(57)【要約】【課題】本発明は、ガスタービンエンジンブレードやベーンのような超合金部材の異なった領域に異なった拡散アルミニドコーティングを形成することを目的としている。【解決手段】このため、基材の第１表面領域は、内部室とコーティング室のコーティングガスとを連絡する一つ以上のコーティングガス入口開口部を有するマスキングエンクロージャで包囲され、同一基材の第２表面領域は、コーティング室のコーティングガスと自由に連絡している状態で、アルミニウム含有コーティングガスが流動するコーティング室に基材を配置すること、および、外側成長したアルミニウム拡散コーティングを第１表面領域に形成するとともに内側成長したアルミニド拡散コーティングを同一基材の第２表面領域に同時形成するため基材をコーティングガスが存するコーティング室で高温のコーティング温度に加熱することによって、基材に気相アルミナイジングを行う。【選択図】図１
2007146295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ超合金基材の異なった表面領域に異なったアルミニド拡散コーティングを形成する方法であって、
基材の第１表面領域は、マスキングエンクロージャの内部室とコーティング室のコーティングガスとを連絡する一つ以上のコーティングガス入口開口部を有するマスキングエンクロージャで包囲され、第２表面領域は、コーティング室のコーティングガスと自由に連絡している状態で、アルミニウム含有コーティングガスが流動するコーティング室に前記基材を配置すること、
および、外側成長したアルミニウム拡散コーティングを前記第１表面領域に形成するとともに内側成長したアルミニド拡散コーティングを同一基材の前記第２表面領域に同時形成するため前記基材をコーティングガスが存するコーティング室で高温のコーティング温度に加熱することによって、前記基材に気相アルミナイジングを行うこと、を特徴とする同じ超合金基材の異なった表面領域に異なったアルミニド拡散コーティングを形成する方法。
【請求項２】
気相アルミナイジングの前に、白金を前記基材に拡散させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の同じ超合金基材の異なった表面領域に異なったアルミニド拡散コーティングを形成する方法。
【請求項３】
外側成長した単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングが形成され、これは、内側拡散ゾーンと、この内側拡散ゾーン上に形成された最外部の単一相（Ｎｉ、Ｐｔ）Ａｌ付加層とを含むことを特徴とする請求項２に記載の同じ超合金基材の異なった表面領域に異なったアルミニド拡散コーティングを形成する方法。
【請求項４】
内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティングが形成され、これは、内側拡散ゾーンと、この内側拡散ゾーン上に形成された（Ｎｉ、Ｐｔ）Ａｌ固溶体マトリクス中にＰｔＡｌ２析出物を有する最外部の層とを含むことを特徴とする請求項２に記載の同じ超合金基材の異なった表面領域に異なったアルミニド拡散コーティングを形成する方法。
【請求項５】
前記コーティング室は、複数のアルミニウム含有コーティングガスの供給源を有することを特徴とする請求項１に記載の同じ超合金基材の異なった表面領域に異なったアルミニド拡散コーティングを形成する方法。
【請求項６】
前記コーティング室は、コーティング室の下に位置しておりキャリアガス中のアルミニウム含有コーティングガスをコーティング室に供給するコーティングガス供給源に連絡していることを特徴とする請求項５に記載の同じ超合金基材の異なった表面領域に異なったアルミニド拡散コーティングを形成する方法。
【請求項７】
前記マスキングエンクロージャは側面を有するボックスを含むとともに、一つ以上の側面には前記コーティングガス入口開口部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の同じ超合金基材の異なった表面領域に異なったアルミニド拡散コーティングを形成する方法。
【請求項８】
第１および第２の側面のそれぞれには、前記コーティングガス入口開口部が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の同じ超合金基材の異なった表面領域に異なったアルミニド拡散コーティングを形成する方法。
【請求項９】
第１表面領域に形成された外側成長したアルミニド拡散コーティングと、同一の基材の第２表面領域に形成された内側成長したアルミニド拡散コーティングとを有する超合金基材。
【請求項１０】
第１表面領域に形成された外側成長した単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングと、同一の基材の第２表面領域に形成された内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティングとを有する超合金基材。
【請求項１１】
前記外側成長した単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングは、内側拡散ゾーンと、この内側拡散ゾーン上に形成された最外部の単一相（Ｎｉ、Ｐｔ）Ａｌ付加層とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の超合金基材。
【請求項１２】
前記内側成長した二相のアルミニド拡散コーティングは、内側拡散ゾーンと、この内側拡散ゾーン上に形成された（Ｎｉ、Ｐｔ）Ａｌ固溶体マトリクス中にＰｔＡｌ２析出物を有する最外部の層とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の超合金基材。
【請求項１３】
気体接触表面領域に形成された内側成長した二相のコーティングと、気体非接触面領域に形成された外側成長した単一相のコーティングとを有することを特徴とするガスタービンエンジン部品。
【請求項１４】
前記気体接触表面領域は、エーロフォイルの表面であることを特徴とする請求項１３に記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項１５】
前記気体非接触表面領域は、ルートセレーション、ダンパポケット表面、シャンク表面であることを特徴とする請求項１３に記載のガスタービンエンジン部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高温の使用温度に曝されるガスタービンエンジンブレードやベーンのような超合金部材に拡散アルミニドコーティングを形成する方法及びコーティングを形成した超合金基材とコーティングを形成したガスタービンエンジン部品、特に、超合金部材の一定領域に内側成長コーティングを形成するともに同時に同一の超合金部材のそれと異なった領域に外側成長コーティングを形成する方法及びコーティングを形成した超合金基材とコーティングを形成したガスタービンエンジン部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
推進技術の進歩により、ガスタービンエンジンがより高温で作動することが要求されるようになった。
このため、使用時の酸化および熱腐食に耐える金属（例えばニッケル基やコバルト基の超合金）タービンエンジン部材の動作温度を進歩させることも同時に要求されることになった。
この高温要求を満たすべく、内側成長した白金改質（白金含有）アルミニド拡散コーティングをタービンエンジン超合金部材に形成することが行われてきた。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，６５８，６１４号公報
【特許文献２】米国特許第５，７１６，７２０号公報
【特許文献３】米国特許第５，９８９，７３３号公報
【特許文献４】米国特許第５，７８８，８２３号公報
【特許文献５】米国特許第６，５８９，６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような内側成長の白金改質拡散コーティングは、アルミニドハロゲン化コーティングガスを使用した化学的蒸着法により形成され、これは、内側拡散ゾーンと二相［ＰｔＡｌ２＋（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ］の外側層とを含有する。
この二相になった白金改質アルミニド拡散層は、比較的硬いものの脆く、ガスタービンエンジン使用時の熱的機械的疲労（ＴＭＦ）による亀裂が生じやすいことが分かっている。
【０００５】
また、高温要求を満たすべく、外側成長した単一相の白金改質（白金含有）アルミニド拡散層を、タービンエンジン超合金部材に形成することも行われてきた。
このような外側成長の白金改質拡散コーティングは、米国特許第５，６５８，６１４号（特許文献１参照。）、第５，７１６，７２０号（特許文献２参照。）、第５，９８９，７３３号（特許文献３参照。）、第５，７８８，８２３号（特許文献４参照。）に記載の低活性アルミニドハロゲン化コーティングガスを使用した化学的蒸着法により形成され、これは内側拡散ゾーンと単一相（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌの外側（付加）層とを含有する。
【０００６】
米国特許第６，５８９，６６８号（特許文献５参照。）においては、コーティング室で多数のアルミニウム源を用いて、白金を含有しない外側成長した単一相のアルミニド拡散コーティングをガスタービンエンジンブレードの翼に形成する方法、およびグレード白金の外側成長した単一相のアルミニド拡散コーティングをダンパーポケット面に形成する方法が記載されている。
【０００７】
この発明の目的は、
高温の使用温度に曝されるガスタービンエンジンブレードやベーンのような超合金部材の異なった領域に異なった拡散アルミニドコーティングを形成するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、同じ超合金基材の異なった表面領域に異なったアルミニド拡散コーティングを形成する方法であって、
基材の第１表面領域は、マスキングエンクロージャの内部室とコーティング室のコーティングガスとを連絡する一つ以上のコーティングガス入口開口部を有するマスキングエンクロージャで包囲され、第２表面領域は、コーティング室のコーティングガスと自由に連絡している状態で、アルミニウム含有コーティングガスが流動するコーティング室に前記基材を配置すること、
および、外側成長したアルミニウム拡散コーティングを前記第１表面領域に形成するとともに内側成長したアルミニド拡散コーティングを同一基材の前記第２表面領域に同時形成するため前記基材をコーティングガスが存するコーティング室で高温のコーティング温度に加熱することによって、前記基材に気相アルミナイジングを行うこと、を特徴とする。
また、第１表面領域に形成された外側成長したアルミニド拡散コーティングと、同一の基材の第２表面領域に形成された内側成長したアルミニド拡散コーティングとを有する。
更に、気体接触表面領域に形成された内側成長した二相のコーティングと、気体非接触面領域に形成された外側成長した単一相のコーティングとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の具体的な実施例は、同一の超合金部材の一定領域に内側成長コーティングを形成するともに同時にそれと異なった領域に外側成長コーティングを形成する方法に関するものである。
このアルミニド拡散コーティングは、白金やその他の改質元素を含有してもよい。
この発明の実施例は、内側成長した二相の白金含有コーティングを、タービンエンジンブレードやベーンの翼のような気体接触面領域に形成するとともに、外側成長した単一相の白金含有コーティングを、ダンパポケット面および／またはタービンエンジンブレードやベーンのシャンク面のような気体非接触面に形成することに関するものである。
この発明の方法は、コーティングされる基材の表面領域に白金含有層を析出させること、前記基材に白金を拡散させること、第１基材面領域は、その内部とコーティング室のコーティングガスとを連絡する一つ以上のコーティングガス入口開口部を有するマスキングエンクロージャで包囲するとともに、第２基材面領域は、コーティング室のコーティングガスを制限せず自由に連絡している状態で、アルミニウム含有のコーティングガスが流動するコーティング室に前記基材を配置すること、外側成長した単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングを前記第１基材面領域に形成するとともに、内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティングを同一基材の前記第２基材面領域に同時形成するために、前記基材をコーティング室でコーティング温度まで加熱することで前記基材を気相アルミナイジングを行うこと、に関するものである。
この外側成長した単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングは、内側拡散ゾーンと、その上に形成された最外部の単一相（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌの付加層とを有している。
また、内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティングは、内側拡散ゾーンと、その上に形成された（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ固溶体マトリクス中にＰｔＡｌ２析出物を有する最外部の層とを有している。
この発明は、実施態様において、同じニッケル超合金基材において、延性のある外側成長した単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングを第１面領域に形成するとともに、酸化耐性および熱腐食耐性のある内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティングを同じ基材の第２面領域に同時形成するにつき有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上述の如く発明したことにより、同じニッケル超合金基材において、延性のある外側成長した単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングを第１面領域に形成するとともに、酸化耐性および熱腐食耐性のある内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティングを同じ基材の第２面領域に同時形成する。
【実施例】
【００１１】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
この発明の上記の目的や利点は、図面を伴った以下の明細書から直ちに明らかになる。
【００１２】
この発明の代表的な実施例は、高温の使用温度に曝されるガスタービンエンジンブレードやベーンのようなニッケル基超合金部材の異なった領域に異なった白金改質（白金含有）拡散アルミニドコーティングを形成する方法に関するものである。
この発明は、白金含有アルミニド拡散コーティングの形成に限定されるものではなく、白金やその他の改質元素を含有しない内側成長および外側成長のアルミニド拡散コーティングを基材上に形成する場合や、白金以外の改質元素を含有する内側成長および外側成長のアルミニド拡散コーティングを基材に形成する場合にも実施できる。
【００１３】
例示のためであってこれに限定されるものではないが、この発明の特定の実施例においては、同一の超合金部品の一領域において、内側成長（すなわちＡｌの内側拡散）した二相の白金含有のコーティング、およびそれと異なった領域において外側成長（すなわちＮｉやその他の基材合金元素の外側拡散）した単一相の白金含有のコーティングを同時形成する。
この外側成長した単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングは、内側拡散ゾーンと、この内側拡散ゾーン上に形成された単一相（Ｎｉ、Ｐｔ）Ａｌの最外部付加層とを含有している（図６）。
内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティングは、内側拡散ゾーンと、その内側拡散ゾーン上に形成された（Ｎｉ、Ｐｔ）Ａｌ固溶体マトリクス中にＰｔＡｌ２析出物を有する最外部の二相層とを含有している（図７）。
【００１４】
この発明は、以下の、超合金タービンブレードやベーンの翼等の気体接触面領域における内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティング、および、それと同一の超合金タービンブレードやベーンのルートセレーショ等の気体非接触面領域における外側成長した単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングにつき詳細に説明されるが、この発明はそれに限定されるものではなく、同一の超合金基材や部品の異なった領域において異なった白金含有アルミニド拡散コーティングを形成するように実施できる。
【００１５】
このコーティングされる基材や部品は、等軸で方向性凝固した単結晶鋳造品や、かかる材料の鍛造品、圧粉品、機械加工品等その他の形態からなるニッケル超合金であるのが通常である。
例えば、この基材は、等軸の方向性凝固のタービンブレードやベーンに用いられる、Ｎｉ−１０．０％Ｃｏ−１０．０％Ｗ−８．４％Ｃｒ−５．５％Ａｌ−３．１％Ｔａ−１．４％Ｈｆ−１．１％Ｔｉ−０．６５％Ｍｏ−０．１５％Ｃ（％は重量比である）の組成を有するＭＡＲ  Ｍ−２４７ニッケル基超合金である。
その他ニッケル基超合金には、ＰＷＡ  ６５５、ＰＷＡ  １４２２、ＰＷＡ  １４４７、ＰＷＡ  １４５５、ＰＷＡ  １４８０、ＰＷＡ  １４８４、Ｒｅｎｅ  Ｎ−５、Ｒｅｎｅ  Ｎ−６、Ｒｅｎｅ  ７７、Ｒｅｎｅ  ８０、Ｒｅｎｅ  １２５、ＣＳＭＸ−４、ＣＭＳＸ−１０等のニッケル基超合金が含まれるが、これに限定されるものではない。
【００１６】
例示のためであってこれに限定されるものではないが、この発明は、図１に示すように、異なった白金含有アルミニド拡散コーティングをガスタービンブレードの異なった面領域に形成することにつき、以下に詳細に記載される。
このタービンブレードは、上記のＭＡＲ  Ｍ−２４７ニッケル基超合金からなる。
タービンブレードは、前縁１０ｂおよび後縁１０ｃを有する翼（エーロフォイル）部１０ａを備えたインベストメント鋳造品として製造される。
この翼は、凹側面１０ｄと凸側面１０ｅとを備えており、根元部１０ｆから離れたその先端部にシュラウド部１０ｓを備えている。
プラットフォーム部１０ｇは、根元部１０ｆと翼部１０ａとの間に設けられている。
根元部１０ｆは、複数のモミの木状のリブすなわちセレーション１０ｒを備えている。
プラットフォーム部１０ｇは、一対のダンパポケットすなわち凹部１２（ひとつが図１に示されている）を備えており、一方のダンパポケットは凹側面１０ｄのプラットフォーム部に位置し、他方は翼部の凸側面１０ｅに位置している。
各ダンパポケット１２は、プラットフォーム部の張出面１２ａとその側面１２ｂとにより画定される。
ダンパポケット側面１２ａは、ダンパポケット側面１２ｂに対して略垂直に延長している。
【００１７】
また、プラットフォーム部１０ｇにおいては、各前縁と後縁の第１、第２の外周端面１３ａと、各凹凸側面に位置する第１、第２の外周側面１３ｂと、翼部１０ａ側に面する上向面１４と、外向面１５とを備えている。
【００１８】
タービンブレード１０は、概略的に図示したが、根元部１０ｆに冷却風入口開口部１１ａ、１１ｂを有する内部冷却通路１１を任意に備えている。
この内部冷却通路１１は、入口開口部１１ａ、１１ｂから、根元部１０ｆおよび翼部１０ａを通って延長しているが、この形状は便宜上、簡易化して表示している。
翼部において、内部冷却通路１１は、シュラウド部１０ｓの一つ以上の出口開口部に連絡しており、ここから冷却風が排出される。
【００１９】
上記のような典型的なタービンブレード１０は、ガスタービンエンジンのタービン部の使用時に酸化耐性および高温腐食耐性を与えるため、白金改質のアルミニド拡散コーティングで外部保護コーティングが施される。
もし任意の内部冷却通路１１が設けられている場合、その表面は、外側成長のアルミニド拡散コーティングで被覆される（この発明を構成しない）。
【００２０】
例示のためであってこれに限定されるものではないが、この発明の好適な実施例においては、根元部１０ｆの外表面はその上に外側成長した単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングを形成すべく、この発明に従って気相アルミナイズされるとともに、翼部１０ａの外表面、プラットフォーム部１０ｇの外表面、シュラウド部１０ｓの外表面は、その上に内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティングを形成すべく、この発明に従い気相アルミナイズされる。
外側成長した単一相のアルミニド拡散コーティングの通常の厚さは、約０．００１〜約０．００３インチ（約０．００２５４〜０．００７６２センチメートル）である。
内側成長した二相のアルミニド拡散コーティングの通常の厚さは、約０．００２〜約０．００５インチ（約０．００５０８〜０．０１２７センチメートル）であるが、どのようなコーティング厚さでも使用できることから、これは単なる例示であってこれに限定されるものではない。
【００２１】
外側成長した単一相のコーティングは、延性および酸化高温腐食耐性（タイプ２）が必要なところである、気体に接触しないにタービンブレードの根元部１０ｆ（およびダンパポケットやスロートやシャンクの面）に適している。
このタイプ２の高温腐食は、華氏約１１００度〜１４５０度（摂氏約５９３〜７８８度）で発生する。
他方、内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティングは、より高度な酸化耐性や高温腐食（タイプ１）が要求されるものの熱機械疲労耐性（ＴＭＦ）の要求程度は低いところである、高温気体に接触するタービンブレードの翼部、シュラウド部、プラットフォーム部に適している。
このタイプ１の高温腐食は、華氏約１５００度〜１８２５度（摂氏８１５〜９９６度）で発生する。
【００２２】
内部冷却通路１１が設けられている場合、その表面には、白金を含有しないアルミニド拡散コーティングを任意に形成する。
例えば、米国特許第６，５８９，６６８号は、内部冷却通路１１表面上の白金を含有しないアルミニド拡散コーティングにつき開示している。
この発明は、内部冷却通路１１を設けた場合にその内部冷却通路１１へのコーティングを必要とするものではないし、内部通路の表面に施されるコーティングの種類を限定するものでもない。
【００２３】
例示のためであってこれに限定されるものではないが、以下の工程は、タービンブレードに上記の異なったコーティングを施すことに関するものである。
特に、インベストメント鋳造したタービンブレードには、タービンブレードの全てを２０〜６０ｐｓｉ（約１３７８．９〜４１３６．８ｈＰａ）、ノズル離間距離３〜７インチ（７．６２〜１７．７８センチメートル）の２４０メッシュ酸化アルミニウム粗粒でブラストするという多重研磨ブラスト作業が行われる。
【００２４】
コーティングされるブレード表面への白金電気めっきを準備する際には、各タービンブレード１０のコーティングを行わない表面は従来の剥離型マスカントでマスクするとともに、内部冷却通路１１が存する場合はそれにワックスを充填する。
特に、コーティングを行わない表面は、タービンブレードのルートセレーションや、タービンブレードのシュラウド面、ベーンのプラットフォーム面、タービンブレードまたはベーンの内部通路が挙げられる。
【００２５】
それから、適宜マスクを行ったタービンブレードには、電気めっき作業を行い、翼部、プラットフォーム部、シュラウド部、および根元部に白金層を析出させる。
例示のためであってこれに限定されるものではないが、電気メッキ液は、ヘキサクロロ白金酸（白金濃度が１〜１２グラム／リットル、ｐＨが６．５〜７．５、比重が１６．５〜２１．０ボーメ、電解液温度が華氏１６０〜１７０度（摂氏約７１〜７６度））を含有し電流密度が０．２４３〜０．４８５アンペア／インチ（約０．０９５７〜０．１９０９アンペア／センチ）の従来のリン酸緩衝水溶液である。
白金めっき液は、米国特許第３，６７７，７８９号および第３，８１９，３３８号に記載のようなヘキサクロロ白金酸が適切である。
水酸化物ベースのメッキ水溶液は、米国特許第５，７８８，８２３号に開示されている。白金層は、０．１０９〜０．１５３グラム／インチ（約０．０４２９〜０．０６０２グラム／センチ）で析出し、通常は０．１３１グラム／インチ（約０．０５１６グラム／センチ）である。
これらの電気メッキの数値は、単に参考として提示しただけであって、その他の白金電気メッキ液や数値を使用することができる。
白金層は、電気メッキ以外の技法、例えばスパッタリング等の析出方法によっても析出できる。
【００２６】
めっきを行った後、それぞれのタービンブレードからマスカントを除去する。マスカントは、剥離することや燃焼することで除去できる。
それからタービンブレードは、脱イオン水で内部の高圧スプレー洗浄を行い、それから水温が華氏１６０〜２１０度（摂氏約７１〜９９度）、１５〜３０分の中間ストロークで稼働する市販のＭａｎ−Ｇｉｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍａｇｎｕｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）の洗浄機で洗浄を行う。
その後、タービンブレードは、華氏２２５〜２７５度（摂氏約１０７〜１３５度）で３０分間の乾燥を行う。
【００２７】
上記のように洗浄を行ってから、タービンブレードは、超合金基材の電気めっきを施した面に白金層を拡散させるため、予備の拡散加熱処理を行う。
特に、タービンブレードは、レトルトのアルゴン流動環境空気中で華氏１９２５±２５度（摂氏約１０５２±１３．９度）の加熱処理を５〜１０分間行う。
予備の拡散加熱処理サイクルの終了時に、タービンブレードは、華氏１０度（摂氏−１２．２２度）／分以上の冷却速度で華氏１９２５度から１６００度（摂氏１０５２度から８７１度）へのファン冷却を行い、それからアルゴン雰囲気下で華氏９００度（摂氏４８２度）未満に冷却される。
それからタービンブレードはレトルトから取り出される。
この予備の加熱処理は、以下に説明する気相アルミナイジングレトルトで行うことができる。
【００２８】
予備の加熱処理を行ったタービンブレード１０は、それからコーティングレトルト（図３）内に配置されたコーティング室（図２）でこの発明による気相アルミナイジング作業を行う。
【００２９】
コーティングを施さない面には、以下のようにマスカントを適用する。
マスカントは、従来のＭ−１マスカント（バインダに少量の金属を含有したアルミナからなる停止部）およびＭ−７マスカント（バインダにニッケル粉を含有する外被覆）の多重層からなる。
これらのマスカントは、Ａ．Ｐ．Ｖ．  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ（Ａｋｒｏｎ、Ｏｈｉｏ）によって市販されている。
例えば、２つのＭ−１マスカント被覆と、４つのＭ−７マスカント被覆を、前記面に適用する。
これらのマスカントは、例示のために示しただけであって、これらに限定されるものではなく、ドライマスカント等のその他の適切なマスカントを使用することもできる。
【００３０】
例示のためであってこれに限定されるものではないが、上記コーティングを形成するタービンブレードの気相アルミナイジングは、コーティングレトルト５０内に配置したリフティング柱４０の支持部４０ａを有する一つ以上のコーティング室３０（図２および図５）で行われる。
各コーティング室３０は、円筒環状室３０ａと蓋部３０ｌを備えているが、これらは図５に示すようなリフティング柱４０を受け入れる中央通路３０ｐを備えている
【００３１】
各コーティング室３０は、下側コーティング室３１ａと上側コーティング室３１ｂとを有する。
複数のタービンブレード１０は、マスキングエンクロージャ３４を用いて上側コーティング室３１ｂに据え付けられる。
例示のためであってこれに限定されるものではないが、各マスキングエンクロージャ３４は、インコネルボックス３４ａ（図３）からなり、４つのインコネル板側面壁３４ｓと、インコネル板上壁３４ｔと、インコネル板底壁３４ｂとからなる（インコネル板の厚さは、例えば１／８インチ（０．３１７５センチメートル）である）。
各インコネルボックス３４ａの底部は、開口していてもインコネル板底壁３４ｂで閉鎖されていてもよく、アルミナイジング処理時にコーティング室３０の壁Ｗｌと適合するようになっている。
各インコネルボックス３４ａは、インコネル板上壁３４ｔの開口部３４ｐを介してタービンブレードの根元部１０ｆを受け入れる内部室３４ｃを有している。
インコネルボックス３４ａのインコネル板上壁３４ｔの開口部３４ｐを介して根元部１０ｆを挿入すると、プラットフォーム部１０ｇの側面部分が図４に示すボックスのレッジ３４ｌ（任意）に配置されつつ、プラットフォーム部１０ｇの一部がインコネルボックス３４ａのインコネル板上壁３４ｔに配置される。
このため、レッジ３４ｌは、開口部３４ｐ中に延長する。
プラットフォーム部１０ｇの形状に応じて、任意の輪郭の凹部３４ｒ（図４）をインコネル板上壁３４ｔに設け、プラットフォーム部１０ｇの別の部位のためにインコネルボックス３４ａとの接触を避けるための隙間空間を設けることもできる。
開口部３４ｐの形状や、インコネルボックス３４ａのインコネル板上壁３４ｔに設けた要素は、上記のものに限定されるものではなく、収容されるプラットフォーム部１０ｇの特定の形状に応じて変更可能である。
【００３２】
ただ、便宜上、図２の各マスキングエンクロージャ３４に保持したひとつのタービンブレード１０を示したものの、上側コーティング室３１ｂの円周方向に延長する一つのより大型の共通マスキングエンクロージャ（図示せず）に複数のタービンブレード１０の根元部１０ｆを外周方向に離間して保持することもできる。
【００３３】
コーティングガス入口開口部３４ｏは、各インコネルボックス３４ａのインコネル板側面壁３４ｓに一つ以上が設けられており、インコネルボックス３４ａの内部室３４ｃとコーティング室３１（ひいてはコーティング室内のガス）とを連絡する。
例示のためであってこれに限定されるものではないが、コーティングガス入口開口部３４ｏは、インコネルボックス３４ａの対向両側面壁に設けることもできる。
コーティングガス入口開口部３４ｏの直径（または断面サイズ）は、インコネルボックス３４ａの内部室３４ｃに存するルートセレーション１０ｒも含めた根元部１０ｆに上記の外側成長した単一相の白金含有コーティングが形成される時間にわたって、コーティング室３０ｂを流動するアルミニウム含有コーティングガスがインコネルボックスの内部室３４ｃに十分に調節供給されるよう、経験に基づいて選択される。
１／８インチ（０．３１７５センチメートル）の開口部がインコネルボックス３４ａのインコネル板側面壁３４ｓの対向両側面に設けられており、以下詳述するように異なったコーティングが形成される。
【００３４】
開口部の直径（または他方の断面サイズ）は、外側成長した単一相の白金含有コーティングの厚さを制御できるように選択される。
開口部の直径（または他方の断面サイズ）によって、インコネルボックス３４ａ内に配置した根元面に形成されるコーティングのタイプが定まる。
例えば、開口部のサイズを増大すると、外側成長の白金含有コーティングがもはや形成されないというようにインコネルボックス３４ａ内のコーティングの種類が変化する。
あるいは、インコネルボックス３４ａ外部の表面で形成されるコーティングと同様のコーティングが、インコネルボックス３４ａ内部の表面に形成される。
【００３５】
タービンブレードの翼部１０ａ、プラットフォーム部１０ｇの上面、およびシュラウド部１０ｓは、インコネル板内部室３４ｃの外部に存しており、これらは、その上に上記の内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティングを形成するため、上側コーティング室３１ｂを流動するコーティングガスを制限せずにそれと連絡している。
根元部１０ｆ、および各マスキングの内部室３４ｃのプラットフォーム部１０ｇの下向面や底部には、外側成長した単一相の白金含有コーティングが同時形成される。
開口部３４ｐに配置したプラットフォーム部１０ｇの延長面には、通常、単一相のコーティングが形成される。
もしプラットフォーム部１０ｇの一部が内部室３４ｃに存する場合は、この部位には外側成長した単一相のコーティングが形成される。
【００３６】
下側コーティング室３１ａは、環状開口ワイヤや有孔板バスケットＢ１に配置した中実のアルミニウム（例えばアルミニウム合金粒子）の供給源Ｓ１を備えており、高温のコーティング温度（例えば華氏１９７５〜２０５０度（摂氏約１０７９〜１１２１度））でアルミニウム含有コーティングガスを発生させる。
例えばＡｌＦ３ガスのような従来の一定量のハロゲン化物アクティベータ（図示せず）は、高温のコーティング温度の供給源Ｓ１からアルミニウム含有コーティングガス（例えばＡｌＦガス）を発生し始めるように使用される。
アルゴン（あるいはその他のキャリヤガス）の注入管路３２は、下側コーティング室３１ａに位置しており、発生したアルミニウム含有コーティングガスを壁Ｗｌの開口部ＯＰ通じて上側コーティング室３１ｂに搬送放出するために、下側コーティング室３１ａにアルゴンキャリヤガスを排出する一つ以上のガス放出口を備えている。
この注入管路３２は、図５に示すように、レトルト蓋を通って各アルゴン注入管路３２の取付部（図示せず）まで延長する個別の配管３３によって、上側二つのコーティング室３０用の従来の一般的なアルゴン（Ａｒ）供給源ＳＡに連結している。
各注入管路３３は、レトルトの外部に位置しておりアルゴン圧や流量を制御するための一般的な圧力調整器Ｒおよび個別の流量計ＦＭに連結している。
アルゴン供給源ＳＡ、圧力調整器Ｒ、流量計ＦＭ、配管３３は、上側二つのレトルト５０コーティング室３０用として示されているが、これは便宜上のものである。
コーティング室３０のその他の注入管路３２も、同様に、各配管（図示せず）を通じて、一般的なアルゴン供給源ＳＡおよび一般的な圧力調整器Ｒに連通している。
【００３７】
供給源Ｓ１のアルミニウムの活動度（二元アルミニウム合金粒子Ｓ１のアルミニウム活性）は、特定のアルミニウム合金粒子の組成を選択することで制御される。
供給源Ｓ１は、上側コーティング室３１ｂに設けた供給源Ｓ２と同一のものでもよいし、それとは異なるものでもよい。
【００３８】
例示のためであってこれに限定されるものではないが、供給源Ｓ１は、Ｃｒ−Ａｌ、Ｃｏ−Ａｌ、その他の二元合金粒子で構成されうる。
例えば、Ｃｒ−Ａｌ粒子は、５６重量％Ｃｒと残部のＡｌで構成される。この粒子の粒度は、４ｍｍ〜１６ｍｍ（ミリメートル）である。あるいは、供給源Ｓ１は、粒度が４ｍｍ〜１６ｍｍ（ミリメートル）の５０重量％Ｃｏ−残部ＡｌのＣｏ−Ａｌ粒子を含有している。
アクティベータは、バスケットＢ１に散布したＡｌＦ３粉でありうる。
例示のためであってこれに限定されるものではないが、各上側コーティング室３１ｂの内部で７５個のタービンブレードをコーティングするためには、約２７５〜３００グラムのＡｌＦ３アクティベータ粉および４０〜５０ポンドのＣｒ−Ａｌ合金粒子を下側コーティング室３１ａに設ける。
【００３９】
上側コーティング室３１ｂは、水平なコーティング室の壁Ｗｌの各環状開口ワイヤまたは有孔板バスケットＢ２に配置した複数のアルミニウム供給源Ｓ２を備えており、アルミニウム供給源Ｓ２のアルミニウムの活性度は二元合金組成の選択で制御される。
例えばフッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）粉のような従来のハロゲン化物アクティベータ（図示せず）は、高コーティング温度（例えば華氏１９２５〜２０５０度（摂氏約１０５２〜１１２１度））の上側コーティング室３１ｂの供給源Ｓ２からアルミニウム含有コーティングガス（例えばＡｌＦガス）が発生し始める量を、壁ＷｌのバスケットＢ２に散布する。
例示のためであってこれに限定されるものではないが、翼部１０ａ、プラットフォーム部１０ｇ、シュラウド部１０ｓの外表面に上記の内側成長の二相の白金含有アルミニド拡散コーティングを形成するため、供給源Ｓ２は、例えば５０重量％Ｃｏと残部ＡｌからなるＣｏ−Ａｌ二元合金粒子を含有している。
この粒子の粒度は、４ｍｍ〜１６ｍｍである。
アクティベータは、ＡｌＦ３粉でありうる。
【００４０】
各上側コーティング室３１ｂの内部で７５個のタービンブレードをコーティングするためには、約３０〜３５グラムのＡｌＦ３を各コーティング室の壁ＷｌのバスケットＢ２に散布し、このバスケットＢ２がＣｏ−Ａｌ粉を保持する。
例えば外側供給源バスケットＢ２ｏは１３〜１７ポンド（５．９０２〜７．７１８ｋｇ）、内側供給源バスケットＢ２ｉは５〜７ポンド（２．２７〜３．１７８ｋｇ）、中間供給源バスケットＢ２ｍはそれぞれ８〜１２ポンド（３．６３２〜５．４４８ｋｇ）の粒子物質を保持するというように、外側バスケット、内側バスケット、中間バスケットは、それぞれ異なった量を保持する。
【００４１】
内側ガスシール３０ｉおよび外側ガスシール３０ｏは、図２に示すように、環状室壁の空間に充填パックされたアルミナグリットによって、下側コーティング室３１ａと上側コーティング室３１ｂとの間に形成されている。
【００４２】
気相アルミナイジングは、リフティング柱４０の支持部４０ａ上にタービンブレード１０および供給源Ｓ１、Ｓ２を有するコーティング室３０を装填し、そして、加熱炉（図示せず）で高温のコーティング温度（華氏１９２５〜２０５０度（摂氏約１０５２〜１１２１度））に加熱するため柱をレトルト５０（図５）に配置することで行われる。
コーティング温度は、アルミニウム供給源Ｓ１、Ｓ２の組成、すなわちコーティングされる基材の組成およびコーティングガスの組成に応じて要望のように選択できる。
前記華氏１９２５〜２０５０度（摂氏約１０５２〜１１２１度）のコーティング温度は、上記の供給源Ｓ１、Ｓ２およびアクティベータを使用して上記のＭＡＲ  Ｍ−２４７ニッケル基超合金タービンブレードをコーティングする場合につき、単に例示として提示したにすぎない。
【００４３】
レトルト５０内のコーティング室３０で気相アルミナイジングを行う際には、下側コーティング室３１ａの供給源Ｓ１は、アルミニウム含有コーティングガス（例えばＡｌＦガス）を発生するが、このコーティングガスは、配管３３およびアルゴンガスの注入管路３２によって供給されるキャリアガス（例えばアルゴン）で搬送され、開口部ＯＰを通って上側コーティング室３１ｂに流入し、供給源Ｓ２により上側コーティング室３１ｂで発生したコーティングガスと混合する。
【００４４】
上側コーティング室３１ｂに流入する供給源Ｓ１、Ｓ２からのアルミニウム含有コーティングガスの混合によって、上記に記載の内側成長の二相の白金含有アルミニド拡散コーティングが翼部１０ａ、プラットフォーム部１０ｇ、シュラウド部１０ｓに形成される。
マスキングエンクロージャ３４を各根元部１０ｆ周囲に使用して包囲し、開口部３４ｏによってコーティング流量を調整供給すると、上記の外側成長の単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングが根元部１０ｆに形成される。
【００４５】
上に詳述した、異なったアルミニド拡散コーティングをＭＡＲ  Ｍ−２４７ニッケル基超合金タービンブレード１０に形成する場合には、まずアルゴン流を使用してコーティング室３０およびレトルト５０から空気を除去しなければならない。
気相アルミナイジング時におけるコーティング室のアルゴン流量は、通常、１０〜４０ｐｓｉ（約６８９．５〜２７５７．９ｈＰａ）で１０〜５０ｃｆｈ（立方フィート／時間）（約０．０００３５３〜０．００１７６６ｃｍ３／ｈ）である。
配管３５に連通した一般的なアルゴン供給源ＳＡおよび圧力調整器Ｒにより、レトルトのアルゴンが流動する。
この配管３５は、リフティング柱４０（図５）の背後のレトルト蓋を通って、アルゴンが排出されるレトルト底部へと延長する。
配管３５は、一般的な圧力調整器Ｒの下流側の流量計ＦＭ１に連通しており、アルゴン圧およびアルゴン流量を調整する。
レトルトでのアルゴン流量は、通常、１０〜４０ｐｓｉ（約６８９．５〜２７５７．９ｈＰａ）で７５〜１５０ｃｆｈ（約０．００２６〜０．００５３ｃｍ３／ｈ）である。
【００４６】
高温のコーティング温度は、華氏１９２５〜２０５０度（摂氏約１０５２〜１１２１度）、コーティング時間は３〜６時間となりうる。
高温のコーティング温度は、レトルト５０が配置される加熱炉の温度を調整することで制御される。
加熱炉は、従来のガス加熱炉や電気抵抗加熱炉である。
コーティング時間が経過したら、加熱炉からレトルトを取り除き、アルゴン雰囲気を維持しつつ華氏４００度（摂氏約２０４度）にまでファン冷却を行う。
【００４７】
それから、コーティング室３０からコーティングされたタービンブレードを取り出し、Ｍ−１やＭ−７のマスカント層を除去することでマスクを解除し、１５〜２０ｐｓｉ（約１０３４．２〜１３７８．９ｈＰａ）でノズル離間距離５〜７インチ（１２．７〜１７．７８センチメートル）の２４０メッシュアルミナによるグリットブラストを行い、タービンブレードを清浄にするため上記の通りに洗浄する。
それからコーティングが施されたタービンブレードは、拡散加熱処理（華氏１９７５±２５度（摂氏約１０７９±１３．９度）、１〜４時間）、析出硬化加熱処理（華氏１６００±２５度（摂氏約８７１±１３．９度）、１２時間）、華氏１６００度から１２００度（摂氏約３７１度から６４９度）への華氏１０度（摂氏約−１２．２度）／分以上のファン冷却、１０〜３０ｐｓｉ（約６８９．５〜２０６８．４ｈＰａ）でノズル離間距離５〜７インチ（１２．７〜１７．７８センチメートル）の２４０メッシュアルミナグリットを使用した室温での研磨ブラスト、および、拡散アルミニドコーティングによる表面被覆率を評価するための従来の加熱着色検査を受ける（この加熱着色検査は、この発明を構成するものではない）。
【００４８】
図６は、華氏１９７５±２５度（摂氏約１０７９±１３．９度）のコーティング温度、３．５時間±１５分のコーティング時間、１２．５±２．５ｐｓｉ（約８６１．８±１７２．４ｈＰａ）で１００±６ｃｆｈ（約０．００３５±０．０００２１ｃｍ３／ｈ）のレトルトでのアルゴン流量、３０±２．５ｐｓｉ（約２０６８．４±１７２．４ｈＰａ）で３２±３ｃｆｈ（約０．００１１±０．０００１１ｃｍ３／ｈ）のコーティング室でのアルゴン流量で根元部１０ｆ上に形成された外側成長のアルミニド拡散コーティングの５００倍の顕微鏡写真である。
このコーティングは、内側拡散ゾーンおよびこの内側拡散ゾーン上に形成された最外部の単一相（Ｎｉ、Ｐｔ）Ａｌの付加層を含んでおり、内側拡散ゾーンを含んだその厚さは、０．０００９〜０．００１４インチ（約０．００２２８６〜０．００３５５６センチメートル）である。図６の一番上の明るい層は、前記コーティングの一部ではなく、単に金属組織サンプルを示すためのものである。
【００４９】
図７は、翼部１０ａ、図４Ａのコーティングと同時にプラットフォーム部１０ｇ、シュラウド部１０ｓに形成された内側成長の二相の白金含有アルミニド拡散コーティングの５００倍の顕微鏡写真である。
このコーティングは、内側拡散ゾーン、およびこの内側拡散ゾーン上に形成された（Ｎｉ、Ｐｔ）Ａｌ固溶体マトリクス中にＰｔＡｌ２粒子を含有する二相層（Ｎｉ、Ｐｔ）Ａｌの最外部付加層を含んでおり、内側拡散ゾーンを含んだその厚さは、０．００２５〜０．００３２インチ（０．００６３５〜０．００８１２８センチメートル）である。
図７の一番上の明るい層は、前記コーティングの一部ではなく、単に金属組織サンプルを示すためのものである。
【００５０】
この発明は、同じニッケル超合金基材において、延性のある外側成長した単一相の白金含有アルミニド拡散コーティングを第１面領域に形成するとともに、酸化耐性および熱腐食耐性のある内側成長した二相の白金含有アルミニド拡散コーティングを同じ基材の第２面領域に同時形成するにつき有利である。
【００５１】
この発明の特定の実施例が上記の通りに記載されたが、当業者は、この発明は上記の実施態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載のこの発明の趣旨や範囲を逸脱することなしに種々応用改変をなしうると認めるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明により異なった白金改質（白金含有）アルミニド拡散コーティングが形成されるガスタービンエンジンブレードの立面図である。
【図２】前記タービンエンジンブレードにコーティングを施すためのコーティング室の一部概略図である。このコーティング室は、蓋を備えており、図３に示すリフティング柱を受け入れるための中央通路を有する円筒環状の部屋からなる。
【図３】マスキングエンクロージャ、すなわちこの発明を実施するために使用される箱の側面図である。
【図４】マスキングエンクロージャの平面図である。
【図５】リフティング柱に配置した複数のコーティング室が示されたレトルト（製錬用容器）の概略断面図である。
【図６】内側拡散ゾーンとその上に形成された最外部の（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ単一相の付加層とを有する外側成長した白金含有アルミニド拡散コーティングの５００倍の顕微鏡写真である。図６の一番上の明るい層は、前記コーティングの一部ではなく、単に金属組織サンプルを示すためのものである。
【図７】内側拡散ゾーンとその上に形成された、（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ固溶体マトリクス中にＰｔＡｌ２析出物を有する最外部の層とを有する、内側成長した白金含有二相アルミニド拡散コーティングの５００倍の顕微鏡写真である。図７の一番上の明るい層は、前記コーティングの一部ではなく、単に金属組織サンプルを示すためのものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  タービンブレード
１０ａ  翼（エーロフォイル）部
１０ｂ  前縁
１０ｃ  後縁
１０ｄ  凹側面
１０ｅ  凸側面
１０ｆ  根元部
１０ｇ  プラットフォーム部
１０ｒ  セレーション
１０ｓ  シュラウド部
１２  凹部
１２ａ  張出面
１２ｂ  側面
１３ａ  前縁と後縁の第１、第２の外周端面
１３ｂ  各凹凸側面に位置する第１、第２の外周側面
１４  上向面
１５  外向面
１１  内部冷却通路
１１ａ、１１ｂ  冷却風入口開口部
３０  コーティング室３０
３０ａ  円筒環状室
３０ｌ  蓋部
３０ｐ  中央通路
３１  コーティング室
３１ａ  下側コーティング室
３１ｂ  上側コーティング室
３２  注入管路
３３  配管
３４  マスキングエンクロージャ
３４ａ  インコネルボックス
３４ｂ  インコネル板底壁
３４ｃ  内部室
３４ｌ  レッジ
３４ｏ  コーティングガス入口開口部
３４ｐ  開口部
３４ｒ  凹部
３４ｓ  ４つのインコネル板側面壁
３４ｔ  インコネル板上壁
４０  リフティング柱
４０ａ  支持部
５０  コーティングレトルト
Ｗｌ  コーティング室３０の壁
Ｂ１  有孔板バスケット
Ｓ１  供給源
ＯＰ  開口部
ＳＡ  アルゴン（Ａｒ）供給源
Ｒ  圧力調整器
ＦＭ  流量計
Ｓ２  供給源
【図１】
2007146295.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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