JPH0676669B2 - 高温保護層材料 - Google Patents
高温保護層材料Info
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- JPH0676669B2 JPH0676669B2 JP59149774A JP14977484A JPH0676669B2 JP H0676669 B2 JPH0676669 B2 JP H0676669B2 JP 59149774 A JP59149774 A JP 59149774A JP 14977484 A JP14977484 A JP 14977484A JP H0676669 B2 JPH0676669 B2 JP H0676669B2
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- temperature protective
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- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/073—Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
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- Y—GENERAL 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
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- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12771—Transition metal-base component
- Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
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-
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Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、金属酸化物を含有する表面層を有する高温
保護層材料であって、特にオーステナイト系材料からな
る構造部品用の高温保護層材料に関する。
保護層材料であって、特にオーステナイト系材料からな
る構造部品用の高温保護層材料に関する。
上記タイプの高温保護層は、とりわけ、600℃以上の温
度で使用されるところの耐熱性鋼および(または)合金
で形成された構造部品の材料を保護するための用いられ
ている。この種の高温保護層を設けることによって、殊
に硫黄、油灰、酸素、アルカリ土類金属およびバナジウ
ムの高温における腐食作用が防止できる。この高温保護
層は、構造体の材料の上に直接形成される。高温保護層
は、ガスタービンの部品に用いて特に有用である。その
場合、高温保護層は、特にガスタービンの静翼および動
翼並びに熱の局在化する部分上に形成される。これら構
造部品を作製するために、好ましくは、ニッケル、コバ
ルトまたは鉄に基づくオーストナイト系材料が用いられ
ている。また、ガスタービンの部品の作製に際しては、
特にベース材料としてニッケル超合金が用いられる。
度で使用されるところの耐熱性鋼および(または)合金
で形成された構造部品の材料を保護するための用いられ
ている。この種の高温保護層を設けることによって、殊
に硫黄、油灰、酸素、アルカリ土類金属およびバナジウ
ムの高温における腐食作用が防止できる。この高温保護
層は、構造体の材料の上に直接形成される。高温保護層
は、ガスタービンの部品に用いて特に有用である。その
場合、高温保護層は、特にガスタービンの静翼および動
翼並びに熱の局在化する部分上に形成される。これら構
造部品を作製するために、好ましくは、ニッケル、コバ
ルトまたは鉄に基づくオーストナイト系材料が用いられ
ている。また、ガスタービンの部品の作製に際しては、
特にベース材料としてニッケル超合金が用いられる。
従来、ガスタービン用構造部品を、基礎材料としてM-Cr
-Al-Y(ここで、MはNi、NiCo、Co、Fe)のような合金
で形成された高温保護層によって保護することが普通で
あった。この適用された高温保護層材料は、アルミニウ
ムを含む相が埋め込まれているマトリックスを備えてい
る。このような高温保護層材料を備えている構造部品が
950℃以上の操作温度下に置かれると、上記相中に含ま
れていたアルミニウムが表面に拡散しはじめ、そこでAl
2O3被覆表面層が形成される。この被覆表面層は特に優
れた接着性を持たず、したがって腐食の作用によって剥
離してしまうという欠点がある。時間の経過につれ、腐
食はさらに進行するので、ついには上記マトリックス自
体も攻撃されてしまうのである。そうではあっても、上
記表面層が形成されている高温保護層は、オーステナイ
ト系材料で形成された構造部品を高温時の腐食から保護
する上で最もよく適していることが示されている。
-Al-Y(ここで、MはNi、NiCo、Co、Fe)のような合金
で形成された高温保護層によって保護することが普通で
あった。この適用された高温保護層材料は、アルミニウ
ムを含む相が埋め込まれているマトリックスを備えてい
る。このような高温保護層材料を備えている構造部品が
950℃以上の操作温度下に置かれると、上記相中に含ま
れていたアルミニウムが表面に拡散しはじめ、そこでAl
2O3被覆表面層が形成される。この被覆表面層は特に優
れた接着性を持たず、したがって腐食の作用によって剥
離してしまうという欠点がある。時間の経過につれ、腐
食はさらに進行するので、ついには上記マトリックス自
体も攻撃されてしまうのである。そうではあっても、上
記表面層が形成されている高温保護層は、オーステナイ
ト系材料で形成された構造部品を高温時の腐食から保護
する上で最もよく適していることが示されている。
この発明は、最適の接着性をもち、長期間安定な表面層
を備えた高温保護層材料を提供することを目的とする。
を備えた高温保護層材料を提供することを目的とする。
上記目的は、この発明によれば、金属酸化物を含有する
表面層を有する高温保護層であって、M-Cr-Alベース材
料に周期律表第4亜族金属または第5亜族遷移金属およ
び金属系材料を合金化させた合金からなり、かつMは周
規律表第8亜族金属元素を表すことを特徴とする高温保
護層材料を提供することによって達成される。
表面層を有する高温保護層であって、M-Cr-Alベース材
料に周期律表第4亜族金属または第5亜族遷移金属およ
び金属系材料を合金化させた合金からなり、かつMは周
規律表第8亜族金属元素を表すことを特徴とする高温保
護層材料を提供することによって達成される。
この発明の材料に用いられる合金は、酸化物分散硬化合
金である。この合金は、従来知られている高温保護層に
比較して、酸化安定性に関し大いに改善されている。こ
の適用された高温保護層にあっては、やはりアルミニウ
ム含有相を備え、この相が酸化アルミニウム含有表面層
の形成を可能にしていることが確認されている。この発
明の高温保護層材料を構成するベース材料にジルコニウ
ムおよびシリコンを合金化させると、酸化アルミニウム
含有表面層上に付加的にアルミニウムーニッケル−クロ
ムー酸化物層が形成され、これが高温保護層およびその
下の構造部品の保護効果を本質的に高める。この発明の
高温保護層は、さらに、構造部品に対して本質的に改善
された接着強度を持つという性質をも備えている。この
ことはその表面層にもあてはまる。
金である。この合金は、従来知られている高温保護層に
比較して、酸化安定性に関し大いに改善されている。こ
の適用された高温保護層にあっては、やはりアルミニウ
ム含有相を備え、この相が酸化アルミニウム含有表面層
の形成を可能にしていることが確認されている。この発
明の高温保護層材料を構成するベース材料にジルコニウ
ムおよびシリコンを合金化させると、酸化アルミニウム
含有表面層上に付加的にアルミニウムーニッケル−クロ
ムー酸化物層が形成され、これが高温保護層およびその
下の構造部品の保護効果を本質的に高める。この発明の
高温保護層は、さらに、構造部品に対して本質的に改善
された接着強度を持つという性質をも備えている。この
ことはその表面層にもあてはまる。
本発明に係る高温保護層材料は、金属酸化物を含有する
表面層を有し、かつクロムおよびアルミニウムを含むニ
ッケル基合金からなり、とくにオーステナイト系材料か
らなる構造部品用の高温保護層材料であって、前記合金
は、合金の総重量に対してクロム含有量が25ないし27重
量%、アルミニウム含有量が4ないし7重量%、シリコ
ン含有量が1ないし3重量%、ジルコニウム含有量が1
ないし2重量%、残部がニッケルからなり、実質的にマ
ンガン、硼素、タングステン、モリブデン、チタン、希
土類元素を含まないことを特徴とする。
表面層を有し、かつクロムおよびアルミニウムを含むニ
ッケル基合金からなり、とくにオーステナイト系材料か
らなる構造部品用の高温保護層材料であって、前記合金
は、合金の総重量に対してクロム含有量が25ないし27重
量%、アルミニウム含有量が4ないし7重量%、シリコ
ン含有量が1ないし3重量%、ジルコニウム含有量が1
ないし2重量%、残部がニッケルからなり、実質的にマ
ンガン、硼素、タングステン、モリブデン、チタン、希
土類元素を含まないことを特徴とする。
同様の特性を有する高温保護層材料において、合金は、
合金の総重量に対してクロム含有量が23ないし27重量
%、アルミニウム含有量が3ないし5重量%、シリコン
含有量が1ないし2.5重量%、タンタル含有量が1ない
し3重量%、残部がニッケルからなり、実質的にマンガ
ン、硼素、タングステン、モリブデン、チタン、希土類
元素を含まないことを特徴とする。
合金の総重量に対してクロム含有量が23ないし27重量
%、アルミニウム含有量が3ないし5重量%、シリコン
含有量が1ないし2.5重量%、タンタル含有量が1ない
し3重量%、残部がニッケルからなり、実質的にマンガ
ン、硼素、タングステン、モリブデン、チタン、希土類
元素を含まないことを特徴とする。
上記各合金の組成は、合金の総重量に対する割合であ
る。
る。
上に述べた合金は、高温保護層の形成に適している。上
記いづれの合金によっても同様に有用な高温保護層が形
成される。このことは、900℃を越える温度において剥
離することのない保護層酸化アルミニウム表面層の操作
条件のあらゆる場合についていえる。
記いづれの合金によっても同様に有用な高温保護層が形
成される。このことは、900℃を越える温度において剥
離することのない保護層酸化アルミニウム表面層の操作
条件のあらゆる場合についていえる。
以下、被覆されたガスタービン部品の製造を例にとって
この発明をより詳しく説明する。被覆すべきガスタービ
ン部品は、オーステナイト系材料特に、ニッケル超合金
によって形成されている。被覆に先立ち、この部品を、
まず、化学的に浄化し、ついでサンドブラストで粗化す
る。次にこの部品の被覆を真空下、プラズマスプレー法
を用いておこなう。この被覆のために、クロム27重量
%、アルミニウム7重量%、シリコン3重量%、ジルコ
ニウム1重量%およびニッケル残部よりなる合金を用い
る。この合金組成は、合金総重量を基準とするものであ
る。粉末の形態にあるこの合金は、好ましくは45μmの
粒径を持つ。高温保護層の被覆の前に、部品をプラズマ
流によって約800℃に熱する。高温保護層を形成する上
記合金を部品材料に直接適用する。プラズマガスとして
はアルゴンおよび水素が用いられる。このプラズマ流
は、約580アンペアおよび電圧80ボルトに相当する。部
品上に合金を適用した後、これを熱処理に供する。この
熱処理は、高真空加熱炉中でおこなわれる。この炉中の
圧力は5x10-3torrよりも低い程度に保たれる。この真空
度に達した後、炉を1100℃に熱する。この温度は、±4
℃の許容範囲で約1時間保持される。しかる後、この加
熱を停止する。被覆され、熱処理された部品を炉中でゆ
っくりと冷却する。こうして、保護層の形成は終了す
る。この高温保護層を分析したところ、クロム28重量
%、シリコン3重量%、アルミニウム3.6重量%および
ニッケルを含有するマトリックス組成を有することがわ
かった。さらに、2つの分離した層が確認された。その
一方は、アルミニウム14.4重量%、シリコン2.4重量
%、クロム8.9重量%およびニッケルを含有し、他方は
シリコン11重量%、シルコニウム26重量%、クロム4重
量%およびニッケルを含有していた。
この発明をより詳しく説明する。被覆すべきガスタービ
ン部品は、オーステナイト系材料特に、ニッケル超合金
によって形成されている。被覆に先立ち、この部品を、
まず、化学的に浄化し、ついでサンドブラストで粗化す
る。次にこの部品の被覆を真空下、プラズマスプレー法
を用いておこなう。この被覆のために、クロム27重量
%、アルミニウム7重量%、シリコン3重量%、ジルコ
ニウム1重量%およびニッケル残部よりなる合金を用い
る。この合金組成は、合金総重量を基準とするものであ
る。粉末の形態にあるこの合金は、好ましくは45μmの
粒径を持つ。高温保護層の被覆の前に、部品をプラズマ
流によって約800℃に熱する。高温保護層を形成する上
記合金を部品材料に直接適用する。プラズマガスとして
はアルゴンおよび水素が用いられる。このプラズマ流
は、約580アンペアおよび電圧80ボルトに相当する。部
品上に合金を適用した後、これを熱処理に供する。この
熱処理は、高真空加熱炉中でおこなわれる。この炉中の
圧力は5x10-3torrよりも低い程度に保たれる。この真空
度に達した後、炉を1100℃に熱する。この温度は、±4
℃の許容範囲で約1時間保持される。しかる後、この加
熱を停止する。被覆され、熱処理された部品を炉中でゆ
っくりと冷却する。こうして、保護層の形成は終了す
る。この高温保護層を分析したところ、クロム28重量
%、シリコン3重量%、アルミニウム3.6重量%および
ニッケルを含有するマトリックス組成を有することがわ
かった。さらに、2つの分離した層が確認された。その
一方は、アルミニウム14.4重量%、シリコン2.4重量
%、クロム8.9重量%およびニッケルを含有し、他方は
シリコン11重量%、シルコニウム26重量%、クロム4重
量%およびニッケルを含有していた。
上記の方法と同様にして、クロム−アルミニウムベース
材料を有し、これにシリコンおよびタンタルを合金化し
た高温保護層が形成できる。この高温保護層を形成する
ためには、好ましくは、クロム27重量%、アルミニウム
5重量%、シリコン2.5重量%、タンタル0ないし3重
量%を含有する合金が用いられる。
材料を有し、これにシリコンおよびタンタルを合金化し
た高温保護層が形成できる。この高温保護層を形成する
ためには、好ましくは、クロム27重量%、アルミニウム
5重量%、シリコン2.5重量%、タンタル0ないし3重
量%を含有する合金が用いられる。
上記方法によって部品上に形成された高温保護層を分析
したところ、クロム27重量%、アルミニウム3重量%、
シリコン2.4重量%、タンタル0.7重量%およびニッケル
残部からなるマトリックス組成を有することがわかっ
た。さらに、高温保護層の形成の際に、アルミニウム8.
5重量%、シリコン1.8重量%、タンタル5.8重量%、ク
ロム5.8重量%およびニッケル残部からなる相の分離が
生じた。
したところ、クロム27重量%、アルミニウム3重量%、
シリコン2.4重量%、タンタル0.7重量%およびニッケル
残部からなるマトリックス組成を有することがわかっ
た。さらに、高温保護層の形成の際に、アルミニウム8.
5重量%、シリコン1.8重量%、タンタル5.8重量%、ク
ロム5.8重量%およびニッケル残部からなる相の分離が
生じた。
Si及びTaを含むNi-Cr-Al系被覆合金の場合は、Mnの共存
下では、例えSi及びTaを含んでいたとしてもAlの表面拡
散による酸化アルミニウムの表面層は形成されない。と
くに、Zrが存在しない場合は、Mnの共存下では酸化アル
ミニウムの表面層はまったく形成されない。また、Zr及
びAlを含むNi−Cr系被覆合金の場合は、B,W,又はMoの共
存下では、例えZrを含んでいたとしてもAlの表面拡散に
よる酸化アルミニウムの表面層は実質的に形成されな
い。さらに、Si及びZrを含むNi-Cr-Al系被覆合金の場合
は、Tiまたは希土類元素の共存下では、例えばSi及びZr
を含んでいたとしてもAlの表面拡散による酸化アルミニ
ウムの表面層は形成されない。本願発明に係る高温保護
層材料をガスタービン用のブレード部材に用いた結果、
部材の寿命は飛躍的に延び、部材はガスタービン寿命の
全期間にわたって使用に耐えた。
下では、例えSi及びTaを含んでいたとしてもAlの表面拡
散による酸化アルミニウムの表面層は形成されない。と
くに、Zrが存在しない場合は、Mnの共存下では酸化アル
ミニウムの表面層はまったく形成されない。また、Zr及
びAlを含むNi−Cr系被覆合金の場合は、B,W,又はMoの共
存下では、例えZrを含んでいたとしてもAlの表面拡散に
よる酸化アルミニウムの表面層は実質的に形成されな
い。さらに、Si及びZrを含むNi-Cr-Al系被覆合金の場合
は、Tiまたは希土類元素の共存下では、例えばSi及びZr
を含んでいたとしてもAlの表面拡散による酸化アルミニ
ウムの表面層は形成されない。本願発明に係る高温保護
層材料をガスタービン用のブレード部材に用いた結果、
部材の寿命は飛躍的に延び、部材はガスタービン寿命の
全期間にわたって使用に耐えた。
Claims (3)
- 【請求項1】金属酸化物を含有する表面層を有し、かつ
クロムおよびアルミニウムを含むニッケル基合金からな
り、とくにオーステナイト系材料からなる構造部品用の
高温保護層材料であって、 前記合金は、合金の総重量に対してクロム含有量が25な
いし27重量%、アルミニウム含有量が4ないし7重量
%、シリコン含有量が1ないし3重量%、ジルコニウム
含有量が1ないし2重量%、残部がニッケルからなり、
実質的にマンガン、硼素、タングステン、モリブデン、
チタン、希土類元素を含まないことを特徴とする高温保
護層材料。 - 【請求項2】金属酸化物を含有する表面層を有し、かつ
クロムおよびアルミニウムを含むニッケル基合金からな
り、とくにオーステナイト系材料からなる構造部品用の
高温保護層材料であって、前記合金は、合金の総重量に
対してクロム含有量が23ないし27重量%、アルミニウム
含有量が3ないし5重量%、シリコン含有量が1ないし
2.5重量%、タンタル含有量が1ないし3重量%、残部
がニッケルからなり、実質的にマンガン、硼素、タング
ステン、モリブデン、チタン、希土類元素を含まないこ
とを特徴とする高温保護層材料。 - 【請求項3】前記合金は酸化物分散硬化合金であること
を特徴とする請求項1または2のうちのいずれか1項に
記載の高温保護層材料。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP83107217A EP0134821B1 (de) | 1983-07-22 | 1983-07-22 | Hochtemperatur-Schutzschicht |
EP83107217.8 | 1983-07-22 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6039173A JPS6039173A (ja) | 1985-02-28 |
JPH0676669B2 true JPH0676669B2 (ja) | 1994-09-28 |
Family
ID=8190587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59149774A Expired - Lifetime JPH0676669B2 (ja) | 1983-07-22 | 1984-07-20 | 高温保護層材料 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4546052A (ja) |
EP (1) | EP0134821B1 (ja) |
JP (1) | JPH0676669B2 (ja) |
AT (1) | ATE28335T1 (ja) |
DE (1) | DE3372501D1 (ja) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3225500A1 (de) * | 1982-07-08 | 1984-01-12 | Doduco KG Dr. Eugen Dürrwächter, 7530 Pforzheim | Magnetischer fuehler |
DE3225499C2 (de) * | 1982-07-08 | 1984-05-24 | Doduco KG Dr. Eugen Dürrwächter, 7530 Pforzheim | Magnetischer Näherungssensor |
DE3539029A1 (de) * | 1985-11-02 | 1987-05-07 | Bbc Brown Boveri & Cie | Hochtemperatur-schutzschicht und verfahren zu ihrer herstellung |
DE3612568A1 (de) * | 1986-04-15 | 1987-10-29 | Bbc Brown Boveri & Cie | Hochtemperatur-schutzschicht |
DE3740478C1 (de) * | 1987-11-28 | 1989-01-19 | Asea Brown Boveri | Hochtemperatur-Schutzschicht |
US4758480A (en) * | 1987-12-22 | 1988-07-19 | United Technologies Corporation | Substrate tailored coatings |
US5037070A (en) * | 1990-09-20 | 1991-08-06 | General Motors Corporation | Melt containment apparatus with protective oxide melt contact surface |
FR2717874B1 (fr) * | 1994-03-25 | 1996-04-26 | Gec Alsthom Transport Sa | Disque multimatériaux pour freinage à haute énergie. |
WO2001094664A2 (en) * | 2000-06-08 | 2001-12-13 | Surface Engineered Products Corporation | Coating system for high temperature stainless steel |
US7494563B2 (en) * | 2002-10-07 | 2009-02-24 | Georgia-Pacific Consumer Products Lp | Fabric creped absorbent sheet with variable local basis weight |
US7789995B2 (en) | 2002-10-07 | 2010-09-07 | Georgia-Pacific Consumer Products, LP | Fabric crepe/draw process for producing absorbent sheet |
US8603296B2 (en) | 2002-10-07 | 2013-12-10 | Georgia-Pacific Consumer Products Lp | Method of making a fabric-creped absorbent cellulosic sheet with improved dispensing characteristics |
US7442278B2 (en) * | 2002-10-07 | 2008-10-28 | Georgia-Pacific Consumer Products Lp | Fabric crepe and in fabric drying process for producing absorbent sheet |
EP1411210A1 (en) * | 2002-10-15 | 2004-04-21 | ALSTOM Technology Ltd | Method of depositing an oxidation and fatigue resistant MCrAIY-coating |
DE60225569T2 (de) * | 2002-12-06 | 2009-09-03 | Alstom Technology Ltd. | Verfahren zur örtlichen Abscheidung einer MCrAlY - Beschichtung |
EP1428982B1 (en) * | 2002-12-06 | 2009-02-04 | ALSTOM Technology Ltd | A method of depositing a local MCrAIY-coating |
EP1541713A1 (de) * | 2003-12-11 | 2005-06-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Metallische Schutzschicht |
US8293072B2 (en) | 2009-01-28 | 2012-10-23 | Georgia-Pacific Consumer Products Lp | Belt-creped, variable local basis weight absorbent sheet prepared with perforated polymeric belt |
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