JPS63235484A - チタン合金羽根を保護コーティングで被覆する方法及び該方法によってコーティングされた羽根 - Google Patents

チタン合金羽根を保護コーティングで被覆する方法及び該方法によってコーティングされた羽根

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JPS63235484A
JPS63235484A JP63053439A JP5343988A JPS63235484A JP S63235484 A JPS63235484 A JP S63235484A JP 63053439 A JP63053439 A JP 63053439A JP 5343988 A JP5343988 A JP 5343988A JP S63235484 A JPS63235484 A JP S63235484A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、チタン合金の羽根を保護コーティングで被覆
する方法及びこの方法によってコーティングされた羽根
に係わる。
チタン合金の羽根は強度/密度の比が大きく、且つ腐食
性の極めて高い環境でも優れた機械的性能を示すという
利点を有する。
しかしながら、蒸気タービンで使用されるチタン合金羽
根は、特にその周辺速度が高くなると蒸気中に形成され
る水滴によって損傷を受は易い。
従って、この種の羽根は周縁を保護する必要がある。
本発明は、マルテンサイト又はオーステノマルテンサイ
トステンレス鋼によって結合した炭化チタン、窒化チタ
ン又はホウ化チタンを重量で約173含む少なくとも1
vlIの厚さのコーティング層を周縁に含むチタン合金
羽根を提供する。前記コーティング層は、バナジウムか
らなる厚み0.5〜1.51の下層を被覆する。
前記コーティングは下記の方法によって形成する: コーティングすべき羽根部分にバナジウム粉末を配置し
、この粉末の温度をバナジウムの融点よりやや高い温度
まで上げる。
次いで前記バナジウム層上に、主としてクロムを含み且
つ場合によってはコバルト及び/又はモリブデン及び/
又はニッケルも含むマルテンサイト又はオーステノマル
テンサイトステンレス鋼によって結合され、炭化チタン
、窒化チタン又はホウ化チタンを重量で約173含む不
均質粉末混合物を配置する。この粉末をその融点よりや
や高く且つバナジウムの融点よりやや低い温度まで加熱
する。
この方法では、最初のステップでチタン合金羽根の中に
溶は込む(希釈)バナジウムの量が極めて少ない。また
、第2ステツプでもバナジウム下層中に溶は込む前記合
金の量が極めて制限される。
更に、この合金層が融解しても、バナジウム下層と羽根
の間に既に樹立され結合には全く影響がない。
希釈現象を最大限に抑制するためには、高速局所加熱、
例えば高周波誘導加熱(可動誘導子を用いる)又はレー
ザ光加熱を使用するのが好ましい。
以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発明
をより詳細に説明する。
第1図に示した蒸気タービンの羽根は、基部1と前縁3
及び後縁4を有する捩れベーン2とを含んでいる。この
羽根の上方部分には前縁3に沿って圧縮面側に保護コー
ティング層5が配置されている。前繰上のこのコーティ
ング層はベーン2の吸引面に配置することもできる。こ
のベーンと前記最終コーティング層との間にはバナジウ
ムの下層6が配置されている(第2図)。
この羽根は6%のアルミニウムと3.5〜4.5%のバ
ナジウムとを含むチタン合金からなる。
レーザ光で繰り返し融解しながら保護コーティングをデ
ポジットする方法は、例えば下記のように実施し得る。
羽根のコーティングすべき表面を通常の方法で予備処理
し、次いで粒径0.5p−未満の球状粒子からなるほぼ
純粋な(〉98%)バナジウムの粉末を前記表面に吹き
付けてレーザ光に当てる。反復融解によりデポジットす
る量は、最終的に得られるバナジウム下層6の厚みが1
+u++を超えるようにする量である。
CO2レーザ光9はコーティングすべき羽根のベーン2
の表面に当てる。このレーザ光9はアルゴンのごとき不
活性ガスの流出口10によって包囲されており、このガ
スもベーン2に吹き付けられる(第4図参照)。
ノズル11はコーティングすべきベーン2の表面に前記
粉末を噴出させる。
雰囲気が不活性であるため、酸素、水素及び窒素の有害
な作用は回避される。
この状態でバナジウム粉末の温度が1950℃〜200
0 ’Cに上昇する。バナジウムの融点は1900℃で
あり、前記チタン合金の融点は約2400℃であるため
、バナジウムが融解する一方で羽根を構成するチタン合
金層はペースト状になる。これは、前記チタン合金層に
溶は込むバナジウムの量を抑えて完全な接合状態を得る
ための理想的な条件である。
バナジウムを約4%含むチタン合金には少量のバナジウ
ムが溶は込み得(第3図)、その結果局所的にベータ(
B@ta)と称するWydmanstjittenタイ
プの成層構造が生じる。
バナジウムが溶は込んだ前記合金層部分7の厚みは極め
て薄い(1/10mm未満)。
冷却後、結合剤と結合した合金粉末をバナジウム下層の
上に配置する。
この不均質粉末は重量で173の硬質成分、例えば炭化
チタン、窒化チタン又はホウ化チタンと結合剤とを含む
。この結合剤はクロム(9〜18%)を含み、且つステ
ンレス特性を与えるべくモリブデン(1〜3%)及びコ
バルト(1〜8%)も任意に含むマルテンサイト鋼、又
は前記成分の他に3%〜8%のニッケルを含むオーステ
ツマルチンサイト鋼からなる。
炭化チタンの粒度は0.5pm未満にし、ホウ化チタン
又は窒化チタンの粒度は0.21J11未満、好ましく
は約0.1μmにする。
前記不均質粉末は、炭化チタン、窒化チタン又はホウ化
チタンを含む合金とベーンを構成するチタン合金とが接
触しないように、バナジウム下層の縁から3〜4vam
のところまで配置する。
レーザ光で繰り返し融解する方法を用いる場合には、第
4図に示した装置を用いてバナジウム下層に前記粉末を
吹き付は且つこの粉末を該合金の融点(1400℃〜1
500℃)より50℃高い温度に加熱して融解する。前
記温度はバナジウムの融点を大幅に下回るため、前記合
金層がバナジウム中に溶は込む量は極めて少なく(第3
図参照)、該合金が溶は込んだバナジウム層部分8の厚
みが極めて薄い(1/10n+m未満)ことから、バナ
ジウム/ベーン間の結合に影響が及ぼされることはない
デポジットした合金層の厚みは約1.5+++mである
次いで、通常の方法と同様に、約700℃で応力緩和処
理にかける。結合剤がニッケルを3〜8%含む場合には
、炭化チタン、窒化チタン又はホウ化チタンをベースと
する層を4506C〜500℃の温度で4時間硬化処理
して、60より大きいHRCRockwell硬度を得
るようにする。
結合剤が3%未満のニッケルを含む場合には、窒素雰囲
気下で1050℃より高い温度で焼入れ処理して、60
より大きいHRCRockwell硬度が得られるよう
にする。
このコーティング方法は、不活性ガスを噴出させながら
粉末を吹き付けてレーザ光に当てることにより実施する
のが好ましいが、別の方法、特に不活性ガス雰囲気下で
噴出した粉末をプラズマで融解するか、又は不活性ガス
雰囲気下の粉末を高周波誘導加熱により融解する方法を
使用することもできる。
誘導加熱を用いる場合には、可動誘導子を備えた高周波
誘導炉を使用するのが好ましい。この炉を真空又は不活
性雰囲気(例えばアルゴン)下におき、その中に羽根を
配置し、この炉を予加熱し次いで粉末層を直径30mm
のスポットで加熱するのである。スポットは20〜75
秒間静止させ、且つ20m+aずつ移動させる。
前述のごとく、第1操作ではバナジウム粉末層を加熱し
て融解する。次いで、このバナジウム層上に合金粉末を
配置した後、第2サイクルでこの合金層を加熱して、バ
ナジウムを融解せずに該合金層を融解する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の羽根の一具体例を示す斜視図、第2図
は第1図の羽根の線II−IIによる断面図、第3図は
第2図の断面図の詳細部分図、第4図は本発明の方法を
実施するのに使用し得る装置の説明図である。 2・・・・・・ベーン、5・・・・・・保護コーティン
グ、6・・・・・・バナジウム下層、9・・・・・・レ
ーザ光、10・・・・・・不活性ガス流出口、11・・
・・・・粉末噴出ノズル。 代理人弁理士 船  山   武 FIG、4

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)チタン合金羽根を保護コーティングで被覆するた
    めの方法であって、コーティングすべき羽根部分上に純
    粋バナジウム粉末を配置し、この粉末の温度をバナジウ
    ムの融点よりやや高い温度まで上げてバナジウム層を形
    成し、その後主にクロムを9%〜18%含むマルテンサ
    イト又はオーステノマルテンサイトステンレス鋼によっ
    て結合され、炭化チタン、窒化チタン又はホウ化チタン
    を重量で約1/3含む不均質粉末混合物を前記バナジウ
    ム層上に配置し、この不均質粉末をその融点より高く且
    つバナジウムの融点より低い温度に加熱することからな
    る方法。
  2. (2)粒径が約0.1μmの窒化チタン又はホウ化チタ
    ン粉末を使用する特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. (3)粉末を不活性雰囲気下で噴出させ且つレーザ光を
    用いて融解する特許請求の範囲第1項又は第2項に記載
    の方法。
  4. (4)添付図面に基づき本明細書で説明したものと実質
    的に等しい、チタン合金羽根を保護コーティングで被覆
    する方法。
  5. (5)マルテンサイト又はオーステノマルテンサイトス
    テンレス鋼で結合した炭化チタン、窒化チタン又はホウ
    化チタンを重量で約1/3含む少なくとも1mmの厚さ
    のコーティング層を周縁に有し、このコーティング層が
    バナジウムからなる厚み0.5mm〜1.5mmの下層
    を覆うことを特徴とするチタン合金羽根。
JP63053439A 1987-03-09 1988-03-07 チタン合金羽根を保護コーティングで被覆する方法及び該方法によってコーティングされた羽根 Pending JPS63235484A (ja)

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