JPS5837145A - 被覆組成物 - Google Patents
被覆組成物Info
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- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は少量であるが意味のある量のケイ素及びハフニ
ウムを添加することにより耐酸化性及び耐腐食性を改善
されたMCrAIY型のオーバーレイ被覆(overl
ay COatirtg)に係る。この本発明による被
覆はプラズマスプレー法により着装されることが好まし
いものである。゛ 保護被覆はガスタービンエンジンに満足し得る性能を発
揮させる上で必要不可欠なものである。
ウムを添加することにより耐酸化性及び耐腐食性を改善
されたMCrAIY型のオーバーレイ被覆(overl
ay COatirtg)に係る。この本発明による被
覆はプラズマスプレー法により着装されることが好まし
いものである。゛ 保護被覆はガスタービンエンジンに満足し得る性能を発
揮させる上で必要不可欠なものである。
特にエンジンのタービンセクションに於ては、種々の構
成要素は大きな応力に耐えなければならず、また250
0’ F (1370°C)にも達する腐食性ガス流に
も耐えなければならない。エンジンの効率及び性能に対
する要求が高まるにつれて、被覆の耐久性に対する要求
も増大している。
成要素は大きな応力に耐えなければならず、また250
0’ F (1370°C)にも達する腐食性ガス流に
も耐えなければならない。エンジンの効率及び性能に対
する要求が高まるにつれて、被覆の耐久性に対する要求
も増大している。
超合金製タービン構成要素を保護するのに最も有効な被
覆はMCr AI Y被覆(ここにMは鉄、ニッケル、
コバルト、及びそれらの混合物よりなる群より選択され
たものである。)として知られている被覆である。この
MCr AI Y被覆はオーバーレイ被覆とも呼ばれる
。何故ならば、この被覆は成る予め定められた組成にて
着装され、着装プロセス中にも基質と殆ど相互反応しな
いものであることによる。米国特許第3.528.86
1号には米国特許第3,542.530号と同様、Fe
Cr AI Y被覆が記載されている。米国特許第3
.649.225号にはMCrAIY被覆が着装される
に先立って基質にクロムの層が@装される複合被覆が記
載されている。米国特許第3゜676.085号にはC
o Cr AI Yオーバーレイ被覆が記載されており
、また米国特許第3.754.903号にはNi Cr
At Yオーバーレイ被覆が記載されている。又米国
特許第3.928゜026号には特に延性の高いNt
Co Cr At Yオーバーレイ被覆が記載されてい
る。
覆はMCr AI Y被覆(ここにMは鉄、ニッケル、
コバルト、及びそれらの混合物よりなる群より選択され
たものである。)として知られている被覆である。この
MCr AI Y被覆はオーバーレイ被覆とも呼ばれる
。何故ならば、この被覆は成る予め定められた組成にて
着装され、着装プロセス中にも基質と殆ど相互反応しな
いものであることによる。米国特許第3.528.86
1号には米国特許第3,542.530号と同様、Fe
Cr AI Y被覆が記載されている。米国特許第3
.649.225号にはMCrAIY被覆が着装される
に先立って基質にクロムの層が@装される複合被覆が記
載されている。米国特許第3゜676.085号にはC
o Cr AI Yオーバーレイ被覆が記載されており
、また米国特許第3.754.903号にはNi Cr
At Yオーバーレイ被覆が記載されている。又米国
特許第3.928゜026号には特に延性の高いNt
Co Cr At Yオーバーレイ被覆が記載されてい
る。
これまでMCrAIY組成物との関連で使用される種々
の合金添加物が提案されている。米国特許第3.918
.139号には3〜12%の員金属を添加することが記
載されている。米国特許第4.034,142号kmは
MCr AI Y7g!11組成物に0.5〜7%のケ
イ素を添加することが記載されている。更に米国特許第
3,993.454号には、MCr At Hf型のオ
ーバーレイ被覆が記載されている。
の合金添加物が提案されている。米国特許第3.918
.139号には3〜12%の員金属を添加することが記
載されている。米国特許第4.034,142号kmは
MCr AI Y7g!11組成物に0.5〜7%のケ
イ素を添加することが記載されている。更に米国特許第
3,993.454号には、MCr At Hf型のオ
ーバーレイ被覆が記載されている。
米国特許第4,078,922号にはハフニウム及びイ
ツトリウムが存在することにより耐酸化性を改善された
コバルト基構造用合金が記載されている。
ツトリウムが存在することにより耐酸化性を改善された
コバルト基構造用合金が記載されている。
本発明は14湿酸化及び高温腐食より金属基質を保護す
るに適したオーバーレイ被覆を提供することを目的とし
ている。本発明によるオーバーレイ被覆組成物は5〜3
5%Cr、8〜35%△1.0.0〜2%Y10.1〜
7%Si 、0.1〜2%Hf % N + 、 co
、及びそれらの混合物よりなる群より選択された残部
よりなる広い範囲の組成を有している。上述の如きレベ
ルにてケイ素及びハフニウムを添加することにより酸化
環境に於ける被覆の寿命がこれらの元素を添加されてい
ない同様の被覆の寿命の約3倍乃至4倍に増大される。
るに適したオーバーレイ被覆を提供することを目的とし
ている。本発明によるオーバーレイ被覆組成物は5〜3
5%Cr、8〜35%△1.0.0〜2%Y10.1〜
7%Si 、0.1〜2%Hf % N + 、 co
、及びそれらの混合物よりなる群より選択された残部
よりなる広い範囲の組成を有している。上述の如きレベ
ルにてケイ素及びハフニウムを添加することにより酸化
環境に於ける被覆の寿命がこれらの元素を添加されてい
ない同様の被覆の寿命の約3倍乃至4倍に増大される。
これと同様の改善が耐高温腐食性についても観察される
。本発明によるオーバーレイ被覆は微細な粉末を用いて
プラズマスプレー法によりS装されることが有利なもの
である。本発明によるオーバーレイ被覆はガスタービン
の技術分野に於て広く適用され得るものである。
。本発明によるオーバーレイ被覆は微細な粉末を用いて
プラズマスプレー法によりS装されることが有利なもの
である。本発明によるオーバーレイ被覆はガスタービン
の技術分野に於て広く適用され得るものである。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
詳細に説明する。
本発明による被覆はMCrAIY型被覆に少量のケイ素
及びハフニウムが添加されている結果として実質的に改
良された特性を発揮するものである。本発明による被覆
の組成範囲が表1に示されている。好ましい範囲Aの被
覆はニッケル基合金基質に使用されるに最も適したもの
である。好ましい範囲Bの被覆は延性が最適化されるよ
う好ましい範囲Aの被覆が修正されたものである。好ま
しい範囲Cの被覆はコバルト基合金基質に使用されるに
最も適したものである。
及びハフニウムが添加されている結果として実質的に改
良された特性を発揮するものである。本発明による被覆
の組成範囲が表1に示されている。好ましい範囲Aの被
覆はニッケル基合金基質に使用されるに最も適したもの
である。好ましい範囲Bの被覆は延性が最適化されるよ
う好ましい範囲Aの被覆が修正されたものである。好ま
しい範囲Cの被覆はコバルト基合金基質に使用されるに
最も適したものである。
○ 000 ン
二 ????? 家 ? I
−)Ll’) Q−y y Q 1
+r6 y y 、 ― φ古
000 co oo。
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j lj) Q 「y y lj)
1% 「「、、、− j Ln Q y y y Q
l’h6 y−、、・ 汝 000 0 o 。
1% 「「、、、− j Ln Q y y y Q
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@ 0 唖 0.。
≦
0 0 0
+
Qくシの工022
ケイ素は0.1〜7重量%の鏝にて添加されてよいもの
であるが、2100’ F (1150℃)以上の温度
となる用途については、ケイ素は初期溶融の可能性を低
減すべく最大限2%に制限されなければならない。ハフ
ニウムは0.1〜2重−%の量にて添加される。ハフニ
ウムを含有しない合金基質に対し使用される被覆の場合
には、ハフニウムの添加量は少なくとも0.2%である
ことが好ましい。
であるが、2100’ F (1150℃)以上の温度
となる用途については、ケイ素は初期溶融の可能性を低
減すべく最大限2%に制限されなければならない。ハフ
ニウムは0.1〜2重−%の量にて添加される。ハフニ
ウムを含有しない合金基質に対し使用される被覆の場合
には、ハフニウムの添加量は少なくとも0.2%である
ことが好ましい。
MCr AI Y被覆に対しケイ素又はハフニウムのみ
を添加することにより被覆の特性が改善されることが既
に解っている。しかし少量のハフニウム及びケイ素を組
合せて添加することにより、ハフニウム又はケイ素の何
れかのみを添加する場合に得られる効果よりもはるかに
大きな被覆特性の改善が得られる。
を添加することにより被覆の特性が改善されることが既
に解っている。しかし少量のハフニウム及びケイ素を組
合せて添加することにより、ハフニウム又はケイ素の何
れかのみを添加する場合に得られる効果よりもはるかに
大きな被覆特性の改善が得られる。
イツトリウムはランタニド元素、アクチニド元素、及び
それらの混合物の如き周期率表の第1IIB族に属する
酸素活性元素の何れかに置換えられてよいが、イツトリ
ウムの方が好ましい。
それらの混合物の如き周期率表の第1IIB族に属する
酸素活性元素の何れかに置換えられてよいが、イツトリ
ウムの方が好ましい。
第1@IG;tNi Co Cr AI Y材料の周期
的酸化挙動に対する種々の組成の添加元素の影響を示し
ている。この第1図に示された全ての被覆は、公称で1
0%Or、5%C0,4%W、1.5%T1.12%T
a、5%AI、残部N1なる組成の合金よりなる単結晶
基質上に着装された状態で試験された。この基質合金は
米国特許第4.209゜348号に記載されている。電
子ビーム蒸着により用意されたサンプルEB−Ni C
o Cr At Yを除き、全てのサンプルは後に説明
する低圧室プラズマスプレー法を用いて被覆された。試
験はジェット燃料を燃焼させることにより生成された火
炎を使用して行なわれ、試験装置はサンプルが2100
” F (1150℃)に55分間加熱され、次いで5
分間の闇に約400°F(2’04℃)の濃度にまで強
制空冷されるよう、設定された。
的酸化挙動に対する種々の組成の添加元素の影響を示し
ている。この第1図に示された全ての被覆は、公称で1
0%Or、5%C0,4%W、1.5%T1.12%T
a、5%AI、残部N1なる組成の合金よりなる単結晶
基質上に着装された状態で試験された。この基質合金は
米国特許第4.209゜348号に記載されている。電
子ビーム蒸着により用意されたサンプルEB−Ni C
o Cr At Yを除き、全てのサンプルは後に説明
する低圧室プラズマスプレー法を用いて被覆された。試
験はジェット燃料を燃焼させることにより生成された火
炎を使用して行なわれ、試験装置はサンプルが2100
” F (1150℃)に55分間加熱され、次いで5
分間の闇に約400°F(2’04℃)の濃度にまで強
制空冷されるよう、設定された。
第1図の縦軸は試験中(又はエンジンの運転中)に於け
る被覆の変化(劣化)の各段階を示している。NI C
o Cr AI Y型の被覆は被覆の表面にアルミナの
薄い一様な層を形成することによりその保護能力を発揮
する。このアルミナ層は被覆内のアルミニウムが酸化さ
れることによって形成される。被覆が高温度に於ける酸
化雰囲気に連続的に曝されると、アルミナ層はその厚さ
が増大し続け、遂には剥離してしまう。かかるアルミナ
層の剥離は冷熱サイクルによって促進される。被覆組成
物中に充分な量のアルミニウムが残存する場合には、剥
離後にアルミナ層が再度形成される。イツトリウム及び
ハフニウムの如き他の酸素活性元素はかかるアルミナ層
の剥離を抑制し、従ってN1cocrAIY被覆よりア
ルミニウムが消費されることを遅らせる。イツトリウム
及び他の酸素活性元素は高温度に露9する時間の増大と
共に消費さるので、剥離の程度は第1図に示されている
如く軽微より中間程度には、更には重大な程度にまで増
大する。アルミナ層の剥離及び再形成が繰返された後に
、林、被覆中のアルミニウム含有曇はアルミナ層を再形
成し得ないレベルにまで低下する。この点に於てはスピ
ネルとして知られている保1能力のない酸化物が形成さ
れる。スピネルはアルミニウム及び酸素との組合せにて
ニッケル及び/又はコバルト、及び/又はクロムを含有
する化合物である。スピネルは明確な青色を有し、容易
に識別されるものである。ひとたびスピネルが生成する
と、被覆に対する酸化の速度が増大し、まもなく被覆に
孔があき、しかる後基質にまで腐食が進行する。第1図
に示された被覆はそれぞれ下記の表2に示されたもので
ある。
る被覆の変化(劣化)の各段階を示している。NI C
o Cr AI Y型の被覆は被覆の表面にアルミナの
薄い一様な層を形成することによりその保護能力を発揮
する。このアルミナ層は被覆内のアルミニウムが酸化さ
れることによって形成される。被覆が高温度に於ける酸
化雰囲気に連続的に曝されると、アルミナ層はその厚さ
が増大し続け、遂には剥離してしまう。かかるアルミナ
層の剥離は冷熱サイクルによって促進される。被覆組成
物中に充分な量のアルミニウムが残存する場合には、剥
離後にアルミナ層が再度形成される。イツトリウム及び
ハフニウムの如き他の酸素活性元素はかかるアルミナ層
の剥離を抑制し、従ってN1cocrAIY被覆よりア
ルミニウムが消費されることを遅らせる。イツトリウム
及び他の酸素活性元素は高温度に露9する時間の増大と
共に消費さるので、剥離の程度は第1図に示されている
如く軽微より中間程度には、更には重大な程度にまで増
大する。アルミナ層の剥離及び再形成が繰返された後に
、林、被覆中のアルミニウム含有曇はアルミナ層を再形
成し得ないレベルにまで低下する。この点に於てはスピ
ネルとして知られている保1能力のない酸化物が形成さ
れる。スピネルはアルミニウム及び酸素との組合せにて
ニッケル及び/又はコバルト、及び/又はクロムを含有
する化合物である。スピネルは明確な青色を有し、容易
に識別されるものである。ひとたびスピネルが生成する
と、被覆に対する酸化の速度が増大し、まもなく被覆に
孔があき、しかる後基質にまで腐食が進行する。第1図
に示された被覆はそれぞれ下記の表2に示されたもので
ある。
wト
00<>2のニ
電子ビーム(E、B、)蒸着による被覆はタービンニー
Dフォイル被榎として現在使用されており市販のエンジ
ンに於て広く使用されているものである。上述の試験に
於て使用された過酷な試験条件の下では、E、B、被覆
の寿命は5 ’O’O1間よりも僅かに小さい値である
。低圧プラズマスプレー(P、S、)法によりS装され
た同一組成の?I!■は約7 ’O0時間という改善さ
れた耐久性?呈している。かくして耐久性が改善される
理由は完全には解っていないが、使用された特定の被覆
及び基質との相互作用の結果によるものと考えられる。
Dフォイル被榎として現在使用されており市販のエンジ
ンに於て広く使用されているものである。上述の試験に
於て使用された過酷な試験条件の下では、E、B、被覆
の寿命は5 ’O’O1間よりも僅かに小さい値である
。低圧プラズマスプレー(P、S、)法によりS装され
た同一組成の?I!■は約7 ’O0時間という改善さ
れた耐久性?呈している。かくして耐久性が改善される
理由は完全には解っていないが、使用された特定の被覆
及び基質との相互作用の結果によるものと考えられる。
基本的な被I岨或を0.9%のハフニウムにて修正する
ことによっても被覆の性能が改善される。
ことによっても被覆の性能が改善される。
かくして修正された被覆の寿命は9 ’O0時間であり
、低圧プラズマスプレー法による被覆の寿命(約700
1I間)に対し約30%の改善がなされている。また基
本的なNi Co Cr AI Y組成に対し1.6%
のケイ素をfii/ioすることにより被覆1 の寿命が約700時間より約120’O時間にまで約7
0%改善される。
、低圧プラズマスプレー法による被覆の寿命(約700
1I間)に対し約30%の改善がなされている。また基
本的なNi Co Cr AI Y組成に対し1.6%
のケイ素をfii/ioすることにより被覆1 の寿命が約700時間より約120’O時間にまで約7
0%改善される。
これらの結果に鑑みれば、ケイ素及びハフニウムを組合
わせれば被覆の耐久性が更に増大することは当然の結果
といえる。驚くべきこと及び予期し得なかったことはそ
の改善の程度である。0゜6%のケイ素と0.7%のハ
フニウムを添加された合金組成物は実質的に改善された
性能を発揮する。試験は被覆の破損が発生するほど長く
は継続されなかったが、この被覆の寿命は少くとも22
00時間、恐らくは約2500時m以上であるものと考
えられる。かかる性能はケイ素又はハフニウムのみを添
加する従来の被覆からは予期し得ないものである。即ち
被覆の寿命はハフニウムのみの場合には30%改善され
、ケイ素のみの場合には70%改善されるので、ケイ素
とハフニウムとを組合わせれても被覆の寿命は高高10
0%しか改Sされないものと考えられる。しかし実際に
は被覆の寿命は300%以上も改善されている。この点
に関し、本発明による被覆に添加されるケイ素及びハフ
ニウムの量はケイ素又はハフニウムがそれぞれ単独で添
加される場合の量よりも少い吊であることに留意された
い。
わせれば被覆の耐久性が更に増大することは当然の結果
といえる。驚くべきこと及び予期し得なかったことはそ
の改善の程度である。0゜6%のケイ素と0.7%のハ
フニウムを添加された合金組成物は実質的に改善された
性能を発揮する。試験は被覆の破損が発生するほど長く
は継続されなかったが、この被覆の寿命は少くとも22
00時間、恐らくは約2500時m以上であるものと考
えられる。かかる性能はケイ素又はハフニウムのみを添
加する従来の被覆からは予期し得ないものである。即ち
被覆の寿命はハフニウムのみの場合には30%改善され
、ケイ素のみの場合には70%改善されるので、ケイ素
とハフニウムとを組合わせれても被覆の寿命は高高10
0%しか改Sされないものと考えられる。しかし実際に
は被覆の寿命は300%以上も改善されている。この点
に関し、本発明による被覆に添加されるケイ素及びハフ
ニウムの量はケイ素又はハフニウムがそれぞれ単独で添
加される場合の量よりも少い吊であることに留意された
い。
第1図に示されている如く、Ni Go Or AtY
組成をハフニウム及びケイ素にて修正することにより、
周期的酸化を受ける条件下に於ける被覆の寿命を長くす
ることに関し実質的な効果が得られる。かくして被覆の
寿命の改善がなされる正確な理由は良く解ってはいない
し、本願発明者はその理由を何れかの理論により限定す
ることを望心ものではない。
組成をハフニウム及びケイ素にて修正することにより、
周期的酸化を受ける条件下に於ける被覆の寿命を長くす
ることに関し実質的な効果が得られる。かくして被覆の
寿命の改善がなされる正確な理由は良く解ってはいない
し、本願発明者はその理由を何れかの理論により限定す
ることを望心ものではない。
上述の周期的酸化試験に加えて、本発明による被覆の耐
高温腐食性についての評価も行われた。
高温腐食性についての評価も行われた。
高温腐食はガスタービンエンジン、特に海岸近くに於て
運転されるガスタービンエンジンに於て発生する。高温
腐食は大気中及び燃料中に存在する種々の塩分、特に塩
化ナトリウムにより発生される。高温腐食は主に中間温
度に於て発生する。従って本発明による被覆の耐高温腐
食性を測定すべく、以下の試験サイクルが使用された。
運転されるガスタービンエンジンに於て発生する。高温
腐食は大気中及び燃料中に存在する種々の塩分、特に塩
化ナトリウムにより発生される。高温腐食は主に中間温
度に於て発生する。従って本発明による被覆の耐高温腐
食性を測定すべく、以下の試験サイクルが使用された。
先ず被覆された試験片棒が1750’ F (955°
G>4Cて2分間加熱され、然る後2000°F(10
95°C)にて2分間加熱され、然る後2分間のうちに
強制空冷された。加熱の各工程はジェット燃料を燃焼さ
せることにより生成した火炎を使用して行われた。過酷
な環境を模擬的に創成すべく、35 ppm+の合成食
塩が空気に添加された。この試験の結果は本発明による
被覆の優位性を示している。Ni Co Cr At
y組成を有する蒸着された被覆は、基質の腐食に至るま
で202時間上述の合金よりなる単結晶基質を保護した
。標準的なアルミナイド保護被覆は120時間基質を保
護した。
G>4Cて2分間加熱され、然る後2000°F(10
95°C)にて2分間加熱され、然る後2分間のうちに
強制空冷された。加熱の各工程はジェット燃料を燃焼さ
せることにより生成した火炎を使用して行われた。過酷
な環境を模擬的に創成すべく、35 ppm+の合成食
塩が空気に添加された。この試験の結果は本発明による
被覆の優位性を示している。Ni Co Cr At
y組成を有する蒸着された被覆は、基質の腐食に至るま
で202時間上述の合金よりなる単結晶基質を保護した
。標準的なアルミナイド保護被覆は120時間基質を保
護した。
Ni Co Cr At Yにケイ素を添加された合金
よりなり蒸着された被覆は、被覆の破損に至るまで41
6時間基質を保護した。これに対しNiC。
よりなり蒸着された被覆は、被覆の破損に至るまで41
6時間基質を保護した。これに対しNiC。
CrAIYにケイ素及びハフニウムを添加されプラズマ
スプレー法により着装された本発明による被覆は、破損
を生じることなく546時間上述の基質材料と同一の材
料よりなる基質を保護し、本発明による被覆はその破損
の兆候を示さなかった。
スプレー法により着装された本発明による被覆は、破損
を生じることなく546時間上述の基質材料と同一の材
料よりなる基質を保護し、本発明による被覆はその破損
の兆候を示さなかった。
かくして本発明による被覆は従来より一般に使用されて
いる標準的な蒸着されたNi Co Cr AIY被覆
の寿命の少くとも2.5倍の寿命を有している。
いる標準的な蒸着されたNi Co Cr AIY被覆
の寿命の少くとも2.5倍の寿命を有している。
ガスタービンの如き最も実用的な用途に於ては、冷熱サ
イクルにより発生された歪も被覆に割れを発生サセるこ
とによって被覆を劣化させる。かがる理由から、割れ発
生傾向を確かめるべく被覆の延性が測定された。600
’F(315℃)に於ける延性の程度は、ガスタービン
エンジンに於て被覆の割れの間lが発生するか否かを示
す指標であることが解っている。従って被覆に初期割れ
を発生させるに必要とされる歪を測定すべく、被覆され
たサンプルについて600’F(315℃)に於て引張
試験が行われた。耐酸化性を大きく改善するに必要とさ
れる量にて基本的なMCr AIY被覆にケイ素を添加
することにより、被覆の延性が大きく低下した。しかし
ハフニウムを添加す□ ることにより必要とされるケイ素の鋤が低減され、被覆
の延性が実質的に増大された。
イクルにより発生された歪も被覆に割れを発生サセるこ
とによって被覆を劣化させる。かがる理由から、割れ発
生傾向を確かめるべく被覆の延性が測定された。600
’F(315℃)に於ける延性の程度は、ガスタービン
エンジンに於て被覆の割れの間lが発生するか否かを示
す指標であることが解っている。従って被覆に初期割れ
を発生させるに必要とされる歪を測定すべく、被覆され
たサンプルについて600’F(315℃)に於て引張
試験が行われた。耐酸化性を大きく改善するに必要とさ
れる量にて基本的なMCr AIY被覆にケイ素を添加
することにより、被覆の延性が大きく低下した。しかし
ハフニウムを添加す□ ることにより必要とされるケイ素の鋤が低減され、被覆
の延性が実質的に増大された。
本発明の被覆はガスタービンエンジンの構成要素の保護
に特に適したものである。ガスタービンエンジン構成要
素は一般に、鋳造又は鍛造されたニッケル基超合金又は
コバルト基超合金にて製造されている。ニッケル基超合
金はガンマプライム相(Ni a At 、Ti >に
より強化されたニッケルをベースとする合金である。僅
かな例外を除き、ニッケル基超合金は約8〜20%のク
ロムと約10〜20%のコバルトとを含有している。ま
たモリブデン、タングステン、タンタル、ニオブの如き
高融点金属添加元素も含まれている。コバルト基超合金
は単一の優勢な強化相を含んではいないが、モリブデン
、タングステン、タンタル、ニオブの蛸き固溶強化元素
の存在、及びクロム、チタンの如き元素及び^融点金属
元素が含まれていることにより生じる炭化物の存在によ
って強化されているものである。もちろん炭化物強化に
依存する炭素もコバルト基超合金内に存在している。コ
バルト基超合金には一般に約20%の量にてクロムが含
まれている。
に特に適したものである。ガスタービンエンジン構成要
素は一般に、鋳造又は鍛造されたニッケル基超合金又は
コバルト基超合金にて製造されている。ニッケル基超合
金はガンマプライム相(Ni a At 、Ti >に
より強化されたニッケルをベースとする合金である。僅
かな例外を除き、ニッケル基超合金は約8〜20%のク
ロムと約10〜20%のコバルトとを含有している。ま
たモリブデン、タングステン、タンタル、ニオブの如き
高融点金属添加元素も含まれている。コバルト基超合金
は単一の優勢な強化相を含んではいないが、モリブデン
、タングステン、タンタル、ニオブの蛸き固溶強化元素
の存在、及びクロム、チタンの如き元素及び^融点金属
元素が含まれていることにより生じる炭化物の存在によ
って強化されているものである。もちろん炭化物強化に
依存する炭素もコバルト基超合金内に存在している。コ
バルト基超合金には一般に約20%の量にてクロムが含
まれている。
超合金の製造方法は本発明による被覆による保護の適性
に関し殆ど影響しない。多結晶柱状晶物品の如き鋳造さ
れた超合金物品の全てが、例えばシート金属性の如き鍛
造物品と同様保護される。
に関し殆ど影響しない。多結晶柱状晶物品の如き鋳造さ
れた超合金物品の全てが、例えばシート金属性の如き鍛
造物品と同様保護される。
MCrAIY被響岨成物は従来より、特にガスタービン
エンジンのブレードやベーンに対し被覆を行う場合には
、殆ど例外なく電子ビーム蒸着法により着装されている
。本発明による合金組成物は蒸着により着装された場合
に実質的な保護能力を発揮する。しかしハフニウムを含
有する被覆の蒸着は、ハフニウムの蒸気圧が他の被覆成
分元素の蒸気圧に比して小さいので、困難である。ハフ
ニウムを含有する被覆を有効に蒸着させるためには、一
方の源がハフニウムを含有し、他方の源が被覆成分の他
の全ての元素を含む二源蒸発化法を使用することが必要
であるものと考えられる。従って本発明に於ては、プラ
ズマスプレー法を使用することが好ましく、特に低圧に
減圧された室内に於て高エネルギプラズマスプレー法を
使用することが好ましい。
エンジンのブレードやベーンに対し被覆を行う場合には
、殆ど例外なく電子ビーム蒸着法により着装されている
。本発明による合金組成物は蒸着により着装された場合
に実質的な保護能力を発揮する。しかしハフニウムを含
有する被覆の蒸着は、ハフニウムの蒸気圧が他の被覆成
分元素の蒸気圧に比して小さいので、困難である。ハフ
ニウムを含有する被覆を有効に蒸着させるためには、一
方の源がハフニウムを含有し、他方の源が被覆成分の他
の全ての元素を含む二源蒸発化法を使用することが必要
であるものと考えられる。従って本発明に於ては、プラ
ズマスプレー法を使用することが好ましく、特に低圧に
減圧された室内に於て高エネルギプラズマスプレー法を
使用することが好ましい。
第1図にデータが示されているプラズマスプレ−された
被覆は、E 1ectro P lasma Co
rporationにより販売されている低圧室スプレ
ー装置(model 005 )を用いて着装された。
被覆は、E 1ectro P lasma Co
rporationにより販売されている低圧室スプレ
ー装置(model 005 )を用いて着装された。
このスプレー装置は室を有しており、該室内に於てサン
プルがスプレーされ、この室はアルゴン雰囲気にて約5
01IllHgの低圧に維持された。プラズマスプレー
は85%Ar−15%1−1eアークガスを用いて50
V、1520Aにて行われた。Ni Co CrAl
Y+Si +Hfの粉末供給速度は136.2u/li
−であった。粒子寸法の範囲が10〜37μである粉末
が使用され、被覆の厚さは約511(127μ)であっ
た。
プルがスプレーされ、この室はアルゴン雰囲気にて約5
01IllHgの低圧に維持された。プラズマスプレー
は85%Ar−15%1−1eアークガスを用いて50
V、1520Aにて行われた。Ni Co CrAl
Y+Si +Hfの粉末供給速度は136.2u/li
−であった。粒子寸法の範囲が10〜37μである粉末
が使用され、被覆の厚さは約511(127μ)であっ
た。
所要のI成を有し稠密で一様であり連続的で密着性に優
れた被覆を得ることに関する限り被覆の着装方法は特に
重要な問題ではなく、スパッタリングの如き他の被覆着
装法も採用されて良い。
れた被覆を得ることに関する限り被覆の着装方法は特に
重要な問題ではなく、スパッタリングの如き他の被覆着
装法も採用されて良い。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。
第1図は本発明による被覆を含む幾つ゛かの被覆の周期
的酸化の挙動を示す解図的グラフである。 特許出願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション
的酸化の挙動を示す解図的グラフである。 特許出願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション
Claims (2)
- (1)金属基質を高温酸化及び高温腐食より保護するに
適した合金組成物にして、5〜40%のCrと、8〜3
5%のA1と、ランタニド元素、アクチニド元素、及び
それらの混合物を含む第■B族元素より選択された0、
0〜2.0%の酸素活七元素と、0.1〜7.0%のS
iと、0.1〜2.0%のHfと、Ni、co、及びそ
れらの混合物よりなる群より選択された残部とよりなっ
ていることを特徴とする被覆組成物。 - (2)ニッケル基超合金及びコバルト基超合金よりなる
群より選択された基質を含みその表面に保護被覆を有す
るガスタービンエンジンの構成要素にして、前記保護被
覆は実質的に5〜40%のOrと、8〜35%のA1と
、0.0〜2.0%のYと、1〜7.0%の81と、0
.1〜2.0%の1−1fと、Ni1CO1及びそれら
の混合物よりなる群より選択された残部とよりなってい
ることを特徴とするガスタービンエンジンの構成要素。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/289,952 US4419416A (en) | 1981-08-05 | 1981-08-05 | Overlay coatings for superalloys |
US289952 | 1981-08-05 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5837145A true JPS5837145A (ja) | 1983-03-04 |
JPS6354794B2 JPS6354794B2 (ja) | 1988-10-31 |
Family
ID=23113890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57137163A Granted JPS5837145A (ja) | 1981-08-05 | 1982-08-05 | 被覆組成物 |
Country Status (16)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4419416A (ja) |
JP (1) | JPS5837145A (ja) |
KR (1) | KR890001033B1 (ja) |
AU (1) | AU548508B2 (ja) |
BE (1) | BE894020A (ja) |
BR (1) | BR8204522A (ja) |
CA (1) | CA1185129A (ja) |
CH (1) | CH653375A5 (ja) |
DE (1) | DE3229293A1 (ja) |
FR (1) | FR2511042A1 (ja) |
GB (1) | GB2107349B (ja) |
IL (1) | IL66444A (ja) |
IT (1) | IT1152484B (ja) |
MX (1) | MX159750A (ja) |
NL (1) | NL190022C (ja) |
SE (1) | SE453305B (ja) |
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