JP2019157216A - セラミックコーティング、タービン部材、ガスタービン及びセラミックコーティングの製造方法 - Google Patents
セラミックコーティング、タービン部材、ガスタービン及びセラミックコーティングの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019157216A JP2019157216A JP2018046425A JP2018046425A JP2019157216A JP 2019157216 A JP2019157216 A JP 2019157216A JP 2018046425 A JP2018046425 A JP 2018046425A JP 2018046425 A JP2018046425 A JP 2018046425A JP 2019157216 A JP2019157216 A JP 2019157216A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- ceramic
- melt
- ceramic coating
- solidified
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/4586—Non-chemical aspects relating to the substrate being coated or impregnated
- C04B41/4588—Superficial melting of the substrate before or during the coating or impregnating step
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/0036—Laser treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/0054—Plasma-treatment, e.g. with gas-discharge plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/0072—Heat treatment
- C04B41/0081—Heat treatment characterised by the subsequent cooling step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
- C04B41/5042—Zirconium oxides or zirconates; Hafnium oxides or hafnates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/87—Ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
- C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/042—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/007—Preventing corrosion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/005—Repairing methods or devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/284—Selection of ceramic materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/288—Protective coatings for blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
- F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3246—Stabilised zirconias, e.g. YSZ or cerium stabilised zirconia
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/34—Oxidic
- C04B2237/345—Refractory metal oxides
- C04B2237/348—Zirconia, hafnia, zirconates or hafnates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
- F05D2230/31—Layer deposition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/90—Coating; Surface treatment
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/10—Stators
- F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/24—Rotors for turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
- F05D2300/21—Oxide ceramics
- F05D2300/2118—Zirconium oxides
Abstract
Description
そこで、例えば特許文献1に記載の遮熱コーティングでは、高気孔層上に形成された緻密層と、緻密層上に緻密層が溶融された溶融層とによって腐食性物質の浸透を抑制するようにしている。しかし、溶融層には溶融後に凝固する際の収縮によって溶融層の厚さ方向に延在するクラック(縦割れ)が生じるおそれがあり、緻密層にも気孔が存在することから、特許文献1に記載の遮熱コーティングでは、腐食性物質の浸透を十分に抑制できないおそれがあり、耐久性が低下するおそれがある。
セラミック層と、
前記セラミック層の表面に形成された溶融凝固層と、
前記溶融凝固層の厚さ方向に延在するクラックに充填されたセラミックを含む充填層と、を有する。
その点、上記(2)の構成によれば、セラミック層の気孔率が1%以上30%以下であるので、耐久性を有するセラミック層の形成が容易になる。
その点、上記(4)の構成によれば、溶融凝固層の厚さが5マイクロメートル以上100マイクロメートル以下であるので、腐食性物質のセラミック層への浸透を抑制する効果を確保しつつ、溶融凝固層の熱サイクル耐久性を確保できる。
セラミック層を形成する工程と、
前記セラミック層の表層部を加熱溶融させた後冷却することで縦割れを有する溶融凝固層を形成する工程と、
前記溶融凝固層の表面にセラミック粒子を含むスラリを塗布する工程と、
を有する。
そのため、上記(9)の方法によれば、気孔がほとんど存在せず、且つ、縦割れがセラミック粒子で封止されるので、溶融凝固層が緻密化される。
したがって、上記(9)の方法によれば、緻密化した溶融凝固層によって腐食性物質のセラミック層への浸透を抑制できる。これにより、セラミックコーティングの耐久性を向上することができる。
その点、上記(13)の方法によれば、形成するセラミック層の気孔率が1%以上30%以下であるので、耐久性を有するセラミック層を容易に形成できる。
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。
図1は、幾つかの実施形態に係るセラミックコーティングを備えるタービン部材の断面の模式図である。以下で説明する幾つかの実施形態では、セラミックコーティングの一例として、タービン部材の遮熱のための遮熱コーティングについて説明する。
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(母材)11上に、遮熱コーティングとして金属結合層(ボンドコート層)12、セラミック層13、及び、溶融凝固層14が順に形成される。即ち、図1に示すように、幾つかの実施形態では、セラミックコーティング10は、遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating : TBC)層であり、ボンドコート層12、セラミック層13、及び、溶融凝固層14を含んでいる。
ボンドコート層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。
幾つかの実施形態では、セラミック層13は、遮熱性を確保するため、気孔を含むポーラスな組織とされる。セラミック層13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。幾つかの実施形態では、セラミック層13の気孔率は、1%以上30%以下である。
その点、幾つかの実施形態では、セラミック層13の気孔率が1%以上30%以下であるので、耐久性を有するセラミック層13の形成が容易になる。
以下、幾つかの実施形態における溶融凝固層14について説明する。
セラミックコーティング10に要求される仕様として、腐食性物質がセラミックコーティング10を透過しないことが望まれる。腐食性物質は、例えば油燃料を使用する油焚きガスタービン等において、燃焼ガスに含まれる場合がある。具体的には、例えば重油等の石油を燃料とした油焚きガスタービンでは、燃焼ガスには、例えば硫酸ナトリウム(Na2SO4)等が腐食性物質として含まれる場合がある。
燃焼ガスに腐食性物質が含まれる場合、腐食性物質がセラミックコーティング10のセラミック層13の気孔からセラミック層13に浸透してセラミック層13を劣化させてしまい、セラミックコーティング10の耐久性を低下させるおそれがあることが分かってきた。
しかし、セラミック層13の表面に溶融凝固層14を形成する過程で、溶融凝固層14には加熱溶融後の凝固時の熱収縮に起因する厚さ方向に延在するクラック(縦割れ)15が生じることとなる。そのため、そのままでは、クラック15を介して腐食性物質がセラミック層13に浸透してしまう。
これにより、溶融凝固層14では溶融時に気孔が消滅するため、気孔がほとんど残存しない。また、凝固時の熱収縮に起因する厚さ方向に延在するクラック15が溶融凝固層14に存在したとしても、充填層16によってクラックが封止されている。このように、図1に示す幾つかの実施形態のセラミックコーティング10では、セラミック層13の表面に溶融凝固層14及び充填層16による緻密な層が形成されているので、腐食性物質のセラミック層13への浸透が溶融凝固層14及び充填層16によって抑制される。これにより、セラミックコーティング10の耐久性を向上することができる。
なお、充填層16の有無によりセラミックコーティング10の熱サイクル耐久性に特段の違いがないことが発明者らの実験によって確認されている。
溶融凝固層14の厚さが5マイクロメートル未満であると、溶融凝固層14の形成時の厚さのばらつきにより、局部的に厚さが極端に薄くなってセラミック層13が露出するおそれがある他、セラミック層13が露出しないまでも、溶融凝固層14による腐食性物質の浸透抑制効果が不十分となるおそれがある。そのため、溶融凝固層14の厚さは5マイクロメートル以上であることが望ましい。また、溶融凝固層14の厚さが100μmを超えると、溶融凝固層14の熱サイクル耐久性が低下するおそれがあるため、溶融凝固層14の厚さは100μm以下とすることが望ましい。
その点、図1に示す幾つかの実施形態のセラミックコーティング10では、溶融凝固層14の厚さが5マイクロメートル以上100マイクロメートル以下であるので、腐食性物質のセラミック層13への浸透を抑制する効果を確保しつつ、溶融凝固層14の熱サイクル耐久性を確保できる。
以下、幾つかの実施形態に係る充填層16について説明する。
図1に示す幾つかの実施形態のセラミックコーティング10では、充填層16は、積算粒度50%粒径が5マイクロメートル以下であるセラミック粒子17を含む。
溶融凝固層14がセラミック層13の表層を溶融凝固させた層であるので、溶融凝固層14とセラミック層13とは同じ材質で構成される。したがって、図1に示す幾つかの実施形態では、セラミック層13と溶融凝固層14と充填層16とは同じ材質で構成される。これにより、セラミック層13と溶融凝固層14と充填層16とで、高温環境下における線膨張係数や相安定性等が同じになるので、高温環境下におけるセラミックコーティング10の品質劣化を抑制できる。
イットリア安定化ジルコニアは、セラミックス材料の中では比較的低い熱伝導率と比較的高い熱膨張率を有している。そのため、イットリア安定化ジルコニアをセラミックコーティング10の材料として用いた場合、高い遮熱性を確保できるとともに、金属製の母材11との熱膨張率の差を小さくすることができる。したがって、イットリア安定化ジルコニアによって充填層16及びセラミック層13を構成することで、セラミックコーティング10が金属製の母材11の遮熱用途に適したものとなる。
以下、幾つかの実施形態に係るセラミックコーティングの製造方法について説明する。図2は、幾つかの実施形態に係るセラミックコーティングの製造方法の手順を示すフローチャートである。
幾つかの実施形態に係るセラミックコーティングの製造方法は、セラミック層形成工程S10と、溶融凝固層形成工程S20と、スラリ塗布工程S30と、脱気工程S40と、乾燥工程S50と、焼成工程S60とを有する。
セラミック層13の気孔率を1%未満にするためには、上述したように、チャンバを備える大掛かりな装置が必要となる。これに対して、セラミック層13の気孔率が1%以上であれば、上述したように、例えば大気プラズマ溶射のように、チャンバが不要な成膜方法によってセラミック層13を形成できる。また、上述したように、セラミック層の気孔率が30%を超えると、セラミック層が形成される相手側であるボンドコート層12との密着性が不十分になるおそれがある。
その点、幾つかの実施形態では、セラミック層形成工程S10で形成するセラミック層13の気孔率が1%以上30%以下であるので、耐久性を有するセラミック層13を容易に形成できる。
これにより、例えば炉等を用いてセラミック層13の表層部13aを加熱する場合と比べて、セラミック層13における表層部13aよりも内部の領域に加熱による熱の影響が及ぶことを抑制でき、セラミック層13の熱的損傷を抑制できる。
例えば、レーザの照射によって加熱溶融させる場合のレーザの照射条件の一例を以下に示す。例えば平均出力は20Wであり、照射速度は2.4m/minであり、ビーム径は0.3mmである。レーザビームの走査については、例えば6軸ロボットを用いて走査するようにしてもよく、ガルバノレンズを用いて走査するようにしてもよい。
例えば、積算粒度10%粒径、積算粒度50%粒径、及び積算粒度90%粒径がそれぞれ0.4マイクロメートル、0.7マイクロメートル、及び2.1マイクロメートルのYSZ粒子を用い、溶媒にエタノールと分散剤を用い、固液比を1:3、すなわち濃度25wt%としてもよい。
また、スラリ18の組成の他の一例として、例えば、次のような組成であってもよい。
例えば、積算粒度50%粒径が0.04マイクロメートルのYSZ粒子を用い、溶媒に水と分散剤を用い、固液比を1:5、すなわち濃度20wt%としてもよい。
これにより、クラック15の脱気を行うことができ、クラック15にスラリ18を効率的に供給できる。
このようにクラック15内のセラミック粒子17を焼成することでクラック15の封止効果を向上できる。
なお、焼成工程S60におけるセラミック粒子17の焼成度合いは、焼成前のセラミック粒子17の形状が例えばセラミックコーティング10の破断観察等によって視認可能な程度の焼成度合いであってもよく、焼成前のセラミック粒子17の形状が分からなくなるほど焼成度合いが進んでいてもよい。
溶融凝固層形成工程S20において、セラミック層13の表層部13aが加熱溶融されると、上述したように、表層部13aに含まれていた気孔が消滅するため、このようにして形成された溶融凝固層14には気孔がほとんど残存しない。また、溶融凝固層14の表面にセラミック粒子17を含むスラリ18を塗布することで、溶融凝固層14のクラック15にセラミック粒子17を導入することができ、セラミック粒子17によってクラック15を封止できる。
そのため、幾つかの実施形態に係るセラミックコーティングの製造方法によれば、気孔がほとんど存在せず、且つ、クラック15がセラミック粒子17で封止されるので、溶融凝固層14が緻密化される。
したがって、幾つかの実施形態に係るセラミックコーティングの製造方法によれば、緻密化した溶融凝固層14によって腐食性物質のセラミック層13への浸透を抑制できる。これにより、セラミックコーティング10の耐久性を向上することができる。
これに対し、図6(b)に示すように、セラミック層13上に溶融凝固層14が積層されていない試験片では、セラミック層13にナトリウム分が浸透していることが分かる。
上述した幾つかの実施形態に係るセラミックコーティング10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セラミックコーティング10を設けることで、耐食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。
このように、幾つかの実施形態に係るタービン部材であるタービン翼4,5は、上述した幾つかの実施形態に係るセラミックコーティング10を有するので、腐食性物質が存在する環境下であってもタービン部材の耐久性を向上できる。
また、幾つかの実施形態に係るガスタービン6は、上記タービン部材であるタービン翼4,5を有するので、燃焼ガスに腐食性物質が含まれる環境下であってもガスタービン6におけるタービン部材の耐久性を向上できる。
例えば、上述した幾つかの実施形態に係るセラミックコーティングの製造方法は、セラミック層形成工程S10と、溶融凝固層形成工程S20と、スラリ塗布工程S30とを有する。しかし、例えばセラミック層13の厚さに余裕があるのであれば、使用によって摩耗した充填層16を有するセラミックコーティング10に対して、再び溶融凝固層形成工程S20と、スラリ塗布工程S30とを実施することで、充填層16を有する溶融凝固層14の厚さを回復するようにしてもよい。
5 ガスタービン静翼
6 ガスタービン
10 セラミックコーティング
11 耐熱基材(母材)
12 金属結合層(ボンドコート層)
13 セラミック層
13a 表層部
14 溶融凝固層
15 クラック(縦割れ)
16 充填層
17 セラミック粒子
18 スラリ
Claims (13)
- セラミック層と、
前記セラミック層の表面に形成された溶融凝固層と、
前記溶融凝固層の厚さ方向に延在するクラックに充填されたセラミックを含む充填層と、
を有するセラミックコーティング。 - 前記セラミック層の気孔率は、1%以上30%以下である
請求項1に記載のセラミックコーティング。 - 前記充填層は、積算粒度50%粒径が5マイクロメートル以下であるセラミック粒子を含む
請求項1又は2に記載のセラミックコーティング。 - 前記溶融凝固層の厚さは、5マイクロメートル以上100マイクロメートル以下である
請求項1乃至3の何れか一項に記載のセラミックコーティング。 - 前記充填層は、前記セラミック層と同じ材質で構成される
請求項1乃至4の何れか一項に記載のセラミックコーティング。 - 前記充填層及び前記セラミック層の材質は、イットリア安定化ジルコニアである
請求項5に記載のセラミックコーティング。 - 請求項1乃至6の何れか一項に記載のセラミックコーティングを有するタービン部材。
- 請求項7に記載のタービン部材を有するガスタービン。
- セラミック層を形成する工程と、
前記セラミック層の表層部を加熱溶融させた後冷却することで縦割れを有する溶融凝固層を形成する工程と、
前記溶融凝固層の表面にセラミック粒子を含むスラリを塗布する工程と、
を有するセラミックコーティングの製造方法。 - 前記スラリを塗布する工程の後で、減圧環境下で前記縦割れに前記スラリを供給する工程
をさらに有する請求項9に記載のセラミックコーティングの製造方法。 - 前記スラリを塗布する工程の後で、前記縦割れ内に存在する前記スラリに含まれる前記セラミック粒子を焼成させる工程
をさらに有する請求項9又は10に記載のセラミックコーティングの製造方法。 - 前記溶融凝固層を形成する工程において、レーザ、電子ビーム、又はプラズマの何れかを照射することで、前記セラミック層の前記表層部を加熱溶融させる
請求項9乃至11の何れか一項に記載のセラミックコーティングの製造方法。 - 前記セラミック層を形成する工程において、気孔率が1%以上30%以下の前記セラミック層を形成する
請求項9乃至12の何れか一項に記載のセラミックコーティングの製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018046425A JP2019157216A (ja) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | セラミックコーティング、タービン部材、ガスタービン及びセラミックコーティングの製造方法 |
US16/255,193 US20190284104A1 (en) | 2018-03-14 | 2019-01-23 | Ceramic coating, turbine member, gas turbine, method of producing ceramic coating, and method of repairing cermic coating |
DE102019000558.9A DE102019000558A1 (de) | 2018-03-14 | 2019-01-25 | Keramiküberzug, turbinenelement, gasturbine, verfahren zur herstellung von keramiküberzug, und verfahren zur reparatur von keramiküberzug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018046425A JP2019157216A (ja) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | セラミックコーティング、タービン部材、ガスタービン及びセラミックコーティングの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019157216A true JP2019157216A (ja) | 2019-09-19 |
Family
ID=67774455
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018046425A Pending JP2019157216A (ja) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | セラミックコーティング、タービン部材、ガスタービン及びセラミックコーティングの製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20190284104A1 (ja) |
JP (1) | JP2019157216A (ja) |
DE (1) | DE102019000558A1 (ja) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5996273A (ja) * | 1982-11-26 | 1984-06-02 | Toshiba Corp | 耐熱部品 |
JPS6130658A (ja) * | 1984-07-19 | 1986-02-12 | Showa Denko Kk | 溶射基板の表面処理方法 |
JPH04503833A (ja) * | 1989-10-20 | 1992-07-09 | ユニオン カーバイド コーティングズ サービス テクノロジー コーポレイション | 断熱層コーティングで被覆された基材及びその製造方法 |
US5576069A (en) * | 1995-05-09 | 1996-11-19 | Chen; Chun | Laser remelting process for plasma-sprayed zirconia coating |
JPH10102789A (ja) * | 1996-09-25 | 1998-04-21 | Rinotetsuku:Kk | 漏水コンクリートクラックの補修装置とその施工方法 |
JP2001226759A (ja) * | 1999-10-01 | 2001-08-21 | General Electric Co <Ge> | 保護皮膜の表面を平滑化する方法 |
JP2004155598A (ja) * | 2002-11-01 | 2004-06-03 | Honda Motor Co Ltd | 高温耐酸化性炭素質成形体及びその製造方法 |
WO2016052741A1 (ja) * | 2014-10-02 | 2016-04-07 | 新日鐵住金株式会社 | ハースロール及びその製造方法 |
WO2017213113A1 (ja) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 三菱重工業株式会社 | 遮熱コーティング、タービン部材およびガスタービン |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE602005021599D1 (de) * | 2004-12-14 | 2010-07-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Bauteil mit Wärmdämmschichtung und Verfahren zur dessen Herstellung. |
US9816392B2 (en) * | 2013-04-10 | 2017-11-14 | General Electric Company | Architectures for high temperature TBCs with ultra low thermal conductivity and abradability and method of making |
JP6364494B2 (ja) * | 2014-09-05 | 2018-07-25 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 溶射用粉末の製造方法、溶射用粉末の製造装置、及び、該製造方法により製造された溶射用粉末 |
-
2018
- 2018-03-14 JP JP2018046425A patent/JP2019157216A/ja active Pending
-
2019
- 2019-01-23 US US16/255,193 patent/US20190284104A1/en not_active Abandoned
- 2019-01-25 DE DE102019000558.9A patent/DE102019000558A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5996273A (ja) * | 1982-11-26 | 1984-06-02 | Toshiba Corp | 耐熱部品 |
JPS6130658A (ja) * | 1984-07-19 | 1986-02-12 | Showa Denko Kk | 溶射基板の表面処理方法 |
JPH04503833A (ja) * | 1989-10-20 | 1992-07-09 | ユニオン カーバイド コーティングズ サービス テクノロジー コーポレイション | 断熱層コーティングで被覆された基材及びその製造方法 |
US5576069A (en) * | 1995-05-09 | 1996-11-19 | Chen; Chun | Laser remelting process for plasma-sprayed zirconia coating |
JPH10102789A (ja) * | 1996-09-25 | 1998-04-21 | Rinotetsuku:Kk | 漏水コンクリートクラックの補修装置とその施工方法 |
JP2001226759A (ja) * | 1999-10-01 | 2001-08-21 | General Electric Co <Ge> | 保護皮膜の表面を平滑化する方法 |
JP2004155598A (ja) * | 2002-11-01 | 2004-06-03 | Honda Motor Co Ltd | 高温耐酸化性炭素質成形体及びその製造方法 |
WO2016052741A1 (ja) * | 2014-10-02 | 2016-04-07 | 新日鐵住金株式会社 | ハースロール及びその製造方法 |
WO2017213113A1 (ja) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 三菱重工業株式会社 | 遮熱コーティング、タービン部材およびガスタービン |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20190284104A1 (en) | 2019-09-19 |
DE102019000558A1 (de) | 2019-09-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6908973B2 (ja) | 遮熱コーティング、タービン部材、ガスタービン、ならびに遮熱コーティングの製造方法 | |
JP2003160852A (ja) | 遮熱コーティング材、その製造方法、タービン部材及びガスタービン | |
KR101681195B1 (ko) | 자가치유능을 갖는 열차폐 코팅 시스템 | |
JP6365969B2 (ja) | 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 | |
EP2882551B1 (fr) | Revetement en materiau abradable a faible rugosite de surface | |
KR102486067B1 (ko) | 차열 코팅, 터빈 부재, 가스 터빈 및 차열 코팅의 제조 방법 | |
JP5656528B2 (ja) | 耐高温部材及びガスタービン | |
JP5657048B2 (ja) | 耐高温部材及びガスタービン | |
JP6947851B2 (ja) | スキーラ先端を備えるタービンブレードおよび高密度酸化物分散強化層 | |
JP2015113255A (ja) | コーティング構造、タービン部材、ガスタービン、及びコーティング構造の製造方法 | |
JP5702749B2 (ja) | ガスタービン翼、燃焼器、シュラウド及びこれらを用いたガスタービン | |
JP7045236B2 (ja) | 遮熱コーティング、タービン部材及びガスタービン | |
JP2019157216A (ja) | セラミックコーティング、タービン部材、ガスタービン及びセラミックコーティングの製造方法 | |
WO2016076305A1 (ja) | 遮熱コーティング、および、タービン部材 | |
JP2019157202A (ja) | セラミックコーティングの補修方法、セラミックコーティング、タービン部材及びガスタービン | |
JP2020158859A (ja) | 遮熱コーティング、タービン部材、ガスタービン及び遮熱コーティングの製造方法 | |
US10994301B2 (en) | Method for constructing abradable coating, and shroud | |
JP6877217B2 (ja) | 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 | |
KR102245879B1 (ko) | 차열 코팅막, 터빈 부재 및 차열 코팅 방법 | |
JP6632407B2 (ja) | アブレイダブルコーティングの施工方法 | |
JP2013136845A (ja) | 耐高温部材及びガスタービン | |
JP2022178306A (ja) | 耐熱部材、および、発電システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200324 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200522 |
|
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 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210216 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20210325 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210601 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210824 |