(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス・タービン・エンジンの種々の部品を冷却する構造に関して金属基板上にチャネルを形成する方法の提供。【解決手段】チャネル４６の境界壁を画定し、この境界壁を所望の高さにまで蓄積するように、コールドスプレー技術によって、少なくとも１つの層の金属被膜材３４を基板３０の表面に適用するステップを含み、チャネル４６の形状を変更するために、コールドスプレー技術によって、付加的な被膜材３６が境界壁の１つ以上の表面上に適用され、基板３０は、いずれのタイプの高温部品または高音ガス流路部品であってもよく、いくつかの場合、基板３０はガス・タービン・エンジン壁であるガス・タービン・エンジン部品の表面上にチャンネル３０を形成する方法。【選択図】図４
2015120972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板（１４）上にチャネルを形成するための方法であって、
ａ）前記チャネルの境界壁を画定し、前記境界壁を所望の高さまで蓄積するように、コールドスプレー技術によって、少なくとも１つの層の金属被膜材を前記基板（１４）の表面に適用するステップと、
ｂ）前記チャネルの形状を変更するように、前記コールドスプレー技術によって、付加的な被膜材（３６）を前記境界壁の１つ以上の表面上に適用するステップと、を含む、方法。
【請求項２】
前記コールドスプレー技術が、前記被膜材の融点より低い温度で実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記被膜材が、金属アルミナイドまたはＭＣｒＡｌ（Ｘ）組成を含み、式中、Ｍは鉄、ニッケル、コバルト、またはそれらの混合物であり、ＸはＹ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃ、またはそれらの組み合わせである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記チャネルの平均的な深さが、約０．１ｍｍから約１．５ｍｍの範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
各境界壁について、前記付加的な被膜材（３６）が、先に適用された層と重複するように適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記被膜材層が、傾斜した境界壁（６８）となる堆積パターンに従って適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ａ）が前記表面の前記基板（１４）上に対する少なくとも１つの基層（６０）の堆積より先に行われ、それによって、前記チャネルが前記基層（６０）上に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの最上層（５０）が前記境界壁および前記チャネルの頂面（５２）上に適用され、それによって前記チャネルの上部開口を閉じる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記最上層（５０）が、熱溶射プロセス、またはコールド・スプレー・プロセスによって適用される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱溶射プロセスが、燃焼溶射プロセスまたはプラズマ溶射プロセスである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記最上層（５０）が、金属アルミナイドまたはＭＣｒＡｌ（Ｘ）組成であり、式中、Ｍは鉄、ニッケル、コバルト、またはそれらの混合物であり、ＸはＹ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃ、またはそれらの組み合わせである、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
セラミック層が、前記最上層（５０）の上に適用される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記セラミック層が、熱障壁被膜として機能することが可能な化学的に安定したジルコニア材である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板（１４）が、ガス・タービン・エンジン壁である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板（１４）が、ガス・タービン・エンジンの膜冷却翼または翼領域であり、１つ以上の冷却通路から構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記チャネルの前記境界壁が、前記基板（１４）内に形成された既存のチャネルのチャネル壁の延長である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
チャネルの境界壁を画定し、前記境界壁を所望の高さおよびチャネルの大きさにまで蓄積するように、コールドスプレー技術によって、金属被膜材の複数の重複層を基板（１４）の表面に適用するステップを含む、ガス・タービン・エンジン部品の表面上にチャネルを形成するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一般的主題はガス・タービン・エンジンに関し、より詳細には、エンジンの種々の部品を冷却する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス・タービン・エンジンは、エンジン空気が圧縮される圧縮機を含む。エンジンはまた、高温燃焼ガスを生成するために、加圧空気が燃料と混合する燃焼器を含む。（例えば、航空機エンジンまたは固定電力システム用の）典型的な設計において、エネルギーは、圧縮機に電力を供給する高圧タービン（ＨＰＴ）、および低圧タービン（ＬＰＴ）内のガスから取り出される。低圧タービンは、ターボファン航空機エンジン用途のファンに電力を供給するか、または海事および産業用途の外部軸に電力を供給する。
【０００３】
ガス・タービン・エンジンは、通常、非常に熱い環境で動作するため、エンジンにおける冷却システムの必要性は非常に重要である。例えば、エンジン部品は、航空機用途では、約３８００°Ｆ（２０９３℃）までの温度の高温ガスにさらされることが多く、固定発電用途では、約２７００°Ｆ（１４８２℃）までの温度の高温ガスにさらされることが多い。高温ガスにさらされた部品を冷却するために、これらの「高音ガス流路」部品は典型的に、内部対流および外部フィルム冷却の両方を有する。
【０００４】
冷却回路の多くの実施態様および種々の高音ガス流路部品の特徴が、当技術において記載されている。例えば、燃焼器は、動作中に冷却を必要とする、放射状に内張りおよび外張りを含む。タービンノズルは、やはり冷却を必要とする内外帯間で支持された中空羽根を含む。タービン動翼は中空であり、その中に冷却回路を典型的に含み、翼は、やはり冷却を必要とするタービンシュラウドによって囲繞されている。高温燃焼ガスは、やはり裏張りされ、適切に冷却されていてもよい排気管を通して排出される。
【０００５】
これらの例示的なガス・タービン・エンジン部品のすべてにおいて、高力超合金の薄い金属壁は、強化された耐久性のために典型的に用いられる一方、それを冷却する必要性を最小限にする。種々の冷却回路および特徴は、エンジン内のそれらの対応する環境におけるこれらの個々の部品用に調整される。例えば、一連の内部冷却流路、または蛇行チャネルは高音ガス流路部品内に形成されてもよい。冷却液はプレナムから蛇行を供給されてもよく、かつ冷却液は流路を通して流れ、高音ガス流路部品基板および被膜を冷却してもよい。いくつかの場合、このタイプの冷却設計が有効であってもよい一方、他の状況でのその使用は、比較的低い熱伝熱率および不均一な部品温度プロファイルを生じてもよい。
【０００６】
マイクロチャネル冷却（その特徴は以下に説明される通り）は、冷却を熱ゾーンにできるだけ近づけることによって冷却要求を大幅に減少させる可能性を有しており、このように、所与の伝熱率のための高温側および低温側の間の温度差を減少させる。しかしながら、マイクロチャネルを形成するための現在の技術は典型的に、被膜がマイクロチャネル（これは通常、機械加工によって形成される必要がある）内に堆積するのを防ぐために犠牲充填物の使用を必要とする。犠牲充填物はまた、堆積中の被膜を支持する。
【０００７】
これらのタイプの技術を実行する際、チャネルに散逸性材料を充填すること、またその材料をその後、除去することは、現在のマイクロ・チャネル・プロセス技術における潜在的な問題点を提示している。例えば、充填材は、基板および被膜と互換性がなければならず、しかも収縮は最小限であって、かつ十分な強度を有していなければならない。犠牲充填物の除去は、浸出、エッチング、または蒸発の損傷プロセスを潜在的に含み、典型的に長時間を要する。残留充填材もまた、懸案事項である。
【０００８】
これらの懸案事項のうちのいくつかに対処するため、例えば、チャネルが部品の選択された表面の頂部に一般的に形成されている添加プロセスなどのさらに進歩した技術が最近、開発された。２０１３年３月１４日に出願された米国特許出願第１３／８２６，１１５号明細書（Ｒ．Ｂｕｎｋｅｒ等）は、３次元チャネル構造を形成するために、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）またはレーザ設計ネットシェープ（ＬＥＮＳ）プロセスの使用を記載している。これらの技術は基板上または基板内にチャネルおよび他の開口ならびに特徴を正確に形成するために非常に有益となり得る。
【０００９】
多くの用途で、ＤＭＬＭプロセスの精度は、例えば、約１ミクロンの厚さの多数の薄い材料層の堆積によって得られる。一例として、わずか約０．０１インチ（２５０ミクロン）の厚さのマイクロチャネル被膜を形成するために２５０の材料層が必要とされるかもしれない。さらに、チャネルは底部から上部に向かって構成されるため、ＤＭＬＭプロセスによって形成されたチャネルの形状は、通常、開いた形態でなければならない。
【００１０】
冷却チャネル、特に、マイクロチャネルを組み立てるための現在の技術における新技術または改良は、大変、興味深いものであり続けている。チャネルを基板の頂面に直接、形成することが可能な付加的なプロセスは、特に、それらが機械加工／充填プロセスの必要性も取り除く、または最小限にする場合、非常に魅力的である。新技術は、おそらく、所与の厚さについて他の技術が要求するよりも薄い被膜「通路」を有する非常に正確な寸法に従って、濃厚な被膜層を効率的に適用することが可能でなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０１７７４３７号明細書
【発明の概要】
【００１２】
本発明の１つの実施形態は、金属基板上にチャネルを形成するための方法であって、ａ）前記チャネルの境界壁を画定し、前記境界壁を所望の高さまで蓄積するように、コールドスプレー技術によって、少なくとも１つの層の金属被膜材を前記基板の表面に適用するステップと、ｂ）前記チャネルの形状を変更するように、前記コールドスプレー技術によって、付加的な被膜材を前記境界壁の１つ以上の表面上に適用するステップと、を含む、方法に関する。
【００１３】
前記基板は、いずれかのタイプの高温部品または高音ガス流路部品になり得る。いくつかの場合、前記基板はガス・タービン・エンジン壁、または前記エンジンの膜冷却翼または翼領域であり、１つ以上の冷却通路から構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】コールドスプレーシステムの簡略図である。
【図２】冷却チャネルが上に形成されつつある基板の図である。
【図３】冷却チャネルの連続的な構成を有する基板の図である。
【図４】完全な冷却チャネルが上に置かれた基板の図である。
【図５】冷却チャネルが上に形成された基板の図である。
【図６】部分的なチャネルが中に形成されている基板の図である。
【図７】少なくとも１つの完全なチャネルが形成された後の図６の基板の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の種々の実施形態の要素を導入するにあたり、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、別段の指示がない限り、１つ以上の要素が存在することを意味する意図がある。さらに、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、および「ｈａｖｉｎｇ」という用語は、包括的であることを意図し、記載された要素以外の付加的な要素が存在してもよいことを意味する。本願において用いられるように、「ａｎｄ／ｏｒ」という用語は、関連して記載された項目のうちの１つ以上のありとあらゆる組み合わせを含む。さらに、別段の指示がない限り、「ｄｉｓｐｏｓｅｄ  ｏｎ」、「ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  ｏｎ」または「ｄｉｓｐｏｓｅｄ  ｂｅｔｗｅｅｎ」という用語は、層、物体などの間の直接的な接触、または、例えば、それらの間に介在層を有するなどの間接的な接触の両方に言及する。
【００１６】
本願において明細書および請求の範囲を通して用いられる場合、関係し得る基本的な機能に変化をもたらすことなく、許容範囲で変化し得るいずれかの数量的表現を修飾するために、近似の文言が適用される場合がある。したがって、「約」などの用語によって修飾された値は、特定の正確な値に限定されない。いくつかの場合において、近似の文言は、値を計測するための機器の精度に対応していてもよい。
【００１７】
高温にさらされていて冷却を必要とするいずれかの基板は、本発明のために用いられ得る。例は、セラミックまたは金属製の材料を含む。基板を形成してもよい金属または金属合金の限定されない例は、ニッケル、コバルト、または鉄に基づく金属のような鋼鉄、アルミニウム、チタニウム、モリブデンなどの高融点金属、および超合金を含む。基板はまた、ニオブシリサイド金属間複合材料などの複合材料からも形成され得る。非常に多くの場合、基板は、ガス・タービン・エンジン部品、例えば、ガスタービン翼の少なくとも１つの壁または他の表面である。
【００１８】
本発明の実施形態うちのいくつかに関して、形成されつつあるチャネルの境界壁を画定するように、金属被膜材の複数の層が、まず、基板の表面に適用される。被膜材を形成する材料は、本願に記載されている高温用途と互換性がある限り、大幅に変化し得る。非常に多くの場合、材料は金属アルミナイド（例えば、ニッケルアルミナイドまたは白金アルミナイド）である。他の場合、材料はＭＣｒＡｌＸ組成から形成され、式中、「Ｍ」は鉄、ニッケル、コバルト、またはそれらの組み合わせであり、Ｘはイッテリウム、Ｙ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃ、またはそれらの組み合わせであり得る。これらの材料のいくつかの限定されない例は、参照として本願に組み込まれる米国特許第６，２３４，７５５号明細書などの種々の参考文献において見出すことができる。
【００１９】
本発明は一般的に、高温基板用の冷却チャネルに関する。本開示においては簡潔にするために「チャネル」が用いられることになるが、多くのタイプの最終使用に好適なタイプの小さいチャネルは、より一般的には「マイクロチャネル」として知られている。工業用サイズの電力タービン部品用の「小さい」または「マイクロ」チャネルの寸法は、約０．２５ｍｍから約１．５ｍｍの範囲のおよその深さおよび幅を含むだろう。航空機サイズのタービン部品用のチャネル寸法は、約０．１ｍｍから約０．５ｍｍの範囲のおよその深さや幅を含むだろう。冷却液は、プレナムからチャネルに提供されてもよく、冷却液は、チャネルを流れて、高音ガス流路部品を冷却してもよい。
【００２０】
いくつかの非常に好適な実施形態において、コールドスプレー技術を用いて、金属被膜材の層を基板表面に適用し、チャネルの形成を開始する。コールドスプレー技術は当分野で既知であり、また、参照として本願に組み込まれる「Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒｅｎｄｓ  ｉｎ  Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒａｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｌｏｏｋｉｎｇ  ａｔ  ｔｈｅ  Ｆｕｔｕｒｅ」、Ｊｕｌｉｏ  Ｖｉｌｌａｆｕｅｒｔｅ、Ｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅ  Ｗｉｎｄｓｏｒ，Ｌｔｄ．、２０１０年１月８日（ｗｗｗ．ｍｅｔａｌｆｉｎｉｓｈｉｎｇ．ｃｏｍ）などの種々の参考文献に記載されている。他の参考文献には、２０１３年７月１１日公開の米国特許出願公開第２０１３／０１７７４３７号明細書（Ａｍａｎｃｈｅｒｌａ等）、および２０１３年６月２０日公開の米国特許出願公開第２０１３／０１５３０８９号明細書（Ａｊｄｅｌｓｚｔａｊｎ等）が含まれ、それらの両方が参照として本願に組み込まれている。ごく一般的な用語では、「コールドスプレー」は固体被膜プロセスであり、言い換えれば、そのプロセス中、粒子は融解しない。コールドスプレーは、高速ガス噴流を用いて金属粉粒子を基板に向けて加速させ、それにより、粒子は衝撃に対して塑性的に変形し固まる。
【００２１】
（上記の）Ａｊｄｅｌｓｚｔａｊｎ等に記載されるように、典型的なコールドスプレー技術は、例えば、粒子の形態の金属、合金、または複合材料などの堆積材料の原料とともに、ヘリウム、窒素、または空気などの高圧ガスを受けるスプレーガンを使用する。粉末顆粒は、高圧でスプレーガン内のガス流に導入され、適切なノズルから放出される。粒子は、ガス流内で高速になるまで加速される。粒子は実際、超音速に到達してもよい。ガス流は加熱されてもよい。典型的に、堆積材料の空中酸化および位相変化を最小限にするように、ガスは粒子の融点より低い温度まで加熱される。いくつかの実施形態において、搬送ガスは、約２０℃から約１２００℃の温度範囲の温度に維持される。
【００２２】
本発明者らは特定の理論に束縛されることを望んでいないが、コールド・スプレー・プロセス中に生成された熱は、粒子中の断熱せん断の不安定性の発現に重大な要因があると考えられる。これは、今度は、濃厚な被膜層を経済的に適用することが可能な場合において重要な役割を果たす。
【００２３】
一般的に、コールド・スプレー・プロセスにおいて、原料材の臨界衝撃速度は、下回れば基板への粒子付着が意図する用途に有益ではない速度として定義される。原料材の臨界衝撃速度は、原料粒子の固有性および存在している基板のタイプに依存してもよい。いくつかの実施形態において、コールドスプレー中の原料の速度は、約５００ｍ／ｓから約１１００ｍ／ｓの範囲にある。
【００２４】
比較的低い堆積温度および非常に高い速度の結果、うまく付着し、冶金学的に接着する濃厚な被膜を適用するのには、コールド・スプレー・プロセスが特に適している。さらに、以下に説明するようにコンピュータによって制御されているとき、コールドスプレー技術は、金属被膜片を選択された表面に制御的かつ正確に適用することができる。これらの片は、基板上のチャネルの境界壁を画定する。
【００２５】
基板上に形成された被膜の純度は部分的に、用いられている粉末原料の純度に依存する。その粉末は、高速で基板に衝突する。その粉末の運動エネルギーは、粉末顆粒を基板との衝突で変形させ平板化させる。平板化は、基板との冶金学的または機械的接着、または冶金学的および機械的接着の組み合わせを促進させる。コールドスプレー技術の顕著な利点は、基板にまで飛行する間の粒子の位相変化または酸化が無視できる程度、または非常に小さいことである。
【００２６】
図１は、粉末被膜材を基板１４の表面１２に堆積させる例示的なコールドスプレーシステム１０の図である。表面１２は、ガス・タービン・エンジン壁を表現し得る。システム１０は、典型的に、収束／発散ノズル１８を備えたスプレーガン１６を含み、そのノズルを通して粉末被膜材が表面に噴霧される。基板１４は、先述のように、当分野で既知のいずれかの適切な材料から形成されてもよい。被膜プロセス中、基板１４は静止して保持されるか、または、当分野で既知のいずれかの適切な手段（図示せず）によって統合され、回転され、または移動されてもよい。
【００２７】
図１を継続して参照すると、いずれかの適切な粉末入口２０を介して、粉末被膜材がスプレーガン１６に充填される。いくつかの具体的な実施形態において、粉末被膜材の粒子は、圧縮ガスを用いて、超音速にまで加速される。そのガスは、ガス入口２２を介してスプレーガン１６に供給され得る。ガスは、典型的に、８００メートル毎秒（ｍ／ｓ）から１５００ｍ／ｓまでの範囲の速度で、粉末を基板上に押し付ける。先に示唆されたように、高速放出は、粉末を基板の表面に付着させ、その上に硬い層を形成する。放出速度は、約８００ｍ／ｓより低いレベルにも、約１５００ｍ／ｓより高いレベルにも変更可能であり、さらに好適には、所望の固着特徴および粉末タイプに依存して約８００ｍ／ｓおよび１２００ｍ／ｓ間で変更可能であることが理解されるべきである。
【００２８】
スプレーガン１６は、プロセスガスのパラメータを監視するように構成された温度および／または圧力センサを支持するためのセンサレシーバ２４をさらに含み得る。粉末被膜材を適用して、層（複数を含む）を基板の表面上に形成する場合、スプレーガンノズル１８は、表面１２からスタンドオフ距離として知られる距離を置いて保持され得る。１つの実施形態において、スタンドオフ距離は、約１０ミリメートル（ｍｍ）から約１００ｍｍまでである。
【００２９】
コールド・スプレー・プロセス・パラメータは一般的に、微粒子状の構造を有する硬い被膜層を実現するように調整されている。このプロセスのためにコールドスプレーを用いる重要な利点は、粒子がそれらの融点より低く維持されているため、それらの特徴は、いずれかの「熱履歴」によって影響されないことにある。したがって、被膜層のマイクロ構造は、独自の被膜粒子のマイクロ構造とほぼ同じである。先に示唆されたように、微細なマイクロ構造は、より高い強度の堆積を基板の表面上で確保するのに役立つ。
【００３０】
種々のタイプのコールド・スプレー・プロセスが当分野で利用可能であり、本発明を実行するために、用いられ得るおよび／または修正され得ることもまた理解されるべきである。上記の「金属仕上げ」の参考文献（Ｊ．Ｖｉｌｌａｆｕｅｒｔｅ）は、例えば、高圧および低圧タイプのコールドスプレーの両方を記載している。高圧技術において、被膜粉末は、スプレーノズルのどの前の場所で、高圧ガス供給装置からシステム内に注入される。低圧技術において、粉末は、低圧ガス供給装置からスプレーノズルの分流区間内に注入される。コールドスプレー分野の技術に熟達した者は、本願の教示とともに検討される場合、どちらかのプロセスを本発明に用いられるようにする詳細を熟知しているだろう。
【００３１】
先述のように、被膜材の複数の層、例えば、アルミナイド材は、境界壁を画定するように、基板に適用される。基板３０が図２に示される。チャネル用に計画された一般的な領域は、特性３２として図示される。その領域は、上述のコールド・スプレー・プロセスによって、ストリップ層３４の堆積により効率よく形成される。各層またはストリップ３４は、チャネル領域３２用の予め選択された寸法に依存して、非常に正確に適用され得る。
【００３２】
さらに、層３４は、複数の、コールドスプレーされた副層の形態、例えば、層の全高の約１０％から約５０％である一般的な高さを有する、例えば、各副層の形態で適用されてもよい。１つの具体的な例示として、層３４は、約１ミル（２５ミクロン）から約１００ミル（２．５ｍｍ）までの全厚を有することが可能である。堆積レジメンは大幅に変更可能であるが、４０ミル（１．０２ｍｍ）の層は、被膜材の約１０個から１００個の個々の層の堆積によって形成され得るだろう。
【００３３】
本願において使用されるコールド・スプレー・プロセスの実施形態は、被膜層が正確な形状および厚さの下面に効率的に適用され得る点において有利である。当分野で利用可能な他の従来技術のうちのいくつか、例えば、特殊バージョンのＤＭＬＭプロセスは、層の大きさおよび形状の観点から、同じレベルの正確さを得ることが可能であってもよい。しかしながら、そうするためには、これらの技術は、一般的に、本発明について検討された特定の最終使用のうちのいくつかについては実用的ではないであろう非常に多くの数の被膜「通路」を必要とするかもしれない。
【００３４】
図３に示されるように、付加的な被膜材３６はその後、適用され、少なくともストリップ層の一部と重複する。このように、付加的な材料は、先のステップで形成された境界壁の１つ以上の表面、例えば、頂面３８、または内部側面４０に適用される。（本願で用いられるように、「内部表面」は、チャネルの側壁を構成することになっている一般的な表面について言及することを意図されている）。図示されるように、これは必ずしも必要ではないが、被膜材３６はまた、基板の上面４２の一部の上に堆積されることが可能であり、チャネルの所望の形状に依存するだろう。
【００３５】
先述のように、各チャネルの境界壁を画定するパターンに従って、付加的な被膜材が適用される。層は、堆積プロセスをコンピュータ制御することによって、正確な方法で堆積され得る。例えば、当業者は、スプレーシステムが多軸コンピュータ数値制御式（ＣＮＣ）ユニット、またはその原則で動作する同様のデバイスを含み得る、またはそれらに取り付けられ得ることを理解している。ＣＮＣシステム自身は、当分野で既知であり、回転軸はもちろん、いくつかのＸ、Ｙ、およびＺ軸に沿って、スプレーガンを動かす。コールドスプレーノズルは、例えば、各被膜層を蓄積するために、図３の平面に直交する方向に非常に正確に動くことができるだろう。
【００３６】
図４に示されるように、（チャネル領域３２として開始した）冷却チャネル４６の形状をさらに画定するように上部層４４が適用されるため、堆積は継続可能である。上部層が、まずは先に適用された層の概して水平な表面に堆積されてもよい一方、下部層の概して垂直な領域、例えば、層３６の表面４８と重複することが可能であってもよい。上部層（複数を含む）の正確な形状は大幅に変更可能であり、ある程度、冷却チャネルの所望の形状に依存するだろう。
【００３７】
被膜層３４、３６および４４は、チャネルの「境界壁」として考えられ得る。図４の被膜層３４、３６、および４４の堆積のパターンは、チャネル（複数を含む）４６の所望の側壁の断面「Ｙ」によってある程度、決定される。断面は表面４２に関して垂直であってもよいし、または、水平表面に関して９０度より大きいまたは小さい角度で傾斜していてもよい。断面Ｙはまた不規則になることも可能であり、例えば、（層４４から）チャネル４６にかけて突出部を有する。先に示唆されたように、正確な断面は、特定の基板およびチャネルが組み込まれている部品にとって必要な冷却要求にある程度、依存するだろう。
【００３８】
さらに、被膜材の適用された層の形状は、その上部領域、すなわち、図４の領域４９におけるチャネルを閉鎖するために必要とされる架橋の量にも影響される。以下に説明するように、最上層５０は、チャネル４６のすべてを封鎖し、それらが流体冷却剤用の導管として機能できるようにするように、チャネル４６のすべての上に適用され得る。最上層に必要とされる支持は、種々の被膜層の組成やそれらが適用される具体的な堆積条件はもちろん、その組成にもある程度、依存するだろう。このように、各チャネルの上幅「ｗ」は、最上層５０が必要とする架橋の量にある程度、基づいて、層４４の選択された寸法によって決定されるだろう。
【００３９】
少なくとも１つの最上層５０は、境界壁の頂面５２上に適用される（具体的には、図４で層４４の頂面）。最上層は、チャネルの上部開口を閉鎖するように機能する。最上層は、（上述の）ＭＣｒＡｌＸのような適切な金属材料から形成され得るか、または、異なる組成から形成され得る。さらに、最上層は、コールドスプレー技術によって適用される必要はないがその代わり、具体的な実施形態について下記に説明されるように、他の熱溶射プロセスによって適用され得る。最上層の厚さは変更可能であり、チャネル被膜システムに必要な全体的な統一性などの要因にある程度依存するだろう。通常、最上層は、チャネル４６の深さの約１０％から５０％の範囲における厚さを有する。
【００４０】
金属の最上層は、その後、セラミック材（すなわち、図示されていない外側層）によって覆われることが可能となる。例えば、セラミック層はイットリア安定化ジルコニア材になり得、基板用の熱障壁被膜（ＴＢＣ）として機能する。当業者は、ＴＢＣの層を適用するための被膜プロセスに熟知している。
【００４１】
基板上のチャネル形成に関する別の実施形態が図５に示される。この実施形態において、少なくとも１つの基層６０はまず、基板６２上に適用される。基層はまた、アルミナイドまたは、例えば、ＭＣｒＡｌＸ材になり得る。基層の存在は、時に、例えば、その後適用された層のために、より滑らかで、より一貫性のある「プラットフォーム」を提供するときに、役立ち得る。基層６０には他の堆積方法が可能であるが、この層も、通常、コールドスプレー技術によって適用される。基層の厚さは、輪郭および／または基板の粗度、ならびに基層の特定の組成などの種々の要因に依存するだろう。マイクロチャネルが組み込まれることになるタービン翼の場合、基層の厚さは、以下に説明される通り、通常、層の上に形成されることになるチャネルの深さの約１０％から約５０％である。
【００４２】
少なくとも１つの層６４はその後、上述のコールドスプレー技術によって、基層６０の上に適用される。上述のように、層（複数を含む）６４は、図５に示されるように、見込みチャネル６６のための所望の境界壁と一致するパターンに従って、堆積し得る。この限定されない図示において、境界壁６８は、チャネル領域に向かって内側に曲がっている、または傾斜している。
【００４３】
１つ以上の付加的な被膜層７０はその後、コールドスプレー技術によって適用され得る。付加的な層はさらに、チャネル６６の形状を画定し、結局は、チャネルを閉鎖することになる壁を蓄積する。被膜層６４の場合のように、層７０は、チャネル６６の所望の内部形状を提供することになるパターンに従って適用され得る、すなわち、それらは、全体構造に関する「蓄積する」計画に依存する。
【００４４】
これらの実施形態において、少なくとも１つの最上層７４は、上面７２の少なくとも一部の上に適用され得る。いくつかの具体的な実施形態において、最上層（または複数の層）は、層を覆い、またチャネル６６の上部開口７６を閉鎖するように、全体的な下面（すなわち、層と開口）上に適用される。
【００４５】
いくつかの場合、最上層７４は、その下の層におけるように、金属被膜、例えば、アルミナイドまたはＭＣｒＡｌＸであり得る。多くの好適な実施形態において、被膜は、上述のコールドスプレー技術によって堆積され得る。しかしながら、他の状況において、別の被膜技術が使用されてもよい。例えば、高速酸素燃料溶射（ＨＶＯＦ）または高速空気燃料溶射（ＨＶＡＦ）などの熱溶射プロセスが可能である。プラズマ溶射プロセスもまた、被膜を適用するために用いられ得る。例には、（空気または不活性ガスなどの）大気プラズマ溶射、減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、または真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）が含まれる。構造的被膜を堆積させる他の例示的な技術は、制限なしに、スパッタリング、電子ビーム物理蒸着堆積、無電解めっき、および電気めっきを含む。いくつかの場合、金属被膜は、組成的に格付けされ得る。さらに、他の実施形態について先に説明したように、最上層は、セラミック被膜、例えば、ジルコニア系ＴＢＣに覆われた金属層から構成され得る。
【００４６】
本発明の別の実施形態は、チャネルを形成、または修正するための方法に関し、部分的なチャネルがすでに定位置にあり、チャネルの新しい境界壁が既存のチャネルの延長、すなわち、チャネル壁となる。図６を参照して、部分的なチャネル８０は、いくつかの従来の方法、例えば、機械加工、鋳造、研磨液噴射、電極放電加工（ＥＤＭ）などによって、基板８２内に形成され得る。チャネルの寸法は、それらが基板上に形成された状況に依存するだろう。
【００４７】
金属被膜材の少なくとも１つの層８４は、その後、図７に示されるように、先述のコールドスプレー技術を用いて、基板の上面８６に適用されることができる（この図は、簡潔にするために、１つだけのチャネル上に蓄積された層を示す）。（単一の層または複数の層の形態の）層８４は、チャネルの壁と重複するように示される、すなわち、表面８６およびチャネル側面８８上に適用される。
【００４８】
（単一の層または複数の層の形態の）層８４の堆積に続いて、少なくとも１つの付加的な層９０が層８４上に適用されることができ、図７に示されるように、第１の層と重複する。このように、所望の高さ「Ｈ」、幅「Ｗ」、およびチャネルの全体形状が取得できる。少なくとも１つの最上層９２は、その後、下部層の上面９４上に適用されることができ、チャネル壁を架橋し、チャネル９６を効率的に封鎖する。上述のように、最上層は金属またはセラミックになり得、コールドスプレー技術または他のプロセスによって、適用され得る。部分的に形成されたチャネルに本願に記載の技術を用いることは、ガスタービン翼などの高温部品において冷却チャネルを修理し、修繕し、または修正するために非常に有益であり得る。
【００４９】
本発明の種々の実施形態はかなり詳細に説明された。しかしながら、このような詳細は厳密に守られる必要はなく、種々の変化および修正が当業者に示唆されてもよいことが理解されるべきであり、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、すべてが本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  コールドスプレーシステム
１２  表面
１４  基板
１６  スプレーガン
１８  収束／発散ノズル、スプレーガンノズル
２０  粉末入口
２２  ガス入口
２４  センサレシーバ
３０  基板
３２  チャネル領域（特性）
３４  被膜層、ストリップ層
３６  被膜材、被膜層
３８  頂面
４０  内部側面
４２  上面（表面）
４４  上部層
４６  冷却チャネル
４８  表面
４９  領域
５０  最上層
５２  頂面
６０  基層
６２  基板
６４  被膜層
６６  見込みチャネル
６８  境界壁
７０  被膜層
７２  上面
７４  最上層
７６  上部開口
８０  チャネル
８２  基板
８４  層
８６  上面（表面）
８８  チャネル側面
９０  層
９２  最上層
９４  上面
９６  チャネル
Ｙ  断面
【図１】
2015120972.tif 000003
【図２】
2015120972.tif 000004
【図３】
2015120972.tif 000005
【図４】
2015120972.tif 000006
【図５】
2015120972.tif 000007
【図６】
2015120972.tif 000008
【図７】
2015120972.tif 000009