特許 7060605 溶射粉末およびコーティング中の繊維多孔性形成充填剤、ならびにその製造方法および使用

(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】

(24)【登録日】2022-04-18

(45)【発行日】2022-04-26

(54)【発明の名称】溶射粉末およびコーティング中の繊維多孔性形成充填剤、ならびにその製造方法および使用

(51)【国際特許分類】

   C23C 4/067 20160101AFI20220419BHJP

   C23C 4/10 20160101ALI20220419BHJP

   F01D 5/28 20060101ALN20220419BHJP

   F01D 11/12 20060101ALN20220419BHJP

【ＦＩ】

C23C4/067

C23C4/10

F01D5/28

F01D11/12

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2019542505

(86)(22)【出願日】2018-02-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-03-19

(86)【国際出願番号】 US2018018373

(87)【国際公開番号】W WO2018152328

(87)【国際公開日】2018-08-23

【審査請求日】2021-01-29

(31)【優先権主張番号】62/460,350

(32)【優先日】2017-02-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515195347

【氏名又は名称】エリコン メテコ（ユーエス）インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ウィルソン、スコット

【審査官】瀧口 博史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２１３４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３２７１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３０５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８３２０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ ４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

材料組成物の少なくとも１つの焼結層を含むＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングであって、
前記焼結層は、金属およびセラミックの少なくとも１つを含み、かつ前記焼結層に多孔性を与えるように緩く充填された繊維凝集体を更に含む前記材料組成物が焼結された層であり、
前記焼結層は、前記焼結層の増大された多孔性を与える細孔を更に含み、前記焼結層の増大された多孔性を与えるこれらの細孔は、前記繊維凝集体の繊維の少なくとも一部によって以前に占められていた位置に配されている、
ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。

【請求項2】

前記繊維が、以下のうちの少なくとも１つの繊維を含む、請求項１に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング：
１００～３００μｍの平均長さ；
０．５～５００μｍの平均直径；
５０μｍの最小繊維長；および／または
３０００μｍの最大繊維長。

【請求項3】

前記繊維が以下のものである、請求項１に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング：
コーティングされた繊維；
金属コーティングを有する非金属繊維；
Ｎｉコーティングを施した炭素繊維；または
繊維の凝集体。

【請求項4】

前記繊維凝集体がバインダーで一緒に保持された繊維を含む、請求項１に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。

【請求項5】

バインダーが、以下のうちの１つである、請求項４に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング：
有機バインダー；
無機バインダー；
ＰＶＡ。

【請求項6】

前記金属が、以下のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング：
亜鉛；
モリブデン；
ニッケル；
鉄；および／または
コバルト。

【請求項7】

前記繊維凝集体が、繊維、金属成分、およびバインダーを含む、請求項１に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。

【請求項8】

バインダーが、以下のうちの１つである、請求項７に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング：
有機バインダー；
無機バインダー；
ＰＶＡ。

【請求項9】

前記金属が、以下のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング：
亜鉛；
モリブデン；
ニッケル；
鉄；および／または
コバルト。

【請求項10】

前記繊維凝集体が、繊維、腐食抑制材料、およびバインダーを含む、請求項１に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。

【請求項11】

前記腐食抑制材料が、以下のうちの少なくとも１つである、請求項１０に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング:
金属ホスファート；
金属クロマート；および／または
亜鉛ホスファート。

【請求項12】

前記繊維凝集体が、繊維、セラミック材料、およびバインダーを含む、請求項１に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。

【請求項13】

前記セラミック材料組成物が、以下のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング：
六方晶窒化ホウ素；
フッ化カルシウム；
酸化イットリウム；
酸化イッテルビウム；
アルバイト、および／または
イライトセラミック粘土。

【請求項14】

前記繊維凝集体が、繊維、および有機充填剤または有機バインダーのいずれかを含む、請求項１に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。

【請求項15】

前記繊維が、以下のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング：
炭素繊維；
高分子繊維；
ポリアラミド繊維；
天然繊維；
植物繊維もしくは織物繊維；
金属繊維もしくは金属合金繊維；および／または
セラミック繊維。

【請求項16】

前記繊維が、以下のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載のＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング：
１００～３００μｍの平均長さ；
０．５～５００μｍの平均直径；
５０μｍの最小繊維長；および／または
３０００μｍの最大繊維長。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の参照
本出願は、２０１７年２月１７日に出願された米国仮出願第６２／４６０，３５０号の利益を主張するＰＣＴ国際出願であり、その開示は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

発明の背景
１．発明の技術分野
本発明は、コーティングに多孔性（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）を提供するように構成された繊維充填剤の繊維（ｆｉｂｅｒｓ／ｆｉｂｒｅｓ）を含む、溶射（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｐｒａｙ：熱スプレー、サーマルスプレー）粉末およびそれを使用する溶射コーティングに関する。コーティングは、遮熱コーティング（ＴＢＣ）またはアブレイダブルコーティング（ａｂｒａｄａｂｌｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、例えばタービンエンジンで使用されるようなものであってよい。多孔性は、コーティングが適用された後にコーティングを熱処理にかけることにより生じ得る。

【0003】

２．背景情報の開示
垂直クラックを有するものを含めて、遮熱コーティングは周知である。垂直クラックを有する遮熱コーティングを開示している多くの公開文献および特許がある。しかしながら、このようなコーティングは、典型的には、密な微細構造を有する。例えば、Ｔａｙｌｏｒの米国特許第５，０７３，４３３号およびＴａｙｌｏｒらの米国特許第８，１９７，９５０号は、理論密度の８８％を超える５．４７ｇ／ｃｃ～５．５５ｇ／ｃｃの密度を有するセグメント化コーティングを開示している。これらの米国特許のそれぞれの開示は、参照によりその全体が本明細書に明示的に組み込まれる。

【0004】

アブレイダブルコーティング、アブレイダブルＴＢＣおよびそれに相当する構造もよく知られており、それぞれ、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる以下の文献に記載されている：ＳＴＲＯＣＫらの米国特許出願公開第２００９／００６０７４７号、ＥＲＩＣＫＳＯＮらの米国特許第４，０９４，６７３号、ＢＥＡＴＯＮの米国特許第４，８１８，６３０号、ＭＩＤＤＬＥＴＯＮの米国特許第３，９３６，６５６号、ＭＥＲＺらの米国特許第５，３２６，６４７号、ＬＩＵらの米国特許出願公開第２０１２／０２７６３５２号、ＣＯＦＦＩＮＢＥＲＲＹらの米国特許第５，８４９，４１６号、ＬＡＮＤＩＳの米国特許出願公開第２００６／０２５１５１５号、ＤＯＭＡＧＯＬＳＫＩらの米国特許出願公開第２０１１／０３１６１７９号、ならびに、ＪＰＨ０１１４７１１８（Ａ）、ＧＢ７９１５６８（Ａ）、ＣＮ１０５４８３５９７、ＪＰ２０１１１６７９９５（Ａ）、ＣＮ１０１５１８９６８、ＪＰＨ０２３９９３２（Ａ）、ＧＢ８２１６９０（Ａ）、ＣＮ１０５５６５８３５（Ａ）、ＣＮ１０５５２４５０３（Ａ）、ＺＡ２０１２０６２０５（Ｂ）、ＣＡ２７１７８２７（Ａ１）、ＣＮ１０１１９５９３７（Ａ）おおびＪＰＨ０１２３０４７５（Ａ）。

【0005】

アブレイダブルコーティングに使用されることが知られている機能性充填剤材料には、ポリエステルまたは液晶ポリエステル（ＬＣＰ）またはポリアミド粉末、六方晶窒化ホウ素、六方晶窒化ホウ素粉末およびグラファイト粉末と組み合わせたポリエステルが含まれる。高使用温度アブレイダブル用の多孔性形成剤も知られており、これにはポリエステル（ＬＣＰ）粉末が含まれ、典型的にはコーティング堆積（デポジション）後５００℃／３時間でのバーンアウト（燃焼完結）を必要とする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、これらの材料には欠点がある。アブレイダブル用の機能性充填剤材料の場合、このような材料に付随する欠点は、それらの軽量性であり、より高い密度を有する粉末とブレンドしたときにそれらが分離する傾向があり、それらを取り扱うことおよび所望のサイズ仕様までのサイズ分け（ふるい分け）を困難にする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

公知の充填剤または多孔性形成剤を、本発明に従って繊維で置き換えることが有利であろう。

【0008】

本発明に従って、繊維で１つ以上のコーティング層を形成することが有利であろう。

【0009】

かくして、本発明は、例えば、多孔性形成剤として繊維を含む粉末および／またはコーティングなど、本明細書で特許請求される粉末、コーティング、および／または方法のいずれか１つ以上に関する。このコーティングは、繊維によって形成された多孔性を有する、遮熱コーティング（ＴＢＣ）および／またはアブレイダブルコーティングとすることができる。

【0010】

本発明の非限定的な態様によれば、繊維は、例えば溶射プロセス中にコーティング微細構造に組み込まれるが、これは、堆積（デポジション）後に微細構造内に緩く充填された構造を形成することができる。繊維の「非効率的な充填」は、あるレベルの多孔性を微細構造に導入し、それによって、仕立てられたまたは所定のレベルの多孔性および気体または液体の透過性、仕立てられたまたは所定のレベルの破砕性（脆弱性）および結果として生じるコーティング微細構造のバルク硬度などの特性および機能を導入し、それにより、ターボ機械のブレード先端がアブレイダブルコーティングされたシュラウド（ｓｈｒｏｕｄ）に切り込む際に、ターボ機械のブレード先端に対して低エネルギー切断除去プロセスを補助し（摩耗性を改善し）、それによって、ブレード摩損を低減または防止する。

【0011】

本発明の非限定的な態様によれば、非繊維充填剤または多孔性形成剤を用いて多孔性を作り出す公知のコーティングに用いられるのと同じ多孔性役割を果たすことができる繊維の凝集体である繊維が用いられる。繊維を使用することの利点は、それらが様々な（変化する）サイズ、長さ、および材料であってよく、コーティングの多孔性または破砕性・脆性のレベルを調整するために組み合わせることができることである。加えて、または代替として、それらは、酸化、腐食、浸食、または焼結抵抗性の改善などの他の機能を提供することができる。繊維の凝集体は、有機または無機バインダー、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を用いる噴霧乾燥および機械的クラッディングのようないくつかの周知の方法によって製造することができる。さらに、繊維は、繊維＋金属＋バインダーの凝集体など、異なる機能を調整するために他の非繊維材料と一緒に凝集させることができ、ここで金属は、例えば、腐食抑制／耐性を改善する非常に微細な亜鉛、例えば、０．１０～２．００μｍ±０．０５μｍの範囲のサイズの粒子；腐食耐性および潤滑性を改善するためのモリブデン、または繊維凝集体の密度を調整するためのニッケル、鉄もしくはコバルトベースの合金の非常に微細な、例えば、０．１０～２．００μｍ±０．０５μｍの範囲のサイズの粒子；腐食耐性を改善するためのおよび／もしくは繊維凝集体の密度を調整するためのニッケルの非常に微細な、例えば０．１０～２．００μｍ±０．０５μｍの範囲のサイズの粒子である。

【0012】

繊維の凝集体は、腐食抑制を改善するために、繊維＋化合物＋バインダーの凝集体であってもよく、ここで化合物は、１種以上の金属ホスファート（リン酸塩）または金属クロマート（クロム酸塩）、例えば、亜鉛ホスファートである。

【0013】

繊維の凝集体はまた、繊維＋セラミック＋バインダーの凝集体であってよく、ここでセラミックは、酸化および潤滑性／破砕性（脆弱性）を改善するための微細な六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）および／もしくはフッ化カルシウム（ＣａＦ）、または酸化イットリウム（耐酸化性、密度）、または酸化イッテルビウム（耐酸化性、密度）、または、無機バインダーとしてＨａｊｍｒｌｅらのＣＡ２３５８６２４（Ｃ）または対応する米国特許第７，２６７，８８９号に記載されているような種々のアルバイトまたはイライトセラミッククレーである。

【0014】

繊維の凝集体はまた、繊維＋有機充填剤またはバインダーの凝集体であってよく、ここでバインダーは、溶射堆積プロセスの間、機械的に安定なままであるが、熱、例えば、２００～２５０℃に暴露されると分解する、ＰＶＡのような、１つまたは複数の低融点または低分解温度の有機バインダーである。その結果、凝集体中の繊維は、他のいずれかの機能成分と共に、互いに脱結合によってコーティング微細構造中に放出され、それによってコーティング微細構造中にその場の（ｉｎ－ｓｉｔｕ（インサイチュー）の）多孔性を生じる。

【0015】

本発明に従って使用することができる繊維または繊維状材料の非限定的な例としては、一般に粉砕された短繊維、典型的には直径１０マイクロメートル（μｍ）および長さ１５０～２００マイクロメートルとして供給されたもののような炭素繊維（ＰＡＮもしくはポリアクリロニトリルまたはアクリロニトリル前駆体）が挙げられる。それらはさらに細かいサイズに粉砕することができる。炭素繊維は、金属、例えばニッケルの薄層で被覆（クラッド）することもできる。典型的な繊維の長さは１５０マイクロメートル、典型的な繊維の直径は１０マイクロメートル±５マイクロメートル、最小繊維長は２０マイクロメートル、最大繊維長は３００マイクロメートルである。また、炭素繊維を粉砕し、最大１０マイクロメートルおよび最小０．５マイクロメートルで、典型的な直径が５マイクロメートルの角状粒子（粉末）形態にまで分解することもできる。

【0016】

本明細書で用いる「繊維」とは、非金属または非セラミック材料の細長い構造を意味し、その直径または断面形状は、長さ方向に沿って概して均一であり、その長さは、その直径の２倍以上である。直径（平均直径）の非限定的な例は、典型的にはマイクロメートルで測定される。非限定的な長さは、繊維径の４倍以上から繊維径の２０倍以上である。繊維は、有機材料でできていてもよく、コーティングされていてもいなくてもよく、概して中実、すなわち、非中空または非管状であってもよい。

【0017】

本明細書中で使用される場合、繊維の凝集体（単数または複数）は、典型的には、有機または無機の化学的バインダーで互いに凝集したままである５０～５００本の数の繊維を含む、繊維の凝集塊（ｃｌｕｍｐ（ｓ）：単数または複数）を意味する。各凝集塊のサイズ（平均直径）の非限定的な例は、５０～２００ミクロンである。凝集塊と粉末スプレー材料との間の相対的なサイズ差の非限定的な例は、１０～１００ミクロンであり得る。凝集塊と粉末スプレー材料との間の相対密度差の非限定的な例は、１．０～８．０ｇ／ｃｍ^３であり得る。

【0018】

本明細書で用いる「繊維／粉末の凝集体」（単数または複数）とは、典型的には、互いに凝集したままの１０～５００本の繊維および１０～１００の粉末粒子を含む繊維および粉末粒子の凝集塊（ｃｌｕｍｐ（ｓ）：単数または複数）を意味する。各凝集塊のサイズ（平均直径）の非限定的な例は、４０～２００ミクロンである。凝集塊と粉末スプレー材料との間の相対的なサイズ差の非限定的な例は、１０～１００ミクロンであり得る。凝集塊と粉末スプレー材料との間の相対密度差の非限定的な例は、１．０～８．０ｇ／ｃｍ^３であり得る。

【0019】

本発明に従って使用することができる繊維または繊維状材料の非限定的な例には、１９７９年７月１７日の米国特許第４，１６１，４７０号に記載されているように、６－ヒドロキシ－２－ナフチオン酸ならびにパラ－ヒドロキシ安息香酸（およびその変形）のポリエステルなどの溶融紡糸液晶ポリエステル（ＬＣＰ）によって形成された繊維状ポリマー材料が含まれる。この系統のポリエステル類は融点が高く、典型的には３００～３１０℃であるため、溶融紡糸工程中の粘度が高く、織物工業で使用される一般的な低融点ポリエステル類よりも繊維径が大きい。典型的な繊維の長さは１５０～３００マイクロメートルであり、典型的な繊維の直径は１５マイクロメートル±５マイクロメートルであり、最小繊維長は５０マイクロメートルであり、最大繊維長は４００マイクロメートルである。

【0020】

本発明に従って使用することができる繊維または繊維状材料の非限定的な例には、ポリアラミド繊維、例えば、ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）（Ｒ）も含まれる。

【0021】

本発明に従って使用することができる繊維または繊維状材料の非限定的な例には、竹および亜麻（フラックス）などの天然繊維も含まれる。その他には、麻、黄麻、ラミー、サイザル、綿、コイア、アバカ（マニラ麻）がある。典型的な繊維径が６～１２μｍ±５μｍである竹、典型的な繊維径が１２～２０μｍ±５μｍ、最小繊維長が１００μｍ、最大繊維長が３０００μｍである亜麻を用いることができる。天然繊維は、２０１３年７月３１日に発行された、Ｓｔａｎｉｓｌａｗ ＧｒｕｎｄａｓおよびＡｎｄｒｚｅｊ Ｓｔｅｐｎｉｅｗｓｋｉ編集のＡｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ａｇｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈと題された書籍（ＩＳＢＮ ９７８－９５３－５１－１１８４－９）、ならびに、Ｍ．Ｓｆｉｌｉｇｏｊ Ｓｍｏｌｅ， Ｓ．Ｈｒｉｂｅｒｎｉｋ， Ｋ．Ｓｔａｎａ ＫｌｅｉｎｓｃｈｅｋおよびＴ．ＫｒｅｚｅによるＰｌａｎｔ Ｆｉｂｅｒｓ ｆｏｒ Ｔｅｘｔｉｌｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（ＤＯＩ：１０．５７７２／５２３７２）で論じられている種類のものであってもよい。これらの供給源の全開示は、本明細書中に参考として明示的に援用される。

【0022】

本発明に従って使用することができる繊維または繊維状材料の非限定的な例としては、低炭素鋼またはステンレス鋼繊維などの金属または金属合金繊維、純鉄繊維、ニッケルまたは鉄合金繊維（例えばＨａｓｔｅｌｌｏｙ ＸまたはＦｅＣｒＡｌもしくはＦｅＣｒＡｌＹ組成物を含む）、銅繊維、真ちゅう繊維、例えば６５／３５真ちゅう繊維、クロム繊維も含まれる。典型的な繊維径は６～５００μｍであり、最小繊維長は６ｍｍ、最大繊維長は６０ｍｍである。

【0023】

本発明に従って使用することができる繊維または繊維状材料の非限定的な例としては、アルミン酸マグネシウムスピネル、イットリア、イッテルビウム、ランタンまたはジスプロシアで安定化されたジルコニア（およびこれらの安定化剤の組合せ）、二ケイ酸イッテルビア、フッ化カルシウム、アルミナおよびアルミナベースの組成物、二酸化チタンおよび酸化チタンベースの組成物、シリコン、ならびに、米国特許第７，４６２，３９３号明細書に記載された、典型的な繊維径が３～３０μｍ、最小繊維長が１０ｍｍ、最大繊維長が１００ｍｍのセラミック組成物などのセラミック繊維が挙げられる。

【0024】

繊維または繊維状材料と共に使用することができるマトリックス材料の非限定的な例としては、市販のアブレイダブルに現在使用されている、典型的な粒子サイズ３０～１５０μｍのアルミニウム合金（例えば、ＡｌＳｉ）、ならびに、市販のアブレイダブルに現在使用されている、典型的な粒子サイズ５～１００μｍのニッケル合金（例えば、ＮｉＣｒＦｅ、ＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＣｒＡｌＹおよびＮｉＣｏＣｒＡｌＹ）およびコバルト合金（例えば、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ）などの非繊維状マトリックス材料が挙げられる。マトリックス材料としてはまた、１０～１５０μｍの典型的な粒子サイズを有する市販のアブレイダブルおよびＴＢＣに現在使用されているジルコニアベースのセラミック（例えば、ジスプロシア安定化ＺｒＯ_２およびイットリア安定化ＺｒＯ_２）、ならびに５～１００μｍの典型的な粒子サイズを有するＦｅＣｒＡｌおよびＦｅＣｒＡｌＹなどの鉄ベースの合金を挙げることができる。

【0025】

繊維または繊維状材料と共に使用できるバインダーの非限定的な例としては、ポリビドンまたはポビドンとも一般に呼ばれるポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、デキストリン、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）などの有機バインダーが挙げられる。

【0026】

繊維または繊維状材料と共に使用することができるバインダーの非限定的な例としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸マグネシウムアルミニウムおよびベントナイトなどの無機バインダーが挙げられる。

【0027】

溶射技法および溶射プロセスの非限定的な例としては、燃焼、プラズマ溶射（ｐｌａｓｍａ ｓｐｒａｙ）、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）、冷ガス、ワイヤアーク、懸濁プラズマなどが挙げられる。

【0028】

本発明はまた、アブレイダブルコーティングおよびＴＢＣコーティングにユニークな機能を導入するように仕立てることができる繊維ベースまたは繊維状形態材料の使用に関するものであってよく、これは、多孔性を与えること、ならびにアブレイダブルの場合、ターボ機械ブレードによる金属合金、金属間およびセラミックベースのアブレイダブルコーティングの切削能力をもたらすことを主な目的とする。ＴＢＣおよびアブレイダブルの両方について、繊維または繊維状材料を使用して、ユニークに調整された再現性のあるレベルの多孔性、多孔性分布および細孔（ポア）の形態を生成して、所望のレベルの熱伝導率、熱サイクル抵抗性、機械的靭性および固体粒子による浸食性衝撃損傷に対する抵抗性を作り出すことができる。

【0029】

本発明はまた、金属材料、セラミック材料、または金属材料およびセラミック材料を含む粉末組成物を含む溶射粉末に関するものであってよい。多孔性形成繊維を含めることができ、多孔性形成繊維は前記粉末組成物と混合される。

【0030】

いくつかの実施形態では、繊維は、形成されたコーティングにおいて、変化するもしくは異なる多孔性および／または変化するもしくは異なる破砕性（脆弱性）のうちの少なくとも１つを提供するように構成された繊維を含む。

【0031】

いくつかの実施形態では、繊維は、形成されたコーティングにおいて、所定のレベルの酸化抵抗性、所定のレベルの腐食抵抗性、所定のレベルの浸食抵抗性、および／または、所定のレベルの焼結抵抗性のうちの少なくとも１つを提供するように構成された繊維を含む。

【0032】

いくつかの実施形態では、繊維は、変化するもしくは異なる直径、変化するもしくは異なる長さ、および／または変化するもしくは異なる材料のうちの少なくとも１つの繊維を含む。

【0033】

いくつかの実施形態では、繊維は、コーティングされた繊維、金属コーティングを有する非金属繊維、Ｎｉコーティングを有する炭素繊維、および／または繊維の凝集体のうちの少なくとも１つである。

【0034】

いくつかの実施形態では、繊維は、バインダーで一緒に保持された繊維を含む繊維の凝集体を含む。

【0035】

いくつかの実施形態では、バインダーは、有機バインダー、無機バインダー、またはＰＶＡのうちの１種である。

【0036】

いくつかの実施形態では、金属材料は、亜鉛、モリブデン、ニッケル、鉄、および／またはコバルトのうちの少なくとも１種である。

【0037】

いくつかの実施形態では、繊維は、繊維、金属成分、およびバインダーを含む繊維で作られた凝集体を含む。

【0038】

いくつかの実施形態では、バインダーは、有機バインダー、無機バインダー、またはＰＶＡのうちの１種である。

【0039】

いくつかの実施形態では、繊維は、繊維、腐食抑制材料、およびバインダーを含む繊維の凝集体を含む。

【0040】

いくつかの実施形態では、腐食抑制材料は、金属ホスファート、金属クロマート、および／または亜鉛ホスファートのうちの少なくとも１種である。

【0041】

いくつかの実施形態では、繊維は、繊維、セラミック材料、およびバインダーを含む繊維の凝集体を含む。

【0042】

いくつかの実施形態では、セラミック材料は、六方晶窒化ホウ素、フッ化カルシウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、アルバイトセラミック粘土、および／またはイライトセラミック粘土のうちの少なくとも１種である。

【0043】

いくつかの実施形態では、繊維は、繊維、および有機充填剤または有機バインダーのいずれかを含む繊維の凝集体を含む。

【0044】

いくつかの実施形態では、繊維は、炭素繊維、ポリマー繊維（高分子繊維）、ポリアラミド繊維、天然繊維、植物または織物繊維のうちの少なくとも１種を含む。

【0045】

いくつかの実施形態では、繊維は、炭素繊維、ポリマー繊維、ポリアラミド繊維、天然繊維、植物または織物繊維、金属または金属合金繊維、および／またはセラミック繊維のうちの少なくとも１種を含む。

【0046】

いくつかの実施形態では、繊維は、１００～３００マイクロメートルの平均長さ、０．５～５００マイクロメートルの平均直径、ならびに／または５０マイクロメートルの最小繊維長、および３０００マイクロメートルの最大繊維長のうちの少なくとも１つを含む。

【0047】

いくつかの実施形態では、溶射粉末は、金属材料およびセラミック材料のうちの少なくとも１つを含む粉末組成物、ならびに前記粉末組成物と混合された繊維の凝集体を含む。

【0048】

いくつかの実施形態では、溶射コーティングは、上述した態様のいずれか１つの粉末によって作製される。

【0049】

いくつかの実施形態では、溶射コーティングは、ＴＢＣコーティングおよびアブレイダブルコーティングのうちの１つである。

【0050】

いくつかの実施形態では、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングは、金属またはセラミックを含む材料組成物の少なくとも１つの層を含み、ここで前記層は、前記層内に繊維の配列を有する。

【0051】

いくつかの実施形態では、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングは、金属またはセラミックを含む材料組成物の少なくとも１つの層を含み、ここで前記層は、前記層に配置される繊維凝集体を有する。

【0052】

いくつかの実施形態では、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングは、金属またはセラミックを含む材料組成物の少なくとも１つの層を含み、ここで前記層は、繊維が前記層から少なくとも部分的に焼き尽くされることに起因する所定のレベルの多孔性を有する。

【0053】

いくつかの実施形態では、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングは、金属またはセラミックを含む材料組成物の少なくとも１つの層を含み、ここで前記層は、繊維凝集体が前記層から少なくとも部分的に焼き尽くされることに起因する所定のレベルの多孔性を有する。

【0054】

いくつかの実施形態では、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングは、金属またはセラミック材料組成物の少なくとも１つの層を含み、ここで前記層は、前記層に永久的に配置された繊維に起因する所定のレベルの多孔性を有する。いくつかの実施形態では、その中に永久的に配置された繊維を有する領域またはゾーンは、周囲のコーティング層よりも低いまたは異なる密度の領域またはゾーンである。

【0055】

いくつかの実施形態では、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングは、金属またはセラミック材料組成物の少なくとも１つの層を含み、ここで前記層は、前記層に永久的に配置された繊維凝集体から生じる所定のレベルの多孔性を有する。いくつかの実施形態では、その中に永久的に配置された繊維を有する領域またはゾーンは、周囲のコーティング層よりも低いまたは異なる密度の領域またはゾーンである。

【0056】

いくつかの実施形態では、上記のタイプのいずれか１つの粉末を使用して基板をコーティングする方法は、粉末を溶射すること（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｐｒａｙｉｎｇ）によって基板上にコーティングを適用することと、基板上にコーティング材料を堆積させることとを含む。

【0057】

いくつかの実施形態では、上述のタイプのいずれか１つの粉末を使用して基板上にＴＢＣコーティングまたはアブレイダブルコーティングを適用する方法は、粉末を溶射することによって基板上にコーティングを適用することと、基板上にコーティング材料を堆積させることとを含む。

【0058】

本発明の他の例示的な実施形態および利点は、本開示および添付の図面を再検討することによって確認することができる。

【図面の簡単な説明】

【0059】

本発明は、以下の詳細な説明において、本発明の典型的な実施形態の非限定的な例として、示された複数の図面を参照してさらに記載され、ここで、同様の参照番号は、図面のいくつかの箇所を通じて類似の部分を表す。

【図1】図１は、粉末（セラミックおよび／または金属）を繊維と混合して、粉末と繊維の混合物またはブレンドを形成する方法を示す図である。

【図2】図２は、図１における混合物またはブレンドから作製された溶射コーティング層を示す。

【図3】図３は、コーティング中の繊維を焼き尽くし、多孔質微細構造を残す熱処理または焼結処理後の、図２の適用溶射コーティング層を示す図である。

【図4】図４は、粉末粒子（セラミックおよび／または金属粉末粒子）を遊離繊維と混合またはブレンドして粉末／繊維凝集体を形成することで得られた、凝集体または凝集塊から形成された溶射材料を示す図であり、各凝集体は繊維および粉末粒子を含有し、互いに付着している。

【図5】図５は、図４の凝集体から作製された溶射コーティング層を示す。

【図6】図６は、コーティング中の繊維を焼き尽くし、多孔質微細構造を残す熱処理または焼結処理後の、図５の適用溶射コーティング層を示す図である。

【図7】図７は、繊維のみの凝集体を示す図であり、各凝集体は繊維を含み、繊維は有機または無機バインダーで互いに付着している。

【図8】図８は、繊維凝集体を含有する溶射粉末を溶射することによって作製された適用溶射コーティングを示す図である。

【図9】図９は、繊維および非繊維成分凝集体を示す図であり、各凝集体は、有機または無機バインダーで互いに付着した繊維を含み、金属および／またはセラミック化合物成分などの非繊維成分を含む。

【図10】図１０は、図９の凝集体を含有する溶射粉末を溶射することによって作製され適用溶射コーティングを示す図である。

【図11】図１１は、ゆるく付着した繊維と混合またはブレンドして溶射粉末を形成する粉末粒子（セラミックおよび／または金属粉末粒子）を示す図である。

【図12】図１２は、図１１の溶射粉末を溶射することによって作製された適用溶射コーティングを示す図である。

【図13】図１３は、コーティング中の繊維を焼き尽くし、多孔質微細構造を残す熱処理または焼結処理後の、図１２の適用溶射コーティングを示す図である。

【図14】図１４は、１００μｍのスケールで、熱処理前の、本発明による図７のそれと同様の溶融・形成された暗い領域を備えた炭素繊維凝集体を有するＦｅＣｒＡｌＹマトリックス合金の適用溶射アブレイダブルコーティングの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）断面を示す図である。

【図15】図１５は、図１４の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の５０μｍスケールの断面を示す図である。

【図16】図１６は、炭素繊維原料を２００μｍスケールで示す図である。

【図17】図１７は、粉砕繊維と有機バインダーとから形成され、噴霧乾燥プロセスを用いて凝集させた１００μｍスケール（予備粉砕）の凝集体を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0060】

発明の詳細な説明
例Ａ
図１～３は、本発明の一実施形態による粉末およびコーティング形成を示す。図１は、セラミックおよび／または金属粉末粒子Ｐ（左側）を遊離繊維（ルースファイバー）と混合またはブレンドして、粉末粒子と遊離繊維のブレンド混合物（右側）を形成することができる方法を示す。次いで、このブレンド混合物は、溶射粉末として機能し得る。繊維は、１００～３００マイクロメートルの平均長さおよび０．５～５００マイクロメートルの平均直径を有し得る。さらに、繊維は、５０マイクロメートルの最小繊維長および３０００マイクロメートルの最大繊維長を有することができる。繊維は、例えば、コーティングされた繊維、金属コーティングを有する非金属繊維、および／またはＮｉコーティングを有する炭素繊維であり得る。

【0061】

図２は、図１に示す溶射粉末混合物を溶射することによって作製された適用溶射コーティングを模式的に示す。実際には、図２に示された繊維は溶けて形を変えたであろう。しかし、繊維の位置は、コーティング層内の比較的均等な分布を示す。

【0062】

図３は、コーティング中の繊維を焼き尽くし、多孔質微細構造を残す熱または焼結処理後の、図２の適用溶射コーティングを示す。このコーティングは、所定の孔径構造（細孔の均等な分布およびコーティング全体にわたる広がりの両方を利用する）を有することができ、これらの細孔は、コーティングが、例えば濾過膜として機能し得るように十分に配列される。

【0063】

例Ｂ
図４～６は、本発明の別の実施形態による粉末およびコーティング形成を示す。図４は、セラミックおよび／または金属粉末粒子を遊離繊維と混合またはブレンドして粉末凝集体Ａ_ＦＰを形成することができる方法（各凝集体Ａ_ＦＰ含有繊維および粉末粒子が互いに付着している）を示す。凝集体Ａ_ＦＰは、噴霧乾燥または機械的凝集によって形成することができる。次いで、これらの凝集体Ａ_ＦＰは溶射粉末として機能し得る。あるいは、これらの凝集体Ａ_ＦＰを粉末材料と混合またはブレンドすることができる。

【0064】

図５は、凝集体Ａ_ＦＰで形成された溶射粉末を溶射することによって作製された適用溶射コーティングを示す。実際には、図４に示す繊維は融解し、形を変えたであろう。しかし、繊維の位置は、コーティング層内の比較的均等な分布を示す。

【0065】

図６は、コーティング中の繊維を焼き尽くし多孔質微細構造を残す熱処理または焼結処理後の、図５の適用溶射コーティングを示す。このコーティングは、コーティングが、例えば、濾過膜として機能し得るように、規定の孔径構造を有し得る。このコーティングは、所定の孔径構造（細孔の均等な分布およびコーティング全体にわたる広がりの両方を利用する）を有することができ、これらの細孔は、コーティングが、例えば濾過膜として機能し得るように十分に配列される。

【0066】

例Ｃ
図７～８は、本発明の別の実施形態による粉末およびコーティング形成を示す。図７は、繊維凝集体Ａ_Ｆ（各凝集体Ａ_Ｆ含有繊維は、例えば、有機または無機バインダーで互いに付着している）を示す。繊維凝集体Ａ_Ｆは、セラミックおよび／または金属粉末粒子と混合またはブレンドして、溶射粉末（図示せず）を形成することができる。

【0067】

図８は、図７の繊維凝集体を含有する溶射粉末を溶射することによって作製された適用溶射コーティングを示す。図示されていないが、適用された溶射コーティングは、次に、コーティング中の繊維凝集体を焼き尽くし、多孔質微細構造を残す熱処理または焼結処理にかけることができ、ここで細孔は、繊維凝集体が焼き尽くされた場所に位置する。このコーティングは、コーティングが、例えば、ＴＢＣアブレイダブルコーティングとして機能し得るように、規定された孔構造または多孔性を有し得る。

【0068】

例Ｄ
図９～１０は、本発明の別の実施形態による粉末およびコーティング形成を示す。図９は、繊維および非繊維成分凝集体Ａ_ＦＣを示し、各凝集体Ａ_ＦＣは、例えば、有機または無機バインダーで互いに付着した繊維を含み、粒子の形態の金属および／またはセラミック化合物成分Ｃのような非繊維成分Ｃを包含する。凝集体Ａ_ＦＣは、セラミックおよび／または金属粉末粒子と混合またはブレンドして、溶射粉末（図示せず）を形成することができる。この例において、凝集体Ａ_ＦＣ中に配置される非繊維成分Ｃは、典型的には、凝集体Ａ_ＦＣが混合またはブレンドされる粉末材料よりも小さい粒子のものであり得る。

【0069】

図１０は、それと混合またはブレンドされた凝集体Ａ_ＦＣを含有する溶射粉末を溶射することによって作製された適用溶射コーティングを示す。図示されていないが、適用された溶射コーティングは、次いで、熱処理または焼結処理に付すことができ、これは、コーティング中の凝集体の繊維を焼き尽くし、少なくとも部分的に融解した状態で、細孔内に、化合物成分を有する多孔質微細構造を残す。このコーティングは、コーティングが、例えば、ＴＢＣアブレイダブルコーティングとして機能し得るように、規定された細孔構造または多孔性を有し得る。

【0070】

例Ｅ
図１１～１３は、本発明の別の実施形態による粉末およびコーティング形成を示す。図１１は、セラミックおよび／または金属粉末粒子Ｐを、緩く付着した繊維Ｆと混合またはブレンドして、溶射粉末を形成する方法を示す。

【0071】

図１２は、図１１の溶射粉末を溶射することによって作製された適用溶射コーティングを示す。図１３は、コーティング中の繊維を焼き尽くし、多孔質微細構造を残す熱処理または焼結処理後の、図１２の適用溶射コーティングを示す。このコーティングは、コーティングが、例えば濾過膜として機能し得るように、規定の孔径構造を有し得る。

【0072】

図１４および図１５は、炭素繊維凝集体を有するＦｅＣｒＡｌＹマトリックス合金のアブレイダブル溶射コーティング微細構造を示す、本明細書に記載した実施例の１つによる適用コーティング（予備焼結または予備熱処理状態）を示す。図１４は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の断面を１００μｍスケールで示し、図１５は、同じコーティングを５０μｍスケールで示す。

【0073】

図１６は、２００μｍスケール遊離炭素繊維原料を示す。図１７は、ミルドファイバー（粉砕繊維）と有機バインダーとから形成され、スプレードライプロセスを用いて凝集した１００μｍスケールの（予備粉砕された）凝集体を示す。

【0074】

繊維および繊維凝集体の非限定的な例には、上記および添付の特許請求の範囲に記載されたものが含まれる。

【0075】

繊維と混合することができる粉末材料または組成物の非限定的な例には、本明細書において論じられるもの、または従来公知のもの、ならびに組み込まれた先行技術文献において使用されるものが含まれる。

【0076】

粉末材料または組成物、およびそれで形成されるコーティングの非限定的な例には、組み込まれた先行技術文献において使用されるもの、ならびに図面に示されるものが含まれる。

【0077】

さらに、少なくとも、本発明は、特定の例示的実施形態の開示によって、それを作製および使用することを可能にする様式で、例えば、単純化または効率のために、本明細書中に開示されているので、本発明は、例えば、本明細書中に具体的に開示されていない、いかなる工程、さらなる要素、またはさらなる構造の非存在下でも実施され得る。

【0078】

上述の実施例は、単に説明を目的として提供されたものであり、決して本発明を限定するものと解釈されるものではないことに留意されたい。例示的実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本明細書で用いられている用語は、限定の用語ではなく、解説および例示の用語であることが理解される。本発明の各態様の範囲および本質から逸脱することなく、添付の（現在規定されている、および補正された）特許請求の範囲内で、変更を行うことができる。本発明は、特定の手段、材料、および実施形態を参照して本明細書に記載されているが、本発明は、本明細書に開示された詳細に限定されることを意図しておらず、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲内にあるような、機能的に等価な構造、方法、および使用法の全てに及ぶ。
本発明に包含され得る諸態様または諸実施形態は、以下のとおり要約される。
［１］．
溶射粉末であって、
金属材料、セラミック材料、または金属材料およびセラミック材料を含む粉末組成物、ならびに
多孔性形成繊維を含み、
この多孔性形成繊維が、前記粉末組成物と混合される、溶射粉末。
［２］．
前記繊維が、形成されたコーティングにおいて、変化するもしくは異なる多孔性および／または変化するもしくは異なる破砕性の少なくとも１つを提供するように構成された繊維を含む、上記項目１に記載の粉末。
［３］．
前記繊維が、形成されたコーティングにおいて、以下のうちの少なくとも１つを提供するように構成された繊維を含む、上記項目１に記載の粉末：
所定のレベルの耐酸化性；
所定のレベルの耐腐食性；
所定のレベルの耐浸食性；および／または
所定のレベルの耐焼結性。
［４］．
前記繊維が、以下のうちの少なくとも１つの繊維を含む、上記項目１に記載の粉末：
変化するもしくは異なる直径；
変化するもしくは異なる長さ；および／または
変化するもしくは異なる材料。
［５］．
前記繊維が、以下のうちの少なくとも１つである、上記項目１に記載の粉末：
コーティングされた繊維；
金属コーティングを有する非金属繊維；
Ｎｉコーティングを施した炭素繊維；および／または
繊維の凝集体。
［６］．
前記繊維が、バインダーで一緒に保持された繊維を含む繊維の凝集体を含む、上記項目１に記載の粉末。
［７］．
バインダーが、以下のうちの１つである、上記項目６に記載の粉末：
有機バインダー；
無機バインダー；
ＰＶＡ。
［８］．
前記金属が、以下のうちの少なくとも１つである、上記項目１に記載の粉末：
亜鉛；
モリブデン；
ニッケル；
鉄；および／または
コバルト。
［９］．
前記繊維が、繊維、金属成分、およびバインダーを含む繊維で作られた凝集体を含む、上記項目１に記載の粉末。
［１０］．
バインダーが、以下のうちの１つである、上記項目９に記載の粉末：
有機バインダー；
無機バインダー；
ＰＶＡ。
［１１］．
前記繊維が、繊維、腐食抑制材料、およびバインダーを含む繊維の凝集体を含む、上記項目１に記載の粉末。
［１２］．
前記腐食抑制材料は、以下のうちの少なくとも１つである、上記項目１１に記載の粉末:
金属ホスファート；
金属クロマート；および／または
亜鉛ホスファート。
［１３］．
前記繊維が、繊維、セラミック材料、およびバインダーを含む繊維の凝集体を含む、上記項目１に記載の粉末。
［１４］．
前記セラミック材料が、以下のうちの少なくとも１つである、上記項目１に記載の粉末：
六方晶窒化ホウ素；
フッ化カルシウム；
酸化イットリウム；
酸化イッテルビウム；
アルバイト、および／または
イライトセラミック粘土。
［１５］．
前記繊維が、繊維および有機充填剤または有機バインダーのいずれかを含む繊維の凝集体を含む、上記項目１に記載の粉末。
［１６］．
前記繊維が、以下のうちの少なくとも１つを含む、上記項目１に記載の粉末：
炭素繊維；
高分子繊維；
ポリアラミド繊維；
天然繊維；
植物繊維もしくは織物繊維；
金属繊維もしくは金属合金繊維；および／または
セラミック繊維。
［１７］．
前記繊維が、以下のうちの少なくとも１つを含む、上記項目１に記載の粉末：
炭素繊維；
高分子繊維；
ポリアラミド繊維；
天然繊維；および／または
植物繊維もしくは織物繊維。
［１８］．
前記繊維が、以下のうちの少なくとも１つを含む、上記項目１に記載の粉末：
１００～３００μｍの平均長さ；
０．５～５００μｍの平均直径；ならびに／または
５０μｍの最小繊維長および３０００μｍの最大繊維長。
［１９］．
金属材料およびセラミック材料のうちの少なくとも１つを含む粉末組成物；ならびに
前記粉末組成物と混合された繊維の凝集体を含む、
溶射粉末。
［２０］．
上記項目１～１９のいずれか１項に記載の粉末によって形成された溶射コーティング。
［２１］．
前記溶射コーティングが、ＴＢＣコーティング；およびアブレイダブルコーティングのうちの１つである、上記項目２０に記載の溶射コーティング。
［２２］．
金属またはセラミックを含む材料組成物の少なくとも１つの層を含む、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングであって、前記層は、その層内に繊維の配列を有する、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。
［２３］．
金属またはセラミックを含む材料組成物の少なくとも１つの層を含む、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングであって、前記層は、その層内に配置された繊維凝集体を有する、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。
［２４］．
金属またはセラミックを含む材料組成物の少なくとも１つの層を含むＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングであって、前記層は、その層から繊維が少なくとも部分的に焼き尽くされることに起因する所定のレベルの多孔性を有する、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。
［２５］．
金属またはセラミックを含む材料組成物の少なくとも１つの層を含むＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングであって、前記層は、その層から繊維凝集体が少なくとも部分的に焼き尽くされることに起因する所定のレベルの多孔性を有する、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。
［２６］．
金属またはセラミック材料組成物の少なくとも１つの層を含む、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングであって、前記層は、その層内に永久的に配置される繊維に起因する所定のレベルの多孔性を有する、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。
［２７］．
金属またはセラミック材料組成物の少なくとも１つの層を含む、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティングであって、前記層は、その層内に永久的に配置される繊維凝集体から生じる所定のレベルの多孔性を有する、ＴＢＣまたはアブレイダブル溶射コーティング。
［２８］．
上記項目１～１９のいずれか１項に記載の粉末を使用して基板をコーティングする方法であって、前記粉末を溶射することによって基板上にコーティングを適用すること、および前記基板上にコーティング材料を堆積させることを含む方法。
［２９］．
上記項目１～１９のいずれか１項に記載の粉末を使用して基板上にＴＢＣコーティングまたはアブレイダブルコーティングを適用する方法であって、前記粉末を溶射することによって基板上にコーティングを適用すること、および前記基板上にコーティング材料を堆積させることを含む方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】