(57)【要約】【課題】接着性を増大し、熱応力の不整合性を低減する、基体用ボンドコートを提供する。【解決手段】製品を鋳造するのに使用される耐火性金属コア系を提供する。耐火性金属コア系は、耐火性金属コアと、その上に堆積される窒化アルミニウムの層とからなり、この窒化アルミニウムの層はボンドコートとして機能する。本発明の系は、窒化アルミニウムの層の上に堆積されたアルミナの層をさらに含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火性金属コアと、
その耐火性金属コアの上に堆積された窒化アルミニウムの層と、
を含んでなることを特徴とする、製品を鋳造する際に使用される耐性金属コア系。
【請求項２】
前記窒化アルミニウムの層が、５０μｍ以下の厚さを有し、かつ、前記耐火性金属コアが、モリブデンとモリブデン合金からなる群から選択される材料から作製されることを特徴とする、請求項１記載の耐火性金属コア系。
【請求項３】
前記耐火性金属コアが、圧延モリブデン箔から作製されることを特徴とする、請求項１記載の耐火性金属コア系。
【請求項４】
銭窒化アルミニウムの層の上に堆積されたアルミナの層をさらに含み、前記窒化アルミニウムは、前記耐火性金属コアと比較してより大きく、かつ、上記アルミナ層よりも小さい熱膨張係数を有することを特徴とする、請求項１記載の耐火性金属コア系。
【請求項５】
前記窒化アルミニウムの層が、３．０から５．０μｍの範囲内の厚さを有し、前記アルミナの層が、１５から２５μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項４記載の耐火性金属コア系。
【請求項６】
鋳造法で使用する耐火性金属コアを形成する方法であって、該方法は、
耐火性金属コアを設けるステップと、
窒化アルミニウムの層を上記耐火性金属コアの表面上に堆積させるステップと、
を含んでなることを特徴とする、方法。
【請求項７】
前記耐火性金属コアを設けるステップが、モリブデンとモリブデン合金からなる群から選択される金属から形成された基体を設けるステップを含むことを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記耐火性金属コアを設けるステップが、モリブデンから形成された圧延箔を供給するステップを含むことを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記堆積させるステップが、５０μｍ以下の厚さを有する前記窒化アルミニウムの層を堆積させるステップを含むこと特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記堆積させるステップが、３．０から５．０μｍの範囲内の厚さを有する前記窒化アルミニウムの層を堆積させるステップを含むことを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項１１】
前記窒化アルミニウムの層の上に防護被膜材料の層を堆積させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項１２】
前記防護被膜材料の層を堆積させるステップが、前記窒化アルミニウムの層の上にアルミナの層を堆積させるステップを含むことを特徴とする、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記アルミナの層を堆積させるステップが、１５から２５μｍの範囲内の厚さのアルミナの層を堆積させるステップを含むことを特徴とする、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
耐火性金属コアと、
その耐火性金属コアの表面上に堆積された窒化アルミニウムの層と、
を含んでなることを特徴とする物品。
【請求項１５】
前記耐火性金属コアが、モリブデンとモリブデン合金からなる群から選択される材料から作製されることを特徴とする、請求項１４記載の物品。
【請求項１６】
前記耐火性金属コアが、圧延モリブデン箔から作製されることを特徴とする、請求項１４記載の物品。
【請求項１７】
前記窒化アルミニウムの層が５０μｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項１４記載の物品。
【請求項１８】
前記厚さが、３．０から５．０μｍの範囲内の厚さであることを特徴とする、請求項１７記載の物品。
【請求項１９】
前記窒化アルミニウムの層の上に堆積された防護被膜材料の層をさらに含むことを特徴とする、請求項１４記載の物品。
【請求項２０】
前記防護被膜材料の層が、アルミナの層からなることを特徴とする、請求項１９記載の物品。
【請求項２１】
前記アルミナの層が、１５から２５μｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする、請求項２０記載の物品。
【請求項２２】
前記耐火性金属コアが、３００から５００μｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする、請求項１４記載の物品。
【請求項２３】
第１の熱膨張係数を有する耐火性金属コアと、
上記耐火性金属コアの表面上に堆積される、上記第１の熱膨張係数よりも大きい第２の熱膨張係数を有する材料の第１の層と、
上記第１の層の上に堆積される、上記第２の熱膨張係数よりも大きい第３の熱膨張係数を有する材料の第２の層と、
を含んでなることを特徴とする、物品を鋳造するのに使用する系。
【請求項２４】
前記耐火性金属コアが、モリブデンとモリブデン合金からなる群から選択される材料から作製され、前記第１の層が窒化アルミニウムから作製され、かつ、前記第２の層がアルミナから作製されることを特徴とする、請求項２３記載の系。
【請求項２５】
前記耐火性金属コアが、３００から５００μｍの範囲内の厚さを有し、前記第１の層が、３．０から５．０μｍの範囲内の厚さを有し、かつ、前記第２の層が、１５から２５μｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする、請求項２４記載の系。
【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などの製品を鋳造するためのシステムで使用される耐火性金属コア用の防護被膜系に関する。
【背景技術】
【０００２】
基体のモリブデン上のアルミナなどの被膜系に生じる不整合な熱応力（ｔｈｅｒｍａｌ  ｍｉｓｍａｔｃｈ  ｓｔｒｅｓｓ）により、微細な亀裂が生じて酸素透過防護被膜が形成される。そのような被膜は、標準的なシェル燃焼（ｓｈｅｌｌｆｉｒｅ）サイクル中にモリブデン基体を保護するのに十分に堅牢な酸化障壁として機能するものではない。微細な横断亀裂に加えて、より厚い被膜はその基体の境界面で亀裂の偏向により損傷し、著しい層間剥離が生じて、それにより耐火性金属コアの鋳造に失敗する場合がある。歴史的には、セバスチャン引張り試験（Ｓｅｂａｓｔｉａｎ  ｐｕｌｌ  ｔｅｓｔ）により、反復可能な鋳造には０．７５ｋｓｉ（５．１７１２５ＭＰａ）以上の破損応力が要求されることが示されている。
【０００３】
耐火性金属コア技術を利用した鋳造法の多くは、９５％を超える被覆成功率を要する６つあるいはそれ以上のコアを用いる。そのため、耐火性金属コアの被膜系は、
（１）溶融ニッケル合金と非反応性である、
（２）１０-3トル（１．３３３２２×１０-2Ｐａ）、１６００℃において層安定性である、
（３）鋳造後、合金特性を逸脱させることなくニッケル合金から除去可能である、
（４）インベストメント鋳造のシェル燃焼工程中に酸化から保護するものである、
（５）厚さが５０μｍ以下である、
という物理的条件を有するものでなくてはならない。
【０００４】
化学蒸着法による混合酸化物堆積法は、熱膨張係数を整合させて、熱応力の不整合性を排除する、長時間を要する解法かつ方法として提案されている。混合酸化物堆積法は、１つの種が通常有する他の種に対する触媒効果に起因して、制御が非常に困難である。混合酸化物の多くは又、基体にわたって組成が変化する危険性を伴っており、そのため反応速度が異なる結果となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明によれば、接着性を増大し、熱応力の不整合性を低減する、基体用ボンドコートが提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、製品を鋳造するのに使用される耐火性金属コア系に関する。耐火性金属コア系は、概して、耐火性金属コアと、その上に堆積された窒化アルミニウムとからなり、その窒化アルミニウムの層はボンドコート層として機能する。この系は、窒化アルミニウム層の上にさらに堆積したアルミナ層を含んでもよい。
【０００７】
本発明は又、鋳造法で使用する耐火性金属コア系を形成する方法にも関する。この方法は、概して、耐火性金属コアを提供するステップと、窒化アルミニウム層をその耐火性金属コアの表面上に堆積するステップとからなる。また、本発明の方法は、窒化アルミニウム層の上に、アルミナ層を堆積するステップをさらに含むこともできる。
【０００８】
さらには、本発明は、概して、耐性金属コアとその表面上に堆積させた窒化アルミニウム層とからなる物品にも関する。本発明の物品は、窒化アルミニウム層の上に堆積させたアルミナ層を含んでもよい。
【０００９】
本発明による耐火性金属コア用防護被膜系のその他の細部、並びにその他の目的及び利点は、以下の詳細な説明と関連する図面で説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図を参照すると、本発明による耐火性金属コア系が示されている。耐火性金属コア系は、タービンのブレードやベーンなどのタービンエンジン部品のエアフォイル部分における冷却通路を形成する鋳造工程で使用される。
【００１１】
耐火性金属コア系１０は、耐火性金属コア基体１２と、基体１２の表面上に堆積させた窒化アルミニウム層１４と、窒化アルミニウム層１４上に堆積させた防護被膜層１６とからなる。基体１２は、従来より既知の適当な耐火性金属、例えば、モリブデンやモリブデン合金から作製できるが、それらに限定されるものではない。ここで使用する場合、「モリブデン合金」とは、５０重量％以上のモリブデンを含有する合金を意味する。基体１２は、３００〜５００μｍの範囲の厚さを有する圧延箔であってよい。基体１２をモリブデンから作製した場合、基体は４．５ｐｐｍ／℃の熱膨張係数と３５０℃の使用温度を有することになる。また、この基体は、２Ｈ2Ｏ・２ＨＮＯ・１Ｈ2ＳＯ4を用いて除去することができる。
【００１２】
窒化アルミニウム層１４は、５０μｍ以下の厚さを有する。好ましくは、窒化アルミニウム層１４は、３．０〜５．０μｍの範囲の厚さを有する。窒化アルミニウム層１４は、当業界で既知の適当な化学蒸着法を用いて基体１２上に堆積させることができる。窒化アルミニウム層１４は、５．６ｐｐｍ／℃の熱膨張係数と１，３７５℃の使用温度を有することになる。また、窒化アルミニウム層１４は、ＫＯＨ、ＮａＯＨあるいは、２Ｈ2Ｏ・２ＨＮＯ・１Ｈ2ＳＯ4を用いて除去することができる。
【００１３】
防護被膜層１６は、当業界で既知の適当な材料から作製可能である。アルミナから作製し、１５〜２５μｍの範囲の厚さを有する防護被膜層１６が好ましい。防護被膜層１６は、当業界で既知の適当な化学蒸着法を用いて堆積することができる。アルミナから作製した防護被膜層１６は、８．５ｐｐｍ／℃の熱膨張係数と１，８００℃の使用温度とを有することになる。また、防護皮膜層１６は、ＫＯＨかＮａＯＨを用いて除去することができる。
【００１４】
中間的な熱膨張係数を有する中間層と、機能的な程度差を有する材料とを有することで、より広い温度範囲で被膜を安定化させることが可能となる。気相から成長させたアルミナ防護被膜は、競合する成長相由来のある程度の固有な残存孔を有する。この残存孔により、基体が酸化したり劣化したりする場合が多々ある。窒化アルミニウム層は、障害となる酸化物と正確に一致する適切な酸化物を形成して、さらなる酸化を防ぐ。
【００１５】
窒化アルミニウムは、非常に高い熱伝導率を有し、コーティング工程をより効率的にするという利点を備える。そのような材料は又、溶融合金による攻撃に対してある程度の抵抗性を有するため、アルミナ防護被膜が鋳造中に損傷した場合に、短期間の保護作用を呈することが知られている。本発明の窒化アルミニウムボンドコートにより、接着性が増大し、かつ、熱応力の不整合性が低減される。さらに又、本発明の窒化アルミニウムボンドコートにより、耐酸化性などの耐火性金属コアに対する重要な利益が得られる。本発明の多層被膜により、溶融合金における残存熱応力を制御し、分解耐性をもたらすことが可能となる。本発明のボンドコートは、
（１）酸化障壁作用を有する、
（２）安定した酸化物形成作用を有する、
（３）溶融合金に対する抵抗性を有する、
（４）基体と防護被膜の間の中間的な熱膨張係数、
（５）コアを除去する方法で浸出可能である、
という特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による被膜系を有する耐火性金属コアを示す図。
【符号の説明】
【００１７】
１０…耐火性金属コア系
１２…基体
１４…窒化アルミニウム層
１６…アルミナ層
【図１】
2007136553.tif 000003