(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部がハニカム構造によって構成される金属部品を高温酸化から保護するために蒸着によるアルミニウム処理を行なう方法であって、アルミニウム化合物を含む堆積物を形成する少なくとも１つのガス状前駆物質を、キャリアガスと共に、封入体内に配置された前記金属部品の表面と接触させる方法において、キャリアガスがヘリウムであり、封入体内の圧力が大気圧であり、封入体内の温度がおよそ５時間継続して９５０℃から１２００℃の範囲内にあることを特徴とする方法。
【請求項２】
ターボ機関の低圧タービンのリングセクタをアルミニウム処理するために、アブレイダブル・ハニカムコーティングがリングセクタに施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも一部がハニカム構造によって構成される金属部品を高温酸化から保護する方法に関する。
【０００２】
本発明の分野は、特に、ターボ機関の低圧タービン部品に形成されるアブレイダブル・ハニカムコーティングを保護する分野に関する。しかしながら、適用分野は、高温酸化による腐食から保護される必要があるハニカム構造から成るあらゆる航空機部品にまで及ぶ。
【０００３】
【従来の技術】
ターボ機関の低圧タービンにおいては、ロータブレードまたはステータブレードの先端とステータまたはロータの対向する環状部との間の隙間をエアが直接に通過することを妨げるために、ロータブレードの先端と、これらを取り囲むタービステータのリングとの間、および、ステータブレードの自由端と、これらと対向するタービンロータのリングとの間に、エアシールが形成される。蝋付けによって固定され且つセルの軸が実質的に径方向に延びる金属ハニカム構造によって形成することができるアブレイダブルコーティングをロータ部に設けることが知られている。可動ブレードの先端縁すなわちロータによって支持され且つワイパと称される突起部の先端縁により、可動部をセルの高さの一部にわたって挿入することができる。
【０００４】
そのようなハニカム構造は、高温に対して強い金属合金から成るが、酸化によって劣化する。非常に熱い燃焼ガスがセル内で停滞すると、ハニカムコーティングを局所的に破壊し得る腐食が生じる。この結果、タービンリングすなわちロータの外周で漏れが生じ、ホット・ポイントが形成され、タービンの効率が著しく低下する。アブレイダブル・ハニカムコーティングを交換するには、タービンを停止させる必要があり、これを頻繁に行なう必要がある場合には、コストが非常に高くなる。
【０００５】
一般に使用される保護方法は、蒸着によるアルミニウム処理である。この方法は、良く知られており、特に仏国特許出願公開第１４３３４９７号明細書を参照することによって知ることができる。この方法では、希釈ガスまたはキャリアガスと共にハロゲン化合物等のアルミニウム化合物を含む混合ガスが内部に流される封入体内に、保護される１または複数の部品が配置される。ハロゲン化合物は、塩素やフッ素等のハロゲンと、アルミニウムを含む金属ドナー（例えば、保護される部品を形成する材料から成る１または複数の金属部品とアルミニウムとの金属合金）とを反応させることによって生成される。希釈ガスは、ハロゲン化合物を部品と接触させて、部品の表面に所望の堆積物を形成するべく、混合ガスを希釈して混入させるのに役立つ。一般に使用される希釈ガスはアルゴンである。前述した仏国特許出願公開第１４３３４９７号明細書には水素も言及されているが、危険であるため、実際に使用することは非常に難しい。
【０００６】
低圧タービンの固定部分においては、アブレイダブル・ハニカムコーティングを部品上に蝋付けした後、アルミニウム処理を施さなければならない。これは、アルミニウム処理後に蝋付けすることができないからである。
【０００７】
蒸着による従来のアルミニウム処理方法によれば、確かに十分な保護層を部品の外面上に形成することができるが、そのような保護層をセルの閉端部に至るまで形成することはできない。残念ながら、セルの開口の近傍だけでなく、熱い燃焼ガスが停滞し得るその端部に至るまで、高温酸化から保護することが必要である。
【０００８】
【特許文献１】
仏国特許出願公開第１４３３４９７号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、少なくとも一部がハニカム構造から成る部品の露出面の全てをアルミニウム処理によって保護する方法であって、特に、前記ハニカム構造のセルの表面全体を保護することができる方法を提案することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的は、アルミニウム化合物を含む堆積物を形成する少なくとも１つのガス状前駆物質を、キャリアガスと共に、封入体内に配置された前記部品の表面と接触させる方法であって、本発明によればキャリアガスがヘリウムおよびアルゴンから選択され、大気圧下で、キャリアガス分子の平均自由行程の長さがアルゴン分子のそれの少なくとも２倍となるように、封入体内の圧力が選択される方法によって達成される。
【００１１】
キャリアガス分子の平均自由行程を長くすると、ハニカム構造のセル内への侵入が容易となり、その端部に至るまでずっと、前駆ガス分子をセルの内面に接触させることができる。その結果、部品の全面がアルミニウム処理されて保護され、その寿命を相当に延ばすことができる。
【００１２】
本発明の実施形態においては、キャリアガスとしてヘリウムが使用され、方法を大気圧下または大気圧よりも低い圧力下で実施することができる。
【００１３】
本発明の他の実施形態においては、キャリアガスとしてアルゴンが使用され、５０キロパスカル（ＫＰａ）以下の圧力、好ましくは２５ＫＰａ以下の圧力で方法が有利に実施される。
【００１４】
添付図面を参照しながら、非制限的な表示をもって与えられた以下の説明を読むことにより、本発明をより良く理解できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、ターボ機関の低圧タービンの固定ブレードによって支持されたリングセクタ上に保護層を形成する利用に関して、本発明の実施形態を説明する。以下の説明から直ちに分かるように、前記方法は、アブレイダブル・ハニカム構造が設けられた低圧タービンでの固定リングのセクタに適しており、実際には、あらゆる金属部品に適しており、特に、少なくとも一部がハニカム構造によって形成されたあらゆる航空機部品に適している。
【００１６】
図１の断面で非常に概略的に示される低圧タービンにおいて、複数の固定エアガイドブレード１０は、複数の並列セクタから成るリング１２と係合する自由端部を有している。各リングセクタ１３（図２）は、内側にハニカム構造１６を支持するシュラウドセクタ１４を備えている。
【００１７】
シュラウドセクタ１４は、金属材料、例えば「ＨＡ２１４」  （ＮＣ１６Ｆｅ）または「Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘ」  （ＮＣ２２ＦｅＤ）あるいは「ＨＡ１８８」（ＫＣＮ２２Ｗ）等といったニッケル系もしくはコバルト系の超合金によって形成されている。また、ハニカム構造１６は、金属材料、例えばコバルト系もしくは「ＨＡ２１４」等の鉄系の超合金によって形成されており、シュラウドセクタ１４に対して蝋付けされ、あるいは、タービンノズルに対して直接に蝋付けされる。
【００１８】
断面（図１）において、ハニカム構造１６は、これと対向するターボ機関のロータ１８の環状部の外形に実質的に対応する段付き形状を成している。ロータ１８は突起部１９すなわち「バッフル・ワイパ」を有している。これらのワイパ１９は、ターボ機関の作動時に、リング１２上にアブレイダブルコーティングを形成するハニカム構造１６内に挿入される。
【００１９】
ハニカム構造１６のセル１７は、実質的に径方向に延びる軸を有している。一例として、セル１７の高さは５ミリメートル（ｍｍ）から２０ｍｍであっても良く、また、ワイパ１９は、約２ｍｍから３ｍｍの深さまでハニカム構造内に挿入されても良い。
【００２０】
ワイパ１９の形状とアブレイダブル構造１６の形状とを組み合わせると、ロータ１８とリング１２との間の隙間を燃焼ガスが直接に通過することを妨げる外周シールが構成される。高温ガスが１０００℃を越えるため、セル１７の内壁を含むリングセクタの露出面を高温酸化から保護する必要がある。
【００２１】
そのような保護は、本発明の方法によって、例えば図３に示される蒸気アルミニウム処理のための装置を使用することによって形成される。
【００２２】
この装置は、カバー２２によって非気密状態で閉じられ且つポット２４の内側で支持された容器２０を備えている。ポット２４は、カバー２６によって気密状態で閉じられており、オーブン２８の内側に配置されている。
【００２３】
パイプ３０は、容器２０によって形成された封入体２１にキャリアガス（希釈ガス）を供給する。同一のガスがパイプ３２から容器２０の外側のポット２４内に注入される。この一掃ガスは、パイプ３６によりカバー２６を通じて回収される。
【００２４】
容器２０の内側には、例えば顆粒状もしくは粉末状の形態を成すドナー３４が配置されている。ドナーは、一般に、アルミニウムと、アルミニウム処理される部品を構成する１または複数の金属との合金によって構成される。また、ドナーを用いてハロゲン化合物を形成することができる粉末状の活性体が封入体内に置かれている。一般に使用される活性体は、フッ化アンモニウムＮＨ４Ｆまたはフッ化アルミニウムＡｌＦ３である。
【００２５】
アルミニウム処理されるリングセクタ１３は、ハニカム構造１６がシュラウドセクタ１４に対して蝋付けされた後、封入体２１の内側に配置され、器具（図示せず）によって支持され或は器具（図示せず）から吊り下げられる。セルの開口と所定の距離をもって対向するように、別のドナーブロックを配置しても良い。
【００２６】
ドナーと活性体との反応によってガス状のハロゲン化合物を形成することができるように、オーブンの温度が制御される。この温度は、一般に、９５０℃から１２００℃の範囲である。分解したハロゲン化合物が保護される面と接触する蒸着により、アルミニウム処理が行なわれる。キャリアガスの機能は、ハロゲン化合物の分子を容易に運ぶことができるようにすることである。
【００２７】
本発明の第１の実施形態において、使用されるキャリアガスはヘリウムである。
【００２８】
一般に使用されるガスであるアルゴンと比べると、ヘリウム分子は、所定の圧力で、その平均自由行程が相当に長い。平均自由行程の長さＬは、一般に、１／Ｐ・Ｄ２に比例するものとして規定される。ここで、Ｐは圧力であり、Ｄは分子の直径である。ヘリウム分子の平均自由行程とアルゴン分子の平均自由行程との比率ＬＨｅ／ＬＡｒは、大気圧で、約３である。
【００２９】
キャリアガス分子の平均自由行程を長くすると、リングセクタ１３のセル１７内でハロゲン化合物が容易に拡散し、リングセクタの外面上だけではなく、セルの内壁全体にわたってアルミニウム処理が施される。
【００３０】
本発明の第２の実施形態において、使用されるキャリアガスはアルゴンである。しかし、キャリアガスの分子の平均自由行程長さを同様に長くするため、アルミニウム処理が減圧状態で行なわれる。
【００３１】
すなわち、図３に示される装置の封入体２１内にリングセクタをロードするとともに、ポット２４を気密に閉じた後、ポット２４の内側の大気、したがって、容器２０内の大気をアルゴンによってパージし、その圧力をパイプ２６を通じた排気により減少させ、ポット２４内および容器２０内の圧力を比較的低い値、例えば５ＫＰａよりも低い圧力にする。その後、パイプ３０を通じてアルゴンを連続的に流すことにより、ポット２４内および容器２０内の圧力を大気圧よりも低い値に維持する。この圧力の値は、５０ＫＰａ以下となるように、好ましくは２５ＫＰａ以下となるように選択されても良い。また、低圧でのアルゴン分子の平均自由行程と、大気圧でのアルゴン分子の平均自由行程との間の比率ＬＡｒ  ｌｏｗ／ＬＡｒ  ａｔｍは、少なくとも２、好ましくは少なくとも４となるように選択されても良い。
【００３２】
（試験）
図３に示されるタイプの装置を使用して、図１および図２に示されるセクタと同様のタービンのリングセクタをアルミニウム処理した。ドナーは、アルミニウムの含有率が３０％から３５％であるクロム−アルミニウム合金であり、活性体はＡｌＦ３である。
【００３３】
封入体２１内の温度を約１０００℃にした状態で、約５時間（ｈ）、プロセスを実行した。
【００３４】
３つの試験Ａ、Ｂ、Ｃを行なった。試験Ａでは大気圧下でアルゴンが使用され（蒸着による従来のアルミニウム処理）、試験Ｂでは大気圧下でヘリウムが使用され、試験Ｃでは約１３ＫＰａの低圧でアルゴンが使用された。
【００３５】
各試験において、９ｍｍ、１１ｍｍ、１５ｍｍといった様々な高さＨ（すなわち深さ）のセルを有するハニカム構造を使用した。セルの内壁上に形成されたアルミニウム堆積物の厚さを、開口の直ぐ近傍（高）、セルの側壁の底部（低）、セルの端壁上（端）で測定した。
【００３６】
以下の表には、測定された厚さがマイクロメートル（μｍ）で示されている。
【表１】
0004104951.tif 000002
【００３７】
全てのケースで、セルの上端にコーティングが得られたが、本発明に従って行なわれた方法だけが、側壁の底部に至るまでずっとセルの内壁の全体にわたって、また、端壁の全体にわたって、コーティングを形成することができた。
【００３８】
試験Ｃ（低圧でアルゴンを使用）においては、比率ＬＡｒ  ｌｏｗ／ＬＡｒ  ａｔｍが約７．８であったが、試験Ｂ（大気圧でヘリウムを使用）においては、比率ＬＨｅ／ＬＡｒ  ａｔｍが約３であったことが分かる。
【００３９】
また、低圧下で、ヘリウムから成るキャリアガスを用いたアルミニウム処理のプロセスを行なって、３よりも大きい比率ＬＨｅ  ｌｏｗ／ＬＡｒ  ａｔｍを得ることにより、セルの底部への前駆分子の侵入を更に促進することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターボ機関の低圧タービンの一部の非常に概略的な断面図である。
【図２】図１のリングのセクタの断片的な斜視図である。
【図３】本発明の方法を実行することができる装置の非常に概略的な図である。
【符号の説明】
１０  固定エアガイドブレード
１２  リング
１３  リングセクタ
１４  シュラウドセクタ
１６  ハニカム構造
１７  セル
１８  ロータ
１９  突起部
２０  容器
２１  封入体
２２、２６、  カバー
２４  ポット
２８  オーブン
３０、３２、３６  パイプ
３４  ドナー
【図１】
0004104951.tif 000003
【図２】
0004104951.tif 000004
【図３】
0004104951.tif 000005