JPH0555295B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は研摩性シールに於ける研摩体（以下ア
ブレイシブという）に係り、詳細には、高められ
た温度で使用される超合金に付着される薄層アブ
レイシブに係る。

背景技術 ガスタービンエンジン及び他の軸流ターボ機械
はほぼ円筒状のケース内に収容されている回転ブ
レードの列を有する。ケースに近いブレード先端
の周りのガスまたは他の作動流体の漏洩を最小化
することが非常に望ましい。エンジンケースの内
面に取付けられたシールとブレード先端が擦り合
うブレード及びシーリングシステムによりこの漏
洩が最小化されることは知られている。一般に、
ブレード先端はシールよりも硬く且つ一層研摩性
にされており、従つてブレード先端はエンジンの
これらの部品の作動中に互いに接触する時にシー
ル内へカツトインする。

上記の形式の以前のシステムでは、ブレード先
端はたいてい硬い面を有する超合金材料であり、
シールは適当な摩耗傾向を有する金属であつた。
たとえば、多孔性粉末金属が使用された。今で
は、しかし、米国特許第3975165号、第4269903号
及び第4273824号明細書に示されているようにセ
ラミツクを含むシールが望ましいことが見出され
ている。セラミツク被覆されたシールは従来の金
属シールよりもかなり硬く、その結果、従来のブ
レード先端はシールを摩耗により除去する能力に
不足していた。

従つて、改良されたブレード先端、最も詳細に
は、本願の譲受人と同一の譲受人に譲渡された
“アルミナ被覆されたシリコンカーバイド・アブ
レイシブ”という名称の米国特許第4249913号明
細書に記載されている形式のブレード先端が開発
されてきた。この特許による0.20〜0.76mmの平均
標準直径のシリコンカーバイド粒子はアルミナの
ような金属酸化物により被覆されており、また粉
末金属または鋳造技術によりニツケルまたはコバ
ルト基合金内に組み入れられている。粉末金属を
コンパクトに含む30〜45％の体積百分率の粒子が
製造され、ブレードの先端に拡散ボンデイング、
液相ボンデイングまたはろー付けによりボンドさ
れる。

しかし、上記の方法により製造されたアブレイ
シブにはいくつかの本来的な性質がある。特に、
金属部品は実際的な最小の厚み、典型的には１〜
２mmの厚みにのみ製造され得る。通常、アブレイ
シブ先端部はタービンブレード基体の先端の断面
形状に製造され、コンパクト化または鋳造の後に
平らな表面に機械加工される。同様に、ブレード
先端がアブレイシブを受け入れるべく平らな表面
に機械加工される。このような平らな機械加工
は、良好な密嵌合及び0.05mmのオーダーの最小溶
接厚みを得るために必要な実際的制限である。こ
れが行われなければ、1100℃の作動温度での適当
なボンド強度は得られない。ブレード先端上にア
ブレイシブをボンドした後、複数個のブレードが
エンジンのデイスクと共に回転するべく構成され
た取付具内に組み立てられる。それらは次いでエ
ンジンケースシールの内面と一致する円筒状また
は円錐状表面に研削される。この過程の結果とし
て、アブレイシブは最初に、実質的な度合に研削
されなければならない実質的な厚みを有する。粒
子はしばしば高価であり、従つてまたこの方法は
高価である。第二に、接合面が平らであり、アブ
レイシブ先端付きブレードの最終仕上がり形状が
円筒状または円錐状であるので、第９図に示され
ているように、ブレード先端を横切つてアブレイ
シブの厚みに変化が存在する。公知のブレードは
有用であるけれども、先端のアブレイシブ部分が
局面を横切つて均等な厚みを有することが一層望
ましい。また、製造過程で使用されなければなら
ないグリツトの量を最小化することが非常に望ま
しい。なぜならば、グリツトは高品質でなければ
ならず、酸化物被覆過程を含めてそれらの製造に
費用がかさむからである。

本発明の目的は、1100℃付近及びそれ以上の温
度で使用するのに適したアブレイシブの薄い均等
な層をブレードの先端に形成することである。粒
子を担持するアブレイシブの薄い層は、このよう
な高い温度での使用には適していないが、知られ
ている。たとえば、アルミナ、シリカ及びシリコ
ンカーバイドから製造された被覆されたアブレイ
シブは、金属ボンドされたダイアモンド及びキユ
ービツク窒化ほう素研削車のように通常の製品で
ある。スプレイされた金属の溶融または非溶融層
は金属化の分野で良く知られている。たとえば米
国特許第3248189号及び第4386112号明細書参照。
しかし、金属スプレイイング・グリツト及び母材
金属のどの過程も、スプレイされた材料の一部分
しか実際に表面に衝突して付着しない点で本来的
に不適当である。これらのことは特に、比較的小
さい、たとえば約6/50mmのサイズの典型的なター
ビンブレード先端のアブレイシブの形成を困難に
する。

本発明に特に関連のある従来技術は下記のもの
である。シリコンカーバイド粒子は、米国特許第
3508890号及び第3377624号に従つて、有機接着剤
を用いて部品にボンドされ、次いでアルミニユー
ムまたは他の金属で表面被覆される。米国特許第
3779726号明細書には、シリコンカーバイド及び
他のグリツトを含む金属・アブレイシブ工具を製
造する方法として、グリツトを多孔性金属被覆内
に封入し、次いで粒子を一体化するため封入層を
他の金属で含浸する方法が記載されている。米国
特許第4029852号明細書には、グリツトを表面上
に置き、その上に溶融金属小滴をスプレイするこ
とにりノン・スキツド表面を製造する方法が記載
されている。この米国特許第4029852号の発明は、
金属ボンドされたアブレイシブ及び本発明を特徴
付ける細かい製品と対照的に、階段の踏み台のよ
うに比較的大形の製品を対象としている。米国特
許第3871840号明細書には、純粋金属エンベロー
プ内にグリツトを封入することにより種々の仕方
で製造された金属ボンドされたアブレイシブの性
質がどのように改善されるかが記載されている。

先に製造された粒子及び金属構造から成り溶接
過程によりタービンブレード先端に取付けられる
前記のアブレイシブは有用なアブレイシブの特性
を示した。しかし、アブレイシブの厚みを堅牢な
先端に対して必要な最小厚みに減ずることが望ま
しいけれども、このような最小厚みはボンドされ
たアブレイシブ先端によつては前記の製造上の実
際的な問題のために達成され得ない。同時に、過
去の経験から、前記米国特許に記載されているも
のも含めて他の用途に通常入手可能な材料は所望
の最小厚みを得られるにしても堅牢性の点で不十
分である。従つて、所望のアブレイシブ先端を有
する超合金タービンブレードを製造するための研
究及び開発を行う必要があつた。

発明の開示 本発明の目的は、金属対象物の表面上に薄層ア
ブレイシブを形成することである。特に、本発明
の目的は、ターボ機械用のエーロフオイル上に非
常に軽量でしかも堅牢なアブレイシブ材料を形成
することである。すなわち、できるかぎり少数の
粒子を使用してセラミツク粒子及び金属のアブレ
イシブを製造することが望ましい。高温用として
はアブレイシブは耐酸化性材料、特に超合金母材
金属から成つていなければならず、またアブレイ
シブは熱的及び機械的応力に耐えるように超合金
基体に良好にボンドされていなければならない。

本発明によれば、物品はその表面上にセラミツ
ク粒子の単一の層を有する。粒子は基体の表面と
接触しており、また優勢に周囲の母材金属を通じ
て自由な機械加工された表面に延びている。ま
た、機械加工された表面がアブレイシブが置かれ
ている表面に平行である時、粒子は等しい長さを
有し、また最も有効な仕方で表面に配置されてい
る。アブレイシブから最適な性能を得るため、粒
子は密に、しかし均等に間隔をおかれている。し
かし、粒子は少なくとも80％が互いに接触しない
ように注意深く寸法及び配置を選択されている。
こうして、周囲母材の存在は、粒子がアブレイシ
ブ内に良好にボンドされること、またアブレイシ
ブが基体に良好にボンドされるとを意味する。本
発明によるアブレイシブは1.9対１以下、好まし
くは1.5対１付近の粒子縦横比を有するセラミツ
クから製造される。このことは、粒子が粒子表面
の１cm²あたり33〜62、好ましくは42〜53の密度で
ほぼ均等な間隔で、また10〜20（体積百分率）で
存在することを可能にする。

本発明の好ましい実施態様では、アブレイシブ
材料はシンタリング、プラズマアークスプレイイ
ング及び機械加工を用いて超合金タービンブレー
ドの先端に付着される。セラミツク粒子は高めら
れた温度で母材材料と相互作用しないものであ
る。たとえば、アルミナ被覆されたシリコンカー
バイド粒子が使用された。粒子はさらにシンタリ
ング可能な材料、たとえばニツケルでクラツドさ
れた。粒子は表面上に置かれて、シンタリング温
度に加熱され、それによりニツケル層を基体に合
金的に付着させる。次いで、超合金母材が通常
“ライン・オブ・サイト”プロセス（デポジツト
された材料が表面に向かつて直線的に移動する）
により粒子の上にデポジツトされる。表面上の不
規則な形状の粒子の付近に空所が生成し、続いて
ホツト・スタテイツク・プレツシングのような処
理が粒子の周りに母材を稠密化させるのに用いら
れる。その結果、周囲に相互拡散された金属の領
域（母材材料の組成に比較的不足しまたクラツデ
イング材料の組成に比較的富んでいる領域）を有
するセラミツク粒子を含む稠密な超合金母材によ
り特徴付けられる金属学的構造が得られる。

アブレイシブがセラミツクシールと相互作用す
るブレードの先端上に置かれた時、母材材料は、
基体から測つて粒子長さの10〜50％を露出するよ
うに、アブレイシブの自由な機械加工された表面
から部分的に除去される。このことは、アブレイ
シブがセラミツクシールをカツトする能力を改善
する。

本発明は、エーロフオイル先端の比較的小さい
カンバーされた表面の上に、ブレード先端を摩耗
から保護し、セラミツクの減摩可能なシールにカ
ツトインし、高い温度及び熱応力に耐えるなど本
発明の目的を達成するアブレイシブ材料を付着す
るのに有効である。

本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は以
下にその好ましい実施例を図面により詳細に説明
するなかで一層明らかになろう。

発明を実施するための最良の形態 本発明は、米国特許第4209348号明細書に記載
されている単結晶ニツケル合金から成る典型的な
進歩したガスタービンエンジン・タービンブレー
ドの先端への、ここでは簡単に“アブレイシブ
（abrasive）”と呼ばれるシリコンカーバイド粒子
及び超合金母材アブレイシブのボンデイングに関
して記載されている。米国特許第4249913号明細
書に開示されている形式のアルミナ被覆されたシ
リコンカーバイド粒子が本発明に使用されること
は好ましい。上記両特許の開示内容を参照により
ここに組み入れたものとする。本発明は他の材料
にも同様に応用可能である。上記米国特許第
4249913号明細書に示されているように、シリコ
ンカーバイド粒子上のアルミナ被覆は、シリコン
カーバイドと周囲の母材金属との間の相互作用を
阻止するので、特に有用である。このような相互
作用は製造中及び高温使用中に生起する可能性が
あり、またアブレイシブ機能を遂行するシリコン
カーバイド粒子の能力を低下させる可能性があ
る。好ましくは、アルミナ被覆は0.010〜0.020mm
の厚みであり、また商業的な化学的蒸着プロセス
により付着されている。

母材は粒子及び基体に接着され得る金属であ
る。母材は、本発明の最良の実施態様では、耐熱
合金、すなわち商業的な合金であるインコネル
600、インコネル625、ハステロイＸ、ヘイネス
188及びMCrAlYのように600℃又はそれ以上の
温度で使用するのに適した合金、若しくは超合
金、すなわち商業的なニツケル基合金であるワス
パロイ、IN100，U700，MAR−M200，インコ
ネル718のようにガンマプライム析出により強化
されたNi，CoまたはFeを母材とする合金であ
る。いずれの形式の合金も、性質が変化する多数
の組成、すなわちNi，Co，Fe，Cr及びFeを有す
る傾向があり、後二者の元素が特にそれらを特徴
付けて、酸化耐性を生ずる。

好ましくは、超合金母材は重量百分率で21〜
25Cr，4.5〜7Al，４〜10W，2.5〜7Ta，0.02〜
0.15Y，0.1〜0.3C、残余Niの標準組成を有する。
他の有用な材料は重量百分率で18〜30Cr，10〜
30Ni＋Fe，５〜15W＋Mo，１〜5Ta＋Cb，0.05
〜0.6C，3.5〜80Al，0.5〜20Hf及び0.02〜0.1Y、
残余Coの標準組成を有するコバルト基合金であ
る。

典型的なタービンブレードの形態が第８図中に
示されている。ブレード２０は根元部分２２及び
エーロフオイル部分２４から成つている。ブレー
ドの先端２８にアブレイシブ層２６が本発明の方
法により付着されている。アブレイシブ先端の表
面３０は標準半径Ｒ及び周縁Ｄを有する回転の円
筒状表面に仕上げられている。半径Ｒはブレード
付きタービン車の半径であり、また標準的にブレ
ード付きタービン車が含まれているエンジンケー
スの内側半径でもある。半径方向と一致するブレ
ード軸線をそのｚ軸と定義する。ブレードの先端
はエーロフオイル先端断面の標準中心線である平
均カンバー線Ｃを有する。第９図及び第１０図に
は、線Ｃがｚ平面内へ広げられている時に線Ｄに
沿つて線Ｃの方に見た時に現れるブレード先端の
側面図が示されている。第１０図には第８図の一
定厚みの層２６の外観が示されている。ブレード
基体２８の最も外側の表面３２及びアブレイシブ
の表面３０はいずれも曲面を描いている。これら
の曲面は、延ばされた時に、カンバー形状及び円
筒状表面の相互作用により郭定される表面のため
に、複雑である。背景技術のところに記載した仕
方で構成された公知のブレード先端の同様の図が
第９図に示されている。アブレイシブの最も外側
の表面３０ａは第１０図中に示されている曲面３
０と同一であり、ブレード基体２８ａの表面３２
ａは平らである。従つて、半径方向またはｚ軸方
向のアブレイシブの厚みはエーロフオイルのカン
バー長さＣを横切つて変化する。また、前縁及び
後縁に金属不足グリツトが存在する明白な傾向が
ある。また、本発明による第１０図ではアブレイ
シブは粒子の単一の層から成つているが、公知の
層ではカンバー線長さの中心部分３５ａの付近に
多数のグリツトを必要とする。また、公知のアブ
レイシブは典型的に接着継目３１を有する。

薄いアブレイシブ先端を形成するためのプロセ
ス段階は部分的に概要を第１〜７図により示され
ており、またさらに以下に説明される。いずれも
線Ｄに沿つて見て、第１〜４図にはガスタービン
ブレードの先端のプロフイルが示されており、ま
た第５〜７図には先端の一部分が一層詳細に示さ
れている。

本発明のアブレイシブ先端は、背景技術のとこ
ろで述べた米国特許に二、三開示されているよう
に、セラミツクスの研摩によつて摩耗可能なシー
ルと相互作用するべく意図されている。良好な性
能を得るために必要であることが発見されてお
り、また公知の先端アブレイシブと異なるアブレ
イシブにはいくつかの独特な局面がある。これら
の局面は粒子及び母材の組成と、粒子の寸法と、
ブレードの先端に置かれる密度（いずれも母材内
に含まれる時の間隔及び体積百分率に関する）
と、アブレイシブ層の全厚みと、粒子が実際に母
材により包まれてその中に置かれる度合とを含ん
でいる。ここで唱えられるパラメトリツクな制限
は特に、米国特許第4249913号明細書に開示され
ている超合金母材及びアルミナ被覆されたシリコ
ンカーバイド粒子を含んでいるアブレイシブによ
る経験の結果である。しかし、局面の多くは他の
粒子、特に機械的局面に関するものにも適切であ
る。

アブレイシブの厚みは制限されなければなら
ず、また粒子の寸法選定に従つていなければなら
ない。第一に、アブレイシブは第１０図に示され
ているように粒子の単一の層を含んでいる。アブ
レイシブ粒子の単一の層は先端に於けるアブレイ
シブ材料の質量を最小に保つために重要である。
経験的なテスト及び計算の結果、セラミツクシー
ルと相互作用する時にアブレイシブ先端が有効に
作用するためには、すなわち粒子が適切にカツト
し、しかもブレード先端から容易に除去されない
ようにするためには、母材の約10〜50％が除去さ
れなければならないことが判明している。それよ
りも多量に除去されると、残された母材では使用
中の負荷の下に粒子を保持するのに不十分とな
る。

本発明による好ましい先端アブレイシブのAZ
軸厚みは約0.38±0.03mmであり、またこのような
厚みに対して粒子寸法は米国ふるい系列No.35〜40
（標準的に0.42±0.50mm）の間のふるい分けと一
致している。もちろん、特に典型的なセラミツク
粒子は不規則であるので、共通のふるい分けによ
つても粒子寸法は分布する。粒子の若干はNo.40ふ
るい寸法よりも小さい。しかし、粒子の標準的な
最小寸法は0.42mmであり、このことはセラミツク
スの過半数すなわち（０％またはそれ以上が第３
図、第４図及び第９図に示されているようにアブ
レイシブの自由表面４４，３０に母材を通じて必
然的に広がるという事実を反映している。このこ
とは第９図及び先に参照した特許に示されている
公知技術による場合と対照的である。一層厚いア
ブレイシブ層が望まれる時には、所望の結果を得
るために、米国ふるい系列No.20（標準的に0.83mm）
までの一層大きい粒子を使用するのが有効である
ことが見出されている。

典型的に、母材は粒子を包囲するのに十分な厚
みで付着され、次いで母材と粒子との複合物が仕
上がり寸法に機械加工される。こうして粒子の過
半数は機械加工された長さを有し、また自由表面
がその一般的に望ましい態様として基体表面に平
行とされているときには各粒子の長さは等しい。

本発明の最良の実施形態では、粒子は均等に、
しかも比較的稠密に間隔をおかれている。密度は
１cm²あたり33〜62粒子の範囲内である。それでも
15〜20％以上の数の粒子は集塊されない、すなわ
ち互いに接触しない。粒子の間の間隔は、それら
が母材により適当に包囲され、またアブレイシブ
内で適当に接着されるために必要とされる。本発
明では、粒子の過半数は表面に対して平行な方向
に（すなわちｚ軸に対して横方向に）母材金属に
より完全に包囲されている。このことは、先端の
側縁の仕上げにより露出された粗い粒子は別とし
て、粒子の少なくとも80％、典型的には90％が母
材により包囲されることを意味する。一層密度が
高く且つ包囲が完全な上記の複合物を得るため、
本願発明者は、ホツトプレスされたシリコンカー
バイド粒子も1.9：１以下、好ましくは約1.4〜1.5
対１の縦横比を有していなければならないことを
発見した。縦横比は粒子の最も長い軸とその標準
的な断面寸法との標準的な比である。本願発明者
はクオンテイメツト表面アナライザ（ケンブリツ
ジインスツルメント社（Cambridge Instrument
Ltd）、ケンブリツジ、英国）を使用して縦横比
を測定した。この縦横比は、公知の圧粉金属アブ
レイシブ先端に使用された1.9〜2.1対１の縦横比
を有する通常の粒子と対照的である。このような
粒子では、粒子が第１図に示されているような製
造方法で表面上に置かれる時に当然その長いほう
の長さを表面とほぼ平行に向けて置かれるので、
過大な集塊が生じた。このような高い縦横比の粒
子は一層等軸の粒子に比較して所望の高さに付着
しにくい傾向があり、また高い密度の達成を妨げ
る。

前記のように、粒子は金属母材内に包囲されて
いる。母材の部分の除去に先立つて、アブレイシ
ブが第３図に示されているように平らな表面に機
械加工される時、粒子は典型的に全アブレイシブ
の約10〜20％、好ましくは15％（体積百分率）を
含んでいる。これは米国特許第4249913号明細書
に開示されている濃度よりも低い濃度である。約
20％以上の濃度はひび割れによりアブレイシブに
材料疲労を生じさせる傾向があることが見出され
ている。10％以下の濃度は不適当なアブレイシブ
特性を生ずる傾向がある。

前記の臨界的な寸法、縦横比及び密度が、所望
のカツテイング作用を得るために達成されなけれ
ばならない。タービンブレードの典型的な先端は
狭いので、この領域内に存在する粒子は非常に少
数である。本発明の目的は、第８図中の線Ｄに沿
つて近接して見たときにブレードの幅を横切つて
粒子のフルラインを形成することである。本発明
によるアブレイシブの特徴により、このことがブ
レードの90％で達成される。残余は、部品上に粒
子を付着させた時から部品が最終的に使用可能状
態にされまでの間の粒子の喪失により少数の開い
たスペースを有し得る。

第１図には、続いて永久的に接着されるべき基
体２８の表面３２の上にいかにして粒子が最初に
置かれるかが示されている。シリコンカーバイド
粒子を表面上に置くに先立つて、粒子はそれらの
外側に米国特許第4249913号による0.010mmの蒸着
アルミナの被覆と、0.005〜0.050mmの厚みに化学
的に付けられたニツケルのような金属のクラツデ
イングとを施されている。セラミツク粒子にニツ
ケル被覆を施す方法は商業的に利用可能であり、
また米国特許第3920410号、第4291089号及び第
4374173号明細書に開示されている。もしセラミ
ツク粒子が本来的に母材との反応に耐え得るなら
ば、ナルミナ被覆は必要でない。

粒子がブレード先端の表面上に置かれる直前
に、粒子を付着後に保持するため、540℃以下の
温度で後に蒸発され得るポリマー接着剤の被覆が
表面に付けられる。本願発明者はトルエン中の１
〜20％（体積百分率）のポリスチレンを選んだ。
粒子は、先ず真空を与えられている穴明き板に粒
子を吸引し、次いで板を表面の上に置いて真空を
瞬間的に解除することにより表面上に置かれる。
他の方法及び接着剤が粒子を置くために使用され
得ることは明らかであろう。

次ぎに、有機ボンドされた粒子を有するブレー
ドが加熱される。垂直位置で毎時約500℃の加熱
速度を用いて約0.06Paの真空中で２時間にわたり
少なくとも1000℃、典型的には約1080℃で加熱さ
れる。他の不活性雰囲気も使用され得る。この過
程は先ずポリスチレン接着剤を気化させ、次いで
ブレードの表面にニツケルクラツデイングの固相
ボンデイングまたはシンタリングを生じさせる。
ボンド接合３４の性質及び位置は、炉から取出し
後に金属顕微鏡写真で観察可能であるので、第５
図に示されている。粒子の不規則な形状及び粒子
上の金属クラツデイングの厚みのために、ボンド
３４は比較的繊細であり、粒子３３が表面３２に
非常に近い点にのみおかれている。母材が超合金
である時には、大量のボンド金属を粒子の周りに
有すること若しくはそれをブレードの基体にボン
ドすることは望ましくない。基体を約1800℃以上
の温度に曝すことも望ましくなく、従つて粒子上
のクラツデイングの選択はこのような条件に於ボ
ンドを生ずる材料に制限される。さらに、クラツ
デイング材料は基体及び続いて付着される母材と
両立性があり、またそれらと相互作用する傾向の
あるものでなければならない。これらの条件はそ
れにもかかわらず種々の材料が使用されることを
許す。好ましくは、ニツケル、コバルトまたはそ
れらの混合物が使用される。ボンデイングを促進
するために知られている合金添加物が含まれてい
てよい。一般に、クラツデイングのベース金属
は、ニツケル、コバルトまたは鉄基母材及び基体
合金が含まれている時、周期律表の遷移系列から
の金属である傾向がある。特定の環境のもとに、
所望の接着を強化するため被覆が表面３２に付着
され得る。

次に、粒子は第２図及び第６図に示されている
ように約1.1〜1.3mmの厚みにプラズマアークスプ
レイによりデポジツトされた母材材料の層でオー
バースプレイされる。前記のようなニツケル基超
合金、たとえば重量百分率で25Cr，8W，4Ta：
6Al，1.0Hf，0.1Y，0.23C、残余Niの組成を有す
る超合金が使用される。

−400米国フルイ系列メツシユ粉末が低圧チヤ
ンバ内でアルゴン・ヘリウム・プラズマアークス
プレイにより付着される。たとえば、エレクト
ロ・プラズマ社（Electro−Plasma Inc.）（米
国、カリフオロルニア州、イルビング）の
120kW低圧プラズマアークスプレイシステムの
ような商業的に入手可能な装置が使用され得る。
米国特許第4236059号明細書をも参照。ブレード
は26kPaまたはそれ以下の圧力に排気されたスプ
レイチヤンバ内に置かれる。雰囲気中の酸素レベ
ルは、たとえばチヤンバ内の雰囲気を反応性金属
と接触させることにより体積比で5ppmのレベル
に減ぜられる。加工物であるブレードはプラズマ
アーク装置に対して、溶融粒子が移動する軸線に
対して垂直に先端断面がスプレーされるように置
かれる。ブレードはその周縁を、さまようスプレ
ーがブレードのサイドにデポジツトしないように
適当にマスクされる。

実際のデポジシヨンの開始に先立つて、加工物
は同時に高温プラズマアークガスにより少なくと
も700℃、典型的には850℃に加熱され、同時にプ
ラズマアーク装置の付近に配置されている接地電
極またはその一体部分としての接地電極に対して
陰極にされる。部品上に堆積している可能性のあ
る酸化物層の除去を助けるため約70Aの電流が約
２〜10分間にわたり典型的なタービンブレード先
端に与えられる。加熱過程の目的は、プラズマア
ークスプレーへの部品の受容性を増し、またボン
デイングを改善し、さらに母材金属及び基体を含
む加工物が室温に冷却された後に存在する残留応
力を減ずることである。こうしてアブレイシブは
ひび割れ及びスポーリングに対する耐性を改善さ
れる。

金属母材が、示されているように、0.6〜1.3
mm、好ましくは1.1〜1.3の厚みに付着される。好
ましくは、母材金属は、金属の層が高められた圧
力すなわち少なくとも130MPaに於てアルゴンガ
スに対して不透過性であるような厚み及び質に物
理的プロセスによりデポジツトされる。この不透
過性は上記のプラズマスプレイ・プロセスによる
十分な厚みの付着により達成可能である。層は不
透過性であるけれども、それにもかかわらず第６
図に示されているような若干の多孔性により特徴
付けられている。詳細には、孔３８が粒子の表面
上に材料内に存在しており、また粒子の多くに隣
接して空所４０が存在している。空所４０は金属
スプレイプロセスに特有であり、また任意の“ラ
イン・オブ・サイト”デポジシヨンプロセスまた
はデポジツトされた材料が物理的に直線内を移動
するプロセスにより生成される。使用され得る他
のプロセスは物理的蒸着プロセスである。米国特
許第4153005号明細書参照。

次に、部品は好ましくはホツト・アイソスタテ
イツク・プレツシングにより稠密化される。一般
に、これはアブレイシブ材料を高められた温度で
その降伏またはクリープ限界点を越えて変形させ
ることを含んでいる。好ましくは、部品は上記の
孔及び空所を閉じるべく1065℃及び138MPaアル
ゴン圧力に曝される。他のホツト・プレツシング
過程が母材を固め、また稠密化及びボンデイング
の目的を達成するのに使用され得る。母材が固め
られた後、部品は炉内で冷却され、また取り出さ
れる。

しかし、第７図には、いかにしてアブレイシブ
が顕微鏡写真的に整列させられた試料内に現れる
かが一層詳細に示されている。超合金母材は稠密
であり、また粒子を完全に包囲している。また各
粒子３３を包囲して、母材材料の組成に比較して
クローム、アルミニユーム及び一層重い元素が少
なく、またニツケルが多い領域４２が存在してい
る。これはもちろん粒子に付着されたニツケル・
クラツデイング層の結果であり、本発明の一つの
特徴である。

次に、第２図中に示されているアブレイシブの
粗い表面が第３図に概要を示されている形状を得
るべく研削のような通常の過程を用いて機械加工
される。自由表面４４は仕上げられたブレードを
特徴付ける所望のｚ長さ寸法T′を生ずる。次に、
ブレードの表面４４が、母材材料をアタツクして
その一部を除去するエツチング剤または他の物質
と接触させられる。たとえば、1983年７付26日付
け米国特許出願第517315号明細書に記載されてい
るような電気化学的機械加工が用いられ得る。

理解されるように、本発明は、物品表面に沿つ
て整列させられている粒子を含んでいる。このよ
うな二次元の製造方法は、金属粉末との混合及び
固化により実施される従来の三次元の製造方法に
よるアブレイシブに比較して、はるかに均等且つ
有効なアブレイシブを生ずる。本発明では、自由
な機械加工されたアブレイシブ表面が（最大対最
小サイズを反映する）セラミツクスの比較的均等
な断面積により特徴付けられている。これは、公
知の粉末金属アブレイシブを特徴付ける最大対零
粒子寸法を反映する広く変動する断面積と対照的
である。また、母材の一部が部分的に除去される
時、本発明の元の自由表面に於ける粒子材料の存
在は変化しない。しかし、公知技術では、粒子の
部分が除去された母材により粒子の部分がアブレ
イシブ内に保持されているに過ぎないので、粒子
の若干が失われ、また自由表面セラミツクスの量
が減少した。

以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例に
ついて説明してきたが、本発明はこれらの実施例
に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて
種々の実施例が可能であることは当業者にとつて
明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は粒子が基体の表面上に置
かれ、母材内に包囲され、平らな表面に機械加工
され、また最終形態に機械加工される順次の過程
の概要を示す図である。第５図は第１図の一部の
一層詳細な図であり、基体の表面に金属的に接着
された後に粒子がいかに現れるかを示している。
第６図は第２図の一部の一層詳細な図であり、い
かに母材が粒子を包囲し、また“ライン・オブ・
サイト”デポジシヨン過程が用いられる時に孔を
含むかを示している。第７図は第２図の一部の一
層詳細な図であり、空所を無くし且つ相互拡散を
生じさせるため高温プレツシングの後に第６図の
構造がいかに変換されるかを示している。第８図
は先端にアブレイシブ層を有する典型的なガスタ
ービンブレードの概要図である。第９図は公知の
アブレイシブブレード先端の側面図であり、厚み
及びボンド接合の変化を示している。第１０図は
第８図の線Ｄに沿うブレードの側面図であり、い
かに粒子が単一の層内に存在しているか、またい
かにそれらがアブレイシブの母材材料の少し上に
延びているかを示している。 ２０……ブレード、２２……根元部分、２４…
…エーロフオイル部分、２６……アブレイシブ
層、２８……先端、３０……アブレイシブ先端表
面、３２……最外側表面、３３……粒子、３４…
…ボンド接合、３６……超合金母材、３８……
孔、４０……空所、４４……自由表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基体と該基体の表面に固着されたセラミツク
   粒子と金属母材よりなるアブレイシブ層とを有す
   る物品にして、前記セラミツク粒子の大半の各々
   はその第一の部分にて前記基体の表面と接触して
   おり、該第一の部分より前記金属母材の層を横切
   つて前記第一の部分とは反対側にある第二の部分
   にて前記金属母材の層より露呈されていることを
   特徴とする物品。 ２ 基体の表面にアブレイシブ層を形成する方法
   にして、セラミツク粒子をその大半の各々がその
   第一の部分にて前記基体の表面に接着接触した状
   態にあるようセラミツク粒子を基体の表面に実質
   的に分散した層として施す過程と、前記セラミツ
   ク粒子を前記基体の表面に接触させた状態を保つ
   て該セラミツク粒子を丁度埋めるに十分な厚みの
   金属母材層を形成するように前記基体の表面に金
   属母材の層を形成する過程と、前記セラミツク粒
   子と前記金属母材層と前記基体の少なくとも表面
   部とを前記金属母材を稠密化させ前記金属母材を
   前記基体の表面に冶金学的に接合させるに十分な
   温度に加熱する過程と、かくして形成されたセラ
   ミツク粒子と金属母材の複合層の表面部を研削し
   セラミツク粒子を基体表面に接する前記第一の部
   分とは反対の側の第二の部分にて金属母材の層よ
   り露呈させる過程とを含むことを特徴とする方
   法。 ３ 特許請求の範囲第２項の方法にして、前記セ
   ラミツク粒子は各々予め金属被覆を施され、前記
   金属母材は前記加熱過程にてセラミツク粒子の前
   記金属被覆にも冶金学的に接合されることを特徴
   とする方法。