JPH11270351A - ガスタービンエンジンの熱劣化防止方法およびコーティング材の被覆方法 - Google Patents
ガスタービンエンジンの熱劣化防止方法およびコーティング材の被覆方法Info
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- JPH11270351A JPH11270351A JP10366538A JP36653898A JPH11270351A JP H11270351 A JPH11270351 A JP H11270351A JP 10366538 A JP10366538 A JP 10366538A JP 36653898 A JP36653898 A JP 36653898A JP H11270351 A JPH11270351 A JP H11270351A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 タービン部のコンプレッサ部にコーティング
材を用いて、熱劣化を防止する。 【解決手段】 ブレード，ベーンを含むコンプレッサ部
の金属部材に、海水による濡れを極めて防止することが
でき接着性を有する薄いコーティング材を被覆して、前
記ブレードにおける海水による濡れを最小限に抑え、海
水が残存した場合、前記海水は前記ブレード上で広がっ
て水膜を形成するよりも、むしろ半球状の滴となって残
存する。そして、前記ブレード表面に残存する海水を低
減することができ、コンプレッサ部の構成部材における
塩の生成および堆積を低減することができる。ゆえに、
結晶状の塩がタービン部のブレード上に集結することな
く、前記滴は滴状のままガスタービンエンジン内を通過
する。
材を用いて、熱劣化を防止する。 【解決手段】 ブレード，ベーンを含むコンプレッサ部
の金属部材に、海水による濡れを極めて防止することが
でき接着性を有する薄いコーティング材を被覆して、前
記ブレードにおける海水による濡れを最小限に抑え、海
水が残存した場合、前記海水は前記ブレード上で広がっ
て水膜を形成するよりも、むしろ半球状の滴となって残
存する。そして、前記ブレード表面に残存する海水を低
減することができ、コンプレッサ部の構成部材における
塩の生成および堆積を低減することができる。ゆえに、
結晶状の塩がタービン部のブレード上に集結することな
く、前記滴は滴状のままガスタービンエンジン内を通過
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、塩の生成を抑える
ことにより、塩の結晶がガスタービンエンジンを通過す
ることを防ぎ、タービン部の熱劣化を防止したガスター
ビンエンジンの熱劣化防止方法およびコーティング材の
被覆方法に関するものである。
ことにより、塩の結晶がガスタービンエンジンを通過す
ることを防ぎ、タービン部の熱劣化を防止したガスター
ビンエンジンの熱劣化防止方法およびコーティング材の
被覆方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは、航空機の動力
源、電力発電，船舶の動力源，流体移動(pump fluids)
等において広く利用されている。
源、電力発電，船舶の動力源，流体移動(pump fluids)
等において広く利用されている。
【０００３】一般的に、ガスタービンエンジンは、コン
プレッサ部，燃焼室，タービン部から構成されている。
前記コンプレッサ部では、空気は温度が５３８°Ｃ(１
０００°Ｆ)以上および圧力３００ｐｓｉ以上に圧縮さ
れる。前記のように加熱および圧縮された空気は燃料
(ガスタービンエンジン用の燃料)と共に混合し燃焼して
高圧ガスが生成され、その高圧ガスを前記タービン部に
供給することによりエネルギーが抽出される。前記ター
ビン部で抽出されたエネルギーの一部は前記コンプレッ
サ部の駆動のために利用されるが、前記エネルギーの大
部分は外部への仕事に用いられる。
プレッサ部，燃焼室，タービン部から構成されている。
前記コンプレッサ部では、空気は温度が５３８°Ｃ(１
０００°Ｆ)以上および圧力３００ｐｓｉ以上に圧縮さ
れる。前記のように加熱および圧縮された空気は燃料
(ガスタービンエンジン用の燃料)と共に混合し燃焼して
高圧ガスが生成され、その高圧ガスを前記タービン部に
供給することによりエネルギーが抽出される。前記ター
ビン部で抽出されたエネルギーの一部は前記コンプレッ
サ部の駆動のために利用されるが、前記エネルギーの大
部分は外部への仕事に用いられる。
【０００４】前記ガスタービンエンジンにおけるタービ
ン部では、種々の劣化、例えばタービン部の構成部材
(コンポーネント)において化学物質による侵食が起こる
ため、そのタービン部にて熱劣化(熱による腐食)が発生
する問題がある。通常、前記タービン部における熱劣化
は、アルカリ金属，バナジウム，硫黄のうち何れか一つ
又は数種類の物質を含んだ化合物(または数種類の化合
物)により発生する。このような化合物は、超合金から
成るタービン部の酸化を防止するための酸化物に対して
影響を及ぼしてしまう。一般的に、前記のような熱劣化
は、温度７０４〜１２０４°Ｃ(１３００〜２２００°
Ｆ)の雰囲気下で起こることが知られている。
ン部では、種々の劣化、例えばタービン部の構成部材
(コンポーネント)において化学物質による侵食が起こる
ため、そのタービン部にて熱劣化(熱による腐食)が発生
する問題がある。通常、前記タービン部における熱劣化
は、アルカリ金属，バナジウム，硫黄のうち何れか一つ
又は数種類の物質を含んだ化合物(または数種類の化合
物)により発生する。このような化合物は、超合金から
成るタービン部の酸化を防止するための酸化物に対して
影響を及ぼしてしまう。一般的に、前記のような熱劣化
は、温度７０４〜１２０４°Ｃ(１３００〜２２００°
Ｆ)の雰囲気下で起こることが知られている。
【０００５】前記アルカリ金属，バナジウム，硫黄のよ
うな前記熱劣化を引き起こす物質は、しばしば燃料中に
存在するものもある(特に、バナジウム，硫黄)。また、
前記のような熱劣化を引き起こす物質のうちには、少な
からずガスタービンエンジンの外部からも侵入するもの
(アルカリ成分)もあり、特に海洋環境下、またはエアロ
ゾル形態の海水を含んだ雰囲気中にてガスタービンエン
ジンを駆動する場合には、より熱劣化を引き起こしてし
まう。
うな前記熱劣化を引き起こす物質は、しばしば燃料中に
存在するものもある(特に、バナジウム，硫黄)。また、
前記のような熱劣化を引き起こす物質のうちには、少な
からずガスタービンエンジンの外部からも侵入するもの
(アルカリ成分)もあり、特に海洋環境下、またはエアロ
ゾル形態の海水を含んだ雰囲気中にてガスタービンエン
ジンを駆動する場合には、より熱劣化を引き起こしてし
まう。
【０００６】これまで、一般的には海水のエアロゾルが
コンプレッサを通過しても、その海水のエアロゾルがタ
ービン部における構成部材を直接劣化させて影響を与え
ることは少ないものと考えられ、前記熱劣化が起こる大
きな原因は前記のような海水のエアロゾルによるもので
はないとされてきた。
コンプレッサを通過しても、その海水のエアロゾルがタ
ービン部における構成部材を直接劣化させて影響を与え
ることは少ないものと考えられ、前記熱劣化が起こる大
きな原因は前記のような海水のエアロゾルによるもので
はないとされてきた。
【０００７】しかし、前記のような海水のエアロゾル粒
子により、まずコンプレッサ部の後方側に位置するブレ
ードおよびベーンにて塩(海塩)が生成された後、その塩
が前記ブレードおよびベーンから剥離し燃焼室を通過し
て、比較的大きな結晶状の塩がタービン部に侵入してし
まう。このことから、前記のような海水のエアロゾル
は、タービン部における熱劣化を引き起こす大きな要因
であることが判明してきた。前記のような海塩の結晶
は、加熱されたタービン部における構成部材の表面に付
着し、その付着した部分の劣化を局所的に進行させてし
まう。ゆえに、タービン部にて起こる劣化は、海塩の結
晶が集結しタービン部の表面に付着することが非常に大
きな原因であることは明らかである。
子により、まずコンプレッサ部の後方側に位置するブレ
ードおよびベーンにて塩(海塩)が生成された後、その塩
が前記ブレードおよびベーンから剥離し燃焼室を通過し
て、比較的大きな結晶状の塩がタービン部に侵入してし
まう。このことから、前記のような海水のエアロゾル
は、タービン部における熱劣化を引き起こす大きな要因
であることが判明してきた。前記のような海塩の結晶
は、加熱されたタービン部における構成部材の表面に付
着し、その付着した部分の劣化を局所的に進行させてし
まう。ゆえに、タービン部にて起こる劣化は、海塩の結
晶が集結しタービン部の表面に付着することが非常に大
きな原因であることは明らかである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以前から、タービン部
で起こる熱劣化を低減する試みがなされており、タービ
ン部の構成部材の材料、およびその構成部材に用いられ
るコーティング材(被覆材)の改良が行われている。その
結果、化学成分の改良を図ることにより、熱劣化を防止
することが可能なコーティング材およびタービン部の構
成部材が得られているが、コンプレッサ部の構成部材表
面に用いられるコーティング材を改良して、ガスタービ
ンエンジンにおける熱劣化を防止する試みは行われてい
ない。
で起こる熱劣化を低減する試みがなされており、タービ
ン部の構成部材の材料、およびその構成部材に用いられ
るコーティング材(被覆材)の改良が行われている。その
結果、化学成分の改良を図ることにより、熱劣化を防止
することが可能なコーティング材およびタービン部の構
成部材が得られているが、コンプレッサ部の構成部材表
面に用いられるコーティング材を改良して、ガスタービ
ンエンジンにおける熱劣化を防止する試みは行われてい
ない。
【０００９】本発明の目的は、ガスタービンエンジンに
おけるコンプレッサ部の構成部材に用いられるコーティ
ング材を改良し、このコーティング材によって、コンプ
レッサ部の構成部材にて塩が生成されることを低減し、
タービン部における熱劣化を低減したことを特徴とする
ガスタービンエンジンの熱劣化防止方法を提供すること
にある。
おけるコンプレッサ部の構成部材に用いられるコーティ
ング材を改良し、このコーティング材によって、コンプ
レッサ部の構成部材にて塩が生成されることを低減し、
タービン部における熱劣化を低減したことを特徴とする
ガスタービンエンジンの熱劣化防止方法を提供すること
にある。
【００１０】また、本発明の他の目的は、ガスタービン
エンジンのコンプレッサ部の構成部材に用いられるノン
ウェッティングコーティング材において、そのコーティ
ング材の被覆方法を提供することにある。
エンジンのコンプレッサ部の構成部材に用いられるノン
ウェッティングコーティング材において、そのコーティ
ング材の被覆方法を提供することにある。
【００１１】なお、本発明は、ガスタービンエンジンの
熱劣化防止現象において全く新しい原理に基づいて成さ
れたものであり、本願発明に真に近い従来技術は、本出
願人は知らない。
熱劣化防止現象において全く新しい原理に基づいて成さ
れたものであり、本願発明に真に近い従来技術は、本出
願人は知らない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るために、第１発明は、ガスタービンエンジンの
熱劣化防止方法において、エアゾルによりコンプレッサ
部の構成部材表面の濡れを防止するように、コンプレッ
サ部における所望の構成部材表面にコーティング材を用
い、前記コーティング材は、海水による濡れの接触角が
約５０°より大きいことを特徴とする。
決を図るために、第１発明は、ガスタービンエンジンの
熱劣化防止方法において、エアゾルによりコンプレッサ
部の構成部材表面の濡れを防止するように、コンプレッ
サ部における所望の構成部材表面にコーティング材を用
い、前記コーティング材は、海水による濡れの接触角が
約５０°より大きいことを特徴とする。
【００１３】第２発明は、前記第１発明において、前記
接触角を、約６０°より大きくしたことを特徴とする。
接触角を、約６０°より大きくしたことを特徴とする。
【００１４】第３発明は、前記第１発明において、前記
コーティング材の表面は、アルミニウム酸化物とジルコ
ニウム酸化物との半晶質状の混合物を含むことを特徴と
する。
コーティング材の表面は、アルミニウム酸化物とジルコ
ニウム酸化物との半晶質状の混合物を含むことを特徴と
する。
【００１５】第４発明は、前記第１発明において、前記
コンプレッサ部の構成部材の基体は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｆｅ
の何れかをベースとする合金を含み、前記基体は接着性
を有して安定した中間酸化物層を備え、前記安定した中
間酸化物層は、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ｃｒ2Ｏ3
のうち何れか一つの酸化物又は前記の各酸化物の混合物
と、前記基体に含まれる成分をベースとする化合物を約
２０％以下含み、前記中間酸化物層表面に、アルミニウ
ム酸化物とジルコニウム酸化物とから成る半晶質状の混
合物を含むコーティング材を形成したことを特徴とす
る。
コンプレッサ部の構成部材の基体は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｆｅ
の何れかをベースとする合金を含み、前記基体は接着性
を有して安定した中間酸化物層を備え、前記安定した中
間酸化物層は、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ｃｒ2Ｏ3
のうち何れか一つの酸化物又は前記の各酸化物の混合物
と、前記基体に含まれる成分をベースとする化合物を約
２０％以下含み、前記中間酸化物層表面に、アルミニウ
ム酸化物とジルコニウム酸化物とから成る半晶質状の混
合物を含むコーティング材を形成したことを特徴とす
る。
【００１６】第５発明は、アルミニウム酸化物とジルコ
ニウム酸化物との混合物を含んだ無孔質のコーティング
材を金属表面に形成する方法において、(ａ)Ａｌ2Ｏ3，
ＳｉＯ2，ＺｒＯ2，Ｃｒ2Ｏ3のうち何れか一つの酸化物
又は前記の各酸化物を混合して成る混合物と、基体の主
成分から成り全体の２０％を占める量の混合物とを含む
安定した酸化物の接着層を形成し、その接着層を前記金
属表面に設ける段階と、(ｂ)前記接着層表面に、Ａｌ2
Ｏ3およびＺｒＯ2の前駆物質を含むゾル‐ゲルを含んだ
コーティング材を設ける段階と、(ｃ)前記ゾル‐ゲル表
面を加熱する段階とを含むことを特徴とする。
ニウム酸化物との混合物を含んだ無孔質のコーティング
材を金属表面に形成する方法において、(ａ)Ａｌ2Ｏ3，
ＳｉＯ2，ＺｒＯ2，Ｃｒ2Ｏ3のうち何れか一つの酸化物
又は前記の各酸化物を混合して成る混合物と、基体の主
成分から成り全体の２０％を占める量の混合物とを含む
安定した酸化物の接着層を形成し、その接着層を前記金
属表面に設ける段階と、(ｂ)前記接着層表面に、Ａｌ2
Ｏ3およびＺｒＯ2の前駆物質を含むゾル‐ゲルを含んだ
コーティング材を設ける段階と、(ｃ)前記ゾル‐ゲル表
面を加熱する段階とを含むことを特徴とする。
【００１７】第６発明は、ガスタービンエンジンのコン
プレッサ部のコーティングされたコンポーネントにおい
て、海水による濡れの接触角が約５０°より大きい表面
コーティング材が形成されていることを特徴とする。
プレッサ部のコーティングされたコンポーネントにおい
て、海水による濡れの接触角が約５０°より大きい表面
コーティング材が形成されていることを特徴とする。
【００１８】第７発明は、前記第６発明において、前記
接触角を、約６０°より大きくしたことを特徴とする。
接触角を、約６０°より大きくしたことを特徴とする。
【００１９】第８発明は、前記第６発明において、前記
コーティング材は、半晶質状コーティング材を含み、そ
の半晶質状コーティング材は、アルミニウム酸化物とジ
ルコニウム酸化物との半晶質状の混合物を含むことを特
徴とする。
コーティング材は、半晶質状コーティング材を含み、そ
の半晶質状コーティング材は、アルミニウム酸化物とジ
ルコニウム酸化物との半晶質状の混合物を含むことを特
徴とする。
【００２０】第９発明は、前記第６発明において、前記
コーティング材はＡｌとＺｒとを含有し、そのＡｌとＺ
ｒとの含有率は１：１０〜１０：１であることを特徴と
する。
コーティング材はＡｌとＺｒとを含有し、そのＡｌとＺ
ｒとの含有率は１：１０〜１０：１であることを特徴と
する。
【００２１】第１０発明は、脱水状態で少なくとも１０
％のＺｒＯ２を含んだコーティングを形成するためのゾ
ル‐ゲルの製造方法であって、前記ゾル‐ゲル形成の初
期段階としてｐＨ４．０未満の強酸性溶液にジルコニウ
ム化合物を加える工程を含む方法であることを特徴とす
る。
％のＺｒＯ２を含んだコーティングを形成するためのゾ
ル‐ゲルの製造方法であって、前記ゾル‐ゲル形成の初
期段階としてｐＨ４．０未満の強酸性溶液にジルコニウ
ム化合物を加える工程を含む方法であることを特徴とす
る。
【００２２】以上示したように本発明では、ブレード，
ベーンを含むコンプレッサ部の金属部材に、海水による
濡れを極めて防止することができ接着性を有する薄いコ
ーティング材を被覆して、前記ブレードにおける海水に
よる濡れを最小限に抑え、海水が残存した場合、前記海
水は前記ブレード上で広がって水膜を形成するよりも、
むしろ半球状の滴となって残存する。そして、前記ブレ
ード表面に残存する海水を低減することができ、コンプ
レッサ部の構成部材における塩の生成および堆積を低減
することができる。ゆえに、海塩濃度の高い領域が生じ
ることがなく、前記滴は滴状のままガスタービンエンジ
ン内を通過する。ガラス質で半晶質状の酸化物から成る
コーティング材には、アルミニウム酸化物とジルコニウ
ム酸化物との混合物が含まれ、その混合物中のアルミニ
ウムとジルコニウムとの割合は１：１０〜１０：１とす
る。
ベーンを含むコンプレッサ部の金属部材に、海水による
濡れを極めて防止することができ接着性を有する薄いコ
ーティング材を被覆して、前記ブレードにおける海水に
よる濡れを最小限に抑え、海水が残存した場合、前記海
水は前記ブレード上で広がって水膜を形成するよりも、
むしろ半球状の滴となって残存する。そして、前記ブレ
ード表面に残存する海水を低減することができ、コンプ
レッサ部の構成部材における塩の生成および堆積を低減
することができる。ゆえに、海塩濃度の高い領域が生じ
ることがなく、前記滴は滴状のままガスタービンエンジ
ン内を通過する。ガラス質で半晶質状の酸化物から成る
コーティング材には、アルミニウム酸化物とジルコニウ
ム酸化物との混合物が含まれ、その混合物中のアルミニ
ウムとジルコニウムとの割合は１：１０〜１０：１とす
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明の実施の形態は、本発明によりガスタービ
ンエンジンにおけるコンプレッサ部の構成部材をコーテ
ィング材によって被覆し、そのコーティング材において
海水による濡れ角を５０°以上、好ましくは６０°以上
にしたものである。
する。本発明の実施の形態は、本発明によりガスタービ
ンエンジンにおけるコンプレッサ部の構成部材をコーテ
ィング材によって被覆し、そのコーティング材において
海水による濡れ角を５０°以上、好ましくは６０°以上
にしたものである。
【００２４】濡れ角(または接触角)とは、固体表面に対
して液体の滴表面(自由表面)が位置する部分において、
その滴表面の接線と固体表面とがなす角(接触角)を示す
ものである。すなわち、前記接触角が小さい場合、前記
固体表面は前記液体によって濡れた状態となり、前記接
触角が大きい場合には、前記固体表面は濡れを防止した
特徴を有することになる。また、前記接触角が０°の場
合には、前記固体表面は完全に濡れた状態となり、前記
接触角が１８０°の場合には、前記固体表面は全く濡れ
ない状態となる。表面角(surface angle)は、固体表面
に液体の滴を垂らし、その固体表面と滴とがなす角度を
拡大光学系により測定することで、評価することができ
る。表１は、既存の種々のコンプレッサ表面に対する海
水の接触角，コンプレッサ部の構成部材におけるコーテ
ィング材となり得る材質，本発明におけるコーティング
材の接触角を示すものである。
して液体の滴表面(自由表面)が位置する部分において、
その滴表面の接線と固体表面とがなす角(接触角)を示す
ものである。すなわち、前記接触角が小さい場合、前記
固体表面は前記液体によって濡れた状態となり、前記接
触角が大きい場合には、前記固体表面は濡れを防止した
特徴を有することになる。また、前記接触角が０°の場
合には、前記固体表面は完全に濡れた状態となり、前記
接触角が１８０°の場合には、前記固体表面は全く濡れ
ない状態となる。表面角(surface angle)は、固体表面
に液体の滴を垂らし、その固体表面と滴とがなす角度を
拡大光学系により測定することで、評価することができ
る。表１は、既存の種々のコンプレッサ表面に対する海
水の接触角，コンプレッサ部の構成部材におけるコーテ
ィング材となり得る材質，本発明におけるコーティング
材の接触角を示すものである。
【００２５】
【表１】各接触角の測定値(60秒間，21.1°Ｃ(70°Ｆ)) 基体 角度(°) 一般的なコンプレッサブレード 25-40 シリカから成るコーティング材 26-31 チタニアから成るコーティング材 39-43 ポリシラザン(Tyranno Coated,polysilazane) から成るコーティング材 28-36 アルミナ‐ジルコニア から成るコーティング材 65-70 前記表１に示すように、一般的なコンプレッサ部のブレ
ードのうち、その表面にアルミメッキが施されたブレー
ドの場合、約２５〜４０°の低接触角であることが読み
取れる。シリカから成るコーティング材を被覆した場
合、接触角は僅かに増加する。チタニア(二酸化チタン)
から成るコーティング材を被覆した場合には、前記シリ
カを被覆した場合よりも接触角は増加することが読み取
れる。しかし、前記のチタニアから成るコーティング材
を用いた場合においても、その接触角は大きくても約４
３°である。一方、アルミナ‐ジルコニアガラスを含ん
だ本発明のコーティング材を被覆した場合、接触角は６
５〜７０°となり、一般的に知られているコーティング
材を被覆した場合と比較して、明らかに大きい接触角で
あることが読み取れる。
ードのうち、その表面にアルミメッキが施されたブレー
ドの場合、約２５〜４０°の低接触角であることが読み
取れる。シリカから成るコーティング材を被覆した場
合、接触角は僅かに増加する。チタニア(二酸化チタン)
から成るコーティング材を被覆した場合には、前記シリ
カを被覆した場合よりも接触角は増加することが読み取
れる。しかし、前記のチタニアから成るコーティング材
を用いた場合においても、その接触角は大きくても約４
３°である。一方、アルミナ‐ジルコニアガラスを含ん
だ本発明のコーティング材を被覆した場合、接触角は６
５〜７０°となり、一般的に知られているコーティング
材を被覆した場合と比較して、明らかに大きい接触角で
あることが読み取れる。
【００２６】なお、前記表１に示す測定結果は、世界中
の大部分の海水における塩濃度を考慮して、人工の海塩
を加えて塩濃度が約１．０２ｇ／ｍｌに調整された水溶
液を用いて得られたものである。
の大部分の海水における塩濃度を考慮して、人工の海塩
を加えて塩濃度が約１．０２ｇ／ｍｌに調整された水溶
液を用いて得られたものである。
【００２７】気体(gas)がコンプレッサ部を通過するに
つれて、ガスタービンエンジン内の温度が上昇すると共
に、その蒸発率も上昇する。平衡条件からは約１００°
Ｃ(約２１２°Ｆ)で急速な全蒸発が起こると予測される
が、ガスタービンエンジン内を通過する流体の速度を考
慮すると、実際には、前記全蒸発は起こらないことが判
る。
つれて、ガスタービンエンジン内の温度が上昇すると共
に、その蒸発率も上昇する。平衡条件からは約１００°
Ｃ(約２１２°Ｆ)で急速な全蒸発が起こると予測される
が、ガスタービンエンジン内を通過する流体の速度を考
慮すると、実際には、前記全蒸発は起こらないことが判
る。
【００２８】従来のガスタービンエンジンにおけるコン
プレッサ部の構成部材の接触角は低く、その構成部材表
面の温度は約１４９°Ｃ(約３００°Ｆ)を超えるので、
ガスタービンエンジンを連続駆動している間に塩が生成
されてしまう。海水の滴は、加熱された前記構成部材表
面に衝突してその構成部材表面を濡らし、ブレード上に
定着して蒸発が起こる。前記構成部材表面において薄い
水膜が広く形成されるほど、前記蒸発は多くなる。その
結果、前記コンプレッサ部の構成部材表面に塩の薄膜が
形成されてしまう。一方、本発明のコーティング材が被
覆された構成部材の場合には、海水の滴による濡れを防
ぎ、その滴が構成部材表面に定着している時間を最小限
にすることができる。そのため、前記構成部材表面の滴
を除去はできなくとも、前記構成部材表面に海塩が生成
されることを非常に低減することができる。
プレッサ部の構成部材の接触角は低く、その構成部材表
面の温度は約１４９°Ｃ(約３００°Ｆ)を超えるので、
ガスタービンエンジンを連続駆動している間に塩が生成
されてしまう。海水の滴は、加熱された前記構成部材表
面に衝突してその構成部材表面を濡らし、ブレード上に
定着して蒸発が起こる。前記構成部材表面において薄い
水膜が広く形成されるほど、前記蒸発は多くなる。その
結果、前記コンプレッサ部の構成部材表面に塩の薄膜が
形成されてしまう。一方、本発明のコーティング材が被
覆された構成部材の場合には、海水の滴による濡れを防
ぎ、その滴が構成部材表面に定着している時間を最小限
にすることができる。そのため、前記構成部材表面の滴
を除去はできなくとも、前記構成部材表面に海塩が生成
されることを非常に低減することができる。
【００２９】コンプレッサ部の構成部材は、温度および
応力が変動するという状態で駆動する。前記のような種
々変動する状態では、振動および空力的な力によって、
前記構成部材表面から塩が離脱し、その濃縮された塩は
ガスタービンエンジン内を通過して、タービン部におけ
る熱劣化を進行させてしまうという問題がある。
応力が変動するという状態で駆動する。前記のような種
々変動する状態では、振動および空力的な力によって、
前記構成部材表面から塩が離脱し、その濃縮された塩は
ガスタービンエンジン内を通過して、タービン部におけ
る熱劣化を進行させてしまうという問題がある。
【００３０】この問題を解決するために、本発明の一部
は、コンプレッサ部の構成部材に塩が生成されないよう
にして、熱劣化を低減することにある。本発明における
ノンウェッティングコーティング材を用いることによ
り、本発明では、コンプレッサ部に塩が生成されること
を低減することができる。すなわち、本発明のコーティ
ング材を用いて、前記コンプレッサ部の構成部材の接触
角を約５０°以上(好ましくは６０°)にすることによ
り、タービン部の構成部材における熱劣化を著しく低減
することができる。
は、コンプレッサ部の構成部材に塩が生成されないよう
にして、熱劣化を低減することにある。本発明における
ノンウェッティングコーティング材を用いることによ
り、本発明では、コンプレッサ部に塩が生成されること
を低減することができる。すなわち、本発明のコーティ
ング材を用いて、前記コンプレッサ部の構成部材の接触
角を約５０°以上(好ましくは６０°)にすることによ
り、タービン部の構成部材における熱劣化を著しく低減
することができる。
【００３１】例えば、工業発電所は海抜の低い場所にて
稼働するため、熱劣化は大きな問題となっており、海洋
または沿岸にて稼働する場合には、より深刻な熱劣化を
引き起こしてしまう。
稼働するため、熱劣化は大きな問題となっており、海洋
または沿岸にて稼働する場合には、より深刻な熱劣化を
引き起こしてしまう。
【００３２】コンプレッサ部における構成部材のコーテ
ィング材において、海水による濡れ角が約５０°(好ま
しくは６０°)以上とすれば、前記熱劣化を十分低減す
ることが可能であると信じられる。また、セラミックを
主成分とし、アルミナ(酸化アルミニウム)およびジルコ
ニアを化合または混合して得られた酸化物を含むコーテ
ィング材により、前記のような大きな濡れ角が得られる
ことが判明している。アルミナおよびジルコニアを単独
で用いた場合の接触角は、本発明における接触角よりも
小さい。前記アルミナおよびジルコニアを混合して得た
ガラス質の物質、例えばＺｒを１０〜９０％(Ａｌ＋Ｚ
ｒの金属組成物における割合)含有し、Ａｌ2Ｏ3とＺｒ
Ｏ2とを混合して成る酸化物の濡れ角は、適当な大きさ
となることが判明されている。
ィング材において、海水による濡れ角が約５０°(好ま
しくは６０°)以上とすれば、前記熱劣化を十分低減す
ることが可能であると信じられる。また、セラミックを
主成分とし、アルミナ(酸化アルミニウム)およびジルコ
ニアを化合または混合して得られた酸化物を含むコーテ
ィング材により、前記のような大きな濡れ角が得られる
ことが判明している。アルミナおよびジルコニアを単独
で用いた場合の接触角は、本発明における接触角よりも
小さい。前記アルミナおよびジルコニアを混合して得た
ガラス質の物質、例えばＺｒを１０〜９０％(Ａｌ＋Ｚ
ｒの金属組成物における割合)含有し、Ａｌ2Ｏ3とＺｒ
Ｏ2とを混合して成る酸化物の濡れ角は、適当な大きさ
となることが判明されている。
【００３３】本発明のコーティング材を被覆する場合、
所望のゾル‐ゲルの前駆物質を用いて、コンプレッサ部
の構成部材における所望の部分の表面全体にゾル‐ゲル
溶液を被覆することにより、前記コンプレッサ部を加熱
した際に前記酸化物から水分を除去することができる。
所望のゾル‐ゲルの前駆物質を用いて、コンプレッサ部
の構成部材における所望の部分の表面全体にゾル‐ゲル
溶液を被覆することにより、前記コンプレッサ部を加熱
した際に前記酸化物から水分を除去することができる。
【００３４】従来から、ゾル‐ゲル技術において、種々
のゾル‐ゲル溶液の研究が行われてきたが、有効量のジ
ルコニアを含んだゾル‐ゲルを被覆することは困難とさ
れてきた。この問題を解決するために、本発明により、
アルミナおよびジルコニアの組成比が良好に調整された
２種類のゾル‐ゲル溶液を発見した。前記のような効力
のあるゾル‐ゲル溶液を生成する際、まずジルコニアを
含んだ混合物を強酸により溶解する。なお、従来技術に
よるゾル‐ゲルの生成方法では弱酸が用いられている
が、本発明では不十分であることが見いだされた。ま
た、本発明にて用いられる強酸のｐＨ値は４未満(好ま
しくは２．５以下)であるものとする。
のゾル‐ゲル溶液の研究が行われてきたが、有効量のジ
ルコニアを含んだゾル‐ゲルを被覆することは困難とさ
れてきた。この問題を解決するために、本発明により、
アルミナおよびジルコニアの組成比が良好に調整された
２種類のゾル‐ゲル溶液を発見した。前記のような効力
のあるゾル‐ゲル溶液を生成する際、まずジルコニアを
含んだ混合物を強酸により溶解する。なお、従来技術に
よるゾル‐ゲルの生成方法では弱酸が用いられている
が、本発明では不十分であることが見いだされた。ま
た、本発明にて用いられる強酸のｐＨ値は４未満(好ま
しくは２．５以下)であるものとする。
【００３５】以下に示す第１，第２実施例は、前記ゾル
‐ゲルを形成し、前記ゾル‐ゲルをコンプレッサ部に構
成部材に用いて、前記ゾル‐ゲルをガラスセラミックコ
ーティング材へと変化させる場合の実施例を示すもので
ある。
‐ゲルを形成し、前記ゾル‐ゲルをコンプレッサ部に構
成部材に用いて、前記ゾル‐ゲルをガラスセラミックコ
ーティング材へと変化させる場合の実施例を示すもので
ある。
【００３６】(第１実施例)第１実施例において、まず１
０．０ｍｌのＺｒ(ジルコニウム‐ブトキサイド)４と
２．５ｍｌの無水イソプロパノールとを混合して成る低
粘度の混合液を得た。その混合液を１２．５ｍｌの硝酸
と７．５ｍｌのＨ2Ｏとから成る溶液に滴下して加え、
還流凝縮器に固定されたフラスコ内にて温度５０〜６０
°Ｃで混合し、１０．０ｍｌのＨ2Ｏで薄め加熱して温
度６５〜７０°Ｃに調整した後、アルミニウム‐ブトキ
サイドから成る混合液を１５ｍｌ加えた。その後、金属
酸化物の生成を防止するために３．６ｍｌの硝酸を加
え、温度６５〜７０°Ｃに保ちながら４時間混合するこ
とにより、懸濁質のゾル‐ゲルを得た。このゾル‐ゲル
状の溶液は、密閉容器内にて数週間保存することが可能
なものであった。
０．０ｍｌのＺｒ(ジルコニウム‐ブトキサイド)４と
２．５ｍｌの無水イソプロパノールとを混合して成る低
粘度の混合液を得た。その混合液を１２．５ｍｌの硝酸
と７．５ｍｌのＨ2Ｏとから成る溶液に滴下して加え、
還流凝縮器に固定されたフラスコ内にて温度５０〜６０
°Ｃで混合し、１０．０ｍｌのＨ2Ｏで薄め加熱して温
度６５〜７０°Ｃに調整した後、アルミニウム‐ブトキ
サイドから成る混合液を１５ｍｌ加えた。その後、金属
酸化物の生成を防止するために３．６ｍｌの硝酸を加
え、温度６５〜７０°Ｃに保ちながら４時間混合するこ
とにより、懸濁質のゾル‐ゲルを得た。このゾル‐ゲル
状の溶液は、密閉容器内にて数週間保存することが可能
なものであった。
【００３７】(第２実施例)第２実施例において、まず
７．４ｍｌのジルコニウム‐ブトキサイドと、９．６ｍ
ｌのアルミニウム‐ブトキサイドと、５ｍｌの無水イソ
プロパノールとを混合して成る低粘度の混合液を得た。
その混合液を３ｍｌの硝酸と３ｍｌのＨ2Ｏとから成る
溶液に滴下し、還流凝縮器に固定されたフラスコ内にて
温度７０〜７５°Ｃで混合した後、加熱しながら４時間
混合して濃縮することにより、懸濁質のゾル‐ゲルを得
た。なお、前記のように加熱しながら濃縮した際、温度
が７０°Ｃに達するまで１８ｍｌのＨ2Ｏを用いて緩や
かに薄めた。また、前記ゾル‐ゲル状の溶液は、密閉容
器内にて数週間保存することが可能であった。
７．４ｍｌのジルコニウム‐ブトキサイドと、９．６ｍ
ｌのアルミニウム‐ブトキサイドと、５ｍｌの無水イソ
プロパノールとを混合して成る低粘度の混合液を得た。
その混合液を３ｍｌの硝酸と３ｍｌのＨ2Ｏとから成る
溶液に滴下し、還流凝縮器に固定されたフラスコ内にて
温度７０〜７５°Ｃで混合した後、加熱しながら４時間
混合して濃縮することにより、懸濁質のゾル‐ゲルを得
た。なお、前記のように加熱しながら濃縮した際、温度
が７０°Ｃに達するまで１８ｍｌのＨ2Ｏを用いて緩や
かに薄めた。また、前記ゾル‐ゲル状の溶液は、密閉容
器内にて数週間保存することが可能であった。
【００３８】前記のようなゾル‐ゲルを金属表面のコー
ティング材として用いる場合、そのゾル‐ゲルを確実に
接着させることは困難である。そこで、前記ゾル‐ゲル
の接着性を保つために、安定した強度を有し接着性およ
び表面状態の良好な酸化物層を、前記ゾル‐ゲルと金属
表面との間に介在させる。前記酸化物層の主成分として
は、アルミナ，シリカ，チタニアの何れか、或いはそれ
ら混合物を用いても良い。なお、前記酸化物層の代わり
に、クロムから成る層を介在させた場合、満足する効果
は得られなかった。また、酸化鉄から成る層を介在させ
た場合には、殆ど効果が得られなかった。コンプレッサ
構成部材は、前記の酸化物の膜厚が約０．０５〜０．５
(好ましくは０．０５〜０．１)ミクロンのコーティング
を有することが好ましい。その後、ゾル‐ゲルを１層以
上塗布して約５００°Ｃを超える温度に加熱する。所望
により、更にゾル‐ゲルの塗布および加熱を行っても良
い。その結果、コンプレッサ部のハードウェアあるいは
金属部材に用いられるコーティング材において、低い濡
れ性をかなり保つことができ、タービン部における熱劣
化を十分低減することができる。
ティング材として用いる場合、そのゾル‐ゲルを確実に
接着させることは困難である。そこで、前記ゾル‐ゲル
の接着性を保つために、安定した強度を有し接着性およ
び表面状態の良好な酸化物層を、前記ゾル‐ゲルと金属
表面との間に介在させる。前記酸化物層の主成分として
は、アルミナ，シリカ，チタニアの何れか、或いはそれ
ら混合物を用いても良い。なお、前記酸化物層の代わり
に、クロムから成る層を介在させた場合、満足する効果
は得られなかった。また、酸化鉄から成る層を介在させ
た場合には、殆ど効果が得られなかった。コンプレッサ
構成部材は、前記の酸化物の膜厚が約０．０５〜０．５
(好ましくは０．０５〜０．１)ミクロンのコーティング
を有することが好ましい。その後、ゾル‐ゲルを１層以
上塗布して約５００°Ｃを超える温度に加熱する。所望
により、更にゾル‐ゲルの塗布および加熱を行っても良
い。その結果、コンプレッサ部のハードウェアあるいは
金属部材に用いられるコーティング材において、低い濡
れ性をかなり保つことができ、タービン部における熱劣
化を十分低減することができる。
【００３９】以上示した本発明を要約すると、ガスター
ビンエンジンのコンプレッサ部の構成部材にコーティン
グ材を被覆することにより、タービン部の劣化を防ぐこ
とができる。前記コーティング材は、海水の滴，海水の
エアゾル，他の化学侵食を起こす物質等によって濡れな
い特徴(撥水性)を有するため、コンプレッサ部の構成部
材における塩の生成を低減し、たとえ前記塩が前記ター
ビン部に侵入したとしても、深刻な劣化は防ぐことがで
きる。
ビンエンジンのコンプレッサ部の構成部材にコーティン
グ材を被覆することにより、タービン部の劣化を防ぐこ
とができる。前記コーティング材は、海水の滴，海水の
エアゾル，他の化学侵食を起こす物質等によって濡れな
い特徴(撥水性)を有するため、コンプレッサ部の構成部
材における塩の生成を低減し、たとえ前記塩が前記ター
ビン部に侵入したとしても、深刻な劣化は防ぐことがで
きる。
【００４０】以上、本発明において、記載された具体例
に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範
囲内で多様な変形及び修正が可能であることは、当業者
にとって明白なことであり、このような変形及び修正が
特許請求の範囲に属することは当然のことである。
に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範
囲内で多様な変形及び修正が可能であることは、当業者
にとって明白なことであり、このような変形及び修正が
特許請求の範囲に属することは当然のことである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１月１２日
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ピー．ウェソン アメリカ合衆国，コネチカット，ヴァーノ ン，ドンネルロード 39
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 エアゾルによりコンプレッサ部の構成部
材表面の濡れを防止するように、コンプレッサ部におけ
る所望の構成部材表面にコーティング材を用い、 前記コーティング材は、海水による濡れの接触角が約５
０°より大きいことを特徴とするガスタービンエンジン
の熱劣化防止方法。 【請求項２】 前記接触角を、約６０°より大きくした
ことを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン
の熱劣化防止方法。 【請求項３】 前記コーティング材の表面は、アルミニ
ウム酸化物とジルコニウム酸化物との半晶質状の混合物
を含むことを特徴とする請求項１記載のガスタービンエ
ンジンの熱劣化防止方法。 【請求項４】 前記コンプレッサ部の構成部材の基体
は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｆｅの何れかをベースとする合金を含
み、 前記基体は接着性を有して安定した中間酸化物層を備
え、前記安定した中間酸化物層は、Ａｌ2Ｏ3，Ｓｉ
Ｏ2，ＴｉＯ2，Ｃｒ2Ｏ3のうち何れか一つの酸化物又は
前記の各酸化物の混合物と、前記基体に含まれる成分を
ベースとする化合物を約２０％以下含み、前記中間酸化
物層表面に、アルミニウム酸化物とジルコニウム酸化物
とから成る半晶質状の混合物を含むコーティング材を形
成したことを特徴とする請求項１記載のガスタービンエ
ンジンの熱劣化防止方法。 【請求項５】 アルミニウム酸化物とジルコニウム酸化
物との混合物を含んだ無孔質のコーティング材を金属表
面に形成する方法において、 (ａ)Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＺｒＯ2，Ｃｒ2Ｏ3のうち何れ
か一つの酸化物又は前記の各酸化物を混合して成る混合
物と、基体の主成分から成り全体の２０％を占める量の
混合物とを含む安定した酸化物の接着層を形成し、その
接着層を前記金属表面に設ける段階と、 (ｂ)前記接着層表面に、Ａｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2の前駆
物質を含むゾル‐ゲルを含んだコーティング材を設ける
段階と、 (ｃ)前記ゾル‐ゲル表面を加熱する段階とを含むことを
特徴とするコーティング材の被覆方法。 【請求項６】 ガスタービンエンジンのコンプレッサ部
のコーティングされたコンポーネントにおいて、 海水による濡れの接触角が約５０°より大きい表面コー
ティング材が形成されていることを特徴とするコンポー
ネント。 【請求項７】 前記接触角を、約６０°より大きくした
ことを特徴とする請求項６記載のコンポーネント。 【請求項８】 前記コーティング材は、半晶質状コーテ
ィング材を含み、その半晶質状コーティング材は、アル
ミニウム酸化物とジルコニウム酸化物との半晶質状の混
合物を含むことを特徴とする請求項６記載のコンポーネ
ント。 【請求庫９】 前記コーティング材はＡｌとＺｒとを含
有し、そのＡｌとＺｒとの含有率は１：１０〜１０：１
であることを特徴とする請求項６記載のコンポーネン
ト。 【請求項１０】 脱水状態で少なくとも１０％のＺｒＯ
２を含んだコーティングを形成するためのゾル‐ゲルの
製造方法であって、前記ゾル‐ゲル形成の初期段階とし
てｐＨ４．０未満の強酸性溶液にジルコニウム化合物を
加える工程を含むことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US99665397A | 1997-12-23 | 1997-12-23 | |
| US08/996653 | 1997-12-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11270351A true JPH11270351A (ja) | 1999-10-05 |
Family
ID=25543150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10366538A Pending JPH11270351A (ja) | 1997-12-23 | 1998-12-24 | ガスタービンエンジンの熱劣化防止方法およびコーティング材の被覆方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6818252B1 (ja) |
| EP (1) | EP0926261B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11270351A (ja) |
| DE (1) | DE69838019T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008133827A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-06-12 | General Electric Co <Ge> | 耐酸化性を得るためのセラミック耐食性コーティング |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040115470A1 (en) * | 2002-12-12 | 2004-06-17 | Ackerman John Frederick | Thermal barrier coating protected by infiltrated alumina and method for preparing same |
| US9644273B2 (en) | 2007-02-09 | 2017-05-09 | Honeywell International Inc. | Protective barrier coatings |
| US7712311B2 (en) * | 2007-03-14 | 2010-05-11 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Turbocharger assembly with catalyst coating |
| DE102007017827A1 (de) * | 2007-04-16 | 2008-10-23 | Siemens Ag | Abgasturbolader für oder in einem Kraftfahrzeug mit einer verdichterseitig an einer inneren Oberfläche vorgesehenen selbstreinigenden Beschichtung |
| US10502057B2 (en) | 2015-05-20 | 2019-12-10 | General Electric Company | System and method for blade access in turbomachinery |
| US11739691B2 (en) * | 2018-06-28 | 2023-08-29 | Raytheon Technologies Corporation | Engine component |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3514216A (en) | 1968-03-06 | 1970-05-26 | Borg Warner | Coated compressor blades |
| US5264244A (en) * | 1991-12-20 | 1993-11-23 | United Technologies Corporation | Inhibiting coke formation by coating gas turbine elements with alumina |
| US5324544A (en) * | 1991-12-20 | 1994-06-28 | United Technologies Corporation | Inhibiting coke formation by coating gas turbine elements with alumina-silica sol gel |
| US5871820A (en) | 1995-04-06 | 1999-02-16 | General Electric Company | Protection of thermal barrier coating with an impermeable barrier coating |
| US5851678A (en) | 1995-04-06 | 1998-12-22 | General Electric Company | Composite thermal barrier coating with impermeable coating |
| JP4245661B2 (ja) * | 1995-06-26 | 2009-03-25 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 多重被膜で保護した遮熱コーティング複合物 |
-
1998
- 1998-12-21 DE DE69838019T patent/DE69838019T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-21 EP EP98310540A patent/EP0926261B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-24 JP JP10366538A patent/JPH11270351A/ja active Pending
-
1999
- 1999-12-14 US US09/460,818 patent/US6818252B1/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| JP2008133827A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-06-12 | General Electric Co <Ge> | 耐酸化性を得るためのセラミック耐食性コーティング |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0926261A3 (en) | 2001-06-13 |
| US6818252B1 (en) | 2004-11-16 |
| EP0926261A2 (en) | 1999-06-30 |
| DE69838019D1 (de) | 2007-08-16 |
| EP0926261B1 (en) | 2007-07-04 |
| DE69838019T2 (de) | 2008-03-06 |
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