JP3839939B2 - コーティング端部構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性や耐熱性の向上のために基材とコーティング材とのコーティング端部構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、基材へのコーティング材のコーティングは、溶射、PVD、CVDなどで行われる。基材とコーティング材の剛性が異なる場合、例えば基材へこの基材より剛性の小さなコーティング材のコーティング、あるいは基材へこの基材より剛性の大きなコーティング材のコーティングにおいては、コーティング材と基材と衝撃強度が低いことによる信頼性の低下が問題となる。
この傾向は、溶射、PVD、CVDに限らず、溶接、ろう付け、はんだ付け、接着剤による接合いずれの方法のコーティング構造においても同様である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来、基材と、これと材料特性の異なるコーティング材からなるコーティング部材の衝撃強度が低いことが問題であった。そこで、本発明は、基材と材料特性の異なるコーティング材料とからなるコーティング部材の衝撃強度を高め、信頼性の高いコーティング構造を得ることを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の事項をその特徴としている。
(1) 溝加工を施した金属基材に、この金属基材より剛性の小さいコーティング材料がコーティングされているコーティング構造を有するコーティング部材において、コーティング端部における金属基材の自由縁となす角度が、120度以上または55〜85度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
(2) 溝加工を施した金属基材に、この金属基材より剛性の大きいコーティング材料がコーティングされているコーティング構造を有するコーティング部材において、コーティング端部における金属基材の自由縁となす角度が、60度以下または95〜125度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
【0005】
(3) コーティングする手段が、溶射、PVD、CVD、溶接、ろう付け、はんだ付け、接着剤による接合のいずれかであることを特徴とする前記(1)または(2)に記載のコーティング端部構造。
(4) 金属基材が、銅または銅合金であることを特徴とする前記(1)に記載のコーティング端部構造。
(5) 金属基材がアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、コーティング材料が銅、銅合金、銀、銀合金のいずれか1種であることを特徴とする前記(2)に記載のコーティング端部構造。
【0006】
(6) 溝加工を施した接触子本体部に接触子接点部がコーティングされているコーティング構造を有する電力用遮断器に使用される通電接触子において、前記接触子本体部は金属基材からなり、前記接触子接点部は前記金属基材より剛性の大きいコーティング材料からなり、コーティング端部における金属基材の自由端となす角度が、60度以下または95〜125度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
(7) 接触子接点部が、銅、銅合金、銀、銀合金のうちいずれか1種のコーティング材料からなることを特徴とする前記(6)に記載のコーティング端部構造。
(8) コーティング端部が、通電接触子の接点部から離れた位置に設定されていることを特徴とする前記(6)に記載のコーティング端部構造。
(9) 通電接触子の本体部に接点部がコーティングされているコーティング部界面の電気抵抗が、通電接触子の母材の電気抵抗と同等であることを特徴とする前記(6)に記載のコーティング端部構造。
【0007】
(10) 溝加工を施した導体本体部に導体接点部がコーティングされているコーティング構造を有する電力用遮断器または開閉器に使用される導体において、前記導体本体部は金属基材からなり、前記導体接点部は前記金属基材より剛性の大きいコーティング材料からなり、コーティング端部における金属基材の自由縁となす角度が60度以下または95〜125度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
(11) 導体接点部が、銅、銅合金、銀、銀合金のうちいずれか1種のコーティング材料からなることを特徴とする前記(10)に記載のコーティング端部構造。
【0008】
(12) 金属基材がNi基またはCo基耐熱合金であり、前記金属基材より剛性の小さいコーティング材料がMCrAlY合金、ただしMはNiおよび/またはCo、であることを特徴とする前記(1)に記載のコーティング端部構造。
(13) 溝加工を施した本体部に耐食部がコーティング構造を有するガスタービンに使用される動翼または燃焼器において、前記本体部は金属基材からなり、前記耐食部は前記金属基材より剛性の小さいコーティング材料からなり、コーティング端部における金属基材の自由縁となす角度が、120度以上または55〜85度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
(14) 本体部がNi基又はCo基耐熱合金であり、耐食部がMCrAlY合金、ただしMはNiおよび/又はCo、であることを特徴とする前記(13)に記載のコーティング端部構造。
【0009】
(15) 溝加工を施した本体部に耐熱部がコーティングされているコーティング構造を有するガスタービンに使用される動翼または燃焼器において、前記本体部は金属基体からなり、前記遮熱部は前記金属基材より剛性の小さいボンドコート材とトップコート材からなり、コーティング端部における金属基材の自由縁となす角度が、120度以上または55〜85度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
(16) 本体部がNi基又はCo基耐熱合金であり、遮熱部のボンドコート材がMCrAlY耐食合金、ただしMはNiおよび/又はCo、であり、さらに前記ボンドコート材をコーティングしたトップコート材がジルコニアセラミックスであることを特徴とする前記(15)に記載のコーティング端部構造。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例1
図(1)に示すように、銅基材1に銀をコーティング材2としてコーティングした実施例について説明する。コーティング材の銀に比べて銅基材は、剛性が大きい。そこで、銀をコーティングする場合、銅基材の自由縁Xとなす角度を、図1(3)に示すように、120度以上(θ3 )、または図1(2)に示すように、55〜85度(θ2 )の間になるように溝加工を施し、コーティングを行った。
【0011】
銅基材に銀をコーティング材としてコーティングしたコーティング部材について、コーティング端部における基材の自由縁Xとなす角度と、衝撃強度比を調査するために衝撃試験を行った。その結果を、図2に示す。なお、衝撃強度比は、角度が90度における衝撃強度を1としたときの各設定角度における強度分布である。
【0012】
図2に示すように衝撃強度は、銅基材について上記の設定角度で従来の90度の値よりも高い値を示し、銅基材へ銀をコーティングした部材の信頼性は大幅に向上している。
【0013】
実施例2
図3(1)に示すように、アルミニウム基材3に銀をコーティング材4としてコーティングした実施例について説明する。コーティング材である銀に比べてアルミニウム基材は剛性が大きい。そこで、銀をコーティングする場合、アルミニウム基材の自由縁となす角度を、図3(2)に示すように、60度以下(θ4)または図3(3)に示すように95〜125度(θ5)の間になるように溝加工を施し、コーティングを行った。
【0014】
アルミニウム基材に銀をコーティング材としてコーティングしたコーティング部材について、コーティング端部における基材の自由縁となす角度と、衝撃強度比を調査するために衝撃試験を行った。その結果を、図4に示す。なお、衝撃強度比は、角度が90度における衝撃強度を1としたときの各設定角度における強度分布である。
【0015】
図4に示すように、衝撃強度は、アルミニウム基材について、上記の設定角度で従来の90度の値よりも高い値を示し、アルミ基材への銀コーティング部材の信頼性は大幅に向上した。
【0016】
図4に示すように、衝撃強度は、アルミニウム基材について、上記の設定角度で従来の90度の値よりも高い値を示し、アルミ基材への銀コーティング部材の信頼性は大幅に向上した。
【0017】
実施例3
図5に本発明のコーティング構造を有した電力用遮断器に使用される通電接触子を示す。アルミ基材5に、少なくとも接触子接点部が銅、銅合金、銀、銀合金から構成されるコーティング構造を採用している。つまり、溝加工を施したアルミ基材5と、溝内部に施された前記アルミ基材5より剛性の大きな銅、銅合金、銀、銀合金コーティング材6から構成されるコーティング部材7において、コーティング端部におけるアルミ基材の自由縁Xとのなす角度が60度以下、または95度から125度の間となるように設定したコーティング端部構造とする。
なお、通電の信頼度を確保する目的でコーティングする銀は、銀中の気孔を極力低減するようにコーティングするため、アルミ基材より剛性が大きくなる。
これにより、接触子接点部において、信頼性の高い高導電率のコーティングを行うことができた。
【0018】
コーティング構造が通電部品として使用される接合において、コーティング端部が接点部中にあると、接触子の開閉操作により、コーティング端部が損傷しやすいために、コーティング端部が接点部から離れているコーティング構造とすることが望ましい。
【0019】
また、コーティング構造において、コーティング部界面の電気抵抗が高いと、その部分で発熱を起こし、部材の信頼性の低下となるために、母材の電気抵抗と同等となるようなコーティング構造とすることが望ましい。コーティング部界面の電気抵抗を小さくすることが望ましい。
【0020】
実施例4
図6に本発明のコーティング構造を有した電力用遮断器または開閉器に使用される導体を示す。アルミ基材5に導体接点部が銅、銅合金、銀、銀合金から構成されるコーティング構造を採用している。つまり、溝加工を施したアルミ基材5と、溝内部に施された前記アルミ基材5より剛性の大きな銅、銅合金、銀、銀合金コーティング材6から構成されるコーティング部材7、すなわち電力用遮断器または開閉器に使用される導体において、コーティング端部におけるアルミ基材5の自由縁Xとなす角度が60度以下、または95度から125度の間となるように設定したコーティング端部構造とする。
【0021】
これにより、導体接点部において、信頼性の高い高導電率のコーティングを行うことができた。
【0022】
実施例5
図7に、溝加工を施したNi基またはCo基耐熱合金基材9にMCrAlY耐食合金(MはNiもしくはCoまたは両方)10をコーティング材としてコーティングしたコーティング構造を示す。基材9となるNi基またはCo基耐熱合金はMCrAlY耐食合金10よりも剛性が大きいため、コーティング部材のコーティング端部における基材9の自由縁となす角度が120度以上、または55〜85度の間となるように設定したコーティング端部構造とした。
【0023】
これにより、Ni基、Co基耐熱合金基材9へMCrAlY耐食合金(MはNi、Co、あるいは両方)10をコーティングしたコーティング部材の信頼性が大幅に向上した。そのため、ガスタービンに使用される動翼、燃焼器におけるNi基、Co基耐熱合金の耐食部にMCrAlY耐食合金から構成されるコーティング構造を採用することができた。
【0024】
実施例6
図8に溝加工を施したNi基、Co基耐熱合金12にMCrAlY耐食合金(MはNi、Co、あるいは両方)13をボンドコートし、さらにジルコニアセラミックス・トップコート14をコーティングしたコーティング構造を示す。Ni基、Co基耐熱合金12はMCrAlY耐食合金(MはNi、Co、あるいは両方)ボンドコート13やジルコニアセラミックス・トップコート14よりも剛性が大きいため、コーティング部材において、コーティング端部における基材の自由縁Xとなす角度θ2 またはθ3 、が55度から85度の間または120度以上、となるように設定したコーティング端部構造とした。
【0025】
これにより、Ni基、Co基耐熱合金基材12へMCrAlY耐食合金(MはNi、Co、あるいは両方)13をボンドコートし、さらにジルコニアセラミックス・トップコート14をコーティングしたコーティング部材はその信頼性が大幅に向上した。
【0026】
そのため、ガスタービンに使用される動翼、燃焼器におけるNi基、Co基耐熱合金の遮熱部に、MCrAlY耐食合金(MはNi、Co、あるいは両方)ボンドコート、ジルコニアセラミックス・トップコートから構成されるコーティング構造を採用することができた。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、基材と、この基材より剛性の小さなコーティング材料から構成されるコーティング部材のコーティング端部における基材の自由縁となす角度を、120度以上、または、55度から85度の間となるように設定すること、および基材と、溝内部に施された前記基材より剛性の大きなコーティング材料から構成されるコーティング部材のコーティング端部における基材の自由縁となす角度を、60度以下、または、95度から125度の間となるように設定することにより、衝撃強度が高く、信頼性の高いコーティング端部構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 銅基材に銀をコーティング材としてコーティングしたコーティング部材のコーティング端部構造を示す図である。
【図2】 図1に示すコーティング端部構造における基材の自由端となす角度と、衝撃強度の関係を示すグラフである。
【図3】 アルミニウム基材に銀をコーティング材としてコーティングしたコーティング部材のコーティング端部構造を示す図である。
【図4】 図3に示すコーティング端部構造における基材の自由端となす角度と、衝撃強度との関係を示すグラフである。
【図5】 コーティング端部構造を通電接触子に適用した本発明の実施例を示す図である。
【図6】 コーティング端子構造を電力用遮断器または開閉器の導体に適用した本発明の実施例を示す図である。
【図7】 コーティング端子構造をガスタービンの動翼、または燃焼器の遮断部に適用した本発明の実施例を示す図である。
【図8】 Ni基またはCo基耐熱合金の基材にMCrAlY耐食合金およびジルコニアセラミックスをコーティング材としてコーティングした本発明のコーティング端部を示す図である。
Claims (16)
- 溝加工を施した金属基材に、この金属基材より剛性の小さいコーティング材料がコーティングされているコーティング構造を有するコーティング部材において、コーティング端部における金属基材の自由縁となす角度が、120度以上または55〜85度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
- 溝加工を施した金属基材に、この金属基材より剛性の大きいコーティング材料がコーティングされているコーティング構造を有するコーティング部材において、コーティング端部における金属基材の自由縁となす角度が、60度以下または95〜125度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
- コーティングする手段が、溶射、PVD、CVD、溶接、ろう付け、はんだ付け、接着剤による接合のいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載のコーティング端部構造。
- 金属基材が、銅または銅合金であることを特徴とする請求項1に記載のコーティング端部構造。
- 金属基材がアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、コーティング材料が銅、銅合金、銀、銀合金のいずれか1種であることを特徴とする請求項2に記載のコーティング端部構造。
- 溝加工を施した接触子本体部に接触子接点部がコーティングされているコーティング構造を有する電力用遮断器に使用される通電接触子において、前記接触子本体部は金属基材からなり、前記接触子接点部は前記金属基材より剛性の大きいコーティング材料からなり、コーティング端部における金属基材の自由端となす角度が、60度以下または95〜125度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
- 接触子接点部が、銅、銅合金、銀、銀合金のうちいずれか1種のコーティング材料からなることを特徴とする請求項6に記載のコーティング端部構造。
- コーティング端部が、通電接触子の接点部から離れた位置に設定されていることを特徴とする請求項6に記載のコーティング端部構造。
- 通電接触子の本体部に接点部がコーティングされているコーティング部界面の電気抵抗が、通電接触子の母材の電気抵抗と同等であることを特徴とする請求項6に記載のコーティング端部構造。
- 溝加工を施した導体本体部に導体接点部がコーティングされているコーティング構造を有する電力用遮断器または開閉器に使用される導体において、前記導体本体部は金属基材からなり、前記導体接点部は前記金属基材より剛性の大きいコーティング材料からなり、コーティング端部における金属基材の自由縁となす角度が60度以下または95〜125度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
- 導体接点部が、銅、銅合金、銀、銀合金のうちいずれか1種のコーティング材料からなることを特徴とする請求項10に記載のコーティング端部構造。
- 金属基材がNi基またはCo基耐熱合金であり、前記金属基材より剛性の小さいコーティング材料がMCrAlY合金、ただしMはNiおよび/またはCo、であることを特徴とする請求項1に記載のコーティング端部構造。
- 溝加工を施した本体部に耐食部がコーティング構造を有するガスタービンに使用される動翼または燃焼器において、前記本体部は金属基材からなり、前記耐食部は前記金属基材より剛性の小さいコーティング材料からなり、コーティング端部における金属基材の自由縁となす角度が、120度以上または55〜85度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
- 本体部がNi基又はCo基耐熱合金であり、耐食部がMCrAlY合金、ただしMはNiおよび/又はCo、であることを特徴とする請求項13に記載のコーティング端部構造。
- 溝加工を施した本体部に耐熱部がコーティングされているコーティング構造を有するガスタービンに使用される動翼または燃焼器において、前記本体部は金属基体からなり、前記遮熱部は前記金属基材より剛性の小さいボンドコート材とトップコート材からなり、コーティング端部における金属基材の自由縁となす角度が、120度以上または55〜85度であることを特徴とする、コーティング端部構造。
- 本体部がNi基又はCo基耐熱合金であり、遮熱部のボンドコート材がMCrAlY耐食合金、ただしMはNiおよび/又はCo、であり、さらに前記ボンドコート材をコーティングしたトップコート材がジルコニアセラミックスであることを特徴とする請求項15に記載のコーティング端部構造。
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