(57)【要約】【解決手段】  外部表面（６）、空洞（２）および複数の冷却孔（４）を有するガスタービン構成要素（１）の冷却孔（４）をマスキングする方法において、該方法が以下の各段階を含む；（ａ）外部表面（６）に最も近くの部分で、実質的に外部表面（６）のレベルまで冷却孔    （４）がマスク材料（５）で少なくとも部分的に詰められるように冷却孔（４）にマ    スク材料（５）を適用し、少なくとも構成要素（１）の外部表面（６）で突き止めら    れた部分において、マスク材料（５）が充填材料を含有しており、（ｂ）少なくとも冷却孔（４）の内部のマスク材料（５ａ）の部分を少なくとも部分的に    濃厚化し、（ｃ）構成要素（１）の外部表面（６）およびマスクされた冷却孔（４）を被覆しそして（ｄ）冷却孔（４）から残っている濃厚化されたマスク材料（５ａ）を除くことを特徴とする、上記方法。
2005522633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部表面（６）、空洞（２）および複数の冷却孔（４）を有するガスタービン構成要素（１）の冷却孔（４）をマスキングする方法において、該方法が以下の各段階を含む；
（ａ）外部表面（６）に最も近くの部分で、実質的に外部表面（６）のレベルまで冷却孔    （４）がマスク材料（５）で少なくとも部分的に詰められるように冷却孔（４）にマ    スク材料（５）を適用し、少なくとも構成要素（１）の外部表面（６）で突き止めら    れた部分において、マスク材料（５）が充填材料を含有しており、
（ｂ）少なくとも冷却孔（４）の内部のマスク材料（５ａ）の部分を少なくとも部分的に    濃厚化し、
（ｃ）構成要素（１）の外部表面（６）およびマスクされた冷却孔（４）を被覆しそして（ｄ）冷却孔（４）から残っている濃厚化されたマスク材料（５ａ）を除く
ことを特徴とする、上記方法。
【請求項２】
マスク材料（５）を構成要素（１）の外部表面（６）から冷却孔（４）に適用する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
マスク材料（５）を構成要素（１）の内部空洞（２）から冷却孔（４）に適用する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
マスク材料（５）をエネルギー源の使用によって濃厚化し、それによってエネルギーを構成要素（１）の外側からマスク材料（５）に付与する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
マスク材料（５）を適用した後でおよび被覆する前に、外部表面（６）を機械的手段によって掃除して、残留マスク材料（５）を除く、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
構成要素（１）を適用を容易にする方法の前にまたは間に加熱または冷却しおよび／またはマスク材料（５）の少なくとも一部分を濃厚化する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
マスク材料（５）を段階的方式で適用し、その際に冷却孔（４）に次の番の量を適用する前に、該マスク材料を少なくとも部分的に濃厚化する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
充填剤の量を、マスク材料（５）の層毎に変える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
構成要素（１）の外側表面（６）のところの冷却孔（４）の出口の部分のマスク材料（５）が１ｍｍより浅くない深さまで４５〜９０容量％の充填材料を含有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
マスク材料（５）に加えた充填剤が金属、酸化物材料、例えばシリカ、マグネシア、カルシア、アルミナ、ジルコニア、イットリアまたはそれらの混合物および有機材料の粒子または繊維を含有する、請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
吸熱性充填剤をマスク材料（５）に添加し、該吸熱性充填剤が炭酸塩化合物またはそれの混合物を含有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
充填剤含有量が５〜９５容量％の範囲にある、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
充填剤含有量が２０〜９０容量％の範囲にある、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
冷却孔（４）中の全ての残留被覆材料（８）の除去を水流噴射装置によって完結する、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
冷却孔（４）中の全ての残留被覆材料（８）を除去する段階を、ＣＮＣ装置を管理する映像システムを用いて冷却孔（４）を突き止めることによって行う請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
マスク材料（５）がＵＶ重合性合成樹脂、例えばポリウレタン、ポリウレタンオリゴマー混合物、ポリ（イソブチルメタクリレート）、ポリ（ビニルトルエン）、ポリプロピレンまたはポリプロピレン／ポリウレタン−オリゴマー混合物、ヴェトン(vetones) またはシリコーンのポリマーの種類またはあらゆる光重合性樹脂またはこれら樹脂の混合物である請求項１〜1 5 のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
充填材料を含有する濃厚化されたマスク材料（５ａ）を、被覆物（８）が構成要素（１）の外部表面（６）に付着する前に、マスク材料（５）の有機性部分を揮発させるかまたはさもなければ除去するために加熱または加工する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
マスク材料（５）の有機性部分が除かれた後で充填材料の固体粒子または繊維を一緒に保持する効力のある結合材料がマスク材料（５）中に含まれている請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
マスク材料（５）がエネルギー源（７）によって濃厚化され、そのエネルギー源（７）が電磁的、例えば可視光線、紫外線または赤外線または照準が定められた光、例えばレーザー光線である請求項１〜１８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２０】
冷却孔（４）をマスクする方法を結合用被覆物（ＭＣｒＡｌＹ）を析出させるために最初に行い、次いで結合用被覆物（ＭＣｒＡｌＹ）の頂部にセラミック性被覆物（ＴＢＣ）を適用するために行う請求項１〜１８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２１】
プラズマ溶射、ワイヤーアーク溶射、高速オキシ燃料（ＨＶＯＣ）、エアープラズマ溶射（ＡＰＳ）、低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、真空プラズ溶射（ＶＰＳ）、電解または電流析出、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）の被覆法の少なくとも一つを、被覆物の適用に使用する、請求項１〜２０のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念に従うガスタービン構成要素の冷却孔のマスキング法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン・ブレード、ファンおよび他の冷却される部材の様な構成要素は、外部表面に通じる部材の壁内の複数の孔に冷却用空気を分配する空洞を有している。多くのタービン構成要素は酸化および／または腐食から保護するために例えばＭＣｒＡｌＹ被覆（ベース被覆）で被覆されておりそしてその幾つかは断熱のための断熱被覆物（ＴＢＣ）で被覆されてもいる。ガスタービンの各部材の運転が、それ自身の基礎部材の構造的な完全状態が崩壊する前にしばしば被覆物の劣化をもたらす。それ故にベース被覆およびＴＢＣを除きそして該構成要素の寿命の間に少なくとも一度はそれらを再度適用しなければならない。
【０００３】
被覆物の再適用は沢山の冷却孔を有する部材にとっては大きな問題になり得る。しばしばベース被覆は１５０〜３００μｍの厚さに達し得るし、ＴＢＣは２００〜５００μｍの厚さであり得る。元の部材の製造の間に、被覆物が一般に最初に設けられ、次いで孔が被覆物および構成要素の肉厚を通して直接的に穿孔される。しかしながら再被覆の間を含めた修理作業では、孔が既にその場所にある。これらの被覆物の一緒にした厚みは、被覆物が再被覆の間にこれらの孔中に付着した場合、特に幾つかの孔が１ｍｍまたはそれより小さい直径であることを考慮すると、冷却孔の効力に非常に重大な（およびマイナスの）影響を及ぼすであろう。特別に成形された冷却孔は、その効力が該孔の形状の精密さに著しく左右されるので、被覆物の厚みに特に影響を受け易い。この問題は特に数百の冷却孔を有しそして非常に厳しい許容帯域幅内で運転する様に設計されている最も近代的な構成要素にとって特に重要である。なお許容帯域幅において、冷却孔径の上限が（機関性能および出力を劇的に低減する）不必要な冷却空気の浪費を止めそして冷却孔径の下限が運転中に故障をもたらす構成要素の過熱を防止することである。実際、冷却孔の詰まりは該冷却孔を完全に閉塞するほど極端な状況となり得るし、冷却孔の位置を視覚的に突き止めることが困難である。
【０００４】
この問題に関して幾つかの提案があり、幾つかの広範な公知の実例がある。それらの当業者は、通例の実例が古い被覆を除いた後に適当な材料で封じた孔を蝋付けまたは溶接し、新たな被覆を再塗装しそして孔を再生するものであることを承知している。これでの問題は、蝋付けまたは溶接作業が材料中に弱い領域をもたらしてしまうことである。通常の孔製作作業は孔の位置決めに関連するエラーを伴いそして残留溶接材料または蝋付け材料を除去した時に欠陥の領域がその部材での運転に入り込みそして部材の機械的完全さを中途半端なものとする。
【０００５】
これの解決法を提案する一つの刊行物は米国特許第５，７０２，２８８号明細書であり、そこでは研磨剤スラリーを構成要素の空洞に注入しそして被覆材料で部分的に覆われた冷却孔に強制的に通している。被覆前に閉じる溶接または蝋付けはない。しかしながらこれは内部冷却構造（リブ）、あらゆる挿入物および冷却孔の未被覆部分も磨り減らしてしまう。更に、冷却空気分配挿入体を含有する静止羽根に初めに該挿入体を除くことなしにこの方法を使用することは不可能である。これは時間を消費しそして非常に多大な費用を要する。この技術の別の変法が米国特許第５, ７０２, ２８８号明細書に記載されている。この場合には研磨剤スラリーが構成要素の外側から冷却孔を通して内部に注入される。しかしながらこの方法にも欠点が同様にあり、スラリー混合物で被覆が汚されるという追加的な問題がある。米国特許第５，７０２，２８８号明細書に、冷却孔が研磨剤スラリーによって作用される選択的に選別するためにマスキング剤を使用することも開示されている。この方法の別の欠点は、成形された冷却孔、特に連続的に拡がる外部部分においては、該領域ではスラリーの流れが比較的に非常に遅いので、うまく使用することが殆ど不可能であることである。
【０００６】
より良好な解決法を提案する他の刊行物は米国特許第４，７４３，４６２号明細書である。そこでは使い捨ての栓が冷却孔に挿入されそして被覆工程の間に一部が揮発される。この揮発は孔の領域の被覆物を崩壊させそして栓が完全に除かれた時に孔には実質的に被覆がなくそして冷却空気は妨げられることがない。
【０００７】
米国特許第４，７４３，４６２号明細書に開示された方法の一つの欠点は、栓を各冷却孔にそれぞれ設置しなければならないことである。（主要なエッジに冷却孔の幾つかの列しか有していない）この刊行物に記載のものの様な小さく簡単な航空エンジン部材のためには、これは実行可能であるが、数百の冷却孔を有し得る陸用のガスタービンの大型タービン構成要素にとっては各孔に栓をそれぞれに設置することがもはや実施不可能である。更にこれは各構成要素を円錐形、円筒形および壁面角度を変えた孔を含めた幾つかの異なる種類の冷却孔が用いられて製造され得るという事実によっても困難になる。それぞれの種類の冷却孔はそれら独自に特別に設計された栓を必要とする。  
【０００８】
この方法の変法が米国特許（Ａ）第５，９８５，１２２号明細書および米国特許（Ｂ１）第６，２５８，２２６号明細書に開示されており、それらにおいては被覆の適用（この場合には電解被覆技術が使用される）前に複数の冷却孔に同時に適合する道具が設計されている。この技術は一列または二列に整列されている後縁冷却孔を保護するのに良好に適しているが、熱溶射被覆技術において、特にエアーフォイル上の幾つかの列に沿って配列された沢山の冷却孔を持つ構成要素では使用することは、該冷却孔を塞ぐために沢山の要求される口径の“シャドウ(shadow)”効果のために不可能である。類似の備品が米国特許第５，５６５，０３５号明細書に開示されている。
【０００９】
一度に全ての孔に栓をする別の発明が米国特許第５，８００，６９５号明細書に開示されている。マスキング剤は冷却構造中に配置しそして冷却孔が内側から詰まるまで、しかし構成要素の外部表面のレベルまでのみ強制的に詰まらせる。次いで被覆物を適用し、この場合には電解的に白金が適用される。この発明に記載した合成樹脂製マスク剤は非伝導性であるので、Ｐｔが冷却孔中のマスク剤の上に付着していない。
【００１０】
更に合成樹脂物質だけがマスク剤として記載されそして米国特許第４，７４３，４６２号明細書においてはマスク剤が析出工程の温度より下の温度で揮発することを明記している。このことでの問題はＭＣｒＡｌＹ被覆およびＴＢＣを必要とする部材が、ＴＢＣを適用できる以前に、高温熱処理（減圧下に約１０００℃〜１１５０℃）によって“拡散結合した”ＭＣｒＡｌＹ被覆を有していなければならないことである。これらの明記された材料はＴＢＣ被覆工程では使用できないかまたはマスキングの長所が失われてします。実際、米国特許第５，８００，６９５号明細書では実施例の方法は電解白金被覆後にマスク剤を除去し、次いで部材をＡｌの析出からの冷却孔の保護を説明することなくアルミニウムメッキしている。
【００１１】
この問題は栓付け技術を使用しない別の最近の技術において取り組まれている。米国特許（Ａ）第６，００４，６２０号明細書には、構成要素への被覆を通常の、即ち開放孔の未保護冷却孔に適用する技術を開示している。この場合には、構成要素の内側から発生する高圧噴射水が付着した不所望の被覆物を冷却孔から除去している。この発明は初めは、この技術が実施可能な大きい円錐状構成要素の燃焼器のために設計された。しかしながらタービンブレードの冷却構造中に高圧水流噴射装置を挿入することは殆ど不可能である。冷却空気分配挿入体が最初に除ければ、初めて静止羽根においてもこれが実施可能である。
【００１２】
同様な発明が米国特許出願公開（Ａ１）第２００１／０００１６８０号明細書および同第２００１／０００６７０７号明細書に開示されている。この場合には、被覆物を冷却孔の角度に関して特別な角度で構成要素に適用して、冷却孔に被覆物が入り込む量を最小限にすることが明記されている。更に、噴射水流を（未被覆の表面を有する側部から）構成要素の内側から発生させているが、該噴射水流を冷却孔の軸と平行に整列させて、冷却孔の内側から不所望の被覆物をより効果的に除去している。この出願の噴射水流のために使用される水圧は１平方インチ(psi) あたり５０００〜５０，０００ポンドの範囲であり、一般にその水は研磨剤粒子を含有していない。
【００１３】
他の可能な方法が米国特許（Ｂ１）第６，２１０，４８８号明細書に開示されており、この方法では苛性溶液が冷却孔の内側でＴＢＣを溶解するために使用され、任意に超音波が補助的に使用されている。しかしながらこの方法は整備のために出てくる部材からＴＢＣを完全に除くために設計されており、冷却孔の内側からだけしかＴＢＣを除くのに適していない。構成要素の外側全面のＴＢＣ残留物をマスキングすることは実施できないであろう。
【００１４】
米国特許第５，２１６，８０８号明細書には、紫外線の波長がＴＢＳを製造するために使用される材料（即ち酸化ジルコニウム）によって特に良好に吸収されるので、（保護されていない冷却孔を有する構成要素を被覆した後に）冷却孔内から不所望のＴＢＣを除くためにパルス式紫外線レーザーを使用することを開示している。
【００１５】
しかしながらこの方法は、ＭＣｒＡｌＹによる放射線の吸収がＴＢＣと殆ど同じ効果がないので、冷却孔中の不所望のＭＣｒＡｌＹを除去するのに有効でない。この発明では、ＣＡＤ（コンピューター支援デザイン）ファイルのデータをベースとして孔を突き止める“マシンビジョン(machine vision)”を使用することを含むので、ＴＢＣ材料で冷却孔が極端に詰まるという問題が認められる。ＣＮＣ位置決め装置（positioning device) はレーザーによって部材を適切に位置決めするために使用され、次いで冷却孔の掃除がＣＮＣデータに記録された冷却孔の位置に従って自動的に行われる。
【００１６】
この問題への他の手掛かりは設計によって初めに意図したのよりも大きな冷却孔にしてしまい、そして次いで冷却孔を保護することなく構成要素を直接的に被覆するものである。この冷却孔は初めに大き過ぎるので、該孔に入る被覆物が製造許容限界内に戻しそして所望の冷却空気流を取り戻す。これの一つの変法が米国特許（Ａ）第６，０４２，８７９号明細書に開示されており、該変法では補助被覆物を冷却孔に隣接する古い被覆の部分を含めた古い被覆物におよび外部表面に近い部分の冷却孔のベーズ材料に適用する。次いで補助被覆物を熱処理で構成要素中に拡散させ、そして古い被覆および補助被覆を冷却孔外部の拡散領域と一緒に化学的エッチングによって除く。マスク剤は冷却孔の内部を化学的浸食から保護するために使用してもよい。この方法の欠点は拡散域を生じさせるために高温での熱処理を必要とすることであり、当業者はかゝる高温熱処理が殆どのガスタービン構成要素に使用される合金の微細構造を劣化させることを知っている。更に、この刊行物で認められている通り、全ての孔が一様に影響を受けるが、冷却空気流の全面拡散が初めに意図した製造許容限界内にあることが望まれる（それ故に機関の構成要素の最終的温度分布を不安定にする。これは全く望ましくない）。
【００１７】
提案された最も簡単な解決法は冷却孔中の被覆を避けるためにマスク剤を関係させるものであるが、これらは電解法にしか有効でない。しかしながら米国特許（Ｂ１）第６，２５８，０２２号明細書には、マスク材料が崩壊する温度に構成要素を予備過熱すべきでないあらゆる種類の被覆法に使用できるポリマーベースのマスク剤を使用することを開示している。しかしながらこの刊行物は、構成成分の外部表面の孔出口上にある距離でマスク材料を突出させなければならないことを明記している。各刊行物はこれをもたらす色々な方法を開示している。即ち、一つは構成要素の内部から重合エネルギー源を使用しているが、これは多くの構成要素の設計にとって実現困難であり、そして他のものはワックスで粗製品を準備しそして次に、硬化後に所望の突出部を提供する重合性マスク剤をこれに充填するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の課題は、構成要素上に実施される被覆工程の間に被覆物質を所望の限界を超えて部分的にまたは全体的に充填することから、ガスタービン構成要素の全ての冷却孔を適切に保護する経済的で、合理的でかつ迅速な方法を提供することである。本発明は、熱溶射、電気メッキまたは他の析出手段によって適用される被覆物がガスタービンブレードおよび静止羽根の冷却孔を所望の範囲を超えて詰められるのを防止するのに特に適している。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の方法は、空洞および複数の冷却孔を有する、外部表面を持つガスタービン構成要素の冷却孔を、ガスタービン構成要素を被覆する前にマスクするに当たり、以下の各段階を含む；
（ａ）外部表面に最も近くの部分で、実質的に外部表面のレベルまで冷却孔がマスク材料    で少なくとも部分的に詰められるように冷却孔にマスク材料（５）を適用し、少なく    とも構成要素の外部表面で突き止められた部分において、マスク材料が充填材料を含    有しており、
（ｂ）少なくとも冷却孔の内部のマスク材料の部分を少なくとも部分的に濃厚化し、
（ｃ）構成要素の外部表面および被覆された冷却孔を被覆しそして
（ｄ）冷却孔から残っている濃厚化された残留マスク材料を除く
ことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明によればポリマーマスク材料は、充填剤の適当な混合物を含有する場合に、構成要素の外部表面までだけ冷却孔に詰めそして被覆材料が詰められた冷却孔を適切に保護することができる。これは、しばしば不可能である構成要素の内側からの重合エネルギーの提供、および／または、被覆作業の前に構成要素の外部表面を超えてマスク材料を突出して提供するために、内部にマスク材料が詰められそして硬化される、部材の外部にワックス型を提供するという困難な仕事を必要としない。有利にも、マスク材料および充填材料の適切な選択がマスクに被覆物質が粘着しないことを保証する。充填材料は、金属、酸化物材料、例えばシリカ、マグネシア、カルシア、アルミナ、ジルコニア、イットリアまたはそれらの混合物の粒子または繊維から選択され、５〜９５容量％の範囲、有利には２０〜９０容量％の範囲において適切な耐摩耗性および耐熱性をもたらす。金属充填剤、他の酸化物充填剤、有機物質または吸熱充填剤も可能であり、吸熱充填剤には炭酸塩化合物またはそれらの混合物が含まれる。
【００２１】
このマスク材料は、冷却構造体全体にマスク材料を充填するかまたは構成要素全体をポリマー中に浸漬する様にマスク材料が使用されるあらゆる従来技術に比較してポリマーの消費が遥かに少なく、外部表面から冷却孔に適用することができる。一つの実施態様は構成要素の内部空洞からマスク材料を適用するものである。
【００２２】
エネルギー源は、冷却孔に栓をする上記マスク材料に直接的にエネルギーを付与する様に構成要素の外側に置くことができる。
【００２３】
本発明者は、構成要素の外側表面の残留ポリマーは結合品質を悪くするので、被覆の高い結合状態を保証するために全表面を機械的に例えばグリットブラスト処理によって掃除する必要があることが判った。
【００２４】
構成要素はマスク材料の少なくとも一部を容易に適用および／または硬化させるために、加工の前または間に加熱または冷却してもよい。
【００２５】
また、本発明者は、冷却孔中の次の番の量を適用する前に、少なくとも部分的に濃厚化される連続する各段階において冷却孔に充填材料を詰め込みそして充填材料の傾斜を使用することが利益をもたらすことも見出した。被覆作業以前に構成要素の外側全表面をきれいにするのに必要なグリッドブラストに対する耐摩耗性を付与するために、冷却孔の最上位の材料層だけに１ｍｍより浅くない深さまで４５〜９０容量％の多い体積割合の固体充填剤を必要とする。
【００２６】
本発明の別の有利な実施態様においては、被覆材料で冷却孔が閉塞するのを完全に防止するために、本発明で満足でない場合には、冷却孔中にある全ての残留被覆物質を除くために噴射水流を使用することができる。この段階は手動で行うこともまたは第一段階で冷却孔を穿孔するのと同じプログラムを用いるＣＮＣ装置に関する三次元ビジョンシステムを用いて冷却孔を突き止めることによって行うことができる。
【００２７】
マスク材料はＵＶ重合性合成樹脂、例えばポリウレタン、ポリウレタンオリゴマー混合物、ポリ（イソブチルメタクリレート）、ポリ（ビニルトルエン）、ポリプロピレンまたはポリプロピレン／ポリウレタン−オリゴマー混合物、ポリマーヴェトン(vetones) またはシリコーン類またはあらゆる光重合性樹脂またはこれら樹脂の混合物であり得る。
【００２８】
充填材料を含有する濃厚化されたマスク材料を、被覆物が析出する前に、マスク材料の有機性部分を揮発するかまたはさもなければ除くために加熱または加工する。マスク材料の有機性部分を除いた後に金属または酸化物の固体粒子を一緒に保持する時に有効である樹脂結合剤中にマスク材料が含まれていてもよい。その結果熱障壁被覆ＴＢＣを適用する前に、部材のベース材料とＭＣｒＡｌＹ被覆との間の結合に必要な拡散熱処理の高い温度に耐えることができる。
【００２９】
マスク材料は、電磁的に、例えば可視光線、紫外線または赤外線または照準が定められた光、例えばレーザー光線でもよいエネルギー源によって濃厚化される。
【００３０】
本発明に従って冷却孔（４）をマスクする本発明の方法は第一に結合用被覆物（ＭＣｒＡｌＹ）を析出させるために適用し、次いで結合用被覆物（ＭＣｒＡｌＹ）の頂部にセラミック性被覆物（ＴＢＣ）を適用するのに使用する。
【００３１】
一般に被覆物はプラズマ溶射、ワイヤーアーク溶射、高速オキシ燃料（ＨＶＯＣ）、エアープラズマ溶射（ＡＰＳ）、低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、真空プラズ溶射（ＶＰＳ）、電解または電流析出、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）の被覆法の少なくとも一つによってまたは他の公知の適当な方法によって適用することができる。
【００３２】
図面の簡単な説明：
本発明の有利な実施態様を図面によって具体的に説明する。
【００３３】
図１は冷却構造を有するガスタービンブレードを示している。
【００３４】
図２は図１中に示した空洞と複数の冷却孔を有するタービンブレードをII−II線に沿った断面を示している。
【００３５】
図３ａ〜ｆは本発明の各段階、即ち冷却孔へのマスク材料の適用、マスク材料の濃密化、および例えば図２の丸III の一つの冷却孔で示す様に冷却孔中の残留マスク材料の除去の各段階を示している。
【００３６】
図４ａ〜ｄは各被覆操作の前にマスクされたエアーフォイル冷却孔の外観を示している。
【００３７】
図５ａ〜ｄはマスキング処理していない冷却孔の外観を示している。
【００３８】
これらの図は本発明にとって重要な部分だけを示している。同じ構成要素を異なる図において同じ番号を符っている。
【００３９】
発明の詳細な説明：
図１は、図１では見ることができない空洞（２）および冷却孔（４）を有するガスタービン機関のブレードまたは羽根の様な構成要素（１）を示しており、冷却孔（４）は構成要素（１）の外部表面（６）並びに構成要素（１）のプラットホーム（３）にある。本発明は、構成要素（１）の外部表面（６）に被覆材料を析出させる前に構成要素（１）中の冷却孔（４）をマスクする方法に関する。
【００４０】
図２は構成要素（１）を図１のII−II線に従った切断面を示してる。構成要素（１）は空洞（２）および三つの冷却孔（４）を有する。冷却孔（４）の数は例示として示すものであり、使用される構成要素（１）の目的で変更してもよい。構成要素（１）は内部表面（６）および外部表面（６ａ）を有している。
【００４１】
この方法は新しい構成要素（１）の被覆するのに並びに使用後の修理すべき構成要素（１）に適用することができる。その場合、既に被覆された構成要素（１）はあらゆる手段（ＨＣｌを用いる化学的除去、水流噴射、高速機械処理）によって被覆物を剥離して、構成要素（１）の外部表面（６）を露出させる。構成要素（１）の外部表面（６）および冷却孔（４）の表面を掃除するかまたはさもなければマスク材料（５）を受け入れる様に準備する。
【００４２】
本発明の方法の各段階を図３ａ〜３ｆに示す。これらの図は図２の丸III に例として示す様な、構成要素（１）の冷却孔(4) を詳細に示している。
【００４３】
図３ａは本発明の方法の第一段階を示している。冷却孔（４）をマスク材料（５）でマスクする。少なくとも一部液体のマスク材料（５）である物質を噴霧するかまたは該物質中に浸漬しそして濃厚化して被覆する。濃厚化とはエネルギー源（７）に曝した時により粘性または固体になることを意味する。マスク材料（５）を構成要素（１）の冷却空洞部（２）中に注入しそして冷却孔（４）に強制的に通す方法を行ってもよい。後で過剰のマスク材料（５）はエネルギー源（７）を適用する前に、構成要素（１）の（空洞（２）または被覆するべきでないプラットホーム（３）の片側にあってもよい）外部表面（６）および内部表面（６ａ）から除去してもよい。以下に更に説明する通り、一つの有利な実施態様は外部表面（６）からマスク材料（５）を塗布するものである。
【００４４】
マスク材料（５）として種々の物質を使用することができる：
１．有機材料または
２．合成樹脂、例えばポリウレタン、ポリウレタンオリゴマー混合物、ポリ（イソブチル  メタクリレート）、ポリ（ビニルトルエン）、ポリプロピレンまたはポリプロピレン／  ポリウレタン−オリゴマー混合物およびベトン類(vetones) またはシリコーン類のポリ  マー種、またはあらゆる光重合性樹脂または樹脂混合物; 
３．マスク材料（５）は少なくとも部分的に液体ではなく、むしろ、固体粒子の集合体で  ある粉末である物質でもよい。次いでこの粉末の濃厚化は凝集しそしてくっつき合わせ  て、個々の粉末粒子の凝集塊または大きな固体集合体を形成する。この粉末は、エネル  ギー源（７）に対して敏感であるべきである。このことは粉末粒子をエネルギー源（７  ）の影響下に凝集させることを意味する。    
【００４５】
更に、マスク材料（５）に耐熱性、およびＭＣｒＡｌＹ被覆および／またはＴＢＣを付着させるために使用される溶射法に対する耐衝撃性を付与するために更に充填剤が必要である。試みたセラミック充填剤の一つは金属の粒子または繊維、酸化物材料、例えばシリカ、マグネシア、カルシア、アルミナ、ジルコニア、イットリアまたはそれらの混合物の粒子または繊維であり、これらは適当な耐摩耗性および耐熱性をもたらす。金属充填剤、他の酸化物充填剤または有機物質も可能である。
【００４６】
図３ｂはマスク材料（５）を少なくとも部分的に濃厚化する本発明の第二の方法段階を示している。所望のエネルギーは冷却孔（４）中に存在する上記マスク材料（５）に直接的に影響を及ぼす。図３ｂは濃厚化された材料（５）を同様に示している。
【００４７】
色々なエネルギー源（７）は所望の結果を得るために使用することができる：
１．可視光線、紫外線または赤外線のような電磁線が可能である。
２．レーザーのような直進光を提供する装置も可能である。
３．エネルギー源（７）は、単一波長または狭い分布帯域の集中した波長分布の光を提供  する装置でもよい。  
４．更にエネルギー源（７）は光ファイバーを通して構成要素（１）の空洞（２）中に導  入するかまたは
５．エネルギー源（７）は超低周波数（２０Ｈｚ以下）〜超音波（２０，０００Ｈｚ以上  ）の音波振動でもよい。この場合、エネルギー源は変換器でもよい（即ち、超音波変換  器）。
【００４８】
充填剤を含有するエネルギー源（７）で濃厚化されたマスク材料（５ａ）は更に加熱して、被覆物（８）が構成要素（１）の外部表面（６）上に沈着される前に、濃厚化されたマスク材料（５ａ）の有機性部分を揮発させるかあるいは除去する。マスク材料（５ａ）の有機部分を除去した後に一緒に有している場合に有効である樹脂結合剤中に金属または酸化物の固体粒子も含まれていてもよく、その結果熱障壁被覆ＴＢＣを適用する前に、構成要素（１）のベース材料とＭＣｒＡｌＹ被覆との間の結合に必要な拡散熱処理の高い温度に耐えることができる。
【００４９】
本発明によればポリマー性マスク材料（５）は、充填剤の適当な混合物を含有している場合には、構成要素（１）の外部表面（６）にまで冷却孔（４）中に充填することができそして被覆材料（８）が充填された冷却孔（４）を依然として適切に保護する。これは構成要素（１）の内側からの重合エネルギーの提供（これは時には不可能である）、および／または被覆作業の前に構成要素（１）の外部表面（６）を超えてマスク材料（５）の突出部を提供するために、マスク材料（５）が充填されそして硬化される部材の外部へのワックス型の提供という困難な仕事を不必要とする。
【００５０】
重要にも、本発明は、構成要素（１）の外部表面（５）を超えてマスク材料（５）の突出部を生じるのに十分な材料を提供する目的で、冷却孔（４）を覆う過剰の重合性液体を提供することを不必要とする。それ故にマスキング処理はより簡単で、迅速でそして経済的になる。
【００５１】
更に構成要素（１）の外部表面（６）から重合性物質を適用することが、冷却状況における閉塞というめんどうな事態を防止するしまたは冷却用空気分配挿入体（cooling air distribution insert)を通しての流れを制限する。
【００５２】
更に注射器またはスパチュラにより構成要素の外部表面からポリマーを加えることは、冷却構造体全体にマスク材料（５）を充填するかまたは構成要素（１）全体をポリマー中に浸漬する様にマスク材料（５）が使用される従来技術、例えば米国特許（Ｂ１）第６，２６５，０２２号明細書または米国特許（Ａ）第４，７４３，４６２号明細書に比較してポリマーの消費が遥かに少ない。
【００５３】
図３ｃで判る様に、連続する各段階において冷却孔（４）に充填しそして充填材料の傾斜を使用することが利益をもたらすことも見出した。例えば重合を冷却孔（４）中にある純粋ポリマーについて第一の層においてより迅速に実施する。冷却孔（４）の最上位の材料層だけが、被覆作業以前に構成要素の外側全表面をきれいにするのに必要なグリッドブラストに対する耐摩耗性を付与するために、著しい割合の固体充填剤を必要とする。構成要素（１）の外側表面（６）の残留ポリマーは結合品質を悪くするので、高い結合状態を保証するために全表面（６）をグリットブラスト処理する必要があることが判った。
【００５４】
本発明の一つの実施態様においては、塗装の間に移動した熱から追加的に保護するために、吸熱性材料を充填物質として添加する。例えば重炭酸ナトリウムは高い吸熱反応で分解し、それが塗装の間にマスク材料（５）に付与される熱を吸収する。
【００５５】
一般に充填剤含有量は少なくとも冷却孔（４）の最上位のマスク材料（５）では５〜９５容量％の範囲内にありそして好ましくは２０〜９０容量％の範囲内にある。一つの実施態様においては構成要素（１）の外部表面（６）の冷却孔（４）出口の位置のマスク材料（５）は１ｍｍよりも浅い深さまで４０〜９０容量％の充填物質を含有している。他の実施態様においては冷却孔（４）は、完全に充填する必要がないが、外部表面（６）近辺の上部位置が所望の結果をもたらすほどに充填される様に部分的にのみ充填するのに十分な深さである。
【００５６】
図３ｄから判る通し、外部表面（６）上の塗膜（８）の適用は従来技術で周知の手段で、マスクされた冷却孔（４）に直接的に行う。“背景技術”において記載した通り、これは例えばプラズマ溶射、ワイヤーアーク溶射、高速オキシ燃料（HVOF:high celocity oxy-fuel)、エアープラズマ溶射(APS) 、低圧プラズマ溶射(LPPS)、真空プラズマ溶射(VPS) 、電気メッキ、物理的蒸着(PVD) 、化学蒸着(CVD) または業界において公知の他のあらゆる適切な方法によって適用されるＭＣｒＡｌＹおよび／またはＴＢＣである。マスク材料（５）および充填剤の適切な選択はマスク物質に被覆材料が粘着しないことを保証することである。
【００５７】
被覆工程の完了後に、濃厚化されたマスク材料（５ａ）は実質的に被覆材料（８）のない冷却孔（４）を暴露するために除去する。これは図３ｅに示してある。例えば濃厚化性有機マスク材料（５ａ）の除去は真空炉中で６００℃まで２時間の間加熱することによって完結し得る。
【００５８】
本発明の他の一つの実施態様においては、本発明が被覆材料（８）で冷却孔（４）が閉塞するのを完全に防止するのに未だ充填でない場合には、ジェット水流（９）（図３ｆに示した通り）を冷却孔（４）にある残留被覆物（８）を除くために使用してもよい。この段階は手動で行うこともまたは第一段階で冷却孔（４）を穿孔するのと同じプログラムを用いるＣＮＣ装置に関する三次元ビジョンシステムを用いて冷却孔（４）を突き止めることによって行うことができる。
【００５９】
構成要素（１）はマスク材料（５）の少なくとも一部を適用および／または硬化させる加工の前または間に加熱または冷却してもよい。
【００６０】
実施例：
約２５，０００時間運転された重構造ガスタービンの数個の第一段階羽根を慣用の酸エッチング手段を用いて古い被覆物を剥離し、次いで最終準備のためにグリットブラストによって処理した。各羽根は約２５０個の冷却孔を有している。幾種類かの異なるマスク材料を、ウレタンオリゴマー／（メタ）アクリレートモノマーのブレンドを含めた試験用ベースの上に適用した。全ての場合にマスク材料をエアーフォイル部の小さな沢山の冷却孔中にスパチュラで適用しそしてプラットホーム部の大きな孔にはシリンジで適用した。６０％の酸化アルミニウム粉末までの充填剤含有量の範囲を使用した。マスキング後にポリマーを３６５ｎｍの赤外線ランプを用いて、約５０秒の硬化時間で硬化させた。最適な吸収および硬化を保証するために、冷却孔の平行方向に光を向けるのが有益だった。羽根の表面上の過剰の材料は、硬化後に軽いグリットブラストで除去した。羽根は、粗いグリットでのブラスト処理、１００〜２００℃への加熱および約２００〜４００μｍの厚さのＭＣｒＡｌＹ皮膜での被覆によってＨＶＯＦ用に製造した。被覆後に、冷却孔に残る過剰のマスク材料を構成要素を３００〜６５０℃に加熱して残留物を焼却することによって除去した。断熱皮膜（ＴＢＣ）を適用することが必要な場合には、マスキング材料を再び同様の方法で適用し、構成要素外側表面の過剰分を軽いグリットブラストで除去しそしてＴＢＣを通常の通りに適用した。この場合には、標準のイットリア安定化ジルコニアＴＢＣをエアープラズマ溶射を用いて、構成要素の位置に依存して３００〜１０００μｍの範囲内の厚さに適用した。対照として同じ構成要素を如何なるマスキング処理もせずに同様に被覆した。
【００６１】
図５ａ〜ｄは、各被覆処理の前にマスクされたエアーフォイル部の冷却孔の外観を示しており、図６ａ〜ｄはマスキング処理していない冷却孔の外観を示している。空気流データを元の被覆物を有する状態で列毎に冷却孔から取り、次いで新しい被覆物を有するものから引いた。マスキング処理した孔は平均して元の空気流値の±１０％の範囲内にあり、マスキング処理していない孔は平均して８０〜１００％のアンダーフローであり、１００％のアンダフローは孔が完全に閉塞していることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は冷却構造を有するガスタービンブレードを示している。
【図２】図２は図１中に示した空洞と複数の冷却孔を有するタービンブレードをII−II線に沿った断面を示している。
【図３】図３ａ〜ｆは本発明の各段階、即ち冷却孔へのマスク材料の適用、マスク材料の濃密化、および例えば図２の丸III の一つの冷却孔で示す様に冷却孔中の残留マスク材料の除去の各段階を示している。
【図４】図４ａ〜ｄは各被覆操作の前にマスクされたエアーフォイル部冷却孔の外観を示している。
【図５】図５ａ〜ｄはマスキング処理していない冷却孔の外観を示している。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・構成要素、例えばガスタービンのブレードまたは羽根
２・・・空洞
３・・・冷却孔
４・・・マスク材料
５ａ・・・濃厚化されたマスク材料
６・・・外側表面
６ａ・・・内部表面
７・・・エネルギー源
８・・・皮膜、被覆材料
９・・・ウオータジェット
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
2005522633.tif 000006
【図３ｃ】
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【図３ｄ】
2005522633.tif 000008
【図３ｅ】
2005522633.tif 000009
【図３ｆ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【国際調査報告】
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2005522633.tif 000020
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