(57)【要約】      （修正有）【解決手段】シリカを主成分とするガラス質セラミックマトリックスと、耐火物粒子、非耐火物ＭＣｒＡｌＸ粒子及びその組合せから選択される耐食性粒子を含むガスタービンエンジンに使用される耐食性テープ状コーティングからなる被覆物品の提供。【効果】耐食性粒子６５はマトリックス内にほぼ均一に分布し、コーティングに耐食性を与える。本発明のコーティング６４がエンジン作動温度でアルミナより大きい熱膨張係数（ＣＴＥ）をもつことが重要である。コーティング６４のＣＴＥが基材６０のＣＴＥに十分近いので、１２００°Ｆより高い温度での頻繁なエンジンのサイクリング後でもコーティング６４が剥離しない。【選択図】図２
2008202141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超合金基材（６０）と、超合金基材に設層されたコーティング（６４）とを備え、
前記コーティング（６４）は、加熱前に、
シリコーンを含有し、６価クロムを含まないバインダー組成物の約５〜約４５重量％
１２００°Ｆ以上の温度で測定した熱膨張係数がアルミナの熱膨張係数以上である耐火物粒子を含有する耐食性粒子（６５）  組成物の約１５〜約９２重量％
可塑剤及び
非水溶剤  組成物の約３〜約５０重量％
を含有する組成物を含有する、
超合金基材（６０）及び耐食性コーティング（６４）からなる被覆物品。
【請求項２】
前記バインダーが第１所定温度への加熱時にガラスマトリックス（６３）を形成し、耐食性粒子（６５）がマトリックス内にほぼ均一に分布する、請求項１記載の被覆物品。
【請求項３】
前記バインダーが第１所定温度より高い第２所定温度への加熱時にガラス質セラミックマトリックス（６３）を形成する、請求項２記載の被覆物品。
【請求項４】
耐食性粒子（６５）が、ジルコニア、ハフニア、イットリア安定化ジルコニア、イットリア安定化ハフニア、セリア、クロミア、マグネシア、酸化鉄、チタニア、イットリア、イットリウムアルミニウムガーネット、アルミナ又はこれらの組合せを含有する、請求項１記載の被覆物品。
【請求項５】
耐食性粒子（６５）がさらに、ＭＣｒ、ＭＣｒＸ、ＭＡｌ、ＭＡｌＸ及びＭＣｒＡｌＸからなる群から選択される非耐火物粒子を含有し、ここでＭはニッケル、鉄、コバルト及びこれらの組合せからなる群から選択される元素であり、ＸはＴａ、Ｒｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ及びこれらの組合せからなる群から選択される元素であり、前記非耐火物粒子の１２００°Ｆ以上の温度で測定した熱膨張係数がアルミナの熱膨張係数より大きい、請求項４記載の被覆物品。
【請求項６】
耐食性粒子が約５〜約１０重量％のコバルト、約２５〜約４０重量％のニッケル、約１５〜約２５重量％のクロム、約５〜約１５重量％のアルミニウム及び約０．１０〜約１．５重量％のイットリウムを含有する、請求項５記載の被覆物品。
【請求項７】
耐食性粒子（６５）が約５０〜約７５重量％のニッケル、約１５〜約２５重量％のクロム、約５〜約１５重量％のアルミニウム及び約０．１０〜約１．５重量％のイットリウムを含有する、請求項５記載の被覆物品。
【請求項８】
耐食性粒子（６５）が約２０〜約９０重量％の鉄及び約５〜約１５重量％のアルミニウムを含有する、請求項５記載の被覆物品。
【請求項９】
シリコーンバインダーがシロキサンを含有する、請求項１記載の被覆物品。
【請求項１０】
前記被覆組成物が、基材（６０）の表面が作動中に遭遇すると予想される作動温度以下の温度に加熱されるとガラス質セラミックマトリックスに転化する、請求項１記載の被覆物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中程度の温度及び腐食性環境にさらされる非ガス流路タービンエンジン部品に用いる耐食性コーティング、及びコーティングをタービンエンジン部品に適用するテープ媒介法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機ガスタービンエンジンでは、運転中に、圧縮機区分で外気を大気圧の１０〜２５倍に圧縮し、断熱的に８００°〜１２５０°Ｆに加熱する。この加熱圧縮空気を燃焼器に送り、そこで燃料と混合する。燃料に点火し、燃焼プロセスでガスを３０００°Ｆ超えのきわめて高い温度に加熱する。高熱のガスがタービンに流れ、そこで回転するタービン翼車がエンジンのファン及び圧縮機を駆動するエネルギーを抽出し、ついで高熱ガスが排気システムに流れ、そこで高熱ガスが航空機を推進するスラストを供給する。航空機エンジンの作動効率を上げるために、燃焼温度を高くしてきた。当然ながら、燃焼温度が上昇するにつれて、そのような高い作動温度の直接的及び間接的結果としてのエンジン部品の劣化を防ぐ手段をとらなければならない。
【０００３】
性能を向上させる必要性は新型エンジンについても実証済み設計の改良型についても増加し続けている。性能要求にはさらに大きなスラスト及びより良い燃料経済が含まれる。このエンジンの性能を改良するために、燃焼温度は非常に高い温度まで上がっている。これによりスラストをより大きくしたり、燃料経済を改善したりできる。このような燃焼温度は、燃焼通路内にない超合金部品でさえ劣化を蒙る程の十分高い温度になっている。これらの超合金部品は、以前は一般に経験されなかった機構による劣化を受け、今まで表面化しなかった解決すべき問題を生んでいる。高性能航空機エンジンの改修中に最近発見された１つの問題は、冷却空気が供給されるタービンディスク、シールその他の部品のピティング（孔食）である。冷却空気は吸引した粒状物、例えば塵埃、火山灰、フライアッシュ、コンクリート粉、砂及び海水塩並びに粒子もしくはガスの形態の金属、硫酸塩、亜硫酸塩、塩化物、炭酸塩、種々の雑多な酸化物及び／又は種々の塩を含有する。これらの物質は基材表面上に堆積する。金属表面上に堆積した場合、これらの物質は互いにまた金属表面と相互作用し、表面を腐食する。腐食は高温で促進される。タービンエンジンに用いる材料は、代表的には、腐食に抗する能力などを含む高温特性に基づいて選択されるが、これらの材料でも高温の苛酷な条件下では劣化する。観察された孔食問題を研究したところ、孔食は、異物粒子やガス物質を含む冷却空気が流れる結果として、外気中の異物粒子やガス物質がディスク、シールその他の部品上に堆積し、その結果として腐食生成物が形成されることに原因があることを確かめた。このような異物粒子やガス物質の堆積は、エンジン部品が経験するより高い温度条件と相まって、結果として腐食生成物の形成をもたらす。腐食生成物は、エンジン部品が、（通常は酸化と燃料中の汚染物質からの腐食生成物とを伴う）高熱の燃焼ガスに露呈される結果ではない。ここで問題としているシール、タービンディスクその他の部品は、一般に、もしも漏れがあると、空気が、問題としている部品の方向にではなく、高熱の燃焼ガスの流れの方向に漏れ出るように設計されている。
【０００４】
腐食生成物はエンジン部品が周囲の空気環境から吸引された冷却空気にさらされる結果であるので、腐食生成物はエンジン毎に均一ではない。航空機は外気条件の異なる様々な地理的場所に飛行するからである。例えば、ある航空機は塩水環境に露呈され、また別の航空機は高度工業地域の大気汚染物質にさらされる。その結果として、ある部品は他の部品より激しい腐食を経験する。
【０００５】
腐食は予期できないものではなかった。しかし、製作中に着手された補修の工夫は無効であった。腐食問題を緩和するために種々の皮膜（コーティング）が提案され、試験された。１例に、本出願人に譲渡された米国特許出願第１１／０１１６９５号（２００４年１２月１５日出願）「耐食性被覆組成物、被覆タービン部品及び被覆方法」（本発明の先行技術として援用する）に記載されたリン酸塩系皮膜がある。ほかに、リン酸塩／クロメートバインダーシステム及びアルミニウム／アルミナ粒子を含有する水性耐食性被覆組成物がある。例えば、Ｍｏｓｓｅｒの米国特許第４６０６９６７号（１９８６年８月１９日発行）（球状アルミナ粒子）及びＭｏｓｓｅｒらの米国特許第４５４４４０８号（１９８５年１０月１日発行）（分散性水和アルミナ粒子）参照。耐食性拡散皮膜をアルミニウムもしくはクロムから、或いはその酸化物（即ちアルミナもしくはクロミア）から形成することもできる。例えば、本出願人に譲渡されたＲｉｇｎｅｙの米国特許第５３６８８８８号（１９９４年１１月２９日発行）（アルミナイド拡散皮膜）及び本出願人に譲渡されたＮａｇａｒａｊらの米国特許第６２８３７１５号（２００１年９月４日発行）（クロム拡散皮膜）参照。ほかにも多数の耐食性皮膜が、タービンディスク／シャフト及びシール要素への使用を目的として、考慮されている。例えば、Ａｃｋｅｒｍａｎらの米国特許出願公開２００４／００１３８０２Ａ１（２００４年１月２２日公開）（タービンディスク及びシール要素へのアルミニウム、ケイ素、タンタル、チタンもしくはクロム酸化物の金属有機化学気相堆積ＭＯＣＶＤにより保護皮膜を形成する）参照。これらの従来の耐食性皮膜には多数の欠点がある。（１）タービンディスク／シャフト及びシール要素の疲労寿命に悪影響を与えるおそれがある、特にこれらの従来の皮膜が下側の金属基材中に拡散する場合そうである。（２）熱膨張係数（ＣＴＥ）が皮膜と下側の金属基材との間で一致しないおそれがあり、このため皮膜が剥落しやすくなるおそれがある。（３）耐食性皮膜を金属基材に形成する方法（例えば化学気相堆積ＣＶＤ）が更に複雑かつ高価になる。
【０００６】
さらに他の問題として、ある種の部品に適用された腐食緩和皮膜が無効であることが分かった。ＳｅｒｍａＦｌｏｗＮ３０００として市販されている、６価クロムを使用するクロメート−リン酸塩バインダー中にアルミナ顔料を含有する被覆組成物である、この皮膜は、高温への露呈後に亀裂を生じた。ＳｅｒｍａＦｌｏｗは、Ｓｅｒｍａｔｅｃｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（米国ペンシルベニア州ポッツタウン所在）の登録商標である。当然のことながら、この皮膜も、環境に有害な元素であるクロムを含むという欠点を有し、それが塗工の際の課題となっている。さらにそのような皮膜は、低い温度で効果的であるが、膨張係数が小さいので、新型エンジンが遭遇するさらに高い温度では、０．５〜２．５ミルのような薄い厚さに塗工されても、皮膜が亀裂を生じた。実際に１．５ミル以上の厚さでは、この皮膜は、新型エンジンの可能な作動温度である、１３００°Ｆでの１回のエンジンサイクル後に離層を生じた。上述した問題は、新しい高性能エンジンで特に顕著であるが、極限値はエンジンの作動により決定されるため、問題はそれだけに限定されたものではない。ほとんどの航空機エンジン並びにその他のガスタービンエンジンに関して温度が上昇し続けているので、これらのエンジンも同様に、エンジンに利用される材料に関係する温度限界を超えるとき上記問題に直面する。
【特許文献１】米国特許第６２１０７９１号明細書
【特許文献２】米国特許第４６０６９６７号明細書
【特許文献３】米国特許第４５４４４０８号明細書
【特許文献４】米国特許第５３６８８８８号明細書
【特許文献５】米国特許第６２８３７１５号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００４／００１３８０２号明細書
【特許文献７】米国特許第６８８４５２７号明細書
【特許文献８】米国特許第６７５６１３９号明細書
【特許文献９】米国特許第６２４８３９２号明細書
【特許文献１０】米国特許第３７２５１８６号明細書
【特許文献１１】米国特許第６１６５６００号明細書
【特許文献１２】米国特許第６００５４４６号明細書
【特許文献１３】米国特許第５９０２４２９号明細書
【特許文献１４】米国特許第５８５８４６５号明細書
【特許文献１５】米国特許第５５０５２４８号明細書
【特許文献１６】米国特許第５２７８１３８号明細書
【特許文献１７】米国特許第４６０８１２８号明細書
【特許文献１８】米国特許第４３７６００４号明細書
【特許文献１９】米国特許第４３４４５５６号明細書
【特許文献２０】米国特許第４２９６９２１号明細書
【特許文献２１】米国特許第４０４６６１２号明細書
【特許文献２２】特開平１１−３３５１８３号公報
【特許文献２３】国際公開第９３０９２６５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
タービンエンジン部品に適用すれば、タービンエンジン部品が多種多様な大気中で高い作動温度に曝される場合でも、タービンエンジン部品の腐食を防止することができる、６価クロムを含まない被覆組成物が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
最高の作動温度で使用するのに適当なタービンエンジン部品は代表的には、鉄、ニッケル、コバルトもしくはその組合せの超合金、又は良好な高温靭性及び耐疲労性故に選択されたステンレス鋼などの他の耐食性材料から作製されている。具体的な超合金は、全て周知であるが、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）合金、例えばＩｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ７２２及びＩｎｃｏｎｅｌ７１８、Ｎｉｍｏｎｉｃ（登録商標）合金、Ｒｅｎｅ（登録商標）合金、例えばＲｅｎｅ４１、Ｒｅｎｅ８８ＤＴ、Ｒｅｎｅ１０４、Ｒｅｎｅ９５、Ｒｅｎｅ１００、Ｒｅｎｅ８０及びＲｅｎｅ７７、Ｕｄｉｍｅｔ（登録商標）合金、例えばＵｄｉｍｅｔ５００、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）合金、例えばＨａｓｔｅｌｌｏｙＸ、ＨＳ１８８などの商標名で表示され、また当業者に周知の他の同様の合金がある。このような超合金材料は、耐酸化性及び耐腐食損傷性を有するが、その耐性は、現在ガスタービンエンジンが到達している持続的な作動温度で材料を保護するのに十分ではない。ディスク及び他のロータ部品などのエンジン部品は、クロムレベルの低い新世代の合金から作製され、したがって腐食の攻撃を受けやすいおそれがある。これらのエンジン部品には、タービンディスク、タービンシール要素、タービンシャフト、エアーホイル（回転ブレード又は静止ベーンに分類される）、タービンブレードリテイナ、センターボディ、エンジンのライナ及びフラップが含まれる。このリストは、例示であり、すべてを網羅するものではない。
【０００９】
上に列挙した部品はすべて本発明を適用して有利なものであるが、タービンディスク、タービンシール要素、タービンブレードリテイナ及びタービンシャフトなどのエンジン部品は、燃焼生成物のガス経路内に直接存在するのではなく、また通常、これらの腐食性及び酸化性の高いガスに曝された結果として見出される腐食性の生成物が検出されるものではない。それにもかかわらず、これらの部品はこれまでより高い作動温度に遭遇しており、このような高い作動温度の結果としてより強い腐食作用を受けている。本発明は、腐食問題を緩和するか最小限に抑えるためにこれらの部品に適用される耐食性コーティング（皮膜）である。
【００１０】
本発明の耐食性被覆組成物は、より高価な方法によって塗工される周知の防食コーティングに取って代わる費用効果の高い代替物である。本発明に用いる新規な被覆組成物は、これを適用、焼成することにより、タービンディスク、タービンシール要素、タービンブレードリテイナ及びタービンシャフトなどのエンジン部品に適当な耐食性コーティングを形成することができる。このコーティングは、高温及び腐食性環境に曝されるその他のタービン部品、例えばタービンブレード、タービンベーン、ライナ及び排気フラップを含む、燃焼ガス流体の流路内又はその境界に配置されるタービン部品などにも適用することができる。
【００１１】
ガスタービン部品に使用される本発明の耐食性コーティングは、シリカを主成分とするガラス質セラミックマトリックスを含み、また耐火物粒子、非耐火物粒子及びその組合せからなる群から選択される耐食性粒子をマトリックス内にほぼ均一に分布した状態で含む。シリコーンバインダーは、硬化時に耐食性粒子の周りでガラス化するとシリカ系マトリックスを形成し、高温の作動温度でガラス質セラミックに転化する。耐食性粒子はコーティングに耐食性を与える。本発明のコーティングがアルミナ以上の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有することが重要である。耐火物粒子がアルミナなどの耐火性酸化物を含む第１の実施形態では、コーティングは、耐火性酸化物のＣＴＥに近いＣＴＥを有するが、剥離を避けるために比較的薄い必要がある。
【００１２】
コーティングの第２の実施形態では、耐食性粒子がアルミナのＣＴＥよりも大きなＣＴＥを有するＭＣｒＡｌＸなどの非アルミナ系耐食性粒子を含む。この実施形態では、コーティングを耐火物のみの実施形態と比べて比較的厚くすることができ、そうしても耐ひび割れ性や耐剥離性を損なわない。好ましくは、耐食性粒子の選択は、コーティングのＣＴＥが基材材料に十分に近くなるように行い、こうすればコーティングが頻繁なエンジンの高温サイクリングの後に剥離しない。
【００１３】
本発明のコーティングは、被覆組成物を物品に適用することにより得られる。本発明の被覆組成物は、腐食保護を必要とする高温のタービンエンジン部品に適用される。本明細書では、高温のタービンエンジン部品は、タービンディスク、シール、ブレードリテイナ又はタービンシャフトなどの約１１００°Ｆ以上の温度前後をサイクル動作する部品である。本発明の被覆組成物は、耐食性粒子、シリコーンバインダー及び少なくとも１種の可塑剤の混合物を含む。その混合物を有機溶剤に懸濁し、テープ支持体に塗工し、乾燥する。耐食性粒子は、耐火物粒子及び非耐火物粒子からなる群から選択される。耐火物粒子は、好ましくはアルミナ及び非アルミナ系耐火物粒子などの少なくとも１つの耐火性酸化物を含む。
【００１４】
第１の実施形態では、耐食性粒子は耐火物粒子である。耐火物粒子は、基材より高い耐食性をもつように選択される。アルミナは適切な耐火物材料であるが、アルミナ（アルミナのＣＴＥは１３００Ｆ°で約４×１０−６ｉｎ／ｉｎ／Ｆである）よりも大きいＣＴＥを有する他の耐火物材料を用いるのが好ましい。そのような粒状材料の例には、例えば、ジルコニア、ハフニア、安定化ジルコニア及び安定化ハフニア（例えばイットリア安定化）、セリア、クロミア、マグネシア、酸化鉄、チタニア、イットリア及びイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）がある。耐火物粒子は、硬化後のコーティングの密度を増加させるために、少なくとも２つの粒度にて供給するのが好ましい。
【００１５】
第２の実施形態では、耐食性粒子は、耐火物粒子及び非耐火物粒子からなる群から選択される。非耐火物粒子の例には、ＭＣｒ、ＭＡｌ、ＭＣｒＸ、ＭＡｌＸ及びＭＣｒＡｌＸ粒子がある。ここでＭは、鉄、ニッケル、コバルト及びこれらの組合せから選択される元素を示す。Ｘは、γ’相形成元素、並びに例えばＴａ、Ｒｅからなる固溶強化剤、又はＹ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ｌａなどの反応性元素、又はＢ及びＣからなる粒界強化剤及びこれらの組合せからなる群から選択される元素を示す。非耐火物粒子は、アルミナのＣＴＥよりも大きなＣＴＥを有する。非耐火物粒子は、約１２００°Ｆより高い温度などの所定の温度で、下側の基材のＣＴＥに近いＣＴＥを有するのが好ましい。２つ以上の粒度分布とすることによってひび割れが減少し、被覆組成物及びそのコーティングにより高い密度を与える。これについては、本出願人に譲渡された米国特許第４６１７０５６号及び米国特許第６５４４３５１号（その全体を本発明の先行技術として援用する）に記載されている。
【００１６】
各実施形態の被覆組成物を製造する方法も提供される。均質な被覆組成物を得るには、全成分を混合してスラリー状被覆組成物を形成し、これを適当なテープ支持体に塗工し、ついで乾燥して薄いコーティング（皮膜）を形成し、このコーティングをタービンエンジンの部品の表面の少なくとも一部分に適用することができる。混合によって、粒子を溶剤、シリコーン系バインダー及び可塑剤で実質的に均一に被覆する必要がある。当然のことながら、スラリー状被覆組成物の粘度は、予定しているコーティングのテープ支持体への塗工方法（例えば、テープ支持体にスプレー塗工又はブラシ塗工し、ついで組成物を乾燥させて、テープ支持体上にテープ状コーティングを形成する）に適合するように調節することができる。
【００１７】
耐食性コーティングを物品に適用する方法も提供される。被覆組成物を部品の表面に適用する前に、部品の表面を処理してその密着性を高める。表面に応じて、この調整は、単に表面の洗浄であっても、化学エッチング又は機械的な粗面化をさらに含むものであってもよい。好ましくは、調整方法は、化学的な洗浄と機械的な粗面化の両方を含み、例えば溶剤洗浄後にグリットブラストを行う。洗浄及び粗面化後に、被覆組成物の露出面を部品の表面の少なくとも一部分に被着し、テープ支持体を外して、部品の表面上にテープ状被覆組成物を残す。必要なら、乾燥を２段階で行うのが代表的である。第１の低温の段階では、乾燥により、コーティングから結合していない流体を除去し、部品の表面の少なくとも一部分の上に所定の厚さのドライコーティングを形成する。追加の乾燥を行って、残留している結合した流体又は閉じ込められた流体をコーティングから除去するとともに、組成物を初期硬化することが必要なこともあり、こうして表面上に部分的に硬化されたコーティングを形成し、それによって表面との化学的及び／又は機械的結合を形成する。乾燥後に、部分的に硬化されたコーティングを所定温度で焼成して、少なくとも粒子が均一に分布したガラス質マトリックスを形成する。理想的には、コーティングは、部品の表面が作動中に遭遇することが予測される温度以下の温度で焼成する。被覆されるエンジン部品の性質により、焼成温度は作動温度より低くしなければならず、そうでなければ部品は、残留応力の緩和を生じ、その寸法を歪ませることになる。例えば、作動温度が約１３００°Ｆになると予測される場合、１０００°Ｆでのコーティングの焼成が適切である。
【００１８】
本発明の利点として、本発明を用いれば、被覆組成物に６価クロムを存在させることなく、１１００°Ｆを超えるサイクル温度に遭遇するエンジン部品に耐食性を与えることができる。さらに、本発明のコーティングは、２１００°Ｆのような高温に遭遇する用途でも存続する能力を有する。
【００１９】
本発明の非常に重要な利点として、被覆組成物は、アルコールなどの環境的に安全なキャリア液を使用する溶剤ベースの材料としてテープフィルム支持体に塗工できる。
【００２０】
本発明のコーティングの別の利点は、周知のホスフェート系コーティングに使用されるようなクロメートがなくなることである。
【００２１】
本発明の他の利点として、耐食性コーティングがタービンエンジンの物品に使用される多くの合金と適合する熱膨張係数を有する。したがって、コーティングは、航空機エンジンの作動中の大きな温度変化から生じる熱サイクルの結果として剥離する傾向をもたない。
【００２２】
本発明のコーティングのさらに他の利点として、耐火物粒子、非耐火物粒子及びその組合せの量及び選択を変えることによって熱膨張係数が変更でき、そうすることで熱膨張係数が、航空機エンジンに使用されるほとんどの基材に調和するか近似するように修正され、それによって基材とコーティングの間の熱応力を低減できる。その結果、熱サイクルからコーティングの破損が生じることはない。
【００２３】
関連する利点として、コーティングを複数の層として塗工できる。この場合、各層が異なる充填量の耐火物粒子、非耐火物粒子又はその組合せを有し、したがって各層が異なる熱膨張係数を有する。このようにコーティングを複数の層として塗工することによって、層間応力を慎重に制御でき、それによって応力が層に関するひずみ許容限界より低くなり、ここでも同様に熱サイクルによる破損メカニズムとしての剥離がなくなる。
【００２４】
本発明のさらに他の利点として、被覆組成物は、予め選択された塗工方法に必要な程度に希釈したり、濃縮したりでき、またテープフィルム支持体に塗工し、乾燥してテープ状コーティングを（硬化なしに）形成でき、さらに（最終のガラス質セラミックコーティングを規定する熱硬化結合を形成することなく）部分的に硬化できる。これによって、基材に対する様々な適用方法が可能になり、材料が非常に有用になる。さらに、適用方法を変えることによって、層の全体強度又は複数層間の強度が変更可能になり、材料を非常に用途の広いものにする。
【００２５】
本発明のその他の特徴及び利点は、本発明の原理を具体的に説明する、添付図面と関連した、好ましい実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の被覆（コーティング）組成物は、タービンエンジン部品又は同様の基材の上に適用される場合に、硬化して耐食性皮膜（コーティング）を形成することができる。本組成物は、キャリア液、シリコーンバインダー、少なくとも１種の可塑剤、及び耐火物粒子及び非耐火物粒子からなる群から選択される耐食性粒子を含有する。耐食性粒子は、コーティングに必須の耐食性を付与し、一方シリコーン系材料は、塗工時のバインダーであり、硬化後にマトリックスを形成し、また可塑剤は、適当なテープフィルム支持体に塗工する際に、そして組成物を乾燥してテープ状コーティングを形成する際に、組成物に可塑性を与える。耐食性粒子をシリコーン系バインダーに可塑剤及びキャリア液と共に実質的に均一に分布させて、吹付け可能な被覆組成物を形成し、この被覆組成物をテープフィルム支持体に塗工し、乾燥して、本発明のテープ状コーティングを形成することができる。テープ状コーティングの露出面をエンジン部品の表面に被着した後、所望に応じてテープフィルム支持体を外し、加熱により組成物を硬化する。硬化時に、シリコーンバインダーはガラス質ケイ酸塩マトリックスを形成し、そのマトリックスは、焼成時に少なくとも部分的にガラス質セラミックマトリックスに転化する。
【００２７】
第１の実施形態では、耐食性粒子は、例えば、アルミナ、ジルコニア、ハフニア、安定化ジルコニア及び安定化ハフニア（例えばイットリア安定化）、セリア、クロミア、マグネシア、酸化鉄、チタニア、イットリア、並びにイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）などの耐火物粒子である。
【００２８】
第２の実施形態では、耐食性粒子は、耐火物粒子と、アルミナよりも大きなＣＴＥを有する少なくとも１種の非耐火物粒子材料とを含む。非耐火物材料の例には、ＭＡｌ、ＭＡｌＸ、ＭＣｒ、ＭＣｒＸ、ＭＣｒＡｌＸ粒子又はその組合せがある。非耐火物粒子が下側の基材のＣＴＥに近似するＣＴＥを有するのが好ましい。
【００２９】
本明細書で用いる用語「耐食性コーティング」は、本発明の耐食性被覆組成物の堆積物の硬化及び焼成後に、非晶質でガラス質のマトリックス又はガラス質のセラミックマトリックスを有し、耐食性粒子成分からの粒子が該マトリックス中に埋設、封入、閉じこめ、もしくはその他の仕方で密着されている、金属基材に隣接する少なくとも１つの層を備えるコーティングを指す。本発明の耐食性コーティングが設けられる部品は通常、約８１５℃（１５００°Ｆ）の温度に達するが、本発明の耐食性コーティングは、１１５０℃（２１００°Ｆ）のような高温及びそれ以下の温度で、種々の腐食原因物質、例えば金属（例えばアルカリ性）硫酸塩、亜硫酸塩、塩化物、炭酸塩、酸化物、そして吸引した塵埃、火山灰、フライアッシュ、コンクリート粉、砂、海塩などから生じる他の腐食原因塩堆積物によって生じる腐食に対して耐性を与えることができる。焼成時にケイ酸塩系セラミックコーティングを形成する元素を添加することによって被覆組成物を変更することも可能であり、そのコーティングは２１００°Ｆを超える耐熱能力を有する。
【００３０】
上述したように、コーティングを異なる方法で塗工することを可能にする融通性をもつので、本発明の耐食性コーティングは、単一層として要求される工学的な要件と両立する厚さに塗工可能であり、或いは金属基材の上に重なる複数の個別の層を備えることができる。粒子はマトリックス内に結合され、そのマトリックスは、焼成温度に依存して、ガラス質ともガラス質セラミックともなる。一般に、所望であれば、ガラス質のトップコートを耐食性層の上に設層することができる。トップコートは、装飾のため、シールのため、腐食の副生成物が部品に付着しないように非粘着性を与えるため、表面粗さの改善のためなどいくつもの理由で設層することができる。ケイ酸塩ガラス又はリン酸塩（ＡｌＰＯ４又はＭｇＰＯ４）ガラスのトップコートが好ましく、例えばＳｅｒｍａｔｅｃｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（米国ペンシルベニア州ポッツタウン所在）から商標名ＳｅｒｍａＳｅａｌ ５６５、ＳｅｒｍａＳｅａｌ ５７０Ａで販売されている市販のリン酸塩トップコートや、Ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ（米国ペンシルベニア州サウダートン所在）から商標名Ａｌｓｅａｌ ５９８で販売されているトップコートなどがある。
【００３１】
図１は、エンジンの中心線に沿ったガスタービンエンジンのタービン区分の一部分を示す断面図である。このタービン区分３０は２段タービンであるが、タービン設計に応じて任意の数の段が使用できる。本発明は、タービンの段数によって限定されない。タービンディスク３２は図示のように、エンジンの中心線ＣＬに沿ってディスク３２のボアに貫通するシャフト（図示せず）に装着されている。第１段のブレード３８が第１段のディスク３６に装着され、第２段のブレード４２が第２段のディスク４０に装着される。ベーン４１０がケーシング４２０から延在する。ケーシング４２０の内面は、ガス流路内を流れる高温の燃焼ガス用のライナ４３０を形成する。第１段のブレード３８、第２段のブレード４２及びベーン４１０は、高温のガス流路内に延在する。ベーン４１０は固定され、高温のガス流を方向付ける働きをし、一方ディスク３６、４０に装着されたブレード３８、４２は、高温のガスがそれらに衝突すると回転し、エンジンを動作させるエネルギーを取り出す。シール要素３４、前方シール４４、後方シール４６、段間シール４８、ステージ１後方ブレードリテイナ５０及びステージ２後方ブレードリテイナ５２は、タービンブレード及びノズルへの圧縮機空気冷却回路を密封し、完成する働きをする。これらのシールはディスクに装着され、ディスクと共に回転する。段間シール４８は、ベーン４１０の内側寄りかつ第１段のディスク３６と第２段のディスク４０の間に配置される。ブレードをディスクに固定する任意のブレードリテイナ５０、５２も図示されている。このようなリテイナの設計はエンジン設計に応じて変更され、エンジン設計によってはリテイナを必要としない。
【００３２】
これらのディスク、シール及びブレードリテイナは、そこに向かう冷却回路の空気の温度に加熱される。さらに、燃焼通路に最も近い部分も、燃焼通路部分からの伝導的な熱伝達によって加熱される。例えば、タービンディスクのリムは、タービンブレードによって伝導的に加熱される。冷却空気内の汚染物質は、前述のように、ディスク、シール及びリテイナの冷却キャビティを形成する表面の上に堆積し、このような高温で汚染源となる。したがって、本発明は、冷却空気の汚染物質の堆積又は蓄積による腐食の結果として腐食を受けるこれらの表面のいずれにも保護を施すことができる。
【００３３】
図３は、図１のディスク３６又は４０のような代表的なガスタービンエンジンディスク８２の斜視図である。そのディスクは通常、超合金材料、例えば上述した超合金材料から作製される。ディスク８２は、通常はエンジンの中心線に沿ってハブ７４を有し、ハブ７４のボアにシャフト（図示せず）が貫通する。ディスクは、ディスクの外周面に沿ってダブテールスロット８６を備え、そこにタービンブレードが挿入される。ディスク８２のウェブ部７８が、ダブテールスロット８６が配置される外周面とハブ７４の間に延在する。本発明は、ダブテールスロット８６を含めてディスク８２に沿ったどの位置でも利用できるが、特に、ハブ７４とは異なり、冷却空気に直接曝される、ウェブ部７８及びダブテールスロット８６の表面に沿って用いることができる。
【００３４】
図２は、エンジン部品上に堆積された本発明のコーティング６４をその最も単純な形で示す断面図である。耐食性コーティング６４が、基材６０の表面６２上に堆積される。基材６０は、第１段のディスク３６又は第２段のディスク４０などのタービンエンジンディスクとすることができる。基材６０は、タービンディスク８２のウェブ部７８などの代表的な表面とすることができる。本発明によれば、ニッケル、コバルト、鉄及びその組合せに基づいた超合金からなる基材６０の上に、本発明のコーティング６４が堆積されている。所望に応じて、下塗りを施してもよく（図示せず）、例えば、ＮｉＣｒＡｌＹ又はＣｏＮｉＣｒＡｌＹのようなＭＣｒＡｌＸ、ＮｉＡｌのようなアルミナイド、又は（Ｐｔ，Ｎｉ）Ａｌのような貴金属改質アルミナイドなどがある。前述したように、コーティング６４は、組成勾配のあるコーティングの単一層として硬化でき、表面６６は、表面に対する環境を形成する冷却空気に曝される。あるいは、コーティング６４は、実質的に均一な組成とすることができる。コーティングに組成勾配を付ける必要がある場合には、追加の層をコーティング層６４の上に設層する。第１の層を外側表面６６上に設層し、追加の層を順次外側コーティング層の上に設層する。
【００３５】
本発明の耐食性コーティング６４を金属基材６０の表面６２上に形成する前に、金属表面６２は、通常、機械的及び／又は化学的に前処理して、表面をコーティング６４に対してより受容性のあるものにする。適切な前処理方法には、グリッドブラスト法（グリッドブラスト処理すべきでない表面のマスキングありでもなしでもよい、先行技術として援用する１９９８年３月３日発行のＮａｇａｒａｊ等の米国特許第５７２３０７８号、特にコラム４、４６〜６６行参照）、微細加工、レーザエッチング（先行技術として援用する１９９８年３月３日発行のＮａｇａｒａｊ等の米国特許第５７２３０７８号、特にコラム４、６７行〜コラム５、３行及び１４〜１７行参照）、化学的エッチング剤、例えば塩酸、フッ化水素酸、硝酸、フッ化水素アンモニウム及びその混合物を含有するエッチング剤での処理（例えば、１９９８年３月３日発行のＮａｇａｒａｊ等の米国特許第５７２３０７８号、特にコラム５、３〜１０行、１９８６年１月７日発行のＡｄｉｎｏｌｆｉ等の米国特許第４５６３２３９号、特にコラム２、６７行〜コラム３、７行、１９８２年１０月１２日発行のＦｉｓｈｔｅｒ等の米国特許第４３５３７８０号、特にコラム１、５０〜５８行、１９８３年１０月２５日発行のＦｉｓｈｔｅｒ等の米国特許第４４１１７３０号、特にコラム２、４０〜５１行参照、これらの特許すべてを先行技術として援用する）、加圧水での処理（すなわち、ウォータジェット処理、研磨粒子を含有させてもさせなくてもよい）、並びにこれらの方法の様々な組合せが挙げられる。代表的には、金属基材６０の表面６２をグリッドブラスト法によって前処理し、その場合表面６２は、炭化ケイ素粒子、鋼鉄粒子、アルミナ粒子、その他のタイプの研磨粒子の研磨作用を受ける。グリッドブラスト法で使用される粒子は、代表的にはアルミナ粒子であり、典型的には約６００〜約３５メッシュ（約２５〜約５００μｍ）、より典型的には約３６０〜約３５メッシュ（約３５〜約５００μｍ）の粒度を有する。
【００３６】
組成勾配のある多層コーティングを得るために、追加のコーティング層をコーティング表面６６上に塗工する場合、一般に追加の層の塗工前にコーティング表面６６を調整する必要はない。本発明のテープ状コーティングを作製するには、耐火物粒子、バインダー、可塑剤及び溶剤のスラリー混合物をテープフィルム支持体に塗工し、ついで乾燥してテープ状コーティングを形成する。得られたテープ状コーティングは、テープフィルム支持体に接触した第１表面と、第１表面とは反対側の露出した第２表面とを有する。１実施形態では、コーティングはテープフィルム支持体に、約０．０００１インチ（０．１ミル）〜約０．００５インチ（５ミル）、好ましくは約０．０００５インチ（０．５ミル）〜約０．００２５インチ（２．５ミル）の厚さで塗工される。コーティングは、単一の層として上記範囲の厚さで塗工することができ、或いは複数の別個の層として塗工して所定範囲の全体厚さを有するテープ状コーティングを達成することができる。
【００３７】
被覆組成物をテープフィルム支持体に塗工し、ついで乾燥してテープ状コーティングを形成する。テープ状コーティングの露出表面をエンジン部品の表面に被着し、所望に応じてテープフィルム支持体を外し、ついで加熱によりテープ状コーティングを硬化して、耐食性粒子が全体にほぼ均一に分散したシリカ系マトリックスを形成する。耐食性は、耐火物粒子（ＲＰで表示）、例えば耐火性酸化物及び窒化物、及び非耐火物粒子（ＮＲＰで表示）、例えばＭＡｌ、ＭＡｌＸ、ＭＣｒ、ＭＣｒＸ、ＭＣｒＡｌＸ、並びにこれらの粒子の組合せを含む耐食性粒子（ＣＲで表示）によって達成される。ここに示す実施形態は、耐火物及び非耐火物耐食性粒子両方を含有する本発明の第２実施形態に相当する。
【００３８】
シリカ系マトリックスは、多くの配合方式のうちのいずれで配合してもよい。例えば、溶剤ベースのシステムは、シリコーン材料を使用し、これを溶剤（「液体キャリア」とも言う）と混合する。代表的なシリコーン材料は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ社から入手できるＳＲ−３５５である。別のシリコーン材料は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社（米国コネチカット州ウィルトン所在）から入手できるＳＲ−３５０である。溶剤、代表的には蒸発可能な有機溶剤、例えばアルコール（メタノール、エタノール、プロパノール等）、アセトン、その他の適切な溶剤を混合して、後述する好ましい塗工方法に合致する粘度を得る。次に、耐食性粒子を溶剤及びシリコーン材料溶液に加える。これらの粒子は、コーティングに耐食性を与えることができる耐火物粒子、例えば、アルミナ、イットリウム酸化物（Ｙ２Ｏ５）、ジルコニウム酸化物（Ｚｒ２Ｏ３）、チタン酸化物（ＴｉＯ２）、ジルコニア、ハフニア、安定化ジルコニア及び安定化ハフニア（例えばイットリア安定化又は他の酸化物、即ち希土類、マグネシア、カルシア、スカンジアで安定化された）、セリア（ＣｅＯ２）、クロミア（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３，Ｆｅ３Ｏ４）、チタニア（ＴｉＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、並びにＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、マグネシア（ＭｇＯ）及びこれらの組合せを含むことができる。選択された耐火物材料は、以下の２つの規準に適合しないと受け入れられない。１）粒子は、アルミナ以上のＣＴＥを有する必要がある（アルミナのＣＴＥは、１２００°Ｆで約４×１０−６〜約５×１０−６ｉｎ／ｉｎ／Ｆである）、２）粒子は基材より高い耐食性をもつ、好ましくは実質的に腐食作用を起こさない必要がある。第２の実施形態の被覆組成物を調合するために、次に非耐火物粒子を加える。前述したように、非耐火物粒子の例には、ＭＡｌ、ＭＡｌＸ、ＭＣｒ、ＭＣｒＸ及びＭＣｒＡｌＸ並びにその組合せが含まれる。耐食性粒子を溶液に加えてスラリーを形成した後、１種以上の可塑剤を添加し、スラリーを実質的に均質になるまで混合する。つぎに粘度を、混合物に対して溶剤を加えるか除去することによって調節し、予定しているテープフィルム支持体への塗工方法と合致する組成物粘度を得る。スラリーをテープ化する場合には、粘度を中程度になるように調節する必要があり、一方、スラリーを（例えば空気圧スプレー装置を用いて）吹付けとして塗工する場合には、粘度を非常に低く調節するために、液体を添加して、スラリーが吹付け可能となるようにする必要がある。さらに、界面活性剤及び分散剤を適宜、必要な時にスラリーに加えてもよい。耐食性粒子、バインダー及び溶剤の種類及び量は、塗工し、硬化すれば所定のＣＴＥを有する耐食性コーティング層を形成することができる被覆組成物となるように選択する。
【００３９】
被覆組成物のどちらの実施形態においても、耐食性粒子を溶剤及びシリコーンに加えて、耐食性粒子が溶液全体の約９２重量％以下で、残りがバインダーと溶剤になるようにし、こうして組成物を、吹付け、流延、ドクターブレード、塗布その他の手段でテープフィルム支持体上に分布させることができるものとする。被覆組成物の第１の実施形態では、スラリーは、重量表示で約５％〜約４５％のバインダー、約３％〜約５０％の溶剤、約１５％〜約９２％の耐火物粒子及び約３％〜約３５％の可塑剤を含有する。被覆組成物の第２の実施形態では、スラリーは、重量表示で約５％〜約４５％のバインダー、約３％〜約５０％の溶剤、約１０％〜約８７％の非耐火物粒子、約５％〜約８２％の耐火物粒子及び約５％〜約３５％の可塑剤を含有する。
【００４０】
どちらの実施形態においても、耐食性粒子は２５μｍ以下の粒度範囲で供給される。粒子の粒度が１０μｍ以下であるのが好ましい。粒子は実質的に等軸（球形）でも非等軸（薄片）でもよい。高い粒子密度が望まれる場合、粒子を少なくとも２つの粒度で供給する必要がある。そのような場合、平均粒度が７〜１０倍異なるのが好ましい。粒子間に粒度差があると、小さな粒子が大きな粒子間の間隙を埋めることが可能になる。これは、粒子が実質的に等軸である場合に特に明白である。したがって、高い充填密度が必要とされ、粒子の粒度が約５μｍである場合、粒子が０．５μｍ以下である第２の粒度範囲の粒子も含まれることが必要である。
【００４１】
予定しているテープフィルム支持体への塗工方法にかかわらず、被覆組成物の混合物を完全に攪拌する。攪拌は、任意の好都合な方法により約０．１〜５時間で行うことができる。混合を約０．１〜０．５時間の期間で完遂するのが好ましい。これは、粒子がスラリー全体にわたって実質的に均一にかつ完全に分配されることが重要なだけでなく、溶液が粒子を完全に「濡らす」か被覆することも重要であるので、重要な工程である。粒子によっては、粒子の表面が加水分解されることがあると考えられ、それによって、後述するように、粒子がシリカ系材料と結合できるようになる。
【００４２】
好ましい実施形態では、スラリーをテープキャスティング（流延）によってテープフィルム支持体に塗工できるように粘度を調節する。この場合、スラリーは、塗工できる状態になるまで、攪拌機（スターラ）を混合物に挿入することによって攪拌し続ける。スラリーをテープフィルム支持体上にテープ流延するときでも、スラリーは、攪拌機を用いて空気圧攪拌することができる。被覆組成物は、ドクターブレード又はテープ流延装置を用いて、テープフィルム支持体に所定の厚さに塗工する。これに代わる、もしくは追加の手段として、被覆システムをテープフィルム支持体に吹付け塗装してテープフィルム支持体上に１つ以上のテープ状セラミック層を形成し、所定厚さのテープ状コーティングを得ることができる。
【００４３】
被覆組成物の混合物をテープフィルム支持体の表面に塗工した後、塗工された組成物を乾燥させる。乾燥は代表的には２段階で行われる。第１段階では、結合していない溶剤を除去するために乾燥を行う。これは、組成物を部品の表面に塗工した後に、温度を１００℃（２１２°Ｆ）未満に上げることにより行われる。もっと高い湿度及び／又は低い温度でも乾燥できるが、必要な乾燥を達成するのにもっと長い時間が必要となることが、当業者に理解できる。コーティングを約０．００１インチ（１ミル）以上の厚さに塗工する場合には、加熱を約２〜１０°Ｆ／分以下の速度で行って膨れを防止する必要がある。
【００４４】
つぎにテープ状コーティングを被覆すべき物品の表面に適用する。テープ状被覆組成物の露出表面を被覆すべき部品の表面と接触させ、圧力をテープ支持体にかける。その後、所望に応じて、テープ支持体を外し、部品の表面上に被覆組成物を残す。テープ支持体を除去した方がよい場合には、任意の手段、例えば手動もしくは自動的剥離、化学的溶解もしくは化学反応、又は熱分解によりテープ支持体を外すことができる。テープフィルム支持体をすぐに外さない場合には、上記除去手段のいずれかもしくは他の既知の手段により支持体を後で外すことができる。つぎに、例えば部品を加熱、代表的には４００°Ｆ以上の温度に加熱するなどにより、コーティングに熱を加えて初期硬化を行う。所望に応じて、圧力も加え、好ましくは加熱工程と同時に加えて、コーティングを初期硬化するとともにコーティングを基材に密着させる。
【００４５】
初期硬化後、被覆された基材を高温で焼成して、コーティングを粒子が全体にほぼ均一に分散したガラス又はガラス質セラミックに転化する。焼成は、部品の予想作動温度以上の、ただし約７００°Ｆ以上の温度で行うのが好ましい。コーティングは約２１００°Ｆ以下の温度で焼成できる。焼成温度が高ければ高いほど、ガラスからセラミックに転化するガラスの比率が高くなる。
【００４６】
組成勾配のあるコーティングは、第１層又は後続層上に追加の層を設けることにより達成でき、この場合後続層のそれぞれは、結合していない水を除去するための乾燥後に塗工し、所望に応じて焼成してその層を硬化させる。当然のことながら、各層は、異なる含有量の粒子及び／又は異なる組成の粒子を有するように調整され、粒子の含有量及び種類でその層のＣＴＥが決まる。組成勾配のあるコーティングをこのように形成すると、層間の界面で充填物の若干の混合が起こる可能性がある。硬化すると、層間に強い化学結合が生じ、充填物（量）を除いて「層」の様相が消失し、コーティングは均一なコーティングとして振る舞う。ＣＴＥを厚さによって調整することができるので、最終的な応力及び歪みをコーティング厚さの関数として設計できる。これによって、所望であれば、アルミナなどの耐食性が高くＣＴＥが低い粒子をコーティング層に使用することができ、その層を、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ粒子を含む層などのＣＴＥがより高いコーティング層の上に設層することができ、こうしてもコーティングの基材への密着性に悪影響を与えることはない。所望に応じて、基材での高いＣＴＥから被覆物品の表面での低いＣＴＥに移行するように、被覆組成物の追加の混合層を上塗りとして塗工することができる。第１層又は後続層の上に追加の層を塗工する場合、後続層のそれぞれは、結合した水を除去し初期硬化を開始するための乾燥後に塗工する。この場合にも、各層は、異なる含有量の粒子を有するように調整され、粒子の含有量でその層のＣＴＥが決まる。例えば、アルミナなどの耐火物粒子とＣｏＮｉＣｒＡｌＹなどの非耐火物粒子の比を調整することにより、１つのコーティング層のＣＴＥを変更する。このようにして組成勾配のあるコーティングを設層する場合、層間の界面での充填物の混合が実質的に起こらず、各層は別個になる。
［耐火物のみの耐食性粒子］
第１の例示の被覆組成物では、耐食性粒子は耐火物粒子のみ、この場合にはＳＭ８アルミナ及びＡ１７ＳＧアルミナを含む。しかし、他の耐火物粒子を使用してもよく、また、本明細書で説明したように、少なくとも２つの粒度範囲で供給するのが好ましい。
［耐火物＋非耐火物耐食性粒子］
第２の例示の被覆組成物では、耐食性粒子は、耐火物粒子及び非耐火物粒子の両方を含む。この例では、非耐火物粒子は、ＦｅＡｌ、即ちＦｅ及び約１０重量％のアルミニウムを含有する鉄基合金とすることができる。ＦｅＡｌの１例が Ｐｒａｘａｉｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造され、Ｆｅ−１２５と表示されている。Ｆｅ−１２５は、平均粒度約２７μｍ未満と報告されている。Ｆｅ−１２５は、更にふるい分けして平均粒度約５μｍ未満とすることができる。これに加えて、ＳＭ８アルミナを耐火物粒子として供給することができる。しかし、本明細書で説明したように、ＣＯ−２１０−６（ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金粉末）、Ａ１６ＳＧアルミナ、Ａ１７ＳＧアルミナ、ナノアルミナ及びこれらの組合せなど、他の適当な耐火物粒子及び非耐火物粒子を使用することができる。
【００４７】
上記の仮想実施例における防食性粒子はそれぞれ、アルミナ以上のＣＴＥを有するように選択される少なくとも１種の耐食性粒子を含み、かくしてコーティングにエンジン作動温度でアルミナのＣＴＥ以上のＣＴＥを付与する。このような粒子は、アルミナのＣＴＥよりも大きなＣＴＥを有する耐火物酸化物、窒化物、炭化物、金属又は合金のいずれでもよい。好ましくは、非耐火物耐食性粒子は、鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、ＭＣｒ、ＭＣｒＸ、ＭＡｌ、ＭＡｌＸ、ＭＣｒＡｌＹ又はこれらの任意の組合せである。そのような適切な合金の１つはＣＯ−２１０−６、即ち約３８．５重量％のコバルト、３２重量％のニッケル、２１重量％のクロム、８重量％のアルミニウム及び０．５０重量％のイットリウムからなる噴霧法粉末合金である。ＣＯ−２１０−６は、Ｐｒａｘａｉｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（米国インディアナ州インディアナポリス所在）の商標名であり、同社から市販されている。ＣＯ−２１０−６はさらに、最大で約５％が１．９４μｍの下、約５０％が５〜７μｍの間、最小で約９５％が１６μｍの下、及び１００％が２２μｍの下である凝集体寸法分布（積算重量基準で）を有するものとして特定される。しかし、ＣＯ−２１０−６及び他の非アルミナ合金は、多数の異なる粒度範囲で提供でき、上述の広い規定値に収まる様々な重量％の金属を含有する。さらに、ＣＯ−２１０−６が好ましいが、同様のＣＴＥ特性（即ち、アルミナと同一でないＣＴＥ特性）を有する他の合金も本発明の被覆組成物に使用するのに適している。
【００４８】
例示の組成物において、耐火性酸化物も防食性粒子として用いられる。耐火性酸化物は好ましくはアルミナであり、より好ましくは少なくとも２つの粒度のアルミナを含む。最も好ましくは、アルミナ粒子は、０．０５〜０．８μｍ、より好ましくは０．１０〜０．６μｍの数平均粒度（直径）を有し、例えば０．１５μｍの平均粒度を有する第１のアルミナ成分を含む。適切な第１のアルミナ成分は、Ｂａｉｋｏｗｓｋｉ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社からＢａｉｋａｌｏｘ ＳＭ８（以下「ＳＭ８」）の商標名で市販されており、これはＡｌ２Ｏ３含量９９．９９重量％、ＢＥＴ比表面積１０±１ｍ２／ｇ、主相α、主相割合９５％、結晶密度３．９８ｇ／ｃｍ２、嵩密度０．９３ｇ／ｃｍ３、圧縮密度１．８５ｇ／ｃｍ３（２２００ｐｓｉで）、そして積算重量基準で６５重量％が＜０．３μｍ、７８％が＜０．４μｍ、９０％が＜０．５μｍ、９５％が＜０．６μｍ、１００％が＜１．０μｍの凝集体寸法分布を有し、さらに約８ｐｐｍのＮａ、３５ｐｐｍのＫ、３５ｐｐｍのＳｉ、６ｐｐｍのＶ及び３ｐｐｍのＣａを含有する。
【００４９】
様々な粒度の中からの選択と、粒子及びバインダー成分の割合（重量％）の調整とは、密度及び多孔度などのコーティング特性の僅かな差異をもたらす。前述したように、この効果の少なくとも一部分は、物理的な粒子充填の結果、コーティングの乾燥及び硬化時のひび割れの傾向、並びにバインダーなどの非セラミック成分の焼結の効果である。
【００５０】
したがって、好ましい実施形態では、防食性粒子の耐火物部分はさらに、２５μｍより小さい数平均粒度（直径）を有する複数の耐火物成分を含む。適切な第２の耐火物粒子製品は、Ａｌｍａｔｉｓ社からＡ１６ＳＧ 及びＡ１７ＳＧの商標名で市販されているアルミナ（以下「Ａ１６ＳＧ」及び「Ａ１７ＳＧ」）である。Ａ１６ＳＧ及びＡ１７ＳＧはそれぞれ、低ソーダ含量（ＮａＯ２＜０．１０％）、表面積約８．２及び２．５ｍ２／ｇ、並びにメジアン粒径約０．４８及び２．９μｍを有すると同社から報告されている。
［バインダー］
バインダーは、好ましくはシリコーンバインダーであり、より好ましくはポリメチルシロキサンバインダーである。適当なシリコーンバインダーは、ゼネラル・エレクトリック社のＳＲ３５５であり、これは、比重１．０５〜１．１０、嵩密度１．０２〜１．１４ｇ／ｃｍ３、最大ゲル含量０．３％及び溶融粘度４００〜２０００ｃｐｓを有するポリシロキサン族のメチルセスキシロキサン混合物と分類される。シリコーン樹脂は、米国特許第６２１０７９１号（先行技術として援用する）に記載された化学式で表すことができ、式中のＲ’、Ｒ及びＲ”は好ましくはアルキル基から選択され、ｎは好ましくは１〜１０００、例えば１〜５００から選択される。他の適当なシリコーンバインダーは、ゼネラル・エレクトリック社のＳＲ３５０であり、これもポリシロキサン族のメチルセスキシロキサン混合物として分類される。表１に示すＳＲ３５０シリコーンバインダーの量は、テープ組成物中に存在するＳＲ３５０シリコーンバインダーの当初量に基づいて約６０〜７５重量％の量のシリカ粒子を生成する。同様に、ＳＲ３５５シリコーンバインダーの量は、テープ組成物中に存在するＳＲ３５５シリコーンバインダーの当初量に基づいて約３０〜４０重量％の量のシリカ粒子を生成することができる。
［可塑剤］
適当な可塑剤には、市販の有機可塑剤、例えばＭｏｎｓａｎｔｏ社からＢｕｔｖａｒＢ７９として市販されているもの、商標名のある有機可塑剤並びにＭｏｎｓａｎｔｏ社からＳａｎｔｉｃｉｚｅｒ１６０として市販されている可塑剤（同社によりブチルフタレート可塑剤として特定されている）などがある。本発明に使用できる他の可塑剤の例には、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）；ジオクチルアジペート、イソデシルマロネート；ジエチレングリコールジベンゾエート、ペンタエリスリトールエステル；ブチルオレエート、メチルアセチルリシノレエート；トリクレジルホスフェート及びトリオクチルホスフェート；ポリプロピレングリコールアジペート及びポリブチレングリコールアジペートなどがある。これらの可塑剤は単独で使用しても、２種以上併用してもよい。
［溶剤］
溶剤は、アルコール、例えばメタノール、エタノール、プロパノール又はこれらの組合せを含むが、他の極性有機溶剤、例えばアセトン又はトリクロロエチレンも、アルコールに加えて、又はアルコールの代わりに使用できる。より好ましくは、溶剤は無水アルコールを含む。最も好ましくは、溶剤は約９５重量％のエチルアルコール及び約５重量％のイソプロピルアルコールを含む。
［界面活性剤］
所望に応じて界面活性剤が含まれる。適切な界面活性剤は、Ｗｈｉｔｃｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社からＰＳ２１Ａとして販売されている市販の界面活性剤である。ＰＳ２１Ａは、同社によりアルキル有機ホスフェートエステル酸の界面活性剤として特定され、本組成物のアルミナ粒子及び／又は他の耐火物粒子の濡れを促進すると考えられる。界面活性剤は組成物の１重量％未満であるのが好ましい。
【００５１】
本組成物は、当業界で周知の任意適当なドクターブレードを用いてテープフィルム支持体上に塗工した後、室温で乾燥してテープ状コーティングを形成することができる。乾燥後、組成物を基材に被着し、次いで焼成して実質的に均質な保護コーティングを得る。テープ媒介法によって堆積されるコーティングの適当な厚さは、約０．１ミル〜５ミル、より好ましくは約０．５ミル〜２．５ミルの範囲にある。
【００５２】
好適なテープ堆積方法では、適当な組成及び厚さのテープ状コーティングを基材６０に被着することにより保護コーティング６４を形成する。テープ状コーティングは一般に、上記と同じ成分を流延（キャスティング）することにより形成できる。さらに、界面活性剤を加えて、被覆組成物の液体成分による固形物の濡れを容易にし、また可塑剤を存在させて、乾燥すればテープ状コーティングとしての取り扱い及び被着が可能な固形テープ状コーティングを生成する。テープ状コーティングは積層した複数層として形成するのが好ましい。好適な実施形態では、異なる組成を有するテープ状コーティングを適用し、こうして焼成後にコーティング６４の内層と外層が異なる組成をもつようにする。上述した組成物の成分に加えて、コーティング６４の内層を形成するのに用いるテープは、コーティング６４内の熱膨張応力分布を改良するために、追加のセラミック粉成分、例えばガラスフリット又はジルコニア、好ましくはＹＳＺを含有してもよい。
【００５３】
上記説明は例示のものであり、限定するものではない。成分及び量のその他の組合せ及び変更は、本発明の範囲内に入る。したがって、本発明を好ましい実施形態について説明したが、当業者であれば、本発明の要旨から逸脱することなく、様々な変更を行なうことができ、その構成要素に対して等価物が代用できることが理解できるはずである。さらに、本発明の要旨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内容に適合させるように、多くの改変を行なうことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲内に収まる全ての実施形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ガスタービンエンジンのタービン区分の一部分の断面図である。
【図２】表面が本発明のコーティングで被覆された超合金基材の断面図である。
【図３】エンジンの前面又はファン部分からガス流れの方向に見た、タービンディスクの斜視図であり、本発明の耐食性コーティングを設けることができる望ましい位置を示す。
【符号の説明】
【００５５】
３０   タービン区分
３２   タービンディスク
３４   シール要素
３６   第１段のディスク
３８   第１段のブレード
４０   第２段のディスク
４２   第２段のブレード
４４   前方シール
４６   後方シール
４８   段間シール
５０   ステージ１後方ブレードリテイナ
５２   ステージ２後方ブレードリテイナ
６０   基材
６２   表面
６３   マトリックス
６４   コーティング
６５   粒子
６６   表面
７８   ウェブ部
８２   ディスク
８６   ダブテールスロット
【図１】
2008202141.tif 000003
【図２】
2008202141.tif 000004
【図３】
2008202141.tif 000005
【外国語明細書】
2008202141000001.pdf