(57)【要約】【課題】耐食性の向上と、耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材の製造方法及び耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材を提供すること。【解決手段】軸流コンプレッサ用部材の製造方法１００において、準備工程Ｓ１では、翼部１ａと翼部１ａの一端側に設けられた翼根部１ｂとを形成する基材１０を準備する。第１層形成工程Ｓ２では、基材１０にニッケルストライクめっきを施して、第１層１１を形成する。第２層形成工程Ｓ３では、第１層１１が形成された基材１０に、電気ニッケルめっきを施して、第２層１２を形成する。第３層形成工程Ｓ４では、第２層１２が形成された基材１０に、無電解ニッケルリンめっきを施して、第３層１３を形成する。加熱工程Ｓ５では、第３層１３が形成された基材１０を加熱する。当該製造方法１００により、軸流コンプレッサ用部材１が製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼部と該翼部の一端側に設けられた翼根部とを形成する基材を準備する準備工程と、
上記基材に、ニッケルストライクめっきを施して、第１層を形成する第１層形成工程と、
上記第１層が形成された上記基材に、電気ニッケルめっきを施して、第２層を形成する第２層形成工程と、
上記第２層が形成された上記基材に、無電解ニッケルリンめっきを施して、第３層を形成する第３層形成工程と、
上記第３層が形成された上記基材を加熱する加熱工程と、
を含むことを特徴とする軸流コンプレッサ用部材の製造方法。
【請求項２】
上記加熱工程では、上記第３層が形成された上記基材を、４５０〜５５０℃で０．２〜１．０時間加熱した後、冷却することを特徴とする請求項１に記載の軸流コンプレッサ用部材の製造方法。
【請求項３】
上記第３層形成工程における上記無電解ニッケルリンめっきは、中リンタイプ又は高リンタイプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸流コンプレッサ用部材の製造方法。
【請求項４】
上記基材は、マルテンサイト系耐熱鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系耐熱鋼、又はオーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸流コンプレッサ用部材の製造方法。
【請求項５】
上記軸流コンプレッサ用部材は、上記翼根部が軸流コンプレッサの回転軸に設けられたディスクに取り付けられることにより、上記翼部が軸流コンプレッサの圧縮室内に立設されて、上記回転軸の回転に伴って回転するローターブレードを形成するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸流コンプレッサ用部材の製造方法。
【請求項６】
上記軸流コンプレッサ用部材は、上記翼根部が軸流コンプレッサの圧縮室を形成するケースの内壁に取り付けられることにより、上記翼部が軸流コンプレッサの圧縮室内に立設されてなるステーターベーンを形成するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸流コンプレッサ用部材の製造方法。
【請求項７】
翼部と該翼部の一端側に設けられた翼根部とを形成する基材と、
該基材の表面に形成されたニッケルストライクめっきからなる第１層と、
該第１層を被覆する電気ニッケルめっきからなる第２層と、
該第２層を被覆する無電解ニッケルリンめっきからなる第３層と、
を備え、
加熱処理されてなることを特徴とする軸流コンプレッサ用部材。
【請求項８】
ビッカーズ硬さＨｖが８００以上の表面硬さを有することを特徴とする請求項７に記載の軸流コンプレッサ用部材。
【請求項９】
表面粗さＲａが０．２以下であることを特徴とする請求項７又は８に記載の軸流コンプレッサ用部材。
【請求項１０】
上記翼根部が軸流コンプレッサの回転軸に設けられたディスクに取り付けられることにより、上記翼部が上記軸流コンプレッサの圧縮室内に立設されて、上記回転軸の回転に伴って上記回転軸を中心に回転するローターブレードを形成するように構成されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の軸流コンプレッサ用部材。
【請求項１１】
上記翼根部が軸流コンプレッサの圧縮室を形成するケースの内壁に取り付けられることにより、上記翼部が軸流コンプレッサの圧縮室内に立設されてなるステーターベーンを形成するように構成されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに一項に記載の軸流コンプレッサ用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流コンプレッサ用部材の製造方法、及び軸流コンプレッサ用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンエンジンや石油化学プラントなどにおけるガスタービンにおいて、軸流コンプレッサが広く用いられている。軸流コンプレッサは、軸流コンプレッサ用部材として、例えば、円盤状をなす複数のディスクと、その外周面において径方向に立設された複数のローターブレード（動翼）と、これらを収容するケースの内側面に立設された複数のステーターベーン（静翼）とを有する。そして、ローターブレードとステーターベーンとが軸方向に交互に配列するように、複数のディスクは軸心が一致するように積層されている。そして、複数のディスクを一体的に軸回転させてローターブレードを軸回りに回転させることにより、ローターブレードとステーターベーンとの間にガスを通過させて、当該ガスを断熱圧縮するように構成されている。
【０００３】
かかる軸流コンプレッサでは、当該ガスの断熱圧縮に伴って、ローターブレード及びステーターベーンが高温に曝されるとともに、圧縮ガスやガス中の凝縮物がローターブレード及びステーターベーンに衝突することとなる。そして、ローターブレード及びステーターベーンの表面に当該凝縮物が付着すると、ローターブレード及びステーターベーンの腐食の基点となりうる。かかる腐食はローターブレード及びステーターベーンの耐久性を低下させる原因となる。
【０００４】
このような腐食を防止するために、ローターブレード及びステーターベーン等の軸流コンプレッサ用部材の材料として、一般的に耐食性を有するとされている耐熱鋼等を採用することが多い。また、当該耐熱鋼製の軸流コンプレッサ用部材にコーティングを施して、耐食性を向上することも行われている。このようなコーティングの形成方法の例として、特許文献１には、耐食性の向上を目的として基材の表面に無電解ニッケルめっき層を形成し、所定の加熱処理を施す方法が開示されている。かかる方法によれば、無電解ニッケルめっき層を高温で比較的長時間加熱することにより、めっき成分を基材に拡散させて、無電解ニッケル被膜の基材への接着性を向上させている。また、無電解ニッケルめっき層の硬度を比較的低くすることにより歪み耐性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１７４１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ローターブレード及びステーターベーン等の軸流コンプレッサ用部材における耐食性向上のための上記コーティングの多くは、液状のコーティング材を軸流コンプレッサ用部材に吹き付けて焼き固める工程を経て形成される。そのため、かかるコーティングの膜厚にばらつきが生じやすくなっており、当該膜厚のばらつきは、通常、０．２〜０．３ｍｍにもなる。これにより、軸流コンプレッサ用部材の外形を形成する基材を数μｍオーダーの高い成形精度で形成したとしても、当該基材の表面に形成されたコーティングの表面の成形精度は、基材の成形精度よりも大きく低下してしまう。その結果、当該軸流コンプレッサ用部材を備える軸流コンプレッサにおけるガスの圧縮性能の低下を招く。
【０００７】
また、上述の如く、コーティングによりローターブレード及びステーターベーン等の軸流コンプレッサ用部材の表面における成形精度が低下すると、当該軸流コンプレッサ用部材が取り付けられる相手側部材との間に隙間が生じるおそれがある。かかる場合には、両者の間における微小な相対滑り振動に基づくフレッチング摩耗が顕著となる。そして、かかる場合には、ローターブレード及びステーターベーンの素材として耐熱鋼を用いていても、当該摩耗を基点とする腐食が進行して、軸流コンプレッサ用部材の耐久性が低下する。そのため、ローターブレード及びステーターベーン等の交換可能な部材については、所定期間ごとに交換することが必要となる。
【０００８】
一方、近年、ガスタービンにおける製造コストの低減、消耗部品の交換などのランニングコストの低減が強く要請されている。かかる要請に対応するには、交換可能な部材の耐久性を向上させて、交換サイクルを長くすることが必要となる。
【０００９】
しかしながら、交換可能な軸流コンプレッサ用部材の材料として、上述の耐熱鋼を採用するだけでは、耐久性の向上が必ずしも十分に図れず、ランニングコストの低減を実現できない。また、特許文献１に開示の構成では、ローターブレードにコーティングされた無電解ニッケル被膜の硬度を比較的低くしているため、上述のフレッチング摩耗を十分に抑制できないおそれがある。そのため、かかるコーティングによって軸流コンプレッサ用部材の耐久性を向上するには、改善の余地がある。また、特許文献１に開示の構成では、比較的長時間の加熱処理が必要となるため、製造コストの面で不利である。
【００１０】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、表面の成形精度及び耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材の製造方法、及び表面の成形精度及び耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明における一態様は、翼部と該翼部の一端側に設けられた翼根部とを形成する基材を準備する準備工程と、
上記基材に、ニッケルストライクめっきを施して、第１層を形成する第１層形成工程と、
上記第１層が形成された上記基材に、電気ニッケルめっきを施して、第２層を形成する第２層形成工程と、
上記第２層が形成された上記基材に、無電解ニッケルリンめっきを施して、第３層を形成する第３層形成工程と、
上記第３層が形成された上記基材を加熱する加熱工程と、
を含むことを特徴とする軸流コンプレッサ用部材の製造方法にある。
【００１２】
本発明の他の態様は、翼部と該翼部の一端側に設けられた翼根部とを形成する基材と、
該基材の表面に形成されたニッケルストライクめっきからなる第１層と、
該第１層を被覆する電気ニッケルめっきからなる第２層と、
該第２層を被覆する無電解ニッケルリンめっきからなる第３層と、
を備え、
加熱処理されてなることを特徴とする軸流コンプレッサ用部材にある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明における一態様である上記軸流コンプレッサ用部材の製造方法によれば、上記第１層〜第３層はいずれも比較的均一な膜厚で薄く形成することができ、その膜厚は上記第１層〜第３層を合わせて１０数μｍ程度とすることができる。これにより、高い成形精度で形成した基材の表面に上記第１層〜第３層を形成しても、当該部材の表面の成形精度を、基材の成形精度と同等程度に高い状態に維持することができる。特に、当該部材の表面となる第３層を形成する無電解ニッケルリンめっきは、均一な被膜を形成しやすいため、当該部材の表面の平滑性を容易に向上させることができる。その結果、当該軸流コンプレッサ用部材を備える軸流コンプレッサにおけるガスの圧縮性能の向上に寄与する。
【００１４】
また、当該部材の表面となる第３層は、加熱処理が施された無電解ニッケルリンめっきからなるため、硬度が十分高く、耐食性にも優れている。さらに、基材と接合される第１層はニッケルストライクめっきからなるため、密着性に優れている。これらにより、上記軸流コンプレッサ用部材の製造方法によれば、耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材を製造することができる。
【００１５】
また、第２層は電気ニッケルめっきからなるため、比較的柔軟性に富む。これにより、加熱処理が施された高い硬度を有する無電解ニッケルリンめっきからなる第３層に亀裂やせん断破壊、座屈などが生じても、第２層には亀裂やせん断破壊、座屈などが生じにくい。そのため、万が一、第３層に亀裂やせん断破壊、座屈などが生じたとしても、当該亀裂やせん断破壊、座屈などが第１層及び基材に及ぶことが防止される。これにより、耐食性が一層向上され、より耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材を製造することができる。
【００１６】
また、上記軸流コンプレッサ用部材は、耐摩耗性に優れ、表面の平滑性が高い。そのため、その翼根部が嵌め込まれる相手側の嵌め合い部との間のフレッチング摩耗が低減される。これにより、上記軸流コンプレッサ用部材の製造方法によれば、フレッチング摩耗の低減によって耐久性が向上することにより、軸流コンプレッサのランニングコストを低減することができる軸流コンプレッサ用部材を製造することができる。
【００１７】
また、上記軸流コンプレッサ用部材によれば、上述のごとく、基材の表面には、基材との密着性の高いニッケルストライクめっきからなる第１層と、比較的柔軟性に富む電気ニッケルめっきからなる第２層と、耐食性に優れた無電解ニッケルリンめっきからなる第３層が順次積層されて形成される。そして、これらが加熱されることにより、無電解ニッケルリンめっきからなる第３層が高い硬度を有することとなる。そのため、上述と同様に、フレッチング摩耗の低減により、耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材となる。また、基材にニッケル系合金などの高価な材料を必要としないため、製造コストを低減することができる。また、加熱工程における加熱時間は比較的短くてよいため、製造コストの面で有利となる。
【００１８】
以上のように、本発明によれば、表面の成形精度及び耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材の製造方法、及び表面の成形精度及び耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１における、軸流コンプレッサ用部材の製造方法のフロー図。
【図２】実施例１における、軸流コンプレッサを示す模式図。
【図３】実施例１における、軸流コンプレッサ用部材の斜視図。
【図４】実施例１における、軸流コンプレッサ用部材の取り付け態様を説明する斜視図。
【図５】実施例１における、軸流コンプレッサ用部材の製造方法の断面模式図。
【図６】比較例１〜３及び試験例１における軸流コンプレッサ用部材を示す断面模試図。
【図７】比較例１〜３及び試験例１における外観評価の結果を表す図。
【図８】比較例１〜３及び試験例１における曲げ評価の試験方法を説明する模式図。
【図９】比較例１〜３及び試験例１における曲げ評価の結果を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
上記加熱工程では、上記第３層が形成された上記基材を、４５０〜５５０℃で０．２〜１．０時間加熱した後、冷却することが好ましい。この場合には、上記加熱工程により、第３層を形成する無電解ニッケルリンめっきにおける金属間化合物であるリン化ニッケル（Ｎｉ３Ｐ）の析出生成及び微結晶化が適度に行われて、第３層が確実に硬化されることとなる。その結果、表面硬度が十分高く、表面の成形性に一層優れ、耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材を製造することができる。また、上記加熱工程における加熱時間は比較的短時間であるため、製造コストの面でも有利となる。なお、当該加熱と冷却とを複数回繰り返すこととしてもよい。
【００２１】
上記第３層形成工程における上記無電解ニッケルリンめっきは、中リンタイプ又は高リンタイプであることが好ましい。この場合には、第３層における耐食性が一層向上するため、当該部材の劣化を抑制して、交換時期を遅らせることができる。これにより、コスト面で有利となる。
【００２２】
上記基材は、マルテンサイト系耐熱鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系耐熱鋼、又はオーステナイト系ステンレス鋼であることが好ましい。この場合には、基材自身が十分な強度を有するとともに、その表面に形成されたニッケルストライクめっきからなる第１層により、基材と第２層及び第３層との密着性が確保される。そのため、第２層及び第３層の剥離が防止され、より耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材を製造することができる。特に、基材がマルテンサイト系耐熱鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼である場合には、基材が焼入れ、焼もどしによって調質されて強度が一層向上される。そのため、上述の密着性が一層確保されることにより、第２層及び第３層の剥離が一層防止され、より一層耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材を製造することができる。
【００２３】
上記軸流コンプレッサ用部材は、上記翼根部が軸流コンプレッサの回転軸に設けられたディスクに取り付けられることにより、上記翼部が軸流コンプレッサの圧縮室内に立設されて、上記回転軸の回転に伴って回転するローターブレードを形成するように構成されていることとすることができる。この場合は、表面の成形精度及び耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ローターブレードを提供することができる。
【００２４】
上記軸流コンプレッサ用部材は、上記翼根部が軸流コンプレッサの圧縮室を形成するケースの内壁に取り付けられることにより、上記翼部が軸流コンプレッサの圧縮室内に立設されてなるステーターベーンを形成するように構成されていることとすることができる。この場合は、この場合は、表面の成形精度及び耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ステーターベーンを提供することができる。
【００２５】
上記軸流コンプレッサ用部材は、ビッカーズ硬さＨｖが８００以上の表面硬さを有することが好ましい。この場合には、軸流コンプレッサ用部材は高い耐摩耗性を有することとなり、その翼根部におけるフレッチング摩耗による劣化を低減できる。これにより、一層耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材となる。
【００２６】
上記軸流コンプレッサ用部材の表面粗さＲａが０．２以下であることが好ましい。この場合には、軸流コンプレッサ用部材の表面に圧縮ガス中の凝集物が付着しにくくなり、耐食性を向上することができる。これにより、一層耐久性に優れた軸流コンプレッサ用部材となる。
【００２７】
上記翼根部が軸流コンプレッサの回転軸に設けられたディスクに取り付けられることにより、上記翼部が上記軸流コンプレッサの圧縮室内に立設されて、上記回転軸の回転に伴って上記回転軸を中心に回転するローターブレードを形成するように構成されていることとすることができる。この場合は、上記軸流コンプレッサ用部材は、表面の成形精度及び耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ローターブレードとなる。
【００２８】
上記翼根部が軸流コンプレッサの圧縮室を形成するケースの内壁に取り付けられることにより、上記翼部が軸流コンプレッサの圧縮室内に立設されてなるステーターベーンを形成するように構成されていることとすることができる。この場合は、上記軸流コンプレッサ用部材は、表面の成形精度及び耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ステーターベーンとなる。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
実施例に係る軸流コンプレッサ用部材１の製造方法１００及び軸流コンプレッサ用部材１につき、図１〜図５を用いて説明する。
軸流コンプレッサ用ローターブレードの製造方法１００は、図１に示すように、準備工程Ｓ１、第１層形成工程Ｓ２、第２層形成工程Ｓ３、第３層形成工程Ｓ４、加熱工程Ｓ５を含む。
準備工程Ｓ１では、翼部１ａと翼部１ａの一端側に設けられた翼根部１ｂとを形成する基材１０を準備する。
第１層形成工程Ｓ２では、基材１０にニッケルストライクめっきを施して、第１層１１を形成する。
第２層形成工程Ｓ３では、第１層１１が形成された基材１０に、電気ニッケルめっきを施して、第２層１２を形成する。
第３層形成工程Ｓ４では、第２層１２が形成された基材１０に、無電解ニッケルリンめっきを施して、第３層１３を形成する。
加熱工程Ｓ５では、第３層１３が形成された基材１０を加熱する。
【００３０】
そして、本例の軸流コンプレッサ用部材１は、翼部１ａと該翼部１ａの一端側に設けられた翼根部１ｂと形成する基材１０と、基材１０の表面に形成されたニッケルストライクめっきからなる第１層１１と、第１層１１を被覆する電気ニッケルめっきからなる第２層１２と、第２層１２を被覆する無電解ニッケルリンめっきからなる第３層１３と、を備え、加熱処理されて形成されている。
【００３１】
以下、本発明の軸流コンプレッサ用部材１について、詳述する。
本例の軸流コンプレッサ用部材１は、図２に示すように、軸流コンプレッサ２００に備えられるものである。軸流コンプレッサ２００は、内側に圧縮室２０８を形成する略円筒形のケース２０２を備え、圧縮室２０８内に回転軸２０４と円盤状をなす複数のディスク２０１とを備えている。図３に示すように、軸流コンプレッサ用部材１は、翼部１ａと翼部１ａの一端側に設けられた翼根部１ｂを備えている。そして、図４に示すように、軸流コンプレッサ用部材１は、翼根部１ｂが軸流コンプレッサ２００の回転軸２０４（図２参照）に設けられたディスク２０１に取り付けられることにより、翼部１ａが軸流コンプレッサ２００の圧縮室２０８内に立設されて、回転軸２０４の回転に伴って回転するローターブレードを形成している。ディスク２０１の外周面には、複数の軸流コンプレッサ用部材１（以下、「軸流コンプレッサ用ローターブレード１」ともいう）が立設されている。
【００３２】
また、図２に示すように、ケース２０２の内壁（すなわち、圧縮室２０８の壁面）にはステーターベーン（静翼）２０３が複数立設されている。ケース２０２内に備えられた回転軸２０４を軸心として、回転軸２０４の軸方向Ｙに軸流コンプレッサ用ローターブレード１とステーターベーン２０３とが交互に配列するように、ディスク２０１が回転軸２０４に一体回転可能に取り付けられている。ケース２０２は軸方向Ｙの一方に吸気口２０５を備え、軸方向Ｙの他方に排気口２０６を備える。ケース２０２内に形成された圧縮室２０８は、吸気口２０５から排気口２０６に向かってその径が小さくなるように形成されている。これにより、ディスク２０１の回転に伴って軸流コンプレッサ用ローターブレード１及びステーターベーン２０３によって、吸気口２０５から吸入されたガスが排気口２０６から排気されるまでに圧縮室２０８内で断熱圧縮されるように構成されている。
【００３３】
図２に示すように、複数備えられる軸流コンプレッサ用ローターブレード１の大きさは、吸気口２０５側に位置するものほど大きくなっている。そして、圧縮後段に設けられたローターブレード１では、図３に示すように、翼部１ａの高さＨａ（立設方向Ｚの長さ）は約５０〜７７ｍｍ、翼部１ａの幅Ｗａ（軸方向Ｙの長さ）は約３９〜６２ｍｍ、翼部１ａの最大厚さＬａは２．２〜３．０ｍｍとなっている。また、翼根部１ｂの高さＨｂは約１１〜２０ｍｍ、翼根部１ｂの幅Ｗｂは約５６〜８８ｍｍ、翼根部１ｂの厚さＬｂは１２．５〜２０．５ｍｍとなっている。また、翼部１ａの前縁Ｒ１の曲率半径は０．４〜０．９ｍｍとなっており、翼部１ａの後縁Ｒ２の曲率半径は０．２〜０．７ｍｍとなっている。
【００３４】
そして、図４に示すように、ディスク２０１の外周には、ローターブレード１の翼根部１ｂの外形に沿う嵌め合い部２１１が形成されている。嵌め合い部２１１に翼根部１ｂが挿入されて、すきま嵌めにより接合されている。そして、一つのディスク２０１に、複数の軸流コンプレッサ用ローターブレード１が周方向に等間隔に設けられている。
【００３５】
以下、本例の軸流コンプレッサ用ローターブレード１は以下に詳述する方法により製造した。
まず、図１、図５（ａ）に示すように、準備工程Ｓ１が行われた。準備工程Ｓ１では、翼部１ａと翼部１ａの一端側に設けられた翼根部１ｂとを形成する基材１０が準備された。基材１０の材料は、マルテンサイト系耐熱鋼（ＳＵＨ）、又はマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ）であることが好ましい。中でも、１２％Ｃｒ鋼であることがより好ましい。本例では、基材１０の材料は１２％Ｃｒ鋼（ＪＩＳ−Ｇ−４３１  ＳＵＨ６００及びこの類似品）である。
【００３６】
基材１０の成形方法は、特に限定されないが、まず、素材としての１２Ｃｒ鋼が焼き入れ及び焼き戻しにより、ＨＢ２７７〜ＨＢ３３１の硬さに調質された。次いで、機械加工により、基材１０の形状が、軸流コンプレッサ用ローターブレード１の形状に成形された。その後、翼部の表面が研磨されて、表面粗さＲａが０．２以下にされた。なお、素材として、オーステナイト系耐熱鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼を使用する場合には、固溶化熱処理後、時効処理されたものが上述の如く、機械加工によって軸流コンプレッサ用ローターブレード１の形状に成形されるようにしてもよい。
【００３７】
次に、図１に示すように、第１層形成工程Ｓ２が行われた。第１層形成工程Ｓ２では、図５（ｂ）に示すように、準備工程Ｓ１で準備された基材１０の表面に、ニッケルストライクめっきからなる第１層が形成された。具体的には、まず、基材１０の表面をアルカリ洗浄及び酸洗浄により脱脂した。その後、塩化水素が添加されて強酸性となった塩化ニッケルを主成分とする処理液（ウッド浴）に、基材１０を浸漬させて、数十秒通電させた。これにより、陰極となる基材１０表面から大量の水素ガスが発生して、基材１０の表面が還元雰囲気に曝されることにより、基材１０の表面の酸化物が還元されながらめっきされた。これにより、基材１０の表面に対して高い密着性を有する第１層１１が形成された。第１層１１の厚さは約０．５μｍであって、基材１０の表面に略均一な厚さで形成されていた。なお、上記通電時間は、例えば、３０秒〜６０秒とすることができる。また、第１層１１の厚さは、０．１〜０．５μｍとすることができる。
【００３８】
図１に示すように、第１層形成工程Ｓ２の後には、第２層形成工程Ｓ３が行われた。第２層形成工程Ｓ３では、図５（ｃ）に示すように、第１層１１が形成された基材１０に、電気ニッケルめっきが施されて第２層１２が形成された。具体的には、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸を主成分とする処理液（ワット浴）に、第１層１１が形成された基材１０が浸漬されて所定時間通電された。これにより、基材１０の第１層１１に、第２層１２が形成された。第２層１２の厚さは、約２．０μｍであって、略均一な厚さで形成されていた。第２層１２の組成は９９．５％以上がニッケルであった。なお、第２層１２の厚さは、部位によって多少異なるが、隅部を除く領域における第２層１２の厚さは、２．０〜６．０μｍとすることができる。
【００３９】
その後、図１に示すように、第３層形成工程Ｓ４が行われた。第３層形成工程Ｓ４では、図５（ｄ）に示すように、第２層１２が形成された基材１０に、無電解ニッケルリンめっきが施されて第３層１３が形成された。具体的には、次亜リン酸水溶液に、第２層１２が形成された基材１０が所定時間浸漬されて加熱された。これにより、金属製の基材１０の表面が触媒として作用して、次亜リン酸の還元反応が進行した。次亜リン酸の還元力により、第２層１２の上にリンを含むニッケルが析出して、第３層１３としての無電解ニッケルリンめっきが形成された。第３層形成工程Ｓ４で形成された無電解ニッケルリンめっきはアモルファスの状態であった。第３層１３の厚さは、約４．０μｍであって、略均一な厚さで形成されていた。第３層１３の組成は８７〜８９％がニッケルであって、１１〜１３％がリンであり、第３層１３は高リンタイプの無電解ニッケルリンめっきであった。なお、第３層１３の厚さは、３．５〜６．５μｍとすることができる。また、第３層１３はその組成が、９０〜９３％がニッケルであって、７〜１０％がリンである中リンタイプの無電解ニッケルリンめっきであってもよい。
【００４０】
次いで、図１に示すように、加熱工程Ｓ５が行われた。加熱工程Ｓ５では、第３層１３が形成された基材１０に対して、室温から５００℃へ加熱されて１５分間維持された後、５００℃から室温へ冷却された。これにより、図５（ｄ）に示すように、加熱工程Ｓ５の実施前はアモルファス状態であった第３層１３は、加熱工程Ｓ５の実施により金属間化合物であるリン化ニッケル（Ｎｉ３Ｐ）の析出生成及び微結晶化が行われた。なお、加熱温度は、４５０〜５５０℃とすることができ、加熱時間は０．２〜１．０時間とすることができる。
【００４１】
以上のようにして形成された本例の軸流コンプレッサ用ローターブレード１は、翼部１ａと該翼根部１ａの一端側に設けられた翼根部１ｂと形成する基材１０と、基材１０の表面に形成されたニッケルストライクめっきからなる第１層１１と、第１層１１を被覆する無電解ニッケルリンめっきからなる第３層１３と、第１層１１と第３層１３との間に、電気ニッケルめっきからなる第２層１２を備え、加熱処理されて形成されている。
【００４２】
次に、本例の軸流コンプレッサ用ローターブレード１の製造方法１００及び軸流コンプレッサ用ローターブレード１における作用効果について、詳述する。
本例の軸流コンプレッサ用ローターブレード１の製造方法１００によれば、第１層１１〜第３層１３はいずれも比較的均一な膜厚で薄く形成することができ、その膜厚は全体で１０数μｍ程度とすることができる。これにより、高い成形精度で形成した基材１０の表面に第１層１１〜第３層１３を形成しても、本例の軸流コンプレッサ用ローターブレード１の表面の成形精度を、基材１０の成形精度と同等程度に高い状態に維持することができる。特に、軸流コンプレッサ用ローターブレード１の表面となる第３層１３を形成する無電解ニッケルリンめっきは、均一な被膜を形成しやすいため、ローターブレード１の表面の平滑性を容易に向上させることができる。その結果、ローターブレード１を備える軸流コンプレッサ２００におけるガスの圧縮性能の向上に寄与する。
【００４３】
また、軸流コンプレッサ用ローターブレード１の表面となる第３層１３は無電解ニッケルリンめっきからなるため、耐食性に優れているとともに、加熱処理によって硬度が十分高くなる。さらに、基材１０と接合される第１層１１はニッケルストライクめっきからなるため、密着性に優れている。これらにより、本例の軸流コンプレッサ用ローターブレード１の製造方法１００によれば、耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ローターブレード１を製造することができる。
【００４４】
また、第２層１２は電気ニッケルめっきからなるため、比較的柔軟性に富む。これにより、高い硬度を有する無電解ニッケルリンめっきからなる第３層に亀裂やせん断破壊、座屈などが生じても、第２層１２には亀裂やせん断破壊、座屈などが生じにくい。そのため、万が一、第３層１３に亀裂やせん断破壊、座屈などが生じたとしても、当該亀裂やせん断破壊、座屈などが第１層１１及び基材１０に及ぶことが防止される。これにより、耐食性が一層向上され、より耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ローターブレード１を製造することができる。
【００４５】
また、本例の軸流コンプレッサ用ローターブレード１は、耐摩耗性に優れ、表面の平滑性が高いため、その翼根部１ｂと相手側のディスク２０１の嵌め合い部２１１との間のフレッチング摩耗が低減される。これにより、軸流コンプレッサ用ローターブレード１の製造方法１００によれば、フレッチング摩耗の低減によって耐久性が向上することにより、軸流コンプレッサ２００のランニングコストを低減することができる軸流コンプレッサ用ローターブレード１を製造することができる。
【００４６】
また、軸流コンプレッサ用ローターブレード１によれば、上述のごとく、基材１０の表面には、第１層１１として、基材１０との密着性の高いニッケルストライクめっきからなる第１層１１と、比較的柔軟性に富む電気ニッケルめっきからなる第２層１２と、耐食性に優れた無電解ニッケルリンめっきからなる第３層１３が順次積層されて形成される。そして、これらが加熱されることにより、無電解ニッケルリンめっきからなる第３層１３が高い硬度を有することとなる。そのため、上述と同様に、フレッチング摩耗の低減により、耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ローターブレード１となる。また、基材１０にニッケル系合金などの高価な材料を必要としないため、製造コストを低減することができる。また、加熱工程Ｓ５における加熱時間は比較的短くてよいため、製造コストの面で有利となる。
【００４７】
また、本例では、加熱工程Ｓ５において、第３層１３が形成された基材１０を、５００℃で１５間加熱した後、冷却している。そのため、加熱工程Ｓ５により、第３層１３を形成する無電解ニッケルリンめっき層における金属間化合物であるリン化ニッケル（Ｎｉ３Ｐ）の析出生成及び微結晶化が適度に行われて、第３層１３が確実に硬化されることとなる。その結果、表面硬度が十分高く、耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ローターブレード１を製造することができる。
【００４８】
また、上記第３層形成工程Ｓ４における無電解ニッケルリンめっきは中リンタイプ又は高リンタイプとすることができ、本例では高リンタイプとしている。これにより、第３層１３における耐食性が一層向上するため、ローターブレード１の交換時期を遅らせることができ、コスト面で有利となる。また、本例では、第３層形成工程Ｓ４において、リン含有量が１１．０〜１３．０重量％である高リンタイプの無電解ニッケルリンめっきを採用している。これにより、耐食性がより一層向上するため、さらにコスト面で有利となる。
【００４９】
また、基材１０は、マルテンサイト系耐熱鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系耐熱鋼、又はオーステナイト系ステンレス鋼とすることができる。これにより、基材１０が十分な強度を有するとともに、その表面に形成されたニッケルストライクめっきからなる第１層１１により、基材１０と第２層１２及び第３層１３との密着性が確保される。そのため、第２層１２及び第３層１３の剥離が防止され、より耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ローターブレード１を製造することができる。特に、基材１０は、マルテンサイト系耐熱鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼（本例では、マルテンサイト系耐熱鋼）であるため、基材１０自身が焼入れ、焼もどしによって調質されて強度が一層向上されている。そのため、上述の密着性が一層確保されており、第２層１２及び第３層１３の剥離が一層防止され、より一層耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ローターブレード１を製造することができる。
【００５０】
また、第１層１１から第３層１３までの平均厚さを５．０〜８．０μｍとすることができ、本例では、６μｍとなっている。これにより、第１層１１、第３層１３を形成したことによる基材１０の加工寸法への影響が低減されて、より寸法精度の高い軸流コンプレッサ用ローターブレード１となる。その結果、軸流コンプレッサ用ローターブレード１の翼根部１ｂと、軸流コンプレッサ２００のディスク２０１の嵌め合い部２１１との密着性を高めて、フレッチング摩耗の発生を低減できる。これにより、軸流コンプレッサ用ローターブレード１の耐久性が一層向上される。
【００５１】
以上のように、本例によれば、表面の成形精度及び耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ローターブレード１の製造方法１００、及び表面の成形精度及び耐久性に優れた軸流コンプレッサ用ローターブレード１を提供することができる。
【００５２】
なお、本例では、軸流コンプレッサ用部材１として、翼根部１ｂが軸流コンプレッサ２００の回転軸２０４に設けられたディスク２０１に取り付けられることにより、翼部１ａが軸流コンプレッサ２００の圧縮室２０８内に立設されて、回転軸２０４の回転に伴って回転軸２０４を中心に回転する軸流コンプレッサ用ローターブレード１を形成するように構成されたものを採用した。これに替えて、軸流コンプレッサ用ローターブレード１と同等の構成を有し、翼根部１ｂが軸流コンプレッサ２００の圧縮室２０８を形成するケース２０２の内壁に取り付けられることにより、翼部１ａが軸流コンプレッサ２００の圧縮室２０８内に立設されてなる軸流コンプレッサ用ステーターベーンを形成するように構成されたものを採用することとしてもよい。この場合においても、軸流コンプレッサ用部材１としての軸流コンプレッサ用ステーターベーンは、本例の軸流コンプレッサ用ローターブレード１と同等の作用効果を奏する。
【００５３】
＜評価試験＞
実施例１における基材と同一の材質からなるテストピースを用いて、各種の評価試験を行った。
テストピースの材質は、１２％Ｃｒ含有のマルテンサイト系耐熱鋼（ＳＵＨ）である。
テストピースの形状は、縦３０ｍｍ、横４５ｍｍ、厚さ２ｍｍの立方体である。
テストピースの成形は、素材からフライス盤によって上記立方体を切り出し、各面を平面切削加工した後、バフ研磨することにより行った。
テストピースの表面粗さＲａは、狙い値が０．２以下であり、実測値は０．０５〜０．１５であった。
当該テストピースを基材として、以下のように比較例１、比較例２、比較例３、試験例１を設定した。なお、いずれの場合も、第１層１１から第３層１３の合計厚さ（第２層１２を含むものは第２層１２も含めた合計厚さ）の狙い値（設定厚さ）は６．５μｍとした。
【００５４】
すなわち、比較例１では、実施例１の場合に替えて、第２層形成工程Ｓ３及び加熱工程Ｓ５（図１参照）を含まない軸流コンプレッサ用ローターブレードの製造方法により、テストピース１（ＴＰ１）を作製した。図６（ａ）に示すように、テストピース１（ＴＰ１）は、第２層１２（図５（ｅ）参照）を備えていない。
また、比較例２では、実施例１の場合に替えて、加熱工程Ｓ５（図１参照）を含まない軸流コンプレッサ用ローターブレードの製造方法により、テストピース２（ＴＰ２）を作製した。図６（ｂ）に示すように、テストピース２（ＴＰ２）は、第３層１３が加熱処理されていない。
また、比較例３では、実施例１の場合に替えて、第２層形成工程Ｓ３（図１参照）を含まない軸流コンプレッサ用ローターブレードの製造方法により、テストピース３（ＴＰ３）を作製した。図６（ｃ）に示すように、テストピース３（ＴＰ３）は、第２層１２（図５（ｅ）参照）を備えていないが、第３層１３は加熱処理されている。
また、試験例１では、実施例１の製造方法１００により、テストピース４（ＴＰ４）を作製した。図６（ｄ）に示すように、テストピース４（ＴＰ４）は、第２層１２を備えており、第３層１３が加熱処理されている。
【００５５】
＜外観評価＞
そして、比較例１、比較例２、比較例３及び試験例１について、外観評価を行った。外観評価は、目視によって表面の性状を評価した。各テストピースＴＰ１〜４における表面の性状が、各層形成前の表面の性状と著しい変化がない場合を良好（○）とし、被膜形成前の表面の性状と著しい変化がある場合を不良（×）とした。
【００５６】
図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すように、比較例１、比較例２、比較例３及び試験例１について、外観評価はいずれも良好であった（下記の表２参照）。
【００５７】
＜表面粗さ評価＞
次に、比較例１、比較例２、比較例３及び試験例１について、表面粗さ評価を行った。表面粗さ評価は、各テストピースＴＰ１〜４における表面粗さＲａが、０．１５以下である場合を良好（○）とし、０．１５を超える場合を不良（×）とした。
【００５８】
比較例１、比較例２、比較例３及び試験例１について、各表面粗さＲａは０．０４〜０．１３の範囲内に収まっていた。そのため、いずれも表面粗さ評価は良好であった（下記の表２参照）。
【００５９】
＜密着性評価＞
次に、比較例１、比較例２、比較例３及び試験例１について、密着性の評価を行った。
密着性の評価は、各テストピースＴＰ１〜４の表面に剥がれや欠落の有無を目視によって評価した。剥がれや欠落が確認できない場合を良好（○）とし、剥がれや欠落が確認できた場合を不良（×）とした。
【００６０】
比較例１、比較例２、比較例３及び試験例１について、各テストピースＴＰ１〜４の表面には剥がれや欠落は目視では確認できなかった。そのため、いずれも密着性の評価は良好であった（下記の表２参照）。
【００６１】
＜曲げ評価＞
次に、比較例１、比較例２、比較例３及び試験例１について、曲げ評価を行った。
曲げ評価については、縦６ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ３ｍｍとした各テストピースＴＰ１〜４を使用した。そして、図８（ａ）に示すように、まず、互いのなす角αが９０°である２つの斜辺８１、８２を有し、２つの斜辺８１、８２の間に凹部８３が形成されたブロック８０を用意した。そして、テストピースＴＰ１〜４を、凹部８３に指し渡した。次いで、その中央部に直径１０ｍｍの鋼製ピン８４をテストピースＴＰ１〜４の長手方向に対して直角に載置した。
【００６２】
その後、図８（ｂ）に示すように、鋼製ピン８４を、凹部８３に向かう方向Ｇに押し下げて、テストピースＴＰ１〜４を２つの斜辺８１、８２に接触させた。テストピースＴＰ１〜４をブロック８０から取り外すと、図８（ｃ）に示すように、スプリングバックの効果により、テストピースＴＰ１〜４の屈曲角度βは８２°となっていた。そして、図８（ｄ）に示すように、テストピースＴＰ１〜４の幅方向Ｒの中央位置Ｓで断面を取り、屈曲部外側表面Ｓａ及び屈曲部内側表面Ｓｂのそれぞれ断面形状を拡大観察した。
【００６３】
曲げ評価は、各テストピースＴＰ１〜４の屈曲部外側表面Ｓａに亀裂が確認できない場合は良好（○）とし、屈曲部外側表面Ｓａに亀裂が確認できる場合は不良（×）とした。また、屈曲部内側表面Ｓｂにせん断による被膜破壊又は座屈がみらない場合は良好（○）とし、屈曲部内側表面Ｓｂにせん断による被膜破壊又は座屈がみられる場合は不良（×）とした。曲げ評価の結果を後述の表２に示した。
【００６４】
まず、比較例１及び比較例３について、図９（ａ）、図９（ｃ）に示すように、屈曲部外側Ｓａには、第１層１１及び第３層１３に複数の亀裂が生じていることが確認された。また、図９（ｃ）に示すように、比較例３について、屈曲部内側表面Ｓｂには、第１層１１及び第３層１３に複数のせん断による被膜破壊が生じていることが確認された。また、比較例１については、図９（ａ）に示すように、屈曲部内側表面Ｓｂには明確なせん断は視認されなかったが、圧縮力による強い座屈現象（図示せず）が生じていることが確認された。
【００６５】
一方、比較例２について、図９（ｂ）に示すように、屈曲部外側表面Ｓａには、第１層１１及び第３層１３に亀裂が確認できなかった。また、比較例１及び比較例２について、屈曲部内側表面Ｓｂには、第１層１１及び第３層１３にせん断による被膜破壊が確認できなかった。
【００６６】
また、試験例１について、図９（ｄ）に示すように、屈曲部外側表面Ｓａにおいて、第３層１３には複数の亀裂が生じていることが確認されたが、第１層１１及び第２層１２には亀裂が確認できなかった。また、屈曲部内側表面Ｓｂには、第３層１３には、複数のせん断による被膜破壊が生じていることが確認されたが、第２層１２及び第１層１１にはせん断による被膜破壊が確認できなかった。
【００６７】
＜表面硬さ評価＞
次に、比較例１、比較例２、比較例３及び試験例１について、表面硬さ評価を行った。表面硬さ評価は、各テストピースＴＰ１〜４の表面のビッカーズ硬さＨｖを測定し、Ｈｖが８００以上を良好（○）とし、Ｈｖが８００未満を不良（×）とした。表面硬さ評価の結果を表２に示した。
【００６８】
表面のビッカーズ硬さＨｖは、各テストピースＴＰ１〜４の表面５点の平均硬さ（Ｈｖ０．０１）とした。また、比較例１、比較例２、比較例３及び試験例１について、芯部（内部）硬さも測定した。芯部硬さは内部３点の平均硬さ（Ｈｖ０．０１）とした。それぞれの測定結果を表１に示した。なお、表１において、曲げ部とは上述の曲げ評価における屈曲部の内部をいうものとし、正常部とは屈曲部以外の部分の内部をいうものとする。
【００６９】
【表１】
2016216796.tif 000003
【００７０】
表１に示すように、比較例１及び比較例２では、いずれも表面硬さＨｖは８００未満であった。一方、比較例３及び試験例１ではいずれも表面硬さＨｖは８００以上であった。また、芯部硬さについては、いずれの場合も、正常部、曲げ部とも数値に有意な違いはなかった。
【００７１】
以上の比較例１、比較例２、比較例３及び試験例１について各評価を表２にまとめた。
【表２】
2016216796.tif 000004
【００７２】
表２に示すように、すべての評価について良好であったのは、試験例１だけであった。比較例３については、表面硬さ評価は良好であったものの、曲げ評価が不良であった。一方、比較例１及び比較例２については、いずれも表面硬さ評価が不良であった。また、比較例１については、曲げ評価も不良であった。
【００７３】
以上の評価から、試験例１では表面硬さ及び曲げ評価が良好であることから、試験例１と同一の被膜構成を有する実施例１において、表面硬さが向上されるとともに、万が一、第３層１３に亀裂やせん断破壊が生じたとしても、当該亀裂やせん断破壊が第１層１１及び基材１０に及ぶことが防止されることが確認でき、上述の作用効果を奏することが確認できた。
【００７４】
そして、試験例１の表面硬さＨｖは８００以上となっているため、かかる被膜構成と同一の被膜構成を有する実施例１における軸流コンプレッサ用ローターブレード１は、十分高い耐摩耗性を有しており、翼根部１ｂにおけるフレッチング摩耗を効果的に低減でき、耐久性を一層向上できることが示された。
【００７５】
また、上記表面粗さ評価において、試験例１の表面粗さＲａはいずれも０．２以下であった。そのため、かかる被膜構成と同一の被膜構成を有する実施例１における軸流コンプレッサ用ローターブレード１は、軸流コンプレッサ用ローターブレード１の表面に圧縮ガス中の凝集物が付着しにくくなり、耐食性が一層向上され、一層耐久性に優れることが示された。
【符号の説明】
【００７６】
１  軸流コンプレッサ用部材（軸流コンプレッサ用ローターブレード）
１０  基材
１１  第１層
１２  第２層
１３  第３層
１００  軸流コンプレッサ用部材の製造方法
２００  軸流コンプレッサ
【図１】
2016216796.tif 000005
【図２】
2016216796.tif 000006
【図３】
2016216796.tif 000007
【図４】
2016216796.tif 000008
【図５】
2016216796.tif 000009
【図６】
2016216796.tif 000010
【図８】
2016216796.tif 000011
【図７】
2016216796.tif 000012
【図９】
2016216796.tif 000013