JPH11124662A - 自己修復性断熱皮膜およびその製造方法 - Google Patents
自己修復性断熱皮膜およびその製造方法Info
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- JPH11124662A JPH11124662A JP9303532A JP30353297A JPH11124662A JP H11124662 A JPH11124662 A JP H11124662A JP 9303532 A JP9303532 A JP 9303532A JP 30353297 A JP30353297 A JP 30353297A JP H11124662 A JPH11124662 A JP H11124662A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 加熱冷却の繰り返しによるミクロ亀裂を自己
修復することで熱疲労寿命を長くすることができる断熱
皮膜とその製造方法を提供すること。 【解決手段】 この自己修復性断熱皮膜としては、トッ
プコーティング層１３としてＺr Ｏ2 系セラミック皮膜
を形成し、下地となるボンドコーティング層１２をＮi
Ｃr Ａl Ｙ合金とＺr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 とからなる傾斜層と
し、基材１１側ではＺr の成分濃度を低くし、これをト
ップコーティング層１３側では次第に高めるように傾斜
させる。これによって自己修復性のある断熱皮膜を得て
熱疲労寿命を長くするようにしている。
修復することで熱疲労寿命を長くすることができる断熱
皮膜とその製造方法を提供すること。 【解決手段】 この自己修復性断熱皮膜としては、トッ
プコーティング層１３としてＺr Ｏ2 系セラミック皮膜
を形成し、下地となるボンドコーティング層１２をＮi
Ｃr Ａl Ｙ合金とＺr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 とからなる傾斜層と
し、基材１１側ではＺr の成分濃度を低くし、これをト
ップコーティング層１３側では次第に高めるように傾斜
させる。これによって自己修復性のある断熱皮膜を得て
熱疲労寿命を長くするようにしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、自己修復性断熱
皮膜およびその製造方法に関し、繰り返しの加熱冷却に
よるミクロ亀裂を自己修復することができる断熱皮膜と
その製造方法を提供するようにしたものである。
皮膜およびその製造方法に関し、繰り返しの加熱冷却に
よるミクロ亀裂を自己修復することができる断熱皮膜と
その製造方法を提供するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】航空機エンジン、ボイラ、ごみ処理装置
などの高温環境下で使用される機器では、基材表面に断
熱皮膜を設けることで、基材を高温から保護することが
行われている。
などの高温環境下で使用される機器では、基材表面に断
熱皮膜を設けることで、基材を高温から保護することが
行われている。
【０００３】このような断熱皮膜としては、例えば航空
機用ジェットエンジンの燃焼室内壁にプラズマ溶射によ
るＺr Ｏ2 系セラミックス皮膜を形成することが行われ
ている。
機用ジェットエンジンの燃焼室内壁にプラズマ溶射によ
るＺr Ｏ2 系セラミックス皮膜を形成することが行われ
ている。
【０００４】このＺr Ｏ2 系セラミックス皮膜をプラズ
マ溶射する場合には、基材金属の被溶射表面をブラスト
処理した後に、例えばず５に示すように、基材金属とし
てのステンレス鋼１の表面に下地皮膜としてＮi Ｃr Ａ
l Ｙ合金２をプラズマ溶射し、この下地皮膜２の上に断
熱皮膜であるＺr Ｏ2 系セラミックス３をプラズマ溶射
している。
マ溶射する場合には、基材金属の被溶射表面をブラスト
処理した後に、例えばず５に示すように、基材金属とし
てのステンレス鋼１の表面に下地皮膜としてＮi Ｃr Ａ
l Ｙ合金２をプラズマ溶射し、この下地皮膜２の上に断
熱皮膜であるＺr Ｏ2 系セラミックス３をプラズマ溶射
している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
Ｚr Ｏ2 系セラミックス３をプラズマ溶射によって成膜
した二層皮膜で構成した断熱皮膜４では、加熱と冷却が
繰り返される航空機用ジェットエンジンの燃焼室内壁な
どに用いた場合には、熱歪によって皮膜４内にミクロ亀
裂が発生し、この亀裂が次第に成長し、熱疲労寿命が短
くなるという問題がある。
Ｚr Ｏ2 系セラミックス３をプラズマ溶射によって成膜
した二層皮膜で構成した断熱皮膜４では、加熱と冷却が
繰り返される航空機用ジェットエンジンの燃焼室内壁な
どに用いた場合には、熱歪によって皮膜４内にミクロ亀
裂が発生し、この亀裂が次第に成長し、熱疲労寿命が短
くなるという問題がある。
【０００６】この発明はかかる従来技術の課題に鑑みて
なされたもので、加熱冷却が繰り返される場合に生じる
ミクロ亀裂を自己修復することで熱疲労寿命を長くする
ことができる断熱皮膜とその製造方法を提供するしよう
とするものである。
なされたもので、加熱冷却が繰り返される場合に生じる
ミクロ亀裂を自己修復することで熱疲労寿命を長くする
ことができる断熱皮膜とその製造方法を提供するしよう
とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明の請求項１記載の自己修復性断熱皮膜は、基材
表面に設けられて下地となるボンドコーティング層と、
このボンドコーティング層を介して設けられる断熱用の
トップコーティング層とからなる断熱皮膜であって、前
記ボンドコーティング層を前記基材側から前記トップコ
ーティング層に向かって成分濃度を変えた傾斜層で構成
したことを特徴とするものである。
この発明の請求項１記載の自己修復性断熱皮膜は、基材
表面に設けられて下地となるボンドコーティング層と、
このボンドコーティング層を介して設けられる断熱用の
トップコーティング層とからなる断熱皮膜であって、前
記ボンドコーティング層を前記基材側から前記トップコ
ーティング層に向かって成分濃度を変えた傾斜層で構成
したことを特徴とするものである。
【０００８】ここで、自己修復性とは、初期疲労亀裂を
消滅させる機能をいう。この自己修復性断熱皮膜によれ
ば、基材表面と断熱皮膜であるトップコーティング層と
の間に設ける下地となるボンドコーティング層を成分濃
度を順次変えた傾斜層としており、この傾斜層を設けた
断熱皮膜では、温度上昇時に見られる亀裂の拡大現象
を、温度の下降とともに縮小消滅する傾向が見られ、ミ
クロ亀裂に対する自己修復性があることを実験によって
確認している。
消滅させる機能をいう。この自己修復性断熱皮膜によれ
ば、基材表面と断熱皮膜であるトップコーティング層と
の間に設ける下地となるボンドコーティング層を成分濃
度を順次変えた傾斜層としており、この傾斜層を設けた
断熱皮膜では、温度上昇時に見られる亀裂の拡大現象
を、温度の下降とともに縮小消滅する傾向が見られ、ミ
クロ亀裂に対する自己修復性があることを実験によって
確認している。
【０００９】また、この発明の請求項２記載の自己修復
性断熱皮膜は、請求項１記載の構成に加え、前記トップ
コーティング層をＺr Ｏ2 系セラミック皮膜とし、前記
ボンドコーティング層をＮi Ｃr Ａl Ｙ合金とＺr Ｏ2
Ｙ2 Ｏ3 とからなる傾斜層とするとともに、前記基材側
ではＮi Ｃr Ａl Ｙ合金の成分濃度が高く、前記トップ
コーティング層側では、Ｚr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 の成分濃度を
高めたことを特徴とするものである。
性断熱皮膜は、請求項１記載の構成に加え、前記トップ
コーティング層をＺr Ｏ2 系セラミック皮膜とし、前記
ボンドコーティング層をＮi Ｃr Ａl Ｙ合金とＺr Ｏ2
Ｙ2 Ｏ3 とからなる傾斜層とするとともに、前記基材側
ではＮi Ｃr Ａl Ｙ合金の成分濃度が高く、前記トップ
コーティング層側では、Ｚr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 の成分濃度を
高めたことを特徴とするものである。
【００１０】この自己修復性断熱皮膜によれば、具体的
な断熱皮膜としては、トップコーティング層としてＺr
Ｏ2 系セラミック皮膜を形成し、下地となるボンドコー
ティング層をＮi Ｃr Ａl Ｙ合金とＺr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 と
からなる傾斜層とし、基材側ではＺr の成分濃度を低く
し、これをトップコーティング層側では次第に高めるよ
うに傾斜させており、これによって自己修復性のある断
熱皮膜を得て熱疲労寿命を長くするようにしている。
な断熱皮膜としては、トップコーティング層としてＺr
Ｏ2 系セラミック皮膜を形成し、下地となるボンドコー
ティング層をＮi Ｃr Ａl Ｙ合金とＺr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 と
からなる傾斜層とし、基材側ではＺr の成分濃度を低く
し、これをトップコーティング層側では次第に高めるよ
うに傾斜させており、これによって自己修復性のある断
熱皮膜を得て熱疲労寿命を長くするようにしている。
【００１１】さらに、この発明の請求項３記載の自己修
復性断熱皮膜の製造方法は、基材表面に設けられて下地
となるボンドコーティング層と、このボンドコーティン
グ層を介して設けられる断熱用のトップコーティング層
とからなる断熱皮膜を形成するに際し、前記ボンドコー
ティング層をプラズマ溶射により前記基材側から前記ト
ップコーティング層に向かって成分濃度を傾斜させて形
成した後、前記トップコーティング層をプラズマ溶射で
形成したことを特徴とするものである。
復性断熱皮膜の製造方法は、基材表面に設けられて下地
となるボンドコーティング層と、このボンドコーティン
グ層を介して設けられる断熱用のトップコーティング層
とからなる断熱皮膜を形成するに際し、前記ボンドコー
ティング層をプラズマ溶射により前記基材側から前記ト
ップコーティング層に向かって成分濃度を傾斜させて形
成した後、前記トップコーティング層をプラズマ溶射で
形成したことを特徴とするものである。
【００１２】この自己修復性断熱皮膜の製造方法によれ
ば、下地となるボンドコーティング層をプラズマ溶射に
より基材側からトップコーティング層に向かって成分濃
度を傾斜させて形成した後、断熱性のトップコーティン
グ層をプラズマ溶射で形成するようにしており、成分濃
度を傾斜させたボンドコーティング層を設けた断熱皮膜
によって、温度上昇時に見られる亀裂の拡大現象が、温
度の下降とともに縮小消滅する傾向が見られ、ミクロ亀
裂に対する自己修復性があることを実験によって確認し
ている。
ば、下地となるボンドコーティング層をプラズマ溶射に
より基材側からトップコーティング層に向かって成分濃
度を傾斜させて形成した後、断熱性のトップコーティン
グ層をプラズマ溶射で形成するようにしており、成分濃
度を傾斜させたボンドコーティング層を設けた断熱皮膜
によって、温度上昇時に見られる亀裂の拡大現象が、温
度の下降とともに縮小消滅する傾向が見られ、ミクロ亀
裂に対する自己修復性があることを実験によって確認し
ている。
【００１３】また、この発明の請求項４記載の自己修復
性断熱皮膜の製造方法は、前記請求項３記載の構成に加
え、前記ボンドコーティング層を前記基材側ではＮi Ｃ
r Ａl Ｙ合金の成分濃度が高く、前記トップコーティン
グ層側では、Ｚr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 の成分濃度を高めてプラ
ズマ溶射した後、Ｚr Ｏ2 系セラミックをプラズマ溶射
して前記トップコーティング層としたことを特徴とする
ものである。
性断熱皮膜の製造方法は、前記請求項３記載の構成に加
え、前記ボンドコーティング層を前記基材側ではＮi Ｃ
r Ａl Ｙ合金の成分濃度が高く、前記トップコーティン
グ層側では、Ｚr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 の成分濃度を高めてプラ
ズマ溶射した後、Ｚr Ｏ2 系セラミックをプラズマ溶射
して前記トップコーティング層としたことを特徴とする
ものである。
【００１４】この自己修復性断熱皮膜の製造方法によれ
ば、具体的な断熱皮膜として、ボンドコーティング層を
基材側ではＮi Ｃr Ａl Ｙ合金の成分濃度を高め、トッ
プコーティング層側では、Ｚr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 の成分濃度
を高めてプラズマ溶射して形成した後、Ｚr Ｏ2 系セラ
ミックをプラズマ溶射してトップコーティング層とする
ようにしており、これによって自己修復性のある断熱皮
膜を得て熱疲労寿命を長くするようにしている。
ば、具体的な断熱皮膜として、ボンドコーティング層を
基材側ではＮi Ｃr Ａl Ｙ合金の成分濃度を高め、トッ
プコーティング層側では、Ｚr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 の成分濃度
を高めてプラズマ溶射して形成した後、Ｚr Ｏ2 系セラ
ミックをプラズマ溶射してトップコーティング層とする
ようにしており、これによって自己修復性のある断熱皮
膜を得て熱疲労寿命を長くするようにしている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の自己修復性断熱
皮膜およびその製造方法の一実施の形態を図面に基づき
詳細に説明する。図１は、この発明の自己修復性断熱皮
膜の一実施の形態にかかる横断面図である。
皮膜およびその製造方法の一実施の形態を図面に基づき
詳細に説明する。図１は、この発明の自己修復性断熱皮
膜の一実施の形態にかかる横断面図である。
【００１６】この自己修復性断熱皮膜１０は、基材１１
の表面に下地となるボンドコーティン層１２と断熱性を
有するトップコーティング層１３とで構成されるが、ボ
ンドコーティング層１２が単一層で無く、成分濃度を順
次変えた傾斜層で構成されている。
の表面に下地となるボンドコーティン層１２と断熱性を
有するトップコーティング層１３とで構成されるが、ボ
ンドコーティング層１２が単一層で無く、成分濃度を順
次変えた傾斜層で構成されている。
【００１７】このような自己修復性断熱皮膜１０の基材
１１としては、例えばスレンレス鋼や炭素鋼、あるいは
耐熱金属などの金属材料が用いられ、トップコーテイン
グ層１３としては断熱性のセラミックス材料が用いられ
る。また。下地となるボンドコーティング層１２として
は、金属基の合金やセラミックス材料、あるいはこれら
を混合したもの等が用いられ、基材に近い性状からその
成分の濃度を順次変えてトップコーティング層に近い性
状となる傾斜層とされる。
１１としては、例えばスレンレス鋼や炭素鋼、あるいは
耐熱金属などの金属材料が用いられ、トップコーテイン
グ層１３としては断熱性のセラミックス材料が用いられ
る。また。下地となるボンドコーティング層１２として
は、金属基の合金やセラミックス材料、あるいはこれら
を混合したもの等が用いられ、基材に近い性状からその
成分の濃度を順次変えてトップコーティング層に近い性
状となる傾斜層とされる。
【００１８】そして、ボンドコーティング層１２やトッ
プコーティング層１３はプラズマ溶射法で形成され、ボ
ンドコーティング層１２は、その成分の一部を基材１１
側では１００％とし、これをボンドコーティング層１２
の表面では０％として複数層に形成したり、連続した成
分濃度となるようにして傾斜層に形成する。
プコーティング層１３はプラズマ溶射法で形成され、ボ
ンドコーティング層１２は、その成分の一部を基材１１
側では１００％とし、これをボンドコーティング層１２
の表面では０％として複数層に形成したり、連続した成
分濃度となるようにして傾斜層に形成する。
【００１９】このようなプラズマ溶射を用いることで、
容易に傾斜層を形成でき、自己修復性断熱皮膜１０を得
ることができる。
容易に傾斜層を形成でき、自己修復性断熱皮膜１０を得
ることができる。
【００２０】このような傾斜層で構成されるボンドコー
テイング層１２の存在によって断熱性セラミックスで構
成されるトップコーティング層１３を備えた断熱皮膜１
０では、加熱冷却を繰り返した実験によって温度上昇と
ともに、ミクロ亀裂の亀裂幅が拡大する傾向にあるもの
の、冷却による温度下降時には、亀裂幅が縮小する傾向
にあることが確認されており、自己修復性があることが
分かった。
テイング層１２の存在によって断熱性セラミックスで構
成されるトップコーティング層１３を備えた断熱皮膜１
０では、加熱冷却を繰り返した実験によって温度上昇と
ともに、ミクロ亀裂の亀裂幅が拡大する傾向にあるもの
の、冷却による温度下降時には、亀裂幅が縮小する傾向
にあることが確認されており、自己修復性があることが
分かった。
【００２１】この自己修復性のメカニズムについては必
ずしも明らかではないが、ボンドコーティング層１２が
傾斜層として形成してあることから、基材１１の金属と
断熱性セラミックスのトップコーティング層１３との間
に熱膨張率の差があるものの、隣接する粒子間では、こ
の熱膨張率の差が小さくなって連続するように変化する
ことが要因の一つとなっているのではないかというこ
と、さらに、基材１１側からトップコーティング層１３
に向かって成分濃度が変えてある合金成分の一部が温度
上昇時に溶融して亀裂に沿って溶け出すことも要因の一
つではないかとうこと等が考えられる。
ずしも明らかではないが、ボンドコーティング層１２が
傾斜層として形成してあることから、基材１１の金属と
断熱性セラミックスのトップコーティング層１３との間
に熱膨張率の差があるものの、隣接する粒子間では、こ
の熱膨張率の差が小さくなって連続するように変化する
ことが要因の一つとなっているのではないかというこ
と、さらに、基材１１側からトップコーティング層１３
に向かって成分濃度が変えてある合金成分の一部が温度
上昇時に溶融して亀裂に沿って溶け出すことも要因の一
つではないかとうこと等が考えられる。
【００２２】このような自己修復性断熱皮膜１０によれ
ば、断熱皮膜自体の自己修復性によってミクロ亀裂が発
生しても修復され、従来のミクロ亀裂の拡大によって熱
疲労寿命が短くなることがなく、熱疲労寿命を長くする
ことができる。
ば、断熱皮膜自体の自己修復性によってミクロ亀裂が発
生しても修復され、従来のミクロ亀裂の拡大によって熱
疲労寿命が短くなることがなく、熱疲労寿命を長くする
ことができる。
【００２３】
【実施例】次に、この自己修復性断熱皮膜１０の具体例
とともに、その製造方法について具体的に説明する。
とともに、その製造方法について具体的に説明する。
【００２４】1) 供試材料 自己修復性断熱皮膜の基材として、ステンレス鋼と炭素
鋼を用意した（いずれも１００×５０×３０）。ボンド
コーティング層用の溶射材料として、粒度４４〜１０μ
ｍのＮi Ｃr Ａl Ｙ合金粉末（Ｎi ：76.24 、Ｃr ：1
7.06 、Ａl ：5.84、Ｙ：0.27％）と、８vol%Ｙ2 Ｏ3
で部分安定化した粒度４４〜１μｍのＺr Ｏ2 粉末（Ｚ
r Ｏ2 ・８% Ｙ2 Ｏ3 、以下単に８ＹＳＺと表示す
る。）とを用意し、混合して用いた。
鋼を用意した（いずれも１００×５０×３０）。ボンド
コーティング層用の溶射材料として、粒度４４〜１０μ
ｍのＮi Ｃr Ａl Ｙ合金粉末（Ｎi ：76.24 、Ｃr ：1
7.06 、Ａl ：5.84、Ｙ：0.27％）と、８vol%Ｙ2 Ｏ3
で部分安定化した粒度４４〜１μｍのＺr Ｏ2 粉末（Ｚ
r Ｏ2 ・８% Ｙ2 Ｏ3 、以下単に８ＹＳＺと表示す
る。）とを用意し、混合して用いた。
【００２５】そして、ボンドコーティング層を傾斜層と
するために、基材側をＮi Ｃr ＡlＹ合金粉末100%濃度
とし、この上にＮi Ｃr Ａl Ｙ合金粉末と８ＹＳＺを混
合したものを、それぞれＮi Ｃr Ａl Ｙ合金粉末を90%
から10% ずつ低める一方、８ＹＳＺを10% から10% ずつ
高め、最表面側をＮi Ｃr Ａl Ｙ合金粉末が10% で８Ｙ
ＳＺが90% となるようにした。
するために、基材側をＮi Ｃr ＡlＹ合金粉末100%濃度
とし、この上にＮi Ｃr Ａl Ｙ合金粉末と８ＹＳＺを混
合したものを、それぞれＮi Ｃr Ａl Ｙ合金粉末を90%
から10% ずつ低める一方、８ＹＳＺを10% から10% ずつ
高め、最表面側をＮi Ｃr Ａl Ｙ合金粉末が10% で８Ｙ
ＳＺが90% となるようにした。
【００２６】また、トップコーティング層用の溶射材料
としては、ボンドコーティング層の傾斜層用として用意
した８ＹＳＺを用いた。
としては、ボンドコーティング層の傾斜層用として用意
した８ＹＳＺを用いた。
【００２７】2) 皮膜の形成 プラズマ溶射法による溶射皮膜の形成は、予め基材１１
の被溶射面をブラスト処理（＃３６アルミナグリット、
空気圧5kg/cm2 ）した後、ボンドコーティング層１２の
初層としてＮi Ｃr Ａl Ｙ合金粉末のみ（100%）をプラ
ズマ溶射した。この場合のプラズマ溶射は、表１に示す
溶射条件によって行った。
の被溶射面をブラスト処理（＃３６アルミナグリット、
空気圧5kg/cm2 ）した後、ボンドコーティング層１２の
初層としてＮi Ｃr Ａl Ｙ合金粉末のみ（100%）をプラ
ズマ溶射した。この場合のプラズマ溶射は、表１に示す
溶射条件によって行った。
【００２８】この100%濃度のＮi Ｃr Ａl Ｙ合金粉末の
プラズマ溶射皮膜の上に２つの成分のＮi Ｃr Ａl Ｙ合
金粉末と８ＹＳＺとを混合したものをそれぞれの成分濃
度を変えながらプラズマ溶射し、このボンドコーティン
グ層１２全体の厚さを約０．３mmとした。
プラズマ溶射皮膜の上に２つの成分のＮi Ｃr Ａl Ｙ合
金粉末と８ＹＳＺとを混合したものをそれぞれの成分濃
度を変えながらプラズマ溶射し、このボンドコーティン
グ層１２全体の厚さを約０．３mmとした。
【００２９】こうして傾斜層としたボンッドコーティン
グ層１２をプラズマ溶射で成膜した後、トップコーティ
ング層１３として８ＹＳＺのみ（100%）をプラズマ溶射
し、その厚さを約０．２mmとした。この場合のプラズマ
溶射は、表１に示す溶射条件によって行った。
グ層１２をプラズマ溶射で成膜した後、トップコーティ
ング層１３として８ＹＳＺのみ（100%）をプラズマ溶射
し、その厚さを約０．２mmとした。この場合のプラズマ
溶射は、表１に示す溶射条件によって行った。
【００３０】
【表１】
【００３１】3) 断熱皮膜の評価 この８ＹＳＺ−Ｎi Ｃr Ａl Ｙ合金皮膜の評価を行うた
め、高温顕微鏡を用い、アルゴンガス雰囲気中で加熱冷
却を繰り返すことで皮膜断面に生じる亀裂の進展、縮小
及び消滅の状況を観察した。この場合の温度範囲は常温
から９５０℃に設定し、加熱及び冷却時間をそれぞれ１
０分、９５０℃での保持時間を１分とした。 この結
果、ステンレス鋼基材と炭素鋼基材のいずれの場合も温
度上昇に伴ってミクロ亀裂の発生が認められたが、冷却
過程では逆にミクロ亀裂は縮小し、常温付近ではほぼ溶
射時の状態に戻っており、自己修復性を示すことを確認
した。
め、高温顕微鏡を用い、アルゴンガス雰囲気中で加熱冷
却を繰り返すことで皮膜断面に生じる亀裂の進展、縮小
及び消滅の状況を観察した。この場合の温度範囲は常温
から９５０℃に設定し、加熱及び冷却時間をそれぞれ１
０分、９５０℃での保持時間を１分とした。 この結
果、ステンレス鋼基材と炭素鋼基材のいずれの場合も温
度上昇に伴ってミクロ亀裂の発生が認められたが、冷却
過程では逆にミクロ亀裂は縮小し、常温付近ではほぼ溶
射時の状態に戻っており、自己修復性を示すことを確認
した。
【００３２】さらに、この断熱皮膜の自己修復性を明確
にするため、皮膜内に生じるミクロ亀裂の一つに注目
し、ミクロ亀裂の幅の変化を計測し、亀裂幅と温度との
関係を調べ、その結果を図２、図３に示した。
にするため、皮膜内に生じるミクロ亀裂の一つに注目
し、ミクロ亀裂の幅の変化を計測し、亀裂幅と温度との
関係を調べ、その結果を図２、図３に示した。
【００３３】同図から明らかなように、基材をステンレ
ス鋼とした場合を示す図２と基材を炭素鋼とした場合を
示す図３のいずれの断熱皮膜でも、温度上昇に伴って亀
裂の幅が拡大するものの、冷却過程で縮小しており、こ
の断熱皮膜に自己修復性のあることが分かる。
ス鋼とした場合を示す図２と基材を炭素鋼とした場合を
示す図３のいずれの断熱皮膜でも、温度上昇に伴って亀
裂の幅が拡大するものの、冷却過程で縮小しており、こ
の断熱皮膜に自己修復性のあることが分かる。
【００３４】また、熱疲労寿命についても評価したとこ
ろ、図４に示すように、この発明の自己修復性断熱皮膜
が、従来のボンドコーティング層として100%のＮi Ｃr
ＡlＹ合金皮膜で構成したものに比べ、大巾に寿命増大
を図ることができることが分かった。
ろ、図４に示すように、この発明の自己修復性断熱皮膜
が、従来のボンドコーティング層として100%のＮi Ｃr
ＡlＹ合金皮膜で構成したものに比べ、大巾に寿命増大
を図ることができることが分かった。
【００３５】
【発明の効果】以上、一実施の形態とともに具体的に説
明したようにこの発明の請求項１記載の自己修復性断熱
皮膜によれば、基材表面と断熱皮膜であるトップコーテ
ィング層との間に設ける下地となるボンドコーティング
層を成分濃度を順次変えた傾斜層としたので、この傾斜
層を設けた断熱皮膜では、温度上昇時に見られる亀裂の
拡大現象が、温度の下降とともに縮小消滅する傾向が見
られ、ミクロ亀裂に対する自己修復性があることを実験
によって確認することができた。
明したようにこの発明の請求項１記載の自己修復性断熱
皮膜によれば、基材表面と断熱皮膜であるトップコーテ
ィング層との間に設ける下地となるボンドコーティング
層を成分濃度を順次変えた傾斜層としたので、この傾斜
層を設けた断熱皮膜では、温度上昇時に見られる亀裂の
拡大現象が、温度の下降とともに縮小消滅する傾向が見
られ、ミクロ亀裂に対する自己修復性があることを実験
によって確認することができた。
【００３６】また、この発明の請求項２記載の自己修復
性断熱皮膜によれば、具体的な断熱皮膜としては、トッ
プコーティング層としてＺr Ｏ2 系セラミック皮膜を形
成し、下地となるボンドコーティング層をＮi Ｃr Ａl
Ｙ合金とＺr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 とからなる傾斜層とし、基材
側ではＺr の成分濃度を低くし、これをトップコーティ
ング層側では次第に高めるように傾斜させたので、これ
によって自己修復性のある断熱皮膜を得ることができる
とともに、熱疲労寿命を長くすることができる。
性断熱皮膜によれば、具体的な断熱皮膜としては、トッ
プコーティング層としてＺr Ｏ2 系セラミック皮膜を形
成し、下地となるボンドコーティング層をＮi Ｃr Ａl
Ｙ合金とＺr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 とからなる傾斜層とし、基材
側ではＺr の成分濃度を低くし、これをトップコーティ
ング層側では次第に高めるように傾斜させたので、これ
によって自己修復性のある断熱皮膜を得ることができる
とともに、熱疲労寿命を長くすることができる。
【００３７】さらに、この発明の請求項３記載の自己修
復性断熱皮膜の製造方法によれば、下地となるボンドコ
ーティング層をプラズマ溶射により基材側からトップコ
ーティング層に向かって成分濃度を傾斜させて形成した
後、断熱性のトップコーティング層をプラズマ溶射で形
成するようにしたので、成分濃度を傾斜させたボンドコ
ーティング層を設けた断熱皮膜によって、温度上昇時に
見られる亀裂の拡大現象が、温度の下降とともに縮小消
滅する傾向が見られ、ミクロ亀裂に対する自己修復性が
あることを実験によって確認することができた。
復性断熱皮膜の製造方法によれば、下地となるボンドコ
ーティング層をプラズマ溶射により基材側からトップコ
ーティング層に向かって成分濃度を傾斜させて形成した
後、断熱性のトップコーティング層をプラズマ溶射で形
成するようにしたので、成分濃度を傾斜させたボンドコ
ーティング層を設けた断熱皮膜によって、温度上昇時に
見られる亀裂の拡大現象が、温度の下降とともに縮小消
滅する傾向が見られ、ミクロ亀裂に対する自己修復性が
あることを実験によって確認することができた。
【００３８】また、この発明の請求項４記載の自己修復
性断熱皮膜の製造方法によれば、具体的な断熱皮膜とし
て、ボンドコーティング層を基材側ではＮi Ｃr Ａl Ｙ
合金の成分濃度を高め、トップコーティング層側では、
Ｚr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 の成分濃度を高めてプラズマ溶射して
形成した後、Ｚr Ｏ2 系セラミックをプラズマ溶射して
トップコーティング層とするようにしたので、これによ
って自己修復性のある断熱皮膜を得ることができるとと
もに、熱疲労寿命を長くすることができる。
性断熱皮膜の製造方法によれば、具体的な断熱皮膜とし
て、ボンドコーティング層を基材側ではＮi Ｃr Ａl Ｙ
合金の成分濃度を高め、トップコーティング層側では、
Ｚr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 の成分濃度を高めてプラズマ溶射して
形成した後、Ｚr Ｏ2 系セラミックをプラズマ溶射して
トップコーティング層とするようにしたので、これによ
って自己修復性のある断熱皮膜を得ることができるとと
もに、熱疲労寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の自己修復性断熱皮膜の一実施の形態
にかかる横断面図である。
にかかる横断面図である。
【図２】この発明の自己修復性断熱皮膜の一実施の形態
にかかる加熱冷却過程における亀裂幅と温度の関係を示
すグラフである。
にかかる加熱冷却過程における亀裂幅と温度の関係を示
すグラフである。
【図３】この発明の自己修復性断熱皮膜の他の一実施の
形態にかかる加熱冷却過程における亀裂幅と温度の関係
を示すグラフである。
形態にかかる加熱冷却過程における亀裂幅と温度の関係
を示すグラフである。
【図４】この発明の自己修復性断熱皮膜の一実施の形態
にかかる熱疲労寿命を示すグラフである。
にかかる熱疲労寿命を示すグラフである。
【図５】従来の二層の断熱皮膜の構造を示す断面図であ
る。
る。
１０ 自己修復性断熱皮膜 １１ 基材 １２ ボンドコーティング層 １３ トップコーティング層
Claims (4)
- 【請求項１】 基材表面に設けられて下地となるボンド
コーティング層と、このボンドコーティング層を介して
設けられる断熱用のトップコーティング層とからなる断
熱皮膜であって、前記ボンドコーティング層を前記基材
側から前記トップコーティング層に向かって成分濃度を
変えた傾斜層で構成したことを特徴とする自己修復性断
熱皮膜。 - 【請求項２】 前記トップコーティング層をＺr Ｏ2 系
セラミック皮膜とし、前記ボンドコーティング層をＮi
Ｃr Ａl Ｙ合金とＺr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 とからなる傾斜層と
するとともに、前記基材側ではＮi Ｃr Ａl Ｙ合金の成
分濃度が高く、前記トップコーティング層側では、Ｚr
Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 の成分濃度を高めたことを特徴とする請求
項１記載の自己修復性断熱皮膜。 - 【請求項３】 基材表面に設けられて下地となるボンド
コーティング層と、このボンドコーティング層を介して
設けられる断熱用のトップコーティング層とからなる断
熱皮膜を形成するに際し、前記ボンドコーティング層を
プラズマ溶射により前記基材側から前記トップコーティ
ング層に向かって成分濃度を傾斜させて形成した後、前
記トップコーティング層をプラズマ溶射で形成したこと
を特徴とする自己修復性断熱皮膜の製造方法。 - 【請求項４】 前記ボンドコーティング層を前記基材側
ではＮi Ｃr Ａl Ｙ合金の成分濃度が高く、前記トップ
コーティング層側では、Ｚr Ｏ2 Ｙ2 Ｏ3 の成分濃度を
高めてプラズマ溶射した後、Ｚr Ｏ2 系セラミックをプ
ラズマ溶射して前記トップコーティング層としたことを
特徴とする請求項３記載の自己修復性断熱皮膜の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9303532A JPH11124662A (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 自己修復性断熱皮膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9303532A JPH11124662A (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 自己修復性断熱皮膜およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11124662A true JPH11124662A (ja) | 1999-05-11 |
Family
ID=17922130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9303532A Pending JPH11124662A (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 自己修復性断熱皮膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11124662A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008140481A2 (en) * | 2006-12-01 | 2008-11-20 | Siemens Energy, Inc. | Bond coat compositions and arrangements of same capable of self healing |
| WO2008154107A1 (en) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Elc Management Llc | Self-healing polymer compositions |
| KR20180085735A (ko) * | 2015-11-20 | 2018-07-27 | 페더럴-모걸 엘엘씨 | 열 절연형 스틸 피스톤 크라운, 및 세라믹 코팅을 이용한 그 제조 방법 |
| US10876475B2 (en) | 2015-11-20 | 2020-12-29 | Tenneco Inc. | Steel piston crown and/or combustion engine components with dynamic thermal insulation coating and method of making and using such a coating |
| US10995661B2 (en) | 2015-11-20 | 2021-05-04 | Tenneco Inc. | Thermally insulated engine components using a ceramic coating |
| US11111851B2 (en) | 2015-11-20 | 2021-09-07 | Tenneco Inc. | Combustion engine components with dynamic thermal insulation coating and method of making and using such a coating |
-
1997
- 1997-10-17 JP JP9303532A patent/JPH11124662A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008140481A2 (en) * | 2006-12-01 | 2008-11-20 | Siemens Energy, Inc. | Bond coat compositions and arrangements of same capable of self healing |
| WO2008140481A3 (en) * | 2006-12-01 | 2010-03-25 | Siemens Energy, Inc. | Bond coat compositions and coating systems thereof |
| KR101339083B1 (ko) * | 2006-12-01 | 2013-12-09 | 지멘스 에너지, 인코포레이티드 | 자체 치유 가능한 본드 코트 조성물 및 이의 배열 |
| WO2008154107A1 (en) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Elc Management Llc | Self-healing polymer compositions |
| KR20180085735A (ko) * | 2015-11-20 | 2018-07-27 | 페더럴-모걸 엘엘씨 | 열 절연형 스틸 피스톤 크라운, 및 세라믹 코팅을 이용한 그 제조 방법 |
| US10876475B2 (en) | 2015-11-20 | 2020-12-29 | Tenneco Inc. | Steel piston crown and/or combustion engine components with dynamic thermal insulation coating and method of making and using such a coating |
| US10995661B2 (en) | 2015-11-20 | 2021-05-04 | Tenneco Inc. | Thermally insulated engine components using a ceramic coating |
| US11111851B2 (en) | 2015-11-20 | 2021-09-07 | Tenneco Inc. | Combustion engine components with dynamic thermal insulation coating and method of making and using such a coating |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040628 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070806 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070904 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071227 |