JP2011514933A5

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Publication number: JP2011514933A5
Application number: JP2010547620A
Authority: JP
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2029-02-13

Description

本発明のコーティングの塗布に使用し得る、当該分野で既知の類のプラズマ溶射システムの１タイプの概略断面図１００である。〜従来型の被覆したままのプラズマ溶射酸化イットリウムコーティングの表面の比較顕微鏡写真２００、２１０、２２０であり、倍率は各々３００倍、１０００倍、５０００倍である。〜還元化学プラズマに曝露後の、図２Ａ〜２Ｃの被覆したままのプラズマ溶射酸化イットリウムコーティングの表面の顕微鏡写真２３０、２４０、２５０である。図２Ｄの倍率は３００倍、図２Ｅの倍率は１０００倍、図２Ｆの倍率は５０００倍である。〜ラップ仕上げ（研磨）後の被覆したままのプラズマ溶射酸化イットリウムコーティングの表面の顕微鏡写真３００、３１０、３２０であり、倍率は各々３００倍、１０００倍、５０００倍である。〜還元化学プラズマに曝露後の、図３Ａ〜３Ｃのラップ仕上げ（研磨）後の溶射酸化イットリウムコーティングの表面の顕微鏡写真３３０、３４０、３５０である。図３Ｄの倍率は３００倍、図３Ｅの倍率は１０００倍、図３Ｆの倍率は５０００倍である。比較例であり、本発明以前の技術を利用して形成した、被覆したままのプラズマ溶射酸化イットリウムコーティングの表面に沿った中心線４１０からの表面粗さ（ミクロン）範囲のグラフ４００である。本発明の実施形態の技術を利用して形成した、被覆したままのプラズマ溶射酸化イットリウムコーティングの表面に沿った中心線４３０からの表面粗さ（ミクロン）範囲のグラフ４２０である。〜比較顕微鏡写真５１０、５２０であり、本発明以前のプラズマ溶射技術を利用して形成したプラズマ溶射酸化イットリウムコーティングのモルホロジーの上面図であり、倍率は各々２００倍、１０００倍である。〜顕微鏡写真５３０、５４０であり、本発明の実施形態のプラズマ溶射技術を利用して形成したプラズマ溶射酸化イットリウムコーティングのモルホロジーの上面図であり、倍率は各々２００倍、１０００倍である。アルミニウム合金基体６０２の側部断面の顕微鏡写真６００であり、アルミニウム合金基体６０２の表面６０４上に酸化イットリウムコーティング６０６が堆積されている。これは比較顕微鏡写真であり、本発明以前のプラズマ溶射技術を利用して形成したこの構造の特徴を示し、倍率は２００倍である。アルミニウム合金基体６１２の側部断面の顕微鏡写真６１０であり、アルミニウム合金基体６１２の表面６１４上に酸化イットリウムコーティング６１６が堆積されている。この顕微鏡写真は、本発明の実施形態であるプラズマ溶射技術を利用して形成したこの構造の特徴を示し、倍率は２００倍である。従来の溶射コーティング技術を利用して（アルミニウム合金基体上に）塗布したプラズマ溶射酸化イットリウムコーティングの場合の目盛７０２に示されるエロージョン速度７０４を、酸化イットリウムのバルク基体の場合のエロージョン速度７０６、本発明の実施形態を利用して（アルミニウム基体上に）塗布したプラズマ溶射酸化イットリウムコーティングの場合のエロージョン速度７０８と比較したブロック図７００である。これらの試料基体の各々は、同じ還元種含有プラズマに曝露された。一連のバルク焼結材料の目盛７２２に示されるエロージョン速度を比較したブロック図７２０である。各試料基体は、同じ還元種含有プラズマに曝露された。図７Ｂでエロージョン速度を示した様々なバルク材料の組成を記載した表８００である。表８００で挙げた材料の大多数を示す相図９００である。

図１は、本発明のコーティングの塗布に有用なプラズマ溶射システムの１タイプの概略断面図１００である。図１に図示の特定の装置は、エアロプラズマＫ．Ｋ．（ＡｅｒｏｐｌａｓｍａＫ．Ｋ．、東京、日本）社から入手可能なＡＰＳ７０００シリーズのエアロプラズマ溶射システム（ＡｅｒｏｐｌａｓｍａＳｐｒａｙｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）である。装置１００は、以下の部品：第１ＤＣ主電極１０２、第１補助電極１０４、第１アルゴン供給源１０６、第１空気供給源１０８、溶射材料粉末供給源１１０、カソードトーチ１１２、アクセレレータノズル１１４、プラズマアーク１１６、第２ＤＣ主電極１１８、第２補助電極１２０、第１アノードトーチ１２２Ａ及び第２アノードトーチ１２２Ｂ、溶射母材供給源１２４、第２アルゴン供給源１２６、第２空気供給源（プラズマトリミング）１２８（１２８Ａ、１２８Ｂ）、溶射膜１３０、プラズマジェット１３２、溶融粉末供給源１３４、第３アルゴン供給源１３６及びツインアノードαトーチ１３８を含む。

図４Ａは比較例であり、本発明以前の技術を利用して形成した、被覆したままのプラズマ溶射酸化イットリウムコーティングの表面に沿った中心線４１０からの表面粗さ（ミクロン）範囲のグラフ４００である。表面に沿った動程の距離が軸４０２上にミリメートル単位で示され、範囲の中心線の上の高さ又は下の深さがミクロン単位で軸４０４上に示される。範囲の中心線からの表面距離の値域は、約＋２３ミクロン（点４０６において）〜約−１７ミクロン（点４０８において）であった。

図４Ｂは被覆したままのプラズマ溶射酸化イットリウムコーティングの表面に沿った中心線４３０からの表面粗さ（ミクロン）範囲のグラフ４２０である。プラズマ溶射コーティングは、より小さい有効粒径の粉末をプラズマ溶射装置に供給する本発明の実施形態を利用して形成された。表面に沿った動程の距離が軸４２２上にミリメートル単位で示され、範囲の中心線の上の高さ又は下の深さがミクロン単位で軸４２４上に示される。範囲の中心線からの表面距離の値域は、約＋６ミクロン（点４２６において）〜約−４．５ミクロン（点４２８において）であった。表面の凹凸の高さ及び深さの範囲におけるこの大きな変化によって、腐食性の還元プラズマに曝露される保護コーティングの表面積が実質的に減少する。

Claims

化学的に活性である還元プラズマによるコロージョン又はエロージョンに耐性の物品であって、金属又は合金の基体を備え、基体はその表面上に溶射被覆されたイットリウム含有セラミックコーティングを有し、前記セラミックコーティングの多孔率が１．５％未満であり、前記セラミックコーティングの表面粗さが３μｍＲａ未満である物品。
前記多孔率が１．５％未満〜約０．１％である請求項１記載の物品。
前記多孔率が約１％〜約０．１％である請求項２記載の物品。
前記表面粗さが約１．５μｍＲａ未満〜約０．６μｍＲａである請求項３記載の物品
前記溶射被覆されたイットリウム含有セラミックコーティング材料の降伏電圧が少なくとも６５０Ｖ／ｍｉｌより高い請求項１記載の物品。
前記降伏電圧が約６５０Ｖ／ｍｉｌから約９００Ｖ／ｍｉｌの降伏電圧である請求項５記載の物品。
前記溶射被覆されたイットリウム含有セラミック材料が約５μｍ〜約４００μｍの厚さを有する請求項１又は５記載の物品。
前記材料の厚さが約２５μｍ〜約３００μｍである請求項７記載の物品。
前記イットリウム含有セラミック材料が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２固溶体、ＹＡＧ、ＹＦ_３及びこれらの組み合わせから成る群から選択される請求項７記載の物品。
前記溶射被覆されたイットリウム含有セラミック材料が、少なくとも８時間にわたってＨＣｌバブルテストを通過する請求項２記載の物品。
前記溶射被覆されたイットリウム含有セラミック材料が、少なくとも１０時間にわたってＨＣｌバブルテストを通過する請求項３記載の物品。
化学的に活性である還元プラズマによるコロージョン又はエロージョンに耐性の物品を製造する方法であって、金属又は合金の基体をイットリウム含有セラミック材料でプラズマ溶射被覆することによって物品を製造することを含み、前記イットリウム含有セラミック材料が約２２μｍ〜約０．１μｍの平均等価直径を有する粉末の形態である方法。
前記粉末が約１５μｍ〜約５μｍの平均等価直径を有する請求項１２記載の物品の製造方法。
前記イットリウム含有材料が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２固溶体、ＹＡＧ、ＹＦ_３及びこれらの組み合わせから成る群から選択される請求項１２又は１３記載の物品の製造方法。
前記イットリウム含有材料が、Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２固溶体、ＹＡＧ、ＹＦ_３及びこれらの組み合わせから成る群から選択される請求項１２記載の方法。
化学的に活性である還元プラズマによるコロージョン又はエロージョンに耐性の物品を製造する方法であって、金属又は合金の基体をイットリウム含有セラミック材料でプラズマ溶射被覆することによって物品を製造することを含み、前記イットリウム含有セラミック材料が、Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２固溶体、ＹＦ_３及びこれらの組み合わせから成る群から選択される方法。