JP2001226783A - 平滑複合材及びガスタービン翼及び蒸気タービン翼 - Google Patents
平滑複合材及びガスタービン翼及び蒸気タービン翼Info
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- JP2001226783A JP2001226783A JP2000034108A JP2000034108A JP2001226783A JP 2001226783 A JP2001226783 A JP 2001226783A JP 2000034108 A JP2000034108 A JP 2000034108A JP 2000034108 A JP2000034108 A JP 2000034108A JP 2001226783 A JP2001226783 A JP 2001226783A
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- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2250/00—Geometry
- F05B2250/60—Structure; Surface texture
- F05B2250/62—Structure; Surface texture smooth
Landscapes
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面の粗さが小さく、かつ耐熱性に優れた平
滑複合材を提供する。 【解決手段】 耐熱性合金基材２上に平滑層３が積層さ
れてなり、平滑層３の層厚が０．１μｍ以上５μｍ以下
であり、平滑層３の表面３ａの最大高さＲmaxが５μｍ
以下であることを特徴とする平滑複合材１を採用する。
滑複合材を提供する。 【解決手段】 耐熱性合金基材２上に平滑層３が積層さ
れてなり、平滑層３の層厚が０．１μｍ以上５μｍ以下
であり、平滑層３の表面３ａの最大高さＲmaxが５μｍ
以下であることを特徴とする平滑複合材１を採用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、平滑複合材及びガ
スタービン翼及び蒸気タービン翼に関するものであり、
特に、耐熱性合金基材表面の表面粗さを小さくして耐熱
性に優れた平滑層を具備してなる平滑複合材に関するも
のである。
スタービン翼及び蒸気タービン翼に関するものであり、
特に、耐熱性合金基材表面の表面粗さを小さくして耐熱
性に優れた平滑層を具備してなる平滑複合材に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ＹＳＺ（イットリウム安定化
ジルコニア）からなる耐熱層を耐熱性合金基材上に積層
してなる耐熱性複合材が、ガスタービン翼や蒸気タービ
ン翼の構成材として適用されている。
ジルコニア）からなる耐熱層を耐熱性合金基材上に積層
してなる耐熱性複合材が、ガスタービン翼や蒸気タービ
ン翼の構成材として適用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＹＳＺからな
る耐熱層は従来一般に、溶射法によって耐熱性合金基材
に積層されるが、かかる耐熱層は表面の最大高さＲmax
が大きいため、タービン翼の表面近傍を流れる流体のレ
イノルズ数が高くなり、タービンの効率が低下するとい
う課題があった。つまり、高温での使用に耐え、しかも
タービン翼の表面を平滑にするコーティング材料はまだ
開発されていないのが現状である。
る耐熱層は従来一般に、溶射法によって耐熱性合金基材
に積層されるが、かかる耐熱層は表面の最大高さＲmax
が大きいため、タービン翼の表面近傍を流れる流体のレ
イノルズ数が高くなり、タービンの効率が低下するとい
う課題があった。つまり、高温での使用に耐え、しかも
タービン翼の表面を平滑にするコーティング材料はまだ
開発されていないのが現状である。
【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あって、表面粗さが小さく、かつ耐熱性に優れた平滑複
合材を提供するとともに、この平滑複合材から構成され
たガスタービン翼及び蒸気タービン翼を提供することを
目的とする。
あって、表面粗さが小さく、かつ耐熱性に優れた平滑複
合材を提供するとともに、この平滑複合材から構成され
たガスタービン翼及び蒸気タービン翼を提供することを
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明の平滑複
合材は、耐熱性合金基材上に平滑層が積層されてなるこ
とを特徴とする。前記平滑層の層厚は、０．１μｍ以上
５μｍ以下であることが好ましい。また前記平滑層の表
面の最大高さＲmaxが５μｍ以下であることが好まし
い。
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明の平滑複
合材は、耐熱性合金基材上に平滑層が積層されてなるこ
とを特徴とする。前記平滑層の層厚は、０．１μｍ以上
５μｍ以下であることが好ましい。また前記平滑層の表
面の最大高さＲmaxが５μｍ以下であることが好まし
い。
【０００６】係る平滑複合材によれば、最大高さＲmax
が小さく平滑性に優れた平滑層を具備しているので、例
えばこの平滑複合材をガスタービンや蒸気タービンの翼
の構成材として用いた場合には、ガスタービンや蒸気タ
ービンの翼の表面近傍を流れる流体のレイノルズ数を低
減することができ、ガスタービンや蒸気タービンの効率
を向上させることが可能になる。
が小さく平滑性に優れた平滑層を具備しているので、例
えばこの平滑複合材をガスタービンや蒸気タービンの翼
の構成材として用いた場合には、ガスタービンや蒸気タ
ービンの翼の表面近傍を流れる流体のレイノルズ数を低
減することができ、ガスタービンや蒸気タービンの効率
を向上させることが可能になる。
【０００７】また、本発明の平滑複合材は、先に記載の
平滑複合材であって、前記平滑層が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ
3、ＭＴｉＯ3（ただしＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのう
ちの少なくとも１種または２種以上の元素を示す。）の
うちのいずれか１種からなることを特徴とする。
平滑複合材であって、前記平滑層が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ
3、ＭＴｉＯ3（ただしＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのう
ちの少なくとも１種または２種以上の元素を示す。）の
うちのいずれか１種からなることを特徴とする。
【０００８】上記のＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3は、
耐熱性に優れているので、平滑複合材の耐熱性と耐食性
をより向上させることが可能になる。
耐熱性に優れているので、平滑複合材の耐熱性と耐食性
をより向上させることが可能になる。
【０００９】また、本発明の平滑複合材は、先に記載の
平滑複合材であって、前記平滑層がゾルゲル法により形
成されたものであることを特徴とする。また、本発明の
平滑複合材は、先に記載の平滑複合材であって、前記平
滑層がゾルゲル法または微粒子スラリ法のいずれか一方
あるいは両方の組み合わせにより形成されたものである
ことを特徴とする。係る平滑複合材によれば、平滑層が
ゾルゲル法あるいは微粒子スラリ法により形成されてい
るので、平滑層を緻密に形成できるとともに表面の最大
高さＲmaxをより小さくすることができ、また耐熱性合
金基材と平滑層との密着性をより高めることが可能にな
る。
平滑複合材であって、前記平滑層がゾルゲル法により形
成されたものであることを特徴とする。また、本発明の
平滑複合材は、先に記載の平滑複合材であって、前記平
滑層がゾルゲル法または微粒子スラリ法のいずれか一方
あるいは両方の組み合わせにより形成されたものである
ことを特徴とする。係る平滑複合材によれば、平滑層が
ゾルゲル法あるいは微粒子スラリ法により形成されてい
るので、平滑層を緻密に形成できるとともに表面の最大
高さＲmaxをより小さくすることができ、また耐熱性合
金基材と平滑層との密着性をより高めることが可能にな
る。
【００１０】また、上記の耐熱性合金基材としては、SU
S410等のステンレス鋼、INCONEL等のＮｉ基超合金、INC
OLOY等のＦｅ基超合金、Ｃｏ基超合金等の各種耐熱材料
を例示できる。
S410等のステンレス鋼、INCONEL等のＮｉ基超合金、INC
OLOY等のＦｅ基超合金、Ｃｏ基超合金等の各種耐熱材料
を例示できる。
【００１１】本発明のガスタービン翼は、先のいずれか
に記載の平滑複合材から構成されたことを特徴とする。
特に上記のガスタービン翼は、平滑層がＡｌ2Ｏ3、ＭＴ
ｉＯ3のうちのいずれか１種からなり、耐熱性合金基材
がＮｉ基超合金からなる平滑複合材により構成されるこ
とが好ましい。
に記載の平滑複合材から構成されたことを特徴とする。
特に上記のガスタービン翼は、平滑層がＡｌ2Ｏ3、ＭＴ
ｉＯ3のうちのいずれか１種からなり、耐熱性合金基材
がＮｉ基超合金からなる平滑複合材により構成されるこ
とが好ましい。
【００１２】また、本発明の蒸気タービン翼は、先のい
ずれかに記載の平滑複合材から構成されたことを特徴と
する。特に上記の蒸気タービン翼は、平滑層がＳｉ
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3のうちのいずれか１種からな
り、耐熱性合金基材がステンレス鋼からなる平滑複合材
により構成されることが好ましい。
ずれかに記載の平滑複合材から構成されたことを特徴と
する。特に上記の蒸気タービン翼は、平滑層がＳｉ
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3のうちのいずれか１種からな
り、耐熱性合金基材がステンレス鋼からなる平滑複合材
により構成されることが好ましい。
【００１３】本発明の平滑複合材の製造方法は、耐熱性
合金基材上に、金属酸化物前駆体粒子を含むゾル溶液を
塗布した後に熱処理することにより、平滑層を形成する
ことを特徴とする。前記金属酸化物前駆体粒子は、Ｓｉ
アルコキシド、Ａｌアルコキシド、Ｍ−Ｔｉ複合アルコ
キシド（ただしＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの少
なくとも１種または２種以上の元素を示す。）のうちの
いずれか１種を加水分解することにより得られたもの、
またはＳｉアルコキシド、Ａｌアルコキシド、前記Ｍ−
Ｔｉ複合アルコキシドのいずれか１種からなる微粒子ス
ラリのいずれか一方または両方であることが好ましい。
なお、前記ゾル溶液の塗布は１回に限られず、複数回行
っても良い。ゾル溶液の塗布を複数回行う場合には、ゾ
ル溶液の塗布の度に熱処理を行うことが好ましい。ま
た、微粒子スラリ法でも、塗布回数により膜厚の制御が
可能である。
合金基材上に、金属酸化物前駆体粒子を含むゾル溶液を
塗布した後に熱処理することにより、平滑層を形成する
ことを特徴とする。前記金属酸化物前駆体粒子は、Ｓｉ
アルコキシド、Ａｌアルコキシド、Ｍ−Ｔｉ複合アルコ
キシド（ただしＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの少
なくとも１種または２種以上の元素を示す。）のうちの
いずれか１種を加水分解することにより得られたもの、
またはＳｉアルコキシド、Ａｌアルコキシド、前記Ｍ−
Ｔｉ複合アルコキシドのいずれか１種からなる微粒子ス
ラリのいずれか一方または両方であることが好ましい。
なお、前記ゾル溶液の塗布は１回に限られず、複数回行
っても良い。ゾル溶液の塗布を複数回行う場合には、ゾ
ル溶液の塗布の度に熱処理を行うことが好ましい。ま
た、微粒子スラリ法でも、塗布回数により膜厚の制御が
可能である。
【００１４】係る平滑複合材の製造方法によれば、耐熱
性合金基材上に、金属酸化物前駆体粒子を含むゾル溶液
あるいは微粒子スラリを塗布して熱処理することによ
り、金属酸化物からなる平滑層を形成するので、緻密で
表面の最大高さＲmaxが小さく、耐熱性合金基材との密
着性に優れた平滑層を形成することが可能になる。
性合金基材上に、金属酸化物前駆体粒子を含むゾル溶液
あるいは微粒子スラリを塗布して熱処理することによ
り、金属酸化物からなる平滑層を形成するので、緻密で
表面の最大高さＲmaxが小さく、耐熱性合金基材との密
着性に優れた平滑層を形成することが可能になる。
【００１５】また、本発明の平滑複合材の製造方法は、
先に記載の平滑複合材の製造方法であって、前記熱処理
によって前記耐熱性合金基材の焼鈍を同時に行うことを
特徴とする。なお、ゾル溶液あるいは微粒子スラリの塗
布を複数回行う場合には、最後の塗布後の熱処理時に、
前記耐熱性合金基材の焼鈍を同時に行うことが好まし
い。即ち、最後のゾル溶液あるいは微粒子スラリの塗布
後の熱処理を耐熱性合金基材の焼鈍温度で行い、それ以
外のゾル溶液あるいは微粒子スラリの塗布の際の熱処理
を焼鈍温度より低い温度で行うことが好ましい。
先に記載の平滑複合材の製造方法であって、前記熱処理
によって前記耐熱性合金基材の焼鈍を同時に行うことを
特徴とする。なお、ゾル溶液あるいは微粒子スラリの塗
布を複数回行う場合には、最後の塗布後の熱処理時に、
前記耐熱性合金基材の焼鈍を同時に行うことが好まし
い。即ち、最後のゾル溶液あるいは微粒子スラリの塗布
後の熱処理を耐熱性合金基材の焼鈍温度で行い、それ以
外のゾル溶液あるいは微粒子スラリの塗布の際の熱処理
を焼鈍温度より低い温度で行うことが好ましい。
【００１６】係る平滑複合材の製造方法によれば、熱処
理によって前記耐熱性合金基材の焼鈍を同時に行うの
で、製造工程を短縮でき、平滑複合材の製造コストを低
減することが可能になる。
理によって前記耐熱性合金基材の焼鈍を同時に行うの
で、製造工程を短縮でき、平滑複合材の製造コストを低
減することが可能になる。
【００１７】前記熱処理は、空気雰囲気中、５００〜８
００℃の熱処理温度で０．５〜５時間加熱する条件で行
うことが好ましい。なお、ゾル溶液の塗布を複数回行う
場合には、最後のゾル溶液の塗布後の熱処理を上記の条
件で行い、それ以外のゾル溶液の塗布の際の熱処理は、
空気雰囲気中、５００〜８００℃の熱処理温度で０．５
〜５時間加熱する条件で行うことが好ましい。
００℃の熱処理温度で０．５〜５時間加熱する条件で行
うことが好ましい。なお、ゾル溶液の塗布を複数回行う
場合には、最後のゾル溶液の塗布後の熱処理を上記の条
件で行い、それ以外のゾル溶液の塗布の際の熱処理は、
空気雰囲気中、５００〜８００℃の熱処理温度で０．５
〜５時間加熱する条件で行うことが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。本発明の平滑複合材１は、図１に
示すように、耐熱性合金基材２上に平滑層３が積層され
てなるものである。そして、この平滑層３の層厚は０．
１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、またその
上面（表面）３ａの表面粗さを示す最大高さＲmaxが５
μｍ以下であることが好ましい。また、本発明のガスタ
ービン翼及び蒸気タービン翼は、上記の平滑複合材１か
ら構成されてなるものである。
を参照して説明する。本発明の平滑複合材１は、図１に
示すように、耐熱性合金基材２上に平滑層３が積層され
てなるものである。そして、この平滑層３の層厚は０．
１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、またその
上面（表面）３ａの表面粗さを示す最大高さＲmaxが５
μｍ以下であることが好ましい。また、本発明のガスタ
ービン翼及び蒸気タービン翼は、上記の平滑複合材１か
ら構成されてなるものである。
【００１９】平滑層３の厚さは０．１μｍ以上５μｍ以
下であることが好ましい。平滑層３の厚さが０．１μｍ
未満では、平滑層３が薄すぎて平滑層３の上面３ａの最
大高さＲmaxが耐熱性合金基材２の最大高さＲmaxとほぼ
同等になるので、平滑層３としての効果を十分に発揮で
きなくなるので好ましくなく、平滑層３を５μｍを越え
て形成してもその層厚に見合う効果が得られないので好
ましくない。
下であることが好ましい。平滑層３の厚さが０．１μｍ
未満では、平滑層３が薄すぎて平滑層３の上面３ａの最
大高さＲmaxが耐熱性合金基材２の最大高さＲmaxとほぼ
同等になるので、平滑層３としての効果を十分に発揮で
きなくなるので好ましくなく、平滑層３を５μｍを越え
て形成してもその層厚に見合う効果が得られないので好
ましくない。
【００２０】図１に示す平滑層３は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ
3、ＭＴｉＯ3（ただしＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのう
ちの少なくとも１種または２種以上の元素を示す。）の
うちのいずれか１種の金属酸化物からなるものであっ
て、ゾルゲル法あるいは微粒子スラリ法のいずれか一方
または両方の組み合わせにより形成されたものである。
特に平滑層３は、ゾルゲル法により形成されたものであ
ることが好ましい。従ってこの平滑層３は、緻密で耐熱
性に優れるとともに最大高さＲmaxが小さく、更に耐熱
性合金基材２との密着性に優れる。
3、ＭＴｉＯ3（ただしＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのう
ちの少なくとも１種または２種以上の元素を示す。）の
うちのいずれか１種の金属酸化物からなるものであっ
て、ゾルゲル法あるいは微粒子スラリ法のいずれか一方
または両方の組み合わせにより形成されたものである。
特に平滑層３は、ゾルゲル法により形成されたものであ
ることが好ましい。従ってこの平滑層３は、緻密で耐熱
性に優れるとともに最大高さＲmaxが小さく、更に耐熱
性合金基材２との密着性に優れる。
【００２１】特にＭＴｉＯ3は、１３００〜１４００℃
で焼成されてなるものであって、少なくとも１０００℃
の大気中でも問題なく使用できるという優れた耐熱性及
び耐食性を示し、本発明のガスタービン翼若しくは蒸気
タービン翼を構成する平滑性複合材の平滑層として最適
である。
で焼成されてなるものであって、少なくとも１０００℃
の大気中でも問題なく使用できるという優れた耐熱性及
び耐食性を示し、本発明のガスタービン翼若しくは蒸気
タービン翼を構成する平滑性複合材の平滑層として最適
である。
【００２２】耐熱性合金基材１は例えば、SUS410等のス
テンレス鋼、INCONEL等のＮｉ基超合金、INCOLOY等のＦ
ｅ基超合金、Ｃｏ基超合金等の各種耐熱合金材料を例示
できる。
テンレス鋼、INCONEL等のＮｉ基超合金、INCOLOY等のＦ
ｅ基超合金、Ｃｏ基超合金等の各種耐熱合金材料を例示
できる。
【００２３】耐熱性合金基材２と平滑層３の好ましい組
み合わせの例として、平滑層３がＡｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3
のうちのいずれか１種からなり、耐熱性合金基材２がＮ
ｉ基超合金、Ｆｅ基超合金、Ｃｏ基超合金のうちのいず
れか１種からなる平滑複合材を例示できる。この平滑複
合材を構成するＡｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3、Ｎｉ基超合金、
Ｆｅ基超合金及びＣｏ基超合金は、いずれも大気中１０
００℃においても優れた耐熱性を示すので、ガスタービ
ン翼用の構成材として最適である。特にこの中でも、平
滑層３がＭＴｉＯ3からなり、耐熱性合金基材２がＮｉ
基超合金からなる平滑複合材は、特に優れた耐熱性と表
面の平滑性を示し、ガスタービンを高温で稼働できると
ともに、ガスタービン翼の表面近傍を流れる流体のレイ
ノルズ数を低減してガスタービンの効率を高めることが
できる。
み合わせの例として、平滑層３がＡｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3
のうちのいずれか１種からなり、耐熱性合金基材２がＮ
ｉ基超合金、Ｆｅ基超合金、Ｃｏ基超合金のうちのいず
れか１種からなる平滑複合材を例示できる。この平滑複
合材を構成するＡｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3、Ｎｉ基超合金、
Ｆｅ基超合金及びＣｏ基超合金は、いずれも大気中１０
００℃においても優れた耐熱性を示すので、ガスタービ
ン翼用の構成材として最適である。特にこの中でも、平
滑層３がＭＴｉＯ3からなり、耐熱性合金基材２がＮｉ
基超合金からなる平滑複合材は、特に優れた耐熱性と表
面の平滑性を示し、ガスタービンを高温で稼働できると
ともに、ガスタービン翼の表面近傍を流れる流体のレイ
ノルズ数を低減してガスタービンの効率を高めることが
できる。
【００２４】次に、耐熱性合金基材２と平滑層３の好ま
しい組み合わせの別の例として、平滑層３がＳｉＯ2、
Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3のうちのいずれか１種からなり、
耐熱性合金基材２がステンレス鋼からなる平滑複合材を
例示できる。この平滑複合材を構成するＳｉＯ2、Ａｌ2
Ｏ3、ＭＴｉＯ3及びステンレス鋼はいずれも大気中６０
０℃においても優れた耐熱性を示すので、蒸気タービン
翼用の構成材として最適である。特にこの中でも、平滑
層３がＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3のうちのいずれか１種からな
り、耐熱性合金基材２がステンレス鋼からなる平滑複合
材は、優れた耐熱性と表面の平滑性を示し、蒸気タービ
ンを高温で稼働できるとともに、蒸気タービン翼の表面
近傍を流れる流体のレイノルズ数を低減して蒸気タービ
ンの効率を高めることができる。
しい組み合わせの別の例として、平滑層３がＳｉＯ2、
Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3のうちのいずれか１種からなり、
耐熱性合金基材２がステンレス鋼からなる平滑複合材を
例示できる。この平滑複合材を構成するＳｉＯ2、Ａｌ2
Ｏ3、ＭＴｉＯ3及びステンレス鋼はいずれも大気中６０
０℃においても優れた耐熱性を示すので、蒸気タービン
翼用の構成材として最適である。特にこの中でも、平滑
層３がＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3のうちのいずれか１種からな
り、耐熱性合金基材２がステンレス鋼からなる平滑複合
材は、優れた耐熱性と表面の平滑性を示し、蒸気タービ
ンを高温で稼働できるとともに、蒸気タービン翼の表面
近傍を流れる流体のレイノルズ数を低減して蒸気タービ
ンの効率を高めることができる。
【００２５】次に、本発明の平滑複合材の製造方法を説
明する。まず、図２に示すように、耐熱性合金基材１を
用意する。この耐熱性合金基材１は、表面が予め研磨さ
れて最大高さＲmaxが例えば２〜４μｍ程度とされたも
のである。
明する。まず、図２に示すように、耐熱性合金基材１を
用意する。この耐熱性合金基材１は、表面が予め研磨さ
れて最大高さＲmaxが例えば２〜４μｍ程度とされたも
のである。
【００２６】次に、この耐熱性合金基材２上に、ＳｉＯ
2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3のうちのいずれか１種の金属酸
化物からなる平滑層３を、ゾルゲル法または微粒子スラ
リ法のいずれか一方あるいは両方の組み合わせにより形
成する。このゾルゲル法は、耐熱性合金基材２上に金属
酸化物前駆体粒子を含むゾル溶液を塗布して熱処理する
というものである。また微粒子スラリ法は、耐熱性合金
基材２上に金属酸化物前駆体粒子を含む微粒子スラリを
塗布して熱処理するというものである。
2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3のうちのいずれか１種の金属酸
化物からなる平滑層３を、ゾルゲル法または微粒子スラ
リ法のいずれか一方あるいは両方の組み合わせにより形
成する。このゾルゲル法は、耐熱性合金基材２上に金属
酸化物前駆体粒子を含むゾル溶液を塗布して熱処理する
というものである。また微粒子スラリ法は、耐熱性合金
基材２上に金属酸化物前駆体粒子を含む微粒子スラリを
塗布して熱処理するというものである。
【００２７】ゾル溶液または微粒子スラリに含まれる金
属酸化物前駆体粒子は、Ｓｉアルコキシド、Ａｌアルコ
キシド、Ｍ−Ｔｉ複合アルコキシド（ただしＭはＭｇ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの少なくとも１種または２種以
上の元素を示す。）のうちのいずれか１種を加水分解し
たものであることが好ましい。アルコキシド化合物は、
メトキシド化合物、エトキシド化合物その他種々のアル
コキシド化合物を用いることができる。また、ゾル溶液
の溶媒としては、メチルアルコール、エチルアルコール
等の各種アルコールのような有機溶媒を用いることがで
きる。
属酸化物前駆体粒子は、Ｓｉアルコキシド、Ａｌアルコ
キシド、Ｍ−Ｔｉ複合アルコキシド（ただしＭはＭｇ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの少なくとも１種または２種以
上の元素を示す。）のうちのいずれか１種を加水分解し
たものであることが好ましい。アルコキシド化合物は、
メトキシド化合物、エトキシド化合物その他種々のアル
コキシド化合物を用いることができる。また、ゾル溶液
の溶媒としては、メチルアルコール、エチルアルコール
等の各種アルコールのような有機溶媒を用いることがで
きる。
【００２８】ＳｉアルコキシドやＡｌアルコキシドを加
水分解して金属酸化物前駆体粒子を形成するには、例え
ば、Ｓｉアルコキシド、Ａｌアルコキシドを溶媒に加え
た後に、更に水を添加して溶媒の沸点程度の温度で加熱
して加水分解することが好ましい。またこのときに各種
酸触媒を添加して加水分解しても良い。
水分解して金属酸化物前駆体粒子を形成するには、例え
ば、Ｓｉアルコキシド、Ａｌアルコキシドを溶媒に加え
た後に、更に水を添加して溶媒の沸点程度の温度で加熱
して加水分解することが好ましい。またこのときに各種
酸触媒を添加して加水分解しても良い。
【００２９】また、Ｍ−Ｔｉ複合アルコキシドを加水分
解して金属酸化物前駆体粒子を形成するには、例えば次
のように行うことができる。まず、チタンアルコキシド
（Ｔｉアルコキシド）と、元素Ｍのアルコキシドである
Ｍアルコキシドを用意し、これを溶媒中で混合して混合
液とする。ＴｉアルコキシドとＭアルコキシドとのモル
比は、Ｔｉアルコキシド：Ｍアルコキシド＝１：１〜
１．２：１程度とすることが好ましい。次にこの混合液
を溶媒の沸点付近の温度で加熱することによりＴｉアル
コキシドとＭアルコキシドとを反応させ、Ｔｉと元素Ｍ
を含むＭ−Ｔｉ複合アルコキシドを形成する。そして、
更に水を添加することにより、Ｍ−Ｔｉ複合アルコキシ
ドを加水分解して金属酸化物前駆体粒子とする。
解して金属酸化物前駆体粒子を形成するには、例えば次
のように行うことができる。まず、チタンアルコキシド
（Ｔｉアルコキシド）と、元素Ｍのアルコキシドである
Ｍアルコキシドを用意し、これを溶媒中で混合して混合
液とする。ＴｉアルコキシドとＭアルコキシドとのモル
比は、Ｔｉアルコキシド：Ｍアルコキシド＝１：１〜
１．２：１程度とすることが好ましい。次にこの混合液
を溶媒の沸点付近の温度で加熱することによりＴｉアル
コキシドとＭアルコキシドとを反応させ、Ｔｉと元素Ｍ
を含むＭ−Ｔｉ複合アルコキシドを形成する。そして、
更に水を添加することにより、Ｍ−Ｔｉ複合アルコキシ
ドを加水分解して金属酸化物前駆体粒子とする。
【００３０】上記の加水分解を進行させると、金属酸化
物前駆体が形成するとともにゾル溶液の粘度が次第に上
昇する。ゾル溶液の粘度が１〜１０センチポイズ程度に
なった時点で、ゾル溶液を耐熱性合金基材２上に塗布
し、更に加水分解と溶媒の蒸発を進める。加水分解と溶
媒の蒸発の進行によりゾル溶液がゲル化し、ゲル膜が形
成する。なお、ゾル溶液の塗布は、図３に示すようにゾ
ル溶液４中に耐熱性合金基材２を浸漬するいわゆるディ
ッピング法で行うことが好ましいが、耐熱性合金基材２
の形状が大きい場合には、耐熱性御合金基材２の表面に
ゾル溶液を直接塗布しても良い。
物前駆体が形成するとともにゾル溶液の粘度が次第に上
昇する。ゾル溶液の粘度が１〜１０センチポイズ程度に
なった時点で、ゾル溶液を耐熱性合金基材２上に塗布
し、更に加水分解と溶媒の蒸発を進める。加水分解と溶
媒の蒸発の進行によりゾル溶液がゲル化し、ゲル膜が形
成する。なお、ゾル溶液の塗布は、図３に示すようにゾ
ル溶液４中に耐熱性合金基材２を浸漬するいわゆるディ
ッピング法で行うことが好ましいが、耐熱性合金基材２
の形状が大きい場合には、耐熱性御合金基材２の表面に
ゾル溶液を直接塗布しても良い。
【００３１】そして、このゲル膜を空気雰囲気中、５０
０〜８００℃で０．５〜５時間熱処理することにより、
図４に示すようなＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3のうち
のいずれか１種の金属酸化物からなる平滑層３とする同
時に耐熱性合金基材２の焼鈍を行う。即ち、この熱処理
の温度は、耐熱性合金基材２の焼鈍温度以上であること
が必要である。
０〜８００℃で０．５〜５時間熱処理することにより、
図４に示すようなＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3のうち
のいずれか１種の金属酸化物からなる平滑層３とする同
時に耐熱性合金基材２の焼鈍を行う。即ち、この熱処理
の温度は、耐熱性合金基材２の焼鈍温度以上であること
が必要である。
【００３２】１回のゾル溶液の塗布で得られる平滑層の
層厚は、ゾル溶液の粘度にもよるが、０．１〜０．５μ
ｍ程度である。従って１μｍ以上の層厚を有する平滑層
３を得るには、ゾル溶液の塗布を複数回行うとよい。ゾ
ル溶液の塗布を複数回行う場合には、最後のゾル溶液の
塗布後の熱処理を上記の条件で行い、それ以外のゾル溶
液の塗布の際の熱処理を、空気雰囲気中、３００〜８０
０℃の熱処理温度で０．５〜５時間加熱する条件で行う
ことが好ましい。即ち、最後のゾル溶液の塗布以外の塗
布の際の熱処理温度は、耐熱性合金基材２の焼鈍温度よ
り低い温度で行うことが好ましい。このようにして、図
１に示すような平滑複合材１が得られる。
層厚は、ゾル溶液の粘度にもよるが、０．１〜０．５μ
ｍ程度である。従って１μｍ以上の層厚を有する平滑層
３を得るには、ゾル溶液の塗布を複数回行うとよい。ゾ
ル溶液の塗布を複数回行う場合には、最後のゾル溶液の
塗布後の熱処理を上記の条件で行い、それ以外のゾル溶
液の塗布の際の熱処理を、空気雰囲気中、３００〜８０
０℃の熱処理温度で０．５〜５時間加熱する条件で行う
ことが好ましい。即ち、最後のゾル溶液の塗布以外の塗
布の際の熱処理温度は、耐熱性合金基材２の焼鈍温度よ
り低い温度で行うことが好ましい。このようにして、図
１に示すような平滑複合材１が得られる。
【００３３】また、平滑層３の形成は、上記のゾルゲル
法と、微粒子スラリ法の組み合わせにより行うこともで
きる。組み合わせによる方法とは、例えばゾル溶液の塗
布と微粒子スラリの塗布を交互に行う等の方法を例示で
きる。
法と、微粒子スラリ法の組み合わせにより行うこともで
きる。組み合わせによる方法とは、例えばゾル溶液の塗
布と微粒子スラリの塗布を交互に行う等の方法を例示で
きる。
【００３４】上記の平滑複合材１によれば、耐熱性合金
基材２上に、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3のうちのい
ずれか１種からなる平滑層３が積層されているので、平
滑複合材１の表面の最大高さＲmaxを小さくすることが
でき、この平滑複合材１をガスタービンや蒸気タービン
の翼の構成材として用いた場合には、ガスタービンや蒸
気タービンの翼の表面近傍を流れる流体のレイノルズ数
を低減することができ、ガスタービンや蒸気タービンの
効率を向上させることができる。
基材２上に、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3のうちのい
ずれか１種からなる平滑層３が積層されているので、平
滑複合材１の表面の最大高さＲmaxを小さくすることが
でき、この平滑複合材１をガスタービンや蒸気タービン
の翼の構成材として用いた場合には、ガスタービンや蒸
気タービンの翼の表面近傍を流れる流体のレイノルズ数
を低減することができ、ガスタービンや蒸気タービンの
効率を向上させることができる。
【００３５】特に、平滑層３がＭＴｉＯ3からなり、耐
熱性合金基材２がＮｉ基超合金からなる平滑複合材は、
大気中１０００℃においても優れた耐熱性を示すため、
ガスタービンの翼の構成材として好適に用いることがで
き、このガスタービンは、優れた耐熱性と表面の平滑性
とを有するので、ガスタービンを高温で稼働できるとと
もに、ガスタービン翼の表面近傍を流れる流体のレイノ
ルズ数を低減してガスタービンの効率を高めることがで
きる。
熱性合金基材２がＮｉ基超合金からなる平滑複合材は、
大気中１０００℃においても優れた耐熱性を示すため、
ガスタービンの翼の構成材として好適に用いることがで
き、このガスタービンは、優れた耐熱性と表面の平滑性
とを有するので、ガスタービンを高温で稼働できるとと
もに、ガスタービン翼の表面近傍を流れる流体のレイノ
ルズ数を低減してガスタービンの効率を高めることがで
きる。
【００３６】また、平滑層３がＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3のう
ちのいずれか１種からなり、耐熱性合金基材２がステン
レス鋼からなる平滑複合材は、大気中６００℃において
も優れた耐熱性を示すため、蒸気タービンの翼の構成材
として好適に用いることができ、この蒸気タービンは、
優れた耐熱性と表面の平滑性を有するので、蒸気タービ
ンを高温で稼働できるとともに、蒸気タービン翼の表面
近傍を流れる流体のレイノルズ数を低減して蒸気タービ
ンの効率を高めることができる。
ちのいずれか１種からなり、耐熱性合金基材２がステン
レス鋼からなる平滑複合材は、大気中６００℃において
も優れた耐熱性を示すため、蒸気タービンの翼の構成材
として好適に用いることができ、この蒸気タービンは、
優れた耐熱性と表面の平滑性を有するので、蒸気タービ
ンを高温で稼働できるとともに、蒸気タービン翼の表面
近傍を流れる流体のレイノルズ数を低減して蒸気タービ
ンの効率を高めることができる。
【００３７】
【実施例】耐熱性合金基材として、SUS410のステンレス
板を用意し、このステンレス板の表面を研磨して、その
表面の最大高さＲmaxを１０μｍとした。次に、このス
テンレス板をＳｉ酸化物前駆体粒子を含むゾル溶液に浸
漬することにより、ステンレス板の表面にゾル溶液を塗
布した。なお、ここで用いたゾル溶液は、日産化学
（株）製のスノーテックスＯＬ(粒度０．０４〜０．０
５μｍ)であり、このゾル溶液の粘度が５センチポイズ
程度になった時点でゾル溶液にステンレス板を浸漬し
た。
板を用意し、このステンレス板の表面を研磨して、その
表面の最大高さＲmaxを１０μｍとした。次に、このス
テンレス板をＳｉ酸化物前駆体粒子を含むゾル溶液に浸
漬することにより、ステンレス板の表面にゾル溶液を塗
布した。なお、ここで用いたゾル溶液は、日産化学
（株）製のスノーテックスＯＬ(粒度０．０４〜０．０
５μｍ)であり、このゾル溶液の粘度が５センチポイズ
程度になった時点でゾル溶液にステンレス板を浸漬し
た。
【００３８】次に、ステンレス板をゾル溶液から引き上
げ、空気雰囲気中、６２５℃で１．５時間熱処理するこ
とにより、ステンレス板上に形成されたゲル膜を熱処理
するとともにステンレス板を焼鈍し、ＳｉＯ2からなる
厚さ１μｍの平滑層を形成した。このようにして平滑複
合材を得た。
げ、空気雰囲気中、６２５℃で１．５時間熱処理するこ
とにより、ステンレス板上に形成されたゲル膜を熱処理
するとともにステンレス板を焼鈍し、ＳｉＯ2からなる
厚さ１μｍの平滑層を形成した。このようにして平滑複
合材を得た。
【００３９】得られた平滑複合材の最大高さＲmaxを測
定したところ、５μｍであった。従って、１回のゾル溶
液の塗布により、表面の最大高さＲmaxを１／２程度に
できることが判明した。
定したところ、５μｍであった。従って、１回のゾル溶
液の塗布により、表面の最大高さＲmaxを１／２程度に
できることが判明した。
【００４０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
平滑複合材は、表面の最大高さＲmaxが小さく平滑性に
優れ、かつ耐熱性に優れた平滑層を具備しているので、
例えばこの平滑複合材をガスタービンや蒸気タービンの
翼の構成材として用いた場合には、ガスタービンや蒸気
タービンの翼の表面近傍を流れる流体のレイノルズ数を
低減することができ、ガスタービンや蒸気タービンの効
率を向上させることができる。
平滑複合材は、表面の最大高さＲmaxが小さく平滑性に
優れ、かつ耐熱性に優れた平滑層を具備しているので、
例えばこの平滑複合材をガスタービンや蒸気タービンの
翼の構成材として用いた場合には、ガスタービンや蒸気
タービンの翼の表面近傍を流れる流体のレイノルズ数を
低減することができ、ガスタービンや蒸気タービンの効
率を向上させることができる。
【００４１】また、本発明の平滑複合材は、前記平滑層
が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3（ただしＭはＭｇ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの少なくとも１種または２種以
上の元素を示す。）のうちのいずれか１種からなり、こ
れらＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3は耐熱性に優れてい
るので、平滑複合材の耐熱性と耐食性をより向上させる
ことができる。
が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3（ただしＭはＭｇ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの少なくとも１種または２種以
上の元素を示す。）のうちのいずれか１種からなり、こ
れらＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＴｉＯ3は耐熱性に優れてい
るので、平滑複合材の耐熱性と耐食性をより向上させる
ことができる。
【００４２】また、本発明の平滑複合材は、平滑層がゾ
ルゲル法により形成されているので、平滑層を緻密に形
成できるとともに最大高さＲmaxをより小さくすること
ができ、また耐熱性合金基材と平滑層との密着性をより
高めることができる。
ルゲル法により形成されているので、平滑層を緻密に形
成できるとともに最大高さＲmaxをより小さくすること
ができ、また耐熱性合金基材と平滑層との密着性をより
高めることができる。
【００４３】本発明のガスタービン翼は、先のいずれか
に記載の平滑複合材から構成されているので、ガスター
ビンを高温で稼働できるとともに、ガスタービンの翼の
表面近傍を流れる流体のレイノルズ数を低減することが
でき、ガスタービンの効率を向上できる。
に記載の平滑複合材から構成されているので、ガスター
ビンを高温で稼働できるとともに、ガスタービンの翼の
表面近傍を流れる流体のレイノルズ数を低減することが
でき、ガスタービンの効率を向上できる。
【００４４】また、本発明の蒸気タービン翼は、先のい
ずれかに記載の平滑複合材から構成されているので、蒸
気タービンを高温で稼働できるとともに、蒸気タービン
の翼の表面近傍を流れる流体のレイノルズ数を低減する
ことができ、蒸気タービンの効率を向上できる。
ずれかに記載の平滑複合材から構成されているので、蒸
気タービンを高温で稼働できるとともに、蒸気タービン
の翼の表面近傍を流れる流体のレイノルズ数を低減する
ことができ、蒸気タービンの効率を向上できる。
【００４５】本発明の平滑複合材の製造方法は、耐熱性
合金基材上に、ゾル溶液を塗布した後に熱処理すること
により平滑層を形成するので、緻密で最大高さＲmaxが
小さく、耐熱性合金基材との密着性が高い平滑層を形成
できる。
合金基材上に、ゾル溶液を塗布した後に熱処理すること
により平滑層を形成するので、緻密で最大高さＲmaxが
小さく、耐熱性合金基材との密着性が高い平滑層を形成
できる。
【００４６】また、本発明の平滑複合材の製造方法は、
前記熱処理によって前記耐熱性合金基材の焼鈍を同時に
行うので、製造工程を短縮でき、平滑複合材の製造コス
トを低減できる。
前記熱処理によって前記耐熱性合金基材の焼鈍を同時に
行うので、製造工程を短縮でき、平滑複合材の製造コス
トを低減できる。
【図１】 本発明の耐熱性複合材を示す断面図であ
る。
る。
【図２】 図１に示す耐熱性複合材の製造方法を説明
するための工程図である。
するための工程図である。
【図３】 図１に示す耐熱性複合材の製造方法を説明
するための工程図である。
するための工程図である。
【図４】 図１に示す耐熱性複合材の製造方法を説明
するための工程図である。
するための工程図である。
１ 平滑複合材 ２ 耐熱性合金基材 ３ 平滑層 ３ａ 上面（表面）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA06 EA08 4F100 AA19B AA20B AA21B AA34B AB31A BA02 EH462 EJ423 EJ483 GB51 JJ03 JJ03A JK15 JK15B 4K022 AA02 AA41 AA49 BA02 BA15 BA20 BA22 BA27 DA06 DB24 EA01 4K044 AA02 AA03 AA06 AB10 BA12 BA13 BA14 BC09 BC11 CA16 CA25 CA27 CA29 CA53 CA62
Claims (11)
- 【請求項１】 耐熱性合金基材上に平滑層が積層され
てなることを特徴とする平滑複合材。 - 【請求項２】 前記平滑層の層厚が０．１μｍ以上５
μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の平滑
複合材。 - 【請求項３】 前記平滑層の表面の最大高さＲmaxが、
５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の平滑複合材。 - 【請求項４】 前記平滑層が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｍ
ＴｉＯ3（ただしＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの
少なくとも１種または２種以上の元素を示す。）のうち
のいずれか１種からなることを特徴とする請求項１ない
し請求項３のいずれかに記載の平滑複合材。 - 【請求項５】 前記平滑層が、ゾルゲル法、微粒子ス
ラリ法の一方または両方の組み合わせにより形成された
ものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４の
いずれかに記載の平滑複合材。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかに
記載の平滑複合材から構成されたことを特徴とするガス
タービン翼。 - 【請求項７】 請求項１ないし請求項５のいずれかに
記載の平滑複合材から構成されたことを特徴とする蒸気
タービン翼。 - 【請求項８】 耐熱性合金基材上に、金属酸化物前駆
体粒子を含むゾル溶液を塗布した後に熱処理することに
より、平滑層を形成することを特徴とする平滑複合材の
製造方法。 - 【請求項９】 前記金属酸化物前駆体粒子は、Ｓｉア
ルコキシド、Ａｌアルコキシド、Ｍ−Ｔｉ複合アルコキ
シド（ただしＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちの少な
くとも１種または２種以上の元素を示す。）のうちのい
ずれか１種を加水分解することにより得られたもの、ま
たはＳｉアルコキシド、Ａｌアルコキシド、前記Ｍ−Ｔ
ｉ複合アルコキシドのいずれか１種からなる微粒子スラ
リのいずれか一方または両方であることを特徴とする請
求項８に記載の平滑複合材の製造方法。 - 【請求項１０】 前記熱処理によって前記耐熱性合金
基材の焼鈍を同時に行うことを特徴とする請求項８また
は請求項９に記載の平滑複合材の製造方法。 - 【請求項１１】 前記熱処理を、空気雰囲気中、３０
０〜８００℃の熱処理温度で０．５〜５時間加熱する条
件で行うことを特徴とする請求項８ないし請求項１０の
いずれかに記載の平滑複合材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000034108A JP2001226783A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 平滑複合材及びガスタービン翼及び蒸気タービン翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000034108A JP2001226783A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 平滑複合材及びガスタービン翼及び蒸気タービン翼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001226783A true JP2001226783A (ja) | 2001-08-21 |
Family
ID=18558489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000034108A Withdrawn JP2001226783A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 平滑複合材及びガスタービン翼及び蒸気タービン翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001226783A (ja) |
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-
2000
- 2000-02-10 JP JP2000034108A patent/JP2001226783A/ja not_active Withdrawn
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