JP2980861B2 - 金属・セラミックス複合型遮熱コーティング及びその形成方法 - Google Patents
金属・セラミックス複合型遮熱コーティング及びその形成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの動
静翼、燃焼器などの金属製部材を燃焼ガスによる高温環
境から保護するための金属・セラミックス複合型遮熱コ
ーティング（皮膜）及びその形成方法に関するものであ
る。
静翼、燃焼器などの金属製部材を燃焼ガスによる高温環
境から保護するための金属・セラミックス複合型遮熱コ
ーティング（皮膜）及びその形成方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、高温環境における金属製機器や部
材を保護するための遮熱コーティング（ｔｈｅｒｍａｌ
ｂａｒｒｉｅｒ ｃｏａｔｉｎｇ、ＴＢＣ）は、金属
基材上に施工される１００ミクロン程度の金属接合層
（金属ボンド層）（ＭＣｒＡｌＹ、Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ）及
び燃焼ガスに曝される面に施工される安定化ジルコニア
に代表される低熱伝導性のセラミックスからなる２００
ミクロン程度のセラミックス遮熱層から構成される２層
構造が一般的である。なお、これらはプラズマ溶射ある
いは電子ビームＰＶＤなどにより施工される。ジルコニ
ア遮熱層の厚さは、通常２００ミクロン程度であり、ま
た、この場合の実機使用環境下でのジルコニア層内の温
度落差は１００K 程度である。ガスタービンの燃焼ガス
温度は、年々高温化の傾向にあるため、ジルコニア遮熱
層を厚膜化して、上記の２層コーティングシステムより
も更に高い温度落差を得ようとする場合は、ジルコニア
層／ボンド層の界面における熱膨張ミスマッチにより、
コーティングの剥離が生じる場合がある。
材を保護するための遮熱コーティング（ｔｈｅｒｍａｌ
ｂａｒｒｉｅｒ ｃｏａｔｉｎｇ、ＴＢＣ）は、金属
基材上に施工される１００ミクロン程度の金属接合層
（金属ボンド層）（ＭＣｒＡｌＹ、Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ）及
び燃焼ガスに曝される面に施工される安定化ジルコニア
に代表される低熱伝導性のセラミックスからなる２００
ミクロン程度のセラミックス遮熱層から構成される２層
構造が一般的である。なお、これらはプラズマ溶射ある
いは電子ビームＰＶＤなどにより施工される。ジルコニ
ア遮熱層の厚さは、通常２００ミクロン程度であり、ま
た、この場合の実機使用環境下でのジルコニア層内の温
度落差は１００K 程度である。ガスタービンの燃焼ガス
温度は、年々高温化の傾向にあるため、ジルコニア遮熱
層を厚膜化して、上記の２層コーティングシステムより
も更に高い温度落差を得ようとする場合は、ジルコニア
層／ボンド層の界面における熱膨張ミスマッチにより、
コーティングの剥離が生じる場合がある。
【０００３】上記のようなコーティングの剥離を回避す
る手段として、ジルコニア層とボンド層の中間に両者が
１：１の割合で混合された層を挿入する構造（３層コー
ティング）、あるいはジルコニア層からボンド層へと組
成が連続的に変化する傾斜コーティング（Ｇｒａｄｅｄ
Ｃｏａｔｉｎｇ）が提案されている（例えば、米国再
発行特許Ｒｅ．３３，８７６号明細書参照）。
る手段として、ジルコニア層とボンド層の中間に両者が
１：１の割合で混合された層を挿入する構造（３層コー
ティング）、あるいはジルコニア層からボンド層へと組
成が連続的に変化する傾斜コーティング（Ｇｒａｄｅｄ
Ｃｏａｔｉｎｇ）が提案されている（例えば、米国再
発行特許Ｒｅ．３３，８７６号明細書参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の３層コーティングあるいは傾斜コーティングは、従
来の２層コーティングよりも優れた耐熱衝撃特性あるい
は熱サイクル特性を有するが、実使用環境下では、セラ
ミックス・金属混合層における金属成分が、酸化により
体積膨張を引き起こして皮膜自体が破壊するため、皮膜
の寿命は２層コーティング以下である。また、従来の２
層コーティングにおいては、ジルコニア層の気孔、微少
亀裂あるいはジルコニアの酸素透過性のため、コーティ
ング表面から酸素が金属ボンド層表面に容易に到達し、
ボンド層の酸化を引き起こす。このボンド層の酸化は、
ジルコニア遮熱層の剥離を引き起こす。
来の３層コーティングあるいは傾斜コーティングは、従
来の２層コーティングよりも優れた耐熱衝撃特性あるい
は熱サイクル特性を有するが、実使用環境下では、セラ
ミックス・金属混合層における金属成分が、酸化により
体積膨張を引き起こして皮膜自体が破壊するため、皮膜
の寿命は２層コーティング以下である。また、従来の２
層コーティングにおいては、ジルコニア層の気孔、微少
亀裂あるいはジルコニアの酸素透過性のため、コーティ
ング表面から酸素が金属ボンド層表面に容易に到達し、
ボンド層の酸化を引き起こす。このボンド層の酸化は、
ジルコニア遮熱層の剥離を引き起こす。
【０００５】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、セラミックス層内に分布させる金
属成分として、耐酸化性に優れた金属材料を用いること
により、さらには金属・セラミックス混合層を傾斜組成
構造とすることにより、耐熱衝撃性及び熱サイクル特性
に優れ、しかも寿命の長い金属・セラミックス複合型遮
熱コーティング及びその形成方法（製造方法）を提供す
ることにある。
で、本発明の目的は、セラミックス層内に分布させる金
属成分として、耐酸化性に優れた金属材料を用いること
により、さらには金属・セラミックス混合層を傾斜組成
構造とすることにより、耐熱衝撃性及び熱サイクル特性
に優れ、しかも寿命の長い金属・セラミックス複合型遮
熱コーティング及びその形成方法（製造方法）を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の金属・セラミックス複合型遮熱コーティ
ング（皮膜）は、金属基材を被覆する第１層が耐酸化性
を有する金属であるＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともい
ずれかと低熱伝導性のセラミックスとを混合した金属・
セラミックス混合層であり、この第１層を被覆する第２
層が低熱伝導性のセラミックスからなるセラミックス遮
熱層であるように構成されている（図１、図３参照）。
めに、本発明の金属・セラミックス複合型遮熱コーティ
ング（皮膜）は、金属基材を被覆する第１層が耐酸化性
を有する金属であるＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともい
ずれかと低熱伝導性のセラミックスとを混合した金属・
セラミックス混合層であり、この第１層を被覆する第２
層が低熱伝導性のセラミックスからなるセラミックス遮
熱層であるように構成されている（図１、図３参照）。
【０００７】また、本発明の金属・セラミックス複合型
遮熱コーティングは、金属基材を被覆する第１層がＮｉ
基合金、Ｃｏ基合金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかか
らなる金属接合層であり、この第１層を被覆する第２層
が耐酸化性を有する金属であるＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少
なくともいずれかと低熱伝導性のセラミックスとを混合
した金属・セラミックス混合層であり、この第２層を被
覆する第３層が低熱伝導性のセラミックスからなるセラ
ミックス遮熱層であることを特徴としている（図２、図
４参照）。
遮熱コーティングは、金属基材を被覆する第１層がＮｉ
基合金、Ｃｏ基合金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかか
らなる金属接合層であり、この第１層を被覆する第２層
が耐酸化性を有する金属であるＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少
なくともいずれかと低熱伝導性のセラミックスとを混合
した金属・セラミックス混合層であり、この第２層を被
覆する第３層が低熱伝導性のセラミックスからなるセラ
ミックス遮熱層であることを特徴としている（図２、図
４参照）。
【０００８】この金属・セラミックス複合型遮熱コーテ
ィングにおいて、金属・セラミックス混合層が、セラミ
ックス遮熱層と接する面は低熱伝導性のセラミックス成
分を５０vol ％以上含み、金属接合層と接する面はＰ
ｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかからなる耐酸化
性を有する金属成分を５０vol ％以上含み、その間は組
成比を略連続的に変化させた金属・セラミックス傾斜組
成構造層であるように構成することが好ましい（図４参
照）。金属・セラミックス傾斜組成構造層において、セ
ラミックス遮熱層と接する表面部が低熱伝導性のセラミ
ックス成分を５０〜１００vol ％含んでおれば、遮熱の
機能を発揮するとともに、上側のセラミックス遮熱層と
の接合が良好となる。また、金属接合層と接する底面部
がＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかからなる耐
酸化性を有する金属成分を５０〜１００vol ％含んでお
れば、酸化防止の機能を発揮するとともに、下側の金属
接合層との接合が良好になる。
ィングにおいて、金属・セラミックス混合層が、セラミ
ックス遮熱層と接する面は低熱伝導性のセラミックス成
分を５０vol ％以上含み、金属接合層と接する面はＰ
ｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかからなる耐酸化
性を有する金属成分を５０vol ％以上含み、その間は組
成比を略連続的に変化させた金属・セラミックス傾斜組
成構造層であるように構成することが好ましい（図４参
照）。金属・セラミックス傾斜組成構造層において、セ
ラミックス遮熱層と接する表面部が低熱伝導性のセラミ
ックス成分を５０〜１００vol ％含んでおれば、遮熱の
機能を発揮するとともに、上側のセラミックス遮熱層と
の接合が良好となる。また、金属接合層と接する底面部
がＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかからなる耐
酸化性を有する金属成分を５０〜１００vol ％含んでお
れば、酸化防止の機能を発揮するとともに、下側の金属
接合層との接合が良好になる。
【０００９】また、金属・セラミックス混合層として、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの合金、Ｎｉの合金及びＣｏの
合金の少なくともいずれかの粉末を、耐酸化性を有する
金属であるＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかで
被覆した金属材料と、低熱伝導性のセラミックスとを混
合したもの等を用いることができる。また、低熱伝導性
のセラミックスとしては、安定化ジルコニア及び部分安
定化ジルコニアのいずれかを用いることが好ましい。
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの合金、Ｎｉの合金及びＣｏの
合金の少なくともいずれかの粉末を、耐酸化性を有する
金属であるＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかで
被覆した金属材料と、低熱伝導性のセラミックスとを混
合したもの等を用いることができる。また、低熱伝導性
のセラミックスとしては、安定化ジルコニア及び部分安
定化ジルコニアのいずれかを用いることが好ましい。
【００１０】本発明の金属・セラミックス複合型遮熱コ
ーティングの形成方法は、金属基材上にＰｔ、Ｉｒ及び
Ａｕの少なくともいずれかの粉末、又はＦｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｆｅの合金、Ｎｉの合金及びＣｏの合金の少なくと
もいずれかの粉末をＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともい
ずれかで被覆した粉末を含む低熱伝導性のセラミックス
を溶射して金属・セラミックス混合層を形成し、つい
で、低熱伝導性のセラミックスを溶射してセラミックス
遮熱層を形成することを特徴としている（図１、図３参
照）。
ーティングの形成方法は、金属基材上にＰｔ、Ｉｒ及び
Ａｕの少なくともいずれかの粉末、又はＦｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｆｅの合金、Ｎｉの合金及びＣｏの合金の少なくと
もいずれかの粉末をＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともい
ずれかで被覆した粉末を含む低熱伝導性のセラミックス
を溶射して金属・セラミックス混合層を形成し、つい
で、低熱伝導性のセラミックスを溶射してセラミックス
遮熱層を形成することを特徴としている（図１、図３参
照）。
【００１１】また、本発明の金属・セラミックス複合型
遮熱コーティングの形成方法は、金属基材上にＮｉ基合
金、Ｃｏ基合金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかを溶射
して金属接合層を形成した後、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少
なくともいずれかの粉末、又はＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ
の合金、Ｎｉの合金及びＣｏの合金の少なくともいずれ
かの粉末をＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかで
被覆した粉末を含む低熱伝導性のセラミックスを溶射し
て金属・セラミックス混合層を形成し、ついで、低熱伝
導性のセラミックスを溶射してセラミックス遮熱層を形
成することを特徴としている（図２、図４参照）。これ
らの形成方法において、金属・セラミックス混合層を、
低熱伝導性のセラミックス中の耐酸化性を有する金属の
組成比が上面から下面に行くにつれて増加するように形
成することが好ましい（図３、図４参照）。
遮熱コーティングの形成方法は、金属基材上にＮｉ基合
金、Ｃｏ基合金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかを溶射
して金属接合層を形成した後、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少
なくともいずれかの粉末、又はＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ
の合金、Ｎｉの合金及びＣｏの合金の少なくともいずれ
かの粉末をＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかで
被覆した粉末を含む低熱伝導性のセラミックスを溶射し
て金属・セラミックス混合層を形成し、ついで、低熱伝
導性のセラミックスを溶射してセラミックス遮熱層を形
成することを特徴としている（図２、図４参照）。これ
らの形成方法において、金属・セラミックス混合層を、
低熱伝導性のセラミックス中の耐酸化性を有する金属の
組成比が上面から下面に行くにつれて増加するように形
成することが好ましい（図３、図４参照）。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することができる
ものである。図１は本発明の実施の第１形態による金属
・セラミックス複合型遮熱コーティング（皮膜）を概念
図として示している。本実施形態は、金属基材１０の表
面に、第１層として耐酸化性を有する金属１２と低熱伝
導性のセラミックス１４とを混合した金属・セラミック
ス混合層１６、及び第２層として低熱伝導性のセラミッ
クスからなるセラミックス遮熱層１８からなる遮熱コー
ティング（皮膜）を形成したものである。
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することができる
ものである。図１は本発明の実施の第１形態による金属
・セラミックス複合型遮熱コーティング（皮膜）を概念
図として示している。本実施形態は、金属基材１０の表
面に、第１層として耐酸化性を有する金属１２と低熱伝
導性のセラミックス１４とを混合した金属・セラミック
ス混合層１６、及び第２層として低熱伝導性のセラミッ
クスからなるセラミックス遮熱層１８からなる遮熱コー
ティング（皮膜）を形成したものである。
【００１３】セラミックスとしては、安定化ジルコニア
又は部分安定化ジルコニアが用いられるが、安定化剤と
して、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 及びＣｅ
Ｏのいずれかを使用した安定化あるいは部分安定化ジル
コニアを用いることが好ましい。金属・セラミックス混
合層１６に含まれる金属成分を、Ｐｔ，Ｉｒ，Ａｕのい
ずれか、あるいはそのいずれかを主成分とする合金で構
成する。これにより従来問題とされてきた金属・セラミ
ックス混合層における金属成分の酸化による体積膨張を
防ぎ、従来の３層コーティング又は従来の傾斜コーティ
ングの優れた耐熱特性だけを利用することができる。実
使用環境下においては、１０００〜１５００℃の高温の
ため軟化したＰｔ，Ｉｒ，Ａｕのいずれか、あるいはそ
のいずれかを主成分とする合金が、酸素の浸透経路であ
る気孔あるいはセラミックスの微少亀裂を封孔し、酸素
浸透を抑制する。このため、コーティングの酸化を抑制
してコーティングの長寿命化を図ることができる。
又は部分安定化ジルコニアが用いられるが、安定化剤と
して、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 及びＣｅ
Ｏのいずれかを使用した安定化あるいは部分安定化ジル
コニアを用いることが好ましい。金属・セラミックス混
合層１６に含まれる金属成分を、Ｐｔ，Ｉｒ，Ａｕのい
ずれか、あるいはそのいずれかを主成分とする合金で構
成する。これにより従来問題とされてきた金属・セラミ
ックス混合層における金属成分の酸化による体積膨張を
防ぎ、従来の３層コーティング又は従来の傾斜コーティ
ングの優れた耐熱特性だけを利用することができる。実
使用環境下においては、１０００〜１５００℃の高温の
ため軟化したＰｔ，Ｉｒ，Ａｕのいずれか、あるいはそ
のいずれかを主成分とする合金が、酸素の浸透経路であ
る気孔あるいはセラミックスの微少亀裂を封孔し、酸素
浸透を抑制する。このため、コーティングの酸化を抑制
してコーティングの長寿命化を図ることができる。
【００１４】また、金属・セラミックス混合層に含まれ
る金属成分は、上述のＰｔ，Ｉｒ，Ａｕのいずれか、あ
るいはそのいずれかを主成分とする合金である必要はな
く、従来の３層あるいは傾斜コーティングで用いられる
ＭＣｒＡｌＹ粉末、Ｎｉ基あるいはＣｏ基合金粉末をＰ
ｔ，Ｉｒ，Ａｕのいずれかあるいはそのいずれかを主成
分とする合金で被覆したものでも良い。例えば、Ｐｔ等
の懸濁液中に合金の粉末を投入して合金をＰｔ等で被覆
するようにしたり、又は、Ｐｔ等と合金粉末とをボール
ミル等で混合し、合金表面にＰｔ等を付着させたものを
被覆したりする。本発明のコーティングの施工方法とし
ては、溶射法あるいは物理蒸着法（ＰＶＤ）が挙げられ
る。金属・セラミックス混合層１６の厚さは５０〜５０
０μm であり、セラミックス遮熱層１８の厚さは１００
〜５００μm である。
る金属成分は、上述のＰｔ，Ｉｒ，Ａｕのいずれか、あ
るいはそのいずれかを主成分とする合金である必要はな
く、従来の３層あるいは傾斜コーティングで用いられる
ＭＣｒＡｌＹ粉末、Ｎｉ基あるいはＣｏ基合金粉末をＰ
ｔ，Ｉｒ，Ａｕのいずれかあるいはそのいずれかを主成
分とする合金で被覆したものでも良い。例えば、Ｐｔ等
の懸濁液中に合金の粉末を投入して合金をＰｔ等で被覆
するようにしたり、又は、Ｐｔ等と合金粉末とをボール
ミル等で混合し、合金表面にＰｔ等を付着させたものを
被覆したりする。本発明のコーティングの施工方法とし
ては、溶射法あるいは物理蒸着法（ＰＶＤ）が挙げられ
る。金属・セラミックス混合層１６の厚さは５０〜５０
０μm であり、セラミックス遮熱層１８の厚さは１００
〜５００μm である。
【００１５】図２は本発明の実施の第２形態による金属
・セラミックス複合型遮熱コーティングを概念図として
示している。本実施形態は、金属基材１０の表面に、第
１層として金属接合層２０、第２層として金属・セラミ
ックス混合層１６、第３層としてセラミックス遮熱層１
８からなる遮熱コーティングを形成したものである。金
属接合層２０としては、通常、ＭＣｒＡｌＹ（Ｍ＝Ｎ
ｉ、Ｃｏ）が用いられ、低圧溶射にて厚さ５０〜１５０
μm に施工される。他の構成及び作用は実施の第１形態
の場合と同様である。
・セラミックス複合型遮熱コーティングを概念図として
示している。本実施形態は、金属基材１０の表面に、第
１層として金属接合層２０、第２層として金属・セラミ
ックス混合層１６、第３層としてセラミックス遮熱層１
８からなる遮熱コーティングを形成したものである。金
属接合層２０としては、通常、ＭＣｒＡｌＹ（Ｍ＝Ｎ
ｉ、Ｃｏ）が用いられ、低圧溶射にて厚さ５０〜１５０
μm に施工される。他の構成及び作用は実施の第１形態
の場合と同様である。
【００１６】図３は本発明の実施の第３形態による金属
・セラミックス複合型遮熱コーティングを概念図として
示している。本実施形態は、実施の第１形態における金
属・セラミックス混合層を、セラミックス１４中の金属
の組成比が上面から下面に行くにつれて増加するように
形成して、金属・セラミックス傾斜組成構造層２２とし
たものである。金属・セラミックス傾斜組成構造層２２
の施工方法としては、金属粉末とセラミックス粉末との
組成比を、例えば１０vol ％毎に変化させた混合粉末を
ボールミル等により準備し、それを大気プラズマ溶射に
て順次積層する方法、又は２種類の粉末供給ポートを持
つ溶射装置から連続的に金属とセラミックスとの供給割
合を変化させて積層する方法等があり、その厚さは５０
〜５００μm である。他の構成及び作用は実施の第１形
態の場合と同様である。
・セラミックス複合型遮熱コーティングを概念図として
示している。本実施形態は、実施の第１形態における金
属・セラミックス混合層を、セラミックス１４中の金属
の組成比が上面から下面に行くにつれて増加するように
形成して、金属・セラミックス傾斜組成構造層２２とし
たものである。金属・セラミックス傾斜組成構造層２２
の施工方法としては、金属粉末とセラミックス粉末との
組成比を、例えば１０vol ％毎に変化させた混合粉末を
ボールミル等により準備し、それを大気プラズマ溶射に
て順次積層する方法、又は２種類の粉末供給ポートを持
つ溶射装置から連続的に金属とセラミックスとの供給割
合を変化させて積層する方法等があり、その厚さは５０
〜５００μm である。他の構成及び作用は実施の第１形
態の場合と同様である。
【００１７】図４は本発明の実施の第４形態による金属
・セラミックス複合型遮熱コーティングを概念図として
示している。本実施形態は、実施の第２形態における金
属・セラミックス混合層を、金属・セラミックス傾斜組
成構造層２２としたものである。他の構成及び作用は実
施の第１、２、３形態の場合と同様である。
・セラミックス複合型遮熱コーティングを概念図として
示している。本実施形態は、実施の第２形態における金
属・セラミックス混合層を、金属・セラミックス傾斜組
成構造層２２としたものである。他の構成及び作用は実
施の第１、２、３形態の場合と同様である。
【００１８】なお、本発明をガスタービン部品等の高温
環境で使用される金属製部材に対して適用する場合は、
施工コストを考慮し、タービン部品等に施される遮熱コ
ーティング全体に本発明を適用する必要はなく、特に使
用条件の厳しい部位（例えばタービン翼におけるリーデ
ィングエッジ部）にのみ本発明の遮熱コーティングを採
用し、その他の部位は従来コーティングで対応すること
も可能である。
環境で使用される金属製部材に対して適用する場合は、
施工コストを考慮し、タービン部品等に施される遮熱コ
ーティング全体に本発明を適用する必要はなく、特に使
用条件の厳しい部位（例えばタービン翼におけるリーデ
ィングエッジ部）にのみ本発明の遮熱コーティングを採
用し、その他の部位は従来コーティングで対応すること
も可能である。
【００１９】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特
徴とするところをより一層明確にする。 実施例１ ガスタービン翼に用いられる超合金基材上に第１層とし
て減圧溶射にてＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金を１００μm 施
工した後、その上に第２層としてＰｔ粉末を５０vol ％
含むＹ2 Ｏ3 安定化ジルコニア複合層を大気溶射にて５
０μm 施工し、さらに第３層としてＹ2 Ｏ3 安定化ジル
コニア遮熱層を大気溶射にて１５０μm施工した。
徴とするところをより一層明確にする。 実施例１ ガスタービン翼に用いられる超合金基材上に第１層とし
て減圧溶射にてＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金を１００μm 施
工した後、その上に第２層としてＰｔ粉末を５０vol ％
含むＹ2 Ｏ3 安定化ジルコニア複合層を大気溶射にて５
０μm 施工し、さらに第３層としてＹ2 Ｏ3 安定化ジル
コニア遮熱層を大気溶射にて１５０μm施工した。
【００２０】実施例２ ガスタービン翼に用いられる超合金基材上に第１層とし
て減圧溶射にてＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金を１００μm 施
工した後、その上に第２層として、Ｙ2 Ｏ3 安定化ジル
コニア中のＰｔ粉末の割合を２０〜８０vol ％まで１０
％毎に変化させた金属・セラミックス傾斜組成構造層を
大気溶射にて２５０μm 施工し、さらに第３層としてＹ
2 Ｏ3 安定化ジルコニア遮熱層を大気溶射にて１００μ
m 施工した。
て減圧溶射にてＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金を１００μm 施
工した後、その上に第２層として、Ｙ2 Ｏ3 安定化ジル
コニア中のＰｔ粉末の割合を２０〜８０vol ％まで１０
％毎に変化させた金属・セラミックス傾斜組成構造層を
大気溶射にて２５０μm 施工し、さらに第３層としてＹ
2 Ｏ3 安定化ジルコニア遮熱層を大気溶射にて１００μ
m 施工した。
【００２１】比較例１ 実施例１、２において用いられたものと同じガスタービ
ン翼に用いられる超合金基材上に、第１層としてＮｉＣ
ｏＣｒＡｌＹを１００μm 、第２層としてＹ2Ｏ3 安定
化ジルコニアを２００μm 施工したものを準備した。
ン翼に用いられる超合金基材上に、第１層としてＮｉＣ
ｏＣｒＡｌＹを１００μm 、第２層としてＹ2Ｏ3 安定
化ジルコニアを２００μm 施工したものを準備した。
【００２２】比較例２ 実施例１、２において用いられたものと同じガスタービ
ン翼に用いられる超合金基材上に、第１層としてＮｉＣ
ｏＣｒＡｌＹ１００μm 、第２層としてＮｉＣｏＣｒＡ
ｌＹ成分を５０vol ％含むＹ2 Ｏ3 安定化ジルコニア複
合層を大気溶射にて５０μm 施工し、さらに、Ｙ2 Ｏ3
安定化ジルコニアを大気溶射にて２００μm 施工したも
のを準備した。
ン翼に用いられる超合金基材上に、第１層としてＮｉＣ
ｏＣｒＡｌＹ１００μm 、第２層としてＮｉＣｏＣｒＡ
ｌＹ成分を５０vol ％含むＹ2 Ｏ3 安定化ジルコニア複
合層を大気溶射にて５０μm 施工し、さらに、Ｙ2 Ｏ3
安定化ジルコニアを大気溶射にて２００μm 施工したも
のを準備した。
【００２３】これら４つのサンプルについて、水素バー
ナリグ試験により熱衝撃特性を、また、大気炉酸化試験
により皮膜剥離寿命について検討した。水素バーナリグ
試験における試験条件は、熱負荷を１サイクル（６分加
熱、４分冷却）毎に増加させて、皮膜の表面温度を上昇
させ、皮膜が剥離する最高表面温度を比較した。また、
大気炉酸化試験における試験条件は、１０００℃連続酸
化試験であり、途中５０時間毎にサンプルの重量増加率
を測定した。これらの試験の結果、比較例１、２に比べ
て実施例１、２の酸化による重量増加率は少なく、実施
例１、２の遮熱コーティングが皮膜剥離寿命を長くする
のに有効であることがわかる。また、実施例１、２の遮
熱コーティングは、比較例１、２のコーティングと比較
して基材／コーティングの界面部分の限界温度が約２０
０℃向上し、優れた耐熱衝撃特性を維持していることが
わかる。
ナリグ試験により熱衝撃特性を、また、大気炉酸化試験
により皮膜剥離寿命について検討した。水素バーナリグ
試験における試験条件は、熱負荷を１サイクル（６分加
熱、４分冷却）毎に増加させて、皮膜の表面温度を上昇
させ、皮膜が剥離する最高表面温度を比較した。また、
大気炉酸化試験における試験条件は、１０００℃連続酸
化試験であり、途中５０時間毎にサンプルの重量増加率
を測定した。これらの試験の結果、比較例１、２に比べ
て実施例１、２の酸化による重量増加率は少なく、実施
例１、２の遮熱コーティングが皮膜剥離寿命を長くする
のに有効であることがわかる。また、実施例１、２の遮
熱コーティングは、比較例１、２のコーティングと比較
して基材／コーティングの界面部分の限界温度が約２０
０℃向上し、優れた耐熱衝撃特性を維持していることが
わかる。
【００２４】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） セラミックス層内に分布させる金属成分とし
て、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかからなる
耐酸化性に優れた金属材料を使用しているので、金属材
料の酸化が抑制され、耐熱性、耐熱衝撃性、熱サイクル
特性に優れ、かつ、寿命の長い遮熱コーティングを実現
することができる。 （２） 金属・セラミックス混合層を傾斜組成構造層と
する場合は、上記（１）の効果に加えて、接合性が向上
するとともに、より厚膜のコーティング施工が可能とな
り遮熱性をより向上させることができる。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） セラミックス層内に分布させる金属成分とし
て、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかからなる
耐酸化性に優れた金属材料を使用しているので、金属材
料の酸化が抑制され、耐熱性、耐熱衝撃性、熱サイクル
特性に優れ、かつ、寿命の長い遮熱コーティングを実現
することができる。 （２） 金属・セラミックス混合層を傾斜組成構造層と
する場合は、上記（１）の効果に加えて、接合性が向上
するとともに、より厚膜のコーティング施工が可能とな
り遮熱性をより向上させることができる。
【図１】本発明の実施の第１形態による金属・セラミッ
クス複合型遮熱コーティングの概念断面図である。
クス複合型遮熱コーティングの概念断面図である。
【図２】本発明の実施の第２形態による金属・セラミッ
クス複合型遮熱コーティングの概念断面図である。
クス複合型遮熱コーティングの概念断面図である。
【図３】本発明の実施の第３形態による金属・セラミッ
クス複合型遮熱コーティングの概念断面図である。
クス複合型遮熱コーティングの概念断面図である。
【図４】本発明の実施の第４形態による金属・セラミッ
クス複合型遮熱コーティングの概念断面図である。
クス複合型遮熱コーティングの概念断面図である。
【符号の説明】 １０ 金属基材 １２ 耐酸化性を有する金属 １４ 低熱伝導性のセラミックス １６ 金属・セラミックス混合層 １８ セラミックス遮熱層 ２０ 金属接合層 ２２ 金属・セラミックス傾斜組成構造層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋川 尚史 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (56)参考文献 特開 昭57−71671（ＪＰ，Ａ) 特開 昭７−214723（ＪＰ，Ａ) 特公 昭64−8072（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B32B 15/04 B32B 18/00 C23C 28/00
Claims (8)
- 【請求項１】 金属基材を被覆する第１層が耐酸化性を
有する金属であるＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいず
れかと低熱伝導性のセラミックスとを混合した金属・セ
ラミックス混合層であり、この第１層を被覆する第２層
が低熱伝導性のセラミックスからなるセラミックス遮熱
層であることを特徴とする金属・セラミックス複合型遮
熱コーティング。 - 【請求項２】 金属基材を被覆する第１層がＮｉ基合
金、Ｃｏ基合金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかからな
る金属接合層であり、この第１層を被覆する第２層が耐
酸化性を有する金属であるＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なく
ともいずれかと低熱伝導性のセラミックスとを混合した
金属・セラミックス混合層であり、この第２層を被覆す
る第３層が低熱伝導性のセラミックスからなるセラミッ
クス遮熱層であることを特徴とする金属・セラミックス
複合型遮熱コーティング。 - 【請求項３】 金属・セラミックス混合層が、セラミッ
クス遮熱層と接する面は低熱伝導性のセラミックス成分
を５０vol ％以上含み、金属接合層と接する面はＰｔ、
Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかからなる耐酸化性を
有する金属成分を５０vol ％以上含み、その間は組成比
を略連続的に変化させた金属・セラミックス傾斜組成構
造層である請求項２記載の金属・セラミックス複合型遮
熱コーティング。 - 【請求項４】 金属・セラミックス混合層が、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｆｅの合金、Ｎｉの合金及びＣｏの合金の少
なくともいずれかの粉末を、耐酸化性を有する金属であ
るＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかで被覆した
金属材料と、低熱伝導性のセラミックスとを混合したも
のである請求項１、２又は３記載の金属・セラミックス
複合型遮熱コーティング。 - 【請求項５】 低熱伝導性のセラミックスが、安定化ジ
ルコニア及び部分安定化ジルコニアのいずれかである請
求項１〜４のいずれかに記載の金属・セラミックス複合
型遮熱コーティング。 - 【請求項６】 金属基材上にＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少な
くともいずれかの粉末、又はＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの
合金、Ｎｉの合金及びＣｏの合金の少なくともいずれか
の粉末をＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかで被
覆した粉末を含む低熱伝導性のセラミックスを溶射して
金属・セラミックス混合層を形成し、ついで、低熱伝導
性のセラミックスを溶射してセラミックス遮熱層を形成
することを特徴とする金属・セラミックス複合型遮熱コ
ーティングの形成方法。 - 【請求項７】 金属基材上にＮｉ基合金、Ｃｏ基合金及
びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかを溶射して金属接合層を
形成した後、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれか
の粉末、又はＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの合金、Ｎｉの合
金及びＣｏの合金の少なくともいずれかの粉末をＰｔ、
Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかで被覆した粉末を含
む低熱伝導性のセラミックスを溶射して金属・セラミッ
クス混合層を形成し、ついで、低熱伝導性のセラミック
スを溶射してセラミックス遮熱層を形成することを特徴
とする金属・セラミックス複合型遮熱コーティングの形
成方法。 - 【請求項８】 金属・セラミックス混合層を、低熱伝導
性のセラミックス中の耐酸化性を有する金属の組成比が
上面から下面に行くにつれて増加するように形成する請
求項７記載の金属・セラミックス複合型遮熱コーティン
グの形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9095296A JP2980861B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 金属・セラミックス複合型遮熱コーティング及びその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9095296A JP2980861B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 金属・セラミックス複合型遮熱コーティング及びその形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10272722A JPH10272722A (ja) | 1998-10-13 |
| JP2980861B2 true JP2980861B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=14133820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9095296A Expired - Fee Related JP2980861B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 金属・セラミックス複合型遮熱コーティング及びその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2980861B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110297358A1 (en) * | 2010-06-07 | 2011-12-08 | The Boeing Company | Nano-coating thermal barrier and method for making the same |
| JP6373256B2 (ja) | 2013-03-19 | 2018-08-15 | 日本碍子株式会社 | 接合体及びその製造方法 |
| DE102016002630A1 (de) * | 2016-03-07 | 2017-09-07 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Haftvermittlerschicht zur Anbindung einer Hochtemperaturschutzschicht auf einem Substrat, sowie Verfahren zur Herstellung derselben |
-
1997
- 1997-03-28 JP JP9095296A patent/JP2980861B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10272722A (ja) | 1998-10-13 |
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