JP3001161B2 - スーパーアロイに用いるアルミニウム処理コーティング - Google Patents
スーパーアロイに用いるアルミニウム処理コーティングInfo
- Publication number
- JP3001161B2 JP3001161B2 JP34503289A JP34503289A JP3001161B2 JP 3001161 B2 JP3001161 B2 JP 3001161B2 JP 34503289 A JP34503289 A JP 34503289A JP 34503289 A JP34503289 A JP 34503289A JP 3001161 B2 JP3001161 B2 JP 3001161B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coating
- aluminum
- overlay
- yttrium
- substrate
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- 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
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/02—Pretreatment of the material to be coated
-
- 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
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
- C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
- C23C10/36—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation only one element being diffused
- C23C10/48—Aluminising
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
- Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
- Y10T428/12063—Nonparticulate metal component
- Y10T428/1209—Plural particulate metal components
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12736—Al-base component
- Y10T428/1275—Next to Group VIII or IB metal-base component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12771—Transition metal-base component
- Y10T428/12806—Refractory [Group IVB, VB, or VIB] metal-base component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12771—Transition metal-base component
- Y10T428/12806—Refractory [Group IVB, VB, or VIB] metal-base component
- Y10T428/12826—Group VIB metal-base component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12771—Transition metal-base component
- Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
- Y10T428/12931—Co-, Fe-, or Ni-base components, alternative to each other
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
- Y10T428/31678—Of metal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、金属基質の保護用のコーティングに関し、
特に、ガスタービンエンジン部材のコーティングに関す
る。
特に、ガスタービンエンジン部材のコーティングに関す
る。
［従来の技術］ スーパーアロイ（超合金）は、高温で優れた機械的性
能を示す材料である。これらの合金は、通常、ニッケ
ル、コバルトもしくは鉄のうちの１種以上を主として含
有し、これにクロム、アルミニウム、チタン及び耐火性
金属等の元素を添加合金して構成される。スーパーアロ
イは、様々なかたちでガスタービンエンジンに適用され
ている。この場合、酸化や腐食による悪化によりエンジ
ン部材の耐久性が低下し、安全性の問題を生じる。従っ
てこれらからその表面を保護する必要がある。
能を示す材料である。これらの合金は、通常、ニッケ
ル、コバルトもしくは鉄のうちの１種以上を主として含
有し、これにクロム、アルミニウム、チタン及び耐火性
金属等の元素を添加合金して構成される。スーパーアロ
イは、様々なかたちでガスタービンエンジンに適用され
ている。この場合、酸化や腐食による悪化によりエンジ
ン部材の耐久性が低下し、安全性の問題を生じる。従っ
てこれらからその表面を保護する必要がある。
スーパーアロイエンジン部材にコーティングを施せ
ば、これを酸化や腐食から保護することができる。コー
ティング材として、一般にMCrAlYで示されるものが良く
知られている。Ｍを、鉄、ニッケル、コバルト及びこれ
らの混合物から選択すれば、ガスタービンエンジンのブ
レード、ベーン等の部材の耐久性を著しく向上できる。
MCrAlYコーティングは、これらがスーパーアロイの表面
に合金として付着され、付着工程や部材の作動中に基盤
と相互作用しないことから、オーバーレイコーティング
と呼ばれている。MCrAlYコーティングは、物理的蒸着、
スパタリングあるいはプラズマ溶射等、種々の手法によ
って付着できることは周知である。また、このMCrAlYコ
ーティングに、貴金属類、ハフニウムあるいはシリコン
のうち１種以上を添加含有することもある。さらに、他
の希土類元素とイットリウムを混合して用いたり、ある
いはこれと置換したりしても良い。これらについては、
米国特許第3,542,530号、3,918,139号、3,928,026号、
3,993,454号、4,034,142号及びRe.32,121号に開示され
ている。
ば、これを酸化や腐食から保護することができる。コー
ティング材として、一般にMCrAlYで示されるものが良く
知られている。Ｍを、鉄、ニッケル、コバルト及びこれ
らの混合物から選択すれば、ガスタービンエンジンのブ
レード、ベーン等の部材の耐久性を著しく向上できる。
MCrAlYコーティングは、これらがスーパーアロイの表面
に合金として付着され、付着工程や部材の作動中に基盤
と相互作用しないことから、オーバーレイコーティング
と呼ばれている。MCrAlYコーティングは、物理的蒸着、
スパタリングあるいはプラズマ溶射等、種々の手法によ
って付着できることは周知である。また、このMCrAlYコ
ーティングに、貴金属類、ハフニウムあるいはシリコン
のうち１種以上を添加含有することもある。さらに、他
の希土類元素とイットリウムを混合して用いたり、ある
いはこれと置換したりしても良い。これらについては、
米国特許第3,542,530号、3,918,139号、3,928,026号、
3,993,454号、4,034,142号及びRe.32,121号に開示され
ている。
米国特許第Re.32,121号は、MCrAlYコーティングが、
酸化や腐食からスーパーアロイを保護するのに最も優れ
た効果を持つことを開示している。
酸化や腐食からスーパーアロイを保護するのに最も優れ
た効果を持つことを開示している。
一方、アルミニウム処理コーティングは、従来より、
スーパーアロイの酸化及び腐食防止可能なコーティング
材として良く知られている。例えば、米国特許第3,544,
348号、第3,961,098号、第4,070,507号、第4,132,816号
にその詳細が開示されている。
スーパーアロイの酸化及び腐食防止可能なコーティング
材として良く知られている。例えば、米国特許第3,544,
348号、第3,961,098号、第4,070,507号、第4,132,816号
にその詳細が開示されている。
アルミニウム処理工程において、アルミニウムと基盤
との間に、かなりの相互作用がある。即ち、主として基
盤の化学的性質や付着温度が、コーティングの化学的性
質や厚み等その性能に大きな影響を与える。アルミニウ
ム処理コーティングの欠点は、最適な耐酸化性及び耐腐
食性を有するのに要求されるコーティングの厚さが、通
常、およそ0.0035インチ（１インチは、25.4mmであ
る。）であるとされているため、ガスタービンエンシン
ブレードやベーンが作動中に直面する典型的なストレス
によりコーティングが脆弱化し、割れることにある。こ
の時の割れは、基盤内に広がり、スーパーアロイ部材の
構造的な耐久性を低下させる。また、米国特許第3,928,
026号、第4,246,323号、第4,382,976号、第Re.31,339号
で論じられているように、割れやすさは、結果的に耐酸
化性及び耐腐食性を低下させる。
との間に、かなりの相互作用がある。即ち、主として基
盤の化学的性質や付着温度が、コーティングの化学的性
質や厚み等その性能に大きな影響を与える。アルミニウ
ム処理コーティングの欠点は、最適な耐酸化性及び耐腐
食性を有するのに要求されるコーティングの厚さが、通
常、およそ0.0035インチ（１インチは、25.4mmであ
る。）であるとされているため、ガスタービンエンシン
ブレードやベーンが作動中に直面する典型的なストレス
によりコーティングが脆弱化し、割れることにある。こ
の時の割れは、基盤内に広がり、スーパーアロイ部材の
構造的な耐久性を低下させる。また、米国特許第3,928,
026号、第4,246,323号、第4,382,976号、第Re.31,339号
で論じられているように、割れやすさは、結果的に耐酸
化性及び耐腐食性を低下させる。
およそ0.0035インチ厚のアルミニウム処理コーティン
グは、割れに対する耐性を有するが、このように薄いア
ルミニウム処理コーティングは、MCrAlYコーティングの
ように良好な耐酸化性を持たない。
グは、割れに対する耐性を有するが、このように薄いア
ルミニウム処理コーティングは、MCrAlYコーティングの
ように良好な耐酸化性を持たない。
米国特許第3,873,347号及び第4,080,486号では、オー
バーレイコーティングとアルミニウム処理コーティング
の長所を組み合わせる試みがなされている。それぞれの
特許において、好適には、0.003乃至0.005インチ厚のMC
rAlYコーティングを、パックセメンテイション法により
アルミニウム処理し、MCrAlYコーティングの外側面に、
未処理のMCrAlYに比べ、高温で耐酸化性の強い高濃度の
アルミニウム層を形成させている。
バーレイコーティングとアルミニウム処理コーティング
の長所を組み合わせる試みがなされている。それぞれの
特許において、好適には、0.003乃至0.005インチ厚のMC
rAlYコーティングを、パックセメンテイション法により
アルミニウム処理し、MCrAlYコーティングの外側面に、
未処理のMCrAlYに比べ、高温で耐酸化性の強い高濃度の
アルミニウム層を形成させている。
米国特許第Re.30,995号によれば、アルミニウム処理M
CrAlYコーティングが基盤から剥離したり、割れたりす
るのを防止するために、アルミニウムが基盤内に拡散し
ないように、即ち、アルミニウムをMCrAlY/基盤の界面
から0.0005インチ以上の間隔をおいて分散させる。ま
た、アルミニウム処理MCrAlY内のアルミニウム含量は、
10wt％以下でなければ最良のコーティング性能を有する
組成にならないと開示している。
CrAlYコーティングが基盤から剥離したり、割れたりす
るのを防止するために、アルミニウムが基盤内に拡散し
ないように、即ち、アルミニウムをMCrAlY/基盤の界面
から0.0005インチ以上の間隔をおいて分散させる。ま
た、アルミニウム処理MCrAlY内のアルミニウム含量は、
10wt％以下でなければ最良のコーティング性能を有する
組成にならないと開示している。
米国特許第3,961,098号においては、MCr粉末を、基盤
表面に打ちつけられる時に粉末が十分に溶解しないよう
な方法で、金属基盤上に溶射している。続いて、アルミ
ニウムをオーバーレイコーティング内さらには基盤表面
内に分散させている。実験により、アルミニウム処理工
程は、コーティング内の最終的なアルミニウム濃度が20
wt％以下になるように調整しなければ、コーティングが
脆弱化し、腐食及び耐酸化性を有さなくなることがわか
っている。
表面に打ちつけられる時に粉末が十分に溶解しないよう
な方法で、金属基盤上に溶射している。続いて、アルミ
ニウムをオーバーレイコーティング内さらには基盤表面
内に分散させている。実験により、アルミニウム処理工
程は、コーティング内の最終的なアルミニウム濃度が20
wt％以下になるように調整しなければ、コーティングが
脆弱化し、腐食及び耐酸化性を有さなくなることがわか
っている。
米国特許第4,246,323号は、MCrAlYコーティングをア
ルミニウムリッチにする工程を示唆している。この工程
は、アルミニウムがMCrAlYの外側面の内部だけに分散す
るように制御されている。コーティング外側のアルミニ
ウムリッチ部は耐酸化性を有し、内側の非アルミニウム
処理MCrAlYは、良好に機械的性能を有すると報告されて
いる。
ルミニウムリッチにする工程を示唆している。この工程
は、アルミニウムがMCrAlYの外側面の内部だけに分散す
るように制御されている。コーティング外側のアルミニ
ウムリッチ部は耐酸化性を有し、内側の非アルミニウム
処理MCrAlYは、良好に機械的性能を有すると報告されて
いる。
米国特許第Re.31,339号においては、MCrAlYで被覆さ
れたスーパーアロイ部材をアルミニウム処理し、次いで
被覆された部材を熱間等静圧圧縮成形にかける方法を開
示している。MCrAlY外側部のアルミニウムリッチ相内に
大きなリザーバが存在することにより、コーティングの
耐久性は、十分に大きくなる。上述した特許でそれぞれ
論じられているように、アルミニウムは、MCrAlY外側面
内のみに分散している。米国特許第4,152,224号は、米
国特許第Re.31,339号同様に、MCrAlYで被覆したスーパ
ーアロイの周囲を金属包晶で包囲し、ついで熱間静圧圧
縮成形してMCrAlYコーティング内の総ての割れ目を封
じ、オーバーレイ内に金属包晶部を分散させる。アルミ
ニウム箔を包晶として用いるならば、箔は圧縮成形中に
融解し、基盤と共に金属間化合物を形成する。これらの
化合物は、コーティングの耐酸化性を高めるとされてい
る。しかしながら、このような金属間化合物は、被覆さ
れた部材の疲れ強度に対して、望ましくない影響を与え
る。
れたスーパーアロイ部材をアルミニウム処理し、次いで
被覆された部材を熱間等静圧圧縮成形にかける方法を開
示している。MCrAlY外側部のアルミニウムリッチ相内に
大きなリザーバが存在することにより、コーティングの
耐久性は、十分に大きくなる。上述した特許でそれぞれ
論じられているように、アルミニウムは、MCrAlY外側面
内のみに分散している。米国特許第4,152,224号は、米
国特許第Re.31,339号同様に、MCrAlYで被覆したスーパ
ーアロイの周囲を金属包晶で包囲し、ついで熱間静圧圧
縮成形してMCrAlYコーティング内の総ての割れ目を封
じ、オーバーレイ内に金属包晶部を分散させる。アルミ
ニウム箔を包晶として用いるならば、箔は圧縮成形中に
融解し、基盤と共に金属間化合物を形成する。これらの
化合物は、コーティングの耐酸化性を高めるとされてい
る。しかしながら、このような金属間化合物は、被覆さ
れた部材の疲れ強度に対して、望ましくない影響を与え
る。
米国特許第4,382,976号は、MCrAlYで被覆されたスー
パーアロイ部材をパック法により、不活性キャリアーガ
スの圧力を周期的に変化させてアルミニウム処理を行っ
ている。アルミニウムは、MCrAlYと共に作用して、種々
の金属中間体アルミニウム含有相を形成する。基盤合金
内のアルミニウム分散の程度は、直接基盤をアルミニウ
ム処理した場合よりも有意に小さかったと報告されてい
る。
パーアロイ部材をパック法により、不活性キャリアーガ
スの圧力を周期的に変化させてアルミニウム処理を行っ
ている。アルミニウムは、MCrAlYと共に作用して、種々
の金属中間体アルミニウム含有相を形成する。基盤合金
内のアルミニウム分散の程度は、直接基盤をアルミニウ
ム処理した場合よりも有意に小さかったと報告されてい
る。
米国特許第4,101,713号は、高エネルギー製粉されたM
CrAlY粉末を溶射法によりスーパーアロイ基盤上に付着
させる工程を開示している。被覆された部材は、MCrAlY
コーティング内、所望ならば基盤材内にアルミニウムが
拡散されることによって、アルミニウム処理されてい
る。しかしながら、米国特許第Re.30,995号（同じ発明
者に付与）によれば、基盤内へのアルミニウムの分散
は、MCrAlYコーティングを基盤から剥離させることにな
る。
CrAlY粉末を溶射法によりスーパーアロイ基盤上に付着
させる工程を開示している。被覆された部材は、MCrAlY
コーティング内、所望ならば基盤材内にアルミニウムが
拡散されることによって、アルミニウム処理されてい
る。しかしながら、米国特許第Re.30,995号（同じ発明
者に付与）によれば、基盤内へのアルミニウムの分散
は、MCrAlYコーティングを基盤から剥離させることにな
る。
その他のアルミニウム処理MCrAlYコーティングについ
ては、米国特許第3,874,901及び第4,123,595号に開示さ
れている。
ては、米国特許第3,874,901及び第4,123,595号に開示さ
れている。
スーパーアロイのその他のコーティングに関する従来
技術は、以下の、米国特許第3,676,085、第3,928,026、
第3,979,273、第3,999,956、第4,005,989、第4,109,06
1、第4,123,594、第4,132,816、第4,198,442、第4,248,
940及び第4,371,570号に開示されている。
技術は、以下の、米国特許第3,676,085、第3,928,026、
第3,979,273、第3,999,956、第4,005,989、第4,109,06
1、第4,123,594、第4,132,816、第4,198,442、第4,248,
940及び第4,371,570号に開示されている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、より厳しいスーパーアロイ部材の作動
条件のもとでは、さらなる酸化及び腐食耐性、また、熱
疲労に対する耐性が要求される。従って、スーパーアロ
イのコーティング手法の研究が引き続き行われている。
これまで述べてきたように、コーティング手法の進歩
は、その耐酸化性を著しく改善した。しかしながら、現
在のところ、被覆されたスーパーアロイの熱疲労によっ
て生じる割れに対する耐性を有するようなコーティング
の開発はあまり進行していない。
条件のもとでは、さらなる酸化及び腐食耐性、また、熱
疲労に対する耐性が要求される。従って、スーパーアロ
イのコーティング手法の研究が引き続き行われている。
これまで述べてきたように、コーティング手法の進歩
は、その耐酸化性を著しく改善した。しかしながら、現
在のところ、被覆されたスーパーアロイの熱疲労によっ
て生じる割れに対する耐性を有するようなコーティング
の開発はあまり進行していない。
従って、本発明の目的は、スーパーアロイに用いる、
低コストのコーティング方法を提供することにある。
低コストのコーティング方法を提供することにある。
また、良好な耐酸化性、耐熱疲労性を有する、スーパ
ーアロイのコーティング方法を提供することにある。
ーアロイのコーティング方法を提供することにある。
さらに、オーバーレイコーティングが耐酸化性を有
し、アルミニウム処理コーティングが耐熱疲労性を有す
るような、スーパーアロイのコーティング方法を提供す
ることにある。
し、アルミニウム処理コーティングが耐熱疲労性を有す
るような、スーパーアロイのコーティング方法を提供す
ることにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明による耐酸化性及
び耐熱疲労性を有するコーティングにおいては、 まず、0.0005乃至0.003インチ厚の，イットリウム，
あるいはイットリウムとケイ素とハフニウム、あるいは
二種以上の酸素活性元素を含有する、第一のコーティン
グもしくはオーバーレイコーティングを基盤の表面に付
着させる。第一のコーティングの組成は、wt％で、20乃
至38のコバルト（あるいは30乃至38のコバルトでも良
い）と、12乃至20のクロムと、10乃至14のアルミニウム
と、２乃至3.5のイットリウム及び残部ニッケルとす
る。あるいは、約10乃至40のコバルトと、５乃至30のク
ロムと、５乃至15のアルミニウムと、0.1乃至５のイッ
トリウムと、0.1乃至７のケイ素と、0.1乃至２のハフニ
ウムとする。また、イットリウムあるいはさらにケイ素
及びハフニウムは、0.5乃至9wt％の二種以上の酸素活性
元素で置換しても良い。また、上記イットリウム及びケ
イ素並びにハフニウムの合計含量は、0.5乃至9wt％、好
適には、0.5乃至6wt％、最適には、約1.2wt％とする。
び耐熱疲労性を有するコーティングにおいては、 まず、0.0005乃至0.003インチ厚の，イットリウム，
あるいはイットリウムとケイ素とハフニウム、あるいは
二種以上の酸素活性元素を含有する、第一のコーティン
グもしくはオーバーレイコーティングを基盤の表面に付
着させる。第一のコーティングの組成は、wt％で、20乃
至38のコバルト（あるいは30乃至38のコバルトでも良
い）と、12乃至20のクロムと、10乃至14のアルミニウム
と、２乃至3.5のイットリウム及び残部ニッケルとす
る。あるいは、約10乃至40のコバルトと、５乃至30のク
ロムと、５乃至15のアルミニウムと、0.1乃至５のイッ
トリウムと、0.1乃至７のケイ素と、0.1乃至２のハフニ
ウムとする。また、イットリウムあるいはさらにケイ素
及びハフニウムは、0.5乃至9wt％の二種以上の酸素活性
元素で置換しても良い。また、上記イットリウム及びケ
イ素並びにハフニウムの合計含量は、0.5乃至9wt％、好
適には、0.5乃至6wt％、最適には、約1.2wt％とする。
さて、付着された第一のコーティングの表面近傍に、
約20乃至35wt％のアルミニウムを含有するような外側領
域を形成する第２のコーティングを形成し、この際該外
側領域の内側に、前記外側領域よりも低濃度で前記基盤
よりも高濃度のアルミニウムを含有するような拡散領域
を形成するように、上記第１のコーティングと、上記基
盤内と、にまでアルミニウムを拡散させつつ上記２のコ
ーティングを形成する。この時、外側領域と前記分散領
域の合計厚を、約0.001乃至0.004インチとする。ここ
で、分散領域に含有されるアルミニウムの濃度は、この
領域の厚さに伴って変動し、また、分散領域は、外側領
域よりも低い耐酸化性を示すようにコーティングを形成
する。
約20乃至35wt％のアルミニウムを含有するような外側領
域を形成する第２のコーティングを形成し、この際該外
側領域の内側に、前記外側領域よりも低濃度で前記基盤
よりも高濃度のアルミニウムを含有するような拡散領域
を形成するように、上記第１のコーティングと、上記基
盤内と、にまでアルミニウムを拡散させつつ上記２のコ
ーティングを形成する。この時、外側領域と前記分散領
域の合計厚を、約0.001乃至0.004インチとする。ここ
で、分散領域に含有されるアルミニウムの濃度は、この
領域の厚さに伴って変動し、また、分散領域は、外側領
域よりも低い耐酸化性を示すようにコーティングを形成
する。
また、前記第一のコーティングは、0.0005乃至0.0015
インチ厚、あるいは0.002乃至0.003インチ厚とする。
インチ厚、あるいは0.002乃至0.003インチ厚とする。
また、前記各領域の合計厚は、0.002乃至0.003インチ
としても良い。さらに、この合計厚が、前記第一のコー
ティング厚の100％以上大になるように形成する。
としても良い。さらに、この合計厚が、前記第一のコー
ティング厚の100％以上大になるように形成する。
さて、第一のコーティングは、粉末を、該粉末がスー
パーアロイ表面に打ち付けられる際に十分融解するよう
なプラズマ溶射によって、付着させて形成する。この
時、低圧プラズマ溶射を用いると良い。また、プラズマ
溶射される粉末は、5wt％以上のアルミニウムを含有す
るよう調製する。このアルミニウムは、第一のコーティ
ング内に、パックセメンテイション法により拡散する。
パーアロイ表面に打ち付けられる際に十分融解するよう
なプラズマ溶射によって、付着させて形成する。この
時、低圧プラズマ溶射を用いると良い。また、プラズマ
溶射される粉末は、5wt％以上のアルミニウムを含有す
るよう調製する。このアルミニウムは、第一のコーティ
ング内に、パックセメンテイション法により拡散する。
さて、第一のコーティングは、約35wt％のコバルト
と、15wt％のクロムと、11wt％のアルミニウムと、2.5w
t％のイットリウム及び残部ニッケルから、あるいは、
約22wt％のコバルトと、17wt％のクロムと、12.5wt％の
アルミニウムと、0.6wt％のイットリウムと、0.4wt％の
ケイ素と、0.2wt％のハフニウム及び残部ニッケルから
構成するのが望ましい。
と、15wt％のクロムと、11wt％のアルミニウムと、2.5w
t％のイットリウム及び残部ニッケルから、あるいは、
約22wt％のコバルトと、17wt％のクロムと、12.5wt％の
アルミニウムと、0.6wt％のイットリウムと、0.4wt％の
ケイ素と、0.2wt％のハフニウム及び残部ニッケルから
構成するのが望ましい。
なお、第一のコーティングには、分散工程の前に、ピ
ーニングを施す。
ーニングを施す。
［作用］ 上記のように構成されたスーパーアロイのコーティン
グは、高濃度のアルミニウム含有領域に存在するイット
リウムやケイ素やハフニウム等酸素活性元素が、コーテ
ィングの耐酸化性を向上するように作用する。また、オ
ーバーレイコーティングと、基盤との間に形成された分
散領域中に分散したアルミニウムが、熱疲労に対する耐
久性を向上するように作用する。
グは、高濃度のアルミニウム含有領域に存在するイット
リウムやケイ素やハフニウム等酸素活性元素が、コーテ
ィングの耐酸化性を向上するように作用する。また、オ
ーバーレイコーティングと、基盤との間に形成された分
散領域中に分散したアルミニウムが、熱疲労に対する耐
久性を向上するように作用する。
［実施例］ 本発明は、スーパーアロイ部材に、少量のイットリウ
ム、あるいはさらにケイ素、ハフニウムを含有するアル
ミニウム分散コーティングを施したことを特徴とするも
のである。コーティングは、現在使用されているオーバ
ーレイコーティングの耐酸化性を有し、オーバーレイコ
ーティングよりもはるかに優れかつ現在最良のアルミニ
ウム処理コーティングと同等の耐熱疲労性を有してい
る。
ム、あるいはさらにケイ素、ハフニウムを含有するアル
ミニウム分散コーティングを施したことを特徴とするも
のである。コーティングは、現在使用されているオーバ
ーレイコーティングの耐酸化性を有し、オーバーレイコ
ーティングよりもはるかに優れかつ現在最良のアルミニ
ウム処理コーティングと同等の耐熱疲労性を有してい
る。
本発明のコーティングは、薄い、およそ0.0015インチ
の、イットリウム、あるいはさらにケイ素、ハフニウム
を含有するオーバーレイコーティングをスーパーアロイ
の基盤表面に付着させ、次いで被覆された部材を、パッ
クアルミニウム処理により、パック由来のアルミニウム
を、オーバーレイコーティング内、さらにはスーパーア
ロイ基盤内に拡散させる。得られたコーティングは、お
よそ0.001乃至0.004インチ厚の二段構造をとる。オーバ
ーレイコーティングは、20乃至38wt％のコバルト、12乃
至20wt％のクロム、10乃至14wt％のアルミニウム、２乃
至3.5wt％のイットリウム及び残部ニッケルの組成を有
し、最適な組成としては、およそ35wt％のコバルト、15
wt％のクロム、11wt％のアルミニウム、2.5wt％のイッ
トリウム及び残部ニッケルの組成を有することが望まし
い。二段構造の外側領域は、およそ0.0005乃至0.003イ
ンチの厚みを有し、20乃至35wt％のアルミニウムリッチ
にし、およそ0.2乃至2.0wt％のイットリウムを含有し、
あるいはまた、およそ20乃至35wt％のアルミニウムリッ
チにし、およそ0.1乃至5.0wt％のイットリウム、およそ
0.1乃至7.0wt％のケイ素、およそ0.1乃至2.0wt％のハフ
ニウムを含有する。外側領域の高いアルミニウム含量に
より、最適な耐酸化性が得られ、イットリウム、あるい
はさらに添加したケイ素、ハフニウムの存在により、高
温での作動中に形成されるアルミナスケールの密着性を
高め、アルミニウムの消耗を抑制することができる。
の、イットリウム、あるいはさらにケイ素、ハフニウム
を含有するオーバーレイコーティングをスーパーアロイ
の基盤表面に付着させ、次いで被覆された部材を、パッ
クアルミニウム処理により、パック由来のアルミニウム
を、オーバーレイコーティング内、さらにはスーパーア
ロイ基盤内に拡散させる。得られたコーティングは、お
よそ0.001乃至0.004インチ厚の二段構造をとる。オーバ
ーレイコーティングは、20乃至38wt％のコバルト、12乃
至20wt％のクロム、10乃至14wt％のアルミニウム、２乃
至3.5wt％のイットリウム及び残部ニッケルの組成を有
し、最適な組成としては、およそ35wt％のコバルト、15
wt％のクロム、11wt％のアルミニウム、2.5wt％のイッ
トリウム及び残部ニッケルの組成を有することが望まし
い。二段構造の外側領域は、およそ0.0005乃至0.003イ
ンチの厚みを有し、20乃至35wt％のアルミニウムリッチ
にし、およそ0.2乃至2.0wt％のイットリウムを含有し、
あるいはまた、およそ20乃至35wt％のアルミニウムリッ
チにし、およそ0.1乃至5.0wt％のイットリウム、およそ
0.1乃至7.0wt％のケイ素、およそ0.1乃至2.0wt％のハフ
ニウムを含有する。外側領域の高いアルミニウム含量に
より、最適な耐酸化性が得られ、イットリウム、あるい
はさらに添加したケイ素、ハフニウムの存在により、高
温での作動中に形成されるアルミナスケールの密着性を
高め、アルミニウムの消耗を抑制することができる。
本発明のコーティングは、現在使用されているアルミ
ニウム処理コーティングよりも良好で、現在使用されて
いるオーバーレイコーティングよりも良好な耐酸化性を
有する。内側あるいは分散領域は、外側領域よりも低濃
度で基盤よりも高濃度のアルミニウムを含有する。この
分散領域は、コーティング内に割れが広がって基盤に達
する速度を減じる作用を持つ。結果的に、本発明により
製造されたコーティングはオーバーレイコーティング類
に比べ良好で、また、殆どの割れ耐性を有するアルミニ
ウム処理コーティング類に匹敵する熱疲労による割れに
対する耐性を有している。以下に、上記した本発明の特
徴の詳細を、添付する図面を参照しながら、好適な実施
例において具体的に説明する。
ニウム処理コーティングよりも良好で、現在使用されて
いるオーバーレイコーティングよりも良好な耐酸化性を
有する。内側あるいは分散領域は、外側領域よりも低濃
度で基盤よりも高濃度のアルミニウムを含有する。この
分散領域は、コーティング内に割れが広がって基盤に達
する速度を減じる作用を持つ。結果的に、本発明により
製造されたコーティングはオーバーレイコーティング類
に比べ良好で、また、殆どの割れ耐性を有するアルミニ
ウム処理コーティング類に匹敵する熱疲労による割れに
対する耐性を有している。以下に、上記した本発明の特
徴の詳細を、添付する図面を参照しながら、好適な実施
例において具体的に説明する。
本発明は、少量ではあるが効果的な量のイットリウ
ム、あるいはさらにケイ素及びハフニウムを含有する、
分散アルミニウム処理コーティング法である。本コーテ
ィングは、まず薄いオーバーレイコーティングをスーパ
ーアロイの表面に付着させ、次いでこのオーバーレイコ
ーティングで被覆された部材をアルミニウム処理して製
造する。得られたコーティングの微細構造は従来のアル
ミニウム処理コーティング類と同様であるが、コーティ
ングの耐酸化性を著しく高めるのに十分な濃度のイット
リウム、あるいはさらにケイ素及びハフニウムを含有し
ている点において異なっている。また、単なるオーバー
レイコーティングとは異なり、本発明のコーティング
は、そのアルミニウム処理工程に形成される分散領域を
有しており、この分散領域によって、以下に記載するよ
うに、被覆された部材の熱疲労に対する所望の強度、そ
の他所望の性能が得られる。
ム、あるいはさらにケイ素及びハフニウムを含有する、
分散アルミニウム処理コーティング法である。本コーテ
ィングは、まず薄いオーバーレイコーティングをスーパ
ーアロイの表面に付着させ、次いでこのオーバーレイコ
ーティングで被覆された部材をアルミニウム処理して製
造する。得られたコーティングの微細構造は従来のアル
ミニウム処理コーティング類と同様であるが、コーティ
ングの耐酸化性を著しく高めるのに十分な濃度のイット
リウム、あるいはさらにケイ素及びハフニウムを含有し
ている点において異なっている。また、単なるオーバー
レイコーティングとは異なり、本発明のコーティング
は、そのアルミニウム処理工程に形成される分散領域を
有しており、この分散領域によって、以下に記載するよ
うに、被覆された部材の熱疲労に対する所望の強度、そ
の他所望の性能が得られる。
本コーティングは、特にスーパーアロイを用いたガス
タービンエンジン部材を、酸化や腐食劣化から保護する
のに有用であり、また、所望の熱疲労耐性を有してい
る。このようなエンジンのタービン部のブレード及びベ
ーンは、その作動中に非常に厳しい条件にさらされ、そ
の結果、本発明のコーティングが最も有効に用いられる
こととなる。
タービンエンジン部材を、酸化や腐食劣化から保護する
のに有用であり、また、所望の熱疲労耐性を有してい
る。このようなエンジンのタービン部のブレード及びベ
ーンは、その作動中に非常に厳しい条件にさらされ、そ
の結果、本発明のコーティングが最も有効に用いられる
こととなる。
第１図及び第２図に、本発明のコーティングの詳細を
示す。第１図は、ケイ素とハフニウムをも含有するNiCo
CrAlYオーバーレイコーティングをニッケルベースのス
ーパーアロイの表面に付着させた際の顕微鏡写真であ
る。典型的なオーバーレイコーティング類が、スーパー
アロイ表面に劣化層を形成するのに比べ、本オーバーレ
イコーティングと基盤の間に相互作用あるいは拡散現象
は見られない。第２図は、本発明のコーティングの微細
構造を示す顕微鏡写真である。コーティングは、50mlの
乳酸、35mlの硝酸及び2mlのフッ化水素酸でエッチング
してある。第２図のコーティングは、第１図のオーバー
レイコーティングを以下に詳細に記載する手法にてアル
ミニウム処理して製造されたものである。金属組織学的
に、本発明のコーティングは、外側領域と、この外側領
域と基盤の間の内側領域とに特徴づけられる２層構造を
とっている。（内側領域は、以下、しばしば分散領域
（拡散領域）という名称で用いている。）電子マイクロ
プローブ微量分析によれば、典型的なニッケルベースの
スーパーアロイの上にwt％で、およそ20乃至35のアルミ
ニウムと、およそ0.2乃至2.0のイットリウムと、およそ
40以下のコバルトと、およそ５乃至30のクロムと、残部
ニッケルの組成、あるいは、およそ20乃至35のアルミニ
ウムと、およそ0.1乃至5.0のイットリウムと、およそ0.
1乃至7.0のケイ素と、およそ0.1乃至2.0のハフニウム
と、およそ10乃至40のコバルト、５乃至30のクロム、残
部ニッケルの組成を有する外側領域が存在する。以下に
さらに詳細に記載するように、最終的な外側領域は、ア
ルミニウム処理工程で、およそ10乃至25wt％、あるいは
およそ５乃至30wt％のアルミニウムを既に存在するオー
バーレイコーティングに添加することによって形成され
る。分散領域は、外側領域よりも低濃度で基盤よりも高
濃度のアルミニウムを含有する。また、この分散領域
は、基盤元素も含有している。さらに、分散領域は、
（Ni,Co）Alで示される金属間化合物、固溶化ニッケル
及び種々のイットリウム含有化合物を包含する。その微
細構造は、金属組織学的には、他のアルミニウム処理コ
ーティングと同等である。しかし、コーティングがイッ
トリウム、あるいはさらにケイ素及びハフニウムを含有
するため、本コーティングは酸素活性元素リッチな分散
アルミニウム処理コーティングと言うこともできる。
示す。第１図は、ケイ素とハフニウムをも含有するNiCo
CrAlYオーバーレイコーティングをニッケルベースのス
ーパーアロイの表面に付着させた際の顕微鏡写真であ
る。典型的なオーバーレイコーティング類が、スーパー
アロイ表面に劣化層を形成するのに比べ、本オーバーレ
イコーティングと基盤の間に相互作用あるいは拡散現象
は見られない。第２図は、本発明のコーティングの微細
構造を示す顕微鏡写真である。コーティングは、50mlの
乳酸、35mlの硝酸及び2mlのフッ化水素酸でエッチング
してある。第２図のコーティングは、第１図のオーバー
レイコーティングを以下に詳細に記載する手法にてアル
ミニウム処理して製造されたものである。金属組織学的
に、本発明のコーティングは、外側領域と、この外側領
域と基盤の間の内側領域とに特徴づけられる２層構造を
とっている。（内側領域は、以下、しばしば分散領域
（拡散領域）という名称で用いている。）電子マイクロ
プローブ微量分析によれば、典型的なニッケルベースの
スーパーアロイの上にwt％で、およそ20乃至35のアルミ
ニウムと、およそ0.2乃至2.0のイットリウムと、およそ
40以下のコバルトと、およそ５乃至30のクロムと、残部
ニッケルの組成、あるいは、およそ20乃至35のアルミニ
ウムと、およそ0.1乃至5.0のイットリウムと、およそ0.
1乃至7.0のケイ素と、およそ0.1乃至2.0のハフニウム
と、およそ10乃至40のコバルト、５乃至30のクロム、残
部ニッケルの組成を有する外側領域が存在する。以下に
さらに詳細に記載するように、最終的な外側領域は、ア
ルミニウム処理工程で、およそ10乃至25wt％、あるいは
およそ５乃至30wt％のアルミニウムを既に存在するオー
バーレイコーティングに添加することによって形成され
る。分散領域は、外側領域よりも低濃度で基盤よりも高
濃度のアルミニウムを含有する。また、この分散領域
は、基盤元素も含有している。さらに、分散領域は、
（Ni,Co）Alで示される金属間化合物、固溶化ニッケル
及び種々のイットリウム含有化合物を包含する。その微
細構造は、金属組織学的には、他のアルミニウム処理コ
ーティングと同等である。しかし、コーティングがイッ
トリウム、あるいはさらにケイ素及びハフニウムを含有
するため、本コーティングは酸素活性元素リッチな分散
アルミニウム処理コーティングと言うこともできる。
第３図に、相対酸化耐久性と相対熱疲労耐久性との関
係を、販売されているニッケルベースのスーパーアロイ
に七種のコーティングを行って検討した結果を示す。相
対酸化耐久性は、所定の量の基盤酸化を引き起こす時間
で測定した。即ち、本テストにおいては、このようなコ
ーティングの相対酸化耐久性は、2,100゜Fで55分、400
゜Fで５分放置する工程を繰り返して測定した。相対熱
疲労耐久性は、テスト部材が疲労で破壊されるまでの上
記工程の反復回数を測定した。テスト部材には、熱処理
を反復している間、一定の張力をかけて、付加した歪み
がαΔＴに等しくなるように調整した。ここで、αは、
基盤の熱膨張係数、ΔＴは、部材に繰り返しかけられた
温度の範囲である。テスト条件は、ガスタービンエンジ
ンのタービン部のブレードがさらされる温度範囲及び歪
みを模して選択した。
係を、販売されているニッケルベースのスーパーアロイ
に七種のコーティングを行って検討した結果を示す。相
対酸化耐久性は、所定の量の基盤酸化を引き起こす時間
で測定した。即ち、本テストにおいては、このようなコ
ーティングの相対酸化耐久性は、2,100゜Fで55分、400
゜Fで５分放置する工程を繰り返して測定した。相対熱
疲労耐久性は、テスト部材が疲労で破壊されるまでの上
記工程の反復回数を測定した。テスト部材には、熱処理
を反復している間、一定の張力をかけて、付加した歪み
がαΔＴに等しくなるように調整した。ここで、αは、
基盤の熱膨張係数、ΔＴは、部材に繰り返しかけられた
温度の範囲である。テスト条件は、ガスタービンエンジ
ンのタービン部のブレードがさらされる温度範囲及び歪
みを模して選択した。
さて、第３図において、プラズマ溶射NiCoCrAlY＋Hf
＋Siオーバ−レイは、米国特許第Re.32,121号に記載さ
れているコーティングに代表される。電子ビームNiCoCr
AlYは、米国特許第3,928,026号記載のコーティングであ
り、MCrAlY付着アルミニウム処理コーティングは、米国
特許第4,005,989号記載のコーティングであり、“従来
のアルミニウム処理MCrAlY"とあるのは、パックセメン
テイション法を用いてアルミニウム処理を施し、オーバ
ーレイの外側部にアルミニウムを0.002インチ拡散させ
た、0.006インチ厚のNiCoCrAlYコーティングである。
＋Siオーバ−レイは、米国特許第Re.32,121号に記載さ
れているコーティングに代表される。電子ビームNiCoCr
AlYは、米国特許第3,928,026号記載のコーティングであ
り、MCrAlY付着アルミニウム処理コーティングは、米国
特許第4,005,989号記載のコーティングであり、“従来
のアルミニウム処理MCrAlY"とあるのは、パックセメン
テイション法を用いてアルミニウム処理を施し、オーバ
ーレイの外側部にアルミニウムを0.002インチ拡散させ
た、0.006インチ厚のNiCoCrAlYコーティングである。
アルミニウム処理Ａは、米国特許第3,544,348号記載
と同様のパックセメンテイション法により形成した拡散
コーティングであり、アルミニウム処理Ｂは、米国特許
第4,132,816号記載と同様であるが被覆された部材の熱
疲労耐性を高めるために僅かな変更を加えた気相付着法
によって形成した拡散コーティングである。“本発明の
アルミニウム処理MCrAlY"とあるのは、第２図と同様の
微細構造をとり、以下に記載の方法によって薄いオーバ
ーレイをアルミニウム処理することによって形成された
コーティングである。
と同様のパックセメンテイション法により形成した拡散
コーティングであり、アルミニウム処理Ｂは、米国特許
第4,132,816号記載と同様であるが被覆された部材の熱
疲労耐性を高めるために僅かな変更を加えた気相付着法
によって形成した拡散コーティングである。“本発明の
アルミニウム処理MCrAlY"とあるのは、第２図と同様の
微細構造をとり、以下に記載の方法によって薄いオーバ
ーレイをアルミニウム処理することによって形成された
コーティングである。
第３図から明らかなとおり、本発明のコーティングは
テストされたうちで最も耐酸化性の高いコーティングに
匹敵する耐酸化性を示している。また、テストされたう
ちで最も耐熱疲労性の高いコーティングに匹敵する耐熱
疲労性を示している。こうして、本発明により、所望の
性能を組み合わせたコーティングを製造することができ
る。
テストされたうちで最も耐酸化性の高いコーティングに
匹敵する耐酸化性を示している。また、テストされたう
ちで最も耐熱疲労性の高いコーティングに匹敵する耐熱
疲労性を示している。こうして、本発明により、所望の
性能を組み合わせたコーティングを製造することができ
る。
本発明のコーティングは、従来より周知の手法を用い
て製造する。オーバーレイにより被覆されたスーパーア
ロイのアルミニウム処理には、パックセメンテイション
法を用いる。前述のように、従来のアルミニウム処理オ
ーバーレイで被覆されたスーパーアロイでは、オーバー
レイは一般に0.003乃至0.005インチ厚である。また、従
来のアルミニウム処理は、アルミニウム含量を、米国特
許第Re.30,995号では10wt％以下としているが、米国特
許第3,961,098号によれば通常20wt％以下に抑えて行っ
ている。本発明においては、オーバーレイは比較的薄
く、およそ0.003インチ厚以下であり、およそ0.0005か
ら0.0015インチ厚の範囲であることが望ましい。アルミ
ニウム処理は、コーティングのアルミニウム含量が外側
コーティング領域でおよそ20wt％以上となるように調整
して行う。本発明の場合、所望の耐酸化性が得られるの
は、上記のように高いアルミニウム含量を示す外側コー
ティング領域に、イットリウム、あるいはさらにケイ素
及びハフニウムが存在することによるものと考えられ
る。この高アルミニウム含量は、良好な耐酸化性をもた
らし、イットリウムとさらにはケイ素とハフニウムの存
在は、アルミナスケールの吸着を高めコーティングから
のアルミニウムの消耗度に減じる。本発明のコーティン
グは、アルミニウム含量が、例えば米国特許第3,961,09
8号に見られるような従来法と反対に、20wt％以上であ
るときに疲労耐性が向上する（第３図参照）。好ましい
熱疲労割れに対する耐性は、コーティングの薄さと内外
側のコーティング領域の相互作用によって得られる。内
外側領域の合計厚は、およそ0.001乃至0.004あるいは0.
005インチとし、さらにはおよそ0.002乃至0.003インチ
とするのが望ましい。外側領域内で割れが形成されて
も、外側領域が薄いため、割れの広がる速度は比較的遅
くなる。また、一旦割れが分散領域に達すると、この分
散領域のアルミニウム含量が外側領域よりも低いため、
割れの表面が酸化を受け始める。割れが酸化されるに従
い、割れの表面は粗くなり、その先端は鈍化してその進
行速度を減じる。
て製造する。オーバーレイにより被覆されたスーパーア
ロイのアルミニウム処理には、パックセメンテイション
法を用いる。前述のように、従来のアルミニウム処理オ
ーバーレイで被覆されたスーパーアロイでは、オーバー
レイは一般に0.003乃至0.005インチ厚である。また、従
来のアルミニウム処理は、アルミニウム含量を、米国特
許第Re.30,995号では10wt％以下としているが、米国特
許第3,961,098号によれば通常20wt％以下に抑えて行っ
ている。本発明においては、オーバーレイは比較的薄
く、およそ0.003インチ厚以下であり、およそ0.0005か
ら0.0015インチ厚の範囲であることが望ましい。アルミ
ニウム処理は、コーティングのアルミニウム含量が外側
コーティング領域でおよそ20wt％以上となるように調整
して行う。本発明の場合、所望の耐酸化性が得られるの
は、上記のように高いアルミニウム含量を示す外側コー
ティング領域に、イットリウム、あるいはさらにケイ素
及びハフニウムが存在することによるものと考えられ
る。この高アルミニウム含量は、良好な耐酸化性をもた
らし、イットリウムとさらにはケイ素とハフニウムの存
在は、アルミナスケールの吸着を高めコーティングから
のアルミニウムの消耗度に減じる。本発明のコーティン
グは、アルミニウム含量が、例えば米国特許第3,961,09
8号に見られるような従来法と反対に、20wt％以上であ
るときに疲労耐性が向上する（第３図参照）。好ましい
熱疲労割れに対する耐性は、コーティングの薄さと内外
側のコーティング領域の相互作用によって得られる。内
外側領域の合計厚は、およそ0.001乃至0.004あるいは0.
005インチとし、さらにはおよそ0.002乃至0.003インチ
とするのが望ましい。外側領域内で割れが形成されて
も、外側領域が薄いため、割れの広がる速度は比較的遅
くなる。また、一旦割れが分散領域に達すると、この分
散領域のアルミニウム含量が外側領域よりも低いため、
割れの表面が酸化を受け始める。割れが酸化されるに従
い、割れの表面は粗くなり、その先端は鈍化してその進
行速度を減じる。
分散領域は、基盤元素を含有しても良い。米国特許第
4,402,772号記載のように、一般にスーパーアロイは、
タングステン、タンタル、モリブデン、コロンビウム
（ニオブ）等の耐火性元素を固溶体を強化するために含
有している。アルミニウム処理工程で温度を上昇させて
いる間、これらの元素は分散領域に移動する傾向があ
る。ある種の耐火性元素は耐酸化性を減じることが知ら
れており、これらが分散領域に存在すると分散領域の耐
酸化性は外側領域や基盤のそれよりも低くなる。こうし
て、一旦割れが分割領域に達すると、割れの表面の酸化
は外側領域や基盤よりも速く進行し、割れの進行速度を
十分に下げるはたらきをする。
4,402,772号記載のように、一般にスーパーアロイは、
タングステン、タンタル、モリブデン、コロンビウム
（ニオブ）等の耐火性元素を固溶体を強化するために含
有している。アルミニウム処理工程で温度を上昇させて
いる間、これらの元素は分散領域に移動する傾向があ
る。ある種の耐火性元素は耐酸化性を減じることが知ら
れており、これらが分散領域に存在すると分散領域の耐
酸化性は外側領域や基盤のそれよりも低くなる。こうし
て、一旦割れが分割領域に達すると、割れの表面の酸化
は外側領域や基盤よりも速く進行し、割れの進行速度を
十分に下げるはたらきをする。
本発明のアルミニウム処理コーティング製法を用いた
オーバーレイコーティングは、プラズマ溶射、電子ビー
ム蒸着、電界メッキ、スパタリングあるいはスラリー付
着等により形成できる。さらには、オーバーレイコーテ
ィングは、wt％で10乃至40のコバルト、５乃至15のアル
ミニウム、２乃至3.5のイットリウム（あるいは0.1乃至
５のイットリウム＋0.1乃至７のケイ素＋0.1乃至２のハ
フニウム）の組成を持つ粉末をプラズマ溶射することに
より形成するのが望ましい。より好適な組成を、wt％
で、20乃至38のコバルト、12乃至20のクロム、10乃至14
のアルミニウム、２乃至3.5のイットリウム及び残部ニ
ッケル、あるいは、20乃至24のコバルト、12乃至20のク
ロム、10乃至14のアルミニウム、0.1乃至3.5のイットリ
ウム、0.1乃至７のケイ素、0.1乃至２のハフニウムと
し、さらに最適な組成として、30wt％のコバルト、15wt
％のクロム、11wt％のアルミニウム、2.5wt％のイット
リウム及び残部ニッケル、あるいは、22wt％のコバル
ト、17wt％のクロム、12.5wt％のアルミニウム、0.6wt
％のイットリウム、0.4wt％のケイ素、0.2wt％のハフニ
ウムが挙げられる。オーバーレイ中のイットリウム、ケ
イ素及びハフニウム合計含量は、およそ0.5乃至9wt％と
する。さらには、その範囲をおよそ0.5乃至6wt％とする
のが望ましく、最適にはおよそ1.2wt％とする。プラズ
マ溶射は、真空あるいは低圧プラズマ溶射法を用いるの
が望ましく、粉末が基盤面をたたく際にこれら粉末が十
分に融解していることが望ましい。米国特許第4,585,48
1号に関連技術が開示されている。
オーバーレイコーティングは、プラズマ溶射、電子ビー
ム蒸着、電界メッキ、スパタリングあるいはスラリー付
着等により形成できる。さらには、オーバーレイコーテ
ィングは、wt％で10乃至40のコバルト、５乃至15のアル
ミニウム、２乃至3.5のイットリウム（あるいは0.1乃至
５のイットリウム＋0.1乃至７のケイ素＋0.1乃至２のハ
フニウム）の組成を持つ粉末をプラズマ溶射することに
より形成するのが望ましい。より好適な組成を、wt％
で、20乃至38のコバルト、12乃至20のクロム、10乃至14
のアルミニウム、２乃至3.5のイットリウム及び残部ニ
ッケル、あるいは、20乃至24のコバルト、12乃至20のク
ロム、10乃至14のアルミニウム、0.1乃至3.5のイットリ
ウム、0.1乃至７のケイ素、0.1乃至２のハフニウムと
し、さらに最適な組成として、30wt％のコバルト、15wt
％のクロム、11wt％のアルミニウム、2.5wt％のイット
リウム及び残部ニッケル、あるいは、22wt％のコバル
ト、17wt％のクロム、12.5wt％のアルミニウム、0.6wt
％のイットリウム、0.4wt％のケイ素、0.2wt％のハフニ
ウムが挙げられる。オーバーレイ中のイットリウム、ケ
イ素及びハフニウム合計含量は、およそ0.5乃至9wt％と
する。さらには、その範囲をおよそ0.5乃至6wt％とする
のが望ましく、最適にはおよそ1.2wt％とする。プラズ
マ溶射は、真空あるいは低圧プラズマ溶射法を用いるの
が望ましく、粉末が基盤面をたたく際にこれら粉末が十
分に融解していることが望ましい。米国特許第4,585,48
1号に関連技術が開示されている。
オーバーレイコーティングがスーパーアロイ部材の表
面に付着された後、アルミニウムをオーバーレイコーテ
ィング内及びスーパーアロイ基盤内に完全に拡散させ
る。オーバーレイコーティングされた部材のアルミニウ
ム処理にはパックセメンテイション法を用いるのが望ま
しい。アルミニウム処理中に、アルミニウムはオーバー
レイコーティングと反応してオーバーレイを、酸素活性
元素即ちイットリウム、あるいはさらにケイ素及びハフ
ニウムでリッチにしたアルミニウム処理コーティング内
に移動させる。米国特許第3,544,348号記載のようなパ
ックセメンテイションが、アルミニウムをオーバーレイ
内に拡散させる方法として好ましいが、アルミニウムは
気相付着によって分散させたり、アルミニウム層（また
はこれらの合金）をオーバーレイの表面上に積層して加
熱処理によってアルミニウム層をオーバーレイやスーパ
ーアロイ基盤内に分散させたりすることも可能である。
また、アルミニウム層は、電解メッキ、スパタリング、
溶射あるいはスラリー法等の手法によって付着させ、加
熱処理しても良い。
面に付着された後、アルミニウムをオーバーレイコーテ
ィング内及びスーパーアロイ基盤内に完全に拡散させ
る。オーバーレイコーティングされた部材のアルミニウ
ム処理にはパックセメンテイション法を用いるのが望ま
しい。アルミニウム処理中に、アルミニウムはオーバー
レイコーティングと反応してオーバーレイを、酸素活性
元素即ちイットリウム、あるいはさらにケイ素及びハフ
ニウムでリッチにしたアルミニウム処理コーティング内
に移動させる。米国特許第3,544,348号記載のようなパ
ックセメンテイションが、アルミニウムをオーバーレイ
内に拡散させる方法として好ましいが、アルミニウムは
気相付着によって分散させたり、アルミニウム層（また
はこれらの合金）をオーバーレイの表面上に積層して加
熱処理によってアルミニウム層をオーバーレイやスーパ
ーアロイ基盤内に分散させたりすることも可能である。
また、アルミニウム層は、電解メッキ、スパタリング、
溶射あるいはスラリー法等の手法によって付着させ、加
熱処理しても良い。
本発明をより明確にするために以下の実験を行った。
実施例 １ ５から44ミクロンの直径を有し、wt％でコバルト20、
クロム15、アルミニウム11.5、イットリウム2.5及び残
部ニッケルの組成を有するNiCoCrAlY粉末を単結晶ニッ
ケルベースの、クロム10、コバルト５、タングステン
４、チタン1.5、タンタル12、アルミニウム５及び残部
ニッケルの組成を有するスーパーアロイの表面にプラズ
マ溶射して付着した。NiCoCrAlY粉末は、エレクトロプ
ラズマコーポレイション販売の低圧チャンバースプレイ
装置（モデル005）を用いて溶射した。このスプレイ装
置には、粉末を溶射する密閉されたチャンバーが設置さ
れており、このチャンバーをおよそ50mmHgに減圧したア
ルゴン雰囲気中で使用した。プラズマ溶射は、およそ50
ボルト、1.520アンペアの条件で、85％アルゴンー15％
ヘリウムアークガス中で行った。これらの条件により、
粉末はスーパーアロイの表面に打ち付けられる際に十分
に融解された。粉末の供給速度はおよそ0.3ポンド／分
とし、およそ0.001インチ厚で第１図に示すコーテイン
グと同様のNiCoCrAlYが形成された。
クロム15、アルミニウム11.5、イットリウム2.5及び残
部ニッケルの組成を有するNiCoCrAlY粉末を単結晶ニッ
ケルベースの、クロム10、コバルト５、タングステン
４、チタン1.5、タンタル12、アルミニウム５及び残部
ニッケルの組成を有するスーパーアロイの表面にプラズ
マ溶射して付着した。NiCoCrAlY粉末は、エレクトロプ
ラズマコーポレイション販売の低圧チャンバースプレイ
装置（モデル005）を用いて溶射した。このスプレイ装
置には、粉末を溶射する密閉されたチャンバーが設置さ
れており、このチャンバーをおよそ50mmHgに減圧したア
ルゴン雰囲気中で使用した。プラズマ溶射は、およそ50
ボルト、1.520アンペアの条件で、85％アルゴンー15％
ヘリウムアークガス中で行った。これらの条件により、
粉末はスーパーアロイの表面に打ち付けられる際に十分
に融解された。粉末の供給速度はおよそ0.3ポンド／分
とし、およそ0.001インチ厚で第１図に示すコーテイン
グと同様のNiCoCrAlYが形成された。
NiCoCrAlYコーティングをスーパーアロイ表面に付着
した後、これをガラスビーズで0.017乃至0.019インチＮ
の強さでピーニングし、次いで被覆部材をwt％で10Co2A
l5、1Cr、0.5NH4Cl、残部Al2O3の組成を有するパックセ
メンテイション混合物中でアルミニウム処理した。この
アルミニウム処理は、1875゜Fで３時間、アルゴン雰囲
気中で行った。続いて、被覆された部材を1975゜Fで４
時間加熱処理してアルミニウムを分散させ、1600゜Fで3
2時間加熱処理してこれを沈着させた。
した後、これをガラスビーズで0.017乃至0.019インチＮ
の強さでピーニングし、次いで被覆部材をwt％で10Co2A
l5、1Cr、0.5NH4Cl、残部Al2O3の組成を有するパックセ
メンテイション混合物中でアルミニウム処理した。この
アルミニウム処理は、1875゜Fで３時間、アルゴン雰囲
気中で行った。続いて、被覆された部材を1975゜Fで４
時間加熱処理してアルミニウムを分散させ、1600゜Fで3
2時間加熱処理してこれを沈着させた。
金属組織学的検査の結果、アルミニウム処理したNiCo
CrAlYコーティングニッケルベーススーパーアロイ部材
は、第２図に示すのと同様な二段構造を示した。また、
その外側領域がおよそ0.002インチ厚で、分散領域がお
よそ0.001インチ厚であった。従って、外側領域と分散
領域との合計コーティング厚は、およそ0.003インチ厚
であり、最初のNiCoCrAlYコーティング厚よりもおよそ2
00％増であった。加えて、分散領域は外側領域厚のおよ
そ50％程度まで、この領域内部に広がっていた。この分
散領域厚は外側領域厚のおよそ30％以下とするのが望ま
しい。外側領域の組成は、電子マイクロプローブ微量分
析によって以下のように決定された。即ち、wt％でアル
ミニウム濃度約24乃至31、イットリウム濃度約0.3乃至
0.7、クロム濃度約５乃至18、コバルト濃度約30以下、
及び残部ニッケルの組成を有していた。分散領域は、外
側領域よりも低濃度で、基盤よりも高濃度のアルミニウ
ムを含有していた。本発明のコーティングの性能は、分
散領域内のアルミニウム濃度勾配に依存しないが、一般
に、分散領域内のアルミニウム濃度は、層の深さの関数
として低下した。また、分散領域は、基盤元素をも組成
中に含有していた。
CrAlYコーティングニッケルベーススーパーアロイ部材
は、第２図に示すのと同様な二段構造を示した。また、
その外側領域がおよそ0.002インチ厚で、分散領域がお
よそ0.001インチ厚であった。従って、外側領域と分散
領域との合計コーティング厚は、およそ0.003インチ厚
であり、最初のNiCoCrAlYコーティング厚よりもおよそ2
00％増であった。加えて、分散領域は外側領域厚のおよ
そ50％程度まで、この領域内部に広がっていた。この分
散領域厚は外側領域厚のおよそ30％以下とするのが望ま
しい。外側領域の組成は、電子マイクロプローブ微量分
析によって以下のように決定された。即ち、wt％でアル
ミニウム濃度約24乃至31、イットリウム濃度約0.3乃至
0.7、クロム濃度約５乃至18、コバルト濃度約30以下、
及び残部ニッケルの組成を有していた。分散領域は、外
側領域よりも低濃度で、基盤よりも高濃度のアルミニウ
ムを含有していた。本発明のコーティングの性能は、分
散領域内のアルミニウム濃度勾配に依存しないが、一般
に、分散領域内のアルミニウム濃度は、層の深さの関数
として低下した。また、分散領域は、基盤元素をも組成
中に含有していた。
酸化試験は、2100゜Fで行ったが、本発明のコーティ
ングは、約1250時間、基盤の悪化を防いだ。これはNiCo
CrAlYとHfとSiのオーバーレイをプラズマ溶射したもの
と同等以上の保護効果であった。熱疲労試験において
は、被覆された部材に、800゜Fから1200゜Fの間の加熱
を繰り返している間、0.5％の歪みをかけた。ニッケル
ベースの単結晶スーパーアロイ試験部材は、約15000回
の耐久性を持ち、薄層アルミニウムコート部材（第３図
におけるアルミニウム処理Ｂ）と同等以上であった。
ングは、約1250時間、基盤の悪化を防いだ。これはNiCo
CrAlYとHfとSiのオーバーレイをプラズマ溶射したもの
と同等以上の保護効果であった。熱疲労試験において
は、被覆された部材に、800゜Fから1200゜Fの間の加熱
を繰り返している間、0.5％の歪みをかけた。ニッケル
ベースの単結晶スーパーアロイ試験部材は、約15000回
の耐久性を持ち、薄層アルミニウムコート部材（第３図
におけるアルミニウム処理Ｂ）と同等以上であった。
実施例 II アルミニウム処理した際に優れた耐酸化性を示したオ
ーバーレイコーティングについて、その組成の臨界範囲
を決定するための試験を行った。本試験においては、実
験Ｉ同様に低圧プラズマ溶射法を用いてオーバーレイコ
ーティングを付着させ、ピーニングを行ってアルミニウ
ム処理をし、次いで加熱処理を行った。オーバーレイコ
ーティングの厚さは約0.001インチであった。試験に用
いたコーティングの組成は以下の通りである。
ーバーレイコーティングについて、その組成の臨界範囲
を決定するための試験を行った。本試験においては、実
験Ｉ同様に低圧プラズマ溶射法を用いてオーバーレイコ
ーティングを付着させ、ピーニングを行ってアルミニウ
ム処理をし、次いで加熱処理を行った。オーバーレイコ
ーティングの厚さは約0.001インチであった。試験に用
いたコーティングの組成は以下の通りである。
バーナーを用いて酸化試験を、約2100゜Fで55分間加
熱し、次いで約５分間空冷する工程を反復して行った。
結果を第４図に示す。本図より最も良好な耐酸化性を有
する部材のイットリウム含量が、約２乃至3.5wt％であ
り、コバルト含量が、約12乃至20wt％であり、クロム含
量が、約12乃至20wt％であり、アルミニウム含量が、約
10乃至14wt％であった。特に、イットリウムとコバルト
の含量の重要性は、図において、Ｆ、Ｇ、Ｈの反復酸化
耐久性が最も高い値を示していることから明瞭である。
イットリウムとコバルトの含量が上述の範囲から逸脱し
ているその他のサンプルの耐酸化性は、著しく劣ってい
た。これは、少なくとも以下のように説明できる。完全
にイットリウムを欠くサンプルＡは、酸化物スケール吸
着性が低い。イットリムムは、酸化物スケール吸着に有
益な影響を与えることは知られており、従ってサンプル
Ａの組成は好ましくない。イットリウム含量が非常に高
いサンプルＢは、低融点のコーティングであり、これは
好ましくない。また、イットリウムリッチな粉末を含有
するコーティングは、内部酸化を引き起こす（イットリ
ウムは容易に酸化される）。従って、このような粉末を
包含するオーバーレイコーティングは、全体的に耐酸化
性が低くなる。サンプルＢはまた、コバルトを含有して
おらず、クロムやアルミニウムの含量も非常に低い。サ
ンプルＣは、イットリウム含量は、好ましい範囲内にあ
るが、ニッケルを含有せず、コバルト含量が非常に高い
コーティングである。サンプルＤは、コバルト含量が望
ましい範囲内にあっても、イットリウム含量が低い場合
の効果を示している。サンプルＥは、イットリウム含量
が望ましい範囲内にあるが、コバルト含量が低い場合の
効果を示している。
熱し、次いで約５分間空冷する工程を反復して行った。
結果を第４図に示す。本図より最も良好な耐酸化性を有
する部材のイットリウム含量が、約２乃至3.5wt％であ
り、コバルト含量が、約12乃至20wt％であり、クロム含
量が、約12乃至20wt％であり、アルミニウム含量が、約
10乃至14wt％であった。特に、イットリウムとコバルト
の含量の重要性は、図において、Ｆ、Ｇ、Ｈの反復酸化
耐久性が最も高い値を示していることから明瞭である。
イットリウムとコバルトの含量が上述の範囲から逸脱し
ているその他のサンプルの耐酸化性は、著しく劣ってい
た。これは、少なくとも以下のように説明できる。完全
にイットリウムを欠くサンプルＡは、酸化物スケール吸
着性が低い。イットリムムは、酸化物スケール吸着に有
益な影響を与えることは知られており、従ってサンプル
Ａの組成は好ましくない。イットリウム含量が非常に高
いサンプルＢは、低融点のコーティングであり、これは
好ましくない。また、イットリウムリッチな粉末を含有
するコーティングは、内部酸化を引き起こす（イットリ
ウムは容易に酸化される）。従って、このような粉末を
包含するオーバーレイコーティングは、全体的に耐酸化
性が低くなる。サンプルＢはまた、コバルトを含有して
おらず、クロムやアルミニウムの含量も非常に低い。サ
ンプルＣは、イットリウム含量は、好ましい範囲内にあ
るが、ニッケルを含有せず、コバルト含量が非常に高い
コーティングである。サンプルＤは、コバルト含量が望
ましい範囲内にあっても、イットリウム含量が低い場合
の効果を示している。サンプルＥは、イットリウム含量
が望ましい範囲内にあるが、コバルト含量が低い場合の
効果を示している。
実施例 III 反復酸化耐久性試験を2100゜Fで行い、本発明のNICoC
rAlYの組成を有するオーバーレイコーティングと、イッ
トリウムリッチな同じくNiCoCrAlYの組成を有するアル
ミニウム処理コーティングの耐久性（コーティング1mil
が酸化されるのに要する時間）を比較した。NiCoCrAlY
の組成は、Ni−35Co−15Cr−11Al−2.5Yであり、オーバ
ーレイコーティングには、実験Ｉ同様に溶射、ピーニン
グ、加熱処理を行った。イットリウムリッチなアルミニ
ウム処理コーティングもまた実験Ｉ同様の手法で製造し
た。
rAlYの組成を有するオーバーレイコーティングと、イッ
トリウムリッチな同じくNiCoCrAlYの組成を有するアル
ミニウム処理コーティングの耐久性（コーティング1mil
が酸化されるのに要する時間）を比較した。NiCoCrAlY
の組成は、Ni−35Co−15Cr−11Al−2.5Yであり、オーバ
ーレイコーティングには、実験Ｉ同様に溶射、ピーニン
グ、加熱処理を行った。イットリウムリッチなアルミニ
ウム処理コーティングもまた実験Ｉ同様の手法で製造し
た。
試験の結果、オーバーレイコーティングの耐久性は、
約170時間/milであったのに対し、本発明のコーティン
グの耐久性は、約410時間/milであった。従って、本発
明の手法は、コーティングの耐久性をほぼ150％改善し
た。
約170時間/milであったのに対し、本発明のコーティン
グの耐久性は、約410時間/milであった。従って、本発
明の手法は、コーティングの耐久性をほぼ150％改善し
た。
実施例 IV ５から44ミクロンの直径を有し、wt％でコバルト22、
クロム17、アルミニウム12.5、イットリウム0.6、ケイ
素0.4、ハフニウム0.2及び残部ニッケルの組成を有する
粉末をニッケルベースの、クロム10、コバルト５、タン
グステン４、チタン1.5、タンタル12、アルミニウム５
及び残部ニッケルの組成を有するスーパーアロイの表面
にプラズマ溶射して付着した。粉末は、エレクトロプラ
ズマコーポレイション販売の低圧チャンバースプレイ装
置（モデル005）を用いて溶射した。このスプレイ装置
には、粉末を溶射する密閉されたチャンバーが設置され
ており、このチャンバーをおよそ50mmHgに減圧したアル
ゴン雰囲気中で使用した。プラズマ溶射は、およそ50ボ
ルト、1,520アンペアの条件で、85％アルゴンー15％ヘ
リウムアークガス中で行った。これらの条件により、粉
末はスーパーアロイの表面に打ち付けられる際に十分に
融解された。粉末の供給速度はおよそ0.3ポンド／分と
し、およそ0.001インチ厚で第１図に示すコーテイング
と同様のオーバーレイが形成された。
クロム17、アルミニウム12.5、イットリウム0.6、ケイ
素0.4、ハフニウム0.2及び残部ニッケルの組成を有する
粉末をニッケルベースの、クロム10、コバルト５、タン
グステン４、チタン1.5、タンタル12、アルミニウム５
及び残部ニッケルの組成を有するスーパーアロイの表面
にプラズマ溶射して付着した。粉末は、エレクトロプラ
ズマコーポレイション販売の低圧チャンバースプレイ装
置（モデル005）を用いて溶射した。このスプレイ装置
には、粉末を溶射する密閉されたチャンバーが設置され
ており、このチャンバーをおよそ50mmHgに減圧したアル
ゴン雰囲気中で使用した。プラズマ溶射は、およそ50ボ
ルト、1,520アンペアの条件で、85％アルゴンー15％ヘ
リウムアークガス中で行った。これらの条件により、粉
末はスーパーアロイの表面に打ち付けられる際に十分に
融解された。粉末の供給速度はおよそ0.3ポンド／分と
し、およそ0.001インチ厚で第１図に示すコーテイング
と同様のオーバーレイが形成された。
オーバーレイコーティングをスーパーアロイ表面に付
着した後、これをガラスビーズで0.017乃至0.019インチ
Ｎの強さでピーニングし、次いで被覆部材をwt％で10Co
2Al5、1Cr、0.5NH4Cl、残部Al2O3の組成を有するパック
セメンテイション混合物中でアルミニウム処理した。こ
のアルミニウム処理は、1875゜Fで３時間、アルゴン雰
囲気中で行った。続いて、被覆された部材を1975゜Fで
４時間加熱処理してアルミニウムを分散させ、1600゜F
で32時間加熱処理してこれを沈着させた。
着した後、これをガラスビーズで0.017乃至0.019インチ
Ｎの強さでピーニングし、次いで被覆部材をwt％で10Co
2Al5、1Cr、0.5NH4Cl、残部Al2O3の組成を有するパック
セメンテイション混合物中でアルミニウム処理した。こ
のアルミニウム処理は、1875゜Fで３時間、アルゴン雰
囲気中で行った。続いて、被覆された部材を1975゜Fで
４時間加熱処理してアルミニウムを分散させ、1600゜F
で32時間加熱処理してこれを沈着させた。
金属組織学的検査の結果、アルミニウム処理したオー
バーレイコーティングニッケルベーススーパーアロイ部
材は、第２図に示すのと同様な二段構造を示した。ま
た、その外側領域がおよそ0.002インチ厚で、分散領域
がおよそ0.001インチ厚であった。従って、外側領域と
分散領域との合計コーティング厚は、およそ0.003イン
チ厚であり、オーバーレイコーティング厚よりもおよそ
200％増であった。加えて、分散領域は外側領域厚のお
よそ50％程度まで、この領域内部に広がっていた。分散
領域厚は外側領域厚のおよそ30％以下とするのが望まし
い。外側領域の組成は、電子マイクロプローブ微量分析
によって以下のように決定された。即ち、wt％でアルミ
ニウム濃度約24乃至31、イットリウム濃度約0.2乃至0.
3、ハフニウム濃度約0.05乃至0.15、ケイ素濃度約0.1乃
至0.2、クロム濃度約５乃至18、コバルト濃度約30以
下、及び残部ニッケルの組成を有していた。分散領域
は、外側領域よりも低濃度で、基盤よりも高濃度のアル
ミニウムを含有していた。本発明のコーティングの性能
は、分散領域内のアルミニウム濃度勾配に依存しない
が、一般に、分散領域内のアルミニウム濃度は、層の深
さの関数として低下した。また、分散領域は、基盤元素
をも組成中に含有していた。
バーレイコーティングニッケルベーススーパーアロイ部
材は、第２図に示すのと同様な二段構造を示した。ま
た、その外側領域がおよそ0.002インチ厚で、分散領域
がおよそ0.001インチ厚であった。従って、外側領域と
分散領域との合計コーティング厚は、およそ0.003イン
チ厚であり、オーバーレイコーティング厚よりもおよそ
200％増であった。加えて、分散領域は外側領域厚のお
よそ50％程度まで、この領域内部に広がっていた。分散
領域厚は外側領域厚のおよそ30％以下とするのが望まし
い。外側領域の組成は、電子マイクロプローブ微量分析
によって以下のように決定された。即ち、wt％でアルミ
ニウム濃度約24乃至31、イットリウム濃度約0.2乃至0.
3、ハフニウム濃度約0.05乃至0.15、ケイ素濃度約0.1乃
至0.2、クロム濃度約５乃至18、コバルト濃度約30以
下、及び残部ニッケルの組成を有していた。分散領域
は、外側領域よりも低濃度で、基盤よりも高濃度のアル
ミニウムを含有していた。本発明のコーティングの性能
は、分散領域内のアルミニウム濃度勾配に依存しない
が、一般に、分散領域内のアルミニウム濃度は、層の深
さの関数として低下した。また、分散領域は、基盤元素
をも組成中に含有していた。
酸化試験は、2100゜Fで行ったが、本発明のコーティ
ングは、約1250時間基盤の悪化を防いだ。これはNiCoCr
AlYとHfとSiのオーバーレイをプラズマ溶射したものと
同等以上の保護効果であった。熱疲労試験においては、
被覆された部材に、800゜Fから1200゜Fの間の加熱を繰
り返している間、0.5％の歪みをかけた。ニッケルベー
スの単結晶スーパーアロイ試験部材は、約15000回の耐
久性を持ち、薄層アルミニウムコート部材（第３図にお
けるアルミニウム処理Ｂ）と同等以上であった。
ングは、約1250時間基盤の悪化を防いだ。これはNiCoCr
AlYとHfとSiのオーバーレイをプラズマ溶射したものと
同等以上の保護効果であった。熱疲労試験においては、
被覆された部材に、800゜Fから1200゜Fの間の加熱を繰
り返している間、0.5％の歪みをかけた。ニッケルベー
スの単結晶スーパーアロイ試験部材は、約15000回の耐
久性を持ち、薄層アルミニウムコート部材（第３図にお
けるアルミニウム処理Ｂ）と同等以上であった。
実施例 Ｖ ５乃至44ミクロンの直径を有し、wt％で、コバルト2
2、クロム17、アルミニウム12.5、イットリウム0.6、ケ
イ素0.3、ハフニウム0.2、及び残部ニッケルの組成を有
する粉末を、実験IVに記載した組成のニッケルベースス
ーパーアロイ上に、実験IVと同じパラメータを用いてプ
ラズマ溶射した。
2、クロム17、アルミニウム12.5、イットリウム0.6、ケ
イ素0.3、ハフニウム0.2、及び残部ニッケルの組成を有
する粉末を、実験IVに記載した組成のニッケルベースス
ーパーアロイ上に、実験IVと同じパラメータを用いてプ
ラズマ溶射した。
得られたコーティングをガラスビーズで、実験IVと同
様にピーニングしてアルミニウム処理を行った。酸化試
験は、2100゜Fで行った。コーティングは、約1250時間
の間、基盤の悪化を防止した。
様にピーニングしてアルミニウム処理を行った。酸化試
験は、2100゜Fで行った。コーティングは、約1250時間
の間、基盤の悪化を防止した。
実施例 VI 約５乃至44ミクロンの直径を有し、wt％で、コバルト
22、クロム17、アルミニウム12.5、イットリウム0.5、
ケイ素2.2の組成を有する粉末を、実験IVに記載の組成
を有するニッケルベーススーパーアロイ上に、実験IVと
同じパラメータを用いてプラズマ溶射した。得られたコ
ーティングは、ガラスビーズで、実験IV同様にピーニン
グしてアルミニウム処理を行った。酸化試験は2100゜F
で行った。コーティングは約900時間の間、基盤を保護
した。
22、クロム17、アルミニウム12.5、イットリウム0.5、
ケイ素2.2の組成を有する粉末を、実験IVに記載の組成
を有するニッケルベーススーパーアロイ上に、実験IVと
同じパラメータを用いてプラズマ溶射した。得られたコ
ーティングは、ガラスビーズで、実験IV同様にピーニン
グしてアルミニウム処理を行った。酸化試験は2100゜F
で行った。コーティングは約900時間の間、基盤を保護
した。
実施例 VII wt％で、コバルト22、クロム17、アルミニウム12.5、
イットリウム0.3、ケイ素0.5、セリウム0.6の組成を有
する粉末を、実験IV同様に溶射し、ピーニングしてアル
ミニウム処理を行った。酸化試験は2100゜Fで行った。
コーティングは、約750時間の間、基盤を保護した。
イットリウム0.3、ケイ素0.5、セリウム0.6の組成を有
する粉末を、実験IV同様に溶射し、ピーニングしてアル
ミニウム処理を行った。酸化試験は2100゜Fで行った。
コーティングは、約750時間の間、基盤を保護した。
実施例 VIII wt％で、コバルト22、クロム17、アルミニウム12.5、
イットリウム0.3、ハフニウム1.2の組成を有する粉末
を、実験IV同様に溶射、ピーニングしてアルミニウム処
理を行った。酸化試験は2100゜Fで行った。コーティン
グは約650時間の間、基盤を保護した。
イットリウム0.3、ハフニウム1.2の組成を有する粉末
を、実験IV同様に溶射、ピーニングしてアルミニウム処
理を行った。酸化試験は2100゜Fで行った。コーティン
グは約650時間の間、基盤を保護した。
実施例 IX ブーンらに付与された米国特許第3,544,348号に記載
の手法で、アルミニウムのみでコーティングした部材を
2100゜Fで酸化試験にかけた。アルミニウムコーティン
グは約375時間の間、基盤を酸化から保護した。
の手法で、アルミニウムのみでコーティングした部材を
2100゜Fで酸化試験にかけた。アルミニウムコーティン
グは約375時間の間、基盤を酸化から保護した。
こうして、上述の実験IVからVIIIの結果より、オーバ
ーレイコーティングをアルミニウム処理したコーティン
グは総て、単にアルミニウムのみで被覆した実験IXのコ
ーティングの耐酸化性に比べ有意に耐酸化性が向上して
いた。
ーレイコーティングをアルミニウム処理したコーティン
グは総て、単にアルミニウムのみで被覆した実験IXのコ
ーティングの耐酸化性に比べ有意に耐酸化性が向上して
いた。
なお、本発明の適応は、例示された実施例に限られる
ものでなく、特許請求の範囲に述べた本発明の主旨を逸
脱しない範囲での総ての変形例において、実施し得るも
のである。上述した実施例は、イットリウム、ケイ素及
びハフニウムを組み合わせてオーバーレイコーティング
の好ましい元素として用いているが、同様の酸素活性能
を有する他の元素を用いることも可能である。これらの
元素には、従来より周知のセリウムその他の希土類元素
が含まれる。これら酸素活性元素のうち二種以上がオー
バーレイコーティング内に0.5乃至9wt％の範囲で存在す
ることが望ましい。
ものでなく、特許請求の範囲に述べた本発明の主旨を逸
脱しない範囲での総ての変形例において、実施し得るも
のである。上述した実施例は、イットリウム、ケイ素及
びハフニウムを組み合わせてオーバーレイコーティング
の好ましい元素として用いているが、同様の酸素活性能
を有する他の元素を用いることも可能である。これらの
元素には、従来より周知のセリウムその他の希土類元素
が含まれる。これら酸素活性元素のうち二種以上がオー
バーレイコーティング内に0.5乃至9wt％の範囲で存在す
ることが望ましい。
［発明の効果］ 上記のように構成されたスーパーアロイのコーティン
グは、高濃度のアルミニウム含有領域に存在するイット
リウムやケイ素やハフニウム等酸素活性元素によって、
コーティングの耐酸化性を向上することができる。ま
た、オーバーレイコーティングと、基盤との間に形成さ
れた分散領域中に分散したアルミニウムにより、熱疲労
に対する耐久性を向上することができる。即ち、本発明
によれば、従来のアルミニウム処理コーティング及びオ
ーバーレイコーティングを組み合わせることにより、両
者の性能を併せ持ち、優れた耐酸化性と耐熱疲労性を有
するコーティングを製造できる。また、本発明は、従来
より周知の手法を駆使して応用しているため、容易に製
造を行える効果がある。
グは、高濃度のアルミニウム含有領域に存在するイット
リウムやケイ素やハフニウム等酸素活性元素によって、
コーティングの耐酸化性を向上することができる。ま
た、オーバーレイコーティングと、基盤との間に形成さ
れた分散領域中に分散したアルミニウムにより、熱疲労
に対する耐久性を向上することができる。即ち、本発明
によれば、従来のアルミニウム処理コーティング及びオ
ーバーレイコーティングを組み合わせることにより、両
者の性能を併せ持ち、優れた耐酸化性と耐熱疲労性を有
するコーティングを製造できる。また、本発明は、従来
より周知の手法を駆使して応用しているため、容易に製
造を行える効果がある。
添付した図面において、第１図は、本発明により製造さ
れたコーティング内のオーバーレイコーティングの金属
組織を示す顕微鏡写真、 第２図は、本発明のコーティングの金属組織を示す顕微
鏡写真、 第３図は、本発明のコーティングを数種類の他のコーテ
ィングに対して、その酸化及び熱疲労に対する耐久性を
比較したグラフ、 第４図は、本発明のコーティングと他のコーティングに
関して、反復酸化試験を行った結果を示すグラフであ
る。
れたコーティング内のオーバーレイコーティングの金属
組織を示す顕微鏡写真、 第２図は、本発明のコーティングの金属組織を示す顕微
鏡写真、 第３図は、本発明のコーティングを数種類の他のコーテ
ィングに対して、その酸化及び熱疲労に対する耐久性を
比較したグラフ、 第４図は、本発明のコーティングと他のコーティングに
関して、反復酸化試験を行った結果を示すグラフであ
る。
フロントページの続き (72)発明者 ウオルター イー．オルソン アメリカ合衆国，コネチカット，バーノ ン，ワインデイング ブルック トレイ ル 46 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 28/02
Claims (35)
- 【請求項１】耐酸化性及び耐熱疲労性を有するコーティ
ングであつて、該コーティングが、ニッケルとコバルト
をベースにしたスーパーアロイ群から選択された基盤
と、該基盤に分散された0.001乃至0.004インチ厚のアル
ミニウム処理コーティングから構成され、 前記コーティングが、外側領域を形成する第二のコーテ
ィングと、該外側領域の内側に形成される第一のコーテ
ィングとを有し、 前記外側領域を形成する第二のコーティングが、wt％
で、20乃至35のアルミニウムと、0.2乃至２のイットリ
ウムと、５乃至30のクロムと、40以下のコバルト及び残
部ニッケルで示される組成を有し、前記第一のコーティ
ングが、前記第二のコーティングからの拡散処理によ
り、前記外側領域よりも低濃度かつ前記基盤よりも高濃
度のアルミニウムを含有することを特徴とするコーティ
ング。 - 【請求項２】前記アルミニウムの濃度が、前記第一のコ
ーティング内において、該コーティング厚に伴って変動
することを特徴とする請求項第１項に記載のコーティン
グ。 - 【請求項３】前記第一のコーティングが、前記外側領域
を形成する第二のコーティングよりも低い耐酸化性を有
することを特徴とする、請求項第１項に記載のコーティ
ング。 - 【請求項４】0.0005乃至0.003インチ厚のwt％で、20乃
至38のコバルトと、12乃至20のクロムと、10乃至14のア
ルミニウムと、２乃至3.5のイットリウム及び残部ニッ
ケルから成る組成を有する第一のコーティングを基盤の
表面に施す工程と、 表面近傍に20乃至35wt％のアルミニウムを含有するよう
に第二のコーティングを施す工程と、から構成され、 この第二のコーティングは、前記第一のコーティング
が、前記第二のコーティングの内側においてこの第二の
コーティングよりも低濃度、かつ基盤よりも高濃度のア
ルミニウムを含有するように前記第一のコーティング
と、前記基盤内と、にまでアルミニウムを拡散させるよ
うにして形成されていることを特徴とする耐酸化性及び
耐熱疲労性を有するコーティングをニッケルあるいはコ
バルトをベースとするスーパーアロイに付着させる方
法。 - 【請求項５】前記外側領域を形成する第二のコーティン
グと前記拡散領域を形成する第一のコーティングの合計
厚が、約0.001乃至0.004インチであることを特徴とする
請求項第４項に記載の方法。 - 【請求項６】前記第一のコーティングが、0.0005乃至0.
0015インチ厚であることを特徴とする請求項第４項に記
載の方法。 - 【請求項７】前記第一のコーティング厚が、0.002乃至
0.003インチであることを特徴とする請求項第４項に記
載の方法。 - 【請求項８】前記各コーティングの合計厚が、0.002乃
至0.003インチであることを特徴とする請求項第５項に
記載の方法。 - 【請求項９】前記各コーティングの合計厚が、前記第一
のコーティング厚の100％以上厚いことを特徴とする請
求項第５項に記載の方法。 - 【請求項１０】前記第一のコーティングが、粉末がスー
パーアロイ表面に打ち付けられる際に十分融解するよう
なプラズマ溶射によつて、該粉末を付着させて形成され
ることを特徴とする請求項第４項に記載の方法。 - 【請求項１１】前記第一のコーティングが、低圧プラズ
マ溶射によつて付着されることを特徴とする請求項第10
項に記載の方法。 - 【請求項１２】前記プラズマ溶射される粉末が、5wt％
以上のアルミニウムを含有することを特徴とする請求項
第10項に記載の方法。 - 【請求項１３】前記アルミニウムが、前記第一のコーテ
ィング内に、パックセメンテイション法により拡散され
ることを特徴とする請求項第４項に記載の方法。 - 【請求項１４】前記第一のコーティングが、約30乃至38
wt％のコバルトと、12乃至20wt％のクロムと、10乃至14
wt％のアルミニウムと、２乃至3.5wt％のイットリウム
及び残部ニッケルから構成されることを特徴とする請求
項第４項に記載の方法。 - 【請求項１５】前記第一のコーティングが、約35wt％の
コバルトと、15wt％のクロムと、11wt％のアルミニウム
と、2.5wt％のイットリウム及び残部ニッケルから構成
されることを特徴とする請求項第４項に記載の方法。 - 【請求項１６】前記第一のコーティングが、前記拡散工
程の前に、ピーニングされることを特徴とする請求項第
４項に記載の方法。 - 【請求項１７】請求項第７項に記載の製造方法によって
製造されることを特徴とするコーティング。 - 【請求項１８】wt％で、20乃至38のコバルト、12乃至20
のクロム、10乃至14のアルミニウム、２乃至3.5のイッ
トリウム及び残部ニッケルから構成されることを特徴と
するNiCoCrAlYコーティング。 - 【請求項１９】耐酸化性及び耐熱疲労性を有するコーテ
ィングであって、該コーティングが、ニッケルとコバル
トをベースにしたスーパーアロイ群から選択された基盤
と、該基盤に分散された0.001乃至0.004インチ厚のアル
ミニウム処理コーティングから構成され、前記コーティ
ングが、外側領域を形成する第二のコーティングと、該
外側領域の内側に拡散処理された第一のコーティング
と、から形成され、 前記外側領域を形成する前記第二のコーティングが、wt
％で、20乃至35のアルミニウムと、0.1乃至５のイット
リウムと、0.1乃至７のケイ素と、0.1乃至２のハフニウ
ムと、５乃至30のクロムと、10乃至40のコバルト及び残
部ニッケルで示される組成をとり、拡散処理された前記
第一のコーティングが、前記外側領域を形成する前記第
二のコーティングよりも低濃度かつ前記基盤よりも高濃
度のアルミニウムを含有することを特徴とするコーティ
ング。 - 【請求項２０】前記含有されるアルミニウムの濃度が、
前記拡散処理を受けた第一のコーティング内において、
該コーティング厚に伴って変動することを特徴とする請
求項第19項に記載のコーティング。 - 【請求項２１】0.0005乃至0.003インチ厚のイットリウ
ムと、ケイ素と、ハフニウムと、を含有するオーバーレ
イコーティングを基盤の表面に付着させて第一のコーテ
ィングを形成する工程と、 外側領域を形成する第二のコーティングの内側におい
て、前記第二のコーティングよりも低濃度で前記基盤よ
りも高濃度のアルミニウムを含有するように前記第一の
コーティングを拡散処理しつつ前記第一のコーティング
の表面近傍に、20乃至35wt％のアルミニウムを含有する
外側領域を形成する第二のコーティングを形成する工程
とを有し、 前記拡散工程は、前記第二のコーティングと前記第一の
コーティングの合計厚が、0.001乃至0.005インチとなる
ように、前記オーバーレイコーティングと、前記基盤内
と、にアルミニウムを拡散させることを特徴とする耐酸
化性及び耐熱疲労性を有するコーティングをニッケルあ
るいはコバルトをベースとするスーパーアロイに付着さ
せる方法。 - 【請求項２２】前記オーバーレイコーティングが、0.00
05乃至0.0015インチ厚であることを特徴とする請求項第
21項に記載の方法。 - 【請求項２３】前記各コーティングの合計厚が、前記オ
ーバーレイコーティング厚の100％以上厚いことを特徴
とする請求項第21項に記載の方法。 - 【請求項２４】前記オーバーレイコーティングが、粉末
がスーバーアロイ表面に打ち付けられる際に十分融解す
るようなプラズマ溶射によって、該粉末を付着させて形
成されることを特徴とする請求項第21項に記載の方法。 - 【請求項２５】前記プラズマ溶射される粉末が、5wt％
以上のアルミニウムを含有することを特徴とする請求項
第21項に記載の方法。 - 【請求項２６】前記オーバレイコーティング厚が、0.00
2乃至0.003インチであることを特徴とする請求項第22項
に記載の方法。 - 【請求項２７】前記各領域の合計厚が、0.002乃至0.003
インチであることを特徴とする請求項第23項に記載の方
法。 - 【請求項２８】前記オーバーレイコーティングが、低圧
プラズマ溶射によつて付着されることを特徴とする請求
項第24項に記載の方法。 - 【請求項２９】前記オーバーレイコーティングが、前記
拡散工程の前に、ピーニングされることを特徴とする、
請求項第21項に記載の方法。 - 【請求項３０】前記オーバーレイコーティングが、10乃
至40wt％のコバルトと、５乃至30wt％のクロムと、５乃
至15wt％のアルミニウムと、0.1乃至5wt％のイットリウ
ムと、0.1乃至7wt％のケイ素と、0.1乃至2wt％のハフニ
ウム及び残部ニッケルから構成されることを特徴とする
請求項第21項に記載の方法。 - 【請求項３１】前記オーバーレイコーティングが、22wt
％のコバルトと、17wt％のクロムと、12.5wt％のアルミ
ニウムと、0.6wt％のイットリウムと、0.4wt％のケイ素
と、0.2wt％のハフニウム及び残部ニッケルから構成さ
れることを特徴とする請求項第30項に記載の方法。 - 【請求項３２】前記オーバーレイコーティング内のイッ
トリウムと、ケイ素と、ハフニウムの合計含量が、0.5
乃至9wt％であることを特徴とする請求項第30項に記載
の方法。 - 【請求項３３】前記オーバーレイコーティング内のイッ
トリウムと、ケイ素と、ハフニウムの合計含量が、0.5
乃至6wt％であることを特徴とする、請求項第30項に記
載の方法。 - 【請求項３４】前記オーバーレイコーティング内のイッ
トリウムと、ケイ素と、ハフニウムの合計含量が、1.2w
t％であることを特徴とする請求項第30項に記載の方
法。 - 【請求項３５】0.0005乃至0.003インチ厚の、二種以上
の酸素活性元素を合計で0.5乃至9wt％含有するオーバー
レイコーティングを基盤の表面に付着させる工程と、 該コーティングの表面近傍に、外側領域を形成する第二
のコーティングよりも低濃度で前記基盤よりも高濃度の
アルミニウムを含有するように第一のコーティングに拡
散処理を施しつつ、20乃至35wt％のアルミニウムを含有
する前記第二のコーティングを形成する工程とを有し、 前記拡散工程は、前記外側領域を形成する前記第二のコ
ーティング及び拡散領域を形成する前記第一のコーティ
ングの合計厚が、0.001乃至0.005インチとなるように、
前記オーバーレイコーティングと、前記基盤内と、にア
ルミニウムを拡散させることを特徴とする耐酸化性及び
耐熱疲労性を有するコーティングをニッケルあるいはコ
バルトをベースとするスーパーアロイに付着させる方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US319,593 | 1989-03-06 | ||
| US07/319,593 US4933239A (en) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | Aluminide coating for superalloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0344484A JPH0344484A (ja) | 1991-02-26 |
| JP3001161B2 true JP3001161B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=23242908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34503289A Expired - Fee Related JP3001161B2 (ja) | 1989-03-06 | 1989-12-29 | スーパーアロイに用いるアルミニウム処理コーティング |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4933239A (ja) |
| EP (1) | EP0386386B1 (ja) |
| JP (1) | JP3001161B2 (ja) |
| CN (1) | CN1022936C (ja) |
| AU (1) | AU626355B2 (ja) |
| BR (1) | BR8906389A (ja) |
| CA (1) | CA2006892C (ja) |
| DE (1) | DE68921194T2 (ja) |
| IL (1) | IL92516A (ja) |
| NZ (1) | NZ231608A (ja) |
| ZA (1) | ZA899398B (ja) |
Families Citing this family (66)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03268243A (ja) * | 1990-03-16 | 1991-11-28 | Sony Corp | 光ディスク |
| US5139824A (en) * | 1990-08-28 | 1992-08-18 | Liburdi Engineering Limited | Method of coating complex substrates |
| KR930002869B1 (ko) * | 1990-12-31 | 1993-04-12 | 포항종합제철 주식회사 | 소둔가열로용 방열튜브 및 그 제조방법 |
| US5049418A (en) * | 1991-02-19 | 1991-09-17 | Grumman Aerospace Corporation | Barrier coatings for oxidation protection incorporating compatibility layer |
| US6010761A (en) * | 1991-03-12 | 2000-01-04 | Sony Corporation | Optical disc |
| US5116690A (en) * | 1991-04-01 | 1992-05-26 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Oxidation resistant coating for titanium alloys and titanium alloy matrix composites |
| US5161898A (en) * | 1991-07-05 | 1992-11-10 | Camco International Inc. | Aluminide coated bearing elements for roller cutter drill bits |
| US5236745A (en) * | 1991-09-13 | 1993-08-17 | General Electric Company | Method for increasing the cyclic spallation life of a thermal barrier coating |
| JP2949605B2 (ja) * | 1991-09-20 | 1999-09-20 | 株式会社日立製作所 | 合金被覆ガスタービン翼及びその製造方法 |
| US5221354A (en) * | 1991-11-04 | 1993-06-22 | General Electric Company | Apparatus and method for gas phase coating of hollow articles |
| US5261963A (en) * | 1991-12-04 | 1993-11-16 | Howmet Corporation | CVD apparatus comprising exhaust gas condensation means |
| US5264245A (en) * | 1991-12-04 | 1993-11-23 | Howmet Corporation | CVD method for forming uniform coatings |
| US5334263A (en) * | 1991-12-05 | 1994-08-02 | General Electric Company | Substrate stabilization of diffusion aluminide coated nickel-based superalloys |
| GB9210683D0 (en) * | 1992-05-19 | 1992-07-08 | Rolls Royce Plc | Multiplex aluminide-silicide coating |
| US5268045A (en) * | 1992-05-29 | 1993-12-07 | John F. Wolpert | Method for providing metallurgically bonded thermally sprayed coatings |
| DE4226272C1 (de) * | 1992-08-08 | 1994-02-10 | Mtu Muenchen Gmbh | Verfahren zur Behandlung von MCrAlZ-Schichten und mit dem Verfahren hergestellte Bauteile |
| US5500252A (en) * | 1992-09-05 | 1996-03-19 | Rolls-Royce Plc | High temperature corrosion resistant composite coatings |
| US5650235A (en) * | 1994-02-28 | 1997-07-22 | Sermatech International, Inc. | Platinum enriched, silicon-modified corrosion resistant aluminide coating |
| US5660886A (en) * | 1995-04-24 | 1997-08-26 | Mc Donnell Douglas Corp | Method for forming in situ diffusion barrier while diffusing aluminum through nickel-boron |
| US6022632A (en) * | 1996-10-18 | 2000-02-08 | United Technologies | Low activity localized aluminide coating |
| US6458473B1 (en) | 1997-01-21 | 2002-10-01 | General Electric Company | Diffusion aluminide bond coat for a thermal barrier coating system and method therefor |
| US6284390B1 (en) | 1998-06-12 | 2001-09-04 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coating system utilizing localized bond coat and article having the same |
| WO2000009777A1 (en) * | 1998-08-17 | 2000-02-24 | Coltec Industries Inc. | Vapor phase co-deposition coating for superalloy applications |
| EP1033417A1 (de) * | 1999-03-04 | 2000-09-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Einrichtung zur Beschichtung eines Erzeugnisses, insbesondere eines Hochtemperaturbauteils einer Gasturbine |
| US6435830B1 (en) * | 1999-12-20 | 2002-08-20 | United Technologies Corporation | Article having corrosion resistant coating |
| SG98436A1 (en) * | 1999-12-21 | 2003-09-19 | United Technologies Corp | Method of forming an active-element containing aluminide as stand alone coating and as bond coat and coated article |
| US6472018B1 (en) | 2000-02-23 | 2002-10-29 | Howmet Research Corporation | Thermal barrier coating method |
| US6346134B1 (en) * | 2000-03-27 | 2002-02-12 | Sulzer Metco (Us) Inc. | Superalloy HVOF powders with improved high temperature oxidation, corrosion and creep resistance |
| FR2813318B1 (fr) * | 2000-08-28 | 2003-04-25 | Snecma Moteurs | Formation d'un revetement aluminiure incorporant un element reactif, sur un substrat metallique |
| US6635362B2 (en) | 2001-02-16 | 2003-10-21 | Xiaoci Maggie Zheng | High temperature coatings for gas turbines |
| US8252376B2 (en) * | 2001-04-27 | 2012-08-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for restoring the microstructure of a textured article and for refurbishing a gas turbine blade or vane |
| US6560870B2 (en) * | 2001-05-08 | 2003-05-13 | General Electric Company | Method for applying diffusion aluminide coating on a selective area of a turbine engine component |
| JP3700766B2 (ja) * | 2001-05-15 | 2005-09-28 | 株式会社東北テクノアーチ | 熱遮蔽皮膜被覆部材並びに溶射用粉体 |
| EP1298230A1 (de) * | 2001-10-01 | 2003-04-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Entfernung von Schichtbereichen eines Bauteils aus Metall |
| US6942929B2 (en) | 2002-01-08 | 2005-09-13 | Nianci Han | Process chamber having component with yttrium-aluminum coating |
| US7371467B2 (en) | 2002-01-08 | 2008-05-13 | Applied Materials, Inc. | Process chamber component having electroplated yttrium containing coating |
| US6855212B2 (en) * | 2002-02-15 | 2005-02-15 | Honeywell International Inc. | Elevated temperature oxidation protection coatings for titanium alloys and methods of preparing the same |
| US6746783B2 (en) * | 2002-06-27 | 2004-06-08 | General Electric Company | High-temperature articles and method for making |
| US7297247B2 (en) * | 2003-05-06 | 2007-11-20 | Applied Materials, Inc. | Electroformed sputtering target |
| EP1491659B1 (en) * | 2003-06-26 | 2006-06-07 | ALSTOM Technology Ltd | A method of depositing a coating system |
| US7153586B2 (en) * | 2003-08-01 | 2006-12-26 | Vapor Technologies, Inc. | Article with scandium compound decorative coating |
| US6935187B1 (en) * | 2004-03-03 | 2005-08-30 | General Electric Company | Test method for assessing thermal mechanical fatigue performance of a test material |
| US20070026205A1 (en) | 2005-08-01 | 2007-02-01 | Vapor Technologies Inc. | Article having patterned decorative coating |
| DE102005053531A1 (de) * | 2005-11-08 | 2007-05-10 | Man Turbo Ag | Wärmedämmende Schutzschicht für ein Bauteil innerhalb des Heißgasbereiches einer Gasturbine |
| US20100136240A1 (en) * | 2007-05-07 | 2010-06-03 | O'connell Matthew James | Process for Forming an Outward Grown Aluminide Coating |
| CN101310971B (zh) * | 2007-05-25 | 2012-01-04 | 中国科学院金属研究所 | 一种MCrAlY加复合梯度涂层及制备工艺 |
| EP2098606A1 (en) * | 2008-03-04 | 2009-09-09 | Siemens Aktiengesellschaft | A MCrAlY alloy, methods to produce a MCrAlY layer and a honeycomb seal |
| DE102008019296A1 (de) * | 2008-04-16 | 2009-10-22 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Verfahren zur Herstellung eines Feuerschutzes für aus Titan bestehende Bauteilkörper einer Fluggasturbine und Bauteilkörper aus Titan für eine Fluggasturbine |
| EP2174740A1 (en) * | 2008-10-08 | 2010-04-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Honeycomb seal and method to produce it |
| EP2239346A1 (en) * | 2009-04-09 | 2010-10-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Slurry composition for aluminising a superalloy component |
| ES2403111T3 (es) * | 2009-04-09 | 2013-05-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Introducción de al menos uno de los elementos de hafnio, lantano e itrio en un componente de superaleación |
| US20110300405A1 (en) * | 2010-06-03 | 2011-12-08 | General Electric Company | Oxidation resistant components and related methods |
| WO2012033160A1 (ja) * | 2010-09-09 | 2012-03-15 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 耐酸化特性に優れた高温用合金材料およびその製造方法 |
| CN101942635B (zh) * | 2010-09-09 | 2011-11-30 | 西北工业大学 | 一种铝钇镁共渗粉末包覆渗剂及其制备和包覆方法 |
| US8367160B2 (en) * | 2010-11-05 | 2013-02-05 | United Technologies Corporation | Coating method for reactive metal |
| US20120189778A1 (en) * | 2011-01-26 | 2012-07-26 | Riewe Curtis H | Coating method using ionic liquid |
| CN102776512B (zh) * | 2012-08-10 | 2014-07-23 | 苏州市涵信塑业有限公司 | 一种梯度热障涂层的制备方法 |
| CN103060747B (zh) * | 2012-12-13 | 2014-10-15 | 北京航空航天大学 | 一种采用包埋渗工艺在Ni基高温合金上制备Y改性CoAlNi涂层的方法 |
| CN103305844B (zh) * | 2013-05-07 | 2015-09-09 | 南京航空航天大学 | 一种钛合金表面抗高温氧化和耐磨损的复合涂层的制备方法 |
| US9957629B2 (en) | 2014-08-27 | 2018-05-01 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Electroplated coatings |
| EP3470543A1 (en) * | 2017-10-12 | 2019-04-17 | General Electric Company | Coated component and method of preparing a coated component |
| CN107620061B (zh) * | 2017-10-30 | 2019-11-05 | 江苏大学 | 一种高温抗氧化钴基涂层材料及其制备方法 |
| US11092019B2 (en) * | 2018-10-12 | 2021-08-17 | General Electric Company | Coated component and method of preparing a coated component |
| CN113774313B (zh) * | 2021-08-20 | 2022-09-27 | 华北电力大学 | 受热面具有铝增强型熔覆复合涂层的水冷壁及其制备方法 |
| DE102021127344A1 (de) * | 2021-10-21 | 2023-04-27 | MTU Aero Engines AG | Verfahren zum Beschichten eines Bauteils eines Flugtriebwerks mit einer Verschleißschutzschicht und Bauteil für ein Flugtriebwerk mit wenigstens einer Verschleißschutzschicht |
| US11821337B1 (en) | 2022-08-05 | 2023-11-21 | Rtx Corporation | Internal aluminide coating for vanes and blades and method of manufacture |
Family Cites Families (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US31339A (en) * | 1861-02-05 | Improvement in harvesters | ||
| US32121A (en) * | 1861-04-23 | Francis comtesse | ||
| US30995A (en) * | 1860-12-18 | Device eok | ||
| US3129069A (en) * | 1956-10-11 | 1964-04-14 | Gen Motors Corp | Oxidation-resistant turbine blades |
| US3819338A (en) * | 1968-09-14 | 1974-06-25 | Deutsche Edelstahlwerke Ag | Protective diffusion layer on nickel and/or cobalt-based alloys |
| US3594219A (en) * | 1969-02-24 | 1971-07-20 | United Aircraft Corp | Process of forming aluminide coatings on nickel and cobalt base superalloys |
| US3869779A (en) * | 1972-10-16 | 1975-03-11 | Nasa | Duplex aluminized coatings |
| US3849865A (en) * | 1972-10-16 | 1974-11-26 | Nasa | Method of protecting the surface of a substrate |
| US3873347A (en) * | 1973-04-02 | 1975-03-25 | Gen Electric | Coating system for superalloys |
| US3874901A (en) * | 1973-04-23 | 1975-04-01 | Gen Electric | Coating system for superalloys |
| US3961098A (en) * | 1973-04-23 | 1976-06-01 | General Electric Company | Coated article and method and material of coating |
| US3961910A (en) * | 1973-05-25 | 1976-06-08 | Chromalloy American Corporation | Rhodium-containing superalloy coatings and methods of making same |
| US4024294A (en) * | 1973-08-29 | 1977-05-17 | General Electric Company | Protective coatings for superalloys |
| US3918139A (en) * | 1974-07-10 | 1975-11-11 | United Technologies Corp | MCrAlY type coating alloy |
| US3999956A (en) * | 1975-02-21 | 1976-12-28 | Chromalloy American Corporation | Platinum-rhodium-containing high temperature alloy coating |
| US3979273A (en) * | 1975-05-27 | 1976-09-07 | United Technologies Corporation | Method of forming aluminide coatings on nickel-, cobalt-, and iron-base alloys |
| US4005989A (en) * | 1976-01-13 | 1977-02-01 | United Technologies Corporation | Coated superalloy article |
| US4117179A (en) * | 1976-11-04 | 1978-09-26 | General Electric Company | Oxidation corrosion resistant superalloys and coatings |
| US4101713A (en) * | 1977-01-14 | 1978-07-18 | General Electric Company | Flame spray oxidation and corrosion resistant superalloys |
| US4152223A (en) * | 1977-07-13 | 1979-05-01 | United Technologies Corporation | Plasma sprayed MCrAlY coating and coating method |
| US4246323A (en) * | 1977-07-13 | 1981-01-20 | United Technologies Corporation | Plasma sprayed MCrAlY coating |
| US4123595A (en) * | 1977-09-22 | 1978-10-31 | General Electric Company | Metallic coated article |
| US4123594A (en) * | 1977-09-22 | 1978-10-31 | General Electric Company | Metallic coated article of improved environmental resistance |
| US4198442A (en) * | 1977-10-31 | 1980-04-15 | Howmet Turbine Components Corporation | Method for producing elevated temperature corrosion resistant articles |
| GB2009251B (en) * | 1977-12-01 | 1982-08-18 | Rolls Royce | Coated metal part and the method of applying coating |
| DE3067748D1 (en) * | 1979-07-30 | 1984-06-14 | Secr Defence Brit | A method of forming a corrosion resistant coating on a metal article |
| US4371570A (en) * | 1980-02-11 | 1983-02-01 | United Technologies Corporation | Hot corrosion resistant coatings |
| FR2503829B1 (fr) * | 1981-04-08 | 1985-09-13 | Creusot Loire | Raccords de canalisation d'eau chaude proteges par un revetement de fer-aluminium |
| US4714624A (en) * | 1986-02-21 | 1987-12-22 | Textron/Avco Corp. | High temperature oxidation/corrosion resistant coatings |
| US4835011A (en) * | 1986-11-03 | 1989-05-30 | United Technologies Corporation | Yttrium enriched aluminide coatings |
-
1989
- 1989-03-06 US US07/319,593 patent/US4933239A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-12-01 IL IL9251689A patent/IL92516A/en not_active IP Right Cessation
- 1989-12-01 NZ NZ23160889A patent/NZ231608A/xx unknown
- 1989-12-05 AU AU45903/89A patent/AU626355B2/en not_active Ceased
- 1989-12-08 EP EP89630218A patent/EP0386386B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-12-08 ZA ZA899398A patent/ZA899398B/xx unknown
- 1989-12-08 DE DE1989621194 patent/DE68921194T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-09 CN CN89109243A patent/CN1022936C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-11 BR BR8906389A patent/BR8906389A/pt not_active IP Right Cessation
- 1989-12-29 JP JP34503289A patent/JP3001161B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-29 CA CA 2006892 patent/CA2006892C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2006892C (en) | 1999-12-07 |
| EP0386386A1 (en) | 1990-09-12 |
| ZA899398B (en) | 1990-09-26 |
| CN1045425A (zh) | 1990-09-19 |
| CN1022936C (zh) | 1993-12-01 |
| JPH0344484A (ja) | 1991-02-26 |
| DE68921194T2 (de) | 1995-06-14 |
| CA2006892A1 (en) | 1990-09-06 |
| BR8906389A (pt) | 1990-08-21 |
| DE68921194D1 (de) | 1995-03-23 |
| NZ231608A (en) | 1993-02-25 |
| AU4590389A (en) | 1990-09-06 |
| IL92516A (en) | 1994-11-28 |
| AU626355B2 (en) | 1992-07-30 |
| EP0386386B1 (en) | 1995-02-15 |
| IL92516A0 (en) | 1990-08-31 |
| US4933239A (en) | 1990-06-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3001161B2 (ja) | スーパーアロイに用いるアルミニウム処理コーティング | |
| US4897315A (en) | Yttrium enriched aluminide coating for superalloys | |
| US4145481A (en) | Process for producing elevated temperature corrosion resistant metal articles | |
| US4005989A (en) | Coated superalloy article | |
| US3999956A (en) | Platinum-rhodium-containing high temperature alloy coating | |
| US5238752A (en) | Thermal barrier coating system with intermetallic overlay bond coat | |
| US4447503A (en) | Superalloy coating composition with high temperature oxidation resistance | |
| USRE31339E (en) | Process for producing elevated temperature corrosion resistant metal articles | |
| US4198442A (en) | Method for producing elevated temperature corrosion resistant articles | |
| US4313760A (en) | Superalloy coating composition | |
| US4117179A (en) | Oxidation corrosion resistant superalloys and coatings | |
| US4339509A (en) | Superalloy coating composition with oxidation and/or sulfidation resistance | |
| EP0821076B1 (en) | A method of aluminising a superalloy | |
| US5334263A (en) | Substrate stabilization of diffusion aluminide coated nickel-based superalloys | |
| US20100021289A1 (en) | Method for applying a NiA1 based coating by an electroplating technique | |
| EP2145969B1 (en) | Economic oxidation and fatigue resistant metallic coating | |
| US6387541B1 (en) | Titanium article having a protective coating and a method of applying a protective coating to a Titanium article | |
| US4615864A (en) | Superalloy coating composition with oxidation and/or sulfidation resistance | |
| US4910092A (en) | Yttrium enriched aluminide coating for superalloys | |
| CA2034336A1 (en) | Coating systems for titanium oxidation protection | |
| US20080187773A1 (en) | Method for the Protection of Titanium Alloys Against High Temperatures and Material Produced | |
| US6485792B1 (en) | Endurance of NiA1 coatings by controlling thermal spray processing variables | |
| GB2322382A (en) | A coated superalloy article | |
| RU2212473C1 (ru) | Способ нанесения покрытий на сплавы | |
| EP0039594B1 (en) | A method of producing a nickel base alloy structure with ni-al coating |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |