JPH06505543A - ターボ機械の被膜およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ターボ機械の被膜およびその製造方法 この発明は、″ノア、谷被お、よび埋込み部ｉ」イー有する層状複合材料からな る、ター・重機械、特にガスタービンのラビリンスシールの被膜お、ｉ：　ｌ’ ド該彼脇をさＩｌ造号゛る方法に関するものである１、 ターボ機械の人１−１部分の被膜１よ、ＥＰ−（）Ｓ　Ｏ１６６９４０号により 公知である。イこに記載された該層ｇｉｉｉ、！：、ロータ羽根とハウジング間 の半径方向の隙間をｉ′きる限り小さく保持しなければならない。例えば、ロー タ軸上のラビリンス先端およびハウジングの被膜を有するうじリンスシールの場 合は、被膜の自己発火の危茜がある。なぜなわば、個々のロータの羽根先端がハ ウジングの被膜と摩擦接触する場合より、ラビリンス先端の方が被膜とより激し く摩擦接触するからである。

このため、ＥＰ−Ｏ３０１６６９４０号に記載のようなラビリンスシールの被膜 は、グラファイトまたはセラミックからなるコア材料により製造されておらず、 被覆材または埋込み部材を有しない、よりよい熱排除金属フェルトまたは金属繊 維から製造されている。

この相違にも拘わらず、金属フヱ／ｌ斗または金属繊維で作られている被膜の自 己発火により、ラビリンスシールの個所で駆動停止となる。その際、ラビリンス 先端との強烈な摩擦接触のため、および圧縮高熱酸素（２８０〜６００℃で０． ４−ＩＭＰａ）と、金属フェル１−または金属繊維の大きい特有の酸化性金属表 面との間での発熱反応により、金属フェルトまたは金属繊維の局部的な過熱が生 じる。その際、燃焼速度は熱除去より大きいので、シール構造が爆発的に破壊さ れる。その際、また、ロータと被膜材料との部分的な溶着が生じる。

本発明の課題は、改良された始動特性および取りつけ特性を有する被膜を提供す ることであり、それにより発熱が抑制され、熱伝導性が改良される。

本発明によれば、コアが鉄基、ニッケル基またはコバルト基へ金からなるフェル １−または３次元網状＃１ＩＡＩｌ＃体からなり、外被が１以上の貴金属または 貴金属合金からなり、各金属コアが外皮材料により取り囲ま第１、そして埋込み 部材が六方結晶格子層構造を有する酸化物、炭化物、または窒化物の群からなる 酸化安定性の滑り材料からなることにより、十紀課題が解決される３、この解決 策は、鉄、ニッケルまたはコバルト合金からなるコアが、形状に対応した被膜を 形成するために、必要な安定性を提供するという利点を有している。

貴金属外被は形状安定性の丁ｒ材より高い耐酸化性を有し、そ１４．て耐酸化性 の遮断層により発熱反応の伝播を制限Ｌ１１つ妨げる。繊紹体は局部的に熱くな り、部分的にも溶は始めるので、ンールは摩滅するが、燃焼の過度の伝播は妨げ られる。同時に、貴金属は歪の高い電子運動性（−基すき、卑金属より高い熱伝 導を示すので、貴金属外皮は熱除去を増大する。

羽根が従来の被膜の場合、埋込み部材は金属の羽根先端を摩耗するという問題が あるので、鋼玉または他の硬度な研削砕粒子から構成されている。ラビリンスシ ールでは、この種の研削粒子がラビリンスシールの金属先端を消耗させ、そして 漏れの程度が拡大する。六方結晶格子層構造を有する酸化物、炭化物または窒化 物の鼾からなる酸化安定性の滑り材料からなる本発明の埋込み部材は、六方最密 充填ではないので、この六方結晶格子層が滑らかさを与え、従ってラビリンスノ ールの先端は、摩耗のストレスを負うことがないという特徴がある。

本発明の好ましい構成においては、繊維体が金属線、金属繊維または金属削屑す からなる。この繊維体は、網状化のタイプに応じて長さを短くしたり、長くした りできる。繊維の形や繊維の種類に応じて、繊維体を形成するための種々の製造 方法が使用される。直径が約１〜５０μｍのフィラメント繊維から、２次元交差 巻き円筒状層が製造され、該層は繊維体の形成のための巻取繊維の交差ポイント において拡散接触焼成または拡散焼きなましにより網状化される。しかし、フイ ラメン１へ繊維は針状フェルトを製造したり、３次元網編物または織物を形成す るのに適している。長いまたは短い繊維チップは、繊維体を形成するための拡散 焼成または拡散焼きなましによる３次元網状化のために特に適した釘状フェルト に加工される。

木綿繊維または炭素繊維１つに電気メッキして沈着した金属繊維、金属繊条才ｊ −は金属線は、金属削屑と同様に繊維体に加工出来る。

金属線および金属繊維または金属削屑の材料として、鉄または鉄基合金、ニッケ ゛ルまたは下、ツケル基合金、コバルＩ−または１パル［・基へ金が使用される １、金属線、金属繊維または金属削屑の本質的な長所は、繊維体が大きい初期空 隙性を有するので大きい空隙容量を中間材料のために利用しうるということであ る。

本発明の他の好ましい態様は、繊維体が平坦に織られ、編まれ、結ばれ又は巻き つけられた２次尾繊維層を有し、該層は拡散接触焼成または拡散焼きな才しによ り、またはメリヤス編み、クローセ編み、縫い込みまたは縫合により３次元！、 −網状化される。繊維体は、ラビリンス先端の摩耗の間に、層４成して除去され ないので、稼働中は大きい表面の異粒子が被膜の所ではげ落ちず、従って駆動装 Ｗ、１の機能を妨げることがない、という利点を有する。

繊維コアの外被用の貴金属として１、白金、ロジウム、金またはこわらの元素の 合金を使用する。−ｋが好ましい。これらの酸化安定性で１つ熱伝導性の金属は 、非常に均一で目つ低コストで、金属線、金属繊維または金属削屑の被覆のため の繊維体に入り込む、−とができるとい・う利点を有する。

好ましい埋込み部材は、六方窒化ホウ素の粒子からなるものである。また、六方 窒化ホウ素が埋込み部材として被膜の成形前、成形中まｊ、−は成形後に被膜内 Ｉご入り込んだ場合、六方窒化ホウ素は摩擦特性およびこすり特性を改良する。

熱分解的に沈着されたα窒化ホウ素は、六方結晶格子層構造をイｊし、極めて酸 化安定性であるのみならず、グラファイトのような摩擦係数を有する。窒化ホウ 素は、殆どの溶融金属とは反応せず、湿潤されず、滑石のように軟らかい。α窒 化ホウ素は、相当の熱伝導性を有しているので、α窒化ホウ素で繊維体の孔が充 填されると被膜の温度■」が減少する。また、温度ト昇は、軟らかい窒化ホウ素 の被膜の摩擦係数の減少により押さえられる。

上記のタイプの被膜の製造法を提供する課題は、まずコア＋１が１以上の貴金属 またはその合金で被覆され、次に繊維体の隙間または孔が部分的に、または全体 的に埋込み部材で充填され、その結果粗繊維体が生じ、次いで粗繊維体が被膜素 材に加工され、最後にプレスされて被膜が形成されることにより、解決される。

製造１稈の順序は、被膜の完成までに、貴金属被ヲ〕二稈後の被覆されたコア材 、坤込み部材のための供給操作後の粗繊維体、加工および成形工程後の被膜素材 のような、品質保証された中間製品が製造され、最後にプレス工程後に被膜が仕 ｌ−げられるという、特徴を有する。各々の中間製品は、最終製品の品質を有利 に保証するために、独特の品質試験が行なわれる。従って、本方法は、貴金属被 覆工程後に、コア材の被覆の完結及び貴金属被覆の厚さを決定することができる ことを可能にする。滑り材料の封入後に、粗繊維体について孔の充填割合および 残りの隙間容量が調べられる。加工および成形工程後に、被膜素材の寸法精度を 計測することができ、プレスによる圧縮工程のための収縮寸法が決められ、それ により、被膜の寸法精度が保証される。品質保証工程後に、プレスされた被膜を 後加工することも可能である。

この製造法は、下記表１に商品名および化学組成で示した、本発明による方法に より精製されるコア材として、商業的に利用しうる品質のものが使用できるので 非常に経済的であるという付加的な利用を有する。

本発明方法の他の好ましい態様は、まずコア材が未被覆の粗繊維体に加工され、 ついで被膜素材にプレスまたは拡散焼成され被膜素材が形成され、続いて電気メ ッキ、化学蒸着またはプラズマ沈着により貴金属被覆を行い、最後に埋込み部材 が入れられることからなる。

この方法は、続いて貴金属被覆の前に、予め比較的密な粗繊維体が存在し、該粗 繊維体の多数の繊維交差個所が貴金属被覆により固定され、それにより改良され た３次元破壊強度が達成されるという長所を有する。

埋込み部材のコア寸法は、圧縮にも係わらず、密な粗繊維体の孔寸法に対してま だ小さいので、埋込み部材の十分な濃縮が達成できる。

六方窒化ホウ素を埋込み部材として使用するために、貴金属でコア材料を被膜し た後に、六方窒化ホウ素からなる粒子の担体液中の懸濁液により繊維体を浸漬す ることが行われる。担体液の蒸発または空気乾燥後に、六方窒化ホウ素粒子が繊 維体の孔に残る。得られた粗繊維体は、続いて被膜素材に加工され、最後にプレ スすることにより被膜に加工される。

次の実施例は、本発明の好ましい態様を示すものである。

実施例１は、ロジウム被覆及び六方窒化ホウ素の埋込み部材を有する金属線から 造られた被膜とその製造を述べたものである。

実施例２は、金属削屑から成る被膜とその製造について述べたものである。

実施例１はロジウム被覆及び六方窒化ホウ素の埋込み部材を有する金属線から造 られた被膜とその製造を述べたものである。無端のハステロイＸ線（表１を参照 ）から、約１２０龍の直径の管を編む。この管を円筒状補助形を経て、被膜につ いて必要な見掛は密度体積が達成されるまで巻きつける。その際、見掛は密度体 積は完成した被膜の端部分より相当大きい。

円筒状の粗部材はほぼ２倍の端部分体積まで予め圧縮され、その際、同時にまた は後で、拡散接触焼成または拡散焼きなましによる３次元拡散網状化を行うこと ができる。

圧縮された粗部材は、混入物および酸化物層を除去するため、次の化学薬品で酸 洗いされる。

ａ）１．４１ｇ／ｃｍ３の濃度の約３００ｉ１のＨＮＯ３ｂ）１．２６ｇ／ｃｍ ’の濃度の約３５ｍ１のＨＦＣ）約１０１００ＯのＨ２Ｏ 該粗部材は、約５０℃に維持された上記酸洗い液に約３０秒間は浸漬された。

次に、該粗部材は温水中で繰り返し洗浄される。

ついで、圧縮粗部材の金属線はロジウウムで完全に被覆される。このために、圧 縮粗部材は、下記組成の電気メッキ浴に浸漬される。

ａ）２〜１０　ｇ／　１　ロジウム錯硫酸塩ｂ）５〜５０ｍ＋１／Ｉ　濃縮硫酸 Ｃ）１０〜１００ｇ／Ｉ　スルファミン酸マグネシウムｄ）５〜５０ｇ／Ｉ　硫 酸マグネシウム２０℃〜５０℃の室内温度で、０．　５〜８時間、０．　５〜２ Ａ／ｄの電流密度に調整される。その際、約１〜１０μｍ厚のロジウムからなる 貴金属層がハステロイＸ線の上に形成される。被覆繊維体の熱水での洗浄処理お よび加熱空気乾燥後、この繊維体はシール担持体にハンダ付けされる。続いて、 被覆された粗部材は窒化ホウ素粒子の供給により、被膜素材に加工される。その ために、該粗部材は、 ａ）５〜１０体積％　六方α窒化ホウ素ｂ）３〜８重量％　無機ケイ酸塩結合剤 Ｃ）残り　蒸溜水 からなる懸濁液に繰り返し浸漬され、乾燥される。最後に被膜素材は最終形状の 被膜にプレスされ、６０〜１５０℃の温度で乾燥される。

実施例２は、金属削屑からなる被膜とその製造について述べたものである。表た は拡散焼きなましにより金属の理論密度の約１０〜２５％の密度に予備圧縮して 板状の繊維体を形成する。この粗板は、実施例１と同様に酸洗いされ、洗浄およ び乾燥後、白金またはロジウムの除去のため、有機金属溶液に浸漬され、乾燥さ れる。

６５０℃〜８００℃の多段の加熱により、有機金属化合物から、繊維体の白金被 覆、ロジウム被覆または白金−ロジウム被覆が沈着する。貴金属が被覆された板 は切断され、ベンディング、ロール、ローラまたはプレスにより繊維体素材に成 形され、シール支持部分にハンダ付けされる。

ハンダ付は後、実施例１と同様に六方窒化ホウ素粒子の懸濁液により、繊維体素 材の含浸が行われて被膜素材が形成され、最後に圧縮成形されて被膜が形成され る。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．コア、外被および埋込み部材を有する層状複合材料からなるターボ機械、特 にガスタービンのラビリンスシールの被膜において、該コアは鉄基合金、ニッケ ル基合金またはコバル基ト合金からなるフェルトまたは３次元網状化繊維体から なり、該外被は１以上の貴金属または貴金属合金からなり、各コアは外被材料に より完全に包囲されており、該埋込み部材は六方結晶格子層構造を有する酸化物 、炭化物または窒化物からなる酸化安定性滑り材からなることを特徴とする被膜 。
2. ２．前記繊維体が金属線、金属繊維または金属削屑からなる請求項１に記載の被 膜。
3. ３．前記３次元網状化繊維体が、平坦な織り、編み、結びまたは巻きつけた２次 元繊維層を有し、該繊維記層が拡散接触焼成または拡散焼きなましにより、また はメリヤス編み、クローセ編み、刺し編みまたは縫い編みにより三次元網状化さ れている請求項１または２に記載の被膜。
4. ４．前記外被が白金、ロジウム、金またはこれらの元素の合金からなる請求項１ 〜３のいずれか１項に記載の被膜。
5. ５．前記埋込み部材の材料が、六方窒化ホウ素からなる請求項１〜４のいずれか １項に記載の被膜。
6. ６．まず、コア材が１以上の貴金属またはその合金で被覆され、続いて繊維体の 隙間または孔が埋込み部材で完全にまたは部分的に充填され、その結果粗繊維体 が生じ、これが被膜素材に加工され、最後に被膜にプレスされる請求項１〜３の いずれか１項に記載の被膜を製造する方法。
7. ７．まず、コア材が被覆されていない粗繊維体に加工され、ついで圧縮または拡 散結合されて被膜素材が形成され、続いて電気メッキ沈着、有機金属沈着、ＣＶ Ｄ沈着またはプラズマ沈着により、貴金属被覆を行い、シール支持体への沈着の 前または後に、埋込み部材が供給される請求項６に記載の方法。
8. ８．埋込み部材の供給のために、貴金属によるコア材の被覆後、担体液への六方 窒化ホウ素からなる粒子の懸濁液により、繊維体の浸漬が行われる請求項６また は７に記載の方法。