JP2014066145A - タービン用部品、タービン、およびタービン用部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面劣化の発生が抑制されたタービン用部品を提供する。
【解決手段】実施形態のタービン用部品は、タービンの構成部品である。実施形態のタービン用部品は、部品本体と、この部品本体の表面に設けられた酸化保護皮膜とを有する。部品本体は、Ｎｉ基超合金、Ｃｏ基超合金、またはＦｅ基超合金からなる。酸化保護皮膜は、部品本体の外面および内面から選ばれる少なくとも一方の表面に設けられている。また、酸化保護皮膜は、部品本体の表面の酸化により形成されたものである。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、タービン用部品、タービン、およびタービン用部品の製造方法に関する。

従来、発電用ガスタービンのような高温機器において、燃焼器、動翼、静翼等のタービン高温部品の外面には、例えばセラミックからなる遮熱コーティングを施すことで遮熱性または耐酸化性を確保している。一方、内面、例えば動翼や静翼の内部に設けられる冷却孔の内面には、物理的にセラミックからなる遮熱コーティングを施すことが容易でない。このため、遮熱コーティングを施さないで使用するか、アルミコーティング等の耐酸化コーティングを施して耐酸化性の向上を図っている。

高温・高圧タービンに代表されるＣＯ_２タービンは、蒸気タービンまたはガスタービンと比較してエネルギ密度が高く、熱効率およびプラント効率が高い。ＣＯ_２タービンの高温部品は、ガスタービンの高温部品と同様に過酷な温度にさらされることから、Ｎｉ基超合金、Ｃｏ基超合金等から構成されている。温度的に最も過酷となる第１段の動翼および静翼では、外面側に１０００℃程度の高温のＣＯ_２が流れ、内面側、すなわち冷却孔側でも４００℃程度のＣＯ_２が流れる。

ＣＯ_２タービンはエネルギ密度が高いことから、部品の大きさが極めて小さくなっている。これに伴って、部品の内部に設けられる冷却孔の大きさも小さくなっており、例えば冷却孔の孔径は一般に１〜３ｍｍとなっており、アルミコーティング等の耐酸化コーティングを施すことが困難となっている。ガスタービンの場合、一般に冷却孔の孔径は小さくても２〜３ｍｍ程度である。アルミコーティング等の耐酸化コーティングを施さずに運転を行った場合、部品の表面に、酸化、浸炭、または窒化現象等による表面劣化が生じるおそれがある。

特開２００３−１２０２０６号公報 特開平１０−７２６５８号公報

本発明の実施形態は、上記課題を解決するためになされたものであって、表面劣化の発生が抑制されたタービン用部品の提供を目的とする。また、本発明の実施形態は、このようなタービン用部品を有するタービンの提供を目的とする。さらに、本発明の実施形態は、このようなタービン用部品を製造するための製造方法の提供を目的とする。

実施形態のタービン用部品は、タービンの構成部品に関する。実施形態のタービン用部品は、部品本体と、この部品本体の表面に設けられた酸化保護皮膜とを有する。部品本体は、Ｎｉ基超合金、Ｃｏ基超合金、またはＦｅ基超合金からなる。酸化保護皮膜は、部品本体の外面および内面から選ばれる少なくとも一方の表面に設けられている。また、酸化保護皮膜は、部品本体の表面の酸化により形成されたものである。

ＣＯ_２タービンの一実施形態を示す一部断面図。 ＣＯ_２タービン用部品の一実施形態を示す一部断面図。 酸化保護皮膜を形成するための熱処理方法を説明する図。 ＣＯ_２タービン用部品としての動翼の一実施形態を示す縦断面図。 図４に示す動翼のＡＡ線矢視断面図。 ＣＯ_２タービン用部品としてのタービンロータの一実施形態を示す外観図。 発電システムの一実施形態を示す構成図。 実施例における酸化試験の試験時間と試験片の重量との関係を示す図。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。
なお、以下では、タービン用部品、タービン、およびタービン用部品の製造方法について、ＣＯ_２タービン用部品、ＣＯ_２タービン、ＣＯ_２タービン用部品の製造方法を例に挙げて説明する。

図１は、ＣＯ_２タービンの一実施形態を示す一部子午断面図である。
ＣＯ_２タービン１０は、例えば、ケーシング１１内に、複数のロータディスク１２を軸方向に有し、各ロータディスク１２の周囲に動翼１３が複数枚植設されたタービンロータ１４が貫設されている。また、動翼１３の前方には静翼１５が配置されて、静翼１５と動翼１３とにより１つのタービン段落を構成している。また、静翼１５は、シュラウドセグメント１６、リテイニングリング１７、サポートリング１８を介してケーシング１１に支持されている。このタービン段落は、燃焼ガスの流れ方向（図１の矢印方向）の上流側から下流側へ向かって、第１段落、第２段落、第３段落と称される。

ＣＯ_２タービン１０においては、図示しない燃焼器で、天然ガス等の燃料、酸素、およびＣＯ_２を混合した状態で燃焼させて作動流体である燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは、図示しないトランジションピースを介して、静翼１５および動翼１３からなる複数のタービン段落を備えるタービン部に導入される。タービン部に導入された燃焼ガスは、タービン部で膨張し、動翼１３が植設されたタービンロータ１４を回転させる。このタービンロータ１４の回転を利用して、図示しない発電機を回転駆動して発電が行われる。

ＣＯ_２タービン用部品は、上記したようなＣＯ_２を作動流体として用いるＣＯ_２タービンの構成部品であれば特に限定されるものではないが、作動流体および冷却流体から選ばれる少なくとも一方の流体と接触する構成部品であることが好ましい。

具体的には、ケーシング１１、ロータディスク１２、動翼１３、タービンロータ１４、静翼１５、シュラウドセグメント１６、リテイニングリング１７、サポートリング１８等が挙げられるが、特に、ケーシング１１、動翼１３、タービンロータ１４、静翼１５等が好ましく、内部に冷却流体を循環させるための冷却孔を有するものがより好ましい。

ＣＯ_２タービン用部品の中でも冷却孔を有するものは、冷却孔の孔径が小さいために、その内面にアルミコーティング等の耐酸化コーティングを施すことが容易でない。実施形態のタービン用部品によれば、従来のアルミコーティング等の耐酸化コーティングに代えて酸化保護皮膜を設けることで、冷却孔の孔径が小さい場合であってもその内面に酸化保護皮膜を確実に設けることができ、酸化、浸炭、または窒化現象等による表面劣化の発生を有効に抑制できる。

図２は、ＣＯ_２タービン用部品の一実施形態を示す一部断面図である。
ＣＯ_２タービン用部品２０は、部品本体２１と、この部品本体２１の表面に設けられた酸化保護皮膜２２とを有する。

部品本体２１は、Ｎｉ基超合金、Ｃｏ基超合金、またはＦｅ基超合金からなるものである。Ｎｉ基超合金、Ｃｏ基超合金、Ｆｅ基超合金としては、熱処理により表面に酸化保護皮膜を形成できるものであれば特に制限されるものではなく、蒸気タービン、ガスタービンに用いられている公知の合金を採用できる。これらの中でもＮｉ基超合金が好ましく、特に以下に示す組成を有するものが好ましい。

Ｎｉ基超合金としては、例えば、質量％表示で、Ｃ：０．１３〜０．１７％、Ｃｏ：９．０〜１１．０％、Ｃｒ：８．０〜８．８％、Ａｌ：５．３〜５．７％、Ｔｉ：０．９〜１．２％、Ｍｏ：０．５〜０．８％、Ｔａ：２．８〜３．３％、Ｈｆ：１．２〜１．６％、Ｗ：９．５〜１０．５％を含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるものが挙げられる（以下、合金組成１と記す）。

また、Ｎｉ基超合金としては、例えば、質量％表示で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｃｏ：１０．０〜１５．０％、Ｃｒ：１４．０〜２６．０％、Ａｌ：０．８〜３．０％、Ｔｉ：０．８〜３．０％、Ｍｏ：５．０〜１２．０％、Ｔａ：０．０５〜０．７％、Ｎｂ：０．１〜０．７％、Ｂ：０．００１〜０．００６％を含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるものが挙げられる（以下、合金組成２と記す）。

さらに、Ｎｉ基超合金としては、例えば、質量％表示で、Ｃ：０．０〜０．１％、Ｃｏ：０．０〜１．０％、Ｃｒ：２２．０〜２３．０％、Ａｌ：０．０〜０．４％、Ｔｉ：０．０〜０．４％、Ｍｏ：８．０〜１０．０％、Ｎｂ＋Ｔａ：３．１５〜４．１５％を含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるものが挙げられる（以下、合金組成３と記す）。

酸化保護皮膜２２は、ＣＯ_２タービン１０の使用時に、酸化、浸炭、または窒化現象等による部品本体２１の表面劣化を抑制するために設けられる。なお、従来のＣＯ_２タービンにおいても、使用時に部品本体の表面の一部に酸化保護皮膜が形成されることがある。しかし、一般に、ＣＯ_２タービン内における作動流体および冷却流体の温度や速度は一定でなく、酸化保護皮膜が形成されるとしてもその厚さや形成範囲は必ずしも一定でない。このような場合、部品本体２１の表面劣化を有効に抑制できないおそれがある。予め部品本体２１の表面に酸化保護皮膜２２を形成しておくことで、酸化保護皮膜２２の厚さを均一にできるとともに、所定の部位に確実に形成することができ、部品本体２１の表面劣化を有効に抑制できる。

酸化保護皮膜２２は、部品本体２１の外面および内面から選ばれる少なくとも一方の表面に設けられていればよい。ここで、酸化保護皮膜２２は、部品本体２１の外面および内面から選ばれる少なくとも一方の表面に設けられていればよいが、作動流体および冷却流体から選ばれる少なくとも一方の流体と接触する表面に設けられていることが好ましい。このような表面に設けることで、部品本体２１の表面劣化を効果的に抑制できる。特に、このような表面の全体に設けることで、部品本体２１の表面劣化をより効果的に抑制できるために好ましい。

酸化保護皮膜２２は、部品本体２１の熱処理により表面に形成できるものであって、部品本体２１の表面劣化を有効に抑制できるものであれば特に制限されるものではないが、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とするものが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする酸化保護皮膜２２は、緻密であることから、部品本体２１の表面劣化を有効に抑制できる。

酸化保護皮膜２２の厚さは、部品本体２１の表面劣化を有効に抑制できるものであれば特に制限されるものではないが、５μｍ以上が好ましい。酸化保護皮膜２２の厚さを５μｍ以上とすることで、部品本体２１の表面劣化を効果的に抑制できる。酸化保護皮膜２２の厚さは、１０μｍ以上がより好ましく、２０μｍ以上がさらに好ましい。部品本体２１の表面劣化を抑制する観点からは酸化保護皮膜２２は厚いほど好ましいが、酸化保護皮膜２２が厚くなるとその形成のための熱処理に要する時間が長くなる。従って、酸化保護皮膜２２の厚さは、通常は１５μｍ以下が好ましい。

次に、ＣＯ_２タービン用部品２０の製造方法について説明する。
ＣＯ_２タービン用部品２０は、Ｎｉ基超合金、Ｃｏ基超合金、またはＦｅ基超合金からなる部品本体２１を大気雰囲気中で熱処理して、部品本体２１の外面および内面から選ばれる少なくとも一方の表面を酸化させて酸化保護皮膜２２を形成することにより製造できる。

酸化保護皮膜２２を形成するための熱処理は、例えば、図３に示すように大気炉３０内に部品本体２１を挿入して行うことができる。このように大気炉３０内に部品本体２１を挿入して熱処理を行うことで、部品本体２１の外面は勿論のこと、内部に冷却孔を有するものの場合にはこの冷却孔の内面にも酸化保護皮膜２２を形成することができる。また、冷却孔に孔径が１ｍｍ以下の部分があっても、このような孔径が１ｍｍ以下の部分を含めた冷却孔の全体に酸化保護皮膜２２を形成することができる。

熱処理温度は６００℃以上が好ましい。熱処理温度を６００℃以上とすることで、部品本体２１の表面に酸化保護皮膜２２を効果的に形成できる。熱処理温度は、部品本体２１の表面に酸化保護皮膜２２を形成する観点からは９００℃もあれば十分であり、またこれ以下とすることで生産性が良好となり、部品本体２１の損傷も抑制できる。

熱処理時間は、部品本体２１の表面に酸化保護皮膜２２を形成できれば特に制限されないが、例えば６００℃以上となる時間で１時間以上が好ましい。熱処理時間を１時間以上とすることで、部品本体２１の表面に酸化保護皮膜２２を効果的に形成できる。熱処理時間は、部品本体２１の表面に酸化保護皮膜２２を形成する観点からは８時間もあれば十分であり、またこれ以下とすることで生産性が良好となり、部品本体２１の損傷も抑制できる。

以下、ＣＯ_２タービン用部品２０の具体的な実施形態について説明する。

図４、５は、ＣＯ_２タービン用部品２０の一実施形態としての動翼１３の断面図である。
ここで、図４は動翼１３の縦断面図、図５は図４におけるＡＡ線矢視断面図である。

動翼１３は、例えば、翼形部１３１と、ロータディスク１２に固定するためのダブテール部１３２とを有する。翼形部１３１は、翼形部前縁１３３と、翼形部後縁１３４と、これらを繋ぐ一対の壁部とを有する。一対の壁部は、一方の壁部が負圧側面を構成するような凸状を有し、他方の壁部が正圧側面を構成するような凹状を有する。

また、動翼１３は、該動翼１３を主として構成する動翼本体１３５を有し、この動翼本体１３５は内部に冷却孔１３６を有する。冷却孔１３６は、動翼１３の内部に冷却流体を循環させるために、例えば動翼１３の下端（ダブテール部１３２の下端）から動翼１３の上端（翼形部１３１の上端）にかけて蛇行するように設けられている。なお、冷却孔１３６は、例えば、動翼１３の下端から冷却流体が導入され、動翼１３の上端から冷却流体が排出される。

冷却孔１３６は、具体的には、ダブテール部用冷却孔１３６ａ、翼形部前縁冷却孔１３６ｂ、翼形部中間冷却孔１３６ｃ、および翼形部後縁冷却孔１３６ｄから主として構成されている。

ダブテール部用冷却孔１３６ａは、動翼１３の下端から中央部付近（翼形部１３１とダブテール部１３２との中間付近）に向かって延びるように複数が設けられている。翼形部前縁冷却孔１３６ｂは、翼形部前縁１３３付近において、動翼１３の中央部付近から先端部に向かって延びるように複数が設けられている。翼形部中間冷却孔１３６ｃは、翼形部前縁１３３と翼形部後縁１３４との中間付近において、動翼１３の先端部から中央部付近に向かって延びるように複数が設けられている。翼形部後縁冷却孔１３６ｄは、翼形部後縁１３４付近において、動翼１３の中央部付近から先端部に向かって延びるように複数が設けられている。

ダブテール部用冷却孔１３６ａの両端部のうち動翼１３の中央部側は、翼形部前縁１３３付近で一つにまとめられた後、再び分岐されて翼形部前縁冷却孔１３６ｂに接続されている。また、翼形部前縁冷却孔１３６ｂと翼形部中間冷却孔１３６ｃとは動翼１３の先端部付近で接続され、翼形部中間冷却孔１３６ｃと翼形部後縁冷却孔１３６ｄとは動翼１３の中央部付近で接続されている。このような冷却孔１３６では、動翼１３の下端から冷却流体が導入され、ダブテール部用冷却孔１３６ａ、翼形部前縁冷却孔１３６ｂ、翼形部中間冷却孔１３６ｃ、および翼形部後縁冷却孔１３６ｄの順に通過して、動翼１３の上端から排出される。

この動翼１３では、動翼本体１３５の内面、すなわち冷却孔１３６の内面に酸化保護皮膜１３７が設けられている。酸化保護皮膜１３７は、動翼本体１３５の内面を酸化させることにより形成されたものである。なお、図示しないが、動翼本体１３５の外面には、セラミック等からなる公知の遮熱コーティングを設けることができる。また、動翼本体１３５の外面には、冷却孔１３６の内面に設けられる酸化保護皮膜１３７と同様の酸化保護皮膜を設けることもできる。

冷却孔１３６の内面に酸化保護皮膜１３７を設けることで、冷却孔１３６の内面の表面劣化を有効に抑制できる。また、酸化保護皮膜１３７は、動翼本体１３５の熱処理によって形成できることから、冷却孔１３６の内面にも容易に形成できる。特に、ＣＯ_２タービン１０では、部品の小型化の観点から冷却孔１３６には孔径が１〜３ｍｍとなる部分が存在することがあり、このような孔径でも酸化保護皮膜１３７が容易に形成できる。

このような酸化保護皮膜１３７は、冷却孔１３６の内面の一部に設けられていてもよいが、冷却孔１３６の内面を効果的に保護する観点から、冷却孔１３６の内面の全体に設けられていることが好ましい。

以上、動翼本体１３５の内面、具体的には冷却孔１３６の内面に酸化保護皮膜１３７を設ける場合について説明したが、酸化保護皮膜１３７は必ずしも動翼本体１３５の内面に限られず、適用可能な範囲において、動翼本体１３５の内面と外面との双方に設けてもよいし、動翼本体１３５の外面のみに設けてもよい。また、このような効果は、必ずしも動翼１３に限られず、静翼１５の場合にも同様の効果を得ることができる。

図６は、ＣＯ_２タービン用部品２０の他の実施形態としてのタービンロータ１４の外観図である。タービンロータ１４は、例えば、外周部分に動翼１３が複数枚植設されるロータディスク１２を有するとともに、内部に軸方向に延びる冷却孔１４１を有する。このようなタービンロータ１４の場合、図示しないが、例えば、ロータディスク１２の表面を含めた外面に酸化保護皮膜が設けられるとともに、冷却孔１４１の内面に酸化保護皮膜が設けられる。

一般に、動翼および静翼とは異なり、タービンロータの外面および内面には、遮熱コーティング、耐酸化コーティング等は施されていない。運転時のタービンロータの温度は動翼および静翼の温度よりも低いが、長時間の使用においては、酸化、浸炭、または窒化現象等による表面劣化を抑制する必要がある。タービンロータ１４の外面および内面から選ばれる少なくとも一方の表面に酸化保護皮膜を設けることで、長時間の使用においても、酸化、浸炭、または窒化現象等による表面劣化を抑制できる。

次に、実施形態のＣＯ_２タービン１０が適用された発電システムについて説明する。
図７は、発電システムの一実施形態を示す構成図である。

この発電システム４０は、天然ガス等の燃料、酸素、およびＣＯ_２を燃焼させて発生した高温の燃焼ガスでＣＯ_２タービン１０を回転させて発電を行うものである。発電システム４０は、主として発電を行うＣＯ_２タービン発電機４１を有する。このＣＯ_２タービン発電機４１に実施形態のＣＯ_２タービン１０が適用される。ＣＯ_２タービン発電機４１には、高温ガスを発生させる燃焼器４２が接続されている。燃焼器４２には、空気から酸素を製造して供給する酸素製造装置４３が接続されている。また、燃焼器４２には、天然ガス等の燃料を供給する図示しない燃料供給装置が接続されている。さらに、燃焼器４２には、ＣＯ_２を再生して供給する再生熱交換器４４が接続されている。

燃焼器４２では、燃料供給装置から供給された燃料、酸素製造装置４３から供給された酸素、および再生熱交換器４４から供給されたＣＯ_２を混合して燃焼させて、高温の燃焼ガスを発生させる。この燃焼ガスによりＣＯ_２タービン発電機４１を回転させて発電が行われる。ＣＯ_２タービン発電機４１から排出されたＣＯ_２と蒸気とを含む燃焼ガスは、再生熱交換器４４を経て冷却器４５で冷却された後、湿分分離器４６によって水分が分離される。その後、水分が分離された燃焼ガスは、高圧ポンプであるＣＯ_２ポンプ４７によって圧縮される。大部分のＣＯ_２は再生熱交換器４４を介して燃焼器４２に循環されるが、一部のＣＯ_２はそのまま回収される。

発電システム４０は、超臨界圧のＣＯ_２を用いた酸素燃焼の循環システムで構成されており、ＣＯ_２を有効活用でき、かつＮＯｘの排出を抑制できる。すなわち、得られた高圧のＣＯ_２は、貯留することもできるし、石油採掘現場で用いられているＥＯＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）に適用することもできる。ＥＯＲとは、老朽化した油田の採掘現場において高圧のＣＯ_２を注入して、石油の採掘量を増大させる手法である。従って、発電システム４０は、地球環境保護の観点からも有用である。

なお、上記説明では、実施形態のタービン用部品として、ＣＯ_２タービン用部品を例に挙げて説明したが、実施形態のタービン用部品は、必ずしもこのようなものに限定されない。実施形態のタービン用部品としては、ガスタービン用部品であってもよい。ガスタービン用部品としては、ＣＯ_２タービンの構成部品と同様の構成部品が挙げられる。実施形態のタービン用部品は、ガスタービン用部品に適用した場合であっても、ＣＯ_２タービン用部品に適用した場合と同様の効果を得ることができる。

以上、発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下、本発明の実施形態について、実施例を参照して具体的に説明する。

（実施例１）
合金組成１のＮｉ基超合金（ＭａｒＭ２４７材）からなる厚さ５ｍｍの平板状の試験片を用いて、表面に酸化保護皮膜を形成させた。まず、試験片の表面を鏡面に仕上げた。その後、表面に酸化保護皮膜を形成させるために、大気中で酸化処理を施した。酸化処理は、図３に示すように大気炉３０内にＣＯ_２タービン用部品２０の部品本体２１としての試験片を挿入して熱処理を行った。なお、熱処理温度は７００〜８００℃、熱処理時間は８時間とした。酸化処理後、試験片を切断して断面を観察した。その結果、試験片の表面全体に緻密なＡｌ_２Ｏ_３の酸化保護皮膜が形成されていることが確認された。

次に、同様にして酸化処理を施して酸化保護皮膜を形成した平板状の試験片と、酸化保護皮膜を形成していない平板状の試験片（酸化処理を施していない平板）とについて、高温酸化試験を行った。図８に試験結果を示す。ここで、図８は、横軸に酸化試験の時間、縦軸に試験片の重量をとって、整理したものである。酸化保護皮膜を有する平板の重量は酸化保護皮膜を有しない試験片より小さく、酸化保護皮膜の効果が確認された。

（実施例２）
ＣＯ_２タービン用部品として、図４、５に示すような冷却孔を有する動翼を製造した。なお、本実施例では、外面に遮熱コーティングを有するものを製造した。まず、動翼本体は、精密鋳造後、機械加工により所定の形状に成形して製造した。動翼本体は、内部に冷却孔を有するものであり、冷却孔の最小部分の孔径は約１ｍｍである。また、動翼本体の材質は、合金組成１のＮｉ基超合金（ＭａｒＭ２４７材）とした。

動翼本体の外面には、ＭＣｒＡｌＹからなるボンドコーティングを施した後、このボンドコーティング上に遮熱コーティングとしてセラミックコーティングを施した。その後、動翼本体を大気炉内に挿入して熱処理を行って、内面の全体に酸化保護皮膜を形成して動翼を製造した。このときの熱処理温度は７００〜８００℃、熱処理時間は８時間とした。その後、この動翼を切断して、冷却孔の断面を観察した。その結果、冷却孔の内面には、孔径が最小となる部分を含めて、全体に緻密なＡｌ_２Ｏ_３の酸化保護皮膜が形成されていることが確認された。

（実施例３）
ＣＯ_２タービン用部品として、図４、５に示すような冷却孔を有する動翼を製造した。なお、本実施例についても、外面に遮熱コーティングを有するものを製造した。まず、動翼本体は、実施例２と同様にして、精密鋳造後、機械加工により所定の形状に成形して製造した。その後、外面にボンドコーティングおよびセラミックコーティングを施さずに、動翼本体を大気炉内に挿入して熱処理を行って、外面および内面の全体に酸化保護皮膜を形成した。このときの熱処理温度は７００〜８００℃、熱処理時間は８時間とした。

外面に形成された酸化保護皮膜はコーティングに有害であることから、ブラスト法により除去した。その後、外面にＭＣｒＡｌＹからなるボンドコーティングを施した後、このボンドコーティング上に遮熱コーティングとしてのセラミックコーティングを施して動翼を製造した。その後、この動翼を切断して、冷却孔の断面を観察した。その結果、冷却孔の内面には、孔径が最小となる部分を含めて、全体に緻密なＡｌ_２Ｏ_３の酸化保護皮膜が形成されていることが確認された。

（実施例４）
ＣＯ_２タービン用部品として、図６に示すようなロータディスクを有するとともに内部に冷却孔を有するタービンロータを製造した。まず、タービンロータ本体は、鍛造後、機械加工により所定の形状に成形して製造した。タービンロータ本体の材質は、合金組成２のＮｉ基超合金（ＴＯＳ１Ｘ−２材）とした。その後、タービンロータ本体を大気炉内に挿入して熱処理を行って、外面および内面の全体に酸化保護皮膜を形成してタービンロータを製造した。このときの熱処理温度は６００〜７００℃、熱処理時間は８時間とした。その後、このタービンロータの余分に長く製造された部分を切断して、その断面を観察した。その結果、外面および内面（冷却孔の内面）には、全体に緻密なＡｌ_２Ｏ_３の酸化保護皮膜が形成されていることが確認された。

（実施例５）
ＣＯ_２タービン用部品として、ケーシングを製造した。まず、ケーシング本体は、大気中で鋳造後、機械加工により所定の形状に成形して製造した。ケーシング本体の材質は、合金組成３のＮｉ基超合金（ＩＮ６２５材）とした。その後、このケーシング本体を大気炉内に挿入して熱処理を行って、外面および内面の全体に酸化保護皮膜を形成してケーシングを製造した。このときの熱処理温度は６００〜７００℃、熱処理時間は８時間とした。その後、このケーシングの余分に長く製造された部分を切断して、その断面を観察した。その結果、外面および内面には、全体に緻密なＡｌ_２Ｏ_３の酸化保護皮膜が形成されていることが確認された。

１０…ＣＯ_２タービン、１１…ケーシング、１２…ロータディスク、１３…動翼、１４…タービンロータ、１５…静翼、１６…シュラウドセグメント、１７…リテイニングリング、１８…サポートリング、２０…ＣＯ_２タービン用部品、２１…部品本体、２２…酸化保護皮膜、３０…大気炉、４０…発電システム、４１…ＣＯ_２タービン発電機、４２…燃焼器、４３…酸素製造装置、４４…再生熱交換器、４５…冷却器、４６…湿分分離器、４７…ＣＯ_２ポンプ、１３１…翼形部、１３２…ダブテール部、１３３…翼形部前縁、１３４…翼形部後縁、１３５…動翼本体、１３６…冷却孔、１３６ａ…ダブテール部用冷却孔、１３６ｂ…翼形部前縁冷却孔、１３６ｃ…翼形部中間冷却孔、１３６ｄ…翼形部後縁冷却孔、１３７…酸化保護皮膜

Claims (13)

1. タービンの構成部品であって、
   Ｎｉ基超合金、Ｃｏ基超合金、またはＦｅ基超合金からなる部品本体と、
   前記部品本体の外面および内面から選ばれる少なくとも一方の表面に設けられ、かつ前記部品本体の表面の酸化により形成された酸化保護皮膜と
   を有することを特徴とするタービン用部品。
2. 前記酸化保護皮膜は、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とすることを特徴とする請求項１記載のタービン用部品。
3. 前記酸化保護皮膜は、前記部品本体の表面のうち作動流体および冷却流体から選ばれる少なくとも一方の流体と接触する表面に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のタービン用部品。
4. 前記タービン用部品は動翼であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のタービン用部品。
5. 前記動翼は内部に冷却孔を有し、前記冷却孔の内面に前記酸化保護皮膜を有することを特徴とする請求項４記載のタービン用部品。
6. 前記タービン用部品は静翼であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のタービン用部品。
7. 前記静翼は内部に冷却孔を有し、前記冷却孔の内面に前記酸化保護皮膜を有することを特徴とする請求項６記載のタービン用部品。
8. 前記タービン用部品はタービンロータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のタービン用部品。
9. 前記タービン用部品はケーシングであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のタービン用部品。
10. 前記タービン用部品は、ＣＯ_２を作動流体として用いるＣＯ_２タービンの構成部品であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載のタービン用部品。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項記載のタービン用部品を有することを特徴とするタービン。
12. タービンの構成部品の製造方法であって、
    Ｎｉ基超合金、Ｃｏ基超合金、またはＦｅ基超合金からなる部品本体を大気雰囲気中で熱処理して、前記部品本体の外面および内面から選ばれる少なくとも一方の表面を酸化させて酸化保護皮膜を形成することを特徴とするタービン用部品の製造方法。
13. 前記熱処理は、熱処理温度を６００℃以上、かつ熱処理時間を１時間以上として行うことを特徴とする請求項１２記載のタービン用部品の製造方法。

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