(57)【要約】【課題】コーティング方法及び被覆物品を提供する。【解決手段】皮膜の形成法は、基板表面を有する基板を用意し、基板表面上に、ボンドコート表面を画成する１以上のボンドコート層を形成し、ボンドコート表面上に、酸化物皮膜表面を画成する１以上の酸化物皮膜層を形成することを含む。被覆物品は、被覆がその上に形成された基板を含む。酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）の増大に対する酸化物皮膜層の耐性は、ボンドコート表面粗さ（Ｒa）の増大に対するボンドコート層の耐性、或いは基板表面粗さ（Ｒa）の増大に対する基板の耐性よりも高い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膜の施工方法であって、
基板表面粗さ（Ｒa）を有する基板表面を画成する基板を用意する段階と、
基板表面上に、ボンドコート表面粗さ（Ｒa）を有するボンドコート表面を画成する１以上のボンドコート層を形成する段階と、
ボンドコート表面上に、酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）を有する酸化物皮膜表面を画成する１以上の酸化物皮膜層を形成する段階と
を含んでいて、酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）の増大に対する酸化物皮膜層の耐性が、ボンドコート表面粗さ（Ｒa）の増大に対するボンドコート層の耐性或いは基板表面粗さ（Ｒa）の増大に対する基板の耐性よりも高い、方法。
【請求項２】
１以上の酸化物皮膜層が１種以上の材料を含んでいて、１種以上の材料が、１種以上の酸化防止相、１種以上の堆積防止相及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
１種以上の酸化防止相が、アルミナ、アルミナと約３重量％〜約３０重量％のチタニアとの混合物、ジルコニア及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
１種以上の堆積防止相が、セリア、セリウムジルコニウム酸化物、バリウムセリウム酸化物及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２記載の方法。
【請求項５】
１以上の酸化物皮膜層が、１種以上の酸化防止相及び１種以上の堆積防止相を含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
１種以上の酸化防止相が、アルミナ、アルミナと約３重量％〜約３０重量％のチタニアとの混合物、ジルコニア及びこれらの組合せからなる群から選択され、１種以上の堆積防止相が、セリア、セリウムジルコニウム酸化物、バリウムセリウム酸化物及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
微細スラリーによる酸化物皮膜表面の研削及び研磨の少なくとも一方をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
１以上のボンドコート層が犠牲皮膜であり、基板に対して陽極である、請求項１記載の方法。
【請求項９】
１以上のボンドコート層が、Ｎｉ80%Ａｌ20%（重量％）とＮｉ95%Ａｌ5%（重量％）の混合物、クロム酸／リン酸バインダー中のコバルト及びアルミニウム粒子、セラミックオーバーコートを有する犠牲金属アンダーコート、アルミニウム表面層を有する金属結合アルミナイド、アルミニウム表面層を有する化学結合アルミナイド、アルミニウム表面層を有する機械的結合アルミナイド及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
基板が、ガスタービン圧縮機ブレード、ガスタービン圧縮機ステータ、タービン高圧バケット、タービン中圧バケット、及びタービンケーシングからなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
基板表面粗さ（Ｒa）を有する基板表面を画成する基板と、皮膜とを含む被覆物品であって、前記皮膜が、
基板表面上に形成された１以上のボンドコート層であって、ボンドコート表面粗さ（Ｒa）を有するボンドコート表面を画成する１以上のボンドコート層と、
ボンドコート表面上に形成された１以上の酸化物皮膜層であって、酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）を有する酸化物皮膜表面を画成する１以上の酸化物皮膜層と
を含んでおり、酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）の増大に対する酸化物皮膜層の耐性が、ボンドコート表面粗さ（Ｒa）の増大に対するボンドコート層の耐性、或いは基板表面粗さ（Ｒa）の増大に対する基板の耐性よりも高い、被覆物品。
【請求項１２】
１以上の酸化物皮膜層が１種以上の材料を含み、１種以上の材料が、１種以上の酸化防止相、１種以上の堆積防止相及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１１記載の被覆物品。
【請求項１３】
１種以上の酸化防止相が、アルミナ、アルミナと約３重量％〜約３０重量％のチタニアとの混合物、ジルコニア及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１２記載の被覆物品。
【請求項１４】
１種以上の堆積防止相が、セリア、セリウムジルコニウム酸化物、バリウムセリウム酸化物及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１２記載の被覆物品。
【請求項１５】
１以上の酸化物皮膜層が、１種以上の酸化防止相及び１種以上の堆積防止相を含む、請求項１２記載の被覆物品。
【請求項１６】
１種以上の酸化防止相が、アルミナ、アルミナと約３重量％〜約３０重量％のチタニアとの混合物、ジルコニア及びこれらの組合せからなる群から選択され、１種以上の堆積防止相が、セリア、セリウムジルコニウム酸化物、バリウムセリウム酸化物及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１５記載の被覆物品。
【請求項１７】
酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）が、約０．１３μｍ（５マイクロインチ）〜約０．６４μｍ（２５マイクロインチ）である、請求項１１記載の被覆物品。
【請求項１８】
１以上のボンドコート層が、犠牲皮膜であり、基板に対して陽極である、請求項１１記載の被覆物品。
【請求項１９】
１以上のボンドコート層が、Ｎｉ80%Ａｌ20%（重量％）とＮｉ95%Ａｌ5%（重量％）の混合物、クロム酸／リン酸バインダー中のコバルト及びアルミニウム粒子、セラミックオーバーコートを有する犠牲金属アンダーコート、アルミニウム表面層を有する金属結合アルミナイド、アルミニウム表面層を有する化学結合アルミナイド、アルミニウム表面層を有する機械的結合アルミナイド及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１８記載の被覆物品。
【請求項２０】
前記基板が、ガスタービン圧縮機ブレード、ガスタービン圧縮機ステータ、タービン高圧バケット、タービン中圧バケット及びタービンケーシングからなる群から選択される、請求項１１記載の被覆物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーティング法及び被覆物品に関する。具体的には、本発明は、１以上のボンドコート層と１以上の酸化物皮膜層とを含む皮膜の施工方法及び被覆物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン及び蒸気タービン部品、特に後段ガスタービン圧縮機ブレード、後段ガスタービン圧縮機ステータ、蒸気タービン高圧バケット、蒸気タービン中圧バケット及び蒸気タービンケーシングは、供用時の露出している間、腐食、酸化、堆積及び／又はエロージョンを起こすおそれのある条件に付される。
【０００３】
かかる部品は、約０．０７重量％未満の炭素、約１．００重量％未満のマンガン、約０．０４重量％未満のリン、約０．０３重量％未満の硫黄、約１．０重量％未満の硫黄、約１５．０重量％〜約１７．５重量％のクロム、約３．０重量％〜約５．０重量％のニッケル、約３．０重量％〜約５．０重量％の銅、及び約０．１５重量％〜約０．４５重量％のニオブとタンタルの混合物、残部の鉄の組成（例えば、ＡＫ  Ｓｔｅｅｌ社から入手できる１７−４ＰＨステンレス鋼）、約０．０５重量％未満の炭素、約１４重量％〜約１６重量％のクロム、約１．２５重量％〜約１．７５重量％の炭素、約１重量％未満のマンガン、約０．５重量％〜約１重量％のモリブデン、約５重量％〜約７重量％のニッケル、約０．０３重量％未満のリン、約１重量％未満のケイ素、約０．０３重量％未満の硫黄、炭素の存在量の約８倍以上の量で存在するニオブ、残部の鉄の組成（例えば、ステンレス鋼合金４５０）、並びに約０．１３重量％〜約０．１８重量％の炭素、約０．５０重量％未満のケイ素、約０．４重量％〜約０．６重量％のマンガン、約０．０２５重量％未満のリン、約０．０１重量％未満のケイ素、約１３．０重量％未満のクロム、約０．２重量％未満のモリブデン、約０．６重量％未満のニッケル、約０．１５重量％〜約０．２５重量％のニオブ、約０．１重量％未満のバナジウム、約０．００５重量％未満の鉛、約０．０５重量％未満の錫、約０．０５重量％未満のアルミニウム、残部の鉄の組成（例えば、Ｇｌｏｒｉａ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から入手できるステンレス鋼合金４０３Ｃｂ（ＥＳＲ））のような組成物を始めとする様々な材料から形成できる。
【０００４】
作動条件によって、表面粗さ（Ｒa）が不都合に増大することがある。例えば、公知の部品の露出面のフィールドデータから、作動条件下で４０〜１６０マイクロインチ（１．０２〜４．０６μｍ）の表面粗さ（Ｒa）が観察されている。この観察された表面粗さ（Ｒa）は、一般に、良好な空力性能に関して２５マイクロインチ（０．６４μｍ）以下とされる表面粗さ（Ｒa）の基準を超える。
【０００５】
作動条件下では、タービンの流体経路内の上流炭素鋼及び鋳鉄部材に由来すると考えられる粒子が存在する。かかる粒状物を除去するため、水洗サイクルがしばしば実施される。しかし、水洗サイクルは、部品を多量の水分に暴露するものであり、化学物質を利用することもあるので、部品の表面粗さ（Ｒa）が増すことがある。
【０００６】
表面粗さ（Ｒa）の望ましくない増大は、タービン効率を低下させかねない。上述の短所の１以上を伴わない被覆部品及び部品のコーティング法があれば、当技術分野で望ましいであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５０９８７９７号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態では、皮膜の施工方法は、基板表面粗さ（Ｒa）を有する基板表面を画成する基板を用意することを含む。ボンドコート表面粗さ（Ｒa）を有するボンドコート表面を画成する１以上のボンドコート層を、基板表面上に形成する。酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）を有する酸化物皮膜表面を画成する１以上の酸化物皮膜層を、ボンドコート表面上に形成する。酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）の増大に対する酸化物皮膜層の耐性は、ボンドコート表面粗さ（Ｒa）の増大に対するボンドコート層の耐性、或いは基板表面粗さ（Ｒa）の増大に対する基板の耐性よりも高い。
【０００９】
別の実施形態では、被覆物品は、皮膜と、基板表面粗さ（Ｒa）を有する基板表面を画成する基板とを含む。皮膜は、ボンドコート表面粗さ（Ｒa）を有するボンドコート表面を画成する１以上のボンドコート層を含み、その１以上のボンドコート層は基板表面上に形成される。皮膜はまた、酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）を有する酸化物皮膜表面を画成する１以上の酸化物皮膜層を含み、その１以上の酸化物皮膜層はボンドコート表面上に形成される。酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）の増大に対する酸化物皮膜層の耐性は、ボンドコート表面粗さ（Ｒa）の増大に対するボンドコート層の耐性、或いは基板表面粗さ（Ｒa）の増大に対する基板の耐性よりも高い。
【００１０】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明を、例として本発明の原理を例証する添付図面と併せ読むことにより、明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態に係る被覆物品の斜視図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る被覆物品の図１の線２−２に沿った断面図である。
【図３】本開示の別の実施形態に係る複数の相を含む酸化物皮膜層を有する被覆物品の図１の線２−２に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面全体を通して、同じ部材にはできるだけ同じ符号を用いた。
【００１３】
コーティング法及び被覆物品を提供する。本開示の実施形態は、本明細書に開示する特徴の１つ以上を使用しない方法及び物品と比較して、部品の腐食の減少、部品の酸化の減少、部品の汚損の減少、部品のエロージョンの減少、部品の表面粗さ（Ｒa）が増大する割合の減少、維持コストの削減、効率の向上又はそれらの組合せをもたらす。
【００１４】
図１を参照すると、一実施形態にかかる被覆物品１００が示してある。被覆物品１００は、ガスタービン圧縮機ブレード１０２（図示）、ガスタービン圧縮機ステータ、タービン高圧バケット、タービン中圧バケット、タービンケーシング、若しくは他の任意の適切な部品、又はそれらの組合せである。被覆物品１００は、任意の適切なシステムの、例えば発電システム又はタービンエンジンシステムの一部である。
【００１５】
図２を参照すると、一実施形態では、被覆物品１００は、基板表面粗さ（Ｒa）を有する基板表面２０４を画成する基板２０２、及び基板表面２０４上の皮膜２０６を含む。皮膜２０６は、１以上のボンドコート層２０８及び１以上の酸化物皮膜層２１２を含む。ボンドコート層２０８は、ボンドコート表面粗さ（Ｒa）を有するボンドコート表面２１０を画成する。１以上の酸化物皮膜層２１２はボンドコート表面２１０に塗布される。１以上の酸化物皮膜層２１２は、酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）を有する酸化物皮膜表面２１４を画成する。酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）の増大に対する酸化物皮膜層２１２の耐性は、ボンドコート表面粗さ（Ｒa）の増大に対するボンドコート層２０８の耐性、或いは基板表面粗さ（Ｒa）の増大に対する基板２０２の耐性よりも高い。表面粗さ（Ｒa）の増大に対する耐性は、例えば、ガスタービンの作動条件の結果として生じる腐食、酸化、堆積、及び／又はエロージョンによって、表面が粗面化する割合を表す材料特性である。
【００１６】
一実施形態では、酸化物皮膜表面２１４の粗さ（Ｒa）は、約０．６４μｍ（２５マイクロインチ）未満、或いは約０．１３μｍ（５マイクロインチ）〜約０．６４μｍ（２５マイクロインチ）、或いは約０．３８μｍ（１５マイクロインチ）〜約０．６４μｍ（２５マイクロインチ）、或いは約０．２５μｍ（１０マイクロインチ）〜約０．５１μｍ（２０マイクロインチ）、或いは約０．１３μｍ（５マイクロインチ）〜約０．３８μｍ（１５マイクロインチ）である。
【００１７】
一実施形態では、１以上のボンドコート層２０８は犠牲皮膜であり、基板２０２に対して陽極である。他の実施形態では、１以上のボンドコート層２０８としては、Ｎｉ80%Ａｌ20%（重量％）及びＮｉ95%Ａｌ5%（重量％）の混合物、クロム酸／リン酸バインダー中のコバルト及びアルミニウム粒子、セラミックオーバーコートを有する犠牲金属アンダーコート、アルミニウム表面層を有する金属結合アルミナイド、アルミニウム表面層を有する化学結合アルミナイド、アルミニウム表面層を有する機械的結合アルミナイド、又はそれらの組合せが挙げられる。１以上のボンドコート層２０８は、ダウンタイム時の腐食（ピーク荷重機械、さらにはベース荷重機械でも起こることがある）から基板表面２０４を保護するように作用する。
【００１８】
一実施形態では、１以上の酸化物皮膜層２１２は、１種以上の酸化防止相、１種以上の堆積防止相又はそれらの組合せを含む。一実施形態では、１種以上の酸化防止相は、アルミナ、アルミナと約３重量％〜約３０重量％のチタニアとの混合物、ジルコニア、又はそれらの組合せを含む。別の実施形態では、１種以上の堆積防止相は、セリア、セリウムジルコニウム酸化物、バリウムセリウム酸化物、又はそれらの組合せを含む。
【００１９】
一実施形態では、皮膜２０６を形成する方法は、基板表面２０４を有する基板２０２を提供し、基板表面２０４上に１以上のボンドコート層２０８を形成し、ボンドコート表面２１０上に１以上の酸化物皮膜層２１２を形成することを含む。基板表面２０４上に１以上のボンドコート層２０８を形成すること、及びボンドコート表面２１０上に１以上の酸化物皮膜層２１２を形成することは、特に限定されないが、溶射、ゾルゲル、スラリーコーティング、又はそれらの組合せなどを始めとする、任意の適切なコーティング技術によって達成し得る。
【００２０】
別の実施形態では、皮膜２０６を形成する方法は、さらに、酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）を低減するため、微細スラリーによる酸化物皮膜表面２１４の研削及び研磨の少なくとも一方を含む。酸化物皮膜表面２１４の研削又は研磨としては、特に限定されないが、タンブリング式大量仕上げ技術などを始めとする、任意の適切な技術を使用して達成し得る。微細スラリーは、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、炭化ケイ素、軽石、又はそれらの組合せの粒子を含んでもよい。微細スラリーの粒径は、一般に約５μｍ未満である。
【００２１】
図３を参照すると、一実施形態では、１以上の酸化物層２１２は、１種以上の酸化防止相３０２及び１種以上の堆積防止相３０４を含む。
【００２２】
一実施形態では、１種以上の酸化防止相３０２は、酸化に起因する酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）の増大に対する耐性を、ボンドコート層２０８がボンドコート表面粗さ（Ｒa）の増大に対して与える耐性又は基板２０２が基板表面粗さ（Ｒa）の増大に対して与える耐性よりも、高めるように作用する。別の実施形態では、１種以上の酸化防止相３０２は、アルミナ、アルミナと約３重量％〜約３０重量％のチタニアとの混合物、ジルコニア、又はそれらの組合せを含む。理論によって束縛されるものではないが、酸化防止相３０２が酸化物である材料を含むため、これらの材料が更なる酸化を受けないであろうと考えられる。
【００２３】
一実施形態では、１種以上の堆積防止相３０４は、堆積に起因する酸化物皮膜表面粗さ（Ｒa）の増大に対する耐性を、ボンドコート層２０８がボンドコート表面粗さ（Ｒa）の増大に対して与える耐性又は基板２０２が基板表面粗さ（Ｒa）の増大に対して与える耐性よりも、高めるように作用する。別の実施形態では、１種以上の堆積防止相３０４は、セリア、セリウムジルコニウム酸化物、バリウムセリウム酸化物、又はそれらの組合せを含む。理論に束縛されるものではないが、１種以上の堆積防止相３０４の化学量論は、酸化物皮膜表面２１４を多少静電的に正にし、それによって、酸化物皮膜表面２１４が炭素質の堆積物を引き付ける傾向が低減されると考えられる。同じく理論に束縛されるものではないが、さらに、希土類改質酸化物は酸素空孔を有する傾向があり、それによって表面の酸素欠損がもたらされ、極性分子はかかる酸素欠損表面上に吸着しにくく、結果として非付着性表面と見なされると考えられる。
【００２４】
好ましい一実施形態を参照して本発明について記載してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされてもよく、また要素がそれらの等価物と置き換えられてもよいことが、当業者には理解されるであろう。それに加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるため、多くの修正がなされてもよい。したがって、本発明は、本発明を実施するために予期される最良の形態として開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の請求項の範囲内にある全ての実施形態を含むものとする。
【符号の説明】
【００２５】
１００  被覆物品
１０２  ガスタービン圧縮機ブレード
２０２  基板
２０４  基板表面
２０６  皮膜
２０８  ボンドコート層
２１０  ボンドコート表面
２１２  酸化物皮膜層
２１４  酸化物皮膜表面
３０２  酸化防止相
３０４  堆積防止相
【図１】
2015208997.tif 000003
【図２】
2015208997.tif 000004
【図３】
2015208997.tif 000005
【外国語明細書】
2015208997000001.pdf