遮熱コーティングの処理方法及び関連物品
【課題】タービンエンジン部品の有効寿命を延ばすように、タービンエンジン部品上の遮熱コーティングを処理する方法を提供する。
【解決手段】遮熱コーティングの処理方法は、タービンエンジン部品に設けられた遮熱コーティングの所定表面上にドーパント組成物を塗工し、前記表面を加熱して強化遮熱コーティングを形成する工程を含む。ドーパント組成物は希土類金属化合物を含有する。また、物品は本方法により形成した強化遮熱コーティングを有する。
【解決手段】遮熱コーティングの処理方法は、タービンエンジン部品に設けられた遮熱コーティングの所定表面上にドーパント組成物を塗工し、前記表面を加熱して強化遮熱コーティングを形成する工程を含む。ドーパント組成物は希土類金属化合物を含有する。また、物品は本方法により形成した強化遮熱コーティングを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮熱コーティングの処理方法及び関連物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
遮熱コーティング（ＴＢＣ＝thermal barrier coating）は、タービンエンジンその他の発電タービンのガス流路環境で作動する部品を保護するものであるので、かなりな極限温度や関連した酸化性及び腐食性条件にさらされる。このようなＴＢＣが望ましいタービンエンジン部品の例には、タービンブレード及びベーン、タービンシュラウド、バケット、ノズル、燃焼ライナ、ディフレクタ等が挙げられる。
【０００３】
通常、ＴＢＣは、部品を形成する金属基材（ＴＢＣの金属表面への密着性を高めるボンドコート層を含んでもよい）の所定表面上に堆積される。ＴＢＣは熱伝導率が低いので、下側の金属基材への熱の流れを低減する（即ち、断熱作用をなす）。金属基材は、典型的には金属合金、例えばニッケル基、コバルト基及び／又は鉄基合金（例えば、耐熱性超合金）からなる。
【０００４】
ＴＢＣはその使用寿命中に下記の破壊モード、即ち熱的−機械的歪みに続く剥落、エロージョンによる皮膜の除去、皮膜の有効性を軽減する熱伝導率の上昇、そしてＣＭＡＳ浸透後の剥離を受ける。なお、ＣＭＡＳは、カルシウム−マグネシウム−アルミニウム−ケイ素酸化物系（Ｃａ−Ｍｇ−Ａｌ−ＳｉＯ）からなる混合環境汚染物質を指し、これはＴＢＣに浸透し、保護層の亀裂や剥落につながるおそれがある。熱伝導率が上昇すると被保護部品に届く熱が多くなり、装置を効率の悪いより低い温度で運転しなければならなくなる。機械的耐久性の低下は、ＴＢＣのエロージョン／衝撃ダメージ及び全体的高温故障につながるおそれがある。使用温度が、ＴＢＣの結晶構造を耐久性の低いものに変化させる、例えば正方晶から立方晶に変化させるように作用することがある。
【０００５】
立方相はエロージョンを８倍受けやすく、耐剥落性に劣ることが確認されている。
【０００６】
タービンエンジンの部品を保護するのに用いられている皮膜など遮熱コーティング（ＴＢＣ）は、代表的には、約２４，０００時間運転の使用寿命をもつ。その時間の間に何度も検査が行われる。現在の慣行では、ＴＢＣが、亀裂、剥落、剥離もしくは基材露出など弱体化の徴候を示したら、部品を物理的に交換している。部品の交換は部品自体と休止時間両面で高コストになる。
【０００７】
ＴＢＣを改良する上での現在の関心は、新しいＴＢＣ層の改良、主としてＴＢＣ又はボンド層の化学組成、ＴＢＣ層構造及び被覆条件の改良に向けられている。
【特許文献１】米国特許第７０９４４５０号明細書
【特許文献２】米国特許第６８７５４６４号明細書
【特許文献３】米国特許第６５４４３４６号明細書
【特許文献４】米国特許第６４１３５７８号明細書
【特許文献５】米国特許第６２７４１９３号明細書
【特許文献６】米国特許第６２３５３５２号明細書
【特許文献７】米国特許第６０４２８８０号明細書
【特許文献８】米国特許第５９００１０２号明細書
【特許文献９】米国特許第５７２３０７８号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００７０２０２２６９号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００６００９１１１９号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００５０１９１５１６号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００５０１２９８６８号明細書
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００４０２１９２９０号明細書
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００４０２１４９３８号明細書
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００２０１８２３６２号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００２０１６４４１７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
現在、使用寿命中にＴＢＣの性能を改良する手段や方法はない。しかし、そのような方法があれば、潜在的にかなりの経済的利益があるので魅力的である。したがって、ＴＢＣ性能を上記破壊モードの一つに関して改良し、被覆部品の有効寿命を延ばすＴＢＣ増強手段を追求した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、タービンエンジン部品の有効寿命を延ばすように、タービンエンジン部品上の遮熱コーティングを処理する方法を提供する。
【００１０】
一実施形態では、遮熱コーティングの処理方法は、タービンエンジン部品に設けられた遮熱コーティングの所定表面上にドーパント組成物を塗工し、前記表面を加熱して強化遮熱コーティングを形成する工程を含む。ドーパント組成物は希土類金属化合物を含有する。
【００１１】
別の実施形態では、物品は本方法により形成した強化遮熱コーティングを有する。
【００１２】
遮熱コーティングを強化する方法の特徴及び利点は、以下の図面を参照した詳細な説明からいっそう容易に理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の遮熱コーティング（ＴＢＣ）の処理方法は、ＴＢＣ性能をＴＢＣのＣＭＡＳ耐性、機械的耐久性及び熱伝導率の１以上に関して改良する。処理したＴＢＣを本明細書では強化ＴＢＣという。強化ＴＢＣは、処理前のＴＢＣと比べて、低い熱伝導率、高い機械的耐久性、高いＣＭＡＳ耐性の１つを有するか、２つ以上を合わせもつ。
【００１４】
ＴＢＣ処理は補修プロセスを上回るものと考えられる。改良されたＴＢＣ性能は、例えば次の部品交換までの運転時間の延長など、より効率のよいエンジン運転を実現し、全体的なメンテナンスコストを削減する可能性を持つ。
【００１５】
本処理のもう一つの重要な利点は、イットリア安定化ジルコニアの全重量を基準にして約６〜８重量％のイットリア含量を有するイットリア安定化ジルコニア、特に７ＹＳＺを含有するＴＢＣ組成物に関係する。７ＹＳＺは、少なくとも部分的に高温耐久性、低い熱伝導率、堆積の容易さなどの理由で広範に用いられているＴＢＣ材料である。７ＹＳＺは、高温で長期間の間に正方晶から立方晶への相変態を生じる。立方相ははるかに軟らかい。本発明の処理方法は、機械的耐久性の高い正方相を再安定化する。
【００１６】
一実施形態では、ＴＢＣ、例えばタービンエンジン部品に設けられたＴＢＣを処理する方法は、部品の使用寿命の間に少なくとも１回、ＴＢＣの所定表面上に希土類金属化合物を含有するドーパント組成物を塗工する工程を含む。ＴＢＣの所定表面は、所望に応じて、処理前に清浄化（クリーニング）することができる。以下に詳述するように、ドーパント組成物は、周囲温度で、溶液、有機溶剤への固体粒子分散液、水への固体粒子分散液、混合有機／水液体分散液、粉末、ペースト、ゲル又は半固体（ワックス）の形態とすることができる。塗工したドーパント組成物を乾燥し、所望に応じて加熱して希土類金属ドーパントのＴＢＣ中への拡散を促進する。
【００１７】
部品はあらゆる金属基材とすることができ、特にタービンエンジンによく用いられる金属基材とすることができる。金属基材は、典型的には金属合金、例えばニッケル基、コバルト基及び／又は鉄基合金（例えば、耐熱性超合金）からなる。
【００１８】
部品はさらに金属表面とＴＢＣ間にボンドコート層を含んでも、或いはＴＢＣを部品の表面上に直接配置してもよい。任意のボンドコート層は、遮熱コーティングを金属基材に密着させる当業界で周知の組成物とすることができる。ボンドコート層は、典型的には、耐酸化性金属材料、具体的にはＭＣｒＡｌＹ合金粉末（Ｍは、鉄、ニッケル、白金、コバルトなどの金属である）、特にニッケルアルミナイド、白金アルミナイドなどの種々の金属アルミナイドである。
【００１９】
ＴＢＣ及び任意のボンドコート層は１層又は２層以上から構成でき、既知の被覆方法、具体的にはプラズマ溶射、例えば大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）及び真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）、又は他の溶射堆積法、例えば高速フレーム（ＨＶＯＦ）溶射、爆発溶射もしくはワイヤー溶射、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、例えば電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）、その他類似の方法により形成できる。
【００２０】
ＴＢＣ及び任意のボンドコート層はどのような厚さでもよい。通常堆積ボンドコート層は厚さが約２５〜約４９５μｍ（約１〜約１９．５ミル）の範囲である。特に、ＥＢＰＶＤなどのＰＶＤ法により堆積したボンドコート層は厚さが約２５〜約７６μｍ（約１〜約３ミル）の範囲である。ＡＰＳなどのプラズマ溶射法により堆積したボンドコート層の厚さは、より典型的には約７６〜約３８１μｍ（約３〜約１５ミル）の範囲である。
【００２１】
ＴＢＣは、遮熱コーティングとして当業界で知られた化学組成物のいずれでもよい。これらの組成物には、種々のセラミック材料、例えばジルコニア（ＺｒＯ２、酸化ジルコニウム）、イットリア（Ｙ２Ｏ３、酸化イットリウム）、マグネシア（ＭｇＯ、酸化マグネシウム）、セリア（ＣｅＯ２、酸化セリウム）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム、インジアともいう）、Ｌａ２Ｏ３（酸化ランタン、ランタナともいう）、Ｐｒ２Ｏ３（酸化プラセオジム、プラセオジミアともいう）、Ｎｄ２Ｏ３（酸化ネオジム、ネオジミアともいう）、Ｓｍ２Ｏ３（酸化サマリウム、サマリアともいう）、Ｅｕ２Ｏ３（酸化ユーロピウム、ユーロピアともいう）、Ｇｄ２Ｏ３（酸化ガドリニウム、ガドリニアともいう）、Ｔｂ２Ｏ３（酸化テルビウム、テルビアともいう）、Ｄｙ２Ｏ３（酸化ジスプロシウム、ジスプロシアともいう）、Ｈｏ２Ｏ３（酸化ホルミウム、ホルミアともいう）、Ｅｒ２Ｏ３（酸化エルビウム、エルビアともいう）、Ｔｍ２Ｏ３（酸化ツリウム、ツリアともいう）、Ｙｂ２Ｏ３（酸化イッテルビウム、イッテルビアともいう）、Ｌｕ２Ｏ３（酸化ルテチウム、ルテチアともいう）、Ｓｃ２Ｏ３（酸化スカンジウム、スカンジアともいう）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム、マグネシアともいう）、ＣａＯ（酸化カルシウム、カルシアともいう）、ＴｉＯ２（二酸化チタン、チタニアともいう）、Ｔａ２Ｏ３（五酸化タンタル、タンタラともいう）及びこれらのセラミック材料の少なくとも１種を含む組合せがある。
【００２２】
一実施形態では、ＴＢＣは、イットリア、ジスプロシア、エルビア、ユーロピア、ガドリニア、ネオジミア、プラセオジミア、ウラニア（酸化ウラン）、ハフニア（酸化ハフニウム）及びこれらの組合せから選択される金属酸化物で安定化されたジルコニアを含む。別の実施形態では、ＴＢＣは、イットリア含量がイットリア安定化ジルコニアの全重量を基準にして６〜８重量％であるイットリア安定化ジルコニアを含む。
【００２３】
ＴＢＣはさらに他の添加剤を含有してもよく、特に一般組成式Ａ２Ｂ２Ｏ７のパイロクロアを含有してもよい［式中のＡは原子価＋３又は＋２の金属（例えばガドリニウム、アルミニウム、セリウム、ランタン又はイットリウム）を示し、Ｂは原子価＋４又は＋５の金属（例えばハフニウム、チタン、セリウム又はジルコニウム）を示し、ＡとＢの原子価の和は７である］。このタイプの材料の代表例には、ジルコン酸ガドリニウム（Ｇｄジルコネート、ＧｄＺ）の外に、チタン酸ランタン、ジルコン酸ランタン、ジルコン酸イットリウム、ランタンハフネート、ジルコン酸セリウム、アルミニウムセレート、セリウムハフネート、アルミニウムハフネート及びランタンセレートがある。
【００２４】
ＴＢＣの表面を、グリース、炭素系付着物、ほこり、油などの粒状物及び非粒状物を除去するのに適当な方法のいずれかで清浄化して、強化用組成物の１種以上の成分が少なくとも部分的に浸透可能な表面を得ることができる。
【００２５】
ＴＢＣを処理するドーパント組成物は、希土類金属化合物、例えば、ジルコニア、イットリア、マグネシア、セリア、インジア、ランタナ、プラセオジミア、ネオジミア、サマリア、ユーロピア、ガドリニア、テルビア、ジスプロシア、ホルミア、エルビア、ツリア、イッテルビア、ルテチア、スカンジア、マグネシア、カルシア又はこれらの希土類金属化合物の１種以上を含む組合せを含有する。別の実施形態では、ドーパント組成物は、イットリア、ジスプロシア、エルビア、ユーロピア、ガドリニア、ネオジミア、プラセオジミア、ウラニア、ハフニア又はこれらの組合せで安定化されたジルコニアを含有する。さらに特定すると、ドーパント組成物は、ランタナ、チタニア、イッテルビア、ガドリニア及びこれらの金属酸化物の１種以上を含む組合せからなる群から選択される１種以上の希土類金属酸化物又はその化学的均等物を含有する。希土類金属酸化物の化学的均等物は、ドーパント組成物のＴＢＣ表面への塗工後に、空気又は水分にさらされると、反応して希土類金属酸化物を形成することができる。別の実施形態では、ドーパント組成物は、イットリア含量がイットリア安定化ジルコニアの全重量を基準にして６〜８重量％であるイットリア安定化ジルコニア、即ち７ＹＳＺを含有する。
【００２６】
ドーパント組成物はさらに、上述したようにパイロクロア添加剤を含有してもよく、例えば、ジルコン酸ガドリニウム、チタン酸ランタン、ジルコン酸ランタン、ジルコン酸イットリウム、ランタンハフネート、ジルコン酸セリウム、アルミニウムセレート、セリウムハフネート、アルミニウムハフネート、ランタンセレート又はこれらの組合せを含有してもよい。
【００２７】
７ＹＳＺは、高温で長期間の間に正方晶から立方晶への相変態を生じる。立方相ははるかに軟らかい。一実施形態では、ドーパント組成物は、７ＹＳＺ正方相を再安定化するチタン又はタンタル組成物を含有する。ドーパント組成物の１例は、金属酸化物の全重量を基準にして約４〜約１５重量％のチタニア／タンタラ（ＴｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）、約７重量％のイットリア（Ｙ２Ｏ３）及び残部のジルコニア（ＺｒＯ２）を含む金属酸化物の混合物を含有する。
【００２８】
ドーパント組成物は、周囲温度で溶液、有機溶剤への固体粒子分散液、水への固体粒子分散液、混合有機／水液体分散液、粉末、ペースト、ゲル又は半固体（ワックス）の形態をとることができる。さらに特定すると、ドーパント組成物は、例えば、添加剤金属を酸、例えば硝酸に溶解して金属塩を形成することにより調製することができる。得られる粒子は寸法が数原子直径にすぎない分子である。或いはまた、ドーパント組成物は、ナノ粒子をアルコールなどの溶剤に懸濁することにより調製できる。分散形態で、ドーパント粒子は約０．５ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲のメジアン径を有する。
【００２９】
特に望ましい形態のドーパント組成物は、ブラシ、ローラ、スポンジ、布、手動スプレー、動力スプレー、エアゾールスプレーなどを含む、液体媒体用の既知のアプリケータを用いて、ペイントのように塗布できるものである。高粘稠、半固体もしくは固体形態のドーパント組成物は、手動こすり、コーキングガンによるなどの射出、こて、パテナイフ、粉末アプリケータ、布などによる塗工を含む、当業界で既知の手段により塗工することができる。
【００３０】
一実施形態では、ドーパント組成物をＴＢＣへの塗工前に加熱して、例えば、ドーパント組成物の流動性を高める。別の実施形態では、ドーパント組成物を、塗工後かつタービンエンジンの運転前に加熱して、例えば、溶剤の蒸発を促進するか、ドーパントのＴＢＣへの浸透を増加する。或いはまた、ドーパント処理区域を周囲条件下で乾燥させることができる。硬化性成分を含有するドーパント組成物塗膜は、空気曝露による周囲硬化、加熱硬化、又はＸ線、マイクロ波、紫外、可視及び赤外線を含む適当な形態の輻射エネルギーをドーパント組成物塗膜に照射することによる硬化を含む、既知の方法により硬化させることができる。
【００３１】
別の実施形態では、ドーパント組成物の多重層をＴＢＣの所定区域に塗工し、この際、各層を乾燥又は硬化させてから、次の層を塗工する。別の実施形態では、多重層が異なるドーパント組成物からなる。
【００３２】
ドーパント組成物はさらに、周囲温度もしくは僅かな高温で蒸発し得る溶剤を含有することができる。溶剤は、有機、水性もしくはその組合せでよく、低級鎖状、枝分かれ及び環状炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル、ポリエーテル、環状エーテル、エステル、ケトン、アルコールなどがある。さらに特定すると、溶剤は、塩化メチレン、クロロホルム、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、石油エーテル、ヘプタン、シクロヘプタン、オクタン、シクロオクタン、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、アセトン、ジエチルエーテル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル及びこれらの溶剤の１種以上を含む組合せとすることができる。
【００３３】
ドーパント組成物はさらに、他の添加剤、例えば界面活性剤、酸化防止剤、オイル、浸透剤、樹脂などを含有してもよい。
【００３４】
ドーパント組成物は、１以上のタービンエンジン部品上のＴＢＣの所定表面に塗工する。部品はドーパント組成物の塗工前に、外しておいても装着したままでもよい。ドーパント組成物を部品の使用寿命の間に少なくとも１回塗工する。ドーパント組成物を部品の使用寿命の間いつでも塗工でき、特にサービス検査の際に塗工することができる。
【００３５】
ドーパント組成物は、部品のＴＢＣ表面の所定部分もしくは全部に、特に、初期運転後にエロージョン、クラックその他の欠陥を示すＴＢＣ表面の区域に塗工することができる。ＴＢＣは新品の時に、意図的に多数のマイクロクラックを有する。ＴＢＣセラミックと金属基材との熱膨張の不一致のせいで、このようなマイクロクラックは加熱・冷却時のひずみ順応を可能にするために必須である。ドーパントが皮膜に浸透できるのは、この既存のマイクロクラック網を通してである。
【００３６】
ドーパント組成物を塗工する温度は特に限定されない。一実施形態では、ドーパント組成物の一部を周囲温度でＴＢＣの多孔質表面に塗工する。塗工されたドーパントは、タービンエンジンの運転中の高温で装着部品のＴＢＣ中に拡散する。拡散に必要な温度は通常約５５０℃超え（＞１０００°Ｆ）である。別の実施形態では、ドーパント組成物の塗工前にＴＢＣの所定表面を加熱して、マイクロクラックを広げ、ドーパント組成物の初期浸透深さを増加する。
【００３７】
ここで図面を参照すると、図１は、ＴＢＣ内にＴＢＣを配置した下側の基材の表面までは達していない欠陥クラックを有するＴＢＣを処理する例を示す線図である。全体を１０で示す物品は、基材１２及び欠陥クラック２０を有する多層ＴＢＣ皮膜を含む。多層ＴＢＣは層１４，１６，１８を含み、この場合物品１０はボンドコート層をもたない。或いは層１４がボンドコート層を示し、その場合ＴＢＣは層１６及び１８を含む。ＴＢＣ中の層の数は例示にすぎず、限定的な意味はない。物品１０をドーパント組成物で処理した後、欠陥クラック２０はドーパントで充填された状態となる、即ち充填された欠陥クラック３２となる。理論で限定されるものではないが、塗工されたドーパントは欠陥クラックを取り囲むＴＢＣの区域に浸透し、かくしてＴＢＣを補強すると考えられる。
【００３８】
図２は、ＴＢＣ内にＴＢＣを配置した下側の基材の表面まで達する欠陥クラックを有するＴＢＣを処理する例を示す線図である。物品４０は基材４２を含み、ＴＢＣ内の欠陥クラック４４が基材４２の表面まで達している。図１の場合と同様に、ＴＢＣは層４６，４８，５０を含み、この場合物品４０はボンドコート層をもたない。或いは層４６がボンドコート層を示し、その場合ＴＢＣは層４８及び５０を含む。物品４０をドーパント組成物で処理した後、欠陥クラック４４はドーパントで充填された状態となる、即ち充填された欠陥クラック５２となる。
【００３９】
塗工されたドーパント組成物は、ＴＢＣの遮熱特性の１以上を強化するのに有効である。遮熱特性には、熱伝導率、機械的耐久性、及びＣＭＡＳ耐性（カルシウム−マグネシウム−アルミニウム−ケイ素酸化物、即ちＣＭＡＳとして知られる環境汚染物質に対する耐性）がある。したがって、本発明の方法は、処理前のＴＢＣに対して熱伝導率を下げるか、機械的耐久性を上げるか、ＣＭＡＳ耐性を上げるか、これらの２つ以上を合せて達成することにより、ＴＢＣ性能を増強する。本方法を用いることにより、ＴＢＣに適用した希土類ドーパントが現存部品の寿命を延ばし、装置の停止時間を短くすることを確かめた。本処理により、ＣＭＡＳ耐性、熱伝導率及び高温耐久性を含む破壊モードの１以上が改良される。
【００４０】
単数表現は、文脈上特記されない限り、複数要素を含む。同じ特性又は成分に関するすべての範囲の上下限点はそれぞれ独立に組合せ可能で、また表記した上下限点を含む。
【００４１】
本明細書では、具体例を挙げて、最良の形態を含む本発明を開示するとともに、当業者が装置又はシステムの作製と使用また方法の実行を含めて本発明を実施できるようにしている。本発明の要旨は、特許請求の範囲に規定された通りで、当業者が想起できる他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有するか、特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造要素を含むならば、特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】基材表面を露出しない欠陥クラックを有するＴＢＣを処理する方法を示す線図である。
【図２】基材表面を露出する欠陥クラックを有するＴＢＣを処理する方法を示す線図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，４０ 物品
１２，４２ 基材
１４，１６，１８ 層
２０，４４ クラック
３２，５２ 充填クラック
４６，４８，５０ 層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮熱コーティングの処理方法及び関連物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
遮熱コーティング（ＴＢＣ＝thermal barrier coating）は、タービンエンジンその他の発電タービンのガス流路環境で作動する部品を保護するものであるので、かなりな極限温度や関連した酸化性及び腐食性条件にさらされる。このようなＴＢＣが望ましいタービンエンジン部品の例には、タービンブレード及びベーン、タービンシュラウド、バケット、ノズル、燃焼ライナ、ディフレクタ等が挙げられる。
【０００３】
通常、ＴＢＣは、部品を形成する金属基材（ＴＢＣの金属表面への密着性を高めるボンドコート層を含んでもよい）の所定表面上に堆積される。ＴＢＣは熱伝導率が低いので、下側の金属基材への熱の流れを低減する（即ち、断熱作用をなす）。金属基材は、典型的には金属合金、例えばニッケル基、コバルト基及び／又は鉄基合金（例えば、耐熱性超合金）からなる。
【０００４】
ＴＢＣはその使用寿命中に下記の破壊モード、即ち熱的−機械的歪みに続く剥落、エロージョンによる皮膜の除去、皮膜の有効性を軽減する熱伝導率の上昇、そしてＣＭＡＳ浸透後の剥離を受ける。なお、ＣＭＡＳは、カルシウム−マグネシウム−アルミニウム−ケイ素酸化物系（Ｃａ−Ｍｇ−Ａｌ−ＳｉＯ）からなる混合環境汚染物質を指し、これはＴＢＣに浸透し、保護層の亀裂や剥落につながるおそれがある。熱伝導率が上昇すると被保護部品に届く熱が多くなり、装置を効率の悪いより低い温度で運転しなければならなくなる。機械的耐久性の低下は、ＴＢＣのエロージョン／衝撃ダメージ及び全体的高温故障につながるおそれがある。使用温度が、ＴＢＣの結晶構造を耐久性の低いものに変化させる、例えば正方晶から立方晶に変化させるように作用することがある。
【０００５】
立方相はエロージョンを８倍受けやすく、耐剥落性に劣ることが確認されている。
【０００６】
タービンエンジンの部品を保護するのに用いられている皮膜など遮熱コーティング（ＴＢＣ）は、代表的には、約２４，０００時間運転の使用寿命をもつ。その時間の間に何度も検査が行われる。現在の慣行では、ＴＢＣが、亀裂、剥落、剥離もしくは基材露出など弱体化の徴候を示したら、部品を物理的に交換している。部品の交換は部品自体と休止時間両面で高コストになる。
【０００７】
ＴＢＣを改良する上での現在の関心は、新しいＴＢＣ層の改良、主としてＴＢＣ又はボンド層の化学組成、ＴＢＣ層構造及び被覆条件の改良に向けられている。
【特許文献１】米国特許第７０９４４５０号明細書
【特許文献２】米国特許第６８７５４６４号明細書
【特許文献３】米国特許第６５４４３４６号明細書
【特許文献４】米国特許第６４１３５７８号明細書
【特許文献５】米国特許第６２７４１９３号明細書
【特許文献６】米国特許第６２３５３５２号明細書
【特許文献７】米国特許第６０４２８８０号明細書
【特許文献８】米国特許第５９００１０２号明細書
【特許文献９】米国特許第５７２３０７８号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００７０２０２２６９号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００６００９１１１９号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００５０１９１５１６号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００５０１２９８６８号明細書
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００４０２１９２９０号明細書
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００４０２１４９３８号明細書
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００２０１８２３６２号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００２０１６４４１７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
現在、使用寿命中にＴＢＣの性能を改良する手段や方法はない。しかし、そのような方法があれば、潜在的にかなりの経済的利益があるので魅力的である。したがって、ＴＢＣ性能を上記破壊モードの一つに関して改良し、被覆部品の有効寿命を延ばすＴＢＣ増強手段を追求した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、タービンエンジン部品の有効寿命を延ばすように、タービンエンジン部品上の遮熱コーティングを処理する方法を提供する。
【００１０】
一実施形態では、遮熱コーティングの処理方法は、タービンエンジン部品に設けられた遮熱コーティングの所定表面上にドーパント組成物を塗工し、前記表面を加熱して強化遮熱コーティングを形成する工程を含む。ドーパント組成物は希土類金属化合物を含有する。
【００１１】
別の実施形態では、物品は本方法により形成した強化遮熱コーティングを有する。
【００１２】
遮熱コーティングを強化する方法の特徴及び利点は、以下の図面を参照した詳細な説明からいっそう容易に理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の遮熱コーティング（ＴＢＣ）の処理方法は、ＴＢＣ性能をＴＢＣのＣＭＡＳ耐性、機械的耐久性及び熱伝導率の１以上に関して改良する。処理したＴＢＣを本明細書では強化ＴＢＣという。強化ＴＢＣは、処理前のＴＢＣと比べて、低い熱伝導率、高い機械的耐久性、高いＣＭＡＳ耐性の１つを有するか、２つ以上を合わせもつ。
【００１４】
ＴＢＣ処理は補修プロセスを上回るものと考えられる。改良されたＴＢＣ性能は、例えば次の部品交換までの運転時間の延長など、より効率のよいエンジン運転を実現し、全体的なメンテナンスコストを削減する可能性を持つ。
【００１５】
本処理のもう一つの重要な利点は、イットリア安定化ジルコニアの全重量を基準にして約６〜８重量％のイットリア含量を有するイットリア安定化ジルコニア、特に７ＹＳＺを含有するＴＢＣ組成物に関係する。７ＹＳＺは、少なくとも部分的に高温耐久性、低い熱伝導率、堆積の容易さなどの理由で広範に用いられているＴＢＣ材料である。７ＹＳＺは、高温で長期間の間に正方晶から立方晶への相変態を生じる。立方相ははるかに軟らかい。本発明の処理方法は、機械的耐久性の高い正方相を再安定化する。
【００１６】
一実施形態では、ＴＢＣ、例えばタービンエンジン部品に設けられたＴＢＣを処理する方法は、部品の使用寿命の間に少なくとも１回、ＴＢＣの所定表面上に希土類金属化合物を含有するドーパント組成物を塗工する工程を含む。ＴＢＣの所定表面は、所望に応じて、処理前に清浄化（クリーニング）することができる。以下に詳述するように、ドーパント組成物は、周囲温度で、溶液、有機溶剤への固体粒子分散液、水への固体粒子分散液、混合有機／水液体分散液、粉末、ペースト、ゲル又は半固体（ワックス）の形態とすることができる。塗工したドーパント組成物を乾燥し、所望に応じて加熱して希土類金属ドーパントのＴＢＣ中への拡散を促進する。
【００１７】
部品はあらゆる金属基材とすることができ、特にタービンエンジンによく用いられる金属基材とすることができる。金属基材は、典型的には金属合金、例えばニッケル基、コバルト基及び／又は鉄基合金（例えば、耐熱性超合金）からなる。
【００１８】
部品はさらに金属表面とＴＢＣ間にボンドコート層を含んでも、或いはＴＢＣを部品の表面上に直接配置してもよい。任意のボンドコート層は、遮熱コーティングを金属基材に密着させる当業界で周知の組成物とすることができる。ボンドコート層は、典型的には、耐酸化性金属材料、具体的にはＭＣｒＡｌＹ合金粉末（Ｍは、鉄、ニッケル、白金、コバルトなどの金属である）、特にニッケルアルミナイド、白金アルミナイドなどの種々の金属アルミナイドである。
【００１９】
ＴＢＣ及び任意のボンドコート層は１層又は２層以上から構成でき、既知の被覆方法、具体的にはプラズマ溶射、例えば大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）及び真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）、又は他の溶射堆積法、例えば高速フレーム（ＨＶＯＦ）溶射、爆発溶射もしくはワイヤー溶射、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、例えば電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）、その他類似の方法により形成できる。
【００２０】
ＴＢＣ及び任意のボンドコート層はどのような厚さでもよい。通常堆積ボンドコート層は厚さが約２５〜約４９５μｍ（約１〜約１９．５ミル）の範囲である。特に、ＥＢＰＶＤなどのＰＶＤ法により堆積したボンドコート層は厚さが約２５〜約７６μｍ（約１〜約３ミル）の範囲である。ＡＰＳなどのプラズマ溶射法により堆積したボンドコート層の厚さは、より典型的には約７６〜約３８１μｍ（約３〜約１５ミル）の範囲である。
【００２１】
ＴＢＣは、遮熱コーティングとして当業界で知られた化学組成物のいずれでもよい。これらの組成物には、種々のセラミック材料、例えばジルコニア（ＺｒＯ２、酸化ジルコニウム）、イットリア（Ｙ２Ｏ３、酸化イットリウム）、マグネシア（ＭｇＯ、酸化マグネシウム）、セリア（ＣｅＯ２、酸化セリウム）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム、インジアともいう）、Ｌａ２Ｏ３（酸化ランタン、ランタナともいう）、Ｐｒ２Ｏ３（酸化プラセオジム、プラセオジミアともいう）、Ｎｄ２Ｏ３（酸化ネオジム、ネオジミアともいう）、Ｓｍ２Ｏ３（酸化サマリウム、サマリアともいう）、Ｅｕ２Ｏ３（酸化ユーロピウム、ユーロピアともいう）、Ｇｄ２Ｏ３（酸化ガドリニウム、ガドリニアともいう）、Ｔｂ２Ｏ３（酸化テルビウム、テルビアともいう）、Ｄｙ２Ｏ３（酸化ジスプロシウム、ジスプロシアともいう）、Ｈｏ２Ｏ３（酸化ホルミウム、ホルミアともいう）、Ｅｒ２Ｏ３（酸化エルビウム、エルビアともいう）、Ｔｍ２Ｏ３（酸化ツリウム、ツリアともいう）、Ｙｂ２Ｏ３（酸化イッテルビウム、イッテルビアともいう）、Ｌｕ２Ｏ３（酸化ルテチウム、ルテチアともいう）、Ｓｃ２Ｏ３（酸化スカンジウム、スカンジアともいう）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム、マグネシアともいう）、ＣａＯ（酸化カルシウム、カルシアともいう）、ＴｉＯ２（二酸化チタン、チタニアともいう）、Ｔａ２Ｏ３（五酸化タンタル、タンタラともいう）及びこれらのセラミック材料の少なくとも１種を含む組合せがある。
【００２２】
一実施形態では、ＴＢＣは、イットリア、ジスプロシア、エルビア、ユーロピア、ガドリニア、ネオジミア、プラセオジミア、ウラニア（酸化ウラン）、ハフニア（酸化ハフニウム）及びこれらの組合せから選択される金属酸化物で安定化されたジルコニアを含む。別の実施形態では、ＴＢＣは、イットリア含量がイットリア安定化ジルコニアの全重量を基準にして６〜８重量％であるイットリア安定化ジルコニアを含む。
【００２３】
ＴＢＣはさらに他の添加剤を含有してもよく、特に一般組成式Ａ２Ｂ２Ｏ７のパイロクロアを含有してもよい［式中のＡは原子価＋３又は＋２の金属（例えばガドリニウム、アルミニウム、セリウム、ランタン又はイットリウム）を示し、Ｂは原子価＋４又は＋５の金属（例えばハフニウム、チタン、セリウム又はジルコニウム）を示し、ＡとＢの原子価の和は７である］。このタイプの材料の代表例には、ジルコン酸ガドリニウム（Ｇｄジルコネート、ＧｄＺ）の外に、チタン酸ランタン、ジルコン酸ランタン、ジルコン酸イットリウム、ランタンハフネート、ジルコン酸セリウム、アルミニウムセレート、セリウムハフネート、アルミニウムハフネート及びランタンセレートがある。
【００２４】
ＴＢＣの表面を、グリース、炭素系付着物、ほこり、油などの粒状物及び非粒状物を除去するのに適当な方法のいずれかで清浄化して、強化用組成物の１種以上の成分が少なくとも部分的に浸透可能な表面を得ることができる。
【００２５】
ＴＢＣを処理するドーパント組成物は、希土類金属化合物、例えば、ジルコニア、イットリア、マグネシア、セリア、インジア、ランタナ、プラセオジミア、ネオジミア、サマリア、ユーロピア、ガドリニア、テルビア、ジスプロシア、ホルミア、エルビア、ツリア、イッテルビア、ルテチア、スカンジア、マグネシア、カルシア又はこれらの希土類金属化合物の１種以上を含む組合せを含有する。別の実施形態では、ドーパント組成物は、イットリア、ジスプロシア、エルビア、ユーロピア、ガドリニア、ネオジミア、プラセオジミア、ウラニア、ハフニア又はこれらの組合せで安定化されたジルコニアを含有する。さらに特定すると、ドーパント組成物は、ランタナ、チタニア、イッテルビア、ガドリニア及びこれらの金属酸化物の１種以上を含む組合せからなる群から選択される１種以上の希土類金属酸化物又はその化学的均等物を含有する。希土類金属酸化物の化学的均等物は、ドーパント組成物のＴＢＣ表面への塗工後に、空気又は水分にさらされると、反応して希土類金属酸化物を形成することができる。別の実施形態では、ドーパント組成物は、イットリア含量がイットリア安定化ジルコニアの全重量を基準にして６〜８重量％であるイットリア安定化ジルコニア、即ち７ＹＳＺを含有する。
【００２６】
ドーパント組成物はさらに、上述したようにパイロクロア添加剤を含有してもよく、例えば、ジルコン酸ガドリニウム、チタン酸ランタン、ジルコン酸ランタン、ジルコン酸イットリウム、ランタンハフネート、ジルコン酸セリウム、アルミニウムセレート、セリウムハフネート、アルミニウムハフネート、ランタンセレート又はこれらの組合せを含有してもよい。
【００２７】
７ＹＳＺは、高温で長期間の間に正方晶から立方晶への相変態を生じる。立方相ははるかに軟らかい。一実施形態では、ドーパント組成物は、７ＹＳＺ正方相を再安定化するチタン又はタンタル組成物を含有する。ドーパント組成物の１例は、金属酸化物の全重量を基準にして約４〜約１５重量％のチタニア／タンタラ（ＴｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）、約７重量％のイットリア（Ｙ２Ｏ３）及び残部のジルコニア（ＺｒＯ２）を含む金属酸化物の混合物を含有する。
【００２８】
ドーパント組成物は、周囲温度で溶液、有機溶剤への固体粒子分散液、水への固体粒子分散液、混合有機／水液体分散液、粉末、ペースト、ゲル又は半固体（ワックス）の形態をとることができる。さらに特定すると、ドーパント組成物は、例えば、添加剤金属を酸、例えば硝酸に溶解して金属塩を形成することにより調製することができる。得られる粒子は寸法が数原子直径にすぎない分子である。或いはまた、ドーパント組成物は、ナノ粒子をアルコールなどの溶剤に懸濁することにより調製できる。分散形態で、ドーパント粒子は約０．５ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲のメジアン径を有する。
【００２９】
特に望ましい形態のドーパント組成物は、ブラシ、ローラ、スポンジ、布、手動スプレー、動力スプレー、エアゾールスプレーなどを含む、液体媒体用の既知のアプリケータを用いて、ペイントのように塗布できるものである。高粘稠、半固体もしくは固体形態のドーパント組成物は、手動こすり、コーキングガンによるなどの射出、こて、パテナイフ、粉末アプリケータ、布などによる塗工を含む、当業界で既知の手段により塗工することができる。
【００３０】
一実施形態では、ドーパント組成物をＴＢＣへの塗工前に加熱して、例えば、ドーパント組成物の流動性を高める。別の実施形態では、ドーパント組成物を、塗工後かつタービンエンジンの運転前に加熱して、例えば、溶剤の蒸発を促進するか、ドーパントのＴＢＣへの浸透を増加する。或いはまた、ドーパント処理区域を周囲条件下で乾燥させることができる。硬化性成分を含有するドーパント組成物塗膜は、空気曝露による周囲硬化、加熱硬化、又はＸ線、マイクロ波、紫外、可視及び赤外線を含む適当な形態の輻射エネルギーをドーパント組成物塗膜に照射することによる硬化を含む、既知の方法により硬化させることができる。
【００３１】
別の実施形態では、ドーパント組成物の多重層をＴＢＣの所定区域に塗工し、この際、各層を乾燥又は硬化させてから、次の層を塗工する。別の実施形態では、多重層が異なるドーパント組成物からなる。
【００３２】
ドーパント組成物はさらに、周囲温度もしくは僅かな高温で蒸発し得る溶剤を含有することができる。溶剤は、有機、水性もしくはその組合せでよく、低級鎖状、枝分かれ及び環状炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル、ポリエーテル、環状エーテル、エステル、ケトン、アルコールなどがある。さらに特定すると、溶剤は、塩化メチレン、クロロホルム、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、石油エーテル、ヘプタン、シクロヘプタン、オクタン、シクロオクタン、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、アセトン、ジエチルエーテル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル及びこれらの溶剤の１種以上を含む組合せとすることができる。
【００３３】
ドーパント組成物はさらに、他の添加剤、例えば界面活性剤、酸化防止剤、オイル、浸透剤、樹脂などを含有してもよい。
【００３４】
ドーパント組成物は、１以上のタービンエンジン部品上のＴＢＣの所定表面に塗工する。部品はドーパント組成物の塗工前に、外しておいても装着したままでもよい。ドーパント組成物を部品の使用寿命の間に少なくとも１回塗工する。ドーパント組成物を部品の使用寿命の間いつでも塗工でき、特にサービス検査の際に塗工することができる。
【００３５】
ドーパント組成物は、部品のＴＢＣ表面の所定部分もしくは全部に、特に、初期運転後にエロージョン、クラックその他の欠陥を示すＴＢＣ表面の区域に塗工することができる。ＴＢＣは新品の時に、意図的に多数のマイクロクラックを有する。ＴＢＣセラミックと金属基材との熱膨張の不一致のせいで、このようなマイクロクラックは加熱・冷却時のひずみ順応を可能にするために必須である。ドーパントが皮膜に浸透できるのは、この既存のマイクロクラック網を通してである。
【００３６】
ドーパント組成物を塗工する温度は特に限定されない。一実施形態では、ドーパント組成物の一部を周囲温度でＴＢＣの多孔質表面に塗工する。塗工されたドーパントは、タービンエンジンの運転中の高温で装着部品のＴＢＣ中に拡散する。拡散に必要な温度は通常約５５０℃超え（＞１０００°Ｆ）である。別の実施形態では、ドーパント組成物の塗工前にＴＢＣの所定表面を加熱して、マイクロクラックを広げ、ドーパント組成物の初期浸透深さを増加する。
【００３７】
ここで図面を参照すると、図１は、ＴＢＣ内にＴＢＣを配置した下側の基材の表面までは達していない欠陥クラックを有するＴＢＣを処理する例を示す線図である。全体を１０で示す物品は、基材１２及び欠陥クラック２０を有する多層ＴＢＣ皮膜を含む。多層ＴＢＣは層１４，１６，１８を含み、この場合物品１０はボンドコート層をもたない。或いは層１４がボンドコート層を示し、その場合ＴＢＣは層１６及び１８を含む。ＴＢＣ中の層の数は例示にすぎず、限定的な意味はない。物品１０をドーパント組成物で処理した後、欠陥クラック２０はドーパントで充填された状態となる、即ち充填された欠陥クラック３２となる。理論で限定されるものではないが、塗工されたドーパントは欠陥クラックを取り囲むＴＢＣの区域に浸透し、かくしてＴＢＣを補強すると考えられる。
【００３８】
図２は、ＴＢＣ内にＴＢＣを配置した下側の基材の表面まで達する欠陥クラックを有するＴＢＣを処理する例を示す線図である。物品４０は基材４２を含み、ＴＢＣ内の欠陥クラック４４が基材４２の表面まで達している。図１の場合と同様に、ＴＢＣは層４６，４８，５０を含み、この場合物品４０はボンドコート層をもたない。或いは層４６がボンドコート層を示し、その場合ＴＢＣは層４８及び５０を含む。物品４０をドーパント組成物で処理した後、欠陥クラック４４はドーパントで充填された状態となる、即ち充填された欠陥クラック５２となる。
【００３９】
塗工されたドーパント組成物は、ＴＢＣの遮熱特性の１以上を強化するのに有効である。遮熱特性には、熱伝導率、機械的耐久性、及びＣＭＡＳ耐性（カルシウム−マグネシウム−アルミニウム−ケイ素酸化物、即ちＣＭＡＳとして知られる環境汚染物質に対する耐性）がある。したがって、本発明の方法は、処理前のＴＢＣに対して熱伝導率を下げるか、機械的耐久性を上げるか、ＣＭＡＳ耐性を上げるか、これらの２つ以上を合せて達成することにより、ＴＢＣ性能を増強する。本方法を用いることにより、ＴＢＣに適用した希土類ドーパントが現存部品の寿命を延ばし、装置の停止時間を短くすることを確かめた。本処理により、ＣＭＡＳ耐性、熱伝導率及び高温耐久性を含む破壊モードの１以上が改良される。
【００４０】
単数表現は、文脈上特記されない限り、複数要素を含む。同じ特性又は成分に関するすべての範囲の上下限点はそれぞれ独立に組合せ可能で、また表記した上下限点を含む。
【００４１】
本明細書では、具体例を挙げて、最良の形態を含む本発明を開示するとともに、当業者が装置又はシステムの作製と使用また方法の実行を含めて本発明を実施できるようにしている。本発明の要旨は、特許請求の範囲に規定された通りで、当業者が想起できる他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有するか、特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造要素を含むならば、特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】基材表面を露出しない欠陥クラックを有するＴＢＣを処理する方法を示す線図である。
【図２】基材表面を露出する欠陥クラックを有するＴＢＣを処理する方法を示す線図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，４０ 物品
１２，４２ 基材
１４，１６，１８ 層
２０，４４ クラック
３２，５２ 充填クラック
４６，４８，５０ 層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン部品に設けられた遮熱コーティングの所定表面上に希土類金属化合物を含有するドーパント組成物を塗工し、
前記表面を加熱して強化遮熱コーティングを形成する
工程を含む方法。
【請求項２】
前記遮熱コーティングが、ジルコニア、イットリア、マグネシア、セリア、インジア、ランタナ、プラセオジミア、ネオジミア、サマリア、ユーロピア、ガドリニア、テルビア、ジスプロシア、ホルミア、エルビア、ツリア、イッテルビア、ルテチア、スカンジア、マグネシア、カルシア及びこれらの希土類化合物の１種以上を含む組合せからなる群から選択される希土類金属化合物の１層又は２層以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記遮熱コーティングが、イットリア、ジスプロシア、エルビア、ユーロピア、ガドリニア、ネオジミア、プラセオジミア、ウラニア、ハフニア及びこれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物で安定化されたジルコニアの１層又は２層以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記遮熱コーティングが、イットリア含量がイットリア安定化ジルコニアの全重量を基準にして６〜８重量％であるイットリア安定化ジルコニアの１層又は２層以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記遮熱コーティングが、ランタナ、チタニア、イッテルビア、ガドリニア及びこれらの金属酸化物の１種以上を含む組合せからなる群から選択される希土類金属酸化物又はその化学的均等物の１層又は２層以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ドーパント組成物が溶剤を含有し、前記方法が塗工後に溶剤を蒸発させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ドーパント組成物が、ジルコニア、イットリア、マグネシア、セリア、インジア、ランタナ、プラセオジミア、ネオジミア、サマリア、ユーロピア、ガドリニア、テルビア、ジスプロシア、ホルミア、エルビア、ツリア、イッテルビア、ルテチア、スカンジア、マグネシア、カルシア及びこれらの希土類化合物の１種以上を含む組合せからなる群から選択される希土類金属化合物を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ドーパント組成物が、イットリア、ジスプロシア、エルビア、ユーロピア、ガドリニア、ネオジミア、プラセオジミア、ウラニア、ハフニア及びこれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物で安定化されたジルコニアを含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ドーパント組成物が、イットリア含量がイットリア安定化ジルコニアの全重量を基準にして６〜８重量％であるイットリア安定化ジルコニアを含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ドーパント組成物が、ランタナ、チタニア、イッテルビア、ガドリニア、タンタラ及びこれらの金属酸化物の１種以上を含む組合せからなる群から選択される希土類金属酸化物又はその化学的均等物を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ドーパント組成物が、金属酸化物の全重量を基準にして約４〜約１５重量％のチタニア／タンタラ、約７重量％のイットリア及び残部のジルコニアを含む金属酸化物の混合物を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ドーパント組成物を塗工後の遮熱コーティングが、処理前の遮熱コーティングと比べて低い熱伝導率、高い機械的耐久性及び高いＣＭＡＳ耐性から選択される１以上の特性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、塗工前にドーパント組成物又は所定表面を加熱する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ドーパント組成物が、周囲温度で溶液、有機溶剤への固体粒子分散液、水への固体粒子分散液、混合有機／水液体分散液、粉末、ペースト、ゲル及び半固体のいずれかである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ドーパント組成物を、ブラシ、ローラ、スポンジ、布、手動スプレー、動力スプレー、エアゾールスプレー、手動こすり、射出、こて、パテナイフ、粉末アプリケータ、浸漬又はこれらの組合せによって塗工する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
塗工を複数のドーパント組成物で繰り返す、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、塗工前に表面を清浄化する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記部品がブレード、ベーン、シュラウド、バケット、ノズル、燃焼ライナ、ディフレクタ又はこれらの組合せから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
タービンエンジンの部品に設けられた遮熱コーティングの所定表面上に希土類金属化合物を含有するドーパント組成物を塗工し、前記表面を加熱して強化遮熱コーティングを形成することにより、強化遮熱コーティングを設けた物品。
【請求項２０】
ブレード、ベーン、シュラウド、バケット、ノズル、燃焼ライナ、ディフレクタ又はこれらの組合せから選択されるタービンエンジンの部品を含む、請求項１９に記載の物品。
【請求項１】
タービンエンジン部品に設けられた遮熱コーティングの所定表面上に希土類金属化合物を含有するドーパント組成物を塗工し、
前記表面を加熱して強化遮熱コーティングを形成する
工程を含む方法。
【請求項２】
前記遮熱コーティングが、ジルコニア、イットリア、マグネシア、セリア、インジア、ランタナ、プラセオジミア、ネオジミア、サマリア、ユーロピア、ガドリニア、テルビア、ジスプロシア、ホルミア、エルビア、ツリア、イッテルビア、ルテチア、スカンジア、マグネシア、カルシア及びこれらの希土類化合物の１種以上を含む組合せからなる群から選択される希土類金属化合物の１層又は２層以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記遮熱コーティングが、イットリア、ジスプロシア、エルビア、ユーロピア、ガドリニア、ネオジミア、プラセオジミア、ウラニア、ハフニア及びこれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物で安定化されたジルコニアの１層又は２層以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記遮熱コーティングが、イットリア含量がイットリア安定化ジルコニアの全重量を基準にして６〜８重量％であるイットリア安定化ジルコニアの１層又は２層以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記遮熱コーティングが、ランタナ、チタニア、イッテルビア、ガドリニア及びこれらの金属酸化物の１種以上を含む組合せからなる群から選択される希土類金属酸化物又はその化学的均等物の１層又は２層以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ドーパント組成物が溶剤を含有し、前記方法が塗工後に溶剤を蒸発させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ドーパント組成物が、ジルコニア、イットリア、マグネシア、セリア、インジア、ランタナ、プラセオジミア、ネオジミア、サマリア、ユーロピア、ガドリニア、テルビア、ジスプロシア、ホルミア、エルビア、ツリア、イッテルビア、ルテチア、スカンジア、マグネシア、カルシア及びこれらの希土類化合物の１種以上を含む組合せからなる群から選択される希土類金属化合物を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ドーパント組成物が、イットリア、ジスプロシア、エルビア、ユーロピア、ガドリニア、ネオジミア、プラセオジミア、ウラニア、ハフニア及びこれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物で安定化されたジルコニアを含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ドーパント組成物が、イットリア含量がイットリア安定化ジルコニアの全重量を基準にして６〜８重量％であるイットリア安定化ジルコニアを含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ドーパント組成物が、ランタナ、チタニア、イッテルビア、ガドリニア、タンタラ及びこれらの金属酸化物の１種以上を含む組合せからなる群から選択される希土類金属酸化物又はその化学的均等物を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ドーパント組成物が、金属酸化物の全重量を基準にして約４〜約１５重量％のチタニア／タンタラ、約７重量％のイットリア及び残部のジルコニアを含む金属酸化物の混合物を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ドーパント組成物を塗工後の遮熱コーティングが、処理前の遮熱コーティングと比べて低い熱伝導率、高い機械的耐久性及び高いＣＭＡＳ耐性から選択される１以上の特性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、塗工前にドーパント組成物又は所定表面を加熱する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ドーパント組成物が、周囲温度で溶液、有機溶剤への固体粒子分散液、水への固体粒子分散液、混合有機／水液体分散液、粉末、ペースト、ゲル及び半固体のいずれかである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ドーパント組成物を、ブラシ、ローラ、スポンジ、布、手動スプレー、動力スプレー、エアゾールスプレー、手動こすり、射出、こて、パテナイフ、粉末アプリケータ、浸漬又はこれらの組合せによって塗工する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
塗工を複数のドーパント組成物で繰り返す、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、塗工前に表面を清浄化する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記部品がブレード、ベーン、シュラウド、バケット、ノズル、燃焼ライナ、ディフレクタ又はこれらの組合せから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
タービンエンジンの部品に設けられた遮熱コーティングの所定表面上に希土類金属化合物を含有するドーパント組成物を塗工し、前記表面を加熱して強化遮熱コーティングを形成することにより、強化遮熱コーティングを設けた物品。
【請求項２０】
ブレード、ベーン、シュラウド、バケット、ノズル、燃焼ライナ、ディフレクタ又はこれらの組合せから選択されるタービンエンジンの部品を含む、請求項１９に記載の物品。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１０８８５６（Ｐ２００９−１０８８５６Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７１４６３（Ｐ２００８−２７１４６３）
【出願日】平成２０年１０月２２日（２００８．１０．２２）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２２日（２００８．１０．２２）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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