(57)【要約】遷移金属と機械的に合金化されたアルミニウム含有粒子を含む溶射粉末材料から作製された溶射コーティング。コーティングは、遷移金属と合金化されたアルミニウム合金部分を含む。溶射粉末は、遷移金属と機械的に合金化されたアルミニウム含有粒子でできている。
2021507089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モリブデン（Ｍｏ）またはクロム（Ｃｒ）、またはＭｏおよびＣｒの組み合わせの遷移金属と機械的に合金化されたアルミニウム含有粒子から作製された溶射コーティングであって、前記溶射コーティングは、前記遷移金属と合金化されたアルミニウムまたはアルミニウム合金部分を含む、溶射コーティング。
【請求項２】
前記アルミニウム含有粒子はそれぞれ、前記コアに機械的に合金化された前記遷移金属によって囲まれたアルミニウムコアまたはアルミニウム合金コアを有する、請求項１に記載のコーティング。
【請求項３】
前記溶射コーティングは、
前記アルミニウム含有粒子と混合若しくはミックスされた、または前記アルミニウム含有粒子で被覆された有機材料、または、
前記アルミニウム含有粒子と混合若しくはミックスまたは前記アルミニウム含有粒子で被覆された固体潤滑剤か
ら作製される、請求項１に記載のコーティング。
【請求項４】
前記アルミニウム含有粒子は、純アルミニウムのコアを有する、請求項１に記載のコーティング。
【請求項５】
前記アルミニウム含有粒子は、アルミニウム合金のコアを有する、請求項１に記載のコーティング。
【請求項６】
前記遷移金属は、モリブデンのみである、請求項１に記載のコーティング。
【請求項７】
前記遷移金属は、クロムのみである、請求項１に記載のコーティング。
【請求項８】
遷移金属は、モリブデンとクロムの混合物のみである、請求項１に記載のコーティング。
【請求項９】
前記機械的に合金化された遷移金属は、
フィッシャーモデル９５サブシーブサイザー（ＦＳＳＳ）測定で５０μｍ未満、または、
１０μｍ未満（ＦＳＳＳ測定）のうちの１つである粒径を有する、請求項１に記載のコーティング。
【請求項１０】
モリブデン（Ｍｏ）またはクロム（Ｃｒ）、またはＭｏおよびＣｒの組み合わせの遷移金属と機械的に合金化されたアルミニウム含有粒子を含む、溶射粉末コーティング材料。
【請求項１１】
前記アルミニウム含有粒子はそれぞれ、前記コアに機械的に合金化された前記遷移金属によって囲まれたアルミニウムコアまたはアルミニウム合金コアを有する、請求項１０に記載の材料。
【請求項１２】
前記溶射粉末は、アルミニウム含有粒子と混合若しくはミックスされた、またはアルミニウム含有粒子で被覆された有機材料または固体潤滑剤を含む、請求項１０に記載の材料。
【請求項１３】
前記アルミニウム含有粒子は、純アルミニウムのコアを有する、請求項１０に記載の材料。
【請求項１４】
前記アルミニウム含有粒子は、アルミニウム合金のコアを有する、請求項１０に記載の材料。
【請求項１５】
前記遷移金属は、モリブデンのみである、請求項１０に記載の材料。
【請求項１６】
前記遷移金属は、クロムのみである、請求項１０に記載の材料。
【請求項１７】
前記遷移金属は、モリブデンとクロムの混合物のみである、請求項１０に記載の材料。
【請求項１８】
前記機械的に合金化された遷移金属は、
１μｍ未満、
１μｍ〜１０μｍ、または、
１０μｍ未満
のうちの１つである粒径を有する、請求項１０に記載の材料。
【請求項１９】
前記アルミニウム含有粒子は、
２０〜７０重量パーセントの有機材料と混合されているか、または、
２０〜７０重量パーセントの有機材料で被覆されている、請求項１０に記載の材料。
【請求項２０】
前記アルミニウム含有粒子は、
３０〜５０重量パーセントの有機材料と混合されているか、または、
３０〜５０重量パーセントの有機材料で被覆されている、請求項１９に記載の材料。
【請求項２１】
前記有機材料は、
芳香族ポリエステル、
液晶ポリエステル、または、
メタクリル酸メチル
のうちの１つである、請求項１９に記載の材料。
【請求項２２】
前記有機材料はポリマーである、請求項１９に記載の材料。
【請求項２３】
前記アルミニウム含有粒子は、
５〜５０重量パーセントの固形潤滑剤と混合されているか、または、
５〜５０重量パーセントの固形潤滑剤で被覆されている、請求項１０に記載の材料。
【請求項２４】
前記アルミニウム含有粒子は、
１５〜２５重量パーセントの固形潤滑剤と混合されているか、または、
１５〜２５重量パーセントの固形潤滑剤で被覆されている、請求項１０に記載の材料。
【請求項２５】
前記固体潤滑剤は、
六方晶窒化ホウ素、または、
フッ化カルシウム
のうちの１つである、請求項２３または２４に記載の材料。
【請求項２６】
請求項１０に記載の溶射粉末コーティング材料で基板をコーティングする方法であって、
前記方法は、前記粉末材料を前記基板上に溶射するステップを含み、溶射は、
プラズマ溶射、
高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）、
燃焼スプレー、または、
アークワイヤースプレーを含む方法。
【請求項２７】
請求項１０に記載の前記溶射粉末コーティング材料を作製する方法であって、前記方法は、
アルミニウムを含む粉末粒子に遷移金属を機械的に合金化するステップを含み、
前記遷移金属は、モリブデン、クロム、またはＭｏおよびＣｒの両方である方法。
【請求項２８】
前記機械的に合金化された遷移金属は、
５０μｍ未満（ＦＳＳＳ測定）、または、
１０μｍ未満（ＦＳＳＳ測定）
のうちの１つである粒径を有する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
アルミニウムを含む前記粉末粒子を有機材料と混合するか、または有機材料で被覆するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記粉末粒子を、
液晶ポリエステルなどのポリエステル、または、
メタクリル酸メチルなどのポリマー
のうちの１つと混合するか、またはそれで被覆するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記粉末粒子を固体潤滑剤と混合またはミックスするステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記メカニカルアロイングは、
摩耗ミリング、
所定の大気条件下でのボールミリング、
不活性ガス環境下でのボールミリング、
所定の大気条件下での低温ミリング、および
不活性ガス環境下での低温ミリング
を利用する、請求項２７記載の方法。
【請求項３３】
モリブデン（Ｍｏ）およびクロム（Ｃｒ）の遷移金属と機械的に合金化されたポリエステルおよびアルミニウム含有粒子を含む溶射可能な粉末材料であって、前記コーティングは前記ＭｏおよびＣｒと合金化されたアルミニウム合金部分を含み、前記粉末は、
４０重量パーセントの量のポリエステル、
０．５重量パーセントの量のＭｏ、
０．５重量パーセントの量のＣｒ、
１２重量パーセントの量のケイ素（Ｓｉ）、および
残部であるアルミニウム（Ａｌ）
の組成を有する、溶射可能な粉末材料。
【請求項３４】
モリブデン（Ｍｏ）およびクロム（Ｃｒ）の遷移金属と機械的に合金化されたポリエステルおよびアルミニウム含有粒子を含む溶射可能な粉末材料であって、前記コーティングは前記ＭｏおよびＣｒと合金化されたアルミニウム合金部分を含み、前記粉末は、
４０重量パーセントの量のポリエステル、
１重量パーセントの量のＭｏ、
１重量パーセントの量のＣｒ、
１２重量パーセントの量のケイ素（Ｓｉ）、および
残部であるアルミニウム（Ａｌ）
の組成を有する、溶射可能な粉末材料。
【請求項３５】
モリブデン（Ｍｏ）およびクロム（Ｃｒ）の遷移金属と機械的に合金化されたポリエステルおよびアルミニウム含有粒子を含む溶射可能な粉末材料であって、前記コーティングは前記ＭｏおよびＣｒと合金化されたアルミニウム合金部分を含み、前記粉末は、
４０重量パーセントの量のポリエステル、
２重量パーセントの量のＭｏ、
２重量パーセントの量のＣｒ、
１２重量パーセントの量のケイ素（Ｓｉ）、および
残部であるアルミニウム（Ａｌ）
の組成を有する、溶射可能な粉末材料。
【請求項３６】
モリブデン（Ｍｏ）およびクロム（Ｃｒ）の遷移金属と機械的に合金化されたポリエステルおよびアルミニウム含有粒子を含む溶射可能な粉末材料であって、前記コーティングは前記ＭｏおよびＣｒと合金化されたアルミニウム合金部分を含み、前記粉末は、
４０重量パーセントの量のポリエステル、
５重量パーセントの量のＭｏ、
５重量パーセントの量のＣｒ、
１２重量パーセントの量のケイ素（Ｓｉ）、および
残部であるアルミニウム（Ａｌ）
の組成を有する、溶射可能な粉末材料。
【請求項３７】
モリブデン（Ｍｏ）およびクロム（Ｃｒ）の遷移金属と機械的に合金化されたポリエステルおよびアルミニウム含有粒子を含む溶射可能な粉末材料であって、前記コーティングは前記ＭｏおよびＣｒと合金化されたアルミニウム合金部分を含み、前記粉末は、
４０重量パーセントの量のポリエステル、
１０重量パーセントの量のＭｏ、
１２重量パーセントの量のケイ素（Ｓｉ）、および
残部であるアルミニウム（Ａｌ）
の組成を有する、溶射可能な粉末材料。
【請求項３８】
モリブデン（Ｍｏ）およびクロム（Ｃｒ）の遷移金属と機械的に合金化されたポリエステルおよびアルミニウム含有粒子を含む溶射粉末材料から作製され、前記ＭｏおよびＣｒと合金化されたアルミニウム合金部分を含む溶射された摩耗性コーティング。
【請求項３９】
前記アルミニウム含有粒子はそれぞれ、前記遷移金属によって囲まれたアルミニウムまたはアルミニウム合金コアを有する、請求項３８に記載のコーティング。
【請求項４０】
モリブデン（Ｍｏ）およびクロム（Ｃｒ）の遷移金属と機械的に合金化されたポリエステルおよびアルミニウム含有粒子を含む溶射粉末材料から作製された溶射摩耗性コーティングであって、該コーティングは、エンジン部品に塗布された前記遷移金属と合金化されたアルミニウム合金部分を有する、コーティング。
【請求項４１】
前記エンジン部品は、
タービンブレード、
ピストンリング、
エンジンシュラウド、
エンジンシリンダーライナー、
エンジンブロック、または、
ベアリング
のうちの少なくとも１つである、請求項４０に記載のコーティング。
【請求項４２】
ポリマーの第１の粒子と、
金属およびケイ素を含む第２の粒子と
の混合物または混合を含み、
前記第２の粒子は、前記第２の粒子の外面に機械的に合金化された遷移金属を有し、前記遷移金属は、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、またはＭｏおよびＣｒの両方を含む、溶射粉末。
【請求項４３】
前記第２の粒子は、前記第１の粒子よりも大きな重量パーセントを構成する、請求項４２に記載の溶射粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滑り特性および摩耗特性が改善された金属系の溶射コーティングであり、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属系の材料に機械的に合金化された１つ以上の遷移金属、例えば、モリブデンまたはモリブデンとクロムを含む溶射粉末から作製される。コーティング方法も開示される。
【背景技術】
【０００２】
溶射コーティング材料は知られており、典型的には金属および／またはセラミックス粉末材料である。これらの粉末材料のいくつかは、溶射コーティングを形成するために使用されると、耐摩耗性および耐食性を提供する。
【０００３】
コーティング材料の腐食は、鋼、ステンレス鋼、チタン合金、およびニッケル合金などの材料の場合、塩化物ならびにガルバニック対の存在によって観察することができる。典型的な腐食の種類には、ガルバニック腐食、応力腐食割れ、大気腐食、および水性腐食が含まれ、コーティングの膨れや破砕などの壊滅的な障害を引き起こす可能性がある。
【０００４】
摩耗による損傷は、通常、過度の摩擦力（高い摩擦係数）および摩擦加熱から発生する。損傷は、金属の移行とスカッフィング、極度なバルクの塑性変形、さらには破損の形をとる場合がある。
【０００５】
金属粉末の遷移金属とのメカニカルアロイングもまた知られており、数十年にわたって研究されてきた。しかしながら、これらは通常、焼結固化処理によって部品を製造するために使用される。遷移金属のメカニカルアロイングの使用は、例えば、事実上の固溶体を生成することができるアルミニウム合金におけるそのような遷移元素の濃度の増加を可能にする。
【０００６】
アルミニウム合金系の粉末コーティングもまた知られている。これらには、摩耗性粉末コーティング材料が含まれる。例としては、アルミニウム（Ａｌ）を７％のケイ素（Ｓｉ）と４０％のポリエステルと共に利用するＭｅｔｃｏ  ６０１ＮＳ、およびアルミニウム（Ａｌ）を１０％のケイ素（Ｓｉ）と２０％の六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）と共に利用するＭＥＴＣＯ（登録商標）３２０ＮＳが含まれる。
【０００７】
アルミニウム合金系の溶射粉末を使用して、クリアランスコントロール用途の摩耗性コーティングを生成することもまた知られている。これらは、設計意図または動作の急騰の結果として回転部品がコーティングと接触する可能性がある場合に使用される。これらのコーティングは、回転部品の摩耗を最小限に抑えながら、シール領域のクリアランスコントロールを提供することでガス経路効率を最大化するように設計されている。このようなコーティングは、通常、柔らかくてせん断可能で耐熱性のあるポリエステルなどの高分子材料の所望の特性を、より高い強度のせん断可能な合金（例えば、ＭＥＴＣＯ（登録商標）６０１ＮＳまたはＭ６１０ＮＳ（Ａｌ青銅＋ポリエステル））と組み合わせている。別のコーティング概念は、Ａｌ−ＳｉとｈＢＮを組み合わせたもので、セラミックスのｈＢＮ相が切削性能を高め、耐熱性を向上させる働きをする（ＭＥＴＣＯ（登録商標）３２０ＮＳ）。これらのコーティングは、鋼、ニッケル合金、またはチタン合金のコンプレッサーブレード、ナイフ、またはラビリンスシールストリップに対する摩擦による侵入に適している。
【０００８】
しかしながら、アルミニウム合金マトリックスを有する摩耗性コーティングは、海塩および水分を含む環境に曝された場合に、一般腐食（白色水酸化アルミニウム生成）、周期的腐食、膨れ腐食、ならびに応力腐食割れによる損傷を受けやすいことが知られている。
【０００９】
金属間の移行現象は、軽量タービンのクリアランスコントロールコーティング（摩耗性材料）の主成分として使用されるアルミニウム合金で見られることができ、一般的に一部のタービンローター侵入条件下でのシュラウド材料（摩耗性材料）上に生成される望ましくないグルービングまたは「グラモフォニング」効果をもたらすこともまた知られている。ここでの「移行」という用語は、アルミニウム合金が他の表面、この場合、チタンまたはステンレス鋼合金から製造されたタービンブレードの上に付着して蓄積する傾向を意味する。移行に対して一般的に使用される他の工学用語は、「かじり」または「冷間溶接」、または大型で工業的に大きな規模の摩擦溶接である。かじり現象は部分的にしか理解されていないが、他の表面と接触したときに金属および合金のかじりを促進する２つの主な要因は、（ａ）化学的活性が高い金属および合金と、（ｂ）せん断弾性率およびせん断強度が低い金属および合金である（非特許文献１、２、３を参照）。これらの文書の各々の開示全体は、参照により本明細書に援用される。
【００１０】
より低いせん断強度のアルミニウムおよびその合金は、より高い強度の金属表面（例えば、アルミニウムによるクリアランスコントロールの場合のチタン合金タービンエンジンブレードの先端）に移行する傾向がある。アルミニウムとチタンの両方の合金は化学的活性が高く、非常に急速に酸化する。どちらも表面に保護酸化物層を形成し、物質移行効果を阻害する傾向があるが、これらは、摩擦接触で表面が変形すると、特により柔らかく、せん断強度の低いアルミニウム合金では、破壊されて除去される。保護酸化物層と他の吸着ガス層（水など）の分解は、保護されていない合金を接触界面で高ひずみ速度の塑性変形、摩擦溶接、および機械的ミックスにさらすことにより、接着性の移行（かじり）プロセスを支援する。これはまた、酸化物層の形成と補充が抑制され、移行とかじり現象を防止するための保護酸化物層または吸着ガス層がない高真空下で金属の摩擦挙動を観察することによって明確に実証されている（非特許文献４を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。
【００１１】
高速回転タービンローターブレード先端（例えば、１００〜４００ｍ／秒の先端速度範囲）の場合、移行したアルミニウム合金の塊または凹凸が対向するブレード先端表面に付着すると、それはブレード先端への延長部として作用し、シュラウドへの次のブレード侵入ステップで、対向する摩耗性表面にグルーブを生成する。その結果、ブレード先端界面での、または移行層自体の中でのせん断応力が高くなりすぎると、アルミニウム合金のせん断変形と局在化、機械的ミックス、発熱、酸化、摩耗、移行、さらなるグルービングと切削、および移行層の除去の動的プロセスが生じる。結果として生じる定常状態のメカニズムは、これらの異なるメカニズムのそれぞれの間の複雑なバランスであり、摩耗性シュラウドへのタービンローターの侵入条件によって全体的に決定される。通常、ローターの先端速度が低い条件（例えば、１００〜２００ｍ／秒）は、移行現象とグルービング（グラモフォニング）に役立つ。この場合、アルミ合金の移行速度は、先端のせん断切削応力による除去速度よりも高く、切断力は、ブレード先端の金属に摩擦溶接されたアルミニウムの界面を破壊するには不十分なせん断応力が誘発される。グルービング現象とグラモフォン現象の望ましくない影響は、シュラウドとブレード先端の両方の表面粗さが増加し、先端とシュラウドのギャップのクリアランスが開き、これによってタービンのシーリング効率に悪影響を与えることである。侵入イベントまたはエンジンサイクル後のタービンブレード先端のその後の周囲温度への冷却は、通常、熱変形の不一致の応力と、大きな変形プロセス中に移行されたアルミニウム層に与えられた残留応力の緩和により、移行されたアルミニウムを先端から切り離す。これにより、シール効率がさらに低下する。シュラウドとブレード先端の両方のより滑らかな表面は、シール効率の向上とガス流の空気力学に理想的である。
【００１２】
グルービングまたはグラモフォニング現象を低減するために、金属間の移動プロセスを抑制する必要がある。これを実現するために様々な方法を導入できるが、最も一般的なのは、グラファイトまたは六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）などの固体潤滑剤またはその他の同様の材料をコーティングの微細構造に含めることである（非特許文献５を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。これらはある程度の助けには効果的であるが、露出したアルミニウム合金マトリックスを部分的かつ非効率的にしか潤滑および保護しない微細構造の大きな粒子としてのみ扱うことができるという点で、金属間の移行阻害剤としてはやや非効率的である。また、グラファイトおよびｈＢＮなどの固体潤滑剤は、よく知られた付着防止材料であるが、それらはまた可燃性（グラファイト）でもあり、砕けやすく、溶射プロセスでの金属間結合の形成を阻害する傾向がある。その結果、微細構造の制御が困難になる可能性がある。
【００１３】
使用される他のアプローチは、ブレード先端表面上の材料の微小研磨除去により、ブレード先端へのアルミニウムの移行を阻害するのを助けるアルミニウム合金へのより硬い微細構造相の導入を含む。これは、一般的に、アルミニウム合金のケイ素含有量を亜共晶組成から近共晶組成に増やすことによって行われる。ケイ素の硬度は９００〜１０００ＨＶであり、したがって、より柔らかい材料に対しては研磨性がある。しかしながら、タービンブレードが摩耗しすぎるリスクがあるため、ケイ素含有量をどれだけ増やすことができるかには限度がある。
【００１４】
本発明の実施形態につながるさらなるアプローチは、アルミニウム合金粉末粒子の表面を、それらの上に機械的に安定した薄い層を導入することによって改質することであり、それは高い潤滑性を備えた材料から作られ、今度は金属間の移行効果（かじり）を阻止するのを助ける。ここで、物理的気相成長法（ＰＶＤ、例えばスパッタコーティング）、イオン注入、またはレーザー加熱などの様々な手法を使用して、ひょっとすると潤滑性の高い固体の薄い層をアルミニウム合金に堆積させることができる（非特許文献６を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。しかしながら、これらの技術は、大量生産規模でアルミニウム合金粒子をコーティングするのにあまり実用的でも経済的にも実行可能ではない。別のアプローチは、有機または無機バインダーを使用して、微粉砕した潤滑材料をアルミニウム合金粒子上に被覆することである（非特許文献７を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。しかしながら、通常弱く、より高い温度の影響を受ける使用されるバインダーの接着強度に微粒子のクラッド層の接着は依存するため、このアプローチも実用的ではない。理想的には、潤滑材料層を粒子の表面に物理的に溶接または合金化できれば、溶射の処理と流れの両方、溶射堆積、および例えばタービンブレードに対して接触する機械的に安定した潤滑層としての機能の機械的安定性に役立つ。１つのアプローチは、機械的合金化（メカニカルアロイング）技術を使用して、潤滑材料粒子の薄層をアルミニウム合金粒子に合金化することである。これは、六方晶窒化ホウ素またはグラファイトなどのよく知られた潤滑材料を使用して試すことができるが、これらの材料は非常に低いせん断強度をもち、粒子表面に溶着または合金化しない。別のアプローチは、アルミニウム合金にも容易に溶接する潤滑性材料で粒子表面を機械的に合金化することである。この点で、モリブデン金属は、良好な潤滑性をもち、アルミニウム合金と機械的に合金化しやすいという点で優れた材料である（非特許文献８を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。
【００１５】
モリブデンは、その優れた潤滑性と、多くのエンジニアリングシステム、例えば、自動車用ピストンリングコーティングの摩擦を低減するための滑りおよびフレッティング摩耗用途での使用でよく知られている（特許文献１（Ｖ．  Ａｎａｎｄ，  Ｓ．  Ｓａｍｐａｔｈ，  Ｃ．Ｄ．  Ｄａｖｉｓ，  Ｄ．Ｌ．  Ｈｏｕｃｋ  ＵＳ  ５，０６３，０２１  “Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｐｒｅｐａｒｉｎｇ  ｐｏｗｄｅｒｓ  ｏｆ  ｎｉｃｋｅｌ  ａｌｌｏｙ  ａｎｄ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｆｏｒ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｐｒａｙ  ｃｏａｔｉｎｇｓ（「溶射コーティング用のニッケル合金とモリブデンの粉末の調製方法」）”）を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。モリブデンは、高い硬度によって付与される優れた摩耗特性を有すると頻繁に引用されている（非特許文献９を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。実際、バルク状態の純モリブデンの硬度（粉末から焼結）は、実際には「非常に耐摩耗性」のある材料に対して非常に柔らかく、およそ２３０ＨＶである（非特許文献１０を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。モリブデン系のコーティングの耐摩耗性は、純モリブデンを青銅および／またはＡｌ１２Ｓｉ粉末および／またはそれらの混合物と混合するとさらに改善できることが示されている（非特許文献１１を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。モリブデンがコーティングとして溶射されると（例えば、ワイヤーアーク、ＨＶＯＦ、プラズマ）、それは部分的に酸化する傾向があり、酸素と酸化物の含有物がそれを大幅に硬化させて、６００〜９５０ＨＶの範囲の硬度を容易に生成し、それによって改善された耐摩耗性を付与する（非特許文献１２を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。
【００１６】
高純度で低酸素含有量の状態の低硬度、および高融点金属に特有である固有の脆性は、高エネルギー入力を必要とせずに、非常に細かいサブミクロンの粉末に機械的に粉砕するのにそのようなモリブデンを理想的にする。高エネルギーミリングを使用した元素アルミニウムとモリブデンの合金化と、それに続く圧縮および焼結などの固化処理により、耐食性の過飽和アルミニウム合金が生成されることが示された。しかしながら、バルク材料を生成するこれらの統合処理では、高エネルギーボールミリングによって開発された耐食性の微細構造を維持できなかった（非特許文献１３および非特許文献１４を参照）。これらの文書の各々の開示全体は、参照により本明細書に援用される。メカニカルアロイングとそれに続く高周波誘導加熱焼結もまた、３．５％ＮａＣｌ溶液中で優れた耐食性を備えたナノ結晶遷移金属含有アルミニウム合金を製造するための実行可能な技術であることが分かった（非特許文献１５を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。遷移金属とのアルミニウムのメカニカルアロイングについて言及した上記の参考文献は、より高い強度と改善された耐食性および耐摩耗性を備えたバルクアルミニウム合金を生成するように機械的に合金化されて強化された元素粉末から構成されていた。
【００１７】
高周波マグネトロンスパッタリングは、異なるモリブデン含有量を有する合金化されたアルミニウムおよびモリブデンの金属膜を生成する場合に使用される別の方法であった。生成されたＡｌ−Ｍｏ合金金属膜を塩化物溶液に浸漬することにより、モリブデンとの合金化は、カソード半反応を触媒し、腐食電位を急速に増加させて、臨界孔食電位をより電気的陽性にする効果を有していた（非特許文献１６を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。
【００１８】
アルミニウム−モリブデン合金の優れた耐食性はまた、電着を使用して製造された合金のより高い腐食電位によっても説明された（非特許文献１７を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。他の研究では、遷移金属（例えば、コバルトおよびモリブデン）を含むアルミニウム合金および希土類（例えば、セリウム）の金属合金は、腐食防止剤として機能するＣｅ、Ｃｏ、および／またはＭｏイオンの放出により優れた耐食性を示すことが示されている（非特許文献１８を参照）。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。
【００１９】
溶射によって堆積されたコーティングの１つの形態は、特許文献２（Ｃ．Ｗ．  Ｓｔｒｏｃｋ，  Ｍ．Ｒ．  Ｊａｗｏｒｏｓｋｉ，  Ｆ．Ｗ．  Ｍａｓｅ  ＵＳ  ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ２０１６／０２５１９７５Ａ１  ”Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ａｌｌｏｙ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｒａｒｅ  ｅａｒｔｈ  ａｎｄ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌ  ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ（「希土類および遷移金属の腐食防止剤を使用したアルミニウム合金コーティング」）”）に開示されるような耐食性摩耗性アルミニウム合金である。この文書の開示全体は、参照により本明細書に援用される。この出願は、溶射および／または大気圧プラズマ共溶射法を使用して希土類および遷移金属がコーティングに組み込まれた溶射アルミニウム合金コーティングについて説明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許第５，０６３，０２１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１６／０２５１９７５Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許第７，９８１，５３０号明細書
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】Ｂｕｃｋｌｅｙ，  Ｄｏｎａｌｄ  Ｈ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ５８  （１），  ｐ．３６−５３，  Ｊａｎ  １９７７  “Ｔｈｅ  ｍｅｔａｌ−ｔｏ−ｍｅｔａｌ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｎ  ａｄｈｅｓｉｏｎ  ａｎｄ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ（「金属間の界面とその接着および摩擦への影響」）”
【非特許文献２】Ｂｕｃｋｌｅｙ，  Ｄｏｎａｌｄ  Ｈ．，  Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ，  ５３  （３），  ｐ．２７１−２８３，  Ｓｅｐ  １９７８  “Ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｓｕｒｆａｃｅｓ（「表面のトライボロジー特性」）”
【非特許文献３】Ｍｉｙｏｓｈｉ，  Ｋａｚｕｈｉｓａ  ／  Ｂｕｃｋｌｅｙ，  Ｄｏｎａｌｄ  Ｈ．，  Ｗｅａｒ，  ８２  （２），  ｐ．１９７−２１１，  Ｎｏｖ  １９８２  “Ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｍｅｔａｌ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓ（「金属除去プロセスにおける炭化ケイ素のトライボロジー特性））”
【非特許文献４】Ｍｉｙｏｓｈｉ，  Ｋａｚｕｈｉｓａ，  Ｂｕｃｋｌｅｙ，  Ｄｏｎａｌｄ  Ｈ，  Ｗｅａｒ，  ７７，  Ｉｓｓｕｅ  ２，  Ａｐｒｉｌ  １９８２，  Ｐａｇｅｓ  ２５３−２６４  “Ａｄｈｅｓｉｏｎ  ａｎｄ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌｓ  ｉｎ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｗｉｔｈ  ｎｏｎ−ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｈａｒｄ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ（「非金属の硬質材料と接触する遷移金属の付着と摩擦」）”
【非特許文献５】Ｓ．  Ｗｉｌｓｏｎ  Ｔｈｅ  Ｆｕｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ６ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  １７  -  １８  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０１２，  Ｂｒｕｓｓｅｌｓ，  Ｂｅｌｇｉｕｍ，  Ｐａｐｅｒ  ＩＤ  Ｎｕｍｂｅｒ  ５１  “Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｓｐｒａｙｅｄ  ａｂｒａｄａｂｌｅ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ｓｅａｌｉｎｇ  ｉｎ  ｇａｓ  ｔｕｒｂｉｎｅｓ（「ガスタービンのシール用の溶射摩耗性コーティング技術」）”
【非特許文献６】Ｒ．Ｊ．  Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ，  Ａ．  Ｓａｎｚ，  Ａ．  Ｍｅｄｒａｎｏ，  Ｊａ．  Ｇａｒｃｉａ−Ｌｏｒｅｎｔｅ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｖｏｌｕｍｅ  ５２，  Ｉｓｓｕｅｓ  １-２，  １  Ｊａｎｕａｒｙ  １９９９，  Ｐａｇｅｓ  １８７−１９２  “Ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｉｏｎ  ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ａｌｌｏｙｓ（「イオン注入アルミニウム合金のトライボロジー特性」）”
【非特許文献７】Ｊ．Ｒ．  Ｄａｖｉｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｐｒａｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，  ２００４，  Ｐ１５７  “Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｕｎｉｑｕｅ  Ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ（「独自の形状の組成物を製造するための材料製造技術」）”
【非特許文献８】Ｍ．  Ｚｄｕｊｉｃ，  Ｄ．  Ｐｏｌｅｔｉ，  Ｌｊ．  Ｋａｒａｎｏｖｉｃ，  Ｋ．Ｆ．  Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，  Ｐ．Ｈ．  Ｓｈｉｎｇｕ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  Ａ１８５  （１９９４）  ７７−８６  “Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ  ｐｈａｓｅｓ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｈｅａｔ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  ａｌｌｏｙｅｄ  Ａｌ−Ｍｏ  ｐｏｗｄｅｒｓ（「メカニカルアロイングされたＡｌ−Ｍｏ粉末の熱処理によって生成される金属間相」）”
【非特許文献９】Ｍ．  Ｌａｒｉｂｉ，  Ａ．Ｂ．  Ｖａｎｎｅｓ，  Ｄ．  Ｔｒｅｈｅｕｘ  Ｗｅａｒ  Ｖｏｌｕｍｅ  ２６２，  Ｉｓｓｕｅｓ  １１-１２，  １０  Ｍａｙ  ２００７，  Ｐａｇｅｓ  １３３０−１３３６  ”Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｓｌｉｄｉｎｇ  ｗｅａｒ  ａｎｄ  ｉｍｐａｃｔ  ｔｅｓｔｓ（「滑り摩耗と衝撃試験を使用したモリブデンコーティングの機械的挙動の研究」）”
【非特許文献１０】Ｔ．Ｓ．  Ｓｒｉｖａｔｓａｎ，  Ｂ．Ｇ．  Ｒａｖｉ，  Ａ．Ｓ．  Ｎａｒｕｋａ，  Ｌ．  Ｒｉｅｓｔｅｒ，  Ｍ．  Ｐｅｔｒａｒｏｌｉ，  Ｔ．Ｓ．  Ｓｕｄａｒｓｈａｎ，  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １１４，  ２００１．  １３６-１４４  “Ｔｈｅ  ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｈａｒｄｎｅｓｓ  ｏｆ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｐｏｗｄｅｒｓ  ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ  ｂｙ  ｐｌａｓｍａ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ（「プラズマ圧力圧縮により強化されたモリブデン粉末の微細構造と硬度」）”
【非特許文献１１】Ｊ．  Ａｈｎ，  Ｂ．  Ｈｗａｎｇ，  Ｓ．  Ｌｅｅ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｐｒａｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌｕｍｅ  １４（２）  Ｊｕｎｅ  ２００５−２５１  “Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｗｅａｒ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍａ−Ｓｐｒａｙｅｄ  Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  Ｂｌｅｎｄ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ（「プラズマ溶射モリブデン混合コーティングの耐摩耗性の向上」）”
【非特許文献１２】Ｓ．  Ｔａｉｌｏｒ，  Ａ．  Ｍｏｄｉ，  Ｓ．  Ｃ．  Ｍｏｄｉ，  Ｊ  Ｔｈｅｒｍ  Ｓｐｒａｙ  Ｔｅｃｈ，  Ａｐｒｉｌ  ２０１８，  Ｖｏｌｕｍｅ  ２７，  Ｉｓｓｕｅ  ４，  ｐｐ  ７５７-７６８，  “Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  Ｃｏａｔｉｎｇ  ｂｙ  Ｗｉｒｅ-ＨＶＯＦ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｐｒａｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓ（「ワイヤー−ＨＶＯＦ溶射プロセスによる高性能モリブデンコーティング」）”
【非特許文献１３】Ｍ．  Ｚｄｕｊｉｃ，  Ｄ．  Ｐｏｌｅｔｉ，  Ｌｊ．  Ｋａｒａｎｏｖｉｃ，  Ｋ．Ｆ．  Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，  Ｐ．Ｈ．  Ｓｈｉｎｇｕ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  Ａ１８５  （１９９４）  ７７−８６  “Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ  ｐｈａｓｅｓ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｈｅａｔ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  ａｌｌｏｙｅｄ  Ａｌ−Ｍｏ  ｐｏｗｄｅｒｓ（「メカニカルアロイングされたＡｌ−Ｍｏ粉末の熱処理によって生成される金属間相」）”
【非特許文献１４】Ｗ．Ｃ．  Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓａ，  Ｆ．Ｒ．  Ｍａｌｌｑｕｉ  Ｅｓｐｉｎｏｚａ，  Ｌ．  Ｓｃｈａｅｆｆｅｒ，  Ｇ．  Ｋｎoｒｎｓｃｈｉｌｄ，  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ｖｏｌ．  １２，  Ｎｏ．  ２，  ２１１−２１８，  ２００９  “Ａ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ａｌ−Ｍｏ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｓ  ａ  Ｐｏｓｓｉｂｌｅ  Ｗａｙ  ｔｏ  Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ａｌｌｏｙｓ（「耐食性アルミニウム合金の可能な方法としてのＡｌ−Ｍｏ粉末処理の研究」）”
【非特許文献１５】Ａ．Ｈ．  Ｓｅｉｋｈ，  Ｍ．  Ｂａｉｇ，  Ｈ．Ｒ．  Ａｍｍａｒ，  Ｍ．  Ａｓｉｆ  Ａｌａｍ  “Ｔｈｅ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌｓ  ａｄｄｉｔｉｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｆ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ａｌ  ａｌｌｏｙｓ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ａｌｌｏｙｉｎｇ（「メカニカルアロイングにより製造されたナノ結晶Ａｌ合金の耐食性に対する遷移金属添加の影響」）”
【非特許文献１６】Ｗ．Ｃ．  Ｍｏｓｈｉｅｒ，  Ｇ．Ｄ．  Ｄａｖｉｓ，  Ｊ．Ｓ．  Ａｈｅａｒｎ，  Ｈ．Ｆ．  Ｈｏｕｇｈ  “Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ  ｉｎ  Ｃｈｌｏｒｉｄｅ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ（「塩化物溶液中のアルミニウム−モリブデン合金の腐食挙動」）”
【非特許文献１７】Ｔ．  Ｔｓｕｄａ，  Ｃ．Ｌ．  Ｈｕｓｓｅｙ，  Ｇ．Ｒ．  Ｓｔａｆｆｏｒｄ  ２００４  Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  “Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｌ−Ｍｏ  Ａｌｌｏｙｓ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  Ｌｅｗｉｓ  Ａｃｉｄｉｃ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｃｈｌｏｒｉｄｅ−１−ｅｔｈｙｌ−３−ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ  Ｃｈｌｏｒｉｄｅ  Ｍｏｌｔｅｎ  Ｓａｌｔ（「ルイス酸性塩化アルミニウム−１−エチル−３−メチルイミダゾリウム塩化物溶融塩からのＡｌ−Ｍｏ合金の電着」）”
【非特許文献１８】Ｍ．Ａ．  Ｊａｋａｂ，  Ｊ．Ｒ．  Ｓｃｕｌｌｙ  “Ｃｅｒｉｕｍ，  Ｃｏｂａｌｔ  ａｎｄ  Ｍｏｌｙｂｄａｔｅ  Ｃａｔｉｏｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｓｔａｔｅｓ，  Ｒｅｌｅａｓｅ  ａｎｄ  Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ  ｗｈｅｎ  ｄｅｌｉｖｅｒｅｄ  ｆｒｏｍ  Ａｌ−Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔａｌ−Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ  Ｍｅｔａｌ  Ａｌｌｏｙｓ（「Ａｌ−遷移金属−希土類金属合金から供給された場合のセリウム、コバルト、およびモリブデン酸カチオンの貯蔵状態、放出、および腐食抑制」）”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、上記の先行技術の開示はいずれも、改善された滑り特性および摩耗特性を有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属系の材料に機械的に合金化されている１つ以上の遷移金属、例えば、モリブデンまたはモリブデンとクロムを含む溶射粉末から作製される金属系の溶射コ−ティング、またはその粉末を使用するコ−ティング方法を記載していない。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、アルミニウム合金成分と機械的に合金化され、耐摩耗性と耐食性を有利に向上させることができる摩耗性コ−ティングを形成するために使用することができる、モリブデン（Ｍｏ）および／またはクロム（Ｃｒ）などの１つ以上の遷移金属を組み込んだアルミニウム系の溶射コ−ティング粉末を包含する。
【００２４】
出願人は、機械的に合金化された遷移金属（例えば、モリブデンおよびクロム）およびアルミニウム合金粉末を使用して作製されたアルミニウム合金系の摩耗性コ−ティングが優れた耐食性を示すことを発見し、これは追加の利点と見なされる。機械的に合金化された粉末の溶射は、溶射された粉末の合金化を高め、その結果、塗布されたコ−ティングは、アトマイズ粉末から作られた現在の溶射コ−ティングよりも優れた特性を示すと考えられている。
【００２５】
本発明の実施形態は、滑り特性および摩耗特性が改善された金属系の溶射コ−ティングを含み、コ−ティング材料は、金属粉末を１つ以上の遷移金属と機械的に合金化することによって作製される。コ−ティング材料の実施形態は、純アルミニウムまたは合金化されたアルミニウム、例えば、ＭＥＴＣＯ（登録商標）５４ＮＳなどの９９％の純アルミニウム、または９８％以上の純度を有するアルミニウムを含む。他の例では、純度は９０％以上または９５％以上のいずれかとすることができる。遷移金属または金属の実施形態には、モリブデン、クロム、ジルコニウム、チタン、ケイ素、およびそれらの混合物が含まれる。
【００２６】
本発明はまた、遷移金属に機械的に合金化されたアルミニウム含有粒子を含む溶射粉末材料から作製された溶射コ−ティングにも関し、前記コ−ティングは、遷移金属に合金化されたアルミニウム合金部分を含む。
【００２７】
非限定的な実施形態は、前記コアに機械的に合金化された遷移金属によって囲まれたアルミニウムまたはアルミニウム合金コアをそれぞれ含むアルミニウム含有粒子を含む。溶射粉末は、アルミニウム含有粒子と混合またはミックスされた、またはアルミニウム含有粒子で被覆された有機材料または固体潤滑剤を含むことができる。アルミニウム含有粒子は、純アルミニウムのコアを含むことができる。アルミニウム含有粒子は、アルミニウム合金のコアを含むことができる。
【００２８】
遷移金属は、モリブデン、クロム、および／またはモリブデンとクロムのうちの少なくとも１つとすることができる。遷移金属は、モリブデンのみであってもよい。遷移金属は、クロムのみであってもよく、またはＭｏとＣｒの両方のみであってもよい。機械的に合金化された遷移金属の粒子サイズは、５０μｍ未満（フィッシャ−モデル９５サブシ−ブサイザ−（ＦＳＳＳ：Ｆｉｓｈｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ９５  Ｓｕｂ−Ｓｉｅｖｅ  Ｓｉｚｅｒ）測定）、または１０μｍ未満（ＦＳＳＳ測定）、または１μｍ未満（ＦＳＳＳ測定）のいずれかである。
【００２９】
本発明はまた、遷移金属に機械的に合金化されたアルミニウム含有粒子を含む溶射粉末コ−ティング材料を含む。非限定的な実施形態では、アルミニウム含有粒子はそれぞれ、前記コアに機械的に合金化された遷移金属によって囲まれたアルミニウムまたはアルミニウム合金コアを含む。溶射粉末は、アルミニウム含有粒子と混合またはミックスされた、またはアルミニウム含有粒子で被覆された有機材料または固体潤滑剤を含むことができる。アルミニウム含有粒子は、純アルミニウムのコアを含むことができる。アルミニウム含有粒子は、アルミニウム合金のコアを含むことができる。
【００３０】
遷移金属は、モリブデン、クロム、および／またはモリブデンとクロムのうちの少なくとも１つとすることができる。遷移金属は、モリブデンのみであってもよい。遷移金属は、クロムのみであってもよく、またはＭｏとＣｒの両方のみであってもよい。機械的に合金化された遷移金属の粒子サイズは、５０μｍ未満（ＦＳＳＳ測定）、または１０μｍ未満（ＦＳＳＳ測定）、または１μｍ未満（ＦＳＳＳ測定）のいずれかである。
【００３１】
アルミニウム含有粒子は、２０〜７０重量パ−セントの有機材料と混合するか、またはそれで被覆することができる。アルミニウム含有粒子は、３０〜５０重量パ−セントの有機材料と混合するか、またはそれで被覆することができる。有機材料は、液晶ポリエステルなどのポリエステル、またはメチルメタクリレ−トなどのポリマ−のうちの１つである。アルミニウム含有粒子は、５〜５０重量パ−セントの固体潤滑剤と混合するか、またはそれで被覆することができる。アルミニウム含有粒子は、１５〜２５重量パ−セントの固体潤滑剤と混合するか、またはそれで被覆することができる。固体潤滑剤は、六方晶窒化ホウ素、またはフッ化カルシウムのうちの１つとすることができる。
【００３２】
本発明はまた、上記の溶射粉末コ−ティング材料で基板をコ−ティングする方法を提供し、この方法は、粉末材料を基板上に溶射することを含み、溶射は、プラズマ溶射、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）、または燃焼スプレ−を含む。
【００３３】
本発明はまた、上記の溶射粉末コ−ティング材料を作製する方法を提供し、本方法は、アルミニウムを含む粉末粒子に遷移金属を機械的に合金化することを含む。実施形態では、遷移金属はモリブデンである。遷移金属は、クロムまたはＭｏとＣｒの両方であってよい。機械的に合金化された遷移金属の粒子サイズは、５０μｍ未満（ＦＳＳＳ測定）、１０μｍ未満（ＦＳＳＳ測定）、または１μｍ未満（ＦＳＳＳ測定）のうちのいずれかである。
【００３４】
アルミニウムを含む粉末粒子は、有機材料と混合するか、または有機材料で被覆することができる。粉末粒子は、液晶ポリエステルなどのポリエステルまたはメタクリル酸メチルなどのポリマ−のうちの１つと混合またはそれで被覆することができる。粉末粒子は、固体潤滑剤と混合またはミックスするか、または固体潤滑剤で被覆することができる。
【００３５】
本発明はまた、モリブデン（Ｍｏ）および／またはクロム（Ｃｒ）に機械的に合金化されたアルミニウム含有粒子を含む溶射粉末材料から作製された溶射摩耗性コ−ティングを提供し、前記コ−ティングは、Ｍｏおよび／またはＣｒに合金化されたアルミニウム合金部分を含む。アルミニウム含有粒子はそれぞれ、前記コアに機械的に合金化されたＭｏ金属によって囲まれたアルミニウムまたはアルミニウム合金コアを含むことができる。溶射粉末材料は、アルミニウム含有粒子と混合またはミックスされた、またはアルミニウム含有粒子で被覆された有機材料または固体潤滑剤を含むことができる。
【００３６】
本発明はまた、モリブデン（Ｍｏ）および／またはＣｒに機械的に合金化されたアルミニウム含有粒子を含む溶射粉末摩耗性コ−ティング材料を提供する。アルミニウム含有粒子はそれぞれ、前記コアに機械的に合金化されたＭｏおよび／またはＣｒ金属によって囲まれたアルミニウムまたはアルミニウム合金コアを含むことができる。溶射粉末摩耗性コ−ティング材料は、アルミニウム含有粒子と混合またはミックスされた、またはアルミニウム含有粒子で被覆された有機材料または固体潤滑剤を含むことができる。
【００３７】
本発明はまた、ＭｏまたはＭｏとＣｒのいずれかである遷移金属に機械的に合金化されたアルミニウム含有粒子を含む溶射粉末コ−ティング材料を含む。非限定的な実施形態では、アルミニウム含有粒子はそれぞれ、前記コアに機械的に合金化された遷移金属によって囲まれたアルミニウムまたはアルミニウム合金コアを含む。溶射粉末はまた、アルミニウム含有粒子と混合またはミックスされた、またはアルミニウム含有粒子で被覆されたＳｉを含む。組成物は、以下に記載される表Ｂに列挙されている項目２〜６のうちの１つである。アルミニウム含有粒子は、純アルミニウムのコアを含むことができる。アルミニウム含有粒子は、アルミニウム合金のコアを含むことができる。
【００３８】
添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に援用され、本明細書の一部を構成する。添付の図面は、本発明の実施形態を示しており、説明とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】アルミニウムコアと、コアに機械的に合金化された遷移金属とを有する例示的な粉末コ−ティング粒子を示す。
【図２】図１のコ−ティング粒子を、ポリエステルなどの合成樹脂材料の粒子と組み合わせるか、またはミックスすることによって、コ−ティング材料がどのように作製され得るかを示す。
【図３】アルミニウムおよびケイ素のコアを有し、コアに機械的に合金化された遷移金属を有する例示的な粉末コ−ティング粒子を示す。
【図４】図３のコ−ティング粒子を、ポリエステルなどの合成樹脂材料の粒子と組み合わせるか、またはミックスすることによって、コ−ティング材料がどのように作製され得るかを示す。
【図５】Ａｌ  １２Ｓ１のコ−ティングセクションの第１のスケ−ルでのＳＥＭ写真を示し、遷移金属のモリブデン（粒子を取り囲むより薄い陰影）によって取り囲まれたアルミニウム粒子を示し、ポリエステル粒子（より暗い陰影）を示す。
【図６】Ａｌ  １２Ｓ１のコ−ティングセクションの第２のスケ−ルでのＳＥＭ写真を示し、（ラベル付けされた）遷移金属によって囲まれた（ラベル付けされた）コア粒子を示し、（ラベル付けされた）ポリエステル粒子を示す。
【図７】Ａｌ  １２Ｓ１のコ−ティングセクションのＳＥＭ写真を示し、繊維金属のモリブデン（粒子を取り囲むより薄い陰影）によって取り囲まれたラベル付けされたアルミニウム粒子およびラベル付けされて示されるポリエステル粒子（より暗い陰影）を示す。
【図８】特定の条件下で摩耗性を受けた表Ｂの組成物１〜６を比較するチャ−トを示す。
【図９】表Ｂの組成物１の摩耗跡プロファイルを示す。
【図１０】表Ｂの組成物２の摩耗跡プロファイルを示す。
【図１１】表Ｂの組成物３の摩耗跡プロファイルを示す。
【図１２】表Ｂの組成物４の摩耗跡プロファイルを示す。
【図１３】表Ｂの組成物５の摩耗跡プロファイルを示す。
【図１４】表Ｂの組成物６の摩耗跡プロファイルを示す。
【図１５】摩耗性試験のための５つの条件を列挙するチャ−トを示す。
【図１５Ａ】組成物１の摩耗性のチャ−トを示す。
【図１５Ｂ】組成物２の摩耗性のチャ−トを示す。
【図１５Ｃ】組成物３の摩耗性のチャ−トを示す。
【図１５Ｄ】組成物４の摩耗性のチャ−トを示す。
【図１６】特定の条件下で浸漬試験にかけられた表Ｂの組成物１〜４を比較するチャ−トを示す。
【図１７】浸漬試験後の組成物１で作製されたコ−ティングの断面図を示す。
【図１８】浸漬試験後の組成物３で作製されたコ−ティングの断面図を示す。
【図１９】組成物５で作製されたコ−ティングの異なるスケ−ルでの２つの断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下の詳細な説明は、限定ではなく例として、本開示の原理を示す。この説明は、当業者が本開示を作成および使用することを明らかに可能にし、本開示を実施する最良の形態であると現在考えられるものを含む、本開示のいくつかの実施形態、適応、変形、代替、および使用を説明する。図面は、本開示の例示的な実施形態の図式的および概略的表現であり、本開示を限定するものではなく、それらは必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解すべきである。
【００４１】
本開示の特徴である新規の構成は、その構造および動作方法の両方に関して、そのさらなる目的および利点とともに、本開示の一実施形態が例として示されている添付の図面に関連して考慮される以下の説明から理解されるであろう。しかしながら、図面は例示および説明のみを目的とし、それらは本開示の限定の定義として意図されていないことが明確に理解されるべきである。
【００４２】
以下の説明では、本開示の様々な実施形態が、添付の図面に関して説明される。必要に応じて、本開示の詳細な実施形態を本明細書で説明するが、開示された実施形態は、様々な代替的な形態で具現化され得る本開示の実施形態の単なる例示であることを理解されたい。図は必ずしも縮尺通りではなく、一部の構成は特定の部品の詳細を示すために誇張または最小化されている場合がある。したがって、本明細書に開示される特定の構造的および機能的詳細は、限定として解釈されるべきではなく、本開示を様々に使用するように当業者に教示するための単なる代表的な基盤として解釈されるべきである。
【００４３】
本明細書に示される詳細は、例として、本開示の実施形態の例示的な説明のみを目的とし、本開示の原理および概念的側面の最も有用で容易に理解される説明であると考えられるものを提供するという理由で提示される。これに関して、本開示の基本的な理解のために必要であるよりも詳細に本開示の構造的詳細を示す試みは行われず、そのため、説明は、図面とともに行われ、本開示の形態が実際にどのように具現化され得るかを当業者に明らかにする。
【００４４】
本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に指示しない限り、複数の参照を含む。例えば、「粉末材料」への言及は、特に除外されない限り、１つ以上の粉末材料の混合物が存在し得ることも意味する。本明細書で使用される場合、不定冠詞「ａ」は、１つだけでなく複数を示し、必ずしもその参照名詞を単数に限定するものではない。
【００４５】
他に示されない限り、本明細書および特許請求の範囲で使用される量を表すすべての数字は、「約」という用語によってすべての実施例で変更されるものとして理解されるべきである。したがって、反対に示されない限り、本明細書および特許請求の範囲に示される数値パラメ−タは、本開示の実施形態によって得られることが求められる所望の特性に応じて変動し得る近似である。少なくとも、そして均等論の適用を特許請求の範囲に限定しようとする試みと見なされるべきではなく、各々の数値パラメ−タは、有効桁数と通常の丸め規則に照らして解釈されるべきである。
【００４６】
さらに、本明細書内の数値範囲の列挙は、（他に明示的に示されていない限り）その範囲内のすべての数値および範囲の開示であると見なされる。例えば、範囲が約１〜約５０である場合、それは、例えば、１、７、３４、４６．１、２３．７、または範囲内の他の任意の値もしくは範囲を含むと見なされる。
【００４７】
本明細書で使用する場合、「約」および「およそ」という用語は、問題の量または値が、指定された特定の値またはその近傍の他の値であり得ることを示す。一般的に、特定の値を示す「約」および「およそ」という用語は、値の±５％以内の範囲を示すことを意図している。一例として、「約１００」という表現は、１００±５の範囲、すなわち９５〜１０５の範囲を示す。一般的に、「約」および「およそ」という用語が使用される場合、本開示に係る同様の結果または効果が、示された値の±５％の範囲内で得られることが期待され得る。
【００４８】
本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、前記群の要素のすべてまたは１つのみが存在し得ることを示す。例えば、「Ａおよび／またはＢ」は「Ａのみ、またはＢのみ、またはＡとＢの両方」を意味する。「Ａのみ」の場合、この用語はＢが存在しない可能性、つまり「ＡのみでＢはない」という可能性も網羅する。
【００４９】
「少なくとも部分的に」という用語は、以下の特性がある程度または完全に満たされることを示すことを意図している。
【００５０】
「実質的に」および「本質的に」という用語は、以下の特徴、特性、またはパラメ−タが完全に（全面的に）実現または満足されるか、または意図された結果に悪影響を及ぼさない程度であることを示すために使用される。
【００５１】
本明細書で使用される「含む」という用語は、非排他的かつ制限のないものであることを意図している。したがって、例えば、化合物Ａを含む組成物は、Ａ以外の他の化合物を含むことができる。しかしながら、「含む」という用語は、「から本質的になる」および「からなる」というより限定的な意味も網羅するので、例えば、「化合物Ａを含む組成物」はまた、（本質的に）化合物Ａからなることができる。
【００５２】
本明細書に開示された様々な実施形態は、特に反対の記載がない限り、別々におよび様々な組み合わせで使用することができる。
【００５３】
本発明は、改善された滑りおよび摩耗特性を有する金属系の溶射コ−ティングであり、コ−ティング材料は、１つ以上の遷移金属を含む機械的に合金化された金属粉末から作製される。コ−ティング方法もまた開示されている。
【００５４】
本発明の一実施形態は、図１に示されるタイプの粉末粒子から作製され、改善された切削性能を示し、チタン合金コンプレッサ−ブレ−ド（例えば、航空エンジンまたは地上ベ−スのガスまたは蒸気タ−ビンのコンプレッサ−セクションで使用されるもの）、および鋼系のコンプレッサ−ブレ−ド（航空エンジンまたは地上ベ−スのガスまたは蒸気タ−ビンのコンプレッサ−セクション）などの部品の摩耗損傷を排除することを目的とする摩耗性溶射コ−ティング粉末である。
【００５５】
摩耗性シ−ルは、本発明のコ−ティングから特に利益を得ることができる。このようなシ−ルは、タ−ボ機械で使用され、ブレ−ドやラビリンスシ−ルナイフエッジなどの回転部品とエンジンケ−シングの間のクリアランスを減らす。クリアランスを減らすとタ−ビンエンジンの効率が向上し、設計者が破滅的なブレ−ド／ケ−スの摩擦の可能性を排除してクリアランスの安全マ−ジンを減らすことができることにより、燃料消費量が減少する。コンプレッサ−シ−ルは、エンジンの静止部分に摩耗性コ−ティングを施し、回転部分（ブレ−ド、ナイフ）をコ−ティングに対して摩擦させることにより製造される。
【００５６】
図１に示される粉末材料を使用して上記の部品上に摩耗性コ−ティングを形成することにより、かじりが低減され、ならびにいわゆるブレ−ドピックアップの傾向が低減されることが期待される。
【００５７】
この材料の副次的な利点は、改善された腐食性能である。上述したように、アルミニウム合金系の摩耗性コ−ティングは、特に海塩の湿気環境において、一般的な腐食、周期的な腐食（白い水酸化物の生成）、膨れ腐食、ならびに応力腐食割れの損傷を受けやすい。しかしながら、本発明によれば、機械的に合金化された遷移金属（例えば、モリブデンおよびクロム）を使用して作製されたアルミニウム合金系の摩耗性コ−ティングは、優れた耐食性を示すことが実証され、これは追加の利点とみなされる。
【００５８】
本発明のコ−ティングの耐摩耗性の改善は、特に、腐食、かじり、フレッティング、および全体的な滑り摩耗などの現象による損傷を受けやすいコンプレッサ−ブレ−ドの状況でも実証されている。本発明が改善された耐摩耗性を提供する典型的なコ−ティングには、アルミニウム系の材料（ＭＥＴＣＯ（登録商標）５４ＮＳ、ＭＥＴＣＯ（登録商標）５２Ｃ−ＮＳ、Ａｍｄｒｙ  ３５５）、チタン系の材料（エリコンメトコの製品ラインアップから入手可能な純チタンおよび合金粉末）、マグネシウム系ならびに銅系（ＤＩＡＭＡＬＬＯＹ（登録商標）１００７、ＭＥＴＣＯ（登録商標）４４５、ＭＥＴＣＯ（登録商標）５１Ｆ−ＮＳ、ＤＩＡＭＡＬＬＯＹ（登録商標）５４、ＭＥＴＣＯ（登録商標）５７ＮＳ、ＭＥＴＣＯ（登録商標）５８ＮＳ）が含まれる。これらの溶射コ−ティング材料は、摩耗損傷を受けやすく、本発明の実施形態はそうではない。
【００５９】
再び図１を参照すると、溶射コ−ティング材料を形成する粉末粒子１は、Ｍｏおよび／またはＣｒなどの遷移金属３でコ−ティングされたアルミニウムコア２を含むことが分かる。遷移金属３は、はるかにより細かいまたはより小さいサイズの粒子の形態であり、メカニカルアロイングによってコア２上にコ−ティングされる。メカニカルアロイングは、粉末粒子上に表面層を生成する効率的で低コストの合金プロセスであることが実証されている。
【００６０】
コア２と遷移金属３との合金化は、溶射を使用することによって強化される。上記の機械的に合金化された粉末材料が溶射にかけられると、プラズマ溶射からのエネルギ−入力が金属粒子を部分的に溶融させ、金属粒子を遷移金属と合金化（急速凝固溶液）する。これは、アルミニウムの融点（例えば６６１℃）とアルミニウムケイ素合金の融点より低い温度では、これらの元素は、所与の金属マトリックス（例えばＡｌ）への溶解度が非常に低いためである。したがって、コ−ティングは二段階の合金化プロセスを採用している。第１の段階では、Ｍｏおよび／またはＣｒなどの遷移金属の微粒子が、メカニカルアロイングプロセスを介してＡｌなどの金属粒子の外面と機械的に合金化され、金属または金属合金のコアが遷移金属の機械的に合金化された薄い外層によって囲まれた金属粒子をもたらす。そのような粉末粒子がプラズマ溶射などからの熱エネルギ−にさらされると、この熱エネルギ−は遷移金属の薄層によって金属粒子を溶解させる。そのような粒子がコ−ティングとして堆積されると、それらは、図５および図６に示されるものと同様の合金化部分のコ−ティングを形成する。
【００６１】
非常に低い融点のアルミニウムコアをもつ高融点遷移金属の溶解度は非常に低いため、粒子コアのコ−ティングに使用される遷移元素の量は、溶射プラズマによって提供される熱エネルギ−を使用してコア粒子の表面への遷移金属の溶解を促進するために、実質的に可能な限り低く保つことが不可欠である。コアの遷移元素層が厚すぎたり、粗すぎる粒子からなっていたりすると、硬すぎて摩耗しすぎて、摩耗材料として使用できない合金または複合材料が生成される傾向がある。
【００６２】
したがって、溶射は、機械的に合金化された粒子がプラズマの高温プル−ムジェットを通過するときに、さらなる合金化を強化するための効率的な方法である。したがって、コア２と遷移金属３の第１段階の合金化としてメカニカルアロイングを見なし、固溶体または部分的な過飽和固溶体を生成するためのコア２と遷移金属３の第２段階または最終段階の合金化として溶射を見ることができる。
【００６３】
図２を参照すると、粒子１は、ポリエステルなどのポリマ−の粒子１０とミックスできることが分かる。この混合物の非限定的な重量パ−セントは、約４０重量パ−セントのポリマ−と、機械的に許容される粉末の残りとすることができる。次に、このミックスした粉末を基板にプラズマ溶射してコ−ティングを形成できる。
【００６４】
図３を参照すると、溶射コ−ティング材料を形成する粒子１’はまた、ケイ素４’の別個のセクションを有するアルミニウムコア２’を含むことができ、このコアはＭｏおよび／またはＣｒなどの遷移金属３’でコ−ティングされていることが分かる。遷移金属３’は、メカニカルアロイングによってコア２’／４’にコ−ティングされる。メカニカルアロイングは、粉末粒子に表面層を生成する効率的で低コストの合金プロセスであることが実証されている。
【００６５】
図４を参照すると、粒子１’は、ポリエステルなどのポリマ−の粒子１０とミックスできることが分かる。この混合物の非限定的な重量パ−セントは、約４０重量パ−セントのポリマ−と、Ｓｉを含む機械的に許容される粉末の残りとすることができる。
【００６６】
モリブデン含有固溶体合金と機械的に合金化されるように改質された（図３と同様の構成を有する）入手可能なＡｌ  １２Ｓｉ系のコ−ティング粉末を用いて実験が行われた。Ａｌ  １２Ｓｉにケイ素が存在することで、ＭｏがＳｉと反応してＭｏシリサイドが形成できた。溶射コ−ティングは、摩耗性と耐食性の向上を示した。
【００６７】
低圧コンプレッサ−（ＬＰＣ）セクション部品、すなわちタ−ビンエンジンのＬＰＣで使用される部品のための摩耗性コ−ティング粉末組成物を研究するためにもまた、実験が行われた。目的は、前述のエリコンメテココ−ティングよりも優れた摩耗性性能と耐食性を示す溶射粉末組成物をファイルすることであった。ＬＰＣセクションで観察される典型的な温度は最高３５０℃の範囲であるが、次世代のタ−ビンエンジンではこの範囲を超える可能性がある。
【００６８】
以下の溶射粉末材料を分析した。
実施例Ａ−７重量パ−セントのＳｉ、３重量パ−セントのＭｏ、３重量パ−セントのＣｒ、４０重量パ−セントのポリマ−、および残りのＡｌを含む。
実施例Ｂ−６重量パ−セントのＳｉ、２．７重量パ−セントのＭｏ、２．７重量パ−セントのＣｒ、４６重量パ−セントのポリマ−、および残りのＡｌを含む。
実施例Ｃ−７重量パ−セントのＳｉ、６重量パ−セントのＭｏ、４０重量パ−セントのポリマ−、および残りのＡｌを含む。
実施例Ｄ−７重量パ−セントのＳｉ、１重量パ−セントのＭｏ、１重量パ−セントのＣｒ、４０重量パ−セントのポリマ−、および残りのＡｌを含む。
【００６９】
上記の実験粉末は、メカニカルアロイング（ボ−ルミル）機を使用して調製した。アルミニウムケイ素合金のアトマイズされた粉末は、１つ以上の遷移金属、またはそれらの混合物と共に粉砕された。遷移金属（モリブデンおよびクロム）のフィッシャ−サブシ−ブサイザ−（ＦＳＳＳ）の粒子サイズは１０μｍ未満であった。
【００７０】
次に、実施例Ａ〜Ｄを、Ｍｅｔｃｏ  ６０１ＮＳ：Ａｌ  ７Ｓｉ  ４０ポリエステル、Ｍｅｔｃｏ  ３２０ＮＳ：Ａｌ  １０Ｓｉ  ２０ｈＢＮ、およびＭｅｔｃｏ  ５２Ｃ?ＮＳ：Ａｌ  １２Ｓｉなどの異なる材料と比較した。
【００７１】
実施例Ａ〜Ｄを使用して、以下のように摩耗性コ−ティングを形成した。このボンドコ−トをステンレス鋼（１７−４ＰＨ）またはチタン合金基板に塗布した後、摩耗性粉末Ａ〜ＤをＭｅｔｃｏ  ４５０ＮＳ（ＮｉＡｌ）のバインドコ−ト層に堆積させた。すべてのボンドコ−トは１５０〜２００μｍの厚さに溶射され、摩耗性コ−ティングの各々のトップコ−トは合計２．０ｍｍのコ−ティング厚に溶射され、次にミルダウンされた。すべての試験はミリングされた表面で行われ、それ以上の表面調製は行われなかった。各々の粉末のタイプに対して、硬度、金属組織学、腐食、接着強度、および侵入（摩耗性）試験用にいくつかのク−ポンが調製された。
【００７２】
例示的なコ−ティングＡ〜Ｄに対して行われた異なる試験は、上記のＭｅｔｃｏ製品と比較され、優れた改善された特性を有するコ−ティングを生成することが見出された。これらの特性には、摩耗性の改善（かじりとブレ−ドピックアップの減少、ならびにチタン合金のブレ−ドの摩耗がない）と耐食性（ＮａＣｌ湿式腐食環境）が含まれる。追加の詳細は、後で説明する表Ａに列挙されている実施例で確認できる。
【００７３】
そのような実験の結果は、遷移金属と金属系の合金粉末とのメカニカルアロイングが、これらの元素の異なる金属マトリックス（例えば、アルミニウム）への溶解度を増加させることを実証している。そのような合金化粉末の溶射は、合金化および溶解性を高め、さらに、改善された滑り特性および全体的な摩耗および腐食特性をもたらす。これらの改善は、アルミニウム系の摩耗性コ−ティングで実証され、チタン合金のコンプレッサ−ブレ−ドで摩擦されたときのそのようなコ−ティングの切削性能が、本明細書に記載されている既存のアルミニウム系の摩耗性コ−ティングよりも大きく優れていることが分かった。機械的に合金化された粉末を含む遷移金属から作製された金属摩耗性コ−ティングの使用はまた、本発明の摩耗性コ−ティングのかじり挙動を低減し、いわゆるブレ−ドピックアップの傾向を低減することも分かった。別の実証された副次的な利点は、特に海塩の湿気環境で、一般的な腐食（白い水酸化アルミニウムの生成）、周期的な腐食、膨れ腐食、ならびに応力腐食割れによる損傷を通常受けやすいアルミニウム合金系の摩耗性コ−ティングの腐食性能の改善である。アルミニウム合金粉末を含む機械的に合金化された遷移金属（例えば、モリブデンやクロム）を使用して作製されたアルミニウム合金系の摩耗性コ−ティングは、優れた耐食性を示すことが実証された。
【００７４】
実施例Ａ
粉末コ−ティング材料は、金属粒子１’およびポリマ−粒子１０’から作製され、粒子１’は粒子１０’と混合されている。粒子１’は、７重量パ−セントのＳｉ（Ｓｉセクション４’）と残りのＡｌから作製されたコア２’を有する。遷移金属３’は、３重量パ−セントのＭｏと３重量パ−セントのＣｒからできている。粒子１０’は、４０重量パ−セントのポリマ−を構成する。粒子１’のサイズは、１１μｍ〜１５０μｍの範囲である。粒子１０’のサイズは、４５μｍ〜１５０μｍの範囲である。
【００７５】
実施例Ｂ
粒子１’から作製された粉末コ−ティング材料は、粒子１０’と混合され、粒子１’は、６重量パ−セントのＳｉ（Ｓｉセクション４’）と残りのＡｌから作製されたコア２’を有する。遷移金属３’は、２．７重量パ−セントのＭｏと２．７重量パ−セントのＣｒからできている。粒子１０’は、４６重量パ−セントのポリマ−を構成する。粒子１’のサイズは、１１μｍ〜１５０μｍの範囲である。粒子１０’のサイズは、４５μｍ〜１５０μｍの範囲である。
【００７６】
実施例Ｃ
粒子１’から作製された粉末コ−ティング材料は、粒子１０’と混合され、粒子１’は、７重量パ−セントのＳｉ（Ｓｉセクション４’）と残りのＡｌから作製されたコア２’を有する。遷移金属３’は、６重量パ−セントのＭｏからできている。粒子１０’は、４０重量パ−セントのポリマ−を構成する。粒子１’のサイズは、１１μｍ〜１５０μｍの範囲である。粒子１０’のサイズは、４５μｍ〜１５０μｍの範囲である。
【００７７】
実施例Ｄ
粒子１’から作製された粉末コ−ティング材料は、粒子１０’と混合され、粒子１’は、７重量パ−セントのＳｉ（Ｓｉセクション４’）と残りのＡｌから作製されたコア２’を有する。遷移金属３’は、１重量パ−セントのＭｏと１重量パ−セントのＣｒからできている。粒子１０’は、４０重量パ−セントのポリマ−を構成する。粒子１’のサイズは、１１μｍ〜１５０μｍの範囲である。粒子１０’のサイズは、４５μｍ〜１５０μｍの範囲である。
【表１】
2021507089.tif 000003
＊侵入条件：２００ｍ／秒のブレ−ド先端速度、１５０ミクロン／秒の侵入速度、室温（０．７ｍｍブレ−ド先端幅）
【００７８】
追加の実施例  ガスアトマイズした近共晶アルミニウムシリコン粉末を、粉末表面上に機械的に合金化されたモリブデンおよびクロム層をもたらす摩擦ミリングプロセスによって、サブミクロンの微細な純モリブデン（例えば、１．０重量％）および純クロム粉末（例えば、１．０重量％）と機械的に合金化した。次に、メカニカルアロイングされたＡｌ１２Ｓｉ−Ｍｏ−Ｃｒとポリエステルフィラ−（４０重量％）の機械的混合が作成され、その後、この粉末材料がＡＰＳまたはＨＶＯＦまたは燃焼スプレ−を使用して溶射される。
【００７９】
大気プラズマ溶射を使用して１７−４ＰＨ基板上に（下記に特定される）異なる組成物を溶射し、摩耗性（ＴｉＡｌ６Ｖ４ブレ−ド対応物への低い摩耗、低いブレ−ドピックアップ、すなわちコ−ティングからブレ−ド先端への材料の移行）、耐食性（異物による損傷衝撃への耐性）および耐湿腐食性（ＮａＣｌなどの湿った腐食性媒体内での膨れ割れに対する耐性）の機能の最適条件を見出すためにコ−ティングを試験した。
１．  （ガスアトマイズされた）Ａｌ１２Ｓｉと４０重量％のポリエステルとの機械的混合
２．  （機械的に合金化された）Ａｌ１２Ｓｉ−０．５Ｍｏ−０．５Ｃｒと４０重量％のポリエステルとの機械的混合
３．  （機械的に合金化された）Ａｌ１２Ｓｉ−１．０Ｍｏ−１．０Ｃｒと４０重量％のポリエステルとの機械的混合
４．  （機械的に合金化された）Ａｌ１２Ｓｉ−２．０Ｍｏ−２．０Ｃｒと４０重量％のポリエステルとの機械的混合
５．  （機械的に合金化された）Ａｌ１２Ｓｉ−５．０Ｍｏ−５．０Ｃｒと４０重量％のポリエステルとの機械的混合
６．  （機械的に合金化された）Ａｌ１２Ｓｉ−１０．０Ｍｏと４０重量％のポリエステルとの機械的混合。塗布された組成物６のＳＥＭ断面を図７に示す。
【００８０】
上記のコ−ティングは、ブレ−ド先端速度（最大５００ｍ／秒）および摩耗性コ−ティングへのブレ−ドの侵入速度（最大２’０００μｍ／秒）に関してエンジン摩擦状態を再現するロ−タ−侵入試験を受けた。侵入試験装置は、特許文献２に記載されているように、ロ−タ−、可動試料台、および加熱装置からなる。ブレ−ドの摩耗は、総侵入深さのパ−センテ−ジとして結果に表示される。正の値は摩耗を示し、負の値はシュラウドからブレ−ド先端への移行を示す。したがって、１００の値は、コ−ティングへの侵入はなく、結果としてブレ−ドの総摩耗を表す。過剰浸透は、到達する設定された侵入深さで除算された摩耗性コ−ティングへの実際の侵入深さを測定することによって計算される。摩擦後の表面粗さは、摩耗性コ−ティング摩耗跡に垂直に触覚プロフィロメトリ−（Ｍａｈｒ−Ｐｅｒｔｈｅｎ  Ｐｅｒｔｈｏｍｅｔｅｒ  ＰＲＫ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）を使用して測定した。
【００８１】
侵入摩耗性および腐食試験から得られる異なるデ−タは、（以下に提示される）表Ｂに報告され、図８〜図１５Ｄに示される。摩耗性試験の結果から、ガスアトマイズされたＡｌ１２Ｓｉとのメカニカルアロイングに使用される遷移金属のレベルが増加すると、摩擦後の表面粗さが低下し、関連する過剰浸透が生じることを観察することができる。これは、アルミニウム合金と機械的に合金化されたモリブデンおよびクロムなどの遷移元素を使用することで、摩擦が発生した場合にブレ−ドの先端に付着して蓄積するアルミニウム合金の固有の傾向を低減することを可能にし、ブレ−ドピックアップの減少および結果として生じる前述の「グラモフォニング」効果につながることを確認する。
【表２】
2021507089.tif 000004
＊侵入条件：２００ｍ／秒のブレ−ド先端速度、１５０ミクロン／秒の侵入速度、室温、０．７ｍｍのブレ−ド先端厚さ
【００８２】
上記のコ−ティングのいくつかは、浸漬試験（４０℃で５重量％のＮａＣｌを含む水）にもかけられ、図１６に示されている。異なる組成物について、最高４０℃に加熱された５重量％のＮａＣｌを含む水中でのいくつかの浸漬試験が、２００時間にわたって実行された。試験後のガラス検査から、クロムおよびモリブデンなどの遷移金属によって機械的に合金化されたＡｌ１２Ｓｉを使用したコ−ティングでは、水酸化アルミニウムの形成は観察されなかったが、ベンチマ−クＡｌ１２Ｓｉ−ポリエステルコ−ティングは、ガラス中に水酸化アルミニウムの高い濃度を示した。試験後のコ−ティング検査では、クロムおよびモリブデンなどの遷移金属によって機械的に合金化されたＡｌ１２Ｓｉを使用したコ−ティングに対して、コ−ティング表面上に腐食生成物は形成されず、表面粗さの増加はなかった（図１８を参照）。しかしながら、ベンチマ−クのＡｌ１２Ｓｉ−ポリエステルコ−ティングは、腐食生成物の形成とその結果としての膨れ割れのため、重要な表面粗さの増加を示した（図１７を参照）。
【００８３】
図１９は、表Ｂのコ−ティング５の２つのスケ−ルでのＳＥＭおよびＥＤＳ分析を示し、コ−ティング中の機械的に合金化された固溶体相の部分を示す。
【００８４】
上記の表Ｂのコ−ティング２〜６は、アルミニウムシリコン−ポリマ−粉末から作製され、設計意図または動作の急騰の結果として回転部品がコ−ティングと接触する可能性があるクリアランスコントロ−ルアプリケ−ションのための摩耗性コ−ティングを生成する。コ−ティングは、回転部品の摩耗を最小限に抑えながら、シ−ル領域のクリアランスコントロ−ルを提供することでガス経路の効率を最大化するように設計されている。
【００８５】
粉末は、優れた摩擦特性を有するコ−ティングを生成する、すなわち、それらは、摩耗性、耐食性、および硬度の所望の特性の間の最適なバランスを提供することができる。それらは、クリアランスコントロ−ルコ−ティングに関する現在のガスタ−ビンＯＥＭ（Ｏｒｉｇｉｎａｌ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ）仕様を満たすように特別に設計できる。表Ｂのそのようなコ−ティング２〜６は、大気圧プラズマ溶射プロセスを使用して最も良好に塗布された粉末材料から作製されている。典型的な用途とアプリケ−ションには、航空宇宙タ−ビンエンジンの低圧コンプレッサ−、自動車および産業用タ−ボチャ−ジャ−用の軽量クリアランスコントロ−ルコ−ティングが含まれる。摩耗性コ−ティングは、最高３２５℃（６１５°Ｆ）の使用温度で、先端の無いチタン合金、ニッケル合金、および鋼のブレ−ドに対して使用でき、先端の無いアルミニウム合金のラジアルインペラ−ブレ−ドに対しても使用できる。それらは、不規則な丸みのある形態を有することができ、参照によりその全体が本明細書に援用される、Ｍｅｔｃｏ  ６０１ＮＳの１つ以上の特徴／特性を含むことができる。
【００８６】
その他の例／考えられる用途
ガスアトマイズされた近共晶アルミニウムシリコン粉末は、摩擦ミリングプロセスによってサブミクロンの微細な純モリブデンと純クロムの粉末と機械的に合金化され、モリブデンとクロムの層が粉末表面に機械的に合金化される。表Ｂの組成物２〜６のいずれかとすることができるこの組成物は、ワイヤ−の製造に使用され、ワイヤ−はワイヤ−溶射（ア−クまたは燃焼）プロセスを使用して溶射される。このコ−ティングは、摩耗性コ−ティングおよび／または耐食性アルミニウム合金コ−ティングとして使用できる。
【００８７】
さらに、少なくとも本発明は、簡略化または効率化などのために、特定の例示的な実施形態の開示により、本発明を作製し使用することを可能とするように本明細書で開示されているので、例えば、本明細書に具体的に開示されていない追加の要素または追加の構造がない場合でも本発明を実施することができる。
【００８８】
前述の例は、単に説明の目的で提供されたものであり、決して本発明を限定するものとして解釈されるべきではないことに留意されたい。本発明を例示的な実施形態を参照して説明してきたが、本明細書で使用された単語は、限定の単語ではなく、説明および例示の単語であることが理解される。添付の特許請求の範囲内で、現在述べられ、補正されているように、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、その態様の変更を行うことができる。本発明は、特定の手段、材料、および実施形態を参照して本明細書で説明されてきたが、本発明は、本明細書で開示された詳細に限定されることを意図せず、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲内にあるような、機能的に均等なすべての構造、方法、および用途に及ぶ。
【図１】
2021507089.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2021507089.tif 000019
【図１５Ａ】
2021507089.tif 000020
【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
2021507089.tif 000022
【図１５Ｄ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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