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

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、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。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。
【0002】
【従来の技術とその課題】ニッケル基超合金(Ni基超
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。
【0003】これまで耐酸化性の向上には、母材表面
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(Al23)、クロミア(Cr2
3)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。
【0004】しかしながら、上記の表面改質方法で対処
することが難しくなってきているのが現状である。
【0005】それというのも、温度が上昇するにつれ
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。
【0006】この出願の発明は、このような事情に鑑み
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、以上
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。
【0008】またこの出願の発明は、イリジウム−ハフ
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。
【0009】以下、実施例を示しつつ、この出願の発明
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。
【0010】
【発明の実施の形態】この出願の発明のイリジウム−ハ
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。
【0011】イリジウム(Ir)とハフニウム(Hf)
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。
【0012】なお、Ir−Hf合金被膜は、厚みが5μ
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。
【0013】また、前述の通り、金属間化合物相Ir3
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。
【0014】この出願の発明のイリジウム−ハフニウム
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。
【0015】
【実施例】Ni基超合金としてTMS−75(Ni−1
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。
【0016】この後、試料をアセトンで洗浄し、次い
で、Al、Al23、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。
【0017】そして、作製した試料の耐酸化性について
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。
【0018】得られた結果を、Hf単体を母材表面に被
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。
【0019】図1は、繰り返し酸化試験の結果を示した
グラフである。
【0020】酸化試験中、試料は、酸化にともない重量
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。
【0021】このような拡散バリア層としての機能に加
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。
【0022】もちろん、この出願の発明は、以上の実施
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。
【0023】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この出願の発
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】繰り返し酸化試験の結果を示したグラフであ
る。
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) F01D 5/28 F01D 5/28 F02C 7/00 F02C 7/00 C // C23C 14/16 C23C 14/16 Z (72)発明者 呉 豊 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 独立 行政法人物質・材料研究機構内 (72)発明者 鈴木 彩 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 独立 行政法人物質・材料研究機構内 (72)発明者 吉岡 洋明 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 松本 一秀 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 日野 武久 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 Fターム(参考) 3G002 EA05 EA06 4K029 AA02 AA24 BA03 BA22 BB02 BC01 BD03 4K044 AA06 BA02 BA06 BA08 BA10 BB04 BC02 CA12 CA13 CA24 CA29 CA62

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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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