JP3503997B2 - Thermal barrier coating member and method of manufacturing the same - Google Patents

Thermal barrier coating member and method of manufacturing the same

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JP3503997B2
JP3503997B2 JP21617994A JP21617994A JP3503997B2 JP 3503997 B2 JP3503997 B2 JP 3503997B2 JP 21617994 A JP21617994 A JP 21617994A JP 21617994 A JP21617994 A JP 21617994A JP 3503997 B2 JP3503997 B2 JP 3503997B2
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【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高温の酸化、腐食性雰囲
気中で使用される遮熱コーティング部材およびその製造
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal barrier coating member used in a high temperature oxidizing and corrosive atmosphere and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】発電用ガスタービンにおいては、運転ガ
ス温度の高温化が発電効率の向上のために有効である。
この高温化にともない、動翼、翼、燃焼器などの高温
部品においては、部品材料の温度を下げるための冷却特
性向上と材料の耐熱温度向上の二つの観点から耐久性向
上策が検討されている。
2. Description of the Related Art In a gas turbine for power generation, raising the operating gas temperature is effective for improving power generation efficiency.
With this high temperature, blades, vanes, in the high-temperature parts such as the combustor, durable propensity <br/> excellent plan from two viewpoints of heat resistance temperature increase of the cooling characteristic improvement and materials for lowering the temperature of the component materials Is being considered.

【0003】 まず、冷却性能の向上については、冷却
用空気流量を増加させることが有効である。ところが冷
却用空気流量を増加さると、燃焼ガス温度の低下があ
りこの面から発電効率の低下を招く。そこで、冷却用空
気の流量を増加させないで冷却性能を向上させるには、
フィルム冷却やインピンジ冷却に代表される材料/冷却
ガス間の熱伝導率を増大させる方法や、翼内面のリター
ンフロー構造に代表される材料/冷却ガスの接触面積を
増大させる方法などが試みられている。これ等の方法
は、部品の構造が複雑となる欠点がある。
First, in order to improve the cooling performance, it is effective to increase the cooling air flow rate. However, when Ru increases the cooling air flow, there is reduction in combustion gas temperature leads to a decrease in power generation efficiency from the surface. Therefore, in order to improve the cooling performance without increasing the flow rate of the cooling air,
Attempts have been made to increase the thermal conductivity between the material and the cooling gas, which is represented by film cooling and impingement cooling, and to increase the contact area between the material and the cooling gas, which is represented by the return flow structure on the inner surface of the blade. There is. These methods have the drawback of complicating the structure of the parts.

【0004】一方、高温化のための他の方法としては耐
熱温度向上のため材料開発が進められている。ところ
が、高温部品材料としてはNi、CoまたはFe基の超
合金が開発されているが、強度や耐酸化性、耐蝕性を考
慮すれば、耐熱温度は高々900℃である。さらに耐熱
性を高めるものとして、高融点材料で耐酸化性、耐蝕性
に優れたセラミック材料がある。ところが、セラミック
材料は金属材料に比べて靭性の点で著しく劣っており、
加工性に劣る欠点がある。従って、ガスタービン部品材
料としては信頼性、形状化という点で問題がある。
On the other hand, as another method for increasing the temperature, materials are being developed to improve the heat resistant temperature. However, although Ni, Co, or Fe-based superalloys have been developed as high-temperature component materials, the heat resistance temperature is at most 900 ° C. in consideration of strength, oxidation resistance, and corrosion resistance. Further, as a material having higher heat resistance, there is a ceramic material having a high melting point and excellent in oxidation resistance and corrosion resistance. However, ceramic materials are significantly inferior to metallic materials in terms of toughness,
It has a drawback of poor workability. Therefore, there is a problem in terms of reliability and shape as a gas turbine component material.

【0005】ところで、靭性がある金属材料を強度メン
バーとして使用する一つの手段として遮熱コーティング
がある。遮熱コーティングは、金属基材表面に低熱伝導
率のセラミックをコーティングすることにより(裏面は
冷却)、金属基材の温度上昇を防止するものである。数
百μmのセラミック層により、金属基材の表面温度を5
0〜100℃低下させ得るとの報告もある(特開昭62
−211387号)。これにより、強度メンバーとなる
金属基材の温度を上昇させることなく、ガスタービンの
高温化が可能となる。また、遮熱コーティングにおいて
は燃焼ガス側から冷却ガス側への熱流束を低減し得るた
めに、金属基材の昇温防止とともに冷却ガス流量を低減
できる効果もある。
By the way, there is a thermal barrier coating as one means for using a tough metallic material as a strength member. The thermal barrier coating prevents the temperature rise of the metal base material by coating the surface of the metal base material with a ceramic having a low thermal conductivity (the back surface is cooled). The surface temperature of the metal substrate is 5
There is also a report that the temperature can be lowered by 0 to 100 ° C (JP-A-62-62).
-2111387). As a result, the temperature of the gas turbine can be increased without increasing the temperature of the metal base material that is the strength member. Further, in the thermal barrier coating, since the heat flux from the combustion gas side to the cooling gas side can be reduced, there is an effect that the temperature rise of the metal base material can be prevented and the cooling gas flow rate can be reduced.

【0006】 一方、遮熱コーティングの問題点はコー
ティングしたセラミック層の割れや剥離の問題である。
これは表面に形成したセラミック層が非常に割れやすい
という本質的な問題と、金属とセラミックとでは材料の
物性が大巾に異なり、大きな熱応力を発生することに原
因がある。また、高温酸化、高温腐食性雰囲気下での長
時間使用も、酸化物の生成などコーティング被膜の劣
化、密着力低下を招き、セラミック層の割れや剥離の発
生を助長する。このセラミック層の割れや剥離は、遮熱
性能の低下を来たし、基材温度の上昇をもたらし材の
溶融、破壊など機器の運転にも支障をおよぼすトラブル
の原因となる。
On the other hand, the problem with the thermal barrier coating is the problem of cracking or peeling of the coated ceramic layer.
This is due to the essential problem that the ceramic layer formed on the surface is extremely fragile, and the fact that the physical properties of the material differ greatly between metal and ceramic, and large thermal stress is generated. In addition, long-term use in a high-temperature oxidizing or high-temperature corrosive atmosphere leads to deterioration of the coating film such as formation of oxides and a decrease in adhesion, which promotes cracking and peeling of the ceramic layer. The cracking or peeling of the ceramic layer lowers the heat shield performance, raises the temperature of the base material, and causes troubles such as melting and destruction of the base material that hinders the operation of the equipment.

【0007】 そのために、ガスタービン高温部品の遮
熱コーティングにおけるセラミック層の割れや剥離の低
減策が種々検討されている。それ等は、熱応力緩和によ
るものと耐酸化性、耐蝕性の向上によるものとの二つに
大別される。熱応力の緩和によるものとしては、金属材
料へのセラミックコーティング方法がある(特開平6−
57399号)。これは、金属基材表面にセラミックコ
ーティングした後、熱処理を施して線膨脹係数の小さい
セラミック層に圧縮応力を印加するものである。そのた
めに、セラミック層は圧縮応力場での使用となり割れや
剥離の発生は低減される。また、組成が徐々に変化する
金属−セラミック層溶着方法もある(特開昭61−14
3567号)。これは、金属基材から表面のセラミック
までセラミック含有率を連続的に増大させながら溶射被
膜を形成させ、溶射時に基材温度を徐々に上昇させるこ
とにより、残留応力を制御するものである。これによ
り、使用時の熱応力も緩和され、割れや剥離の発生も低
減される。
Therefore, various measures for reducing cracking and peeling of the ceramic layer in the thermal barrier coating of the gas turbine high temperature component have been studied. These are roughly classified into two types, that is, relaxation of thermal stress and improvement of oxidation resistance and corrosion resistance. As a method for relaxing the thermal stress, there is a method for coating a metal material with a ceramic (Japanese Patent Laid - Open No. 6-
57399 ). This is to apply a compressive stress to a ceramic layer having a small coefficient of linear expansion by subjecting a surface of a metal base material to ceramic coating and then subjecting it to heat treatment. Therefore, the ceramic layer is used in a compressive stress field, and the occurrence of cracking and peeling is reduced. The metal composition changes gradually - some ceramic layer welding method (JP 61- 14
3567 ). This is to control the residual stress by forming a thermal spray coating while continuously increasing the ceramic content from the metal substrate to the ceramic on the surface and gradually increasing the substrate temperature during thermal spraying. As a result, the thermal stress during use is relieved, and the occurrence of cracks and peeling is reduced.

【0008】 次に、耐酸化性、耐蝕性を向上させるも
のとして、耐熱性セラミックコーティングがある(特開
昭57−140876号)。これは、金属基材表面に中
間の合金ボンド層とセラミック層との間に、耐酸化性に
優れたPt合金を介在させるものである。れにより、
合金ボンド層とセラミック層との界面での耐酸化性、耐
蝕性が向上され、遮熱コーティングの耐久性が向上され
る。
Next, as a material for improving the oxidation resistance and the corrosion resistance, there is a heat resistant ceramic coating (JP-A-57-140876). This is to interpose a Pt alloy having excellent oxidation resistance between the intermediate alloy bond layer and the ceramic layer on the surface of the metal base material. This ensures that,
Oxidation resistance and corrosion resistance at the interface between the alloy bond layer and the ceramic layer are improved, and the durability of the thermal barrier coating is improved.

【0009】 また、セラミック被覆ガスタービン燃焼
器およびその製造法周知となっている。この製造法で
は、金属基材表面に形成する合金ボンド層表面に、予め
Alを主成分とする酸化被膜を形成する。この酸化層が
内部への酸素の侵入を防ぎ、合金ボンド層の酸化、腐食
の進行を防ぎその耐久性を向上させる。
[0009] Ceramic coated gas turbine combustors and methods of making the same are also well known . In this manufacturing method, an oxide film containing Al as a main component is previously formed on the surface of the alloy bond layer formed on the surface of the metal base material. This oxide layer prevents oxygen from entering the inside, prevents the progress of oxidation and corrosion of the alloy bond layer, and improves its durability.

【0010】 表面にセラミック層を形成する遮熱コー
ティングではないが、金属基材への耐蝕コーティングに
関しては、溶射被覆合金製品がある。これは、Ni、C
o、Fe基の超合金基材上に、超合金マトリックス中に
セラミックが微細分散した層を形成した超合金に関する
ものであるこの超合金は従来の超合金より耐久性が大
である。
[0010] not a thermal barrier coating to form a ceramic layer on the surface, with respect to the corrosion-resistant coatings on metal substrates, Ru spray coating alloy products there. This is Ni, C
The present invention relates to a superalloy in which a layer in which ceramics are finely dispersed in a superalloy matrix is formed on a superalloy base material based on o and Fe . This superalloy is more durable than conventional superalloys.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、ガスタ
ービンのような高温酸化、高温腐食雰囲気中で使用する
遮熱コーティングにおいては、セラミック被膜の剥離を
防ぐ種々の試みがなされている。その中には、耐酸化層
の付加など経年的な劣化特性の向上を図ることにより、
耐久性の向上を図ったものがある。
As described above, various attempts have been made to prevent the peeling of the ceramic coating in the thermal barrier coating used in a high temperature oxidizing and high temperature corrosive atmosphere such as in a gas turbine. Among them, by improving the deterioration characteristics over time, such as the addition of an oxidation resistant layer,
Some have improved durability.

【0012】ところが、それ等は主として金属基材とセ
ラミック層の中間のボンド層表面にPtや、Al2 3
などの耐酸化性、耐蝕性に優れたもう一つの層を介在さ
せるものであり、超合金マトリックス中にセラミックが
微細分散された中間層を形成させたものではない。ま
た、超合金マトリックス中にセラミックが微細分散され
た中間層を形成する際、金属基材からセラミック層にか
けて、セラミック組成比率が連続的に増大することによ
り熱応力を緩和するようにしたものもない。
However, they are mainly composed of Pt or Al 2 O 3 on the surface of the bond layer intermediate between the metal substrate and the ceramic layer.
Another intervening layer having excellent oxidation resistance and corrosion resistance is interposed, and an intermediate layer in which ceramics are finely dispersed in a superalloy matrix is not formed. Further, when forming an intermediate layer in which ceramics are finely dispersed in a superalloy matrix, there is no one that alleviates thermal stress by continuously increasing the ceramic composition ratio from the metal base material to the ceramic layer. .

【0013】 本発明は上記の事情に基づきなされたも
ので、耐久性が高く、超合金基材とセラミック層との剥
防止された遮熱コーティング部材およびその製造法
を提供する。
[0013] The present invention has been made based on the above circumstances, durable, provides a thermal barrier coating member and a manufacturing method peeling is prevented with the superalloy substrate and the ceramic layer.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の遮熱コーティン
グ部材は、Ni、CoまたはFe基の高温強度に優れた
超合金の金属基材上に、ZrO を主成分としY
、MgO、CaOおよびSiO から選ばれる少
なくとも一種を含む低熱伝導率のセラミック層形成
れた遮熱コーティング部材であって前記超合金の金属
基材と前記セラミック層との間に、前記超合金の金属基
材より耐酸化性、耐蝕性に優れたNi、CoまたはFe
基の金属質マトリックス中にAl 、Y およ
びThO から選ばれる少なくとも一種からなる1.0
ミクロン以下のセラミック質が微細に分散された中間層
が形成されていることを特徴とする。
The heat shield of the present inventionCoating
MemberHas excellent high temperature strength of Ni, Co or Fe group
On a superalloy metal substrate,ZrO Two With Y as the main component
Two O Three , MgO, CaO and SiO Two A few selected from
At least including oneCeramic layer with low thermal conductivityButFormationIt
WasThermal barrier coatingA member,Of the superalloymetal
Base materialThe aboveBetween the ceramic layer, Of the super alloyMetal base
Ni, Co or Fe, which have better oxidation resistance and corrosion resistance than materials
In the base metallic matrixAl Two O Three , Y Two O Three And
And ThO Two 1.0 consisting of at least one selected from
SubmicronFinely dispersed ceramicWas doneMiddle class
Is formedIt is characterized by

【0015】[0015]

【作用】上記構成の本発明の遮熱コーティング部材にお
いては、超合金の金属基材とセラミック層との間に、N
i、CoまたはFe基の金属質マトリックス中にAl
、Y およびThO から選ばれる少なくとも
一種からなる1.0ミクロン以下のセラミック質を微細
分散させた中間層を形成することで、耐久性に優れた遮
熱コーティング部材とすることができる。
In the thermal barrier coating member of the present invention having the above-described structure , N is formed between the superalloy metal base material and the ceramic layer.
Al 2 in a metallic matrix based on i, Co or Fe
At least selected from O 3 , Y 2 O 3 and ThO 2.
A ceramic material of 1.0 micron or less composed of one type
By forming a dispersed intermediate layer, it has excellent durability.
It can be a thermal coating member.

【0016】[0016]

【実施例】図1は、本発明の遮熱コーティング部材の一
実施例の断面図である。この図において、Ni、Co、
またはFeをベースとした高温強度に優れた超合金から
なる金属基材1には、Ni、Co、またはFe基の超合
金マトリックス4中にセラミック5を微細に分散させた
中間層2が設けてある。前記のセラミック質としては、
、Y、ThOなど、硬質でしかも化
学的に安定な酸化物系セラミックが含まれ、それ等は一
種以上用いられている。また、セラミック質の大きさ
は、1.0μm以下であり、その中間層の強化と耐酸化
性、耐蝕性を満たすに十分に小さいものとしてある。表
面のセラミック層3は、ZrO を主成分とし、Y
、MgO、CaO、SiOのうち少なくとも一つを
含むもので、遮熱性能を持たせるために低熱伝導率でし
かも高温での相の安定性を有するものとしてある。
1 is a sectional view of an embodiment of a thermal barrier coating member of the present invention. In this figure, Ni, Co,
Alternatively, a metallic base material 1 made of a superalloy based on Fe and excellent in high temperature strength is provided with an intermediate layer 2 in which a ceramic 5 is finely dispersed in a superalloy matrix 4 of Ni, Co or Fe base. is there. The ceramic quality of said,
Etc. A l 2 O 3, Y 2 O 3, ThO 2, includes a rigid, yet chemically stable oxide ceramic, which like are used one or more. The size of the ceramic quality is at 1.0μm or less, enhanced and oxidation resistance of the intermediate layer, there as small enough to satisfy the corrosion resistance. The ceramic layer 3 on the surface contains ZrO 2 as a main component, and Y 2 O
3 , which contains at least one of MgO, CaO, and SiO 2 , and has a low thermal conductivity and a phase stability at high temperatures in order to have a heat shield property.

【0017】図2は、上記の遮熱コーティング部材の製
造法の一例の工程図である。第1の工程6は原料粉末の
作成工程を示す。Ni、Co、Feの少なくとも一種の
中に、Cr、Al、Yを含む金属質のMCrAlY粉末
とセラミック質のY2 3 粉末を、アトライクや高速ボ
ールミルよりメカニカルアロイングすることにより、機
械エネルギによる粉末の合金化を行い、MCrAlY粉
末中にY2 3 粉末が超微細分散した粉末を作成する。
一方、電融粉砕法や化学析出法などにより、8wt%Y
2 3 で部分安定化したZrO2 粉末を作成する。
FIG. 2 is a process drawing of an example of a method for manufacturing the above-mentioned thermal barrier coating member. The first step 6 is a step of producing the raw material powder. By mechanically alloying metallic MCrAlY powder containing Cr, Al, and Y and ceramic Y 2 O 3 powder in at least one of Ni, Co, and Fe with an attrik or high-speed ball mill, mechanical energy is applied. The powder is alloyed to prepare a powder in which Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in MCrAlY powder.
On the other hand, 8 wt% Y by electro-melting pulverization method or chemical deposition method
A ZrO 2 powder partially stabilized with 2 O 3 is prepared.

【0018】 第2の工程7から第6の工程11まで
、超合金の金属基材上に、上記のMCrAlY粉末中
にY粉末が超微細分散された粉末を形成させる工
程である。まず、第2の工程7では、超合金の金属基材
の洗浄脱脂と、その後のAlグリッドを用いたブ
ラスィングの前処理を行う。
[0018] From the second step 7 to the sixth step 11, on the superalloy metal substrate is the step of forming a powder Y 2 O 3 powder is ultra-fine dispersed in the above MCrAlY powder . First, in the second step 7, a cleaning degreasing metal substrate superalloy, the pretreatment bra swing with subsequent Al 2 O 3 grids performed.

【0019】 第3の工程8では、前記前処理を施した
超合金の金属基材をチャンバー中にセットする。チャン
バーの真空とガス置換とを繰り返し、その酸素濃度を1
−2MPa以下とし、雰囲気圧力を10−4 aとす
る。
In the third step 8, the pre-processed superalloy metal substrate is set in a chamber. Repeat the chamber vacuum and gas replacement to set the oxygen concentration to 1
And 0 -2 MPa or less, the ambient pressure and 10 -4 P a.

【0020】 第4の工程9は、超合金の金属基材表面
のクリーニング処理を行う工程である。超合金の金属
材を負極としたトランスファードアークにり、超合金
金属基材表面の酸化物を分解する。
The fourth step 9 is a step of cleaning the surface of the metal base material of the superalloy. By using a transferred arc with a superalloy metal base material as the negative electrode ,
Decomposes oxides on the surface of metal substrates.

【0021】 第5の工程10は、超合金の金属基材の
予熱工程である。プラズマジェットにより、超合金の金
基材を800℃まで加熱する。
The fifth step 10 is a step of preheating the metal base material of the superalloy. Superalloy gold by plasma jet
The genus substrate heated to 800 ° C..

【0022】 第6の工程11は、メカニカルアロイン
グにより作成したMCrAlY粉末中にY 粉末が
超微細分散した粉末の超合金の金属基材への溶射工程で
ある。その粉末をプラズマジェットにより溶融し、高速
で超合金の金属基材にぶつけることにより凝固させ、被
膜を形成させる。
The sixth step 11 is a step of spraying a superalloy of a powder in which Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in MCrAlY powder prepared by mechanical alloying onto a metal base material. The powder is melted by a plasma jet and solidified by hitting the superalloy metal base material at high speed to form a film.

【0023】 第7の工程12と第8の工程13は、M
CrAlY粉末中にY粉末が超微細分散した被膜
上に、低熱伝導で靭性に富むセラミック8wt%Y
で部分安定化したZrOを形成する工程である。第
7の工程12では、MCrAlY粉末中にY粉末
が超微細超微細分散した被膜を形成した超合金の金属
材をチャンバーから大気中に取り出す。第8の工程13
では、MCrAlY粉末中にY粉末が超微細分散
した被膜上に、8wt%Yで部分安定化したZr
をプラズマジェットにより溶融し、高速でぶつける
ことにより被膜を形成する。
In the seventh step 12 and the eighth step 13, M
Ceramic 8 wt% Y 2 0 with low thermal conductivity and high toughness is formed on a film in which Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in CrAlY powder.
3 is a step of forming partially stabilized ZrO 2 . In the seventh step 12, a superalloy metal substrate having a film in which Y 2 O 3 powder is ultrafine and ultrafine dispersed in MCrAlY powder is taken out from the chamber to the atmosphere. Eighth step 13
Then, Zr partially stabilized with 8 wt% Y 2 O 3 was formed on a film in which Y 2 O 3 powder was ultrafinely dispersed in MCrAlY powder.
O 2 is melted by a plasma jet and hit at high speed to form a film.

【0024】 第9の工程14は後処理工程である。超
合金の金属基材上に、MCrAlY粉末中に
末が超微細分散した中間層と8wt%Yで部分安
定化したZrOを形成したものを、酸素濃度が10
−2Pa以下のArの不活性ガス雰囲気中で、1100
℃、4hの熱処理を施す。これにより、元素拡散によっ
て超合金の金属基材と中間層の密着性が向上し、中間層
の被膜が緻密化される。
The ninth step 14 is a post-treatment step. An oxygen concentration of 10 was obtained by forming an intermediate layer in which Y 2 O 3 powder was ultrafinely dispersed in MCrAlY powder and ZrO 2 partially stabilized with 8 wt% Y 2 O 3 on a metal base material of a superalloy.
-In an inert gas atmosphere of Ar of -2 Pa or less, 1100
Heat treatment is performed at 4 ° C. for 4 hours. As a result, the adhesion between the metal base material of the superalloy and the intermediate layer is improved by element diffusion, and the intermediate layer coating is densified.

【0025】 図3は本発明の遮熱コーティング部材の
製造法の他の実施例の工程を示す。この図において、第
1の工程15は原料粉末の作成工程である。この工程に
おいては、Ni、Co、Feの少なくとも一種の中に、
Cr、Al、Yを含む金属質のMCrAlY粉末とセラ
ミック質のY粉末を、アトライクや高速ボールミ
ルよりメカニカルアロイングすることにより、機械エネ
ルギによる粉末の合金化を行い、MCrAlY粉末中に
粉末が超微細分散した粉末を作成する。一方、
電融粉砕法や化学析出法などにより、8wt%Y
で部分安定化したZrO粉末を作成する。第2の工程
16から第5の工程19までは、超合金の金属基材上
に、上記のMCrAlY粉末中にY粉末が超微細
分散された粉末を固化させる工程である。
FIG. 3 shows steps of another embodiment of the method for manufacturing a thermal barrier coating member of the present invention. In this figure, the first step 15 is a step of producing a raw material powder. In this step, in at least one of Ni, Co, and Fe,
Metallic MCrAlY powder containing Cr, Al, and Y and ceramic Y 2 O 3 powder are mechanically alloyed by an strike or a high-speed ball mill to alloy the powder with mechanical energy, and Y is added to the MCrAlY powder. A powder in which 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed is prepared. on the other hand,
8 wt% Y 2 O 3 by electro-melt pulverization method or chemical deposition method
To produce a partially stabilized ZrO 2 powder. From the second step 16 to the fifth step 19, on the superalloy metal substrate, a step of solidifying the powder Y 2 O 3 powder is ultra-fine dispersed in the above MCrAlY powder.

【0026】 まず、第2の工程16では、超合金の金
基材を洗浄脱脂する。
First, in the second step 16, the superalloy gold is used.
Cleaning degreasing the genus substrate.

【0027】 次に、第3の工程17では、超合金の金
基材をSUS304製のキャンにセットし、超合金
金属基材上に上記MCrAl粉末中にY 微細分
散させた粉末と8wt%Yで部分安定化したZr
粉末とを積層する。
Next, in the third step 17, the superalloy gold is used.
Set the genus base material made of SUS304 of the can, superalloys
A powder in which Y 2 O 3 is finely dispersed in the above MCrAl powder on a metal substrate and Zr partially stabilized with 8 wt% Y 2 O 3.
Laminate with O 2 powder.

【0028】 第4の工程18では、前記粉末を積層し
たキャンの内部を酸素濃度10−3Pa以下、全圧で1
−1以下に真空引きし、内部を真空封止する。
In the fourth step 18, the inside of the can in which the powders are laminated has an oxygen concentration of 10 −3 Pa or less and a total pressure of 1
0 -1 evacuated to a P a following, vacuum sealing the inside.

【0029】 第5の工程19では、超合金の金属基材
と粉末を真空封入したキャンを、圧力が200MPa、
温度が1000℃のArガス雰囲気中に2h保持する。
これにより、超合金の金属基材表面にMCrAlY粉末
中にY粉末が超微細分散した中間層および表面の
8wt%Yで部分安定化したZrOが形成
される。
In a fifth step 19, a superalloy metal base material and a can in which powder is vacuum-sealed are set at a pressure of 200 MPa,
Hold in an Ar gas atmosphere at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours.
As a result, an intermediate layer in which the Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in the MCrAlY powder and a ZrO 2 layer partially stabilized with 8 wt% Y 2 O 3 on the surface are formed on the surface of the metal substrate of the superalloy.

【0030】 第6の工程20では、超合金の金属基材
上に、MCrAlY粉末中にY粉末が超微細分散
した中間層と8wt%Yで部分安定化したZrO
を形成したものを、酸素濃度10 −3 Pa以下のAr
ガス雰囲気中で、温度1100℃、4hの熱処理を施
す。これにより、元素拡散によって超合金の金属材と
中間層の密着性が向上し、中間層の被膜が緻密となる。
In the sixth step 20, an intermediate layer in which Y 2 O 3 powder was ultrafinely dispersed in MCrAlY powder and ZrO partially stabilized with 8 wt% Y 2 O 3 were formed on a superalloy metal substrate.
2 formed with Ar having an oxygen concentration of 10 −3 Pa or less.
Heat treatment is performed at a temperature of 1100 ° C. for 4 hours in a gas atmosphere. This improves the adhesion between the superalloy metal base material and the intermediate layer due to element diffusion, and makes the coating film of the intermediate layer dense.

【0031】 また、図2に示した遮熱コーティング部
材の製造法にはの実施例がある。まず、第1の工程6
の粉末作成工程である。Ni、Co、Feの少なくとも
一つの中に、Cr、Al、Yを含む金属質のMCrAl
Y粉末とセラミック質のY粉末を、アトライタや
高速ボールミルによるメカニカルアロイングすることに
より、MCrAlY粉末中にY粉末が超微細分散
した粉末を作成する。この時、Y粉末の組成比率
が0%〜50%まで、5%おきに変化した合計11種類
のメカニカルアロイ粉末を作成する。また、第6の工程
11ではメカニカルアロイングにより作成したMCrA
lY粉末中にY 粉末が超微細分散した粉末を、超
合金の金属基材上に溶射法により形成する工程におい
て、前記の11種類のメカニカルアロイ粉末をその組成
比率の小さいものから順に溶射する。このようにして、
超合金の金属基材から連続的にYの組成比率が増
加した中間層を形成することができる。
There is another embodiment of the method for manufacturing the thermal barrier coating member shown in FIG. First, the first step 6
This is the powder preparation process. Metallic MCrAl containing Cr, Al and Y in at least one of Ni, Co and Fe
The Y powder and the ceramic Y 2 O 3 powder are mechanically alloyed by an attritor or a high-speed ball mill to prepare a powder in which the Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in the MCrAlY powder. At this time, a total of 11 types of mechanical alloy powders in which the composition ratio of the Y 2 O 3 powder changed from 0% to 50% at intervals of 5% are prepared. Further, in the sixth step 11, MCrA created by mechanical alloying
In a step of forming a powder in which Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed in 1Y powder on a superalloy metal base material by a thermal spraying method, the 11 types of mechanical alloy powders described above are sequentially arranged from the smallest composition ratio. Spray. In this way
An intermediate layer having an increased composition ratio of Y 2 O 3 can be continuously formed from a superalloy metal substrate.

【0032】 また、図3に示す遮熱コーティング部材
の製造法についても別の実施例がある。まず、第1の工
程15の原料粉末の作成工程工程である。Ni、Co、
Feの少なくとも一種の中に、Cr、Al、Yを含む金
属質のMCrAlY粉末とセラミック質のY粉末
を、アトライタや高速ボールミルによりメカニカルアロ
イングすることにより、MCrAlY粉末中にY
粉末が超微細分散した粉末を作成する。この時、Y
粉末の組成比率が、0%〜50%まで5%おきに異な
る11種類のメカニカルアロイ粉末を作成する。超合金
の金属基材をSUS304製のキャンにセットする。そ
の後、超合金の金属基材上にMCrAlY粉末中にY
微細分散した粉末をセットする際に、前記の1
1種類のメカニカルアロイ粉末の上に、8wt%Y
粉末の組成比率の小さいものから順に積層する。その
後、前記メカニカルアロイ粉末の上に8wt%Y
で部分安定化したZrO 粉末を積層する。第5の工程
19で、超合金の金属基材と積層した粉末を入れたキャ
ンを、圧力200MPa、温度1000℃のArガス雰
囲気中に2h保持することにより、超合金の金属基材表
面に超合金の金属基材から連続的にYの組成比率
が増加した中間層および表面の8wtY で部分安
定化したZの層が完成する。
There is another embodiment of the method for manufacturing the thermal barrier coating member shown in FIG. First, the raw material powder creation step of the first step 15. Ni, Co,
In at least one of Fe, Cr, Al, and Y 2 O 3 powder of MCrAlY powder and the ceramic quality of the metallic containing Y, by mechanical alloying by attritor, high-speed ball mill, Y 2 O in MCrAlY powder Three
A powder in which the powder is ultrafinely dispersed is prepared. At this time, Y 2 O
Eleven kinds of mechanical alloy powders in which the composition ratio of the three powders differ from 0% to 50% at intervals of 5% are prepared. Super alloy
The metal base material is set in a SUS304 can. Then, Y 2 in MCrAlY powder on the superalloy metal substrate.
When O 3 is set to powder ultrafine dispersion, wherein the 1
8wt% Y 2 O on one kind of mechanical alloy powder
3 The powders are laminated in order from the one having the smallest composition ratio. Then, 8 wt% Y 2 O 3 was added on the mechanical alloy powder.
The partially stabilized ZrO 2 powder is laminated. In the fifth step 19, by holding the can containing the powder laminated with the superalloy metal base material in an Ar gas atmosphere at a pressure of 200 MPa and a temperature of 1000 ° C. for 2 h, the superalloy metal base material surface is superposed. a layer of Z r O 2 was partially stabilized by the metal substrate of the alloy continuously in Y 2 O of the intermediate layer and the surface composition ratio is increased in 3 8wtY 2 O 3 is completed.

【0033】 また、別の実施例がある。前記のよう
に、溶射法や粉末固化法により、超合金の金属基材上
に、Ni、Co、Feの一種の中に、Cr、Al、Yを
含む金属質のMCrAlYに、セラミック質のY
が微細分散した中間層を形成した後、以下の工程を追加
するものである。中間層を形成した超合金の金属基材
を、Al、Al粉末とともにSUS304製の容
器に詰め、NHCl、Hを流しながら温度1000
℃で5h保持する。これにより、中間層表面に耐酸化
性、耐蝕性のAlのリッチな層が形成される。また、こ
れを温度700〜1100℃の酸化性雰囲気に、0.5
〜500h保持することによりそのAlが表面のAl
に変化する。
There is another embodiment. As described above, by a thermal spraying method or a powder solidification method, a metallic MCrAlY containing Cr, Al, and Y in one of Ni, Co, and Fe on a metallic base material of a superalloy , and a ceramic Y 2 O 3
The following steps are added after forming the finely dispersed intermediate layer. The superalloy metal base material on which the intermediate layer is formed is packed in a container made of SUS304 together with Al and Al 2 O 3 powder, and the temperature is set to 1000 while flowing NH 4 Cl and H 2.
Hold at 5 ° C for 5 h. As a result, an Al-rich layer having oxidation resistance and corrosion resistance is formed on the surface of the intermediate layer. Further, this is placed in an oxidizing atmosphere at a temperature of 700 to 1100 ° C. for 0.5
By holding for ~ 500h, the Al becomes surface Al 2
Change to O 3 .

【0034】上記各実施例の作用について図4〜図6を
参照して説明する。
The operation of each of the above embodiments will be described with reference to FIGS.

【0035】 まず、Ni、Co、Feの少なくとも一
種の中に、Cr、Al、Yを含む金属質のMCrAlY
粉末とセラミック質のY粉末を、アトライタによ
りメカニカルアロイングすることにより、MCrAlY
粉末中にY粉末が超微細分散したメカニカルアロ
イ粉末が作成できる。図4は、横軸に機械エネルギEと
して回転数R×時間tを、縦軸にはY粉末粒径を
とって示す。横軸の機械エネルギが大きくなるほど、Y
粒径rが小さくできることが明らかである。初期
粒径rが数十μmのY粉末も、回転数500rp
mで10hのメカニカルアロイ処理を行えば、Y
粉末粒径rを1μm未満とすることができる。また、メ
カニカルアロイ粉末の特徴としては、一つのMCrAl
Yマトリックスの中に微細なY 粉末が分散した形
で存在する。
First, metallic MCrAlY containing Cr, Al, and Y in at least one of Ni, Co, and Fe.
By mechanically alloying the powder and the ceramic Y 2 O 3 powder with an attritor, MCrAlY
A mechanical alloy powder in which Y 2 O 3 powder is ultrafinely dispersed can be prepared. In FIG. 4, the horizontal axis represents the rotational speed R × time t as mechanical energy E, and the vertical axis represents the Y 2 O 3 powder particle size. The greater the mechanical energy on the horizontal axis, the more Y
It is clear that the 2 O 3 particle size r can be reduced. Y 2 O 3 powder having an initial particle size r of several tens of μm also has a rotation speed of 500 rp.
If a mechanical alloying process is performed for 10 h at m, Y 2 O 3
The powder particle size r can be less than 1 μm. One of the characteristics of mechanical alloy powder is that it has one MCrAl powder.
Fine Y 2 O 3 powder is present in a dispersed form in the Y matrix.

【0036】 また、Ni、Co、Fe少なくとも一
種の中に、Cr、Al、Yを含むMCrAlYにY
粒子が微細分散した中間層を用いることにより、耐酸
化性、耐蝕性が向上される。
Further, Ni, Co, in at least one of Fe, Cr, Al, the MCrAlY containing Y Y 2 O
By using the intermediate layer in which the three particles are finely dispersed, the oxidation resistance and the corrosion resistance are improved.

【0037】 図5は、温度1000℃の大気中に保持
した場合の酸化増量について、通常のMCrAlY粉
末を用いて作成した遮熱コーティング部材と、Y
粒子を5パーセント微細分散させた中間層を用いた遮熱
コーティング部材とを比較したものである。これより、
本発明の遮熱コーティング部材の酸化増量が著しく少な
いことが分る。これは、Y粒子が酸素元素のトラ
ップ有効に寄与していることを意味している。また、
粒子を5パーセント分散させた中間の表面にA
lリッチな層を付加した場合を図5中に示しているが、
酸化増量はさらに少なくなっている。
FIG. 5 shows a thermal barrier coating member prepared by using a normal MCrAlY powder, and Y 2 O 3 with respect to the oxidation weight increase W when kept in the air at a temperature of 1000 ° C.
It is a comparison with a thermal barrier coating member using an intermediate layer in which particles are finely dispersed by 5%. Than this,
It can be seen that the thermal barrier coating member of the present invention has a significantly small increase in oxidation. This means that the Y 2 O 3 particles effectively contribute to the trap of oxygen element. Also,
A 5% Y 2 O 3 particles were dispersed on the intermediate surface of A
FIG. 5 shows the case where an l-rich layer is added.
The oxidation increase W is further reduced.

【0038】 次に、図6は通常のMCrAlY粉末を
用いて作成した遮熱コーティング部材と、Y粒子
を5%微細分散させた中間層を用いた遮熱コーティング
部材の高温使用における熱応力を比較して示す。この図
において、板巾方向の熱応力が示され、Y粒子を
5%分散させた中間層を用いた遮熱コーティング部材で
は、靭性が基材や中間層よりも劣る表面の8wt%Y
−ZrO の熱応力が低減される。これは、Y
粒子を微細分散させた中間層を用いることにより、M
CrAlYをそのまま用いたときよりも線膨脹係数が小
さくなり、ヤング率も大きくなるためである。すなわ
ち、超合金の金属基材との膨脹係数の違いや温度分布
により、表面の8wt%Y−ZrOに作用する
引張熱応力の一部をこの中間層が分担するためである。
Next, FIG. 6 shows the thermal barrier coating member prepared by using the normal MCrAlY powder and the thermal barrier coating member using the intermediate layer in which Y 2 O 3 particles are finely dispersed by 5% in high temperature use. The stress is shown in comparison. In this figure, the thermal stress in the width direction is shown, and in the thermal barrier coating member using the intermediate layer in which 5% of Y 2 O 3 particles are dispersed, the toughness is 8 wt% of the surface which is inferior to the base material or the intermediate layer. Y 2
O 3 -ZrO 2 of thermal stress is reduced. This is Y 2 O
By using an intermediate layer in which 3 particles are finely dispersed, M
This is because the linear expansion coefficient is smaller and the Young's modulus is larger than when CrAlY is used as it is. That is, this intermediate layer shares a part of the tensile thermal stress acting on 8 wt% Y 2 O 3 —ZrO 2 on the surface due to the difference in the coefficient of linear expansion from the metal base material of the superalloy and the temperature distribution. .

【0039】 また、超合金の金属基材から連続的にY
の組成比率が増加した中間層とすること、さら
に熱応力が緩和される。これは、超合金の金属基材や中
間層のマトリックスのMCrAlYと表面層の8wt%
−ZrOの急激な線膨脹係数の変化をなくす
ことができるためである。すなわち、定性的には、MC
rAlYにYを添加することにより、線膨脹係数
を下げることができるが、中間層のYの組成比率
を連続的に増加させることにより、超合金の金属基材か
ら表面の8wt%Y−ZrOにかけて、線膨脹
係数が徐々に小さくなる。
In addition, Y is continuously formed from the metal base material of the superalloy.
By composition ratio of 2 O 3 is the increased intermediate layer, further the thermal stress is relaxed. This is 8 wt% of the surface layer and MCrAlY of the matrix of the superalloy metal substrate and intermediate layer.
This is because it is possible to eliminate a rapid change in the linear expansion coefficient of Y 2 O 3 —ZrO 2 . That is, qualitatively, MC
The linear expansion coefficient can be lowered by adding Y 2 O 3 to rAlY. However, by continuously increasing the composition ratio of Y 2 O 3 in the intermediate layer, the linear expansion coefficient of the surface of the metal base material of the superalloy can be increased. The linear expansion coefficient is gradually reduced toward 8 wt% Y 2 O 3 —ZrO 2 .

【0040】 図7に、高温使用時の(a)中央部での
板巾方向の熱応力を、(b)厚さ方向の熱応力を、中間
層のY比率が一定とした場合と比較して示す。こ
の図から、中間層Y粒子の組成比率を連続的に変
化させることにより、中央部での板巾方向の熱応力で
は、表面の8wt%Y−ZrO層の引張熱応力
の低減、端部での厚さ方向の熱応力では、超合金の金属
基材と中間層および中間層と8wt%Y−ZrO
層との界面で熱応力を低減できることは明らかであ
る。上記の本発明によれば、Ni、Co、Feの少なく
とも一種の中に、Cr、Al、Yを含むMCrAlYに
粒子が微細分散した中間層を用いることによ
り、耐酸化性、耐蝕性が向上される。
FIG. 7 shows the case where (a) the thermal stress in the plate width direction at the central portion and (b) the thermal stress in the thickness direction at the time of high temperature use, and the Y 2 O 3 ratio of the intermediate layer is constant. It shows in comparison with. From this figure, by continuously changing the composition ratio of the intermediate layer Y 2 O 3 particles, the tensile stress of the surface 8 wt% Y 2 O 3 —ZrO 2 layer was increased by the thermal stress in the plate width direction at the central portion. In the stress reduction and thermal stress in the thickness direction at the edges, the superalloy metal substrate and the intermediate layer and the intermediate layer and 8 wt% Y 2 O 3 -ZrO
It is clear that the thermal stress can be reduced at the interface with the two layers. According to the present invention described above , by using an intermediate layer in which Y 2 O 3 particles are finely dispersed in MCrAlY containing Cr, Al, and Y in at least one of Ni, Co, and Fe, oxidation resistance and corrosion resistance are improved. The property is improved.

【0041】 また、中間層上にPtやAgなどの貴金
属またはAlリッチの層を付加することにより、さらに
耐酸化性、耐蝕性が増大される。
Further, by adding a noble metal such as Pt or Ag or an Al-rich layer on the intermediate layer,
Oxidation resistance and corrosion resistance are increased.

【0042】 Ni、Co、Fe少なくとも一種の中
に、Cr、Al、Yを含むMCrAlYにY粒子
が微細分散した中間層を用いることにより、高温使用時
の熱応力が低減できる。
[0042] Ni, Co, in at least one of Fe, Cr, Al, by using an intermediate layer of MCrAlY the Y 2 O 3 particles were finely dispersed containing Y, can be reduced thermal stress during high temperature use.

【0043】 Ni、Co、Fe少なくとも一種の中
に、Cr、Al、Yを含むMCrAlYにY粒子
が微細分散した中間層において、超合金の金属基材から
表面の8wt%Y−Zr 層にかけて、Y
粒子の組成比率が連続的に増加するものとすること
、さらに高温使用時の熱応力を低減させることができ
る。
[0043] Ni, Co, in at least one of Fe, Cr, Al, in the intermediate layer Y 2 O 3 particles were finely dispersed in MCrAlY containing Y, 8 wt% of the surface of a metal substrate superalloy Y 2 O 3 toward -Zr O 2 layer, Y 2 O
3 it is assumed that the composition ratio of the particles increases continuously
Thus, it is possible to further reduce the thermal stress when using at high temperature.

【0044】 硫黄やバナジウムを数百ppm含む炭化
水素と酸素とを燃料とし、試験片表面温度を1100℃
としたバーナーリグ試験を実施した。一日に1回室温に
戻す繰り返し試験とした。これにより、通常のMCrA
lY粉末を用いて作成した遮熱コーティング部材では、
約500日で表面の8wt%Y−Zr 層が
面剥離するのに対して、本発明の遮熱コーティング部材
では剥離が生じなかった。すなわち、Ni、Co、Fe
少なくとも一種の中に、Cr、Al、Yを含むMCr
AlYにY粒子が微細分散した中間層を用いるこ
とにより、遮熱コーティング部材の耐久性が向上され
る。
A hydrocarbon containing a few hundreds of ppm of sulfur or vanadium and oxygen were used as fuels, and the surface temperature of the test piece was 1100 ° C.
The burner rig test was carried out. The test was repeated once a day by returning to room temperature. This allows normal MCrA
In the thermal barrier coating member made using 1Y powder,
Whereas 8wt% Y 2 O 3 -Zr O 2 layer surface at about 500 days to peel all <br/> surface, peeling the thermal barrier coating of the present invention did not occur. That is, Ni, Co, Fe
MCr comprising at least in the kind, Cr, Al, Y for
By using an intermediate layer in which Y 2 O 3 particles are finely dispersed in AlY, the durability of the thermal barrier coating member is improved.

【0045】 上記から明らかなように、本発明によれ
ばNiまたはCo、Fe基の高温強度に優れた超合金
金属基材と低熱伝導性セラミックとの間に、Ni、C
o、Fe少なくとも一種の中に、Cr、Al、Yを含
む金属マトリックス中にセラミック質が微細分散した中
間層を用いることにより、ガスタービン高温部品のよう
に高温酸化、腐食雰囲気で用いる部品において、耐久性
に優れた遮熱コーティング部材とすることができる。
As is apparent from the above, according to the present invention, a Ni-, Co-, or Fe-based superalloy excellent in high-temperature strength can be obtained .
Ni, C between the metal substrate and the low thermal conductivity ceramic
By using an intermediate layer in which a ceramic is finely dispersed in a metal matrix containing Cr, Al, and Y in at least one of o and Fe , in a component used in a high-temperature oxidizing or corrosive atmosphere such as a gas turbine high-temperature component. It is possible to obtain a thermal barrier coating member having excellent durability.

【0046】 また、超合金の金属基材からセラミック
層にかて、中間層のセラミック質の組成比率を連続的
に増加させることにより、耐久性をさらに向上させるこ
とができる。さらに、中間層の表面にPt、Agなどの
貴金属やAlなどの耐酸化性、耐蝕性に優れた層を付加
することにより、遮熱コーティング部材の耐久性をさら
に高めることができる。
[0046] Also, only either the ceramic layer from the metal substrate of the superalloy, by the composition ratio of the ceramic electrolyte of the intermediate layer is continuously increased, it is possible to further improve the durability. Furthermore, the durability of the thermal barrier coating member can be further enhanced by adding a layer having excellent oxidation resistance and corrosion resistance, such as noble metals such as Pt and Ag and Al, to the surface of the intermediate layer.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上から明らかなように本発明によれ
ば、ガスタービン高温部品のような高温酸化、腐食性の
雰囲気中で用いる部品の耐久性に富んだ遮熱コーティン
グを形成することができ、スタービンの高能率化が可
能となる。
According to apparent the present invention from the above, according to the present invention, high temperature oxidation, such as gas turbine hot components, durability rich shielding Netsuko Tin <br/> grayed components used in a corrosive atmosphere It can form, thereby enabling high efficiency of the gas turbine.

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

【図1】本発明の遮熱コーティング部材の一実施例の断
面図。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a thermal barrier coating member of the present invention.

【図2】上記の遮熱コーティング部材の製造法の一例の
工程図。
FIG. 2 is a process drawing of an example of a method for manufacturing the above thermal barrier coating member.

【図3】本発明の遮熱コーティング製造法の他の実施例
の工程図。
FIG. 3 is a process drawing of another embodiment of the thermal barrier coating manufacturing method of the present invention.

【図4】横軸に機械エネルギEとして回転数R×時間t
を、縦軸にはY2 3 粉末粒径をとって示す図。
FIG. 4 shows the rotational speed R × time t as mechanical energy E on the horizontal axis.
Is a graph in which the vertical axis represents the Y 2 O 3 powder particle size.

【図5】温度1000℃の大気中に保持した場合の酸化
増量について、通常のMCrAlY粉末を用いて作成
した遮熱コーティング部材と、Y 粒子を5パーセ
ント微細分散させた中間層を用いた遮熱コーティング部
材とを比較した図。
FIG. 5 shows a thermal barrier coating member prepared by using a normal MCrAlY powder and an intermediate layer in which Y 2 O 3 particles are finely dispersed by 5% with respect to an increase W in oxidation when kept in the atmosphere at a temperature of 1000 ° C. The figure which compared with the used thermal barrier coating member.

【図6】通常のMCrAlY粉末を用いて作成した遮熱
コーティング部材と、Y2 3粒子を5%微細分散させ
た中間層を用いた遮熱コーティング部材の高温使用にお
ける熱応力を比較して示す図。
FIG. 6 is a comparison of thermal stress in a high temperature use between a thermal barrier coating member prepared by using a normal MCrAlY powder and a thermal barrier coating member using an intermediate layer in which Y 2 O 3 particles are finely dispersed by 5%. FIG.

【図7】高温使用時の(a)中央部での板巾方向の熱応
力を、(b)厚さ方向の熱応力を、中間層のY2 3
率が一定とした場合と比較して示す図。
FIG. 7 compares (a) thermal stress in the plate width direction at the central portion and (b) thermal stress in the thickness direction when used at high temperature with a case where the Y 2 O 3 ratio of the intermediate layer is constant. Figure shown.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1………超合金の金属基材 2………中間層 3………セラミック層 4………金属質 ………セラミック質 1 ......... superalloy metal substrate 2 ......... intermediate layer 3 ......... ceramic layer 4 ......... metallic 5 ......... ceramic electrolyte

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石渡 裕 神奈川県横浜市鶴見区末広町2の4 株 式会社東芝 京浜事業所内 (72)発明者 伊藤 義康 神奈川県横浜市鶴見区末広町2の4 株 式会社東芝 京浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭57−140876(JP,A) 特開 昭62−210328(JP,A) 特開 平1−301848(JP,A) 特開 昭61−143576(JP,A) 特開 平1−195267(JP,A) 実開 平4−33649(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01D 5/28,9/02,25/00 F02C 7/00 F23R 3/42 C23C 4/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Hiroshi Ishiwata 4-4, 2 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Corporation Keihin Plant (72) Inventor Yoshiyasu Ito 4-4, Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Keihin office (56) Reference JP 57-140876 (JP, A) JP 62-210328 (JP, A) JP 1-301848 (JP, A) JP 61- 143576 (JP, A) JP-A-1-195267 (JP, A) Actual development 4-33649 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F01D 5 / 28,9 / 02,25 / 00 F02C 7/00 F23R 3/42 C23C 4/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Ni、CoまたはFe基の高温強度に優
れた超合金の金属基材上に、ZrO を主成分としY
、MgO、CaOおよびSiO から選ばれる少な
くとも一種を含む低熱伝導率のセラミック層形成され
遮熱コーティング部材であって前記超合金の 金属基材と前記セラミック層との間に、前
記超合金の金属基材より耐酸化性、耐蝕性に優れたN
i、CoまたはFe基の金属質マトリックス中にAl
、Y およびThO から選ばれる少なくとも
一種からなる1.0ミクロン以下のセラミック質が微細
に分散された中間層が形成されていることを特徴とする
遮熱コーティング部材。
1. A Ni, Co or Fe-based superalloy metal base material having excellent high-temperature strength, and ZrO 2 as a main component and Y 2
A small amount selected from O 3 , MgO, CaO and SiO 2.
Ceramic layer of low thermal conductivity comprising one Kutomo is formed
And a thermal barrier coating member, between the superalloy metal substrate wherein the ceramic layer, before
N superior in oxidation resistance and corrosion resistance to the superalloy metal base material
Al 2 in a metallic matrix based on i, Co or Fe
At least selected from O 3 , Y 2 O 3 and ThO 2.
A thermal barrier coating member, characterized in that an intermediate layer in which one kind of ceramic material of 1.0 micron or less is finely dispersed is formed .
【請求項2】 前記中間層における前記セラミック質の
組成比率を、前記超合金の金属基材から前記セラミック
にかけて連続的に増大させ、厚さ方向の線膨脹係数や
ヤング率などの材料物性の急激な変化をなくしたことを
特徴とする請求項1記載の遮熱コーティング部材。
Wherein said <br/> composition ratio of the ceramic membrane in the intermediate layer, the ceramic from the superalloy metal substrate
2. The thermal barrier coating member according to claim 1, wherein the thermal barrier coating member is made to continuously increase in layers so as to eliminate a sudden change in material properties such as a linear expansion coefficient and Young's modulus in the thickness direction.
【請求項3】 マトリックスとなるNi、CoまたはF
e基の超合金粉末と分散質となるAl 、Y
およびThO から選ばれる少なくとも一種のセラミッ
ク粉末とをメカニカルアロイングする工程と、前記メカ
ニカルアロイングする工程で得られた粉末をプラズマや
高温ガス炎で溶融したものを、超合金の金属基材に高
速で吹き付けて前記超合金の金属基材上に中間層を形成
する溶射工程と、前記中間層の表面に溶射法または蒸着
法によりセラミック層を形成する工程とを含むことを特
徴とする遮熱コーティング部材の製造法。
3. Ni, Co or F serving as a matrix
Al 2 O 3 and Y 2 O 3 that are dispersoids with the e-based superalloy powder
And mechanically alloying at least one ceramic powder selected from ThO 2 and
A material obtained by melting the powder obtained in Nikaru alloying to process by plasma or high-temperature gas flame, an intermediate layer on a metal substrate of the superalloy by blowing at high speed on a metal substrate superalloy
And a thermal spraying method or vapor deposition on the surface of the intermediate layer.
Patent in that it comprises a step of forming a ceramic layer by law
The manufacturing method of the thermal barrier coating member.
【請求項4】 マトリックスとなるNi、CoまたはF
e基の超合金粉末と分散質となるAl 、Y
およびThO から選ばれる少なくとも一種のセラミッ
ク粉末とをメカニカルアロイングする工程と、 金型中の超合金の金属基材上に前記メカニカルアロイン
グする工程で得られた粉末を積層し、高温、高圧下に保
持することにより、前記超合金の金属基材上に中間
形成する粉末固化工程と、前記中間層の表面に溶射法ま
たは蒸着法によりセラミック層を形成する工程とを含む
ことを特徴とする遮熱コーティング部材の製造法。
4. Ni, Co or F serving as a matrix
Al 2 O 3 and Y 2 O 3 that are dispersoids with the e-based superalloy powder
And a step of mechanical alloying of at least one of the ceramic <br/> click powder selected from the ThO 2, the mechanical aloin on a metal substrate of the superalloy in the mold
Laminating the powder obtained in step graying, high temperature, by keeping under high pressure, the powder solidified to form an intermediate layer on the superalloy metal substrate, thermal spraying on the surface of the intermediate layer or
Or a step of forming a ceramic layer by a vapor deposition method.
A method for manufacturing a thermal barrier coating member, which is characterized by the above .
【請求項5】前記セラミックス層を形成する工程の後
に、 酸素濃度が10 −2 Pa以下の減圧下でArやNなど
の不活性ガス雰囲気において、温度600℃〜1200
℃、0.5h〜100hの熱処理を行う工程を含むこと
を特徴とする請求項3または4記載の遮熱コーティング
部材の製造法。
5. After the step of forming the ceramic layer
In an atmosphere of an inert gas such as Ar or N 2 under reduced pressure with an oxygen concentration of 10 −2 Pa or less, a temperature of 600 ° C. to 1200 °
The method for producing a thermal barrier coating member according to claim 3 or 4 , comprising a step of performing a heat treatment at 0.5 ° C for 100 hours.
【請求項6】前記メカニカルアロイングする工程におい
て、前記マトリックスとなるNi、CoまたはFe基の
超合金粉末と前記分散質となるセラミック粉末との組成
比率が異なる数種類の粉末を用意し、 前記中間層を形成するための溶射工程または粉末固化工
程において、前記メカニカルアロイングする工程で用意
された数種類の粉末のうち前記分散質となるセラミック
粉末の組成比率が少ない粉末から順に用いて前記超合金
の金属基材上に前記中間層を形成することを特徴とする
請求項3乃至5のいずれか1項記載の遮熱コーティング
部材の製造法。
6. In the step of mechanically alloying
Of the Ni, Co or Fe-based matrix that becomes the matrix.
Composition of superalloy powder and ceramic powder to be the dispersoid
Prepare several kinds of powders with different ratios and perform a thermal spraying process or powder solidification process to form the intermediate layer.
Prepared in the step of mechanical alloying
Ceramics that become the dispersoid among several types of powders
The superalloy is used in order from the powder with the smallest composition ratio of the powder
The intermediate layer is formed on the metal substrate of
Thermal barrier coating according to any one of claims 3 to 5.
Manufacturing method of parts.
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