(57)【要約】本発明は、部品に耐腐食耐酸化被覆層を形成する方法に関するものである。本発明によれば、バインダを含有すると共に金属材料として少なくとも１種類のプラチナ族金属を専ら含有するペーストを部品に塗布する。そして、そのペーストの乾燥固化を行った後に、そのペーストにより被覆層が形成された部品にアルミナイジング処理を施す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品に耐腐食耐酸化被覆層を形成する方法において、
ａ）バインダを含有すると共に金属材料として少なくとも１種類のプラチナ族金属を専ら含有するペーストを調製するステップと、
ｂ）前記ペーストを前記部品の少なくとも一部の領域に塗布するステップと、
ｃ）その少なくとも一部の領域に前記ペーストが塗布された前記部品に乾燥固化及び熱処理を施すステップと、
ｄ）しかる後に、少なくとも一部の領域に前記ペーストにより被覆層が形成された前記部品の少なくとも一部の領域に、アルミナイジング処理を施すステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ペーストを希釈して低濃度のペーストとした上で塗布することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ペーストが、金属材料として専らプラチナ及び／またはパラジウム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】
前記ペーストが、金属材料として専らプラチナを含有し、バインダとしてテルピネオールを含有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の方法。
【請求項５】
前記ペーストが、金属材料として専らプラチナ及びパラジウムを含有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の方法。
【請求項６】
前記ペーストが、希釈されていない状態において、
２５〜３５重量％のパラジウムと、
２５〜３５重量％のプラチナと、
１５〜２５重量％のテルピネオールと、
１０〜２０重量％の樹脂と、
１〜５重量％のテルペンチンと、
を含有することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ペーストをテルペンチンオイルにより希釈して低粘度のペーストとすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の方法。
【請求項８】
吹き付け法、刷毛塗り法、ドブ漬け法、流動浸漬法、または、シルクスクリーン法により前記ペーストを前記部品に塗布す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９】
前記部品にブラスト加工を施した後に前記ペーストを塗布する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】
その少なくとも一部の領域に前記ペーストが塗布された前記部品に前記熱処理を施すことにより、前記ペーストが含有する前記金属材料を前記部品に拡散浸透させる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】
前記部品に所定のプラチナ及び／またはパラジウムの被覆層が形成されるまで前記ステップａ）及び前記ステップｂ）を反復して実行し、しかる後に、前記アルミナイジング処理を実行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】
前記部品がガスタービンのタービン翼であり、前記ペーストを前記タービン翼の主流に曝されない領域に塗布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】
主流に曝されない前記領域が前記タービン翼のダンパ・ポケット領域であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
タービン翼のダンパ・ポケット領域に被覆層を形成する場合などに用いる、ガスタービンの部品（１０）に耐腐食耐酸化被覆層を形成する装置において、
その少なくとも一部の領域にペーストが塗布された部品（１０）を収容する容器を備えており、該容器は、該容器に投入されるアルミナイジング用ペースト（１５）及び遮蔽用粉体（１６）が、重力下で、前記部品（１０）の被覆層を形成すべき領域（１２）に作用するようにして、前記部品（１０）が該容器の中に装填されるようにしたものであることを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記容器は底部に貫通孔が形成されており、前記部品（１０）がタービン翼である場合に、該タービン翼の翼体部（１３）が前記貫通孔を介して下方へ突出する一方で、被覆層を形成すべき該タービン翼のダンパ・ポケット領域（１２）が、翼根部（１４）と共に、前記容器の中に位置するようにしてあることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記容器が該容器の中に装填された前記部品（１０）と共にそこを通過して搬送されるステーション（２０）の領域に、前記アルミナイジング用ペースト（１５）及び前記遮蔽用粉体（１６）を該容器の中に投入するための充填機構（１７）が配設されていることを特徴とする請求項１４又は１５記載の装置。
【請求項１７】
ガスタービンのタービン翼などの、耐腐食耐酸化被覆層が形成された部品において、
前記被覆層が、前記部品の少なくとも一部の領域に塗布された少なくとも１種類のプラチナ族金属を含有するペーストにより形成されたものであり、前記部品の前記ペーストにより被覆層が形成された領域にアルミナイジング被覆層が形成されていることを特徴とする部品。
【請求項１８】
前記ペーストが、バインダを含有すると共に、金属材料として専らプラチナ及び／またはパラジウムを含有するものであることを特徴とする請求項１７記載の部品。
【請求項１９】
前記ペーストが、金属材料として専らプラチナを含有し、バインダとしてテルピネオールを含有するものであることを特徴とする請求項１８記載の部品。
【請求項２０】
前記部品が、ガスタービンのタービン翼であり、該タービン翼の主流に曝されない領域に前記ペーストが塗布されることを特徴とする請求項１７乃至１９の何れか１項記載の部品。
【請求項２１】
前記被覆層が、請求項１乃至１３の何れか１項記載の方法により形成されたものであることを特徴とする請求項１７乃至２０の何れか１項記載の部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載した種類の耐腐食耐酸化被覆層を形成する方法に関する。本発明は更に、請求項１４の前提部分に記載した種類の耐腐食耐酸化被覆層を形成する装置、並びに、請求項１７の前提部分に記載した種類のかかる被覆層を形成した部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばガスタービンの部品などのように高温下で動作する部品は、その部品の表面が、強い腐食性及び酸化性を有する環境に曝される。ガスタービンの場合であれば、そのような部品は、例えばニッケル基超合金やコバルト基超合金などで製作するようにしている。そして更に、その部品を腐食、酸化、ないしは更に侵食から保護するために、金属粉体を用いてその部品の表面に被覆層を形成するようにしている。
【０００３】
特許文献１に、耐腐食性及び耐酸化性を備えたスラリー層（泥漿層）を形成する方法が記載されている。同公報に記載されている方法では、先ず、バインダ溶液中に、出発材料としての粉体（出発粉体）と、添加材料としての粉体（添加粉体）とを混合して、スリップ材料（泥漿材料）を調製する。出発粉体は、アルミニウムまたはクロムを含有するものとし、添加粉体は、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、またはケイ素のうちの少なくとも１つを含有するものとしているが、ただし、出発粉体がアルミニウムのみを含有するものである場合には、添加粉体はアルミニウムを含有しないものとしている。また、同公報に記載されている方法では、こうして調製したスリップ材料を、部品に塗布して乾燥固化するようにしている。乾燥固化したならば、続いて熱処理を施して、スリップ材料を部品の中へ拡散浸透させて、スリップ層を形成する。従って、この特許文献１に記載されている方法では、先ず、添加粉体と出発粉体とを混合し、そして、異なった金属群の金属材料を含有するその混合物を１回の工程で部品に塗布するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】ドイツ特許第１９８  ０７  ６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、耐腐食耐酸化被覆層を形成する新規な方法及び新規な装置、並びに、かかる被覆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】
【０００６】
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付加することにより達成される。
【０００７】
本発明によれば、耐腐食耐酸化被覆層を形成する方法は、バインダを含有すると共に金属材料として少なくとも１種類のプラチナ族金属を専ら含有するペーストを調製するステップと、好ましくは前記ペーストを希釈するステップと、しかる後に、好ましくは希釈した前記ペーストを前記部品に塗布するステップと、それに続く、前記ペーストが塗布された前記部品に乾燥固化及び熱処理を施すステップと、しかる後に、前記ペーストにより被覆層が形成された前記部品にアルミナイジング処理を施すステップとを含むものである。
【０００８】
先に説明した従来の方法と異なり、本発明に係る方法によれば、第１の工程において、金属材料として専らプラチナ族金属を含有するペーストを部品に塗布し、そして、ペーストが塗布された部品に乾燥固化及び熱処理を施した後に、第２の工程において、前記ペーストにより被覆層が形成された前記部品にアルミナイジング処理を施すようにしている。本発明における重要な特徴として、１つには、適切なペーストを選択しているということがあり、もう１つには、アルミナイジング処理を独立した工程で実行するようにしているということがある。そして、以上のようにして形成した被覆層は、タービン翼を酸化及び腐食から、また特に硫化や高温腐食から、効果的に防護し得るものであることが確認された。
【０００９】
本発明の特に有利な実施の形態における特徴の１つに、前記ペーストが、バインダを含有すると共に金属材料として専らプラチナ及び／またはパラジウムを含有するものであるということがある。また、特に好ましいのは、前記ペーストが、希釈されていない状態において、２５〜３５重量％のパラジウムと、２５〜３５重量％のプラチナと、１５〜２５重量％のテルピネオールと、１０〜２０重量％の樹脂（ロジン）と、１〜５重量％のテルペンチンとを含有するものとすることである。
【００１０】
本発明に係る耐腐食耐酸化被覆層を形成する装置は、独立請求項である請求項１４に記載した特徴を備えたものである。本発明に係る部品は、独立請求項である請求項１７に記載した特徴を備えたものである。
【００１１】
本発明の特に好適な更なる特徴として、従属請求項に記載した様々な特徴があり、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】
【００１２】
以下に本発明に係る方法の具体的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。
【００１３】
部品に耐腐食耐酸化被覆層を形成するために、その部品の表面のうちの被覆層を形成すべき領域にブラスト加工を施して、その部品の当該領域を露出金属表面とする。ただし、露出金属表面とするための方法は、ブラスト加工に限られものではなく、その他の方法を用いてもよい。
【００１４】
また、以下に説明するようにして、ペーストを調製する。このペーストは、バインダを含有すると共に、金属材料として少なくとも１種類のプラチナ族金属を専ら含有するものである。
【００１５】
このペーストは、その１つの具体例を挙げるならば、例えば、バインダとしてテルピネオールを含有すると共に、金属材料としてプラチナのみを含有する、高純度のプラチナ・ペーストとしてもよい。そのような高純度のプラチナ・ペーストの組成は、８５〜９０重量％のプラチナと、１０〜１５重量％のテルピネオールとを含有するものとするとよい。
【００１６】
ただし更に好ましいのは、プラチナ・パラジウム・ペーストを用いることである。プラチナ・パラジウム・ペーストの組成は、２５〜３５重量％のパラジウムと、２５〜３５重量％のプラチナと、２５〜３５重量％のα−テルピネオールと、１０〜２０重量％の樹脂と、１〜５重量％のテルペンチンとを含有するものとするとよい。
【００１７】
続いて、ペーストを部品に塗布する。ただし、その際には、ペーストを希釈した上で塗布するようにすることが好ましい。ペーストを希釈して、低濃度で低粘度のペーストとすることによって、より良好に部品に塗布できるようになる。希釈剤としては、例えば、テルペンチンオイル（テレピン油）などが適している。希釈されていない状態にあるペースト５グラムにつき、２〜４ミリリットルのテルペンチンオイルを加えて希釈するとよく、加える量を２．５〜３ミリリットルとすればなお好ましい。
【００１８】
ペーストの塗布は、吹き付け法、刷毛塗り法、ドブ漬け法、流動浸漬法、注ぎ掛け法、または、シルクスクリーン法などによって実行する。部品にペーストを塗布する方法を決定する要因の１つに、部品の表面のいかなる領域にペーストを塗布するのかということがある。もし、部品の表面の全領域にペーストを塗布するのであれば、ドブ漬け法を用いるのもよい。一方、部品の表面の特定領域にのみペーストを塗布するのであれば、吹き付け法や刷毛塗り法を用いるとよい。
【００１９】
部品の表面の全領域または特定領域にペーストを塗布したならば、そのペーストを乾燥固化し、更にそれに続いて熱処理を施す。この熱処理は、ペーストの金属成分を部品に拡散浸透させるための処理である。この熱処理は、例えば、従来公知の拡散アニール法や、真空アニール法などにより実行すればよい。
【００２０】
以上のペーストの塗布、乾燥固化、及び熱処理（拡散浸透処理）を、ペーストの金属材料によって、即ち、プラチナ及び／またはパラジウムによって、部品の表面に所定ないし所望の被覆層が形成されるまで反復して実行する。
【００２１】
また更に、以上の塗布、乾燥固化、及び熱処理を反復して実行する際に、使用するペーストを別の種類のものに替えるようにしてもよい。そうする場合には、例えば、初回実行工程では専らプラチナを含有するペーストを使用し、それに続く第１回目の反復実行工程ではプラチナ及びパラジウムを含有するペーストを使用し、その次の第２回目の反復実行工程では専らパラジウムを含有するペーストを使用するようにする。このように、工程を反復して実行する際に、夫々に適当な種類のペーストを選択するようにし、それらペーストを組合せて使用することによって、形成する被覆層を高精度で調節することができる。
【００２２】
ペーストの乾燥固化及びペーストの金属成分を部品に拡散浸透させる処理が完了したならば、続いて、ペーストにより被覆層が形成された部品にアルミナイジング処理を施し、即ち、ペーストにより被覆層が形成された部品に更にアルミニウム被覆層を形成する。このアルミナイジング処理は、気体拡散アルミナイジング法や、粉体充填アルミナイジング法などにより実行すればよい。これらのアルミナイジング法は、当業者には周知の方法である。尚、ペーストの塗布、乾燥固化、及びペーストが塗布された部品の熱処理を、反復して実行する場合には、必要回数の反復実行を全て完了した後に、アルミナイジング処理を施すようにする。
【００２３】
アルミナイジング処理は、例えば、図１に示したようにして実行するとよい。図１は、ペーストにより被覆層が形成された部品１０が、本発明に係る装置１１の中に装填されているところを示した図である。この図示例において、部品１０は、タービン翼である。被覆層を形成するのは、このタービン翼の表面のうちのいわゆるダンパ・ポケット領域１２である。図１に示したように、タービン翼の翼体部１３は、本発明に係る装置１１から下方へ突出しており、一方、このタービン翼のダンパ・ポケット領域１２は、このダンパ・ポケット領域１２に続く翼根部１４と共に、本発明に係る装置１１の中に位置している。
【００２４】
アルミニウム被覆層をこれから形成する領域であるこの部品１０のダンパ・ポケット領域１２には、この時点で既に、上述したペーストが塗布されており、このダンパ・ポケット領域１２は、アルミナイジング用ペースト１５により囲繞されている。アルミナイジング用ペースト１５は、遮蔽用粉体１６で覆われている。遮蔽用粉体１６は、Ａｌ２Ｏ３の粉体であり、それに活性剤を混合してある。活性剤を混合したのは、アルミナイジング処理の実行中に失われる活性剤を、補給できるようにするためである。アルミナイジング処理は、保護ガス雰囲気中で、７００℃〜１１５０℃の温度で実行する。保護ガス又は不活性ガスとしては、例えば、アルゴン又はヘリウムを使用することができる。図１に示したアルミナイジング処理は、粉体充填アルミナイジング法によるものである。アルミニウム被覆層を形成しようとしているタービン翼１０は、翼根部１４を上方へ向けて装置１１の中に装填されており、そのため、アルミナイジング用ペースト１５及び遮蔽用粉体１６は、重力によって、アルミニウム被覆層を形成すべきタービン翼１０のダンパ・ポケット領域１２に作用するようになっている。
【００２５】
本発明に係る装置１１は、金属板製の気密型の容器として製作されており、この容器には、その底部に、タービン翼の翼体部１３を突出させるための貫通孔が形成されている。この容器の中にタービン翼１０を装填し、そして、アルミナイジング用ペースト１５と、活性剤を混合した遮蔽用粉体１６とを、この容器の中に投入する。それらの投入は、図１では装置１０の側方に並べて図示した、充填機構１７によって行われる。
【００２６】
図中、タービン翼の翼体部１３の下方に、非常に簡略化した平面図で示したのは、３台の装置１０であり、それら装置１０は、それらの一側に近接して配設されているコンベア機構１８によって、矢印１９で示した搬送方向へ搬送され、夫々が異なったステーション２０、２１、及び２２を通過して搬送される。図示例の充填機構１７は、図中に矢印２３で表したように、ステーション２０の領域に配設されている。また、搬送方向における、この充填機構１７より下流側に、保護ガス雰囲気中でアルミナイジング処理を実行するための処理炉（不図示）が配置されている。
【００２７】
以上から明らかなように、本発明の概念の１つは、耐腐蝕耐酸化被覆層を形成するために、先ず、第１の工程において、バインダを含有すると共に金属材料として専らプラチナ族金属を含有するペーストを部品に塗布し、しかる後に、第２の工程において、アルミナイジング処理を施すようにしたことにある。尚、このペーストは、希釈して低濃度のものとすることが好ましいため、第１の工程を反復して実行するようにすることが好ましい。
【００２８】
また、金属材料として１種類または２種類以上のプラチナ族金属を含有するこのペーストは、電解メッキ法によって被覆するものではなく、刷毛塗り法、吹き付け法、等々の方法を用いて被覆（塗布）することにより、いわゆるスリップ層を形成するものである。この方法は、低コストで実施することができるため、製造技術上の利点をもたらすものである。
【００２９】
本発明に関して特筆すべきもう１つの点として、タービン翼の所定の領域にのみペーストを塗布するということがあり、例えば、タービン翼の表面上の主流に曝されない領域にのみペーストを塗布するようにする。また、その場合に、タービン翼のいわゆるダンパ・ポケット領域に、本発明に係る被覆層を形成すれば、硫化や高温腐食に対する非常に効果的な防護が可能となる。また、同様にして、ガスタービンのタービン翼の冷却用流路の流通空間についても、硫化に対する良好な防護が可能になる。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月11日(2005.5.11)
【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】
ガスタービンのタービン翼の主流に曝されない領域に耐腐食耐酸化被覆層を形成する方法であって、バインダを含有すると共に金属材料として少なくとも１種類のプラチナ族金属を専ら含有するペーストを調製し、前記ペーストを前記部品の少なくとも一部の領域に塗布し、その少なくとも一部の領域に前記ペーストが塗布された前記部品に乾燥固化及び熱処理を施し、しかる後に、前記部品の被覆層を形成すべき領域にアルミナイジング用ペーストまたはアルミナイジング用粉体を適用することにより、その少なくとも一部の領域に前記ペーストにより被覆層が形成された前記部品の少なくとも一部の領域にアルミナイジング処理を施すようにした方法において、
前記アルミナイジング用ペーストまたは前記アルミナイジング用粉体を重力の作用下で遮蔽用粉体で完全に覆うことを特徴とする特徴とする方法。
【請求項２】
前記ペーストを希釈して低濃度のペーストとした上で塗布することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ペーストが、金属材料として専らプラチナ及び／またはパラジウム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】
前記ペーストが、金属材料として専らプラチナを含有し、バインダとしてテルピネオールを含有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の方法。
【請求項５】
前記ペーストが、金属材料として専らプラチナ及びパラジウムを含有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の方法。
【請求項６】
前記ペーストが、希釈されていない状態において、
２５〜３５重量％のパラジウムと、
２５〜３５重量％のプラチナと、
１５〜２５重量％のテルピネオールと、
１０〜２０重量％の樹脂と、
１〜５重量％のテルペンチンと、
を含有することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ペーストをテルペンチンオイルにより希釈して低粘度のペーストを調製することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の方法。
【請求項８】
吹き付け法、刷毛塗り法、ドブ漬け法、流動浸漬法、または、シルクスクリーン法により前記ペーストを前記部品に塗布す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９】
前記部品にブラスト加工を施した後に前記ペーストを塗布する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】
その少なくとも一部の領域に前記ペーストが塗布された前記部品に前記熱処理を施すことにより、前記ペーストが含有する前記金属材料を前記部品に拡散浸透させる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】
前記部品に所定のプラチナ及び／またはパラジウムの被覆層が形成されるまで前記ペーストの調製及び前記ペーストの塗布を反復して実行し、しかる後に、前記アルミナイジング処理を実行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】
主流に曝されない前記領域が前記タービン翼のダンパ・ポケット領域であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
ガスタービンのタービン翼のダンパ・ポケット領域に被覆層を形成する場合のように、ガスタービンのタービン翼の主流に曝されない領域に耐腐食耐酸化被覆層を形成する装置であって、その少なくとも一部の領域にペーストが塗布された部品（１０）を収容する容器を備えた装置において、
前記容器は、該容器に投入されるアルミナイジング用ペースト（１５）及び遮蔽用粉体（１６）が、重力下で、前記部品（１０）の被覆層を形成すべき領域（１２）に作用するようにして、前記部品（１０）が該容器の中に装填されるようにしたものであることを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記容器は底部に貫通孔が形成されており、前記部品（１０）がタービン翼である場合に、該タービン翼の翼体部（１３）が前記貫通孔を介して下方へ突出する一方で、被覆層を形成すべき該タービン翼のダンパ・ポケット領域（１２）が、翼根部（１４）と共に、前記容器の中に位置するようにしてあることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記容器が該容器の中に装填された前記部品（１０）と共にそこを通過して搬送されるステーション（２０）の領域に、前記アルミナイジング用ペースト（１５）及び前記遮蔽用粉体（１６）を該容器の中に投入するための充填機構（１７）が配設されていることを特徴とする請求項１３又は１４記載の装置。
【国際調査報告】
2007506859.tif 000004
2007506859.tif 000005
2007506859.tif 000006
2007506859.tif 000007