JP2000119871A - 遮熱コーティング部材、その製造方法および高温機器部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発電用ガスタービンおよびジェットエンジンな
どの高温機器部品に適用される部材であり、この部材の
耐熱性を向上させて、燃焼温度を上昇させて高温機器部
品の効率向上を図った遮熱コーティング部材およびその
製造方法を得る。 【解決手段】金属、金属間化合物、セラミックスまたは
複合材料からなる基材２と、この基材２表面に被覆層と
を有する遮熱コーティング部材１において、被覆層がセ
ラミックスからなるセラミック相４と、金属酸化物を金
属で割り算した体積比が１以上となる金属元素または金
属元素の合金からなる合金相５とから構成されることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電用ガスタービ
ンおよびジェットエンジンなどの高温機器部品に適用さ
れる遮熱コーティング部材およびその製造方法に係り、
遮熱コーティング部材の耐熱性を向上して、燃焼温度の
上昇により高温機器部品の効率向上を図った遮熱コーテ
ィング部材およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンおよびジェットエンジンな
どの高効率化を達成するためには、エネルギーロスを低
減させると同時に、燃焼ガスの高温化が不可欠である。
このため、燃焼ガスの高温化を図る必要があるが、高温
化に際して問題となるのは、高温の燃焼ガスにさらされ
る動翼、静翼または燃焼器などの高温機器部品に用いら
れる材料の耐用温度である。

【０００３】従来より、材料の耐用温度を向上させるた
め、２種類のアプローチがなされてきた。

【０００４】まず１つ目は、材料自体の耐熱性向上であ
り、化学組成の最適化のみならず、一方向凝固および単
結晶化などの組織制御により耐熱性を改善する方法であ
る。

【０００５】２つ目のアプローチは、冷却技術の向上で
ある。冷却技術として、例えば、冷却空気を冷却孔から
吹き出して部材表面を冷却する吹き出し冷却、また部材
内部を冷却空気の対流により冷却するインピンジ冷却な
どの様々な方法が考え出されている。

【０００６】さらに、これらの方法のほかに、遮熱コー
ティングが開発されている。遮熱コーティングは、部材
表面に熱伝導率の低いセラミックスを被覆し、かつ部材
内部を冷却して金属基材の温度を耐熱温度以下に抑制す
る、という方法であり、燃焼温度が１３００℃を超える
高効率の発電用ガスタービンにおいて、この技術の適用
は不可欠である。

【０００７】遮熱コーティング最表面のセラミック材料
として、最も一般的にはジルコニアが適用されている
が、これは、熱伝導率の低さと熱膨張率が金属に比較的
近いなどの理由からである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ジルコ
ニアは１２００℃を超える温度領域において、焼結が進
行してしまい、この焼結により体積収縮が生じ、コーテ
ィング層が剥離してしまうという問題を有していた。

【０００９】このため、ジルコニアの焼結による体積収
縮を防止するため、遮熱コーティング表面温度の低減が
種々図られてきた。

【００１０】具体的には、冷却空気量を増やして冷却空
気を冷却孔から吹き出して部材表面を冷却していたが、
冷却空気量を多くすると燃焼ガス温度の低下を引き起こ
してしまい、ガスタービンの効率低下が生じることか
ら、冷却空気量に限界を有していた。

【００１１】また、内部冷却の効果を高めた場合におい
ても、セラミックス層内の温度勾配は増加するものの、
セラミックス層表面温度は基本的には燃焼ガス温度によ
って決定される。このため、セラミックス層の焼結の問
題は少なくともその表面近傍において不可避の問題とな
っていた。

【００１２】即ち、遮熱コーティング層の最表面にセラ
ミックス層を有する遮熱コーティングにおいて、燃焼温
度がセラミックスの焼結温度を上回った場合、焼結によ
る体積収縮が生じ、セラミックス層が剥離するという問
題を有していた。

【００１３】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、高温機器部品に適用される遮熱
コーティング部材の耐熱性を向上させて、かつ、高温の
燃焼ガスにさらされた場合においても、遮熱コーティン
グ部材の剥離を防止して、最終的には燃焼温度の上昇に
より高温機器部品の効率向上を目的としたものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
金属、金属間化合物、セラミックスまたは複合材料から
なる基材と、この基材表面に被覆層とを有する遮熱コー
ティング部材において、前記被覆層はセラミックスから
なるセラミック相と、金属酸化物の体積を金属の体積で
割り算した体積比が１以上となる金属元素または前記金
属元素の合金からなる金属相とを含有する混合層を有す
ることを特徴とする。

【００１５】本発明において、基材として、Ｎｉ基、Ｃ
ｏ基およびＦｅ基の合金、ＮｉＡｌＮｉ_３ＡｌおよびＴ
ｉＡｌ等の金属間化合物、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ４、ＳｉＡ
ｌＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２等のセラミックス、
または炭素を主成分とする複合材料等が用いられる。ま
た、この基材表面に少なくとも一層の被覆層を有し、こ
の被覆層がセラミック相と、金属酸化物／金属の体積比
（Ｐ／Ｂ比）が１以上となる金属元素またはこの金属を
含む合金相とを含有する混合層とすると良い。

【００１６】このように被覆層に混合層を含有させるこ
とで、高温の燃焼ガスにさらされた場合においても、セ
ラミック相の焼結に起因した体積収縮と金属相の酸化に
よる体積膨張により被覆層全体の極端な体積変化を抑制
することが可能であり、この効果により被覆層の剥離を
防止できる。

【００１７】また、基材合金は特に特定されるものでは
ないが、高温構造用材料として一般的に用いられるＲｅ
ｎｅ８０、ＩＮ７３８ＬＣ、ＨａｓｔｅｌｌｏｙＸ、Ｃ
Ｍ２４７、ＣＭＳＸ−２およびＣＭＳＸ−４などのＮｉ
基超合金、またはＦＳＸ４１４に代表されるＣｏ基合金
などが好ましい。また、金属からなる層と金属基材との
間には、両者の熱膨張係数の違いによる熱応力を抑制す
ること、および耐食および耐酸化性の向上を目的とし
て、ＭＣｒＡｌＹ（ＭはＦｅ、ＣｏまたはＮｉのいずれ
かの元素）と呼ばれる金属層を形成することが一般的で
あり、本発明においてもこの金属層を中間に設けた方が
好ましい。

【００１８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の遮
熱コーティング部材において、金属相の５０％以上が酸
化されていることを特徴とする。

【００１９】金属相の全体に占める金属酸化物の割合が
５０％以下であると、その後の使用の際、酸化による熱
膨張が剥離要因となり得る。このため本発明において、
金属相の５０％以上が酸化されると良い。なお、さらに
好ましくは、セラミック相の焼結が十分進んだ段階で、
金属相全体の８０％以上が酸化されるとよい。

【００２０】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の遮熱コーティング部材において、金属相における
金属酸化物の体積を金属の体積で割り算した体積比をＲ
とし、セラミック相における体積収縮率をｓ、金属相に
おける体積率をＶとしたとき、Ｖが

【数２】Ｖ＝（１−（１−ｓ））／（Ｒ−（１−ｓ）） の式であらわされる値を基準として、±５０％の範囲内
にあることを特徴とする。

【００２１】本発明においては、金属酸化による体積膨
張分とセラミックスの焼結による体積収縮分とが相殺さ
れることが重要であり、このような観点から金属相を球
形と仮定した場合、前述したような式を導き出すことが
可能である。本発明において、金属相の体積率も、この
式によって決定されることが好ましい。金属相の体積率
が上述した式から算出される値より少ないと金属相の量
が不足するため、セラミックスの焼結に起因した収縮が
著しく、これにより剥離が生じる可能性がある。一方、
金属相の体積率が上述した範囲より多いと、金属の酸化
による体積膨張が著しく、これに起因した剥離が生じ
る。しかし、金属相が完全な球状にはならないこと、層
内に気孔が存在すること、製造上の制約等があることな
どのため、実用上は上式から算出された値を基準とし
て、この値の±５０％程度に入っていれば、金属の酸化
による体積膨張を効果的に防ぐことができる。

【００２２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の遮
熱コーティング部材において、金属相を形成する元素
は、アルミニウム、ニッケル、コバルト、シリコン、チ
タン、亜鉛、クロム、鉄、銅またはタンタルから選ばれ
る少なくとも１つの元素であることを特徴とする。

【００２３】これらの元素についての金属酸化物の体積
を金属の体積で割り算した体積比、即ちＰＢ比は、それ
ぞれ、Ａｌ_２Ｏ_３：１．２８、ＮｉＯ：１．６５、Ｃｏ
Ｏ：１．８６、ＳｉＯ_２：２．１５、ＴｉＯ：１．７
３、ＺｎＯ：１．５５、Ｃｒ_２Ｏ_３：２．０７、Ｆｅ
Ｏ：１．７、Ｃｕ_２Ｏ：１．６４およびＴａ_２Ｏ_５：
２．５となっており、いずれの金属元素においてもＰＢ
比が１を超えることから、本発明の金属相に適用する金
属元素として用いることが可能であると考えられる。し
かしながら、高温でのこれら酸化物の安定性および蒸気
圧の関係などを考慮すると、アルミニウム、ニッケル、
コバルト、シリコン、クロムおよび鉄から選ぶことが好
ましい。また、これらの元素を含む合金であっても、そ
の表面には上述した酸化物の形成が可能であり、本発明
における金属相に利用することができる。

【００２４】請求項５記載の発明は、請求項３記載の遮
熱コーティング部材において、セラミック相を形成する
物質は、チタニア、カルシア、アルミナ、シリカ、ジル
コニア、マグネシア、窒化アルミ、窒化ケイ素、炭化ケ
イ素、ムライト、サイアロン、セリアまたはハフニアか
ら選ばれる少なくとも１種類であることを特徴とする。

【００２５】本発明において適用されるセラミックスは
比較的高温で安定であり、かつ強度も実用に耐えうるも
のである。しかし、熱膨張係数が比較的大きく、金属と
の相性が良いこと、または熱伝導率が低いことなどを考
慮すると、実用上、セラミック相としてジルコニアを用
いることが好ましい。

【００２６】請求項６記載の発明は、請求項４記載の遮
熱コーティング部材において、金属相は網目状に連結し
た組織を有することを特徴とする。

【００２７】本発明においては、金属相がネットワーク
状に被覆層内部から被覆層表面まで３次元的につながっ
ている形態を示すものである。本発明の作製過程では、
金属相の酸化過程が重要であると考えられるが、酸化す
るためには、雰囲気中に含まれる酸素が被覆層内部に存
在する金属相にまで到達することが不可欠である。本発
明は、この酸素の侵入経路を確保するための１つの形態
を示したものであり、金属相を網目状に配置した形態と
することにより、金属元素は表面側から酸化し、この生
成された酸化物を介してさらに内部の金属相に酸化が生
じ、結果として被覆層内の金属相の完全な酸化が引き起
こされる。

【００２８】請求項７記載の発明は、請求項５記載の遮
熱コーティング部材において、セラミック相における気
孔率は体積率にして５％以上であり、かつ球状の金属相
が被覆層内に均一分散したことを特徴とする。

【００２９】本発明は、請求項６記載の発明と同様に、
酸素の被覆層内部への侵入経路を確保するための１つの
形態を示している。セラミック相の気孔率が高い場合に
は、この欠陥を介して酸素の進入が生じる。このため、
球状の金属相を均一分散することにより被覆層全体で均
一な体積変化を引き起こし、かつ局所的な応力集中を避
けるという意味から実用上好ましいと考えられる。

【００３０】請求項８記載の発明は、請求項５記載の遮
熱コーティング部材において、セラミック相内部に割れ
を生じた組織を有し、かつ球状の金属相が均一分散した
ことを特徴とする。

【００３１】本発明も前述した発明と同様に、酸素の被
覆層内部への侵入経路を確保することを主眼としてなさ
れたものであり、セラミック相の気孔率が低い場合にお
いても、割れを通過した酸素によって金属相の完全な酸
化を促進することが可能となる。

【００３２】請求項９記載の遮熱コーティング部材の製
造方法は、溶射法、電子ビーム物理蒸着法、ディッピン
グなどのスラリー法、化学蒸着法またはこれらの組み合
わせを用いて、金属、金属間化合物、セラミックスまた
は複合材料からなる基材表面にセラミック相と金属相と
を含有する混合層を被覆して遮熱コーティング部材を得
ることを特徴とする。

【００３３】本発明によれば、遮熱コーティング部材で
用いられる比較的厚膜の形成が容易である。そして、金
属相とセラミック相とを含有する混合層を形成する方法
としては、まず第１に、高速のプラズマ流内に粉末の被
覆材料を投入して、部材表面に付着させるプラズマ溶射
法が挙げられる。特に、本発明においては、成膜過程で
の金属相の酸化を防止する目的から、真空室内で溶射を
行う減圧プラズマ溶射法が好ましい。

【００３４】また、電子ビームにより被覆材料のターゲ
ットを溶融および蒸発させて部材表面に付着させる電子
ビーム物理蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ法）を用いても良い。

【００３５】さらに、比較的多孔質なセラミック相をプ
ラズマ溶射法およびＥＢ−ＰＶＤ法などで作製した後、
金属のスラリー中にディッピングして混合層を形成する
方法を用いることができる。

【００３６】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
遮熱コーティング部材の製造方法において、セラミック
相と金属相とを含有する混合層を作製した後、少なくと
も１回、セラミック相の焼結開始温度以上の温度により
熱処理を施すことを特徴とする。

【００３７】本発明においては、遮熱コーティング部材
を使用する前に、大気中または酸素を含む雰囲気中で遮
熱コーティング部材の使用温度以上の温度において熱処
理を施して、セラミック相の焼結と、金属相の酸化を起
こした方が、使用段階での体積変化を抑制することがで
きる。この熱処理温度は、セラミックスの焼結温度以下
では不十分であるが、極端に高い温度では焼結による収
縮が過剰となり、熱処理の過程で剥離等を生じる可能性
がある。このため、熱処理温度は、セラミックスの焼結
開始温度から＋１５０℃程度の範囲とすると良い。

【００３８】請求項１１記載の高温機器部品は、請求項
１から８までのいずれかに記載の遮熱コーティング部材
を、燃焼器、動翼、静翼または燃焼ガスパスなどを構成
する部品に適用したことを特徴とする。

【００３９】本発明によれば、発電用ガスタービンまた
はジェットエンジンなどの動翼、静翼、燃焼器またはそ
の他のガスパスなどの構成部品に遮熱コーティング部材
を適用することにより、その性能を発揮することができ
る。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図８を参照して説明する。

【００４１】第１実施形態（図１、図２） 本実施形態においては、被覆層にセラミック相と金属相
とを含有する混合層を設けて、セラミックスの焼結に起
因する被覆層の剥離を防止した遮熱コーティング部材に
ついて、実施例および比較例を用いて説明する。

【００４２】実施例（図１） 本実施例においては、セラミック相に金属相を含む混合
層を有する遮熱コーティング部材を用いた。

【００４３】図１は、混合層を有する遮熱コーティング
部材の断面を示す模式図である。

【００４４】図１に示すように、遮熱コーティング部材
１は、Ｎｉを主成分とした合金ＣＭＳＸ−２からなる基
材２上に、耐食および耐酸化性に優れるＭＣｒＡｌＹ合
金層３（ＭはＦｅ、ＣｏまたはＮｉのいずれかの元素）
が被覆される。そして、このＭＣｒＡｌＹ合金層３の外
表面には、さらに、ジルコニア（ＺｒＯ_２）に８ｗｔ％
のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を含有するセラミック相４中
に、球状のＡｌおよびＮｉの合金相５（以下、Ｎｉ−Ａ
ｌ合金相とする。）を均一分散させた混合層６が設けら
れる。なお、ＭＣｒＡｌＹ合金層３は、基材２と最表面
層である混合層６との熱膨張係数差に起因する熱応力を
緩和する。

【００４５】混合層６はプラズマ溶射法により形成し、
その後、遮熱コーティング部材１を大気中１１００℃の
温度で熱処理して試験体を得た。

【００４６】比較例（図２） 本比較例においては、セラミック相に合金相を含まない
遮熱コーティング部材１を用いた。

【００４７】図２は、金属相を含まない遮熱コーティン
グ部材の断面を示す模式図である。

【００４８】図２は、図１とほぼ同様の構成であるが、
ジルコニア（ＺｒＯ_２）に８ｗｔ％のイットリア（Ｙ_２
Ｏ_３）を含有するセラミック相４中に合金相５が含まれ
ていない。これを比較例の試験体とした。

【００４９】このようにして得られた実施例および比較
例における遮熱コーティング部材１の焼結過程を比較す
るために、実施例および比較例の試験体を温度１３００
℃で１時間加熱して、熱膨張計を利用してひずみの時間
的な変化を測定した。また、耐熱サイクル性を比較する
ため、室温から１３００℃の温度範囲において１サイク
ル１時間の加熱および冷却試験を実施した。

【００５０】その結果、ひずみの時間的な変化について
は、比較例では加熱前後で１．３％の体積収縮が認めら
れたが、合金相５を有する実施例では０．２％の体積収
縮しか観察されなかった。また、耐熱サイクル性を評価
した結果、比較例では３２サイクルで表面ジルコニア層
の剥離が観察されるのに対して、本実施例では１００サ
イクル後においても被覆層の剥離は観察されなかった。

【００５１】従って、本実施形態によれば、セラミック
相４中に合金相５を均一分散させることにより、高温で
のセラミックスの焼結に起因する体積変化を小さくする
ことができ、焼結温度を超える高温での加熱下で遮熱コ
ーティング部材１を健全に保つことができる。

【００５２】第２実施形態（図３、図４） 本実施形態においては、混合層における合金相の体積率
を変化させて、遮熱コーティング部材を作製した。

【００５３】遮熱コーティング部材の構成は、図１に示
した遮熱コーティング部材１とほぼ同一である。本実施
形態においては、Ｎｉ−Ａｌ合金相５の体積率を０％、
５％、１０％、１５％、２０％および２５％と変化させ
て、６種類の試験体をプラズマ溶射法により作製した。
得られた６種類の試験体を、大気中１３００℃の温度で
１００時間、連続加熱試験に供した。

【００５４】この結果、Ｎｉ−Ａｌ合金相５の体積率が
０％と５％との試験体では、図３に示すように、最表面
層である混合層６の端部から剥離が生じた。これに対し
て、Ｎｉ−Ａｌ合金相５の体積率が２５％の試験体で
は、図４に示すように、混合層６がフレーク状に飛散し
て脱落した。

【００５５】また、本実施形態の試験体を用いて、ジル
コニアからなるセラミック相４について、１３００℃の
温度で１０時間の暴露による体積収縮率を別途測定し
た。この結果、体積収縮率は約５％であった。この結果
とＡｌのＰＢ比が１．２８であることを考慮して、下記
し示した式から最適な金属相の体積率を算出した。

【００５６】

【数３】Ｖ＝（１−（１−ｓ））／（Ｒ−（１−ｓ）） なお、Ｒは金属相における金属酸化物の体積を金属の体
積で割り算した体積比、ｓはセラミック相における体積
収縮率、またＶは金属相における体積率を示す。この結
果、最適な金属相の体積率は、約１５％であった。

【００５７】従って、本実施形態によれば、合金相５の
体積率が１５％である試験体を中心として良好な結果が
得られていることから、合金相の体積率を上記した式か
ら得られる値から一定範囲内に抑えることが重要であ
る。

【００５８】第３実施形態（図５〜図８） 本実施形態においては、セラミック相の気孔率と金属相
の形態との相関を調べるため、試験体１から試験体４ま
での４種類の試験体を用いた。なお、いずれの試験体も
プラズマ溶射法により作製した。

【００５９】図５は、試験体１の遮熱コーティング部材
の断面を示す図である。

【００６０】図５に示すように、試験体１は、ＣＭＳＸ
−２からなる基材２上にプラズマ溶射法によりＭＣｒＡ
ｌＹ合金層３が形成され、このＭＣｒＡｌＹ合金層３上
にさらにジルコニアからなるセラミック相４中にＮｉ−
Ａｌ合金相５を３次元的に網目状配置した混合層６が形
成される。

【００６１】図６は、試験体２の遮熱コーティング部材
の断面を示す図である。

【００６２】図６に示すように、試験体２は、ＣＭＳＸ
−２からなる基材２上にＭＣｒＡｌＹ合金層３が形成さ
れ、このＭＣｒＡｌＹ合金層３上にさらにジルコニアか
らなるセラミック相４中にＮｉ−Ａｌ合金相５を均一分
散した混合層６が形成される。また、混合層６における
セラミック相４には気孔７を有するが、気孔率は９％と
した。

【００６３】図７は、試験体３の遮熱コーティング部材
の断面を示す図である。

【００６４】図７に示すように、試験体３は、図６とほ
ぼ同様であるが、混合層６におけるセラミック相４の気
孔率を４％とした。

【００６５】図８は、試験体４の遮熱コーティング部材
の断面を示す図である。

【００６６】図８に示すように、試験体４は、混合層６
におけるセラミック相４中に縦方向の貫通き裂８が形成
される。

【００６７】試験体１から試験体４までの４種類の試験
体について、表面側を１３００℃、１００時間の連続加
熱試験に供した。

【００６８】この結果、図７に示す試験体３だけは最表
面層である混合層６の剥離が生じたが、他の試料では剥
離は観察されなかった。剥離した時点で試験体３の断面
組織を観察した結果、合金相５の酸化が十分ではなく、
合金相５の中心部分では金属状態を保ったままであり、
このことが体積変化のバランスをくずし、剥離に至った
ものと考えられる。

【００６９】従って、本実施形態によれば、セラミック
相４の焼結に起因した体積収縮と合金相５の酸化による
体積膨張により被覆層全体の極端な体積変化を抑制する
ことができ、これにより被覆層の剥離を防止できる。

【００７０】なお、合金相５の形状および合金相５まで
の酸素の侵入経路の形状は、一つの形状に限定されるも
のではなく、雰囲気中に含まれる酸素が被覆層内部に存
在する合金相５にまで到達する形状であれば良い。

【００７１】その他の実施形態 第１実施形態から第３実施形態までにおいては、Ｎｉ基
を主成分とした合金を基材としたが、本実施形態におい
ては、基材材料をＣｏ基を主成分とした合金を用いた。

【００７２】Ｃｏ基超合金であるＦＳＸ４１４を基材２
として、この基材２表面にＭＣｒＡｌＹ合金層３をプラ
ズマ溶射施工し、さらにジルコニアをプラズマ溶射法で
形成した後、ＡｌとＮｉとのスラリー中に浸漬して合金
相５を形成した試験体を得た。

【００７３】一方、Ｃｏ基超合金であるＦＳＸ４１４を
基材２として、この基材２表面にＭＣｒＡｌＹ合金層３
をプラズマ溶射施工し、さらにジルコニアをプラズマ溶
射法で形成して、合金相５を含有しない比較例の試験体
を得た。

【００７４】これらの試験体の片面を冷却し、もう一方
の面を１３００℃とした連続加熱試験に供した。

【００７５】この結果、合金相５を有する試験体では表
面層の剥離は観察されなかったが、比較例における試験
体では５０時間程度から剥離が発生した。

【００７６】次に、遮熱コーティング部材１を製造する
際、混合層６を被覆した後に施す熱処理の影響について
調べた。

【００７７】ＦＳＸ４１４を合金基材として、この表面
にプラズマ溶射法によってＭＣｒＡｌＹ合金層３と、ジ
ルコニアからなるセラミック相４とＮｉ−Ａｌの合金相
５とからなる混合層６を作製した後、１３５０℃で１時
間の熱処理を施した試験体を得た。

【００７８】また、１３５０℃で１時間の熱処理を施さ
ない試験体とを作製し、両者を１２００℃の温度で１０
０時間の連続加熱試験に供した。

【００７９】この結果、試験前熱処理を施さなかった試
験体は７０時間で剥離が生じたが、試験前熱処理を施し
た試験体では１００時間試験後も剥離が生じることはな
かった。

【００８０】従って、本実施形態によれば、基材２の材
料はＮｉ基を主成分とする合金に限定されるものではな
く、Ｃｏ基を主成分とする合金を用いてもよい。また、
熱処理を施すことにより、セラミック相４の焼結と合金
相５の酸化を起こすことができ、使用段階での体積変化
を抑制でき、被覆層の剥離を防止できる。

【００８１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による遮熱セ
ラミック部材によれば、焼結による体積収縮を抑制する
ことで被覆層の剥離を防止して、遮熱コーティング部材
の耐熱性を著しく向上でき、この遮熱コーティング部材
をガスタービン翼などの高温機器部品に適用すること
で、システムにおけるエネルギー効率の向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における、遮熱コーティ
ング部材を示す断面模式図。

【図２】本発明の第１実施形態における、比較例の遮熱
コーティング部材を示す断面模式図。

【図３】本発明の第２実施形態における、Ｎｉ−Ａｌ合
金相の体積率を０％と５％とした場合の混合層の剥離形
態を示す断面組織図。

【図４】本発明の第２実施形態における、Ｎｉ−Ａｌ合
金相の体積率を２５％とした場合の混合層の剥離形態を
示す断面組織図。

【図５】本発明の第３実施形態における、試験体１の遮
熱コーティング部材を示す断面模式図。

【図６】本発明の第３実施形態における、試験体２の遮
熱コーティング部材を示す断面模式図。

【図７】本発明の第３実施形態における、試験体３の遮
熱コーティング部材を示す断面模式図。

【図８】本発明の第３実施形態における、試験体４の遮
熱コーティング部材を示す断面模式図。

【符号の説明】

１ 遮熱コーティング部材 ２ 基材 ３ ＭＣｒＡｌＹ合金層 ４ セラミック相 ５ 合金相 ６ 混合層 ７ 気孔 ８ き裂

フロントページの続き (72)発明者 齋藤 正弘 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 伊藤 昌行 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 本多 啓三 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 松本 一秀 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 4K029 AA02 BA64 BB01 BC10 BD03 CA01 DB21 GA01 4K031 AA02 AB08 CB10 CB31 CB41 DA04 FA01 4K044 AA01 AA09 AA13 BA01 BA02 BA06 BA10 BA12 BA13 BA14 BA18 BB11 BB13 BC11 CA11 CA13 CA14

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属、金属間化合物、セラミックスまた
   は複合材料からなる基材と、この基材表面に被覆層とを
   有する遮熱コーティング部材において、前記被覆層はセ
   ラミックスからなるセラミック相と、金属酸化物の体積
   を金属の体積で割り算した体積比が１以上となる金属元
   素または前記金属元素の合金からなる金属相とを含有す
   る混合層を有することを特徴とする遮熱コーティング部
   材。
2. 【請求項２】 請求項１記載の遮熱コーティング部材に
   おいて、金属相の５０％以上が酸化されていることを特
   徴とする遮熱コーティング部材。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の遮熱コーティン
   グ部材において、金属相における金属酸化物の体積を金
   属の体積で割り算した体積比をＲとし、セラミック相に
   おける体積収縮率をｓ、金属相における体積率をＶとし
   たとき、Ｖが 【数１】Ｖ＝（１−（１−ｓ））／（Ｒ−（１−ｓ）） の式であらわされる値を基準として、±５０％の範囲内
   にあることを特徴とする遮熱コーティング部材。
4. 【請求項４】 請求項３記載の遮熱コーティング部材に
   おいて、金属相を形成する元素は、アルミニウム、ニッ
   ケル、コバルト、シリコン、チタン、亜鉛、クロム、
   鉄、銅またはタンタルから選ばれる少なくとも１つの元
   素であることを特徴とする遮熱コーティング部材。
5. 【請求項５】 請求項３記載の遮熱コーティング部材に
   おいて、セラミック相を形成する物質は、チタニア、カ
   ルシア、アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア、
   窒化アルミ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ムライト、サイ
   アロン、セリアまたはハフニアから選ばれる少なくとも
   １種類であることを特徴とする遮熱コーティング部材。
6. 【請求項６】 請求項４記載の遮熱コーティング部材に
   おいて、金属相は網目状に連結した組織を有することを
   特徴とする遮熱コーティング部材。
7. 【請求項７】 請求項５記載の遮熱コーティング部材に
   おいて、セラミック相における気孔率は体積率にして５
   ％以上であり、かつ球状の金属相が被覆層内に均一分散
   したことを特徴とする遮熱コーティング部材。
8. 【請求項８】 請求項５記載の遮熱コーティング部材に
   おいて、セラミック相内部に割れを生じた組織を有し、
   かつ球状の金属相が均一分散したことを特徴とする遮熱
   コーティング部材。
9. 【請求項９】 溶射法、電子ビーム物理蒸着法、ディッ
   ピングなどのスラリー法、化学蒸着法またはこれらの組
   み合わせを用いて、金属、金属間化合物、セラミックス
   または複合材料からなる基材表面にセラミック相と金属
   相とを含有する混合層を被覆して遮熱コーティング部材
   を得ることを特徴とする遮熱コーティング部材の製造方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の遮熱コーティング部材
    の製造方法において、セラミック相と金属相とを含有す
    る混合層を作製した後、少なくとも１回、セラミック相
    の焼結開始温度以上の温度により熱処理を施すことを特
    徴とする遮熱コーティング部材の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１から８までのいずれかに記載
    の遮熱コーティング部材を、燃焼器、動翼、静翼または
    燃焼ガスパスなどを構成する部品に適用したことを特徴
    とする高温機器部品。