JP2014198902A - ボンドコート系及び被覆部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボンドコート材料であって、これらが使用される保護皮膜系、特に、TBCを使用するものの耐剥離性を向上させるボンドコート材料を提供すること。
【解決手段】ボンドコート系及び被覆部品が開示されている。ボンドコート系は、基材に隣接した第1の皮膜層及び第1の皮膜層に隣接した第2の皮膜層を含む。第1の皮膜層は、γ/βミクロ組織を含む。第2の皮膜層は、γ/γ’+βミクロ組織を含む。被覆部品は、表面を有する基材、表面上に配設された第1の皮膜層及び第1の皮膜層上に配設された第2の皮膜層を含む。
【選択図】図1
【解決手段】ボンドコート系及び被覆部品が開示されている。ボンドコート系は、基材に隣接した第1の皮膜層及び第1の皮膜層に隣接した第2の皮膜層を含む。第1の皮膜層は、γ/βミクロ組織を含む。第2の皮膜層は、γ/γ’+βミクロ組織を含む。被覆部品は、表面を有する基材、表面上に配設された第1の皮膜層及び第1の皮膜層上に配設された第2の皮膜層を含む。
【選択図】図1
Description
本明細書で開示する主題は、高温環境下での使用に適した金属合金組成物、特に高温環境下で酸化から保護するためのボンドコート材料としての使用に適した金属合金組成物に関する。
タービンエンジンのような過酷な環境では、金属オーバーレイ又はボンドコート(MCrAlY及び/又はアルミナイド)及び遮熱コーティング(TBC)によって、高温ガスの熱及び腐食性及び酸化性環境から金属合金基材を保護する。TBCは、高温燃焼ガスと金属合金基材との間に熱低減バリアをもたらし、熱及び腐食による基材の損傷を防止、軽減又は低減することができる。
MCrAlY合金は高温皮膜であり、Mは鉄、ニッケル及びコバルトの1種又は組合せから選択されるものであり、Crはクロムであり、Alはアルミニウムであり、Yはイットリウムである。その具体例には、合金ミクロ組織中にγ相とβ相を含むMCrAlY皮膜が挙げられる。従前、耐酸化性を向上させるため、Si、Hf、Pd及びPtのような様々な合金元素がγ/β型MCrAlY合金に添加されているが、ボンドコート材料の耐歪み性の低下を招くことがあり、それらが用いられた皮膜系(特にTBCを含むもの)の剥離寿命が損なわれてしまうこともある。
そこで、ボンドコート材料であって、それらが用いられた保護皮膜系(特にTBCが用いられたもの)の耐剥離性を向上させるボンドコート材料に対するニーズが存在する。
例示的な実施形態では、ボンドコート系を提供する。ボンドコート系は、基材に隣接する第1の皮膜層と、第1の皮膜層及びトップコートに隣接する第2の皮膜層とを含むボンドコートを含んでいる。第1の皮膜層はγ/βミクロ組織を含む。第2の皮膜層はγ/γ’+βミクロ組織を含む。
別の例示的な実施形態では、被覆部品を提供する。被覆部品は、表面を有する基材と、表面上に配設された第1の皮膜層であってγ/βミクロ組織を含む第1の皮膜層と、第1の皮膜層上に配設された第2の皮膜層であってγ/γ’+βミクロ組織を含む第2の皮膜層とを含む。
本発明のその他の特徴及び利点については、本発明の原理を例示する図面と併せて好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を参照することによって明らかとなろう。
図面を通して、同じ部材にはできるだけ同じ符号を用いた。
例示的なボンドコート系及び被覆部品について説明する。本発明の一つの利点は、耐酸化性の向上したボンドコート系である。本発明の実施形態のもう一つの利点は、剥離寿命を効率的に延ばすことができることである。
ボンドコートが設けられる基材の具体例としては、GTD−111、Rene N4(RN4)及びRene 108(R108)が挙げられる。GTD−111は、合金の重量%で表して、14%のクロム、9.5%のコバルト、3.8%のタングステン、1.5%のモリブデン、4.9%のチタン、3.0%のアルミニウム、0.1%の炭素、0.01%のホウ素、2.8%のタンタル、残部のニッケル及び不可避不純物の公称組成を有する。Rene N4は、合金の重量%で表して、7.5%のコバルト、9.75%のクロム、4.20%のアルミニウム、3.5%のチタン、1.5%のモリブデン、4.8%のタンタル、6.0%のタングステン、0.5%のコロンビウム(ニオブ)、0.05%の炭素、0.15%のハフニウム、0.004%のホウ素、残部のニッケル及び不可避不純物の公称組成を有する。Rene 108は、0.07〜0.10%の炭素、8.0〜8.7%のクロム、9.0〜10.0%のコバルト、0.4〜0.6%のモリブデン、9.3〜9.7%のタングステン、2.5〜3.3%のタンタル、0.6〜0.9%のチタン、5.25〜5.75%のアルミニウム、0.01〜0.02%のホウ素、1.3〜1.7%のハフニウム、0.1%以下のマンガン、0.06%以下のケイ素、0.01%以下のリン、0.004%以下の硫黄、0.005〜0.02%のジルコニウム、0.1%以下のニオブ、0.1%以下のバナジウム、0.1%以下の銅、0.2%以下の鉄、0.003%以下のマグネシウム、0.002%以下の酸素、0.002%以下の窒素、残部のニッケル及び不可避不純物の公称組成を有する。
図1〜図6を参照して、高温酸化耐性ボンドコート系210について開示する。ボンドコート系210は、第1の皮膜層212と第2の皮膜層214とを含む。第1の皮膜層212は第1のMCrAlX合金260を含む。第2の皮膜層214は第2のMCrAlX合金270を含む。ボンドコート系210は、様々な高温製品、特にタービンエンジン10の各種部品20の被覆に使用され、さらに具体的には、高温ガス流路18を含む産業用ガスタービンの各種部品20並びに高温ガス流路を流れる高温燃焼ガスに曝露される表面30のためのボンドコート系210として使用される。ボンドコート系210は、特に、各種のタービン動翼(タービンバケット)50での使用に極めて適しているが、静翼(タービンノズル)52、シュラウド54、燃焼器58、燃料ノズル60、トランジションピース、燃焼器ライナなどを始めとする他の部品並びにこれらの部品のサブコンポーネント及びサブアセンブリでの使用にも非常に適している。例えば、燃焼器58は、一般に、各種サブアセンブリを含めた複数の部品のアセンブリであるが、ボンドコート系210は、それらの部品及びサブアセンブリのいずれか又はすべてに導入できる。ボンドコート系210は適当な基材200に設けることができ、特にCo基、Ni基、Fe基超合金基材又はそれらの組合せを始めとする各種の超合金基材200に施工できる。例示的な実施形態では、本願で開示するボンドコート系210は、例えば、図1に示すガスタービン動翼50の翼形部の正圧面又は負圧面或いは翼先端に使用できる。
例示的な実施形態では、タービン動翼50のような部品20の表面30を、図2に示すような金属保護皮膜層としてのボンドコート系210で保護するが、図2には、タービン動翼50のような部品20の表面30の断面を拡大して示す。表面30には、基材200を酸化から保護するためにボンドコート系210を設けることが望まれる部品20の任意の部分が包含され、高温ガス流路18を含んでいて該流路を流れる高温燃焼ガスに直接曝露される表面30、その他、高温燃焼ガスには直接曝露されないが、高温燃焼ガスに起因する高温に曝露される可能性のある表面が挙げられる。例示的な一実施形態では、表面30は、タービン動翼50の翼形部又は翼先端の表面を含む。
ボンドコート系210は、図6に示すように、表面30を保護するために単独で使用することもできるし、或いは以下で説明する通り、複数の皮膜層からなる保護系230をもたらすべく他の高温コーティング材を始めとする他の高温材料と併用することもできる。後者の場合、ボンドコート系210は、かかる系における下層、内側層、外側層又はそれらの組合せとして使用し得る。
保護系230は、ボンドコート系210を下層として、さらに1以上の遮熱コーティング(TBC)層240、1以上のアルミナイド皮膜層250、1以上の別のボンドコート層又はこれらの組合せを含む皮膜層の組合せの一部として含むことができる。例示的な実施形態では、図2に示すように、保護系230はボンドコート系210を1以上のTBC層240のための耐酸化性下層として含み、ボンドコート系210は、超合金基材のような基材200の表面30上に配設され、ボンドコート系210上に1以上のTBC層240を配設して高温燃焼ガスに曝露せしめる。
例示的な実施形態では、図3に示すように、保護系230はボンドコート系210を1以上のアルミナイド層250のための耐酸化性下層として含み、ボンドコート系210は、超合金基材のような基材200の表面30上に配設され、ボンドコート系210上に1以上のアルミナイド層250を配設して高温燃焼ガスに曝露せしめる。
さらに別の例示的な実施形態では、図4に示すように、保護系230はボンドコート系210をアルミナイド層250及びTBC層240のための耐酸化性下層として含み、ボンドコート系210は、基材200の表面30上に配設され、ボンドコート系210上に1以上のアルミナイド層250を配設し、アルミナイド層250上に1以上のTBC層240を配設して高温燃焼ガスに曝露せしめる。
保護系230はボンドコート系210を内側層として、さらに1以上の遮熱コーティング(TBC)層240、1以上のアルミナイド層250又はそれらの組合せを含む皮膜層の組合せの一部として含むこともできる。例えば、例示的な実施形態では、図2〜図4の保護系230は、基材200とボンドコート系210との間に、基材200上に設けられた1以上のアルミナイド層250又は別のボンドコート層を適宜含んでいてもよい。その他の点では、ボンドコート系210層、アルミナイド層250及びTBC層240の構成は、図2〜図4について上述した通りである。
さらに別の例示的な実施形態では、図5に示すように、保護系230は、ボンドコート系210を外側層として、さらに1以上の遮熱コーティング(TBC)層240、1以上のアルミナイド層250又はそれらの組合せを含む皮膜層の組合せの一部として含むことができる。外側層としての1以上のボンドコート系210の層と、1以上のTBC層240、1以上のアルミナイド層250、別のボンドコート層又はこれらの組合せとのその他の組合せも可能である。
別の例示的な実施形態では、図6に示すように、保護系230は、他の皮膜層との組合せではなく、ボンドコート系210だけを外側層として含んでいてもよい。
上述の保護系230は、ボンドコート系210単独のものも含めて、第1の皮膜層212と第2の皮膜層214とを含むボンドコート280を含む。第1の皮膜層212はγ/βミクロ組織を含む。第2の皮膜層214はγ/γ’+βミクロ組織を含む。一実施形態では、第1の皮膜層212の厚さは、約25.4μm(1mil)〜約1524μm(60mil)、約76μm(3mil)〜約1270μm(50mil)、又は約178μm(7mil)〜約1143μm(45mil)である。一実施形態では、第2の皮膜層214の厚さは、約25.4μm(1mil)〜約762μm(30mil)、約76μm(3mil)〜約635μm(25mil)、又は約178μm(7mil)〜約508μm(20mil)である。一実施形態では、第1の皮膜層212は第1の合金260を含み、第2の皮膜層214は第2の合金270を含む。第1の合金260及び第2の合金270は一般に、コバルト基、ニッケル基又は鉄基超合金を始めとする、コバルト、ニッケル、鉄又はそれらの組合せを含む超合金である。これらの合金のうち、第1の合金260及び第2の合金270がコバルト基、コバルト−ニッケル基又はニッケル−コバルト基超合金を含んでいると、ボンドコート系210は、高温酸化耐性とTBC剥離耐性と延性との良好な組合せをもたらす。本明細書において、「金属」基(例えばコバルト基、ニッケル基又は鉄基)とは、標記の金属(例えば、コバルト基)が、重量基準で合金の主成分であることを意味する。2種以上の金属(例えば、金属1−金属2基)が用いられている場合、金属は、合金の重量分率の順に記載される。例えば、コバルト−ニッケル基合金は、コバルトとニッケルが重量基準で合金の主成分であり、コバルトの重量分率がニッケルの重量分率よりも大きいことを意味し、ニッケル−コバルト基合金は、ニッケルとコバルトが重量基準で合金の主成分であり、ニッケルの重量分率がコバルトの重量分率よりも大きいことを意味する。
タービンエンジン用途に用いられる既存のMCrAlYボンドコート合金の一例として、合金の重量を基準にして、22%のクロム、10%のアルミニウム、1%のイットリウム、残部のニッケル及び不可避不純物の公称組成を有する慣用γ−β(γ/β)MCrAlY(NiCrAlY)ボンドコートが挙げられるが、硫黄が不可避不純物であることもり、100ppm以下に制御される。BC52として知られる別の慣用γ−γ’MCrAlY(NiCoCrAlY)ボンドコートは、合金の重量を基準にして、18%のクロム、6.5%のアルミニウム、10%のコバルト、6%のタンタル、2%のレニウム、0.5%のハフニウム、0.3%のイットリウム、1.0%のケイ素、0.015%のジルコニウム、0.06%の炭素、0.015%のホウ素、残部のニッケル及び不可避不純物の公称組成を有する。タービンエンジン用途に用いられる既存のMCrAlY(NiCoCrAlY)ボンドコート合金のもう一つの例は、合金の重量基準で、約25%〜約45%のニッケル、約15%〜約30%のクロム、約8.0%〜約13%のアルミニウム、約0.19%〜約1.0%のイットリウム、残部のコバルト及び不可避不純物という公称組成を有する。
一実施形態では、ボンドコート系210のボンドコート層280の第1の皮膜層212を構成するコバルト基、コバルト−ニッケル基又はニッケル−コバルト基超合金は、γ/βミクロ組織を含む。第1の皮膜層212は、第1のMCrAlX合金260を含んでいるが、Mはコバルトを含んでおり、適宜ニッケルを含んでいてもよく、Xは、合金の約0.001重量%乃至0.19重量%未満のイットリウムを含んでおり、適宜ケイ素、ゲルマニウム又はこれらの組合せを含んでいてもよい。第1のMCrAlX合金260では、概して、タービンエンジン用途に用いられる既存のMCrAlYボンドコート合金(0.3%のYを含む公称組成を有しているが、Yは0.19%〜1.0%の範囲であることが知られている。)に比べて、低減した量のイットリウムが用いられる。イットリウム量の低減によって、TBC層240も含む保護系230に使用したときに、これらの合金の酸化耐性が向上し、TBC剥離耐性が増大するという利点が得られる。第1のMCrAlX合金260では、既存のMCrAlYボンドコート合金に比べて、アルミニウムの使用量を増加させることができ、それによって、既存のボンドコート合金に比べて酸化耐性が一段と向上するという利点が得られる。第1のMCrAlX合金260は、既存のMCrAlYボンドコート合金には存在しないゲルマニウムを適宜使用してもよく、それによって、タービンエンジン用途での長期の曝露時間でβ相の保持能力が向上するという利点が得られる。第1のMCrAlX合金260はさらにケイ素を適宜使用してもよく、それによって、酸化耐性及びTBC剥離寿命が向上するという利点が得られる。
例示的な実施形態では、第1のMCrAlX合金260は、γ相とβ相を含むミクロ組織を有するコバルト基、コバルト−ニッケル基又はニッケル−コバルト基MCrAlX合金であり、合金の重量を基準にして、Mは約27%以上の量のコバルトを含み、Xは合金の約0.001重量%乃至0.19重量%未満の量のイットリウムを含む。特に、イットリウムの存在量は、合金の重量を基準にして、約0.001%〜約0.18%、約0.01%〜約0.18%、約0.02%〜約0.15%とし得る。第1のMCrAlX合金260は、合金の重量を基準にして、約0.001%〜約1.5%、約0.01%〜約1.5%又は約0.2%〜約1.5%の量のゲルマニウムを任意成分として含んでいてもよい。第1のMCrAlX合金260は、合金の重量を基準にして、約1.5%以下、約0.01%〜約1.5%又は約0.1%〜約1.5%の量のケイ素を任意成分として含んでいてもよい。別の例示的な実施形態では、第1のMCrAlX合金260は、コバルト−ニッケル基合金を含むものでもよく、合金の重量を基準にして、約20.0%〜約82.0%のニッケル、約10.0%〜約28.0%のクロム、約5.0%〜約15.0%のアルミニウム、上述の量のイットリウム及び任意成分としてのゲルマニウム、ケイ素又はそれらの組合せ(例えば、約0.001%乃至0.19%未満のイットリウム、約0.001%〜約1.5%のゲルマニウム、約1.5%以下のケイ素など)、残部のコバルト及び不可避不純物を含むことができる。イットリウムを上記の量で配合すると、例えば、公称量0.%のイットリウムを含む既存のボンドコート合金に比べて、酸化及びTBC剥離に対する第1のMCrAlX合金260の耐性が増大する。既存のボンドコート合金では、イットリウムは合金の0.19重量%〜1.0重量%であることが知られており、ゲルマニウムもケイ素も含んでいない。
一実施形態では、第2の皮膜層214は、ニッケル基超合金ボンドコート材料、特にニッケル−コバルト基超合金ボンドコート材料である。第2の皮膜層214は、γ/γ’+βミクロ組織を含む。第2の皮膜層214は、第2のMCrAlX合金270を含んでいるが、第2の合金の重量を基準にして、Mは約30.0%以上の量のニッケルを含み、Xは約0.005%〜約0.19%のイットリウムを含む。第2のMCrAlX合金270では、タービンエンジン用途に用いられる既存のMCrAlYボンドコート合金(例えば、BC52など)に比べて、低減した量のイットリウムが用いられる。第2のMCrAlX合金270におけるイットリウム量の低減によって、TBC層240も含む保護系230に使用したときに、これらの合金の酸化耐性が向上し、TBC剥離耐性が増大するという利点が得られる。γ−γ’BC52ボンドコート材料に比べて、第2のMCrAlX合金270は、ケイ素フリー(無ケイ素)であってTi含有合金との使用時に脆性TixSiy相が形成される可能性を防ぐとともに耐歪み性が向上しており、Alの量が増大していて酸化耐性が向上しており、レニウムフリー(無レニウム)であって亀裂発生の開始に関して耐歪み性が向上しているとともに、この戦略的に重要な元素の使用が回避される。なお、戦略的というのは、その限られた供給量及び付随コストによるものである。第2のMCrAlX合金270においても、上述のような既存のMCrAlYボンドコート合金には存在しないゲルマニウムを使用することができる。
例示的な実施形態では、第2のMCrAlX合金270は、γ相、β相及びγ’相を含むミクロ組織を有するニッケル基MCrAlX合金であり、合金の重量を基準にして、Mは約30%以上の量のニッケルを含み、Xは約0.005%〜約0.19%のイットリウムを含む。別の例示的な実施形態では、第2のMCrAlX合金270は、γ相、β相及びγ’相を含むミクロ組織を有するニッケル−コバルト基MCrAlX(NiCoCrAlX)合金であり、合金の重量を基準にして、Mは約30%以上の量のニッケル及び約5.0%〜約15.0%の量のコバルトを含み、Xは約0.005%〜約0.19%の量のイットリウムを含む。第2のMCrAlX合金270は、合金の重量を基準にして、約1.25%以下の量のゲルマニウムを含んでいてもよい。
例示的な一実施形態では、第2のMCrAlX合金270は、合金の重量を基準にして、約5.0%〜約15.0%のコバルト、約12.0%〜約28.0%のクロム、約6.5%〜約11.0%のアルミニウム、約1.25%以下のゲルマニウム、約4.0%〜約8.0%のタンタル、約0.005%〜約0.05%のジルコニウム、約0.005%〜約0.8%のハフニウム、約0.005%〜約0.19%のイットリウム、残部のニッケル及び不可避不純物を含む。別の実施形態では、第2のMCrAlX合金270は、合金の重量を基準にして、約8.5%〜約12.0%のコバルト、約16.0%〜約21.0%のクロム、約6.5%〜約8.5%のアルミニウム、約4.5%〜約7%のタンタル、約0.001%〜約0.1%のジルコニウム、約0.1%〜約0.65%のハフニウム、約0.005%〜約0.19%のイットリウム、約1.25%以下のゲルマニウム、残部のニッケル及び不可避不純物を含む。第2のMCrAlX合金270は、上述の既存のγ−γ’−βボンドコート合金よりもアルミニウム含量が多い。理論に束縛されるものではないが、これによって、酸化性環境下での高温曝露の際のボンドコート系210材料中の減損を防ぐことのできる追加のアルミニウムが供給され、酸化耐性及び耐剥離性の向上に資する。第2のMCrAlX合金270は、実質的にケイ素フリーであるとともに実質的にレニウムフリーである(つまり、不可避不純物以外のケイ素又はレニウムは実質的に含んでいない。)。本明細書において、実質的にケイ素フリーとは、ケイ素が不可避不純物として混入するなどして存在する場合であっても、合金の重量を基準にして、約0.1%以下であることを意味する。ケイ素が存在しないことによって、特に第2のMCrAlX合金270に近接する材料がチタンを含んでいる場合に、ボンドコート/基材界面又はその近傍で脆性TixSiy金属間相が形成される可能性が回避される。本明細書において、実質的にレニウムフリーとは、Reが不可避不純物として混入するなどして存在する場合であっても、合金の重量を基準にして、約0.1%以下であることを意味する。レニウムの使用を回避することによって、耐歪み性が向上し、この戦略的な元素の必要性がなくなる。イットリウム及び/又はゲルマニウムを上述の量で配合すると、例えば、公称量約%のイットリウムを含み、ゲルマニウムを含まない既存のボンドコート合金に比べて、第2のMCrAlX合金270の酸化耐性が増大する。
本願で開示する第1及び第2のMCrAlX合金260及び270は適当な形態で使用することができ、例えば、本明細書に記載した種類の物品全体の形成に使用される合金としても使用できるし、或いはボンドコート系210としても使用できる。第1及び第2のMCrAlX合金260及び270は、各種の真空溶融法(特に各種の超合金、特にコバルト基、コバルト−ニッケル基、ニッケル基又はニッケル−コバルト基超合金に用いられる溶融法)を始めとする適当な方法で形成することができる。ボンドコート材料は、蒸着法、スラリー堆積法、さらには、高速酸素燃料溶射(HVOF)、高速空気燃料溶射(HVAF)、減圧プラズマ溶射(VPS)、大気プラズマ溶射(APS)、イオンプラズマ堆積(IPD)、電子ビーム物理蒸着(EBPVD)及びコールドスプレー法を始めとする溶射法によって施工することができる。
保護系230は、上述の通り、ボンドコート系210材料その他の皮膜に対して設けられたアルミナイド層250を含んでいてもよい。アルミナイド層250には、拡散アルミナイド、例えば、単純拡散アルミナイド又は白金アルミナイドのような複雑な拡散アルミナイドなどを始めとする適当なアルミナイドが包含される。アルミナイド層250は適当な厚さのものでよく、例示的な実施形態では、約12.7μm(0.5mil)〜約101.6μm(4mil)の厚さを有する。
保護系230は、上述の通り、ボンドコート系210材料その他の皮膜に対して設けられたTBC層240を含んでいてもよい。稠密縦割れ(DVM;dense vertically microcracked)セラミックTBC層240を始めとする、適当な遮熱層240を使用することができる。TBC層240は適当な厚さのものでよく、例示的な実施形態では、約127μm(5mil)〜約2032μm(80mil)の厚さを有する。
図7〜図9に示すように、第1のMCrAlX合金260及び第2MCrAlX270は、TBC層240の下層として超合金基材200に施工すると、公知のボンドコート300に比べて、剥離耐性が増大する。この公知のボンドコート300は、合金の重量を基準にして、約30%〜約34%のニッケル、約21%〜約24%のクロム、約9.5%〜約10.5%のアルミニウム、約0.1%〜約0.5%のイットリウム、残部のコバルト及び不可避不純物の公称組成を有する。図7〜図9に示すように、公知のボンドコート合金300は、剥離に至るまでの基準時間を有する。第1のMCrAlX合金260は、公知のボンドコート300に比べて剥離時間が30%超増大する。第2のMCrAlX合金270は、公知のボンドコート300に比べて剥離時間が80%超増大する。第1のMCrAlX合金260と第2MCrAlX270合金とを組合せてボンドコート系210を形成すると、超合金基材200にボンドコート系210を施工したときの耐剥離性が増大する。
所定の作動温度1900°F(45分間)で、第1のMCrAlX合金260及び第2のMCrAlX合金270をTBC層240の下層ボンドコート系210材料として含む保護系の230の耐剥離性は、同一のTBC層240の下層にイットリウム含有量の多い公知のボンドコート合金300を含む保護系の耐性よりも大きい。別の観点から、第1層214として第1のMCrAlX合金260及び第2層216として第2のMCrAlX合金270を使用すると、保護系230(すなわち、ボンドコート系210/TBC皮膜層240)は、公知のボンドコート合金300とTBC層とを含む保護系と同程度の剥離耐性を達成するための平均作動温度を約1900°F又はそれ以上に高めることができる。したがって、第1のMCrAlX合金260及び第2のMCrAlX合金270は、耐剥離性が十分に向上し、同一作動温度での耐用寿命が増大するか、或いは高い作動温度で同程度の耐用寿命を得ることができる。本願で開示するMCrAlX保護系230におけるイットリウムは、本明細書に記載の量で使用すれば、アルミナ剥離を遅くらせることによって酸化耐性を向上させる。第1のMCrAlX合金260及び第2のMCrAlX合金270については、図9に示すように、一定の歪み速度での室温一軸引張試験でも試験して、それらの亀裂発生前の耐歪み性を評価した。
本発明を好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、その要素を種々変更させることができ、均等物で置換することができることは当業者には明らかであろう。さらに、特定の状況又は材料に適応させるために、その本質的範囲から逸脱することなく、本発明の教示に多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に属するあらゆる実施形態を包含する。
Claims (20)
- 基材に隣接した第1の皮膜層であってγ/βミクロ組織を含む第1の皮膜層と、
第1の皮膜層に隣接した第2の皮膜層であってγ/γ’+βミクロ組織を含む第2の皮膜層と
を含むボンドコートを含む、ボンドコート系。 - 第1の皮膜層が第1のMCrAlX合金を含んでいて、Mがコバルトを含み、Xが合金の重量を基準にして約0.001%乃至0.19%未満のイットリウムを含んでいる、請求項1記載のボンドコート系。
- 第2の皮膜層が第2のMCrAlX合金を含んでいて、合金の重量を基準にして、Mが約30%以上の量のニッケルを含み、Xが約0.005%〜約0.19%のイットリウムを含む、請求項1記載のボンドコート系。
- 第1のMCrAlX合金のMがさらにニッケルを含む、請求項2記載のボンドコート系。
- 第1のMCrAlX合金のMが、コバルト、ニッケル、鉄又はこれらの組合せを含む、請求項2記載のボンドコート系。
- 第1のMCrAlX合金が、合金の約0.006重量%乃至0.19重量%未満のイットリウムを含む、請求項2記載のボンドコート系。
- 第1のMCrAlX合金のXが、合金の約1.5重量%以下のケイ素をさらに含む、請求項2記載のボンドコート系。
- 第1のMCrAlX合金のXが、さらに合金の約0.01重量%〜約1.5重量%のケイ素を含む、請求項2記載のボンドコート系。
- 第1のMCrAlX合金が、第1の合金の重量を基準にして、約20.0%〜約82.0%のニッケル、約10.0%〜約28.0%のクロム、約5.0%〜約15.0%のアルミニウム、Xとして約0.001%乃至0.19%未満のイットリウム、残部のコバルト及び不可避不純物を含む、請求項2記載のボンドコート系。
- 第1のMCrAlX合金が、第1の合金の重量を基準にして、約20.0%〜約82.0%のニッケル、約10.0%〜約28.0%のクロム、約5.0%〜約15.0%のアルミニウム、Xとして約0.001%乃至0.19%未満のイットリウム及び約0.001%〜約1.5%のケイ素、残部のコバルト及び不可避不純物を含む、請求項2記載のボンドコート系。
- 第2のMCrAlX合金のXが、さらに合金の約1.25重量%以下のゲルマニウムを含む、請求項3記載のボンドコート系。
- 第2のMCrAlX合金が、合金の重量を基準にして、約5.0%〜約15.0%のコバルト、約12.0%〜約28.0%のクロム、約6.5%〜約11.0%のアルミニウム、約4.0%〜約8.0%のタンタル、約0.005%〜約0.5%のジルコニウム、約0.005%〜約0.8%のハフニウム、約0.005%〜約0.19%のイットリウム、約1.25%以下のゲルマニウム、残部のニッケル及び不可避不純物を含む、請求項3記載のボンドコート系。
- 第2のMCrAlX合金が、合金の重量を基準にして、約8.5%〜約12.0%のコバルト、約16.0%〜約21.0%のクロム、約6.5%〜約8.5%のアルミニウム、約4.5%〜約7.0%のタンタル、約0.001%〜約0.1%のジルコニウム、約0.1%〜約0.65%のハフニウム、約0.005%〜約0.19%のイットリウム、約1.25%以下のゲルマニウム、残部のニッケル及び不可避不純物を含む、請求項3記載のボンドコート系。
- 表面を有する基材と、
表面上に配設された第1の皮膜層であってγ/βミクロ組織を含む第1の皮膜層と、
第1の皮膜層上に配設された第2の皮膜層であってγ/γ’+βミクロ組織を含む第2の皮膜層と
を含む被覆部品。 - 第2の皮膜層上に配設された遮熱コーティングをさらに含む、請求項14記載の被覆部品。
- 第1の皮膜層が第1のMCrAlX合金を含んでいて、Mがコバルトを含み、Xが合金の重量を基準にして約0.001%乃至0.19%未満のイットリウムを含む、請求項14記載の被覆部品。
- 第2の皮膜層が第2のMCrAlX合金を含んでいて、合金の重量を基準にして、Mが約30%以上の量のニッケルを含み、Xが約0.005%〜約0.19%のイットリウムを含む、請求項14記載の被覆部品。
- 第1のMCrAlX合金が、第1の合金の重量を基準にして、約20.0%〜約82.0%のニッケル、約10.0%〜約28.0%のクロム、約5.0%〜約15.0%のアルミニウム、Xとして約0.001%乃至0.19%未満のイットリウム、残部のコバルト及び不可避不純物を含む、請求項16記載の被覆部品。
- 第2のMCrAlX合金が、合金の重量を基準にして、約5.0%〜約15.0%のコバルト、約12.0%〜約28.0%のクロム、約6.5%〜約11.0%のアルミニウム、約4.0%〜約8.0%のタンタル、約0.005%〜約0.5%のジルコニウム、約0.005%〜約0.8%のハフニウム、約0.005%〜約0.19%のイットリウム、約1.25%以下のゲルマニウム、残部のニッケル及び不可避不純物を含む、請求項17記載の被覆部品。
- 基材が、鉄基、ニッケル基又はコバルト基超合金又はこれらの組合せを含む、請求項14記載の被覆部品。
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