(57)【要約】      （修正有）【課題】翼形部を有する航空機用ガスタービン部品のアルミナイド皮膜及び白金族金属アルミナイド皮膜を提供する。【解決手段】翼形部１２の表面１３の皮膜を形成するための方法が提供され、翼形部１２は、前縁２２、後縁２４、正圧側２６、及び負圧側２８を有する。方法は、翼形部１２の表面１３に後縁２４の少なくとも一部分に沿って白金族金属層を形成するステップと、前縁２２、後縁２４、正圧側２６、及び負圧側２８の翼形部１２の表面１３の上にアルミナイド皮膜３４を形成するステップとを含むことができる。前縁２２は、白金族金属を実質的に含まないことができる。方法は、アルミナイド皮膜３４を形成する前に、翼形部１２の表面１３に前縁２２に沿ってボンドコート３２を形成するステップと、アルミナイド皮膜３４を形成した後に、ボンドコート３２の上に遮熱皮膜３６を形成するステップとを更に含んでもよい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前縁、後縁、正圧側、及び負圧側を有する翼形部の表面に皮膜系を形成する方法であって、
翼形部の表面に後縁の少なくとも一部分に沿って白金族金属層を形成するステップと、
前縁、後縁、正圧側、及び負圧側の翼形部の表面の上にアルミナイド皮膜を形成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前縁は、白金族金属を実質的に含まない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
翼形部の表面に後縁に沿って白金族金属層を形成するステップは、前縁、正圧側の少なくとも一部分、及び負圧側の少なくとも一部分をマスクしてマスク領域を画成するステップであって、
後縁の少なくとも一部分が、非マスク領域を画成するステップと、
非マスク領域を白金族金属でメッキして白金族金属層を画成するステップであって、白金族金属層は、白金、ロジウム、パラジウム、又はそれらの混合物を含み、白金族金属層は、約１μｍ〜約１０μｍの厚さに形成されるステップと、
次いで、マスク領域の下の表面を白金族金属を実質的に含まないままにしてマスクを除去するステップと
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
白金族金属層が、少なくとも約５０重量％の白金を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
白金族金属層の上のアルミナイド皮膜が、白金族金属アルミナイド皮膜を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
白金族金属アルミナイド皮膜が、前縁、正圧側、及び負圧側にわたるアルミナイド皮膜の平均厚さの約１％〜約１０％であり、アルミナイド皮膜が約２５μｍ〜約１００μｍの厚さに形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
アルミナイド皮膜を形成する前に、翼形部の表面に前縁に沿ってボンドコートを形成するステップを更に含み、ボンドコートが、翼形部の表面において白金を含まない領域のみに形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ボンドコートがＮｉＣｒ合金を含み、ボンドコートが約１２５μｍ〜約５２５μｍの厚さに形成される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
アルミナイド皮膜を形成した後に、ボンドコートの上に遮熱皮膜を形成するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
遮熱皮膜が、前縁から正圧側及び負圧側に移行するテーパを伴って形成され、遮熱皮膜が、プラズマ溶射堆積により形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
アルミナイド皮膜を形成する前に、白金族金属層を約９００℃〜約１２００℃の処理温度まで加熱するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
白金族金属層を形成する前に、翼形部の表面から皮膜を剥すことを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
皮膜が化学的ストリッピング処理により剥される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
アルミナイド皮膜を形成する前に、白金族金属層を約１トル以下の処理圧力で約９００℃〜約１２００℃の処理温度まで加熱するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、物品の保護皮膜に関し、より具体的には、翼形部を有する航空機用ガスタービン部品のアルミナイド皮膜及び白金族金属アルミナイド皮膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用ガスタービン（ジェット）エンジンでは、空気が、エンジンの前部に取り込まれ、シャフトに取り付けられた圧縮機により圧縮され、燃料と混合される。混合物は燃焼され、得られた高温燃焼ガスが、同じシャフトに取り付けられたタービンを通過する。ガス流は、タービンブレードの翼形部分に接触することによりタービンを回転させ、タービンは、シャフトを回転させ、圧縮機に動力を提供する。高温排出ガスは、エンジンの後部から流れ、エンジンを駆動し、航空機を前進させる。
【０００３】
タービンガスの温度が高いほど、ジェットエンジンの動作が効率的となる。よって、タービンの動作温度を上昇させる動機づけが存在する。しかし、タービンガスの最高温度は、通常、タービンのタービン翼及びタービンブレードを製造するために用いられる材料により制限される。現在のエンジンでは、タービンの翼及びブレードは、最高約１９００°Ｆ〜２１００°Ｆの温度で動作できるニッケル系又はコバルト系の超合金で作られる。
【０００４】
タービンのブレード及び翼の翼形部の動作温度限界並びに動作寿命を増加させるために、多くの手法が用いられてきた。材料自体の組成及び加工法が改良されてきた。特定の結晶学的方位において観察される優れた特性を活用するように、配向された単結晶として物品を形成することができる。物理的な冷却技術が用いられる。例えば、部品内に内部冷却流路を設けることができ、より冷たい空気が、エンジン動作中に流路を通過させられる。
【０００５】
別の手法では、基材の役割を果たすタービンブレード又はタービン翼の部品の翼形部に保護層が適用される。現在知られている拡散保護層としては、アルミナイド層及び白金アルミナイド層がある。保護層は、高温かつ腐食性の高い燃焼ガスによる環境ダメージから基材を保護する。この保護層は、上に重なるセラミック層を伴わず、中間温度の用途に有用である。高温用途の場合、保護層の上に重ねてセラミック遮熱皮膜層を適用して、遮熱皮膜（ＴＢＣ）システムを形成することができる。セラミック遮熱皮膜層は、部品を排出ガスから隔離し、基材の特定の材料及び製造処理で可能となる場合よりも排出ガスが高温であることを許容する。
【０００６】
これらの保護技術を使用したとしても、タービンブレード部品のサービス動作温度及び動作寿命を延ばす際に克服すべき問題が残される。例えば、翼形部のいくつかの部分が、低サイクル疲労により早期に故障することが観察されており、翼形部のその部分は、高温で繰返し比較的大きな歪みサイクルを受ける。利用可能な保護技術の利益を保ちながら、そのような問題を克服するための手法が必要とされる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的及び利点は、以下の説明に部分的に記載されており、又はその説明から明らかであり、又は本発明の実践を通じて習得することができる。
【０００８】
概して、前縁、後縁、正圧側、及び負圧側を有する翼形部の表面の皮膜を形成するための方法が提供される。一実施形態では、方法は、翼形部の表面に後縁の少なくとも一部に沿って白金族金属層を形成することと、前縁、後縁、正圧側、及び負圧側の翼形部の表面の上にアルミナイド皮膜を形成することとを含む。例えば、前縁は、白金族金属を実質的に含まないことができる。
【０００９】
特定の一実施形態では、翼形部の表面に後縁に沿って白金族金属層を形成することは、前縁、正圧側の少なくとも一部分、及び負圧側の少なくとも一部分をマスクしてマスク領域を画成し、後縁の少なくとも一部分を残して非マスク領域を画成することと、非マスク領域を白金族金属でメッキすることと、次いで、マスク領域の下の表面を白金族金属を実質的に含まないままにしてマスクを除去することと、により実現することができる。
【００１０】
一実施形態では、方法は、アルミナイド皮膜を形成する前に、翼形部の表面において白金を含まない領域のみにボンドコートが形成されるように、翼形部の表面に前縁に沿ってボンドコートを形成することを更に含んでもよい。方法は、いくつかの実施形態では、アルミナイド皮膜を形成した後に、ボンドコートの上に遮熱皮膜を形成することを含んでもよい。
【００１１】
概して、前縁、後縁、正圧側、及び負圧側を有する翼形部の表面の皮膜を補修するための方法も提供される。一実施形態では、方法は、翼形部の表面（例えば、翼形部の表面全体又は翼形部の表面の一部分）から任意の皮膜を剥すことと、翼形部の表面に後縁の少なくとも一部分に沿って白金族金属層を形成することと、前縁、後縁、正圧側、及び負圧側の翼形部の表面の上にアルミナイド皮膜を形成することとを含む。
【００１２】
概して、前縁、後縁、正圧側、及び負圧側を有する翼形部の表面の皮膜を形成する方法が提供される。一実施形態では、方法は、翼形部の表面の第１の領域に白金族金属層を形成し、白金を実質的に含まない第２の領域を残すことと、白金族金属層を熱処理することと、次いで、翼形部の表面において白金を実質的に含まない第２の領域の少なくとも一部分の上にボンドコートを形成することと、次いで、翼形部の表面全体の上にアルミナイド皮膜を形成することとを含む。
【００１３】
本発明の他の特徴及び態様が、以下でより詳細に議論される。
【００１４】
添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより本発明を最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ガスタービンエンジンのノズルセグメントの斜視図である。
【図２】後縁の白金族金属層及び前縁のボンドコートを形成した後の、図１のノズルセグメントの例示的な翼形部の断面図である。
【図３】アルミナイド皮膜を適用しＴＢＣを前縁の上に形成した後の、図２のノズルセグメントの例示的な翼形部の断面図である。
【図４】アルミナイド皮膜を適用しＴＢＣを前縁の上に形成した後の、図２のノズルセグメントの例示的な翼形部の側面図である。
【図５】翼形部の表面の皮膜を形成する例示的な方法のブロック図である。
【図６】翼形部の表面の皮膜を補修する例示的な方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書及び図面における参照文字の繰返し使用は、本発明の同じ又は同様の特徴又は要素を表すことを意図している。
【００１７】
ここで、本発明の実施形態が参照され、それらの１つ以上の例が以下に記載される。各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の説明として提供される。実際、当業者にとっては、本発明の範囲又は主旨から逸脱せずに、本発明に各種の修正及び変形を施すことができることが明らかであろう。例えば、一実施形態として図示又は記載される特徴を別の実施形態に関して用いて、また更なる実施形態を作り出すことができる。よって、本発明は、添付の請求項及びそれらの均等の範囲内にある、そのような修正形態及び変形形態をカバーすることを意図している。当業者は、本議論が、例示的な実施形態の説明にすぎず、例示的な構成に具現化される本発明のより広範な態様を限定することを意図していないことを理解されたい。
【００１８】
概して、ガスタービンエンジンの高温ガス経路部品（例えば翼形部）のための皮膜系が、その形成方法とともに提供される。皮膜系は、部品の後縁の少なくとも一部分が白金族金属アルミナイド皮膜を含んでおり、部品の表面にわたり不均一な化学的性質を有する。一実施形態では、皮膜系は、翼形部の表面の第１の領域（例えば、後縁の少なくとも一部分、任意選択的に負圧側の一部分、及び／又は任意選択的に正圧側の一部分）に露出した白金族金属アルミナイド皮膜と、翼形部の表面の第２の領域（例えば、前縁、負圧側の少なくとも一部分、及び／又は正圧側の少なくとも一部分）にある翼形部の表面の上のアルミナイド皮膜と、翼形部の表面の第２の領域（例えば、前縁、負圧側の少なくとも一部分、及び／又は正圧側の少なくとも一部分）の少なくとも一部分に露出した遮熱皮膜とを含む。
【００１９】
例えば、特定の一実施形態では、皮膜系は、前縁に沿うアルミナイド皮膜が白金族金属、特に白金を実質的に含まないように、翼形部の表面に後縁の少なくとも一部分（及び任意選択的に負圧側の一部分、及び任意選択的に後縁の一部分）に沿って白金族金属アルミナイド皮膜を有する。
【００２０】
皮膜系は、部品に適用される保護皮膜に伴う利益を保ちながら、低サイクル疲労故障などの特性劣化に対するガスタービン部品の感受性を低減させることができる。本手法は、タービン部品の保護に対して非常に選択的な手法をとり、部品の各種の部分で保護システムの性能を最適化する。高価な白金族金属、特に白金が節約されるが、このことは、比較的小さな利益である。本手法は、通常の製造工程の一部として、大きな修正を伴わずに実現することができる。
【００２１】
図１は、互いに結合されてガスタービンエンジンの環状ノズルアセンブリを形成する多数のノズルセグメントのうちの１つであるノズルセグメント１０を表している。セグメント１０は、複数の翼１２で構成され、各翼は、翼形部を画成し、外側プラットフォーム（バンド）１４と内側プラットフォーム（バンド）１６との間に延在する。翼１２及びプラットフォーム１４、１６を別々に形成して、プラットフォーム１４、１６に画成された開口部に各翼１２の端部をろう付けするなどにより、組み立てることができる。代わりに、セグメント１０全体を一体鋳造品として形成することができる。ノズルセグメント１０を他のノズルセグメントと組み立ててノズルアセンブリを形成すると、複数のセグメントの内側プラットフォーム及び外側プラットフォームのそれぞれは、連続的な内側バンド及び外側バンドを形成し、それらの間で、翼１２が周方向に離間し径方向に延在する。個々のノズルセグメントを用いたノズルアセンブリの構造は、典型的に用いられる冷却機構の複雑さのために好都合であることが多い。図１に示すノズルセグメント１０は、各セグメント１０に２枚の翼１２が付随するため、ダブレットと呼ばれる。ノズルセグメントは、３枚以上の翼、例えば、３枚の翼（トリプレットと呼ばれる）、４枚の翼、６枚の翼を備えることができ、又はシングレットと呼ばれるセグメントを形成するために１枚の翼を備えることができる。当該技術分野で知られているように、シングレット鋳造品とダブレット鋳造品との間の設計上の選択では、それらの異なる構造及び加工に伴う利点が考慮される。シングレットノズル構造の大きな利点は、翼１２の周りの皮膜の厚さ分布に優れている性能であり、これは、耐酸化性及び耐腐食性を促進するのに加えて、ノズル間のスロート領域及び異なる段の翼間の均一性の制御も促進する。一方、ダブレット鋳造品では、高温ろう付け作業が不要となるが、皮膜厚さの制御が十分ではない。
【００２２】
一実施形態では、翼１２、及び翼１２に面するプラットフォーム１４、１６の表面は、エンジンのタービンセクション内に配置され、エンジンの燃焼器からの高温燃焼ガスに曝される。強制空冷技術（例えばフィルム孔１５による）に加えて、翼１２及びプラットフォーム１４、１６の表面は、それらのそれぞれの表面１３の皮膜系１８により保護される。例えば、特定の一実施形態では、プラットフォーム１４、１６の表面は、以下で議論する前縁２２の被覆に関して利用されたのと同じ方法（すなわち、ボンドコート、アルミナイド皮膜、及び遮熱皮膜）により被覆され、前縁２２と同時に被覆されてもよい。
【００２３】
所望の形状に形成することができ、かつガスタービンにおいてセグメントが設置される領域の目標動作温度で必要な動作荷重に耐えることができる材料から、翼１２を形成することができる。そのような材料の例には、非限定的に、チタン系、アルミニウム系、コバルト系、ニッケル系、及びスチール系の合金を含む、金属合金が含まれる。翼１２は、一般的に前縁２２、後縁２４、正圧側２６（すなわち凹側）、及び負圧側２８（すなわち凸側）を有する。前縁２２は、場合によっては、翼形部１２の最前方箇所（ノーズ）により画成されるものとして記載される。
【００２４】
図２及び図３を参照すると、皮膜系１８は、翼形部１２の表面１３に後縁２４に沿って白金族金属層３０を形成することにより形成される。図２に示す実施形態では、白金族金属層３０は、前縁２２、正圧側２６、負圧側２８が、それらのそれぞれの表面１３に白金族金属を実質的に含まないように、翼形部１２の表面１３のみに後縁２４に沿って形成される。
【００２５】
一実施形態では、前縁２２は、翼形部１２のキャンバ線１１の最初の約３３％（例えば、キャンバ線の長さの最初の約１０％〜約３０％）に及ぶ。反対に、後縁２４は、翼形部１２のキャンバ線１１の最後の３３％（例えば、キャンバ線の長さの最後の約１０％〜約３０％）に及ぶ。正圧側２６及び負圧側２８は、それらのそれぞれの側の前縁２２と後縁２４との間の表面１３に及ぶ。
【００２６】
白金族金属層３０は、一般的に、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、オスミウム、イリジウム、又はそれらの混合物を含む。これらの元素は、同様の物理的及び化学的特性を有し、同じ鉱床に一緒に存在しやすい。一実施形態では、パラジウム群の白金族金属（すなわち、白金、ロジウム、パラジウム、又はそれらの混合物）が、白金族金属層３０に含まれる。特定の一実施形態では、白金族金属層３０は、一般的に白金を含むが、他の元素（例えば、パラジウム及び／又はロジウム）を含んでもよい。例えば、白金族金属層３０は、白金−パラジウム合金、白金−ロジウム合金、又は白金−パラジウム−ロジウム合金を含むことができる。一実施形態では、白金族金属層３０は、少なくとも５０重量％（例えば、約７５重量％〜１００重量％）の白金を含む。
【００２７】
大半の実施形態では、白金族金属層３０の適当な厚さが約１μｍ〜約１０μｍ（例えば、約３μｍ〜約７μｍ）である。示される実施形態では、白金族金属層３０は、白金族金属層の比較的薄い性質により、後縁２４に沿って表面１３に直接形成される。よって、表面１３と白金族金属層３０との間には、他の層（例えばボンドコート）が配置されない。
【００２８】
一実施形態では、マスキング及び電気メッキ（例えば白金メッキ）処理により白金族金属層３０を形成することができる。例えば、白金族金属層３０を形成するために後縁２４のみを露出させたままにして、前縁２２、正圧側２６、及び負圧側２８をマスクすることができる。マスキングは、マスク部分への白金族金属の堆積を防止する実施可能な任意の技術により実現される。例えば、マスク部分（すなわち、前縁２２、正圧側２６、及び負圧側２８）は、プラスチック製マスクなど、図示する適当なサイズのプラスチッククリップなどの物理的なマスクで覆われてもよい。マスク部分は、代わりに、物品の表面に適用される、ラッカー、テープ、又はワックスなどのマスキング材で覆われてもよい。マスク部のマスキングは、マスク部分及び非マスク部分（すなわち後縁２４）を画成する。
【００２９】
白金族金属層３０は、電着処理（例えば電気メッキ）により堆積されるが、スパッタリング、ブラシメッキなどを代わりに用いることができる。メッキは、室温（例えば、約２０℃〜約２５℃）で行うことができる。一実施形態では、電着処理は、白金族金属含有溶液（例えば白金含有溶液）を堆積槽内に配置し、溶液から表面１３に白金族金属を堆積させることにより実現される。例えば、白金を堆積させるとき、白金含有水溶液は、Ｐｔ（ＮＨ3）4ＨＰＯ4を含むことができ、対向する物品表面の１平方フィート（０．０９２９０３０４平方メートル）当り約１／２〜１０アンペアで電圧／電流源を動作させることができる。堆積では、白金族金属層３０は、表面１３の非マスク部分（すなわち後縁２４）に堆積される。白金族金属は、堆積中にマスクに堆積されてもよいが、下にあるマスク部分（例えば、前縁２２、正圧側２６、及び負圧側２８）は、白金族金属を含まない。その後、前縁２２、正圧側２６、及び負圧側２８に沿う表面１３を白金族金属（例えば白金）を実質的に含まないままにして、マスク（図示せず）を除去することができる。マスクは、プラスチッククリップなどの別個の物品である場合、持ち上げて離されるだけである。マスクは、上に重なる、ラッカー、テープ、又はワックスなどのマスキング材である場合、機械的に、溶剤で化学的に、又は溶融により物理的に剥される。図２は、後縁２４のみに得られた白金族金属層３０を示している。
【００３０】
白金族金属層３０は、必要に応じて熱処理されてもよい。例えば、白金族金属層３０を約９００℃〜約１２００℃の処理温度で熱処理することができる。一実施形態では、白金族金属層３０は、真空中（例えば、約１０トル以下の処理圧力、約１トル以下の処理圧力など）で熱処理される。
【００３１】
図２にも示すように、前縁２２の上にボンドコート３２が適用される。示される実施形態では、ボンドコート３２は、後縁２４、正圧側２６、及び負圧側２８がボンドコート３２を実質的に含まないように、翼形部１２の表面１３に前縁２２のみに沿って形成される。セグメント化されたノズルの実施形態では、ボンドコート３２は、外側バンド及び内側バンドにより画成された表面にも堆積させることができる。例えば、ボンドコートは、マスキング処理により、所望の領域のみに適用されてもよい。しかし、他の実施形態では、ボンドコート３２は、正圧側２６及び／又は負圧側２８にも適用することができる。ボンドコート３２は、前縁２２から正圧側２６及び負圧側２８に移行するテーパ３５を有するように示される。よって、得られた表面の空気力学特性には、最小限の影響が及ぶ。
【００３２】
ある実施形態では、ボンドコート３２は、約１２５μｍ〜約５２５μｍの厚さに形成することができる。ボンドコート３２は、例えば、チタン合金、チタンアルミニウム合金（例えばチタンアルミナイド金属間化合物）、ニッケル−クロム合金（例えばＮｉＣｒＡｌＹ）などの１つ以上の層などの、１つ以上の金属層で構成された金属ボンドコートとすることができる。一実施形態では、ボンドコートは、（重量％で）約１７〜約１９重量％のクロム、約６〜約７重量％のアルミニウム、約０．４〜約０．６％のハフニウム、約９〜約１０％のコバルト、約５〜約７％のタンタル、最大約０．２％のイットリウム、約１〜約３％のレニウム、約０．５〜約１．５％のケイ素、最大約０．０２％のジルコニウムを含み、残部がニッケルである。ボンドコート用のそのような組成は、その上にアルミナイド皮膜を受けるのに特に適しており、これは、ボンドコートのアルミニウム含有量が比較的低く、強度及びクリープ性、耐酸化性、及び耐腐食性をもたらす他の元素を伴うためである。
【００３３】
ボンドコートは、表面１３へのＴＢＣの付着を促進するために、上に重なるＴＢＣと、保護する表面１３との間に全体的に配置されるように制限することができる。別の実施形態では、ボンドコート３２は、強化ＮｉＣｒ合金（例えば強化ＮｉＣｒＡｌＹ合金）、又は、アルミニウム成分が高温で付着性の高い連続酸化アルミニウム層（アルミナスケール）の緩慢な成長をもたらす、耐酸化性アルミニウム含有合金もしくは金属間化合物であってもよい。この熱成長酸化物（ＴＧＯ）は、酸化及び高温腐食からの保護をもたらし、ボンドコート３２の場合には、上に重なる任意の層（例えば遮熱皮膜（ＴＢＣ））との化学的結合を促進する。
【００３４】
一実施形態では、ボンドコート３２は、ボンドコート３２に粗面３３を形成した後に粗面上に層を堆積させるために、空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）堆積により形成される。例えば、ボンドコート３２の表面３３は、約８μｍ以上の粗さ（Ｒａ）を有することができる。その比較的粗い表面により、遮熱皮膜が、次いでボンドコート３２に形成され、良好な付着のための表面プラットフォームを提供することができる。
【００３５】
図３を参照すると、耐酸化性を更に促進するために、翼形部１２の表面１３に耐酸化性皮膜３４が適用される。特定の一実施形態では、耐酸化性皮膜は、拡散アルミナイド皮膜であり、アルミニウム金属間化合物、ベータ相ニッケルアルミナイドその他を含むことができる。
【００３６】
前縁２２、後縁２４、正圧側２６、及び負圧側２８の全体を覆うように、（先の）マスク部分と非マスク部分の両方の上に重ねてアルミナイド皮膜３４が堆積される。任意の適切な方法により、約２μｍ〜約１００μｍ（例えば、約２５μｍ〜約１００μｍ、約３５μｍ〜約７５μｍなど）の厚さにアルミナイド皮膜３４を形成することができる。例えば、拡散浸透処理によるアルミナイド処理、又は気相アルミナイド処理を含む他の処理などの実施可能な任意の手法により、アルミナイド皮膜３４を堆積させることができる。
【００３７】
一実施形態では、アルミナイド皮膜３４は、気相アルミナイド処理により堆積される。例えば、塩化水素又はフッ化水素などのハロゲン化水素ガスが、アルミニウム金属又はアルミニウム合金と接触されて、対応するハロゲン化アルミニウムガスを形成する。アルミニウム層には、必要に応じて、対応するガスにより他の元素がドープされてもよい。ハロゲン化アルミニウムガスは、表面１３に接触し、その上にアルミニウムを堆積させる。堆積は、サイクル時間（例えば４〜２０時間サイクル）中に、約９００℃〜約１１２５℃などの高温で生じる。アルミナイド皮膜３４は、約１２〜約１２５マイクロメートル（約２５μｍ〜約１００μｍ、例えば、約３５μｍ〜約７５μｍなど）の厚さであることが好ましい。堆積技術によって、必要に応じて、ハロゲン化物ガスによりアルミナイド皮膜３４に合金元素を共堆積させることができる。
【００３８】
アルミニウムの堆積が高温で行われるため、堆積したアルミニウム原子は、白金族金属層３０（又は相互拡散した白金／基材領域）及び／又は拡散ゾーンを形成する表面１３の材料と相互拡散する。後縁２４には、白金族金属層３０とアルミニウム層３４と表面１３との相互拡散により、白金、アルミニウム、及び基材中にある元素、主にニッケル（ニッケルが表面１３の主成分であるため）を含有する拡散サブゾーンを形成することができる。前縁２２、正圧側２６、及び負圧側２８には、アルミニウム層３４と表面１３との相互拡散により、アルミニウム及び表面１３にある元素、主にニッケル（ニッケルがその主成分であるため）を含有する拡散サブゾーンを形成することができる。アルミニウム堆積処理中には、かなりの層間相互拡散が実現される。必要に応じて、ハロゲン化ガスの流れが中断した後に構造体を高温に維持することにより、追加の相互拡散を実現することができる。
【００３９】
図３に示す実施形態では、アルミナイド皮膜３４は、表面１３全体、すなわち、表面１３に存在する任意の空洞内及び任意のフィルム孔内、並びにボンドコート３２（存在する場合）及び白金族金属層３０の上に堆積される。加工中に、アルミナイド皮膜は、白金族金属層３０と反応して、翼形部１２の表面１３に後縁２４に沿って白金族金属アルミナイド皮膜３１を形成する。この白金族金属アルミナイド皮膜３１は、白金改質アルミナイド（ＰｔＡｌ）などの、白金族金属及びアルミニウムを含むが、追加の成分（例えば白金改質ニッケルアルミナイド）を含有してもよい。
【００４０】
一般的に、アルミナイド皮膜３４は、得られた白金族金属アルミナイド皮膜３１の厚さを、前縁２２、後縁２４、正圧側２６に沿ったアルミナイド皮膜３４の平均厚さの１０％以内（例えば、約１％〜約１０％）に保ちながら、白金族金属層３０と一体化して、白金族金属アルミナイド皮膜３１を形成する。よって、得られた表面の空気力学特性及び流れには、最小限の影響が及ぶ。
【００４１】
図３は、アルミナイド皮膜３４及びボンドコート３２の上で前縁２２に沿った耐環境性皮膜３６（例えば遮熱皮膜（ＴＢＣ））も示しており、これは、翼形部１２が非常に高い温度で用いられるため、更なる保護が要求される場合に特に有用である。特定の実施形態では、耐環境性皮膜３６は、特にボンドコートが予め適用されているときに、内側バンド及び外側バンドの表面に堆積させることもできる。例えば、遮熱皮膜３６は、全体として１つ以上のセラミック組成物で構成することができ、ボンドコート３２を介して表面１３に結合されてもよい。耐環境性皮膜３６は、好適なイットリア安定化ジルコニア皮膜に好ましい電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）を用いた、実施可能な任意の技術により適用されてもよい。ＥＢ−ＰＶＤ加工は、ボンドコート中の元素の分布に影響を及ぼし得る高温処理の前及び／又は後に行われてもよい。ＥＢ−ＰＶＤ処理自体は、典型的に高温で行われる。他の皮膜、皮膜組成物、及び皮膜厚さも、本発明の範囲内である。
【００４２】
ノズルアセンブリの空気力学特性を促進するために、遮熱皮膜３６は、非常に滑らかな表面仕上げ、例えば約１．５μｍ以下のＲａを有するように堆積され処理される。一実施形態では、遮熱皮膜３６は、前縁２２から正圧側２６及び負圧側２８に移行するテーパ３７を有する。よって、得られた表面の空気力学特性には、最小限の影響が及ぶ。上述したように、遮熱皮膜３６は、約５μｍ未満のＲａの堆積後表面粗さを有することが好ましい。その後、耐環境性皮膜３６の表面には、耐環境性皮膜３６の表面仕上げを改良するための加工、好ましくは、ピーニング及びその後のタンブリングが施されることが好ましい。ピーニング及びタンブリングの後、耐環境性皮膜３６は、約２．０μｍ以下のＲａ、典型的には、翼の凹面及び前縁で約１．３μｍ〜約１．８μｍのＲａ、翼の凸面で約０．５μｍ〜１．０μｍのＲａの表面粗さを有することが好ましい。
【００４３】
図４は、翼形部１２の表面１３の第１の領域４４に露出した白金族金属アルミナイド皮膜３１を伴う皮膜系１８を備えた翼形部１２を有するノズル１０の別の実施形態を示している。示されるように、第１の領域４４は、後縁２４の一部分、及び任意選択的に負圧側２８の一部分（及び任意選択的に、示されない正圧側２６の一部分）に画成される。皮膜系１８は、第２の領域４６における翼形部１２の表面１３の上にもアルミナイド皮膜３４を含む。示されるように、第２の領域４６は、前縁、負圧側２８の一部分（及び正圧側２６の一部分）、及び後縁２４の一部分に画成される。最後に、翼形部１２の表面１３の第２の領域４６の少なくとも一部分には、第３の領域４８を画成するように遮熱皮膜３６が露出される。したがって、翼形部１２の表面１３において後縁２４の少なくとも一部分に沿って、白金族金属アルミナイド皮膜３１があり、前縁２２、正圧側２６の少なくとも一部分、及び負圧側２８の少なくとも一部分の翼形部１２の表面１３の上に、アルミナイド皮膜３４がある。よって、前縁２２は、白金を実質的に含まない。
【００４４】
翼形部１２の表面１３とアルミナイド皮膜２６との間に、特に、翼形部１２の表面１３のいずれかの部分において白金を実質的に含まない領域（例えば、第２の領域４６及び第３の領域４８）の上のみに、ボンドコート３２を配置することができる。よって、ボンドコート３２は、前縁２２、負圧側２８の少なくとも一部分、及び正圧側２６の少なくとも一部分に存在することができる。一実施形態では、遮熱皮膜３６は、アルミナイド皮膜２６においてボンドコート３２を有する領域の上のみにある。
【００４５】
上述のように、ノズルセグメントは、任意の数（例えば、１枚（シングレット）、２枚（ダブレット）、４枚、６枚など）の翼形部を有することができる。ノズルセグメントの翼形部の数に応じて、様々な加工法を利用することができる。大半の実施形態では、フィルム孔は、任意の皮膜が形成される前に形成（例えば穿孔）することができ、必要に応じて、次いで適用される任意の皮膜のためにマスクされてもよい。
【００４６】
本発明は、概して、比較的高い温度を特徴とする環境で動作する部品、特に図１に表したタイプのノズルセグメント、したがって苛酷な酸化性及び腐食性の動作環境に曝されるノズルセグメントに適用可能である。図面は、以下の説明と組合せて見るときに分かりやすいように描かれており、したがって縮尺に従うことを意図していないことに留意されたい。
【００４７】
一般的に、翼形部の表面の皮膜を形成するための方法、及び翼形部の表面の皮膜を補修するための方法も提供される。図５を参照すると、翼形部の表面の皮膜を形成するための例示的な方法５００の図が、全体的に示されている。５０２では、翼形部にフィルム孔が任意選択的に形成される。５０４では、前縁、正圧側の少なくとも一部分、負圧側の少なくとも一部分、及び任意選択的に後縁の一部分が、後縁の少なくとも一部分に非マスク領域が残るようにマスクされる。５０６では、上述した電気メッキ処理などにより、非マスク領域（すなわち、後縁の少なくとも一部分の上）に白金族金属（ＰＧＭ）層が堆積される。ＰＧＭ層の堆積に利用したマスクを除去した後に、５０８では、ＰＧＭ層は、約９００℃〜約１２００℃の処理温度まで加熱するなどにより熱処理される。５１０では、前縁を露出させたままで、後縁、任意選択的に正圧側の一部分、任意選択的に負圧側の一部分をマスクすることができる。５１２では、ボンドコートは、次いで前縁及び他の非マスク領域に堆積される。ボンドコートの堆積に利用したマスクを除去した後に、５１４では、蒸着などにより表面全体にアルミナイド皮膜を形成することができる。５１６では、プラズマ溶射堆積処理などにより、ボンドコートが存在する領域（例えば前縁）の上に遮熱皮膜（ＴＢＣ）を形成することができる。
【００４８】
図６を参照すると、翼形部の表面の皮膜を補修するための例示的な方法６００の図が、全体的に示されている。６０２では、化学的ストリッピング処理（例えば酸ストリッピングなど）などの、翼形部の修理により、任意の及び全ての皮膜を剥すことができる。６０４では、後縁の少なくとも一部分に非マスク領域が残るように、前縁、正圧側の少なくとも一部分、負圧側の少なくとも一部分、及び任意選択的に後縁の一部分がマスクされる。６０６では、上述した電気メッキ処理などにより、非マスク領域（すなわち、後縁の少なくとも一部分の上）に白金族金属（ＰＧＭ）層が堆積される。ＰＧＭ層の堆積に利用したマスクを除去した後に、６０８では、ＰＧＭ層は、約９００℃〜約１２００℃の処理温度まで加熱するなどにより熱処理される。６１０では、前縁を露出させたままで、後縁、任意選択的に正圧側の一部分、及び任意選択的に負圧側の一部分をマスクすることができる。６１２では、ボンドコートは、次いで前縁及び他の非マスク領域に堆積される。ボンドコートの堆積に利用されたマスクを除去した後に、６１４では、蒸着などにより表面全体にアルミナイド皮膜を形成することができる。６１６では、プラズマ溶射堆積処理などにより、ボンドコートが存在する領域（例えば前縁）の上に遮熱皮膜（ＴＢＣ）を形成することができる。
【００４９】
このような補修処理によって、スロート領域に大きな影響を及ぼさずに白金族金属を含むことにより後縁の皮膜を改良することができ、これは、ＰＧＭ層（及び得られたＰＧＭアルミナイド層）の厚さが、元から表面に存在していた元の任意のアルミナイド層（又は他の皮膜）の厚さと大きく異ならないためである。一実施形態では、５１４で堆積されたアルミナイド層を、元の皮膜の厚さに実質的に相当する厚さ（例えば、元の皮膜の厚さの約１０％以内）に形成することができる。
【００５０】
添付の請求項により具体的に記載される本発明の主旨及び範囲から逸脱せずに、当業者により本発明に対するこれら及び他の修正及び変形が実践されてもよい。加えて、各種の実施形態の態様は、全体的又は部分的に相互に置き換えられ得ることを理解されたい。さらに、当業者であれば、前述した説明は、例にすぎず、添付の請求項に記載された以上に本発明を限定しようとするものではないことを理解するであろう。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ノズルセグメント
１１  キャンバ線
１２  翼、翼形部
１３  表面
１４  内側プラットフォーム
１５  フィルム孔
１６  外側プラットフォーム
１８  皮膜系
２２  前縁
２４  後縁
２６  正圧側、アルミナイド皮膜
２８  負圧側
３０  白金族金属層
３１  白金族金属アルミナイド皮膜
３３  表面、粗面
３２  ボンドコート
３４  アルミナイド皮膜、アルミニウム層、耐酸化性皮膜
３５  テーパ
３６  耐環境性皮膜、遮断皮膜
３７  テーパ
４４  第１の領域
４６  第２の領域
４８  第３の領域
５００  例示的な方法
５０２  ステップ
５０４  ステップ
５０６  ステップ
５０８  ステップ
５１０  ステップ
５１２  ステップ
５１４  ステップ
５１６  ステップ
６００  例示的な方法
６０２  ステップ
６０４  ステップ
６０６  ステップ
６０８  ステップ
６１０  ステップ
６１２  ステップ
６１４  ステップ
６１６  ステップ
【図１】
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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】
2017198191000001.pdf