JP2934599B2 - 高温耐食性複合表面処理方法 - Google Patents
高温耐食性複合表面処理方法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高温使用金属材料へ
耐高温腐食性を付与する方法に関し、特にガスタービン
等の動、静翼へ適用される高温耐食性表面処理方法に関
する。
耐高温腐食性を付与する方法に関し、特にガスタービン
等の動、静翼へ適用される高温耐食性表面処理方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】コンバインドサイクルプラントに代表さ
れる高効率化された最近の産業用ガスタービンのタービ
ン入口ガス温度の上昇は著しく１３００℃以上となって
いる。このような高温ガスに曝露される動・静翼に使用
される耐熱合金は精力的な研究開発が行われ、その許容
使用温度も年々上昇しているが、実用合金では８５０〜
９００℃程度である。このため、実機ガスタービンでは
薄肉化した内部空気冷却翼が用いられている。一方、使
用される燃料はＬＮＧ、副生ガスや重油におよび最近で
は石炭を液化又はガス化して利用することも研究されて
いるため、空気冷却翼の高温酸化や高温腐食防止を目的
として低圧プラズマ溶射法（以下、ＶＰＳという）によ
りＮｉＣｏＣｒＡｌＹやＣｏＣｒＡｌＹなどの耐食合金
のコーティングが行われている。
れる高効率化された最近の産業用ガスタービンのタービ
ン入口ガス温度の上昇は著しく１３００℃以上となって
いる。このような高温ガスに曝露される動・静翼に使用
される耐熱合金は精力的な研究開発が行われ、その許容
使用温度も年々上昇しているが、実用合金では８５０〜
９００℃程度である。このため、実機ガスタービンでは
薄肉化した内部空気冷却翼が用いられている。一方、使
用される燃料はＬＮＧ、副生ガスや重油におよび最近で
は石炭を液化又はガス化して利用することも研究されて
いるため、空気冷却翼の高温酸化や高温腐食防止を目的
として低圧プラズマ溶射法（以下、ＶＰＳという）によ
りＮｉＣｏＣｒＡｌＹやＣｏＣｒＡｌＹなどの耐食合金
のコーティングが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】高温化されたガスター
ビンにおいて、直接燃焼ガスと接触する動・静翼はガス
温度の上昇にともなって酸化速度や腐食速度が増加し、
前記のような耐食コーティングを行った場合でも燃料や
燃焼空気より高温腐食成分が持込まれると顕著な腐食損
傷を受ける事態が出現している。このため、より一層高
温耐食性にすぐれた表面処理方法の出現が望まれてい
る。本発明は上記技術水準及び上記要望に応じ、高温耐
食性にすぐれた表面処理方法を提供しようとするもので
ある。
ビンにおいて、直接燃焼ガスと接触する動・静翼はガス
温度の上昇にともなって酸化速度や腐食速度が増加し、
前記のような耐食コーティングを行った場合でも燃料や
燃焼空気より高温腐食成分が持込まれると顕著な腐食損
傷を受ける事態が出現している。このため、より一層高
温耐食性にすぐれた表面処理方法の出現が望まれてい
る。本発明は上記技術水準及び上記要望に応じ、高温耐
食性にすぐれた表面処理方法を提供しようとするもので
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は高温使用金属材
料基材へＮｉＣｒ合金またはＭＣｒＡｌＹ合金（但し、
ＭはＦｅ，Ｎｉ及びＣｏよりなる群のうちの１種以上）
を低圧プラズマ溶射法にてコーティングして第一合金層
を形成させ、該第一合金層上に、同じ組成の合金を大気
プラズマ溶射法にてコーティングして第二合金層を形成
させた後、真空炉または不活性ガス雰囲気炉中で熱拡散
処理を行うことを特徴とする高温耐食性複合表面処理方
法である。
料基材へＮｉＣｒ合金またはＭＣｒＡｌＹ合金（但し、
ＭはＦｅ，Ｎｉ及びＣｏよりなる群のうちの１種以上）
を低圧プラズマ溶射法にてコーティングして第一合金層
を形成させ、該第一合金層上に、同じ組成の合金を大気
プラズマ溶射法にてコーティングして第二合金層を形成
させた後、真空炉または不活性ガス雰囲気炉中で熱拡散
処理を行うことを特徴とする高温耐食性複合表面処理方
法である。
【０００５】すなわち、本発明を概略的に述べると、Ｆ
ｅやＮｉまたはＣｏ基合金に代表される高温使用材料基
材に耐高温腐食性を付与することを目的に、 被処理
材（基材）へＮｉＣｒ合金またはＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍ
はＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏよりなる群のうち１種以上）を低圧
プラズマ溶射法にてコーティングした後、 その上
に、同組成合金を通常の大気プラズマ溶射にてコーティ
ングし、 次に真空炉または不活性ガス（Ａｒ，Ｎ2
等）雰囲気炉を利用し、コーティング層と基材、コーテ
ィング層相互間の熱拡散処理を行い、密着性、均一性、
高温耐食性にすぐれたコーティング層とする方法であ
る。
ｅやＮｉまたはＣｏ基合金に代表される高温使用材料基
材に耐高温腐食性を付与することを目的に、 被処理
材（基材）へＮｉＣｒ合金またはＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍ
はＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏよりなる群のうち１種以上）を低圧
プラズマ溶射法にてコーティングした後、 その上
に、同組成合金を通常の大気プラズマ溶射にてコーティ
ングし、 次に真空炉または不活性ガス（Ａｒ，Ｎ2
等）雰囲気炉を利用し、コーティング層と基材、コーテ
ィング層相互間の熱拡散処理を行い、密着性、均一性、
高温耐食性にすぐれたコーティング層とする方法であ
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】高温使用金属材料へＮｉＣｒ合金
またはＭＣｒＡｌＹ合金の低圧プラズマ及び大気プラズ
マ溶射条件の一般的な溶射条件及びコーティング層厚の
一般的な範囲を下記表１に示す。ＮｉＣｒ合金もＭＣｒ
ＡｌＹ合金も同じ条件である。
またはＭＣｒＡｌＹ合金の低圧プラズマ及び大気プラズ
マ溶射条件の一般的な溶射条件及びコーティング層厚の
一般的な範囲を下記表１に示す。ＮｉＣｒ合金もＭＣｒ
ＡｌＹ合金も同じ条件である。
【０００７】
【表１】
【０００８】また、低圧プラズマ溶射及び大気プラズマ
溶射後の真空炉または不活性雰囲気炉中での熱拡散処理
の一般的条件は下記のとおりである。 ○真空炉：９００〜１１５０℃，２〜２４時間 １０〜５０Ｔｏｒｒ（Ｎ2 またはＡｒ雰囲気） ○不活性ガス雰囲気炉：９００〜１１５０℃，２〜２４
時間 大気圧〜２ａｔａ．（ＡｒまたはＨ2 雰囲気）
溶射後の真空炉または不活性雰囲気炉中での熱拡散処理
の一般的条件は下記のとおりである。 ○真空炉：９００〜１１５０℃，２〜２４時間 １０〜５０Ｔｏｒｒ（Ｎ2 またはＡｒ雰囲気） ○不活性ガス雰囲気炉：９００〜１１５０℃，２〜２４
時間 大気圧〜２ａｔａ．（ＡｒまたはＨ2 雰囲気）
【０００９】（作用）低圧プラズマによるＮｉＣｒ合金
またはＭＣｒＡｌＹ合金と基材構成元素は相互拡散し、
基材とコーティング層の密着性を保つ。また、低圧プラ
ズマ溶射層の表面は大気プラズマ溶射に必要な適当な面
粗度を有しているため、大気プラズマ溶射前処理として
のブラストが不必要となり、低圧および大気プラズマ溶
射間にブラスト材等の異物混入を防止することができる
ばかりでなく、低圧プラズマ溶射層と大気プラズマ溶射
層とすることにより両溶射層間の熱膨張率差による剥離
を防止することができる。
またはＭＣｒＡｌＹ合金と基材構成元素は相互拡散し、
基材とコーティング層の密着性を保つ。また、低圧プラ
ズマ溶射層の表面は大気プラズマ溶射に必要な適当な面
粗度を有しているため、大気プラズマ溶射前処理として
のブラストが不必要となり、低圧および大気プラズマ溶
射間にブラスト材等の異物混入を防止することができる
ばかりでなく、低圧プラズマ溶射層と大気プラズマ溶射
層とすることにより両溶射層間の熱膨張率差による剥離
を防止することができる。
【００１０】大気プラズマ溶射粒子は溶射中に表面が酸
化し、酸化物（Ｃｒ2 Ｏ3 ，Ａｌ2Ｏ3 等）皮膜におお
われるが、この酸化物皮膜層は溶融塩や腐食性ガスに対
してすぐれた耐食性を有しているため、腐食の進行を抑
制することができる。また、大気プラズマ溶射層は貫通
孔を有し、その孔より腐食性成分（例えば酸素等の気体
や燃料灰等の液体）が侵入して被処理材との境界で腐食
（内部酸化、内部腐食）を発生し、溶射層の剥離をまね
く場合があるが、本発明では大気プラズマ溶射層の下地
として耐酸化性、耐食性にすぐれたＮｉＣｒ合金又はＭ
ＣｒＡｌＹ合金の低圧プラズマ溶射層を使用しているた
め、この内部酸化又は内部腐食の進行をおくらせ、溶射
層の剥離を抑制することができる。
化し、酸化物（Ｃｒ2 Ｏ3 ，Ａｌ2Ｏ3 等）皮膜におお
われるが、この酸化物皮膜層は溶融塩や腐食性ガスに対
してすぐれた耐食性を有しているため、腐食の進行を抑
制することができる。また、大気プラズマ溶射層は貫通
孔を有し、その孔より腐食性成分（例えば酸素等の気体
や燃料灰等の液体）が侵入して被処理材との境界で腐食
（内部酸化、内部腐食）を発生し、溶射層の剥離をまね
く場合があるが、本発明では大気プラズマ溶射層の下地
として耐酸化性、耐食性にすぐれたＮｉＣｒ合金又はＭ
ＣｒＡｌＹ合金の低圧プラズマ溶射層を使用しているた
め、この内部酸化又は内部腐食の進行をおくらせ、溶射
層の剥離を抑制することができる。
【００１１】Ｃｒ又はＣｒ・Ａｌを多量に含むコーティ
ング層は実使用に伴い、クラックを生じ、基材強度を大
幅に低下させる場合があるが、本発明ではクラックは大
気プラズマ溶射層にとどまり、基材強度への影響を避け
ることができる。
ング層は実使用に伴い、クラックを生じ、基材強度を大
幅に低下させる場合があるが、本発明ではクラックは大
気プラズマ溶射層にとどまり、基材強度への影響を避け
ることができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例をあげ、本発
明の効果を明らかにする。
明の効果を明らかにする。
【００１３】（実施例１）図１に示すように、ガスター
ビン動翼用Ｎｉ基合金ＩＮ７３８ＬＣ（重量％で、Ｃ
ｏ：８．３，Ｃｒ：１５．９，Ｔｉ：１．７５，Ｗ：
２．５４，Ｔａ：１．７３，Ｃ：０．０９，Ａｌ：３．
４２，Ｚｒ：０．０３，Ｂ：０．００８，Ｆｅ：０．
１，Ｓｉ＜０．０５，Ｍｎ＜０．０５，Ｓ＜０．００
５，Ｎｉ：残部）を基材１としてアルミナにてブラスト
した後、低圧プラズマ溶射容器（以下、単に溶射容器と
いう）内に設置し、５０Ｎｉ−５０Ｃｒ合金２を膜厚１
００μｍを目標に低圧プラズマ溶射を行った。次に溶射
容器内に乾燥空気を導入した後、５０Ｎｉ−５０Ｃｒ合
金３を５００μｍ厚さを目標に大気プラズマ溶射を行っ
た。溶射終了後、Ａｒガス雰囲気炉中で１０５０℃×４
時間の熱拡散処理を行った。この低圧プラズマ溶射条件
及び大気プラズマ溶射条件は後記表２に示す。
ビン動翼用Ｎｉ基合金ＩＮ７３８ＬＣ（重量％で、Ｃ
ｏ：８．３，Ｃｒ：１５．９，Ｔｉ：１．７５，Ｗ：
２．５４，Ｔａ：１．７３，Ｃ：０．０９，Ａｌ：３．
４２，Ｚｒ：０．０３，Ｂ：０．００８，Ｆｅ：０．
１，Ｓｉ＜０．０５，Ｍｎ＜０．０５，Ｓ＜０．００
５，Ｎｉ：残部）を基材１としてアルミナにてブラスト
した後、低圧プラズマ溶射容器（以下、単に溶射容器と
いう）内に設置し、５０Ｎｉ−５０Ｃｒ合金２を膜厚１
００μｍを目標に低圧プラズマ溶射を行った。次に溶射
容器内に乾燥空気を導入した後、５０Ｎｉ−５０Ｃｒ合
金３を５００μｍ厚さを目標に大気プラズマ溶射を行っ
た。溶射終了後、Ａｒガス雰囲気炉中で１０５０℃×４
時間の熱拡散処理を行った。この低圧プラズマ溶射条件
及び大気プラズマ溶射条件は後記表２に示す。
【００１４】（実施例２）図２に示すように、ガスター
ビン静翼用Ｃｏ基合金ＥＣＹ７６８（重量％で、Ｃｒ：
２３．５，Ｎｉ：９．８６，Ｔｉ：０．２２，Ｗ：７．
１８，Ｔａ：３．７５，Ｃ：０．６１，Ａｌ：０．２
１，Ｚｒ：０．０１，Ｂ：０．００１，Ｆｅ：０．０
６，Ｓｉ＜０．１，Ｍｎ＜０．１，Ｓ＜０．００１，Ｃ
ｏ：残部）を基材１としてアルミナにてブラストした
後、溶射容器内に設置し、Ｃｏ−３０ｗｔ％Ｃｒ−８ｗ
ｔ％Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｙ合金２を膜厚２００μｍを目
標に低圧プラズマ溶射を行った。次に溶射容器内に乾燥
空気を導入した後、Ｃｏ−３０ｗｔ％Ｃｒ−８ｗｔ％Ａ
ｌ−０．５ｗｔ％Ｙ合金を３００μｍ厚さを目標に大気
プラズマ溶射を行った。溶射終了後、真空炉中で１１５
０℃×２時間の熱拡散処理を行った。
ビン静翼用Ｃｏ基合金ＥＣＹ７６８（重量％で、Ｃｒ：
２３．５，Ｎｉ：９．８６，Ｔｉ：０．２２，Ｗ：７．
１８，Ｔａ：３．７５，Ｃ：０．６１，Ａｌ：０．２
１，Ｚｒ：０．０１，Ｂ：０．００１，Ｆｅ：０．０
６，Ｓｉ＜０．１，Ｍｎ＜０．１，Ｓ＜０．００１，Ｃ
ｏ：残部）を基材１としてアルミナにてブラストした
後、溶射容器内に設置し、Ｃｏ−３０ｗｔ％Ｃｒ−８ｗ
ｔ％Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｙ合金２を膜厚２００μｍを目
標に低圧プラズマ溶射を行った。次に溶射容器内に乾燥
空気を導入した後、Ｃｏ−３０ｗｔ％Ｃｒ−８ｗｔ％Ａ
ｌ−０．５ｗｔ％Ｙ合金を３００μｍ厚さを目標に大気
プラズマ溶射を行った。溶射終了後、真空炉中で１１５
０℃×２時間の熱拡散処理を行った。
【００１５】前記実施例１及び該実施例２の低圧プラズ
マ溶射及び大気プラズマ溶射の条件を下記表２に併せて
示す。
マ溶射及び大気プラズマ溶射の条件を下記表２に併せて
示す。
【００１６】
【表２】
【００１７】（参考例）実施例１，２により作成した試
験片および５０ｗｔ％Ｎｉ−５０ｗｔ％Ｃｒ合金および
Ｃｏ−３０ｗｔ％Ｃｒ−８ｗｔ％Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｙ
合金を低圧プラズマ溶射または大気プラズマ溶射単独で
膜厚５００μｍを目標にコーティングした試験片（基
材：ＩＮ７３８ＬＣおよびＥＣＹ７６８）を用い、Ｎａ
2 ＳＯ4 −Ｖ 2Ｏ5 合成灰塗布高温腐食試験による耐食
性の評価と１１５０℃とＲＴ（室温）の繰返しによるヒ
ートサイクル試験で密着性を評価した。
験片および５０ｗｔ％Ｎｉ−５０ｗｔ％Ｃｒ合金および
Ｃｏ−３０ｗｔ％Ｃｒ−８ｗｔ％Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｙ
合金を低圧プラズマ溶射または大気プラズマ溶射単独で
膜厚５００μｍを目標にコーティングした試験片（基
材：ＩＮ７３８ＬＣおよびＥＣＹ７６８）を用い、Ｎａ
2 ＳＯ4 −Ｖ 2Ｏ5 合成灰塗布高温腐食試験による耐食
性の評価と１１５０℃とＲＴ（室温）の繰返しによるヒ
ートサイクル試験で密着性を評価した。
【００１８】（１）合成灰塗布高温腐食試験結果 表３に示すように、本発明による実施例１，２の腐食減
量は低圧プラズマ溶射材に比べ５０Ｎｉ−５０Ｃｒでは
６０％程度、ＣｏＣｒＡｌＹでは６５％程度であった。
一方、大気プラズマ溶射材とはほぼ同等乃至若干少ない
程度であった。また、最大浸食深さによる評価でも腐食
減量とほぼ同様の結果であった。なお、表３において
は、低圧プラズマ溶射による腐食試験結果の評価は５０
Ｎｉ−５０Ｃｒ合金コーティング試験片の腐食減量およ
び最大浸食深さを１００として示した。
量は低圧プラズマ溶射材に比べ５０Ｎｉ−５０Ｃｒでは
６０％程度、ＣｏＣｒＡｌＹでは６５％程度であった。
一方、大気プラズマ溶射材とはほぼ同等乃至若干少ない
程度であった。また、最大浸食深さによる評価でも腐食
減量とほぼ同様の結果であった。なお、表３において
は、低圧プラズマ溶射による腐食試験結果の評価は５０
Ｎｉ−５０Ｃｒ合金コーティング試験片の腐食減量およ
び最大浸食深さを１００として示した。
【００１９】
【表３】
【００２０】（２）ヒートサイクル試験結果 表４に試験結果をとりまとめて示したが、大気プラズマ
溶射材がクラック又は剥離を生じたのに対し、実施例
１，２は低圧プラズマ溶射材と同様、若干変色を生じた
程度であり、特に異常はみられなかった。
溶射材がクラック又は剥離を生じたのに対し、実施例
１，２は低圧プラズマ溶射材と同様、若干変色を生じた
程度であり、特に異常はみられなかった。
【００２１】
【表４】
【００２２】
【発明の効果】本発明の高温耐食性複合表面処理方法に
よれば、高温使用金属材料へ優れた耐高温腐食性を付与
する方法を提供することができ、その工業的効果は顕著
なものである。
よれば、高温使用金属材料へ優れた耐高温腐食性を付与
する方法を提供することができ、その工業的効果は顕著
なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の複合表面処理方法の説明
図。
図。
【図２】本発明の実施例２の複合表面処理方法の説明
図。
図。
Claims (1)
- 【請求項１】 高温使用金属材料基材へＮｉＣｒ合金ま
たはＭＣｒＡｌＹ合金（但し、ＭはＦｅ，Ｎｉ及びＣｏ
よりなる群のうちの１種以上）を低圧プラズマ溶射法に
てコーティングして第一合金層を形成させ、該第一合金
層上に、同じ組成の合金を大気プラズマ溶射法にてコー
ティングして第二合金層を形成させた後、真空炉または
不活性ガス雰囲気炉中で熱拡散処理を行うことを特徴と
する高温耐食性複合表面処理方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8028866A JP2934599B2 (ja) | 1996-02-16 | 1996-02-16 | 高温耐食性複合表面処理方法 |
| US08/874,252 US5843587A (en) | 1996-02-16 | 1997-06-13 | Process for treating high temperature corrosion resistant composite surface |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8028866A JP2934599B2 (ja) | 1996-02-16 | 1996-02-16 | 高温耐食性複合表面処理方法 |
| US08/874,252 US5843587A (en) | 1996-02-16 | 1997-06-13 | Process for treating high temperature corrosion resistant composite surface |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09228021A JPH09228021A (ja) | 1997-09-02 |
| JP2934599B2 true JP2934599B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=26367020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8028866A Expired - Lifetime JP2934599B2 (ja) | 1996-02-16 | 1996-02-16 | 高温耐食性複合表面処理方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5843587A (ja) |
| JP (1) | JP2934599B2 (ja) |
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| US6610419B1 (en) | 1998-04-29 | 2003-08-26 | Siemens Akteingesellschaft | Product with an anticorrosion protective layer and a method for producing an anticorrosion protective |
| USH2157H1 (en) | 1999-01-21 | 2006-06-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of producing corrosion resistant metal alloys with improved strength and ductility |
| DE19926818B4 (de) * | 1999-06-12 | 2007-06-14 | Alstom | Schutzschicht für Turbinenschaufeln |
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|---|---|---|---|---|
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| US5082741A (en) * | 1990-07-02 | 1992-01-21 | Tocalo Co., Ltd. | Thermal spray material and thermal sprayed member using the same |
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-
1996
- 1996-02-16 JP JP8028866A patent/JP2934599B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-06-13 US US08/874,252 patent/US5843587A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09228021A (ja) | 1997-09-02 |
| US5843587A (en) | 1998-12-01 |
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