(57)【要約】  【課題】  被覆ニッケル基超合金基におけるＳＲＺ（二次反応帯）の形成を防ぐ。  【解決手段】  ＳＲＺ（二次反応帯（４６））の形成を起こし易いニッケル基超合金基体（３４）の表面に保護被膜構造物（３２）を設置することで被覆超合金物品（１８）が製造される。被膜の設置は、ニッケル基超合金基体（３４）を蒸着装置内に配置し、次いでニッケル基超合金基体（３４）の表面上に接触して位置する炭素含有層（３２）を蒸着し、次いで炭素含有層（３２）上に接触して位置するアルミニウム含有層（３６）を蒸着することで実施される。アルミニウム含有層（３６）を蒸着する段階は、ニッケル基超合金基体（３４）を周囲大気条件に暴露することなく、炭素含有層（３２）を蒸着する段階と同じ蒸着装置（好ましくはＥＢ−ＰＶＤ装置のような真空蒸着装置）内で実施される。物品（１８）には断熱被膜を設置することができ、熱処理することができる。【選択図】    図３
2005133206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆超合金物品（１８）の製造方法であって、前記方法が、
アルミニウムと相互拡散したときに二次反応帯（４６）を形成する組成をもったニッケル基超合金基体（３４）を用意する段階、
次いでニッケル基超合金基体（３４）の表面に保護被膜構造物（３２）を設置する段階
を含んでなり、保護被膜構造物（３２）を設置する段階が、
ニッケル基超合金基体（３４）の表面上に接触して位置する炭素含有層（３２）を蒸着する段階、
次いで炭素含有層（３２）上に接触して位置するアルミニウム含有層（３６）を蒸着する段階
を含んでおり、アルミニウム含有層（３６）を蒸着する段階が、ニッケル基超合金基体（３４）を周囲大気条件に暴露することなく、炭素含有層（３２）を蒸着する段階と同じ蒸着装置内で実施される、方法。
【請求項２】
保護被膜構造物（３２）を設置する段階が、ニッケル基超合金基体（３４）を蒸着装置内に配置する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ニッケル基超合金基体（３４）を用意する段階が、重量パーセントで表して、約１６．５％のコバルト、約２％のクロム、約５．５５％のアルミニウム、約８．２５％のタンタル、約６％のタングステン、約５．９５％のレニウム、約３％のルテニウム、約２％のモリブデン、約０．０３％の炭素、約０．１５％のハフニウム、約０．００４％のホウ素、約０．０１％のイットリウム、並びに残部のニッケル及び微量元素からなる公称組成を有する基体（３４）を用意する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ニッケル基超合金基体（３４）を用意する段階が、約４重量％以上のレニウムを有する基体（３４）を用意する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
ニッケル基超合金基体（３４）を蒸着装置内に配置する段階が、蒸着装置として電子ビーム物理蒸着装置を用意する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
ニッケル基超合金基体（３４）を蒸着装置内に配置する段階が、蒸着装置として真空蒸着装置を用意する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
炭素含有層（３２）を蒸着する段階が、実質的に純粋な炭素として炭素含有層（３２）を蒸着する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
炭素含有層（３２）を蒸着する段階が、他の元素と化学反応していない形態の炭素を蒸着する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
炭素含有層（３２）を蒸着する段階が、炭素含有層（３２）を約５〜約１５マイクロメートルの厚さに蒸着する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
アルミニウム含有層（３６）を蒸着する段階が、ニッケルアルミナイドオーバーレイ被膜及びＭＣｒＡｌＸオーバーレイ被膜からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護系のアルミニウム含有被膜で被覆された場合に二次反応帯の形成を起こし易い超合金に関し、さらに具体的には、二次反応帯の形成の抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用ガスタービン（ジェット）エンジンでは、エンジンの前部に空気を吸い込み、軸に取り付けた圧縮機で圧縮し、燃料と混合する。この混合物を燃焼させ、生じた高温燃焼ガスを同じ軸上に取り付けたタービンに流す。高温燃焼ガスの流れは、タービン羽根の翼形部分に接触することでタービンを回転させ、それが軸を回転させて圧縮機に動力を供給する。高温の排ガスはエンジンの後部から流出し、エンジン及び航空機を前方に駆動する。さらに、タービンセクションから延びる軸で駆動されて空気をエンジンのセンーコアの周囲に流すバイパスファンが存在することもある。
【０００３】
高温燃焼ガスの温度が高くなるほど、エンジンの効率は高くなる。したがって、エンジンの材料を常に上昇する温度及び負荷の下で使用しようという動機が存在している。高い温度を達成するためには、例えば、合金組成の改良、配向及び単結晶タービン羽根の使用、タービン羽根上に設置されて環境保護をもたらすと共に断熱材として作用する断熱被膜、及び物理的冷却技術をはじめとする各種の技術が使用されてきた。ガスタービン羽根（動翼及び静翼）の構造材料としてはニッケル基超合金が広く使用されている。
【０００４】
ニッケル基超合金の表面に設置される被膜の１種は、アルミニウム含有オーバーレイ被膜である。処理中又は使用中に、被膜中のアルミニウムは酸化して酸化アルミニウム表面被膜を形成する。酸化アルミニウム表面被膜は、望ましくは被覆物品の機械的性質を損なうことなく、被覆物品の耐酸化性及び耐食性を高める。アルミニウム含有被膜上には、断熱性のセラミック断熱被膜を設置することができる。
【０００５】
最近、ある種の先進ニッケル基超合金、特に高いレニウム含有量を有するものをアルミニウム含有被膜で被覆し、次いで使用条件又は模擬使用条件に暴露した場合、下方の超合金中に二次反応帯（ＳＲＺ）が形成することが認められた。このようなＳＲＺ領域は、アルミナイド被膜を施した元の超合金表面の下方に約５０〜約２５０マイクロメートル（約０．００２〜０．０１０インチ）の深さで認められる。ＳＲＺ中の材料は弱いので、ＳＲＺの存在は影響を受けた領域の機械的性質を低下させる。
【０００６】
物品の表面から約５００〜７５０マイクロメートル（約０．０２０〜０．０３０インチ）以下の深さに冷却流路が存在するので、ある種のタービン部品ではＳＲＺの形成が大きな問題となる。構造物を冷却するため、エンジンの運転中には冷却用空気を流路に流す。表面と冷却流路との間の領域にＳＲＺが形成すると、その領域でのタービン羽根の厚さの大部分を顕著に弱くすることがあり、物品の強度及び耐疲労性の低下を招くことがある。
【０００７】
ＳＲＺの形成を低減又は回避するために、幾つかの技術が提唱されてきた。しかし、完全に満足できるものは皆無であり、先進ニッケル基超合金でのＳＲＺの発生を低減又は回避するための改良方法に対するニーズは常に存在している。本発明はこのようなニーズを満たし、さらに関連する利点を提供する。
【特許文献１】米国特許第５３３４２６３号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、表面上にアルミニウム含有被膜を有する超合金物品を製造するための改良方法を提供する。超合金は、アルミニウム含有被膜で被覆された場合にＳＲＺの形成を起こす可能性がある。本発明方法によれば、ＳＲＺの形成が低減され、望ましくは排除される。
【０００９】
被覆超合金物品の製造方法は、アルミニウムと相互拡散したときに二次反応帯を形成する組成をもったニッケル基超合金基体を用意する段階、次いでニッケル基超合金基体の表面に保護被膜構造物を設置する段階を含んでなる。保護被膜構造物を設置する段階は、ニッケル基超合金基体を蒸着装置内に配置する段階、次いでニッケル基超合金基体の表面上に接触して位置する炭素含有層を蒸着する段階、次いで炭素含有層上に接触して位置するアルミニウム含有層を蒸着する段階を含んでいる。アルミニウム含有層を蒸着する段階は、ニッケル基超合金基体を周囲大気条件に暴露することなく、炭素含有層を蒸着する段階と同じ蒸着装置内で実施される。
【００１０】
通例、基体は約４重量％以上のレニウムを含んでいて、ＳＲＺ感受性の組成物をもたらすが、場合によっては、約４重量％未満のレニウムを含むニッケル基超合金もある種の状況下でＳＲＺの形成を示すことがある。当技術分野でＭＸ４合金として知られる、特に興味深い組成物は、重量パーセントで表して、約１６．５％のコバルト、約２％のクロム、約５．５５％のアルミニウム、約８．２５％のタンタル、約６％のタングステン、約５．９５％のレニウム、約３％のルテニウム、約２％のモリブデン、約０．０３％の炭素、約０．１５％のハフニウム、約０．００４％のホウ素、約０．０１％のイットリウム、並びに残部のニッケル及び微量元素からなる公称組成を有している。
【００１１】
蒸着装置は、好ましくは真空蒸着装置である。特に興味深い蒸着装置は、電子ビーム物理蒸着装置である。他の蒸着装置の例には、スパッタリング装置及びイオンプラズマ蒸着装置がある。
【００１２】
炭素含有層は実質的に純粋な炭素として蒸着すればよく、或いは多少不純であってもよい。炭素は、金属炭化物でない形態で蒸着される。望ましくは、炭素含有層は約５〜約１５マイクロメートル、さらに好ましくは約７．５〜約１５マイクロメートルの厚さに蒸着される。
【００１３】
アルミニウム含有層は、好ましくはオーバーレイ被膜である。アルミニウム含有層は、最も好ましくはニッケルアルミナイドオーバーレイ被膜及びＭＣｒＡｌＸオーバーレイ被膜である。
【００１４】
アルミニウム含有層を蒸着した後、表面上に炭素含有層及びアルミニウム含有層を有する基体は、好ましくは約１８００°Ｆを超える温度で熱処理される。通例、炭素含有層を高温で蒸着するときに炭素含有層と基体との間で多少の相互拡散が起こるが、この独立した熱処理では、基体の近表面領域中への炭素原子のさらに高度の相互拡散が達成される。炭素含有層からの炭素は、基体超合金中の高融点金属と共に炭化物を生成する。ＳＲＺを形成するために利用できる固溶状態の高融点金属が減少することで、基体の表面下領域でのＳＲＺの発生が低減する。
【００１５】
任意には、任意の熱処理を実施する前又は後で、アルミニウム含有層上に接触して位置するセラミック層が蒸着される。一実施形態では、セラミック層を蒸着する段階は、ニッケル基超合金基体を周囲大気条件に暴露することなく、炭素含有層を蒸着する段階及びアルミニウム含有層を蒸着する段階と同じ蒸着装置内で実施される。別の実施形態では、セラミック層を蒸着する段階は、炭素含有層を蒸着する段階及びアルミニウム含有層を蒸着する段階と異なる蒸着装置内で実施される。
【００１６】
したがって、好ましい実施形態では、被覆超合金物品の製造方法は、アルミニウムと相互拡散したときに二次反応帯を形成する元素を含むニッケル基超合金基体を用意する段階を含んでなる。ニッケル基超合金基体は約４重量％以上のレニウムを有している。次いで、ニッケル基超合金基体の表面に保護被膜構造物が設置される。保護被膜構造物を設置する段階は、ニッケル基超合金基体を真空蒸着装置内に配置して真空蒸着装置を排気する段階、次いでニッケル基超合金基体の表面上に接触して位置する炭素含有層を約５〜約１５マイクロメートルの厚さに真空蒸着する段階、次いで炭素含有層上に接触して位置するアルミニウム含有層を真空蒸着する段階を含んでいる。アルミニウム含有層を蒸着する段階は、ニッケル基超合金基体を周囲大気条件に暴露することなく、炭素含有層を蒸着する段階と同じ蒸着装置内で実施される。本方法は、次いで、表面上に炭素含有層及びアルミニウム含有層を有する基体を約１８００°Ｆを超える温度で真空熱処理することを含む。
【００１７】
本発明方法では、炭素含有層の蒸着及びアルミニウム含有層の蒸着を同一の蒸着装置で実施することが要求される。（通例は基体からの若干の相互拡散金属を含む）炭素含有層は、その蒸着後であってもアルミニウム含有層の蒸着前には、周囲大気にさらされない。アルミニウム含有層の蒸着前に炭素含有層を周囲大気にさらすと、生じた酸化物及び夾雑物を除去しなければアルミニウム含有層を蒸着することができない。酸化物及び夾雑物の除去は、通例はショットブラスチング又はグリットブラスチングで行われる。ショットブラスチング及びグリットブラスチングは、少量のグリット及び夾雑物を表面に植え込む傾向がある。たとえ少量のかかる異物でも、望ましい拡散を妨害するので、最終の性質に不釣合いな影響を及ぼす。もし本発明方法の一部として使用すれば、結果として、アルミニウム含有層の蒸着にとって望ましくない表面状態が得られるであろうし、また炭素含有層が除去される可能性もあろう。本発明方法では、アルミニウム含有層が蒸着される時点より前に酸化物又は夾雑物が炭素含有層の表面に到達する機会は存在せず、したがって炭素含有層を蒸着する段階とアルミニウム含有層を蒸着する段階との間で清浄操作（化学的洗浄又はショットブラスチングやグリットブラスチングのような物理的清浄）は使用されない。結果として、炭素含有層及びアルミニウム含有層が独立の装置で蒸着され、したがって炭素含有層が周囲大気にさらされる別法に比べて、最終の被覆超合金物品で性能の向上が得られる。
【００１８】
本発明の他の特徴及び利点は、例示を目的として本発明の原理を図示する添付図面を参照しながら、好ましい実施形態に関する以下のさらに詳しい説明を読むことで明らかとなろう。しかし、本発明の技術的範囲はこの好ましい実施形態に限定されることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、使用中に高温燃焼ガスの流れが衝突する翼形２２を有するガスタービン羽根２０としてのニッケル基超合金物品１８を示している。ガスタービン羽根２０は、下方に延在するシャンク２４、及びガスタービン羽根２０をガスタービンエンジンのガスタービンディスク（図示せず）に取り付けるダブテール２６としての取付部も含んでいる。（一方の）翼形２２と（他方の）シャンク２４及びダブテール２６との間の位置では、プラットホーム２８が横方向に沿って外方に延在している。翼形２２は中空であって、ダブテール２６の底部にある開口（図示せず）から翼形２２の内部を通って翼形２２の側面及び翼形２２の頂端にある開口３０まで延在する内部冷却通路を含んでいる。使用中には、比較的冷たい空気を加圧下で内部冷却通路に流し、開口３０から排出する。冷たい空気はガスタービン羽根２０の翼形２２から熱を除去し、それを用いない場合より一層高温の燃焼ガス中での運転を可能にする。
【００２０】
図２は、ＳＲＺの形成を低減させるために本発明方法を使用しない場合における翼形２２の断面図である。（図２、４及び５は一定の尺度で描かれているわけではない。）保護被膜構造物３２に対する基体３４として役立つ翼形２２の表面に保護被膜構造物３２が設置されている。保護被膜構造物３２は、通例、基体３４の表面に設置されたアルミニウム含有層３６を含んでいる。続いて、アルミニウム含有層３６の上面４０を酸化することで、それ以上の酸化を阻止する薄い酸化アルミニウム保護スケール４２が生成されている。アルミニウム含有層３６上には、高温燃焼ガスに対する断熱を達成するため、断熱被膜として役立つセラミック層４４が任意に設置されている。
【００２１】
基体３４のニッケル基超合金が、アルミニウム含有層３６と相互拡散した場合にＳＲＺの形成を起こし易い合金である場合には、処理中及び／又は使用中におけるアルミニウム含有層３６と基体３４との相互拡散の結果、二次反応帯（ＳＲＺ）４６の形成が起こる。これらの状況下でのＳＲＺの形成は多くの文献で考証されており、例えば、米国特許第５３３４２６３号、同第５４５５１２０号、同第５６９５８２１号及び同第６４４７９３２号（これらの開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす）に記載されている。ＳＲＺ４６は、通例、基体３４の表面３８から約５０〜約２５０マイクロメートル（約０．００２〜０．０１０インチ）の深さまで延在している。ＳＲＺ４６は、基体３４を形成する元の超合金に比べ、比較的脆くて弱い。
【００２２】
図２には、１つの冷却通路４８の一部も示されている。設計によっては、冷却通路４８は表面３８に対して約５００〜約７５０マイクロメートル（約０．０２０〜約０．０３０インチ）の最短距離を有することがある。したがって、略示されている通り、ＳＲＺ４６が比較的薄くても、その存在は冷却通路４８の内壁と基体３４の表面３８との間の肉厚の実質的な部分（最大で１／２〜１／３）について基体３４の性質を低下させることがある。したがって、たとえ薄くても望ましくないＳＲＺ４６が存在すると、ＳＲＺは基体３４の本体に比べて低下した機械的性質を有するので、翼形２２がＳＲＺ感受性の超合金組成物からなる場合には大きな問題となる。
【００２３】
図３は、ＳＲＺ感受性超合金中でのＳＲＺ形成の発生を低減し、望ましくは排除する被覆超合金物品の好ましい製造方法をブロック図として示している。本方法は、アルミニウムと相互拡散したときに二次反応帯を形成する組成をもったニッケル基超合金基体を用意すること（段階６０）を含んでいる。すべてのニッケル基超合金がＳＲＺの形成を起こすわけではない。ＳＲＺの形成を起こし易いものは、図２に示すようにして合金を被覆し、ミクロ組織及び／又は物理的性質からＳＲＺ形成が存在するか否かを評価することで、実験的に判定できる。しかし、一般には、ＳＲＺの形成を最も起こし易い合金は約４重量％以上のレニウムを含むものである。ただし、約４重量％未満のレニウムを含む若干のニッケル基超合金も、ある種の状況下ではＳＲＺの形成を示した。ＳＲＺ感受性を有する特に興味深い（ＭＸ４合金として知られる）ニッケル基超合金組成物は、重量パーセントで表して、約１６．５％のコバルト、約２％のクロム、約５．５５％のアルミニウム、約８．２５％のタンタル、約６％のタングステン、約５．９５％のレニウム、約３％のルテニウム、約２％のモリブデン、約０．０３％の炭素、約０．１５％のハフニウム、約０．００４％のホウ素、約０．０１％のイットリウム、並びに残部のニッケル及び微量元素からなる公称組成を有している。基体３４は、実質的に興味の対象となる物品（例えば、ガスタービン羽根２０）の最終形態で用意するのが望ましい。
【００２４】
次いで、多段階操作によってニッケル基超合金基体３４の表面３８に保護被膜構造物３２が設置される（段階６２）。図４は、好ましい設置操作６２の中間段階にある保護被膜構造物３２を示している。まず最初に、ニッケル基超合金基体３４を蒸着装置内に配置する（段階６４）。蒸着装置は、好ましくは真空蒸着装置である。好ましい真空蒸着装置は、電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）装置である。他の実用可能な蒸着装置には、例えば、マグネトロンスパッタリング装置及びイオンプラズマ蒸着装置がある。かかる蒸着装置は、他の用途のために当技術分野で知られており、商業的に入手可能である。蒸着装置には、以後の蒸着操作のために必要な出発材料が供給される。
【００２５】
次いで、ニッケル基超合金基体３４の表面３８上に接触して位置する炭素含有層８０を蒸着する（段階６６）。炭素含有層８０は、好ましくは実質的に純粋な炭素であるが、炭素含有混合物であってもよい。しかし、好ましくは、炭素は金属炭化物のように他の元素と化学反応していない形態で蒸着される。炭素の蒸着後には、蒸着した炭素と基体３４を形成するニッケル基超合金中の高融点金属元素との化学反応で微細な金属炭化物粒子が形成される。炭素を既に反応した形態で蒸着すると、このような後続の化学反応のために炭素が利用できないであろう。炭素含有層は、ＳＲＺを完全又は大幅に回避するために十分な層を得るため、好ましくは約５〜約１５マイクロメートル、さらに好ましくは約７．５〜約１５マイクロメートルの厚さに蒸着される。
【００２６】
炭素含有層８０上に接触して位置するアルミニウム含有層３６を蒸着する（段階６８）。アルミニウム含有層３６を蒸着する段階６８は、炭素含有層８０を蒸着する段階６６と同じ蒸着装置内で実施される。段階６８は、段階６８中にも段階６６及び６８の間にも、ニッケル基超合金基体３４を周囲大気条件に暴露することなく実施される。（本明細書中で使用される「周囲大気」とは、我々が生きている通常の１気圧環境をいう。）即ち、蒸着段階を真空蒸着装置内で実施する場合、段階６６の開始から段階６８の終了までの間で真空が破られることはなく、したがって基体を空気にさらすことでそれに伴う酸化や汚染が起こることはない。本明細書中で使用される「同じ蒸着装置」などは、特に限定されないが、同じ種類の供給源を用いて炭素含有層８０及びアルミニウム含有層３６を同一室内で蒸着する場合、異なる種類の供給源を用いて炭素含有層８０及びアルミニウム含有層３６を同一室内で蒸着する場合、同じ種類の供給源を用いて炭素含有層８０及びアルミニウム含有層３６を互いに連絡した異なる室内で蒸着するが、室間で移動する際には基体が決して周囲大気にさらされないようにする場合、並びに異なる種類の供給源を用いて炭素含有層８０及びアルミニウム含有層３６を互いに連絡した異なる室内で蒸着するが、室間で移動する際には基体が決して周囲大気にさらされないようにする場合を包含する。
【００２７】
アルミニウム含有層３６は、好ましくは、基体３４からの元素がアルミニウム含有層３６中に実質的に拡散する必要なしに完成するオーバーレイ被膜である。アルミニウム含有層３６のオーバーレイ被膜が好ましい理由は、炭素含有層８０、及び炭素含有層８０と基体３４との間の相互拡散帯が、基体３４とアルミニウム含有層３６との間の相互拡散に対して少なくとも部分的な拡散障壁として役立つからである。
【００２８】
最も好ましいアルミニウム含有層３６は、原子パーセントで表して３０〜６０％のアルミニウム、２〜１５％のクロム、０．１〜１．２％のジルコニウム及び残部のニッケルからなる公称組成を有する主としてβ相のニッケルアルミナイドオーバーレイ被膜、又は重量パーセントで表して１２〜１８％のアルミニウム、３０％以下のコバルト、１０〜２５％のクロム、０．１〜１．０％のイットリウム及び残部のニッケルからなる公称組成を有するＭＣｒＡｌＸオーバーレイ被膜である。これらのオーバーレイ被膜は、予め合金化したインゴットから蒸着することもできるし、或いはオーバーレイ被膜の正味組成を蒸着させる各種元素の複数の供給源から蒸着することもできる。
【００２９】
任意には、アルミニウム含有層３６上に接触して位置するセラミック層４４を蒸着できる（段階７０）。セラミック層は任意の実施可能な方法で蒸着できる。一実施形態では、セラミック層４４を蒸着する段階７０は、炭素含有層８０を蒸着する段階６６及びアルミニウム含有層３６を蒸着する段階６８と同じ蒸着装置内で実施される。この場合、セラミック蒸着段階７０は、段階６６の開始から段階６８を含めて段階７０の終了までの間でニッケル基超合金基体３４を周囲大気条件に暴露することなく実施される。別の実施形態では、セラミック層４４を蒸着する段階７０は、炭素含有層８０を蒸着する段階６６及びアルミニウム含有層３６を蒸着する段階６８と異なる蒸着装置内で実施される。
【００３０】
炭素含有層８０の蒸着段階６６及びアルミニウム含有層３６の蒸着段階６８は、通例は高温（通例約１８００〜約２０００°Ｆ）で実施される。しかし、温度及び時間は使用する蒸着装置のタイプに依存する。これらの高温では、蒸着段階６６及び６８中に、炭素含有層８０と基体３４の隣接部分との間で多少の相互拡散が起こる。この相互拡散は、炭素と基体３４中の高融点元素（例えば、レニウム、クロム、タンタル及びタングステン）との化学反応をもたらし、反応して望ましくないＳＲＺを生成するために利用できるこれらの元素の量を減少させる。結果として、図５に示す炭化物含有相互拡散帯８２が生じる。
【００３１】
しかし、段階６６及び６８で起こる相互拡散は、望ましくは基体表面３８から基体３４中に約５〜１０マイクロメートルの深さまで延在する所望規模の相互拡散帯８２を生み出すのに不十分なことがある。相互拡散帯８２の規模（即ち、基体表面３８からのその深さ）を増大させるため、表面上に炭素含有層及びアルミニウム含有層を有する基体３４が、約１８００°Ｆを超える温度（好ましくは約１９００〜約２１００°Ｆの温度）で熱処理される（段階７２）。好ましい相互拡散熱処理７２は、２０００°Ｆで２時間行われる。任意のセラミック蒸着段階７０を実施する場合には、熱処理段階７２を段階７０の前、段階７０と同時、又は段階７０の後に実施できる。被覆物品の使用中に追加の相互拡散が起こる。
【００３２】
蒸着段階及び熱処理段階中、処理中の独立した段階、又は被覆物品を使用に供する前に、アルミニウム含有層３６の上面４０を酸化することで酸化アルミニウム保護スケール４２が生成される。酸化を達成するために必要な酸素の分圧は低いので、所要の酸化は真空処理中にも起こり得る。
【００３３】
上述のような図３の好ましい方法を用いて本発明を実施した。本発明方法によって作製した試験片を、（図２のように）炭素含有層を設置しなかった基線試験片、及び米国特許第５３３４２６３号の方法で作製した炭素層を有する試験片と比較した。試験片は、ＭＸ４超合金合金、（該当する場合には）基体上に位置する炭素含有層、（炭素含有層が存在しない場合には）基体上に接触して位置するニッケルアルミナイド層又は（存在する場合には）炭素含有層上に接触して位置するニッケルアルミナイド層、及びニッケルアルミナイド層上に接触して位置するイットリア安定化ジルコニアの断熱被膜（及び既に生成している酸化アルミニウムスケール）を用いて作製した。基線試験片は、炭素含有層の蒸着を除いて同じ方法で作製した。
【００３４】
第一の比較試験では、５〜８分で昇温し、２１２５°Ｆに４５分間保ち、７〜１０分で室温に冷却するという反復１時間サイクルを用いて炉内サイクル試験を行った。本発明方法で作製した試験片は破損までに３９３サイクルの平均寿命を有していたのに対し、米国特許第５３３４２６３号の方法で作製した試験片は１７０サイクルの平均寿命を有していた。
【００３５】
第二の比較試験では、応力破断負荷条件で試験片を試験した。１８００°Ｆで４００００ポンド／平方インチの荷重を加える第一の応力破断負荷条件では、本発明方法で作製した試験片は４０７時間の平均寿命を有していた。基線方法で製造した試験片、即ち炭素含有層が全く存在せず、したがって実質的な量のＳＲＺが形成された試験片は、２５１時間の平均寿命を有していた。２０００°Ｆで２００００ポンド／平方インチの荷重を加える第二の応力破断負荷条件では、本発明方法で作製した試験片は３４１時間の平均寿命を有していたのに対し、基線方法で製造した、炭素含有層が全く存在しない試験片は２１９時間の平均寿命を有していた。
【００３６】
したがって、本発明方法で製造した試験片を試験したところ、炭素含有層が存在しない試験片及び米国特許第５３３４２６３号の方法で作製した試験片より優れていることがわかった。
【００３７】
以上、例示を目的として本発明の特定の実施形態を詳しく説明してきたが、本発明の技術的思想及び技術的範囲から逸脱せずに様々な修正及び改良を行うことができる。したがって、本発明は特許請求の範囲による場合を除いて限定されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ガスタービン羽根の斜視図である。
【図２】ＳＲＺを形成させた場合における、図１のガスタービン羽根の線２−２に関する拡大概略断面図である。
【図３】本発明を実施するための好ましい方法の一実施形態を示すブロック流れ図である。
【図４】本発明方法を用いてＳＲＺの形成を抑制する場合で、炭素含有層を蒸着した後における図１のガスタービン羽根の線２−２に関する拡大概略断面図である。
【図５】本発明方法を用いてＳＲＺの形成を抑制する場合で、相互拡散熱処理を施した後における図１のガスタービン羽根の線２−２に関する拡大概略断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１８  被覆超合金物品
３２  保護被膜構造物
３４  ニッケル基超合金基体
３６  アルミニウム含有層
４２  酸化アルミニウム保護スケール
４４  セラミック層
４６  二次反応帯
８０  炭素含有層
８２  相互拡散帯
【図１】
2005133206.tif 000003
【図２】
2005133206.tif 000004
【図３】
2005133206.tif 000005
【図４】
2005133206.tif 000006
【図５】
2005133206.tif 000007
【外国語明細書】
2005133206000001.pdf