JP2002155380A - 耐酸化性皮膜、関連物品及び方法 - Google Patents
耐酸化性皮膜、関連物品及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属基板（特に超合金基板）用の新規被覆組
成物の提供。 【解決手段】 約３０〜５５原子％のアルミニウム及び
約０．５〜３原子％のタンタルを含有し、残部のニッケ
ル、コバルト、鉄又はこれらの混合物である合金から形
成された耐酸化性皮膜が提供される。皮膜はクロム及び
貴金属を含有していてもよいし、ジルコニウムやモリブ
デンのような他の成分を含有してもよい。耐酸化性皮膜
を基板に施工する方法も提供される。基板は超合金材料
から形成でき、例えばタービンエンジン部品である。関
連した物品も開示されている。
成物の提供。 【解決手段】 約３０〜５５原子％のアルミニウム及び
約０．５〜３原子％のタンタルを含有し、残部のニッケ
ル、コバルト、鉄又はこれらの混合物である合金から形
成された耐酸化性皮膜が提供される。皮膜はクロム及び
貴金属を含有していてもよいし、ジルコニウムやモリブ
デンのような他の成分を含有してもよい。耐酸化性皮膜
を基板に施工する方法も提供される。基板は超合金材料
から形成でき、例えばタービンエンジン部品である。関
連した物品も開示されている。
Description
【０００１】
【発明の背景】広義には、本発明は金属に施された保護
皮膜に関する。さらに具体的には、本発明は高温で使用
される各種金属基板（例えば超合金基板）に耐酸化性そ
の他の属性を付与する金属皮膜に関する。
皮膜に関する。さらに具体的には、本発明は高温で使用
される各種金属基板（例えば超合金基板）に耐酸化性そ
の他の属性を付与する金属皮膜に関する。
【０００２】金属合金は、極端な運転条件を含む工業的
環境で用いられることが多々ある。例えば、合金は約７
５０℃を上回る高温に暴露されることがある。さらに、
合金は繰り返し温度サイクルに付されることがあり、例
えば高温に暴露された後室温まで冷却され、その後急速
に再加熱されることがある。例えば、ガスタービンエン
ジンは運転中に繰り返し温度サイクルを受けることが多
い。さらに、燃料効率を高めるため、タービンエンジン
の標準運転温度は高まる傾向にある。
環境で用いられることが多々ある。例えば、合金は約７
５０℃を上回る高温に暴露されることがある。さらに、
合金は繰り返し温度サイクルに付されることがあり、例
えば高温に暴露された後室温まで冷却され、その後急速
に再加熱されることがある。例えば、ガスタービンエン
ジンは運転中に繰り返し温度サイクルを受けることが多
い。さらに、燃料効率を高めるため、タービンエンジン
の標準運転温度は高まる傾向にある。
【０００３】タービンエンジン部品（及び他の工業的部
品）は超合金から形成されることが多く、通常はニッケ
ル基、コバルト基又は鉄基超合金である。超合金は種々
の極端な運転条件に耐え得る。しかし、環境劣化、例え
ば腐食や酸化による悪影響から保護する皮膜で超合金を
被覆しなければならないことが多い。
品）は超合金から形成されることが多く、通常はニッケ
ル基、コバルト基又は鉄基超合金である。超合金は種々
の極端な運転条件に耐え得る。しかし、環境劣化、例え
ば腐食や酸化による悪影響から保護する皮膜で超合金を
被覆しなければならないことが多い。
【０００４】超合金その他の高性能金属の保護に各種の
皮膜が用いられている。一例は、ＭＣｒＡｌＹ（式中、
Ｍは鉄、ニッケル、コバルト又はこれらの組合せであ
る）のような材料をベースとした皮膜である。これらの
材料は、高速ガス炎溶射（ＨＶＯＦ）、プラズマ溶射又
は電子ビーム蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）などの各種技術方法
で施工できる。別のタイプの保護皮膜として、ニッケル
−アルミナイドや白金−ニッケル−アルミナイドのよう
なアルミナイド材料がある。これらの皮膜の施工にも種
々の技術を使用できる。例えば、基板上に白金を電気メ
ッキし、次いで拡散工程を行い、次いでアルミナイジン
グ工程、例えばパックアルミナイジングを行うことがで
きる。
皮膜が用いられている。一例は、ＭＣｒＡｌＹ（式中、
Ｍは鉄、ニッケル、コバルト又はこれらの組合せであ
る）のような材料をベースとした皮膜である。これらの
材料は、高速ガス炎溶射（ＨＶＯＦ）、プラズマ溶射又
は電子ビーム蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）などの各種技術方法
で施工できる。別のタイプの保護皮膜として、ニッケル
−アルミナイドや白金−ニッケル−アルミナイドのよう
なアルミナイド材料がある。これらの皮膜の施工にも種
々の技術を使用できる。例えば、基板上に白金を電気メ
ッキし、次いで拡散工程を行い、次いでアルミナイジン
グ工程、例えばパックアルミナイジングを行うことがで
きる。
【０００５】被覆法とは関係なく、運転温度を高める技
術的趨勢から、皮膜とその下側の金属基板が腐食及び酸
化侵食を起こす傾向は増大し続けている。したがって、
金属基板（特に超合金基板）用の新しい被覆組成物は当
技術分野で歓迎されるはずである。かかる組成物は、概
して、現在用いられている皮膜よりも、特に約１０００
℃を上回る使用温度、好ましくは約１１００℃を上回る
使用温度で、優れた耐酸化性を与えるべきである。さら
に、その耐酸化性は、被覆基板を後述の通り相当なレベ
ルの温度サイクルに付しても、概ね維持されるべきであ
る。
術的趨勢から、皮膜とその下側の金属基板が腐食及び酸
化侵食を起こす傾向は増大し続けている。したがって、
金属基板（特に超合金基板）用の新しい被覆組成物は当
技術分野で歓迎されるはずである。かかる組成物は、概
して、現在用いられている皮膜よりも、特に約１０００
℃を上回る使用温度、好ましくは約１１００℃を上回る
使用温度で、優れた耐酸化性を与えるべきである。さら
に、その耐酸化性は、被覆基板を後述の通り相当なレベ
ルの温度サイクルに付しても、概ね維持されるべきであ
る。
【０００６】新規組成物は、当技術分野で現在利用可能
な方法で施工できるべきである。さらに、組成物は、特
定の最終用途に適合させるため種類又は量の変更可能な
成分に基づくべきである。例えば、組成物は、広範囲の
用途で、高価な成分を高レベルで含有させる必要のない
ものであるべきである。最後に、例えば耐食性や延性な
ど、新規組成物の他の特性は概ね許容範囲に維持される
べきである。
な方法で施工できるべきである。さらに、組成物は、特
定の最終用途に適合させるため種類又は量の変更可能な
成分に基づくべきである。例えば、組成物は、広範囲の
用途で、高価な成分を高レベルで含有させる必要のない
ものであるべきである。最後に、例えば耐食性や延性な
ど、新規組成物の他の特性は概ね許容範囲に維持される
べきである。
【０００７】
【発明の概要】本発明の一実施形態は、約３０〜５５原
子％のアルミニウム、約０．５〜３原子％のタンタル、
及び残部のニッケル、コバルト、鉄及びこれらの混合物
からなる群から選択される１種以上の主金属を含んでな
る合金から形成された耐酸化性皮膜を提供する。
子％のアルミニウム、約０．５〜３原子％のタンタル、
及び残部のニッケル、コバルト、鉄及びこれらの混合物
からなる群から選択される１種以上の主金属を含んでな
る合金から形成された耐酸化性皮膜を提供する。
【０００８】好ましい実施形態では、合金は白金又はパ
ラジウムのような貴金属も含む。さらに、合金はクロム
を含むことが多い。クロムは、下側の基板からの拡散に
よって得ることもできるし、及び／又は堆積合金組成の
一部として含有させることもできる。同様に、主金属は
基板から拡散させることもできるし、或いは堆積合金の
一部として含有させることもできる。
ラジウムのような貴金属も含む。さらに、合金はクロム
を含むことが多い。クロムは、下側の基板からの拡散に
よって得ることもできるし、及び／又は堆積合金組成の
一部として含有させることもできる。同様に、主金属は
基板から拡散させることもできるし、或いは堆積合金の
一部として含有させることもできる。
【０００９】後述の実施形態の幾つかでは、他の元素が
合金組成に含まれる。他の元素の例として、ジルコニウ
ム、チタン、ハフニウム、ケイ素、ホウ素、炭素、イッ
トリウム及びこれらの組合せが挙げられる。ジルコニウ
ムは一部の実施形態で特に好ましい。さらに本発明の範
囲内に入る他の組成物は好適にはモリブデンを含む。
合金組成に含まれる。他の元素の例として、ジルコニウ
ム、チタン、ハフニウム、ケイ素、ホウ素、炭素、イッ
トリウム及びこれらの組合せが挙げられる。ジルコニウ
ムは一部の実施形態で特に好ましい。さらに本発明の範
囲内に入る他の組成物は好適にはモリブデンを含む。
【００１０】後述の通り、本発明の最終用途によって
は、低レベル、すなわち約３０〜４５原子％のアルミニ
ウムが有利である。他の最終用途では高レベル、すなわ
ち約４５〜５５原子％のアルミニウムを用いる。いずれ
の場合も、合金組成は上述し、以下に詳述する他の成分
の一部又は全部を含有し得る。
は、低レベル、すなわち約３０〜４５原子％のアルミニ
ウムが有利である。他の最終用途では高レベル、すなわ
ち約４５〜５５原子％のアルミニウムを用いる。いずれ
の場合も、合金組成は上述し、以下に詳述する他の成分
の一部又は全部を含有し得る。
【００１１】本発明の他の実施形態は、金属基基板、例
えば超合金表面に環境保護性を付与する方法を提供す
る。この方法では、基板自体から組成物に取り込む成分
（例えばニッケル又はクロム）を除いて、上述の合金組
成物を基板に施工する。後述の通り、皮膜は慣用法で施
工する。一段階又は多段階いずれの方法を用いてもよ
い。
えば超合金表面に環境保護性を付与する方法を提供す
る。この方法では、基板自体から組成物に取り込む成分
（例えばニッケル又はクロム）を除いて、上述の合金組
成物を基板に施工する。後述の通り、皮膜は慣用法で施
工する。一段階又は多段階いずれの方法を用いてもよ
い。
【００１２】本発明のさらに他の実施形態は、（ｉ）金
属基基板及び（ｉｉ）基板上に前述の（以下に詳述す
る）合金から形成された耐酸化性皮膜を備える物品を提
供する。別の例では、耐酸化性皮膜を遮熱コーティング
で被覆する。基板は、多くの場合超合金であり、タービ
ンエンジンの部品とすることができる。
属基基板及び（ｉｉ）基板上に前述の（以下に詳述す
る）合金から形成された耐酸化性皮膜を備える物品を提
供する。別の例では、耐酸化性皮膜を遮熱コーティング
で被覆する。基板は、多くの場合超合金であり、タービ
ンエンジンの部品とすることができる。
【００１３】本明細書中では、耐酸化性皮膜用の合金成
分は好適には「原子％」で表される。これらの値の「重
量％」への換算は、各元素の原子量を用いて簡単に行う
ことができる。上述のアルミニウム／タンタル／主金属
組成についての一例を示すと、「約３０〜５５原子％の
アルミニウム」は約１５〜３５．５重量％のアルミニウ
ムに相当する。「約０．５〜３原子％のタンタル」の範
囲は約２．２〜１０．３重量％のタンタルに相当する。
（残部は、後述の通りニッケルその他の主金属であ
る。）。同様に、三成分合金について、白金を貴金属の
例として説明すると、近似範囲は次の通りである。
分は好適には「原子％」で表される。これらの値の「重
量％」への換算は、各元素の原子量を用いて簡単に行う
ことができる。上述のアルミニウム／タンタル／主金属
組成についての一例を示すと、「約３０〜５５原子％の
アルミニウム」は約１５〜３５．５重量％のアルミニウ
ムに相当する。「約０．５〜３原子％のタンタル」の範
囲は約２．２〜１０．３重量％のタンタルに相当する。
（残部は、後述の通りニッケルその他の主金属であ
る。）。同様に、三成分合金について、白金を貴金属の
例として説明すると、近似範囲は次の通りである。
【００１４】
【表１】
【００１５】この場合も残部は主金属である。
【００１６】Ａｌ／Ｔａ／Ｃｒ合金系の場合には、以下
の換算表が役立つ（残部は主金属である）。
の換算表が役立つ（残部は主金属である）。
【００１７】
【表２】
【００１８】本発明の好ましい実施形態の幾つかについ
て、他の範囲換算を以下に示す。本発明の種々の特徴に
関するその他の詳細は以下に説明する。
て、他の範囲換算を以下に示す。本発明の種々の特徴に
関するその他の詳細は以下に説明する。
【００１９】
【発明の実施の形態】前述の通り、本発明の一実施形態
には、約３０〜約５５原子％のアルミニウム及び約０．
５〜約３原子％のタンタルを含む合金から形成される皮
膜が包含される。残部は、ニッケル、コバルト、鉄又は
これらの混合物（以下「主金属」（ｂａｓｅ ｍｅｔａ
ｌ）ともいう。）を含む。
には、約３０〜約５５原子％のアルミニウム及び約０．
５〜約３原子％のタンタルを含む合金から形成される皮
膜が包含される。残部は、ニッケル、コバルト、鉄又は
これらの混合物（以下「主金属」（ｂａｓｅ ｍｅｔａ
ｌ）ともいう。）を含む。
【００２０】ある実施形態で好ましいアルミニウムのレ
ベルは約３５原子％〜約５５原子％である。タンタルの
好ましいレベルは約０．５原子％〜約２原子％である。
幾つかの特に好ましい実施形態では、アルミニウムは約
４０原子％〜約５０原子％の範囲内のレベルで存在し、
タンタルは約０．７４原子％〜約１．７５原子％の範囲
内のレベルで存在する。多くの実施形態では、残部は好
ましくはニッケル又はニッケルとコバルトの組合せ、例
えばニッケル／コバルト比（原子％）約９９：１〜約５
０：５０の範囲内の組合せである。
ベルは約３５原子％〜約５５原子％である。タンタルの
好ましいレベルは約０．５原子％〜約２原子％である。
幾つかの特に好ましい実施形態では、アルミニウムは約
４０原子％〜約５０原子％の範囲内のレベルで存在し、
タンタルは約０．７４原子％〜約１．７５原子％の範囲
内のレベルで存在する。多くの実施形態では、残部は好
ましくはニッケル又はニッケルとコバルトの組合せ、例
えばニッケル／コバルト比（原子％）約９９：１〜約５
０：５０の範囲内の組合せである。
【００２１】場合によっては、ニッケルその他の主金属
の供給源が皮膜が施工される基板であることもある。耐
熱合金（例えば超合金）でできた基板はこれらの金属の
１種以上を含んでいる。かかる基板表面を皮膜と高温
（例えば約９００℃以上）で接触させると、基板から皮
膜への主金属の実質的拡散（すなわち移動）が起こる。
なお、本発明では、主金属の一部が成膜時の皮膜に含ま
れ、主金属の残部が基板から皮膜中へと拡散することも
想定される。また、クロムの移動に関して以下で説明す
る通り、主金属は部品の使用時に基板から皮膜中に拡散
することもある。
の供給源が皮膜が施工される基板であることもある。耐
熱合金（例えば超合金）でできた基板はこれらの金属の
１種以上を含んでいる。かかる基板表面を皮膜と高温
（例えば約９００℃以上）で接触させると、基板から皮
膜への主金属の実質的拡散（すなわち移動）が起こる。
なお、本発明では、主金属の一部が成膜時の皮膜に含ま
れ、主金属の残部が基板から皮膜中へと拡散することも
想定される。また、クロムの移動に関して以下で説明す
る通り、主金属は部品の使用時に基板から皮膜中に拡散
することもある。
【００２２】このタイプ（すなわちクロムなし）の皮膜
は、ある種の最終用途に適したレベルの耐酸化性及び延
性をもつ。例えば、これらの皮膜は、約１１００℃を超
える温度にさほど暴露されない用途、或いは大した量の
温度サイクルを要さない用途に有用なことがある。金属
分野の当業者であれば、通常の評価法を用いて、かかる
皮膜が具体的用途での要件を満たすか否かを判定できる
はずである。
は、ある種の最終用途に適したレベルの耐酸化性及び延
性をもつ。例えば、これらの皮膜は、約１１００℃を超
える温度にさほど暴露されない用途、或いは大した量の
温度サイクルを要さない用途に有用なことがある。金属
分野の当業者であれば、通常の評価法を用いて、かかる
皮膜が具体的用途での要件を満たすか否かを判定できる
はずである。
【００２３】これらの合金は場合により１種以上の貴金
属を含んでおり、かかる貴金属は皮膜の耐酸化性を高め
ることが多い。貴金属の例としては、白金、パラジウ
ム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム及びこれらの混
合物がある。具体的な貴金属の選択は、コスト、入手容
易性、必要とされる延性、耐酸化性要求など種々の要因
に依存する。白金、パラジウム及びルテニウムが好まし
い貴金属であり、多くの場合白金が最も好ましい。貴金
属の使用量は、前述の要因並びにその他の要件、例えば
貴金属のアルミナイド相への溶解性に依存する。大抵
は、白金は約１原子％〜約１０原子％の範囲内のレベル
で使用される。他の貴金属は約１原子％〜約３０原子％
の範囲内のレベルで存在し得る。
属を含んでおり、かかる貴金属は皮膜の耐酸化性を高め
ることが多い。貴金属の例としては、白金、パラジウ
ム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム及びこれらの混
合物がある。具体的な貴金属の選択は、コスト、入手容
易性、必要とされる延性、耐酸化性要求など種々の要因
に依存する。白金、パラジウム及びルテニウムが好まし
い貴金属であり、多くの場合白金が最も好ましい。貴金
属の使用量は、前述の要因並びにその他の要件、例えば
貴金属のアルミナイド相への溶解性に依存する。大抵
は、白金は約１原子％〜約１０原子％の範囲内のレベル
で使用される。他の貴金属は約１原子％〜約３０原子％
の範囲内のレベルで存在し得る。
【００２４】幾つかの好ましい実施形態では、これらの
合金は比較的少量の他の元素を含む。例えば、合金は、
ジルコニウム、チタン、ハフニウム、ケイ素、炭素、ホ
ウ素及びイットリウムからなる群から選択される１種以
上の成分を含有し得る。これら他の元素の合計量は通常
約０．１原子％〜約５原子％の範囲、好ましくは約０．
４原子％〜約２．５原子％の範囲にある。これらの追加
元素の好ましい群は、ジルコニウム、ハフニウム、ケイ
素、イットリウム及びこれらの混合物である。多くの場
合、これらの追加元素を含有させると、耐酸化性及び関
連特性、例えば剥離防止性がさらに向上する。幾つかの
実施形態では、ジルコニウム又はハフニウムが特に好ま
しい。追加元素は各々通常約０．１原子％〜約１原子
％、好ましくは約０．２原子％〜約０．８原子％の範囲
内のレベルで使用される。
合金は比較的少量の他の元素を含む。例えば、合金は、
ジルコニウム、チタン、ハフニウム、ケイ素、炭素、ホ
ウ素及びイットリウムからなる群から選択される１種以
上の成分を含有し得る。これら他の元素の合計量は通常
約０．１原子％〜約５原子％の範囲、好ましくは約０．
４原子％〜約２．５原子％の範囲にある。これらの追加
元素の好ましい群は、ジルコニウム、ハフニウム、ケイ
素、イットリウム及びこれらの混合物である。多くの場
合、これらの追加元素を含有させると、耐酸化性及び関
連特性、例えば剥離防止性がさらに向上する。幾つかの
実施形態では、ジルコニウム又はハフニウムが特に好ま
しい。追加元素は各々通常約０．１原子％〜約１原子
％、好ましくは約０．２原子％〜約０．８原子％の範囲
内のレベルで使用される。
【００２５】本発明の他の好ましい実施形態では、合金
組成はモリブデンを含む。本発明者らは、アルミニウム
の含有レベルが比較的低くても、モリブデンの存在によ
り予期せざる良好な耐酸化性が得られることを見出し
た。したがって、このタイプの合金の具体例は、主金属
と共に、アルミニウム、タンタル及びモリブデンを含
む。モリブデンのレベルは通常約０．２原子％〜約２原
子％の範囲内にある。大抵は、モリブデンの好ましいレ
ベルは約０．５原子％〜約１．５原子％の範囲である。
特に好ましい実施形態では、この合金は前述の通り１種
以上の貴金属も含んでいる。
組成はモリブデンを含む。本発明者らは、アルミニウム
の含有レベルが比較的低くても、モリブデンの存在によ
り予期せざる良好な耐酸化性が得られることを見出し
た。したがって、このタイプの合金の具体例は、主金属
と共に、アルミニウム、タンタル及びモリブデンを含
む。モリブデンのレベルは通常約０．２原子％〜約２原
子％の範囲内にある。大抵は、モリブデンの好ましいレ
ベルは約０．５原子％〜約１．５原子％の範囲である。
特に好ましい実施形態では、この合金は前述の通り１種
以上の貴金属も含んでいる。
【００２６】多くの好ましい実施形態では、上述の組成
物は約１原子％〜約１５原子％のクロムを含む。大抵
は、クロムの存在により皮膜の耐酸化性及び高温耐食性
が向上する。多くの場合、クロムを使用すると、かかる
有利な特性を付与するための他の任意成分の必要性が低
減する（或いは好ましいレベルが低下する）。例えば、
クロムを含む皮膜組成物は、白金又はパラジウムのよう
な高価な元素をほんのわずか使用すれば、ほぼ同レベル
の耐酸化性及び耐食性を達成できる。
物は約１原子％〜約１５原子％のクロムを含む。大抵
は、クロムの存在により皮膜の耐酸化性及び高温耐食性
が向上する。多くの場合、クロムを使用すると、かかる
有利な特性を付与するための他の任意成分の必要性が低
減する（或いは好ましいレベルが低下する）。例えば、
クロムを含む皮膜組成物は、白金又はパラジウムのよう
な高価な元素をほんのわずか使用すれば、ほぼ同レベル
の耐酸化性及び耐食性を達成できる。
【００２７】これらのクロム含有皮膜系の多くは、約３
０原子％〜約５５原子％のアルミニウム、約０．５原子
％〜約３原子％のタンタル、約１原子％〜約１５原子％
のクロム、及び残部のニッケル、コバルト、鉄又はこれ
らの混合物を含んでなる。クロムの好ましいレベルは多
くの場合約１原子％〜約１０原子％の範囲内にある。
０原子％〜約５５原子％のアルミニウム、約０．５原子
％〜約３原子％のタンタル、約１原子％〜約１５原子％
のクロム、及び残部のニッケル、コバルト、鉄又はこれ
らの混合物を含んでなる。クロムの好ましいレベルは多
くの場合約１原子％〜約１０原子％の範囲内にある。
【００２８】主金属の場合と同様に、クロムの供給源が
基板であることもある。耐熱合金（例えば超合金）から
形成した基板は普通クロムを含んでいる。かかる基板表
面を皮膜と高温（例えば約９００℃以上）で接触させる
と、クロムの皮膜中への実質的な拡散（すなわち移動）
が起こる。そこで、拡散は様々な手段で起こり得る。例
えば、アルミナイジング法を用いて皮膜を基板に高温で
施工すると、表面領域から皮膜へのクロムの移動が起こ
る。別法として（又はかかる成膜法に加えて）、その後
被覆基板を熱処理することで通常クロム移動が起こる。
基板であることもある。耐熱合金（例えば超合金）から
形成した基板は普通クロムを含んでいる。かかる基板表
面を皮膜と高温（例えば約９００℃以上）で接触させる
と、クロムの皮膜中への実質的な拡散（すなわち移動）
が起こる。そこで、拡散は様々な手段で起こり得る。例
えば、アルミナイジング法を用いて皮膜を基板に高温で
施工すると、表面領域から皮膜へのクロムの移動が起こ
る。別法として（又はかかる成膜法に加えて）、その後
被覆基板を熱処理することで通常クロム移動が起こる。
【００２９】さらに、クロム含有基板が運転中に高温に
暴露される部品（例えばタービンエンジン部品）である
場合、かかる使用温度によってクロムの皮膜中への拡散
が起こる。なお、本発明では、クロムの一部が成膜時の
皮膜に含まれ、クロムの残部が基板から皮膜中へと拡散
することも想定される。皮膜中のクロムの量は、例えば
電子プローブマイクロアナリシス、Ｘ線蛍光法又は原子
吸光分光法などの当技術分野で公知の方法で測定でき
る。
暴露される部品（例えばタービンエンジン部品）である
場合、かかる使用温度によってクロムの皮膜中への拡散
が起こる。なお、本発明では、クロムの一部が成膜時の
皮膜に含まれ、クロムの残部が基板から皮膜中へと拡散
することも想定される。皮膜中のクロムの量は、例えば
電子プローブマイクロアナリシス、Ｘ線蛍光法又は原子
吸光分光法などの当技術分野で公知の方法で測定でき
る。
【００３０】クロム含有組成物についての好ましいアル
ミニウム量は通常約３５原子％〜約５５原子％である
が、アルミニウム量の種々異なる幾つかの実施形態は以
下に示す。好ましいタンタル量は、例えばニッケル又は
ニッケル−コバルトなどの好ましい主金属についての説
明と共に述べた通りである。さらに、クロム含有実施形
態では、他の実施形態について述べた通り、１種以上の
貴金属を含んでいてもよい。
ミニウム量は通常約３５原子％〜約５５原子％である
が、アルミニウム量の種々異なる幾つかの実施形態は以
下に示す。好ましいタンタル量は、例えばニッケル又は
ニッケル−コバルトなどの好ましい主金属についての説
明と共に述べた通りである。さらに、クロム含有実施形
態では、他の実施形態について述べた通り、１種以上の
貴金属を含んでいてもよい。
【００３１】例示的なＡｌ／Ｔａ／Ｃｒ／Ｐｔ合金系
（残部として主金属を含む）についての換算表を以下に
示す。
（残部として主金属を含む）についての換算表を以下に
示す。
【００３２】
【表３】
【００３３】クロム含有実施形態では、前述の他の元
素、例えば、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、ケイ
素、ホウ素、炭素、イットリウム及びこれらの混合物も
含んでいてもよい。具体的な元素又は元素の組合せの選
択は、所望の皮膜特性並びに前述の他の要因に依存す
る。これらの元素についての好ましいレベルは前述の通
りである。
素、例えば、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、ケイ
素、ホウ素、炭素、イットリウム及びこれらの混合物も
含んでいてもよい。具体的な元素又は元素の組合せの選
択は、所望の皮膜特性並びに前述の他の要因に依存す
る。これらの元素についての好ましいレベルは前述の通
りである。
【００３４】幾つかのクロム含有実施形態では（他の実
施形態と同様）、ジルコニウムを含有させるのが特に好
ましい。通常、ジルコニウムは約０．１原子％〜約１原
子％、好ましくは約０．２原子％〜約０．８原子％の範
囲内のレベルで存在する。以下の実施例で示す通り、ジ
ルコニウムの存在によって、耐酸化性が向上し、熱成長
酸化物（ＴＧＯ）の成長が大幅に低減することが多い。
場合によっては、実施例で示す通り、貴金属もジルコニ
ウム含有合金中に存在する。
施形態と同様）、ジルコニウムを含有させるのが特に好
ましい。通常、ジルコニウムは約０．１原子％〜約１原
子％、好ましくは約０．２原子％〜約０．８原子％の範
囲内のレベルで存在する。以下の実施例で示す通り、ジ
ルコニウムの存在によって、耐酸化性が向上し、熱成長
酸化物（ＴＧＯ）の成長が大幅に低減することが多い。
場合によっては、実施例で示す通り、貴金属もジルコニ
ウム含有合金中に存在する。
【００３５】例示的なＡｌ／Ｔａ／Ｃｒ／Ｚｒ合金系
（残部として主金属を含む）についての換算表を以下に
示す。
（残部として主金属を含む）についての換算表を以下に
示す。
【００３６】
【表４】
【００３７】クロム含有実施形態の幾つかでは、モリブ
デンを含有させるのが好ましい。モリブデンは、上述
し、かつ実施例に示す性能上の利点をもたらす。通常、
モリブデンは上述のレベルで存在する。
デンを含有させるのが好ましい。モリブデンは、上述
し、かつ実施例に示す性能上の利点をもたらす。通常、
モリブデンは上述のレベルで存在する。
【００３８】前述の通り、本発明の被覆組成物の用途が
異なると、有効なアルミニウムレベルも上述の広い範囲
内で種々変更し得る。高度の耐酸化性が必要とされる用
途では、皮膜中のアルミニウム量を高くするのが望まし
く、例えば約４５〜約５５原子％の範囲内のレベルとし
得る。
異なると、有効なアルミニウムレベルも上述の広い範囲
内で種々変更し得る。高度の耐酸化性が必要とされる用
途では、皮膜中のアルミニウム量を高くするのが望まし
く、例えば約４５〜約５５原子％の範囲内のレベルとし
得る。
【００３９】しかし、他の用途では、アルミニウムレベ
ルが高いと、例えばタービン翼形部壁などの場合、基板
材料が過度に消費されてしまうことがある。この現象
は、アルミニウムが高温で皮膜から基板中に移動して、
界面部で拡散領域を形成するときに起こると考えられ
る。かかる場合、例えば約３０〜約４５原子％のように
低いアルミニウム量が望ましい。アルミニウム量が低い
と、良好な耐酸化性を付与しつつ、初期皮膜における移
動のための予備量が少なくなるようである。当業者であ
れば、本明細書の教示にしたがって、所定の最終用途に
最も適したアルミニウム量を選択することができる。
ルが高いと、例えばタービン翼形部壁などの場合、基板
材料が過度に消費されてしまうことがある。この現象
は、アルミニウムが高温で皮膜から基板中に移動して、
界面部で拡散領域を形成するときに起こると考えられ
る。かかる場合、例えば約３０〜約４５原子％のように
低いアルミニウム量が望ましい。アルミニウム量が低い
と、良好な耐酸化性を付与しつつ、初期皮膜における移
動のための予備量が少なくなるようである。当業者であ
れば、本明細書の教示にしたがって、所定の最終用途に
最も適したアルミニウム量を選択することができる。
【００４０】本発明の別の実施形態では、金属基基板に
環境保護を付与する方法が提供される。本明細書中で用
いる「環境保護」とは、金属基板を、例えば酸化や腐食
などの種々の悪影響から保護することを意味する。この
方法は、基板上に皮膜を形成する工程を含んでなり、上
記皮膜は、約３０〜５５原子％のアルミニウム、約０．
５〜３原子％のタンタル、及び残部のニッケル、コバル
ト、鉄及びこれらの混合物からなる群から選択される主
金属を含んでなる合金組成を有する。前述の通り、主金
属は下側の基板からの拡散によって得ることができる。
したがって、ここで「基板上に皮膜を形成する工程」と
は、皮膜材料全体を堆積することだけでなく、皮膜材料
の一部を堆積し、次いで残りの成分を基板から堆積皮膜
中に拡散させることも包含する。
環境保護を付与する方法が提供される。本明細書中で用
いる「環境保護」とは、金属基板を、例えば酸化や腐食
などの種々の悪影響から保護することを意味する。この
方法は、基板上に皮膜を形成する工程を含んでなり、上
記皮膜は、約３０〜５５原子％のアルミニウム、約０．
５〜３原子％のタンタル、及び残部のニッケル、コバル
ト、鉄及びこれらの混合物からなる群から選択される主
金属を含んでなる合金組成を有する。前述の通り、主金
属は下側の基板からの拡散によって得ることができる。
したがって、ここで「基板上に皮膜を形成する工程」と
は、皮膜材料全体を堆積することだけでなく、皮膜材料
の一部を堆積し、次いで残りの成分を基板から堆積皮膜
中に拡散させることも包含する。
【００４１】前述の通り、皮膜合金はクロムを（例えば
約１原子％〜約１５原子％の範囲内のレベルで）含むこ
とが多い。別法として、クロムの一部（又は全量）を拡
散によって基板から皮膜中に導入することもできる。合
金は、前述の通り、１種以上の貴金属を含有し得る。１
種以上の他の元素、例えばジルコニウム、チタン、ハフ
ニウム、ケイ素、ホウ素、炭素及びイットリウムを合金
中に少量導入してもよい。さらに、幾つかの好ましい実
施形態では皮膜合金中にモリブデンを含む。
約１原子％〜約１５原子％の範囲内のレベルで）含むこ
とが多い。別法として、クロムの一部（又は全量）を拡
散によって基板から皮膜中に導入することもできる。合
金は、前述の通り、１種以上の貴金属を含有し得る。１
種以上の他の元素、例えばジルコニウム、チタン、ハフ
ニウム、ケイ素、ホウ素、炭素及びイットリウムを合金
中に少量導入してもよい。さらに、幾つかの好ましい実
施形態では皮膜合金中にモリブデンを含む。
【００４２】本発明では、基板として多種多様な金属又
は金属合金を使用できる。「金属基」という用語は、金
属又は金属合金を主成分とする材料をいうが、若干の非
金属成分、例えばセラミック、金属間相又は中間相を含
んでいてもよい。通常、基板は耐熱合金、例えば通例作
動温度が最高約１０００〜１１５０℃の超合金である。
（「超合金」という用語は、通常、１種以上の他の元
素、例えばレニウム、アルミニウム、タングステン、モ
リブデン、チタン又は鉄を含む複合コバルト基又はニッ
ケル基合金を包含して意味する。）。
は金属合金を使用できる。「金属基」という用語は、金
属又は金属合金を主成分とする材料をいうが、若干の非
金属成分、例えばセラミック、金属間相又は中間相を含
んでいてもよい。通常、基板は耐熱合金、例えば通例作
動温度が最高約１０００〜１１５０℃の超合金である。
（「超合金」という用語は、通常、１種以上の他の元
素、例えばレニウム、アルミニウム、タングステン、モ
リブデン、チタン又は鉄を含む複合コバルト基又はニッ
ケル基合金を包含して意味する。）。
【００４３】超合金は種々の刊行物、例えば米国特許第
５３９９３１３号及び同第４１１６７２３号に記載され
ている（その開示内容は援用によって本明細書に取り込
まれる）。耐熱合金も、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ’ｓ
Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏ
ｌ．１２， ｐｐ．４１７−４７９（１９８０）及びＶ
ｏｌ． １５，ｐｐ．７８７−８００（１９８１）に概
説されている。ニッケル基超合金は通例約４０重量％以
上のＮｉを含む。具体的な合金には、Ｉｎｃｏｎｅｌ
（登録商標）、Ｎｉｍｏｎｉｃ（登録商標）、Ｒｅｎｅ
（登録商標）（例えばＲｅｎｅ ８０、Ｒｅｎｅ ９５
合金など）及びＵｄｉｍｅｔ（登録商標）という商品名
のものがある。コバルト基超合金は通例約３０重量％以
上のＣｏを含む。市販品の例を挙げると、Ｈａｙｎｅｓ
（登録商標）、Ｎｏｚｚａｌｏｙ（登録商標）、Ｓｔｅ
ｌｌｉｔｅ（登録商標）及びＵｌｔｉｍｅｔ（登録商
標）という商品名のものがある。基板の実際の形状は広
く変更し得る。例えば、基板は各種タービンエンジン部
品、例えば燃焼器ライナー、燃焼器ドーム、シュラウ
ド、バケット、ブレード、ノズル又はベーンの形態とす
ることができる。
５３９９３１３号及び同第４１１６７２３号に記載され
ている（その開示内容は援用によって本明細書に取り込
まれる）。耐熱合金も、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ’ｓ
Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏ
ｌ．１２， ｐｐ．４１７−４７９（１９８０）及びＶ
ｏｌ． １５，ｐｐ．７８７−８００（１９８１）に概
説されている。ニッケル基超合金は通例約４０重量％以
上のＮｉを含む。具体的な合金には、Ｉｎｃｏｎｅｌ
（登録商標）、Ｎｉｍｏｎｉｃ（登録商標）、Ｒｅｎｅ
（登録商標）（例えばＲｅｎｅ ８０、Ｒｅｎｅ ９５
合金など）及びＵｄｉｍｅｔ（登録商標）という商品名
のものがある。コバルト基超合金は通例約３０重量％以
上のＣｏを含む。市販品の例を挙げると、Ｈａｙｎｅｓ
（登録商標）、Ｎｏｚｚａｌｏｙ（登録商標）、Ｓｔｅ
ｌｌｉｔｅ（登録商標）及びＵｌｔｉｍｅｔ（登録商
標）という商品名のものがある。基板の実際の形状は広
く変更し得る。例えば、基板は各種タービンエンジン部
品、例えば燃焼器ライナー、燃焼器ドーム、シュラウ
ド、バケット、ブレード、ノズル又はベーンの形態とす
ることができる。
【００４４】皮膜の施工方法は当技術分野で公知であ
る。施工法には、例えば、電子ビーム蒸着（ＥＢ−ＰＶ
Ｄ）、電気メッキ、イオンプラズマ堆積（ＩＰＤ）、低
圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プ
ラズマ溶射（例えば大気プラズマ溶射（ＡＰＳ））、高
速ガス炎溶射（ＨＶＯＦ）などがある。ほとんどの場
合、一段プロセスで皮膜化学材料全体を堆積できる。例
えば、必要な元素は、例えば誘導加熱溶融に続く粉末ア
トマイゼーションなど、種々の方法で組み合わせること
ができる。この目的のための溶融法は、当技術分野で公
知であり、例えば米国特許第４２００４５９号に記載さ
れている（その開示内容は援用によって本明細書に取り
込まれる）。当業者であれば、本発明を様々な装置に適
合させることができる。例えば、イオンプラズマ堆積法
の場合、合金皮膜元素をターゲットに導入することがで
きる。
る。施工法には、例えば、電子ビーム蒸着（ＥＢ−ＰＶ
Ｄ）、電気メッキ、イオンプラズマ堆積（ＩＰＤ）、低
圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プ
ラズマ溶射（例えば大気プラズマ溶射（ＡＰＳ））、高
速ガス炎溶射（ＨＶＯＦ）などがある。ほとんどの場
合、一段プロセスで皮膜化学材料全体を堆積できる。例
えば、必要な元素は、例えば誘導加熱溶融に続く粉末ア
トマイゼーションなど、種々の方法で組み合わせること
ができる。この目的のための溶融法は、当技術分野で公
知であり、例えば米国特許第４２００４５９号に記載さ
れている（その開示内容は援用によって本明細書に取り
込まれる）。当業者であれば、本発明を様々な装置に適
合させることができる。例えば、イオンプラズマ堆積法
の場合、合金皮膜元素をターゲットに導入することがで
きる。
【００４５】別法として、多段階堆積法を用いてもよ
い。例えば、白金のような貴金属は、通常、無駄の少な
い方法、例えば電気メッキのような直接堆積法により施
工する。非限定的な具体例として、貴金属を基板表面に
電気メッキし、次いでニッケル、タンタル及び他の元素
からなる粉末組成物を熱堆積（例えばＨＶＯＦにより）
すればよい。次いでアルミナイジングを行って、貴金属
と皮膜組成物の残部とが充分に混ざり合うようにする。
前述の通り、種々のアルミナイジング法を使用し得る。
い。例えば、白金のような貴金属は、通常、無駄の少な
い方法、例えば電気メッキのような直接堆積法により施
工する。非限定的な具体例として、貴金属を基板表面に
電気メッキし、次いでニッケル、タンタル及び他の元素
からなる粉末組成物を熱堆積（例えばＨＶＯＦにより）
すればよい。次いでアルミナイジングを行って、貴金属
と皮膜組成物の残部とが充分に混ざり合うようにする。
前述の通り、種々のアルミナイジング法を使用し得る。
【００４６】場合によっては、皮膜の堆積後に熱処理を
行う。均質化及び／又は相互拡散結合のための処理の具
体例には、水素、アルゴン又は真空熱処理がある。処理
は、約９５０℃〜約１２００℃の範囲の温度で最大約１
０時間行割れることが多い。
行う。均質化及び／又は相互拡散結合のための処理の具
体例には、水素、アルゴン又は真空熱処理がある。処理
は、約９５０℃〜約１２００℃の範囲の温度で最大約１
０時間行割れることが多い。
【００４７】本発明の幾つかの実施形態では、上記耐酸
化性皮膜上に遮熱皮膜（ＴＢＣ）を施工できる。ＴＢＣ
は、物品が極めて高温に暴露されるときに耐熱性を高め
る。例えば、ＴＢＣは、下側の皮膜が暴露される温度は
約１１００℃であるがＴＢＣ表面が約１３００℃を超え
る温度に暴露されるおそれのある環境で使用されること
が多い。ＴＢＣはタービンブレード及びベーン用のオー
バーレイヤとして多用される。かかる皮膜は、耐酸化性
及び耐食性を付与する機能だけでなく、しばしばＴＢＣ
と基板との接着を向上させる。
化性皮膜上に遮熱皮膜（ＴＢＣ）を施工できる。ＴＢＣ
は、物品が極めて高温に暴露されるときに耐熱性を高め
る。例えば、ＴＢＣは、下側の皮膜が暴露される温度は
約１１００℃であるがＴＢＣ表面が約１３００℃を超え
る温度に暴露されるおそれのある環境で使用されること
が多い。ＴＢＣはタービンブレード及びベーン用のオー
バーレイヤとして多用される。かかる皮膜は、耐酸化性
及び耐食性を付与する機能だけでなく、しばしばＴＢＣ
と基板との接着を向上させる。
【００４８】ＴＢＣは（常にというわけではないが）通
常ジルコニア基である。ここで「ジルコニア基」とは、
約７０重量％以上のジルコニアを含むセラミック材料を
包含する。好ましい実施形態では、ジルコニアは、酸化
イットリウム（イットリア）、酸化カルシウム、酸化マ
グネシウム、酸化セリウム、酸化スカンジウム又はこれ
らの混合物のような材料を配合することで化学的に安定
化される。具体例では、ジルコニアに（合計重量に基づ
いて）約１重量％〜約２０重量％の酸化イットリウム、
好ましくは約３〜１０重量％の酸化イットリウムを配合
し得る。
常ジルコニア基である。ここで「ジルコニア基」とは、
約７０重量％以上のジルコニアを含むセラミック材料を
包含する。好ましい実施形態では、ジルコニアは、酸化
イットリウム（イットリア）、酸化カルシウム、酸化マ
グネシウム、酸化セリウム、酸化スカンジウム又はこれ
らの混合物のような材料を配合することで化学的に安定
化される。具体例では、ジルコニアに（合計重量に基づ
いて）約１重量％〜約２０重量％の酸化イットリウム、
好ましくは約３〜１０重量％の酸化イットリウムを配合
し得る。
【００４９】ＴＢＣの施工には種々の技法を使用でき
る。大抵は、ＥＢ−ＰＶＤ法を用いる。場合によって
は、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）のようなプラズマ溶射
法を用いる。当業者はこれらの各技法を用いるための操
作の詳細について精通している。
る。大抵は、ＥＢ−ＰＶＤ法を用いる。場合によって
は、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）のようなプラズマ溶射
法を用いる。当業者はこれらの各技法を用いるための操
作の詳細について精通している。
【００５０】本発明のさらに他の実施形態は物品を提供
する。物品は、前述の金属基基板を含む。この基板上
に、約３０〜５５原子％のアルミニウム、約０．５〜３
原子％のタンタル、及び残部のニッケル、コバルト、鉄
又はこれらの混合物を含んでなる合金から形成された耐
酸化性皮膜が設けられる。
する。物品は、前述の金属基基板を含む。この基板上
に、約３０〜５５原子％のアルミニウム、約０．５〜３
原子％のタンタル、及び残部のニッケル、コバルト、鉄
又はこれらの混合物を含んでなる合金から形成された耐
酸化性皮膜が設けられる。
【００５１】前述の通り、合金はクロムを（例えば約１
原子％〜約１５原子％の範囲内のレベルで）含むことが
多いが、クロムは基板からの拡散によって皮膜中に導入
することもできる。合金は、前述の通り（クロム成分が
存在する場合も存在しない場合も）、白金などの貴金属
１種以上を含有し得る。１種以上の他の元素、例えばジ
ルコニウム、チタン、ハフニウム、ケイ素、ホウ素、炭
素及びイットリウムを合金中に少量導入してもよい。前
述の通り、モリブデンも本発明の合金中に導入されるこ
とが多い。
原子％〜約１５原子％の範囲内のレベルで）含むことが
多いが、クロムは基板からの拡散によって皮膜中に導入
することもできる。合金は、前述の通り（クロム成分が
存在する場合も存在しない場合も）、白金などの貴金属
１種以上を含有し得る。１種以上の他の元素、例えばジ
ルコニウム、チタン、ハフニウム、ケイ素、ホウ素、炭
素及びイットリウムを合金中に少量導入してもよい。前
述の通り、モリブデンも本発明の合金中に導入されるこ
とが多い。
【００５２】耐酸化性皮膜の厚さは様々な要因に依存す
る。具体的に考慮される事項としては、皮膜及び基板の
具体的組成、皮膜の最終用途、物品自体が付される予想
温度及び温度パターン、上側のＴＢＣの有無、そして皮
膜の所望使用寿命が挙げられる。タービンエンジン用途
に用いる場合、皮膜の厚さ（拡散領域を含む）は、通常
約２０μｍ〜約２００μｍの範囲、大抵は約２５μｍ〜
約１００μｍの範囲にある。ただし、これらの範囲は具
体的最終用途のニーズに適うように大幅に変更できる。
る。具体的に考慮される事項としては、皮膜及び基板の
具体的組成、皮膜の最終用途、物品自体が付される予想
温度及び温度パターン、上側のＴＢＣの有無、そして皮
膜の所望使用寿命が挙げられる。タービンエンジン用途
に用いる場合、皮膜の厚さ（拡散領域を含む）は、通常
約２０μｍ〜約２００μｍの範囲、大抵は約２５μｍ〜
約１００μｍの範囲にある。ただし、これらの範囲は具
体的最終用途のニーズに適うように大幅に変更できる。
【００５３】また、本発明の他の実施形態に、耐酸化性
皮膜をＴＢＣで被覆した前述の物品も包含されることは
自明である。前述の通り、ＴＢＣは（常にというわけで
はないが）大抵は、化学的に安定化されたジルコニアか
ら形成される。ＴＢＣの厚さは上述の要因の多くに依存
する。通常ＴＢＣの厚さは約７５μｍ〜約１３００μｍ
の範囲にある。タービンエンジン翼形部のような最終用
途に好ましい実施形態では、その厚さは約７５μｍ〜約
３００μｍの範囲にあることが多い。
皮膜をＴＢＣで被覆した前述の物品も包含されることは
自明である。前述の通り、ＴＢＣは（常にというわけで
はないが）大抵は、化学的に安定化されたジルコニアか
ら形成される。ＴＢＣの厚さは上述の要因の多くに依存
する。通常ＴＢＣの厚さは約７５μｍ〜約１３００μｍ
の範囲にある。タービンエンジン翼形部のような最終用
途に好ましい実施形態では、その厚さは約７５μｍ〜約
３００μｍの範囲にあることが多い。
【００５４】
【実施例】以下の実施例は例示にすぎず、本発明の範囲
を限定するものではない。
を限定するものではない。
【００５５】表１に示す合金を真空誘導加熱溶融により
製造した。得られた鋳造インゴットを機械加工して試験
クーポンを得た。図に示す通り、１２００℃で最高５１
８時間恒温酸化を行った。試験クーポンの重量変化を記
録し、耐酸化性の尺度として用いた。重量増加が最も少
ない合金は最高の耐酸化性をもつ。酸化物剥離が起こっ
た場合、重量変化−時間曲線に負の重量変化として現れ
る。
製造した。得られた鋳造インゴットを機械加工して試験
クーポンを得た。図に示す通り、１２００℃で最高５１
８時間恒温酸化を行った。試験クーポンの重量変化を記
録し、耐酸化性の尺度として用いた。重量増加が最も少
ない合金は最高の耐酸化性をもつ。酸化物剥離が起こっ
た場合、重量変化−時間曲線に負の重量変化として現れ
る。
【００５６】
【表５】
【００５７】図１及び図２は重量変化を熱曝露時間の関
数として示すグラフである。（図２は狭いｙ軸範囲を拡
大したものである。）。重量変化が零に最も近い曲線が
最適耐酸化性を示す。曝露時間に沿って大きな重量変化
で増加する曲線は耐酸化性が低いことを示す。曝露時間
に沿って負の重量変化を示す曲線は上層熱成長酸化物
（ＴＧＯ）が剥落した皮膜を示す。ＴＧＯ剥落量の少な
い皮膜は、ある種の最終用途に極めて有用である。
数として示すグラフである。（図２は狭いｙ軸範囲を拡
大したものである。）。重量変化が零に最も近い曲線が
最適耐酸化性を示す。曝露時間に沿って大きな重量変化
で増加する曲線は耐酸化性が低いことを示す。曝露時間
に沿って負の重量変化を示す曲線は上層熱成長酸化物
（ＴＧＯ）が剥落した皮膜を示す。ＴＧＯ剥落量の少な
い皮膜は、ある種の最終用途に極めて有用である。
【００５８】図に示した通り、幾つかの試料に温度サイ
クル試験を施した（すなわち、グラフ凡例に「熱サイク
ル」）。これらの試料には、２２００°Ｆ（１２０４
℃）の温度に加熱し、５０分間保持し、１０分間冷却
し、次いで再び１２０４℃に加熱するサイクルを繰り返
した。これらの試料についての曝露時間は、多サイクル
の累積時間を示す。
クル試験を施した（すなわち、グラフ凡例に「熱サイク
ル」）。これらの試料には、２２００°Ｆ（１２０４
℃）の温度に加熱し、５０分間保持し、１０分間冷却
し、次いで再び１２０４℃に加熱するサイクルを繰り返
した。これらの試料についての曝露時間は、多サイクル
の累積時間を示す。
【００５９】タンタル及びモリブデンを添加した試料３
は、試料２及び９よりも格段に良好な耐酸化性を示し
た。この耐酸化性は、比較的低レベル（３８原子％）の
アルミニウムの存在下でも達成された。前述の通り、低
レベルのアルミニウムは、皮膜と基板間の過度の相互拡
散が有害となるような実施形態で好ましい。
は、試料２及び９よりも格段に良好な耐酸化性を示し
た。この耐酸化性は、比較的低レベル（３８原子％）の
アルミニウムの存在下でも達成された。前述の通り、低
レベルのアルミニウムは、皮膜と基板間の過度の相互拡
散が有害となるような実施形態で好ましい。
【００６０】ジルコニウム、タンタル及びクロムを含む
試料１４も、優れた耐酸化性を示した。さらに、ジルコ
ニウム、タンタル、クロム及び高レベル（５０原子％）
のアルミニウムを含む試料１３は、貴金属が存在なくて
も、優れた耐酸化性を示した。
試料１４も、優れた耐酸化性を示した。さらに、ジルコ
ニウム、タンタル、クロム及び高レベル（５０原子％）
のアルミニウムを含む試料１３は、貴金属が存在なくて
も、優れた耐酸化性を示した。
【００６１】耐酸化性データの回帰分析も行った。タン
タル、タングステン、モリブデン及びレニウムを種々の
組合せで含む合金について、試料２、３及び９を含む多
数の試料の比較を行った。分析により、タンタルの存在
は、他の元素に比べて耐酸化性に有益な影響をもつこと
がわかった。
タル、タングステン、モリブデン及びレニウムを種々の
組合せで含む合金について、試料２、３及び９を含む多
数の試料の比較を行った。分析により、タンタルの存在
は、他の元素に比べて耐酸化性に有益な影響をもつこと
がわかった。
【００６２】以上本発明の好ましい実施形態を説明して
きたが、本発明の技術的思想から逸脱しないその他の実
施形態は当業者には自明である。したがって、本発明の
範囲は特許請求の範囲によってのみ限定される。
きたが、本発明の技術的思想から逸脱しないその他の実
施形態は当業者には自明である。したがって、本発明の
範囲は特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】本発明の範囲に属するものと属さないものとの
各種合金試料についての耐酸化性データのグラフであ
る。
各種合金試料についての耐酸化性データのグラフであ
る。
【図２】さらに具体的なｙ軸値（重量変化測定値）の範
囲を用いて示した、図１と同様のグラフである。
囲を用いて示した、図１と同様のグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メルビン・ロバート・ジャクソン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、ニスカユナ・ドライブ、2208番 Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA06 4K044 AA02 AA06 AB10 BA02 BA06 BA08 BA10 BA18 BA19 BB02
Claims (54)
- 【請求項１】 約３０〜５５原子％のアルミニウム、約
０．５〜３原子％のタンタル、及び残部のニッケル、コ
バルト、鉄及びこれらの混合物からなる群から選択され
る１種以上の主金属を含んでなる合金から形成された耐
酸化性皮膜。 - 【請求項２】 アルミニウムが約３５〜５５原子％の範
囲内のレベルで存在し、タンタルが約０．５〜２原子％
の範囲内のレベルで存在する、請求項１記載の皮膜。 - 【請求項３】 アルミニウムが約４０〜５０原子％の範
囲内のレベルで存在し、タンタルが約０．７５〜１．７
５原子％の範囲内のレベルで存在する、請求項２記載の
皮膜。 - 【請求項４】 前記合金がさらに白金、パラジウム、イ
リジウム、ロジウム、ルテニウム及びこれらの混合物か
らなる群から選択される貴金属を含有する、請求項１記
載の皮膜。 - 【請求項５】 前記貴金属が白金であって、約１〜１０
原子％の範囲内のレベルで存在する、請求項４記載の皮
膜。 - 【請求項６】 前記貴金属がパラジウム、ルテニウム、
イリジウム、ロジウム又はこれらの混合物であって、約
１〜３０原子％の範囲内のレベルで存在する、請求項４
記載の皮膜。 - 【請求項７】 さらにジルコニウム、チタン、ハフニウ
ム、ケイ素、ホウ素、炭素及びイットリウムからなる群
から選択される１種以上の成分を含有する、請求項１記
載の皮膜。 - 【請求項８】 さらにモリブデンを含有する、請求項１
記載の皮膜。 - 【請求項９】 主金属の少なくとも一部が下側の基板か
らの拡散によって得られる、請求項１記載の皮膜。 - 【請求項１０】 さらに約１〜１５原子％のクロムを含
有する、請求項１記載の皮膜。 - 【請求項１１】 クロムのレベルが約１〜１０原子％の
範囲内にある、請求項１０記載の皮膜。 - 【請求項１２】 クロムの少なくとも一部が下側の基板
からの拡散によって得られる、請求項１０記載の皮膜。 - 【請求項１３】 アルミニウムが約３５〜５５原子％の
範囲内のレベルで存在する、請求項１０記載の皮膜。 - 【請求項１４】 タンタルが約０．５〜２原子％の範囲
内のレベルで存在する、請求項１０記載の皮膜。 - 【請求項１５】 前記合金がさらに白金、パラジウム、
イリジウム、ロジウム、ルテニウム及びこれらの混合物
からなる群から選択される貴金属を含有する、請求項１
０記載の皮膜。 - 【請求項１６】 前記貴金属が白金であって、約１〜１
０原子％の範囲内のレベルで存在する、請求項１５記載
の皮膜。 - 【請求項１７】 前記貴金属がパラジウム、ルテニウ
ム、イリジウム、ロジウム又はこれらの混合物であっ
て、約１〜３０原子％の範囲内のレベルで存在する、請
求項１５記載の皮膜。 - 【請求項１８】 さらにジルコニウム、チタン、ハフニ
ウム、ケイ素、炭素、ホウ素及びイットリウムからなる
群から選択される１種以上の成分を含有する、請求項１
０記載の皮膜。 - 【請求項１９】 ジルコニウム、チタン、ハフニウム、
ケイ素、炭素、ホウ素及びイットリウムの合計量が約
０．１〜５原子％の範囲にある、請求項１８記載の皮
膜。 - 【請求項２０】 ジルコニウム、チタン、ハフニウム、
ケイ素、炭素、ホウ素及びイットリウムの合計量が約
０．４〜２．５原子％の範囲にある、請求項１９記載の
皮膜。 - 【請求項２１】 ジルコニウムが約０．１〜１原子％の
範囲内のレベルで存在する、請求項１８記載の皮膜。 - 【請求項２２】 前記成分がジルコニウムとハフニウム
の混合物である、請求項１８記載の皮膜。 - 【請求項２３】 さらに約０．２〜２原子％のモリブデ
ンを含有する、請求項１０記載の皮膜。 - 【請求項２４】 さらに約０．５〜２原子％のタンタル
を含有する、請求項２３記載の皮膜。 - 【請求項２５】 約３０〜４５原子％のアルミニウムを
含有する、請求項１記載の皮膜。 - 【請求項２６】 さらに白金、パラジウム、イリジウ
ム、ロジウム、ルテニウム及びこれらの混合物からなる
群から選択される貴金属を含有する、請求項２５記載の
皮膜。 - 【請求項２７】 さらにジルコニウム、チタン、ハフニ
ウム、ケイ素、炭素、ホウ素及びイットリウムからなる
群から選択される１種以上の成分を含有する、請求項２
５記載の皮膜。 - 【請求項２８】 さらに約１〜１５原子％のクロムを含
有する、請求項２５記載の皮膜。 - 【請求項２９】 さらに約４５〜５５原子％のアルミニ
ウムを含有する、請求項１記載の皮膜。 - 【請求項３０】 さらに白金、パラジウム、イリジウ
ム、ロジウム、ルテニウム及びこれらの混合物からなる
群から選択される貴金属を含有する、請求項２９記載の
皮膜。 - 【請求項３１】 さらにジルコニウム、チタン、ハフニ
ウム、ケイ素、炭素、ホウ素及びイットリウムからなる
群から選択される１種以上の成分を含有する、請求項２
９記載の皮膜。 - 【請求項３２】 さらに約１〜１５原子％のクロムを含
有する、請求項２９記載の皮膜。 - 【請求項３３】 約３０〜５５原子％のアルミニウム、 約０．５〜３原子％のタンタル、 約１〜１５原子％のクロム、 約０．１〜１原子％のジルコニウム、及び 残部のニッケル及びニッケル−コバルトからなる群から
選択される１種以上の主金属を含んでなる合金から形成
された耐酸化性皮膜。 - 【請求項３４】 前記合金がさらに貴金属を含有する、
請求項３３記載の皮膜。 - 【請求項３５】 前記貴金属が白金であって、約１〜１
０原子％の範囲内のレベルで存在する、請求項３４記載
の皮膜。 - 【請求項３６】 約３０〜５５原子％のアルミニウム、 約０．５〜３原子％のタンタル、 約１〜１５原子％のクロム、 約０．２〜２．０原子％のモリブデン、及び残部のニッ
ケル及びニッケル−コバルトからなる群から選択される
１種以上の主金属を含んでなる合金から形成された耐酸
化性皮膜。 - 【請求項３７】 さらに１種以上の貴金属を含有する、
請求項３６記載の皮膜。 - 【請求項３８】 金属基基板上に皮膜を形成する工程を
含んでなる、金属基基板に環境保護性を付与する方法で
あって、上記皮膜が、 約３０〜５５原子％のアルミニウム、 約０．５〜３原子％のタンタル、 残部のニッケル、コバルト、鉄及びこれらの混合物から
なる群から選択される１種以上の主金属を含んでなる合
金組成を有する、方法。 - 【請求項３９】 主金属の少なくとも一部が基板からの
拡散によって得られる、請求項３８記載の方法。 - 【請求項４０】 前記合金がさらに約１〜１５原子％の
クロムを含有する、請求項３８記載の方法。 - 【請求項４１】 クロムの少なくとも一部が下側の基板
からの拡散によって得られる、請求項４０記載の方法。 - 【請求項４２】 前記合金がさらに白金、パラジウム、
イリジウム、ロジウム、ルテニウム及びこれらの混合物
からなる群から選択される貴金属を含有する、請求項３
８記載の方法。 - 【請求項４３】 前記合金がさらにジルコニウム、チタ
ン、ハフニウム、ケイ素、炭素、ホウ素及びイットリウ
ムからなる群から選択される少なくとも１種の成分を含
有する、請求項３８記載の方法。 - 【請求項４４】 さらに約０．２〜２．０原子％のモリ
ブデンを含有する、請求項３８記載の方法。 - 【請求項４５】 前記金属基基板が超合金である、請求
項３８記載の方法。 - 【請求項４６】 （ｉ）金属基基板、及び（ｉｉ）上記
基板上の耐酸化性皮膜であって、 約３０〜５５原子％のアルミニウム、 約０．５〜３原子％のタンタル、及び残部のニッケル、
コバルト、鉄又はこれらの混合物を含んでなる合金から
形成された耐酸化性皮膜を備える物品。 - 【請求項４７】 前記合金がさらに約１〜１５原子％の
クロムを含有する、請求項４６記載の物品。 - 【請求項４８】 前記合金がさらに白金、パラジウム、
イリジウム、ロジウム、ルテニウム及びこれらの混合物
からなる群から選択される貴金属を含有する、請求項４
６記載の物品。 - 【請求項４９】 前記合金がさらにジルコニウム、チタ
ン、ハフニウム、ケイ素、炭素、ホウ素及びイットリウ
ムからなる群から選択される少なくとも１種の成分を含
有する、請求項４６記載の物品。 - 【請求項５０】 さらに約０．２〜２原子％のモリブデ
ンを含有する、請求項４６記載の物品。 - 【請求項５１】 さらに前記耐酸化性皮膜上に設けられ
た遮熱コーティングを備える、請求項４６記載の物品。 - 【請求項５２】 前記遮熱コーティングがジルコニアを
含有する、請求項５１記載の物品。 - 【請求項５３】 前記金属基基板が超合金である、請求
項４６記載の物品。 - 【請求項５４】 前記金属基基板がタービンエンジンの
部品である、請求項４６記載の物品。
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|---|---|---|---|
| US09/651,968 US6475642B1 (en) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Oxidation-resistant coatings, and related articles and processes |
| US09/651968 | 2000-08-31 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002155380A true JP2002155380A (ja) | 2002-05-31 |
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| SG (1) | SG94859A1 (ja) |
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