JP2003277952A - 熱遮蔽コーティング膜用セラミック組成物 - Google Patents
熱遮蔽コーティング膜用セラミック組成物Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐熱サイクル性に優れ、過酷な熱応力下であ
っても剥離しにくい熱遮蔽コーティング膜用セラミック
組成物を提供する。 【解決手段】 耐熱合金母材２の表面に被覆される熱遮
蔽コーティング膜６に用いられ、Ａ2（ＢxＣ1-x）2Ｏy
（但し、Ａ：Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂの群
から選ばれる一種の元素、Ｂ及びＣ：それぞれＴｉ、Ｔ
ａ、Ｚｒ、Ｎｂの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦
ｘ≦１、ｙ：６≦ｙ≦８）で表わされる組成からなり、
Ａ2Ｂ2Ｏ7型ペロブスカイトスラブ構造をとる熱遮蔽コ
ーティング膜用セラミック組成物である。
っても剥離しにくい熱遮蔽コーティング膜用セラミック
組成物を提供する。 【解決手段】 耐熱合金母材２の表面に被覆される熱遮
蔽コーティング膜６に用いられ、Ａ2（ＢxＣ1-x）2Ｏy
（但し、Ａ：Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂの群
から選ばれる一種の元素、Ｂ及びＣ：それぞれＴｉ、Ｔ
ａ、Ｚｒ、Ｎｂの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦
ｘ≦１、ｙ：６≦ｙ≦８）で表わされる組成からなり、
Ａ2Ｂ2Ｏ7型ペロブスカイトスラブ構造をとる熱遮蔽コ
ーティング膜用セラミック組成物である。
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用セラミック組成
物に関する。
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用セラミック組成
物に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ガスタービンの高効率化のため、
タービン入口ガス温度の高温化が進んでいる。このよう
な状況において、熱遮蔽コーティング膜は、ガスタービ
ン部品のメタル部材の温度上昇の抑制に非常に有効であ
ることから、燃焼器、タービン静翼の他、より使用条件
の厳しいタービン動翼にも適用されてきている。そし
て、タービン入口ガス温度の高温化はさらに進展してお
り、熱遮蔽コーティング膜が受ける熱負荷は一段と過酷
になり、そのため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。
タービン入口ガス温度の高温化が進んでいる。このよう
な状況において、熱遮蔽コーティング膜は、ガスタービ
ン部品のメタル部材の温度上昇の抑制に非常に有効であ
ることから、燃焼器、タービン静翼の他、より使用条件
の厳しいタービン動翼にも適用されてきている。そし
て、タービン入口ガス温度の高温化はさらに進展してお
り、熱遮蔽コーティング膜が受ける熱負荷は一段と過酷
になり、そのため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】ところで、従来の熱遮蔽コーティング膜
は、耐熱合金母材の表面に金属結合層を介してセラミッ
クス膜を形成した構造、あるいは上記母材に金属結合
層、金属−セラミックスの混合層を介してセラミックス
膜を形成した構造をなし、いずれも最外層のセラミック
ス膜が熱遮蔽コーティング膜の機能を有している。そし
て、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、
これにより熱応力を緩和し、上層セラミック膜の密着性
向上や、母材の耐食性、耐酸化性等の耐久力向上を図っ
ている。
は、耐熱合金母材の表面に金属結合層を介してセラミッ
クス膜を形成した構造、あるいは上記母材に金属結合
層、金属−セラミックスの混合層を介してセラミックス
膜を形成した構造をなし、いずれも最外層のセラミック
ス膜が熱遮蔽コーティング膜の機能を有している。そし
て、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、
これにより熱応力を緩和し、上層セラミック膜の密着性
向上や、母材の耐食性、耐酸化性等の耐久力向上を図っ
ている。
【０００４】また、通常、上記金属結合層には、高温で
の耐食・耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ系合金（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）が用いられ、上記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
導率の酸化物が用いられている。
の耐食・耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ系合金（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）が用いられ、上記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
導率の酸化物が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したセラ
ミックス膜を主体とする熱遮蔽コーティング膜の場合、
金属(母材)層とセラミックス膜との間に生じる熱膨張係
数の差が大きいため、顕著な熱応力が生じる。その結
果、ガスタービンを長期運転すると、運転・停止に伴う
温度変化等によりセラミックス膜が剥離するという問題
がある。特に、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、セラミックス膜が比較的
短期間で剥離するに到る。
ミックス膜を主体とする熱遮蔽コーティング膜の場合、
金属(母材)層とセラミックス膜との間に生じる熱膨張係
数の差が大きいため、顕著な熱応力が生じる。その結
果、ガスタービンを長期運転すると、運転・停止に伴う
温度変化等によりセラミックス膜が剥離するという問題
がある。特に、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、セラミックス膜が比較的
短期間で剥離するに到る。
【０００６】ところで、熱遮蔽コーティング膜の損傷形
態には、コーティングを構成する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や、金属(母
材)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
て酸化膨張することに起因する、セラミックス膜近傍で
の金属層の剥離、あるいは、腐食性成分（Ｓ，Ｎａ，Ｖ
など）による金属層やセラミックス膜の腐食、さらに
は、飛来微粒子に起因した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。
態には、コーティングを構成する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や、金属(母
材)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
て酸化膨張することに起因する、セラミックス膜近傍で
の金属層の剥離、あるいは、腐食性成分（Ｓ，Ｎａ，Ｖ
など）による金属層やセラミックス膜の腐食、さらに
は、飛来微粒子に起因した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。
【０００７】そこで、本発明者らは熱遮蔽コーティング
膜の熱膨張率に関して鋭意研究し、コーティング膜とな
るセラミック膜を構成する強磁性体および強誘電体の組
成を制御することにより、この膜の熱膨張率の制御が可
能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
膜の熱膨張率に関して鋭意研究し、コーティング膜とな
るセラミック膜を構成する強磁性体および強誘電体の組
成を制御することにより、この膜の熱膨張率の制御が可
能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】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
く、耐熱サイクル性に優れた熱遮蔽コーティング膜用セ
ラミック組成物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
く、耐熱サイクル性に優れた熱遮蔽コーティング膜用セ
ラミック組成物を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の熱遮蔽コーティング膜用セラミ
ック組成物は、耐熱合金母材の表面に被覆される熱遮蔽
コーティング膜に用いられ、Ａ2（ＢxＣ1-x）2Ｏy （但し、Ａ：Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂの群
から選ばれる一種の元素、Ｂ及びＣ：それぞれＴｉ、Ｔ
ａ、Ｚｒ、Ｎｂの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦
ｘ≦１、ｙ：６≦ｙ≦８）で表わされる組成からなり、
Ａ2Ｂ2Ｏ7型ペロブスカイトスラブ構造をとることを特
徴とする。
ために、請求項１記載の熱遮蔽コーティング膜用セラミ
ック組成物は、耐熱合金母材の表面に被覆される熱遮蔽
コーティング膜に用いられ、Ａ2（ＢxＣ1-x）2Ｏy （但し、Ａ：Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂの群
から選ばれる一種の元素、Ｂ及びＣ：それぞれＴｉ、Ｔ
ａ、Ｚｒ、Ｎｂの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦
ｘ≦１、ｙ：６≦ｙ≦８）で表わされる組成からなり、
Ａ2Ｂ2Ｏ7型ペロブスカイトスラブ構造をとることを特
徴とする。
【００１０】請求項２記載の熱遮蔽コーティング膜用セ
ラミック組成物は、耐熱合金母材の表面に被覆される熱
遮蔽コーティング膜に用いられ、（ＡxＢ1-x）3Ｆｅ5Ｏ
y（但し、Ａ及びＢ：それぞれＹ、Ａｌ、Ｇｄ、Ｓｍ、
Ｅｕの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦ｘ≦１、
ｙ：１１≦ｙ≦１３）で表わされる組成からなり、Ａ3
Ｂ5Ｏ12型ガーネット構造をとることを特徴とする。
ラミック組成物は、耐熱合金母材の表面に被覆される熱
遮蔽コーティング膜に用いられ、（ＡxＢ1-x）3Ｆｅ5Ｏ
y（但し、Ａ及びＢ：それぞれＹ、Ａｌ、Ｇｄ、Ｓｍ、
Ｅｕの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦ｘ≦１、
ｙ：１１≦ｙ≦１３）で表わされる組成からなり、Ａ3
Ｂ5Ｏ12型ガーネット構造をとることを特徴とする。
【００１１】請求項３記載の熱遮蔽コーティング膜用セ
ラミック組成物は、耐熱合金母材の表面に被覆される熱
遮蔽コーティング膜に用いられ、（ＡxＢ1-x）Ｆｅ12Ｏ
y（但し、Ａ及びＢ：それぞれＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ
の群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦ｘ≦１、ｙ：１
８≦ｙ≦２０）で表わされる組成からなり、六方晶構造
をとることを特徴とする。
ラミック組成物は、耐熱合金母材の表面に被覆される熱
遮蔽コーティング膜に用いられ、（ＡxＢ1-x）Ｆｅ12Ｏ
y（但し、Ａ及びＢ：それぞれＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ
の群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦ｘ≦１、ｙ：１
８≦ｙ≦２０）で表わされる組成からなり、六方晶構造
をとることを特徴とする。
【００１２】請求項４記載の熱遮蔽コーティング膜用セ
ラミック組成物は、耐熱合金母材の表面に被覆される熱
遮蔽コーティング膜に用いられ、ＡＢxＯy（但し、Ａ：
Ｔｉ又はＴａのうちいずれか一種の元素、Ｂ：Ｅｕ、Ｇ
ｄ、Ｓｍ、Ｄｙの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦
ｘ≦１、ｙ：２≦ｙ≦４）で表わされる組成からなり、
正方晶構造をとることを特徴とする。
ラミック組成物は、耐熱合金母材の表面に被覆される熱
遮蔽コーティング膜に用いられ、ＡＢxＯy（但し、Ａ：
Ｔｉ又はＴａのうちいずれか一種の元素、Ｂ：Ｅｕ、Ｇ
ｄ、Ｓｍ、Ｄｙの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦
ｘ≦１、ｙ：２≦ｙ≦４）で表わされる組成からなり、
正方晶構造をとることを特徴とする。
【００１３】請求項５記載の熱遮蔽コーティング膜用セ
ラミック組成物は、耐熱合金母材の表面に被覆される熱
遮蔽コーティング膜に用いられ、ＡＢxＯy（但し、Ａ：
Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａの群から選ばれる一種の元素、Ｂ：Ｚ
ｒ、Ｃｅ、Ｐｒの群から選ばれる一種の元素、ｘ：１≦
ｘ≦２、ｙ：２≦ｙ≦４）で表わされる組成からなり、
ＡＢＯ3型ペロブスカイト構造をとることを特徴とす
る。
ラミック組成物は、耐熱合金母材の表面に被覆される熱
遮蔽コーティング膜に用いられ、ＡＢxＯy（但し、Ａ：
Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａの群から選ばれる一種の元素、Ｂ：Ｚ
ｒ、Ｃｅ、Ｐｒの群から選ばれる一種の元素、ｘ：１≦
ｘ≦２、ｙ：２≦ｙ≦４）で表わされる組成からなり、
ＡＢＯ3型ペロブスカイト構造をとることを特徴とす
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明者らは、強磁性体および強
誘電体が通常の化合物より熱膨張率が高い傾向にあるこ
とに着目し、この材料を熱遮蔽コーティング膜用の組成
物として採用することにより、コーティング膜に高い熱
膨張率を付与することに成功したものである。
誘電体が通常の化合物より熱膨張率が高い傾向にあるこ
とに着目し、この材料を熱遮蔽コーティング膜用の組成
物として採用することにより、コーティング膜に高い熱
膨張率を付与することに成功したものである。
【００１５】そして、本発明に係る熱遮蔽コーティング
膜用セラミック組成物は、金属結合層を被覆した耐熱合
金母材の表面に被覆するセラミックス膜の材料として用
いられる。
膜用セラミック組成物は、金属結合層を被覆した耐熱合
金母材の表面に被覆するセラミックス膜の材料として用
いられる。
【００１６】以下、ガスタービン動・静翼に適用した場
合を実施形態として、本発明の熱遮蔽コーティング膜用
セラミック組成物を用いた熱遮蔽コーティング膜を、耐
熱合金母材に被覆した態様について、図１を参照して説
明する。
合を実施形態として、本発明の熱遮蔽コーティング膜用
セラミック組成物を用いた熱遮蔽コーティング膜を、耐
熱合金母材に被覆した態様について、図１を参照して説
明する。
【００１７】この図において、耐熱金属母材２の表面に
金属結合層４が被覆され、金属結合層４の表面にはセラ
ミックス膜（熱遮蔽コーティング膜）６が被覆され、セ
ラミックス膜６の表面には縦割れ導入用被覆膜８が被覆
されて、全体としてガスタービン動・静翼１０が構成さ
れている。
金属結合層４が被覆され、金属結合層４の表面にはセラ
ミックス膜（熱遮蔽コーティング膜）６が被覆され、セ
ラミックス膜６の表面には縦割れ導入用被覆膜８が被覆
されて、全体としてガスタービン動・静翼１０が構成さ
れている。
【００１８】耐熱金属母材２は、ガスタービン動・静翼
１０の構成部材であり、Ｎｉ基合金等が用いられる。
１０の構成部材であり、Ｎｉ基合金等が用いられる。
【００１９】金属結合層４は、主に耐熱金属母材２とセ
ラミックス膜６との熱膨張係数差を小さくして熱応力を
緩和し、これにより各層の密着性の向上を図るととも
に、金属結合層４自体が緻密な酸化物層を形成すること
から、下地の耐熱金属母材２の耐酸化性・耐食性の向上
を図るものである。金属結合層４は、例えば低圧プラズ
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、形成することができる。
ラミックス膜６との熱膨張係数差を小さくして熱応力を
緩和し、これにより各層の密着性の向上を図るととも
に、金属結合層４自体が緻密な酸化物層を形成すること
から、下地の耐熱金属母材２の耐酸化性・耐食性の向上
を図るものである。金属結合層４は、例えば低圧プラズ
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、形成することができる。
【００２０】セラミックス膜６は、外部からの耐熱金属
母材２の熱遮蔽を目的とするものであり、熱伝導率が低
く輻射率の高い、かつ高線膨張係数を有するという特性
を有している。これにより、セラミックス膜６と耐熱金
属母材２との間に負荷される熱応力が緩和され、セラミ
ックス膜の剥離が生じ難くなる。このようなことから、
セラミック膜を構成するための組成物としては、
母材２の熱遮蔽を目的とするものであり、熱伝導率が低
く輻射率の高い、かつ高線膨張係数を有するという特性
を有している。これにより、セラミックス膜６と耐熱金
属母材２との間に負荷される熱応力が緩和され、セラミ
ックス膜の剥離が生じ難くなる。このようなことから、
セラミック膜を構成するための組成物としては、
【００２１】（１）Ａ2（ＢxＣ1-x）2Ｏy
（但し、Ａ：Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂの群
から選ばれる一種の元素、Ｂ及びＣ：それぞれＴｉ、Ｔ
ａ、Ｚｒ、Ｎｂの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦
ｘ≦１、ｙ：６≦ｙ≦８）で表わされる組成からなり、
Ａ2Ｂ2Ｏ7型ペロブスカイトスラブ構造をとるもの、
から選ばれる一種の元素、Ｂ及びＣ：それぞれＴｉ、Ｔ
ａ、Ｚｒ、Ｎｂの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦
ｘ≦１、ｙ：６≦ｙ≦８）で表わされる組成からなり、
Ａ2Ｂ2Ｏ7型ペロブスカイトスラブ構造をとるもの、
【００２２】（２）（ＡxＢ1-x）3Ｆｅ5Ｏy
（但し、Ａ及びＢ：それぞれＹ、Ａｌ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｅ
ｕの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦ｘ≦１、ｙ：
１１≦ｙ≦１３）で表わされる組成からなり、Ａ3Ｂ5Ｏ
12型ガーネット構造をとるもの、
ｕの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦ｘ≦１、ｙ：
１１≦ｙ≦１３）で表わされる組成からなり、Ａ3Ｂ5Ｏ
12型ガーネット構造をとるもの、
【００２３】（３）（ＡxＢ1-x）Ｆｅ12Ｏy
（但し、Ａ及びＢ：それぞれＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇの
群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦ｘ≦１、ｙ：１８
≦ｙ≦２０）で表わされる組成からなり、六方晶構造を
とるもの、
群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦ｘ≦１、ｙ：１８
≦ｙ≦２０）で表わされる組成からなり、六方晶構造を
とるもの、
【００２４】（４）ＡＢxＯy
（但し、Ａ：Ｔｉ又はＴａのうちいずれか一種の元素、
Ｂ：Ｅｕ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｄｙの群から選ばれる一種の元
素、ｘ：０≦ｘ≦１、ｙ：２≦ｙ≦４）で表わされる組
成からなり、正方晶構造をとるもの、
Ｂ：Ｅｕ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｄｙの群から選ばれる一種の元
素、ｘ：０≦ｘ≦１、ｙ：２≦ｙ≦４）で表わされる組
成からなり、正方晶構造をとるもの、
【００２５】（５）ＡＢxＯy
（但し、Ａ：Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａの群から選ばれる一種の
元素、Ｂ：Ｚｒ、Ｃｅ、Ｐｒの群から選ばれる一種の元
素、ｘ：１≦ｘ≦２、ｙ：２≦ｙ≦４）で表わされる組
成からなり、ＡＢＯ3型ペロブスカイト構造をとるもの
を用いることが必要である。
元素、Ｂ：Ｚｒ、Ｃｅ、Ｐｒの群から選ばれる一種の元
素、ｘ：１≦ｘ≦２、ｙ：２≦ｙ≦４）で表わされる組
成からなり、ＡＢＯ3型ペロブスカイト構造をとるもの
を用いることが必要である。
【００２６】なお、上記（１）〜（５）の組成式におい
て、各ｘ、ｙに規定された範囲を超えた場合は、各組成
に対応した結晶構造（例えば（４）の組成の場合は正方
晶構造）が得られず、そのため高線膨張係数が得られな
くなるので好ましくない。
て、各ｘ、ｙに規定された範囲を超えた場合は、各組成
に対応した結晶構造（例えば（４）の組成の場合は正方
晶構造）が得られず、そのため高線膨張係数が得られな
くなるので好ましくない。
【００２７】これらの組成物のうち、（１）のペロブス
カイトスラブ型酸化物としては、例えばＬａ2Ｔｉ
2Ｏ7、Ｓｒ2Ｎｂ2Ｏ7等がある。（２）のガーネット型
酸化物としては、例えばＹ3Ｆｅ5Ｏ12がある。（３）の
六方晶系酸化物としては、例えばＳｒＦｅ12Ｏ19、Ｂａ
Ｆｅ12Ｏ19がある。（４）の正方晶系酸化物としては、
例えばＥｕ0.5ＴａＯ3がある。（５）のペロブスカイト
型酸化物としては、例えばＥｕＴｉＯ3、ＢａＺｒＯ3、
ＳｒＣｅＯ3、ＳｒＰｒＯ3等がある。
カイトスラブ型酸化物としては、例えばＬａ2Ｔｉ
2Ｏ7、Ｓｒ2Ｎｂ2Ｏ7等がある。（２）のガーネット型
酸化物としては、例えばＹ3Ｆｅ5Ｏ12がある。（３）の
六方晶系酸化物としては、例えばＳｒＦｅ12Ｏ19、Ｂａ
Ｆｅ12Ｏ19がある。（４）の正方晶系酸化物としては、
例えばＥｕ0.5ＴａＯ3がある。（５）のペロブスカイト
型酸化物としては、例えばＥｕＴｉＯ3、ＢａＺｒＯ3、
ＳｒＣｅＯ3、ＳｒＰｒＯ3等がある。
【００２８】セラミックス膜６は、例えば大気プラズマ
溶射法（以下、「ＡＰＳ法」と呼ぶ）もしくはＥＢ−Ｐ
ＶＤ法により成膜することができる。
溶射法（以下、「ＡＰＳ法」と呼ぶ）もしくはＥＢ−Ｐ
ＶＤ法により成膜することができる。
【００２９】縦割れ導入用被覆膜８は、線膨張係数の大
きい、例えばＮｉＯ等の酸化物皮膜からなり、この酸化
物皮膜の表面をレーザなどを用いて加熱して縦亀裂を発
生させると、下層のセラミックス膜６の深さ方向に達す
る縦割れ９が形成される。この縦割れ９は、母材２とセ
ラミックス膜６との熱膨張係数の差による熱応力を吸収
し、セラミックス膜６の密着性をさらに向上させる機能
を有する。つまり、熱応力は、縦割れ９の亀裂幅が伸縮
することによって吸収される。なお、酸化物皮膜は、Ａ
ＰＳ法により成膜することができる。
きい、例えばＮｉＯ等の酸化物皮膜からなり、この酸化
物皮膜の表面をレーザなどを用いて加熱して縦亀裂を発
生させると、下層のセラミックス膜６の深さ方向に達す
る縦割れ９が形成される。この縦割れ９は、母材２とセ
ラミックス膜６との熱膨張係数の差による熱応力を吸収
し、セラミックス膜６の密着性をさらに向上させる機能
を有する。つまり、熱応力は、縦割れ９の亀裂幅が伸縮
することによって吸収される。なお、酸化物皮膜は、Ａ
ＰＳ法により成膜することができる。
【００３０】
【実施例】１．耐熱金属母材の調製
３０×３０ｍｍ角、厚さ５ｍｍのＮｉ基合金（Ni_16Cr_
8.5Co_1.7Mo_2.6W_1.7Ta_0.9Nb_3.4Al_3.4Ti）からなる
耐熱金属母材の試験片を用意し、その表面にＡｌ2Ｏ3粒
でグリッドブラスト処理を施し、金属結合層を被覆する
低圧プラズマ溶射に適した状態にした。
8.5Co_1.7Mo_2.6W_1.7Ta_0.9Nb_3.4Al_3.4Ti）からなる
耐熱金属母材の試験片を用意し、その表面にＡｌ2Ｏ3粒
でグリッドブラスト処理を施し、金属結合層を被覆する
低圧プラズマ溶射に適した状態にした。
【００３１】２．金属結合層の被覆
次に、この耐熱金属母材の表面に金属結合層として、Co
NiCrAlY層（Co_32Ni_21Cr_8Al_0.5Y）を低圧プラズマ溶
射で、厚み１００μｍ程度になるよう被覆した。溶射条
件を表１に示す。
NiCrAlY層（Co_32Ni_21Cr_8Al_0.5Y）を低圧プラズマ溶
射で、厚み１００μｍ程度になるよう被覆した。溶射条
件を表１に示す。
【表１】
【００３２】３．セラミックス膜の形成
上記金属結合層の表面に、ＡＰＳ法を用いて厚み２００
μｍ程度になるよう溶射を行い、セラミックス膜を形成
した。溶射用粉末は、平均粒径５０μｍ程度の造粒粉を
用い、表２に示す各組成のセラミック組成物とした。溶
射条件を表３に示す。
μｍ程度になるよう溶射を行い、セラミックス膜を形成
した。溶射用粉末は、平均粒径５０μｍ程度の造粒粉を
用い、表２に示す各組成のセラミック組成物とした。溶
射条件を表３に示す。
【表２】
【表３】
【００３３】４．縦割れ導入用被覆膜の形成
上記セラミックス膜の表面に、ＡＰＳ法を用い、溶射用
粉末をＮｉＯとした溶射を行い、ＮｉＯからなる縦割れ
導入用被覆膜を形成した。
粉末をＮｉＯとした溶射を行い、ＮｉＯからなる縦割れ
導入用被覆膜を形成した。
【００３４】５．縦割れの導入
縦割れ導入用被覆膜の表面をレーザビームで加熱して縦
亀裂を発生させ、縦割れを導入した。加熱は、耐熱金属
母材側を冷却しながら、縦割れ導入用被覆膜の表面に炭
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回照射して行った。その際、縦割れ導入用被覆膜
の表面は最高で１４００℃になった。レーザビーム１個
所当たりの照射面積は、１７７ｍｍ2（ビーム径１５ｍ
ｍ）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。
亀裂を発生させ、縦割れを導入した。加熱は、耐熱金属
母材側を冷却しながら、縦割れ導入用被覆膜の表面に炭
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回照射して行った。その際、縦割れ導入用被覆膜
の表面は最高で１４００℃になった。レーザビーム１個
所当たりの照射面積は、１７７ｍｍ2（ビーム径１５ｍ
ｍ）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。
【００３５】６．耐熱サイクル試験
得られた試験片について、燃焼ガスバーナによりセラミ
ック膜側の表面を１４００℃まで加熱し、金属結合層と
セラミック膜の界面の温度を８００〜９００℃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℃以下であった。１サイクル終了毎に、セ
ラミック膜に剥離が生じたか否かを目視判定し、剥離が
生じるまでの加熱回数により耐熱サイクル性を評価し
た。得られた結果を表４に示す。
ック膜側の表面を１４００℃まで加熱し、金属結合層と
セラミック膜の界面の温度を８００〜９００℃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℃以下であった。１サイクル終了毎に、セ
ラミック膜に剥離が生じたか否かを目視判定し、剥離が
生じるまでの加熱回数により耐熱サイクル性を評価し
た。得られた結果を表４に示す。
【００３６】なお、比較として、それぞれ上記各実施例
と同一組成のＮｉ基合金からなる耐熱金属母材の試験片
の表面に、上記各実施例と同一組成の金属結合層を１０
０μｍ厚被覆し、その表面に熱遮蔽コーティング膜とし
てＺｒＯ3膜を３００μｍ厚形成したものを作成した。
ＺｒＯ3膜の成膜条件は、上記各実施例におけるセラミ
ック膜の場合と同一とした。又、ＺｒＯ3膜の表面に、
上記と同一の縦割れ導入用被覆膜を形成した後、縦割れ
を導入した。
と同一組成のＮｉ基合金からなる耐熱金属母材の試験片
の表面に、上記各実施例と同一組成の金属結合層を１０
０μｍ厚被覆し、その表面に熱遮蔽コーティング膜とし
てＺｒＯ3膜を３００μｍ厚形成したものを作成した。
ＺｒＯ3膜の成膜条件は、上記各実施例におけるセラミ
ック膜の場合と同一とした。又、ＺｒＯ3膜の表面に、
上記と同一の縦割れ導入用被覆膜を形成した後、縦割れ
を導入した。
【表４】
【００３７】表４から明らかなように、各実施例におい
ては、セラミック膜に剥離が生じるまでの加熱回数（耐
熱サイクル性）が優れたものになっている。特に、ペロ
ブスカイトスラブ型酸化物の場合に耐熱サイクル性が最
も優れている。
ては、セラミック膜に剥離が生じるまでの加熱回数（耐
熱サイクル性）が優れたものになっている。特に、ペロ
ブスカイトスラブ型酸化物の場合に耐熱サイクル性が最
も優れている。
【００３８】一方、熱遮蔽コーティング膜としてＺｒＯ
3膜を用いた比較例の場合は、耐熱サイクル性が大幅に
低下している。
3膜を用いた比較例の場合は、耐熱サイクル性が大幅に
低下している。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、熱遮蔽コーティング膜
の熱膨張率が従来に比べて高いので、熱遮蔽コーティン
グ膜にかかる熱応力が低減されて剥離が生じ難くなる。
そして、耐熱サイクル性に優れ、過酷な熱応力下にあっ
ても剥離しにくいた熱遮蔽コーティング膜が得られる。
の熱膨張率が従来に比べて高いので、熱遮蔽コーティン
グ膜にかかる熱応力が低減されて剥離が生じ難くなる。
そして、耐熱サイクル性に優れ、過酷な熱応力下にあっ
ても剥離しにくいた熱遮蔽コーティング膜が得られる。
【図１】 本発明の熱遮蔽コーティング膜用セラミック
組成物を用いた熱遮蔽コーティング膜を、耐熱合金母材
に被覆した態様を示す断面図である。
組成物を用いた熱遮蔽コーティング膜を、耐熱合金母材
に被覆した態様を示す断面図である。
２ 耐熱合金母材
６ 熱遮蔽コーティング膜
Claims (5)
- 【請求項１】 耐熱合金母材の表面に被覆される熱遮蔽
コーティング膜に用いられ、 Ａ2（ＢxＣ1-x）2Ｏy （但し、Ａ：Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂの群
から選ばれる一種の元素、Ｂ及びＣ：それぞれＴｉ、Ｔ
ａ、Ｚｒ、Ｎｂの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦
ｘ≦１、ｙ：６≦ｙ≦８）で表わされる組成からなり、
Ａ2Ｂ2Ｏ7型ペロブスカイトスラブ構造をとることを特
徴とする熱遮蔽コーティング膜用セラミック組成物。 - 【請求項２】 耐熱合金母材の表面に被覆される熱遮蔽
コーティング膜に用いられ、 （ＡxＢ1-x）3Ｆｅ5Ｏy （但し、Ａ及びＢ：それぞれＹ、Ａｌ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｅ
ｕの群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦ｘ≦１、ｙ：
１１≦ｙ≦１３）で表わされる組成からなり、Ａ3Ｂ5Ｏ
12型ガーネット構造をとることを特徴とする熱遮蔽コー
ティング膜用セラミック組成物。 - 【請求項３】 耐熱合金母材の表面に被覆される熱遮蔽
コーティング膜に用いられ、 （ＡxＢ1-x）Ｆｅ12Ｏy （但し、Ａ及びＢ：それぞれＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇの
群から選ばれる一種の元素、ｘ：０≦ｘ≦１、ｙ：１８
≦ｙ≦２０）で表わされる組成からなり、六方晶構造を
とることを特徴とする熱遮蔽コーティング膜用セラミッ
ク組成物。 - 【請求項４】 耐熱合金母材の表面に被覆される熱遮蔽
コーティング膜に用いられ、 ＡＢxＯy （但し、Ａ：Ｔｉ又はＴａのうちいずれか一種の元素、
Ｂ：Ｅｕ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｄｙの群から選ばれる一種の元
素、ｘ：０≦ｘ≦１、ｙ：２≦ｙ≦４）で表わされる組
成からなり、正方晶構造をとることを特徴とする熱遮蔽
コーティング膜用セラミック組成物。 - 【請求項５】 耐熱合金母材の表面に被覆される熱遮蔽
コーティング膜に用いられ、 ＡＢxＯy （但し、Ａ：Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａの群から選ばれる一種の
元素、Ｂ：Ｚｒ、Ｃｅ、Ｐｒの群から選ばれる一種の元
素、ｘ：１≦ｘ≦２、ｙ：２≦ｙ≦４）で表わされる組
成からなり、ＡＢＯ3型ペロブスカイト構造をとること
を特徴とする熱遮蔽コーティング膜用セラミック組成
物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002084286A JP3876176B2 (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 熱遮蔽コーティング膜用セラミック組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002084286A JP3876176B2 (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 熱遮蔽コーティング膜用セラミック組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003277952A true JP2003277952A (ja) | 2003-10-02 |
| JP3876176B2 JP3876176B2 (ja) | 2007-01-31 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP3876176B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1674663A3 (en) * | 2004-12-14 | 2006-07-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Thermal barrier coating material, thermal barrier member, and member coated with thermal barrier and method for manufacturing the same |
| EP1806431A2 (en) * | 2006-01-10 | 2007-07-11 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coating compositions, processes for applying same and articles coated with same |
| JP2009530535A (ja) * | 2006-03-22 | 2009-08-27 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 遮熱層システム |
| WO2009142254A1 (ja) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | 石原産業株式会社 | 赤外線反射材料及びその製造方法並びにそれを含有した塗料、樹脂組成物 |
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-
2002
- 2002-03-25 JP JP2002084286A patent/JP3876176B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| EP1674663A3 (en) * | 2004-12-14 | 2006-07-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Thermal barrier coating material, thermal barrier member, and member coated with thermal barrier and method for manufacturing the same |
| US7859100B2 (en) | 2004-12-14 | 2010-12-28 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Thermal barrier coating material, thermal barrier member, and member coated with thermal barrier and method for manufacturing the same |
| EP1806431A2 (en) * | 2006-01-10 | 2007-07-11 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coating compositions, processes for applying same and articles coated with same |
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| JP2009530535A (ja) * | 2006-03-22 | 2009-08-27 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 遮熱層システム |
| WO2009142254A1 (ja) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | 石原産業株式会社 | 赤外線反射材料及びその製造方法並びにそれを含有した塗料、樹脂組成物 |
| JP2010202489A (ja) * | 2008-05-23 | 2010-09-16 | Ishihara Sangyo Kaisha Ltd | 赤外線反射材料及びその製造方法並びにそれを含有した塗料、樹脂組成物 |
| CN102037093A (zh) * | 2008-05-23 | 2011-04-27 | 石原产业株式会社 | 红外反射材料及其制备方法以及含所述材料的油漆和树脂组合物 |
| EP2284240A4 (en) * | 2008-05-23 | 2013-07-24 | Ishihara Sangyo Kaisha | REFLECTING INFRARED MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURING THEREFOR, AND COLOR AND RESIN COMPOSITION THEREFOR |
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| JP3876176B2 (ja) | 2007-01-31 |
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