(57)【要約】【課題】  耐摩耗性皮膜を堆積する改良法の提供。特に、剥落に強く、必要な耐摩耗性を有する耐摩耗性皮膜の提供。【解決手段】  基体をコーティングする方法が提供される。基体のコーティング方法は、基体を用意する工程、ろう合金及び耐摩耗性粒子を含有するプレフォームを基体に取り付ける工程、及びプレフォームを基体に結合して耐摩耗性皮膜を形成する工程を含む。【選択図】      図２
2005133715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体を用意する工程、
ろう合金及び耐摩耗性粒子を含有するプレフォームを基体に取り付ける工程、及び
プレフォームを基体に結合して耐摩耗性皮膜を形成する工程
を含む基体のコーティング方法。
【請求項２】
結合工程がプレフォームを基体に冶金結合することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
冶金結合がろう付け、溶接及び半田付けの１つ以上を含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
ろう付け工程がプレフォームを加熱してプレフォームのろう合金を溶融することを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
結合工程が接着剤を基体及びプレフォームの少なくとも一方に塗工することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
プレフォームがバインダーを含有しない、請求項１記載の方法。
【請求項７】
耐摩耗性粒子がセラミック材料を含有する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
セラミック材料が炭化物及び酸化物の１種以上を含有する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
炭化物が炭化クロム及び炭化タングステンの１種以上を含有する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
酸化物が酸化アルミニウム及び酸化イットリウムの１種以上を含有する、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
耐摩耗性粒子がダイヤモンドを含有する、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
基体がタービンアセンブリの部品である、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記部品がノズル（１０）、シュラウド（１４）、シュラウドハンガー（１６）、圧力バランスシール、低圧タービンブレード（２２）、高圧タービンブレード（２２）及び燃焼器部品の１つ以上である、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記タービンブレード（２２）がチップシュラウド（２０）を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
取り付け工程が前記プレフォームを前記チップシュラウド（２０）に取り付けることをさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
取り付け工程が前記プレフォームを前記チップシュラウド（２０）のかみ合いノッチ（２３）に取り付けることをさらに含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
耐摩耗性粒子が合金を含有する、請求項１記載の方法。
【請求項１８】
合金がコバルト基合金を含有する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
タービンアセンブリの１つ以上の部品である基体を用意する工程、
ろう合金及び耐摩耗性粒子を含有するプレフォームを基体に取り付ける工程であって、ろう合金がニッケル基合金及びコバルト基合金の１種以上を含有し、耐摩耗性粒子がセラミック材料及びダイヤモンドからなる群から選択される材料を含有する工程、及び
プレフォームを基体に融合する工程
を含むタービンアセンブリ部品のコーティング方法。
【請求項２０】
ノズル（１０）、シュラウド（１４）、シュラウドハンガー（１６）、圧力バランスシール、タービンブレード（２２）及び燃焼器部品からなる群から選択される基体を用意する工程、
ろう合金及び耐摩耗性粒子を基体に適用する工程であって、ろう合金がニッケル又はコバルトが合金の単一主成分（重量で）元素であるニッケル基合金又はコバルト基合金を含有し、耐摩耗性粒子が（ｉ）Ｃｒ23Ｃ6、Ｃｒ7Ｃ3、Ｃｒ3Ｃ2及びこれらの組合せ及び（ｉｉ）滑らかな酸化物フィルムを形成するコバルト合金からなる群から選択される材料を含有する工程、及び
ろう合金を加熱して耐摩耗性粒子を基体に結合して基体上に耐摩耗性皮膜を形成する工程
を含むタービンエンジン部品のコーティング方法。
【請求項２１】
ノズル（１０）、シュラウド（１４）、シュラウドハンガー（１６）、圧力バランスシール、タービンブレード（２２）及び燃焼器部品からなる群から選択される基体を用意する工程、
プレフォームを基体に取り付ける工程であって、プレフォームがろう合金及び耐摩耗性粒子を含有し、ろう合金がニッケル又はコバルトが合金の単一主成分（重量で）元素であるニッケル基合金又はコバルト基合金を含有し、耐摩耗性粒子が（ｉ）Ｃｒ23Ｃ6、Ｃｒ7Ｃ3、Ｃｒ3Ｃ2及びこれらの組合せ及び（ｉｉ）滑らかな酸化物フィルムを形成するコバルト合金からなる群から選択される材料を含有する工程、及び
プレフォームを基体に融合する工程
を含むタービンエンジン部品のコーティング方法。
【請求項２２】
２つの対応する逆向きのＺ形かみ合いノッチ（２３）を有するチップシュラウド（２０）を含む低圧タービンブレード（２２）を用意する工程、
プレフォームを前記チップシュラウド（２０）のかみ合いノッチ（２３）に取り付ける工程であって、プレフォームがろう合金及び耐摩耗性粒子を含有し、ろう合金がニッケル基合金及びコバルト基合金の１種以上を含有し、耐摩耗性粒子が（１）約２８．５重量％のモリブデン、約１７．５重量％のクロム、約３．４重量％のケイ素、残部のコバルト、（２）約２２．０重量％のニッケル、約２２重量％のクロム、約１４．５重量％のタングステン、約０．３５重量％のケイ素、約２．３重量％のホウ素、残部のコバルト、（３）約１０重量％のニッケル、約２０重量％のクロム、約１５重量％のタングステン、残部のコバルト、（４）約２２重量％のニッケル、約２２重量％のクロム、約１５．５重量％のタングステン、残部のコバルト、及び（５）約５重量％のニッケル、約２８重量％のクロム、約１９．５重量％のタングステン、残部のコバルトからなる群から選択される材料を含有する工程、及び
プレフォームをブレード（２２）に融合する工程
を含むタービンアセンブリ部品のコーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジン部品用の皮膜、特にタービンエンジン部品用の耐摩耗性皮膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐摩耗性皮膜はタービンエンジンで種々の用途に用いられている。例えば、低圧タービンブレードのような特定のガスタービンブレードには、翼形部の外端でシュラウド部分が一体に作製されている。代表的には、ブレードシュラウドは、通常ノッチの形態であるかみ合わせ（インターロック）形状に設計され、このかみ合わせ形状により、これらのブレードをタービンディスクの円周のまわりに装着するとき、各ブレードをそのシュラウド位置で隣接ブレードと連結することが可能になる。このかみ合わせ形状は翼形部が振動するのを防止するのに有効で、これにより作動中にブレードにかかる応力を軽減する。しかし、かみ合わせ界面（「インターロック」ともいう。）は、使用中に互いにこすれるので、摩耗しやすく、これが原因でシュラウドにギャップが生じ、これがため翼形部がねじれ、さらに変形し、その上作動中に振動する可能性さえある。振動はすぐにブレード破壊につながるおそれがある。隣接ブレード間のかみ合わせ界面の接触表面に耐摩耗性皮膜を適用するために、フレーム溶射、溶接その他のプロセスが開発されている。他の用途では、耐摩耗性皮膜をタービンブレードの外側チップに堆積する。このような皮膜は通常、ブレードとそれを取り囲むシュラウドとの接触によるブレードの摩耗速度を下げるために用いられる。ほかに、耐摩耗性皮膜をタービンブレードの前縁に設けて、作動中にタービンエンジン中に入り込む環境由来の粒子（ほこり、砂など）との接触に基づく（エロージョンによる）摩耗を低減することもある。
【０００３】
さらに他のタイプの耐摩耗性皮膜が、作動中の部品同士の接触による摩耗を受けやすいタービンエンジン部品に設けられる。例えば、エンジンの高圧タービン（ＨＰＴ）や低圧タービン（ＬＰＴ）区分において、耐摩耗性皮膜が、シュラウドハンガーや圧力バランスシールなどの隣接構造とこすれるノズル摩耗パッドに設けられる。
【０００４】
ある種の耐摩耗性皮膜、例えばＬＰＴブレードシュラウドインターロックに適用される耐摩耗性皮膜は、溶接法により適用される。溶接法は、基体のクラック発生、溶加材の侵入による基体材料の希釈、その他の関連した問題のため、製造歩留まりが低い。別の例では、耐摩耗性皮膜は、プラズマ溶射のような溶射法により部品に適用される。溶射プロセスにはいくつかの欠点がある。例えば、部品同士の摩耗を受けない部品の部分に耐摩耗性皮膜が付着するのを防止するために、処理すべき部品をマスクしなければならない。さらに、部品には溶射装置でアクセスしにくい領域がある。また、皮膜の適用は時間のかかるプロセスであり、場合によっては適切な寸法制御ができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、耐摩耗性皮膜を堆積する方法の改良が必要とされている。また、剥落に強く、必要な耐摩耗性を有する耐摩耗性皮膜が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１実施形態として、タービンエンジン部品のような基体をコーティングする方法がある。一つの方法では、ろう合金及び耐摩耗性粒子を含有するプレフォームを基体に取り付ける。次にプレフォームを基体に結合して耐摩耗性皮膜を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の１実施形態では、基体、例えばタービンエンジン部品の形態の基体を処理して、高温の作動温度、例えば１２００°Ｆより高い温度での耐エロージョン性を向上させる。基体は代表的には、引張強さ、耐クリープ性、耐酸化性及び耐食性に関して高温性能を有することが知られた超合金材料などの耐熱合金から形成される。他の耐熱合金、例えば水力発電タービン部品やタービンエンジンの低圧段などの比較的低温な環境で用いられるフェライト系合金も本発明の実施形態に従って処理することができる。
【０００８】
超合金材料の場合、超合金は代表的には、ニッケル又はコバルトが超合金の単一主成分（重量で）元素であるニッケル基合金又はコバルト基合金からなる。具体的なニッケル基超合金は、約４０重量％以上のＮｉとコバルト、クロム、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタン及び鉄よるなる群から選択される成分１種以上とを含有する。ニッケル基超合金の例を登録商標名で表示すると、Ｉｎｃｏｎｅｌ、Ｎｉｍｏｎｉｃ、Ｒｅｎｅ（例えばＲｅｎｅ８０、Ｒｅｎｅ９５、Ｒｅｎｅ１４２、Ｒｅｎｅ  Ｎ５合金）及びＵｄｉｍｅｔが挙げられ、一方向凝固及び単結晶超合金がある。具体的なコバルト基超合金は、約３０重量％以上のＣｏとニッケル、クロム、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタン及び鉄よるなる群から選択される成分１種以上とを含有する。コバルト基超合金の例を登録商標名で表示すると、Ｈａｙｎｅｓ、Ｎｏｚｚａｌｏｙ、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ及びＵｌｔｉｍｅｔが挙げられる。代表的には、基体はタービンアセンブリ、例えばガスタービンアセンブリ又は水力発電タービンアセンブリの構成部品からなる。構成部品の例には、タービンノズル、タービンブレード、シュラウド、シュラウドハンガー、圧力バランスシール又は燃焼器部品があるが、これらに限定されない。このようなタービン部品は通常、部品が相互にもしくはタービンエンジンの他の部品と衝合接触するため、部品同士の摩耗を受ける。
【０００９】
本発明のいくつかの実施形態では、基体がタービンアセンブリ、例えばガスタービンアセンブリ又は水力発電タービンアセンブリの構成部品からなる。図１に、本発明の１つの観点に従って耐摩耗性皮膜で処理する、タービンエンジンの複数部品の部分的断面図である。なお、タービンエンジンの作動原理及び全体構造は当業界で周知であり、ここでは繰り返さない。図示のように、タービンエンジンの部分的断面図は流体流をエンジンに差し向けてブレード１２を駆動するノズル１０を含む。図面には単一のブレードを示すが、エンジンは通常多数のブレードを回転シャフトに装着した構成である。ブレード１２は、シュラウドハンガー１６で支持されたシュラウド１４が画定する区域内で回転する。ブレード１２のシュラウド１４に隣接する部分は、当業界でブレードチップと称される。このチップ部分は、作動中にシュラウド１４と間欠的に接触するため、摩耗を受けやすい。通常、シュラウド１４及びシュラウドハンガー１６はかみ合わせ係合関係にあり、シュラウドはしっかり支持されている。
【００１０】
区域Ａは、本発明の１つの観点に従って耐摩耗性皮膜を適用する特定領域を示す。耐摩耗性皮膜は、ノズル１０、シュラウド１４及びシュラウドハンガー１６間の衝合接触と相対移動による望ましくない摩耗を防止する。本発明の実施形態による耐摩耗性皮膜は、ノズル１０、シュラウド１４及びシュラウドハンガー１６のいずれか或いは組合せに適用することができる。
【００１１】
図２は本発明の特定の実施形態を示し、図示の基体はブレード１２（図１）、例えば低圧タービンブレードであり、ブレード翼形部２２の外側チップに一体のチップシュラウド２０を含む。各チップシュラウド２０は２つの対応する逆向きのＺ形かみ合いノッチ２３を有し、これらを介してチップシュラウド２０をその隣のチップシュラウド２０と連結することができる。耐摩耗性皮膜２４をチップシュラウド２０の少なくとも一部に、多くの場合かみ合いノッチ２３に、適用し、かみ合いノッチ２３に沿った過剰な摩耗を回避する。特定の実施形態では、耐摩耗性皮膜をかみ合いノッチ２３の接触面２５に適用する。
【００１２】
本発明の１実施形態によれば、耐摩耗性皮膜は、耐摩耗性材料から形成された第１相と、場合により耐摩耗性材料を基体に結合するろう合金から形成された第２マトリックス相とを含む。本発明の１実施形態によれば、耐摩耗性材料は粒子形態で、炭化クロム及びコバルト合金からなる群から選択される材料を含有する。耐摩耗性皮膜の詳細を以下に説明する。
【００１３】
耐摩耗性皮膜は基体上に種々の方法で形成することができる。本発明の１実施形態では、基体上にろう付けシートを置き、ろう付けシートを基体に融合することにより耐摩耗性皮膜を堆積する。ろう付けシートは通常、単一の生の（未焼結）ろう材テープ、数個の生テープ又はろう材プレフォームから形成される。
【００１４】
ろう付けシートは、ろう合金、代表的にはニッケル又はコバルトがろう合金の単一主成分（重量で）元素であるニッケル基合金又はコバルト基合金を含有する。当業者には明らかなように、種々広範なろう合金組成物が市販されており、ろう合金の特定の組成は一般に、特定の用途の具体的な必要条件に応じて選択する。ろう合金は代表的には、高温特性を高めるために、追加の元素、例えばクロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）等を含有する。さらに、ろう合金組成物は代表的には、ろう合金の融点を下げる１種以上の成分を含有し、こうして製造を容易にする（加工温度を下げる）とともに、ろう合金が耐摩耗性材料のみならず下側の材料の溶融温度より低い温度範囲で溶融するのを確実にする。ニッケル基及びコバルト基ろう合金用の融点降下剤には、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）又はこれらの組合せがある。
【００１５】
ある実施形態では、ろう合金組成物は、約３０重量％以下のＣｒ、約１０重量％以下のＦｅ、約２０重量％以下のＷ、約１５重量％以下のＳｉ、約５重量％以下のＢ、約１５重量％以下のＰを含有し、残部がニッケル、コバルト及びその組合せの少なくとも１つからなる。ニッケル基ろう合金組成物の具体例には下記がある。下記の成分は重量％で表示し、すべての組成は近似である。
【００１６】
１）  ４．５Ｓｉ−１４．５Ｃｒ−３．３Ｂ−４．５Ｆｅ−残部Ｎｉ
２）  １５Ｃｒ−３．５Ｂ−残部Ｎｉ
３）  ４．５Ｓｉ−３Ｂ−残部Ｎｉ
４）  ４．２Ｓｉ−７Ｃｒ−３Ｂ−３Ｆｅ−残部Ｎｉ
５）  １０Ｓｉ−１９Ｃｒ−残部Ｎｉ
６）  ３．５Ｓｉ−２２Ｃｏ−２．８Ｂ−残部Ｎｉ
７）  ３．５Ｓｉ−１．８Ｂ−残部Ｎｉ
８）  ４．５Ｓｉ−１４Ｃｒ−３Ｂ−４．５Ｆｅ−残部Ｎｉ
９）  １７Ｃｒ−９Ｓｉ−０．１Ｂ−残部Ｎｉ
１０）  ２．６Ｓｉ−２Ｃｒ−２Ｂ−１Ｆｅ−残部Ｎｉ
１１）  １５Ｃｒ−８Ｓｉ−残部Ｎｉ
１２）  ７Ｃｒ−３Ｆｅ−４Ｓｉ−３Ｂ−残部Ｎｉ
【００１７】
コバルト基ろう合金組成物の具体例には下記がある。
【００１８】
１）  ８Ｓｉ−１９Ｃｒ−１７Ｎｉ−４Ｗ−０．８Ｂ−残部Ｃｏ
２）  １７．０Ｎｉ−１．０Ｆｅ−８．０Ｓｉ−１９．０Ｃｒ−０．８Ｂ−０．４Ｃ−残部Ｃｏ
３）  ２３．５Ｃｒ−１０Ｎｉ−７Ｗ−３．５Ｔａ−２．９Ｂ−０．２Ｔｉ−残部Ｃｏ
４）  ２２Ｃｒ−２２Ｎｉ−１４．５Ｗ−０．３５Ｓｉ−２．３Ｂ−残部Ｃｏ
【００１９】
１実施形態では、ろう付けシートは、水、有機溶剤又はこれらの混合物などの液体媒体、ろう合金、耐摩耗性材料及びバインダーを含有するスラリーを乾燥することにより形成される単層の生のろうテープである。バインダーの例としては、水系有機材料、例えばポリエチレンオキシド、種々のアクリル並びに溶剤系バインダーがある。代表的には、スラリーを剥離可能な支持シート、例えばプラスチックシート上にテープキャストする。次にスラリーを乾燥し、揮発性材料を含む液体媒体を蒸発させる。得られる生のろうテープは、厚さが通常約７５〜２５００μｍ、好ましくは約３７５〜１０００μｍである。或いは、現場で耐摩耗性皮膜を製造するには、スラリーを直接基体上にキャストすることができる。
【００２０】
別の実施形態では、ろう付けシートは、通常はろう合金を含有する第１生テープ及び耐摩耗性材料を含有する第２生テープを含む、複数の生のテープから形成される。この特定の実施形態は、通常ニッケル基又はコバルト基ろう合金を含有する市販の生ろうテープを用いることが可能になる点、そして基体へのろう付け時の面内収縮が最小限に抑えられる点で有利である。市販の生ろうテープの例には、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ社から市販されているＡｍｄｒｙシリーズのろうテープがある。
【００２１】
別の実施形態では、ろう合金を含有するろう付けシートは、上述した単一生ろうテープに似ているが、バインダーを含有しないろうプレフォームの形態である。ろうプレフォームは通常、生ろうテープ（上述）を焼結することにより形成され、これにより脱脂（バインダー除去）し、材料を緻密化して焼結プレフォームを形成する。或いは、ろうプレフォームは、溶融スピニング又は溶射など種々の技法のいずれかで形成する。ろうプレフォームは、厚さが通常約２００〜３０００μｍ程度、例えば約６００〜２５００μｍ程度である。ある実施形態では、焼結前に所望の形状の生ろうテープを作製する、例えばテープを所望の形状に切断することによりプレフォームを形成する。別の実施形態では、プレフォームを大きな完全焼結プレフォームから所望の形状に切断する。
【００２２】
１実施形態では、耐摩耗性材料はセラミック耐摩耗性粉末を含む。例えば、耐摩耗性粉末は炭化物及び酸化物の少なくとも１種を含有する。炭化物の適当な例としては、炭化クロム及び炭化タングステンがあるが、これらに限定されない。炭化クロムは代表的にはＣｒ23Ｃ6、Ｃｒ7Ｃ3、Ｃｒ3Ｃ2及びこれらの組合せからなる群から選択される材料である。炭化物は、炭化タングステン、炭化クロムその他のいずれでも、通常予め合金化された炭化物粉末の形態にあり、粉末の粒子はその断面全体にわたって均質かつ均一である。或いは、炭化物、例えばＣｒ3Ｃ2を、金属性バインダーとして機能する他の材料、例えばＮｉＣｒとブレンドする。炭化タングステンの場合、コバルト金属を金属性バインダーとして用いることが多い。酸化物の適当な例としては、酸化アルミニウム及び酸化イットリウムがあるが、これらに限定されない。
【００２３】
他の耐摩耗性材料も本発明の実施形態で使用するのに適当である。例えば、特定の実施形態において、耐摩耗性粒子がダイヤモンドを含む。別の実施形態では、粒状材料が合金耐摩耗性材料を含む。この場合、実際の使用時に表面に滑らかな酸化物フィルムを形成する合金を用いれば、その酸化物が、高温（例えば１０００°Ｆ超え）で被処理部品と隣接構造との界面を潤滑して摩耗を減らす作用をなすので、有利である。例えば、高圧タービン内のノズル摩耗パッドと隣接するバランスシールとの間の摩耗は、酸化物形成性合金が存在すれば、少なくなる。潤滑性もしくは滑らかな酸化物フィルムを形成する材料の１群にコバルト合金がある。潤滑性コバルト基合金の例には、下記の名目組成の合金がある。
（１）２８．５ｗｔ％モリブデン、１７．５ｗｔ％クロム、３．４ｗｔ％ケイ素、残部コバルト
（２）２２．０ｗｔ％ニッケル、２２ｗｔ％クロム、１４．５ｗｔ％タングステン、０．３５ｗｔ％ケイ素、２．３ｗｔ％ホウ素、残部コバルト
（３）１０ｗｔ％ニッケル、２０ｗｔ％クロム、１５ｗｔ％タングステン、残部コバルト
（４）２２ｗｔ％ニッケル、２２ｗｔ％クロム、１５．５ｗｔ％タングステン、残部コバルト
（５）５ｗｔ％ニッケル、２８ｗｔ％クロム、１９．５ｗｔ％タングステン、残部コバルト
【００２４】
耐摩耗性粒子の粒度分布は、粒子の組成に関わりなく、通常約５〜２００μｍの範囲、例えば１０〜４５μｍ（−３２５メッシュ粉末）の範囲にある。しかし、ナノ寸法の耐摩耗性材料、即ち約２００ｎｍ未満の最大粒径の粉末は、それより大きな粒径の同じ材料組成物より良好な摩耗特性を示すことがあり、このような材料も本発明の実施形態で用いるのに適当である。粒子相１４は一般にろう合金より高い融点又は軟化点を有するので、融合処理を通して粒子はほとんどそのままに留まる。ろう合金に対する耐摩耗性粒子の割合は一般に約５０〜９５重量％の範囲にある。
【００２５】
ろう合金成分と耐摩耗性粒子相成分とを含むろう付けシートの形成後、皮膜を付与したい基体１０上の区域でろう付けシートを基体１０に取り付ける。代表的には、融合に先立って簡単な手段でろう付けシートを基体１０に取り付ける。例えば、１つ又は複数の生ろうテープの場合、代表的には接着剤をろう付けシートと基体１０との間に塗工する。融合工程の間に完全に揮発する接着剤が適当である。接着剤の具体例にはポリエチレンオキシド及びアクリル材料がある。市販の例には、Ｃｏｔｒｏｎｉｃｓ社製の４Ｂ  Ｂｒａｚｅ  Ｂｉｎｄｅｒがある。接着剤は、液体接着剤を用いるスプレー又は塗布、両面接着テープのマット又はフィルムを付与するなど種々の技法のいずれかで適用することができる。
【００２６】
或いは、１つ又は複数の生テープの場合、シートを、バインダーを部分的に溶解し、可塑化する溶剤に露呈し、これによりテープを基体表面に形状順応させ、接着させる。溶剤の例としては、トルエン、アセトンその他の有機溶剤があり、生ろうテープを基体上に置いた後にそのテープの上にスプレー又はブラシ塗布することが可能になる。
【００２７】
ろうプレフォームの場合、代表的には、ろう付けシートを基体に、抵抗溶接などによりスポット溶接する。他の溶接法には、ＲＦ（無線周波）溶接と、ガス溶接、例えばＴＩＧ（タングステン・イナートガス）溶接、酸素アセチレン溶接がある。
【００２８】
ろう付けシートを基体に取り付けた後、シートを基体に結合（ボンド）して耐摩耗性皮膜を形成する。結合は、シートを基体に冶金的に結合（「融合」）することにより実現することが多い。ほかに、ろう付けシートがろうプレフォームである場合、結合工程が、エポキシ、グルー又はシリコーン接着剤のような接着剤を基体もしくはプレフォームもしくは両方に塗工し、次いで間に挟まれた接着剤層がプレフォームを基体に結合するようにプレフォームを基体にあてがう工程を含んでもよい。プレフォームを結合するのに接着剤を使用するのは、被覆部品が接着結合を劣化するおそれのある使用温度に達しない用途に限定される。
【００２９】
耐摩耗性皮膜の基体への融合は、代表的には、新しい部品の製造又は部品の修理もしくはメンテナンス中の熱処理サイクルと関連して行う。後者の場合、耐摩耗性皮膜の融合は他のろう付けプロセス、例えば基体クラックのろう材での修理と同時に行うことができる。
【００３０】
一般に、融合工程はろう付けにより行われ、この場合プレフォームは、基体や耐摩耗性粒子の実質的な溶融を伴わずに、ろう合金が溶融するような、適当なろう付け温度に加熱される。ろう付け温度は、使用するろう合金の種類に大きく依存するが、代表的には約５２５℃〜約１６５０℃の範囲にある。ニッケル基ろう合金の場合、ろう付け温度は代表的には約８００℃〜約１２６０℃の範囲にある。ろう合金は通常融点が耐摩耗性粒子の融点より低いので、耐摩耗性粉末と基体との若干の反応や溶解が起こるかもしれないが、ろう合金は融合時に優先的に溶融し、粒子を実質的にそのまま残す。或いは、ろうプレフォームの基体への冶金的結合は、当業界で知られた適当な材料及びプロセスを用いて、プレフォームを基体に溶接又は半田付けすることにより達成してもよい。
【００３１】
複数の生テープの場合、一般に、ろう合金を含有する生テープを耐摩耗性材料を含有する生テープの上に重ね、重ねたテープを基体の上に置く。次に基体を加熱することによりろう付けを行う。加熱すると溶融ろう合金が毛細管作用と重力により耐摩耗性材料中に溶浸し、これにより耐摩耗性材料を基体に結合する。このような方法で複数の生テープを組み込むことにより、耐摩耗性皮膜の面内収縮が、単一の生テープと比べて非常に小さくなり、こうして耐摩耗性皮膜の亀裂発生や耐摩耗性皮膜の基体からの剥離を効果的に防止する。
【００３２】
１実施形態では、制御された環境、例えば真空又は不活性雰囲気を有する炉内でろう付けを行う。制御された環境での融合は、加熱中のろう合金及びその下側の材料（基体を含む）の酸化を防止するのに有利であり、また部品温度及び温度均一性の精密な制御を可能にする。真空炉の場合、炉の真空室から空気を排気することにより、代表的には約１０-1〜約１０-8トルの範囲の真空を達成する。特定の実施形態では、ろう付けを約５ｘ１０-4トルの圧力で行う。炉に入れるのが難しい大きな基体の場合、或いはエンジンの現場修理の場合、代表的にはトーチ又は他の局所加熱手段を用いてろう付けを行う。加熱手段の例としては、ガス溶接トーチ（例えば酸素アセチレン、酸水素、空気アセチレン、空気水素）、ＲＦ（無線周波）溶接、ＴＩＧ（タングステン・イナートガス）溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接及び赤外（ＩＲ）ランプの使用が挙げられる。このような加熱手段と関連して、フラックス又は不活性カバーガスを使用してもよく、特にホウ素を含まないろう組成物の場合そうである。
【００３３】
加熱してろう付けシートを基体に融合した後、ろう合金を放冷し、下側の材料への冶金結合を形成するとともに、マトリックス相を形成する凝固ろう合金内に耐摩耗性粒子を機械的に保持する。場合によっては、ろう付け中そしてその後の高温露出時に、融点降下剤がろう合金から拡散により出てくるので、最終的なマトリックス相の融点は初期の融点より高くなり、これによりタービンエンジンの運転パラメータから必要とされるような優れた高温性能が得られる。
【００３４】
最終構造において、ろう合金は一般に連続マトリックス相であるフィルムを形成する。ここで用いる用語「連続」マトリックス相は、粒子相の粒子間に位置する、基体の処理領域に沿った途切れのないフィルムを表す。耐摩耗性皮膜の厚さは、被処理基体を適切に保護できるように選択するのが代表的である。具体例を示すと、ろう合金の厚さは代表的には約１００ミル未満であり、望ましくは５００ミル未満である。
【００３５】
加熱後、通常拡散コーティング工程を実施して基体をアルミナイド化する。一般にアルミナイド化を行って、被処理部品の耐酸化性及び耐食性を改良し、部品の耐久性及び寿命を改良する。拡散コーティングは、代表的には、既知の拡散浸透処理法又は気相法により行う。この場合、代表的には、耐摩耗性皮膜で処理された基体の区域はアルミナイド化する必要がなく、この部分のアルミナイド層は、その後の寸法合わせ研削などにより除去してもよい。しかし、本発明の１観点によれば、耐摩耗性皮膜はアルミナイド化処理に耐える、特にアルミナイド化工程の高温と攻撃的化学条件に耐えるように構成されている。上述したろう合金組成物２）、５）及び１２）はこのような加工処理に耐えることが確認されている。
【００３６】
本発明の１実施形態の変更例では、最初にろう付けシートを基体上に堆積し、その後拡散コーティングを行う。耐摩耗性皮膜を形成するろう付けシートの融合は、拡散コーティングと同時に行うのが有利である。拡散コーティングは高温で堆積され、耐摩耗性粒子の基体へのろう付けを達成するからである。
【実施例】
【００３７】
以下の実施例は例示に過ぎず、いかなる意味でも特許請求の範囲を限定するものと解釈するべきではない。特記しない限り、すべての成分を重量％で表示する。
【００３８】
実施例１
５０ｇのＰｒａｘａｉｒ  ＣｒＣ−１０７（Ｃｒ3Ｃ2）、５０ｇのニッケル基ろう合金（１９Ｃｒ−１０Ｓｉ−残部Ｎｉ）、１０ｇのＰＥＯ溶液及び１０ｇの脱イオン化水を含有するスラリーを混合し、テープキャストして厚さ０．０５０インチの生テープを形成した。Ｎｉｃｒｏｂｒａｚｅ４Ｂバインダーを用いて、生テープをＨａｓｔ−Ｘ基体に付着した。このサンプルを２２１５°Ｆで２０分間ろう付けし、テープを下側の基体に融合させた。金属組織分析により、ろうが皮膜を完全に緻密化するには不十分であることが分かった。
【００３９】
実施例２
５０ｇのＰｒａｘａｉｒ  ＣｒＣ−１０７（Ｃｒ3Ｃ2）、５ｇのＰＥＯ溶液及び５ｇの脱イオン化水を含有するスラリーを混合し、テープキャストして厚さ０．０５０インチの生ＣｒＣテープを形成した。この生ＣｒＣテープを市販の厚さ０．０１０インチのＡｍｄｒｙ１００ろうテープと組み合わせて生２層テープを形成した。Ｎｉｃｒｏｂｒａｚｅ４Ｂバインダーを用いて、この生２層テープをＨａｓｔ−Ｘ基体に付着した。積層順序はＨａｓｔ−Ｘ基体−生ＣｒＣテープ−ＧＥ８１テープであった。このサンプルを２２１５°Ｆで２０分間ろう付けし、テープを下側の基体に融合させた。金属組織分析により、ろうがＣｒＣテープに溶浸し、皮膜を完全に緻密化するのに十分であることが分かった。
【００４０】
実施例３
実施例１からのテープを２２１５°Ｆで２０分間焼結して、プレフォームを形成した。得られた焼結プレフォームをＨａｓｔ−Ｘ基体にスポット溶接し、２２１５°Ｆで２０分間ろう付けした。金属組織分析により、ろうが皮膜を完全に緻密化するのに十分であることが分かった。
【００４１】
本発明の実施形態によれば、優れた耐摩耗性皮膜とコーティング方法が得られる。耐摩耗性皮膜は、基体のアクセス困難な領域に、マスクの必要なしに、簡単に堆積される。タービンエンジンを修理し保守する文脈では、皮膜を最小限の装置で現場で堆積することができる。
【００４２】
以上、本発明の種々の実施形態を説明した。しかし、この説明は特許請求の範囲を限定すると考えるべきでない。本発明の要旨から逸脱することなく、種々の変更、改変、置き換えが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】タービンエンジンの部品の部分的断面図である。
【図２】タービンブレードの長軸に沿って見たチップシュラウド及び隣接するチップシュラウドの図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ノズル
１２  ブレード
１４  シュラウド
１６  シュラウドハンガー
２０  チップシュラウド
２２  ブレード翼形部
２３  かみ合いノッチ
２４  耐摩耗性皮膜
２５  ノッチの接触面
【図１】
2005133715.tif 000003
【図２】
2005133715.tif 000004
【外国語明細書】
2005133715000001.pdf