JPH09157866A - 耐食・耐酸化コーティング膜 - Google Patents

耐食・耐酸化コーティング膜

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JPH09157866A
JPH09157866A JP7312333A JP31233395A JPH09157866A JP H09157866 A JPH09157866 A JP H09157866A JP 7312333 A JP7312333 A JP 7312333A JP 31233395 A JP31233395 A JP 31233395A JP H09157866 A JPH09157866 A JP H09157866A
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JP
Japan
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coating film
oxidation
corrosion
base material
resistant
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Withdrawn
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JP7312333A
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English (en)
Inventor
Keiichi Moriya
慶一 守屋
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食・耐酸化性に優れ、より安価に形成する
ことができるコーティング膜を実現する。 【解決手段】 Al2 3 膜を生成するNiAl単相合
金層3が母材1表面に設けられて形成されたことによっ
て、従来のMCrAlY金属層からなるコーティング膜
の場合よりも耐食・耐酸化性に優れたコーティング膜を
得ることが可能となり、MCrAlY金属層2を介して
母材1表面にNiAl単相合金層3が形成されたことに
よって、母材1との密着性・均一性が一層増加するとと
もに、従来のMCrAlY金属層の上にAl拡散浸透処
理層が設けられて形成されたコーティング膜と同等の品
質のものをより安価に形成することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの動
・静翼やボイラのバーナ高温部品等に適用される耐食・
耐酸化コーティング膜に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ガスタービンは、高効率化のため
にタービン入口ガス温度の高温化が進むとともに、一方
では、よりよい経済性のために粗悪な燃料を使用する傾
向にある。また、ガスタービン特有の吸気により大気か
らの腐食性成分が混入する。
【0003】これらの要因、即ち、高温化、粗悪燃料の
使用、大気からの腐食性成分の混入により、高温部品の
高温腐食と酸化が激しくなっているため、ガスタービン
の動・静翼には、より耐食・耐酸化性の優れたコーティ
ング膜が要求されるようになった。
【0004】従来のガスタービン動・静翼において、使
用される耐食・耐酸化コーティング膜には、図3
(a),(b)に示すものがあった。以下にこれらの内
容について説明する。
【0005】図3(a)に示すものは、一般にMCrA
lY(M:Co,Ni,Fe単独元素、又は2種類の元
素)金属層2からなり、耐食・耐酸化性に富み、かつ母
材との相安定性が考慮されたコーティング膜であり、合
金粉末を低圧プラズマ溶射法によりNi基合金もしくは
Co基超合金(IN78LC等)からなる母材1に溶射
して、形成されていた。
【0006】また、図3(b)に示すものは、図3
(a)に示されたコーティング膜の耐食・耐酸化性を更
に改善するために、金属層2の上にAl拡散浸透処理層
4が形成されていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のガスタービン動
・静翼に適用される耐食・耐酸化コーティング膜として
は、前記のように、図3(a),(b)に示すものがあ
った。
【0008】図3(a)に示す従来のコーティング膜に
おいて、金属層を形成するMCrAlYは、母材との相
安定性(MCrAlYと母材との境界及びその母材側に
脆弱な金属間化合物を生成しにくいこと)等の観点よ
り,Cr量は約30%以下、Al量は約15%以下に抑
えられていた。そのため、耐食・耐酸化性は十分ではな
かった。
【0009】図3(b)に示す従来のコーティング膜に
おいては、より一層の耐食・耐酸化性の向上のためにM
CrAlY金属層の上にAl拡散浸透処理層が形成され
ており、著しく耐食・耐酸化性に優れるが、作業工程が
複雑なためコスト高となっていた。
【0010】本発明は、上記課題を解決するため、従来
のMCrAlYのみのコーティング膜よりも耐食・耐酸
化性に優れたコーティング膜をAl拡散浸透処理層施工
のものと比較して安価に提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
(1)請求項1に記載の発明に係る耐食・耐酸化コーテ
ィング膜は、母材表面に設けられ耐食・耐酸化性に富む
Al2 3 膜を生成するNiAl単相合金層により形成
されたことを特徴としている。
【0012】上記において、コーティング膜を形成する
NiAl単相合金層は、緻密なAl 2 3 膜を容易に生
成するため、従来のMCrAlY金属層からなるコーテ
ィング膜の場合よりも耐食・耐酸化性に優れたコーティ
ング膜を得ることが可能となる。
【0013】(2)請求項2に記載の発明は、上記発明
(1)に記載の耐食・耐酸化コーティング膜において、
上記母材及びNiAl単相合金層との密着性・相安定性
に富むMCrAlY(M:Ni,Co,Feの単独元素
2は2種類の元素)金属層が上記母材とNiAl単相合
金層の間に設けられて形成されたことを特徴としてい
る。
【0014】上記においては、母材とNiAl単相合金
層の間にMCrAlY金属層が設けられているため、上
記発明(1)に比べて一層母材との密着性が向上し、均
一性が増加したコーティング膜を得ることが可能とな
る。
【0015】また、MCrAlY金属層とNiAl合金
層は、低圧プラズマ溶射法による合金粉末の溶射により
継続して形成することができるため、従来のMCrAl
Y金属層の上にAl拡散浸透処理層が設けられて形成さ
れたコーティング膜と同等の品質のものをより安価に形
成することが可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施の第1形態に係る耐
食・耐酸化コーティング膜について、図1により説明す
る。なお、本実施形態は、ガスタービン動・静翼に適用
されたものである。
【0017】図1に示す本実施形態においては、ガスタ
ービン動・静翼の母材1の表面に低圧プラズマ溶射法に
より42〜55原子%のAlを含むNiAl単相合金層
3を形成し、これに1120±15℃×2hrの窒素ガス
冷却、843±15℃×24hrの窒素ガス冷却からなる
後熱処理を施して、耐食・耐酸化コーティング膜を形成
している。
【0018】上記において、コーティング膜は高濃度の
Alを含有するNiAl単相合金層3により形成され、
この合金層3は緻密なAl2 3 膜を容易に生成するた
め、優れた耐食・耐酸化性を有するコーティング膜を得
ることができた。
【0019】なお、上記NiAl単相合金層3について
は、Alの含有量を42〜55原子%に限定している
が、これはこの組織範囲でのみNiAlの単相合金が得
られるためであり、Alが多いとNiAl+Alの2相
合金、逆に少ないとNiAl+Niの2相合金となり、
2相合金になると高温での組織安定性に問題が生じるた
めである。
【0020】上記NiAl合金層3については、Alが
少ないと延性を増して施工性の点で有利であるが、耐酸
化性を考えると多い方が優れるため、両者が両立する組
成を選ぶ必要がある。
【0021】また、本実施形態では、NiAl合金層3
が形成された母材1について、1120±15℃×2hr
及び843±15℃×24hrの窒素ガス冷却による後熱
処理を施しているが、これはNiAl合金層3の母材1
との密着性を向上させ、均一なコーティング膜を得るた
めであり、母材1が溶体化熱処理を必要としない場合
は、前者の窒素ガス冷却は省略することができる。
【0022】本発明の実施の第2形態に係る耐食・耐酸
化コーティング膜について、図2により説明する。図2
に示す本実施形態においては、ガスタービン動・静翼の
母材1の表面に低圧プラズマ溶射法により31〜32N
i−20〜33Cr−7〜9Al−0.25〜0.65
Y−残りCo(重量%)のCoNiCrAlY金属層2
を形成した後、上記第1実施形態と同様にNiAl単相
合金層3を形成し、後熱処理を施して、耐食・耐酸化コ
ーティング膜を形成している。
【0023】上記においては、CoNiCrAlY金属
層2は、上記母材1及びNiAl単相合金層との密着性
・相安定性に富むため、均一で母材1との密着性が一層
向上したコーティング膜を得ることができた。
【0024】また、CoNiCrAlY金属層2はNi
Al単相合金層3と同じ低圧プラズマ溶射法により形成
されるため、CoNiCrAlY金属層2を形成した
後、引き続いてNiAl単相合金層3を形成することが
できるため、従来のAl拡散浸透処理が施されたコーテ
ィング膜に比べて、工程の著しい簡素化、短縮が可能と
なった。
【0025】上記第1、第2実施形態に係る耐食・耐酸
化コーティング膜については、その性能確認のため、従
来のコーティング膜についてのものとともに、試料No1
〜6の試験片を製作し、酸化試験、高温腐食試験及びコ
スト評価を行っており、以下にその内容を説明する。
【0026】上記試験片は、直径10mm×長さ50mmの
円筒形状の母材(材質はIN738LCのNi基合金)
にそれぞれコーティング膜を施したものであり、試料No
1 〜4 及びNo6 のコーティング膜については、表1に示
す組成の粉末(150μm以下)を表2に示す溶射条件
にて低圧プラズマ溶射法(LPPS)により溶射してそ
れぞれの膜厚の金属層2及び合金層3を形成した。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】コーティング膜形成後は、1120±15
℃×2hrの窒素ガス冷却、及び843±15℃×24hr
の窒素ガス冷却からなる後熱処理を実施し、コーティン
グ膜の母材との密着性及び均一化を図り、所要の材料強
度を有する試験片とした。
【0030】試料No5については、CoNiCrAlY
金属層を上述と同じ要領で形成した後、この試験片をA
lを含むAl2 3 粉末中に埋没し、1100±15℃
×10hr、H2 ガスを流しながら処理し、Al拡散浸透
処理を行った。その後、母材の材料強度を確保するため
に1120±15℃×2hrの窒素ガス冷却、843±1
5℃×24hrの窒素ガス冷却からなる後熱処理を実施
し、試験片とした。
【0031】なお、Al拡散浸透処理後は、Al拡散浸
透処理温度からの冷却速度が非常に遅いため、材質を回
復させる必要があり、1120±15℃×2hrの窒素ガ
ス冷却、及び843±15℃×24hrの窒素ガス冷却か
らなる後熱処理は必須である。
【0032】上記の試験片については、大気電気炉中加
熱(1100±15℃×1000hr)による酸化試験を
行い、加熱後の試験片の重量を測定し、加熱前との差に
より酸化物生成による重量増加量を求めた。そして、各
試験片の重量増加量と試料No6の試験片のそれとの比を
求め、表3に示した。表3から、第1、第2実施形態に
係る試料No1〜4は、試料No6と比べて耐酸化性に優れ
ていることがわかる。
【0033】
【表3】
【0034】次に、同じく上記の試験片を用いて、高温
腐食試験を行った。即ち、腐食灰(V2 5 :Na2
4 =80:20重量比)を20mg/cm2の割合で試験片
全面に塗布し、850±15℃×100hrの大気中加熱
を行った(20hr毎に腐食灰を塗布し、5サイクル計1
00hr)。試験後、湯でスケールを洗浄後重量測定し、
腐食試験前との差により、重量減量を求めた。そして、
各試験片の重量減量と試料No6のそれとの比を求め、表
3に示した。
【0035】表3から、第1、第2実施形態に係るいず
れの試料No1〜4とも試料No6より耐食性が優れている
ことがわかる。特に、試料No3は試料No5と同等の耐食
性を有することは注目してよい。
【0036】試料No1〜試料No6のコーティングを施工
するに当たっては、それぞれコストを計算しており、そ
の結果は表3に示すとおりであり、第1,第2実施形態
に係る試料No1〜No4では、試料No6に比べて1〜1.
6倍であった。しかし、このコストアップはその性能向
上による動・静翼の寿命延長を考慮すると十分にカバー
できるものである。一方、試料No5はAl拡散処理を実
施するために、著しいコストアップとなっていた。
【0037】以上、総合的に評価すると、第1,第2実
施形態に係るコーティング膜は、特性及びコスト的に優
れているものであることがわかった。
【0038】
【発明の効果】本発明の耐食・耐酸化コーティング膜
は、Al2 3 膜を生成するNiAl単相合金層が母材
表面に設けられて形成されたことによって、従来のMC
rAlY金属層からなるコーティング膜の場合よりも耐
食・耐酸化性に優れたコーティング膜を得ることが可能
となり、MCrAlY金属層を介して母材表面にNiA
l単相合金層が形成されたことによって、母材との密着
性・均一性が一層増加するとともに、従来のMCrAl
Y金属層の上にAl拡散浸透処理層が設けられて形成さ
れたコーティング膜と同等の品質のものをより安価に形
成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態に係る耐食・耐酸化コ
ーティング膜の説明図である。
【図2】本発明の実施の第2形態に係る耐食・耐酸化コ
ーティング膜の説明図である。
【図3】従来の耐食・耐酸化コーティング膜の説明図
で、(a)はその一例、(b)は他の例の説明図であ
る。
【符号の説明】
1 母材 2 CoNiCrAlY金属層 3 NiAl単相合金層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23C 16/50 C23C 16/50

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母材表面に設けられ耐食・耐酸化性に富
    むAl2 3 膜を生成するNiAl単相合金層により形
    成されたことを特徴とする耐食・耐酸化コーティング
    膜。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の耐食・耐酸化コーティ
    ング膜において、上記母材及びNiAl単相合金層との
    密着性・相安定性に富むMCrAlY金属層が上記母材
    とNiAl単相合金層の間に設けられて形成されたこと
    を特徴とする耐食・耐酸化コーティング膜。
JP7312333A 1995-11-30 1995-11-30 耐食・耐酸化コーティング膜 Withdrawn JPH09157866A (ja)

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