(57)【要約】ガスタービンエンジン、ターボチャージャー及びスチームタービン用のアブレイダブルシール用の組成物、及び堆積方法。溶射組成物は、1：7から20：1の比であり、好ましくは合計で5から60重量％の固形潤滑剤とセラミックを含み、残りとしてNi, Co, Cu, Fe, Al及びそれらの組み合わせ並びにそれらの合金からなる群から選択されるマトリックス形成金属合金を含む。固形潤滑剤は、少なくとも一の六方晶系の窒化ホウ素、グラファイト、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、二硫化タングステン及び二硫化モリブデン粒子である。セラミックは、ソーダ長石、イライト、石英の少なくとも１つ及びアルミナ−シリカを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形潤滑剤及びセラミック、残りの部分としてマトリックス形成金属合金を含む、アブレイダブルシール用溶射組成物。
【請求項２】
合計で19から60重量％の前記固形潤滑剤及び前記セラミックを有する、請求項1記載の溶射組成物。
【請求項３】
前記固形潤滑剤対前記セラミックの比が、1：7から20：1である、請求項２記載の溶射組成物。
【請求項４】
前記固形潤滑剤が、六方晶系(hexagonal)の窒化ホウ素、グラファイト、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、二硫化タングステン及び二硫化モリブデン粒子からなる群から選択される少なくとも一の潤滑剤である、請求項３記載の溶射組成物。
【請求項５】
前記固形潤滑剤が六方晶系の窒化ホウ素粒子である、請求項４記載の溶射組成物。
【請求項６】
前記溶射組成物が、ワイヤー、パウダー又はロッドであり、前記マトリックス形成金属合金はNi, Co, Cu, Fe, Al及びそれらの組み合わせ並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項５記載の溶射組成物。
【請求項７】
前記マトリックス形成金属合金がNi, Co, Fe及びそれらの組み合わせ並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項６記載の溶射組成物。
【請求項８】
前記マトリックス形成金属合金がNi合金である、請求項６記載の溶射組成物。
【請求項９】
前記セラミックが少なくとも一のソーダ長石、イライト及び石英粒子又はそれらの混合物を含む、請求項８記載の溶射組成物。
【請求項１０】
前記セラミックがアルミナ−シリカ系セラミックである、請求項８記載の溶射組成物。
【請求項１１】
前記マトリックス形成金属合金がNiCrAlである、請求項８記載の溶射組成物。
【請求項１２】
前記固形潤滑剤がソーダ長石、イライト、及び石英粒子の少なくとも１つと混合されている、請求項11記載の溶射組成物。
【請求項１３】
固形潤滑剤及びセラミックの合計が組成物の約25から約45重量％である、請求項９記載の溶射組成物。
【請求項１４】
固形潤滑剤及びセラミックの合計が組成物の約10から約45重量％である、請求項10記載の溶射組成物。
【請求項１５】
固形潤滑剤及びセラミックの合計が組成物の約25から約45重量％である、請求項11記載の溶射組成物。
【請求項１６】
固形潤滑剤対セラミックが、1：6から9：1の比で存在する、請求項13記載の溶射組成物。
【請求項１７】
固形潤滑剤対セラミックが、1：6から9：1の比で存在する、請求項14記載の溶射組成物。
【請求項１８】
固形潤滑剤対セラミックが、1：6から9：1の比で存在する、請求項15記載の溶射組成物。
【請求項１９】
セラミックがソーダ長石、イライト及び石英粒子の少なくとも１つ又はそれらの混合物を含む、請求項６記載の溶射組成物。
【請求項２０】
前記マトリックス形成金属合金がNi, Co, Fe及びそれらの組み合わせ並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項19記載の溶射組成物。
【請求項２１】
マトリックス形成金属合金がNi合金であり、前記Ni合金がセラミック粒子及び六方晶系の窒化ホウ素粒子の少なくとも１つをコーティングする、請求項9記載の溶射組成物。
【請求項２２】
合計で5から30重量％の六方晶系の窒化ホウ素及びセラミック、残りとしてマトリックス形成Cu又はAl合金を含む、アブレイダブルシール用溶射組成物。
【請求項２３】
組成物の1から約30重量％のコンスーマブル(consumable) 粒子ポリマーを更に含む、請求項9記載の溶射組成物。
【請求項２４】
組成物の1から約30重量％のコンスーマブル粒子ポリマーを更に含む、請求項10記載の溶射組成物。
【請求項２５】
1から約30重量％のコンスーマブル粒子ポリマーを更に含む、請求項20記載の溶射組成物。
【請求項２６】
固形潤滑剤、セラミック、残りの部分としてマトリックス形成金属合金を含む、アブレイダブルシール。
【請求項２７】
合計で19から60重量％の固形潤滑剤及びセラミックを含む、請求項26記載のアブレイダブルシール。
【請求項２８】
固形潤滑剤対セラミックが1：7から20：1の比で存在する請求項27記載のアブレイダブルシール。
【請求項２９】
前記固形潤滑剤が、六方晶系の窒化ホウ素、グラファイト、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、二硫化タングステン及び二硫化モリブデン粒子からなる群から選択される少なくとも一の潤滑剤である、請求項28記載のアブレイダブルシール。
【請求項３０】
前記固形潤滑剤が六方晶系の窒化ホウ素粒子である、請求項29記載のアブレイダブルシール。
【請求項３１】
溶射組成物が、ワイヤー、パウダー、又はロッドであり、前記マトリックス形成金属合金はNi, Co, Cu, Fe, Al及びそれらの組み合わせ並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項30記載のアブレイダブルシール。
【請求項３２】
前記マトリックス形成金属合金がNi, Co, Fe及びそれらの組み合わせ並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項31記載のアブレイダブルシール。
【請求項３３】
前記マトリックス形成金属合金がNi合金である、請求項31記載のアブレイダブルシール。
【請求項３４】
セラミックがソーダ長石、イライト及び石英粒子の少なくとも１つ又はそれらの混合物を含む、請求項33記載のアブレイダブルシール。
【請求項３５】
セラミックがアルミナ−シリカ系セラミックである、請求項33記載のアブレイダブルシール。
【請求項３６】
マトリックス形成合金がNiCrAlである、請求項33記載のアブレイダブルシール。
【請求項３７】
固形潤滑剤がソーダ長石、イライト及び石英粒子の少なくとも１つと混合される、請求項36記載のアブレイダブルシール。
【請求項３８】
固形潤滑剤及びセラミックの合計が、組成物の約25から約45重量％である請求項34記載のアブレイダブルシール。
【請求項３９】
固形潤滑剤及びセラミックの合計が、組成物の約10から約45重量％である請求項35記載のアブレイダブルシール。
【請求項４０】
固形潤滑剤及びセラミックの合計が、組成物の約25から約45重量％である請求項36記載のアブレイダブルシール。
【請求項４１】
固形潤滑剤対セラミックが、1：6から9：1の比で存在する、請求項38記載のアブレイダブルシール。
【請求項４２】
固形潤滑剤対セラミックが、1：6から9：1の比で存在する、請求項39記載のアブレイダブルシール。
【請求項４３】
固形潤滑剤対セラミックが、1：6から9：1の比で存在する、請求項40記載のアブレイダブルシール。
【請求項４４】
前記セラミックがソーダ長石、イライト及び石英粒子の少なくとも１つ又はそれらの混合物を含む、請求項31記載のアブレイダブルシール。
【請求項４５】
前記マトリックス形成金属合金がNi, Co, Fe及びそれらの組み合わせ並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項44記載のアブレイダブルシール。
【請求項４６】
前記マトリックス形成金属合金がNi合金であり、前記Ni合金がセラミック粒子及び六方晶系の窒化ホウ素粒子の少なくとも１つをコーティングする、請求項34記載の溶射組成物。
【請求項４７】
合計で、5から30重量％の六方晶系の窒化ホウ素及びセラミック、残りとしてマトリックス形成Cu又はAl合金を含む、アブレイダブルシール。
【請求項４８】
1から約30重量％のコンスーマブル粒子ポリマーを更に含む、請求項34記載のアブレイダブルシール。
【請求項４９】
組成物の1から約30重量％のコンスーマブル粒子ポリマーを更に含む、請求項35記載のアブレイダブルシール。
【請求項５０】
組成物の1から約30重量％のコンスーマブル粒子ポリマーを更に含む、請求項45記載のアブレイダブルシール。
【請求項５１】
固形潤滑剤とセラミックを1：7から20：1の比で5から60重量％含み、残りとしてマトリックス形成金属合金を含む組成物を溶射することによって、基材に3ｍｍまでの厚さを有する粘着性のコーティングを適用することを含む、基材へのアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項５２】
前記固形潤滑剤が、六方晶系の窒化ホウ素、グラファイト、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、二硫化タングステン及び二硫化モリブデン粒子からなる群から選択される少なくとも一の潤滑剤である、請求項51記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項５３】
前記固形潤滑剤が六方晶系の窒化ホウ素粒子である、請求項52記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項５４】
前記溶射組成物が、ワイヤー、パウダー又はロッドであり、前記マトリックス形成金属合金はNi, Co, Cu, Fe, Al及びそれらの組み合わせ並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項53記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項５５】
前記マトリックス形成金属合金がNi, Co, Fe及びそれらの組み合わせ並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項54記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項５６】
前記マトリックス形成金属合金がNi合金である、請求項54記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項５７】
前記セラミックがソーダ長石、イライト及び石英粒子の少なくとも１つ又はそれらの混合物を含む、請求項56記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項５８】
前記セラミックがアルミナ−シリカ系セラミックである、請求項56記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項５９】
前記マトリックス形成合金がNiCrAlである、請求項56記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項６０】
前記固形潤滑剤がソーダ長石、イライト、及び石英粒子の少なくとも１つと混合される、請求項59記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項６１】
固形潤滑剤及びセラミックの合計が組成物の約25から約45重量％である、請求項57記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項６２】
固形潤滑剤及びセラミックの合計が組成物の約10から約45重量％である、請求項58記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項６３】
固形潤滑剤及びセラミックの合計が組成物の約25から約45重量％である、請求項59記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項６４】
固形潤滑剤対セラミックが、1：6から9：1の比で存在する、請求項61記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項６５】
固形潤滑剤対セラミックが、1：6から9：1の比で存在する、請求項62記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項６６】
固形潤滑剤対セラミックが、1：6から9：1の比で存在する、請求項63記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項６７】
セラミックがソーダ長石、イライト及び石英粒子の少なくとも１つ又はそれらの混合物を含む、請求項54記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項６８】
前記マトリックス形成金属合金がNi, Co, Fe及びそれらの組み合わせ並びにそれらの合金からなる群から選択される、請求項67記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項６９】
マトリックス形成金属合金がNi合金であり、前記Ni合金がセラミック粒子及び六方晶系の窒化ホウ素粒子の少なくとも１つをコーティングする、請求項57記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項７０】
合計で、5から30重量％の六方晶系の窒化ホウ素及びセラミック、残りとしてマトリックス形成Cu又はAl合金を含む、アブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項７１】
1から約30重量％のコンスーマブル粒子ポリマーを更に含む、請求項57記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項７２】
1から約30重量％のコンスーマブル粒子ポリマーを更に含む、請求項58記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【請求項７３】
1から約30重量％のコンスーマブル粒子ポリマーを更に含む、請求項68記載のアブレイダブルシールを供給する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アブレイダブルシール、特に、ガスタービンエンジン、ターボチャージャー、及びスチームタービン用のアブレイダブルシール組成物、及びそれらの堆積方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスエンジンのコンプレッサーの部分におけるアブレイダブルシールへの基本的な要求として、良好な快削性(abradability)、耐破砕性、及び耐食性が含まれる。アブレイダブルシールは、低いガス漏洩性、滑らかな表面、良好な経時特性、及び高温下での長期間の抗酸化性を示すこともまた要求される。シールが快削性の場合、ブレード磨耗を最小化するのに望ましい犠牲(sacrificial)成分である。更に、低いガス漏洩性が、シール自身から漏れるガス流を最小化するために要求される。滑らかな表面を持つ低漏洩性シール仕上げは、従来の漏洩しうるシールと比較して約１％の全体コンプレッサー効率を改善することが示されている。また、シールの低漏洩性は、ブレードチップに対し研削材として作用し、不規則に磨耗させうる細かい粒子(例えば、ちり、砂利)の捕捉を防ぐ。ガス経路における滑らかな表面仕上げは、全体の空気流を改善し、また、能率向上に貢献する。最後に、コンプレッサー操作温度が815℃まで上昇するため、長期間の抗酸化性が要求される。
【０００３】
ガスのコンプレッサー部分又は飛行機のエンジンで使用されるいくつかのエアシールがある。歴史的に最も古いものは、多数の金属繊維を含むフェルトメタル(feltmetal)である。フェルトメタルは、例えば、米国特許第4,275,735号に記載されている。このシールの最大の欠点は基材にはんだ付けされる(brazed)必要があることと高多孔質であることである。
【０００４】
一般的なジェットエンジンコンプレッサーエアシールは、米国特許第3,723,165号及び第5,506,055号にそれぞれ記載されたように、埋め込まれたポリマー粒子又は六方晶系の窒化ホウ素パウダー粒子を有するアルミニウム及びシリコンの金属マトリックスを含む。これらのシステムの欠点はポリマーを有するシステムの温度性能が315℃に制限され、六方晶系の窒化ホウ素を有するシステムの温度性能が480℃に制限されることである。前者の場合、温度性能はポリマーによって支配され、後者ではアルミニウムシリコン合金によって支配される。
【０００５】
タービンエンジンのコンプレッサー部分での高温で使用されるアブレイダブル材料は、通常、NiCrAl/ベントナイトコーティングである。しかしながら、NiCrAl/ベントナイトシールは、Ti合金ブレードをあまり削らない。これらのコーティングはNi合金及びスチールブレード(blades)に対してよく施されるが、チタン合金ブレードが使用される場合、ブレードチップはオーバーヒートし、すり減る傾向がある。時折、コーティングのグレージングが観察される。
【０００６】
別の既知のアブレイダブルシールは、米国特許第5,434,210号に記載されているRangaswamyらの技術によって製造される。アブレイダブルコーティングの溶射用コンポジットパウダーは、コンポジットパウダーが３つの成分を含むということを開示されている。１つの成分は多数の金属又はセラミックマトリックス材料のいずれかであり、別の成分は固形潤滑剤であり、３つ目の成分はポリマーである。一般的なスプレー様コーティングは、六方晶系の窒化ホウ素及びポリマーの分散した粒子を有するCo合金マトリックスを含む。
前記ポリマーは次いで燃焼し、非常に多孔質な最終構造は、Co系マトリックスに分散する六方晶系の窒化ホウ素のみを含む。この材料から製造されたコーティングは、許容できる快削性であるが、低耐食性であり低堆積効率である。耐食性はエンジンの寿命まで均一なクリアランスを維持するために要求され、さもなければパフォーマンス特性は悪影響を受ける。従来の市販のタービンエンジンは約3000回のフライト後のシール腐食の結果として、ブレードチップ周辺の空気流の2％の増加を示す。この多くはアブレイダブルシール及びブレードエアホイールチップの腐食、及び、ブレードチップとシールの間の相互作用で摩擦することによるものである。ガス流路速度が比較的高い軍事エンジンアプリケーションにおいて、耐食性は最高に重要である。
【特許文献１】米国特許第4,275,735号
【特許文献２】米国特許第3,723,165号
【特許文献３】米国特許第5,506,055号
【特許文献４】米国特許第5,434,210号
【特許文献５】米国特許第5,049,450号
【特許文献６】米国特許第4,917,960号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、特にチタン合金ブレードと結合して使用される場合、約815℃までのガスタービンエンジン温度での使用のための、耐破壊性、耐食性を有するアブレイダブルシールを提供することが本発明の主要目的である。
【０００８】
滑らかな表面、低漏洩性及び好ましい長期間の経時特性として長期間の抗酸化性を有するアブレイダブルシール組成物を提供することが本発明の別の目的である。
【０００９】
本発明の更なる目的は、新規なスプレー材料の提供及びアブレイダブルシールを製造するための適用方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
一般的には、アブレイダブルシール用の本発明の三相の溶射組成物は、固形潤滑剤及びセラミックの混合物を合計で少なくとも5重量％、好ましくは19から60重量％、さらに好ましくは25から45重量％、と残りはマトリックス形成金属合金を含む。前記組成物は、ワイヤー、パウダー、またはロッドの形態でありうる。固形潤滑剤は、少なくとも一の六方晶系(hexagonal)の窒化ホウ素、グラファイト、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、二硫化タングステン及び二硫化モリブデン粒子、好ましくは、六方晶系の窒化ホウ素パウダーである。セラミックは、ソーダ長石、イライト、及び石英粒子の少なくとも１つ又はそれらの混合物、及びアルミナ-シリカ粒子が好ましい。固形潤滑剤とセラミックの比は1：7から20：1であり、1：6から9：1が好ましい。マトリックス形成金属合金はNi、Co、Cu、Fe、Al及びそれらの組み合わせ並びにそれらの合金、特に、NiCrAl、NiCr、CuAl及びAlSiであるから選択される。Y、Hf、Si、Nb、Re及びTaなどの他の成分を、マトリックス形成金属合金の抗酸化性を増加させるために少量加えることができる。マトリックス形成金属合金は、あまり合金の特性を変えない不純物としていくつかの他の成分も含みうる。三相の溶射組成物は好ましくは少なくとも一のセラミック粒子及び六方晶系の窒化ホウ素粒子をコーティングするマトリックス形成金属合金を含む。溶射組成物は、組成物のうち1から約30重量％の量のコンスーマブル(consumable)ポリマーなどの減少する(fugitive)粒子の材料を含みうる。材料の別の好ましい組み合わせは、合計10から50重量％の六方晶系の窒化ホウ素及びアルミナ−シリカ系セラミックと、残りがNi合金である組み合わせである。塩、糖、及び他の減少する(fugitive)材料は、ポリマーと同じ目的で、即ちアブレイダブルコーティングから除いた後多孔を作り出すために使用されるであろう。
【００１１】
本発明の別の一般的な面として、アブレイダブルシールは、必ず、合計で少なくとも5重量％、好ましくは19から60重量％、更に好ましくは25から45重量％の固形潤滑剤及びセラミック（固形潤滑剤とセラミックの比が1：7から20：1である）、残りとしてNi、Co、Cu、Fe及びAl並びにそれらの組み合わせ並びにそれらの合金であって、特に、NiCrAl、NiCr、CuAl又はAlSiから選択されるマトリックス形成金属合金からなる。
【００１２】
基材にアブレイダブルシールを供給する方法は、パウダー、ワイヤー又はロッド組成物をその上に溶射することによって、3mmまでの厚さを持つ前記三相の組成物の粘着性コーティングを適用することを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
好ましい実施態様の記載
本発明のアブレイダブルシールは、マトリックス形成金属合金成分、固形潤滑剤成分及びセラミック成分を含み、その３成分は従来技術の材料と比較して予期しない優れた特性を持つアブレイダブルコーティングにおいて相乗作用をもたらす。マトリックス形成金属合金はNi、Co、Cu、Fe及びAl並びにそれらの組み合わせ並びにそれらの合金であって、好ましくは、NiCrAl、NiCr、CuAl及びAlSiから選択される。セラミック成分は、ソーダ長石、イライト、及び石英粒子又はそれらの混合物を含む群のセラミックなどの酸化セラミックスによって典型化され、セラミック成分は、六方晶系の窒化ホウ素、グラファイト、フッ化カルシウム、フッ化リチウム及び二硫化モリブデン粒子など、好ましくは六方晶系の窒化ホウ素の潤滑剤でブレンドするよく知られた従来技術の湿式製錬方法による金属合金で覆われているのが好ましい。金属合金又は酸化セラミックの好ましい組み合わせは、セラミック上がNiCrAlコーティングで覆われたソーダ長石、イライト及び石英粒子の少なくとも１つ又はそれらの混合物である。満足できる材料は、Westaim Ambeon製のDurabrade(商標)2313として市販されている。別の材料の好ましい組み合わせは、合計10から50重量％の量の六方晶系の窒化ホウ素とアルミナ-シリカ系セラミックス、残りはニッケル合金である組み合わせである。前記覆われたセラミック粒子は市販の六方晶系の窒化ホウ素の粒子でブレンドしうる。
【００１４】
セラミックと潤滑剤成分は、少なくとも組成物の5から60重量％であり、好ましくは19から60重量％、更に好ましくは25から45重量％の固形潤滑剤及びセラミックであり、残りとしてマトリックス金属材料をともに含む。固形潤滑剤とセラミックの比は、1：7から20：1であり、好ましくは1：6から9：1である。
【００１５】
被覆されたセラミック粒子及び六方晶系の窒化ホウ素のブレンドに関してここに記載するが、その組成物が、前記3成分、金属合金で又は金属被覆セラミック及び金属被覆固形潤滑剤で被覆された、均一な凝集粒子、機械的溶融粒子、凝集セラミック及び固形潤滑粒子の機械的ブレンドの形態で、又は連続固形又は中空ワイヤーとしても製造されるということが理解されるであろう。
【００１６】
本発明の三相の組成物は、好ましくはアブレイダブルシールを形成するために溶射によって基材に適用される。溶射は、熱による金属またはセラミックなどの熱可溶性材料の軟化または溶融、被覆された表面に対する粒子フォームでの軟化又は溶融材料の噴射を含む。
加熱された粒子は、粒子を冷却及び結合する表面にぶつかる。従来の溶射ガンは、粒子の加熱及び噴射の両方の目的のために使用されうる。
【００１７】
溶射ガンは燃焼又はプラズマ又は電子アークを通常活用して、パウダー又はワイヤーのいずれかの形態の組成物の溶融のために発熱する。パウダータイプの燃焼溶射ガンでは、パウダーを取り込み移動させるキャリアーガスは、一般的にはアルゴンなどの不活性ガスである。プラズマスプレーガンでは、主要なプラズマガスは一般的にアルゴンか窒素である。
水素又はヘリウムは、通常、主要なプラズマガスに加えられ、キャリアーガスは一般的に主要なプラズマガスと同じである。他の溶射方法もまた使用できる。溶射の適切な一般的記載は米国特許第5,049,450号によって提供される。NiCrAlなどのマトリックス形成金属合金は、セラミックパウダー及び潤滑剤パウダーとドライブレンドされ混合され、少なくとも一のセラミックパウダーと潤滑剤パウダーは、好ましくは、その上にマトリックス形成金属合金のコーティングを有する。マトリックス金属合金は、適所にセラミックと固形潤滑剤の粒子を保持し、基材へのコーティングを粘着的に結合する。
【００１８】
結果として生じる製造物は、組成物に少なくとも815℃までの操作温度への構造強度をもたらす連続金属マトリックス相を含む均質なアブレイダブルシール材料である。固形潤滑剤は、削られるときにコーティングから粒子の排出を増加させるために、柔らかい固形潤滑剤粒子として均一に分散した固形潤滑剤によって、金属マトリックス材料の硬さと強度を減少させる。潤滑剤のやわらかさに起因して、ブレード磨耗は減らされ、コーティングの快削性は改善される。固形潤滑剤は金属マトリックスとセラミック粒子間で空隙スペースを占めておりシールの摩擦ゾーンから熱を伝導する増加した熱伝導性を有するヒートシンクとして機能するであろう緻密な構造を提供する。セラミック組成物は、改善された快削性を持つマトリックス強度を減らす一方、耐食性を増加させる。チタン合金コンプレッサーブレードによる摩擦工程の間、シール材料は、固形潤滑剤とセラミック材料の相乗作用効果によって引き起こされる低いマトリックス強度に起因して、容易に磨り減る。金属合金はセラミックと固形潤滑フィルターの存在なしで、摩擦工程の間、崩壊し圧縮されたであろう。コーティングは非常に硬くなり、次第に非常に減少した快削性でグレーズすることであろう。かくして、許容できる耐食性はセラミック材料の添加によって維持できるが、コーティンググレージングは、コンプレッサーブレードによってすり減らされる場合、軽い(facile)粒子の排出によって制限している。
【００１９】
固形潤滑剤及びセラミック粒子は堆積したコーティングに均一に分散する。したがって、除去するいかなる材料も、残りのシールのコーティング特性を変えない。基材上へのコーティング組成物の溶射によって製造された本発明のコーティングは、そのコーティング特性が低コーティング付着強度、低空隙、表面の粗さの少なさ、高熱伝導性を含む結果として、快削性と耐食性の優れた組み合わせを有する。結果として、コーティングはチタンファイヤー、コーティンググレージング、又は過剰のブレード磨耗の危険なしにチタン合金ブレードの組み合わせで効果的に使用できる。全体エンジン効率は増加する。
【００２０】
アブレイダブルシールの空隙を増加することが望ましいのであれば、1から200μｍの範囲のサイズを有する粒子ポリマーを、溶射より前に、１から30重量％の量の組成物の３相の組成物と混合することができる。減少する(fugitive)ポリマーは揮発し、燃焼し、多孔で浸透性のコーティングを得る。米国特許第4,917,960号で使用しうるポリマーのリストは参照としてここに組みこまれた。
【００２１】
本発明のアブレイダブルシールは下記の実施例に制限されず参照として記載されるであろう。
【実施例】
【００２２】
-100+200メッシュの範囲の粒子サイズを有するWestaim Ambeon によって製造された市販のDurabrade(商標)2313が、AC6001の名前でAdvanced Ceramic Corp.によって販売される-100+200の範囲の粒子サイズを有する１５重量％の六方晶系の窒化ホウ素潤滑剤でブレンドされた。セラミックと潤滑粒子の合計は、パウダー組成物中32重量％を占めており、残りはNiCrAl合金である。パウダーは基材の上にフレームスプレーされ (酸素-アセチレン混合物)、結果として生じたコーティング特性は、米国特許第5,434,210号に記載され、SM2042としてSulzer Metcoによって販売された。
【００２３】
【表１】
2005529238.tif 000002
【００２４】
セラミックと窒化ホウ素の粒子は、コーティングに均一に分散した。出願人のシールの良好な特性は、Co系シールと比較して、十分に改善された耐食性と快削性パフォーマンスによって示された。
【００２５】
もちろん、付加された請求項によって定義される本発明の範囲から離れることなく、ここに描かれ記述された本発明の実施態様を変更しうることは理解されるであろう。
【国際調査報告】
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