JP5289275B2 - 蒸気タービン翼及び蒸気タービン翼の製造方法 - Google Patents
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Description
実施例1として、約7重量%の酢酸ジルコニウムの水溶液に横サイズ約1μm、厚み約1nmの酸化ケイ素ナノシート粒子を添加した。添加量は、加熱処理後に、酸化ジルコニウムが皮膜全体の70体積%、酸化ケイ素ナノシート粒子が30体積%となるように調整した。この混合溶液をマグネットスターラ、及びテフロン(登録商標)製回転子を用いて混合した後、コーティング用のスラリーとした。このコーティング液を、50mm×50mm×1mmの板状の高クロム鋼表面にディッピングにより塗布し、塗布後、常温で約1時間乾燥した後、大気中300℃で5分間加熱処理してコーティング皮膜を形成した。
実施例2として、スラリー中に配合する酸化ケイ素ナノシート粒子の量を減量し、添加量は最終的に酸化ケイ素ナノシート粒子が皮膜全体の10体積%になるように調整した他は実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さ変化はほとんど認められなかった。
実施例3として、スラリー中に配合する酸化ケイ素ナノシート粒子の量を増量し、添加量は最終的に酸化ケイ素ナノシート粒子が皮膜全体の80体積%になるように調整した他は実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さ変化はほとんど認められなかった。
実施例4として、スラリー中に配合する酸化ケイ素ナノシート粒子の横サイズが0.1μmの酸化ケイ素ナノシート粒子を用いた他は実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さ変化はほとんど認められなかった。
実施例5として、スラリー中に配合する酸化ケイ素ナノシート粒子の横サイズが10μmのナノシート粒子を用いた他は実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さ変化はほとんど認められなかった。
実施例7として、酢酸ジルコニウムの水溶液の代わりに、約7重量%の炭酸ジルコニウムアンモニウム水溶液を酸化ジルコニウムの前駆体溶液としてスラリー中に配合した。実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さ変化はほとんど認められなかった。
実施例8として、酢酸ジルコニウムの水溶液の代わりに、約7重量%のペルオキソチタン酸水溶液を酸化チタンの前駆体溶液としてスラリー中に配合した。実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さ変化はほとんど認められなかった。
実施例9として、酢酸ジルコニウムの水溶液の代わりに、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解して得られたシリカゾルを酸化ケイ素の前駆体溶液としてスラリー中に配合した。実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さ変化はほとんど認められなかった。
実施例10として、酢酸ジルコニウムの水溶液の代わりに、約7重量%のアルミニウムのアルコキシドを加水分解して得られた酸化アルミニウムゾルを酸化アルミニウムの前駆体溶液としてスラリー中に配合した。実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さ変化はほとんど認められなかった。
最終的に形成するコーティング皮膜の厚さを0.01μmとした他は実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さ変化はほとんど認められなかった。
最終的に形成するコーティング皮膜の厚さを10μmとした他は実施例1と全く同じ方法で皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さ変化はほとんど認められなかった。
参考例1として、スラリー中に配合する酸化ケイ素ナノシート粒子の量を減量し、添加量は最終的に酸化ケイ素が皮膜全体の0.5体積%になるように調整した他は実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さにおいて僅かに変化が認められた。
参考例2として、スラリー中に配合する酸化ケイ素ナノシート粒子の量を増量し、添加量は最終的に酸化ケイ素が皮膜全体の95体積%になるように調整した他は実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成した。その結果、重量増、及び表面粗さにおいて僅かに変化が認められた。
参考例3として、スラリー中に配合する酸化ケイ素の横サイズが0.08μmのナノシート粒子を用いた他は実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さにおいて僅かに変化が認められた。
参考例4として、スラリー中に配合する酸化ケイ素の横サイズが12μmのナノシート粒子を用いた他は実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成した。その結果、コーティング皮膜の剥離が発生し、耐酸化試験を実施できなかった。
参考例5として、最終的に形成するコーティング皮膜の厚さを0.008μmとした他は実施例1と全く同じ方法で皮膜を形成し、実施例1と同じ方法で耐酸化試験を行った。その結果、重量増、及び表面粗さにおいて僅かに変化が認められた。
参考例6として、最終的に形成するコーティング皮膜の厚さを12μmとした他は実施例1と全く同じ方法でコーティング皮膜を形成した。その結果、重量増、及び表面粗さにおいて僅かに変化が認められた。
(ノズル)、7……段落、8……蒸気通路部、13……ケーシング。
Claims (9)
- タービンロータと、前記タービンロータに植設される動翼と、前記動翼の上流側に配設される静翼と、前記静翼を支持するとともに前記タービンロータ、前記動翼及び前記静翼を内包するタービンケーシングとを具備し、前記動翼と前記静翼との対により一つの段落を形成するとともに前記タービンロータの軸方向に複数の段落を並べて蒸気通路を形成した蒸気タービンに、前記静翼又は前記動翼として使用される蒸気タービン翼であって、
表面の少なくとも一部に、セラミックマトリックス中に酸化ケイ素から構成されたナノシート粒子が分散して存在するコーティング皮膜が形成されていることを特徴とする蒸気タービン翼。 - 前記ナノシート粒子が、前記コーティング皮膜全体に対して1体積%以上90体積%以下含まれていることを特徴とする請求項1記載の蒸気タービン翼。
- 前記ナノシート粒子は、厚みが0.5nm以上、10nm以下であり、横サイズが0.1μm以上10μm以下とされていることを特徴とする請求項1又は2記載の蒸気タービン翼。
- 前記ナノシート粒子は、一定の配向性を持って積層した微細構造を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の蒸気タービン翼。
- 前記セラミックマトリックスが、酸化ジルコニウム、又は酸化チタン、又は酸化ケイ素、又は酸化アルミニウムから構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の蒸気タービン翼。
- 前記コーティング皮膜は、膜厚が0.01μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の蒸気タービン翼。
- タービンロータと、前記タービンロータに植設される動翼と、前記動翼の上流側に配設される静翼と、前記静翼を支持するとともに前記タービンロータ、前記動翼及び前記静翼を内包するタービンケーシングとを具備し、前記動翼と前記静翼との対により一つの段落を形成するとともに前記タービンロータの軸方向に複数の段落を並べて蒸気通路を形成した蒸気タービンに、前記静翼又は前記動翼として使用される蒸気タービン翼の製造方法であって、
表面にセラミックマトリックスとなるセラミックの前駆体と酸化ケイ素から構成されたナノシート粒子とを含む溶液を塗布する工程と、塗布した前記溶液を熱処理してコーティング皮膜を形成する工程と、を有することを特徴とする蒸気タービン翼の製造方法。 - 前記セラミックの前駆体が、酸化ジルコニウムの前駆体、又は酸化チタンの前駆体、又は酸化ケイ素の前駆体、又は酸化アルミニウムの前駆体から構成されていることを特徴とする請求項7記載の蒸気タービン翼の製造方法。
- 前記熱処理してコーティング皮膜を形成する工程の熱処理温度が、80℃以上、600℃以下であることを特徴とする請求項7又は8記載の蒸気タービン翼の製造方法。
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