(57)【要約】【課題】本発明の目的は、ガスタービンエンジンで使用される部品のための、経済的で効率のよいハイブリット式断熱被膜の適用方法を提供する。【解決手段】第１のマスカントで、部品の第１の表面の少なくとも一部をマスキングするステップと、その部品の第２の表面の少なくとも一部に第１の被覆材を適用するステップと、第１のマスカントを除去するステップと、任意に、第２のマスカントで上記部品の第２の表面の少なくとも一部をマスキングするステップと、上記部品の第１の表面の少なくとも一部に第２の被覆材を適用するステップと、上記任意の第２のマスカントを除去するステップ、とを含んでなることを特徴とするハイブリッド式断熱被膜を適用する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のマスカントで、部品の第１の表面の少なくとも一部をマスキングするステップと、
その部品の第２の表面の少なくとも一部に第１の被覆材を適用するステップと、
第１のマスカントを除去するステップと、
任意に、第２のマスカントで上記部品の第２の表面の少なくとも一部をマスキングするステップと、
上記部品の第１の表面の少なくとも一部に第２の被覆材を適用するステップと、
上記任意の第２のマスカントを除去するステップ、
とを含んでなることを特徴とする、ハイブリッド式断熱被膜を適用する方法。
【請求項２】
前記第１の被覆材と前記第２の被覆材を適用するそれぞれのステップが、物理蒸着法を用いることを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の被覆材と前記第２の被覆材を適用するそれぞれのステップが、電子ビーム物理蒸着法を用いることを含むことを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第２の被覆材が、約１ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（約０．１４５Ｗ／ｍＫ）から１０ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（１．４５Ｗ／ｍＫ）の熱伝導率値を有する断熱被膜からなることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第１の被覆材が、約５ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（約０．７２Ｗ／ｍＫ）から１７ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（２．４５Ｗ／ｍＫ）の熱伝導率値を有する断熱被膜からなることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第１の被覆材が、前記第２の被覆材の第２の熱伝導率値よりも大きい第１の熱伝導率値を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第２の被覆材が、前記第１の被覆材の第１の熱伝導率値よりも大きい第２の熱伝導率値を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第２の被覆材が、前記第１の被覆材の少なくとも一部と重複することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第１のマスカントを適用するステップが、前記第１の表面の少なくとも一部にメタルシートを適用することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記メタルシートを適用することが、
前記第１の表面の少なくとも一部に、１つ又はより多くの突起を有するメタルシートを適用するステップと、
上記１つ又はより多くの突起を、前記第１の表面の縁部に沿った１つ又はより多くの孔内へ挿入するステップ、
とを含んでなることを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のマスカントを適用するステップが、前記部品の前記第２の表面形状に実質的に適合する形状を有する形状を有することによって、前記第１の表面を露出させることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の被覆材を適用するステップの前に、前記部品の前記第２の表面にボンドコートを適用するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の被覆材を適用するステップの前に、前記部品の第１の表面にボンドコートを適用するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記部品がベーン又はブレードであり、前記第１の表面が正圧面であり、かつ、前記第２の表面が負圧面とプラットフォームからなることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
第１の熱伝導率値を有する第１の断熱被膜材料を、部品の第１の表面の少なくとも一部に適用するステップと、
第２の熱伝導率値を有する第２の断熱被膜材料を、前記部品の第２の表面の少なくとも一部と、任意に、前記第１の表面の少なくとも一部に適用するステップ、
とを含んでなり、前記第２の熱伝導率値は、前記第１の熱伝導率値よりも大きいか又は小さいことを特徴とする、ハイブリッド式断熱被膜を適用する方法。
【請求項１６】
前記第１の断熱被膜材料と前記第２の断熱被膜材料を適用するそれぞれのステップが、大気プラズマ溶射法を用いることを含むことを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記部品がベーン又はブレードであり、前記第１の表面が正圧面であり、かつ、前記第２の表面が負圧面とプラットフォームからなることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の熱伝導率値が、約１ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（約０．１４５Ｗ／ｍＫ）から１０ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（１．４５Ｗ／ｍＫ）であることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の熱伝導率値が、約５ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（約０．７２Ｗ／ｍＫ）から１７ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（２．４５Ｗ／ｍＫ）であることを特徴とする、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の熱伝導率値が、約５ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（約０．７２Ｗ／ｍＫ）から１７ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（２．４５Ｗ／ｍＫ）であることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の熱伝導率値が、約１ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（約０．１４５Ｗ／ｍＫ）から１０ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（１．４５Ｗ／ｍＫ）であることを特徴とする、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の断熱被膜材料を適用するステップの前に、前記第１の表面の少なくとも一部にボンドコートを適用するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の断熱被膜材料を適用するステップの前に、前記第２の表面の少なくとも一部にボンドコートを適用するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項２４】
外部表面と、
前記外部表面の少なくとも第１の部分の上に堆積された、第１の熱伝導率値を有する第１の被膜と、
前記外部表面の少なくとも第２の部分と、任意に、前記第１の被膜を含む前記第１の部分の上に堆積された、第２の熱伝導率値を有する第２の被膜、
とを含んでなることを特徴とする、物品。
【請求項２５】
前記第１の熱伝導率値が約１ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（約０．１４５Ｗ／ｍＫ）から１０ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（１．４５Ｗ／ｍＫ）であり、かつ、前記第２の熱伝導率値が約５ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（約０．７２Ｗ／ｍＫ）から１７ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（２．４５Ｗ／ｍＫ）であることを特徴とする、請求項２４記載の物品。
【請求項２６】
前記物品がガスタービンエンジンの部品を含むことを特徴とする、請求項２４記載の物品。
【請求項２７】
前記物品が、底部プラットフォーム、負圧面と正圧面を含むエアフォイル、及び頂部プラットフォームを含んでなるベーンであり、前記第１の部分が前記負圧面であり、かつ、前記第２の部分が前記正圧面であることを特徴とする、請求項２４記載の物品。
【請求項２８】
前記第１の被膜が、前記負圧面に堆積された高熱伝導性断熱被膜であり、かつ、前記第２の被膜が、前記正圧面に堆積された低熱伝導性断熱被膜であることを特徴とする、請求項２７記載の物品。
【請求項２９】
前記第１の被膜が、前記負圧面に堆積された低熱伝導性断熱被膜であり、かつ、前記第２の被膜が、前記正圧面に堆積された高熱伝導性断熱被膜であることを特徴とする、請求項２７記載の物品。
【請求項３０】
前記物品が、根部、負圧面と正圧面を含むエアフォイル、及び先端部を含んでなるブレードであり、前記第１の部分が前記負圧面であり、かつ、前記第２の部分が前記正圧面であることを特徴とする、請求項２４記載の物品。
【請求項３１】
前記第１の被膜が、前記負圧面に堆積された高熱伝導性断熱被膜であり、かつ、前記第２の被膜が、前記正圧面に堆積された低熱伝導性断熱被膜であることを特徴とする、請求項３０記載の物品。
【請求項３２】
前記第１の被膜が、前記負圧面に堆積された低熱伝導性断熱被膜であり、かつ、前記第２の被膜が、前記正圧面に堆積された高熱伝導性断熱被膜であることを特徴とする、請求項３０記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱被膜の適用方法に関し、より詳細には、ハイブリッド式断熱被膜の適用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、燃料の形態を有する化学ポテンシャルエネルギーを、熱エネルギー、次いで、航空機の推力、電力発電、流体汲み上げなどに利用される機械エネルギーに変換するための、十分に開発された機構である。同時に、ガスタービンエンジンの改良された効率を得るための重要で利用可能な手法は、より高い運転温度の利用として現れる。しかしながら、ガスタービンエンジンの構成部品に使用される金属材料は、現在、その温度安定性について限界に近づいている。最新のガスタービンエンジンで最も高温な部分において、金属材料はその溶融点を超えるガス温度で使用される。金属材料は空冷されることでそれに耐える。しかし、冷却空気を供給することによってエンジン効率が低下する。
【０００３】
従って、冷却ガスタービン航空用ハードウェアに使用される断熱被膜が広範囲にわたって開発されている。断熱被膜を用いることにより、必要とされる冷却空気量を相当量低減することができるため、それに比例したエンジン効率の増大が可能となる。
【０００４】
タービンのブレードとベーンは、断熱被膜を利用する、２つの代表的な冷却されるガスタービン航空用構成部品である。冷却ガスタービンの高温セクションのタービンのブレードとベーンは、耐久性を増大させるために、通常、金属やセラミックの断熱被膜で被覆される。セラミック断熱被膜は、０．５〜１０ミル（０．０１２７〜０．２５４ｍｍ）又は１０ミル以上で適用され、金属基体表面における温度を３００°Ｆ（４２２．０３９Ｋ）以上低減することができる。典型的な従来の断熱被膜系に関して、セラミック材料は、通常大気中の工程であるプラズマ溶射（ＡＰＳ）、あるいは、電子ビーム物理蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ）などの物理蒸着法のいずれかで適用される。
【０００５】
ブレードとベーンの部品寿命中にそれらが呈する典型的な切迫状態とは、エアフォイルの正圧面に生じる、酸化傾向によるホットスポットである。現在、これらのホットスポットは、低い熱伝導性断熱被膜、例えば、現在市販のものから入手可能な７ＹＳＺなどの断熱被膜よりも５０％〜６０％低い熱伝導率を示す被膜で被覆することができる。しかしながら、ブレードとベーンは、高いマッハ数での過酷な運転条件にさらされるとき、エアフォイルのマッハ数領域で呈される他の切迫状態、例えば被膜は場合によっては下層基体の粒子状腐食である。
【０００６】
そのため、酸化を防止するのに必要な熱伝導性の必要条件を提供し、さらには、粒子状腐食に対する耐性を有する耐腐食性を呈する断熱被膜が必要とされている。
【特許文献１】米国特許第６，７３０，４２２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８６１，６１８号明細書
【特許文献３】米国特許第４，４０５，６６０号明細書
【特許文献４】米国特許第４，５８５，４８１号明細書
【特許文献５】米国特許第５，０８７，４７７号明細書
【特許文献６】米国特許第４，３２１，３１１号明細書
【特許文献７】米国特許第５，２６２，２４５号明細書
【特許文献８】米国特許第４，７１９，０８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ガスタービンエンジンで使用される部品のための、経済的で効率のよいハイブリット式断熱被膜の適用方法を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、ガスタービンエンジンで使用される、本発明の方法によって部品寿命の改善された部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、ハイブリッド式断熱被膜の適用方法は、概して、構成部品の第１の表面の少なくとも一部をマスカントでマスキングするステップと、前記構成部品の第２の表面の少なくとも一部に対して、第１の被膜材を適用するステップと、前記第１のマスカントを除去するステップと、任意に、前記構成部品の前記第２の表面の少なくとも一部を第２のマスカントでマスキングするステップと、前記構成部品の前記第１の表面の少なくとも一部に対して第２の被覆材を適用するステップと、前記第２のマスカントを除去するステップとを含んでなる。
【００１０】
ハイブリッド式の断熱被膜の適用方法は、概して、第１の熱伝導率値を有する第１の断熱被膜材料を、構成部品の第１の表面の少なくとも一部に適用するステップと、第２の熱伝導率値を有する第２の断熱被膜材料を、該構成部品の第２の表面の少なくとも一部と、任意に該第１の表面の少なくとも一部に適用するステップとを含み、前記第２の熱伝導率値は、前記第１の熱伝導率値よりも大きいか又は小さいことを特徴とする。
【００１１】
物品は、概して、外部表面と、第１の熱伝導率値を有し、該外部表面上の少なくとも第１の部分上に被覆された第１の被膜と、第２の熱伝導率値を有し、前記外部表面の少なくとも第２の部分上、及び、任意に、概して前記第１の被膜を含む第１の部分に被覆された第２の被膜とを含んでなる。
【００１２】
本発明の１つ又はより多くの実施態様の詳細を、関連する図面、並びに以下の説明において開示する。本発明のその他の特徴、目的及び利点は、それら説明と図面、並びに特許請求項の範囲の記載から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
異なる図面における同様の符号は同様の構成要素を示す。
【００１４】
本明細書に開示の断熱被膜の適用方法は、ガスタービンエンジンの構成部品に要求される酸化耐性と粒子状腐食耐性の両方に取り組むものである。本発明の方法は、低熱伝導性断熱被膜と高熱伝導性断熱被膜との組み合わせを適用するものであり、それぞれの量は、酸化を防止し、かつ、粒子状腐食への耐性を有するのに十分な量である。
【００１５】
概して、本発明によれば、ガスタービンエンジンの構成部品として特に有用な物品を提供することができる。本発明の物品は、金属基体と、その基体に適用される、多数の公知の低熱伝導性断熱被膜と高断熱被膜のいずれか１つとを含み得る。これら低熱伝導性断熱被膜と高熱伝導性断熱被膜は、当業界で既知の多数の方法のいずれかを用いて適用することができ、高温用途の場合、物理蒸着法及びプラズマ溶射法を用いて適用することが好ましい。
【００１６】
物理蒸着法とプラズマ溶射法の両方で適用され得る、代表的な低熱伝導性断熱被膜には、これらに限定されるものではないが、ユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレイションに譲渡された、リットン等（Ｌｉｔｔｏｎ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第６，７３０，４２２号明細書に開示された、全ての低熱伝導性断熱被膜が包含され、上記明細書の開示全体は参照としてここに組み入れられる。低熱伝導性断熱被膜は、約１ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（約０．１４５Ｗ／ｍＫ）〜１０ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（１．４５Ｗ／ｍＫ）の範囲を有する熱伝導率値を有する。
【００１７】
大気プラズマ溶射法で適用するのに適した、代表的な高熱伝導性断熱被膜には、これらに限定されるものではないが、例えば、ユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレイションに譲渡された、ヴァイン等（Ｖｉｎｅ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第４，８６１，６１８号明細書に開示された、全高熱伝導性断熱被膜が包含され、上記明細書の開示全体は参照としてここに組み入れられる。高熱伝導性断熱被膜は、約５ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（約０．７２Ｗ／ｍＫ）〜１７ｂｔｕ  ｉｎ／ｈｒｆｔ2°Ｆ（２．４５Ｗ／ｍＫ）の範囲を有する熱伝導率値を有する。
【００１８】
電子ビーム物理蒸着法で適用するのに適した、代表的な高熱伝導性断熱被膜には、これらに限定されるものではないが、以下の米国特許明細書に開示された、全ての高熱伝導性断熱被膜が包含され、上記明細書の開示全体は参照としてここに組み入れられる。ユリオン等（Ｕｌｉｏｎ，  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第４，４０５，６６０号明細書、ガプタ等（Ｇｕｐｔａ，  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第４，５８５，４８１号明細書、ジギンス・ジュニア等（Ｇｉｇｇｉｎｓ，Ｊｒ．，  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第５，０８７，４７７号明細書、ストラングマン（Ｓｔｒａｎｇｍａｎ）の米国特許第４，３２１，３１１号明細書、及びユリオン等（Ｕｌｉｏｎ，  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第５，２６２，２４５号明細書（全てユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレイションに譲渡されている）。
【００１９】
高熱伝導性断熱被膜は、例えば、酸化防止、腐食耐性などの上述の特徴に依存した様々な微細構造を呈するものであってよい。高熱伝導性断熱被膜は、ユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレイションに譲渡された、ドゥール等（Ｄｕｈｌ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第４，７１９，０８０号明細書に開示されるような、単結晶微細構造を呈するものであってよい。上記明細書の開示全体は参照としてここに組み入れられる。あるいは、高熱伝導性断熱被膜は、例えば、ストラングマン等及びユリオン等の特許明細書に開示されるような柱状粒子や等軸構造を呈するものであってもよい。
【００２０】
高熱伝導性断熱被膜と低熱伝導性断熱被膜は、基体の表面に直接適用するか、あるいは、その基体の一方又は両面に被覆されたボンドコートに適用してよい。好ましくは、高熱伝導性断熱被膜と低熱伝導性断熱被膜の両方を、物理蒸着法、あるいは、大気プラズマ溶射法のいずれかを用いて、基体の表面に直接適用するか、又は、堆積したボンドコートに適用する。基体は、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鋼材などの合金鉄、チタン合金、銅合金及びそれらの組み合わせからなるものであってよい。
【００２１】
ボンドコートは、従来公知の適切なボンドコートのいずれかからなるものであってよい。例えば、ボンドコートは、従来公知のアルミニウム含有材料、アルミニウム化合物、白金アルミニウム化合物、７重量％イットリア安定化ジルコニウムなどのセラミック材料、あるいは、ＭＣｒＡｌＹ材から形成することができる。ボンドコートは、低圧プラズマ溶射で形成することが好ましい。必要に応じて、ボンドコートは、断熱剤組成物を堆積させる前に、外側表面に酸化物スケール（酸化膜）を有してもよく、その酸化物スケールは、通常、アルミナからなる。酸化物スケールは、低及び／又は高熱伝導性断熱被膜のボンドコートへの密着性を増進する。
【００２２】
ある実施態様においては、物品は前述の酸化物スケールをその表面上に有し、かつ、高又は低断熱被膜のうちの１つ又はより多くを、従来既知の、それらに限定されるものではないが、拡散法、物理蒸着法、及び／又は、化学蒸着法を含む被覆技術のいずれかを用いて、その酸化物スケール全体に適用して結合することができる。酸化物スケールが存在する場合には、高及び低熱伝導性断熱被膜を、物理蒸着法又はプラズマ溶射法を用いて、その上に直接適用して結合させることが好ましい。
【００２３】
当業者等に従来公知の堆積技術の多くを検討して使用することができるが、本発明の方法による低熱伝導性断熱被膜と高熱伝導性断熱被膜を適用するのに、電子ビーム物理蒸着法と大気プラズマ溶射法が好ましい。ここで用いられる電子ビーム物理蒸着法は、例えば、上述のジギンス・ジュニア等の’４７７号特許明細書中に記載されており、一方、ここで用いられる大気プラズマ溶射法は、例えば、ヴァイン等の’６１８号特許明細書中に記載されている。
【００２４】
図１を参照すると、電子ビーム物理蒸着（「ＥＢ−ＰＢＤ」）法は、概して、（図示の）被覆する物品を、従来のＥＢ−ＰＢＤ装置（図示せず）被覆チャンバ中に配置してつるす。任意に、ここで開示のボンドコート材料を含む前述のボンドコートを、ＥＢ−ＰＢＤ法を用いてプラットフォーム１２，１８と負圧面１４上に被覆してよい。同様に任意に、前述のアルミナの酸化物スケールは、ボンドコートの表面を酸化させることによって形成することができる。限定する目的ではなく、例示目的で、ガスタービンエンジンの部品はベーンとブレードであってよい。ベーン１０は、底部プラットフォーム１２、負圧面１４と正圧面１６を有するエアフォイル、及び頂部プラットフォーム１８を備え、負圧面１４と正圧面１６は、全体としてベーン１０のエアフォイルを画定する前縁２０と後縁２２を有する。従来のブレードとベーンは又、複数の冷却孔２３をその後縁に沿って備える。部品がブレードの場合、根部、負圧面と正圧面を含むエアフォイル、及び先端部を含んでなる。
【００２５】
任意のボンドコートとアルミナの酸化物スケールを部品上に一旦堆積させると、物品の１つ又はより多くの部分に、異なる熱伝導率値を有する１つ又はより多くの断熱被膜を適用するために、１つ又はより多くのマスカント、即ち、マスキング材を適用することができる。第１のマスカント２４は、被覆する部分の表面を実質的に覆うか完全に覆い、被覆工程の条件に耐え得るいずれかの種類の材料からなるものであってよい。第１のマスカント２４として適切な材料は、これらに限定されるものではないが、例えばアルミニウムシート、アルミニウムテープ、アルミニウム箔、ニッケル合金シートなどのメタルシート、これらのうちの少なくとも１つを含む組み合わせなどを含み、低コスト、弾性、効率からアルミニウム箔が好ましい。
【００２６】
限定目的ではなく例示目的で、第１のマスカント２４はシート２６からなるものであってよく、このシート２６は、第１の縁部３０に隣接する表面２６から延在する複数の突起２８を有し得る。この例では、第１のマスカント２４は、突起２８がベーン１０の冷却孔内に挿入されて、第１のマスカント２４がベーン１０に固定されるよう、正圧面１６上に配置することができる。当業者が理解できるように、第１のマスカント２４は、概して、ガスタービンエンジンの様々な部品に適合するよう構成することができるため、物品はベーンに限定されるものではない。第１のマスカント２４が一旦適用された後、ベーン１０は、当業者に公知のように、低又は高熱伝導性断熱被膜を受容するよう調製することが好ましい。前述のいずれか１つの被膜材料及びそれらの組み合わせからなる高熱伝導性断熱被膜を、任意のボンドコート又はプラットフォーム１２，１８及び負圧面１４の表面上に、当業者に公知のＥＢ−ＰＢＤ法を用いて堆積させることができる。一旦、高熱伝導性断熱被膜の被覆が完了した後、第１のマスカント２４は除去してよい。
【００２７】
第２のマスカント３２を、次いでベーン１０に適用してよい。第２のマスカントは、図３に示すようなカバー３４からなるものであってよい。図３において、第２のマスカント３２は、実質的に該ベーンの負圧面１４とプラットフォーム１２，１８に一致した形状を有するため、プラットフォーム１２，１８はカバー３４に嵌合し、正圧面１６を露出させることができる。当業者に認識されるように、カバー３４は、ガスタービンエンジンの様々な部品に適合するよう構成することができ、部品はベーンに限定されるものではない。第２のマスカント２４は、作業環境並びに考慮される被覆工程、例えばＥＢ−ＰＢＤ法の条件に耐えるのに適した材料のいずれかから構成してよい。カバー３４に適した材料は、これらに限定されるものではないが、アルミニウムシート、アルミニウムテープ、ニッケル合金シート、これらのうちの少なくとも１つを含む組み合わせなどを含む。例えば、ＥＢ−ＰＢＤ法を採用した場合、カバー３４は、工程作業条件に耐え得る、インコネル６２５（ＩＮ６２５（登録商標））などのニッケル合金シートメタルからなるものであってよい。ボンドコートと任意のアルミナの酸化物スケールが堆積され、第２のマスカント３４が適用された後、ベーン１０は、当業者に公知のように、低又は高熱伝導性断熱被膜を受容するよう調製することができる。本開示の前述のセラミック被膜材料のいずれか１つ及びそれらの組み合わせからなる低熱伝導性断熱被膜を、任意のボンドコート上に、あるいは、直接正圧面１６の表面上に、当業者に公知のＥＢ−ＰＢＤ法を用いて堆積することが好ましい。低熱伝導性断熱被膜の堆積が完了した後、第２のマスカント３４は除去してよい。
【００２８】
代替の実施態様において、ここに開示の電子ビーム物理蒸着法を用いて低及び高熱伝導性断熱被膜を適用した場合、第２のマスカントは任意であってよい。ここに開示の第２のマスカント、即ち、マスキング材を適用する代わりに、前述の低熱伝導性断熱被膜を、高熱伝導性断熱被膜で被覆された部分を含む、意図する領域上に堆積することができる。第１のマスカント、即ち、マスキング材が除去された後、前述の低熱伝導性断熱被膜を、部品全体に、かつ、少なくとも高熱伝導性断熱被膜で被覆された部分と重複するよう適用してよい。低熱伝導性断熱被膜が最初に適用され、次いで、高熱伝導性断熱被膜を第２のマスカント、即ち、マスキング材を使用することなく適用することも又考慮できる。
【００２９】
本発明の別の方法を簡単に説明するために、低圧プラズマ溶射／大気プラズマ溶射法の組み合わせも又、図１〜図３を用いて説明する。ここで使用する従来の低圧プラズマ溶射法は、ガプタ等の’４８１号特許明細書中に開示されており、一方、ここで使用される大気プラズマ溶射法は、ヴァイン等の’６１８号特許明細書中に開示されている。ベーン又はブレード全体に適用される任意のボンドコートは、低圧プラズマ溶射法を用いて適用することが好ましい。低及び高熱伝導性断熱被膜は、大気プラズマ溶射法を用いて適用してよい。
【００３０】
大気プラズマ溶射法を採用した場合、マスカント、即ち、マスキング材は必要ではない。当業者であれば、プラズマ溶射は、部品上に第１の被覆材を堆積させ、次いで、マスカント即ちマスキング材を必要とすることなく部品上に第２の被覆材を堆積させるよう、比較的精巧に調整できることは認識しているであろう。当業者が理解しているように、ある量の第２の被覆材を、第１の被覆材の上に部分的に重複させて堆積させることができる。両方の被覆材を含む領域は、第１の被覆材と第２の被覆材が重複しているか、あるいは共に漸減している重複溶射領域、又は被膜遷移ゾーンとして認識される。
【００３１】
本発明の方法を実行する場合、ベーン１０を、当業者に従来公知の従来の通常の大気プラズマ溶射法を用いて、任意のボンドコート材料を受容するよう調製することができる。任意のボンドコート材料は、上述のボンドコート材料のうちの１種又はそれらの組み合わせであることが好ましい。ボンドコート材料は、負圧面１４とプラットフォーム１２，１８などのベーン１０の第１の表面の少なくとも１部上に堆積させてよい。ボンドコート材料は、ベーン１０の第１の表面全体上に堆積させることが好ましい。任意に、前述のアルミナの酸化物スケールを、ボンドコートの表面を酸化させることによって形成してもよい。より高い熱伝導性の断熱被膜を、負圧面１４に適用することが好ましい。ボンドコートを一旦堆積した後、ベーン１０を、前述の低又は高熱伝導性断熱被膜を受容するよう調製することができる。低又は高熱伝導性断熱被膜は、当業者に公知の大気プラズマ溶射法を用いて、任意のボンドコート、あるいは、プラットフォーム１２，１８と負圧面１４の表面上に堆積させることができる。一旦、第１の熱伝導性断熱被膜の堆積が完了した後、ベーン1０を、第２の熱伝導性断熱被膜を受容するよう調製することができる。
【００３２】
前述のボンドコート材料のいずれか１種又はそれらの組み合わせからなる任意のボンドコートは、当業者に公知のＥＢ−ＰＶＤ法を用いて、正圧面１６上に堆積させることができる。任意に、前出のアルミナの酸化物スケールを、ボンドコートの表面を酸化することによって形成してよい。任意のボンドコートを一旦堆積させた後、ベーン１０を、第２の熱伝導性断熱被膜として、前出の低又は高熱伝導性断熱被膜のいずれか一方を受容するよう調製することができる。第２の熱伝導性断熱被膜は、第１の熱伝導性断熱被膜とは異なる、即ち、高熱伝導性断熱被膜ではなく低熱伝導性断熱被膜が使用され、逆の場合も同様である。第２の熱伝導性断熱被膜は、任意のボンドコート又は正圧面１６の表面上に、当業者に公知のＥＢ−ＰＢＤ法を用いて堆積させてよい。
【００３３】
本発明の方法によって得られた被覆物品は、従来技術と比較して明確な利点を提供する。これまで、被覆物品、例えばベーンとブレードは、ベーン又はブレードの全体を被覆する必要があるかないかに関わらず、単に低熱伝導性断熱被膜で被覆されたものであった。そのような決定は、経済的ではなく、結局必要以上に材料を消費していた。本発明の方法を採用することにおいて、被覆物品は、全体ではなく、必要な、即ち、ベーン又はブレードの正圧面や前縁などの高熱負荷にさらされる領域に低熱伝導性断熱被膜を有する。その結果、高価な低熱伝導性断熱被膜材料を取っておき（リザーブ）、一方、より高効率で安価な高熱伝導性断熱被膜を採用して、ベーンやブレードの負圧面などの低熱負荷にさらされる領域に適用する。
【００３４】
本発明の方法を採用する場合、高熱伝導性断熱被膜を、例えばベーンやブレードなどの被覆物品の、粒子状腐食が部品寿命を制限する傾向のある負圧面に適用し、一方、低熱伝導性断熱被膜を、ホットスポットが部品寿命を制限する傾向のある正圧面に適用することができる。本発明の範囲内の熱伝導率値を有する高熱伝導性断熱被膜は又、有効な耐腐食性を呈する。
【００３５】
ここで開示するハイブリッド断熱被膜の方式は、そのような高熱伝導性断熱被膜と低熱伝導性断熱被膜を重ねた場合に最も効果的に利用することができる。例えば、被覆する物品の重複する領域が腐食性の高い領域と同じである場合、その領域に対し、高熱伝導性断熱被膜を最初に適用し、次いで、低熱伝導性断熱被膜を重ねるように適用してよい。一方、被覆する物品の重複する領域がホットスポットと同一である場合、低熱伝導性断熱被膜を最初に適用し、次いで、高熱伝導性断熱被膜を重ねるように適用してよい。
【００３６】
本発明は前述の例示に限定されるものではなく、本発明を実施する最良の実施態様にしかすぎず、形態、寸法、部品の配置、並びに操作の細部に関して変更可能であることは理解すべきである。従って、本発明は、本発明の趣旨並びに特許請求の範囲内におけるそのような変更の全てを包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ガスタービンエンジンで使用される構成部品の代表図。
【図２】本発明の第１のマスカントの代表図。
【図３】本発明の第２のマスカントの代表図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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