JP2003277953A - イリジウム−ハフニウム被覆ニッケル基超合金 - Google Patents
イリジウム−ハフニウム被覆ニッケル基超合金Info
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Abstract
高温酸化性、耐高温腐食性及び母材の組織安定性の向
上、そして、母材の長寿命化を図る。 【解決手段】 ニッケル基超合金の表面にイリジウム−
ハフニウム合金被膜を形成する。
Description
ム−ハフニウム被覆ニッケル基超合金に関するものであ
る。さらに詳しくは、この出願の発明は、ニッケル基超
合金により形成される部材の耐高温酸化性、耐高温腐食
性及び母材の組織安定性の向上、そして、母材の長寿命
化が見込まれるイリジウム−ハフニウム被覆ニッケル基
超合金に関するものである。
合金)は、高温、高応力下に曝されるジェットエンジン
やガスタービンのタービンブレード、タービンベーンな
ど用の材料に用いられている。炭酸ガス削減のための有
力な手段の一つに上記内燃機関の高効率化が考えられて
おり、運転温度の上昇にともない、母材に要求される耐
高温酸化性及び耐高温腐食性は厳しくなっている。
に、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)に富んだ合
金を被覆し、アルミナ(Al2O3)、クロミア(Cr2
O3)といった酸化物不動態を形成する、若しくはA
l、Crを母材表面中に拡散浸透させるのが一般的であ
った。
することが難しくなってきているのが現状である。
て、被膜中のAl、Crが母材中のNiに拡散し、被膜
の耐酸化性が弱まるとともに、母材中に有害相が析出
し、これにより母材が劣化するからである。
てなされたものであり、ニッケル基超合金により形成さ
れる部材の耐高温酸化性、耐高温腐食性及び母材の組織
安定性の向上、そして、母材の長寿命化が見込まれるイ
リジウム−ハフニウム被覆ニッケル基超合金を提供する
ことを解決すべき課題としている。
の課題を解決するものとして、ニッケル基超合金の表面
にイリジウム−ハフニウム合金被膜が形成されているこ
とを特徴とするイリジウム−ハフニウム被覆ニッケル基
超合(請求項1)を提供する。
ニウム合金被膜の厚みが5μm〜100μmであること
(請求項2)、イリジウム−ハフニウム合金被膜中のイ
リジウムの含有量が50原子%〜98原子%であること
(請求項3)、さらに、イリジウム−ハフニウム合金被
膜の表面にアルミニウム被膜が形成されていること(請
求項4)、そして、以上のイリジウム−ハフニウム被覆
ニッケル基超合金にアルミニウムが拡散浸透されること
(請求項5)をそれぞれ一態様として提供する。
のイリジウム−ハフニウム被覆ニッケル基超合金につい
てさらに詳しく説明する。
フニウム被覆ニッケル基超合金では、前記の通り、ニッ
ケル基超合金の表面にイリジウム−ハフニウム合金被膜
が形成されている。
は、金属間化合物相Ir3Hfを形成する。この金属間
化合物相Ir3Hfは、アルミニウム(Al)、クロム
(Cr)で問題となっている、ニッケル基超合金から形
成された母材中への拡散を抑制することができ、Ir−
Hf合金被膜は、それらAl、Crの拡散バリア層とし
て機能する。また、Ir、Hfはともに、その酸化物は
安定しており、ニッケル基超合金の耐酸化性が向上す
る。したがって、母材中への有害相の析出が抑制され、
母材の組織が安定化する。しかも、Irは、耐腐食性に
優れており、耐腐食性の向上も実現可能とする。
m未満では、拡散バリア層としてその性能を十分に発揮
しにくく、100μmを超えると、Ir−Hf合金被膜の
熱膨張率はNi基超合金のそれよりも小さいため、熱膨
張率の差に起因して生ずる熱疲労によりIr−Hf合金
被膜が剥離しやすくなり、母材の寿命に影響を及ぼすよ
うになる。したがって、Ir−Hf合金被膜の厚みは、
5μm〜100μmが好ましい。
HfをIr−Hf合金被膜中に析出させるためには、I
r−Hf合金被膜中のIrの含有量は50原子%以上9
8原子%以下とするのが好ましい。
被覆ニッケル基超合金は、Ir−Hf合金被膜形成後
に、その表面へのAlの複層コーティングをはじめ、さ
らに、Alの拡散浸透処理やセラミックスコーティング
などの各種処理を適用することにより、耐高温酸化性、
耐高温腐食性及び母材の組織安定性の向上、そして、母
材の長寿命化が可能となる。
2.6Co−3.5Cr−1.3Mo−2W−13.7Al−2Ta
−0.04Hf−1.67Re、数字は原子%を示す)を選択
し、これを用いて母材を形成し、母材表面に、アーク溶
解法により作製したIr75原子%−Hf25原子%合
金(原料の純度は、Ir、Hfともに99.99%)の厚み
約5μmの被膜、厚み約2μmのAl被膜を、順次、電
子ビーム物理蒸着法により形成した。この時、神港精機
(株)製AMF−1050SB型蒸着装置を用い、製膜条件
は、真空度1.2〜3.5×10-3Pa、電子ビーム電圧10
kVとした。
で、Al、Al2O3、鉄(Fe)及び塩化アンモニウム
(NH4Cl)の混合粉末中に入れ、Ar雰囲気中で100
0℃、5時間のAlの拡散浸透処理を行った。
評価した。具体的には、試料を1100℃で20時間大気中
に保持した後、室温まで冷却するプロセスを1サイクル
とし、これを6回繰り返す繰り返し酸化試験を行った。
覆した後、Alを被覆し、さらにAlの拡散浸透処理を
行ったもの、Ir−Hf合金被膜を形成せず、直接母材
にAlの拡散浸透処理を行ったものについて同様の試験
を行った結果と比較した。
グラフである。
が増加し、その後、揮発若しくは剥離により重量の減少
が起こる。したがって、重量変化量の小さいものが最も
耐酸化性に優れていると結論される。図1に示した結果
から、Ir−Hf合金被膜を母材に形成し、Al被膜を
複層コーティングした後にAlの拡散浸透処理を行った
ものが最も耐酸化性に優れていることが確認される。I
rとHfの合金化により耐酸化性が向上し、これは、I
r−Hf合金被膜の拡散バリア層としての機能の実証と
もいえる。
え、前述の通り、Irは耐腐食性にも優れていることか
ら、イリジウム−ハフニウム被覆ニッケル基超合金は、
耐腐食性の向上に有効であると合理的に考えられる。
形態によって限定されるものではない。母材を形成する
Ni基超合金の種類、組成、Ir−Hf合金被膜の組
成、形成方法、厚みなどの細部については様々な態様が
可能であることはいうまでもない。
明によって、ニッケル基超合金により形成される部材の
耐高温酸化性、耐高温腐食性及び母材の組織安定性の向
上、そして、母材の長寿命化が見込まれる。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 ニッケル基超合金の表面にイリジウム−
ハフニウム合金被膜が形成されていることを特徴とする
イリジウム−ハフニウム被覆ニッケル基超合金。 - 【請求項2】 イリジウム−ハフニウム合金被膜の厚み
が5μm〜100μmである請求項1記載のイリジウム−
ハフニウム被覆ニッケル基超合金。 - 【請求項3】 イリジウム−ハフニウム合金被膜中のイ
リジウムの含有量が50原子%〜98原子%である請求
項1又は2記載のイリジウム−ハフニウム被覆ニッケル
基超合金。 - 【請求項4】 イリジウム−ハフニウム合金被膜の表面
にアルミニウム被膜が形成されている請求項1、2又は
3いずれかに記載のイリジウム−ハフニウム被覆ニッケ
ル基超合金。 - 【請求項5】 請求項1、2、3又は4いずれかに記載
のイリジウム−ハフニウム被覆ニッケル基超合金にアル
ミニウムが拡散浸透されたイリジウム−ハフニウム被覆
ニッケル基超合金。
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