(57)【要約】【課題】高温において抗酸化特性を呈する安定した耐熱性金属ベースの保護コーティングを提供する。【解決手段】本発明の保護コーティングは、室温から少なくとも約３，０００°Ｆ（１，６５０℃）まで、あるいはそれ以上の温度範囲で、耐熱性材料を酸化から保護する。保護コーティングは、低い融点温度を有するガラス材料の特性を酸素スカベンジング添加剤と組み合わせて利用し、耐熱物ベース基材に要求される高い機械的特性および高い抗酸化特性を実現する。多層にすることで、蒸気からの保護を強めることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品に抗酸化コーティングを施す方法において、
少なくとも約１０体積％〜約９９体積％が、約１，２９２°Ｆ（７００℃）〜約３，２７２°Ｆ（１，８００℃）において約１×１０2ポアズ〜約１×１０7ポアズの粘度を有する少なくとも１種類のシリカベース材料からなり、少なくとも約１体積％〜約９０体積％が、少なくとも１種類の酸素スカベンジャからなるスラリを形成するように、これらの材料を液体媒体と混合するステップと、
上記スラリで被覆した製品を作製するために、上記スラリで製品をコーティングするステップと、
上記少なくとも１種類の酸素スカベンジャを含有する少なくとも１つの抗酸化コーティング層を有する製品を作製するために、上記スラリで被覆した製品を不活性雰囲気下で加熱処理するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
上記混合ステップが、上記加熱処理ステップにおけるスラリの粘土を流動学的に制御するのに十分な量の粘度改質剤の添加をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記粘度改質剤が、耐熱性材料、金属酸化物、金属ケイ酸塩およびこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記少なくとも１種類の酸素スカベンジャが、モリブデン、タンタル、クロム、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウムおよびこれらの混合物のうちの１つまたは複数のケイ化物、あるいは、モリブデン、タンタル、クロム、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウムおよびこれらの混合物のうちの１つまたは複数のホウ化物、あるいは、１つまたは複数の上記ケイ化物と１つまたは複数の上記ホウ化物の両方であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記少なくとも１種類の酸素スカベンジャが、モリブデン、タンタル、クロム、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウムおよびこれらの混合物のうちの１つまたは複数のケイ化物であり、かつ、モリブデン、タンタル、クロム、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウムおよびこれらの混合物のうちの１つまたは複数のホウ化物であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記混合ステップが、ボール混合、粉砕、高エネルギーミリング、摩擦摩鉱、遠心混合法およびこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む機械的混合法であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記混合ステップが手動的混合法を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記コーティングステップが、熱溶射法、化学蒸着法、物理蒸着法、電気泳動析出法、静電析出法、プレセラミックポリマー熱分解法、ゾル−ゲル法、スラリコーティング、浸漬法、エアブラシ法、スパッタリング、スラリ塗布およびこれらの組み合わせのうち少なくとも１つの工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
上記コーティングステップが、低圧プラズマ溶射法または高速酸素炎溶射法を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
上記コーティングステップが塗装法を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
上記スラリ被覆製品を加熱処理する前に、約６６２°Ｆ（３５０℃）で約３０分〜約６０分間乾燥させることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記加熱処理ステップが、約１，０００°Ｆ（５３８℃）〜約２，５５２°Ｆ（１，４００℃）で、上記抗酸化コーティングを形成するのに十分な時間、上記スラリ被覆製品を加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
上記シリカベース材料が、約１５０メッシュ〜約３２５メッシュの粒径範囲を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
上記少なくとも１種類の酸素スカベンジャが、約０．５ミクロン〜約５０ミクロンの粒径範囲を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
上記シリカベース材料が、粘度改質剤として作用する官能基を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
上記液体媒体が、水、アルコール、テルピネオール、コロイドケイ酸、無機物含有溶媒および有機物含有溶媒のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
耐熱性酸化物材料、耐熱性カーバイド材料、耐熱性ホウ化物材料、耐熱性ケイ化物材料およびこれらの混合物のうち少なくとも１つを含む保護膜層を、上記抗酸化コーティング層上に塗布するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
上記耐熱性酸化物材料が、ＴａxＯy（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜５）、ＮｂxＯy（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜５）、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＳｉＯ2、ＨｆＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、希土類酸化物およびこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記塗布ステップが、熱溶射法、化学蒸着法、物理蒸着法、電気泳動析出法、静電析出法、プレセラミックポリマー熱分解、ゾル−ゲル法、スラリコーティング、浸漬法、エアブラシ法、スパッタリング、スラリ塗布、高速酸素炎溶射法および低圧プラズマ溶射法のうち少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
約１，２９２°Ｆ（７００℃）〜約３，２７２°Ｆ（１，８００℃）において約１×１０2ポアズ〜約１×１０7ポアズの粘度を有するシリカベース材料と、
上記材料中に分散された少なくとも１つまたは複数種類の酸素スカベンジャと、
を含む抗酸化コーティングを、少なくとも１つの表面に有する被覆製品。
【請求項２１】
上記少なくとも１種類の酸素スカベンジャが、モリブデン、タンタル、クロム、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウムのうちの１つまたは複数のケイ化物およびこれらの混合物、あるいは、モリブデン、タンタル、クロム、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウムのうちの１つまたは複数のホウ化物およびこれらの混合物、あるいは、１つまたは複数の上記ケイ化物と１つまたは複数の上記ホウ化物の両方であることを特徴とする、請求項２０に記載の被覆製品。
【請求項２２】
上記抗酸化コーティングの上に付着される保護膜層をさらに備え、上記保護膜層が、耐熱性酸化物材料、耐熱性カーバイド材料、耐熱性ホウ化物材料、耐熱性ケイ化物材料およびこれらの混合物のうちの少なくとも１つからなることを特徴とする、請求項２０に記載の被覆製品。
【請求項２３】
上記耐熱性酸化物材料が、ＴａxＯy（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜５）、ＮｂxＯy（ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜５）、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＳｉＯ2、ＨｆＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、希土類酸化物およびこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項２２に記載の被覆製品。
【請求項２４】
上記製品が、ケイ素含有セラミック、ケイ素含有合金およびこれらの混合物のうちのいずれか１つからなることを特徴とする、請求項２０に記載の被覆製品。
【請求項２５】
上記ケイ素含有セラミックが、窒化ケイ素、炭化ケイ素、カルボ窒化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、炭化ケイ素複合体、窒化ケイ素複合体、オキシ窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素アルミニウム、窒化ケイ素セラミックマトリックス複合体およびこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項２４に記載の被覆製品。
【請求項２６】
上記ケイ素含有合金が、モリブデンケイ素合金、ニオブケイ素合金、鉄ケイ素合金、鉄ケイ素合金、コバルトケイ素合金、ニッケルケイ素合金、タンタルケイ素合金、耐熱性金属ケイ素合金およびこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項２４に記載の被覆製品。
【請求項２７】
上記抗酸化コーティングが、約０．１〜約３００ミルの厚さを有することを特徴とする、請求項２０に記載の被覆製品。
【請求項２８】
上記抗酸化コーティングが、約０．１〜約１０ミルの厚さを有することを特徴とする、請求項２０に記載の被覆製品。
【請求項２９】
上記製品が、タービンエンジン構成要素、極超音速エンジン構成要素、および極超音速構成要素のうちいずれか１つからなることを特徴とする、請求項２０に記載の被覆製品。
【請求項３０】
上記製品が、タービンエンジンのノズル、フラップ、シールおよびシュラウドと、極超音速エンジンの前縁および熱交換器と、極超音速構成要素のエアフォイル面と、のうちいずれか１つからなることを特徴とする、請求項２０に記載の被覆製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコーティングに関し、詳しくは、酸化保護コーティングに関する。
【０００２】
なお、米国政府は、米国空軍により米国オハイオ州デイトン所在のＵＥＳ，Ｉｎｃ．，社に与えられた契約番号第Ｆ３３６１５−０１−Ｄ５８０２号、下請け契約番号第Ｓ−７０９−０２０−００１に基づき、本発明に対して一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
今も性能の向上と作動効率の改善が追求されている最新型のタービンエンジンおよび極超音速エンジンには、広範囲の温度スペクトル、すなわち、６５°Ｆ（１８℃）の室温から、１，２００°Ｆ（６５０℃）〜３，０００°Ｆ（１，６５０℃）以上の作動温度範囲に至るまで、強固な機械特性を有する安定かつ軽量な材料が必要とされている。この厳しい要求に応えるために使用することができるのは、制限された数の炭素やセラミック材料などの耐熱性材料、炭素繊維または炭化ケイ素線維ベースの複合体、窒化ケイ素や炭化ケイ素などのモノリシックセラミック、およびモリブデンやニオブベースなどの耐熱物ベース合金のみである。この材料のすべては、十分な高温機械特性を有するが、高温における抗酸化性は不十分であるため損傷を受ける。
【０００４】
酸化保護コーティングを形成するための取り組みのほとんどが、シリカ（ＳｉＯ2）ベースの高融点ガラスの使用を考慮するものであるため、１，２００°Ｆ（６５０℃）〜３，０００°Ｆ（１，６５０℃）の範囲における保護を想定していない。抗酸化コーティングを設ける耐熱性シリコンの使用を教示するとき、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社に譲渡され、本明細書に参照として組み入れられるイートン（Ｅａｔｏｎ）らの特許文献１に開示されているように、ほとんどの手法は、融点の高いケイ化物、あるいは遊離ケイ素を含むまたは含まないケイ化物共晶混合物を形成することを必要とする。
【０００５】
テレンティーヴァ（Ｔｅｒｅｎｔｉｅｖａ）の特許文献２に記載されるように、ケイ化物コーティングは、高温でシリカ薄膜を形成する高温焼きなまし工程によって表面に形成される。このようなコーティングは、使用の際に、シリカ、金属ケイ酸塩および金属酸化物の混合物を含む複合スケールを形成する傾向がある。（基材のケイ化金属そのものに加えて）これらの相を組み合わせることは、異なる熱膨張係数の差異に関連する不都合を悪化させることがある。
【０００６】
Ｃ／ＳｉＣ基材を保護する市販のコーティングは、通常、３，０００°Ｆ（１，６５０℃）まで温度での良好な酸化保護を提供するが、下層にある基材の強度を著しく低下させる。
【特許文献１】米国特許第７，０６０，３６０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６７７，０６０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高温において抗酸化性を呈する安定した耐熱性金属ベースの保護コーティングが、必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、製品に抗酸化コーティングを塗布する方法において、少なくとも約１０体積％〜約９９体積％が、約１，２９２°Ｆ（７００℃）〜約３，２７２°Ｆ（１，８００℃）において約１×１０2ポアズ〜約１×１０7ポアズの粘度を有する少なくとも１種類のシリカベース材料からなり、少なくとも約１体積％〜約９０体積％が、少なくとも１種類の酸素スカベンジャからなるスラリを形成するように、これらの材料を液体媒体と混合するステップと、上記スラリで被覆した製品を作製するために、上記スラリで製品をコーティングするステップと、上記少なくとも１種類の酸素スカベンジャを含有する少なくとも１つの抗酸化コーティング層を有する製品を作製するために、上記スラリで被覆した製品を不活性雰囲気下で加熱処理するステップと、を含む。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、被覆製品は、概して、約１，２９２°Ｆ（７００℃）〜約３，２７２°Ｆ（１，８００℃）において約１×１０2ポアズ〜約１×１０7ポアズの粘度を有するシリカベース材料と、このシリカベース材料中に分散された少なくとも１つまたは複数種類の酸素スカベンジャと、を含む抗酸化コーティングを、少なくとも１つの表面に有する製品を含む。
【００１０】
本発明の１つまたは複数の実施態様の詳細を、関連図面および以下の説明において開示する。本発明のその他の特徴、目的および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明らかになる。
【００１１】
同様の符号および指示は異なる図面においても同様の構成要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の例示的な保護コーティングは、室温から少なくとも約３，０００°Ｆ（１，６５０℃）まで、あるいはそれ以上の温度範囲で、耐熱性材料を酸化から保護する。例示的な保護コーティングは、低い融点温度を有するガラス材料の特性を酸素スカベンジング添加剤と組み合わせて利用し、耐熱物ベース基材に要求される高い機械的特性および高い抗酸化特性を実現する。本明細書に記述されている保護コーティングの基本構成は、Ｃ／ＳｉＣ、ＳｉＣ／ＳｉＣまたはＳｉＣ／ＳｉＮＣおよびモノリシックＳｉ3Ｎ4などの熱膨張の低い複合基材に特に塗布し易いが、広範な温度範囲にわたって酸化保護を必要とするすべての耐熱性材料にも適用し、最適な性能を確保することができる。
【００１３】
図１を参照すると、本発明の方法の一例を表すフローチャートが示されている。抗酸化コーティングを塗布する方法は、図１のステップ１０において、スラリを作るために、液体媒体中で、少なくとも約１０体積％〜約９９体積％の少なくとも１種類のシリカベース材料と、少なくとも約１体積％〜約９０体積％の少なくとも１種類の酸素スカベンジャと、を混合するステップを含む。適当な液体媒体は、水、アルコール、結合剤、テルピネオール、当業者には周知の有機分散剤、前述の材料からなる溶液またはこれらの混合物などを含むが、これらに限定されない。前述の結合剤は、アクリル系などの有機ベースの液体媒体でもよいし、コロイドケイ酸などの無機ベースのものでもよい。適当な混合プロセスは、機械的混合技術、手動的混合技術、超音波、キャビテーション、撹拌（ａｇｉｔａｔｉｏｎ）およびこれらの技術の組み合わせなどを含むが、これらに限定されない。機械的混合技術の代表例は、粉砕（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、ボール混合（ｂａｌｌ  ｍｉｘｉｎｇ）、高エネルギーミリング（Ｓｐｅｘなど）、剪断混合、撹拌、遠心混合およびこれらの少なくとも１つとの組み合わせなどを含む。
【００１４】
適当なシリカベース材料は、シリカおよび改質シリカなどからなる。改質シリカは、ケイ酸ナトリウム、ホウケイ酸、ケイ酸ハフニウム、ケイ酸ジルコニウムまたはこれらの混合物などのケイ酸塩をはじめ、他の化合物や他の元素で改質したシリカを含み得る。これらの種々のシリカベース材料は、約１，２９２°Ｆ（７００℃）〜約３，２７２°Ｆ（１，８００℃）の温度範囲で、約１×１０2ポアズ〜約１×１０7ポアズの粘度を呈するものであって、約１５０メッシュ〜約３２５メッシュの粒径範囲を有し、加熱処理されると、少なくとも１種類の酸素スカベンジャのためのキャリアとして適する粘性ガラス相材料を形成する。この粘度範囲を有することにより、コーティングステップおよび加熱処理ステップで、酸素スカベンジャがシリカベース材料全体へ含まれ易くなり、かつ分散し易くなる。
【００１５】
本発明の抗酸化コーティングは、製品の表面に向かって流れる酸素ガスに対する受動的な障壁ではなく、むしろ酸素と活発な反応をすることによる抗酸化性を提供する。（１つまたは複数の）コーティングが酸化作用条件にさらされると、（１つまたは複数の）コーティングが腐食し、酸素スカベンジャ添加剤が露出する。酸素スカベンジャは、酸化してＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3などの非ガス状の酸化物を生成し、その後、この非ガス状の酸化物がコーティングに加わり、コーティングを再構築する。高温になったガラス相が流れてクラックをシールし、かつ異なる層の熱膨張係数の不整合に対処する。結果的にコーティングは、剥離（ｓｐａｌｌａｔｉｏｎ）およびクラッキングに対しては抵抗し、非ガス状の酸化物の層形成によって生じる応力に対しては緩和する。
【００１６】
酸素スカベンジャは、酸素と反応して比較的安定な不揮発性の酸素含有化合物あるいは相を生成する元素または化合物または多相成分である、と定義することができる。適当な酸素スカベンジャは、アルミニウム、モリブデン、タンタル、クロム、チタン、ハフニウム、ジルコニウムおよびイットリウムのケイ化物および／またはホウ化物、およびこれらの組み合わせなどからなり得る。さらに、その他の耐熱性金属と、耐熱性の酸化物、ケイ酸塩、ホウ化物およびそれらの混合物を形成する他の金属も、当業者に周知の通り、適当な酸素スカベンジャとして用いることができる。コーティング層での酸素スカベンジャの体積％は、コーティング層の約１体積％〜約９０体積％の範囲であることが好ましく、コーティング層の約５体積％〜約７５体積％の範囲であれば、なお好ましい。
【００１７】
必要に応じて、粘度改質剤を、目当ての（１つまたは複数の）ガラス相の粘度を流動学的に制御できる十分な量で、スラリに添加してもよい。適当な粘度改質剤は、耐熱性材料、金属酸化物、混合金属ケイ酸塩およびこれらの混合物などを含むが、これらに限定されない。製品に蒸気耐性を与えるために、スラリに粘度改質添加剤を選択的に添加してもよい。あるいは、シリカベース材料が、組成の一部として、粘度改質添加剤を含んでもよい。適当な粘度改質添加剤は、ムライト（ｍｕｌｉｔｅ）、バリウムストロンチウムアルミノシリケート（ＢＳＡＳ）およびストロンチウムアルミノシリケート（ＳＡＳ）を含むアルカリ土類アルミノシリケート、ケイ酸イットリウム、希土類ケイ酸塩、ハフニウムまたはジルコニウムのケイ酸塩、ハフニウム、ジルコニウム、チタン、ケイ素、イットリウム、希土類金属、タンタル、ニオブおよびアルミニウムそれぞれの酸化物、およびこれらの混合物、などを含み得る。また、これら粘度改質添加剤は、蒸気耐性を増すために用いることができる。
【００１８】
図１を再び参照すると、ステップ１２において基材はスラリで被覆され得る。基材は、所望の酸化保護が求められる製品からなるものでよい。当業者に周知の１つまたは複数のコーティング技術を用いることができる。例えば、適当なコーティング技術は、熱溶射、化学蒸着、物理蒸着、電気泳動析出、静電析出、プレセラミックポリマー熱分解、ゾル−ゲル法、スラリコーティング、浸漬法、エアブラシ法、スパッタリング、スラリ塗布またはこれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。適当なコーティング技術には、高速酸素炎溶射法（ｈｉｇｈ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｏｘｙｇｅｎ  ｆｕｅｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）、低圧プラズマ溶射法（ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｐｌａｓｍａ  ｓｐｒａｙ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）なども含まれる。多層の抗酸化コーティングを塗布するとき、特に好ましいコーティング技術は、ポリマー含浸法、化学蒸着法、物理蒸着法およびこれらの組み合わせを含む。各抗酸化コーティングは、約０．０５ミル（０．００００５インチ）より大きいかこれに等しい厚さ、好ましくは約０．１〜約３００ミルの厚さ、理想的には約０．１〜約１０ミルの厚さで製品上に設けるとよい。
【００１９】
あるコーティングプロセスを利用するとき、液体媒体が残存して、スラリで被覆した表面上に薄膜あるいは残滓を形成する。そのような（１つまたは数種類の）残滓が残存する場合、残滓が酸化して「焼かれてなくなる」ように、図１のステップ１４で、スラリ被覆基材を乾燥することができる。例えば、約３５０℃で約３０分〜約６０分間、スラリ被覆基材を乾燥するとよい。図１のステップ１２およびステップ１４は、ステップ１６で被覆製品を熱処理する前に、コーティング層の所望の厚さ、コーティング重量、その他の所望の特性などが得られるまで必要なだけ繰り返してよい。
【００２０】
本発明の方法は、ここで開示した少なくとも一層の抗酸化コーティングを形成することができる。すなわち、図３に示すような多層の抗酸化コーティングを形成するために、本発明の方法を繰り返すことができる。例えば、当業者に周知の上記した粘度改質剤などの蒸気耐性材料からなる保護膜層を用いることによって、蒸気保護を付与することができる。
【００２１】
図１をさらに参照すると、本発明の抗酸化コーティングを形成するために、スラリ被覆基材をステップ１６で熱処理することができる。（１つまたは数種類の）シリカベース材料と、（１つまたは数種類の）酸素スカベンジャと、（１つまたは数種類の）任意のアルカリ土類材料添加剤と、の反応生成物は、その層全体に分散された酸素スカベンジャを含有するガラス層を形成する。当業者に周知の多数の技術のうちのいずれか１つを用いて、この熱処理を実行することができる。熱処理の温度範囲は、好ましくは約９３２°Ｆ（５００℃）〜約３，２７２°Ｆ（１，８００℃）であり、スラリの構成に依存して異なる。例えば、シリカベースガラスと酸素スカベンジャとを含有するスラリで被覆した基材は、約１，０００°Ｆ（５３８℃）〜約１，５００°Ｆ（８１６℃）の温度範囲で、抗酸化コーティングを形成するのに十分な時間の熱処理を必要とする場合がある。ステップ１７で保護膜層を塗布する前に、ステップ１４とステップ１６とを必要なだけ順に繰り返してよい。
【００２２】
図２および図３を参照すると、本発明の抗酸化コーティングで被覆された製品が示されている。製品２０は、約２０°Ｆ（６５℃）〜約３，０００°Ｆ（１，６５０℃）の温度範囲で酸化からの保護を必要とする部品や部品の構成要素などからなるものでよい。そのような製品は、ノズル、フラップ、シール、シュラウドなどのタービンエンジン構成部品、前縁および熱交換器などの極超音速エンジン高速部品、および極超音速エアフォイル面などの極超音速部品などを含むが、これらに限定されない。
【００２３】
製品は、例えば、ケイ素含有基材（すなわち、ケイ素含有セラミック、ケイ素含有金属合金など）の種々の適当な材料からなるものでよい。適当なケイ素含有セラミックは、窒化ケイ素、炭化ケイ素、カルボ窒化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅ）、オキシ炭化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｙｃａｒｂｉｄｅｓ）、炭化ケイ素複合体、窒化ケイ素複合体、オキシ窒化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅｓ）、オキシ窒化ケイ素アルミニウム（ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅｓ）、窒化ケイ素セラミックマトリックス複合体などを含むが、これらに限定されない。適当なケイ素含有金属合金は、モリブデンケイ素合金（ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｌｌｏｙｓ）、ニオブケイ素合金（ｎｉｏｂｉｕｍ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｌｌｏｙｓ）、鉄ケイ素合金、コバルトケイ素合金、ニッケルケイ素合金、タンタルケイ素合金、耐熱性金属ケイ化物などを含むが、これらに限定されない。
【００２４】
製品２０は、本明細書で開示したいずれか１つの方法による抗酸化コーティング２４を有する少なくとも１つの表面２２を含み得る。また、本発明の方法は、最初の抗酸化コーティング２４上に繰り返し行い、１つまたは複数の抗酸化コーティングを塗布したり、堆積させたりすることができる。例えば、製品３０は、第１の抗酸化コーティング３４、第２の抗酸化コーティング３６および第３の抗酸化コーティング３８を有する少なくとも１つの表面３２を備えることができる。
【００２５】
さらに、図１のステップ１７において、酸化または蒸気からの保護を強化するために、シリカベースのコーティング上に図３の保護膜層４０を配置させることができる。そのような保護膜層は、酸化物、ホウ化物、カーバイド、ケイ化物、ケイ酸塩またはこれらの混合物を含む耐熱性材料を含み得る。適当な耐熱性酸化物材料は、ＴａxＯy（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜５）、ＮｂxＯy（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜５）、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＳｉＯ2、ＨｆＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、希土類酸化物およびこれらの混合物などの酸化物のうち少なくとも１つを含み得るが、これらに限定されない。当業者に周知の多数のコーティング技術のうち、いずれか１つを利用することができる。保護膜層を塗布するための適当なコーティング技術は、熱溶射法、化学蒸着法、物理蒸着法、電気泳動析出法、静電析出法、プレセラミックポリマー熱分解法、ゾル−ゲル法、スラリコーティング法、浸漬法、エアブラシ法、スパッタリング法、スラリ塗布、高速酸素炎溶射法、低圧プラズマ溶射法などを含むが、これらに限定されない。保護膜層の所望の特性を得るために、ステップ１７を必要なだけ繰り返してよい。
【００２６】
本発明の抗酸化コーティングは、従来技術を超える利点を提供し、従来技術のコーティングと異なり、障害を克服するものである。第１に、得られたコーティングの全体に分散した酸素スカベンジャの使用により、連続した（１つまたは複数の）コーティングとして層を塗布した場合に生じ得る（１つまたは複数の）コーティングの剥離およびクラッキングなどの熱膨張率の不整合に伴う問題が回避される。（１つまたは複数の）コーティングが酸化作用条件にさらされるとき、（１つまたは複数の）コーティングは腐食し、酸素スカベンジャ添加剤が露出する。酸素スカベンジャは酸化して、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3などの非ガス状の酸化物を形成し、これらがコーティングに加わってコーティングを再構築する。高温になったガラス相が流れてクラックをシールし、異なる層の熱膨張係数の不整合に対処する。結果的に、コーティングは、剥離およびクラッキングに耐えるようになる。さらに、本発明のコーティングで被覆された基材は、被覆されていない基材と比較して、５〜９倍優れた抗酸化特性を示す。
【００２７】
第２に、極超音速および／ガスタービンの用途における構成要素は、水蒸気を含むまたは含まない様々な条件において、環境からの保護を必要とする。例えば、スクラムジェットエンジンの前縁は、３，０００°Ｆ（１，６５０℃）まで、あるいはそれ以上の温度で乾燥抗酸化特性が必要とされるが、冷却された（熱交換器などの）ＣＭＣ流路要素は、比較的高い水蒸気条件での保護を必要とすることが知られている。本発明による多層の抗酸化コーティングは、両方の目的に機能することができる。多層にすることで、蒸気からの保護を強めることができる。多層を用いることで、（放射率、反射度などの）コーティング全体の熱流束を修正することができる。
【００２８】
本発明の１つまたは複数の実施態様を記述したが、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、様々な変更が可能であることを理解されるであろう。したがって、他の実施態様は、特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の方法のフローチャート。
【図２】本発明の抗酸化コーティングで被覆した製品。
【図３】多層の本発明の抗酸化コーティングで被覆した製品。
【符号の説明】
【００３０】
２０…製品
２４…抗酸化コーティング
４０…保護膜層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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