(57)【要約】【課題】セル状シールの製造方法を提供すること。【解決手段】タービンのセル状シール部材を製造する方法が開示される。本方法は、順次的に、セル状シールの表面上に拡散アルミナイド皮膜を形成して被覆セル状シールを形成するステップを含む。本方法はまた、被覆セル状シールをシール基材にろう付けするステップを含む。【選択図】      図１Ａ
2013139780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンのセル状シール部材を製造する方法であって、
セル状シールの表面上に拡散アルミナイド皮膜を形成して被覆セル状シールを形成するステップと、
次いで、前記被覆セル状シールをシール基材にろう付けするステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記シール基材が、タービンエンジンの構成要素を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記構成要素が、タービンシュラウド、バケットノズル、ライナ又はシールを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記構成要素が、ニッケル基、コバルト基又は鉄基超合金を含む、請求項２記載の方法。
【請求項５】
ろう付けステップが、
前記セル状シール又は前記シール基材のうちの少なくとも１つにろう付け材料を施工するステップと、
前記ろう付け材料、シール基材及びセル状シールをろう付け継手の形成に十分なほど加熱するステップと
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ろう付け材料が、ニッケル基、コバルト基又は鉄基超合金を含む、請求項５２記載の方法。
【請求項７】
前記加熱ステップが、約１９１５°Ｆの温度まで約５分間加熱するステップを含む、請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記拡散アルミナイド皮膜を形成するステップが、
アルミニウムよりも高い溶融温度を有する金属アルミニウム合金を含有する粉体を備えたスラリーと、前記アルミニウム合金におけるアルミニウムと反応するハロゲン化物蒸気を形成できる活性剤と、１種以上の有機ポリマーを含有するバインダーとを調製するステップと、
前記セル状シールの表面上にゲル化アルミナイドスラリーを施工するステップと、
前記セル状シールを加熱して前記バインダーを除去し、前記活性剤を蒸発させて前記金属アルミニウムと反応してハロゲン化物蒸気を形成し、前記ハニカムシールの表面で前記ハロゲン化物蒸気を反応させて前記表面上にアルミニウムを堆積させ、前記堆積したアルミニウムを前記ハニカムシールの表面に拡散して拡散アルミナイド皮膜を形成するステップと
を含み、前記バインダーが除去されて容易に除去可能な灰残留物を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記粉体が、クロム−アルミニウム合金を含有する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記粉体が、最大１００メッシュの粒子サイズを有する、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記活性剤が、塩化アンモニウム、フッ化アンモニウム、及び臭化アンモニウムからなる群から選択される、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記バインダーが、１種以上の有機ポリマーからなる、請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記スラリーが、基本的に、重量で、約３５〜約６５％の粉体、約１〜約２５％の活性剤、及び約２５〜約６０％のバインダーからなる、請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記表面が、前記セル状シール内の少なくとも１つの内面を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記表面が、前記セル状シールの少なくとも１つの外面を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記表面が、前記セル状シール内の内面と前記セル状シール内の外面とを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１７】
ゲル化アルミナイドスラリーを備えた前記セル状シールが、約８１５℃〜約１１５０℃の範囲内の温度まで加熱される、請求項８記載の方法。
【請求項１８】
前記拡散アルミナイド皮膜が、内方型皮膜又は外方型皮膜である、請求項１記載の方法。
【請求項１９】
ろう付けの後に前記被覆セル状シール上にＴＢＣ皮膜を堆積するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項２０】
前記セル状シールが、ニッケル基超合金、コバルト基超合金又は鉄基超合金から形成される、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、タービンにおいて使用できるセル状（例えば、ハニカム状）シールを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハニカム状シールは、種々のガスタービンにおける複数の箇所で使用されている。例えば、このようなシールは、シュラウドバケット上のレールに対してアブレイダブル（摩耗性）材料として使用することができる。これらの箇所で生じる温度は、８７０℃又はそれ以上を含む、比較的高温とすることができる。残念ながら、耐酸化性合金から作られたハニカム材料でさえ、酸化並びにこれらの条件下で有効寿命の短縮を生じる可能性がある。この理由から、ハニカム材料を製造するための鉄、ニッケル、及びコバルト基超合金の開発、並びに酸化、高温腐食、その他から超合金を保護することができる耐酸化環境皮膜の使用により、耐高温性能の進歩が達成された。例えば、Ｈａｙｎｅｓ  ２１４（登録商標）（米国インディアナ州Ｋｏｋｏｍｏ所在のＨａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌにより提供）は、７５Ｎｉ、１６Ｃｒ、４．５Ａｌ、３Ｆｅ、０．０５Ｃ、０．０１Ｙ、０．５Ｍｎ、０．２Ｓｉ、０．１Ｚｒ、及び０．０１Ｂ（重量％）から構成された耐酸化合金である。しかしながら、この材料から構成された場合でも、第２段シュラウドにおけるハニカムシールの期待寿命は、２００００時間未満とすることができる。
【０００３】
アルミニウム含有皮膜、詳細には拡散アルミナイド皮膜は、ガスタービンエンジン構成要素上の環境皮膜として幅広く使用されている。空気中の高温曝露の間、アルミニウム含有皮膜は、皮膜及び下にある基材の腐食及び酸化を抑制する保護酸化アルミニウム（アルミナ）スケール又は層を形成する。拡散皮膜は、一般に、主として皮膜基材の当初の表面及び該当初の表面下の拡散ゾーンの上にある付加層を有するように特徴付けることができる。拡散アルミナイド皮膜の付加層は、耐環境性金属間層ＭＡｌを含有し、ここで、Ｍは、基材の材料に応じて、鉄、ニッケル又はコバルトである（基材がＮｉ基である場合には、主としてβ（ＮｉＡｌ））。拡散ゾーンは、基材の局所的領域における組成勾配及び元素溶解度の変化の結果としてコーティング反応中に形成される金属間及び準安定層を含む。
【０００４】
拡散アルミナイド皮膜は、一般に、約７６０又はそれ以上の温度で構成要素の表面上にアルミニウムを堆積及び拡散することにより形成される。プロセスは、拡散浸透処理及び気相アルミナイド（ＶＰＡ）技法を含み、アルミニウムの拡散は、化学蒸着（ＣＶＤ）、スラリーコーティング又は別の堆積プロセスによって堆積される。スラリーコーティングによって堆積されるアルミニウムは通常、他の方法とは対照的に活性剤なしで拡散され、堆積アルミニウムの溶融及び後続の拡散に依存する。
【０００５】
処理温度及び活性剤が使用されるかどうかは、拡散皮膜が外方型又は内方型のどちらで分類されるかに影響を及ぼす。外方型皮膜は、内方型皮膜と比べて、より高温（例えば、コーティングされる合金の溶液温度又はそれ以上）で、且つ相対的に量の少ない活性剤を用いる結果として形成される。ニッケル基の基材の場合、このような条件は、基材から堆積アルミニウム層へのニッケルの外方拡散を促進して付加層を形成し、また、堆積アルミニウム層から基材へのアルミニウムの内方拡散を低減し、結果として基材の当初の表面上に比較的厚い付加層をもたらす。逆に、より低い処理温度及び相対的に量の多い活性剤は、基材から堆積アルミニウム層へのニッケルの外方拡散を低減し、堆積アルミニウム層から基材へのアルミニウムの内方拡散を促進して、基材の当初の表面下に延びる付加層によって特徴付けられる内方型拡散皮膜をもたらす。
【０００６】
ＣｒＡｌｍ、ＣｏＡｌ、ＦｅＡｌ、ＴｉＡｌ、その他などのアルミニウム合金は、非合金のアルミニウムよりも高い溶融温度を有しており、従って、外方型皮膜を形成するのに使用されるより高い処理温度で用いることができるので、ドナー材料の選択は、外方型又は内方型の拡散皮膜をもたらすことができるかどうかに影響を及ぼす。外方及び内方型拡散アルミナイド皮膜の両方は連続して使用されるが、外方型拡散アルミナイド皮膜は通常、内方型拡散アルミナイド皮膜と比較して、より延性があり且つ安定したニッケルアルミナイド金属間層を有して、良好な酸化特性及び低サイクル疲労（ＬＣＦ）特性を示す。
【０００７】
拡散アルミナイド皮膜を形成するのに使用されるスラリーは通常、無機バインダーにおいて非合金アルミニウム粉体のみを含有するアルミニウムリッチである。スラリーは、アルミメッキされる表面に直接施工され、この構成要素を非酸化大気又は真空中で約７６０℃を上回る温度まで加熱する結果としてアルミナイドが生じ、該温度は、アルミニウム粉体を溶融し、溶融アルミニウムを表面に拡散するのに十分な持続時間の間維持される。スラリー法により生成される拡散アルミナイド皮膜の厚みは通常、表面に施工されるスラリーの量に比例し、従って、施工されるスラリー量は、極めて注意深く制御される必要がある。
【０００８】
均一な厚みの拡散アルミナイド皮膜を安定的に生成することが困難であることで、極めて均一な拡散皮膜を必要とし及び／又は複雑な幾何形状を有する構成要素に対してスラリー法の使用が妨げられる。結果として、内面及び外面に拡散アルミナイド皮膜を形成することができるが、スラリーコーティング法は通常、ガスタービンエンジンの重要でない限定された領域をコーティングするのに利用されている。スラリーコーティング法の別の制限は、非合金アルミニウムを使用することに起因して、通常は比較的低温（例えば、９８０℃未満）で実施され、従って、高アルミニウム含有量の内方型皮膜を生成するのが制限されることである。
【０００９】
ハニカムシールをコーティングするための方法及び組成、より具体的には、ハニカムシール上にアルミナイド皮膜を施工するための方法及びスラリーは、Ｃａｖａｎａｕｇｈ他に付与された米国特許出願公開２０１１／００７４１１３号に記載されている。この方法は、アルミニウムよりも高い溶融温度を有する金属アルミニウム合金と、金属アルミニウムで反応性ハロゲン化蒸気物を形成することができる活性剤と、有機ポリマーを含有するバインダーとを含有する粉体のスラリーを準備するステップを含む。スラリーは、ハニカムシールの表面に施工され、次いで、ハニカムシールが加熱されて、バインダーを除去又はバーンオフし、金属アルミニウムと活性剤を揮発して反応させてハロゲン化物蒸気を形成し、基材表面にて該ハロゲン化物蒸気を反応させてシールの表面上にアルミニウムを堆積させ、堆積したアルミニウムを表面に拡散して拡散アルミナイド皮膜を形成する。このプロセスは、超合金基材に取り付けられるハニカム材料上にアルミナイド皮膜を形成するのに極めて有用であるが、セル内のアルミナイドプロセスからの残留物の捕捉、望ましくない組成物を形成する可能性がある、アルミナイド中のセル内でシール基材にセル状シールを取り付けるのに使用されるろう付け材料の移動を含む、様々な問題が観測されている。従って、アルミナイジングセル状シールを形成する改善された方法が極めて望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１００７４１１３号明細書
【発明の概要】
【００１１】
本発明の１つの態様によれば、タービンのセル状シール部材を製造する方法が開示される。本方法は、順次的に、セル状シールの表面上に拡散アルミナイド皮膜を形成して被覆セル状シールを形成するステップを含む。本方法はまた、被覆セル状シールをシール基材にろう付けするステップを含む。
【００１２】
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【００１３】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】セル状シール部材を製造する方法の例示的な実施形態を示す部分斜視断面図。
【図１Ｂ】セル状シール部材を製造する方法の例示的な実施形態を示す部分斜視断面図。
【図１Ｃ】セル状シール部材を製造する方法の例示的な実施形態を示す部分斜視断面図。
【図２】シールの内面又は外面、もしくは両方の面に施工できる拡散アルミナイド皮膜の例示的な実施形態を示す、セル状シールの一部を示す、図１Ａの断面２−２の部分断面図。
【図３】本明細書で開示されるろう付け継手の例示的な実施形態を示す、図１Ｃの断面３−３の断面図。
【図４】本明細書で開示されるろう付け継手のセル状シール部材の例示的な実施形態の写真。
【図５】比較のセル状シール部材及びろう付け継手の写真。
【図６】本明細書で開示されるセル状シール部材を製造する方法の例示的な実施形態のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。
【００１６】
各図面、特に図１Ａ〜１Ｃ及び図６を参照すると、例示的な実施形態では、タービン用のセル状シール部材１を製造する方法１００が開示される。本方法は、順に、セル状シールの表面上に拡散アルミナイド皮膜を形成して被覆セル状シール１０を形成するステップ（１００）を含む。本方法はまた、被覆セル状シール１０をシール基材５０にろう付けしてセル状シール部材１を形成するステップ（１２０）を含む。セル状シール部材１は、被覆（アルミナイジング）されたセル状シール１０、シール基材５０、及びろう付け１２０により形成されたろう付け継手４０を含む。被覆セル状シール１０は、何れかのセル状壁１２構造を有することができ、例えば、矩形、三角形又は他の多角形の形状などの種々の円形又は多角形の形状、及び特に種々の六角形もしくはハニカム形状を含む、あらゆる好適な断面形状を有するセル１５を含むことができる。本明細書において例示の目的で、被覆セル状シール１０は、六角形もしくはハニカム形状のセル１５を有するように描かれており、本明細書ではハニカムシール１０として呼ぶ場合もある。
【００１７】
本方法１００はまた、非被覆セル状シールの表面上に拡散アルミナイド皮膜２０を形成して被覆セル状シール１０を形成するステップ（１１０）を含む。図１は、アルミナイド皮膜２０が形成された被覆セル状シール１０の斜視図を示す。被覆セル状シール１０は、複数の個々の六角形状のセル１５を含む。被覆セル状シール１０は、例えば、７５％Ｎｉ、１６％Ｃｒ、４．５％Ａｌ、３％Ｆｅ、０．０５％Ｃ、０．０１％Ｙ、０．５％Ｍｎ、０．２％Ｓｉ、０．１％Ｚｒ、及び０．０１％Ｂ（重量％）を含むニッケル基超合金（例えば、Ｈａｙｎｅｓ  ２１４（登録商標）として市販されている）のような、種々の耐酸化及び耐高温腐食性のニッケル基、コバルト基又は鉄基超合金を含む、あらゆる好適な高温材料から形成することができる。被覆セル状シール１０は、過酷な酸化、腐食、及び浸食を引き起こす可能性があるガスタービンエンジンの運転中の状態に直面するよう構成されている。
【００１８】
被覆セル状シール１０は、該被覆セル状シール１０の基材領域２２上に形成されているよう図２に示された拡散アルミナイド皮膜２０によってタービンセクションの過酷な環境から保護される。基材領域２２は、被覆セル状シール１０のベース超合金又は被覆セル状シール１０の表面上に公知の方法で堆積されたＭＣｒＡｌＹなどのオーバレイ皮膜とすることができる。酸化雰囲気中で十分に高温に曝されると、アルミナイド皮膜２０は、その表面上にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）層又はスケール（図示せず）を生じ、これは、拡散皮膜２０及び下にある基材領域２２の酸化を抑制する。拡散アルミナイド皮膜２０は、被覆セル状シール１０の個々のセル１５の表面２８、２９、３０、３１全ての上にある。
【００１９】
被覆セル状シール１０の表面は更に、アルミナイド皮膜２０の上に堆積される遮熱コーティング（ＴＢＣ）によって保護することができ、本方法１００は、任意選択的に、被覆セル状シール１０上にＴＢＣを堆積するステップ（１３０）を含むことができる。ＴＢＣは、空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）、低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）及びＨＶＯＦなどの溶射法によって、或いは、電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）などの物理蒸着法によって堆積することができる。好ましいＴＢＣ材料は、イットリアにより部分的に安定化されたジルコニア（イットリア安定化ジルコニア、すなわちＹＳＺ）であるが、イットリアで完全に安定化されたジルコニア、並びに他の酸化物で安定化されたジルコニアを用いることもできる。
【００２０】
アルミナイド皮膜２０は、図２では、２つの別個のゾーンを有するように表されており、その最も外側が、ＭＡｌ（ここでＭは、基材の材料に応じて、鉄、ニッケル又はコバルトである）などの耐環境性金属間層を含む付加層２６である。付加層２６の化学的性質は、皮膜２０の環境及び物理的特性を変える目的で、クロム、シリコン、プラチナ、ラジウム、ハフニウム、イットリウム、及びジルコニアなどの元素を付加することで修正することができる。付加層２６の典型的な厚みは、最大約７５マイクロメートルである。
【００２１】
付加層２６の直ぐ下には、通常は、基材領域２２内に約２５〜５０マイクロメートル延びた拡散ゾーン（ＤＺ）２４がある。拡散ゾーン２４は、基材の局所的領域において組成又は拡散勾配及び元素溶解度の変化の結果として、コーディング反応中に形成される種々の金属間化合物及び準安定層を含む。これらの層は、基材の材料のマトリクス内に分散される。
【００２２】
拡散アルミナイド皮膜２０は、あらゆる好適な形成法によって形成することができる。例示的な実施形態では、拡散アルミナイド皮膜２０は、スラリー法により形成され、該方法により、アルミニウムが表面２８及び３０内に堆積して拡散され、アルミナイド金属間化合物を形成する。スラリー法は、アルミニウム含有スラリーを使用し、その組成は、金属アルミニウムを含有するドナー材料、ハロゲン化物活性剤、及び有機ポリマーを含有するバインダーを含む。スラリー組成の成分から不活性フィラー及び無機バインダーがなくなっている点に留意されたい。その粒子が焼結を生じる傾向がある不活性フィラーが無い場合、本発明のコーティング法及びスラリー組成は、図１Ａ〜４の被覆セル状シール１０を形成するために非被覆セル状シール上での使用に好適である。
【００２３】
好適なドナー材料は、アルミニウム（融点が約６６０℃）よりも高い溶融温度を備えたアルミニウム合金である。特に好適なドナー金属は、クロム、コバルト、鉄、及び／又は合金化剤が拡散アルミナイド化プロセス中に堆積しないがドナー材料のアルミニウムの不活性担体として機能するように十分に高い融点を備えた別のアルミニウム合金化剤で合金化された、金属アルミニウムを含む。好ましいドナー材料はクロム−アルミニウム合金である。
【００２４】
本発明で企図される幅広い温度範囲にわたって実施される拡散プロセスに特に好適であると思われる合金は、５６Ｃｒ−４４Ａｌ（約４４重量％のアルミニウム、残部のクロム、及び不可避的不純物）であると考えられている。ドナー材料は、コーティングプロセス中にセル状シール内で閉塞又は捕捉される可能性を低減するために微粉の形態である。この理由から、ドナー材料粉体の好ましい粒子サイズは、〜２００メッシュ（最大寸法が７４マイクロメートルよりも大きくない）であるが、１００メッシュ（最大寸法が１４９マイクロメートルまで）のメッシュサイズを有する粉体を使用することができることは予想できる。
【００２５】
好適なハロゲン化物活性剤は、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、及び臭化アンモニウム（ＮＨ４Ｂｒ）を含むが、他のハロゲン化物活性剤の使用も実施可能であると考えられている。好適な活性剤は、ドナー材料においてアルミニウムと反応して揮発性ハロゲン化アルミニウム）（例えば、ＡｌＣｌ３、ＡｌＦ３）を形成できる必要があり、揮発性ハロゲン化アルミニウム）は、非被覆セル状シールの表面（例えば、表面２８及び３０を形成するのに用いる）にて反応してアルミニウムを堆積し、これが表面２８及び３０内に拡散されて、図２及び３に示すように拡散アルミナイド皮膜２０及び被覆セル状シール１０を形成する。所与のプロセスの好ましい活性剤は、どのタイプのアルミナイド皮膜が望ましいかによって決まる。例えば、塩化物活性剤は、緩慢な反応を促進し、薄い及び／又は外方型の皮膜を生成し、他方、フッ化物活性剤は、迅速な反応を促進し、より厚い及び／又は内方型の皮膜を生成することができる。スラリーで使用する場合、活性剤は微粉形態である。本発明の一部の実施形態では、活性剤粉体は、湿分吸収を抑制するためカプセル化されるのが好ましい。
【００２６】
好適なバインダーは、基本的に又は完全にアルコールベース又は水ベースの有機ポリマーからなるのが好ましい。本発明の好ましい態様は、バインダーがハロゲン化物活性剤を蒸発させて反応させるのに必要な温度を下回る温度で完全に且つ清浄に燃焼し尽くすことができ、残留物が基本的に灰分の形態であるものであり、この灰分は、例えば拡散プロセスの後に空気などのガスを表面（例えば、表面２８及び３０）上に送り込むことによって容易に取り除くことができる。本明細書で使用される場合、「燃焼」又は「燃焼し尽くす」とは、蒸発又は沸騰させて取り除くことによりバインダーが除去される点まで温度を上昇させることを意味する。水ベースのバインダーの使用は一般に、溶解を防ぐために上記のような活性剤粉体のカプセル化を行う必要があり、他方、アルコールベースのバインダーの使用はこの必要はない。好適な水ベース有機ポリマーバインダーの実用的実施例は、Ｖｉｔｔａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから利用可能な商品名Ｖｉｔｔａ  Ｂｒａｚ−Ｂｉｎｄｅｒで入手できるポリマーゲルを含む。好適なアルコールベースバインダーは、ポリビニル・アルコール（ＰＶＡ）などの低分子量の高アルコール類（ポリオール類）とすることができる。バインダーはまた、次亜リン酸ナトリウムなどのキュア触媒又は反応促進剤を含むことができる。他のアルコール又は水ベース有機ポリマーバインダーを用いることもできることは予想される。
【００２７】
本発明で使用するのに好適なスラリー組成物は、約１０〜約８０重量％の固体充填率（ドナー材料と活性剤）を有し、残部がバインダーである。より好ましくは、本発明の好適なスラリー組成物は、重量で、約３５〜約６５％のドナー材料粉体、約２５〜約６０％のバインダー、及び約１〜約２５％の活性剤を含有する。より好ましい範囲は、重量で、約３５％〜約６５のドナー材料粉体、約２５〜約５０％のバインダー、及び約５〜約２５％の活性剤である。これらの範囲内では、スラリー組成物は、スプレー、浸漬、ブラッシング、注入、その他を含む、様々な方法により非被覆セル状シールの外面及び内面への施工を可能にする粘稠性を有し、その後、これを拡散させて、本明細書で記載されるように表面２８、２９、３０、及び３１上で拡散アルミナイド皮膜２０を形成することができる。
【００２８】
本発明の１つの例示的な態様において、スラリーは、非均一な未硬化状態（すなわち、未乾燥）の厚みを有するように施工することができるが、その上、極めて均一な厚みの拡散アルミナイド皮膜を生成することができる。例えば、約０．０１０インチ（約０．２５ｍｍ）から約１インチ（約２５ｍｍ）及びそれ以上の厚みを有するように堆積されたスラリーコーティングは、例えば、変動が約０．０００５インチ（約０．０１ｍｍ）以下である、極めて均一な厚みの拡散アルミナイド皮膜を生成することが証明されている。スラリー組成物はまた、例えば、トラフ又はコンテナにスラリーを充填し、非被覆セル状シール面をスラリー内に配置してセルが充填されるようにするなど、非被覆セル状シールをスラリー内に浸漬することを含む、あらゆる好適な施工法で施行することができる。別の例証として、スラリーは、非被覆セル状シールに注ぎ入れて個々のセルを充填することにより施工することができる。スラリーは、全てのセルにスプレーすることによってセル状シール１０に施工することができる。スラリーはまた、個別に又は全て同時にセルにスラリーをポンプ注入することにより施工することができる。一部の方法では、スラリーの粘度は、施工を容易にするために低下させることができる。これら及び他の技法の組み合わせを用いてスラリーを施工してもよい。
【００２９】
本発明の特定の実施形態の別の有利な態様は、スラリーコーティング組成が、一般に約８１５℃〜約１１５０℃の範囲である、拡散処理温度の広範な範囲にわたって拡散アルミナイド皮膜２０を生成できることである。この広い範囲内で、拡散温度を調整し、内方又は外方型皮膜並びにこれらの異なるタイプの皮膜に付随する異なる特性を選択的に生成することができる。
【００３０】
例えば、本発明のスラリー組成物の耐高温性能によって、外方型拡散アルミナイド皮膜の生成が可能となり、上述したように、通常は内方型拡散アルミナイド皮膜と比較して、より延性があり、より安定したニッケルアルミナイド金属間層を有して、良好な酸化特性及びＬＣＦ特性を示す。また、特定のタイプ及び量のドナー材料及び活性剤を用いて、上述の処理温度範囲内で内方又は外方型皮膜が生成されるかに影響を与えることができると考えられる。
【００３１】
非被覆セル状シールの表面（例えば、図２に示す表面２８及び３０）へのスラリーの施工後、スラリー被覆セル状シールは、コーティングチャンバ（レトルト）内に直ちに載置され、拡散プロセスを実施することができる。スラリー内に含まれているもの以外には、追加の皮膜又は活性剤がレトルトに存在する必要はない。レトルトは、真空引きされ、不活性又は減圧雰囲気（それぞれアルゴン又は水素など）で裏込めされるのが好ましい。次いで、レトルト内の温度は、例えば、約１５０℃〜約２００℃など、バインダーを燃焼し尽くすのに十分な温度まで上昇され、上述の所望の拡散温度を達成するよう更に加熱されて、その時間の間、活性剤が揮発され、ハロゲン化アルミニウムが形成され、アルミニウムが表面（例えば、表面２８及び３０２）上に堆積して被覆セル状シール１０を形成する。被覆セル状シール１０は、この場合も同様に皮膜２０に望ましい最終厚みに応じて、約１〜約８時間までの間拡散温度で保持される。
【００３２】
コーティングプロセスの後、被覆セル状シール１０は、レトルトから取り出され、被覆セル状シール１０内及びその上に残留するコーティングプロセスによるあらゆる残留物が取り除かれる。このような残留物は、基本的にバインダーの灰状残留物及びドナー材料粒子の残留物に限定されることが分かっており、後者のドナー材料粒子の残留物は、主として、アルミニウム以外のドナー材料の金属成分（又は複数の成分）である。何れの場合においても、本発明のコーティングプロセスの後に残っている残留物は、ワイヤブラシ加工、ガラスビーズ又は酸化物グリットブラシ加工、高圧水ジェット又は堅固に付着した残留物を取り除くために固体又は液体と物理的に接触することを伴う他のこのような方法のようなより積極的な除去手法を用いることなく、強制ガス流などにより、容易に除去できることが分かっている。残留物の除去が容易であることに起因して、本発明のコーティングプロセスは、上述の積極的な表面処理では到達できない表面（例えば、内部にある被覆セル状シール１０の表面など）上にアルミナイド皮膜を堆積させるのに好適である。
【００３３】
付加層２６の初期厚み、並びにアルミナイド化が実施される温度及び時間を制御することよって、アルミナイド皮膜２０の厚みを制御することができる。例えば、９２７℃〜１０９３℃の間で約２〜約１２時間の処理は、シール上に約１．６ミル〜約２．６ミルの皮膜厚みをもたらした。
【００３４】
再度、図１Ａ〜１Ｃを参照すると、方法１００はまた、シール基材５０に被覆セル状シール１０をろう付けするステップ（１２０）を含む。シール基材５０は、あらゆる好適な高温材料とすることができ、例示的な実施形態では、本明細書で記載されるような、様々な耐酸化及び耐高温腐食性のニッケル基、コバルト基又は鉄基超合金を含むことができる。シール基材５０は、種々のタービンエンジン構成要素のものを含む、あらゆる好適な基材形状又は形態を含むことができ、より詳細には、タービンシュラウド又はライナを含むことができる。シール基材５０は、被覆セル状シール１０のシールろう付け面１６を受けるように構成された基材ろう付け面５２を有する。ろう付けステップ１２０は、あらゆる好適な方法で実施することができる。例示的な実施形態では、ろう付けステップ１２０は、ろう付け材料４２（図１Ｂ）を被覆セル状シール１０又はシール基材５０のうちの少なくとも１つに施工し、ろう付け継手４０（図１Ｃ）を形成するのに十分な程、ろう付け材料４２、シール基材５０、及び被覆セル状シール１０を加熱することを含むことができる。ろう付け材料４２は、あらゆる好適な高温ろう付け材料を含むことができ、例示的な実施形態では、ろう付け材料は、ニッケル基、コバルト基又は鉄基超合金を含むことができる。一実施形態では、ろう付け材料４２は、合金の重量％で、７％Ｃｒ、４．５％Ｓｉ、３％Ｆｅ、３％Ｂ、及び残部のＮｉ並びに不可避的不純物の組成を有するニッケル基超合金を含む。例示的な実施形態では、ろう付け継手４０を形成するのに十分な程ろう付け材料４２、シール基材５０、及び被覆セル状シール１０を加熱するステップは、約１０４６℃（１９１５°Ｆ）の温度まで約５分間加熱することを含む。例示的な実施形態では、ろう付け材料４２は、シール基材５０又は被覆セル状シール１０の一方又は両方に対するシート又はフォイルとして施工することができ、仮付け溶接又は他の仮止めにより所定位置に保持することができる。別の実施形態では、ろう付け材料は、塗装、浸漬、スプレー、スクリーン印刷、カレンダーロール加工又は他の何れかの好適な施工方法によって、粉体、ペースト又は同様のものとしてシール基材５０又は被覆セル状シール１０の一方又は両方に施工することができる。ろう付け継手４０は、図１Ｃ及び３において概略的に、また図４において写真で示されている。ろう付けステップ１２０の前に被覆セル状シール１０上にアルミナイド層２０を形成することは、ろう付け材料４２がフィレット４４を形成する傾向があること、及びセル状シールの壁１２の湿潤がセル状シールのシールろう付け面１６及びシール基材５０の基材ろう付け面５２に近接したフィレット４４の領域に限定されることに起因して極めて有利である。またこのことによって、ろう付け材料４２が低い融点を有し、並びにアルミナイド化がろう付け後に実施される場合よりもろう付けステップ１２０を低温で実施できる。これは、図５において比較して示される非被覆セル状シール上にアルミナイド皮膜を形成する前にろう付け継手６０が形成される場合に起こり得ることとは対照的である。この場合、アルミナイド皮膜が形成されることにより、ろう付け材料４２が再���融して、毛細管現象又は他の移送機構により表面から離れて且つろう付け継手から離れてセルのコーナー又は縁部に沿って移送する。この動作は、ろう付け継手を弱めて、縁部に沿った脆性相の形成を生じさせ、シール作用を妨げ又は分解可能シールに接するタービン構成要素の摩耗を増大させる可能性がある。
【００３５】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されると見なすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３６】
１  セル状シール部材
１０  被覆セル状シール
１２  セル上壁部
１５  セル
１６  シールろう付け面
２０  アルミナイド皮膜
２２  基材領域
２４  拡散ゾーン
２６  付加層
２８  表面
２９  表面
３０  表面
３１  表面
４０  ろう付け継手
４２  ろう付け材料
４４  フィレット
５０  シール基材
５２  基材ろう付け面
６０  ろう付け継手
６２  ろう付け材料
６４  脆弱相
１００  セル状シール部材を製造する方法
１１０  セル状シールの表面上に拡散アルミナイド皮膜を形成して被覆セル状シールを形成するステップ
１２０  被覆セル状シールをシール基材にろう付けし、セル状シール部材を形成するステップ
１３０  被覆セル状シール上にＴＢＣ皮膜を堆積するステップ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【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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【外国語明細書】
2013139780000001.pdf