JPH08121104A - 高耐食被覆層を備えたタービンブレード及びガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＭＣｒＡｌＹ合金にかわる９００℃以上のメタ
ル温度でも優れた耐食性を示す被覆層を備えたタービン
ブレード、及び該ブレードを用いたガスタービンを提供
する。 【構成】Ｎｉを主成分とする耐熱合金基材の表面の一部
に被覆層を備えたタービンブレードにおいて、前記被覆
層のうち少なくとも１層が、厚さ０.５μｍ 以上１００
μｍ以下で純度３０％以上のＩｒよりなるメタル層１０
２であり、前記メタル層１０２の上部にＺｒＯ₂ 系柱状
セラミックスＴＢＣ層１０４が２０〜６００μｍ幅で被
覆されていることを特徴とするタービンブレード。 【効果】優れた耐食性を示す被覆層を備えたタービンブ
レードを供給することが可能となり、さらに該ブレード
を用いることにより燃焼温度の高いガスタービンが可能
となり、タービンの効率を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高耐食性被覆層を備え
た、ガスタービン用タービンブレードに係り、特に、該
タービンブレードを設けた高効率ガスタービンに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】発電用のガスタービンは効率向上を目的
とした運転温度の高温化が進められており、その結果、
耐熱部品であるタービン動翼（タービンブレード）の高
温耐久性の向上が強く要望されている。このような背景
のもとで、高温強度が高く信頼性に優れた耐熱合金の開
発が進んでいるが、その耐熱温度には限界がある。高温
条件下で使用される部品の温度を低減する方法として、
熱伝導率の小さいセラミック（たとえばＺｒＯ₂ 系セラ
ミックス）で部品の表面を被覆する熱遮蔽コーティング
(Thermal Barrier Coating：ＴＢＣと略す）が知られて
いる。ＴＢＣでは部品の基材メタル温度を５０〜１００
℃低減することができる。

【０００３】一方で前記ＴＢＣと併用して、耐高温腐
食，耐高温酸化を目的に部品表面にＭＣｒＡｌＹ合金コ
ーティングを行う技術が広く用いられている。通常は、
部品表面にまずＭＣｒＡｌＹ層を被覆して、その上部に
セラミックスのＴＢＣ層を被覆した構造をもつ。ＭＣｒ
ＡｌＹ合金は、ＭをＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれた１種
以上のバルクとして、Ｃｒ１５〜３０％，Ａｌ５〜１５
％，Ｙ０.１〜１％ で構成される高耐食性合金である。
例えば、特開平4−266889 号には、Ｎｉ基超合金基材表
面にＭＣｒＡｌＹ合金（Ｃｏ−３２％Ｎｉ−２１％Ｃｒ
−８％Ａｌ−０.５％Ｙ）層を設け耐食性を確保し、さ
らに二層構造のＺｒＯ₂−６％Ｙ₂Ｏ₃層のＴＢＣを施し
たセラミック被覆タービンブレードが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ガス
タービンブレードの基材メタル温度が約８５０℃程度ま
でを対象としており、それ以上の基材メタル温度を必要
とする高温ガスタービンについて考慮されていない。特
に高温腐食，酸化に対して考慮されていない。

【０００５】前述したように、効率向上のため発電用ガ
スタービンの運転温度の高温化が進められているが、燃
焼ガス温度が上昇すると、タービンブレード等に代表さ
れる高温部材には以下のような対応が求められる。

【０００６】（１）翼冷却及びＴＢＣによる遮熱効果を
強化してメタル温度の上昇を最小限に押さえる。

【０００７】（２）運転温度向上に対応して、基材合金
の耐用温度を向上させ、従来より高いメタル温度で運転
する。

【０００８】ここで、翼冷却を強化することは、増加し
た冷却空気により圧損が増大し、ガスタービンの発電効
率を減少させるため、望ましくない。また、ＴＢＣによ
る熱遮蔽効果にも限界があるため、上記（１)(２）のう
ち、(２)による対応が必須となる。ところが、従来技術
で高温耐食，耐酸化性を向上させていたＭＣｒＡｌＹ合
金層は、９００℃を大きく超える温度では優れた耐食
性，耐酸化性を示さなくなる。従って、仮に耐用温度す
なわち高温強度の点で優れた耐熱合金が開発されても、
従来の耐熱，耐食コーティング技術の単純な適用ではさ
らに高温となる苛酷なガスタービン燃焼ガス雰囲気には
対応できない。

【０００９】本発明の目的は、ＭＣｒＡｌＹ合金にかわ
る９００℃以上のメタル温度でも優れた耐食性を示す被
覆層を備えたタービンブレード、及び該ブレードを用い
たガスタービンを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明ではＮｉを主成分とする耐熱合金基材の表面
の一部に被覆層を備えたタービンブレードにおいて、前
記被覆層のうち少なくとも１層を、重量比で、純度３０
％以上のＩｒよりなるメタル層とするものである。Ｉｒ
は貴金属の１種であり、融点が２４００℃以上と高い。
高温耐食性及び高温耐酸化性に優れており、１５００℃
を超える超高温においても安定している。このＩｒを被
覆層のメタル層として用いればタービンブレードのメタ
ル温度が９００℃以上であっても、必要十分な高温耐
食，耐酸化特性が得られる。

【００１１】また、上記目的を達成するために、本発明
ではＮｉを主成分とする耐熱合金基材の表面の一部に被
覆層を備えたタービンブレードにおいて、前記被覆層の
うち少なくとも１層が、重量で３０％以上９０％以下の
Ｉｒを含む合金よりなるメタル層とするものである。こ
れらのメタル層は厚さが０.５μｍ 以上３００μｍ以下
の範囲で特に有効である。

【００１２】また、本発明では前記メタル層の上部に、
ＺｒＯ₂を主成分としＹ₂Ｏ₃,ＭｇＯ，ＣａＯから選ばれ
た１種以上の安定化剤を含む安定化ＺｒＯ₂ 系セラミッ
ク層を２０〜６００μｍ幅で被覆するものである。この
セラミックス層はＴＢＣとして熱遮蔽効果を発揮し、メ
タル温度を低減させる。

【００１３】さらに、上記目的を達成するために、本発
明ではＮｉを主成分とする耐熱合金基材の表面の一部に
被覆層を備えたタービンブレードにおいて、前記被覆層
のうち少なくとも１層が、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれ
た１種以上をバルクとして、重量比でＣｒ１５〜３０
％，Ａｌ５〜１５％，Ｙ０.１〜１％，Ｉｒ０.１〜１０
％からなる合金で構成されるメタル層とするものであ
る。これは、従来耐食性向上のためのメタル層として用
いられてきたＭＣｒＡｌＹ合金をベースに、Ｉｒを添加
し高温耐食性，高温酸化特性を向上させたものである。

【００１４】また、このようなメタル層を用いる場合、
前記メタル層と耐熱合金基材の間に金属間化合物あるい
はセラミックスを主成分とする拡散防止層を設けること
が望ましい。

【００１５】本発明ではこれらのタービンブレードを構
成する基材メタルは、Ｎｉを主成分とする一方向凝固
材，単結晶材、または酸化物分散強化材であり、前記合
金の１４kgｆ／mm²，１０⁵時間耐用温度が９００℃以上
であることが望ましい。

【００１６】また、上記目的を達成するために、発電用
ガスタービンにおいて、少なくとも１つは前記タービン
ブレードを使用するものである。

【００１７】

【作用】現用の高温ガスタービンでは初段タービンブレ
ードのメタル温度は８００℃〜９００℃であり、この温
度範囲における材料損傷は、高温酸化よりも燃料に含ま
れる硫黄成分からの高温腐食が支配的となる。一方、将
来の運転温度上昇にともないメタル温度が９００℃〜１
０００℃以上に上昇した場合、材料損傷は高温腐食より
もむしろ高温酸化が支配的となる。ＭＣｒＡｌＹは現用
温度範囲で十分な耐食性を示すが、９００℃〜１０００
℃以上では不十分である。特に１０００℃以上の高温酸
化雰囲気では、ＭＣｒＡｌＹ層は酸素を遮断する機能を
急激に失う。

【００１８】本発明ではガスタービンブレードの高耐食
性被覆層として、ＩｒあるいはＩｒ合金を用いた。Ｉｒ
は貴金属の１種であり、融点が２４００℃以上と高い。
高温耐食性及び高温耐酸化性は優れており、１５００℃
を超える超高温においても安定している。このＩｒを被
覆層のメタル層として用いればタービンブレードのメタ
ル温度が９００〜１０００℃以上であっても、必要十分
な高温耐食，耐酸化特性が得られる。

【００１９】前記Ｉｒを主成分とするメタル層の成分
は、Ｉｒが３０〜１００％含まれることで効果が得られ
るものである。Ｉｒは資源的に希少であり、また比重が
22.4と大きく重い元素である。従って、安価で軽い他の
元素と合金化して使用することは、経済的にも機器の軽
量化の点からも有効である。その場合、合金化してもそ
の高温耐食，耐酸化特性が低下しないことが条件であ
る。Ｉｒの比率を重量比３０％以下で合金化した場合
は、合金元素の選択範囲が極めて少なくなり、高温耐
食，耐酸化の効果が得られにくくなることから不適であ
る。

【００２０】前記Ｉｒを主成分とするメタル層の膜厚は
０.５μｍ 以上３００μｍ以下が望ましい。膜厚が０.
５μｍ 以下では基材への拡散、あるいは基材から合金
成分の拡散等によりメタル層の成分が消滅，変質してし
まい十分な高温耐食，耐酸化の効果が得られない。一方
膜厚が３００μｍ以上の場合は、剥離，クラック等の問
題が生じ易くなり不適である。

【００２１】また本発明では、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選
ばれた１種以上をバルクとして、重量比でＣｒ１５〜３
０％，Ａｌ５〜１５％，Ｙ０.１〜１％，Ｉｒ０.１〜１
０％からなる合金を用いてもよい。これは、従来のＭＣ
ｒＡｌＹ合金をベースに、Ｉｒを添加し高温耐食性，高
温酸化特性を向上させたものであり、特に１０００℃以
上で顕著になる高温酸化に対して改良したものである。
この場合、Ｉｒの量は１０％以下で十分な効果を示す。
１０００℃以上での使用をさらに確実にするために、こ
の改良したＭＣｒＡｌＹ層の上部により耐酸化性に優れ
た層を被覆してもよい。さらに、この改良ＭＣｒＡｌＹ
を使用する場合には、メタル温度が９００〜１０００℃
以上になるとＭＣｒＡｌＹが基材へ拡散して長時間使用
で消滅することがある。そこで基材とメタル層の間に拡
散防止層を設けることが好ましい。この拡散防止層はＮ
ｉＡｌ等の金属間化合物が好ましい。

【００２２】本発明ではメタル層の上部に、ＺｒＯ₂ を
主成分としＹ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，ＣａＯから選ばれた１種以
上の安定化剤により立方晶(cubic）ジルコニアに安定化
されたＺｒＯ₂ 系セラミック層を２０〜６００μｍ幅で
被覆することも有効である。安定化剤の種類に応じて、
添加量を加減し、完全安定化ジルコニアとすることが重
要である。このセラミックス層はＴＢＣとして熱遮蔽効
果を発揮し、メタル温度を低減させる。すなわち、より
高い運転温度での使用が可能となる。

【００２３】これらのタービンブレードを構成する基材
メタルは、Ｎｉを主成分とする一方向凝固材，単結晶
材、または酸化物分散強化材である。これらは、従来の
多結晶Ｎｉ基超合金に比べ高い高温強度を有し、ガスタ
ービンの運転温度上昇にともなうメタル温度の上昇に耐
えうるものである。特に１４kgｆ／mm²，１０⁵時間耐用
温度が９００℃以上であることが望ましい。基材にこの
ような合金を用いるとともに、被覆層として前述したよ
うなＩｒあるいはＩｒ合金メタル層を備えたタービンブ
レードを特に初段ブレードとして使用することにより、
運転温度の高い高効率ガスタービンがはじめて可能にな
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【００２５】＜実施例１＞本発明におけるタービンブレ
ードの被覆層の断面模式図を図１に、作製したタービン
ブレードの斜視図を図２に示す。基材となる合金はＮｉ
基超合金単結晶合金であるＣＭＳＸ−４を用い、一方向
凝固法を用いて単結晶に鋳造した。燃焼ガスに曝される
部分である翼部２００及びプラットフォーム部２０２に
本発明の被覆層９０を設けた。本発明によるタービンブ
レードの作製方法は以下のとおりである。まず一方向凝
固鋳造法により単結晶ブレードを得る。このブレードの
被覆部分に先ずＩｒ単体粉末を用いて減圧雰囲気中プラ
ズマ溶射法で５０μｍの厚さのメタル層１０２を設け
る。その条件としては、Ａｒ−７％Ｈ₂ 混合ガスを用い
て形成したプラズマジェット(５０ｋＷ)中に上記の合金
粉末を投入し、溶射するもので、溶射中の雰囲気圧力は
約５０Torrである。なお、この前処理として試験片基材
の脱脂洗浄さらにＡｌ₂Ｏ₃製グリットによるブラスチン
グを行っている。その後、メタル層１０２を設けたブレ
ードの表面に、蒸着源とイオンビーム源を備えた成膜装
置を用いてＺｒＯ₂ 系柱状セラミックスＴＢＣ層１０４
を作製した。蒸着材料としてＺｒＯ₂−６％Ｙ₂Ｏ₃ を用
い、イオンビームとして酸素イオンを用いた。イオンビ
ーム照射はセラミックス被膜の密着性向上のために用い
る。電子ビームによる蒸着源と酸素イオン照射により密
着性の高い柱状組織のＺrＯ₂系柱状セラミックスＴＢＣ
層１０４を３００μｍ設けた。

【００２６】＜実施例２＞図３は本発明による、別の被
覆層を備えた本発明によるタービンブレードのコーティ
ング部の断面模式図を示す。基材はＮｉ基の一方向凝固
材とした。燃焼ガスに曝される部分である翼面及びプラ
ットフォーム部に被覆層９０を設けた。本実施例による
作製方法は以下のとおりである。まず一方向凝固鋳造法
により一方向凝固組織ブレードを得る。このブレードの
被覆部分にＩｒ−３０％Ｆｅ合金粉末を用いて減圧雰囲
気中プラズマ溶射法で１００μｍの厚さのＩｒ合金層１
０３を設ける。その条件は実施例１と同様である。その
後、Ｉｒ合金層１０３を設けたブレードの表面に、蒸着
源を備えた成膜装置を用いてＺｒＯ₂ 系セラミックＴＢ
Ｃ層１０５を３００μｍ作製した。蒸着材料としてＺｒ
Ｏ₂−６％Ｙ₂Ｏ₃を用いた。

【００２７】本実施例では、Ｉｒ合金層１０３の合金組
成をＩｒ−３０％Ｆｅとしたが、Ｉｒが３０％〜９０％
であれば、合金成分はいずれでもかまわない。

【００２８】＜実施例３＞図４は本発明による、別の被
覆層を備えた本発明によるタービンブレードのコーティ
ング部の断面模式図を示す。基材はＮｉ基単結晶材とし
た。燃焼ガスに曝される部分である翼面及びプラットフ
ォーム部に被覆層９０を設けた。本実施例による作製方
法は以下のとおりである。まず一方向凝固鋳造法により
単結晶ブレードを得る。このブレードの被覆部分にＩｒ
−３０％Ｆｅ合金粉末を用いて減圧雰囲気中プラズマ溶
射法で２００μｍの厚さのＩｒ合金層１０３を設ける。
その条件は実施例１と同様である。本実施例の場合は、
セラミックス層のＴＢＣは設けない。

【００２９】＜実施例４＞図５は本発明による、別の被
覆層を備えた本発明によるタービンブレードのコーティ
ング部の断面模式図を示す。基材はＮｉ基の単結晶材と
した。燃焼ガスに曝される部分である翼面及びプラット
フォーム部に被覆層９０を設けた。本実施例による作製
方法は以下のとおりである。まず一方向凝固鋳造法によ
り単結晶ブレードを得る。このブレードの被覆部分にＭ
ＣｒＡｌＹ合金（Ｃｏ−３２％Ｎｉ−２１％Ｃｒ−８％
Ａｌ−０.５％Ｙ)粉末を用いて減圧雰囲気中プラズマ溶
射法で６０μｍの厚さのＭＣｒＡｌＹ層１０８を設け
る。さらに同様にＩｒ単体粉末を用いて減圧雰囲気中プ
ラズマ溶射法で１０μｍの厚さのメタル層１０２を設け
る。溶射条件は実施例１と同様である。その後、ＭＣｒ
ＡｌＹ層（メタル層）１０８，１０２を設けたブレード
の表面に、蒸着源とイオンビーム源を備えた成膜装置を
用いて実施例１と同様のＺｒＯ₂ 系柱状セラミックスＴ
ＢＣ層１０４を作製する。

【００３０】＜実施例５＞図６は本発明による、別の被
覆層を備えた本発明によるタービンブレードのコーティ
ング部の断面模式図を示す。基材はＮｉ基の一方向凝固
材とした。燃焼ガスに曝される部分である翼面及びプラ
ットフォーム部に被覆層９０を設けた。本実施例による
作製方法は以下のとおりである。まず一方向凝固鋳造法
により一方向凝固ブレードを得る。このブレードの被覆
部分にＩｒ単体粉末を用いて減圧雰囲気中プラズマ溶射
法で２０μｍの厚さのＩｒのメタル層１０２を設ける。
さらに同様にＩｒ−３０％Ｆｅ粉末を用いて減圧雰囲気
中プラズマ溶射法で６０μｍの厚さのＩｒ合金層１０３
を設ける。溶射条件は実施例１と同様である。その後、
メタル層１０２，１０３を設けたブレードの表面に、蒸
着源とイオンビーム源を備えた成膜装置を用いて実施例
１と同様のＺｒＯ₂ 系柱状セラミックスＴＢＣ層１０４
を作製する。

【００３１】＜実施例６＞図７は本発明による、その他
の被覆層を備えた本発明によるタービンブレードのコー
ティング部の断面模式図を示す。基材はＮｉ基の酸化物
分散強化型合金とした。このブレードの被覆部分に金属
間化合物ＮｉＡｌ合金粉末（Ｎｉ−５０ａｔ.％Ａｌ)を
用いて減圧雰囲気プラズマ溶射法で２０μｍの拡散防止
層を被覆する。次にＣｏ−３２％Ｎｉ−２１％Ｃｒ−８
％Ａｌ−０.５ ％Ｙ−５％Ｉｒ合金粉末を用いて同様の
方法で１００μｍの被覆層を設ける。溶射条件は実施例
１と同様である。本実施例ではセラミックスＴＢＣ層は
設けないが、メタル温度を低減するために実施例１に示
したＴＢＣ層を設けてもよい。

【００３２】＜実施例７＞本実施例では、発明の効果を
説明するためにＭＣｒＡｌＹとＩｒの高温耐酸化特性を
比較した。図８は代表的なＭＣｒＡｌＹであるCoNiCrAl
Y8426(Ｃｏ−３２％Ｎｉ−２１％Ｃｒ−８％Ａｌ−０.
５％Ｙ)の粉末を酸化試験した結果である。試験は熱天
秤（ＴＧ−ＤＴＡ）で行い、雰囲気は流量１００ccの大
気、温度条件は毎分２０℃で１３００℃まで昇温後、１
時間保持し酸化による重量変化を調べた。試料粉末０.
１７ｇ はアルミナ製の坩堝に入れ、標準試料はアルミ
ナの粉末とした。CoNiCrAlY8426 は、１３００℃までの
昇温過程である９１０℃付近から酸化による重量増加が
開始し、その後大きな重量増加を示した。最終的には全
体の約１６％にあたる約２７mgもの重量増加を示し、９
００℃〜１０００℃以上の温度域では十分な耐酸化性を
示さないことがわかった。

【００３３】一方、図９にはＩｒ単体の酸化試験結果を
示すが、１５００℃大気中においてもほとんど酸化して
いないことがわかり、十分な高温耐酸化性を示すことが
明らかとなった。

【００３４】＜実施例８＞図１０に、実施例１〜６記載
のガスタービンブレードをガスタービン初段ブレードに
用いた本発明による発電用ガスタービンの回転部分の断
面図を示す。

【００３５】３は初段ブレード、５は第２段ブレード、
７は第３段ブレード、２０は初段ノズル、２５は第２段
ノズル、２７は第３段ノズル、４はタービンディスク、
１０はタービンスタブシャフト、１３はタービンスタッ
キングボルト、１８はタービンスペーサ、１９はディス
タントピース、６はコンプレッサディスク、８はコンプ
レッサスタッキングボルド、９はコンプレッサスタブシ
ャフト、１１は穴である。本発明のガスタービンはター
ビンブレード及びタービンノズルがそれぞれ３段ずつあ
る。

【００３６】本実施例におけるガスタービンは、主な形
式がヘビーテューティ形，一軸形，水平分割ケーシン
グ，スタッキング式ロータからなり、圧縮機が１７段軸
流形，タービンが３段インパルス形，燃焼器はバースフ
ロー形，１６缶，スロットクール方式を有するものであ
る。

【００３７】本実施例におけるガスタービンの初段ブレ
ード３は、実施例１または実施例２に示した被覆層を有
したものである。その基材部分はＮｉ基超合金の単結晶
鋳造物であり、重量でＣｒ６〜８％，Ｍｏ０.５〜１
％，Ｗ６〜８％，Ｒｅ１〜４％,Ａｌ４〜６％，Ｔａ６
〜９％，Ｃｏ０.５〜１０％，Ｈｆ０.０３〜０.１３
％、および残部不可避の不純物とＮｉからなる合金で構
成する。初段ブレードの翼部の全長は約２２０mmであ
る。この単結晶鋳造物の１０５時間１４kgｆ／mm² の耐
用温度は９３０℃〜９４０℃であり、内部に複雑な空気
冷却孔を設けており運転中は圧縮空気により冷却する。
冷却方式はクローズド方式，冷却構造はスタッガードリ
ブ方式である。

【００３８】第２段ブレード５および第３段ブレード７
は重量で、Ｃｒ１２〜１６％，Ｍｏ０.５〜２％，Ｗ２
〜５％，Ａｌ２.５〜５％，Ｔｉ３〜５％，Ｔａ１.５〜
３％,Ｃｏ８〜１０％，Ｃ０.０５〜０.１５％，Ｂ０.０
０５〜０.０２％、および残部不可避の不純物とＮｉか
らなるＮｉ基超合金で構成する。これらのブレードは通
常の鋳造により得られる等軸晶組織を有する。それぞれ
内部冷却孔を有しており、圧縮空気により冷却する。こ
れらの材料の１０５時間１４kgｆ／mm² の耐用温度は８
４０℃〜８６０℃である。ブレード表面には、Ｃｒある
いはＡｌの拡散コーティングを施し、耐食性を高めた。

【００３９】初段ノズル２０には重量で、Ｃｒ２４〜３
０％，Ｎｉ８〜１２％，Ｗ６〜９％，Ｔｉ０.１〜０.４
％，Ｃｏ８〜１０％，Ｃ０.２〜０.４％，Ｂ０.００５
％以下，Ｆｅ１.０％以下，Ｚ１.０％以下，Ｎｂ０.３
％以下，Ｈｆ１.０％以下，Ｔａ２.０ ％以下、および
残部不可避の不純物とＣｏからなるＣｏ基超合金の普通
鋳造材（等軸晶組織）を用いる。この合金の１０５時間
６kgｆ／mm² の耐用温度は９００℃〜９１０℃である。
冷却は、クローズド方式のインピンジ冷却である。初段
ノズルの外表面の火炎に接する部分には、遮熱コーティ
ング層を設ける。これは、柱状晶組織を有するＹ₂Ｏ₃安
定化ジルコニア層と，ベース金属とジルコニア層との間
の結合層とからなる。該結合層は重量でＡｌ２〜５％，
Ｃｒ２０〜３０％，Ｙ０.１〜１ ％を含み残部Ｎｉ又は
Ｎｉ＋Ｃｏからなる合金からなり、耐食性を向上させる
効果も併せもつ。

【００４０】第２段ノズル２５および第３段ノズル２７
には重量で、Ｃｒ２１〜２４％，Ｃｏ１８〜２３％，Ｃ
０.０５〜０.２０％，Ｗ１〜８％，Ａｌ１〜２％，Ｔｉ
２〜３％，Ｔａ０.５〜１.５％，Ｂ０.０５〜０.１５
％、および残部不可避の不純物とＮｉからなる合金Ｎｉ
基超合金で構成する。これらのノズルは通常の鋳造によ
り得られる等軸晶組織である。特に遮熱コーティング層
を設ける必要はないが、第２段ノズルには耐食性を高め
るためにＣｒあるいはＡｌの拡散コーティングを施す。
それぞれ内部冷却孔を有しており、圧縮空気により冷却
される。これらの材料の１０５時間６kgｆ／mm² の耐用
温度は８４０℃〜８６０℃である。

【００４１】本実施例ではタービンディスク４に重量
で、Ｃ０.０５〜０.２％,Ｓｉ０.５％以下，Ｍｎ１％以
下，Ｃｒ８〜１３％，Ｎｉ３％以下，Ｍｏ１.５ 〜３
％，Ｖ０.０５％〜０.３％，Ｎｂ０.０２〜０.２％，Ｎ
０.０２〜０.１％及び残部が実質的にＮｉからなるＮｉ
基鍛造合金を用いる。該Ｎｉ基鍛造合金は、４５０℃，
１０ｈクリープ破断強度が５０kg／mm² 以上，２０℃Ｖ
ノッチシャルピー衝撃値が７kg−ｍ／cm以上であり、高
温ガスタービン用材として必要な強度を十分満足する。

【００４２】コンプレッサーブレードは１７段で、得ら
れる空気圧縮比は１８である。

【００４３】使用燃料として、天然ガス，軽油が使用さ
れる。

【００４４】以上の構成によって、総合的により信頼性
が高くバランスされたガスタービンが得られ、初段ター
ビンノズルへのガス入り口温度が１５００℃，初段ター
ビンブレードのメタル温度が９２０℃、ガスタービンの
排ガス温度は６５０℃であり、発電効率がＬＨＶ表示で
３７％以上の発電用ガスタービンが達成できる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、９００℃以上のメタル
温度でも優れた耐食性を示す被覆層を備えたタービンブ
レードを供給することが可能となり、さらに該ブレード
を用いることにより燃焼温度の高いガスタービンが可能
となり、タービンの効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】高耐食被覆層の断面模式図。

【図２】ガスタービンブレードの斜視図。

【図３】高耐食被覆層の断面模式図。

【図４】高耐食被覆層の断面模式図。

【図５】高耐食被覆層の断面模式図。

【図６】高耐食被覆層の断面模式図。

【図７】高耐食被覆層の断面模式図。

【図８】ＭＣｒＡｌＹ（CoNICrAlY8426）の酸化試験結
果。

【図９】Ｉｒの酸化試験結果。

【図１０】ガスタービンの回転部分の断面図。

【符号の説明】

３…初段ブレード、４…タービンディスク、５…第２段
ブレード、６…コンプレッサディスク、７…第３段ブレ
ード、８…コンプレッサスタッキングボルド、９…コン
プレッサスタブシャフト、１０…タービンスタブシャフ
ト、１１…穴、１３…タービンスタッキングボルト、１
７…コンプレッサブレード、１８…タービンスペーサ、
１９…デイスタントピース、２０…初段ノズル、２５…
第２段ノズル、２７…第３段ノズル、９０…被覆層、９
９…Ｎｉ基酸化物分散強化型ブレード、１００…Ｎｉ基
超合金一方向凝固ブレード、１０１…Ｎｉ基超合金単結
晶ブレード、１０２…Ｉｒメタル層、１０３…Ｉｒ合金
層、１０４…柱状セラミックスＴＢＣ層、１０５…セラ
ミックＴＢＣ層、１０７…ＭＣｒＡｌＹ＋Ｉｒ層、１０
８…ＭＣｒＡｌＹ層、１０９…拡散防止層、２００…翼
部、２０２…プラットホーム部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 寛 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量比で、純度３０％以上のＩｒを含むメ
   タル層を、Ｎｉを主成分とする耐熱合金からなる基材の
   表面の少なくとも一部に有することを特徴とするタービ
   ンブレード。
2. 【請求項２】重量比で、純度９０％以上のＩｒを含むメ
   タル層を、Ｎｉを主成分とする耐熱合金からなる基材の
   表面の少なくとも一部に有することを特徴とするタービ
   ンブレード。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のタービンブレード
   において、前記メタル層の厚さが０.５μｍ 以上３００
   μｍ以下であることを特徴とするタービンブレード。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のタービン
   ブレードにおいて、前記メタル層の上部に、安定化Ｚｒ
   Ｏ₂ からなるセラミック層を２０〜６００μｍの厚さで
   有することを特徴とするタービンブレード。
5. 【請求項５】重量比で、Ｃｒ１５〜３０％，Ａｌ５〜１
   ５％，Ｙ０.１〜１％，Ｉｒ０.１〜１０％と残部がＦ
   ｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれた１種以上からなる合金で構
   成されるメタル層を、Ｎｉを主成分とする耐熱合金から
   なる基材の表面の少なくとも一部に有することを特徴と
   するタービンブレード。
6. 【請求項６】請求項５記載のタービンブレードにおい
   て、前記メタル層と前記耐熱合金からなる基材の間に金
   属間化合物あるいはセラミックスを主成分とする拡散防
   止層を設けることを特徴とするタービンブレード。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載のタービン
   ブレードにおいて、前記耐熱合金からなる基材が、一方
   向凝固材，単結晶材、または酸化物分散強化材であり、
   前記合金の１４kgｆ／mm²，１０⁵時間耐用温度が９００
   ℃以上であることを特徴とするタービンブレード。
8. 【請求項８】コンプレッサによって圧縮された空気によ
   り燃焼された燃焼ガスをノズルを通して複数のディスク
   に各々植設されたブレードに衝突させて該ブレードを回
   転させるガスタービンにおいて、前記ブレードのうち少
   なくとも１つは請求項１〜７のいずれかに記載のタービ
   ンブレードであることを特徴とするガスタービン。