(57)【要約】本発明は、例えばガスタービンの部品などの様々な部品のための耐酸化性及び／または耐腐蝕性の保護層を形成する方法に関する。この方法では、基材表面を有し、基材組成を有する部品を用意する。次に、少なくともプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含有するコーティング材料を用意する。そして、少なくともプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含有する前記コーティング材料を、ＰＶＤ法（物理蒸着法）により、前記部品の表面に堆積させる。また、一度のＰＶＤ工程によって、コーティングを施そうとする前記部品の表面に、プラチナ（Ｐｔ）とアルミニウム（Ａｌ）とを共に堆積させる。【選択図】図２
2007512432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えばガスタービンの部品などの様々な部品のための耐酸化性及び／または耐腐蝕性の保護層を形成する方法において、
ａ）少なくとも１つの基材表面（１３、１４）及び基材組成を有する部品（１０）を用意するステップと、
ｂ）少なくともプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含有するコーティング材料（１８）を用意するステップと、
ｃ）少なくともプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含有する前記コーティング材料（１８）を、ＰＶＤ法（物理蒸着法）により、コーティングを施そうとする前記部品（１０）の表面に堆積させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
ニッケル系合金またはコバルト系合金を構成している基材組成を有する部品（１０）を用意することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
コーティング材料（１８）を前記ＰＶＤ法のためのターゲットとして用意し、該コーティング材料（１８）がプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）に加えて更にニッケル（Ｎｉ）を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記コーティング材料（１８）が更にコバルト（Ｃｏ）を含有することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記コーティング材料（１８）が更にイットリウム（Ｙ）、及び／または、ハフニウム（Ｈｆ）、及び／または、ケイ素（Ｓｉ）を含有することを特徴とする請求項３又は４記載の方法。
【請求項６】
一度のＰＶＤ工程によって、コーティングを施そうとする前記部品（１０）の表面に、プラチナ（Ｐｔ）とアルミニウム（Ａｌ）とを共に堆積させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の方法。
【請求項７】
ＰＶＤ法としてカソード粒子化法（スパッタリング法）を用いることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の方法。
【請求項８】
前記カソード粒子化法を、真空チャンバ（１５）内で、保護ガス雰囲気下で実行し、その際に保護ガスないしプロセスガスとして、好ましくはアルゴン及び／またはクリプトンを使用することを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ＰＶＤ工程の完了後に、コーティングが施された前記部品（１０）に熱処理を施すことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記ＰＶＤ工程の完了後であって、前記熱処理の実施前に、コーティングが施された前記部品（１０）にブラスト処理を施すことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記ＰＶＤ工程の実施前に、コーティングを施そうとする前記部品（１０）に前もってブラスト処理を施すことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記コーティング材料（１８）の材料組成を、コーティングを施そうとする前記部品（１０）と、形成しようとする所望の保護層との、両方に適合したものとすることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項記載の方法。
【請求項１３】
例えばガスタービンの部品などの様々な部品のための耐酸化性及び／または耐腐蝕性の保護層であって、該保護膜は、少なくともプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）を部品（１０）にコーティングすることによって形成され、それによって該部品の基材表面領域が保護層とされており、該基材表面領域が、前記部品（１０）の基材組成の組成成分に加えて更に少なくともプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含有している保護層において、
該保護層が、請求項１乃至１２の何れか１項記載の方法によって形成されたものであることを特徴とする保護層。
【請求項１４】
耐腐蝕保護層として用いることを特徴とする請求項１３記載の保護層の用途。
【請求項１５】
耐高温ガス腐食保護層として用いることを特徴とする請求項１３記載の保護層の用途。
【請求項１６】
プラチナ−アルミニウム保護層が形成された例えばガスタービンの部品などの部品であって、該部品（１０）は、少なくとも１つの基材表面（１３、１４）及び基材組成を有しており、該部品（１０）の前記少なくとも１つの基材表面（１３、１４）の領域に少なくともプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）をコーティングすることによって形成された、保護層として機能する基材表面領域を備えており、該基材表面領域が、前記基材組成の組成成分に加えて更に少なくともプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含有している部品において、
前記保護層が、請求項１乃至１２の何れか１項記載の方法によって形成されたものであることを特徴とする部品。
【請求項１７】
該部品が、例えば航空機用エンジンなどのガスタービンの、タービン翼またはタービン翼セグメントとして構成されていることを特徴とする請求項１６記載の部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品のための保護層を形成する方法に関し、ここでいう保護層とは、耐酸化性及び／または耐腐蝕性の保護層であり、また、ここでいう部品とは、例えばガスタービンの部品などの様々な部品である。本発明は更に、保護層と、かかる保護層を形成した部品とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの部品のための耐酸化保護層ないし耐腐食保護層として機能するコーティング層として、少なくともプラチナ及びアルミニウムを含むコーティング層が従来公知となっている。また、この種の保護層を形成する方法として、コーティングを施そうとする部品の表面に、先ず、電気メッキ法によりプラチナ層を形成し、続いて、それとは別の工程により、そのプラチナ層とは別にアルミニウム層を形成するようにする方法が従来公知となっている。また、この従来方法では、先にプラチナ層を形成した部品の表面に、拡散浸透法によるアルミナイジングを施すことが好ましいとされている。従って、この従来方法では、部品にプラチナ及びアルミニウムをコーティングするために、別々の２つの工程を実行している。先ず、プラチナ層を形成し、しかる後に、アルミニウム層を形成するようにしており、プラチナ層の形成は、電気メッキ法により行うことが好ましく、アルミニウム層の形成は、拡散浸透法により行うことが好ましいとされている。しかしながら、プラチナ層とアルミニウム層とを個別に形成することは、プロセス技術の観点から不利といわざるを得ず、なぜならば、２つの層形成工程を順番に実行するため、保護層を形成するために要する処理時間が長くなっているからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はかかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の課題は、保護層の新規な形成方法、新規な保護層、並びに、かかる保護層を形成した部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、本明細書の冒頭に記載した種類の方法に、請求項１の特徴部分に記載した特徴を組込むことによって達成される。本発明によれば、この方法の第１のステップにおいて、基材表面及び基材組成を有する部品を用意する。第２のステップにおいて、少なくともプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含有するコーティング材料を用意する。そして、少なくともプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含有する前記コーティング材料を、ＰＶＤ法（物理蒸着法）により、前記部品の表面に堆積させる。また、一度のＰＶＤ工程によって、コーティングを施そうとする前記部品の表面に、プラチナ（Ｐｔ）とアルミニウム（Ａｌ）とを共に堆積させる。
【０００５】
本発明は、ＰＶＤ法による一度の処理工程によって、プラチナとアルミニウムとを共にコーティングすることを初めて提案するものである。そして、それによって、従来方法では必要とされていたアルミナイジング処理の別途実行を不要にしている。本発明を用いることにより、所要の保護特性を備えた保護層を、従来方法と比べて、より短時間で形成することが可能となる。
【０００６】
本発明の特に有利な形態の１つは、ＰＶＤ法としてカソード粒子化法を用いるというものであり、これはスパッタリング法とも呼ばれている方法であって、このスパッタリング法による工程は、保護ガス雰囲気下で行うものとすることが好ましい。
【０００７】
本発明に係る保護層は、請求項１３に記載した通りのものであり、また、本発明に係る部品は、請求項１６に記載した通りのものである。本発明に係る保護層の用途は、請求項１４及び１６に記載した通りのものである。
【０００８】
本発明の特に好適な形態としては、従属請求項に記載した様々な形態があり、それらについては以下の説明の中で明らかにして行く。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に添付図面に基づいて、本発明の幾つかの好適な実施の形態について詳細に説明して行くが、ただし本発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
【００１０】
これより図１及び図２を参照しつつ、本発明について更に詳細に説明して行く。
【００１１】
図１に示したのは、コーティングを施そうとする部品としての、ガスタービンのタービン翼１０である。図１に示したように、タービン翼１０は、翼体部１１と、植込部１２とを有している。また、タービン翼１０は、コーティングを施そうとする基材であるということができ、従って、基材組成を有するものである。タービン翼１０の基材組成は、ニッケル系合金を構成していることもあり、コバルト系合金を構成していることもある。本発明の方法によれば、更に、基材組成がチタン系合金を構成している部品にコーティングを施すことも可能である。
【００１２】
コーティングを施そうとする部品、即ち、図示した実施の形態におけるコーティングを施そうとするタービン翼１０に対しては、その表面に、耐酸化保護層及び耐腐食保護層として機能する保護層を形成する。図１に示したように、この保護層を形成するのは、翼体部１１の領域の基材表面１３と、植込部１２の領域の基材表面１４との両方である。ただし、本発明に係る方法を用いて、タービン翼１０の一部分だけにコーティングを施すことも可能であり、例えば、基材表面１３の領域だけ、或いは、基材表面１４の領域だけにコーティングを施すことも可能である。
【００１３】
本発明によれば、ガスタービンのタービン翼１０のための耐酸化保護層ないし耐腐食保護層を形成する際に、少なくともプラチナ及びアルミニウムを含有するコーティング材料を、ＰＶＤ法により、コーティングを施そうとする部品の表面に堆積させるようにする。このＰＶＤ法（ＰＶＤは物理蒸着法−Physical Vapor Deposition−の省略）による工程について、以下に、図２を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図２に示したのは、真空チャンバとして構成されたプロセスチャンバ１５であり、コーティングを施そうとするタービン翼１０が、載置台１６上に載せられて、このプロセスチャンバ１５の中に収容されている。載置台１６上に載せられたタービン翼１０は、プロセスチャンバ１５の内部において、矢印１７の方向に回転運動させることができるようにしてあり、これによって、タービン翼１０のコーティング層を、全周に亘って均一に形成できるようにしている。
【００１５】
プロセスチャンバ１５の中には、コーティングを施そうとするタービン翼１０と共に、更に、ターゲットとも呼ばれるコーティング材料１８が収容されている。コーティング材料１８、即ちターゲットは、電圧源、即ち電源１９に接続されており、図２に示したように、このコーティング材料１８がカソードを構成するように接続がなされている。
【００１６】
プロセスチャンバ１５の中に収容されているタービン翼１０に、同じくプロセスチャンバ１５の中に収容されているコーティング材料１８をコーティングするには、真空ポンプ２０を用いてプロセスチャンバ１５から排気した後に、供給装置２１を介して真空チャンバ１５の中へプロセスガスを導入する。このプロセスガスは、アルゴン及び／またはクリプトンとすることが好ましい。
【００１７】
真空チャンバ１５内では、プロセスガスのガスイオンが、コーティング材料１８の近傍に形成される電界により加速されて、コーティング材料１８の表面に衝突する。この衝突によって、そのガスイオンが、コーティング材料１８の表面から金属原子または金属分子を叩き出す。従って、コーティング材料１８は、ガスイオンの運動量を受取ることによって粒子化される。粒子化されたコーティング材料の原子または分子は、コーティングを施そうとするタービン翼１０の表面及び載置台１６の表面に堆積し、これによってタービン翼１０のコーティング層が形成される。以上に説明したＰＶＤ法は、物理的プロセスによって、ガスイオンが、カソードを形成しているコーティング材料１８の表面から原子または分子を叩き出すようにしたものであり、そのためこの方法は、カソード粒子化法またはスパッタリング法とも呼ばれている。
【００１８】
スパッタリング法は、ＰＶＤコーティング法のうちの特別な方法であり、本発明を実施する上で用いることが好ましい方法である。
【００１９】
このように、タービン翼１０に、アルミニウム及びプラチナを含有する耐酸化保護層ないし耐腐食保護層のコーティングを施そうとする本発明において、使用するコーティング材料１８は、少なくともプラチナ及びアルミニウムを含有するものである。このコーティング材料１８は、例えば、高純度アルミニウムの中に高純度プラチナのアイランドないしインサートを散在させた板状材料などとするとよい。
【００２０】
コーティング材料１８は、アルミニウム及びプラチナに加えて、更にニッケルを含有するものとすることもあり、また場合によっては、更にコバルトを含有するものとすることもある。プラチナと同様に、それらニッケルやコバルトも、アイランドないしインサートの形で高純度アルミニウムの中に散在させて、全体を板状材料とするとよい。更に、コーティング材料１８に、イットリウム、ハフニウム、ケイ素などを含有させるのもよい。
【００２１】
コーティング材料１８の材料組成は、コーティングを施そうとするタービン翼１０の基材組成と、形成しようとする保護層の成分組成との、両方に適合したものとするようにしている。そのため、コーティング材料１８は、当然のことながら、少なくともアルミニウムとプラチナとを十分な成分量で含有している必要があり、また更に、それら２つの成分の成分比が、スパッタリングが完了して形成された保護層が所望の成分組成を持つような適切な成分比となっている必要がある。これに関して配慮すべきことは、コーティング材料１８即ちターゲットの材料組成は、反応速度の遅い成分、即ち、不活性度の高い成分、即ち、反応性の低い成分ほど、多目に配合しておくようにすることである。このことは、プラチナとアルミニウムとから成るコーティング材料の場合には、そのコーティング材料におけるプラチナとアルミニウムとの成分比を、保護層の所望の成分組成におけるプラチナとアルミニウムとの成分比と比べて、プラチナを多目にしたものとすることを意味しており、このようにするのは、コーティングが形成される過程でプラチナが示す反応性が、アルミニウムと比べて低いからである。
【００２２】
既述のごとく、ターゲット即ちコーティング材料１８は、高純度アルミニウムの中に高純度プラチナのアイランドないしインサートを散在させ、また、場合によっては更に高純度ニッケルや高純度コバルトを散在させた、板状材料とすることが好ましい。ただし、本発明を実施する上では、コーティング材料１８として、少なくともアルミニウム粉体とプラチナ粉体とを混合し、また場合によっては更にニッケル粉体を混合した混合物を、高温等方加圧法（ＨＩＰ法）により加圧成形して、板状材料としたものを用意するようにしてもよい。このようにした場合には、コーティング材料１８を構成している成分どうしが、いわゆる金属間化合物の状態となっている。そのため、非常に耐酸化性に優れた保護層を形成することができる。
【００２３】
更に、本発明においては、ＰＶＤ法によるコーティング工程の完了後に、コーティングが施された部品、即ち、図示例ではコーティングが施されたタービン翼１０に、熱処理を施すようにするのもよい。この熱処理によって、タービン翼１０の表面に堆積したアルミニウム及びプラチナを、タービン翼１０の表面内へ拡散浸透させることができる。
【００２４】
本発明の特に有利な形態の１つとして、ＰＶＤ法によるコーティング工程の完了後であって、熱処理の実施前に、コーティングが施されたタービン翼にブラスト処理を施すようにする形態がある。これによって、コーティング層を圧密することができる。更に、ＰＶＤ法によるコーティング工程の実施前に、コーティングを施そうとする部品、即ちコーティングを施そうとするタービン翼１０に、前もってブラスト処理を施すようにするのもよい。これによって、コーティングを施そうとする表面の活性度を高めることができる。
【００２５】
従って本発明によれば、耐酸化性及び耐腐蝕性を有する保護層をガスタービンの部品に形成する際に、プラチナ−アルミニウム製ターゲットを使用して、ＰＶＤ法により、プラチナ−アルミニウム保護層を形成する。既述のごとく、ターゲット即ちコーティング材料１８は、プラチナ及びアルミニウムに加えて更にその他の元素を含有するものとすることもあり、例えばニッケル及び／またはコバルトを含有するものとすることがある。本発明では、部品にプラチナ−アルミニウム保護層を形成するために、ＰＶＤ法を用いるようにしており、例えばスパッタ法即ちカソード粒子化法などを用いるが、本発明は、かかる方法を用いて部品にプラチナ−アルミニウム保護層を形成することを初めて提案するものである。かかる方法を用いることで、コーティングを施そうとする部品に、一度の処理工程によって、プラチナとアルミニウムとを共にコーティングするようにしており、これによって、保護層を形成するための処理時間の短縮を可能にしている。
【００２６】
既述のごとく、ＰＶＤ法によるコーティング工程は、真空チャンバ内で実施するものであり、そのＰＶＤ工程の開始圧力は、１０−６ミリバール（約１０−４Ｐａ）としている。真空チャンバ内の圧力がこの圧力にまで低下したならば、続いて、ＰＶＤ法によるコーティング工程そのものを実施するために、真空チャンバ内に、プロセスガスとしてのアルゴンを導入する。
【００２７】
基材であるところの部品のニッケル系合金ないしコバルト系合金に、イットリウム、及び／または、ハフニウム、及び／または、ケイ素を含有させることによって、その部品の耐酸化性を向上させることができる。即ち、イットリウム、ハフニウム、及びケイ素は、コーティングを施そうとする部品の耐酸化性を強化するように働くものである。
【００２８】
本発明に係る方法の適用対象として特に適しているのは、航空機用エンジンなどのガスタービンの部品であり、具体的には例えばロータ翼、ガイド翼、ロータ翼セグメント、ガイド翼セグメントなどの部品に好適に適用することができ、また、ガスタービンの様々な回転体形状の部品にコーティング層を形成するのにも適している。また、本発明に係る保護層は、航空機用エンジンの部品の耐高温ガス腐食保護層として、好適に用い得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ガスタービンの部品を示した図である。
【図２】本発明に係る保護層の形成方法により本発明に係る保護層を形成するプロセスを説明するための模式的プロセス構成図である。
【図１】
2007512432.tif 000003
【図２】
2007512432.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えばタービン翼やタービン翼セグメントなどのガスタービンの部品のように、少なくとも１つの基材表面（１３、１４）を有し、基材組成を有する様々な部品（１０）のための耐酸化性及び／または耐腐蝕性の保護層を形成する方法であり、コーティング材料（１８）を、ＰＶＤ法（物理蒸着法）により、コーティングを施そうとする前記部品（１０）の表面に堆積させることによって保護層を形成するようにした方法において、コーティング材料（１８）として少なくともプラチナ（Ｐｔ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含有する単一のターゲットを使用して、一度の処理工程によって全てのコーティング材料を同時に前記基材表面（１３、１４）に堆積させることを特徴とする方法。
【請求項２】
ニッケル系合金またはコバルト系合金を構成している基材組成を有する部品（１０）を用意することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ターゲットがコーティング材料として更にニッケル（Ｎｉ）を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記ターゲットがコーティング材料として更にコバルト（Ｃｏ）を含有することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ターゲットがコーティング材料として更にイットリウム（Ｙ）、及び／または、ハフニウム（Ｈｆ）、及び／または、ケイ素（Ｓｉ）を含有することを特徴とする請求項３又は４記載の方法。
【請求項６】
ＰＶＤ法としてカソード粒子化法（スパッタリング法）を用いることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の方法。
【請求項７】
前記カソード粒子化法を、真空チャンバ（１５）内で、保護ガス雰囲気下で実行し、その際に保護ガスないしプロセスガスとして、好ましくはアルゴン及び／またはクリプトンを使用することを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記ＰＶＤ工程の完了後に、コーティングが施された前記部品（１０）に熱処理を施すことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の方法。
【請求項９】
前記ＰＶＤ工程の完了後であって、前記熱処理の実施前に、コーティングが施された前記部品（１０）にブラスト処理を施すことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記ＰＶＤ工程の実施前に、コーティングを施そうとする前記部品（１０）に前もってブラスト処理を施すことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の方法。
【請求項１１】
少なくともアルミニウムとその中に散在させたプラチナのアイランドまたはインサートとで形成されたターゲットを使用することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載の方法。
【請求項１２】
少なくともアルミニウムとプラチナとを含有する金属間化合物の状態のターゲットを使用することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記コーティング材料（１８）の材料組成を、コーティングを施そうとする前記部品（１０）と、形成しようとする所望の保護層との、両方に適合したものとすることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項記載の方法。
【国際調査報告】
2007512432.tif 000005
2007512432.tif 000006
2007512432.tif 000007
2007512432.tif 000008
2007512432.tif 000009