JP6005840B2 - アルミニウムを含む耐腐食及び耐浸食保護層 - Google Patents

Description

本発明は、腐食（ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）及び浸食（ｅｒｒｏｓｉｏｎ）に対して保護するためのアルミニウム含有保護層に関する。

固定ＧＴ及び航空機用タービンの圧縮機翼は通常、１２〜１３％の加熱処理されたマルテンサイト系Ｃｒ鋼と、場合によっては１６〜１７％の析出硬化Ｃｒ鋼と、をベースとして製造される。腐食に対する保護として、前段階にある翼は特別なアルミニウム顔料含有高温表面コーティングを用いて保護される。

このコーティングの欠点は、層の相対的に低い浸食耐性である。その結果、非常に複雑な空気のフィルタリングだけでなく（改修過程における）翼の定期的な再コーティングもまた通常必要とされる。

この問題を解決するために、今まで使用されてきた保護層は、浸食ダメージ及び腐食保護のために定期的間隔で検査され、改修過程の際には、コーティングの除去及びそれに続く同一体系での翼の再コーティングが実施されてきた。これらの時間間隔の長さは、周囲空気及びフィルタデバイスの効率に大きく依存する。

この問題は、解決されるべきである。

本目的は、請求項１に記載の層システムによって達成される。

改修の間隔は、コーティングの浸食耐性を向上させることによって長期化され得る。

従属請求項では、さらなる利点を達成するために任意の方法で互いに結合され得るさらなる有利な手段が列挙される。

層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。 層システムを示す図面である。

図面及び説明は、本発明の実施例のみを示す。

図１は、単一層７を有する基板４で作られた層システム１を示し、単一層７は、≦Ｈｖ５０の硬度を有する柔らかいアルミニウム粒子を含む。
層７’では、より硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊が好ましい（図１１）。

図１から進んで図５に示すように、単一層７’’は、好ましくは追加的に硬材料粒子（Ｈ）を含むことができる。

これは同様に、図１１から進んで図１３のように、単一層７’’’にも適用される。

図２は、腐食及び浸食に対して保護するための二重の保護層７、１０を有する基板４で作られた層システム１を示す（図１＋外層１０に対応する）。
この従来技術によると、鋼含有基板４上に直接配置された層７は、柔らかいアルミニウム粒子Ａｌを含み、犠牲アノードとして働き、一方で上層１０は、如何なるアルミニウム粒子も含まない。
図２では、柔らかいアルミニウム粒子Ａｌが下層７に存在し、上層１０は如何なる粒子も含まず、マトリックス材料のみを含む。

図８は、下層７’をより硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊とした図２を示す。

浸食耐性を向上させるために、図２又は図８から進んで図４及び図６に示すように、専ら硬材料粒子Ｈは外層１０’’のみに存在することができる。

しかしながら本発明のさらなる実施例は、両方の層内にアルミニウムを導入することを含み（図３）、より柔らかいアルミニウム粒子Ａｌ（「純粋な」アルミニウム）が下層７の存在し、より硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊が上層１０’に存在する。

適用分野に応じて、硬材料粒子Ｈは、図２から進んで図７のように、また（図８から進んで）図１０のように、下層７’’及び７’’’並びに上層１０’、１０’’に組み込まれるか、又は上層１０’’にのみ組み込まれるか（図４及び６）、あるいは、図８から進んで図９のように、また図２から進んで図１２のように、下層７’’’、７’’にのみ組み込まれることができる。

さらに上層は、柔らかいアルミニウム粒子Ａｌ、より硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊、及び／又は硬材料粒子Ｈを備えることができるか、又は上層１０^ＩＶは、アルミニウムから構成される柔らかいアルミニウム粒子のみを含むことができるか、あるいは上層１０^Ｖは、硬材料粒子Ｈ及び比較的硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊の両方を含む。

図１４において、下層７は柔らかいアルミニウム粒子Ａｌを含み、上層１０’’’も同様に、しかしさらに浸食保護として硬材料粒子Ｈも含む。

図１５において、下層７及び外層１０^ＩＶはともにアルミニウム粒子を含み、アルミニウム粒子は、それらが硬材料粒子よりも低い浸食保護を提供するにも関わらず、浸食保護を向上させるために外層１０^ＩＶにおいて利用される。

図１６において、下層７は柔らかいアルミニウム粒子Ａｌを含み、外層１０^Ｖはより硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊及び硬材料粒子Ｈを含む。

図３から進んで図１７では、下層７’において如何なるアルミニウム粒子も含まないが、代わりにより硬いアルミニウム粒子ＡＬ＊を含む。

図１８は、比較的硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊を含む下層７’と、その上部の柔らかいアルミニウム粒子Ａｌ及び硬材料粒子Ｈが適用された上層１０’’とを示す。

図１９において、下層７’は、上層１０^ＩＶがアルミニウム粒子のみを含むため、上層１０^ＩＶが除去されたときに浸食保護に寄与する比較的硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊を含む。

最も強力な浸食保護が、適用分野及び浸食保護の度合に応じて、比較的硬いアルミニウム粒子ＡＬ＊が下層７’に存在しているか（図２０）又は硬材料粒子が下層に追加的に存在している（図２８）状態で、比較的硬いアルミニウム粒子ＡＬ＊及び硬材料粒子が存在する上層１０^Ｖによって形成される。

図２１〜２４において、下層７’’は、下層７’’の浸食耐性を向上させるために、アルミニウム粒子及び硬材料粒子Ｈを含む。

図２１において、腐食保護及び浸食保護の両方に寄与するために、比較的硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊が上層１０’に存在する。

図２２において、これは上層１０’’’における柔らかいアルミニウム粒子Ａｌ及び硬材料粒子Ｈを用いて達成される。

あまり浸食しない環境では、図２２と比較して、上層１０^ＩＶはまたアルミニウム粒子のみを含むことができる（図２３）。

具体的に、外層は、アルミニウムを含有する比較的硬い粒子ＡＬ＊及び硬材料粒子Ｈを含む上層１０^Ｖによって浸食に対して保護される（図２４）。

図２５〜２８において、下層７’’’は、如何なる場合にも浸食に対して基板４を保護するために、比較的硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊及び硬材料粒子Ｈを含み、比較的硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊は図２５において上層１０’に存在し、浸食保護はまた、しかしながら、図２６においてアルミニウム含有層１０’’’中の硬材料粒子によって保証されている。

図２７は、柔らかいアルミニウム粒子Ａｌを含み、また特に腐食保護に寄与する上層１０^ＩＶを示し、上層が除去された場合にのみ下層が腐食保護及び浸食保護の両方を保証する。

硬材料粒子Ｈとして、セラミック粒子、好ましくは窒化アルミニウム及び窒化ホウ素、炭化クロム、酸化アルミニウム、又はその混合物を使用することができる。

基板４（図１〜２８）は好ましくは鋼を含む。

本発明による浸食保護の向上は、アルミニウム合金、具体的に、５〜１０倍大きい硬度及び少なくとも５倍高い強度を有する析出硬化アルミニウム合金から構成される、比較的硬いアルミニウム含有粒子ＡＬ＊を使用することによって達成される。

アルミニウムと、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏからなる群からの少なくとも１つの元素と、から構成される析出硬化合金として、具体的に以下の合金を使用することが好ましい：
Ａｌ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｍｎ−ＳＣ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ−Ｚｎ、ＡｌＺｎ４．５Ｍｇ１、ＡｌＺｎＭｇＣｕ１．５、ＡｌＺｎＭｇＣｕ０．５、ＡｌＭｇ４．５Ｍｎ。
しかしながら、非常に高い含量の様々な合金化元素、例えば６％〜８％の亜鉛（Ｚｎ）を有する合金を採用することもできる。

同様に、以下を使用することが好ましい：
・アルミニウム又はＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｚｎを母材とするアルミニウム合金と、Ａｌ_２Ｏ_３又はＳｉＣから成るセラミック粒子などの組み込まれた第２の元素と、で作られたアルミニウム複合材料から構成された粒子ＡＬ＊
・酸化物、炭化物若しくは窒化物（Ａｌ_２Ｏ_３、Ａｌ_４Ｃ_３）を含み、リチウム（Ｌｉ）を含み、又は金属間相：ＡｌＦｅ_８Ｃｏ、ＡｌＦｅ_８Ｃｅ_４、ＡｌＦｅ_８Ｚｒ_１を使用する、分散硬化（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）アルミニウム材料
・アルミナイド：具体的に、ＮｉＡｌ、Ｎｉ_３Ａｌ、ＦｅＡｌ、Ｆｅ_３Ａｌ、ＴｉＡｌ、Ｔｉ_３Ａｌ
・析出硬化スカンジウム含有（Ｓｃ）アルミニウム合金：Ａｌ−Ｓｃ又はＡｌ−Ｓｃ−Ｘ合金。

アルミニウム顔料層のベーキングの後、低強度の導電性爆破（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｂｌａｓｔｉｎｇ）が通常実施される。最適化されたパラメータを使用した目的圧力爆破（ｔａｒｇｅｔｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ）により、アルミニウム粒子の高い増加を追加的に達成することができる。

層７、７’、７’’、７’’’、１０、１０’、１０’’、１０’’’、１０^ＩＶ、１０^Ｖ（図１〜２８）のマトリックス材料は好ましくは、クロムリン酸塩バインダであり、好ましくは両方の層に対して同じである。

１ 層システム
４ 基板
７、７’、７’’、７’’’ 下層
１０、１０’、１０’’、１０’’’、１０^ＩＶ、１０^Ｖ 外層、上層

Claims (10)

1. 基板（４）と、
   前記基板（４）上に存在する下層（７、７’、７’’、７’’’）と、
   前記下層（７、７’、７’’、７’’’）上の上層（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１０^ＩＶ、１０^Ｖ）と、
   を少なくとも含む層システム（１）であって、
   柔らかい硬度を有するアルミニウムで構成された粒子（Ａｌ）が前記層システム（１）に存在し、
   前記層（７、７’、７’’、７’’’、１０、１０’、１０’’、１０’’’、１０^ＩＶ、１０^Ｖ）は、前記アルミニウムで構成された粒子（Ａｌ）よりも硬いアルミニウム含有粒子（ＡＬ＊）を含み、
   前記アルミニウム含有粒子（ＡＬ＊）は、析出硬化アルミニウム合金を含み、
   前記析出硬化アルミニウム合金は、
   アルミニウム−亜鉛−マンガン（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ）及び／又は
   アルミニウム−マグネシウム−マンガン（Ａｌ−Ｍｇ−Ｍｎ）及び／又は
   アルミニウム−マグネシウム−亜鉛−銅（Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃｕ）及び／又は
   アルミニウム−マグネシウム−亜鉛−銅−コバルト（Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃｕ−Ｃｏ）及び／又は
   アルミニウム−銅−マンガン−亜鉛（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ−Ｚｎ）及び／又は
   以下の合金：
   Ａｌ３Ｌｉ及び／又は
   ＡｌＺｎ４．５Ｍｇ１及び／又は
   ＡｌＺｎＭｇＣｕ１．５及び／又は
   ＡｌＺｎＭｇＣｕ０．５及び／又は
   ＡｌＭｇ４．５Ｍｎ
   を含むことを特徴とする、層システム。
2. 分散硬化アルミニウム合金が前記アルミニウム含有粒子（ＡＬ＊）に使用される、請求項１に記載の層システム。
3. 柔らかいアルミニウム粒子（Ａｌ）が前記下層（７）に存在し、
   少なくとも１０％大きい硬度を有するアルミニウム粒子（ＡＬ＊）が前記上層（１０’、１０Ｖ）に存在する、請求項１または２に記載の層システム。
4. 硬材料粒子（Ｈ）が前記下層（７’’、７’’’）に存在する、請求項１から３の何れか１項に記載の層システム。
5. 硬材料粒子（Ｈ）が前記上層（１０’’、１０’’’、１０^Ｖ）に存在する、請求項１から４の何れか１項に記載の層システム。
6. 硬材料粒子（Ｈ）が両方の層（７’’、７’’’、１０’’、１０’’’、１０^Ｖ）に存在する、請求項４又は５に記載の層システム。
7. 窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化クロム、酸化アルミニウム、又はその混合物が硬材料粒子（Ｈ）として使用される、請求項４から６の何れか１項に記載の層システム。
8. 前記層（７、７’、７’’、７’’’、１０、１０’、１０’’、１０’’’、１０^ＩＶ、１０^Ｖ）又は両方の層（７、７’、７’’、７’’’、１０、１０’、１０’’、１０’’’、１０^ＩＶ、１０^Ｖ）が、同一のマトリックス材料を有する、請求項１から７の何れか１項に記載の層システム。
9. 前記基板（４）は鋼を含む、請求項１から８の何れか１項に記載の層システム。
10. 前記アルミニウム含有粒子（ＡＬ＊）は、導電性爆破の結果として、硬度の向上を経ている、請求項１から９の何れか１項に記載の層システム。

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