(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イットリア−安定化ジルコニア、スカンジア−安定化ジルコニア、カルシア−安定化ジルコニアおよびマグネシア−安定化ジルコニアからなる群から選ばれる化学的に安定化されたジルコニアからなるサーマルバリアコーティングの表面上に密着しそして汚染物質組成物を形成する環境汚染物質による劣化からサーマルバリアコーティングを保護する方法において、酸化物被膜がサーマルバリアコーティングの動作温度において汚染物質組成物と反応しサーマルバリアコーティングの表面上に汚染物質組成物が生成するときに汚染物質組成物の融解温度あるいは粘度を上昇させるのに有効な量で、サーマルバリアコーティングの上に犠牲的な酸化物の被膜を付着し、これにより汚染物質組成物のサーマルバリアコーティング中への浸透を防止することからなる、方法。
【請求項２】
イットリア−安定化ジルコニアが約８重量％イットリア−９２重量％ジルコニアである請求項１記載の方法。
【請求項３】
環境汚染物質が酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化鉄、酸化ニッケルおよびこれらの混合物からなる群から選ばれる酸化物を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項４】
環境汚染物質がカルシウム−マグネシウム−アルミニウム−ケイ素酸化物（ＣＭＡＳ）の組成を含む汚染物質組成物を形成する請求項３記載の方法。
【請求項５】
犠牲的な酸化物の被膜がアルミナ、マグネシア、クロミア、カルシア、ジルコニウム酸カルシウム、スカンジア、シリカ、マグネシウムアルミニウム酸化物およびこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項４記載の方法。
【請求項６】
犠牲的な酸化物の被膜の有効量が汚染物質組成物の融解温度を動作温度に於けるサーマルバリアコーティングの表面温度より少なくとも約１０℃高く上昇させる量である請求項１記載の方法。
【請求項７】
犠牲的な酸化物の被膜の有効量がサーマルバリアコーティングの動作温度において汚染物質組成物がサーマルバリアコーティングの開口中に流入しないように汚染物質組成物の粘度を増大する量である請求項１記載の方法。
【請求項８】
犠牲的な酸化物の被膜の有効量がサーマルバリアコーティングの表面上の汚染物質組成物の重量の約１−５０重量％である請求項１記載の方法。
【請求項９】
犠牲的な酸化物の被膜が約０．２−２５０μｍの厚さである請求項１記載の方法。
【請求項１０】
約８重量％のイットリアおよび約９２重量％のジルコニアを含むサーマルバリアコーティングを、サーマルバリアコーティングの表面上に存在するカルシウム−マグネシウム−アルミニウム−ケイ素酸化物の組成物からなる汚染物質組成物による劣化から保護する方法において、アルミナ、マグネシア、クロミア、カルシア、ジルコニウム酸カルシウム、スカンジア、シリカ、マグネシウムアルミニウム酸化物およびこれらの混合物からなる群から選ばれる酸化物被膜をサーマルバリアコーティング上にサーマルバリアコーティングの表面上に存在する汚染物質組成物の少なくとも約１重量％の量で付着し、サーマルバリアコーティングの動作中における汚染物質組成物の粘度を増大するかあるいは汚染物質組成物の融解温度をサーマルバリアコーティングの表面温度より少なくとも約１０℃高く上昇させることからなる、方法。
【請求項１１】
部品上に、イットリア−安定化ジルコニア、スカンジア−安定化ジルコニア、カルシア−安定化ジルコニアおよびマグネシア−安定化ジルコニアからなる群から選ばれる化学的に安定化されたジルコニアからなるサーマルバリアコーティングを有し、外側にアルミナ、マグネシア、クロミア、カルシア、ジルコニウム酸カルシウム、スカンジア、シリカ、マグネシウムアルミニウム酸化物およびこれらの混合物からなる群から選ばれる犠牲的な酸化物被膜を約０．２−２５０μｍの厚さで有してなる物品。
【請求項１２】
ニッケル基質合金、コバルト基質合金、鉄基質合金およびこれらの混合物からなる群から選ばれる合金からなる部品と、該部品上にあるイットリア−安定化ジルコニア、スカンジア−安定化ジルコニア、カルシア−安定化ジルコニアおよびマグネシア−安定化ジルコニアからなる群から選ばれる化学的に安定化されたジルコニアからなるサーマルバリアコーティングと、該サーマルバリアコーティングの外側表面上にある約０．２−２５０μｍの厚さのアルミナ、マグネシア、クロミア、カルシア、ジルコニウム酸カルシウム、スカンジア、シリカ、マグネシウムアルミニウム酸化物およびこれらの混合物からなる群から選ばれる犠牲的な酸化物の被膜とを含んでなる、保護されたサーマルバリアコーティングで被覆された部品。
【請求項１３】
基体と、ボンディングコートと、イットリア−安定化ジルコニア、スカンジア−安定化ジルコニア、カルシア−安定化ジルコニアおよびマグネシア−安定化ジルコニアからなる群から選ばれる化学的に安定化されたジルコニアからなるサーマルバリアコーティングと、該サーマルバリアコーティングの外側表面上に約０．２−２５０μｍの厚さのアルミナ、マグネシア、クロミア、カルシア、ジルコニウム酸カルシウム、スカンジア、シリカ、マグネシウムアルミニウム酸化物およびこれらの混合物からなる群から選ばれる連続した犠牲的な酸化物の被膜とを含んでなる複合材。
【請求項１４】
部品と、該部品の表面を被覆するイットリア−安定化ジルコニア、スカンジア−安定化ジルコニア、カルシア−安定化ジルコニアおよびマグネシア−安定化ジルコニアからなる群から選ばれるサーマルバリアコーティングと、該サーマルバリアコーティングの外側表面を約０．２−２５０μｍの厚さで被覆するアルミナ、マグネシア、クロミア、カルシア、ジルコニウム酸カルシウム、スカンジア、シリカ、マグネシウムアルミニウム酸化物、およびこれらの混合物からなる群から選ばれる犠牲的な酸化物の被膜とからなる、ガスタービンエンジンに使用するための製造物品。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明はガスタービンおよびその他の熱機関の部品上に付着されたサーマルバリアコーティングを環境汚染物質の有害な影響から保護する方法および複合材に関する。特に、本発明は環境汚染物質から形成された汚染物質組成物と反応する反応性の犠牲的な酸化物被膜を使用した方法および複合材に関する。
発明の背景
サーマルバリアコーティングは熱の流れを減少しそして金属部品の動作温度を制限するためにガスタービンおよびその他の熱機関の部品上に付着されている。これらのコーティングは一般に化学的に安定化されたジルコニアのようなセラミック物質である。イットリア−安定化ジルコニア、スカンジア−安定化ジルコニア、カルシア−安定化ジルコニア、およびマグネシア−安定化ジルコニアがサーマルバリアコーティングとして考えられている。選択されるサーマルバリアコーティングはイットリア−安定化ジルコニアのセラミックコーティングである。代表的なサーマルバリアコーティングは約８重量％のイットリアおよび９２重量％のジルコニアを含む。サーマルバリアコーティングの厚さは用途に依存するが、しかし一般的には高温のエンジン部品にたいして約５−６０ミル厚の範囲である。
サーマルバリアコーティングを施される金属部品はニッケル、コバルトおよび鉄を基質とする超合金から作ることができる。この方法はタービンに使用される部品およびハードウエアに特に適している。タービンの部品の例はタービンブレード、動翼、ノズル、燃焼ライナ等であろう。
サーマルバリアコーティングは、高いサーマルバリアコーティング表面温度を発生する高温度で動作することが予想される現行および将来のガスタービンエンジン設計の鍵となる要素である。高温エンジン部品に対する理想的な系統はボンディングコート上に付着され良好な腐蝕抵抗および密に適合した熱膨張係数を示す歪み−耐性のサーマルバリアセラミック層からなる。
稼働条件下においては、サーマルバリアコーティングで被覆されたエンジン部品は腐蝕、酸化および環境汚染物質からの攻撃を含めた種々なる態様の損傷を受けうる。エンジンの運転温度において、高温のサーマルバリアコーティングの表面にこれらの環境汚染物質が密着するとサーマルバリアコーティングに対して損傷を引き起こしうる。環境汚染物質はサーマルバリアコーティングの表面温度において液体である組成物を形成する。
汚染物質組成物とサーマルバリアコーティングとの間に化学的および機械的相互作用が起きる。融解した汚染物質組成物はサーマルバリアコーティングを溶解しあるいはその孔および開口に浸透して、ひび割れを開始してこれを伝播し、これにより層割れを引き起こしてサーマルバリアコーティング物質の損失を引き起こす可能性がある。
サーマルバリアコーティングで被覆された表面に付着したある種の環境汚染物質組成物にはカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素およびこれらの混合物の酸化物が含まれている。これらの酸化物は結合して、カルシウム−マグネシウム−アルミニウム−ケイ素−酸化物系（Ｃａ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ：以後ＣＭＡＳと呼ぶことにする）を含む汚染物質組成物を形成する。融解したＣＭＡＳがサーマルバリアコーティングに浸透するときにサーマルバリアコーティングに対する損傷が起きる。この浸透の後に、冷却されると融解されたＣＭＡＳまたはその他の融解汚染物質組成物は固化する。このときに生ずるサーマルバリアコーティング内の応力の蓄積はコーティング物質の剥落を引き起こしそしてサーマルバリアコーティングにより下層の部材に対して与えられている熱的保護の損失を生ずるに十分なまでに増大する。
エンジンの動作温度における融解汚染物質組成物の反応あるいは浸透により引き起こされるサーマルバリアコーティングへの損傷を減少させあるいは防ぐことが必要とされている。これは、サーマルバリアコーティングで被覆された部材の高温の表面上に形成された汚染物質組成物の融解温度あるいは粘度を犠牲的な酸化物の被膜により引き上げて、汚染物質組成物が反応性の液体を形成したりあるいはサーマルバリアコーティング中に流れ込んだりしないようにすることにより達成できる。
発明の要約
本発明はこの必要性を、サーマルバリアコーティングで被覆された部品の表面上に生成し密着した環境汚染物質組成物による劣化からサーマルバリアコーティングを保護することにより満たすものである。本発明の方法は、サーマルバリアコーティングの表面上に反応性または犠牲的な酸化物の被膜を有効量で付着させ、この酸化物被膜をサーマルバリアコーティングの動作温度において汚染物質組成物と反応させてサーマルバリアコーティングの表面上に形成される汚染物質組成物の融解温度あるいは粘度を上昇させることからなる。
本発明はまた、部品上に被覆されたサーマルバリアコーティングと、このサーマルバリアコーティングの外側表面に隣接した連続した犠牲的な酸化物被膜とを含んでなる複合材を提供することによりこの必要性を満たすものである。本発明はまた、上部にサーマルバリアコーティングを被覆され、このサーマルバリアコーティングの外側表面の上に犠牲的な酸化物の被膜の単一の保護層を有する部品からなる保護されたサーマルバリアコーティングで被覆された部品を含む。本発明による複合サーマルバリアコーティングはまた、基体、ボンディングコート、サーマルバリアコーティングおよび犠牲的酸化物被膜を含んでなる。
環境汚染物質は環境中に存在して空気および燃料源からエンジン内に摂取される物質、並びに不純物および酸化鉄等のエンジン部品の酸化生成物である。
術語「動作温度」とは、ガスタービンエンジン等の与えられた用途における動作中におけるサーマルバリアコーティングの表面温度を意味する。このような温度は室温より高く、一般に５００℃より高い。サーマルバリアコーティングで被覆された部品の高温動作は通常約１０００℃より高い。
発明の記述
外側に犠牲的な酸化物の被膜を有するサーマルバリアコーティングで被覆された部品からなる複合材は、動作温度においてサーマルバリアコーティングの表面上に融解された汚染物質組成物を形成する環境汚染物質による損傷を減少することが発見された。また、環境汚染物質および稼働動作中にサーマルバリアコーティングで被覆された部品の表面に生ずる汚染物質組成物と反応する犠牲的な酸化物の被膜を塗布することにより、汚染物質組成物の融解温度及び粘度が上昇されることが発見された。その結果、汚染物質組成物は融解されず、そしてこの混合物のサーマルバリアコーティング中への浸透あるいは粘性流入が削減される。これにより、サーマルバリアコーティングへの損傷が減少する。
汚染物質組成物の融解温度および粘度を上昇するとサーマルバリアコーティング内への浸透が削減され、これによりサーマルバリアコーティングの劣化が減少される。犠牲的な酸化物の被膜が汚染物質組成物中に消費されあるいは溶解される結果、汚染物質組成物はサーマルバリアコーティングの動作温度において液体にならない。そのため、汚染物質組成物のサーマルバリアコーティングのひび割れ、開口及び孔の内部への浸透あるいは粘性流入が減少する。
本発明はまた、汚染物質組成物による化学的および機械的な攻撃に起因する溶解あるいは剥落からサーマルバリアコーティングを保護する。これにより、サーマルバリアコーティングで被覆された部品の寿命が高められ、従ってサーマルバリアコーティングで被覆された部品の破損が減少する。
環境汚染物質源としては、これらに限られないが、砂、泥、火山性灰、フライアッシュ、セメント、散乱する塵、基体不純物、燃料および空気源、エンジン部品からの酸化生成物等が含まれる。この環境汚染物質はサーマルバリアコーティングで被覆された部品の表面に密着する。この環境汚染物質はサーマルバリアコーティングの動作温度において、この動作温度以下の融解範囲または温度を有しうる汚染物質組成物をサーマルバリアコーティングの表面上に形成する。
更に、幾つか例を挙げれば、環境汚染物質にはマグネシウム、カルシウム、アルミニウム、ケイ素、クロム、鉄、ニッケル、バリウム、チタン、アルカリ金属、およびこれらの化合物が含まれうる。環境汚染物質は酸化物類、燐酸塩類、炭酸塩類、塩類およびこれらの混合物でありうる。
汚染物質組成物の化学的組成はその生成源である環境汚染物質の組成に対応する。例えば、約１０００℃以上の動作温度において、汚染物質組成物の組成はカルシウム−マグネシウム−アルミニウム−ケイ素酸化物系即ちＣＭＡＳの組成に対応する。一般に、ＣＭＡＳとして知られる環境汚染物質組成物は主に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）および酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の混合物を含む。他の元素例えばニッケル、鉄、チタンおよびクロムも、これらの元素あるいはこれらの化合物が環境汚染物質中に存在するときには、ＣＭＡＳ中に少量存在しうる。ここに、少量とは存在する汚染物質組成物の合計量の約１０重量％未満の量である。
本発明の保護的被膜は液体の汚染物質組成物と接触したときに化学的または物理的変化を受けてサーマルバリアコーティングを保護するので犠牲的または反応性として記載できる。従って、この保護的被膜の特性は犠牲を受ける。この変化の結果、組成物中に溶解しあるいは組成物と反応して液体でないあるいは少なくとも当初のＣＭＡＳもより粘稠な副生物質を形成することにより、汚染物質組成物例えば液体ＣＭＡＳの粘度か物理的状態を上昇する。
このような犠牲的あるいは反応性の被膜は、サーマルバリアコーティングの外側表面上に付着され、サーマルバリアコーティングの表面温度において汚染物質組成物と化学的に反応する、通常金属酸化物からなる外側の酸化物被膜である。この化学反応とは、犠牲的酸化物被膜が少なくとも部分的に消費され、そして汚染物質組成物の融解温度あるいは粘度を上昇させる反応である。汚染物質組成物の融解温度は動作中のサーマルバリアコーティングの表面温度よりも好ましくは少なくとも約１０℃そして最も好ましくは約５０−１００℃高く上昇される。
この犠牲的酸化物被膜の組成は環境汚染物質の組成および動作中のサーマルバリアコーティングの表面温度に一部基づく。通常この犠牲的酸化物被膜は液体汚染物質組成物中に存在する一種以上の元素を含有する。
ＣＭＡＳ組成物と反応してその融解温度あるいは粘度を引き上げるのに適当な犠牲的な酸化物の被膜は、これらに限定されないが、アルミナ、マグネシア、クロミア、カルシア、スカンジア、ジルコニウム酸カルシウム、シリカ、マグネシウムアルミニウム酸化物のような尖晶石、およびこれらの混合物を含む。
例えば、スカンジアのような犠牲的な酸化物被膜は存在する全ＣＭＡＳ組成物の約１重量％の量で有効であることができることが分かった。好ましくは、ＣＭＡＳの融解温度を１１９０℃から１３００℃より高く引き上げる為には、犠牲的な酸化物被膜に対して約１０−２０重量％のスカンジアが使用される。
保護的な酸化物被膜は形成される液体汚染物質の実質的に全ての融解温度または粘度を効果的に上昇するのに十分な量でサーマルバリアコーティングに施される。
サーマルバリアコーティングの表面上に存在する汚染物質組成物の全重量に基づいて約１重量％のような少量の酸化物被膜でサーマルバリアコーティング中への融解汚染物質組成物の浸透の防止に役立つことができる。好ましくは、約１０−２０重量％の犠牲的酸化物被膜がサーマルバリアコーティング上に付着される。場合によっては、付着する犠牲的酸化物被膜の量は５０重量％まで、即ち１：１比の酸化物被膜対液体汚染物質比までにすることができる。
犠牲的な酸化物被膜のサーマルバリアコーティング上への付着は当業界で知られた被覆方法例えばゾル−ゲル法、スパッタリング、空気プラズマ溶射法、オルガノ−金属化学蒸着法、物理蒸着法、化学蒸着法等で行うことができる。犠牲的な酸化物被膜の厚さは約０．２μｍ乃至約２５０μｍで変化しうる。好ましい厚さは約２−１２５μｍである。酸化物被膜の厚さは少なくとも部分的には、特定の酸化物被膜の化学、サーマルバリアコーティングの動作温度および汚染物質の量と組成により決定される。厚い即ち約１２５μｍあるいはそれ以上の犠牲的な酸化物被膜が必要とされる場合には、組成的に漸変させた付着物を使用することにより犠牲的な被膜の層割れが起きないように内部応力を最小に維持することができる。特定の犠牲的な酸化物被膜の使用を例示し並びに本発明の理解を計る目的で、ＣＭＡＳ組成物とサーマルバリアコーティング上の犠牲的酸化物被膜との反応を約１２００℃あるいはそれ以上の動作温度において記述する。
サーマルバリアコーティングに汚染物質の沈着で誘発された損傷が観察されたサーマルバリアコーティング被覆エンジン部品において発見された浸透した汚染物質沈着物の電子マイクロプローブ分析により、ＣＭＡＳ組成物の化学組成を決定した。この分析は、ＣＭＡＳ類似の沈着物１２７ミクロン（５ミル）［密度２．７ｇ／ｃｍ3として約３４ｍｇ／ｃｍ2］がサーマルバリアコーティングの表面上に形成されうることを示していた。評価したＣＭＡＳ沈着物は典型的には組成範囲（重量％）：５−３５％ＣａＯ；２−３５％ＭｇＯ；５−１５％Ａｌ2Ｏ3；５−５５％ＳｉＯ2；０−５％ＮｉＯ；５−１０％Ｆｅ2Ｏ3であたったが、しかし遍在するＦｅ2Ｏ3の含有量は７５重量％もの大きな量になることがある。このような沈着物に対する平均的な組成物（重量％：２８．７％ＣａＯ；６．４％ＭｇＯ；１１．１％Ａｌ2Ｏ3；４３．７％ＳｉＯ2；１．９％ＮｉＯ；８．３％Ｆｅ2Ｏ3）を実験室で合成して保護的被膜を評価する目的の標準ＣＭＡＳとして使用した。実際のＣＭＡＳ沈着物および合成したＣＭＡＳを示差熱分析したところ、融解の開始は約１１９０℃で起き、融解のピークの最大が約１２６０℃で起きることが示された。実験室で合成したＣＭＡＳ組成物に対するサーマルバリアコーティングの保護的被膜の候補の熱試験は約１２６０℃で行った。
類似のＣＭＡＳ組成物に対する粘度データによると、ＣＭＡＳの粘度は１２６０℃で約４Ｐａ・ｓ（パスカル秒）であることが示された。この流体相はサーマルバリアコーティングに浸透して凍結により誘導された剥落あるいは高温化学攻撃により誘発された不安定化による損傷を引き起こす。保護されていないサーマルバリアコーティングに対する実験室の実験では等温条件において、サーマルバリアコーティング層を完全に剥落させるには８ｍｇのＣＭＡＳ／ｃｍ2で十分であることが示された。
本発明の実施においては、動作中のサーマルバリアコーティングの表面温度が約１２００℃の場合には、ＣＭＡＳ組成物の融解温度を少なくとも約１２１０℃に上昇することが好ましく、そしてＣＭＡＳの融解温度を約１２６０−１３１０℃に上昇することが最も好ましい。ＣＭＡＳ組成物の融解温度は動作中のサーマルバリアコーティングの表面温度よりも少なくとも１０℃高く上昇させるべきである。
以下に実施例を掲げて本発明の更なる記述に供する。
実施例
サーマルバリアコーティングで被覆された部品上に施した犠牲的な酸化物被膜に対して、カルシウム、マグネシウム、アルミニウムおよびケイ素の酸化物（ＣＭＡＳ）の環境的に付着した混合物の浸透の防止について調査した。
候補の犠牲的な材料に対して、ＣＭＡＳと反応してＣＭＡＳの浸透が稼働中のサーマルバリアコーティング中に起きないようにＣＭＡＳの融解温度を上昇する能力を評価するために、示差熱分析（ＤＴＡ）および熱力学的計算を使用して研究を行った。粘度測定を使用して、ＣＭＡＳと反応し、液体相の粘度を上昇し、そしてこれによりサーマルバリアコーティングのミクロ組織内への物理的浸透を制限する犠牲的な酸化物被膜の能力を評価した。
候補の犠牲的酸化物被膜組成物をサーマルバリアコーティング上に付着し、金属組織検査、ＳＥＭおよび電子マイクロプローブ化学分析を使用してＣＭＡＳの浸透に対する抵抗に対して査定した。上記の試験は実験室炉試験条件（等温）下において行った。
ゾル−ゲル法、空気プラズマ溶射法、スパッタリングおよびＭＯＣＶＤ法により付着された犠牲的な反応性の酸化物被膜は、スカンジア、ジルコニウム酸カルシウム、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、および酸化ケイ素（ＳｉＯ2）であった。
ＣＭＡＳの表面沈着物の存在下で熱的サイクルにかけて、保護されたおよび保護されていないサーマルバリアコーティングで被覆した基体の浸透に対する抵抗性を比較することにより、ＣＭＡＳ浸透により誘発されるサーマルバリアコーティングの損傷の防止における、保護被膜の有効性を試験した。これらの実験では、サーマルバリアコーティングで被覆された基体のマスクされた領域に８ｍｇ／ｃｍ2の粉砕した予め反応させたＣＭＡＳを沈着させた。熱サイクルは、試料を１０分で１２６０℃に加熱し、１２６０℃に１０分間保持し、次いで３０分間で室温に冷却することからなった。各サイクルの後、試料を裸眼および双眼実体顕微鏡を使用して５０倍で検査した。このサイクルを数回繰り返した。熱試験の完結後、試料を薄片に裁断し、金属組織的に研磨し、そして明視野暗視野光学顕微鏡を使って検査した。
実施例  １
実施例１は犠牲的な酸化物保護被膜が無い場合のサーマルバリアコーティング被覆部品に対するＣＭＡＳの影響を実証するものである。上述した方法で試験した保護されていないサーマルバリアコーティング試料は、ＣＭＡＳにより誘発されたサーマルバリアコーティングの可視的な膨潤およびひび割れ（双眼実体顕微鏡で試料の縁部に見ることができる）を示した。保護されていない試料の金属組織的調製および検査は、ＣＭＡＳにより誘発されたサーマルバリアコーティングの高密度化、ひび割れおよび剥落を示した。
実施例  ２
示差熱分析によれば、ＣＭＡＳ中にスカンジアが約１０重量％あるとＣＭＡＳ組成物の融解温度が１１９０℃から１３００℃に上昇することが分かった。従って、１ミル厚のスカンジア被膜をサーマルバリアコーティング被覆基体の上に空気プラズマ溶射した。スカンジアで保護されたサーマルバリアコーティングの頂部表面上に８ｍｇ／ｃｍ2のＣＭＡＳを沈着させた。１２６０℃に熱サイクルさせたところ、スカンジアがサーマルバリアコーティング中へのＣＭＡＳの浸透を減少することが示された。ＣＭＡＳの大きな液滴が試料の頂部上に残っていた。２０−５０倍で見たところ、通常サーマルバリアコーティング中に観察されるＣＭＡＳにより誘導される縁部のひび割れは見られなかった。
実施例  ３
示差熱分析によると、マグネシアまたはカルシアを１：１重量比で添加するとＣＭＡＳ組成物の融解温度が上昇することが分かった。マグネシアまたはカルシアを２０重量％添加すると、ＣＭＡＳ組成物に対する示差熱分析曲線はマグネシアに対しては１２５４℃と１３１８℃に、そしてカルシアに対しては１２３０℃と１３３１℃に、２つの別個の融解ピークを示すようになる。炉のサイクル試験の間に８ｍｇ／ｃｍ2のＣＭＡＳ組成物に暴露させると、マグネシアまたはカルシアで保護されたサーマルバリアコーティングは保護されていないサーマルバリアコーティング試料よりも少ないＣＭＡＳ組成物誘発による剥落を示した。
５ミル厚の酸化マグネシウム被膜を空気プラズマ溶射によりサーマルバリアコーティング試料に被覆しそして上記の方法を使用して試験した。このマグネシアで被覆したサーマルバリアコーティングに８ｍｇ／ｃｍ2のＣＭＡＳ組成物を塗布した。１２６０℃に熱サイクルさせた後、ＣＭＡＳ組成物はサーマルバリアコーティングに広く浸透することはなかった。ＣＭＡＳによる影響を受けた領域において２０−５０倍で観察したところ、サーマルバリアコーティングにはＣＭＡＳで誘導された縁部のひび割れは見られなかった。
実施例  ４
サーマルバリアコーティング試料上に３ミル厚のジルコニウム酸カルシウム被膜を空気プラズマ溶射で被覆しそして実施例１に記載された方法を使用して試験した。この被膜に８ｍｇ／ｃｍ2のＣＭＡＳを添加して１２６０℃に熱サイクルさせた後、金属組織検査によれば、ＣＭＡＳ組成物はサーマルバリアコーティングの頂部に保持されていることが示され、サーマルバリアコーティング中への見掛けの浸透は無かった。
実施例  ５
示差熱分析の実験によると、１：１重量比でアルミナをＣＭＡＳ組成物に添加すると、加熱したときにこのアルミナの添加によりＣＭＡＳ組成物の融解温度が上昇することが分かった。１：１の添加によりＣＭＡＳ組成物の融解開始が１３４５℃より高い温度に上昇された。例えば、空気プラズマ溶射により付着させた５ミルのアルミナの薄膜は１２６０℃で１時間加熱処理した後８ｍｇ／ｃｍ2のＣＭＡＳ組成物の浸透を最小にした。
実施例  ６
二次的な保護酸化物の粘度を上昇する能力を試験した。所定の露出時間においては、ＣＭＡＳの粘度が増大するとサーマルバリアコーティング中への浸透の深度が減少されることになる。酸化物の添加に起因するＣＭＡＳにおける粘度の変化についた調査した。ほうろうの試験に利用される極めて単純な粘度測定法を等級付けの目的に使用した。このほうろう試験では、ＣＭＡＳと種々の量の候補酸化物の混合物から作ったペレットを水平の白金薄板上に置きそして融解した。この白金薄板を正確な時間にわたり垂直な位置に回転し（粘稠流動を許容するため）それから水平な位置に回転して戻し（粘稠流動を停止するため）そして炉から取り出した。流動ラインの長さと流動時間とから概略の粘度を計算できる。種々の酸化物の添加に伴う流動ラインの長さの変化を測定することにより、酸化物の添加に伴うＣＭＡＳの粘度の相対的な変化を決定できる。ＣＭＡＳの粘度を増大した候補酸化物（中でもアルミナ、マグネシア、カルシアおよびジルコニウム酸カルシウム）を次いでサーマルバリアコーティングで被覆された基体の上に付着させてＣＭＡＳ沈着物と共に熱的に試験した。アルミナ、マグネシアおよびジルコニウム酸カルシウムの保護被膜の結果については実施例２、３および４に記載されている。
ここで指摘されるべきことは、本発明はまた、サーマルバリアコーティングの動作温度において環境汚染物質から形成される液体組成物により引き起こされる損傷からサーマルバリアコーティングを保護する方法にも係わり、この方法は、前記液体組成物と反応しそして前記液体組成物と接触すると前記液体組成物の粘度または融解温度をサーマルバリアコーティングの表面温度より高く引き上げる金属酸化物少なくとも一種を含んだ犠牲的な金属酸化物被膜をサーマルバリアコーティングの表面上に形成することからなる。これにより液体組成物の融点は上昇される。
本発明の実施により、動作温度および動作環境を含めた特定の組合せの動作パラメータに於けるガスタービンエンジンのサーマルバリアコーティングの有効寿命を延長することが可能となる。本発明はまた、サーマルバリアコーティングで被覆された部品の冷却を減少させたりあるいはかかる部品をより高い温度入力に露出させる、即ちエンジン系統に対する動作温度の効果的な上昇のような、サーマルバリアコーティングに対し増大した熱負担を課するエンジンの設計を提供する手段も与えられる。従って、本発明の実施により、性能に対する要求がエスカレートしたより厳しい熱的攻撃条件下において、現在利用されているサーマルバリアコーティングの機能の実質的な向上を提供するものである。