JP2003183752A - 耐高温腐食合金材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービン - Google Patents
耐高温腐食合金材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービンInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた耐酸化性、耐食性を備え、かつ延性に
優れた耐高温腐食合金材、及びこれを用いて形成された
金属結合層を備えた遮熱コーティング材、及びこの遮熱
コーティング材を備えたタービン部材、ガスタービンを
提供する。 【解決手段】 本発明の耐高温腐食合金材は、重量％
で、Ｃｏ：０．１〜１２％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａ
ｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜５％、Ｒｅ：０．５〜１
０％を含み、残部が実質Ｎｉからなることを特徴として
いる。前記Ｒｅの含有量が、重量％で０．５〜６％とさ
れるのが好ましい。本発明に係る遮熱コーティング材
は、上記耐高温腐食合金材を用いて形成された金属結合
層２２と、該金属結合層２２上に積層されたセラミック
ス層２３とが、耐熱合金基材２１上に形成されたことを
特徴としている。
優れた耐高温腐食合金材、及びこれを用いて形成された
金属結合層を備えた遮熱コーティング材、及びこの遮熱
コーティング材を備えたタービン部材、ガスタービンを
提供する。 【解決手段】 本発明の耐高温腐食合金材は、重量％
で、Ｃｏ：０．１〜１２％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａ
ｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜５％、Ｒｅ：０．５〜１
０％を含み、残部が実質Ｎｉからなることを特徴として
いる。前記Ｒｅの含有量が、重量％で０．５〜６％とさ
れるのが好ましい。本発明に係る遮熱コーティング材
は、上記耐高温腐食合金材を用いて形成された金属結合
層２２と、該金属結合層２２上に積層されたセラミック
ス層２３とが、耐熱合金基材２１上に形成されたことを
特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐高温腐食合金
材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスター
ビンに係り、特に、優れた耐酸化性と延性とを備え、遮
熱コーティング材の金属結合層に用いて好適な耐高温腐
食合金材の構成に関するものである。
材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスター
ビンに係り、特に、優れた耐酸化性と延性とを備え、遮
熱コーティング材の金属結合層に用いて好適な耐高温腐
食合金材の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、省エネルギー対策の一つとして、
火力発電の熱効率を高めることが検討されている。発電
用ガスタービンの発電効率を向上させるためには、ター
ビンのガス入口温度を上昇させることが有効であり、入
口温度を１５００℃以上にまで上昇させることが行われ
ている。このような発電装置の高温化を実現するために
は、ガスタービンを構成する静翼や動翼、あるいは燃焼
器の壁材などを耐熱部材で構成する必要がある。しかし
タービン翼の材料は耐熱金属であるが、それでもこのよ
うな高温には耐えられないために、図７に示すように、
耐熱金属の基材１０１上に金属結合層１０２を形成し、
この金属結合層１０２上に溶射等の成膜方法によって酸
化物セラミックスからなるセラミックス層１０３を積層
した遮熱コーティング膜（Thermal Barrier Coating,Ｔ
ＢＣ）を形成して高温から保護することが行われてい
る。この金属結合層１０１としては、ＭＣｒＡｌＹ合金
（Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、又はこれらの組み合わせ）が知ら
れており、セラミックス層１０２としてはＺｒＯ2系の
材料、特にＹ2Ｏ3で部分安定化又は完全安定化したＺｒ
Ｏ2であるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）が、
セラミックス材料の中では比較的低い熱伝導率と比較的
高い熱膨張率を有しているためによく用いられている。
火力発電の熱効率を高めることが検討されている。発電
用ガスタービンの発電効率を向上させるためには、ター
ビンのガス入口温度を上昇させることが有効であり、入
口温度を１５００℃以上にまで上昇させることが行われ
ている。このような発電装置の高温化を実現するために
は、ガスタービンを構成する静翼や動翼、あるいは燃焼
器の壁材などを耐熱部材で構成する必要がある。しかし
タービン翼の材料は耐熱金属であるが、それでもこのよ
うな高温には耐えられないために、図７に示すように、
耐熱金属の基材１０１上に金属結合層１０２を形成し、
この金属結合層１０２上に溶射等の成膜方法によって酸
化物セラミックスからなるセラミックス層１０３を積層
した遮熱コーティング膜（Thermal Barrier Coating,Ｔ
ＢＣ）を形成して高温から保護することが行われてい
る。この金属結合層１０１としては、ＭＣｒＡｌＹ合金
（Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、又はこれらの組み合わせ）が知ら
れており、セラミックス層１０２としてはＺｒＯ2系の
材料、特にＹ2Ｏ3で部分安定化又は完全安定化したＺｒ
Ｏ2であるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）が、
セラミックス材料の中では比較的低い熱伝導率と比較的
高い熱膨張率を有しているためによく用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記遮熱コーティング
膜を被覆することで、基材の耐熱性を向上させることが
できるが、近年のガスタービンの高温化によりガスター
ビンの種類によっては、タービンの入口温度が１５００
℃を越える温度にまで上昇することが想定され、特に環
境対策の関係から近年開発が進められている超高温型ガ
スタービンではタービンの入口温度が１７００℃にも達
し、タービン翼のＴＢＣ表面温度が１３００℃程度にま
で昇温されると考えられている。従って、タービンの発
停に伴う熱サイクルの温度幅が大きくなることで、ター
ビン翼など高温部品の線膨張係数差による熱応力が大き
くなる。そのため、タービンの運転中に金属結合層１０
２に亀裂が発生し、基材１０１への亀裂進展やセラミッ
クス層１０３の剥離へとつながるおそれがある。従っ
て、金属結合層１０２の亀裂発生を防止するために、金
属結合層１０２の延性を高める事が求められている。ま
た、ガス温度の高温化に伴い燃料に含まれる腐食成分や
流入空気に同伴される塩分などによるタービン翼などの
腐食や酸化がより著しくなることが考えられ、金属結合
層１０２の耐食性、耐酸化性の向上も求められている。
膜を被覆することで、基材の耐熱性を向上させることが
できるが、近年のガスタービンの高温化によりガスター
ビンの種類によっては、タービンの入口温度が１５００
℃を越える温度にまで上昇することが想定され、特に環
境対策の関係から近年開発が進められている超高温型ガ
スタービンではタービンの入口温度が１７００℃にも達
し、タービン翼のＴＢＣ表面温度が１３００℃程度にま
で昇温されると考えられている。従って、タービンの発
停に伴う熱サイクルの温度幅が大きくなることで、ター
ビン翼など高温部品の線膨張係数差による熱応力が大き
くなる。そのため、タービンの運転中に金属結合層１０
２に亀裂が発生し、基材１０１への亀裂進展やセラミッ
クス層１０３の剥離へとつながるおそれがある。従っ
て、金属結合層１０２の亀裂発生を防止するために、金
属結合層１０２の延性を高める事が求められている。ま
た、ガス温度の高温化に伴い燃料に含まれる腐食成分や
流入空気に同伴される塩分などによるタービン翼などの
腐食や酸化がより著しくなることが考えられ、金属結合
層１０２の耐食性、耐酸化性の向上も求められている。
【０００４】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、優れた耐酸化性、耐食性を備え、
かつ延性に優れた耐高温腐食合金材を提供することを目
的の一つとする。また本発明は、上記合金材により形成
された金属結合層を備え、耐剥離性に優れた遮熱コーテ
ィング材を提供することを目的の一つとする。また本発
明は、上記遮熱コーティング材が被覆されたタービン部
材、並びにこのタービン部材を備えたガスタービンを提
供することを目的の一つとする。
されたものであって、優れた耐酸化性、耐食性を備え、
かつ延性に優れた耐高温腐食合金材を提供することを目
的の一つとする。また本発明は、上記合金材により形成
された金属結合層を備え、耐剥離性に優れた遮熱コーテ
ィング材を提供することを目的の一つとする。また本発
明は、上記遮熱コーティング材が被覆されたタービン部
材、並びにこのタービン部材を備えたガスタービンを提
供することを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために、金属結合層を構成するＭＣｒＡｌＹ合
金の組成について研究を重ね、以下の構成を備えた耐高
温腐食合金材によれば、延性及び耐酸化性に優れる金属
結合層を構成し得ることを知見し、本発明を完成するに
至った。すなわち、本発明の耐高温腐食合金材は、重量
％で、Ｃｏ：０．１〜１２％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａ
ｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜５％、Ｒｅ：０．５〜１
０％を含み、残部が実質Ｎｉからなることを特徴とす
る。
解決するために、金属結合層を構成するＭＣｒＡｌＹ合
金の組成について研究を重ね、以下の構成を備えた耐高
温腐食合金材によれば、延性及び耐酸化性に優れる金属
結合層を構成し得ることを知見し、本発明を完成するに
至った。すなわち、本発明の耐高温腐食合金材は、重量
％で、Ｃｏ：０．１〜１２％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａ
ｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜５％、Ｒｅ：０．５〜１
０％を含み、残部が実質Ｎｉからなることを特徴とす
る。
【０００６】係る構成の耐高温腐食合金材を用いて基材
上に金属結合層を形成し、この金属結合層上にセラミッ
クス層を積層して遮熱コーティング材を構成するなら
ば、延性と耐酸化性に優れる金属結合層を備えた遮熱コ
ーティング材とすることができる。つまり、金属結合層
の優れた延性により金属結合層上に積層されたセラミッ
クス層に作用する応力を低減し、もってセラミックス層
の剥離を防止することができ、また金属結合層の優れた
耐酸化性により基材の高温酸化、高温腐食を防止し、遮
熱コーティング材の長寿命化を実現することができる。
また、上記構成の耐高温腐食合金材を用いて形成された
金属結合層は、セラミックス層によく用いられる安定化
ジルコニアとの親和性に優れており、セラミックス層を
より強固に固定し、剥離し難くすることができる。
上に金属結合層を形成し、この金属結合層上にセラミッ
クス層を積層して遮熱コーティング材を構成するなら
ば、延性と耐酸化性に優れる金属結合層を備えた遮熱コ
ーティング材とすることができる。つまり、金属結合層
の優れた延性により金属結合層上に積層されたセラミッ
クス層に作用する応力を低減し、もってセラミックス層
の剥離を防止することができ、また金属結合層の優れた
耐酸化性により基材の高温酸化、高温腐食を防止し、遮
熱コーティング材の長寿命化を実現することができる。
また、上記構成の耐高温腐食合金材を用いて形成された
金属結合層は、セラミックス層によく用いられる安定化
ジルコニアとの親和性に優れており、セラミックス層を
より強固に固定し、剥離し難くすることができる。
【０００７】以下に、本発明に係る耐高温腐食合金材に
含まれる各元素の作用とその適正な範囲について説明す
る。 Ｃｏ（０．１〜１２重量％）：Ｃｏは、添加量を多くす
るほど耐高温腐食合金材の延性を高める作用を有する
が、０．１重量％未満では十分な効果が得られず、１２
重量％を越えて含有させても得られる効果が変わらな
い。
含まれる各元素の作用とその適正な範囲について説明す
る。 Ｃｏ（０．１〜１２重量％）：Ｃｏは、添加量を多くす
るほど耐高温腐食合金材の延性を高める作用を有する
が、０．１重量％未満では十分な効果が得られず、１２
重量％を越えて含有させても得られる効果が変わらな
い。
【０００８】Ｃｒ（１０〜３０重量％）：Ｃｒは、添加
量を多くするほど耐高温腐食合金材の耐酸化性を向上さ
せる効果を有しているが、その添加量が１０重量％未満
では十分な耐酸化性を得ることができず、３０重量％を
越えると合金材が硬くなり延性が低下するとともに緻密
なＡｌ2Ｏ3の生成を阻害する。従って、耐酸化性と延性
とのバランスの点から、Ｃｒ添加量１５〜２５重量％の
範囲とすることがより好ましい。
量を多くするほど耐高温腐食合金材の耐酸化性を向上さ
せる効果を有しているが、その添加量が１０重量％未満
では十分な耐酸化性を得ることができず、３０重量％を
越えると合金材が硬くなり延性が低下するとともに緻密
なＡｌ2Ｏ3の生成を阻害する。従って、耐酸化性と延性
とのバランスの点から、Ｃｒ添加量１５〜２５重量％の
範囲とすることがより好ましい。
【０００９】Ａｌ（４〜１５重量％）：Ａｌは、耐高温
腐食合金材を例えば遮熱コーティング膜の金属結合層に
用いた場合に、その表面に緻密なＡｌ2Ｏ3スケールを形
成し、金属結合層の耐酸化性を向上させ、遮熱コーティ
ング膜の耐酸化性を向上させる効果がある。しかし、４
重量％未満では（Ｎｉ，Ｃｏ）（Ｃｒ，Ａｌ）2Ｏ4スピ
ネル複合酸化物が生成するために緻密なＡｌ2Ｏ3スケー
ルが生成されなくなり、耐酸化性を向上させる効果が得
られない。また、１５重量％を越えると、耐高温腐食合
金材に含まれるＮｉ、Ｃｏとの金属間化合物（Ｎｉ，Ｃ
ｏ−Ａｌ）相が形成されて硬くなり、延性が低下するの
で好ましくない。Ａｌの添加量は、４〜８重量％とする
ことがより好ましく、この範囲に制御することでより優
れた延性を備える耐高温腐食合金材とすることができ
る。
腐食合金材を例えば遮熱コーティング膜の金属結合層に
用いた場合に、その表面に緻密なＡｌ2Ｏ3スケールを形
成し、金属結合層の耐酸化性を向上させ、遮熱コーティ
ング膜の耐酸化性を向上させる効果がある。しかし、４
重量％未満では（Ｎｉ，Ｃｏ）（Ｃｒ，Ａｌ）2Ｏ4スピ
ネル複合酸化物が生成するために緻密なＡｌ2Ｏ3スケー
ルが生成されなくなり、耐酸化性を向上させる効果が得
られない。また、１５重量％を越えると、耐高温腐食合
金材に含まれるＮｉ、Ｃｏとの金属間化合物（Ｎｉ，Ｃ
ｏ−Ａｌ）相が形成されて硬くなり、延性が低下するの
で好ましくない。Ａｌの添加量は、４〜８重量％とする
ことがより好ましく、この範囲に制御することでより優
れた延性を備える耐高温腐食合金材とすることができ
る。
【００１０】Ｙ（０．１〜５重量％）：Ｙを添加するこ
とにより表面のＡｌ2Ｏ3スケールの剥離を防止する作用
を有しているが、添加量が多すぎると耐高温腐食合金材
を脆くし、耐熱衝撃性が低下するため、５重量％を上限
値とした。また、添加量が０．１重量％未満では、十分
な効果が得られない。Ｙ添加量のより好ましい範囲は
０．１〜１重量％である。
とにより表面のＡｌ2Ｏ3スケールの剥離を防止する作用
を有しているが、添加量が多すぎると耐高温腐食合金材
を脆くし、耐熱衝撃性が低下するため、５重量％を上限
値とした。また、添加量が０．１重量％未満では、十分
な効果が得られない。Ｙ添加量のより好ましい範囲は
０．１〜１重量％である。
【００１１】Ｒｅ（０．５〜６重量％）：Ｒｅは、耐高
温腐食合金材で形成された金属結合層表面に形成される
上記Ａｌ2Ｏ3スケールをより緻密なものとし、耐高温腐
食合金材の耐食性を向上させる効果を有しており、また
上記Ａｌ2Ｏ3スケール直下に形成される酸化変質層にお
いて、ＣｒＲｅ化合物を形成し、酸化変質層の脆化を防
止し、かつＡｌ2Ｏ3スケールの成長を阻害し、遮熱コー
ティング膜の寿命を延ばす効果を有している。上記酸化
変質層はＡｌ2Ｏ3スケールの形成により金属結合層表面
近傍のＡｌ濃度が低下し、ＣｒやＮｉの濃度が相対的に
上昇することにより形成されるが、このようなＣｒ，Ｎ
ｉリッチの状態においては、酸化変質層内にＮｉＣｒ 2
Ｏ4やＣｒ2Ｏ3等の低密度で脆い化合物が生成し易くな
る。本発明に係る耐高温腐食合金材を用いて金属結合層
を構成するならば、上記ＣｒＲｅ化合物が形成されるこ
とで上記酸化変質層のＣｒ濃度が低下するので、上記の
低密度の化合物が生成されるのを防止することができ、
金属結合層の耐熱衝撃性が低下するのを防止することが
できる。Ｒｅ含有量が０．５重量％未満では、上記Ｃｒ
Ｒｅ化合物の生成がほとんどないため上述の効果を得る
ことができず、１０重量％を越えて添加すると硬くなっ
て延性が低下する。特に、本発明に係る耐高温腐食合金
材においては、前記Ｒｅの含有量が、重量％で０．５〜
６％とされることが好ましく、０．５〜４重量％の範囲
とするのが最も良い。Ｒｅ含有量を上記範囲に制御する
ことで、優れた延性を得られ、かつＡｌ2Ｏ3スケールの
成長が遅く、剥離し難い長寿命の金属結合層を構成する
ことができる。
温腐食合金材で形成された金属結合層表面に形成される
上記Ａｌ2Ｏ3スケールをより緻密なものとし、耐高温腐
食合金材の耐食性を向上させる効果を有しており、また
上記Ａｌ2Ｏ3スケール直下に形成される酸化変質層にお
いて、ＣｒＲｅ化合物を形成し、酸化変質層の脆化を防
止し、かつＡｌ2Ｏ3スケールの成長を阻害し、遮熱コー
ティング膜の寿命を延ばす効果を有している。上記酸化
変質層はＡｌ2Ｏ3スケールの形成により金属結合層表面
近傍のＡｌ濃度が低下し、ＣｒやＮｉの濃度が相対的に
上昇することにより形成されるが、このようなＣｒ，Ｎ
ｉリッチの状態においては、酸化変質層内にＮｉＣｒ 2
Ｏ4やＣｒ2Ｏ3等の低密度で脆い化合物が生成し易くな
る。本発明に係る耐高温腐食合金材を用いて金属結合層
を構成するならば、上記ＣｒＲｅ化合物が形成されるこ
とで上記酸化変質層のＣｒ濃度が低下するので、上記の
低密度の化合物が生成されるのを防止することができ、
金属結合層の耐熱衝撃性が低下するのを防止することが
できる。Ｒｅ含有量が０．５重量％未満では、上記Ｃｒ
Ｒｅ化合物の生成がほとんどないため上述の効果を得る
ことができず、１０重量％を越えて添加すると硬くなっ
て延性が低下する。特に、本発明に係る耐高温腐食合金
材においては、前記Ｒｅの含有量が、重量％で０．５〜
６％とされることが好ましく、０．５〜４重量％の範囲
とするのが最も良い。Ｒｅ含有量を上記範囲に制御する
ことで、優れた延性を得られ、かつＡｌ2Ｏ3スケールの
成長が遅く、剥離し難い長寿命の金属結合層を構成する
ことができる。
【００１２】本発明に係る耐高温腐食合金材は、重量％
で、Ｈｆ：０．０１〜０．７％及び／又はＳｉ：０．０
１〜１．５％を含む構成とすることもできる。
で、Ｈｆ：０．０１〜０．７％及び／又はＳｉ：０．０
１〜１．５％を含む構成とすることもできる。
【００１３】Ｈｆ（０．０１〜０．７重量％）：Ｈｆ
は、先のＹと同様に金属結合層表面に形成されるＡｌ2
Ｏ3スケールの剥離を防止する作用を有しており、これ
により金属結合層上に積層されるセラミックス層の剥離
を防止し、遮熱コーティング材を長寿命化することがで
きる。しかしながら、添加量が多すぎると耐高温腐食合
金材を脆くするため、その上限値は０．７重量％とする
ことが好ましい。
は、先のＹと同様に金属結合層表面に形成されるＡｌ2
Ｏ3スケールの剥離を防止する作用を有しており、これ
により金属結合層上に積層されるセラミックス層の剥離
を防止し、遮熱コーティング材を長寿命化することがで
きる。しかしながら、添加量が多すぎると耐高温腐食合
金材を脆くするため、その上限値は０．７重量％とする
ことが好ましい。
【００１４】Ｓｉ（０．０１〜１．５重量％）：Ｓｉ
は、金属結合層表面のＡｌ2Ｏ3スケールの成長を阻害
し、金属結合層を長寿命化する作用を有するが、添加量
が０．０１重量％未満では上記効果を得ることができ
ず、１．５重量％を越えて添加すると、耐高温腐食合金
材が硬くなり延性が低下する傾向にある。
は、金属結合層表面のＡｌ2Ｏ3スケールの成長を阻害
し、金属結合層を長寿命化する作用を有するが、添加量
が０．０１重量％未満では上記効果を得ることができ
ず、１．５重量％を越えて添加すると、耐高温腐食合金
材が硬くなり延性が低下する傾向にある。
【００１５】次に、本発明に係る遮熱コーティング材
は、先のいずれかに記載の耐高温腐食合金材を用いて形
成された金属結合層と、該金属結合層上に積層されたセ
ラミックス層とが、耐熱合金基材上に形成されたことを
特徴とする。本発明に係る遮熱コーティング材は、先に
記載の本発明の耐高温腐食合金材により形成された金属
結合層を備えたことで、耐酸化性及び耐食性に優れ、か
つ延性に優れた金属結合層を実現している。従って、高
温部品として用いられた場合には、部品の高温酸化、高
温腐食を効果的に防止することができるとともに、金属
結合層に熱サイクルに伴う亀裂発生を起こす事がなく、
部品に高い耐久性を与える事ができる。また、本発明に
係る耐高温腐食合金材により構成された金属結合層は、
基材を構成する耐熱合金との親和性に優れるのは勿論の
こと、セラミックス層を構成する安定化ジルコニアなど
のセラミックス材料との親和性にも優れているので、遮
熱層であるセラミックス層をより強固に固定することが
でき、この点においてもセラミックス層の剥離が起こり
難い遮熱コーティング材を実現することができる。
は、先のいずれかに記載の耐高温腐食合金材を用いて形
成された金属結合層と、該金属結合層上に積層されたセ
ラミックス層とが、耐熱合金基材上に形成されたことを
特徴とする。本発明に係る遮熱コーティング材は、先に
記載の本発明の耐高温腐食合金材により形成された金属
結合層を備えたことで、耐酸化性及び耐食性に優れ、か
つ延性に優れた金属結合層を実現している。従って、高
温部品として用いられた場合には、部品の高温酸化、高
温腐食を効果的に防止することができるとともに、金属
結合層に熱サイクルに伴う亀裂発生を起こす事がなく、
部品に高い耐久性を与える事ができる。また、本発明に
係る耐高温腐食合金材により構成された金属結合層は、
基材を構成する耐熱合金との親和性に優れるのは勿論の
こと、セラミックス層を構成する安定化ジルコニアなど
のセラミックス材料との親和性にも優れているので、遮
熱層であるセラミックス層をより強固に固定することが
でき、この点においてもセラミックス層の剥離が起こり
難い遮熱コーティング材を実現することができる。
【００１６】次に、本発明に係る遮熱コーティング材
は、前記金属結合層の前記セラミックス層との界面にＡ
ｌ2Ｏ3を主成分とする酸化スケール層が形成され、該酸
化スケール層の金属結合層側に、前記酸化スケール層の
生成によりＡｌ含有量が低下した酸化変質層が形成され
ており、前記酸化変質層にＣｒＲｅ化合物を主成分とす
る析出物が含まれることを特徴としている。
は、前記金属結合層の前記セラミックス層との界面にＡ
ｌ2Ｏ3を主成分とする酸化スケール層が形成され、該酸
化スケール層の金属結合層側に、前記酸化スケール層の
生成によりＡｌ含有量が低下した酸化変質層が形成され
ており、前記酸化変質層にＣｒＲｅ化合物を主成分とす
る析出物が含まれることを特徴としている。
【００１７】すなわち、本発明に係る遮熱コーティング
材は、金属結合層を本発明に係る耐高温腐食合金材によ
り形成することで、金属結合層表面に緻密なＡｌ2Ｏ3ス
ケールを形成させ、かつこのＡｌ2Ｏ3スケールの生成に
より生じた酸化変質層にＣｒＲｅ化合物を含む析出物を
生成させてＮｉＣｒ2Ｏ4やＣｒ2Ｏ3等の低密度で脆い化
合物の生成を阻害することにより、優れた耐酸化性、耐
食性を備えた遮熱コーティング材とされている。また、
上記ＣｒＲｅ化合物の生成により表面のＡｌ2Ｏ3スケー
ルの成長が阻害されるため、長期間に渡りＡｌ2Ｏ3スケ
ールを適切な膜厚に保持することができる。これにより
長寿命の遮熱コーティング材を提供することができる。
材は、金属結合層を本発明に係る耐高温腐食合金材によ
り形成することで、金属結合層表面に緻密なＡｌ2Ｏ3ス
ケールを形成させ、かつこのＡｌ2Ｏ3スケールの生成に
より生じた酸化変質層にＣｒＲｅ化合物を含む析出物を
生成させてＮｉＣｒ2Ｏ4やＣｒ2Ｏ3等の低密度で脆い化
合物の生成を阻害することにより、優れた耐酸化性、耐
食性を備えた遮熱コーティング材とされている。また、
上記ＣｒＲｅ化合物の生成により表面のＡｌ2Ｏ3スケー
ルの成長が阻害されるため、長期間に渡りＡｌ2Ｏ3スケ
ールを適切な膜厚に保持することができる。これにより
長寿命の遮熱コーティング材を提供することができる。
【００１８】次に、本発明に係る遮熱コーティング材に
おいては、前記金属結合層が、先のいずれかに記載の耐
高温腐食合金材の粉末を用いた溶射法により成膜されて
いてもよく、前記金属結合層が、先のいずれかに記載の
耐高温腐食合金材を用いた電子ビーム物理蒸着法により
成膜されていてもよい。上記いずれの成膜法を用いて
も、上記の優れた耐酸化性、耐食性を備えた金属結合層
を形成することができる。
おいては、前記金属結合層が、先のいずれかに記載の耐
高温腐食合金材の粉末を用いた溶射法により成膜されて
いてもよく、前記金属結合層が、先のいずれかに記載の
耐高温腐食合金材を用いた電子ビーム物理蒸着法により
成膜されていてもよい。上記いずれの成膜法を用いて
も、上記の優れた耐酸化性、耐食性を備えた金属結合層
を形成することができる。
【００１９】次に、本発明は、先に記載の遮熱コーティ
ング材を備えたことを特徴とするタービン部材を提供す
る。すなわち、前記遮熱コーティング材を用いたこと
で、耐酸化性、耐食性に優れ、かつセラミックス層の剥
離が起こり難い、長寿命のタービン部材を提供すること
ができる。
ング材を備えたことを特徴とするタービン部材を提供す
る。すなわち、前記遮熱コーティング材を用いたこと
で、耐酸化性、耐食性に優れ、かつセラミックス層の剥
離が起こり難い、長寿命のタービン部材を提供すること
ができる。
【００２０】次に、本発明は、先に記載のタービン部材
を備えたことを特徴とするガスタービンを提供する。耐
酸化性、耐食性に優れたタービン部材により構成される
本発明のガスタービンは、高温のガスを用いた場合にも
長期間に渡り安定に高効率で運転することが可能であ
る。
を備えたことを特徴とするガスタービンを提供する。耐
酸化性、耐食性に優れたタービン部材により構成される
本発明のガスタービンは、高温のガスを用いた場合にも
長期間に渡り安定に高効率で運転することが可能であ
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る遮熱
コーティング材を適用した遮熱コーティング膜の断面構
造を模式的に示す図である。この遮熱コーティング膜
は、動翼等の高温用耐熱合金基材２１上に積層されたボ
ンドコート層（金属結合層）２２と、このボンドコート
層２２上に積層されたセラミックス層２３とから構成さ
れており、ボンドコート層２２は、耐食性及び耐酸化性
に優れた本発明に係る耐高温腐食合金材を用いて成膜さ
れており、セラミックス層２３は、Ｙ2Ｏ3で部分安定化
されたＺｒＯ2（イットリア部分安定化ジルコニア、Ｙ
ＳＺ）等のセラミックス材料を用いて構成されている。
て図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る遮熱
コーティング材を適用した遮熱コーティング膜の断面構
造を模式的に示す図である。この遮熱コーティング膜
は、動翼等の高温用耐熱合金基材２１上に積層されたボ
ンドコート層（金属結合層）２２と、このボンドコート
層２２上に積層されたセラミックス層２３とから構成さ
れており、ボンドコート層２２は、耐食性及び耐酸化性
に優れた本発明に係る耐高温腐食合金材を用いて成膜さ
れており、セラミックス層２３は、Ｙ2Ｏ3で部分安定化
されたＺｒＯ2（イットリア部分安定化ジルコニア、Ｙ
ＳＺ）等のセラミックス材料を用いて構成されている。
【００２２】ボンドコート層２２は、基材２１とセラミ
ックス層２３との熱膨張係数差を小さくして熱応力を緩
和する機能を有し、セラミックス層２３がボンドコート
層２２から剥離するのを防止するとともに、基材２１の
酸化や腐食を防止している。このボンドコート層２２
は、低圧プラズマ溶射法や、高速フレーム溶射法、電子
ビーム物理蒸着法等により形成することができる。図１
に示す遮熱コーティング膜に用いられているボンドコー
ト層２２は、本発明に係る耐高温腐食合金材を用い、上
記成膜法により成膜されていることを特徴としている。
すなわち、その材料として重量％で、Ｃｏ：０．１〜１
２％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：
０．１〜５％、Ｒｅ：０．５〜１０％を含み、残部が実
質Ｎｉからなる本発明の耐高温腐食合金材を用いること
で、耐酸化性、耐食性に優れ、かつ延性に優れたボンド
コート層を実現している。
ックス層２３との熱膨張係数差を小さくして熱応力を緩
和する機能を有し、セラミックス層２３がボンドコート
層２２から剥離するのを防止するとともに、基材２１の
酸化や腐食を防止している。このボンドコート層２２
は、低圧プラズマ溶射法や、高速フレーム溶射法、電子
ビーム物理蒸着法等により形成することができる。図１
に示す遮熱コーティング膜に用いられているボンドコー
ト層２２は、本発明に係る耐高温腐食合金材を用い、上
記成膜法により成膜されていることを特徴としている。
すなわち、その材料として重量％で、Ｃｏ：０．１〜１
２％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：
０．１〜５％、Ｒｅ：０．５〜１０％を含み、残部が実
質Ｎｉからなる本発明の耐高温腐食合金材を用いること
で、耐酸化性、耐食性に優れ、かつ延性に優れたボンド
コート層を実現している。
【００２３】上記ボンドコート層２２は、上記範囲の組
成を有する耐高温腐食合金材の粉末を用いて基材２１上
に溶射又は蒸着させることで成膜することができる。特
に、低圧プラズマ溶射法により成膜を行うならば、より
緻密なボンドコート層２２を形成することができるの
で、より耐酸化性、耐食性に優れた遮熱コーティング膜
を形成することができる。
成を有する耐高温腐食合金材の粉末を用いて基材２１上
に溶射又は蒸着させることで成膜することができる。特
に、低圧プラズマ溶射法により成膜を行うならば、より
緻密なボンドコート層２２を形成することができるの
で、より耐酸化性、耐食性に優れた遮熱コーティング膜
を形成することができる。
【００２４】また、ボンドコート層２２を構成する耐高
温腐食合金材として、上記の組成のものの他に、Ｈｆ：
０．０１〜０．７重量％及び／又はＳｉ：０．０１〜
１．５重量％を含む耐高温腐食合金材を適用することも
できる。このような構成とすることで、より剥離し難
く、長寿命のボンドコート層２２を実現することができ
る。
温腐食合金材として、上記の組成のものの他に、Ｈｆ：
０．０１〜０．７重量％及び／又はＳｉ：０．０１〜
１．５重量％を含む耐高温腐食合金材を適用することも
できる。このような構成とすることで、より剥離し難
く、長寿命のボンドコート層２２を実現することができ
る。
【００２５】セラミックス層２３は、上記ＹＳＺのほ
か、Ｅｒ2Ｏ3や、Ｙｂ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3等で部分安定化又
は完全安定化されたＺｒＯ2を用いて形成することもで
きる。あるいは、ＺｒＯ2以外のセラミックス材料とし
ては、Ａｌ2Ｏ3，Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7等を挙げることができ
る。いずれの材料に対しても、上記構成のボンドコート
層２２は優れた親和性を有するので、ボンドコート層２
２とセラミックス層２３とが強固に接合され、熱衝撃に
対しても優れた耐久性を示す。
か、Ｅｒ2Ｏ3や、Ｙｂ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3等で部分安定化又
は完全安定化されたＺｒＯ2を用いて形成することもで
きる。あるいは、ＺｒＯ2以外のセラミックス材料とし
ては、Ａｌ2Ｏ3，Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7等を挙げることができ
る。いずれの材料に対しても、上記構成のボンドコート
層２２は優れた親和性を有するので、ボンドコート層２
２とセラミックス層２３とが強固に接合され、熱衝撃に
対しても優れた耐久性を示す。
【００２６】このセラミックス層２３は、例えばＹｂ2
Ｏ3で安定化されたＺｒＯ2を材料として用いる場合に
は、ＺｒＯ2−Ｙｂ2Ｏ3粉末またはインゴットを用い
て、大気圧プラズマ溶射法若しくは電子ビーム物理蒸着
法により成膜することができる。この大気圧プラズマ溶
射において使用されるＺｒＯ2−Ｙｂ2Ｏ3粉末は、以下
の手順により製造することができる。まず、ＺｒＯ2粉
末と所定の添加割合のＹｂ2Ｏ3粉末を用意し、これらの
粉末を適当なバインダーや分散剤とともにボールミル中
で混合してスラリー状にする。次に、これをスプレード
ライヤーにより粒状にして乾燥させた後、拡散熱処理に
より固溶化させ、ＺｒＯ2−Ｙｂ2Ｏ3の複合粉末を得
る。そして、この複合粉末をボンドコート層２２上に溶
射することによりＹｂ2Ｏ3で安定化されたＺｒＯ2から
なるセラミックス層２３を得ることができる。また、セ
ラミックス層２３の成膜法として電子ビーム物理蒸着法
を用いる場合には、所定の組成を有する原料を焼結又は
電融固化して得られるインゴットを使用して電子ビーム
物理蒸着を行えばよい。
Ｏ3で安定化されたＺｒＯ2を材料として用いる場合に
は、ＺｒＯ2−Ｙｂ2Ｏ3粉末またはインゴットを用い
て、大気圧プラズマ溶射法若しくは電子ビーム物理蒸着
法により成膜することができる。この大気圧プラズマ溶
射において使用されるＺｒＯ2−Ｙｂ2Ｏ3粉末は、以下
の手順により製造することができる。まず、ＺｒＯ2粉
末と所定の添加割合のＹｂ2Ｏ3粉末を用意し、これらの
粉末を適当なバインダーや分散剤とともにボールミル中
で混合してスラリー状にする。次に、これをスプレード
ライヤーにより粒状にして乾燥させた後、拡散熱処理に
より固溶化させ、ＺｒＯ2−Ｙｂ2Ｏ3の複合粉末を得
る。そして、この複合粉末をボンドコート層２２上に溶
射することによりＹｂ2Ｏ3で安定化されたＺｒＯ2から
なるセラミックス層２３を得ることができる。また、セ
ラミックス層２３の成膜法として電子ビーム物理蒸着法
を用いる場合には、所定の組成を有する原料を焼結又は
電融固化して得られるインゴットを使用して電子ビーム
物理蒸着を行えばよい。
【００２７】上述した構成の遮熱コーティング材は、産
業用ガスタービンの動翼や静翼、あるいは燃焼器の内筒
や尾筒などの高温部品に適用して有用である。また、産
業用ガスタービンに限らず、自動車やジェット機などの
エンジンの高温部品の遮熱コーティング材にも適用する
ことができる。これらの部材に本発明に係る遮熱コーテ
ィング膜を被覆することで、熱サイクル耐久性に優れる
ガスタービン部材や高温部品を構成することができる。
業用ガスタービンの動翼や静翼、あるいは燃焼器の内筒
や尾筒などの高温部品に適用して有用である。また、産
業用ガスタービンに限らず、自動車やジェット機などの
エンジンの高温部品の遮熱コーティング材にも適用する
ことができる。これらの部材に本発明に係る遮熱コーテ
ィング膜を被覆することで、熱サイクル耐久性に優れる
ガスタービン部材や高温部品を構成することができる。
【００２８】図４及び図５は、上述した実施の形態に係
る遮熱コーティング膜を適用可能なタービン翼（タービ
ン部材）の構成例を示す斜視図である。図４に示すガス
タービン動翼４は、ディスク側に固定されるタブテイル
４１、プラットフォーム４２、翼部４３等を備えて構成
されている。また、図５に示すガスタービン静翼５は、
内シュラウド５１、外シュラウド５２、翼部５３等を備
えて構成されており、翼部５３にはシールフィン冷却孔
５４、スリット５５等が形成されている。
る遮熱コーティング膜を適用可能なタービン翼（タービ
ン部材）の構成例を示す斜視図である。図４に示すガス
タービン動翼４は、ディスク側に固定されるタブテイル
４１、プラットフォーム４２、翼部４３等を備えて構成
されている。また、図５に示すガスタービン静翼５は、
内シュラウド５１、外シュラウド５２、翼部５３等を備
えて構成されており、翼部５３にはシールフィン冷却孔
５４、スリット５５等が形成されている。
【００２９】次に、図４，５に示すタービン翼４，５を
適用可能なガスタービンについて図６を参照して以下に
説明する。図６は、本発明に係るガスタービンの部分断
面構造を模式的に示す図である。このガスタービン６
は、互いに直結された圧縮機６１とタービン６２とを備
える。圧縮機６１は、例えば軸流圧縮機として構成され
ており、大気又は所定のガスを吸込口から作動流体とし
て吸い込んで昇圧させる。この圧縮機６１の吐出口に
は、燃焼器６３が接続されており、圧縮機６１から吐出
された作動流体は、燃焼器６３によって所定のタービン
入口温度まで加熱される。そして所定温度まで昇温され
た作動流体がタービン６２に供給されるようになってい
る。図６に示すように、タービン６２のケーシング内部
には、上述したガスタービン静翼５が、数段（図６では
４段）設けられている。また、上述したガスタービン動
翼４が、各静翼５と一組の段を形成するように主軸６４
に取り付けられている。主軸６４の一端は、圧縮機６１
の回転軸６５に接続されており、その他端には、図示し
ない発電機の回転軸が接続されている。
適用可能なガスタービンについて図６を参照して以下に
説明する。図６は、本発明に係るガスタービンの部分断
面構造を模式的に示す図である。このガスタービン６
は、互いに直結された圧縮機６１とタービン６２とを備
える。圧縮機６１は、例えば軸流圧縮機として構成され
ており、大気又は所定のガスを吸込口から作動流体とし
て吸い込んで昇圧させる。この圧縮機６１の吐出口に
は、燃焼器６３が接続されており、圧縮機６１から吐出
された作動流体は、燃焼器６３によって所定のタービン
入口温度まで加熱される。そして所定温度まで昇温され
た作動流体がタービン６２に供給されるようになってい
る。図６に示すように、タービン６２のケーシング内部
には、上述したガスタービン静翼５が、数段（図６では
４段）設けられている。また、上述したガスタービン動
翼４が、各静翼５と一組の段を形成するように主軸６４
に取り付けられている。主軸６４の一端は、圧縮機６１
の回転軸６５に接続されており、その他端には、図示し
ない発電機の回転軸が接続されている。
【００３０】このような構成により、燃焼器６３からタ
ービン６２のケーシング内に高温高圧の作動流体を供給
すれば、ケーシング内で作動流体が膨張することによ
り、主軸６４が回転し、このガスタービン６と接続され
た図示しない発電機が駆動される。すなわち、ケーシン
グに固定された各静翼５によって圧力降下させられ、こ
れにより発生した運動エネルギは、主軸６５に取り付け
られた各動翼４を介して回転トルクに変換される。そし
て、発生した回転トルクは、主軸６４に伝達され、発電
機が駆動される。
ービン６２のケーシング内に高温高圧の作動流体を供給
すれば、ケーシング内で作動流体が膨張することによ
り、主軸６４が回転し、このガスタービン６と接続され
た図示しない発電機が駆動される。すなわち、ケーシン
グに固定された各静翼５によって圧力降下させられ、こ
れにより発生した運動エネルギは、主軸６５に取り付け
られた各動翼４を介して回転トルクに変換される。そし
て、発生した回転トルクは、主軸６４に伝達され、発電
機が駆動される。
【００３１】一般に、ガスタービン動翼に用いられる材
料は、耐熱合金（例えばＣＭ２４７Ｌ＝キャノン マス
ケゴン社の市販の合金材料）であり、ガスタービン静翼
に用いられる材料は、同様に耐熱合金（例えばＩＮ９３
９＝インコ社の市販の合金材料）である。すなわち、タ
ービン翼を構成する材料は、本発明による遮熱コーティ
ング材において基材として採用可能な耐熱合金が使用さ
れている。従って、本発明による遮熱コーティング膜
を、これらのタービン翼に被覆すれば、遮熱効果と、耐
剥離性に優れたタービン翼を得ることができるので、よ
り高い温度環境で使用することができ、また耐久性に優
れ、長寿命のタービン翼を実現することができる。ま
た、より高い温度環境において適用可能であることは、
作動流体の温度を高められることを意味し、これにより
ガスタービン効率を向上させることも可能となる。
料は、耐熱合金（例えばＣＭ２４７Ｌ＝キャノン マス
ケゴン社の市販の合金材料）であり、ガスタービン静翼
に用いられる材料は、同様に耐熱合金（例えばＩＮ９３
９＝インコ社の市販の合金材料）である。すなわち、タ
ービン翼を構成する材料は、本発明による遮熱コーティ
ング材において基材として採用可能な耐熱合金が使用さ
れている。従って、本発明による遮熱コーティング膜
を、これらのタービン翼に被覆すれば、遮熱効果と、耐
剥離性に優れたタービン翼を得ることができるので、よ
り高い温度環境で使用することができ、また耐久性に優
れ、長寿命のタービン翼を実現することができる。ま
た、より高い温度環境において適用可能であることは、
作動流体の温度を高められることを意味し、これにより
ガスタービン効率を向上させることも可能となる。
【００３２】上述した実施の形態によれば、セラミック
ス層と基材との間に設けられる金属結合層が、耐酸化
性、耐食性に優れ、かつ優れた延性を備える本発明の耐
高温腐食合金材により構成されているため、高温環境で
使用した場合にも酸化、腐食が起こりにくく、またセラ
ミックス層の剥離が起こりにくい、優れた耐久性を得る
ことができる。従って、従来よりも高い温度環境で使用
可能な、耐久性に優れた遮熱コーティング材を実現する
ことができる。また、ガスタービンの高温部品などを本
発明に係る遮熱コーティング膜で被覆することによっ
て、従来よりも高い温度環境であっても十分な耐久性を
有するガスタービン部材やガスタービンを得ることがで
きる。
ス層と基材との間に設けられる金属結合層が、耐酸化
性、耐食性に優れ、かつ優れた延性を備える本発明の耐
高温腐食合金材により構成されているため、高温環境で
使用した場合にも酸化、腐食が起こりにくく、またセラ
ミックス層の剥離が起こりにくい、優れた耐久性を得る
ことができる。従って、従来よりも高い温度環境で使用
可能な、耐久性に優れた遮熱コーティング材を実現する
ことができる。また、ガスタービンの高温部品などを本
発明に係る遮熱コーティング膜で被覆することによっ
て、従来よりも高い温度環境であっても十分な耐久性を
有するガスタービン部材やガスタービンを得ることがで
きる。
【００３３】
【実施例】以下、実施例により本発明をより詳細に説明
するとともに、本発明の効果をより明らかにする。５ｍ
ｍ厚さのＮｉ−２２Ｃｒ−９Ｍｏ−８Ｃｏ−１．０Ａｌ
（重量％）合金基材と、表１に示す組成の合金粉末を用
意し、これらの粉末を用いて低圧プラズマ溶射法により
前記基材上に０．１ｍｍ厚さの合金層を形成して各試料
を作製した。また、成膜のみのas coat材のほか、成膜
後に８５０℃×２４時間の熱拡散処理を施した熱処理材
を作製した。次いで、上記にて得られた各試料を８ｍｍ
×１０ｍｍの大きさに切断した後、以下に示す３点曲げ
試験に供し、各試料の合金層３２の延性の評価を行っ
た。
するとともに、本発明の効果をより明らかにする。５ｍ
ｍ厚さのＮｉ−２２Ｃｒ−９Ｍｏ−８Ｃｏ−１．０Ａｌ
（重量％）合金基材と、表１に示す組成の合金粉末を用
意し、これらの粉末を用いて低圧プラズマ溶射法により
前記基材上に０．１ｍｍ厚さの合金層を形成して各試料
を作製した。また、成膜のみのas coat材のほか、成膜
後に８５０℃×２４時間の熱拡散処理を施した熱処理材
を作製した。次いで、上記にて得られた各試料を８ｍｍ
×１０ｍｍの大きさに切断した後、以下に示す３点曲げ
試験に供し、各試料の合金層３２の延性の評価を行っ
た。
【００３４】ここで、３点曲げ試験について、図２及び
図３を参照して説明する。図２は、本例の３点曲げ試験
に用いた曲げ試験装置を模式的に示す構成図であり、図
３は、曲げ試験後の試料の側面図である。図２に示す曲
げ試験装置は、互いに平行に水平に７０ｍｍの間隔を有
して設けられた２本の支持ピン３５，３５と、これら支
持ピン３５，３５の中線上にその中心線が位置するよう
に配置されたポンチ３６とを備えており、前記支持ピン
３５，３５上に、基材３１上に合金層３２が形成された
試料が、合金層３２を支持ピン側に向けて配置されるよ
うになっている。また、試験装置の支持ピン３５，３５
上に載置された試料には、その合金層３２の表面に曲げ
による合金層３２の歪みを測定するための複数（図２で
は、７個）の歪みゲージ３８が貼着され、この歪みゲー
ジ３８に歪みゲージ３８からの出力信号を読み出すため
の信号線３９がそれぞれ接続される。
図３を参照して説明する。図２は、本例の３点曲げ試験
に用いた曲げ試験装置を模式的に示す構成図であり、図
３は、曲げ試験後の試料の側面図である。図２に示す曲
げ試験装置は、互いに平行に水平に７０ｍｍの間隔を有
して設けられた２本の支持ピン３５，３５と、これら支
持ピン３５，３５の中線上にその中心線が位置するよう
に配置されたポンチ３６とを備えており、前記支持ピン
３５，３５上に、基材３１上に合金層３２が形成された
試料が、合金層３２を支持ピン側に向けて配置されるよ
うになっている。また、試験装置の支持ピン３５，３５
上に載置された試料には、その合金層３２の表面に曲げ
による合金層３２の歪みを測定するための複数（図２で
は、７個）の歪みゲージ３８が貼着され、この歪みゲー
ジ３８に歪みゲージ３８からの出力信号を読み出すため
の信号線３９がそれぞれ接続される。
【００３５】このような構成の曲げ試験装置を用いて３
点曲げ試験を行うには、支持ピン３５，３５上に載置さ
れた試料の基材３１側からポンチ３６を押し当てた状態
から、所定の距離だけポンチ３６を図示下方へ移動さ
せ、試料をく字形に曲げて試験を行い、その際同時に歪
みゲージ３８による合金層３２表面の歪みの測定を行
う。このようにして試験に供された後の試料は、図３に
示すようにく字形に変形され、表面の合金層３２には、
ポンチ３６が押し当てられた位置を中心に膜厚方向に亀
裂が生じる。本例では、試料の中心から亀裂が生じた領
域の端部（割れ限界位置）までの長さＬ１，Ｌ２を測定
し、これらの和Ｌを亀裂発生領域長さとして規定した。
また、上記歪みゲージ３８による歪みの測定結果から得
られる歪み分布曲線から合金層３２に亀裂が生じる限界
の歪み値を導出した。表１に、３点曲げ試験により得ら
れた測定結果を併記する。
点曲げ試験を行うには、支持ピン３５，３５上に載置さ
れた試料の基材３１側からポンチ３６を押し当てた状態
から、所定の距離だけポンチ３６を図示下方へ移動さ
せ、試料をく字形に曲げて試験を行い、その際同時に歪
みゲージ３８による合金層３２表面の歪みの測定を行
う。このようにして試験に供された後の試料は、図３に
示すようにく字形に変形され、表面の合金層３２には、
ポンチ３６が押し当てられた位置を中心に膜厚方向に亀
裂が生じる。本例では、試料の中心から亀裂が生じた領
域の端部（割れ限界位置）までの長さＬ１，Ｌ２を測定
し、これらの和Ｌを亀裂発生領域長さとして規定した。
また、上記歪みゲージ３８による歪みの測定結果から得
られる歪み分布曲線から合金層３２に亀裂が生じる限界
の歪み値を導出した。表１に、３点曲げ試験により得ら
れた測定結果を併記する。
【００３６】
【表１】
【００３７】表１に示すように、その組成範囲が、本発
明の要件を満たすＮｏ．１〜５の試料は、従来耐酸化性
に優れる合金層として用いられている合金が形成された
試料（Ｎｏ．９）に比べ、亀裂発生領域長さＬが小さ
く、限界割れ歪みが大きい結果となり、また、従来延性
に優れる合金層として用いられている合金が形成された
試料（Ｎｏ．１０）に比べても、亀裂発生領域長さＬが
小さく、限界割れ歪みも熱処理材で同等であり、as coa
t材ではより優れている結果となった。従って、本発明
の要件を満たす組成範囲（Ｃｏ：０．１〜１２％、Ｃ
ｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜５
％、Ｒｅ：０．５〜１０％、残部Ｎｉ）に制御された耐
高温腐食合金材により形成された合金層は、優れた延性
を備えていることが確認された。以上の結果から、本発
明の要件を満たす耐高温腐食合金材を用いるならば、溶
射施工時や熱サイクル時における合金層の割れを効果的
に抑制し得ると言える。
明の要件を満たすＮｏ．１〜５の試料は、従来耐酸化性
に優れる合金層として用いられている合金が形成された
試料（Ｎｏ．９）に比べ、亀裂発生領域長さＬが小さ
く、限界割れ歪みが大きい結果となり、また、従来延性
に優れる合金層として用いられている合金が形成された
試料（Ｎｏ．１０）に比べても、亀裂発生領域長さＬが
小さく、限界割れ歪みも熱処理材で同等であり、as coa
t材ではより優れている結果となった。従って、本発明
の要件を満たす組成範囲（Ｃｏ：０．１〜１２％、Ｃ
ｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜５
％、Ｒｅ：０．５〜１０％、残部Ｎｉ）に制御された耐
高温腐食合金材により形成された合金層は、優れた延性
を備えていることが確認された。以上の結果から、本発
明の要件を満たす耐高温腐食合金材を用いるならば、溶
射施工時や熱サイクル時における合金層の割れを効果的
に抑制し得ると言える。
【００３８】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
耐高温腐食合金材は、重量％で、Ｃｏ：０．１〜１２
％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．
１〜５％、Ｒｅ：０．５〜１０％を含み、残部が実質Ｎ
ｉからなる構成とされており、この耐高温腐食合金材を
用いて遮熱コーティング膜の金属結合層を構成するなら
ば、延性に優れる金属結合層を形成することができ、こ
れにより金属結合層に積層されたセラミックス層に作用
する応力を低減し、もってセラミックス層の剥離を防止
することができる。
耐高温腐食合金材は、重量％で、Ｃｏ：０．１〜１２
％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．
１〜５％、Ｒｅ：０．５〜１０％を含み、残部が実質Ｎ
ｉからなる構成とされており、この耐高温腐食合金材を
用いて遮熱コーティング膜の金属結合層を構成するなら
ば、延性に優れる金属結合層を形成することができ、こ
れにより金属結合層に積層されたセラミックス層に作用
する応力を低減し、もってセラミックス層の剥離を防止
することができる。
【００３９】次に、本発明に係る遮熱コーティング材
は、上記本発明の耐高温腐食合金材により形成された金
属結合層を、基材とセラミックス層との間に備えたこと
で、耐酸化性、耐食性に優れ、かつセラミックス層が剥
離しにくい遮熱コーティング材を実現している。
は、上記本発明の耐高温腐食合金材により形成された金
属結合層を、基材とセラミックス層との間に備えたこと
で、耐酸化性、耐食性に優れ、かつセラミックス層が剥
離しにくい遮熱コーティング材を実現している。
【００４０】次に、本発明に係るガスタービン部材は、
上記遮熱コーティング材を用いて構成されたことで、従
来よりも高温の環境での使用にも充分耐える、耐久性に
優れたガスタービン部材を実現している。またこのガス
タービン部材を備えたガスタービンは、より高温のガス
を使用することができ、高効率での稼働が可能である。
上記遮熱コーティング材を用いて構成されたことで、従
来よりも高温の環境での使用にも充分耐える、耐久性に
優れたガスタービン部材を実現している。またこのガス
タービン部材を備えたガスタービンは、より高温のガス
を使用することができ、高効率での稼働が可能である。
【図１】 図１は、本発明に係る遮熱コーティング材の
模式断面図である。
模式断面図である。
【図２】 図２は、３点曲げ試験装置を模式的に示す構
成図である。
成図である。
【図３】 図３は、図２に示す試験装置による曲げ試験
後の試料の側面図である。
後の試料の側面図である。
【図４】 図４は、本発明に係るタービン部材の一例で
ある動翼の斜視構成図である。
ある動翼の斜視構成図である。
【図５】 図５は、本発明に係るタービン部材の一例で
ある静翼の斜視構成図である。
ある静翼の斜視構成図である。
【図６】 図６は、本発明に係るガスタービンの一部断
面構成図である。
面構成図である。
【図７】 図７は、従来の遮熱コーティング材の断面構
成図である。
成図である。
２１ 耐熱合金基材
２２ 金属結合層
２３ セラミックス層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(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 高橋 孝二
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製作所内
Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA06 EA08
4K029 AA02 BA21 BB02 BC10 CA01
DB21 GA03
4K031 AA02 AB03 AB08 AB11 CB21
CB22 CB26 CB27 CB29 CB42
CB43 DA01 DA04
Claims (10)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃｏ：０．１〜１２％、Ｃ
ｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜５
％、Ｒｅ：０．５〜１０％を含み、残部が実質Ｎｉから
なることを特徴とする耐高温腐食合金材。 - 【請求項２】 前記Ｒｅの含有量が、重量％で０．５〜
６％とされたことを特徴とする請求項１に記載の耐高温
腐食合金材。 - 【請求項３】 前記Ｒｅの含有量が、重量％で０．５〜
４％とされたことを特徴とする請求項２に記載の耐高温
腐食合金材。 - 【請求項４】 重量％で、Ｈｆ：０．０１〜０．７％及
び／又はＳｉ：０．０１〜１．５％を含有することを特
徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の耐高
温腐食合金材。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項に記載
の耐高温腐食合金材を用いて形成された金属結合層と、
該金属結合層上に積層されたセラミックス層とが、耐熱
合金基材上に形成されたことを特徴とする遮熱コーティ
ング材。 - 【請求項６】 前記金属結合層の前記セラミックス層と
の界面にＡｌ2Ｏ3を主成分とする酸化スケール層が形成
され、該酸化スケール層の金属結合層側に、前記酸化ス
ケール層の生成によりＡｌ含有量が低下した酸化変質層
が形成されており、 前記酸化変質層にＣｒＲｅ化合物を主成分とする析出物
が含まれることを特徴とする請求項５に記載の遮熱コー
ティング材。 - 【請求項７】 前記金属結合層が、請求項１ないし４の
いずれか１項に記載の耐高温腐食合金材の粉末を用いた
溶射法により成膜されたことを特徴とする請求項５又は
６に記載の遮熱コーティング材。 - 【請求項８】 前記金属結合層が、請求項１ないし４の
いずれか１項に記載の耐高温腐食合金材を用いた電子ビ
ーム物理蒸着法により成膜されたことを特徴とする請求
項５又は６に記載の遮熱コーティング材。 - 【請求項９】 請求項５ないし８のいずれか１項に記載
の遮熱コーティング材を備えたことを特徴とするタービ
ン部材。 - 【請求項１０】 請求項９に記載のタービン部材を備え
たことを特徴とするガスタービン。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001383689A JP4166977B2 (ja) | 2001-12-17 | 2001-12-17 | 耐高温腐食合金材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービン |
| CA002413649A CA2413649C (en) | 2001-12-17 | 2002-12-05 | High temperature corrosion resistant alloy, thermal barrier coating material, and gas turbine using high temperature corrosion resistant alloy |
| EP02027556A EP1319730B1 (en) | 2001-12-17 | 2002-12-09 | High temperature corrosion resistant alloy, thermal barrier coating material with metal bonding layer, and gas turbine using high temperature corrosion resistant alloy |
| DE60229483T DE60229483D1 (de) | 2001-12-17 | 2002-12-09 | Hochtemperaturkorrosionsbeständige Legierung, thermische Schutzschicht mit metallischer Verbindungsschicht und Gasturbine mit Schutzschicht aus dieser Legierung |
| US10/316,070 US6756131B2 (en) | 2001-12-17 | 2002-12-11 | High temperature corrosion resistant alloy, thermal barrier coating material, and gas turbine using high temperature corrosion resistant alloy |
| CNB021571651A CN1180108C (zh) | 2001-12-17 | 2002-12-17 | 耐高温腐蚀合金、热障涂层材料、涡轮机构件及燃气涡轮机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001383689A JP4166977B2 (ja) | 2001-12-17 | 2001-12-17 | 耐高温腐食合金材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003183752A true JP2003183752A (ja) | 2003-07-03 |
| JP4166977B2 JP4166977B2 (ja) | 2008-10-15 |
Family
ID=19187617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001383689A Expired - Lifetime JP4166977B2 (ja) | 2001-12-17 | 2001-12-17 | 耐高温腐食合金材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービン |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6756131B2 (ja) |
| EP (1) | EP1319730B1 (ja) |
| JP (1) | JP4166977B2 (ja) |
| CN (1) | CN1180108C (ja) |
| CA (1) | CA2413649C (ja) |
| DE (1) | DE60229483D1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2007508455A (ja) * | 2003-10-17 | 2007-04-05 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 構造部材の保護層 |
| CN100355923C (zh) * | 2003-03-24 | 2007-12-19 | 大同特殊钢株式会社 | 镍基耐热铸造合金及由其制备的涡轮机叶轮 |
| JP2008168346A (ja) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | General Electric Co <Ge> | 合金組成物及びそれを含んでなる物品 |
| JP2009517241A (ja) * | 2005-11-24 | 2009-04-30 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | ガドリニウム混晶パイロクロア相を有する層組織 |
| JP2009522443A (ja) * | 2005-12-28 | 2009-06-11 | アンサルド エネルジア エス．ピー．エー． | 保護コーティングを製造するための合金組成物、その使用、適用方法、及び該組成物でコーティングされた超合金物品 |
| JP2009522141A (ja) * | 2006-01-09 | 2009-06-11 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | ２つのパイロクロア相を含有する層組織 |
| WO2009119345A1 (ja) | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 三菱重工業株式会社 | 耐高温腐食合金材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービン |
| CN102212786A (zh) * | 2011-05-27 | 2011-10-12 | 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种热障涂层的制备方法 |
| CN104762533A (zh) * | 2015-05-03 | 2015-07-08 | 张金荣 | 一种叶轮式消防泵 |
| CN106086555A (zh) * | 2015-04-24 | 2016-11-09 | 陈思 | 一种输油泵 |
| JP2021502478A (ja) * | 2017-10-20 | 2021-01-28 | サフラン | レニウムを含む超合金から作製されたタービン構成部品及び関連する製造方法 |
Families Citing this family (44)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1329592A1 (de) * | 2002-01-18 | 2003-07-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbine mit mindestens vier Stufen und Verwendung einer Turbinenschaufel mit verringerter Masse |
| US20050202168A1 (en) * | 2002-08-16 | 2005-09-15 | General Electric Company | Thermally-stabilized thermal barrier coating and process therefor |
| EP1541713A1 (de) * | 2003-12-11 | 2005-06-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Metallische Schutzschicht |
| US8004423B2 (en) * | 2004-06-21 | 2011-08-23 | Siemens Energy, Inc. | Instrumented component for use in an operating environment |
| US7641985B2 (en) * | 2004-06-21 | 2010-01-05 | Siemens Energy, Inc. | Boron free joint for superalloy component |
| ES2305920T3 (es) * | 2005-02-18 | 2008-11-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Aleacion de mcralx, capa protectora de aleacion de mcralx, y procedimiento para su obtencion. |
| ES2346228T3 (es) * | 2005-04-01 | 2010-10-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Sistema de recubrimiento. |
| EP1783248A1 (de) * | 2005-11-04 | 2007-05-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Zweilagiges thermisches Schutzschichtsystem mit Pyrochlor-Phase |
| TWI337203B (en) * | 2005-12-30 | 2011-02-11 | Ind Tech Res Inst | Multi metal base thermal resistance alloy and a mold with the multi metal base thermal resistance alloy layer |
| EP1854898A1 (de) * | 2006-01-17 | 2007-11-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Legierung, Schutzschicht und Bauteil |
| DE602006015904D1 (de) * | 2006-03-24 | 2010-09-16 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Component mit einer Schutzschicht |
| JP4959213B2 (ja) * | 2006-03-31 | 2012-06-20 | 三菱重工業株式会社 | 遮熱コーティング部材及びその製造方法ならびに遮熱コート材料、ガスタービン及び焼結体 |
| US7842402B2 (en) | 2006-03-31 | 2010-11-30 | General Electric Company | Machine components and methods of fabricating |
| US7368827B2 (en) * | 2006-09-06 | 2008-05-06 | Siemens Power Generation, Inc. | Electrical assembly for monitoring conditions in a combustion turbine operating environment |
| US7969323B2 (en) | 2006-09-14 | 2011-06-28 | Siemens Energy, Inc. | Instrumented component for combustion turbine engine |
| JP5647762B2 (ja) * | 2007-05-07 | 2015-01-07 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | パイロクロア相と二次酸化物とを有する外側セラミック層を含有してなる層組織 |
| US8262817B2 (en) * | 2007-06-11 | 2012-09-11 | Honeywell International Inc. | First stage dual-alloy turbine wheel |
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