆動システム４０の上に被覆加工されるべき加工物を含む固定具を置くステップであって、前記固定具が、円形底部材１０、円形底部材１０の反対側の円形上端部材１１、及び前記底部材１０に前記上端部材１１を連結する複数の構造部材１２を有する支持構造物１４と、円筒形状構造物を形成する前記支持構造物１４の外面の周りに垂直な方向に整列され、前記円形上端部材１１及び前記底部材１０に固定される複数のパネル部材１３とを備え、前記パネル部材１３が、被覆が適用される加工物を保持するために複数の開口を有し、前記開口が前記支持構造物から離れて外側の方を向き、前記開口が被覆加工を必要としない前記加工物の部分を受け入れるようになされ、前記パネル部材１３が複数の板部材を有し、少なくともいくつかの前記板部材が前記開口の外部にある容積から前記開口の内部容積を隔離し、前記開口の中に前記加工物を固定するためのバリヤを形成し、前記開口が、前記加工物が垂直方向に整列され、被覆加工を必要とする加工物の部分が前記開口の外部にある容積の中に延び、被覆加工を必要としない加工物の部分が前記開口の内部容積の内側に維持されるように前記パネル部材１３の上に配置され、その結果、本質的には、直接の連通が前記バリヤを横切って開口の内部容積と開口の外部にある容積の間に存在しないステップと、（ｂ）蒸着用チャンバ４１に窒素含有ガス混合物とともに陽極及びチタン・ベース陰極を加えるステップと、（ｃ）固定具を回転させるために前記駆動システム４０を作動し、窒素含有ガス混合物の中の窒素と反応し、前記開口の外部にある容積の中に延びる加工物の部分の上に所望の窒素含有物の窒化チタン含有層を形成するようにチタン蒸気を形成するためにチタン・ベースの陰極からチタンを蒸発させる電流を確立するために陰極と陽極の間に電圧を同時に印加するステップと、（ｄ）以前に蒸着された被覆の中に含有される窒素と少なくとも２原子パーセントの窒素が異なる窒素含有物を有する別の窒化チタン含有層を被覆加工された加工物の上に形成するためにステップ（ｃ）の窒素とチタンの比を変更するステップと、（ｅ）少なくとも１つの層が隣接する層の中に含有される窒素と少なくとも２原子パーセント異なる窒素を含有する少なくとも２つの層の多層被覆を形成するためにステップ（ｄ）を少なくとも１回繰り返すステップとを含む。窒素とチタンの比は、電流を変え、窒素の流れを変え、又は両方を組み合わせることによって変更されることができる。
【００４６】
窒素含有ガス混合物は、アルゴン・窒素、クリプトン・窒素、ヘリウム・窒素、キセノン・窒素及びネオン・窒素などであることが好ましい。
【００４７】
各層の窒化物含有化合物は、３３％から５５％、好ましくは４０％から５０％、より好ましくは４２％から５０％の原子パーセントの窒素を有することができる。隣接する層の窒化物含有化合物は、３３％から４５％、好ましくは３９％から４２％の原子パーセントの窒素を有することができる。１つの層での窒素含量は、隣接する層の窒素含量より少なくとも２原子％の窒素が異なるべきである。多層の被覆は、物理蒸着など通例のプロセス技術を用いることによって蒸着されることができる。薄板状の層に対する窒素とチタンの比を交互に変更すると、被覆加工化合物の結晶粒の成長プロセスが阻害され、化合物の結晶粒のサイズが個々の層の厚さ以下となる。
【００４８】
好ましい被覆は、３３％から４５％の原子パーセントの窒素を有する窒化チタンの層と交互に４０％から５５％の原子パーセントの窒素を有する窒化チタンの層を備えることができ、少なくとも１つの層が、その層の両側面にある各隣接する層の窒素含量と少なくとも２原子パーセント異なる窒素を有する。上述範囲の窒素を有する窒化チタンは、格子間隔の小さな差異を備える同じ方位及び結晶構造を有することができ、層間の密着した接合部分が高強靭性特性を形成すると期待できる。
【００４９】
本発明の被覆加工用固定具は高品質で均一に分布された被覆の蒸着を容易にする。多層の被覆の硬度及び靭性は、層の組成及び間隔に密接に関係する。個別の層の厚さ及び多層被覆の全体の厚さは、特定の用途によって決まる。高靭性を必要とするシステム用途に対しては、より少ない窒素の含量を有する層が、より多い含量の窒素を含有する層より１から２０倍厚くなるべきである。概して、全体の被覆厚さが５μｍから３０μｍあればほとんどの耐食に対して十分である。
【００５０】
個々の層の厚さは、非常に様々であることができ、例えば０．１と５μｍの間、好ましくは約１μｍの厚さである。層の数は、少なくとも２であり、少なくとも１つの層が隣接する層の窒素含量の２％多いか又は少ない原子パーセントの窒素を有する。被覆を形成する窒化物含有化合物の層の数は、２から特定の用途のために所望の任意の数まで様々であることができる。概して、５から５０層、好ましくは１５から４０層の被覆がほとんどの用途に適するであろう。
【００５１】
いくつかの用途では、被覆の次の多層を支持するために窒化物含有化合物の比較的厚い第１の層、及び／又はより堅い上面を形成する厚い上部層を有することが望ましいことがある。理想的には、多層被覆は、チタン、鋼、アルミニウム、ニッケル、コバルト、及びそれらの合金などから作製される加工物の被覆加工に適している。
【００５２】
別の実施例では、本発明は、多層に被覆加工される加工物、例えばロータ・ブレード及びステータ・ベーンに関し、これら加工物は、各層がチタン、ジルコニウム、チタン合金及びジルコニウム合金を含む群からの少なくとも１つの添加剤を含有する状態で窒化物含有化合物の少なくとも２つの層で被覆加工され、少なくとも１つの層が隣接する層に含有される窒素と少なくとも２原子パーセント異なる窒素を含有する。この層はまた、アルミニウム、バナジウム、モリブデン、ニオブ、鉄、クロム、マンガンを含む群から少なくとも１つの要素を含有することができる。多層被覆加工される加工物は、少なくとも１つの層が隣接する層のそれぞれに含有される窒素と少なくとも２原子パーセント異なる窒素を含有する３つ以上の層を有することが好ましい。
【００５３】
本発明の様々な修正例及び変形例が当分野の技術者には明白であり、これら修正例及び変形例がこの用途の範囲並びに特許請求の精神及び範囲の中に含まれるべきものであることが理解されよう。
【００５４】
「実施例」
多層の窒化チタンの被覆が、図６に示すように被覆加工用固定具及び物理蒸着アーク蒸気プロセスを用いてロータ・ブレード及びステータ・ベーンの加工物の上に蒸着された。パネル部材は、ロータ・ブレード又はステータ・ベーンが取り付けられ、次いで、被覆加工用固定具の円筒形支持構造物の上に固定された。次いで、被覆加工用固定具は、蒸着用チャンバの中に置かれた。蒸着の前に、蒸着用チャンバは、７Ｘ１０−４Ｐａより下の圧力に真空にされ、次いで、０．７Ｐａにアルゴンで埋め戻された。被覆加工されるべきロータ・ブレード及びステータ・ベーンの加工物は、表面汚染物を除去するためにスパッタされた。被覆加工用固定具は、被覆加工プロセスの間、毎分約１〜１０回転で回転された。その後、直接電流アークが、チタン陰極と、１．３と４．８Ｐａの間の全体圧力のアルゴン・Ｎ２ガス混合物の中でＴｉ陰極からのＴｉを蒸発するために陽極として作用するチャンバとの間で活性化された。イオン化されたＴｉ蒸気は、Ｎ２イオンと反応し、次いで、加工物の上に窒化被覆を形成した。被覆加工の多層構造が蒸着の間にＮ２流量速度を変更することによって形成された。典型的には、この被覆はＢ層の厚さがＡ層の厚さより大きいＡ及びＢ窒化物層の薄板状の層から成った。概して、Ａ層の中の窒素濃度はＢ層の中の窒素含量より多かった。この蒸着はＡ及びＢ層の交互の１５の多層被覆を形成した。先端部に近いエアフォイルで結果として生じた被覆の厚さは約１７〜２０μｍ、プラットフォームに近いエアフォイルでは約７から９μｍ、プラットフォームでは約９〜１０μｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】円筒形支持構造物及びそこに固定された３個のパネル部材を示す固定具の部分の斜視図である。
【図２】ロータ・ブレードの被覆加工に用いられるパネル部材の一部の分解図である。
【図３】ステータ・ベーンの被覆加工に用いられるパネル部材の一部の分解図である。
【図４】被覆加工用チャンバの中の回転テーブルの上に配置された固定具部の側面図である。
【図５】円筒形支持構造物、及びそこに固定されたパネル部材を示す被覆加工用固定具の写真である。
【図６】固定具に固定されたパネル部材を示す被覆加工用固定具の写真である。
【図７】千鳥状のエアフォイル配置を示すパネル部材の一部の写真である。
【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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【国際調査報告】
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