JP5960191B2 - Method for manufacturing thermal barrier coating member - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンの動翼及び静翼などに設けられる遮熱コーティング部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thermal barrier coating member provided on a moving blade and a stationary blade of a gas turbine.
現在、産業用ガスタービンにおいて、遮熱コーティング（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ）は、動翼や静翼などのタービン部材の形状や冷却構造を変えずに耐熱合金基材の温度を低減できることから、必須の技術となっている。 Currently, in industrial gas turbines, thermal barrier coating is an essential technology because it can reduce the temperature of the heat-resistant alloy substrate without changing the shape and cooling structure of turbine members such as moving blades and stationary blades. It has become.
一般に、遮熱コーティングは、耐熱合金基材上に、耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金を表す）などの耐高温腐食合金からなる金属結合層と、主としてジルコニア系セラミックスからなる低熱伝導性のセラミックス層とを順次積層させた２層構造となっている。 In general, the thermal barrier coating is a metal bonding layer made of a high temperature corrosion resistant alloy such as MCrAlY alloy (M represents Ni, Co, Fe, or an alloy thereof) having excellent oxidation resistance on a heat resistant alloy substrate. And a low thermal conductivity ceramic layer mainly made of zirconia-based ceramics.
金属結合層は、タービン部材の表面をグリッドブラストにより粗面化した後、球状のＭＣｒＡｌＹ合金粒子を溶射することにより形成される。溶射方法としては、真空プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）や高温フレーム溶射（ＨＶＯＦ）が採用される。
ＬＰＰＳによる金属結合層の形成は、溶射時の合金の酸化を防止できるという利点があるが、装置が高額であり，真空での施工のため、工程数が多くコスト高となる上、保守管理が煩雑になることが問題である。
一方、ＨＶＯＦは、大気中にて施工する点でＬＰＰＳより簡便に実施できる。しかし、ＬＰＰＳにより金属結合層を形成した遮熱コーティング部材と比べて、耐剥離性が劣ることが問題である。この原因の一つとして、金属結合層とセラミックス層との界面の密着性不良となることが挙げられる。この現象は、金属結合層の表面性状が大きく寄与していると考えられる。そのため、ＨＶＯＦを用いて金属結合層を形成する際には、表面形状を改質する必要がある。
The metal bonding layer is formed by spraying spherical MCrAlY alloy particles after roughening the surface of the turbine member by grid blasting. As a thermal spraying method, vacuum plasma spraying (LPPS) or high temperature flame spraying (HVOF) is employed.
The formation of a metal bonding layer by LPPS has the advantage that the oxidation of the alloy during spraying can be prevented, but the equipment is expensive and the construction in vacuum increases the number of processes and the cost, and maintenance management is also required. The problem is that it becomes complicated.
On the other hand, HVOF can be carried out more easily than LPPS in terms of construction in the atmosphere. However, there is a problem that the peel resistance is inferior compared to a thermal barrier coating member in which a metal bonding layer is formed by LPPS. One cause of this is a poor adhesion at the interface between the metal bonding layer and the ceramic layer. This phenomenon is thought to be largely due to the surface properties of the metal bonding layer. Therefore, when forming a metal bonding layer using HVOF, it is necessary to modify the surface shape.
特許文献１には、ＨＶＯＦにより表面が平滑なβ―ＮｉＡｌの副層を施工した後、大気プラズマ溶射により表面が粗いβーＮｉＡｌの外層を形成することにより、基材上にボンドコート（金属結合層）を形成する方法を開示している。 In Patent Document 1, after a β-NiAl sublayer having a smooth surface is formed by HVOF, an outer layer of β-NiAl having a rough surface is formed by atmospheric plasma spraying to form a bond coat (metal bond) on the substrate. The method of forming a layer is disclosed.
本発明は、ＨＶＯＦを用いて表面形状が改善された金属結合層を形成されることにより、密着力及び耐久性に優れる遮熱コーティング部材の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the thermal-insulation coating member which is excellent in adhesive force and durability by forming the metal bond layer by which surface shape was improved using HVOF.
上記課題を解決するために、本発明の参考例に係る遮熱コーティング部材の製造方法は、耐熱合金基材上に金属結合層を形成する工程を含む遮熱コーティング部材の製造方法であって、耐高温腐食合金からなる粒子を、高温フレーム溶射を用いて、被施工面に対して４５°以下の角度で噴射する低角噴射工程を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a thermal barrier coating member according to a reference example of the present invention is a method for manufacturing a thermal barrier coating member including a step of forming a metal bonding layer on a heat resistant alloy substrate, It is characterized by comprising a low angle injection step of injecting particles made of a high temperature corrosion resistant alloy at an angle of 45 ° or less with respect to the work surface using high temperature flame spraying.
一般に、高温フレーム照射による金属結合層の形成では、平均粒径１０μｍから５０μｍの間で正規分布に近い粒度分布を有する合金溶射粒子を用いて、基材に対しほぼ垂直に溶射を行う。一方、本発明では、高温フレーム溶射時に溶射粒子を被施工面に対して４５°以下の低角で基材に向けて溶射粒子を噴射する。こうすることで、細かい粒子が被施工面に付着し、密着力の弱い粗い未溶融粒子がブラスト作用により除去される。この結果、溶融粒子同士が密着した金属結合層が形成されるとともに、金属結合層表面の性状が良好となる。本発明によれば、金属結合層とセラミックス層との密着性を改善し、耐久性に優れる遮熱コーティング部材を得ることができる。 In general, in the formation of a metal bonding layer by irradiation with a high temperature flame, thermal spraying is performed substantially perpendicularly to the base material using alloy spray particles having an average particle size of 10 μm to 50 μm and a particle size distribution close to a normal distribution. On the other hand, in the present invention, during the high temperature flame spraying, the sprayed particles are sprayed toward the substrate at a low angle of 45 ° or less with respect to the surface to be processed. By carrying out like this, a fine particle adheres to a to-be-processed surface, and the coarse unmelted particle with weak adhesive force is removed by a blasting effect. As a result, a metal bonding layer in which the molten particles are in close contact with each other is formed, and the properties of the surface of the metal bonding layer are improved. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thermal barrier coating member which improves the adhesiveness of a metal bond layer and a ceramic layer, and is excellent in durability can be obtained.
上記参考例において、前記低角噴射工程が、前記金属結合層の最表層を形成する工程であることが好ましい。 In the above reference example, it is preferable that the low angle injection step is a step of forming an outermost layer of the metal bonding layer.
金属結合層は、所定の膜厚を得るために、複数回にわたって基材上に耐高温腐食合金からなる粒子を照射して形成される。少なくとも金属結合層の最表層に本参考例の方法を適用すれば、耐剥離性に優れる遮熱コーティング部材を製造することができる。 In order to obtain a predetermined film thickness, the metal bonding layer is formed by irradiating particles made of a high temperature corrosion resistant alloy on the substrate a plurality of times. If the method of this reference example is applied to at least the outermost layer of the metal bonding layer, a thermal barrier coating member having excellent peel resistance can be produced.
上記参考例において、前記低角噴射工程が、前記金属結合層の最表面に、高温フレーム溶射を用いて凹凸形状を有する耐高温腐食合金からなる粒子を噴射する工程を含むことが好ましい。
上記工程では、凹凸形状を有する粒子により金属結合層最表面がブラストされ、金属結合層表面が粗面化する。これにより、セラミックス層との密着性が更に改善される。また、噴射される粒子は金属結合層と同じ耐高温腐食合金であるため、性能面への悪影響を与えることが無い。
なお、本発明における「凹凸形状の粒子」とは、例えば表面に突起や凹みを有する不定形の粒子を指す。
In the above reference example, it is preferable that the low-angle injection step includes a step of injecting particles made of a high temperature corrosion resistant alloy having an uneven shape onto the outermost surface of the metal bonding layer using high temperature flame spraying.
In the above step, the outermost surface of the metal bonding layer is blasted by the particles having irregular shapes, and the surface of the metal bonding layer is roughened. Thereby, adhesiveness with a ceramic layer is further improved. Further, since the injected particles are the same high temperature corrosion resistant alloy as the metal bonding layer, there is no adverse effect on the performance.
In the present invention, the “concavo-convex shaped particles” refers to, for example, irregular shaped particles having protrusions or dents on the surface.
本発明の遮熱コーティング部材の製造方法は、耐熱合金基材上に金属結合層を形成する工程を含む遮熱コーティング部材の製造方法であって、前記金属結合層を形成する工程が、耐高温腐食合金からなる球状粒子を高温フレーム溶射を用いて被施工面に溶射して第１層を形成する工程と、凹凸形状を有する耐高温腐食合金からなる粒子を、高温フレーム溶射を用いて前記第１層上に溶射して第２層を形成する工程とを含み、前記第２層の形成において、未溶融の前記粒子を施工面に衝突させて、前記第２層の表面を粗面化させることを特徴とする。 The method for producing a thermal barrier coating member of the present invention is a method for producing a thermal barrier coating member including a step of forming a metal bond layer on a heat resistant alloy substrate, wherein the step of forming the metal bond layer is resistant to high temperatures. The step of thermally spraying spherical particles made of a corrosion alloy on a work surface using high temperature flame spraying to form a first layer, and the particles made of a high temperature corrosion resistant alloy having a concavo-convex shape using the high temperature flame spraying look including a step of forming a second layer by spraying on one layer, the formation of the second layer, by colliding the particles of unmelted to the construction surface, roughening the surface of the second layer It is characterized by making it.
第１層として、従来技術のように、耐高温腐食合金からなる球状粒子を高温フレーム溶射により溶射した後、第２層として耐高温腐食合金からなる凹凸形状の粒子を高温フレーム溶射により溶射することで、最表面が粗い金属結合層を形成することができる。このため、セラミックス層との密着性が改善され、耐久性に優れる遮熱コーティング部材を得ることができる。 As the first layer, after spraying spherical particles made of a high temperature corrosion resistant alloy by high temperature flame spraying as in the prior art, the second layer is sprayed by uneven shape particles made of a high temperature corrosion resistant alloy by high temperature flame spraying. Thus, a metal bonding layer having a rough outermost surface can be formed. For this reason, adhesiveness with a ceramic layer is improved and the thermal-insulation coating member excellent in durability can be obtained.
上記発明において、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方が、被施工面に対して９０°の角度で前記粒子を溶射することが好ましい。 In the above invention, it is preferable that at least one of the first layer and the second layer sprays the particles at an angle of 90 ° with respect to the surface to be processed.
また本発明の製造方法は、遮熱コーティング部材を備えるタービン部材、及び、該タービン部材を備えるガスタービンに適用できる。 The production method of the present invention, a turbine member comprising a thermal barrier coating member, and can be applied to a gas turbine provided with the turbine member.
ＨＶＯＦによる金属結合層の形成は、ＬＰＰＳに比べて製造コスト及び保守管理の点で有利である。本発明の方法により遮熱コーティング部材が形成されたタービン部材及びガスタービンは、低コストである上、耐久性に優れるものとなる。 Formation of a metal bonding layer by HVOF is advantageous in terms of manufacturing cost and maintenance management as compared with LPPS. The turbine member and gas turbine in which the thermal barrier coating member is formed by the method of the present invention are low in cost and excellent in durability.
本発明の遮熱コーティング部材の製造方法により、金属結合層とセラミックス層との密着性が改善され、耐剥離性に優れる遮熱コーティング部材となる。また、遮熱コーティング部材の施工コストを低減し、工程を簡素化することができる。 By the manufacturing method of the thermal barrier coating member of the present invention, the adhesion between the metal bonding layer and the ceramic layer is improved, and the thermal barrier coating member is excellent in peel resistance. Moreover, the construction cost of the thermal barrier coating member can be reduced and the process can be simplified.
図１は、本発明の方法により製造される遮熱コーティング部材の断面概略図である。タービンの動翼、静翼などの耐熱合金基材１１（例えば、ＩＮ−７３８ＬＣ（商標名））上に、遮熱コーティングとして金属結合層１２及びセラミックス層１３が順に形成される。
金属結合層１２は、耐高温腐食合金からなり、例えばＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等の金属元素またはこれらのうち２種類以上の組合せを示す）などとされる。金属結合層のセラミックス層と接触する表面は、図１に示されるように、粗面となっている。
セラミックス層１３は、ＹｂＳＺ（イッテルビア安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｍＹｂＺｒ２Ｏ７、ＤｙＳＺ（ジスプロシア安定化ジルコニア）、ＥｒＳＺ（エルビア安定化ジルコニア）などが挙げられる。本実施形態のセラミックス層は、大気圧プラズマ溶射法によって形成される。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a thermal barrier coating member produced by the method of the present invention. A metal bonding layer 12 and a ceramic layer 13 are sequentially formed as a thermal barrier coating on a heat-resistant alloy base material 11 (for example, IN-738LC (trade name)) such as a moving blade and a stationary blade of a turbine.
The metal bonding layer 12 is made of a high temperature corrosion resistant alloy, for example, an MCrAlY alloy (M represents a metal element such as Ni, Co, Fe, or a combination of two or more thereof). As shown in FIG. 1, the surface of the metal bonding layer that contacts the ceramic layer is a rough surface.
Examples of the ceramic layer 13 include YbSZ (ytterbia stabilized zirconia), YSZ (yttria stabilized zirconia), SmYbZr 2 O 7 , DySZ (dysprosia stabilized zirconia), ErSZ (erbia stabilized zirconia), and the like. The ceramic layer of the present embodiment is formed by atmospheric pressure plasma spraying.
［参考実施形態］
参考実施形態に係る遮熱コーティング部材の製造方法では、金属結合層１２は高温フレーム溶射（ＨＶＯＦ）により形成される。高速フレーム溶射は大気中で実施されるため、低圧プラズマ溶射に比べて低コストであり、大型部品に適用可能である。
高速フレーム溶射による金属結合層１２の形成は、以下の工程により実施される。
溶射粒子として、ＭＣｒＡｌＹ粉末が溶射ガンに供給される。溶射ガンに酸素及び灯油を供給して燃焼させる。これによりＭＣｒＡｌＹ粉末を融点の１／２以上の温度に加熱し、粒子速度５００ｍｍ／ｓｅｃ以上として被施工面に対しＭＣｒＡｌＹ粉末を射出する。溶射条件は以下の範囲とされる。
溶射距離：２００〜５００ｍｍ
粒子速度：５００〜１２００ｍｍ／ｓｅｃ
[Reference embodiment]
In the method for manufacturing the thermal barrier coating member according to the reference embodiment, the metal bonding layer 12 is formed by high temperature flame spraying (HVOF). Since high-speed flame spraying is performed in the air, it is less expensive than low-pressure plasma spraying and can be applied to large parts.
Formation of the metal bonding layer 12 by high-speed flame spraying is performed by the following steps.
As the spray particles, MCrAlY powder is supplied to the spray gun. Supply oxygen and kerosene to the spray gun and burn it. As a result, the MCrAlY powder is heated to a temperature equal to or higher than ½ of the melting point, and the MCrAlY powder is injected onto the work surface at a particle speed of 500 mm / sec or higher. The thermal spraying conditions are in the following range.
Thermal spray distance: 200-500mm
Particle speed: 500-1200mm / sec
本参考実施形態では、図２に示すように、溶射方向が耐熱合金基材１１の被施工面１１ａに対する角度θが４５°以下となるように溶射ガン１５を配置して、溶射を実施する。すなわち、溶射粒子１４は、被施工面１１ａに対して４５°以下の角度で被施工面１１ａに向けて噴射される。
所望の金属結合層膜厚（例えば１００μｍ）を得るために、上記角度範囲で被施工面に溶射する工程を複数回に分けて行っても良い。あるいは、少なくとも金属結合層の最表層を形成する溶射を、上記低角度範囲での溶射としても良い。例えば、金属結合層表面側の数回の溶射を、上記角度範囲で実施する。
本参考実施形態の方法により、金属結合層表面に付着した未溶融粒子が、他の溶射粒子によってブラストされて表面から除去される。これにより、金属結合層表面を起伏のある粗い表面として、表面性状を良好にすることができる。
なお、溶射角度が例えば０°と小さいと被膜が形成されない場合があるが、未溶融粒子をブラストすることができ、良好な表面性状の金属結合層を得ることができる。
In this reference embodiment, as shown in FIG. 2, the spraying gun 15 is disposed so that the spraying direction is an angle θ with respect to the work surface 11 a of the heat-resistant alloy substrate 11 being 45 ° or less, and the spraying is performed. That is, the thermal spray particles 14 are sprayed toward the construction surface 11a at an angle of 45 ° or less with respect to the construction surface 11a.
In order to obtain a desired metal bonding layer film thickness (for example, 100 μm), the step of spraying the surface to be processed in the above angle range may be divided into a plurality of times. Alternatively, the thermal spraying that forms at least the outermost layer of the metal bonding layer may be thermal spraying in the low angle range. For example, several times of thermal spraying on the surface of the metal bonding layer are performed in the above angle range.
By the method of this reference embodiment, unmelted particles adhering to the surface of the metal bonding layer are removed from the surface by blasting with other spray particles. Thereby, the surface property can be improved by making the surface of the metal bonding layer rough and rough.
If the spray angle is as small as 0 °, for example, the coating may not be formed, but unmelted particles can be blasted and a metal bonding layer with good surface properties can be obtained.
本参考実施形態では、溶射粒子の形状は特に限定されない。例えば、球状粒子や凹凸形状の粒子などが使用できる。 In this reference embodiment, the shape of the spray particles is not particularly limited. For example, spherical particles or irregularly shaped particles can be used.
図３乃至図６は、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ粉末（Ｎｉ：３２質量％、Ｃｒ：２１質量％、Ａｌ：８質量％、Ｙ：０．５質量％、Ｃｏ：残部、粒径１０〜５０μｍ）を、それぞれ溶射角度９０°、６０°、４５°、３０°の条件でＨＶＯＦにより耐熱合金基材（ＩＮ−７３８ＬＣ）上に２層溶射した施工面のＳＥＭ画像である。図３乃至図６において、（ａ）は１００倍の画像であり、（ｂ）は（ａ）中の白破線で囲まれた領域を５００倍に拡大した画像である。なお、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ粉末の溶射条件は以下の通りとした。
溶射装置：Ｐｒａｘａｉｒ社製ＪＰ５０００
溶射距離：３８０ｍｍ
粒子速度：５００ｍｍ／ｓｅｃ以上
3 to 6 show thermal spraying of CoNiCrAlY powder (Ni: 32% by mass, Cr: 21% by mass, Al: 8% by mass, Y: 0.5% by mass, Co: remainder, particle size of 10-50 μm). It is a SEM image of the construction surface which sprayed two layers on the heat-resistant alloy base material (IN-738LC) by HVOF on the conditions of angle 90 degrees, 60 degrees, 45 degrees, and 30 degrees. 3 to 6, (a) is a 100 × image, and (b) is an image obtained by enlarging a region surrounded by a white broken line in (a) by 500 times. The thermal spraying conditions for the CoNiCrAlY powder were as follows.
Thermal spraying device: JP5000 manufactured by Praxair
Thermal spray distance: 380mm
Particle speed: 500mm / sec or more
図７は、図３乃至図６の１００倍のＳＥＭ画像中の粒子数を計測した結果を示したグラフである。同図において、横軸は溶射角度、縦軸は１ｍｍ２当たりの溶射粒子数に換算した値である。 FIG. 7 is a graph showing the results of measuring the number of particles in the 100-times SEM images of FIGS. In the figure, the horizontal axis represents the spray angle, and the vertical axis represents the value converted into the number of spray particles per 1 mm 2 .
図８乃至図１１は、上記ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ粉末を溶射角度９０°にてＨＶＯＦにより耐熱合金基材（ＩＮ−７３８ＬＣ）上に２層溶射した後、それぞれ溶射角度９０°、６０°、４５°、３０°の条件でＨＶＯＦにより更に１層溶射した施工面のＳＥＭ画像である。図８乃至図１１において（ａ）は１００倍の画像であり、（ｂ）は（ａ）中の白破線で囲まれた領域を５００倍に拡大した画像である。溶射条件は、図３乃至図６を取得した条件と同じとした。
図１２は、図８乃至図１１の１００倍のＳＥＭ画像中の粒子数を計測した結果を示したグラフである。同図において、横軸は溶射角度、縦軸は１ｍｍ２当たりの溶射粒子数に換算した値である。
なお、各溶射角度で溶射された金属結合層の膜厚は、９０°で０．１１ｍｍ、６０°で０．０６ｍｍ、４５°で０．０３ｍｍ、３０°で０．００５ｍｍであった。
FIGS. 8 to 11 show that the CoNiCrAlY powder was sprayed on a heat-resistant alloy substrate (IN-738LC) by HVOF at a spraying angle of 90 °, and then sprayed at a spraying angle of 90 °, 60 °, 45 °, and 30 °, respectively. It is the SEM image of the construction surface sprayed one more layer by HVOF on condition of this. 8A to 11A, (a) is a 100-fold image, and (b) is an image obtained by enlarging the region surrounded by the white broken line in (a) by 500 times. The thermal spraying conditions were the same as the conditions obtained in FIGS.
FIG. 12 is a graph showing the results of measuring the number of particles in the 100-times SEM images of FIGS. 8 to 11. In the figure, the horizontal axis represents the spray angle, and the vertical axis represents the value converted into the number of spray particles per 1 mm 2 .
The film thickness of the metal bonding layer sprayed at each spray angle was 0.11 mm at 90 °, 0.06 mm at 60 °, 0.03 mm at 45 °, and 0.005 mm at 30 °.
ＳＥＭ写真及びグラフより、溶射角度９０°及び６０°では、未溶融の溶射粒子が金属結合層表面に多数付着しているのが確認できる。一方、溶射角度３０°及び４５°にて溶射することにより、金属結合層最表面の未溶融の粒子を大幅に低減できることが分かる。また、３０°及び４５°の溶射角度で形成された金属結合層表面は、図５，６，１０，１１に示すように、平滑ではなく、起伏のある粗い表面となっている様子が分かる。
上記結果は、以下の現象によるものと推察される。使用される溶射粒子は粒度分布を持っており、小径粒子は溶射ガンにおいて溶融又はそれに近い状態とされて溶射ガンから射出され、被施工面に付着して金属結合層を形成する。小径粒子の堆積により、粗い表面を有する金属結合層となる。一方、大径粒子の一部は未溶融状態で射出され、形状がほぼ維持された状態で施工面表面に付着する。未溶融粒子は、金属結合層との密着力が弱い。そのため、溶射角度を４５°以下とした場合には、未溶融粒子は、他の溶射粒子によってブラストされて表面から除去される。しかし、例えば６０°と溶射角度が大きい場合には、付着した未溶融粒子は飛来した他の溶射粒子ブラストされにくいため、多数の未溶融粒子が金属結合層表面に残留する。
From SEM photographs and graphs, it can be confirmed that a large number of unmelted spray particles are adhered to the surface of the metal bonding layer at spray angles of 90 ° and 60 °. On the other hand, it can be seen that the unmelted particles on the outermost surface of the metal bonding layer can be greatly reduced by spraying at a spraying angle of 30 ° and 45 °. In addition, it can be seen that the surface of the metal bonding layer formed at the spraying angles of 30 ° and 45 ° is not smooth and has a rough surface as shown in FIGS.
The above results are assumed to be due to the following phenomenon. The spray particles used have a particle size distribution, and the small-diameter particles are melted or close to a state in the spray gun and injected from the spray gun, and adhere to the work surface to form a metal bonding layer. The deposition of small diameter particles results in a metal binding layer having a rough surface. On the other hand, some of the large-diameter particles are injected in an unmelted state and adhere to the surface of the work surface in a state where the shape is substantially maintained. Unmelted particles have weak adhesion to the metal bond layer. Therefore, when the spray angle is set to 45 ° or less, unmelted particles are blasted by other spray particles and removed from the surface. However, when the spray angle is as large as 60 °, for example, the adhering unmelted particles are difficult to be blasted to other sprayed particles, so that a large number of unmelted particles remain on the surface of the metal bonding layer.
上述のように、金属結合層の少なくとも最表面を、施工面に対する角度が４５°以下の条件でＨＶＯＦによりＭＣｒＡｌＹ粉末を溶射して形成することにより、密着力の弱い粒子を低減させつつ、表面性状を良好にすることができる。このため、金属結合層上にセラミックス層を形成した場合に、金属結合層とセラミックス層との密着性を向上させ、耐久性に優れる遮熱コーティング部材となる。 As described above, at least the outermost surface of the metal bonding layer is formed by spraying MCrAlY powder with HVOF under the condition that the angle with respect to the construction surface is 45 ° or less, thereby reducing the surface property while reducing particles with weak adhesion. Can be improved. For this reason, when the ceramic layer is formed on the metal bonding layer, the adhesion between the metal bonding layer and the ceramic layer is improved, and the thermal barrier coating member is excellent in durability.
更に本参考実施形態は、ＨＶＯＦにより形成された金属結合層の最表面に対して、４５°以下の条件で凹凸形状を有する粒子を噴射しても良い。このとき噴射される粒子は、金属結合層の形成に用いた粒子と同じＭＣｒＡｌＹ粉末とされる。
凹凸形状を有する粒子の噴射は、直圧式ブラスト装置を用い、凹凸形状を有する粒子を加熱することなく、金属結合層を射出する。噴射条件は、例えば圧力：０．５ＭＰａ、ブラストガンノズル径：６〜１０ｍｍとされる。
このように凹凸形状を有する粒子を噴射することにより、金属結合層表面が削れたりするなどしてされて、金属結合層表面が更に粗面化される。噴射される粒子は金属結合層と同じ組成であるため、性能面への悪影響が抑制される。
Further, in the present embodiment, particles having a concavo-convex shape may be sprayed on the condition of 45 ° or less with respect to the outermost surface of the metal bonding layer formed by HVOF. The particles ejected at this time are the same MCrAlY powder as the particles used for forming the metal bonding layer.
Injecting the particles having the uneven shape, a direct pressure blasting apparatus is used to inject the metal bonding layer without heating the particles having the uneven shape. The injection conditions are, for example, pressure: 0.5 MPa, blast gun nozzle diameter: 6 to 10 mm.
By injecting the particles having irregularities in this way, the surface of the metal bonding layer is further roughened by, for example, scraping the surface of the metal bonding layer. Since the particles to be ejected have the same composition as the metal bonding layer, adverse effects on the performance are suppressed.
［第１実施形態］
第１実施形態に係る遮熱コーティング部材の製造方法では、金属結合層１２は以下の工程により形成される。
まず、ＨＶＯＦにより耐熱合金基材上に球状のＭＣｒＡｌＹ粉末を溶射する。これにより、第１層を形成する。このとき、被施工面に対する溶射角度は、高い製膜効率を得るために９０°であることが望ましい。その他の溶射条件は、参考実施形態で例示した溶射距離及び粒子速度を採用できる。
[First Embodiment]
In the method for manufacturing the thermal barrier coating member according to the first embodiment, the metal bonding layer 12 is formed by the following steps.
First, spherical MCrAlY powder is sprayed on the heat-resistant alloy substrate by HVOF. Thereby, the first layer is formed. At this time, it is desirable that the spray angle with respect to the work surface is 90 ° in order to obtain high film forming efficiency. As the other spraying conditions, the spraying distance and particle velocity exemplified in the reference embodiment can be adopted.
次いで、第１層上に、ＨＶＯＦにより凹凸形状を有するＭＣｒＡｌＹ粉末を溶射して、第２層を形成する。第２層形成時における溶射角度は、９０°であることが望ましく、その他の溶射条件は、参考実施形態で例示した溶射距離及び粒子速度を適用できる。 Next, on the first layer, MCrAlY powder having an uneven shape is sprayed by HVOF to form a second layer. The spraying angle at the time of forming the second layer is desirably 90 °, and the spraying distance and the particle velocity exemplified in the reference embodiment can be applied to other spraying conditions.
本実施形態において、所望の金属結合層膜厚を得るために複数回にわたり溶射を行うことができる。この場合、例えば最表層（最後の溶射）のみ、あるいは、表面側の数層を第２層として凹凸形状を有する溶射粒子を用いて形成し、下層は全て第１層として球状粒子を用いて形成する。 In this embodiment, thermal spraying can be performed a plurality of times in order to obtain a desired metal bonding layer thickness. In this case, for example, only the outermost layer (last spraying), or several layers on the surface side are formed as the second layer using the sprayed particles having irregular shapes, and the lower layer is formed using the spherical particles as the first layer. To do.
本実施形態の方法により形成された金属結合層の表面には、凹凸形状を有する溶射粒子の堆積や凹凸形状を有する溶射粒子によるブラスト作用に由来する表面粗さが付与される。このように、金属結合層表面が粗面となるために、遮熱コーティング部材としたときの金属結合層とセラミックス層との良好な密着性が確保できる。 The surface of the metal bonding layer formed by the method of the present embodiment is given a surface roughness derived from deposition of spray particles having uneven shapes and blasting action by spray particles having uneven shapes. As described above, since the surface of the metal bonding layer is rough, it is possible to ensure good adhesion between the metal bonding layer and the ceramic layer when the thermal barrier coating member is formed.
１１ 耐熱合金基材
１１ａ 被施工面
１２ 金属結合層
１３ セラミックス層
１４ 溶射粒子
１５ 溶射ガン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Heat-resistant alloy base material 11a Work surface 12 Metal bonding layer 13 Ceramic layer 14 Thermal spray particle 15 Thermal spray gun
Claims (2)
耐高温腐食合金からなる球状粒子を高温フレーム溶射を用いて施工面に溶射して第１層を形成する工程と、
凹凸形状を有する耐高温腐食合金からなる粒子を、高温フレーム溶射を用いて前記第１層上に溶射して第２層を形成する工程と
を含み、
前記第２層の形成において、未溶融の前記粒子を施工面に衝突させて、前記第２層の表面を粗面化させることを特徴とする遮熱コーティング部材の製造方法。 A method for producing a thermal barrier coating member comprising a step of forming a metal bond layer on a heat resistant alloy substrate, the step of forming the metal bond layer comprising:
Forming a first layer by thermally spraying spherical particles made of a high temperature corrosion resistant alloy onto a construction surface using high temperature flame spraying;
Particles consisting of high temperature corrosion alloy having an uneven shape, viewed including the step of forming a second layer by spraying on the first layer using a high temperature flame spraying,
In the formation of the second layer, a method for producing a thermal barrier coating member , wherein the unmelted particles collide with a construction surface to roughen the surface of the second layer .
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