JP5538101B2 - Method for reusing sprayed powder, equipment for performing this method, and method for producing coating member - Google Patents
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Description
対象物に溶射される溶射粉の再利用方法、この方法を実行する設備、及びコーティング部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for reusing spray powder sprayed on an object, equipment for executing the method, and a method for manufacturing a coating member.
ガスタービンの動翼、静翼、燃焼器等は、高温ガスと直接接触して、過酷な熱サイクル、エロージョン、コロージョン等を受ける。このため、動翼等の部材は、遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating : TBC)されていることが多い。このTBC層は、以下の特許文献1に記載されているように、対象母材に、例えば、CoNiCrAlY等の金属溶射粉の溶射で形成されるボンドコート層と、ZrO2系のセラミック溶射粉の溶射で形成されるトップコート層とを有している。
Gas turbine rotor blades, stationary blades, combustors, and the like are in direct contact with high-temperature gas and are subjected to severe thermal cycles, erosion, corrosion, and the like. For this reason, members such as blades are often subjected to thermal barrier coating (TCC). As described in
動翼等の部材は、その母材自体を形成する材料も高価であるが、この母材にコーティング層を形成する溶射粉も高価であるため、動翼等、溶射粉でコーティングされたコーティング部材の製造コストが極めて嵩んでしまう。 The material for forming the base material itself is expensive for members such as moving blades, but since the thermal spray powder for forming a coating layer on the base material is also expensive, the coating member coated with the thermal spray powder such as the moving blades. The manufacturing cost is extremely increased.
このため、コーティング部材の製造コスト低減が望まれている。 For this reason, reduction of the manufacturing cost of a coating member is desired.
そこで、本発明は、このような要望に応えるべく、コーティング部材の製造コスト低減を図ることができる技術を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the manufacturing cost of a coating member in order to meet such a demand.
前記目的を達成するための発明に係る溶射粉の再利用方法は、
対象物に向かって溶射された、金属溶射粉とセラミックス溶射粉とのうち、少なくとも一方の溶射粉の再利用方法において、
前記対象物に向かって溶射された前記金属溶射粉のうちで該対象物に付かなかった金属溶射粉と、該対象物に向かって溶射された前記セラミックス溶射粉のうちで該対象物に付かなかったセラミックス溶射粉と、を含む粉を回収粉として回収する回収工程と、前記回収粉を構成する各粒子の電磁気的性質の相違により、電磁気場内で、該回収粉を、前記金属溶射粉を含む金属回収粉と、前記セラミックス溶射粉を含むセラミックス回収粉とに分離する分離工程と、前記分離工程で得られた前記金属回収粉と前記セラミックス回収粉とのうち、少なくとも一方の回収粉を溶射粉として、新たな対象物に溶射する溶射粉再利用工程と、を有することを特徴とする。
The method for reusing sprayed powder according to the invention for achieving the above object is as follows:
In the method of reusing at least one of the metal spray powder and the ceramic spray powder sprayed toward the object,
Of the metal spray powder sprayed toward the object, the metal spray powder not applied to the object and the ceramic spray powder sprayed toward the object do not adhere to the object A ceramic spraying powder, a recovery step of recovering the powder containing the recovered powder as a recovered powder, and the electromagnetic spraying of the recovered powder in the electromagnetic field due to the difference in the electromagnetic properties of the particles constituting the recovered powder. Separation step of separating metal recovery powder into ceramic recovery powder containing ceramic spray powder, and spraying powder of at least one of the metal recovery powder and ceramic recovery powder obtained in the separation step And a thermal spray powder reuse step for thermal spraying on a new object.
当該再利用方法では、対象物に向かって溶射された溶射粉のうち、対象物に付かなかった溶射分の少なくとも一部を、新たな対象物に溶射する溶射粉として再利用するので、溶射粉の溶射でコーティング層が形成されたコーティング部材の製造コストを抑えることができる。さらに、当該再利用方法では、金属溶射粉とセラミックス溶射粉とが混じっている状態であっても、分離工程で両溶射粉を分離しているので、再利用可能な純度の高い溶射粉を得ることができる。 In the reuse method, at least a part of the thermal spray powder sprayed toward the object is reused as the thermal spray powder sprayed on the new object. The manufacturing cost of the coating member on which the coating layer is formed by thermal spraying can be reduced. Further, in the recycling method, even if the metal spray powder and the ceramic spray powder are mixed, both spray powders are separated in the separation step, so that a reusable high-purity spray powder is obtained. be able to.
ここで、前記溶射粉の再利用方法において、前記回収工程で回収された前記回収粉から、目的の粒径範囲の粉を抽出し、抽出した回収粉を前記分離工程に送る分級工程を有していてもよい。 Here, in the reuse method of the thermal spray powder, the method has a classification step of extracting powder in a target particle size range from the recovered powder recovered in the recovery step and sending the extracted recovered powder to the separation step It may be.
当該再利用方法では、再利用される溶射粉が目的の粒径範囲内になるため、当該溶射粉で形成したコーティング層に対して、求められる性能を確保することができる。 In the reuse method, since the reused spray powder falls within the target particle size range, the required performance can be ensured for the coating layer formed of the spray powder.
また、前記溶射粉の再利用方法において、前記分級工程で抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度10%粒径が30μm以上であり、前記溶射粉再利用工程では、前記分離工程で得られた前記セラミックス回収粉の少なくとも一部を前記セラミックス溶射粉として、前記新たな対象物に溶射してもよい。 In the spraying powder reuse method, the target particle size range of the recovered powder extracted in the classification step is an accumulated particle size of 10% particle size of 30 μm or more, and in the spraying powder reuse step, At least a part of the ceramic recovered powder obtained in the separation step may be sprayed onto the new object as the ceramic spray powder.
当該再利用方法では、前記セラミックス回収粉の溶射で形成したコーティング層に対して、求められる性能、具体的には、求められる耐熱性能を確保することができる。 In the recycling method, the required performance, specifically, the required heat resistance performance can be secured for the coating layer formed by spraying the ceramic recovered powder.
また、前記溶射粉の再利用方法において、前記分級工程で抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度10%粒径が20μm以上であり、前記溶射粉再利用工程では、前記分離工程で得られた前記金属回収粉の少なくとも一部を前記金属溶射粉として、前記新たな対象物に溶射してもよい。
Moreover, in the reuse method of the thermal spray powder, the target particle size range of the recovered powder extracted in the classification step is an integrated
当該再利用方法では、前記金属回収粉の溶射で形成したコーティング層に対して、求められる性能、具体的には、熱生成酸化物の生成量の抑制を図ることができる。 In the recycling method, it is possible to reduce the performance required for the coating layer formed by thermal spraying of the metal recovery powder, specifically, the amount of heat-generated oxide generated.
また、前記溶射粉の再利用方法において、前記分離工程で得られたセラミックス回収粉から、積算粒度10%粒径が30μm以上のセラミックス回収粉を抽出するセラミックス粉分級工程を有し、前記溶射粉再利用工程では、前記セラミックス粉分級工程で抽出された前記セラミックス回収粉の少なくとも一部を前記セラミックス溶射粉として、前記新たな対象物に溶射してもよい。 The spraying powder recycling method further comprises a ceramic powder classification step of extracting ceramics recovered powder having an accumulated particle size of 10% and a particle size of 30 μm or more from the ceramics recovered powder obtained in the separation step, and the sprayed powder In the reuse process, at least a part of the ceramic recovered powder extracted in the ceramic powder classification process may be sprayed on the new object as the ceramic spray powder.
当該再利用方法では、前記金属回収粉の溶射で形成したコーティング層の、熱生成酸化物の生成量の抑制を図ることができると共に、前記セラミックス回収粉の溶射で形成したコーティング層の耐熱性能を確保することができる。 In the recycling method, the coating layer formed by spraying the metal recovery powder can suppress the amount of thermally generated oxide, and the heat resistance performance of the coating layer formed by spraying the ceramic recovery powder. Can be secured.
また、前記溶射粉の溶射粉の再利用方法において、前記分離工程で得られた前記セラミックス回収粉を、金属又は両性水酸化物を溶解する水溶液中に入れて、該セラミックス回収粉中の金属粉又は両性水酸化物粉を溶解し、該水溶液中に残った粒状物を抽出する溶解除去工程を有し、前記溶射粉再利用工程では、前記溶解除去工程で、前記水溶液中から抽出した前記粒状物を前記セラミックス溶射粉として、前記新たな対象物に溶射してもよい。 Moreover, in the reuse method of the thermal spraying powder of the thermal spraying powder, the ceramic recovered powder obtained in the separation step is put into an aqueous solution in which a metal or an amphoteric hydroxide is dissolved, and the metallic powder in the recovered ceramic powder is Alternatively, it has a dissolution and removal step of dissolving amphoteric hydroxide powder and extracting the particulate matter remaining in the aqueous solution, and in the spraying powder reuse step, the particulate extracted from the aqueous solution in the dissolution and removal step An object may be sprayed onto the new object as the ceramic spray powder.
当該再利用方法では、セラミックス回収粉中のセラミックス溶射粉の純度を高めることができる。 In the recycling method, the purity of the ceramic spray powder in the ceramic recovered powder can be increased.
また、前記溶射粉の再利用方法において、前記分離工程では、前記回収工程で回収された前記回収粉を構成する各粒子の電気的性質の相違により、電場内で、前記金属回収粉と前記セラミックス回収粉とに分離してもよい。また、前記分離工程では、前記回収工程で回収された前記回収粉を構成する各粒子の磁気的性質の相違により、磁場内で、前記金属回収粉と前記セラミックス回収粉とに分離してもよい。 Further, in the thermal spray powder recycling method, in the separation step, the metal recovered powder and the ceramics are generated in an electric field due to a difference in electrical properties of the particles constituting the recovered powder recovered in the recovery step. It may be separated into recovered powder. Further, in the separation step, the metal recovered powder and the ceramic recovered powder may be separated in a magnetic field due to a difference in magnetic properties of each particle constituting the recovered powder recovered in the recovery step. .
前記目的を達成するための発明に係るコーティング部材の製造方法は、
前記溶射粉の再利用方法を実行し、前記溶射粉再利用工程において、前記対象物に溶射された溶射粉で、該対象物の表面にコーティング層を形成してコーティング部材を製造する、ことを特徴とする。
A manufacturing method of a coating member according to the invention for achieving the above object
Performing the method of reusing the thermal spray powder, and forming a coating layer on the surface of the target object by using the thermal spray powder sprayed on the target object in the spray powder reuse step to manufacture a coating member. Features.
当該コーティング部材の製造方法では、対象物に向かって溶射された溶射粉のうち、対象物に付かなかった溶射分の少なくとも一部を、新たな対象物に溶射する溶射粉として再利用するので、溶射粉の溶射でコーティング層が形成されたコーティング部材の製造コストを抑えることができる。 In the manufacturing method of the coating member, since at least a part of the thermal spray that has not been applied to the target among the thermal sprays sprayed toward the target is reused as the thermal spray that is sprayed on the new target, The manufacturing cost of the coating member in which the coating layer is formed by thermal spraying of the thermal spray powder can be suppressed.
前記目的を達成するための発明に係る溶射設備は、
対象物に金属溶射粉及びセラミックス溶射粉をそれぞれ溶射する溶射設備において、
前記金属溶射粉を前記対象物に溶射する第一溶射ガンを有する第一溶射装置と、前記セラミックス溶射粉を前記対象物に溶射する第二溶射ガンを有する第二溶射装置と、前記対象物に向かって溶射された前記金属溶射粉のうちで該対象物に付かなかった金属溶射粉と、該対象物に向かって溶射された前記セラミックス溶射粉のうちで該対象物に付かなかったセラミックス溶射粉と、を含む粉を回収粉として回収する回収装置と、前記回収粉を構成する各粒子の電磁気的性質の相違により、電磁気場内で、該回収粉を、前記金属溶射粉を含む金属回収粉と、前記セラミックス溶射粉を含むセラミックス回収粉とに分離し、少なくとも一方の回収粉を溶射粉の一部として抽出する分離装置と、を備えていることを特徴とする。
The thermal spraying equipment according to the invention for achieving the above object is
In thermal spray equipment that sprays metal spray powder and ceramic spray powder on the object,
A first thermal spraying device having a first thermal spraying gun for spraying the metal thermal spraying powder onto the object, a second thermal spraying device having a second thermal spraying gun for spraying the ceramic thermal spraying powder onto the target, and the target Of the metal spray powder sprayed toward the object, the metal spray powder not sprayed on the object, and among the ceramic spray powder sprayed toward the object, the ceramic spray powder not adhered to the object And a recovery device that recovers the powder containing the recovered powder as a recovered powder, and a metal recovered powder containing the metal spray powder in an electromagnetic field due to a difference in electromagnetic properties of the particles constituting the recovered powder. And a separator for separating the recovered ceramic powder containing the ceramic spray powder and extracting at least one recovered powder as a part of the spray powder.
当該溶射設備では、対象物に向かって溶射された溶射粉のうち、対象物に付かなかった溶射分の少なくとも一部を、新たな対象物に溶射する溶射粉として再利用できるので、溶射粉の溶射でコーティング層が形成されたコーティング部材の製造コストを抑えることができる。さらに、当該溶射設備では、金属溶射粉とセラミックス溶射粉とが混じっている状態であっても、両溶射粉を分離できるので、再利用可能な純度の高い溶射粉を得ることができる。 In the spraying equipment, since at least a part of the thermal spray powder sprayed toward the target object can be reused as the thermal spray powder sprayed on the new target object, The manufacturing cost of the coating member on which the coating layer is formed by thermal spraying can be suppressed. Furthermore, in the said thermal spraying equipment, even if it is a state with which metal spray powder and ceramic spray powder are mixed, since both spray powder can be isolate | separated, the thermal spray powder with the high reusable purity can be obtained.
ここで、前記溶射設備において、前記回収装置で回収された前記回収粉から、目的の粒径範囲の粉を抽出し、抽出した回収粉を前記分級装置を備え、前記分離装置は、前記分級装置が抽出した回収粉を分離してもよい。 Here, in the thermal spraying equipment, the powder in the target particle size range is extracted from the recovered powder recovered by the recovery device, and the recovered powder extracted is provided with the classification device, and the separation device includes the classification device. The recovered powder extracted by may be separated.
当該溶射設備では、再利用される溶射粉が目的の粒径範囲内になるため、当該溶射粉で形成したコーティング層に対して、求められる性能を確保することができる。 In the said spraying equipment, since the sprayed powder to be reused falls within the target particle size range, the required performance can be ensured for the coating layer formed from the sprayed powder.
また、前記溶射設備において、前記分級装置が抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度10%粒径が30μm以上であり、前記分離装置は、前記セラミックス回収粉を、前記セラミックス溶射粉の少なくとも一部として抽出してもよい。なお、前記分級装置が抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、の積算粒度10%粒径が40μm以上であることがより好ましい。
Further, in the thermal spraying equipment, the target particle size range of the recovered powder extracted by the classifier is an accumulated particle size of 10% particle size of 30 μm or more. You may extract as at least one part of a thermal spray powder. In addition, as for the said target particle size range of the said collection | recovery powder which the said classifier extracts, it is more preferable that the integrated
当該溶射設備では、前記セラミックス回収粉の溶射で形成したコーティング層に対して、求められる性能、具体的には、求められる耐熱性能を確保することができる。 In the said thermal spraying equipment, the performance requested | required with respect to the coating layer formed by the thermal spraying of the said ceramic recovery powder, specifically, the heat-resistant performance calculated | required, can be ensured.
また、前記溶射設備において、前記分級装置が抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度10%粒径が20μm以上であり、前記分離装置は、前記金属回収粉を、前記金属溶射粉の少なくとも一部として抽出してもよい。 Further, in the thermal spraying equipment, the target particle size range of the recovered powder extracted by the classifier is an integrated particle size of 10% particle size of 20 μm or more, and the separation device converts the metal recovered powder into the metal You may extract as at least one part of a thermal spray powder.
当該溶射設備では、前記金属回収粉の溶射で形成したコーティング層に対して、求められる性能、具体的には、熱生成酸化物の生成量の抑制を図ることができる。 In the said thermal spray equipment, the performance calculated | required with respect to the coating layer formed by the thermal spraying of the said metal recovery powder, specifically, suppression of the production amount of a heat generation oxide can be aimed at.
また、前記溶射設備において、前記分離装置が得た前記セラミックス回収粉から、積算粒度10%粒径が30μm以上のセラミックス回収粉を、前記セラミックス溶射粉の少なくとも一部として抽出するセラミックス粉分級装置を備えていてもよい。 In the thermal spraying equipment, there is provided a ceramic powder classification device for extracting ceramic recovered powder having an accumulated particle size of 10% particle size of 30 μm or more as at least part of the ceramic sprayed powder from the ceramic recovered powder obtained by the separation device. You may have.
当該溶射設備では、前記金属回収粉の溶射で形成したコーティング層の、熱生成酸化物の生成量の抑制を図ることができると共に、前記セラミックス回収粉の溶射で形成したコーティング層の耐熱性能を確保することができる。 In the said thermal spraying equipment, while being able to aim at suppression of the production amount of the heat generation oxide of the coating layer formed by the spraying of the metal recovery powder, the heat resistance performance of the coating layer formed by the spraying of the ceramic recovery powder is ensured. can do.
また、前記溶射設備において、前記第一溶射ガンと前記第二溶射ガンとは、一つの溶射ブース内に設置され、前記回収装置は、開口が前記溶射ブース内に臨んでいる回収ダクトと、該溶射ブース内の粉類を回収ダクト内に吸い込むための吸引ファンと、を有してもよい。また、前記第一溶射ガンが第一溶射ブース内に設置され、前記第二溶射ガンが該第一溶射ブースとは異なる第二溶射ブース内に設置され、前記回収装置は、第一の開口が前記第一溶射ブース内に臨み、第二の開口が前記第二溶射ブース内に臨んでいる回収ダクトと、該第一溶射ブース内の粉類を該第一の開口から該回収ダクト内に吸い込み、且つ該第二溶射ブース内の粉類を該第二の開口から該回収ダクト内に吸い込むための吸引ファンと、を有してもよい。 In the thermal spraying equipment, the first thermal spray gun and the second thermal spray gun are installed in one thermal spray booth, and the recovery device includes a recovery duct having an opening facing the thermal spray booth, And a suction fan for sucking the powder in the thermal spray booth into the recovery duct. The first thermal spray gun is installed in a first thermal spray booth, the second thermal spray gun is installed in a second thermal spray booth different from the first thermal spray booth, and the recovery device has a first opening. A recovery duct that faces the first thermal spraying booth and a second opening faces the second thermal spraying booth, and sucks the powder in the first thermal spraying booth into the recovery duct from the first opening And a suction fan for sucking the powder in the second thermal spray booth into the recovery duct from the second opening.
本発明によれば、対象物に向かって溶射された溶射粉のうち、対象物に付かなかった溶射分の少なくとも一部を、新たな対象物に溶射する溶射粉として再利用できるので、溶射粉の溶射でコーティング層が形成されたコーティング部材の製造コストを抑えることができる。 According to the present invention, at least a part of the thermal spray powder that has not been applied to the target object among the thermal spray powders sprayed toward the target object can be reused as the thermal spray powder sprayed onto the new target object. The manufacturing cost of the coating member on which the coating layer is formed by thermal spraying can be reduced.
以下、本発明に係る溶射設備の各種実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, various embodiments of the thermal spraying equipment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
「コーティング部材の実施形態」
溶射設備の実施形態を説明する前に、当該溶射設備による溶射で製造されるコーティング部材について説明する。
"Embodiment of coating member"
Before describing the embodiment of the thermal spraying equipment, a coating member manufactured by thermal spraying using the thermal spraying equipment will be described.
本実施形態のコーティング部材は、図15に示すように、コーティングの対象母材1と、この対象部材の表面に形成されたボンドコート層(コーティング層)2と、ボンドコート層2の表面に形成されたセラミックス層(コーティング層)3と、を有している。このボンドコート層2とセラミックス層3とで、遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating : TBC)層4を構成する。
The coating member of this embodiment is formed on the surface of the
対象部材1は、耐熱合金、例えば、Ni基合金又はCo基合金で形成されている。具体的に、Ni基合金としては、例えば、以下のような成分の合金が用いられる。Ni−16Cr−8.5Co−1.75Mo−2.6 W−1.75Ta−0.9Nb−3.4Ti−3.4Al(質量%)
The
ボンドコート層2は、セラミックス層3の熱膨張量と対象母材1の熱膨張量との差を緩和する等のために設けられている。このボンドコート層2は、高温での耐食性及び耐酸化性に優れたMCrAlY合金(Mは、Ni、Co及びFeの群から選ばれる一種又は二種の元素)で形成されている。具体的には、ボンドコート層2は、例えば、CoNiCrAlY合金で形成され、その成分は以下の通りである。Co−32Ni−21Cr−8Al−0.5Y(質量%) このボンドコート層2は、MCrAlY合金粉を、対象母材1に、例えば、高速フレーム(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel)溶射することで形成される。このボンドコート層2の厚さは、10μm〜500μmである。
The
セラミックス層3は、対象母材1に対する遮熱及び熱衝撃の緩和等のために設けられている。このため、熱伝導率が低く、輻射率の高い安定化したジルコニア等で形成されている。具体的には、質量比がYb2O3:ZrO2=8:92のイットリア安定化ジルコニア(YSZ)で形成されている。このセラミックス層3は、YSZ粉を、ボンドコート層2が形成された対象母材1に、大気圧プラズマ溶射(APS:Atmospheric Plasma Spraying)することで形成される。このセラミックス層3の厚さは、0.1mm〜1mmである。
The
「溶射設備の第一実施形態」
次に、本発明に係る溶射設備の第一実施形態について、図1〜図8を用いて説明する。
"First embodiment of thermal spraying equipment"
Next, 1st embodiment of the thermal spraying equipment which concerns on this invention is described using FIGS.
本実施形態の溶射設備は、図1に示すように、対象母材1にMCrAlY溶射粉を高速フレーム溶射する高速フレーム溶射装置70と、対象母材1にYSZ溶射粉を大気圧プラズマ溶射するプラズマ溶射装置10と、対象母材1に付かなかった各溶射粉を回収する回収装置30と、回収装置30で回収された紛等を分級する分級装置40と、この分級装置40で分級された粒径30μm以上で150μm未満の粉等からセラミックス紛、つまりYSZ紛を主として抽出する分離装置50と、分離装置50で抽出された粉から金属粉等を溶解除去するための溶解容器61と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the thermal spraying equipment of the present embodiment includes a high-speed
高速フレーム溶射装置70は、図2に示すように、フレーム溶射ガン71と、フレーム溶射ガン71に燃料を供給する燃料供給装置81と、フレーム溶射ガン71に酸素を供給する酸素供給装置82と、溶射ガンに溶射粉を供給する粉体供給装置83と、燃料を点火するための電力を溶射ガン11に供給する電源装置84と、フレーム溶射ガン71に冷却水を供給する冷却水供給装置85と、これらの各装置81〜85を制御する制御装置86と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the high-speed
フレーム溶射ガン71は、内部に火炎(フレーム)Fが形成されるノズル72と、ノズル72の基部側のチャンバ72b内にスパークを形成する点火プラグ73と、ノズル72を囲むガンハウジング77と、を有している。ノズル72のチャンバ72bには、燃料受入口74及び酸素受入口75が形成されている。ノズル72のチャンバ72bとノズル72の噴射口72aとの間には、溶射粉受入口76が形成されている。また、ガンハウジング77には、このガンハウジング77の内側とノズル72の外側との間の冷却空間に、冷却水供給装置85からの冷却水を流入させる冷却水入口78と、冷却空間内の冷却水が排水される冷却水出口79と、が形成されている。
The
ノズル72のチャンバ72b内には、燃料供給装置81からの燃料と酸素供給装置82からの酸素とが噴射される。また、このチャンバ72内では、電源装置84からの電力を受けて点火プラグ73が点火し、スパークが形成される。この結果、このノズル72内に火炎(フレーム)Fが形成される。また、ノズル72内には、粉体供給装置83からの溶射粉が供給される。この溶射粉は、火炎Fと共に、ノズル72の噴射口72aから噴射され、対象母材1に溶射される。
The fuel from the
プラズマ溶射装置10は、図3に示すように、プラズマ溶射ガン11と、プラズマ溶射ガン11に作動ガスを供給する作動ガス供給装置21と、溶射ガン11に粉体を供給する粉体供給装置22と、作動ガスをプラズマ化するための電力を溶射ガン11に供給する電源装置23と、溶射ガン11に冷却水を供給する冷却水供給装置24と、これらの各装置21〜24を制御する制御装置25と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the
プラズマ溶射ガン11は、内部にプラズマが形成されるノズル12と、ノズル12内に設けられているタングステン電極15と、ノズル12を囲むガンハウジング16と、を有している。タングステン電極15は、ノズル12内であって、その基部側に固定されている。ノズル12には、その基部側に作動ガス受入口13が形成され、その噴射口12a側に粉体受入口14が形成されている。また、ガンハウジング16には、このガンハウジング16の内側とノズル12の外側との間の冷却空間に、冷却水供給装置24からの冷却水を流入させる冷却水入口17と、冷却空間内の冷却水が排水される冷却水出口18と、が形成されている。
The
プラズマ溶射ガン11のノズル12内には、作動ガス供給装置21からのAr等の作動ガスが供給される。また、電源装置23の駆動により、タングステン電極15は負極性電極になり、ノズル12の噴射口12a近傍は正極性電極になり、タングステン電極15からノズル噴射口12a近傍に向かって電子が飛び出す。この結果、作動ガスはイオン化し、プラズマとなる。このプラズマの中に、粉体供給装置22からの溶射粉が供給される。この溶射粉は、プラズマ加熱されて、対象母材1に溶射される。
A working gas such as Ar is supplied from the working
再び、図1に従って説明する。高速フレーム溶射装置70のフレーム溶射ガン71及びプラズマ溶射装置10のプラズマ溶射ガン11は、いずれも、溶射ルームB内に配置されている。この溶射ブースB内には、溶射ガン71,11のほかに、対象母材1が置かれる回転テーブル89,29も配置されている。この溶射ブースBを形成する壁のうち、回転テーブル89,29を基準にして、溶射ガン71,11側の壁には、このブース内に気体を取り入れるための吸気孔39が形成されている。なお、ここでは、各溶射ガン11,71毎に回転テーブル29,89を設けているが、一つ回転テーブルのみを設け、この一つの回転テーブルをフレーム溶射及びプラズマ溶射時に利用するようにしてもよい。
The description will be continued with reference to FIG. The
回収装置30は、溶射ガン71,11から噴射された溶射紛を回収するための回収ダクト31と、気体と共に溶射紛を含む粉等を回収ダクト31内に吸引する吸引ファン32とを有している。回収ダクト31の開口31aは、溶射ブースBを形成する壁のうち、回転テーブル89,29を基準にして、溶射ガン71,11と反対側の壁に設けられ、溶射ガン71,11に向かって大きく開口している。この回収ダクト31の端部に吸引ファン32が設けられている。なお、ここでは、回収装置30を回収ダクト31及び吸引ファン32で構成しているが、さらに、この回収装置30にサイクロン等の集塵装置を追加してもよい。
The
分級装置40は、図1に示すように、吸引ファン32の排気口に接続されている。分級装置40は、回収装置30が溶射ブースBから回収した回収粉を、粒径が30μm未満の回収粉と、粒径が30μm以上で150μm未満の回収粉と、150μm以上の回収粉とに分けて、粒径が30μm以上で150μm未満の回収粉を抽出する。より正確には、積算粒度10%粒径が30μm以上で150μm未満の回収粉を抽出する。
As shown in FIG. 1, the
分級装置40の種類としては、遠心分級装置、重力分級装置、篩分け装置等があるが、回収粉を前述したような三つの粒径範囲に分けることができれば、これらの装置のうち、いずれの種類の装置を用いてもよいし、また、いずれか2種類の装置を組み合わせてもよい。
As a kind of the
本実施形態では、図4に示す強制渦型遠心分級装置45を用いて回収粉を分級する。この強制渦型遠心分級装置45は、分級筒46と、この分級筒46内で回転する分級ロータ47とを有している。この強制渦型遠心分級装置45は、回収粉を二つの粒径範囲にしか分けることができないため、二台の強制渦型遠心分級装置45を直列的に接続するか、又は、同図に示すように、一台の強制渦型遠心分級装置45の粗粒排出口46aの下流に、篩分け装置41を設けるとよい。
In the present embodiment, the recovered powder is classified using a forced vortex
分離装置50は、図1に示すように、電気的性質の異なる物質を擦り合わせることで、一方の物質から他方の物質へ電荷を移動させて、各物質を帯電させる摩擦帯電装置51と、帯電した物質の極性に応じて物質を選別する静電選別装置52と、を備えている。摩擦帯電装置51は、分級装置40から送られてくる粉等を受ける帯電シュートを有している。粉等は、この帯電シュートを通過する過程で、その電気的性質に応じて、正極性又は負極性に帯電する。静電選別装置52は、正極性に帯電した物質を引き寄せる負極板54と、負極性に帯電した物質を引き寄せる正極板53と、各極性に帯電した物質を受け取る回収容器55と、を有している。回収容器55には、容器内を正極板側部55a、中間部55b,負電極板側部55cの三つに分けるための仕切り56が設けられている。
As shown in FIG. 1, the separating
ここで、本実施形態で用いられるYSZ溶射粉の製造方法について、図5(A)に示すフローチャートに従って説明する。 Here, the manufacturing method of the YSZ spraying powder used by this embodiment is demonstrated according to the flowchart shown to FIG. 5 (A).
まず、YSZの生成材料であるZrO2粉とYb2O3粉とを準備する。そして、ZrO2粉、Yb2O3紛、水、分散剤等をボールミルに入れて、これらを混合し、スラリー化する(S1)。 First, ZrO 2 powder and Yb 2 O 3 powder, which are YSZ production materials, are prepared. Then, put ZrO 2 powder, Yb 2 O 3 powder, water, a dispersing agent such as a ball mill, these were mixed and slurried (S1).
次に、ステップ1で生成したスラリーをスプレードライヤー内に投入して、これを造粒する(S2)。
Next, the slurry generated in
そして、造粒されたZrO2とYb2O3の混合物に対して熱処理を施す(S3)。この熱処理方法としては、以下の三つの方法がある。 Then, the granulated mixture of ZrO 2 and Yb 2 O 3 is subjected to heat treatment (S3). As this heat treatment method, there are the following three methods.
第一の方法は、造粒された混合物を電気炉内に入れて、1500〜1600℃程度まで加熱し、この混合物を焼結する方法である。第二の方法は、アーク放電を利用して、造粒された混合物を、2400℃程度まで加熱し、この混合物を溶融する方法である。この方法では、溶融した混合物が固化した後、この混合物を粉砕・分級する。第三の方法は、プラズマで加熱する方法である。プラズマ加熱を実行する具体的な方法としては、例えば、前述のプラズマ溶射装置を用いて、このプラズマ溶射装置が形成したプラズマ中に、造粒された混合物を入れる方法がある。 The first method is a method in which the granulated mixture is placed in an electric furnace, heated to about 1500 to 1600 ° C., and the mixture is sintered. The second method is a method in which the granulated mixture is heated to about 2400 ° C. by using arc discharge to melt the mixture. In this method, after the molten mixture is solidified, the mixture is pulverized and classified. The third method is a method of heating with plasma. As a specific method of performing the plasma heating, for example, there is a method of using the above-described plasma spraying apparatus and putting the granulated mixture into the plasma formed by the plasma spraying apparatus.
この熱処理(S3)により、混合物中のZrO2の多くは、単斜晶から正方晶に相変化し、さらに、この正方晶に相変化したZr酸化物にYb2O3が固溶して、安定した正方晶のZr酸化物の粉、すなわち、YSZ溶射粉になる。 By this heat treatment (S3), most of ZrO 2 in the mixture changes from monoclinic to tetragonal, and Yb 2 O 3 dissolves in the Zr oxide that has changed to tetragonal. It becomes a stable tetragonal Zr oxide powder, that is, YSZ sprayed powder.
なお、ここでは、Zr酸化物の結晶構造を安定化させものとして、Yb2O3粉末を用いているが、Yb2O3粉末の替わりに、Mg、Ca、Y、La、Sm、Nd、Gd、Dy、Er、Ybのうちのいずれか一の元素の酸化物粉末を用いてもよい。また、溶射粉の主成分であるZr酸化物の替わりに、Ce酸化物を用いてもよい。この場合、Ce酸化物の結晶構造を安定化させるものとして、La、Nd、Gdのうちの一の元素の酸化物粉末を用いてもよい。 Here, Yb 2 O 3 powder is used to stabilize the crystal structure of the Zr oxide, but instead of Yb 2 O 3 powder, Mg, Ca, Y, La, Sm, Nd, An oxide powder of any one element of Gd, Dy, Er, and Yb may be used. Further, Ce oxide may be used in place of the Zr oxide that is the main component of the thermal spray powder. In this case, oxide powder of one element of La, Nd, and Gd may be used to stabilize the crystal structure of Ce oxide.
次に、図5(B)に示すフローチャートに従って、図13を用いて説明した遮熱コーティング部材の製造手順について説明する。 Next, the manufacturing procedure of the thermal barrier coating member described with reference to FIG. 13 will be described according to the flowchart shown in FIG.
まず、対象母材を目的の形状に形成する(S11)。この対象部材は、前述したように、Ni合金又はCo合金で形成されている。 First, the target base material is formed into a target shape (S11). As described above, this target member is made of a Ni alloy or a Co alloy.
次に、ボンドコート層2(図13)の下地処理として、対象母材1の表面に対してブラスト処理を行う(S12)。このブラスト処理では、ブラスト装置にアルミナ(水酸化アルミニウム)粒を投入し、高エアー圧で、このアルミナ粒を対象母材表面に噴射する。この結果、対象母材の表面には、多数のアルミナ粒が高速で衝突し、この表面が粗化する。
Next, a blast process is performed on the surface of the
次に、以上で説明した溶射設備の高速フレーム溶射装置70を用いて、ブラスト処理が施された対象母材1の表面に、MCrAlY溶射粉を高速フレーム溶射し、対象母材1の表面にボンドコート層2(図13)を形成する(S13)。なお、このボンドコート層2には、必要に応じて、このボンドコート層の耐酸化性を向上させるために、アルミニウム、又はアルミニウム及びシリコンを拡散浸透させてもよい。
Next, using the high-speed
そして、以上で説明した溶射設備のプラズマ溶射装置10を用いて、ボンドコート層2(図13)が形成された対象母材1の方面に、YSZ溶射粉をプラズマ溶射し、ボンドコート層2の上にセラミックス層3を形成する(S14)。
And using the
以上で、対象母材1の表面に、ボンドコート層2及びセラミックス層3を有するTBC層4(図13)が形成された遮熱コーティング部材が完成する。
Thus, the thermal barrier coating member in which the TBC layer 4 (FIG. 13) having the
本実施形態では、プラズマ溶射(S14)の際に使用され、対象母材に付かなかったYSZ溶射粉の再生処理(S20)を実行する。そこで、このYSZ溶射粉の再生処理(S20)について、図6に示すフローチャートに従って説明する。 In this embodiment, the regeneration process (S20) of the YSZ spray powder that was used during plasma spraying (S14) and was not attached to the target base material is executed. The YSZ spraying powder regeneration process (S20) will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
プラズマ溶射(S14)の際、回収装置30の吸引ファン32は駆動している。このため、プラズマ溶射ガン11から噴射されたYSZ溶射紛のうち、対象母材1に付かなかったYSZ溶射粉は、回収ダクト31内に吸い込まれて回収される(S21)。この際、溶射ブースB内に浮遊していた各種粉類も回収ダクト31内に吸い込まれる。この各種粉類には、ブラスト処理の際(S12)に用いたアルミナ粒、ボンドコート層の形成の際(S13)に用いたMCrAlY溶射粉、溶射ブースB内の浮遊ゴミ等が含まれている。なお、プラズマ溶射(S14)の際にのみ、この回収処理(S21)を実行してもよいが、高速フレーム溶射(S13)の際にも実行してもよい。さらに、溶接ブースB内の環境をクリーンにするために、溶射ブースBを何からの処理で使用している間中、この回収処理(S21)を実行してもよい。
During the plasma spraying (S14), the
回収ダクト31内に吸い込まれた粉類、つまり回収粉は、分級装置40で、粒径が30μm未満の回収粉と、粒径が30μm以上で150μm未満の回収粉と、150μm以上の回収粉とに分けられて、粒径が30μm以上で150μm未満の回収粉が抽出される(S22)。より正確には、積算粒度10%粒径が30μm以上で150μm未満の回収粉が抽出される。一方、粒径が30μm未満の回収粉、及び150μm以上の回収粉は、廃棄される。粒径が30μm未満の回収粉は、YSZ溶射紛等を含んでいるが、粒径が小さくTBC層を形成するための溶射紛として適さないため、廃棄される。また、粒径が150μm以上の回収粉は、YSZ溶射紛等が少なく、逆に、砂粒等のごみ類が多いため、廃棄される。
The powder sucked into the
分級装置40で抽出された回収粉は、分離装置50で、回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、分離される(S23)。具体的には、分離装置50の摩擦帯電装置51により、分離装置50に送られてきた回収粉のうち、セラミックであるYSZ溶射紛は負極性に帯電し、金属であるMCrAlY溶射粉は正極性に帯電する。このため、負極性に帯電したYSZ溶射粉は、静電選別装置52の正極板53側に引き寄せられ、主として回収容器55内の正極板側部55aに落ちる。また、正極性に帯電したMCrAlY溶射粉は負極板54側に引き寄せられて、主として回収容器55内の負極板側部55cに落ちる。回収容器55の中間部55bには、負極性に帯電したYSZ溶射粉及び正極性に帯電したMCrAlY溶射粉が落ちる。
The recovered powder extracted by the
回収容器55の負極板側部55cに回収された回収粉、つまり、MCrAlY溶射粉を主とする回収粉は廃棄されるか、ボンドコート層形成のための溶射粉として再利用される。なお、ここでは、YSZ溶射粉に対して、相対的に僅かのMCrAlY溶射粉しか回収できない場合を想定している関係で、負極板側部55cに回収された回収粉を廃棄する。また、回収容器55の中間部55bに回収された回収粉は、分離装置50の摩擦帯電装置51内に再度投入されて、この回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、再分離される。また、回収容器55の正極板側部55aに回収された回収粉、つまり、YSZ溶射粉を主とする回収粉は、回収容器55から取り出されて、溶解除去処理が施される(S24)。
The recovered powder recovered in the negative electrode
ここで、本実施形態の分離装置50による静電分離効果の具体例について説明する。以下の表1に示すように、回収処理(S21)で得られた回収粉のサンプル1,2中のMCrAlYの含有率が、それぞれ、5.34(wt%)、1.86(wt%)であった場合、分級・分離処理(S22,S23)で抽出された回収粉のサンプル1,2中のMCrAlYの含有率は、0.06(wt%)、0.05(wt%)になる。すなわち、本実施形態では、分離装置50の回収容器55の正極板側部55aに回収された回収粉、つまり、YSZ溶射粉を主とする回収粉は、MCrAlYの含有率が1(wt%)未満になる。
Here, the specific example of the electrostatic separation effect by the
溶解除去処理(S24)では、回収容器55の正極板側部55aに回収された回収粉中に金属粉(例えば、MCrAlY溶射粉)が多い場合には、1〜12規定の塩酸、硝酸、王水等の酸性水溶液が入っている溶解容器61内に、回収容器55の正極板側部55aに回収された回収粉を入れて、水溶液を加熱し、この回収粉中の金属粉を溶解させる。例えば、回収粉中に0.5(wt%)前後のMCrAlY溶射粉が含まれている場合、この回収粉に対して、王水中で加熱処理を施すと、この王水から未溶解の回収粉を抽出すると、この回収粉中のMCrAlY溶射粉の量は、0.02(wt%)になる。
In the dissolution and removal process (S24), when there is a large amount of metal powder (for example, MCrAlY sprayed powder) in the recovered powder recovered in the positive electrode
また、回収容器55の正極板側部55aに回収された回収粉中に、両性水酸化物粉、例えば、水酸化アルミニウム(アルミナ)粉が多い場合には、1〜12規定の水酸化ナトリウム水溶液が入っている溶解容器61内に、回収容器55の正極板側部55aに回収された回収粉を入れて、水溶液を加熱し、この回収粉中の両性水酸化物粉を溶解させる。例えば、回収粉中に0.08〜0.05(wt%)前後のアルミナ粉が含まれている場合、この回収粉に対して、水酸化ナトリウム水溶液中で加熱処理を施すと、この水溶液から未溶解の回収粉を抽出すると、この回収粉中のアルミナ粉の量は、0.01(wt%)になる。
When the recovered powder recovered in the positive
さらに、回収容器55の正極板側部55aに回収された回収粉中に、金属粉も、両性水酸化物粉も比較的多い場合には、前述したような酸性水溶液中での加熱処理、及び水酸化ナトリウム水溶液中での加熱処理を行って、この回収粉中の金属粉及び両性水酸化物粉を溶解させる。
Further, in the recovered powder recovered in the positive electrode
水溶液により、不要粒子を溶解させると、溶解容器61から水溶液と微粒子固体とを分離して、微粒子固体を水洗等してから乾燥させて、乾燥粉とする。
When unnecessary particles are dissolved by the aqueous solution, the aqueous solution and the fine particle solid are separated from the
この溶解除去処理(S24)で得られた乾燥粉は、粒径が30μm以上で150μm未満であり、しかも、高純度のYSZ粉である。以上で、溶射粉の再生処理(S20)が終了する。 The dry powder obtained by this dissolution and removal treatment (S24) has a particle size of 30 μm or more and less than 150 μm, and is a high-purity YSZ powder. Thus, the spraying powder regeneration process (S20) is completed.
本実施形態では、このYSZ粉をYSZ再生溶射粉として、溶射装置の粉体供給装置22に投入し、YSZ溶射粉の投入量が少ない場合には、図5(A)に示すステップ1〜3の処理で製造されたバージン溶射粉を追加する。そして、このプラズマ溶射装置10の粉体供給装置22からYSZ溶射粉をプラズマ溶射ガン11に供給して、このYSZ溶射粉を対象母材1にプラズマ溶射する。すなわち、YSZ再生溶射粉をプラズマ溶射のために再利用する(S25、S14(図5(B))。
In this embodiment, when this YSZ powder is put into the
以上、本実施形態では、未使用の溶射粉(以下、バージン溶射粉とする)を溶射に使用した後、これを回収して、再生溶射粉として再生させているので、溶射に使用するバージン溶射粉の量を少なくすることができ、結果として、溶射粉が溶射されて、表面に遮熱コーティング(TBC)層が形成された遮熱コーティング部材の製造コストを低減することができる。 As mentioned above, in this embodiment, after using an unused spraying powder (henceforth a virgin spraying powder) for thermal spraying, since this is collect | recovered and regenerated as a regenerated spraying powder, the virgin spraying used for a thermal spraying is carried out. It is possible to reduce the amount of powder, and as a result, it is possible to reduce the manufacturing cost of the thermal barrier coating member in which the thermal spray powder is sprayed and the thermal barrier coating (TBC) layer is formed on the surface.
また、本実施形態では、YSZ再生溶射粉でセラミックス層を形成するので、以下の理由a,bにより、このセラミックス層の剥離可能性を低減させることができる。 Moreover, in this embodiment, since a ceramic layer is formed with YSZ regenerated spray powder, the possibility of peeling of this ceramic layer can be reduced for the following reasons a and b.
(1)剥離可能性の低減理由a
YSZバージン溶射粉を製造する過程では、図5(A)を用いて前述したように、ZrO2とYb2O3の混合物に対して熱処理を施し(S3)、混合物中のZrO2の多くを単斜晶から正方晶に相変化させ、さらに、この正方晶に相変化したZr酸化物にYb2O3を固溶させて、安定した正方晶のZr酸化物の粉、すなわち、YSZ溶射粉を製造している。
(1) Reason for reducing peelability a
In the process of producing the YSZ virgin spray powder, as described above with reference to FIG. 5A, the mixture of ZrO 2 and Yb 2 O 3 is subjected to heat treatment (S3), and most of the ZrO 2 in the mixture is removed. A phase change from monoclinic to tetragonal, and Yb 2 O 3 dissolved in the tetragonal Zr oxide to form a solid tetragonal Zr oxide powder, ie, YSZ sprayed powder Is manufacturing.
しかしながら、熱処理(S3)において、混合物を電気炉で加熱する場合やアーク放電で加熱する場合には、混合物の温度があまり高くならないため、加熱時間を長くしても、混合物中のZrO2の全てが単斜晶から正方晶に相変化せず、単斜晶のものが残ってしまう。具体的には、加熱条件によって、多少異なるが、以上のような加熱では、混合物中のZrO2のうち、90〜95%が正方晶になるが、残りは単斜晶のまま存在する。さらに、混合物の温度があまり高くならないため、Yb2O3の固溶量もあまり多くなく、正方晶になったZr酸化物も十分に安定化しない。 However, in the heat treatment (S3), when the mixture is heated by an electric furnace or by arc discharge, since the temperature of the mixture does not become so high, even if the heating time is lengthened, all of the ZrO 2 in the mixture Does not change from monoclinic to tetragonal, and monoclinic crystals remain. Specifically, although somewhat different depending on the heating conditions, 90 to 95% of the ZrO 2 in the mixture becomes tetragonal in the heating as described above, but the rest exists as monoclinic crystals. Furthermore, since the temperature of the mixture does not increase so much, the solid solution amount of Yb 2 O 3 is not so much, and the tetragonal Zr oxide is not sufficiently stabilized.
また、熱処理(S3)において、混合物をプラズマ加熱する場合、混合物の温度が極めて高温(例えば、1万℃程度)になるものの、瞬間的な加熱であるため、前述の場合と同様、混合物中のZrO2の全てが単斜晶から正方晶に相変化せず、しかも、正方晶になったZr酸化物も十分に安定化しない。 In the heat treatment (S3), when the mixture is plasma-heated, the temperature of the mixture becomes extremely high (for example, about 10,000 ° C.), but since it is instantaneous heating, as in the case described above, All of ZrO 2 does not change from monoclinic to tetragonal, and the Zr oxide that has become tetragonal does not sufficiently stabilize.
これに対して、YSZ再生溶射粉は、YSZバージン溶射粉の製造過程で施された熱処理(S3:第一熱処理)後に、プラズマ溶射による熱処理(S13:第二熱処理)が施されるため、混合物中のZrO2で、第一熱処理で正方晶にならなかったもの、つまり、単斜晶のものを正方晶に相変位にさせると共に、Yb2O3の固溶量を多くすることができる。具体的に、条件によって多少異なるが、この第二熱処理(S13)により、混合物中のZrO2の99%以上が正方晶になる。 On the other hand, since the YSZ regenerated spray powder is subjected to heat treatment by plasma spraying (S13: second heat treatment) after heat treatment (S3: first heat treatment) performed in the production process of YSZ virgin spray powder, Among them, ZrO 2 that did not become tetragonal by the first heat treatment, that is, monoclinic crystal, can be phase-shifted to tetragonal crystal, and the solid solution amount of Yb 2 O 3 can be increased. Specifically, although slightly different depending on conditions, 99% or more of ZrO 2 in the mixture becomes tetragonal by the second heat treatment (S13).
以上のように、YSZ再生溶射粉は、YSZバージン溶射粉よりも、多くのZrO2が正方晶になっており、しかも、Yb2O3の固溶量が多いため、正方晶になったZr酸化物をより安定化させることができる。このため、YSZ再生溶射粉で形成したセラミックス層の剥離可能性を低減させることができる。 As described above, the YSZ regenerated spray powder has a larger amount of ZrO 2 in the tetragonal system than the YSZ virgin spray powder, and the amount of solid solution of Yb 2 O 3 is larger. The oxide can be further stabilized. For this reason, the peelability of the ceramic layer formed with YSZ regenerated spray powder can be reduced.
(2)剥離可能性の低減理由b
YSZ溶射粉の粒径と、このYSZ溶射粉で形成されたセラミックス層の熱サイクル耐久性とには、所定の関係がある。
(2) Reason for reduction of peelability b
There is a predetermined relationship between the particle size of the YSZ spray powder and the thermal cycle durability of the ceramic layer formed of the YSZ spray powder.
ここで、溶射粉の粒径と熱サイクル耐久性との関係について、図7を用いて説明する。なお、同図において、横軸は、YSZ溶射粉の積算粒度10%の粒径(d10)を示し、縦軸は、YSZ溶射粉のプラズマ溶射で形成したセラミックス層が、熱サイクル数1000回を超えても破損せずに耐え得る温度差ΔTを示している。この温度差ΔTは、セラミックス層の最高表面温度と最高界面温度との差である。この温度差ΔTは、セラミックス層の熱サイクル耐久性を示す指標であり、このΔTが大きいほど、熱サイクル耐久性が高いと判断される。 Here, the relationship between the particle size of the thermal spray powder and the thermal cycle durability will be described with reference to FIG. In the figure, the horizontal axis represents the particle size (d 10 ) of the cumulative particle size of YSZ spray powder of 10%, and the vertical axis represents the number of heat cycles of 1000 times by the ceramic layer formed by plasma spraying of YSZ spray powder. The temperature difference ΔT that can be tolerated without breaking even if the temperature exceeds. This temperature difference ΔT is the difference between the highest surface temperature and the highest interface temperature of the ceramic layer. This temperature difference ΔT is an index indicating the thermal cycle durability of the ceramic layer, and it is determined that the thermal cycle durability is higher as the ΔT is larger.
この図7に示すデータは、以下で説明する熱サイクル耐久性試験で得たデータである。この熱サイクル耐久性試験では、試験片として、厚さ5(mm)の耐熱合金であるNi基合金(商標名:IN−738LC)に、低圧プラズマ溶射法にて膜厚100(μm)の金属ボンドコート層(Ni:32質量%、Cr:21質量%、Al:8質量%、Y:0.5質量%、Co:残部)を形成したものを用いた。この試験片に対するYSZ溶射粉の溶射には、スルザーメテコ社製溶射ガン11(F4ガン)を使用した。この溶射における溶射条件は、溶射電流:600(A)、溶射距離:150(mm)、溶射粉供給量:60(g/min)、作動ガス(Ar/H2)供給量:35/7.4(l/min)である。YSZ溶射粉の溶射により、試験片上に形成したセラミックス膜の厚さは、0.5(mm)である。 The data shown in FIG. 7 is data obtained in a thermal cycle durability test described below. In this thermal cycle endurance test, a Ni-based alloy (trade name: IN-738LC), which is a heat-resistant alloy having a thickness of 5 (mm), is used as a test piece, and a metal with a film thickness of 100 (μm) is formed by low-pressure plasma spraying. What formed the bond coat layer (Ni: 32 mass%, Cr: 21 mass%, Al: 8 mass%, Y: 0.5 mass%, Co: remainder) was used. A spray gun 11 (F4 gun) manufactured by Sulzer Metco Co., Ltd. was used for spraying the YSZ spray powder on this test piece. The spraying conditions in this spraying are: spraying current: 600 (A), spraying distance: 150 (mm), spray powder supply amount: 60 (g / min), working gas (Ar / H 2 ) supply amount: 35/7. 4 (l / min). The thickness of the ceramic film formed on the test piece by spraying the YSZ spray powder is 0.5 (mm).
この熱サイクル耐久性試験では、特許第4031631号公報に記載のレーザ熱サイクル試験法を採用し、セラミックス層に対する加熱時間を3分、冷却時間を3分、最高界面温度を900℃とし、種々の最高表面温度を設定して、セラミックス層が試験片から剥離するまでの熱サイクル数を計測し、ΔTを求めた。なお、溶射粉の粒度分布は、レーザ散乱回折式粒度分布測定装置(シーラス社製)で測定した。 In this thermal cycle durability test, the laser thermal cycle test method described in Japanese Patent No. 4031631 is adopted, the heating time for the ceramic layer is 3 minutes, the cooling time is 3 minutes, the maximum interface temperature is 900 ° C., The maximum surface temperature was set, the number of thermal cycles until the ceramic layer peeled from the test piece was measured, and ΔT was obtained. The particle size distribution of the thermal spray powder was measured with a laser scattering diffraction type particle size distribution measuring device (manufactured by Cirrus).
図7に示すように、YSZ溶射粉の積算粒度10%粒径が30μmになると、熱サイクル耐久性の指標であるΔTが急激に上昇し始め、その値は約600℃になる。そして、積算粒度10%粒径が40μmになると、ΔTが約800℃になり、以降、積算粒度10%粒径が40μmより大きくなってもあまり変化しなくなる。
As shown in FIG. 7, when the 10% cumulative particle size of the YSZ sprayed powder reaches 30 μm, ΔT, which is an index of thermal cycle durability, starts to increase rapidly, and its value becomes about 600 ° C. When the
すなわち、熱サイクル耐久性の面から、YSZ溶射粉の積算粒度10%粒径は、30μm以上が好ましく、40μm以上がより好ましい。 That is, from the viewpoint of thermal cycle durability, the 10% cumulative particle size of the YSZ sprayed powder is preferably 30 μm or more, and more preferably 40 μm or more.
ところで、本実施形態において、図8に示すように、バージン溶射粉(図中、破線で示す)は、積算粒度10%粒径が22〜24μm以上である。このバージン溶射粉をプラズマ溶射して回収すると、回収した溶射粉(図中、一点鎖線で示す)は、積算粒度10%粒径が20〜22μm以上になり、粒径が小さくなる。本実施形態では、回収後に分級することで、積算粒度10%粒径が30μm以上で150μm未満の再生溶射粉(図中、実線で示す)を得ている。すなわち、本実施形態では、バージン溶射粉より、平均粒径の大きな再生溶射粉を得ている。 By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the virgin spray powder (shown by a broken line in the figure) has an accumulated particle size of 10% particle size of 22 to 24 μm or more. When this virgin spray powder is recovered by plasma spraying, the recovered spray powder (indicated by the alternate long and short dash line in the figure) has an accumulated particle size of 10% and a particle size of 20 to 22 μm or more. In this embodiment, regenerated sprayed powder (shown by a solid line in the figure) having an accumulated particle size of 10% and a particle size of 30 μm or more and less than 150 μm is obtained by classification after collection. That is, in this embodiment, regenerated spray powder having a larger average particle size is obtained than virgin spray powder.
以上のように、YSZ再生溶射粉は、YSZバージン溶射粉よりも、平均粒径が大きく、積算粒度10%粒径が30μm以上で150μm未満であるため、このYSZ再生溶射粉で形成されたセラミックス層は、YSZバージン溶射粉で形成されたセラミックス層よりも、熱サイクル耐久性が高くなる。なお、本実施形態において、YSZ再生溶射粉の積算粒度10%粒径を150μm未満にしているのは、回収装置30で回収された回収粉中、150μm以上の回収粉には、ゴミ類が多く溶射粉が相対的に少ないこと、さらに、150μm以上の溶射粉では成膜効率が悪化するからである。
As described above, since the YSZ regenerated spray powder has an average particle size larger than that of the YSZ virgin spray powder, and the accumulated
以上、本実施形態では、YSZ再生溶射粉でセラミックス層を形成することで、以上で説明した理由a,bの相互作用により、このセラミックス層の剥離可能性を低減させることができる。 As described above, in this embodiment, by forming the ceramic layer with the YSZ regenerated spray powder, the possibility of peeling of the ceramic layer can be reduced by the interaction of the reasons a and b described above.
具体的に、以下の表2に示すように、プラズマ加熱により熱処理(S3)したバージン溶射粉(サンプル3)では、熱伝導率の相対値が1で、熱サイクル耐久性の指標である温度差ΔTが500℃であった。また、電気ヒータ加熱又はアーク放電加熱により熱処理(S3)したバージン溶射粉(サンプル4)では、熱伝導率の相対値が1.2で、熱サイクル耐久性の指標である温度差ΔTが500℃であった。なお、熱伝導率の相対値は、サンプル3の熱伝導率を基準(1)にした熱伝導率比である。この熱伝導率は、低い程、遮熱性がよいことになり、遮熱セラミックス層の形成には好ましい。
Specifically, as shown in Table 2 below, in the virgin spray powder (sample 3) heat-treated by plasma heating (sample 3), the relative value of thermal conductivity is 1, and the temperature difference is an index of thermal cycle durability. ΔT was 500 ° C. Moreover, in the virgin spray powder (sample 4) heat-treated (S3) by electric heater heating or arc discharge heating, the relative value of thermal conductivity is 1.2, and the temperature difference ΔT, which is an index of thermal cycle durability, is 500 ° C. Met. The relative value of thermal conductivity is a thermal conductivity ratio based on the thermal conductivity of
一方、プラズマ加熱により熱処理(S3)したバージン溶射粉をプラズマ溶射した後、これ回収して、これに分級・分離処理(S22,S23)した再生溶射粉(サンプル5)では、熱伝導率の相対値が1で、熱サイクル耐久性の指標である温度差ΔTが540℃であった。また、電気ヒータ加熱又はアーク放電加熱により熱処理(S3)したバージン溶射粉をプラズマ溶射した後、これ回収して、これに分級・分離処理(S22,S23)した再生溶射粉(サンプル6)では、熱伝導率の相対値が1.2で、熱サイクル耐久性の指標である温度差ΔTが640℃であった。 On the other hand, the virgin spray powder heat-treated by plasma heating (S3) was plasma sprayed and then recovered, and the regenerated spray powder (sample 5) classified and separated (S22, S23) was subjected to relative thermal conductivity. The value was 1, and the temperature difference ΔT, which is an index of thermal cycle durability, was 540 ° C. In addition, after the virgin spray powder that has been heat-treated by electric heater heating or arc discharge heating (S3) is plasma sprayed, this is recovered and classified and separated (S22, S23) into the regenerated spray powder (sample 6), The relative value of thermal conductivity was 1.2, and the temperature difference ΔT, which is an index of thermal cycle durability, was 640 ° C.
すなわち、再生溶射粉は、バージン溶射粉に対して、熱伝導率を上昇させることなく、熱サイクル耐久性を1.067〜1.082(1.08=540/500、1.067=640/600)倍にすることができる。 That is, the regenerated spray powder has a thermal cycle durability of 1.067 to 1.082 (1.08 = 540/500, 1.067 = 640/600) times higher than the virgin spray powder without increasing the thermal conductivity. can do.
「溶射設備の第二実施形態」
次に、本発明に係る溶射設備の第二実施形態について、図9及び図10を用いて説明する。
"Second embodiment of thermal spraying equipment"
Next, 2nd embodiment of the thermal spraying equipment which concerns on this invention is described using FIG.9 and FIG.10.
本実施形態の溶射設備は、図9に示すように、第一実施形態の溶射設備と同様、高速フレーム溶射装置70、プラズマ溶射装置10、回収装置30、分級装置40a、分離装置50を備えている。すなわち、本実施形態の溶射設備は、第一実施形態における溶解容器61(図1)を備えていないことを除いて、第一実施形態の溶射設備と基本的に同じである。
As shown in FIG. 9, the thermal spraying equipment of this embodiment includes a high-speed
本実施形態は、回収工程で、MCrAlY溶射粉に対して、相対的に僅かのYSZ溶射粉しか回収できない場合、言い換えると、YSZ溶射粉に対して、相対的に非常に多いMCrAlY溶射粉を回収できる場合の実施形態である。このため、本実施形態では、第一実施形態と異なり、MCrAlY溶射粉を再利用する。すなわち、本実施形態では、高速フレーム溶射(S13(図5(B))の際に使用され、対象母材1に付かなかったMCrAlY溶射粉の再生処理を実行する。そこで、以下では、図10に示すフローチャートに従って、MCrAlY溶射粉の再生処理(S20a)について説明する。
In the present embodiment, when only a relatively small amount of YSZ spray powder can be recovered with respect to the MCrAlY spray powder in the recovery step, in other words, a relatively large amount of MCrAlY spray powder is recovered with respect to the YSZ spray powder. This is an embodiment where possible. For this reason, in this embodiment, unlike the first embodiment, the MCrAlY spray powder is reused. That is, in this embodiment, the regeneration process of the MCrAlY spraying powder used in the high-speed flame spraying (S13 (FIG. 5B)) and not attached to the
高速フレーム溶射(S13)の際、回収装置30の吸引ファン32は駆動している。このため、フレーム溶射ガン71から噴射されたMCrAlY溶射粉のうち、対象母材1に付かなかったMCrAlY溶射粉は、回収ダクト31内に吸い込まれて回収される(S21a)。この際、溶射ブースB内に浮遊していた各種粉類も回収ダクト31内に吸い込まれる。この各種粉類には、ブラスト処理の際(S12)に用いたアルミナ粒、セラミックス層の形成の際(S14)に用いたYSZ溶射粉、溶射ブースB内の浮遊ゴミ等が含まれている。なお、フレーム溶射(S13)の際にのみ、この回収処理(S21a)を実行してもよいが、プラズマ溶射(S14)の際にも実行してもよい。さらに、溶接ブースB内の環境をクリーンにするために、溶射ブースBを何からの処理で使用している間中、この回収処理(S21a)を実行してもよい。
During the high-speed flame spraying (S13), the
回収ダクト31内に吸い込まれた粉類、つまり回収粉は、分級装置40aで、粒径が20μm未満の回収粉と、粒径が20μm以上で150μm未満の回収粉と、150μm以上の回収粉とに分けられて、粒径が20μm以上で150μm未満の回収粉が抽出される(S22a)。より正確には、積算粒度10%粒径が20μm以上で150μm未満の回収粉が抽出される。一方、粒径が20μm未満の回収粉、及び粒径が150μm以上の回収粉は、廃棄される。粒径が20μm未満の回収粉は、MCrAlY溶射粉等を含んでいるが、粒径が小さくTBC層を形成するための溶射紛として適さないため、廃棄される。また、粒径が150μm以上の回収粉は、MCrAlY溶射粉等が少なく、逆に、砂粒等のごみ類が多いため、廃棄される。
The powder sucked into the
分級装置40aで抽出された回収粉は、第一実施形態と同様、分離装置50で、回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、分離される(S23a)。すなわち、分離装置50に送られてきた回収粉のうち、セラミックであるYSZ溶射紛を主とする回収粉は、主として回収容器55内の正極板側部55aに落ちる。また、金属であるMCrAlY溶射粉を主とする回収粉は、主として回収容器55内の負極板側部55cに落ちる。また、回収容器55の中間部55bには、YSZ溶射粉及びMCrAlY溶射粉が落ちる。
The recovered powder extracted by the
回収容器55の正極板側部55aに回収された回収粉、つまり、YSZ溶射粉を主とする回収粉は廃棄される。これは、本実施形態では、前述したように、MCrAlY溶射粉に対して、相対的に僅かのYSZ溶射粉しか回収できないからである。また、回収容器55の中間部55bに回収された回収粉は、分離装置50の摩擦帯電装置51内に再度投入されて、この回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、再分離される。また、回収容器55の負極板側部55cに回収された回収粉、つまり、MCrAlY溶射粉を主とする回収粉は、回収容器55から取り出されて、MCrAlY再生溶射粉として再利用される(S25a)。
The recovered powder recovered in the positive
すなわち、本実施形態では、分離処理(S23a)の完了で、MCrAlY溶射粉の再生処理(S20a)が終了する。 That is, in the present embodiment, upon completion of the separation process (S23a), the MCrAlY sprayed powder regeneration process (S20a) is completed.
ここで、本実施形態の分離装置50による静電分離効果の具体例について説明する。以下の表3に示すように、回収処理(S21a)で得られた回収粉のサンプル7中のYSZの含有率が、7.52(wt%)であった場合、分級・分離処理(S22a,S23a)で抽出された回収粉のサンプル7中のYSZの含有率は、0.08(wt%)になる。すなわち、本実施形態では、分離装置50の回収容器55の負極板側部55cに回収された回収粉、つまり、MCrAlY溶射粉を主とする回収粉は、YSZの含有率が1(wt%)未満になる。
Here, the specific example of the electrostatic separation effect by the
MCrAlY溶射粉の再利用(S25a)では、MCrAlY溶射粉の再生処理(S20a)で得られたMCrAlY再生溶射粉を、フレーム溶射装置70の粉体供給装置83に投入し、MCrAlY溶射粉の投入量が少ない場合には、MCrAlYバージン溶射粉を追加する。そして、このフレーム溶射装置70の粉体供給装置83からMCrAlY溶射粉をフレーム溶射ガン71に供給して、このMCrAlY溶射粉を対象母材1に溶射する。すなわち、MCrAlY再生溶射粉をフレーム溶射のために再利用する。
In the reuse of the MCrAlY spray powder (S25a), the MCrAlY regenerated spray powder obtained by the regeneration process of the MCrAlY spray powder (S20a) is charged into the
以上、本実施形態では、MCrAlYバージン溶射粉を溶射に使用した後、これを回収して、再生溶射粉として再生させているので、溶射に使用するバージン溶射粉の量を少なくすることができ、結果として、溶射粉が溶射されて、表面に遮熱コーティング(TBC)層が形成された遮熱コーティング部材の製造コストを低減することができる。 As described above, in the present embodiment, after the MCrAlY virgin spray powder is used for spraying, it is recovered and regenerated as the regenerated spray powder, so the amount of virgin spray powder used for spraying can be reduced, As a result, it is possible to reduce the manufacturing cost of the thermal barrier coating member in which the thermal spray powder is sprayed and the thermal barrier coating (TBC) layer is formed on the surface.
また、本実施形態では、MCrAlY再生溶射粉でボンドコート層を形成するものの、MCrAlYバージン溶射粉でボンドコート層を形成した場合と比べて、ボンドコート層の性能劣化を抑えることができる。 Further, in this embodiment, although the bond coat layer is formed with the MCrAlY regenerated spray powder, the performance deterioration of the bond coat layer can be suppressed as compared with the case where the bond coat layer is formed with the MCrAlY virgin spray powder.
具体的に、以下の表4に示すように、バージン溶射粉(サンプル8)で形成したボンドコート層に対して、300時間に渡って1000℃を維持した場合、このボンドコート層の表面に生成された酸化物(熱生成酸化物、TGO:Thermally Grown Oxide)の厚さは、5μmであった。また、バージン溶射粉をフレーム溶射した後、これを回収(S21a)して得られた溶射粉(サンプル9)で形成したボンドコート層に対して、前述と同様、300時間に渡って1000℃を維持した場合、このボンドコート層の表面に生成されたTGOの厚さは、12μmであった。なお、GTOがボンドコート層の表面に生成されると、セラミックス層に剥離方向の内部応力が作用する。このため、このGTOの厚さは薄いことが好ましい。 Specifically, as shown in Table 4 below, when the bond coat layer formed with the virgin spray powder (sample 8) is maintained at 1000 ° C. for 300 hours, it is generated on the surface of the bond coat layer. The thickness of the oxide (thermally generated oxide, TGO) was 5 μm. Further, after flame spraying the virgin spray powder, the bond coat layer formed with the spray powder (sample 9) obtained by collecting (S21a) this was heated at 1000 ° C. for 300 hours as described above. When maintained, the thickness of TGO produced on the surface of this bond coat layer was 12 μm. When GTO is generated on the surface of the bond coat layer, internal stress in the peeling direction acts on the ceramic layer. For this reason, it is preferable that the thickness of this GTO is thin.
一方、バージン溶射粉をフレーム溶射した後、これを回収して(S21a)、分級・分離処理(S22a,S23a)した再生溶射粉(サンプル10)で形成したボンドコート層に対して、前述と同様、300時間に渡って1000℃を維持した場合、このボンドコート層の表面に生成されたTGOの厚さは、サンプル8と同様、5μmであった。
On the other hand, after flame spraying the virgin spray powder, this was recovered (S21a), and the same as described above for the bond coat layer formed with the regenerated spray powder (sample 10) subjected to classification / separation processing (S22a, S23a) When the temperature was maintained at 1000 ° C. for 300 hours, the thickness of TGO generated on the surface of the bond coat layer was 5 μm, as in the case of
すなわち、バージン溶射粉をフレーム溶射した後、分級処理(S22a)で、回収粉から粒径が20μm以上で150μm未満の回収粉を抽出し、この回収粉に対して分離処理(S23a)を施して得たMCrAlY再生溶射粉(サンプル10)は、TGOの厚さがバージン溶射粉(サンプル8)と同じで、ボンドコート層は性能劣化しない。 That is, after flame spraying the virgin spray powder, the recovered powder having a particle size of 20 μm or more and less than 150 μm is extracted from the recovered powder in the classification process (S22a), and the recovered powder is subjected to a separation process (S23a). The obtained MCrAlY regenerated spray powder (sample 10) has the same TGO thickness as the virgin spray powder (sample 8), and the bond coat layer does not deteriorate in performance.
このように、MCrAlY再生溶射粉の積算粒度10%粒径が20μm以上であれば、ボンドコート層の性能劣化を抑えることができるので、本実施形態では、分級処理(S22a)で、回収粉から粒径が20μm以上の回収粉を抽出している。さらに、本実施形態では、成膜効率を考慮して、積算粒度10%粒径が150μm未満の回収粉を抽出している。
In this way, if the
TGOの厚さは、MCrAlY溶射粉を構成する各粒子に付着している酸素元素の量と密接な関係がある。粒子は、粒径が小さくなるほど、単位体積量当たりの表面積が大きくなるため、溶射粉を構成する金属粒子は、粒径が小さくなるほど、単位体積量当たりの付着酸素元素量が多くなる。よって、MCrAlY溶射粉は、これを構成する粒子の径が大きい場合よりも、径が小さい場合の方が、TGOの厚さは厚くなる。 The thickness of TGO is closely related to the amount of oxygen element adhering to each particle constituting the MCrAlY spray powder. As the particle size decreases, the surface area per unit volume increases, so that the metal particles constituting the thermal spray powder increase the amount of attached oxygen element per unit volume as the particle size decreases. Accordingly, the MCrAlY spray powder has a larger TGO thickness when the diameter is smaller than when the diameter of the particles constituting the MCrAlY spray powder is larger.
なお、MCrAlY再生溶射粉の積算粒度10%粒径が20μmよりも大きければ、例えば、30μmであれば、TGOの厚さがバージン溶射粉を用いる場合よりも薄くなるので、分級処理(S22a)では、回収粉から粒径が30μm以上の回収粉を抽出するようにしてもよい。
In addition, if the
「溶射設備の第三実施形態」
次に、本発明に係る溶射設備の第三実施形態について、図11及び図12を用いて説明する。
"Third embodiment of thermal spraying equipment"
Next, a third embodiment of the thermal spraying equipment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
本実施形態の溶射設備は、図11に示すように、第一実施形態の溶射設備と同様、高速フレーム溶射装置70、プラズマ溶射装置10、回収装置30、分級装置40a、分離装置50、溶解容器61を備えている。さらに、本実施形態の溶射設備は、分離装置50の回収容器55の正極板側部55aに回収された回収粉を吸引する吸引ファン65と、この吸引ファン65で吸引された分級装置66と、を備えている。
As shown in FIG. 11, the thermal spraying equipment of this embodiment is a high-speed
本実施形態は、回収工程で、YSZ溶射粉及びMCrAlY溶射粉のそれぞれを、回収に値するだけ回収できる場合の実施形態である。このため、本実施形態では、YSZ溶射粉及びMCrAlY溶射粉を再利用する。そこで、以下では、図12に示すフローチャートに従って、YSZ溶射粉及びMCrAlY溶射粉の再生処理(S20b)について説明する。 The present embodiment is an embodiment in which each of the YSZ spray powder and the MCrAlY spray powder can be recovered as much as worthy of recovery in the recovery process. For this reason, in this embodiment, YSZ spray powder and MCrAlY spray powder are reused. Therefore, hereinafter, the regeneration process (S20b) of the YSZ spray powder and the MCrAlY spray powder will be described according to the flowchart shown in FIG.
高速フレーム溶射(S13)及びプラズマ溶射(S14)の際、回収装置30の吸引ファン32は駆動している。このため、フレーム溶射ガン71から噴射されたMCrAlY溶射粉のうち、対象母材1に付かなかったMCrAlY溶射粉、さらに、プラズマ溶射ガン11から噴射されたYSZ溶射粉のうち、対象母材1に付かなかったYSZ溶射粉は、回収ダクト31内に吸い込まれて回収される(S21b)。この際、溶射ブースB内に浮遊していた各種粉類も回収ダクト31内に吸い込まれる。この各種粉類には、ブラスト処理の際(S12)に用いたアルミナ粒、溶射ブースB内の浮遊ゴミ等が含まれている。なお、フレーム溶射(S13)及びプラズマ溶射(S14)の際にのみ、この回収処理(S21b)を実行してもよいが、溶接ブースB内の環境を常時クリーンにするために、溶射ブースBを何からの処理で使用している間中、この回収処理(S21b)を実行してもよい。
During high-speed flame spraying (S13) and plasma spraying (S14), the
回収ダクト31内に吸い込まれた粉類、つまり回収粉は、分級装置40aで、粒径が20μm未満の回収粉と、粒径が20μm以上で150μm未満の回収粉と、150μm以上の回収粉とに分けられて、粒径が20μm以上で150μm未満の回収粉が抽出される(S22b)。より正確には、積算粒度10%粒径が20μm以上で150μm未満の回収粉が抽出される。一方、粒径が20μm未満の回収粉、及び150μm以上の回収粉は、廃棄される。粒径が20μm未満の回収粉は、MCrAlY溶射粉やYSZ溶射粉を含んでいるが、粒径が小さいことから、TBC層を形成するための溶射紛として適さないため、廃棄される。また、粒径が150μm以上の回収粉は、MCrAlY溶射粉及びYSZ溶射粉が少なく、逆に、砂粒等のごみ類が多いため、廃棄される。
The powder sucked into the
分級装置40aで抽出された回収粉は、以上の各第実施形態と同様、分離装置50で、回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、分離される(S23b)。すなわち、分離装置50に送られてきた回収粉のうち、セラミックであるYSZ溶射紛を主とする回収粉は、主として回収容器55内の正極板側部55aに落ちる。また、金属であるMCrAlY溶射粉を主とする回収粉は、主として回収容器55内の負極板側部55cに落ちる。また、回収容器55の中間部55bには、YSZ溶射粉及びMCrAlY溶射粉が落ちる。
The recovered powder extracted by the
回収容器55の負極板側部55cに回収された回収粉、つまり、MCrAlY溶射粉を主とする回収粉は、第二実施形態と同様、回収容器55から取り出されて、MCrAlY再生溶射粉として再利用される(S25c)。また、回収容器55の中間部55bに回収された回収粉は、分離装置50の摩擦帯電装置51内に再度投入されて、この回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、再分離される。
The recovered powder collected on the negative electrode
また、回収容器55の正極板側部55aに回収された回収粉、つまり、YSZ溶射粉を主とする回収粉は、吸引ファン65により、回収容器55の正極板側部55aから吸引されて、分級装置66に送られる。そして、この分級装置66により、粒径が30μm未満の回収粉と、粒径が30μm以上の回収粉とに分けられて、粒径が30μm以上の回収粉が抽出される(S22c)。なお、この分級装置66に送られる回収粉は、前段階で、既に粒径が150μm未満のものに分級されているため、この分級装置66により抽出される回収粉は、粒径が30μm以上で150μm未満の回収粉になる。
Further, the collected powder collected on the positive
分級装置66で分級処理が施された、YSZ溶射粉を主とする回収粉には、第一実施形態と同様、溶解除去処理が施された後(S24b)、YSZ再生溶射粉として再利用される(S25b)。
The recovered powder mainly made of YSZ sprayed powder that has been classified by the classifying
以上、ステップ21b〜ステップ24bの処理で、YSZ溶射粉の再生処理が終了し、ステップ21b,22b,23bの処理で、MCrAlY溶射粉の再生処理が終了する。
As described above, the regeneration process of the YSZ spray powder is completed by the processes of Step 21b to Step 24b, and the regeneration process of the MCrAlY spray powder is completed by the processes of
以上、本実施形態では、バージンMCrAlY溶射粉及びバージンYSZ溶射粉のそれぞれを溶射に使用した後、これらを回収して、それぞれ再生溶射粉として再生させているので、溶射に使用するバージンMCrAlY溶射粉及びバージンYSZ溶射粉の量を少なくすることができる。このため、本実施形態によれば、第一実施形態、第二実施形態よりも、遮熱コーティング部材の製造コストを低減することができる。 As described above, in this embodiment, after each of the virgin MCrAlY spray powder and the virgin YSZ spray powder is used for spraying, these are recovered and regenerated as the regenerated spray powder, respectively. Therefore, the virgin MCrAlY spray powder used for spraying is used. And the amount of virgin YSZ spray powder can be reduced. For this reason, according to this embodiment, the manufacturing cost of a thermal-insulation coating member can be reduced rather than 1st embodiment and 2nd embodiment.
なお、本実施形態では、積算粒度10%粒径が20μm以上で150μm未満のMCrAlY再生溶射粉と、積算粒度10%粒径が30μm以上で150μm未満のYSZ再生溶射粉と、を得るために、二つの分級装置40,66を設けているが、積算粒度10%粒径が30μm以上で150μm未満のMCrAlY再生溶射粉及びYSZ再生溶射粉を得ようとする場合には、後段の分級装置66、及びこの分級装置66に回収粉を導く吸引ファン65は不要である。
In this embodiment, in order to obtain an MCrAlY regenerated spray powder having an accumulated particle size of 10% and a particle size of 20 μm or more and less than 150 μm, and a YSZ regenerated spray powder having an accumulated particle size of 10% and a particle size of 30 μm to less than 150 μm, Although two
「溶射設備の変形例」
まず、図13を用いて、溶射設備の第一変形例について説明する。
“Variation of spraying equipment”
First, the 1st modification of a thermal spraying installation is demonstrated using FIG.
以上の各実施形態の溶射設備は、いずれも、一つの溶射ブースB内で、フレーム溶射及びプラズマ溶射を行うものである。これに対して、本変形例の溶射設備は、フレーム溶射専用の溶射ブースB1、プラズマ溶射専用の溶射ブースB2が設けられている。 The thermal spray equipment of each of the above embodiments performs flame spraying and plasma spraying in one thermal spray booth B. On the other hand, the spraying equipment of this modification is provided with a spraying booth B1 dedicated to flame spraying and a spraying booth B2 dedicated to plasma spraying.
本変形例の回収ダクト30bは、その開口31c,31dが、フレーム溶射専用の溶射ブースB1、プラズマ溶射専用の溶射ブースB2のそれぞれに設けられ、その後、一つのダクトとして統合されている。本変形例では、この一つのダクトに統合された部分に、吸引ファン32が設けられている。この吸引ファン32以降の設備は、以上の各実施形態と同じである。なお、図13に示す溶射設備は、吸引ファン32以降の設備が第三実施形態の溶射設備と同じである。
The recovery duct 30b of the present modification has
以上、本変形例のように、各溶射種毎に溶射ブースが設けられている場合でも、各溶射ブースで用いられる溶射粉を再生することができる。 As described above, even when a thermal spray booth is provided for each thermal spray type as in this modification, the thermal spray powder used in each thermal spray booth can be regenerated.
次に、溶射設備の第二変形例について説明する。 Next, a second modification of the thermal spray equipment will be described.
以上の各実施形態の溶射設備は、いずれも、分離装置に静電分離装置50を用いたが、この替わりに、磁石で磁性体を選択的に分離する磁気分離装置を用いてもよい。この磁気分離装置では、回収ダクト内に吸い込まれた回収粉から、金属であるMCrAlY溶射粉等が磁石に吸着する。分離装置として磁気分離装置を用いる場合には、図14に示すように、高勾配磁気分離装置50aを用いることが好ましい。この高勾配磁気分離装置50aは、例えば、超伝導磁石等の強力な電磁石51aによって形成される磁場内に、透磁性材で形成された筒52aを配置し、この筒52a内に強磁性ステンレスのウール材53aを置いて、ウールとウールの周辺の間に大きな磁気勾配を形成し、フール材53aを磁気フィルタとして機能させて、磁性体を吸着分離する装置である。
In each of the thermal spraying equipment of each of the embodiments described above, the
この高勾配磁気分離装置50aでは、金属であるMCrAlY溶射粉等が磁気フィルタとしてのウール材53aが吸着し、セラミックスであるYSZ溶射粉はウール材53aを通過する。そこで、吸引ファン40を駆動させて、溶射粉を回収している最中では、制御装置54aで、電磁石51aを磁化させ、磁気フィルタとしてのウール材53aに金属であるMCrAlY溶射粉等を吸着させて、ウール材53aに吸着しないYSZ溶射粉を筒52aから排出する。また、吸引ファン40が停止し、溶射粉が高勾配磁気分離装置50aに供給されなくなると、制御装置54aで、電磁石51aを消磁させ、ウール材53aに吸着していたMCrAlY溶射粉等をウール材53aから離脱させ、このMCrAlY溶射粉を筒52aから排出する。
In the high gradient
このように、この高勾配磁気分離装置50aでは、MCrAlY溶射粉とYSZ溶射粉とを異なるタイミングで、同一の筒52aから排出する。そこで、これらの溶射粉の排出先を変えるために、筒52aの先には、切替え弁58を設けることが好ましい。
Thus, in this high gradient
ここで、本変形例の高勾配磁気分離装置50aの磁気分離効果の具体例について説明する。以下の表5に示すように、回収処理(S21)で得られた回収粉のサンプル11,12中のMCrAlYの含有率が、それぞれ、5.34(wt%)、1.86(wt%)であった場合、分級処理、さらに磁気分離処理で抽出された回収粉のサンプル11,12中のMCrAlYの含有率は、0.09(wt%)、0.06(wt%)になる。すなわち、本変形例では、YSZ溶射粉を主とする回収粉は、MCrAlYの含有率が1(wt%)未満になる。
Here, a specific example of the magnetic separation effect of the high gradient
1:対象母材、2:ボンドコート層、3:セラミックス層、4:TBC層、10:プラズマ溶射装置、11:プラズマ溶射ガン、22:紛体供給装置、23:電源装置、30:回収装置、31:回収ダクト、32:吸引ファン、40,40a:分級装置、50,50a:分離装置、61:溶解容器、70:フレーム溶射装置、71:フレーム溶射ガン、83:粉体供給装置、84:電源装置 1: target base material, 2: bond coat layer, 3: ceramic layer, 4: TBC layer, 10: plasma spray device, 11: plasma spray gun, 22: powder supply device, 23: power supply device, 30: recovery device, 31: Recovery duct, 32: Suction fan, 40, 40a: Classification device, 50, 50a: Separation device, 61: Melting container, 70: Flame spraying device, 71: Flame spraying gun, 83: Powder supply device, 84: Power supply
Claims (16)
前記対象物に向かって溶射された前記金属溶射粉のうちで該対象物に付かなかった金属溶射粉と、該対象物に向かって溶射された前記セラミックス溶射粉のうちで該対象物に付かなかったセラミックス溶射粉と、を含む粉を回収粉として回収する回収工程と、
前記回収粉を構成する各粒子の電磁気的性質の相違により、電磁気場内で、該回収粉を、前記金属溶射粉を含む金属回収粉と、前記セラミックス溶射粉を含むセラミックス回収粉とに分離する分離工程と、
前記分離工程で得られた前記金属回収粉と前記セラミックス回収粉とのうち、少なくとも一方の回収粉を溶射粉として、新たな対象物に溶射する溶射粉再利用工程と、
を有することを特徴とする溶射粉の再利用方法。 In the method of reusing at least one of the metal spray powder and the ceramic spray powder sprayed toward the object,
Of the metal spray powder sprayed toward the object, the metal spray powder not applied to the object and the ceramic spray powder sprayed toward the object do not adhere to the object A ceramic spraying powder, and a recovery step of recovering a powder containing the recovered powder as a recovered powder;
Separation of separating the recovered powder into a metal recovered powder containing the metal spray powder and a ceramic recovered powder including the ceramic spray powder in an electromagnetic field due to a difference in electromagnetic properties of the particles constituting the recovered powder. Process,
Of the metal recovery powder obtained in the separation step and the ceramic recovery powder, at least one of the recovered powder as a thermal spray powder, a thermal spray powder reuse step of spraying a new object,
A method for reusing thermal spraying powder characterized by comprising:
前記回収工程で回収された前記回収粉から、目的の粒径範囲の粉を抽出し、抽出した回収粉を前記分離工程に送る分級工程を有する、
ことを特徴とする溶射粉の再利用方法。 In the reuse method of the thermal spraying powder of Claim 1,
From the recovered powder recovered in the recovery step, a powder having a target particle size range is extracted, and the extracted recovered powder is sent to the separation step.
A method for reusing spraying powder characterized by the above.
前記分級工程で抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度10%粒径が30μm以上であり、
前記溶射粉再利用工程では、前記分離工程で得られた前記セラミックス回収粉の少なくとも一部を前記セラミックス溶射粉として、前記新たな対象物に溶射する、
ことを特徴とする溶射粉の再利用方法。 In the reuse method of the thermal spraying powder of Claim 2,
The target particle size range of the recovered powder extracted in the classification step is a cumulative particle size 10% particle size of 30 μm or more,
In the spraying powder reuse step, at least a part of the ceramic recovered powder obtained in the separation step is sprayed on the new object as the ceramic spraying powder.
A method for reusing spraying powder characterized by the above.
前記分級工程で抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度10%粒径が20μm以上であり、
前記溶射粉再利用工程では、前記分離工程で得られた前記金属回収粉の少なくとも一部を前記金属溶射粉として、前記新たな対象物に溶射する、
ことを特徴とする溶射粉の再利用方法。 In the reuse method of the thermal spraying powder of Claim 2,
The target particle size range of the recovered powder extracted in the classification step is a cumulative particle size 10% particle size of 20 μm or more,
In the spraying powder reuse step, at least a part of the metal recovery powder obtained in the separation step is sprayed on the new object as the metal spraying powder.
A method for reusing spraying powder characterized by the above.
前記分離工程で得られたセラミックス回収粉から、積算粒度10%粒径が30μm以上のセラミックス回収粉を抽出するセラミックス粉分級工程を有し、
前記溶射粉再利用工程では、前記セラミックス粉分級工程で抽出された前記セラミックス回収粉の少なくとも一部を前記セラミックス溶射粉として、前記新たな対象物に溶射する、
ことを特徴とする溶射粉の再利用方法。 In the reuse method of the thermal spraying powder of Claim 4,
From the ceramics recovered powder obtained in the separation step, there is a ceramic powder classification step of extracting ceramics recovered powder having a cumulative particle size of 10% particle size of 30 μm or more,
In the spraying powder reuse step, at least a part of the ceramic recovered powder extracted in the ceramic powder classification step is sprayed onto the new object as the ceramic spraying powder.
A method for reusing spraying powder characterized by the above.
前記分離工程で得られた前記セラミックス回収粉を、金属又は両性水酸化物を溶解する水溶液中に入れて、該セラミックス回収粉中の金属粉又は両性水酸化物粉を溶解し、該水溶液中に残った粒状物を抽出する溶解除去工程を有し、
前記溶射粉再利用工程では、前記溶解除去工程で、前記水溶液中から抽出した前記粒状物を前記セラミックス溶射粉として、前記新たな対象物に溶射する、
ことを特徴とする溶射粉の再利用方法。 In the reuse method of the thermal spray powder as described in any one of Claim 1 to 5,
The ceramic recovered powder obtained in the separation step is placed in an aqueous solution that dissolves metal or amphoteric hydroxide, and the metal powder or amphoteric hydroxide powder in the ceramic recovered powder is dissolved in the aqueous solution. Having a dissolution and removal step of extracting the remaining particulate matter;
In the thermal spray powder reuse step, the granular material extracted from the aqueous solution in the dissolution removal step is sprayed onto the new object as the ceramic spray powder,
A method for reusing spraying powder characterized by the above.
前記分離工程では、前記回収工程で回収された前記回収粉を構成する各粒子の電気的性質の相違により、電場内で、前記金属回収粉と前記セラミックス回収粉とに分離する、
ことを特徴とする溶射粉の再利用方法。 In the reuse method of the thermal spraying powder as described in any one of Claim 1 to 6,
In the separation step, due to the difference in electrical properties of each particle constituting the recovered powder recovered in the recovery step, the metal recovered powder and the ceramic recovered powder are separated in an electric field.
A method for reusing spraying powder characterized by the above.
前記分離工程では、前記回収工程で回収された前記回収粉を構成する各粒子の磁気的性質の相違により、磁場内で、前記金属回収粉と前記セラミックス回収粉とに分離する、
ことを特徴とする溶射粉の再利用方法。 In the reuse method of the thermal spraying powder as described in any one of Claim 1 to 6,
In the separation step, due to the difference in magnetic properties of each particle constituting the recovered powder recovered in the recovery step, the metal recovered powder and the ceramic recovered powder are separated in a magnetic field.
A method for reusing spraying powder characterized by the above.
前記溶射粉再利用工程において、前記対象物に溶射された溶射粉で、該対象物の表面にコーティング層を形成してコーティング部材を製造する、
ことを特徴とするコーティング部材の製造方法。 The method for reusing thermal spray powder according to any one of claims 1 to 8,
In the spraying powder reuse step, a coating member is manufactured by forming a coating layer on the surface of the object with the sprayed powder sprayed on the object.
The manufacturing method of the coating member characterized by the above-mentioned.
前記金属溶射粉を前記対象物に溶射する第一溶射ガンを有する第一溶射装置と、
前記セラミックス溶射粉を前記対象物に溶射する第二溶射ガンを有する第二溶射装置と、
前記対象物に向かって溶射された前記金属溶射粉のうちで該対象物に付かなかった金属溶射粉と、該対象物に向かって溶射された前記セラミックス溶射粉のうちで該対象物に付かなかったセラミックス溶射粉と、を含む粉を回収粉として回収する回収装置と、
前記回収粉を構成する各粒子の電磁気的性質の相違により、電磁気場内で、該回収粉を、前記金属溶射粉を含む金属回収粉と、前記セラミックス溶射粉を含むセラミックス回収粉とに分離し、少なくとも一方の回収粉を溶射粉の一部として抽出する分離装置と、
を備えていることを特徴とする溶射設備。 In thermal spray equipment that sprays metal spray powder and ceramic spray powder on the object,
A first thermal spraying device having a first thermal spray gun for spraying the metal thermal spray powder on the object;
A second spraying device having a second spray gun for spraying the ceramic spray powder on the object;
Of the metal spray powder sprayed toward the object, the metal spray powder not applied to the object and the ceramic spray powder sprayed toward the object do not adhere to the object A ceramic spraying powder, and a recovery device for recovering powder containing the recovered powder as recovered powder;
Due to the difference in electromagnetic properties of the particles constituting the recovered powder, the recovered powder is separated into a metal recovered powder containing the metal spray powder and a ceramic recovered powder including the ceramic spray powder in an electromagnetic field, A separator for extracting at least one of the recovered powders as a part of the thermal spray powder;
Thermal spraying equipment characterized by comprising.
前記回収装置で回収された前記回収粉から、目的の粒径範囲の粉を抽出し、抽出した回収粉を前記分級装置を備え、
前記分離装置は、前記分級装置が抽出した回収粉を分離する、
ことを特徴とする溶射設備。 The thermal spray equipment according to claim 10,
From the recovered powder recovered by the recovery device, extract the powder of the target particle size range, the extracted recovered powder is equipped with the classification device,
The separation device separates the recovered powder extracted by the classification device;
Thermal spraying equipment characterized by that.
前記分級装置が抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度10%粒径が30μm以上であり、
前記分離装置は、前記セラミックス回収粉を、前記セラミックス溶射粉の少なくとも一部として抽出する、
ことを特徴とする溶射設備。 The thermal spray equipment according to claim 11,
The target particle size range of the recovered powder extracted by the classifier is an integrated particle size 10% particle size of 30 μm or more,
The separation device extracts the ceramic recovered powder as at least a part of the ceramic spray powder.
Thermal spraying equipment characterized by that.
前記分級装置が抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度10%粒径が20μm以上であり、
前記分離装置は、前記金属回収粉を、前記金属溶射粉の少なくとも一部として抽出する、
ことを特徴とする溶射設備。 The thermal spray equipment according to claim 11,
The target particle size range of the recovered powder extracted by the classifier is an integrated particle size 10% particle size of 20 μm or more,
The separation device extracts the metal recovery powder as at least a part of the metal spray powder.
Thermal spraying equipment characterized by that.
前記分離装置が得た前記セラミックス回収粉から、積算粒度10%粒径が30μm以上のセラミックス回収粉を、前記セラミックス溶射粉の少なくとも一部として抽出するセラミックス粉分級装置を備えている、
ことを特徴とする溶射設備。 The thermal spray equipment according to claim 13,
A ceramic powder classification device for extracting ceramic recovered powder having an accumulated particle size of 10% particle size of 30 μm or more as at least part of the ceramic spray powder from the ceramic recovered powder obtained by the separator;
Thermal spraying equipment characterized by that.
前記第一溶射ガンと前記第二溶射ガンとは、一つの溶射ブース内に設置され、
前記回収装置は、開口が前記溶射ブース内に臨んでいる回収ダクトと、該溶射ブース内の粉類を回収ダクト内に吸い込むための吸引ファンと、を有する、
ことを特徴とする溶射設備。 In the thermal spray equipment as described in any one of Claim 10 to 14,
The first spray gun and the second spray gun are installed in one spray booth,
The recovery device has a recovery duct whose opening faces the spraying booth, and a suction fan for sucking powder in the spraying booth into the recovery duct,
Thermal spraying equipment characterized by that.
前記第一溶射ガンが第一溶射ブース内に設置され、前記第二溶射ガンが該第一溶射ブースとは異なる第二溶射ブース内に設置され、
前記回収装置は、第一の開口が前記第一溶射ブース内に臨み、第二の開口が前記第二溶射ブース内に臨んでいる回収ダクトと、該第一溶射ブース内の粉類を該第一の開口から該回収ダクト内に吸い込み、且つ該第二溶射ブース内の粉類を該第二の開口から該回収ダクト内に吸い込むための吸引ファンと、を有する、
ことを特徴とする溶射設備。 In the thermal spray equipment as described in any one of Claim 10 to 14,
The first thermal spray gun is installed in a first thermal spray booth, and the second thermal spray gun is installed in a second thermal spray booth different from the first thermal spray booth;
The recovery device includes a recovery duct having a first opening facing the first thermal spraying booth and a second opening facing the second thermal spraying booth, and powders in the first thermal spraying booth. A suction fan for sucking into the recovery duct from one opening and sucking the powder in the second thermal spray booth into the recovery duct from the second opening;
Thermal spraying equipment characterized by that.
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