JP3411823B2 - High temperature member and method of manufacturing the same - Google Patents

High temperature member and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JP3411823B2
JP3411823B2 JP18192298A JP18192298A JP3411823B2 JP 3411823 B2 JP3411823 B2 JP 3411823B2 JP 18192298 A JP18192298 A JP 18192298A JP 18192298 A JP18192298 A JP 18192298A JP 3411823 B2 JP3411823 B2 JP 3411823B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
heat treatment
high temperature
alumina
bonding 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
Application number
JP18192298A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000017458A (en
Inventor
久孝 河合
孝二 高橋
由希子 西浦
慶一 守屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP18192298A priority Critical patent/JP3411823B2/en
Publication of JP2000017458A publication Critical patent/JP2000017458A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3411823B2 publication Critical patent/JP3411823B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、遮熱性および高耐
久性を兼ね備える高温部材およびその製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high temperature member having both heat shielding property and high durability and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービンやボイラなどの高温環境下
で使用される高温部材においては、熱により劣化が進行
しやすいため、内部を中空構造として、当該内部に冷却
空気を流通させて表面へ噴出させることにより冷却する
と共に、その表面に遮熱層を形成することにより表面側
から内部への伝熱を抑制するようにしている。
2. Description of the Related Art In a high temperature member used in a high temperature environment such as a gas turbine or a boiler, deterioration easily occurs due to heat. Therefore, the inside has a hollow structure and cooling air is circulated through the inside to blow out to the surface. By doing so, cooling is performed, and a heat shield layer is formed on the surface thereof to suppress heat transfer from the surface side to the inside.

【0003】遮熱層は、高温部材を構成する金属材料の
基材よりも熱伝導率の小さい材料(例えば酸化物系セラ
ミックス)が溶射等により当該基材の表面に設けられ
る。このような材料からなる遮熱層は、基材の表面に直
接設けられると、基材との線膨張係数の差により、基材
から剥離しやすくなってしまうため、基材との間に結合
層が設けられ、基材に対する密着性の向上が図られてい
る。つまり、図3に示すように、高温部材は、基材1の
表面に結合層2が設けられ、当該結合層2の表面に遮熱
層4が設けられているのである。
The heat shield layer is formed on the surface of the base material by thermal spraying a material (for example, oxide ceramics) having a thermal conductivity smaller than that of the base material of the metal material forming the high temperature member. If the thermal barrier layer made of such a material is directly provided on the surface of the base material, it will be easily peeled off from the base material due to the difference in linear expansion coefficient with the base material. A layer is provided to improve the adhesion to the substrate. That is, as shown in FIG. 3, in the high temperature member, the bonding layer 2 is provided on the surface of the base material 1, and the heat shield layer 4 is provided on the surface of the bonding layer 2.

【0004】産業用ガスタービンの高温部材において、
遮熱層4の材料には、イットリアなどで部分安定化され
たジルコニアが多用され、また、結合層2の材料には、
MCrAlYと称されるCr,Al,Yなどを含む合金
(残部はNi,Co,Feのうちの1種または2種の元
素の組み合わせからなる)が多用されている。
In a high temperature member of an industrial gas turbine,
As the material of the heat shield layer 4, zirconia partially stabilized by yttria is often used, and as the material of the bonding layer 2,
An alloy containing Cr, Al, Y or the like called MCrAlY (the balance is made of a combination of one or two elements of Ni, Co and Fe) is often used.

【0005】遮熱層4の形成には、大気プラズマ溶射
法、電子ビーム・物理蒸着法などが利用され、結合層2
の形成には、低圧プラズマ溶射法、大気プラズマ溶射
法、電子ビーム・物理蒸着法などが利用されている。
To form the heat shield layer 4, atmospheric plasma spraying, electron beam / physical vapor deposition, etc. are used.
A low pressure plasma spraying method, an atmospheric plasma spraying method, an electron beam / physical vapor deposition method and the like are used for forming the film.

【0006】特に、産業用ガスタービンの高温部材を製
造する場合には、アルミナブラストにより汚れ除去およ
び粗面化した基材1の表面に低圧プラズマ溶射法により
結合層2を形成した後、結合層2の表面に汚れ等を付着
させないように大気プラズマ溶射法により遮熱層4を形
成することにより、耐久性やコストなどの面で最もバラ
ンスよく高温部材を得ることができる。なお、遮熱層4
の形成後には、基材1、結合層2、セラミックス層4の
各間の密着性を向上させるため、基材1の時効熱処理を
兼ねた熱処理(例えば843℃×24時間)が行われ
る。
Particularly, in the case of manufacturing a high temperature member for an industrial gas turbine, after forming a bonding layer 2 by a low pressure plasma spraying method on the surface of a base material 1 which has been soiled and roughened by alumina blast, the bonding layer 2 is formed. By forming the heat shield layer 4 by the atmospheric plasma spraying method so as not to attach dirt or the like to the surface of 2, the high temperature member can be obtained in the best balance in terms of durability and cost. The heat shield layer 4
After the formation of (1), in order to improve the adhesion between each of the base material 1, the bonding layer 2, and the ceramics layer 4, a heat treatment that also serves as an aging heat treatment of the base material 1 (for example, 843 ° C. × 24 hours) is performed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述したような高温部
材においては、高温環境下での長時間の使用により、結
合層2中に含有される成分の酸化物が当該結合層2と遮
熱層4との間に生成し、次第に成長していく。この酸化
物は、結合層2の耐食性や耐酸化性を保持するのに必要
不可欠であるものの、その生成や成長に伴う結合層2の
体積膨張により、当該結合層2と遮熱層4との間の密着
性を低下させてしまう。このため、上記酸化物において
は、その厚さが薄く、その成長速度が遅いとよいが、成
長速度の大きいNi,Coの遷移金属元素とAlからな
るスピネル構造の酸化物が生成してしまうため、高温部
材の高温環境下での長時間の使用による耐久性を維持す
ることが困難となっていた。
In the above-mentioned high temperature member, the oxide of the component contained in the bonding layer 2 and the heat shielding layer are caused by the use for a long time in a high temperature environment. It is generated between 4 and gradually growing. This oxide is indispensable for maintaining the corrosion resistance and the oxidation resistance of the bonding layer 2, but the volume expansion of the bonding layer 2 accompanying the generation and growth thereof causes the bonding layer 2 and the heat shield layer 4 to be separated from each other. It reduces the adhesion between them. Therefore, it is preferable that the oxide has a small thickness and a low growth rate, but a spinel structure oxide composed of a transition metal element of Ni or Co and Al having a high growth rate is generated. However, it has been difficult to maintain the durability of the high temperature member due to long-term use in a high temperature environment.

【0008】このようなことから、本発明は、高温環境
下での長時間の使用でも高耐久性を維持することができ
る高温部材およびその製造方法を提供することを目的と
した。
In view of the above, an object of the present invention is to provide a high temperature member which can maintain high durability even when it is used for a long time in a high temperature environment, and a manufacturing method thereof.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による高温部材は、金属からなる基材の
表面に、MCrAlYからなる結合層を設けた後、真空
環境下、900℃以上で熱処理を行うことにより、当該
結合層の表面にα−アルミナ層を形成し、続いて、当該
α―アルミナ層の表面に、酸化物系セラミックスからな
る遮熱層を設けてなることを特徴とする。上述した高温
部材において、金属製ヒータ使用の加熱炉を用いて前記
熱処理が行われていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a high temperature member according to the present invention comprises a base material made of metal.
After providing a bonding layer made of MCrAlY on the surface, vacuum
By performing heat treatment at 900 ° C or higher in an environment,
Forming an α-alumina layer on the surface of the bonding layer, and subsequently,
The surface of the α-alumina layer is made of oxide-based ceramics.
It is characterized in that it is provided with a heat shield layer . High temperature mentioned above
In the member, using a heating furnace using a metal heater,
It is characterized in that heat treatment is performed.

【0010】前述した課題を解決するための、本発明に
よる高温部材の製造方法は、金属からなる基材の表面
に、MCrAlYからなる結合層を設けた後、真空環境
下、900℃以上で熱処理を行うことにより、当該結合
層の表面にα−アルミナ層を形成し、続いて、当該α−
アルミナ層の表面に、酸化物系セラミックスからなる遮
熱層を設けるようにしたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a high temperature member according to the present invention is such that a bonding layer made of MCrAlY is provided on the surface of a base material made of metal, and then heat treatment is performed at 900 ° C. or higher in a vacuum environment. Is performed to form an α-alumina layer on the surface of the bonding layer, and then the α-alumina layer is formed.
A heat shield layer made of oxide ceramics is provided on the surface of the alumina layer.

【0011】上述した高温部材の製造方法において、金
属製ヒータ使用の加熱炉を用いて前記熱処理を行うこと
を特徴とする。
In the above-described method for manufacturing a high temperature member, the heat treatment is performed using a heating furnace using a metal heater.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明による高温部材およびその
製造方法を産業用ガスタービンの動翼に適用する場合の
実施の形態を図1を用いて説明する。なお、図1は、そ
の構造を表す断面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment in which a high temperature member and a manufacturing method thereof according to the present invention is applied to a moving blade of an industrial gas turbine will be described with reference to FIG. Note that FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure.

【0013】図1に示すように、金属からなる基材11
の表面には、MCrAlYと称されるCr,Al,Yな
どを含む合金(残部はNi,Co,Feのうちの1種ま
たは2種の元素の組み合わせからなる)からなる結合層
12が形成されている。結合層12上には、α−アルミ
ナ層13が形成されている。α−アルミナ層13上に
は、イットリアなどで部分安定化されたジルコニアなど
のような酸化物系セラミックスからなる遮熱層14が形
成されている。
As shown in FIG. 1, a base material 11 made of metal.
On the surface of, a coupling layer 12 made of an alloy called MCrAlY containing Cr, Al, Y or the like (the balance being one or a combination of two elements of Ni, Co and Fe) is formed. ing. An α-alumina layer 13 is formed on the bonding layer 12. On the α-alumina layer 13, a heat shield layer 14 made of oxide ceramics such as zirconia partially stabilized by yttria is formed.

【0014】このような高温部材においては、基材11
の表面に低圧プラズマ溶射法により結合層12を形成し
た後、真空環境下(10-5〜10-3Torr)、900
℃以上で1〜48時間の熱処理を行うことにより、結合
層12上にα−アルミナ層13を形成し、続いて、大気
プラズマ溶射法により遮熱層14を形成することによ
り、容易に製造することができる。
In such a high temperature member, the base material 11
After forming the bonding layer 12 on the surface of the substrate by the low pressure plasma spraying method, under a vacuum environment (10 −5 to 10 −3 Torr), 900
It is easily manufactured by forming the α-alumina layer 13 on the bonding layer 12 by performing heat treatment at 1 ° C. or higher for 1 to 48 hours, and subsequently forming the heat shield layer 14 by the atmospheric plasma spraying method. be able to.

【0015】つまり、高温環境下での長時間の使用に伴
う遮熱層14の密着性の低下を抑制し、その耐久性を向
上させるため、成長速度の小さいα−アルミナ層13を
結合層12上に生成させたのである。
That is, in order to suppress the deterioration of the adhesion of the heat shield layer 14 due to long-term use in a high temperature environment and improve its durability, the α-alumina layer 13 having a low growth rate is used as the bonding layer 12. It was generated above.

【0016】この結合層12は、高酸素分圧下で熱処理
するとスピネル酸化物が生成してしまい、900℃未満
で熱処理するとδ−アルミナまたはθ−アルミナが生成
してしまう。これらの酸化物は、成長速度が大きいた
め、遮熱層14に亀裂や剥離などを発生させてしまう虞
がある。そこで、本発明では、結合層12を形成した後
に、真空環境下(10-5〜10-3Torr)で900℃
以上で1〜48時間の熱処理を行うことにより、酸化速
度の大きいスピネル酸化物の生成を抑制し、かつ成長速
度が小さく緻密なα−アルミナ層13を結合層12上に
生成させるようにしたのである。
When this bonding layer 12 is heat-treated under a high oxygen partial pressure, spinel oxide is produced, and when it is heat-treated below 900 ° C., δ-alumina or θ-alumina is produced. Since these oxides have a high growth rate, they may cause cracks or peeling in the heat shield layer 14. Therefore, in the present invention, after forming the bonding layer 12, it is 900 ° C. in a vacuum environment (10 −5 to 10 −3 Torr).
By performing the heat treatment for 1 to 48 hours as described above, generation of spinel oxide having a high oxidation rate is suppressed, and a dense α-alumina layer 13 having a small growth rate is formed on the bonding layer 12. is there.

【0017】したがって、このような高温部材およびそ
の製造方法によれば、緻密であると共に高温環境下での
長時間の使用に伴う成長速度の遅いα−アルミナ層13
が結合層12と遮熱層14との間に形成されるので、高
温環境下での長時間の使用でも高耐久性が発現されるよ
うになる。
Therefore, according to such a high temperature member and the manufacturing method thereof, the α-alumina layer 13 which is dense and has a slow growth rate due to long-term use in a high temperature environment.
Is formed between the bonding layer 12 and the heat shield layer 14, so that high durability is exhibited even when used for a long time in a high temperature environment.

【0018】なお、上述した熱処理は、基材11の溶体
化や安定化のための熱処理と兼ねることができるので、
基材11の熱処理と両立させることができる。また、本
発明は、上述したような条件に基づく熱処理により、結
合層12上にα−アルミナ層13をまず初めに生成させ
ることができることから、α−アルミナを生成しうるす
べてのMCrAlY(一般的なAlの含有量は5〜20
重量%)に適用することができる。
The above-mentioned heat treatment can also serve as heat treatment for solutionizing and stabilizing the substrate 11.
It can be compatible with the heat treatment of the base material 11. Further, according to the present invention, since the α-alumina layer 13 can be first formed on the bonding layer 12 by the heat treatment based on the above-described conditions, all the MCrAlY (generally general) capable of forming α-alumina can be formed. Al content is 5-20
% By weight).

【0019】続いて、産業用ガスタービンの動翼に適用
する場合における効果を確認するため、次のような確認
試験を行った。
Then, in order to confirm the effect in the case of being applied to the blade of an industrial gas turbine, the following confirmation test was conducted.

【0020】産業用ガスタービンの動翼に一般に使用さ
れるIN738LC(大同インコ社商品名,典型組成:
16Cr−8.5Co−1.7Mo−2.6W−1.7
Ta−0.9Nb−3.4Al−3.4Ti−0.17
C−0.01B−0.1Zr−残りNi)を基材に用い
た。
IN738LC (trade name, typical composition of Daido Inco Co., Ltd.) which is generally used for rotor blades of industrial gas turbines.
16Cr-8.5Co-1.7Mo-2.6W-1.7
Ta-0.9Nb-3.4Al-3.4Ti-0.17
C-0.01B-0.1Zr-remainder Ni) was used as the substrate.

【0021】結合層は、CoNiCrAlY(典型組
成:31−33Ni−20〜22Cr−7〜9Al−
0.35〜0.65Y−残りCo)を低圧プラズマ溶射
法により厚さ0.1mmに形成した。
The coupling layer is made of CoNiCrAlY (typical composition: 31-33Ni-20-22Cr-7-9Al-).
0.35 to 0.65Y-remaining Co) was formed to a thickness of 0.1 mm by the low pressure plasma spraying method.

【0022】遮熱層は、イットリア安定化ジルコニア
(典型組成:8Y2 3 −ZrO2 )を大気プラズマ溶
射法により厚さ0.3mmに形成した。
The heat shield layer was formed by yttria-stabilized zirconia (typical composition: 8Y 2 O 3 -ZrO 2 ) to a thickness of 0.3 mm by atmospheric plasma spraying.

【0023】なお、結合層の形成前にアルミナブラスト
により基材の表面汚れ除去及び粗面化を行った。
Before the formation of the bonding layer, the surface dirt of the base material was removed and the surface was roughened by alumina blasting.

【0024】まず、初めに、結合層からα−アルミナ層
を生成させるのに適切な熱処理条件を求めた。
First, the heat treatment conditions suitable for forming the α-alumina layer from the bonding layer were determined.

【0025】具体的には、表1に示した熱処理温度、雰
囲気、時間の各条件で熱処理を行って高温部材を製作し
た後、X線回折法により、生成酸化物の同定および断面
組織の観察を行った。表1に示す熱処理条件のうち、1
121℃×2時間は基材(IN738LC)の溶体化熱
処理条件であり、843℃×24時間は基材(IN73
8LC)の時効熱処理条件である。
Specifically, after heat treatment is performed under the conditions of heat treatment temperature, atmosphere and time shown in Table 1 to fabricate a high temperature member, the produced oxide is identified and the cross-sectional structure is observed by X-ray diffraction method. I went. Of the heat treatment conditions shown in Table 1, 1
121 ° C x 2 hours is the solution heat treatment condition of the base material (IN738LC), and 843 ° C x 24 hours is the base material (IN73LC).
8 LC) aging heat treatment conditions.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】表1からわかるように、酸素分圧の高い大
気中での熱処理条件下(比較体3,4)では、843℃
および1121℃の両者共にα−アルミナ層が生成せ
ず、スピネル酸化物が生成してしまった。一方、酸素分
圧の低い10-3Torrまたは10-5Torrで温度の
低い843℃での熱処理条件下(比較体1,2)では、
24時間の加熱によりθ−アルミナが生成してしまっ
た。これに対し、酸素分圧の低い10-3Torrまたは
10-5Torrで温度の高い1121℃での熱処理条件
下(試験体1,2)では、1時間の加熱によりα−アル
ミナ層の生成が確認された。
As can be seen from Table 1, under heat treatment conditions (comparative bodies 3 and 4) in the atmosphere with a high oxygen partial pressure, 843 ° C.
The α-alumina layer was not formed at both temperatures of 1121 ° C. and 1121 ° C., and spinel oxide was formed. On the other hand, under heat treatment conditions (Comparatives 1 and 2) at a low oxygen partial pressure of 10 −3 Torr or 10 −5 Torr and a low temperature of 843 ° C.,
Θ-alumina was produced by heating for 24 hours. On the other hand, under the heat treatment conditions (Test bodies 1 and 2) at a low oxygen partial pressure of 10 −3 Torr or 10 −5 Torr and a high temperature of 1121 ° C., the α-alumina layer is formed by heating for 1 hour. confirmed.

【0028】なお、843℃で生成したθ−アルミナが
約900℃を境にα−アルミナ層へ変化することから、
α−アルミナ層を生成させるためには少なくとも900
℃以上での熱処理が必要と考えられる。
Since the θ-alumina formed at 843 ° C. changes to the α-alumina layer at about 900 ° C.,
At least 900 to produce an α-alumina layer
It is considered that heat treatment at a temperature of ℃ or higher is necessary.

【0029】次に、耐久性を確認するため、次のような
熱サイクル試験を行った。試験体は、直径10mm、長
さ65mmのIN738LC製の基材の中央部35mm
に上述の製造方法にしたがって結合層および遮熱層を形
成した。なお、結合層形成後のα−アルミナ層生成のた
めの熱処理条件は、10-5Torrの環境下、1121
℃×2時間とし、さらに、遮熱層形成後に843℃×2
4時間の時効熱処理を行った(試験体3)。
Next, in order to confirm the durability, the following heat cycle test was conducted. The test piece has a diameter of 10 mm and a length of 65 mm, and the central portion is 35 mm of a substrate made of IN738LC.
The bonding layer and the heat shield layer were formed according to the above manufacturing method. The heat treatment conditions for forming the α-alumina layer after the formation of the bonding layer were set under the environment of 10 −5 Torr and 1121.
℃ × 2 hours, and after forming the heat shield layer 843 ℃ × 2
An aging heat treatment was performed for 4 hours (Test body 3).

【0030】また、比較体として、結合層形成前に11
21℃×2時間の熱処理を行い、結合層形成後と遮熱層
形成前との間には熱処理を行わず、遮熱層形成後に84
3℃×24時間の時効熱処理を実施したもの(比較体
5)を用いた。
Further, as a comparison body, 11 before the formation of the bonding layer.
Heat treatment is performed at 21 ° C. for 2 hours, no heat treatment is performed between the formation of the bonding layer and the formation of the heat shield layer, and 84 after the formation of the heat shield layer.
The one subjected to the aging heat treatment at 3 ° C. for 24 hours (Comparative body 5) was used.

【0031】試験方法は、流動床炉において、60℃か
ら1000℃まで3分間で加熱した後、1000℃から
60℃まで圧縮空気を吹き付けて6分間で冷却すること
を亀裂や剥離が認められるまで繰り返し、その亀裂や剥
離の発生するまでの回数を求めた。その結果を表2に示
す。
The test method is as follows: heating in a fluidized bed furnace from 60 ° C. to 1000 ° C. for 3 minutes, then blowing compressed air from 1000 ° C. to 60 ° C. and cooling in 6 minutes until cracks or peeling are observed. Repeatedly, the number of times until the crack or peeling occurred was obtained. The results are shown in Table 2.

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】表2からわかるように、α−アルミナ層を
形成した試験体3は、α−アルミナ層のない比較体5の
約4倍以上の耐熱サイクル性を有し、その耐久性が優れ
ることを確認できた。
As can be seen from Table 2, the test body 3 having the α-alumina layer formed thereon has a thermal cycle resistance which is about four times or more that of the comparative body 5 having no α-alumina layer and is excellent in durability. I was able to confirm.

【0034】本発明による高温部材およびその製造方法
を産業用ガスタービンの静翼に適用する場合の実施の形
態を図2を用いて説明する。なお、図2は、その構造を
表す断面図である。ただし、前述した実施の形態と同様
な部分については、その説明を省略する。
An embodiment in which the high temperature member and the manufacturing method thereof according to the present invention is applied to a stationary blade of an industrial gas turbine will be described with reference to FIG. Note that FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure. However, description of the same parts as those in the above-described embodiment will be omitted.

【0035】図2に示すように、高温部材の基材21の
表面には、結合層22が形成されている。結合層22上
には、α−アルミナ層23が形成されている。α−アル
ミナ層23上には、遮熱層24が形成されている。
As shown in FIG. 2, a bonding layer 22 is formed on the surface of the base material 21 of the high temperature member. An α-alumina layer 23 is formed on the bonding layer 22. A heat shield layer 24 is formed on the α-alumina layer 23.

【0036】このような高温部材においては、基材21
の表面に低圧プラズマ溶射法により結合層22を形成し
た後、金属製ヒータ使用の抵抗加熱式の加熱炉を用いて
900℃以上で1〜48時間の熱処理を真空環境下(1
-5〜10-3Torr)で行うことにより、結合層22
上にα−アルミナ層23を形成し、続いて、大気プラズ
マ溶射法により遮熱層24を形成することにより、容易
に製造することができる。
In such a high temperature member, the base material 21
After forming the bonding layer 22 on the surface of the substrate by a low pressure plasma spraying method, a resistance heating furnace using a metal heater is used to perform heat treatment at 900 ° C. or higher for 1 to 48 hours in a vacuum environment (1
0 -5 to 10 -3 Torr) to obtain the bonding layer 22.
It can be easily manufactured by forming the α-alumina layer 23 thereon and then forming the heat shield layer 24 by the atmospheric plasma spraying method.

【0037】つまり、本実施の形態では、金属製ヒータ
使用の抵抗加熱式の加熱炉を用いて加熱するようにして
いるのである。
That is, in the present embodiment, the heating is performed using the resistance heating type heating furnace using the metal heater.

【0038】なぜなら、α−アルミナ層がエネルギ的に
最も安定に存在できる900℃以上の温度で上述した熱
処理を行う場合、酸素分圧が高いと、成長速度の大きい
スピネル酸化物が優先的に生成してしまうことから、酸
素分圧の低い真空環境下で熱処理することにより、スピ
ネル酸化物の生成を抑えてα−アルミナを生成させるよ
うにする必要があるものの、炭素を抵抗線とした抵抗加
熱式の加熱炉または炭素に誘導電流を流してその電気抵
抗によるジュール熱により加熱を行う高周波加熱式の加
熱炉を用いて加熱すると、高温の炭素が共存する状態で
熱処理を行うことになってしまい、炭素による還元作用
でα−アルミナ層はもちろんのこと、酸化物がなんら生
成しなくなってしまうのである。
This is because, when the above-mentioned heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C. or higher where the α-alumina layer can exist in the most energy stable state, when the oxygen partial pressure is high, spinel oxide having a high growth rate is preferentially produced. Therefore, it is necessary to suppress the formation of spinel oxide and generate α-alumina by performing heat treatment in a vacuum environment with a low oxygen partial pressure. Type heating furnace or high-frequency heating type heating furnace in which an induction current is passed through carbon to heat it by Joule heat due to its electrical resistance, heat treatment is performed in the presence of high-temperature carbon. However, due to the reducing action of carbon, not only the α-alumina layer but also no oxide is formed.

【0039】したがって、このような高温部材およびそ
の製造方法によれば、緻密であると共に高温環境下での
長時間の使用に伴う成長速度の遅いα−アルミナ層23
が結合層22と遮熱層24との間に形成されるので、高
温環境下での長時間の使用でも高耐久性が発現されるよ
うになる。
Therefore, according to such a high temperature member and its manufacturing method, the α-alumina layer 23 is dense and has a slow growth rate due to long-term use in a high temperature environment.
Is formed between the bonding layer 22 and the heat shield layer 24, so that high durability is exhibited even when used for a long time in a high temperature environment.

【0040】なお、産業用ガスタービンの静翼に使用さ
れる材料のうち、ECY768は、材質調整のための熱
処理条件が定まっていないものの、材質調整のための熱
処理条件が定まっているIN939などのNi基超合金
は、その溶体化もしくは安定化熱処理とα−アルミナ層
23を形成するための熱処理とを兼ねて行うことができ
る。また、前述した実施の形態の場合と同様に、遮熱層
形成後、時効熱処理が行われる。
Among the materials used for the stationary blades of industrial gas turbines, ECY768 has no heat treatment condition for material adjustment, but has IN heat treatment condition for material adjustment such as IN939. The Ni-base superalloy can be subjected to both solution heat treatment and stabilization heat treatment and heat treatment for forming the α-alumina layer 23. Further, similarly to the case of the above-described embodiment, the aging heat treatment is performed after the heat shield layer is formed.

【0041】続いて、産業用ガスタービンの静翼に適用
する場合における効果を確認するため、次のような確認
試験を行った。
Then, in order to confirm the effect when applied to the stationary blade of the industrial gas turbine, the following confirmation test was conducted.

【0042】産業用ガスタービンの静翼に一般に使用さ
れるECY768(典型組成:23.5Cr−10Ni
−7W−3.5Ta−0.25Ti−0.18Al−
0.60C−残りCo)を基材に用いた。
ECY768 (typical composition: 23.5Cr-10Ni) commonly used for stationary blades of industrial gas turbines.
-7W-3.5Ta-0.25Ti-0.18Al-
0.60 C-remainder Co) was used as the substrate.

【0043】結合層は、CoNiCrAlY(典型組
成:31〜33Ni−20〜22Cr−7〜9Al−
0.35〜0.65Y−残りCo)を低圧プラズマ溶射
法により厚さ0.1mmに形成した。なお、耐久性が低
下してしまう可能性を有するものの、製造コストを抑え
ることができるため、HVOF(High Velocity Oxi-Fu
el Flame Spray:超高速フレーム溶射)法により結合層
を形成することも可能である。
The bonding layer was made of CoNiCrAlY (typical composition: 31 to 33Ni-20 to 22Cr-7 to 9Al-).
0.35 to 0.65Y-remaining Co) was formed to a thickness of 0.1 mm by the low pressure plasma spraying method. Although the durability may decrease, the manufacturing cost can be reduced, so that HVOF (High Velocity Oxi-Fu)
El Flame Spray: Ultra-high speed flame spraying) can be used to form the bonding layer.

【0044】遮熱層は、イットリア安定化ジルコニア
(典型組成:8Y2 3 −ZrO2 )を大気プラズマ溶
射法により厚さ0.3mmに形成した。
The heat shield layer was formed by yttria-stabilized zirconia (typical composition: 8Y 2 O 3 -ZrO 2 ) to a thickness of 0.3 mm by atmospheric plasma spraying.

【0045】なお、結合層の形成前にアルミナブラスト
により基材の表面汚れ除去及び粗面化を行った。
Before forming the bonding layer, the surface stain of the base material was removed and the surface was roughened by alumina blasting.

【0046】まず、初めに、結合層からα−アルミナ層
を生成させるのに適切な熱処理条件を求めた。
First, heat treatment conditions suitable for forming an α-alumina layer from the bonding layer were determined.

【0047】具体的には、表3に示した熱処理温度、雰
囲気、時間、加熱炉ヒータ線材質の各条件で熱処理を行
って高温部材を製作した後、X線回折法により、生成酸
化物の同定および断面組織の観察を行った。
Specifically, after heat treatment is performed under the conditions of heat treatment temperature, atmosphere, time and heating furnace heater wire material shown in Table 3 to fabricate a high temperature member, the produced oxide is formed by X-ray diffraction. Identification and observation of cross-sectional structure were performed.

【0048】[0048]

【表3】 [Table 3]

【0049】表3からわかるように、酸素分圧の高い大
気中での熱処理条件下(比較体8,9)では、850℃
および1080℃の両者共にα−アルミナ層が生成せ
ず、スピネル酸化物が生成してしまった。一方、カーボ
ンヒータ使用の加熱炉を用いた真空環境で1080℃×
2時間の加熱を行う熱処理条件下(比較体6)では、い
ずれの酸化物も同定されなかった。さらに、金属製(モ
リブデン)ヒータ使用の加熱炉を用いた真空環境で85
0℃×24時間の加熱を行う熱処理条件下(比較体7)
では、θ−アルミナが生成してしまった。これに対し、
金属製(モリブデン)ヒータ使用の加熱炉を用いた真空
環境で1080℃×2時間の加熱を行う熱処理条件下
(試験体4)では、α−アルミナ層の生成が確認され
た。
As can be seen from Table 3, under heat treatment conditions (comparative bodies 8 and 9) in the atmosphere with a high oxygen partial pressure, 850 ° C.
At both temperatures of 1080 and 1080 ° C., no α-alumina layer was formed, and spinel oxide was formed. On the other hand, 1080 ° C in a vacuum environment using a heating furnace using a carbon heater
Under the heat treatment condition of heating for 2 hours (Comparative body 6), no oxide was identified. Furthermore, in a vacuum environment using a heating furnace using a metal (molybdenum) heater, 85
Heat treatment condition of heating at 0 ° C. for 24 hours (Comparative body 7)
Then, θ-alumina was produced. In contrast,
Formation of an α-alumina layer was confirmed under heat treatment conditions (Test sample 4) in which heating was performed at 1080 ° C. for 2 hours in a vacuum environment using a heating furnace using a metal (molybdenum) heater.

【0050】なお、生成するアルミナの種類は、一般に
約900℃を境にθ−アルミナからα−アルミナ層へ変
化する。よって、α−アルミナ層を生成させるために
は、カーボンヒータのような還元作用のないヒータ線使
用の加熱炉を用いて少なくとも900℃以上で熱処理す
る必要がある。
The type of alumina produced generally changes from θ-alumina to α-alumina layer at about 900 ° C. Therefore, in order to form the α-alumina layer, it is necessary to perform heat treatment at least at 900 ° C. or higher using a heating furnace using a heater wire that does not have a reducing action, such as a carbon heater.

【0051】次に、耐久性を確認するため、次のような
熱サイクル試験を行った。試験体は、直径10mm、長
さ65mmのECY768製の基材の中央部35mmに
上述の製造方法にしたがって結合層および遮熱層を形成
した。なお、結合層形成後のα−アルミナ層生成のため
の熱処理条件は、金属製ヒータ使用の加熱炉で真空環境
下、1080℃×2時間とし、さらに、結合層と遮熱層
との密着性向上を図るため、遮熱層形成後に850℃×
24時間の時効熱処理を行った(試験体5)。
Next, in order to confirm the durability, the following heat cycle test was conducted. In the test body, a bonding layer and a heat shield layer were formed on the central portion 35 mm of an ECY768 base material having a diameter of 10 mm and a length of 65 mm according to the above-described manufacturing method. The heat treatment conditions for forming the α-alumina layer after forming the bonding layer were set to 1080 ° C. × 2 hours in a vacuum environment in a heating furnace using a metal heater, and further, the adhesion between the bonding layer and the heat shield layer. 850 ° C after formation of heat shield layer for improvement
An aging heat treatment was performed for 24 hours (Test body 5).

【0052】また、比較体として、金属製ヒータ使用の
加熱炉に代えてカーボンヒータ使用の加熱炉を用いたも
の(比較体10)と、結合層形成前に1080℃×2時
間の熱処理を行い、結合層形成後と遮熱層形成前との間
には熱処理を行わず、遮熱層形成後に850℃×24時
間の時効熱処理を実施したもの(比較体11)を製造し
た。
Further, as a comparative body, one using a heating furnace using a carbon heater in place of the heating furnace using a metal heater (comparative body 10) was subjected to heat treatment at 1080 ° C. for 2 hours before forming the bonding layer. A heat treatment was not performed between the formation of the bonding layer and the formation of the heat shield layer, and an aging heat treatment of 850 ° C. × 24 hours was performed after formation of the heat shield layer (Comparative body 11).

【0053】試験方法は、流動床炉において、60℃か
ら1000℃まで3分間で加熱した後、1000℃から
60℃まで圧縮空気を吹き付けて6分間で冷却すること
を亀裂や剥離が認められるまで繰り返し、その亀裂や剥
離の発生するまでの回数を求めた。その結果を表4に示
す。
The test method was as follows: heating in a fluidized bed furnace from 60 ° C. to 1000 ° C. for 3 minutes, then blowing compressed air from 1000 ° C. to 60 ° C. and cooling in 6 minutes until cracks or peeling were observed. Repeatedly, the number of times until the crack or peeling occurred was obtained. The results are shown in Table 4.

【0054】[0054]

【表4】 [Table 4]

【0055】表4からわかるように、α−アルミナ層を
形成した試験体5は、α−アルミナ層のない比較体1
0,11の約2〜3倍以上の耐熱サイクル性を有し、そ
の耐久性が優れることを確認できた。
As can be seen from Table 4, the test body 5 having the α-alumina layer formed thereon is the comparative body 1 having no α-alumina layer.
It was confirmed that it has a heat cycle resistance of about 2 to 3 times that of 0, 11 and has excellent durability.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明による高温部材は、金属からなる
基材の表面に、MCrAlYからなる結合層を設けた
後、真空環境下、900℃以上で熱処理を行うことによ
り、当該結合層の表面にα−アルミナ層を形成し、続い
て、当該α―アルミナ層の表面に、酸化物系セラミック
スからなる遮熱層を設けてなることから、緻密であると
共に高温環境下での長時間の使用に伴う成長速度の遅い
α―アルミナ層が結合層と遮熱層との間に存在するの
で、高温環境下での長時間の使用でも高耐久性が発現さ
れるようになる。また、金属製ヒータ使用の加熱炉を用
いて前記熱処理が行われていれば、結合層の表面にα―
アルミナ層が確実に形成されている。
The high temperature member according to the present invention is made of metal.
A bonding layer made of MCrAlY was provided on the surface of the base material.
After that, by performing a heat treatment at 900 ° C or higher in a vacuum environment.
To form an α-alumina layer on the surface of the bonding layer,
The oxide ceramic on the surface of the α-alumina layer.
Since a heat shield layer made of a carbon is provided , an α-alumina layer that is dense and has a slow growth rate due to long-term use in a high temperature environment exists between the bonding layer and the heat shield layer. Also, high durability is exhibited even when used for a long time in a high temperature environment. Also, use a heating furnace that uses a metal heater.
If the heat treatment is performed on the surface of the bonding layer, α-
The alumina layer is surely formed.

【0057】一方、本発明による高温部材の製造方法
は、金属からなる基材の表面に、MCrAlYからなる
結合層を設けた後、真空環境下、900℃以上で熱処理
を行うことにより、当該結合層の表面にα−アルミナ層
を形成し、続いて、当該α−アルミナ層の表面に、酸化
物系セラミックスからなる遮熱層を設けるようにしたこ
とから、高温環境下での長時間の使用でも高耐久性を発
現することができる高温部材を簡単に製造することがで
きる。また、上述の熱処理は、基材の溶体化もしくは安
定化時効熱処理と兼ねることができるので、コストの上
昇なしに高温部材の耐久性を向上させることができる。
On the other hand, in the method of manufacturing a high temperature member according to the present invention, a bonding layer made of MCrAlY is provided on the surface of a base material made of metal, and then heat treatment is performed at 900 ° C. or higher in a vacuum environment to perform the bonding. Since the α-alumina layer was formed on the surface of the layer and subsequently the heat shield layer made of oxide ceramics was provided on the surface of the α-alumina layer, long-term use in a high temperature environment was possible. However, a high temperature member capable of exhibiting high durability can be easily manufactured. Further, since the above-mentioned heat treatment can also serve as solution heat treatment or stabilization aging heat treatment of the base material, the durability of the high temperature member can be improved without increasing the cost.

【0058】また、金属製ヒータ使用の加熱炉を用いて
前記熱処理を行えば、結合層の表面にα−アルミナ層を
確実に形成することができる。
If the heat treatment is carried out using a heating furnace using a metal heater, the α-alumina layer can be surely formed on the surface of the bonding layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による高温部材を産業用ガスタービンの
動翼に適用する場合の実施の形態の構造を表す断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of an embodiment in which a high temperature member according to the present invention is applied to a moving blade of an industrial gas turbine.

【図2】本発明による高温部材を産業用ガスタービンの
静翼に適用する場合の実施の形態の構造を表す断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure of an embodiment when a high temperature member according to the present invention is applied to a stationary blade of an industrial gas turbine.

【図3】従来の高温部材の構造を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional high temperature member.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21 基材 12,22 結合層 13,23 α−アルミナ層 14,24 遮熱層 11,21 Base material 12,22 Coupling layer 13,23 α-alumina layer 14,24 Heat shield layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C23C 28/00 C23C 28/00 A (72)発明者 守屋 慶一 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社 高砂研究所内 (56)参考文献 特開 平9−310168(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI C23C 28/00 C23C 28/00 A (72) Inventor Keiichi Moriya 2-1-1 Nihama, Arai-cho, Takasago-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Takasago Research Institute (56) Reference JP-A-9-310168 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属からなる基材の表面に、MCrAl
Yからなる結合層を設けた後、真空環境下、900℃以
上で熱処理を行うことにより、当該結合層の表面にα−
アルミナ層を形成し、続いて、当該α―アルミナ層の表
面に、酸化物系セラミックスからなる遮熱層を設けて
ることを特徴とする高温部材。
1. A surface of a metal substrate is coated with MCrAl.
After providing the bonding layer made of Y, in a vacuum environment, 900 ° C or higher
When the heat treatment is performed on the surface of the bonding layer, α-
An alumina layer is formed, and then the surface of the α-alumina layer is formed.
A high temperature member having a heat shield layer made of oxide ceramics on its surface .
【請求項2】2. 金属製ヒータ使用の加熱炉を用いて前記Using a heating furnace that uses a metal heater
熱処理が行われていることを特徴とする請求項1に記載The heat treatment according to claim 1, wherein the heat treatment is performed.
の高温部材。High temperature member.
【請求項3】 金属からなる基材の表面に、MCrAl
Yからなる結合層を設けた後、真空環境下、900℃以
上で熱処理を行うことにより、当該結合層の表面にα−
アルミナ層を形成し、続いて、当該α―アルミナ層の表
面に、酸化物系セラミックスからなる遮熱層を設けるよ
うにしたことを特徴とする高温部材の製造方法。
3. MCrAl is formed on the surface of a base material made of metal.
After the bonding layer made of Y is provided, a heat treatment is performed at 900 ° C. or higher in a vacuum environment to form α-on the surface of the bonding layer.
A method of manufacturing a high-temperature member, comprising forming an alumina layer and subsequently providing a heat shield layer made of oxide ceramics on the surface of the α-alumina layer.
【請求項4】 金属製ヒータ使用の加熱炉を用いて前記
熱処理を行うことを特徴とする請求項に記載の高温部
材の製造方法。
4. The method for manufacturing a high temperature member according to claim 3 , wherein the heat treatment is performed using a heating furnace using a metal heater.
JP18192298A 1998-06-29 1998-06-29 High temperature member and method of manufacturing the same Expired - Fee Related JP3411823B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18192298A JP3411823B2 (en) 1998-06-29 1998-06-29 High temperature member and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18192298A JP3411823B2 (en) 1998-06-29 1998-06-29 High temperature member and method of manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000017458A JP2000017458A (en) 2000-01-18
JP3411823B2 true JP3411823B2 (en) 2003-06-03

Family

ID=16109260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18192298A Expired - Fee Related JP3411823B2 (en) 1998-06-29 1998-06-29 High temperature member and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3411823B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003068673A2 (en) * 2002-02-15 2003-08-21 Alstom Technology Ltd Method for producing a component having a high thermal loading capacity and coated with a heat-protective layer
US20070207328A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-06 United Technologies Corporation High density thermal barrier coating
JP2007262530A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Chubu Electric Power Co Inc Oxidation-resistant coating member and its manufacturing method
CA2582312C (en) * 2006-05-05 2014-05-13 Sulzer Metco Ag A method for the manufacture of a coating
CA2754458A1 (en) * 2010-10-11 2012-04-11 Sulzer Metco Ag Method of manufacturing a thermal barrier coating structure
KR102359508B1 (en) * 2015-09-18 2022-02-09 한국서부발전(주) Method for forming thermal barrier coating layer and thermal barrier coating layer formed by the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000017458A (en) 2000-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2695835B2 (en) Ceramic coated heat resistant material
JP3434504B2 (en) Insulation method for metal substrate
US6764771B1 (en) Product, especially a gas turbine component, with a ceramic heat insulating layer
US7338719B2 (en) MCrAl layer
WO1981001983A1 (en) Columnar grain ceramic thermal barrier coatings on polished substrates
JP7232295B2 (en) Adhesion-promoting layer for bonding high-temperature protective layer onto substrate, and method for producing same
JP7174811B2 (en) high temperature parts
Sun et al. The spalling modes and degradation mechanism of ZrO 2-8 wt.% Y 2 O 3/CVD-Al 2 O 3/Ni-22Cr-10Al-1Y thermal-barrier coatings
JP3579262B2 (en) Bonding coat for thermal barrier coating system
JP3411823B2 (en) High temperature member and method of manufacturing the same
WO1992005298A1 (en) Columnar ceramic thermal barrier coating with improved adherence
JPH06306640A (en) High temperature exposure material
GB2159838A (en) Surface strengthening of overlay coatings
JP2006328499A (en) Thermal barrier coating, gas turbine high-temperature component, and gas turbine
JP4690709B2 (en) Heat resistant material and manufacturing method thereof
JPS61174385A (en) Ceramic-coated fire resistant member and its production
JPS62211387A (en) Production of ceramic coated heat resistant member
JP2014037579A (en) Method for forming heat-shielding coat, and member coated with heat-shielding coat
JPS62211390A (en) Ceramic coated heat resistant member and its production
WO1994015000A1 (en) Columnar ceramic thermal barrier coating with improved adherence
JPH08246901A (en) Thermal insulation coating film excellent in oxidation resistance
JP2007262530A (en) Oxidation-resistant coating member and its manufacturing method
JPH11293452A (en) Thermal insulation coating method
US20120270063A1 (en) Thermal Barrier Coating Having Low Thermal Conductivity
JP2006045606A (en) Ingot for ceramic coating, ceramic-coated member, its manufacturing method, and thermal barrier coated high-temperature component

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: 20030225

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080320

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090320

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100320

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees