JP2002336935A - 金属性の材料と非金属性の材料との間の複合構造部 - Google Patents
金属性の材料と非金属性の材料との間の複合構造部Info
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 一方では、非金属性の材料の大きな層厚さ
が、安定して付着した状態でかつ衝突作用に対して敏感
でないように金属性の材料に被着されるようになってお
り、他方では、公知先行技術に比べて、より僅かな熱伝
導と、酸化にさらされるより僅かな金属表面とが得られ
るようにする。 【解決手段】 基体２の表面１０に一緒に鋳造された保
持構造部が、リベット４から成っているようにした。さ
らに、リベット４を公知の鑞模型鋳造法によって基体２
と一緒に鋳造するようにした。
が、安定して付着した状態でかつ衝突作用に対して敏感
でないように金属性の材料に被着されるようになってお
り、他方では、公知先行技術に比べて、より僅かな熱伝
導と、酸化にさらされるより僅かな金属表面とが得られ
るようにする。 【解決手段】 基体２の表面１０に一緒に鋳造された保
持構造部が、リベット４から成っているようにした。さ
らに、リベット４を公知の鑞模型鋳造法によって基体２
と一緒に鋳造するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属性の材料と非
金属性の材料との間の複合構造部であって、基体を形成
する金属性の材料の表面に付着層が配置されており、該
付着層にカバー層としての非金属性の材料が塗布されて
おり、付着層が、相並んで配置された別個のボール状の
リベットから成っているかまたはステムとヘッドとを有
するきのこ状のリベットから成っている形式のものに関
する。
金属性の材料との間の複合構造部であって、基体を形成
する金属性の材料の表面に付着層が配置されており、該
付着層にカバー層としての非金属性の材料が塗布されて
おり、付着層が、相並んで配置された別個のボール状の
リベットから成っているかまたはステムとヘッドとを有
するきのこ状のリベットから成っている形式のものに関
する。
【０００２】さらに、本発明は、金属性の材料と非金属
性の材料との間の前記複合構造部を製作するための方法
であって、この場合、金属製の基体の表面に付着層を被
着させ、次いで、該付着層に非金属性の材料を塗布し、
この場合、付着層を、相並んで配置された別個のボール
状の形状またはステムとヘッドとを備えた、きのこに類
似の形状を有するリベットから製作する形式の、金属性
の材料と非金属性の材料との間の複合構造部を製作する
ための方法に関する。
性の材料との間の前記複合構造部を製作するための方法
であって、この場合、金属製の基体の表面に付着層を被
着させ、次いで、該付着層に非金属性の材料を塗布し、
この場合、付着層を、相並んで配置された別個のボール
状の形状またはステムとヘッドとを備えた、きのこに類
似の形状を有するリベットから製作する形式の、金属性
の材料と非金属性の材料との間の複合構造部を製作する
ための方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】金属性の材料と非金属性の材料とから成
る複合構造体の構造、たとえばセラミックス製の断熱層
による、ガスタービンおよび蒸気タービンに設けられた
金属製の構成部分の被覆は、一般的に知られている公知
先行技術である。
る複合構造体の構造、たとえばセラミックス製の断熱層
による、ガスタービンおよび蒸気タービンに設けられた
金属製の構成部分の被覆は、一般的に知られている公知
先行技術である。
【０００４】この場合、基体の金属製の表面には、たと
えばプラズマ溶射またはフレーム溶射によって、可能な
限り粗い表面を備えた付着層が吹付け塗布される。表面
の粗さは、この表面に同じくプラズマ溶射またはフレー
ム溶射される、非金属性の材料から成る断熱層の形状接
続的な密着もしくは投錨に役立つ。通常、この結合は、
金属と非金属性の材料、たとえばセラミックスとの間の
極めて異なる熱膨張係数のために、５００μｍ未満の層
厚さでしか達成されない。
えばプラズマ溶射またはフレーム溶射によって、可能な
限り粗い表面を備えた付着層が吹付け塗布される。表面
の粗さは、この表面に同じくプラズマ溶射またはフレー
ム溶射される、非金属性の材料から成る断熱層の形状接
続的な密着もしくは投錨に役立つ。通常、この結合は、
金属と非金属性の材料、たとえばセラミックスとの間の
極めて異なる熱膨張係数のために、５００μｍ未満の層
厚さでしか達成されない。
【０００５】プラズマ溶射またはフレーム溶射されたセ
ラミックス製の断熱層は断熱被膜（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂ
ａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ；ＴＢＣ）とも呼ばれ
る。このような形式の断熱層を備えた構成部分は、たと
えば燃焼器内に使用されるかまたはガスタービンブレー
ドとして使用される。
ラミックス製の断熱層は断熱被膜（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂ
ａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ；ＴＢＣ）とも呼ばれ
る。このような形式の断熱層を備えた構成部分は、たと
えば燃焼器内に使用されるかまたはガスタービンブレー
ドとして使用される。
【０００６】セラミックス製の断熱層のための保持構造
部を形成するための公知の方法は、付着層のプラズマ溶
射またはフレーム溶射の他に、たとえば型彫り放電加工
（Ｓｅｎｋｅｒｏｄｉｅｒｅｎ）、レーザ・ウォータジ
ェット・電子ビームモデリング、はんだ付けおよび粒子
の焼結（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５４５０
２５号明細書参照）または基体の表面への、一緒に鋳造
されたほぼ網目状のスケルトン構造部の製造（ヨーロッ
パ特許出願公開第０９３５００９号明細書）である。
部を形成するための公知の方法は、付着層のプラズマ溶
射またはフレーム溶射の他に、たとえば型彫り放電加工
（Ｓｅｎｋｅｒｏｄｉｅｒｅｎ）、レーザ・ウォータジ
ェット・電子ビームモデリング、はんだ付けおよび粒子
の焼結（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５４５０
２５号明細書参照）または基体の表面への、一緒に鋳造
されたほぼ網目状のスケルトン構造部の製造（ヨーロッ
パ特許出願公開第０９３５００９号明細書）である。
【０００７】高多孔質のセラミックスの射出成形によっ
て複合構造体が形成される場合には、１．５ｍｍまでの
層厚さを達成することができる。しかし、このセラミッ
クスは異物衝突に対して極めて敏感であるので、このよ
うな形式の複合構造体には、極めて短い耐用年数しか付
与されておらず、したがって、複合構造体は頻繁に交換
されなければならないかもしくは修理されなければなら
ない。
て複合構造体が形成される場合には、１．５ｍｍまでの
層厚さを達成することができる。しかし、このセラミッ
クスは異物衝突に対して極めて敏感であるので、このよ
うな形式の複合構造体には、極めて短い耐用年数しか付
与されておらず、したがって、複合構造体は頻繁に交換
されなければならないかもしくは修理されなければなら
ない。
【０００８】たとえばガスタービンにおける冷却空気消
費率を著しく低下させ、したがって、効率を向上させる
ためには、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１
９５４５０２５号明細書に基づき公知である公知先行技
術よりも著しく有効な断熱が必要となる。
費率を著しく低下させ、したがって、効率を向上させる
ためには、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１
９５４５０２５号明細書に基づき公知である公知先行技
術よりも著しく有効な断熱が必要となる。
【０００９】このより有効な断熱は、より肉厚のＴＢＣ
層の被着によって達成することができる。しかし、基体
への肉厚の層の十分な付着を保証するためには、極めて
粗い保持構造部が基体の表面に形成されなければならな
い。
層の被着によって達成することができる。しかし、基体
への肉厚の層の十分な付着を保証するためには、極めて
粗い保持構造部が基体の表面に形成されなければならな
い。
【００１０】出願人は、球形のまたはきのこ状の粗い保
持構造部（投錨点もしくはリベットとも呼ばれる）を表
面に溶接プロセス、特にアーク溶接プロセスによって製
作する方法（ドイツ連邦共和国特許出願第１００５７１
８７．５号明細書）を知っている。この場合、この保持
構造部を形成するためには、有利にはエンドレスな溶接
ワイヤが溶融される。この場合、溶融された溶接ワイヤ
自体が、特有に成形された投錨点を形成している。この
ような形式の、溶融された粗い投錨点は、ヨーロッパ特
許出願公開第０９３５００９号明細書に基づき公知であ
るような一体に鋳造されたスケルトン構造部と著しく異
なっている。
持構造部（投錨点もしくはリベットとも呼ばれる）を表
面に溶接プロセス、特にアーク溶接プロセスによって製
作する方法（ドイツ連邦共和国特許出願第１００５７１
８７．５号明細書）を知っている。この場合、この保持
構造部を形成するためには、有利にはエンドレスな溶接
ワイヤが溶融される。この場合、溶融された溶接ワイヤ
自体が、特有に成形された投錨点を形成している。この
ような形式の、溶融された粗い投錨点は、ヨーロッパ特
許出願公開第０９３５００９号明細書に基づき公知であ
るような一体に鋳造されたスケルトン構造部と著しく異
なっている。
【００１１】ヨーロッパ特許出願公開第０９３５００９
号明細書に基づき公知の一体に鋳造された構造部は一貫
した網目を成している。その後、被覆の後、この網目の
内部には個々のセラミックス島（Ｋｅｒａｍｉｋｉｎｓ
ｅｌ）が位置している。これに対して、溶接された構造
部は、一貫して延びるセラミックス網目を個々の金属島
（Ｍｅｔａｌｌｉｎｓｅｌ）と共に有している。このこ
とは、層の特性にポジティブな影響を与える。したがっ
て、溶接された構造部の場合には、鋳造された網目状の
構造部に比べて、特により低い熱伝導、酸化にさらされ
るより僅かな金属表面およびセラミックス層のより良好
な密着を得ることができる。
号明細書に基づき公知の一体に鋳造された構造部は一貫
した網目を成している。その後、被覆の後、この網目の
内部には個々のセラミックス島（Ｋｅｒａｍｉｋｉｎｓ
ｅｌ）が位置している。これに対して、溶接された構造
部は、一貫して延びるセラミックス網目を個々の金属島
（Ｍｅｔａｌｌｉｎｓｅｌ）と共に有している。このこ
とは、層の特性にポジティブな影響を与える。したがっ
て、溶接された構造部の場合には、鋳造された網目状の
構造部に比べて、特により低い熱伝導、酸化にさらされ
るより僅かな金属表面およびセラミックス層のより良好
な密着を得ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、公知の、鋳
造された網目状の構造部の欠点を回避することを目標と
している。本発明の課題は、特にガスタービン構造およ
び蒸気タービン構造に用いられる、金属性の材料と非金
属性の材料との間の溶接された複合構造部を改良すると
共にこの複合構造部を製作するための方法を改善して、
一方では、非金属性の材料の大きな層厚さが、安定して
付着した状態でかつ衝突作用に対して敏感でないように
金属性の材料に被着されるようになっており、他方で
は、公知先行技術に比べて、より僅かな熱伝導と、酸化
にさらされるより僅かな金属表面とが得られるようにす
ることである。
造された網目状の構造部の欠点を回避することを目標と
している。本発明の課題は、特にガスタービン構造およ
び蒸気タービン構造に用いられる、金属性の材料と非金
属性の材料との間の溶接された複合構造部を改良すると
共にこの複合構造部を製作するための方法を改善して、
一方では、非金属性の材料の大きな層厚さが、安定して
付着した状態でかつ衝突作用に対して敏感でないように
金属性の材料に被着されるようになっており、他方で
は、公知先行技術に比べて、より僅かな熱伝導と、酸化
にさらされるより僅かな金属表面とが得られるようにす
ることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の複合構造部では、基体の表面に一緒に鋳造さ
れた保持構造部が、リベットから成っているようにし
た。
に本発明の複合構造部では、基体の表面に一緒に鋳造さ
れた保持構造部が、リベットから成っているようにし
た。
【００１４】さらに、この課題を解決するために本発明
の方法では、リベットを公知の鑞模型鋳造法によって基
体と一緒に鋳造するようにした。
の方法では、リベットを公知の鑞模型鋳造法によって基
体と一緒に鋳造するようにした。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、有利には、本発明によ
る複合構造部が、一貫して延びる非金属網目、特にセラ
ミックス網目を個々の金属島と共に有している。このこ
とは、層の特性にポジティブな影響を与える。したがっ
て、本発明による鋳造された保持構造部の場合には、公
知先行技術に基づき公知の鋳造された網目状のもしくは
格子状の保持構造部に比べて、特により低い熱伝導、酸
化にさらされるより僅かな金属表面およびセラミック層
のより改善された密着を得ることができる。
る複合構造部が、一貫して延びる非金属網目、特にセラ
ミックス網目を個々の金属島と共に有している。このこ
とは、層の特性にポジティブな影響を与える。したがっ
て、本発明による鋳造された保持構造部の場合には、公
知先行技術に基づき公知の鋳造された網目状のもしくは
格子状の保持構造部に比べて、特により低い熱伝導、酸
化にさらされるより僅かな金属表面およびセラミック層
のより改善された密着を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。
面につき詳しく説明する。
【００１７】図１〜図７には、本発明による方法の個々
のステップが概略的に示してある。この場合、図７に
は、きのこ状のリベットを備えた本発明による複合構造
部が例示してある。図８には、ボール状のリベットを備
えた本発明の別の構成が示してある。
のステップが概略的に示してある。この場合、図７に
は、きのこ状のリベットを備えた本発明による複合構造
部が例示してある。図８には、ボール状のリベットを備
えた本発明の別の構成が示してある。
【００１８】このような形式の複合構造部１のために
は、特に図７および図８から明らかであるように、金属
製の基体２の表面に付着層３が被着される。この付着層
３は、ここではリベット４と呼ばれる個々の投錨点（Ａ
ｎｋｅｒｐｕｎｋｔ）から形成される。その後、次い
で、この投錨点には非金属性の材料５が塗布される。本
発明は、保持構造部（付着層３）が基体２の表面１０に
基体２と一緒に鋳造されていて、前記リベット４から成
っている点で特徴的である。基体２およびリベット４の
ための材料としては、たとえばＩＮ７３８、ＩＮ９３
９、ＭＡ６０００、ＰＭ２０００、ＣＭＳＸ−４および
ＭＡＲＭ２４７が使用可能である。
は、特に図７および図８から明らかであるように、金属
製の基体２の表面に付着層３が被着される。この付着層
３は、ここではリベット４と呼ばれる個々の投錨点（Ａ
ｎｋｅｒｐｕｎｋｔ）から形成される。その後、次い
で、この投錨点には非金属性の材料５が塗布される。本
発明は、保持構造部（付着層３）が基体２の表面１０に
基体２と一緒に鋳造されていて、前記リベット４から成
っている点で特徴的である。基体２およびリベット４の
ための材料としては、たとえばＩＮ７３８、ＩＮ９３
９、ＭＡ６０００、ＰＭ２０００、ＣＭＳＸ−４および
ＭＡＲＭ２４７が使用可能である。
【００１９】前製造されたリベット４は、きのこ状の構
造を有していて、しかも、ステム８とヘッド９とを有し
ている（図７参照）かまたはボール状に形成されている
（図８参照）。リベット４の形状は変えられていてよ
い。すなわち、リベット４は、種々異なるステム高さ
と、種々異なるステム直径もしくはヘッド直径とを有し
ていてよい。
造を有していて、しかも、ステム８とヘッド９とを有し
ている（図７参照）かまたはボール状に形成されている
（図８参照）。リベット４の形状は変えられていてよ
い。すなわち、リベット４は、種々異なるステム高さ
と、種々異なるステム直径もしくはヘッド直径とを有し
ていてよい。
【００２０】一緒に鋳造されたきのこ状のリベット４
が、約０．８ｍｍ〜３ｍｍのヘッド直径１２と、約０．
５ｍｍ〜２ｍｍのステム直径１３と、約１ｍｍ〜１０ｍ
ｍの高さ１１とを有していると有利である。この場合、
後で被着させたい非金属製の層のための極めて良好な密
着可能性が付与されている。
が、約０．８ｍｍ〜３ｍｍのヘッド直径１２と、約０．
５ｍｍ〜２ｍｍのステム直径１３と、約１ｍｍ〜１０ｍ
ｍの高さ１１とを有していると有利である。この場合、
後で被着させたい非金属製の層のための極めて良好な密
着可能性が付与されている。
【００２１】一緒に鋳造されたボール状のリベット４が
約０．５ｍｍ〜３ｍｍの直径１２を有していると有利で
ある。なぜならば、この場合、塗布したい非金属製の材
料５のための同じく良好な密着可能性が存在しているか
らである。
約０．５ｍｍ〜３ｍｍの直径１２を有していると有利で
ある。なぜならば、この場合、塗布したい非金属製の材
料５のための同じく良好な密着可能性が存在しているか
らである。
【００２２】リベット４の特有な形状によって、適宜な
表面粗さが形成され、これによって、液状の状態で塗布
したい非金属製の材料５が金属製の基体２と形状接続的
（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）な結合を形成する、
すなわち、リベット４によって、自由室の形の適宜な背
後係合部６がリベット４と基体２との間に形成されるこ
とが達成される。背後係合部６には、非金属性の材料５
が流入するかもしくは係合し、したがって、非金属性の
材料５と金属性の材料、特に基体２との固い結合が形成
される。非金属性の材料５、たとえばセラミックスの塗
布は既知の過程、たとえばプラズマ溶射またはフレーム
溶射によって行われてよい。
表面粗さが形成され、これによって、液状の状態で塗布
したい非金属製の材料５が金属製の基体２と形状接続的
（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）な結合を形成する、
すなわち、リベット４によって、自由室の形の適宜な背
後係合部６がリベット４と基体２との間に形成されるこ
とが達成される。背後係合部６には、非金属性の材料５
が流入するかもしくは係合し、したがって、非金属性の
材料５と金属性の材料、特に基体２との固い結合が形成
される。非金属性の材料５、たとえばセラミックスの塗
布は既知の過程、たとえばプラズマ溶射またはフレーム
溶射によって行われてよい。
【００２３】このような形式の複合構造部１を製作する
ためには、非金属性の材料５のための高い強度と十分な
層厚さ７とを得ることができるように、十分な背後係合
部６を備えた規定された表面粗さが形成されることが重
要である。大きな層厚さ７によって、たとえばガスター
ビンにおいて冷却空気消費率の著しい低下が得られる。
これによって、ガスタービンの効率が著しく向上させら
れる。しかし、大きな層厚さ７を形成することができる
ようにするためには、添加成分またはこれに類するもの
を含んだはんだペーストの塗布による公知先行技術より
も著しく大きな保持構造部もしくは粗い付着層３が形成
されなければならない。すなわち、言い換えるならば、
リベット４の形状および大きさに関連して、適宜な層厚
さ７を有するように非金属性の材料５が基体２に塗布さ
れ得る。
ためには、非金属性の材料５のための高い強度と十分な
層厚さ７とを得ることができるように、十分な背後係合
部６を備えた規定された表面粗さが形成されることが重
要である。大きな層厚さ７によって、たとえばガスター
ビンにおいて冷却空気消費率の著しい低下が得られる。
これによって、ガスタービンの効率が著しく向上させら
れる。しかし、大きな層厚さ７を形成することができる
ようにするためには、添加成分またはこれに類するもの
を含んだはんだペーストの塗布による公知先行技術より
も著しく大きな保持構造部もしくは粗い付着層３が形成
されなければならない。すなわち、言い換えるならば、
リベット４の形状および大きさに関連して、適宜な層厚
さ７を有するように非金属性の材料５が基体２に塗布さ
れ得る。
【００２４】たとえばガスタービンまたは蒸気タービン
で使用されるこのような形式の複合構造部１では、非金
属性の材料５が金属性の材料、すなわち基体２から分離
されることなしにもしくは基体２から剥離されることな
しに、塗布された非金属性の材料５が十分な異物衝突に
耐えることができることが望ましい。しかし、にもかか
わらず、過度に大きな力作用に基づき、非金属性の材料
５が異物衝突によって剥離されるような場合には、複合
構造部１の表面の僅かな破壊しか生ぜしめられないこと
を保証することができる。付着層３の特殊な製作、特に
きのこ状のリベット４の特有の構成に基づき、異物衝突
時には、リベット４を越えて突出した材料しか剥離され
ないことが達成される。しかし、この場合、両リベット
４の間の非金属性の材料５は複合構造部１から分離され
ない。これによって、リベット４を介した基体２への僅
かな作用点しか形成されない。
で使用されるこのような形式の複合構造部１では、非金
属性の材料５が金属性の材料、すなわち基体２から分離
されることなしにもしくは基体２から剥離されることな
しに、塗布された非金属性の材料５が十分な異物衝突に
耐えることができることが望ましい。しかし、にもかか
わらず、過度に大きな力作用に基づき、非金属性の材料
５が異物衝突によって剥離されるような場合には、複合
構造部１の表面の僅かな破壊しか生ぜしめられないこと
を保証することができる。付着層３の特殊な製作、特に
きのこ状のリベット４の特有の構成に基づき、異物衝突
時には、リベット４を越えて突出した材料しか剥離され
ないことが達成される。しかし、この場合、両リベット
４の間の非金属性の材料５は複合構造部１から分離され
ない。これによって、リベット４を介した基体２への僅
かな作用点しか形成されない。
【００２５】このことは、ステム８とヘッド９とを備え
たリベット４の、特有に規定された構成によって、大き
な面にわたる背後係合部６と、規定された数のリベット
４とを、設定された面に形成することができる場合に達
成され、これによって、リベット４を埋め込んだ非金属
性の材料５はリベット４と極めて固い結合を形成し、し
たがって、非金属性の材料５がもはや個々のリベット４
の間で基体２から分離することはあり得ない。非金属性
の材料５の一部を剥離する異物衝突に関する図示は、図
７の右側の部分に概略的に示してある。これに基づき、
非金属性の材料５は異物衝突時に確かにリベット４の上
方で剥離されているが、しかし、両リベット４の間では
付着したままであり、したがって、リベット４を介した
基体２への僅かな熱移行しか生ぜしめられ得ないことは
明らかである。これによって、異物衝突の領域での複合
構造部１の望ましくない破壊を阻止することができる。
たリベット４の、特有に規定された構成によって、大き
な面にわたる背後係合部６と、規定された数のリベット
４とを、設定された面に形成することができる場合に達
成され、これによって、リベット４を埋め込んだ非金属
性の材料５はリベット４と極めて固い結合を形成し、し
たがって、非金属性の材料５がもはや個々のリベット４
の間で基体２から分離することはあり得ない。非金属性
の材料５の一部を剥離する異物衝突に関する図示は、図
７の右側の部分に概略的に示してある。これに基づき、
非金属性の材料５は異物衝突時に確かにリベット４の上
方で剥離されているが、しかし、両リベット４の間では
付着したままであり、したがって、リベット４を介した
基体２への僅かな熱移行しか生ぜしめられ得ないことは
明らかである。これによって、異物衝突の領域での複合
構造部１の望ましくない破壊を阻止することができる。
【００２６】たとえばセラミックス性の材料、有利に
は、イットリウム安定化された酸化ジルコニウムである
非金属性の材料５のための層厚さ７が１ｍｍ〜２０ｍｍ
の間にあると有利である。なぜならば、これによって、
断熱層が極めて高い温度差にも問題なく耐えられるから
である。
は、イットリウム安定化された酸化ジルコニウムである
非金属性の材料５のための層厚さ７が１ｍｍ〜２０ｍｍ
の間にあると有利である。なぜならば、これによって、
断熱層が極めて高い温度差にも問題なく耐えられるから
である。
【００２７】リベット４の、互いに隣り合って位置する
２つのヘッド９の間の間隔１４が、ヘッド９の直径１２
の１〜５倍であると有利である。より大きな間隔も可能
である。
２つのヘッド９の間の間隔１４が、ヘッド９の直径１２
の１〜５倍であると有利である。より大きな間隔も可能
である。
【００２８】具体的な実施例として、図１〜図７によ
り、ガスタービンに用いられる断熱プレートならびにこ
の断熱プレートを製作するための方法を説明する。
り、ガスタービンに用いられる断熱プレートならびにこ
の断熱プレートを製作するための方法を説明する。
【００２９】プレートの製作は、以下のステップで行わ
れる：−まず、公知の形式で鑞模型が製作される。この
ためには、図１によれば、個々の鑞ボール１５と、ステ
ム１７を備えた鑞プレート１６とが別個に射出成形され
る。
れる：−まず、公知の形式で鑞模型が製作される。この
ためには、図１によれば、個々の鑞ボール１５と、ステ
ム１７を備えた鑞プレート１６とが別個に射出成形され
る。
【００３０】−次いで、図２によれば、第２の方法ステ
ップで鑞ボール１５がステム１７の自由端部に融着され
る。
ップで鑞ボール１５がステム１７の自由端部に融着され
る。
【００３１】−第３の方法ステップ（図３参照）では、
漏斗状の湯口１９をも有する鑞模型を取り囲むように鋳
造シェル１８が設けられる。
漏斗状の湯口１９をも有する鑞模型を取り囲むように鋳
造シェル１８が設けられる。
【００３２】−次いで、鑞が融かし出され、これによっ
て、鋳造したい部分に相当する中空室２０が鋳造シェル
１８に形成される（図４参照）。
て、鋳造したい部分に相当する中空室２０が鋳造シェル
１８に形成される（図４参照）。
【００３３】−中空室２０が、以下の化学的な組成：す
なわち、２２．５％のＣｒ、１９％のＣｏ、２％のＷ、
１％のＮｂ、１．４％のＴａ、３．７％のＴｉ、１．９
％のＡｌ、０．１％のＺｒ、０．０１％のＢ、０．１５
％のＣ、残りはＮｉを備えた液状の金属、ここではＩＮ
９３９で充填される（図５参照）。
なわち、２２．５％のＣｒ、１９％のＣｏ、２％のＷ、
１％のＮｂ、１．４％のＴａ、３．７％のＴｉ、１．９
％のＡｌ、０．１％のＺｒ、０．０１％のＢ、０．１５
％のＣ、残りはＮｉを備えた液状の金属、ここではＩＮ
９３９で充填される（図５参照）。
【００３４】−材料が固化した後、鋳造部分が離型さ
れ、漏斗状の湯口１９が切り離される（図６参照）。し
たがって、基体２はその表面１０に、一緒に鋳造された
きのこ状のリベット４を有している。このリベット４
は、塗布したい非金属製の材料５のための付着層３を成
している。リベット４は、１．２ｍｍのヘッド直径１２
と、０．６ｍｍのステム直径１３と、１ｍｍのステム高
さとを有している。このことは、リベット４の２．２ｍ
ｍの全高さ１１に相当している。リベット４の、互いに
となり合って位置する２つのヘッド９の間の間隔１４は
約１．５ｍｍである。
れ、漏斗状の湯口１９が切り離される（図６参照）。し
たがって、基体２はその表面１０に、一緒に鋳造された
きのこ状のリベット４を有している。このリベット４
は、塗布したい非金属製の材料５のための付着層３を成
している。リベット４は、１．２ｍｍのヘッド直径１２
と、０．６ｍｍのステム直径１３と、１ｍｍのステム高
さとを有している。このことは、リベット４の２．２ｍ
ｍの全高さ１１に相当している。リベット４の、互いに
となり合って位置する２つのヘッド９の間の間隔１４は
約１．５ｍｍである。
【００３５】−次いで、一体に鋳造されたリベット４を
備えた、鋳造された金属製のベースプレート２がエアプ
ラズマ溶射によってＴＢＣで被覆される。このＴＢＣ層
は、以下の化学的な組成：すなわち、２．５％のＨｆＯ
２、７〜９％のＹ２Ｏ３、３％未満の別の化合物、残り
はＺｒＯを備えた、イットリウム安定化された酸化ジル
コニウムから成っている。ＴＢＣ層の層高さ７は約４．
５〜５ｍｍである。
備えた、鋳造された金属製のベースプレート２がエアプ
ラズマ溶射によってＴＢＣで被覆される。このＴＢＣ層
は、以下の化学的な組成：すなわち、２．５％のＨｆＯ
２、７〜９％のＹ２Ｏ３、３％未満の別の化合物、残り
はＺｒＯを備えた、イットリウム安定化された酸化ジル
コニウムから成っている。ＴＢＣ層の層高さ７は約４．
５〜５ｍｍである。
【００３６】このような形式で被覆された断熱プレート
は１２００℃の室温で熱衝撃試験にさらされた。ＴＢＣ
側は火炎によって加熱され（１２００℃）、基体側は圧
縮空気によって冷却された（９００℃）。ＴＢＣ層の剥
離が生ぜしめられることなしに、８５０回の熱サイクル
が吸収された。このことは、基体２と一緒に鋳造された
リベット４から成る付着層３に対するセラミックス性の
材料５の優れた密着可能性を示している。
は１２００℃の室温で熱衝撃試験にさらされた。ＴＢＣ
側は火炎によって加熱され（１２００℃）、基体側は圧
縮空気によって冷却された（９００℃）。ＴＢＣ層の剥
離が生ぜしめられることなしに、８５０回の熱サイクル
が吸収された。このことは、基体２と一緒に鋳造された
リベット４から成る付着層３に対するセラミックス性の
材料５の優れた密着可能性を示している。
【００３７】当然ながら、上述した一緒に鋳造されたき
のこ状のリベット４の他に、ボール状のリベット４も使
用されてよい（図８参照）。
のこ状のリベット４の他に、ボール状のリベット４も使
用されてよい（図８参照）。
【図１】射出成形された鑞プレートと、射出成形された
別個の鑞ボールとの断面図である（第１の方法ステッ
プ）。
別個の鑞ボールとの断面図である（第１の方法ステッ
プ）。
【図２】組み付けられた（融着された）鑞ボールを備え
た鑞プレートの断面図である（第２の方法ステップ）。
た鑞プレートの断面図である（第２の方法ステップ）。
【図３】鑞模型を備えた鋳造シェルの断面図である（第
３の方法ステップ）。
３の方法ステップ）。
【図４】鑞が融かし出された鋳造シェルの断面図である
（第４の方法ステップ）。
（第４の方法ステップ）。
【図５】鋳込まれた金属を備えた鋳造シェルの断面図で
ある（第５の方法ステップ）。
ある（第５の方法ステップ）。
【図６】離型された鋳造部分と、切り離された漏斗状の
湯口との断面図である（第６の方法ステップ）。
湯口との断面図である（第６の方法ステップ）。
【図７】きのこ状のリベットを備えた、ＴＢＣで被覆さ
れた完成した断熱プレートの断面図である（第７の方法
ステップ）。
れた完成した断熱プレートの断面図である（第７の方法
ステップ）。
【図８】ボール状のリベットを備えた、ＴＢＣで被覆さ
れた完成した断熱プレートの断面図である。
れた完成した断熱プレートの断面図である。
１ 複合構造部、 ２ 基体、 ３ 付着層、 ４ リ
ベット、 ５ 材料、６ 背後係合部、 ７ 層厚さ、
８ ステム、 ９ ヘッド、 １０ 表面、 １１
高さ、 １２ ヘッド直径、 １３ ステム直径、 １
４ 間隔、１５ 鑞ボール、 １６ 鑞プレート、 １
７ ステム、 １８ 鋳造シェル、１９ 湯口、 ２０
中空室
ベット、 ５ 材料、６ 背後係合部、 ７ 層厚さ、
８ ステム、 ９ ヘッド、 １０ 表面、 １１
高さ、 １２ ヘッド直径、 １３ ステム直径、 １
４ 間隔、１５ 鑞ボール、 １６ 鑞プレート、 １
７ ステム、 １８ 鋳造シェル、１９ 湯口、 ２０
中空室
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ２３Ｃ 4/10 Ｃ２３Ｃ 4/10 Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｃ Ｄ (72)発明者 ラインハルト フリート スイス国 ヌスバウメン シュトックアッ カーシュトラーセ ３アー Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA06 EA08 4K031 AA02 AB02 AB08 BA08 CB14 CB42 DA04 GA01
Claims (8)
- 【請求項１】 金属性の材料と非金属性の材料との間の
複合構造部（１）であって、基体（２）を形成する金属
性の材料の表面（１０）に付着層（３）が配置されてお
り、該付着層（３）にカバー層としての非金属性の材料
（５）が塗布されており、付着層（３）が、相並んで配
置された別個のボール状のリベット（４）から成ってい
るかまたはステム（８）とヘッド（９）とを有するきの
こ状のリベット（４）から成っている形式のものにおい
て、基体（２）の表面（１０）に一緒に鋳造された保持
構造部が、前記リベット（４）から成っていることを特
徴とする、金属性の材料と非金属性の材料との間の複合
構造部。 - 【請求項２】 一緒に鋳造されたきのこ状のリベット
（４）が、約０．８ｍｍ〜３ｍｍのヘッド（９）の直径
（１２）と、約０．５ｍｍ〜２ｍｍのステム（９）の直
径（１３）とを有している、請求項１記載の複合構造
部。 - 【請求項３】 一緒に鋳造されたきのこ状のリベット
（４）が、約１ｍｍ〜１０ｍｍの高さ（１１）を有して
いる、請求項１記載の複合構造部。 - 【請求項４】 一緒に鋳造されたボール状のリベット
（４）が、約０．５ｍｍ〜３ｍｍの直径（１２）を有し
ている、請求項１記載の複合構造部。 - 【請求項５】 リベット（４）の、互いに隣り合って位
置する２つのヘッド（９）の間の間隔（１４）が、ヘッ
ド（９）の直径（１２）の約１〜５倍である、請求項１
記載の複合構造部。 - 【請求項６】 一体に鋳造されたリベット（４）を備え
た金属製の基体（２）が、有利には、ＩＮ７３８、ＩＮ
９３９、ＭＡ６０００、ＰＭ２０００、ＣＭＳＸ−４お
よびＭＡＲＭ２４７から成っており、非金属性の材料
（５）が、セラミックス性の材料、有利には、イットリ
ウム安定化された酸化ジルコニウムである、請求項１か
ら５までのいずれか１項記載の複合構造部。 - 【請求項７】 非金属性の材料（５）のための層厚さ
（７）が、１ｍｍ〜２０ｍｍの間にある、請求項１記載
の複合構造部。 - 【請求項８】 請求項１から７までのいずれか１項記載
の、金属性の材料と非金属性の材料との間の複合構造部
（１）を製作するための方法であって、この場合、金属
製の基体（２）の表面（１０）に付着層（３）を被着さ
せ、次いで、該付着層（３）に非金属性の材料（５）を
塗布し、この場合、付着層（３）を、相並んで配置され
た別個のボール状の形状またはステム（８）とヘッド
（９）とを備えた、きのこに類似の形状を有するリベッ
ト（４）から製作する形式の、金属性の材料と非金属性
の材料との間の複合構造部を製作するための方法におい
て、リベット（４）を公知の鑞模型鋳造法によって基体
（２）と一緒に鋳造することを特徴とする、金属性の材
料と非金属性の材料との間の複合構造部を製作するため
の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10117127.7 | 2001-04-06 | ||
| DE10117127A DE10117127B4 (de) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | Verbundaufbau zwischen metallischen und nichtmetallischen Materialien |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002336935A true JP2002336935A (ja) | 2002-11-26 |
Family
ID=7680591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002102420A Withdrawn JP2002336935A (ja) | 2001-04-06 | 2002-04-04 | 金属性の材料と非金属性の材料との間の複合構造部 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020146541A1 (ja) |
| EP (1) | EP1247874A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002336935A (ja) |
| DE (1) | DE10117127B4 (ja) |
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