JP2021046588A - 溶射用粉末、溶射用スラリー及び遮熱性コーティングの製造方法 - Google Patents
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- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
特許文献2には、希土類ケイ酸塩系気密層の形成を目的とした、液体担体中に懸濁させた希土類ケイ酸塩及び1種以上の酸化物を含む焼結助剤を含む懸濁液からなる溶射原料が開示され、焼結助剤として約5nm〜約3μm、約5nm〜約100nm、約30nm〜約70nmの外径を有するSiO2が開示されている。
また、SiO2の含有量は1質量%〜10質量%であるが、好ましくは3質量%〜8質量%であるとよい。SiO2の含有量が1質量%未満ではCMAS耐性の向上の効果が現れず、10質量%を超えると、CMAS耐性の効果が飽和するのに対して溶射被膜の硬度、ヤング率などの機械的特性が低下する傾向に有り、遮熱性コーティングとしての実用性が低下する。
このような混合形態、複合粒子、被覆粒子を得るためには、SiO2粉末とSiO2以外の酸化物粉末を所定の割合で予め混合、造粒、焼結、粉砕、分級などの工程を得られる粒子形態に応じて適宜、選択して行えばよい。具体的には、造粒焼結法、焼結粉砕法、溶融粉砕法などによって製造することができる。
被覆粒子を形成するためには、原料粒子を一次粒子が大きいコア粒子と、一次粒子が小さい微粒子に分け、これらを適宜ブレンドすることにより、コア粒子の表面に微粒子を静電引力や有機バインダーの接着力により付着させる。その後、焼結工程で粒子間の結合強度を高めることによって得ることができる。
<溶射粉末材の調整>
表1に示される体積基準の平均粒子径を有する酸化物粉末(8YSZ、YbTaO、YbSiO5)とSiO2粉末の組合せからなる原材料粉末を表1に示される方法(粒子形態)により実施例1〜8及び比較例1〜5の溶射粉末材を調製した。得られた溶射粉末材の組成、平均粒子径は表1に示されるとおりである。本発明において平均粒子径は体積基準の粒子径を意味するが、平均粒子径はMalvern Panalytical社のレーザ回折式粒度分布測定装置Mastersizer 3000を使用して測定した。
上記方法により製造した実施例1〜8および比較例1〜5の溶射粉末材を使用して大気圧プラズマ溶射(APS)またはサスペンションプラズマ溶射(SPS)により多孔質ジルコニアア基材上に溶射被膜を形成した。APSおよびSPSの溶射方法、条件は以下のとおりである。
プラクスエア・サーフィス・テクノロジーズ社製のプラズマ溶射装置SG−100を使用した。プラズマ発生条件は、プラズマ作動ガスとして、圧力0.34MPaのアルゴンガスと圧力0.34MPaのヘリウムガスを用い、電圧37.0V、電流900Aの条件でプラズマを発生させた。溶射ガンの移動速度は24m/min、溶射距離は90mmとした。
プラズマ溶射装置への溶射粉末材の供給には、プラクスエア・サーフィス・テクノロジーズ社製の粉末供給機Model1264型を用いた。溶射粉末材をプラズマ溶射装置へ供給する速度は、20g/minとした。
プログレッシブサーフェイス社製のプラズマ溶射装置100HEを使用した。溶射用スラリーをプラズマ溶射装置に供給する供給装置には、プログレッシブサーフェイス社製のLiquifeederHE(商品名) SPS/SPPSフィードシステムを使用した。溶射条件は、以下の通りである。
アルゴンガスの流量:180NL/min
窒素ガスの流量 : 70NL/min
水素ガスの流量 : 70NL/min
プラズマ出力 :105kW
溶射距離 : 76mm
トラバース速度 :1500mm/s
溶射角度 : 90°
スラリー供給量 : 38mL/min
パス数 : 50パス
(1)硬度およびヤング率の測定
上記方法により形成された実施例1〜8および比較例1〜5の溶射被膜のビッカース硬度を株式会社島津製作所社製の微小硬度計HMV0001を使用して測定した結果を表1に示した。同様に、ヤング率をH.FISCHER社製の超微小押し込み硬さ試験機HM2000を使用して測定した結果を表1に示した。
上記方法により形成された実施例1〜8および比較例1〜5の溶射被膜上に0.5mmの厚さとなる様にCMAS試験粉体を堆積し、Ar雰囲気中で1300℃3時間保持した後、溶射被膜の断面を走査電子顕微鏡(SEM)を用いたエネルギー分散型X線分析(EDX)により評価することでCMAS侵入層の厚みを測定した結果を表1に示した。本評価では桜島で採取した火山灰を平均粒子径50μmに粉砕した粉末をCMAS試験粉体として使用した。CMAS試験粉体の主成分は酸化ケイ素、炭素、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等であった。溶射被膜の断面電子顕微鏡写真は、図1(a)〜(c)に示されるように、表面にCMAS侵入層が形成されている。なお、図1の(a)は比較例1、(b)は比較例2、(c)は比較例4により形成された溶射被膜を上記方法によりAr雰囲気中で1300℃3時間保持した後の断面電子顕微鏡写真を示している。溶射被膜の表面に結晶粒度が粗く表面が凹凸状のCMAS侵入組織が形成されていることが分かる。
Claims (8)
- 遮熱性コーティングのための溶射用粉末であって、
SiO2粒子とSiO2以外の酸化物粒子を含み、
溶射用粉末中における前記SiO2粒子の含有量が1質量%〜10質量%であることを特徴とする溶射用粉末。 - 前記SiO2の体積基準の平均粒子径は前記SiO2以外の酸化物粒子の体積基準の平均粒子径よりも小さい請求項1に記載の溶射用粉末。
- 前記SiO2以外の酸化物粒子の体積基準の平均粒子径が1〜5μmであり、前記SiO2粒子の平均粒子径が0.001〜2μmである請求項2記載の溶射用粉末。
- 前記SiO2以外の酸化物粒子と前記SiO2粒子とが複合化され複合粒子が形成されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の溶射用粉末。
- 前記複合粒子は前記SiO2以外の酸化物粒子の表面に前記SiO2粒子が被覆されている請求項4記載の溶射用粉末。
- 前記複合粒子の体積基準の平均粒子径が2〜50μmである請求項4又は5に記載の溶射用粉末。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の溶射用粉末と、前記溶射用粉末が分散された分散媒とを含む溶射用スラリー。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の溶射用粉末又は請求項7に記載の溶射用スラリーを基材にプラズマ溶射し、形成することを特徴とする遮熱性コーティングの製造方法。
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