JPH05263212A - 耐熱被覆 - Google Patents
耐熱被覆Info
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- JPH05263212A JPH05263212A JP5830492A JP5830492A JPH05263212A JP H05263212 A JPH05263212 A JP H05263212A JP 5830492 A JP5830492 A JP 5830492A JP 5830492 A JP5830492 A JP 5830492A JP H05263212 A JPH05263212 A JP H05263212A
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- Japan
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- bonding layer
- metal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐高温酸化腐食特性が優れ、熱疲労や熱衝撃
にも強い金属結合層が形成された耐熱被覆を提供するこ
を目的とする。 【構成】 金属基材の表面に低圧雰囲気プラズマ溶射で
被覆した金属結合層を有し、次に大気プラズマ溶射で被
覆した金属結合層を有し、更にセラミック被覆層を有す
る。 【効果】 熱衝撃や熱疲労に強い耐熱被覆を得ることが
できる。
にも強い金属結合層が形成された耐熱被覆を提供するこ
を目的とする。 【構成】 金属基材の表面に低圧雰囲気プラズマ溶射で
被覆した金属結合層を有し、次に大気プラズマ溶射で被
覆した金属結合層を有し、更にセラミック被覆層を有す
る。 【効果】 熱衝撃や熱疲労に強い耐熱被覆を得ることが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属材の表面にセラミッ
ク被覆層を有する耐熱被覆に関し、さらに詳しくは、熱
変動や高温酸化腐食の激しい環境下で使用しても被覆層
の亀裂や剥離などの現象を起こすことのない高温耐久性
に優れた耐熱被覆に関する。
ク被覆層を有する耐熱被覆に関し、さらに詳しくは、熱
変動や高温酸化腐食の激しい環境下で使用しても被覆層
の亀裂や剥離などの現象を起こすことのない高温耐久性
に優れた耐熱被覆に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属の表面を耐熱・耐火性の各種セラミ
ックスで被覆する耐熱被覆は、各産業分野で用いる耐熱
合金で採用されている。金属の表面をセラミックスで被
覆する方法は、従来から、溶射法、焼き付け法、物理蒸
着法、化学蒸着法、表面酸化法等の方法が適用されてお
り、特に工業的で生産性の観点から高融点材料の厚膜被
覆には溶射法が一般的な方法である。
ックスで被覆する耐熱被覆は、各産業分野で用いる耐熱
合金で採用されている。金属の表面をセラミックスで被
覆する方法は、従来から、溶射法、焼き付け法、物理蒸
着法、化学蒸着法、表面酸化法等の方法が適用されてお
り、特に工業的で生産性の観点から高融点材料の厚膜被
覆には溶射法が一般的な方法である。
【０００３】この場合、基材金属とセラミックスとでは
熱膨脹係数が約一桁異なるので、高温もしくは熱変動の
激しい環境下にあっては、基材金属とセラミックスとの
界面では両者の熱膨脹差に基づく熱応力が発生し、セラ
ミックス被覆層の亀裂もしくは基材からの剥離などの現
象を生じ易い。そこで、基材金属とセラミックスとの間
に熱応力緩和層である金属結合層を被覆形成することが
一般である。この金属結合層を被覆形成する方法も溶射
法が一般的であり、この溶射法には、大気プラズマ溶射
法と低圧雰囲気プラズマ溶射法とがある。
熱膨脹係数が約一桁異なるので、高温もしくは熱変動の
激しい環境下にあっては、基材金属とセラミックスとの
界面では両者の熱膨脹差に基づく熱応力が発生し、セラ
ミックス被覆層の亀裂もしくは基材からの剥離などの現
象を生じ易い。そこで、基材金属とセラミックスとの間
に熱応力緩和層である金属結合層を被覆形成することが
一般である。この金属結合層を被覆形成する方法も溶射
法が一般的であり、この溶射法には、大気プラズマ溶射
法と低圧雰囲気プラズマ溶射法とがある。
【０００４】大気プラズマ溶射法は、大気雰囲気内でプ
ラズマ溶射を行なうものであり、低圧雰囲気プラズマ溶
射法は大気圧よりも低い圧力下でプラズマ溶射を行なう
ものである。
ラズマ溶射を行なうものであり、低圧雰囲気プラズマ溶
射法は大気圧よりも低い圧力下でプラズマ溶射を行なう
ものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大気プ
ラズマ溶射法による金属結合層は気孔と酸化物とを数パ
ーセント含み、熱応力緩和効果が大きい反面、耐高温酸
化腐食特性が劣る欠点がある。一方、低圧雰囲気プラズ
マ溶射法による金属結合層は緻密で気孔と酸化物とが少
なく耐高温酸化腐食特性が優れる反面、熱応力緩和効果
が小さく熱疲労や熱衝撃に弱い欠点がある。
ラズマ溶射法による金属結合層は気孔と酸化物とを数パ
ーセント含み、熱応力緩和効果が大きい反面、耐高温酸
化腐食特性が劣る欠点がある。一方、低圧雰囲気プラズ
マ溶射法による金属結合層は緻密で気孔と酸化物とが少
なく耐高温酸化腐食特性が優れる反面、熱応力緩和効果
が小さく熱疲労や熱衝撃に弱い欠点がある。
【０００６】そこで、耐高温酸化腐食特性が優れ、熱疲
労や熱衝撃にも強い金属結合層を有する耐熱被覆が求め
られていた。
労や熱衝撃にも強い金属結合層を有する耐熱被覆が求め
られていた。
【０００７】この発明はこのような従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、耐
熱被覆が激しい環境下で使用しても被覆層の亀裂もしく
は亀裂等の剥離などの現象を起こすことなく、耐高温酸
化腐食特性が優れ、熱疲労や熱衝撃にも強い金属結合層
が形成された耐熱被覆を提供することにある。
るためになされたもので、その目的とするところは、耐
熱被覆が激しい環境下で使用しても被覆層の亀裂もしく
は亀裂等の剥離などの現象を起こすことなく、耐高温酸
化腐食特性が優れ、熱疲労や熱衝撃にも強い金属結合層
が形成された耐熱被覆を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、金属基材の表面に低圧雰囲気プラズマ溶
射で被覆した金属結合層を有し、次に大気プラズマ溶射
で被覆した金属結合層を有し、更にセラミック被覆層を
有することを特徴とする。
め、本発明は、金属基材の表面に低圧雰囲気プラズマ溶
射で被覆した金属結合層を有し、次に大気プラズマ溶射
で被覆した金属結合層を有し、更にセラミック被覆層を
有することを特徴とする。
【０００９】
【作用】まず、本発明における金属基材としては用途に
合わせて一般に使われる金属すべてから適宜選択でき、
特に、激しい環境下で使用する場合はＩＮ７３８、ＩＮ
９３９などのＮｉ基、またはＦＳＸ４１４、ＭＭ５０９
などのＣｏ基の耐熱合金が有効である。次に金属基材の
被覆層を形成する表面は必要に応じてアルミナグリット
等によりサンドブラスト処理を施し、表面を溶射被覆に
適した粗い状態とした後、例えば高耐蝕性のＭＣｒＡＩ
Ｙ（Ｍ：Ｎｉ、Ｃｏ）系の合金粉末を３０〜２００μｍ
厚さ低圧雰囲気プラズマ溶射で被覆形成する。この金属
結合層は基材の高温酸化腐食特性を向上させるだけでな
く、基材と次に大気プラズマ溶射被覆する金属結合層と
の密着力をも向上させる。
合わせて一般に使われる金属すべてから適宜選択でき、
特に、激しい環境下で使用する場合はＩＮ７３８、ＩＮ
９３９などのＮｉ基、またはＦＳＸ４１４、ＭＭ５０９
などのＣｏ基の耐熱合金が有効である。次に金属基材の
被覆層を形成する表面は必要に応じてアルミナグリット
等によりサンドブラスト処理を施し、表面を溶射被覆に
適した粗い状態とした後、例えば高耐蝕性のＭＣｒＡＩ
Ｙ（Ｍ：Ｎｉ、Ｃｏ）系の合金粉末を３０〜２００μｍ
厚さ低圧雰囲気プラズマ溶射で被覆形成する。この金属
結合層は基材の高温酸化腐食特性を向上させるだけでな
く、基材と次に大気プラズマ溶射被覆する金属結合層と
の密着力をも向上させる。
【００１０】次いで、同種のＭＣｒＡＩＹ（Ｍ：Ｎｉ、
Ｃｏ）系の合金粉末を３０〜２００μｍ厚さ大気プラズ
マ溶射で被覆形成する。この金属結合層は基材との界面
に発生する熱応力緩和効果が大きいだけでなく、事前に
低圧雰囲気プラズマ溶射被覆した金属結合層との密着力
も良好で、さらに次に大気プラズマ溶射等で被覆するセ
ラミックス被覆層との密着力も優れている。
Ｃｏ）系の合金粉末を３０〜２００μｍ厚さ大気プラズ
マ溶射で被覆形成する。この金属結合層は基材との界面
に発生する熱応力緩和効果が大きいだけでなく、事前に
低圧雰囲気プラズマ溶射被覆した金属結合層との密着力
も良好で、さらに次に大気プラズマ溶射等で被覆するセ
ラミックス被覆層との密着力も優れている。
【００１１】また、さらに好ましくは、金属基材上の低
圧雰囲気プラズマ溶射で被覆した金属結合層と、セラミ
ック被覆層下の大気プラズマ溶射で被覆した金属結合層
との間が、両者の含有比率が順次変化する傾斜構成とす
ると、本発明による効果、特に熱応力緩和効果および密
着力向上がより顕著となる。
圧雰囲気プラズマ溶射で被覆した金属結合層と、セラミ
ック被覆層下の大気プラズマ溶射で被覆した金属結合層
との間が、両者の含有比率が順次変化する傾斜構成とす
ると、本発明による効果、特に熱応力緩和効果および密
着力向上がより顕著となる。
【００１２】その後、金属結合層の上にセラミックスを
約５０〜５００μｍ厚さ被覆する。このセラミックス層
を形成する手段は適宜選択でき、溶射法、ＰＶＤ法、Ｃ
ＶＤ法等を用いることができる。実用上は溶射法、特に
大気プラズマ溶射法を用いる事により金属結合層との密
着力も良好で、本発明の効果が顕著となる。
約５０〜５００μｍ厚さ被覆する。このセラミックス層
を形成する手段は適宜選択でき、溶射法、ＰＶＤ法、Ｃ
ＶＤ法等を用いることができる。実用上は溶射法、特に
大気プラズマ溶射法を用いる事により金属結合層との密
着力も良好で、本発明の効果が顕著となる。
【００１３】また、セラミックス層には耐熱性のセラミ
ックスから適宜選択できるが、部分安定化ジルコニア
が、熱伝導度が小さく熱膨脹係数が大きく特に有効であ
る。この部分安定化ジルコニアの安定化成分には、イッ
トリア、マグネシア、カルシア、セリア等ジルコニアの
安定化材料を全て用いることができるのは言うまでもな
い。
ックスから適宜選択できるが、部分安定化ジルコニア
が、熱伝導度が小さく熱膨脹係数が大きく特に有効であ
る。この部分安定化ジルコニアの安定化成分には、イッ
トリア、マグネシア、カルシア、セリア等ジルコニアの
安定化材料を全て用いることができるのは言うまでもな
い。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図であり、
金属基材１の表面に、第１の金属結合層２，第２の金属
結合層３，そして、セラミック被覆層４が形成されてい
る。以下、その製造過程について具体的に述べる。
明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図であり、
金属基材１の表面に、第１の金属結合層２，第２の金属
結合層３，そして、セラミック被覆層４が形成されてい
る。以下、その製造過程について具体的に述べる。
【００１５】耐熱合金の基材１として直径２０ｍｍ長さ
５０ｍｍ寸法のＩＮ７３８を用意し、その表面を約１ｍ
ｍ粒径のアルミナ粒子によりサンドブラスト処理した。
そして、その表面に第１の金属結合層２としてＮｉ−２
３Ｃｏ−１７Ｃｒ−１３Ａ１−０．５Ｙ組成の合金粉末
を低圧雰囲気プラズマ溶射した。溶射条件は、雰囲気圧
力５０ｔｏｒｒ、溶射距離４００ｍｍ、溶射出力３４
Ｖ、９００Ａで約１００μｍ厚さ被覆した。この際、結
合層中に存在する気孔率は、５％以下、好ましくは１％
以下とするのが良い。
５０ｍｍ寸法のＩＮ７３８を用意し、その表面を約１ｍ
ｍ粒径のアルミナ粒子によりサンドブラスト処理した。
そして、その表面に第１の金属結合層２としてＮｉ−２
３Ｃｏ−１７Ｃｒ−１３Ａ１−０．５Ｙ組成の合金粉末
を低圧雰囲気プラズマ溶射した。溶射条件は、雰囲気圧
力５０ｔｏｒｒ、溶射距離４００ｍｍ、溶射出力３４
Ｖ、９００Ａで約１００μｍ厚さ被覆した。この際、結
合層中に存在する気孔率は、５％以下、好ましくは１％
以下とするのが良い。
【００１６】次いで第２の金属結合層３として同組成の
合金粉末を大気プラズマ溶射した。溶射条件は、溶射距
離１２５ｍｍ、溶射出力３２Ｖ、８００Ａで約１００μ
ｍ厚さ被覆した。この際、結合層中に存在する気孔率
は、１５〜１％、好ましくは１０〜３％とするのが良
い。また、ＭＣｒＡｌＹの組成としては、Ｍ（メタル）
を３５〜８０（ωｔ％），Ｃｒを１０〜４５（ωｔ
％），Ａｌを６〜１８（ωｔ％），Ｙを０．１〜５とす
るのが望ましい。更に、Ｍ（メタル）の組成として、Ｎ
ｉが０〜８０（ωｔ％），Ｃｏが０〜８０（ωｔ％），
Ｆｅが０〜８０（ωｔ％）とするのが好適である。
合金粉末を大気プラズマ溶射した。溶射条件は、溶射距
離１２５ｍｍ、溶射出力３２Ｖ、８００Ａで約１００μ
ｍ厚さ被覆した。この際、結合層中に存在する気孔率
は、１５〜１％、好ましくは１０〜３％とするのが良
い。また、ＭＣｒＡｌＹの組成としては、Ｍ（メタル）
を３５〜８０（ωｔ％），Ｃｒを１０〜４５（ωｔ
％），Ａｌを６〜１８（ωｔ％），Ｙを０．１〜５とす
るのが望ましい。更に、Ｍ（メタル）の組成として、Ｎ
ｉが０〜８０（ωｔ％），Ｃｏが０〜８０（ωｔ％），
Ｆｅが０〜８０（ωｔ％）とするのが好適である。
【００１７】その後、前記第２の金属結合層３上へＺｒ
Ｏ2 −８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 組成のジルコニア溶射粉末を、
溶射距離１２５ｍｍ、溶射出力３２Ｖ、８００Ａの溶射
条件で約３００μｍ厚さ大気プラズマ溶射被覆して耐熱
被覆を形成した。また、金属結合層が低圧雰囲気プラズ
マ溶射だけのもの、大気プラズマ溶射だけのものの耐熱
被覆を耐熱合金基材に比較として形成した。さらに、低
圧雰囲気プラズマ溶射で雰囲気圧力を５０ｔｏｒｒ、１
５０ｔｏｒｒ、２５０ｔｏｒｒ、３５０ｔｏｒｒ、４５
０ｔｏｒｒ、５５０ｔｏｒｒ、６５０ｔｏｒｒそして大
気圧と順次変化させて３０μｍ厚さずつ溶射形成して、
低圧雰囲気プラズマ溶射で被覆溶射した金属結合層と大
気プラズマ溶射で被覆した金属結合層との間に両者の含
有比率が順次変化する傾斜構成となる金属結合層とな
る、耐熱被覆も金属基材１上に形成した。
Ｏ2 −８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 組成のジルコニア溶射粉末を、
溶射距離１２５ｍｍ、溶射出力３２Ｖ、８００Ａの溶射
条件で約３００μｍ厚さ大気プラズマ溶射被覆して耐熱
被覆を形成した。また、金属結合層が低圧雰囲気プラズ
マ溶射だけのもの、大気プラズマ溶射だけのものの耐熱
被覆を耐熱合金基材に比較として形成した。さらに、低
圧雰囲気プラズマ溶射で雰囲気圧力を５０ｔｏｒｒ、１
５０ｔｏｒｒ、２５０ｔｏｒｒ、３５０ｔｏｒｒ、４５
０ｔｏｒｒ、５５０ｔｏｒｒ、６５０ｔｏｒｒそして大
気圧と順次変化させて３０μｍ厚さずつ溶射形成して、
低圧雰囲気プラズマ溶射で被覆溶射した金属結合層と大
気プラズマ溶射で被覆した金属結合層との間に両者の含
有比率が順次変化する傾斜構成となる金属結合層とな
る、耐熱被覆も金属基材１上に形成した。
【００１８】次いで、それら耐熱被覆の熱衝撃試験を行
った。これは、大気中で１１００℃×３０ｍｉｎ、３０
℃×３０ｍｉｎ冷却の熱衝撃試験を繰り返し、肉眼によ
り亀裂、剥離の発生が観察されるまでの繰り返し回数を
測定するものである。表１にその結果を示す。
った。これは、大気中で１１００℃×３０ｍｉｎ、３０
℃×３０ｍｉｎ冷却の熱衝撃試験を繰り返し、肉眼によ
り亀裂、剥離の発生が観察されるまでの繰り返し回数を
測定するものである。表１にその結果を示す。
【００１９】
【表１】 そして、この結果から明らかなように、低圧雰囲気プラ
ズマ溶射による金属結合層２と大気プラズマ溶射による
金属結合層３との２層構造とした場合には、１層構造の
場合と比較して亀裂，剥離が観察されるまでの熱衝撃試
験回数が著しく向上することが理解できる。また、低圧
雰囲気プラズマ溶射と大気プラズマ溶射とを傾斜構成と
した場合には、更に熱衝撃試験繰り返し回数が向上す
る。
ズマ溶射による金属結合層２と大気プラズマ溶射による
金属結合層３との２層構造とした場合には、１層構造の
場合と比較して亀裂，剥離が観察されるまでの熱衝撃試
験回数が著しく向上することが理解できる。また、低圧
雰囲気プラズマ溶射と大気プラズマ溶射とを傾斜構成と
した場合には、更に熱衝撃試験繰り返し回数が向上す
る。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、激しい
環境下で使用しても被覆層の亀裂もしくは亀裂等の剥離
などの現象を起こすことなく、熱衝撃や熱疲労にも強い
金属結合層が形成された耐熱被覆を提供することができ
るという効果が得られる。
環境下で使用しても被覆層の亀裂もしくは亀裂等の剥離
などの現象を起こすことなく、熱衝撃や熱疲労にも強い
金属結合層が形成された耐熱被覆を提供することができ
るという効果が得られる。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
１ 金属基材 ２ 第１の金属結合層 ３ 第２の金属結合層 ４ セラミック被覆
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中橋 昌子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 (72)発明者 安田 一浩 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 金属基材の表面に金属結合層を介してセ
ラミック被覆層を形成した耐熱被覆において、 前記金属結合層は２層構造であり、前記金属基板側の金
属結合層は金属基板上に低圧雰囲気プラズマ溶射で被覆
し、前記セラミック被覆層側の金属結合層は大気プラズ
マ溶射で被覆したことを特徴とする耐熱被覆。 - 【請求項２】 金属基材の表面に金属結合層を介してセ
ラミック被覆層を形成した耐熱被覆において、 前記金属結合層は、プラズマ溶射で被覆形成され、か
つ、該プラズマ溶射時の雰囲気圧力は前記金属基材側か
らセラミック被覆層側へ上昇して形成されることを特徴
とする耐熱被覆。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5830492A JPH05263212A (ja) | 1992-03-16 | 1992-03-16 | 耐熱被覆 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5830492A JPH05263212A (ja) | 1992-03-16 | 1992-03-16 | 耐熱被覆 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05263212A true JPH05263212A (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=13080493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5830492A Pending JPH05263212A (ja) | 1992-03-16 | 1992-03-16 | 耐熱被覆 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05263212A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5579534A (en) * | 1994-05-23 | 1996-11-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Heat-resistant member |
| WO1999043861A1 (en) * | 1998-02-28 | 1999-09-02 | General Electric Company | Multilayer bond coat for a thermal barrier coating system and process therefor |
| JP2001164353A (ja) * | 1999-09-28 | 2001-06-19 | General Electric Co <Ge> | タービンエンジン構成部品の断熱皮膜系 |
| JP2009542455A (ja) * | 2006-04-06 | 2009-12-03 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 高間隙率を有する層状断熱層および構成部品 |
| WO2011131166A1 (de) * | 2010-04-22 | 2011-10-27 | Mtu Aero Engines Gmbh | Verfahren zum bearbeiten einer oberfläche eines bauteils |
| US8073678B2 (en) * | 2005-03-22 | 2011-12-06 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Translation device, translation method, and storage medium |
-
1992
- 1992-03-16 JP JP5830492A patent/JPH05263212A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5579534A (en) * | 1994-05-23 | 1996-11-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Heat-resistant member |
| WO1999043861A1 (en) * | 1998-02-28 | 1999-09-02 | General Electric Company | Multilayer bond coat for a thermal barrier coating system and process therefor |
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| WO2011131166A1 (de) * | 2010-04-22 | 2011-10-27 | Mtu Aero Engines Gmbh | Verfahren zum bearbeiten einer oberfläche eines bauteils |
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