JP2018172731A - Thermal barrier coating, turbine blade, and production method of thermal barrier coating - Google Patents

Thermal barrier coating, turbine blade, and production method of thermal barrier coating Download PDF

Info

Publication number
JP2018172731A
JP2018172731A JP2017071920A JP2017071920A JP2018172731A JP 2018172731 A JP2018172731 A JP 2018172731A JP 2017071920 A JP2017071920 A JP 2017071920A JP 2017071920 A JP2017071920 A JP 2017071920A JP 2018172731 A JP2018172731 A JP 2018172731A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zirconia
thermal barrier
barrier coating
layer
porous layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017071920A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6877217B2 (en
Inventor
三井 裕之
Hiroyuki Mitsui
裕之 三井
貴司 中野
Takashi Nakano
貴司 中野
小城 育昌
Yasumasa Koshiro
育昌 小城
鳥越 泰治
Taiji Torigoe
泰治 鳥越
芳史 岡嶋
Yoshifumi Okajima
芳史 岡嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2017071920A priority Critical patent/JP6877217B2/en
Publication of JP2018172731A publication Critical patent/JP2018172731A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6877217B2 publication Critical patent/JP6877217B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve durability of a porous layer and a substrate by suppressing crack of a coating formed on the porous layer constituting a thermal barrier coating.SOLUTION: A thermal barrier coating includes: a porous layer containing cubic crystal or tetragonal zirconia, and a first zirconia stabilization element for stabilizing the cubic crystal or tetragonal zirconia, and formed on a substrate; a dense layer containing the cubic crystal or tetragonal zirconia, and a second zirconia stabilization element for stabilizing the cubic crystal or tetragonal zirconia, formed on the porous layer, and denser than the porous layer; and particles dispersed in the dense layer.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、遮熱コーティング、タービン翼及び遮熱コーティングの製造方法に関する。   The present disclosure relates to thermal barrier coatings, turbine blades, and methods of manufacturing thermal barrier coatings.

産業用ガスタービンの分野では、翼の形状や翼に設けられた冷却構造を変えずに、耐熱部材への熱負荷を低減することができる遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating,TBC)が知られている。   In the field of industrial gas turbines, thermal barrier coating (TBC) is known that can reduce the heat load on the heat-resistant member without changing the shape of the blades or the cooling structure provided on the blades. Yes.

例えば、特許文献1には、Ybが安定化剤として添加されたジルコニア(ZrO)からなるセラミックス層と、セラミックス層上に設けられ、セラミックス層と同材の腐食成分浸透防止層と、を備えた遮熱コーティングが開示されている。
また、特許文献2には、ジルコニアからなるセラミックス層上に、シリカからなる環境遮蔽層を形成した遮熱コーティングが開示されている。また、特許文献2では、環境遮蔽層の形成方法として、金属アルコキシドのアルコール溶液を用いたゾルゲル法により形成することが記載されている。
For example, Patent Document 1 discloses a ceramic layer made of zirconia (ZrO 2 ) to which Yb 2 O 3 is added as a stabilizer, and a corrosion component penetration preventing layer that is provided on the ceramic layer and is made of the same material as the ceramic layer. , A thermal barrier coating is disclosed.
Patent Document 2 discloses a thermal barrier coating in which an environmental shielding layer made of silica is formed on a ceramic layer made of zirconia. Patent Document 2 describes forming an environmental shielding layer by a sol-gel method using an alcohol solution of a metal alkoxide.

特開2003−160852号公報JP 2003-160852 A 特開2012−137073号公報JP 2012-137073 A

ここで、特許文献1に記載の遮熱コーティングにおける腐食成分浸透防止層は、特許文献2に記載のゾルゲル法や溶射法により、成膜することが考えられる。
しかしながら、腐食成分浸透防止層は成膜時に割れが起こりやすく、信頼性の高い腐食成分浸透防止層を得ることは容易ではない。例えば、腐食成分浸透防止層が高い耐熱性を有するセラミックス(例えば、特許文献1のようにYbが安定化剤として添加されたジルコニア)により形成される場合、腐食成分浸透防止層を溶射により成膜するためには非常に高いプロセス温度条件となり、溶射時における腐食成分浸透防止層の割れのリスクが高まる。あるいは、腐食成分浸透防止層を特許文献2に記載のゾルゲル法により形成しようとすると、ガスタービン運転時の温度条件で発生する熱応力に起因して腐食成分浸透防止層に割れが生じる可能性がある。
腐食成分浸透防止層に割れが生じると、その割れた部分から腐食成分がセラミックス層や基材に浸透してしまうため、腐食成分浸透防止層の割れを防止しつつ、腐食成分浸透防止層を形成することが望まれている。
Here, it is conceivable that the corrosion component penetration preventing layer in the thermal barrier coating described in Patent Document 1 is formed by a sol-gel method or a thermal spraying method described in Patent Document 2.
However, the corrosion component permeation preventive layer is easily cracked during film formation, and it is not easy to obtain a highly reliable corrosive component permeation preventive layer. For example, when the corrosion component permeation preventive layer is formed of a ceramic having high heat resistance (for example, zirconia to which Yb 2 O 3 is added as a stabilizer as in Patent Document 1), the corrosive component permeation preventive layer is sprayed. Therefore, a very high process temperature condition is required to form a film, and the risk of cracking of the corrosion component penetration preventing layer during spraying increases. Alternatively, when the corrosive component permeation preventive layer is formed by the sol-gel method described in Patent Document 2, there is a possibility that the corrosive component permeation preventive layer is cracked due to thermal stress generated under the temperature conditions during operation of the gas turbine. is there.
When a crack occurs in the corrosion component penetration prevention layer, the corrosion component penetrates into the ceramic layer and the base material from the cracked part, so the corrosion component penetration prevention layer is formed while preventing the corrosion component penetration prevention layer from cracking. It is hoped to do.

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、遮熱コーティングを構成する多孔質層上に形成される被膜の割れを抑制して、多孔質層及び基材の耐久性を向上することを目的とする。   In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present invention improves the durability of the porous layer and the substrate by suppressing cracking of the coating film formed on the porous layer constituting the thermal barrier coating. For the purpose.

(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る遮熱コーティングは、
立方晶又は正方晶のジルコニアと、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第1ジルコニア安定化元素とを含み、基材上に形成される多孔質層と、
立方晶又は正方晶のジルコニアと、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第2ジルコニア安定化元素とを含み、前記多孔質層上に形成され、前記多孔質層よりも緻密な緻密層と、
前記緻密層に分散された粒子と、を備える。
(1) The thermal barrier coating according to at least one embodiment of the present invention is:
A porous layer formed on a substrate, comprising cubic or tetragonal zirconia and a first zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia;
A cubic layer or tetragonal zirconia and a second zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia, formed on the porous layer, and a dense layer denser than the porous layer; ,
And particles dispersed in the dense layer.

上記(1)の構成の遮熱コーティングは、緻密層に分散された粒子を備えるので、緻密層の焼成時に収縮する成分(粒子以外の成分)の比率を下げることができ、収縮力を低減して緻密層の割れを抑制できる。また、焼成時における緻密層の収縮を緻密層中に含まれる粒子が妨げようとするので(即ち、粒子による抗力により緻密層の収縮が抑制されるので)、緻密層の割れを抑制できる。これにより、多孔質層及び基材の耐久性を向上できる。
また、緻密層に粒子を分散させることで、緻密層の厚膜化を図ることができ、腐食成分の浸透防止効果が向上するとともに、緻密層の強度を向上できるので、多孔質層及び基材の耐久性を向上できる。
Since the thermal barrier coating having the configuration (1) includes particles dispersed in the dense layer, the ratio of components that contract during firing of the dense layer (components other than particles) can be reduced, and the shrinkage force can be reduced. Thus, cracking of the dense layer can be suppressed. Moreover, since the particles contained in the dense layer try to prevent the shrinkage of the dense layer during firing (that is, the shrinkage of the dense layer is suppressed by the drag caused by the particles), the cracking of the dense layer can be suppressed. Thereby, durability of a porous layer and a base material can be improved.
Further, by dispersing particles in the dense layer, the dense layer can be made thicker, the effect of preventing penetration of corrosive components can be improved, and the strength of the dense layer can be improved. The durability of can be improved.

(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、前記粒子は、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第3ジルコニア安定化元素を含む安定化ジルコニアにより形成される。 (2) In some embodiments, in the configuration of (1), the particles are formed of stabilized zirconia including a third zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia.

上記(2)の構成によれば、粒子が安定化ジルコニアにより形成されているので、粒子の線膨張係数と、立方晶又は正方晶のジルコニアを含む上記多孔質層や緻密層の線膨張係数とを合わせることができるので、ヒートサイクル耐久性に優れた遮熱コーティングを提供できる。   According to the configuration of (2) above, since the particles are formed of stabilized zirconia, the linear expansion coefficient of the particles and the linear expansion coefficient of the porous layer or the dense layer containing cubic or tetragonal zirconia Therefore, a thermal barrier coating excellent in heat cycle durability can be provided.

(3)幾つかの実施形態では、上記(2)の構成において、前記第1ジルコニア安定化元素、前記第2ジルコニア安定化元素及び前記第3ジルコニア安定化元素は、マグネシウム、アルカリ土類金属元素、又は希土類元素の何れかを含む。 (3) In some embodiments, in the configuration of (2), the first zirconia stabilizing element, the second zirconia stabilizing element, and the third zirconia stabilizing element are magnesium, an alkaline earth metal element, Or a rare earth element.

上記(3)の構成によれば、前記第1ジルコニア安定化元素、前記第2ジルコニア安定化元素及び前記第3ジルコニア安定化元素は、マグネシウム、アルカリ土類金属元素、又は希土類元素の何れかを含むので、多孔層、緻密層及び粒子の温度が変化しても立方晶又は正方晶のジルコニアの相転移が抑制される。これにより、多孔質層及び緻密層の耐久性を向上できる。   According to the configuration of (3) above, the first zirconia stabilizing element, the second zirconia stabilizing element, and the third zirconia stabilizing element are any of magnesium, an alkaline earth metal element, and a rare earth element. Therefore, even if the temperature of the porous layer, the dense layer, and the particles changes, the phase transition of cubic or tetragonal zirconia is suppressed. Thereby, durability of a porous layer and a dense layer can be improved.

(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、前記粒子は、粒径の異なる少なくとも2種類の粒子を含む。 (4) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (3), the particles include at least two types of particles having different particle sizes.

上記(4)の構成によれば、粒径の大きな粒子が配列された隙間に粒径の小さな粒子が配置されるので、緻密層における粒子の充填密度が高まる。よって、緻密層の焼成時における収縮力を、緻密層中に高密度に充填された粒子によって効果的に低減し、緻密層の割れを適切に抑制できる。
また、緻密層における粒子の充填密度が高まることで、緻密層の強度が向上するので、多孔質層及び基材の耐久性を向上できる。
According to the configuration of (4) above, since the small particle size particles are arranged in the gaps in which the large particle size particles are arranged, the packing density of the particles in the dense layer is increased. Therefore, the shrinkage force at the time of firing the dense layer can be effectively reduced by the particles packed in the dense layer with high density, and cracking of the dense layer can be appropriately suppressed.
Moreover, since the intensity | strength of a dense layer improves because the packing density of the particle | grains in a dense layer increases, durability of a porous layer and a base material can be improved.

(5)本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、
タービン翼本体と、
前記タービン翼本体の表面を覆うように設けられた上記(1)乃至(4)の何れかの構成の遮熱コーティングと、を備える。
(5) A turbine blade according to at least one embodiment of the present invention includes:
A turbine blade body,
A thermal barrier coating of any one of (1) to (4) provided to cover the surface of the turbine blade body.

上記(5)の構成によれば、上述したように緻密層の割れを抑制できるので、多孔質層及び基材の耐久性を向上できる。これにより、タービン翼の耐久性を向上できる。   According to the configuration of (5), since the cracking of the dense layer can be suppressed as described above, the durability of the porous layer and the substrate can be improved. Thereby, durability of a turbine blade can be improved.

(6)本発明の少なくとも一実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、
基材の表面の少なくとも一部に、立方晶又は正方晶のジルコニアと、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第1ジルコニア安定化元素とを含む多孔質層が形成された前記基材の前記多孔質層に対して、
ジルコニウムのアルコキシド化合物と、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第2ジルコニア安定化元素とを含む液を塗布するステップと、
前記液が塗布された前記基材を加熱して前記多孔質層上に被膜を生成するステップと、を備える。
(6) A method for producing a thermal barrier coating according to at least one embodiment of the present invention comprises:
The base material in which a porous layer containing cubic or tetragonal zirconia and a first zirconia stabilizing element for stabilizing cubic or tetragonal zirconia is formed on at least a part of the surface of the base material. For the porous layer,
Applying a liquid comprising a zirconium alkoxide compound and a second zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia;
Heating the base material coated with the liquid to form a coating on the porous layer.

上記(6)の方法によれば、基材上に形成された多孔質層に対してジルコニウムのアルコキシド化合物と第2ジルコニア安定化元素とを含む液を塗布し、液が塗布された基材を加熱することで多孔質層上にジルコニアの被膜を生成できる。この方法では、ジルコニアの被膜を溶射で形成する場合に比べて十分に低いプロセス温度条件で成膜することができるので、ジルコニア被膜の割れを抑制することができる。これにより、多孔質層及び基材の耐久性を向上できる。   According to the method of (6) above, a liquid containing an alkoxide compound of zirconium and a second zirconia stabilizing element is applied to the porous layer formed on the base material, and the base material to which the liquid is applied is applied. A zirconia film can be formed on the porous layer by heating. In this method, it is possible to form a film under a process temperature condition sufficiently lower than that in the case where the zirconia film is formed by thermal spraying, and therefore it is possible to suppress cracking of the zirconia film. Thereby, durability of a porous layer and a base material can be improved.

(7)幾つかの実施形態では、上記(6)の方法において、立方晶又は正方晶のジルコニアと、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第1ジルコニア安定化元素とを含む多孔質層を基材の表面の少なくとも一部に形成するステップをさらに備える。 (7) In some embodiments, in the method of (6), a porous layer containing cubic or tetragonal zirconia and a first zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia. Is further formed on at least a part of the surface of the substrate.

上記(7)の方法によれば、立方晶又は正方晶のジルコニアと、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第1ジルコニア安定化元素とを含む多孔質層を基材の表面の少なくとも一部に形成するステップをさらに備えることで、多孔質層上に上記被膜を生成することを前提として多孔質層を形成できる。これにより、例えば、腐食性物質の浸透抑制の役割を上記被膜に担わせることを前提として、要求される熱伝導性を確保できるような気孔率や厚さとなるように多孔質層を形成できる。したがって、多孔質層及び基材の耐久性を向上できる。   According to the above method (7), the porous layer containing cubic or tetragonal zirconia and the first zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia is provided on at least one surface of the substrate. By further including the step of forming the part, the porous layer can be formed on the assumption that the coating film is generated on the porous layer. Thereby, for example, on the premise that the coating film has a role of suppressing the penetration of corrosive substances, the porous layer can be formed to have a porosity and a thickness that can ensure the required thermal conductivity. Therefore, the durability of the porous layer and the substrate can be improved.

(8)幾つかの実施形態では、上記(6)または(7)の方法において、前記アルコキシド化合物は、エトキシド、プロポキシド又はブトキシドの少なくとも一つを含む。 (8) In some embodiments, in the method of (6) or (7), the alkoxide compound includes at least one of ethoxide, propoxide, or butoxide.

上記(8)の方法によれば、上記のアルコキシド化合物がエトキシド、プロポキシド又はブトキシドの少なくとも一つを含むので、ジルコニアの融点よりも十分に低い温度で上記の液からジルコニアの被膜を生成でき、遮熱コーティングの製造コストを抑制できる。即ち、上記の液が塗布された基材を加熱する際の加熱温度を低く抑えることができるので、加熱に要するエネルギーコストや、加熱のための装置のコストを抑制でき、遮熱コーティングの製造コストを抑制できる。また、基材や多孔質層に対する熱処理が必要であった場合、この熱処理と、ジルコニアの被膜を生成するための加熱処理とを兼ねることができるので、遮熱コーティングの製造コストをさらに抑制できる。   According to the method of (8), since the alkoxide compound contains at least one of ethoxide, propoxide, or butoxide, a zirconia film can be formed from the liquid at a temperature sufficiently lower than the melting point of zirconia, The manufacturing cost of the thermal barrier coating can be suppressed. In other words, since the heating temperature when heating the substrate coated with the above liquid can be kept low, the energy cost required for heating and the cost of the apparatus for heating can be suppressed, and the manufacturing cost of the thermal barrier coating. Can be suppressed. Moreover, when the heat processing with respect to a base material or a porous layer is required, since this heat processing and the heat processing for producing | generating the film of a zirconia can be combined, the manufacturing cost of a thermal barrier coating can further be suppressed.

(9)幾つかの実施形態では、上記(6)乃至(8)の何れかの方法において、前記液は、前記アルコキシド化合物の分散安定剤をさらに含む。 (9) In some embodiments, in the method according to any one of (6) to (8), the liquid further includes a dispersion stabilizer for the alkoxide compound.

上記(9)の方法によれば、上記の液がアルコキシド化合物の分散安定剤を含むことで、上記の液の液質が安定し、時間が経過してもアルコキシド化合物が分解や凝集などの変化を起こしにくくなるので、上記の液の取り扱いが容易となり、遮熱コーティングの製造が容易となる。また、上記の液の液質が安定するので、生成されるジルコニアの被膜の品質も安定し、遮熱コーティングの性能が安定する。   According to the method (9) above, the liquid contains the dispersion stabilizer of the alkoxide compound, so that the liquid quality of the liquid is stable, and the alkoxide compound changes such as decomposition and aggregation over time. Therefore, handling of the above liquid becomes easy, and the manufacture of the thermal barrier coating becomes easy. Further, since the liquid quality of the above liquid is stabilized, the quality of the produced zirconia film is also stabilized, and the performance of the thermal barrier coating is stabilized.

(10)幾つかの実施形態では、上記(9)の方法において、前記分散安定剤は、メタノール又はエタノールの少なくとも一方であるアルコールを含む。 (10) In some embodiments, in the method of (9), the dispersion stabilizer includes an alcohol that is at least one of methanol or ethanol.

上記(10)の方法によれば、メタノールやエタノール等の低級アルコールを分散安定剤として用いることで、アルコキシド化合物を含む液を適切に安定化させることができる。   According to the method of (10) above, the liquid containing the alkoxide compound can be appropriately stabilized by using a lower alcohol such as methanol or ethanol as the dispersion stabilizer.

(11)幾つかの実施形態では、上記(10)の方法において、前記液における前記アルコールのモル比の合計は5%以上である。 (11) In some embodiments, in the method of (10), the total molar ratio of the alcohol in the liquid is 5% or more.

上記(11)の方法によれば、液におけるアルコールのモル比の合計を5%以上とすることで、上記の液の液質がより安定するので、上記の液の取り扱いがより容易となり、遮熱コーティングの製造がより容易となる。また、上記の液の液質がより安定するので、生成されるジルコニアの被膜の品質もより安定し、遮熱コーティングの性能がより安定する。   According to the above method (11), by setting the total molar ratio of alcohols in the liquid to 5% or more, the liquid quality of the liquid becomes more stable. The manufacture of the thermal coating is easier. In addition, since the liquid quality of the liquid is more stable, the quality of the produced zirconia film is more stable, and the performance of the thermal barrier coating is more stable.

(12)幾つかの実施形態では、上記(9)乃至(11)の何れかの方法において、前記分散安定剤は、酸を含む。 (12) In some embodiments, in any of the methods (9) to (11), the dispersion stabilizer includes an acid.

上記(12)の方法によれば、上記の酸によって上記の液の水素イオン濃度を調整することで上記の液の液質が安定するので、上記の液の取り扱いが容易となり、遮熱コーティングの製造が容易となる。また、上記の液の液質が安定するので、生成されるジルコニアの被膜の品質も安定し、遮熱コーティングの性能が安定する。   According to the method of (12), the liquid quality of the liquid is stabilized by adjusting the hydrogen ion concentration of the liquid with the acid, so that the liquid can be easily handled, and the thermal barrier coating Manufacturing is easy. Further, since the liquid quality of the above liquid is stabilized, the quality of the produced zirconia film is also stabilized, and the performance of the thermal barrier coating is stabilized.

(13)幾つかの実施形態では、上記(12)の方法において、前記液における前記酸のモル比は1%以上である。 (13) In some embodiments, in the method of (12), a molar ratio of the acid in the liquid is 1% or more.

上記(13)の方法によれば、液における酸のモル比を1%以上とすることで、上記の液の液質がより安定するので、上記の液の取り扱いがより容易となり、遮熱コーティングの製造がより容易となる。また、上記の液の液質がより安定するので、生成されるジルコニアの被膜の品質もより安定し、遮熱コーティングの性能がより安定する。   According to the method of (13), since the liquid quality of the above liquid becomes more stable by setting the molar ratio of the acid in the liquid to 1% or more, the above liquid becomes easier to handle and the thermal barrier coating. Is easier to manufacture. In addition, since the liquid quality of the liquid is more stable, the quality of the produced zirconia film is more stable, and the performance of the thermal barrier coating is more stable.

(14)幾つかの実施形態では、上記(6)乃至(13)の何れかの方法において、前記第1ジルコニア安定化元素及び前記第2ジルコニア安定化元素は、マグネシウム、アルカリ土類金属元素、又は希土類元素の何れかを含む。 (14) In some embodiments, in any one of the methods (6) to (13), the first zirconia stabilizing element and the second zirconia stabilizing element are magnesium, an alkaline earth metal element, Or a rare earth element.

上記(14)の方法によれば、第1ジルコニア安定化元素及び第2ジルコニア安定化元素がマグネシウム、アルカリ土類金属元素、又は希土類元素の何れかを含むので、多孔層及び被膜の温度が変化しても立方晶又は正方晶のジルコニアの相転移が抑制される。これにより、多孔質層及び被膜の耐久性を向上できる。   According to the method of (14) above, since the first zirconia stabilizing element and the second zirconia stabilizing element contain any of magnesium, an alkaline earth metal element, and a rare earth element, the temperature of the porous layer and the coating changes. Even so, the phase transition of cubic or tetragonal zirconia is suppressed. Thereby, durability of a porous layer and a film can be improved.

(15)幾つかの実施形態では、上記(6)乃至(14)の何れかの方法において、前記液における前記第2ジルコニア安定化元素のモル比の合計は、前記液に含まれるジルコニウムに対して5%以上である。 (15) In some embodiments, in any one of the methods (6) to (14), the total molar ratio of the second zirconia stabilizing element in the liquid is based on zirconium contained in the liquid. And 5% or more.

上記(15)の方法によれば、第2ジルコニア安定化元素の添加量を上記範囲とすることで、より優れた結晶安定性と、ヒートサイクル耐久性を備えた遮熱コーティングとすることができる。   According to the method of (15) above, by setting the amount of the second zirconia stabilizing element to be in the above range, a thermal barrier coating having more excellent crystal stability and heat cycle durability can be obtained. .

(16)幾つかの実施形態では、上記(6)乃至(15)の何れかの方法において、
前記液は、粒子を含み、
前記液が塗布された前記基材を加熱して前記多孔質層上に前記粒子を含む前記被膜を生成する。
(16) In some embodiments, in any of the above methods (6) to (15),
The liquid includes particles,
The base material coated with the liquid is heated to produce the coating film containing the particles on the porous layer.

上記(16)の方法によれば、被膜中に粒子が含まれるので、被膜の焼成時に収縮する成分(粒子以外の成分)の比率を下げることができ、収縮力を低減して被膜の割れを抑制できる。また、焼成時における被膜の収縮を被膜中に含まれる粒子が妨げようとするので(即ち、粒子による抗力により被膜の収縮が抑制されるので)、被膜の割れを抑制できる。これにより、被膜の割れを抑制できるので、多孔質層及び基材の耐久性を向上できる。   According to the above method (16), since particles are contained in the coating, the ratio of components that contract during firing of the coating (components other than particles) can be reduced, and the shrinkage force can be reduced to prevent cracking of the coating. Can be suppressed. In addition, since the particles contained in the coating tend to hinder the shrinkage of the coating during firing (that is, the shrinkage of the coating is suppressed by the drag caused by the particles), the cracking of the coating can be suppressed. Thereby, since the crack of a film can be suppressed, durability of a porous layer and a base material can be improved.

(17)幾つかの実施形態では、上記(16)の方法において、前記粒子は、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第3ジルコニア安定化元素を含む安定化ジルコニアにより形成される。 (17) In some embodiments, in the method of (16), the particles are formed of stabilized zirconia containing a third zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia.

上記(17)の方法によれば、粒子が安定化ジルコニアにより形成されているので、粒子の線膨張係数と、立方晶又は正方晶のジルコニアを含む上記多孔質層や被膜の線膨張係数とを合わせることができるので、ヒートサイクル耐久性に優れた遮熱コーティングを提供できる。   According to the method of (17), since the particles are formed of stabilized zirconia, the linear expansion coefficient of the particles and the linear expansion coefficient of the porous layer or coating containing cubic or tetragonal zirconia are calculated. Therefore, it is possible to provide a thermal barrier coating excellent in heat cycle durability.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、遮熱コーティングを構成する多孔質層上に形成される被膜の割れを抑制して、多孔質層及び基材の耐久性を向上できる。   According to at least one embodiment of the present invention, it is possible to improve the durability of the porous layer and the substrate by suppressing cracking of the coating film formed on the porous layer constituting the thermal barrier coating.

一実施形態に係る遮熱コーティングを備えるタービン翼の断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of a turbine blade provided with the thermal barrier coating which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る遮熱コーティングを備えるタービン翼の断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of a turbine blade provided with the thermal barrier coating which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る遮熱コーティングを備えるタービン翼の断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of a turbine blade provided with the thermal barrier coating which concerns on one Embodiment. 図2に示す実施形態における緻密層の近傍を拡大した模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which expanded the vicinity of the dense layer in embodiment shown in FIG. 図3に示す実施形態における緻密層の近傍を拡大した模式的な断面図である。It is typical sectional drawing to which the vicinity of the dense layer in embodiment shown in FIG. 3 was expanded. 幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造工程を、その工程順に並べて示す説明図である。It is explanatory drawing which arranges and shows the manufacturing process of the thermal barrier coating which concerns on some embodiment in the order of the process. 幾つかの実施形態に係る塗布液の調製工程を説明する図である。It is a figure explaining the preparation process of the coating liquid which concerns on some embodiment. スラリーが塗布された多孔質層の近傍を拡大した模式的な断面図である。It is the typical sectional view which expanded the neighborhood of the porous layer with which slurry was applied. 幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングを適用可能なガスタービン動翼の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the gas turbine rotor blade which can apply the thermal barrier coating which concerns on some embodiment. 幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングを適用可能なガスタービン静翼の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the gas turbine stationary blade which can apply the thermal barrier coating which concerns on some embodiment. 一実施形態係るガスタービンの部分断面構造を模式的に示す図である。It is a figure showing typically the partial section structure of the gas turbine concerning one embodiment.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.

(遮熱コーティング)
図1〜図3は、実施形態に係る遮熱コーティングを備えるタービン翼の断面の模式図である。幾つかの実施形態では、タービンの動翼、静翼などの耐熱基材11上に、遮熱コーティングとして金属結合層12及びセラミックス層13が順に形成される。即ち、図1〜図3に示すように、幾つかの実施形態では、遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating : TBC)層10は、金属結合層12及びセラミックス層13を含んでいる。
金属結合層12は、MCrAlY合金(Mは、Ni,Co,Fe等の金属元素またはこれらのうち2種類以上の組合せを示す)などで構成される。
(Thermal barrier coating)
1 to 3 are schematic views of a cross section of a turbine blade including a thermal barrier coating according to an embodiment. In some embodiments, a metal bonding layer 12 and a ceramic layer 13 are sequentially formed as a thermal barrier coating on a heat-resistant substrate 11 such as a moving blade or a stationary blade of a turbine. That is, as shown in FIGS. 1 to 3, in some embodiments, a thermal barrier coating (TBC) layer 10 includes a metal bonding layer 12 and a ceramic layer 13.
The metal bonding layer 12 is composed of an MCrAlY alloy (M represents a metal element such as Ni, Co, Fe, or a combination of two or more of these).

図1〜図3に示した幾つかの実施形態では、セラミックス層13は、多孔質層14と緻密層15とを有する。幾つかの実施形態における多孔質層14及び緻密層15は、それぞれYSZ(イットリア安定化ジルコニア)、即ち、安定化元素としてYを含む立方晶又は正方晶のZrOで構成される。
図1〜図3に示した幾つかの実施形態では、多孔質層14は、気孔16を多く含むポーラスな組織とされる。ここでいう「多く含む」とは、緻密層15と比較して気孔率(体積%)が高いことを意味する。多孔質層14の気孔率及び厚さは、要求される熱伝導性に応じて適宜設定される。
In some embodiments shown in FIGS. 1 to 3, the ceramic layer 13 includes a porous layer 14 and a dense layer 15. The porous layer 14 and the dense layer 15 in some embodiments are each composed of YSZ (yttria-stabilized zirconia), that is, cubic or tetragonal ZrO 2 containing Y 2 O 3 as a stabilizing element.
In some embodiments shown in FIGS. 1 to 3, the porous layer 14 has a porous structure including many pores 16. Here, “contains a lot” means that the porosity (volume%) is higher than that of the dense layer 15. The porosity and thickness of the porous layer 14 are appropriately set according to the required thermal conductivity.

図1〜図3に示した幾つかの実施形態では、緻密層15は、多孔質層14よりも緻密な組織とされ、多孔質層14上に形成されている。ここでいう「緻密な組織」とは、具体的には、多孔質層14や金属結合層12、耐熱基材11への後述するような腐食成分(腐食性物質)の浸透を、ある程度抑制することができる気孔率を有する組織のことである。
緻密層15の気孔率及び厚さは、腐食性物質の浸透を抑制する効果(以下、浸透抑制効果と呼ぶ)、及びセラミックス層13としたときに要求される熱伝導性などを考慮して適宜設定される。なお、セラミックス層13の厚さは、特に限定されないが、0.1mm以上1mm以下などとされる。
In some embodiments shown in FIGS. 1 to 3, the dense layer 15 has a denser structure than the porous layer 14 and is formed on the porous layer 14. The “dense structure” here specifically refers to suppressing, to some extent, penetration of a corrosive component (corrosive substance) as will be described later into the porous layer 14, the metal bonding layer 12, and the heat-resistant substrate 11. It is a tissue having a porosity that can be obtained.
The porosity and thickness of the dense layer 15 are appropriately determined in consideration of the effect of suppressing the penetration of corrosive substances (hereinafter referred to as the penetration suppression effect), the thermal conductivity required when the ceramic layer 13 is used, and the like. Is set. The thickness of the ceramic layer 13 is not particularly limited, but is 0.1 mm or more and 1 mm or less.

図2及び図3に示す実施形態では、緻密層15には、YSZの粒子(YSZ粒子)17が分散されている。図2に示す実施形態では、図4に示すように、緻密層15には1種類のYSZ粒子、即ち、ある平均径を有する1つの粒子群であるYSZ粒子17aが分散されている。なお、図4は、図2に示す実施形態における、緻密層15の近傍を拡大した模式的な断面図である。
また、図3に示す実施形態では、図5に示すように、緻密層15には粒径の異なる2種類のYSZ粒子17b,17cが分散されている。なお、図5は、図3に示す実施形態における、緻密層15の近傍を拡大した模式的な断面図である。
即ち、図3及び図5に示す実施形態では、緻密層15に分散されたYSZ粒子17は、ある平均径を有する1つの粒子群であるYSZ粒子17bと、YSZ粒子17bよりも平均径が小さい1つの粒子群であるYSZ粒子17cとを含む。なお、上記粒子群のパラメータとして挙げた平均径は、例えば算術平均径であってもよく、最多径や、中央径等であってもよい。また、YSZ粒子17は、粒度分布のピークが1つとなるような粒度分布を有する粒子群に限らず、粒度分布のピークが2つ以上現れるような粒度分布を有する粒子群を含んでいてもよい。
In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, YSZ particles (YSZ particles) 17 are dispersed in the dense layer 15. In the embodiment shown in FIG. 2, as shown in FIG. 4, one type of YSZ particle, that is, YSZ particle 17 a that is one particle group having a certain average diameter is dispersed in the dense layer 15. 4 is a schematic cross-sectional view enlarging the vicinity of the dense layer 15 in the embodiment shown in FIG.
In the embodiment shown in FIG. 3, as shown in FIG. 5, two types of YSZ particles 17 b and 17 c having different particle sizes are dispersed in the dense layer 15. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view enlarging the vicinity of the dense layer 15 in the embodiment shown in FIG.
That is, in the embodiment shown in FIG. 3 and FIG. 5, the YSZ particles 17 dispersed in the dense layer 15 have a smaller average diameter than the YSZ particles 17b, which are one particle group having a certain average diameter, and the YSZ particles 17b. YSZ particle 17c which is one particle group. In addition, the average diameter cited as the parameter of the particle group may be, for example, an arithmetic average diameter, or may be a maximum diameter, a central diameter, or the like. The YSZ particles 17 are not limited to a particle group having a particle size distribution such that the particle size distribution has one peak, and may include a particle group having a particle size distribution in which two or more particle size distribution peaks appear. .

図2及び図4に示す実施形態において緻密層15に分散されたYSZ粒子17aの平均径や、図3及び図5に示す実施形態において緻密層15に分散されたYSZ粒子17b,17cの平均径は、緻密層15の厚さや要求される熱伝導性などに応じて適宜設定される。なお、一例を挙げると、図3及び図5に示す実施形態において緻密層15に分散されたYSZ粒子17b,17cのそれぞれの平均径は、3〜5μm程度、及び0.5μm程度である。即ち、一例として挙げたYSZ粒子17cの平均径は、一例として挙げたYSZ粒子17bの平均径の数分の一から十数分の一程度である。
このような平均径のYSZ粒子17b,17cが分散された緻密層15では、図5に示すように、YSZ粒子17cが複数配置されたYSZ粒子17b同士の隙間に効率的に配置されるので、緻密層15におけるYSZ粒子17の充填密度が高まる。
The average diameter of the YSZ particles 17a dispersed in the dense layer 15 in the embodiment shown in FIGS. 2 and 4, and the average diameter of the YSZ particles 17b and 17c dispersed in the dense layer 15 in the embodiment shown in FIGS. Is appropriately set according to the thickness of the dense layer 15 and the required thermal conductivity. For example, the average diameters of the YSZ particles 17b and 17c dispersed in the dense layer 15 in the embodiment shown in FIGS. 3 and 5 are about 3 to 5 μm and about 0.5 μm, respectively. That is, the average diameter of the YSZ particles 17c cited as an example is about one-tenth to one-tenth of the average diameter of the YSZ particles 17b cited as an example.
In the dense layer 15 in which the YSZ particles 17b and 17c having such an average diameter are dispersed, as shown in FIG. 5, the YSZ particles 17c in which a plurality of YSZ particles 17c are arranged are efficiently arranged in the gaps. The packing density of the YSZ particles 17 in the dense layer 15 is increased.

例えば産業用ガスタービンなどでは、燃焼によって生じた腐食性物質を含有する燃焼ガスと接触する。そのため、腐食性物質がタービン翼の多孔質層14に接触すると、多孔質層14に含まれる気孔16等を介して腐食性物質が金属結合層12や耐熱基材11に浸透して金属結合層12や耐熱基材11を腐食してしまうおそれがある。即ち、多孔質層14に含まれる気孔16が複数連なって連続気孔を形成している場合や、多孔質層14に割れなどが存在する場合、これらを伝って腐食性物質が金属結合層12や耐熱基材11に浸透するおそれがある。   For example, in an industrial gas turbine or the like, it comes into contact with a combustion gas containing a corrosive substance generated by combustion. Therefore, when the corrosive substance comes into contact with the porous layer 14 of the turbine blade, the corrosive substance penetrates into the metal bonding layer 12 and the heat-resistant substrate 11 through the pores 16 included in the porous layer 14 and the metal bonding layer. 12 and the heat-resistant substrate 11 may be corroded. That is, when a plurality of pores 16 included in the porous layer 14 are continuous to form continuous pores, or when cracks or the like exist in the porous layer 14, the corrosive substance is transferred to the metal bonding layer 12 or There is a risk of penetration into the heat-resistant substrate 11.

そこで、上述した幾つかの実施形態では、多孔質層14や金属結合層12、耐熱基材11へ腐食性物質が浸透するのを抑制するために、多孔質層14上に緻密層15を設けている。
したがって、上述した幾つかの実施形態では、多孔質層14や金属結合層12、耐熱基材11へ腐食性物質が浸透するのを緻密層15が抑制するので、多孔質層14や金属結合層12、耐熱基材11の耐久性を向上できる。即ち、上述した幾つかの実施形態では、TBC層10の耐久性を向上できるので、タービン翼の耐久性を向上できる。
Therefore, in some of the embodiments described above, a dense layer 15 is provided on the porous layer 14 in order to prevent the corrosive substance from penetrating into the porous layer 14, the metal bonding layer 12, and the heat-resistant substrate 11. ing.
Therefore, in some of the embodiments described above, the dense layer 15 prevents the corrosive substance from penetrating into the porous layer 14, the metal bonding layer 12, and the heat resistant substrate 11. 12. The durability of the heat resistant substrate 11 can be improved. That is, in some embodiments described above, the durability of the TBC layer 10 can be improved, so that the durability of the turbine blade can be improved.

また、上述した幾つかの実施形態では、多孔質層14の表面が多孔質層14よりも緻密な緻密層15で覆われているので、多孔質層14の強度(セラミックス層13の強度)を向上できる。即ち、上述した幾つかの実施形態では、TBC層10の耐久性を向上できるので、タービン翼の耐久性を向上できる。
上述した幾つかの実施形態では、緻密層15が多孔質層14と同様にYSZで構成されるので、緻密層15の線膨張係数と多孔質層14の線膨張係数とを合わせることができ、TBC層10のヒートサイクル耐久性が良好となる。
In some embodiments described above, since the surface of the porous layer 14 is covered with the dense layer 15 denser than the porous layer 14, the strength of the porous layer 14 (strength of the ceramic layer 13) is increased. Can be improved. That is, in some embodiments described above, the durability of the TBC layer 10 can be improved, so that the durability of the turbine blade can be improved.
In some embodiments described above, since the dense layer 15 is made of YSZ like the porous layer 14, the linear expansion coefficient of the dense layer 15 and the linear expansion coefficient of the porous layer 14 can be matched, The heat cycle durability of the TBC layer 10 becomes good.

また、上述した幾つかの実施形態では、緻密層15にはYSZ粒子17が分散されている。これにより、後述する緻密層15の製造過程において、緻密層15の焼成時に収縮する成分(粒子以外の成分)の比率を下げることができ、収縮力を低減して緻密層15の割れを抑制できる。また、焼成時における緻密層15の収縮を緻密層15中に含まれるYSZ粒子17が妨げようとするので(即ち、YSZ粒子17による抗力により緻密層15の収縮が抑制されるので)、緻密層15の割れを抑制できる。これにより、腐食性物質が緻密層15に浸透しにくくなるので、多孔質層14や金属結合層12、耐熱基材11への腐食性物質の浸透を効果的に抑制でき、多孔質層14や金属結合層12、耐熱基材11の耐久性をより向上できる。即ち、上述した幾つかの実施形態では、TBC層10の耐久性をより向上できるので、タービン翼の耐久性をより向上できる。   In some embodiments described above, the YSZ particles 17 are dispersed in the dense layer 15. Thereby, in the manufacturing process of the dense layer 15 to be described later, the ratio of components (components other than particles) that shrink during firing of the dense layer 15 can be reduced, and the shrinkage force can be reduced to suppress cracking of the dense layer 15. . Further, since the YSZ particles 17 included in the dense layer 15 try to prevent the shrinkage of the dense layer 15 during firing (that is, the shrinkage of the dense layer 15 is suppressed by the drag force of the YSZ particles 17). 15 cracks can be suppressed. This makes it difficult for the corrosive substance to penetrate into the dense layer 15, so that the penetration of the corrosive substance into the porous layer 14, the metal bonding layer 12, and the heat resistant substrate 11 can be effectively suppressed. The durability of the metal bonding layer 12 and the heat resistant substrate 11 can be further improved. That is, in some embodiments described above, since the durability of the TBC layer 10 can be further improved, the durability of the turbine blade can be further improved.

また、上述した幾つかの実施形態では、緻密層15にYSZ粒子17を分散させることで、緻密層15の厚膜化を図ることができ、腐食成分の浸透防止効果が向上するとともに、緻密層15の強度を向上できるので、多孔質層14や金属結合層12、耐熱基材11の耐久性をより向上できる。即ち、上述した幾つかの実施形態では、TBC層10の耐久性をより向上できるので、タービン翼の耐久性をより向上できる。   In some embodiments described above, by dispersing the YSZ particles 17 in the dense layer 15, the dense layer 15 can be made thicker and the effect of preventing the penetration of corrosive components is improved. Therefore, the durability of the porous layer 14, the metal bonding layer 12, and the heat resistant substrate 11 can be further improved. That is, in some embodiments described above, since the durability of the TBC layer 10 can be further improved, the durability of the turbine blade can be further improved.

また、上述した幾つかの実施形態では、緻密層15に分散される粒子がYSZ粒子17である。YSZ粒子17以外の緻密層15の部分及び多孔質層14は、YSZから構成される。したがって、YSZ粒子17、YSZ粒子17以外の緻密層15の部分及び多孔質層14が安定化元素としてYを含むので、温度が変化しても立方晶又は正方晶のジルコニアの相転移が抑制される。これにより、TBC層10の耐久性を向上できる。また、YSZ粒子17の線膨張係数と、YSZ粒子17以外の緻密層15の部分及び多孔質層14の線膨張係数とを合わせることができるので、TBC層10のヒートサイクル耐久性が良好となる。 In some embodiments described above, the particles dispersed in the dense layer 15 are YSZ particles 17. The portion of the dense layer 15 other than the YSZ particles 17 and the porous layer 14 are made of YSZ. Therefore, since the portion of the dense layer 15 other than the YSZ particles 17 and the YSZ particles 17 and the porous layer 14 contain Y 2 O 3 as a stabilizing element, the phase transition of cubic or tetragonal zirconia even when the temperature changes Is suppressed. Thereby, the durability of the TBC layer 10 can be improved. Moreover, since the linear expansion coefficient of the YSZ particles 17 and the portions of the dense layer 15 other than the YSZ particles 17 and the linear expansion coefficient of the porous layer 14 can be matched, the heat cycle durability of the TBC layer 10 is improved. .

また、図3及び図5に示す一実施形態では、緻密層15には、粒径の異なる2種類のYSZ粒子17b,17cが分散されている。これにより、粒径の大きなYSZ粒子17bが配列された隙間に粒径の小さなYSZ粒子17cが配置されるので、緻密層15におけるYSZ粒子17の充填密度が高まる。よって、後述する緻密層15の製造過程において、緻密層15の焼成時における収縮力を、緻密層15中に高密度に充填されたYSZ粒子17によって効果的に低減し、緻密層15の割れを適切に抑制できる。
また、緻密層15におけるYSZ粒子17の充填密度が高まることで、緻密層15の強度が向上するので、TBC層10の耐久性を向上でき、タービン翼の耐久性を向上できる。
In one embodiment shown in FIGS. 3 and 5, two types of YSZ particles 17 b and 17 c having different particle diameters are dispersed in the dense layer 15. Thereby, since the YSZ particles 17c having a small particle size are arranged in the gap in which the YSZ particles 17b having a large particle size are arranged, the packing density of the YSZ particles 17 in the dense layer 15 is increased. Therefore, in the manufacturing process of the dense layer 15 to be described later, the shrinkage force at the time of firing the dense layer 15 is effectively reduced by the YSZ particles 17 packed in the dense layer 15 at high density, and cracking of the dense layer 15 is prevented. It can be suppressed appropriately.
Further, since the packing density of the YSZ particles 17 in the dense layer 15 is increased, the strength of the dense layer 15 is improved, so that the durability of the TBC layer 10 can be improved and the durability of the turbine blade can be improved.

(遮熱コーティングの製造方法)
以下、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法について図6を参照して以下に説明する。図6は、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造工程を、その工程順に並べて示す説明図である。
幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、耐熱基材11上に金属結合層12を形成する工程(金属結合層形成工程)と、金属結合層12を形成された耐熱基材11上に多孔質層14を形成する工程(多孔質層形成工程)と、多孔質層14上に緻密層15を形成する工程(緻密層形成工程)と、を備えている。
(Method of manufacturing thermal barrier coating)
Hereinafter, the manufacturing method of the thermal barrier coating which concerns on some embodiment is demonstrated below with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory view showing the manufacturing process of the thermal barrier coating according to some embodiments in the order of the processes.
The thermal barrier coating manufacturing method according to some embodiments includes a step of forming a metal bonding layer 12 on the heat resistant substrate 11 (metal bonding layer forming step), and a heat resistant substrate 11 on which the metal bonding layer 12 is formed. A step of forming the porous layer 14 on the top (porous layer forming step) and a step of forming the dense layer 15 on the porous layer 14 (dense layer forming step) are provided.

金属結合層形成工程では、MCrAlY合金の金属溶射粉を用いて、耐熱基材11上に低圧プラズマ溶射法(LPPS)、大気プラズマ溶射法(APS)、高速フレーム溶射(HVOF)などによって金属結合層12を成膜する。   In the metal bonding layer forming step, a metal bonding layer is formed on the heat-resistant substrate 11 by using a low pressure plasma spraying method (LPPS), an atmospheric plasma spraying method (APS), a high-speed flame spraying (HVOF), etc. 12 is formed.

次に、金属結合層12を形成された耐熱基材11上に多孔質層14を形成する。
多孔質層形成工程において、多孔質層14の形成方法としては、例えば、ZrO−Y粉末を用いて、大気圧プラズマ溶射法若しくは電子ビーム物理蒸着法により形成することができる。
なお、ZrO−Y粉末は、以下の手順により製造することができる。まず、ZrO粉末と所定の添加割合のY粉末を用意し、これらの粉末を適当なバインダーや分散剤とともにボールミル中で混合してスラリー状にする。次に、これをスプレードライヤーにより粒状にして乾燥させた後、拡散熱処理により固溶化させ、ZrO−Yの複合粉末を得る。そして、この複合粉末を金属結合層12上に溶射することによりYSZからなる多孔質層14を得ることができる。また、多孔質層14の成膜法として電子ビーム物理蒸着法を用いる場合には、所定の組成を有する原料を焼結又は電融固化して得られるインゴットを使用する。
Next, the porous layer 14 is formed on the heat resistant substrate 11 on which the metal bonding layer 12 is formed.
In the porous layer forming step, the porous layer 14 can be formed by, for example, an atmospheric pressure plasma spraying method or an electron beam physical vapor deposition method using ZrO 2 —Y 2 O 3 powder.
Incidentally, ZrO 2 -Y 2 O 3 powder can be prepared by the following procedure. First, a ZrO 2 powder and a Y 2 O 3 powder having a predetermined addition ratio are prepared, and these powders are mixed with a suitable binder and a dispersant in a ball mill to form a slurry. Next, this is granulated with a spray dryer and dried, and then solidified by diffusion heat treatment to obtain a composite powder of ZrO 2 —Y 2 O 3 . And the porous layer 14 which consists of YSZ can be obtained by spraying this composite powder on the metal bond layer 12. FIG. Moreover, when using an electron beam physical vapor deposition method as the film-forming method of the porous layer 14, the ingot obtained by sintering or electromelting the raw material which has a predetermined composition is used.

次に、多孔質層14の表面側に緻密層15を形成する。
緻密層形成工程では、予めジルコニウムのアルコキシド化合物と、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させるジルコニア安定化元素とを含む液(塗布液)を調整し、この塗布液を多孔質層14の表面に塗布する。そして、多孔質層14の表面に塗布した塗布液を加熱処理することで緻密層15を得る。以下、緻密層形成工程について詳細に説明する。
Next, the dense layer 15 is formed on the surface side of the porous layer 14.
In the dense layer forming step, a liquid (coating liquid) containing an alkoxide compound of zirconium and a zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia is prepared in advance, and this coating liquid is applied to the surface of the porous layer 14. Apply to. And the dense layer 15 is obtained by heat-processing the coating liquid apply | coated to the surface of the porous layer 14. FIG. Hereinafter, the dense layer forming step will be described in detail.

(塗布液の調製)
幾つかの実施形態に係る塗布液は、例えば次のようにして調製される。図7は、幾つかの実施形態に係る塗布液の調製工程を説明する図である。
まず、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させるジルコニア安定化元素を含む塩の水溶液と、分散安定剤との混合物を作製する。ジルコニア安定化元素を含む塩(ジルコニア安定化元素の塩)として、例えばイットリウムの硝酸塩を用いることができる。
なお、ジルコニア安定化元素の塩として、硝酸塩以外の無機塩や有機塩を用いてもよい。また、ジルコニア安定化元素は、イットリウムに限らず、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属元素、又は希土類元素の何れかであってもよく、これらの中の2種類以上の元素であってもよい。
ジルコニア安定化元素のジルコニウムに対するモル比の合計を5%以上とすることで、より優れた結晶安定性が得られる。
(Preparation of coating solution)
The coating liquid according to some embodiments is prepared, for example, as follows. FIG. 7 is a diagram for explaining a coating liquid preparation process according to some embodiments.
First, a mixture of an aqueous solution of a salt containing a zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia and a dispersion stabilizer is prepared. As a salt containing a zirconia stabilizing element (a salt of a zirconia stabilizing element), for example, yttrium nitrate can be used.
In addition, as the salt of the zirconia stabilizing element, an inorganic salt or an organic salt other than nitrate may be used. The zirconia stabilizing element is not limited to yttrium, and may be any of alkaline earth metal elements such as magnesium and calcium, or rare earth elements, and may be two or more of these elements. .
By setting the total molar ratio of the zirconia stabilizing element to zirconium to 5% or more, more excellent crystal stability can be obtained.

上記の分散安定剤は、後述するジルコニウムのアルコキシド化合物の分散安定剤であり、例えば、メタノールやエタノール等の低級アルコールを用いることができる。また、上記の分散安定剤として、例えば、ギ酸や酢酸などの酸を用いてもよい。分散安定剤として、上記のアルコールと上記の酸の一方だけを用いてもよく、双方を用いてもよい。   The dispersion stabilizer is a dispersion stabilizer of an alkoxide compound of zirconium described later, and for example, a lower alcohol such as methanol or ethanol can be used. In addition, as the dispersion stabilizer, for example, an acid such as formic acid or acetic acid may be used. As the dispersion stabilizer, only one of the above alcohol and the above acid may be used, or both of them may be used.

なお、塗布液における上記のアルコールのモル比の合計を5%以上とすることで、塗布液の液質がより安定する。また、塗布液における上記の酸のモル比を1%以上とすることで、塗布液の液質がより安定する。   In addition, the liquid quality of a coating liquid becomes more stable because the sum total of the molar ratio of said alcohol in a coating liquid shall be 5% or more. Moreover, the liquid quality of a coating liquid becomes more stable because the molar ratio of said acid in a coating liquid shall be 1% or more.

次に、ジルコニア安定化元素の塩の水溶液と分散安定剤との混合物と、ジルコニウムのアルコキシド化合物とを混合して塗布液を作製する。ジルコニウムのアルコキシド化合物は、ジルコニウムのエトキシド、ジルコニウムのプロポキシド又はジルコニウムのブトキシドの少なくとも1つを含む。
このように、塗布液には、分散安定剤が含まれるので、ジルコニウムのアルコキシド化合物の安定した分散状態が保たれる。
Next, a mixture of an aqueous solution of a zirconia stabilizing element salt and a dispersion stabilizer and an alkoxide compound of zirconium are mixed to prepare a coating solution. The zirconium alkoxide compound includes at least one of zirconium ethoxide, zirconium propoxide, or zirconium butoxide.
Thus, since the coating solution contains a dispersion stabilizer, a stable dispersion state of the zirconium alkoxide compound is maintained.

なお、幾つかの実施形態では、上記の塗布液と、上述したYSZ粒子17とを混合してスラリーを作製する。   In some embodiments, a slurry is prepared by mixing the coating liquid and the YSZ particles 17 described above.

(塗布液の塗布)
上述のようにして調製された塗布液又はスラリーは、例えば、浸漬や刷毛塗、噴霧などによって多孔質層14の表面に塗布される。
(Coating solution application)
The coating liquid or slurry prepared as described above is applied to the surface of the porous layer 14 by dipping, brushing, spraying, or the like, for example.

(加熱処理)
上述のようにして多孔質層14の表面に塗布された塗布液又はスラリーを加熱処理(焼成)することで焼結させる。これにより、多孔質層14の表面に塗布された塗布液又はスラリー中のジルコニウムのアルコキシド化合物がジルコニアに変化し、ジルコニアの被膜、即ち上述した緻密層15が得られる。
この加熱処理の条件として、例えば、850℃以上に加熱することが挙げられる。なお、この加熱処理は、耐熱基材11の熱処理を兼ねて施してもよいし、塗布液又はスラリーが塗布されたタービン翼をガスタービンに直接組み込んで燃焼ガスに晒すことで施してもよい。
(Heat treatment)
The coating solution or slurry applied to the surface of the porous layer 14 as described above is sintered by heat treatment (firing). As a result, the zirconium alkoxide compound in the coating solution or slurry applied to the surface of the porous layer 14 changes to zirconia, and the zirconia coating, that is, the dense layer 15 described above is obtained.
An example of the heat treatment condition is heating to 850 ° C. or higher. This heat treatment may be performed also as a heat treatment of the heat-resistant base material 11, or may be performed by directly incorporating a turbine blade coated with a coating solution or slurry into a gas turbine and exposing it to combustion gas.

以上で、耐熱基材11の表面に、金属結合層12及びセラミックス層13が形成されると共に、セラミックス層13に多孔質層14と緻密層15とが形成されたタービン翼が完成する。   Thus, the turbine blade in which the metal bonding layer 12 and the ceramic layer 13 are formed on the surface of the heat-resistant substrate 11 and the porous layer 14 and the dense layer 15 are formed on the ceramic layer 13 is completed.

このように、幾つかの実施形態では、耐熱基材11に形成された多孔質層14に対してジルコニウムのアルコキシド化合物とジルコニア安定化元素とを含む塗布液を塗布し、塗布液が塗布された耐熱基材11を加熱することで多孔質層14上にジルコニアの被膜である緻密層15を生成できる。この方法では、ジルコニアの被膜を溶射で形成する場合に比べて十分に低いプロセス温度条件である、例えば850℃程度の温度で成膜することができるので、緻密層15の割れを抑制することができる。これにより、腐食性物質が緻密層15に浸透しにくくなるので、多孔質層14や金属結合層12、耐熱基材11への腐食性物質の浸透を効果的に抑制でき、多孔質層14や金属結合層12、耐熱基材11の耐久性をより向上できる。即ち、上述した幾つかの実施形態では、TBC層10の耐久性をより向上できるので、タービン翼の耐久性をより向上できる。   As described above, in some embodiments, a coating solution containing an alkoxide compound of zirconium and a zirconia stabilizing element is applied to the porous layer 14 formed on the heat resistant substrate 11, and the coating solution is applied. By heating the heat-resistant substrate 11, a dense layer 15 that is a zirconia film can be formed on the porous layer 14. In this method, since the film can be formed at a temperature of, for example, about 850 ° C., which is a sufficiently low process temperature condition as compared with the case where the zirconia film is formed by thermal spraying, cracking of the dense layer 15 can be suppressed. it can. This makes it difficult for the corrosive substance to penetrate into the dense layer 15, so that the penetration of the corrosive substance into the porous layer 14, the metal bonding layer 12, and the heat resistant substrate 11 can be effectively suppressed. The durability of the metal bonding layer 12 and the heat resistant substrate 11 can be further improved. That is, in some embodiments described above, since the durability of the TBC layer 10 can be further improved, the durability of the turbine blade can be further improved.

幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法では、多孔質層形成工程を備えているので、多孔質層14上に緻密層15を生成することを前提として多孔質層14を形成できる。これにより、例えば、腐食性物質の浸透抑制の役割を緻密層15に担わせることを前提として、要求される熱伝導性を確保できるような気孔率や厚さとなるように多孔質層14を形成できる。したがって、多孔質層14及び耐熱基材11の耐久性を向上できる。   Since the thermal barrier coating manufacturing method according to some embodiments includes a porous layer forming step, the porous layer 14 can be formed on the assumption that the dense layer 15 is generated on the porous layer 14. Thereby, for example, the porous layer 14 is formed to have a porosity and a thickness that can ensure the required thermal conductivity, assuming that the dense layer 15 has a role of suppressing the penetration of corrosive substances. it can. Therefore, the durability of the porous layer 14 and the heat resistant substrate 11 can be improved.

幾つかの実施形態では、ジルコニウムのアルコキシド化合物がジルコニウムのエトキシド、ジルコニウムのプロポキシド又はジルコニウムのブトキシドの少なくとも1つを含むので、ジルコニアの融点よりも十分に低い温度で塗布液からジルコニアの被膜である緻密層15を生成でき、TBC層10の製造コストを抑制できる。即ち、塗布液が塗布された耐熱基材11を加熱する際の加熱温度を低く抑えることができるので、加熱に要するエネルギーコストや、加熱のための装置のコストを抑制でき、遮熱コーティングの製造コストを抑制できる。また、耐熱基材11や多孔質層14に対する熱処理が必要であった場合、この熱処理と、緻密層15を生成するための加熱処理とを兼ねることができるので、TBC層10の製造コストをさらに抑制できる。   In some embodiments, the zirconium alkoxide compound comprises at least one of zirconium ethoxide, zirconium propoxide, or zirconium butoxide, so that the coating is a zirconia coating from a coating solution at a temperature well below the melting point of zirconia. The dense layer 15 can be generated, and the manufacturing cost of the TBC layer 10 can be suppressed. That is, since the heating temperature when heating the heat-resistant substrate 11 coated with the coating liquid can be kept low, the energy cost required for heating and the cost of the apparatus for heating can be suppressed, and the production of the thermal barrier coating Cost can be reduced. Moreover, when the heat processing with respect to the heat-resistant base material 11 or the porous layer 14 is required, since this heat processing and the heat processing for producing | generating the dense layer 15 can be combined, the manufacturing cost of the TBC layer 10 is further increased. Can be suppressed.

幾つかの実施形態では、塗布液が分散安定剤を含むので、塗布液の液質が安定し、時間が経過してもアルコキシド化合物が分解や凝集などの変化を起こしにくくなる。これにより、塗布液の取り扱いが容易となり、TBC層10の製造が容易となる。また、塗布液の液質が安定するので、生成される緻密層15の品質も安定し、TBC層10の性能が安定する。   In some embodiments, since the coating liquid contains a dispersion stabilizer, the liquid quality of the coating liquid is stabilized, and the alkoxide compound is less likely to undergo changes such as decomposition and aggregation over time. Thereby, handling of a coating liquid becomes easy and manufacture of the TBC layer 10 becomes easy. Further, since the quality of the coating solution is stabilized, the quality of the dense layer 15 to be produced is also stabilized, and the performance of the TBC layer 10 is stabilized.

幾つかの実施形態では、分散安定剤は、メタノール又はエタノールの少なくとも一方であるアルコールを含む。メタノールやエタノール等の低級アルコールを分散安定剤として用いることで、アルコキシド化合物を含む液を適切に安定化させることができる。   In some embodiments, the dispersion stabilizer comprises an alcohol that is at least one of methanol or ethanol. By using a lower alcohol such as methanol or ethanol as a dispersion stabilizer, the liquid containing the alkoxide compound can be appropriately stabilized.

幾つかの実施形態では、分散安定剤は、ギ酸や酢酸などの酸を含む。この酸によって塗布液の水素イオン濃度を調整することで塗布液の液質が安定するので、塗布液の取り扱いが容易となり、TBC層10の製造が容易となる。また、塗布液の液質が安定するので、生成される緻密層15の品質も安定し、TBC層10の性能が安定する。   In some embodiments, the dispersion stabilizer comprises an acid such as formic acid or acetic acid. By adjusting the hydrogen ion concentration of the coating solution with this acid, the quality of the coating solution is stabilized, so that the handling of the coating solution is facilitated and the production of the TBC layer 10 is facilitated. Further, since the quality of the coating solution is stabilized, the quality of the dense layer 15 to be produced is also stabilized, and the performance of the TBC layer 10 is stabilized.

上述した幾つかの実施形態では、図8に示すようにスラリーにYSZ粒子17が含まれているので、以下で説明するように、緻密層15の割れを抑制できる。なお、図8は、スラリーが塗布された多孔質層14の近傍を拡大した模式的な断面図である。   In some embodiments described above, the YSZ particles 17 are included in the slurry as shown in FIG. 8, so that cracking of the dense layer 15 can be suppressed as described below. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view enlarging the vicinity of the porous layer 14 to which the slurry is applied.

スラリーが加熱処理されると、スラリー中の塗布液18aの揮発成分が揮発すること等により、スラリー中の塗布液18aの体積が減少する。そのため、スラリーの塗膜18の厚さが徐々に薄くなるとともに、塗膜18中に分散しているYSZ粒子17a同士の間隔が小さくなる。このとき、塗膜18(緻密層15)の収縮を塗膜18中に含まれるYSZ粒子17aが妨げようとするので(即ち、YSZ粒子17aによる抗力により緻密層15の収縮が抑制されるので)、緻密層15の割れを抑制できる。
また、塗膜18中にYSZ粒子17aが含まれるので、加熱処理時に収縮する成分即ち、YSZ粒子17a以外の成分である塗布液18aの比率を下げることができ、収縮力を低減して緻密層15の割れを抑制できる。
これにより、腐食性物質が緻密層15に浸透しにくくなるので、多孔質層14や金属結合層12、耐熱基材11への腐食性物質の浸透を効果的に抑制でき、多孔質層14や金属結合層12、耐熱基材11の耐久性をより向上できる。即ち、上述した幾つかの実施形態では、TBC層10の耐久性をより向上できるので、タービン翼の耐久性をより向上できる。
When the slurry is heat-treated, the volume of the coating liquid 18a in the slurry decreases due to volatilization of the volatile components of the coating liquid 18a in the slurry. Therefore, the thickness of the coating film 18 of the slurry is gradually reduced, and the interval between the YSZ particles 17a dispersed in the coating film 18 is reduced. At this time, since the YSZ particles 17a contained in the coating film 18 try to prevent the shrinkage of the coating film 18 (the dense layer 15) (that is, the shrinkage of the dense layer 15 is suppressed by the drag by the YSZ particles 17a). , Cracking of the dense layer 15 can be suppressed.
In addition, since the YSZ particles 17a are included in the coating film 18, the ratio of the coating solution 18a that is a component other than the YSZ particles 17a that shrinks during the heat treatment can be reduced, and the shrinkage force is reduced to form a dense layer. 15 cracks can be suppressed.
This makes it difficult for the corrosive substance to penetrate into the dense layer 15, so that the penetration of the corrosive substance into the porous layer 14, the metal bonding layer 12, and the heat resistant substrate 11 can be effectively suppressed. The durability of the metal bonding layer 12 and the heat resistant substrate 11 can be further improved. That is, in some embodiments described above, since the durability of the TBC layer 10 can be further improved, the durability of the turbine blade can be further improved.

(タービン翼及びガスタービン)
上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングは、産業用ガスタービンの動翼や静翼、あるいは燃焼器の内筒や尾筒などの高温部品に適用して有用である。また、産業用ガスタービンに限らず、自動車やジェット機などのエンジンの高温部品の遮熱コーティング膜にも適用することができる。これらの部材に上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングを設けることで、熱サイクル耐久性に優れるガスタービン翼や高温部品を構成することができる。
(Turbine blade and gas turbine)
The thermal barrier coating according to some embodiments described above is useful when applied to high temperature parts such as a moving blade and a stationary blade of an industrial gas turbine, or an inner cylinder and a tail cylinder of a combustor. Further, the present invention can be applied not only to industrial gas turbines but also to thermal barrier coating films for high-temperature parts of engines such as automobiles and jet aircraft. By providing the thermal barrier coating according to some embodiments described above on these members, it is possible to configure gas turbine blades and high-temperature components that are excellent in thermal cycle durability.

図9及び図10は、上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングを適用可能なタービン翼の構成例を示す斜視図である。図9に示すガスタービン動翼4は、ディスク側に固定されるタブテイル41、プラットフォーム42、翼部43等を備えて構成されている。また、図10に示すガスタービン静翼5は、内シュラウド51、外シュラウド52、翼部53等を備えて構成されており、翼部53にはシールフィン冷却孔54、スリット55等が形成されている。   FIG. 9 and FIG. 10 are perspective views showing a configuration example of a turbine blade to which the thermal barrier coating according to some embodiments described above can be applied. The gas turbine rotor blade 4 shown in FIG. 9 includes a tab tail 41, a platform 42, a blade portion 43, and the like that are fixed to the disk side. Further, the gas turbine stationary blade 5 shown in FIG. 10 includes an inner shroud 51, an outer shroud 52, a blade portion 53, and the like. The blade portion 53 is formed with a seal fin cooling hole 54, a slit 55, and the like. ing.

次に、図9,10に示すタービン翼4,5を適用可能なガスタービンについて図11を参照して以下に説明する。図11は、一実施形態係るガスタービンの部分断面構造を模式的に示す図である。このガスタービン6は、互いに直結された圧縮機61とタービン62とを備える。圧縮機61は、例えば軸流圧縮機として構成されており、大気又は所定のガスを吸込口から作動流体として吸い込んで昇圧させる。この圧縮機61の吐出口には、燃焼器63が接続されており、圧縮機61から吐出された作動流体は、燃焼器63によって所定のタービン入口温度まで加熱される。そして所定温度まで昇温された作動流体がタービン62に供給されるようになっている。図11に示すように、タービン62のケーシング内部には、上述したガスタービン静翼5が、複数段設けられている。また、上述したガスタービン動翼4が、各静翼5と一組の段を形成するように主軸64に取り付けられている。主軸64の一端は、圧縮機61の回転軸65に接続されており、その他端には、図示しない発電機の回転軸が接続されている。   Next, a gas turbine to which the turbine blades 4 and 5 shown in FIGS. 9 and 10 can be applied will be described below with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a partial cross-sectional structure of a gas turbine according to an embodiment. The gas turbine 6 includes a compressor 61 and a turbine 62 that are directly connected to each other. The compressor 61 is configured as an axial flow compressor, for example, and sucks air or a predetermined gas as a working fluid from the suction port to increase the pressure. A combustor 63 is connected to the discharge port of the compressor 61, and the working fluid discharged from the compressor 61 is heated by the combustor 63 to a predetermined turbine inlet temperature. The working fluid heated to a predetermined temperature is supplied to the turbine 62. As shown in FIG. 11, the gas turbine stationary blades 5 described above are provided in a plurality of stages inside the casing of the turbine 62. Further, the above-described gas turbine rotor blade 4 is attached to the main shaft 64 so as to form a pair of stages with each stationary blade 5. One end of the main shaft 64 is connected to a rotating shaft 65 of the compressor 61, and the other end is connected to a rotating shaft of a generator (not shown).

このような構成により、燃焼器63からタービン62のケーシング内に高温高圧の作動流体を供給すれば、ケーシング内で作動流体が膨張することにより、主軸64が回転し、このガスタービン6と接続された図示しない発電機が駆動される。即ち、ケーシングに固定された各静翼5によって圧力降下させられ、これにより発生した運動エネルギは、主軸64に取り付けられた各動翼4を介して回転トルクに変換される。そして、発生した回転トルクは、主軸64に伝達され、発電機が駆動される。   With such a configuration, when a high-temperature and high-pressure working fluid is supplied from the combustor 63 into the casing of the turbine 62, the working fluid expands in the casing, so that the main shaft 64 rotates and is connected to the gas turbine 6. A generator (not shown) is driven. That is, the pressure is dropped by each stationary blade 5 fixed to the casing, and the kinetic energy generated thereby is converted into rotational torque via each blade 4 attached to the main shaft 64. The generated rotational torque is transmitted to the main shaft 64, and the generator is driven.

一般に、ガスタービン動翼に用いられる材料は、耐熱合金(例えばCM247L=キャノン マスケゴン社の市販の合金材料)であり、ガスタービン静翼に用いられる材料は、同様に耐熱合金(例えばIN938=インコ社の市販の合金材料)である。即ち、タービン翼を構成する材料は、上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングにおいて耐熱基材11として採用可能な耐熱合金が使用されている。従って、上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングを、これらのタービン翼に適用すれば、遮熱効果と、耐久性に優れたタービン翼を得ることができるので、より高い温度環境で使用することができ、長寿命のタービン翼を実現することができる。また、より高い温度環境において適用可能であることは、作動流体の温度を高められることを意味し、これによりガスタービン効率を向上させることも可能となる。   In general, the material used for the gas turbine blade is a heat-resistant alloy (for example, CM247L = commercially available alloy material of Canon Maskegon), and the material used for the gas turbine stationary blade is similarly a heat-resistant alloy (for example, IN938 = Inco) Commercially available alloy materials). That is, as a material constituting the turbine blade, a heat-resistant alloy that can be used as the heat-resistant base material 11 in the thermal barrier coating according to some embodiments described above is used. Therefore, if the thermal barrier coating according to some embodiments described above is applied to these turbine blades, a turbine blade excellent in thermal barrier effect and durability can be obtained, so that it is used in a higher temperature environment. And a long-life turbine blade can be realized. In addition, being applicable in a higher temperature environment means that the temperature of the working fluid can be increased, thereby improving the efficiency of the gas turbine.

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、緻密層15に分散されている粒子はYSZ粒子17である。しかし、例えば、YSZ以外の物質からなる粒子であっても、緻密層15の粒子以外の部分の線膨張係数に近い線膨張係数を有する物質であって、腐食性物質に対する耐腐食性や強度がYSZと同等の物質からなる粒子であればよい。このような物質の例として、例えば、イットリウム以外の安定化元素を含む安定化ジルコニアなどを挙げることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
For example, in some embodiments described above, the particles dispersed in the dense layer 15 are YSZ particles 17. However, for example, even a particle made of a substance other than YSZ is a substance having a linear expansion coefficient close to the linear expansion coefficient of the portion other than the particles of the dense layer 15, and has corrosion resistance and strength against corrosive substances. Any particles made of a substance equivalent to YSZ may be used. Examples of such substances include, for example, stabilized zirconia containing a stabilizing element other than yttrium.

例えば、上述した幾つかの実施形態では、多孔質層14、緻密層15及びYSZ粒子17におけるジルコニアの安定化元素はイットリウムであったが、イットリウムに限らず、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属元素、又は希土類元素の何れかであってもよく、これらの中の2種類以上の元素であってもよい。   For example, in some embodiments described above, the stabilizing element of zirconia in the porous layer 14, the dense layer 15, and the YSZ particles 17 is yttrium, but is not limited to yttrium, and is an alkaline earth metal such as magnesium or calcium. It may be either an element or a rare earth element, and may be two or more of these elements.

例えば、上述した幾つかの実施形態では、緻密層15に分散させるYSZ粒子17は、1種類、又は粒径の異なる2種類のYSZ粒子17である。しかし、緻密層15に分散させるYSZ粒子17は、粒径の異なる3種類以上のYSZ粒子17であってもよい。   For example, in some embodiments described above, the YSZ particles 17 dispersed in the dense layer 15 are one type or two types of YSZ particles 17 having different particle sizes. However, the YSZ particles 17 dispersed in the dense layer 15 may be three or more types of YSZ particles 17 having different particle diameters.

例えば、上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、金属結合層形成工程と、多孔質層形成工程と、緻密層形成工程と、を備えている。しかし、既に金属結合層12及び多孔質層14が形成された耐熱基材11に対して、上述した緻密層形成工程によって多孔質層14の表面側に緻密層15を形成するようにしてもよい。
これにより、例えば、多孔質層14と同様の多孔質層を有する従来のタービン翼に対して、緻密層15を形成できる。また、上述した幾つかの実施形態に係るTBC層10を有するタービン翼4,5のメンテナンスに際し、古い緻密層15を除去した後に新たな緻密層15を形成できる。
For example, the thermal barrier coating manufacturing method according to some embodiments described above includes a metal bonding layer forming step, a porous layer forming step, and a dense layer forming step. However, the dense layer 15 may be formed on the surface side of the porous layer 14 by the above-described dense layer forming step with respect to the heat-resistant substrate 11 on which the metal bonding layer 12 and the porous layer 14 have already been formed. .
Thereby, for example, the dense layer 15 can be formed on a conventional turbine blade having a porous layer similar to the porous layer 14. Further, in the maintenance of the turbine blades 4 and 5 having the TBC layer 10 according to some embodiments described above, the new dense layer 15 can be formed after the old dense layer 15 is removed.

例えば、上述した幾つかの実施形態に係るTBC層10は、耐熱基材11の表面全体に設けられていてもよく、耐熱基材11の表面の一部にだけ設けられていてもよい。   For example, the TBC layer 10 according to some embodiments described above may be provided on the entire surface of the heat-resistant base material 11 or may be provided only on a part of the surface of the heat-resistant base material 11.

4 ガスタービン動翼(タービン翼、動翼)
5 ガスタービン静翼(タービン翼、静翼)
6 ガスタービン
10 遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating : TBC)層
11 耐熱基材
12 金属結合層
13 セラミックス層
14 多孔質層
15 緻密層
16 気孔
17,17a,17b,17c YSZ粒子
18 塗膜
18a 塗布液
4 Gas turbine blades (turbine blades, blades)
5 Gas turbine stationary blade (turbine blade, stationary blade)
6 Gas Turbine 10 Thermal Barrier Coating (TBC) Layer 11 Heat-resistant Substrate 12 Metal Bonding Layer 13 Ceramic Layer 14 Porous Layer 15 Dense Layer 16 Pore 17, 17a, 17b, 17c YSZ Particle 18 Coating 18a Coating Solution

Claims (17)

立方晶又は正方晶のジルコニアと、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第1ジルコニア安定化元素とを含み、基材上に形成される多孔質層と、
立方晶又は正方晶のジルコニアと、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第2ジルコニア安定化元素とを含み、前記多孔質層上に形成され、前記多孔質層よりも緻密な緻密層と、
前記緻密層に分散された粒子と、
を備える、遮熱コーティング。
A porous layer formed on a substrate, comprising cubic or tetragonal zirconia and a first zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia;
A cubic layer or tetragonal zirconia and a second zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia, formed on the porous layer, and a dense layer denser than the porous layer; ,
Particles dispersed in the dense layer;
A thermal barrier coating.
前記粒子は、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第3ジルコニア安定化元素を含む安定化ジルコニアにより形成される、請求項1に記載の遮熱コーティング。   The thermal barrier coating according to claim 1, wherein the particles are formed of stabilized zirconia including a third zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia. 前記第1ジルコニア安定化元素、前記第2ジルコニア安定化元素及び前記第3ジルコニア安定化元素は、マグネシウム、アルカリ土類金属元素、又は希土類元素の何れかを含む、請求項2に記載の遮熱コーティング。   The heat shield according to claim 2, wherein the first zirconia stabilizing element, the second zirconia stabilizing element, and the third zirconia stabilizing element include any of magnesium, an alkaline earth metal element, and a rare earth element. coating. 前記粒子は、粒径の異なる少なくとも2種類の粒子を含む、請求項1乃至3の何れか一項に記載の遮熱コーティング。   The thermal barrier coating according to any one of claims 1 to 3, wherein the particles include at least two types of particles having different particle sizes. タービン翼本体と、
前記タービン翼本体の表面を覆うように設けられた請求項1乃至4の何れか一項に記載の遮熱コーティングと、
を備えるタービン翼。
A turbine blade body,
The thermal barrier coating according to any one of claims 1 to 4, which is provided so as to cover a surface of the turbine blade body.
Turbine blades equipped with.
基材の表面の少なくとも一部に、立方晶又は正方晶のジルコニアと、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第1ジルコニア安定化元素とを含む多孔質層が形成された前記基材の前記多孔質層に対して、
ジルコニウムのアルコキシド化合物と、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第2ジルコニア安定化元素とを含む液を塗布するステップと、
前記液が塗布された前記基材を加熱して前記多孔質層上に被膜を生成するステップと、を備える、遮熱コーティングの製造方法。
The base material in which a porous layer containing cubic or tetragonal zirconia and a first zirconia stabilizing element for stabilizing cubic or tetragonal zirconia is formed on at least a part of the surface of the base material. For the porous layer,
Applying a liquid comprising a zirconium alkoxide compound and a second zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia;
Heating the base material coated with the liquid to form a film on the porous layer.
立方晶又は正方晶のジルコニアと、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第1ジルコニア安定化元素とを含む多孔質層を基材の表面の少なくとも一部に形成するステップ、
をさらに備える、請求項6に記載の遮熱コーティングの製造方法。
Forming a porous layer on at least a part of the surface of the substrate, comprising cubic or tetragonal zirconia and a first zirconia stabilizing element that stabilizes the cubic or tetragonal zirconia;
The method for producing a thermal barrier coating according to claim 6, further comprising:
前記アルコキシド化合物は、エトキシド、プロポキシド又はブトキシドの少なくとも一つを含む、請求項6又は7に記載の遮熱コーティングの製造方法。   The method for producing a thermal barrier coating according to claim 6 or 7, wherein the alkoxide compound contains at least one of ethoxide, propoxide, or butoxide. 前記液は、前記アルコキシド化合物の分散安定剤をさらに含む、請求項6乃至8の何れか一項に記載の遮熱コーティングの製造方法。   The method for producing a thermal barrier coating according to any one of claims 6 to 8, wherein the liquid further contains a dispersion stabilizer for the alkoxide compound. 前記分散安定剤は、メタノール又はエタノールの少なくとも一方であるアルコールを含む、請求項9に記載の遮熱コーティングの製造方法。   The method for producing a thermal barrier coating according to claim 9, wherein the dispersion stabilizer contains an alcohol that is at least one of methanol and ethanol. 前記液における前記アルコールのモル比の合計は5%以上である、請求項10に記載の遮熱コーティングの製造方法。   The method for producing a thermal barrier coating according to claim 10, wherein the total molar ratio of the alcohol in the liquid is 5% or more. 前記分散安定剤は、酸を含む、請求項9乃至11の何れか一項に記載の遮熱コーティングの製造方法。   The method for producing a thermal barrier coating according to any one of claims 9 to 11, wherein the dispersion stabilizer contains an acid. 前記液における前記酸のモル比は1%以上である、請求項12に記載の遮熱コーティングの製造方法。   The method for producing a thermal barrier coating according to claim 12, wherein a molar ratio of the acid in the liquid is 1% or more. 前記第1ジルコニア安定化元素及び前記第2ジルコニア安定化元素は、マグネシウム、アルカリ土類金属元素、又は希土類元素の何れかを含む、請求項6乃至13の何れか一項に記載の遮熱コーティングの製造方法。   The thermal barrier coating according to any one of claims 6 to 13, wherein the first zirconia stabilizing element and the second zirconia stabilizing element include any of magnesium, an alkaline earth metal element, and a rare earth element. Manufacturing method. 前記液における前記第2ジルコニア安定化元素のモル比の合計は、前記液に含まれるジルコニウムに対して5%以上である、請求項6乃至14の何れか一項に記載の遮熱コーティングの製造方法。   The total of the molar ratio of the said 2nd zirconia stabilization element in the said liquid is 5% or more with respect to the zirconium contained in the said liquid, The manufacture of the thermal barrier coating as described in any one of Claims 6 thru | or 14 Method. 前記液は、粒子を含み、
前記液が塗布された前記基材を加熱して前記多孔質層上に前記粒子を含む前記被膜を生成する、請求項6乃至15の何れか一項に記載の遮熱コーティングの製造方法。
The liquid includes particles,
The method for producing a thermal barrier coating according to any one of claims 6 to 15, wherein the base material coated with the liquid is heated to produce the coating film containing the particles on the porous layer.
前記粒子は、立方晶又は正方晶のジルコニアを安定化させる第3ジルコニア安定化元素を含む安定化ジルコニアにより形成される、請求項16に記載の遮熱コーティングの製造方法。   The method for producing a thermal barrier coating according to claim 16, wherein the particles are formed of stabilized zirconia containing a third zirconia stabilizing element that stabilizes cubic or tetragonal zirconia.
JP2017071920A 2017-03-31 2017-03-31 Manufacturing method of heat shield coating, turbine blade and heat shield coating Active JP6877217B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017071920A JP6877217B2 (en) 2017-03-31 2017-03-31 Manufacturing method of heat shield coating, turbine blade and heat shield coating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017071920A JP6877217B2 (en) 2017-03-31 2017-03-31 Manufacturing method of heat shield coating, turbine blade and heat shield coating

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018172731A true JP2018172731A (en) 2018-11-08
JP6877217B2 JP6877217B2 (en) 2021-05-26

Family

ID=64106674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017071920A Active JP6877217B2 (en) 2017-03-31 2017-03-31 Manufacturing method of heat shield coating, turbine blade and heat shield coating

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6877217B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020158859A (en) * 2019-03-28 2020-10-01 三菱重工業株式会社 Thermal barrier coating, turbine member, gas turbine and method for manufacturing thermal barrier coating

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008133827A (en) * 2006-11-08 2008-06-12 General Electric Co <Ge> Ceramic corrosion resistant coating for oxidation resistance
JP2013522462A (en) * 2010-03-12 2013-06-13 スネクマ Method for producing a thermal barrier and multilayer coating suitable for forming a thermal barrier
JP2015501375A (en) * 2011-10-13 2015-01-15 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Thermal barrier coating system and method therefor
JP2016000858A (en) * 2015-06-29 2016-01-07 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 Stainless foil with film for organic el

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008133827A (en) * 2006-11-08 2008-06-12 General Electric Co <Ge> Ceramic corrosion resistant coating for oxidation resistance
JP2013522462A (en) * 2010-03-12 2013-06-13 スネクマ Method for producing a thermal barrier and multilayer coating suitable for forming a thermal barrier
JP2015501375A (en) * 2011-10-13 2015-01-15 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Thermal barrier coating system and method therefor
JP2016000858A (en) * 2015-06-29 2016-01-07 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 Stainless foil with film for organic el

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020158859A (en) * 2019-03-28 2020-10-01 三菱重工業株式会社 Thermal barrier coating, turbine member, gas turbine and method for manufacturing thermal barrier coating

Also Published As

Publication number Publication date
JP6877217B2 (en) 2021-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6908973B2 (en) Manufacturing methods for thermal barrier coatings, turbine components, gas turbines, and thermal barrier coatings
JP2007262447A (en) Oxidation-resistant film and its deposition method, thermal barrier coating, heat-resistant member, and gas turbine
JP2003160852A (en) Thermal insulating coating material, manufacturing method therefor, turbine member and gas turbine
US20180030584A1 (en) Thermal barrier coating, turbine member, gas turbine, and manufacturing method for thermal barrier coating
JP6365969B2 (en) Thermal barrier coating material, turbine member having the same, and thermal barrier coating method
JP5656528B2 (en) High temperature resistant member and gas turbine
JP5657048B2 (en) High temperature resistant member and gas turbine
WO2019187663A1 (en) Heat shielding coating, turbine member, gas turbine, and heat shielding coating manufacturing method
US20200048751A1 (en) Thermal barrier coating formation method, thermal barrier coating, and high-temperature member
JP6877217B2 (en) Manufacturing method of heat shield coating, turbine blade and heat shield coating
JP4388466B2 (en) Gas turbine, thermal barrier coating material, manufacturing method thereof, and turbine member
JP7045236B2 (en) Thermal barrier coatings, turbine components and gas turbines
JP2018003103A (en) Thermal barrier coating method, thermal barrier coating film and turbine member
JP5693631B2 (en) High temperature resistant member and gas turbine
US11021993B2 (en) Thermal insulation coating member, axial flow turbine, and method for producing thermal insulation coating member
WO2017134976A1 (en) Shroud and method for implementing abradable coating
JP2020158859A (en) Thermal barrier coating, turbine member, gas turbine and method for manufacturing thermal barrier coating
US10947615B2 (en) Thermal barrier coating film, turbine member, and thermal barrier coating method
KR101796731B1 (en) Method for manufacturing core/shell complex powder for thermal barrier coating and the core/shell complex prepared by the same
JP2019157216A (en) Ceramic coating, turbine member, gas turbine, and manufacturing method of ceramic coating
JP2023075617A (en) Coating coated member and coating method
JP2018184643A (en) Thermal barrier coating formation method, thermal barrier coating and high-temperature component
Tang et al. Axial Injection Plasma Sprayed Thermal Barrier Coatings

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200121

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201104

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201228

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210330

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210427

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6877217

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150