JPH08253875A - 遮熱コーティング部材およびその製造方法 - Google Patents
遮熱コーティング部材およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高圧ガスのもとで使用される動翼などのタービ
ン構成部材でセラミックス層とボンド層との界面に酸化
物が生成されるのを抑制する。 【構成】図１（ａ）に示すように、耐熱合金からなる基
材１３の表面にＭＣｒＡｌＹからなるボンド層１４は減
圧プラズマ溶射法によって１０〜２００μm の厚さに形
成する。次に、図１（ｂ）に示すように、ボンド層１４
の表面に酸素を含む雰囲気中でレーザ光を照射して溶融
し、溶融処理層１５とする。次に、溶融処理層１５の表
面に図１（ｃ）に示すように５０〜４００μm の厚さに
セラミックス層１６を形成する。溶融処理によりボンド
層１４は凹凸のない平滑面とすることができ、表面に緻
密なＡｌ2 Ｏ3 からなるバリア層が形成される。
ン構成部材でセラミックス層とボンド層との界面に酸化
物が生成されるのを抑制する。 【構成】図１（ａ）に示すように、耐熱合金からなる基
材１３の表面にＭＣｒＡｌＹからなるボンド層１４は減
圧プラズマ溶射法によって１０〜２００μm の厚さに形
成する。次に、図１（ｂ）に示すように、ボンド層１４
の表面に酸素を含む雰囲気中でレーザ光を照射して溶融
し、溶融処理層１５とする。次に、溶融処理層１５の表
面に図１（ｃ）に示すように５０〜４００μm の厚さに
セラミックス層１６を形成する。溶融処理によりボンド
層１４は凹凸のない平滑面とすることができ、表面に緻
密なＡｌ2 Ｏ3 からなるバリア層が形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は耐熱合金からなる基材の
表面にセラミックスからなる遮熱コーティング層を形成
して構成される遮熱コーティング部材およびその製造方
法に関する。
表面にセラミックスからなる遮熱コーティング層を形成
して構成される遮熱コーティング部材およびその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発電用ガスタービンプラントの効率を向
上させるためにガスタービン入口温度を１３００℃以上
に高めることが不可欠な課題となっている。この課題の
解決に向けて高温ガスにさらされる動翼および静翼の耐
熱温度を高める努力が傾けられており、その方法として
材料、すなわち耐熱合金の開発が急務となっている。し
かし、耐熱合金で得られる耐熱温度は現状の技術をもっ
ては８５０℃が限界であり、特に、高温酸化および高温
腐食などを考慮すると、この種の耐熱合金では十分とは
いえない。
上させるためにガスタービン入口温度を１３００℃以上
に高めることが不可欠な課題となっている。この課題の
解決に向けて高温ガスにさらされる動翼および静翼の耐
熱温度を高める努力が傾けられており、その方法として
材料、すなわち耐熱合金の開発が急務となっている。し
かし、耐熱合金で得られる耐熱温度は現状の技術をもっ
ては８５０℃が限界であり、特に、高温酸化および高温
腐食などを考慮すると、この種の耐熱合金では十分とは
いえない。
【０００３】そこで、この耐熱合金に代えてより耐熱温
度の高いセラミックス系材料の開発も進められている。
しかしながら、ガスタービンの動翼および静翼にこうし
たセラミックス系材料を用いたとき、回転体である動翼
への適用には靭性の不足があり、静翼への適用も飛来す
る粒子に対する耐衝撃性に難点があり、実際に適用する
までに至っていない。
度の高いセラミックス系材料の開発も進められている。
しかしながら、ガスタービンの動翼および静翼にこうし
たセラミックス系材料を用いたとき、回転体である動翼
への適用には靭性の不足があり、静翼への適用も飛来す
る粒子に対する耐衝撃性に難点があり、実際に適用する
までに至っていない。
【０００４】そこで、ガスタービン入口温度の高温化の
課題に対処するために、さらに、別の方法が注目されて
きた。これは部材の表面を熱伝導率の小さいセラミック
ス系材料で被覆する方法で、遮熱コーティング（Ｔｈｅ
ｒｍａｌ ＢａｒｒｉｅｒＣｏａｔｉｎｇ、以下ＴＢＣ
と称する。）と呼ばれている。このＴＢＣは合金系材料
の実質的な温度上昇を抑制する働きがあり、これによる
遮熱効果は一般に、５０〜１００℃程度と考えられてい
る。
課題に対処するために、さらに、別の方法が注目されて
きた。これは部材の表面を熱伝導率の小さいセラミック
ス系材料で被覆する方法で、遮熱コーティング（Ｔｈｅ
ｒｍａｌ ＢａｒｒｉｅｒＣｏａｔｉｎｇ、以下ＴＢＣ
と称する。）と呼ばれている。このＴＢＣは合金系材料
の実質的な温度上昇を抑制する働きがあり、これによる
遮熱効果は一般に、５０〜１００℃程度と考えられてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＴＢＣはこ
れまでのところガスタービンプラントの燃焼器に適用例
がある程度で、動翼における適用例は皆無である。遮熱
特性を有するセラミックスは耐熱合金との物性値が大き
く異なり、剥離が問題となる動翼等への適用は特に難し
い。ＴＢＣが施された部材の信頼性を高めるにはより確
実な方法によらねばならない。
れまでのところガスタービンプラントの燃焼器に適用例
がある程度で、動翼における適用例は皆無である。遮熱
特性を有するセラミックスは耐熱合金との物性値が大き
く異なり、剥離が問題となる動翼等への適用は特に難し
い。ＴＢＣが施された部材の信頼性を高めるにはより確
実な方法によらねばならない。
【０００６】この観点から見出された方法がセラミック
ス層と耐熱合金との間に金属材料からなるボンド層を形
成することである。このボンド層は基材の合金とセラミ
ックス層との物性値の差を緩和するものとして、Ｎｉま
たはＣｏを主成分とし、Ｃｒ, ＡｌさらにＹ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｓｉ等を適宜添加した、いわゆるＭＣｒＡｌＹ系合
金からなるボンド層を基材の表面に形成することが多
い。
ス層と耐熱合金との間に金属材料からなるボンド層を形
成することである。このボンド層は基材の合金とセラミ
ックス層との物性値の差を緩和するものとして、Ｎｉま
たはＣｏを主成分とし、Ｃｒ, ＡｌさらにＹ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｓｉ等を適宜添加した、いわゆるＭＣｒＡｌＹ系合
金からなるボンド層を基材の表面に形成することが多
い。
【０００７】しかし、高温の使用環境のもとでセラミッ
クス層を透過する酸素がボンド層に拡散し、ボンド層表
面のＡｌやＣｒが酸化することでＡｌ2 Ｏ3 やＣｒ2 Ｏ
3 等が生成し、これが新たな熱応力の発生源となること
がある。このため、遮熱コーティング層の密着力は著し
く弱まり、剥離を生じることになる。
クス層を透過する酸素がボンド層に拡散し、ボンド層表
面のＡｌやＣｒが酸化することでＡｌ2 Ｏ3 やＣｒ2 Ｏ
3 等が生成し、これが新たな熱応力の発生源となること
がある。このため、遮熱コーティング層の密着力は著し
く弱まり、剥離を生じることになる。
【０００８】この密着力を高めるためにセラミックス層
を物理蒸着法（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ、以下ＰＶＤ法と称する。）により形成す
ることでＴＢＣ部材を製造することが検討されている。
ＰＶＤによりセラミックス層を形成した場合、基材との
密着力は飛躍的に高くなり、有力な方法と考えられてい
る。しかしながら、ＰＶＤでは成膜する基材表面と垂直
方向に成長するためにボンド層表面にセラミックス層を
形成すると、膜組織がボンド層表面の形状に沿ってラン
ダムに成長した結晶組織となる。このため、セラミック
ス層内の密着性が低下してしまい、遮熱コーティング層
の寿命を延ばすのに有効に機能させることができない。
を物理蒸着法（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ、以下ＰＶＤ法と称する。）により形成す
ることでＴＢＣ部材を製造することが検討されている。
ＰＶＤによりセラミックス層を形成した場合、基材との
密着力は飛躍的に高くなり、有力な方法と考えられてい
る。しかしながら、ＰＶＤでは成膜する基材表面と垂直
方向に成長するためにボンド層表面にセラミックス層を
形成すると、膜組織がボンド層表面の形状に沿ってラン
ダムに成長した結晶組織となる。このため、セラミック
ス層内の密着性が低下してしまい、遮熱コーティング層
の寿命を延ばすのに有効に機能させることができない。
【０００９】そこで、本発明の目的は高温ガスのもとで
使用される動翼などのタービン構成部材においてセラミ
ックス層とボンド層との界面に酸化物が生成されるのを
抑制するようにした遮熱コーティング部材およびその製
造方法を提供することにある。
使用される動翼などのタービン構成部材においてセラミ
ックス層とボンド層との界面に酸化物が生成されるのを
抑制するようにした遮熱コーティング部材およびその製
造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明はＮｉあるいはＣ
ｏのいずれか一方を主成分に持つ耐熱合金を基材とし、
基材の表面にＮｉおよびＣｏの少なくとも一方を主成分
とし、さらにＣｒおよびＡｌを含むボンド層を介してセ
ラミックスからなる遮熱コーティング層が形成されてな
る遮熱コーティング部材において、ボンド層の表面に酸
化物からなるバリア層を形成したことを特徴とするもの
である。
ｏのいずれか一方を主成分に持つ耐熱合金を基材とし、
基材の表面にＮｉおよびＣｏの少なくとも一方を主成分
とし、さらにＣｒおよびＡｌを含むボンド層を介してセ
ラミックスからなる遮熱コーティング層が形成されてな
る遮熱コーティング部材において、ボンド層の表面に酸
化物からなるバリア層を形成したことを特徴とするもの
である。
【００１１】また、本発明による製造方法はＮｉあるい
はＣｏのいずれか一方を主成分に持つ耐熱合金の基材に
ＮｉおよびＣｏの少なくとも一方を主成分とし、さらに
ＣｒおよびＡｌを含む合金を溶射してボンド層を形成
し、ボンド層の表面に酸素を含む雰囲気中でレーザ光を
照射してバリア層を形成し、さらにバリア層の表面にＺ
ｒＯ2 を主成分とするセラミックスを装着して遮熱コー
ティング層を形成したことを特徴とするものである。
はＣｏのいずれか一方を主成分に持つ耐熱合金の基材に
ＮｉおよびＣｏの少なくとも一方を主成分とし、さらに
ＣｒおよびＡｌを含む合金を溶射してボンド層を形成
し、ボンド層の表面に酸素を含む雰囲気中でレーザ光を
照射してバリア層を形成し、さらにバリア層の表面にＺ
ｒＯ2 を主成分とするセラミックスを装着して遮熱コー
ティング層を形成したことを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】ガスタービン作動ガスの高温化は漸次進みつつ
あるが、酸化物の生成速度がこうした作動ガス温度の向
上と共に著しく上昇することはよく知られている。特
に、１０００℃以上になると、ボンド層とセラミック層
との界面で生成する酸化物は、ＭＣｒＡｌＹ中の酸化物
生成速度の速いＡｌとＣｒの双方が酸化物を生成するた
めに剥離が進み易くなる。
あるが、酸化物の生成速度がこうした作動ガス温度の向
上と共に著しく上昇することはよく知られている。特
に、１０００℃以上になると、ボンド層とセラミック層
との界面で生成する酸化物は、ＭＣｒＡｌＹ中の酸化物
生成速度の速いＡｌとＣｒの双方が酸化物を生成するた
めに剥離が進み易くなる。
【００１３】これを回避するために発明者らは試験を行
い、次の知見を得た。すなわち、ボンド層表面を局部的
に溶融凝固させたとき、セラミックス層を透過する酸素
が著しく減少するということである。これはＡｌが選択
的に酸化されて表面に緻密なＡｌ2 Ｏ3 からなる層が形
成されることによるものと推察される。
い、次の知見を得た。すなわち、ボンド層表面を局部的
に溶融凝固させたとき、セラミックス層を透過する酸素
が著しく減少するということである。これはＡｌが選択
的に酸化されて表面に緻密なＡｌ2 Ｏ3 からなる層が形
成されることによるものと推察される。
【００１４】基材の表面にＭＣｒＡｌＹからなるボンド
層を形成し、酸素を含む雰囲気中でレーザ処理を施して
バリア層を形成した後、その表面にＰＶＤによってセラ
ミックス層を形成したものの剥離寿命試験の結果を表１
に示している。本試験はＴＢＣ表面をバーナによって加
熱し、１２００℃の温度で４０分保持し、その後１６０
℃まで冷却する操作を１サイクルとして、セラミックス
層が剥離するまでのサイクル数を試験片毎に調べる方法
により実施した。
層を形成し、酸素を含む雰囲気中でレーザ処理を施して
バリア層を形成した後、その表面にＰＶＤによってセラ
ミックス層を形成したものの剥離寿命試験の結果を表１
に示している。本試験はＴＢＣ表面をバーナによって加
熱し、１２００℃の温度で４０分保持し、その後１６０
℃まで冷却する操作を１サイクルとして、セラミックス
層が剥離するまでのサイクル数を試験片毎に調べる方法
により実施した。
【００１５】
【表１】 試験片Ｎｏ．１ないし３が本発明方法により作られたも
のを示し、試験片Ｎｏ．４が比較のために用意されたボ
ンド層およびセラミックス層が共に大気中のプラズマ溶
射により形成された試験片によるものを示している。Ｎ
ｏ．４は５１３〜８５０回のサイクルで剥離が生じてい
る。これに対し、本発明によるものでは１８６５〜２１
６３回のサイクルで剥離が生じている。
のを示し、試験片Ｎｏ．４が比較のために用意されたボ
ンド層およびセラミックス層が共に大気中のプラズマ溶
射により形成された試験片によるものを示している。Ｎ
ｏ．４は５１３〜８５０回のサイクルで剥離が生じてい
る。これに対し、本発明によるものでは１８６５〜２１
６３回のサイクルで剥離が生じている。
【００１６】本発明で見出されたＡｌ2 Ｏ3 からなる緻
密なバリア層は、ガスタービンの運転中、セラミックス
層を透過する酸素を遮断し、ボンド層が酸化されるのを
防ぐ働きがあり、このため、耐剥離性を向上させること
が可能になる。
密なバリア層は、ガスタービンの運転中、セラミックス
層を透過する酸素を遮断し、ボンド層が酸化されるのを
防ぐ働きがあり、このため、耐剥離性を向上させること
が可能になる。
【００１７】また、レーザ処理を施すことにより平滑な
面が得られ、ＰＶＤにより成膜したセラミックスの遮熱
コーティング層をボンド層に垂直な方向に成長する柱状
晶とすることが可能になる。ボンド層に用いられるＭＣ
ｒＡｌＹ合金は、耐酸化性を高めるためには、Ａｌ濃度
を高くすることが望ましいが、基材とのマッチングを考
慮すると、Ａｌ濃度を低くした延性の高い材料を用いる
方が望ましい。そこで、本発明においてはボンド層表面
にＡｌ付加処理を施す。これにより表層の部分だけをＡ
ｌ濃度を高め、レーザ処理時にＡｌ2 Ｏ3 を優先的に生
成することができる。また、基材側に延性の高いＭＣｒ
ＡｌＹを用いることによりレーザ処理時にＡｌ2 Ｏ3 を
優先的に生成することができる。
面が得られ、ＰＶＤにより成膜したセラミックスの遮熱
コーティング層をボンド層に垂直な方向に成長する柱状
晶とすることが可能になる。ボンド層に用いられるＭＣ
ｒＡｌＹ合金は、耐酸化性を高めるためには、Ａｌ濃度
を高くすることが望ましいが、基材とのマッチングを考
慮すると、Ａｌ濃度を低くした延性の高い材料を用いる
方が望ましい。そこで、本発明においてはボンド層表面
にＡｌ付加処理を施す。これにより表層の部分だけをＡ
ｌ濃度を高め、レーザ処理時にＡｌ2 Ｏ3 を優先的に生
成することができる。また、基材側に延性の高いＭＣｒ
ＡｌＹを用いることによりレーザ処理時にＡｌ2 Ｏ3 を
優先的に生成することができる。
【００１８】
【実施例】本発明をガスタービンの動翼に適用した実施
例を説明する。図２において、耐熱合金からなる動翼１
１は、予め図に示すような形状に機械加工等により仕上
げ、そのガス通路部にセラミックス層からなる遮熱コー
ティング層１２を形成している。この遮熱コーティング
層１２の断面を模式図によって示す図１を参照して本実
施例をさらに詳しく説明する。
例を説明する。図２において、耐熱合金からなる動翼１
１は、予め図に示すような形状に機械加工等により仕上
げ、そのガス通路部にセラミックス層からなる遮熱コー
ティング層１２を形成している。この遮熱コーティング
層１２の断面を模式図によって示す図１を参照して本実
施例をさらに詳しく説明する。
【００１９】初めに、図１（ａ）に示すように、Ｎｉま
たはＣｏを主成分とする耐熱合金からなる基材１３の表
面にＭＣｒＡｌＹのボンド層１４を形成し、次に、図１
（ｂ）に示すようにボンド層１４の表面を酸素を含む雰
囲気のもとでレーザ処理により溶融し、溶融処理層１５
とする。さらに、この溶融処理層１５の表面に図１
（ｃ）に示すように遮熱コーティング層として所定の厚
さを有するセラミックス層１６を形成する。
たはＣｏを主成分とする耐熱合金からなる基材１３の表
面にＭＣｒＡｌＹのボンド層１４を形成し、次に、図１
（ｂ）に示すようにボンド層１４の表面を酸素を含む雰
囲気のもとでレーザ処理により溶融し、溶融処理層１５
とする。さらに、この溶融処理層１５の表面に図１
（ｃ）に示すように遮熱コーティング層として所定の厚
さを有するセラミックス層１６を形成する。
【００２０】上記の各工程をさらに詳しく説明すると、
図１（ａ）のＭＣｒＡｌＹからなるボンド層１４は減圧
プラズマ溶射法によって１０〜２００μm の厚さに形成
する。この減圧プラズマ溶射法は基材１３への密着強度
も高く成膜方法として非常に望ましいが、これによらな
い場合は大気プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法によ
って成膜する。
図１（ａ）のＭＣｒＡｌＹからなるボンド層１４は減圧
プラズマ溶射法によって１０〜２００μm の厚さに形成
する。この減圧プラズマ溶射法は基材１３への密着強度
も高く成膜方法として非常に望ましいが、これによらな
い場合は大気プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法によ
って成膜する。
【００２１】次に、図１（ｂ）のボンド層１４の表面を
レーザ処理で溶融するには加工速度を５０〜１５００mm
／分に保ってレーザ光を照射する。レーザ光は、これに
限られないが、たとえばＣＯ2 レーザ、ＹＡＧレーザを
用いて行い、出力は１〜１０KWに保持する。この場合、
図３に示すようにレーザ発振器２１からのレーザ光２２
は集光レンズ２３によってボード層１４の表面に焦点を
ずらして照射される。集光レンズによる焦点距離は１２
７mm、１９０．５mm、２５４mm、３８１mm、５０８mmで
あり、ボンド層１４の表面でのレーザビーム径は５〜３
５mmに保持する。 次に、図１（ｃ）の溶融処理層１５
の表面にセラミックス層１６を形成するのはセラミック
ス被覆装置によって行う。すなわち、このセラミックス
被覆装置は、図４に示すように、被覆処理のための真空
チャバ２４、拡散ポンプと油拡散ポンプからなる真空排
気装置２５ならびに図示しない制御装置および電源装置
によって構成されている。
レーザ処理で溶融するには加工速度を５０〜１５００mm
／分に保ってレーザ光を照射する。レーザ光は、これに
限られないが、たとえばＣＯ2 レーザ、ＹＡＧレーザを
用いて行い、出力は１〜１０KWに保持する。この場合、
図３に示すようにレーザ発振器２１からのレーザ光２２
は集光レンズ２３によってボード層１４の表面に焦点を
ずらして照射される。集光レンズによる焦点距離は１２
７mm、１９０．５mm、２５４mm、３８１mm、５０８mmで
あり、ボンド層１４の表面でのレーザビーム径は５〜３
５mmに保持する。 次に、図１（ｃ）の溶融処理層１５
の表面にセラミックス層１６を形成するのはセラミック
ス被覆装置によって行う。すなわち、このセラミックス
被覆装置は、図４に示すように、被覆処理のための真空
チャバ２４、拡散ポンプと油拡散ポンプからなる真空排
気装置２５ならびに図示しない制御装置および電源装置
によって構成されている。
【００２２】真空チャバ２４内の下部にはセラミックス
材２６を装着するるつぼ２７が配置されており、このる
つぼ２７の下方にはセラミックス材２６を溶融し、かつ
蒸発させる電子ビーム発生装置２８が、また、るつぼ２
７の一側に電子ビーム走査装置２９がそれぞれ設けられ
ている。一方、真空チャバ２１内の上部にはモータ３０
によって駆動される基材駆動装置３１が設けられてお
り、基材３２がこの基材駆動装置３１の端部に装着され
る。
材２６を装着するるつぼ２７が配置されており、このる
つぼ２７の下方にはセラミックス材２６を溶融し、かつ
蒸発させる電子ビーム発生装置２８が、また、るつぼ２
７の一側に電子ビーム走査装置２９がそれぞれ設けられ
ている。一方、真空チャバ２１内の上部にはモータ３０
によって駆動される基材駆動装置３１が設けられてお
り、基材３２がこの基材駆動装置３１の端部に装着され
る。
【００２３】セラミックス層１６を形成するには、初め
にセラミックス材２６をるつぼ２７に満たし、基材３２
を基材駆動装置３１に装着する。次に、真空排気装置２
５を運転して真空チャバ２４内を１０-2〜１０-4Paの真
空度に保持する。次に、電子ビーム発生装置２８によっ
てセラミックス材２６に電子ビームを照射し、その表面
を溶融させる。このとき、表面が常に溶けた状態で所定
の蒸発速度が保たれるように電子ビーム電流を制御し、
さらに電子ビームを走査して溶融処理層１５の表面にセ
ラミックス層１６を形成する。
にセラミックス材２６をるつぼ２７に満たし、基材３２
を基材駆動装置３１に装着する。次に、真空排気装置２
５を運転して真空チャバ２４内を１０-2〜１０-4Paの真
空度に保持する。次に、電子ビーム発生装置２８によっ
てセラミックス材２６に電子ビームを照射し、その表面
を溶融させる。このとき、表面が常に溶けた状態で所定
の蒸発速度が保たれるように電子ビーム電流を制御し、
さらに電子ビームを走査して溶融処理層１５の表面にセ
ラミックス層１６を形成する。
【００２４】ここで成膜されるセラミックスはＺｒＯ2
を主成分とするセラミックスであり、ＺｒＯ2 を８wt％
Ｙ2 Ｏ2 で部分安定化した８％イットリア部分安定化ジ
ルコニア（８wt％Ｙ2 Ｏ3 −ＺｒＯ2 ）が望ましい。こ
れによらない場合、たとえば、イットリアの添加量を変
化させたジルコニア、セリア、カルシア等で部分安定化
させたジルコニア等を用いてもよい。
を主成分とするセラミックスであり、ＺｒＯ2 を８wt％
Ｙ2 Ｏ2 で部分安定化した８％イットリア部分安定化ジ
ルコニア（８wt％Ｙ2 Ｏ3 −ＺｒＯ2 ）が望ましい。こ
れによらない場合、たとえば、イットリアの添加量を変
化させたジルコニア、セリア、カルシア等で部分安定化
させたジルコニア等を用いてもよい。
【００２５】ボンド層１４の表面にレーザ処理を施す
と、図１（ｂ）に示すように凹凸のあるボンド層１４の
表面が溶融して平滑化し、このため、溶射層内に点在し
ていたポロシティ等もなくなり、表面に緻密なＡｌ2 Ｏ
3 からなるバリア層が形成される。このＡｌ2 Ｏ3 から
なるバリア層により運転中、遮熱コーティング層１２を
透過する酸素を遮断することができ、ボンド層１４が酸
化されるのを防ぐことが可能になる。
と、図１（ｂ）に示すように凹凸のあるボンド層１４の
表面が溶融して平滑化し、このため、溶射層内に点在し
ていたポロシティ等もなくなり、表面に緻密なＡｌ2 Ｏ
3 からなるバリア層が形成される。このＡｌ2 Ｏ3 から
なるバリア層により運転中、遮熱コーティング層１２を
透過する酸素を遮断することができ、ボンド層１４が酸
化されるのを防ぐことが可能になる。
【００２６】蒸着法により成膜されたセラミックス層は
成膜される表面性状により大きな影響を受けることにな
るが、基材表面を予め平滑に仕上げておくことで基材１
３と垂直な方向に柱状晶のセラミックス層１６を形成す
ることができる。このセラミックス層１６の厚さは５０
〜４００μm が望ましい。
成膜される表面性状により大きな影響を受けることにな
るが、基材表面を予め平滑に仕上げておくことで基材１
３と垂直な方向に柱状晶のセラミックス層１６を形成す
ることができる。このセラミックス層１６の厚さは５０
〜４００μm が望ましい。
【００２７】さらに、本発明の他の実施例を図５を参照
して説明する。本実施例はＭＣｒＡｌＹからなるボンド
層１４と共にＡｌ付加処理を施すものである。すなわ
ち、本実施例はボンド層１４の形成後に、図５に示すよ
うにＡｌ付加層１７を形成する。これによりＡｌ2 Ｏ3
からなる層の形成をより確実にすることができる。Ａｌ
付加層１７の形成方法としては、表面に２〜５０μm の
Ａｌ付加層が形成できるパック処理が望ましい。
して説明する。本実施例はＭＣｒＡｌＹからなるボンド
層１４と共にＡｌ付加処理を施すものである。すなわ
ち、本実施例はボンド層１４の形成後に、図５に示すよ
うにＡｌ付加層１７を形成する。これによりＡｌ2 Ｏ3
からなる層の形成をより確実にすることができる。Ａｌ
付加層１７の形成方法としては、表面に２〜５０μm の
Ａｌ付加層が形成できるパック処理が望ましい。
【００２８】また、上記のものと異なる実施例を図６を
参照して説明する。本実施例ではＭＣｒＡｌＹからなる
単一のボンド層１４に代えて複数のボンド層が形成され
る。すなわち、基材１３に近い第１層はＡｌ濃度が低
い、たとえば３％以上６％未満のＭＣｒＡｌＹからなる
内側ボンド層１８により、また第２層はＡｌ濃度が高
い、たとえば６％以上２０％以下のＭＣｒＡｌＹからな
る外側ボンド層１９により構成されている。基材１３に
近い内側ボンド層１８は延性を基材１３と同等に保持す
るためにＡｌ濃度は低く保ち、一方、外側ボンド層１９
は耐食性に優れたＡｌ2 Ｏ3 を生成し易くするためにＡ
ｌ濃度を高くする。このような複層のボンド層からなる
ものはＴＢＣとこれを施した基材とのマッチングがよ
く、より確実に耐剥離性を向上させることができる。
参照して説明する。本実施例ではＭＣｒＡｌＹからなる
単一のボンド層１４に代えて複数のボンド層が形成され
る。すなわち、基材１３に近い第１層はＡｌ濃度が低
い、たとえば３％以上６％未満のＭＣｒＡｌＹからなる
内側ボンド層１８により、また第２層はＡｌ濃度が高
い、たとえば６％以上２０％以下のＭＣｒＡｌＹからな
る外側ボンド層１９により構成されている。基材１３に
近い内側ボンド層１８は延性を基材１３と同等に保持す
るためにＡｌ濃度は低く保ち、一方、外側ボンド層１９
は耐食性に優れたＡｌ2 Ｏ3 を生成し易くするためにＡ
ｌ濃度を高くする。このような複層のボンド層からなる
ものはＴＢＣとこれを施した基材とのマッチングがよ
く、より確実に耐剥離性を向上させることができる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明はボンド層の
表面に酸化物からなるバリア層を形成したので、たとえ
ばガスタービンなどの高温作動ガスにさらされる環境下
においても酸素がボンド層に到達するのを確実に阻止す
ることができる。したがって、本発明によれば、ボンド
層とセラミックからなる遮熱コーティング層との界面で
生成される酸化物によって遮熱コーティング層が剥離す
るのを防止でき、動翼などの供用時間を大きく延ばすこ
とが可能になる。
表面に酸化物からなるバリア層を形成したので、たとえ
ばガスタービンなどの高温作動ガスにさらされる環境下
においても酸素がボンド層に到達するのを確実に阻止す
ることができる。したがって、本発明によれば、ボンド
層とセラミックからなる遮熱コーティング層との界面で
生成される酸化物によって遮熱コーティング層が剥離す
るのを防止でき、動翼などの供用時間を大きく延ばすこ
とが可能になる。
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による遮熱コーテ
ィング部材の製造方法を示す工程図。
ィング部材の製造方法を示す工程図。
【図２】遮熱コーティング部材の適用例である動翼の斜
視図。
視図。
【図３】本発明によるレーザ処理工程を説明するための
図。
図。
【図４】本発明で用いられるセラミックス被覆装置を示
す構成図。
す構成図。
【図５】本発明の他の実施例を示す工程図。
【図６】本発明の他の実施例を示す工程図。
１１ 動翼 １２ 遮熱コーティング層 １３ 基材 １４、１８、１９ ボンド層 １５ 溶融層 １６ セラミックス層 １７ Ａｌ付加層 ２４ 真空チャンバ ２７ るつぼ ３１ 基材駆動装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 一浩 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 岡村 隆成 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 松本 一秀 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 牧野 吉延 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内
Claims (5)
- 【請求項１】 ＮｉあるいはＣｏのいずれか一方を主成
分に持つ耐熱合金を基材とし、該基材の表面にＮｉおよ
びＣｏの少なくとも一方を主成分とし、さらにCrおよび
Ａｌを含むボンド層を介してセラミックスからなる遮熱
コーティング層が形成されてなる遮熱コーティング部材
において、前記ボンド層の表面に酸化物からなるバリア
層を形成したことを特徴とする遮熱コーティング部材。 - 【請求項２】 前記バリア層がＡｌ2 Ｏ3 からなること
を特徴とする請求項１記載の遮熱コーティング部材。 - 【請求項３】 ＮｉあるいはＣｏのいずれか一方を主成
分に持つ耐熱合金の基材にＮｉおよびＣｏの少なくとも
一方を主成分とし、さらにＣｒおよびＡｌを含む合金を
溶射してボンド層を形成し、前記ボンド層の表面に酸素
を含む雰囲気中でレーザ光を照射してバリア層を形成
し、さらにバリア層の表面にＺｒＯ2 を主成分とするセ
ラミックスを蒸着して遮熱コーティング層を形成したこ
とを特徴とする遮熱コーティング部材の製造方法。 - 【請求項４】 前記ボンド層の表面にパック処理によっ
てＡｌ付加層を形成したことを特徴とする請求項３記載
の遮熱コーティング部材の製造方法。 - 【請求項５】 前記基材に形成される該ボンド層に代え
て、ＮｉおよびＣｏの少なくとも一方を主成分とし、さ
らにＣｒおよび低濃度のＡｌを含む合金を溶射して内側
ボンド層を形成すると共に、このボンド層の上にＮｉお
よびＣｏの少なくとも一方を主成分とし、さらにＣｒお
よび高濃度のＡｌを含む合金を溶射して外側ボンド層を
形成したことを特徴とする請求項３記載の遮熱コーティ
ング部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05702295A JP3394833B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 遮熱コーティング部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05702295A JP3394833B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 遮熱コーティング部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08253875A true JPH08253875A (ja) | 1996-10-01 |
| JP3394833B2 JP3394833B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=13043814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05702295A Expired - Fee Related JP3394833B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 遮熱コーティング部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3394833B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100509118B1 (ko) * | 2002-10-28 | 2005-08-19 | 한국전력공사 | 열 차폐 코팅의 수명연장을 위한 예산화 방법 |
| KR20070099405A (ko) * | 2006-04-04 | 2007-10-09 | 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 | 단열 코팅 및 그 도포 방법 |
| US7306860B2 (en) | 2004-07-30 | 2007-12-11 | Honeywell International, Inc. | Protective coating for oxide ceramic based composites |
| CN116254496A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-06-13 | 北京金轮坤天特种机械有限公司 | 热障涂层的制备方法 |
-
1995
- 1995-03-16 JP JP05702295A patent/JP3394833B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100509118B1 (ko) * | 2002-10-28 | 2005-08-19 | 한국전력공사 | 열 차폐 코팅의 수명연장을 위한 예산화 방법 |
| US7306860B2 (en) | 2004-07-30 | 2007-12-11 | Honeywell International, Inc. | Protective coating for oxide ceramic based composites |
| KR20070099405A (ko) * | 2006-04-04 | 2007-10-09 | 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 | 단열 코팅 및 그 도포 방법 |
| CN116254496A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-06-13 | 北京金轮坤天特种机械有限公司 | 热障涂层的制备方法 |
| CN116254496B (zh) * | 2022-09-09 | 2023-12-15 | 北京金轮坤天特种机械有限公司 | 热障涂层的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3394833B2 (ja) | 2003-04-07 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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