JP2001295021A - 金属基体に保護皮膜を形成する方法および得られた物品 - Google Patents
金属基体に保護皮膜を形成する方法および得られた物品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属部品に保護皮膜系を効率よく形成する新
規な方法。 【解決手段】 まず金属基基体にＭＣｒＡｌＹ型材料の
第１層を真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）法またはＨＶＯＦ
法により溶射する。つぎに第２層をＶＰＳ法またはＨＶ
ＯＦ法により溶射する。第２層はつぎの組成（原子
％）：コバルト０〜約２５％、クロム約７〜２５％、ア
ルミニウム約１８〜５５％、イットリウム０〜約１％、
ケイ素０〜約２％および残部のニッケルからなる合金か
ら形成する。つぎに溶射した２層を熱処理する。このよ
うにして得られた物品も提供される。
規な方法。 【解決手段】 まず金属基基体にＭＣｒＡｌＹ型材料の
第１層を真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）法またはＨＶＯＦ
法により溶射する。つぎに第２層をＶＰＳ法またはＨＶ
ＯＦ法により溶射する。第２層はつぎの組成（原子
％）：コバルト０〜約２５％、クロム約７〜２５％、ア
ルミニウム約１８〜５５％、イットリウム０〜約１％、
ケイ素０〜約２％および残部のニッケルからなる合金か
ら形成する。つぎに溶射した２層を熱処理する。このよ
うにして得られた物品も提供される。
Description
【０００１】
【発明の背景】この発明は一般に、金属基体に設けた保
護皮膜に関する。特に、タービンエンジンに用いる超合
金部品にかかる皮膜を形成する技術に関する。
護皮膜に関する。特に、タービンエンジンに用いる超合
金部品にかかる皮膜を形成する技術に関する。
【０００２】多数の金属および金属合金が種々広範な工
業用途で用いられている。工業的環境では、極端な作動
条件、たとえば約８５０〜１１５０℃の範囲の温度に遭
遇することがきわめて多い。超合金のような金属がこの
ような温度にさらされると、腐食および酸化作用の傾向
が高まる。したがって、保護皮膜を用いてこのような金
属製の部品、たとえばタービンエンジン部品を保護する
必要がある。
業用途で用いられている。工業的環境では、極端な作動
条件、たとえば約８５０〜１１５０℃の範囲の温度に遭
遇することがきわめて多い。超合金のような金属がこの
ような温度にさらされると、腐食および酸化作用の傾向
が高まる。したがって、保護皮膜を用いてこのような金
属製の部品、たとえばタービンエンジン部品を保護する
必要がある。
【０００３】このような部品を保護するのによく用いら
れる皮膜系として、２層系が挙げられる。第１層はＭＣ
ｒＡｌＹ（式中のＭは鉄、ニッケルまたはコバルトであ
る）のような材料から形成する。この層は高速オキシ−
燃料（ＨＶＯＦ＝high velocity oxy-fuel）法により設
層するのが有利であり、基体に強固に結合される。第２
層はアルミナイド型材料で、基体に非常に高度な耐酸化
性を与える。通常、第２層は、「パックアルミナイジン
グ」（pack aluminiding）のようなアルミナイジング法
により形成する。この方法では、基体を皮膜元素ソー
ス、フィラー材料およびハロゲン化物アクチベータを含
有する混合物（パック）に浸漬する。高温（通常約７０
０〜１０５０℃）で、混合物内での反応によりアルミニ
ウムに富む蒸気を生成し、この蒸気が被覆すべき表面
上、たとえばＭＣｒＡｌＹ被覆基体上に凝縮する。凝縮
したアルミニウム基材料はつぎの熱処理中にＭＣｒＡｌ
Ｙ皮膜中に拡散する。
れる皮膜系として、２層系が挙げられる。第１層はＭＣ
ｒＡｌＹ（式中のＭは鉄、ニッケルまたはコバルトであ
る）のような材料から形成する。この層は高速オキシ−
燃料（ＨＶＯＦ＝high velocity oxy-fuel）法により設
層するのが有利であり、基体に強固に結合される。第２
層はアルミナイド型材料で、基体に非常に高度な耐酸化
性を与える。通常、第２層は、「パックアルミナイジン
グ」（pack aluminiding）のようなアルミナイジング法
により形成する。この方法では、基体を皮膜元素ソー
ス、フィラー材料およびハロゲン化物アクチベータを含
有する混合物（パック）に浸漬する。高温（通常約７０
０〜１０５０℃）で、混合物内での反応によりアルミニ
ウムに富む蒸気を生成し、この蒸気が被覆すべき表面
上、たとえばＭＣｒＡｌＹ被覆基体上に凝縮する。凝縮
したアルミニウム基材料はつぎの熱処理中にＭＣｒＡｌ
Ｙ皮膜中に拡散する。
【０００４】このタイプのアルミナイジング法は通常高
品質の皮膜を形成するのに極めて有効である。しかし、
かかるアルミナイジング法の使用が被覆プロセス全体に
とって不利になることもある。たとえば、大形部品のパ
ックアルミナイジングでは長い処理時間が必要となる。
さらにこのようなタイプのプロセスにはそれ専用の装置
が必要である。したがって部品がこのような装置のない
場所にある場合、補修作業で皮膜を施すことが不可能に
なる。さらに、第１層（たとえばＭＣｒＡｌＹ）を形成
するのに用いた被覆システムからアルミナイドを主成分
とする層に用いる被覆システムに切り替える際の「切
換」時間が、被覆プロセスの全体効率を低下する。
品質の皮膜を形成するのに極めて有効である。しかし、
かかるアルミナイジング法の使用が被覆プロセス全体に
とって不利になることもある。たとえば、大形部品のパ
ックアルミナイジングでは長い処理時間が必要となる。
さらにこのようなタイプのプロセスにはそれ専用の装置
が必要である。したがって部品がこのような装置のない
場所にある場合、補修作業で皮膜を施すことが不可能に
なる。さらに、第１層（たとえばＭＣｒＡｌＹ）を形成
するのに用いた被覆システムからアルミナイドを主成分
とする層に用いる被覆システムに切り替える際の「切
換」時間が、被覆プロセスの全体効率を低下する。
【０００５】以上から明らかなように、金属部品に保護
皮膜系を効率よく形成する新規な方法が当業界で求めら
れている。この方法は、専用の特殊な装置を必要としな
い被覆技術を使用しなければならない。たとえば、使用
装置は、部品を修理する必要が生じる種々の場所で入手
できる装置でなければならない。さらに、新規な方法を
用いる結果として、従来の被覆方法で実現できた特性と
ほぼ同等の特性を有する保護皮膜が得られなくてはなら
ない。
皮膜系を効率よく形成する新規な方法が当業界で求めら
れている。この方法は、専用の特殊な装置を必要としな
い被覆技術を使用しなければならない。たとえば、使用
装置は、部品を修理する必要が生じる種々の場所で入手
できる装置でなければならない。さらに、新規な方法を
用いる結果として、従来の被覆方法で実現できた特性と
ほぼ同等の特性を有する保護皮膜が得られなくてはなら
ない。
【０００６】
【発明の概要】本発明の１実施態様は、金属基基体、た
とえば超合金材料から形成された基体に耐環境性保護を
与える方法である。ここで、用語「耐環境性保護」は、
金属基体を酸化、腐食など種々の望ましくない作用から
保護することを意味する。したがって、本発明の方法
は、しばしば約７００〜９００℃の範囲となる温度曝露
をはじめとして、極端な運転条件にさらされるおそれの
ある、タービンエンジン部品を保護するのに特に適当で
ある。第一の実施態様は、（ａ）金属基基体に第１層を
真空プラズマ溶射法またはＨＶＯＦ法により設層し、こ
こで第１層材料は式ＭＣｒＡｌＹ（式中のＭはＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏおよびこれらの混合物よりなる群から選ばれ
る）で表される合金を含有し、（ｂ）前記第１層に第２
層を真空プラズマ溶射法またはＨＶＯＦ法により設層
し、ここで第２層材料はつぎの組成：コバルト０〜約２
５原子％、クロム約７〜２５原子％、アルミニウム約１
８〜５５原子％、イットリウム０〜約１原子％、ケイ素
０〜約２原子％および残部のニッケルからなる合金を含
有し、つぎに（ｃ）溶射した２層を熱処理する工程を含
む。
とえば超合金材料から形成された基体に耐環境性保護を
与える方法である。ここで、用語「耐環境性保護」は、
金属基体を酸化、腐食など種々の望ましくない作用から
保護することを意味する。したがって、本発明の方法
は、しばしば約７００〜９００℃の範囲となる温度曝露
をはじめとして、極端な運転条件にさらされるおそれの
ある、タービンエンジン部品を保護するのに特に適当で
ある。第一の実施態様は、（ａ）金属基基体に第１層を
真空プラズマ溶射法またはＨＶＯＦ法により設層し、こ
こで第１層材料は式ＭＣｒＡｌＹ（式中のＭはＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏおよびこれらの混合物よりなる群から選ばれ
る）で表される合金を含有し、（ｂ）前記第１層に第２
層を真空プラズマ溶射法またはＨＶＯＦ法により設層
し、ここで第２層材料はつぎの組成：コバルト０〜約２
５原子％、クロム約７〜２５原子％、アルミニウム約１
８〜５５原子％、イットリウム０〜約１原子％、ケイ素
０〜約２原子％および残部のニッケルからなる合金を含
有し、つぎに（ｃ）溶射した２層を熱処理する工程を含
む。
【０００７】工程（ｃ）の熱処理により第１層と第２層
との間に拡散領域を形成する。拡散領域の厚さは通常、
第１層および第２層の合計厚さの約０．５〜１０％であ
る。後述するように、第１層および第２層はＨＶＯＦの
ような単一の堆積法により設層することができる。この
ことは商業的状況において重要な加工上の利点となる。
との間に拡散領域を形成する。拡散領域の厚さは通常、
第１層および第２層の合計厚さの約０．５〜１０％であ
る。後述するように、第１層および第２層はＨＶＯＦの
ような単一の堆積法により設層することができる。この
ことは商業的状況において重要な加工上の利点となる。
【０００８】場合によっては、第２層に種々の特定組成
を用いる。たとえば、アルミニウムを約２５原子％〜約
５５原子％の範囲の量含有させることにより、組成をγ
相材料のないようにすることがある。好適な組成は、コ
バルト０〜約２５原子％、クロム約７〜２０原子％、ア
ルミニウム約３０〜５５原子％、イットリウム０〜約１
原子％、ケイ素０〜約２原子％および残部のニッケルか
らなる合金を含有する。
を用いる。たとえば、アルミニウムを約２５原子％〜約
５５原子％の範囲の量含有させることにより、組成をγ
相材料のないようにすることがある。好適な組成は、コ
バルト０〜約２５原子％、クロム約７〜２０原子％、ア
ルミニウム約３０〜５５原子％、イットリウム０〜約１
原子％、ケイ素０〜約２原子％および残部のニッケルか
らなる合金を含有する。
【０００９】より大きな靱性および延性が望まれる場
合、第２層に別の好適な組成を使用する。このような組
成は、コバルト０〜約２５原子％、クロム約１５〜２５
原子％、アルミニウム約１８〜２５原子％、イットリウ
ム０〜約１原子％、ケイ素０〜約２原子％および残部の
ニッケルを含有する。
合、第２層に別の好適な組成を使用する。このような組
成は、コバルト０〜約２５原子％、クロム約１５〜２５
原子％、アルミニウム約１８〜２５原子％、イットリウ
ム０〜約１原子％、ケイ素０〜約２原子％および残部の
ニッケルを含有する。
【００１０】本発明の別の実施態様は、（ｉ）金属基基
体、（ｉｉ）前記基体上に真空プラズマ溶射法またはＨ
ＶＯＦ法により設層され、式ＭＣｒＡｌＹ（式中のＭは
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏおよびこれらの混合物よりなる群から
選ばれる）で表される合金を含む材料からなる緻密な第
１層、および（ｉｉｉ）前記第１層上に真空プラズマ溶
射法またはＨＶＯＦ法により設層され、つぎの組成：コ
バルト０〜約２５原子％、クロム約７〜２５原子％、ア
ルミニウム約１８〜５５原子％、イットリウム０〜約１
原子％、ケイ素０〜約２原子％および残部のニッケルか
らなる合金を含む材料からなる緻密な第２層を含む物品
を提供する。
体、（ｉｉ）前記基体上に真空プラズマ溶射法またはＨ
ＶＯＦ法により設層され、式ＭＣｒＡｌＹ（式中のＭは
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏおよびこれらの混合物よりなる群から
選ばれる）で表される合金を含む材料からなる緻密な第
１層、および（ｉｉｉ）前記第１層上に真空プラズマ溶
射法またはＨＶＯＦ法により設層され、つぎの組成：コ
バルト０〜約２５原子％、クロム約７〜２５原子％、ア
ルミニウム約１８〜５５原子％、イットリウム０〜約１
原子％、ケイ素０〜約２原子％および残部のニッケルか
らなる合金を含む材料からなる緻密な第２層を含む物品
を提供する。
【００１１】前述したように、基体は多くの場合超合金
材料から形成され、タービンエンジンの部品とすること
ができる。第１層と第２層との間に拡散領域が配置され
る。
材料から形成され、タービンエンジンの部品とすること
ができる。第１層と第２層との間に拡散領域が配置され
る。
【００１２】この発明の特徴について以下に詳細に説明
する。
する。
【００１３】
【好適な実施態様】本発明の基体として多数の異なる金
属または金属合金を使用できる。ここで用語「金属基」
は、主として金属または金属合金からなる材料を意味す
るが、若干の非金属成分、たとえばセラミック、金属間
相、中間相などを含有してもよい。通常、基体は耐熱合
金、たとえば代表的には約１０００〜１１５０℃までの
作動温度を有する超合金である。（用語「超合金」は通
常、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタ
ン、鉄などの他の元素１種以上を含有する複合コバルト
基またはニッケル基合金を包含する。）超合金は、ここ
で先行技術として援用する米国特許第５，３９９，３１
３号および第４，１１６，７２３号などの種々の刊行物
に記載されている。耐熱合金全般はKirk-Othmer's Ency
clopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, Vo
l.12, pp.417-479 (1980)およびVol.15,pp.787-800
(1981)にも記載されている。ニッケル基超合金は代表的
には約４０重量％以上のＮｉを含有する。具体的な合金
は登録商標名Inconel、Nimonic、Rene（たとえばRene８
０およびRene９５合金）およびUdimetと称される。コバ
ルト基超合金は代表的には約３０重量％以上のＣｏを含
有する。商業的な例としては、登録商標名Haynes、Nozz
aloy、StelliteおよびUltimetがある。基体の実際の形
状は広い範囲に及ぶ。基体はたとえば、種々のタービン
エンジン部品、具体的には燃焼器ライナ、燃焼器ドー
ム、シュラウド、バケット、ブレード、ノズルまたはベ
ーンの形状とすることができる。
属または金属合金を使用できる。ここで用語「金属基」
は、主として金属または金属合金からなる材料を意味す
るが、若干の非金属成分、たとえばセラミック、金属間
相、中間相などを含有してもよい。通常、基体は耐熱合
金、たとえば代表的には約１０００〜１１５０℃までの
作動温度を有する超合金である。（用語「超合金」は通
常、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタ
ン、鉄などの他の元素１種以上を含有する複合コバルト
基またはニッケル基合金を包含する。）超合金は、ここ
で先行技術として援用する米国特許第５，３９９，３１
３号および第４，１１６，７２３号などの種々の刊行物
に記載されている。耐熱合金全般はKirk-Othmer's Ency
clopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, Vo
l.12, pp.417-479 (1980)およびVol.15,pp.787-800
(1981)にも記載されている。ニッケル基超合金は代表的
には約４０重量％以上のＮｉを含有する。具体的な合金
は登録商標名Inconel、Nimonic、Rene（たとえばRene８
０およびRene９５合金）およびUdimetと称される。コバ
ルト基超合金は代表的には約３０重量％以上のＣｏを含
有する。商業的な例としては、登録商標名Haynes、Nozz
aloy、StelliteおよびUltimetがある。基体の実際の形
状は広い範囲に及ぶ。基体はたとえば、種々のタービン
エンジン部品、具体的には燃焼器ライナ、燃焼器ドー
ム、シュラウド、バケット、ブレード、ノズルまたはベ
ーンの形状とすることができる。
【００１４】基体に最初に設層される第１層は通常、式
ＭＣｒＡｌＹで表される合金を含む。ここでＭはＦｅ、
Ｎｉ、Ｃｏおよびこれらの２種以上の混合物よりなる群
から選ばれる。これらの材料は当業界でよく知られてい
る。このタイプの合金の好適なものは、クロム約１７〜
２３％、アルミニウム約４〜１３％、イットリウム約
０．１〜２％およびＭ残量からなる広い組成（重量％）
を有する。好適な実施例では、Ｍはニッケルおよびコバ
ルトの混合物であり、ニッケル対コバルトの比は重量比
で約１０：９０〜約９０：１０の範囲にある。
ＭＣｒＡｌＹで表される合金を含む。ここでＭはＦｅ、
Ｎｉ、Ｃｏおよびこれらの２種以上の混合物よりなる群
から選ばれる。これらの材料は当業界でよく知られてい
る。このタイプの合金の好適なものは、クロム約１７〜
２３％、アルミニウム約４〜１３％、イットリウム約
０．１〜２％およびＭ残量からなる広い組成（重量％）
を有する。好適な実施例では、Ｍはニッケルおよびコバ
ルトの混合物であり、ニッケル対コバルトの比は重量比
で約１０：９０〜約９０：１０の範囲にある。
【００１５】本発明において、第１層は多くの場合真空
プラズマ溶射（ＶＰＳ＝vacuum plasma spray）法また
は高速オキシ−燃料（ＨＶＯＦ＝high velocity oxy-fu
el）法により設層する。これらの溶射方法はともに当業
界で周知である。これらの方法を用いると、たいていの
場合、たとえば、ここに援用する米国特許出願第０９／
３８５，５４４号（M. Boromら、１９９９年８月３０日
出願）に記載されているように、極めて緻密な被覆層が
得られる。簡単に説明すると、真空プラズマ溶射法は通
常低圧環境、たとえば約２０〜６０torrで行う。通例の
真空プラズマ溶射ガンが使用でき、たとえばElectropla
sma(Sulzer-METCO, Inc.)からＥＰＩ０３ＣＡガンが入
手できる。当業者には、この装置の使用に関する種々の
条件、たとえばガンパワー、一次および二次（用いる場
合）ガス選定、ガス流量などはよく知られている。
プラズマ溶射（ＶＰＳ＝vacuum plasma spray）法また
は高速オキシ−燃料（ＨＶＯＦ＝high velocity oxy-fu
el）法により設層する。これらの溶射方法はともに当業
界で周知である。これらの方法を用いると、たいていの
場合、たとえば、ここに援用する米国特許出願第０９／
３８５，５４４号（M. Boromら、１９９９年８月３０日
出願）に記載されているように、極めて緻密な被覆層が
得られる。簡単に説明すると、真空プラズマ溶射法は通
常低圧環境、たとえば約２０〜６０torrで行う。通例の
真空プラズマ溶射ガンが使用でき、たとえばElectropla
sma(Sulzer-METCO, Inc.)からＥＰＩ０３ＣＡガンが入
手できる。当業者には、この装置の使用に関する種々の
条件、たとえばガンパワー、一次および二次（用いる場
合）ガス選定、ガス流量などはよく知られている。
【００１６】ＨＶＯＦ法は当業界で周知であり、たとえ
ばここに援用する米国特許第５，５０８，０９７号およ
び第５，５２７，５９１号に記載されている。ＨＶＯＦ
法は、粉末をスプレーガンのジェット流中に極めて高速
で噴射する連続燃焼プロセスである。当業者には、代表
的なＨＶＯＦ条件がよく知られており、これらの条件は
使用する特定の形式の溶射ガンに応じて変動する。この
ようなファクターとしては、燃料ガスの選定、ガス流
量、被覆粒子寸法などがある。実施例では、ＨＶＯＦが
第１層を形成する技術としてもっとも好適である。
ばここに援用する米国特許第５，５０８，０９７号およ
び第５，５２７，５９１号に記載されている。ＨＶＯＦ
法は、粉末をスプレーガンのジェット流中に極めて高速
で噴射する連続燃焼プロセスである。当業者には、代表
的なＨＶＯＦ条件がよく知られており、これらの条件は
使用する特定の形式の溶射ガンに応じて変動する。この
ようなファクターとしては、燃料ガスの選定、ガス流
量、被覆粒子寸法などがある。実施例では、ＨＶＯＦが
第１層を形成する技術としてもっとも好適である。
【００１７】第１層の厚さは、最終被覆物品がさらされ
る条件ならびに他の要因、たとえば物品に要求される酸
化保護および耐食性のレベルに部分的に依存する。通
常、この厚さは約１００〜３５０ミクロンの範囲、好ま
しくは約１５０〜２５０ミクロンの範囲にある。
る条件ならびに他の要因、たとえば物品に要求される酸
化保護および耐食性のレベルに部分的に依存する。通
常、この厚さは約１００〜３５０ミクロンの範囲、好ま
しくは約１５０〜２５０ミクロンの範囲にある。
【００１８】つぎに、第１層の上に第２層を設層する。
上と同じ堆積方法をとることができるが、実施例によっ
てはＨＶＯＦが特に好適である。本発明の実施にあたっ
ては、第２層が、通常ＮｉＡｌ、ＣｏＡｌまたはこれら
の混合物であるβ相を含むことが重要である。実施例に
よっては、第２層がさらにα−クロム相を含むのが好ま
しい。
上と同じ堆積方法をとることができるが、実施例によっ
てはＨＶＯＦが特に好適である。本発明の実施にあたっ
ては、第２層が、通常ＮｉＡｌ、ＣｏＡｌまたはこれら
の混合物であるβ相を含むことが重要である。実施例に
よっては、第２層がさらにα−クロム相を含むのが好ま
しい。
【００１９】これらの要求に合致する第２層材料の一例
は、下記の組成：コバルト ０〜約２５原子％、クロム
約７〜２５原子％、アルミニウム 約１８〜５５原子
％、イットリウム ０〜約１原子％、ケイ素 ０〜約２
原子％およびニッケル 残量を含有する合金である。
は、下記の組成：コバルト ０〜約２５原子％、クロム
約７〜２５原子％、アルミニウム 約１８〜５５原子
％、イットリウム ０〜約１原子％、ケイ素 ０〜約２
原子％およびニッケル 残量を含有する合金である。
【００２０】耐酸化性が特に大事な場合には、第２層が
実質的にγ相材料、たとえばニッケルまたはコバルトの
固溶体を含有しないことが好ましいことがある。この場
合、アルミニウムの範囲は約２５〜５５原子％となる。
実質的にγ相材料、たとえばニッケルまたはコバルトの
固溶体を含有しないことが好ましいことがある。この場
合、アルミニウムの範囲は約２５〜５５原子％となる。
【００２１】このタイプの好適な合金は、コバルト ０
〜約２５原子％、クロム 約７〜２０原子％、アルミニ
ウム 約３０〜５５原子％、イットリウム ０〜約１原
子％、ケイ素 ０〜約２原子％およびニッケル 残量を
含有する。
〜約２５原子％、クロム 約７〜２０原子％、アルミニ
ウム 約３０〜５５原子％、イットリウム ０〜約１原
子％、ケイ素 ０〜約２原子％およびニッケル 残量を
含有する。
【００２２】特に好適な実施態様では、この合金は、コ
バルト ０〜約２５原子％、クロム 約７〜１５原子
％、アルミニウム 約３５〜５５原子％、イットリウム
０〜約１原子％、ケイ素 ０〜約２原子％およびニッ
ケル 残量を含有する。
バルト ０〜約２５原子％、クロム 約７〜１５原子
％、アルミニウム 約３５〜５５原子％、イットリウム
０〜約１原子％、ケイ素 ０〜約２原子％およびニッ
ケル 残量を含有する。
【００２３】本発明の別の実施態様では、第２層用の合
金の組成および相分布が前述したＭＣｒＡｌＹ材料に近
似している。このタイプの層は普通、靱性および延性が
上述した第２層材料よりすぐれている。この材料は、コ
バルト ０〜約２５原子％、クロム 約１５〜２５原子
％、アルミニウム 約１８〜２５原子％、イットリウム
０〜約１原子％、ケイ素 ０〜約２原子％およびニッ
ケル 残量を含有する。
金の組成および相分布が前述したＭＣｒＡｌＹ材料に近
似している。このタイプの層は普通、靱性および延性が
上述した第２層材料よりすぐれている。この材料は、コ
バルト ０〜約２５原子％、クロム 約１５〜２５原子
％、アルミニウム 約１８〜２５原子％、イットリウム
０〜約１原子％、ケイ素 ０〜約２原子％およびニッ
ケル 残量を含有する。
【００２４】このタイプの第２層は、延性が大きいこと
が重要である保護皮膜系、たとえばかなり激しい熱サイ
クルにさらされる系に特に有用である。このような用途
において、このタイプの好適な組成は、コバルト ０〜
約２５原子％、クロム 約１７〜２２原子％、アルミニ
ウム 約１８〜２２原子％、イットリウム ０〜約１原
子％、ケイ素 ０〜約２原子％およびニッケル 残量を
含有する。
が重要である保護皮膜系、たとえばかなり激しい熱サイ
クルにさらされる系に特に有用である。このような用途
において、このタイプの好適な組成は、コバルト ０〜
約２５原子％、クロム 約１７〜２２原子％、アルミニ
ウム 約１８〜２２原子％、イットリウム ０〜約１原
子％、ケイ素 ０〜約２原子％およびニッケル 残量を
含有する。
【００２５】冶金業界の通常の知識を有する者には、上
述した合金の粉末を調製する方法がよく知られている。
たとえば、Metals Handbook, Desk Edition, the Ameri
canSociety for Metals, 1985参照。個別の処理工程と
しては、たとえば、各成分の粉末を混合し、混合物を溶
融して合金材料のインゴットを形成し、ついでインゴッ
トを破砕またはガス噴霧（微粒化）する。得られた材料
を通常の方法で分級する。個々の処理工程において特定
の合金組成に合うように簡単に調整を行うことができ
る。
述した合金の粉末を調製する方法がよく知られている。
たとえば、Metals Handbook, Desk Edition, the Ameri
canSociety for Metals, 1985参照。個別の処理工程と
しては、たとえば、各成分の粉末を混合し、混合物を溶
融して合金材料のインゴットを形成し、ついでインゴッ
トを破砕またはガス噴霧（微粒化）する。得られた材料
を通常の方法で分級する。個々の処理工程において特定
の合金組成に合うように簡単に調整を行うことができ
る。
【００２６】比較的高レベルのβ相、すなわちＮｉＡｌ
またはＣｏＡｌを含有する合金化材料は通常、比較的高
い融点、たとえば約１６００℃以上の融点を有する。こ
のタイプの材料（「金属間化合物」と呼んでもよい）は
通常比較的高温で処理する。このような材料を処理する
方法の一例が、ここに援用するK. Shawらの米国特許第
５，３３０，７０１号に記載されている。Shawの特許は
金属間材料微粒子を製造する反応焼結方法に関する。こ
の方法では、反応材料を均一に混合する。つぎに混合物
の一部を（保護雰囲気中で）発熱反応を開始するのにま
た過渡的液相を形成するのに十分な温度まで昇温する。
ヒートシンクを用いて化合物の層状体を生成する。層状
体をつぎに保護雰囲気中で冷却し、ついで粉砕し、微粉
砕金属間粉末を形成する。つぎに粉末を分級する。
またはＣｏＡｌを含有する合金化材料は通常、比較的高
い融点、たとえば約１６００℃以上の融点を有する。こ
のタイプの材料（「金属間化合物」と呼んでもよい）は
通常比較的高温で処理する。このような材料を処理する
方法の一例が、ここに援用するK. Shawらの米国特許第
５，３３０，７０１号に記載されている。Shawの特許は
金属間材料微粒子を製造する反応焼結方法に関する。こ
の方法では、反応材料を均一に混合する。つぎに混合物
の一部を（保護雰囲気中で）発熱反応を開始するのにま
た過渡的液相を形成するのに十分な温度まで昇温する。
ヒートシンクを用いて化合物の層状体を生成する。層状
体をつぎに保護雰囲気中で冷却し、ついで粉砕し、微粉
砕金属間粉末を形成する。つぎに粉末を分級する。
【００２７】第２層の厚さは、第１層に関して上述した
多数の要因、たとえば酸化保護および腐食保護の目標レ
ベルに依存する。通常、この厚さは約３５〜８５ミクロ
ンの範囲、好ましくは約４５〜７５ミクロンの範囲とな
る。
多数の要因、たとえば酸化保護および腐食保護の目標レ
ベルに依存する。通常、この厚さは約３５〜８５ミクロ
ンの範囲、好ましくは約４５〜７５ミクロンの範囲とな
る。
【００２８】第２層の形成後、物品を熱処理する。この
熱処理により第２層の一部を第１層中に拡散させ、拡散
領域を形成する。拡散領域が重要である理由はいくつか
ある。拡散領域は第１層と第２層との密着を高め、第２
層が第１層から剥離する傾向を低減する。さらに熱処理
自体は層間の応力を緩和し、また２層間の界面での粒子
組成を均質化する。
熱処理により第２層の一部を第１層中に拡散させ、拡散
領域を形成する。拡散領域が重要である理由はいくつか
ある。拡散領域は第１層と第２層との密着を高め、第２
層が第１層から剥離する傾向を低減する。さらに熱処理
自体は層間の応力を緩和し、また２層間の界面での粒子
組成を均質化する。
【００２９】熱処理の特定の条件は種々の要因に依存す
る。これらの要因には、拡散領域の目標厚さならびに第
１層および第２層の厚さおよび特定組成などがある。さ
らに、通常この特定の熱処理の結果として基体材料の特
性を大幅に変化させるのは望ましくないので、基体金属
の熱処理条件（たとえばエージングおよび溶体化熱処
理）も考慮する必要がある。
る。これらの要因には、拡散領域の目標厚さならびに第
１層および第２層の厚さおよび特定組成などがある。さ
らに、通常この特定の熱処理の結果として基体材料の特
性を大幅に変化させるのは望ましくないので、基体金属
の熱処理条件（たとえばエージングおよび溶体化熱処
理）も考慮する必要がある。
【００３０】熱処理は通常約８５０〜１２５０℃の範
囲、好ましくは約９５０〜１１５０℃の範囲の温度で行
う。
囲、好ましくは約９５０〜１１５０℃の範囲の温度で行
う。
【００３１】熱処理の時間は通常約１〜１０時間の範
囲、好ましくは約２〜６時間の範囲である。加熱時間を
長くすれば低い温度でよくなり、また（上述した通常範
囲内で）温度を高くすれば短い加熱時間でよくなる。
囲、好ましくは約２〜６時間の範囲である。加熱時間を
長くすれば低い温度でよくなり、また（上述した通常範
囲内で）温度を高くすれば短い加熱時間でよくなる。
【００３２】拡散領域の厚さは、第１層および第２層の
厚さに部分的に依存する。たとえば、拡散領域の厚さは
隣接する層いずれをも過剰量消費してはならない。拡散
領域の平均厚さはたいていの場合、第１層および第２層
の合計厚さの約０．５〜１０％である。
厚さに部分的に依存する。たとえば、拡散領域の厚さは
隣接する層いずれをも過剰量消費してはならない。拡散
領域の平均厚さはたいていの場合、第１層および第２層
の合計厚さの約０．５〜１０％である。
【００３３】本発明の１実施態様は、金属基基体、たと
えばタービンエンジン部品またはその一部に設けられた
摩耗または損傷した保護皮膜系を補修する方法を提供す
る。（ここで用いる用語「保護皮膜系」は少なくとも２
つの被覆層、すなわち上述した第１層および第２層を含
む。）まず、基体上の所定区域から摩耗または損傷した
保護皮膜系を除去する。皮膜は、当業界でよく知られた
種々の技法、たとえば化学的剥離（たとえば酸によ
る）、電気化学的剥離、研磨、フッ素イオンエッチング
などにより除去することができるつぎに前述した方法に
したがって、代替の保護皮膜系を補修個所に形成する。
言い換えると、まず第１層を真空プラズマ溶射法または
ＨＶＯＦ法により設層する。第１層合金は式ＭＣｒＡｌ
Ｙ（式中のＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏおよびこれらの混合物
よりなる群から選ばれる）で表される合金である。つぎ
に第２層を第１層上に真空プラズマ溶射法またはＨＶＯ
Ｆ法により設層する。（前述したようにＨＶＯＦ法は実
施例によっては好適な堆積法である。）こうして溶射し
た２つの層をつぎに前述した指針にしたがって熱処理す
る。補修した部品はこの後使用位置に戻すことができ
る。なお、第１層および第２層両方に同じ堆積システム
を用いることにより補修プロセスを著しく能率的にする
ことができる。この利点は、種々なる皮膜設層システム
の選択ができない場所で補修を行わなければならない場
合に特に重要である。
えばタービンエンジン部品またはその一部に設けられた
摩耗または損傷した保護皮膜系を補修する方法を提供す
る。（ここで用いる用語「保護皮膜系」は少なくとも２
つの被覆層、すなわち上述した第１層および第２層を含
む。）まず、基体上の所定区域から摩耗または損傷した
保護皮膜系を除去する。皮膜は、当業界でよく知られた
種々の技法、たとえば化学的剥離（たとえば酸によ
る）、電気化学的剥離、研磨、フッ素イオンエッチング
などにより除去することができるつぎに前述した方法に
したがって、代替の保護皮膜系を補修個所に形成する。
言い換えると、まず第１層を真空プラズマ溶射法または
ＨＶＯＦ法により設層する。第１層合金は式ＭＣｒＡｌ
Ｙ（式中のＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏおよびこれらの混合物
よりなる群から選ばれる）で表される合金である。つぎ
に第２層を第１層上に真空プラズマ溶射法またはＨＶＯ
Ｆ法により設層する。（前述したようにＨＶＯＦ法は実
施例によっては好適な堆積法である。）こうして溶射し
た２つの層をつぎに前述した指針にしたがって熱処理す
る。補修した部品はこの後使用位置に戻すことができ
る。なお、第１層および第２層両方に同じ堆積システム
を用いることにより補修プロセスを著しく能率的にする
ことができる。この利点は、種々なる皮膜設層システム
の選択ができない場所で補修を行わなければならない場
合に特に重要である。
【００３４】
【実施例】以下の実施例により本発明を具体的に説明す
るが、これらはいかなる意味でも本発明の範囲を限定す
るものではない。
るが、これらはいかなる意味でも本発明の範囲を限定す
るものではない。
【００３５】以下に示す超合金サンプルに種々の保護皮
膜系を設層した。被覆サンプルを耐酸化性、耐食性およ
び耐亀裂性について評価した。耐酸化性および耐食性に
ついては、円筒形ピンを試験サンプルとして用いて空気
炉およびバーナーリグ試験を行った。標準ニッケル基超
合金の長さ６インチ（１５．２ｃｍ）のバーから放電加
工によりピンを切り出した。得られたピンはそれぞれ長
さ０．９２インチ（２．３ｃｍ）、直径０．１７インチ
（０．４ｃｍ）であった。（後述するように歪み−亀裂
試験には平坦なバーを使用した。）サンプルＡを構成す
る皮膜系は本発明によるものであった。標準前処理法、
すなわちグリットブラスティングおよびアルコール中で
の超音波クリーニングにより、バーナーリグ試験のため
１組のピンを用意した。第１層は、下記の名目組成：３
２ｗｔ％Ｎｉ、３５．７ｗｔ％Ｃｏ、２２ｗｔ％Ｃｒ、
１０ｗｔ％Ａｌおよび０．３ｗｔ％Ｙを有するＭＣｒＡ
ｌＹ型材料から形成した。この組成物は、平均粒度が約
２０−４４ミクロンである粉末形態で使用した。
膜系を設層した。被覆サンプルを耐酸化性、耐食性およ
び耐亀裂性について評価した。耐酸化性および耐食性に
ついては、円筒形ピンを試験サンプルとして用いて空気
炉およびバーナーリグ試験を行った。標準ニッケル基超
合金の長さ６インチ（１５．２ｃｍ）のバーから放電加
工によりピンを切り出した。得られたピンはそれぞれ長
さ０．９２インチ（２．３ｃｍ）、直径０．１７インチ
（０．４ｃｍ）であった。（後述するように歪み−亀裂
試験には平坦なバーを使用した。）サンプルＡを構成す
る皮膜系は本発明によるものであった。標準前処理法、
すなわちグリットブラスティングおよびアルコール中で
の超音波クリーニングにより、バーナーリグ試験のため
１組のピンを用意した。第１層は、下記の名目組成：３
２ｗｔ％Ｎｉ、３５．７ｗｔ％Ｃｏ、２２ｗｔ％Ｃｒ、
１０ｗｔ％Ａｌおよび０．３ｗｔ％Ｙを有するＭＣｒＡ
ｌＹ型材料から形成した。この組成物は、平均粒度が約
２０−４４ミクロンである粉末形態で使用した。
【００３６】METCO DJ-2600 ＨＶＯＦガンを用いて、
標準ＨＶＯＦシステムにより第１層を溶射した。バーナ
ーリグピンについてのＨＶＯＦ条件は下記の通りであっ
た。酸化性ガスは酸素で、流量約３５０−５００scfhで
あった。燃料ガスは水素で、流量約１４００−１８００
scfhであった。冷却ガスも使用し、流量約７００−９０
０scfhで流した。また粉末キャリヤガス（窒素）を流量
約１５−３０scfhで噴射した。
標準ＨＶＯＦシステムにより第１層を溶射した。バーナ
ーリグピンについてのＨＶＯＦ条件は下記の通りであっ
た。酸化性ガスは酸素で、流量約３５０−５００scfhで
あった。燃料ガスは水素で、流量約１４００−１８００
scfhであった。冷却ガスも使用し、流量約７００−９０
０scfhで流した。また粉末キャリヤガス（窒素）を流量
約１５−３０scfhで噴射した。
【００３７】溶射距離は約９インチ（２２．９ｃｍ）
で、各ピンを１２００rpmで回転した。ガン移動速度は
約７０−１００mm/secであった。皮膜の厚さは約１０ミ
ル（２５３ミクロン）であった。
で、各ピンを１２００rpmで回転した。ガン移動速度は
約７０−１００mm/secであった。皮膜の厚さは約１０ミ
ル（２５３ミクロン）であった。
【００３８】サンプルＡの第２層は同じＨＶＯＦシステ
ムにより溶射した。この層に用いた組成物は下記の成
分：２９．５ｗｔ％Ｎｉ、３０．３ｗｔ％Ｃｏ、９．７
ｗｔ％Ｃｒ、３０ｗｔ％Ａｌおよび０．２ｗｔ％Ｓｉを
含有した。この組成はほぼ下記：２１．９ａｔ％Ｎｉ、
２１．９ａｔ％Ｃｏ、８．３ａｔ％Ｃｒ、４７．８ａｔ
％Ａｌおよび０．１ａｔ％Ｓｉに相当する。この組成物
は、米国特許第５，３３０，７０１号に記載された前述
した反応焼結法により製造した。この材料を溶射する際
には、酸化性ガス（酸素）の流量は約４５０−５５０sc
fhであった。水素燃料ガスは流量約１６４０scfhとし
た。冷却ガスも使用し、流量約７００−８００scfhで流
した。また粉末キャリヤガス（窒素）を流量約１５−３
０scfhで噴射した。溶射距離は約９インチ（２２．９ｃ
ｍ）で、各ピンを１２００rpmで回転した。ガン移動速
度は約７０−１００mm/secであった。得られた皮膜の厚
さは約３ミル（７６ミクロン）であった。
ムにより溶射した。この層に用いた組成物は下記の成
分：２９．５ｗｔ％Ｎｉ、３０．３ｗｔ％Ｃｏ、９．７
ｗｔ％Ｃｒ、３０ｗｔ％Ａｌおよび０．２ｗｔ％Ｓｉを
含有した。この組成はほぼ下記：２１．９ａｔ％Ｎｉ、
２１．９ａｔ％Ｃｏ、８．３ａｔ％Ｃｒ、４７．８ａｔ
％Ａｌおよび０．１ａｔ％Ｓｉに相当する。この組成物
は、米国特許第５，３３０，７０１号に記載された前述
した反応焼結法により製造した。この材料を溶射する際
には、酸化性ガス（酸素）の流量は約４５０−５５０sc
fhであった。水素燃料ガスは流量約１６４０scfhとし
た。冷却ガスも使用し、流量約７００−８００scfhで流
した。また粉末キャリヤガス（窒素）を流量約１５−３
０scfhで噴射した。溶射距離は約９インチ（２２．９ｃ
ｍ）で、各ピンを１２００rpmで回転した。ガン移動速
度は約７０−１００mm/secであった。得られた皮膜の厚
さは約３ミル（７６ミクロン）であった。
【００３９】２層を設けた後、ピンを真空下１０７９℃
で約４時間熱処理した。つぎにピンを放電加工により切
断し、０．９２インチ（２．３ｃｍ）のセグメントとし
た。つぎにピンの開口端を、ＨＶＯＦ法により、第２層
を溶射するのに用いたのと同じ処理パラメータにて、約
３ミル（７６ミクロン）の第２層材料で被覆した。つぎ
にピンを再度真空下１０７９℃で２時間熱処理した。
で約４時間熱処理した。つぎにピンを放電加工により切
断し、０．９２インチ（２．３ｃｍ）のセグメントとし
た。つぎにピンの開口端を、ＨＶＯＦ法により、第２層
を溶射するのに用いたのと同じ処理パラメータにて、約
３ミル（７６ミクロン）の第２層材料で被覆した。つぎ
にピンを再度真空下１０７９℃で２時間熱処理した。
【００４０】サンプルＢを構成する皮膜系は本発明の範
囲外のもので、比較のために使用した。第１層はサンプ
ルＡに用いたＭＣｒＡｌＹ型材料と同一であった。第１
層を上記と同じＨＶＯＦシステムにより同じ溶射条件に
て溶射した。厚さは１０ミル（２５３ミクロン）であっ
た。
囲外のもので、比較のために使用した。第１層はサンプ
ルＡに用いたＭＣｒＡｌＹ型材料と同一であった。第１
層を上記と同じＨＶＯＦシステムにより同じ溶射条件に
て溶射した。厚さは１０ミル（２５３ミクロン）であっ
た。
【００４１】つぎに第１層の上にアルミナイド型第２層
を設層した。第２皮膜は、アルミニウム源粉末およびハ
ロゲン化物アクチベータを用いて、通例のパックアルミ
ナイジング（セメンテーション）法により設層した。ア
ルミナイジングは１９２５°Ｆ（１０５２℃）で約４時
間行った。第２層の平均被覆厚さは約２．７ミル（６
８．６ミクロン）であった。この第２層の名目アルミニ
ウム含量はサンプルＡの第２層のそれに近似していた、
すなわち約２ｗｔ％以内であった。
を設層した。第２皮膜は、アルミニウム源粉末およびハ
ロゲン化物アクチベータを用いて、通例のパックアルミ
ナイジング（セメンテーション）法により設層した。ア
ルミナイジングは１９２５°Ｆ（１０５２℃）で約４時
間行った。第２層の平均被覆厚さは約２．７ミル（６
８．６ミクロン）であった。この第２層の名目アルミニ
ウム含量はサンプルＡの第２層のそれに近似していた、
すなわち約２ｗｔ％以内であった。
【００４２】２層を設けた後、サンプルＡのピンの場合
と同様に、ピンを０．９２インチ（２．３ｃｍ）のセグ
メントに切断した。つぎにピンの開口端を、（上述した
パック法により）平均厚さ約３ミル（７６ミクロン）に
アルミナイジングした。
と同様に、ピンを０．９２インチ（２．３ｃｍ）のセグ
メントに切断した。つぎにピンの開口端を、（上述した
パック法により）平均厚さ約３ミル（７６ミクロン）に
アルミナイジングした。
【００４３】平坦なバーの形状のサンプルを歪み−亀裂
試験に使用した。多数のサンプルを同一方法で、サンプ
ルＡおよびＢについて記載したのと同じ材料で被覆し
た。バーの寸法は７インチ（１７．８ｃｍ）ｘ２インチ
（５．１ｃｍ）ｘ１／８インチ（０．３ｃｍ）であっ
た。歪み−亀裂試験を行って、耐亀裂性を評価すること
により、皮膜の延性を調べた。この試験では、バーの一
端を固定し、他端に荷重を、一定なたわみ（０．７イン
チ／１．８ｃｍ）がバーに片持ち態様で加えられるよう
にのせた。これにより生じる歪みはバーの長さに沿って
連続的に変わり、その長さに沿っての歪み値を記録す
る。以下のチャートに示すように、各バーを特定の温度
レベルに加熱する。（つまり、同じ方法で調整、被覆し
た異なるサンプルを各温度で試験した。）温度曝露後に
各バーを亀裂について観察した。バーの固定端からもっ
とも離れた亀裂の位置により、亀裂が生じる最低歪みレ
ベルを求める。
試験に使用した。多数のサンプルを同一方法で、サンプ
ルＡおよびＢについて記載したのと同じ材料で被覆し
た。バーの寸法は７インチ（１７．８ｃｍ）ｘ２インチ
（５．１ｃｍ）ｘ１／８インチ（０．３ｃｍ）であっ
た。歪み−亀裂試験を行って、耐亀裂性を評価すること
により、皮膜の延性を調べた。この試験では、バーの一
端を固定し、他端に荷重を、一定なたわみ（０．７イン
チ／１．８ｃｍ）がバーに片持ち態様で加えられるよう
にのせた。これにより生じる歪みはバーの長さに沿って
連続的に変わり、その長さに沿っての歪み値を記録す
る。以下のチャートに示すように、各バーを特定の温度
レベルに加熱する。（つまり、同じ方法で調整、被覆し
た異なるサンプルを各温度で試験した。）温度曝露後に
各バーを亀裂について観察した。バーの固定端からもっ
とも離れた亀裂の位置により、亀裂が生じる最低歪みレ
ベルを求める。
【００４４】耐酸化性および耐食性を測定するのに、ピ
ン（０．９２インチピン）を空気炉またはバーナーリグ
装置内で所定の環境条件に露呈した。空気炉は普通の電
気ユニットである。バーナーリグ試験は当業界で知られ
ており、McMordieらの米国特許第５，９２２，４０９号
に記載されている。ここでのバーナーリグ設定では、２
種類の燃料、すなわち酸化試験用に天然ガスを、腐食試
験用に炭化水素蒸留物（所定量の汚染物を含有する）を
燃焼させることができる。試験区域を完全に取り囲む電
気抵抗炉を用いてリグの温度を維持する。バーナーリグ
スタンドに取り付けた熱電対により温度を測定し、検量
する。各バーナーリグに約２１本のピンを保持した。各
炉でのピンの持続時間を表１に示す。
ン（０．９２インチピン）を空気炉またはバーナーリグ
装置内で所定の環境条件に露呈した。空気炉は普通の電
気ユニットである。バーナーリグ試験は当業界で知られ
ており、McMordieらの米国特許第５，９２２，４０９号
に記載されている。ここでのバーナーリグ設定では、２
種類の燃料、すなわち酸化試験用に天然ガスを、腐食試
験用に炭化水素蒸留物（所定量の汚染物を含有する）を
燃焼させることができる。試験区域を完全に取り囲む電
気抵抗炉を用いてリグの温度を維持する。バーナーリグ
スタンドに取り付けた熱電対により温度を測定し、検量
する。各バーナーリグに約２１本のピンを保持した。各
炉でのピンの持続時間を表１に示す。
【００４５】高温腐食試験には、合成海水、すなわちＮ
ａＣｌ含有水（１４６ｃｃ／４ガロン燃料）を、ジ−ｔ
ｅｒｔ−ブチルスルフィド（２７８ｃｃ／４ガロン燃
料）および通常の分散剤とともに、蒸留燃料供給源に添
加した。この試験の操作条件はピンに高温腐食作用をも
たらすのに十分な条件であった。この高温腐食環境での
ある露出時間（表１参照）後、腐食作用の程度を金属顕
微鏡で調べた。各ピンを最大腐食位置で２つの半部に分
断した。最大量の金属消耗を示すピンの研磨断面から腐
食の浸透深さを直接測定した。（表には、各ピンの２つ
の半部についての平均浸透深さに基づく測定値も示
す。） 耐酸化性および耐食性に関する結果も表１に示す。（こ
れらの特性はともに浸透深さにより評価することができ
る。）
ａＣｌ含有水（１４６ｃｃ／４ガロン燃料）を、ジ−ｔ
ｅｒｔ−ブチルスルフィド（２７８ｃｃ／４ガロン燃
料）および通常の分散剤とともに、蒸留燃料供給源に添
加した。この試験の操作条件はピンに高温腐食作用をも
たらすのに十分な条件であった。この高温腐食環境での
ある露出時間（表１参照）後、腐食作用の程度を金属顕
微鏡で調べた。各ピンを最大腐食位置で２つの半部に分
断した。最大量の金属消耗を示すピンの研磨断面から腐
食の浸透深さを直接測定した。（表には、各ピンの２つ
の半部についての平均浸透深さに基づく測定値も示
す。） 耐酸化性および耐食性に関する結果も表１に示す。（こ
れらの特性はともに浸透深さにより評価することができ
る。）
【００４６】
【表１】
【００４７】＊ピン１−３には、蒸留燃料を用いて高温
腐食試験を行った。ピン４−１５には酸化試験を行っ
た。 ａ）「Ａ」＝本発明、すなわちＨＶＯＦ第１層／ＨＶＯ
Ｆ第２層、「Ｂ」＝比較（基準）例、すなわちＨＶＯＦ
第１層／パックアルミナイジング第２層 ｂ）「バーナー」＝バーナーリグ装置、「炉」＝普通の
空気炉 ｃ）ピン側面での最大浸透 ｄ）ピンの２つの半部の平均に基づく、ピン側面での１
時間あたりの最大浸透（「Ｅ」は指数） 浸透レベルが時間および温度である程度ばらつくが、全
般的に、本発明の皮膜系の性能は従来の皮膜系と同等で
あった。表１に示したデータは、このタイプの金属浸透
試験と関連した代表的なデータばらつき範囲を表す。
腐食試験を行った。ピン４−１５には酸化試験を行っ
た。 ａ）「Ａ」＝本発明、すなわちＨＶＯＦ第１層／ＨＶＯ
Ｆ第２層、「Ｂ」＝比較（基準）例、すなわちＨＶＯＦ
第１層／パックアルミナイジング第２層 ｂ）「バーナー」＝バーナーリグ装置、「炉」＝普通の
空気炉 ｃ）ピン側面での最大浸透 ｄ）ピンの２つの半部の平均に基づく、ピン側面での１
時間あたりの最大浸透（「Ｅ」は指数） 浸透レベルが時間および温度である程度ばらつくが、全
般的に、本発明の皮膜系の性能は従来の皮膜系と同等で
あった。表１に示したデータは、このタイプの金属浸透
試験と関連した代表的なデータばらつき範囲を表す。
【００４８】歪み−亀裂試験の結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】ａ）「Ａ」＝本発明、すなわちＨＶＯＦ第
１層／ＨＶＯＦ第２層、「Ｂ」＝比較例、すなわちＨＶ
ＯＦ第１層／パックアルミナイジング第２層 ｂ）バーの固定点（「グリップ」）から締結具が跨ぐ長
さを差し引いた距離 ＊ 検出可能な亀裂なし ＊＊ 別の、同等の実験からのデータに基づいて検出可
能な亀裂なし サンプルＡおよびＢは１３５０°Ｆ（７３２℃）以上の
温度で亀裂を生じなかった。この結果から明らかなよう
に、これらのサンプルは高温での延性（すなわち歪み耐
性）について従来のものと同等である。１３００°Ｆ
（７０４℃）では、サンプルＡについての亀裂位置の歪
みレベルがサンプルＢのそれの２倍以上であり、その温
度でサンプルＡはサンプルＢより歪み耐性がはるかに優
れていることがわかった。
１層／ＨＶＯＦ第２層、「Ｂ」＝比較例、すなわちＨＶ
ＯＦ第１層／パックアルミナイジング第２層 ｂ）バーの固定点（「グリップ」）から締結具が跨ぐ長
さを差し引いた距離 ＊ 検出可能な亀裂なし ＊＊ 別の、同等の実験からのデータに基づいて検出可
能な亀裂なし サンプルＡおよびＢは１３５０°Ｆ（７３２℃）以上の
温度で亀裂を生じなかった。この結果から明らかなよう
に、これらのサンプルは高温での延性（すなわち歪み耐
性）について従来のものと同等である。１３００°Ｆ
（７０４℃）では、サンプルＡについての亀裂位置の歪
みレベルがサンプルＢのそれの２倍以上であり、その温
度でサンプルＡはサンプルＢより歪み耐性がはるかに優
れていることがわかった。
【００５１】全般的に、表２のデータは、本発明のサン
プルの歪み−亀裂性能が従来のサンプルのそれを上回っ
ていることを示している。（これらの結果は部分的に第
２層中のアルミニウムのレベルにより左右される。）表
１のデータは、他の特性、すなわち耐酸化性および耐食
性についての同等なレベルを実証している。
プルの歪み−亀裂性能が従来のサンプルのそれを上回っ
ていることを示している。（これらの結果は部分的に第
２層中のアルミニウムのレベルにより左右される。）表
１のデータは、他の特性、すなわち耐酸化性および耐食
性についての同等なレベルを実証している。
【００５２】さらに、本発明のサンプルについての特性
は、複数の保護皮膜に単一の堆積システムを用いて達成
することができる。前述したように、本発明は、新しい
皮膜系を種々の部品に適用する場合、また既に設けられ
ている皮膜系を補修する場合に、重要な加工上の利点を
もたらす。
は、複数の保護皮膜に単一の堆積システムを用いて達成
することができる。前述したように、本発明は、新しい
皮膜系を種々の部品に適用する場合、また既に設けられ
ている皮膜系を補修する場合に、重要な加工上の利点を
もたらす。
【００５３】以上、本発明の好適な実施態様を記載した
が、本発明の範囲から逸脱することなく別の実施態様が
可能であることが当業者に明らかである。したがって、
本発明の範囲は特許請求の範囲のみにより限定される。
が、本発明の範囲から逸脱することなく別の実施態様が
可能であることが当業者に明らかである。したがって、
本発明の範囲は特許請求の範囲のみにより限定される。
【００５４】上述した特許、刊行物および論文のすべて
を本発明の先行技術として援用する。
を本発明の先行技術として援用する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メルビン・ロバート・ジャクソン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、ニスカユナ・ドライブ、2208番 (72)発明者 セオドア・ロバート・グロスマン アメリカ合衆国、オハイオ州、ハミルト ン、ロングビュー・ドライブ、7149番 (72)発明者 アドリアン・モーリス・ベルトラン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ボール ストン・スパ、ピーサブル・ストリート、 1162番 (72)発明者 コレーン・マリー・リムリンジャー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、アル パイン、サニー・アクルス・ブールヴァー ル、1355番 (72)発明者 ジョン・アルベルト・ウッド アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ストリ ート・ジョンズビル、スモリク・ロード、 170番 (72)発明者 ソンジャ・リン・オルソン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、バーン ト・ヒルズ、ロング・クリーク・ドライ ブ、25番 (72)発明者 スリンダー・シング・パブラ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、レクス フォード、ジョージア・コート、１番
Claims (25)
- 【請求項１】 （ａ）金属基基体に第１層を真空プラズ
マ溶射法または高速オキシ−燃料法により設層し、ここ
で第１層材料は式ＭＣｒＡｌＹ（式中のＭはＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏおよびこれらの混合物よりなる群から選ばれ
る）で表される合金を含み、 （ｂ）前記第１層に第２層を真空プラズマ溶射法または
高速オキシ−燃料法により設層し、ここで第２層材料は
つぎの組成：コバルト０〜約２５原子％、クロム約７〜
２５原子％、アルミニウム約１８〜５５原子％、イット
リウム０〜約１原子％、ケイ素０〜約２原子％および残
部のニッケルからなる合金を含み、つぎに （ｃ）溶射した２層を熱処理する工程を含む金属基基体
に耐環境性保護を与える方法。 - 【請求項２】 工程（ｃ）の熱処理により第１層と第２
層との間に拡散領域を形成する、請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】 熱処理を約８５０℃〜１２５０℃の範囲
の温度で約６０分〜約１０時間の期間行う、請求項２に
記載の方法。 - 【請求項４】 拡散領域の平均厚さが第１層および第２
層の合計厚さの約０．５〜１０％である、請求項２に記
載の方法。 - 【請求項５】 Ｍがニッケルとコバルトの混合物であ
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 第２層材料中のアルミニウムの量が約２
５〜５５原子％の範囲にある、請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 第２層材料がつぎの組成：コバルト０〜
約２５原子％、クロム約７〜２０原子％、アルミニウム
約３０〜５５原子％、イットリウム０〜約１原子％、ケ
イ素０〜約２原子％および残部のニッケルからなる合金
を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 第２層材料がつぎの組成：コバルト０〜
約２５原子％、クロム約１５〜２５原子％、アルミニウ
ム約１８〜２５原子％、イットリウム０〜約１原子％、
ケイ素０〜約２原子％および残部のニッケルからなる合
金を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 金属基基体が超合金を含む材料から形成
された、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】 （ａ）ニッケル基超合金基体に第１層
を高速オキシ−燃料法により設層し、ここで第１皮膜材
料は式ＭＣｒＡｌＹ（式中のＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏおよ
びこれらの混合物よりなる群から選ばれる）で表される
合金を含み、 （ｂ）前記第１層に第２層を高速オキシ−燃料法により
設層し、ここで第２層材料はつぎの組成：コバルト０〜
約２５原子％、クロム約７〜２５原子％、アルミニウム
約１８〜５５原子％、イットリウム０〜約１原子％、ケ
イ素０〜約２原子％および残部のニッケルからなる合金
を含み、つぎに （ｃ）溶射した２層を熱処理して、第２層の一部を第１
層中に拡散させ、第１層および第２層の合計厚さの約
０．５〜１０％である平均厚さを有する拡散領域を形成
する工程を含むニッケル基超合金基体に耐酸化性および
耐食性を与える方法。 - 【請求項１１】 基体がタービンエンジンの部品であ
る、請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 金属基基体に設けられた摩耗または損
傷した保護皮膜系を補修するにあたり、 （ｉ）基体上の所定区域から摩耗または損傷した保護皮
膜系を除去し、 （ｉｉ）前記所定区域に第１層を真空プラズマ溶射法ま
たは高速オキシ−燃料法により設層し、ここで第１層材
料は式ＭＣｒＡｌＹ（式中のＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏおよ
びこれらの混合物よりなる群から選ばれる）で表される
合金を含み、 （ｉｉｉ）前記第１層に第２層を真空プラズマ溶射法ま
たは高速オキシ−燃料法により設層し、ここで第２層材
料はつぎの組成：コバルト０〜約２５原子％、クロム約
７〜２５原子％、アルミニウム約１８〜５５原子％、イ
ットリウム０〜約１原子％、ケイ素０〜約２原子％およ
び残部のニッケルからなる合金を含み、つぎに （ｉｖ）溶射した２層を熱処理する工程を含む方法。 - 【請求項１３】 （ｉ）金属基基体、 （ｉｉ）前記基体上に真空プラズマ溶射法または高速オ
キシ−燃料法により設層され、式ＭＣｒＡｌＹ（式中の
ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏおよびこれらの混合物よりなる群
から選ばれる）で表される合金を含む材料からなる緻密
な第１層、および（ｉｉｉ）前記第１層上に真空プラズ
マ溶射法または高速オキシ−燃料法により設層され、つ
ぎの組成：コバルト０〜約２５原子％、クロム約７〜２
５原子％、アルミニウム約１８〜５５原子％、イットリ
ウム０〜約１原子％、ケイ素０〜約２原子％および残部
のニッケルからなる合金を含む材料からなる緻密な第２
層を含む物品。 - 【請求項１４】 金属基基体が超合金材料を含む、請求
項１３に記載の物品。 - 【請求項１５】 第２層材料中のアルミニウムの量が約
２５〜５５原子％の範囲にある、請求項１３に記載の物
品。 - 【請求項１６】 第２層材料がつぎの組成：コバルト０
〜約２５原子％、クロム約７〜２０原子％、アルミニウ
ム約３０〜５５原子％、イットリウム０〜約１原子％、
ケイ素０〜約２原子％および残部のニッケルからなる合
金を含む、請求項１３に記載の物品。 - 【請求項１７】 第２層材料がつぎの組成：コバルト０
〜約２５原子％、クロム約１５〜２５原子％、アルミニ
ウム約１８〜２５原子％、イットリウム０〜約１原子
％、ケイ素０〜約２原子％および残部のニッケルからな
る合金を含む、請求項１３に記載の物品。 - 【請求項１８】 第１層と第２層との間に拡散領域が配
置された、請求項１３に記載の物品。 - 【請求項１９】 拡散領域の平均厚さが第１層および第
２層の合計厚さの約０．５〜１０％である、請求項１８
に記載の物品。 - 【請求項２０】 第１層の厚さが約１００〜３５０μｍ
の範囲にある請求項１３に記載の物品。 - 【請求項２１】 第２層の厚さが約３５〜８５μｍの範
囲にある請求項１３に記載の物品。 - 【請求項２２】 （ｉ）超合金基体、 （ｉｉ）前記基体上にＨＶＯＦ法により設層され、式Ｍ
ＣｒＡｌＹ（式中のＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏおよびこれら
の混合物よりなる群から選ばれる）で表される合金を含
む材料からなる緻密な第１層、および（ｉｉｉ）前記第
１層上にＨＶＯＦ法により設層され、つぎの組成：コバ
ルト０〜約２５原子％、クロム約７〜２０原子％、アル
ミニウム約３０〜５５原子％、イットリウム０〜約１原
子％、ケイ素０〜約２原子％および残部のニッケルから
なる合金を含む材料からなる緻密な第２層を含む物品。 - 【請求項２３】 基体がタービンエンジンの部品であ
る、請求項２２に記載の物品。 - 【請求項２４】 （ｉ）超合金基体、 （ｉｉ）前記基体上にＨＶＯＦ法により設層され、式Ｍ
ＣｒＡｌＹ（式中のＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏおよびこれら
の混合物よりなる群から選ばれる）で表される合金を含
む材料からなる緻密な第１層、および（ｉｉｉ）前記第
１層上にＨＶＯＦ法により設層され、つぎの組成：コバ
ルト０〜約２５原子％、クロム約１５〜２５原子％、ア
ルミニウム約１８〜２５原子％、イットリウム０〜約１
原子％、ケイ素０〜約２原子％および残部のニッケルか
らなる合金を含む材料からなる緻密な第２層を含む物
品。 - 【請求項２５】 基体がタービンエンジンの部品であ
る、請求項２４に記載の物品。
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