JP3464003B2 - 高温の構成要素に対する浸食・腐食保護被覆 - Google Patents
高温の構成要素に対する浸食・腐食保護被覆Info
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高温環境での粒子衝突損傷を含む浸食および
腐食作用に対して製品を保護する方法に関する。
腐食作用に対して製品を保護する方法に関する。
ステクラ他の米国特許第4,055,705号、ユリオン他の
米国特許第4,321,310号およびストレングマン他の米国
特許第4,321,311号の明細書は、ニッケルまたはコバル
ト主体の超合金から製造されたガスタービン構成要素に
対する被覆系を開示している。記載されている被覆系
は、詳細には柱状粒子構造を有するセラミックスから製
造され結合層または結合被覆の上に施されている熱障壁
層を含んでいる。結合層または結合被覆は基体の上に施
されており、また熱障壁層を基体に結合する。結合層ま
たは結合被覆はMCrAlY形式の合金、すなわち鉄、コバル
トおよびニッケルの少なくとも１つを含んでいるベース
にクロム、アルミニウムおよびイットリウムのような希
土類金属を含んでいる合金から製造されている。その他
の成分もMCrAlY合金に存在していてよく、その例は後で
示される。結合層の重要な特徴はMCrAlY合金の上に形成
した薄いアルミナ層が熱障壁層を係留することである。
米国特許第4,321,310号およびストレングマン他の米国
特許第4,321,311号の明細書は、ニッケルまたはコバル
ト主体の超合金から製造されたガスタービン構成要素に
対する被覆系を開示している。記載されている被覆系
は、詳細には柱状粒子構造を有するセラミックスから製
造され結合層または結合被覆の上に施されている熱障壁
層を含んでいる。結合層または結合被覆は基体の上に施
されており、また熱障壁層を基体に結合する。結合層ま
たは結合被覆はMCrAlY形式の合金、すなわち鉄、コバル
トおよびニッケルの少なくとも１つを含んでいるベース
にクロム、アルミニウムおよびイットリウムのような希
土類金属を含んでいる合金から製造されている。その他
の成分もMCrAlY合金に存在していてよく、その例は後で
示される。結合層の重要な特徴はMCrAlY合金の上に形成
した薄いアルミナ層が熱障壁層を係留することである。
デューダースタッド他の米国特許第5,238,752号明細
書は、同じくセラミック熱障壁層とこの熱障壁層を基体
に結合する結合層または結合被覆とを組み入れたガスタ
ービン構成要素に対する被覆系を開示している。結合層
は金属間化合のアルミナイド化合物、特にニッケルアル
ミナイドまたは白金アルミナイドから製造されている。
境界層も熱障壁層を係留する役割をする薄いアルミナ層
を有する。
書は、同じくセラミック熱障壁層とこの熱障壁層を基体
に結合する結合層または結合被覆とを組み入れたガスタ
ービン構成要素に対する被覆系を開示している。結合層
は金属間化合のアルミナイド化合物、特にニッケルアル
ミナイドまたは白金アルミナイドから製造されている。
境界層も熱障壁層を係留する役割をする薄いアルミナ層
を有する。
ユリオン他の米国特許第5,262,245号の明細書には、
ガスタービン構成要素に対する熱障壁層を組み入れてい
る被覆系を、結合層を回避することにより簡単化する成
果が記載されている。この目的で、ガスタービン構成要
素の基体を形成するのに使用可能でありまた適当な処置
のもとにその外側表面の上にアルミナ層を形成する超合
金に対する組成が開示されている。そのアルミナ層は、
基体と熱障壁層との間に挟まれるべき特別な結合層の必
要をなくして、セラミック製熱障壁層を直接に基体の上
に係留するのに使用される。
ガスタービン構成要素に対する熱障壁層を組み入れてい
る被覆系を、結合層を回避することにより簡単化する成
果が記載されている。この目的で、ガスタービン構成要
素の基体を形成するのに使用可能でありまた適当な処置
のもとにその外側表面の上にアルミナ層を形成する超合
金に対する組成が開示されている。そのアルミナ層は、
基体と熱障壁層との間に挟まれるべき特別な結合層の必
要をなくして、セラミック製熱障壁層を直接に基体の上
に係留するのに使用される。
チェヒ他の米国特許第5,154,885号、第5,268,238号、
第5,273,712号および第5,401,307号の明細書は、MCrAlY
合金の保護被覆を含んでいるガスタービン構成要素に対
する改良された被覆系を開示している。開示されている
MCrAlY合金は腐食および酸化に対する特別に良好な耐性
も基体に対して使用される超合金への特別に良好な（機
械的、化学的）適合性も与えるように注意深くバランス
をとられた組成を有する。MCrAlY合金のベースはニッケ
ルおよび／またはコバルトにより形成されている。その
他の元素、特にシリコンおよびレニウムの添加も論じら
れている。レニウムは特に非常に有利な添加物として示
されている。開示されているすべてのMCrAlY合金は特に
以下に説明する本発明に関連して熱障壁層を係留するた
めの結合層としても非常に適している。
第5,273,712号および第5,401,307号の明細書は、MCrAlY
合金の保護被覆を含んでいるガスタービン構成要素に対
する改良された被覆系を開示している。開示されている
MCrAlY合金は腐食および酸化に対する特別に良好な耐性
も基体に対して使用される超合金への特別に良好な（機
械的、化学的）適合性も与えるように注意深くバランス
をとられた組成を有する。MCrAlY合金のベースはニッケ
ルおよび／またはコバルトにより形成されている。その
他の元素、特にシリコンおよびレニウムの添加も論じら
れている。レニウムは特に非常に有利な添加物として示
されている。開示されているすべてのMCrAlY合金は特に
以下に説明する本発明に関連して熱障壁層を係留するた
めの結合層としても非常に適している。
文献「高温材料」ダブリュ・ディーンスト著、ヴェル
クシュトッフテヒニッシェ・フェルラーゲスゲゼルシャ
フト・エム・ベー・ハー、カールスルーエ、ドイツ、19
78年の第６章、第92頁以降には、高温合金に対する耐酸
化性被覆が記載されている。詳細には、アルミナイド被
覆はニッケルまたはコバルト合金に対して使用され、ま
たケイ化物被覆はバナジウム、モリブデン、タングステ
ン、ニオブまたはタンタル合金に対して使用される。ケ
イ化物被覆は主にVSi2、MoSi2またはWSi2から成ってい
てよく、（Cr,Ti,Nb）Si2および（Cr,Ti,Ta）Si2も特に
ニオブまたはタンタル合金に対して意図されている。ケ
イ化物被覆は拡散焼き戻しを伴うパック浸炭法により施
すことができる。
クシュトッフテヒニッシェ・フェルラーゲスゲゼルシャ
フト・エム・ベー・ハー、カールスルーエ、ドイツ、19
78年の第６章、第92頁以降には、高温合金に対する耐酸
化性被覆が記載されている。詳細には、アルミナイド被
覆はニッケルまたはコバルト合金に対して使用され、ま
たケイ化物被覆はバナジウム、モリブデン、タングステ
ン、ニオブまたはタンタル合金に対して使用される。ケ
イ化物被覆は主にVSi2、MoSi2またはWSi2から成ってい
てよく、（Cr,Ti,Nb）Si2および（Cr,Ti,Ta）Si2も特に
ニオブまたはタンタル合金に対して意図されている。ケ
イ化物被覆は拡散焼き戻しを伴うパック浸炭法により施
すことができる。
高温において腐食作用（酸化材料または他の腐食性化
学薬品による作用を含む）を受けやすいガスタービン構
成要素のような製品は、従来技術で広く論じられている
ように、しばしば浸食作用も受けやすい。このことは、
分散されている灰粒子のような固体粒子を運ぶ高温ガス
流に晒されるガスタービン構成要素およびこれらの粒子
による浸食作用を受けやすいガスタービン構成要素に対
して特に当てはまる。
学薬品による作用を含む）を受けやすいガスタービン構
成要素のような製品は、従来技術で広く論じられている
ように、しばしば浸食作用も受けやすい。このことは、
分散されている灰粒子のような固体粒子を運ぶ高温ガス
流に晒されるガスタービン構成要素およびこれらの粒子
による浸食作用を受けやすいガスタービン構成要素に対
して特に当てはまる。
金属の保護被覆は問題となる温度においてかなりの延
性を示し、またこのような浸食作用のもとでとで過度に
損傷を受けやすくてはならない。もしこのような保護被
覆が粒子により衝突されるならば、粒子が被覆に突き刺
さり、被覆はそれにより変形するおそれがあるが、ひび
割れしないであろうし、まして基体から層状に剥離はし
ないであろう。
性を示し、またこのような浸食作用のもとでとで過度に
損傷を受けやすくてはならない。もしこのような保護被
覆が粒子により衝突されるならば、粒子が被覆に突き刺
さり、被覆はそれにより変形するおそれがあるが、ひび
割れしないであろうし、まして基体から層状に剥離はし
ないであろう。
ガスタービン構成要素の表面を形成しまた浸食作用を
受けやすいセラミック製の熱障壁層では事情は全く異な
る。セラミックスの本質的な脆さに起因して、もしセラ
ミックスが構成要素に沿って流れる高温ガス流に伴われ
る粒子により衝突されるならば、ひび割れおよび層状剥
離を予期しなければならない。
受けやすいセラミック製の熱障壁層では事情は全く異な
る。セラミックスの本質的な脆さに起因して、もしセラ
ミックスが構成要素に沿って流れる高温ガス流に伴われ
る粒子により衝突されるならば、ひび割れおよび層状剥
離を予期しなければならない。
増大した浸食作用は、高温ガス流に多かれ少なかれ横
断的に曝される以後“臨界的領域”と呼ばれる構成要素
の表面の領域において最も予期しなければならないであ
ろう。構成要素を取付けるために使用すべき保持部分と
ガスタービン内の高温ガス流に曝される翼部分とを含ん
でいるガスタービンの翼構成要素に対しては、臨界的領
域は構成要素に沿って流れるガス流により定められてい
る翼部分の前縁を囲んでいる。
断的に曝される以後“臨界的領域”と呼ばれる構成要素
の表面の領域において最も予期しなければならないであ
ろう。構成要素を取付けるために使用すべき保持部分と
ガスタービン内の高温ガス流に曝される翼部分とを含ん
でいるガスタービンの翼構成要素に対しては、臨界的領
域は構成要素に沿って流れるガス流により定められてい
る翼部分の前縁を囲んでいる。
以下に説明する浸食作用はまだ完全に理解されておら
ず、または現場で働く専門技術者のコメントさえもまだ
ない。浸食の問題を場合によっては避けられるかもしれ
ない既知の手段は粒子による高温ガス流の汚染を避ける
だけであり、ガスタービンに使用される燃料の純度に厳
しい要求を課するだけでなく、場合によっては燃焼ユニ
ットの熱遮蔽としてガスタービンに組み入れられるセラ
ミックスは認められるほどの粒子を最も釈放しそうにな
い形式のものに注意深く選ばれなければならないことを
必要とする。代替手段は結局は前記の臨界的領域の外側
のみにセラミック製熱障壁層を設けるものとなろう。
ず、または現場で働く専門技術者のコメントさえもまだ
ない。浸食の問題を場合によっては避けられるかもしれ
ない既知の手段は粒子による高温ガス流の汚染を避ける
だけであり、ガスタービンに使用される燃料の純度に厳
しい要求を課するだけでなく、場合によっては燃焼ユニ
ットの熱遮蔽としてガスタービンに組み入れられるセラ
ミックスは認められるほどの粒子を最も釈放しそうにな
い形式のものに注意深く選ばれなければならないことを
必要とする。代替手段は結局は前記の臨界的領域の外側
のみにセラミック製熱障壁層を設けるものとなろう。
しかしこれは、臨界的領域が金属被覆によってのみ保
護されなければならないことを意味し、熱遮蔽の不存在
に起因して非常に強化された冷却を必要とする。セラミ
ック製熱障壁被覆の潜在的能力がそれにより本来可能な
ものを完全には利用できない。
護されなければならないことを意味し、熱遮蔽の不存在
に起因して非常に強化された冷却を必要とする。セラミ
ック製熱障壁被覆の潜在的能力がそれにより本来可能な
ものを完全には利用できない。
従来技術の他の欠点は、熱負荷に関する既知の被覆層
の潜在的能力がガスタービンンエンジンの熱効率を改善
する必要性の増大によりすぐに消耗してしまい、それに
伴って高温ガス流がガスタービンに入る温度を高めるこ
とを必要とすることにある。従って前記のように、セラ
ミック製熱障壁被覆によって、また浸食作用に関してそ
れらの問題を甘受することによってのみこれまでにアク
セス可能であった温度における腐食に対しても浸食に対
して保護する保護被覆系を案出することが絶えず必要と
されている。このような新しい保護被覆系は、特にもし
予期すべき熱負荷が過度に高くないならば、またはもし
十分に高い熱負荷能力を有する進歩した基体が使用され
るならば、必ずしもセラミック層を組み入れる必要はな
い。このような進歩した基体はセラミック基体であるか
もしれない。
の潜在的能力がガスタービンンエンジンの熱効率を改善
する必要性の増大によりすぐに消耗してしまい、それに
伴って高温ガス流がガスタービンに入る温度を高めるこ
とを必要とすることにある。従って前記のように、セラ
ミック製熱障壁被覆によって、また浸食作用に関してそ
れらの問題を甘受することによってのみこれまでにアク
セス可能であった温度における腐食に対しても浸食に対
して保護する保護被覆系を案出することが絶えず必要と
されている。このような新しい保護被覆系は、特にもし
予期すべき熱負荷が過度に高くないならば、またはもし
十分に高い熱負荷能力を有する進歩した基体が使用され
るならば、必ずしもセラミック層を組み入れる必要はな
い。このような進歩した基体はセラミック基体であるか
もしれない。
従って本発明の課題は、高温構成要素に対する浸食・
腐食保護被覆およびこのような構成要素を保護する方法
において、この形式のこれまでに知られている装置およ
び方法の前記の欠点を克服することにある。新規な保護
被覆は考察の対象となっている高温において十分に延性
であり、まここうして粒子衝突損傷を含む浸食に対して
下側の構造を保護しなければならず、また長時間にわた
る腐食作用に耐えるのに十分に耐食性でなければならな
い。新規な被覆はさらに下側の構造特に考察の対象とな
っている超合金と最大に適合する熱膨張係数および他の
機械的・化学的挙動のような特性を呈さなくてはならな
い。
腐食保護被覆およびこのような構成要素を保護する方法
において、この形式のこれまでに知られている装置およ
び方法の前記の欠点を克服することにある。新規な保護
被覆は考察の対象となっている高温において十分に延性
であり、まここうして粒子衝突損傷を含む浸食に対して
下側の構造を保護しなければならず、また長時間にわた
る腐食作用に耐えるのに十分に耐食性でなければならな
い。新規な被覆はさらに下側の構造特に考察の対象とな
っている超合金と最大に適合する熱膨張係数および他の
機械的・化学的挙動のような特性を呈さなくてはならな
い。
上記および他の課題を解決するため、本発明によれば
浸食および腐食作用を受けやすい製品において、ニッケ
ルまたはコバルト主体の超合金から形成された基体と、
前記基体の上に施されたケイ化物被覆とを含んでいる製
品が提供される。
浸食および腐食作用を受けやすい製品において、ニッケ
ルまたはコバルト主体の超合金から形成された基体と、
前記基体の上に施されたケイ化物被覆とを含んでいる製
品が提供される。
本発明の追加的な特徴によれば、ケイ化物被覆は好ま
しくは主成分としてMoSi2を含んでおり、またはMoSi2の
みから形成されている。
しくは主成分としてMoSi2を含んでおり、またはMoSi2の
みから形成されている。
本発明の追加的な特徴によれば、製品は翼部分および
取付部分を含んでいるガスタービン翼構成要素を形成
し、前記翼部分が作動中に製品に沿って流れるガス流に
曝されるものとして定められており、それに沿って流れ
るガス流により定められるものとして前縁および後縁を
有し、また凸状の吸込側および凹状の圧力側を有し、双
方が前記前縁を前記後縁に接続している。翼部分はガス
流内でのその方位により定められる前縁を有し、またケ
イ化物被覆は好ましくは前縁を囲む翼上の臨界的領域に
施され、またそれを覆っている。
取付部分を含んでいるガスタービン翼構成要素を形成
し、前記翼部分が作動中に製品に沿って流れるガス流に
曝されるものとして定められており、それに沿って流れ
るガス流により定められるものとして前縁および後縁を
有し、また凸状の吸込側および凹状の圧力側を有し、双
方が前記前縁を前記後縁に接続している。翼部分はガス
流内でのその方位により定められる前縁を有し、またケ
イ化物被覆は好ましくは前縁を囲む翼上の臨界的領域に
施され、またそれを覆っている。
翼部分はガス流内でのその方位により定められる後縁
をも有し、またケイ化物被覆は好ましくは後縁に隣接す
る翼上の圧力側に施され、またそれを覆っている。
をも有し、またケイ化物被覆は好ましくは後縁に隣接す
る翼上の圧力側に施され、またそれを覆っている。
翼部分はガス流内の粒子による浸食作用を受けやすい
臨界的領域を有する。本発明の他の特徴によれば、ケイ
化物被覆は臨界的領域に施され、またそれを覆ってい
る。
臨界的領域を有する。本発明の他の特徴によれば、ケイ
化物被覆は臨界的領域に施され、またそれを覆ってい
る。
上記および他の課題を解決するため、本発明によれ
ば、浸食および腐食作用を受けやすい製品において、ニ
ッケルまたはコバルト主体の超合金から形成された基体
と、この基体の上に施され所与の延性を有する熱障壁層
と、この熱障壁層の上に施され前記所与の延性よりも比
較的高い延性を有する保護被覆とを含んでいることを特
徴とする製品が提供される。考察の対象となる温度にお
いてその延性が過度に低い熱障壁層（すなわちセラミッ
クス）のガス流への露出は、固体粒子が構成要素に衝突
する時にはチッピングおよび浸食に通ずるが、保護被覆
のより高い延性は構成要素をして粒子を“キャッチ”さ
せ、またそれ以上の損傷を防止する。
ば、浸食および腐食作用を受けやすい製品において、ニ
ッケルまたはコバルト主体の超合金から形成された基体
と、この基体の上に施され所与の延性を有する熱障壁層
と、この熱障壁層の上に施され前記所与の延性よりも比
較的高い延性を有する保護被覆とを含んでいることを特
徴とする製品が提供される。考察の対象となる温度にお
いてその延性が過度に低い熱障壁層（すなわちセラミッ
クス）のガス流への露出は、固体粒子が構成要素に衝突
する時にはチッピングおよび浸食に通ずるが、保護被覆
のより高い延性は構成要素をして粒子を“キャッチ”さ
せ、またそれ以上の損傷を防止する。
上記のように、保護被覆はMoSi2を含むかまたは主と
してMoSi2から成っているケイ化物被覆である。
してMoSi2から成っているケイ化物被覆である。
本発明の他の特徴によれば、熱障壁層は主成分として
セラミックス、好ましくは円柱粒状のセラミックスを含
んでいる。
セラミックス、好ましくは円柱粒状のセラミックスを含
んでいる。
本発明のさらに他の特徴によれば、製品は、熱障壁層
と基体との間に施されて熱障壁層を基体に結合する結合
層を含んでいる。
と基体との間に施されて熱障壁層を基体に結合する結合
層を含んでいる。
本発明のさらに追加的な特徴によれば、結合層は金属
間化合のアルミナイド化合物およびMCrAlY合金から成る
群から選択された材料を含んでいる。
間化合のアルミナイド化合物およびMCrAlY合金から成る
群から選択された材料を含んでいる。
上記および他の課題を解決するため、本発明によれ
ば、ニッケルまたはコバルト主体の超合金から形成され
た基体を有する製品を浸食および腐食作用に対して保護
する方法が提供される。この方法は、ニッケルまたはコ
バルト主体の超合金から形成された基体をケイ化物被覆
により被覆する工程を含んでいる。
ば、ニッケルまたはコバルト主体の超合金から形成され
た基体を有する製品を浸食および腐食作用に対して保護
する方法が提供される。この方法は、ニッケルまたはコ
バルト主体の超合金から形成された基体をケイ化物被覆
により被覆する工程を含んでいる。
本発明のさらに追加的な特徴によれば、基体は熱噴霧
法により被覆される。
法により被覆される。
本発明のさらに追加的な実施態様によれば、基体は物
理蒸着法により被覆される。
理蒸着法により被覆される。
本発明のさらに他の実施態様によれば、ニッケルまた
はコバルト主体の超合金から形成された基体を有する製
品を浸食および腐食作用に対して保護する方法が提供さ
れる。この方法は、所与の延性を有する熱障壁層を基体
に施す工程と、この所与の延性よりも比較的高い延性を
有する保護被覆により前記熱障壁層を被覆する工程とを
含んでいる。
はコバルト主体の超合金から形成された基体を有する製
品を浸食および腐食作用に対して保護する方法が提供さ
れる。この方法は、所与の延性を有する熱障壁層を基体
に施す工程と、この所与の延性よりも比較的高い延性を
有する保護被覆により前記熱障壁層を被覆する工程とを
含んでいる。
熱障壁層は熱噴霧法、大気圧プラズマ噴霧法または物
理蒸着法により施すことができる。応用すべきプロセス
は熱障壁層の仕様に従って、また当業者の知識に従って
選ばれるべきである。
理蒸着法により施すことができる。応用すべきプロセス
は熱障壁層の仕様に従って、また当業者の知識に従って
選ばれるべきである。
本発明のさらに他の実施態様によれば、この方法は熱
障壁層を施す前に結合層を基体の上に施す工程を含んで
いる。
障壁層を施す前に結合層を基体の上に施す工程を含んで
いる。
最後に、本発明によれば、ニッケルまたはコバルト主
体の超合金から形成された基体を有し、また浸食および
腐食作用に対してその上に施された損傷したケイ化物被
覆を有する製品を保護する方法において、製品を新しい
ケイ化物被覆により被覆する工程を含んでいる方法が提
供される。
体の超合金から形成された基体を有し、また浸食および
腐食作用に対してその上に施された損傷したケイ化物被
覆を有する製品を保護する方法において、製品を新しい
ケイ化物被覆により被覆する工程を含んでいる方法が提
供される。
本発明の実施態様と考えられる他の特徴は従属請求項
に記載されている。
に記載されている。
本発明は、高温構成要素に対する浸食・腐食保護被覆
およびこのような構成要素を保護する方法に対して実施
されるものとしてここに図示かつ説明するが、ここに示
されているものに制限されることは意図されていない。
なぜなら種々の変形および構造的変更が本発明の精神を
逸脱することなしにまた請求項の均等範囲内で行うこと
ができるからである。
およびこのような構成要素を保護する方法に対して実施
されるものとしてここに図示かつ説明するが、ここに示
されているものに制限されることは意図されていない。
なぜなら種々の変形および構造的変更が本発明の精神を
逸脱することなしにまた請求項の均等範囲内で行うこと
ができるからである。
しかし本発明の構成は、その追加的な課題および利点
と共に、添付図面と結び付けての特別は実施例の下記の
説明から最もよく理解されよう。
と共に、添付図面と結び付けての特別は実施例の下記の
説明から最もよく理解されよう。
図１は基体とケイ化物被覆を組み入れた保護被覆系と
を有する構成要素の部分的断面図であり、断面は図２中
の線Ｉ−Ｉに沿ってとられている。
を有する構成要素の部分的断面図であり、断面は図２中
の線Ｉ−Ｉに沿ってとられている。
図２は図１中に示されている基体と保護被覆とを含ん
でいるガスタービン翼構成要素の斜視図である。
でいるガスタービン翼構成要素の斜視図である。
図３は代替的な実施例を示す、図１と同様の図であ
る。
る。
図４はさらに他の実施例の同様の図である。
いま図面を詳細に、先ず特に図１を参照すると、作動
中に重い熱負荷と同時に腐食および浸食作用を受けやす
い製品、特にガスダービン構成要素の基体１が示されて
いる。基体１は、重い熱負荷および場合によっては遠心
力のような激しい力による追加的な機械的負荷に曝され
る時に強度および構造的安定性を与えるのに適している
材料から形成されている。ガスタービンエンジンにおい
てこのような目的に対して広く認識かつ使用されている
材料はニッケルまたはコバルト主体の超合金である。
中に重い熱負荷と同時に腐食および浸食作用を受けやす
い製品、特にガスダービン構成要素の基体１が示されて
いる。基体１は、重い熱負荷および場合によっては遠心
力のような激しい力による追加的な機械的負荷に曝され
る時に強度および構造的安定性を与えるのに適している
材料から形成されている。ガスタービンエンジンにおい
てこのような目的に対して広く認識かつ使用されている
材料はニッケルまたはコバルト主体の超合金である。
基体１に与えられる熱負荷を制限するため、基体１は
その上に置かれた熱障壁層２を有する。熱障壁層２は円
柱粒状のセラミックスから製造されており、特に本質的
に安定化されたまたは部分的に安定化されたジルコニア
から成っている。熱障壁層２は中間層３により基体１に
係留されている。この中間層３はMCrAlY合金、好ましく
はチェヒ他の上述の米国特許第5,154,885号、第5,268,2
38号、第5,273,712号および第5,401,307号の明細書の１
つに記載されているようなMCrAlY合金から成るMCrAlY層
４により基体１を被覆することにより形成されている。
薄いアルミナ層５がMCrAlY層４の上に形成されている。
アルミナ層５は熱障壁層２に対する係留物としての役割
をする。
その上に置かれた熱障壁層２を有する。熱障壁層２は円
柱粒状のセラミックスから製造されており、特に本質的
に安定化されたまたは部分的に安定化されたジルコニア
から成っている。熱障壁層２は中間層３により基体１に
係留されている。この中間層３はMCrAlY合金、好ましく
はチェヒ他の上述の米国特許第5,154,885号、第5,268,2
38号、第5,273,712号および第5,401,307号の明細書の１
つに記載されているようなMCrAlY合金から成るMCrAlY層
４により基体１を被覆することにより形成されている。
薄いアルミナ層５がMCrAlY層４の上に形成されている。
アルミナ層５は熱障壁層２に対する係留物としての役割
をする。
新規な特徴として、ケイ化物被覆６が熱障壁層２の上
に施されている。ケイ化物被覆６は、900℃よりも高い
温度において、熱障壁層２を形成するセラミックスの延
性よりも実質的に高い延性を有し、またこうしてセラミ
ックスよりも浸食作用に耐えるのにはるかに適してい
る。構成要素の周りを流れるガス流内に懸濁してまたケ
イ化物被覆６に衝突するなんらかの固体粒子は停止され
またそのなかに係留され、場合によってはケイ化物被覆
６のわずかな変形を生じさせるが、そのひび割れまたは
層状剥離を生じさせることはない。ケイ化物被覆６は化
学的に高度に不活性であるから考察の対象になっている
温度における腐食作用にも耐え、またこうして熱障壁層
２に対する優れた保護被覆を形成する。熱障壁層２は基
体１に対する三重の保護、すなわち腐食および浸食作用
に対する保護も過大な熱負荷に対する保護を要するよう
にケイ化物被覆６と良好に組み合わされる。
に施されている。ケイ化物被覆６は、900℃よりも高い
温度において、熱障壁層２を形成するセラミックスの延
性よりも実質的に高い延性を有し、またこうしてセラミ
ックスよりも浸食作用に耐えるのにはるかに適してい
る。構成要素の周りを流れるガス流内に懸濁してまたケ
イ化物被覆６に衝突するなんらかの固体粒子は停止され
またそのなかに係留され、場合によってはケイ化物被覆
６のわずかな変形を生じさせるが、そのひび割れまたは
層状剥離を生じさせることはない。ケイ化物被覆６は化
学的に高度に不活性であるから考察の対象になっている
温度における腐食作用にも耐え、またこうして熱障壁層
２に対する優れた保護被覆を形成する。熱障壁層２は基
体１に対する三重の保護、すなわち腐食および浸食作用
に対する保護も過大な熱負荷に対する保護を要するよう
にケイ化物被覆６と良好に組み合わされる。
ケイ化物被覆６は特に金属ケイ化物、たとえばMnS
i2、MoSi2またはWSi2のような化合物から形成されてい
る。好ましくはケイ化物被覆はMoSi2から形成されてい
る。化合物は特に熱噴霧法または物理蒸着法により施さ
れる。また、それは含まれている他の材料の熱膨張係数
からごくわずかしか異ならない熱膨張係数を有し（３×
10-6/K以下の差）、またこうして熱負荷のもとに著しい
ひずみを生じない。また、他の材料へのMoSi2の結合は
優れている。すべてのこれらの特徴を考慮に入れて、MO
Si2が、構成要素を検査し、もし必要であれば新しいケ
イ化物被覆を施す少なくとも構成要素の２回の修理の間
の合理的に選ばれた時間周期に相当する時間周期にわた
り持続する優れた保護性能を有することが見い出されて
いる。
i2、MoSi2またはWSi2のような化合物から形成されてい
る。好ましくはケイ化物被覆はMoSi2から形成されてい
る。化合物は特に熱噴霧法または物理蒸着法により施さ
れる。また、それは含まれている他の材料の熱膨張係数
からごくわずかしか異ならない熱膨張係数を有し（３×
10-6/K以下の差）、またこうして熱負荷のもとに著しい
ひずみを生じない。また、他の材料へのMoSi2の結合は
優れている。すべてのこれらの特徴を考慮に入れて、MO
Si2が、構成要素を検査し、もし必要であれば新しいケ
イ化物被覆を施す少なくとも構成要素の２回の修理の間
の合理的に選ばれた時間周期に相当する時間周期にわた
り持続する優れた保護性能を有することが見い出されて
いる。
図２は完成したガスタービン構成要素、すなわちガス
タービン翼構成要素７、詳細にはダービン羽根を示す。
タービン翼構成要素７、詳細にはダービン羽根を示す。
構成要素７は作動中にガスタービンエンジンの“能動
的”部分を形成する翼部分８と、構成要素７をその所定
の位置に固定保持する取付部分９とを有する。作動中、
翼部分８はそれに沿って流れる高温ガス流に曝されてい
る。この機能により定められるものとして、翼部分８
は、ガス流10がそれと会う前縁11と、ガス流10がそれを
去る後縁12とを有する。縁11および12は凸状の吸込側13
および凹状の圧力側14により接続されている。作動中、
ガス流10は圧力側14に比較的高い圧力を生じ、また吸込
側13に比較的低い圧力を生じ、こうして翼部分８を横切
って圧力差を生じさせ、また構成要素７が属しているタ
ービンを回転させる。高温ガス流10は酸化のような腐食
作用を生じさせる酸素と、エッチングのような腐食作用
を生じさせる他の化学物質と、ガス流内に分散して浸食
作用を生じさせる固体とを運ぶ。浸食作用は主にガス流
10により定められる翼部分８の前縁11と、前縁11を囲み
またガス流10に沿ってもたらされる小さい粒子が直接衝
突するおそれのある前縁11に隣接する翼部分８のすべて
の部分を全体として囲むものとして定められ得る翼部分
８の臨界的領域15とにおいて生ずる。他の臨界的領域16
は後縁12に隣接する圧力側14の上に位置している。作動
中、ガス流10は圧力側14の輪郭に従うべく強制される。
ガス流10に沿って運ばれる粒子は遠心力の作用によりガ
ス流10自体よりも少なく曲げられた軌道の上に導かれ、
またこうして圧力側14と衝突するかもしれない。このよ
うな衝突は後縁12の近くで最も生じやすく、それによっ
て臨界的領域16がそこに定められる。
的”部分を形成する翼部分８と、構成要素７をその所定
の位置に固定保持する取付部分９とを有する。作動中、
翼部分８はそれに沿って流れる高温ガス流に曝されてい
る。この機能により定められるものとして、翼部分８
は、ガス流10がそれと会う前縁11と、ガス流10がそれを
去る後縁12とを有する。縁11および12は凸状の吸込側13
および凹状の圧力側14により接続されている。作動中、
ガス流10は圧力側14に比較的高い圧力を生じ、また吸込
側13に比較的低い圧力を生じ、こうして翼部分８を横切
って圧力差を生じさせ、また構成要素７が属しているタ
ービンを回転させる。高温ガス流10は酸化のような腐食
作用を生じさせる酸素と、エッチングのような腐食作用
を生じさせる他の化学物質と、ガス流内に分散して浸食
作用を生じさせる固体とを運ぶ。浸食作用は主にガス流
10により定められる翼部分８の前縁11と、前縁11を囲み
またガス流10に沿ってもたらされる小さい粒子が直接衝
突するおそれのある前縁11に隣接する翼部分８のすべて
の部分を全体として囲むものとして定められ得る翼部分
８の臨界的領域15とにおいて生ずる。他の臨界的領域16
は後縁12に隣接する圧力側14の上に位置している。作動
中、ガス流10は圧力側14の輪郭に従うべく強制される。
ガス流10に沿って運ばれる粒子は遠心力の作用によりガ
ス流10自体よりも少なく曲げられた軌道の上に導かれ、
またこうして圧力側14と衝突するかもしれない。このよ
うな衝突は後縁12の近くで最も生じやすく、それによっ
て臨界的領域16がそこに定められる。
ケイ化物被覆６は少なくとも臨界的領域15および16を
覆って、また好ましくは翼部分８全体を覆って構成要素
７の上に施されるべきである。
覆って、また好ましくは翼部分８全体を覆って構成要素
７の上に施されるべきである。
作動中に与えられる熱負荷をさらに減ずるため、冷却
溝17が構成要素７の内部に形成されている。しかし、冷
却がガスタービンエンジンから圧縮空気を抽気すること
により通常行われ、それにより燃焼に利用可能な空気の
量を減ずることは重要である。これは一般に低く保たれ
ることが望まれるので、被覆系による過大な熱負荷に対
する保護を含む構成要素７の優れた保護は高度に有利で
ある。
溝17が構成要素７の内部に形成されている。しかし、冷
却がガスタービンエンジンから圧縮空気を抽気すること
により通常行われ、それにより燃焼に利用可能な空気の
量を減ずることは重要である。これは一般に低く保たれ
ることが望まれるので、被覆系による過大な熱負荷に対
する保護を含む構成要素７の優れた保護は高度に有利で
ある。
図３および図４を参照すると、ケイ化物の層は直接に
基体の上に施すことができる。代替的に、構成要素に対
する保護被覆は、本発明によるケイ化物被覆によりそれ
自体保護されているセラミックス障壁層２のみを含んで
いてもよい。
基体の上に施すことができる。代替的に、構成要素に対
する保護被覆は、本発明によるケイ化物被覆によりそれ
自体保護されているセラミックス障壁層２のみを含んで
いてもよい。
本発明は、三重の保護、すなわち腐食、浸食および過
大な熱負荷に対する保護を特徴とする被覆系に複合物を
設けることにより、この明細書の冒頭に記載した要求を
満足する。
大な熱負荷に対する保護を特徴とする被覆系に複合物を
設けることにより、この明細書の冒頭に記載した要求を
満足する。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０２Ｃ 7/30 Ｆ０２Ｃ 7/30
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23F 11/00
C23C 14/06
C23C 28/00
C23C 28/04
F02C 7/00
F02C 7/30
Claims (31)
- 【請求項１】浸食および腐食作用を受けやすい製品にお
いて、ニッケルまたはコバルト主体の超合金から形成さ
れた基体と、この基体の上に施されたケイ化物被覆とを
含んでいることを特徴とする製品。 - 【請求項２】前記ケイ化物被覆がMoSi2を含んでいるこ
とを特徴とする請求項１記載の製品。 - 【請求項３】前記ケイ化物被覆が主成分としてMoSi2を
含んでいることを特徴とする請求項１記載の製品。 - 【請求項４】前記ケイ化物被覆が主としてMoSi2から成
っていることを特徴とする請求項１記載の製品。 - 【請求項５】前記基体および前記ケイ化物被覆が翼部分
および取付部分を含んでいるガスタービン翼構成要素を
形成し、前記翼部分が作動中に翼に沿って流れるガス流
に曝されるものとして定められており、それに沿って流
れるガス流により定められるものとして前縁および後縁
を有し、かつ凸状の吸込側および凹状の圧力側を有し、
双方が前記前縁を前記後縁に接続していることを特徴と
する請求項１ないし４の１つに記載の製品。 - 【請求項６】前記ケイ化物被覆が前記前縁を囲む前記翼
の上の臨界的な領域に施され、かつそれを覆っているこ
とを特徴とする請求項５記載の製品。 - 【請求項７】前記ケイ化物被覆が前記後縁に隣接する前
記圧力側の上の臨界的な領域に施され、かつそれを覆っ
ていることを特徴とする請求項５または６記載の製品。 - 【請求項８】前記翼部分がガス流内に分散されている粒
子による浸食作用を受けやすい臨界的な領域を有し、か
つ前記ケイ化物被覆が臨界的な領域に施され、かつそれ
を覆っていることを特徴とする請求項５ないし７の１つ
に記載の製品。 - 【請求項９】浸食および腐食作用を受けやすい製品にお
いて、ニッケルまたはコバルト主体の超合金から形成さ
れた基体と、この基体に施されて所与の延性を有する熱
障壁層と、この熱障壁層の上に施され前記所与の延性よ
りも高い延性を有する保護被覆とを含んでいることを特
徴とする製品。 - 【請求項１０】前記保護被覆がケイ化物被覆であること
を特徴とする請求項９記載の製品。 - 【請求項１１】前記保護被覆がMoSi2を含んでいること
を特徴とする請求項９記載の製品。 - 【請求項１２】前記保護被覆が主成分としてMoSi2を含
んでいることを特徴とする請求項９記載の製品。 - 【請求項１３】前記保護被覆が主としてMoSi2から成っ
ていることを特徴とする請求項９記載の製品。 - 【請求項１４】前記熱障壁層が主成分としてセラミック
スを含んでいることを特徴とする請求項９ないし13の１
つに記載の製品。 - 【請求項１５】前記熱障壁層が円柱粒状のセラミックス
であることを特徴とする請求項９ないし14の１つに記載
の製品。 - 【請求項１６】前記熱障壁層と前記基体との間に施され
前記熱障壁層を前記基体に結合する結合層を含んでいる
ことを特徴とする請求項９ないし15の１つに記載の製
品。 - 【請求項１７】前記結合層が金属間化合のアルミナイド
化合物およびMCrAlY合金から成る群から選択された材料
を含んでいることを特徴とする請求項16記載の製品。 - 【請求項１８】前記基体、前記熱障壁層および前記保護
被覆が翼部分および保持部分を含んでいるガスタービン
翼構成要素を形成し、前記翼部分が作動中に翼に沿って
流れるガス流に曝されるものとして定められており、そ
れに沿って流れるガス流により定められるものとして前
縁および後縁を有し、かつ凸状の吸込側および凹状の圧
力側を有し、双方が前記前縁を前記後縁に接続している
ことを特徴とする請求項９ないし17の１つに記載の製
品。 - 【請求項１９】前記ケイ化物被覆が前記前縁を囲む前記
翼の上の臨界的な領域に施され、かつそれを覆っている
ことを特徴とする請求項18記載の製品。 - 【請求項２０】前記ケイ化物被覆が前記後縁に隣接する
前記圧力側の上の臨界的な領域に施され、かつそれを覆
っていることを特徴とする請求項18または19記載の製
品。 - 【請求項２１】前記翼部分がガス流内に分散されている
粒子による浸食作用を受けやすい領域として定められた
臨界的な領域を有し、この臨界的な領域が前記保護被覆
により覆われていることを特徴とする請求項18ないし20
の１つに記載の製品。 - 【請求項２２】ニッケルまたはコバルト主体の超合金か
ら形成された基体を有する製品を浸食および腐食作用に
対して保護する方法において、基体の上にケイ化物被覆
を施す工程を含んでいることを特徴とする方法。 - 【請求項２３】基体を熱噴霧法により被覆する工程を含
んでいることを特徴とする請求項22記載の方法。 - 【請求項２４】基体を物理蒸着法により被覆する工程を
含んでいることを特徴とする請求項22記載の方法。 - 【請求項２５】ニッケルまたはコバルト主体の超合金か
ら形成された基体を有する製品を浸食および腐食作用に
対して保護する方法において、所与の延性を有する熱障
壁層を基体に施す工程と、前記所与の延性よりも比較的
高い延性を有する保護被覆を前記熱障壁層の上に施す工
程とを含んでいることを特徴とする方法。 - 【請求項２６】熱障壁層を施す工程が前記熱障壁層を施
す前に結合層を基体の上に施す工程を含んでいることを
特徴とする請求項25記載の方法。 - 【請求項２７】保護被覆を施す工程が前記熱障壁層の上
にケイ化物被覆を施す工程を含んでいることを特徴とす
る請求項25または26記載の方法。 - 【請求項２８】前記熱障壁層を熱噴霧法により施す工程
を含んでいることを特徴とする請求項25ないし27の１つ
に記載の方法。 - 【請求項２９】前記熱障壁層を物理蒸着法により施す工
程を含んでいることを特徴とする請求項25ないし27の１
つに記載の方法。 - 【請求項３０】ニッケルまたはコバルト主体の超合金か
ら形成された基体を有し、かつ浸食および腐食作用に対
してその上に施された損傷したケイ化物被覆を有する製
品を保護する方法において、製品を新しいケイ化物被覆
により被覆する工程を含んでいることを特徴とする方
法。 - 【請求項３１】ニッケルまたはコバルト主体の超合金か
ら形成された基体を有し、前記基体の上に施され所与の
延性を有する熱障壁層とこの熱障壁層の上に施された損
傷した保護被覆とを有する製品を保護する方法におい
て、前記熱障壁層を前記所与の延性よりも比較的高い延
性を有する新しい保護被覆により被覆する工程を含んで
いることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/417,945 US5740515A (en) | 1995-04-06 | 1995-04-06 | Erosion/corrosion protective coating for high-temperature components |
| US08/417,945 | 1995-04-06 | ||
| PCT/EP1996/001432 WO1996031636A1 (en) | 1995-04-06 | 1996-04-01 | Erosion/corrosion protective coating for high-temperature components |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11506500A JPH11506500A (ja) | 1999-06-08 |
| JP3464003B2 true JP3464003B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=23656002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52996996A Expired - Fee Related JP3464003B2 (ja) | 1995-04-06 | 1996-04-01 | 高温の構成要素に対する浸食・腐食保護被覆 |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5740515A (ja) |
| EP (1) | EP0820535B1 (ja) |
| JP (1) | JP3464003B2 (ja) |
| KR (1) | KR19980703619A (ja) |
| CN (1) | CN1180126C (ja) |
| CZ (1) | CZ315797A3 (ja) |
| DE (1) | DE69615012T2 (ja) |
| DK (1) | DK0820535T3 (ja) |
| ES (1) | ES2162048T3 (ja) |
| IN (1) | IN187892B (ja) |
| RU (1) | RU2167220C2 (ja) |
| UA (1) | UA48169C2 (ja) |
| WO (1) | WO1996031636A1 (ja) |
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