JP2000144365A - Thermal barrier coating member, production of thermal barrier coating member and high temperature gas turbine using thermal barrier coating member - Google Patents
Thermal barrier coating member, production of thermal barrier coating member and high temperature gas turbine using thermal barrier coating memberInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン、ジ
ェットエンジンなどの動翼、静翼や燃焼器などの、高温
腐食性あるいは高温酸化性雰囲気下で使用される遮熱コ
ーティング部材およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal barrier coating member used in a high-temperature corrosive or high-temperature oxidizing atmosphere, such as a moving blade, a stationary blade or a combustor of a gas turbine or a jet engine, and a method of manufacturing the same. About.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ガスタービンやジェットエンジンなどの
原動機においては、熱効率の向上を目指した高温化、す
なわち作動ガス温度を高めるための研究開発が精力的に
行われている。この高温化を行うことは、構成材料に対
し、より高温で過酷な使用環境を強いることになる。こ
のため、動翼、静翼や燃焼器などの高温部品材料につい
て、それらの耐熱温度を向上させることが重要な課題と
なっている。2. Description of the Related Art In prime movers such as gas turbines and jet engines, research and development for raising the temperature to improve the thermal efficiency, that is, for increasing the working gas temperature, are being vigorously conducted. Performing this higher temperature imposes a higher temperature and severer use environment on the constituent materials. For this reason, it is important to improve the heat-resistant temperature of high-temperature component materials such as moving blades, stationary blades, and combustors.
【０００３】これまでに、耐熱性で強度的に優れた構造
材料として、Ｎｉ，ＣｏまたはＦｅ基のー方向性凝固や
単結晶の超合金が開発され、すでに実用に供されている
ものもある。しかし、超合金を用いた場合には、その融
点によって使用温度が制約されるので、およそ１０００
℃が使用限界温度である。Hitherto, as a structural material excellent in heat resistance and strength, a directional solidification of Ni, Co or Fe base and a single crystal superalloy have been developed and some of them have already been put to practical use. . However, when a superalloy is used, the melting point of the superalloy limits the use temperature.
° C is a use limit temperature.
【０００４】−方、高温部品材料として、高融点金属で
あるＮｂやＭｏをベース材料とした金属間化合物、例え
ばＮｂＡｌ、ＭｏＳｉ2 などの材料の開発により、さら
に耐熱性を向上させる試みもある。しかし、この金属問
化合物の場合も、金属であるための制約として、高温の
腐食酸化雰囲気での使用においては強度が低下するとと
もに、腐食・酸化が起こるという問題があり、その高温
での使用には限界がある。しかも金属間化合物には、従
来の超合金に比べて加工性が劣り、コストが高いという
欠点もある。[0004] On the other hand, there has been an attempt to further improve heat resistance by developing an intermetallic compound based on a high melting point metal such as Nb or Mo as a high-temperature component material, such as NbAl or MoSi2. However, even in the case of this metal intermetallic compound, there is a problem in that the use of the compound in a high-temperature corrosive and oxidizing atmosphere causes a reduction in strength and corrosion and oxidation. Has limitations. In addition, the intermetallic compound also has the drawback that the workability is inferior to the conventional superalloy and the cost is high.
【０００５】また、耐熱性の高温部品として、融点が高
く、かつ、化学的に安定なセラミック材料の適用が検討
されている。セラミック材料の中でもＳｉＣやＳｉ3 Ｎ
4 は、じん性が優れることから、耐熱性構造材料として
の有力な候補としてよく知られている。しかし、これら
のセラミック材料は、金属よりも耐熱性は高いが、加工
性が劣りコストが高いこと、かつ、じん性はセラミック
材料の中では高いとはいえ、金属材料に比べれば劣ると
いう問題点がある。また約１２００℃を超える高温の腐
食・酸化雰囲気での使用では、強度の低下や腐食・酸化
が問題となるとされている。Further, as a heat-resistant high-temperature component, application of a ceramic material having a high melting point and being chemically stable has been studied. Among ceramic materials, SiC and Si 3 N
4 is well known as a promising candidate as a heat-resistant structural material because of its excellent toughness. However, these ceramic materials have higher heat resistance than metals, but are inferior in workability and cost, and have high toughness among ceramic materials, but are inferior to metal materials. There is. Further, when used in a high-temperature corrosive / oxidizing atmosphere exceeding about 1200 ° C., reduction in strength and corrosion / oxidation are considered to be problems.
【０００６】そこで、強度やじん性などの機械的性質に
優れる金属やセラミック材料を、強度を受け持つ基材と
して用いながら、耐熱性を向上させる方法として遮熱コ
ーティング（Thermal Barrier Coating,略してＴＢＣ）
を行う方法がある。このＴＢＣは、基材表面に熱伝導率
の低い遮熱セラミック層を形成することで、高温の作動
ガスからの熱を遮断し、基材の温度上昇を低減するもの
である。ガスタービン高温部品のー部には、既にこのＴ
ＢＣが適用されている。ＴＢＣとしては、超合金基材の
表面に耐食・耐酸化性のＭＣｒＡｌＹ合金層（ここにＭ
はＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ）と低熱伝導性のジルコニア系セラ
ミック層を設けたものがー般的である。ＴＢＣにおいて
は、この遮熱セラミック層の膜厚を大きくすることによ
って、遮熱性能を向上させることができる。例えば超合
金基材の表面に数百μｍの遮熱セラミック層からなるＴ
ＢＣを形成することによって、超合金基材の表面の温度
上昇の低減度合が、約１００℃にも達するという報告も
ある（特開昭６２−２１１３８７）。[0006] Therefore, as a method of improving heat resistance while using a metal or ceramic material having excellent mechanical properties such as strength and toughness as a substrate having strength, a thermal barrier coating (abbreviated as TBC) is used.
There is a way to do it. The TBC forms a heat-insulating ceramic layer having a low thermal conductivity on the surface of a base material, thereby cutting off heat from a high-temperature working gas and reducing a rise in the temperature of the base material. Some of the high-temperature parts for gas turbines already have this T
BC has been applied. As the TBC, a corrosion-resistant and oxidation-resistant MCrAlY alloy layer (here, M
Is generally provided with a zirconia-based ceramic layer having low thermal conductivity and Ni, Co, Fe). In the TBC, the heat insulation performance can be improved by increasing the thickness of the heat insulation ceramic layer. For example, a T made up of a heat-insulating ceramic layer of several hundred μm on the surface of a superalloy substrate
There is also a report that the formation of BC reduces the temperature rise on the surface of the superalloy substrate to about 100 ° C. (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-211387).
【０００７】ＴＢＣは、強度を受け持つ基材を遮熱によ
って守るという重要な機能を担っている。このため、Ｔ
ＢＣ皮膜が剥離や脱落して遮熱の機能を失うことがない
ようにすることが重要な課題である。とくに、遮熱性能
を高めるためにＴＢＣを厚膜にした場合には、剥離や脱
落が生じて耐久性が低下しやすくなる方向にある。この
ため、今後のより高温化の方向を目指して、ＴＢＣの耐
久性の向上の検討、特にＴＢＣ皮膜のはく離を低減する
ための数々の検討が試みられているのが現状である。[0007] The TBC has an important function of protecting a substrate, which is responsible for strength, by heat shielding. Therefore, T
It is an important issue to prevent the BC film from losing or falling off due to peeling or falling off. In particular, when the thickness of the TBC is increased in order to enhance the heat shielding performance, peeling or falling off tends to occur, and the durability tends to decrease. For this reason, at present, various studies for improving the durability of the TBC, particularly for reducing the peeling of the TBC film, have been attempted with the aim of increasing the temperature in the future.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】まず、ＴＢＣを構成す
るＭＣｒＡｌＹ合金層については、近年、実質的に酸素
を含まない減圧の不活性ガス雰囲気中で行う減圧プラズ
マ溶射法や、高圧の燃焼ガスを用いることにより溶融し
た粉末速度が飛躍的に大きくできる高速ガス炎溶射法を
用いる方法が提案されている。これによって、従来の大
気中プラズマ溶射法でのａ．気孔が多い、ｂ．金属基材
との密着性に乏しい、ｃ．耐食・耐酸化性に劣る、など
の欠点が解消、ＴＢＣの耐久性が向上したという報告が
ある（特願平７−３４９８０４）。−方、遮熱性のジル
コニア系セラミック層については、大気中プラズマ溶射
法を用いることで適度に気孔を存在させ、熱歪みへの追
随性を高めることで耐久性を持たせているのが一般的で
ある。First, in recent years, the MCrAlY alloy layer constituting the TBC has recently been developed using a reduced pressure plasma spraying method performed in a reduced pressure inert gas atmosphere containing substantially no oxygen, or a high pressure combustion gas. There has been proposed a method using a high-speed gas flame spraying method, in which the velocity of a molten powder can be drastically increased by using the method. Thus, a. Many pores, b. Poor adhesion to metal substrates, c. It has been reported that defects such as poor corrosion resistance and oxidation resistance have been solved and the durability of TBC has been improved (Japanese Patent Application No. 7-349804). On the other hand, for the zirconia-based ceramic layer with thermal barrier properties, it is common to use air plasma spraying in the air to make pores exist appropriately, and to increase the followability to thermal strain to provide durability. It is.
【０００９】しかし、ジルコニア系セラミック層は最外
面に位置し、燃焼ガスに直接接触するので、気孔を多く
含む場合には耐エロージョン特性が劣るという問題点が
ある。すなわち気孔を多く含むジルコニア系セラミック
スは粒子間結合力が弱いために、耐エロージョン特性に
劣り、ガスタービン高温部品に適用した場合、燃焼ガス
中に含まれる酸化物などの固体微粒子によるエロージョ
ンが問題点となっている。 また、ジルコニア系セラミ
ック層を電子ビーム物埋蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ法）で形
成して、柱状晶組織とすることによって、柱状晶間に熱
歪みを吸収させ、耐久性を向上させるという方法も知ら
れている（特公平１−１８９９３）。However, since the zirconia-based ceramic layer is located on the outermost surface and comes into direct contact with the combustion gas, there is a problem that the erosion resistance is poor when the zirconia-based ceramic layer contains many pores. In other words, zirconia-based ceramics containing many pores have poor erosion resistance due to weak interparticle bonding force, and when applied to gas turbine hot parts, erosion due to solid fine particles such as oxides contained in combustion gas is a problem. It has become. Also, a method of forming a zirconia-based ceramic layer by an electron beam embedded vapor deposition method (EB-PVD method) to form a columnar crystal structure, thereby absorbing thermal strain between the columnar crystals and improving durability. It is known (Japanese Patent Publication No. 1-18993).
【００１０】しかし、ＥＢ−ＰＶＤ法には、皮膜の形成
速度が遅いために、コストが高という欠点があった。ま
た、物理的に蒸気の入りにくい円筒内面などへの皮膜施
工が困難という問題点もあった。[0010] However, the EB-PVD method has a drawback that the cost is high because the film formation rate is low. In addition, there is also a problem that it is difficult to form a coating on the inner surface of a cylinder or the like where steam does not easily enter.
【００１１】従って、ガスタービン高温部品のＴＢＣで
は、熱サイクルやエロージョンに対する耐久性、施工
性、コストなどが課題として残されていた。[0011] Therefore, in the TBC of a gas turbine high-temperature part, durability, workability, cost, and the like against a heat cycle and erosion remain as issues.
【００１２】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであって、燃焼ガス雰囲気で使用するガ
スタービンやジェットエンジン用遮熱コーティングにお
いて、熱サイクルやエロージョンに対して耐久性を向上
した遮熱コーティング部材、およびその製造方法を提供
するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem, and has a durability against a heat cycle and an erosion in a thermal barrier coating for a gas turbine or a jet engine used in a combustion gas atmosphere. An object of the present invention is to provide an improved thermal barrier coating member and a method for manufacturing the same.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の遮熱コーティン
グ部材は、金属またはセラミック基材上に、耐食性およ
び耐酸化性を有するＭＣｒＡｌＲ合金層 (ＭはＮｉ、Ｃ
ｏ及びＦｅの少なくとも１種、ＲはＹおよびランタニド
元素の少なくとも１種）と、遮熱性酸化物セラミック層
とを有する遮熱コーティング部材において、前記遮熱性
酸化物セラミック層は、劈開面をほぼ厚さ方向とする微
細な亀裂を有するものである。According to the present invention, there is provided a thermal barrier coating member comprising a metal or ceramic substrate having an MCrAlR alloy layer (M is Ni, C) having corrosion resistance and oxidation resistance.
o and Fe, and R is at least one of Y and a lanthanide element), and a heat-insulating oxide ceramic layer, wherein the heat-insulating oxide ceramic layer has a substantially thick cleavage plane. It has fine cracks in the vertical direction.
【００１４】本発明は、例えば図１および図２の模式図
に示すように、金属基体２ａまたはセラミック基体２ｂ
上に有する遮熱性酸化物セラミック層４に、劈開面をほ
ぼ厚さ方向とする微細な亀裂５を設けることによって、
亀裂により熱歪みを吸収することができる。このため、
高温加熱や冷却時の熱応力が低減でき、酸化物セラミッ
ク層の剥離寿命を顕著に向上させることができたもので
ある。According to the present invention, for example, as shown in the schematic diagrams of FIGS. 1 and 2, a metal substrate 2a or a ceramic substrate 2b
By providing a fine crack 5 having a cleavage plane substantially in the thickness direction in the heat insulating oxide ceramic layer 4 provided thereon,
The thermal strain can be absorbed by the crack. For this reason,
Thermal stress during high-temperature heating and cooling can be reduced, and the peeling life of the oxide ceramic layer can be significantly improved.
【００１５】本発明において、微細な亀裂とは平方セン
チメートル当りの平均の亀裂の数が少なくとも３個有す
るものである。平方センチメートル当りの平均の亀裂の
数は、好ましくは少なくとも１０個、より好ましくは少
なくとも２０個である。In the present invention, a fine crack is one having an average number of cracks per square centimeter of at least three. The average number of cracks per square centimeter is preferably at least 10, more preferably at least 20.
【００１６】本発明において、金属基材に用いる金属材
料としては、Ｎｉ系、Ｃｏ系およびＦｅ系超合金を好ま
しく用いることができる。またセラミック基材に用いる
セラミック材料としては、耐熱性高強度の各種セラミッ
ク単体、およびセラミック繊維で強化したセラミック系
複合材料を好ましく用いることができる。In the present invention, as the metal material used for the metal substrate, Ni-based, Co-based and Fe-based superalloys can be preferably used. As the ceramic material used for the ceramic base material, various types of ceramics having high heat resistance and high strength, and ceramic composite materials reinforced with ceramic fibers can be preferably used.
【００１７】本発明において、基材の金属材料とともに
を用いる耐蝕性および耐酸化性のＭＣｒＡｌＲ合金層と
しては、ＭをＮｉ、Ｃｏ及びＦｅの少なくとも１種と
し、ＲをＹとしたＭＣｒＡｌＹが好ましく用いられるほ
か、その他の希土類元素、即ち、Ｓｃおよび各種のラン
タニド元素（Ｌａ〜Ｌｕ）を同様に用いることができ
る。 本発明の遮熱コーティング部材においては、遮熱
性酸化物セラミック層の気孔率が１５％を超えないこと
が好ましい。遮熱性酸化物セラミック層の気孔率を亀裂
の部分を含めて１５％以下にすることによって、亀裂の
部分にすき間を有する代わりにその他の部分の気孔率を
小さくすることによって、剥離方向の粒子間の結合力が
向上し、ＴＢＣ皮膜のはく離、脱落を低減することがで
きる。またエロージョン損耗を低減することができる。In the present invention, as the corrosion-resistant and oxidation-resistant MCrAlR alloy layer used together with the base metal material, MCrAlY in which M is at least one of Ni, Co and Fe and R is Y is preferably used. Besides, other rare earth elements, that is, Sc and various lanthanide elements (La to Lu) can be similarly used. In the thermal barrier coating member of the present invention, the porosity of the thermal barrier oxide ceramic layer preferably does not exceed 15%. By reducing the porosity of the heat-insulating oxide ceramic layer to 15% or less including the cracked portion, the porosity of the other portion is reduced instead of having a gap in the cracked portion, so that the interstices between particles in the peeling direction are reduced. Of the TBC film can be improved, and peeling and falling off of the TBC film can be reduced. In addition, erosion wear can be reduced.
【００１８】本発明の遮熱コーティング部材において
は、遮熱性酸化物セラミック層のビッカース硬さΗｖを
１５０以上にすることが好ましい。遮熱性酸化物セラミ
ック層のビッカース硬さＨｖを少なくとも１５０とする
ことによって、エロージョン損耗を低減することができ
る。In the thermal barrier coating member of the present invention, the thermal barrier oxide ceramic layer preferably has a Vickers hardness Δv of 150 or more. By setting the Vickers hardness Hv of the heat-shielding oxide ceramic layer to at least 150, erosion wear can be reduced.
【００１９】本発明の遮熱コーティング部材において
は、遮熱性酸化物セラミック層の厚さを少なくとも０．
２ｍｍにすることが好ましい。遮熱性酸化物セラミック
層の厚さを０．２ｍｍ以上にすることによって、良好に
部材の遮熱ができる。In the thermal barrier coating member of the present invention, the thickness of the thermal barrier oxide ceramic layer is set to at least 0.1 mm.
Preferably, it is 2 mm. By setting the thickness of the heat-insulating oxide ceramic layer to 0.2 mm or more, the member can be well shielded from heat.
【００２０】本発明の遮熱コーティング部材において、
遮熱性酸化物セラミック層内に存在する亀裂が有するす
き間の平均値が１０μｍを超えないことが好ましい。亀
裂の有するすき間がこの値の範囲内にあれば、基材に対
し、良好な遮熱効果が得られる。In the thermal barrier coating member of the present invention,
It is preferable that the average value of the gaps of the cracks present in the thermal barrier oxide ceramic layer does not exceed 10 μm. If the crack has a gap within this range, a good heat shielding effect can be obtained for the substrate.
【００２１】本発明の遮熱コーティング部材において、
基材が耐熱性の非酸化物のＳｉ化合物セラミックスであ
ることが好ましい。耐熱性の非酸化物のＳｉ化合物とし
ては、例えばＳｉＣを主成分としたセラミック、ＳｉＮ
を主成分としたセラミック、およびセラミック繊維で強
化した複合セラミックを好ましく用いることができる。
本発明の遮熱コーティング部材において、基材が耐熱
性の非酸化物Ｓｉ化合物セラミックスである場合に、基
材と遮熱性酸化物セラミック層との間の中間層として、
耐蝕耐酸化性の酸化物セラミック層を有することが好ま
しい。In the thermal barrier coating member of the present invention,
Preferably, the substrate is a heat-resistant non-oxide Si compound ceramic. Examples of the heat-resistant non-oxide Si compound include ceramics mainly composed of SiC, SiN
And a composite ceramic reinforced with ceramic fibers can be preferably used.
In the thermal barrier coating member of the present invention, when the substrate is a heat-resistant non-oxide Si compound ceramic, as an intermediate layer between the substrate and the thermal barrier oxide ceramic layer,
It is preferable to have a corrosion-resistant and oxidation-resistant oxide ceramic layer.
【００２２】本発明に用いる中間層の耐蝕耐酸化性の酸
化物セラミック層としては、例えばＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ
2 およびこれらを含む複合酸化物を好ましく用いること
ができる。セラミック基材と耐食耐酸化性酸化物セラミ
ック中間層との間には、さらに元素拡散を抑制する中間
層を有することが好ましい。元素の拡散を抑制する中間
層としては、例えば各種炭化物セラミックおよび各種窒
化物セラミックを好ましく用いることができる。As the corrosion-resistant and oxidation-resistant oxide ceramic layer of the intermediate layer used in the present invention, for example, Al 2 O 3 , SiO 2
2 and a composite oxide containing them can be preferably used. It is preferable to further include an intermediate layer for suppressing element diffusion between the ceramic substrate and the corrosion-resistant and oxidation-resistant oxide ceramic intermediate layer. As the intermediate layer for suppressing the diffusion of elements, for example, various carbide ceramics and various nitride ceramics can be preferably used.
【００２３】本発明の遮熱コーティング部材において
は、遮熱性酸化物セラミック層として、Ｂｅ系酸化物、
Ｃａ系酸化物、Ｃｅ系酸化物、Ｈｆ系酸化物、Ｍｇ系酸
化物、Ｓｒ系酸化物、Ｔｈ系酸化物、Ｕ系酸化物、およ
びＺｒ酸化物の少なくとも１種を含有する融点が２５０
０℃以上のセラミック層、例えばＹ2 Ｏ3 部分安定化Ｚ
ｒＯ2 層を好ましく用いることができる。In the thermal barrier coating member of the present invention, a Be-based oxide,
The melting point of at least one of Ca oxide, Ce oxide, Hf oxide, Mg oxide, Sr oxide, Th oxide, U oxide, and Zr oxide is 250.
0 ° C. or higher ceramic layer, for example, Y 2 O 3 partially stabilized Z
An rO 2 layer can be preferably used.
【００２４】本発明の遮熱コーティング部材の製造方法
は、前記遮熱性酸化物セラミック層を、高温プラズマや
燃焼ガスを熱源として粉末を溶融させて高速ガスにより
基材上に吹き付けて形成する上記遮熱コーティング部材
の製造方法である。In the method for manufacturing a thermal barrier coating member according to the present invention, the thermal barrier oxide ceramic layer is formed by melting a powder using a high-temperature plasma or a combustion gas as a heat source and spraying the powder on a substrate with a high-speed gas. It is a manufacturing method of a thermal coating member.
【００２５】本発明の上記遮熱コーティング部材の上記
製造方法においては、基材温度を１００℃以上にして前
記遮熱性酸化物セラミック層の形成を行う製造方法を好
ましく用いることができる。本発明において、基材を少
なくとも１００℃に予熱することによって、形成される
酸化物系セラミック層の温度を保持することができ、冷
却時に残留応力を発生させることができて、遮熱セラミ
ック層内にを形成することができる。より好ましくは基
材の予熱は少なくとも１５０℃、さらに好ましくは基材
の予熱は少なくとも２００℃である。In the above-mentioned method for producing a thermal barrier coating member according to the present invention, a method for forming the thermal barrier oxide ceramic layer at a substrate temperature of 100 ° C. or higher can be preferably used. In the present invention, by preheating the base material to at least 100 ° C., the temperature of the oxide-based ceramic layer to be formed can be maintained, and a residual stress can be generated at the time of cooling. Can be formed. More preferably, the preheating of the substrate is at least 150 ° C, even more preferably the preheating of the substrate is at least 200 ° C.
【００２６】本発明の上記遮熱コーティング部材の上記
製造方法においては、上記粉末を溶融させて前記高速ガ
スにより吹き出す吹き出し口と前記基材との距離を１０
０ｍｍをにした製造方法を好ましく用いることができ
る。溶射距離を１００ｍｍより短かくすることで、形成
する遮熱性酸化物セラミック層が十分に加熱され、冷却
時の残留応力によりその遮熱性酸化物セラミック層に劈
開面をほぼ厚さ方向とする微細な亀裂を形成することが
できる。In the above method for producing a thermal barrier coating member according to the present invention, the distance between the blowing port for melting the powder and blowing out the high-speed gas and the substrate is 10 minutes.
A manufacturing method having a thickness of 0 mm can be preferably used. By making the thermal spraying distance shorter than 100 mm, the heat-insulating oxide ceramic layer to be formed is sufficiently heated, and the residual stress at the time of cooling causes the heat-insulating oxide ceramic layer to have a fine cleavage plane substantially in the thickness direction. Cracks can be formed.
【００２７】本発明の上記遮熱コーティング部材の上記
製造方法においては、高速ガスを用いた前記溶融粉末の
吹き出し出力を少なくとも３０ｋＷにした製造方法を好
ましく用いることができる。溶射出力を少なくとも３０
ｋＷとすることで、酸化物セラミック粉末粒子を十分溶
融させることができるとともに、形成する遮熱性酸化物
セラミック層が十分に加熱され、冷却時の残留応力によ
り、遮熱性酸化物セラミック層に劈開面をほぼ厚さ方向
とする微細な亀裂を形成することができる。In the above method for producing a thermal barrier coating member of the present invention, a production method in which the blowing power of the molten powder using a high-speed gas is at least 30 kW can be preferably used. Spray power at least 30
By setting the power to kW, the oxide ceramic powder particles can be sufficiently melted, and the heat-shielding oxide ceramic layer to be formed is sufficiently heated. Can be formed almost in the thickness direction.
【００２８】本発明の上記遮熱コーティング部材の上記
製造方法においては、上記の粉末の平均粒子径として５
０μｍを超えないものを好ましく用いることができる。
平均粒径が５０μｍを超えない微細な酸化物系セラミッ
クを用いることによって、吹き付ける前の加熱時に粒子
が十分に溶融し、これを基材に高速で吹き付けることに
より、気孔の少ない緻密な酸化物系セラミック層を形成
することができる。In the method for producing a thermal barrier coating member according to the present invention, the average particle diameter of the powder is 5%.
Those not exceeding 0 μm can be preferably used.
By using a fine oxide-based ceramic having an average particle size not exceeding 50 μm, the particles are sufficiently melted at the time of heating before being sprayed, and are sprayed at a high speed onto the base material, thereby obtaining a dense oxide-based material having few pores. A ceramic layer can be formed.
【００２９】本発明の上記遮熱コーティング部材の上記
製造方法においては、前記遮熱性酸化物セラミック層を
形成させた後、少なくとも３００℃の温度条件で加熱処
理を施すことにより、酸化物系セラミック層内に劈開面
をほぼ厚さ方向とする微細な亀裂を形成する遮熱コーテ
ィング部材の製造方法を好ましく用いることができる。
酸化物系セラミック層を形成させた後、少なくとも３０
０℃の温度条件で加熱処理を施こすことにより、劈開面
をほぼ厚さ方向とする微細な亀裂の形成を、よく制御し
て行うことができる。In the above method of manufacturing a thermal barrier coating member according to the present invention, after the thermal barrier oxide ceramic layer is formed, a heat treatment is performed at a temperature of at least 300 ° C. A method for manufacturing a thermal barrier coating member in which a fine crack having a cleavage plane substantially in the thickness direction therein can be preferably used.
After forming the oxide-based ceramic layer, at least 30
By performing the heat treatment at a temperature of 0 ° C., formation of a fine crack having a cleavage plane substantially in the thickness direction can be performed with good control.
【００３０】本発明の高温ガスタービンは、上記遮熱コ
ーティング部材を動翼、静翼、または燃焼器の少なくと
もいずれかに有する遮熱性酸化物高温ガスタービンであ
る。遮熱コーティング部材を使用することにより、作動
ガス温度を高めて熱効率の向上が得られる。The high-temperature gas turbine of the present invention is a heat-shielding oxide high-temperature gas turbine having the above-mentioned thermal barrier coating member in at least one of a moving blade, a stationary blade, and a combustor. By using the thermal barrier coating member, the working gas temperature can be increased and the thermal efficiency can be improved.
【００３１】[0031]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１は、本発明である
遮熱コーティング部材の第１の実施の形態を示す遮熱コ
ーティング部材の模式図である。この遮熱コーティング
部材では、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＦｅをベースとした高温
強度を有する超合金基材２上に、耐食性および耐酸化性
を有するＭＣｒＡｌＹ合金層３と、遮熱性酸化物セラミ
ック層としてＹ2 Ｏ3 で部分安定化され熱伝導率が低く
化学的に安定なＺｒＯ2 層４が形成されている。このＹ
2 Ｏ3 部分安定化ＺｒＯ2 層４は、気孔率が５％と緻密
であり、Ｙ2 Ｏ3 部分安定化ＺｒＯ2 層４の表面からＭ
ＣｒＡｌＹ合金層３の表面にかけて平均間隔が約１ｍｍ
でほぼ等間隔の劈開面をほぼ厚さ方向とする微細な亀裂
５が存在している。またこの実施形態において、微細な
亀裂の平均すき間は約２μｍである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a thermal barrier coating member according to a first embodiment of the present invention. In this thermal barrier coating member, a MCrAlY alloy layer 3 having corrosion resistance and oxidation resistance and a YC as a thermal barrier oxide ceramic layer are formed on a superalloy substrate 2 based on Ni, Co, or Fe and having high temperature strength. A ZrO 2 layer 4 that is partially stabilized by 2 O 3 and has low thermal conductivity and is chemically stable is formed. This Y
The 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 4 has a porosity of 5% and is dense, and the surface of the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer
The average interval is about 1 mm over the surface of the CrAlY alloy layer 3.
There are fine cracks 5 having cleavage planes at substantially equal intervals in the thickness direction. In this embodiment, the average gap of the fine crack is about 2 μm.
【００３２】図２は、本発明である遮熱コーティング部
材の第２の実施の形態を示す遮熱コーティング部材の模
式図である。この遮熱コーティング部材では、耐熱性高
強度のＳｉＣセラミック基体２ｂ上に、Ｙ2 Ｏ3 で部分
安定化され熱伝導率が低く化学的に安定なＺｒＯ2 層４
が形成されている。このＹ2 Ｏ3 部分安定化ＺｒＯ2層
４は、気孔率が３％と緻密であり、Ｙ2 Ｏ3 部分安定化
ＺｒＯ2 層４の表面から基体の表面にかけて平均間隔が
約２ｍｍでほぼ等間隔の劈開面をほぼ厚さ方向とする微
細な亀裂５が存在している。また、この実施形態におい
て、微細な亀裂の平均すき間は約１μｍである。FIG. 2 is a schematic view of a thermal barrier coating member according to a second embodiment of the present invention. In this thermal barrier coating member, a ZrO 2 layer 4 that is partially stabilized with Y 2 O 3 and has low thermal conductivity and is chemically stable is formed on a heat-resistant, high-strength SiC ceramic substrate 2 b.
Are formed. The Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 4 has a dense porosity of 3%, and has an average spacing of about 2 mm from the surface of the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 4 to the surface of the substrate, and is almost equally cleaved. There is a fine crack 5 whose surface is substantially in the thickness direction. In this embodiment, the average gap of the fine crack is about 1 μm.
【００３３】図３は、本発明である遮熱コーティング部
材の第３の実施の形態を示す遮熱コーティング部材の模
式図である。この遮熱コーティング部材においては、耐
熱性高強度のＳｉＣセラミック基体上に、耐蝕性および
耐酸化性のセラミック層としてＡｌ2 Ｏ3 中間層６を介
してＹ2 Ｏ3 で部分安定化され熱伝導率が低く化学的に
安定なＺｒＯ2 層４が形成されている。このＹ2 Ｏ3 部
分安定化ＺｒＯ2 層４は、気孔率が２％とち密であり、
Ｙ2 Ｏ3 部分安定化ＺｒＯ2 層４の表面から基体の表面
にかけて平均間隔が約１ｍｍでほぼ等間隔の劈開面をほ
ぼ厚さ方向とする微細な亀裂５が存在している。また、
この実施形態において、微細な亀裂の平均すき間は約
０．５μｍである。FIG. 3 is a schematic view of a thermal barrier coating member according to a third embodiment of the present invention. In this thermal barrier coating member, the heat conduction is partially stabilized by Y 2 O 3 via a Al 2 O 3 intermediate layer 6 as a corrosion-resistant and oxidation-resistant ceramic layer on a heat-resistant high-strength SiC ceramic substrate. A chemically stable ZrO 2 layer 4 having a low rate is formed. The Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 4 has a porosity of 2%, which is very high.
From the surface of the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 4 to the surface of the substrate, there are fine cracks 5 having an average spacing of about 1 mm and having cleavage planes at substantially equal intervals in the thickness direction. Also,
In this embodiment, the average gap of the fine cracks is about 0.5 μm.
【００３４】図４は、図１に示した本発明の一実施形態
の遮熱コーティング部材で遮熱性酸化物セラミック層の
気孔率５％で微細な亀裂を有するものと、遮熱性酸化物
セラミック層の組成が同じで微細な亀裂を有せず、気孔
率を約１５％にして剥離防止を図った従来タイプの遮熱
コーティング部材について、加熱時および冷却時に発生
するはく離方向の熱応力の値を比較したものである。FIG. 4 shows the thermal barrier coating member according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 having a porosity of the thermal barrier oxide ceramic layer of 5% and minute cracks, and the thermal barrier oxide ceramic layer. For the conventional type thermal barrier coating member, which has the same composition, does not have fine cracks and has a porosity of about 15% to prevent peeling, the value of the thermal stress in the peeling direction generated at the time of heating and cooling is determined. It is a comparison.
【００３５】この図４より、加熱時および冷却時におけ
る熱応力は、本発明の遮熱コーティング部材において気
孔率が小と緻密であっても小さく、他方で従来タイプの
遮熱コーティング部材で大きく剥離が発生しやすいこと
がわかる。この結果は遮熱性酸化物セラミック層の気孔
率を大きくするよりも、本発明により微細な亀裂を有す
ることによって、より効果的な熱応力低減ができること
を示している。As can be seen from FIG. 4, the thermal stress during heating and during cooling is small even if the porosity is small and dense in the thermal barrier coating member of the present invention, while the thermal stress is large in the conventional thermal barrier coating member. It can be seen that liability is likely to occur. This result indicates that the present invention has more effective thermal stress reduction by having fine cracks than by increasing the porosity of the thermal barrier oxide ceramic layer.
【００３６】次に図５は、図４と同じ２種の遮熱コーテ
ィング部材について、固体粒子によるエロージョン損耗
を比較したものである。図５より、本発明の遮熱コーテ
ィング部材がエロージョン損耗が小さいことがわかる。
この結果は、本発明により遮熱性酸化物セラミック層の
熱応力の低減を微細な亀裂によって行えば、気孔率は低
くすることができ、これによって層の粒子間結合力が向
上し、エロージョン損耗は小さくできることを示してい
る。Next, FIG. 5 compares the erosion wear caused by solid particles for the same two types of thermal barrier coating members as in FIG. FIG. 5 shows that the thermal barrier coating member of the present invention has low erosion wear.
The result is that if the thermal stress of the heat-insulating oxide ceramic layer is reduced by fine cracks according to the present invention, the porosity can be reduced, thereby improving the inter-particle bonding force of the layer and reducing the erosion wear. It shows that it can be made smaller.
【００３７】次に、第１の実施の形態を具体例として、
本発明の遮熱コーティング部材の製造方法の一実施形態
を説明する。Next, using the first embodiment as a specific example,
One embodiment of a method for manufacturing a thermal barrier coating member of the present invention will be described.
【００３８】まず、超合金基材に対し、プラズマの高温
熱源中にＭＣｒＡｌＹ合金粉末を導入して溶融させたＭ
ＣｒＡｌＹ合金粒子を高速で吹き付け、超合金基材上に
ＭＣｒＡｌＹ合金層を形成する。First, an MCrAlY alloy powder was introduced into a superalloy substrate into a high-temperature heat source of plasma and melted.
CrAlY alloy particles are sprayed at a high speed to form an MCrAlY alloy layer on the superalloy substrate.
【００３９】次にプラズマフレーム中にＹ2 Ｏ3 で部分
安定化されたＺｒＯ2 粉末を導入することによって、こ
れを溶融させて高速で吹き付けて、ＭＣｒＡｌＹ合金層
上に遮熱性セラミック層であるＹ2 Ｏ3 で部分安定化さ
れたＺｒＯ2 層を形成する。この遮熱性セラミック層の
形成においては、超合金基材を１００℃以上に予熱する
とともに、出力は３０ｋＷ以上、溶射距離は１００ｍｍ
以下にする。またＹ2Ｏ3 部分安定化ＺｒＯ2 層を形成
した後は、３００℃以上の温度で加熱処理を施す。Next, by introducing ZrO 2 powder partially stabilized with Y 2 O 3 into the plasma frame, the ZrO 2 powder is melted and sprayed at a high speed, so that the Yr which is a heat insulating ceramic layer is formed on the MCrAlY alloy layer. A ZrO 2 layer partially stabilized with 2 O 3 is formed. In forming the heat insulating ceramic layer, the superalloy base material is preheated to 100 ° C. or more, the output is 30 kW or more, and the spray distance is 100 mm.
Do the following. After the formation of the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer, a heat treatment is performed at a temperature of 300 ° C. or higher.
【００４０】図６は、この遮熱性セラミック層であるＹ
2 Ｏ3 で部分安定化されたＺｒＯ2層に生じる単位面積
当りの亀裂の発生数に及ぼす超合金基材の予熱温度の影
響を、他の条件を一定にして調べたものである。図６よ
り、超合金基材の予熱温度を高めるに従い、単位面積当
たりの亀裂の発生数を大きくすることができ、とくに予
熱温度を１００℃を超える温度まで高めると、単位面積
当りの亀裂の発生数を急激にその数を増加させることが
できることがわかる。FIG. 6 shows the heat-insulating ceramic layer Y.
The effect of the preheating temperature of the superalloy base material on the number of cracks per unit area generated in the ZrO 2 layer partially stabilized by 2 O 3 was examined while keeping other conditions constant. As can be seen from FIG. 6, the number of cracks per unit area can be increased as the preheating temperature of the superalloy base material is increased. In particular, when the preheating temperature is increased to a temperature exceeding 100 ° C., the number of cracks generated per unit area is increased. It can be seen that the number can be increased rapidly.
【００４１】図７は、遮熱性セラミック層であるＹ2 Ｏ
3 で部分安定化されたＺｒＯ2 層に生じる単位面積当た
りの亀裂の発生数に及ぼす溶射距離の影響を、他の条件
を一定にして調べたものである。図７より、溶射距離を
短くするにつれて単位面積当たりの縦き裂の発生数が増
加し、とくに溶射距離が１００ｍｍより短くすれば顕著
にその数を増加させることができることがわかる。FIG. 7 shows a thermal insulating ceramic layer Y 2 O.
The effect of the spraying distance on the number of cracks per unit area generated in the ZrO 2 layer partially stabilized in 3 was examined by keeping other conditions constant. From FIG. 7, it can be seen that the number of vertical cracks per unit area increases as the spraying distance is shortened. In particular, when the spraying distance is shorter than 100 mm, the number can be significantly increased.
【００４２】図８は、遮熱性セラミック層であるＹ2 Ｏ
3 で部分安定化されたＺｒＯ2 層に生じる単位面積当た
りの亀裂の発生数に及ぼす溶射出力の影響を、他の条件
を一定にして調べたものである。図８より、溶射出力を
上げるにつれて単位面積当たりの亀裂の発生数が増加す
る傾向にあり、とくに溶射出力が３０ｋＷ以上にすれば
顕著にその数を増加させることができることがわかる。FIG. 8 shows Y 2 O which is a heat insulating ceramic layer.
The effect of the thermal spraying power on the number of cracks per unit area generated in the ZrO 2 layer partially stabilized in 3 was examined by keeping other conditions constant. From FIG. 8, it can be seen that the number of cracks generated per unit area tends to increase as the spraying power is increased, and that the number can be significantly increased when the spraying power is 30 kW or more.
【００４３】図９は、遮熱性セラミック層であるＹ2 Ｏ
3 で部分安定化されたＺｒＯ2 層に生じる単位面積当た
りの亀裂の発生数に及ぼす溶射後の加熱処理の影響を見
たものである。図９より、加熱処理温度を上げるにつれ
て単位面積当たりの亀裂の発生数が増加し、とくに加熱
処埋温度が３００℃以上にすれば顕著にその数を増加さ
せることができることがわかる。FIG. 9 shows a thermal insulating ceramic layer of Y 2 O.
3 is a view showing the influence of heat treatment after thermal spraying on the number of cracks per unit area generated in the ZrO 2 layer partially stabilized in 3 . FIG. 9 shows that the number of cracks per unit area increases as the heat treatment temperature is increased, and that the number can be significantly increased particularly when the heat treatment temperature is 300 ° C. or higher.
【００４４】以上の結果をまとめると、 （１）遮熱コーティング部材の遮熱性セラミック層に微
細な亀裂を導入することにより、加熱冷却時に遮熱性セ
ラミック層に発生する熱応力を大幅に低減させることが
できる。 （２）遮熱性セラミック層に微細な亀裂を有することに
より、層の熱応力を低減できるので、気孔率は小さくす
ることができ、それによって耐エロージョン性を大幅に
向上させることができる。 （３）遮熱コーティング部材の製造において、遮熱性セ
ラミック層を溶射して付着する際に、基材を予熱するこ
と、溶射距離を大きくすること、溶射出力を大きくする
こと、および溶射後に加熱処理を施すことによって、い
ずれも単位面積当たりの亀裂の発生数を増加させること
ができる。したがってこれらの手段によって本発明の単
位面積当たりの亀裂の発生数を調整することができる。The above results can be summarized as follows: (1) By introducing fine cracks in the heat-insulating ceramic layer of the heat-insulating coating member, thermal stress generated in the heat-insulating ceramic layer during heating and cooling can be significantly reduced. Can be. (2) By having fine cracks in the heat-insulating ceramic layer, the thermal stress of the layer can be reduced, so that the porosity can be reduced, thereby greatly improving the erosion resistance. (3) In the production of the thermal barrier coating member, when thermal spraying and applying the thermal barrier ceramic layer, preheating the base material, increasing the thermal spray distance, increasing the thermal spray output, and performing heat treatment after thermal spraying. In any case, the number of cracks generated per unit area can be increased. Therefore, the number of cracks per unit area according to the present invention can be adjusted by these means.
【００４５】なお、本発明の遮熱コーティング部材の基
材として、金属基材を用いた場合を例として取り上げて
述べたが、図２および図３に示したような基材としてセ
ラミック基材を用いた場合についても同様である。The case where a metal substrate is used as the substrate of the thermal barrier coating member of the present invention has been described as an example, but a ceramic substrate is used as the substrate shown in FIGS. 2 and 3. The same applies to the case of using.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によっ
て、基材上に遮熱性酸化物セラミック層をを備えたガス
タービンやジェットエンジン用遮熱コーティング部材に
おいて、酸化物セラミック層に劈開面をほぼ厚さ方向と
する微細な亀裂を設けることによって、加熱時および冷
却時熱応力を低減することができ、これによって遮熱コ
ーティング部材の耐久性を顕著に向上させることができ
る。As described above, according to the present invention, in a thermal barrier coating member for a gas turbine or a jet engine provided with a thermal barrier oxide ceramic layer on a substrate, a cleavage plane is formed on the oxide ceramic layer. By providing the fine cracks in the thickness direction, thermal stress during heating and cooling can be reduced, thereby significantly improving the durability of the thermal barrier coating member.
【図１】 本発明の遮熱コーティング部材の一実施形態
を示す断面的模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a thermal barrier coating member of the present invention.
【図２】 本発明の遮熱コーティング部材の他の一実施
形態を示す断面的模式図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing another embodiment of the thermal barrier coating member of the present invention.
【図３】 本発明の遮熱コーティング部材のさらに他の
一実施形態を示す断面的模式図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing still another embodiment of the thermal barrier coating member of the present invention.
【図４】 本発明の遮熱コーティング部材と従来の遮熱
コーティング部材における加熱時および冷却時の最大熱
応力を比較して示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a comparison between the maximum thermal stress during heating and the maximum thermal stress during cooling in the thermal barrier coating member of the present invention and a conventional thermal barrier coating member.
【図５】 本発明の遮熱コーティング部材と従来の遮熱
コーティング部材におけるエロージョン損耗を比較して
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a comparison of erosion wear between the thermal barrier coating member of the present invention and a conventional thermal barrier coating member.
【図６】 本発明の遮熱コーティング部材の製造方法に
おける予熱温度と単位面積当りの亀裂数の関係を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the preheating temperature and the number of cracks per unit area in the method for producing a thermal barrier coating member of the present invention.
【図７】 本発明の遮熱コーティング部材の製造方法に
おける溶射距離と単位面積当りの亀裂数の関係を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the sprayed distance and the number of cracks per unit area in the method for producing a thermal barrier coating member of the present invention.
【図８】 本発明の遮熱コーティング部材の製造方法に
おける溶射出力と単位面積当りの亀裂数の関係を示す図
である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the thermal spraying power and the number of cracks per unit area in the method for producing a thermal barrier coating member of the present invention.
【図９】 本発明の遮熱コーティング部材の製造方法に
おける加熱処理温度と単位面積当りの亀裂数の関係を示
す図である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the heat treatment temperature and the number of cracks per unit area in the method for producing a thermal barrier coating member of the present invention.
１……遮熱コーティング部材、 ２ａ……金属（超合
金）基材、 ２ｂ……セラミック基材、 ３……Ｍ
ＣｒＡｌＲ合金層、 ４……遮熱性酸化物セラミック
層、 ５……微細な亀裂、 ６……耐酸化性セラミ
ック中間層1 ... thermal barrier coating member 2a ... metal (superalloy) substrate 2b ... ceramic substrate 3 ... M
CrAlR alloy layer 4, heat-insulating oxide ceramic layer 5, fine cracks 6, oxidation-resistant ceramic intermediate layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 啓三 東京都港区芝浦１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２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 齋藤 正弘 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 和田 国彦 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA06 EA08 4K031 AA08 AB03 AB06 AB08 AB09 BA07 CB18 CB22 CB26 CB42 DA01 DA04 EA01 EA11 EA12 FA01 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Keizo Honda 1-1-1, Shibaura, Minato-ku, Tokyo In the head office of Toshiba Corporation (72) Inventor Kazuhide Matsumoto 2-chome Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa No. 4 Toshiba Keihin Works Co., Ltd. (72) Inventor Masahiro Saito 2-chome, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture 4-72 Within Toshiba Keihin Works Co., Ltd. No. 4 F-term in Toshiba Keihin Works (reference) 3G002 EA05 EA06 EA08 4K031 AA08 AB03 AB06 AB08 AB09 BA07 CB18 CB22 CB26 CB42 DA01 DA04 EA01 EA11 EA12 FA01
Claims (16)
および耐酸化性を有するＭＣｒＡｌＲ合金層 (ＭはＮ
ｉ、Ｃｏ及びＦｅの少なくとも１種、Ｒは希土類元素の
少なくとも１種）と、遮熱性酸化物セラミック層とを有
する遮熱コーティング部材において、前記遮熱性酸化物
セラミック層が、劈開面をほぼ厚さ方向とする微細な亀
裂を有することを特徴とする遮熱コーティング部材。An MCrAlR alloy layer (M is N) having corrosion resistance and oxidation resistance on a metal or ceramic substrate.
i, at least one of Co and Fe, and R is at least one of rare earth elements) and a heat-insulating oxide ceramic layer, wherein the heat-insulating oxide ceramic layer has a cleavage plane having a substantially thick cleavage plane. A thermal barrier coating member having fine cracks extending in the vertical direction.
おいて、前記遮熱性酸化物セラミック層の気孔率が１５
％を超えないことを特徴とする遮熱コーティング部材。2. The thermal barrier coating member according to claim 1, wherein the thermal barrier oxide ceramic layer has a porosity of 15%.
% Thermal barrier coating member.
おいて、前記遮熱性酸化物セラミック層のビッカース硬
さΗｖが少なくとも１５０であることを特徴とする遮熱
コーティング部材。3. The thermal barrier coating member according to claim 1, wherein the thermal barrier oxide ceramic layer has a Vickers hardness Δv of at least 150.
おいて、前記遮熱性酸化物セラミック層の厚さが少なく
とも０．２ｍｍであることを特徴とする遮熱コーティン
グ部材。4. The thermal barrier coating member according to claim 1, wherein the thickness of the thermal barrier oxide ceramic layer is at least 0.2 mm.
おいて、前記遮熱性酸化物セラミック層内に存在する亀
裂が有するすき間の平均値が１０μｍを超えないことを
特徴とする遮熱コーティング部材。5. The thermal barrier coating member according to claim 1, wherein an average value of a gap of a crack existing in the thermal barrier oxide ceramic layer does not exceed 10 μm.
おいて、前記基材が耐熱性の非酸化物Ｓｉ化合物セラミ
ックスであることを特徴とする遮熱コーティング部材。6. The thermal barrier coating member according to claim 1, wherein said base material is a heat-resistant non-oxide Si compound ceramic.
おいて、前記基材が耐熱性の非酸化物Ｓｉ化合物セラミ
ックスであり、前記基材と前記遮熱性酸化物セラミック
層との間の中間層として、耐蝕耐酸化性の酸化物セラミ
ック層を有することを特徴とする遮熱コーティング部
材。7. The thermal barrier coating member according to claim 1, wherein the substrate is a heat-resistant non-oxide Si compound ceramic, and is used as an intermediate layer between the substrate and the thermal barrier oxide ceramic layer. A thermal barrier coating member having a corrosion-resistant and oxidation-resistant oxide ceramic layer.
おいて、前記セラミック基材と前記耐食耐酸化性酸化物
セラミック中間層との間に、元素の拡散を抑制する中間
層を有することを特徴とする遮熱コーティング部材。8. The thermal barrier coating member according to claim 7, further comprising an intermediate layer between the ceramic substrate and the corrosion-resistant and oxidation-resistant oxide ceramic intermediate layer for suppressing diffusion of elements. Thermal barrier coating material.
おいて、前記遮熱性酸化物セラミック層が、Ｂｅ系酸化
物、Ｃａ系酸化物、Ｃｅ系酸化物、Ｈｆ系酸化物、Ｍｇ
系酸化物、Ｓｒ系酸化物、Ｔｈ系酸化物、Ｕ系酸化物、
およびＺｒ酸化物の少なくとも１種を含有する融点が２
５００℃以上のセラミック層であることを特徴とする遮
熱コーティング部材。9. The thermal barrier coating member according to claim 1, wherein the thermal barrier oxide ceramic layer comprises a Be-based oxide, a Ca-based oxide, a Ce-based oxide, a Hf-based oxide, and a Mg-based oxide.
Oxide, Sr oxide, Th oxide, U oxide,
And at least one of Zr oxides having a melting point of 2
A thermal barrier coating member comprising a ceramic layer having a temperature of 500 ° C. or higher.
温プラズマや燃焼ガスを熱源として粉末を溶融させて高
速ガスにより基材上に吹き付けて形成することを特徴と
する請求項１記載の遮熱コーティング部材の製造方法。10. The heat insulating oxide ceramic layer according to claim 1, wherein the heat insulating oxide ceramic layer is formed by melting powder using high-temperature plasma or combustion gas as a heat source and spraying the powder on a substrate with a high-speed gas. Manufacturing method of coating member.
材の製造方法において、基材温度を少なくとも１００℃
にして前記遮熱性酸化物セラミック層の形成を行うこと
を特徴とする遮熱コーティング部材の製造方法。11. The method according to claim 10, wherein the substrate temperature is at least 100 ° C.
Forming a heat-insulating oxide ceramic layer as described above.
記載の遮熱コーティング部材の製造方法において、前記
粉末を溶融させて前記高速ガスにより吹き出す吹き出し
口と前記基材との間の距離を１００ｍｍより短かくする
ことを特徴とする遮熱コーティング部材の製造方法。12. The method for producing a thermal barrier coating member according to claim 10, wherein a distance between the outlet and the substrate, which melts the powder and blows out the high-speed gas, is 100 mm. A method for manufacturing a thermal barrier coating member, wherein the method is shortened.
記載の遮熱コーティング部材の製造方法において、前記
高速ガスを用いた前記溶融粉末の吹き出し出力を少なく
とも３０ｋＷにすることを特徴とする遮熱コーティング
部材の製造方法。13. The method of manufacturing a thermal barrier coating member according to claim 10, wherein the blowing power of the molten powder using the high-speed gas is at least 30 kW. Manufacturing method of coating member.
記載の遮熱コーティング部材の製造方法において、前記
粉末の平均粒子径が５０μｍを超えないことを特徴とす
る遮熱コーティング部材の製造方法。14. The method of manufacturing a thermal barrier coating member according to claim 10, wherein the average particle diameter of the powder does not exceed 50 μm.
記載の遮熱コーティング部材の製造方法において、前記
遮熱性酸化物セラミック層を形成させた後、少なくとも
３００℃の温度条件で加熱処理を施すことにより、酸化
物系セラミック層内に厚さ方向に亀裂面を有する微細な
亀裂を形成することを特徴とする遮熱コーティング部材
の製造方法。15. The method for producing a thermal barrier coating member according to claim 10, wherein after the thermal barrier oxide ceramic layer is formed, a heat treatment is performed at a temperature of at least 300 ° C. Thus, a method for producing a thermal barrier coating member, wherein a fine crack having a crack surface in the thickness direction is formed in the oxide-based ceramic layer.
の遮熱コーティング部材を動翼、静翼、または燃焼器の
少なくともいずれかに含むことを特徴とする高温ガスタ
ービン。16. A high-temperature gas turbine comprising the thermal barrier coating member according to claim 1 in at least one of a moving blade, a stationary blade, and a combustor.
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|---|---|---|---|
| JP10315015A JP2000144365A (en) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | Thermal barrier coating member, production of thermal barrier coating member and high temperature gas turbine using thermal barrier coating member |
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|---|---|---|---|
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