JP2003041358A - 金属基体に断熱コーティングシステムを付与する方法 - Google Patents
金属基体に断熱コーティングシステムを付与する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の課題は、異なる層を付与するのに従
来必要されていた異なる複数のコーティング方法を単一
のコーティング方法によって置き換えることにある。 【解決手段】 金属基体に断熱コーティングシステムを
付与する方法に関し、該コーティングシステムはバリヤ
ー層、熱ガス腐食防止層、保護層、熱バリヤー層及び平
滑化層からなる群から選択される少なくとも３層の個々
の層からなり、該コーティングシステムは単一の操作サ
イクルで低圧プラズマスプレーイングによって該金属基
体に付与する。
来必要されていた異なる複数のコーティング方法を単一
のコーティング方法によって置き換えることにある。 【解決手段】 金属基体に断熱コーティングシステムを
付与する方法に関し、該コーティングシステムはバリヤ
ー層、熱ガス腐食防止層、保護層、熱バリヤー層及び平
滑化層からなる群から選択される少なくとも３層の個々
の層からなり、該コーティングシステムは単一の操作サ
イクルで低圧プラズマスプレーイングによって該金属基
体に付与する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属基体に断熱コ
ーティングシステムを付与する方法および断熱コーティ
ングシステムを付与した金属部品に関する。
ーティングシステムを付与する方法および断熱コーティ
ングシステムを付与した金属部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】タービン等の機器の性能の向上に関して
は、プロセス中の温度を上昇させることによって最も重
要な進歩が実現できる。しかしながら、プロセス中の温
度をこのように上昇させると、実際機器の金属部品はそ
れらの安全作動領域の限界を超えた応力を受けるという
ことになり、このような部品は長時間に渡って損傷する
ことなく、あるいは少なくともそれらの物性が変わるこ
となく、上記状況での稼動に耐えられなくなる。
は、プロセス中の温度を上昇させることによって最も重
要な進歩が実現できる。しかしながら、プロセス中の温
度をこのように上昇させると、実際機器の金属部品はそ
れらの安全作動領域の限界を超えた応力を受けるという
ことになり、このような部品は長時間に渡って損傷する
ことなく、あるいは少なくともそれらの物性が変わるこ
となく、上記状況での稼動に耐えられなくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、このよ
うな臨界的稼動条件から保護するためにこのような金属
部品に付与したコーティング被膜を利用することは周知
である。例えば、セラミック製断熱コーティングは、プ
ロセスチェンバーと機器部品あるいは金属被膜との間の
熱伝導性を低減するために使用し、このような金属機械
部品の表面の耐熱ガス腐食性を向上させている。長年、
このようなコーティングは熱被膜方法で付与されていた
が、今日これらのコーティングは従来技術である。
うな臨界的稼動条件から保護するためにこのような金属
部品に付与したコーティング被膜を利用することは周知
である。例えば、セラミック製断熱コーティングは、プ
ロセスチェンバーと機器部品あるいは金属被膜との間の
熱伝導性を低減するために使用し、このような金属機械
部品の表面の耐熱ガス腐食性を向上させている。長年、
このようなコーティングは熱被膜方法で付与されていた
が、今日これらのコーティングは従来技術である。
【０００４】特に応力が非常に高いときは、大部分の場
合、複合応力が係る場合、大部分の場合一つの単一のコ
ーティング被膜では不十分であるので、複数の異なる層
からなるコーティング被膜システムを付与することが好
ましい。そうすることによって、各層は特定の応力に耐
えるに特に適合した特定の性質を有する。典型的な例で
は、断熱層として機能する安定化二酸化ジルコニウム層
を耐熱ガス腐食性を有する金属層、例えば、ＭＣｒＡＬ
Ｙ層（コバルト、ニッケルあるいは鉄系の金属を示す）
を耐熱ガス腐食性の金属層上に付与する。好ましくは、
このような層を直接保護したい部品上に直接付与する。
合、複合応力が係る場合、大部分の場合一つの単一のコ
ーティング被膜では不十分であるので、複数の異なる層
からなるコーティング被膜システムを付与することが好
ましい。そうすることによって、各層は特定の応力に耐
えるに特に適合した特定の性質を有する。典型的な例で
は、断熱層として機能する安定化二酸化ジルコニウム層
を耐熱ガス腐食性を有する金属層、例えば、ＭＣｒＡＬ
Ｙ層（コバルト、ニッケルあるいは鉄系の金属を示す）
を耐熱ガス腐食性の金属層上に付与する。好ましくは、
このような層を直接保護したい部品上に直接付与する。
【０００５】性能及び寿命に関する要請に続いて、過去
には２層システム「安定化酸化ジルコニウム／ＭＣｒＡ
ｌＹに加えて、さらに新たな付与層が開発されてきた。
高温では、基体とＭＣｒＡｌＹ層間で重要な金属原子が
拡散する場合があるので、最後に名前を挙げる層がその
機能をもはや発揮しなくなるまで、その層は否定的な意
味でその物性を変えることになる。この副作用を防止す
るため、基体とＭＣｒＡｌＹ層との間に位置させる中間
層の開発が行なわれてきた。この中間層は、拡散のバリ
ヤーあるいは重要な金属原子のドナーとして作用する
（以下に、「バリヤー層」と呼ぶ）。さらに別の中間層
がＭＣｒＡｌＹ層とＭＣｒＡｌＹ層への酸化攻撃を低減
させるバリヤー層との間の領域に用いられており、バリ
ヤー層に対する接着性を改良している。
には２層システム「安定化酸化ジルコニウム／ＭＣｒＡ
ｌＹに加えて、さらに新たな付与層が開発されてきた。
高温では、基体とＭＣｒＡｌＹ層間で重要な金属原子が
拡散する場合があるので、最後に名前を挙げる層がその
機能をもはや発揮しなくなるまで、その層は否定的な意
味でその物性を変えることになる。この副作用を防止す
るため、基体とＭＣｒＡｌＹ層との間に位置させる中間
層の開発が行なわれてきた。この中間層は、拡散のバリ
ヤーあるいは重要な金属原子のドナーとして作用する
（以下に、「バリヤー層」と呼ぶ）。さらに別の中間層
がＭＣｒＡｌＹ層とＭＣｒＡｌＹ層への酸化攻撃を低減
させるバリヤー層との間の領域に用いられており、バリ
ヤー層に対する接着性を改良している。
【０００６】米国特許Ｎｏ．５，２３８，７５３には、
基体上、例えば、Ｃｒ−Ｃｏ−Ｆｅ合金あるいはＣｏ及
びＮｉベースの別の合金からなる航空機ジェットエンジ
ンタービン翼部用の金属基体上、の金属間結合コーティ
ングや、コーティングの表面に対して垂直な円筒軸を有
する円筒状粒構造を有するセラミックトップコートとを
含む高温超合金用熱バリヤーコーティングシステムが開
示されている。金属間コーティングは、上面が処理中に
酸化され主として酸化アルミニウムの薄膜を形成するニ
ッケルアルミナイドあるいは白金アルミナイドであるこ
とが好ましい。セラミックトップコートは、６−２０％
の酸化イットリウムを有する酸化ジルコニウムであるこ
とが好ましい。セラミックトップコートは、ＥＢ−ＰＶ
Ｄ法、即ち電子線ＰＶＤ法によって基板に適用するのが
好ましく、当該方法では電子線銃によって金属体部材か
ら酸化ジルコニウムあるいは酸化イットリウムが蒸発す
る。
基体上、例えば、Ｃｒ−Ｃｏ−Ｆｅ合金あるいはＣｏ及
びＮｉベースの別の合金からなる航空機ジェットエンジ
ンタービン翼部用の金属基体上、の金属間結合コーティ
ングや、コーティングの表面に対して垂直な円筒軸を有
する円筒状粒構造を有するセラミックトップコートとを
含む高温超合金用熱バリヤーコーティングシステムが開
示されている。金属間コーティングは、上面が処理中に
酸化され主として酸化アルミニウムの薄膜を形成するニ
ッケルアルミナイドあるいは白金アルミナイドであるこ
とが好ましい。セラミックトップコートは、６−２０％
の酸化イットリウムを有する酸化ジルコニウムであるこ
とが好ましい。セラミックトップコートは、ＥＢ−ＰＶ
Ｄ法、即ち電子線ＰＶＤ法によって基板に適用するのが
好ましく、当該方法では電子線銃によって金属体部材か
ら酸化ジルコニウムあるいは酸化イットリウムが蒸発す
る。
【０００７】ガスタービン翼部に断熱層システムを付与
するさらに別の方法及び例が、米国特許Ｎｏ．５，５１
４，４８２及びＮｏ．４，４０９，６５９に開示されて
いる。
するさらに別の方法及び例が、米国特許Ｎｏ．５，５１
４，４８２及びＮｏ．４，４０９，６５９に開示されて
いる。
【０００８】米国特許Ｎｏ．４，３２１，３１０及び
４，３２１，３１１には、酸化ジルコニウム層と金属基
体との間にＭＣｒＡｌＹタイプのプライマー層を有する
断熱層システムが開示されている。酸化ジルコニウムの
断熱層を形成することができる方法として、ＰＶＤ法、
即ち物理的蒸着法が提案されている。
４，３２１，３１１には、酸化ジルコニウム層と金属基
体との間にＭＣｒＡｌＹタイプのプライマー層を有する
断熱層システムが開示されている。酸化ジルコニウムの
断熱層を形成することができる方法として、ＰＶＤ法、
即ち物理的蒸着法が提案されている。
【０００９】ドイツ特許公開公報Ａ１−１９７ ４１
９６１には、寿命を伸ばし断熱層システムの基体への接
着性を良くするということを考慮して、金属プライマ―
層に断熱層を化学結合させることが好ましいかもしれな
いとの示唆がある。化学結合は、例えばＡｌ２Ｏ３の薄
い層を設けることによって達成される。プライマー層と
しては、Ａｌ−Ｚｒ−Ｏ三元化合物を用いることができ
る。酸化ジルコニウムからなる断熱層を結合させるに
は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｏ三元化合物、例えばＡｌ２Ｚｒ２Ｏ
７を用いることが好ましい。
９６１には、寿命を伸ばし断熱層システムの基体への接
着性を良くするということを考慮して、金属プライマ―
層に断熱層を化学結合させることが好ましいかもしれな
いとの示唆がある。化学結合は、例えばＡｌ２Ｏ３の薄
い層を設けることによって達成される。プライマー層と
しては、Ａｌ−Ｚｒ−Ｏ三元化合物を用いることができ
る。酸化ジルコニウムからなる断熱層を結合させるに
は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｏ三元化合物、例えばＡｌ２Ｚｒ２Ｏ
７を用いることが好ましい。
【００１０】断熱層は、金属物質、特に酸化ジルコニウ
ムを含むことが好ましい。この金属酸化物は、例えば酸
化イットリウム等の安定化剤と合金化させて高温での相
変化を防止することが好ましい。酸化ジルコニウムは、
３−２０重量％、特に８重量％の酸化イットリウムと合
金化することが好ましい。また、酸化セリウム、酸化ス
カンジウム等の他の希土類基体も酸化ジルコニウムの安
定化剤として用いることができる。
ムを含むことが好ましい。この金属酸化物は、例えば酸
化イットリウム等の安定化剤と合金化させて高温での相
変化を防止することが好ましい。酸化ジルコニウムは、
３−２０重量％、特に８重量％の酸化イットリウムと合
金化することが好ましい。また、酸化セリウム、酸化ス
カンジウム等の他の希土類基体も酸化ジルコニウムの安
定化剤として用いることができる。
【００１１】主に費用削減の観点から、これらの全ての
層を一部非常に異なった方法によって付与する。即ち、
バリヤー層は、例えば電気分解により付与し、熱ガス腐
食防止層は、例えばＬＰＰＳ（低圧プラズマスプレーイ
ング）法あるいはＨＶＯＦ（高速酸素燃料）法によって
付与し、保護層は例えばＰＶＤ（物理的蒸着）法によっ
て付与し、断熱層は例えばＡＰＳ（大気プラズマスプレ
ーイング）法あるいはＥＢ−ＰＶＤ（電子線物理的蒸
着）法によって付与する。これら全ての異なった付与方
法では、異なる技術ごとに利用できる装置の数は膨大と
なり、物によっては高い製造コストとなってしまう。電
子線銃や、高真空を付与する装置や、高真空チェンバー
や、分圧制御装置に必要とされる投資は非常に高額とな
るというのが、ＥＢ−ＰＶＤ法に関しては特に不利益な
こととなる。さらに、特定の方法の機能全ての層に適用
できない。例えば、ＥＢ−ＰＶＤ法によって、コーティ
ング工程中に直接見ることができない基体の領域を不完
全かつ不十分にしかコーティングすることができない。
異なる層の選択には多種多様なものがあり、コーティン
グ技術はより複雑となる。
層を一部非常に異なった方法によって付与する。即ち、
バリヤー層は、例えば電気分解により付与し、熱ガス腐
食防止層は、例えばＬＰＰＳ（低圧プラズマスプレーイ
ング）法あるいはＨＶＯＦ（高速酸素燃料）法によって
付与し、保護層は例えばＰＶＤ（物理的蒸着）法によっ
て付与し、断熱層は例えばＡＰＳ（大気プラズマスプレ
ーイング）法あるいはＥＢ−ＰＶＤ（電子線物理的蒸
着）法によって付与する。これら全ての異なった付与方
法では、異なる技術ごとに利用できる装置の数は膨大と
なり、物によっては高い製造コストとなってしまう。電
子線銃や、高真空を付与する装置や、高真空チェンバー
や、分圧制御装置に必要とされる投資は非常に高額とな
るというのが、ＥＢ−ＰＶＤ法に関しては特に不利益な
こととなる。さらに、特定の方法の機能全ての層に適用
できない。例えば、ＥＢ−ＰＶＤ法によって、コーティ
ング工程中に直接見ることができない基体の領域を不完
全かつ不十分にしかコーティングすることができない。
異なる層の選択には多種多様なものがあり、コーティン
グ技術はより複雑となる。
【００１２】本発明の課題は、異なる層を付与するのに
従来必要とされていた異なる複数のコーティング方法を
単一のコーティング方法によって置き換えることにあ
る。
従来必要とされていた異なる複数のコーティング方法を
単一のコーティング方法によって置き換えることにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的および他の目的
を達成するため、本発明は金属基体上に断熱コーティン
グシステムを付与する方法を提供する。コーティングシ
ステムはバリヤー層、熱ガス腐食防止層、保護層、熱バ
リヤー層及び平滑化層からなる群から選択される少なく
とも３層の個々の層からなる。
を達成するため、本発明は金属基体上に断熱コーティン
グシステムを付与する方法を提供する。コーティングシ
ステムはバリヤー層、熱ガス腐食防止層、保護層、熱バ
リヤー層及び平滑化層からなる群から選択される少なく
とも３層の個々の層からなる。
【００１４】該コーティングシステムは単一の操作サイ
クルで低圧プラズマスプレーイングによって該金属基体
に付与される。以下に、低圧プラズマスプレー法（ＬＰ
ＰＳ）をさらにＬＰＰＳ−厚膜法（従来ＬＰＰＳ法）と
ＬＰＰＳ−薄膜法（米国特許Ｎｏ．５、８５３、８１５
によるＬＰＰＳ法）とに分けられる。
クルで低圧プラズマスプレーイングによって該金属基体
に付与される。以下に、低圧プラズマスプレー法（ＬＰ
ＰＳ）をさらにＬＰＰＳ−厚膜法（従来ＬＰＰＳ法）と
ＬＰＰＳ−薄膜法（米国特許Ｎｏ．５、８５３、８１５
によるＬＰＰＳ法）とに分けられる。
【００１５】特定の層の厚さは層間で異なり、典型的に
は中間層の場合は２〜３ミクロメータで、熱遮蔽層の場
合には２〜３ミリメータとなっているので、現在までの
ところ本発明によって達成した製造方法を単純化すると
いうことは可能ではなかった。過去に知られていた方法
を用いて、技術的及び経済的理由から、薄い層のみ、あ
るいは厚い層のみを基体に付与することが可能であっ
た。米国特許Ｎｏ．５，８５３，８１５には、上記種類
の断熱層システムを金属基体上に付与するのに基本的に
適合するＬＰＰＳ−薄膜方法が開示されている。
は中間層の場合は２〜３ミクロメータで、熱遮蔽層の場
合には２〜３ミリメータとなっているので、現在までの
ところ本発明によって達成した製造方法を単純化すると
いうことは可能ではなかった。過去に知られていた方法
を用いて、技術的及び経済的理由から、薄い層のみ、あ
るいは厚い層のみを基体に付与することが可能であっ
た。米国特許Ｎｏ．５，８５３，８１５には、上記種類
の断熱層システムを金属基体上に付与するのに基本的に
適合するＬＰＰＳ−薄膜方法が開示されている。
【００１６】このＬＰＰＳ−薄膜方法では、特に低圧の
雰囲気にプラズマトーチを形成している。古いＬＰＰＳ
−厚膜法に比較して、プラズマトーチによって横断方向
に顕著に拡大しかつ搬送ガスによりプラズマトーチに注
入された粉末ジェット流に非焦点性効果を付与するとい
う結果が得られる。熱コーティング工程中の短いと考え
られる時間内に、分散したコーティング材料を含有する
プラズマジェットによって広い面積が処理可能となる。
長さが２．５ｍまでのプラズマジェットを使用するこの
ようなＬＰＰＳ−厚膜方法を用いて、コーティング材の
非常に薄く均一な層を基体に付与することが可能とな
る。
雰囲気にプラズマトーチを形成している。古いＬＰＰＳ
−厚膜法に比較して、プラズマトーチによって横断方向
に顕著に拡大しかつ搬送ガスによりプラズマトーチに注
入された粉末ジェット流に非焦点性効果を付与するとい
う結果が得られる。熱コーティング工程中の短いと考え
られる時間内に、分散したコーティング材料を含有する
プラズマジェットによって広い面積が処理可能となる。
長さが２．５ｍまでのプラズマジェットを使用するこの
ようなＬＰＰＳ−厚膜方法を用いて、コーティング材の
非常に薄く均一な層を基体に付与することが可能とな
る。
【００１７】明確な密度を有するコーティングシステム
を開発するためには、複数の個々のコーティング被膜の
付与を行なうことによって、コーティングシステムを構
築しなければならない。好適なコーティング材料は粉末
粒子の混合物であり、平均粒子径は５０μｍ未満である
ことが好ましい。実質的に上記平均粒子径以下の径を有
する各々のすべての粒子は、一部あるいは全部がプラズ
マジェット中で溶融し、その結果溶融した粒子が基体表
面に当たって、明確な密度と厚さとを有するコーティン
グ層が形成される。密度及び多孔性のそれぞれに関する
限り、スプレーイングパラメータ及び粉末パラメータを
適宜選択することによって付与層の微視的構造は調節可
能である。
を開発するためには、複数の個々のコーティング被膜の
付与を行なうことによって、コーティングシステムを構
築しなければならない。好適なコーティング材料は粉末
粒子の混合物であり、平均粒子径は５０μｍ未満である
ことが好ましい。実質的に上記平均粒子径以下の径を有
する各々のすべての粒子は、一部あるいは全部がプラズ
マジェット中で溶融し、その結果溶融した粒子が基体表
面に当たって、明確な密度と厚さとを有するコーティン
グ層が形成される。密度及び多孔性のそれぞれに関する
限り、スプレーイングパラメータ及び粉末パラメータを
適宜選択することによって付与層の微視的構造は調節可
能である。
【００１８】全体の層システムを形成するためにＬＰＰ
Ｓコーティング方法を適用することにより、今までは必
要とされたコーティング技術及び／または装置を変える
必要がなく、薄層も厚層も両方とも形成することができ
ることを始めて明らかにした。
Ｓコーティング方法を適用することにより、今までは必
要とされたコーティング技術及び／または装置を変える
必要がなく、薄層も厚層も両方とも形成することができ
ることを始めて明らかにした。
【００１９】全体としての層システムに対して、基体に
付与した後熱処理を行なうことができる。考慮されてい
る複数の層の好ましいパラメータを以下の表にまとめ
る。
付与した後熱処理を行なうことができる。考慮されてい
る複数の層の好ましいパラメータを以下の表にまとめ
る。
【００２０】
【表１】
【００２１】以下に、添付する図面に関連して、本発明
の実施態様をさらに記載する。
の実施態様をさらに記載する。
【００２２】
【実施例】（実施例１）本発明に係るＬＰＰＳコーティ
ング方法によって断熱層システムを製造する本実施態様
では、まずバリヤー層を薄膜条件下に付与する。その
後、プライマー層及び熱ガス腐食防止層を厚膜条件下に
付着させる。そして、保護層コーティングを薄膜条件下
に付与し、最後に平滑化層を薄膜条件下に付与する。
ング方法によって断熱層システムを製造する本実施態様
では、まずバリヤー層を薄膜条件下に付与する。その
後、プライマー層及び熱ガス腐食防止層を厚膜条件下に
付着させる。そして、保護層コーティングを薄膜条件下
に付与し、最後に平滑化層を薄膜条件下に付与する。
【００２３】得られた断熱コーティング被膜システム
は、図１に示す構造を有する。参照番号は、以下の意味
を有する。 １ 基体（例えば、Ｎｉ合金あるいはＣｏ合金） ２ 金属バリヤー層（例えば、ＮｉＡｌ合金あるいは
ＮｉＣｒ合金―１〜２０μｍ） ３ 熱ガス腐食防止金属層（例えば、ＭＣｒＡｌＹ合
金―５０〜５００μｍ） ４ 酸化物セラミック保護層（例えば、Ａｌ２Ｏ３―
１〜２０μｍ） ５ 酸化物セラミック断熱層（例えば、ＺｒＯ２−８
％Ｙ２Ｏ３―１００〜２０００μｍ） ６ 酸化物セラミック平滑化層（例えば、ＺｒＯ２−
８％Ｙ２Ｏ３−１〜５０μｍ）
は、図１に示す構造を有する。参照番号は、以下の意味
を有する。 １ 基体（例えば、Ｎｉ合金あるいはＣｏ合金） ２ 金属バリヤー層（例えば、ＮｉＡｌ合金あるいは
ＮｉＣｒ合金―１〜２０μｍ） ３ 熱ガス腐食防止金属層（例えば、ＭＣｒＡｌＹ合
金―５０〜５００μｍ） ４ 酸化物セラミック保護層（例えば、Ａｌ２Ｏ３―
１〜２０μｍ） ５ 酸化物セラミック断熱層（例えば、ＺｒＯ２−８
％Ｙ２Ｏ３―１００〜２０００μｍ） ６ 酸化物セラミック平滑化層（例えば、ＺｒＯ２−
８％Ｙ２Ｏ３−１〜５０μｍ）
【００２４】上記実施態様は本発明を限定するものと解
してはならず、勿論上記以外の異なった他の層システム
も本特許請求の範囲内で適用することはできると理解さ
れたい。特に、本発明は、どんな任意の順序でも個々の
層を付与することができる。
してはならず、勿論上記以外の異なった他の層システム
も本特許請求の範囲内で適用することはできると理解さ
れたい。特に、本発明は、どんな任意の順序でも個々の
層を付与することができる。
【００２５】（実施例２）上記実施例１で述べた方法に
従って、図２に示す連続層を製造した。数字は以下のも
のを示す。 １０ 基体 超合金インコネル７１８、
３ｍｍ厚 １１ バリヤー層 ＡＭＤＲＹ（Ｎｉ８０％Ｃ
ｒ）、１３μｍ厚 １２ 熱ガス腐食防止層 ＡＭＤＲＹ９９５１（Ｃｏ
３２％Ｎｉ ２１％ＣＲ ８％Ａｌ） １３ 保護層 Ｍｅｔｃｏ１０５（９９．
５％ Ａｌ２Ｏ３）９μｍ厚 １４ 断熱層 Ｍｅｔｃｏ２０４、ＺｒＯ
２―８％Ｙ２Ｏ３、３６０μｍ厚 １５ 平滑化層 Ｍｅｔｃｏ２０４、ＺｒＯ
２−８％Ｙ２Ｏ３、１５μｍ厚
従って、図２に示す連続層を製造した。数字は以下のも
のを示す。 １０ 基体 超合金インコネル７１８、
３ｍｍ厚 １１ バリヤー層 ＡＭＤＲＹ（Ｎｉ８０％Ｃ
ｒ）、１３μｍ厚 １２ 熱ガス腐食防止層 ＡＭＤＲＹ９９５１（Ｃｏ
３２％Ｎｉ ２１％ＣＲ ８％Ａｌ） １３ 保護層 Ｍｅｔｃｏ１０５（９９．
５％ Ａｌ２Ｏ３）９μｍ厚 １４ 断熱層 Ｍｅｔｃｏ２０４、ＺｒＯ
２―８％Ｙ２Ｏ３、３６０μｍ厚 １５ 平滑化層 Ｍｅｔｃｏ２０４、ＺｒＯ
２−８％Ｙ２Ｏ３、１５μｍ厚
【図１】本発明の実施態様に従って製造した断熱層シス
テムの模式的断面図を示す。
テムの模式的断面図を示す。
【図２】異なった層構造が明瞭となっている該実施態様
に従って製造した断熱層システムの顕微鏡写真を示す。
に従って製造した断熱層システムの顕微鏡写真を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ゲラルト バルベザット
スイス国 8152 オプフィコン リートグ
ラーベンシュトラーセ 62
Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA06 EA08
4K031 AA02 AB04 CB21 CB22 CB27
CB42 DA04 DA08 FA01
Claims (22)
- 【請求項１】 金属基体に断熱コーティングシステムを
付与する方法であって、該コーティングシステムはバリ
ヤー層、熱ガス腐食防止層、保護層、熱バリヤー層及び
平滑化層からなる群から選択される少なくとも３層の個
々の層からなり、該コーティングシステムは単一の操作
サイクルで低圧プラズマスプレーイングによって該金属
基体に付与されることを特徴とする、金属基体に断熱コ
ーティングシステムを付与する方法。 - 【請求項２】 前記コーティングシステムは、単一の操
作サイクルで中断させることなく金属基体に付与する、
請求項第１項に記載の方法。 - 【請求項３】 前記コーティングシステムを基体に塗布
した後、コーティングシステム全体を熱処理する、請求
項１に記載の方法。 - 【請求項４】 厚さが１〜２０μｍ、好ましくは８〜１
２μｍのバリヤー層を前記金属基体に付与する、請求項
１記載の方法。 - 【請求項５】 金属合金、好ましくはＮｉＡｌ合金ある
いはＮｉＣｒ合金からなる金属バリヤー層を前記金属基
体に付与する、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 厚さが５０〜５００μｍ、好ましくは１
００〜３００μｍの熱ガス腐食防止層を前記金属基体に
付与する、請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 ＭＣｒＡＬＹ合金（ＭはＦｅ，Ｃｏある
いはＮｉ）からなる金属熱ガス腐食防止層を前記金属基
体に付与する、請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 厚さが１〜２０μｍ、好ましくは８〜１
２μｍの保護層を前記金属基体に付与する、請求項１記
載の方法。 - 【請求項９】 酸化アルミニウムあるいはＡｌ−Ｚｒ−
Ｏ三元化合物からなる保護層を前記金属基体に付与す
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】厚さが１００〜２０００μｍ、好ましく
は１５０〜５００μｍの熱バリヤー層を前記金属基体に
付与する、請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】 酸化物セラミック物質、特に酸化ジル
コニウム含有物質と、特に希土類酸化物、好ましくは酸
化イットリウムあるいは酸化セリウムからなる安定化剤
とからなる熱バリヤー層を前記金属基体に付与する、請
求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】厚さが１〜５０μｍ、好ましくは１０〜
３０μｍの平滑化層を前記金属基体に付与する、請求項
１記載の方法。 - 【請求項１３】酸化物セラミック物質、特に酸化ジルコ
ニウム含有物質と、特に希土類酸化物、好ましくは酸化
イットリウムあるいは酸化セリウムからなる安定化剤と
からなる平滑化層を前記金属基体に付与する、請求項１
２に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記金属基体をプラズマジェットの粒
子雲内で単に回転あるいはハンティング（ｈｕｎｔｉｎ
ｇ）動作によって動かす、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記コーティングシステムの個々の層
が非常に薄い場合には、薄膜法によって低圧プラズマス
プレーイングにより前記被膜システムを金属基体に付与
する、請求項１記載の方法。 - 【請求項１６】 前記基体から開始し、順にバリヤー
層、ＭＣｒＡｌＹ合金（ＭはＦｅ，ＣｏあるいはＮｉ）
あるいは金属アルミナイドからなる酸化物系熱ガス腐食
防止層、該熱ガス腐食防止層を保護する保護層、セラミ
ック系熱バリヤー層及び耐腐食性を改良する平滑化層か
らなる個々の層からなるコーティングシステムを作製す
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１７】 Ｎｉ合金あるいはＮｉ合金あるいは他
の耐熱性の高い金属合金からな金属基体に断熱コーティ
ングシステムを付与する方法であって、該コーティング
システムはバリヤー層、熱ガス腐食防止層、保護層、熱
バリヤー層及び平滑化層からなる群から選択される少な
くとも３層の個々の層からなり、該コーティングシステ
ムは単一の操作サイクルで低圧プラズマスプレーイング
によって該金属基体に付与されることを特徴とする、金
属基体に断熱コーティングシステムを付与する方法。 - 【請求項１８】 前記金属基体は飛行機ジェットエンジ
ンのタービン翼部、特にステータ翼部あるいはロータ翼
部である請求項１７の方法。 - 【請求項１９】 前記金属基体は熱ガスに曝される固定
ガスタービンあるいは飛行機ジェットエンジンの部品、
特に熱シールドである、請求項１８の方法。 - 【請求項２０】 Ｎｉ合金あるいはＣｏ合金からなる金
属部品であって、該金属は断熱コーティングシステムが
設けられ、該断熱コーティングシステムはバリヤー層、
熱ガス腐食防止層、保護層、熱バリヤー層及び平滑化層
からなる群から選択される少なくとも３層の個々の層か
らなり、該コーティングシステムは単一の操作サイクル
で低圧プラズマスプレーイングによって該金属基体に付
与されたことを特徴とする、金属部品。 - 【請求項２１】 タービン翼部、特に固定ガスタービン
あるいは航空機ジェットエンジンのステータ翼部あるい
はロータ翼部であって、該タービン翼部は断熱コーティ
ングシステムが設けられ、該断熱コーティングシステム
はバリヤー層、熱ガス腐食防止層、保護層、熱バリヤー
層及び平滑化層からなる群から選択される少なくとも３
層の個々の層からなり、該コーティングシステムは単一
の操作サイクルで低圧プラズマスプレーイングによって
該金属基体に付与されたことを特徴とする、金属部品。 - 【請求項２２】 熱ガスに曝される、固定ガスタービン
あるいは航空機ジェットエンジンの金属部品、特に熱シ
ールドであって、該金属部品は断熱コーティングシステ
ムが設けられ、該断熱コーティングシステムはバリヤー
層、熱ガス腐食防止層、保護層、熱バリヤー層及び平滑
化層からなる群から選択される少なくとも３層の個々の
層からなり、該コーティングシステムは単一の操作サイ
クルで低圧プラズマスプレーイングによって該金属基体
に付与されたことを特徴とする、金属部品。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH00955/01A CH695689A5 (de) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | Verfahren zum Erzeugen eines wärmedämmenden Schichtsystems auf einem metallischen Substrat. |
| CH20010955/01 | 2001-05-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003041358A true JP2003041358A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=4550293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002148870A Pending JP2003041358A (ja) | 2001-05-23 | 2002-05-23 | 金属基体に断熱コーティングシステムを付与する方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US8168261B2 (ja) |
| EP (1) | EP1260602B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003041358A (ja) |
| CA (1) | CA2373591C (ja) |
| CH (1) | CH695689A5 (ja) |
| ES (1) | ES2568626T3 (ja) |
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| JP2004353086A (ja) * | 2003-05-23 | 2004-12-16 | Sulzer Metco Ag | 熱被着によって基板に被覆を施すためのハイブリッド法 |
| EP1967602A2 (en) | 2007-02-20 | 2008-09-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ceramic-coated member and production method thereof |
| JP2012526196A (ja) * | 2009-05-08 | 2012-10-25 | ズルツァー・メットコ・アクチェンゲゼルシャフト | 基材のコーティングのための方法及びコーティングを有する基材 |
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| EP1852519B1 (de) | 2006-05-05 | 2013-08-28 | Sulzer Metco AG (Switzerland) | Verfahren zum Herstellen einer Beschichtung |
| CA2582312C (en) * | 2006-05-05 | 2014-05-13 | Sulzer Metco Ag | A method for the manufacture of a coating |
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| CN112176275B (zh) * | 2020-10-26 | 2022-11-15 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种热障涂层及其制备方法和应用 |
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