JP2003293164A - Ｎｉ基高温強度部材およびその製造方法 - Google Patents
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- C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
- C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
- C23C28/3215—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer at least one MCrAlX layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
- C23C28/325—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with layers graded in composition or in physical properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
- C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
- C23C28/3455—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ni基単結晶合金やNi基一方向凝固合金が塑性
加工歪を受けたときに、その影響部が高温加熱によっ
て、再結晶化して高温強度が低下するという欠点を防ぐ
技術を提案すること。 【解決手段】 Ni基単結晶合金やNi基一方向凝固合金基
材の表面に、無電解めっき法などによって、Ni−Ｂ合金
めっき膜を形成することで、高温環境下において硼素Ｂ
を再結晶部に拡散侵透させ、結晶粒界の結合力を強化し
て合金基材の強度低下を防ぐようにすること、さらには
Ni−Ｂ合金めっき膜（アンダーコート）の上に、耐熱合
金被覆層を形成した二層構造、さらには酸化物を含むZr
Ｏ2系セラミックの被覆層を形成した三層構造によっ
て、耐高温環境性をも兼備させてなる高温強度部材とそ
の製造技術。
加工歪を受けたときに、その影響部が高温加熱によっ
て、再結晶化して高温強度が低下するという欠点を防ぐ
技術を提案すること。 【解決手段】 Ni基単結晶合金やNi基一方向凝固合金基
材の表面に、無電解めっき法などによって、Ni−Ｂ合金
めっき膜を形成することで、高温環境下において硼素Ｂ
を再結晶部に拡散侵透させ、結晶粒界の結合力を強化し
て合金基材の強度低下を防ぐようにすること、さらには
Ni−Ｂ合金めっき膜（アンダーコート）の上に、耐熱合
金被覆層を形成した二層構造、さらには酸化物を含むZr
Ｏ2系セラミックの被覆層を形成した三層構造によっ
て、耐高温環境性をも兼備させてなる高温強度部材とそ
の製造技術。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンやジ
ェットエンジン等の高温被曝部分に用いられる高温強度
部材、とくにNi基単結晶合金製およびNi基一方向凝固合
金製の動・靜翼基材の表面に、塑性加工歪などに起因す
る高温強度の低下を防ぐとともに、高温の燃焼ガスによ
る腐食損傷を防ぐために好適に用いられる皮膜を設けて
なるNi基高温強度部材およびその製造方法に関するもの
である。
ェットエンジン等の高温被曝部分に用いられる高温強度
部材、とくにNi基単結晶合金製およびNi基一方向凝固合
金製の動・靜翼基材の表面に、塑性加工歪などに起因す
る高温強度の低下を防ぐとともに、高温の燃焼ガスによ
る腐食損傷を防ぐために好適に用いられる皮膜を設けて
なるNi基高温強度部材およびその製造方法に関するもの
である。
【０００２】また、本発明の技術は、基材中にＢを含ま
ない多結晶Ni基合金および含Ｂ多結晶Ni基合金であって
も、Ｂ含有量が該基材を覆う被覆層中のＢ含有量よりも
少ない場合のNi基多結晶合金に対しても有効である。
ない多結晶Ni基合金および含Ｂ多結晶Ni基合金であって
も、Ｂ含有量が該基材を覆う被覆層中のＢ含有量よりも
少ない場合のNi基多結晶合金に対しても有効である。
【０００３】
【従来の技術】近年、ガスタービンは、熱効率の向上の
ために作動ガス温度の高温化を目指した研究が行われ、
現在では既に、タービン入口温度が1500 ℃を超えるま
でになっており、さらなる高温化技術の開発が求められ
ている。このようなガスタービンの高温化技術は、高温
の燃焼ガスに直接曝されるタービン翼部材用材料の進歩
（耐高温酸化性，熱遮断を目的とした皮膜の開発を含
む）と、翼の冷却技術の開発に負うところが大きく、現
在も重要な研究課題となっている。特に、タービン動翼
は、運転環境下における遠心力によるクリープ，タービ
ンの起動，停止による熱疲労、機械的振動による高サイ
クル疲労、さらに燃焼ガス中に含まれる海塩粒子、硫
黄、バナジウムなどの不純物による腐食作用を受けるた
め、翼部材研究の中心的対象となっている。
ために作動ガス温度の高温化を目指した研究が行われ、
現在では既に、タービン入口温度が1500 ℃を超えるま
でになっており、さらなる高温化技術の開発が求められ
ている。このようなガスタービンの高温化技術は、高温
の燃焼ガスに直接曝されるタービン翼部材用材料の進歩
（耐高温酸化性，熱遮断を目的とした皮膜の開発を含
む）と、翼の冷却技術の開発に負うところが大きく、現
在も重要な研究課題となっている。特に、タービン動翼
は、運転環境下における遠心力によるクリープ，タービ
ンの起動，停止による熱疲労、機械的振動による高サイ
クル疲労、さらに燃焼ガス中に含まれる海塩粒子、硫
黄、バナジウムなどの不純物による腐食作用を受けるた
め、翼部材研究の中心的対象となっている。
【０００４】従来のタービン翼部材としてのNi基合金の
研究開発状況を概観すると、次のように要約される。 多量のγ’相と呼ばれる金属間化合物［Ni3（Al，T
i）］の析出・分散による合金の強化、 母相γとγ’両相の固溶強化、また両相の組成の微
妙なバランスによる結晶界面の原子配列を考慮した合金
手法の開発とその成果を利用した合金の開発、 真空溶解技術の採用による微量不純物，気体類の影
響の除去による高品質合金製造方法の確立、 鍛造成形から精密鋳造技術への転換による高性能翼
材の開発（冷却機構分野における自由度の拡大）、 合金の一方向凝固法の開発による等軸晶から柱状晶
翼材の製品化、 多結晶合金の結晶粒界に起因する材料強度劣化を解
消した単結晶翼材の開発、 単結晶翼材の化学成分は、Ni：55〜70 mass%を主成
分として、その他にCr：2〜15 mass%、Co：3〜13 mass
%、Mo：0.4〜8 mass%、Ｗ：4.5〜8 mass%、Ta：2〜12 m
ass%、Re：3〜6 mass%、Al：3.4〜6 mass%、Ti：0.2〜
4.7 mass%、Hf：0.04〜0.2 mass%、C：0.06〜0.15 mass
%，Ｂ：0.001〜0.02 mass%，Zr：0.01〜0.1mass%，Hf：
0.8〜1.5 mass%など元素が添加されたものである。ただ
し、これらの合金類は、耐高温酸化性に有効なCrやAlの
含有量が比較的少ないため、耐高温酸化性，耐高温腐食
性（以下、耐高温環境性）の表面処理皮膜を施工するこ
とによって、はじめて、優れた高温強度を発揮するよう
になる。 ガスタービンやジェットエンジン等の高温被曝部材
に対しては、その他、“MCrAlX合金”と呼ばれる耐高温
酸化性に優れた合金皮膜が施工されている。ここで、Ｍ
は、Ni，CoあるいはFeの単独、あるいはこれらの複数の
元素からなる合金、Ｘは、Ｙ，Hf，Sc，Ce，La，Th，Ｂ
などの元素を示す。こうしたMCrAlX合金であっても、使
用目的に応じた種々の化学組成のものが多数提案されて
おり、これらの合金に関する先行技術を列挙すれば、次
の通りである。特開昭58−37145号公報、特開昭58−371
46号公報、特開昭59−6352号公報、特開昭59−89745号
公報、特開昭50−29436号公報、特開昭51−30530号公
報、特開昭50−158531号公報、特開昭51−10131号公
報、特開昭52−33842号公報、特開昭55−115941号公
報、特開昭53−112234号公報、特開昭52−66836号公
報、特開昭52−88226号公報、特開昭53−33931号公報、
特開昭58−141355号公報、特開昭56−108850号公報、特
開昭54−16325号公報、特開昭57−155338号公報、特開
昭52−3522号公報、特開昭54−66342号公報、特開昭59
−118847号公報、特開昭56−62956号公報、特開昭51−3
3717号公報、特開昭54−65718号公報、特開昭56−93847
号公報、特開昭51−94413号公報、特開昭56−119766号
公報、特開昭55−161041号公報、特開昭55−113871号公
報、特開昭53−85829号公報、特開昭57−185955号公
報、特開昭52−117826号公報、特開昭60−141842号公
報、特開昭57−177952号公報、特開昭59−1654号公報。
これらの合金類は、主に多結晶合金翼材の耐高温環境性
用皮膜として開発されてきたが、単結晶合金や一方向凝
固合金にも有効であり、広く採用されている。
研究開発状況を概観すると、次のように要約される。 多量のγ’相と呼ばれる金属間化合物［Ni3（Al，T
i）］の析出・分散による合金の強化、 母相γとγ’両相の固溶強化、また両相の組成の微
妙なバランスによる結晶界面の原子配列を考慮した合金
手法の開発とその成果を利用した合金の開発、 真空溶解技術の採用による微量不純物，気体類の影
響の除去による高品質合金製造方法の確立、 鍛造成形から精密鋳造技術への転換による高性能翼
材の開発（冷却機構分野における自由度の拡大）、 合金の一方向凝固法の開発による等軸晶から柱状晶
翼材の製品化、 多結晶合金の結晶粒界に起因する材料強度劣化を解
消した単結晶翼材の開発、 単結晶翼材の化学成分は、Ni：55〜70 mass%を主成
分として、その他にCr：2〜15 mass%、Co：3〜13 mass
%、Mo：0.4〜8 mass%、Ｗ：4.5〜8 mass%、Ta：2〜12 m
ass%、Re：3〜6 mass%、Al：3.4〜6 mass%、Ti：0.2〜
4.7 mass%、Hf：0.04〜0.2 mass%、C：0.06〜0.15 mass
%，Ｂ：0.001〜0.02 mass%，Zr：0.01〜0.1mass%，Hf：
0.8〜1.5 mass%など元素が添加されたものである。ただ
し、これらの合金類は、耐高温酸化性に有効なCrやAlの
含有量が比較的少ないため、耐高温酸化性，耐高温腐食
性（以下、耐高温環境性）の表面処理皮膜を施工するこ
とによって、はじめて、優れた高温強度を発揮するよう
になる。 ガスタービンやジェットエンジン等の高温被曝部材
に対しては、その他、“MCrAlX合金”と呼ばれる耐高温
酸化性に優れた合金皮膜が施工されている。ここで、Ｍ
は、Ni，CoあるいはFeの単独、あるいはこれらの複数の
元素からなる合金、Ｘは、Ｙ，Hf，Sc，Ce，La，Th，Ｂ
などの元素を示す。こうしたMCrAlX合金であっても、使
用目的に応じた種々の化学組成のものが多数提案されて
おり、これらの合金に関する先行技術を列挙すれば、次
の通りである。特開昭58−37145号公報、特開昭58−371
46号公報、特開昭59−6352号公報、特開昭59−89745号
公報、特開昭50−29436号公報、特開昭51−30530号公
報、特開昭50−158531号公報、特開昭51−10131号公
報、特開昭52−33842号公報、特開昭55−115941号公
報、特開昭53−112234号公報、特開昭52−66836号公
報、特開昭52−88226号公報、特開昭53−33931号公報、
特開昭58−141355号公報、特開昭56−108850号公報、特
開昭54−16325号公報、特開昭57−155338号公報、特開
昭52−3522号公報、特開昭54−66342号公報、特開昭59
−118847号公報、特開昭56−62956号公報、特開昭51−3
3717号公報、特開昭54−65718号公報、特開昭56−93847
号公報、特開昭51−94413号公報、特開昭56−119766号
公報、特開昭55−161041号公報、特開昭55−113871号公
報、特開昭53−85829号公報、特開昭57−185955号公
報、特開昭52−117826号公報、特開昭60−141842号公
報、特開昭57−177952号公報、特開昭59−1654号公報。
これらの合金類は、主に多結晶合金翼材の耐高温環境性
用皮膜として開発されてきたが、単結晶合金や一方向凝
固合金にも有効であり、広く採用されている。
【０００５】一方、Ni基合金の中で、とくにNi基単結晶
合金やNi基一方向凝固合金は、塑性加工や衝撃さらに
は、タービン翼として実機の運転環境下で疲労や熱疲労
損傷を受けた状態で高温に加熱されると、加工や衝撃に
よる残留歪の部分が変質して変質層を形成（図３参照）
するという特徴がある。この変質層の部分は、光学顕微
鏡による観察では、判別できないほどの微細な結晶の集
合体、あるいはその予備状態にあるものと考えられる
が、非常に脆く僅かな応力の負荷によって簡単に小さな
亀裂を多数発生して破壊の起点となることが、本発明者
らの実験によって確認された（図４参照）。かかる基材
表面に顕れる変質層に起因する高温強度の低下に対し、
従来、これに着目してその防止を表面被覆によって図る
技術については全く研究されておらず、先行のMCrAlX合
金皮膜の用途は、もっぱら高温の燃焼ガスに起因する腐
食損傷を対象とした耐高温環境性の向上にのみ向けられ
ていることは周知の通りである。
合金やNi基一方向凝固合金は、塑性加工や衝撃さらに
は、タービン翼として実機の運転環境下で疲労や熱疲労
損傷を受けた状態で高温に加熱されると、加工や衝撃に
よる残留歪の部分が変質して変質層を形成（図３参照）
するという特徴がある。この変質層の部分は、光学顕微
鏡による観察では、判別できないほどの微細な結晶の集
合体、あるいはその予備状態にあるものと考えられる
が、非常に脆く僅かな応力の負荷によって簡単に小さな
亀裂を多数発生して破壊の起点となることが、本発明者
らの実験によって確認された（図４参照）。かかる基材
表面に顕れる変質層に起因する高温強度の低下に対し、
従来、これに着目してその防止を表面被覆によって図る
技術については全く研究されておらず、先行のMCrAlX合
金皮膜の用途は、もっぱら高温の燃焼ガスに起因する腐
食損傷を対象とした耐高温環境性の向上にのみ向けられ
ていることは周知の通りである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ni基
合金、とくにNi基単結晶合金製およびNi基一方向凝固合
金製の従来翼部材が抱えている以下に述べるような課題
を、解決することにある。 Ni基単結晶合金製翼部材およびNi基一方向凝固合金
製翼部材は、その製造工程，タービン翼としての運転中
はもとより、保護皮膜の形成工程などにおいて、僅かな
機械加工歪の発生やブラスト処理による粗面化などを受
けた後、これが高温に加熱されると、それらの影響部に
微細な結晶が多数生成した変質層を発生するという特徴
がある。この変質層は、脆弱で小さな応力の負荷によっ
て、微細な亀裂を多数発生し、これが起点となって高温
強度が著しく劣化する。 歪や機械加工を受けた状態のNi基単結晶合金製およ
びNi基一方向凝固合金製翼部材の表面に対して、従来の
MCrAlX合金溶射皮膜のみを形成した場合、前記変質層の
生成に伴う高温強度の低下を防ぐことができない。 以上の結果、材料工学的には優れた高温強度を有す
るNi基単結晶合金およびNi基一方向凝固合金製の動・靜
翼部材であっても、現状の技術では、その優位性を十分
に発揮させることができない状況にある。 また、従来のＭCrAlＸ合金皮膜は、もっぱら燃焼ガ
スによる腐食に耐えるように工夫されているだけであっ
て、Ni基単結晶合金やNi基一方向凝固合金の内部変質層
に起因する高温強度の低下を抑制するという視点に立っ
て開発されたものではない。
合金、とくにNi基単結晶合金製およびNi基一方向凝固合
金製の従来翼部材が抱えている以下に述べるような課題
を、解決することにある。 Ni基単結晶合金製翼部材およびNi基一方向凝固合金
製翼部材は、その製造工程，タービン翼としての運転中
はもとより、保護皮膜の形成工程などにおいて、僅かな
機械加工歪の発生やブラスト処理による粗面化などを受
けた後、これが高温に加熱されると、それらの影響部に
微細な結晶が多数生成した変質層を発生するという特徴
がある。この変質層は、脆弱で小さな応力の負荷によっ
て、微細な亀裂を多数発生し、これが起点となって高温
強度が著しく劣化する。 歪や機械加工を受けた状態のNi基単結晶合金製およ
びNi基一方向凝固合金製翼部材の表面に対して、従来の
MCrAlX合金溶射皮膜のみを形成した場合、前記変質層の
生成に伴う高温強度の低下を防ぐことができない。 以上の結果、材料工学的には優れた高温強度を有す
るNi基単結晶合金およびNi基一方向凝固合金製の動・靜
翼部材であっても、現状の技術では、その優位性を十分
に発揮させることができない状況にある。 また、従来のＭCrAlＸ合金皮膜は、もっぱら燃焼ガ
スによる腐食に耐えるように工夫されているだけであっ
て、Ni基単結晶合金やNi基一方向凝固合金の内部変質層
に起因する高温強度の低下を抑制するという視点に立っ
て開発されたものではない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ni基単結晶合
金やNi基一方向凝固合金からなる高温強度部材が抱えて
いる上述した課題、すなわち塑性加工によって誘発され
る結晶制御の崩壊（広義の意味における再結晶）に起因
する部材の高温強度の低下を防ぐために、基材の表面
に、Ｂを含むNiめっき膜、即ちニッケル・ボロンめっき
膜のアンダーコートと、必要に応じてＭCrAlＸ合金の被
覆層（皮膜）であるオーバーコートを形成したり、さら
には耐熱性セラミックス等の被覆層であるオーバーコー
トをも積層させることにした。このことにより、高温の
燃焼ガスによる酸化や腐食傷にたいしても十分な抵抗性
を示すNi基高温強度部材を提供するものである。
金やNi基一方向凝固合金からなる高温強度部材が抱えて
いる上述した課題、すなわち塑性加工によって誘発され
る結晶制御の崩壊（広義の意味における再結晶）に起因
する部材の高温強度の低下を防ぐために、基材の表面
に、Ｂを含むNiめっき膜、即ちニッケル・ボロンめっき
膜のアンダーコートと、必要に応じてＭCrAlＸ合金の被
覆層（皮膜）であるオーバーコートを形成したり、さら
には耐熱性セラミックス等の被覆層であるオーバーコー
トをも積層させることにした。このことにより、高温の
燃焼ガスによる酸化や腐食傷にたいしても十分な抵抗性
を示すNi基高温強度部材を提供するものである。
【０００８】すなわち、本発明の特徴は、下記の要旨構
成（１）〜（３）によって示すことができる。 （１） Ni基合金基材の表面に、ニッケル・ボロン合金
めっき層を設けてなるNi基高温強度部材。このような部
材であれば、基材が加熱されたときに、前記ニッケル・
ボロン合金めっき層中から硼素（Ｂ）が該Ni基合金基材
中に拡散浸透することにより、上記再結晶粒界の相互結
合力を高めて、該合金基材の高温強度の低下を防ぐこと
ができるようになる。 （２） Ni基合金基材の表面に、ニッケル・ボロン合金
めっき層であるアンダーコートを設け、そのアンダーコ
ートの上に、耐熱合金の被覆層であるオーバーコートを
設けてなるNi基高温強度部材。このような部材であれ
ば、Ni基単結晶合金基材やNi基一方向凝固合金基材の表
面に形成されたニッケル・ボロン合金めっき層の上に、
オーバーコートとして耐高温環境性の耐熱合金の被覆層
を設けているので、高温に加熱された際、Ni−Ｂ合金め
っき層（アンダーコート）の酸化消耗を防ぐことができ
るとともに、基材合金中にＢが支障なく拡散浸透して、
再結晶粒界の相互結合力を高める作用もよい効果的に発
揮される。 （３） Ni基合金基材の表面に、ニッケル・ボロン合金
めっき層であるアンダーコートを設け、そのアンダーコ
ートの上に、耐熱合金の被覆層であるオーバーコートを
設け、さらにそのオーバーコートの上に耐熱性セラミッ
クスの被覆層であるトップコートを設けてなるNi基高温
強度部材。このような部材であれば、オーバーコートの
上に耐熱性を有するZrＯ2系セラミックス質のトップコ
ートが積層されているので、強い輻射熱を伴う高温環境
下においても、Ni−Ｂ合金めっき層（アンダーコート）
や耐熱合金の被覆層（オーバーコート）の酸化消耗を防
止すると同時に、Ni基合金基材の再結晶粒界へのＢの拡
散浸透効果をより一層高める効果が生じる。
成（１）〜（３）によって示すことができる。 （１） Ni基合金基材の表面に、ニッケル・ボロン合金
めっき層を設けてなるNi基高温強度部材。このような部
材であれば、基材が加熱されたときに、前記ニッケル・
ボロン合金めっき層中から硼素（Ｂ）が該Ni基合金基材
中に拡散浸透することにより、上記再結晶粒界の相互結
合力を高めて、該合金基材の高温強度の低下を防ぐこと
ができるようになる。 （２） Ni基合金基材の表面に、ニッケル・ボロン合金
めっき層であるアンダーコートを設け、そのアンダーコ
ートの上に、耐熱合金の被覆層であるオーバーコートを
設けてなるNi基高温強度部材。このような部材であれ
ば、Ni基単結晶合金基材やNi基一方向凝固合金基材の表
面に形成されたニッケル・ボロン合金めっき層の上に、
オーバーコートとして耐高温環境性の耐熱合金の被覆層
を設けているので、高温に加熱された際、Ni−Ｂ合金め
っき層（アンダーコート）の酸化消耗を防ぐことができ
るとともに、基材合金中にＢが支障なく拡散浸透して、
再結晶粒界の相互結合力を高める作用もよい効果的に発
揮される。 （３） Ni基合金基材の表面に、ニッケル・ボロン合金
めっき層であるアンダーコートを設け、そのアンダーコ
ートの上に、耐熱合金の被覆層であるオーバーコートを
設け、さらにそのオーバーコートの上に耐熱性セラミッ
クスの被覆層であるトップコートを設けてなるNi基高温
強度部材。このような部材であれば、オーバーコートの
上に耐熱性を有するZrＯ2系セラミックス質のトップコ
ートが積層されているので、強い輻射熱を伴う高温環境
下においても、Ni−Ｂ合金めっき層（アンダーコート）
や耐熱合金の被覆層（オーバーコート）の酸化消耗を防
止すると同時に、Ni基合金基材の再結晶粒界へのＢの拡
散浸透効果をより一層高める効果が生じる。
【０００９】そして、上記各Ni基高温強度部材は、それ
ぞれ下記の〜の方法によって製造することができ
る。 Ni基合金基材の表面に、電気めっき法もしくは無電
解めっき法によって、ニッケル・ボロン合金めっき層を
形成することを特徴とするNi基高温強度部材の製造方
法。 Ni基合金基材の表面に、電気めっき法もしくは無電
解めっき法によって、ニッケル・ボロン合金めっき層を
形成し、次いで、その上に、耐熱合金の被覆層を溶射法
または蒸着法によって積層形成することを特徴とするNi
基高温強度部材の製造方法。 Ni基合金基材の表面に、電気めっき法もしくは無電
解めっき法によって、ニッケル・ボロン合金めっき層を
形成し、次いで、その上に、耐熱合金の被覆層を溶射法
または蒸着法によって積層形成し、さらにその後、最外
層として、耐熱性セラミックスの被覆層を積層形成する
ことを特徴とするNi基高温強度部材の製造方法。
ぞれ下記の〜の方法によって製造することができ
る。 Ni基合金基材の表面に、電気めっき法もしくは無電
解めっき法によって、ニッケル・ボロン合金めっき層を
形成することを特徴とするNi基高温強度部材の製造方
法。 Ni基合金基材の表面に、電気めっき法もしくは無電
解めっき法によって、ニッケル・ボロン合金めっき層を
形成し、次いで、その上に、耐熱合金の被覆層を溶射法
または蒸着法によって積層形成することを特徴とするNi
基高温強度部材の製造方法。 Ni基合金基材の表面に、電気めっき法もしくは無電
解めっき法によって、ニッケル・ボロン合金めっき層を
形成し、次いで、その上に、耐熱合金の被覆層を溶射法
または蒸着法によって積層形成し、さらにその後、最外
層として、耐熱性セラミックスの被覆層を積層形成する
ことを特徴とするNi基高温強度部材の製造方法。
【００１０】なお、本発明においては、
Ni基合金基材が、Ni基単結晶合金もしくはNi基一方
向凝固合金であることが好ましく、 耐熱合金の被覆層であるオーバーコートの表面に、
ＣＶＤ法や粉末法によるAl拡散浸透層を形成して、さら
なる耐高温環境性を向上させることが好ましく、 Ni基合金基材の表面にアンダーコートとして成膜さ
せるNi−Ｂ合金めっき層は、電気めっき法もしくは無電
解めっき法で形成され、その上に積層するＭCrAlＸ合金
の被覆層であるオーバーコートは溶射法にて形成され、
そして最外層に形成するZrＯ2系セラミックスの被覆層
であるトップコートは、溶射法もしくは電子ビーム蒸着
法によって形成されることが好ましく、 アンダーコート、オーバーコートおよび／またはト
ップコート形成後に、熱処理を施すことが好ましく、 耐熱合金は、Co，Ni，Cr，FeおよびAlのうちから選
ばれる少なくとも２種の元素を含む合金に対し、さらに
Ｙ，Hf，Ta，Cs，Ce，La，Th，W，Si，PtおよびMnのう
ちから選ばれる少なくとも１種の元素を添加してなる合
金であることが好ましく、そして、 耐熱性セラミックスは、Ｙ2Ｏ3，CaＯ，MgＯ，Yb2
Ｏ3，Sc2Ｏ3およびCeＯ2から選ばれる少なくとも１種の
酸化物を含むZrＯ2系セラミックスであること、が好ま
しい実施の形態である。
向凝固合金であることが好ましく、 耐熱合金の被覆層であるオーバーコートの表面に、
ＣＶＤ法や粉末法によるAl拡散浸透層を形成して、さら
なる耐高温環境性を向上させることが好ましく、 Ni基合金基材の表面にアンダーコートとして成膜さ
せるNi−Ｂ合金めっき層は、電気めっき法もしくは無電
解めっき法で形成され、その上に積層するＭCrAlＸ合金
の被覆層であるオーバーコートは溶射法にて形成され、
そして最外層に形成するZrＯ2系セラミックスの被覆層
であるトップコートは、溶射法もしくは電子ビーム蒸着
法によって形成されることが好ましく、 アンダーコート、オーバーコートおよび／またはト
ップコート形成後に、熱処理を施すことが好ましく、 耐熱合金は、Co，Ni，Cr，FeおよびAlのうちから選
ばれる少なくとも２種の元素を含む合金に対し、さらに
Ｙ，Hf，Ta，Cs，Ce，La，Th，W，Si，PtおよびMnのう
ちから選ばれる少なくとも１種の元素を添加してなる合
金であることが好ましく、そして、 耐熱性セラミックスは、Ｙ2Ｏ3，CaＯ，MgＯ，Yb2
Ｏ3，Sc2Ｏ3およびCeＯ2から選ばれる少なくとも１種の
酸化物を含むZrＯ2系セラミックスであること、が好ま
しい実施の形態である。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、Ni基合金基材、とくにNi基
単結晶合金製基材およびNi基一方向凝固合金製基材の冶
金的特徴を明らかにした後、上記課題の解決手段として
開発した本発明について、主としてNi基単結晶合金の例
で説明する。 （１）Ni基単結晶合金の冶金的特徴と実用上の問題点 そもそもNi基単結晶合金は、従来から汎用されている多
くのNi基多結晶合金が抱えている課題を解決するために
開発されてきた経緯がある。すなわち、通常の多結晶Ni
基合金では、結晶粒界部にガスタービンの実用環境条件
において、不純物元素をはじめ、各種の炭化物，金属間
化合物などの濃縮や析出を起こしやすいうえ、これらが
成長することによって、粒界の結合力が低下して、機械
的な破壊の起点となる。
単結晶合金製基材およびNi基一方向凝固合金製基材の冶
金的特徴を明らかにした後、上記課題の解決手段として
開発した本発明について、主としてNi基単結晶合金の例
で説明する。 （１）Ni基単結晶合金の冶金的特徴と実用上の問題点 そもそもNi基単結晶合金は、従来から汎用されている多
くのNi基多結晶合金が抱えている課題を解決するために
開発されてきた経緯がある。すなわち、通常の多結晶Ni
基合金では、結晶粒界部にガスタービンの実用環境条件
において、不純物元素をはじめ、各種の炭化物，金属間
化合物などの濃縮や析出を起こしやすいうえ、これらが
成長することによって、粒界の結合力が低下して、機械
的な破壊の起点となる。
【００１２】また、上記結晶粒界では、燃焼ガス中に含
まれている硫黄，バナジウム，塩化物さらには水蒸気な
どの酸化性物質の侵入が容易になるため、しばしば粒界
腐食損傷を誘発する原因ともなっている。
まれている硫黄，バナジウム，塩化物さらには水蒸気な
どの酸化性物質の侵入が容易になるため、しばしば粒界
腐食損傷を誘発する原因ともなっている。
【００１３】このような結晶粒界に起因する問題点を解
消するため、従来、合金中に粒界強化元素（例えば、
Ｃ，Ｂ，Zr，Hfなど）を添加した多結晶合金が開発され
ている。しかし、この合金は、融点の低い共晶γ’が生
成しやすいため、溶体化処理温度を低くしなければなら
ず、合金の高温強度向上の観点からは好ましくない。
消するため、従来、合金中に粒界強化元素（例えば、
Ｃ，Ｂ，Zr，Hfなど）を添加した多結晶合金が開発され
ている。しかし、この合金は、融点の低い共晶γ’が生
成しやすいため、溶体化処理温度を低くしなければなら
ず、合金の高温強度向上の観点からは好ましくない。
【００１４】Ni基単結晶合金は、上述したような多結晶
合金が抱えている冶金学的問題点を解消することを目的
として開発されたものである。すなわち、Ni基単結晶合
金では、破壊の原因となる結晶粒界がないうえ、共晶
γ’相の析出の心配がないため、合金の高温溶体化処理
が可能となる利点がある。そして、溶体化温度の高温化
は、微細なγ’相を均等に析出−分散させることになる
ので、合金の高温強度を著しく向上させることができ
る。
合金が抱えている冶金学的問題点を解消することを目的
として開発されたものである。すなわち、Ni基単結晶合
金では、破壊の原因となる結晶粒界がないうえ、共晶
γ’相の析出の心配がないため、合金の高温溶体化処理
が可能となる利点がある。そして、溶体化温度の高温化
は、微細なγ’相を均等に析出−分散させることになる
ので、合金の高温強度を著しく向上させることができ
る。
【００１５】しかし、その一方で、Ni基単結晶合金に
は、多結晶合金には見られない新たな問題点のあること
がわかってきた。それは、単結晶合金に予め数％程度
（2%〜8%）の歪を付与したり、機械的な塑性加工を与え
たのち、熱処理をしたり、あるいはガスタービンの運転
環境に暴露したりすると、加工部およびその熱影響部が
変質層となって現出し、このなかには微細な結晶が無数
に発生しているらしいことが判明した（ここでは、この
現象を「再結晶現象」と呼ぶ。図３参照）。かかる再結
晶部は、非常に脆くかつ高温強度に乏しいため、僅かな
応力の負荷によって、結晶粒界を起点として多数の割れ
が発生し、単結晶合金全体の強度を著しく低下させると
ういう問題点があった（図４参照）。
は、多結晶合金には見られない新たな問題点のあること
がわかってきた。それは、単結晶合金に予め数％程度
（2%〜8%）の歪を付与したり、機械的な塑性加工を与え
たのち、熱処理をしたり、あるいはガスタービンの運転
環境に暴露したりすると、加工部およびその熱影響部が
変質層となって現出し、このなかには微細な結晶が無数
に発生しているらしいことが判明した（ここでは、この
現象を「再結晶現象」と呼ぶ。図３参照）。かかる再結
晶部は、非常に脆くかつ高温強度に乏しいため、僅かな
応力の負荷によって、結晶粒界を起点として多数の割れ
が発生し、単結晶合金全体の強度を著しく低下させると
ういう問題点があった（図４参照）。
【００１６】このような再結晶域の生成は、塑性加工時
ではなく、その後、この単結晶合金を加熱したようなと
きに発生するため、未然に防止策を施すことが非常に困
難である。しかも、この再結晶は、比較的低い温度で析
出する。例えば、一般の多結晶合金製ガスタービンの動
・静翼に、ＭCrAlＸ合金の溶射皮膜を施工した後、溶体
化処理や時効処理などの熱処理を行った場合でも発現す
る。そのため、耐高温環境性を向上させるには、ＭCrAl
Ｘ合金を単に施工しただけでは、基材の再結晶現象に伴
う高温強度の著しい低下を防止することはできない。ま
た、上述した理由によって、基材そのものに元素を添加
する手法にも限界がある。
ではなく、その後、この単結晶合金を加熱したようなと
きに発生するため、未然に防止策を施すことが非常に困
難である。しかも、この再結晶は、比較的低い温度で析
出する。例えば、一般の多結晶合金製ガスタービンの動
・静翼に、ＭCrAlＸ合金の溶射皮膜を施工した後、溶体
化処理や時効処理などの熱処理を行った場合でも発現す
る。そのため、耐高温環境性を向上させるには、ＭCrAl
Ｘ合金を単に施工しただけでは、基材の再結晶現象に伴
う高温強度の著しい低下を防止することはできない。ま
た、上述した理由によって、基材そのものに元素を添加
する手法にも限界がある。
【００１７】なお、Ni基単結晶合金製基材に、歪や塑性
変形が発生する危険性のある環境条件としては、例えば
翼材の場合、その製造時、粗面化処理時、溶射時、運転
時、ガスタービンの組立時、運搬時、検査時、ガスター
ビンの運転中における燃焼ガス中に含まれている微細な
固形粒子の衝突、単結晶合金翼表面に施工された保護皮
膜のリコーティング時におけるブラスト処理あるいは研
磨処理時など、多くの場合が考えられる。したがって、
再結晶現象発生の有無を予想することは困難であり、Ni
基単結晶合金製基材自身もしくは保護皮膜を設けて、該
基材の高温強度を向上させることが必要である。さら
に、上記の例では、ガスタービンの運転中、Ni基単結晶
合金翼材の表面には、局部的に熱疲労に伴う割れや焼損
が発生することがある。このような補修には、該部材表
面をグラインダーによって研削し、次いで溶接肉盛施工
を行ない、形状を復元することが多い。ただし、このよ
うな加工には必ず、塑性加工に起因する変質層が不可避
に発生する。なお、上述したNi基単結晶合金に顕れる再
結晶現象とその影響は、程度の差こそあれ、Ni基一方向
凝固合金にも同じように認められるものである。
変形が発生する危険性のある環境条件としては、例えば
翼材の場合、その製造時、粗面化処理時、溶射時、運転
時、ガスタービンの組立時、運搬時、検査時、ガスター
ビンの運転中における燃焼ガス中に含まれている微細な
固形粒子の衝突、単結晶合金翼表面に施工された保護皮
膜のリコーティング時におけるブラスト処理あるいは研
磨処理時など、多くの場合が考えられる。したがって、
再結晶現象発生の有無を予想することは困難であり、Ni
基単結晶合金製基材自身もしくは保護皮膜を設けて、該
基材の高温強度を向上させることが必要である。さら
に、上記の例では、ガスタービンの運転中、Ni基単結晶
合金翼材の表面には、局部的に熱疲労に伴う割れや焼損
が発生することがある。このような補修には、該部材表
面をグラインダーによって研削し、次いで溶接肉盛施工
を行ない、形状を復元することが多い。ただし、このよ
うな加工には必ず、塑性加工に起因する変質層が不可避
に発生する。なお、上述したNi基単結晶合金に顕れる再
結晶現象とその影響は、程度の差こそあれ、Ni基一方向
凝固合金にも同じように認められるものである。
【００１８】（２）従来のＭCrAlＸ合金皮膜の高温挙動
と実用上の問題点 前述したように、従来のＭCrAlＸ合金は、ガスタービン
やジェットエンジン用として汎用されているNi基合金や
Co基合金製の動翼あるいは静翼の表面に、これらの保護
皮膜形成材料として用いられる高温燃焼ガスによる酸化
や腐食による化学的損傷を防止するための材料として有
用である。この意味において、従来のＭCrAlＸ合金皮膜
材料中には、Cr，Alを必ず含有し、高温環境に被曝され
ると、皮膜の表面に保護性のCr2Ｏ3やAl2Ｏ3などの緻密
な酸化膜が生成するように工夫されている。つまり、従
来のＭCrAlＸ合金の皮膜というのは、動翼や静翼の基材
合金の種類、即ち、Ni基合金でもCo基合金でも、また、
多結晶合金，一方向凝固合金，単結晶合金ならびに冶金
的材質の区別に関係なく利用されてきた。
と実用上の問題点 前述したように、従来のＭCrAlＸ合金は、ガスタービン
やジェットエンジン用として汎用されているNi基合金や
Co基合金製の動翼あるいは静翼の表面に、これらの保護
皮膜形成材料として用いられる高温燃焼ガスによる酸化
や腐食による化学的損傷を防止するための材料として有
用である。この意味において、従来のＭCrAlＸ合金皮膜
材料中には、Cr，Alを必ず含有し、高温環境に被曝され
ると、皮膜の表面に保護性のCr2Ｏ3やAl2Ｏ3などの緻密
な酸化膜が生成するように工夫されている。つまり、従
来のＭCrAlＸ合金の皮膜というのは、動翼や静翼の基材
合金の種類、即ち、Ni基合金でもCo基合金でも、また、
多結晶合金，一方向凝固合金，単結晶合金ならびに冶金
的材質の区別に関係なく利用されてきた。
【００１９】一方、ガスタービンの高温化に伴なって、
動翼や静翼の基材温度もまた次第に高温化してきてお
り、そのために、基材とＭCrAlＸ合金皮膜との界面にお
ける金属元素の相互拡散現象が目立つようになってき
た。その結果、基材中へ拡散したＭCrAlＸ合金皮膜中の
Al，Co，Crなどの金属成分が、基材の高温強度を担って
いるγ’相と反応して、これを分解するため、基材の高
温強度が著しく劣化させるという現象が見られた。
動翼や静翼の基材温度もまた次第に高温化してきてお
り、そのために、基材とＭCrAlＸ合金皮膜との界面にお
ける金属元素の相互拡散現象が目立つようになってき
た。その結果、基材中へ拡散したＭCrAlＸ合金皮膜中の
Al，Co，Crなどの金属成分が、基材の高温強度を担って
いるγ’相と反応して、これを分解するため、基材の高
温強度が著しく劣化させるという現象が見られた。
【００２０】（３）Ni基単結晶合金基材表面のＢを含む
Ni合金めっき膜の形成 本発明者らは、上記問題の解消に当たり、以下に述べる
ような方法を提案する。この方法は、Ni基単結晶合金か
らなる基材の表面に、Ｂを含む還元剤を用いてNi−Ｂ合
金を析出させ、これをアンダーコートとすることにし
た。即ち、硫酸Ni（NiSO4）や塩化Ni（NiCl2）の水溶液
に還元剤として、ジメチル・アミン・ボラン［（CH3）2
ＮＨＢＨ3］を添加した浴を、30〜90℃に加熱し、この
中にNi基単結晶基材を浸漬すると、その基材表面に、Ｂ
を含むNiめっき膜（Ni−Ｂ合金めっき膜）が生成する。
この反応は、ジメチル・アミン・ボランの化学還元作用
によって、水溶液中のNiイオンがNiに還元される化学反
応を利用したものであり、同時にＢとNiとが共析するた
め、結果的にニッケル・ボロン合金（以下に、単に「Ni
−Ｂ合金」と略記する）めっき膜が、Ni基単結晶基材表
面を覆うこととなる。
Ni合金めっき膜の形成 本発明者らは、上記問題の解消に当たり、以下に述べる
ような方法を提案する。この方法は、Ni基単結晶合金か
らなる基材の表面に、Ｂを含む還元剤を用いてNi−Ｂ合
金を析出させ、これをアンダーコートとすることにし
た。即ち、硫酸Ni（NiSO4）や塩化Ni（NiCl2）の水溶液
に還元剤として、ジメチル・アミン・ボラン［（CH3）2
ＮＨＢＨ3］を添加した浴を、30〜90℃に加熱し、この
中にNi基単結晶基材を浸漬すると、その基材表面に、Ｂ
を含むNiめっき膜（Ni−Ｂ合金めっき膜）が生成する。
この反応は、ジメチル・アミン・ボランの化学還元作用
によって、水溶液中のNiイオンがNiに還元される化学反
応を利用したものであり、同時にＢとNiとが共析するた
め、結果的にニッケル・ボロン合金（以下に、単に「Ni
−Ｂ合金」と略記する）めっき膜が、Ni基単結晶基材表
面を覆うこととなる。
【００２１】この反応を要約すると、次の通りである。
(CH3)2ＮＨＢＨ3＋３Ni2+＋３Ｈ2Ｏ→３Ni＋(CH3)2Ｈ2
Ｎ+＋Ｈ3BO3＋５Ｈ+ (CH3)2ＮＨＢＨ3＋４Ｈ2+＋３Ｈ2Ｏ→Ni2Ｂ＋２Ni＋Ｈ3
BO3＋２(CH3)2Ｈ2Ｎ＋1/2Ｈ2＋６Ｈ+
Ｎ+＋Ｈ3BO3＋５Ｈ+ (CH3)2ＮＨＢＨ3＋４Ｈ2+＋３Ｈ2Ｏ→Ni2Ｂ＋２Ni＋Ｈ3
BO3＋２(CH3)2Ｈ2Ｎ＋1/2Ｈ2＋６Ｈ+
【００２２】なお、ジメチル・アミン・ボランに代え
て、水素化硼素ナトリウム（NaＢＨ4）を還元剤として
利用してもNi−Ｂ合金めっき膜の形成は可能である。
て、水素化硼素ナトリウム（NaＢＨ4）を還元剤として
利用してもNi−Ｂ合金めっき膜の形成は可能である。
【００２３】このような方法（無電解めっき法、即ち化
学めっき法）によって形成されるNi−Ｂ合金めっき膜中
のＢ含有量は、0.3〜10 mass％範囲が好適であり、ま
た、成膜速度は１時間当たり3〜10μm程度が好適であ
り、これらの範囲内に収めるには、めっき浴中のＢ含有
量やめっき条件、処理時間などを制御することによっ
て、管理することができる。
学めっき法）によって形成されるNi−Ｂ合金めっき膜中
のＢ含有量は、0.3〜10 mass％範囲が好適であり、ま
た、成膜速度は１時間当たり3〜10μm程度が好適であ
り、これらの範囲内に収めるには、めっき浴中のＢ含有
量やめっき条件、処理時間などを制御することによっ
て、管理することができる。
【００２４】本発明では、アンダーコートとして、Ｂを
0.3〜10 mass％含むNi−Ｂ合金めっき膜を、１〜30μm
の厚さに形成する。この理由は、このアンダーコートと
して、膜厚が１μmより薄いとＢの効果が少なく、10μm
以上厚くしても、その効果に格別のものが見られず、ま
た、めっき処理に長時間を要するため生産性に劣り経済
的でないからである。
0.3〜10 mass％含むNi−Ｂ合金めっき膜を、１〜30μm
の厚さに形成する。この理由は、このアンダーコートと
して、膜厚が１μmより薄いとＢの効果が少なく、10μm
以上厚くしても、その効果に格別のものが見られず、ま
た、めっき処理に長時間を要するため生産性に劣り経済
的でないからである。
【００２５】なお、Ni−Ｂ合金用の処理液（ ジメチ
ル・アミン・ボラン、あるいは水素化硼素ナトリウム
を含む金属Ni塩水溶液）を用いて、Ni基単結晶基材を陰
極とし、Ni陽極を設けて両極に電圧を負荷して電解して
もNi−Ｂ合金めっき膜を成膜することができる。ただ
し、これらの方法のうち、化学反応エネルギーと電気エ
ネルギーの消費を伴ない不経済であるので、無電解めっ
き方法が好適である。なお、このようにして成膜したNi
−Ｂ合金めっき膜のアンダーコートは、完全な合金とな
らず、アモルファス状態であると考えられるが、加熱す
ることによって合金化する傾向にある。しかし、いずれ
の状態であっても、合金基材が加熱されて変質層が現出
した際に、Ｂ原子が基材中の結晶粒界に拡散浸透し、そ
の結果として粒界の強度劣化を防ぐ作用を発揮すること
に変わりがない。
ル・アミン・ボラン、あるいは水素化硼素ナトリウム
を含む金属Ni塩水溶液）を用いて、Ni基単結晶基材を陰
極とし、Ni陽極を設けて両極に電圧を負荷して電解して
もNi−Ｂ合金めっき膜を成膜することができる。ただ
し、これらの方法のうち、化学反応エネルギーと電気エ
ネルギーの消費を伴ない不経済であるので、無電解めっ
き方法が好適である。なお、このようにして成膜したNi
−Ｂ合金めっき膜のアンダーコートは、完全な合金とな
らず、アモルファス状態であると考えられるが、加熱す
ることによって合金化する傾向にある。しかし、いずれ
の状態であっても、合金基材が加熱されて変質層が現出
した際に、Ｂ原子が基材中の結晶粒界に拡散浸透し、そ
の結果として粒界の強度劣化を防ぐ作用を発揮すること
に変わりがない。
【００２６】以上説明したように、本発明のNi−Ｂ合金
めっき膜中のＢが、Ni基単結晶合金の表面に生成した変
質層（微細な再結晶粒子の集合体）へ拡散浸透すること
により、結晶粒界の相互結合力の向上に作用するものと
考えると、この作用機構はNi基多結晶合金基材にも適用
可能と思われる。したがって、本発明のNi−Ｂ合金めっ
き膜のアンダーコートは、Ｂを含まない多結晶Ni基合金
やＢを含むものの、その含有量が本発明のNi−Ｂ合金め
っき膜のＢ含有量より少ない多結晶Ni基合金に対して
も、これらの合金の結晶粒界の強化作用を発揮するの
で、これらの合金に対しても有効であると考えられる。
めっき膜中のＢが、Ni基単結晶合金の表面に生成した変
質層（微細な再結晶粒子の集合体）へ拡散浸透すること
により、結晶粒界の相互結合力の向上に作用するものと
考えると、この作用機構はNi基多結晶合金基材にも適用
可能と思われる。したがって、本発明のNi−Ｂ合金めっ
き膜のアンダーコートは、Ｂを含まない多結晶Ni基合金
やＢを含むものの、その含有量が本発明のNi−Ｂ合金め
っき膜のＢ含有量より少ない多結晶Ni基合金に対して
も、これらの合金の結晶粒界の強化作用を発揮するの
で、これらの合金に対しても有効であると考えられる。
【００２７】（４） 耐熱合金被覆層（オーバーコー
ト）の形成 本発明の他の実施形態としては、Ni基単結晶合金等の基
材表面に、まず、上述したように、Ni−Ｂ合金めっき膜
であるアンダーコートを形成した後、その上に、耐高温
環境性を付与するための耐熱合金であるＭCrAlＸ合金の
被覆層をオーバーコートを形成したものが考えられる。
この実施形態は、Ni−Ｂ合金めっき膜（アンダーコー
ト）中の硼素（Ｂ）の基材表面の結晶粒界への拡散浸透
作用の他、基材が高温に加熱された際に、Ni−Ｂ合金め
っき膜が高温環境から受ける各種の作用、例えば燃焼ガ
スによる酸化反応や硫黄化合物による硫化腐食などの化
学的損傷にも十分に耐え得るようにするために行われる
ものである。そのために、本発明では、前記Ni−Ｂ合金
めっき膜（アンダーコート）の上に、耐高温環境性を示
す耐熱合金の被覆層をオーバーコートとして、大気プラ
ズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法、高速フレーム溶射
法、爆発溶射法などの溶射法を用いて積層形成し、Ｂ原
子がNi基合金基材の結晶粒界に速やかに拡散浸透して結
晶粒界を強化する作用を支援することにしたのである。
なお、このオバーコートは、50〜500μm程度の膜厚とす
ることが好ましい。
ト）の形成 本発明の他の実施形態としては、Ni基単結晶合金等の基
材表面に、まず、上述したように、Ni−Ｂ合金めっき膜
であるアンダーコートを形成した後、その上に、耐高温
環境性を付与するための耐熱合金であるＭCrAlＸ合金の
被覆層をオーバーコートを形成したものが考えられる。
この実施形態は、Ni−Ｂ合金めっき膜（アンダーコー
ト）中の硼素（Ｂ）の基材表面の結晶粒界への拡散浸透
作用の他、基材が高温に加熱された際に、Ni−Ｂ合金め
っき膜が高温環境から受ける各種の作用、例えば燃焼ガ
スによる酸化反応や硫黄化合物による硫化腐食などの化
学的損傷にも十分に耐え得るようにするために行われる
ものである。そのために、本発明では、前記Ni−Ｂ合金
めっき膜（アンダーコート）の上に、耐高温環境性を示
す耐熱合金の被覆層をオーバーコートとして、大気プラ
ズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法、高速フレーム溶射
法、爆発溶射法などの溶射法を用いて積層形成し、Ｂ原
子がNi基合金基材の結晶粒界に速やかに拡散浸透して結
晶粒界を強化する作用を支援することにしたのである。
なお、このオバーコートは、50〜500μm程度の膜厚とす
ることが好ましい。
【００２８】本発明において、オーバーコートである耐
熱合金被覆層に用いる耐熱合金としては、「MCrAlX合
金」を用いることが望ましい。その主要化学成分はCo，
Ni，Cr，FeおよびAlのうちから選ばれる少なくとも２種
を含む合金に対し、Ｙ，Hf，Ta，Cs，Ce，La，Th，W，S
i，PtおよびMnのうちから選ばれる少なくとも１種の元
素を添加してなるものである。
熱合金被覆層に用いる耐熱合金としては、「MCrAlX合
金」を用いることが望ましい。その主要化学成分はCo，
Ni，Cr，FeおよびAlのうちから選ばれる少なくとも２種
を含む合金に対し、Ｙ，Hf，Ta，Cs，Ce，La，Th，W，S
i，PtおよびMnのうちから選ばれる少なくとも１種の元
素を添加してなるものである。
【００２９】上記MCrAlX合金からなる耐熱合金被覆層
（オーバーコート）は、Ni−Ｂ合金めっき膜であるアン
ダーコート等との良好な密着性を確保し、かつ、高温ガ
スによる外部からの酸化反応や腐食反応に十分耐え得る
ためにも、下記組成のものが好適に用いられる。Ｍ成分
として、Ni：0〜75 mass%、Co：0〜70 mass%、Fe：0〜3
0 mass%、Cr：5〜70 mass%、Al：1〜29 mass%、Ｘ成分
として、Ｙ：0〜5 mass%、Hf：0〜10 mass%、Ta：1〜20
mass%、Si：0.1〜14 mass%、Ｂ：0〜0.1 mass%、Ｃ：0
〜0.25 mass%、Mn：0〜10 mass%、Zr：0〜3 mass%、
Ｗ：0〜5.5 mass%、Pt：0〜2.0 mass%
（オーバーコート）は、Ni−Ｂ合金めっき膜であるアン
ダーコート等との良好な密着性を確保し、かつ、高温ガ
スによる外部からの酸化反応や腐食反応に十分耐え得る
ためにも、下記組成のものが好適に用いられる。Ｍ成分
として、Ni：0〜75 mass%、Co：0〜70 mass%、Fe：0〜3
0 mass%、Cr：5〜70 mass%、Al：1〜29 mass%、Ｘ成分
として、Ｙ：0〜5 mass%、Hf：0〜10 mass%、Ta：1〜20
mass%、Si：0.1〜14 mass%、Ｂ：0〜0.1 mass%、Ｃ：0
〜0.25 mass%、Mn：0〜10 mass%、Zr：0〜3 mass%、
Ｗ：0〜5.5 mass%、Pt：0〜2.0 mass%
【００３０】ただし、ＭCrAlＸ合金のみからなる上記耐
熱合金の溶射皮膜、すなわちオーバーコートの形成に当
っては、このオーバーコート中に含まれる酸化物量の管
理とその限界含有量を検討することが、アンダーコート
の場合と同様に重要である。すなわち、前記ＭCrAlＸ合
金を大気中で溶射すると、熱原中あるいは熱源近傍に多
量の空気が混入して、溶射材料粒子を酸化させるため、
粒子の相互結合力や合金基材との付着力を低下させる
他、これらの酸化物が硼化物アンダーコート中のＢ原子
の拡散を抑制し、さらには、皮膜表面においてAl2Ｏ3や
Cr2Ｏ3の如き均質な保護性酸化膜の均質かつ緻密な膜の
生成を妨げるなど、大きな障害となるからである。この
ため本発明では、オーバーコート中に含まれる耐熱合金
（MCrAlX合金）中の酸化物量を、酸素量として1.5mass%
以下に管理することとした。すなわち、大気プラズマ溶
射法、減圧プラズマ溶射法、爆発溶射法、高速フレーム
溶射法などのいずれの方法を施工する場合でも、溶射雰
囲気中の酸素含有量を1.5mass%以下に制御することにし
たのである。
熱合金の溶射皮膜、すなわちオーバーコートの形成に当
っては、このオーバーコート中に含まれる酸化物量の管
理とその限界含有量を検討することが、アンダーコート
の場合と同様に重要である。すなわち、前記ＭCrAlＸ合
金を大気中で溶射すると、熱原中あるいは熱源近傍に多
量の空気が混入して、溶射材料粒子を酸化させるため、
粒子の相互結合力や合金基材との付着力を低下させる
他、これらの酸化物が硼化物アンダーコート中のＢ原子
の拡散を抑制し、さらには、皮膜表面においてAl2Ｏ3や
Cr2Ｏ3の如き均質な保護性酸化膜の均質かつ緻密な膜の
生成を妨げるなど、大きな障害となるからである。この
ため本発明では、オーバーコート中に含まれる耐熱合金
（MCrAlX合金）中の酸化物量を、酸素量として1.5mass%
以下に管理することとした。すなわち、大気プラズマ溶
射法、減圧プラズマ溶射法、爆発溶射法、高速フレーム
溶射法などのいずれの方法を施工する場合でも、溶射雰
囲気中の酸素含有量を1.5mass%以下に制御することにし
たのである。
【００３１】（５） Al拡散層の形成
本発明において、上記耐熱合金（ＭCrAlＸ合金）のオー
バーコートの表面には、さらに、CVD法や粉末法などの
アルミニウム拡散浸透処理法を適用してAl拡散層を形成
することが好ましい。たとえば、CVD法は、真空容器中
に有機または無機アルミニウム化合物（主としてハロゲ
ン化合物）ガスを導入し、これに熱や低温プラズマを照
射して化学反応を促進させて、アルミニウム化合物から
Alを遊離させる方法、あるいは、真空容器中にH2ガスを
導入して、その化学的還元力によって、Alを遊離させた
後（遊離したAl粒子は1μm以下の微粒子）、これを耐熱
合金のオーバーコートの表面に析出させると同時に、内
部へも拡散侵透させる方法である。また、前記粉末法
は、Al粉またはAl合金粉末とNH4Cl，NH4Ｆなどのハロゲ
ン化合物、Al2Ｏ3粉末などの混合物中に非処理部材を埋
没させ、その後、ArガスあるいはＨ2ガスを流しつつ、8
00〜1000 ℃，１〜20時間加熱することによって、表面
にAl濃度の高い拡散層を形成させる方法である。
バーコートの表面には、さらに、CVD法や粉末法などの
アルミニウム拡散浸透処理法を適用してAl拡散層を形成
することが好ましい。たとえば、CVD法は、真空容器中
に有機または無機アルミニウム化合物（主としてハロゲ
ン化合物）ガスを導入し、これに熱や低温プラズマを照
射して化学反応を促進させて、アルミニウム化合物から
Alを遊離させる方法、あるいは、真空容器中にH2ガスを
導入して、その化学的還元力によって、Alを遊離させた
後（遊離したAl粒子は1μm以下の微粒子）、これを耐熱
合金のオーバーコートの表面に析出させると同時に、内
部へも拡散侵透させる方法である。また、前記粉末法
は、Al粉またはAl合金粉末とNH4Cl，NH4Ｆなどのハロゲ
ン化合物、Al2Ｏ3粉末などの混合物中に非処理部材を埋
没させ、その後、ArガスあるいはＨ2ガスを流しつつ、8
00〜1000 ℃，１〜20時間加熱することによって、表面
にAl濃度の高い拡散層を形成させる方法である。
【００３２】（６） セラミックス被覆層（トップコー
ト）の形成 さらに、本発明では、前記耐熱合金（ＭCrAlＸ合金）の
被覆層であるオーバーコート、または前記Al拡散層の表
面に、大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法および
蒸着法（EB-PVD）などによって、必要に応じてさらに、
酸化物含有ZrＯ 2系セラミックスからなるトップコート
（膜厚：30〜500μm）を形成し、高温強度のさらになる
改善を図ることが、より好ましい実施態様となる。上記
ZrO2系セラミックスのトップコートは、Ｙ2Ｏ3，CeＯ，
CaＯ，Sc2Ｏ3，MgＯ，Yb2Ｏ3およびCeＯ2のうちから選
ばれる１種以上の酸化物を含むZrＯ2系セラミックスが
用いられる。これをトップコートとして用いる理由は、
主として燃料の燃焼炎から放出される高温の輻射熱を防
ぐためである。なお、このトップコート中にZrＯ2以外
の酸化物を含有させる理由は、ZrＯ2単独では、高温に
加熱されたり、冷却された際、その結晶形が単斜晶⇔正
方晶⇔立方晶に変化し、それに伴って大きな体積変化
（４〜７%）を招いて自ら壊すため、かかる酸化物は５
〜40mass%程度として、体積変化率を緩和させることが
望ましい。
ト）の形成 さらに、本発明では、前記耐熱合金（ＭCrAlＸ合金）の
被覆層であるオーバーコート、または前記Al拡散層の表
面に、大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法および
蒸着法（EB-PVD）などによって、必要に応じてさらに、
酸化物含有ZrＯ 2系セラミックスからなるトップコート
（膜厚：30〜500μm）を形成し、高温強度のさらになる
改善を図ることが、より好ましい実施態様となる。上記
ZrO2系セラミックスのトップコートは、Ｙ2Ｏ3，CeＯ，
CaＯ，Sc2Ｏ3，MgＯ，Yb2Ｏ3およびCeＯ2のうちから選
ばれる１種以上の酸化物を含むZrＯ2系セラミックスが
用いられる。これをトップコートとして用いる理由は、
主として燃料の燃焼炎から放出される高温の輻射熱を防
ぐためである。なお、このトップコート中にZrＯ2以外
の酸化物を含有させる理由は、ZrＯ2単独では、高温に
加熱されたり、冷却された際、その結晶形が単斜晶⇔正
方晶⇔立方晶に変化し、それに伴って大きな体積変化
（４〜７%）を招いて自ら壊すため、かかる酸化物は５
〜40mass%程度として、体積変化率を緩和させることが
望ましい。
【００３３】（７） 基材および皮膜に対する熱処理
単相または複数層からなる本発明に係る上述した被覆層
の施工後、形成された溶射皮膜等に対し、熱処理、たと
えば下記の溶体化処理や時効処理を行うと、これらの皮
膜中のＢ（Ni−Ｂ合金めっき層、ＭCrAlＸ合金溶射層）
が、Ni基単結晶合金基材の塑性加工部に生成する変質層
部に拡散侵透して、その脆化特性を改善する効果がより
一層効果的に発揮される。 液体処理：1273Ｋ〜1573Ｋ，１〜20ｈ 時効処理： 973Ｋ〜1273Ｋ，１〜 5ｈ
の施工後、形成された溶射皮膜等に対し、熱処理、たと
えば下記の溶体化処理や時効処理を行うと、これらの皮
膜中のＢ（Ni−Ｂ合金めっき層、ＭCrAlＸ合金溶射層）
が、Ni基単結晶合金基材の塑性加工部に生成する変質層
部に拡散侵透して、その脆化特性を改善する効果がより
一層効果的に発揮される。 液体処理：1273Ｋ〜1573Ｋ，１〜20ｈ 時効処理： 973Ｋ〜1273Ｋ，１〜 5ｈ
【００３４】また、Ni基単結晶合金基材に対しても上記
の熱処理は有効である。それは、前記合金基材の場合、
多結晶合金基材に比較して、γ’相の析出温度が高いた
め、機械加工を受けた単結晶合金部材は、変質層生成の
有無やめっき膜および溶射皮膜等の形成の有無にかかわ
らず、各種の熱処理を施すことが好ましいからである。
即ち、このような熱処理によって、基材の変質層部への
Ｂの拡散侵透が効率よく進行し、その結果として、変質
層の生成に伴う合金部材の強度劣化を抑制することがで
きるようになるからである。基材に与えるこのような熱
処理としては、下記の条件のものが好ましい。 液体処理：1350Ｋ×１〜20ｈ 時効処理：1143Ｋ×１〜 5ｈ 時効処理：1353Ｋ×１〜 5ｈ
の熱処理は有効である。それは、前記合金基材の場合、
多結晶合金基材に比較して、γ’相の析出温度が高いた
め、機械加工を受けた単結晶合金部材は、変質層生成の
有無やめっき膜および溶射皮膜等の形成の有無にかかわ
らず、各種の熱処理を施すことが好ましいからである。
即ち、このような熱処理によって、基材の変質層部への
Ｂの拡散侵透が効率よく進行し、その結果として、変質
層の生成に伴う合金部材の強度劣化を抑制することがで
きるようになるからである。基材に与えるこのような熱
処理としては、下記の条件のものが好ましい。 液体処理：1350Ｋ×１〜20ｈ 時効処理：1143Ｋ×１〜 5ｈ 時効処理：1353Ｋ×１〜 5ｈ
【００３５】なお、Ni基合金基材や前記皮膜について、
上述した熱処理を行わずとも、たとえば、Ni基単結晶合
金翼部材の場合には、実機ガスタービン環境に曝される
と、翼部材温度は最高で1170Ｋ〜1200Ｋ程度に加熱され
る。従って、このような加熱環境では、実質的に上記皮
膜から基材変質層へのＢの拡散侵透が行われ、初期の目
的が達成されることがある。このような場合、Ni基単結
晶合金基材、Ni基一方向凝固合金基材、Ni基多結晶合金
基材などのガスタービン動静翼部材の熱処理として、下
記のような条件が好適である。 液体処理：1273Ｋ〜1573Ｋ，１〜20ｈ 時効処理： 973Ｋ〜1273Ｋ，１〜15ｈ
上述した熱処理を行わずとも、たとえば、Ni基単結晶合
金翼部材の場合には、実機ガスタービン環境に曝される
と、翼部材温度は最高で1170Ｋ〜1200Ｋ程度に加熱され
る。従って、このような加熱環境では、実質的に上記皮
膜から基材変質層へのＢの拡散侵透が行われ、初期の目
的が達成されることがある。このような場合、Ni基単結
晶合金基材、Ni基一方向凝固合金基材、Ni基多結晶合金
基材などのガスタービン動静翼部材の熱処理として、下
記のような条件が好適である。 液体処理：1273Ｋ〜1573Ｋ，１〜20ｈ 時効処理： 973Ｋ〜1273Ｋ，１〜15ｈ
【００３６】（８） 本発明に係るNi基合金部材の被覆
層断面構造 図１は、本発明に係るNi基高温強度部材の断面構造例を
示したものである。 図１（ａ）は、Ni基単結晶合金基材１の表面に、Ni
−Ｂ合金めっき膜のアンダーコート２を形成した場合の
断面である。 図１（ｂ）は、前記Ni−Ｂ合金めっき膜である（ア
ンダーコート２）の上に、耐熱合金被覆層としてＭCrAl
Ｘ合金によるオーバーコート３を形成した場合の断面構
造図である。このオーバーコート３は、アンダーコート
２および合金基材１の高温燃焼ガスによる酸化や腐食を
防ぐとともに、アンダーコートとの優れた密着性を確保
しつつ、アンダーコート中からＢが基材中へ拡散を助け
て変質層の生成に伴う基材の高温強度の低下を抑制する
役目を果すものである。 図２（ｃ）は、上記（ｂ）に示した構造の複合皮膜
に対して、Al拡散浸透処理を施してAl拡散層4を形成し
たものの断面構造を示したものである。この例は、上述
した耐熱合金被覆層2のみでも、耐高温環境性を示して
いるが、Ni基単結晶合金製翼材が用いられている最近の
ガスタービンは、従来の多結晶合金製翼材よりも一段と
高温になる。そこで、保護皮膜の耐高温環境性をより一
層発揮させるために最外層のAl濃度を向上させたもので
ある。なお、Al拡散浸透処理は、既知の気相法（ＣＶＤ
法）や粉末法（例えば、本発明者の一人が出願した特許
第2960664号、特許第2960665号参照）に従うことが望ま
しい。 図２（ｄ）は、上記ＭCrAlＸ合金による耐熱合金の
オーバーコートの上に、さらにZrＯ2系セラミックスの
被覆層５を、トップコートとして設けたものの断面構造
図である。ガスタービンなどでは、燃焼フレームを熱源
とする強い輻射熱が発生するため、熱伝導率の低い、Zr
Ｏ2系セラミックス被覆層を最外層に設けて輻射熱障害
を防止するものである。該ZrＯ2系セラミックスとして
は、Y2O3，CeＯ2，CaＯ，Yb2Ｏ3，Sc2Ｏ3，MgＯのなか
から選ばれるいずれか少なくとも１種の酸化物を含むZr
Ｏ2系セラミックスが好適である。
層断面構造 図１は、本発明に係るNi基高温強度部材の断面構造例を
示したものである。 図１（ａ）は、Ni基単結晶合金基材１の表面に、Ni
−Ｂ合金めっき膜のアンダーコート２を形成した場合の
断面である。 図１（ｂ）は、前記Ni−Ｂ合金めっき膜である（ア
ンダーコート２）の上に、耐熱合金被覆層としてＭCrAl
Ｘ合金によるオーバーコート３を形成した場合の断面構
造図である。このオーバーコート３は、アンダーコート
２および合金基材１の高温燃焼ガスによる酸化や腐食を
防ぐとともに、アンダーコートとの優れた密着性を確保
しつつ、アンダーコート中からＢが基材中へ拡散を助け
て変質層の生成に伴う基材の高温強度の低下を抑制する
役目を果すものである。 図２（ｃ）は、上記（ｂ）に示した構造の複合皮膜
に対して、Al拡散浸透処理を施してAl拡散層4を形成し
たものの断面構造を示したものである。この例は、上述
した耐熱合金被覆層2のみでも、耐高温環境性を示して
いるが、Ni基単結晶合金製翼材が用いられている最近の
ガスタービンは、従来の多結晶合金製翼材よりも一段と
高温になる。そこで、保護皮膜の耐高温環境性をより一
層発揮させるために最外層のAl濃度を向上させたもので
ある。なお、Al拡散浸透処理は、既知の気相法（ＣＶＤ
法）や粉末法（例えば、本発明者の一人が出願した特許
第2960664号、特許第2960665号参照）に従うことが望ま
しい。 図２（ｄ）は、上記ＭCrAlＸ合金による耐熱合金の
オーバーコートの上に、さらにZrＯ2系セラミックスの
被覆層５を、トップコートとして設けたものの断面構造
図である。ガスタービンなどでは、燃焼フレームを熱源
とする強い輻射熱が発生するため、熱伝導率の低い、Zr
Ｏ2系セラミックス被覆層を最外層に設けて輻射熱障害
を防止するものである。該ZrＯ2系セラミックスとして
は、Y2O3，CeＯ2，CaＯ，Yb2Ｏ3，Sc2Ｏ3，MgＯのなか
から選ばれるいずれか少なくとも１種の酸化物を含むZr
Ｏ2系セラミックスが好適である。
【００３７】
【実施例】（実施例１）この実施例では、表１に示すよ
うな化学成分を有するNi基単結晶合金（Ａ合金）Ni基一
方向凝固合金（Ｂ合金）とともに、比較例としてNi基多
結晶合金（Ｃ合金）を用い、合金の塑性加工に伴う変質
層の発生の有無を調査した。これらの供試材の熱処理条
件を表の下欄にそれぞれ記載した。表２には、ＭCrAlＸ
合金材料の化学成分、表３には塑性加工後に実施した熱
処理条件を示した。
うな化学成分を有するNi基単結晶合金（Ａ合金）Ni基一
方向凝固合金（Ｂ合金）とともに、比較例としてNi基多
結晶合金（Ｃ合金）を用い、合金の塑性加工に伴う変質
層の発生の有無を調査した。これらの供試材の熱処理条
件を表の下欄にそれぞれ記載した。表２には、ＭCrAlＸ
合金材料の化学成分、表３には塑性加工後に実施した熱
処理条件を示した。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
【００４１】（試験片の調整）表２記載のNi基単結晶合
金基材（寸法：直径10 mm×長10 mm）に対し、室温で下
記のような条件の塑性加工を施した。 （１） ブリネル硬度計の鋼球を980Nで押し付けた。 （２） 旋盤加工により、試験片の表面を約1mm切削 （３） JIS Z 0312に規定されている溶融アルミナグ
リット（1 mm〜2 mm）を用いて試験片に強く吹き付けた
もの 加工後の試験片は、表３記載のＡとＣの条件で熱処理を
施したのち冷却し、その断面を光学顕微鏡および走査型
電子顕微鏡によって観察した。表４は、顕鏡結果を要約
したものである。塑性加工を与えない試験片（試験片N
o.１）は、変質層が全く認められなかった。これに対
し、塑性加工を施した試験片は、熱処理条件の相違、塑
性加工法の種類にかかわらず変質層が発生し、特に旋盤
加工した試験片ではmax 50μmに達する変質層が生成し
ていた。この変質層は、粗大γ’析出相とγ相から構成
されており、また、変質層と未変化部での境界では（健
全部）高温強度因子のγ’相の分解らしい現象が認めら
れ、高温強度の低下に結び付く要因の生成が確認され
た。
金基材（寸法：直径10 mm×長10 mm）に対し、室温で下
記のような条件の塑性加工を施した。 （１） ブリネル硬度計の鋼球を980Nで押し付けた。 （２） 旋盤加工により、試験片の表面を約1mm切削 （３） JIS Z 0312に規定されている溶融アルミナグ
リット（1 mm〜2 mm）を用いて試験片に強く吹き付けた
もの 加工後の試験片は、表３記載のＡとＣの条件で熱処理を
施したのち冷却し、その断面を光学顕微鏡および走査型
電子顕微鏡によって観察した。表４は、顕鏡結果を要約
したものである。塑性加工を与えない試験片（試験片N
o.１）は、変質層が全く認められなかった。これに対
し、塑性加工を施した試験片は、熱処理条件の相違、塑
性加工法の種類にかかわらず変質層が発生し、特に旋盤
加工した試験片ではmax 50μmに達する変質層が生成し
ていた。この変質層は、粗大γ’析出相とγ相から構成
されており、また、変質層と未変化部での境界では（健
全部）高温強度因子のγ’相の分解らしい現象が認めら
れ、高温強度の低下に結び付く要因の生成が確認され
た。
【００４２】
【表４】
【００４３】（実施例２）この実施例では、Ni基単結晶
合金とNi基一方向凝固合金を用いて、塑性加工や熱処
理，Ni−Ｂ合金めっき膜（アンダーコート）やＭCrAlＸ
合金被覆層（オーバーコート）などの影響を、高温疲労
試験によって調査した。 （１）疲労試験要領と試験片の調整 疲労試験には、最大負荷5 ton，ストローク50 mm（伸び
圧縮とも），振動数0.01〜20Hzの性能を有する電気油圧
サーボ弁式疲労試験装置を用い、試験片の加熱は、高周
波誘導加熱方式を採用し、950 ℃大気中，応力比Ｒ=−
１，正弦応力波形，周波数10 Hzの条件で実施した。一
方、疲労試験用材料としては、Ni基単結晶合金とNi基一
方向凝固合金の２種とし、また、塑性歪の付与方法に
は、次のような方法を採用した。
合金とNi基一方向凝固合金を用いて、塑性加工や熱処
理，Ni−Ｂ合金めっき膜（アンダーコート）やＭCrAlＸ
合金被覆層（オーバーコート）などの影響を、高温疲労
試験によって調査した。 （１）疲労試験要領と試験片の調整 疲労試験には、最大負荷5 ton，ストローク50 mm（伸び
圧縮とも），振動数0.01〜20Hzの性能を有する電気油圧
サーボ弁式疲労試験装置を用い、試験片の加熱は、高周
波誘導加熱方式を採用し、950 ℃大気中，応力比Ｒ=−
１，正弦応力波形，周波数10 Hzの条件で実施した。一
方、疲労試験用材料としては、Ni基単結晶合金とNi基一
方向凝固合金の２種とし、また、塑性歪の付与方法に
は、次のような方法を採用した。
【００４４】 型鍛錬による圧縮歪の付与
図２に示すような凸部付き丸棒を切り出した後、凸部に
半径方向に換算して、約8.3 %に相当する圧縮歪を室温
でダイフォーミングによって与えた。その後、表３記載
の熱処理を行った後、試験片の中心部から図２（ｃ）に
示すように、平行部直径4 mm，平行部長さ10 mmの平滑
棒疲労試験片に加工した。 旋盤加工による歪の付与 供試材を旋盤によって半径を約１mm切削し、その後1353
K×100 hの熱処理を施したものから、疲労試験片を切り
出した。旋盤加工の条件は切り込む深さ0.2〜0.25 mm，
送り量0.051〜0.2 mmの範囲に変化させた。 Ni−Ｂ合金めっき膜の施工 上記試験片の表面を脱脂・水洗・５％ＨClによる軽い酸
洗・水洗などの前処理を行った後、ジメチル・アミン・
ボランを還元剤とする無電解めっき液中にて５μm厚のN
i−Ｂ合金めっき膜を形成させ、これをアンダーコート
とした。
半径方向に換算して、約8.3 %に相当する圧縮歪を室温
でダイフォーミングによって与えた。その後、表３記載
の熱処理を行った後、試験片の中心部から図２（ｃ）に
示すように、平行部直径4 mm，平行部長さ10 mmの平滑
棒疲労試験片に加工した。 旋盤加工による歪の付与 供試材を旋盤によって半径を約１mm切削し、その後1353
K×100 hの熱処理を施したものから、疲労試験片を切り
出した。旋盤加工の条件は切り込む深さ0.2〜0.25 mm，
送り量0.051〜0.2 mmの範囲に変化させた。 Ni−Ｂ合金めっき膜の施工 上記試験片の表面を脱脂・水洗・５％ＨClによる軽い酸
洗・水洗などの前処理を行った後、ジメチル・アミン・
ボランを還元剤とする無電解めっき液中にて５μm厚のN
i−Ｂ合金めっき膜を形成させ、これをアンダーコート
とした。
【００４５】（２）ＭCrAlＸ合金の溶射皮膜からなるオ
ーバーコートの形成 上記Ni−Ｂ合金めっき膜処理後の疲労試験片の平行部全
面に、減圧プラズマ溶射法によって、表２に記載のＭCr
AlＸ合金を、それぞれ150μm厚に施工した。
ーバーコートの形成 上記Ni−Ｂ合金めっき膜処理後の疲労試験片の平行部全
面に、減圧プラズマ溶射法によって、表２に記載のＭCr
AlＸ合金を、それぞれ150μm厚に施工した。
【００４６】（３） 疲労試験結果
Ni基単結晶合金について実施した結果を表５に示した。
この結果は、Ni基単結晶合金のバージン材（塑性加工し
ない試験片No.1）の強度を100として、他の試験片の平
均強度比で比較したものである。この結果から明らかな
ように、塑性加工を与えない合金では、ＭCrAlＸ合金被
覆層を成膜しても疲労強度上の変化は少なく、大気環境
による酸化反応を幾分抑制した程度である。これに対
し、Ni基単結晶合金製試験片に予め型鍛錬したもの（N
o.４）や旋盤加工を施したもの（No.８）では、熱処理
に合う再結晶化現象を発生するため、疲労強度は極端に
低下し、単結晶合金として致命的な強度低下を示した。
しかし、Ni−Ｂ合金めっき膜のアンダーコートを施工し
ておくと、試験片No.５，７，９，１１，１２に見られ
るように疲労強度の低下は非常に少なく、再結晶化に伴
う強度低下をほぼ防ぐことが可能であった。この傾向は
ＭCrAlＸ合金のみの施工（試験片No.６，１０）におい
ても認められるが、Ni−Ｂ合金めっき膜に比較すると強
度低下率の軽減効果が少ない。ＭCrAlＸ合金皮膜は、耐
高温環境性の効果によるものと考えられる。
この結果は、Ni基単結晶合金のバージン材（塑性加工し
ない試験片No.1）の強度を100として、他の試験片の平
均強度比で比較したものである。この結果から明らかな
ように、塑性加工を与えない合金では、ＭCrAlＸ合金被
覆層を成膜しても疲労強度上の変化は少なく、大気環境
による酸化反応を幾分抑制した程度である。これに対
し、Ni基単結晶合金製試験片に予め型鍛錬したもの（N
o.４）や旋盤加工を施したもの（No.８）では、熱処理
に合う再結晶化現象を発生するため、疲労強度は極端に
低下し、単結晶合金として致命的な強度低下を示した。
しかし、Ni−Ｂ合金めっき膜のアンダーコートを施工し
ておくと、試験片No.５，７，９，１１，１２に見られ
るように疲労強度の低下は非常に少なく、再結晶化に伴
う強度低下をほぼ防ぐことが可能であった。この傾向は
ＭCrAlＸ合金のみの施工（試験片No.６，１０）におい
ても認められるが、Ni−Ｂ合金めっき膜に比較すると強
度低下率の軽減効果が少ない。ＭCrAlＸ合金皮膜は、耐
高温環境性の効果によるものと考えられる。
【００４７】一方、Ni基一方向凝固合金について実施し
た結果を表６に示した。Ni基一方向凝固合金では塑性加
工の影響を単結晶合金ほど強く受けないが、ここでも疲
労強度は低下する。Ｂ含有合金の溶射皮膜は、Ni基一方
向凝固合金の再結晶化に伴う強度低下に対しても軽減効
果が認められている（試験片No.５，７，９，１１，１
２）。
た結果を表６に示した。Ni基一方向凝固合金では塑性加
工の影響を単結晶合金ほど強く受けないが、ここでも疲
労強度は低下する。Ｂ含有合金の溶射皮膜は、Ni基一方
向凝固合金の再結晶化に伴う強度低下に対しても軽減効
果が認められている（試験片No.５，７，９，１１，１
２）。
【００４８】
【表５】
【００４９】
【表６】
【００５０】（実施例３）この実施例では、表１記載の
Ni基単結晶合金の疲労試験片について、実施例２で採用
した塑性加工法として旋盤による切削加工、熱処理条件
として表３のＡ条件の熱処理を行った後、アンダーコー
トとして無電解めっき法によるNi−Ｂ合金めっき膜（8
μm厚、Ｂ含有量6mass％）、オーバーコートとして表２
記載のＭCrAlＸ合金皮膜を高速フレーム溶射法および減
圧プラズマ溶射法によって、120 μm厚に形成した。
Ni基単結晶合金の疲労試験片について、実施例２で採用
した塑性加工法として旋盤による切削加工、熱処理条件
として表３のＡ条件の熱処理を行った後、アンダーコー
トとして無電解めっき法によるNi−Ｂ合金めっき膜（8
μm厚、Ｂ含有量6mass％）、オーバーコートとして表２
記載のＭCrAlＸ合金皮膜を高速フレーム溶射法および減
圧プラズマ溶射法によって、120 μm厚に形成した。
【００５１】以上のような要領で成膜した試験片につい
て、実施例記載の熱疲労試験条件によって試験した。上
記試験片による1223Kにおける疲労試験結果を表７に示
した。この結果から明らかなように、さきに実施例２で
得られた比較例の塑性加工を与えない例（試験片No.
１）、また塑性加工を与えたものの、Ni−Ｂ合金めっき
のアンダーコートを形成していない条件（No.２）の疲
労強度試験結果を併記し、これらの測定値を基準として
比較した。これらの結果を要約すると、Ni基単結晶合金
に塑性加工を与えると、その疲労強度はバージン材（N
o.１）の32 %程度に低下するが、Ni−Ｂ合金めっきのア
ンダーコートを施工した後、ＭCrAlＸ合金のオーバーコ
ートを積層したもの（No.４，６）の疲労強度は、バー
ジン材の強度とほぼ同等にまで回復し、変質層の生成に
起因する強度低下を防止していることが認められる。一
方、塑性加工試験片の表面に、ＭCrAlＸ合金皮膜を直接
施工したもの（No.３，５）では、耐高温環境性は発揮
するものの、基材の疲労強度の低下の抑制には、Ni−Ｂ
合金めっきのアンダーコートほどの効果は認められなか
った。
て、実施例記載の熱疲労試験条件によって試験した。上
記試験片による1223Kにおける疲労試験結果を表７に示
した。この結果から明らかなように、さきに実施例２で
得られた比較例の塑性加工を与えない例（試験片No.
１）、また塑性加工を与えたものの、Ni−Ｂ合金めっき
のアンダーコートを形成していない条件（No.２）の疲
労強度試験結果を併記し、これらの測定値を基準として
比較した。これらの結果を要約すると、Ni基単結晶合金
に塑性加工を与えると、その疲労強度はバージン材（N
o.１）の32 %程度に低下するが、Ni−Ｂ合金めっきのア
ンダーコートを施工した後、ＭCrAlＸ合金のオーバーコ
ートを積層したもの（No.４，６）の疲労強度は、バー
ジン材の強度とほぼ同等にまで回復し、変質層の生成に
起因する強度低下を防止していることが認められる。一
方、塑性加工試験片の表面に、ＭCrAlＸ合金皮膜を直接
施工したもの（No.３，５）では、耐高温環境性は発揮
するものの、基材の疲労強度の低下の抑制には、Ni−Ｂ
合金めっきのアンダーコートほどの効果は認められなか
った。
【００５２】なお、この実施例の試験結果からは、高速
フレーム溶射皮膜と減圧プラズマ溶射皮膜の相違による
作用効果の差は認められず、一方で、両皮膜ともNi−Ｂ
合金めっき膜のアンダーコートの上に、オーバーコート
としてＭCrAlＸ合金皮膜を積層した場合には、基材の変
質層の生成に伴う疲労強度の低下が抑制できるととも
に、高温環境下におけるアンダーコートの酸化消耗を防
止する作用も認められた。
フレーム溶射皮膜と減圧プラズマ溶射皮膜の相違による
作用効果の差は認められず、一方で、両皮膜ともNi−Ｂ
合金めっき膜のアンダーコートの上に、オーバーコート
としてＭCrAlＸ合金皮膜を積層した場合には、基材の変
質層の生成に伴う疲労強度の低下が抑制できるととも
に、高温環境下におけるアンダーコートの酸化消耗を防
止する作用も認められた。
【００５３】
【表７】
【００５４】（実施例４）この実施例では、Ni基単結晶
合金とNi基一方向凝固合金の表面に形成した本発明に適
合する被覆層についての耐熱衝撃性を調査した。 （１） 供試基材と試験片の形状寸法 供試基材として、表２記載の単結晶合金と一方向凝固合
金を用い、これを直径15 mm×長さ50 mmの丸棒試験片に
仕上げた。 （２） 試験片に対する塑性加工の有無 前記丸棒試験片の加工に対し、実施例１記載の旋盤加工
条件のものを製作した。 （３）供試皮膜の種類と皮膜形成方法 試験片に対するNi−Ｂ合金めっき膜であるアンダーコー
トの処理は、実施例２と同じ方法によって5μm厚にアン
ダーコートを形成した後、表２記載のＭCrAlＸ合金を減
圧プラズマ溶射法および高速フレーム溶射法によって、
膜厚150μm厚に施工したものを作製した後、さらに前記
オーバーコートの上に、トップコートとしてＹ2Ｏ3を8
mass％含むZrＯ2セラミックの皮膜を大気プラズマ溶射
法で300μm厚電子ビーム蒸着法で200μm厚に形成したも
のを熱衝撃試験片とした。 （４）熱衝撃試験条件 950℃に維持した電気炉に試験片を15 min静置して加熱
し、その後25℃の水中に投入して冷却する操作を１サイ
クルとし、これを10サイクル繰返し、皮膜の外観変化と
剥離の有無を調査した。 （５）試験結果 試験結果を表８要約した。この結果から明らかなよう
に、一般に広く使用されているＭCrAlＸ合金の皮膜層と
Ｙ2Ｏ3・ZrＯ2セラミックス被覆層の組合せによる熱遮
蔽皮膜（試験片No.１，２）は、10回の繰返しによる熱
衝撃試験に耐え、トップコートの割れや剥離は認められ
なかった。本発明にかかる複合皮膜（No.３〜６）につ
いてもトップコートのＹ2Ｏ3・ZrＯ2には、割れや局部
剥離の兆候は全く認めらず健全な状態を維持し、現行の
熱遮蔽皮膜として汎用されている皮膜に対して全く遜色
のない熱衝撃抵抗を有していることが確かめられた。当
然のことながらNi−ＢめっきのアンダーコートとＭCrAl
Ｘ合金のオーバーコートとの界面の接合力についても十
分な性能を保持していることが観察され、剥離現象は認
められなかった。
合金とNi基一方向凝固合金の表面に形成した本発明に適
合する被覆層についての耐熱衝撃性を調査した。 （１） 供試基材と試験片の形状寸法 供試基材として、表２記載の単結晶合金と一方向凝固合
金を用い、これを直径15 mm×長さ50 mmの丸棒試験片に
仕上げた。 （２） 試験片に対する塑性加工の有無 前記丸棒試験片の加工に対し、実施例１記載の旋盤加工
条件のものを製作した。 （３）供試皮膜の種類と皮膜形成方法 試験片に対するNi−Ｂ合金めっき膜であるアンダーコー
トの処理は、実施例２と同じ方法によって5μm厚にアン
ダーコートを形成した後、表２記載のＭCrAlＸ合金を減
圧プラズマ溶射法および高速フレーム溶射法によって、
膜厚150μm厚に施工したものを作製した後、さらに前記
オーバーコートの上に、トップコートとしてＹ2Ｏ3を8
mass％含むZrＯ2セラミックの皮膜を大気プラズマ溶射
法で300μm厚電子ビーム蒸着法で200μm厚に形成したも
のを熱衝撃試験片とした。 （４）熱衝撃試験条件 950℃に維持した電気炉に試験片を15 min静置して加熱
し、その後25℃の水中に投入して冷却する操作を１サイ
クルとし、これを10サイクル繰返し、皮膜の外観変化と
剥離の有無を調査した。 （５）試験結果 試験結果を表８要約した。この結果から明らかなよう
に、一般に広く使用されているＭCrAlＸ合金の皮膜層と
Ｙ2Ｏ3・ZrＯ2セラミックス被覆層の組合せによる熱遮
蔽皮膜（試験片No.１，２）は、10回の繰返しによる熱
衝撃試験に耐え、トップコートの割れや剥離は認められ
なかった。本発明にかかる複合皮膜（No.３〜６）につ
いてもトップコートのＹ2Ｏ3・ZrＯ2には、割れや局部
剥離の兆候は全く認めらず健全な状態を維持し、現行の
熱遮蔽皮膜として汎用されている皮膜に対して全く遜色
のない熱衝撃抵抗を有していることが確かめられた。当
然のことながらNi−ＢめっきのアンダーコートとＭCrAl
Ｘ合金のオーバーコートとの界面の接合力についても十
分な性能を保持していることが観察され、剥離現象は認
められなかった。
【００５５】
【表８】
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、予め歪や塑性加工
を受けた従来のNi基単結晶合金およびNi基一方向凝固合
金基材は、これらが高温に加熱されると、表面に再結晶
化を伴う変質層を生成し、これが起点となって僅かな負
荷応力によっても容易に破壊され、この種の合金が有す
る優れた高温強度を発揮することができないという致命
的な欠陥があった。これに対し、本発明によれば、Ni基
単結晶合金の表面に、無電解めっきなどによって、Ni−
Ｂ合金めっき膜を形成して、これをアンダーコートと
し、その上に溶射法などによって耐高温環境性に優れた
ＭCrAlＸ合金皮膜の被覆層を形成したり、さらにはセラ
ミックス質トップコートを形成することによって、該Ni
基単結晶合金が高温に加熱された際に生成する再結晶粒
界にＢが拡散侵透して、再結晶粒界の相互結合力を強化
し、前記基材本来の強度を発揮することができるように
なる。
を受けた従来のNi基単結晶合金およびNi基一方向凝固合
金基材は、これらが高温に加熱されると、表面に再結晶
化を伴う変質層を生成し、これが起点となって僅かな負
荷応力によっても容易に破壊され、この種の合金が有す
る優れた高温強度を発揮することができないという致命
的な欠陥があった。これに対し、本発明によれば、Ni基
単結晶合金の表面に、無電解めっきなどによって、Ni−
Ｂ合金めっき膜を形成して、これをアンダーコートと
し、その上に溶射法などによって耐高温環境性に優れた
ＭCrAlＸ合金皮膜の被覆層を形成したり、さらにはセラ
ミックス質トップコートを形成することによって、該Ni
基単結晶合金が高温に加熱された際に生成する再結晶粒
界にＢが拡散侵透して、再結晶粒界の相互結合力を強化
し、前記基材本来の強度を発揮することができるように
なる。
【００５７】これらの効果は、Ni基単結晶合金やNi基一
方向凝固合金製のガスタービン翼部材などのように、製
造・組立工程はもとより、運転中または運転後の皮膜再
処理工程などにおける歪の付与や塑性加工を伴う機会が
多い高温強度部材に適用した場合に、上記危険因子を完
全に払拭することができ有効である。従って、本発明に
よれば、この種の合金製ガスタービン翼部材の品質およ
び生産性の向上に資するとともに、ガスタービンの長期
安定運転と発電単価の低減に大きく寄与することができ
る。
方向凝固合金製のガスタービン翼部材などのように、製
造・組立工程はもとより、運転中または運転後の皮膜再
処理工程などにおける歪の付与や塑性加工を伴う機会が
多い高温強度部材に適用した場合に、上記危険因子を完
全に払拭することができ有効である。従って、本発明に
よれば、この種の合金製ガスタービン翼部材の品質およ
び生産性の向上に資するとともに、ガスタービンの長期
安定運転と発電単価の低減に大きく寄与することができ
る。
【図１】本発明のＢ処理を利用してNi基単結晶合金また
はNi基一方向凝固合金部材上に、耐熱合金による被覆層
を形成した場合の積層構造の例を示す断面図である。
はNi基一方向凝固合金部材上に、耐熱合金による被覆層
を形成した場合の積層構造の例を示す断面図である。
【図２】凸部付き丸棒素材に対する凸部のダイフォーミ
ングによる応力の負荷とその丸棒からの高温疲労強度試
験片の採取要領を示す図である。
ングによる応力の負荷とその丸棒からの高温疲労強度試
験片の採取要領を示す図である。
【図３】塑性加工部に生成する変質層の形状例を示す金
属顕微鏡写真である。
属顕微鏡写真である。
【図４】疲労試験片の破断面の状況と変質層が、破壊の
起点となっていることを示す金属顕微鏡写真である。
起点となっていることを示す金属顕微鏡写真である。
１ Ni基合金基材
２ Ni−Ｂ合金めっきのアンダーコート
３ ＭCrAlX合金層のオーバーコート
４ Al拡散層
５ ZrＯ2系セラミックス層のトップコート
２１ 疲労試験片
２２ 疲労試験片の中央につくられた凸部を示し、矢印
の方向から圧力が負荷さている状況を示す。 ２３ 疲労試験を行う際の固定部
の方向から圧力が負荷さている状況を示す。 ２３ 疲労試験を行う際の固定部
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）
Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｃ
Ｆターム(参考） 3G002 BA06 BA08 BB04 BB05 CA11
CA13 CB07 EA05 EA06 EA08
4K044 AB10 BA01 BA02 BA04 BA06
BA08 BA10 BA12 BA18 BB01
BB03 BB04 BB05 BC11 CA11
CA12 CA13 CA14 CA15 CA18
CA21 CA62
Claims (14)
- 【請求項１】 Ni基合金基材の表面に、ニッケル・ボロ
ン合金めっき層を設けてなるNi基高温強度部材。 - 【請求項２】 Ni基合金基材の表面に、ニッケル・ボロ
ン合金めっき層であるアンダーコートを設け、そのアン
ダーコートの上に、耐熱合金の被覆層であるオーバーコ
ートを設けてなるNi基高温強度部材。 - 【請求項３】 Ni基合金基材の表面に、ニッケル・ボロ
ン合金めっき層であるアンダーコートを設け、そのアン
ダーコートの上に、耐熱合金の被覆層であるオーバーコ
ートを設け、さらにそのオーバーコートの上に耐熱性セ
ラミックスの被覆層であるトップコートを設けてなるNi
基高温強度部材。 - 【請求項４】 Ni基合金基材が、Ni基単結晶合金もしく
はNi基一方向凝固合金であることを特徴とする請求項１
〜３のいずれか１項に記載のNi基高温強度部材。 - 【請求項５】 耐熱合金の被覆層であるオーバーコート
の表面に、Al拡散浸透層を形成してなることを特徴とす
る請求項２〜３のいずれか１項に記載のNi基高温強度部
材。 - 【請求項６】 耐熱合金は、Co，Ni，Cr，FeおよびAlの
うちから選ばれる少なくとも２種の元素を含む合金に対
し、さらにＹ，Hf，Ta，Cs，Ce，La，Th，W，Si，Ptお
よびMnのうちから選ばれる少なくとも１種の元素を添加
してなる合金であることを特徴とする請求項２〜３のい
ずれか１項に記載のNi基高温強度部材。 - 【請求項７】 耐熱性セラミックスは、Ｙ2Ｏ3，CaＯ，
MgＯ，Yb2Ｏ3，Sc2Ｏ3およびCeＯ2から選ばれる少なく
とも１種の酸化物を含むZrＯ2系セラミックスであるこ
とを特徴とする請求項３に記載のNi基高温強度部材。 - 【請求項８】 Ni基合金基材の表面に、電気めっき法も
しくは無電解めっき法によって、ニッケル・ボロン合金
めっき層を形成することを特徴とするNi基高温強度部材
の製造方法。 - 【請求項９】 Ni基合金基材の表面に、電気めっき法も
しくは無電解めっき法によって、ニッケル・ボロン合金
めっき層を形成し、次いで、その上に、耐熱合金の被覆
層を溶射法または蒸着法によって積層形成することを特
徴とするNi基高温強度部材の製造方法。 - 【請求項１０】 Ni基合金基材の表面に、電気めっき法
もしくは無電解めっき法によって、ニッケル・ボロン合
金めっき層を形成し、次いで、その上に、耐熱合金の被
覆層を溶射法または蒸着法によって積層形成し、さらに
その後、最外層として、耐熱性セラミックスの被覆層を
積層形成することを特徴とするNi基高温強度部材の製造
方法。 - 【請求項１１】 Ni基合金基材が、Ni基単結晶合金もし
くはNi基一方向凝固合金であることを特徴とする請求項
８〜１０のいずれか１項に記載のNi基高温強度部材の製
造方法。 - 【請求項１２】 前記耐熱合金の被覆層であるオーバー
コートの表面に、Al拡散浸透層を施すことを特徴とする
請求項９または１０に記載のNi基高温強度部材の製造方
法。 - 【請求項１３】 アンダーコート、オーバーコートおよ
び／またはトップコート形成後に、熱処理を施すことを
特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のNi基
高温強度部材の製造方法。 - 【請求項１４】 前記Co，Ni，Cr，FeおよびAlのうちか
ら選ばれる少なくとも２種の元素を含む合金に対し、
Ｙ，Hf，Ta，Cs，Ce，La，Th，W，Si，Pt，TiおよびMn
のうちから選ばれる少なくとも１種の元素を添加した耐
熱合金からなり、そして、セラミックの被覆層は、Ｙ2
Ｏ3，CaＯ，MgＯ，Yb2Ｏ3，Sc2Ｏ3およびCeＯ2から選ば
れる少なくとも１種の酸化物を含むZrＯ2系セラミック
スであることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１
項に記載のNi基高温強度部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002096081A JP3779228B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | Ｎｉ基高温強度部材およびその製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002096081A JP3779228B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | Ｎｉ基高温強度部材およびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003293164A true JP2003293164A (ja) | 2003-10-15 |
| JP3779228B2 JP3779228B2 (ja) | 2006-05-24 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007262447A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 耐酸化膜及びその形成方法、遮熱コーティング、耐熱部材、及びガスタービン |
| CN105350042A (zh) * | 2015-10-28 | 2016-02-24 | 上海大学 | 涂覆于高温合金表面的β-（Ni，Pt）Al单相合金层的制备方法 |
| CN111549258A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-08-18 | 西安石油大学 | 一种高温润滑复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114657544A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-06-24 | 彭州航大新材料有限公司 | 一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺及钴铝渗层 |
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| JPH07247803A (ja) * | 1994-03-14 | 1995-09-26 | Toshiba Corp | タービンブレードの製造方法 |
| JP2000096206A (ja) * | 1998-09-18 | 2000-04-04 | Tocalo Co Ltd | 耐高温溶射被覆部材 |
| JP2001192862A (ja) * | 1999-11-23 | 2001-07-17 | General Electric Co <Ge> | 金属基材の環境保護皮膜系並びに関連方法 |
| JP2001355081A (ja) * | 2000-06-14 | 2001-12-25 | Osaka Gas Co Ltd | 耐熱部材およびその製造方法 |
-
2002
- 2002-03-29 JP JP2002096081A patent/JP3779228B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN105350042A (zh) * | 2015-10-28 | 2016-02-24 | 上海大学 | 涂覆于高温合金表面的β-（Ni，Pt）Al单相合金层的制备方法 |
| CN105350042B (zh) * | 2015-10-28 | 2018-03-06 | 上海大学 | 涂覆于高温合金表面的β‑（Ni，Pt）Al单相合金层的制备方法 |
| CN111549258A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-08-18 | 西安石油大学 | 一种高温润滑复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114657544A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-06-24 | 彭州航大新材料有限公司 | 一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺及钴铝渗层 |
| CN114657544B (zh) * | 2022-03-24 | 2023-10-27 | 彭州航大新材料有限公司 | 一种镍基高温合金内腔表面的渗铝钴工艺及钴铝渗层 |
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