JP2895135B2 - 回転する熱機関の羽根の耐腐食性および耐浸食性を向上する方法および保護皮膜 - Google Patents

回転する熱機関の羽根の耐腐食性および耐浸食性を向上する方法および保護皮膜

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は適切な保護皮膜を施こす方法をさらに発展さ
せることにより、回転する熱機関、例えば蒸気タービ
ン、ガスタービン、ターボ式圧縮機等の羽根の耐腐食性
および耐浸食性の向上および酸化、腐食、摩耗および損
傷のような激しい侵害に対するその効果的保護皮膜に関
する。
特に本発明は回転する熱機関の、おもにフエライトの
および／またはフエライト・マルテンサイト基材よりな
る羽根の耐腐食性および耐浸食性を強固に固定する表面
保護皮膜を施すことにより向上する方法に関する。
〔従来の技術〕
数多くの要求を十分に満足させることができるために
は回転する熱機関の羽根は幾重か保護皮膜が施される。
蒸気およびガスタービン羽根の場合でも圧縮機羽根の場
合でもこれが利用される。何よりもまづ腐食および酸化
傷害に対しならびに浸食および消耗（摩耗）に対する耐
久性を向上させることが重要である。保護皮膜に使用す
る材質のうち酸化被覆膜を形成する元素Cr,Al,Siは特殊
な地位を占めている。なかんづくAl高含有の皮膜は運転
装置構造においてカーバイト含有の皮膜（Cr2C3,WC）に
対する充填物質として使用されている。
従来技術に対しては次の刊行物を挙げる。
・F.N.Davis,C.E.Grinnell,“Engine Experience of
Turbine Rotor Blade Materials and Coatings",The Am
erican Society of Mechanical Engineers,345E.47st.N
ew york,N.Y.10017,82−GT−244 ・SermeTel Technische Information:“Sermaloy J−
Prozess STS",SermeTel GmbH,Weilenburgstrasse49,D−
5628 Heiligenhaus,BRD ・Mark F.Mosser and Bruce G.McMordie,“Evalua−t
ion of Aluminium/Ceramic Coating on Fasteners to E
liminate Galvanic Corrosion",Reprinted from SP−64
9−Gorrosion:Coatings and Steels,International Con
gress and Exposition,Detroit,Michigan,February24−
28,1986,ISSN 0148−7191,Copyright 1986 Society of
Automotive Engineers,Inc. ・Thomas F.LewisIII,“Gator−Gard,The process,Co
atings,and Turbomachinery Applications",Presented
at the International Gas Turbine Conference and Ex
hi−bit,Dsseldorf,West Germany−June 8−12,1986,
The American Society of Mechanical Engineers,345E.
47 st.,New York,N.Y.10017,86−GT−306 ・H.J.Kolkman,“New Erosion Resistant Campre−ss
or coatings",presented at the Gas turbine and Aero
engine Congress,.Amsterdam,The Netherlands.−June
6−9,1988,The American society of Mechanical Engin
eers,345E.47St.,New York,N.Y.10017,88−GT−186. 〔発明が解決しようとする課題〕 従つて本発明の課題はH2O蒸気の存在および比較のた
めに中庸温度（450℃）で回転する熱機関の羽根の耐腐
食性（ClおよびSO4イオン）および耐浸食性（粒子およ
び水滴衝撃食）を向上する方法を提供することであつ
た。特に羽根のフエライトおよび／またはフエライト・
マルテンサイト基材に適切な方法で、かつ経済的なコス
トで大きな出費なしに適切な表面皮膜を得なくてはなら
ない。特に羽根の長寿命を保証するためには点食の発生
を避けるかまたは少くとも引き延さなければならない。
〔課題を解決するための手段〕
前記課題は本発明により冒頭に記載した方法におい
て、Si6〜15重量％、残余Alよりなる保護皮膜を高速度
法により粒子速度少なくとも300m/sで基材の表面に溶射
することにより解決される。
〔実施例〕
本発明を次の実施例に基き説明する。
例１ 軸流圧縮機用圧縮羽根に保護皮膜を施した。該皮膜は
翼形断面で、羽根板は次の寸法を持つ。
巾 ＝80mm 最大厚さ＝9mm 断面高さ＝14mm 半径方向の長さ＝210mm 該羽根の材料はマルテンサイト鋼でり、これは完全に
熱処理された組織状態を呈し、次の組成を持つていた。
Cr＝12重量％ Mo＝ 1重量％ Ni＝0.5重量％ C ＝0.25重量％ Fe＝残余 まづ羽根をトリクロロエタンで脱脂し洗条し、その後
で板および脚部過度部をサンドブラストした。羽根の被
覆は高速度・火炎溶射法により粒子速度400m/sおよびガ
ス速度1000m/sで窒素を搬送ガスとして行つた。被覆物
質としては下記の組成の、粉状のアルミニウム合金を使
用した。
Si＝ 12.8重量％ Mn＝ 0.22重量％ Mg＝ 0.34重量％ Ti＝ 0.1 重量％ Al＝ 残余 ここに適用した“Jet−Kote"の商標を有する被覆法に
従つてアルミニウム合金粉末を窒素ガスを使用してプロ
パンおよび酸素で駆動する燃焼室に供給した。液状化し
た粒子は微細な滴として高過圧下で該加工品に射出され
た。この際該羽根は羽根を覆う装置に立てた。保護皮膜
の施工は手によつて操作するスプレーガンで行つた。被
覆した保護皮膜は金相学的研摩をして測定した。平均８
〜15μｍであつた。この金属保護皮膜の上に従来のラツ
カー吹付法により合成樹脂（現在の場合ポリテトラフロ
ロエチレン）を被覆した。この平滑な表面層は平均厚さ
６〜10μｍで荒さ約２μｍであつた。
該被覆した圧縮羽根を耐腐食性試験にかけた。この目
的のためにこれを試験溶液に漬けてその後で空調棚に４
時間放置した。該サイクルを全体で60回繰返した。該試
験溶液は次の塩の水溶液からなつていた： （NH4）2FeSO4・6H2O 220g/l NaCl 50g/l pH ＝３〜3.5 空調棚温度 ＝45℃ 空気湿度 ＝100％ 試験時間／サイクル＝4h サイクル数 ＝60 金相学試験は本腐食試験によれば施した皮膜にも基材
にもいづれも何らの変化も認められなかつたことを示し
た。
比較のため従来の溶射法の後にそれぞれアルミニウム
皮膜および合成樹脂皮膜を施した圧縮羽根を試験した。
60試験サイクルの後保護皮膜は広く破壊され積層状の鱗
片が抜け出ていた。
例２ 同じ寸法および組成の圧縮機羽根を例１に従いアルミ
ニウム合金および合成樹脂で被覆した。今度は被覆した
羽根の上に長軸に並行に掻き傷長さ10mmで全体で平均深
さ25μｍを施した。それ故その断面はその先端でどうに
か基材にかすかに達していた。それから該羽根を例１の
ように同じ腐食試験に入れた。局部電池生成（アルミニ
ウム皮膜は“犠牲陰極”として機能する）のために基材
は広く保護皮膜され、一方掻き傷の側面のアルミニウム
合金はただ僅かに分解されるにすぎなかつた。電解質と
する腐食媒体でのAlイオンの移動および基材の陽電極
（Fe）でその放電により該腐食被害は多くの場合に停止
することになる。作業中に発生する粒子およびその腐食
性雰囲気における挙動による表面損傷のこの模擬想定す
ることによつて、本発明による保護皮膜は実際的使用条
件下で長期寿命が期待できることを実証した。
例３ 圧縮羽根を保護皮膜で被覆した。該羽根板の翼形は次
の寸法であつた。
巾 ＝100mm 最大厚み ＝10.5mm 断面高 ＝18mm 半径方向の長さ＝265mm 該羽根の材料は僅少のオーステナイト成分を伴つたマ
ルテンサイト・オーステナイト二相鋼よりなり熱処理の
状態にあつた。組成は次の通りであつた。
Cr＝15.5重量％ Mo＝1.28重量％ Ni＝5.4 重量％ C ＝0.2 重量％ Fe＝残余 通常の脱脂、洗条およびサンドブラストの後さらに羽
根板をシヨツトピーニング行つた。この表面処理するこ
とによつて基材の周辺区域は冷間成形され密にされるの
で、これは圧縮残留応力を持つ。これによつて両振り疲
れ限度（耐疲労性）は運転では引張側に対する応力の解
消により向上することが達成された。粒子速度450m/sお
よび搬送媒体として窒素によるガス速度1200m/sの高速
度火炎溶射法による羽根の被覆には次の組成のアルミニ
ウム合金を使用した。
Si＝10.65重量％ Mn＝ 0.37重量％ Mg＝ 0.1重量％ Al＝残余 該アルミニウム合金の溶射は工業用ロボツトで行つ
た。３回の溶射操作行つた。塗布した皮膜の厚さは平均
で90〜100μｍであつた。該金属保護皮膜の上に通常の
ラツカー吹付法により合成樹脂皮膜厚さ約10〜15μｍを
さらに塗布した。
被覆した羽根は例１におけると同じ腐食に対する試験
を行つた。この後では何ら損傷は確認されなかつた。
例４ 翼形断面を有する使い古しの圧縮機羽根を保護皮膜で
被覆した。該羽根板は次の寸法であつた。
巾 ＝63mm 最大高さ ＝ 8mm 断面高さ ＝12mm 半径方向の長さ＝140mm 該羽根の基材は高硬熱処理組織状態のマルテンサイト
鋼であつた。その組成を次に示す。
Cr＝11.73重量％ Mo＝ 0.8重量％ V ＝ 0.1重量％ C ＝ 0.22重量％ Fe＝残余 この場合には通常法により被覆された羽根が重要で、
これは一部基材までにも達する点食の形のかなりの運転
損傷を受けていた。この使用済の羽根を先ず脱脂し、研
摩しおよびサンドブラストして損傷を除去した。それか
ら基材の表面領域をシヨツト・ピーニングで致密にし
た。被覆は下記の組成のアルミニウム合金で行つた。
Si＝6.84重量％ Mn＝ 0.3重量％ Mg＝0.36重量％ Ti＝ 0.1重量％ Al＝残余 金属皮膜の溶射は高速度火炎溶射法により手動で行つ
た。保護皮膜の厚さは25〜45μｍの間に変動した。前記
記載の腐食試験によれば金相学的試験は不変の、浸食さ
れていない表面領域を示した。
本発明は本実施例に限定されるものではない。
おもにフエライトのおよび／またはフエライト・マル
テンサイト基材よりなる回転する熱機関の羽根の耐腐食
性および耐浸食性を向上する本方法はSi6〜15重量％、
残余Alからなる保護皮膜を粒子速度少くとも300m/sの高
速度法により基材の表面に溶射して強固に固着する表面
保護皮膜を施こすことにより実施する。有利には該基材
はCr12〜13重量％およびその他の添加物を有するクロー
ム含有綱より構成する。該保護皮膜は有利にはSi10〜12
重量％、残余Alを含む。該保護皮膜の上に表面の微細化
のため有利には付加的に耐熱性合成樹脂からなる皮膜を
被覆する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−113802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−303048（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−149761（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−102546（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01D 5/28 C23C 4/06

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】強固に固着する表面保護皮膜を施こすこと
    により、おもにフエライトのおよび／またはフエライト
    ・マルテンサイト基材よりなる回転する熱機関の羽根の
    耐腐食性および耐浸食性を向上する方法において、Si6
    〜15重量％、残余Alからなる保護皮膜を高速度法により
    粒子速度少くとも300m/sで基材表面に溶射することを特
    徴とする、回転する熱機関の羽根の耐腐食性および耐浸
    食性を向上する方法。
  2. 【請求項２】前記基材がCr12〜13重量％および別の添加
    物を有するクローム含有鋼からなる請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】前記保護皮膜がSi10〜12重量％、残余Alを
    含む請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】前記保護皮膜に付加的に耐熱性合成樹脂か
    らなる被覆層を塗装する請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】請求項１記載の方法により製造した、回転
    する熱機関の羽根のための強化耐腐食性および耐浸食性
    保護皮膜。
JP2015157A 1989-01-26 1990-01-26 回転する熱機関の羽根の耐腐食性および耐浸食性を向上する方法および保護皮膜 Expired - Lifetime JP2895135B2 (ja)

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