JPH0874505A - Thermal insulation coating member and manufacture thereof - Google Patents
Thermal insulation coating member and manufacture thereofInfo
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- JPH0874505A JPH0874505A JP21617994A JP21617994A JPH0874505A JP H0874505 A JPH0874505 A JP H0874505A JP 21617994 A JP21617994 A JP 21617994A JP 21617994 A JP21617994 A JP 21617994A JP H0874505 A JPH0874505 A JP H0874505A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は高温の酸化、腐食性雰囲
気中で使用される遮熱コーティング部材およびその製造
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal barrier coating member used in a high temperature oxidizing and corrosive atmosphere and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】発電用ガスタービンにおいては、運転ガ
ス温度の高温化が発電効率の向上のために有効である。
この高温化にともない、動翼、靜翼、燃焼器などの高温
部品においては、部品材料の温度を下げるための冷却特
性向上と材料の耐熱温度向上の二つの観点から耐久成功
上策が検討されている。2. Description of the Related Art In a gas turbine for power generation, raising the operating gas temperature is effective for improving power generation efficiency.
Along with this increase in temperature, high temperature parts such as rotor blades, blades, and combustors are being considered for successful endurance measures from the two perspectives of improving the cooling characteristics to lower the temperature of the parts materials and improving the heat resistance temperature of the materials. There is.
【０００３】まず、冷却性能の向上については、冷却用
空気流量を増加させることが有効である。ところが冷却
用空気流量を増加さぜると、燃焼ガス温度の低下があり
この面から発電効率の低下を招く。そこで、冷却用空気
の流量を増加させないで冷却性能を向上させるには、フ
ィルム冷却やインピンジ冷却に代表される材料／冷却ガ
ス間の熱伝導率を増大させる方法や、翼内面のリターン
フロー構造に代表される材料／冷却ガスの接触面積を増
大させる方法などが試みられている。これ等の方法は、
部品の構造が複雑となる欠点がある。First, in order to improve the cooling performance, it is effective to increase the cooling air flow rate. However, if the flow rate of the cooling air is increased, the temperature of the combustion gas is lowered, which causes a decrease in power generation efficiency. Therefore, in order to improve the cooling performance without increasing the flow rate of the cooling air, a method of increasing the thermal conductivity between the material and the cooling gas, which is represented by film cooling or impingement cooling, or a return flow structure on the inner surface of the blade is used. A method of increasing the contact area of the representative material / cooling gas has been attempted. These methods are
There is a drawback that the structure of the parts becomes complicated.
【０００４】一方、高温化のための他の方法としては耐
熱温度向上のため材料開発が進められている。ところ
が、高温部品材料としてはＮｉ、ＣｏまたはＦｅ基の超
合金が開発されているが、強度や耐酸化性、耐蝕性を考
慮すれば、耐熱温度は高々９００℃である。さらに耐熱
性を高めるものとして、高融点材料で耐酸化性、耐蝕性
に優れたセラミック材料がある。ところが、セラミック
材料は金属材料に比べて靭性の点で著しく劣っており、
加工性に劣る欠点がある。従って、ガスタービン部品材
料としては信頼性、形状化という点で問題がある。On the other hand, as another method for increasing the temperature, materials are being developed to improve the heat resistant temperature. However, although Ni, Co, or Fe-based superalloys have been developed as high-temperature component materials, the heat resistance temperature is at most 900 ° C. in consideration of strength, oxidation resistance, and corrosion resistance. Further, as a material having higher heat resistance, there is a ceramic material having a high melting point and excellent in oxidation resistance and corrosion resistance. However, ceramic materials are significantly inferior to metallic materials in terms of toughness,
It has a drawback of poor workability. Therefore, there is a problem in terms of reliability and shape as a gas turbine component material.
【０００５】ところで、靭性がある金属材料を強度メン
バーとして使用する一つの手段として遮熱コーティング
がある。遮熱コーティングは、金属基材表面に低熱伝導
率のセラミックをコーティングすることにより（裏面は
冷却）、金属基材の温度上昇を防止するものである。数
百μｍのセラミック層により、金属基材の表面温度を５
０〜１００℃低下させ得るとの報告もある（特開昭６２
−２１１３８７号）。これにより、強度メンバーとなる
金属基材の温度を上昇させることなく、ガスタービンの
高温化が可能となる。また、遮熱コーティングにおいて
は燃焼ガス側から冷却ガス側への熱流束を低減し得るた
めに、金属基材の昇温防止とともに冷却ガス流量を低減
できる効果もある。By the way, there is a thermal barrier coating as one means for using a tough metallic material as a strength member. The thermal barrier coating prevents the temperature rise of the metal base material by coating the surface of the metal base material with a ceramic having a low thermal conductivity (the back surface is cooled). The surface temperature of the metal substrate is 5
There is also a report that the temperature can be lowered by 0 to 100 ° C (JP-A-62-62).
-2111387). As a result, the temperature of the gas turbine can be increased without increasing the temperature of the metal base material that is the strength member. Further, in the thermal barrier coating, since the heat flux from the combustion gas side to the cooling gas side can be reduced, there is an effect that the temperature rise of the metal base material can be prevented and the cooling gas flow rate can be reduced.
【０００６】一方、遮熱コーティングの問題点はコーテ
ィングしたセラミック層の割れや剥離の問題である。こ
れは表面に形成したセラミック層が非常に割れやすいと
いう本質的な問題と、金属とセラミックとでは材料の物
性が大巾に異なり、大きな熱応力を発生することに原因
がある。また、高温酸化、高温腐食性雰囲気下での長時
間使用も、酸化物の生成などコーティング被膜の劣化、
密着力低下を招き、セラミック層の割れや剥離の発生を
助長する。このセラミック層の割れや剥離は、遮熱性能
の低下を来たし、基材温度の上昇をもたらし器材の溶
融、破壊など機器の運転にも支障をおよぼすトラブルの
原因となる。On the other hand, the problem with the thermal barrier coating is the problem of cracking or peeling of the coated ceramic layer. This is due to the essential problem that the ceramic layer formed on the surface is extremely fragile, and the fact that the physical properties of the material differ greatly between metal and ceramic, and large thermal stress is generated. In addition, high-temperature oxidation, long-term use in a high-temperature corrosive atmosphere, deterioration of the coating film such as oxide formation,
This leads to a decrease in adhesion and promotes cracking and peeling of the ceramic layer. The cracking or peeling of the ceramic layer lowers the heat shield performance, raises the temperature of the base material, and causes troubles such as melting and destruction of equipment, which also hinders the operation of the equipment.
【０００７】そのために、ガスタービン高温部品の遮熱
コーティングにおけるセラミック層の割れや剥離の低減
策が種々検討されている。それ等は、熱応力緩和による
ものと耐酸化性、耐蝕性の向上によるものとの二つに大
別される。熱応力の緩和によるものとしては、金属材料
へのセラミックコーティング方法がある（特開平４−２
１４４２２号）。これは、金属基材表面にセラミックコ
ーティングした後、熱処理を施して線膨脹係数の小さい
セラミック層に圧縮応力を印加するものである。そのた
めに、セラミック層は圧縮応力場での使用となり割れや
剥離の発生は低減される。また、組成が徐々に変化する
金属ーセラミック層溶着方法もある（特開昭６１−１４
５７６号）。これは、金属基材から表面のセラミックま
でセラミック含有率を連続的に増大させながら溶射被膜
を形成させ、溶射時に基材温度を徐々に上昇させること
により、残留応力を制御するものである。これにより、
使用時の熱応力も緩和され、割れや剥離の発生も低減さ
れる。Therefore, various measures for reducing cracking and peeling of the ceramic layer in the thermal barrier coating of the gas turbine high temperature component have been studied. These are roughly classified into two types, that is, relaxation of thermal stress and improvement of oxidation resistance and corrosion resistance. As a method for relaxing the thermal stress, there is a method of coating a metal material with a ceramic (Japanese Patent Laid-Open No. 4-2 / 1992).
14422). This is to apply a compressive stress to a ceramic layer having a small coefficient of linear expansion by subjecting a surface of a metal base material to ceramic coating and then subjecting it to heat treatment. Therefore, the ceramic layer is used in a compressive stress field, and the occurrence of cracking and peeling is reduced. There is also a metal-ceramic layer welding method in which the composition gradually changes (JP-A-61-14).
576). This is to control the residual stress by forming a thermal spray coating while continuously increasing the ceramic content from the metal substrate to the ceramic on the surface and gradually increasing the substrate temperature during thermal spraying. This allows
The thermal stress at the time of use is relaxed, and the occurrence of cracks and peeling is reduced.
【０００８】次に、耐酸化性、耐蝕性を向上させるもの
として、耐熱性セラミックコーティングがある（特開昭
５７−１４０８７６号）。これは、金属基材表面に中間
の合金ボンド層とセラミック層との間に、耐酸化性に優
れたＰｔ合金を介在させるものである。れにより、合金
ボンド層とセラミック層との界面で野退散かせい、耐蝕
性が向上され、遮熱コーティングの耐久性が向上され
る。Next, as a material for improving the oxidation resistance and the corrosion resistance, there is a heat-resistant ceramic coating (JP-A-57-140876). This is to interpose a Pt alloy having excellent oxidation resistance between the intermediate alloy bond layer and the ceramic layer on the surface of the metal base material. As a result, the interface between the alloy bond layer and the ceramic layer is allowed to diffuse, the corrosion resistance is improved, and the durability of the thermal barrier coating is improved.
【０００９】また、セラミック被覆ガスタービン燃焼器
およびその製造法は、周知である（特開昭６１−２１０
３２７号）。この製造法では、金属基材表面に形成する
合金ボンド層表面に、予めＡｌを主成分とする酸化被膜
を形成する。この酸化層が内部への酸素の侵入を防ぎ、
合金ボンド層の酸化、腐食の進行を防ぎその耐久性を向
上させる。A ceramic-coated gas turbine combustor and a method for manufacturing the same are well known (Japanese Patent Laid-Open No. 61-210).
327). In this manufacturing method, an oxide film containing Al as a main component is previously formed on the surface of the alloy bond layer formed on the surface of the metal base material. This oxide layer prevents oxygen from entering the inside,
Prevents oxidation and corrosion of the alloy bond layer and improves its durability.
【００１０】表面にセラミック層を形成する遮熱コーテ
ィングではないが、金属基材への耐蝕コーティングに関
しては、溶射被覆合金製品がある（特開昭６３−８５８
２８号）。これは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ基の超合金基材上
に、超合金マトリックス中にセラミックが微細分散した
層を形成した超合金に関するものであるこの超合金は従
来の超合金より耐久性が大である。Although it is not a thermal barrier coating for forming a ceramic layer on the surface, there is a spray-coated alloy product for corrosion-resistant coating on a metal substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 63-858).
No. 28). This relates to a superalloy in which a layer in which ceramics are finely dispersed in a superalloy matrix is formed on a Ni, Co, Fe-based superalloy substrate. This superalloy has a higher durability than conventional superalloys. Is.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、ガスタ
ービンのような高温酸化、高温腐食雰囲気中で使用する
遮熱コーティングにおいては、セラミック被膜の剥離を
防ぐ種々の試みがなされている。その中には、耐酸化層
の付加など経年的な劣化特性の向上を図ることにより、
耐久性の向上を図ったものがある。As described above, various attempts have been made to prevent the peeling of the ceramic coating in the thermal barrier coating used in a high temperature oxidizing and high temperature corrosive atmosphere such as in a gas turbine. Among them, by improving the deterioration characteristics over time, such as the addition of an oxidation resistant layer,
Some have improved durability.
【００１２】ところが、それ等は主として金属基材とセ
ラミック層の中間のボンド層表面にＰｔや、Ａｌ2 Ｏ3
などの耐酸化性、耐蝕性に優れたもう一つの層を介在さ
せるものであり、超合金マトリックス中にセラミックが
微細分散された中間層を形成させたものではない。ま
た、超合金マトリックス中にセラミックが微細分散され
た中間層を形成する際、金属基材からセラミック層にか
けて、セラミック組成比率が連続的に増大することによ
り熱応力を緩和するようにしたものもない。However, they are mainly composed of Pt or Al 2 O 3 on the surface of the bond layer intermediate between the metal substrate and the ceramic layer.
Another intervening layer having excellent oxidation resistance and corrosion resistance is interposed, and an intermediate layer in which ceramics are finely dispersed in a superalloy matrix is not formed. Further, when forming an intermediate layer in which ceramics are finely dispersed in a superalloy matrix, there is no one that alleviates thermal stress by continuously increasing the ceramic composition ratio from the metal base material to the ceramic layer. .
【００１３】本発明は上記の事情に基づきなされたもの
で、耐久性が高く、超合金基材とセラミック層との剥離
を防止することがで切る遮熱層およびその製造法を提供
する。The present invention has been made under the above circumstances, and provides a heat shield layer having high durability and capable of preventing peeling between a superalloy substrate and a ceramic layer, and a method for producing the same.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の遮熱層は、Ｎ
ｉ、ＣｏまたはＦｅ基の高温強度に優れた超合金の金属
基材上に、低熱伝導率のセラミック層を形成る遮熱コー
ティングにおいて、金属基材とセラミック層との間に金
属基材より耐酸化性、耐蝕性に優れたＮｉ、Ｃｏまたは
Ｆｅ基の金属質マトリックス中にセラミック質が微細に
分散した中間層を有することを特徴とする。The heat shield layer of the present invention is N
In a thermal barrier coating for forming a ceramic layer having a low thermal conductivity on a metal base material of i, Co or Fe-based superalloy having excellent high-temperature strength, a metal base material and a ceramic layer are more resistant to acid than a metal base material. It is characterized by having an intermediate layer in which a ceramic material is finely dispersed in a Ni-, Co- or Fe-based metallic matrix having excellent chemical resistance and corrosion resistance.
【００１５】[0015]
【作用】上記構成の本発明の遮熱部材においては、マト
リックスとなるＮｉ、ＣｏまたはＦｅ基の超合金粉末と
分散質のセラミックとをメカニカルアロイングすること
により、金属質マトリックス中にセラミック粒子が微細
分散した粒子が形成される。In the heat-shielding member of the present invention having the above-described structure, the Ni, Co or Fe-based superalloy powder serving as a matrix and the dispersoid ceramic are mechanically alloyed to form ceramic particles in the metallic matrix. Finely dispersed particles are formed.
【００１６】[0016]
【実施例】図１は、本発明の遮熱コーティング部材の一
実施例の断面図である。この図において、Ｎｉ、Ｃｏ、
またはＦｅをベースとした高温強度に優れた超合金から
なる金属基材１には、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＦｅ基の超合
金マトリックス４中にセラミック５を微細に分散させた
中間層２が設けてある。前記のセラミック分散質として
は、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 、ＴｈＯ2 など、硬質でしか
も化学的に安定な酸化物系セラミックが含まれ、それ等
は一種以上用いられている。また、セラミック分散質の
大きさは、１．０μｍ以下であり、その中間層の強化と
耐酸化性、耐蝕性を満たすに十分に小さいものとしてあ
る。表面のセラミック層３は、ＺｒＯ2 を主成分とし、
Ｙ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ2 のうち少なくとも
一つを含むもので、遮熱性能を持たせるために低熱伝導
率でしかも高温での相の安定性を有するものとしてあ
る。1 is a sectional view of an embodiment of a thermal barrier coating member of the present invention. In this figure, Ni, Co,
Alternatively, a metallic base material 1 made of a superalloy based on Fe and excellent in high temperature strength is provided with an intermediate layer 2 in which a ceramic 5 is finely dispersed in a superalloy matrix 4 of Ni, Co or Fe base. is there. The ceramic dispersoid of the, such as A l 2 O 3, Y 2 O 3, ThO 2, includes a rigid, yet chemically stable oxide ceramic, which like are used one or more. The size of the ceramic dispersoid is 1.0 μm or less, which is sufficiently small to satisfy the strengthening, oxidation resistance and corrosion resistance of the intermediate layer. The surface ceramic layer 3 contains ZrO2 as a main component,
It contains at least one of Y 2 O 3 , MgO, CaO, and SiO 2 , and has low thermal conductivity and phase stability at high temperatures in order to provide heat shielding performance.
【００１７】図２は、上記の遮熱コーティング部材の製
造法の一例の工程図である。第１の工程６は原料粉末の
作成工程を示す。Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの少なくとも一種の
中に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含む金属質のＭＣｒＡｌＹ粉末
とセラミック質のＹ2 Ｏ3 粉末を、アトライクや高速ボ
ールミルよりメカニカルアロイングすることにより、機
械エネルギによる粉末の合金化を行い、ＭＣｒＡｌＹ粉
末中にＹ2 Ｏ3 粉末が超微細分散した粉末を作成する。
一方、電融粉砕法や化学析出法などにより、８ｗｔ％Ｙ
2 Ｏ3 で部分安定化したＺｒＯ2 粉末を作成する。FIG. 2 is a process drawing of an example of a method for manufacturing the above-mentioned thermal barrier coating member. The first step 6 is a step of producing the raw material powder. By mechanically alloying metallic MCrAlY powder containing Cr, Al, and Y and ceramic Y 2 O 3 powder in at least one of Ni, Co, and Fe with an attrik or high-speed ball mill, mechanical energy is applied. The powder is alloyed to prepare a powder in which Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in MCrAlY powder.
On the other hand, 8 wt% Y by electro-melting pulverization method or chemical deposition method
A ZrO 2 powder partially stabilized with 2 O 3 is prepared.
【００１８】第２の工程７から第６の工程１１までは、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの少なくとも一種の中に、Ｃｒ、Ａ
ｌ、Ｙを含む高温強度に優れた超合金基材上に、上記の
ＭＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ3 粉末が超微細分散された
粉末を形成させる工程である。まず、第２の工程７で
は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの少なくとも一種の中には、Ｃ
ｒ、Ａｌ、Ｙを含む高温強度に優れた超合金基材の洗浄
脱脂と、その後のＡｌ2 Ｏ3グリッドを用いたブラスィ
ングの前処理を行う。From the second step 7 to the sixth step 11,
At least one of Ni, Co and Fe contains Cr, A
This is a step of forming a powder in which Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in the above MCrAlY powder on a superalloy base material containing 1, Y and excellent in high temperature strength. First, in the second step 7, at least one of Ni, Co, and Fe contains C.
Cleaning and degreasing of a superalloy base material containing r, Al, and Y and having excellent high-temperature strength, and subsequent pretreatment of blasting using an Al 2 O 3 grid.
【００１９】第３の工程８では、前記前処理を施した超
合金基材をチャンバー中にセットする。チャンバーの真
空とガス置換とを繰り返し、その酸素濃度を１０-2ＭＰ
ａ以下とし、雰囲気圧力を１０-4P ａとする。In the third step 8, the pretreated superalloy substrate is set in a chamber. The chamber vacuum and gas replacement are repeated to adjust the oxygen concentration to 10 -2 MP.
The pressure is not more than a and the atmospheric pressure is 10 −4 Pa .
【００２０】第４の工程９は、超合金基材表面のクリー
ニング処理を行う工程である。超合金基材を負極とした
トランスファードアークにり、超合金基材表面の酸化物
を分解する。The fourth step 9 is a step of cleaning the surface of the superalloy substrate. Oxides on the surface of the superalloy substrate are decomposed by a transferred arc using the superalloy substrate as a negative electrode.
【００２１】第５の工程１０は、超合金基材の予熱工程
である。プラズマジェットにより、超合金基材を８００
℃まで加熱する。The fifth step 10 is a step of preheating the superalloy substrate. 800 super alloy base material by plasma jet
Heat to ℃.
【００２２】第６の工程１１は、メカニカルアロイング
により作成したＭＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ3 粉末が超
微細分散した粉末の超合金基材への溶射工程である。そ
の粉末をプラズマジェットにより溶融し、高速で超合金
基材にぶつけることにより凝固させ、被膜を形成させ
る。The sixth step 11 is a step of spraying a powder of ultrafine Y 2 O 3 powder dispersed in MCrAlY powder prepared by mechanical alloying onto a superalloy substrate. The powder is melted by a plasma jet and solidified by hitting the superalloy substrate at a high speed to form a film.
【００２３】第７の工程１２と第８の工程１３は、ＭＣ
ｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ3 粉末が超微細分散した被膜上
に、低熱伝導で靭性に富むセラミック８ｗｔ％Ｙ2 ０3
で部分安定化したＺｒＯ2 を形成する工程である。第７
の工程１２では、ＭＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ3 粉末が
超微細超微細分散した被膜を形成した超合金基材をチャ
ンバーから大気中に取り出す。第８の工程１３では、Ｍ
ＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ3 粉末が超微細分散した被膜
上に、８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 で部分安定化したＺｒＯ2 をプ
ラズマジェットにより溶融し、高速でぶつけることによ
り被膜を形成する。The seventh step 12 and the eighth step 13 are MC
On a coating in which Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in rAlY powder, ceramic 8 wt% Y 2 O 3 with low thermal conductivity and high toughness is formed.
Is a step of forming partially stabilized ZrO 2 . Seventh
In step 12, the superalloy base material in which the film in which the Y 2 O 3 powder is ultrafine and ultrafine dispersed is formed in the MCrAlY powder is taken out from the chamber to the atmosphere. In the eighth step 13, M
On a coating film in which Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in CrAlY powder, ZrO 2 partially stabilized with 8 wt% Y 2 O 3 is melted by a plasma jet and hit at high speed to form a coating film.
【００２４】第９の工程１４は後処理工程である。超合
金基材上に、ＭＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ3 粉末が超微
細分散した中間層と８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 で部分安定化した
ＺｒＯ2 を形成したものを、酸素濃度が１０-2Ｐａ以下
のＡｒの不活性ガス雰囲気中で、１１００℃、４ｈの熱
処理を施す。これにより、元素拡散によって超合金基材
と中間層の密着性が向上し、中間層の被膜が緻密化され
る。The ninth step 14 is a post-treatment step. On superalloy substrates, one which formed ZrO 2 Y2 O 3 powder into MCrAlY powder of partially stabilized with an intermediate layer and the 8wt% Y 2 O 3 was ultrafine dispersion, the oxygen concentration is 10 -2 Pa or less Heat treatment is performed at 1100 ° C. for 4 hours in an Ar inert gas atmosphere. As a result, the adhesion between the superalloy substrate and the intermediate layer is improved by element diffusion, and the coating film of the intermediate layer is densified.
【００２５】図３は本発明の遮熱コーティング製造法の
他の実施例の工程を示す。この図において、第１の工程
１５は原料粉末の作成工程である。この工程において
は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの少なくとも一種の中に、Ｃｒ、
Ａｌ、Ｙを含む金属質のＭＣｒＡｌＹ粉末とセラミック
質のＹ2 Ｏ3 粉末を、アトライクや高速ボールミルより
メカニカルアロイングすることにより、機械エネルギに
よる粉末の合金化を行い、ＭＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ
3 粉末が超微細分散した粉末を作成する。一方、電融粉
砕法や化学析出法などにより、８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 で部分
安定化したＺｒＯ2 粉末を作成する。第２の工程１６か
ら第５の工程１９までは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの少なくと
も一種の中に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含む高温強度に優れた
超合金基材上に、上記のＭＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ3
粉末が超微細分散された粉末を固化させる工程である。FIG. 3 shows the steps of another embodiment of the thermal barrier coating manufacturing method of the present invention. In this figure, the first step 15 is a step of producing a raw material powder. In this step, at least one of Ni, Co and Fe contains Cr,
By mechanically alloying a metallic MCrAlY powder containing Al and Y and a ceramic Y 2 O 3 powder from an strike or a high-speed ball mill, alloying of the powder by mechanical energy is performed, and Y 2 O is contained in the MCrAlY powder.
3 Make a powder with ultrafine dispersion. On the other hand, a ZrO 2 powder partially stabilized with 8 wt% Y 2 O 3 is prepared by an electrofusion pulverization method or a chemical deposition method. From the second step 16 to the fifth step 19, the above-mentioned MCrAlY powder is formed on a superalloy base material containing Cr, Al and Y in at least one of Ni, Co and Fe and having excellent high temperature strength. To Y 2 O 3
This is a step of solidifying the powder in which the powder is finely dispersed.
【００２６】まず、第２の工程１６では、Ｎｉ、ＣＯ、
Ｆｅの少なくとも一種の中にＣｒ、Ａｌ、Ｙを含む高温
強度に優れた超合金基材を洗浄脱脂する。First, in the second step 16, Ni, CO,
A superalloy substrate containing Cr, Al, and Y in at least one of Fe and having excellent high-temperature strength is washed and degreased.
【００２７】次に、第３の工程１７では、超合金基材を
ＳＵＳ３０４製のキャンにセットし、超合金基材上に上
記ＭＣｒＡｌ粉末中にＹ2 Ｏ3 微細分散させた粉末と８
ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 で部分安定化したＺｒ2 粉末とを積層す
る。Next, in the third step 17, the superalloy base material is set in a SUS304 can, and a powder of Y 2 O 3 finely dispersed in the MCrAl powder is placed on the superalloy base material.
laminating a Zr2 powder partially stabilized with wt% Y 2 O 3.
【００２８】第４の工程１８では、前記粉末を積層した
キャンの内部を酸素濃度１０-3Ｐａ以下、全圧で１０-1
ＰＡ以下に真空引きし、内部を真空封止する。In the fourth step 18, the inside of the can in which the powders are laminated has an oxygen concentration of 10 -3 Pa or less and a total pressure of 10 -1.
The inside of PA is evacuated and the inside is vacuum-sealed.
【００２９】第５の工程１９では、超合金基材と粉末を
真空封入したキャンを、圧力が２００ＭＰａ、温度が１
０００℃のＡｒガス雰囲気中に２ｈ保持する。これによ
り、超合金基材表面にＭＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ3 粉
末が超微細分散した中間層および表面の８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ
3 で部分安定化したＺｒＯ2 の槽が形成される。In the fifth step 19, a can in which the superalloy base material and the powder are vacuum-sealed is set at a pressure of 200 MPa and a temperature of 1.
Hold for 2 h in Ar gas atmosphere at 000 ° C. As a result, 8 wt% Y 2 O on the surface of the intermediate layer in which the Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in the MCrAlY powder on the surface of the superalloy substrate and on the surface
A partially stabilized ZrO 2 bath is formed at 3.
【００３０】第６の工程２０では、超合金基材上に、Ｍ
ＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ3 粉末が超微細分散した中間
層と８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 で部分安定化したＺｒＯ2 を形成
したものを、酸素濃度１０-3Ｐａ以下のＡｒガス雰囲気
中で、温度１１００℃、４ｈの熱処理を施す。これによ
り、元素拡散によって超合金基材中と中間層の密着性が
向上し、中間層の被膜が緻密となる。In the sixth step 20, M is deposited on the superalloy substrate.
An intermediate layer in which Y 2 O 3 powder was ultrafinely dispersed in CrAlY powder and ZrO 2 partially stabilized with 8 wt% Y 2 O 3 were formed in an Ar gas atmosphere with an oxygen concentration of 10 −3 Pa or less at a temperature of Heat treatment is performed at 1100 ° C. for 4 hours. This improves the adhesion between the superalloy substrate and the intermediate layer due to element diffusion, and the intermediate layer coating becomes dense.
【００３１】また、図２に示した遮熱コーティング部材
の製造法には没の実施例がある。まず、第１の工程６の
粉末作成工程である。Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの少なくとも一
つの中に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含む金属質のＭＣｒＡｌＹ
粉末とセラミック質のＹ2 Ｏ3 粉末を、アトライタや高
速ボールミルによるメカニカルアロイングすることによ
り、ＭＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ3 粉末が超微細分散し
た粉末を作成する。この時、Ｙ2 Ｏ3 粉末の組成比率が
０％〜５０％まで、５％おきに変化した合計１１種類の
メカニカルアロイ粉末を作成する。また、第６の工程１
１ではメカニカルアロイングにより作成したＭＣｒＡｌ
Ｙ粉末中にＹ2 Ｏ3 粉末が超微細分散した粉末を、超合
金基材上に溶射法により形成する工程において、前記の
１１種類のメカニカルアロイ粉末をその組成比率の小さ
いものから順に溶射する。このようにして、超合金基材
から連続的にＹ2 Ｏ3 の組成比率が増加した中間層を形
成することができる。Further, the method of manufacturing the thermal barrier coating member shown in FIG. First, the powder preparation step of the first step 6. Metallic MCrAlY containing Cr, Al and Y in at least one of Ni, Co and Fe
The powder and the ceramic Y 2 O 3 powder are mechanically alloyed with an attritor or a high-speed ball mill to prepare a powder in which the Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in the MCrAlY powder. At this time, a total of 11 types of mechanical alloy powders in which the composition ratio of the Y 2 O 3 powder changed from 0% to 50% at intervals of 5% are prepared. Also, the sixth step 1
1 is MCrAl created by mechanical alloying
In the step of forming a powder in which Y2O3 powder is ultrafinely dispersed in Y powder on the superalloy substrate by a thermal spraying method, the above 11 kinds of mechanical alloy powders are sprayed in order from the one having the smallest composition ratio. In this way, the intermediate layer in which the composition ratio of Y 2 O 3 is continuously increased can be formed from the superalloy substrate.
【００３２】また、図３に示す遮熱コーティング部材の
製造法についても別の実施例がある。まず、第１の工程
１５の原料粉末の作成工程工程である。Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆ
ｅの少なくとも一種の中に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含む金属
質のＭＣｒＡｌＹ粉末とセラミック質のＹ2 Ｏ3 粉末
を、アトライタや高速ボールミルによりメカニカルアロ
イングすることにより、ＭＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2 Ｏ3
粉末が超微細分散した粉末を作成する。この時、Ｙ2 Ｏ
3 粉末の組成比率が、０％〜５０％まで５％おきに異な
る１１種類のメカニカルアロイ粉末を作成する。超合金
基材をＳＵＳ３０４製のキャンにセットする。その後、
超合金基材上にＭＣｒＡｌＹ粉末中にＹ2Ｏ3 がちょう
微細分散した粉末をセットする際に、前記の１１種類の
メカニカルアロイ粉末の上に、８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 粉末の
組成比率の小さいものから順に積層する。その後、前記
メカニカルアロイ粉末の上に８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 で部分安
定化したＺｒＯ2 粉末を積層する。第５の工程１９で、
超合金とと積層した粉末を入れたキャンを、圧力２００
ＭＰａ、温度１０００℃のＡｒガス雰囲気中に２ｈ保持
することにより、超合金基材表面に超合金基材から連続
的にＹ2 Ｏ3 の組成比率が増加した中間層および表面の
８ｗｔＹ2 Ｏ3 で部分安定化したＺｒＯ2 の層が完成す
る。There is another embodiment of the method of manufacturing the thermal barrier coating member shown in FIG. First, the raw material powder creation step of the first step 15. Ni, Co, F
in at least one of e, Cr, Al, and Y 2 O 3 powder of MCrAlY powder and the ceramic quality of the metallic containing Y, by mechanical alloying by attritor, high-speed ball mill, Y 2 O in MCrAlY powder 3
A powder in which the powder is ultrafinely dispersed is prepared. At this time, Y 2 O
Eleven kinds of mechanical alloy powders whose composition ratios of 3 powders differ from 0% to 50% at intervals of 5% are prepared. The superalloy substrate is set in a SUS304 can. afterwards,
When setting a powder in which Y 2 O 3 is finely dispersed in MCrAlY powder on a superalloy substrate, the composition ratio of 8 wt% Y 2 O 3 powder is small on the above 11 kinds of mechanical alloy powders. Laminate in order from the ones. Then, stacked ZrO2 powder partially stabilized with 8wt% Y 2 O 3 on the mechanical alloying powder. In the fifth step 19,
A can containing the powder laminated with the superalloy is pressed at a pressure of 200
By holding in Ar gas atmosphere of MPa and temperature of 1000 ° C. for 2 h, the composition ratio of Y 2 O 3 from the superalloy base material continuously increased on the surface of the superalloy base material and the surface was partially covered with 8 wtY 2 O 3. layer of Z r O 2 stabilized is completed.
【００３３】また、別の実施例がある。前記のように、
溶射法や粉末固化法により、超合金基材上に、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｆｅの一種の中に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含む金属質の
ＭＣｒＡｌＹに、セラミック質のＹ2 Ｏ3 が微細分散し
た中間層を形成した後、以下の工程を追加するものであ
る。中間層を形成した超合金基材を、Ａｌ、Ａｌ2 Ｏ3
粉末とともにＳＵＳ３０４製の容器に詰め、ＮＨ4 Ｃ
ｌ、Ｈ2 を流しながら温度１０００℃で５ｈ保持する。
これにより、中間層表面に耐酸化性、耐蝕性のＡｌのリ
ッチな層が形成される。また、これを温度７００〜１１
００℃の酸化性雰囲気に、０．５〜５００ｈ保持するこ
とによりそのＡｌが表面のＡｌ2 Ｏ3 に変化する。There is another embodiment. As mentioned above,
Ni, C on the superalloy substrate by the thermal spraying method or the powder solidification method
After forming an intermediate layer in which ceramic Y 2 O 3 is finely dispersed in metallic MCrAlY containing Cr, Al, and Y in one of o and Fe, the following steps are added. The superalloy substrate on which the intermediate layer is formed is made of Al, Al 2 O 3
Packed in a SUS304 container with powder, NH 4 C
The temperature is maintained at 1000 ° C. for 5 hours while flowing H and H 2 .
As a result, an Al-rich layer having oxidation resistance and corrosion resistance is formed on the surface of the intermediate layer. In addition, the temperature is 700 to 11
By holding in an oxidizing atmosphere at 00 ° C. for 0.5 to 500 hours, the Al changes to Al 2 O 3 on the surface.
【００３４】上記各実施例の作用について図４〜図６を
参照して説明する。The operation of each of the above embodiments will be described with reference to FIGS.
【００３５】まず、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの少なくとも一種
の中に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含む金属質のＭＣｒＡｌＹ粉
末とセラミック質のＹ2 Ｏ3 粉末を、アトライタにより
メカニカルアロイングすることにより、ＭＣｒＡｌＹ粉
末中にＹ2 Ｏ3 粉末が超微細分散したメカニカルアロイ
粉末が作成できる。図４は、横軸に機械エネルギＥとし
て回転数Ｒ×時間ｔを、縦軸にはＹ2 Ｏ3 粉末粒径をと
って示す。横軸の機械エネルギが大きくなるほど、Ｙ2
Ｏ3 Ｙ2 Ｏ3 粒径ｒが小さくできることが明らかであ
る。初期粒径ｒが数十μｍのＹ2 Ｏ3 粉末も、回転数５
００ｒｐｍで１０ｈのメカニカルアロイ処理を行えば、
Ｙ2 Ｏ3 粉末粒径ｒを１μｍ未満とすることができる。
また、メカニカルアロイ粉末の特徴としては、一つのＭ
ＣｒＡｌＹマトリックスの中に微細なＹ2 Ｏ3 粉末が分
散した形で存在する。First, a metallic MCrAlY powder containing Cr, Al, and Y in at least one of Ni, Co, and Fe and a ceramic Y 2 O 3 powder are mechanically alloyed by an attritor to give MCrAlY. A mechanical alloy powder in which Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed can be prepared. In FIG. 4, the horizontal axis represents the rotational speed R × time t as the mechanical energy E, and the vertical axis represents the Y 2 O 3 powder particle size. The greater the mechanical energy on the horizontal axis, the more Y 2
It is clear that the O 3 Y 2 O 3 grain size r can be reduced. Y 2 O 3 powder having an initial particle size r of several tens of μm also has a rotation speed of 5
If you do mechanical alloy processing for 10 hours at 00 rpm,
The Y 2 O 3 powder particle size r can be less than 1 μm.
In addition, one of the characteristics of mechanical alloy powder is M
There is a fine Y 2 O 3 powder dispersed in a CrAlY matrix.
【００３６】また、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅが少なくとも一種
の中に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含むＭＣｒＡｌＹにＹ2 Ｏ粒
子が微細分散した中間層を用いることにより、耐酸化
性、耐蝕性が向上される。Further, by using an intermediate layer in which Y 2 O particles are finely dispersed in MCrAlY containing Cr, Al and Y in at least one of Ni, Co and Fe, oxidation resistance and corrosion resistance are improved. It
【００３７】図５は、温度１０００℃の大気中に保持し
た場合の酸化増量ｗについて、通常のＭＣｒＡｌＹ粉末
を用いて作成した遮熱コーティング部材と、Ｙ2 Ｏ3 粒
子を５パーセント微細分散させた中間層を用いた遮熱コ
ーティング部材とを比較したものである。これより、本
発明の遮熱コーティング部材の酸化増量が著しく少ない
ことが分る。これは、Ｙ2 Ｏ3 粒子が酸素元素のトラッ
プにに有効に寄与していることを意味している。また、
Ｙ2 Ｏ3 粒子を５パーセント分散させた中間の表面にＡ
ｌリッチな層を付加した場合を図５中に示しているが、
酸化増量ｗはさらに少なくなっている。FIG. 5 shows a thermal barrier coating member prepared by using normal MCrAlY powder and an intermediate layer in which Y2O3 particles are finely dispersed by 5% with respect to the weight increase by oxidation w when kept in the air at a temperature of 1000.degree. It is a comparison with a thermal barrier coating member using. From this, it can be seen that the increase in oxidation of the thermal barrier coating member of the present invention is extremely small. This means that the Y 2 O 3 particles effectively contribute to the trap of oxygen element. Also,
A 5% Y 2 O 3 particles dispersed on the intermediate surface
FIG. 5 shows the case where an l-rich layer is added.
The oxidation weight increase w is further reduced.
【００３８】次に、図６は通常のＭＣｒＡｌＹ粉末を用
いて作成した遮熱コーティング部材と、Ｙ2 Ｏ3 粒子を
５％微細分散させた中間層を用いた遮熱コーティング部
材の高温使用における熱応力を比較して示す。この図に
おいて、板巾方向の熱応力が示され、Ｙ2 Ｏ3 粒子を５
％分散させた中間層を用いた遮熱コーティング部材で
は、靭性が基材や中間層よりも劣る表面の８ｗｔ％Ｙ2
Ｏ3 −ＺｒＯ3 の熱応力が低減される。これは、Ｙ2 Ｏ
3 粒子を微細分散させた中間層を用いることにより、Ｍ
ＣｒＡｌＹをそのまま用いたときよりも線膨脹係数が小
さくなり、ヤング率も大きくなるためである。すなわ
ち、超合金性基材との栓膨脹係数の違いや温度分布によ
り、表面の８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 −ＺｒＯ2 に作用する引張
熱応力の一部をこの中間層が分担するためである。Next, FIG. 6 shows the thermal barrier coating member prepared by using the normal MCrAlY powder and the thermal barrier coating member using the intermediate layer in which Y 2 O 3 particles are finely dispersed by 5% in high temperature use. The stress is shown in comparison. In this figure, the thermal stress in the width direction is shown and the Y 2 O 3 particles
% In the thermal barrier coating member using the dispersed intermediate layer, the toughness is 8 wt% Y 2 on the surface which is inferior to the base material and the intermediate layer.
Thermal stress of O 3 -ZrO 3 is reduced. This is Y 2 O
By using an intermediate layer in which 3 particles are finely dispersed, M
This is because the linear expansion coefficient is smaller and the Young's modulus is larger than when CrAlY is used as it is. That is, this intermediate layer shares a part of the tensile thermal stress acting on the surface 8 wt% Y 2 O 3 —ZrO 2 due to the difference in plug expansion coefficient from the superalloy substrate and the temperature distribution.
【００３９】また、超合金性基材から連続的にＹ2 Ｏ3
の組成比率が増加した中間層とすること、さらに熱応力
が緩和される。これは、超合金性基材や中間層のマトリ
ックスのＭＣｒＡｌＹと表面層の８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 −Ｚ
ｒＯ2 の急激な線膨脹係数の変化をなくすことができる
ためである。すなわち、定性的には、ＭＣｒＡｌＹにＹ
2 Ｏ3 を添加することにより、線膨脹係数を下げること
ができるが、中間層のＹ2 Ｏ3 の組成比率を連続的に増
加させることにより、超合金基材から表面の８ｗｔ％Ｙ
2 Ｏ3 −ＺｒＯ2 にかけて、線膨脹係数が徐々に小さく
なる。In addition, Y 2 O 3 is continuously formed from the superalloy substrate.
The intermediate layer having an increased composition ratio of is further relaxed in thermal stress. This is because MCrAlY of the superalloy base material or the matrix of the intermediate layer and 8 wt% Y 2 O 3 -Z of the surface layer.
This is because it is possible to eliminate a rapid change in the coefficient of linear expansion of rO 2 . That is, qualitatively, Y is added to MCrAlY.
The coefficient of linear expansion can be lowered by adding 2 O 3 , but by continuously increasing the composition ratio of Y 2 O 3 in the intermediate layer, 8 wt% Y from the superalloy base material to the surface can be obtained.
The coefficient of linear expansion gradually decreases toward 2 O 3 —ZrO 2 .
【００４０】図７に、高温使用時の（ａ）中央部での板
巾方向の熱応力を、（ｂ）厚さ方向の熱応力を、中間層
のＹ2 Ｏ3 比率が一定とした場合と比較して示す。この
図から、中間層Ｙ2 Ｏ3 粒子の組成比率を連続的に変化
させることにより、中央部での板巾方向の熱応力では、
表面の８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 −ＺｒＯ2 層の引張熱応力の低
減、端部での厚さ方向の熱応力では、超合金基材と中間
層および中間層と８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 −ＺｒＯ2 層との界
面で熱応力を低減できることは明らかである。滋養機の
本発明によれば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの少なくとも一種の
中に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含むＭＣｒＡｌＹにＹ2 Ｏ3 粒
子が微細分散した中間層を用いることにより、耐酸化
性、耐蝕性が向上される。FIG. 7 shows the case where (a) the thermal stress in the plate width direction at the central portion and (b) the thermal stress in the thickness direction at the time of high temperature use, and the Y 2 O 3 ratio of the intermediate layer is constant. It shows in comparison with. From this figure, by continuously changing the composition ratio of the intermediate layer Y 2 O 3 particles, the thermal stress in the plate width direction at the central portion is
In the reduction of the tensile thermal stress of the surface 8 wt% Y 2 O 3 -ZrO 2 layer and the thermal stress in the thickness direction at the edge, the superalloy base material and the intermediate layer and the intermediate layer and the 8 wt% Y 2 O 3 -ZrO 2 layer were used. It is clear that the thermal stress can be reduced at the interface with the two layers. According to the present invention of the nourishing machine, by using an intermediate layer in which Y 2 O 3 particles are finely dispersed in MCrAlY containing Cr, Al and Y in at least one of Ni, Co and Fe, oxidation resistance, Corrosion resistance is improved.
【００４１】また、中間層上にＰｔやＡｇなどの貴金属
またはＡｌリッチの層を付加することにより、さらに退
散加勢、耐蝕性が増大される。Further, by adding a noble metal such as Pt or Ag or an Al-rich layer on the intermediate layer, the diverging force and the corrosion resistance are further increased.
【００４２】Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅが少なくとも一種の中
に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含むＭＣｒＡｌＹにＹ2 Ｏ3 粒子
が微細分散した中間層を用いることにより、高温使用時
の熱応力が低減できる。By using an intermediate layer in which Y 2 O 3 particles are finely dispersed in MCrAlY containing Cr, Al, and Y in at least one of Ni, Co, and Fe, thermal stress at the time of high temperature use can be reduced.
【００４３】Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅが少なくとも一種の中
に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含むＭＣｒＡｌＹにＹ2 Ｏ3 粒子
が微細分散した中間層において、超合金基材から表面の
８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 −Ｚｒ2 層にかけて、Ｙ2 Ｏ3 粒子の
組成比率が連続的に増加するものとして、さらに高温使
用時の熱応力を低減させることができる。In an intermediate layer in which Y 2 O 3 particles are finely dispersed in MCrAlY containing Cr, Al, and Y in at least one of Ni, Co, and Fe, 8 wt% Y 2 O 3 from the superalloy substrate to the surface is used. Since the composition ratio of Y 2 O 3 particles is continuously increased over the -Zr 2 layer, the thermal stress at the time of high temperature use can be further reduced.
【００４４】硫黄やバナジウムを数百ｐｐｍ含む炭化水
素と酸素とを燃料とし、試験片表面温度を１１００℃と
したバーナーリグ試験を実施した。一日に１回室温に戻
す繰り返し試験とした。これにより、通常のＭＣｒＡｌ
Ｙ粉末を用いて作成した遮熱コーティング部材では、約
５００日で表面の８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 −Ｚｒ2 層がぜん面
剥離するのに対して、本発明の遮熱コーティング部材で
は剥離が生じなかった。すなわち、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅが
少なくとも一種の中に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含むＭＣｒＡ
ｌＹにＹ2 Ｏ3 粒子が微細分散した中間層を用いること
により、遮熱コーティング部材の耐久性が向上される。A burner rig test was carried out at a test piece surface temperature of 1100 ° C. using hydrocarbon and oxygen containing several hundred ppm of sulfur and vanadium as fuels. The test was repeated once a day by returning to room temperature. This allows normal MCrAl
In the thermal barrier coating member prepared using Y powder, the 8 wt% Y 2 O 3 —Zr 2 layer on the surface peels off at all in about 500 days, whereas the thermal barrier coating member of the present invention does not peel off. It was That is, MCrA containing Cr, Al, and Y in at least one of Ni, Co, and Fe.
By using the intermediate layer in which Y 2 O 3 particles are finely dispersed in 1Y, the durability of the thermal barrier coating member is improved.
【００４５】上記から明らかなように、本発明によれば
ＮｉまたはＣｏ、Ｆｅ基の高温強度に優れた超合金基材
と低熱伝導性セラミックとの間に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅが
少なくとも一種の中に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙを含む金属マト
リックス中にセラミック質が微細分散した中間層を用い
ることにより、ガスタービン高温部品のように高温酸
化、腐食雰囲気で用いる部品において、耐久性に優れた
遮熱コーティング部材とすることができる。As is clear from the above, according to the present invention, at least one of Ni, Co, and Fe is provided between the superalloy base material of Ni or Co, Fe-based material having excellent high temperature strength and the low thermal conductivity ceramic. By using an intermediate layer in which a ceramic material is finely dispersed in a metal matrix containing Cr, Al, and Y, a shield having excellent durability is provided in a component used in a high temperature oxidizing or corrosive atmosphere such as a gas turbine high temperature component. It can be a thermal coating member.
【００４６】また、超合金基材からセラミック層にかく
て、中間層のセラミック質の組成比率を連続的に増加さ
せることにより、耐久性をさらに向上させることができ
る。さらに、中間層の表面にＰｔ、Ａｇなどの貴金属や
Ａｌなどの耐酸化性、耐蝕性に優れた層を付加すること
により、遮熱コーティング部材の耐久性をさらに高める
ことができる。Further, the durability can be further improved by continuously increasing the composition ratio of the ceramic material of the intermediate layer from the superalloy base material to the ceramic layer. Furthermore, the durability of the thermal barrier coating member can be further enhanced by adding a layer having excellent oxidation resistance and corrosion resistance, such as noble metals such as Pt and Ag and Al, to the surface of the intermediate layer.
【００４７】[0047]
【発明の効果】以上から明らかなように本発明によれ
ば、ガスタービン高温部品のような高温酸化、腐食性の
雰囲気中で用いる部品の耐久性に富んだ遮熱差コーティ
ングを形成することができ、がスタービンの高能率化が
可能となる。As is apparent from the above, according to the present invention, it is possible to form a highly durable thermal barrier coating for a component used in a high temperature oxidizing and corrosive atmosphere such as a gas turbine high temperature component. However, the efficiency of the turbine can be improved.
【図１】本発明の遮熱コーティング部材の一実施例の断
面図。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a thermal barrier coating member of the present invention.
【図２】上記の遮熱コーティング部材の製造法の一例の
工程図。FIG. 2 is a process drawing of an example of a method for manufacturing the above thermal barrier coating member.
【図３】本発明の遮熱コーティング製造法の他の実施例
の工程図。FIG. 3 is a process drawing of another embodiment of the thermal barrier coating manufacturing method of the present invention.
【図４】横軸に機械エネルギＥとして回転数Ｒ×時間ｔ
を、縦軸にはＹ2 Ｏ3 粉末粒径をとって示す図。FIG. 4 shows the rotational speed R × time t as mechanical energy E on the horizontal axis.
Is a graph in which the vertical axis represents the Y 2 O 3 powder particle size.
【図５】温度１０００℃の大気中に保持した場合の酸化
増量ｗについて、通常のＭＣｒＡｌＹ粉末を用いて作成
した遮熱コーティング部材と、Ｙ2 Ｏ3 粒子を５パーセ
ント微細分散させた中間層を用いた遮熱コーティング部
材とを比較した図。FIG. 5 shows a thermal barrier coating member prepared by using normal MCrAlY powder and an intermediate layer in which Y2O3 particles are finely dispersed by 5% with respect to an increase in oxidation w when kept in the air at a temperature of 1000 ° C. The figure which compared with the thermal barrier coating member.
【図６】通常のＭＣｒＡｌＹ粉末を用いて作成した遮熱
コーティング部材と、Ｙ2 Ｏ3粒子を５％微細分散させ
た中間層を用いた遮熱コーティング部材の高温使用にお
ける熱応力を比較して示す図。FIG. 6 is a comparison of thermal stress in a high temperature use between a thermal barrier coating member prepared by using a normal MCrAlY powder and a thermal barrier coating member using an intermediate layer in which Y 2 O 3 particles are finely dispersed by 5%. FIG.
【図７】高温使用時の（ａ）中央部での板巾方向の熱応
力を、（ｂ）厚さ方向の熱応力を、中間層のＹ2 Ｏ3 比
率が一定とした場合と比較して示す図。FIG. 7 compares (a) thermal stress in the plate width direction at the central portion and (b) thermal stress in the thickness direction when used at high temperature with a case where the Y 2 O 3 ratio of the intermediate layer is constant. Figure shown.
１………超合金基材 ２………中間層 ３………セラミック層 ４………金属質 ８………セラミック分散質 1 ... Superalloy substrate 2 ... Intermediate layer 3 ... Ceramic layer 4 ... Metal 8 ... Ceramic dispersoid
フロントページの続き (72)発明者 石渡 裕 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 伊藤 義康 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Front page continuation (72) Inventor Yu Ishiwatari 4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 4 Keio Works, Toshiba Corporation (72) Yoshiyasu Ito 4 4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama, Kanagawa Toshiba Keihin In the office
Claims (11)
れた超合金の金属基材上に、低熱伝導率のセラミック層
を形成る遮熱コーティングにおいて、金属基材とセラミ
ック層との間に金属基材より耐酸化性、耐蝕性に優れた
Ｎｉ、ＣｏまたはＦｅ基の金属質マトリックス中にセラ
ミック質が微細に分散した中間層を有することを特徴と
する遮熱コーティング部材。1. A thermal barrier coating for forming a ceramic layer having a low thermal conductivity on a Ni, Co or Fe-based superalloy metal substrate having excellent high temperature strength, wherein the ceramic layer is between the metal substrate and the ceramic layer. A thermal barrier coating member having an intermediate layer in which a ceramic material is finely dispersed in a Ni-, Co- or Fe-based metallic matrix which is more excellent in oxidation resistance and corrosion resistance than a metal base material.
ックス中にセラミック質が微細に分散した中間層の組成
比率を、金属基材からセラミック質にかけて連続的に増
大させ、厚さ方向の線膨脹係数やヤング率などの材料物
性の急激な変化をなくした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。2. The linear expansion in the thickness direction is achieved by continuously increasing the composition ratio of the intermediate layer in which the ceramic is finely dispersed in the Ni, Co or Fe-based metallic matrix from the metal base material to the ceramic. The thermal barrier coating member according to claim 1, wherein abrupt changes in material properties such as coefficient and Young's modulus are eliminated.
クス中にセラミック質が微細に分散した中間層と表面の
セラミック層との間に、耐酸化性、耐蝕性に優れたＰ
ｔ、Ａｇなどの貴金属や、緻密で安定な酸化被膜を形成
することにより、耐酸化性耐蝕性の向上に寄与するＡｌ
などの組成比率が大きい層を有することを特徴とする請
求項１または２記載の遮熱コーティング部材。3. A P layer having excellent oxidation resistance and corrosion resistance between an intermediate layer in which a ceramic is finely dispersed in a NiCo or Fe-based metallic matrix and a ceramic layer on the surface.
Al that contributes to the improvement of oxidation resistance and corrosion resistance by forming a noble metal such as t and Ag or a dense and stable oxide film
The thermal barrier coating member according to claim 1 or 2, which has a layer having a large composition ratio such as.
Ｙ2 Ｏ3 、ＴｈＯ2など、硬質で化学的に安定なセラミ
ックを少なくとも一種用いた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。4. A ceramic dispersoid of Al 2 Q 3 ,
2. At least one hard and chemically stable ceramic such as Y 2 O 3 or ThO 2 is used.
The thermal barrier coating member described.
ン以下の粒子を用いた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。5. The thermal barrier coating member according to claim 1, wherein particles of 1.0 micron or less are used as the ceramic dispersoid.
ＺｒＯ2 を主成分とし、Ｙ2 Ｏ3 、ＭｇＯ, ＣａＯ、Ｓ
ｉＯ2 の少なくとも一種を含むものを用いたことを特徴
とする請求項１記載の遮熱コーティング部材。6. A ceramic having a low thermal conductivity on the surface,
ZrO 2 as a main component, Y 2 O 3 , MgO, CaO, S
The thermal barrier coating member according to claim 1, wherein one containing at least one of iO 2 is used.
ｅ基の超合金粉末と分散質のセラミック粉末を、機械的
な高エネルギで合金化する工程と、得られた粉末をプラ
ズマや高温ガス炎で溶融したものを、金属基材に高速で
吹き付けて金属基材上に中間層を形成する工程と、表面
のセラミック層を溶射法や蒸着法により形成させる工程
とを含む請求項１記載の社もつコーティング部材の製造
法。7. Ni, Co or F as a matrix
The process of alloying the e-based superalloy powder and the dispersoid ceramic powder with high mechanical energy, and the obtained powder melted by plasma or high temperature gas flame is sprayed on a metal base material at high speed. 2. The method for producing a coating member owned by a company according to claim 1, comprising a step of forming an intermediate layer on a metal base material, and a step of forming a ceramic layer on the surface by a thermal spraying method or a vapor deposition method.
ｅ基の超合金粉末と分散質のセラミック粉末とをメカニ
カルアロイングする工程と、金型中の金属基材上に得ら
れた粉末を積層し、高温、高圧下に保持することによ
り、基材上に中間そうを形成させる粉末固化工程と、表
面のセラミック層を溶射や蒸着法で形成させる工程とを
含む請求項１記載の遮熱コーティング部材の製造法。8. Ni, Co or F serving as a matrix
The step of mechanically alloying the e-based superalloy powder and the dispersoid ceramic powder, and stacking the obtained powder on the metal base material in the mold, and maintaining the base material under high temperature and high pressure, The method for producing a thermal barrier coating member according to claim 1, comprising a powder solidification step of forming an intermediate layer on the upper surface, and a step of forming a ceramic layer on the surface by thermal spraying or vapor deposition.
はＡｒやＮ2 などの不活性ガス雰囲気において、温度６
００℃〜１２００℃、０．５ｈ〜１００ｈの熱処理を行
う工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の遮熱部
材の製造法。9. oxygen concentration 10-2P a reduced pressure of not more than, or in an inert gas atmosphere such as Ar or N 2, temperature 6
The method of manufacturing a heat shield member according to claim 1, comprising a step of performing heat treatment at 00 ° C to 1200 ° C for 0.5h to 100h.
リックスとセラミック質組成比率が異なるメカニカルア
ロイ粉末を、予め数種用意する工程と、溶射法や粉末固
化法により、セラミック質の割合が少ないものから順に
超合金基材上に形成させる工程を含むことを特徴とする
請求項２記載の遮熱部材の製造法。10. A process in which several mechanical alloy powders having different ceramic composition ratios from a Ni-, Co-, or Fe-based metal matrix are prepared in advance, and those having a low ceramic content by a thermal spraying method or a powder solidification method. The method for manufacturing a heat shield member according to claim 2, further comprising a step of forming the heat shield member on the superalloy substrate in this order.
リックス中にセラミック粒子が分散した中間層を形成す
る工程と、ＰｔやＡｇなどの貴金属やＡｌを電気鍍金、
溶射法、蒸着法などにより形成する工程とを含むことを
特徴とする請求項３記載の遮熱部材の製造法。11. A step of forming an intermediate layer in which ceramic particles are dispersed in a Ni, Co or Fe-based metallic matrix, and electroplating of a noble metal such as Pt or Ag or Al.
4. The method for manufacturing a heat shield member according to claim 3, further comprising a step of forming by a thermal spraying method, a vapor deposition method, or the like.
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|---|---|---|---|---|
| JP2004501275A (en) * | 2000-03-27 | 2004-01-15 | サルツァー・メトコ（ユーエス）・インコーポレーテッド | Superalloy HVOF powder with improved high temperature oxidation, corrosion and creep resistance |
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-
1994
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| CN105082659B (en) * | 2014-05-07 | 2017-02-22 | 梁明森 | Composite board |
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