JP2003268569A - ハイブリッド熱障壁被覆およびその作成方法 - Google Patents
ハイブリッド熱障壁被覆およびその作成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱障壁被覆を有する超合金物品を提供する。
【解決手段】 物品は、超合金基体と、この基体上の付
着性アルミナ層と、このアルミナ層上のセラミック断熱
層と、を含む。セラミック層は、全体の厚みを有してお
り、アルミナ層上の相対的に歪み耐性のある柱状粒子セ
ラミックと、この柱状粒子セラミック上の相対的により
断熱性のあるセラミックと、を含む。アルミナ層は、オ
ーバーレイまたはアルミナイド接合被覆などのアルミナ
を形成する層を用いて形成することができ、あるいは、
超合金が、アルミナ層を形成できる材料から構成し得
る。セラミック層は、安定化ジルコニア、他の適切な材
料から形成でき、同じかまたは異なる組成を有し得る。
着性アルミナ層と、このアルミナ層上のセラミック断熱
層と、を含む。セラミック層は、全体の厚みを有してお
り、アルミナ層上の相対的に歪み耐性のある柱状粒子セ
ラミックと、この柱状粒子セラミック上の相対的により
断熱性のあるセラミックと、を含む。アルミナ層は、オ
ーバーレイまたはアルミナイド接合被覆などのアルミナ
を形成する層を用いて形成することができ、あるいは、
超合金が、アルミナ層を形成できる材料から構成し得
る。セラミック層は、安定化ジルコニア、他の適切な材
料から形成でき、同じかまたは異なる組成を有し得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、ガスター
ビン構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）などの、熱障壁被
覆（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎ
ｇ）（ＴＢＣ）により保護された金属物品（ａｒｔｉｃ
ｌｅ）に関し、特に、セラミック層を組み込んだ熱障壁
被覆に関する。
ビン構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）などの、熱障壁被
覆（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎ
ｇ）（ＴＢＣ）により保護された金属物品（ａｒｔｉｃ
ｌｅ）に関し、特に、セラミック層を組み込んだ熱障壁
被覆に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンは、燃料の形態における化
学ポテンシャルエネルギーを熱エネルギーに、さらに
は、航空機の推進、電力の発生、流体の供給などに使用
するための力学的エネルギーに変換するよく開発された
機構である。現在、金属材料が、その熱安定性の上限の
ごく近くまたはその上限においてガスタービンに使用さ
れる。現在のガスタービンエンジンの最高温度部分にお
いては、金属材料は、その融点を大幅に超える気体温度
において使用される。これらは、空冷されるので持ちこ
たえる。しかしながら、空冷すると効率が低下する。
学ポテンシャルエネルギーを熱エネルギーに、さらに
は、航空機の推進、電力の発生、流体の供給などに使用
するための力学的エネルギーに変換するよく開発された
機構である。現在、金属材料が、その熱安定性の上限の
ごく近くまたはその上限においてガスタービンに使用さ
れる。現在のガスタービンエンジンの最高温度部分にお
いては、金属材料は、その融点を大幅に超える気体温度
において使用される。これらは、空冷されるので持ちこ
たえる。しかしながら、空冷すると効率が低下する。
【０００３】従って、冷却されるガスタービン装置とと
もに使用するための熱障壁被覆を含む被覆が広範囲に開
発されてきた。被覆、特に熱障壁被覆を使用すること
で、必要な冷却空気の量を実質的に低減することがで
き、それによって、対応して効率が上昇する。
もに使用するための熱障壁被覆を含む被覆が広範囲に開
発されてきた。被覆、特に熱障壁被覆を使用すること
で、必要な冷却空気の量を実質的に低減することがで
き、それによって、対応して効率が上昇する。
【０００４】そのような被覆は、常にセラミックに基づ
いている。ムライト、アルミナなどが、提案されてきて
おり、ハフニア（ｈａｆｎｉａ）（酸化ハフニウム）、
他の材料も提案されつつあるが、現在は、ジルコニアが
えり抜きの材料である。ジルコニアは、安定剤、一般に
は、単斜晶系の相の形成を防止するために十分な安定剤
を付与されており、一般的な安定剤としては、イットリ
ア、カルシア（ｃａｌｃｉａ）（酸化カルシウム）、セ
リア、マグネシア、ガドリニア（ｇａｄｏｌｉｎｉａ）
（酸化ガドリニウム）などが挙げられる。
いている。ムライト、アルミナなどが、提案されてきて
おり、ハフニア（ｈａｆｎｉａ）（酸化ハフニウム）、
他の材料も提案されつつあるが、現在は、ジルコニアが
えり抜きの材料である。ジルコニアは、安定剤、一般に
は、単斜晶系の相の形成を防止するために十分な安定剤
を付与されており、一般的な安定剤としては、イットリ
ア、カルシア（ｃａｌｃｉａ）（酸化カルシウム）、セ
リア、マグネシア、ガドリニア（ｇａｄｏｌｉｎｉａ）
（酸化ガドリニウム）などが挙げられる。
【０００５】一般的に言えば、金属材料は、セラミック
材料の熱膨張係数を超える熱膨張係数を有しており、相
対的な差は、そのセラミックが適用される方法に一部依
存する。その結果として、成功する熱障壁被覆の開発に
おいて対処する必要のある問題の一つは、加熱時に基体
が膨張するときセラミック被覆材料が割れないように、
１つまたは複数のセラミック材料の熱膨張係数を金属基
体に合わせることである。ジルコニアは、大きな熱膨張
係数を有しており、これが、金属基体上の熱障壁材料と
してジルコニアが成功している主な理由である。被覆耐
久性も重要である。さらに、明らかに、長寿命、安定
性、経済性などが通常、望まれている。
材料の熱膨張係数を超える熱膨張係数を有しており、相
対的な差は、そのセラミックが適用される方法に一部依
存する。その結果として、成功する熱障壁被覆の開発に
おいて対処する必要のある問題の一つは、加熱時に基体
が膨張するときセラミック被覆材料が割れないように、
１つまたは複数のセラミック材料の熱膨張係数を金属基
体に合わせることである。ジルコニアは、大きな熱膨張
係数を有しており、これが、金属基体上の熱障壁材料と
してジルコニアが成功している主な理由である。被覆耐
久性も重要である。さらに、明らかに、長寿命、安定
性、経済性などが通常、望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】熱障壁被覆は、溶射
（プラズマ、フレーム、ＨＶＯＦ）、スパッタリング、
電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）を含むいくつかの技
術によって、沈積（または被覆）（ｄｅｐｏｓｉｔ）さ
れている。これらの技術の中で、電子ビーム物理蒸着
が、特有の被覆構造を形成するので、現在、要求の厳し
い高温の適用のための好ましい技術である。電子ビーム
物理蒸着されたセラミック材料は、特定の条件に従って
被覆すると、被覆内へ延びる間隙（ｇａｐ）によって分
離された複数の小さな柱から構成される柱状粒子微細構
造（ｃｏｌｕｍｎａｒ ｇｒａｉｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒ
ｕｃｔｕｒｅ）を有する。これらの間隙は、被覆の割れ
（ｃｒａｃｋｉｎｇ）と剥離（ｓｐａｌｌｉｎｇ）の一
方または両方が生じることなく、実質的な基体の膨張を
可能とする。例えば、同一出願人による米国特許第４，
３２１，３１１号を参照のこと。米国特許第５，０７
３，４３３号、同一出願人による米国特許第５，７０
５，２３１号によれば、一般に大きな規模ではあるが、
類似の構造を、プラズマ溶射技術によって得ることがで
きるが、一般に、プラズマ溶射材料は、より高温かつ応
力の掛かる適用、特に回転構成要素の場合には、より適
していない。
（プラズマ、フレーム、ＨＶＯＦ）、スパッタリング、
電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）を含むいくつかの技
術によって、沈積（または被覆）（ｄｅｐｏｓｉｔ）さ
れている。これらの技術の中で、電子ビーム物理蒸着
が、特有の被覆構造を形成するので、現在、要求の厳し
い高温の適用のための好ましい技術である。電子ビーム
物理蒸着されたセラミック材料は、特定の条件に従って
被覆すると、被覆内へ延びる間隙（ｇａｐ）によって分
離された複数の小さな柱から構成される柱状粒子微細構
造（ｃｏｌｕｍｎａｒ ｇｒａｉｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒ
ｕｃｔｕｒｅ）を有する。これらの間隙は、被覆の割れ
（ｃｒａｃｋｉｎｇ）と剥離（ｓｐａｌｌｉｎｇ）の一
方または両方が生じることなく、実質的な基体の膨張を
可能とする。例えば、同一出願人による米国特許第４，
３２１，３１１号を参照のこと。米国特許第５，０７
３，４３３号、同一出願人による米国特許第５，７０
５，２３１号によれば、一般に大きな規模ではあるが、
類似の構造を、プラズマ溶射技術によって得ることがで
きるが、一般に、プラズマ溶射材料は、より高温かつ応
力の掛かる適用、特に回転構成要素の場合には、より適
していない。
【０００７】物理蒸着されたＴＢＣの柱状微細構造は、
プラズマ溶射されたＴＢＣに比較して向上した歪み耐性
（ｓｔｒａｉｎ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）を生じる。さら
に、ＥＢ−ＰＶＤなどの、相対的に沈積速度の大きいＰ
ＶＤ処理は、より広い柱間細孔（ｗｉｄｅｒ ｉｎｔｅ
ｒ−ｃｏｌｕｍｎａｒ ｐｏｒｅ）を生じ、従って、歪
み耐性が向上する。しかしながら、柱間細孔は、溶射に
より被覆された同じ材料より劣った断熱性も与える構造
を生じる。
プラズマ溶射されたＴＢＣに比較して向上した歪み耐性
（ｓｔｒａｉｎ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）を生じる。さら
に、ＥＢ−ＰＶＤなどの、相対的に沈積速度の大きいＰ
ＶＤ処理は、より広い柱間細孔（ｗｉｄｅｒ ｉｎｔｅ
ｒ−ｃｏｌｕｍｎａｒ ｐｏｒｅ）を生じ、従って、歪
み耐性が向上する。しかしながら、柱間細孔は、溶射に
より被覆された同じ材料より劣った断熱性も与える構造
を生じる。
【０００８】テーシェーラ（Ｔｅｉｘｅｉｒａ）らによ
り発表された論文［溶射技術誌、第９巻、第２号、２０
００年、第１９１〜１９７頁（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｐｒａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
ｖｏｌ．９，ｎｏ．２，２０００，ｐｐ．１９１−１９
７）］には、下にある金属基体の高温における耐酸化性
および耐食性を向上させるように設計されたセラミック
二重（ｄｕｐｌｅｘ）熱障壁が記載されている。テーシ
ェーラ（Ｔｅｉｘｅｉｒａ）は、ＴＢＣ破損（ｆａｉｌ
ｕｒｅ）の一原因は、応力のない（ｓｔｒｅｓｓ ｆｒ
ｅｅ）環境における酸化物スケール（ｓｃａｌｅ）の成
長にあることを示唆している。ＴＢＣは、クロミア（ｃ
ｈｒｏｍｉａ）（酸化クロム）形成ニッケル基超合金上
に直接スパッタリングすることにより沈積された、非常
に薄く（７μｍ、〜０．２８ｍｉｌ）、相対的に緻密な
（ｄｅｎｓｅ）柱状セラミック層と、この薄い柱状層上
に厚く（３００μｍ、〜１２ｍｉｌ）溶射されたセラミ
ックトップコート（ｔｏｐｃｏａｔ）とから成る。薄い
柱状セラミック層は、「従来の」金属接合被覆（ｍｅｔ
ａｌｌｉｃ ｂｏｎｄ ｃｏａｔ）、例えば、ＭＣｒＡ
ｌＹに取って代わったものである。薄く緻密なスパッタ
された層は、超合金基体の酸化および腐食を低減させる
拡散障壁（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｂａｒｒｉｅｒ）とし
て役に立つ。ＥＢ−ＰＶＤに比較してよりいっそうスパ
ッタリングの沈積速度が小さくなると、拡散障壁として
使用するのにより適した、実質的により小さな柱間多孔
度を有する、被覆となる。しかしながら、これらの緻密
なスパッタされた被覆は、ＥＢ−ＰＶＤなどの高速処理
により沈積された被覆より歪み耐性が劣る。
り発表された論文［溶射技術誌、第９巻、第２号、２０
００年、第１９１〜１９７頁（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｐｒａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
ｖｏｌ．９，ｎｏ．２，２０００，ｐｐ．１９１−１９
７）］には、下にある金属基体の高温における耐酸化性
および耐食性を向上させるように設計されたセラミック
二重（ｄｕｐｌｅｘ）熱障壁が記載されている。テーシ
ェーラ（Ｔｅｉｘｅｉｒａ）は、ＴＢＣ破損（ｆａｉｌ
ｕｒｅ）の一原因は、応力のない（ｓｔｒｅｓｓ ｆｒ
ｅｅ）環境における酸化物スケール（ｓｃａｌｅ）の成
長にあることを示唆している。ＴＢＣは、クロミア（ｃ
ｈｒｏｍｉａ）（酸化クロム）形成ニッケル基超合金上
に直接スパッタリングすることにより沈積された、非常
に薄く（７μｍ、〜０．２８ｍｉｌ）、相対的に緻密な
（ｄｅｎｓｅ）柱状セラミック層と、この薄い柱状層上
に厚く（３００μｍ、〜１２ｍｉｌ）溶射されたセラミ
ックトップコート（ｔｏｐｃｏａｔ）とから成る。薄い
柱状セラミック層は、「従来の」金属接合被覆（ｍｅｔ
ａｌｌｉｃ ｂｏｎｄ ｃｏａｔ）、例えば、ＭＣｒＡ
ｌＹに取って代わったものである。薄く緻密なスパッタ
された層は、超合金基体の酸化および腐食を低減させる
拡散障壁（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｂａｒｒｉｅｒ）とし
て役に立つ。ＥＢ−ＰＶＤに比較してよりいっそうスパ
ッタリングの沈積速度が小さくなると、拡散障壁として
使用するのにより適した、実質的により小さな柱間多孔
度を有する、被覆となる。しかしながら、これらの緻密
なスパッタされた被覆は、ＥＢ−ＰＶＤなどの高速処理
により沈積された被覆より歪み耐性が劣る。
【０００９】従って、柱状粒子セラミック被覆の歪み耐
性の利点と、溶射されたセラミック被覆の低減された熱
伝導率と、を組み合わせたセラミック被覆を提供するこ
とが望まれている。本発明は、そのような被覆に向けら
れている。
性の利点と、溶射されたセラミック被覆の低減された熱
伝導率と、を組み合わせたセラミック被覆を提供するこ
とが望まれている。本発明は、そのような被覆に向けら
れている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本被覆は、例えば航空宇
宙および産業用の、ガスタービンにおける適用のために
開発されたが、本発明は、炉、内燃機関などの、高温、
腐食を促進する環境、腐食性の環境、の少なくとも１つ
に遭遇する他の適用においても有用である。
宙および産業用の、ガスタービンにおける適用のために
開発されたが、本発明は、炉、内燃機関などの、高温、
腐食を促進する環境、腐食性の環境、の少なくとも１つ
に遭遇する他の適用においても有用である。
【００１１】熱障壁被覆を有する超合金物品が開示され
る。この物品は、超合金基体と、この基体上の付着性ア
ルミナ層と、このアルミナ層上のセラミック断熱層と、
を含む。セラミック層は、アルミナ層上の相対的に薄く
かつより歪み耐性のある層、例えば、柱状粒子セラミッ
クと、この柱状粒子セラミック上の相対的に厚くかつよ
り断熱性のある層、例えば、溶射されたセラミック（溶
射セラミック）と、を含む。アルミナ層は、従来のオー
バーレイ（ｏｖｅｒｌａｙ）またはアルミナイド接合被
覆（ａｌｕｍｉｎｉｄｅ）を用いて形成することがで
き、あるいは、超合金材料が、アルミナ層を形成でき得
る。
る。この物品は、超合金基体と、この基体上の付着性ア
ルミナ層と、このアルミナ層上のセラミック断熱層と、
を含む。セラミック層は、アルミナ層上の相対的に薄く
かつより歪み耐性のある層、例えば、柱状粒子セラミッ
クと、この柱状粒子セラミック上の相対的に厚くかつよ
り断熱性のある層、例えば、溶射されたセラミック（溶
射セラミック）と、を含む。アルミナ層は、従来のオー
バーレイ（ｏｖｅｒｌａｙ）またはアルミナイド接合被
覆（ａｌｕｍｉｎｉｄｅ）を用いて形成することがで
き、あるいは、超合金材料が、アルミナ層を形成でき得
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明による
断熱被覆が示される。本発明は、タービンブレードの文
脈において説明されるが、当業者には、限定される訳で
はないがベーン、燃焼器、ケース、シール、リング、付
随する支持装置などの、ガスタービンのさまざまな他の
構成要素およびアッセンブリ、さらには、ガスタービン
以外に、本発明とともに使用できる適用において使用す
るための地上にある（ｌａｎｄｂａｓｅｄ）タービンお
よび構成要素が、本発明の被覆で被覆され得ることが、
理解されるであろう。
断熱被覆が示される。本発明は、タービンブレードの文
脈において説明されるが、当業者には、限定される訳で
はないがベーン、燃焼器、ケース、シール、リング、付
随する支持装置などの、ガスタービンのさまざまな他の
構成要素およびアッセンブリ、さらには、ガスタービン
以外に、本発明とともに使用できる適用において使用す
るための地上にある（ｌａｎｄｂａｓｅｄ）タービンお
よび構成要素が、本発明の被覆で被覆され得ることが、
理解されるであろう。
【００１３】通常のブレードは、当業技術内で知られる
ように、エーロフォイル部分１２、プラットホーム部分
１４、基部１６を有する。本発明は、どのような特定の
領域への適用に限定されることも意図されていないが、
一般に、高温気体に曝される構成要素のこれらの部分、
例えば、エーロフォイル部分、フラットホームの隣接部
分が、熱障壁被覆で被覆される。図１を参照すると、本
発明を組み込んだ物品が、基体１８と、付着性の酸化物
層２０と、相対的に歪み耐性のある層２４および相対的
により断熱性のある層２６を含む２つの部分から成るセ
ラミック被覆２２と、を含む。
ように、エーロフォイル部分１２、プラットホーム部分
１４、基部１６を有する。本発明は、どのような特定の
領域への適用に限定されることも意図されていないが、
一般に、高温気体に曝される構成要素のこれらの部分、
例えば、エーロフォイル部分、フラットホームの隣接部
分が、熱障壁被覆で被覆される。図１を参照すると、本
発明を組み込んだ物品が、基体１８と、付着性の酸化物
層２０と、相対的に歪み耐性のある層２４および相対的
により断熱性のある層２６を含む２つの部分から成るセ
ラミック被覆２２と、を含む。
【００１４】本発明の材料および被覆は、一般に、金属
基体を保護するのに使用される。ガスタービンの場合、
そのような基体は、一般に、超合金から構成される１つ
または複数の部分を含む。超合金は、金属、一般には鉄
基、ニッケル基、コバルト基などであって、クロム、ア
ルミニウムを含み、通常チタン、耐熱金属を含み、１２
００°Ｆ（６５０℃）を超える温度で有用な特性を有す
る。ガスタービンの文脈では、そのような材料は、一般
に鋳造されており、多結晶物品および単結晶物品を含
む、等軸（ｅｑｕｉａｘｅｄ）または一方向凝固（ｄｉ
ｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ）とな
り得る。表１に、例示的基体材料（重量％による例示的
超合金組成、ただし「Ｂａｌ」は「残部」である）の網
羅的ではない一覧を示す。
基体を保護するのに使用される。ガスタービンの場合、
そのような基体は、一般に、超合金から構成される１つ
または複数の部分を含む。超合金は、金属、一般には鉄
基、ニッケル基、コバルト基などであって、クロム、ア
ルミニウムを含み、通常チタン、耐熱金属を含み、１２
００°Ｆ（６５０℃）を超える温度で有用な特性を有す
る。ガスタービンの文脈では、そのような材料は、一般
に鋳造されており、多結晶物品および単結晶物品を含
む、等軸（ｅｑｕｉａｘｅｄ）または一方向凝固（ｄｉ
ｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ）とな
り得る。表１に、例示的基体材料（重量％による例示的
超合金組成、ただし「Ｂａｌ」は「残部」である）の網
羅的ではない一覧を示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】例えば、参照することによってここに明確
に組み込まれる、米国特許第４，２０９，３４８号、第
４，７１９，０８０号、第５，０６８，０８４号、第
５，５９９，３５５号、第６，２７０，３１８号を参照
のこと。
に組み込まれる、米国特許第４，２０９，３４８号、第
４，７１９，０８０号、第５，０６８，０８４号、第
５，５９９，３５５号、第６，２７０，３１８号を参照
のこと。
【００１７】鋼、銅合金、チタン合金などを含む他の材
料から成りかつ高温作動環境からの保護が必要な基体を
保護することもできる。
料から成りかつ高温作動環境からの保護が必要な基体を
保護することもできる。
【００１８】現在までのところ、セラミック被覆の超合
金に対する全ての成功した被覆は、酸化物層が、セラミ
ック被覆前、被覆中、より一般的ではないが被覆後のい
ずれに形成されようと、接合被覆または基体とセラミッ
ク被覆との間に、酸化物層を含んでいる。従来の熱障壁
被覆から、ＭＣｒＡｌＹ型被覆などの金属接合被覆（と
きとして、オーバーレイ被覆と記載される）が、セラミ
ック被覆のための良好な接合被覆であることが知られて
おり、ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、これらの元素
の組み合わせ、のいずれかである。アルミナイド被覆も
知られている。
金に対する全ての成功した被覆は、酸化物層が、セラミ
ック被覆前、被覆中、より一般的ではないが被覆後のい
ずれに形成されようと、接合被覆または基体とセラミッ
ク被覆との間に、酸化物層を含んでいる。従来の熱障壁
被覆から、ＭＣｒＡｌＹ型被覆などの金属接合被覆（と
きとして、オーバーレイ被覆と記載される）が、セラミ
ック被覆のための良好な接合被覆であることが知られて
おり、ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、これらの元素
の組み合わせ、のいずれかである。アルミナイド被覆も
知られている。
【００１９】ＭＣｒＡｌＹ被覆のための広い組成範囲
は、重量で、Ｃｒ １０〜２５％、Ａｌ ５〜１５％、
Ｙ ０．１〜１．０％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＮｉとＣｏ
の混合物から選択される残部となる。Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ
などをそれぞれ５％以下（または５％を超えることもあ
る）、Ｓｉを１％以下、Ｏｓ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、他の
貴金属、の少なくとも１つをそれぞれ３％以下、添加す
ることもできる。表２に、溶射処理、ＥＢ−ＰＶＤ処
理、電気めっきなどの適切な方法によって被覆すること
ができるＭＣｒＡｌＹ（重量％による例示的ＭＣｒＡｌ
Ｙ組成、ただし「Ｂａｌ」は「残部」である）の例示的
かつ非限定的な一覧を示す。
は、重量で、Ｃｒ １０〜２５％、Ａｌ ５〜１５％、
Ｙ ０．１〜１．０％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＮｉとＣｏ
の混合物から選択される残部となる。Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ
などをそれぞれ５％以下（または５％を超えることもあ
る）、Ｓｉを１％以下、Ｏｓ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、他の
貴金属、の少なくとも１つをそれぞれ３％以下、添加す
ることもできる。表２に、溶射処理、ＥＢ−ＰＶＤ処
理、電気めっきなどの適切な方法によって被覆すること
ができるＭＣｒＡｌＹ（重量％による例示的ＭＣｒＡｌ
Ｙ組成、ただし「Ｂａｌ」は「残部」である）の例示的
かつ非限定的な一覧を示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】米国特許第３，９２８，０２６号、第４，
５８５，４８１号、第５，２７７，９３６号、再発行第
３２，１２１号を参照のこと。
５８５，４８１号、第５，２７７，９３６号、再発行第
３２，１２１号を参照のこと。
【００２２】代替の接合被覆は、基体表面内へアルミニ
ウムを拡散させることによって一般に形成されたアルミ
ナイドである。拡散アルミナイドは、よく知られてお
り、アルミニウム合金または化合物などのアルミニウム
供給源と、活性化剤（ａｃｔｉｖａｔｏｒ）（通常、Ｎ
ａＦなどのハロゲン化物であるが、他のハロゲン化物、
他の材料も活性化剤として使用できる）と、アルミナな
どの不活性材料と、の粉末混合物（パック（ｐａｃｋ）
と呼ばれる）を用いて被覆することができる。被覆され
る部品は、パック内へ埋められ、水素などのキャリヤー
ガスをパックを通して流しながら、１５００〜２０００
°Ｆに加熱される。基体上にアルミニウムを沈積（めっ
き、蒸着）しその後アルミニウムを基体中に拡散させる
他の方法のように、処理中に部品をパック内に埋め込ま
ない代替のパック処理も知られている。同様にＰｔ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｏｓなどの１つまたは複数の貴金属をアルミ
ナイド被覆内へ含有させることも知られている。アルミ
ナイド被覆処理の説明のために、例えば、米国特許第
５，５１４，４８２号を参照のこと。
ウムを拡散させることによって一般に形成されたアルミ
ナイドである。拡散アルミナイドは、よく知られてお
り、アルミニウム合金または化合物などのアルミニウム
供給源と、活性化剤（ａｃｔｉｖａｔｏｒ）（通常、Ｎ
ａＦなどのハロゲン化物であるが、他のハロゲン化物、
他の材料も活性化剤として使用できる）と、アルミナな
どの不活性材料と、の粉末混合物（パック（ｐａｃｋ）
と呼ばれる）を用いて被覆することができる。被覆され
る部品は、パック内へ埋められ、水素などのキャリヤー
ガスをパックを通して流しながら、１５００〜２０００
°Ｆに加熱される。基体上にアルミニウムを沈積（めっ
き、蒸着）しその後アルミニウムを基体中に拡散させる
他の方法のように、処理中に部品をパック内に埋め込ま
ない代替のパック処理も知られている。同様にＰｔ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｏｓなどの１つまたは複数の貴金属をアルミ
ナイド被覆内へ含有させることも知られている。アルミ
ナイド被覆処理の説明のために、例えば、米国特許第
５，５１４，４８２号を参照のこと。
【００２３】オーバーレイ被覆とアルミナイド被覆の組
み合わせも可能である。内側のＭＣｒＡｌＹオーバーレ
イ被覆と外側のアルミナイド被覆を有する系の説明のた
めに、例えば、同一出願人による米国特許第４，８９
７，３１５号を参照のこと。内側のアルミナイド被覆と
外側のオーバーレイ被覆という逆の組み合わせを説明す
るために、同一出願人による米国特許第４，００５，９
８９号を参照のこと。
み合わせも可能である。内側のＭＣｒＡｌＹオーバーレ
イ被覆と外側のアルミナイド被覆を有する系の説明のた
めに、例えば、同一出願人による米国特許第４，８９
７，３１５号を参照のこと。内側のアルミナイド被覆と
外側のオーバーレイ被覆という逆の組み合わせを説明す
るために、同一出願人による米国特許第４，００５，９
８９号を参照のこと。
【００２４】これらの接合被覆と接合被覆の組み合わせ
との共通の特徴は、これらが、その外側表面上に付着性
の酸化物層、例えばアルミナを形成することである。本
発明の熱障壁被覆は、アルミナに対する溶解度は相対的
に限られているが、アルミナにしっかりと結合する。
との共通の特徴は、これらが、その外側表面上に付着性
の酸化物層、例えばアルミナを形成することである。本
発明の熱障壁被覆は、アルミナに対する溶解度は相対的
に限られているが、アルミナにしっかりと結合する。
【００２５】特定の場合、超合金は、単独の接合被覆な
しでセラミックが付着することができる十分に完全でか
つ付着性のアルミナ層を形成することができる。同一出
願人による米国特許第４，２０９，３４８号、第４，７
１９，０８０号、第４，８９５，２０１号、第５，０３
４，２８４号、第５，２６２，２４５号、第５，５３
８，７９６号、第５，３４６，５６３号などを参照のこ
と。図１の物品は、このような基体材料で使用される本
発明を例示する。
しでセラミックが付着することができる十分に完全でか
つ付着性のアルミナ層を形成することができる。同一出
願人による米国特許第４，２０９，３４８号、第４，７
１９，０８０号、第４，８９５，２０１号、第５，０３
４，２８４号、第５，２６２，２４５号、第５，５３
８，７９６号、第５，３４６，５６３号などを参照のこ
と。図１の物品は、このような基体材料で使用される本
発明を例示する。
【００２６】断熱性セラミック（２２、図１）は、上述
した酸化物を形成する系のいずれが使用されるかに依存
して、基体表面上、オーバーレイ層またはアルミナイド
層へ、あるいは、アルミナ層上へ被覆される。上述した
ように、セラミックは、第１の部分が、相対的により歪
み耐性のあるセラミックから成り、第２の部分が、相対
的により断熱性のあるセラミックから成る、２つ（また
は３つ以上）の部分に分けて被覆される。
した酸化物を形成する系のいずれが使用されるかに依存
して、基体表面上、オーバーレイ層またはアルミナイド
層へ、あるいは、アルミナ層上へ被覆される。上述した
ように、セラミックは、第１の部分が、相対的により歪
み耐性のあるセラミックから成り、第２の部分が、相対
的により断熱性のあるセラミックから成る、２つ（また
は３つ以上）の部分に分けて被覆される。
【００２７】第１の、より歪み耐性のあるセラミックお
よび第２の、より断熱性のあるセラミックは、それぞれ
第１および第２の厚みで被覆され、従って、所定の厚み
比となる。好ましい被覆の厚みおよび厚み比は、本発明
による物品の意図される適用および所望の断熱性能に依
存することになるが、我々は、一般に、第１のセラミッ
クの厚みを、約０．２５〜１０ｍｉｌの間またはそれ以
上に、より詳細には約０．５〜５ｍｉｌの間に、さらに
より詳細には約１〜３ｍｉｌの間に選択し、第２のセラ
ミックは、約１〜５０ｍｉｌの間、より詳細には約３〜
２０ｍｉｌの間、さらにより詳細には約３〜１０ｍｉｌ
の間の厚みを有する。従って、第１のセラミックの厚み
は、第２のセラミックの厚みの約２倍〜８０分の１とな
る。一般的な第１対第２のセラミック層の厚み比は、約
２：１〜１：２５の間である。
よび第２の、より断熱性のあるセラミックは、それぞれ
第１および第２の厚みで被覆され、従って、所定の厚み
比となる。好ましい被覆の厚みおよび厚み比は、本発明
による物品の意図される適用および所望の断熱性能に依
存することになるが、我々は、一般に、第１のセラミッ
クの厚みを、約０．２５〜１０ｍｉｌの間またはそれ以
上に、より詳細には約０．５〜５ｍｉｌの間に、さらに
より詳細には約１〜３ｍｉｌの間に選択し、第２のセラ
ミックは、約１〜５０ｍｉｌの間、より詳細には約３〜
２０ｍｉｌの間、さらにより詳細には約３〜１０ｍｉｌ
の間の厚みを有する。従って、第１のセラミックの厚み
は、第２のセラミックの厚みの約２倍〜８０分の１とな
る。一般的な第１対第２のセラミック層の厚み比は、約
２：１〜１：２５の間である。
【００２８】第１の相対的に、より歪み耐性のある層に
ついては、我々は、例えば当業技術内で知られる種類で
あって電子ビーム物理蒸着により容易に形成されかつ良
好な歪み耐性を与える柱状粒子セラミック層を使用する
ことを選択する。他の柱状構造は、例えば、参照するこ
とによって同様にここに明確に組み込まれるテイラー
（Ｔａｙｌｏｒ）に付与された米国特許第５，５２０，
５１６号、ニスレイ（Ｎｉｓｓｌｅｙ）に付与された米
国特許第５，７０５，２３１号、に記載されているよう
なプラズマ溶射技術により形成することができる。相対
的に歪み耐性のある層は、使用中に遭遇する所定の温度
範囲、例えば、周囲温度から最大作動温度とすれば十分
なコンプライアンスを与えるのに十分な厚みとなる必要
があり、さらに好ましくは、本目的を達成するのに必要
とされるよりは厚くなく、特に、例えば回転構成要素へ
の被覆の重量が最低限に抑えられる。タービンブレード
では、柱状粒子層は、少なくとも約０．２５ｍｉｌの厚
みに被覆される必要があり、我々は、少なくとも約０．
５ｍｉｌ、より好ましくは少なくとも約１．０ｍｉｌ厚
の層を選択する。
ついては、我々は、例えば当業技術内で知られる種類で
あって電子ビーム物理蒸着により容易に形成されかつ良
好な歪み耐性を与える柱状粒子セラミック層を使用する
ことを選択する。他の柱状構造は、例えば、参照するこ
とによって同様にここに明確に組み込まれるテイラー
（Ｔａｙｌｏｒ）に付与された米国特許第５，５２０，
５１６号、ニスレイ（Ｎｉｓｓｌｅｙ）に付与された米
国特許第５，７０５，２３１号、に記載されているよう
なプラズマ溶射技術により形成することができる。相対
的に歪み耐性のある層は、使用中に遭遇する所定の温度
範囲、例えば、周囲温度から最大作動温度とすれば十分
なコンプライアンスを与えるのに十分な厚みとなる必要
があり、さらに好ましくは、本目的を達成するのに必要
とされるよりは厚くなく、特に、例えば回転構成要素へ
の被覆の重量が最低限に抑えられる。タービンブレード
では、柱状粒子層は、少なくとも約０．２５ｍｉｌの厚
みに被覆される必要があり、我々は、少なくとも約０．
５ｍｉｌ、より好ましくは少なくとも約１．０ｍｉｌ厚
の層を選択する。
【００２９】図１は、約７重量％イットリアを有するイ
ットリアおよびジルコニアから成る柱状粒子セラミック
を例示する。そのような適切な材料の１つは、例えば、
同一出願人によるストラングマン（Ｓｔｒａｎｇｍａ
ｎ）らに付与された米国特許第４，３２１，３１１号に
示されており、ＥＢ−ＰＶＤなどの物理蒸着方法によっ
て被覆することができる。ガドリニアジルコニアを含む
他の材料、例えば、同一の出願人によるマロネー（Ｍａ
ｌｏｎｅｙ）に付与された米国特許第６，１７７，２０
０号を参照のこと、および、例えば、同一の出願人によ
るマロネー（Ｍａｌｏｎｅｙ）に付与された米国特許第
６，１１７，５６０号の異なる結晶構造を有する材料、
などを使用することもできる。
ットリアおよびジルコニアから成る柱状粒子セラミック
を例示する。そのような適切な材料の１つは、例えば、
同一出願人によるストラングマン（Ｓｔｒａｎｇｍａ
ｎ）らに付与された米国特許第４，３２１，３１１号に
示されており、ＥＢ−ＰＶＤなどの物理蒸着方法によっ
て被覆することができる。ガドリニアジルコニアを含む
他の材料、例えば、同一の出願人によるマロネー（Ｍａ
ｌｏｎｅｙ）に付与された米国特許第６，１７７，２０
０号を参照のこと、および、例えば、同一の出願人によ
るマロネー（Ｍａｌｏｎｅｙ）に付与された米国特許第
６，１１７，５６０号の異なる結晶構造を有する材料、
などを使用することもできる。
【００３０】第２のセラミックは、相対的に向上された
断熱性能を与える。我々は、空気プラズマ溶射、定圧プ
ラズマ溶射などの溶射処理によって材料を被覆すること
を選択するが、他の既知の処理も使用できる。溶射によ
り被覆する場合、第２のセラミックは、互いに積層され
た薄板（または薄片）（ｓｐｌａｔ）として通常現れか
つＥＢ−ＰＶＤにより柱状粒子を形成するために被覆さ
れる対応する材料に比較して大幅により低い熱伝導率を
与える、微細構造を有する。タービンブレードでは、第
２のセラミックは、少なくとも１ｍｉｌから約１００ｍ
ｉｌ以下またはそれ以上、より好ましくは約２〜５０ｍ
ｉｌ、さらにより好ましくは約３〜１０ｍｉｌの厚みに
被覆されることができるが、当業者には、所望の厚み
は、構成要素の適用に依存することになることが理解さ
れるであろう。例えば、燃料器ライナ、タービンベーン
などの固定構成要素上への熱障壁被覆は、タービンブレ
ードなどの回転構成要素上への被覆より厚くすることが
できる。全体の厚みは、部品などに望まれる全体の温度
低減などの考慮に依存することになる。
断熱性能を与える。我々は、空気プラズマ溶射、定圧プ
ラズマ溶射などの溶射処理によって材料を被覆すること
を選択するが、他の既知の処理も使用できる。溶射によ
り被覆する場合、第２のセラミックは、互いに積層され
た薄板（または薄片）（ｓｐｌａｔ）として通常現れか
つＥＢ−ＰＶＤにより柱状粒子を形成するために被覆さ
れる対応する材料に比較して大幅により低い熱伝導率を
与える、微細構造を有する。タービンブレードでは、第
２のセラミックは、少なくとも１ｍｉｌから約１００ｍ
ｉｌ以下またはそれ以上、より好ましくは約２〜５０ｍ
ｉｌ、さらにより好ましくは約３〜１０ｍｉｌの厚みに
被覆されることができるが、当業者には、所望の厚み
は、構成要素の適用に依存することになることが理解さ
れるであろう。例えば、燃料器ライナ、タービンベーン
などの固定構成要素上への熱障壁被覆は、タービンブレ
ードなどの回転構成要素上への被覆より厚くすることが
できる。全体の厚みは、部品などに望まれる全体の温度
低減などの考慮に依存することになる。
【００３１】柱状ＴＢＣ層を有するサンプルを、電子ビ
ーム物理蒸着で形成した。１ｍｉｌおよび２．５ｍｉｌ
の公称柱状層ＴＢＣ厚みを有し、イットリア安定化ジル
コニアおよびガドリニア安定化ジルコニアから構成され
る試験片を形成した。セラミック酸化物は、電子ビーム
真空蒸着被覆装置を用いて、ジルコニアに基づくＴＢＣ
に一般的な条件を使用して、蒸発させた。
ーム物理蒸着で形成した。１ｍｉｌおよび２．５ｍｉｌ
の公称柱状層ＴＢＣ厚みを有し、イットリア安定化ジル
コニアおよびガドリニア安定化ジルコニアから構成され
る試験片を形成した。セラミック酸化物は、電子ビーム
真空蒸着被覆装置を用いて、ジルコニアに基づくＴＢＣ
に一般的な条件を使用して、蒸発させた。
【００３２】次に、セラミックトップコート層を、空気
プラズマ溶射（ＡＰＳ）処理により被覆した。他のプラ
ズマ銃を同様の効果で使用することができるが、標準銃
構成要素を有するプラズマテクニックＦ−４スプレート
ーチ（Ｐｌａｓｍａ Ｔｅｃｈｎｉｃ Ｆ−４ ｓｐｒ
ａｙ ｔｏｒｃｈ）を、トップコート層を被覆するのに
使用した。溶射条件は、被覆される試験片の種類に依存
してわずかに変化した。一般に、被覆は、５００〜６０
０アンペアのアンペア数、５５〜６５ボルトの電圧、３
５〜４５標準リットル毎分（ＳＬＰＭ）のアルゴン一次
気体流量、２〜１０ＳＬＰＭの二次気体水素流量、４０
〜５５グラム毎分の粉末供給速度、約６インチの銃とワ
ークピースとの距離、を用いて被覆した。
プラズマ溶射（ＡＰＳ）処理により被覆した。他のプラ
ズマ銃を同様の効果で使用することができるが、標準銃
構成要素を有するプラズマテクニックＦ−４スプレート
ーチ（Ｐｌａｓｍａ Ｔｅｃｈｎｉｃ Ｆ−４ ｓｐｒ
ａｙ ｔｏｒｃｈ）を、トップコート層を被覆するのに
使用した。溶射条件は、被覆される試験片の種類に依存
してわずかに変化した。一般に、被覆は、５００〜６０
０アンペアのアンペア数、５５〜６５ボルトの電圧、３
５〜４５標準リットル毎分（ＳＬＰＭ）のアルゴン一次
気体流量、２〜１０ＳＬＰＭの二次気体水素流量、４０
〜５５グラム毎分の粉末供給速度、約６インチの銃とワ
ークピースとの距離、を用いて被覆した。
【００３３】２つのハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）ＴＢ
Ｃ系（図２に、「Ａ」、「Ｂ」として示される）を、本
発明に従って作成し、これらのサイクル剥離寿命（ｃｙ
ｃｌｉｃ ｓｐａｌｌａｔｉｏｎ ｌｉｆｅ）を決定す
るためにバーナー−リグ（ｂｕｒｎｅｒ−ｒｉｇ）試験
を行った。試験サイクルは、部品を約２０７５°Ｆに４
分間加熱し、その後、強制空気冷却を２分間行うことを
含んでいた。２つの系は、歪み耐性のあるセラミック層
と断熱性のあるセラミック層との間の厚み比が異なって
いた。系Ａと系Ｂでは、この比は、それぞれ約１：４と
１：１であった。ハイブリッドＴＢＣ系に対するサイク
ル剥離寿命は、当業者によく知られた好ましいサイクル
剥離性能を有する上述したストラングマン（Ｓｔｒａｎ
ｇｍａｎ）に付与された米国特許第４，３２１，３１１
号のＴＢＣに対するベンチマーク試験を行なった。調査
した全てのＴＢＣ系のセラミック全体の厚みは同じで約
５ｍｉｌであった。
Ｃ系（図２に、「Ａ」、「Ｂ」として示される）を、本
発明に従って作成し、これらのサイクル剥離寿命（ｃｙ
ｃｌｉｃ ｓｐａｌｌａｔｉｏｎ ｌｉｆｅ）を決定す
るためにバーナー−リグ（ｂｕｒｎｅｒ−ｒｉｇ）試験
を行った。試験サイクルは、部品を約２０７５°Ｆに４
分間加熱し、その後、強制空気冷却を２分間行うことを
含んでいた。２つの系は、歪み耐性のあるセラミック層
と断熱性のあるセラミック層との間の厚み比が異なって
いた。系Ａと系Ｂでは、この比は、それぞれ約１：４と
１：１であった。ハイブリッドＴＢＣ系に対するサイク
ル剥離寿命は、当業者によく知られた好ましいサイクル
剥離性能を有する上述したストラングマン（Ｓｔｒａｎ
ｇｍａｎ）に付与された米国特許第４，３２１，３１１
号のＴＢＣに対するベンチマーク試験を行なった。調査
した全てのＴＢＣ系のセラミック全体の厚みは同じで約
５ｍｉｌであった。
【００３４】我々は、ハイブリッドＴＢＣ系のサイクル
剥離寿命が、少なくとも部分的に、歪み耐性のあるセラ
ミック層の断熱性のあるセラミック層に対する厚み比に
依存することを決定した。さらに、調査した２つのハイ
ブリッドＴＢＣ系のサイクル剥離寿命は、それぞれ、
１：４、１：１の厚み比において、上述した従来技術の
ＴＢＣ系のサイクル剥離寿命に対して、１．４倍、２．
０倍優れていた。この結果は、歪み耐性のある層の厚み
が増加するにつれＥＢ−ＰＶＤ層の先端近くの柱幅が少
なくとも幾分増加する傾向にあるので、下にある歪み耐
性のあるセラミック層に対する断熱性のあるセラミック
層の連結が改善されたことに起因する。１：１の（第１
の、より歪み耐性のある層対第２の、より断熱性のある
層）厚み比が、所定の全体の厚みに対して、より長いサ
イクル剥離寿命を示していたが、１：４の厚み比を有す
る被覆は、１：１の厚み比を有する被覆より大きな断熱
性を与えていた。
剥離寿命が、少なくとも部分的に、歪み耐性のあるセラ
ミック層の断熱性のあるセラミック層に対する厚み比に
依存することを決定した。さらに、調査した２つのハイ
ブリッドＴＢＣ系のサイクル剥離寿命は、それぞれ、
１：４、１：１の厚み比において、上述した従来技術の
ＴＢＣ系のサイクル剥離寿命に対して、１．４倍、２．
０倍優れていた。この結果は、歪み耐性のある層の厚み
が増加するにつれＥＢ−ＰＶＤ層の先端近くの柱幅が少
なくとも幾分増加する傾向にあるので、下にある歪み耐
性のあるセラミック層に対する断熱性のあるセラミック
層の連結が改善されたことに起因する。１：１の（第１
の、より歪み耐性のある層対第２の、より断熱性のある
層）厚み比が、所定の全体の厚みに対して、より長いサ
イクル剥離寿命を示していたが、１：４の厚み比を有す
る被覆は、１：１の厚み比を有する被覆より大きな断熱
性を与えていた。
【００３５】ハイブリッドＴＢＣ系に対する熱伝導率の
利点は、「混合物の法則（ｒｕｌｅｏｆ ｍｉｘｔｕｒ
ｅｓ）」、プラズマ溶射セラミックの層とＥＢ−ＰＶＤ
セラミックの層に対する熱伝導率、を用いて図３におい
て評価し、図３の場合において、ガドリニアジルコニア
のＥＢ−ＰＶＤ層は、同一出願人によるマロネー（Ｍａ
ｌｏｎｅｙ）に付与された米国特許第６，１７７，２０
０号に従って作成し、プラズマ溶射層は、イットリア−
セリアから成り、空気プラズマ溶射により作成した。柱
状粒子セラミックに対する溶射されたセラミックの利点
を増加させるために、ハイブリッドＴＢＣ系は、約１：
４の、より断熱性のあるセラミック層に対する、より歪
み耐性のあるセラミック層の厚み比を有した。ハイブリ
ッド系の熱伝導率は、電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶ
Ｄ）により作成された最高技術水準の歪み耐性のある７
ＹＳＺセラミックと関連させて示す。さらに、両方のＴ
ＢＣ系の全体の厚みは同じである。図３を再度参照する
と、ガスタービンエンジンにおける適用に関連する温度
において、ハイブリッドＴＢＣ系は、最高技術水準のＥ
Ｂ−ＰＶＤ ７ＹＳＺ系の熱伝導率の３０％と同じほど
低い熱伝導率値、すなわち、７０％までの低減、を与え
る。
利点は、「混合物の法則（ｒｕｌｅｏｆ ｍｉｘｔｕｒ
ｅｓ）」、プラズマ溶射セラミックの層とＥＢ−ＰＶＤ
セラミックの層に対する熱伝導率、を用いて図３におい
て評価し、図３の場合において、ガドリニアジルコニア
のＥＢ−ＰＶＤ層は、同一出願人によるマロネー（Ｍａ
ｌｏｎｅｙ）に付与された米国特許第６，１７７，２０
０号に従って作成し、プラズマ溶射層は、イットリア−
セリアから成り、空気プラズマ溶射により作成した。柱
状粒子セラミックに対する溶射されたセラミックの利点
を増加させるために、ハイブリッドＴＢＣ系は、約１：
４の、より断熱性のあるセラミック層に対する、より歪
み耐性のあるセラミック層の厚み比を有した。ハイブリ
ッド系の熱伝導率は、電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶ
Ｄ）により作成された最高技術水準の歪み耐性のある７
ＹＳＺセラミックと関連させて示す。さらに、両方のＴ
ＢＣ系の全体の厚みは同じである。図３を再度参照する
と、ガスタービンエンジンにおける適用に関連する温度
において、ハイブリッドＴＢＣ系は、最高技術水準のＥ
Ｂ−ＰＶＤ ７ＹＳＺ系の熱伝導率の３０％と同じほど
低い熱伝導率値、すなわち、７０％までの低減、を与え
る。
【００３６】本発明は、従来の柱状粒子被覆に対して所
定の厚みにおいて熱伝導率のより大きな低減を与えてお
り、従来技術に対して大幅な利点を与える。
定の厚みにおいて熱伝導率のより大きな低減を与えてお
り、従来技術に対して大幅な利点を与える。
【００３７】最初の事項として再度ガスタービンへの適
用については、本発明は、高温作動における回転構成要
素上への使用などの、ＴＢＣを組み込んだプラズマ溶射
セラミックの使用をより効果的に、より容易に可能とす
る。
用については、本発明は、高温作動における回転構成要
素上への使用などの、ＴＢＣを組み込んだプラズマ溶射
セラミックの使用をより効果的に、より容易に可能とす
る。
【００３８】さらに、一定のＴＢＣ厚み、気体温度とす
れば、構成要素の温度は、低下し、それによって、構成
要素の寿命が延びる。一定の被覆厚み、金属温度とすれ
ば、より高温の気体温度が可能となり、それによって、
効率が改善される。一定の気体温度、一定の金属温度と
すれば、より薄い被覆が使用でき、それによって、回転
ブレードにより加えられる引っ張る力（ｐｕｌｌ）が大
幅に低減され、かつ、より小さく、より軽いディスク、
軸、軸受けなどの使用が可能となり、また、クリープ寿
命（ｃｒｅｅｐ ｌｉｆｅ）が延びる。さらに、より厚
い被覆内の熱応力がＴＢＣの破損の原因となると思われ
る程度までは、より薄い被覆は、より厚い被覆より耐久
性があると予想される。上述したものの変形および組み
合わせ、例えば、いくぶんより薄いＴＢＣの被覆および
いくぶんより高い気体温度における作動なども望ましく
なり得る。さらに、溶射層上に付加的な層を被覆するこ
と、例えば、さらなる耐食性を付与すること、あるい
は、さらなる拡散障壁を付与することなどが望ましい。
れば、構成要素の温度は、低下し、それによって、構成
要素の寿命が延びる。一定の被覆厚み、金属温度とすれ
ば、より高温の気体温度が可能となり、それによって、
効率が改善される。一定の気体温度、一定の金属温度と
すれば、より薄い被覆が使用でき、それによって、回転
ブレードにより加えられる引っ張る力（ｐｕｌｌ）が大
幅に低減され、かつ、より小さく、より軽いディスク、
軸、軸受けなどの使用が可能となり、また、クリープ寿
命（ｃｒｅｅｐ ｌｉｆｅ）が延びる。さらに、より厚
い被覆内の熱応力がＴＢＣの破損の原因となると思われ
る程度までは、より薄い被覆は、より厚い被覆より耐久
性があると予想される。上述したものの変形および組み
合わせ、例えば、いくぶんより薄いＴＢＣの被覆および
いくぶんより高い気体温度における作動なども望ましく
なり得る。さらに、溶射層上に付加的な層を被覆するこ
と、例えば、さらなる耐食性を付与すること、あるい
は、さらなる拡散障壁を付与することなどが望ましい。
【００３９】本発明は、その詳細な実施態様と関連させ
て示し説明してきたが、本発明の精神、範囲から逸脱す
ることなく、本発明の形態、細部にさまざまな変更を行
い得ることは、当業者には理解されるであろう。
て示し説明してきたが、本発明の精神、範囲から逸脱す
ることなく、本発明の形態、細部にさまざまな変更を行
い得ることは、当業者には理解されるであろう。
【図１】本発明による被覆の顕微鏡写真である。
【図２】本発明の被覆の相対的な耐久性を例示するグラ
フである。
フである。
【図３】本発明の向上した断熱性能を例示するグラフで
ある。
ある。
１８…基体
２０…付着性の酸化物層
２２…セラミック層
２４…相対的により歪み耐性のある層
２６…相対的により断熱性のある層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ディネシュ グプタ
アメリカ合衆国，コネチカット，エス．ウ
ィンザー，ワイルドウッド サークル 29
(72)発明者 デイビッド エル．ランバート
アメリカ合衆国，コネチカット，クリント
ン，エヌ．ハイ ストリート 27
(72)発明者 ムラデン エフ．トルベルジャ
アメリカ合衆国，コネチカット，マンチェ
スター，ブルー リッジ ドライブ 97
(72)発明者 マイケル ジェー．マロニー
アメリカ合衆国，コネチカット，マルボ
ロ，エドストロム ロード 129
(72)発明者 ニコラス イー．ウリオン
アメリカ合衆国，コネチカット，マンチェ
スター，ストーニー ブルック ドライブ
11
(72)発明者 デイビッド エー．リットン
アメリカ合衆国，コネチカット，ロッキー
ヒル，ロビンソン ロード ５ビー.
Ｆターム(参考） 4K029 AA04 BA31 BA43 BB00 BC00
BD00 BD03
4K031 AA02 AB02 AB03 CB14 CB42
CB43 DA04
4K044 AA02 AA06 AB10 BA06 BA12
BA13 BB03 BB04 BB11 BC11
CA12 CA13 CA17
Claims (20)
- 【請求項１】 超合金基体と、 前記基体上のアルミナ層と、 前記アルミナ層上の断熱性セラミックと、 を備える、熱障壁被覆を有する超合金物品であって、前
記セラミック層は、 前記アルミナ層上の柱状粒子セラミックと、 前記柱状粒子セラミック上の溶射セラミックと、 を備えることを特徴とする超合金物品。 - 【請求項２】 前記溶射セラミックの厚みは、前記柱状
粒子セラミックの厚みの少なくとも５０％であることを
特徴とする請求項１記載の物品。 - 【請求項３】 前記溶射セラミックの厚みは、前記柱状
粒子セラミックの厚みより大きいことを特徴とする請求
項２記載の物品。 - 【請求項４】 前記断熱性セラミック層は、全体の厚み
を有しており、前記柱状粒子層の厚みは、前記全体の厚
みの約１〜５０％であることを特徴とする請求項１記載
の物品。 - 【請求項５】 前記柱状粒子セラミックは、前記全体の
被覆厚みの約２０〜４０％の厚みを有することを特徴と
する請求項４記載の物品。 - 【請求項６】 前記柱状粒子セラミック層は、少なくと
も約０．５ｍｉｌの厚みを有しており、前記溶射セラミ
ック層は、前記柱状粒子セラミック層の厚みより大きな
厚みを有していることを特徴とする請求項１記載の物
品。 - 【請求項７】 前記アルミナ層は、ＭＣｒＡｌＹ被覆に
より付与され、ここでＭは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、これら
の混合物を含むことを特徴とする請求項１記載の物品。 - 【請求項８】 前記アルミナを形成する層は、アルミナ
イドであることを特徴とする請求項１記載の物品。 - 【請求項９】 前記基体は、付着性アルミナ層を形成す
ることができる超合金材料から成ることを特徴とする請
求項１記載の物品。 - 【請求項１０】 前記柱状粒子セラミックは、安定化ジ
ルコニアであることを特徴とする請求項１記載の物品。 - 【請求項１１】 前記柱状粒子セラミックは、約０．２
５〜１０ｍｉｌの間の厚みを有することを特徴とする請
求項１記載の物品。 - 【請求項１２】 前記柱状粒子セラミックは、少なくと
も約０．５ｍｉｌの厚みを有することを特徴とする請求
項１記載の物品。 - 【請求項１３】 前記溶射セラミックは、安定化ジルコ
ニアであることを特徴とする請求項１記載の物品。 - 【請求項１４】 前記溶射セラミックは、前記柱状粒子
セラミックの組成と異なる組成を有することを特徴とす
る請求項１記載の物品。 - 【請求項１５】 前記溶射セラミック層は、約１〜１０
０ｍｉｌの間の厚みを有することを特徴とする請求項１
記載の物品。 - 【請求項１６】 前記溶射セラミック層は、約２〜５０
ｍｉｌの厚みを有することを特徴とする請求項１５記載
の物品。 - 【請求項１７】 前記溶射層より耐食性のある付加的な
被覆を前記溶射層上にさらに有することを特徴とする請
求項１記載の物品。 - 【請求項１８】 超合金基体と、 前記基体上のアルミナ層と、 前記アルミナ層上の断熱性セラミックと、 を備える、熱障壁被覆を有する超合金物品であって、前
記セラミック層は、 前記アルミナ層上にあり、少なくとも約０．５ｍｉｌの
厚みを有する、柱状粒子セラミック層と、 前記柱状粒子セラミック層上にあり、この柱状粒子セラ
ミック層の厚みの約２分の１より大きな厚みを有する、
溶射セラミックと、 を備えることを特徴とする超合金物品。 - 【請求項１９】 前記柱状粒子セラミック層は、約１〜
１０ｍｉｌの間の厚みを有することを特徴とする請求項
１８記載の物品。 - 【請求項２０】 前記溶射セラミック層は、前記柱状粒
子セラミック層の厚みの約１〜２５倍までの厚みを有す
ることを特徴とする請求項１８記載の物品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/073813 | 2002-02-11 | ||
| US10/073,813 US20030152814A1 (en) | 2002-02-11 | 2002-02-11 | Hybrid thermal barrier coating and method of making the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003268569A true JP2003268569A (ja) | 2003-09-25 |
Family
ID=27659768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003033955A Pending JP2003268569A (ja) | 2002-02-11 | 2003-02-12 | ハイブリッド熱障壁被覆およびその作成方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030152814A1 (ja) |
| EP (1) | EP1340833B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003268569A (ja) |
| KR (1) | KR20030068054A (ja) |
| CN (1) | CN1439798A (ja) |
| AT (1) | ATE483039T1 (ja) |
| DE (1) | DE60334343D1 (ja) |
| SG (1) | SG99973A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103890220A (zh) * | 2011-09-07 | 2014-06-25 | 费德罗-莫格尔公司 | 具有热障涂层的汽缸衬垫 |
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| EP1541808A1 (de) * | 2003-12-11 | 2005-06-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbinenbauteil mit Wärmedämmschicht und Erosionsschutzschicht |
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