JP2002294428A - 熱遮蔽コーティング膜及びその製造方法 - Google Patents
熱遮蔽コーティング膜及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 過酷な熱応力下であっても剥離しにくい耐熱
サイクル性に優れた熱遮蔽コーティング膜及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 Ｎｉ、Ｃｏ又はＦｅのいずれかを主成分
とする耐熱合金母材上に、該母材よりも高温耐酸化性及
び組織安定性に優れたＭＣｒＡｌＹ金属結合層（Ｍ：Ｎ
ｉ、Ｃｏ及びＦｅからなる群から選ばれる１種又は２種
の元素）を被覆形成し、さらに該金属結合層上に被覆形
成される熱遮蔽性に優れたセラミックス膜からなる熱遮
蔽コーティング膜において、セラミックス膜上に高線膨
張係数の被覆膜を形成し、これを所定温度域に加熱する
ことにより前記セラミックス膜内に熱応力を緩和するた
めの微細な縦亀裂を導入した。
サイクル性に優れた熱遮蔽コーティング膜及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 Ｎｉ、Ｃｏ又はＦｅのいずれかを主成分
とする耐熱合金母材上に、該母材よりも高温耐酸化性及
び組織安定性に優れたＭＣｒＡｌＹ金属結合層（Ｍ：Ｎ
ｉ、Ｃｏ及びＦｅからなる群から選ばれる１種又は２種
の元素）を被覆形成し、さらに該金属結合層上に被覆形
成される熱遮蔽性に優れたセラミックス膜からなる熱遮
蔽コーティング膜において、セラミックス膜上に高線膨
張係数の被覆膜を形成し、これを所定温度域に加熱する
ことにより前記セラミックス膜内に熱応力を緩和するた
めの微細な縦亀裂を導入した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンの動
翼、静翼又は燃焼器（内筒、尾筒）などの熱遮蔽コーテ
ィングに用いる熱遮蔽コーティング膜及びその製造方法
に関する。
翼、静翼又は燃焼器（内筒、尾筒）などの熱遮蔽コーテ
ィングに用いる熱遮蔽コーティング膜及びその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ガスタービンは高効率化のためタ
ービン入口ガス温度の高温化が進んでいる。これに伴い
熱遮蔽コーティング膜は、ガスタービン部品のメタル温
度の低減に非常に有効であるため、燃焼器、タービン静
翼への適用のほかに、さらに使用条件の厳しいタービン
動翼にも適用されてきている。このようなタービン入口
ガス温度のさらなる高温化に伴い熱遮蔽コーティング膜
が受ける熱負荷は一段と過酷さを増し、熱遮蔽コーティ
ング膜は様々な損傷を受けるようになってきている。
ービン入口ガス温度の高温化が進んでいる。これに伴い
熱遮蔽コーティング膜は、ガスタービン部品のメタル温
度の低減に非常に有効であるため、燃焼器、タービン静
翼への適用のほかに、さらに使用条件の厳しいタービン
動翼にも適用されてきている。このようなタービン入口
ガス温度のさらなる高温化に伴い熱遮蔽コーティング膜
が受ける熱負荷は一段と過酷さを増し、熱遮蔽コーティ
ング膜は様々な損傷を受けるようになってきている。
【０００３】従来の熱遮蔽コーティング膜は、母材に金
属結合層及びセラミックス膜を形成した構造、あるいは
母材に金属結合層、金属−セラミックスの混合層及びセ
ラミックス膜を形成した構造をなし、いずれの熱遮蔽コ
ーティング膜においても最外層はセラミックス膜となっ
ている。これらの熱遮蔽コーティング膜において、金属
結合層は主に母材とセラミックス膜あるいは母材と金属
−セラミックスの混合層との熱膨張係数の差を小さく
し、これにより熱応力緩和等による密着性向上と耐食、
耐酸化性の耐久力向上を図っている。また、金属−セラ
ミックス混合層、例えばＺｒＯ2・８Ｙ2Ｏ3（８質量％
のＹ2 Ｏ3で安定化されたＺｒＯ2、以下同様の表示方法
による）とＭＣｒＡｌＹについても金属結合層の役割の
うち、熱応力緩和を一層積極的に狙っている。
属結合層及びセラミックス膜を形成した構造、あるいは
母材に金属結合層、金属−セラミックスの混合層及びセ
ラミックス膜を形成した構造をなし、いずれの熱遮蔽コ
ーティング膜においても最外層はセラミックス膜となっ
ている。これらの熱遮蔽コーティング膜において、金属
結合層は主に母材とセラミックス膜あるいは母材と金属
−セラミックスの混合層との熱膨張係数の差を小さく
し、これにより熱応力緩和等による密着性向上と耐食、
耐酸化性の耐久力向上を図っている。また、金属−セラ
ミックス混合層、例えばＺｒＯ2・８Ｙ2Ｏ3（８質量％
のＹ2 Ｏ3で安定化されたＺｒＯ2、以下同様の表示方法
による）とＭＣｒＡｌＹについても金属結合層の役割の
うち、熱応力緩和を一層積極的に狙っている。
【０００４】通常、金属結合層には高温での耐食・耐酸
化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金系（Ｍ：Ｎｉ、Ｃｏ及び
Ｆｅからなる群から選ばれる１種又は２種の元素）が用
いられている。また、セラミックス膜には遮熱及び熱衝
撃の緩和を目的として高線膨張係数かつ低熱伝導率のＺ
ｒＯ2が用いられている。このようなＺｒＯ2コーティン
グ膜は熱伝導率が低く、輻射率が高いので、高温環境下
で比較的安定している。
化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金系（Ｍ：Ｎｉ、Ｃｏ及び
Ｆｅからなる群から選ばれる１種又は２種の元素）が用
いられている。また、セラミックス膜には遮熱及び熱衝
撃の緩和を目的として高線膨張係数かつ低熱伝導率のＺ
ｒＯ2が用いられている。このようなＺｒＯ2コーティン
グ膜は熱伝導率が低く、輻射率が高いので、高温環境下
で比較的安定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、セラミックス
膜を最外層とした熱遮蔽コーティング膜では、金属層と
セラミックス膜との間に生じる熱膨張係数の差により生
じる熱応力によりガスタービンの運転・停止に伴う温度
変化等により長時間の運転のうちに剥離が生じる。例え
ばＥＢ−ＰＶＤ法により成膜されたセラミックス膜は金
属層との結合が強く、金属層の熱膨張に伴い柱状晶的組
織が拡がり熱応力を緩和するため、例えばＡＰＳ法によ
り施工したセラミックス膜より耐熱衝撃性では優れる
が、長時間の使用により金属層上に生成するアルミナ層
の厚さが厚くなると金属層とアルミナ層との間に剥離が
生じ、熱遮蔽コーティング膜の剥離へとつながる。とく
にプラントの運転・停止に伴って発生する過酷な熱サイ
クルを受けると、熱遮蔽コーティング膜が比較的短期間
で剥離するという問題を生じる。
膜を最外層とした熱遮蔽コーティング膜では、金属層と
セラミックス膜との間に生じる熱膨張係数の差により生
じる熱応力によりガスタービンの運転・停止に伴う温度
変化等により長時間の運転のうちに剥離が生じる。例え
ばＥＢ−ＰＶＤ法により成膜されたセラミックス膜は金
属層との結合が強く、金属層の熱膨張に伴い柱状晶的組
織が拡がり熱応力を緩和するため、例えばＡＰＳ法によ
り施工したセラミックス膜より耐熱衝撃性では優れる
が、長時間の使用により金属層上に生成するアルミナ層
の厚さが厚くなると金属層とアルミナ層との間に剥離が
生じ、熱遮蔽コーティング膜の剥離へとつながる。とく
にプラントの運転・停止に伴って発生する過酷な熱サイ
クルを受けると、熱遮蔽コーティング膜が比較的短期間
で剥離するという問題を生じる。
【０００６】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、過酷な熱応力下であっても剥離しにく
い耐熱サイクル性に優れた熱遮蔽コーティング膜及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。
れたものであり、過酷な熱応力下であっても剥離しにく
い耐熱サイクル性に優れた熱遮蔽コーティング膜及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】熱遮蔽コーティングの損
傷形態には、コーティング構成層と母材との間に生じる
熱応力に起因するセラミックス膜の剥離、金属層が酸素
（セラミックス膜は一般にポーラスであり、これを通過
して来た酸素）存在下で高温にさらされることに起因す
る酸化により膨張し、金属層のセラミックス膜近傍での
剥離、腐食性成分（Ｓ，Ｎａ，Ｖなど）による金属層、
セラミックス膜の腐食、飛来微粒子に起因するエロージ
ョンによるセラミックス膜の局部損耗がある。このうち
最も問題となる損傷形態はセラミックス膜の剥離であ
る。
傷形態には、コーティング構成層と母材との間に生じる
熱応力に起因するセラミックス膜の剥離、金属層が酸素
（セラミックス膜は一般にポーラスであり、これを通過
して来た酸素）存在下で高温にさらされることに起因す
る酸化により膨張し、金属層のセラミックス膜近傍での
剥離、腐食性成分（Ｓ，Ｎａ，Ｖなど）による金属層、
セラミックス膜の腐食、飛来微粒子に起因するエロージ
ョンによるセラミックス膜の局部損耗がある。このうち
最も問題となる損傷形態はセラミックス膜の剥離であ
る。
【０００８】特開平６−２５６９２６号公報、特開平８
−２４６９０１号公報、特開平９−２９１３５４号公報
は、剥離を生じ難くするためにＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ
2、ＳｉＯ2などの安定化剤で安定化したＺｒＯ2熱遮蔽
コーティング膜をそれぞれ開示している。しかし、これ
らの安定化ＺｒＯ2膜であってもプラントの運転・停止
に伴って発生する過大な熱応力により熱遮蔽コーティン
グ膜が比較的短期間で剥離を生じるおそれがある。そこ
で、本発明者らは熱遮蔽コーティング膜に負荷される熱
応力とその剥離機構とに関して鋭意研究した結果、本発
明を完成させるに至った。
−２４６９０１号公報、特開平９−２９１３５４号公報
は、剥離を生じ難くするためにＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ
2、ＳｉＯ2などの安定化剤で安定化したＺｒＯ2熱遮蔽
コーティング膜をそれぞれ開示している。しかし、これ
らの安定化ＺｒＯ2膜であってもプラントの運転・停止
に伴って発生する過大な熱応力により熱遮蔽コーティン
グ膜が比較的短期間で剥離を生じるおそれがある。そこ
で、本発明者らは熱遮蔽コーティング膜に負荷される熱
応力とその剥離機構とに関して鋭意研究した結果、本発
明を完成させるに至った。
【０００９】本発明に係る熱遮蔽コーティング膜は、Ｎ
ｉ、Ｃｏ又はＦｅのいずれかを主成分とする耐熱合金母
材上に、該母材よりも高温耐酸化性及び組織安定性に優
れたＭＣｒＡｌＹ金属結合層（Ｍ：Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅ
からなる群から選ばれる１種又は２種の元素）を被覆形
成し、さらに該金属結合層上に被覆形成される熱遮蔽性
に優れたセラミックス膜からなる熱遮蔽コーティング膜
において、前記セラミックス膜上に高線膨張係数の被覆
膜を形成し、これを所定温度域に加熱することにより前
記セラミックス膜内に熱応力を緩和するための微細な縦
亀裂を導入したことを特徴とする。
ｉ、Ｃｏ又はＦｅのいずれかを主成分とする耐熱合金母
材上に、該母材よりも高温耐酸化性及び組織安定性に優
れたＭＣｒＡｌＹ金属結合層（Ｍ：Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅ
からなる群から選ばれる１種又は２種の元素）を被覆形
成し、さらに該金属結合層上に被覆形成される熱遮蔽性
に優れたセラミックス膜からなる熱遮蔽コーティング膜
において、前記セラミックス膜上に高線膨張係数の被覆
膜を形成し、これを所定温度域に加熱することにより前
記セラミックス膜内に熱応力を緩和するための微細な縦
亀裂を導入したことを特徴とする。
【００１０】この場合に、上記セラミックス膜はＺｒＯ
2を主成分とする粉末を金属結合層上に溶射してなるＺ
ｒＯ2系セラミックスからなり、上記高線膨張係数の被
覆膜はＮｉＯ粉末をセラミックス膜上に溶射してなるＮ
ｉＯ系セラミックスからなることが好ましい。セラミッ
クス膜及びその被覆膜はできるだけ遮熱効果が高く、か
つ下地層との密着性、耐エロージョン性が良好なことが
要求される。遮熱効果の点からはセラミック被膜の気孔
率が高いことが要求されるが、密着性の点からはあまり
気孔率が高いと密着強度が弱くなり、また、あまり低く
なり過ぎても密着強度が低くなる。セラミックス膜及び
その被覆膜において適度な気孔率を得るためには、溶射
原料粉末の粒径を適正なものとする必要がある。例え
ば、通常用いられている溶射原料粉末の粒径３０〜６０
μｍに比べて粗粒の原料粉末を用いて溶射することによ
り、さらに多くの空孔や微細なクラックを形成すること
ができ、これにより従来のセラミックス膜に比較して遮
熱効果及び熱応力低減等の作用により耐熱サイクル特性
に優れたセラミックス膜を得ることができる。また、大
気プラズマ溶射法を採用しているので、被覆層形成速度
が早く経済的である。
2を主成分とする粉末を金属結合層上に溶射してなるＺ
ｒＯ2系セラミックスからなり、上記高線膨張係数の被
覆膜はＮｉＯ粉末をセラミックス膜上に溶射してなるＮ
ｉＯ系セラミックスからなることが好ましい。セラミッ
クス膜及びその被覆膜はできるだけ遮熱効果が高く、か
つ下地層との密着性、耐エロージョン性が良好なことが
要求される。遮熱効果の点からはセラミック被膜の気孔
率が高いことが要求されるが、密着性の点からはあまり
気孔率が高いと密着強度が弱くなり、また、あまり低く
なり過ぎても密着強度が低くなる。セラミックス膜及び
その被覆膜において適度な気孔率を得るためには、溶射
原料粉末の粒径を適正なものとする必要がある。例え
ば、通常用いられている溶射原料粉末の粒径３０〜６０
μｍに比べて粗粒の原料粉末を用いて溶射することによ
り、さらに多くの空孔や微細なクラックを形成すること
ができ、これにより従来のセラミックス膜に比較して遮
熱効果及び熱応力低減等の作用により耐熱サイクル特性
に優れたセラミックス膜を得ることができる。また、大
気プラズマ溶射法を採用しているので、被覆層形成速度
が早く経済的である。
【００１１】本発明に係る熱遮蔽コーティング膜の製造
方法は、Ｎｉ、Ｃｏ又はＦｅのいずれかを主成分とする
耐熱合金母材上に、該母材よりも高温耐酸化性及び組織
安定性に優れたＭＣｒＡｌＹ金属結合層（Ｍ：Ｎｉ、Ｃ
ｏ及びＦｅからなる群から選ばれる１種又は２種の元
素）を被覆形成し、さらに該金属結合層上に熱遮蔽性に
優れたセラミックス膜を被覆形成する熱遮蔽コーティン
グ膜の製造方法において、前記セラミックス膜上に高線
膨張係数の膜を被覆し、これを所定温度域に加熱するこ
とにより前記セラミックス膜内に熱応力を緩和するため
の微細な縦亀裂を導入することを特徴とする。
方法は、Ｎｉ、Ｃｏ又はＦｅのいずれかを主成分とする
耐熱合金母材上に、該母材よりも高温耐酸化性及び組織
安定性に優れたＭＣｒＡｌＹ金属結合層（Ｍ：Ｎｉ、Ｃ
ｏ及びＦｅからなる群から選ばれる１種又は２種の元
素）を被覆形成し、さらに該金属結合層上に熱遮蔽性に
優れたセラミックス膜を被覆形成する熱遮蔽コーティン
グ膜の製造方法において、前記セラミックス膜上に高線
膨張係数の膜を被覆し、これを所定温度域に加熱するこ
とにより前記セラミックス膜内に熱応力を緩和するため
の微細な縦亀裂を導入することを特徴とする。
【００１２】上記加熱工程では、セラミックス膜の相変
態および焼結を生じない範囲の条件で高線膨張係数の被
覆膜の表面を加熱することが好ましい。この場合に、裏
面側から母材を冷却しながら高線膨張係数の被覆膜の表
面を１３５０〜１４５０℃の温度域に加熱することが好
ましく、特に１４００℃に加熱することが好ましい。高
線膨張係数の被覆膜の表面温度が１３５０℃を下回ると
セラミックス膜内に微細な縦亀裂が入らなくなるので、
加熱温度の下限値を１３５０℃とした。一方、高線膨張
係数の被覆膜の表面温度が１４５０℃を上回ると下地層
のセラミックス膜に相変態や焼結を生じるおそれがある
ので、加熱温度の上限値を１４５０℃とした。
態および焼結を生じない範囲の条件で高線膨張係数の被
覆膜の表面を加熱することが好ましい。この場合に、裏
面側から母材を冷却しながら高線膨張係数の被覆膜の表
面を１３５０〜１４５０℃の温度域に加熱することが好
ましく、特に１４００℃に加熱することが好ましい。高
線膨張係数の被覆膜の表面温度が１３５０℃を下回ると
セラミックス膜内に微細な縦亀裂が入らなくなるので、
加熱温度の下限値を１３５０℃とした。一方、高線膨張
係数の被覆膜の表面温度が１４５０℃を上回ると下地層
のセラミックス膜に相変態や焼結を生じるおそれがある
ので、加熱温度の上限値を１４５０℃とした。
【００１３】なお、セラミックス膜の膜厚は100〜1000
μｍの範囲とすることが好ましい。膜厚が100μｍを下
回ると遮熱効果が無くなるので、その下限値を100μｍ
とする。一方、膜厚が1000μｍを上回ると線膨張係数の
違いに起因する熱応力の値が大きくなり、セラミックス
膜の剥離が生じやすくなるので、その上限値を1000μｍ
とする。
μｍの範囲とすることが好ましい。膜厚が100μｍを下
回ると遮熱効果が無くなるので、その下限値を100μｍ
とする。一方、膜厚が1000μｍを上回ると線膨張係数の
違いに起因する熱応力の値が大きくなり、セラミックス
膜の剥離が生じやすくなるので、その上限値を1000μｍ
とする。
【００１４】本発明の熱遮蔽コーティング膜において
は、表層となる被覆層に縦亀裂を導入するので、その下
地層にあたるセラミックス膜にかかる熱応力が緩和さ
れ、これによりセラミックス膜の剥離が生じ難くなる。
は、表層となる被覆層に縦亀裂を導入するので、その下
地層にあたるセラミックス膜にかかる熱応力が緩和さ
れ、これによりセラミックス膜の剥離が生じ難くなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態としてガ
スタービン動・静翼用熱遮蔽コーティング膜の例につい
て説明する。
スタービン動・静翼用熱遮蔽コーティング膜の例につい
て説明する。
【００１６】ガスタービン動・静翼用熱遮蔽コーティン
グ膜は、母材上に形成された金属結合層、セラミックス
膜および縦割れ導入用被覆膜よりなるものである。ここ
で、金属結合層は低圧プラズマ溶射法（以下、ＬＰＰＳ
法と呼ぶ）もしくは電子ビーム物理蒸着法（以下、ＥＢ
−ＰＶＤ法と呼ぶ）により、またセラミックス膜は大気
プラズマ溶射法（以下、ＡＰＳ法と呼ぶ）もしくはＥＢ
−ＰＶＤ法により成膜されている。
グ膜は、母材上に形成された金属結合層、セラミックス
膜および縦割れ導入用被覆膜よりなるものである。ここ
で、金属結合層は低圧プラズマ溶射法（以下、ＬＰＰＳ
法と呼ぶ）もしくは電子ビーム物理蒸着法（以下、ＥＢ
−ＰＶＤ法と呼ぶ）により、またセラミックス膜は大気
プラズマ溶射法（以下、ＡＰＳ法と呼ぶ）もしくはＥＢ
−ＰＶＤ法により成膜されている。
【００１７】金属結合層は主に母材とセラミックス膜と
の熱膨張係数差を小さくし、これによる熱応力緩和等に
よる密着性の向上と緻密な酸化物層の形成による耐酸化
性・耐食性の向上を図るものである。なお、この金属結
合層にはＭＣｒＡｌＹ（Ｍ：Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単独元
素又は２種類の元素）を用いる。
の熱膨張係数差を小さくし、これによる熱応力緩和等に
よる密着性の向上と緻密な酸化物層の形成による耐酸化
性・耐食性の向上を図るものである。なお、この金属結
合層にはＭＣｒＡｌＹ（Ｍ：Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅの単独元
素又は２種類の元素）を用いる。
【００１８】セラミックス膜は熱遮蔽を目的として、熱
伝導率が低く輻射率の高いＺｒＯ2系セラミックス（Ｚ
ｒＯ2 ・ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ・Ｙ2Ｏ3等）を用いる。セラ
ミックス膜の耐剥離性を向上させる目的から、ＥＢ−Ｐ
ＶＤ法によりセラミックス層４を柱状晶的な組織とする
ことがなされている。ＡＰＳ法により施工したセラミッ
クス層は凹凸を有する金属結合層と機械的な比較的弱い
結合をして、一方、特開平１−１８９９４号公報にある
ように、ＥＢ−ＰＶＤ法により施工したセラミックス膜
は金属結合層上に生成するアルミナを介し冶金学的な比
較的強い結合をしている。
伝導率が低く輻射率の高いＺｒＯ2系セラミックス（Ｚ
ｒＯ2 ・ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ・Ｙ2Ｏ3等）を用いる。セラ
ミックス膜の耐剥離性を向上させる目的から、ＥＢ−Ｐ
ＶＤ法によりセラミックス層４を柱状晶的な組織とする
ことがなされている。ＡＰＳ法により施工したセラミッ
クス層は凹凸を有する金属結合層と機械的な比較的弱い
結合をして、一方、特開平１−１８９９４号公報にある
ように、ＥＢ−ＰＶＤ法により施工したセラミックス膜
は金属結合層上に生成するアルミナを介し冶金学的な比
較的強い結合をしている。
【００１９】さらに、ＺｒＯ2溶射膜表面にＺｒＯ2より
も線膨張係数の大きなＮｉＯのような酸化物皮膜をＡＰ
Ｓ法により形成し、この上からレーザなどを用いて加熱
することにより酸化物皮膜中に縦亀裂を発生させる。
も線膨張係数の大きなＮｉＯのような酸化物皮膜をＡＰ
Ｓ法により形成し、この上からレーザなどを用いて加熱
することにより酸化物皮膜中に縦亀裂を発生させる。
【００２０】（実施例）本実施例では、溶射用粉末とし
て８mass％Ｙ2Ｏ3添加ＺｒＯ2粉末を用いた。粉末は、
平均粒径５０μｍ程度の造粒粉とした。また、ＺｒＯ2
上に被覆する縦割れ導入材としてＮｉＯ粉末を用いた。
ＮｉＯ粉末は、平均粒径５０μｍ程度の粉砕粉末とし
た。
て８mass％Ｙ2Ｏ3添加ＺｒＯ2粉末を用いた。粉末は、
平均粒径５０μｍ程度の造粒粉とした。また、ＺｒＯ2
上に被覆する縦割れ導入材としてＮｉＯ粉末を用いた。
ＮｉＯ粉末は、平均粒径５０μｍ程度の粉砕粉末とし
た。
【００２１】溶射は、Ｎｉ基合金（Ni-16Cr-8.5Co-1.7M
o-2.6W-1.7Ta-0.9Nb-3.4Al-3.4Ti）上に１００μｍ程度
のCoNiCrAlY層（Co-32Ni-21Cr-8Al-0.5Y）を低圧プラズ
マ溶射で成膜し、この上に大気圧プラズマ溶射法（ＡＰ
Ｓ法）で２００μｍ程度のＺｒＯ2層と１００μｍ程度
のＮｉＯ層を成膜した。
o-2.6W-1.7Ta-0.9Nb-3.4Al-3.4Ti）上に１００μｍ程度
のCoNiCrAlY層（Co-32Ni-21Cr-8Al-0.5Y）を低圧プラズ
マ溶射で成膜し、この上に大気圧プラズマ溶射法（ＡＰ
Ｓ法）で２００μｍ程度のＺｒＯ2層と１００μｍ程度
のＮｉＯ層を成膜した。
【００２２】Ｎｉ基合金の大きさは３０×３０ｍｍ角
で、厚さ５ｍｍとした。溶射にあたっては、Ｎｉ基合金
基材の表面をＡｌ2Ｏ3粒でグリッドブラスト処理して低
圧プラズマ溶射に適した状態にした。
で、厚さ５ｍｍとした。溶射にあたっては、Ｎｉ基合金
基材の表面をＡｌ2Ｏ3粒でグリッドブラスト処理して低
圧プラズマ溶射に適した状態にした。
【００２３】得られた溶射膜をレーザビームで加熱して
縦亀裂を発生させた。加熱は、基材の裏面を冷却しなが
らセラミックス層の表面に、炭酸ガスレーザによるレー
ザビームを１回当たり３０秒ずつ２回照射する方法で行
った。その際、セラミックス層の表面は最高で１４００
℃に加熱した。レーザビームの１個所当たりの照射面積
は、１７７ｍｍ2（ビーム径１５ｍｍ）であった。その
後試験片全体を室温まで冷却した。なお、加熱手段には
レーザビームの他にアセチレンバーナ等を用いてもよ
い。
縦亀裂を発生させた。加熱は、基材の裏面を冷却しなが
らセラミックス層の表面に、炭酸ガスレーザによるレー
ザビームを１回当たり３０秒ずつ２回照射する方法で行
った。その際、セラミックス層の表面は最高で１４００
℃に加熱した。レーザビームの１個所当たりの照射面積
は、１７７ｍｍ2（ビーム径１５ｍｍ）であった。その
後試験片全体を室温まで冷却した。なお、加熱手段には
レーザビームの他にアセチレンバーナ等を用いてもよ
い。
【００２４】得られた試験片については、燃焼ガスバー
ナにより、ＺｒＯ2熱遮蔽膜表面を１４００℃まで加熱
し、CoNiCrAlY層とＺｒＯ2層の界面の温度を８００〜９
００℃とする条件で耐熱サイクル試験を行った。加熱パ
ターンは、室温から１４００℃まで５分間で昇温させ、
１４００℃で５分間保持し、真空熱処理後燃焼ガスを止
めて１０分間冷却するパターンを１サイクルとした。冷
却時の試験片の温度は１００℃以下である。この熱サイ
クル試験でＺｒＯ2熱遮蔽膜に剥離が生じるまでの回数
により耐熱サイクル性を評価した。
ナにより、ＺｒＯ2熱遮蔽膜表面を１４００℃まで加熱
し、CoNiCrAlY層とＺｒＯ2層の界面の温度を８００〜９
００℃とする条件で耐熱サイクル試験を行った。加熱パ
ターンは、室温から１４００℃まで５分間で昇温させ、
１４００℃で５分間保持し、真空熱処理後燃焼ガスを止
めて１０分間冷却するパターンを１サイクルとした。冷
却時の試験片の温度は１００℃以下である。この熱サイ
クル試験でＺｒＯ2熱遮蔽膜に剥離が生じるまでの回数
により耐熱サイクル性を評価した。
【００２５】（比較例）比較例として、Ｎｉ基合金（Ni
-16Cr-8.5Co-1.7Mo-2.6W-1.7Ta-0.9Nb-3.4Al-3.4Ti）上
にCoNiCrAlY（Co-32Ni-21Cr-8Al-0.5Y）及び８mass％Ｙ
2Ｏ3添加ＺｒＯ2をそれぞれ１００μｍ及び３００μｍ
程度成膜したものを用いた。
-16Cr-8.5Co-1.7Mo-2.6W-1.7Ta-0.9Nb-3.4Al-3.4Ti）上
にCoNiCrAlY（Co-32Ni-21Cr-8Al-0.5Y）及び８mass％Ｙ
2Ｏ3添加ＺｒＯ2をそれぞれ１００μｍ及び３００μｍ
程度成膜したものを用いた。
【００２６】溶射条件を表１及び表２に示す。表１は上
記の実施例及び比較例によるCoNiCrAlY膜の成膜条件を
示したものである。表２は上記の実施例によるＺｒＯ2
膜並びにＮｉ０膜の成膜条件及び比較例によるＺｒＯ2
膜の成膜条件を示したものである。
記の実施例及び比較例によるCoNiCrAlY膜の成膜条件を
示したものである。表２は上記の実施例によるＺｒＯ2
膜並びにＮｉ０膜の成膜条件及び比較例によるＺｒＯ2
膜の成膜条件を示したものである。
【００２７】表３に、本発明による熱遮蔽膜（実施例）
と従来法による熱遮蔽膜（比較例）とがそれぞれ剥離す
るまでの熱サイクル回数を示す。表３より明らかなよう
に、従来法の熱遮蔽膜（比較例）では４５０回程度の熱
サイクルで剥離を生じるのに対して、本発明による熱遮
蔽膜（実施例）では、１５００回以上の熱サイクルにも
耐えられ、耐熱サイクル特性が向上することが判明し
た。
と従来法による熱遮蔽膜（比較例）とがそれぞれ剥離す
るまでの熱サイクル回数を示す。表３より明らかなよう
に、従来法の熱遮蔽膜（比較例）では４５０回程度の熱
サイクルで剥離を生じるのに対して、本発明による熱遮
蔽膜（実施例）では、１５００回以上の熱サイクルにも
耐えられ、耐熱サイクル特性が向上することが判明し
た。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【表３】
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、過酷な熱応力下であっ
ても剥離しにくい耐熱サイクル性に優れた熱遮蔽コーテ
ィング膜及びその製造方法を提供することができる。
ても剥離しにくい耐熱サイクル性に優れた熱遮蔽コーテ
ィング膜及びその製造方法を提供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｃ Ｄ (72)発明者 志田 雅人 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 鳥越 泰治 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 岡田 郁生 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA06 EA08 4F100 AA24D AA25C AB02A AB15A AB16A AB31A AB31B AB40B AD00C AR00D BA04 BA10A BA10D DC11D EH56C EH56D EJ423 EJ61C EJ61D JA02D JB02B JJ03 JJ03A JL04 4K031 AA02 AB04 AB08 AB11 BA03 CB08 CB22 CB26 CB27 CB42 DA04 FA01
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｎｉ、Ｃｏ又はＦｅのいずれかを主成分
とする耐熱合金母材上に、該母材よりも高温耐酸化性及
び組織安定性に優れたＭＣｒＡｌＹ金属結合層（Ｍ：Ｎ
ｉ、Ｃｏ及びＦｅからなる群から選ばれる１種又は２種
の元素）を被覆形成し、さらに該金属結合層上に被覆形
成される熱遮蔽性に優れたセラミックス膜からなる熱遮
蔽コーティング膜において、 前記セラミックス膜上に高線膨張係数の被覆膜を形成
し、これを所定温度域に加熱することにより前記セラミ
ックス膜内に熱応力を緩和するための微細な縦亀裂を導
入したことを特徴とする熱遮蔽コーティング膜。 - 【請求項２】 前記セラミックス膜はＺｒＯ2を主成分
とする粉末を前記金属結合層上に溶射してなるＺｒＯ2
系セラミックスからなり、前記高線膨張係数の被覆膜は
ＮｉＯ粉末を前記セラミックス膜上に溶射してなるＮｉ
Ｏ系セラミックスからなることを特徴とする請求項１記
載の熱遮蔽コーティング膜。 - 【請求項３】 Ｎｉ、Ｃｏ又はＦｅのいずれかを主成分
とする耐熱合金母材上に、該母材よりも高温耐酸化性及
び組織安定性に優れたＭＣｒＡｌＹ金属結合層（Ｍ：Ｎ
ｉ、Ｃｏ及びＦｅからなる群から選ばれる１種又は２種
の元素）を被覆形成し、さらに該金属結合層上に熱遮蔽
性に優れたセラミックス膜を被覆形成する熱遮蔽コーテ
ィング膜の製造方法において、 前記セラミックス膜上に高線膨張係数の膜を被覆し、こ
れを所定温度域に加熱することにより前記セラミックス
膜内に熱応力を緩和するための微細な縦亀裂を導入する
ことを特徴とする熱遮蔽コーティング膜の製造方法。 - 【請求項４】 ＺｒＯ2を主成分とする粉末を前記金属
結合層上に溶射して前記セラミックス膜を形成し、Ｎｉ
Ｏ粉末を前記セラミックス膜上に溶射して前記高線膨張
係数の被覆膜を形成することを特徴とする請求項３記載
の製造方法。 - 【請求項５】 前記セラミックス膜の相変態および焼結
を生じない範囲の条件で前記高線膨張係数の被覆膜の表
面を加熱することを特徴とする請求項３記載の製造方
法。 - 【請求項６】 裏面側から母材を冷却しながら前記高線
膨張係数の被覆膜の表面を１３５０〜１４５０℃の温度
域に加熱することを特徴とする請求項３乃至５のうちの
いずれか１記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001093985A JP2002294428A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 熱遮蔽コーティング膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001093985A JP2002294428A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 熱遮蔽コーティング膜及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002294428A true JP2002294428A (ja) | 2002-10-09 |
Family
ID=18948253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001093985A Withdrawn JP2002294428A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 熱遮蔽コーティング膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002294428A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003104512A1 (ja) * | 2002-06-07 | 2003-12-18 | 株式会社荏原製作所 | 被膜の材料選定方法及び被膜 |
| JP2007231422A (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | United Technol Corp <Utc> | コーティング方法、およびコーティングされた物品 |
| KR101256282B1 (ko) * | 2010-12-03 | 2013-04-18 | 한양대학교 산학협력단 | 수직균열을 갖는 열차폐 코팅층 및 이에 대한 제조방법 |
| WO2013065339A1 (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-10 | トーカロ株式会社 | 溶射皮膜における緻密化層の形成方法、及び溶射皮膜被覆部材 |
-
2001
- 2001-03-28 JP JP2001093985A patent/JP2002294428A/ja not_active Withdrawn
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| JP2013095974A (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Tocalo Co Ltd | 溶射皮膜における緻密化層の形成方法、及び溶射皮膜被覆部材 |
| CN103890223A (zh) * | 2011-11-02 | 2014-06-25 | 东华隆株式会社 | 喷涂覆膜中的致密化层的形成方法、和喷涂覆膜被覆构件 |
| CN103890223B (zh) * | 2011-11-02 | 2016-02-03 | 东华隆株式会社 | 喷涂覆膜中的致密化层的形成方法、和喷涂覆膜被覆构件 |
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