JP2009522141A - 2つのパイロクロア相を含有する層組織 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
この金属結合層は、
好ましくは、(11〜13)重量%コバルト、特に12%コバルト、(20〜22)重量%クロム、特に21%クロム、(10.5〜11.5)重量%アルミニウム、特に11%アルミニウム、(0.3〜0.5)重量%イットリウム、特に0.4%イットリウム、(1.5〜2.5)重量%レニウム、特に2.0レニウム、及び残部ニッケルを有するか、
又は好ましくは、(24〜26)重量%コバルト、特に25%コバルト、(16〜18)重量%クロム、特に17%クロム、(9〜11)重量%アルミニウム、特に10%アルミニウム、(0.3〜0.5)重量%イットリウム、特に0.4%イットリウム、(1〜2)重量%レニウム、特に1.5%レニウム、及び残部ニッケルを有するか、
又は好ましくは、29%〜31%ニッケル、特に30%ニッケル、27%〜29%クロム、特に28%クロム、7%〜9%アルミニウム、特に8%アルミニウム、0.5%〜0.7%イットリウム、特に0.6%イットリウム、0.6%〜0.8%ケイ素、特に0.7%ケイ素、及び残部コバルトを有するか、
又は好ましくは、27%〜29%ニッケル、特に28%ニッケル、23%〜25%クロム、特に24%クロム、9%〜11%アルミニウム、特に10%アルミニウム、0.5%〜0.7%イットリウム、特に0.6%イットリウム、及び残部コバルトを有するか、
のいずれかである。
内側セラミック層10が、好ましくは完全に又は部分的に安定化された酸化ジルコニウム層が、金属結合層7上に又は(図示しない)酸化アルミニウム層上に、存在することが好ましい。好ましくは6重量%〜8重量%のイットリウムを含有するイットリウム安定化酸化ジルコニウム(YSZ)を使用することが好ましい。同様に、酸化ジルコニウムを安定させるために、酸化カルシウム、酸化セリウム又は酸化ハフニウムを使用することができる。
酸化ジルコニウムは、プラズマ溶射層として被着されることが好ましいが、電子ビーム蒸着(EBPVD)によって柱状構造として被着することも、また、好ましい。
合計層厚Dに占める内側層10の割合が20%〜30%であるとき、同様に有利な結果が達成される。好ましくは、内側層10の層厚は合計層厚Dの30%〜50%である。
同様に、内側層10の層厚が合計層厚Dの30%〜40%であると有利である。同様に、内側層10の層厚が合計層厚Dの40%〜50%であると好ましい。
パイロクロア相はZrO2層よりも良好な断熱特性を有するのではあるが、ZrO2層はパイロクロア相と全く同じ厚さに実施することができる。
従って、セラミック層は、パイロクロアAxByOz及びCrDsOtを有し、r≒2、s≒2、t≒7、O=酸素である。特にr=2、s=2、t=7である。
元素A、B、C及びDはすべて相互に異なるものとすることができる。AとCとが同じであると、BとDとは異なる。BとDとが同じであると、AとCとは異なる。
A=CとB=Dの組合せは排除されている。A=DとB≠Cとの組合せ又はC=BとA≠Dとの組合せは基本的に可能である。ガドリニウム(Gd)がA及びCとして使用されることが好ましい。
ハフニウム酸塩又はジルコン酸塩、つまり、Bとして、ハフニウム及び/又はジルコニウムが、好ましくはGd2Hf2O7(GHO)及び/又はGd2Zr2O7(GZO)が、使用されることが好ましい。
好ましくは、外側セラミック層13は、2つのパイロクロア相から成る。好ましくは、Gd2Hf2O7及びGd2Zr2O7が使用される。
混晶Ax(ByDw)Oz、Cs(DtBq)Ot又はA、B、C、D(つまり、例えばGd、Hf、Zr)の酸化物の割合は、最大20重量%、特に最大10重量%である。好ましくは、2つのパイロクロア相の割合は、少なくとも80重量%、特に少なくとも90重量%である。
ガスタービン100は、内部に、軸101を備えて回転軸線102の周りで回転可能に支承されるロータ103を有し、このロータはタービンロータとも称される。
ロータ103に沿って、順に、吸込ケーシング104、圧縮機105、同軸に配置される複数のバーナ107を備えた、例えば円環体状の、燃焼室110、特に環状燃焼室、タービン108、そして排気ケーシング109が続く。
環状燃焼室110は、例えば、環状の高温ガス通路111と連通している。そこでは、例えば、直列接続された4つのタービン段112がタービン108を形成する。
各タービン段112は、例えば、2つの翼輪で形成されている。作動媒体113の流れ方向に見て、高温ガス通路111内で、静翼列115に動翼120で形成される列125が続く。
そこでの温度に耐えるために、それらは、冷却材によって冷却することができる。
同様に、部材の基材は配向構造を有することができる。即ち、基材は単結晶(SX構造)であるか、又は縦配向粒子(DS構造)のみから成る。
部材用、特にタービン翼120、130及び燃焼室110の部材用、の材料として、例えば鉄基、ニッケル基又はコバルト基超合金が使用される。
そのような超合金は、例えば欧州特許第1204776号明細書、欧州特許第1306454号明細書、欧州特許出願公開第1319729号明細書、国際公開第99/67435号パンフレット又は国際公開第00/44949号パンフレットにより公知である。これらの文献は、合金の化学組成に関して、本発明の開示の一部を構成する。
翼130は、静翼130として、その翼端415に他のプラットホーム(図示せず)を有することができる。
翼付根183は、例えばハンマ頭部形に形成されている。他に、クリスマスツリー形又はダブテール形付根としての形成が可能である。
翼120、130は、翼板406を通流する媒体用に前縁409と後縁412とを有する。
そのような超合金は、例えば欧州特許第1204776号明細書、欧州特許第1306454号明細書、欧州特許出願公開第1319729号明細書、国際公開第99/67435号パンフレット又は国際公開第00/44949号パンフレッにより公知である。これらの文献は、合金の化学組成に関して本発明の開示の一部である。
その際、翼120、130は鋳造法によって、方向性凝固によって、鍛造法によって、フライス加工法によって、又はそれらの組合せによって作製することがおくことができる。
このような単結晶工作物の作製は、溶融体から、例えば方向性凝固によって行われる。これらは、液状金属合金が凝固されて、単結晶構造を形成する、即ち、単結晶工作物を形成する、つまり方向性を持って凝固される鋳造法である。
この場合、樹枝状結晶が熱流束に沿って整列し、柱状結晶粒状構造(柱状、即ち、工作物の全長にわたって延びる粒子。ここでは、一般的用語法により、「方向性凝固された」という。)又は単結晶構造のいずれかを形成する。即ち、工作物全体が単一の結晶から成る。この方法では、球状(多結晶)凝固への移行を避けねばならない。というのも、非方向性成長によって不可避的に横方向及び縦方向粒界が生じ、これが、方向性凝固部材又は単結晶部材の良好な特性を無にするからである。
このような方法が米国特許第6024792号明細書及び欧州特許出願公開第0892090号明細書により公知である。これらの明細書は、凝固プロセスに関して本発明の開示の一部を構成する。
その密度は、好ましくは、理論密度の95%である。
保護的酸化アルミニウム層(TGO=熱成長酸化物層)がMCrAlX層上に(中間層として又は最外層として)生成する。
この断熱層13は、MCrAlX層全体を被覆する。例えば電子ビーム蒸着(EB−PVD)等の適切な被覆法によって、断熱層内に柱状粒子が生成される。
別の被覆法、例えば大気プラズマ溶射(APS)、LPPS、VPS又はCVDが考えられる。断熱層は、耐熱衝撃性を改善するために多孔質、マイクロクラック又はマクロクラックのある粒子を有することができる。つまり、断熱層は、MCrAlX層よりも多孔質であることが好ましい。
好適な被覆法、例えば電子ビーム蒸着(EB−PVD)、によって断熱層内に柱状粒子が生成される。
別の被覆法、例えば大気プラズマ溶射(APS)、LPPS、VPS又はCVDが考えられてもよい。断熱層は、耐熱衝撃性を改善するために多孔質、マイクロクラック又はマクロクラックのある粒子を有することができる。
4 基材
7 結合層
10 内側セラミック層
13 外側セラミック層
D 合計層厚
Claims (30)
- 基材(4)を有し、この基材上に、一般経験式AxByOz(ここで、x≒2、y≒2、z≒7である。)を有する2つのパイロクロア相の混合物を含有する外側セラミック層(13)が設けられている層組織。
- Aがガドリニウム(Gd)である請求項1記載の層組織。
- 両方のパイロクロア相においてAとしてガドリニウムが使用される請求項1記載の層組織。
- 一方のパイロクロア相がハフニウム酸塩である請求項1、2又は3記載の層組織。
- 一方のパイロクロア相がジルコン酸塩である請求項1、2又は3記載の層組織。
- 一方のパイロクロア相がジルコン酸ガドリニウム(Gd2Zr2O7)である請求項1記載の層組織。
- 一方のパイロクロア相がハフニウム酸ガドリニウム(Gd2Hf2O7)である請求項1記載の層組織。
- セラミック層(13)の下に、内側セラミック層(10)、特に安定化酸化ジルコニウム層、特に6重量%〜8重量%のイットリウムで安定化した酸化ジルコニウム層が、設けられている請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 内側層(10)が、内側セラミック層(10)と外側セラミック層(13)との合計層厚(D)の10%〜50%の層厚を、有する請求項8記載の層組織。
- 内側層(10)の層厚及び外側層(13)の層厚が合計で300μmである請求項8又は9記載の層組織。
- 内側層(10)の層厚及び外側層(13)の層厚が合計で400μmである請求項8又は9記載の層組織。
- 層組織(1)が基材(4)上に、金属結合層(7)を、特にNiCoCrAlX合金から成る金属結合層を、有する請求項1記載の層組織。
- 金属結合層(7)が、重量%表示で、11%〜13%コバルト、特に12%コバルト、20%〜22%クロム、特に21%クロム、10.5%〜11.5%アルミニウム、特に11%アルミニウム、0.3%〜0.5%イットリウム、特に0.4%イットリウム、1.5%〜2.5%レニウム、特に2.0%レニウム、残部ニッケルの組成を有する請求項12記載の層組織。
- 金属結合層(7)が、重量%表示で、24%〜26%コバルト、特に25%コバルト、16%〜18%クロム、特に17%クロム、9%〜11%アルミニウム、特に10%アルミニウム、0.3%〜0.5%イットリウム、特に0.4%イットリウム、1%〜2%レニウム、特に1.5%レニウム、残部ニッケルの組成を有する請求項12記載の層組織。
- 金属結合層(7)が、重量%表示で、29%〜31%ニッケル、特に30%ニッケル、27%〜29%クロム、特に28%クロム、7%〜9%アルミニウム、特に8%アルミニウム、0.5%〜0.7%イットリウム、特に0.6%イットリウム、0.6%〜0.8%ケイ素、特に0.7%ケイ素、残部コバルトの組成を有する請求項1記載の層組織。
- 金属結合層(7)が、重量%表示で、27%〜29%ニッケル、特に28%ニッケル、23%〜25%クロム、特に24%クロム、9%〜11%アルミニウム、特に10%アルミニウム、0.5%〜0.7%イットリウム、特に0.6%イットリウム、残部コバルトの組成を有する請求項1記載の層組織。
- セラミック層(13)が、最大20重量%、特に最大10重量%の混晶を含有する請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- セラミック層(13)が混晶を含有しない請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 第1パイロクロア相と第2パイロクロア相との混合比が10:90である請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 第1パイロクロア相と第2パイロクロア相との混合比が20:80である請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 第1パイロクロア相と第2パイロクロア相との混合比が30:70である請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 第1パイロクロア相と第2パイロクロア相との混合比が40:60である請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 第1パイロクロア相と第2パイロクロア相との混合比が50:50である請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 第1パイロクロア相と第2パイロクロア相との混合比が60:40である請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 第1パイロクロア相と第2パイロクロア相との混合比が70:30である請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 第1パイロクロア相と第2パイロクロア相との混合比が80:20である請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 第1パイロクロア相と第2パイロクロア相との混合比が90:10である請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 外側セラミック層(13)が2つのパイロクロア相から成る請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の層組織。
- 2つのパイロクロア相が合計で、セラミック層(13)の少なくとも90重量%、特に少なくとも95重量%を、成す請求項1、2、3、4、6又は7記載の層組織。
- x=2、y=2、z=7である請求項1記載の層組織。
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