JP2012062511A5

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Publication number: JP2012062511A5
Application number: JP2010206651A
Authority: JP
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2013-05-09
Anticipated expiration: 2030-09-15

Description

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る耐高温部材は、耐熱合金製の母材と、多数の気孔が形成され、前記母材を被覆する多孔質セラミックス層と、を備える耐高温部材であって、前記多孔質セラミックス層のうち少なくとも表面側には、複合酸化物が含浸した複合酸化物含浸部を具備していることを特徴とする。
この構成によれば、多孔質セラミックス層のうち少なくとも表面側には、複合酸化物が含浸した複合酸化物含浸部を具備しているので、複合酸化物含浸部における気孔が複合酸化物で塞がれる。これにより、多孔質セラミックス層の表面からＣＭＡＳが深さ方向に侵入することを阻害するので、ＣＭＡＳが多孔質セラミックス層に浸透し難くなる。従って、ＣＭＡＳの浸透による母材の腐食を抑止することができると共に、多孔質セラミックス層において亀裂及び亀裂の成長を生じさせず、多孔質セラミックス層の剥離や喪失を抑止することができる。
また、気孔を塞ぐ複合酸化物は、構造的に安定していることからＣＭＡＳと反応し難いので、ＣＭＡＳ耐性を長期間に亘って安定して維持することができる。
さらに、気孔を複合酸化物が塞ぐので、機械的強度が向上する。これにより、多孔質セラミックス層のエロージョン耐性を向上させることができる。
これに加えて、多孔質セラミックス層により優れた遮熱効果を得られる他、多孔質セラミックス層の表面における気孔を複合酸化物が塞ぐことで、流体流れの中に耐高温部材を設けたとしても気孔において渦が発生しない。これにより、耐高温部材の表面の流動抵抗を、多孔質セラミックス層を形成しない場合に比べて小さくすることができる。

本発明の実施形態にガスタービン１の概略全体構成を示す図であって、ガスタービン１の半断面図である。本発明の実施形態に係る動翼１０の概略構成斜視図である。本発明の実施形態に係る動翼１０の要部断面拡大図である。本発明の実施例に係るサンプル１〜７についての融点とブラストエロージョン試験の結果（磨耗量の相対値）を示した対比表である。本発明の実施例に係るサンプル１における複合酸化物含浸部２５の含浸厚さｄと熱伝導率λとの関係を示すグラフである。本発明の実施例に係るサンプル２における複合酸化物含浸部２５の含浸厚さｄと熱伝導率λとの関係を示すグラフである。本発明の実施例に係るサンプル３（参考例）における複合酸化物含浸部２５の含浸厚さｄと熱伝導率λとの関係を示すグラフである。本発明の実施例に係る参考例サンプル４（参考例）における複合酸化物含浸部２５の含浸厚さｄと熱伝導率λとの関係を示すグラフである。本発明の実施例に係るサンプル５における複合酸化物含浸部２５の含浸厚さｄと熱伝導率λとの関係を示すグラフである。本発明の実施例に係るサンプル６（参考例）における複合酸化物含浸部２５の含浸厚さｄと熱伝導率λとの関係を示すグラフである。本発明の実施例に係る参考例サンプル７（参考例）における複合酸化物含浸部２５の含浸厚さｄと熱伝導率λとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施例について説明する。
以下、本発明の実施例について説明する。
本実施例は、エロージョン耐性向上の効果を確認するために、母材２１の表面上にＴＢＣ層２４を形成した試験体に、Ａｌ_２ＴｉＯ_５，ＺｒＴｉＯ_４，ＣｅＡｌＯ_３，ＣａＺｒＯ_３，Ａｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３，Ｃｅ_２ＳｉＯ_５，Ｚｒ_４ＡｌＯ_９を用いて複合酸化物含浸部２５をそれぞれ形成したサンプル１〜７（サンプル３，４，６，７は参考例）を用意し、サンプル１〜７に対してブラストエロージョン試験を行って磨耗量を測定したものである。
ボンドコート層２２は、Ｃｏ基またはＮｉ基のＭＣｒＡｌＹコーティングで形成されると共に０．０２〜０．５ｍｍとなっており、多孔質セラミックス層２３は、ＹＳＺなどの安定化ジルコニアで形成されると共に０．１〜２ｍｍとなっている。

サンプル３（参考例）は、ＣｅＡｌＯ_３を用いて複合酸化物含浸部２５を形成している。この複合酸化物含浸部２５は、セリアゾル１０％溶液とアルミナゾル１０％溶液とを、セリウムとアルミニウムとが１：１のモル比率になるように、セリアゾル１０％溶液を７６重量％及びアルミナゾル１０％溶液を２４重量％の割合で混合し、この混合ゾル溶液を多孔質セラミックス層２３の表面側に含浸させ、母材２１の熱処理を兼ねた焼成処理でＣｅＡｌＯ_３を生成させた。

サンプル４（参考例）は、ＣａＺｒＯ_３を用いて複合酸化物含浸部２５を形成している。この複合酸化物含浸部２５は、カルシアゾル１０％溶液とジルコニアゾル１０％溶液とを、カルシウムとジルコニウムとが１：１のモル比率になるように、カルシアゾル１０％溶液を２９重量％及びジルコニアゾル１０％溶液を７１重量％の割合で混合し、この混合ゾル溶液を多孔質セラミックス層２３の表面側に含浸させ、母材２１の熱処理を兼ねた焼成処理でＣａＺｒＯ_３を生成させた。

サンプル６（参考例）は、Ｃｅ_２ＳｉＯ_５を用いて複合酸化物含浸部２５を形成している。この複合酸化物含浸部２５は、セリアゾル１０％溶液とシリカゾル１０％溶液とを、セリウムとシリコンとが２：１のモル比率になるように、セリアゾル１０％溶液を８５重量％及びシリカゾル１０％溶液を１５重量％の割合で混合し、この混合ゾル溶液を多孔質セラミックス層２３の表面側に含浸させ、母材２１の熱処理を兼ねた焼成処理でＣｅ_２ＳｉＯ_５を生成させた。

サンプル７（参考例）は、Ｚｒ_４ＡｌＯ₉を用いて複合酸化物含浸部２５を形成している。この複合酸化物含浸部２５は、ジルコニアゾル１０％溶液とアルミナゾル１０％溶液とを、ジルコニウムとアルミニウムとが２：１のモル比率になるように、ジルコニアゾル１０％溶液を９１重量％及びアルミナゾル１０％溶液を９重量％の割合で混合し、この混合ゾル溶液を多孔質セラミックス層２３の表面側に含浸させ、母材２１の熱処理を兼ねた焼成処理でＺｒ_４ＡｌＯ₉を生成させた。

Claims

耐熱合金製の母材と、
多数の気孔が形成され、前記母材を被覆する多孔質セラミックス層と、を備える耐高温部材であって、
前記多孔質セラミックス層のうち少なくとも表面側には、複合酸化物が含浸した複合酸化物含浸部を具備していることを特徴とする耐高温部材。
前記複合酸化物は、Ａｌ_２ＴｉＯ_５であることを特徴とする請求項１に記載の耐高温部材。
前記複合酸化物含浸部は、その厚さが１０μｍ以上１７０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の耐高温部材。
前記複合酸化物は、ＺｒＴｉＯ_４であることを特徴とする請求項１に記載の耐高温部材。
前記複合酸化物含浸部は、その厚さが１０μｍ以上２５０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の耐高温部材。
前記複合酸化物は、Ａｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３であることを特徴とする請求項１に記載の耐高温部材。
前記複合酸化物含浸部は、その厚さが１０μｍ以上１７０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の耐高温部材。
前記多孔質セラミックス層は、セラミックスに対する前記気孔の体積占有率である気孔率が２％以上２０％以下であることを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一項に記載の耐高温部材。
前記母材と前記多孔質セラミックス層との間に形成されたボンドコート層を備えることを特徴とする請求項１から８のうちいずれか一項に記載の耐高温部材。
請求項１から９のうちいずれか一項に記載の耐高温部材を用いたことを特徴とするガスタービン。