JP4603105B2 - 断熱層の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーマルスプレーコーティングによって金属製構成要素上に被着されたセラミックからなり、多孔質の構造を有する断熱層、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ及びタービンの構造において、高度に荷重がかけられる金属製構成要素には高熱から保護するためにセラミック製断熱層が設けられている。断熱層は例えばプラズマスプレーコーティング等のサーマルスプレーコーティング法によって最も価格的に有利に且つ有効に被着される。そのように形成されたセラミック断熱層は多孔質の、微細な亀裂が走っている構造を持っており、この構造は低い弾性率を有する。そのためにこの断熱層は、モーター及びタービンの駆動中に熱力学的負荷のため常に生ずる変形部を、ほんの限定された程度だけ損害を受けずに維持している。しかし、セラミックは、（９００℃以上の）高温領域に断熱層を投入すると変化する。そのとき焼結効果が生じ、弾性率が次第に高まることになる。従って、断熱層の伸びの許容度は少なくなる。その結果熱力学的負荷は断熱層に所謂わに皮のような亀裂(Segmentierungsrissen)をもたらし、それによって断熱層は幾つかのフレーク塊(Schollen)に分割される。
【０００３】
シミュレーション計画及び実験により、そのように分割されたセラミック製断熱層にさらに熱力学的負荷がかかると、金属製構成要素（金属製基体）との境界面において亀裂がさらに進むことが明らかにされた。この亀裂の進みは断熱層のひび割れをもたらし断熱層が機能しなくなる。
【０００４】
ＤＥ４０ ４１ １０３ Ａ１から、先ず酸化及び耐高温ガス腐食防止層としての金属MCrAlY−層が部材表面に被着され、続いて前記層には粗い層表面を研磨するために球体を吹き付ける(kugelgestrahlt)、球体を吹き付けることによる( mittels Kugelstrahlen)部材表面の処理方法が知られている。このような金属層は均質のものであり、粒と粒界を有するセラミック製断熱層とは根本的に異なっている。
【０００５】
ＵＳ５，２７７，９３６は、断熱層に対して金属製酸化防止及び接着層を形成するために、金属粉末及び酸化物がプラズマスプレーコーティングによって被着される、ニッケル又はコバルトを母材とする合金からなる部材を被覆する方法を開示している。金属製酸化防止及び接着層を圧縮するために物体が吹き付けられる。その時、セラミック製断熱層には直に物体は吹き付けらない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記した種類の断熱層を該断熱層が高温領域において熱力学的に出来る限り安定するように改良することである。さらに極力安定な断熱層の製造方法を提供することを発明の課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の方法に関する課題を解決するための手段は、本発明によって金属製構成要素上にサーマルスプレーコーティングによってセラミック製断熱層を被着する断熱層の製造方法であって、断熱層の被着過程（サーマルスプレーコーティング）中及び／又はその後に該断熱層に物体を吹き付けることを特徴とする。
【０００８】
好ましい実施の形態において、断熱層に特に金属、セラミック又はガラスからなる球状粒子を吹き付けることを特徴とする。
【０００９】
上記の断熱層に関する課題を解決するための手段はサーマルスプレーコーティングによって金属製構成要素上に被着されたセラミックからなり、多孔質の構造を有する断熱層であって、該断熱層が物体の吹き付けにより形成された複数の亀裂を表面近くに有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の利点は、断熱層に球状粒子の吹き付けによって一定に予め亀裂が付けられるので不利な大きさのフレークが生ずることが防止されることにある。粒子の高い熱力学的エネルギーによって、衝突時にたくさんの表面近くの小さな亀裂が生じる。さらに焼結過程を促進する所謂微細接触面に亀裂が入る。このように熱力学的負荷がかかる時、焼結効果は減じられるのみならず、多数の亀裂開始体のため、複数の部分に分割される(Segmentierung) 際に臨界未満の、小さなフレークの形成が促進される。
【００１１】
金属製層が物体の吹き付けにより圧縮されるのとは対照的に、断熱層においては多数の物体の吹き付けはセラミックに傷を付けないように、常に回避される。後者には蒸着によって形成された断熱層がさらにあてはまる。本発明による意外な効果は、特にサーマルスプレーコーティングによってたくさんの微細な亀裂を有する断熱層が得られることである。本発明においては、吹き付けによって、断熱層は、圧縮されず、しかし前記した焼結の問題を解消するように全体的にほぐされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に断熱層が金属製エンジン構成要素の上に被着されている、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
タービン翼等の熱的に高度に負荷される金属製エンジン構成要素にはセラミック製断熱層が設けられる。この断熱層はプラズマスプレーコーティングによって金属製構成要素の上に被着されており、多孔質の、微細亀裂がはしっている構造を有する。高い温度領域における駆動中の焼結効果のため不利な大きさのフレークが生ずることを回避するためにセラミック製断熱層はプラズマスプレーコーティングによる製造過程、即ち金属製構成要素の上にセラミック製断熱層を被着する過程の間又は直後に金属球の吹き付けにより(durch Metallkugelstrahlen) 一定に予め傷が付けられる。断熱層は全体的にほぐされる。物体の吹き付けは断熱層の被着形成の間に開始し、その後も継続されるか又は断熱層の被着形成直後に初めて開始する。

Claims (3)

  1. 金属製構成要素上にサーマルスプレーコーティングによってセラミック製断熱層を被着する断熱層の製造方法であって、断熱層の被着過程中及び／又はその後に、該断熱層に対して、サーマルスプレーコーティングにより吹き付けられる物質以外の固体粒子である物体を吹き付けて、該断熱層に高温領域における焼結効果を減ずるための亀裂を生じせしめることを特徴とする断熱層の製造方法。
  2. 前記断熱層に球状粒子を吹き付けることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記粒子が金属、セラミック又はガラスからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
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