JP2002105620A - 拡散皮膜形成方法 - Google Patents
拡散皮膜形成方法Info
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- JP2002105620A JP2002105620A JP2000295085A JP2000295085A JP2002105620A JP 2002105620 A JP2002105620 A JP 2002105620A JP 2000295085 A JP2000295085 A JP 2000295085A JP 2000295085 A JP2000295085 A JP 2000295085A JP 2002105620 A JP2002105620 A JP 2002105620A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 皮膜材料となる粉末が配置された処理空間内
で前記粉末の上方に母材を配置し、前記処理空間を加熱
して母材の表面に拡散皮膜を形成する方法を提供する。 【解決手段】 ９５０℃程度の加熱処理条件で、拡散皮
膜の供給源としてアルミニウム、フッ化アルミニウムお
よび酸化アルミニウムからなる粉末の組成の調整ならび
に加熱時間および混合粉末の量を調整することにより、
耐酸化性および母材の疲労寿命が良好なアルミニウム拡
散皮膜の品質を制御する。
で前記粉末の上方に母材を配置し、前記処理空間を加熱
して母材の表面に拡散皮膜を形成する方法を提供する。 【解決手段】 ９５０℃程度の加熱処理条件で、拡散皮
膜の供給源としてアルミニウム、フッ化アルミニウムお
よび酸化アルミニウムからなる粉末の組成の調整ならび
に加熱時間および混合粉末の量を調整することにより、
耐酸化性および母材の疲労寿命が良好なアルミニウム拡
散皮膜の品質を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、母材の表面に拡散
皮膜を形成する方法に関し、特に所定の加熱処理条件に
対して皮膜の品質を制御する技術に関する。
皮膜を形成する方法に関し、特に所定の加熱処理条件に
対して皮膜の品質を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば航空機のガスタービンエンジンに
用いられるタービンブレードを燃焼ガスとの反応や高温
酸化からの保護するために、タービンブレードの表面に
拡散皮膜を形成する場合がある。タービンブレードの表
面に拡散皮膜を形成する方法としては、例えば、皮膜材
料となる粉末中にタービンブレードを埋め込んでそれら
を加熱する方法（Pack Cementation）や、皮膜材料とな
る粉末が配置された処理空間内において粉末の上方にタ
ービンブレードを配置して加熱する、いわゆるAbove-Pa
ck法などが知られている。
用いられるタービンブレードを燃焼ガスとの反応や高温
酸化からの保護するために、タービンブレードの表面に
拡散皮膜を形成する場合がある。タービンブレードの表
面に拡散皮膜を形成する方法としては、例えば、皮膜材
料となる粉末中にタービンブレードを埋め込んでそれら
を加熱する方法（Pack Cementation）や、皮膜材料とな
る粉末が配置された処理空間内において粉末の上方にタ
ービンブレードを配置して加熱する、いわゆるAbove-Pa
ck法などが知られている。
【０００３】このうち、Above-Pack法では、Pack Cemen
tation法のように粉末中にタービンブレードを埋め込む
必要がないため、皮膜材料となる粉末の使用量が少なく
て済むという利点を有している。また、拡散皮膜の品質
を制御する際には、処理空間内の粉末量や加熱処理温度
を調整するのが一般的である。
tation法のように粉末中にタービンブレードを埋め込む
必要がないため、皮膜材料となる粉末の使用量が少なく
て済むという利点を有している。また、拡散皮膜の品質
を制御する際には、処理空間内の粉末量や加熱処理温度
を調整するのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のAbove-Pack法では、加熱処理温度が１０００℃以上
である場合が多い。しかしながら、母材の性状や加熱装
置の使用環境などから、例えば９５０℃程度など、加熱
処理温度が１０００℃未満である場合、品質の制御を図
るのが難しい。
来のAbove-Pack法では、加熱処理温度が１０００℃以上
である場合が多い。しかしながら、母材の性状や加熱装
置の使用環境などから、例えば９５０℃程度など、加熱
処理温度が１０００℃未満である場合、品質の制御を図
るのが難しい。
【０００５】本発明は、上述する事情に鑑みてなされた
ものであり、９５０℃程度の加熱処理条件に対して良好
な皮膜を形成することができる拡散皮膜形成方法を提供
することを目的とする。
ものであり、９５０℃程度の加熱処理条件に対して良好
な皮膜を形成することができる拡散皮膜形成方法を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、皮膜材料となる粉末が配置
された処理空間内で前記粉末の上方に母材を配置し、前
記処理空間を加熱して母材の表面に拡散皮膜を形成する
方法において、９５０℃程度の加熱処理条件で前記粉末
の組成を調整することにより皮膜の品質を制御する技術
が採用される。また、請求項２に係る発明は、請求項１
に記載の拡散皮膜形成方法において、前記粉末は、アル
ミニウム、フッ化アルミニウム、及び酸化アルミニウム
からなる技術が採用される。なお、「９５０℃程度」と
は、９３０℃を超え１０００℃未満とする。
め、請求項１に係る発明は、皮膜材料となる粉末が配置
された処理空間内で前記粉末の上方に母材を配置し、前
記処理空間を加熱して母材の表面に拡散皮膜を形成する
方法において、９５０℃程度の加熱処理条件で前記粉末
の組成を調整することにより皮膜の品質を制御する技術
が採用される。また、請求項２に係る発明は、請求項１
に記載の拡散皮膜形成方法において、前記粉末は、アル
ミニウム、フッ化アルミニウム、及び酸化アルミニウム
からなる技術が採用される。なお、「９５０℃程度」と
は、９３０℃を超え１０００℃未満とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】まず、本発明に係る拡散皮膜形成
方法を実施するために好適に用いられる加熱装置につい
て図１を参照して説明する。図１に示す加熱装置１０
は、上述したAbove-Pack法によって母材であるタービン
ブレードＴＢの表面にアルミニウム（Ａｌ）を主体とす
る拡散皮膜を形成するために用いられるものであり、加
熱処理空間１１ａを有する加熱炉１１、タービンブレー
ドＴＢを支持する母材支持台１２、及び加熱処理空間１
１ａにおける加熱処理条件を制御する制御装置１３を主
体に構成されている。
方法を実施するために好適に用いられる加熱装置につい
て図１を参照して説明する。図１に示す加熱装置１０
は、上述したAbove-Pack法によって母材であるタービン
ブレードＴＢの表面にアルミニウム（Ａｌ）を主体とす
る拡散皮膜を形成するために用いられるものであり、加
熱処理空間１１ａを有する加熱炉１１、タービンブレー
ドＴＢを支持する母材支持台１２、及び加熱処理空間１
１ａにおける加熱処理条件を制御する制御装置１３を主
体に構成されている。
【０００８】加熱炉１１の加熱処理空間１１ａには、皮
膜材料となる所定量の混合粉末Ｐｗと、複数のタービン
ブレードＴＢが収容される。混合粉末Ｐｗは加熱処理空
間１１ａの底部に配置され、複数のタービンブレードＴ
Ｂは母材支持台１２に支持されることにより混合粉末Ｐ
ｗの上方に配置されている。
膜材料となる所定量の混合粉末Ｐｗと、複数のタービン
ブレードＴＢが収容される。混合粉末Ｐｗは加熱処理空
間１１ａの底部に配置され、複数のタービンブレードＴ
Ｂは母材支持台１２に支持されることにより混合粉末Ｐ
ｗの上方に配置されている。
【０００９】また、制御装置１３は、上述した混合粉末
Ｐｗ及びタービンブレードＴＢが収容された加熱処理空
間１１ａ内を所望の温度に制御するように構成されてい
る。
Ｐｗ及びタービンブレードＴＢが収容された加熱処理空
間１１ａ内を所望の温度に制御するように構成されてい
る。
【００１０】上記構成の加熱装置１０では、混合粉末Ｐ
ｗ及びタービンブレードＴＢを加熱することにより、混
合粉末Ｐｗの粉末成分が気化してタービンブレードＴＢ
の表面に付着する。そして、タービンブレードＴＢの表
面内部に混合粉末Ｐｗの粉末成分が付着・拡散すること
により、タービンブレードＴＢの表面に拡散皮膜が形成
される。なお、上述した実施の形態において示した各構
成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明
の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき
種々変更可能である。
ｗ及びタービンブレードＴＢを加熱することにより、混
合粉末Ｐｗの粉末成分が気化してタービンブレードＴＢ
の表面に付着する。そして、タービンブレードＴＢの表
面内部に混合粉末Ｐｗの粉末成分が付着・拡散すること
により、タービンブレードＴＢの表面に拡散皮膜が形成
される。なお、上述した実施の形態において示した各構
成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明
の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき
種々変更可能である。
【００１１】ここで、本実施の形態では、母材（タービ
ンブレード）の性状や加熱装置１０の使用環境などに基
づき、皮膜形成時における加熱温度が１０００℃未満と
定められている。また、皮膜の品質規格としては、
（１）所定の厚みで均一であること、（２）耐酸化性が
あること、（３）母材の疲労寿命を低下させるδ相が形
成されないこと、などが定められている。なお、ここで
は、これらの規格の判定基準として、皮膜厚さ、皮膜中
のＡｌ濃度、及び酸化テスト等の検査が実施される。
ンブレード）の性状や加熱装置１０の使用環境などに基
づき、皮膜形成時における加熱温度が１０００℃未満と
定められている。また、皮膜の品質規格としては、
（１）所定の厚みで均一であること、（２）耐酸化性が
あること、（３）母材の疲労寿命を低下させるδ相が形
成されないこと、などが定められている。なお、ここで
は、これらの規格の判定基準として、皮膜厚さ、皮膜中
のＡｌ濃度、及び酸化テスト等の検査が実施される。
【００１２】また、所定の品質規格を達成するための皮
膜の品質の制御としては、従来より、加熱温度、粉末の
収容量（粉末量）、及び加熱時間の調整を行っている。
ところが、Ａｌ濃度と皮膜厚さとの間には相関関係があ
るために、上述したように加熱温度に制限がある場合、
例えば所望のＡｌ濃度を得ようとすると皮膜厚さが足り
ないなど、所定の品質規格を達成できないケースが生じ
る。そのため、本発明に係る拡散皮膜形成方法では、加
熱炉１１内に収容される混合粉末Ｐｗの組成の調整を行
う。
膜の品質の制御としては、従来より、加熱温度、粉末の
収容量（粉末量）、及び加熱時間の調整を行っている。
ところが、Ａｌ濃度と皮膜厚さとの間には相関関係があ
るために、上述したように加熱温度に制限がある場合、
例えば所望のＡｌ濃度を得ようとすると皮膜厚さが足り
ないなど、所定の品質規格を達成できないケースが生じ
る。そのため、本発明に係る拡散皮膜形成方法では、加
熱炉１１内に収容される混合粉末Ｐｗの組成の調整を行
う。
【００１３】以下に、調整された混合粉末Ｐｗの組成の
一例を示す。 〔組成Ａ〕 ＡｌＦ3 …２．７％ Ａｌ …４．８％ Ａｌ2Ｏ3 …９２．５％ ここで、ＡｌＦ3 及びＡｌは供給源、ＡｌＦ3 は活性化
剤として作用する。なお、この粉末組成は一例であり、
品質規格や加熱処理条件に応じて調整される。また、こ
こでは粉末は、ＡｌＦ3 −Ａｌ−Ａｌ2Ｏ3からなってい
るが、このほか、ＡｌＦ3 −ＡｌＴｉ−Ａｌ−Ａｌ2Ｏ
3 を組成成分としたり、ＡｌＦ3 −Ｃｏ 3Ａｌ5 −Ａ
ｌ−Ａｌ2Ｏ3 を組成成分としてもよい。
一例を示す。 〔組成Ａ〕 ＡｌＦ3 …２．７％ Ａｌ …４．８％ Ａｌ2Ｏ3 …９２．５％ ここで、ＡｌＦ3 及びＡｌは供給源、ＡｌＦ3 は活性化
剤として作用する。なお、この粉末組成は一例であり、
品質規格や加熱処理条件に応じて調整される。また、こ
こでは粉末は、ＡｌＦ3 −Ａｌ−Ａｌ2Ｏ3からなってい
るが、このほか、ＡｌＦ3 −ＡｌＴｉ−Ａｌ−Ａｌ2Ｏ
3 を組成成分としたり、ＡｌＦ3 −Ｃｏ 3Ａｌ5 −Ａ
ｌ−Ａｌ2Ｏ3 を組成成分としてもよい。
【００１４】このように混合粉末を調整することによ
り、この拡散皮膜形成方法では、１０００℃未満（例え
ば９５０℃程度）の加熱処理条件に対しても、Ａｌ濃度
と皮膜厚さとの相関関係を変化させて、皮膜の品質を所
望の状態に制御することができる。すなわち、加熱処理
条件に制限が生じる場合にも、混合粉末の調整によっ
て、皮膜の品質を決定する複数の要素の相関関係を変化
させることにより、皮膜の品質の制御を適切に図ること
ができる。なお、皮膜の品質の制御にあたっては、混合
粉末の組成の調整とともに、加熱処理条件として、加熱
温度、加熱時間、及び混合粉末の量を総合的に調整す
る。
り、この拡散皮膜形成方法では、１０００℃未満（例え
ば９５０℃程度）の加熱処理条件に対しても、Ａｌ濃度
と皮膜厚さとの相関関係を変化させて、皮膜の品質を所
望の状態に制御することができる。すなわち、加熱処理
条件に制限が生じる場合にも、混合粉末の調整によっ
て、皮膜の品質を決定する複数の要素の相関関係を変化
させることにより、皮膜の品質の制御を適切に図ること
ができる。なお、皮膜の品質の制御にあたっては、混合
粉末の組成の調整とともに、加熱処理条件として、加熱
温度、加熱時間、及び混合粉末の量を総合的に調整す
る。
【００１５】〔実施例〕続いて、本発明に係る拡散皮膜
形成方法の実施例について説明する。まず、上述した実
施の形態で示した加熱装置を用い、加熱温度９４５℃の
条件のもとで、タービンブレードの表面にＡｌ拡散皮膜
を形成した。混合粉末の組成は以下のとおりである。 〔組成Ｂ〕 ＡｌＦ3 …１．７％ Ａｌ …６．６％ Ａｌ2Ｏ3 …９１．７％
形成方法の実施例について説明する。まず、上述した実
施の形態で示した加熱装置を用い、加熱温度９４５℃の
条件のもとで、タービンブレードの表面にＡｌ拡散皮膜
を形成した。混合粉末の組成は以下のとおりである。 〔組成Ｂ〕 ＡｌＦ3 …１．７％ Ａｌ …６．６％ Ａｌ2Ｏ3 …９１．７％
【００１６】このとき、Ａｌ拡散皮膜の品質規格のう
ち、耐酸化性及び母材の疲労寿命に関しては良好な結果
が得られたが、加熱時間、及び粉末量を調整しても、加
熱温度が９４５℃の条件下では、十分なＡｌ拡散皮膜厚
さが得られなかった。
ち、耐酸化性及び母材の疲労寿命に関しては良好な結果
が得られたが、加熱時間、及び粉末量を調整しても、加
熱温度が９４５℃の条件下では、十分なＡｌ拡散皮膜厚
さが得られなかった。
【００１７】そこで、混合粉末の組成を調整して前述し
た〔組成Ａ〕：ＡｌＦ3 …２．７％、Ａｌ…４．８
％、Ａｌ2Ｏ3…９２．５％とし、加熱温度９４５℃の条
件下でタービンブレードの表面にＡｌ拡散皮膜を形成し
た。このときの皮膜厚さに対する粉末量及び加熱時間の
関係を図２に、また、Ａｌ濃度に対する粉末量及び加熱
時間の関係を図３に示す。この図２及び図３に見られる
ように、組成Ａの混合粉末を用いることにより、図中に
示される所望の規格範囲内に皮膜の品質を制御すること
ができた。
た〔組成Ａ〕：ＡｌＦ3 …２．７％、Ａｌ…４．８
％、Ａｌ2Ｏ3…９２．５％とし、加熱温度９４５℃の条
件下でタービンブレードの表面にＡｌ拡散皮膜を形成し
た。このときの皮膜厚さに対する粉末量及び加熱時間の
関係を図２に、また、Ａｌ濃度に対する粉末量及び加熱
時間の関係を図３に示す。この図２及び図３に見られる
ように、組成Ａの混合粉末を用いることにより、図中に
示される所望の規格範囲内に皮膜の品質を制御すること
ができた。
【００１８】また、図４に、上述した図２及び図３を２
次元的にまとめたものを示す。なお、この図４中、δ相
が形成される境界ラインを点線で示す。この図４から分
かるように、本発明に係る拡散皮膜形成方法に基づいて
皮膜の品質を制御することにより、所望の厚さでかつδ
相がなく、十分な耐酸化性を有する所望の要求条件を満
足する良好なＡｌ拡散皮膜を得ることができた。
次元的にまとめたものを示す。なお、この図４中、δ相
が形成される境界ラインを点線で示す。この図４から分
かるように、本発明に係る拡散皮膜形成方法に基づいて
皮膜の品質を制御することにより、所望の厚さでかつδ
相がなく、十分な耐酸化性を有する所望の要求条件を満
足する良好なＡｌ拡散皮膜を得ることができた。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る拡散
皮膜形成方法では、混合粉末の組成を調整することによ
り、９５０℃程度の加熱処理条件に対しても、良好な皮
膜を形成することができる。また、アルミニウム、フッ
化アルミニウム、及び酸化アルミニウムからなる粉末組
成とすることにより、良好なアルミニウム拡散皮膜が得
られる。
皮膜形成方法では、混合粉末の組成を調整することによ
り、９５０℃程度の加熱処理条件に対しても、良好な皮
膜を形成することができる。また、アルミニウム、フッ
化アルミニウム、及び酸化アルミニウムからなる粉末組
成とすることにより、良好なアルミニウム拡散皮膜が得
られる。
【図１】 本発明に係る拡散皮膜形成方法を実施するの
に好適な加熱装置の構成を示す図である。
に好適な加熱装置の構成を示す図である。
【図２】 皮膜厚さに対する粉末量及び加熱時間の関係
を示すグラフ図である。
を示すグラフ図である。
【図３】 Ａｌ濃度に対する粉末量及び加熱時間の関係
を示すグラフ図である。
を示すグラフ図である。
【図４】 加熱時間と拡散皮膜厚さの関係を示すグラフ
図である。
図である。
ＴＢ タービンブレード（母材） Ｐｗ 混合粉末（粉末） １０ 加熱装置 １１ａ 加熱処理空間 １１ 加熱炉 １２ 母材支持台 １３ 制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ト部 健人 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石 川島播磨重工業株式会社瑞穂工場内 Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA06 EA08
Claims (2)
- 【請求項１】 皮膜材料となる粉末が配置された処理空
間内で前記粉末の上方に母材を配置し、前記処理空間を
加熱して母材の表面に拡散皮膜を形成する方法におい
て、 ９５０℃程度の加熱処理条件で前記粉末の組成を調整す
ることにより皮膜の品質を制御することを特徴とする拡
散皮膜形成方法。 - 【請求項２】 前記粉末は、アルミニウム、フッ化アル
ミニウム、及び酸化アルミニウムからなることを特徴と
する請求項１に記載の拡散皮膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000295085A JP2002105620A (ja) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | 拡散皮膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000295085A JP2002105620A (ja) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | 拡散皮膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002105620A true JP2002105620A (ja) | 2002-04-10 |
Family
ID=18777571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000295085A Pending JP2002105620A (ja) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | 拡散皮膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002105620A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017121623A (ja) * | 2015-12-16 | 2017-07-13 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | コーティング方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52103335A (en) * | 1976-02-25 | 1977-08-30 | United Technologies Corp | Method of applying aluminum coat on internal passage within metal substrate |
| JPH1072658A (ja) * | 1996-08-30 | 1998-03-17 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 金属材のアルミニウム拡散コーティング方法及びその装置 |
-
2000
- 2000-09-27 JP JP2000295085A patent/JP2002105620A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52103335A (en) * | 1976-02-25 | 1977-08-30 | United Technologies Corp | Method of applying aluminum coat on internal passage within metal substrate |
| JPH1072658A (ja) * | 1996-08-30 | 1998-03-17 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 金属材のアルミニウム拡散コーティング方法及びその装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017121623A (ja) * | 2015-12-16 | 2017-07-13 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | コーティング方法 |
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