(57)【要約】【課題】  多層遮熱コーティングを形成する方法を提供する。【解決手段】  部品の表面に遮熱コーティング系を形成する方法並びに得られる遮熱コーティング系を提供する。遮熱コーティング系は柱状結晶粒を有する遮熱コーティングを含む。本方法は、コーティングチャンバに部品を導入するステップを含み、第１のセラミック原材料及び第２のセラミック原材料が物理気相堆積装置のコーティングチャンバ内に配置されている。エネルギー源を第１のセラミック原材料に向けて、第１のセラミック原材料を蒸発させて部品に第１の層を気相堆積させる。エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で交番させて、第１の層の上に混合層を形成するステップを含み、混合層は第１のセラミック原材料及び第２のセラミック原材料からの蒸気で形成される。【選択図】      図１
2017197842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状結晶粒を有する遮熱コーティングを含む遮熱コーティング系を部品の表面に形成する方法であって、
第１のセラミック原材料及び第２のセラミック原材料が物理気相堆積装置のコーティングチャンバ内に配置されているコーティングチャンバに部品を導入するステップと、
エネルギー源を第１のセラミック原材料に向けて、第１のセラミック原材料を蒸発させて部品に第１の層を気相堆積させるステップと、
エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で交番させて、第１の層の上に混合層を形成するステップであって、混合層が、第１のセラミック原材料及び第２のセラミック原材料からの蒸気で形成される、ステップと
を含む方法。
【請求項２】
エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で交番させた後で、エネルギー源を第２のセラミック原材料に向けて、第２のセラミック原材料を蒸発させ、混合層が第１の層と第２の層との間に位置するように混合層の上に第２の層を気相堆積させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
混合層が、第１の層と第２の層との間に粒状境界を形成する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１の層及び第２の層が柱状結晶粒を有する遮熱コーティングを形成し、遮熱コーティングの混合層が第１及び第２のセラミック組成の混合物である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
混合層が、第１の層から第２の層まで延在する傾斜組成を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
混合層が第１の層との間の境界で第２のセラミック原材料よりも第１のセラミック原材料の濃度が高く、かつ第２の層との境界で第１のセラミック原材料よりも第２のセラミック原材料の濃度が高い、請求項６に記載の方法。
【請求項７】
混合層が第１の層から第２の層まで延在する階段状組成を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
混合層が２以上の層から形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項９】
混合層が複数の副層から形成され、副層の各々が、第１の層から離隔するにつれて第２のセラミック原材料の濃度が高まる組成を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
エネルギー源を第１のセラミック原材料に向けた後、エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で第１の交番速度で交番させて、第１の層と第２の層との間に第１の混合層を形成するステップと、
次いで、エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で第２の交番速度で交番させて、第１の層と第２の層との間に第２の混合層を形成するステップであって、第２の混合層が第１の混合層よりも第２のセラミック原材料の濃度が高い、ステップと、
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
第１のセラミック原材料に向けた後、レーザを第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で第１の交番速度で交番させて、第１の層と第２の層との間に第１の混合層を形成するステップと、
次いで、前レーザを第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で第２の交番速度で交番させて、第１の層と第２の層との間に第２の混合層を形成するステップであって、第２の混合層が第１の混合層よりも第２のセラミック原材料の濃度が高い、ステップと、
次いで、前レーザを第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で第３の交番速度で交番させて、第１の層と第２の層との間に第３の混合層を形成するステップであって、第３の混合層が第２の混合層よりも第２のセラミック原材料の濃度が高い、ステップと
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
レーザは、第１のセラミック原材料に向けられる際に第１の出力を有し、レーザは、第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間でレーザを交番させる際に第２の出力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
第２のセラミック原材料が、溶融ＣＭＡＳによる浸透に対する遮熱コーティングの耐性を高めるように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
第１の層を形成する前に、部品の表面上にボンドコートを気相堆積させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
基材の表面上の遮熱コーティング系であって、
基材の表面上のボンドコートと、
ボンドコート上の第１のセラミック材料を含む第１の層と、
第１の層上の混合層であって、混合層が第１のセラミック材料及び第２のセラミック材料を含んでいて、第２のセラミック材料が第１のセラミック材料とは異なる、混合層と、
混合層上の第２のセラミック材料を含む第２の層と
を備えており、混合層が第１の層と第２の層との間に粒状境界を有する、遮熱コーティング系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの過酷な熱環境などの、高温に晒される部品上にコーティングを形成するシステム及び方法に関する。より具体的には、本発明は、多層遮熱コーティングを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの高温部の部品は、遮熱コーティング（ＴＢＣ）で保護される場合が多く、遮熱コーティングは、下層の部品基材の温度を下げて部品の耐用寿命を延ばす。セラミック材料及び特定のイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）がＴＢＣ材料として広範に使用されており、これは耐高温性能、低熱伝導率、及びプラズマ溶射、フレーム溶射、及び物理気相堆積（ＰＶＤ）技術による相対的な気相堆積容易性に起因する。空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）は、比較的低い機器コスト並びに塗工及びマスキングの容易性といった利点を有するが、ガスタービンエンジン最も高温の領域に用いられるＴＢＣは、歪み耐性の柱状粒構造をもたらすＰＶＤ、特に電子ビームＰＶＤ（ＥＢＰＶＤ）によって気相堆積される場合が多い。類似の柱状ミクロ組織は、他の原子及び分子蒸気プロセスを用いて生成することができる。
【０００３】
観察されたタービン多層系の故障メカニズムは、部品の表面と、ＴＢＣ及び／又はＴＢＣの別の層との間の界面問題をよりどころにしている場合が多い。当該問題は、表面汚染、開始時のプロセス不均等性（例えば、層間多孔性、未溶融など）、及び原材料相互汚染を含み、信頼性の低い機能性境界につながるので多層系の安定性が危うくなる可能性がある。
【０００４】
従って、個々の層がコーティング系の損傷許容性、熱的特性、反応性などの改善をもたらすことができる多層コーティング系に対するニーズがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６７２００３８号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており、又はこの説明から明らかにすることができ、或いは本発明を実施することにより理解することができる。
【０００７】
全体的には、遮熱コーティング系を部品の表面に形成する方法が提供される。全体的には、遮熱コーティング系は柱状結晶粒を有する遮熱コーティングを含む。一実施形態では、本方法は、コーティングチャンバに部品を導入するステップを含み、第１のセラミック原材料及び第２のセラミック原材料は、物理気相堆積装置のコーティングチャンバ内に配置される。エネルギー源を第１のセラミック原材料に向けて、第１のセラミック原材料を蒸発させて部品に第１の層を気相堆積させる。エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で交番させて、第１の層の上に混合層を形成するステップを含み、混合層が、第１のセラミック原材料及び第２のセラミック原材料からの蒸気で形成される。
【０００８】
特定の実施形態では、エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で交番させた後で、エネルギー源を第２のセラミック原材料に向けて、第２のセラミック原材料を蒸発させ、混合層が第１の層と第２の層との間に位置するように混合層の上に第２の層を気相堆積させるステップを含む。
【０００９】
全体的に、上述の方法によって基材の表面に形成できる遮熱コーティング系が提供される。一実施形態では、遮熱コーティング系は、基材の表面上のボンドコートと、ボンドコート上の第１のセラミック材料から形成される第１の層と、第１の層上の、第１のセラミック材料及び該第１のセラミック材料とは異なる第２のセラミック材料から形成される混合層と、混合層上の第２のセラミック材料から形成される第２の層とを含む。全体的に、混合層は、第１の層と第２の層との間に粒状境界を有する。
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１１】
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】
【００１２】
【図１】遮熱コーティング系の第１の層を気相堆積させるのに用いる例示的な電子ビーム物理気相堆積装置の概略的断面図。
【図２】遮熱コーティング系の中間層を気相堆積させるのに用いる例示的な電子ビーム物理気相堆積装置の概略的断面図。
【図３】遮熱コーティング系の第２の層を気相堆積させるのに用いる例示的な電子ビーム物理気相堆積装置の概略的断面図。
【図４】例示的な高圧タービンブレードの斜視図。
【図５】本開示の一実施形態に係る例示的な遮熱コーティング系を示す、図４のブレード例示的な断面図。
【図６】第１の層と第２の層との間の例示的な粒状境界の断面図。
【図７】第１の層と第２の層との間の他の例示的な粒状境界の断面図。
【図８】遮熱コーティング系を作るための例示的な方法の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書及び図面において参照符号を繰り返して用いることは、本発明の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図している。
【００１４】
次に、その１つ又はそれ以上の実施例を図面に示している本発明の実施形態について詳細に説明する。各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、当業者であれば、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正及び変形を本発明において実施できる点は理解されるであろう。）例えば、一実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態に対して使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１５】
本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある部品を別の部品と区別するために同義的に用いることができ、個々の部品の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。
【００１６】
用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。
【００１７】
本開示において、ある層が他の層又は基材の「上に（ｏｎ）」又は「上方に（ｏｖｅｒ）」あると記載される場合、各層は、直接接触するか又は各層の間に他の層又は特徴部を有することができることを理解されたい。従って、これらの用語は、各層の他に対する相対位置を単に説明するものであり、相対位置の上側又は下側は観察者に対するデバイスの向きに左右されるので、必ずしも「〜の上部に」あることを意味しない。
【００１８】
システム及び方法は、概して複数原材料を利用する単一ステップ気相堆積のために提供され、固有の化学的性質の個別層は、気相堆積プロセスを妨害することなく別々の原材料から気相堆積することができる。これらのシステム及び方法により、汚染及びプロセス不均等性（例えば、層間多孔性、未溶融など）などの一般的な界面問題を軽減しながら、層の順序付け及び界面転移を所望通りに調整することができる。従って、コーティング系の利点を最大にする強固な境界を構築することができる。加えて、所望の何らかの周期性でもって様々な組成の同数の層を含むことができる。例えば、図１−３に関して様々な２つの組成のための２つのプールシステムが図示及び説明されている。しかしながら、高度のマシンでは、必要に応じて追加のプールを含むことができ、何らかの層及び組成系の層状ＴＢＣを形成することができる。例えば、気相堆積チャンバ内に２〜約５種類の原材料を含むことができる。層状組成は、タービン部品の改善された冷却をもたらすより耐久性のあるＴＢＣに対する要望を可能にするという商業上の利点をもたらす。
【００１９】
本明細書に記載の遮熱コーティング系の実施形態は、図４に示す高圧タービンブレード１０を参照して説明される。しかしながら、本開示は、熱的及び化学的に過酷な環境内で作動する何らかの部品に概して適用可能である。一般に、ブレード１０は、ガスタービンエンジンの作動中に高温燃焼ガスが向けられる翼形部１２を含み、従ってその表面は、酸化、高温腐食及び浸食による激しい攻撃を受ける。翼形部１２は、ブレード１０の根元セクション１６に形成されたダブテール１４を用いてタービンディスク（図示せず）に固定される。翼形部１２は冷却用孔１８を備えており、ここを通ってブリード空気がブレード１０から熱を移動させる。
【００２０】
翼形部１２の表面はＴＢＣ系２０で保護され、これは図５に示すように基材２２の表面２３を覆う金属ボンドコート２４を含み、基材２２は合金とすることができかつ一般的にブレード１０のベース材料である。特定の実施形態では、ボンドコート２４は、ＭＣｒＡｌＸ合金オーバーレイコーティングもしくは拡散アルミナイド又は拡散プラチナアルミナイドなどの拡散コーティングといった、アルミニウムに富んだ組成物である。もしくは、ボンドコート２４として、ベータ相ニッケルアルミナイド（βＮｉＡｌ）金属化合物のオーバーレイコーティングを使用することができる。このようなアルミニウムに富んだボンドコートは、酸化アルミニウム（アルミナ）スケール２８を発生させ、これはボンドコート２４の酸化により成長する。アルミナスケール２８は、断熱ＴＢＣ２６をボンドコート２４及び基材２２に対して化学的に結合する。本発明のＴＢＣ２６は、下層の基材２２及びブレード１０のための所望の熱保護を可能にするのに十分な厚さで気相堆積されることが意図される。適切な厚さは、約７５〜３００μｍである。
【００２１】
しかしながら、ＴＢＣ材料は、ＣＭＡＳによる攻撃の影響を受けやすい。前述のように、ＣＭＡＳは比較的低溶融の共晶混合物であり、溶融時に柱状及び多孔質ＴＢＣ材料に浸透し、次いで、温度サイクリング時の剥離を助長することができる。ＣＭＡＳによる汚染及び他の潜在的な汚染からの剥離に対する脆弱性を低減するために、ＴＢＣ２６は、ＣＭＡＳと相互作用することができる１以上の追加のセラミック材料と同時気相堆積されたベースセラミック材料から形成される。図５に示すＴＢＣ２６は、２つの領域を備えるように示されており、ボンドコート２４により近い内層３０（例えば、第１の層）と、内層３０を覆う外側部３２（例えば、第２の層）である。以下に詳細に説明するように、ＴＢＣ２６の内層３０及び外層３２は、個別の層ではなく、代わりに組成が異なるものとすることができる。
【００２２】
内層３０及び外層３２の組成は、セラミック組成物から独立的に選択することができ、内層３０は、第１のセラミック材料から形成され、外層３２は、第２のセラミック材料から形成される。一実施形態では、内層３０及び外層３２は同じベースセラミック材料から形成され、少なくとも外層３２は、追加のセラミック材料（１以上）を含有する。例えば、外層３２は、ＣＭＡＳ及び他の潜在的な高温汚染物質による浸透に対して耐性のあるものにすることができるセラミック材料を含むことができる。耐高温性能及び低熱伝導率の観点から、ＴＢＣ２６の好ましいベースセラミック材料は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）（例えば、イットリウム約３〜８重量％の組成）であるが、不安定ジルコニア、もしくはマグネシア、セリア、酸化スカンジウム、又は他の酸化物によって部分的に又は完全に安定化されたジルコニアなどの他のセラミック材料を用いることもできる。一実施形態では、少なくともＴＢＣ２６の外層３２に存在する追加のセラミック材料は、溶融ＣＭＡＳと相互作用して、ＣＭＡＳよりも著しく高い溶融温度の化合物を形成することができ、ＣＭＡＳ及びセラミック材料の反応生成物は溶融せずかつＴＢＣ２６に浸透しない。加えて、「犠牲層」材料は、層３０、３２の追加のセラミック材料のための潜在的な候補である。他の実施形態では、外層３２の第２のセラミック原材料は、下の層及び部品に対して改善された耐衝撃性をもたらす。
【００２３】
図５に示すように、混合層３１は、ＴＢＣ２６の内層３０と外層３２との間に設けられる。一実施形態では、混合層３１は、内層３０及び外層３２の組成を組合せたものを含む。例えば、混合層３１は、第１及び第２のセラミック組成の混合物とすることができる。例えば、混合層３１は、内層３０から外層３２に延在する傾斜組成を有することができる。
【００２４】
他の実施形態では、混合層３１は、複数の副層から形成された階段状組成を有することができ（２以上の副層、例えば約２〜約１０の副層）、副層の各々は、第１の層から離隔するにつれて第２のセラミック原材料の濃度を高める組成を有する。例えば、図６は、第１の混合層４２及び第２の混合層４４から形成された混合層３１を示す。例えば、図１に示すように、エネルギー源６８を第１のセラミック原材料５４上に向かわせた後、エネルギー源６８は、第１のセラミック原材料５４と第２のセラミック原材料５６との間で第１の交番速度で交番されて第１の混合層４２を形成する。次いで、エネルギー源６８は、第１のセラミック原材料５４と第２のセラミック原材料５６との間で第２の交番速度で交番されて第２の混合層４４を形成し、その結果、第２の混合層４４は、第１の混合層４２よりも大きな第２のセラミック原材料５６の濃度を有する。
【００２５】
図７を参照すると、ＴＢＣ２６の内層３０及び外層３２は、柱状結晶粒２７の歪み耐性ミクロ組織を有するように示されている。加えて、混合層３１は、内層３０及び外層３２の各柱状結晶粒２７の間に延在する柱状結晶粒３３を含む。従って、混合層３１は、内層３０と外層３２との間の相互作用を強化することができる。
【００２６】
このような柱状ミクロ組織は、ＥＢＰＶＤなどの物理気相堆積（ＰＶＤ）手法を用いてＴＢＣ２６を気相堆積させることで得ることができるが、レーザビームＰＶＤ、スパッタリング（例えば、マグネトロン）、イオンプラズマ、及び陰極アーク気相堆積などの他のＰＶＤ手法を使用することができる。一般に、ＥＢＰＶＤプロセスは、所望のコーティング組成の蒸発源の存在、及びコーティングされる表面の存在下で蒸発源の蒸気を生成するのに適切な出力レベルの電子ビームを必要とする。内層３０と外層３２との間に混合層３１を形成するために、複数の蒸発源を使用してＴＢＣ２６を気相堆積させる。
【００２７】
図１−３は、ＴＢＣ２６を形成するために部品７６が支持されるコーティングチャンバ５２を含むＥＢＰＶＤコーティング装置５０を概略的に示す。図３は、図１−３によるコーティング装置５０で連続して形成された内層３０、混合層３１、及び外層３２を含むＴＢＣ２６を示す。コーティング装置５０は、指向性エネルギー６６をもつエネルギー源６８を用いて（例えば、電子ビーム６６をもつ電子ビームガン６８、又はレーザビーム６６をもつレーザ源６８）、所望のセラミック材料の第１のセラミック原材料５４（例えば、第１のインゴット５４）及び第２のセラミック原材料５６（例えば、第２のインゴット５６）を溶融及び蒸発させることで、気相堆積によって部品７６上へ多層ＴＢＣ２６を形成する。
【００２８】
エネルギー源６８は、エネルギー６６が選択的に第１のセラミック原材料５４及び第２のセラミック原材料５６に指向するように移動できる。気相堆積時、ＴＢＣ２６が異なる組成の内層３０、混合層３１、及び外層３２を有するように、図１に示すように第１のセラミック材料５４（例えば、ＹＳＺ）の第１の原材料５４だけを蒸発させて内層３０が最初に気相堆積される。図１は、第１のセラミック原材料５４にエネルギー６６を向けるエネルギー源６８を示し、部品７６上に第１の層３０を形成するための第１の蒸気７０を生成する。ビーム６６の強度は、コーティングチャンバ５２の中に蒸気雲７０を生成するのに十分な大きさであり、次いで、蒸気雲７０は、部品７６に接触及び液化して内層３０を形成する。図示のように、蒸気雲７０は、第１の原材料５４の上端を囲むるつぼ５８で形成されたリザーバの中に収容された溶融コーティング材料のプール６２から蒸発する。特定の実施形態では、ＴＢＣ２６の内側部３０の適切な厚さは、約５０〜約５００μｍ、より好ましくは約７５〜約１００μｍである。
【００２９】
部品７６上に所望の厚さ内層３０が気相堆積されると、エネルギー源６８は、第１の原材料５４と第２の原材料５６との間で交番され、図２に示すように第２の原材料５６の蒸発が始まる。換言すると、図２は、第１のセラミック原材料５４と第２のセラミック原材料５６との間で交番するエネルギー６６を送るエネルギー源６８を示し、第１の蒸気７０及び第２の蒸気７２の混合物を生成して第１の層３０の上に混合層３１を形成する。一般的に、エネルギー源６８は、コーティングチャンバ５２内で混合した後に部品７６に接触して液化して混合層３１を形成する蒸気雲７０及び７２を生成するのに十分な周波数及び出力レベル（例えば、強度）で、第１のセラミック原材料５４と第２のセラミック原材料５６との間で交番する、エネルギー６６を送る。図示のように、蒸気雲７０及び７２は、原材料５４及び５６の上端をそれぞれ囲むるつぼ５８によって形成されたリザーバ内に収容された溶融コーティング材料の別々のプール６２及び６４からそれぞれ蒸発する。
【００３０】
混合層３１は、所望の組成（例えば、第１のセラミック材料５４と第２のセラミック材料５６との混合物）を含んで形成される。一実施形態では、エネルギー源６８は、制御された様式で交番して、チャンバ５２の中に相対量の蒸気７０、７２を送り、混合層３１の中に制御された組成を形成する。例えば、混合層３１は、内層３０から外層３２に延在する傾斜組成を有することができ、混合層３１の組成は、第１の層との境界で第２のセラミック原材料よりも第１のセラミック原材料の濃度が高く、かつ第２の層との境界で第１のセラミック原材料よりも第２のセラミック原材料の濃度が高い。このような傾斜組成は、徐々に変化するが、その厚さは第１の層から第２の層に延在する。このような漸変された層は、混合層を気相堆積し始める際に第２のセラミック原材料５６よりも第１のセラミック原材料５４に長く焦点を合わせ、次に、混合層の気相堆積中に第１のセラミック原材料５４及び第２のセラミック原材料５６の各々に焦点を合わせる時間を変更することで（すなわち第１のセラミック原材料５４への合焦時間を短くして第２のセラミック原材料５６への合焦時間を長くする）形成することができる。もしくは、混合層３１は、原材料５４、５６の両方を同時に蒸発させることで、内層３０から外層３２までの厚さを通じて均一の組成を有するように気相堆積させることができる。
【００３１】
最後に、第２のセラミック原材料５６にエネルギー６６を送り、混合層３１上に第２の層３２を形成するように第２の蒸気７２を生成するエネルギー源６８を示す。ビーム６６の強度は、コーティングチャンバ５２の中に蒸気雲７２を生成し、次にこれが部品７６に接触及び液化して混合層３１上に外層３２を形成するので十分な大きさである。図示のように蒸気雲７２は、第２の原材料５６の上端を囲むるつぼ５８によって形成されたリザーバの中に含有された溶融コーティング材料のプール６４から蒸発する。ＴＢＣ２６の外層３２の適切な厚さは、約１０〜約５０μｍ、より好ましくは約１０〜約２５μｍである。
【００３２】
原材料は気相堆積プロセスによって徐々に消費されるので、第１及び第２の材料５４、５６はチャンバ５２に徐々に供給される。
【００３３】
図８は、部品の表面上に遮熱コーティング系を形成するための例示的な方法１００を図示し、遮熱コーティング系は、柱状結晶粒の遮熱コーティングを備える。ステップ１０２において、部品をコーティングチャンバに導入する。例えば、第１のセラミック原材料及び第２のセラミック原材料は、コーティングチャンバ（例えば、物理気相堆積装置）の中に配置することができる。ステップ１０４において、エネルギー源を第１のセラミック原材料に向けて、第１のセラミック原材料を蒸発させて部品上に第１の層を気相堆積させる。ステップ１０６において、エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で交番させて、第１の層上に混合層を形成する。ステップ１０８において、エネルギー源を第２のセラミック原材料に向けて、第２のセラミック原材料を蒸発させて混合層の上に第２の層を気相堆積させる。
【００３４】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【００３５】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
柱状結晶粒を有する遮熱コーティングを含む遮熱コーティング系を部品の表面に形成する方法であって、
第１のセラミック原材料及び第２のセラミック原材料が物理気相堆積装置のコーティングチャンバ内に配置されているコーティングチャンバに部品を導入するステップと、
エネルギー源を第１のセラミック原材料に向けて、第１のセラミック原材料を蒸発させて部品に第１の層を気相堆積させるステップと、
エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で交番させて、第１の層の上に混合層を形成するステップであって、混合層が、第１のセラミック原材料及び第２のセラミック原材料からの蒸気で形成される、ステップと
を含む方法。
［実施態様２］
エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で交番させた後で、エネルギー源を第２のセラミック原材料に向けて、第２のセラミック原材料を蒸発させ、混合層が第１の層と第２の層との間に位置するように混合層の上に第２の層を気相堆積させるステップをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
混合層が第１の層と第２の層との間に粒状境界を形成する、実施態様２に記載の方法。
［実施態様４］
混合層が第１の層から第２の層まで延在する傾斜組成を有する、実施態様２に記載の方法。
［実施態様５］
第１の層及び第２の層が、柱状結晶粒を有する遮熱コーティングを形成し、遮熱コーティングの混合層が第１及び第２のセラミック組成の混合物である、実施態様２に記載の方法。
［実施態様６］
混合層が第１の層から第２の層まで延在する傾斜組成を有する、実施態様２に記載の方法。
［実施態様７］
混合層が第１の層との間の境界で第２のセラミック原材料よりも第１のセラミック原材料の濃度が高く、かつ第２の層との境界で第１のセラミック原材料よりも第２のセラミック原材料の濃度が高い、実施態様６に記載の方法。
［実施態様８］
混合層が第１の層から第２の層まで延在する階段状組成を有する、実施態様２に記載の方法。
［実施態様９］
混合層が２以上の層から形成される、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１０］
混合層が複数の副層から形成され、副層の各々が、第１の層から離隔するにつれて第２のセラミック原材料の濃度が高まる組成を有する、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１１］
エネルギー源を第１のセラミック原材料に向けた後、エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で第１の交番速度で交番させて、第１の層と第２の層との間に第１の混合層を形成するステップと、
次いで、エネルギー源を第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で第２の交番速度で交番させて、第１の層と第２の層との間に第２の混合層を形成するステップであって、第２の混合層が第１の混合層よりも第２のセラミック原材料の濃度が高い、ステップと
をさらに含む、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１２］
第１のセラミック原材料に向けた後、レーザを第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で第１の交番速度で交番させて、第１の層と第２の層との間に第１の混合層を形成するステップと、
次いで、前レーザを第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で第２の交番速度で交番させて、第１の層と第２の層との間に第２の混合層を形成するステップであって、第２の混合層が第１の混合層よりも第２のセラミック原材料の濃度が高い、ステップと、
次いで、前レーザを第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で第３の交番速度で交番させて、第１の層と第２の層との間に第３の混合層を形成するステップであって、第３の混合層が第２の混合層よりも第２のセラミック原材料の濃度が高い、ステップと
をさらに含む、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１３］
レーザは、第１のセラミック原材料に向けられる際に第１の出力を有し、レーザは、第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間でレーザを交番させる際に第２の出力を有する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１４］
第２の出力が第１の出力よりも大きい、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
第１のセラミック原材料は、イットリア安定化ジルコニアを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１６］
第２のセラミック原材料は、溶融ＣＭＡＳによる浸透に対する遮熱コーティングの耐性を高めるように構成される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１７］
第２のセラミック原材料は、部品に対して改善された耐衝撃性をもたらす、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１８］
第１の層を形成する前に、部品の表面上にボンドコートを気相堆積させるステップをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１９］
柱状結晶粒を有する遮熱コーティングを含む遮熱コーティング系を部品の表面に形成する方法であって、
第１のセラミック原材料及び第２のセラミック原材料が物理気相堆積装置のコーティングチャンバ内に配置されているコーティングチャンバに部品を導入するステップと、
レーザを第１のセラミック原材料に向けて、第１のセラミック原材料を蒸発させて部品に第１の層を気相堆積させるステップと、
レーザを第１のセラミック原材料と第２のセラミック原材料との間で交番させて、第１の層の上に混合層を形成するステップであって、混合層が、第１のセラミック原材料及び第２のセラミック原材料からの蒸気で形成される、ステップと、
レーザを第２のセラミック原材料に向けて、第２のセラミック原材料を蒸発させて、第１の層の上に第２の層を気相堆積させるステップと
を含む方法。
［実施態様２０］
基材の表面上の遮熱コーティング系であって、
基材の表面上のボンドコートと、
ボンドコート上の第１のセラミック材料を含む第１の層と、
第１の層上の混合層であって、混合層が第１のセラミック材料及び第２のセラミック材料を含んでいて、第２のセラミック材料が第１のセラミック材料とは異なる、混合層と、
混合層上の第２のセラミック材料を含む第２の層と
を備えており、混合層が第１の層と第２の層との間に粒状境界を有する、遮熱コーティング系。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ブレード
１２  翼形部
１４  ダブテール
１６  根元セクション
１８  冷却用孔
２０  ＴＢＣ系
２２  基材
２３  表面
２４  金属ボンドコート
２６  ＴＢＣ
２７  柱状結晶粒
２８  スケール
３０  内層
３１  混合層
３２  外層
４２  第１の混合層
４４  第２の混合層
５０  ＥＢＰＶＤコーティング装置
５２  コーティングチャンバ
５４  第１のセラミック原材料
５６  第２のセラミック原材料
５８  るつぼ
６２  プール
６４  プール
６６  指向性エネルギー
６８  エネルギー源
７０  第１の蒸気
７２  第２の蒸気
７６  部品
【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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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2017197842000001.pdf