JP2008303438A - 遮熱コーティング部材とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の遮熱コーティング部材10は、基材1と、基材1上に形成された金属結合層2と、金属結合層2上に形成された遮熱コーティング層3とを含み、金属結合層2と遮熱コーティング層3との間に、酸化ハフニウムを含む酸化アルミニウムを主成分とする中間層4が形成されている。
【選択図】図1
Description
この構成によれば、中間層として、柱状組織を有する皮膜を形成することができる。これにより、熱サイクル環境における膨張、収縮に起因する内部応力を緩和することができ、また、酸化アルミニウムを含む中間層の存在によってTGOの成長を抑制できる。したがって本発明によれば、高温の熱サイクル環境における耐久性に優れた遮熱コーティング部材を提供することができる。
酸化ハフニウム含有量をかかる範囲とすることで、熱サイクル環境での耐久性に優れるとともに容易に製造可能な遮熱コーティング部材とすることができる。
また中間層における酸化アルミニウムに対する酸化ハフニウム含有量が0.2mol%以上0.8mol%以下であることが好ましい。このような範囲において、良好なTGOの成長抑制効果と、耐久性とを兼ね備えた遮熱コーティング部材が得られる。
このような構成とすることで、熱サイクル環境における耐久性に優れた遮熱コーティング部材が得られる。
また中間層の層厚が、1μm以上6μm以下であることがより好ましく、さらに好ましくは、前記中間層の層厚が、1μm以上3μm以下である。中間層を薄くすることで製造に要する時間を短縮し、効率よく製造できる遮熱コーティング部材とすることができる。
これらを用いることで耐熱性に優れた金属結合層を備える遮熱コーティング部材とすることができる。
本発明に係る遮熱コーティング部材は、熱サイクル環境において使用されるこれらの部品に好適に用いることができる。
この製造方法によれば、熱サイクル環境における耐久性に優れた遮熱コーティング部材を容易に製造することができる。
EB−PVDによれば、中間層の成膜速度を大きくすることができるので、中間層における柱状組織の形成が促進され、熱サイクル環境における耐久性に優れた遮熱コーティング部材を容易に製造することができる。
このような製造方法とすることで、原料塊の融点を、酸化アルミニウム単相の原料塊よりも下げることができるので、成膜時における原料塊内の温度勾配を小さくすることができ、蒸着粒子の流束を大きくかつ安定に形成することができる。したがって本発明によれば、良好な柱状組織を有する中間層を短時間で安定的に形成することができる。
酸化ハフニウム添加量を10mol%としたものにおいて顕著な柱状組織を有する中間層が得られており、上記添加量を10mol%安定的に良好な特性を有する中間層を形成することができる。
このような製造方法とすれば、中間層と遮熱コーティング層とを同一の成膜法によって形成できるので、製造効率や設備コストの点で有利である。また、EB−PVDによって遮熱コーティング層を形成することで、遮熱コーティング層についても柱状組織を有するものとすることができるので、熱サイクル環境における耐久性をさらに向上させることができる。
金属結合層2を構成する材料としては、耐食性,耐酸化性,および耐熱性が良好な観点から、MCrAlX合金(但しMはNi、Co、Feからなる群から選ばれた少なくとも1種、XはY,Hf,Ta,Cs,Ce,La,Th,W,Si,Pt,Mn及びBからなる群から選ばれた少なくとも1種)、アルミナイド系金属間化合物、又は白金アルミナイドが好ましい。
これらのうちでも、酸化ジルコニウムや酸化ハフニウムを用いることが好ましい。酸化ジルコニウム及び酸化ハフニウムは熱伝導率が低く、金属に近い熱膨張係数を有しているためである。また酸化ジルコニウムや酸化ハフニウムの相変化を抑制する安定化剤として、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化エルビウム(Er2O3)、酸化ガドリニウム(Gd2O3)、酸化イッテルビウム(Yb2O3)、酸化セリウム(CeO2)、酸化スカンジウム(Sc2O3)、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ランタン(La2O3)、酸化アルミニウム、酸化珪素(SiO2)などを含有するものがより好ましく用いられる。
詳細は後段の実施例に記載しているが、酸化ハフニウムを0.2mol%以上含有するものについて、酸化アルミニウムのみの中間層に比して顕著な柱状組織が得られる。また、含有量0.8mol%のものは、EB−PVDにおいて、酸化アルミニウム中に28mol%の酸化ハフニウムを含む原料塊を用いて形成することができる。ここで、酸化アルミニウム−酸化ハフニウム二元系状態図において、酸化ハフニウム28mol%が共晶点にあたり、酸化ハフニウムの含有量が28mol%を超えると、原料塊の融点が上昇して成膜安定性が低下するおそれがある。
これらのうちでも、特にEB−PVDを用いることが好ましい。EB−PVDによれば、CVD法などよりも成膜速度を大きくすることができるので、中間層4における柱状組織の形成が促進され、熱サイクル環境における耐久性に優れた皮膜を容易に形成することができる。
またEB−PVDによれば、溶射法よりも結晶性等において優れた皮膜を形成することができるという利点もある。また、成膜条件の調整によって中間層4中の酸化ハフニウム含有量を容易に調整でき、これによって中間層4における柱状組織の状態を制御することが可能である。
なお、0.1mol%の酸化ハフニウムを含む酸化アルミニウム皮膜においても、比較的微細な柱状組織が形成されるため、原料塊は少なくとも数mol%以上の酸化ハフニウムを含んでいればよいと考えられるが、微細な柱状組織を有する中間層4を安定に得る上では、10mol%以上とすることが好ましい。
例えば、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化エルビウム、酸化セリウム、酸化ネオジム(Nd2O3)、酸化プラセオジウム(Pr2O3)、酸化スカンジウムなどを挙げることができる。
本発明の遮熱コーティング部材は、ガスタービンやジェットエンジンのタービンブレードや燃焼器を構成することができる。
図2は、ガスタービンの一部の概略を示す図である。
図2において、Lはタービン軸線、20はタービンケーシング、30はタービン動翼、40はタービン静翼、50はタービンシュラウドである。タービン動翼30及びタービン静翼40は、それぞれタービン軸線Lの軸周りに放射状に配列されている。タービンシュラウド50は、複数のセグメントを周方向に連結することでリング状に形成されてタービン動翼30を取り囲んでいる。
なお、本発明の遮熱コーティング部材は、ガスタービン部品に限らず、ジェットエンジン部品などを含む高温用部材全般に適用できる。そして、これらの高温用部材の長寿命化による性能向上が図れるとともに、高温用部材を使用した機器の信頼性および耐久性を飛躍的に改善することが可能である。
本実施例では、製造条件を異ならせた複数の遮熱コーティング部材のサンプルを作製し、これらについて連続酸化試験及び熱サイクル試験を行うことで、各サンプルにおけるTGO抑制性能と耐久性とを検証した。以下に、各サンプルの製造条件、試験方法、及び評価結果について説明する。
単結晶超合金からなる基材1の表面にPtNiAl拡散法によって金属結合層2を厚さが約50μmとなるように施工した。その後、電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD法)によって、厚さ2μmの中間層4を金属結合層2の表面に形成した。そして、中間層4上に、厚さ約150μmのZrO2−4mol%Y2O3皮膜からなる遮熱コーティング層3を形成して、実施サンプル1を得た。
中間層4の施工条件は、成膜に用いた原料塊の組成が10mol%酸化ハフニウム添加の酸化アルミニウムであり、成膜時の基材回転速度が2回転/分、成膜速度が0.4μm/分である。
単結晶超合金からなる基材1の表面にPtNiAl拡散法によって金属結合層2を厚さが約50μmとなるように施工した。その後、電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD法)によって、厚さ2μmの中間層4を金属結合層2の表面に形成した。そして、中間層4上に、厚さ約150μmのZrO2−4mol%Y2O3皮膜からなる遮熱コーティング層3を形成して、実施サンプル2を得た。
中間層4の施工条件は、成膜に用いた原料塊の組成が20mol%酸化ハフニウム添加の酸化アルミニウムであり、成膜時の基材回転速度が2回転/分、成膜速度が0.4μm/分である。
単結晶超合金からなる基材1の表面にPtNiAl拡散法によって金属結合層2を厚さが約50μmとなるように施工した。その後、電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD法)によって、厚さ2μmの中間層4を金属結合層2の表面に形成した。そして、中間層4上に、厚さ約150μmのZrO2−4mol%Y2O3皮膜からなる遮熱コーティング層3を形成して、実施サンプル3を得た。
中間層4の施工条件は、成膜に用いた原料塊の組成が28mol%酸化ハフニウム添加の酸化アルミニウムであり、成膜時の基材回転速度が2回転/分、成膜速度が0.4μm/分である。
単結晶超合金からなる基材1の表面にPtNiAl拡散法によって金属結合層2を厚さが約50μmとなるように施工した。その後、電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD法)によって、厚さ2μmの中間層4を金属結合層2の表面に形成した。そして、中間層4上に、厚さ約150μmのZrO2−4mol%Y2O3皮膜からなる遮熱コーティング層3を形成して、比較サンプル1を得た。
中間層4の施工条件は、成膜に用いた原料塊は100%酸化アルミニウム(酸化ハフニウム未添加)であり、成膜時の基材回転速度が2回転/分、成膜速度が0.4μm/分である。
単結晶超合金からなる基材1の表面にPtNiAl拡散法によって金属結合層2を厚さが約50μmとなるように施工した。その後、中間層4を形成せずに、金属結合層2上に厚さ約150μmのZrO2−4mol%Y2O3皮膜からなる遮熱コーティング層3を形成して、比較サンプル2を得た。
以上のようにして作製した実施サンプル1〜3、及び比較サンプル1について、走査型電子顕微鏡による断面観察を行った。また、実施サンプル1〜3については、中間層4に含まれる酸化ハフニウム量についても測定した。
図3から図6は、それぞれ実施サンプル1〜3、比較サンプル1の断面SEM写真である。
図3から図6に併記しているように、成膜された中間層における酸化ハフニウムの含有量は、原料塊に添加した酸化ハフニウムよりも少なくなっている。
具体的には、実施サンプル1(原料塊10mol%酸化ハフニウム添加)では皮膜中の酸化ハフニウム量は0.2mol%であり、実施サンプル2(原料塊20mol%酸化ハフニウム添加)では皮膜中の酸化ハフニウム量は0.6mol%であり、実施サンプル3(原料塊28mol%酸化ハフニウム添加)では皮膜中の酸化ハフニウム量は0.8mol%である。このことから、原料塊への酸化ハフニウムの添加量を増やすと、それに伴って皮膜中への酸化ハフニウム量も増加することがわかる。
次に、作製した実施サンプル3、及び比較サンプル1,2について、連続酸化試験を実施することにより、各サンプルにおけるTGOの成長速度を比較した。連続酸化試験は、1120℃の待機炉中でサンプルを100時間加熱することにより行い、試験終了後のサンプルを切断して断面を走査型電子顕微鏡で観察してTGOの厚さを測定した。
また、この試験では、酸化ハフニウムを添加していない酸化アルミニウムのみからなる中間層を形成した比較サンプル1もTGO成長の点では、実施サンプル3とほぼ同等であり、中間層を設けない比較サンプル2よりも良好な結果が得られている。
次に、製造した各実施サンプルおよび比較サンプルに係る遮熱コーティング部材について、熱サイクル試験を実施することにより、各遮熱コーティング部材の耐久性を評価した。
熱サイクル試験は、各サンプルを、(1)1120℃の待機炉中で40分間加熱する処理と、(2)加熱後のサンプルを炉外に取り出して圧縮空気を吹き付けて5分間冷却する処理とを1サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返し行って、目視によりサンプルに剥離が生じているのを確認したところで試験を終了する。この試験では、剥離が確認されたサイクル数を耐久性の指標とすることができる。
本実施例では、実施サンプル及び比較サンプルを各々3個ずつ用意して熱サイクル試験を行い、3個のサンプルのサイクル数の平均により各条件の評価を行うこととした。
ところで、酸化アルミニウムのみからなる中間層を形成した比較サンプル1は、先の連続酸化試験では、中間層を形成していない比較サンプル2に対してTGO成長を抑制する効果が確認されている。しかしながら、熱サイクル試験では、比較サンプル1と比較サンプル2の剥離サイクル数は同程度である。このことから、酸化アルミニウムの中間層を形成することで金属結合層の酸化は抑制できるものの、単相の酸化アルミニウム皮膜は緻密な膜構造を有しているために熱サイクルに伴う内部応力が緩和されず、剥離を生じてしまうものと考えられる。これに対して、柱状組織を有する中間層を備えた実施サンプル3では、柱状構造の境界部分が緩衝部として機能して内部応力が緩和された結果、従来に比して剥離サイクル数を飛躍的に向上できたものと考えられる。
Claims (18)
- 基材と、前記基材上に形成された金属結合層と、前記金属結合層上に形成された遮熱コーティング層とを含む遮熱コーティング部材であって、
前記金属結合層と前記遮熱コーティング層との間に、酸化ハフニウムを含む酸化アルミニウムを主成分とする中間層が形成されていることを特徴とする遮熱コーティング部材。 - 前記中間層における酸化アルミニウムに対する酸化ハフニウム含有量が1mol%以下であることを特徴とする請求項1に記載の遮熱コーティング部材。
- 前記中間層における酸化アルミニウムに対する酸化ハフニウム含有量が0.1mol%以上1mol%以下であることを特徴とする請求項1に記載の遮熱コーティング部材。
- 前記中間層における酸化アルミニウムに対する酸化ハフニウム含有量が0.2mol%以上0.8mol%以下であることを特徴とする請求項1に記載の遮熱コーティング部材。
- 前記中間層が、層厚方向に配向した柱状組織を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の遮熱コーティング部材。
- 前記中間層の層厚が、1μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の遮熱コーティング部材。
- 前記中間層の層厚が、1μm以上6μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の遮熱コーティング部材。
- 前記中間層の層厚が、1μm以上3μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の遮熱コーティング部材。
- 前記中間層が、電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD)を用いて形成されたものであることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の遮熱コーティング部材。
- 前記金属結合層が、MCrAlX合金(Mは、Ni,Co,Fe及びそれらの合金からなる群から選ばれる少なくとも1種、XはY,Hf,Ta,Cs,Ce,La,Th,W,Si,Pt,Mn及びBからなる群から選ばれた少なくとも1種)、アルミナイド系金属間化合物、又は白金アルミナイドからなることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の遮熱コーティング部材。
- 前記基材が、ガスタービン部品であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の遮熱コーティング部材。
- 前記ガスタービン部品が、タービン静翼、タービン動翼、又は燃焼器部品であることを特徴とする請求項11に記載の遮熱コーティング部材。
- 基材と、前記基材上に形成された金属結合層と、前記金属結合層上に形成された遮熱コーティング層とを含む遮熱コーティング部材の製造方法であって、
前記基材上に形成された前記金属結合層の表面に、酸化ハフニウムを含む酸化アルミニウムを主成分とする中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、遮熱コーティング層を形成する工程と、
を有することを特徴とする遮熱コーティング部材の製造方法。 - 前記中間層を電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD)を用いて形成することを特徴とする請求項13に記載の遮熱コーティング部材の製造方法。
- 前記中間層を形成するに際して、35mol%以下の酸化ハフニウムを含む酸化アルミニウムからなる原料塊を用いることを特徴とする請求項14に記載の遮熱コーティング部材の製造方法。
- 前記中間層を形成するに際して、28mol%以下の酸化ハフニウムを含む酸化アルミニウムからなる原料塊を用いることを特徴とする請求項14に記載の遮熱コーティング部材の製造方法。
- 前記中間層を形成するに際して、10mol%以上28mol%以下の酸化ハフニウムを含む酸化アルミニウムからなる原料塊を用いることを特徴とする請求項14に記載の遮熱コーティング部材の製造方法。
- 前記遮熱コーティング層を電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD)を用いて形成することを特徴とする請求項13から請求項17のいずれか1項に記載の遮熱コーティング部材の製造方法。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011006755A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Japan Fine Ceramics Center | アルミナ薄膜形成用材料及び耐熱部材 |
JP2014173595A (ja) * | 2013-03-08 | 2014-09-22 | General Electric Co <Ge> | タービンブレード冷却チャネル形成 |
JP2019151929A (ja) * | 2018-03-02 | 2019-09-12 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | 遮熱コーティング |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5165040A (ja) * | 1974-11-07 | 1976-06-05 | Gen Electric | |
JPH0978257A (ja) * | 1995-09-11 | 1997-03-25 | Toshiba Corp | 遮熱被覆材料 |
JPH09310168A (ja) * | 1996-05-20 | 1997-12-02 | Toshiba Corp | 耐熱部材および耐熱部材の製造方法 |
JPH11504075A (ja) * | 1995-04-25 | 1999-04-06 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 保護被覆システムを有する超合金構成要素 |
JP2000160324A (ja) * | 1998-07-17 | 2000-06-13 | United Technol Corp <Utc> | 超合金部材及び超合金部材に耐久性のある耐熱コ―ティングを形成するための装置及び方法 |
JP2004270032A (ja) * | 2003-02-17 | 2004-09-30 | Japan Fine Ceramics Center | 遮熱コーティング部材およびその製造方法 |
JP2005133210A (ja) * | 2003-10-09 | 2005-05-26 | Snecma Moteurs | 電子ビームを受けて蒸発するターゲット、その製造方法、ターゲットから得られる遮熱材およびコーティング、ならびにこのコーティングを含む機械部品 |
-
2007
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5165040A (ja) * | 1974-11-07 | 1976-06-05 | Gen Electric | |
JPH11504075A (ja) * | 1995-04-25 | 1999-04-06 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 保護被覆システムを有する超合金構成要素 |
JPH0978257A (ja) * | 1995-09-11 | 1997-03-25 | Toshiba Corp | 遮熱被覆材料 |
JPH09310168A (ja) * | 1996-05-20 | 1997-12-02 | Toshiba Corp | 耐熱部材および耐熱部材の製造方法 |
JP2000160324A (ja) * | 1998-07-17 | 2000-06-13 | United Technol Corp <Utc> | 超合金部材及び超合金部材に耐久性のある耐熱コ―ティングを形成するための装置及び方法 |
JP2004270032A (ja) * | 2003-02-17 | 2004-09-30 | Japan Fine Ceramics Center | 遮熱コーティング部材およびその製造方法 |
JP2005133210A (ja) * | 2003-10-09 | 2005-05-26 | Snecma Moteurs | 電子ビームを受けて蒸発するターゲット、その製造方法、ターゲットから得られる遮熱材およびコーティング、ならびにこのコーティングを含む機械部品 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011006755A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Japan Fine Ceramics Center | アルミナ薄膜形成用材料及び耐熱部材 |
JP2014173595A (ja) * | 2013-03-08 | 2014-09-22 | General Electric Co <Ge> | タービンブレード冷却チャネル形成 |
JP2019151929A (ja) * | 2018-03-02 | 2019-09-12 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | 遮熱コーティング |
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