JP2574287B2 - 高温保護被覆 - Google Patents
高温保護被覆Info
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Classifications
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- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
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Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、オーステナイト組織の材料からなる構造
部材に使用するための、ニッケル、コバルト、クロム、
アルミニウムおよびイットリウムを含む合金あるいはニ
ッケル、コバルト、クロムおよびアルミニウムを含む合
金からなる高温保護被覆に関する。
部材に使用するための、ニッケル、コバルト、クロム、
アルミニウムおよびイットリウムを含む合金あるいはニ
ッケル、コバルト、クロムおよびアルミニウムを含む合
金からなる高温保護被覆に関する。
上述の高温保護被覆は、耐熱性を有する鋼や合金から
なり、600℃を越える温度で使用される構造部材を保護
するために用いられた。
なり、600℃を越える温度で使用される構造部材を保護
するために用いられた。
上記高温保護被覆を用いれば、とりわけ硫黄、油滓
（lasche）、酸素、アルカリ土類金属及びバナジウム
の高温度に対する腐蝕を遅延又は妨げることができる。
このような高温保護被覆は保護されるべき構造部材の材
料の上に直接被覆される。
（lasche）、酸素、アルカリ土類金属及びバナジウム
の高温度に対する腐蝕を遅延又は妨げることができる。
このような高温保護被覆は保護されるべき構造部材の材
料の上に直接被覆される。
上部高温保護被覆は、ガスタービン用部品の構造部材
にとって特別の意味をもち、何よりも回転羽根、固定羽
根及びガスタービンの局部的に熱が集中する部材の上に
形成される。
にとって特別の意味をもち、何よりも回転羽根、固定羽
根及びガスタービンの局部的に熱が集中する部材の上に
形成される。
上記のような構造部材を製造するために、ベースとし
てオーステナイト組織のニッケル、コバルト又は鉄を用
いるのが好ましい。ガスタービン用の構造部材の製造に
は、特に母材として、ニッケル超合金を用いるのがよ
い。
てオーステナイト組織のニッケル、コバルト又は鉄を用
いるのが好ましい。ガスタービン用の構造部材の製造に
は、特に母材として、ニッケル超合金を用いるのがよ
い。
ガスタービン用に定められた構造部材には、たとえば
ニッケル、コバルト、クロム、アルミニウム及びイット
リウムで形成された合金を用いる高温保護被覆を設けら
れる。
ニッケル、コバルト、クロム、アルミニウム及びイット
リウムで形成された合金を用いる高温保護被覆を設けら
れる。
この合金に含まれるアルミニウム成分は多く、クロム
成分は少なく、腐蝕耗性が低い。これは主としてクロム
含有量が少いことによる。
成分は少なく、腐蝕耗性が低い。これは主としてクロム
含有量が少いことによる。
上述の合金で製造された高温保護被覆は、使用状態に
於て、特に900℃以上の高温にさらされた場合に、酸化
アルミニウムを含む表面層が形成される。そのために合
金に含まれるイットリウムは、酸化アルミニウム表面層
を高温保護被覆に確実に密着保持させるように働く。
於て、特に900℃以上の高温にさらされた場合に、酸化
アルミニウムを含む表面層が形成される。そのために合
金に含まれるイットリウムは、酸化アルミニウム表面層
を高温保護被覆に確実に密着保持させるように働く。
しかしこの高温保護被覆はアルミニウムを含む相と、
これを保持するマトリックスから成り、更に酸化が進む
と、高温保護被覆の表面付近に急速にアルミニウムの不
足状態が発生し、高温保護被覆は極めて腐蝕しやすい状
態となるという欠点がある。
これを保持するマトリックスから成り、更に酸化が進む
と、高温保護被覆の表面付近に急速にアルミニウムの不
足状態が発生し、高温保護被覆は極めて腐蝕しやすい状
態となるという欠点がある。
又次のような不都合もある。すなわち、このような高
温保護被覆は保護するべき構造部材の母材に対して適当
でないことである。望ましい機能は、特に高温に対し
て、従来にない程耐えるということである。
温保護被覆は保護するべき構造部材の母材に対して適当
でないことである。望ましい機能は、特に高温に対し
て、従来にない程耐えるということである。
この発明の目的は、酸化速度が遅く、耐腐蝕性を有
し、高温度下の使用に適する構造部材に設けられる高温
保護被覆を提供することにある。
し、高温度下の使用に適する構造部材に設けられる高温
保護被覆を提供することにある。
発明の上記目的は、特許請求の範囲第（１）項に記載
したように、使用する合金に周期表の第４主族の金属類
似の元素を添加することによって達成される。
したように、使用する合金に周期表の第４主族の金属類
似の元素を添加することによって達成される。
次にこの発明の実施例を説明する。この発明によれ
ば、硅素を添加することにより、それ自体に生ずる金属
酸化層、特に表面に生ずるアルミニウム酸化物の付着性
を高め、そのことによって高温保護被覆の耐腐蝕性を向
上させることができ、多量のクロムを含む金属に、硅素
及びジルコニウムを加えて製造した合金の耐酸化性及び
耐腐食性を高めることができる。上記合金に加えるジル
コニウムは、よって生じた合金の全重量に対する重量％
で0.2乃至２％であればよく、特に約１％であることが
好ましい。ニッケルベースの合金に対するジルコニウム
の溶解性は低いので、ジルコニウムに富んだ相が析出さ
れる。又このような合金に対して少量のイットリウムは
イットリウム追加後の全重量（但しイットリウムの重量
を除いた全重量を用いても大差ない）に対して、たとえ
ば0.1乃至１重量％である。
ば、硅素を添加することにより、それ自体に生ずる金属
酸化層、特に表面に生ずるアルミニウム酸化物の付着性
を高め、そのことによって高温保護被覆の耐腐蝕性を向
上させることができ、多量のクロムを含む金属に、硅素
及びジルコニウムを加えて製造した合金の耐酸化性及び
耐腐食性を高めることができる。上記合金に加えるジル
コニウムは、よって生じた合金の全重量に対する重量％
で0.2乃至２％であればよく、特に約１％であることが
好ましい。ニッケルベースの合金に対するジルコニウム
の溶解性は低いので、ジルコニウムに富んだ相が析出さ
れる。又このような合金に対して少量のイットリウムは
イットリウム追加後の全重量（但しイットリウムの重量
を除いた全重量を用いても大差ない）に対して、たとえ
ば0.1乃至１重量％である。
又高温保護被覆用の合金に対して、タンタルを加える
ことにより、耐酸化性及び耐腐蝕性を向上させることが
できる。加えられたタンタルは、マトリクス中に溶け込
んでおり、該タンタルの添加量が、追加後の合金の全重
量に対して重量比（以下全重量比と記す）0.5乃至３％
でよいが、特に約１％であることが好ましい。このよう
にタンタルを加える場合には、硅素の追加を止めること
ができる。
ことにより、耐酸化性及び耐腐蝕性を向上させることが
できる。加えられたタンタルは、マトリクス中に溶け込
んでおり、該タンタルの添加量が、追加後の合金の全重
量に対して重量比（以下全重量比と記す）0.5乃至３％
でよいが、特に約１％であることが好ましい。このよう
にタンタルを加える場合には、硅素の追加を止めること
ができる。
一般に耐腐蝕性を有する高温保護被覆を形成する場合
には、合金に対しタンタルの他更に硅素を添加するのが
よい。又実際にチタニウムが混入していても、それが全
重量比で0.1乃至２％であれば差し支えない。合金が極
めて多くのクロム、アルミニウム及びコバルトを含んで
いても、硅素、硅素とジルコニウム又は硅素とタンタル
を添加することができる。この発明の合金に於ては、そ
の成分はそれぞれ全重量比でクロムは18乃至27％、コバ
ルトは20％を越えぬ量、アルミニウムは12％を越えぬ量
に選ぶことができる。上記成分の合金を用いることによ
り、ニッケルを含有する構造部材に対して、極めて適切
な高温保護被覆を設けることができる。上記の記載は、
酸化物の分散によって強化した構造部材用合金に対して
当てはまる。この場合、高温保護被覆と上記構造部材と
は、構造部材と高温保護被覆から成る構成部品が非常な
高温度に加熱されても高温保護被覆の機能が低下するこ
とはない。中でも、クロム、アルミニウム、及びコバル
トの量を適切に選ぶこにより、950℃を越す高温度に於
ても、内部拡散や、これに基づく使用材料の機能低下、
又は機能喪失は生ずることはない。極めて高い耐酸化性
及び耐腐蝕性を有する。特にすぐれた高温保護被覆は、
次の合金から得られる。すなわち全重量比がそれぞれ18
乃至25％のクロム、７乃至12％のアルミニウム、0.15乃
至３％の硅素、0.15乃至１％のイットリウム、３乃至15
％のコバルトと、残部がニッケルで形成された合金であ
る。この合金に対して全重量比で0.1乃至２％のチタン
を添加することができる。
には、合金に対しタンタルの他更に硅素を添加するのが
よい。又実際にチタニウムが混入していても、それが全
重量比で0.1乃至２％であれば差し支えない。合金が極
めて多くのクロム、アルミニウム及びコバルトを含んで
いても、硅素、硅素とジルコニウム又は硅素とタンタル
を添加することができる。この発明の合金に於ては、そ
の成分はそれぞれ全重量比でクロムは18乃至27％、コバ
ルトは20％を越えぬ量、アルミニウムは12％を越えぬ量
に選ぶことができる。上記成分の合金を用いることによ
り、ニッケルを含有する構造部材に対して、極めて適切
な高温保護被覆を設けることができる。上記の記載は、
酸化物の分散によって強化した構造部材用合金に対して
当てはまる。この場合、高温保護被覆と上記構造部材と
は、構造部材と高温保護被覆から成る構成部品が非常な
高温度に加熱されても高温保護被覆の機能が低下するこ
とはない。中でも、クロム、アルミニウム、及びコバル
トの量を適切に選ぶこにより、950℃を越す高温度に於
ても、内部拡散や、これに基づく使用材料の機能低下、
又は機能喪失は生ずることはない。極めて高い耐酸化性
及び耐腐蝕性を有する。特にすぐれた高温保護被覆は、
次の合金から得られる。すなわち全重量比がそれぞれ18
乃至25％のクロム、７乃至12％のアルミニウム、0.15乃
至３％の硅素、0.15乃至１％のイットリウム、３乃至15
％のコバルトと、残部がニッケルで形成された合金であ
る。この合金に対して全重量比で0.1乃至２％のチタン
を添加することができる。
又自然に生じたアルミニウム酸化物の被覆層の付着を
確実にするために、タンタルを加えた合金が特に有効で
あり、その成分の全重量比は、クロムが18乃至25％、ア
ルミニウムが７乃至12％、硅素が0.5％乃至３％、イッ
トリウムが0.15乃至１％タンタルが１％、コバルトが３
乃至15％であり、残部はニッケルである。上記合金に対
して、必要であれば全重量比0.1乃至２％のチタンを追
加してもよい。イットリウムを使用しない高温保護被覆
を形成するには、それぞれ全重量比で、18乃至27％のク
ロムと、８乃至12％のアルミニウムと、0.5乃至３％の
硅素と、１％のジルコニウムと、５乃至20％のコバルト
と、残部にニッケルを使用した合金を用いるのがよい。
確実にするために、タンタルを加えた合金が特に有効で
あり、その成分の全重量比は、クロムが18乃至25％、ア
ルミニウムが７乃至12％、硅素が0.5％乃至３％、イッ
トリウムが0.15乃至１％タンタルが１％、コバルトが３
乃至15％であり、残部はニッケルである。上記合金に対
して、必要であれば全重量比0.1乃至２％のチタンを追
加してもよい。イットリウムを使用しない高温保護被覆
を形成するには、それぞれ全重量比で、18乃至27％のク
ロムと、８乃至12％のアルミニウムと、0.5乃至３％の
硅素と、１％のジルコニウムと、５乃至20％のコバルト
と、残部にニッケルを使用した合金を用いるのがよい。
これら合金によって形成される高温保護層は、多くの
クロムと少いアルミニウムを含むマトリックスと、多く
のアルミニウムを含む相から成り、ジルコニウムと硅素
の析出が無いように形成される。
クロムと少いアルミニウムを含むマトリックスと、多く
のアルミニウムを含む相から成り、ジルコニウムと硅素
の析出が無いように形成される。
すでに記載した合金は、高温保護被覆の製造を行なう
のに適している。上述のどの合金を用いて形成された高
温保護被覆も、使用中に印加される温度が900℃以上と
なっても、脱落することはない。
のに適している。上述のどの合金を用いて形成された高
温保護被覆も、使用中に印加される温度が900℃以上と
なっても、脱落することはない。
次に本発明の実施例を、高温保護被覆を設けたガスタ
ービン用部品に関連して、更に詳細に説明する。該部品
の高温保護被覆が設けられる構造部材は、オーステナイ
ト組織の材料、特にニッケル超合金によって製造され、
高温保護被覆を形成する前に、該構造部材は化学的に清
掃され、その後砂吹き工法により表面あらさの増加が行
なわれる。高温保護被覆の形成は、真空下のプラズマ溶
射法で行なわれる。上記高温保護被覆の形成には、全重
量比が18乃至25％のクロム、７乃至12％のアルミニウ
ム、0.5乃至３％の硅素、0.5乃至１％のイットリウム及
び３乃至15％のコバルトと、残余がニッケルである合金
が用いられる。
ービン用部品に関連して、更に詳細に説明する。該部品
の高温保護被覆が設けられる構造部材は、オーステナイ
ト組織の材料、特にニッケル超合金によって製造され、
高温保護被覆を形成する前に、該構造部材は化学的に清
掃され、その後砂吹き工法により表面あらさの増加が行
なわれる。高温保護被覆の形成は、真空下のプラズマ溶
射法で行なわれる。上記高温保護被覆の形成には、全重
量比が18乃至25％のクロム、７乃至12％のアルミニウ
ム、0.5乃至３％の硅素、0.5乃至１％のイットリウム及
び３乃至15％のコバルトと、残余がニッケルである合金
が用いられる。
上述の合金の代りに、次のような全重量比、すなわち
18乃至27％のクロム、８乃至12％のアルミニウム、0.5
乃至３％の硅素、１％のジルコニウム、５乃至20％コバ
ルトを有し、残部はニッケルから成る合金を用いること
ができる。
18乃至27％のクロム、８乃至12％のアルミニウム、0.5
乃至３％の硅素、１％のジルコニウム、５乃至20％コバ
ルトを有し、残部はニッケルから成る合金を用いること
ができる。
またプラズマ溶射法を用いることにより、全重量比で
18乃至25％のクロム、７乃至12％のアルミニウム、0.5
乃至３％の硅素、0.5乃至１％のイットリウム、１％の
タンタル、３乃至15％のコバルト及び残余はニッケルか
ら成る合金を用いることができる。この場合合金を形成
する物質は粉末状であり、粉末の直径は約45μｍである
ことが好ましい。ガスタービン用部品に高温保護被覆を
形成する前に、特に該部品の構造部材は、プラズマを用
いて約800℃に加熱され、合金は直接上記構造部材上に
被覆される。このときプラズマガスとしてアルゴンと水
素が用いられる。合金の被覆が終了した後、上記ガスタ
ービン部品には熱処理が施される。上記熱処理は高真空
化の焼鈍炉を用いる行なわれる。上記真空は５×10-3ト
ール以下であり、この真空状態を形成後、焼鈍炉の温度
は1100℃に上昇される。上述の温度は±４℃の誤差範囲
内に約１時間維持される。
18乃至25％のクロム、７乃至12％のアルミニウム、0.5
乃至３％の硅素、0.5乃至１％のイットリウム、１％の
タンタル、３乃至15％のコバルト及び残余はニッケルか
ら成る合金を用いることができる。この場合合金を形成
する物質は粉末状であり、粉末の直径は約45μｍである
ことが好ましい。ガスタービン用部品に高温保護被覆を
形成する前に、特に該部品の構造部材は、プラズマを用
いて約800℃に加熱され、合金は直接上記構造部材上に
被覆される。このときプラズマガスとしてアルゴンと水
素が用いられる。合金の被覆が終了した後、上記ガスタ
ービン部品には熱処理が施される。上記熱処理は高真空
化の焼鈍炉を用いる行なわれる。上記真空は５×10-3ト
ール以下であり、この真空状態を形成後、焼鈍炉の温度
は1100℃に上昇される。上述の温度は±４℃の誤差範囲
内に約１時間維持される。
上記のようにして高温保護被覆は形成され、熱処理後
の該部品の温度は徐々に降下され、この温度降下の終了
とともに、該部品の製造は終了する。
の該部品の温度は徐々に降下され、この温度降下の終了
とともに、該部品の製造は終了する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルント・ヤーンケ ドイツ連邦共和国，6903 ネツカーゲミ ユント，ゴツトロープ − カムシユト ラーセ 10
Claims (3)
- 【請求項１】ニッケル、コバルト、クロム、アルミニウ
ムおよびイットリウムを含む合金からなる高温保護被覆
であって、オーステナイト組織の材料からなる構造部材
に使用するためのものにおいて、該合金が、該合金の全
重量に対して、18乃至25重量％のクロム、７乃至12重量
％のアルミニウム、0.5乃至３重量％の硅素、0.5乃至１
重量％のイットリウム、１重量％のタンタル、３乃至15
重量％のコバルトおよび残部がニッケルよりなっている
ことを特徴とする高温保護被覆。 - 【請求項２】ニッケル、コバルト、クロム、アルミニウ
ムおよびイットリウムを含む合金からなる高温保護被覆
であって、オーステナイト組織の材料からなる構造部材
に使用するためのものにおいて、該合金が、該合金の全
重量に対して、18乃至25重量％のクロム、７乃至12重量
％のアルミニウム、0.5乃至３重量％の硅素、0.5乃至１
重量％のイットリウム、３乃至15重量％のコバルトおよ
び残部がニッケルよりなっていることを特徴とする高温
保護被覆。 - 【請求項３】ニッケル、コバルト、クロムおよびアルミ
ニウムを含む合金からなる高温保護被覆であって、オー
ステナイト組織の材料からなる構造部材に使用するため
のものにおいて、該合金が、該合金の全重量に対して、
18乃至27重量％のクロム、８乃至12重量％のアルミニウ
ム、0.5乃至３重量％の硅素、１重量％のジルコニウ
ム、５乃至20重量％のコバルトおよび残部がニッケルよ
りなっていることを特徴とする高温保護被覆。
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|---|---|---|---|
| DE19863612568 DE3612568A1 (de) | 1986-04-15 | 1986-04-15 | Hochtemperatur-schutzschicht |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP2574287B2 (ja) |
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- 1986-04-15 DE DE19863612568 patent/DE3612568A1/de not_active Withdrawn
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1987
- 1987-04-01 DE DE8787104785T patent/DE3771546D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1987-04-01 EP EP87104785A patent/EP0241807B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1987-04-14 JP JP62090013A patent/JP2574287B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
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