特許 5997432 構成部品、ならびに、構成部品の製造および被覆方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5997432

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月28日

(54)【発明の名称】構成部品、ならびに、構成部品の製造および被覆方法

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/18 20060101AFI20160915BHJP

   F23R 3/42 20060101ALI20160915BHJP

   F01D 5/18 20060101ALI20160915BHJP

   F01D 5/28 20060101ALI20160915BHJP

   F01D 9/02 20060101ALI20160915BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/18 A

   F02C7/18 C

   F23R3/42 C

   F01D5/18

   F01D5/28

   F01D9/02 102

【請求項の数】11

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2011-245350(P2011-245350)

(22)【出願日】2011年11月9日

(65)【公開番号】特開2012-102736(P2012-102736A)

(43)【公開日】2012年5月31日

【審査請求日】2014年11月4日

(31)【優先権主張番号】12/943,646

(32)【優先日】2010年11月10日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(72)【発明者】

【氏名】ロナルド・スコット・バンカー

(72)【発明者】

【氏名】デニス・マイケル・グレイ

(72)【発明者】

【氏名】ドン・マーク・リプキン

【審査官】 齊藤 公志郎

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００１−５１４０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７１２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１２５９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２８０８３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１４１８７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第７７０４０３９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０６６１７００３（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ５／１２−２８

Ｆ０１Ｄ ９／０２

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ０２Ｃ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材（１１０）を含む構成部品（１００）をコーティングする方法であって、
頂部（１３６）と該頂部の幅の２倍〜４倍の幅を有する底面（１３４）を備える１つまたは複数の溝（１３２）が形成された基材であって、該溝が該基材の表面に沿って少なくとも部分的に延在する基材を用意するステップと、
前記基材（１１０）の前記表面（１１２）の少なくとも一部分の上にコーティング（１５０）を堆積させるステップとを含み、
前記溝のそれぞれは、前記基材の外側表面に画成された開口を有し、
前記コーティングは、１つ以上の層を有し、
前記層のうちの少なくとも１つは、不均一なマイクロ構造を有し、かつ１つ以上の透過性のスロットを備え、
前記構造上のコーティングが前記１つまたは複数の溝のそれぞれを完全には架橋せず、角度αを含む１つ以上の角度に堆積され、
前記角度αが、前記基材の表面法線に対して約１０〜約８５度の範囲であり、
前記コーティング（１５０）を堆積させるステップによって、前記基材の外側表面の各溝の前記開口が実質的に密閉され、
前記１つまたは複数の溝（１３２）と前記構造上のコーティングとがともに前記基材内に前記構成部品を冷却するための１つ以上のチャネルを画成する、
方法。

【請求項2】

前記コーティングは、２つ以上の層を有し、
前記層のうちの第１の層は、前記構造上のコーティングであり、かつ１つ以上の透過性のスロットを備え、
前記第１の層は、前記１つまたは複数の溝のそれぞれを完全には架橋しない、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記構造上のコーティングは、前記１つまたは複数の溝を完全に架橋して、前記構造上のコーティングが、前記１つ以上のチャネルのそれぞれを密閉する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記透過性のスロットが、１つ以上のチャネルのそれぞれから前記構成部品の外部表面まで冷却材流体を運ぶように構成された、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記構造上のコーティング（１５０）が前記１つまたは複数の溝（１３２）の上に堆積されるときに、前記１つまたは複数の溝（１３２）が充填されない、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項6】

基材（１１０）と、コーティング（１５０）とを備える構成部品（１００）であって、
前記基材（１１０）が、外側表面（１１２）および内側表面（１１６）を含み、前記内側表面（１１６）が少なくとも１つの中空の内部空間（１１４）を画定し、前記外側表面（１１２）が１つまたは複数の溝（１３２）を画定し、前記１つまたは複数の溝（１３２）の各々が前記基材（１１０）の前記表面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延在し、また、頂部（１３６）及び該頂部の幅の２倍〜４倍の幅を有する底面（１３４）を有し、１つまたは複数のアクセス孔（１４０）が、前記溝（１３２）を前記少なくとも１つの中空の内部空間（１１４）のそれぞれの１つに流体連通させるために、それぞれ１つの前記１つまたは複数の溝（１３２）の前記底面（１３４）を通って延在し、
前記コーティング（１５０）が、前記基材（１１０）の前記表面（１１２）の少なくとも一部分の上に堆積され、前記コーティング（１５０）が１つまたは複数の層（５０）を有し、前記層（５０）のうちの少なくとも１つが１つまたは複数の透過性のスロット（１４４）を画定し、それにより前記それぞれの層（５０）が前記１つまたは複数の溝（１３２）の各々を完全には架橋せず、前記溝（１３２）および前記コーティング（１５０）が一体に、構成部品（１００）を冷却するための１つまたは複数のチャネル（１３０）を画定する、構成部品（１００）。

【請求項7】

前記透過性のスロット（１４４）の各々が前記基材（１１０）の表面法線（５２）に対して角度γで傾斜しており、前記角度γが前記基材（１１０）の前記表面法線（５２）に対して約２５度〜７０度の範囲内にある、請求項６に記載の構成部品（１００）。

【請求項8】

前記透過性のスロット（１４４）が前記基材（１１０）に対してほぼ垂直に方向付けられる、請求項６に記載の構成部品（１００）。

【請求項9】

前記コーティング（１５０）が２つ以上の層（５０）を有し、前記層のうちの後で堆積
される層（５６）が、先に堆積された層（５４）内に形成された前記透過性のスロット（１４４）を完全には架橋せず、したがって、前記透過性のスロット（１４４）が前記後で堆積される層（５６）を通って延在する、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の構成部品（１００）。

【請求項10】

前記コーティング（１５０）が２つ以上の層（５０）を有し、前記層のうちの後で堆積される層（５６）が、先に堆積された層（５４）内に形成された前記透過性のスロット（１４４）を架橋し、それにより前記透過性のスロット（１４４）を実質的に密閉する、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の構成部品（１００）。

【請求項11】

前記透過性のスロット（１４４）が、前記１つまたは複数のそれぞれのチャネル（１３０）から前記構成部品の外部表面まで冷却剤流体を運ぶように構成され、前記コーティング（１５０）には、構造上のコーティング、ボンドコーティング、耐酸化性のコーティング、および、遮熱コーティングのうちの少なくとも１つが含まれる、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の構成部品（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、その中でのマイクロチャネル冷却に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンエンジンでは、高温の燃焼ガスを発生させるために、空気が圧縮機内で加圧され、燃焼器内で燃料と混合される。圧縮機に動力供給する高圧タービン（ＨＰＴ）内のガスから、またターボファン航空機エンジンの用途におけるファンに動力供給する、または船舶用および産業用では外部シャフトに動力供給する低圧タービン（ＬＰＴ）内のガスから、エネルギーが抽出される。

【0003】

エンジン効率は燃焼ガスの温度が高くなるにつれて高まる。しかし、燃焼ガスはそれらの流路に沿った様々な構成部品を加熱するので、エンジンの寿命を長くするためにはそれらを冷却することが必要となる。通常、熱ガス経路構成部品は、圧縮機から抽気することによって冷却される。抽気は燃焼プロセスで使用されないので、この冷却プロセスによりエンジン効率は低下する。

【0004】

ガスタービンエンジン冷却の技術分野は成熟しており、様々な熱ガス経路構成部品内の冷却回路および特徴部の様々な態様のための多数の特許を含む。例えば、燃焼器は、運転中に冷却することを必要とする半径方向の外側ライナおよび内側ライナを含む。タービンノズルは、やはり冷却することを必要とする外側バンドと内側バンドとの間で支持される中空のベーンを含む。タービンブレードは中空であり、通常、その中に冷却回路を含み、タービンブレードはやはり冷却することを必要とするタービンシュラウドによって囲まれる。高温の燃焼ガスは、やはりライニングされ適切に冷却されることがある排気装置を通して排気される。

【0005】

これらの例示のすべてのガスタービンエンジンの構成部品において、それらを冷却する必要性を最小にしながら耐久性を向上させるために、通常、高強度超合金金属の薄い金属壁が使用される。様々な冷却回路および特徴部は、エンジン内の対応する環境においてこれらの個々の構成部品に適合するように作られる。例えば、一連の内部冷却通路または蛇行流路（サーペンタイン）が熱ガス経路構成部品内に形成されてもよい。冷却流体がプレナムからサーペンタインに供給されてもよく、この冷却流体はこれらの通路を通って流れて、熱ガス経路構成部品の基材およびコーティングを冷却することができる。しかし、通常はこの冷却手法により熱伝達率が相対的に低くなり、また、構成部品の温度プロフィールが一様ではなくなる。

【0006】

マイクロチャネル冷却には、冷却を加熱ゾーンに可能な限り近づけ、所与の熱伝達率に対する高温側と低温側との温度差を縮小させることにより、冷却要件を大幅に軽減する潜在力がある。しかし、マイクロチャネルを形成するための現在の技術では、通常、コーティングがマイクロチャネル内に堆積しないようにするための犠牲充填材（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ ｆｉｌｌｅｒ）を使用すること、堆積する際にコーティングを支持すること、さらに、コーティングシステムを堆積した後に犠牲充填材を除去することが必要となる。しかし、一時的な材料でチャネルを充填することおよびその材料を後で除去することには、現在のマイクロチャネル処理技術にとっての潜在的な問題がある。例えば、充填材は基材およびコーティングに適合していなければならず、さらに収縮度が最小でなければならず、さらにそれでもやはり十分な強度を有さなければならない。犠牲充填材を除去することには、浸出、エッチングまたは気化などの潜在的に損傷を引き起こすようなプロセスが含まれ、通常長い時間がかかる。充填材材料が残留することもやはり問題である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許第７３０２９９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

したがって、冷却チャネルを形成するために溝を備える熱ガス経路構成部品上にコーティングを堆積させる、充填プロセスおよび除去プロセスの必要性をなくする方法が提供されることが望ましい。さらに、堆積を行う際に犠牲充填材を使用することなく、チャネルの内側の壁表面および露出した壁表面上に堆積されるコーティングの量を軽減させる、熱ガス経路構成部品上にコーティングを堆積させる方法が提供されることが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様は、基材を含む構成部品を被覆する方法に属し、１つまたは複数の溝が、基材の表面内に形成されて基材の表面の少なくとも一部分に沿って延在する。この方法は、基材の表面の少なくとも一部分の上にコーティングを堆積させることを含み、コーティングは１つまたは複数の層を有する。これらの層のうちの少なくとも１つは、角度αを含む１つまたは複数の角度で堆積され、αは、基材の表面法線に対して約１０度〜８５度の範囲内にある。１つまたは複数の溝およびコーティングは一体に、構成部品を冷却するための１つまたは複数のチャネルを画定する。

【0010】

本発明の別の態様は、外側表面および内側表面を含む基材を有する構成部品に属し、内側表面は少なくとも１つの中空の内部空間を画定し、さらに、外側表面は１つまたは複数の溝を画定し、さらに、１つまたは複数の溝は、各々、基材の表面に少なくとも部分的に沿って延在し、また、底面を有する。１つまたは複数のアクセス孔が、溝を少なくとも１つの中空の内部空間のそれぞれの１つに流体連通させるために、それぞれ１つの、１つまたは複数の溝の底面を通って延在する。この構成部品は、基材の表面の少なくとも一部分の上に堆積されるコーティングをさらに含む。このコーティングは１つまたは複数の層を有し、これらの層のうちの少なくとも１つは１つまたは複数の透過性のスロットを画定し、したがって、それぞれの層は１つまたは複数の溝の各々を完全には架橋しない。これらの溝およびコーティングは一体に、構成部品を冷却するための１つまたは複数のチャネルを画定する。

【0011】

本発明の別の態様は、構成部品を製造する方法に属する。この方法は、基材の表面内に１つまたは複数の溝を形成することを含み、基材は少なくとも１つの中空の内部空間を有する。１つまたは複数の溝の各々は基材の表面に少なくとも部分的に沿って延在し、また、底面を有する。この方法は、溝を少なくとも１つの中空の内部空間のそれぞれの１つに流体連通させて接続するために、それぞれ１つの、１つまたは複数の溝の底面を通る１つまたは複数のアクセス孔を形成することをさらに含む。この方法は、基材の表面の少なくとも一部分の上にコーティングを堆積させることをさらに含み、それにより、１つまたは複数の溝およびコーティングが一体に、構成部品を冷却するための１つまたは複数のチャネルを画定する。１つまたは複数の溝は、コーティングが１つまたは複数の溝の上に堆積されるときに充填されない。

【0012】

本発明のこれらのおよび別の特徴、態様および利点は、複数の図面を通して同じ記号は同じ部品を示している添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、より良く理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】ガスタービンシステムを示す概略図である。

【図2】本発明の態様による、基材の表面法線に対して角度αで方向付けられたマイクロ構造を備えるコーティング層を有する例のエーロフォイル構成を示す概略的な断面図である。

【図3】基材と、基材の表面法線に対して角度αで方向付けられたマイクロ構造を備える、基材上に堆積されたコーティング層と、の中に形成された冷却チャネルを有する冷却回路の一部分を示す概略的な断面図である。

【図4】基材と、基材の表面法線に対して角度αおよびβで方向付けられた個別のマイクロ構造を備える、基材上に積み重ねられた第１および第２のコーティング層と、の中に形成された冷却チャネルを有する冷却回路の一部分を示す概略的な断面図である。

【図5】基材の表面法線に対して約４５度の角度αで堆積されたニッケル合金の第１のコーティング層を備えるニッケル合金基材内に形成された４つの例の冷却チャネルを示す図である。

【図6】基材の表面法線に対して約４５度の角度βで堆積されたニッケル合金の追加の第２のコーティング層を備える、図５の４つ例の冷却チャネルを示す図である。

【図7】窪み形の冷却チャネルと、基材の表面法線に対して角度αおよびβで方向付けられた個別のマイクロ構造を備える、基材上に積み重ねられた第１および第２のコーティング層とを有する冷却回路の一部分を示す概略的な断面図である。

【図8】基材の表面とチャネル冷却剤とに沿って個別のフィルム冷却孔まで部分的に延在する３つの例のマイクロチャネルを概略的に示す斜視図である。

【図9】アクセス孔からフィルム冷却孔まで冷却剤を運ぶマイクロチャネルを示している、図８の例のマイクロチャネルのうちの１つを示す断面図である。

【図10】窪み形状のチャネルを形成するために溝の頂部の上を延在するコーティングを備える窪み形状の溝を概略的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

「第１の」および「第２の」などの用語は本明細書では順番、量または重要性を一切示しておらず、１つの要素を別の要素と区別するのに使用される。本明細書で数詞がないときは量を限定することを示しておらず、参照する項目の少なくとも１つが存在することを示している。量に関連して使用される「約」という修飾語は、述べた値を含み、さらに、文脈によって決定される意味を有する（例えば、特定の量の測定値に伴われる誤差の程度を含む）。さらに、「組合せ」という用語は、ブレンド材、混合物、合金および反応生成物などを含む。

【0015】

また、本明細書では、「（複数可）」という接尾辞は、通常、それが修飾する用語の単数および複数の両方を含むことを意図しており、したがって、その用語の１つまたは複数を含むことを意図する（例えば、「通路孔」は、特に指定しない限り、１つまたは複数の通路孔を含んでよい）。本明細書を通して、「一実施形態」、「別の実施形態」および「実施形態」などに言及することは、その実施形態に関連して説明される特定の要素（例えば、特徴、構造および／または特性）が、本明細書で説明される少なくとも１つの実施形態に含まれ、別の実施形態に存在していても存在していなくてもよいことを意味する。さらに、説明される本発明の特徴は、様々な実施形態において任意の好適な形で組み合わせることができることを理解されたい。

【0016】

図１は、ガスタービンシステム１０の概略図である。システム１０は、１つまたは複数の、圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６および燃料ノズル２０を有することができる。圧縮機１２およびタービン１６は１つまたは複数のシャフト１８によって連結することができる。シャフト１８は、１つのシャフトであっても、シャフト１８を形成するように一体に連結された複数のシャフトセグメントであってもよい。

【0017】

ガスタービンシステム１０は複数の熱ガス経路構成部品１００を有することができる。熱ガス経路構成部品は、システム１０を通るガスの高温流に少なくとも部分的にさらされる、システム１０の任意の構成部品である。例えば、バケット組立体（ブレードまたはブレード組立体としても知られる）、ノズル組立体（ベーンまたはベーン組立体としても知られる）、シュラウド組立体、トランジションピース、保持リング、および、圧縮機排気構成部品はすべて、熱ガス経路構成部品である。しかし、本発明の熱ガス経路構成部品１００が、上記の例に限定されず、ガスの高温流に少なくとも部分的にさらされる任意の構成部品であってもよいことを理解されたい。さらに、本開示の熱ガス経路構成部品１００が、ガスタービンシステム１０内の構成部品に限定されず、高温流にさらされる可能性がある機械の任意の部品またはその構成部品であってもよいことを理解されたい。

【0018】

熱ガス経路構成部品１００が熱ガス流８０にさらされると、熱ガス経路構成部品１００は熱ガス流８０によって加熱され、故障する温度に達する可能性がある。したがって、システム１０の効率および性能を向上させて、システム１０が高い温度において熱ガス流８０と共に運転されるのを可能にするために、熱ガス経路構成部品１００のための冷却システムが必要となる。

【0019】

概して、本開示の冷却システムは、熱ガス経路構成部品１００の表面内に形成される一連の小型チャネルすなわちマイクロチャネルを有する。熱ガス経路構成部品はコーティングを備えていてもよい。冷却流体がプレナムからこれらのチャネルに供給されてもよく、この冷却流体はチャネルを通って流れてコーティングを冷却することができる。

【0020】

図２〜９を参照して構成部品１００を被覆する方法を説明する。図３、４および７の実施例で示されるように、この方法は、基材１００内に１つまたは複数の溝１３２を形成することを含む。示される実施例では、複数の溝１３２が基材１１０内に形成されている。例えば図８および９に示されるように、溝１３２は、基材１１０の表面１１２に少なくとも部分的に沿って延在する。例えば図３および４に示されるように、この方法は、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上にコーティング１５０を堆積させることをさらに含む。より詳細には、コーティング１５０は、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上において、溝１３２のうちの空いているもの（充填されていないもの）の上に直接に堆積される。ここで使用する「空いている」は、溝１３２が空であること、すなわち、溝１３２が犠牲充填材で充填されていないことを意味する。しかし、後で説明する代替のプロセス構成では、犠牲充填材が使用される。

【0021】

例のコーティング１５０は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第５，６４０，７６７号および米国特許第５，６２６，４６２号に提示されている。米国特許第５，６２６，４６２号で考察されているように、コーティング１５０は基材１１０の表面１１２の一部に接着される。コーティング１５０は１つまたは複数の層５０を有する。図３に示される例の配置構成では、層５０のうちの少なくとも１つが、基材１１０の表面法線５２に対して約２０〜８５度の範囲内の角度αで堆積されている。より詳細には、示される堆積角度αは、基材１１０の表面法線５２に対して約４５度〜８０度の範囲内にあり、さらに詳細には、約５０度〜７０度の範囲内にある。より概略的には、層（５０）のうちの少なくとも１つが１つまたは複数の角度で堆積される。図３に描かれるように、角度αは、図４の角度βも同様に、基材１１０の表面法線５２に対して画定される。図３および４は、溝１３２を、これらのページの平面に対して垂直に示しており、すなわち、溝の方向を横切る断面として示している。しかし、異なる向きの溝がさらに基材１１０内に形成されていてもよく、そのような溝に対してはマイクロコート（ｍｉｃｒｏ−ｃｏａｔ）を行うことは不可能であり、したがって、コーティングの堆積角度は常に溝方向に対して横向きであるが、コーティング角度は、実際には、表面法線に対する所定の角度αまたはβに加えて、局部的な溝方向に対する角度（図示せず）を有する複合角度である。

【0022】

図３、４、８および９に示されるように、例えば、溝１３２およびコーティング１５０は一体に、構成部品１００を冷却するための複数のチャネル１３０を画定する。溝１３２およびチャネル１３０は図３、４、８および９では長方形で示されているが、これらは別の形状であってもよい。例えば、溝１３２（およびチャネル１３０）は、図７および１０を参照して後で説明するように、窪み形の溝１３２（窪み形のチャネル１３０）であってもよい。さらに、溝１３２（チャネル１３０）の側壁は直線である必要はない。様々な用途において、溝１３２（チャネル１３０）の側壁は湾曲しても丸形であってもよい。

【0023】

基材１１０は、通常、基材１１０の表面１１２内に溝１３２が形成される前に注型される。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された米国特許第５，６２６，４６２号で考察されているように、基材１１０は、本明細書では第１の材料として記載される任意の適当な材料から形成することができる。これには、構成部品１００の意図される用途に応じて、Ｎｉベース、ＣｏベースおよびＦｅベースの超合金が含まれてもよい。Ｎｉベースの超合金は、γ相およびγ’相の両方を含む超合金であってもよく、詳細には、これらのＮｉベースの超合金は、γ’相が超合金の体積の少なくとも４０％を占めるように、γ相およびγ’相の両方を含む。所望される特性の組合せは高温強度および高温耐クリープ性を含むので、このような合金が有利であることは知られている。第１の材料にはＮｉＡｌの金属間化合物合金が含まれてもよく、これらの合金もやはり、高温強度および高温耐クリープ性を含む優れた特性の組合せを有することが知られており、航空機で使用されるタービンエンジンの用途で使用されるのが有利である。Ｎｂベースの合金の場合、優れた耐酸化性を有する、Ｎｂ／Ｔｉ合金などのＮｂベースの合金が被覆されることが好適であり、これらの合金には、詳細には、原子百分率で表して、Ｎｂ−（２７〜４０）Ｔｉ−（４．５〜１０．５）Ａｌ−（４．５〜７．９）Ｃｒ−（１．５〜５．５）Ｈｆ−（０〜６）Ｖが含まれる。第１の材料には、また、Ｎｂを含有する金属間化合物、Ｎｂを含有するカーバイド、またはＮｂを含有するホウ化物などの、少なくとも１つの二次相を含むＮｂベースの合金が含まれてもよい。このような合金は、これらが延性相（すなわち、Ｎｂベースの合金）および強化相（すなわち、Ｎｂを含有する金属間化合物、Ｎｂを含有するカーバイド、またはＮｂを含有するホウ化物）を含むという点で、複合材材料に類似している。

【0024】

図２、８および９に示される例の配置構成では、コーティング１５０は、基材１１０のエーロフォイル形状の外側表面１１２に沿って長手方向に延在する。コーティング１５０はエーロフォイル形状の外側表面１１２に一致しており、マイクロチャネル１３０を形成する溝１３２を覆っている。図８および９に示されるように、例えば、基材１１０およびコーティング１５０は複数の出口フィルム孔１４２をさらに画定していてもよい。図９に示される例の構成では、マイクロチャネル１３０が、アクセス孔１４０からフィルム冷却孔１４２まで冷却剤を運ぶ。描かれているように、コーティング１５０が、単に、チャネルを覆う第１のコーティングすなわち構造上のコーティングであることに留意されたい。特定の用途では、１つのコーティングを使用するだけでよい。しかし、別の用途では、ボンドコートおよび遮熱コーティング（ＴＢＣ）も使用される。図８および９に示される例の配置構成では、マイクロチャネル１３０が、それぞれのアクセス孔１４０から出口フィルム孔１４２まで冷却流を流通させる。図８および９に示される実施例では、溝が出口フィルム孔１４２まで流体を運ぶ。しかし、別の構成ではフィルム孔は伴われず、マイクロチャネルが単に基材の表面１１２に沿って延在し、後縁またはバケット先端部、あるいは端壁縁部などの、構成部品の縁部から抜け出る。また、図８ではフィルム孔は丸形で示されているが、これは単に非限定の実施例であることに留意されたい。このフィルム孔は非円形形状の孔であってもよい。

【0025】

通常、マイクロチャネルの長さは、フィルム孔の直径の１０倍から１０００倍の範囲内、より詳細には、フィルム孔の直径の２０倍から１００倍の範囲内にある。好都合には、マイクロチャネル１３０は構成部品の表面のいかなる場所でも使用することができる（エーロフォイル本体、前縁部（ｌｅａｄ ｅｄｇｅ）、後縁部（ｔｒａｉｌ ｅｄｇｅ）、ブレード先端、端壁、プラットフォーム）。さらに、マイクロチャネルは直線の壁を有して示されているが、マイクロチャネル１３０は任意の構成であってもよく、例えば、これらは直線であっても湾曲していてもよく、あるいは複数の湾曲部などを有してもよい。コーティング１５０は、任意の適当な材料であってもよくまた基材１１０のエーロフォイル形状の外側表面１２０に接着される、第２の材料を有する。特定の構成では、コーティング１５０は、工業用部品の場合、０．１ミリメートル〜２．０ミリメートルの範囲内の、より詳細には０．１ミリメートルから１ミリメートルの範囲内の、さらに詳細には０．１ミリメートルから０．５ミリメートルの厚さを有する。航空機産業用の部品（ａｖｉａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の場合、この範囲は通常０．１ミリメートルから０．２５ミリメートルである。しかし、特定の構成部品１００の要件に応じて別の厚さが使用されてもよい。

【0026】

図４に示される例の構成では、コーティング１５０は２つの層５４、５６を有する。図４では２つのみのコーティング層５４および５６が示されているが、特定の用途において追加のコーティング層５０が付着されてもよい。図４に示される例の配置構成では、複数の層５０の第１の層５４が角度αで基材１１０上に堆積されており、複数の層５０の第２の層５６が角度βで第１の層５６の上に堆積されている。特定のプロセス構成では、角度βは実質的に角度αと等しくてもよく（すなわち、β＝α＋／−１０°）、それにより、第１の層５４および第２の層５６の向きが実質的に対称となる。別のプロセス構成では、堆積角度βおよびαはより大幅に異なっていてもよい。例えば、第２の層５６は、第１の層５４の堆積角度αより表面法線５２により接近した角度βで堆積されてもよい。第１のコーティング層５４がある角度αで付着されて第２のコーティング層５６が反対の角度β＝１８０−αで付着されるように、端から端までのコーティングの堆積角度を入れ替えるすなわち調整することにより、図５および６の比較から明らかなように、単一方向のコーティングでは開いたままである領域を閉鎖することができるコーティングマイクロ構造が構築される。このような入れ替えは、２つの層または追加の層に対して実施することができる。

【0027】

図４に描かれる例の構成では、第１のコーティング層５４および第２のコーティング層５６はそれぞれの溝１３２を完全に架橋しており、したがってコーティング（１５０）がそれぞれのマイクロチャネル１３０を密閉している。しかし、別の構成では、第１の層５４が１つまたは複数の透過性のスロット１４４を画定し、したがって、第１の層５４は個別の溝１３２の各々を完全には架橋しない。例の多孔性の層５４、５６が図５および６に示されている。図５は、ＧＴＤ４４４（登録商標）の基材内に形成された４つの例の冷却チャネルを示しており、Ｒｅｎｅ１４２Ｃ（登録商標）の第１のコーティング層５４が基材１１０の表面法線５２に対して約４５度の角度αで堆積されている。図６は、基材１１０の表面法線５２に対して約４５度の角度βで堆積されたＲｅｎｅ１４２Ｃ（登録商標）の追加の第２のコーティング層５６を備える、図５の４つの例の冷却チャネルを示している。より詳細な構成では、第２の層５６がさらに１つまたは複数の透過性のスロット１４４を画定し、したがって、第１の層５４および第２の層５６は個別の溝１３２の各々を完全には架橋しない。図５に示されるように、コーティング１５０は付着されて一定の厚さを形成するので、通常、隙間（透過性のスロット）１４４は不規則な幾何形状を有し、隙間１４４の幅は変化する。最初に、コーティング５４の第１の部分が基材１１０に付着されるときに、隙間１４４の幅はマイクロチャネル１３０の頂部１３６の幅の５０％程度もあってもよい。次いで、コーティング１５０が形成されるときに、隙間１４４は頂部１３６の幅の５％以下まで狭くすることができる。詳細な例では、最も狭い箇所の隙間１４４の幅は、それぞれのマイクロチャネル頂部１３６の幅の５％から２０％である。さらに、透過性のスロット１４４は多孔性であってもよく、この場合、「多孔性」の隙間１４４はいくつかの接続部、すなわち、隙間を有さないいくつかの箇所または場所を有する。好都合には、隙間１４４は、コーティング１５０の応力を除去することができる。

【0028】

第１のコーティング５４内の隙間１４４によって応力を除去することを実現することは重要であるが、しかし、第１のコーティング層５４内に得られる隙間１４４は元々の開口部１３６よりずっと小さい。したがって、第２のコーティング層５６内の隙間の必要性は低い。したがって、明確に示されてはいないが、特定の構成では、第１のコーティング層５４内の透過性のスロット１４４および連続した（隙間のない）第２のコーティング層５６が存在する。この特定の構成は、第１のコーティング層５４内に形成された透過性のスロット１４４の上を完全に被覆することを目的として、例えば、第２のコーティング層５６が堆積される際に基材１１０を１つまたは複数の軸を中心に回転させることにより、あるいは、ほかには、基材１１０に対してほぼ垂直にまたはより概略的には基材１１０の表面法線５２に対して約＋／−２０度の範囲内の角度βで第２のコーティング層５６を堆積させることにより、実現することができる。この特定の構成（すなわち、連続した第２のコーティング層５６を備える、第１のコーティング層５４内の隙間１４４）を作るための別の技法は、空気プラズマ溶射コーティングなどの別のタイプの第２のコーティングを付着させることである。さらに、より厚い第２のコーティング層５６を付着させることでも、最終的に隙間１４４は閉鎖される。より概略的には、透過性のスロット１４４は、これらのスロットを架橋する層が後で堆積されるように、１つまたは複数のコーティング層５０内に形成されてもよく、それにより、スロット１４４が効果的に密閉される。したがって、透過性のスロット１４４は、それらの特定の機能に応じて、（１）すべてのコーティング層を通って、または、（２）すべてのコーティングではなく一部のコーティングのみを通って、のいずれかで延在してもよい。好都合には、透過性のスロット１４４は、構造上のコーティング（複数可）のために応力／ひずみを除去するように機能する。さらに、透過性のスロット１４４は、すべてのコーティングを通って延在する場合には冷却手段として機能することができ、すなわち、このような構成の場合、透過性のスロット１４４は、それぞれのチャネル１３０から構成部品の外部表面まで冷却剤流体を運ぶように構成される。さらに、透過性のスロット１４４は、上側のコーティングによって架橋されている場合に、これらのコーティングが損傷していたり破砕していたりする場合には受動的な冷却手段として機能する。

【0029】

図７に示される例の構成では、溝１３２の各々が底面１３４および頂部１３６を有し、底面１３４は頂部１３６より広くなっており、したがって、溝１３２の各々は窪み形の形状１３２を有する。詳細な構成では、それぞれ１つの窪み形状の溝１３２の底面１３４はそれぞれの溝１３２の頂部１３６の少なくとも２倍の幅を有する。より詳細な構成では、それぞれの窪み形状の溝１３２の底面１３４は、それぞれの溝１３２の頂部１３６の少なくとも３倍の幅、さらに詳細な構成では約３〜４倍の範囲内にある幅を有する。好都合には、上述したように、角度をつけてコーティングを堆積させることは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれ、ＧＥ整理番号２４６４２４−１に該当し、本願の譲受人に譲渡された、同時に出願された、Ｒｏｎａｌｄ Ｓ． Ｂｕｎｋｅｒらの米国特許出願「Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ ｓｈａｐｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」に提示される窪み形の溝１３２との組合せで使用することができる。好都合には、有意な堆積角度でコーティングを付着させることにより、コーティング１５０は、充填することなくまたは部分的に充填することなく窪み形の溝１３２の上を架橋することができる。さらに、窪み形の溝は、頂部１３６の幅が等しい単純な形状の溝（すなわち、幅がほぼ等しい頂部１３６および底面を有する溝）に対して冷却作用を向上させる。

【0030】

コーティング１５０は様々な技法を用いて堆積されてもよい。詳細なプロセスでは、コーティング１５０は、イオンプラズマ蒸着を行うことによって基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上に堆積される。例のカソードアークイオンプラズマ蒸着（ｃａｔｈｏｄｉｃ ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｓｍａ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の装置および方法が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された、Ｗｅａｖｅｒらの米国公開特許出願第２００８０１３８５２９号「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｃａｔｈｏｄｉｃ ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｓｍａ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」に提示されている。簡単に言うと、イオンプラズマ蒸着は、コーティング材料で形成されるカソードを真空チャンバ内の真空環境内に配置すること、基材１１０をこの真空環境内に用意すること、カソード表面上にカソードアークを形成してカソード表面からコーティング材料を浸食または蒸発させるために、カソードに電流を印加すること、および、カソードからのコーティング材料を基材の表面１１２上に堆積させることを含む。

【0031】

１つの非限定の例では、イオンプラズマ蒸着プロセスはプラズマ蒸着プロセスを含む。コーティング１５０の非限定の例には、米国特許第５，６２６，４６２号を参照して後でより詳細に考察するように、構造上のコーティング、ボンドコーティング、耐酸化性のコーティング、および、遮熱コーティングが含まれる。特定の熱ガス経路構成部品１００では、コーティング１５０はニッケルベースまたはコバルトベースの合金を含み、より詳細には、超合金またはＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金を含む。例えば、基材１１０の第１の材料が、γ相およびγ’相の両方を含むＮｉベースの超合金である場合、米国特許第５，６２６，４６２号を参照して後でより詳細に考察するように、コーティング１５０はこれらと同じ材料を含んでよい。

【0032】

別のプロセス構成では、コーティング１５０は、溶射プロセスおよびコールドスプレープロセスのうちの少なくとも１つを実行することにより、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上に堆積される。簡単に言うと、コールドスプレーは非溶射プロセスであり、金属粉が不活性ガス噴射により加速される。金属粒子は、基材に衝突すると、塑性変形して基材の表面に固着される。例えば、溶射プロセスには燃焼溶射（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｐｒａｙｉｎｇ）またはプラズマ溶射が含まれてもよく、燃焼溶射には高速フレーム溶射（ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｘｙｇｅｎ ｆｕｅｌ ｓｐｒａｙｉｎｇ（ＨＶＯＦ））または高速空気燃料溶射（ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｉｒ ｆｕｅｌ ｓｐｒａｙｉｎｇ（ＨＶＡＦ））が含まれてもよく、プラズマ溶射には大気（空気または不活性ガスなど）プラズマ溶射または低圧プラズマ溶射（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｌａｓｍａ ｓｐｒａｙ（ＬＰＰＳ）、真空プラズマ溶射すなわちＶＰＳ（ｖａｃｕｕｍ ｐｌａｓｍａ ｓｐｒａｙ）としても知られる）が含まれてもよい。１つの非限定の例では、ＮｉＣｒＡｌＹコーティングがＨＶＯＦまたはＨＶＡＦによって堆積される。コーティング１５０の１つまたは複数の層を堆積させるための別の例の技法には、限定しないが、スパッタリング、電子ビーム物理蒸着、無電解めっき、および、電気めっきが含まれる。

【0033】

特定の構成では、コーティングシステム１５０を形成するために複数の堆積技法が採用されることが望ましい。例えば、第１の層５４はイオンプラズマ蒸着を用いて堆積され、第２の層５６および任意選択の追加の層（図示せず）は、燃焼溶射プロセス（例えば、ＨＶＯＦまたはＨＶＡＦ）などの別の技法またはＬＰＰＳなどのプラズマ溶射プロセスを用いて堆積されてもよい。使用される材料に応じて、コーティング層５０のための異なる堆積技法を用いることが、ひずみ耐性および／または延在にとって利益になる可能性がある。

【0034】

より概略的には、米国特許第５，６２６，４６２号で考察されるように、コーティング１５０を形成するのに使用される第２の材料は任意の適当な材料を含む。冷却式タービンの構成部品１００の場合、第２の材料は約１１５０℃に耐えることができなければならず、ＴＢＣでは約１３２０℃に達することもある。コーティング１５０は、基材１１０のエーロフォイル形状の外側表面１１２に接着されることに適合性を有し、それに適応されなければならない。この接着は、コーティング１５０が基材１１０上に堆積されるときに形成されてもよい。接着作用は、堆積が行われる際に、堆積方法、堆積中の基材１００の温度、堆積表面が堆積源（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）に対して偏向されているか否か、および、別のパラメータ、を含めた多くのパラメータの影響を受ける可能性がある。接着作用はまた、その後の熱処理または別の処理の影響を受ける可能性もある。さらに、堆積が行われる前の基材１１０の表面性状、化学的性質および清浄度が、冶金学的な接着作用が起こる程度に影響する場合がある。コーティング１５０と基材１１０との間に強力な冶金学的接着を形成することに加えて、本明細書で説明するように、この接着が、経時的にまた高温において、相変化および相互拡散に対して安定した状態を維持することが望ましい。適合することにより、これらの要素間の接着が熱力学的に安定し、それにより、接着の強度および延性が、Ｎｉベース合金のエーロフォイル支持壁４０およびエーロフォイルスキン４２の場合には１，１５０℃程度の高温にさらされる場合でも、また、Ｎｂベースの合金などのより高温の高温材料が使用される場合には１，３００℃程度のさらに高温にさらされる場合でも、相互拡散または別のプロセスによって経時的に（例えば、最大で３年）大幅に劣化しないことが好ましい。

【0035】

米国特許第５，６２６，４６２号で考察されるように、基材１１０の第１の材料が、γ相およびγ’相の両方を含むＮｉベースの超合金またはＮｉＡｌの金属間化合物合金である場合、コーティング１５０用の第２の材料はこれらと同じ材料を含んでよい。コーティング１５０および基材１１０の材料のこのような組合せは、運転環境の最大温度が現行のエンジンの最大温度（例えば、１６５０℃未満）と同等であるような場合の用途において好適である。基材１１０の第１の材料がＮｂベースの合金である場合、コーティング１５０用の第２の材料も、同じＮｂベースの合金を含めた、Ｎｂベースの合金を含んでよい。

【0036】

米国特許第５，６２６，４６２号で考察されるように、金属合金のコーティング１５０を使用することが望ましくないような温度、環境、または別の制約が課されるような用途などの、別の用途では、コーティング１５０は、金属合金のみの特性より優れた特性を有する、金属間化合物（Ｉ_S）／金属合金（Ｍ）相の複合材および金属間化合物（Ｉ_S）／金属間化合物（Ｉ_M）相の複合材の一般的な形態の複合材などの、材料を含むことが好ましい。金属合金Ｍは、エーロフォイル支持壁４０に使用されるものと同じ合金であってもよく、または、エーロフォイルの要件に応じて別の材料であってもよい。これらの複合材は、一般的に言えば、両方の材料の利点を有するコーティング１５０を作るために、比較的多い延性相ＭまたはＩ_Mと比較的少ない延性相Ｉ_Sとを組み合わせるという点で、類似している。さらに、好結果の複合材を得るためには、これら２つの材料は適合性を有さなければならない。複合材に関連して本明細書で使用される場合、適合性という用語は、それらの材料が、それらの相の所望される初期分布を形成することできなければならず、さらに、複合材の強度、延性、靭性、および別の重要な特性が大幅に損なわれるような冶金反応を起こすことなく、１，１５０℃以上の使用温度において上述したように長時間その分布を維持することができなければならないことを意味する。このような適合性は相安定性という用語で表現されてもよい。すなわち、複合材の分離相は運転時にある温度で（ａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）長時間にわたって安定性を有しなければならず、それにより、これらの相が分離して互いに異質である状態を維持し、それらの別個の独自性および特性が維持され、相互拡散により単一の相または複数の異なる相になることがない。適合性は、Ｉ_S／Ｍ複合材またはＩ_S／Ｉ_M複合材の層の間の相間境界面（ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の形状安定性で表現されてもよい。不安定性は、いずれかの層の持続性を阻害するコンボリューション（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）によって明らかとなる場合がある。また、所与のコーティング１５０内で、複数のＩ_S／ＭまたはＩ_S／Ｉ_M複合材が使用されてもよく、このような複合材は２つの材料または２つの相の組合せに限定されないことに留意されたい。このような組合せを使用することは単に例示的なものであり、包括的なものではなく、すなわち、可能性のある組合せを限定しない。したがって、Ｍ／Ｉ_M／Ｉ_S、Ｍ／Ｉ_S1／Ｉ_S2（Ｉ_S1およびＩ_S2は異なる材料）および多くの別の組合せが可能である。

【0037】

米国特許第５，６２６，４６２号で考察されるように、基材１１０が、γ相およびγ’相の両方の混合物を含むＮｉベースの超合金を含む場合、Ｉ_Sには、Ｎｉ₃［Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ］、ＮｉＡｌ、Ｃｒ₃Ｓｉ、［Ｃｒ、Ｍｏ］_XＳｉ、［Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ］Ｃ、Ｃｒ₃Ｃ₂およびＣｒ₇Ｃ₃の金属間化合物および中間相が含まれてもよく、Ｍには、γ相およびγ’相の両方の混合物を含むＮｉベースの超合金が含まれてもよい。γ相およびγ’相の両方の混合物を含むＮｉベースの超合金では、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ、ＨｆおよびＺｒの様々な組合せと共に、元素Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、ＣおよびＢはほとんど常に合金成分として存在する。したがって、説明する例示のＩ_S材料の成分は、第１の材料として（基材１１０を形成するのに）使用することができ、したがって本明細書で説明する相および相互拡散の安定性（ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を実現するように適合され得るＮｉベースの超合金で通常見られる１つまたは複数の材料に一致する。第１の材料（基材１１０）がＮｉＡｌの金属間化合物合金を含む場合の追加の例として、Ｉ_Sには、Ｎｉ₃［Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ］、ＮｉＡｌ、Ｃｒ₃Ｓｉ、［Ｃｒ、Ｍｏ］_XＳｉ、［Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ］Ｃ、Ｃｒ₃Ｃ₂およびＣｒ₇Ｃ₃の金属間化合物および中間相が含まれてもよく、Ｉ_Mには、Ｎｉ₃Ａｌの金属間化合物合金が含まれてもよい。ＮｉＡｌの金属間化合物合金でもやはり、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ、ＨｆおよびＺｒの様々な組合せと共に、元素Ｃｏ、Ｃｒ、ＣおよびＢのうちの１つまたは複数が合金成分としてほぼ常に存在する。したがって、説明する例示のＩ_S材料の成分は、第１の材料として使用することができ、したがって本明細書で説明する相および相互拡散の安定性を実現するように適合され得るＮｉＡｌ合金で通常見られる１つまたは複数の材料に一致する。

【0038】

米国特許第５，６２６，４６２号で考察されるように、基材１１０が、少なくとも１つの二次相を含むＮｂベースの合金を含めた、Ｎｂベースの合金を含む場合、Ｉ_Sには、Ｎｂを含有する金属間化合物、Ｎｂを含有するカーバイド、または、Ｎｂを含有するホウ化物が含まれてもよく、ＭにはＮｂベースの合金が含まれてもよい。このようなＩ_S／Ｍ複合材は、Ｔｉを含むＮｂベースの合金のＭ相を含むことが好ましく、この場合、合金の、Ｎｂに対するＴｉの原子比（Ｔｉ／Ｎｂ）が０．２〜１の範囲であり、Ｉ_S相には、Ｎｂベースのケイ化物、Ｃｒ₂［Ｎｂ、Ｔｉ、Ｈｆ］、および、Ｎｂベースのアルミナイドから構成される群が含まれ、Ｎｂ、ＴｉおよびＨｆの中でもとりわけＮｂが、原子ベースでＣｒ₂［Ｎｂ、Ｔｉ、Ｈｆ］の主成分となる。これらの化合物はすべて共通の成分としてＮｂを有し、したがって、米国特許第５，６２６，４６２号に記載される相および相互拡散の安定性を実現するのに適合され得る。

【0039】

付着時のコーティングは、コーティングを堆積させる際に犠牲充填材を使用することなくかつ溝の内部に堆積されるコーティング材料の量を最小にして溝１３２の開いた隙間１３６を架橋するための、十分な粒度、強度および付着力（接着作用）を有する。しかし、通常、例えば図１０に示されるように、コーティング材料の一部はやはり外側表面のわずかに下方の開口部内に充填されてしまう。この架橋の効果は、小さいサイズの開いた溝の上に堆積されるプラズマ蒸着（ＰＶＤ）のＴＢＣコーティングと共に上に記載されている。好都合には、溶射コーティングと共に、本発明の角度をつける堆積技法を使用することで、大きな隙間１３６サイズを架橋する能力を伴う非常に大きな粒子凝集が得られる。

【0040】

ここで図３および４を参照すると、特定の構成では、コーティング１５０はそれぞれの溝１３２を完全に架橋し、したがって、コーティング１５０はそれぞれのマイクロチャネル１３０を密閉する。より詳細には、図４および７に示される例の配置構成では、第１のコーティング層５４および第２のコーティング層５６がそれぞれの溝１３２を完全に架橋する。別の構成では、例えば図５および６で示されるように、コーティング１５０は１つまたは複数の透過性のスロット１４４を画定し、したがって、コーティング１５０は個別の溝１３２の各々を完全には架橋しない。この多孔性の構成により、コーティング１５０のために応力を除去することが可能となる。

【0041】

好都合には、コーティング１５０を角度α、βで堆積させることで、コーティング１５０を基材１１０に付着させるのに犠牲充填材（図示せず）を使用する必要がなくなる。これにより、充填プロセスおよびより困難な除去プロセスが必要なくなる。さらに、例えば約１０〜１２ミルの範囲の幅の開口部１３６を有するような、狭い開口部１３６（頂部）を有する窪み形状の溝の上に角度をつけてコーティングを堆積させることで、犠牲充填材を使用することなく開口部１３６をコーティング１５０によって架橋することができ、それにより、従来のチャネル形成技法での主要な処理ステップのうちの２つ（充填および浸出）が排除される。

【0042】

コーティング１５０に加えて、溝１３２（すなわち、コーティング１５０の第１の（内側の）層が特に耐酸化性ではない場合の、マイクロチャネル１３０）の内部表面を、その耐酸化性および／または高温耐食性を向上させるようにさらに修正することができる。耐酸化性のコーティング（明確には示されない）を溝１３２の（すなわち、マイクロチャネル１３０の）内部表面に付着させるための適切な技法には、気相クロミジング（ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ ｃｈｒｏｍｉｄｉｎｇ）またはスラリクロミジング（ｓｌｕｒｒｙ ｃｈｒｏｍｉｄｉｎｇ）、気相アルミナイジングまたはスラリアルミナイジング、あるいは、蒸発、スパッタリング、イオンプラズマ蒸着、溶射および／またはコールドスプレーを介したオーバーレイ堆積（ｏｖｅｒｌａｙ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が含まれる。例の耐酸化性オーバーレイコーティングには、ＭＣｒＡｌＹの一群（Ｍ＝｛Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ｝）内の材料さらにはＮｉＡｌＸの一群（Ｘ＝｛Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｐｄ｝）から選択される材料が含まれる。

【0043】

しかし、特定のプロセス構成では、充填材が使用されてもよく、その後で浸出プロセスが用いられてもよい。これらのプロセス構成では、この方法は、コーティング１５０を堆積させる前に充填材（図示せず）で溝１３２を充填することをさらに含む。例えば、充填材は、金属スラリ（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｓｌｕｒｒｙ）の「インク」（図示せず）で構成部品１００を浸漬被覆または溶射被覆するスラリによって付着することができ、それにより溝１３２が充填される。別の構成では、充填材はマイクロペンまたは注入器を使用して塗布することができる。特定の実施態様では、溝１３２は充填材材料によって過充填されてもよい。余分な充填材は、例えば拭き取られることによって除去することができ、それにより溝１３２が「見える」ようになる。充填材用の非限定の例の材料には、ＵＶ硬化樹脂、セラミック、有機溶剤のキャリアを有する銅またはモリブデンのインク、ならびに、ウォーターベース（ｗａｔｅｒ ｂａｓｅ）およびキャリアを有する黒鉛粉末が含まれる。より概略的には、充填材は、任意選択のバインダを備えるキャリア内に懸濁される対象の粒子を含むことができる。さらに、採用される充填材のタイプに応じて、充填材はアクセス孔１４０内に流れ込んでも流れ込まなくてもよい。例の充填材材料（すなわち、チャネル充填手段または犠牲材料）は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、本願の譲受人に譲渡された米国特許第５，６４０，７６７号および本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，３２１，４４９号で考察されている。このプロセス構成の場合、この方法は、コーティング１５０を堆積させた後に溝１３２から充填材を除去することをさらに含む。例えば、充填材は、化学浸出プロセスを用いてマイクロチャネル１３０から浸出され得る。米国特許第５，６４０，７６７号で考察されるように、充填材（すなわち、チャネル充填手段）は、例えば、融解／抽出、高温分解またはエッチングによって除去されてもよい。同様に、米国特許第６，３２１，４４９号で考察されている充填材材料（犠牲材料）は、水、アルコール、アセトン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたは硝酸内で溶解されることによって除去することができる。

【0044】

図２〜１０を参照して構成部品１００を説明する。例えば図２に示されるように、構成部品１００は、外側表面１１２および内側表面１１６を備える基材１１０を有する。例えば図２に示されるように、内側表面１１６は少なくとも１つの中空の内部空間１１４を画定する。例えば図２〜４、７および８に示されるように、外側表面１１２は１つまたは複数の溝１３２を画定する。示される実施例では、基材１１０は複数の溝を画定する。例えば図７〜９に示されるように、溝１３２は各々が基材１１０の表面１１２に少なくとも部分的に沿って延在し、また、底面１３４を有する。溝１３２の内部の側壁上にコーティングがいくらかでも堆積される可能性を軽減するために、頂部におけるチャネル開口部の幅は望ましくは０．０１０インチ（０．２５ミリメートル）から０．０２インチ（０．５１ミリメートル）の範囲内にある。

【0045】

例えば図３、４および７に示されるように、アクセス孔１４０が、溝１３２と中空の内部空間（複数可）１１４との間を流体連通させるために、溝１３２のそれぞれの底面１３４を通って延在する。アクセス孔１４０は通常断面が円形または楕円形であり、例えば、レーザ切削（レーザ穿孔）、研磨液噴射（ａｂｒａｓｉｖｅ ｌｉｑｕｉｄ ｊｅｔ），放電加工（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ（ＥＤＭ））、および、電子ビーム穿孔のうちの１つまたは複数を用いて形成されてもよい。アクセス孔１４０は、それぞれの溝１３２の底面１３４に対して垂直であってもよく（図３、４および７に示されるように）、また、より概略的には、溝の底面１３４に対して２０度〜９０度の範囲内にある角度で穿孔されてもよい。

【0046】

例えば図３、４および７に示されるように、構成部品１００は、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上に堆積されるコーティング１５０をさらに含み、コーティング１５０は１つまたは複数の層５０を有する。上で考察したように、溝１３２およびコーティング１５０は一体に、構成部品１００を冷却するための複数のチャネル１３０を画定する。例のコーティングは上で提示されている。例の構成では、コーティング１５０には、構造上のコーティング、ボンドコーティング、耐酸化性のコーティング、および、遮熱コーティングのうちの少なくとも１つが含まれる。

【0047】

図５および６に示される例の配置構成では、コーティング層５０のうちの少なくとも１つが１つまたは複数の透過性のスロット１４４を画定しており、したがって、それぞれの層５０は個別の溝１３２の各々を完全には架橋していない。上で考察したように、特定の配置構成では、透過性のスロット１４４はすべてのコーティング層を通って延在し、チャネル１３０から構成部品の外部表面まで冷却剤を運ぶ。別の構成では、透過性のスロット１４４は、これらのスロットを架橋する層が後で堆積されるように、１つまたは複数のコーティング層５０内に形成されてもよく、それにより、スロット１４４が効果的に密閉される。上で述べたように、透過性のスロット１４４は、コーティング１５０のために応力を除去することができる。さらに、これらの図では隙間１４４の１つ例の断面が示されているが、別の配置構成では、この多孔度（および、それに伴い断面）はマイクロチャネルの長手方向に沿って変化することに留意されたい。

【0048】

詳細な構成では、隙間１４４は、冷却流をコーティング（複数可）１５０を通して構成部品１００の外部表面まで送るのに使用される。例えば、構造上のコーティングのみが付着されている場合には、チャネルの長さ全体に沿って冷却流が有益に抽気され、ある種の吹出し冷却が生じる。さらに、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）の遮熱コーティング（ＴＢＣ）のみが付着されている場合には、ＴＢＣの柱状特性により、やはり冷却流を隙間１４４を通して抽気することが可能となる。透過性のスロット１４４を通る冷却流は、航空機産業用のタービンエーロフォイルを冷却するのに特に有益である。

【0049】

図５に示される例の構成では、透過性のスロット１４４の各々が基材１１０の表面法線５２に対して角度γで傾斜しており、角度γは、基材１１０の表面法線５２に対して約２５度〜７０度の範囲内にある。スロットの傾斜角度γは、以下の方程式を用いて堆積角度αに関連付けられ得る。

【0050】

ｔａｎα＝２ｔａｎγ （式１）
より詳細な構成では、角度γは、基材１１０の表面法線５２に対して約３０〜５５度の範囲内にある。図５および６に示される構成が、通常、被覆プロセスの間動かない構成部品のみに対して得られることに留意されたい。さらに、湾曲した構成部品では、角度γは、構成部品の局部の曲率の結果としてチャネル１３０の長手方向に沿って変化してもよい。また、湾曲した構成部品では、角度γは、構成部品の局部の曲率に基づいて異なるチャネルごとに変化してもよい。

【0051】

図６に示される例の構成では、透過性のスロット１４４の傾斜角度はコーティング１５０の厚さ方向を通して変化する。図６に示されるように、第２のコーティング層５６内のスロット１４４の傾斜角度γ’（基材１１０の表面法線５２に対する）は、第１のコーティング層５４内のスロット１４４の傾斜角度γ（表面法線５２に対する）とは異なる。スロットの傾斜角度γ’は以下の方程式を用いて堆積角度βに関連付けられ得る。

【0052】

ｔａｎβ＝２ｔａｎγ’ （式２）
別の構成では、透過性のスロット１４４は基材１１０に対してほぼ垂直に方向付けられる。この構成は、通常、コーティングが堆積される際に基材１１０が１つまたは複数の軸を中心に回転される場合に得られる。本明細書で使用される場合、「ほぼ」という語は、局部の表面法線の＋／−１５度を意味することを理解されたい。

【0053】

図５および６に示される例の構成では、第１の層５４は１つまたは複数の透過性のスロット１４４を画定することができ、したがって、第１の層５４は個別の溝１３２の各々を完全には架橋しない。さらに、図６に示される例の配置構成では、第２の層５６がさらに１つまたは複数の透過性のスロット１４４を画定しており、したがって、第１の層５４および第２の層５６は個別の溝１３２の各々を完全には架橋しない。

【0054】

上で考察したように、チャネル１３０は直線の壁を有して示されているが、チャネル１３０は任意の構成であってもよく、例えば、これらは直線であっても湾曲していてもよく、または複数の湾曲部などを有してもよい。図７および１０に示される例の構成では、溝は窪み形状である。すなわち、図７および１０の配置構成では、各々の溝１３２の底面１３４がそれぞれの溝１３２の頂部１３６より広く、したがって溝１３２の各々が窪み形状の溝１３２となっている。より詳細には、それぞれの窪み形状の溝１３２の底面１３４は、それぞれの溝１３２の頂部１３６の少なくとも２倍の幅を有し、さらに詳細には約３倍〜４倍の範囲内にある幅を有する。詳細な構成では、それぞれ１つの窪み形状の溝１３２の壁１３８は、例えば図１０に示されるように、表面法線に対して約１０度〜８０度の範囲内にある角度φで方向付けられる。より詳細には、それぞれ１つの窪み形状の溝１３２の壁１３８は、表面法線に対して約１０度〜４５度の範囲内にある角度φで方向付けられる。

【0055】

上で述べたように、例えば約１０〜１２ミルの範囲内にある幅を有する開口部１３６を有するような、狭い開口部１３６（頂部）を有する窪み形状の溝の上に角度をつけてコーティングを堆積させることで、犠牲充填材を使用することなく開口部１３６をコーティング１５０によって架橋することができ、それにより、従来のチャネル形成技法での主要な処理ステップのうちの２つ（充填および浸出）が排除される。さらに、底面１３４が広くなるとチャネル１３０の冷却作用が向上する。

【0056】

構成部品１００を製造する方法を図２〜１０を参照して説明する。図３、４および７を参照して上で考察したように、この方法は、基材１１０の表面１１２内に１つまたは複数の溝１３２を形成することを含む。示される実施例では、複数の溝１３２が基材の表面１１２内に形成されている。例えば図２に示されるように、基材１１０は少なくとも１つの中空の内部空間１１４を有する。基材１１０は、通常、基材１１０の表面１１２に溝１３２が形成される前に注型される。例の基材材料は上に提示されている。図７〜９を参照して上で考察したように、溝１３２は各々が基材１１０の表面１１２に少なくとも部分的に沿って延在し、また、底面１３４を有する。

【0057】

この製造方法は、複数のアクセス孔１４０を形成することをさらに含む。より詳細には、１つまたは複数のアクセス孔１４０が溝１３２ごとに設けられる。示される実施例では、１つの溝１３２ごとに１つのアクセス孔１４０が設けられている。例えば図３、４および７に示されるように、アクセス孔１４０は各々が、溝１３２と中空の内部空間１１４との間に流体連通を形成するために、それぞれ１つの溝１３２の底面１３４を通るように形成される。例のアクセス孔の幾何形状および形成方法は上に提示されている。

【0058】

例えば図３に示されるように、この製造方法は、コーティング１５０を、基材１１０の表面１１２の少なくとも一部分の上において、空いている（充填されていない）溝１３２の上に直接に堆積させることをさらに含む。上で述べたように、「空いている」は、溝１３２が空であること、すなわち、溝１３２が犠牲充填材で充填されていないことを意味する。例のコーティングは上に提示されている。例の構成では、コーティング１５０には、構造上のコーティング、ボンドコーティング、耐酸化性のコーティング、および、遮熱コーティングのうちの少なくとも１つが含まれる。例えば図３、４および７に示されるように、コーティング１５０はそれぞれの溝１３２を完全に架橋することができ、その場合、コーティング１５０はそれぞれのチャネル１３０を密閉する。別の構成では、例えば図５および６に示されるように、コーティング１５０は１つまたは複数の透過性のスロット１４４を画定し、したがって、コーティング１５０は個別の溝１３２の各々を完全には架橋しない。

【0059】

詳細な構成では、この方法は、コーティング１５０が堆積される際に少なくとも１つの軸を中心に基材１１０を回転させることをさらに含み、この場合、コーティング１５０は連続的に変化する角度で堆積される。本明細書で使用される場合、「連続的に変化する」という言葉は、時間的に連続的に変化することとして理解されたい。基材は、単一軸の回転固定具または多軸の（遊星の）回転固定具などの、回転固定具（図示せず）の上に装着されてもよい。したがって、タービンブレードなどの、曲率が変化する複雑な部品の場合、コーティングが堆積されるときの表面法線に対する角度は時間的に連続的に変化し、それにより、得られる透過性のスロット１４４は基材の表面に対してほぼ垂直になる（すなわち、局部の表面法線の＋／−１５度の範囲内にある）。

【0060】

図７に示される例の構成では、溝の底面１３４は溝の頂部１３６より広くなっており、したがって、溝１３２の各々は窪み形状の溝１３２を有する。窪み形状の溝１３２は、研磨液噴射、プランジタイプの電解加工（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ（ＥＣＭ））、回転する電極棒を用いる放電加工（ＥＤＭ）（ミリングＥＤＭ）、および、レーザ切削（レーザ穿孔）のうちの１つまたは複数を使用して形成することができる。窪み形状の溝１３２を基材１１０内に形成する技法はＢｕｎｋｅｒらにより提示されている。Ｂｕｎｋｅｒらの図３〜５に示されているように、例えば、窪み形状の溝１３２は、研磨液噴射が最初に通過するときに基材１１０の表面１１２に対して外側に角度をつけて研磨液噴射（図示せず）を方向付けて、次いで次に通過するときにその外側の角度と実質的に反対の角度にして、適宜追加的に通過させることにより、形成されてもよく、研磨液噴射は、外側の角度および実質的に反対の角度の間の１つまたは複数の角度で溝１３２の底面１３４の方に向けられ、それにより、材料が溝１３２の底面１３４から除去される。噴射１６０のための別の工具経路構成が使用されてもよい。例えば、噴射１６０は半径に沿うように振られてもよく（図５）、また、ジグザグの工具経路に従ってチャネルの長手方向に沿って移動されてもよい。このようにして、比較的狭い溝開口部１３６（溝の頂部）を形成することができる。噴射１６０を振る際に、開口部１３６が確実に狭くなるように噴射１６０の枢動点を制御するために、多軸の数値制御される（ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ （ＮＣ））工具経路機能が使用されてもよい。チャネルの深さは、噴流圧力が設定されている場合の、振るときの速度、さらには、チャネルに沿った噴射の移動速度によって決定される。

【0061】

上で考察したように、コーティング１５０を角度α、βで堆積させることにより、コーティング１５０を基材１１０に付着させるために犠牲充填材（図示せず）を使用する必要がなくなる。これにより、充填プロセスおよびより困難な除去プロセスが必要なくなる。さらに、コーティング１５０を角度α、βで堆積させることは、構成部品の表面上の冷却チャネルの内部が部分的に被覆されるのを防止するのに役立つ。

【0062】

本明細書では本発明の特定の特徴のみを示して説明してきたが、当業者であれば多くの修正形態および変更形態を思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨の範囲内にあるこのようなすべての修正形態および変更形態を包含することを意図することを理解されたい。

【符号の説明】

【0063】

１０ ガスタービンシステム
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ シャフト
２０ 燃料ノズル
５０ コーティング層（複数可）
５２ 基材の表面法線
５４ 第１のコーティング層
５６ 第２のコーティング層
８０ 熱ガス流
１００ 熱ガス経路構成部品
１１０ 基材
１１２ 基材の外側表面
１１４ 中空の内部空間
１１６ 基材の内側表面
１３０ チャネル
１３２ 溝（複数可）
１３４ 溝の底面
１３６ 溝の頂部（開口部）
１３８ 溝の壁
１４０ アクセス孔（複数可）
１４２ フィルム冷却孔（複数可）
１４４ コーティング内の透過性のスロット（複数可）
１５０ コーティング（複数可）

【図10】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】