JP2015175315A - 遮熱コーティング材、これを有するタービン部材及び遮熱コーティング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遮熱コーティング材において、遮熱性を安定して確保することができる。【解決手段】遮熱コーティング材２０は、母材１０上に積層される金属結合層としてのボンドコート層２１と、ボンドコート層２１上に積層されたセラミックを含むトップコート層２２と、トップコート層２２内において表面よりも内側に形成され、トップコート層２２と同一の材料で形成されるとともに気孔率がトップコート層２２よりも小さい緻密層２３と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、遮熱コーティング材、これを有するタービン部材及び遮熱コーティング方法に関する。

ガスタービンでは、その効率を向上させるために、使用するガスの温度を高く設定している。このような高温のガスに晒されるタービン部材（動翼、静翼など）には、その表面に遮熱コーティング材（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ：ＴＢＣ）が施されている。遮熱コーティング材とは、被溶射物であるタービン部材の表面に、溶射により熱伝導率の小さい溶射材（例えば、熱伝導率の小さいセラミックス系材料）を被覆したものであり、タービン部材の遮熱性及び耐久性を向上させている。

一方、ガスタービンに用いられる燃料は多様化しており、従来のガスを用いるガスタービンだけでなく、重油を用いるガスタービンのニーズも高まっている。このような重油焚きのガスタービンでは、短時間の運転で遮熱コーティング材が損傷してしまうことが問題となっている。具体的には、重油焚きのガスタービンの場合、タービン部材が、重油に含有されるナトリウムや硫黄等によって生じる硫酸ナトリウムを含む溶融塩に曝されることで、その溶融塩が遮熱コーティング材の内部に浸透して遮熱コーティング材をタービン部材の表面から剥離させてしまう事象が発生することが知られている。そのため、溶融塩の存在する環境下において、高い信頼性を有する遮熱コーティング材が望まれている。

このような遮熱コーティング材が、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の遮熱コーティング材は、トップコート層である遮熱層の表面にシリカを主成分とする環境遮蔽層を形成し、溶融塩が遮熱層に接触することを妨げている。具体的には、安定化ジルコニアで形成される遮熱層の表面に、セラミック系の接着剤を塗布して加熱することで、溶融塩の浸透を妨げる環境遮蔽層を形成している。

また、特許文献２に開示されている遮熱コーティング材では、腐食成分浸透防止層をトップコート層であるセラミック層の表面に形成し、溶融塩等の腐食成分の浸透を防止している。

特開２０１２‐１３７０７３号公報 特許第４３８８４６６号公報

しかしながら、上記のような遮熱コーティング材は、トップコート層の表面に溶融塩の浸透を防ぐ層を形成している。そのため、ガスタービンの運転中に異物等が飛来して接触することで、溶融塩の浸透を妨げる層が剥離してしまうおそれがある。このような場合には、溶融塩の浸透を防ぐことができずに遮熱コーティング材の一部が剥離してしまい、遮熱性が損なわれてしまう。即ち、ガスタービンの運転中に遮熱コーティング材の遮熱性を安定して確保することができないおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、遮熱性を安定して確保することが可能な遮熱コーティング材、これを備えるタービン部材、及び遮熱コーティング方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様に係る遮熱コーティング材は、母材上に積層される金属結合層としてのボンドコート層と、該ボンドコート層上に積層されたセラミックを含むトップコート層と、前記トップコート層内において表面よりも内側に形成され、該トップコート層と同一の材料で形成されるとともに気孔率が前記トップコート層よりも小さい緻密層と、を備える。

このような構成によれば、トップコート層内に、気孔率がトップコート層よりも小さい緻密層を形成することで溶融塩の浸透が緻密層によって妨げられる。即ち、緻密層をトップコート層の表面に形成しないことで、緻密層を露出させずに形成できる。そのため、緻密層を表面側に形成された一部のトップコート層によって保護することができる。これにより、異物が飛来して接触した場合であっても、緻密層が損傷してしまうことを抑制することができ、溶融塩以外の異物等によって緻密層が損傷してしまうことを抑制できる。

また、本発明の他の態様に係る遮熱コーティング材では、前記緻密層の気孔率が、１％以上４％未満の範囲内であってもよい。

このような構成によれば、気孔率が小さい緻密層を形成することで、トップコート層の内側への溶融塩の浸透を抑えることができる。

さらに、本発明の他の態様に係る遮熱コーティング材では、前記緻密層の膜厚が、０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲内であってもよい。

このような構成によれば、膜厚が非常に薄いためにトップコート層内の緻密層側の表面の凹凸形状をほとんど変化させることがない。そのため、緻密層を形成しても、緻密層を形成しなかった場合と同様の層間強度をトップコート層として維持することができる。したがって、緻密層を形成したとしても、トップコート層を強固に接合することができ、異なる層との境界で剥離してしまうことを抑制することができる。

また、本発明の第二の態様に係るタービン部材では、前記遮熱コーティング材を表面に有する。

このような構成によれば、遮熱性を長期間にわたって確保することが可能な信頼性の高いタービン部材を形成することができる。

また、本発明の第三の態様に係るタービンでは、前記タービン部材を備える。

このような構成によれば、タービン部材が損傷し難くなり、メンテナンス性を向上することができる。そのため、メンテナンスのためのガスタービンの稼動停止時間を短縮することができる。

また、本発明の第四の態様に係る遮熱コーティング方法では、母材上に金属結合層としてのボンドコート層を積層するボンドコート層積層工程と、前記ボンドコート層積層工程の後に実施され、前記ボンドコート層上に、セラミックを含む第一トップコート層を積層する第一トップコート層積層工程と、前記第一トップコート層積層工程の後に実施され、前記第一トップコート層と同一の材料で形成されるとともに気孔率が前記第一トップコート層よりも小さい緻密層を形成する緻密層積層工程と、前記緻密層積層工程の後に実施され、前記緻密層上にセラミックを含む第二トップコート層を積層させる第二トップコート層積層工程とを含む。

このような構成によれば、トップコート層内に、気孔率がトップコート層よりも小さい緻密層を形成することで溶融塩の浸透を妨げることができる遮熱コーティング材を形成できる。

本発明によれば、溶融塩の浸透を妨げる緻密層をトップコート層内に形成することで、遮熱性を安定して確保することができる。

本発明の各実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。 本発明の各実施形態に係る動翼の概略構成斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る動翼の要部断面拡大図である。 本発明の第一実施形態における遮熱コーティング方法の工程を説明する工程図である。 溶融塩が浸透した遮熱コーティング材を説明する拡大写真であって、同図（ａ）は、溶融塩が浸透前の遮熱コーティング材の拡大写真、同図（ｂ）は溶融塩が浸透したことによって亀裂が生じた遮熱コーティング材の拡大写真である。 トップコート層における融塩の成分の一つである硫黄の浸透度合いを分析した結果を示す図であって、同図（ａ）は気孔率が１０〜１２％の場合の分析結果であり、同図（ｂ）は気孔率が５〜８％の場合の分析結果である。 本発明の第二実施形態に係る動翼の要部断面拡大図である。 本発明の実施例における緻密層を説明する拡大写真である。

《第一実施形態》
以下、本発明に係る第一実施形態について図１から図６を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態のガスタービン１は、多量の空気を内部に取り入れて圧縮する圧縮機２と、この圧縮機２にて圧縮された圧縮空気Ａに燃料を混合して燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３から導入された燃焼ガスＧの熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン本体４と、タービン本体４の回転する動力の一部を圧縮機２に伝達して圧縮機２を回転させるロータ５とを備えている。

タービン本体４は、ロータ５に設けられた動翼７に燃焼ガスＧを吹き付けることで燃焼ガスＧの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生する。タービン本体４には、ロータ５側の複数の動翼７の他に、タービン本体４のケーシング６に複数の静翼８が設けられる。タービン本体４では、これら動翼７と静翼８とが、ロータ５の軸方向に交互に配列されている。

本実施形態におけるタービン部材は、図２に示すように、タービン本体４の動翼７である。この動翼７は、タービン本体４のケーシング６内の燃焼ガスＧ流路内に配される動翼本体７１と、この動翼本体７１の基端に設けられたプラットホーム７２と、このプラットホーム７２から動翼本体７１と反対側へ突出した翼根７３と、動翼本体７１の先端に設けられたシュラウド７４と、を有している。

図３に示すように、動翼７は、Ｎｉ基合金等の耐熱合金製の母材１０と、この母材１０の表面に形成される遮熱コーティング材２０とを有している。
遮熱コーティング材２０は、母材１０上に積層されるボンドコート層２１と、ボンドコート層２１の表面に積層されるトップコート層２２と、トップコート層２２内においてその表面よりも母材１０側である内側に形成される緻密層２３とを有している。

ボンドコート層２１は、母材１０とトップコート層２２が剥離すること抑制し、耐食性及び耐酸化性に優れた金属結合層として形成される。ボンドコート層２１は、例えば、溶射材としてＭＣｒＡｌＹ合金の金属溶射粉を母材１０の表面に対して溶射して積層される。ここで、ボンドコート層２１を構成するＭＣｒＡｌＹ合金の「Ｍ」は、金属元素を示し、例えば，ＮｉＣｏ，Ｎｉ、Ｃｏ等の単独の金属元素又はこれらのうち２種以上の組み合わせを示している。

トップコート層２２は、セラミックを含む溶射材をボンドコート層２１の表面に対して溶射して形成される。トップコート層２２は、緻密層２３を挟んで、内側に形成される第一トップコート層２２ａと、表面側に形成される第二トップコート層２２ｂとを有している。本実施形態における第一トップコート層２２ａ及び第二トップコート層２２ｂは、同一材料を用いて、同一条件によってそれぞれ形成されている。第一トップコート層２２ａ及び第二トップコート層２２ｂは、気孔率（単位体積当たりの気孔の占有率）が８〜１５％の範囲に収まるように形成されることが好ましく、特に１０％とされることが好ましい。トップコート層２２を形成する際に用いられる溶射材は、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）や、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）で部分安定化させたジルコニア（ＺｒＯ_２）であるイッテルビア安定化ジルコニア（ＹｂＳＺ）が用いられる。

第一トップコート層２２ａは、ボンドコート層２１上を完全に覆うことが可能な膜厚以上に形成されていればよい。具体的には、本実施形態の第一トップコート層２２ａは、２００μｍ程度の膜厚で形成される。
第二トップコート層２２ｂは、緻密層２３上を完全に覆うことが可能な膜厚以上に形成されていればよい。具体的には、本実施形態の第二トップコート層２２ｂは、第一トップコート層２２ａと同様に、２００μｍ程度の膜厚で形成される。

緻密層２３は、第一トップコート層２２ａと第二トップコート層２２ｂとの間に配置されることで、トップコート層２２内において表面よりも内側に形成される。緻密層２３は、トップコート層２２と同一の材料で形成されるとともに、気孔率がトップコート層２２よりも小さく形成される。具体的には、本実施形態の緻密層２３は、トップコート層２２と同じＹＳＺやＹｂＳＺを溶射材として溶射することで形成される。本実施形態の緻密層２３は、気孔率が１％以上４％未満の範囲内となるよう形成される。緻密層２３は、第一トップコート層２２ａと第二トップコート層２２ｂとの膜厚を足したトップコート層２２全体としての膜厚に対して、２０％を超えないような膜厚に形成される。例えば、本実施形態では、緻密層２３は、トップコート層２２の膜厚が５００μｍ程度である場合、１０μｍ以下の膜厚で形成されることが好ましい。

次に、上記遮熱コーティング材２０を母材１０に積層させる遮熱コーティング方法Ｓ２について説明する。
まず、母材形成工程Ｓ１として、母材１０を目的の形状（本実施形態においては動翼７形状）に形成する。本実施形態では、母材１０には、前述したように、Ｎｉ基合金が用いられる。

遮熱コーティング方法Ｓ２は、母材形成工程Ｓ１後に実施される。遮熱コーティング方法Ｓ２は、ボンドコート層積層工程Ｓ２１と、第一トップコート層積層工程Ｓ２２と、緻密層積層工程Ｓ２３と、第二トップコート層積層工程Ｓ２４と、表面調整工程Ｓ２５とを有する。

ボンドコート層積層工程Ｓ２１は、母材形成工程Ｓ１後に実施される。ボンドコート層積層工程Ｓ２１は、母材１０の表面に対してボンドコート層２１を積層させる。本実施形態のボンドコート層積層工程Ｓ２１は、例えば、ＭＣｒＡｌＹ合金の金属溶射粉を用いて、低圧プラズマ溶射法により母材１０の表面に溶射することで、ボンドコート層２１を形成する。

第一トップコート層積層工程Ｓ２２は、ボンドコート層積層工程Ｓ２１後に実施される。第一トップコート層積層工程Ｓ２２は、ボンドコート層２１上に第一トップコート層２２ａを積層させる。本実施形態の第一トップコート層積層工程Ｓ２２は、例えば、溶射材としてＹＳＺの粉末を用いて、大気圧プラズマ溶射法（ＡＴＭＯＳＰＨＥＲＩＣ ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｐｌａｓｍａ Ｓｐｒａｙ：ＡＰＳ）により、第一トップコート層２２ａをボンドコート層２１上に形成する。

緻密層積層工程Ｓ２３は、第一トップコート層積層工程Ｓ２２後に実施される。緻密層積層工程Ｓ２３は、第一トップコート層２２ａに緻密層２３を積層させる。本実施形態の緻密層積層工程Ｓ２３は、例えば、第一トップコート層積層工程Ｓ２２で用いた溶射材を使用して、第一トップコート層積層工程Ｓ２２とは異なる条件で、大気圧プラズマ溶射法を行うことで、緻密層２３を形成する。具体的には、本実施形態の緻密層積層工程Ｓ２３は、溶射材を噴射する不図示の溶射装置のノズルの先端と母材１０との距離である溶射距離を第一トップコート層積層工程Ｓ２２よりも近づけて実施する。例えば、第一トップコート層積層工程Ｓ２２における溶射距離を１５０ｍｍに設定した場合、緻密層積層工程Ｓ２３における溶射距離を１００ｍｍ程度まで徐々に近づけるよう設定する。

なお、本実施形態の緻密層積層工程Ｓ２３では、溶射距離を近づけることで緻密層２３を形成したが、これに限定されるものでなく、気孔率がトップコート層２２よりも小さくなるように形成することができればよい。例えば、溶射装置の溶射電流を増加させることで気孔率を小さくするように形成してもよい。

第二トップコート層積層工程Ｓ２４は、緻密層積層工程Ｓ２３後に実施される。第二トップコート層積層工程Ｓ２４は、緻密層２３に第二トップコート層２２ｂを積層させる。本実施形態の第二トップコート層積層工程Ｓ２４は、第一トップコート層積層工程Ｓ２２と同一の材料・条件で、実施され、第二トップコート層２２ｂを緻密層２３上に形成する。

第二トップコート層積層工程Ｓ２４を実施後に、遮熱コーティング材２０の表面の状態を調整する表面調整工程Ｓ２５を実施する。表面調整工程Ｓ２５は、形成した遮熱コーティング材２０全体としての膜厚を調整したり、表面をより滑らかにして動翼７への熱伝達係数を低下させたりするために、第二トップコート層２２ｂをわずかに削って遮熱コーティング材２０の表面の状態を調整する。本実施形態の表面調整工程Ｓ２５は、第二トップコート層２２ｂを数μｍ削り、第二トップコート層２２ｂの表面を滑らかにするとともに、遮熱コーティング材２０全体としての膜厚が均一となるよう調整する。

上記のような遮熱コーティング材２０や遮熱コーティング方法Ｓ２によれば、第一トップコート層２２ａと第二トップコート層２２ｂの間に、気孔率が第一トップコート層２２ａや第二トップコート層２２ｂよりも小さい緻密層２３を形成することで、第一トップコート層２２ａへの溶融塩の浸透を妨げることができる。即ち、緻密層２３を第二トップコート層２２ｂの表面側に形成しないことで、緻密層２３を表面に露出させずに形成できる。そのため、緻密層２３を第二トップコート層２２ｂによって保護することができる。これにより、ガスタービン１等の運転中に動翼７に対して異物が飛来して接触した場合や表面調整工程Ｓ２５において遮熱コーティング材２０全体としての膜厚を調整するために表面を一部削った場合であっても、緻密層２３が損傷してしまうことを抑制することができる。したがって、溶融塩以外の異物等によって緻密層２３が損傷してしまうことを抑制でき、長時間にわたって使用される動翼７等のタービン部材への遮熱性を安定して確保することができる。

また、従来、トップコート層２２内には、図５（ａ）に示すように、遮熱性を確保するために１０％程度の割合で気孔や層状欠陥が存在している。溶融塩が遮熱コーティング材２０内に浸透すると、浸透した溶融塩がこの気孔や層状欠陥内に蓄積されてトップコート層２２の強度が弱化する。そして、遮熱コーティング材２０が表面に施された動翼７が高温高圧の環境下で使用されることで、トップコート層２２に熱応力が働き、気孔や層状欠陥内に蓄積された溶融塩からき裂３０が進展する。その後、進展したき裂３０に溶融塩がさらに蓄積されて熱応力が働くことで、き裂３０はより進展していく。これを繰り返すことで、トップコート層２２内に大きなき裂３０が形成され、図５（ｂ）に示すように、トップコート層２２の剥離を引き起こすと考えられている。

そして、図６は、トップコート層２２における溶融塩の成分の一つである硫黄の浸透度合いを分析した結果である。図６（ａ）に示すように、気孔率が１０〜１２％の場合は図中の白点で表されるように硫黄の浸透が認められる。一方、図６（ｂ）に示すように、気孔率が３〜８％まで低下することで、図中にもほとんど白点がなくなり、硫黄の浸透が抑制されていることがわかる。即ち、気孔率を８％以下にすることで、溶融塩の浸透が抑制することができる。そのため、気孔率が小さい緻密層２３を形成することで、緻密層２３よりも内側への溶融塩の浸透を抑えることができる。したがって、本実施形態のように気孔率が１％以上４％未満の範囲内に収まるように緻密層２３を形成することで、溶融塩の浸透を効果的に抑制することができる。その結果、溶融塩が第二トップコート層２２ｂに浸透してしまったとしても、緻密層２３によって第一トップコート層２２ａへの浸透を防ぐことができる。したがって、第一トップコート層２２ａの剥離等の損傷を抑え、トップコート層２２が完全に剥離して遮熱効果等のトップコート層２２の性能が完全に失われてしまうことを防ぐことができる。

さらに、トップコート層２２全体を緻密層２３した場合、気孔率が小さいために十分な遮熱性を確保することが難しい。ところが、トップコート層２２に対して緻密層２３の膜厚が２０％を超えないように形成することで、トップコート層２２による遮熱性を確保しながら、溶融塩によるトップコート層２２の剥離を抑えることができる。したがって、長期間にわたって損傷し難く、遮熱性を確保できるような信頼性の高い遮熱コーティング材２０を形成することができる。

また、このような遮熱コーティング材２０を使用することで、遮熱性を長期間にわたって確保することが可能な信頼性の高い動翼７等のタービン部材を形成することができる。

さらに、上記構成からなるガスタービン１によれば、タービン部材が損傷し難くなり、メンテナンス性を向上することができる。そのため、メンテナンスのためのガスタービン１の稼動停止時間を短縮することができる。

《第二実施形態》
次に、図７を参照して第二実施形態の遮熱コーティング材２０ａについて説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の遮熱コーティング材２０ａは、緻密層２３について第一実施形態と相違する。

即ち、第二実施形態では、第一実施形態の緻密層２３よりも薄く密な構造の極薄緻密層２３０を形成する。極薄緻密層２３０は、その膜厚が０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲内で形成される。極薄緻密層２３０は、サスペンションプラズマ溶射法（Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｐｌａｓｍａ Ｓｐｒａｙ ：ＳＰＳ）を利用して形成される。サスペンションプラズマ溶射法は、溶射材として粉末材料ではなく、ナノからサブミクロンの微粉末を溶媒に分散させた混濁液を直接プラズマ中に投入する方法である。

具体的には、第二実施形態で形成される極薄緻密層２３０は、トップコート層２２を形成する際に用いた材料と同じ材料の粒子を用いて、サスペンションプラズマ溶射法によって形成される。例えば、極薄緻密層２３０は、ＹＳＺを分散させた混濁液を用いたサスペンションプラズマ溶射法によって、第一トップコート層２２ａ上に形成される。極薄緻密層２３０は、気孔率がトップコート層２２だけでなく第一実施形態の緻密層２３よりも小さく形成される。そして、極薄緻密層２３０は、例えば、１μｍ程度の膜厚で形成される。

上記のような遮熱コーティング材２０ａによれば、膜厚が１μｍ程度の極薄緻密層２３０を第一トップコート層２２ａ上に形成しても、膜厚が非常に薄いために第一トップコート層２２ａの極薄緻密層２３０側の表面の凹凸形状をほとんど変化させることがない。即ち、極薄緻密層２３０の第二トップコート層２２ｂ側の面の形状が、第一トップコート層２２ａの表面の凹凸を転写したような形状になる。そのため、第二トップコート層２２ｂを極薄緻密層２３０上に形成しても、第一トップコート層２２ａ上に極薄緻密層２３０を形成せずに第二トップコート層２２ｂを直接形成した場合と同様の層間強度を、第一トップコート層２２ａと極薄緻密層２３０との間及び第一トップコート層２２ａと極薄緻密層２３０との間に生じさせることができる。したがって、第一トップコート層２２ａと第二トップコート層２２ｂとを極薄緻密層２３０に強固に接合することができ、極薄緻密層２３０との境界で剥離してしまうことを抑制することができる。

さらに、極薄緻密層２３０は、膜厚が１μｍ程度と非常に薄いために、第一トップコート層２２ａと第二トップコート層２２ｂとの間での熱伝導を阻害しない。したがて、第一トップコート層２２ａと第二トップコート層２２ｂとの間に極薄緻密層２３０が形成されても、トップコート層２２全体として遮熱性が低下してしまうことを抑えることができる。

また、サスペンションプラズマ溶射法によって形成されることで、層内に粒子が小さいことで非常に密な構造となり、気孔率のより小さな層として極薄緻密層２３０を形成できる。そのため、第一トップコート層２２ａへの溶融塩の浸透をより効果的に防ぐことができる。

［実施例］
以下、実施例によって第一トップコート層２２ａと第二トップコート層２２ｂとの間に緻密層２３を形成する方法を説明するが、本発明は以下の記載によって限定されない。

（実施方法）
本実施例では、第一トップコート層積層工程Ｓ２２から第二トップコート層積層工程Ｓ２４までを、溶射材としてＹＳＺを用いる同一の溶射装置を使用して、大気圧プラズマ溶射法によって実施する。具体的には、本実施例では、溶射距離と溶射装置のノズルから母材１０に対して溶射材を吹き付ける速度である溶射速度を変化させる。なお、溶射電流等のその他の溶射装置の設定を一定とする。そして、第一トップコート層積層工程Ｓ２２から第二トップコート層積層工程Ｓ２４までを溶射装置によって連続的に実施する。

（第一トップコート層積層工程Ｓ２２の実施条件）
溶射距離：１５０［ｍｍ］
溶射速度：３００［ｍｍ／ｓｅｃ］
（緻密層積層工程Ｓ２３の実施条件）
溶射距離：１５０［ｍｍ］
溶射速度：１００〜１２０［ｍｍ／ｓｅｃ］
（第二トップコート層積層工程Ｓ２４の実施条件）
溶射距離：１５０［ｍｍ］
溶射速度：３００［ｍｍ／ｓｅｃ］

上記条件で第一トップコート層積層工程Ｓ２２から第二トップコート層積層工程Ｓ２４までを実施した結果、図８に示すように、第一トップコート層２２ａや第二トップコート層２２ｂよりも明らかに気孔率の小さい緻密層２３が形成されていることが確認された。また、溶射装置等を変更しなくとも、条件を調整だけで、第一トップコート層２２ａと第二トップコート層２２ｂとの間に緻密層２３を積層させることができることが分かった。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

なお、第一トップコート層２２ａ及び第二トップコート層２２ｂは、本実施形態のように、同一の材料を用いて同じ条件で形成されることに限定されるものではなく、別々の構成として形成されてもよい。例えば、第一トップコート層２２ａと第二トップコート層２２ｂとの気孔率をそれぞれ別に形成したり、異なる材料を用いて形成したりしてもよい。

また、ボンドコート層２１やトップコート層２２は、本実施形態以外の方法で形成されてもよい。例えば、大気圧プラズマ溶射以外の電気式溶射として減圧プラズマ溶射を用いてもよく、ガス式溶射として、フレーム溶射法、高速フレーム溶射を用いてよい。また、溶射法以外の方法で形成してもよく、例えば、電子ビーム物理蒸着法を用いてもよい。

さらに、第一トップコート層２２ａと第二トップコート層２２ｂとは、本実施形態のように、同じ膜厚に形成されることに限定されるものではなく、使用される環境等の条件や遮熱コーティング材２０において緻密層２３を形成したい位置に応じて適宜設定されればよい。例えば、第二トップコート層２２ｂを５μｍ程度と非常に薄く形成し、第一トップコート層２２ａを４００μｍ程度と非常に厚く形成してもよく、また、この逆であってもよい。

さらに、上述した構成においては、動翼７に本発明を適用した場合について説明をしたが、他のタービン部材、例えば、ガスタービン１の静翼８や燃焼器３を構成するノズルや筒体等の部材に本発明を適用してもよい。

１…ガスタービン ２…圧縮機 ３…燃焼器 ４…タービン本体 Ａ…圧縮空気 Ｇ…燃焼ガス ５…ロータ ６…ケーシング ７…動翼 ７１…動翼本体 ７２…プラットホーム ７３…翼根 ７４…シュラウド ８…静翼 １０…母材 ２０、２０ａ…遮熱コーティング材 ２１…ボンドコート層 ２２…トップコート層 ２２ａ…第一トップコート層 ２２ｂ…第二トップコート層 ２３…緻密層 Ｓ１…母材形成工程 Ｓ２…遮熱コーティング方法 Ｓ２１…ボンドコート層積層工程 Ｓ２２…第一トップコート層積層工程 Ｓ２３…緻密層積層工程 Ｓ２４…第二トップコート層積層工程 Ｓ２５…表面調整工程 ３０…き裂 ２３０…極薄緻密層

Claims (6)

1. 母材上に積層される金属結合層としてのボンドコート層と、
   該ボンドコート層上に積層されたセラミックを含むトップコート層と、
   前記トップコート層内において表面よりも内側に形成され、該トップコート層と同一の材料で形成されるとともに気孔率が前記トップコート層よりも小さい緻密層と、
   を備える遮熱コーティング材。
2. 前記緻密層の気孔率が、１％以上４％未満の範囲内である請求項１に記載の遮熱コーティング材。
3. 前記緻密層の膜厚が、０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲内である請求項１または請求項２に記載の遮熱コーティング材。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の前記遮熱コーティング材を表面に有するタービン部材。
5. 請求項４に記載の前記タービン部材を備えるタービン。
6. 母材上に金属結合層としてのボンドコート層を積層するボンドコート層積層工程と、
   前記ボンドコート層積層工程の後に実施され、前記ボンドコート層上に、セラミックを含む第一トップコート層を積層する第一トップコート層積層工程と、
   前記第一トップコート層積層工程の後に実施され、前記第一トップコート層と同一の材料で形成されるとともに気孔率が前記第一トップコート層よりも小さい緻密層を形成する緻密層積層工程と、
   前記緻密層積層工程の後に実施され、前記緻密層上にセラミックを含む第二トップコート層を積層させる第二トップコート層積層工程とを含む遮熱コーティング方法。