(57)【要約】      （修正有）【課題】酸化物形成を低減しかつ接合面汚染を最小限に抑える皮膜を物品に施工する方法。【解決手段】皮膜と物品１６の間に汚染物質が実質的に存在しない接合面２０を有する被覆物品１６であって、被覆物品が、物品１６を皮膜材料１２で緩く包む段階と、皮膜材料１２内に磁場を形成する段階と、磁場によって皮膜材料１２を物品１６に向けて加速させる段階と、皮膜材料１２を物品１６に衝突させて皮膜材料１２を物品１６に融着させる段階と、によって製造される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品（１６）に皮膜を施工する方法であって、
物品（１６）に皮膜材料（１２）を配置する段階と、
皮膜材料（１２）を物品（１６）に向けて加速させる段階と、
皮膜材料（１２）と物品（１６）の間に固相結合を形成する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
皮膜材料（１２）を加速する段階が、皮膜材料（１２）内に渦電流を誘導する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
皮膜材料（１２）を加速する段階が、皮膜材料（１２）と物品（１６）の間に磁場を形成する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
皮膜材料（１２）を配置する段階が、物品（１６）をテープ又はホイル状の皮膜材料（１２）で包む段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
物品（１６）に皮膜を施工する方法であって、
物品（１６）に皮膜材料（１２）を配置する段階と、
皮膜材料（１２）を物品（１６）に向けて室温で加速させる段階と、
皮膜材料（１２）と物品（１６）の間に結合を形成する段階と、
を含む方法。
【請求項６】
皮膜材料（１２）を物品（１６）に向けて室温で加速させる段階が、室温で加速することによって皮膜材料（１２）内での酸化物（１８）形成を低減する段階をさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
皮膜材料（１２）を加速する段階が、皮膜材料（１２）と物品（１６）の間に磁場を形成する段階をさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項８】
皮膜材料（１２）を配置する段階が、物品（１６）をテープ又はホイル状の皮膜材料（１２）で包む段階をさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項９】
皮膜と物品（１６）の間に汚染物質が実質的に存在しない接合面（２０）を有する被覆物品（１６）であって、被覆物品が、
物品（１６）を皮膜材料（１２）で緩く包む段階と、
皮膜材料（１２）内に磁場を形成する段階と、
磁場によって皮膜材料（１２）を物品（１６）に向けて加速させる段階と、
皮膜材料（１２）を物品（１６）に衝突させて皮膜材料（１２）を物品（１６）に融着させる段階と、
によって製造される、被覆物品（１６）。
【請求項１０】
皮膜材料（１２）が室温で施工される、請求項９記載の物品（１６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、広義には物品に皮膜を施工することに関し、具体的には、酸化物形成を低減しかつ接合面汚染を最小限に抑える物品への皮膜の改良施工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過酷な作動条件に暴露される部品には、耐摩耗性があって高温の影響を低減することができる皮膜が施工される。耐摩耗性・耐環境性皮膜の施工によって、基材の摩耗を低減し高温での材料特性を維持することによって信頼性が高まるとともに部品寿命が延びる。
【０００３】
これらの皮膜は一般に、爆発溶射（Ｄガン）、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）及びＨＶＡＦ溶射（空気−燃料混合ガスによる高速フレーム溶射）のようなその変法、プラズマ溶射、フレーム溶射及びワイヤアーク溶射を始めとする溶射法で施工される。大半の熱被覆法では、粉末、線状又は棒状の材料（例えば金属）をその融点付近又は融点を若干超える温度に加熱し、材料の溶滴をガス気流中で加速する。溶滴は、被覆すべき物品の表面に向かって衝突し、そこで溶滴が物品に付着し結合する。
【０００４】
上記で例示したような方法では目標部品の皮膜は確かに形成されるが、被覆すべき鋳造品及び／又は部品が受ける高温のため接合面の汚染及び皮膜内部での酸化物形成が促進される傾向がある。接合面汚染及び酸化物形成は皮膜の有効性を損なうとともに皮膜の寿命を縮め、ひいては部品の早期故障及び有効作動寿命の短縮の一因となりかねない。
【０００５】
以上の点に加えて、溶射法は、大型の取付具、機械装置及び専用施設だけでなく、それらをセットアップして操作する熟練技術者を必要とする。これらの作業を現場で実施できなければ、被覆作業が望まれる際に、被覆施設への部品の輸送に付随して貴重なスケジュール時間及び追加コストが生じる。さらに、幾つかの溶射法では、応力除去のための熱処理が後で必要となり、そのための大型設備（炉など）も必要となる。結局、現在の方法では、被覆作業を現場で実施することができず、上述のように部品をオーバーホール又は保守整備施設に輸送する必要がある。
【特許文献１】米国特許第６５３１６８８号明細書
【特許文献２】米国特許第６７０３５９４号明細書
【特許文献３】米国特許第６８９１１３７号明細書
【特許文献４】米国特許第６８９２９２９号明細書
【特許文献５】米国特許第６９０８０２３号明細書
【特許文献６】米国特許第６９１０６１７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、皮膜内での酸化物形成を低減し接合面汚染を最小限に抑える単純化された皮膜施工法を開発するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書では、物品に皮膜を施工する方法であって、物品に皮膜材料を配置し、皮膜材料を物品に向けて加速させ、皮膜材料と物品の間に固相結合を形成することを含む方法について開示する。
【０００８】
本明細書では、さらに、物品に皮膜を施工する方法であって、物品に皮膜材料を配置し、皮膜材料を物品に向けて室温で加速させ、皮膜材料と物品の間に結合を形成することを含む方法についても開示する。
【０００９】
本明細書では、さらに、皮膜と物品の間に汚染物質が実質的に存在しない接合面を有する被覆物品であって、物品を皮膜材料で緩く包み、皮膜材料内に磁場を形成し、磁場によって皮膜材料を物品に向けて加速させ、皮膜材料を物品に衝突させて皮膜材料を物品に融着させることによって製造される、被覆物品についても開示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照するが、幾つかの図において同様の要素には同じ符号を付した。
【００１１】
保護皮膜は、過酷な作動環境に曝される物品に施工される。これらの皮膜は、強度を損なわずに物品に向上した耐熱性、耐食性及び耐摩耗性を与える。皮膜材料に有害な汚染物質も過度の熱も導入せずに、こうした皮膜を物品に施工できるので、これらの皮膜で保護される物品の予定寿命サイクルを通して皮膜の有効性を保つことができる。
【００１２】
本発明による物品への皮膜の施工法は、様々な部材及び部品、例えば各種の金属及び合金からなる物品に有用である。様々な実施形態では、これらの部材及び部品は、特に限定されないが、例えば航空宇宙用途及び発電用途でみられるような極限条件で作動又は極限条件に暴露される。こうした部材及び部品としては、動翼及び静翼のようなタービン翼形部、ライナ及びデフレクタのような燃焼器部品などが挙げられる。皮膜の施工は、物品の一部又は全体で実施できる。例として、動翼などの翼形部に関しては、翼形部全体ではなく翼形部の一部を保護するのに皮膜を用いてもよく、例えば翼形部の前縁及び後縁その他の表面を皮膜で覆って、翼形部をハブに取付けるための取付部は被覆しなくてもよい。なお、皮膜の施工法についての以下の説明は、航空宇宙用途及び発電用途に用いられる部材及び部品を構成する金属物品に関するものであるが、これらの皮膜の施工法は過酷な作動条件で作動又は過酷な作動条件に暴露される他の物品にも有用である。
【００１３】
図１に翼形部の概略を示す。翼形部１０に皮膜材料１２を施工する例示的な方法は、まず翼形部１０の被覆すべき部分１１を皮膜材料１２の薄層で緩く包むことによって実施される。例えば、一実施形態では、皮膜材料１２は厚さ約０．００５インチ〜約０．０４０インチのホイル又はテープ状とすることができるが、あらゆる範囲の厚さ（実用性によってのみ制限される）を使用できる。翼形部１０の被覆すべき部分１１（周囲の皮膜１２と共に）を次いで誘導コイル内に配置する。誘導コイルを付勢すると、誘導コイルに電流が流れ、誘導コイルの周囲に高強度電磁場が形成される。高強度電磁場は皮膜材料１２内に渦電流を発生させる。誘導コイルで発生した強電流と皮膜材料１２内に誘導された渦電流は、非常に強い相反する磁場を形成する。これらの相反する強磁場が反発しあって、皮膜材料１２を非常に高速で誘導コイルから遠ざけ翼形部１０に向けて動かし、皮膜材料１２と翼形部１０の間で高速衝突を生じる。皮膜材料１２と翼形部１０との高速衝突によって、翼形部１０で皮膜材料１２が潰れて皮膜材料１２と翼形部１０の間に結合を生じる。
【００１４】
磁気パルス溶接のような固相プロセスは、変形及び／又は拡散の組合せによって結合を達成できる方法であり、接合部に溶融及び再凝固した材料がない。磁気パルス溶接は、従来の溶射法に共通する入熱（すなわち、フレーム、トーチ、電気アークなど）を必要とせずに、室温条件で実施される。磁気パルス溶接する２つの材料間での高速衝突は一連の進行性衝撃波を発生させ、この衝撃波で衝突の瞬間に合わせ面が変形して２つの材料間に固相結合（つまり、溶融が全く起こらない結合）を形成する。
【００１５】
室温条件での皮膜の施工によって、皮膜耐久性に多大な利点が得られる。図２を参照すると、高温プロセスで被覆した物品１６の断面が示してある。上述のように、高温プロセスで実施される皮膜の施工では、皮膜材料１２内部で酸化物１８（欠陥とみなされる）が形成しかねない。皮膜材料１２の従来の施工法では、施工温度の制御によって酸化物１８の生成を抑制することが試みられている。しかし、若干の空気が溶射気流中に同伴され、皮膜内の酸化物含有量を高めるのは避けられない。従来法では、皮膜粒子が物品１６に付着するように皮膜粒子を軟化／溶融させるのに十分な温度が必要とされる。温度が皮膜材料の融点に近づくか又は融点を超えると、皮膜材料をガス気流中で加速して最終的に被覆すべき物品の表面に堆積する際に、皮膜材料の溶滴に酸素が吸収されて拡散する。従って、皮膜材料１２の融点に近い温度では、望ましくない酸化物促進環境を生じる。
【００１６】
引き続き図２を参照すると、従来の溶射法では、皮膜／物品接合面２０に接合面汚染２２を本質的に生じる。従来の溶射法では、皮膜材料の施工に先立って、例えばグリットブラスト作業のような表面処理が必要とされる。必然的に、グリットブラスト作業によるグリットのような表面処理による汚染物質が物品に残り、皮膜／物品接合面２０に閉じ込められる。皮膜材料１２と物品１６の間の強い結合を得るには、被覆すべき物品１６の表面に汚染物質がないのが好ましい。本明細書に開示した方法は、グリットブラストのような表面処理を必要としないので、取り込まれる汚染物質が最小限に抑えられる。加えて、本明細書に開示した方法は、崩壊する皮膜材料１２と物品１６の間のジェッティング作用によって表面汚染物質が除去され、物品１６の表面が清浄化されるので、接合面汚染２２がさらに抑制される。
【００１７】
図３を参照すると、本明細書に開示した室温プロセスで被覆した物品１６の断面が示してある。皮膜材料１２と物品１６の間の固相結合は磁力で達成され、入熱を全く必要としないので、施工された皮膜材料１２内での酸化物の形成が低減する。さらに、上述のように、本明細書に開示した方法では表面汚染物質が除去されるので、皮膜／物品接合面２０における接合面汚染が最小限に抑えられる。酸化物１８形成の低減及び接合面汚染２２の抑制によって、高い結合強さが発揮されて皮膜の有効性が高まり、ひいては製品の品質及び寿命が高まる。
【００１８】
本明細書に開示した方法で得られるもう一つの大きな利点は、被覆物品の後段での熱処理が必要とされないことである。高温プロセスは、施工領域に応力を誘起する可能性があるので、応力除去作業が必要とされる。本明細書に開示した室温での磁場施工法は、応力を誘起しないので、被覆プロセス全体が単純化される。さらに、被覆プロセスの単純化によって、サイクル時間の短縮及びコスト削減がもたらされる。
【００１９】
以上、１以上の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱せずにその構成要素に様々な変更及び均等物による置換をなし得ることは当業者には自明であろう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるため、数多くの修正を行うことができる。したがって、本発明はその最良の実施の形態として本明細書に開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に属するあらゆる実施形態を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】翼形部の正面斜視図。
【図２】高温プロセスで被覆した物品の概略断面図。
【図３】本明細書に開示した例示的な室温法で被覆した物品の概略断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１０  翼形部
１２  皮膜材料
１６  物品
１８  酸化物
２０  皮膜／物品接合面
２２  接合面汚染
【図１】
2007270354.tif 000003
【図２】
2007270354.tif 000004
【図３】
2007270354.tif 000005
【外国語明細書】
2007270354000001.pdf