JP3353035B2 - 断熱皮膜系 - Google Patents
断熱皮膜系Info
- Publication number
- JP3353035B2 JP3353035B2 JP28486298A JP28486298A JP3353035B2 JP 3353035 B2 JP3353035 B2 JP 3353035B2 JP 28486298 A JP28486298 A JP 28486298A JP 28486298 A JP28486298 A JP 28486298A JP 3353035 B2 JP3353035 B2 JP 3353035B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- coating system
- thermal barrier
- yttria
- layer
- 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
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジンの部品のように高温にさらされる部品に使用する保
護皮膜に係る。特に、本発明は断熱セラミック層を含む
断熱皮膜系に関し、このセラミック層の組成と析出法に
より皮膜系の耐スポーリング性が著しく高まるものであ
る。
ジンの部品のように高温にさらされる部品に使用する保
護皮膜に係る。特に、本発明は断熱セラミック層を含む
断熱皮膜系に関し、このセラミック層の組成と析出法に
より皮膜系の耐スポーリング性が著しく高まるものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジン内部の作動環境は
熱的にも化学的にも過酷である。高温合金は鉄、ニッケ
ルおよびコバルトをベースとする組成によって著しく進
歩したが、このような合金からなる部品をガスタービン
エンジンのある部分、たとえばタービン、燃焼器または
オーグメンターに用いると長時間の実用に耐えられない
ことが多い。一般的な対策は、そのような部品の表面を
アルミ化物皮膜や断熱皮膜系のような環境皮膜系で保護
することである。この断熱皮膜系は、環境耐性のボンデ
ィングコートと、このボンディングコートの上に設けら
れたセラミックの断熱皮膜（ＴＢＣ）の層とを含んでい
る。ボンディングコートは、一般に、ＭＣｒＡｌＹ（こ
こで、Ｍは鉄、コバルトおよび／またはニッケルであ
る）のような耐酸化性の合金で形成されるか、または、
耐酸化性の金属間化合物を形成する拡散アルミ化物かア
ルミ化白金から構成される。高温運転中これらのボンデ
ィングコートは、セラミック層をボンディングコートに
化学的に接合させる酸化物層すなわちスケールを形成す
る。
熱的にも化学的にも過酷である。高温合金は鉄、ニッケ
ルおよびコバルトをベースとする組成によって著しく進
歩したが、このような合金からなる部品をガスタービン
エンジンのある部分、たとえばタービン、燃焼器または
オーグメンターに用いると長時間の実用に耐えられない
ことが多い。一般的な対策は、そのような部品の表面を
アルミ化物皮膜や断熱皮膜系のような環境皮膜系で保護
することである。この断熱皮膜系は、環境耐性のボンデ
ィングコートと、このボンディングコートの上に設けら
れたセラミックの断熱皮膜（ＴＢＣ）の層とを含んでい
る。ボンディングコートは、一般に、ＭＣｒＡｌＹ（こ
こで、Ｍは鉄、コバルトおよび／またはニッケルであ
る）のような耐酸化性の合金で形成されるか、または、
耐酸化性の金属間化合物を形成する拡散アルミ化物かア
ルミ化白金から構成される。高温運転中これらのボンデ
ィングコートは、セラミック層をボンディングコートに
化学的に接合させる酸化物層すなわちスケールを形成す
る。
【０００３】このセラミック層の材料として、イットリ
ア（Ｙ2 Ｏ3 ）、マグネシア（ＭｇＯ）その他の酸化物
で部分的または完全に安定化されたジルコニア（ＺｒＯ
2 ）が用いられている。イットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）は、望ましい熱サイクル疲れ特性を示すので
ＴＢＣ用のセラミック層として広く用いられている。ま
た、ＹＳＺはエアープラズマ溶射（ＡＰＳ）、低圧プラ
ズマ溶射（ＬＰＰＳ）、および電子ビーム物理蒸着（Ｅ
ＢＰＶＤ）のような物理蒸着（ＰＶＤ）法によって容易
に析出させることができる。注目すべきことに、ＥＢＰ
ＶＤで析出させたＹＳＺは、その特徴として、歪み耐性
の柱状結晶粒組織を有しており、そのため基材はスポー
リングを起こす有害な応力を生じることなく膨張・収縮
が可能である。
ア（Ｙ2 Ｏ3 ）、マグネシア（ＭｇＯ）その他の酸化物
で部分的または完全に安定化されたジルコニア（ＺｒＯ
2 ）が用いられている。イットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）は、望ましい熱サイクル疲れ特性を示すので
ＴＢＣ用のセラミック層として広く用いられている。ま
た、ＹＳＺはエアープラズマ溶射（ＡＰＳ）、低圧プラ
ズマ溶射（ＬＰＰＳ）、および電子ビーム物理蒸着（Ｅ
ＢＰＶＤ）のような物理蒸着（ＰＶＤ）法によって容易
に析出させることができる。注目すべきことに、ＥＢＰ
ＶＤで析出させたＹＳＺは、その特徴として、歪み耐性
の柱状結晶粒組織を有しており、そのため基材はスポー
リングを起こす有害な応力を生じることなく膨張・収縮
が可能である。
【０００４】業界では知られているように、ジルコニア
は、安定化により、そうでなければ有害な体積膨張を起
こすことになる相変態（正方晶から単斜晶）を約１００
０℃で起こさなくなる。図３に、ジルコニア‐イットリ
ア系のジルコニウム富化領域の相図を示す。この相図に
示されているように、室温においては、ジルコニアが少
なくとも約６重量％のイットリアで安定化されていれ
ば、より安定な正方晶相が得られ、望ましくない単斜晶
相が回避される。また、この図には、１７重量％以上の
イットリア含量で完全に安定な立方晶が確保されること
が示されている。ステキュラ(S. Stecura)の試験報告
「断熱皮膜系の性能に及ぼす組成変化の影響(Effects o
f Compositional Changes on the Performance of a Th
ermal Barrier Coating System) 」、ナサ技術メモ(NAS
A Technical Memorandum) ７８９７６（１９７６年）に
より、６〜８重量％のイットリアを含有するプラズマ溶
射したＹＳＺ皮膜が、この範囲以外の量のイットリアを
含有するＹＳＺ皮膜より密着しており、高温サイクルに
耐性が高かったことが示された。業界の従来の慣行で
は、少なくとも６重量％のイットリア、さらに典型的に
は約６〜８重量％のイットリアでジルコニアを安定化さ
せている（６〜８％ＹＳＺ）。この傾向の例外は、通
常、酸化物の組合せ、たとえば、米国特許第４，１３
２，９１６号や同第４，９９６，１１７号に教示されて
いるようにかなりの量の他の酸化物とイットリアの組合
せで安定化されたプラズマ溶射ジルコニアに限定されて
いる。
は、安定化により、そうでなければ有害な体積膨張を起
こすことになる相変態（正方晶から単斜晶）を約１００
０℃で起こさなくなる。図３に、ジルコニア‐イットリ
ア系のジルコニウム富化領域の相図を示す。この相図に
示されているように、室温においては、ジルコニアが少
なくとも約６重量％のイットリアで安定化されていれ
ば、より安定な正方晶相が得られ、望ましくない単斜晶
相が回避される。また、この図には、１７重量％以上の
イットリア含量で完全に安定な立方晶が確保されること
が示されている。ステキュラ(S. Stecura)の試験報告
「断熱皮膜系の性能に及ぼす組成変化の影響(Effects o
f Compositional Changes on the Performance of a Th
ermal Barrier Coating System) 」、ナサ技術メモ(NAS
A Technical Memorandum) ７８９７６（１９７６年）に
より、６〜８重量％のイットリアを含有するプラズマ溶
射したＹＳＺ皮膜が、この範囲以外の量のイットリアを
含有するＹＳＺ皮膜より密着しており、高温サイクルに
耐性が高かったことが示された。業界の従来の慣行で
は、少なくとも６重量％のイットリア、さらに典型的に
は約６〜８重量％のイットリアでジルコニアを安定化さ
せている（６〜８％ＹＳＺ）。この傾向の例外は、通
常、酸化物の組合せ、たとえば、米国特許第４，１３
２，９１６号や同第４，９９６，１１７号に教示されて
いるようにかなりの量の他の酸化物とイットリアの組合
せで安定化されたプラズマ溶射ジルコニアに限定されて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】６〜８％のイットリア
で安定化されたジルコニアを用いた断熱皮膜はガスター
ビンエンジン用途で良好に機能し、ＹＳＺ皮膜系の密着
力、環境耐性および耐久性をさらに促進するボンディン
グコート材料およびコーティングプロセスにより著しい
進歩が達成されているが、さらに要求の厳しい用途では
さらに一層の改善が望まれている。
で安定化されたジルコニアを用いた断熱皮膜はガスター
ビンエンジン用途で良好に機能し、ＹＳＺ皮膜系の密着
力、環境耐性および耐久性をさらに促進するボンディン
グコート材料およびコーティングプロセスにより著しい
進歩が達成されているが、さらに要求の厳しい用途では
さらに一層の改善が望まれている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明により、ガスター
ビンエンジンのタービン、燃焼器およびオーグメンター
部品のように過酷な熱環境で使用するべく設計された部
品の断熱皮膜系に使用する断熱セラミック層が提供され
る。このセラミック層は、温度が約２０００°Ｆ（約１
１００℃）を超え、厳しい熱サイクル疲れ応力を誘発す
る用途に特に適している。このセラミック層の材料は部
品の表面とセラミック層との間の公知の金属製ボンディ
ングコート、たとえば拡散アルミ化物やＭＣｒＡｌＹお
よびＮｉＡｌの皮膜と適合性である。
ビンエンジンのタービン、燃焼器およびオーグメンター
部品のように過酷な熱環境で使用するべく設計された部
品の断熱皮膜系に使用する断熱セラミック層が提供され
る。このセラミック層は、温度が約２０００°Ｆ（約１
１００℃）を超え、厳しい熱サイクル疲れ応力を誘発す
る用途に特に適している。このセラミック層の材料は部
品の表面とセラミック層との間の公知の金属製ボンディ
ングコート、たとえば拡散アルミ化物やＭＣｒＡｌＹお
よびＮｉＡｌの皮膜と適合性である。
【０００７】特に、本発明に従って形成される断熱セラ
ミック層は、イットリアで部分的に安定化されたジルコ
ニアで形成され、室温において単斜晶相が存在する柱状
結晶粒組織によって特徴付けられる。単斜晶相を得るた
めに、セラミック層は６重量％未満のイットリア、好ま
しくは約１〜６重量％のイットリアを含有する。この断
熱セラミック層は、基材と、この基材にセラミック層を
密着させるボンディングコートとを含む断熱皮膜系の一
部であるのが好ましい。所望の柱状結晶粒組織を得るた
めには、セラミック層をＰＶＤ法、好ましくはＥＢＰＶ
Ｄ法によって析出させるのが好ましい。
ミック層は、イットリアで部分的に安定化されたジルコ
ニアで形成され、室温において単斜晶相が存在する柱状
結晶粒組織によって特徴付けられる。単斜晶相を得るた
めに、セラミック層は６重量％未満のイットリア、好ま
しくは約１〜６重量％のイットリアを含有する。この断
熱セラミック層は、基材と、この基材にセラミック層を
密着させるボンディングコートとを含む断熱皮膜系の一
部であるのが好ましい。所望の柱状結晶粒組織を得るた
めには、セラミック層をＰＶＤ法、好ましくはＥＢＰＶ
Ｄ法によって析出させるのが好ましい。
【０００８】驚くべきことに、本発明のセラミック層を
用いたＴＢＣ系は、６重量％以上のイットリアを含有す
る従来のＹＳＺ皮膜と比較して優れた耐スポーリング性
を示すことが示された。重要なことに、ＴＢＣ系用の従
来技術のセラミック層材料では、６重量％未満のイット
リアで安定化されたジルコニアは、セラミック層のスポ
ーリングを促進する相変態を起こすので、その使用が避
けられていた。しかしながら、本発明によって、６重量
％より低レベルのイットリアを含有するＹＳＺが、セラ
ミック層をＥＢＰＶＤによって適切に析出させれば優れ
た耐スポーリング性を示すことが決定されたのである。
用いたＴＢＣ系は、６重量％以上のイットリアを含有す
る従来のＹＳＺ皮膜と比較して優れた耐スポーリング性
を示すことが示された。重要なことに、ＴＢＣ系用の従
来技術のセラミック層材料では、６重量％未満のイット
リアで安定化されたジルコニアは、セラミック層のスポ
ーリングを促進する相変態を起こすので、その使用が避
けられていた。しかしながら、本発明によって、６重量
％より低レベルのイットリアを含有するＹＳＺが、セラ
ミック層をＥＢＰＶＤによって適切に析出させれば優れ
た耐スポーリング性を示すことが決定されたのである。
【０００９】本発明の他の目的と利点は以下の詳細な説
明からさらに良く理解されるであろう。
明からさらに良く理解されるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、断熱皮膜系によって熱
的および化学的に過酷な環境から保護される部品に広く
適用可能である。このような部品の重要な例としては、
ガスタービンエンジンの高圧および低圧のタービンノズ
ルおよびブレード、シュラウド、燃焼器ライナーおよび
オーグメンターハードウェアがある。本発明の利点は特
にガスタービンエンジン部品に適用できるが、本発明の
教示は部品をその環境から熱的に遮断するのに皮膜を使
用できるあらゆる部品に広く適用可能である。
的および化学的に過酷な環境から保護される部品に広く
適用可能である。このような部品の重要な例としては、
ガスタービンエンジンの高圧および低圧のタービンノズ
ルおよびブレード、シュラウド、燃焼器ライナーおよび
オーグメンターハードウェアがある。本発明の利点は特
にガスタービンエンジン部品に適用できるが、本発明の
教示は部品をその環境から熱的に遮断するのに皮膜を使
用できるあらゆる部品に広く適用可能である。
【００１１】高圧タービンブレード１０の一例を図１に
示す。ブレード１０は通常翼１２とプラットホーム１６
をもっており、これらにはガスタービンエンジンの作動
中高温の燃焼ガスがぶつかり、そのためその表面は酸
化、腐食および侵食による厳しい攻撃にさらされる。翼
１２はブレード１０の根部に形成されたばち形溝１４に
よってタービンディスク（図示してない）に固定され
る。翼１２には冷却用の穴１８があり、ここには強制的
にブリード空気が流され、ブレード１０から熱を伝達す
る。
示す。ブレード１０は通常翼１２とプラットホーム１６
をもっており、これらにはガスタービンエンジンの作動
中高温の燃焼ガスがぶつかり、そのためその表面は酸
化、腐食および侵食による厳しい攻撃にさらされる。翼
１２はブレード１０の根部に形成されたばち形溝１４に
よってタービンディスク（図示してない）に固定され
る。翼１２には冷却用の穴１８があり、ここには強制的
にブリード空気が流され、ブレード１０から熱を伝達す
る。
【００１２】図２に、本発明による断熱皮膜系２０を示
す。図示したように、皮膜系２０は基材２２を覆うボン
ディングコート２４上に断熱セラミック層２６を含んで
いる。この基材２２は通常ブレード１０の母材である。
基材２２（したがってブレード１０）に適した材料とし
てはニッケル基超合金およびコバルト基超合金がある
が、他の材料も使用できると考えられる。ガスタービン
エンジンの部品の断熱皮膜系で典型的な通り、ボンディ
ングコート２４はアルミニウムに富む材料、たとえば拡
散アルミ化物またはＭＣｒＡｌＹもしくはＮｉＡｌ皮膜
である。これらのボンディングコート組成物は耐酸化性
であり、高温にさらされる間その表面にアルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）層すなわちスケール２８を形成する。アルミナ
スケール２８はその下の超合金基材２２を酸化から保護
し、セラミック層２６が固着する表面を提供する。
す。図示したように、皮膜系２０は基材２２を覆うボン
ディングコート２４上に断熱セラミック層２６を含んで
いる。この基材２２は通常ブレード１０の母材である。
基材２２（したがってブレード１０）に適した材料とし
てはニッケル基超合金およびコバルト基超合金がある
が、他の材料も使用できると考えられる。ガスタービン
エンジンの部品の断熱皮膜系で典型的な通り、ボンディ
ングコート２４はアルミニウムに富む材料、たとえば拡
散アルミ化物またはＭＣｒＡｌＹもしくはＮｉＡｌ皮膜
である。これらのボンディングコート組成物は耐酸化性
であり、高温にさらされる間その表面にアルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）層すなわちスケール２８を形成する。アルミナ
スケール２８はその下の超合金基材２２を酸化から保護
し、セラミック層２６が固着する表面を提供する。
【００１３】本発明によると、セラミック層２６の材料
は６重量％未満のイットリアで安定化されたジルコニア
であり、その適した範囲は約１〜６重量％のイットリア
であり、さらに好ましい範囲は約２〜約５重量％のイッ
トリアである。さらにこのセラミック層２６は、その特
徴として、図２に示した通り歪み耐性の柱状結晶粒組織
を有する。この柱状結晶粒組織は、物理蒸着法、好まし
くはＥＢＰＶＤによってボンディングコート２４上にセ
ラミック層２６を析出させることによって達成される。
本発明によると、エアープラズマ溶射（ＡＰＳ）や低圧
プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）のような他の公知のプロセス
でセラミック層２６を析出させると、許容できない結果
となり、たとえば、ＴＢＣがスポーリングを起こし易く
なる。
は６重量％未満のイットリアで安定化されたジルコニア
であり、その適した範囲は約１〜６重量％のイットリア
であり、さらに好ましい範囲は約２〜約５重量％のイッ
トリアである。さらにこのセラミック層２６は、その特
徴として、図２に示した通り歪み耐性の柱状結晶粒組織
を有する。この柱状結晶粒組織は、物理蒸着法、好まし
くはＥＢＰＶＤによってボンディングコート２４上にセ
ラミック層２６を析出させることによって達成される。
本発明によると、エアープラズマ溶射（ＡＰＳ）や低圧
プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）のような他の公知のプロセス
でセラミック層２６を析出させると、許容できない結果
となり、たとえば、ＴＢＣがスポーリングを起こし易く
なる。
【００１４】以上のことから、本発明のセラミック層２
６は、このセラミック層２６の含有するイットリアのレ
ベルが安定化のために業界で認められているレベルより
少ない点で、従来技術と対照的である。すなわち、従来
技術のＹＳＺ皮膜は望ましくない単斜晶相を回避するの
に充分なレベル（少なくとも６重量％）のイットリアを
必要とし、通常は完全に正方晶相を維持するためにイッ
トリア含量が約６〜８重量％に限定されている。図３の
ジルコニア‐イットリアの相図で明らかなように、イッ
トリア含量が６重量％未満であると、ＹＳＺ皮膜は冷却
中に正方晶から単斜晶への相変態を起こす。そのような
相変態ではＹＳＺ層に体積膨張が起こり、スポーリング
が促進される。しかし、本発明のＹＳＺセラミック層２
６は意図的に６重量％未満のイットリアレベルを使用し
ており、したがって正方晶であるマトリックス中に望ま
しくない単斜晶の相を含有している。驚くべきことに、
本発明のセラミック層２６を用いたＴＢＣ皮膜系２０
は、６重量％以上のイットリアを含有する従来のＹＳＺ
皮膜と比較して優れた耐スポーリング性を示すことが示
された。本発明のイットリアの少ないＹＳＺセラミック
層２６の予期に反した優秀な性能の理由は完全には理解
されていない。特定の理論に縛られる意図はないが、こ
の改良された性能はＰＶＤセラミックとプラズマ溶射セ
ラミックとの異なった破壊の機構に関連しているのかも
しれない。プラズマ溶射したセラミックをもつＴＢＣ系
ではセラミック層内部での破断によってスポーリングが
起こる傾向があるが、ＰＶＤセラミックをもつＴＢＣ系
では通常セラミック層とボンディングコートとの間の熱
的に成長した酸化アルミニウム層の内部で破断する。
６は、このセラミック層２６の含有するイットリアのレ
ベルが安定化のために業界で認められているレベルより
少ない点で、従来技術と対照的である。すなわち、従来
技術のＹＳＺ皮膜は望ましくない単斜晶相を回避するの
に充分なレベル（少なくとも６重量％）のイットリアを
必要とし、通常は完全に正方晶相を維持するためにイッ
トリア含量が約６〜８重量％に限定されている。図３の
ジルコニア‐イットリアの相図で明らかなように、イッ
トリア含量が６重量％未満であると、ＹＳＺ皮膜は冷却
中に正方晶から単斜晶への相変態を起こす。そのような
相変態ではＹＳＺ層に体積膨張が起こり、スポーリング
が促進される。しかし、本発明のＹＳＺセラミック層２
６は意図的に６重量％未満のイットリアレベルを使用し
ており、したがって正方晶であるマトリックス中に望ま
しくない単斜晶の相を含有している。驚くべきことに、
本発明のセラミック層２６を用いたＴＢＣ皮膜系２０
は、６重量％以上のイットリアを含有する従来のＹＳＺ
皮膜と比較して優れた耐スポーリング性を示すことが示
された。本発明のイットリアの少ないＹＳＺセラミック
層２６の予期に反した優秀な性能の理由は完全には理解
されていない。特定の理論に縛られる意図はないが、こ
の改良された性能はＰＶＤセラミックとプラズマ溶射セ
ラミックとの異なった破壊の機構に関連しているのかも
しれない。プラズマ溶射したセラミックをもつＴＢＣ系
ではセラミック層内部での破断によってスポーリングが
起こる傾向があるが、ＰＶＤセラミックをもつＴＢＣ系
では通常セラミック層とボンディングコートとの間の熱
的に成長した酸化アルミニウム層の内部で破断する。
【００１５】本発明の評価過程で、４重量％のイットリ
ア（４％ＹＳＺ）または７重量％のイットリア（７％Ｙ
ＳＺ）で安定化されたジルコニア層を有するニッケル基
超合金試片について炉サイクル試験を実施した。後者は
産業界で標準的なＹＳＺ皮膜材料の代表例である。使用
したニッケル基超合金はルネ(Rene)Ｎ５であり、その公
称組成は重量％でコバルト７．５、クロム７．０、モリ
ブデン１．５、タングステン５．０、レニウム３．０、
タンタル６．５、アルミニウム６．２、ハフニウム０．
１５、炭素０．０５、ホウ素０．００４で、残部はニッ
ケルと付随する不純物である。ＹＳＺ層は、ＥＢＰＶＤ
によって、アルミ化白金ボンディングコート上に約０．
００５インチ（約１２５μｍ）の厚さで析出させた。い
ずれのＹＳＺ皮膜も、その特徴として、ＥＢＰＶＤ蒸着
プロセスの結果としての柱状結晶粒組織を有していた。
しかし、７％ＹＳＺ皮膜は特徴的に全体が正方晶相であ
るのに対して、本発明の４％ＹＳＺ皮膜はその特徴とし
て正方晶のマトリックス中に単斜晶の相を約１０容量％
までもっていた。
ア（４％ＹＳＺ）または７重量％のイットリア（７％Ｙ
ＳＺ）で安定化されたジルコニア層を有するニッケル基
超合金試片について炉サイクル試験を実施した。後者は
産業界で標準的なＹＳＺ皮膜材料の代表例である。使用
したニッケル基超合金はルネ(Rene)Ｎ５であり、その公
称組成は重量％でコバルト７．５、クロム７．０、モリ
ブデン１．５、タングステン５．０、レニウム３．０、
タンタル６．５、アルミニウム６．２、ハフニウム０．
１５、炭素０．０５、ホウ素０．００４で、残部はニッ
ケルと付随する不純物である。ＹＳＺ層は、ＥＢＰＶＤ
によって、アルミ化白金ボンディングコート上に約０．
００５インチ（約１２５μｍ）の厚さで析出させた。い
ずれのＹＳＺ皮膜も、その特徴として、ＥＢＰＶＤ蒸着
プロセスの結果としての柱状結晶粒組織を有していた。
しかし、７％ＹＳＺ皮膜は特徴的に全体が正方晶相であ
るのに対して、本発明の４％ＹＳＺ皮膜はその特徴とし
て正方晶のマトリックス中に単斜晶の相を約１０容量％
までもっていた。
【００１６】この試験は、約２０７５°Ｆ（約１１３５
℃）の温度で実施し、ＹＳＺ皮膜の破断またはスポーリ
ングが起こるまで続けた。本発明の４％ＹＳＺ試片は、
標準的な７％ＹＳＺ試片の５５５サイクルと比較して約
１０００サイクルの平均寿命を示した。前記と同じ条件
で、ただしわずかに異なるアルミ化白金ボンディングコ
ートを使用して、第二の一連の炉サイクル試験を実施し
た。ここでも、本発明の４％ＹＳＺ試片は優れたサイク
ル疲れ寿命を示し、平均寿命が約７００サイクルであっ
たのに対して、標準的な７％ＹＳＺ試片では５３８サイ
クルであった。
℃）の温度で実施し、ＹＳＺ皮膜の破断またはスポーリ
ングが起こるまで続けた。本発明の４％ＹＳＺ試片は、
標準的な７％ＹＳＺ試片の５５５サイクルと比較して約
１０００サイクルの平均寿命を示した。前記と同じ条件
で、ただしわずかに異なるアルミ化白金ボンディングコ
ートを使用して、第二の一連の炉サイクル試験を実施し
た。ここでも、本発明の４％ＹＳＺ試片は優れたサイク
ル疲れ寿命を示し、平均寿命が約７００サイクルであっ
たのに対して、標準的な７％ＹＳＺ試片では５３８サイ
クルであった。
【００１７】これらの試験から、ＥＢＰＶＤ４％ＹＳＺ
セラミック層（すなわち、正方晶のマトリックス中に単
斜晶の相を有する柱状結晶粒組織によって特徴付けられ
るＹＳＺ皮膜）は過酷な熱条件下で従来の７％ＹＳＺ皮
膜より優れた密着力を示すことが決定された。このよう
な結果は、６〜８％ＹＳＺ皮膜が優れているということ
を示した従来技術の教示および試験とは完全に対照的で
ある。これらの試験に基づいて、６重量％未満のイット
リアで安定化されたＰＶＤＹＳＺは、約２０００°Ｆ
（約１１００℃）を超える温度で、６重量％より多くの
イットリアで安定化されたＰＶＤＹＳＺよりも大きい密
着力を示すと考えられる。また、本発明のイットリアが
少ないＰＶＤＹＳＺ皮膜の硬さ、したがって侵食耐性お
よび衝撃耐性は７％以上のイットリアを含有する従来技
術のＹＳＺ皮膜より優れていると考えられる。
セラミック層（すなわち、正方晶のマトリックス中に単
斜晶の相を有する柱状結晶粒組織によって特徴付けられ
るＹＳＺ皮膜）は過酷な熱条件下で従来の７％ＹＳＺ皮
膜より優れた密着力を示すことが決定された。このよう
な結果は、６〜８％ＹＳＺ皮膜が優れているということ
を示した従来技術の教示および試験とは完全に対照的で
ある。これらの試験に基づいて、６重量％未満のイット
リアで安定化されたＰＶＤＹＳＺは、約２０００°Ｆ
（約１１００℃）を超える温度で、６重量％より多くの
イットリアで安定化されたＰＶＤＹＳＺよりも大きい密
着力を示すと考えられる。また、本発明のイットリアが
少ないＰＶＤＹＳＺ皮膜の硬さ、したがって侵食耐性お
よび衝撃耐性は７％以上のイットリアを含有する従来技
術のＹＳＺ皮膜より優れていると考えられる。
【００１８】また、上記の試験から、６重量％未満のイ
ットリアで安定化されたＰＶＤＹＳＺは他のセラミック
層に対する基層として有利に使用することができると考
えられる。たとえば、２０％ＹＳＺは高温で極めて安定
であるが、従来の６〜８％ＹＳＺと比較して密着力が弱
い。本発明に従って、１７％より多くのイットリアで安
定化されたＹＳＺを析出させるベースとして６％未満の
ＹＳＺ層を用いると、イットリアの低いＹＳＺ基層によ
る高まった密着力とＴＢＣ系の表面のイットリアの多い
ＹＳＺ層による増大した熱安定性とを特徴とする断熱皮
膜が得られるであろう。あるいは、セラミック層の組成
を傾斜させて、イットリア含量を、ボンディングコート
の隣接部では６重量％未満とし、セラミック層の外面で
は８重量％以上、たとえば１７重量％以上とすることが
できるであろう。
ットリアで安定化されたＰＶＤＹＳＺは他のセラミック
層に対する基層として有利に使用することができると考
えられる。たとえば、２０％ＹＳＺは高温で極めて安定
であるが、従来の６〜８％ＹＳＺと比較して密着力が弱
い。本発明に従って、１７％より多くのイットリアで安
定化されたＹＳＺを析出させるベースとして６％未満の
ＹＳＺ層を用いると、イットリアの低いＹＳＺ基層によ
る高まった密着力とＴＢＣ系の表面のイットリアの多い
ＹＳＺ層による増大した熱安定性とを特徴とする断熱皮
膜が得られるであろう。あるいは、セラミック層の組成
を傾斜させて、イットリア含量を、ボンディングコート
の隣接部では６重量％未満とし、セラミック層の外面で
は８重量％以上、たとえば１７重量％以上とすることが
できるであろう。
【００１９】好ましい具体例に関連して本発明を説明し
て来たが、当業者には他の形態も採用できることは明ら
かである。たとえば、ＭＣｒＡｌＹやＮｉＡｌのボンデ
ィングコートを使用することができるであろうし、セラ
ミック層の厚さを上記のものと変えることができるであ
ろう。さらに、本発明のＹＳＺ皮膜は２０００°Ｆを超
える温度で使用するのが特に有利であるが、これより低
い温度用途でもこのようなセラミック組成物で得られる
高まった密着力の利益が得られる。したがって、本発明
の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるもので
ある。
て来たが、当業者には他の形態も採用できることは明ら
かである。たとえば、ＭＣｒＡｌＹやＮｉＡｌのボンデ
ィングコートを使用することができるであろうし、セラ
ミック層の厚さを上記のものと変えることができるであ
ろう。さらに、本発明のＹＳＺ皮膜は２０００°Ｆを超
える温度で使用するのが特に有利であるが、これより低
い温度用途でもこのようなセラミック組成物で得られる
高まった密着力の利益が得られる。したがって、本発明
の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるもので
ある。
【図１】高圧タービンブレードの透視図である。
【図２】図１のブレードの２−２線に沿った断面図であ
り、本発明によるセラミック層を含む断熱皮膜系を示
す。
り、本発明によるセラミック層を含む断熱皮膜系を示
す。
【図３】ジルコニア‐イットリア系のジルコニアに富む
領域の相図である。
領域の相図である。
１０ タービンブレード ２０ 断熱皮膜系 ２２ 基材（ブレード１０） ２４ ボンディングコート ２６ セラミック層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルドルフ・ヴィギィー アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナ ティ、テムズ・プレイス、12135番 (72)発明者 デイヴィッド・ウィリアム・スケリー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、バー ント・ヒルズ、ハリウッド・ドライブ、 ８番 (56)参考文献 特開 昭58−157974（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 30/00 C23C 14/08 F01D 5/28
Claims (11)
- 【請求項１】 基材上の断熱皮膜系であって、当該断熱
皮膜系が、１重量％以上６重量％未満のイットリアで部
分的に安定化されたジルコニアで構成されるＰＶＤ断熱
層を含んでおり、該断熱層であるセラミック層が、室温
で単斜晶相が存在する柱状結晶粒組織を有することを特
徴とする、断熱皮膜系。 - 【請求項２】 基材がガスタービンエンジンの部品であ
る、請求項１記載の断熱皮膜系。 - 【請求項３】 単斜晶相が正方晶マトリックス中に存在
する、請求項１又は請求項２記載の断熱皮膜系。 - 【請求項４】 さらに、断熱層を基材に密着させるボン
ディングコートを含む、請求項１乃至請求項３のいずれ
か１項記載の断熱皮膜系。 - 【請求項５】 断熱層が約２〜約５重量％のイットリア
を含有する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載
の断熱皮膜系。 - 【請求項６】 断熱層が約４重量％のイットリアを含有
する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の断熱
皮膜系。 - 【請求項７】 断熱層が、断熱層の最内領域では６重量
％未満のイットリア含量を有し、断熱層の外面では６重
量％より大きいイットリア含量を有する、請求項１乃至
請求項３のいずれか１項記載の断熱皮膜系。 - 【請求項８】 断熱層が、断熱層の最内領域では６重量
％未満で断熱層の外面では６重量％より大きいという特
徴を有する傾斜イットリア含量を有する、請求項１乃至
請求項３のいずれか１項記載の断熱皮膜系。 - 【請求項９】 断熱層が、ボンディングコートの隣接部
では６重量％未満のイットリア含量を有し、断熱層の外
面では１７重量％より大きいイットリア含量を有する、
請求項４記載の断熱皮膜系。 - 【請求項１０】 断熱層が、ボンディングコートの隣接
部では６重量％未満で断熱層の外面では１７重量％より
大きいという特徴を有する傾斜イットリア含量を有す
る、請求項４記載の断熱皮膜系。 - 【請求項１１】 断熱層がＥＢＰＶＤセラミック層であ
る、請求項１乃至請求項１０記載の断熱皮膜系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28486298A JP3353035B2 (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 断熱皮膜系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28486298A JP3353035B2 (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 断熱皮膜系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000119869A JP2000119869A (ja) | 2000-04-25 |
| JP3353035B2 true JP3353035B2 (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=17684000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28486298A Expired - Fee Related JP3353035B2 (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 断熱皮膜系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3353035B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6730413B2 (en) * | 2001-07-31 | 2004-05-04 | General Electric Company | Thermal barrier coating |
| SG141266A1 (en) * | 2006-09-12 | 2008-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | A compressor structure for a refrigeration system |
| US20100098923A1 (en) * | 2006-10-05 | 2010-04-22 | United Technologies Corporation | Segmented abradable coatings and process (ES) for applying the same |
-
1998
- 1998-10-07 JP JP28486298A patent/JP3353035B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000119869A (ja) | 2000-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5981088A (en) | Thermal barrier coating system | |
| US6924040B2 (en) | Thermal barrier coating systems and materials | |
| US6352788B1 (en) | Thermal barrier coating | |
| US6291084B1 (en) | Nickel aluminide coating and coating systems formed therewith | |
| EP1652964B1 (en) | Superalloy article having a gamma prime nickel aluminide coating | |
| JP4717013B2 (ja) | 低熱伝導度を有する耐久性遮熱コーティングを有する金属物品 | |
| US7357958B2 (en) | Methods for depositing gamma-prime nickel aluminide coatings | |
| KR101519131B1 (ko) | 금속 합금 조성물 및 이를 포함하는 제품 | |
| US7264888B2 (en) | Coating systems containing gamma-prime nickel aluminide coating | |
| US20030224200A1 (en) | Thermal barrier coating material | |
| US7666516B2 (en) | Ceramic thermal barrier coating | |
| US20030027013A1 (en) | Thermal barrier coating | |
| EP1340833A1 (en) | Hybrid thermal barrier coating and method of making the same | |
| US6686060B2 (en) | Thermal barrier coating material | |
| US6620524B2 (en) | Nickel aluminide coating and coating systems formed therewith | |
| JP2005350771A (ja) | 改良された酸化物安定領域を備えたニッケルアルミナイド・コーティング | |
| US6974637B2 (en) | Ni-base superalloy having a thermal barrier coating system | |
| Gupta et al. | A silicon and hafnium modified plasma sprayed MCrAlY coating | |
| KR101166150B1 (ko) | 낮은 열 도전율을 갖는 내구성 열 차폐 코팅 | |
| JP3353035B2 (ja) | 断熱皮膜系 | |
| US7208232B1 (en) | Structural environmentally-protective coating | |
| EP3192885B1 (en) | Internally cooled ni-base superalloy component with spallation-resistant tbc system | |
| EP0987345B1 (en) | Thermal barrier coating system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020821 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080920 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090920 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100920 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110920 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110920 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120920 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130920 Year of fee payment: 11 |
|
| 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 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |