(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジンの金属基板に施工される単層ボンドコート及びその施工方法を提供する。【解決手段】金属部品の保護皮膜系５０は、ガスタービンの１つの部品などの超合金金属基板４０を含む。粒子の約９０体積％が約１０μｍ〜約１００μｍの範囲内にある粒度分布を有する均一粉末組成から溶射法で超合金金属基板に単層ボンドコート５４を施工する。その範囲内の任意の１０μｍ域内の粒子の割合は約２０体積％を超えず且つその範囲内の任意の２つの隣接する１０μｍ域内の粒子の割合の偏差は約８体積％を超えない。【選択図】図２
2011074494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部品の保護皮膜系（５０）であって、
超合金金属基板（４０）と、
前記超合金金属基板に施工された単層ボンドコート（５４）とを具備し、前記ボンドコートは、
粒子の約９０体積％が約１０μｍ〜約１００μｍの範囲内にあり、
前記範囲内の任意の１０μｍ域内にある粒子の割合は約２０体積％を超えず、且つ
前記範囲内の任意の２つの隣接する１０μｍ域内の粒子の割合の偏差は約８体積％を超えないような粒度分布を有する均一粉末組成から溶射法で施工される皮膜系（５０）。
【請求項２】
前記ボンドコート（５４）は、
少なくとも約３００マイクロインチの表面粗さＲａ、
理論密度の約９０％以上の密度、及び
約６．０ｋｓｉ以上のボンドコート−基板間引張強さの特性を更に含む、請求項１記載の皮膜系（５０）。
【請求項３】
前記単層ボンドコート（５４）は、約３００ｍ／ｓ以上の粒子速度を有する溶射法で施工される、請求項１記載の皮膜系（５０）。
【請求項４】
前記単層ボンドコート（５４）に施工されたセラミック遮熱コーティング（３８）（ＴＢＣ）を更に具備し、ＴＢＣ−ボンドコート間引張強さは、前記セラミック遮熱コーティング材料の凝集強さを超える、請求項１記載の皮膜系（５０）。
【請求項５】
前記超合金金属基板（４０）はガスタービンの１つの部品である、請求項１記載の皮膜系（５０）。
【請求項６】
金属基板（４０）の上に保護皮膜系（５０）の形成方法であって、
粒子の約９０体積％が約１０μｍ〜約１００μｍの範囲内であり、
前記範囲内の任意の１０μｍ域内の粒子の割合は約２０体積％を超えず、且つ
前記範囲内の任意の２つの隣接する１０μｍ域内の粒子の割合の偏差は約８体積％を超えないような粒度分布範囲を有する均一粉末組成から溶射法で超合金金属基板（４０）に単層ボンドコート（５４）を施工することから成る方法。
【請求項７】
前記単層ボンドコート（５４）は、
少なくとも約３００マイクロインチの表面粗さＲａ、
理論密度の約９０％以上の密度、及び
約６．０ｋｓｉ以上のボンドコート−基板間引張強さの特性を更に有するように施工される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記単層ボンドコート（５４）は、約３００ｍ／ｓ以上の粒子速度を有する溶射法で施工される、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記単層ボンドコートの上にセラミック遮熱コーティング（ＴＢＣ）（３８）を施工することを更に含み、ＴＢＣ−ボンドコート間引張強さは前記セラミック遮熱コーティング材料の凝集強さを超える、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記単層ボンドコート（５４）は、約０．２７〜約０．２９の範囲内の燃焼比で高速フレーム（ＨＶＯＦ）溶射法で約０．１５〜約０．０８ｌｂｓ／ミル／ｆｔ2の堆積速度で施工される、請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に金属基板に施工される保護皮膜に関する。特に、本発明は、従来の二層ボンドコートの利点を有する単層ボンドコート及びかかる単層ボンドコートの施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの効率を向上するために、ガスタービンエンジンの動作温度を上げることが絶えず求められている。しかし、動作温度が高くなるにつれて、エンジン部品の耐熱性も対応して向上しなければならない。ニッケル系超合金及びコバルト系超合金の成分の開発並びに高温暴露時に保護酸化物スケールを形成するために超合金基板の面に直接堆積される耐酸化性オーバーレイ皮膜の開発によって、高温に耐える機能は著しく向上した。しかし、オーバーレイ皮膜で保護された超合金は、燃焼器及びオーグメンタなどのガスタービンエンジンのある特定の部分に配置された部品に対しては適切な機械的特性を維持しない場合が多い。その一般的解決法は、それらの部品の使用温度を最低限に抑えるために部品を遮熱することである。この目的のために、高温部品の露出面に形成される遮熱コーティング（ＴＢＣ）系が広く使用されている。
【０００３】
ＴＢＣ系は熱伝導率が低く、物品に強力に付着し且つ多くの加熱サイクル及び冷却サイクルを経ても付着力を失わないという点で有効である。熱伝導率の低い材料の熱膨張率と、タービンエンジン部品を形成するために通常使用される超合金材料の熱膨張率とは異なるので、加熱及び冷却の繰り返しを経ても付着力が失われないという特性は特に必要とされる。上記の条件を満たすことができるＴＢＣ系は、部品の表面に堆積された金属ボンドコート及び部品を遮熱する働きをするボンドコート上の付着性遮熱セラミック層を通常必要とする。遮熱層として種々のセラミック材料、特にイットリア（Ｙ2Ｏ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）、マグネシア（ＭｇＯ）、セリア（ＣｅＯ2）、スカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）その他の酸化物などが採用されている。
【０００４】
セラミック層の部品への付着を促進し且つその下の超合金の酸化を抑止するために、ボンドコートは耐酸化性アルミナ含有合金から通常形成される。従来のボンドコートの例は、ＭＣｒＡＩＹ（Ｍは鉄、コバルト及び／又はニッケルである）などのオーバーレイ皮膜及び耐酸化性アルミニウム系合金である拡散アルミニド又はプラチナアルミニドなどの拡散皮膜を含む。ボンドコートは、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）処理（減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）としても知られる）、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）処理及び高速フレーム（ＨＶＯＦ）溶射法などの溶射法で基板上に堆積される。
【０００５】
従来のボンドコートは二層構成として通常施工され、密な低酸化物層を形成するために、基板上に微細粉末がまず堆積される。この層を堆積するために、市販のＨＶＯＦシステムが通常使用される。従来のＨＶＯＦ処理は粒度分布の影響を受けやすく、一般に−４５＋１０μｍの範囲の微細な粒子を必要とすることが一般に認識されている。微細粒子層は基板を酸化及び腐食から保護する働きをするが、層の表面粗さに欠けるため、セラミック材料層を適切に付着できない。
【０００６】
セラミック材料を適切に付着させるように所望の程度の表面粗さを実現するために、微細粉末層の上に粗大粉末層を堆積する。機器の費用が安く、施工及びマスキングが容易であるという理由により、粗大粒子層の堆積方法としてＡＰＳボンドコート施工技術が好まれる場合が多い。約２００マイクロインチ（約５μｍ）〜約５００マイクロインチ（約１３μｍ）Ｒａ（ＡＮＳＩ／ＡＳＭＥ規格Ｂ４６１−１９８５に従って判定される算術平均粗さ（Ｒａ））の表面粗さを有するようにボンドコートを形成することにより、ＡＰＳボンドコートへのセラミック材料層の付着は促進される。
【０００７】
ＡＰＳにより施工されたボンドコートは、適切な表面粗さを有するためにＴＢＣによく付着するが、粗大粉末層は保護皮膜系としては一般に不適切である。粗大粉末層は相対的に多孔質であり且つ酸化による損傷を受けやすい。
【０００８】
従って、密な低酸化物保護層の所望の特性及び粗大粉末層の表面粗さを実現するために、従来のボンドコートは個別の機器構成を使用して個別の処理で二層として施工される。しかし、この方法を実施するためには、２種類の粉末を保管しておかなければならず且つ異なる施工システムを使用することが必要である。２つの異なる処理を実行する機器構成が必要であり、そのため、機器又は粉末の混同が起こった場合、被覆部材の再加工を実行することもありうるので、この処理方法は長い時間を要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５８１７３７１号明細書
【特許文献２】米国特許第６０２００７５号明細書
【特許文献３】米国特許第６３６８７２７号明細書
【特許文献４】米国特許第７１５０９２１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００７／０１１３５５８号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００９／０１６２６７０号明細書
【非特許文献１】Bharat K, Pant, Vivek Arya, and B.S. Mann "Development of Low-Oxide MCrAlY Coatings for Gas Turbine Applications"; pages 275-280. Journal of Thermal Spray Technology, Volume 16(2), June 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、単一の粉末組成から、従来の二層ボンドコートの所望の特性を有する単層ボンドコートを施工する改良された商業的に実行可能な方法は当該技術には有益だろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の態様及び利点は以下の説明の中で一部記載されるだろうが、以下の説明から自明になるか又は本発明の実施を通して学習されてもよい。
【００１２】
本発明は、金属基板の保護皮膜系を提供し、ガスタービンエンジンの金属部品に特に適する。保護皮膜系は、超合金金属基板を含み、基板に単層ボンドコートを施工する。ボンドコートは、二層ボンドコートと同等の特性を有するボンドコートを形成する均一な粉末組成から、溶射法、例えば高速フレーム（ＨＶＯＦ）溶射法で施工される。粉末組成は、粒子の約９０体積％が約１０μｍ〜約１００μｍの範囲内にある粒度分布を有する。上記の範囲内の任意の１０μｍ域内の粒子の割合が約２０体積％を超えず且つ上記の範囲内の任意の２つの隣接する１０μｍ域内の粒子の割合の偏差が約８体積％を超えないように、粒子は上記の範囲内で相対的に均一に分布している。皮膜系は、単層ボンドコートに施工されたセラミック遮熱層を含んでもよいが、ボンドコートが保護皮膜系の唯一の層であってもよい。
【００１３】
本発明は、金属基板上に保護皮膜系の形成方法を更に含む。方法は、少なくとも二層ボンドコートと同等のボンドコートが得られるような粒度分布を有する均一粉末組成から、溶射法、例えばＨＶＯＦ溶射法で、Ｎｉ系超合金又はＣｏ系超合金などの超合金金属基板に単層ボンドコートを施工することを含む。粒子の約９０体積％は約１０μｍ〜約１００μｍの範囲内にある。この範囲内の任意の１０μｍ域内の粒子の割合は約２０体積％を超えず且つこの範囲内の任意の２つの隣接する１０μｍ域内の粒子の割合の偏差は約８体積％を超えない。本発明の方法に従って形成された単層ボンドコートは、約３００マイクロインチＲａ以上の表面粗さ、理論密度の９０％以上の密度及び約６．０ｋｓｉ以上のボンドコート−基板間引張強さを有してもよい。ボンドコート粉末組成はＭＣｒＡＩＹ合金粒子（式中、Ｍは鉄、コバルト又はニッケルの少なくとも１種である。）を含んでもよい。方法の更なる実施形態では、単層ボンドコートの上にセラミック遮熱層を施工する。セラミック層の形態に関わらず、遮熱層−ボンドコート間引張強さは、セラミック層の凝集強さを超える。このセラミック障壁層は、例えば市販のイットリア安定化セラミック皮膜粒子から形成されてもよい。
【００１４】
本発明の上記の実施形態及び特徴並びに他の実施形態及び特徴は以下に更に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
添付の図面を参照して、当業者に対する本発明の最良の態様を含む本発明の完全且つ有効な開示が本明細書の中に記載される。
【図１】図１は二層ボンドコートを有する従来の遮熱保護皮膜系を示した横断面図である。
【図２】図２は本発明の態様に係る金属基板に施工された単層ボンドコートを示した横断面図である。
【図３】図３は本発明の態様に係る単層ボンドコートを有する遮熱コーティング系を示した横断面図である。
【図４】図４は従来のガスタービンブレード構成を示した斜視図である。
【図５】図５は種々の粉末組成の粒度分布プロファイルを示したグラフである。
【図６】図６は本発明の態様に係る単層ボンドコートの第１の実施形態を有する試験試料を示した顕微鏡写真である。
【図７】図７は本発明の態様に係る単層ボンドコートの第１の実施形態を有する試験試料を示した顕微鏡写真である。
【図８】図８は本発明の態様に係る単層ボンドコートの第１の実施形態を有する試験試料を示した顕微鏡写真である。
【図９】図９は本発明の態様に係る単層ボンドコートの第２の実施形態を有する試験試料を示した顕微鏡写真である。
【図１０】図１０は本発明の態様に係る単層ボンドコートの第２の実施形態を有する試験試料を示した顕微鏡写真である。
【図１１】図１１は本発明の態様に係る単層ボンドコートの第２の実施形態を有する試験試料を示した顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態を参照して詳細に説明する。添付の図面には、本発明の１つ以上の実施例が示される。各実施例は、本発明を限定する目的ではなく、本発明を説明するために提示される。実際、本発明の範囲又は精神から逸脱せずに本発明において種々の変更及び変形を実施可能であることは当業者には明らかだろう。例えば、１つの実施形態の一部として図示又は説明される特徴は、更に別の実施形態を提供するために別の実施形態と組み合わせて使用されてもよい。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれと同等のものの範囲内に含まれるかかる変更及び変形を包含することを意図する。
【００１７】
上述の通り、ノズル、バケット、シュラウド、翼形部その他のガスタービン部品などの高温にさらされる金属部品の効率及び性能を向上するために、遮熱コーティング（ＴＢＣ）系は頻繁に使用される。従来のガスタービンで発生する燃焼ガスの温度は、動作効率を考慮して可能な限り高く維持され、エンジンのタービン燃焼部品その他の部品は、例えば約１０００〜１５００℃の動作温度限界を有する超合金などの高温環境に耐えうる合金から通常製造される。ＴＢＣ系は、種々のエンジン部品を形成するために使用される合金の表面温度を維持又は低下することによりタービンの動作温度を上昇させるという効果を有する。
【００１８】
ＴＢＣ系は、種々のタービン部品の表面を保護する上でも重要である。図１を参照すると、従来の多くのＴＢＣ系３０は、密な耐酸化性二層ボンドコート３２の上に堆積されたセラミック系トップコート層３８を含む二層構造である。セラミック材料は、通常ジルコニア（酸化ジルコニウム）などの材料であり、イットリアなどの別の材料によって化学的に安定化されているのが普通である。ボンドコート３２は二層構成として金属基板４０に施工される。その場合、密な低酸化物層３４を形成するために、基板上に微細粉末がまず堆積される。次に、セラミック材料３８を適切に付着させるための所望の程度の表面粗さを実現するために、微細粉末層の上に粗大粉末層３６を堆積する。
【００１９】
図２を参照すると、本発明は、金属基板４０に施工された改良された単層ボンドコート（ＳＬＢＣ）５４を有する保護皮膜系５０に関する。ＳＬＢＣ５４はＴＢＣ系の初期層を通常形成するが、図２に示されるように、本発明に係るボンドコート５４は任意の金属基板の上で独立した保護オーバーレイ皮膜として、すなわちセラミックトップコート層なしで使用されてもよい。図３は、ＳＬＢＣ５４の上に施工されたセラミック層３８を含む本発明に係る保護皮膜系５０を示す。
【００２０】
本発明に係る単層ボンドコート５４は、前述のようにガスタービンの部品に施工されてもよいが、ディーゼル型又は他の種類の内燃機関の選択された部品などの他の環境で使用されてもよい。図４は、本発明が特に有用である環境を例示するために提示されており、従来のガスタービンブレード構成１０を示す。ガスタービンの環状ロータディスク（図示せず）に複数のブレード１０が装着される。ブレード１０は、正圧面１４及び負圧面１６並びに前縁１８及び後縁２０を有する翼形部１２を含む。翼形部の下部は基部２２で終端する。基部２２はプラットフォーム２４を含み、翼形部は直立位置に、すなわちプラットフォームの上面２５に対してほぼ垂直にプラットフォームに堅固に取り付けられてもよい。ブレード１０をロータに装着するために、基部は、プラットフォームの下面に装着されたダブテール根元部２６を更に含む。翼形部１２は、遮熱コーティングを通常必要とする１以上の部品である。
【００２１】
ＳＬＢＣ５４は、二層ボンドコートの特性と同等の特性を有するＳＬＢＣ５４を形成する粒度分布を有する均一粉末組成から溶射法で任意の金属基板４０に施工される。特に、ＳＬＢＣ５４は、図１の層３４と同等の微細粉末層の密度及び低酸化物含有量と、図１の層３６と同等の粗大粉末層の表面粗さとを併せ持つ。
【００２２】
図５の粒度分布グラフを参照すると、ＳＬＢＣ５４を施工するために溶射法で使用される均一粉末組成は、例えばグラフＣ、グラフＤ又はグラフＥの粒子の約９０体積％が約１０μｍ〜約１００μｍの範囲内にあるという粒度特性を有する。更に、その範囲内の任意の１０μｍ域内の粒子の割合は約２０体積％を超えず且つ範囲内の任意の２つの隣接する１０μｍ域内の粒子の割合の偏差は約８体積％を超えない。例えば理想の分布グラフＣを参照すると、任意の１０μｍ域（すなわち２０〜３０μｍ域又は３０〜４０μｍ域又は３５〜４５μｍ域）内の粒子は組成の約１３体積％を超えず且つその割合は範囲全体にわたり偏倚しないことがわかる。言い換えれば、２０〜３０μｍ域内の粒子の割合は、３０〜４０μｍ域内の粒子の割合と同一であり、他の域内の粒子の割合についても同じである。
【００２３】
図５のグラフＣは、１０μｍ域内の粒子の割合が上述の範囲（すなわち約１０μｍ〜約１００μｍの範囲）全体にわたり同一である平坦な切頭プロファイルを有するために「理想形」であると考えられる。しかし、市販の粉末の混合物によってこのプロファイルを実現することは経済的な面から又は他の理由により不可能だろう。より現実に近い粒度分布は、例えばグラフＤにより表されてもよい。このプロファイルは、微細粒子ピークと粗大粒子ピークを明確に識別可能であるが、全体として見れば上述の必要条件を満たしているという点で、「双峰」的な面を有する。
【００２４】
図５のグラフＡは、従来のＴＢＣ系の初期層３４（図１）を形成するために使用される従来の微細粒子の典型的な粒度分布曲線を示し、本発明に係る粉末組成を示す曲線と比較するために提示される。従来の微細粉末は、一般に約−５３＋２２μｍ（約２２μｍがｄ１０パーセンタイル、約５３μｍがｄ９０パーセンタイル）の粒度分布範囲を有する。市販のＨＶＯＦ粉末は、通常、約−４５＋１０μｍの範囲にある。グラフＢは、従来のボンドコート３２（図１）の第２の層３６を形成するために使用される粗大粉末の典型的な粒度分布曲線であり、同様に比較のために提示される。粗大粉末は、約−１００＋４４μｍ（約４４μｍがｄ１０パーセンタイル、約１００μｍがｄ９０パーセンタイル）の粒度分布範囲を有する。
【００２５】
図５のグラフＥは、本発明の範囲内に含まれる別の種類の粉末組成の一例として示される。このグラフは、上述の必要条件を満たす鐘形曲線に似たほぼ連続して変化するプロファイルを反映したプロファイルを有する。本発明の必要条件を満たす任意の粒度分布曲線が可能であり且つ本発明は上述の必要条件を満たす特定の曲線又は分布プロファイルに限定されない。
【００２６】
以上説明したような粉末組成から形成されるＳＬＢＣ５４は、３００マイクロインチＲａ以上（ＡＮＳＩ／ＡＳＭＥ規格Ｂ４６１−１９８５に従って判定される算術平均粗さ（Ｒａ））の表面粗さを有する。特定の実施形態では、表面粗さは約４００マイクロインチＲａ以上である。粗い面は、ボンドコートとその後に施工される遮熱材料との十分な付着を確保する働きをする。ＳＬＢＣが保護皮膜系の唯一の層として使用される場合、すなわちＳＬＢＣの上にセラミック遮熱材料層を施工しない場合、ＳＬＢＣの表面粗さ値は問題にならない。
【００２７】
本発明に係る単層ボンドコート５４は、任意の適切な厚さを有するように形成されてもよい。二層皮膜系における典型的なボンドコートは、通常、約２５０μｍ〜約５００μｍの範囲内である。本発明に係るＳＬＢＣ５４は、かかる従来のボンドコートほど厚い層である必要はなく、例えば約１２５μｍ又は２００μｍのように従来のボンドコートより薄くてもよい。２００μｍの厚さのＳＬＢＣは、３５０μｍの二層ボンドコートと同等の寿命を有すると考えられる。
【００２８】
更に、ＳＬＢＣ５４は、理論密度の約９０％以上の密度を有し、特定の実施形態では、理論密度の約９５％以上の密度を有する。
【００２９】
ＳＬＢＣ５４は、約６．０ｋｓｉ以上のボンドコート−基板間引張強さを有し、特定の実施形態では、１２．０ｋｓｉ以上の引張強さを有する。
【００３０】
ＳＬＢＣ５４は、約４００ｍ／ｓ以上の粒子速度を有する溶射法で施工される。種々のセンサシステムを使用して、プラズマガン出口の下流側の粒子速度を測定するための種々の技術を利用可能である。一例として、粒子速度及び粒子速度分布を測定する測定システムは、米国特許第６８６２５３６号（Ｒｏｓｉｎ）で説明されているが、利用可能な方法はこれに限定されない。オンライン粒子監視測定装置の一例は、カナダ、モントリオールのＴｅｃｎａｒ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ社（http://www.tecnar.com/）より入手可能なＤＰＶ−２０００システムである。
【００３１】
従来の高速フレーム（ＨＶＯＦ）溶射システムは粒度分布の影響を受けやすい（一般に−４５＋１０μｍの範囲の微細粉末を必要とする）と一般に考えられているが、本発明の保護皮膜系及び方法論にかかるＨＶＯＦシステムを使用してもよいことを本発明者は発見した。ＨＶＯＦ溶射パラメータを慎重に監視し且つ調整することにより、本明細書において説明される粉末組成から、密度が高く且つ酸化物含有量は相対的に少ないが、セラミック材料層を十分に付着可能な表面粗さ及び多孔度を有する単層ボンドコートを実現可能である。例えば、本発明を実施するためのＨＶＯＦ処理の燃焼比は約０．２９未満でなければならず、約０．２７〜約０．２９の範囲内であることが望ましい。上述の粉末組成を使用する場合のこの燃焼比は、十分な堆積速度を実現する。
【００３２】
堆積速度に関して、被覆される面積の平方単位当たり皮膜１ミル当たり粉末量（ポンド単位）の関係は客観的な基準である。粉末を過剰に消耗せずに十分な皮膜を形成するような堆積効率が望ましい。例えば、表面皮膜の１平方フィート当たり皮膜１ミル当たり０．１３ｌｂｓなどの基準パラメータがまず設定されてもよい。その後、類似の粉末の化学的特性に関わる過去の経験における過剰酸化物を示す限界にプルーム温度が到達するまで、燃焼比は、例えば０．２３５の低い基準値から調整されてもよい。燃焼比が増加するにつれて、約１ミルの厚さに被覆された面積１平方フィート当たり粉末約．０８ｌｂｓという堆積速度効率の向上が得られる。更に燃焼比が増加して、要求される粉末の量が更に減少すると、皮膜中の酸化物のレベルが許容できないレベルに達する場合がある。ＳＬＢＣ５４の施工に際しては、皮膜中の酸化物を許容できないほどのレベルにはしない燃焼比で、約０．１５〜約０．０８ｌｂｓ／ミル／ｆｔ2の堆積速度範囲が望ましい。
【００３３】
本発明に係るＳＬＢＣ５４を実現するために調整されてもよい他のステップ及び処理パラメータの例は、堆積前に表面を洗浄すること、酸化物を除去するためにグリットブラストを実行すること、基板温度、溶射距離（ガン−基板間距離）などの他のプラズマ溶射パラメータ、溶射パスの回数、粉末供給量、トーチパワー、プラズマガスなどの選択、堆積角度、施工された皮膜の後処理などを含む。
【００３４】
別の適切な溶射法は高速大気プラズマ溶射（ＨＶ−ＡＰＳ）処理である。この場合、粒子速度は約３００ｍ／ｓ〜約７００ｍ／ｓの範囲に維持される。いくつかの特定の実施形態では、速度は約４５０ｍ／ｓ以上であり、約６００ｍ／ｓであってもよい。それらの粒子速度は、従来のＡＰＳシステムで使用される典型的な速度（約１５０〜２５０ｍ／ｓ）より相当に速い。ＨＶ−ＡＰＳシステムの場合、プラズマ速度を有効に増加し、従って、粒子速度を有効に増加するように従来のＡＰＳシステムを変形してもよい。一般に、この場合のＡＰＳシステムの変形は、プラズマ溶射ガンに嵌合するアノードノズルの種々の構成を適切に選択することを含み、高速大気プラズマ溶射（ＨＶ−ＡＰＳ）処理を実行するために、高速アノードノズルを備える市販のＡＰＳガンを採用してもよい。その一例は、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ社から市販されている７０４高速ノズルを備える７ＭＢ（又は９ＭＢ又は３ＭＢ）プラズマ溶射ガンである。別の例は、Ｐｒａｘａｉｒ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から市販されている「マッハ２」モードで動作されるＳＧ１００プラズマ溶射ガンである。これらの従来のＡＰＳガンシステムは、例えば３０〜５０ＫＷの出力範囲で動作されてもよい。
【００３５】
ＳＬＢＣ５４の粉末組成はＭＣｒＡＩＹ合金粒子（Ｍは鉄、コバルト又はニッケルの少なくとも１種である。）を含んでもよい。
【００３６】
この粉末を使用して形成されるＳＬＢＣ５４は、理論密度の９０％以上の密度、特に約９５％の密度を有する。この密度は、ボンドコートの酸化物含有量が減少したことを表し、その結果、ＴＢＣ及び基板の酸化に対する耐用年数は大幅に延びる。ボンドコートの酸化物含有量の減少（密度の増加により表される）は、部品の使用中にボンドコートとセラミックコートとの境界面で起こる不都合な熱成長酸化物（ＴＧＯ）の成長を抑止する。ＴＧＯが亀裂、層剥離及び剥落などのＴＢＣの障害を加速することは一般に認められている。
【００３７】
図３を参照すると、本発明の保護皮膜系５０は、ボンドコート５４の上に施工された遮熱材料３８を更に含んでもよい。遮熱材料３８は、イットリア（Ｙ2Ｏ3）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）、マグネシア（ＭｇＯ）、セリア（ＣｅＯ2）、スカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）その他の酸化物などの種々の周知のセラミック材料のうち任意の材料を含んでもよい。ＴＢＣ材料として、市販のイットリア安定化セラミック皮膜粒子、例えば約−１１＋１２５μｍ（約１１μｍがｄ１０パーセンタイル、約１２５μｍがｄ９０パーセンタイル）の粒度分布範囲を有するＳｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ  ２４０ＮＳ  ８ｗｔ％イットリア安定化ジルコニア粉末又は約−９７＋２５μｍの粒度分布範囲を有するＳｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ  ２４０ＮＡ粉末を使用してもよい。セラミック遮熱材料３８は、物理気相成長（ＰＶＤ）技術、特に電子ビーム物理気相成長（ＥＢＰＶＤ）、又は従来のＡＰＳ技術などの任意の適切な周知の技術により堆積されてもよい。セラミック層の形態に関わらず、皮膜系５０は、セラミック層の凝集強さを超える遮熱コーティング３８−ボンドコート５４間引張強さを発生することが望ましい。例えば、縦方向に亀裂が入った密なセラミック層の場合、ある特定の実施形態では、約４．０ｋｓｉ以上、及び約５．０ｋｓｉ以上の引張強さが望まれてもよい。セラミック遮熱コーティング３８の厚さは、被覆される部品の最終用途によって決まる。通常、厚さは約１００μｍ〜約２５００μｍの範囲である。翼形部部品などの最終用途のいくつかの特定の実施形態では、厚さは約１２５μｍ〜約７５０μｍの範囲であることが多い。
【００３８】
本明細書において、「金属基板」の実例としてガスタービン部品が示される。しかし、本発明に係るボンドコートの金属基板として他の種類の部品の使用も可能だろうということが理解される。一例として、基板はディーゼルエンジンのピストンヘッド又は他の自動車部品であってもよい。本発明が特定の種類の金属基板又は部品に限定されないことが容易に理解される。
【実施例】
【００３９】
以下の実施例は単なる例示であり、特許請求の範囲に示される本発明の範囲をいかなる意味でも限定すると解釈されてはならない。
【００４０】
実施例１
図５のグラフＤにほぼ従った粒度分布を有する第１の双峰形ＭＣｒＡＩＹ粉末組成（試料Ａ）をミクロ組織特性、表面粗さ及び堆積効率に関して従来の二層ボンドコートと対比して評価した。Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ  ＤＪ  ２６００システムを使用して、最初のボンドコート試験ボタン試料をＨＶＯＦ処理で溶射した。この基準試料は図６の顕微鏡写真に示される。先に説明したように堆積効率を最適にするために、溶射法パラメータを調整した。特に、基準溶射パラメータは約．２３５の燃焼比及び低い堆積速度を含み、その結果、処理の効率は低くなった。部品に付着する粉末より、処理室の床に落下する粉末の量のほうが多かった。類似の粉末を使用した過去の経験における過剰酸化物を示す限界にプルーム温度が達するまで、処理監視診断を利用して燃焼比を増加させた。この新たなパラメータは、部品への粉末の付着の効率を著しく向上させる燃焼比を発生した。図７の顕微鏡写真に示される調整済み試験ボタン試料を作製するために、約０．２８の燃焼比（酸素／燃料比）で約０．０８〜約０．１ｌｂｓ／ミル／ｆｔ2の間で堆積速度を調整した（その結果、堆積速度は約０．６８ミル／パスとなった）。この調整済み試験試料のミクロ組織特性を検査したところ、試料は、理論密度の約９０％以上という密度条件を満たし且つ約４９０Ｒａの測定表面粗さを有していた。試料は、１２．０ｋｓｉを超えるボンドコート−基板間引張強さを示した。図８の顕微鏡写真に示される試験試料を作製するために、イットリア安定化セラミック粉末からＡＰＳ処理でセラミック遮熱コーティングを図７のボンドコートに追加した。この試験試料は、約５．１ｋｓｉのセラミック遮熱コーティング−ボンドコート間引張強さを示した。
【００４１】
実施例２
図５のグラフＤにほぼ従った粒度分布を有する第２の双峰形粉末組成（試料Ｂ）を使用して、先に試料Ａに関して説明したように試験ボタンを作製した。基準試料は図９の顕微鏡写真に示される。図１０の顕微鏡写真に示される調整済み試験ボタン試料を作製するために、約０．２８の燃焼比（酸素／燃料比）で堆積速度を約０．５３ミル／パスに調整した。この調整済み試験試料のミクロ組織特性を検査したところ、試料は、理論密度の約９０％以上という密度条件を満たし且つ約４５２Ｒａの表面粗さを有していた。試料は、１２．０ｋｓｉのボンドコート−基板間引張強さを示した。図１１の顕微鏡写真に示される試験試料を作製するために、同一のセラミック遮熱材料を調整済み試験試料に追加した。この試料は、約５．７ｋｓｉのセラミック遮熱コーティング−ボンドコート間引張強さを示した。
【００４２】
以下の表（表１）は、試料Ａ及び試料ＢのＳＬＢＣ系に関して上述の試験結果を従来の二層ボンドコートと対比してまとめて示す。
【００４３】
【表１】
2011074494.tif 000003
次に、種々の炉サイクル試験（ＦＣＴ）において、底部装入式ＣＭ炉内で約１０分間で試料温度を１９００°Ｆ（１回目の試験）及び２０００°Ｆ（２回目の試験）まで上げ、次に各試験で試料を０．７５時間及び２０時間そのままの状態にそれぞれ保持し、続いて約９分間で５００°Ｆ未満の温度まで冷却することにより、図８及び図１１の試料のＴＢＣ耐久性を試験した。セラミック皮膜の表面積の２０％を超える部分がその下の面から剥落するまでサイクルを繰り返した。試料Ａ、試料Ｂ及び比較例の二層試料に障害が起こるまでの概算時間を以下の表（表２）に示す。
【００４４】
【表２】
2011074494.tif 000004
特定の実施形態及びその方法に関して本発明を詳細に説明したが、以上の説明を理解した上で、当業者が上述の実施形態を変更し、その変形を実施し且つ同等のものを作製することが容易であるのは理解されるだろう。従って、本明細書の開示の範囲は本発明を限定するのではなく、単なる例示であり、当業者には容易に明らかになると考えられる本発明の変更、変形及び／又は追加を含めることを除外しない。
【符号の説明】
【００４５】
１０    タービン羽根構成
１２    翼形部
１４    正圧面
１６    負圧面
１８    前縁
２０    後縁
２２    基部
２４    プラットフォーム
２５    上面
２６    ダブテール根元部
３０    ＴＢＣ系
３２    二層ボンドコート
３４    微細粉末層
３６    粗大粉末層
３８    セラミック系トップコート層
４０    基板
５０    保護皮膜系
５４    単層ボンドコート
【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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【図１１】
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