二層構造コーティングを用いた構成要素の製造方法

【課題】ガスタービンブレードなどの基材とコーティングからなる構成要素において、冷却性を高めた構造の構成要素の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの中空内部スペース１１４を有する構成要素１００は、基材１１０の外側表面１１２上に第１のコーティング層５４を堆積し、次いで、基材１１０を第１のコーティング層５４を貫通して機械加工し、層５４内に１つ又はそれ以上の開口を定め、且つ基材１１０の外側表面内にそれぞれの１つ又はそれ以上の溝１３２を形成する。各溝１３２は基材１１０の表面に沿って少なくとも部分的に延びる。更に、第１の構造コーティング層５４の上及び溝１３２の上に第２の構造コーティング５６層を堆積させ、溝１３２及び第２の構造コーティング層５６が、共に構成要素１００を冷却するために１つ又はそれ以上のチャンネル１３０を定めるようにする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的にガスタービンエンジンに関し、より具体的にはマイクロチャンネルコーティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンにおいて、空気が圧縮機において加圧され、燃焼器において燃料と混合されて高温の燃焼ガスを生成する。エネルギーは、高圧タービン（ＨＰＴ）においてガスから抽出されて圧縮機を作動させ、低圧タービン（ＬＰＴ）においては、ターボファン航空機エンジン応用においてファンを作動させ、或いは船舶及び産業用途において外部シャフトを作動させる。
【０００３】
エンジン効率は燃焼ガスの温度と共に増大する。しかしながら、燃焼ガスは、その流路に沿った様々な構成要素を加熱し、その結果、エンジンの長い耐用年数を得るためにこれらの構成部品を冷却することが必要になる。通常、高温ガス経路構成要素は、圧縮機から空気をブリードすることにより冷却される。ブリード空気が燃焼プロセスでは使用されないので、この冷却プロセスはエンジン効率を低下させる。
【０００４】
ガスタービンエンジン冷却技術は成熟しており、種々の高温ガス経路構成要素において回路及び特徴要素を冷却する種々の態様について数多くの特許がある。例えば、燃焼器は、半径方向外側及び内側ライナを含み、これらは作動中に冷却を必要とする。タービンノズルは、外側及び内側バンド間で支持される中空ベーンを含み、これもまた冷却を必要とする。タービンロータブレードは中空であり、通常は内部に冷却回路を含み、該ブレードはタービンシュラウドによって囲まれ、これもまた冷却を必要とする。高温燃焼ガスは、同様にライニング加工されて好適に冷却することができる排気口を通じて放出される。
【０００５】
これらの例示的なガスタービンエンジン構成要素全てにおいて、通常は、構成要素を冷却する必要性を最小限にしながら、その耐久性を高めるために高強度超合金金属の薄い金属壁を用いている。様々な冷却回路及び特徴要素は、エンジン内の対応する環境におけるこれらの個々の構成要素に合わせて調整される。例えば、高温ガス経路構成要素内に一連の内部冷却通路又は蛇行路を形成することができる。蛇行路にプレナムから冷却流体を提供することができ、該冷却流体は通路を通って流れ、高温ガス経路構成要素基材及びコーティングを冷却することができる。しかしながら、この冷却方式は通常、比較的低い熱伝達率及び非均一な構成要素温度プロファイルをもたらす。
【０００６】
マイクロチャンネル冷却は、加熱領域にできる限り近接して冷却部を配置し、従って、所与の熱伝達率を得るために主耐荷重基材材料の高温側と低温側との間の温度差を縮小することによって、冷却要件を有意に低減することができる。タービン翼形部における冷却マイクロチャンネルの形成についての前述の製造方法は、翼形部鋳造の外部スキン内にチャンネルを形成し、次いで、構造コーティングでチャンネルを覆ってコーティングすることであった。例えば、引用により全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第５，６２６，４６２号、ＭｅｌｖｉｎＲ．Ｊａｃｋｓｏｎ他による「Ｄｏｕｂｌｅ−ＷａｌｌＡｉｒｆｏｉｌ（二重壁翼形部）」を参照されたい。しかしながら、既存の製造技術は、特に応力集中が高い可能性があるコーティングチャンネルの縁部において、構造コーティングとその下にある基材との間の界面領域の完全性を損なう恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，３０２，９９０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６２６，４６２号明細書
【特許文献３】米国特許出願シリアル番号１２／６９７，００５明細書
【特許文献４】米国特許出願シリアル番号１２／７９０，６７５明細書
【特許文献５】米国特許出願公開２００５／００１３９２６明細書
【特許文献６】米国特許第５，６４０，７６７号明細書
【特許文献７】米国特許出願シリアル番号１２／９４３，６２４明細書
【特許文献８】米国特許第６，３３２１，４９９号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開番号２００８０１３８５３９明細書
【特許文献１０】米国特許出願シリアル番号１２／９４３，５６３明細書
【特許文献１１】米国特許出願シリアル番号１２／９４３，６４６明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、構造コーティングとその下にある基材との間の界面領域の完全性を改善したマイクロチャンネル冷却構成要素を製造する方法を提供することが望ましいことになる。詳細には、コーティングと基材との間の接合を強化するために、極めて重要なチャンネル界面領域において欠陥を低減し且つ材料特性及びマイクロ構造の適合性を改善することが望ましいことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様は、構成要素を製造する方法にある。本方法は、少なくとも１つの中空内部スペースを有する基材の外側表面上に構造コーティングの第１の層を堆積する段階を含む。本製造方法は更に、基材を構造コーティングの第１の層を貫通して機械加工し、構造コーティングの第１の層内に１つ又はそれ以上の開口を定め且つ基材の外側表面内にそれぞれの１つ又はそれ以上の溝を形成する段階を含む。各溝は、それぞれのベースを有し且つ基材の表面に沿って少なくとも部分的に延びる。本製造方法は更に、構造コーティングの第１の層の上及び溝の上に構造コーティングの第２の層を堆積させ、１つ又はそれ以上の溝及び構造コーティングの第２の層が共に、構成要素を冷却するために１つ又はそれ以上のチャンネルを定めるようにする段階を含む。
【００１０】
本発明の別の態様は、外側表面と、少なくとも１つの中空の内部スペースを定める内側表面とを有する基材を含む構成要素にある。外側表面は１つ又はそれ以上の溝を定め、各溝は、基材の外側表面に沿って少なくとも部分的に延び且つそれぞれがベースを有する。１つ又はそれ以上のアクセス孔が、それぞれの溝のベースを通って延びて、溝をそれぞれの中空の内部スペースと流体連通させる。構成要素は更に、基材の外側表面の少なくとも一部の上に配置されたコーティングを含む。コーティングは、構造コーティングの少なくとも第１及び第２の層を含む。第１の構造コーティング層は溝の上に延びておらず、第２の構造コーティング層が、構造コーティングの第１の層の上に配置され且つ溝の上に延びており、溝と構造コーティングの第２の層とが共に、構成要素を冷却するための１つ又はそれ以上のチャンネルを定めるようにする。
【００１１】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ガスタービンシステムの概略図。
【図２】本発明の態様による、冷却マイクロチャンネルを備えた例示的な翼形部構成の概略断面図。
【図３】基材内にチャンネルを形成する処理ステップの概略図。
【図４】基材内にチャンネルを形成する処理ステップの概略図。
【図５】基材内にチャンネルを形成する処理ステップの概略図。
【図６】基材内にチャンネルを形成する処理ステップの概略図。
【図７】基材内にチャンネルを形成する処理ステップの概略図。
【図８】基材内にチャンネルを形成する処理ステップの概略図。
【図９】基材の表面に沿って部分的に延びる３つの例示的なチャンネルと、それぞれのフィルム冷却孔に対するチャンネル冷却材を斜視図で示した概略図。
【図１０】図９の例示的なチャンネルの１つの断面図であり、アクセス孔からフィルム冷却孔へ冷却材を運ぶマイクロチャンネルを示す図。
【図１１】２つの層の構造コーティングに加えて、散逸性コーティングを用いて基材内にチャンネルを形成する代替のプロセスステップを概略的に示す図。
【図１２】２つの層の構造コーティングに加えて、散逸性コーティングを用いて基材内にチャンネルを形成する代替のプロセスステップを概略的に示す図。
【図１３】２つの層の構造コーティングに加えて、散逸性コーティングを用いて基材内にチャンネルを形成する代替のプロセスステップを概略的に示す図。
【図１４】２つの層の構造コーティングに加えて、散逸性コーティングを用いて基材内にチャンネルを形成する代替のプロセスステップを概略的に示す図。
【図１５】２つの層の構造コーティングに加えて、散逸性コーティングを用いて基材内にチャンネルを形成する代替のプロセスステップを概略的に示す図。
【図１６】２つの層の構造コーティングに加えて、散逸性コーティングを用いて基材内にチャンネルを形成する代替のプロセスステップを概略的に示す図。
【図１７】２つの層の構造コーティングに加えて、散逸性コーティングを用いて基材内にチャンネルを形成する代替のプロセスステップを概略的に示す図。
【図１８】２つの層の構造コーティングに加えて、散逸性コーティングを用いて基材内にチャンネルを形成する代替のプロセスステップを概略的に示す図。
【図１９】犠牲充填材を用いることなく２つの層の構造コーティングを用いて基材内に凹角形チャンネルを形成し、結果として得られるチャンネルは透過性スロットを有する、代替のプロセスステップを概略的に示す図。
【図２０】犠牲充填材を用いることなく２つの層の構造コーティングを用いて基材内に凹角形チャンネルを形成し、結果として得られるチャンネルは透過性スロットを有する、代替のプロセスステップを概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
用語「第１の」、「第２の」などは、どのような順序、数量、又は重要度を意味するものではなく、むしろ、１つの要素を別の要素と区別するために用いている。本明細書において数詞のない表現は、数量の限定を意味するものではなく、むしろ参照する要素の少なくとも１つが存在することを意味する。数量に関連して使用される修飾語「約」は表示値を含めて、文脈によって決まる意味を有する（例えば、特定の量の測定値に付随するある程度の誤差を含む）。加えて、用語「組み合わせ」は、配合物、混合物、合金、反応生成物、及び同様のものを含める。
【００１４】
更にまた、本明細書において「数詞のない表現」の用語は、その用語が意味するものの単数及び複数の両方を含むことを意図しており、従って当該用語が意味するものの１つ又はそれ以上を含む（例えば、「通路孔」は、別途指定のない限り、１つ又はそれ以上の通路孔を含むことができる）。本明細書全体を通じて、「１つの実施形態」、「別の実施形態」、「ある実施形態」、及びその他などへの言及は、実施形態に関して記載された特定の要素（例えば、特徴、構造、及び／又は特性）が、本明細書で記載される少なくとも１つの実施形態に含まれており、他の実施形態に存在する場合もあり、存在しない場合もあることを意味する。これに加えて、記載される本発明の特徴部は、様々な実施形態において何らかの好適な様態で組み合わせることができる点を理解されたい。
【００１５】
図１は、ガスタービンシステム１０の概略図である。システム１０は、１つ又はそれ以上の圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６、及び燃料ノズル２０を含むことができる。圧縮機１２及びタービン１６は、１つ又はそれ以上のシャフト１８により結合することができる。シャフト１８は、単一シャフト又は共に結合されてシャフト１８を形成する複数のシャフトセグメントとすることができる。
【００１６】
ガスタービンシステム１０は、幾つかの高温ガス経路構成要素１００を含むことができる。高温ガス経路構成要素は、システム１０を通過するガスの高温流に少なくとも部分的に曝される、システム１０の何れかの構成要素である。例えば、バケット組立体（ブレード又はブレード組立体としても知られる）、ノズル組立体（ベーン又はベーン組立体としても知られる）、シュラウド組立体、移行部品、保持リング、及び圧縮機排出構成要素は、全て高温ガス経路構成要素である。しかしながら、本発明の高温ガス経路構成要素１００は、上記の実施例に限定されず、高温のガス流に少なくとも部分的に曝される何れかの構成要素とすることができる点は理解されたい。更に、本開示の高温ガス経路構成要素１００は、ガスタービンシステム１０における構成要素に限定されず、高温流に曝される可能性がある機械装置の何れかの要素又はその構成要素とすることができる点は理解されたい。
【００１７】
高温ガス経路構成要素１００は、高温ガス流８０に曝されると該高温ガス流８０によって加熱され、高温ガス経路構成要素１００の故障する温度にまで達する場合がある。従って、高い温度の高温ガス流８０でシステム１０が作動して、システム１０の効率及び性能を向上させることができるようにするためには、高温ガス経路構成要素１００の冷却システムが必要となる。
【００１８】
一般に、本開示の冷却システムは、高温ガス経路構成要素１００の表面に形成された一連の小チャンネル又はマイクロチャンネルを含む。工業用サイズの発電タービン構成要素において、「小」又は「マイクロ」チャンネルの寸法は、０．２５ｍｍから１．５ｍｍの範囲の概略の深さ及び幅を含み、航空機製造サイズのタービン構成要素では、チャンネルの寸法は、０．１５ｍｍから０．５ｍｍの範囲の概略の深さ及び幅を含む。高温ガス経路構成要素は、カバー層を備えることができる。冷却流体をプレナムからチャンネルに提供することができ、また、冷却流体は、チャンネルを通って流れてカバー層を冷却することができる。
【００１９】
図２から２０を参照して、構成要素１００の製造方法を説明する。図示のように、例えば図３において、構成要素製造方法は、基材１１０の表面１１２上に構造コーティング５４の第１の層を堆積する段階を含む。図示のように、例えば図２において、基材１１０は、少なくとも１つの中空内部スペース１１４を有する。
【００２０】
基材１１０は、通常、基材１１０の表面１１２上に構造コーティング５４の第１の層を堆積する段階の前に鋳造される。米国特許第５，６２６，４６２号で検討するように、基材１１０は、何らかの好適な材料から形成することができる。構成要素１００の目的とする用途に応じて、これは、Ｎｉ基、Ｃｏ基、及びＦｅ基超合金を含むことができる。Ｎｉ基超合金は、γ及びγ’相の両方を含有するもの、詳細には、γ及びγ’相の両方を含有するＮｉ基超合金とすることができ、ここでγ’相は超合金の少なくとも４０重量％を占める。このような合金は、高い温度強度及び高温のクリープ抵抗を含む望ましい特性が組み合わされていることに起因して、有利であることが知られている。基材材料はまた、ＮｉＡｌ金属間化合物合金を含むことができ、これらの合金もまた、高温強度及び高温クリープ抵抗を含む優れた特性の組み合わせを有することが知られているので、航空機に使用されるタービンエンジン用途での使用に有利である。Ｎｂ基合金のケースでは、優れた耐酸化性を有する被覆Ｎｂ基合金が好ましく、詳細には、これらの合金は、Ｎｂ−（２７−４０）Ｔｉ−（４．５−１０．５）Ａｌ−（４．５−７．９）Ｃｒ−（１．５−５．５）Ｈｆ−（０−６）Ｖを含み、ここで組成範囲は原子パーセントである。基材材料はまた、シリサイド、カーバイド、又はホウ化物を含むＮｂ含有金属間化合物など、少なくとも１つの２次相を含有するＮｂ基合金を含むことができる。このような合金は、延性相（すなわち、Ｎｂ基合金）と強化相（すなわち、Ｎｂ含有金属間化合物）との複合材である。他の構成では、基材材料は、Ｍｏ₅ＳｉＢ₂及びＭｏ₃Ｓｉ２次相を有するモリブデン（固溶体）をベースとした合金のような、モリブデン基合金を含む。他の構成では、基材材料はＳｉＣファイバで強化された炭化ケイ素（ＳｉＣ）マトリックスのような、セラミックマトリックス複合材を含む。他の構成では、基材材料は、ＴｉＡｌ基金属間化合物を含む。
【００２１】
図示のように、例えば図４において、構成要素製造方法は更に、構造コーティング５４の第１の層を貫通して基材１１０を機械加工し、構造コーティング５４の第１の層に１つ又はそれ以上の開口５８を定め、また、基材１１０の表面１１２に１つ又はそれ以上のそれぞれの溝１３２を形成する段階を含む。図示の実施例において、複数の開口５８が第１の構造コーティング層５４に定められ、複数のそれぞれの溝１３２が基材１１０に形成される。図４に示すように、溝１３４の各々は、ベース１３２を有し、例えば図９及び１０に示すように、基材１１０の表面１１２に沿って少なくとも部分的に延びる。溝は、直線状の壁を有するように図示されているが、溝１３２はあらゆる構成を有することができ、例えば、直線状又は曲線状、又は複数の湾曲部を有することができる。
【００２２】
溝１３２は様々な技術を用いて形成することができる。例えば、溝１３２は、砥粒液体ジェット、プランジ電解加工（ＥＣＭ）、スピニング単一点電極を用いた放電加工機（ミルＥＤＭ）、及びレーザ機械加工（レーザ孔加工）のうちの１つ又はそれ以上を用いて形成することができる。例示的なレーザ機械加工技術は、２０１０年１月２９日に出願された、同一出願人による米国特許出願シリアル番号１２／６９７，００５、「Ｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｓｙｓｔｅｍｆｏｒｆｏｒｍｉｎｇｓｈａｐｅｄａｉｒｈｏｌｅｓ（成形空気孔を形成する方法及びシステム）」に記載されており、当該出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。例示的なＥＤＭ技術は、２０１０年５月２８日に出願された、同一出願人による米国特許出願シリアル番号１２／７９０，６７５、「Ａｒｔｉｃｌｅｓｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｃｈｅｖｒｏｎｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｈｏｌｅｓ，ａｎｄｒｅｌａｔｅｄｐｒｏｃｅｓｓｅｓ（シェブロン冷却孔を含む物品及び関連する方法）」に記載されており、当該出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。
【００２３】
特定のプロセス構成において、溝１３２は、図４に概略的に図示されるように、構造コーティング５４の第１の層を通って基材１１０の表面１１２に砥粒液体ジェット１６０を配向することによって形成される。従って、チャンネル縁部のあらゆる丸み付けは、基材ベース金属ではなく、構造コーティング５４内にある。例示的な水ジェット孔加工プロセス及びシステムは、２０１０年５月２８日に出願された、同一出願人による米国特許出願シリアル番号１２／７９０，６７５、「Ａｒｔｉｃｌｅｓｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｃｈｅｖｒｏｎｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｈｏｌｅｓ，ａｎｄｒｅｌａｔｅｄｐｒｏｃｅｓｓｅｓ（シェブロン冷却孔を含む物品及び関連する方法）」に記載されており、当該出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。米国特許出願シリアル番号１２／７９０，６７５において説明されるように、水ジェットプロセスは通常、高圧水のストリーム中に懸濁された研磨粒子（例えば、研磨グリット）の高速ストリームを利用する。水圧は、大きく変えることができるが、多くの場合、約３５〜６２０ＭＰａの範囲にある。ガーネット、アルミナ、炭化ケイ素、及びガラスビーズなど、幾つかの研磨材料を用いてもよい。
【００２４】
加えて、米国特許出願シリアル番号１２／７９０，６７５において説明されるように、水ジェットシステムは、多軸コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ユニットを含むことができる。ＣＮＣシステム自体は当該技術分野で公知であり、例えば、米国特許出願公開２００５／００１３９２６（Ｓ．Ｒｕｔｋｏｗｓｋｉ他）に記載されており、当該米国特許出願公開は引用により本明細書に組み込まれる。ＣＮＣシステムは、幾つかのＸ、Ｙ、及びＺ軸並びに回転軸に沿ったカッティングツールの移動を可能にする。
【００２５】
例えば、図７、１７、及び２０に示すように、構成要素製造方法は更に、第１の構造コーティング層５４の上に構造コーティングの第２の層５６を堆積させ、溝１３２及び第２の構造コーティング層５６が共に構成要素１００を冷却するための１つ又はそれ以上のチャンネル１３０を定めるようにする段階を含む。例示的な構造コーティングは、米国特許第５，６４０，７６７号及び米国特許第５，６２６，４６２号で与えられ、これらは引用により全体が本明細書に組み込まれる。米国特許第５，６２６，４６２号で検討されるように、構造コーティングは、基材１１０の表面１１２の一部に接合される。溝１３２及びチャンネル１３０は、図４から９及び１２〜１８においては矩形として図示されているが、他の形状をもつようにすることもできる点は理解されたい。例えば、溝１３２（及びチャンネル１３０）は、図１９及び２０を参照しながら以下で説明するように、凹溝１３２（凹溝１３０）とすることができる。加えて、溝１３２（チャンネル１３０）の側壁は直線状である必要はない。種々の用途において、溝１３２（チャンネル１３０）の側壁は、曲線状又は円形とすることができる。
【００２６】
図２、９、及び１０に図示される例示的な構成において、第２の構造コーティング層５６は、基材１１０の翼形部形外側表面１１２に沿って長手方向に延びる。第２の構造コーティング層５６は、翼形部形外側表面１１２と共形であり、溝１３２を覆って冷却チャンネル１３０を形成する。図９及び１０に示すように、基材１１０及び第２の構造コーティング層５６は更に、１つ又はそれ以上の出口フィルム孔１４２を定めることができる。図１０に示す例示的な構成において、冷却チャンネル１３０は、冷却材をアクセス孔１４０からフィルム冷却孔１４２に運ぶ。図示のように、第２の構造コーティング層５６は、単にチャンネルを覆う第１のコーティング又は構造コーティングである点に留意されたい。特定の用途においては、追加のコーティングは使用されない。しかしながら、他の用途では、ボンドコート及び／又は熱障壁コーティング（ＴＢＣ）も使用される。図９及び１０に図示される例示的な構成において、冷却チャンネル１３０は、冷却流をそれぞれのアクセス孔１４０から出口フィルム孔１４２に運ぶ。図９及び１０に示す実施において、溝は、出口フィルム孔１４２に流体を運ぶ。しかしながら、他の構成ではフィルム孔を必要とせず、冷却チャンネルは、単に、基材表面１１２に沿って延びて、後縁又はバケット先端などの構成要素の縁部から外に出るに過ぎない。加えて、フィルム孔は図９において丸みがあるように図示されているが、これは非限定的な実施例である点に留意されたい。フィルム孔はまた、非円形の孔であってもよい。
【００２７】
通常、冷却チャンネルの長さは、フィルム孔の直径の１０倍から１０００倍の範囲であり、より詳細には、フィルム孔の直径の２０倍から１００倍の範囲である。好都合には、冷却チャンネル１３０は、構成要素（翼形部本体、前縁、後縁、ブレード先端、端壁、プラットフォーム）の表面上のどこにでも用いることができる。加えて、冷却チャンネルは直線状の壁を有するように図示されているが、チャンネル１３０は、あらゆる構成を有することができ、例えば、直線状又は曲線状とすることができ、或いは、複数の湾曲部を有することができる。構造コーティングは、あらゆる好適な材料を含み、基材１１０の外側表面１１２に接合される。特定の構成において、第１及び／又は第２の構造コーティング層５４、５６は、産業用ガスタービン構成要素において、０．０２から２．０ミリメートルの範囲、より詳細には、０．１から１ミリメートルの範囲、及び更に詳細には、０．１から０．５ミリメートルの厚みを有することができる。航空機構成要素においては、この範囲は通常、０．０２から０．２５ミリメートル、より詳細には０．０５から０．１２５ミリメートルである。しかしながら、特定の構成要素１００についての要件に応じて、他の厚みを利用してもよい。
【００２８】
図１９及び２０に示す例示的な構成において、溝１３２の各々は、ベース１３４及び最上部１３４を有し、ここでベース１３４は最上部１３６よりも幅広であり、溝１３２の各々が凹角形の溝１３２を構成するようになる。特定の構成において、凹角形溝１３２のそれぞれのベース１３４は、それぞれの溝１３２の最上部１３６よりも少なくとも２倍の幅広である。より詳細な構成において、それぞれの凹角形溝１３２のベース１３４は、それぞれの溝１３２の最上部１３６よりも少なくとも３倍、更に詳細には約３倍から４倍の範囲の幅広である。凹角形溝１３２を形成する技術は、同一出願人による米国特許出願シリアル番号１２／９４３，６２４、ＲｏｎａｌｄＳ．Ｂｕｎｋｅｒ他、「Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｗｉｔｈｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔｓｈａｐｅｄｃｏｏｌｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ（凹角形冷却チャンネルを有する構成要素及びその製造方法）」で与えられ、当該特許出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。好都合には、第２の構造コーティング層５６は、例えば、図１９及び２０において示すように、充填されていない凹角溝１３２（すなわち、溝を犠牲充填材で充填又は部分充填することなく）の上に堆積することができる。加えて、凹角溝は、単純な形状の溝（明確には、ほぼ等しい幅の最上部１３６及びベースを備えた溝）に比べて冷却を強化することができる。
【００２９】
同様に、より小さな構成要素において、溝は十分に小さくすることができ、第２の構造コーティング層５６は、溝を充填又は部分充填することなく非充填溝１３２（任意の形状を有し、必ずしも凹角形である必要はない）の上に堆積できるようになる。これは、更に小さな（例えば航空機製造サイズの）構成要素にも当てはめることができる。
【００３０】
より詳細には、図２０に示す構成において、構造コーティング５６の第２の層は、１つ又はそれ以上の透過性スロット１４４を定め、第２の構造コーティング層５６が１つ又はそれ以上の溝１３２の各々を完全には架橋しないようにする。しかしながら、図８及び１８に示す例示的な構成において、第２の構造コーティング層５６は、それぞれの溝１３２を完全に架橋し、これによりそれぞれのチャンネル１３０を密封している。透過性スロット１４４は、凹角チャンネル１３０の場合を示しているが、透過性スロット１４４はまた、他のチャンネル幾何形状に合わせて形成することができる。通常、透過性スロット（ギャップ）１４４は、不規則な幾何形状を有し、構造コーティングが施工されて厚みを増大させるのに伴って、ギャップ１４４の幅は変化する。構造コーティングの第１の層が基材１１０に施工されると、構造コーティングが蓄積されるので、ギャップ１４４の幅は、チャンネル１３０の最上部１３６の幅程度から狭めることができる。特定の実施例において、最も狭いポイントにおけるギャップ１４４の幅は、それぞれのチャンネル最上部１３６の幅の５％から２０％である。加えて、透過性スロット１４４は多孔性とすることができ、この場合、「多孔性」ギャップ１４４は、幾つかの接続部を有することができ、すなわち、一部はギャップゼロを有するスポット又は場所である。好都合には、ギャップ１４４は、コーティング１５０の応力緩和を提供する。
【００３１】
特定の機能に応じて、透過性スロット１４４は、（１）コーティング層の全て、又は（２）全部ではなく一部のコーティング層を通って延びることができ、例えば、透過性スロット１４４は、１つ又はそれ以上のコーティング層５０に形成することができ、その後に堆積される層がスロットを架橋し、これによりスロット１４４を効果的に密封する。好都合には、透過性スロット１４４は、構造コーティングに対する応力緩和として機能する。加えて、透過性スロット１４４は、全てのコーティングを貫通して延びるときに冷却手段としての役割を果たすことができ、すなわち、この構成では、透過性スロット１４４は、それぞれのチャンネル１３０から構成要素の外部表面まで冷却流体を運ぶよう構成される。更に、透過性スロット１４４は、コーティングが損傷を受け又は剥離した場合には、上側コーティングによって架橋されたときの受動的冷却手段としての役割を果たすことができる。
【００３２】
図５及び１３に示す例示的なプロセスにおいて、構成要素製造方法は更に、溝１３２のそれぞれのベース１３４を通る１つ又はそれ以上のアクセス孔１４０を形成し、溝１３２と中空内部スペース１１４との間に流体連通を形成する段階を含む。アクセス孔１４０は、構造コーティングの第２の層５６を堆積する前に形成される。アクセス孔１４０は通常、断面が円形又は楕円であり、例えば、レーザ機械加工（レーザ孔加工）、砥粒液体ジェット、放電加工機（ミルＥＤＭ）、及び電子ビーム孔加工のうちの１つ又はそれ以上を用いて形成することができる。アクセス孔１４０は、それぞれの溝１３２（図６に示すように）のベース１３４に対し垂直とすることができ、或いは、より一般的には、溝のベース１３４に対して２０〜９０度の範囲の角度で孔開けすることができる。
【００３３】
図６及び７に示す例示的なプロセスにおいて、構成要素製造方法は更に、第１の構造コーティング層５４においてそれぞれの開口５８を通って犠牲充填材３２で溝１３２を充填する段階を含む。例えば、充填材は、構成要素１００を金属スラリー「インク」３２でスラリー、浸漬コーティング、又はスプレーコーティングすることによって施工することができ、これにより溝１３２が充填されるようになる。他の構成では、充填材３２は、マイクロペン又はシリンジを用いて施工することができる。特定の実施において、溝１３２は、充填材料３２で過充填することができる。過剰な充填材は取り除くことができ、例えば、拭き取ることができる。充填材３２の非限定的な実施例は、光硬化性樹脂（例えば、可視又はＵＶ硬化性樹脂）、セラミックス、有機溶媒キャリアを備えた銅又はモリブデンインク、及び水性及びキャリアの黒鉛粉末が含まれる。より一般的には、犠牲充填材３２は、任意選択のバインダーと共にキャリア中に懸濁された対象粒子を含むことができる。更に、利用される充填材のタイプに応じて、充填材は、アクセス孔１４０に流れることができ、或いは流れない場合もある。例示的な充填材料（又はチャンネル充填手段もしくは犠牲材料）は、同一出願人による米国特許第５，６４０，７６７号及び米国特許第６，３３２１，４９９号において検討されており、これらは引用により全体が本明細書に組み込まれる。特定のプロセス構成では、充填材に低強度金属スラリー「インク」が使用される。低強度インクを使用することで、有利には、後続の研磨及び／又は仕上げ加工が容易になる。
【００３４】
図７に示すプロセスにおいて、第２の構造コーティング層５６は、第１の構造コーティング層５４の上、及び溝３２内に配置された充填材３２の上に堆積される。図８に示すように、本方法は更に、第２の構造コーティング層５６が堆積した後に溝１３２から犠牲充填材３２を取り除く段階を含む。図３から８に示す例示的なプロセスにおいて、アクセス孔１４０は、溝１３２を犠牲充填材３２で充填する前に形成される。
【００３５】
図８に示す例示的な配置において、構成要素製造方法は更に、構造コーティングの第２の層５６の上に追加のコーティング層５０を堆積する段階を含む。例えば、特定の用途においてボンドコート及び／又は熱障壁コーティング（ＴＢＣ）を使用することができる。同様に、図１１〜１８及び１９〜２０に示すプロセスにおいて明白には図示していないが、これらの方法はまた、第２の構造コーティング層５６の上に追加のコーティング層５０を堆積する段階を含むことができる。しかしながら、他の用途において、構造コーティングは、図３〜８、１１〜１８、及び／又は図１９〜２０に示す３つの概念で用いられたもの全てとすることができる。
【００３６】
特定のプロセス概念では、構成要素製造方法は更に、構造コーティングの第１の層５４を堆積した後に熱処理を実施する段階を含む。追加の熱処理は、構造コーティングの第２の層５６の堆積後、及び／又は追加のコーティング層の堆積後に実施することができる。例えば、金属コーティングの場合、コーティングされた構成要素１００は、第２の構造コーティング層５６の堆積後に約０．７〜０．９Ｔｍの範囲の音頭まで加熱することができ、ここでＴｍは、絶対温度単位のコーティングの溶融温度である。好都合には、この熱処理は、構造コーティングの２つの層５４、５６の互いに対する相互拡散及びその後の接着を促進し、これによりチャンネル縁部における界面流の可能性を低減する。
【００３７】
構造コーティング層５４、５６及び任意選択の追加のコーティング層５０は、様々な技術を用いて堆積することができる。特定のプロセスにおいて、第１及び第２の構造コーティング層５４、５６は、イオンプラズマ蒸着（カソードアーク）を実施することによって堆積される。例示的なイオンプラズマ蒸着装置及び方法は、同一出願人による米国特許出願公開番号２００８０１３８５３９、Ｗｅａｖｅｒ他、「Ｍｅｔｈｏｄａｎｄａｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒｃａｔｈｏｄｉｃａｒｃｉｏｎｐｌａｓｍａｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（カソードアークイオンプラズマ蒸着の方法及び装置）」で与えられ、当該特許出願公開は引用により全体が本明細書に組み込まれる。要約すると、イオンプラズマ蒸着は、コーティング材料から形成されたカソードを真空チャンバ内の真空環境に置く段階と、真空環境内に基材１１０を提供する段階と、カソードに電流を供給し、該カソード表面からコーティング材料のアーク誘起浸食をカソード表面が結果として生じるときにカソードアークを形成する段階と、カソードからコーティング材料を基材表面１１２上に堆積する段階とを含む。
【００３８】
イオンプラズマ蒸着を用いて堆積されるコーティングの非限定的な実施例は、米国特許第５，６２６，４６２号を参照して以下でより詳細に検討するように、構造コーティング５４、５６、並びにボンドコート及び酸化防止コーティング（本明細書では参照符号５０で個々に且つ総称的に示される）を含む。特定の高温ガス経路構成要素１００では、構造コーティング層５４、５６は、ニッケル基又はコバルト基合金を含み、及びより詳細には、超合金又は（ＮｉＣｏ）ＣｒＡｌＹ合金を含む。例えば、基材材料がγ及びγ’層の両方を含有するＮｉ基超合金である場合、米国特許第５，６２６，４６２号を参照して以下でより詳細に検討するように、構造コーティング５４、５６は同様の材料組成を含むことができる。
【００３９】
他のプロセス構成では、第１及び第２の構造コーティング層５４、５６は、溶射プロセス及びコールドスプレープロセスのうちの少なくとも１つを実施することにより堆積される。例えば、溶射プロセスは、燃焼溶射又はプラズマ溶射を含むことができ、燃焼溶射は、高速酸素燃料溶射（ＨＶＯＦ）又は高速空気燃料溶射（ＨＶＡＦ）を含むことができ、プラズマ溶射は、大気（空気又は不活性ガスなど）プラズマ溶射、又は低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ、真空プラズマ溶射又はＶＰＳとしても知られる）を含むことができる。１つの非限定的な実施例において、ＮｉＣｒＡｌＹコーティングは、ＨＶＯＦ又はＨＶＡＦにより堆積される。構造コーティング層５４、５６を堆積する他の例示的な技術は、限定ではないが、スパッタリング、電子ビーム物理蒸着、化学めっき、及び電気めっきを含む。
【００４０】
特定の構成において、構造コーティング層５４、５６及び任意選択の追加のコーティング層５０を堆積するため複数の堆積技術を利用することが望ましい。例えば、第１の構造コーティング層は、イオンプラズマ蒸着を用いて堆積することができ、その後に堆積される層及び任意選択の追加の層（図示せず）は、燃焼溶射プロセス又はプラズマ溶射プロセスなどの他の技術を用いて堆積することができる。使用される材料に応じて、コーティング層用に異なる堆積技術を用いることにより、これに制約されるものではないが、歪み耐性、強度、接着、及び／又は延性など、特性上の利益をもたらすことができる。
【００４１】
より一般的には、米国特許第５，６２６，４６２号で検討するように、コーティング１５０を形成するのに使用される材料は、あらゆる好適な材料を含む。冷却されるタービン構成要素１００の場合、ＴＢＣは、約１４２５℃までの温度に耐えることができると同時に、構造コーティング材料は、約１１５０℃までの温度に耐えることができなければならない。構造コーティング層５４、５６は、引用により全体が本明細書に組み込まれる、同一出願人による米国特許出願シリアル番号１２／９４３，５６３、Ｂｕｎｋｅｒ他、「Ｍｅｔｈｏｄｏｆｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇａｃｏｍｐｏｎｅｎｔｕｓｉｎｇａｆｕｇｉｔｉｖｅｃｏａｔｉｎｇ（散逸性コーティングを用いて構成要素を製造する方法）」において検討するように、基材１１０の翼形部形外側表面１１２に適合し、且つこれに接合されるように適応されなければならない。
【００４２】
米国特許第５，６２６，４６２号で検討するように、基材材料がγ及びγ’相両方を含有するＮｉ基超合金である場合、構造コーティング層５４、５６用の材料は、基材と同様の材料組成を含むことができる。このようなコーティング５４、５６と基材１１０の材料の組み合わせは、動作環境の最大温度（すなわち、ガス温度）が既存のエンジンの最大温度（すなわち、１６５０℃未満）と同様である場合など、特定の用途において好ましい。基材材料がＮｂ基合金、ＮｉＡｌ基金属間化合物合金、又はＴｉＡｌ基金属間化合物合金である場合、構造コーティング層５４、５６は、同様の材料組成を含むことができる。
【００４３】
米国特許第５，６２６，４６２号で検討するように、モノリシック金属又は金属間化合物合金コーティング５４、５６の使用が不適切になる温度、環境、又は他の制約事項が課せられる用途など、他の用途において、構造コーティング層５４、５６が複合材料を含むのが好ましい。複合材料は、金属間化合物及び金属合金相の混合物、又は金属間化合物相の混合物からなることができる。金属合金は、構成要素１００の要件に応じて、基材１１０として使用されるものと同じ合金又は異なる材料とすることができる。更に、２つの構成相は、Ｂｕｎｋｅｒ他による米国特許出願シリアル番号１２／９４３，６２４で検討するように、化学的に適合可能でなければならない。また、所与のコーティング内では複数の複合材を用いることができ、このような複合材は、２つの材料又は２つの相の組み合わせに限定されるものではない点に留意されたい。例示的な構造コーティング材料に関する追加の詳細事項は、米国特許第５，６２６，４６２号で得られる。
【００４４】
図１１から１８に示す例示的なプロセス構成において、構成要素製造方法は更に、図１１及び１２の実施例で示すように、基材１１０を機械加工する前に、第１の構造コーティング層５４上に散逸性コーティング３０を堆積する段階を含む。このプロセスにおいて、図１２に示すように、基材１１０は、散逸性コーティング３０及び第１の構造コーティング層５４の両方を貫通して機械加工される。機械加工は、図１３に示すように散逸性コーティング３０内に１つ又はそれ以上の開口３４を形成する。特定のプロセス構成において、基材１１０の表面１１２上に堆積された散逸性コーティング３０の厚みは、０．５〜２．０ミリメートルの範囲にある。１つの非限定的な実施例において、散逸性コーティング３０は、１ミリメートル厚みのポリマーベースコーティングを含む。散逸性コーティング３０は、粉体コーティング、静電コーティング、浸漬コーティング、スピンコーティング、化学蒸着、及び事前準備されたテープの適用を含む、様々な堆積技術を用いて堆積することができる。より詳細には、散逸性コーティングは、本質的に均一であり且つ接着することができるが、処理又は後続の除去中に基材ベース金属に悪影響を及ぼすことがない。
【００４５】
特定のプロセス構成において、散逸性コーティング３０は、粉体コーティング又は静電コーティングを用いて堆積される。例示的なプロセス構成において、散逸性コーティング３０はポリマーを含む。例えば、散逸性コーティング３０は、ピリジンのようなポリマーベースコーティングを含むことができ、化学蒸着を用いて堆積することができる。他の例示的なポリマーベースコーティング材料は、ポリエステル又はエポキシのような樹脂を含む。例示的な樹脂は、光硬化性又はＵＶ硬化性樹脂など、光硬化性樹脂を含み、その非限定的な実施例は、Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ州Ｔｏｒｒｉｎｇｔｏｎに事業所があるＤＹＭＡＸによってＳｐｅｅｄｍａｓｋ７２９（登録）の商標で販売されている、ＵＶ光及び可視光硬化性マスキング樹脂が含まれ、この場合、本方法は更に、溝１３２を形成する前に光硬化性樹脂３０を硬化する段階を含む。他のプロセス構成において、散逸性コーティング３０はカーボンナノ材料を含むことができる。例えば、散逸性コーティング３０はグラファイト塗料を含むことができる。ポリエチレンは、更に別の例示的なコーティング材料である。他のプロセス構成において、散逸性コーティング３０は、基材１１０の表面１１２上にエナメル加工することができる。
【００４６】
図１５〜１７に示すように、散逸性コーティング３０は、第２の構造コーティング層５６を堆積する前に取り除かれる。特定の材料及びプロセスに応じて、散逸性コーティング３０は、機械的手段（例えば、研磨）、熱的手段（例えば、燃焼）、プラズマベースの手段（例えば、プラズマエッチング）、又は化学的手段（例えば、溶媒中への溶解）を用いて、或いは、これらの組み合わせを用いて取り除くことができる。より詳細には、本方法は更に、基材１１０を機械加工する前に、散逸性コーティング３０を、硬化、又は焼結する段階を含む。米国特許出願シリアル番号１２／９４３，５６３（Ｂｕｎｋｅｒ他）において検討するように、散逸性コーティング３０は、チャンネルを形成する際の機械加工マスクとしての役割を果たし、コーティング境界部に必要とされる先鋭且つ明確に定められた縁部を備えた冷却チャンネル１３０の形成を容易にする。
【００４７】
ここで図１４を参照すると、図１１から１８に示す構成要素製造方法は更に、第１の構造コーティング層５４内で開口５８を通して犠牲充填材３２で溝１３２を充填する段階を含む。明確に図示してはいないが、特定のプロセス構成において、散逸性コーティング３０は、溝を充填材３２で充填する前に取り除くことができる。図１７に示すように、第２の構造コーティング層５６は、第１の構造コーティング層５４の上、及び溝１３２内に配置された充填材３２の上に堆積される。本構成要素製造方法は、任意選択的に、第２の構造コーティング層５６の堆積の前に、充填材３２の乾燥、硬化、又は焼結段階を含むことができ、更に、第２の構造コーティング層５６が堆積した後に溝１３２から充填材３２を取り除く段階を含む。
【００４８】
図１１から１８に示す方法において、構成要素製造方法は更に、基材１１０を機械加工する段階の前に、構造コーティングの第１の層５４上に散逸性コーティング３０を堆積する段階を含む。加えて、構成要素製造方法は更に、任意選択的に、基材１１０を機械加工する段階の前に散逸性コーティング３０を乾燥、硬化、又は焼結する段階を含むことができる。図１２及び１３に示すように、基材１１０は、散逸性コーティング３０及び第１の構造コーティング層５４の両方を貫通して機械加工され、該機械加工により散逸性コーティング３０内に１つ又はそれ以上の開口３４が形成されるようになる。図１４に示すように、本構成要素製造方法は更に、第１の構造コーティング層５４内のそれぞれの開口５８を通って、及び散逸性コーティング３０内のそれぞれの開口３４を通って犠牲充填材３２で溝１３２を充填する段階を含む。本構成要素製造方法は、任意選択的に、第２の構造コーティング層５６の堆積の前に、充填材３２の乾燥、硬化、又は焼結段階を含むことができる。図１７に示すように、第２の構造コーティング層５６は、第１の構造コーティング層５４の上、及び溝１３２内に配置された犠牲充填材３２の上に堆積される。図１４から１７に示すように、本構成要素製造方法は更に、構造コーティングの第２の層５６を堆積する前に散逸性コーティング３０を取り除く段階を含む。更に、図１７及び１８に示すように、本構成要素製造方法は更に、第２の構造コーティング層５６が堆積された後に溝１３２から犠牲充填材３２を取り除く段階を含む。
【００４９】
冷却チャンネルの上縁において構造コーティング５４、５６とその下にある基材材料との間の界面領域の完全性は、冷却チャンネルの耐久性に極めて重要である。好都合には、２つの構造コーティング層を用いることによって、上述の構成要素製造方法は、極めて重要なチャンネル界面領域における材料特性及びマイクロ構造を改善する。このことはコーティングと基材との間の接合を強化し、これにより冷却チャンネルの耐久性が向上する。
【００５０】
図２、４から９、及び１２から２０を参照しながら、本発明の構成要素１００の実施形態を説明する。図示のように、例えば図２において、構成要素１００は、外側表面１１２と内側表面１１６とを有する基材１１０を含む。図示のように、例えば図２において、内側表面１１６は、少なくとも１つの中空の内部スペース１１４を定める。図示のように、例えば図２、４から９、及び１２から２０において、外側表面１１２は１つ又はそれ以上の溝１３２を定める。図示のように、例えば図４から９、及び１２から２０において、溝１３２の各々は、基材１１０の表面１１２に少なくとも部分的に沿って延び、また、ベース１３４を有する。図８、１８、及び２０において実施例として示すように、１つ又はそれ以上のアクセス孔１４０は、それぞれの溝１３２のベース１３４を貫通して延びて、溝１３４２を中空内部スペース１１４と流体連通させる。上記で検討したように、アクセス孔１４０は、それぞれの溝１３２（図８、１８及び２０に示すように）のベース１３４に対し垂直にすることができ、或いは、溝１３２のベース１３４に対して２０〜９０度の範囲の角度で孔開けすることができる。
【００５１】
図８、１８、及び２０に示すように、例えば、構成要素１００は更に、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部の上に配置されるコーティング１５０を含む。コーティング１５０は、構造コーティングの第１及び第２の層５４、５６を含む。図８、１８、及び２０に示すように、第１の構造コーティング層５４は、溝１３２の上に延びておらず、第２の構造コーティング層５６が第１の構造コーティング層５４の上に配置されて溝１３２の上に延びて、溝１３２と第２の構造コーティング層５６が共に、構成要素１００を冷却するための１つ又はそれ以上のチャンネル１３０を定めるようになる。特定の構成において、第１の構造コーティング層５４は、０．０５から０．２５ミリメートルの範囲の厚みを有し、第２の構造コーティング層５６は、０．１から０．５ミリメートルの範囲の厚みを有する。より詳細には、構造コーティングの第１の構造コーティング層５４の厚みは、０．０１から０．２ミリメートルの範囲にあり、第２の構造コーティング層５６の厚みは、０．１２５から０．２５ミリメートルの範囲にある。
【００５２】
特定の構成において、第１及び第２の構造コーティング層５４、５６は、密度、粗度、気孔率、及び熱膨張係数からなる群から選択された少なくとも１つの特性が異なる。例えば、第１の構造コーティング層５４は、第２の構造コーティング層５６よりも高密度で且つより滑らかとすることができる（すなわち、第２の構造コーティング層５６は、第１の構造コーティング層５４よりも粗く且つより多孔性とすることができる）。これは、例えば、異なる堆積技術を用いて２つの構造コーティング層５４、５６を堆積させることにより達成することができる。１つの非限定的な実施例において、第１の構造コーティング層５４は、円錐形スタイラスのプロフィロメトリーにより測定される平均粗さＲ_Aが約１．５から２．５ミクロンを有し、第２の構造コーティング層５６は、円錐形スタイラスのプロフィロメトリーにより測定される平均粗さＲ_Aが約５から１０ミクロンを有する。
【００５３】
他の構成では、第１及び第２の構造コーティング層５４、５６は、同様の、又は本質的に同一の特性を有することができる。例えば、２つの層は、同様の又は同一の条件下で同じ技術を用いて堆積された同じ材料から形成することができる。
【００５４】
図１９及び２０を参照しながら上記で検討されたように、特定の構成において、第２の構造コーティング層５６は、構造コーティングの第２の層５６が１つ又はそれ以上の溝１３２の各々を完全には架橋しないように、１つ又はそれ以上の透過性スロット１４４を定める。上述のように、図１９及び２０では透過性スロット１４４は凹角チャンネル１３０のケースについて図示しているが、透過性スロット１４４はまた、他のチャンネル幾何形状で形成することもできる。加えて、透過性スロット１４４は、冷却剤をそれぞれのチャンネル１３０から構成要素の外側表面に運ぶよう構成される。しかしながら、他の構成において、透過性スロット１４４は、例えば、これらのコーティングが損傷を受け又は剥離した場合に、上側コーティング（ボンドコート及び／又はＴＢＣ）によって架橋されたときの受動的冷却手段としての役割を果たすことができる。透過性スロット１４４の形成は、引用により全体が本明細書に組み込まれる、同一出願人による米国特許出願シリアル番号１２／９４３，６４６、ＲｏｎａｌｄＳｃｏｔｔＢｕｎｋｅｒ他、「Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇａｎｄｃｏａｔｉｎｇａｃｏｍｐｏｎｅｎｔ（構成要素及び該構成要素を製造及びコーティングするための方法）」において記載されている。
【００５５】
しかしながら、図８及び１８に示す例示的な構成において、第２の構造コーティング層５６は、それぞれの溝１３２を完全に架橋し、これによりそれぞれのチャンネル１３０を密封している。この特定の構成は、例えば、第２の構造コーティング層５６の堆積中に１つ又はそれ以上の軸線の周りに基材１１０を回転させ、或いは、基材１１０の表面法線から約±２０℃よりも大きく傾斜した入射角で第２の構造コーティング層５６を堆積させ、第１の構造コーティング層５４内に形成される開口５８の上に実質的にコーティングするようにすることによって達成することができる。連続した第２の構造コーティング層５６を生成する他の技術は、米国特許出願シリアル番号１２／９４３，６４６、Ｂｕｎｋｅｒ他において記載されるように、空気プラズマ溶射コーティングのような、代替（層５４に対して）のタイプの第２のコーティングを施工すること、或いは、より厚みのある第２のコーティング層５６を施工することである。
【００５６】
図１９及び２０に示す特定の構成では、溝１３２の各々についてベース１３４が最上部１３６よりも幅広であり、溝１３２の各々が凹角形の溝１３２を含み、従って、冷却チャンネル１３０の各々が凹角形チャンネル１３０を含むようになる。凹角形チャンネル１３０の種々の特性及び利点、並びに凹角形チャンネル１３０を形成する技術は、米国特許出願シリアル番号１２／９４３，６２４、Ｂｕｎｋｅｒ他で記載されている。
【００５７】
好都合には、２つの構造コーティング層を用いることによって、上述の構成要素製造方法は、極めて重要なチャンネル界面領域における材料特性及びマイクロ構造を改善する。このことはコーティングと基材との間の接合を強化し、これにより冷却チャンネルの耐久性が向上する。
【００５８】
本明細書では、本発明の特定の特徴のみを例示し説明してきたが、多くの修正及び変更が当業者には想起されるであろう。従って、本発明の真の精神の範囲内にあるこのような変更形態及び変更全ては、添付の請求項によって保護されるものとする点を理解されたい。
【符号の説明】
【００５９】
１４燃焼器
１６タービン
１８シャフト
２０燃料ノズル
３０散逸性コーティング
３２犠牲充填材
３４散逸性コーティング内の開口
５０コーティング層
５４構造コーティングの第１の層
５６構造コーティングの第２の層
５８第１の構造コーティング層の開口
１００高温ガス経路構成要素
１１０基材
１１２基材の外側表面
１１４中空内部スペース
１１６基材の内側表面
１３０チャンネル
１３２溝
１３４溝のベース
１３６溝の最上部（開口）
１４０アクセス孔
１４２フィルム孔
１６０研磨液体ジェット

【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成要素（１００）を製造する方法であって、
少なくとも１つの中空内部スペース（１１４）を有する基材（１１０）の外側表面（１１２）上に構造コーティングの第１の層（５４）を堆積する段階と、
前記基材（１１０）を前記構造コーティングの第１の層（５４）を貫通して機械加工し、前記構造コーティングの第１の層（５４）内に１つ又はそれ以上の開口（５８）を定め、且つ前記基材（１１０）の外側表面（１１２）内にそれぞれの１つ又はそれ以上の溝（１３２）を形成し、前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）の各々がベース（１３４）を有し且つ前記基材（１１０）の外側表面（１１２）に沿って少なくとも部分的に延びるようにする段階と、
前記構造コーティングの第１の層（５４）の上及び前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）の上に構造コーティングの第２の層（５６）を堆積させ、前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）及び前記構造コーティングの第２の層（５６）が共に、前記構成要素（１００）を冷却するために１つ又はそれ以上のチャンネル（１３０）を定めるようにする段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記構造コーティングの第１の層（５４）内の前記それぞれの１つ又はそれ以上の開口（５８）を通って充填材（３２）で前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）を充填し、前記構造コーティングの第２の層（５６）が前記構造コーティングの第１の層（５４）の上且つ前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）内に配置された前記充填材（３２）の上に堆積されるようにする段階と、
前記構造コーティングの第２の層（５６）が堆積した後に前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）から前記充填材（３２）を取り除く段階と、
前記溝（１３２）のそれぞれのベース（１３４）を貫通する１つ又はそれ以上のアクセス孔（１４０）を形成して、前記それぞれの溝（１３２）を前記少なくとも１つの中空内部スペース（１１４）のそれぞれと流体連通して接続し、該１つ又はそれ以上のアクセス孔（１４０）は、前記充填材（３２）で前記溝（１３２）を充填する段階の前に形成するようにする段階と、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記構造コーティングの第２の層（５６）が前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）の上に堆積されるときに前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）には充填されていない、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記構造コーティングの第２の層（５６）の上に追加のコーティング層（５０）を堆積する段階と、
前記構造コーティングの第１の層（５４）を堆積した後に熱処理を実施する段階と、
を更に含み、前記構造コーティングの第１及び第２の層（５４、５６）が、イオンプラズマ蒸着、溶射プロセス、及びコールドスプレープロセスのうちの少なくとも１つを実施することにより堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基材（１１０）を機械加工する前に、前記構造コーティングの第１の層（５４）上に散逸性コーティング（３０）を堆積する段階を更に含み、前記基材（１１０）が、前記散逸性コーティング（３０）及び前記構造コーティングの第１の層（５４）の両方を通って機械加工され、前記機械加工が前記散逸性コーティング（３０）内に１つ又はそれ以上の開口（３４）を形成し、
前記方法が更に、前記構造コーティングの第２の層（５６）を堆積する前に前記散逸性コーティング（３０）を除去する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記構造コーティングの第１の層（５４）内のそれぞれの１つ又はそれ以上の開口（５８）を通って充填材（３２）を前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）に充填する段階を更に含み、前記構造コーティングの第２の層（５６）が、前記構造コーティングの第１の層（５４）の上且つ前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）内に配置された前記充填材（３２）の上に堆積され、前記散逸性コーティング（３０）は、前記溝を前記充填材（３２）で充填する段階の前に取り除くようにし、
前記方法が更に、
前記充填材（３２）を乾燥、硬化、又は焼結する段階と、
前記構造コーティングの第２の層（５６）が堆積した後に前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）から前記充填材（３２）を取り除く段階と、
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基材（１１０）を機械加工する前に、前記構造コーティングの第１の層（５４）上に散逸性コーティング（３０）を堆積する段階を更に含み、前記基材（１１０）が、前記散逸性コーティング（３０）及び前記構造コーティングの第１の層（５４）の両方を通って機械加工され、前記機械加工が前記散逸性コーティング（３０）内に１つ又はそれ以上の開口（３４）を形成し、
前記方法が更に、
前記構造コーティングの第１の層（５４）内のそれぞれの１つ又はそれ以上の開口（５８）を通って且つ前記散逸性コーティング（３０）内のそれぞれの１つ又はそれ以上の開口（３４）を通って充填材（３２）を前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）に充填する段階と、
前記充填材（３２）を乾燥、硬化、又は焼結する段階と、
前記構造コーティングの第２の層（５６）を堆積する前に前記散逸性コーティング（３０）を取り除き、前記構造コーティングの第２の層（５６）が、前記構造コーティングの第１の層（５４）の上且つ前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）内に配置された前記充填材（３２）の上に堆積されるようにする段階と、
前記構造コーティングの第２の層（５６）が堆積した後に前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）から前記充填材（３２）を取り除く段階と、
を含む、方法。
【請求項８】
構成要素（１００）であって、
１つ又はそれ以上の溝（１３２）を定める外側表面（１１２）と、少なくとも１つの中空の内部スペース（１１４）を定める内側表面（１１６）と、を有する基材（１１０）と、
を備え、
前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）の各々が前記基材（１１０）のる外側表面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延び且つベース（１３４）を有し、前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）のそれぞれの前記ベース（１３４）を通って１つ又はそれ以上のアクセス孔（１４０）が延びて、前記溝（１３２）を前記少なくとも１つの中空の内部スペース（１１４）のそれぞれと流体連通するようにし、
前記構成要素が更に、
前記基材（１１０）の外側表面（１１２）の少なくとも一部の上に配置されるコーティング（１５０）を備え、
前記コーティング（１５０）が、構造コーティングの少なくとも第１及び第２の層（５４、５６）を含み、前記第１の構造コーティング層（５４）が前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）の上に延びておらず、前記第２の構造コーティング層（５６）が、前記構造コーティングの第１の層（５４）の上に配置され且つ前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）の上に延びて、前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）及び前記構造コーティングの第２の層（５６）が共に、前記構成要素（１００）を冷却するための１つ又はそれ以上のチャンネル（１３０）を定める、構成要素（１００）。
【請求項９】
前記第１及び第２の構造コーティング層（５４、５６）は、気孔率、粗度、強度、延性、及び熱膨張係数からなる群から選択された少なくとも１つの特性が異なる、請求項８に記載の構成要素（１００）。
【請求項１０】
前記第２の構造コーティング層（５６）が、１つ又はそれ以上の透過性スロット（１４４）を定め、前記構造コーティングの第２の層（５６）が前記１つ又はそれ以上の溝（１３２）の各々を完全には架橋しないようにし、前記透過性スロット（１４４）が、冷却流体を前記それぞれの１つ又はそれ以上のチャンネル（１３０）から前記構成要素の外側表面に運ぶよう構成される、請求項８に記載の構成要素（１００）。

【図１】