(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性白金コーティング組成物であって、
前記コーティング組成物の総重量に基づいた重量％で、２０重量％〜４０重量％の白金粉末であって、平均粒径１．０μｍ未満でアスペクト比１：１〜１：２の粒子を含む白金粉末と、
前記コーティング組成物の総重量に基づいた重量％で、０．５重量％〜５．０重量％の高分子結合剤と、
前記コーティング組成物の総重量に基づいた重量％で、１．０重量％未満の界面活性剤と、
前記コーティング組成物の総重量に基づいた重量％で５５重量％以上でかつ前記コーティング組成物の残部をなす量の水と
を含む組成物。
【請求項２】
前記高分子結合剤が、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルピロリドン、およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項１記載の水性白金コーティング組成物。
【請求項３】
前記コーティング組成物の総重量に基づいた重量％で、０．５重量％未満の界面活性剤を含む、請求項１又は請求項２記載の水性白金コーティング組成物。
【請求項４】
前記界面活性剤が、ポリエチレンオキシド／ポリプロピレンオキシドブロックコポリマー、ノニルフェニルエトキシレート、アルコールエトキシレート、エトキシル化アセチレンジオール、およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の水性白金コーティング組成物。
【請求項５】
１．０重量％〜２．０重量％の高分子結合剤を含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の水性白金コーティング組成物。
【請求項６】
ガスタービンエンジン構成要素上に白金アルミナイド拡散コーティングを形成する方法であって、
前記構成要素の外表面の少なくとも一部分を請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の水性白金コーティング組成物で被覆して、白金コーティング層を形成するステップと、
前記構成要素を９３０〜１０９０℃に加熱して、前記コーティング組成物を熱分解し、前記構成要素の外表面上に白金拡散コーティングを形成するステップと、
前記白金拡散コーティングをアルミニウム含有ガス組成物に曝して、白金アルミナイド拡散コーティングを形成するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの構成要素のための白金コーティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンには、通常、高圧／低圧圧縮機と、燃焼器と、少なくとも１つのタービンとが含まれる。圧縮機は、空気を圧縮し、その圧縮された空気が燃料と混合されて燃焼器に運ばれる。次いで、該混合物が点火されて高温の燃焼ガスを発生し、該燃焼ガスがタービンに運ばれ、該タービンが、燃焼ガスから、圧縮機に動力を供給し、またさらに飛行中の航空機を推進するため、もしくは発電機などの負荷に動力を供給するために有用な仕事を生み出すエネルギーを取り出す。
【０００３】
いくつかのガスタービンエンジン構成要素、例えば、タービンエーロフォイルは、高温酸化および腐食保護のために、白金アルミナイド（ＰｔＡｌ）拡散コーティングで被覆される。通常、白金アルミナイドコーティングを形成するために、これらの構成要素は、初めに白金電気めっきされる。白金電気めっきは、資本投資の大きいプロセスである。電気めっきは、クリーニング、エッチング、電気めっき、いくつかのリンス操作、および乾燥を含む、多工程プロセスである。化学処理機器は、高価であり、大きな資本支出を必要とし、貴重な製造床面積を占有する。さらに、電気めっき用の化学物質は、有害であることが多く、めっき操作は、空気および廃水の排出について厳しい要件を満たさなければならない。高い機器コスト、多量の床面積、および付随した環境問題が原因で、白金めっき操作がバッチ操作となっている。製造設備では、通常、既存の製造工場の予算および床面積内では１つの化学処理システムしか設けられない。この化学処理システムは、設備からの環境排出物を監視かつ制御するために、主要な製造床面積から物理的に隔てなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
物理的に隔てられた専用電気めっきシステムでのバッチ電気めっき操作は、処理機器を各生産ラインの「セル」内に配置することによって生産コストおよび在庫数を削減する、現在の製造傾向に反する。セル式製造の理論によれば、１人のオペレータまたは複数のオペレータのチームが、ある部品を完全に処理して仕上げるのに必要なすべての製造機器をセル内に有する。各部品は、個別に、かつ迅速に処理される。セル式製造は、低速から中速の生産速度を有する部品、例えば、タービンエーロフォイルには有利に働く。しかし、セルから部品を取り出さなければならない白金電気めっきのようなバッチ操作は、部品を列で待機させ、処理に十分なバッチサイズまで蓄積させることになる。在庫の蓄積が避けられず、処理時間が増加するので、セル式製造の利益は、失われている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、水性白金コーティング組成物が提供される。該コーティング組成物には、約２０重量パーセント〜約４０重量パーセントの白金粉末と、約０．５重量パーセント〜約５．０重量パーセントの高分子結合剤と、約１．０重量パーセント未満の界面活性剤と、約５５重量パーセント〜約８０重量パーセントの水とが含まれる。重量パーセントは、すべてコーティング組成物の総重量に基づく。
【０００６】
他の態様では、ガスタービンエンジン構成要素が提供される。該構成要素には、外表面と、白金層を形成するように外表面上に付着させた白金コーティング組成物とが含まれる。該白金コーティング組成物には、約２０重量パーセント〜約４０重量パーセントの白金粉末と、約０．５重量パーセント〜約５．０重量パーセントの高分子結合剤と、約１．０重量パーセント未満の界面活性剤と、約５５重量パーセント〜約８０重量パーセントの水とが含まれる。重量パーセントは、すべてコーティング組成物の総重量に基づく。
【０００７】
他の態様では、ガスタービンエンジン構成要素上に白金アルミナイド拡散コーティングを形成する方法が提供される。該方法には、構成要素の外表面の少なくとも一部分を水性白金コーティング組成物で被覆して白金コーティング層を形成するステップと、該構成要素を約９３０〜約１０９０℃（約１７００〜約２０００°Ｆ）に加熱して、コーティング組成物を熱分解し、構成要素の外表面上に白金拡散コーティングを形成するステップと、白金拡散コーティングをアルミニウム含有ガス組成物に曝して白金アルミナイド拡散コーティングを形成するステップとが含まれる。水性白金コーティング組成物には、約２０重量パーセント〜約４０重量パーセントの白金粉末と、約０．５重量パーセント〜約５．０重量パーセントの高分子結合剤と、約１．０重量パーセント未満の界面活性剤と、約５５重量パーセント〜約８０重量パーセントの水とが含まれる。重量パーセントは、すべてコーティング組成物の総重量に基づく。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下で、ガスタービンエンジン構成要素上で使用するための水性白金コーティング組成物について詳細に説明する。よりコストのかかる、資本支出の大きい電気めっきプロセスの代わりに、水性白金コーティング組成物を使用して、ガスタービンエンジンの構成要素の外表面上に白金層を付着させることができる。水性白金コーティング組成物によって付着させた白金コーティングを熱分解することによって、ガスタービンエンジン構成要素上に白金拡散コーティングが容易に形成される。次いで、高温酸化および腐食保護のために、白金拡散コーティングを白金アルミナイド（ＰｔＡｌ）拡散コーティングに変化させることができる。
【０００９】
図面を参照すると、図１は、ファンアセンブリ１２と、高圧圧縮機１４および燃焼器１６を含めたコアエンジン１３とを含む、ガスタービンエンジン１０の略図である。エンジン１０には、また、高圧タービン１８と、低圧タービン２０と、ブースタ２２とが含まれる。ファンアセンブリ１２には、ロータディスク２６から径方向外側に延びる複数のファンブレード２４の列が含まれる。エンジン１０は、吸気側２８と排気側３０とを有する。一実施形態では、ガスタービンエンジンは、オハイオ州シンシナティのＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販のＧＥ９０である。ファンアセンブリ１２およびタービン２０は、第１のロータシャフト３１によって結合され、圧縮機１４およびタービン１８は、第２のロータシャフト３２によって結合される。
【００１０】
運転時には、空気がファンアセンブリ１２を通って中心軸３４に沿って流れ、圧縮された空気が高圧圧縮機１４に供給される。高度に圧縮された空気は、燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの空気の流れ（図１には示していない）がタービン１８および２０を駆動し、タービン２０がシャフト３１を介してファンアセンブリ１２を駆動する。
【００１１】
例示的な一実施形態では、タービンエンジン構成要素上で使用するための水性白金コーティング組成物は、少なくとも１つの高分子結合剤と、白金粉末と、少なくとも１つの界面活性剤と、水とから形成される。コーティング組成物中で使用される白金粉末は、小球形もしくは不規則形状の沈殿白金粉末（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ  ｐｌａｔｉｎｕｍ  ｐｏｗｄｅｒ）、ほぼ球形のガスアトマイズ白金粉末、または白金フレークにすることができる。例示的な実施形態では、白金粉末は、小球形の沈殿白金粉末である。一実施形態では、白金粉末は、平均粒径が約１マイクロメートル（μｍ）未満であり、他の実施形態では約０．５μｍ未満である。コーティング組成物は、一実施形態では約５重量パーセント〜約４０重量パーセント、他の実施形態では約２０重量パーセント〜約３５重量パーセントの白金粉末を含有しており、かかる重量パーセントは、コーティング組成物の総重量に基づく。大きい白金フレークがコーティング組成物に容易には分散せず、白金の凝集（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）をまねく虞があることがわかっている。この問題を克服するために、アスペクト比約１：１〜約２：１の白金粉末が好ましい。
【００１２】
白金コーティング組成物では、いずれか適切な高分子結合剤を使用することができる。結合剤は、コーティング組成物から形成される乾燥被膜中で白金粒子間の結合をもたらし、また、乾燥した被膜を基材に結合させる。適切な高分子結合剤の例には、これだけに限るものではないが、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルピロリドン、およびこれらの混合物が含まれる。コーティング組成物は、一実施形態では約０．５重量パーセント〜約５重量パーセント、他の実施形態では約１重量パーセント〜約２重量パーセントの高分子結合剤を含有しており、かかる重量パーセントは、コーティング組成物の総重量に基づく。例示的な一実施形態では、ポリエチレンオキシド樹脂が使用される。ポリエチレンオキシド樹脂は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌから商品名ＰＯＬＹＯＸ（登録商標）として市販される。ポリエチレンオキシド樹脂は、コーティング組成物中で白金粉末の分散を促進する非イオン性である。また、ポリエチレンオキシドには−Ｃ２Ｈ４Ｏ−鎖が含まれており、この鎖がＣＯ２およびＨ２Ｏとしてきれいに熱分解し、したがってタービン構成要素の表面上に灰を形成しないので、クリーンな白金拡散コーティングの形成を促進する。
【００１３】
コーティング組成物には、一実施形態では約１重量パーセント未満の界面活性剤、他の実施形態では約０．５重量パーセント未満の界面活性剤が含まれる。界面活性剤は、水の表面張力を低下させて、白金粉末の濡れ、およびコーティング組成物によって被覆されるべき表面の濡れを可能にする。適切な界面活性剤は、水を主体とするイオン性コーティング組成物中で粒子の分散を促進する、非イオン性またはアニオン性である。適切な界面活性剤の例には、これだけに限るものではないが、ポリエチレンオキシド／ポリプロピレンオキシドブロックコポリマー、ノニルフェニルエトキシレート、アルコールエトキシレート、エトキシル化アセチレンジオール、およびこれらの混合物が含まれる。例示的な一実施形態では、Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販のエトキシル化アセチレンジオールが使用される。
【００１４】
一実施形態では、コーティング組成物中で使用される水は、クリーンな脱イオン水である。約５５重量パーセント〜約９５重量パーセントの水がコーティング組成物中に存在する。
【００１５】
一実施形態では、水性白金コーティング組成物は、白金粉末、脱イオン水、界面活性剤、および高分子結合剤を適切な容器に加えることによって製造される。それらの成分は、白金粉末粒子を高分子結合剤に分散させるためにミリング処理される。白金粉末を分散させるためには、いずれか適切なミリング処理方法、例えば、コールズブレード（ｃｏｗｌｅｓ  ｂｌａｄｅ）、磨砕機（ａｔｔｒｉｔｅｒ）、ボールミル、ペブルミル、サンドミルなどを使用することができる。一実施形態では、初めに、白金粉末、界面活性剤、および水の一部からペーストが作られる。そのペーストがミリング処理されて所望の分散液にされ、次いで、残りの水を加えることによって所望の粘度に変えられる。
【００１６】
いずれか適切なコーティング適用方法、例えば、ディップコーティング、ディップ／スピンコーティング、スプレーコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティングなどにより、タービンエンジン構成要素の少なくとも一部分の上に水性白金コーティング組成物を付着させることによって白金コーティング層を形成することによって、ガスタービンエンジン構成要素、例えば、エーロフォイル上に、白金アルミナイドコーティングが形成される。付着した該コーティング組成物が硬化され、次いで約９３０〜約１０９０℃（約１７００〜約２０００°Ｆ）に加熱されて、付着した該水性コーティング組成物の有機部分を熱分解し、タービンエンジン構成要素の表面上に白金拡散コーティングを形成する。次いで、該白金拡散コーティングが約９３０〜約１０９０℃（約１７００〜約２０００°Ｆ）で約４〜６時間にわたってアルミニウム含有ガス組成物に曝されて、タービンエンジン構成要素上に白金アルミナイド拡散コーティングを形成する。
【００１７】
本発明について様々な特定の実施形態に関して説明したが、特許請求の範囲の精神および範囲内で修正を加えて本発明を実施できることが、当業者には認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ガスタービンエンジンの略図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０  ガスタービンエンジン
１２  ファンアセンブリ
１３  コアエンジン
１４  高圧圧縮機
１６  燃焼器
１８  高圧タービン
２０  低圧タービン
２２  ブースタ
２４  ファンブレード
２８  吸気側
３０  排気側
３１  第１のロータシャフト
３２  第２のロータシャフト
【図１】
0004764795.tif 000002