JP3919133B2 - 超合金製品に対する熱障壁耐熱被膜と、それの実施方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超合金製品の表面、例えば。ガスタービンエンジンのタービンブレードの表面に施す熱障壁耐熱被膜および該熱障壁耐熱被膜を施す方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの作動温度を高める要求は、タービンブレードを空冷することと、タービンブレードとタービンヴェーンを製造する超合金の開発で一応解決はされ、空冷と超合金とによってタービンブレード、タービンヴェーンの耐用寿命を長くすることができた。しかしながら、さらに作動温度を高温にする必要性からセラミック被膜マテリアルが開発され、セラミック被膜によりタービンブレードとタービンヴェーンを燃焼室から発散されるガスに含まれる高熱から守る手段が実施され、タービンブレードとタービンヴェーンの耐用寿命をさらに長くすることがきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの耐用寿命にも限界があることが判明した。これは、セラミック被膜と超合金基質とが親和性に乏しく、耐熱性、熱絶縁性にすぐれた点ですぐれたセラミック被膜も超合金製品面への付着性に問題があり、コーティングされた超合金被着面からセラミック被膜が経時変化により剥離する理由による。この一つの理由は、超合金基質とセラミック被膜との熱膨張係数が一致していない点にある。この点に関しては、セラミック被膜を超合金製品面に施す前に、サーマルスプレーその他の手段で超合金製品面に施すアルミニウム含有合金ボンド被膜が種々開発されたことで、一応の解決をみ、セラミック被膜の付着性が改善された。このようなボンド被膜は、所謂アルミナイド（拡散）または"MCrAlY" タイプ（ここでM は、コバルト、鉄及びニッケルの一つ、または、それ以上のもの）で代表される。
【０００４】
ボンド被膜の使用は、実用されている間における熱障壁耐熱被膜の広範囲な破砕を防ぐ点で成功を収めているが、セラミック被膜の部分的な破砕を抑えるに至らず、ボンド被膜とセラミック被膜との間に付着不良、剥離が生じ、ボンド被膜が燃焼ガスの高熱をまともに受け、タービンブレードやタービンヴェーンが早々と破壊されてしまう。
このような点が、この発明の解決課題である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、熱障壁耐熱被膜に対する新規なボンド被膜（中間被膜）を提供して前記課題を解決するものであり、このボンド被膜によって局部的な剥離を防ぎ、超合金製品の表面、特に耐熱性が要求される表面、超合金基質の面に対する熱障壁耐熱被膜の被着性を高め、超合金製品の耐用寿命を飛躍的に延ばすことを目的とする。
【０００６】
本発明は、超合金基質の面に熱障壁耐熱被膜を施す方法、特に該耐熱被膜の付着性を高める方法を提供するものである。
【０００７】
この発明によれば、超合金基質に多層の熱障壁耐熱被膜が施されるもので、該多層の熱障壁耐熱被膜は、白金族金属でエンリッチされた超合金層、該白金族金属でエンリッチされた超合金層に被覆されるアルミニウム含有合金ボンド被膜、アルミニウム含有合金ボンド被膜の上に施される白金族金属でエンリッチされたアルミニウム含有合金層、白金族金属でエンリッチされたアルミニウム含有合金層の上に施される白金族金属の少なくとも一つのアアルミナイドの被膜、少なくとも一つの白金族金属アルミナイドの被膜に施される酸化物層および該酸化物層に施されるセラミック熱障壁耐熱被膜から構成される。
【０００８】
この発明は、また、超合金基質に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法を提供するもので、この方法は、以下の工程からなる：−白金族金属層を超合金基体に施し；この超合金基製品を熱処理して、白金族金属を超合金基体内に拡散し、これによって、超合金基体の表面に白金族金属でエンリッチされた超合金層を形成する工程；この白金族金属でエンリッチされた超合金層にアルミニウム含有合金ボンド被膜を施す工程；このアルミニウム含有合金ボンド被膜に白金族金属層を形成する工程；超合金製品を熱処理して、白金族金属をアルミニウム含有合金ボンド被膜内に拡散し、これによって、白金族金属でエンリッチされたアルミニウム含有合金層と、前記白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドの被膜とを形成する工程；白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドに酸化物層を形成する工程；ついで、この酸化物層にセラミック熱障壁耐熱被膜を施す工程。
【０００９】
従来技術の被膜を越える利点は、白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドの被膜によって少なくとも７０容量％のアルミナ、好ましくは少なくとも９０容量％のアルミナ、最も好ましくは９５容量％のアルミナを備える酸化物層を形成しやすい点である。この発明のよれば、アルミナ格子構造を実質的に破壊してしまう十分な量の他のスピネルをもたないアルミナから構成される酸化物層が形成されるものである。超合金基質（基体）の施される白金族金属でエンリッチされた超合金層は、アルミニウム含有合金ボンド被膜から超合金基質へのアルミニウムの移動を抑え、さらにまた、超合金基質から酸化物層への損傷を与える要素の移動を抑える。アルミニウム含有合金ボンド被膜から超合金基質へのアルミニウムの移動を抑えることによって、アルミニウム含有合金ボンド被膜におけるアルミニウムのレベルは、比較的ハイレベルに保持され、これによって、セラミック熱障壁耐熱被膜の下に長期にわたり絶えずアルミナが形成されることになる。白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドの被膜は、超合金基質とアルミニウム含有合金ボンド被膜とから酸化物層への損傷を与える要素の移動を阻止する。
【００１０】
この明細書の記述においては、スピネルは、一般式Ｍ2 Ｏ3 をもつ酸化物であって、前記式において、Ｍは、遷移金属を表す。
【００１１】
超合金基質の表面にプラチナでエンリッチされた超合金層をつくるためには、拡散前における施されたプラチナ層の厚みは、好ましくは少なくとも５ミクロン、最も好ましくは８ミクロンである。
【００１２】
拡散熱処理の好ましい実施条件は、処理時間が約１時間であり、処理温度は、超合金基質の組成に応じて８００℃〜１２００℃の範囲、好ましくは１０００℃〜１１００℃の範囲である。
【００１３】
アルミニウム含有合金ボンド被膜は、ニッケル・アルミナイドまたはコバルト・アルミナイドであるが、MCrAlY合金（ＭはＮｉ，Ｃｏ及びＦｅの少なくとも一つである）が好ましい。該ボンド被膜におけるアルミニウムのコンテントは、この発明による使用目的で選択されたボンド被膜合金のタイプに応じて異なるが、前記ＭＣｒＡｌＹ合金ボンド被膜についてはミニマムが約５重量％であり、アルミナボンド被膜についてはマキシマムが約４０重量％である。
【００１４】
完成された製品における好ましい点は、前記ボンド被膜のアウター層がプラチナでエンリッチされている点で、この場合、アルミナイド表面被膜は、主にプラチナ・アルミナイドで構成されている。
【００１５】
このようなプラチナ・アルミナイド表面被膜は、少なくとも２５重量％のプラチナ、好ましくは４０重量％のプラチナ、最適には少なくとも５０重量％のプラチナを含むものであると共にアルミニウムのレベルが少なくとも８重量％で、好ましくは少なくとも１０重量％になっているものである。
【００１６】
主としてプラチナ・アルミナイドからなるアルミナイド表面被膜をもつプラチナでエンリッチされたアルミニウム含有合金層を作るためには、拡散前の施されたプラチナの層の厚みは、好ましくは５ミクロン、最も好ましくは、８ミクロンである。
【００１７】
拡散熱処理の好ましい実施条件は、処理時間が約１時間であり、処理温度は、超合金基質の組成に応じて８００℃〜１２００℃の範囲、好ましくは
１０００℃〜１２００℃の範囲である。
【００１８】
プラチナ化されたアルミニウム合金ボンド合金の表面から拡散残渣を除去した後、超合金製品に酸化物の薄い粘着（付着）層とセラミック熱障壁耐熱被膜とを施す。
【００１９】
上記プロセスにより作られた前記酸化物層の厚みは、１ミクロン以下の厚みが好ましい。酸化物の薄い粘着（付着）層は、酸素含有雰囲気中で前記プラチナ族金属・アルミナイド被膜を加熱することで形成することが好ましい。
【００２０】
前記酸化物の薄い粘着（付着）層を生成する便宜的な方法は、電子ビーム・フィジカル蒸着（ＥＢＰＶＤ) を使用して、セラミック熱障壁耐熱被膜を施す方法である。好ましいＥＢＰＶＤプロセスにおいては、超合金製品を約10-5トルといった減圧下で温度９００℃〜１１５０℃の範囲の温度に予熱する。好ましい予熱温度は、約１０００℃である。
【００２１】
ＥＢＰＶＤによるセラミック熱障壁耐熱被膜プロセスにおいては、イットリアで安定化されたジルコニアまたは他の酸化物セラミックが用いられ、電子ビームで該セラミックが蒸発し、この結果該セラミックの解離で酸素が遊離する。そして、この段階でコーティングチャンバ内に酸素をゆっくり添加し、被覆される超合金製品にセラミック層が化学量論的に再形成されることを助ける。したがって、このプロセスにおいては、ＥＢＰＶＤ方法によるコーティング処理の間、コーティングチャンバー内の雰囲気に酸素が必ず存在し、酸素が好ましいプラチナ・アルミナイド表面被膜と反応し、上記した薄い粘着性（付着性）酸化物層を形成することになる。
【００２２】
つぎに添付の図面を参照しながら、この発明を図示の実施例によりさらに詳しく説明するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、超合金製品１０の面に符号１２で示された多層の熱障壁耐熱被膜が施されている。図１は、すでに多層の熱障壁耐熱被膜が施された状態を示す。熱障壁耐熱被膜１２は、三層、即ち、MCrAlY合金ボンド被膜１４、薄い酸化物層１６およびコラム状（円柱状）の結晶粒（グレイン）セラミック熱障壁耐熱被膜１８から構成されている。MCrAlY合金ボンド被膜１４は、プラズマスプレイで施され、拡散熱処理されたものである。コラム状（円柱状）の結晶粒（グレイン）セラミック熱障壁耐熱被膜１８は、電子ビーム・フィジカル蒸着による、イットリアで安定化されたジルコニアまたは他の適切なセラミック層ある。薄い酸化物層１６は、アルミナ、クロミアおよび他のスピネル類の混合体からなる。
【００２４】
図２は、１９９５年１２月８日に出願されたヨーロッパ特許出願第９５３０８９２５．７号に記載された技術の概要を示すもので、特に、多層の熱障壁耐熱被膜２２が施された超合金製品２０の断面構造を示す。この図示の状態も製造された状態を示す。熱障壁耐熱被膜２２は、MCrAlY合金ボンド被膜２４、MCrAlY合金ボンド被膜２４の上に形成されたプラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層２６、プラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層２６の上のプラチナ・アルミナイド被膜２８、プラチナ・アルミナイド被膜２８の上のプラチナでエンリッチされたガンマ位相層３０、プラチナでエンリッチされたガンマ位相層３０の上の薄い酸化物層３２およびコラム状グレイン・セラミック熱障壁耐熱被膜３４からなる。
【００２５】
MCrAlY合金ボンド被膜２４は、プラズマスプレイ手段で形成され、拡散熱処理される。コラム状グレイン・セラミック熱障壁耐熱被膜３４は、電子ビームフィジカル蒸着によりイットリア安定化ジルコニアまたは他の適切なセラミックを蒸着したものである。薄い酸化物層は、全部またはほぼ全部がアルミナで、極く少量（無視できるほどの少量）が他のスピネル類である。このアルミナ層３２の厚みは、１ミクロン以下である。
【００２６】
電気めっき手段または他の適切な手段で、前記MCrAlY合金ボンド被膜にプラチナを実質的に均一な厚さになるように、めっきするもので、この厚みは、少なくとも５ミクロン、好ましくは約８ミクロンである。その後拡散熱処理を行って、前記プラチナ層を前記MCrAlY合金ボンド被膜に拡散させる。拡散は、前記製品を１０００℃〜１２００℃の範囲の温度に加熱し、この温度で適当な時間、例えば、１時間にわたり温度１１５０℃の温度下に製品をおき、拡散熱処理を行う。
【００２７】
前記熱処理後、前記表面を乾燥したアルミナ粉末でグリットブラストして、拡散残渣を除去する。次いでセラミック熱障壁耐熱被膜をＥＢＰＶＤ方法で形成して、前記プラチナ・アルミナイド被膜の上に薄い酸化物層を作るもので、プラチナ・アルミナイド被膜と薄い酸化物層との間には、プラチナでエンリッチされたガンマ位相層が介在する。
【００２８】
図１に関連して述べた熱障壁耐熱被膜１２と、図２に関連して述べた熱障壁耐熱被膜２２とをテストした。このテストの結果、熱障壁耐熱被膜１２は、製造された状態において、約５５ニュートンのロードがかかった場合、そして、100 時間にわたる温度1150℃ のエイジングの後、約５ニュートンのロードがかかった場合、前記ボンド被膜から前記セラミック被膜が剥離してしまうことが判明した。また、前記テストにおいて、熱障壁耐熱被膜２２は、製造された状態において、約１００ニュートンのロードがかかった場合、そして、１００時間にわたる温度１１５０℃のエイジングの後、約５０ニュートンのロードがかかった場合、前記ボンド被膜から前記セラミック被膜が剥離してしまうことが判明した（これについては、前記１９９５年１２月８日に出願されたヨーロッパ特許出願第９５３０８９２５．７号を参照されたい）。
【００２９】
前記の結果からして、図２に示した熱障壁耐熱被膜２２が図１の熱障壁耐熱被膜１２に比較し、長期にわたってセラミック被膜の保持性、付着性を保持する機能を有することが判明した。
【００３０】
図２における熱障壁耐熱被膜２２は、連続したプラチナ・アルミナイド被膜２８を有しており、この被膜が遷移金属エレメンツの移動の抑止、例えば、MCrAlY合金ボンド被膜２４と超合金基体２０とからチタン、タンタルおよびハフニウムが移動するのを抑止し、形成された酸化物層が極めてピュアーのアルミナからなるものであることを保証する。
【００３１】
しかし残念なことではあるが、熱障壁耐熱被膜２２が長期にわたり付着してもMCrAlY合金ボンド被膜２４とプラチナ・エンリッチのMCrAlY合金層２６とから超合金基体２０へアルミニウムが失われてしまう現象が生ずる。これは、長期にわたり熱障壁耐熱被膜２２が絶えず高温に曝されていると、MCrAlY合金が超合金基体２０へ拡散することによると考えられる。酸化物層３２におけるアルミナは、絶えず使い果たされ、プラチナ・アルミナイド被膜２８、プラチナでエンリッチされたMCrAlY層およびMCrAlY合金ボンド被膜２６からセラミック熱障壁耐熱被膜３４とのインターフェース部分へ拡散するアルミニウムの酸化により形成されるアルミナに置換される。このように、MCrAlY合金ボンド被膜２６およびプラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層２８から超合金基体２０へアルミニウムが失われてしまうことで、酸化物層３２にアルミナを形成するためのアルミニウムのレベルが減少し、使用の間使い果たされるアルミナに換わるアルミナ形成を維持するに必要なレベルに達しなくなる。
【００３２】
図３は、この発明の一実施例における超合金製品４０の一部の断面を示すもので、この製品には、多層の熱障壁耐熱被膜４２が施してある。図示の状態は、製造された状態を示す。熱障壁耐熱被膜４２は、超合金基体の表面におけるプラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）およびプラチナでエンリッチされたガンマ・プライム位相（γプライム相）を備えるプラチナでエンリッチされた層４４、該層の上のMCrAlY合金ボンド被膜４６、MCrAlY合金ボンド被膜４６の上のプラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層４８、プラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層４８の上のプラチナ・アルミナイド被膜５０、プラチナ・アルミナイド被膜５０の上のプラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）層５２、プラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）層５２の上の薄い酸化物層５４およびコラム状結晶粒（グレイン）セラミック熱障壁耐熱被膜５６から構成されている。プラチナ・アルミナイド被膜５０は、プラチナ・アルミナイドの特別なフォルムのもので、例えば、５３重量％のＰｔ、１９．５重量％のＮｉ、１２重量％のＡｌ、８．７重量％のＣｏ、４．９重量％のＣｒ、０．９重量％のＺｒ、０．６重量％のＴａ、０．１重量％のＯおよび０．０４重量％のＴｉを有する組成であり、この組成についての詳細は、前記ヨーロッパ特許出願第９５３０８９２５．７号に記載されているので、これを参照されたい。
【００３３】
プラチナは、電気めっき手段などの適切な手段で、実質的に均一な厚み、例えば、少なくとも５ミクロン、好ましくは約８ミクロンの厚みで超合金基体に付着される。その後、拡散熱処理を行って、前記プラチナ層を超合金基体に拡散させる。これによって、前記超合金基体の面にプラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）とプラチナでエンリッチされたガンマプライム位相（γプライム相）の層が付与される。拡散熱処理は、前記超合金製品を温度８００℃〜１２００℃の範囲の温度に加熱し、適当な時間にわたり前記温度を保持するもので、例えば、１時間にわたり１０００℃の温度で熱拡散処理を行うことが適当であり、１時間以上の熱拡散処理を行うと、プラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）とプラチナでエンリッチされたガンマプライム位相（γプライム相）の層を拡散してしまう。
【００３４】
MCrAlY合金ボンド被膜２４は、プラズマスプレイ手段で形成され、拡散熱処理される。コラム状グレイン・セラミック熱障壁耐熱被膜５６は、電子ビームフィジカル蒸着によりイットリア安定化ジルコニアまたは他の適切なセラミックを蒸着したものである。薄い酸化物層は、全部またはほぼ全部がアルミナで、極く少量（無視できるほどの少量）が他のスピネル類である。このアルミナ層３２の厚みは、１ミクロン以下である。
【００３５】
プラチナは、電気めっき手段などの適切な手段で、実質的に均一な厚み、例えば、少なくとも５ミクロン、好ましくは約８ミクロンの厚みで超合金基体に付着される。その後、拡散熱処理を行って、前記プラチナ層をMCrAlY合金ボンド被膜に拡散させる。これによって、プラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層とプラチナ・アルミナイド被膜とが付与される。拡散熱処理は、前記超合金製品を温度１０００℃〜１２００℃の範囲の温度、好ましくは１１００℃〜１２００℃に加熱し、適当な時間にわたり前記温度を保持するもので、例えば、１時間にわたり１１５０℃の温度で熱拡散処理を行うことが適当である。
【００３６】
前記熱処理の後、製品表面を乾燥したアルミナ粉末でグリットブラストし、拡散残渣を除去する。ついでEBPVD手段により、セラミック熱障壁耐熱被膜を形成し、プラチナ・アルミナイド被膜の上に薄い酸化物層を形成するもので、両者の間には、プラチナでエンリッチされたガンマ層が介在する。
【００３７】
プラチナでエンリッチされた層４４は、プラチナでエンリッチされたガンマ相およびプラチナでエンリッチされたガンマ・プライム相からなり、該層は、MCrAlY合金ボンド被膜４６とプラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層４８から超合金基体へアルミニウムが移動するのを抑制し、MCrAlY合金ボンド被膜４６とプラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層４８におけるアルミニウムのレベルを長期にわたり維持して、熱障壁耐熱被膜を長期にわたり付着させておく顕著な作用を有する。プラチナでエンリッチされた層４４は、遷移金属エレメンツが超合金基体から酸化物層へ移動するのを抑え、例えば、チタン、タンタルおよびハフニウムのような遷移金属エレメンツの有害な作用から酸化物層５４を守り、非常にピュアーな酸化物層５４に保つ作用、効果を有する。
【００３８】
MCrAlY合金ボンド被膜は、ヴァキュム・プラズマ・スプレイ手段で施すことが好ましいが、フィジカル蒸着手段などの他の手段でも被覆することが出来る。フィジカル蒸着手段を使用する場合には、前記MCrAlY合金ボンド被膜をポリッシュしてセラミック熱障壁耐熱被膜が付着しやすいようにする。
【００３９】
前記プラチナでエンリッチされた層は、スパッタリング、パック拡散、アウト・オブ・パック拡散、化学蒸着またはフィジカル蒸着によっても被覆することができる。他の白金族金属、例えば、パラジウム、ロジウムなどもプラチナの代わりに使用できるが、プラチナが好ましい。
【００４０】
セラミック熱障壁耐熱被膜は、プラズマスプレイ手段、ヴァキュウム・プラズマスプレイ手段、化学蒸着、燃焼化学蒸着またはフィジカル蒸着によって施すことができるもので、これらの手段のうちでは、フィジカル蒸着手段が好ましい。フィジカル蒸着手段には、スパッタリングが含まれるものであるが、電子ビーム・フィジカル蒸着手段が好ましい。
【００４１】
MCrAlYのほかの他のアルミニウム含有合金ボンド被膜には、例えば、コバルト・アルミナイドまたはニッケル・アルミナイドを使用してもよい。
【００４２】
熱障壁耐熱被膜は、超合金製品の全面または所定の一部の面に形成し、当該製品を高熱から保護する。例えば、ガスタービンの翼の全面を熱障壁耐熱被膜で被覆したり、ガスタービン・エンジンブレードのエーロフォイルのリーディングエッジのみを熱障壁耐熱被膜で被覆したりする。
【００４３】
【発明の効果】
この発明によれば、高温に耐えるセラミックの熱障壁耐熱被膜が超合金製品の面に施した熱障壁耐熱被膜の付着性を高め、長期使用にわたり熱障壁耐熱被膜が超合金製品の面からの剥離を防ぎ、超合金製品の耐用寿命を延命するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術の熱障壁耐熱被膜が施された金属製品の一部の略図的断面図である。
【図２】 従来技術の熱障壁耐熱被膜が施された金属製品の一部の略図的断面図である。
【図３】 この発明による熱障壁耐熱被膜を有する金属製品の略図的断面図である。
【符号の説明】
４０ 超合金製品
４２ 多層の熱障壁耐熱被膜
４４ プラチナでエンリッチされた層
４６ MCrAlY合金ボンド被膜
４８ プラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層
５０ プラチナ・アルミナイド被膜５０、プラチナ・アルミナイド被膜
５２ のプラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）層
５４ 薄い酸化物層
５６ コラム状結晶粒（グレイン）セラミック熱障壁耐熱被膜
【発明の属する技術分野】
この発明は、超合金製品の表面、例えば。ガスタービンエンジンのタービンブレードの表面に施す熱障壁耐熱被膜および該熱障壁耐熱被膜を施す方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの作動温度を高める要求は、タービンブレードを空冷することと、タービンブレードとタービンヴェーンを製造する超合金の開発で一応解決はされ、空冷と超合金とによってタービンブレード、タービンヴェーンの耐用寿命を長くすることができた。しかしながら、さらに作動温度を高温にする必要性からセラミック被膜マテリアルが開発され、セラミック被膜によりタービンブレードとタービンヴェーンを燃焼室から発散されるガスに含まれる高熱から守る手段が実施され、タービンブレードとタービンヴェーンの耐用寿命をさらに長くすることがきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの耐用寿命にも限界があることが判明した。これは、セラミック被膜と超合金基質とが親和性に乏しく、耐熱性、熱絶縁性にすぐれた点ですぐれたセラミック被膜も超合金製品面への付着性に問題があり、コーティングされた超合金被着面からセラミック被膜が経時変化により剥離する理由による。この一つの理由は、超合金基質とセラミック被膜との熱膨張係数が一致していない点にある。この点に関しては、セラミック被膜を超合金製品面に施す前に、サーマルスプレーその他の手段で超合金製品面に施すアルミニウム含有合金ボンド被膜が種々開発されたことで、一応の解決をみ、セラミック被膜の付着性が改善された。このようなボンド被膜は、所謂アルミナイド（拡散）または"MCrAlY" タイプ（ここでM は、コバルト、鉄及びニッケルの一つ、または、それ以上のもの）で代表される。
【０００４】
ボンド被膜の使用は、実用されている間における熱障壁耐熱被膜の広範囲な破砕を防ぐ点で成功を収めているが、セラミック被膜の部分的な破砕を抑えるに至らず、ボンド被膜とセラミック被膜との間に付着不良、剥離が生じ、ボンド被膜が燃焼ガスの高熱をまともに受け、タービンブレードやタービンヴェーンが早々と破壊されてしまう。
このような点が、この発明の解決課題である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、熱障壁耐熱被膜に対する新規なボンド被膜（中間被膜）を提供して前記課題を解決するものであり、このボンド被膜によって局部的な剥離を防ぎ、超合金製品の表面、特に耐熱性が要求される表面、超合金基質の面に対する熱障壁耐熱被膜の被着性を高め、超合金製品の耐用寿命を飛躍的に延ばすことを目的とする。
【０００６】
本発明は、超合金基質の面に熱障壁耐熱被膜を施す方法、特に該耐熱被膜の付着性を高める方法を提供するものである。
【０００７】
この発明によれば、超合金基質に多層の熱障壁耐熱被膜が施されるもので、該多層の熱障壁耐熱被膜は、白金族金属でエンリッチされた超合金層、該白金族金属でエンリッチされた超合金層に被覆されるアルミニウム含有合金ボンド被膜、アルミニウム含有合金ボンド被膜の上に施される白金族金属でエンリッチされたアルミニウム含有合金層、白金族金属でエンリッチされたアルミニウム含有合金層の上に施される白金族金属の少なくとも一つのアアルミナイドの被膜、少なくとも一つの白金族金属アルミナイドの被膜に施される酸化物層および該酸化物層に施されるセラミック熱障壁耐熱被膜から構成される。
【０００８】
この発明は、また、超合金基質に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法を提供するもので、この方法は、以下の工程からなる：−白金族金属層を超合金基体に施し；この超合金基製品を熱処理して、白金族金属を超合金基体内に拡散し、これによって、超合金基体の表面に白金族金属でエンリッチされた超合金層を形成する工程；この白金族金属でエンリッチされた超合金層にアルミニウム含有合金ボンド被膜を施す工程；このアルミニウム含有合金ボンド被膜に白金族金属層を形成する工程；超合金製品を熱処理して、白金族金属をアルミニウム含有合金ボンド被膜内に拡散し、これによって、白金族金属でエンリッチされたアルミニウム含有合金層と、前記白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドの被膜とを形成する工程；白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドに酸化物層を形成する工程；ついで、この酸化物層にセラミック熱障壁耐熱被膜を施す工程。
【０００９】
従来技術の被膜を越える利点は、白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドの被膜によって少なくとも７０容量％のアルミナ、好ましくは少なくとも９０容量％のアルミナ、最も好ましくは９５容量％のアルミナを備える酸化物層を形成しやすい点である。この発明のよれば、アルミナ格子構造を実質的に破壊してしまう十分な量の他のスピネルをもたないアルミナから構成される酸化物層が形成されるものである。超合金基質（基体）の施される白金族金属でエンリッチされた超合金層は、アルミニウム含有合金ボンド被膜から超合金基質へのアルミニウムの移動を抑え、さらにまた、超合金基質から酸化物層への損傷を与える要素の移動を抑える。アルミニウム含有合金ボンド被膜から超合金基質へのアルミニウムの移動を抑えることによって、アルミニウム含有合金ボンド被膜におけるアルミニウムのレベルは、比較的ハイレベルに保持され、これによって、セラミック熱障壁耐熱被膜の下に長期にわたり絶えずアルミナが形成されることになる。白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドの被膜は、超合金基質とアルミニウム含有合金ボンド被膜とから酸化物層への損傷を与える要素の移動を阻止する。
【００１０】
この明細書の記述においては、スピネルは、一般式Ｍ2 Ｏ3 をもつ酸化物であって、前記式において、Ｍは、遷移金属を表す。
【００１１】
超合金基質の表面にプラチナでエンリッチされた超合金層をつくるためには、拡散前における施されたプラチナ層の厚みは、好ましくは少なくとも５ミクロン、最も好ましくは８ミクロンである。
【００１２】
拡散熱処理の好ましい実施条件は、処理時間が約１時間であり、処理温度は、超合金基質の組成に応じて８００℃〜１２００℃の範囲、好ましくは１０００℃〜１１００℃の範囲である。
【００１３】
アルミニウム含有合金ボンド被膜は、ニッケル・アルミナイドまたはコバルト・アルミナイドであるが、MCrAlY合金（ＭはＮｉ，Ｃｏ及びＦｅの少なくとも一つである）が好ましい。該ボンド被膜におけるアルミニウムのコンテントは、この発明による使用目的で選択されたボンド被膜合金のタイプに応じて異なるが、前記ＭＣｒＡｌＹ合金ボンド被膜についてはミニマムが約５重量％であり、アルミナボンド被膜についてはマキシマムが約４０重量％である。
【００１４】
完成された製品における好ましい点は、前記ボンド被膜のアウター層がプラチナでエンリッチされている点で、この場合、アルミナイド表面被膜は、主にプラチナ・アルミナイドで構成されている。
【００１５】
このようなプラチナ・アルミナイド表面被膜は、少なくとも２５重量％のプラチナ、好ましくは４０重量％のプラチナ、最適には少なくとも５０重量％のプラチナを含むものであると共にアルミニウムのレベルが少なくとも８重量％で、好ましくは少なくとも１０重量％になっているものである。
【００１６】
主としてプラチナ・アルミナイドからなるアルミナイド表面被膜をもつプラチナでエンリッチされたアルミニウム含有合金層を作るためには、拡散前の施されたプラチナの層の厚みは、好ましくは５ミクロン、最も好ましくは、８ミクロンである。
【００１７】
拡散熱処理の好ましい実施条件は、処理時間が約１時間であり、処理温度は、超合金基質の組成に応じて８００℃〜１２００℃の範囲、好ましくは
１０００℃〜１２００℃の範囲である。
【００１８】
プラチナ化されたアルミニウム合金ボンド合金の表面から拡散残渣を除去した後、超合金製品に酸化物の薄い粘着（付着）層とセラミック熱障壁耐熱被膜とを施す。
【００１９】
上記プロセスにより作られた前記酸化物層の厚みは、１ミクロン以下の厚みが好ましい。酸化物の薄い粘着（付着）層は、酸素含有雰囲気中で前記プラチナ族金属・アルミナイド被膜を加熱することで形成することが好ましい。
【００２０】
前記酸化物の薄い粘着（付着）層を生成する便宜的な方法は、電子ビーム・フィジカル蒸着（ＥＢＰＶＤ) を使用して、セラミック熱障壁耐熱被膜を施す方法である。好ましいＥＢＰＶＤプロセスにおいては、超合金製品を約10-5トルといった減圧下で温度９００℃〜１１５０℃の範囲の温度に予熱する。好ましい予熱温度は、約１０００℃である。
【００２１】
ＥＢＰＶＤによるセラミック熱障壁耐熱被膜プロセスにおいては、イットリアで安定化されたジルコニアまたは他の酸化物セラミックが用いられ、電子ビームで該セラミックが蒸発し、この結果該セラミックの解離で酸素が遊離する。そして、この段階でコーティングチャンバ内に酸素をゆっくり添加し、被覆される超合金製品にセラミック層が化学量論的に再形成されることを助ける。したがって、このプロセスにおいては、ＥＢＰＶＤ方法によるコーティング処理の間、コーティングチャンバー内の雰囲気に酸素が必ず存在し、酸素が好ましいプラチナ・アルミナイド表面被膜と反応し、上記した薄い粘着性（付着性）酸化物層を形成することになる。
【００２２】
つぎに添付の図面を参照しながら、この発明を図示の実施例によりさらに詳しく説明するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、超合金製品１０の面に符号１２で示された多層の熱障壁耐熱被膜が施されている。図１は、すでに多層の熱障壁耐熱被膜が施された状態を示す。熱障壁耐熱被膜１２は、三層、即ち、MCrAlY合金ボンド被膜１４、薄い酸化物層１６およびコラム状（円柱状）の結晶粒（グレイン）セラミック熱障壁耐熱被膜１８から構成されている。MCrAlY合金ボンド被膜１４は、プラズマスプレイで施され、拡散熱処理されたものである。コラム状（円柱状）の結晶粒（グレイン）セラミック熱障壁耐熱被膜１８は、電子ビーム・フィジカル蒸着による、イットリアで安定化されたジルコニアまたは他の適切なセラミック層ある。薄い酸化物層１６は、アルミナ、クロミアおよび他のスピネル類の混合体からなる。
【００２４】
図２は、１９９５年１２月８日に出願されたヨーロッパ特許出願第９５３０８９２５．７号に記載された技術の概要を示すもので、特に、多層の熱障壁耐熱被膜２２が施された超合金製品２０の断面構造を示す。この図示の状態も製造された状態を示す。熱障壁耐熱被膜２２は、MCrAlY合金ボンド被膜２４、MCrAlY合金ボンド被膜２４の上に形成されたプラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層２６、プラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層２６の上のプラチナ・アルミナイド被膜２８、プラチナ・アルミナイド被膜２８の上のプラチナでエンリッチされたガンマ位相層３０、プラチナでエンリッチされたガンマ位相層３０の上の薄い酸化物層３２およびコラム状グレイン・セラミック熱障壁耐熱被膜３４からなる。
【００２５】
MCrAlY合金ボンド被膜２４は、プラズマスプレイ手段で形成され、拡散熱処理される。コラム状グレイン・セラミック熱障壁耐熱被膜３４は、電子ビームフィジカル蒸着によりイットリア安定化ジルコニアまたは他の適切なセラミックを蒸着したものである。薄い酸化物層は、全部またはほぼ全部がアルミナで、極く少量（無視できるほどの少量）が他のスピネル類である。このアルミナ層３２の厚みは、１ミクロン以下である。
【００２６】
電気めっき手段または他の適切な手段で、前記MCrAlY合金ボンド被膜にプラチナを実質的に均一な厚さになるように、めっきするもので、この厚みは、少なくとも５ミクロン、好ましくは約８ミクロンである。その後拡散熱処理を行って、前記プラチナ層を前記MCrAlY合金ボンド被膜に拡散させる。拡散は、前記製品を１０００℃〜１２００℃の範囲の温度に加熱し、この温度で適当な時間、例えば、１時間にわたり温度１１５０℃の温度下に製品をおき、拡散熱処理を行う。
【００２７】
前記熱処理後、前記表面を乾燥したアルミナ粉末でグリットブラストして、拡散残渣を除去する。次いでセラミック熱障壁耐熱被膜をＥＢＰＶＤ方法で形成して、前記プラチナ・アルミナイド被膜の上に薄い酸化物層を作るもので、プラチナ・アルミナイド被膜と薄い酸化物層との間には、プラチナでエンリッチされたガンマ位相層が介在する。
【００２８】
図１に関連して述べた熱障壁耐熱被膜１２と、図２に関連して述べた熱障壁耐熱被膜２２とをテストした。このテストの結果、熱障壁耐熱被膜１２は、製造された状態において、約５５ニュートンのロードがかかった場合、そして、100 時間にわたる温度1150℃ のエイジングの後、約５ニュートンのロードがかかった場合、前記ボンド被膜から前記セラミック被膜が剥離してしまうことが判明した。また、前記テストにおいて、熱障壁耐熱被膜２２は、製造された状態において、約１００ニュートンのロードがかかった場合、そして、１００時間にわたる温度１１５０℃のエイジングの後、約５０ニュートンのロードがかかった場合、前記ボンド被膜から前記セラミック被膜が剥離してしまうことが判明した（これについては、前記１９９５年１２月８日に出願されたヨーロッパ特許出願第９５３０８９２５．７号を参照されたい）。
【００２９】
前記の結果からして、図２に示した熱障壁耐熱被膜２２が図１の熱障壁耐熱被膜１２に比較し、長期にわたってセラミック被膜の保持性、付着性を保持する機能を有することが判明した。
【００３０】
図２における熱障壁耐熱被膜２２は、連続したプラチナ・アルミナイド被膜２８を有しており、この被膜が遷移金属エレメンツの移動の抑止、例えば、MCrAlY合金ボンド被膜２４と超合金基体２０とからチタン、タンタルおよびハフニウムが移動するのを抑止し、形成された酸化物層が極めてピュアーのアルミナからなるものであることを保証する。
【００３１】
しかし残念なことではあるが、熱障壁耐熱被膜２２が長期にわたり付着してもMCrAlY合金ボンド被膜２４とプラチナ・エンリッチのMCrAlY合金層２６とから超合金基体２０へアルミニウムが失われてしまう現象が生ずる。これは、長期にわたり熱障壁耐熱被膜２２が絶えず高温に曝されていると、MCrAlY合金が超合金基体２０へ拡散することによると考えられる。酸化物層３２におけるアルミナは、絶えず使い果たされ、プラチナ・アルミナイド被膜２８、プラチナでエンリッチされたMCrAlY層およびMCrAlY合金ボンド被膜２６からセラミック熱障壁耐熱被膜３４とのインターフェース部分へ拡散するアルミニウムの酸化により形成されるアルミナに置換される。このように、MCrAlY合金ボンド被膜２６およびプラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層２８から超合金基体２０へアルミニウムが失われてしまうことで、酸化物層３２にアルミナを形成するためのアルミニウムのレベルが減少し、使用の間使い果たされるアルミナに換わるアルミナ形成を維持するに必要なレベルに達しなくなる。
【００３２】
図３は、この発明の一実施例における超合金製品４０の一部の断面を示すもので、この製品には、多層の熱障壁耐熱被膜４２が施してある。図示の状態は、製造された状態を示す。熱障壁耐熱被膜４２は、超合金基体の表面におけるプラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）およびプラチナでエンリッチされたガンマ・プライム位相（γプライム相）を備えるプラチナでエンリッチされた層４４、該層の上のMCrAlY合金ボンド被膜４６、MCrAlY合金ボンド被膜４６の上のプラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層４８、プラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層４８の上のプラチナ・アルミナイド被膜５０、プラチナ・アルミナイド被膜５０の上のプラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）層５２、プラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）層５２の上の薄い酸化物層５４およびコラム状結晶粒（グレイン）セラミック熱障壁耐熱被膜５６から構成されている。プラチナ・アルミナイド被膜５０は、プラチナ・アルミナイドの特別なフォルムのもので、例えば、５３重量％のＰｔ、１９．５重量％のＮｉ、１２重量％のＡｌ、８．７重量％のＣｏ、４．９重量％のＣｒ、０．９重量％のＺｒ、０．６重量％のＴａ、０．１重量％のＯおよび０．０４重量％のＴｉを有する組成であり、この組成についての詳細は、前記ヨーロッパ特許出願第９５３０８９２５．７号に記載されているので、これを参照されたい。
【００３３】
プラチナは、電気めっき手段などの適切な手段で、実質的に均一な厚み、例えば、少なくとも５ミクロン、好ましくは約８ミクロンの厚みで超合金基体に付着される。その後、拡散熱処理を行って、前記プラチナ層を超合金基体に拡散させる。これによって、前記超合金基体の面にプラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）とプラチナでエンリッチされたガンマプライム位相（γプライム相）の層が付与される。拡散熱処理は、前記超合金製品を温度８００℃〜１２００℃の範囲の温度に加熱し、適当な時間にわたり前記温度を保持するもので、例えば、１時間にわたり１０００℃の温度で熱拡散処理を行うことが適当であり、１時間以上の熱拡散処理を行うと、プラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）とプラチナでエンリッチされたガンマプライム位相（γプライム相）の層を拡散してしまう。
【００３４】
MCrAlY合金ボンド被膜２４は、プラズマスプレイ手段で形成され、拡散熱処理される。コラム状グレイン・セラミック熱障壁耐熱被膜５６は、電子ビームフィジカル蒸着によりイットリア安定化ジルコニアまたは他の適切なセラミックを蒸着したものである。薄い酸化物層は、全部またはほぼ全部がアルミナで、極く少量（無視できるほどの少量）が他のスピネル類である。このアルミナ層３２の厚みは、１ミクロン以下である。
【００３５】
プラチナは、電気めっき手段などの適切な手段で、実質的に均一な厚み、例えば、少なくとも５ミクロン、好ましくは約８ミクロンの厚みで超合金基体に付着される。その後、拡散熱処理を行って、前記プラチナ層をMCrAlY合金ボンド被膜に拡散させる。これによって、プラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層とプラチナ・アルミナイド被膜とが付与される。拡散熱処理は、前記超合金製品を温度１０００℃〜１２００℃の範囲の温度、好ましくは１１００℃〜１２００℃に加熱し、適当な時間にわたり前記温度を保持するもので、例えば、１時間にわたり１１５０℃の温度で熱拡散処理を行うことが適当である。
【００３６】
前記熱処理の後、製品表面を乾燥したアルミナ粉末でグリットブラストし、拡散残渣を除去する。ついでEBPVD手段により、セラミック熱障壁耐熱被膜を形成し、プラチナ・アルミナイド被膜の上に薄い酸化物層を形成するもので、両者の間には、プラチナでエンリッチされたガンマ層が介在する。
【００３７】
プラチナでエンリッチされた層４４は、プラチナでエンリッチされたガンマ相およびプラチナでエンリッチされたガンマ・プライム相からなり、該層は、MCrAlY合金ボンド被膜４６とプラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層４８から超合金基体へアルミニウムが移動するのを抑制し、MCrAlY合金ボンド被膜４６とプラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層４８におけるアルミニウムのレベルを長期にわたり維持して、熱障壁耐熱被膜を長期にわたり付着させておく顕著な作用を有する。プラチナでエンリッチされた層４４は、遷移金属エレメンツが超合金基体から酸化物層へ移動するのを抑え、例えば、チタン、タンタルおよびハフニウムのような遷移金属エレメンツの有害な作用から酸化物層５４を守り、非常にピュアーな酸化物層５４に保つ作用、効果を有する。
【００３８】
MCrAlY合金ボンド被膜は、ヴァキュム・プラズマ・スプレイ手段で施すことが好ましいが、フィジカル蒸着手段などの他の手段でも被覆することが出来る。フィジカル蒸着手段を使用する場合には、前記MCrAlY合金ボンド被膜をポリッシュしてセラミック熱障壁耐熱被膜が付着しやすいようにする。
【００３９】
前記プラチナでエンリッチされた層は、スパッタリング、パック拡散、アウト・オブ・パック拡散、化学蒸着またはフィジカル蒸着によっても被覆することができる。他の白金族金属、例えば、パラジウム、ロジウムなどもプラチナの代わりに使用できるが、プラチナが好ましい。
【００４０】
セラミック熱障壁耐熱被膜は、プラズマスプレイ手段、ヴァキュウム・プラズマスプレイ手段、化学蒸着、燃焼化学蒸着またはフィジカル蒸着によって施すことができるもので、これらの手段のうちでは、フィジカル蒸着手段が好ましい。フィジカル蒸着手段には、スパッタリングが含まれるものであるが、電子ビーム・フィジカル蒸着手段が好ましい。
【００４１】
MCrAlYのほかの他のアルミニウム含有合金ボンド被膜には、例えば、コバルト・アルミナイドまたはニッケル・アルミナイドを使用してもよい。
【００４２】
熱障壁耐熱被膜は、超合金製品の全面または所定の一部の面に形成し、当該製品を高熱から保護する。例えば、ガスタービンの翼の全面を熱障壁耐熱被膜で被覆したり、ガスタービン・エンジンブレードのエーロフォイルのリーディングエッジのみを熱障壁耐熱被膜で被覆したりする。
【００４３】
【発明の効果】
この発明によれば、高温に耐えるセラミックの熱障壁耐熱被膜が超合金製品の面に施した熱障壁耐熱被膜の付着性を高め、長期使用にわたり熱障壁耐熱被膜が超合金製品の面からの剥離を防ぎ、超合金製品の耐用寿命を延命するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術の熱障壁耐熱被膜が施された金属製品の一部の略図的断面図である。
【図２】 従来技術の熱障壁耐熱被膜が施された金属製品の一部の略図的断面図である。
【図３】 この発明による熱障壁耐熱被膜を有する金属製品の略図的断面図である。
【符号の説明】
４０ 超合金製品
４２ 多層の熱障壁耐熱被膜
４４ プラチナでエンリッチされた層
４６ MCrAlY合金ボンド被膜
４８ プラチナでエンリッチされたMCrAlY合金層
５０ プラチナ・アルミナイド被膜５０、プラチナ・アルミナイド被膜
５２ のプラチナでエンリッチされたガンマ位相（γ相）層
５４ 薄い酸化物層
５６ コラム状結晶粒（グレイン）セラミック熱障壁耐熱被膜
Claims (27)
- 超合金基体に施される多層の熱障壁耐熱被膜であって、該多層の熱障壁耐熱被膜は、白金族金属でエンリッチされた超合金層、該白金族金属でエンリッチされた超合金層に被覆されるアルミニウム含有合金ボンド被膜、アルミニウム含有合金ボンド被膜の上に施される白金族金属でエンリッチされたアルミニウム含有合金層、白金族金属でエンリッチされたアルミニウム含有合金層の上に施される白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドの被膜、少なくとも一つの白金族金属アルミナイドの被膜に施される酸化物層および該酸化物層に施されるセラミック熱障壁耐熱被膜から構成されているもの。
- 前記アルミニウム含有合金ボンド被膜のアルミニウム・コンテントが５重量％から４０重量％である請求項１の多層の熱障壁耐熱被膜。
- 前記アルミニウム含有合金ボンド被膜がニッケル・アルミナイドまたはコバルト・アルミナイドを有する請求項１の多層の熱障壁耐熱被膜。
- 前記アルミニウム含有合金ボンド被膜がMCrAlY合金を有するもので、該合金におけるＭがＮｉ、ＣｏおよびＦｅの少なくとも一つである請求項１の多層の熱障壁耐熱被膜。
- 前記白金族金属でエンリッチされたアルミニウム含有合金層がプラチナでエンリッチされ、白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドの被膜が主成分としてプラチナ・アルミナイドを有する請求項１乃至４のいずれか一つに請求された多層の熱障壁耐熱被膜。
- 前記白金族金属でエンリッチされたアルミニウ含有合金層がプラチナでエンリッチされている請求項１乃至５のいずれか一つに請求された多層の熱障壁耐熱被膜。
- 前記酸化物層がアルミナを少なくとも９０vol％有する請求項１乃至６のいずれか一つに請求された多層の熱障壁耐熱被膜。
- 前記セラミック熱障壁耐熱被膜がイットリアで安定化されたジルコニアを有する請求項１乃至７のいずれか一つに請求された多層の熱障壁耐熱被膜。
- 前記セラミック熱障壁耐熱被膜がコラム状構造を有する請求項１乃至８のいずれか一つに請求された多層の熱障壁耐熱被膜。
- 前記超合金基体は、ニッケルをベースとする超合金またはコバルトをベースとする超合金からなる請求項１乃至９のいずれか一つに請求された多層の熱障壁耐熱被膜。
- 前記白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドの表面における白金族金属でエンリッチされてなるガンマ位相層が前記白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドの被膜と前記酸化物層との間に介在する請求項１乃至１０のいずれか一つに請求された多層の熱障壁耐熱被膜。
- 白金族金属で強化された超合金層が、白金強化のガンマ位相と白金強化のガンマ・プライム位相を有する請求項１で請求された多層の熱障壁耐熱被膜。
- 超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法であり、以下の工程からなる方法：−白金族金属層を超合金基体に施し、この超合金基製品を熱処理して、白金族金属を超合金基体内に拡散し、これによって、超合金基体の表面に白金族金属でエンリッチされた超合金層を形成する工程、この白金族金属でエンリッチされた超合金層にアルミニウム含有合金ボンド被膜を施す工程、このアルミニウム含有合金ボンド被膜に白金族金属層を形成する工程、超合金製品を熱処理して、白金族金属をアルミニウム含有合金ボンド被膜内に拡散し、これによって、白金族金属でエンリッチされたアルミニウム含有合金層と、前記白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドの被膜とを形成する工程、白金族金属の少なくとも一つのアルミナイドに酸化物層を形成する工程、および、この酸化物層にセラミック熱障壁耐熱被膜を施す工程。
- 前記アルミニウム含有合金ボンド被膜がニッケル・アルミナイドまたはコバルト・アルミナイドを有する請求項１３に請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記アルミニウム含有合金ボンド被膜がMCrAlY合金を有するもので、該合金におけるＭがＮｉ、ＣｏおよびＦｅの少なくとも一つである請求項１３に請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記白金族金属の層が電気めっき手段により前記超合金基体の面に被着される請求項１３または１４に請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記超合金基体に被着された白金族金属の層の拡散前の厚みが少なくとも５ミクロンである請求項１３から請求項１６のいずれか一つに請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記アルミニウム含有合金ボンド被膜に被着された白金族金属の層の拡散前の厚みが少なくとも５ミクロンである請求項１３から請求項１７のいずれか一つに請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記白金族金属層の厚みが８ミクロンである請求項１７または請求項１８に請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記白金族金属でエンリッチされたアルミニウム含有合金層の白金族金属は、プラチナである請求項１３から請求項１９のいずれか一つに請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記超合金製品を熱処理して前記白金族金属層の金属を前記超合金基体に拡散し、白金族金属でエンリッチした超合金層を前記超合金基体の表面に形成する熱拡散処理条件を、拡散を達成するべく温度８００℃〜１２００℃の範囲の温度とする請求項１３から請求項２０のいずれか一つに請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記超合金製品を熱処理して前記白金族金属層の金属を前記アルミニウム含有合金層に拡散し、白金族金属でエンリッチしたアルミニウム含有合金層と、前記白金族金属層の金属の少なくとも一つのアルミナイドの被膜とを形成する熱拡散処理条件を、拡散を達成するべく温度１０００℃〜１２００℃の範囲の温度とする請求項２１に請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記熱拡散処理条件を、温度１０００℃〜１１００℃の範囲の温度とする請求項２１に請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記熱拡散処理条件を、温度１１００℃〜１２００℃の範囲の温度とする請求項２２に請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記MCrAlY合金被膜をヴァキュウムプラズマ蒸着で被着し、ついで該前記MCrAlY合金被膜を研磨し、ピーンする請求項１３に請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 前記セラミック熱障壁耐熱被膜を電子ビーム・フィジカル蒸着で施す請求項１３から請求項２５のいずれか一つに請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
- 白金族金属で強化された超合金層が、白金により強化されたガンマ位相と白金により強化されたガンマ・プライム位相を有する請求項１３で請求された超合金基体に多層の熱障壁耐熱被膜を施す方法。
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