(57)【要約】【課題】  遮熱コーティング（ＴＢＣ）系（１１０）を提供する。【解決手段】  系は、基板表面領域（１０８）上に形成された１以上の遮熱コーティング（ＴＢＣ）ボンドコート層（１１２）を備える。ＴＢＣボンドコート層は、１以上のＴＢＣボンドコート材料を含む。ＴＢＣボンドコート材料は、ケイ素（Ｓｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）及び１０重量％（ｗｔ％）未満のコバルト（Ｃｏ）をも含む、ニッケル−クロム−アルミニウム−イットリウム（ＮｉＣｒＡｌＹ）組成物である。ＴＢＣ系は、ＴＢＣボンドコート層上に形成された１以上のトップコート層（１２０）をさらに備える。【選択図】  図２
2009013452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮熱コーティング（ＴＢＣ）系（１１０）であって、
基板表面領域（１０８）上に形成された１以上の遮熱コーティング（ＴＢＣ）ボンドコート層（１１２）であって、ケイ素（Ｓｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）及び１０重量％（ｗｔ％）未満のコバルト（Ｃｏ）を含むＮｉＣｒＡｌＹ組成物である１以上のＴＢＣボンドコート材料を含むＴＢＣボンドコート層と、
ＴＢＣボンドコート層上に形成された１以上のトップコート層（１２０）と、
を備える遮熱コーティング（ＴＢＣ）系（１１０）。
【請求項２】
ＴＢＣボンドコート層（１１２）が、約５．０〜３０．００ｗｔ％のＣｒ、約５．００〜２０．００ｗｔ％のＡｌ、約０．０１〜５．００ｗｔ％のＹ、約０．５〜４．００ｗｔ％のＳｉ、約０．２０〜２．００ｗｔ％のＨｆ、約０．００〜５．００ｗｔ％のＣｏを含み、残部が実質的にＮｉからなる、請求項１記載のＴＢＣ系（１１０）。
【請求項３】
ＴＢＣボンドコート層（１１２）が、約２１．９０ｗｔ％のＣｒ、約１０．１０ｗｔ％のＡｌ、約１．０４ｗｔ％のＹ、約２．５ｗｔ％のＳｉ、約０．２０〜２．００ｗｔ％のＨｆを含み、残部が実質的にＮｉからなる、請求項１記載のＴＢＣ系（１１０）。
【請求項４】
基板表面（１０８）が超合金を含み、超合金がニッケル基超合金である、請求項１記載のＴＢＣ系（１１０）。
【請求項５】
ＴＢＣボンドコート層（１１２）がさらに１種以上の酸素活性元素を含み、１種以上の酸素活性元素が、イリジウム、オスミウム、パラジウム、白金、レニウム、ロジウム及びルテニウムからなる白金族の元素を含む、請求項１記載のＴＢＣ系（１１０）。
【請求項６】
ＮｉＣｒＡｌＹ組成物が、
局在化したＳｉの重量％が所定の重量％を超えないように１以上のＴＢＣボンドコート層（１１２）中にケイ素が実質的に均一に分布した所定の重量％のＳｉと、
所定の重量％のＳｉの達成を容易にする所定の重量％のＨｆと、
を含む、請求項１記載のＴＢＣ系（１１０）。
【請求項７】
表面領域（１０８）を有する基板であって、基板表面領域の少なくとも一部が所定の材料組成を含む基板と、
基板表面領域上に形成された１以上の遮熱コーティング（ＴＢＣ）ボンドコート層（１１２）であってケイ素（Ｓｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）及び１０重量％（ｗｔ％）未満のコバルト（Ｃｏ）を含むニッケル−クロム−アルミニウム−イットリウム（ＮｉＣｒＡｌＹ）組成物である１以上のＴＢＣボンドコート材料を含むＴＢＣボンドコート層及びＴＢＣ層上に形成された１以上のトップコート層（１２０）を有する遮熱コーティング（ＴＢＣ）系（１１０）と、
を備える機械部品。
【請求項８】
ＴＢＣボンドコート層（１１２）が、約５．０〜３０．００ｗｔ％のＣｒ、約５．００〜２０．００ｗｔ％のＡｌ、約０．０１〜５．００ｗｔ％のＹ、約０．５〜４．００ｗｔ％のＳｉ、約０．２０〜２．００ｗｔ％のＨｆ、約０．００〜５．００ｗｔ％のＣｏを含み、残部が実質的にＮｉを含む、請求項７記載の機械部品。
【請求項９】
ＴＢＣボンドコート層（１１２）が、約２１．９０ｗｔ％のＣｒ、約１０．１０ｗｔ％のＡｌ、約１．０４ｗｔ％のＹ、約２．５ｗｔ％のＳｉ、約０．２０〜２．００ｗｔ％のＨｆを含み、残部が実質的にＮｉを含む、請求項８記載の機械部品。
【請求項１０】
基板表面（１０８）の所定の材料組成は超合金を含み、超合金がニッケル基超合金である、請求項７記載の機械部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には機械部品の製造に関し、具体的には遮熱コーティング系の一部としてボンドコートを機械部品上に形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のタービンブレードはロータシャフトに取り付けられた中心ハブに結合しており、ブレードはハブとシャフトの中心軸に関してロータシャフトから略半径方向外側に延在する。各ブレードは翼形部を備える。作動中、例えば燃焼ガス流のような高エネルギー駆動流体が翼形部に衝突して、ブレードに回転エネルギーを与えることによってシャフトを回転させる。
【０００３】
公知の燃焼ガス流は高温であるので、公知の燃焼タービンブレードには、翼形部の基板表面上に複数の層から形成される遮熱コーティング（ＴＢＣ）系を少なくとも備えているものがある。これらの層は、ＴＢＣ系が様々な保護機能を提供できるように様々な材料組成を有していることもある。幾つかの公知のタービンブレードは、「ボンドコート」と呼ばれる材料を通例用いて翼形部基板上に形成された第１の層を有する。ボンドコートは、基板上に第１の接着性保護層を形成して、ボンドコート層の表面と適合性の材料からなる次の層の接合を促進する各種材料を呼ぶのに多用される用語である。ＴＢＣ系の保護機能の一例は、高温燃焼ガスからの翼形部の遮蔽をＴＢＣ系で促進することである。具体的には、公知のＴＢＣ系は、基板温度を１００℃（１８０°Ｆ）ほど下げて、基板の熱疲労及び／又はクリープのおそれを低減する。さらに、基板温度の低下によって、基板の熱誘起酸化及び／又は腐食のおそれを低減するのが促進される。
【特許文献１】米国特許第４０３４１４２号明細書
【特許文献２】米国特許第４４１９４１６号明細書
【特許文献３】米国特許第４５８５４８１号明細書
【特許文献４】米国特許第４８６１６１８号明細書
【特許文献５】米国特許第５８４６６０５号明細書
【特許文献６】米国特許第５９８１０９１号明細書
【特許文献７】米国特許第６１３６４５３号明細書
【特許文献８】米国特許第６２５５００１号明細書
【特許文献９】米国特許第６３０６５１５号明細書
【特許文献１０】米国特許第６３６８７２７号明細書
【特許文献１１】米国特許第６４５５１６７号明細書
【特許文献１２】米国特許第６８６１１５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
作動中、翼形部及びそれらのＴＢＣ系は高温でしかも燃焼タービン内に典型的に存在する潜在的に酸化性及び／又は腐食性の環境に暴露されるので、翼形部ＴＢＣ系が変化しかねない。例えば、かかる環境に暴露され続けると、熱成長酸化物（ＴＧＯ）層に悪影響を与え、さらに、熱成長酸化物（ＴＧＯ）層の層状組織中に応力を生じさせてボンドコート及び／又はトップコート材料の早期破壊及び／又は剥離（すなわち、材料の部分的剥落又は層間剥離）の原因となりかねない。ＴＢＣ系が剥離すると、翼形部基板が高温に露出されてしまう。
【０００５】
また、かかる環境に暴露され続けると、ボンドコート層からのアルミニウムの拡散も促進される。基板へのアルミニウム（Ａｌ）の拡散損失はボンドコート層中のアルミニウム濃度を減少させ、ボンドコート層とトップコート層間のＴＧＯ層界面で接着性保護アルミナスケールを生成し続けるボンドコート層の能力を低下させる。さらに、アルミニウムの相互拡散は翼形部壁内に拡散領域を生じる原因となり、基板特性に悪影響を与えかねない。例えば、基板の元素組成にアルミニウムを添加すると、翼形部壁の基板疲労強度の低下及び／又は翼形部の寿命低下を招くことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの態様では、機械部品の製造方法を提供する。この方法は、表面領域を有する基板を備えた機械部品を形成することを含む。方法はさらに、基板表面領域上に１以上のＴＢＣボンドコート層が形成されるように部品上に遮熱コーティング（ＴＢＣ）系を形成することも含む。１以上のＴＢＣボンドコート層は、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）で形成される。ＴＢＣボンドコート材料はニッケル−クロム−アルミニウム−イットリウム（ＮｉＣｒＡｌＹ）組成物であり、ケイ素（Ｓｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）及び１０重量％（ｗｔ％）未満のコバルト（Ｃｏ）も含んでいる。
【０００７】
別の態様では、遮熱コーティング（ＴＢＣ）系を提供する。この系は、基板表面領域上に形成された１以上の遮熱コーティング（ＴＢＣ）ボンドコート層を含む。ＴＢＣボンドコート層は、１以上のＴＢＣボンドコート材料を含む。ＴＢＣボンドコート材料はニッケル−クロム−アルミニウム−イットリウム（ＮｉＣｒＡｌＹ）組成物であり、ケイ素（Ｓｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）及び１０重量％（ｗｔ％）未満のコバルト（Ｃｏ）も含んでいる。ＴＢＣ系は、ＴＢＣボンドコート層上に形成された１以上のトップコート層をさらに備える。
【０００８】
さらに別の態様では、機械部品を提供する。機械部品は、表面領域を有する基板を備える。基板表面領域の少なくとも一部は所定の材料組成を含む。機械部品は、遮熱コーティング（ＴＢＣ）系も備える。ＴＢＣ系は、１以上のＴＢＣボンドコート層と、ＴＢＣボンドコート層上に形成された１以上のトップコート層とを備える。ＴＢＣボンドコート層は、１以上のＴＢＣボンドコート材料を含む。材料は、ケイ素（Ｓｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）及び１０重量％（ｗｔ％）未満のコバルト（Ｃｏ）を含むニッケル−クロム−アルミニウム−イットリウム（ＮｉＣｒＡｌＹ）組成物である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書中で「層」という用語は、特に限定されないが、シート状の広がり、材料の領域や材料、表面の被覆、或いはタービン部品のような物品の上層又は下層部分又はセグメントをいう。層は厚さを有する。層という用語は、層を形成する特定のプロセスを意味するものではない。例えば、層は溶射、コーティング、或いは積層プロセスで形成できる。
【００１０】
図１は、典型的な燃焼タービンブレード１００の斜視図である。ブレード１００は、ダブテール状ブレード根元１０４から延在する翼形部１０２を備える。根元１０４は、タービン（図１には図示せず）の中心に位置するハブ（図１には図示せず）の同様な形状の領域に植え込まれる。ハブとシャフトの中心軸に関してロータシャフトから略半径方向外側にブレード１００が延在するように、複数のタービンブレード１００が燃焼タービンロータシャフト（図１には図示せず）に取り付けられた中心ハブに結合される。作動中、例えば燃焼ガス流などの高エネルギーの駆動流体が翼形部１０２に衝突して、ブレード１００に回転エネルギーを与えることによってシャフトを回転させる。
【００１１】
図２は、ブレード１００（図１に示す）で使用できる典型的な翼形部１０２の概略断面図である。翼形部１０２は翼形部１０２内に内部冷却流体通路１０５を有しており、これに冷却流体（典型的には空気）を流して流体通路１０５を画成する内表面からの熱の除去を促進する。翼形部１０２は、超合金材料を含む基板１０６も備える。超合金は、典型的にはニッケル基又はコバルト基合金であり、超合金中のニッケル又はコバルトの量は、単独で重量最大となる元素である。ニッケル基超合金の例としては、特に限定されないが、約４０重量％以上のニッケル（Ｎｉ）と、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）及び鉄（Ｆｅ）からなる群の１以上の成分とを含むものがある。ニッケル基超合金の具体例としては、特に限定されないが、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、Ｎｉｍｏｎｉｃ（登録商標）、Ｒｅｎｅ（登録商標）（例えば、Ｒｅｎｅ（登録商標）８０−、Ｒｅｎｅ（登録商標）９５、Ｒｅｎｅ（登録商標）１４２及びＲｅｎｅ（登録商標）Ｎ５合金）及びＵｄｉｍｅｔ（登録商標）という商品名のものが挙げられ、方向性凝固超合金及び単結晶超合金も挙げられる。コバルト基超合金の例としては、約３０重量％以上のコバルトと、ニッケル、クロム、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタン及び鉄からなる群の１以上の成分とを含むものがある。コバルト基超合金の例としては、特に限定されないが、Ｈａｙｎｅｓ（登録商標）、Ｎｏｚｚａｌｏｙ（登録商標）、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）及びＵｌｔｉｍｅｔ（登録商標）という商品名のものが挙げられる。
【００１２】
翼形部１０２は、基板１０６上に形成された追加の基板表面１０８と共に製造し、完成翼形部１０２の寸法と実質的に同じ所定の輪郭及び厚さをもつ所定の寸法に賦形してもよい。翼形部１０２は、遮熱コーティング（ＴＢＣ）系１１０も備えている。公知の燃焼ガス流は高温であるので、公知の燃焼タービンブレード１００には、翼形部１０２の基板表面１０８上に複数の層（図２には図示せず）から形成される遮熱コーティング（ＴＢＣ）系１１０を備えるものがある。一実施形態では、燃焼ガス流温度の範囲は約１３１６℃〜１４２７℃（２４００°Ｆ〜２６００°Ｆ）である。これらの層は、高温燃焼ガスからのＴＢＣ系１１０による翼形部１０２の遮蔽を促進すべく、様々な材料組成を有していることがある。ＴＢＣ系は、基板温度を１００℃（１８０°Ｆ）ほど下げて、基板の熱疲労及び／又はクリープのおそれを低減する。さらに、基板温度の低下によって、基板の熱誘起酸化及び／又は腐食のおそれを低減するのが促進される。以下、系１１０をさらに説明する。
【００１３】
図３は翼形部１０２の一部の拡大図であり、図２に示す領域３に示す部分の拡大図である。冷却流体通路１０５は、基板１０６からの内部熱除去を促進する。後述するように、ボンドコート層１１２が基板表面１０８上に形成される。トップコート層１２０がボンドコート層表面１１４上に形成される。以下、層の構成要素についてさらに詳細に説明する。
【００１４】
ＴＢＣ系ボンドコート層１１２は、１以上のＭＣｒＡｌＸ材料で形成できる。ボンドコート層１１２に用いるＭＣｒＡｌＸは、ＴＢＣ系１１０で使用できる様々な合金化学組成を表す。Ｃｒ及びＡｌはクロム及びアルミニウムの慣用略号である。Ｍは、通常ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）及び鉄（Ｆｅ）或いはこれらの組合せを表す。Ｘは、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イットリウム （Ｙ）及びジルコニウム（Ｚｒ）などの元素及びこれらの組合せを示す。上記のＭＣｒＡｌＸ材料は、ＴＢＣ破壊機構として顕著なＴＢＣ系１１０と基板１０６の界面の酸化を低減する耐酸化性ボンドコート層の形成を促進する。
【００１５】
典型的な実施形態では、ＮｉＣｒＡｌＹがボンドコート層１１２に用いられる。本発明で用いる材料は、ボンドコート層１１２に用いる主要合金元素について略以下の重量％（ｗｔ％）を有する。
【００１６】
Ｎｉ    残部
Ｃｒ    ２１．９０
Ａｌ    １０．１０
Ｙ      １．０４
Ｓｉ    ２．５０
Ｈｆ    ０．５０
Ｃｏ    ０．００。
【００１７】
これらの主要な合金元素に加えて、耐酸化性を向上させるために少量の微量元素を添加してもよい。これらの微量元素としては、白金族金属（ＰＧＭ）から選択される元素、通常はルテニウム（Ｒｈ）及び白金（Ｐｔ）を含んでいてもよい。
【００１８】
別法として、ＮｉＣｒＡｌＹはの主要合金元素を略以下の重量％で含んでいてもよい。
【００１９】
Ｎｉ    残部
Ｃｒ    ５．００〜３０．００
Ａｌ    ５．００〜２０．００
Ｙ      ０．０１〜５．００
Ｓｉ    ０．５０〜４．００
Ｈｆ    ０．２０〜２．００
Ｃｏ    ０．００〜５．００。
【００２０】
Ｓｉの４．００％という値は、Ｓｉの値が４％を超えるとケイ素酸化物（ＳｉＯｘ）の形態のガラス状シリカの形成によってＳｉが失われ、ひいてはコーティング層の安定性が低下して耐酸化性の低下及び剥離のおそれが増す傾向にあることに基づく。
【００２１】
一般に、本発明の改良作用は、ボンドコート材料へのコバルトの導入量を減らしたときに最も顕著となる。Ｃｏが５重量％未満のときは、あまり悪影響はみられない。Ｃｏが５ｗｔ％を超えると、ボンドコート材料へのＳｉ及びＨｆの添加によって得られる潜在的効果が損なわれる。Ｃｏはボンドコート層１１２とトップコート層１２０間の熱膨張率の差を増大させ、層１１２に対する層１２０の接着性を減少させる。
【００２２】
典型的な実施形態では、上述の元素を組合せて予備合金化粉末中に混合して、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）法を用いて基板表面１０８に溶射する。このプロセスで、ボンドコート材料粉末が基板表面１０８に溶射される。翼形部１０２は取付具（図３には図示せず）に配設され、取付具によって翼形部１０２をＨＶＯＦガン（図３には図示せず）に対して回転させる。ＨＶＯＦガンを保持するロボット（図３には図示せず）は、取付具から所定の距離に配置される。オキシプロピレンやケロシンのような燃料を燃焼させて、粉末を溶融状態に加熱する。得られる燃焼ガスの温度は１６４９℃（３０００°Ｆ）〜２７６０℃（５０００°Ｆ）となり、このガスを推進剤として用いて６１０ｍ／ｓ（２０００ｆｔ／ｓ）〜１５２４ｍ／ｓ（５０００ｆｔ／ｓ）の速度を与える。ＨＶＯＦガンの１パスで、ボンドコート材料の層１１２を所定の平面又は所定面積に堆積させる。基板１０６の表面１０８を実質的に完全に被覆して所要の厚さのボンドコート層１１２を得るため、ボンドコート層１１２を堆積させる際に、ＨＶＯＦガンと基板表面１０８を相対的に移動させるのが概して望ましい。その態様は、スプレイ塗装に用いられるプロセスと同様に、ガン及び基板表面１０８の一方又は両方の移動の形態であればよい。別法として、層１１２の形成法としては、特に限定されないが、プラズマ溶射も挙げられる。
【００２３】
また、別法として、複数の元素を適当な濃度及び割合で基板に同時に溶射する同時溶射法を用いてもよいが、所望の組成の均一で連続した皮膜が得られることを前提とする。これは、上述の通り、Ｓｉが不均一に分布すると４重量％を超える局在化Ｓｉを生じて耐酸化性の低下及び剥離性の増加を促進するので、Ｓｉ添加剤に特に当てはまる。さらに、Ｓｉは層１１２全体に一段と均一に分布しているので、層１１２から基板１０６へのＡｌのバルク拡散が減る。
【００２４】
ボンドコート層１１２を有する翼形部１０２を炉に入れて熱処理する。翼形部１０２を、実質的な真空中で９８２℃（１８００°Ｆ）〜１１４８℃（２１００°Ｆ）の温度に２〜４時間保持する。翼形部１０２を炉から取り出して、所定の冷却速度で所定の温度に冷却する。
【００２５】
冷却完了後、ＨＶＯＦ法に代えてプラズマ溶射法を用いる点を除けば、ボンドコート層１１２に用いたのと同じ方法によって、表面１１４にトップコート層１２０を形成する。トップコート層１２０は典型的には酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）に６〜８モル％（ｍｏｌ％）の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を混合したもののようなセラミック材料であり、イットリア安定化ジルコニアもしくはＹＳＺとも呼ばれ、（Ｙ２Ｏ３）６（ＺｒＯ２）９４〜（Ｙ２Ｏ３）８（ＺｒＯ２）９２の化学式を有する。典型的な実施形態では、層１２０は、約０．０５０８ｃｍ（０．０２ｉｎ）の厚さである。別法として、燃焼タービンに設置したときの所定の作動パラメータを満足又は超えるように層１２０の厚さを変えてもよい。
【００２６】
トップコート層１２０を有する翼形部１０２を炉に入れて熱処理する。翼形部１０２を、実質的な真空中で９８２℃（１８００°Ｆ）〜１１４８℃（２１００°Ｆ）の温度に２〜４時間保持する。翼形部１０２を炉から取り出して、所定の冷却速度で所定の温度に冷却する。
【００２７】
ＴＢＣ系１１０を備える翼形部１０２を作動させて燃焼タービンに典型的に存在する高温の酸化性・腐食性環境に暴露すると、多数の金属学的プロセスを経てＴＢＣ系１１０が変化する。例えば、Ａｌリッチの通常耐酸化性のボンドコート層１１２は所期に接着性の高い熱成長酸化物（ＴＧＯ）層（図３には図示せず）を形成するが、これはボンドコート層１１２とトップコート層１２０の界面で成長する。酸化アルミニウム層は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）スケール層とも呼ばれる。ＴＧＯ層は温度の関数として形成され、すなわち温度が高いほどＴＧＯ層中の酸化アルミニウム形成速度が増す。エンジンの作動サイクル中終始酸化物層は僅かな層間剥離を起こしており、ボンドコート層１１２中の残留Ａｌの少なくとも一部が剥離したＴＧＯ層の層状組織と置き換わり、ＴＧＯ層の形成及び再生が実質的に常に起きている。ＴＧＯ層の成長を安定的に制御するのが概して望ましい。ＴＧＯ層の不安定な成長は、ＴＧＯ層とボンドコートの界面１０８の層状組織に応力を誘起して、過度の層状組織の応力パラメータを起こし、ボンドコートとトップコート層の材料の剥離（すなわち、材料の部分的剥離、或いは層間剥離）を起こしかねない。ＴＢＣ系１１０が剥離すると、翼形部基板１０６が高温流体に直接露出される。
【００２８】
その他の熱駆動メカニズムによって、ボンドコート層１１２から基板１０６へのアルミニウムの拡散が促進される傾向がある。基板１０６へのＡｌの拡散損失は様々な有害な状態を引き起こしかねない。例えば、基板１０６内へのＡｌの移行は、ボンドコート層１１２内のＡｌ濃度を減少させ、ボンドコート層１１２とトップコート層１２０のＴＧＯ層界面１１４でボンドコート層１１２が接着性保護アルミナスケールを生成し続ける能力を低下させる。また、Ａｌの相互拡散は翼形部基板１０６内部に拡散領域を生じる。この相互拡散領域は基板１０６の特性を劣化させかなない。例えば、基板１０６の元素組成にＡｌを添加すると、基板１０６の影響部域に脆性相の析出を惹起する。この脆性相は基板１０６の疲労強度を低下させる傾向があり、翼形部１０２の壁の不都合な消耗を生じる。さらに、ボンドコート層１１２からのＡｌ拡散によるその他の結末として、ボンドコート層１１２が相変化を起こす可能性もある。以下、結晶材料の相について説明する。
【００２９】
ボンドコート層１１２及びトップコート層１２０は典型的には結晶格子型の分子構造を有する。結晶材料（すなわち、概ね固体）は格子に類似した分子構造を有する。また、材料が複数の相としても存在し、材料の相はある条件下での材料の性能を定める。２つの別個の結晶構造を有する材料は２相を有すると考えられる。相は、ある系において均一な物理的及び化学的特性を有する均質部分である。ある所定の環境（例えば高温）下で、ある材料は遷移的挙動を示し、すなわち、当業者に公知のプロセスで例えばβ相からγ相へと相が変化する。ボンドコート層１１２内部での結晶構造の変化として現れる相変化は、相変態を起こした領域と相変態を起こさない領域の境界の層間領域にひずみを生じる。また、相変化は、トップコート層１２０とボンドコート層１１２の層状組織の界面で、層１２０と層１１２の間にひずみの不一致を生じさせる。このひずみの不一致は、上記と同様に剥離を起こしかねない。
【００３０】
ボンドコート混合物にケイ素及びハフニウムを添加すると、ボンドコート層１１２の耐酸化性が増し、翼形部１０２の予想有効寿命が延びる。ケイ素酸化物（ＳｉＯｘ）の低減とボンドコート層１１２全体でのＳｉの実質的に均一な分布によって、耐酸化性の向上が促進される。固溶体のＳｉは、層１１２内部での酸素及び硫黄イオンの拡散速度を低減する傾向がある。さらに、Ｈｆは作動中に形成される酸化物層を安定化して剥離を低減する傾向がある。
【００３１】
当技術分野で公知の通り、基本ＮｉＣｒＡｌＹコーティング混合物に耐酸化性を高めるための所定量のＳｉを配合すると、コーティング層の延性（つまり破断までの変形能力）が低下する傾向がある。コーティング層の良好な延性は、材料の結晶構造内の欠陥の発生を低減するとともに基板からの脱離も低減しつつ、燃焼タービンエンジンの全作動温度域での膨張と収縮を可能にする傾向がある。Ｈｆをボンドコート層１１２の材料に添加すると、所望の耐酸化性を得るために用いたＳｉの量を低下させる傾向があり、それによって延性の低下を低減する。
【００３２】
向上した耐酸化性の促進に加えて、Ｈｆは好ましくはβ相に存在し、ボンドコート層１１２の結晶構造内でのβ相からγ相への変態を低減する傾向がある。そのため、典型的なボンドコート層１１２中のＨｆは相安定剤として作用し、有害な結晶相変化を低減する。
【００３３】
本明細書に開示したタービンブレードの製造方法及び装置は、タービン系の作動に資する。具体的には、タービンブレード上に上述のようなボンドコート層を形成すると、タービンブレードの堅牢性、耐摩耗性及び信頼性が高まる。また、かかるブレードは、維持費及びタービン系の故障が減る。
【００３４】
タービンブレードの典型的な実施形態をタービン系に関して詳細に説明してきた。本発明の方法、装置及び系は、本明細書に開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、また具体的に例示したタービンブレードに限定されるものでもない。
【００３５】
様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、特許請求の範囲の技術的思想及び技術的範囲内で変更を加えて本発明を実施できることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】典型的な燃焼タービンブレードの斜視図。
【図２】図１のブレードで使用できる典型的な翼形部の概略断面図。
【図３】図２の翼形部の領域３の部分の拡大図。
【符号の説明】
【００３７】
１００  タービンブレード
１０２  翼形部
１０４  ブレード根元
１０５  冷却流体通路
１０６  翼形部基板
１０８  基板表面
１１０  遮熱コーティング（ＴＢＣ）系
１１２  ボンドコート層
１１４  熱成長酸化物（ＴＧＯ）ボンドコート層界面
１２０  トップコート層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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