JP2003201567A - 少なくとも一部がハニカム構造によって構成される金属部品をアルミニウム処理することによって保護する方法 - Google Patents
少なくとも一部がハニカム構造によって構成される金属部品をアルミニウム処理することによって保護する方法Info
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Abstract
の露出面の全てをアルミニウム処理によって保護するこ
とができる方法であって、特に前記ハニカム構造のセル
の表面全体を保護することができる方法を提案する。 【解決手段】 アルミニウム化合物を含む堆積物を形成
する少なくとも1つのガス状前駆物質が、キャリアガス
を用いて、封入体内に配置された部品の表面に接触され
る。キャリアガスはヘリウムおよびアルゴンから選択さ
れ、また、大気圧下で、キャリアガス分子の平均自由行
程の長さがアルゴン分子のそれの少なくとも2倍となる
ように、封入体内の圧力が選択される。この方法は、ア
ブレイダブル・ハニカムコーティングが施された、ター
ボ機関の低圧タービンのリングセクタをアルミニウム処
理することに、特に適している。
Description
ハニカム構造によって構成される金属部品を高温酸化か
ら保護する方法に関する。
タービン部品に形成されるアブレイダブル・ハニカムコ
ーティングを保護する分野に関する。しかしながら、適
用分野は、高温酸化による腐食から保護される必要があ
るハニカム構造から成るあらゆる航空機部品にまで及
ぶ。
ロータブレードまたはステータブレードの先端とステー
タまたはロータの対向する環状部との間の隙間をエアが
直接に通過することを妨げるために、ロータブレードの
先端と、これらを取り囲むタービステータのリングとの
間、および、ステータブレードの自由端と、これらと対
向するタービンロータのリングとの間に、エアシールが
形成される。蝋付けによって固定され且つセルの軸が実
質的に径方向に延びる金属ハニカム構造によって形成す
ることができるアブレイダブルコーティングをロータ部
に設けることが知られている。可動ブレードの先端縁す
なわちロータによって支持され且つワイパと称される突
起部の先端縁により、可動部をセルの高さの一部にわた
って挿入することができる。
強い金属合金から成るが、酸化によって劣化する。非常
に熱い燃焼ガスがセル内で停滞すると、ハニカムコーテ
ィングを局所的に破壊し得る腐食が生じる。この結果、
タービンリングすなわちロータの外周で漏れが生じ、ホ
ット・ポイントが形成され、タービンの効率が著しく低
下する。アブレイダブル・ハニカムコーティングを交換
するには、タービンを停止させる必要があり、これを頻
繁に行なう必要がある場合には、コストが非常に高くな
る。
アルミニウム処理である。この方法は、良く知られてお
り、特に仏国特許出願公開第1433497号明細書を
参照することによって知ることができる。この方法で
は、希釈ガスまたはキャリアガスと共にハロゲン化合物
等のアルミニウム化合物を含む混合ガスが内部に流され
る封入体内に、保護される1または複数の部品が配置さ
れる。ハロゲン化合物は、塩素やフッ素等のハロゲン
と、アルミニウムを含む金属ドナー(例えば、保護され
る部品を形成する材料から成る1または複数の金属部品
とアルミニウムとの金属合金)とを反応させることによ
って生成される。希釈ガスは、ハロゲン化合物を部品と
接触させて、部品の表面に所望の堆積物を形成するべ
く、混合ガスを希釈して混入させるのに役立つ。一般に
使用される希釈ガスはアルゴンである。前述した仏国特
許出願公開第1433497号明細書には水素も言及さ
れているが、危険であるため、実際に使用することは非
常に難しい。
レイダブル・ハニカムコーティングを部品上に蝋付けし
た後、アルミニウム処理を施さなければならない。これ
は、アルミニウム処理後に蝋付けすることができないか
らである。
よれば、確かに十分な保護層を部品の外面上に形成する
ことができるが、そのような保護層をセルの閉端部に至
るまで形成することはできない。残念ながら、セルの開
口の近傍だけでなく、熱い燃焼ガスが停滞し得るその端
部に至るまで、高温酸化から保護することが必要であ
る。
細書
くとも一部がハニカム構造から成る部品の露出面の全て
をアルミニウム処理によって保護する方法であって、特
に、前記ハニカム構造のセルの表面全体を保護すること
ができる方法を提案することである。
ム化合物を含む堆積物を形成する少なくとも1つのガス
状前駆物質を、キャリアガスと共に、封入体内に配置さ
れた前記部品の表面と接触させる方法であって、本発明
によればキャリアガスがヘリウムおよびアルゴンから選
択され、大気圧下で、キャリアガス分子の平均自由行程
の長さがアルゴン分子のそれの少なくとも2倍となるよ
うに、封入体内の圧力が選択される方法によって達成さ
れる。
ると、ハニカム構造のセル内への侵入が容易となり、そ
の端部に至るまでずっと、前駆ガス分子をセルの内面に
接触させることができる。その結果、部品の全面がアル
ミニウム処理されて保護され、その寿命を相当に延ばす
ことができる。
スとしてヘリウムが使用され、方法を大気圧下または大
気圧よりも低い圧力下で実施することができる。
アガスとしてアルゴンが使用され、50キロパスカル
(KPa)以下の圧力、好ましくは25KPa以下の圧
力で方法が有利に実施される。
をもって与えられた以下の説明を読むことにより、本発
明をより良く理解できる。
の固定ブレードによって支持されたリングセクタ上に保
護層を形成する利用に関して、本発明の実施形態を説明
する。以下の説明から直ちに分かるように、前記方法
は、アブレイダブル・ハニカム構造が設けられた低圧タ
ービンでの固定リングのセクタに適しており、実際に
は、あらゆる金属部品に適しており、特に、少なくとも
一部がハニカム構造によって形成されたあらゆる航空機
部品に適している。
タービンにおいて、複数の固定エアガイドブレード10
は、複数の並列セクタから成るリング12と係合する自
由端部を有している。各リングセクタ13(図2)は、
内側にハニカム構造16を支持するシュラウドセクタ1
4を備えている。
ば「HA214」 (NC16Fe)または「Hast
elloy X」 (NC22FeD)あるいは「HA
188」(KCN22W)等といったニッケル系もしく
はコバルト系の超合金によって形成されている。また、
ハニカム構造16は、金属材料、例えばコバルト系もし
くは「HA214」等の鉄系の超合金によって形成され
ており、シュラウドセクタ14に対して蝋付けされ、あ
るいは、タービンノズルに対して直接に蝋付けされる。
は、これと対向するターボ機関のロータ18の環状部の
外形に実質的に対応する段付き形状を成している。ロー
タ18は突起部19すなわち「バッフル・ワイパ」を有
している。これらのワイパ19は、ターボ機関の作動時
に、リング12上にアブレイダブルコーティングを形成
するハニカム構造16内に挿入される。
径方向に延びる軸を有している。一例として、セル17
の高さは5ミリメートル(mm)から20mmであって
も良く、また、ワイパ19は、約2mmから3mmの深
さまでハニカム構造内に挿入されても良い。
6の形状とを組み合わせると、ロータ18とリング12
との間の隙間を燃焼ガスが直接に通過することを妨げる
外周シールが構成される。高温ガスが1000℃を越え
るため、セル17の内壁を含むリングセクタの露出面を
高温酸化から保護する必要がある。
て、例えば図3に示される蒸気アルミニウム処理のため
の装置を使用することによって形成される。
態で閉じられ且つポット24の内側で支持された容器2
0を備えている。ポット24は、カバー26によって気
密状態で閉じられており、オーブン28の内側に配置さ
れている。
た封入体21にキャリアガス(希釈ガス)を供給する。
同一のガスがパイプ32から容器20の外側のポット2
4内に注入される。この一掃ガスは、パイプ36により
カバー26を通じて回収される。
は粉末状の形態を成すドナー34が配置されている。ド
ナーは、一般に、アルミニウムと、アルミニウム処理さ
れる部品を構成する1または複数の金属との合金によっ
て構成される。また、ドナーを用いてハロゲン化合物を
形成することができる粉末状の活性体が封入体内に置か
れている。一般に使用される活性体は、フッ化アンモニ
ウムNH4Fまたはフッ化アルミニウムAlF3であ
る。
は、ハニカム構造16がシュラウドセクタ14に対して
蝋付けされた後、封入体21の内側に配置され、器具
(図示せず)によって支持され或は器具(図示せず)か
ら吊り下げられる。セルの開口と所定の距離をもって対
向するように、別のドナーブロックを配置しても良い。
ハロゲン化合物を形成することができるように、オーブ
ンの温度が制御される。この温度は、一般に、950℃
から1200℃の範囲である。分解したハロゲン化合物
が保護される面と接触する蒸着により、アルミニウム処
理が行なわれる。キャリアガスの機能は、ハロゲン化合
物の分子を容易に運ぶことができるようにすることであ
る。
れるキャリアガスはヘリウムである。
べると、ヘリウム分子は、所定の圧力で、その平均自由
行程が相当に長い。平均自由行程の長さLは、一般に、
1/P・D2に比例するものとして規定される。ここ
で、Pは圧力であり、Dは分子の直径である。ヘリウム
分子の平均自由行程とアルゴン分子の平均自由行程との
比率LHe/LArは、大気圧で、約3である。
ると、リングセクタ13のセル17内でハロゲン化合物
が容易に拡散し、リングセクタの外面上だけではなく、
セルの内壁全体にわたってアルミニウム処理が施され
る。
れるキャリアガスはアルゴンである。しかし、キャリア
ガスの分子の平均自由行程長さを同様に長くするため、
アルミニウム処理が減圧状態で行なわれる。
1内にリングセクタをロードするとともに、ポット24
を気密に閉じた後、ポット24の内側の大気、したがっ
て、容器20内の大気をアルゴンによってパージし、そ
の圧力をパイプ26を通じた排気により減少させ、ポッ
ト24内および容器20内の圧力を比較的低い値、例え
ば5KPaよりも低い圧力にする。その後、パイプ30
を通じてアルゴンを連続的に流すことにより、ポット2
4内および容器20内の圧力を大気圧よりも低い値に維
持する。この圧力の値は、50KPa以下となるよう
に、好ましくは25KPa以下となるように選択されて
も良い。また、低圧でのアルゴン分子の平均自由行程
と、大気圧でのアルゴン分子の平均自由行程との間の比
率LAr l ow/LAr atmは、少なくとも2、
好ましくは少なくとも4となるように選択されても良
い。
用して、図1および図2に示されるセクタと同様のター
ビンのリングセクタをアルミニウム処理した。ドナー
は、アルミニウムの含有率が30%から35%であるク
ロム−アルミニウム合金であり、活性体はAlF3であ
る。
状態で、約5時間(h)、プロセスを実行した。
では大気圧下でアルゴンが使用され(蒸着による従来の
アルミニウム処理)、試験Bでは大気圧下でヘリウムが
使用され、試験Cでは約13KPaの低圧でアルゴンが
使用された。
mmといった様々な高さH(すなわち深さ)のセルを有
するハニカム構造を使用した。セルの内壁上に形成され
たアルミニウム堆積物の厚さを、開口の直ぐ近傍
(高)、セルの側壁の底部(低)、セルの端壁上(端)
で測定した。
メートル(μm)で示されている。
グが得られたが、本発明に従って行なわれた方法だけ
が、側壁の底部に至るまでずっとセルの内壁の全体にわ
たって、また、端壁の全体にわたって、コーティングを
形成することができた。
は、比率LAr low/LAr atmが約7.8であ
ったが、試験B(大気圧でヘリウムを使用)において
は、比率LHe/LAr atmが約3であったことが
分かる。
アガスを用いたアルミニウム処理のプロセスを行なっ
て、3よりも大きい比率LHe low/L
Ar atmを得ることにより、セルの底部への前駆分
子の侵入を更に促進することができた。
的な断面図である。
る。
常に概略的な図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 少なくとも一部がハニカム構造によって
構成される金属部品を高温酸化から保護するために蒸着
によるアルミニウム処理を行なう方法であって、アルミ
ニウム化合物を含む堆積物を形成する少なくとも1つの
ガス状前駆物質を、キャリアガスと共に、封入体内に配
置された前記金属部品の表面と接触させる方法におい
て、キャリアガスがヘリウムおよびアルゴンから選択さ
れ、大気圧下で、キャリアガス分子の平均自由行程の長
さがアルゴン分子のそれの少なくとも2倍となるよう
に、封入体内の圧力が選択されることを特徴とする方
法。 - 【請求項2】 キャリアガスとしてヘリウムを使用し
て、大気圧下で行なわれることを特徴とする、請求項1
に記載の方法。 - 【請求項3】 キャリアガスとしてヘリウムを使用し
て、大気圧よりも低い圧力で行なわれることを特徴とす
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 キャリアガスとしてアルゴンを使用し
て、50KPa以下の圧力で行なわれることを特徴とす
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 キャリアガスとしてアルゴンを使用し
て、25KPa以下の圧力で行なわれることを特徴とす
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 ターボ機関の低圧タービンのリングセク
タをアルミニウム処理するために、アブレイダブル・ハ
ニカムコーティングがリングセクタに施されることを特
徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の方
法。
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