JP2003064464A - MCrAlY結合又は肉盛溶射皮膜 - Google Patents
MCrAlY結合又は肉盛溶射皮膜Info
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Abstract
のベース合金の保護のための使用のためのMCrAlY
結合皮膜又は肉盛溶射皮膜。 【解決手段】 γ又はγ/γ′−構造を有するMCrA
lY皮膜が、β−NiAl及び/又はγ/β−MCrA
lY粒子の分散を含み、これが運転の間に酸化及び内部
拡散のために失われたアルミニウムを補充するアルミニ
ウムリザーバーを皮膜に提供し、アルミニウムリザーバ
ーであるβ−NiAl及び/又はγ/β−MCrAlY
は、かつ適切な粉末をγ−又はγ/γ′粉末と混合する
ことにより施与される。
Description
念によるMCrAlY結合皮膜又は肉盛溶射皮膜に関す
る。
た構成部品、例えばガスタービンのブレード又はベーン
は、普通、耐性のある皮膜で被覆される。皮膜は、熱い
環境の熱作用のための腐食及び酸化に対して基材を保護
し、かつ元素Al及びCrを大抵用いる合金からなる。
大抵のタービン構成部品は、酸化及び/又は腐食からの
保護のために、例えば、MCrAlY皮膜(ベースコー
ト)で被覆され、かつ一部は断熱のための断熱皮膜(T
BC)でも被覆される。MCrAlY保護性肉盛溶射皮
膜は、先行技術において幅広く公知である。これらは、
高温皮膜のファミリーであり、ここでMは、鉄、ニッケ
ル及びコバルトの1つ又は組合せから選択される。一例
として、US-A-3,528,861又はUS-A-4,585,418には、その
ような種類の耐酸化性皮膜が開示されている。またUS-A
-4,152,223には、そのような被覆方法及び皮膜自体が開
示されている。γ/β−MCrAlY皮膜に加えて、γ
/γ′−ガンマ/ガンマプライム−構造をベースとする
他のクラスの肉盛溶射MCrAlY皮膜がある。γ/
γ′−皮膜の利点は、下にあるタービン物品の合金との
無視できる熱膨張ミスマッチを有することである。より
高い耐熱疲労性のためにγ/γ′−皮膜は、γ/β−型
のMCrAlY皮膜に比してより都合がよい。皮膜にお
けるより高い耐熱疲労性は最も望ましい、それというの
も、典型的には熱疲労が、高められた温度での大抵のタ
ービンブレード及びベーンの破損に追い込むからであ
る。
γ/β−皮膜の分野は、研究の活発な分野であり、かつ
一連の特許が発行されている。例えばNiCrAlY皮
膜は、US-3,754,903に記載されており、かつCoCrA
lY皮膜は、US3,676,058に記載されている。US 4,346,
137には、改善された耐高温疲労性のNiCoCrAl
Y皮膜が開示されている。US-4,419,416、US-A-4,585,4
81、RE-32,121及びUS-A-4,743,514には、Si及びHf
を有するMCrAlY皮膜が記載されている。US-A-4,3
13,760には、良好な耐酸化性、耐食性及び耐疲労性を有
する超合金皮膜組成物が開示されている。
3,445から公知のγ/γ′−型のMCrAlY皮膜は相
対的に新しい。この種類のγ/γ′−皮膜の独特の特徴
は、その熱膨張ミスマッチが高い延性との組合せでゼロ
に近いことであり、このことはこれらの皮膜をより耐熱
疲労性にする。しかしながら、制約は、低いアルミニウ
ム含量、ひいてはその低いアルミニウムリザーバー(res
ervoir)である。
-Barrier-Coatings;TBC)は、多様な特許から公知で
ある。US-A-4,055,705、US-A-4,248,940、US-A-4,321,3
11又はUS-A-4,676,994には、タービンブレード及びベー
ンにおける使用のためのTBC皮膜が開示されている。
使用されるセラミックは、イットリア安定化ジルコニア
であり、かつプラズマ溶射(US-A-4,055,705、US-A-4,24
8,940)によるか又は電子ビームプロセス(US-A4,321,31
1、US-A-4,676,994)によりMCrAlYボンドコートの
上に施与される。
記に記載されたような課題が課された。
はγ/γ′−構造を有しているMCrAlY結合皮膜又
は肉盛溶射皮膜の高められた温度での長期間の暴露のた
めに運転中に酸化及び内部拡散によるアルミニウムの損
失を補充することである。他の対象は、工業用及び航空
機用ガスタービンエンジンのための耐久性の皮膜を提供
することである。
皮膜又は肉盛溶射皮膜、γ−又はγ/γ′−構造を有す
る皮膜、高温環境に使用される物品が見出され、ここ
で、MCrAlY皮膜は、β−NiAl及び/又はγ/
β−MCrAlY粒子の分散を含んでいる。
/又はγ/β−MCrAlYリザーバーを、β−NiA
l及び/又はγ/β−MCrAlY粒子の分散によりγ
−又はγ/γ′合金マトリックスに提供する。β−Ni
Al及び/又はγ/β−MCrAlY粒子は、NiAl
粉末をγ−又はγ/γ′粉末と混合することにより施与
される。
/又はγ/β−MCrAlY粒子の粉末サイズは、5〜
150μmであるが、しかし好ましくは20〜75μm
である。β−NiAl及び/又はγ/β−MCrAlY
の体積フラクションは、0.01〜40%(体積%)、
好ましくは0.01〜25%及び最も好ましくは0.0
1〜5%(体積%)であってよい。
l及び/又はγ/β−MCrAlY粒子を有するγ−又
はγ/γ′−構造の少なくとも1つの層を含む。これ
は、分散したβ−NiAl及び/又はγ/β−MCrA
lY粒子を有する及び分散したβ−NiAl及び/又は
γ/β−MCrAlY粒子を有しない交互層中に又はガ
スタービン物品の上の第一層及び皮膜の上の層としてで
あってよい。分散したβ−NiAl粒子は、Al 20
〜33%(質量%)を含み、かつγ/β−MCrAlY
粒子は、Al 8〜17%(質量%)を含むだろう。双
方とも、Y、Hf、Zr、Si、Ca、Mg、Fe及び
Taの1つ又は組合せを含んでいてよい。
ラズマ溶射又は肉盛溶射皮膜及び結合皮膜の付着に使用
される任意の他の常用の方法により施与されることがで
きる。
ベーンの保護のための高温環境内での使用のためのMC
rAlY結合皮膜又は肉盛溶射皮膜が開示されている。
γ/γ′−構造を有するMCrAlY皮膜は、β−Ni
Al及び/又はγ/β−MCrAlY粒子の分散を含
む。これは、アルミニウムリザーバーを皮膜に提供し、
その際、リザーバーが、物品の運転の間に酸化及び内部
拡散のために失われたアルミニウムを補充する。β−N
iAl及び/又はγ/β−MCrAlYは、アルミニウ
ムリザーバーであり、かつNiAl及び/又はγ/β−
MCrAlY粉末をγ又はγ/γ′粉末と混合すること
により施与される。
し、かつアルミナスケールの形成を可能にしかつ保持す
るために十分なAlを提供する分散質β−NiAl及び
/又はγ/β−MCrAlYを有する高いアルミニウム
の利益をもたらすことである。より高い延性のためにγ
/γ′マトリックスが、運転中の構成部品の熱的機械的
負荷の間に発生する応力を収容することに注目すべきで
ある。
は、個別に又はそれを組合せて、(質量%)Cr 5〜
30%及びAl 3〜6%、残り(balance)Ni、Fe又
はCo、例えばNi−25Cr−3Al、Ni−25C
r−5Al又はNi−28Cr−6Alからなっていて
よい。γマトリックスの組成は、ニッケル−クロム−ア
ルミニウム三元状態図により調節される。MCrAlY
のNi、Cr、Al含量は、調節されて、安定なγ/
γ′ミクロ構造の形成を可能にする。
を、個別に又はそれを組合せて含んでいてよい。その
上、皮膜は、Y+Hf+Zr+Si 0.1〜5%(質
量%)を有するY、Hf、Zr及びSiの1つ又は組合
せ並びにTa、Fe、Ga、Mg及びCaの1つ又は組
合せを含んでいてよい。この実施態様による含量は、Y
0.001〜0.5%、Zr 0〜0.5%、Si 0.
1〜1.5%、Ca 0〜1.0%、Mg 0〜1.0
%、Ga 0〜4%、Fe 0〜4%、Ta 0.1〜
4.0%(質量%)である。
%)は、以下の第1表中に与えられている。
lY粒子の体積フラクションは、0.01〜40%(体
積%)であってよい。好ましい範囲は、0.01〜25
%(体積%)であり、最も好ましい範囲は、0.01〜
5%(体積%)である。β−NiAl及び/又はγ/β
−MCrAlYの粉末サイズは、125μmまでの幅広
い範囲内にあるが、しかし一般に20〜75μmに制限
される。
って典型的であるような皮膜マトリックス中のβ−Ni
Al及び/又はγ/β−MCrAlY粒状分散のため
に、皮膜のアルミナ形成能を保持することにより寿命の
利益を提供する。
〜33%(質量%)を含んでいてよく、γ/β−MCr
AlY粒子は、Al 8〜17%(質量%)を含むだろ
う。双方とも、Y、Hf、Zr、Si、Ca、Mg、F
e及びTaの1つ又は組合せを含んでいてよく、これら
は、耐酸化性を更に増大させる。一例として、β−Ni
Al及び/又はγ/β−MCrAlY粒子は、Y 0.
001〜0.5%、Zr 0.001〜0.5%、Si
0.1〜1.5%、Ca 0〜1.0%、Mg0〜1.
0%、Ga 0〜4%、Fe 0〜4%、Ta 0.1〜
4.0%(質量%)を含んでいてよい。
l及び/又はγ/β−MCrAlY粒子を有するγ−又
はγ/γ′−構造の少なくとも1つの層を含む。これ
は、分散したβ−NiAl及び/又はγ/β−MCrA
lY粒子を有する及び分散したβ−NiAl及び/又は
γ/β−MCrAlY粒子を有しない交互層中にあって
よい。これは、ガスタービン物品の上の第一層及び皮膜
の外側表面上の層と同じであってよい。
射、又は肉盛溶射皮膜及び結合皮膜の付着に使用される
任意の他の常用の方法により施与されることができる。
Claims (13)
- 【請求項1】 γ−又はγ/γ′−構造を有している、
物品の表面上のMCrAlY結合皮膜又は肉盛溶射皮膜
において、前記MCrAlY皮膜が、β−NiAl及び
/又はγ/β−MCrAlY粒子の分散を含んでいるこ
とを特徴とする、物品の表面上のMCrAlY結合皮膜
又は肉盛溶射皮膜。 - 【請求項2】 β−NiAl及び/又はγ/β−MCr
AlY粒子の粉末サイズが5〜150μmである、請求
項1記載のMCrAlY結合皮膜又は肉盛溶射皮膜。 - 【請求項3】 β−NiAl及び/又はγ/β−MCr
AlY粒子の粉末サイズが20〜75μmである、請求
項2記載のMCrAlY結合皮膜又は肉盛溶射皮膜。 - 【請求項4】 皮膜が、分散したβ−NiAl及び/又
はγ/β−MCrAlY粒子を有するγ−又はγ/γ′
−構造の少なくとも1つの層を含んでいる、請求項1か
ら3までのいずれか1項記載のMCrAlY結合皮膜又
は肉盛溶射皮膜。 - 【請求項5】 皮膜が、分散したβ−NiAl及び/又
はγ/β−MCrAlY粒子を有する及び分散したβ−
NiAl及び/又はγ/β−MCrAlY粒子を有しな
い交互層からなっている、請求項4記載のMCrAlY
結合皮膜又は肉盛溶射皮膜。 - 【請求項6】 物品の上の第一層及び上部層が、分散し
たβ−NiAl及び/又はγ/β−MCrAlY粒子を
有するγ−又はγ/γ′−構造を有している、請求項4
記載のMCrAlY結合皮膜又は肉盛溶射皮膜。 - 【請求項7】 β−NiAl及び/又はγ/β−MCr
AlY 0.01〜40%(体積%)の体積フラクショ
ンを含んでいる、請求項1から6までのいずれか1項記
載のMCrAlY結合皮膜又は肉盛溶射皮膜。 - 【請求項8】 β−NiAl及び/又はγ/β−MCr
AlY 0.01〜25%(体積%)の体積フラクショ
ンを含んでいる、請求項7記載のMCrAlY結合皮膜
又は肉盛溶射皮膜。 - 【請求項9】 β−NiAl及び/又はγ/β−MCr
AlY 0.01〜5%(体積%)の体積フラクション
を含んでいる、請求項8記載のMCrAlY結合皮膜又
は肉盛溶射皮膜。 - 【請求項10】 分散したβ−NiAl粒子がAl 2
0〜33%(質量%)を含んでいる、請求項1から6ま
でのいずれか1項記載のMCrAlY結合皮膜又は肉盛
溶射皮膜。 - 【請求項11】 分散したγ/β−MCrAlY粒子が
Al 8〜17%(質量%)を含んでいる、請求項1か
ら6までのいずれか1項記載のMCrAlY結合皮膜又
は肉盛溶射皮膜。 - 【請求項12】 分散したβ−NiAl及び/又はγ/
β−MCrAlY粒子が、Y、Hf、Zr、Si、C
a、Mg、Fe及びTaの1つ又は組合せを含んでい
る、請求項1から6までのいずれか1項記載のMCrA
lY結合皮膜又は肉盛溶射皮膜。 - 【請求項13】 MCrAlY皮膜が、ガルバーニ溶射
又はプラズマ溶射又は任意の他の常用の方法によって付
着されている、請求項1から6までのいずれか1項記載
のMCrAlY結合皮膜又は肉盛溶射皮膜。
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