JPH01279781A - セラミック被覆耐熱部材 - Google Patents

セラミック被覆耐熱部材

Info

Publication number
JPH01279781A
JPH01279781A JP63109025A JP10902588A JPH01279781A JP H01279781 A JPH01279781 A JP H01279781A JP 63109025 A JP63109025 A JP 63109025A JP 10902588 A JP10902588 A JP 10902588A JP H01279781 A JPH01279781 A JP H01279781A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
ceramic
alloy
ceramic coating
coating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP63109025A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2695835B2 (ja
Inventor
Yoshiyuki Kojima
慶享 児島
Teru Mehata
輝 目幡
Masahiko Chiba
昌彦 千葉
Ryoichiro Oshima
大島 亮一郎
Norio Watanabe
渡辺 教雄
Yukiyoshi Hara
原 之義
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electric Power Co Inc, Hitachi Ltd filed Critical Tokyo Electric Power Co Inc
Priority to JP63109025A priority Critical patent/JP2695835B2/ja
Priority to US07/346,649 priority patent/US4966820A/en
Priority to DE68911363T priority patent/DE68911363T2/de
Priority to EP89108158A priority patent/EP0340791B1/en
Publication of JPH01279781A publication Critical patent/JPH01279781A/ja
Priority to US07/538,759 priority patent/US5209645A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2695835B2 publication Critical patent/JP2695835B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12542More than one such component
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12583Component contains compound of adjacent metal
    • Y10T428/1259Oxide
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12611Oxide-containing component
    • Y10T428/12618Plural oxides
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12931Co-, Fe-, or Ni-base components, alternative to each other

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高温あるいは高温腐食環境下で用いられる耐熱
部材に関する。
〔従来の技術〕
発電用ガスタービンプラントの発電効率を向上すること
を目的として、ガスタービンの高温化技術が検討されて
いる。又、石炭ガス化ガスタービンでは効率向上のため
に高温化技術の確立は必須である。このようにガスター
ビンプラントの高温化志向に伴って、部材の耐熱温度の
向上が望まれている。その方法としては部材を構成する
材料開発が主たるものであるが、金属材料ではNiある
いはCO基超超合金も約850℃程度である。他方、セ
ラミックスは耐熱温度は十分高いが、特に高速回転体で
ある動翼等では靭性等の問題点がある。従って、高温化
技術の他の方法として部材が高温にならないようにする
方法がある。この方法として、部材の冷却と熱伝導率の
小さいセラミックのコーティングを組み合せたものがあ
る。このようなコーティングは熱遮へいコーティング(
Thermal Barrier Coating ;
以下TBCと略す)と呼ばれる。TBCは基材を構成す
る耐熱合金と物性値が異なるセラミック被覆層を組み合
わせたものであるため、TBCの技術課題としては基材
とセラミック被覆層との物性値の相異によって生じる熱
応力の緩和が重要になる。特にガスタービン等では起動
−停止等の熱サイクルに基づく熱応力により、セラミッ
ク被覆層にはく離等の損傷が生じる。このような熱応力
の緩和作用としてはセラミック被覆層と耐熱合金から成
る基材との間に熱膨張率の差を緩和する中間層を設ける
ことが知られている。例えば特開昭62−211362
号公報参照。
中間層は、一般にセラミックと金属を混合したものであ
る。このような混合物被覆層の熱膨張率は混合比により
異なるが、一般には混合物被覆層を構成しているセラミ
ックと金属のそれぞれの熱膨張率の中間の値をもつと考
えられる。この種の中間層をセラミック層と基材との間
に設けた場合、轟然熱応力の緩和作用が期待されうる。
他方、TBCに用いられるセラミック被覆層は主に溶射
で作製したもので多孔質体である。この多孔質体である
セラミック被覆層は、その多孔質構造により自身で熱応
力を緩和しうるちのである。
しかし、TBCは高温、腐食条件下で用いられるため、
多孔質体であるセラミック被覆層を通じて、セラミック
被覆層の下部にある中間層に高温酸化、あるいは高温腐
食が生じる。そこで本発明者らはセラミックと金属を混
合した被覆層の酸化試験を実施した。試験片は基材の表
面に混合物被覆層を作製した後、基材を除去し、混合物
からなる試料を取り出した。その後、1000℃、10
00hの大気中加熱による酸化試験を実施した。その結
果、酸化試験では混合物からなる試料は著しい内部酸化
が進行した。この原因としては、セラミック粉末と金属
粉末を混合した被覆層はそれらの2種類の粉末を溶射に
より積層したものにすぎず、それらの境界部には欠陥が
存在するため、それらの欠陥を通じて内部酸化が進行す
るものと考えられる。このような中間層の内部酸化はセ
ラミック被覆層、混合物からなる中間層、基材の構成か
ら成るセラミックコーティングを行なった試験片でも著
しく進行していた。そしてこのようなセラミックコーテ
ィングでは高温酸化試験(1000℃。
1000h)後、セラミック層ははく離していた。
このように、本来熱応力を緩和する目的で設けた混合物
から成る中間層は、本来の目的を発揮しない。この原因
としては、中間層自体の内部酸化により、中間層が新ら
たな熱応力を生じるものとなり、更に、セラミック被覆
層と中間層の境界部の中間層が酸化することによりセラ
ミック被覆層と中間層との密着力が低下することが原因
としてあげられる。このような問題点はTBCの信頼性
を低下させるものである。一方、ガスタービンの高温化
に伴って、TBCに要求される遮熱効果は大きくなる。
すなわち、遮熱効果を大きくするためにはセラミック被
覆層の厚さを厚くする必要がある。この場合、熱サイク
ル等により生じる熱応力は当然大きくなる。熱サイクル
等でセラミック被覆層に生じる熱応力を緩和し、セラミ
ックコーティングの耐久性を向上させる必要がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上述べたように中間層を設けたTBCは、セラミック
被覆層と基材との間に生じる熱応力の緩和作用を目的と
したものであるが、中間層の高温耐酸化性が十分でない
ために、高温条件下では中間層の熱応力緩和作用は必ず
しも十分なものではなかった。中間層は、高温耐食性に
ついても必ずしも十分でない。本発明の目的は、セラミ
ックと金属の混合層である中間層の本来の目的である熱
応力の緩和作用を高温酸化、高温腐食条件下でも十分発
揮しうるようにしたセラミック被覆耐熱部材を提供する
ことにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、セラミック被覆層とセラミック・金属との混
合層からなる中間層の間に高温耐酸化性及び高温耐食性
に優れた合金からなる合金層を設けたことを特徴とする
本発明によれば、セラミック・金属の混合層の高温酸化
・高温腐食は、セラミック被覆層と混合層の間に設けた
合金層によって防止される。その結果、混合層は高温酸
化、高温腐食条件下においても安定であり、混合層の本
来の作用であるセラミック被覆層と基材との間の熱応力
の緩和を十分に発揮しうる。
このように熱応力緩和作用が高温酸化、高温腐食条件下
でも安定しているセラミックコーティングでは、従来の
セラミックコーティングに比べ耐久性が向上するととも
に、セラミック被覆層の厚さを厚くしてもその耐久性の
低下は少なくなる。
又、セラミック被覆層と混合物から成る中間層との間に
前記合金層を設けるとともに、更に、合金層とセラミッ
ク被覆層との境界部にAnを主成分とする酸化物層を設
けることによっても同様の効果が得られる。更に、Af
lを主成分とする酸化物層を設けることにより、セラミ
ック被覆層と合金層との密着力の向上も期待される。セ
ラミック被覆層の厚さが厚いセラミックコーティングは
、コーティングの本来の目的である遮熱効果が大きくな
り、部材を構成する基材の温度低減化に大きく寄与する
〔作用〕
本発明において、セラミック被覆層とセラミック・金属
の混合物から成る中間層の間に設けた合金層は、多孔質
なセラミック被覆層を通じて進行する酸化及び腐食に対
して中間層を保護する作用を有する。すなわち、中間層
はセラミック粒子と金属粒子の混合物からなり、その線
膨張率はセラミックと金属の中間の値となり、セラミッ
ク被覆層と基材との間の熱応力を緩和する作用を有して
いる。しかし、この混合物からなる中間層は高温耐酸化
、高温耐食性に劣るため、中間層を設けた熱応力緩和型
セラミックコーティングでは、中間層の高温耐酸化、高
温耐食性を向上させる必要性がある。本発明のセラミッ
クコーティングは、合金層の存在により中間層の高温酸
化、高温腐食を進行しにくくするため、高温耐酸化、高
温耐食性を改善することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の詳細について実施例を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例であるセラミックコーティン
グの断面の模式図を示す。第2図及び第3図は従来のセ
ラミックコーティングの断面模式図を示す。第1図〜第
3図で1はセラミック被覆層、2は基材、3は基材より
高温耐酸化。
高温耐食性に優れた合金からなる合金層、4は前記合金
と前記セラミックの混合層である。セラミック被覆層1
を構成する材料は熱伝導率が小さいzrOz を主成分
とし、Y20a、MgO,CaO等を添加したZrOx
系セラミックである。合金層3を構成する材料は、Co
或いはNiのいずれか一方、もしくはそれらを組み合せ
たものに、Cr、AQを含み、更に、Hf、Ta、Y、
Si。
Zrの1つ以上を含有したものからなる合金材料である
。混合層4は、上記のZrO2系セラミックと合金材料
の混合した材料からなる。第1図の本発明において、2
ケ所の合金層3の成分は同一のものでも、或いはそれぞ
れ異なった成分の合金からなるものでも良い。又、これ
らのそれぞれの被覆層の形成方法については特に制約は
ないが、成膜速度が大きいことと作業性の上からプラズ
マ溶射法が望ましい。なお、合金層等の比較的薄い被覆
層を形成する方法として電子ビーム゛蒸着法、或いはス
パッタリング法を用いてもよい。表1は本発明のセラミ
ックコーティング及び比較の為に行なった従来のセラミ
ックコーティングに関し、熱サイクル試験を行なった結
果を示す。表1中のNQI〜Nα8は従来のセラミック
コーティング、Nα9〜Nα23は本発明のセラミック
コーティングである。熱サイクル試験は170℃と10
00℃の繰り返しであり、セラミックコーティングの損
傷の有無で判定した。ここで、本発明のセラミック表 
1 熱サイクル試験結果 コーティングにおいて、セラミック被覆層の厚さは1.
0mm以下が望ましい。表1中のHa 13のようにセ
ラミック被覆層の厚さが1mm以上では熱サイクル試験
による耐久性が低下する傾向にある。
セラミック被覆層1と混合層の間の合金層(表1中の合
金層I)の厚さは0.03〜0,5n+mの範囲が望ま
しい。表1中のNα14.Nα18のように合金HIの
厚さが上記範囲外の場合には熱サイクル試験による耐久
性が低下する傾向にある。合金層■の厚さが薄い場合、
セラミック被覆層を通じての酸化或いは腐食を防止する
層として十分なものでなくなる。一方、合金層■の厚さ
が厚すぎる場合には、合金層自体が新らたな熱応力を生
じる層となり、混合層4による熱応力緩和作用を打ち消
すようになる6次に、混合層4の厚さは0.03〜0.
5mmの範囲が望ましい。表1中の魔19゜Nα23の
ように混合層の厚さが上記範囲外の場合、熱サイクル試
験による耐久性は低下する。混合層の厚さが薄い場合、
混合層による熱応力の緩和作用が不十分となる。一方、
厚すぎる場合、混合暦自体の強度は合金層等に比べ比較
的小さいため。
混合層が厚くなることにより生じる混合層内の熱応力に
耐えられなくなる。又表1中の合金層■の厚さに関して
は特に制限は無いが0.03〜0.5mcの範囲である
ことが好ましい。その理由は表1中の合金層Iとほぼ同
様である。
なお、セラミックと金属との混合層において、その混合
比は特に制限はない。表1中の混合層の混合比は断面組
織観察による面積比で金r7!L/セラミックの割合が
271である。本発明者らは他の混合比の混合層につい
ても検討したが、その結果は他の混合比においても表1
とほぼ同様であった。
又、本発明から類推されうる方法である混合層の混合比
を金属の多いものからセラミックの多いものに順次変化
させたものについても検討したが。
その効果はほとんど明確ではなく、均一な混合比の混合
層を設けたものとほぼ同等であった。
次に、高温酸化試験を行なった後、同様の熱サイクル試
験を実施した。高温酸化試験は1000’C,500h
である。その結果、表1中のNα5〜8のセラミックコ
ーティングを行なった試験片は酸化試験でセラミック被
覆層が損傷しはく離した。
一方、その他の試験片は熱サイクル試験の結果、Nal
〜4の試験片はセラミックコーティングの損傷発生回数
は20〜40%程度少なくなり、耐久性は低下していた
。表1中の本発明の範囲のセラミックコーティングは、
表1の結果と比べ、はぼ同等で、一部の試験片ではむし
ろセラミックコーティングの損傷発生するまでの回数が
増加しているのも認められた。
次に、溶融塩塗布法による高温腐食試験を実施した。試
験方法は25%NaCQ−75%Na25O+溶融塩を
塗布し、大気中で850℃、300時間加熱する方法で
ある。その後、同様の熱サイクル試験を実施した。その
結果、表1中のNa 5〜8の試験片は高温腐食試験後
、セラミックコーティングは損傷した。一方、表1中の
NL11〜4の試験片は、熱サイクル試験の結果、セラ
ミックコーティングの損傷発生回数は20〜40%程度
少なくなり、耐久性は若干低下していた。表1中の本発
明の範囲のセラミックコーティングは、表1の結果に比
べ、セラミックコーティングの損傷発生回数はほぼ同等
で、特に耐久性の低下は認められないものであった。
次に、第4図、第5図、第6図は本発明の他の実施例を
示す。これらの各実施例において、1はセラミック被覆
層、2は基材、3は合金層、4は混合層、5はAQを主
成分とする酸化物層である。
第4図、第6図の実施例においてAQを主成分とする酸
化物層はセラミックコーティング部材を熱処理すること
によって形成されうる。熱処理の条件としては、6’O
O℃〜1200℃の温度範囲で1時間〜200時間、大
気中で加熱処理をするのが望ましい。酸化物層の厚さは
、0.1μm〜20μmの範囲が望ましい。酸化物層の
厚さが薄い場合、酸化物層の効果が少なくなり、又、厚
い場合、酸化物層が新らたな熱応力を生じる部分となっ
てしまう。第5図、第6図においては、混合層と基材と
が直接接する構造になっている。本発明のセラミックコ
ーティングでは混合層による熱応力緩和作用が、高温酸
化、高温腐食条件下において安定して維持されるため、
混合層と基材との間の合金層を省略した場合でも特に問
題はない。
又、以上の本発明のいずれのセラミックコーティングに
おいても、合金層の作製方法に特に制限はないが、プラ
ズマジェット周辺の雰囲気を保護ガス、不活性ガスとし
、かつ、その雰囲気を大気圧以下にした減圧雰囲気中プ
ラズマ溶射法を用いるのが望ましい。又、セラミックと
金属の混合層に関しても同様である。減圧雰囲気中プラ
ズマ溶射法で形成した合金層は、溶射中の合金粉末の酸
化等が生じにくく、合金層は酸化物被膜等の汚染物が混
入しない緻密な構造の被覆層となる。又、混合層におい
ても、混合物を構成する合金粉末の酸化等が生じ難く、
混合層中の金属部分は酸化物被膜等の汚染物が混入しな
い被覆層となる。
又、第1図、第5図の本発明の実施例において、高温酸
化条件下で長時間使用した場合、使用中に、セラミック
被覆層と合金層との境界部にAQを主成分とする酸化物
層が形成される。
以上のように、従来の公知のセラミックコーティングで
は金属とセラミックの混合物からなる中間層はその主た
る作用であるセラミック被覆層と基材との間に生じる熱
応力の緩和に対し、高温或いは高温腐食条件下では、高
温酸化、高温腐食により中間層自体が損傷し、その主た
る熱応力緩和作用を発揮することができず、むしろ、新
らたな熱応力を発生させることになり、例えば熱サイク
ル試験においては中間層を設けないセラミックコーティ
ングよりもその耐久性は低下する。一方、本発明のセラ
ミックコーティングでは、混合層は高温或いは高温腐食
条件下でも熱応力緩和作用は安定して維持され、セラミ
ックコーティングの耐久性を向上させるのに有効なもの
になる6又、セラミック被覆層の厚さを厚くした場合も
、その耐久性の低下は少なく、遮熱効果の大きい高性能
なセラミックコーティングとなる。以下本発明の実施例
について詳細に説明する。
実施例1 基材として、Ni基合金であるlN−738を用い、そ
の表面を脱脂後、アルミナ製のグリッドを用いてプラス
チングし、しかる後、プラズマ溶射を行ない、32重量
%Ni−21重量%Cr−8重量%AQ−0,5重量%
Y−残部COからなる合金材料の被覆層を形成した。プ
ラズマ溶射は200Torrの圧力のArjl囲気中で
行なった。プラズマの出力は40kWである。このよう
な条件で厚さ0.1mmの合金被覆層を形成し合金層と
した。しかる後、合金層の上にZr0z −8重量%Y
2O3の成分のセラミック粉末と前述の組成の合金粉末
を混合したものを溶射した。混合比は表2中に示す。又
、溶射条件も前述の合金層の形成条件と同様である。こ
のようにして、合金層の上にセラミックと金属の混合物
からなる被覆層を形成し混合層とした。この混合層の厚
さは0.2mmである。溶射条件は前記の合金層作製時
と同様である。その後、混合層の上に、前述の組成の合
金粉末を前述の合金層作成条件と同様で溶射し、厚さ0
.1+*mの合金層を形成した。更に、その合金層の上
に、Zr0x−8重量%Y2O3粉末を溶射し表 2 
セラミックコーティングの損傷発生回数1)熱サイクル
試験: 1000℃→ 170℃2)高温酸化試験:1
000℃、500h (大気中加熱) 3)高温腐食試験:850℃、300h (25%Na
CQ+75%NazSO+) 4)M/C:金属/セラミックの体積比た。溶射条件は
プラズマ出力50kWで、大気中溶射である。Zr0z
−8重量%Y2O3被覆暦の厚さは0.4+*−である
、その後、1120℃。
2hの真空中加熱処理を行ない、基材と接する合金層と
基材との拡散処理を行なった。
このような方法によって作製した本発明のセラミック被
覆耐熱部材について、前述と同様の熱サイクル試験を実
施した。その結果、セラミックコーティングが損傷する
までの繰り返し数は表2中に示すようであった。又、1
000℃、500hの大気中加熱による高温酸化試験に
おいても、試験後、いずれのセラミックコーティングも
損傷は認められなかった。更に、これらの試駄片を用い
て前述と同様の熱サイクル試験を実施した結果、セラミ
ックコーティングが損傷にいたるまでの繰り返し数は表
2中のようであった。次に、25%NaCQ+75%N
azSO+溶融塩を塗布し、850℃、300hの大気
中加熱を行なった高温腐食試験後も、いずれのセラミッ
クコーティングにも損傷は認められなかった。更に、高
温腐食試験後の試験片を用い、前述と同様の熱サイクル
試験を行なった結果、セラミックコーティングの損傷に
至るまでの繰り返し数は表2中に示すようであった。一
方、比較の為に作成した従来のセラミックコーティング
は表1中のNα1〜8とほぼ同様の結果であった。この
ように、本発明のセラミックコーティングは従来のもの
に比べ、高温耐酸化性、高温耐食性に優れかつ、耐熱衝
撃性に優れた耐久性に富むものである。
実施例2 基材として、Ni基合金であるlN738を用い実施例
1と同様の方法により前処理を行なった後、実施例1と
同様の材料を用い、同様の方法で合金層と混合層を形成
した。なお、混合層のセラミックと金属の混合比は1:
1である。それぞれの厚さも同様である。しかる後、3
2重量%Ni−21重量%Cr−8重量%AQ−0,5
重量%Y−残部Coから成る合金材料をターゲットとし
て、スパッタリングにより、前述の中間層の上に厚さ0
.02mmの合金層を形成した。スパッタリング条件は
印加電圧2kVで処理時間は2.Ohである。しかる後
、実施例1と同様にセラミック被覆層を形成した。その
後、1120℃、2hの真空中加熱処理を行ない拡散処
理とした。このようにして作製した本発明のセラミック
被覆耐熱部材について実施例1と同様の耐久性試験を実
施した結果、はぼ同様の結果が得られた。
実施例3 実施例1と同様の材料を用い、実施例1と同様の方法で
セラミック被覆耐熱部材を作製した。しかる後、950
℃、20時間の大気中加熱を行ない、セラミック被覆層
と合金層との境界部にAQzOsを主成分とする酸化物
層を形成した。試験片の断面組織観察の結果、その厚さ
は約5μmであった。又、XMA観察の結果、酸化物層
に対応する部分には、A0.Oの存在が多く認められ、
一部Crも認められた。このようにして作製したセラミ
ック被覆耐熱部材を用いて実施例1と同様の耐久性試験
を実施した。その結果、実施例1とほぼ同等の性能が得
られた。
実施例4 基材としてCo基合金であるFSX414を用い、実施
例1と同様の前処理を行ない、実施例1と同様の材料を
用いてセラミック被覆耐熱部材を作製した0作製方法は
、基材の表面に、金属とセラミックの混合比が1対1の
混合粉末を溶射した。溶射は200Torrの圧力のA
r雰囲気中で行なった。
プラズマ出力は40kWである。混合層の厚さは0.3
m+aである。しかる後、混合層の上に、合金層を形成
した。溶射条件は混合層作製時と同様である。又、合金
層の厚さは0 、1 ramである。その後、合金層の
上に、セラミック被覆層を形成した。
溶射条件はプラズマ出力50kWで、大気中溶射である
。又、セラミック被覆層の厚さは0 、4 n+mであ
る。このような方法で作製した本発明のセラミック被覆
耐熱部材について、実施例1と同様の耐久性試験を行な
った。その結果、実施例1とほぼ同様の結果が得られた
実施例5 実施例4と同様の材料を用い、実施例4と同様の方法で
本発明のセラミック被覆耐熱部材を作製した。しかる後
、1000℃、15時間の大気中加熱を行ない、セラミ
ック被覆層と合金層との境界部にAu20gを主成分と
する酸化物層を形成した。試験片の断面組織観察の結果
、その厚さは約7μmであった。又、XMAwt察の結
果、酸化物層に対応する部分には、A0.○の存在が多
く認められ、一部Crt認められた。このようにして作
製した本発明のセラミック被覆耐熱部材を用いて実施例
1と同様の耐久性試験を行なった結果、はぼ同等の結果
が得られた。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、セラミック・金属
の混合層の高温酸化、高温腐食の進行を防止できる。こ
のため混合層の主たる目的である熱応力の緩和作用が高
温酸化、高温腐食条件下でも安定して維持できるように
なり、セラミック被覆部材が長時間にわたり信頼性の高
いものになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すセラミック被覆耐熱部
材の断面模式図、第2図及び第3図は従来のセラミック
被覆耐熱部材の断面模式図、第4図〜第6図は本発明の
他の実施例を示すセラミック被覆耐熱部材の断面模式図
である。 1・・・セラミック被覆層、2・・・基材、3・・・合
金層、第1図   第2図  本3図 1、  寒露  光6因

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ニッケルとコバルトと鉄の少なくとも一種を主成分
    とする耐熱合金基材の表面にセラミック被覆層を有し、
    該セラミック被覆層の下部にセラミックと金属の混合層
    を有するセラミック被覆耐熱部材において、前記セラミ
    ック被覆層と前記混合層の間に、前記基材よりも高温耐
    酸化性及び高温耐食性のすぐれた合金層を設けたことを
    特徴とするセラミック被覆耐熱部材。 2、特許請求の範囲第1項において、前記セラミック被
    覆層がZrO_2系セラミックよりなることを特徴とす
    るセラミック被覆耐熱部材。 3、ニッケルとコバルトと鉄の少なくとも1種を主成分
    とする基材上にセラミックと金属の混合層を有し、該混
    合層上にセラミック被覆層を有するセラミック被覆耐熱
    部材において、前記セラミック被覆層と前記混合層との
    間に、前記基材よりも高温耐酸化、高温耐食性に優れた
    合金材料からなる合金層を設け、かつ、該合金層と前記
    セラミック被覆層との境界部にアルミニウムを主成分と
    する酸化物層を設けたことを特徴とするセラミック被覆
    耐熱部材。 4、ニッケルとコバルトと鉄の少なくとも1種を主成分
    とする基材上に、該基材よりも高温耐酸化性及び高温耐
    食性のすぐれた合金層を有し、その上にセラミック被覆
    層を有し、更に、前記合金層とセラミック被覆層との間
    にセラミックと金属の混合物から成る混合層を有した部
    材において、前記セラミック被覆層と前記混合層との間
    に基材よりも高温耐酸化、高温耐食性に優れた合金材料
    から成る合金層を設けたことを特徴とするセラミック被
    覆耐熱部材。 5、ニッケルとコバルトと鉄の少なくとも1種を主成分
    とする基材上に、セラミック被覆層と、基材よりも高温
    耐酸化、高温耐食性に優れた合金材料から成る合金層を
    有し、更に、前記合金層とセラミック被覆層との間にセ
    ラミックと金属の混合物から成る混合層を有した部材に
    おいて、前記セラミック被覆層と混合層との間に基材よ
    りも高温耐酸化、高温耐食性に優れた合金材料から成る
    合金層を設け、かつ、前記合金層とセラミック被覆層と
    の境界部にアルミニウムを主成分とする酸化物層を設け
    たことを特徴とするセラミック被覆耐熱部材。 6、特許請求の範囲第1項において、前記セラミック被
    覆層及び混合層を形成するセラミック材料がZrO_2
    を主成分とし、CaOとY_2O_3とMgOの少なく
    とも1つを含むことを特徴とするセラミック被覆耐熱部
    材。 7、特許請求の範囲第1項において、前記合金層を構成
    する材料は、コバルトあるいはニッケルの少なくとも1
    つとクロムとアルミニウムを含み、更にハフニウムとタ
    ンタルとイットリウムとシリコン及びジルコニウムの少
    なくとも1つを含むことを特徴とするセラミック被覆耐
    熱部材。 8、特許請求の範囲第1項において、前記セラミック被
    覆層の厚さが0.05〜1.0mm、前記合金層の厚さ
    が0.03〜0.5mm、前記混合層の厚さが0.03
    〜0.5mmであることを特徴とするセラミック被覆耐
    熱部材。 9、特許請求の範囲第3項において、前記アルミニウム
    を主成分とする酸化物層の厚さが、0.1〜20μmで
    あることを特徴とするセラミック被覆耐熱部材。
JP63109025A 1988-05-06 1988-05-06 セラミック被覆耐熱部材 Expired - Fee Related JP2695835B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63109025A JP2695835B2 (ja) 1988-05-06 1988-05-06 セラミック被覆耐熱部材
US07/346,649 US4966820A (en) 1988-05-06 1989-05-03 Ceramics-coated heat resisting alloy member
DE68911363T DE68911363T2 (de) 1988-05-06 1989-05-05 Mit Keramik beschichteter hitzebeständiger Legierungsbestandteil.
EP89108158A EP0340791B1 (en) 1988-05-06 1989-05-05 Ceramics-coated heat resisting alloy member
US07/538,759 US5209645A (en) 1988-05-06 1990-06-15 Ceramics-coated heat resisting alloy member

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63109025A JP2695835B2 (ja) 1988-05-06 1988-05-06 セラミック被覆耐熱部材

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01279781A true JPH01279781A (ja) 1989-11-10
JP2695835B2 JP2695835B2 (ja) 1998-01-14

Family

ID=14499693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63109025A Expired - Fee Related JP2695835B2 (ja) 1988-05-06 1988-05-06 セラミック被覆耐熱部材

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4966820A (ja)
EP (1) EP0340791B1 (ja)
JP (1) JP2695835B2 (ja)
DE (1) DE68911363T2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020184092A1 (ja) * 2019-03-12 2020-09-17 三菱重工業株式会社 タービン動翼及びコンタクト面製造方法

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5209645A (en) * 1988-05-06 1993-05-11 Hitachi, Ltd. Ceramics-coated heat resisting alloy member
FR2665434B1 (fr) * 1990-08-03 1993-09-24 Prod Cellulosiques Isolants Procede pour la fabrication d'un materiau refractaire isolant et materiau ainsi obtenu.
US5284698A (en) * 1991-09-18 1994-02-08 Rockwell Int'l Corp. Partially stabilized ZrO2 -based laminar ceramic composites
AT398580B (de) * 1991-11-05 1994-12-27 Strauss Helmut Beschichtung für metallische oder nichtmetallische substrate, verfahren und vorrichtung zu deren herstellung
WO1993011531A1 (en) * 1991-12-02 1993-06-10 Nikko Kyodo Company, Limited Thin film magnetic head
WO1993013245A1 (en) * 1991-12-24 1993-07-08 Detroit Diesel Corporation Thermal barrier coating and method of depositing the same on combustion chamber component surfaces
WO1993024672A1 (en) * 1992-05-29 1993-12-09 United Technologies Corporation Ceramic thermal barrier coating for rapid thermal cycling applications
DE4220063C1 (de) * 1992-06-19 1993-11-18 Thyssen Guss Ag Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht auf mit heißen Gasen, insbesondere Rauchgasen beaufschlagten metallischen Wänden
US5630314A (en) * 1992-09-10 1997-05-20 Hitachi, Ltd. Thermal stress relaxation type ceramic coated heat-resistant element
US5305726A (en) * 1992-09-30 1994-04-26 United Technologies Corporation Ceramic composite coating material
RU2115812C1 (ru) * 1994-02-16 1998-07-20 Юнайтед Технолоджиз Корпорейшн Способ и устройство удержания расплавленного материала в процессе горения в газотурбинном двигателе (варианты)
FR2716898B1 (fr) * 1994-03-01 1996-06-07 Peugeot Pièce, telle qu'un moule de fonderie, et son procédé de réalisation.
DE69615517T2 (de) 1995-12-22 2002-05-16 General Electric Co., Schenectady Körper mit Hochtemperatur-Schutzschicht und Verfahren zum Beschichten
US6123997A (en) * 1995-12-22 2000-09-26 General Electric Company Method for forming a thermal barrier coating
US5987882A (en) * 1996-04-19 1999-11-23 Engelhard Corporation System for reduction of harmful exhaust emissions from diesel engines
US6422008B2 (en) 1996-04-19 2002-07-23 Engelhard Corporation System for reduction of harmful exhaust emissions from diesel engines
US5912087A (en) * 1997-08-04 1999-06-15 General Electric Company Graded bond coat for a thermal barrier coating system
US5981088A (en) * 1997-08-18 1999-11-09 General Electric Company Thermal barrier coating system
US5863668A (en) * 1997-10-29 1999-01-26 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Controlled thermal expansion coat for thermal barrier coatings
US6306515B1 (en) * 1998-08-12 2001-10-23 Siemens Westinghouse Power Corporation Thermal barrier and overlay coating systems comprising composite metal/metal oxide bond coating layers
US6607611B1 (en) * 2000-03-29 2003-08-19 General Electric Company Post-deposition oxidation of a nickel-base superalloy protected by a thermal barrier coating
US6408610B1 (en) * 2000-07-18 2002-06-25 General Electric Company Method of adjusting gas turbine component cooling air flow
US6881452B2 (en) * 2001-07-06 2005-04-19 General Electric Company Method for improving the TBC life of a single phase platinum aluminide bond coat by preoxidation heat treatment
US6655369B2 (en) * 2001-08-01 2003-12-02 Diesel Engine Transformations Llc Catalytic combustion surfaces and method for creating catalytic combustion surfaces
US20030211245A1 (en) * 2001-08-31 2003-11-13 Irene Spitsberg Fabrication of an article having a thermal barrier coating system, and the article
US6576067B2 (en) 2001-08-31 2003-06-10 General Electric Co. Fabrication of an article having a protective coating with a polished, pre-oxidized protective-coating surface
US7137544B2 (en) * 2002-12-13 2006-11-21 General Electric Company Apparatus and method for performing welding at elevated temperature
US6979498B2 (en) 2003-11-25 2005-12-27 General Electric Company Strengthened bond coats for thermal barrier coatings
CN103085379B (zh) * 2011-10-28 2015-04-08 中国科学院金属研究所 镁合金表面微弧氧化纳米自组装金属陶瓷涂层及制备方法
DE102012200560B4 (de) 2012-01-16 2014-08-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung einer keramischen Schicht auf einer aus einer Ni-Basislegierung gebildeten Oberfläche und Gegenstand mit keramischer Schicht
CN103194709A (zh) * 2013-04-01 2013-07-10 何迎春 金属复合材料的制作方法
CN103528251B (zh) * 2013-10-14 2015-10-28 常州深蓝涂层技术有限公司 耐高温金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层及制备方法
CN106556171B (zh) * 2015-09-29 2018-11-23 淄博环能海臣环保技术服务有限公司 一种蚀刻生成耐高温选择性吸收功能膜
CN105331787A (zh) * 2015-09-29 2016-02-17 李文霞 一种耐腐蚀的金属阀门的制造方法
US10876475B2 (en) 2015-11-20 2020-12-29 Tenneco Inc. Steel piston crown and/or combustion engine components with dynamic thermal insulation coating and method of making and using such a coating
CN105349738A (zh) * 2015-11-20 2016-02-24 常熟市永达化工设备厂 一种钢材的耐腐蚀热处理方法
CN105671551B (zh) * 2016-02-11 2018-01-19 广东工业大学 金刚石复合涂层、具有该复合涂层的梯度超细硬质合金刀具及其制备方法
CN105861977B (zh) * 2016-06-07 2018-04-06 苏州大学 耐高温吸波涂层、其制备方法与应用
CN110144541B (zh) * 2019-06-18 2021-08-06 上海交通大学 一种高温钛合金热障涂层材料及其制备方法
CN111980628A (zh) * 2020-09-11 2020-11-24 江苏思澳环保科技有限公司 一种提高油气井口温度的油气管隔热保护方法
CN114150254B (zh) * 2021-11-10 2022-09-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种TiAl合金用热障涂层及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1393475A (fr) * 1964-02-11 1965-03-26 Desmarquest Et Cie L Revêtements thermiquement isolants pour soupapes, pistons et chambres d'explosion de moteurs
GB1159823A (en) * 1965-08-06 1969-07-30 Montedison Spa Protective Coatings
FR2170953B1 (ja) * 1972-02-09 1974-06-28 Europ Propulsion
JPS55141566A (en) * 1979-04-23 1980-11-05 Goto Gokin Kk Forming method of heat resistant, thermal shock resistant protective film on copper or copper alloy surface
JPS5852451A (ja) * 1981-09-24 1983-03-28 Toyota Motor Corp 耐熱・断熱性軽合金部材およびその製造方法
US4503130A (en) * 1981-12-14 1985-03-05 United Technologies Corporation Prestressed ceramic coatings
US4485151A (en) * 1982-05-06 1984-11-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Thermal barrier coating system
US4446199A (en) * 1982-07-30 1984-05-01 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Overlay metallic-cermet alloy coating systems
JPS62180083A (ja) * 1986-02-03 1987-08-07 Izumi Jidosha Kogyo Kk セラミツク被覆金属部材
JPS62211389A (ja) * 1986-03-12 1987-09-17 Hitachi Ltd セラミツク被覆タ−ボチヤ−ジヤ−及びその製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020184092A1 (ja) * 2019-03-12 2020-09-17 三菱重工業株式会社 タービン動翼及びコンタクト面製造方法
JP2020148125A (ja) * 2019-03-12 2020-09-17 三菱重工業株式会社 タービン動翼及びコンタクト面製造方法
US11946389B2 (en) 2019-03-12 2024-04-02 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine rotor blade and contact surface manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
EP0340791B1 (en) 1993-12-15
DE68911363D1 (de) 1994-01-27
US4966820A (en) 1990-10-30
EP0340791A2 (en) 1989-11-08
EP0340791A3 (en) 1990-01-31
JP2695835B2 (ja) 1998-01-14
DE68911363T2 (de) 1994-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH01279781A (ja) セラミック被覆耐熱部材
US5238752A (en) Thermal barrier coating system with intermetallic overlay bond coat
KR20040014223A (ko) 분산 강화 금속 결합 코팅을 이용한 열 차단 코팅
JP3865705B2 (ja) 耐食性および耐熱性に優れる熱遮蔽皮膜被覆材並びにその製造方法
JP7174811B2 (ja) 高温部材
JPH0251978B2 (ja)
JP5660428B2 (ja) 耐熱コーティング材
JPS63118059A (ja) 断熱コーティング法及びガスタービン燃焼器
JP5610698B2 (ja) 遮熱コーティング用材料、遮熱コーティング、タービン部材及びガスタービン
JPH0563555B2 (ja)
JP2006328499A (ja) 遮熱コーティング、ガスタービン高温部品及びガスタービン
JP2934599B2 (ja) 高温耐食性複合表面処理方法
JPH07292453A (ja) 高温酸化防止用遮熱コーティング方法
JPS62210329A (ja) セラミツク被覆耐熱部材及びその製造方法
JPH0657399A (ja) 金属基材へのセラミックのコーティング方法
JPS62211387A (ja) セラミツク被覆耐熱部材の製造方法
WO2003038152A1 (fr) Revetement en alliage re pour barriere de diffusion
JP7138339B2 (ja) 耐熱合金部材およびその製造方法ならびに高温装置およびその製造方法
RU2214475C2 (ru) Способ нанесения покрытия
JPS62211390A (ja) セラミツク被覆耐熱部材およびその製造方法
JPH0320451A (ja) セラミック被覆タービン動翼
KR100668947B1 (ko) 니켈계 초합금의 내산화 표면처리 방법 및 이를 채용한가스터빈 부품
JP2868893B2 (ja) 金属線強化耐熱セラミック複合体
JPS62211386A (ja) セラミツク被覆耐熱部材およびその製造方法
KR20230065725A (ko) 가스터빈 고온부품에 적용되는 열차폐 코팅의 접합강도 향상을 위한 코팅 방법

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees