(57)【要約】【課題】断熱コーティング系（１６）でボンドコート（１８）として使用するのに適した、低いアルミニウム含有量を含むコーティングを提供する。【解決手段】断熱コーティング系（１６）用のボンドコート（１８）として使用するのに適したコーティングは、約５〜約１０重量％のアルミニウム（Ａｌ）と、約１０〜約１８重量％のコバルト（Ｃｏ）と、約４〜約８重量％のクロム（Ｃｒ）と、約０〜約１重量％のハフニウム（Ｈｆ）と、約０〜約１重量％のケイ素（Ｓｉ）と、約０〜約１重量％のイットリウム（Ｙ）と、約１．５〜約２．５重量％のモリブデン（Ｍｏ）と、約２〜約４重量％のレニウム（Ｒｅ）と、約５〜約１０重量％のタンタル（Ｔａ）と、約５〜約８重量％のタングステン（Ｗ）と、約０〜約１重量％のジルコニウム（Ｚｒ）と、残部ニッケル（Ｎｉ）と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
約５〜約１０重量％のアルミニウムと、
約１０〜約１８重量％のコバルトと、
約４〜約８重量％のクロムと、
約０〜約１重量％のハフニウムと、
約０〜約１重量％のケイ素と、
約０〜約１重量％のイットリウムと、
約１．５〜約２．５重量％のモリブデンと、
約２〜約４重量％のレニウムと、
約５〜約１０重量％のタンタルと、
約５〜約８重量％のタングステンと、
約０〜約１重量％のジルコニウムと、
残部ニッケルと、
から本質的になるコーティング。
【請求項２】
約７．５重量％のアルミニウムと、
約１４重量％のコバルトと、
約６重量％のクロムと、
約０．５重量％のハフニウムと、
約０．５重量％のケイ素と、
約０．５重量％のイットリウムと、
約２．０重量％のモリブデンと、
約３．０重量％のレニウムと、
約７．５重量％のタンタルと、
約６．５重量％のタングステンと、
約０．５重量％のジルコニウムと、
約５１．５重量％のニッケルと、
から本質的になる請求項１に記載のコーティング。
【請求項３】
約１０〜約４０重量％の貴金属をさらに含む請求項１に記載のコーティング。
【請求項４】
前記貴金属が、白金、パラジウム、イリジウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項３に記載のコーテイング。
【請求項５】
約７．５重量％のアルミニウムと、
約１４重量％のコバルトと、
約６重量％のクロムと、
約０．５重量％のハフニウムと、
約０．５重量％のケイ素と、
約０．５重量％のイットリウムと、
約２．０重量％のモリブデンと、
約３．０重量％のレニウムと、
約７．５重量％のタンタルと、
約６．５重量％のタングステンと、
約０．５重量％のジルコニウムと、
約１０〜約２５重量％の、白金、パラジウム、イリジウム、またはそれらの組合せのうちの少なくとも１つと、
約２６．５〜約４１．５重量％のニッケルと、
から本質的になる請求項４に記載のコーティング。
【請求項６】
超合金基材上に断熱コーティング系を形成する方法であって、
約５〜約１０重量％のアルミニウムと、
約１０〜約１８重量％のコバルトと、
約４〜約８重量％のクロムと、
約０〜約１重量％のハフニウムと、
約０〜約１重量％のケイ素と、
約０〜約１重量％のイットリウムと、
約１．５〜約２．５重量％のモリブデンと、
約２〜約４重量％のレニウムと、
約５〜約１０重量％のタンタルと、
約５〜約８重量％のタングステンと、
約０〜約１重量％のジルコニウムと、
残部ニッケルと、を含むボンドコートを前記超合金基材上に堆積させ、
前記ボンドコートの少なくとも一部を覆って断熱コーティングを堆積させることを含む方法。
【請求項７】
前記断熱コーティングが、イットリアで安定化されたジルコニア、ガドリニアで安定化されたジルコニア、セリアで安定化されたジルコニア、スカンジアで安定化されたジルコニア、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ボンドコートが、溶射、物理蒸着、および化学蒸着からなる群から選択される技術を用いて堆積される請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ボンドコートが、溶射技術を用いて堆積され、前記溶射技術が、
約１３．３３ｋＰａ〜約４０ｋＰａの範囲の堆積チャンバ圧力と、
約４００Ａ〜約９００Ａの範囲のプラズマトーチ電流と、
約５０Ｖ〜約８５Ｖの範囲のプラズマトーチ電圧と、
を含む真空プラズマ溶射技術である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ボンドコートが、物理蒸着技術を用いて堆積され、前記物理蒸着技術が、
約０．１３３ｋＰａ〜約１３．３３ｋＰａの範囲の堆積チャンバ圧力と、
約３００Ａ〜約６５０Ａの範囲のアーク電流と、
前記超合金基材にかけられる約３０Ｖ〜約１００Ｖの範囲の負バイアスと、
を含む陰極アーク蒸着技術である請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ボンドコートが、約０．０１２７ｍｍ〜約０．２５４ｍｍの厚さで超合金基材上に堆積される請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記ボンドコートが、
約７．５重量％のアルミニウムと、
約１４重量％のコバルトと、
約６重量％のクロムと、
約０．５重量％のハフニウムと、
約０．５重量％のケイ素と、
約０．５重量％のイットリウムと、
約２．０重量％のモリブデンと、
約３．０重量％のレニウムと、
約７．５重量％のタンタルと、
約６．５重量％のタングステンと、
約０．５重量％のジルコニウムと、
約５１．５重量％のニッケルと、
から本質的になる請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記ボンドコートが、約１０〜約４０重量％の貴金属をさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記貴金属が、白金、パラジウム、イリジウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
超合金基材と、
前記超合金基材の少なくとも一部の上に位置するボンドコートと、
を備える構成部品であって、前記ボンドコートが、
約５〜約１０重量％のアルミニウムと、
約１０〜約１８重量％のコバルトと、
約４〜約８重量％のクロムと、
約０〜約１重量％のハフニウムと、
約０〜約１重量％のケイ素と、
約０〜約１重量％のイットリウムと、
約１．５〜約２．５重量％のモリブデンと、
約２〜約４重量％のレニウムと、
約５〜約１０重量％のタンタルと、
約５〜約８重量％のタングステンと、
約０〜約１重量％のジルコニウムと、
残部ニッケルと、
を含む構成部品。
【請求項１６】
前記ボンドコートの少なくとも一部の上に位置する断熱コーティングをさらに備え、前記断熱コーティングが、イットリアで安定化されたジルコニア、ガドリニアで安定化されたジルコニア、セリアで安定化されたジルコニア、スカンジアで安定化されたジルコニア、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項１５に記載の構成部品。
【請求項１７】
前記超合金基材が、タービンのブレードまたはベーンである請求項１５に記載の構成部品。
【請求項１８】
前記超合金基材が、第４世代単結晶超合金基材である請求項１５に記載の構成部品。
【請求項１９】
前記ボンドコートの厚さが、約０．０１２７ｍｍ〜約０．２５４ｍｍの範囲である、請求項１５に記載の構成部品。
【請求項２０】
前記ボンドコートが、
約７．５重量％のアルミニウムと、
約１４重量％のコバルトと、
約６重量％のクロムと、
約０．５重量％のハフニウムと、
約０．５重量％のケイ素と、
約０．５重量％のイットリウムと、
約２．０重量％のモリブデンと、
約３．０重量％のレニウムと、
約７．５重量％のタンタルと、
約６．５重量％のタングステンと、
約０．５重量％のジルコニウムと、
約５１．５重量％のニッケルと、
から本質的になる請求項１５に記載の構成部品。
【請求項２１】
前記ボンドコートが、約１０〜約４０重量％の貴金属をさらに含む請求項１５に記載の構成部品。
【請求項２２】
前記貴金属が、白金、パラジウム、イリジウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項２１に記載の構成部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガスタービンエンジン構成部品（例えばブレード、ベーンなど）など高温にさらされる構成部品用の断熱コーティング系に関する。より詳細には、本発明は、断熱コーティング系でボンドコートとして使用するのに適した、低いアルミニウム含有量を含むコーティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブレード先端部、ブレード後縁、ブレードプラットフォーム、ベーン後縁、ベーンプラットフォームなどのガスタービンエンジン構成部品（「構成部品」）は、通常、高温および高応力の環境にさらされる。高温環境は、特に超合金構成部品で問題になることがある。すなわち、高温によって超合金が酸化されることがあり、そうすると構成部品の寿命が縮まる。構成部品の寿命を延ばすために、断熱コーティング系（ｔｈｅｒｍａｌ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ＴＢＣ系）が、超合金構成部品全体、または高温および他の厳しい動作状態にさらされる超合金構成部品の表面などの選択的表面に施用されてよい。ＴＢＣ系は、下にある材料（一般的に「基材」とも呼ばれる）の温度を下げ、基材に対する酸化、腐食、浸食および他の環境的損傷を抑制する助けとなる。ＴＢＣ系の望ましい特性は、低熱伝導性および下の基材への強い密着性を含む。
【０００３】
ＴＢＣ系は、通常、金属性ボンドコートおよびセラミックトップコート（すなわち断熱コーティングまたはＴＢＣトップコート）を含む。ボンドコートは、基材に施用され、通常は酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3、すなわち「アルミナ」）である熱成長酸化物（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｇｒｏｗｎ  ｏｘｉｄｅ  ＴＧＯ）層の成長を助ける。具体的には、ＴＢＣトップコートのボンドコート上への堆積前または堆積中に、ボンドコートの露出された表面が酸化されて、アルミナＴＧＯ層が形成されることができる。ＴＧＯは、トップコートおよびボンドコートの両方に対する強力な結合を形成し、その結果、ＴＧＯ層はＴＢＣトップコートをボンドコートに密着させる助けとなる。ＴＧＯとトップコートの間の結合は、通常、ＴＢＣトップコートとボンドコートの間に直接形成される結合よりも強い。ＴＧＯはまた、耐酸化層または「酸化障壁」として、下の基材を酸化による損傷から保護する助けとなる働きをする。
【０００４】
ＴＧＯは、ガスタービンエンジン内での使用中、アルミニウムがボンドコートからＴＧＯ中に拡散し、酸素がタービンガス経路内の燃焼生成物および冷却空気からＴＧＯ中に拡散し、反応してより多くのアルミナＴＧＯを形成するので、その厚さが増す。ＴＧＯの厚さが増すにつれて、それに比例してＴＢＣ系に生じる応力のより大きな部分がそれにかかる。最終的には、応力のこの部分がＴＧＯの強度を超え、破損を招く。ＴＧＯが破損してしまうと、密着力を与えるＴＧＯが殆ど乃至全く存在しなくなるので、ＴＢＣトップコートがボンドコートからはく離する。
【０００５】
殆どのボンドコートは、ＴＧＯのゆっくりした成長を維持し、ＴＧＯが純アルミナから構成されることを保証するように設計される。ボンドコートからＴＧＯへ拡散するアルミニウムの量が、純アルミナの成長を持続するのに十分でない場合、スピネル酸化物が形成されることがある。スピネル酸化物は、酸化障壁として働かないので、早く成長する。スピネル酸化物は純アルミナほど強くないので、スピネル酸化物を含むＴＧＯは、純アルミナＴＧＯより著しく短い寿命を有する。
【０００６】
ＴＢＣトップコートは、安定化材料としてイットリアを含むジルコニア材料からなってもよい。ＴＢＣトップコートの主な役割は、断熱をもたらし、それによってボンドコートおよび基材の温度を低下させることである。したがって、ＴＢＣセラミックトップコートは、低い熱伝導性を有するように設計される。ＴＢＣトップコートを構成部品に施用する技術には、空気プラズマ溶射法、蒸着法および高速フレーム溶射法などの溶射法を含めて、様々なものが存在する。
【０００７】
ボンドコートは、ＴＢＣ系の寿命にとって重要である。ボンドコートが破損した場合、ＴＢＣトップコートがはく離することがあり、その後ＴＢＣ系はすぐに劣化する。ＴＢＣトップコートがはく離すると、ボンドコートが、タービンガス経路の高温の酸化環境に、また燃料内の不純物、ならびに取り込まれた微粒子または汚染物質から生じる、ガス経路内にある腐食性化学種にさらされる。温度が高くなり、汚染物質が堆積すると、ボンドコートの酸化または腐食が加速し、最終的にはボンドコートを消滅させる。ボンドコートが消滅すると、厳しい環境が下の基材を攻撃する。劣化したＴＢＣ系は、構成部品の寿命を縮めることがあり、最低限でも、ＴＢＣ系を修理するために構成部品の使用を中止する必要があるので、望ましくない。可能ならいつでも、下の基材が劣化しないことを保証するために、ＴＢＣ系は、完全に破損する前に取り除かれ、取り替えられる。
【０００８】
基材を酸化および腐食から保護する役割に加えて、ボンドコートは、最小限の反応および相互拡散で基材によく密着することが好ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、断熱コーティング系でボンドコートとして使用するのに適した、低いアルミニウム含有量を含むコーティングを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、超合金ガスタービンエンジンの構成部品と共に使用するのに適したボンドコートである。一実施形態では、ボンドコートは、約５〜約１０重量％のアルミニウム（Ａｌ）と、約１０〜約１８重量％のコバルト（Ｃｏ）と、約４〜約８重量％のクロム（Ｃｒ）と、約０〜約１重量％のハフニウム（Ｈｆ）と、約０〜約１重量％のケイ素（Ｓｉ）と、約０〜約１重量％のイットリウム（Ｙ）と、約１．５〜約２．５重量％のモリブデン（Ｍｏ）と、約２〜約４重量％のレニウム（Ｒｅ）と、約５〜約１０重量％のタンタル（Ｔａ）と、約５〜約８重量％のタングステン（Ｗ）と、約０〜約１重量％のジルコニウム（Ｚｒ）と、残部ニッケル（Ｎｉ）と、を含む。
【００１１】
別の実施形態では、ボンドコートは、約５〜約１０重量％のＡｌと、約１０〜約１８重量％のＣｏと、約４〜約８重量％のＣｒと、約０〜約１重量％のＨｆと、約０〜約１重量％のＳｉと、約０〜約１重量％のＹと、約１．５〜約２．５重量％のＭｏと、約２〜約４重量％のＲｅと、約５〜約１０重量％のＴａと、約５〜約８重量％のＷと、約０〜約１重量％のジルコニウムＺｒと、約１０〜約４０重量％の白金（Ｐｔ）あるいはパラジウム（Ｐｄ）やイリジウム（Ｉｒ）など他の貴金属と、残部ニッケル（Ｎｉ）と、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、断熱コーティング系でボンドコートとして使用するのに適したコーティングである。一実施形態では、本発明のコーティングの組成は、約５〜約１０重量％のＡｌと、約１０〜約１８重量％のＣｏと、約４〜約８重量％のＣｒと、約０〜約１重量％のＨｆと、約０〜約１重量％のＳｉと、約０〜約１重量％のＹと、約１．５〜約２．５重量％のＭｏと、約２〜約４重量％のＲｅと、約５〜約１０重量％のＴａと、約５〜約８重量％のＷと、約０〜約１重量％のＺｒと、残部（すなわち残余）Ｎｉと、を含む。別の実施形態では、約１０〜約４０重量％のＰｔ、あるいはＰｄ、Ｉｒ、またはそれらの組合せなどのその他の貴金属が、残部のＮｉのいくらかまたは全ての代わりに使用される。ボンドコートの正確な組成は、下の基材に適合する望ましい機械特性および化学特性を示すボンドコートを形成するために、上記の広い範囲内で変更されてよい。
【００１３】
本発明のボンドコートは、基材を、厳しい動作環境に帰することのできる酸化、腐食、浸食、および他の有害な作用から保護するために、超合金ガスタービンエンジンの構成部品を含む適切な基材に施用（または「堆積」）されてよい。本発明のボンドコートは、「第４世代単結晶超合金」と一般に呼ばれる単結晶超合金から形成された構成部品と共に使用するのに特に適している。第４世代単結晶超合金は、高レベルのルテニウムおよびレニウムを含有し、他の単結晶合金に比べてより高いクリープ強度を示す。第４世代単結晶超合金の例は、米国特許第６００７６４５号、名称「高強度でかつ高耐酸化性のクロム含有量が少ない高性能単結晶超合金組成」に記載されている。
【００１４】
米国特許第６００７６４５号に記載されている第４世代単結晶超合金基材に関連して使用されるときのボンドコートの１つの望ましい組成は、約７．５重量％のＡｌ、約１４重量％のＣｏ、約６重量％のＣｒ、約０．５重量％のＨｆ、約０．５重量％のＳｉ、約０．５％のＹ、約２．０重量％のＭｏ、約３重量％のＲｅ、約７．５重量％のＴａ、約６．５重量％のＷ、約０．５重量％のＺｒ、および約５１．５重量％のＮｉである。別の好ましい組成は、約７．５重量％のＡｌ、約１４重量％のＣｏ、約６重量％のＣｒ、約０．５重量％のＨｆ、約０．５重量％のＳｉ、約０．５重量％のＹ、約２．０重量％のＭｏ、約３重量％のＲｅ、約７．５重量％のＴａ、約６．５重量％のＷ、約０．５重量％のＺｒ、約２５重量％のＰｔ（またはＰｄまたはＩｒ）、および約２６．５重量％のＮｉである。
【００１５】
本発明のボンドコートは、ＴＢＣ系用の耐酸化コーティングを提供する。上記で開示された範囲の組成物を有するボンドコートを、バーナ装置内で約１１４８．８９℃（約２１００゜Ｆ）でサイクルを繰り返した後、１００サイクルおよび１００時間を超えた後に、酸化またはひび割れによるボンドコートの破損の形跡がなかったことが見出された。
【００１６】
多くの既存のＴＢＣ系のボンドコートが、第４世代単結晶超合金基材などの単結晶超合金基材に施用されるとき、そのボンドコートは通常、超合金基材よりもアルミニウム含有量が高いので、アルミニウムがボンドコートから下の基材へと拡散することが見出されている。さらに、ニッケルおよびコバルトが、基材からボンドコートへ拡散する。純アルミナＴＧＯの安定でかつゆっくりとした成長に利用可能なアルミニウムを最大にするために、この相互拡散を最小限に抑えることが望ましい。さらに、単結晶超合金基材が、レニウム（Ｒｅ）、アルミニウム、ニッケル、コバルトなどの高融点金属を高い割合で含むとき、相互拡散によってボンドコート−基材の境界面近くに局所的な最密構造（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃａｌｌｙ  ｃｌｏｓｅ  ｐａｃｋｅｄ  ＴＣＰ）の有害な相（すなわち相の不安定性）が形成される恐れがある。この相の不安定性が、超合金の機械的特性に悪影響を及ぼし、本質的に超合金基材を弱める。この有害な相は、通常、超合金基材との間で弱い高角度の粒界を形成するので、ひび割れが始まる部位として働く。相の不安定度が、構成部品を形成する基材のかなりの割合を占めるほど大きい場合、構成部品の完全性が損なわれることがある。
【００１７】
本発明は、従来のボンドコートよりも低いアルミニウム含有量を含み、同時に高圧のタービンエンジン環境に対する十分な耐酸化性を示す、ボンドコートである。ボンドコート中のアルミニウム含有量がより低いことが、ボンドコートから超合金基材へのアルミニウムの拡散量がより低くなる一因となっている。その結果、本発明のボンドコートは、より高いアルミニウム含有量を有する既存の多くのボンドコートよりも、第４世代単結晶超合金基材および高融点金属を高い割合で含むその他の合金基材との適合性が高い。第４世代単結晶超合金基材がＴＣＰ相を形成する可能性は、本発明のボンドコートによって低減される。
【００１８】
ボンドコート内に含まれるアルミニウムは、アルミナＴＧＯ層の形成を助ける。背景技術の項で述べたように、このＴＧＯ層は、少なくとも２つの目的に役立つ。第１に、酸化物層は、下の基材（例えば第４世代単結晶超合金）の酸化に対する障壁として働く。第２に、ＴＢＣトップコートは、酸化物層と化学的に結合する傾向がある。ある意味で、酸化物層はＴＢＣトップコートをボンドコートに密着させる接着剤として働く。既存のボンドコートよりアルミニウム含有量が低いにもかかわらず、本発明のボンドコートは、酸化障壁として働くのに十分な厚さの酸化物層の成長を助けるのに十分な量のアルミニウムを含有する。アルミニウムは、本発明のボンドコートに含まれるイットリウムとあいまって、ＴＢＣトップコートへの、またボンドコートへの良好な密着性を有する、スピネル酸化物を含まない酸化物層のゆっくりとした成長を助ける。
【００１９】
本発明のボンドコートが、約６．４ミクロン/インチ/゜Ｆの熱膨張係数（ＣＴＥ）を示すことが見出されている。この値は、第４世代超合金を含む最新技術の超合金のＣＴＥに非常によく似ている。ボンドコートとボンドコートが施用される基材との間のＣＴＥ値の差が大きくなるにつれて、ＴＢＣ系において、熱サイクルによって誘発されるボンドコートのひび割れまたは破損を起こす傾向が増大する。このため、ＣＴＥ値の差を最小限に抑えることが好ましく、ボンドコートおよび基材のＣＴＥ値を同じにすることがより好ましい。
【００２０】
断熱コーティング系でボンドコートとして使用されることに加えて、本発明のボンドコートは、耐酸化および耐腐食コーティングなど単独の耐環境性コーティングとしてもよい。
【００２１】
図１は、ガスタービンエンジンのタービンブレード１０の斜視図である。タービンブレード１０は、プラットフォーム１２および本体１４を含む。タービンブレード１０の本体１４は、その特有の組成が約６．４ミクロン/インチ/゜ＦのＣＴＥを示す、米国特許第６００７６４５号に記載の組成による第４世代単結晶超合金から形成される。タービンブレード１０は、ガスタービンエンジンの動作中、高温および高圧にさらされる。タービンブレード１０の寿命を延ばし、タービンブレード１０を高応力の動作状態、およびその結果生じる酸化および腐食から保護するために、ＴＢＣ系１６（図２に示す）がタービンブレード１０の本体１４を覆って施用される。
【００２２】
ＴＢＣ系１６の正確な位置は、使用されるタービンブレード１０のタイプおよびタービンブレード１０の最も応力がかかる状態にさらされている領域を含めて、多くの要因によって決まる。例えば、他の実施形態では、ＴＢＣ系１６が、本体１４の外面全体ではなく、本体１４の外面の一部を覆って施用されてよい。さらに、ボンドコート１８は、単独の耐環境性コーティングでもよいので、本体１４は、ボンドコート１８で全体を覆い、セラミック層２０で一部分だけ覆ってもよい。タービンブレード１０が、内部冷却通路から本体１４の外面に通じる冷却孔を含む場合、ＴＢＣ系１６が、冷却孔の表面にも施用されてもよい。
【００２３】
タービンブレード１０が、ＴＢＣ系の使用を必要とするガスタービンエンジン構成部品の例として示される。しかし、本発明のボンドコートは、ガスタービンエンジン内の他の構成部品を含めて、その動作環境に対して保護することが望ましい適切などんな構成部品と共に使用されてもよい。
【００２４】
図２は、図１の２−２線に沿った、タービンブレード１０の断面図である。ＴＢＣ系１６が、本体１４の外面に施用されている。ＴＢＣ系１６は、ボンドコート１８およびセラミック層２０を含む。ボンドコート１８は、本体１４の上に位置しこれと結合し、セラミック層２０はボンドコート１８の上に位置する。図２に示す実施形態では、ボンドコート１８は、約０．０１２７ｍｍ（約０．５ミル）〜約０．２５４ｍｍ（約１０ミル）の厚さの範囲で本体１４に施用される。セラミック層２０は、アルミナを形成するボンドコートおよび／または、それだけには限定されないがイットリア（Ｙ2Ｏ3）、ガドリニア（Ｇｄ3Ｏ3）、セリア（ＣｅＯ2）、スカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）、または他の酸化物などで安定化されたジルコニアなどの合金上での使用に適したいかなる断熱コーティング（すなわち「トップコート」）でもよい。セラミック層２０は、ボンドコート１８に要求される熱保護を提供するのに十分な厚さで堆積される。
【００２５】
ボンドコート１８は、約５〜約１０重量％のＡｌと、約１０〜約１８重量％のＣｏと、約４〜約８重量％のＣｒと、約０〜約１重量％のＨｆと、約０〜約１重量％のＳｉと、約０〜約１重量％のＹと、約１．５〜約２．５重量％のＭｏと、約２〜約４重量％のＲｅと、約５〜約１０重量％のＴａと、約５〜約８重量％のＷと、約０〜約１重量％のＺｒと、残部Ｎｉと、から本質的になる。
【００２６】
別の実施形態では、ボンドコート１８は、約５〜約１０重量％のＡｌと、約１０〜約１８重量％のＣｏと、約４〜約８重量％のＣｒと、約０〜約１重量％のＨｆと、約０〜約１重量％のＳｉと、約０〜約１重量％のＹと、約１．５〜約２．５重量％のＭｏと、約２〜約４重量％のＲｅと、約５〜約１０重量％のＴａと、約５〜約８重量％のＷと、約０〜約１重量％のＺｒと、約１０〜約４０重量％のＰｔと、残部Ｎｉと、から本質的になる。あるいは、ＰｄやＩｒなどの他の貴金属、またはそれらの組合せが、Ｐｔの代わりに使用されてもよい。
【００２７】
ボンドコート１８は、従来のボンドコートに比べて低レベルのアルミニウムを含み、その結果、ボンドコート１８から本体１４へ拡散するアルミニウムが、より少なくなる。これは、ボンドコート１８から本体１４へのアルミニウムの拡散に帰することのできる、本体１４内でのＴＣＰ相の形成を最小限に抑える助けとなる。前述したように、本体１４は、約６．４ミクロン/インチ/゜ＦのＣＴＥを示す超合金から形成される。ボンドコート１８もまた、約６．４ミクロン/インチ/゜ＦのＣＴＥを示す。ボンドコート１８と本体１４のＣＴＥ値が似ているので、熱サイクルによって誘発されるボンドコート１８のひび割れまたは破損の傾向が、低減される。
【００２８】
本発明によるボンドコート１８は、溶射プロセス（例えば、プラズマ溶射、または高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ））、物理蒸着（例えば陰極アーク蒸着）、または化学蒸着を含めた、適切などんな技術を用いて本体１４（または、他の実施形態では別の基材）に施用されてもよい。一実施形態では、真空プラズマ溶射法が、ボンドコート１８を本体１４に施用するために使用される。当該技術で知られているように、真空プラズマ溶射法は、真空チャンバ内で実施される溶射プロセスである。粉体の形態のコーティングを基材上へ施用する、プラズマ溶射トーチは通常、アルゴンなどの不活性ガスの低圧環境で動作する。プラズマ溶射トーチは通常、トーチを基材に対して少なくとも１つの方向へ動かすことができる制御機構によって操作される。
【００２９】
ボンドコート１８を本体１４に施用する一方法では、真空プラズマ溶射プロセスが使用され、このプロセスは、約１３．３３ｋＰａ（約１００トル）〜約４０ｋＰａ（約３００トル）の範囲の堆積チャンバ圧力、約４００Ａ〜約９００Ａまでの範囲のプラズマトーチ電流、および約５０Ｖ〜約８５Ｖの範囲のプラズマトーチ電圧を利用する。プラズマ溶射トーチは、トーチを本体１４から約１５．２４ｃｍ（約６インチ）〜約５０．８ｃｍ（約２０インチ）のところに位置決めする、３〜５軸ロボットによって制御される。堆積プロセス中、本体１４は、約８１５．５６℃（約１５００゜Ｆ）〜約９８２．２２℃（約１８００゜Ｆ）の範囲の温度を示す。他の実施形態では、異なるパラメータを含む真空プラズマ溶射法が使用されてよい。
【００３０】
別の実施形態では、物理蒸着の一種である陰極アーク蒸着法が、ボンドコート１８を本体１４に施用するために使用される。当該技術で知られているように、陰極アーク蒸着法では、原材料およびコーティング対象の基材が、減圧された堆積チャンバ内に配設される。陰極アーク蒸着の実施形態では、堆積チャンバ圧力は、約０．１３３ｋＰａ（約１トル）〜約１３．３３ｋＰａ（約１００トル）の範囲である。約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの速度で流れるアルゴンガスが、チャンバ圧力を所望の範囲に維持する。約３００Ａ〜約６５０Ａの範囲のアーク電流が確立され、約３０Ｖ〜約１００Ｖの負バイアスが本体１４にかけられる。他の実施形態では、異なるパラメータを含む陰極アーク蒸着法が使用されてよい。
【００３１】
本明細書で使用される用語は、限定ではなく、説明のためのものである。好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、形態および細部に変更を加えることができることが、当業者は認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】タービンブレードの斜視図である。
【図２】タービンブレードの本体の上に位置するＴＢＣ系を示す、図１のタービンブレードの２−２線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１４…本体
１６…断熱コーティング系
１８…ボンドコート
２０…セラミック層
【図１】
2007254893.tif 000003
【図２】
2007254893.tif 000004