特許 7233423 傾斜組成を有する保護被覆を備える部品

(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】2023-02-24

(45)【発行日】2023-03-06

(54)【発明の名称】傾斜組成を有する保護被覆を備える部品

(51)【国際特許分類】

   C23C 4/134 20160101AFI20230227BHJP

   C23C 4/10 20160101ALI20230227BHJP

   C23C 28/04 20060101ALI20230227BHJP

   C23C 4/18 20060101ALI20230227BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20230227BHJP

【ＦＩ】

C23C4/134

C23C4/10

C23C28/04

C23C4/18

F02C7/00 C

F02C7/00 D

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020523338

(86)(22)【出願日】2018-10-26

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-01-07

(86)【国際出願番号】 FR2018052668

(87)【国際公開番号】W WO2019081870

(87)【国際公開日】2019-05-02

【審査請求日】2021-09-29

(31)【優先権主張番号】1760089

(32)【優先日】2017-10-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】306047664

【氏名又は名称】サフラン

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ビアンキ，リュック

(72)【発明者】

【氏名】サロ，ピエール

【審査官】松岡 徹

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２８７１４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１３７９４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０７０４３９２８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９６２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１４４２７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ ４／００

Ｃ２３Ｆ ２８／００

Ｆ０２Ｃ ７／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一部セラミックマトリックス複合材を含み、複合材が、環境的劣化に対して、少なくとも１種の保護層（２）で少なくとも局所的に被覆されている機械部品（１）であって、保護層（２）が、傾斜組成被覆層（３）を含み、傾斜組成層（３）が、少なくとも１種のシリコンＭＡＸ相材料及び少なくとも１種のアルミニウムＭＡＸ相材料を含み、かつ、傾斜組成層（３）の機械部品（１）側の下部がシリコン複合材を主に含む部品と接し、機械部品（１）とは反対側の上部がアルミニウム複合材を主に含む被覆または部品と接しており、傾斜組成層（３）が、保護層（２）内で、機械部品（１）に関する第１の高さ（ｈ３）と機械部品（３）に関する第２の高さ（ｈ４）との間に延伸し、第１の高さ（ｈ３）の傾斜組成層（３）の組成が、アルミニウムを含まず、第２の高さ（ｈ４）の傾斜組成層（３）の組成が、シリコンを含まず、第１の高さ（ｈ３）と第２の高さ（ｈ４）との間の中間の高さ（ｈ）が、アルミニウム及びシリコンを含む組成を有し、シリコン部分及びアルミニウム部分が、傾斜組成層（３）において、中間の高さ（ｈ）の位置の関数として、徐々に展開し、中間の高さ（ｈ）が第２の高さ（ｈ４）に近づくとき、アルミニウム部分が増加することを特徴とする、機械部品（１）。

【請求項2】

アルミニウム部分及びシリコン部分が、傾斜組成層（３）において、中間の高さ（ｈ）の関数として、直線的に展開することを特徴とする、請求項１に記載の機械部品（１）。

【請求項3】

シリコン及びアルミニウムのモル比の合計が、傾斜組成層（３）において、中間の高さ（ｈ）のいずれの位置であっても一定であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の機械部品（１）。

【請求項4】

傾斜組成層（３）が、Ｔｉ３ＡｌＣ２ＭＡＸ相材料及びＴｉ３ＳｉＣ２ＭＡＸ相材料を含むことを特徴とする、請求項１から３の一項に記載の機械部品（１）。

【請求項5】

厚さが１０μｍ～１００μｍの間であることができる、シリコンを本質的に含む副層（４）
厚さが５０μｍ～５００μｍであり、部品から離れると、０．２～２％／μｍの間のシリコン比率で、ＳｉがＡｌによって置換される、傾斜組成層（３）
厚さが１０～３００μｍの間であり、酸化されるとき、表面においてアルミナを生成するようにＴｉ２ＡｌＣで本質的に構成されて、多湿環境における耐性を増す、生成層（６）
アルミナ層（７）
５０μｍ～１０００μｍの間の厚さを有するセラミックで製造され、外部環境と部品（１）との間の伝達を制限するように設計された、環境障壁（８）
を含むことを特徴とする、請求項１から４の一項に記載の機械部品（１）。

【請求項6】

厚さが１０μｍ～１００μｍの間であることができる、シリコンの副層（４）
厚さが５０μｍ～５００μｍの間であり、部品から離れると、０．２～２％／μｍのシリコン比率で、ＳｉがＡｌによって置換される、傾斜組成層（３）
厚さが５０～３００μｍの間であり、酸化されるとき、表面においてアルミナを生成するようにＴｉ２ＡｌＣで本質的に構成される、生成層（６）
アルミナ層（７）
を含むことを特徴とする、請求項１から４の一項に記載の機械部品（１）。

【請求項7】

厚さが５０μｍ～５００μｍの間であり、部品から離れると、０．２～２％／μｍの間のシリコン比率で、ＳｉがＡｌによって置換される、傾斜組成層（３）
厚さが５０～３００μｍの間であり、酸化されるとき、表面においてアルミナを生成するように設計され、Ｔｉ３ＡｌＣ２で本質的に構成される、生成層（６）
アルミナ層（７）
をさらに含むことを特徴とする、請求項１～４の一項に記載の機械部品（１）。

【請求項8】

少なくとも１種の保護層（２）を機械部品（１）に堆積させる方法（９）であり、保護層（２）が、少なくとも１種の傾斜組成層（３）を含み、方法（９）が、以下のステップ：
傾斜組成層（３）を構成する化学種を溶射することによって、傾斜組成層（３）を実現するステップを含む方法（９）であって、
傾斜組成層（３）が、少なくとも１種のシリコンＭＡＸ相材料及び少なくとも１種のアルミニウムＭＡＸ相材料を含み、傾斜組成層（３）が、溶射装置（１１）に、一方でアルミニウムＭＡＸ相材料の粒子を、他方でシリコンＭＡＸ相材料の粒子を注入することによって製造され、アルミニウムＭＡＸ相材料が、到達した層の高さの関数として、徐々にシリコンＭＡＸ相材料を置き換えることを特徴とする、方法（９）。

【請求項9】

アルミニウムＭＡＸ相材料の粒子及びシリコンＭＡＸ相材料の粒子が、２個の別個の容器において溶媒中に懸濁させたＴｉ３ＡｌＣ２の粉末及びＴｉ３ＳｉＣ２の粉末であり、次いで、Ｔｉ３ＡｌＣ２懸濁物及びＴｉ３ＳｉＣ２懸濁物が、ＭＡＸ相材料の懸濁物中の粒子を部品（１）上に、加熱し、噴霧するように設計されたプラズマ（１０）中に、制御された比率で注入され、結果として堆積物を生じることを特徴とする、少なくとも１つの材料層を部品（１）に堆積させる、請求項８に記載の方法（９）。

【請求項10】

溶媒が、傾斜組成層（３）における酸化物の存在を制限するように、Ｔｉ３ＡｌＣ２粒子及びＴｉ３ＳｉＣ２粒子からの酸化物形成を制限するように設計された、水性溶媒又は非水性溶媒であることを特徴とする、少なくとも１つの材料層を部品（１）に堆積させる、請求項９に記載の方法（９）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、機械部品に施される表面処理に関連し、特に、機械部品が、要求の高い使用条件に耐える必要がある場合の、機械部品に施される表面処理に関連する。

【背景技術】

【0002】

本発明の適用分野は、特に、航空エンジンで使用される、より詳細には、燃焼室、高圧タービン及びエンジン排気部分で使用される、セラミックマトリックス複合材で構成される部品に堆積させる、保護材の層の分野である。

【0003】

しかし、本発明は、セラミックマトリックス複合材で構成された部分を含む、いずれの部品の種類にも適用可能である。

【0004】

セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）は、その優れた構造特性、低密度及び１０００℃の領域の温度までの優れた耐酸化性ゆえに、航空産業で一層広範囲で使用されている。

【0005】

例えば、航空エンジンの燃焼室における、こうした状態への長期暴露に耐えるために、セラミックマトリックス材で製造された部品は、一般に、酸化に対して部品を保護するために、シリコン層で被覆されており、酸化によりシリカ（ＳｉＯ２）が生成される。

【0006】

ＳｉＯ２の層は、シリコン層の表面において形成し、ＳｉＯ２層がより厚くなるにつれてＳｉＯ２形成速度が減少し、したがって、酸化を遅くし、複合材マトリックスに存在するシリコンＳｉの消費を制限する障壁を形成する。

【0007】

多湿腐食雰囲気において使用する場合には、水酸化物ＯＨ（ｇ）を含む化学種の存在下では、シリカ層は、温度１１００℃から、一般式ＳｉＯ_ｘ（ＯＨ）_４－２ｘのケイ酸形態、例えば、オルトケイ酸Ｓｉ（ＯＨ）４（ｇ）又はメタケイ酸ＳｉＯ（ＯＨ）２（ｇ）で、極めて急速に揮発する。

【0008】

この現象は、シリカＳｉＯ２の純成長速度の低下をもたらし、その厚さが複合材のマトリックス中に存在するシリコンの限界値及び急速な後退に向かう傾向がある。

【0009】

この現象に対応するために、先行技術において、部品の劣化を加速させる水酸化物ＯＨの拡散に対する障害物として作用するように設計された、低い熱伝導率を有し、固体粒子によって生じる腐食に耐える、セラミック層を堆積させることが知られている。

【0010】

しかし、これらの解決法は、特に、表面セラミック層の剥落や、極めて異なる膨張係数を有する材料の間に歪み勾配をもたらす熱サイクルの衝撃に起因する亀裂を生じる場合に、限界がある。

【0011】

このように、シリコン層は、多湿腐食雰囲気に再び暴露されて、その構造の加速的な劣化及び部品の寿命の短縮をもたらす。

【0012】

また、最先端技術において、ニッケル及び／又はコバルトの超合金を用いた、燃焼室の遮熱システム又は高圧タービンの構成部品において、アルミニウムを含む副層を製造する方法も知られている。

【0013】

これらの副層の酸化により、アルミナ層が生成され、アルミナ層は、アルミナの、水蒸気に対する良好な化学安定性のために、とりわけ多湿腐食媒体において、さらなる酸化に対して部品を保護する。

【0014】

さらに、アルミナは、シリコンより低い形成速度を有し、これによって、反応に供給するのに必要な材料量の必要性が減るという理由で、保護寿命を延ばすことが可能になる。

【0015】

アルミナはまた、セラミック遮熱との良好な物理化学的適合性の利点も有し、セラミック遮熱の熱膨張係数に近い熱膨張係数も有する。

【0016】

しかし、Ｓｉに富んだ材料、例えば、セラミックマトリックス又はシリサイド（窒化ケイ素Ｓｉ３Ｎ４、ケイ化モリブデンＭｏＳｉｘ、ケイ化ニオブＮｂＳｉ、．．．）との複合材の保護への、こうしたアルミナ生成副層の使用は、様々な基材の熱膨張係数間の相当な違いゆえに、使用禁止である。

【0017】

さらに、Ｓｉに富んだセラミックマトリックス複合材部品及びアルミニウムに富んだアルミナ生成層の相互拡散現象により、望ましくない低延性の相が形成されることになり、低延性の相は、保護層と部品との間の界面を弱め、保護層の剥離を引き起こし、それによって、部品を腐食に対して脆弱にすることがある。

【0018】

したがって、当分野の現状において、高温で酸化に対して非常に耐性ではないが、機械的に効率的なシリサイドベース材料、及び高温で程々の機械的性質を有するが、酸化に対し耐性があるアルミナ形成材料を結びつける、有効な解決法はない。本発明はこの欠陥を軽減することを提案する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

本発明の目的は、セラミックマトリックス複合材で製造された部品の多湿環境における耐腐食性を改善することである。

【0020】

別の目的は、セラミックマトリックス複合材で製造された部品の寿命を延ばすことである。

【0021】

別の目的は、アルミニウム複合材を主に含む被覆と、シリコン複合材を主に含む部品との機械的密着及び化学的密着を確実なものにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0022】

本発明により、以下の仕様を得ることが可能になる：
・高温（＜１１００℃）で安定である被覆を有する。
・炭化ケイ素基材ＳｉＣ／ＳｉＣ及びセラミック遮熱の膨張係数に近い膨張係数を有する被覆を有する。
・アルミニウムに富んだ側にアルミナを形成する。
・シリコンに富んだ側のＳｉＣ／ＳｉＣ基材と相互作用しない。
・アルミニウム／シリコン遷移領域において弱い金属間相を形成しない。

【0023】

本発明は、結晶構造、熱物理学的性質及び耐酸化性が、これらの仕様に適合する、あるＭＡＸ相材料を使用することを提案する。用語「ＭＡＸ相材料」は、一般式Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎの材料を意味し、式中、ｎは１～３の間の整数であり、Ｍは、遷移金属（セレン、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム及びタンタルの中から選択される。）であり、Ａは、アルミニウム、シリコン、リン、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、カドミウム、インジウム、スズ及び鉛の中から選択されるＡ元素群であり、Ｘは、炭素及び窒素の中から選択される元素である。

【0024】

第１の態様において、本発明は、少なくとも一部セラミックマトリックス複合材を含む機械部品であって、上記複合材が、環境的劣化に対して、少なくとも１種の保護層で少なくとも局所的に被覆されており、保護層が、傾斜組成被覆層を含み、上記傾斜組成層が、少なくとも１種のシリコンＭＡＸ相材料及び少なくとも１種のアルミニウムＭＡＸ相材料を含み、傾斜組成層が、保護層内で、機械部品に対する第１の高さと機械部品に対する第２の高さとの間に広がり、第１の高さの傾斜組成層の組成が、アルミニウムを含まず、第２の高さの傾斜組成層の組成が、シリコンを含まず、第１の高さと第２の高さとの中間の高さが、アルミニウム及びシリコンを含む組成を有し、シリコン部分及びアルミニウム部分が、傾斜組成層において、中間の高さの位置の関数として、徐々に展開し、中間の高さが第２の高さに近づくとき、アルミニウム部分が増加する、機械部品を提案する。

【0025】

有利なことに、こうした機構は、単独の又は組み合わせた、以下の様々な特徴によって完成される：
・アルミニウム部分及びシリコン部分は、傾斜組成層において、中間の高さの関数として、直線的に展開する。
・シリコン及びアルミニウムのモル比の合計は、傾斜組成層において、中間の高さのいずれの位置であっても可変である。
・傾斜組成層は、Ｔｉ３ＡｌＣ２ＭＡＸ相材料及びＴｉ３ＳｉＣ２ＭＡＸ相材料を含む。
・機構は、
・厚さが１０μｍ～１００μｍの間であることができる、シリコンを本質的に含む副層、
・厚さが５０μｍ～５００μｍの間であり、部品から離れると、０．１～０．４ａｔ％／μｍの間の比率で、ＳｉがＡｌによって置換される、傾斜組成層、
・厚さが１０～３００μｍの間であり、酸化されるとき、表面においてアルミナを生成し、多湿環境における耐性を増すように、Ｔｉ２ＡｌＣで本質的に構成されている生成層、
・アルミナ層、
・厚さ５０μｍ～１０００μｍの間を有するセラミックで構成され、外部環境と部品との間の伝達を制限するように設計された、環境障壁及び遮熱、
を含むことができる。
・機構は、
・厚さが１０μｍ～１００μｍの間であることができる間の厚さであり、シリコンで本質的に構成される副層、
・厚さが５０μｍ～５００μｍの間であり、部品から離れると、０．１～０．４ａｔ％／μｍの間の比率で、ＳｉがＡｌによって置換される、傾斜組成層、
・厚さが５０～３００μｍの間であり、酸化されるとき、表面においてアルミナを生成し、多湿環境における耐性を増すように、Ｔｉ２ＡｌＣで本質的に構成されている生成層、
・アルミナ層、
を含むことができる。
・機構は、
・厚さが５０μｍ～５００μｍの間であり、部品から離れると、０．１～０．４ａｔ％／μｍの間の比率で、ＳｉがＡｌによって置換される、傾斜組成層、
・厚さが５０～３００μｍの間であり、酸化されるとき、表面においてアルミナを生成し、多湿環境における耐性を増すように設計され、Ｔｉ３ＡｌＣ２で本質的に構成されている生成層、
・アルミナ層（７）、
を含むことができる。

【0026】

別の態様において、本発明はまた、少なくとも１種の保護層を機械部品に堆積させる方法であって、保護層が、少なくとも１種の傾斜組成層を含み、方法が、以下のステップ：
・堆積させる前の表面調製条件を最適化するステップ、及び
・上記傾斜組成層を構成する化学種を溶射することによって、傾斜組成層を実現するステップ、
を含み、
傾斜組成層が、少なくとも１種のシリコンＭＡＸ相材料及び少なくとも１種のアルミニウムＭＡＸ相材料を含み、シリコンＭＡＸ相材料及びアルミニウムＭＡＸ相材料が、傾斜組成層の、所与の比率を示す、方法も提案する。傾斜組成層は、溶射装置に、一方でアルミニウムＭＡＸ相材料の粒子、他方でシリコンＭＡＸ相材料の粒子を注入することによって製造され、アルミニウムＭＡＸ相材料が、到達した層の高さの関数として、徐々にシリコンＭＡＸ相材料を置き換える。

【0027】

有利なことに、こうした方法は、単独で又は組み合わせて用いられる、以下の特徴によって完成される：
・アルミニウムＭＡＸ相材料の粒子及びシリコンＭＡＸ相材料の粒子は、２個の別個の容器において溶媒中に懸濁させたＴｉ３ＡｌＣ２の粉末及びＴｉ３ＳｉＣ２の粉末であり、次いで、Ｔｉ３ＡｌＣ２懸濁物及びＴｉ３ＳｉＣ２懸濁物が、ＭＡＸ相材料の懸濁物の粒子を部品上に、加熱し、噴霧するように設計されたプラズマ中に、制御された比率で注入され、結果として堆積物を生じる。
・溶媒は、傾斜組成層における酸化物の存在を制限するように、Ｔｉ３ＡｌＣ２粒子及びＴｉ３ＳｉＣ２粒子からの酸化物形成を制限するように設計された非水性溶媒である。

【0028】

別の態様によれば、本発明はまた、少なくとも１つの材料層を部品に堆積させる、こうした方法を実施するための、液体経路による溶射装置（ＳＰＳと称される「サスペンションプラズマ溶射」又はＳＰＰＳと称される「サスペンションプリカーサープラズマ溶射」）であって、装置が、
・アルミニウムＭＡＸ相材料の粒子の溶媒中懸濁物を含む第１槽、
・シリコンＭＡＸ相材料の粒子の溶媒中懸濁物を含む第２槽、
・第１懸濁物注入器が、第１パイプによって第１槽に取り付けられ、第２懸濁物注入器が、第２パイプによって第２槽に連結した、第１懸濁物注入器及び第２懸濁物注入器であって、懸濁物注入器、アルミニウム粒子及びシリコン粒子の注入率を制御することができるように設計された、第１懸濁物注入器及び第２懸濁物注入器、
・アルミニウムＭＡＸ相材料の粒子及びシリコンＭＡＸ相材料の粒子を注入するプラズマを生成するように設計されたプラズマトーチであって、プラズマが、注入された粒子を、部品上で、加熱し、噴霧する、プラズマトーチ、
を備える装置を提案する。

【0029】

こうした装置において、アルミニウムＭＡＸ相の粒子及びシリコンＭＡＸ相の粒子は、Ｔｉ３ＡｌＣ２の粉末及びＴｉ３ＳｉＣ２の粉末であることができる。

【0030】

プラズマトーチは、懸濁物中の粒子を加速し、溶融することを可能にする任意の溶射装置を意味する。一例として、ＨＶＯＦ（超音速火炎による溶射用の「高速フレーム溶射（Ｈｉｇｈ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｏｘｙ Ｆｕｅｌ）」）、吹き付け式又は誘導的なプラズマ溶射（「大気プラズマ溶射」のＡＰＳ、すなわち大気圧下でのプラズマ溶射、「不活性ガスプラズマ溶射」のＩＰＳ、すなわち中性雰囲気（不活性）におけるプラズマ溶射、「ボイドプラズマ溶射（Ｖｏｉｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｐｒａｙｉｎｇ）」のＶＰＳ、すなわち部分真空下でのプラズマ溶射など）を挙げることができる。

【0031】

本発明の、他の特徴、目的及び利点は、純粋に説明の目的で与えられ、非限定的である、以下の記述により明らかになり、添付の図を参照して読まれるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1a】第１の実施形態の様々な層を示す、本発明の保護機構の部分を図式的に表した図である。

【図1b】本発明の第１の実施形態の、保護機構の、様々な層の、シリコン及びアルミニウムの含有量の変化を、この層の高さの関数として示すグラフである。

【図2a】第２の実施形態の様々な層を示す、本発明の保護機構の部分を図式的に表した図である。

【図2b】本発明の第２の実施形態の、保護機構の、様々な層の、シリコン及びアルミニウムの含有量の変化を、この層の高さの関数として示すグラフである。

【図3a】第３の実施形態の様々な層を示す、本発明の保護機構の部分を図式的に表した図である。

【図3b】本発明の第３の実施形態の、保護機構の、様々な層の、シリコン及びアルミニウムの含有量の変化を、この層の高さの関数として示すグラフである。

【図4】基材を加熱し、噴霧して、本発明の材料を添加することによって被覆を実施する目的の、ＭＡＸ相材料の懸濁物中の粒子をプラズマジェットに添加することを可能にする、２個の別個の注入器に連結した、ＭＡＸ相材料懸濁物の２個の槽を備えるサスペンションプラズマ溶射（ＳＰＳ）による、製造装置を図式的に表した図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下に記載された実施形態は、複合セラミックマトリックス材で製造された基材５を含む機械部品１であって、少なくとも１つの部分が、その環境によって生じる摩耗に対して、保護２で被覆され、この保護２が、傾斜組成３を有する１種の層を含む、Ｙ方向に連続した層で構成され、その層を、材料を局所的に添加する方法によって堆積させる、機械部品１に関連する。しかし、これは、説明の目的で、非限定的な目的で、与えられる。基材５の、保護と反対側では、高さが０であることに留意されたい。

【0034】

この記述において、用語「高さ」は、Ｙ方向の寸法を意味する。様々な層の厚さは、Ｙ方向に従って表される。

【0035】

以下において、
・基材５は、高さｈ１と高さｈ２との間に延伸する（ｈ１が０であり、高さｈ２がｈ１より大きいことは既知である）、
・副層４は、高さｈ２と高さｈ３との間に延伸する（ｈ３がｈ２より大きいことは既知である）、
・傾斜組成層３は、高さｈ３と高さｈ４との間に延伸する（ｈ４がｈ３より大きいことは既知である）、
・アルミナ生成層５は、高さｈ４と高さｈ５との間に延伸する（ｈ５がｈ４より大きいことは既知である）及び、
・アルミナ層は、高さｈ５と高さｈ６との間に延伸する（ｈ６がｈ５より大きいことは既知である）、
ことに留意されたい。

【0036】

これらの高さｈ１～ｈ６は、以下の記述において、より正確に定められる。

【0037】

図１ａに関して、部品１の表面における摩耗及び裂け傷に対する保護２の一実施形態は、部品１の表面において、垂直軸Ｙに従って複数の多重層を含む。

【0038】

保護層は、基材５から、副層４、傾斜組成層３、アルミナ生成層６及びアルミナ層７を連続的に含む。

【0039】

副層４は、セラミックマトリックス複合材において、少なくとも一部、部品１を構成する基材５に直接的に接して、位置する。副層４は、１０μｍ～１００μｍの間であることができる厚さを有する。

【0040】

基材５は、部品１と保護２との間の連続性確実なものにするように、炭化ケイ素ＳｉＣ、本質的にシリコンを含む副層４を含み、及び、保護２及び部品１の密着性及び化学的適合性及び機械的適合性を確実なものにするように、酸化に対する保護障壁を含む。

【0041】

本質的に、副層４におけるシリコン濃度は、９０％より高いと理解される。

【0042】

傾斜組成層３は、複数の化学種を含み、存在する化学種のいくつかの比率は、層において、基材５から認められる高さの関数である。

【0043】

ここで、傾斜組成層３は、問題となる高さの関数として、様々な比率でＴｉ３ＡｌＣ２及びＴｉ３ＳｉＣ２を含む。

【0044】

シリコン副層４に接した、傾斜組成層３の下部は、副層４と傾斜組成層３との間の媒体の、機械的連続性及び化学的連続性を確実なものにするように、Ｔｉ３ＳｉＣ２のみを含む。

【0045】

傾斜組成層３におけるＴｉ３ＡｌＣ２の比率は、高さの関数として増加し、Ｔｉ３ＳｉＣ２を置き換え、その比率は、Ｔｉ３ＡｌＣ２の比率の増加の関数として減少する。

【0046】

傾斜組成層３の上端のレベルで、Ｔｉ３ＳｉＣ２は、完全にＴｉ３ＡｌＣ２で置き換えられる。

【0047】

傾斜組成層３におけるＴｉ３ＡｌＣ２の比率の変化は、直線的であることができ又は熱膨張係数の連続性などの、選択された挙動を高めるように、さらに例えば、使用中に保護２において現れる微小亀裂を埋める機能などの、層のある領域のある種の挙動を高めるように、さらに様々な特定の因子の間を補填するように、設計された別のプロファイル、例えば、多項式曲線若しくは指数関数的曲線を有することができる。

【0048】

微小亀裂を埋めるこの層の機能は、特に、部品の寿命を延ばすのに有用である。

【0049】

傾斜組成層３は、５０μｍから５００μｍまで変化することができる厚さを有する。

【0050】

アルミナ生成層６は、傾斜組成層３を被覆する。

【0051】

アルミナ生成層６は、Ｔｉ２ＡｌＣを含み、それゆえに傾斜組成層３の上端の熱膨張係数と同様の熱膨張係数を有し、したがって、これらの２種の層の機械的適合性を確実なものにする。

【0052】

アルミナ生成層６は、酸化によってその外部表面に保護アルミナ層７を生成することができ、したがってより深い酸化を制限し、また水蒸気に対する、相当な化学安定性も有する。

【0053】

Ｔｉ２ＡｌＣの存在により、温度１３００℃まで、アルミナを形成することが可能になる。

【0054】

このアルミナ層７は、水酸化物ＯＨ化学種との反応に対して、シリコン含有層を保護し、１０～３００μｍの間の厚さを有する生成層６は、アルミナ生成反応に供給するためのアルミニウム槽を構成する。

【0055】

遮熱８は、周囲環境と部品１との間の熱伝達を最小限にするように、アルミナ層７を被覆し、環境と部品１との間の温度勾配を生じて、複数の保護層の加熱を制限する。

【0056】

遮熱８は、低い熱伝導率のセラミック層で構成され、５０μｍ～１０００μｍの間の厚さを有する。

【0057】

セラミックは、その膨張係数が、アルミナ生成層６の膨張係数に近いように選択される。

【0058】

図１ｂに説明された実施形態の例において、様々な保護層のアルミニウム及びシリコンの含有量は、問題となる層の高さの関数として表される。

【0059】

部品１の基材５の層に対応する、高さｈ１と高さｈ２との間で、シリコン濃度は、第１の一定値Ａを有するが、それでもなお、高さｈ２近くで大きく増加する。アルミニウム濃度は、この層において０である。

【0060】

副層４に対応する、高さｈ２と高さｈ３との間で、シリコン濃度は、第１の値Ａより大きい、第２の一定値Ｂを有する。アルミニウム濃度は、この層において０である。

【0061】

傾斜組成層３に対応する、高さｈ３と高さｈ４との間で、シリコン濃度は、第２の値Ｂから、高さｈ４のレベルで０の値まで減少する。

【0062】

アルミニウム濃度は、０の値から第３の値Ｃまで増加する。例示的な例において、第３の値Ｃは、第２の値Ｂと等しいが、傾斜組成層３における追加の化学種が、この第３の値Ｃを置き換え、それを第２の値Ｂより低い濃度又は第２の値Ｂより高い濃度にすることも可能である。

【0063】

高さｈ３と高さｈ４との中間の高さｈでは、アルミニウム及びシリコンは共に、層の組成に存在している。

【0064】

一実施形態において、アルミニウム及びシリコンのモル分率の合計は、傾斜組成層３においてどのように中間の高さｈが考えられようとも、一定である。

【0065】

他の実施形態において、アルミニウム及びシリコンのモル分率の合計は、傾斜組成層３において考えられる中間の高さｈに応じて変化することもできる。

【0066】

傾斜組成層３において、過剰のＭＡＸ相材料の化学種を有することが可能である。

【0067】

アルミナ生成層６に対応する、高さｈ４と高さｈ５との間で、アルミニウム濃度は、第４の一定値Ｄを有する。この第４の値Ｄは、第３の値Ｃと等しくてもよく、第３の値Ｃより低くてもよく、高くてもよい。

【0068】

シリコン濃度は、この層において０である。

【0069】

アルミナ層７に対応する、高さｈ５と高さｈ６との間で、アルミニウム濃度は、第５の一定値Ｅを有する。

【0070】

第５の値Ｅは、第４の値Ｄより大きい。

【0071】

シリコン濃度は、この層において０である。

【0072】

図２ａに説明された実施形態の例において、部品１が、操作中１２００℃を超える温度にさらされない場合、遮熱８は必要ない。アルミナ層７は、水酸化物ＯＨ化学種との反応の影響から部品１を保護するのに十分である。

【0073】

保護２の一例には、第１の実施形態によれば、それ自体がアルミナ生成層６で被覆された傾斜組成層３で被覆された副層４であって、生成されたアルミナが、生成層６にアルミナ層７を形成し、このように、水酸化物ＯＨ化学種に対して化学的保護をもたらす、副層４が挙げられる。

【0074】

違いは、部品がさらされる温度が遮熱８を必要としないので、アルミナ層７が遮熱８で被覆されていないことである。

【0075】

厚さ１０～１００μｍを有する副層４は、本質的に、シリコンを含む。

【0076】

本質的に、副層におけるシリコン濃度は、９０％より高いと理解される。

【0077】

厚さ５０～５００μｍの傾斜組成層３は、Ｔｉ３ＡｌＣ２及びＴｉ３ＳｉＣ２を含み、その比率は、層で認められる高さによって決まる。

【0078】

生成層６は、本質的に、Ｔｉ２ＡｌＣを含む。本質的に、生成層６におけるＴｉ２ＡｌＣの質量分率は、９０％より高いと理解される。

【0079】

しかし、生成層６は、５０μｍ～３００μｍの間の厚さを有し、保護アルミナ層７を維持するために、実質的な化学槽をもたらすように、第１の例の場合より高い。

【0080】

図２ｂに説明された実施形態の例において、保護２は、上記で与えられたものと同様のアルミニウム濃度及びシリコン濃度のプロファイルを含む。ここで、値ｈ１～ｈ６は、図１ｂのものとは異なってもよいことに留意されたい。

【0081】

部品１の基材５の層に対応する、高さｈ１と高さｈ２との間で、シリコン濃度は、第１の一定値Ａ’を有するが、それでもなお、高さｈ２近くで大きく増加する。アルミニウム濃度は、この層において０である。

【0082】

副層４に対応する、高さｈ２と高さｈ３との間で、シリコン濃度は、第１の値Ａ’より大きい、第２の一定値Ｂ’を有する。アルミニウム濃度は、この層において０である。

【0083】

傾斜組成層３に対応する、高さｈ３と高さｈ４との間で、シリコン濃度は、第２の値Ｂ’から、高さｈ４のレベルで０の値まで減少する。

【0084】

アルミニウム濃度は、０の値から第３の値Ｃ’まで増加する。例示的な例において、第３の値Ｃ’は、第２の値Ｂ’と等しいが、傾斜組成層３における追加の化学種が、この第３の値Ｃ’を置き換え、それを第２の値Ｂ’より低い濃度又は第２の値Ｂ’より高い濃度にすることも可能である。

【0085】

高さｈ３と高さｈ４との中間の高さｈでは、アルミニウム及びシリコンは共に、層の組成に存在している。

【0086】

アルミナ生成層６に対応する、高さｈ４と高さｈ５との間で、アルミニウム濃度は、第４の一定値Ｄ’を有する。この第４の値Ｄ’は、第３の値Ｃ’と等しくてもよく、第３の値Ｃ’低くてもよく、高くてもよい。

【0087】

シリコン濃度は、この層において０である。

【0088】

アルミナ層７に対応する、高さｈ５と高さｈ６との間で、アルミニウム濃度は、第５の一定値Ｅ’を有する。

【0089】

第５の値Ｅ’は、第４の値Ｄ’より大きい。

【0090】

シリコン濃度は、この層において０である。

【0091】

図３ａに説明された実施形態の例において、部品１が、１１００℃を超える温度にさらされない場合、様々な熱膨張から生じる歪みは、それほど大きくなく、シリコン副層４の存在をもはや必要としない。

【0092】

傾斜組成層３に存在するＴｉ３ＡｌＣ２層を選択して、Ｔｉ２ＡｌＣ生成層６を省くこともでき、それによって保護２を製造する方法を縮小する。

【0093】

したがって、部品１の表面において、基材５は、Ｔｉ３ＡｌＣ２及びＴｉ３ＳｉＣ２を含み、その比率が、層で認められる高さによって決まる、厚さ５０μｍ～５００μｍの傾斜組成層３で直接被覆される。

【0094】

Ｔｉ３ＡｌＣ２を含む生成層６は、５０～３００μｍの間の厚さを有し、保護アルミナ層７を維持するための、実質的な化学槽を構成する。

【0095】

図３ｂに説明された実施形態の例において、保護２は、上記で与えられたものとは異なるアルミニウム濃度及びシリコン濃度のプロファイルを含む。ここで、値ｈ１～ｈ６は、図１ｂ及び図２ｂの値と異なってもよいことに留意されたい。さらに、保護２は、副層４を含まない。したがって、高さｈ２及び高さｈ３は等しい。

【0096】

部品１の基材５の層に対応する、高さｈ１と高さｈ３との間で、シリコン濃度は、第１の一定値Ａ’’を有する。アルミニウム濃度は、この層において０である。

【0097】

傾斜組成層３に対応する、高さｈ３と高さｈ４との間で、シリコン濃度は、第４の高さｈ４のレベルで、第１の値Ａ’’から０の値まで減少する。

【0098】

アルミニウム濃度は、０の値から第２の値Ｃ’’まで増加する。例示的な例において、第２の値Ｃ’’は、第１の値Ａ’’より大きいが、傾斜組成層３における追加の化学種が、この第２の値Ｃ’’を置き換え、それを第１の値Ａ’’より低い濃度又は第１の値Ａ’’と等しい濃度にすることも可能である。

【0099】

高さｈ３と高さｈ４との間の中間の高さｈでは、アルミニウム及びシリコンは共に、傾斜層３の組成に存在している。

【0100】

アルミナ生成層６に対応する、高さｈ４と高さｈ５との間で、アルミニウム濃度は、第３の一定値Ｄ’’を有する。この第３の値Ｄ’’は、第２の値Ｃ’’と等しくてもよく、第２の値Ｃ’’より低くてもよく、高くてもよい。

【0101】

シリコン濃度は、生成層６において０である。

【0102】

アルミナ層７に対応する、高さｈ５と高さｈ６との間で、アルミニウム濃度は、第４の一定値Ｅ’’を有する。

【0103】

第４の値Ｅ’’は、第３の値Ｄ’’より大きい。

【0104】

シリコン濃度は、アルミナ層７において０である。

【0105】

図４に関して、保護２は、保護層を生成するように、部品１の表面に粒子を噴霧することによって材料を添加する方法９によって、部品１において少なくとも一部実施される。

【0106】

以下において、方法は、傾斜組成層３の製造と関連して説明される。しかし、方法は、変更すべきところは変更して、例えば、アルミナ生成層６などの、他の層に適用することができる。

【0107】

傾斜組成層３を得るための方法９は、粒子が、プラズマ中に注入され、傾斜組成層３を形成するように、部品１上で、加熱され、噴霧される、プラズマ溶射１０の原理に基づく。

【0108】

この場合において、Ｔｉ３ＡｌＣ２粒子及びＴｉ３ＳｉＣ２粒子は、分けて保管され、溶媒中懸濁物に入れられる。

【0109】

次いで、Ｔｉ３ＡｌＣ２懸濁物及びＴｉ３ＳｉＣ２懸濁物は、それぞれ制御された流量で、プラズマ１０に注入され、達する層の高さの関数として得られる、Ａｌ及びＳｉの望ましい比率を遵守する。

【0110】

ここで、溶媒は、傾斜組成層３における酸化物形成を防ぐように、非水性であり、したがってその均一性及び機械的特性が保証される。

【0111】

噴霧は、中性雰囲気において実施することもできて、金属間相又は周囲の酸化雰囲気によって、噴霧された材料の、高温での酸化から生じる酸化物の形成を制限する。

【0112】

プラズマによる、それゆえに高温での堆積は、室温で冷却する間、その自己修復、したがって任意の亀裂を塞ぐ、その自然な傾向を高めることによって、システムへの全体的な損傷を限定的なものにする、堆積させた被覆における残留圧縮ひずみも得ることができる。

【0113】

大気圧下でのプラズマ粉末の溶射（ＡＰＳ）、中性ガス中でのプラズマ粉末の溶射（ＩＰＳ）などの、様々な溶射法を用いて又は高速懸濁物フレーム溶射（ＨＶＳＦＳ）によって、堆積を実施することも考えられる。

【0114】

方法９は、プラズマ１０を生成するトーチ１２、第１のパイプ１７及び第２のパイプ１８によって、第１の槽１５及び第２の槽１６と接した、第１の注入器１３及び第２の注入器１４を備える、溶射装置１１を用いて実施される。

【0115】

第１の槽１５は、Ｔｉ３ＡｌＣ２粉末の溶媒中懸濁物を含むが、第２の槽１６は、Ｔｉ３ＳｉＣ２粉末の溶媒中懸濁物を含む。

【0116】

第１の注入器１３は、懸濁物を加熱し、部品１上に噴霧するプラズマ中に、Ｔｉ３ＡｌＣ２懸濁物を注入し、結果として保護２を形成する粒子を堆積させ、第２の注入器１４は、プラズマに、Ｔｉ３ＳｉＣ２懸濁物を注入する。

【0117】

形成される保護層のアルミニウム及びシリコンの含有量を制御し、傾斜組成層３を製造するように、これらの比率を変えるために、２つの懸濁物の注入率は、共に制御される。

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図4】