(57)【要約】      （修正有）【課題】液滴浸食およびキャビテーション現象に由来する浸食に対する耐摩耗性の向上のために、構成部品の表面を処理する方法を提供する。【解決手段】構成部品（Ｃ）の表面を処理するための高速スプレー方法であって、本方法は、不活性ガスの第１の部分を５５０℃〜８００℃のスプレー温度（Ｔ３）まで加熱するステップと、１５％〜７０％の質量百分率でＣｏを含む組成物を有する粉末材料を準備するステップと、粉末材料と不活性ガスの第２の部分との混合物を準備するステップと、スプレージェットを生成するために、不活性ガスの第１の部分およびガスと粉末との混合物をスプレーガン（６０）内で混合するステップと、Ｃｏを含む材料のコーティング（Ｓ）を堆積させるために、処理される表面に向かって前記スプレージェットを導くステップと、を含む。【選択図】図２
2019112723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成部品（Ｃ）の表面を処理するための高速スプレー方法であって、
不活性ガスの第１の部分を５５０℃〜８００℃のスプレー温度（Ｔ３）まで加熱するステップと、
ステライト（登録商標）６、ステライト（登録商標）１２およびステライト（登録商標）２１のうちの少なくとも１つを含む組成物を有する粉末材料を準備するステップと、
前記粉末材料と不活性ガスの第２の部分との混合物を準備するステップと、
スプレージェット（８０）を生成するために、前記不活性ガスの前記第１の部分および前記混合物をスプレーガン（６０）内で混合するステップと、
前記材料のコーティング（Ｓ）を堆積させるために、前記表面に向かって前記スプレージェット（８０）を導くステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記加熱するステップの前に、キャリアガスの前記第１の部分が前記スプレー温度（Ｔ３）より低く、かつ、４００℃〜５００℃の予熱温度（Ｔ１）まで予熱される予熱ステップが先行する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記不活性ガスは、窒素および／またはヘリウムである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記スプレージェット（８０）の上流側の前記キャリアガスの圧力は、２０ｂａｒ〜５０ｂａｒである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
構成部品（Ｃ）の表面にスプレーするための装置であって、
不活性ガスの第１の部分を４００℃〜５００℃の予熱温度（Ｔ１）まで予熱するための第１のヒータ（２０）と、
不活性ガスの前記第１の部分を５５０℃〜８００℃のスプレー温度（Ｔ３）まで加熱するための最終ヒータ（６１）と、前記不活性ガス、および、ステライト（登録商標）６、ステライト（登録商標）１２およびステライト（登録商標）２１のうちの少なくとも１つを含む組成を有する粉末材料を含むスプレージェット（８０）を生成するための超音速ノズル（６２）と、を含むスプレーガン（６０）と、
前記粉末材料と不活性ガスの第２の部分との混合物を準備する粉末供給機（３０）と、
前記第１のヒータ（２０）を前記最終ヒータ（６１）に接続するための少なくとも第１のダクト（４０）と、
前記粉末供給機（３０）を前記超音速ノズル（６２）に接続するための少なくとも第２のダクト（５０）と、
を含む装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の前記方法により処理された表面を含む構成部品（Ｃ）。
【請求項７】
前記構成部品（Ｃ）は、蒸気タービンブレードである、請求項６に記載の構成部品（Ｃ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体により、またはキャビテーション現象により浸食を受ける構成部品の表面を処理するための方法に関する。また本発明は、このような方法で処理された表面を含む構成部品、およびこのような方法を実行するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浸食に対する耐性を向上させるために、基板材料の表面に耐摩耗合金コーティングを施すことは、よく知られている。蒸気タービン、遠心および軸流圧縮機、ポンプ、ならびに他の回転機械などの回転機械の構成部品については、液滴浸食またはキャビテーション現象に由来する浸食に対して十分な程度の耐性を示すことが特に重要である。例えば、蒸気タービンでは、液滴浸食は、典型的には、ブレードの前縁に沿って発生する（図１）。
【０００３】
そのような表面に耐浸食性コーティングを施すための公知の方法は、表面硬化、レーザクラッディング、ろう付け、および溶接を含む。
【０００４】
上記の技術は、通常、基板材料への熱入力を含み、それは典型的には以下の不都合を決定する。すなわち、構成部品がＮＡＣＥ規格に準拠しなくなるおそれがある熱影響部の存在、コーティングされた構成部品の歪み、後加熱処理の必要性、クラック、コーティング中の鉄希釈、および不均一な微細構造である。
【０００５】
さらに、上記の技術は、溶接できない材料を含むコーティングを堆積させるためには使用できない。
【０００６】
したがって、上記の不具合を回避することができる、構成部品の表面を処理するための改良された方法を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２１７５０５０号明細書
【発明の概要】
【０００８】
第１の実施形態によれば、本発明は、構成部品の表面を処理する方法を提供することにより、このような目的を達成し、本方法は、  
不活性ガスの第１の部分を５５０℃〜８００℃のスプレー温度（Ｔ３）まで加熱するステップと、  
１５％〜７０％の質量百分率でＣｏを含む組成を有する粉末材料を準備するステップと、  
粉末材料と不活性ガスの第２の部分との混合物を準備するステップと、  
スプレージェットを生成するために、不活性ガスの第１の部分および混合物をコールドガン内で混合するステップと、  
材料のコーティングを堆積させるために、表面に向かってスプレージェットを導くステップと、
を含む。
【０００９】
本発明の解決策によって、浸食に対する耐性を向上させるために、基板材料の表面にコーティングを堆積させることができる。このように生成されたコーティングでは、以下の機械的特性を達成することができる。すなわち、硬度（ビッカース）：４００＜ＨＶ＜１０００、および空隙率：＜２％である。
【００１０】
第２の実施形態では、上記の利点は、以下を含む装置によって達成される。すなわち、  不活性ガスの第１の部分を４００℃〜５００℃の予熱温度（Ｔ１）まで予熱するための第１のヒータと、  
不活性ガスの第１の部分を５５０℃〜８００℃のスプレー温度（Ｔ３）まで加熱するための最終ヒータと、不活性ガスおよび１５％〜７０％の質量百分率でＣｏを含む組成物を有する粉末材料を含むスプレージェットを生成するための超音速ノズルと、を含むスプレーガンと、  
粉末材料と不活性ガスの第２の部分との混合物を準備する粉末供給機と、  
第１のヒータを最終ヒータに接続するための少なくとも第１のダクトと、  
粉末供給機を超音速ノズルに接続するための少なくとも第２のダクトと、
を含む装置である。
【００１１】
本発明の他の目的の特徴および利点は、以下の図面と関連する本発明の実施形態の以下の説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】液滴浸食を受けた、従来技術による構成部品の２つの異なる図である。
【図２】本発明による方法を実行するための装置を示す概略図である。
【図３】図２の装置の構成部品を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、特に液滴浸食およびキャビテーション現象に由来する浸食に対する耐摩耗性の向上のために、構成部品の表面を処理するための方法を提供する。特に、限定するわけではないが、本発明は、回転機械、例えば蒸気タービン、遠心および軸流圧縮機、ならびにポンプの構成部品に適用される。
【００１４】
本方法は、構成部品の表面に延性材料のコーティングを施すために、高速スプレー技術を利用する。
【００１５】
図２を参照すると、本発明による方法を実施するための装置を符号１で全体として示してある。装置１は、加圧されたキャリアガスのガス源１５を第１のガスヒータ２０および粉末供給機３０に接続する上流側ダクト１０を含むが、第１のガスヒータ２０および粉末供給機３０は両方とも従来の公知のタイプであり、したがって詳細には説明しない。キャリアガスは、窒素もしくはヘリウム、またはその他の簡便な不活性ガスである。キャリアガスは、２０ｂａｒ〜５０ｂａｒの圧力で装置内を流れる。キャリアガスの流量は、２ｍ３／時間〜６ｍ３／時間である。
【００１６】
上流側ダクト１０は、ガス源１５を第１のガスヒータ２０に接続する第１の主枝１１と、ガス源１５を粉末供給機３０に接続するために第１の主枝１１から分かれる二次枝１２と、を備える。上流側ダクト１０の２つの枝１１、１２の交差点の下流側では、主枝１１および二次枝１２は、主枝１１および二次枝１２のキャリアガスの流れを調整または停止するための第１および第２のバルブ１３、１４をそれぞれ備える。
【００１７】
第１のガスヒータ２０では、キャリアガスの第１の部分が、４００℃〜５００℃の予熱温度Ｔ１まで予熱される。第１のガスヒータ２０の下流側では、予熱されたキャリアガスが、第１のガスヒータ２０をスプレーガン６０に接続する第１の下流側ダクト４０内を流れる。第１の下流側ダクト４０に沿って、キャリアガスの温度は、スプレーガン６０のすぐ上流部分では放出温度Ｔ２まで低下する。放出温度Ｔ２は、予熱温度Ｔ１より低く、３５０℃〜４５０℃である。
【００１８】
粉末供給機３０では、上流側ダクト１０の二次枝１２から流れるキャリアガスの第２の部分が、１５％〜７０％の質量百分率でＣｏを含む組成物を有する延性材料のスプレー用粉末と混合される。例えば、本発明によるスプレー用粉末に使用することができる延性材料は、ステライト（Ｓｔｅｌｌｉｔｅ）（登録商標）６、ステライト（Ｓｔｅｌｌｉｔｅ）（登録商標）１２、ステライト（Ｓｔｅｌｌｉｔｅ）（登録商標）２１、および米国特許第６９８６９５１号で定義された材料を含む。
【００１９】
粉末供給機３０の下流側では、キャリアガスとスプレー用粉末との混合物は、粉末供給機３０をスプレーガン６０に接続する第２の下流側ダクト５０内を流れる。
【００２０】
スプレーガン６０は、長手方向軸Ｘに沿って延在し、最終ヒータ６１および超音速ノズル６２を備え、超音速ノズル６２はその下流側で最終ヒータ６１に接続される。動作時には、スプレーガン６０は、スプレー材のコーティングＳをスプレーされる構成部品Ｃの表面と共に、スプレー筐体７０内に収容される。スプレーされる面は、長手方向軸Ｘに垂直に筐体７０内に配置される。
【００２１】
図３を参照すると、最終ヒータ６１は、外側ハウジング６７および加熱室６６を備え、加熱室６６は、第１の下流側ダクト４０に接続された入口部６３から超音速ノズル６２のすぐ上流側の出口部６４へ長手方向軸Ｘに沿って延在する。第１の下流側ダクト４０からのキャリアガスは、入口部６３から加熱室６６を通って出口部６４へ流れる。加熱室６６では、キャリアガスは、放出温度Ｔ２よりも高い、５５０℃〜８００℃のスプレー温度Ｔ３まで再度加熱される。第２の下流側ダクト５０の最終的な下流側部分は、長手方向軸Ｘと同軸であり、超音速ノズル６２のすぐ上流側の最終部６５まで加熱室６６を通過する。加熱室６６の出口部６４は、第２の下流側ダクト５０の最終部６５を環状に囲んでいる。最終ヒータ６１を出る時に、すなわち、加熱室６６および第２の下流側ダクト５０の最後の下流部分をそれぞれ出る時に、再加熱されたキャリアガスの第１の部分と、粉末とキャリアガスの第２の部分との混合物と、が互いに混合して、スプレージェット８０を形成し、超音速ノズル６２に入る。
【００２２】
超音速ノズル６２では、スプレージェット８０が膨張して、粉末粒子は速度ｖに到達する。スプレージェット８０は、コーティングＳを施すために、超音速ノズル６２によって、構成部品Ｃの表面に向けて導かれる。速度ｖの値は、典型的にはキャリアガスが窒素である場合には３００ｍ／ｓより大きく、キャリアガスがヘリウムである場合には１０００ｍ／ｓより大きく、堆積効率は、典型的には８０％より大きい。
【００２３】
堆積したコーティングＳでは、以下の機械的特性を達成することができる。すなわち、硬度（ビッカース）：４００＜ＨＶ＜１０００、空隙率：＜２％である。
【符号の説明】
【００２４】
１  装置
１０  上流側ダクト
１１  第１の主枝
１２  二次枝
１３  第１のバルブ
１４  第２のバルブ
１５  ガス源
２０  第１のガスヒータ
３０  粉末供給機                                                                             
４０  第１の下流側ダクト
５０  第２の下流側ダクト
６０  スプレーガン
６１  最終ヒータ
６２  超音速ノズル
６３  入口部
６４  出口部
６５  最終部
６６  加熱室
６７  外側ハウジング
７０  スプレー筐体
８０  スプレージェット
Ｃ  構成部品
Ｓ  コーティング
Ｔ１  予熱温度
Ｔ２  放出温度
Ｔ３  スプレー温度
【図１】
2019112723.tif 000003
【図２】
2019112723.tif 000004
【図３】
2019112723.tif 000005
【外国語明細書】
2019112723000001.pdf