JPS6152229B2 - - Google Patents
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- JPS6152229B2 JPS6152229B2 JP55122477A JP12247780A JPS6152229B2 JP S6152229 B2 JPS6152229 B2 JP S6152229B2 JP 55122477 A JP55122477 A JP 55122477A JP 12247780 A JP12247780 A JP 12247780A JP S6152229 B2 JPS6152229 B2 JP S6152229B2
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- zirconia
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Classifications
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- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
- F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/18—After-treatment
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- Y10T428/12618—Plural oxides
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、２つの共同して動く部材が相対的に
回転運動をしているターボ機械
（turbomachine）用の摩耗性セラミツク製シール
（abradable ceramic seal）被膜に関し、該被膜
は該部材の少くとも１つの上に析出されたもので
あり、かつ本発明は、かかるシール被膜を形成す
る方法に関する。より詳しくは、本発明は、回転
部品の１つが被膜内のそれ自身の隙間を切断し、
それによつて２つの共同して動く部材間の漏れの
減少を可能ならしめる所望の摩耗性を有する被膜
に関する。
回転運動をしているターボ機械
（turbomachine）用の摩耗性セラミツク製シール
（abradable ceramic seal）被膜に関し、該被膜
は該部材の少くとも１つの上に析出されたもので
あり、かつ本発明は、かかるシール被膜を形成す
る方法に関する。より詳しくは、本発明は、回転
部品の１つが被膜内のそれ自身の隙間を切断し、
それによつて２つの共同して動く部材間の漏れの
減少を可能ならしめる所望の摩耗性を有する被膜
に関する。
軸流圧縮機類およびタービン類（turbines）の
如きターボ機械類においては、全体の運動効率は
回転空気ホイル（foil）の先端の囲りにおけるガ
ス流の漏れによつて悪影響を受ける。これは、正
常な運動条件下において遭遇する特に有害な高
温、高圧、高回転速度下において公差および隙間
を非常に僅かにする必要があるために制御が特に
困難な要因であるので、該技術は摩耗性密封被膜
の使用を発展させた。典型的には、かかる被膜は
例えばエンジン静止ケーシング（engine stator
casing）に適用されていて、回転羽根が静止シー
ル被膜に対し本質的に隙間が零で据えることを可
能にする。かかる摩耗性被膜の例は、米国特許第
3092306号〔エダー（Eder）〕に開示されている
多孔性の金属−熱硬化性樹脂シーリング層および
米国特許第3375427号〔ラパツクら（Lapac et
al.）〕に開示されている完全に分散した中空のガ
ラス微細球を有する弾性ゴム被膜である。米国特
許第3147087号〔アイゼンロール（Eisenlohr）〕
は、空孔および分散した黒鉛または雲母を含んで
いるアルミニウムの如き軟かい金属のマトリツク
ス（matrix）の不均一な摩耗層を有する低多孔
質結合層を備えた摩耗性シール被膜を開示してい
る。かかる標準型の被膜は、たとえば982℃
（1800〓）の如き高運転温度に発展したガスター
ビンエンジン（gas turbine engine）は不充分に
なつた。これは、かかる高温に対し高度に耐性の
ある物質の使用を必要とする。
如きターボ機械類においては、全体の運動効率は
回転空気ホイル（foil）の先端の囲りにおけるガ
ス流の漏れによつて悪影響を受ける。これは、正
常な運動条件下において遭遇する特に有害な高
温、高圧、高回転速度下において公差および隙間
を非常に僅かにする必要があるために制御が特に
困難な要因であるので、該技術は摩耗性密封被膜
の使用を発展させた。典型的には、かかる被膜は
例えばエンジン静止ケーシング（engine stator
casing）に適用されていて、回転羽根が静止シー
ル被膜に対し本質的に隙間が零で据えることを可
能にする。かかる摩耗性被膜の例は、米国特許第
3092306号〔エダー（Eder）〕に開示されている
多孔性の金属−熱硬化性樹脂シーリング層および
米国特許第3375427号〔ラパツクら（Lapac et
al.）〕に開示されている完全に分散した中空のガ
ラス微細球を有する弾性ゴム被膜である。米国特
許第3147087号〔アイゼンロール（Eisenlohr）〕
は、空孔および分散した黒鉛または雲母を含んで
いるアルミニウムの如き軟かい金属のマトリツク
ス（matrix）の不均一な摩耗層を有する低多孔
質結合層を備えた摩耗性シール被膜を開示してい
る。かかる標準型の被膜は、たとえば982℃
（1800〓）の如き高運転温度に発展したガスター
ビンエンジン（gas turbine engine）は不充分に
なつた。これは、かかる高温に対し高度に耐性の
ある物質の使用を必要とする。
出願人の発明は米国特許第4055705号〔ステキ
ユラら（Stecura et al）〕のセラミツク製断熱被
膜系（ceramic thermal barrier coating
system）に基づいていて、この系はタービン羽
根の如き金属表面に塗布されて、低熱伝導性と高
温流体にさらされた時に基板支持金属への改良さ
れた接着性との両方を提供する。より詳しくは、
出願人の発明はエンジンケーシング（engine
casing）への特許になつた断熱被膜系の塗布を包
含し、この断熱系は熱的に分解可能な有機質粉末
と共に析出される安定化ジルコニア層の塗布用下
地として役立ち、摩耗性多孔質セラミツク製被膜
を形成するように有機質粉末を分解するための加
熱によつて多孔質セラミツク製シール被膜が形成
される。
ユラら（Stecura et al）〕のセラミツク製断熱被
膜系（ceramic thermal barrier coating
system）に基づいていて、この系はタービン羽
根の如き金属表面に塗布されて、低熱伝導性と高
温流体にさらされた時に基板支持金属への改良さ
れた接着性との両方を提供する。より詳しくは、
出願人の発明はエンジンケーシング（engine
casing）への特許になつた断熱被膜系の塗布を包
含し、この断熱系は熱的に分解可能な有機質粉末
と共に析出される安定化ジルコニア層の塗布用下
地として役立ち、摩耗性多孔質セラミツク製被膜
を形成するように有機質粉末を分解するための加
熱によつて多孔質セラミツク製シール被膜が形成
される。
ポリエステル粉末の如き有機質充填材の分解温
度約538℃（約1000〓）に対し、セラミツク製多
孔質層材ジルコニアは約2559℃（約4710〓）の融
点を有しているので、温度特性（temperatur
capability）が非常に異なるこれらの材料を同時
に析出させる方法を開発することが必要であつた
が、析出ユニツトのノズル（nozzle）から噴霧さ
れているセラミツク性材料の流れの中に有機質粉
末が滞留する時間を最小にすることによつてこれ
を適応させた。
度約538℃（約1000〓）に対し、セラミツク製多
孔質層材ジルコニアは約2559℃（約4710〓）の融
点を有しているので、温度特性（temperatur
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に析出させる方法を開発することが必要であつた
が、析出ユニツトのノズル（nozzle）から噴霧さ
れているセラミツク性材料の流れの中に有機質粉
末が滞留する時間を最小にすることによつてこれ
を適応させた。
本発明およびそれを遂行する方法を、添付の図
面を参照にしながら、以下に詳細に説明する。
面を参照にしながら、以下に詳細に説明する。
本発明は、そうでなければ緻密になるセラミツ
ク製材の中に、その材の摩耗性を改良する目的で
制御された多孔性を提供することに関する。これ
はジルコニアと安定化イツトリまたはマグネシア
または酸化カルシウムとポリエステルの粉末の如
き熱分解性有機質粉末とをプラズマ噴霧法
（plasma spray process）を用いて同時に共析出
（co−depositing）することによつて行なわれ、
その比率は被膜の析出後に続く有機質粉末の熱的
分解時に所望の多孔性をつくるのに必要な比率で
ある。
ク製材の中に、その材の摩耗性を改良する目的で
制御された多孔性を提供することに関する。これ
はジルコニアと安定化イツトリまたはマグネシア
または酸化カルシウムとポリエステルの粉末の如
き熱分解性有機質粉末とをプラズマ噴霧法
（plasma spray process）を用いて同時に共析出
（co−depositing）することによつて行なわれ、
その比率は被膜の析出後に続く有機質粉末の熱的
分解時に所望の多孔性をつくるのに必要な比率で
ある。
プラズマ噴霧法を用いるのが好適であるが、当
業者に周知の任意の他の方法および装置たとえば
電気アークおよび燃焼型装置を、粉末またはペレ
ツトなどの如き固型物を受け入れ、その温度を上
げてその物を軟化または溶融し、次にその物を被
覆されるべき表面に向けて析出ユニツト
（depositing unit）のノズルから放出または噴霧
するのに使用しても差支えないことを認めなけれ
ばならない。同様に、熱分解される有機質粉末
は、アツプジヨーン（upjohn）2080の商品名で
販売されている熱可塑性ポリアミド、アモコ・ケ
ミカル社（Amoco Chemical Coporation）によ
つて生産されているトルロン（Torlon）の如き
アミド−イミドまたはフイリツプス・ペトロ・ケ
ミカル社（Phillips Petro Chemical
Corporation）によつて生産されているライトン
（Ryton）の如きフエニレン・スルフイドの如き
多くの入手可能な他の樹脂の粉末から容易に選択
されるであろう。
業者に周知の任意の他の方法および装置たとえば
電気アークおよび燃焼型装置を、粉末またはペレ
ツトなどの如き固型物を受け入れ、その温度を上
げてその物を軟化または溶融し、次にその物を被
覆されるべき表面に向けて析出ユニツト
（depositing unit）のノズルから放出または噴霧
するのに使用しても差支えないことを認めなけれ
ばならない。同様に、熱分解される有機質粉末
は、アツプジヨーン（upjohn）2080の商品名で
販売されている熱可塑性ポリアミド、アモコ・ケ
ミカル社（Amoco Chemical Coporation）によ
つて生産されているトルロン（Torlon）の如き
アミド−イミドまたはフイリツプス・ペトロ・ケ
ミカル社（Phillips Petro Chemical
Corporation）によつて生産されているライトン
（Ryton）の如きフエニレン・スルフイドの如き
多くの入手可能な他の樹脂の粉末から容易に選択
されるであろう。
この被膜をつくる時に第１に遭遇する問題が、
この方法に用いられる２つの物質の温度特性と必
要条件とが大きく異つていることによつて惹き起
こされる。ジルコニアは非常に高い融点の物質で
約2599℃（約4710〓）に溶融するので、被膜基板
上に析出した時に粒子が軟化し、かつ可塑的に変
形するためにはジルコニアを充分な高温に加熱し
なければならない。これとは逆に、ポリエステル
粉末は、分解以前の約538℃（約1000℃）という
非常に狭い温度特性を有し、析出より以前の熱的
分解から防がなければならない。本発明の好適な
実施態様においては、両方の材料を同一プラズマ
流によつて析出させているので、それぞれの材料
がプラズマ中に滞留する時間を変えることによつ
て温度的な必要条件を調節できることが見出され
た。より詳しくは、ジルコニア粉末をスプレーガ
ン（spray gun）本体に加え、一方ポリエステル
粉末をガンのスプレーノズルの下流に位置する外
部供給部口を介して射出することによつて、滞留
時間の必要条件を満たした。米国特許第4055705
号に示される断熱被膜システムを用い、これに本
発明の多孔性低密度摩耗性セラミツク層を加える
ことによつて、断熱性から導かれる総ての利点が
保たれるとともに、タービンまたは高温圧縮機の
羽根先端のシール塗布向けの摩耗性を有する高温
シールという本発明の独特の特徴を獲得すること
ができる。
この方法に用いられる２つの物質の温度特性と必
要条件とが大きく異つていることによつて惹き起
こされる。ジルコニアは非常に高い融点の物質で
約2599℃（約4710〓）に溶融するので、被膜基板
上に析出した時に粒子が軟化し、かつ可塑的に変
形するためにはジルコニアを充分な高温に加熱し
なければならない。これとは逆に、ポリエステル
粉末は、分解以前の約538℃（約1000℃）という
非常に狭い温度特性を有し、析出より以前の熱的
分解から防がなければならない。本発明の好適な
実施態様においては、両方の材料を同一プラズマ
流によつて析出させているので、それぞれの材料
がプラズマ中に滞留する時間を変えることによつ
て温度的な必要条件を調節できることが見出され
た。より詳しくは、ジルコニア粉末をスプレーガ
ン（spray gun）本体に加え、一方ポリエステル
粉末をガンのスプレーノズルの下流に位置する外
部供給部口を介して射出することによつて、滞留
時間の必要条件を満たした。米国特許第4055705
号に示される断熱被膜システムを用い、これに本
発明の多孔性低密度摩耗性セラミツク層を加える
ことによつて、断熱性から導かれる総ての利点が
保たれるとともに、タービンまたは高温圧縮機の
羽根先端のシール塗布向けの摩耗性を有する高温
シールという本発明の独特の特徴を獲得すること
ができる。
先行技術である引用文献米国特許第4055705号
の断熱システムは第１図に示す如く、タービン羽
根の如き金属性基板表面５に塗布されたニツケ
ル・クローム、アルミニウム、イツトリウム合金
製の0.127〜0.178mm（0.005〜0.007インチ）厚さ
の結合被膜（bond coat）１と0.381〜0.508mm
（0.015〜0.020インチ）厚さの酸化物層３との
“薄い被膜”より成る。
の断熱システムは第１図に示す如く、タービン羽
根の如き金属性基板表面５に塗布されたニツケ
ル・クローム、アルミニウム、イツトリウム合金
製の0.127〜0.178mm（0.005〜0.007インチ）厚さ
の結合被膜（bond coat）１と0.381〜0.508mm
（0.015〜0.020インチ）厚さの酸化物層３との
“薄い被膜”より成る。
摩擦軌道（rud track）へのタービン羽根の侵
入が、特に小型エンジンにおいては、著しい損傷
または性能への重大な影響なしに0.254〜0.381mm
（0.010〜0.015インチ）を越えることはありそう
もないので、本発明の被膜系の形は摩耗性外層に
この余地を準備することだけが必要である。
入が、特に小型エンジンにおいては、著しい損傷
または性能への重大な影響なしに0.254〜0.381mm
（0.010〜0.015インチ）を越えることはありそう
もないので、本発明の被膜系の形は摩耗性外層に
この余地を準備することだけが必要である。
第２図に示す如く、本発明においては、結合被
膜１′を基板５′、たとえば圧縮機またはタービン
のライナ上に噴霧し、0.127〜0.128mm（0.005〜
0.007インチ）の厚さとし、最高密度においては
基板における酸化障壁としての２次的な機能を最
大にすることができる。次に、イツトリア安定化
ジルコニアの層３′を、米国特許第4055705号に開
示の装置およびパラメーターを用いて0.356〜
0.406mm（0.014〜0.016インチ）の厚みに塗布す
る。次にイツトリア安定化ジルコニアの摩耗性最
終層を、所望の密度低減をつくり出す技術によつ
て1.016〜1.524mm（0.040〜0.060インチ）の厚さ
に析出する。摩耗性材料の層を、特定の共同して
動くローターステージ（rotor stage）に一致す
る所望の厚さ、たとえば0.472〜0.508mm（0.018〜
0.020インチ）に機械で仕上げる。好適な密度構
造は被膜中に20ないし33％のポリエステル充填材
を有している。除去される充填材が少なすぎるこ
とに基因する余りにも高い密度は、羽根先端の如
き摩擦回転部上における摩滅による摩耗性の減少
を来す。反対に、充填材が多すぎることに基因す
る余りにも低い密度は、高温と高速流体流とによ
る破壊の機会により層を余りにも軟かくする。基
板とそれ以後の層とにおける酸化を防ぐために、
被膜製造における逐次操作間においては約20分以
上が経過してはいけないことをも見出した。
膜１′を基板５′、たとえば圧縮機またはタービン
のライナ上に噴霧し、0.127〜0.128mm（0.005〜
0.007インチ）の厚さとし、最高密度においては
基板における酸化障壁としての２次的な機能を最
大にすることができる。次に、イツトリア安定化
ジルコニアの層３′を、米国特許第4055705号に開
示の装置およびパラメーターを用いて0.356〜
0.406mm（0.014〜0.016インチ）の厚みに塗布す
る。次にイツトリア安定化ジルコニアの摩耗性最
終層を、所望の密度低減をつくり出す技術によつ
て1.016〜1.524mm（0.040〜0.060インチ）の厚さ
に析出する。摩耗性材料の層を、特定の共同して
動くローターステージ（rotor stage）に一致す
る所望の厚さ、たとえば0.472〜0.508mm（0.018〜
0.020インチ）に機械で仕上げる。好適な密度構
造は被膜中に20ないし33％のポリエステル充填材
を有している。除去される充填材が少なすぎるこ
とに基因する余りにも高い密度は、羽根先端の如
き摩擦回転部上における摩滅による摩耗性の減少
を来す。反対に、充填材が多すぎることに基因す
る余りにも低い密度は、高温と高速流体流とによ
る破壊の機会により層を余りにも軟かくする。基
板とそれ以後の層とにおける酸化を防ぐために、
被膜製造における逐次操作間においては約20分以
上が経過してはいけないことをも見出した。
層１および１′のニツケル・クローム・アルミ
ニウム・イツトリウム結合被膜材料を、たとえば
アロイ・メタル会社、ミシガン州、トロイ
（Alloy Metal Inc.，Troy.Michigan）から商業的
に入手可能である−200ないし＋325メツシユの大
きさの粉末状態でプラズマ・ジエツト・スプレー
ガンによつて塗布する。次の化学組成がかかる合
金の典型である。
ニウム・イツトリウム結合被膜材料を、たとえば
アロイ・メタル会社、ミシガン州、トロイ
（Alloy Metal Inc.，Troy.Michigan）から商業的
に入手可能である−200ないし＋325メツシユの大
きさの粉末状態でプラズマ・ジエツト・スプレー
ガンによつて塗布する。次の化学組成がかかる合
金の典型である。
クローム： 16.2 重量パーセント
アルミニウム：5.5 重量パーセント
イツトリウム：0.6 重量パーセント
ニツケル： 残部
上記の如く、他の材料も使用可能であるが、メ
トコ社、ニユーヨーク州、ウエストバーグ、ロン
グアイランド（Metro Inc.，Westburg，Long
Island，New York）から商業的に入手可能であ
り、かつ−140ないし＋325メツシユの大きさで入
手可能であるメトコ（Metco）600として知られ
ているポリエステル粉末の如き熱分解性有機質充
填材を用いるのが好適である。
トコ社、ニユーヨーク州、ウエストバーグ、ロン
グアイランド（Metro Inc.，Westburg，Long
Island，New York）から商業的に入手可能であ
り、かつ−140ないし＋325メツシユの大きさで入
手可能であるメトコ（Metco）600として知られ
ているポリエステル粉末の如き熱分解性有機質充
填材を用いるのが好適である。
プラズマ・ジエツト・スプレーガンへの粉末の
均一な供給を確実にするために、該諸材料を炉内
で約121℃（約250〓）において粉末乾燥に必要な
時間たとえば最低４時間乾燥するのが好適であ
る。ポリエステル充填材は特に吸湿性であるの
で、粉末が固まるのを防ぐために炉乾燥は必須で
ある。
均一な供給を確実にするために、該諸材料を炉内
で約121℃（約250〓）において粉末乾燥に必要な
時間たとえば最低４時間乾燥するのが好適であ
る。ポリエステル充填材は特に吸湿性であるの
で、粉末が固まるのを防ぐために炉乾燥は必須で
ある。
上述の如く、われわれは摩耗性の目的に使用可
能である密度を有する摩耗性酸化ジルコニウムを
形成する方法を開発した。層を一度析出させて、
相対的回転運動を有する共同して運動している１
対の部品の１つである該断熱−摩耗性被膜を備え
た基板構成要素を加熱して充填材を除去すると、
回転している構成要素たとえば圧縮機羽根先端に
よつて容易に摩耗され、該先端を摩滅しない多孔
質安定化ジルコニア層が残る。約982℃（約1800
〓）の温度に約４時間加熱すると、ポリエステル
粉末が完全に除かれ、断熱層３′に密着した多孔
質層７が残ることをわれわれは見出した。得られ
た摩耗性層７の表面は、表面の空孔のため、機械
仕上げ後においてさえ粗であるが、229ｍ／秒
（750フイート／秒）の速度において、0.127mm
（0.005インチ）の深さへ回転羽根の送りが0.0254
ｍ／秒（0.001インチ／秒）であり、周囲温度は
大気圧において約260℃（約500〓）であることが
判つた。さらに、シールに静圧試験をゲージ圧約
3.515Kg／cm2〔50psig（ゲージ圧344.74キロパス
カル）〕まで行なつた時、シール層の浸透性は実
質的に零であることをわれわれは見出した。
能である密度を有する摩耗性酸化ジルコニウムを
形成する方法を開発した。層を一度析出させて、
相対的回転運動を有する共同して運動している１
対の部品の１つである該断熱−摩耗性被膜を備え
た基板構成要素を加熱して充填材を除去すると、
回転している構成要素たとえば圧縮機羽根先端に
よつて容易に摩耗され、該先端を摩滅しない多孔
質安定化ジルコニア層が残る。約982℃（約1800
〓）の温度に約４時間加熱すると、ポリエステル
粉末が完全に除かれ、断熱層３′に密着した多孔
質層７が残ることをわれわれは見出した。得られ
た摩耗性層７の表面は、表面の空孔のため、機械
仕上げ後においてさえ粗であるが、229ｍ／秒
（750フイート／秒）の速度において、0.127mm
（0.005インチ）の深さへ回転羽根の送りが0.0254
ｍ／秒（0.001インチ／秒）であり、周囲温度は
大気圧において約260℃（約500〓）であることが
判つた。さらに、シールに静圧試験をゲージ圧約
3.515Kg／cm2〔50psig（ゲージ圧344.74キロパス
カル）〕まで行なつた時、シール層の浸透性は実
質的に零であることをわれわれは見出した。
上記の如く、本発明は共析出層として幾つかの
異つた粉末を含有している被膜を基板部材上に塗
布する方法を包含している。プラズマ・ジエツト
噴霧法または火炎噴霧法（flame spray
technique）を使用することは、噴霧される材料
が同様な物性を有している場合について周知であ
る。しかし、ポリエステル粉末とジルコニアとの
場合の如き、物性にたとえば融点または軟化点お
よび分解温度における著しい差異は、両材料を同
時に満足に析出させることの困難を潜在的に有し
ている。酸化ジルコンZrO2はセラミツクである
ので、その融点は約2599℃（約4710〓）であつ
て、約538℃（約1000〓）の分解温度を有するポ
リエステル粉末の融点よりもかなり高い。
異つた粉末を含有している被膜を基板部材上に塗
布する方法を包含している。プラズマ・ジエツト
噴霧法または火炎噴霧法（flame spray
technique）を使用することは、噴霧される材料
が同様な物性を有している場合について周知であ
る。しかし、ポリエステル粉末とジルコニアとの
場合の如き、物性にたとえば融点または軟化点お
よび分解温度における著しい差異は、両材料を同
時に満足に析出させることの困難を潜在的に有し
ている。酸化ジルコンZrO2はセラミツクである
ので、その融点は約2599℃（約4710〓）であつ
て、約538℃（約1000〓）の分解温度を有するポ
リエステル粉末の融点よりもかなり高い。
同一の噴霧流における好適な温度において、構
成粉末を共析出するのが望ましいことであるのを
考慮して、プラズマ流における異つた位置におい
て粉末を入れることによつて、これに成功するこ
とをわれわれは見出した。プラズマ流の出力レベ
ル（pouer level）は両粉末成分に対して同一で
あるが、滞留時間、従つて材料の粒子の温度は異
つている。
成粉末を共析出するのが望ましいことであるのを
考慮して、プラズマ流における異つた位置におい
て粉末を入れることによつて、これに成功するこ
とをわれわれは見出した。プラズマ流の出力レベ
ル（pouer level）は両粉末成分に対して同一で
あるが、滞留時間、従つて材料の粒子の温度は異
つている。
ガン本体の内部と外部と両方の粉末供給口を有
しているプラズマダイン（Plasmadyne）SC−1B
スプレーガンを使用するのが都合良ことをわれわ
れは見出した。被膜の共析出される材料の特異な
要求の故に、この設計は別々の粉末フイダー
（feeders）を用いて両方の口に同時に供給するの
に役立つ。より詳しくは、ジルコニアはガン本台
内のプラズマ流内に導入され、その滞留時間、従
つてその粒子の温度は、外部の下流の口を介して
導入されるポリエステル粉末の滞留時間より長
く、粒子温度も高い。この事について本発明の重
要な点は、低い溶融限界温度（melting limit
temperature）を有するポリエステル粉末を、ジ
ルコニアを含有するプラズマ流用の噴霧ノズルの
下流においてプラズマ流に導入することである。
しているプラズマダイン（Plasmadyne）SC−1B
スプレーガンを使用するのが都合良ことをわれわ
れは見出した。被膜の共析出される材料の特異な
要求の故に、この設計は別々の粉末フイダー
（feeders）を用いて両方の口に同時に供給するの
に役立つ。より詳しくは、ジルコニアはガン本台
内のプラズマ流内に導入され、その滞留時間、従
つてその粒子の温度は、外部の下流の口を介して
導入されるポリエステル粉末の滞留時間より長
く、粒子温度も高い。この事について本発明の重
要な点は、低い溶融限界温度（melting limit
temperature）を有するポリエステル粉末を、ジ
ルコニアを含有するプラズマ流用の噴霧ノズルの
下流においてプラズマ流に導入することである。
余り望ましい方法ではないが、ジルコニアおよ
び充填材の共析出用の他のシステムは２つの別々
のプラズマ噴霧ユニツトよりなり、それぞれ構成
粉末の１つをその最適パラメーターにおいて噴霧
する。プラズマ流が被覆板または被覆目標におい
て融合するようにガンを向ける。この形式のシス
テムにおいては、被膜内における不適切な混合お
よび／または成層によて個々の成分が凝集する可
能性があるので、特別な制禦および精巧な方法の
必要性が非常に増大する。この型式のシステム
が、好適なものとしてて開示したシステムより非
常に高価であろうことも明白である。
び充填材の共析出用の他のシステムは２つの別々
のプラズマ噴霧ユニツトよりなり、それぞれ構成
粉末の１つをその最適パラメーターにおいて噴霧
する。プラズマ流が被覆板または被覆目標におい
て融合するようにガンを向ける。この形式のシス
テムにおいては、被膜内における不適切な混合お
よび／または成層によて個々の成分が凝集する可
能性があるので、特別な制禦および精巧な方法の
必要性が非常に増大する。この型式のシステム
が、好適なものとしてて開示したシステムより非
常に高価であろうことも明白である。
さらに本発明の方法の利点は、噴霧後、全被膜
を、随意的には真空において、加熱することによ
つて断熱摩耗性被膜の耐用寿命が著しく増大する
ことである。この効果は結合被膜１′の焼結およ
びそれによる緻密化に関連していると思われる。
酸化物層３′への効果は無視できる。
を、随意的には真空において、加熱することによ
つて断熱摩耗性被膜の耐用寿命が著しく増大する
ことである。この効果は結合被膜１′の焼結およ
びそれによる緻密化に関連していると思われる。
酸化物層３′への効果は無視できる。
本発明の摩耗性被膜はタービン機械のガス流路
を規定する構成要素に塗布されるので、最終機械
仕上げ後の被膜が粗いことは重要な問題である。
空気力学的に平滑な面をつくられなければならな
い機械仕上げは、充填材粉末を熱分解する前に行
なう。得られた空孔は独立気泡であり、かつ摩耗
性被膜の多孔特性が不連続であるから、充填材分
解用加熱後の非充填多孔質の存在は効果に何等の
悪影響を及ぼさないことをわれわれは見出した。
を規定する構成要素に塗布されるので、最終機械
仕上げ後の被膜が粗いことは重要な問題である。
空気力学的に平滑な面をつくられなければならな
い機械仕上げは、充填材粉末を熱分解する前に行
なう。得られた空孔は独立気泡であり、かつ摩耗
性被膜の多孔特性が不連続であるから、充填材分
解用加熱後の非充填多孔質の存在は効果に何等の
悪影響を及ぼさないことをわれわれは見出した。
上記の記載より明らかな如く、本発明は、高温
熱障壁と高温操業に用いられるシール被膜システ
ムとをつくるために既知の熱障壁被膜に一致する
摩耗性多孔質セラミツク製被膜と該摩耗性多孔質
セラミツク製被膜を製造する方法とを提供する。
熱障壁と高温操業に用いられるシール被膜システ
ムとをつくるために既知の熱障壁被膜に一致する
摩耗性多孔質セラミツク製被膜と該摩耗性多孔質
セラミツク製被膜を製造する方法とを提供する。
第１図は先行技術の断熱被膜系を具体的に示す
ターボ機械ケーシングの部分断面図である。第２
図は第１図の先行技術の系に塗布された、制禦さ
れた多孔性のセラミツク製摩耗性シール被膜の部
分断面図である。 主な符号の説明、１，１′……結合被膜、３，
３′……酸化物の層、５，５′……基板、７……多
孔質摩耗性層。
ターボ機械ケーシングの部分断面図である。第２
図は第１図の先行技術の系に塗布された、制禦さ
れた多孔性のセラミツク製摩耗性シール被膜の部
分断面図である。 主な符号の説明、１，１′……結合被膜、３，
３′……酸化物の層、５，５′……基板、７……多
孔質摩耗性層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 相対的に回転運動可能であり、かつ高温雰囲
気において作動する共動部材の少くとも１つを被
膜用の基板５′として用い、該基板上の被膜が該
基板上の摩滅面を被覆するNi・Cr・Al・Ｙ合金
より基本的になる結合被膜１′と、Y2O3とMgOと
CaOとよりなる群から選ばれたジルコニア安定化
酸化物およびジルコニアより基本的に成る上記結
合層上の熱障壁層３′とを備えている、相対的回
転運動が可能でありかつ高温雰囲気において作動
する共動部材を有する機械類用の熱障壁−流体シ
ール摩耗性被膜において、上記熱障壁層上に安定
化ジルコニアと共に共析出する有機質充填材の熱
分解によつて生じる多孔質安定化ジルコニアより
基本的に成る該熱障壁層上の摩耗性層７を被膜が
包含していることを特徴とする熱障壁−流体シー
ル摩耗性被膜。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の熱障壁−流体
シール摩耗性被膜において、上記多孔質摩耗性層
７はY2O3とMgOとCaOとより成る群から選ばれ
た酸化物を包含するジルコニアより基本的にな
り、かつ上記多孔質摩耗性層は、上記ジルコニア
および上記酸化物と共に共析出される所望の層密
度と摩耗性とを獲得するための20ないし30容量パ
ーセントのポリエステル微粒子の充填材の熱分解
によつて生じることを特徴とする。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
熱障壁−流体シール摩耗性被膜において、上記多
孔質摩耗性層７は0.472〜0.508mm（0.018〜0.020
インチの厚さを有することを特徴とする。 ４ 相対的回転運動を有する１対の部材の少くと
も１つの部材がその上に、該１部材の摩滅面を被
覆するNi・Cr・Al・Ｙ合金より基本的に成る結
合層１′とY2O3、MgOおよびCaOよりなる群から
選ばれたジルコニア安定化酸化物およびジルコニ
アより基本的に成る上記結合部材上の熱障壁層
３′とを備えている熱障壁被膜を有していて、そ
の上に流体シール摩耗性被膜を形成する方法にお
いて、該方法がY2O3、MgOおよびCaOより成る
群から選ばれた酸化物とジルコニアと熱分解性有
機質充填材粉末とを共析出して上記熱障壁被膜上
に所望の厚さの層７を形成する工程と、上記有機
質充填材粉末を分解して20ないし30容量パーセン
トの空孔を有する多孔質摩耗性層を製造するのに
必要な時間の間上記層を高温に加熱する工程とを
包含していることを特徴とする流体シール摩耗性
被膜形成方法。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の流体シール摩
耗性被膜形成方法において、上記析出摩耗性層７
の厚さは1.016ないし1.524mm（0.040〜0.060イン
チ）である。 ６ 特許請求の範囲第４項または第５項に記載の
流体シール摩耗性被膜形成方法において、上記有
機質充填材粉末は−140ないし＋325メツシユの大
きさのポリエステル粉末であり、上記加熱は約
982℃（約1800〓）において約４時間の間行なわ
れる。 ７ 特許請求の範囲第４項ないし第６項のいずれ
かに記載の流体シール摩耗性被膜形成方法におい
て、Y2O3、MgOおよびCaOより成る群から選ば
れた酸化物とジルコニアとの析出が、上記材料を
軟化点まで加熱することと上記熱障壁被膜上に析
出した時に材料の可塑的変形を可能ならしめるよ
うにその流れを噴霧することに適した析出ユニツ
トを介して上記粉末材料を通過させることによつ
て行なわれ、かつ上記セラミツク材料流中におけ
る上記有機質充填材粉末の滞留時間を制御して上
記表面上に析出する以前にそれが熱分解するのを
防ぐために上記有機質充填材粉末を上記析出ユニ
ツトの噴出ノズルより下流の地点において上記セ
ラミツク材料中に供給することによつて上記熱分
解性有機質充填材粉末を上記セラミツク材料と共
に共析出することを特徴とする流体シール摩耗性
被膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/296,869 US4422707A (en) | 1980-08-29 | 1981-08-27 | CRT Anode cap |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/073,550 US4269903A (en) | 1979-09-06 | 1979-09-06 | Abradable ceramic seal and method of making same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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