特許 6896385 アブレイダブルコーティングの施工方法

(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】6896385

(24)【登録日】2021年6月11日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】アブレイダブルコーティングの施工方法

(51)【国際特許分類】

   B05D 1/38 20060101AFI20210621BHJP

   B05D 3/02 20060101ALI20210621BHJP

   B05D 7/24 20060101ALI20210621BHJP

   B05D 3/10 20060101ALI20210621BHJP

【ＦＩ】

   B05D1/38

   B05D3/02 Z

   B05D7/24 303B

   B05D3/10 N

   B05D7/24 301G

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-157802(P2016-157802)

(22)【出願日】2016年8月10日

(65)【公開番号】特開2018-23939(P2018-23939A)

(43)【公開日】2018年2月15日

【審査請求日】2019年5月9日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的イノベーション創造プログラム（ＳＩＰ） 革新的構造材料「酸化物系軽量耐熱部材の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】514275772

【氏名又は名称】三菱重工航空エンジン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗村 隆之

(72)【発明者】

【氏名】松本 峰明

(72)【発明者】

【氏名】花田 忠之

(72)【発明者】

【氏名】田麥 あづさ

【審査官】 塩屋 雅弘

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２４０６５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１６／０７７２５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２３４７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５１２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６２１７８１６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特表２０１７−５０９８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０７−５０２９３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ３２Ｂ １／００−４３／００

Ｂ０５Ｄ １／００−７／２６

Ｃ２３Ｃ ４／００−６／００

Ｆ１６Ｊ１５／３４−１５／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミック粒子と溶媒とを含むスラリーを用いて、基材の表面上にスラリー層を形成するスラリー層形成工程と、
前記基材の表面上に形成された前記スラリー層の一部を焼結して、アブレイダブルコーティング層の一部となる焼結層を形成する焼成工程と、
前記スラリー層形成工程と前記焼成工程とを複数回繰り返し行って複数の焼結層が積層された前記アブレイダブルコーティング層を、前記基材の表面上に形成した後、不要な前記スラリーを除去するスラリー除去工程と、を備え、
２回目以降のスラリー層形成工程は、焼結層と焼結されていないスラリー層とが配置されている面上にスラリー層を形成し、
前記セラミック粒子は、粒径が大きい粗粒粒子と、前記粗粒粒子に比して粒径が小さい微粒粒子と、を含み、
前記基材の表面に接して形成される前記スラリー層を第１スラリー層とし、
前記第１スラリー層に接して形成される前記スラリー層を第２スラリー層とすると、
前記第１スラリー層に用いられる前記スラリーは、前記第２スラリー層に用いられる前記スラリーに比して、前記粗粒粒子の割合が少なく、前記微粒粒子の割合が多いことを特徴とするアブレイダブルコーティングの施工方法。

【請求項2】

前記基材の表面に接して形成される前記スラリー層を第１スラリー層とし、
前記第１スラリー層に接して形成される前記スラリー層を第２スラリー層とすると、
前記第１スラリー層の厚さは、前記第２スラリー層に比して薄く形成されることを特徴とする請求項１に記載のアブレイダブルコーティングの施工方法。

【請求項3】

前記焼成工程では、レーザーを前記スラリー層に照射して、前記スラリー層を焼結することを特徴とする請求項１または２に記載のアブレイダブルコーティングの施工方法。

【請求項4】

前記基材の表面に接して形成される前記スラリー層を第１スラリー層とし、
前記第１スラリー層を焼結する前記焼成工程を第１焼成工程とすると、
前記レーザーの焦点位置は、前記アブレイダブルコーティング層の表面となるように設定され、
前記第１焼成工程では、前記レーザーの前記焦点位置が前記第１スラリー層の表面から離れたオフフォーカスの状態で、前記レーザーを前記第１スラリー層に照射して、前記第１スラリー層を焼結することを特徴とする請求項３に記載のアブレイダブルコーティングの施工方法。

【請求項5】

前記スラリー除去工程では、前記溶媒を用いて、前記スラリーを除去することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアブレイダブルコーティングの施工方法。

【請求項6】

前記スラリーは、気孔形成材をさらに含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアブレイダブルコーティングの施工方法。

【請求項7】

前記気孔形成材は、炭素系材料及び高分子系材料の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項６に記載のアブレイダブルコーティングの施工方法。

【請求項8】

前記スラリー除去工程後、前記基材に形成された前記アブレイダブルコーティング層を検査する検査工程を、さらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のアブレイダブルコーティングの施工方法。

【請求項9】

前記基材は、表面に多孔質のセラミック層が形成され、
前記スラリー層形成工程では、前記スラリーを用いて、前記セラミック層に前記スラリー層を形成することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のアブレイダブルコーティングの施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シュラウド等の基材の表面に形成されるアブレイダブルコーティングの施工方法及びシュラウドに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、基材に形成されるコーティングとして、基材の表面に形成されるボンドコートと、ボンドコート上に形成されるセラミック層と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このセラミック層は、マスクを用いて、基材上にプラズマ溶射を行うことで所定のパターンが形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００５／０００３１７２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１では、所定のパターンとなるスリットが形成されたマスクを用いることから、プラズマ溶射を行うことによって、マスクのスリットが閉塞する（目詰まりする）可能性がある。この場合、マスクの取り替え頻度が高くなることから、施工効率の向上を図ることが困難である。

【0005】

そこで、本発明は、快削性の高いアブレイダブルコーティングの施工の効率化を図ることができるアブレイダブルコーティングの施工方法及びシュラウドを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のアブレイダブルコーティングの施工方法は、セラミック粒子と溶媒とを含むスラリーを用いて、基材の表面上にスラリー層を形成するスラリー層形成工程と、前記基材の表面上に形成された前記スラリー層を焼結して、アブレイダブルコーティング層の一部となる焼結層を形成する焼成工程と、前記スラリー層形成工程と前記焼成工程とを複数回繰り返し行って複数の焼結層が積層された前記アブレイダブルコーティング層を、前記基材の表面上に形成した後、不要な前記スラリーを除去するスラリー除去工程と、を備えることを特徴とする。

【0007】

この構成によれば、基材上にスラリー層を形成した後、スラリー層を適宜焼結して焼結層を形成し、これを繰り返して焼結層を積層することで、基材の表面上にアブレイダブルコーティング層を形成することができる。このとき、基材の表面が、曲面、凹面、または凸面であっても、スラリーを用いることで、基材の表面に対して均一な層となるスラリー層を形成することができる。このため、従来のように、マスク等を用いる必要がなく、簡易な工程で快削性の高いアブレイダブルコーティング層を形成できることから、アブレイダブルコーティングの施工の効率化を図ることができる。なお、焼成工程では、例えば、レーザー、バーナ、マイクロプラズマ等を用いて、スラリー層を焼結している。

【0008】

また、前記セラミック粒子は、粒径が大きい粗粒粒子と、前記粗粒粒子に比して粒径が小さい微粒粒子と、を含み、前記基材の表面に接して形成される前記スラリー層を第１スラリー層とし、前記第１スラリー層に接して形成される前記スラリー層を第２スラリー層とすると、前記第１スラリー層に用いられる前記スラリーは、前記第２スラリー層に用いられる前記スラリーに比して、前記粗粒粒子の割合が少ないことが、好ましい。

【0009】

この構成によれば、第１スラリー層において、粗粒粒子の割合が少なく、微粒粒子の割合が多いスラリーを用いることで、第１スラリー層を焼結した後の焼結層は、基材に対して密着性の高いものとすることができる。これは、基材の表面と焼結層との境界に、微粒粒子が入り込んで焼結されるからである。また、第２スラリー層において、粗粒粒子の割合が多く、微粒粒子の割合が少ないスラリーを用いることで、第２スラリー層を焼結した後の焼結層は、快削性の高いものとすることができる。これは、焼結層が粗粒粒子を多く含むことから、粗粒粒子同士の間に多くの空間が形成されるからである。

【0010】

また、前記基材の表面に接して形成される前記スラリー層を第１スラリー層とし、前記第１スラリー層に接して形成される前記スラリー層を第２スラリー層とすると、前記第１スラリー層の厚さは、前記第２スラリー層に比して薄く形成されることが、好ましい。

【0011】

この構成によれば、第１スラリー層を薄くできることから、焼成工程における第１スラリー層の厚さ方向における加熱を適切に行うことができ、焼結層を好適に形成することができる。また、第１スラリー層を焼結した焼結層（第１焼結層）を薄くでき、第２スラリー層を焼結した焼結層（第２焼結層）を厚くできることから、アブレイダブルコーティング層の厚さ方向において、快削性の高い第２焼結層の厚さを厚くでき、快削性の向上をより図ることができる。

【0012】

また、前記焼成工程では、レーザーを前記スラリー層に照射して、前記スラリー層を焼結することが、好ましい。

【0013】

この構成によれば、レーザーを用いることで、精度のよい形状となる焼結層を形成することができる。

【0014】

また、前記基材の表面に接して形成される前記スラリー層を第１スラリー層とし、前記第１スラリー層を焼結する前記焼成工程を第１焼成工程とすると、前記レーザーの焦点位置は、前記アブレイダブルコーティング層の表面となるように設定され、前記第１焼成工程では、前記レーザーの前記焦点位置が前記第１スラリー層の表面から離れたオフフォーカスの状態で、前記レーザーを前記第１スラリー層に照射して、前記第１スラリー層を焼結することが、好ましい。

【0015】

この構成によれば、レーザーの焦点位置をアブレイダブルコーティング層の表面に設定した状態とすることで、レーザーの焦点位置が第１スラリー層の表面から離れたオフフォーカスの状態となる。そして、この状態でレーザーを第１スラリー層に照射することで、第１スラリー層の広域にレーザーを照射することができるため、少ないパス数で、焼結層を形成することができる。また、レーザーの焦点位置を移動させる必要がないため、焼成工程の効率化を図ることができる。

【0016】

また、前記スラリー除去工程では、前記溶媒を用いて、前記スラリーを除去することが、好ましい。

【0017】

この構成によれば、溶媒により除去されたスラリーは、セラミック粒子を適宜加えたり、乾燥させたりすることで、スラリー層形成工程において使用可能なスラリーとして再利用することができる。

【0018】

また、前記スラリーは、気孔形成材をさらに含むことが、好ましい。

【0019】

また、前記気孔形成材は、炭素系材料及び高分子系材料の少なくとも一方を含むことが、好ましい。

【0020】

この構成によれば、スラリー層の焼結時において、気孔形成材が酸化または揮発することで、アブレイタブルコーティング層に多数の気孔を形成できるため、快削性をより向上させることができる。

【0021】

また、前記スラリー除去工程後、前記基材に形成された前記アブレイダブルコーティング層を検査する検査工程を、さらに備えることが、好ましい。

【0022】

この構成によれば、アブレイダブルコーティング層が適切に形成されているか否かを検査することができる。

【0023】

また、前記基材は、表面に多孔質のセラミック層が形成され、前記スラリー層形成工程では、前記スラリーを用いて、前記セラミック層に前記スラリー層を形成することが、好ましい。

【0024】

この構成によれば、セラミック層とアブレイダブルコーティング層との結合を強固なものとすることができる。すなわち、セラミック層は、多孔質となっていることから、スラリーに含まれる溶媒が、セラミック層の気孔に入り込むことで、セラミック層との界面にセラミック粒子が凝集され、この状態で焼成されることで、セラミック層とアブレイダブルコーティング層とが強固に結合する。

【0025】

本発明のシュラウドは、動翼と対向する基材の表面にアブレイダブルコーティング層が形成されるシュラウドにおいて、前記アブレイダブルコーティング層は、積層される複数の焼結層を有し、粒径が大きい粗粒粒子と、前記粗粒粒子に比して粒径が小さい微粒粒子と、を含むセラミック粒子が焼結された複数の前記焼結層は、前記基材の表面に形成される前記焼結層である第１焼結層と、前記第１焼結層に接して形成される前記焼結層である第２焼結層と含み、前記第１焼結層に含まれる前記粗粒粒子の割合は、前記第２焼結層に含まれる前記粗粒粒子の割合に比して少ないことを特徴とする。

【0026】

この構成によれば、第１焼結層において、粗粒粒子の割合が少なく、微粒粒子の割合が多くなることで、第１焼結層は、基材に対して密着性の高いものとすることができる。これは、基材の表面と第１焼結層との境界に、微粒粒子が入り込んで焼結されるからである。また、第２焼結層において、粗粒粒子の割合が多く、微粒粒子の割合が少なくなることで、第２焼結層は、快削性の高いものとすることができる。これは、焼結層が粗粒粒子を多く含むことから、粗粒粒子同士の間に多くの空間（気孔）が形成されるからである。

【0027】

本発明の他のシュラウドは、動翼と対向する基材の表面にアブレイダブルコーティング層が形成されるシュラウドにおいて、前記アブレイダブルコーティング層は、積層される複数の焼結層を有し、複数の前記焼結層は、前記基材の表面に形成される前記焼結層である第１焼結層と、前記第１焼結層に接して形成される前記焼結層である第２焼結層とを含み、前記第１焼結層の厚さは、前記第２焼結層に比して薄くなっていることを特徴とする。

【0028】

この構成によれば、第１焼結層を薄くでき、第２焼結層を厚くできることから、アブレイダブルコーティング層の厚さ方向において、快削性の高い第２焼結層の厚さを厚くでき、快削性の向上をより図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】図１は、実施形態１に係る施工方法によりアブレイダブルコーティングが施工されるシュラウドの概略構成図である。

【図2】図２は、実施形態１に係るアブレイダブルコーティングの施工方法に関する説明図である。

【図3】図３は、実施形態１に係るアブレイダブルコーティングの施工方法に関するフローチャートである。

【図4】図４は、粗粒比率に応じて変化する収縮率を示すグラフである。

【図5】図５は、粗粒比率に応じて変化する相対密度を示すグラフである。

【図6】図６は、実施形態２に係るアブレイダブルコーティングの施工方法に関する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

【0031】

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る施工方法によりアブレイダブルコーティングが施工されるシュラウドの概略構成図である。図２は、実施形態１に係るアブレイダブルコーティングの施工方法に関する説明図である。図３は、実施形態１に係るアブレイダブルコーティングの施工方法に関するフローチャートである。図４は、粗粒比率に応じて変化する収縮率を示すグラフである。図５は、粗粒比率に応じて変化する相対密度を示すグラフである。

【0032】

実施形態１に係るアブレイダブルコーティングの施工方法は、施工対象物として、例えば、ガスタービン発電機またはガスタービンエンジン等のガスタービンに設けられるシュラウドに適用される。先ず、アブレイダブルコーティングの施工方法に先立ち、シュラウド１０について簡単に説明する。

【0033】

シュラウド１０は、回転軸に対して周方向に所定の間隔を空けて設けられる複数の動翼１１の径方向外側を取り囲むように設けられるケーシングである。このシュラウド１０の内部には、例えば、燃焼ガス等の高温の作動流体が流通しており、この作動流体によって複数の動翼１１が回転軸を中心に回転する。つまり、シュラウド１０は、静止部材である一方で、複数の動翼１１は、回転軸を中心に回転する回転部材となっている。そして、回転軸の径方向において、シュラウド１０と各動翼１１との間には、クリアランス１５が形成されている。

【0034】

シュラウド１０は、シュラウド本体（基材）２０と、遮熱コーティング層（セラミック層）２１と、アブレイダブルコーティング層２２とを備えている。シュラウド本体２０は、例えば、Ｎｉ基超合金等の耐熱金属材料を用いて形成されており、その内部には、冷却流路２５が形成されている。冷却流路２５は、シュラウド１０の内部を通過する高温の作動流体によって加熱されたシュラウド本体２０を冷却すべく、その内部に冷却空気等の冷却媒体が流通している。

【0035】

遮熱コーティング層（ＴＢＣ：Thermal Barrier Coating）２１は、シュラウド本体２０の表面、すなわち、シュラウド本体２０の動翼１１と対向する面に形成されている。遮熱コーティング層２１は、高温の作動流体からシュラウド本体２０への入熱を抑制すべく、多孔質のセラミック層となっている。

【0036】

遮熱コーティング層２１は、酸化物系のセラミック材料である、ジルコニア系のセラミック材料が用いられており、本実施形態では、ＺｒＯ_２が用いられている。遮熱コーティング層２１は、その気孔率が、例えば、５％から１５％の範囲となっており、本実施形態では、１０％となっている。この遮熱コーティング層２１は、例えば、セラミック溶射（ＡＰＳ：Atmospheric Plasma Spraying）によって、均一な厚みの層として、シュラウド本体２０の表面に一様に形成される。

【0037】

アブレイダブルコーティング層２２は、遮熱コーティング層２１の表面に形成されている。アブレイダブルコーティング層２２は、シュラウド１０と各動翼１１との間に形成されるクリアランス１５から、作動流体が漏出することを抑制するためのシール材であり、各動翼１１によって快削される。アブレイダブルコーティング層２２は、遮熱コーティング層２１から突出するフィン形状となっており、遮熱コーティング層２１上において所定のパターンが形成されている。パターンとしては、例えば、波形状となるフィンであるが、この形状に限定されず、作動流体のリークを抑制する形状であれば、いずれの形状であってもよい。

【0038】

アブレイダブルコーティング層２２は、遮熱コーティング層２１と同じ種類となるセラミック材料が用いられており、例えば、ジルコニア系のセラミック材料が用いられ、本実施形態では、ＺｒＯ_２が用いられている。アブレイダブルコーティング層２２は、複数の焼結層３５が積層されることで形成されている。各焼結層３５は、その気孔率が、例えば、１０％から４０％の範囲となっており、本実施形態では、２０％となっている。このアブレイダブルコーティング層２２は、後述するアブレイダブルコーティングの施工方法によって、遮熱コーティング層２１の表面に形成される。

【0039】

実施形態１では、複数の焼結層３５は、２層となっており、遮熱コーティング層２１の表面に接して形成される焼結層３５である第１焼結層３５ａと、第１焼結層３５ａに接して形成される焼結層３５である第２焼結層３５ｂとを有している（図２参照）。なお、実施形態１では、２層の焼結層３５によりアブレイダブルコーティング層２２が構成されているが、層数は、特に限定されず、２層以上の焼結層３５で構成されていてもよい。

【0040】

次に、図２及び図３を参照して、アブレイダブルコーティングの施工方法について説明する。本実施形態の施工方法では、遮熱コーティング層２１が施工されたシュラウド本体２０を、基材３０として適用しており、遮熱コーティング層２１の表面に、アブレイダブルコーティング層２２を形成している。なお、本実施形態では、基材３０として、遮熱コーティング層２１を施工したシュラウド本体２０に適用したが、この構成に限定されず、基材３０として、多孔質のセラミック材を適用してもよい。

【0041】

また、実施形態１のアブレイダブルコーティングの施工方法では、２層の焼結層３５を積層して、アブレイダブルコーティング層２２を形成する場合について説明する。

【0042】

先ず、実施形態１の施工方法では、基材３０を所定の位置に設置する（ステップＳ１：基材設置工程）。基材設置工程Ｓ１では、シュラウド本体２０が下方側となり、遮熱コーティング層２１が上方側となるように、基材３０が設置される。

【0043】

続いて、スラリーを用いて、遮熱コーティング層２１（基材３０）の表面上にスラリー層３１を形成する（ステップＳ２：スラリー層形成工程）。スラリー層形成工程Ｓ２は、積層する焼結層３５の層数分だけ繰り返される。スラリー層形成工程Ｓ２では、基材３０の表面に倣ってスラリー層３１が形成され、例えば、スクリーン印刷等によって基材３０の表面上にスラリーが塗布されることで、スラリー層３１が形成される。このため、スラリー層形成工程Ｓ２では、基材３０の表面が曲面であっても、均一な厚さとなるスラリー層３１を形成している。

【0044】

実施形態１において、スラリー層形成工程Ｓ２は、２層の焼結層３５に応じて２回行われている。具体的に、スラリー層形成工程Ｓ２は、最初（１回目）のスラリー層形成工程Ｓ２である第１スラリー層形成工程Ｓ２ａと、最後（２回目）のスラリー層形成工程Ｓ２である第２スラリー層形成工程Ｓ２ｂとが行われる。第１スラリー層形成工程Ｓ２ａでは、基材３０の表面に接するスラリー層３１である第１スラリー層３１ａを形成している。この第１スラリー層３１ａは、後述する焼成工程において一部が焼結されることで、第１焼結層３５ａとなる。また、第２スラリー層形成工程Ｓ２ｂでは、第１スラリー層３１ａに接するスラリー層３１である第２スラリー層３１ｂを形成している。この第２スラリー層３１ｂは、後述する焼成工程において一部が焼結されることで、第２焼結層３５ｂとなる。

【0045】

ここで、スラリー層形成工程Ｓ２において使用されるスラリーについて説明する。スラリーは、セラミック粒子と、溶媒と、バインダーと、分散剤とを含んで構成されている。

【0046】

セラミック粒子は、粗粒粒子と微粒粒子とを含んでおり、実施形態１では、いずれの粒子もジルコニア系（例えば、ＺｒＯ_２）のセラミック粒子が用いられている。粗粒粒子の体積をＶ１とし、微粒粒子の体積をＶ２とすると、粗粒粒子と微粒粒子との体積比は、５０／５０≦Ｖ１／Ｖ２≦９０／１０の範囲となっている。また、粗粒粒子は、平均粒径が、１μｍ以上１０μｍ以下となっており、実施形態１では、３．４μｍのものが用いられている。微粒粒子は、平均粒径が、０．０１μｍ以上１μｍ以下となっており、本実施形態では、０．１μｍのものが用いられている。

【0047】

溶媒は、例えば、蒸留水等の水が用いられており、スラリーにおけるセラミック粒子の体積濃度が、２０〜６０ｖｏｌ％となるように混合される。本実施形態では、溶媒として、アルコール等の他の溶媒に比して、揮発し難い水を用いることで、スラリーの粘度等の経時的な変化を抑制している。

【0048】

バインダーは、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ：Polyvinyl Alcohol）が用いられ、セラミック粒子の質量に対して、１〜１０ｗｔ％となるように混合される。また、分散剤は、例えば、ポリカルボン酸アンモニウム塩が用いられ、セラミック粒子の質量に対して、０．１〜０．５ｗｔ％となるように混合される。

【0049】

このスラリーは、第１スラリー層形成工程Ｓ２ａ及び第２スラリー層形成工程Ｓ２ｂにおいて、粗粒粒子及び微粒粒子の割合が異なっている。具体的に、第１スラリー層形成工程Ｓ２ａにおいて使用されるスラリーは、第２スラリー層形成工程Ｓ２ｂにおいて使用されるスラリーに比して、粗粒粒子の割合が少なく、微粒粒子の割合が多くなっている。これは、基材３０の表面に対する第１焼結層３５ａの密着性を高めるためである。一方で、第２スラリー層形成工程Ｓ２ｂにおいて使用されるスラリーは、第１スラリー層形成工程Ｓ２ａにおいて使用されるスラリーに比して、粗粒粒子の割合が多く、微粒粒子の割合が少なくなっている。これは、動翼１１による第２焼結層３５ｂの快削性を高めるためである。

【0050】

ここで、図４及び図５を参照して、粗粒比率に応じて変化するスラリーの収縮率及び相対密度の変化について説明する。図４は、その横軸が粗粒比率となっており、その縦軸が収縮率となっている。図４の白抜きの四角（□）のラインＬ１は、スラリーの焼結温度が１２００℃のときのスラリーの収縮率を示すラインであり、図４の白抜きの三角（△）のラインＬ２は、スラリーの焼結温度が１３００℃のときのスラリーの収縮率を示すラインである。図５は、その横軸が粗粒比率となっており、その縦軸が相対密度となっている。粗粒比率は、粗粒粒子及び微粒粒子に対する粗粒粒子の割合である。相対密度は、セラミック粒子の粒子充填率である。図５の白抜きの四角（□）のラインＬ３は、スラリーの焼結温度が１２００℃のときのスラリーの相対密度を示すラインであり、図５の白抜きの三角（△）のラインＬ４は、スラリーの焼結温度が１３００℃のときのスラリーの相対密度を示すラインであり、図５の白抜きの丸（○）のラインＬ５は、スラリーの焼結前の相対密度を示すラインである。

【0051】

スラリーの収縮率は、５％以上となると、基材３０の表面または隣接する焼結層３５からのはく離が発生し易いものとなる。図４に示すように、スラリーは、その粗粒比率が４０％以上で、１３００℃で焼結するときの収縮率が５％未満となっている。また、スラリーは、粗粒比率が５０％〜８０％の間において、最小となる収縮率を含む範囲となっている。

【0052】

また、図５に示すように、スラリーは、焼結前の粗粒比率が５０％〜８０％の間において、最大となる相対密度を含む範囲となっている。また、スラリーは、粗粒比率が８０％よりも大きくなると、相対密度が減少する。

【0053】

図４及び図５に基づき、実施形態１において、第１スラリー層形成工程Ｓ２ａ及び第２スラリー層形成工程Ｓ２ｂで使用されるスラリーは、いずれも粗粒比率が５０％以上となるものが適用される。そして、第１スラリー層形成工程Ｓ２ａで使用されるスラリーは、粗粒比率が５０％程度のものが適用され、第２スラリー層形成工程Ｓ２ｂで使用されるスラリーは、７０％〜８０％のものが適用される。

【0054】

再び、図２及び図３を参照し、上記のスラリーを用いて、スラリー層形成工程Ｓ２において、基材３０の表面上にスラリー層３１が形成されると、スラリー層３１を焼結して、アブレイダブルコーティング層２２の一部となる焼結層３５を形成する（ステップＳ３：焼成工程）。焼成工程Ｓ３では、レーザーＬｅをスラリー層３１に照射して、スラリー層３１を焼結している。レーザーＬｅを用いて、スラリー層３１を焼結する場合、図示しない移動機構によりレーザーＬｅを複数パスで走査させることで、所定の形状となる焼結層３５を形成する。

【0055】

実施形態１において、焼成工程Ｓ３は、スラリー層形成工程Ｓ２と同様に、２層の焼結層３５に応じて２回行われている。具体的に、焼成工程Ｓ３は、最初（１回目）の焼成工程Ｓ３である第１焼成工程Ｓ３ａと、最後（２回目）の焼成工程Ｓ３である第２焼成工程Ｓ３ｂとが行われる。第１焼成工程Ｓ３ａでは、第１スラリー層形成工程Ｓ２ａにおいて形成された第１スラリー層３１ａに対して、レーザーＬｅを照射し、第１スラリー層３１ａを焼結することで、第１焼結層３５ａを形成する。また、第２焼成工程Ｓ３ｂでは、第２スラリー層形成工程Ｓ２ｂにおいて形成された第２スラリー層３１ｂに対して、レーザーＬｅを照射し、第２スラリー層３１ｂを焼結することで、第２焼結層３５ｂを形成する。

【0056】

焼結層３５が形成されると、焼結層３５がアブレイダブルコーティング層２２を構成する所定の層数（実施形態１では、２層）に達したか否かを判定する（ステップＳ４）。すなわち、ステップＳ４では、アブレイダブルコーティング層２２の形成が完了したか否かを判定する。アブレイダブルコーティング層２２の形成が完了していないと判定された場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、再び、スラリー層形成工程Ｓ２に移行し、この後、焼成工程Ｓ３を行う。そして、所定の層数に達するまで、スラリー層形成工程Ｓ２及び焼成工程Ｓ３を繰り返し行う。

【0057】

なお、第２焼結層３５ｂは、積層方向に直交する直交面内における幅（図２の左右方向）が、第１焼結層３５ａの幅に比して狭くなるように形成される。また、上記した焼成工程Ｓ３では、基材３０に対して位置決め用の基準点を設定し、この基準点に基づいて、レーザーＬｅの移動を制御することで、第１焼結層３５ａと第２焼結層３５ｂとを積層方向に重ね合わせて形成している。

【0058】

アブレイダブルコーティング層２２の形成が完了したと判定された場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、基材３０上の不要なスラリーを、スラリーに含まれる溶媒（例えば、水）を用いて除去する（ステップＳ５：スラリー除去工程）。つまり、スラリー除去工程Ｓ５では、アブレイダブルコーティング層２２が形成された基材３０を水洗することで、焼結されなかったスラリーを除去する。

【0059】

スラリーの除去後、アブレイダブルコーティング層２２が形成された基材３０を乾燥させる（ステップＳ６：乾燥工程）。乾燥工程Ｓ６では、自然乾燥または加熱乾燥により、基材３０に付着した溶媒を揮発させる。

【0060】

基材３０の乾燥後、基材３０上に形成されたアブレイダブルコーティング層２２を検査する（ステップＳ７：検査工程）。検査工程Ｓ７では、アブレイダブルコーティング層２２のフィン形状が所定の形状となっているか否かを、目視または画像処理等によって判定する。なお、検査工程Ｓ７は、焼成工程Ｓ３の後に行ってもよい。

【0061】

以上のように、実施形態１によれば、基材３０上にスラリー層３１を形成した後、スラリー層３１を適宜焼結して焼結層３５を形成し、これを繰り返して焼結層３５を積層することで、基材３０の表面上にアブレイダブルコーティング層２２を形成することができる。このとき、基材３０の表面が、曲面、凹面、または凸面であっても、スラリーを用いることで、基材３０の表面に対して均一な層となるスラリー層３１を形成することができる。以上のように、簡易な工程で快削性の高いアブレイダブルコーティング層２２を形成できることから、アブレイダブルコーティングの施工の効率化を図ることができる。

【0062】

また、実施形態１によれば、第１スラリー層３１ａにおいて、粗粒粒子の割合が少なく、微粒粒子の割合が多いスラリーを用いることで、第１スラリー層３１ａを焼結した後の第１焼結層３５ａを、基材３０に対して密着性の高いものとすることができる。また、第２スラリー層３１ｂにおいて、粗粒粒子の割合が多く、微粒粒子の割合が少ないスラリーを用いることで、第２スラリー層３１ｂを焼結した後の第２焼結層３５ｂを、快削性の高いものとすることができる。

【0063】

また、実施形態１によれば、レーザーＬｅを用いることで、精度のよい焼結層３５を形成することができ、これに伴って、精度のよいフィン形状となるアブレイダブルコーティング層２２を形成することができる。

【0064】

また、実施形態１によれば、溶媒を用いて、基材３０上の不要なスラリーを除去することができる。このため、溶媒により除去されたスラリーに対して、セラミック粒子を適宜加えたり、乾燥させたりすることで、スラリー層形成工程Ｓ２において使用可能なスラリーとして再利用することが可能となる。

【0065】

また、実施形態１によれば、乾燥工程Ｓ６後、検査工程Ｓ７を行うことで、基材３０に形成されたアブレイダブルコーティング層２２が適切に形成されているか否かを判定することができる。

【0066】

また、実施形態１によれば、遮熱コーティング層２１とアブレイダブルコーティング層２２との結合を強固なものとすることができる。すなわち、遮熱コーティング層２１は、多孔質となっていることから、スラリーに含まれる溶媒が、遮熱コーティング層２１の気孔に入り込むことで、遮熱コーティング層２１との界面にセラミック粒子が凝集され、この状態で焼成されることで、遮熱コーティング層２１とアブレイダブルコーティング層２２とを強固に結合することができる。

【0067】

なお、実施形態１において、焼成工程Ｓ３では、レーザーＬｅを用いたが、バーナまたはマイクロプラズマ等のフレームによって、スラリー層３１を焼結してもよい。

【0068】

また、実施形態１に係るアブレイダブルコーティングの施工方法では、アブレイダブルコーティング層２２の快削性をより向上させるために、アブレイダブルコーティング層２２に気孔を形成することがより好ましい。そこで、実施形態１で使用されるスラリーに、気孔形成材を含ませてもよい。つまり、スラリー層３１の焼結時に、気孔形成材が酸化または揮発することで、アブレイタブルコーティング層２２に多数の気孔を形成することができる。気孔形成材には、高分子系材料及び炭素系材料の少なくとも一方が含まれ、スラリー層３１の焼結時に気孔を形成させることが可能な材料であれば、他の材料を使用してもよい。

【0069】

また、実施形態１において、アブレイダブルコーティング層２２は、遮熱コーティング層２１と同じ種類となるセラミック材料であるジルコニア系のセラミック材料が用いられたが、遮熱コーティング層２１がＥＢＣコーティングである場合、希土類シリケート、ＢＳＡＳまたはアルミナ系のセラミック材料を用いてもよい。具体的に、スラリーに含まれるセラミック粒子のうち、粗粒粒子にムライト系のセラミック粒子が用いられ、微粒粒子にアルミナ系のセラミック粒子が用いられてもよい。

【0070】

［実施形態２］
次に、図６を参照して、実施形態２に係るアブレイダブルコーティングの施工方法について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図６は、実施形態２に係るアブレイダブルコーティングの施工方法に関する説明図である。

【0071】

実施形態２のアブレイダブルコーティングの施工方法は、実施形態１のスラリー層形成工程Ｓ２で形成されるスラリー層３１の積層方向における厚みが異なっている。また、実施形態２のアブレイダブルコーティングの施工方法は、実施形態１の焼成工程Ｓ３で照射されるレーザーＬｅの焦点位置Ｐが、アブレイダブルコーティング層２２の表面となっている。

【0072】

具体的に、実施形態２のスラリー層形成工程Ｓ２は、第１スラリー層形成工程Ｓ２ａにおいて形成される第１スラリー層３１ａの厚さが、第２スラリー層形成工程Ｓ２ｂにおいて形成される第２スラリー層３１ｂに比して薄く形成されている。つまり、複数のスラリー層３１を形成する場合（３層以上とする）であっても、少なくとも第１スラリー層３１ａの厚さが、第２スラリー層３１ｂに比して薄く形成されている。このため、第１スラリー層３１ａを焼結して形成される第１焼結層３５ａの厚さも、第２スラリー層３１ｂを焼結して形成される第２焼結層３５ｂの厚さに比して薄くなる。換言すれば、第２焼結層３５ｂの厚さは、第１焼結層３５ａの厚さに比して厚くなる。

【0073】

また、実施形態２の焼成工程Ｓ３では、レーザーＬｅの焦点位置Ｐが、アブレイダブルコーティング層２２の表面に、すなわち、フィン形状の突出方向（積層方向）の先端部に位置している。つまり、実施形態２において、第１焼成工程Ｓ３ａでは、レーザーＬｅの焦点位置Ｐが第１スラリー層３１ａの表面から離れたオフフォーカスの状態で、レーザーＬｅを第１スラリー層３１ａに照射して、第１スラリー層３１ａを焼結している。一方で、第２焼成工程Ｓ３ｂでは、レーザーＬｅの焦点位置Ｐが第２スラリー層３１ｂの表面に位置した状態で、レーザーＬｅを第２スラリー層３１ｂに照射して、第２スラリー層３１ｂを焼結している。

【0074】

以上のように、実施形態２によれば、第１スラリー層３１ａを薄くできることから、第１焼成工程Ｓ３ａにおける第１スラリー層３１ａの厚さ方向（積層方向）における加熱を適切に行うことができ、第１焼結層３５ａを好適に形成することができる。また、第１スラリー層３１ａを焼結した第１焼結層３５ａを薄くでき、第２スラリー層３１ｂを焼結した第２焼結層３５ｂを厚くできることから、アブレイダブルコーティング層２２の厚さ方向において、快削性の高い第２焼結層３５ｂの厚さを厚くでき、快削性の向上をより図ることができる。

【0075】

また、実施形態２によれば、レーザーＬｅの焦点位置Ｐをアブレイダブルコーティング層２２の表面に設定した状態とすることで、レーザーＬｅの焦点位置Ｐが第１スラリー層３１ａの表面から離れたオフフォーカスの状態となる。そして、この状態でレーザーＬｅを第１スラリー層３１ａに照射することで、第１スラリー層３１ａの広域にレーザーＬｅを照射することができるため、少ないパス数で、第１焼結層３５ａを形成することができる。また、レーザーＬｅの焦点位置Ｐを移動させる必要がないため、焼成工程Ｓ３の効率化を図ることができる。

【符号の説明】

【0076】

１０ シュラウド
１１ 動翼
１５ クリアランス
２０ シュラウド本体
２１ 遮熱コーティング層
２２ アブレイダブルコーティング層
２５ 冷却流路
３０ 基材
３１ スラリー層
３１ａ 第１スラリー層
３１ｂ 第２スラリー層
３５ 焼結層
３５ａ 第１焼結層
３５ｂ 第２焼結層
Ｌｅ レーザー
Ｐ 焦点位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】