JP2015113255A

JP2015113255A - コーティング構造、タービン部材、ガスタービン、及びコーティング構造の製造方法

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Publication number: JP2015113255A
Application number: JP2013256313A
Authority: JP
Inventors: 山田　政博; Masahiro Yamada; 政博山田; 栗村　隆之; Takayuki Kurimura; 隆之栗村; 峰明松本; Mineaki Matsumoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-22

Abstract

【課題】耐エロージョン性を有するコーティング構造を提供する。【解決手段】コーティング構造は、セラミックス基複合材料を含む母材の表面に設けられる耐環境コーティング膜又は遮熱コーティング膜の少なくとも一方からなる第１保護膜と、第１保護膜上に設けられる酸化アルミニウム膜からなる第２保護膜と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、コーティング構造、タービン部材、ガスタービン、及びコーティング構造の製造方法に関する。

ガスタービンに係る技術分野において、セラミックス基複合材料（ＣＭＣ：Ceramic Matrix Composites）でタービン部材を製造することが検討されている。また、耐環境コーティング（ＥＢＣ：Environmental Barrier Coating）、又は遮熱コーティング（ＴＢＣ：Thermal Barrier Coating）により、セラミックス基複合材料の耐水蒸気腐食性及び遮熱性を向上させることも検討されている。特許文献１及び特許文献２には、セラミックス基複合材料でタービン部材を製造する技術の一例が開示されている。

特開２００４−０７５４１０号公報特開２００６−１４３５５３号公報

ガスタービンの作動により、ガスタービンの内部において金属粉が飛散する可能性がある。金属粉がタービン部材と衝突すると、そのタービン部材の表面が浸食（エロージョン）され、タービン部材の性能が低下する可能性がある。例えば、タービン部材の表面が耐環境コーティング膜又は遮熱コーティング膜を含むコーティング構造で形成されている場合、金属粉の衝突により、コーティング構造が剥離したり、コーティング構造に亀裂が発生したりする可能性がある。その結果、タービン部材の耐水蒸気腐食性及び遮熱性が低下する可能性がある。

本発明は、耐エロージョン性を有するコーティング構造、タービン部材、ガスタービン、及びコーティング構造の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、セラミックス基複合材料を含む母材の表面に設けられる耐環境コーティング膜又は遮熱コーティング膜の少なくとも一方からなる第１保護膜と、前記第１保護膜上に設けられる酸化アルミニウム膜からなる第２保護膜と、を備えるコーティング構造を提供する。

本発明によれば、第１保護膜により、耐水蒸気腐食性又は遮熱性の少なくとも一方が得られる。第１保護膜上に設けられた酸化アルミニウム膜からなる第２保護膜により、耐エロージョン性が得られる。酸化アルミニウム膜からなる第２保護膜は、第１保護膜よりも硬い。そのため、金属粉が衝突しても、第２保護膜により、コーティング構造の剥離及び亀裂の発生が抑制される。したがって、耐水蒸気腐食性及び遮熱性が維持され、コーティング構造の品質の低下が抑制される。

本発明は、セラミックス基複合材料を含む母材の表面に設けられた耐環境コーティング膜又は遮熱コーティング膜の少なくとも一方からなる第１保護膜と、前記第１保護膜上に設けられたハフニウム酸化物を含む第２保護膜と、を備えるコーティング構造を提供する。

本発明によれば、第１保護膜により、耐水蒸気腐食性又は遮熱性の少なくとも一方が得られる。第１保護膜上に設けられたハフニウム酸化物を含む第２保護膜により、耐エロージョン性が得られる。ハフニウム酸化物を含む第２保護膜は、耐エロージョン性及び耐水蒸気腐食性を有する。そのため、金属粉が衝突しても、第２保護膜により、コーティング構造の剥離及び亀裂の発生が抑制される。したがって、耐水蒸気腐食性及び遮熱性が維持され、コーティング構造の品質の低下が抑制される。

本発明に係るコーティング構造において、前記第２保護膜と接する前記第１保護膜の境界面は凹凸面を含んでもよい。

これにより、第１保護膜の凹凸面によるアンカリング効果で第１保護膜と第２保護膜との密着性が向上する。したがって、コーティング構造の剥離が抑制され、品質の低下が抑制される。

本発明に係るコーティング構造において、前記第２保護膜は、前記第１保護膜と接する第１面と、前記第１面の反対方向を向く第２面と、を有し、前記第２保護膜と接する前記第１保護膜の境界面の表面粗さは、前記第２面の表面粗さよりも大きくてもよい。

これにより、第１保護膜と第２保護膜との密着性を向上しつつ、平滑なコーティング構造の表面が得られる。

本発明に係るコーティング構造において、前記第２保護膜と接する前記第１保護膜の境界面の算術表面粗さＲａは、３μｍ以上でもよい。

これにより、第１保護膜と第２保護膜との十分な密着性が得られる。

本発明は、上記のコーティング構造を備えるタービン部材を提供する。

本発明によれば、優れた耐エロージョン性により、耐水蒸気腐食性及び遮熱性が維持されるため、タービン部材の性能の低下が抑制される。

本発明は、上記のタービン部材を備えるガスタービンを提供する。

本発明によれば、タービン部材の性能の低下が抑制されるため、ガスタービンの性能の低下が抑制される。

本発明は、セラミックス基複合材料を含む母材の表面に耐環境コーティング膜又は遮熱コーティング膜の少なくとも一方からなる第１保護膜を設けることと、前記第１保護膜上に酸化アルミニウム膜からなる第２保護膜を設けることと、を含むコーティング構造の製造方法を提供する。

本発明は、セラミックス基複合材料を含む母材の表面に耐環境コーティング膜又は遮熱コーティング膜の少なくとも一方からなる第１保護膜を設けることと、前記第１保護膜上にハフニウム酸化物を含む第２保護膜を設けることと、を含むコーティング構造の製造方法を提供する。

本発明に係るコーティング構造の製造方法において、前記母材に設けられた前記第１保護膜の表面に凹凸を形成することを含み、前記凹凸が形成された前記第１保護膜の表面に前記第２保護膜を設けてもよい。

本発明に係るコーティング構造の製造方法において、前記第１保護膜に投射材を供給するショットブラストにより前記凹凸が形成され、前記投射材は、前記第１保護膜及び前記第２保護膜の少なくとも一方と同一材料から形成されてもよい。

これにより、ショットブラスト後、第１保護膜に投射材が残留しても、第１保護膜と第２保護膜との間に、第１保護膜及び第２保護膜とは異なる種類の物質（物体）が残留することが抑制されるので、コーティング構造の品質の低下が抑制される。例えば、第１保護膜と第２保護膜との間に残留した物質が第１保護膜及び第２保護膜の融点よりも低い融点を有する物質である場合、その物質が第１保護膜と第２保護膜との間に残留する状態でガスタービンを駆動してしまうと、熱によってその物質が溶融する可能性がある。その結果、コーティング構造が剥離したり、コーティング構造に亀裂が発生したりする可能性がある。本発明によれば、第１保護膜及び第２保護膜の少なくとも一方と同一材料で投射材が形成されるため、投射材が残留しても、コーティング構造の品質の低下が抑制される。

本発明に係るコーティング構造の製造方法において、前記第１保護膜に投射材を供給するショットブラストにより前記凹凸が形成され、前記投射材は、ドライアイスを含んでもよい。

これにより、ショットブラスト後、第１保護膜に投射材が残留しても、ドライアイスは昇華により消滅する。したがって、コーティング構造の品質の低下が抑制される。

本発明によれば、耐エロージョン性を向上することができる。

図１は、第１実施形態に係るガスタービンの一例を示す模式図である。図２は、第１実施形態に係るタービン部の一例を示す断面図である。図３は、第１実施形態に係るコーティング構造を有するタービン部材の一例を模式的に示す断面図である。図４は、第１実施形態に係るコーティング構造の製造方法の一例を説明するための図である。図５は、第１実施形態に係るコーティング構造の製造方法の一例を説明するための図である。図６は、算術表面粗さと横割れ限界ひずみとの関係を示す図である。図７は、第２実施形態に係るコーティング構造を有するタービン部材の一例を模式的に示す断面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るガスタービン１の一例を示す模式図である。ガスタービン１は、燃焼用空気を圧縮する圧縮機２と、圧縮機２から供給された圧縮空気に燃料を噴射して燃焼させ、燃焼ガスＦＧを生成する燃焼器３と、燃焼器３から供給された燃焼ガスＦＧにより駆動するタービン部４と、発電機６と、圧縮機２、タービン部４、及び発電機６に配置される回転軸５とを備えている。

図２は、タービン部４の一部を示す断面図である。タービン部４は、回転軸５の周囲に配置されるタービン静翼７と、回転軸５の周囲に配置されるタービン動翼８と、回転軸５に対する放射方向に関してタービン動翼８の外側に配置される分割環９とを備えている。

分割環９は、車室１０に支持される。分割環９は、環状の部材であり、回転軸５の周方向に配置される複数の分割体を含む。分割環９とタービン動翼８の先端との間に間隙が設けられる。

以下の説明において、ガスタービン１の部材を適宜、タービン部材Ｍ、と称する。タービン部材Ｍは、高温環境で使用される高温部品（高温部材）である。タービン部材Ｍは、タービン部４の部材でもよいし、燃焼器３の部材でもよい。タービン部材Ｍは、タービン静翼７でもよいし、タービン動翼８でもよいし、分割環９でもよい。

図３は、タービン部材Ｍの一例を模式的に示す断面図である。図３に示すように、タービン部材Ｍは、母材１１と、母材１１の表面に形成されるコーティング構造１２とを有する。

母材１１は、セラミックス基複合材料（ＣＭＣ：Ceramic Matrix Composites）で形成される。セラミックス基複合材料（以下、ＣＭＣ、と称する）は、無機の粒子、金属の粒子、ウィスカ、短繊維、及び長繊維などとセラミックスとを複合化することで強度を向上させた材料である。ＣＭＣは、例えばニッケル基超合金に比べて比重が小さく、耐熱性が高いため、タービン部材Ｍの材料に適している。

コーティング構造１２は、母材１１の表面１１Ｓに設けられる第１保護膜１３と、第１保護膜１３上に設けられる第２保護膜１４とを有する。第１保護膜１３は、母材１１と接する裏面１３Ｂと、裏面１３Ｂの反対方向を向く表面１３Ｓとを有する。第２保護膜１４は、第１保護膜１３と接する裏面１４Ｂと、裏面１４Ｂの反対方向を向く表面１４Ｓとを有する。

第１保護膜１３は、耐環境コーティング（ＥＢＣ：Environmental Barrier Coating）膜、又は遮熱コーティング（ＴＢＣ：Thermal Barrier Coating）膜の少なくとも一方からなる。以下の説明において、耐環境コーティング膜を適宜、ＥＢＣ膜、と称し、遮熱コーティング膜を適宜、ＴＢＣ膜、と称する。

ＥＢＣ膜は、例えば、アルミノケイ酸バリウム−ストロンチウム（ＢＳＡＳ：Barium Strontium Alminum Silicate）、及びムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３−２ＳｉＯ_２）を含む。ＥＢＣ膜は、耐水蒸気腐食性を有し、母材１１を保護する。

ＴＢＣ膜は、例えば、母材１１の表面１１Ｓに設けられる金属結合層であるボンドコート膜と、ボンドコート膜上に形成された酸化物セラミックスからなるセラミックス膜とを含んでもよい。ボンドコート膜は、例えば、ＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、又はこれらの組み合わせ）を含んでもよい。セラミックス膜は、ＺｒＯ_２系の材料、特にＹ_２Ｏ₃で部分安定化又は完全安定化したＺｒＯ_２であるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を含んでもよい。ＴＢＣ膜は、遮熱性を有し、母材１１を保護する。

以下の説明においては、第１保護膜１３がＥＢＣ膜であることとする。なお、第１保護膜１３が、ＴＢＣ膜でもよいし、ＥＢＣ膜及びＴＢＣ膜の両方を含んでもよい。

第２保護膜１４は、酸化アルミニウム膜からなる。酸化アルミニウム膜は、第１保護膜１３よりも硬い。酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）は、高温硬さに優れている。酸化アルミニウム膜は、高温環境下においても、優れた耐エロージョン性を有し、第１保護膜１３及び母材１１を保護する。

第１保護膜１３の線膨張係数及び第２保護膜１４の線膨張係数は、ガスタービン１の駆動によりコーティング構造１２が加熱されても、剥離及び亀裂が発生しない程度に近似している。酸化アルミニウム膜の線膨張係数は、７．１×１０^−６／Ｋ程度、ＥＢＣ膜（ＢＳＡＳ）の線膨張係数は、５．２×１０^−６／Ｋ程度であると言われている。また、酸化アルミニウム膜は、ＥＢＣ膜よりも硬い。酸化アルミニウム膜のビッカース硬度は、約１６ＧＰａ程度、ＥＢＣ膜（ＢＳＡＳ）のビッカース硬度は、約９Ｇａ程度であると言われている。

本実施形態において、第２保護膜１４と接する第１保護膜１３の表面（境界面）１３Ｓは、凹凸面（非平坦面）を含む。表面１３Ｓは、粗面である。第２保護膜１４の表面１４Ｓは、第１保護膜１３の表面１３Ｓよりも平坦である。第１保護膜１３の表面１３Ｓの表面粗さは、第２保護膜１４の表面１４Ｓよりも大きい。

本実施形態において、第１保護膜１３の表面１３Ｓの算術表面粗さＲａは、３μｍ以上である。なお、算術表面粗さＲａとは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さＬだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線の方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、以下の式によって求められる値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいう。

次に、本実施形態に係るコーティング構造１２の製造方法の一例について、図４及び図５を参照して説明する。

図４に示すように、母材１１の表面１１Ｓに第１保護膜１３が設けられる。例えば、溶射により、母材１１の表面１１Ｓに第１保護膜１３が設けられてもよい。

本実施形態においては、図４に示すように、第１保護膜１３は、母材１１と接する第１膜１３１と、第１膜１３１上に形成される第２膜１３２と、第２膜１３２上に形成される第３膜１３３とを含む。第１膜１３１は、金属シリコンで形成される。第２膜１３２は、ムライト及びＢＳＡＳで形成される。第３膜１３３は、ＢＳＡＳで形成される。第１保護膜１３は、例えば１ｍｍ程度の厚みを有する。第１膜１３１、第２膜１３２、及び第３膜１３３はそれぞれ、例えば０．３μｍ程度の厚みを有する。

次に、母材１１に設けられた第１保護膜１３の表面１３Ｓに凹凸が形成される。本実施形態においては、ショットブラストにより表面１３Ｓに凹凸が形成される。図５に示すように、第１保護膜１３に投射材２０が供給され、その投射材２０が第１保護膜１３と衝突することによって、表面１３Ｓに凹凸が形成される。表面１３Ｓの算術平均粗さＲａが３μｍ以上になるように、ショットブラストの加工条件が調整される。

投射材２０は、第１保護膜１３及び第２保護膜１４の少なくとも一方と同一材料で形成される。本実施形態において、投射材２０は、第２保護膜１４と同一材料で形成される。本実施形態において、投射材２０は、酸化アルミニウム微粒子である。本実施形態においては、微細な酸化アルミニウム粉末を用いた微粒子衝突法（Fine Particle Bombardment）に基づいてショットブラストが行われる。微粒子衝突法に基づいてショットブラストが行われることにより、薄い第３膜１３３に所期の凹凸が形成される。また、微粒子衝突法に基づいてショットブラストが行われることにより、母材１１及び第１保護膜１３がダメージを受けたり、第１保護膜１３が剥離したり、第１保護膜１３に亀裂が生じたりすることが抑制される。なお、投射材２０が、ＢＳＡＳ微粒子でもよいし、ムライト微粒子でもよい。

投射材２０は、ドライアイス微粒子でもよい。すなわち、表面１３Ｓに凹凸を形成するために、ＣＯ_２（ドライアイス）ピーニングが行われてもよい。

表面１３Ｓに凹凸が形成された後、その第１保護膜１３の表面１３Ｓに第２保護膜１４が設けられる。酸化アルミニウム膜である第２保護膜１４は、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）の方法で形成されてもよいし、物理蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）の方法で形成されてもよいし、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ：Atmospheric Plasma Spraying）の方法で形成されてもよいし、ディッピングの方法で形成されてもよい。ＰＶＤは、電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）を含む。

以上により、コーティング構造１２が製造される。本実施形態において、タービン部材Ｍの表面は、第２保護膜１４の表面１４Ｓである。例えば、タービン部材Ｍが分割環９である場合、母材１１は、分割環９の母材であり、第２保護膜１４の表面１４Ｓは、分割環９の表面である。

以上説明したように、本実施形態においては、ＥＢＣ膜又はＴＢＣ膜の少なくとも一方を含む第１保護膜１３により、耐水蒸気腐食性及び遮熱性の少なくとも一方が得られ、母材１１を保護することができる。また、第１保護膜１３よりも硬い酸化アルミニウム膜からなる第２保護膜１４により、コーティング構造１２及びタービン部材Ｍの耐エロージョン性が向上する。酸化アルミニウムは、高温硬さに優れており、高温でも十分な硬さを有するため、優れた耐エロージョン性を得られる。そのため、コーティング構造１２に金属粉が衝突しても、第２保護膜１４により、コーティング構造１２の剥離及び亀裂の発生が抑制される。したがって、耐水蒸気腐食性及び遮熱性が維持され、コーティング構造１２の品質の低下が抑制される。そのため、タービン部材Ｍの製品寿命の延長が期待できる。

また、本実施形態においては、第１保護膜１３の表面１３Ｓに凹凸を設けて、表面１３Ｓを粗面にしたので、第１保護膜１３と第２保護膜１４との密着性を向上することができる。したがって、コーティング構造１２の信頼性が向上する。

また、本実施形態においては、第１保護膜１３の表面（境界面）１３Ｓの算術表面粗さＲａが３μｍ以上になるように、表面１３Ｓが加工される。これにより、第１保護膜１３と第２保護膜１４との密着性を向上することができる。

図６は、表面１３Ｓの算術表面粗さＲａと横割れ限界ひずみとの関係を示す実験結果の一例を示す。図６において、横軸は、算術表面粗さＲａであり、縦軸は、横割れ限界ひずみである。実験は、異なる算術表面粗さＲａの表面１３Ｓのコーティング構造をそれぞれ有するタービン部材（サンプル）を複数用意し、それぞれのサンプルにおける第１保護膜１３と第２保護膜１４との密着性を評価した。それぞれのサンプルにひずみを与え、どの程度のひずみで、第１保護膜１３と第２保護膜１４とが剥離するのかを評価した。横割れ限界ひずみとは、その剥離が発生したときのひずみである。

図６に示すように、算術表面粗さＲａが大きいほど、与えるひずみが大きくても、第１保護膜１３と第２保護膜１４とは剥離しない。一方、算術表面粗さＲａが小さいほど、第１保護膜１３と第２保護膜１４との剥離が発生するひずみは小さくなる。

実際のガスタービン１の駆動条件において生じるひずみと同等のひずみを与えたところ、図６に示すように、算術表面粗さＲａが３μｍであるとき、第１保護膜１３と第２保護膜１４とが剥離した。そのため、第１保護膜１３の表面１３Ｓの算術表面粗さＲａを３μｍ以上とすることにより、第１保護膜１３と第２保護膜１４との所期の密着性を得られることが確認できた。

なお、ガスタービン１の駆動条件に応じて、第１保護膜１３と第２保護膜１４との望まれる密着性は変化する。ガスタービン１の駆動条件に応じて、第１保護膜１３の表面１３Ｓの算術表面粗さＲａが調整されてもよい。

また、本実施形態においては、ショットブラストで表面１３Ｓに凹凸を形成するとき、投射材２０として、第２保護膜１４と同一材料である酸化アルミニウム微粒子（酸化アルミニウム粉末）が使用される。これにより、ショットブラスト後、第１保護膜１３に投射材２０が残留しても、第１保護膜１３と第２保護膜１４との間に、第１保護膜１３及び第２保護膜１４とは異なる種類の物質（物体）が残留することが抑制される。そのため、コーティング構造１２の品質の低下が抑制される。

例えば、ショットブラスト後、第１保護膜１３に投射材２０が残留した状態で、第１保護膜１３上に第２保護膜１４を形成した場合、第１保護膜１３と第２保護膜１４との間に投射材２０が残留することとなる。第１保護膜１３と第２保護膜１４との間に残留した投射材２０が、第１保護膜１３及び第２保護膜１４の融点よりも低い融点を有する材料で形成されている場合、その投射材２０が第１保護膜１３と第２保護膜１４との間に残留する状態でガスタービン１を駆動してしまうと、熱によってその投射材２０が溶融する可能性がある。その結果、コーティング構造１２が剥離したり、コーティング構造１２に亀裂が発生したりする可能性がある。

本実施形態においては、投射材２０として、第２保護膜１４と同一材料である酸化アルミニウム微粒子が使用されるので、投射材２０が残留しても、コーティング構造１２の品質の低下が抑制される。

なお、投射材２０として、第１保護膜１３と同一材料の微粒子を使用した場合も同様である。

また、投射材２０としてドライアイス微粒子を使用することにより、ショットブラスト後、第１保護膜１３に投射材２０が残留しても、ドライアイスは昇華により消滅する。したがって、投射材２０としてドライアイスを使用した場合も、コーティング構造１２の品質の低下が抑制される。

なお、本実施形態において、表面３Ｓは粗面（凹凸面）でなくでもよい。コーティング構造１２の製造において、表面１３Ｓに凹凸を形成するための処理（ブラスト処理）が省略されてもよい。例えば、ガスタービン１の駆動条件によっては、表面３Ｓが粗面でなくても、第１保護膜１３と第２保護膜１４との剥離が発生し難い可能性がある。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図７は、本実施形態に係るタービン部材ＭＢの一例を模式的に示す断面図である。図７に示すように、タービン部材ＭＢは、母材１１と、母材１１の表面１１Ｓに形成されるコーティング構造１２Ｂとを有する。上述の実施形態と同様、母材１１は、ＣＭＣで形成される。

コーティング構造１２Ｂは、母材１１の表面１１Ｓに設けられる第１保護膜１３と、第１保護膜１３上に設けられる第２保護膜１４２とを有する。上述の実施形態と同様、第１保護膜１３は、ＥＢＣ膜及びＴＢＣ膜の少なくとも一方で形成される。

本実施形態において、第２保護膜１４２は、ハフニウム酸化物を含む。ハフニウム酸化物は、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）を含み、第２保護膜１４２は、ＨｆＯ_２系の材料で形成される。第２保護膜１４２は、例えば、酸化ハフニウムとレニウム（Ｒｅ）との合金でもよいし、酸化ハフニウムとイッテリビウム（Ｙｂ）との合金でもよい。また、第２保護膜１４２が、希土類元素（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ〜Ｌｕ）の少なくとも一つで安定化された酸化ハフニウムを含んでもよい。

本実施形態において、第２保護膜１４２は、ＨｆＯ_２−Ｒｅ_２Ｏ_３を含む。また、本実施形態において、第２保護膜１４２は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む。

次に、本実施形態に係るコーティング構造１２Ｂの製造方法の一例について説明する。上述の実施形態と同様、母材１１の表面１１Ｓに第１保護膜１３が設けられる。例えば、溶射により、母材１１の表面１１Ｓに第１保護膜１３が設けられてもよい。

本実施形態においては、表面１３Ｓに凹凸を形成するためのショットブラストが省略される。なお、表面１３Ｓに凹凸を形成するためのショットブラストが行われてもよい。表面１３Ｓに凹凸を形成する場合、第１保護膜１３及び第２保護膜１４２の少なくとも一方と同一材料で形成された投射材２０が第１保護膜１３に供給されてもよい。なお、ドライアイスで形成された投射材２０が第１保護膜１３に供給されてもよい。第１保護膜１３及び第２保護膜１４２の少なくとも一方と同一材料の投射材２０、及びドライアイスからなる投射材２０の両方が第１保護膜１３に供給されてもよい。

母材１１に設けられた第１保護膜１３上に第２保護膜１４２が設けられる。ハフニウム酸化物を含む第２保護膜１４は、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）の方法で形成されてもよいし、物理蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）の方法で形成されてもよいし、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ：Atmospheric Plasma Spraying）の方法で形成されてもよいし、ディッピングの方法で形成されてもよい。ＰＶＤは、電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）を含む。

本実施形態において、第２保護膜１４２の成膜において、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）が添加されたハフニウム酸化物（ＨｆＯ_２−Ｒｅ_２Ｏ_３）が用意され、その材料を使って第２保護膜１４２の成膜が行われる。酸化アルミニウムは、１０ｍｏｌ％以下、好ましくは５ｍｏｌ％以下の量を添加される。酸化アルミニウムは、焼結助剤として添加される。

第１保護膜１３上に第２保護膜１４２が成膜された後、焼結処理が行われる。以上により、コーティング構造１２Ｂが製造される。

以上説明したように、本実施形態においても、コーティング構造１２Ｂにより、耐エロージョン性を向上することができる。ハフニウム酸化物を含む第２保護膜１４２は、線膨張係数が小さく（５．０×１０^−６／Ｋ程度）、耐エロージョン性及び耐水蒸気腐食性が高いので、コーティング構造１２Ｂの材料に適している。そのため、タービン部材ＭＢの製品寿命の延長が期待される。

また、本実施形態においては、焼結助剤として酸化アルミニウムが添加される。これにより、第１保護膜１３と第２保護膜１４２との良好な密着性が得られる。また、溶射により第２保護膜１４２を成膜する場合、第１保護膜１３上に第２保護膜１４２の溶滴が供給された後、偏平化した溶滴（スプラット）間の密着性が、酸化アルミニウムによって向上する。これにより、耐エロージョン性が向上する。

１ガスタービン
２圧縮機
３燃焼器
４タービン部
５回転軸
６発電機
７タービン静翼
８タービン動翼
９分割環
１０車室
Ｍタービン部材

Claims

セラミックス基複合材料を含む母材の表面に設けられる耐環境コーティング膜又は遮熱コーティング膜の少なくとも一方からなる第１保護膜と、
前記第１保護膜上に設けられる酸化アルミニウム膜からなる第２保護膜と、
を備えるコーティング構造。
セラミックス基複合材料を含む母材の表面に設けられた耐環境コーティング膜又は遮熱コーティング膜の少なくとも一方からなる第１保護膜と、
前記第１保護膜上に設けられたハフニウム酸化物を含む第２保護膜と、
を備えるコーティング構造。
前記第２保護膜と接する前記第１保護膜の境界面は凹凸面を含む請求項１又は請求項２に記載のコーティング構造。
前記第２保護膜は、前記第１保護膜と接する第１面と、前記第１面の反対方向を向く第２面と、を有し、
前記第２保護膜と接する前記第１保護膜の境界面の表面粗さは、前記第２面の表面粗さよりも大きい請求項１又は請求項２に記載のコーティング構造。
前記第２保護膜と接する前記第１保護膜の境界面の算術表面粗さＲａは、３μｍ以上である請求項１又は請求項２に記載のコーティング構造。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコーティング構造を備えるタービン部材。
請求項６に記載のタービン部材を備えるガスタービン。
セラミックス基複合材料を含む母材の表面に耐環境コーティング膜又は遮熱コーティング膜の少なくとも一方からなる第１保護膜を設けることと、
前記第１保護膜上に酸化アルミニウム膜からなる第２保護膜を設けることと、
を含むコーティング構造の製造方法。
セラミックス基複合材料を含む母材の表面に耐環境コーティング膜又は遮熱コーティング膜の少なくとも一方からなる第１保護膜を設けることと、
前記第１保護膜上にハフニウム酸化物を含む第２保護膜を設けることと、
を含むコーティング構造の製造方法。
前記母材に設けられた前記第１保護膜の表面に凹凸を形成することを含み、
前記凹凸が形成された前記第１保護膜の表面に前記第２保護膜を設ける請求項８又は請求項９に記載のコーティング構造の製造方法。
前記第１保護膜に投射材を供給するショットブラストにより前記凹凸が形成され、
前記投射材は、前記第１保護膜及び前記第２保護膜の少なくとも一方と同一材料から形成される請求項１０に記載のコーティング構造の製造方法。
前記第１保護膜に投射材を供給するショットブラストにより前記凹凸が形成され、
前記投射材は、ドライアイスを含む請求項１０に記載のコーティング構造の製造方法。