(57)【要約】【課題】  ガスタービンエンジンコンポーネントなどの物品におけるサーマルバリアコーティングの熱疲労による剥離耐性を向上させる高密度サーマルバリアコーティングおよびその方法を提供する。【解決手段】  本発明による物品のコーティング方法が、概ね、物品の少なくとも一つの外表面上にボンディングコート層を適用し（ステップ１０）、このボンディングコート層の上にサーマルバリアコーティング組成物の層を適用し（ステップ１２）、このサーマルバリアコーティング組成物の層を熱処理し（ステップ１４）、サーマルバリアコーティングを形成させる（ステップ１６）ステップを備えてなる。本発明の方法により、剥離を低下させるために十分な密度と、亀裂密度と、空隙率と、を備えた高密度サーマルバリアコーティングが提供される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の少なくとも一つの外表面上にボンディングコート層を適用し、
前記ボンディングコート層の上に少なくとも約８ミクロンかつ約８８ミクロン以下の粒度分布をもつサーマルバリアコーティング組成物を適用し、
前記サーマルバリアコーティング組成物を約１８００°Ｆ〜２２００°Ｆの温度で約２時間〜４時間、約１×１０-3ｔｏｒｒ〜１×１０-6ｔｏｒｒの圧力下で熱処理し、
前記サーマルバリアコーティング1インチ長さあたり約２０個以下の亀裂密度をもつサーマルバリアコーティング層を形成させることを備えてなる物品のコーティング方法。
【請求項２】
前記熱処理ステップが、前記サーマルバリアコーティング組成物を前記圧力下、約２１７５°Ｆの温度で約２時間熱処理することを備える請求項１に記載のコーティング方法。
【請求項３】
前記熱処理ステップが、前記サーマルバリアコーティング組成物を前記圧力下、約２０５０°Ｆの温度で約２時間熱処理することを備える請求項２に記載のコーティング方法。
【請求項４】
前記熱処理ステップが、前記サーマルバリアコーティング組成物を前記圧力下、約１８００°Ｆの温度で約４時間熱処理することを備える請求項１に記載のコーティング方法。
【請求項５】
前記熱処理ステップが、前記サーマルバリアコーティング組成物を前記圧力下、約２１００°Ｆの温度で約４時間熱処理することを備える請求項１に記載のコーティング方法。
【請求項６】
前記ボンディングコート層の前記適用ステップが、プラズマ溶射法、低圧プラズマ溶射法、エアプラズマ溶射法、スパッタリング法、カソードアーク法、電子ビーム物理蒸着法、高速プラズマ溶射法、燃焼処理、線材溶射法、レーザビームクラッディング法、および電子ビームクラッディング法よりなるグループから選択された方法を備えることを特徴とする請求項１に記載のコーティング方法。
【請求項７】
前記サーマルバリアコーティング組成物の前記適用ステップが、前記サーマルバリアコーティング組成物を、プラズマ溶射法を用いて適用することを備える請求項１に記載のコーティング方法。
【請求項８】
前記適用ステップが、ヘリウムとアルゴンとを約３：１〜１：３の割合で含むアークガスを用いることを備える請求項７に記載のコーティング方法。
【請求項９】
前記適用ステップが、内部粉末注入式プラズマ溶射ガンを用いることを備える請求項７に記載のコーティング方法。
【請求項１０】
前記内部粉末注入式プラズマ溶射ガンを約６００〜１０００アンペアの電流で作動させることをさらに備えてなる請求項９に記載のコーティング方法。
【請求項１１】
前記内部粉末注入式プラズマ溶射ガンを、前記物品の前記少なくとも一つの外表面から約２インチ〜８インチの距離で作動させることをさらに備えてなる請求項９に記載のコーティング方法。
【請求項１２】
前記サーマルバリアコーティング組成物の提供ステップが、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、イットリア安定化ハフニア、カルシア安定化ハフニア、およびマグネシア安定化ハフニアよりなるグループから選択された粉末状セラミック材料を提供することを特徴とする請求項１に記載のコーティング方法。
【請求項１３】
前記サーマルバリアコーティング組成物の提供ステップが、イットリア安定化ジルコニア粉末を提供することを特徴とする請求項１に記載のコーティング方法。
【請求項１４】
前記ボンディングコート層の前記適用ステップが、拡散処理法、低圧プラズマ溶射法、エアプラズマ溶射法、スパッタリング法、カソードアーク法、物理蒸着法、高速プラズマ溶射法、燃焼処理、線材溶射法、レーザビームクラッディング法、および電子ビームクラッディング法よりなるグループから選択された適用法を備えることを特徴とする請求項１に記載のコーティング方法。
【請求項１５】
少なくとも一つの外表面をもつ物品と、
前記少なくとも一つの外表面上に堆積されたボンディングコート層と、
前記ボンディングコート層の上に堆積されたサーマルバリアコーティング層と、
を備え、
前記サーマルバリアコーティング層が、少なくとも約８ミクロンかつ約８８ミクロン以下の粒度分布をもつ熱処理されたサーマルバリアコーティング組成物を備えるとともに、前記サーマルバリアコーティング１インチ長さあたり約２０個以下の亀裂密度をさらに備えることを特徴とするコーティングされた物品。
【請求項１６】
前記サーマルバリアコーティング層が、約３％以下の空隙率を備えることを特徴とする請求項１５に記載のコーティングされた物品。
【請求項１７】
前記サーマルバリアコーティング層が、約９８％を下回らない密度を備えることを特徴とする請求項１５に記載のコーティングされた物品。
【請求項１８】
前記サーマルバリアコーティング層が、熱処理されたイットリア安定化ジルコニア粉末を備えたサーマルバリアコーティング組成物を含むことを特徴とする請求項１５に記載のコーティングされた物品。
【請求項１９】
前記物品が、ガスタービンエンジンコンポーネントを備えることを特徴とする請求項１５に記載のコーティングされた物品。
【請求項２０】
前記ガスタービンエンジンコンポーネントが、ブレード、ベーン、ステータ、中央タービンフレーム、ファン、圧縮機、タービンケーシング、シール、プレート、リング、燃焼器パネル、燃焼室、燃焼器隔壁シールド、ディスク側プレート、および燃料ノズルガイドよりなるグループから選択されることを特徴とする請求項１９に記載のコーティングされた物品。
【請求項２１】
前記ボンディングコート層が、一般式ＭＣｒＡｌＹを含んだボンディングコート材料を備え、前記Ｍが、ニッケル、コバルト、鉄、およびこれらの混合物よりなるグループから選択された金属であることを特徴とする請求項１５に記載のコーティングされた物品。
【請求項２２】
前記ボンディングコート層が、アルミニウム、白金、およびこれらの混合物よりなるグループから選択されたボンディングコート材料を備えることを特徴とする請求項１５に記載のコーティングされた物品。
【請求項２３】
前記ボンディングコート層が、アルミニウム、白金、およびＭＣｒＡｌＹよりなるグループから選択されたボンディングコート材料を備え、前記ＭＣｒＡｌＹの前記Ｍが、ニッケル、コバルト、鉄、およびこれらの混合物よりなるグループから選択された金属であることを特徴とする請求項１５に記載のコーティングされた物品。
【請求項２４】
前記ボンディングコート層が、一般式ＭＣｒＡｌＹＨｆＳｉを含んだボンディングコート材料を備え、前記ＭＣｒＡｌＹＨｆＳｉの前記Ｍが、ニッケル、コバルト、鉄、およびこれらの混合物よりなるグループから選択された金属であることを特徴とする請求項１５に記載のコーティングされた物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサーマルバリアコーティングに関し、さらに具体的には、高密度サーマルバリアコーティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
エアプラズマ溶射によるサーマルバリアコーティングはよく知られており、数十年間使用され続けている。これらは一般的に、高温に耐えうるセラミック材料から形成され、金属物品への熱流を抑えるように金属物品に適用される。高温環境に晒される金属物品の表面が適切な耐火セラミック材料でコーティングされると、熱が金属物品を流入、通過する速度は減少し、これにより適用可能な運転温度域、運転寿命、もしくはその両方が延び、物品の将来的な修理費用が軽減される。
【０００３】
従来技術のエアプラズマ溶射によるサーマルバリアコーティングは、一般的に、例えば公知のイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の組成物といった、粉末状の金属酸化物から形成される。これらのサーマルバリアコーティングは、粉末状酸化物材料のガス送給式スプレーを例えば直流プラズマスプレートーチなどのプラズマスプレートーチを用いて酸化物粉末粒子が瞬間的に溶融状態となる温度にまで加熱させることにより形成される。その後、溶融酸化物粒子のスプレーが、例えば耐熱性のチタンベース、ニッケルベース、もしくはコバルトベースの超合金から形成される物品表面などの、被覆される金属表面もしくは基体上に送給され、これによりサーマルバリアコーティングの単一層が形成される。必要な厚さをもつサーマルバリアコーティングを形成するため、対象物の表面上に個々の複数の層を堆積させるようにこの処理が繰り返される。仕上がりのサーマルバリアコーティングの一般的な総厚さは概ね０．１インチを超えない。
【特許文献１】米国特許第５，０７３，４３３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８３０，５８６号明細書
【特許文献３】米国特許第３，５４２，５３０号明細書
【特許文献４】米国特許第３，５２８，８６１号明細書
【特許文献５】米国特許第３，６４９，２２５号明細書
【特許文献６】米国特許第３，７５４，９０３号明細書
【特許文献７】米国特許第３，６７６，０８５号明細書
【特許文献８】米国特許第４，０７８，９２２号明細書
【特許文献９】米国再発行特許発明第３２，１２１号明細書
【特許文献１０】米国特許第３，９２８，０２６号明細書
【特許文献１１】米国特許第４，５８５，４８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術のサーマルバリアコーティング、特にガスタービンで使用される物品などの、周囲条件から超高温に達するまで定期的に温度サイクルに晒される物品上のサーマルバリアコーティングの使用において広く認識されている問題点の一つは、高速燃焼ガスに伴う超高熱や急激な温度変化にサーマルバリアコーティングが晒されることにより、おそらくは熱疲労のため、剥離すなわち金属物品を保護するように設計されたサーマルバリアコーティングの金属表面からの剥離による破損が生じるおそれがあるということである。周期的な熱環境における剥離しやすい性質は、主に水平方向の亀裂すなわち面内（サーマルバリアコーティングの）の亀裂の存在に起因する。水平方向の亀裂は、特にサーマルバリアコーティングの剥離しやすさを増大させることが知られており、これはサーマルバリアコーティング堆積処理中もしくは運転中に生じる面内応力のような面内応力が、水平方向の亀裂を伝播、成長させる可能性があるためである。
【０００５】
こうした環境におけるサーマルバリアコーティングの剥離耐性は、コーティングの特定の性質を修正することにより改善できることが知られている。例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）サーマルバリアコーティングの性能は、サーマルバリアコーティング／金属物品境界面に対して垂直な亀裂（すなわち鉛直方向の亀裂）を圧倒的多数に成長させ、境界面に対して平行な亀裂（すなわち水平方向の亀裂）の成長を最小限に抑えることにより周期的な熱環境において強化されることが知られている。図１の顕微鏡写真の別の一例を参照すると、テイラーに付与の特許文献１には、サーマルバリアコーティング内の水平方向の亀裂量が制御された、均一に分散された垂直方向のマクロ亀裂の存在がコーティング内の剥離傾向を低下させ、これにより熱疲労耐性を向上させることが教示されている。さらに図２の顕微鏡写真の別の一例を参照すると、グレイに付与の特許文献２には、サーマルバリアコーティングの少なくとも一つの層における連続的な柱状結晶粒の方向性凝固を拡大させることにより密着性のある連続した柱状結晶粒の微小構造を促進させてコーティング内の剥離傾向を低下させ、これにより熱疲労耐性を向上させることが教示されている。しかしながら、テイラーおよびグレイの両者とも、密度はもとより空隙率の改善については考慮しておらず、これにより酸素がボンディングコートに浸透し、剥離を招く。
【０００６】
したがって、剥離を低下させるように十分な密度、亀裂密度、および空隙率をもつ高密度サーマルバリアコーティングが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、物品のコーティング方法が、概ね、物品の少なくとも一つの外表面上にボンディングコート層を適用し、前記ボンディングコート層の上に少なくとも約８ミクロンかつ約８８ミクロン以下の粒度分布をもつサーマルバリアコーティング組成物を適用し、前記サーマルバリアコーティング組成物を約１８００°Ｆ〜２２００°Ｆの温度で約２時間〜４時間、約１×１０-3ｔｏｒｒ〜１×１０-6ｔｏｒｒの圧力下で熱処理し、前記サーマルバリアコーティング１インチ長さ（ｌｉｎｅａｒ  ｉｎｃｈ）あたり約２０個以下の亀裂密度をもつサーマルバリアコーティング層を形成させることを備えてなる。
【０００８】
本発明のもう一つの態様では、コーティングされた物品が、概ね、少なくとも一つの外表面をもつ物品と、前記少なくとも一つの外表面上に堆積されたボンディングコート層と、前記ボンディングコート層の上に堆積されたサーマルバリアコーティング層と、を備え、前記サーマルバリアコーティング層は、概ね、少なくとも約８ミクロンかつ約８８ミクロン以下の粒度分布をもつ熱処理されたサーマルバリアコーティング組成物を備えるとともに、前記サーマルバリアコーティング１インチ長さあたり約２０個以下の亀裂密度をさらに備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の高密度サーマルバリアコーティングは、概ね、全コーティング領域において約９５〜１００％の平均密度、０％〜約５％以下の平均空隙率、およびサーマルバリアコーティング１インチ長さあたり約１個〜２０個の平均亀裂密度を示す。本発明の高密度サーマルバリアコーティングは、望ましくは約９８％を下回らない密度、約３％を上回らない程度のこれに対応する空隙率、およびサーマルバリアコーティング１インチ長さあたり約２０個以下の亀裂密度を示す。所定量の亀裂密度は熱疲労に対して効果的であるが、１インチ長さあたり２０個を上回る亀裂密度はボンディングコートに酸素を浸透させ、ボンディングコート材料を酸化させて剥離を誘発する。コーティング密度を増加させ、かつ垂直方向に指向された微小亀裂の量を減らすことにより、熱疲労と剥離との両方が軽減され、実質的にタービンエンジンコンポーネントの耐用寿命を延ばす。
【００１０】
図３を参照すると、本発明の方法を表すフローチャートが示される。ステップ１０で、物品が提供され、ボンディングコート材料が被覆される。ボンディングコート材料はＭＣｒＡｌＹ材料を備える。ＭＣｒＡｌＹは、Ｍがニッケル、コバルト、鉄、白金、もしくはこれらの混合物を表し、Ｃｒがクロムを表し、Ａｌがアルミニウムを表し、Ｙがイットリウムを表す公知の金属コーティング系を示す。ＭＣｒＡｌＹ材料は、所定の組成で適用され、堆積処理時に基体と著しく影響し合うことがないため、多くの場合オーバーレイコーティングとして知られる。ＭＣｒＡｌＹ材料のいくつかの例（限定せず）については、特許文献３に参照されているように、ＦｅＣｒＡｌＹコーティングを記載する特許文献４を参照されたい。さらに、特許文献５ではＭＣｒＡｌＹコーティングの堆積の前に、基体にクロム層を適用する複合コーティングが記載されている。特許文献６では著しく高い延性をもつＮｉＣｏＣｒＡｌＹオーバーレイコーティングが記載されている一方、特許文献７ではＣｏＣｒＡｌＹオーバーレイコーティングが記載されている。特許文献８では、ハフニウムとイットリウムとの組み合わせの存在により改良された抗酸化性を引き出すコバルトベースの構造の合金が記載されている。好ましいＭＣｒＡｌＹボンディングコート組成が特許文献９に記載されており、一般式ＭＣｒＡｌＹＨｆＳｉをもち、重量％で、５〜４０％のＣｒと、８〜３５％のＡｌと、０．１〜２．０％のＹと、０．１〜７％のＳｉと、０．１〜２．０％のＨｆと、残部が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、およびこれらの混合物よりなるグループから選択されたものからなる重量百分率の組成範囲をもつ。特許文献９は、本出願人に譲渡され、本願の参照となる。また、本出願人に譲渡され、本願の参照となる特許文献１０および特許文献１１も参照されたい。
【００１１】
またボンディングコート材料はＡｌ、ＰｔＡｌなどを含むことができ、これは拡散被覆として公知である。さらに、ボンディングコート材料はＡｌ、ＰｔＡｌ、上記のＭＣｒＡｌＹなどを含むことができ、これはカソードアークコーティングとして公知である。
【００１２】
これらのボンディングコート材料は、オーバーレイボンディングコート、拡散ボンディングコート、カソードアークボンディングコートなど（限定せず）の、所望の組成の高密度で、均一、接着性のあるコーティングを作り出すことが可能な、あらゆる方法により適用されうる。この技術としては、拡散処理法（例えば、内側、外側など）、低圧プラズマ溶射、エアプラズマ溶射、スパッタリング、カソードアーク、電子ビーム物理蒸着法、高速プラズマ溶射法（例えば、ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ）、燃焼処理、線材溶射法、レーザビームクラッディング、電子ビームクラッディング、などを、これに限定せず含みうる。ボンディングコート材料は、当業者により認識されるように所期の用途の目的により任意の適切な厚さに適用しうる。
【００１３】
ステップ１０で物品にボンディングコート層を適用した後、図３のステップ１２で、物品がサーマルバリア組成物で被覆される。物品としては通常サーマルバリア化合物でコーティングされるあらゆる部品を含み、具体的には、例えばエーロフォイルをもつあらゆる部品、シールをもつあらゆる部品、ブレード、ベーン、ステータ、中央タービンフレーム、ファン、圧縮機、タービンケーシング、シール、プレート、リング、燃焼器パネル、燃焼室、燃焼器隔壁シールド、ディスク側プレート、燃料ノズルガイドなど（限定せず）の、ターボ機械用途で使用される部品を含む。物品は、ニッケル超合金、コバルト超合金、あるいはスチールなどの合金鉄、チタン合金、銅合金およびこれらの組み合わせを含む。
【００１４】
当業者に周知のようにサーマルバリア組成物はターボ機械用途で使用されるセラミックベースの化合物を含む。代表的なサーマルバリア化合物は、任意の安定化ジルコン酸塩、任意の安定化ハフニウム酸塩、および前記の化合物のうち少なくとも一つを含む組み合わせなどで、これは例えば、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、イットリア安定化ハフニア、カルシア安定化ハフニア、マグネシア安定化ハフニアなどである。望ましくは、イットリア安定化ジルコニアが用いられる。イットリア安定化ジルコニアは７ＹＳＺ（登録商標）として市販されている。例えば前述の密度、亀裂密度、および空隙率の数値などの所望の特性を達成するため、サーマルバリア組成物は少なくとも約８ミクロンかつ約８８ミクロン以下の微粒子粒度分布をもつ粉末を備える。例えば、サーマルバリアコーティング組成物は少なくとも約８ミクロンかつ約８８ミクロン以下の粒度分布をもつ粉末状イットリア安定化ジルコニアからなる。
【００１５】
当業者に理解されるように本発明のサーマルバリアコーティングは、例えば、プラズマ溶射法、低圧プラズマ溶射、エアプラズマ溶射、スパッタリング、カソードアーク、電子ビーム物理蒸着法、高速プラズマ溶射法（例えば、ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ）、燃焼処理、線材溶射法、レーザビームクラッディング、電子ビームクラッディング、および前記の方法のうち少なくとも一つを備えた組み合わせなど（限定せず）、任意の複数の方法を用いて適用される。
【００１６】
所望の密度、亀裂密度、および空隙率特性を達成するため、サーマルバリアコーティング組成物は当業者に周知のエアプラズマ溶射法を用いて適用される。望ましくは、エアプラズマ溶射処理は内部注入式粉末供給メカニズムを用いて実行され、粉末が蒸着されるように粉末状のサーマルバリアコーティング組成物が柱状のプラズマフレーム内に直接送給される。エアプラズマ溶射装置は、所望のプラズマフレーム温度を達成するように約６００〜１０００アンペアの電流で運転される。適切な内部注入式の粉末供給プラズマ溶射装置は、コネチカット州ダンベリーのプラックスエアー社より市販されているＰｒａｘａｉｒ  ＳＧ‐１００プラズマ溶射ガンを含む（限定せず）。
【００１７】
このエアプラズマ溶射蒸着法は、粉末状のサーマルバリアコーティング組成物がプラズマの最も高温な部分を通過して完全に溶融することを保証する。望ましくは、プラズマ溶射装置のプラズマ溶射ガンは、コーティングされる物品の表面から約２インチ〜約８インチ離れた位置に配置される。この距離により、溶融したサーマルバリアコーティング組成物が物品上に速やかに堆積され、これにより結果として得られるサーマルバリアコーティング特性に影響を及ぼしてしまうような量の酸素を溶融サーマルバリアコーティング組成物が吸収してしまうのを防ぐことが保証される。溶融サーマルバリアコーティング組成物が物品上に堆積されるのを更に確実なものとするため、プラズマ溶射装置は作動状況に応じて約３：１〜１：３の割合のヘリウムおよびアルゴンからなるアークガス混合物を使用してもよい。当業者に周知のように、ヘリウムガスはアルゴンよりも軽く、より素早く移動するため、実質的に溶融サーマルバリアコーティング構成粒子をより素早く移動させる。さらに、溶融サーマルバリアコーティング構成粒子の速度が増加したことにより、結果として得られるサーマルバリアコーティング特性に影響を及ぼすだけの量の酸素を溶融サーマルバリアコーティング組成物が吸収しないことを更に確実なものにしている。
【００１８】
サーマルバリアコーティング組成物の適用後、図３のステップ１４で物品が熱処理され、図３のステップ１６でサーマルバリア組成物コーティング層（以下、「サーマルバリアコーティング」）が形成される。物品は、約１×１０-3ｔｏｒｒ〜１×１０-6ｔｏｒｒの減圧下、約１８００°Ｆ〜約２２００°Ｆの温度域で約２時間〜約４時間、もしくは約１８００°Ｆの温度で約４時間熱処理される。望ましくは約２１７５°Ｆの温度で約２時間、最も望ましくは約２０５０°Ｆの温度で約２時間熱処理される。当業者に理解されるように、加熱される温度や時間は物品基体の組成に依存する。本実施例で使用される適切な減圧炉は、当業者に周知のあらゆる減圧炉を含む。
【００１９】
図４を参照すると、ジェネラルエレクトリック社により製造された７ＥＡ  Ｆｉｒｓｔ  Ｂｕｃｋｅｔ（第１段のブレード）、部品番号ＧＴＤ‐１１１の顕微鏡写真を示す。この７ＥＡ  Ｆｉｒｓｔ  Ｂｕｃｋｅｔ部品は従来技術の方法でコーティングされている。すなわち、被覆されているサーマルバリアコーティング組成物はきめの粗い粉末であり、従来のプラズマ溶射法を用いた従来の作業条件の下でアルゴンと水素ガスとの混合物が用いられてコーティングが適用された。７ＥＡ  Ｆｉｒｓｔ  Ｂｕｃｋｅｔ部品（以下、「７ＥＡ部品」と呼ぶ）は、金属ボンディングコートと、２００メッシュ〜４００メッシュの粒度分布をもつイットリア安定化ジルコニアのサーマルバリアコーティングと、で被覆された。イットリア安定化ジルコニアは、内部粉末注入式（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｐｏｗｄｅｒ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）プラズマ溶射ガンを用いて１３０ｍｍ（５．１２インチ）の距離、６００アンペアの電流で、アルゴンが４６リットル／分、水素が１４リットル／分のアークガス流量で適用された。その後コーティングされた７ＥＡ部品が検査され、全コーティング領域で９０％の総密度、１２．２％の総空隙率、および１インチあたり０個の総亀裂密度をもつことが測定された。
【００２０】
図５を参照すると、シーメンス‐ウェスティングハウス社により製造された５０１Ｆ  Ｆｉｒｓｔ  Ｓｔａｇｅ  Ｂｌａｄｅ（第１段のブレード）の顕微鏡写真を示す。この５０１Ｆ  Ｆｉｒｓｔ  Ｓｔａｇｅ  Ｂｌａｄｅ部品は、本発明の方法およびコーティング組成物を利用することによりコーティングされた。５０１Ｆ  Ｆｉｒｓｔ  Ｓｔａｇｅ  Ｂｌａｄｅ部品（以下、「５０１Ｆ部品」）は、金属ボンディングコートと、約３２５メッシュの粒度分布をもつイットリア安定化ジルコニアのサーマルバリアコーティングと、で被覆された。イットリア安定化ジルコニアは、１×１０-3ｔｏｒｒ〜１×１０-6ｔｏｒｒの減圧下、内部粉末注入式プラズマ溶射ガンを用いて１０２ｍｍ（４インチ）の距離で、１０００アンペアの電流、アルゴンが５０標準立方フィート／時間、ヘリウムが１００標準立方フィート／時間のアークガス流量で適用された。その後サーマルバリアコーティング層をもつ５０１Ｆ部品が２０５０°Ｆの温度で２時間熱処理された。その後コーティングされた５０１Ｆ部品が検査され、全コーティング領域で９９．１％の総密度、１％の総空隙率、および１インチあたり６．６６個の総亀裂密度をもつことが測定された。
【００２１】
図４および図５に示す結果を比較すると、本発明の方法を用いて適用された図５のサーマルバリアコーティングは、従来技術の方法を用いて適用された図４のサーマルバリアコーティングに比べ、全体的な特性の向上を示した。図４のサーマルバリアコーティングは、例えば大気などの酸素源をサーマルバリアコーティングに浸透させる１２．１％の空隙率を示した。図４のサーマルバリアコーティングは、耐用期間中に予想よりもはるかに早く７ＥＡ部品を破砕させ剥離させる。一方、図５のサーマルバリアコーティングは１％の総空隙率を示し、これはサーマルバリアコーティングの平均空隙率がどの領域においても９８％〜１００％の範囲にあることを示唆する。この空隙率の数値は、酸素源が図４に示すサーマルバリアコーティングのようには容易に浸透しないことを保証している。結果として、５０１Ｆ部品はさらに長期間使用され、サーマルバリアコーティングに関連する問題のためにさほどメンテナンスを受けることがなく、メンテナンスに関する出費をほとんど招くことがない。
【００２２】
本発明の高密度サーマルバリアコーティングおよびその適用方法は、従来技術の方法に比べ、多くの利点をもたらす。結果として得られるサーマルバリアコーティングは一般的に０の亀裂密度をもつ。従来技術のサーマルバリアコーティングは、コーティング１インチあたり２０〜２００個の亀裂を呈し、一般的にはコーティング１インチあたり７５個の亀裂を呈する。直接的な結果として、従来技術のサーマルバリアコーティングはまた、コーティング１平方インチあたりより多くの亀裂のために９８％を上回る密度を示すことができない。対照的に、本発明のサーマルバリアコーティングは約９８％を下回らない密度を示し、これは約３％以下の空隙率、望ましくは約２％以下の空隙率、そして最も望ましくは約１％以下の空隙率に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術のサーマルバリアコーティングの顕微鏡写真。
【図２】従来技術のサーマルバリアコーティングの顕微鏡写真。
【図３】本発明の工程を示すフローチャート。
【図４】熱処理されていないイットリア安定化ジルコニアサーマルバリアコーティングが被覆された、ジェネラルエレクトリック社製の７ＥＡ  Ｆｉｒｓｔ  Ｂｕｃｋｅｔ部品ＧＴＤ‐１１１の顕微鏡写真。
【図５】熱処理されたイットリア安定化ジルコニアサーマルバリアコーティングが被覆された、シーメンス‐ウェスティングハウス社製の５０１Ｆ  Ｆｉｒｓｔ  Ｓｔａｇｅ  Ｂｌａｄｅの顕微鏡写真。
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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