(57)【要約】【課題】気体と直接接触する環境下における耐エロージョン性及び耐ファウリング性に優れたブレードを提供する。【解決手段】ブレードは、翼形状の基材１３と、基材１３の表面上の一部となる第一の範囲Ａ１で最上層に設けられ、硬質材からなる硬質材層２０と、基材１３の表面上の第一の範囲Ａ１以外となる第二の範囲Ａ２で最上層に設けられ、耐ファウリング材からなる耐ファウリング材層２１とを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形状の基材と、
該基材の表面上の一部となる第一の範囲で最上層に設けられ、硬質材からなる硬質材層と、
前記基材の表面上の前記第一の範囲以外となる第二の範囲で最上層に設けられ、耐ファウリング材からなる耐ファウリング材層とを備えるブレード。
【請求項２】
請求項１に記載のブレードにおいて、
前記硬質材層は、前記基材の表面上で、前記第一の範囲及び前記第二の範囲のそれぞれに形成され、
前記耐ファウリング材層は、前記第二の範囲で、前記硬質材層よりも上層に形成されていることを特徴とするブレード。
【請求項３】
請求項２に記載のブレードにおいて、
前記耐ファウリング材層は、前記第一の範囲と前記第二の範囲との境界近傍で、該境界に向かうに従って次第に厚さが薄くなるように形成されていることを特徴とするブレード。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のブレードにおいて、
前記硬質材層は、前記第一の範囲での層厚が、前記第二の範囲での層厚と前記耐ファウリング材層の層厚との和と略等しくなるように、前記第一の範囲及び前記第二の範囲の層厚が設定されていることを特徴とするブレード。
【請求項５】
翼形状の基材の表面上の一部となる少なくとも第一の範囲に、硬質材からなる硬質材層を形成する硬質材層形成工程と、
前記基材の表面上の前記第一の範囲以外となる第二の範囲の最上層として、耐ファウリング材からなる耐ファウリング材層を形成する耐ファウリング材層形成工程とを備えることを特徴とするブレードの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のブレードの製造方法において、
前記硬質材層形成工程は、前記第一の範囲及び前記第二の範囲に前記硬質材層を形成し、
前記耐ファウリング材層形成工程は、前記硬質材層よりも上層に前記耐ファウリング材層を形成することを特徴とするブレードの製造方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のブレードの製造方法において、
前記耐ファウリング材層形成工程は、前記第一の範囲及び前記第二の範囲の両方に前記耐ファウリング材層を形成する第一のステップと、
前記第一の範囲に形成された前記耐ファウリング材層を除去する第二のステップとを有することを特徴とするブレードの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のブレードの製造方法において、
前記第二のステップは、前記耐ファウリング材層に粒状の研磨材を吹き付けて、研磨処理することで行うことを特徴とするブレードの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のブレードの製造方法において、
前記第二のステップでの前記研磨材の前記基材に対する吹き付け方向は、製造対象となるブレードに使用時に周囲に流れる流体の該ブレードに対する相対方向に略一致するように設定することを特徴とするブレードの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のブレードの製造方法において、
前記第二のステップは、製造対象となるブレードが回転軸に取り付けられる向きと同様の向きで前記基材を軸体に取り付けて、該軸体を回転させながら行うことを特徴とするブレードの製造方法。
【請求項１１】
請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載のブレードの製造方法において、
前記第二のステップは、前記研磨材の粒子径が大きいもので研磨処理を行う粗研磨処理と、該粗研磨処理後に前記研磨材の粒子径が該粗研磨処理時よりも小さいもので研磨処理を行う仕上げ研磨処理とを具備することを特徴とするブレードの製造方法。
【請求項１２】
請求項６に記載のブレードの製造方法において、
前記硬質材層形成工程後に、前記硬質材層の内、前記第二の範囲のものを、前記耐ファウリング材層形成工程で予定される前記耐ファウリング材層の層厚分だけ除去する硬質材層除去工程を備えることを特徴とするブレードの製造方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のブレードを備えることを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、翼形状のブレード及びその製造方法、並びに、ブレードを備えた回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、蒸気タービンや圧縮機、ポンプ等の回転機械に用いられるブレードにおいては、耐熱性や耐食性等を考慮した表面処理が施されている。例えば、蒸気タービンは、作動流体である蒸気がタービンの動翼に噴射されて駆動されるものであり、動翼や静翼などのブレードが直接蒸気と接触する。また、化学プラント等で用いられ、各種流体を圧縮する圧縮機は、外部から動力を与えられてブレードが回転し、前記流体を圧縮する。このような圧縮機においても、ブレードが直接気体に接触する。ここで、ブレードに、気体に含まれる水滴が高速で衝突することによって、表面にエロージョン摩耗が発生するという問題がある。このようなエロージョン磨耗が生じた場合には、ブレードが振動し、この振動によって部品が破損する虞がある。
【０００３】
また、上述のような回転機械に用いられるブレードにおいては、気体中に含まれるＳｉＯ２等のセラミック成分が付着する、所謂ファウリングと呼ばれる現象が発生することがある。このように、ブレードにセラミック成分が付着した場合には、翼形状が変化することで作動効率が低下するため、装置全体の効率が低下するという問題がある。
【０００４】
上記エロージョン磨耗やファウリングを防止するための対策としては、基板の表面上に、上記現象を抑制するための皮膜をコーティングする方法が一般に採用されている。  例えば、上記エロージョン磨耗を抑制するための対策としては、図２４（ａ）、（ｂ）に示すような積層構造を有し、ＴｉＮ、ＣｒＮ等からなる硬質皮膜１０３ａ、１０３ｂを、物理気相成長（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって基材１０１上に形成し、さらに、必要に応じてＣｒ等からなる中間層１０２を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、ステライト（登録商標）の肉盛溶接を施すことや、図２４（ｃ）に示すように、ＷＣ−ＮｉＣｏ等からなる硬質皮膜１０４を、溶射によって基材１０１上に形成すること等が知られている（例えば、特許文献２、３を参照）。
【０００５】
一方、上記ファウリングを防止するための対策としては、例えば、図２５（ａ）に示すように、基材１１０上に、ふっ素樹脂粒子１１１ｂがめっき１１１ａ中に分散されてなる、ふっ素樹脂粒子含有めっき皮膜１１１を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献４、５も参照）。また、図２５（ｂ）に示すように、基材１１０上に、溶射層１１２を介して、セラミック粒子１１３ｂがふっ素樹脂１１３ａ中に分散されてなるふっ素樹脂層１１３をコーティングする方法の他、ふっ素樹脂系皮膜であるサーマロンコーティングを形成する技術等も知られている（例えば、特許文献６を参照）。
【０００６】
また、ファウリング防止策としては、上記の他、ガス設備用部品において、基材上にふっ素樹脂を塗装する方法（例えば、特許文献７を参照）や、表面エネルギーを低減させたふっ素を含有する皮膜を基材上に形成する方法（例えば、特許文献８を参照）、基材上の窒化硬質膜を平滑化し、物理吸着を低減する方法（例えば、特許文献９を参照）等が提案されている。
しかしながら、上述のような耐ファウリング性を備える皮膜は、軟質で耐エロージョン性が低いため、気体と直接接触するようなエロージョンが発生し易い環境下においては、皮膜が剥離してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平８−３０２６４号公報
【特許文献２】特開２００４−２７２８９号公報
【特許文献３】特開２００３−２７２０６号公報
【特許文献４】特開２００７−７１０３１号公報
【特許文献５】特開２００７−７１０３２号公報
【特許文献６】特開２００６−２９１３０７号公報
【特許文献７】特開２００４−２８３６９９号公報
【特許文献８】特開２００７−２１３７１５号公報
【特許文献９】特開２００７−１６２６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１〜３のような耐エロージョン性硬質皮膜は、耐ファウリング性を持たないため、耐エロージョン性が向上しているのにも関わらず、耐ファウリング性が低いという問題があった。
一方で、上記の特許文献４〜９のような耐ファウリング性を備える皮膜は、軟質で耐エロージョン性が低いため、気体と直接接触するようなエロージョンが発生し易い環境下においては、皮膜が剥離してしまうという問題があった。
このため、エロージョンとファウリングとが両方とも発生するような環境で用いられるブレードにおいては、耐エロージョン性を確保しようとすると、耐ファウリング性を確保することができない一方、耐ファウリング性を確保しようとする、耐エロージョン性を確保することができなくなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、気体と直接接触する環境下における耐エロージョン性及び耐ファウリング性に優れたブレードを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明のブレードは、翼形状の基材と、該基材の表面上の一部となる第一の範囲で最上層に設けられ、硬質材からなる硬質材層と、前記基材の表面上の前記第一の範囲以外となる第二の範囲で最上層に設けられ、耐ファウリング材からなる耐ファウリング材層とを備えることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明のブレードの製造方法は、翼形状の基材の表面上の一部となる少なくとも第一の範囲に、硬質材からなる硬質材層を形成する硬質材層形成工程と、前記基材の表面上の前記第一の範囲以外となる第二の範囲の最上層として、耐ファウリング材からなる耐ファウリング材層を形成する耐ファウリング材層形成工程とを備えることを特徴としている。
【００１２】
この構成及び方法によれば、基材表面において、第一の範囲では、最上層に硬質材からなる硬質材が形成されていることから、エロージョンの進行を抑制することができる。一方で、基材表面において、第二の範囲では、最上層に耐ファウリング材からなる耐ファウリング材層が形成されていることから、気体中に含まれる混入成分が付着するファウリングが発生するのが抑制される。このため、基材表面においてエロージョンの発生が支配的な範囲を第一の範囲とし、ファウリングの発生が支配的な範囲を第二の範囲とすることで、エロージョン及びファウリングの両方を確実に防止することができる。
【００１３】
また、上記のブレードにおいて、前記硬質材層は、前記基材の表面上で、前記第一の範囲及び前記第二の範囲のそれぞれに形成され、前記耐ファウリング材層は、前記第二の範囲で、前記硬質材層よりも上層に形成されていることが好ましい。
【００１４】
また、上記のブレードの製造方法において、前記硬質材層形成工程は、前記第一の範囲及び前記第二の範囲に前記硬質材層を形成し、前記耐ファウリング材層形成工程は、前記硬質材層よりも上層に前記耐ファウリング材層を形成することが好ましい。
【００１５】
この構成及び方法によれば、硬質材層形成工程で硬質材層を形成した後に、耐ファウリング材層形成工程では、硬質材層よりも上層に耐ファウリング材層を形成するようにしている。このため、硬質材層形成工程において第一の範囲のみに限らず基材表面全体に硬質材層を形成すれば良く、硬質材層形成を容易に行うことができる。
【００１６】
また、上記のブレードにおいて、前記耐ファウリング材層は、前記第一の範囲と前記第二の範囲との境界近傍で、該境界に向かうに従って次第に厚さが薄くなるように形成されていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、第一の範囲と第二の範囲との境界近傍で、耐ファウリング材層が境界に向かうに従って次第に厚さが薄くなるように形成することで、段差の無い滑らかな表面とすることができる。このため、表面の段差により応力集中が生じて耐ファウリング材層の剥離が誘発されてしまうことを防止することができる。
【００１８】
また、上記のブレードの製造方法において、前記耐ファウリング材層形成工程は、前記第一の範囲及び前記第二の範囲の両方に前記耐ファウリング材層を形成する第一のステップと、前記第一の範囲に形成された前記耐ファウリング材層を除去する第二のステップとを有することが好ましい。
【００１９】
この方法によれば、第一のステップでは、基材表面の全体に形成することで、耐ファウリング材層を容易に形成することが可能である一方、第二のステップで第一の範囲の耐ファウリング材層を除去することで、第一の範囲では硬質材層を最上層として露出させることができる。
【００２０】
また、上記のブレードの製造方法において、前記第二のステップは、前記耐ファウリング材層に粒状の研磨材を吹き付けて、研磨処理することで行うことが好ましい。
【００２１】
この方法によれば、研磨材を吹き付けて研磨処理により耐ファウリング材層を除去することで、除去が必要な耐ファウリング材層のみを容易に除去することができる。
【００２２】
また、上記のブレードの製造方法において、前記第二のステップでの前記研磨材の前記基材に対する吹き付け方向は、製造対象となるブレードに使用時に周囲に流れる流体の該ブレードに対する相対方向に略一致するように設定することが好ましい。
【００２３】
この方法によれば、研磨材の基材に対する吹き付け方向を、製造対象となるブレードに使用時に周囲に流れる流体の該ブレードに対する相対方向に略一致するように設定することで、研磨材をエロージョンの発生しやすい範囲に吹き付けて、第一の範囲として耐ファウリング材層を除去して硬質材層を露出させることができる。また、エロージョンが発生しやすい範囲から、エロージョンが発生しにくくファウリングが発生しやすくなる、すなわち第一の範囲と第二の範囲の境界近傍では、研磨材による研磨効果が徐々に弱まる。このため、耐ファウリング材層は第二の範囲から第一の範囲に向かうに従って次第に薄くなるように形成することで、段差の無い滑らかな表面とすることができる。その結果、表面の段差により応力集中が生じて耐ファウリング材層の剥離が誘発されてしまうことを防止することができる。
【００２４】
また、上記のブレードの製造方法において、前記第二のステップは、製造対象となるブレードが回転軸に取り付けられる向きと同様の向きで前記基材を軸体に取り付けて、該軸体を回転させながら行うことが好ましい。
【００２５】
この方法によれば、より使用時に近い状態で研磨材を吹き付けてエロージョンが発生しやすい部位の耐ファウリング材層を除去することができる。また、軸体に複数の基材を取り付けることで、複数の対象に対して同時に第二のステップを実施することができ効率的である。
【００２６】
また、上記のブレードの製造方法において、前記第二のステップは、前記研磨材の粒子径が大きいもので研磨処理を行う粗研磨処理と、該粗研磨処理後に前記研磨材の粒子径が該粗研磨処理時よりも小さいもので研磨処理を行う仕上げ研磨処理とを具備することが好ましい。
【００２７】
この方法によれば、第二のステップにおいて、粗研磨処理として研磨材の粒子径が大きいもので研磨処理を行うことで、短時間で効果的に研磨処理を行うことができる。さらに、仕上げ研磨処理として研磨材の粒子径が小さいもので研磨処理を行うことで、第一の範囲において露出する硬質材層の表面、第一の範囲と第二の範囲との境界近傍における耐ファウリング材層の表面をより滑らかに仕上げることができる。
【００２８】
また、上記のブレードにおいて、前記硬質材層は、前記第一の範囲での層厚が、前記第二の範囲での層厚と前記耐ファウリング材層の層厚との和と略等しくなるように、前記第一の範囲及び前記第二の範囲の層厚が設定されていることが好ましい。
【００２９】
また、上記のブレードの製造方法において、前記硬質材層形成工程後に、前記硬質材層の内、前記第二の範囲のものを、前記耐ファウリング材層形成工程で予定される前記耐ファウリング材層の層厚分だけ除去する硬質材層除去工程を備えることが好ましい。
【００３０】
この構成及び方法によれば、第一の範囲の硬質材層の表面と、第二の範囲の耐ファウリング材層の表面との間を段差を生じずに、より滑らかな表面に形成することができ、表面の段差により応力集中が生じて耐ファウリング材層の剥離が誘発されてしまうことを防止することができる。また、表面の凹凸が少なくなることで、使用時において表面で流体との間で生じる抵抗を抑えることができ、より高性能なブレードを実現することができる。
【００３１】
また、本発明の回転機械は、上記のブレードを備えることを特徴としている。
この構成によれば、エロージョン及びファウリングの発生が効果的に抑制されることで、耐久性及び性能の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のブレードによれば、気体と直接接触する環境下における耐エロージョン性及び耐ファウリング性を向上させることができる。
また、本発明のブレードの製造方法によれば、気体と直接接触する環境下における耐エロージョン性及び耐ファウリング性に優れたブレードを提供することができる。
また、本発明の回転機械によれば、耐久性及び性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態の蒸気タービンのロータ部分の詳細を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の蒸気タービンブレードの詳細を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の蒸気タービンブレードの高さ方向視した断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の蒸気タービンブレードにおいて、図３のＥ部での層構造の詳細を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の蒸気タービンブレードにおいて、図３のＦ部での層構造の詳細を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の蒸気タービンブレードにおいて、図３のＧ部での層構造の詳細を示す断面図である。
【図７】（ａ）は耐ファウリング材層中のフッ素含有率とシリカ粒子付着量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は耐ファウリング材層中のフッ素含有率と硬さとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法を示すフロー図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法において、耐ファウリング材層形成工程の第二のステップを説明する説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の蒸気タービンブレードについて模式的に説明する図であり、（ａ）は、第１の実施形態の蒸気タービンブレードを用いた場合について、（ｂ）は耐エロージョン性のみを付与した比較例１の蒸気タービンブレードについて、が設けられた場合、（ｃ）は耐ファウリング性のみを付与した比較例２の蒸気タービンブレードについて、それぞれ、連続稼動時間と磨耗量並びにファウリング量との関係を示したグラフである。
【図１１】本発明の第１の実施形態の変形例の蒸気タービンブレードの製造方法において、耐ファウリング材層形成工程の第二のステップを説明する説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の蒸気タービンブレードにおいて、第一の範囲と第二の範囲との境界近傍での層構造の詳細を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法において、硬質材層形成工程を説明する説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法において、硬質材層除去工程を説明する説明図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法において、硬質材層除去工程が完了した状態を説明する説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法において、耐ファウリング材層形成工程の第一のステップを説明する説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法において、耐ファウリング材層形成工程の第二のステップを説明する説明図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態の蒸気タービンブレードにおいて、第一の範囲と第二の範囲との境界近傍での層構造の詳細を示す断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法において、硬質材層形成工程を説明する説明図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法において、硬質材層形成工程を説明する説明図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法において、耐ファウリング材層形成工程を説明する説明図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法において、耐ファウリング材層形成工程を説明する説明図である。
【図２３】本発明の第３の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法において、耐ファウリング材層形成工程を説明する説明図である。
【図２４】従来の蒸気タービンブレードを説明する図であり、基材上に各皮膜が形成された積層構造を示す模式断面図である。
【図２５】従来の蒸気タービンブレードを説明する図であり、基材上に各皮膜が形成された積層構造を示すとともに、最表面の拡大図を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明に係る蒸気タービンブレード１０は、例えば、図１に示す蒸気タービン１において、動翼（図中における蒸気タービンブレード１０を参照）として、ロータ２に放射状に複数配列され、かつ、軸方向に複数段取り付けられて用いられる回転機械用の部品である。そして、蒸気タービン１は、作動流体である蒸気が蒸気タービンブレード１０（動翼）に噴射されてロータ２を回転駆動させるものであり、このような蒸気タービン１においては、蒸気タービンブレード１０が直接蒸気と接触するような構成とされている。
【００３５】
次に、蒸気タービンブレード１０の構造の詳細について説明する。
図２に示すように、蒸気タービンブレード１０の基端には、プラットフォーム１１が取り付けられて、該プラットフォーム１１の蒸気タービンブレード１０が取り付けられた表面側と反対側の裏面側には翼根１２が設けられ、蒸気タービンブレード１０は、該翼根１２がロータ２側に取り付けられることで、ロータ２と一体となっている。図３に示すように、蒸気タービンブレード１０は、凹面状に形成された腹面部１０ａと、腹面部１０ａと対向して凸面状に形成された背面部１０ｂを有し、腹面部１０ａと背面部１０ｂとにより形成される肉厚が、前縁１０ｃから中間部に向かって次第に厚くなるとともに、中間部から後縁１０ｄに向かって次第に薄くなるように形成された所謂翼形状に形成されている。
【００３６】
また、蒸気タービンブレード１０は、上記翼形状の基材１３と、基材１３の表面の内、第一の範囲Ａ１を覆う第一の皮膜１４と、基材１３の表面の内、第一の範囲Ａ１を除いた第二の範囲Ａ２を覆う第二の皮膜１５とを備える。基材１３としては、例えば、ＳＵＳ４１０Ｊ１をはじめとするステンレス鋼等、この分野において一般に用いられている材料を何ら制限無く用いることができ、適宜選択することが可能である。
【００３７】
ここで、第一の範囲Ａ１は、蒸気タービンブレード１０において、実使用時にエロージョンの発生が支配的な範囲であり、具体的には、前縁１０ｃ側において前縁１０ｃを含む腹面部１０ａから背面部１０ｂまでの一部の範囲である。このような範囲では、気体中に含まれる蒸気等の水分（ドレン）が、高速で衝突することになるため、エロージョンが発生しやすくなる。また、第二の範囲Ａ２は、蒸気タービンブレード１０において、実使用時にファウリングの発生が支配的な範囲であり、具体的には後縁１０ｄを含む腹面部１０ａから背面部１０ｂまでの一部の範囲である。このような範囲では、エロージョンは発生しにくいものの、気体中に含まれるシリカ等セラミック成分などの混入成分が付着しやすくファウリングが発生し易い。なお、第一の範囲Ａ１として設定される範囲では、仮に気体の混入成分が付着した場合でもドレンの高速衝突によって付着物が除去されるため、ファウリングが発生しにくい。なお、第一の範囲Ａ１及び第二の範囲Ａ２の大きさ、及び、互いの境界Ｂ１、Ｂ２位置は、蒸気タービンブレード１０の形状、蒸気タービン１に適用して使用した場合のロータ２の回転数、蒸気の流速になどによって異なるものである。また、境界Ｂ１、Ｂ２は、蒸気タービンブレード１０の周縁上での位置が、図３に示す断面に直交する翼高さ方向に異なるように設定されていても良い。
【００３８】
次に、第一の皮膜１４及び第二の皮膜１５の層構成の詳細について説明する。図４は、図３におけるＥ部を示しており、第一の範囲Ａ１の一部を示している。図５は、図３におけるＦ部を示しており、第二の範囲Ａ２の一部を示している。図６は、図３におけるＧ部を示しており、第一の範囲Ａ１と第二の範囲Ａ２との境界近傍を示している。図４に示すように、第一の範囲Ａ１における第一の皮膜１４は、基材１３の表面１３ａに形成された硬質材からなる硬質材層２０を有し、当該硬質材層２０が最上層を構成している。また、図５に示すように、第二の範囲Ａ２における第二の皮膜１５は、第一の範囲Ａ１同様に基材１３の表面１３ａに形成された硬質材からなる硬質材層２０と、硬質材層２０の表面２０ａに形成された耐ファウリング材からなる耐ファウリング材層２１とを有し、当該耐ファウリング材層２１が最上層を構成している。また、図６に示すように、第一の範囲Ａ１と第二の範囲Ａ２との境界Ｂ１、Ｂ２近傍においては、耐ファウリング材層２１は、境界Ｂ１、Ｂ２に向かうに従って次第に厚さが薄くなるように形成されている。
【００３９】
硬質材は、耐エロージョン性及び下層に対する密着性の高い材質であることが要求され、例えばセラミック材が選択され、窒化物、炭化物、ホウ化物又は酸化物の何れかの材料からなることが好ましい。また、これらの材料の中でも、特に、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＺｒＮの内の少なくとも１種以上からなることがより好ましい。硬質材層２０の層厚は、１〜３０μｍの範囲とすることが好ましい。硬質材層２０の層厚が１μｍ未満だと、耐エロージョン性を向上させる効果が得られ難く、また、層厚が１０μｍを超えると、層中の応力が増大して剥離を招きやすくなるとともに、成膜時の工程時間が長くなる。また、硬質材層２０の層厚は、３〜２０μｍの範囲であることがより好ましく、５〜１５μｍの範囲であることがさらに好ましい。
【００４０】
耐ファウリング材は、耐ファウリング性が高い材質であることが要求される。具体的には、フッ素を含有する材質、例えばフッ素を含有するダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣという）が選択され、このようなフッ素含有ＤＬＣにおいては、優れた耐ファウリング性とともに、蒸気タービンとしての実使用条件に応じた強度並びに耐磨耗性を得ることができるものである。ＤＬＣは、一般に、高強度や耐摩耗性を必要とする部品等の材料として用いられるが、このＤＬＣにフッ素を含有した構成とすることにより、さらに耐ファウリング性が付与される。
【００４１】
さらに、耐ファウリング材層２１は、フッ素濃度が１０〜４０質量％の範囲とされたＤＬＣからなることが好ましい。耐ファウリング材層２１において、フッ素濃度が１０質量％未満だと、表面１３ａのエネルギーが高くなり、シリカ粒子等の付着量を低減する耐ファウリング性の向上効果が得られ難くなるため、メンテナンスのサイクルを長期間化するのが困難になる。この場合、例えば、従来のＴｉＮからなる皮膜の付着量と比較して、半分もしくはそれ以上の付着量となり、大きな低減効果が得られない虞がある。また、耐ファウリング材層２１において、フッ素濃度が４０質量％を超えると、皮膜硬度が２００Ｈｖ未満で硬度不足となり、実使用時の環境下において不適となる虞がある。よって、耐ファウリング材層２１は、フッ素濃度が１０〜４０質量％の範囲とされたＤＬＣからなることが好ましく、フッ素濃度が１５〜３８質量％の範囲であることがより好ましく、２０〜３５質量％の範囲であることがさらに好ましい。なお、フッ素濃度は、耐ファウリング材層２１の層厚方向に必ずしも均一である必要はなく、例えば、表面２１ａから内部へと向かうに従って次第にフッ素濃度が低くなるように形成しても良い。このようにすることで、下層との間の密着性を高めることができる。
【００４２】
図７（ａ）のグラフに、上記特許文献４に記載の方法によってシリカ粒子付着量測定試験（耐ファウリング性試験）を行なった場合の、本実施形態の蒸気タービンブレード１０に備えられる耐ファウリング材層２１中のフッ素含有率（フッ素濃度）とシリカ粒子付着量との関係を示す（試験方法については、上記特許文献４：特開２００７−７１０３１号公報の段落００６４〜００６６を参照）。図７（ａ）に示すように、耐ファウリング材層２１中のフッ素含有率が１０質量％未満になると、シリカ粒子付着量（ファウリング量）が顕著になることがわかる。また、図７（ｂ）のグラフに、蒸気タービンブレード１０に備えられる耐ファウリング材層２１中のフッ素含有率（フッ素濃度）と硬さとの関係を示す。図７（ｂ）に示すように、耐ファウリング材層２１中のフッ素含有率が４０質量％を超えると、硬さが２００Ｈｖ未満となり、強度が低下してしまう。
【００４３】
耐ファウリング材層２１の層厚は、０．１〜１０μｍの範囲であることが、蒸気タービンブレード１０に対して効果的に耐ファウリング性を付与できる点から好ましい。耐ファウリング材層２１の層厚が０．１μｍ未満だと、耐ファウリング性が得られ難く、また、層厚が１０μｍを超えると、層中の応力が増大して剥離を招く可能性があるとともに、成膜時の工程時間が長くなる。また、耐ファウリング材層２１の層厚は、０．５〜５μｍの範囲であることがより好ましく、０．８〜３μｍの範囲であることがさらに好ましい。
【００４４】
次に、本実施形態のブレードの製造方法について説明する。
なお、以下においては、一例として、基材１３がＳＵＳ４１０Ｊ１、硬質材層２０がＴｉＮ、耐ファウリング材層２１がフッ素を含有するＤＬＣからなるものとして説明するが、これに限られるものではない。
図８は、本実施形態の蒸気タービンブレード１０の製造工程を示すフロー図である。図８に示すように、本実施形態の蒸気タービンブレード１０の製造方法は、基材１３を加工する準備工程Ｓ１と、硬質材からなる硬質材層２０を形成する硬質材層形成工程Ｓ２と、耐ファウリング材からなる耐ファウリング材層２１を形成する耐ファウリング材層形成工程Ｓ３とを備える。
以下、各工程の詳細を述べる。
【００４５】
まず、図８に示すように、準備工程Ｓ１として、基材１３を所定の翼形状に加工して、表面１３ａを鏡面加工しておく。鏡面加工の程度としては、表面粗さが十点平均粗さでＲｚ＝０．５μｍ程度とすることが好ましい。なお、基材１３を加工する原材としては、例えば、大きさが２０×３０×５ｍｍ程度のものを用いることができる。次いで、本実施形態においては、基材１３をアルコール中において超音波洗浄を施した後に乾燥させ、スパッタ装置内に導入して装置内部を３．０×１０−３Ｐａ以下に真空吸引減圧し、ヒータによってベーキングした後、さらにＡｒプラズマに曝すことで基材１３の表面１３ａをエッチングする前処理を施すことが好ましい。
【００４６】
次に、図４及び図８に示すように、硬質材層形成工程Ｓ２として、基材１３の表面１３ａの全面、すなわち第一の範囲Ａ１及び第二の範囲Ａ２の両方で硬質材層２０を形成する。すなわち、スパッタ装置内に基材１３を配置した状態で、基材１３の表面１３ａ上に、ＴｉＮからなる硬質材をスパッタリング法によって成膜する。この際、ターゲットとしてＴｉを用い、反応ガスとして窒素ガスを用いる。まず、ヒータ加熱によって基材１３の温度を３００℃に制御する。そして、成膜パワーを１０００Ｗ程度、装置内に流通させる窒素の流量を１０ｓｃｃｍ程度、基材１３のバイアス電圧を１００Ｖ程度、ターゲットに印加するパワーを４０００Ｗ程度の各条件とし、グロー放電させることにより、基材１３の表面１３ａ全体にＴｉＮからなる硬質材層２０を形成する。
【００４７】
次に、図５及び図８に示すように、耐ファウリング材層形成工程Ｓ３として、フッ素含有ＤＬＣからなる耐ファウリング材層２１を形成する。本実施形態では、耐ファウリング材層形成工程Ｓ３は、基材１３の表面１３ａの全面、すなわち第一の範囲Ａ１及び第二の範囲Ａ２の両方で、硬質材層２０上に耐ファウリング材層２１を形成する第一のステップＳ３ａと、第一の範囲Ａ１に形成された耐ファウリング材層２１を除去する第二のステップＳ３ｂとを有する。
【００４８】
第一のステップＳ３ａにおいては、電子線の放電によって反応ガスをイオン化して蒸着するイオン化蒸着法で、反応ガスとして少なくともヘキサフルオロベンゼンガス（Ｃ６Ｆ６）を含有するガスを用いて、フッ素含有ＤＬＣからなる耐ファウリング層２１を硬質材層２１の表面２１ａ全面に形成する。より具体的には、表面１３ａに硬質材層２０が形成された基材１３をイオン化蒸着装置内に導入し、装置内を３．０×１０−３Ｐａ以下に真空吸引減圧する。そして、イオン化蒸着装置内に、ヘキサフルオロベンゼンガス（Ｃ６Ｆ６）を、２．０〜６．５×１０−１Ｐａの範囲の圧力となるように導入し、イオン源アノード電流値を０．４Ａ程度、イオン源フィラメント電流値を３０Ａ程度、基材１３のバイアス電圧値を１．５ｋＶ程度の各条件として放電を行う。これにより、硬質材層２０の表面１３ａの全体に、フッ素含有ＤＬＣからなる耐ファウリング材層２１が形成される。この際の、耐ファウリング材層２１中のフッ素濃度は、上述したように１０〜４０質量％の範囲で均一とし、例えば、３０質量％程度とすることができる。このようなイオン化蒸着法は、イオンの量とエネルギーを自由にコントロールできる方法なので、良好な制御性で、フッ素含有ＤＬＣからなる薄膜を成膜することが可能となる。また、この際の反応ガスとしてヘキサフルオロベンゼンガスを用いることにより、上記電子線によってイオン化された材料が、フッ素含有ＤＬＣとして効率良く基材１３上に成膜される。なお、上記においては、耐ファウリング材層２１をイオン化蒸着法によって形成するものとしているが、これには限定されず、例えば、上述した硬質材層２０と同様、スパッタリング法によって形成するものとしても良い。
【００４９】
そして、図９に示すように、第二のステップＳ３ｂにおいては、耐ファウリング材層２１に粒状の研磨材Ｐを吹き付けて第一の範囲Ａ１の耐ファウリング材層２１を研磨処理することで行う。具体的には、耐ファウリング材層２１が形成された基材１３を、所定の治具で固定した後に、第一の範囲Ａ１に向けて粒状の研磨材Ｐを吹き付ける。研磨材Ｐとしては、例えば、アルミナやシリカなどのセラミックからなり、数μｍ〜１００μｍ程度の径を有し、処理後の表面を滑らかにする点から１０μｍ以下の径とすることが好ましい。そして、研磨材Ｐを吹き付けることで、研磨材Ｐにより、第一の範囲Ａ１の耐ファウリング材層２１が研磨、除去されることとなり、その下層の硬質材層２０が最上層となって露出することとなる。
【００５０】
この際、図９に示すように、研磨材Ｐの基材１３に対する吹き付け方向Ｓは、製造対象となるブレードに使用時に周囲に流れる流体の該ブレードに対する相対方向に略一致するように設定することが好ましい。このようにすることで、実使用時において流体によってエロージョンが生じるのと近い状態で研磨材Ｐによって耐ファウリング材層２１を除去することができ、エロージョンが発生しやすい範囲に効果的に吹き付けて、第一の範囲Ａ１で耐ファウリング材層２１を除去して硬質材層２０を露出させることができる。また、図６に示すように、エロージョンが発生しやすい範囲から、エロージョンが発生しにくくファウリングが発生しやすくなる範囲へと移行する範囲、すなわち第一の範囲Ａ１と第二の範囲Ａ２の境界Ｂ１、Ｂ２近傍では、研磨材Ｐによる研磨効果が徐々に弱まる。このため、耐ファウリング材層２１は第二の範囲Ａ２から第一の範囲Ａ１に向かうに従って次第に薄くなるように形成して、段差の無い滑らかな表面１３ａとすることができる。
そして、第二の範囲Ａ２では、耐ファウリング材層２１が研磨材２１で除去されることなく、そのまま維持することができる。なお、研磨材Ｐの吹き付け速度としては、吹き付け方向Ｓ同様に、製造対象となるブレードに使用時に周囲に流れる流体のブレードイに対する相対速度に略一致するように設定することが好ましい。
【００５１】
以上のように製造され、硬質材層２０及び耐ファウリング材層２１を有する本実施形態の蒸気タービンブレード１０においては、基材１３の表面１３ａの第一の範囲Ａ１では、最上層に硬質材からなる硬質材層２０が形成されていることから、エロージョンの進行を抑制することができる。一方で、基材１３の表面１３ａにおいて、第二の範囲Ａ２では、最上層に耐ファウリング材からなる耐ファウリング材層２１が形成されていることから、気体中に含まれる混入成分が付着するファウリングの発生が抑制される。すなわち、基材１３の表面１３ａにおいてエロージョンの発生が支配的な範囲を第一の範囲Ａ１とし、ファウリングの発生が支配的な範囲を第二の範囲Ａ２として、上記層構成を備えることで、エロージョン及びファウリングの両方を確実に防止することができる。従って、耐ファウリング性及び耐エロージョン性の両方に優れ、高寿命でランニングコストが安価な蒸気タービンブレード１０を実現することができる。そして、このような蒸気タービンブレード１０は、エロージョンとファウリングの両者が顕著に起こりうる蒸気タービン１の中段翼として特に有効である。
【００５２】
ここで、図１０に記載された実施例に基づいて、本実施形態のブレードの作用、効果について述べる。
図１０（ａ）は、本実施形態の実施例の蒸気タービンブレード１０を用い、図１に示すような蒸気タービン１に実装して連続稼動を行った場合の、稼働時間と、磨耗量（エロージョン量）並びにファウリング量との関係を示すグラフである。また、図１０（ｂ）は、基材１３上に、硬質材層２０のみが形成された従来の比較例１の蒸気タービンブレードを、上記同様、蒸気タービンに実装して連続稼動を行った場合の特性を示すグラフであり、図１０（ｃ）は、耐ファウリング材層２１のみが形成された従来の比較例２の蒸気タービンブレードを用いた場合の特性を示すグラフである。
【００５３】
図１０（ｂ）のグラフに示すように、耐エロージョン性のみが付与された比較例１の場合、ファウリングの発生状態が、短い連続稼働時間で、付着物検査が必要な想定基準値に達するレベルであることがわかる。また、図１０（ｃ）のグラフに示すように、耐ファウリング性のみが付与された比較例２の場合、短い連続稼働時間で、磨耗量（エロージョン量）の検査が必要な想定基準値に達することがわかる。このため、これら従来の蒸気タービンブレードを用いた場合、点検や部品交換のためのメンテナンスサイクルが必然的に短くなり、稼動コスト等が上昇する要因となることが明らかである。
【００５４】
これに対し、図１０（ａ）のグラフに示すように、本実施形態の蒸気タービンブレード１０は、耐ファウリング性及び耐エロージョン性の両方が付与されてなるものなので、連続稼動時、ファウリング及び磨耗量の何れも検査が必要な想定基準値に達するまでの時間が非常に長いことがわかる。従って、メンテナンスサイクルを長いサイクルで設定することができ、人件費や部品代等のコストを大幅に低減することが可能となる。また、それ故に、このような蒸気タービンブレード１０を備えた蒸気タービン１においては、エロージョン防止による耐久性向上、並びに、ファウリング発生による性能低下を防止して効率の向上を図ることができる。
【００５５】
さらに、本実施形態の蒸気タービンブレード１０では、第一の範囲Ａ１と第二の範囲Ａ２との境界Ｂ１、Ｂ２近傍で、耐ファウリング材層２１が境界Ｂ１、Ｂ２に向かうに従って次第に厚さが薄くなるように形成することで、段差の無い滑らかな表面１３ａとして境界Ｂ１、Ｂ２における応力集中を緩和することができる。このため、表面１３ａの段差により応力集中が生じて耐ファウリング材層２１の剥離が誘発されてしまうことを防止することができ、さらに耐久性の向上を図ることができる。
【００５６】
また、上記のように、製造方法において、硬質材層形成工程として第一の範囲Ａ１及び第二の範囲Ａ２に硬質材層２０を形成した後に、耐ファウリング材層形成工程として第二の範囲Ａ２のみに硬質材層２０上に耐ファウリング材層２１を形成することで、硬質材層形成工程において第一の範囲Ａ１のみに限らず基材１３の表面１３ａ全体に硬質材層２０を形成すれば良く、硬質材層２０の形成を容易に行うことができる。
【００５７】
なお、上記蒸気タービンブレード１０の製造方法で、耐ファウリング材層形成工程において、第二のステップＳ３ｂでは、研磨材Ｐの粒子径が大きいもので研磨処理を行う粗研磨処理と、該粗研磨処理後に前記研磨材Ｐの粒子径が該粗研磨処理時よりも小さいもので研磨処理を行う仕上げ研磨処理とを具備するものとしても良い。具体的には、粗研磨処理においては、研磨材Ｐの粒子径として５０μｍ〜１００μｍ程度のものを使用し、仕上げ研磨処理においては、研磨材Ｐの粒子径としてそれより小さい１０μｍ以下のものを使用する。このようにすることで、粗研磨処理として短時間で効果的に研磨処理を行うことができる一方、仕上げ研磨処理として第一の範囲Ａ１において露出する硬質材層２０の表面１３ａ、第一の範囲Ａ１と第二の範囲Ａ２との境界Ｂ１、Ｂ２近傍における耐ファウリング材層２１の表面２１ａをより滑らかに仕上げることができる。
【００５８】
また、第二のステップＳ３ｂでは、耐ファウリング材層２１が形成された基材１３を治具に固定した後に、所定の吹き付け方向Ｓから吹き付けるものとしたが、これに限るものではない。図１１は、本実施形態の製造方法における変形例を示したものである。この変形例の製造方法では、耐ファウリング材形成工程Ｓ３の第二のステップＳ３ｂを実施する際、第一のステップＳ３ａまで完了した中間体２４を使用時に蒸気タービンブレード１０をロータ２に取り付けるがごとく、軸体２５に複数放射状に取り付ける。そして、軸体２５を回転させて、前縁１０ｃとなる側から中間体２４に向かって研磨材Ｐを吹き付ける。このようにすることで、より実使用時に近い状態で研磨材Ｐを吹き付けてエロージョンが発生しやすい部位の耐ファウリング材層２１を除去することができる。また、軸体２５に複数の中間体２４を取り付けることで、複数の対象に対して同時に第二のステップＳ３ｂを実施することができ効率的である。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１２から図１７は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６０】
図１２に示すように、本実施形態の蒸気タービンブレード３０は、基材１３と、基材１３の表面１３ａに第一の範囲Ａ１及び第二の範囲Ａ２で形成された硬質材層３１と、硬質材層３１の表面３１ａに第二の範囲Ａ２で形成された耐ファウリング材層２１とを有する点で、第１の実施形態と共通するものの、硬質材層３１の層厚が異なっている。具体的には、硬質材層３１は、第一の範囲Ａ１での層厚Ｔ１が、第二の範囲Ａ２での層厚Ｔ２と耐ファウリング材層３２の層厚Ｔ３との和と略等しくなるように、第一の範囲Ａ１及び第二の範囲Ａ２の層厚Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が設定されている。このため、第一の範囲Ａ１で最上層となる硬質材層３１の表面３１ｂと、第二の範囲Ａ２で最上層となる耐ファウリング材層３２の表面３２ａとは段差無く略一致している。
【００６１】
このような蒸気タービンブレード３０は、以下のようにして製造することができる。
まず、第１の実施形態同様に、準備工程Ｓ１として基材１３の加工を行う。
次に、図１３に示すように、硬質材層形成工程Ｓ２として、第一の範囲Ａ１及び第二の範囲Ａ２に硬質材層３１を形成する。この際、層厚としては、第一の範囲Ａ１で最終的に形成する硬質材層３１の層厚Ｔ１として形成する。
【００６２】
次に、硬質材層除去工程Ｓ４として、第二の範囲Ａ２の硬質材層３１の一部を除去する。
すなわち、まず第一の範囲Ａ１で、硬質材層３１の表面１３ａにマスク３５を形成する。具体的には、マスク３５として、例えば厚さ１．５ｍｍ程度のゴムシートからなるマスキングテープを用い、これを第一の範囲Ａ１において硬質材層３１の表面に貼着する。そして、第一の範囲Ａ１をマスク３５で覆った状態で、第二の範囲Ａ２の硬質材層３１をその表面に研磨材Ｑを吹付けて研磨処理し、所望量、すなわち次工程で形成する耐ファウリング材層３２の層厚Ｔ３と略等しい分だけ硬質材層３１を表面から除去する。この際、第一の範囲Ａ１と第二の範囲Ａ２の境界Ｂ１、Ｂ２近傍では、バフ研磨により、第一の範囲Ａ１に向かうに従って次第に層厚が厚くなるように研磨していく。そして、第二の範囲Ａ２の全てで必要厚さ分だけ硬質材層３１の除去が完了したら、マスク３５を取り外すことで図１５に示す状態となる。
【００６３】
次に、耐ファウリング材層形成工程Ｓ３として、耐ファウリング材層３２を形成する。
すなわち、図１６に示すように、第一のステップＳ３ａとして第一の範囲Ａ１及び第二の範囲Ａ２に耐ファウリング材層３２を予定する層厚Ｔ３分だけ形成する。この際、下層の硬質材層３１が第一の範囲Ａ１と第二の範囲Ａ２とで層厚が異なり、境界Ｂ１、Ｂ２で傾斜あるいは段差が生じているので、耐ファウリング材層３２も同様に境界Ｂ１、Ｂ２にて傾斜あるいは段差が生じている。
【００６４】
次に、図１７に示すように、第二のステップＳ３ｂとして、第１の実施形態同様の方法により研磨材Ｐを第一の範囲Ａ１に吹き付けることで、第一の範囲Ａ１に形成された耐ファウリング材層３２を除去する。これにより、第一の範囲Ａ１では、耐ファウリング材層３２の下層の硬質材層３１が最上層として露出することなる。
【００６５】
以上のように、本実施形態の蒸気タービンブレード３０及びその製造方法によれば、第一の範囲Ａ１の硬質材層３１の表面３１ｂと、第二の範囲Ａ２の耐ファウリング材層３２の表面３２ａとの間を段差を生じずに、より滑らかな表面に形成することができる。このため、第一の範囲Ａ１と第二の範囲Ａ２との間の表面３１ｂ、３２ａの段差により応力集中が生じて耐ファウリング材層３２の剥離が誘発されてしまうことを防止することができる。また、表面上の凹凸が少なくなることで、使用時において表面で流体との間で生じる抵抗を抑えることができ、より高性能なブレードを実現することができる。
【００６６】
また、上記のとおり、本実施形態では、硬質材層除去工程Ｓ４で境界Ｂ１、Ｂ２近傍では第一の範囲Ａ１に向かって徐々に硬質材層３１の層厚が厚くなるように形成していることで、耐ファウリング材層３２は第一の範囲Ａ１に向かって徐々に層厚が薄くなるように形成されることになる。このため、境界Ｂ１、Ｂ２において段差が生じにくくなり、耐ファウリング材層３２の剥離が誘発されてしまうことを防止することができ、さらに耐久性の向上を図ることができる。
【００６７】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１８から図２３は、本発明の第３の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６８】
図１８は、本実施形態の蒸気タービンブレード４０において、第一の範囲Ａ１と第二の範囲Ａ２との境界Ｂ１、Ｂ２近傍の断面図を示している。図１８に示すように、本実施形態の蒸気タービンブレード４０は、基材１３と、基材１３の表面１３ａの内、第一の範囲Ａ１を覆う第一の皮膜４１と、基材１３の表面１３ａの内、第二の範囲Ａ２を覆う第二の皮膜４２とを備える。第一の範囲Ａ１における第一の皮膜４１は、基材１３の表面１３ａに形成された硬質材からなる硬質材層４５を有し、当該硬質材層４５が最上層を構成している。第二の範囲Ａ２における第二の皮膜４２は、基材１３の表面１３ａに形成された硬質材からなる耐ファウリング材層４６を有し、当該耐ファウリング材層４６が最上層を構成している。
【００６９】
次に、本実施形態の蒸気タービンブレード４０の製造方法について説明する。
まず、第１の実施形態同様に準備工程Ｓ１を実施した後に、硬質材層形成工程Ｓ２として硬質材層４５を形成する。
ここで、図１９に示すように、本実施形態では、まず第二の範囲Ａ２において基材１３の表面１３ａにマスク４７を形成する。マスク４７としては、特に限定されないが、第１の実施形態で述べたように、硬質材層４５をスパッタリングで形成するものとして、基材１３の温度を高温（例えば、３００℃程度）とする必要がある場合には耐熱性のマスキングテープが選択される。そして、このマスクキングテープを第二の範囲Ａ２で基材１３の表面１３ａに貼着することでマスク４７が形成される。そして、図２０に示すように、例えばスパッタリングなどの方法により第一の範囲Ａ１に硬質材層４５を形成し、その後マスク４７を除去する。
【００７０】
次に、耐ファウリング材層形成工程Ｓ３を実施する。
まず、図２１に示すように、第一の範囲Ａ１において硬質材層４５の表面１３ａにマスク４８を形成する。マスク４８としては、第２の実施形態で使用したものと同様のものが好適に選択される。また、第一の範囲Ａ１と第二の範囲Ａ２の境界Ｂ１、Ｂ２近傍においては、硬質材層４５の縁部４５ａを露出させるように、境界Ｂ１、Ｂ２よりも第一の範囲Ａ１側に後退した位置までマスク４８を形成するようにする。硬質材層４５の縁部４５ａの露出量としては、例えば０．１〜０．３ｍｍ程度で良い。
【００７１】
そして、図２２に示すように、第二の範囲Ａ２に耐ファウリング材層４６を形成していく。この際、マスク４８が境界Ｂ１、Ｂ２よりも第一の範囲Ａ１側に後退した位置までしか形成されておらず、硬質材層４５の縁部４５ａが露出していることで、境界Ｂ１、Ｂ２近傍では部分４６ａのように、硬質材層４５上にも耐ファウリング材層４６が形成されることとなる。
【００７２】
そして、図２３に示すように、最後に仕上げ工程Ｓ５として第一の範囲Ａ１と第二の範囲Ａ２との境界Ｂ１、Ｂ２近傍の表面を研磨処理して表面を滑らかに仕上げる。これにより、耐ファウリング材層形成工程Ｓ３で、硬質材層４５の縁部４５ａ上に形成された耐ファウリング材層４６の部分４６ａが除去されることとなる。
【００７３】
以上のような、蒸気タービンブレード４０でも、第１、第２の実施同様に、第一の範囲Ａ１では硬質材層４５が最上層として形成され、第二の範囲では耐ファウリング材層４４６が最上層として形成されていることで、耐ファウリング性及び耐エロージョン性の両方に優れ、高寿命でランニングコストが安価な蒸気タービンブレードを実現することができる。また、本実施形態の蒸気タービンブレード４０では、硬質材層４５と耐ファウリング材層４６とは積層関係となっておらず、境界Ｂ１、Ｂ２で突き合わせ構造となっている。ここで、上記製造方法では、耐ファウリング材層形成工程Ｓ３で、境界Ｂ１、Ｂ２近傍において、先に形成した硬質材層４５の縁部４５ａに被さるようにして耐ファウリング材層４６を形成した後に部分４６ａを除去するようにしたので、境界Ｂ１、Ｂ２で硬質材層４５と耐ファウリング材層４６との間で隙間が生じたりしてしまうことを確実に防止することができる。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００７５】
すなわち、上記各実施形態の蒸気タービンブレードでは、第一の範囲Ａ１を覆う第一の皮膜及び第二の範囲Ａ２を覆う第二の皮膜は、硬質材層及び耐ファウリング材層のいずれか一方、または、両方で構成されているものとしたが、これに限るものではない。例えば、基材と硬質材層との間に第一の中間層を設けるものとしても良い。具体的には第一の中間層としては、ＣｒまたはＴｉからなる層が好適に選択される。また、第一の中間層の層厚としては、０．５〜２μｍ程度が好適に選択される。このような第一の中間層を設けることにより、硬質材層に発生する内部応力を緩和し、基材と硬質材層との間の密着性を高めることができる。
【００７６】
また、硬質材層上に耐ファウリング材層を形成する際に、互いの間に第二の中間層を設けるものとしても良い。具体的には第二の中間層としては、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）からなる層が好適に選択される。また、第二の中間層の層厚としては、０．５〜２μｍ程度が好適に選択される。このような第二の中間層を設けることにより、硬質材層と耐ファウリング材層との間の密着性を高めることができる。
【００７７】
また、上記実施形態では、蒸気タービンを例に挙げて、ブレードとして蒸気タービンブレードを備えるものとして説明したが、これに限るものではない。本発明のブレードは、翼形状で流体に曝され、エロージョン及びファウリングが起こりうる様々な回転機械のブレードに適用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１  蒸気タービン（回転機械）
１０、３０、４０  蒸気タービンブレード（ブレード）
１３  基材
２０、３１、４５  硬質材層
２１、３２、４６  耐ファウリング材層
２５  軸体
Ａ１  第一の範囲
Ａ２  第二の範囲
Ｂ１、Ｂ２  境界
Ｐ  研磨材
【図１】
2011074797.tif 000003
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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