(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのステータ部品を備えるタービンエンジンであって、ステータ部品の内側でまたはステータ部品に面して、回転部品が動き、前記少なくとも１つのステータ部品が、ステータ部品とロータ部品との間に封止要素を形成する摩耗性材料を含む内面を備え、
摩耗性材料が、Ｎｉ、Ｃｏ、ＮｉＣｏ、またはＣｏＮｉからＭが選択される組成物ＭＣｒＡｌＹの合金を含み、摩耗性材料が、アルミナ、ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、ムライト、イットリア、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択され熱結合されたセラミック粒によって表面の凹凸が充填され、それによって６μｍ未満の粗度を有する表面を有する摩耗性材料の層を備えることを特徴とする、タービンエンジン。
【請求項２】
表面が１μｍ未満の粗度を有する、請求項１に記載のタービンエンジン。
【請求項３】
摩耗性材料の層が多孔質であり、ジルコニウム酸化物、あるいはＮｉ−グラファイト化合物を備える、請求項１または２に記載のタービンエンジン。
【請求項４】
セラミック粒が摩耗性材料を５０から１０００μｍの深さにわたって貫通する、請求項１から３のいずれか一項に記載のタービンエンジン。
【請求項５】
基材上に摩耗性層を作り出した後に、表面の凹凸を充填するように前記摩耗性層にセラミック材料の粉体を塗布し、次いで粉体を結合するように前記材料を熱処理するステップを備えることを特徴とする、請求項１に記載のタービンエンジンを製造する方法。
【請求項６】
セラミック材料の粉体の粒度が０．１から１５μｍであり、摩耗性材料の細孔の寸法未満である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記セラミック材料の粉体が、任意選択で分散剤および結合剤を伴った粉体懸濁水を含むスリップの形態で塗布される、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
焼結が１２００℃未満の温度で実施される、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
焼結が、レーザビームを印加すること、または局所加熱をもたらす他の手段によって実施される、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービンエンジンの分野に関し、タービンエンジンのステータとロータの部品との間の封止要素を形成する摩耗材料からなるコーティングに関する。より詳しくは、本発明はこの低表面粗度を有するタイプのコーティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンは、流体とロータに堅固に接続された羽根付システム、例えば、ガスタービンエンジンなどのターボシャフトエンジンの一部を形成するコンプレッサまたはタービンなどとの間でエネルギーの移動が起こることが可能な回転機械である。マルチフロー式ターボジェットエンジンなどの、航空機用ガスタービンを備えたターボシャフトエンジンは一般的に、ガスの流れの方向に、即ち上流から下流にかけて、ファン、１つまたは複数のコンプレッサ段、燃焼室、１つまたは複数のタービン段、および排気管を備える。
【０００３】
ステータの部品、例えばケーシングの内側面に、摩耗性材料からなるコーティング（摩耗によって損耗される能力があることからそのように呼ばれる）が設けられる。ステータ部品の内側で、またはそれに面して、回転部品、コンプレッサまたはタービンロータの羽根付システムあるいはラビリンスシールの刃形シールを形成する羽根などが動く。回転部品の端部とステータ部品のコーティングとから形成される封止部の両側のガス漏出を軽減するために、可能な限り小さな隙間がそれらの間に設けられる。しかし、タービンエンジンの作動周期中、この隙間は縮小される、または無くされる傾向にさえもある。可動部品への損傷を防止するために、封止部の静止要素は、寸法の変動が生じて部品同士の接触を伴った相互反応をもたらす作動段階中、変形するのを、または前記回転部品の端部によって加工されるのを可能にされる。このようにして、前記回転部品の前記端部の構造に関しても、前記ステータ要素の前記内部表面に関してもこの接触の悪影響が最小限に抑えられる。
【０００４】
摩耗性材料は以下の特性を有さなくてはならない。即ち、明確に充分な摩耗性を有すること、さらにそれが働くよう意図された環境の温度（例えば航空機エンジンのケーシングの内部で５００℃から１２００℃）に耐えること、研磨粒子（上述の接触中に剥がれる）の繰り返し衝撃による摩蝕にも耐えること、その製造および組み立てのコストも可能な限り小さいこと、である。
【０００５】
１つの知られている摩耗性材料はＭＣｒＡｌＹタイプの合金から製造される。Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、ＮｉＣｏ、またはＣｏＮｉから選択される。例えば、ＭＣｒＡｌＹ基合金とポロゲン剤（芳香族ポリエステル）との混合物が商標名Ｍｅｔｃｏ２０４３によって知られている。このような材料は、粉体を基材上に熱溶射する技法によって得られるが、コンプレッサまたはタービンケーシングの内部のその回転翼羽根に面するコーティングを形成するのに適している。また、作動中に部品が受ける最高１２００℃の温度にも耐える。しかし、この材料では、ポロゲン剤の除去による細孔の形成に必要な熱分解ステップの後、比較的粗い表面仕上げ、例えばＲａ＋１２μｍが得られる。このような表面粗度は、タービンエンジンの効率の観点からすると好ましくない。これは、ガス流内の境界層の増大のために空気力学的な性能に著しい低下を起こすことによる。このようにエンジンの場合には、入手可能な材料の粗度はその消費率に影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】仏国特許出願公開第１１５７７２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主な目的は、タービンエンジンの効率と付随的にエンジンの消費率とに表面仕上げがマイナスの影響を有さない摩耗性材料からなるコーティングを作り出すことである。
【０００８】
このように、本発明の目的は、６μｍ未満の粗度（Ｒａ＜６μｍ）を表面が有する多孔質構造を有する摩耗性材料からなるコーティングを作り出することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、最高１２００℃の温度に耐える摩耗性材料からなるコーティングである。この温度は、コーティングを支持する基材が耐えることが可能な温度に相当する。
【００１０】
本発明の他の目的は、研磨性または脆弱性の挙動をもたらさない摩耗性材料からなるコーティングである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本出願人は、平滑表面を備えた追加層を有する多孔質摩耗性材料からなるコーティングを既に開発している。このコーティングは、フランス特許出願公開第１１５７７２９号明細書の出願の主題であった。この追加層の平滑であるという特徴は、多孔質の摩耗性材料上に付着された薄層を研磨することによって得られる。この層は、特に熱溶射によって塗布される。
【００１２】
本出願人は、今や摩耗性材料からなる新たなコーティングを開発した。
【００１３】
本発明による摩耗性材料からなる、タービンエンジンの部品用のコーティングは、熱結合されたセラミック粒によって表面の凸凹が充填された、低粗度を自由表面が有する摩耗性材料の層を備えることを特徴とする。
【００１４】
特に、セラミック粒は部分焼結によって結合され、低粗度を備えた平滑自由表面は６μｍ未満の粗度（Ｒａ＜６μｍ）を有する。０．３μｍの粒度を備えた粒などの低粒度を備えた粒に基づいた充填材料を使用することによって、コーティングを機械加工する必要なく本発明の目的を達成する結果が得られる。
【００１５】
表面の凹凸に充填する材料には任意のタイプのセラミック材料、即ち酸化物、炭化物、窒化物、オキシ炭化物、炭窒化物等が含まれる。この材料は、酸化環境内での材料の安定性から、酸化セラミックであることが好ましい。有利に、これは以下の材料、即ちアルミナ、ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、ムライト、またはイットリアのうちの１つである。最初の摩耗性材料の熱膨張係数に近い係数を有する材料が選択されることが好ましい。さらに、低温で焼結される能力が必要である。
【００１６】
本発明は摩耗性コーティングに関する。その摩耗性材料の層は多孔質であり、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、ＮｉＣｏまたはＣｏＮｉ、ジルコニウム酸化物、あるいはＮｉ‐グラファイト化合物からＭが選択される組成物ＭＣｒＡｌＹとの合金を備える。
【００１７】
他の特徴によると、充填材料を形成するセラミック粒は、摩耗性材料を５０から１０００μｍの深さにわたって貫通する。
【００１８】
本発明は、摩耗コーティングを基材に塗布する方法であって、前記基材上に摩耗性層を作り出した後、表面の凸凹に充填するように前記層にセラミック材料からなる粉体を塗布し、次いで粉体を結合するようにコーティングを熱処理するステップを備える方法にも関する。
【００１９】
セラミック粉体の粒度は特に、摩耗性材料の凹凸を形成する孔隙の寸法未満であるように選択される。特に、孔隙が熱処理によって作り出されるとき、細孔を作り出すための処理の後に粉体が塗布される。
【００２０】
有利に、粉体は、任意選択で硝酸などの分散剤、任意選択で有機結合剤も伴った粉体懸濁水を含むスリップの形態で摩耗性材料に塗布される。
【００２１】
部分焼結熱処理は１２００℃未満の温度で実施される。得られる材料が高密度の材料ではないことから、焼結は部分的と呼ばれる。熱処理中、圧力は掛けられない。さらに、短時間の熱処理によってこうした温度で圧力を掛けずに高密度材料が作り出されることは可能でない。粒同士の間の接触点では拡散現象しかない。
【００２２】
結合熱処理は、特に直径が１０００μｍ以下の表面積上では、適切な粉体のレーザビームを局所的に印加すること、または局所加熱をもたらす任意の他の手段によって実施されることも可能である。
【００２３】
本発明の非制限的な実施形態についての詳しい説明を、図面を参照して読めば、他の特徴および利点が明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１倍率による本発明のコーティングの写真断面図である。
【図２】より大きな倍率による図１の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の実施例は、ガスタービンエンジンの高圧遠心コンプレッサに関する。表示ＩＮＣＯ９０９によって知られているものなどのスチールからなるホィールのカバーは、その内側面上で１ｍｍの厚みにわたって摩耗性コーティングで被覆される。このコーティングは、名称ＭＥＴＣＯ２０４３で販売される芳香族ポリエステルなどのポロゲン剤に結合されるＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金を熱溶射することによって作り出された。摩耗性材料の製造は、材料内で細孔が作り出される、ポロゲン剤を熱分解するステップを備える。
【００２６】
材料の表面上で、細孔は充填されなければならない凸凹を形成する。本発明によると、表面の孔隙に充填するようにセラミック材料の粉体が摩耗性材料の表面上に付着される。
【００２７】
本明細書では、材料はアルミナである。これは、ターボエンジンの作動温度で安定しており、酸化物であって酸化現象に対して感受性がないという利点を有する。
【００２８】
アルミナ粉体は水性スリップの形態で提供されることが好ましく、その粘性パラメータおよび負荷係数は特に、材料を最適に被覆すること、貫通の深さを５０から１０００μｍの間で制御することを可能にするように決定される。
【００２９】
粉体の粒度は、摩耗性材料内の充填されるべき細孔の寸法に応じて選択される。粉体の粒度は０．１から１５μｍの間、例えば１μｍ未満である。
【００３０】
１μｍ未満のセラミック粒の寸法は、摩耗性材料の基材によって耐えられることが可能な温度と一致する温度で粒結合処理を実行することを可能にする。
【００３１】
しかし、基材に受容可能な最高限度の温度が摩耗性材料に受容可能な温度よりも低い場合、基材の局所冷却が、例えば冷却コイルによって有利に確立される。
【００３２】
セラミック材料を介した平滑化の作業手順は以下の通りである。
【００３３】
適正な粒度、例えば０．３μｍのアルミナ粉体を、硝酸などの分散剤と、任意選択でＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などの有機結合剤との存在下で、水と混合することによってスリップを用意する。
【００３４】
摩耗性材料の表面上にスリップを付着させる。
【００３５】
表面を擦ることによって余剰分を除去する。
【００３６】
孔隙が閉鎖されている場合、表面の孔隙だけに充填される。
【００３７】
孔隙が開いている場合、浸透の深さは通過数によって左右される。接触の場合にも低粗度を保持するように、最大接触深さよりも大きな貫通深さが目指される。
【００３８】
外気またはオーブン内で乾燥させる。
【００３９】
ＰＶＡを必要に応じて除去し、セラミック粒を一緒に結合するように６００℃で４時間熱処理をする。粒を微孔性アルミナ相で結合させるように部分焼結が実施される。これは、タービンエンジンの作動中、接触前にその凝集性を失わないように脆弱過ぎず、かつ摩耗性ではもはやなく、研磨性となる挙動を防止するように強力過ぎない。
【００４０】
本発明の解決法は、Ｒａ＜１μｍの平滑表面を備えたコーティングを得ることを可能にした。このような粗度に関する消費率の増加分は、従来技術の１２μｍの粗度と比較して０．４％と推定された。
【００４１】
本発明のコーティングの断面を表す図１および図２では、摩耗性材料ＣｏＮｉＣｒＡｌＹが明るい印刷で見られることが可能であり、充填された細孔Ｐが濃く印刷されている。表面の細孔によって形成された凸凹を平滑化するアルミナＡｌ２Ｏ３も表面上に見られる。図２は、図１と比較して大きな倍率で作成されているが、アルミナ粒同士間の凝集を示す。
【００４２】
本発明はコンプレッサケーシング上の平滑な摩耗性コーティングの形成に限定されず、これが有利性または利益を呈示するとき、任意の部品に適用される。
【００４３】
アルミナは、基材の温度耐性に応じて比較的低い温度で部分焼結を実施することが可能となるのに充分に反応性である粉体の形態にあることが可能である限り、任意の他のセラミック材料と置き換えられることが可能である。酸化物が好ましい。
【００４４】
実施例で挙られた摩耗性材料はＭｅｔｃｏ２０４３である。本発明はこれに限定されない。Ｎｉグラファイト７５／２５、Ｍｅｔｃｏ２４６０、Ｍｅｔｃｏ３１０、Ｍｅｔｃｏ３１４も挙げられることが可能である。材料のＮｉグラファイト７５／２５、Ｍｅｔｃｏ３１０、およびＭｅｔｃｏ３１４は、孔隙を得るために熱分解されるべきポリエステルを含まないことが留意されるべきである。孔隙は、摩耗性材料を付着させるプロセスから直接生じる。
【図１】
0006313762.tif 000002
【図２】
0006313762.tif 000003