JP5932072B1 - 溶射粒子の製造方法及び溶射粒子の使用方法 - Google Patents

溶射粒子の製造方法及び溶射粒子の使用方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5932072B1
JP5932072B1 JP2015025195A JP2015025195A JP5932072B1 JP 5932072 B1 JP5932072 B1 JP 5932072B1 JP 2015025195 A JP2015025195 A JP 2015025195A JP 2015025195 A JP2015025195 A JP 2015025195A JP 5932072 B1 JP5932072 B1 JP 5932072B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spray particles
slurry
atomizer
particle size
thermal spray
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015025195A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016148077A (ja
Inventor
義之 井上
義之 井上
鳥越 泰治
泰治 鳥越
大祐 工藤
大祐 工藤
桑原 正光
正光 桑原
大澤 圭
圭 大澤
上村 好古
好古 上村
尚俊 岡矢
尚俊 岡矢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd filed Critical Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority to JP2015025195A priority Critical patent/JP5932072B1/ja
Priority to PCT/JP2016/053510 priority patent/WO2016129522A1/ja
Priority to KR1020177022005A priority patent/KR20170102963A/ko
Priority to CN201680008815.1A priority patent/CN107208247A/zh
Priority to DE112016000735.3T priority patent/DE112016000735T5/de
Priority to US15/549,819 priority patent/US20180023178A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5932072B1 publication Critical patent/JP5932072B1/ja
Publication of JP2016148077A publication Critical patent/JP2016148077A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C23C4/11Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18After-treatment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/005Selecting particular materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288Protective coatings for blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3246Stabilised zirconias, e.g. YSZ or cerium stabilised zirconia
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54Particle size related information
    • C04B2235/5418Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/30Manufacture with deposition of material
    • F05D2230/31Layer deposition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/21Oxide ceramics
    • F05D2300/2118Zirconium oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/514Porosity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/611Coating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

【課題】本発明の溶射粒子の製造方法は、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させたセラミックス層を形成することができる。【解決手段】溶射粒子の製造方法は、タービン部材に用いられる耐熱合金基材上に形成されるセラミックス層を形成する。溶射粒子の製造方法は、前記溶射粒子の原料及び水並びに分散剤を混合してなるスラリー13の固形分濃度を75重量%以上85重量%以下に調整し、スラリー13を噴霧乾燥装置10の円盤状のアトマイザ12に供給し、アトマイザ12の回転速度を調整して、アトマイザ12からスラリー13が突出する突出速度を60m/秒以上90m/秒以下にし、スラリー13が噴霧乾燥装置10内で乾燥して溶射粒子本体22を形成し、これを熱処理し、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下のYbSZからなる溶射粒子を製造する。【選択図】図5

Description

本発明は、溶射粒子の製造方法及び溶射粒子の使用方法に関する。
ガスタービンでは、その効率を向上させるために、使用する燃焼ガスの温度を高く設定している。このような高温の燃焼ガスに晒される動翼や静翼のようなタービン翼には、表面に遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating:TBC)が施されている。遮熱コーティングとは、被溶射物であるタービン部材の表面に、溶射により熱伝導率の小さい溶射材(例えば、熱伝導率の小さいセラミックス系材料)を被覆したものであり、タービン部材の遮熱性及び耐久性を向上させている。
特許文献1に記載されているように、例えば、遮熱コーティングは、母材となる耐熱基材の表面に、アンダーコート層である金属結合層と、金属結合層の上に形成されたトップコート層であるセラミックス層とを備えている。このセラミックス層は、セラミック粉末に樹脂粉末を混合した混合粉末をアンダーコート層上に溶射することで形成される。特許文献1に記載されているセラミックス層は、厚さ方向に延びるき裂である縦割と気孔とが面方向に分散されて構成されている。
特開2013−181192号公報
ところで、上述した特許文献1に記載のような縦割を有する緻密なコーティングは、DVC(Dense Verticaly Crack)コーティングと称される。DVCコーティングは、縦割構造を有する緻密な組織となっていることで耐久性が向上されている。しかしながら、DVCコーティングは組織が緻密であるために、気孔率が小さくなってしまい、遮熱性が低下してしまうおそれがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させたセラミックス層を形成することが可能な溶射粒子の製造方法及び溶射粒子の使用方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様における溶射粒子の製造方法は、タービン部材に用いられる耐熱合金基材上に形成され、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散されて内部に複数の気孔を含むセラミックス層を形成する溶射粒子の製造方法であって、前記溶射粒子の原料及び水並びに分散剤を混合してなるスラリーの固形分濃度を75重量%以上85重量%以下に調整し、前記スラリーを噴霧乾燥装置の円盤状のアトマイザに供給し、前記アトマイザの回転速度を調整して、前記アトマイザから前記スラリーが突出する突出速度を60m/秒以上90m/秒以下にし、前記スラリーが前記噴霧乾燥装置内で乾燥して溶射粒子本体を形成し、これを熱処理し、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下のYbSZからなる溶射粒子を製造する。
このような構成によれば、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下となる粒度分布を有する溶射粒子を得ることができる。したがって、溶射粒子の表面が溶融しつつもコアが溶融せずに残された状態でセラミックス層を形成することが可能な溶射粒子を得ることができる。このような溶射粒子によって形成されたセラミックス層には、溶融された溶射粒子の表面によって緻密な組織が形成されながら、残されている溶射粒子のコアによってポーラスな組織が形成される。これにより、十分な耐久性を確保するために必要な縦割を有する緻密な組織を有しながら、遮熱性を確保するために必要な量の気孔を含むポーラスな組織を有するセラミックス層を得ることができる。
また、本発明の第の態様における溶射粒子の使用方法は、タービン部材に用いられる耐熱合金基材上に形成され、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散されて内部に複数の気孔を含むセラミックス層を形成する溶射粒子の使用方法であって、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下のYbSZからなる溶射粒子を溶射して前記セラミックス層を形成する。
このような構成によれば、溶射粒子の表面が溶融しつつもコアが溶融せずに残された状態でセラミックス層を形成することができ溶射粒子を得ることができる。このような溶射粒子を用いることで、セラミックス層に、溶融された溶射粒子の表面によって緻密な組織を形成しつつ、残されている溶射粒子のコアによってポーラスな組織を形成することができる。これにより、十分な耐久性を確保するために必要な縦割を有する緻密な組織を有しながら、遮熱性を確保するために必要な量の気孔を含むポーラスな組織を有するセラミックス層を得ることができる。
本発明によれば、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子を得ることができ、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させたセラミックス層を形成することができる。
本発明の実施形態におけるガスタービンの概略構成図である。 本発明の実施形態における動翼が治具に固定された様子を示す模式図である。 本発明の実施形態における遮熱コーティングの概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態における溶射粒子の製造方法のフローを示す図である。 溶射粒子の製造方法で用いられる噴霧乾燥装置の一例を示す概略図である。 噴霧乾燥装置が具備するアトマイザの説明図出会って、図6(a)にその平面を示し、図6(b)にその側面を示す。
以下、本発明に係る実施形態について図1から図6を参照して説明する。
図1に示すように、この実施形態におけるガスタービン1は、圧縮機2と、燃焼器3と、タービン本体4と、ロータ5と、を備えている。
圧縮機2は、多量の空気を内部に取り入れて圧縮する。
燃焼器3は、圧縮機2にて圧縮された圧縮空気Aに燃料を混合して燃焼させる。
タービン本体4は、燃焼器3から導入された燃焼ガスGの熱エネルギーを回転エネルギーに変換する。このタービン本体4は、ロータ5に設けられた動翼(タービン部材)7に燃焼ガスGを吹き付けることで燃焼ガスGの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生する。タービン本体4には、ロータ5側の複数の動翼7の他に、タービン本体4のケーシング6に複数の静翼(タービン部材)8が設けられる。タービン本体4では、これら動翼7と静翼8とが、ロータ5の軸方向に交互に配列されている。
ロータ5は、タービン本体4の回転する動力の一部を圧縮機2に伝達して圧縮機2を回転させる。
以下、この実施形態においては、タービン本体4の動翼7を、本発明のタービン部材の一例として説明する。
図2に示すように、動翼7は、例えば、Ni基合金等の周知の耐熱合金により形成されている耐熱合金基材である。本実施形態の動翼7は、ガスタービン1のケーシング6内の高温の燃焼ガスGが流れる燃焼ガス流路内に配置される翼本体部71と、翼本体部71の基端部に設けられて翼本体部71の延びる方向と交差する面を有するプラットフォーム部72と、プラットフォーム部72から翼本体部71と反対側へ突出した不図示の翼根部と、を有している。
図3に示すように、遮熱コーティング100は、耐熱合金基材である動翼7の表面を覆うように形成される。遮熱コーティング100は、動翼7の表面のうち、翼本体部71の表面と、プラットフォーム部72の翼本体部71と接続されている側の表面とにそれぞれ形成される。本実施形態の遮熱コーティング100は、動翼7の表面上に積層される金属結合層200と、金属結合層200の表面に積層されるセラミックス層300と、を有している。
金属結合層200は、セラミックス層300が剥離すること抑制し、耐食性及び耐酸化性に優れたボンドコート層として形成される。金属結合層200は、例えば、溶射粒子としてMCrAlY合金の金属溶射粉を動翼7の表面に対して溶射することで形成される。ここで、金属結合層200を構成するMCrAlY合金の「M」は、金属元素を示し、例えば、NiCo、Ni、Co等の単独の金属元素又はこれらのうち2種以上の組み合わせを示している。本実施形態の金属結合層200は、翼本体部71の表面と、プラットフォーム部72の翼本体部71と接続されている側の表面とをそれぞれ覆うように一体をなして積層されている。本実施形態の金属結合層200は、0.05mmから0.2mm程度の膜厚で形成されている。
セラミックス層300は、金属結合層200が形成された動翼7の表面に向かって溶射粒子を溶射して形成されるトップコート層である。セラミックス層300は、セラミックス層300の厚さ方向に延びる縦割Cが面の広がる面方向に分散されて内部に複数の気孔Pを含む緻密なDVC(Dense Verticaly Crack)コーティングである。本実施形態のセラミックス層300は、1mm当たりの縦割Cの分布が、1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散している。セラミックス層300は、気孔率が9%以上10%以下の範囲に収まるように形成されている。セラミックス層300は、0.2mmから1mm程度の膜厚で形成されている。
なお、本実施形態における気孔率とは、単位体積当たりの気孔Pのみの占有率だけでなく、縦割C及び気孔Pを合わせた占有率である。したがって、仮に、上述したセラミックス層300の気孔率9%以上10%以下という範囲を単位体積当たりの気孔Pのみの占有率で表すならば、本実施形態のセラミックス層300の気孔率は、5%以上7%以下の範囲に収まるように形成されることが好ましい。
セラミックス層300を形成する溶射粒子は、Ybで部分安定化させたZrOであるYbS(イッテルビア安定化ジルコニア)からなる。本実施形態の溶射粒子は、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZである。
なお、本実施形態でいう積算粒度分布とは、粉体、つまり集合体としての粒子の大きさを表す値であり、多数個の測定結果を粒子径毎の存在比率の分布で表したものである。そして、積算粒度分布50%粒径とは、メディアン径とも呼ばれ、粉体をある粒子径から2つに分けた際に、大きい側と小さい側が等量となる粒子径である。
なお、溶射粒子の粒子径毎の存在比率の分布は、例えは、レーザ散乱回折式粒度分布測定装置等を用いて測定することができる。
上述した粒度分布を有する溶射粒子は、図4に示す手順にて製造される。図4に示すように、最初に、溶射粒子を構成する各種原料(溶射粒子の原料)を、スラリー作製時の各種方法に応じて目的の組成となるように秤量する(ステップS1)。続いて、ステップS1で秤量した各種原料を用いて、混練(固相混合)、共沈法、溶融法のいずれかの方法にてスラリー(粉末、水及び分散剤の混合物)を作製する。スラリーの固形分濃度は、75重量%以上85重量%以下、好適には78重量%以上82重量%以下になるように調整される。固形分濃度は、スラリー(粉末と水と分散剤)中における粉末の割合を重量%にて表される。
混練は、ステップS1にて秤量した粉末、分散剤、純水、及びボールをポット(容器)に投入し、ボールミルで1時間以上混練し、均一なスラリーを作製する方法である(ステップS2−1)。
共沈法では、ステップS1にて秤量した金属塩溶液にアンモニア等の中和剤を添加して沈殿物を形成し、これを熱処理した後に粉砕することにより粉末を得る。これを混練法と同様に、分散剤及び純水を混合してスラリーを作製する方法である(ステップS2−2)。
溶融法では、ステップS1にて秤量した粉末を混合し、これにアーク放電により溶融した後、冷却してインゴットを作製する。作製したインゴットを粉砕し、混練法と同様に、分散剤及び純水を混合してスラリーを作製する方法である(ステップS2−3)。
上述したステップS2−1、S2−2、S2−3で得られたスラリーを用いてスプレードライにより溶射粒子本体を作製する(ステップS3)。
ここで、スプレードライに用いられる噴霧乾燥装置について図5を参照して説明する。噴霧乾燥装置10は、図5に示すように、乾燥室11、ガス供給管17、ガス排出管19、捕集器21を備える。ガス供給管17は、乾燥室11の側壁部における天井部近傍に連通して設けられる。これにより、系外からガス18が乾燥室11内へ供給される。ガス排出管19は、乾燥室11の側壁部の略中央部分に連通して設けられる。これにより、乾燥室11内にて旋回したガス18が系外へ排出される。捕集器21は、乾燥室11の底部の略中央部分に連通する連通管20に接続して設けられる。また、乾燥室11の内部には詳細につき後述するアトマイザ12が設けられており、アトマイザ12により乾燥室11内にて乾燥室11の中央部分を中心とする旋回流を生成している。これにより、アトマイザ12からスラリー13が突出すると、乾燥室11内にて旋回するガス18と共に旋回しながら下降していく。このとき、スラリー13の水分が乾燥していき、溶射粒子本体22が造粒される。そして、溶射粒子本体22が捕集器21内に溜まる。乾燥室11としては、直径D1が1m以上であり、乾燥室11の天井部から捕集器21の底板部までの高さH1が数m〜十数m程度であり、ガス供給管17からガス排出管19までの高さH2がH1の1/1.5〜1/4程度のものが挙げられる。
乾燥室11の天井部の略中央部分にはアトマイザ12が設けられ、アトマイザ12には、上述したステップで作製されたスラリー13を供給するスラリー供給管14が連通して設けられる。スラリー供給管14の途中には、スラリーを送給するポンプ15が設けられる。
アトマイザ12は、図6(a)及び図6(b)に示すように、円盤状であって、天井板とこれに対向して設けられる底板の輪郭部近傍に複数の縦板12aが所定の間隔(スリット)12bで隣接して設けられたものである。アトマイザ12としては、その直径d1が50mm以上150mm以下、好適には50mmであり、高さh1が5mm〜20mm、好適には10mmであるものが挙げられる。アトマイザ12には、供給口(図示せず)を通じて内部へスラリー13が供給される。供給されたスラリー13は、溶射粒子本体22として回転しているアトマイザ12のスリット12bから乾燥室11内に排出される。
ここで、アトマイザ12からのスラリー13を排出される際の突出速度を遅くすればするほど、溶射粒子本体22の粒径が大きくなる。具体的には、本実施形態では、突出速度を60m/秒程度にすることで、積算粒度分布50%粒径が100μm程度の溶射粒子本体22を作成することができる。また、突出速度を90m/秒程度とすることで、積算粒度分布50%粒径が40μm程度の溶射粒子本体22を作成することができる。したがって、本実施形態のアトマイザ12は、図示しない制御装置によりその回転速度、言い換えると、アトマイザ12からのスラリー13の突出速度を60m/秒以上90m/秒以下に調整することで、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下の粒度分布を有する溶射粒子本体22を作成する。さらに、アトマイザ12からのスラリー13の突出速度は、70m/秒以上80m/秒以下になるように制御されていることが好ましい。
これにより、スラリー13は、アトマイザ12から突出し、乾燥室11内にて旋回しながら下降していき、連通管20を通じて捕集器21にて、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下の粒度分布を有する溶射粒子本体22が捕集される。そして、捕集した溶射粒子本体22をさやに入れ、厚みを5cm以下として炉内に入れ、1300〜1600℃で1〜10時間の条件で熱処理する。これにより、焼結と同時に固融が行なわれる。熱処理により、やわらかい塊になるので、乳鉢中に乳棒などでやわらかくたたくことで塊は割れ、溶射粒子が得られる。なお、この作業を行っても、溶射粒子は、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下の粒度分布を有するものであって、粉末が粉砕されて粒径が小さくなることは無い。
したがって、本実施形態に係る溶射粒子の製造方法によれば、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下となる粒度分布を有する溶射粒子、すなわち、所望の粒径の溶射粒子を得ることができる。よって、分級作業を行う必要が無く、噴霧乾燥装置10により所望の粒径の溶射粒子を効率良く得ることができる。また、スラリー13の固形分濃度の調整、およびアトマイザ12の回転速度の調整自体が比較的簡易な作業である。
また、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下となる粒度分布を有する溶射粒子を得られることで、溶射粒子の表面が溶融しつつもコアが溶融せずに残された状態でセラミックス層300を形成することができる。具体的には、このような溶射粒子によって形成されたセラミックス層300には、溶融された溶射粒子の表面によって緻密な組織が形成されながら、残されている溶射粒子のコアによってポーラスな組織が形成される。
したがって、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下のYbSZからなる溶射粒子によってセラミックス層300を形成することで、十分な耐久性を確保するために必要な縦割Cを有する緻密な組織を有しながら、遮熱性を確保するために必要な量の気孔Pを含むポーラスな組織を有するセラミックス層300を得ることができる。これにより、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させたセラミックス層300を形成することができる。
また、セラミックス層300が、縦割Cが面方向に1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散され、気孔率が9%以上10%以下となるように形成されることで、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させたセラミックス層300を高い精度で得ることができる。特に、YbSZからなる溶射粒子によって形成されることで、より高い性能のセラミックス層300を得ることができる。
また、上述した実施形態におけるタービン部材である動翼7によれば、長期間に渡って高温に晒されて損傷することを抑制できる。さらに、メンテナンス周期を延ばすことができるため、ガスタービン1を稼働停止させる頻度を低減することができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
なお、金属結合層200やセラミックス層300は、本実施形態以外の方法で形成されてもよい。例えば、大気圧プラズマ溶射以外の電気式溶射として減圧プラズマ溶射を用いてもよく、ガス式溶射として、フレーム溶射法、高速フレーム溶射を用いてよい。また、溶射法以外の方法で形成してもよく、例えば、電子ビーム物理蒸着法を用いてもよい。
また、金属結合層200やセラミックス層300は、本実施形態のように、全域にわたって同じ膜厚に形成されることに限定されるものではなく、使用される環境等の条件に応じて適宜設定されればよい。
また、本実施形態では、タービン部材として、動翼7を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、タービン部材は静翼8であってもよい。
1…ガスタービン 2…圧縮機 3…燃焼器 4…タービン本体 5…ロータ A…圧縮空気 G…燃焼ガス 6…ケーシング 7…動翼 71…翼本体部 72…プラットフォーム部 8…静翼 100…遮熱コーティング 200…金属結合層 300…セラミックス層 C…縦割 P…気孔 10…噴霧乾燥装置 11…乾燥室 12…アトマイザ 12a…縦板 12b…スリット 13…スラリー 14…スラリー供給管 15…ポンプ 17…ガス供給管 18…ガス 19…ガス排出管 20…連通管 21…捕集器 22…溶射粒子本体

Claims (2)

  1. タービン部材に用いられる耐熱合金基材上に形成され、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散されて内部に複数の気孔を含むセラミックス層を形成する溶射粒子の製造方法であって、
    前記溶射粒子の原料及び水並びに分散剤を混合してなるスラリーの固形分濃度を75重量%以上85重量%以下に調整し、
    前記スラリーを噴霧乾燥装置の円盤状のアトマイザに供給し、
    前記アトマイザの回転速度を調整して、前記アトマイザから前記スラリーが突出する突出速度を60m/秒以上90m/秒以下にし、
    前記スラリーが前記噴霧乾燥装置内で乾燥して溶射粒子本体を形成し、これを熱処理し、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下のYbSZからなる溶射粒子を製造する溶射粒子の製造方法。
  2. タービン部材に用いられる耐熱合金基材上に形成され、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散されて内部に複数の気孔を含むセラミックス層を形成する溶射粒子の使用方法であって、
    積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下のYbSZからなる溶射粒子を溶射して前記セラミックス層を形成する溶射粒子の使用方法。
JP2015025195A 2015-02-12 2015-02-12 溶射粒子の製造方法及び溶射粒子の使用方法 Active JP5932072B1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015025195A JP5932072B1 (ja) 2015-02-12 2015-02-12 溶射粒子の製造方法及び溶射粒子の使用方法
PCT/JP2016/053510 WO2016129522A1 (ja) 2015-02-12 2016-02-05 溶射粒子の製造方法、タービン部材、ガスタービン、及び溶射粒子
KR1020177022005A KR20170102963A (ko) 2015-02-12 2016-02-05 용사 입자의 제조 방법, 터빈 부재, 가스 터빈, 및 용사 입자
CN201680008815.1A CN107208247A (zh) 2015-02-12 2016-02-05 热喷涂颗粒的制造方法、涡轮构件、燃气轮机以及热喷涂颗粒
DE112016000735.3T DE112016000735T5 (de) 2015-02-12 2016-02-05 Herstellungsverfahren für thermische Spritzpartikel, Turbinenelement, Gasturbine, und thermische Spritzpartikel
US15/549,819 US20180023178A1 (en) 2015-02-12 2016-02-05 Production method for thermal spray particles, turbine member, gas turbine, and thermal spray particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015025195A JP5932072B1 (ja) 2015-02-12 2015-02-12 溶射粒子の製造方法及び溶射粒子の使用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5932072B1 true JP5932072B1 (ja) 2016-06-08
JP2016148077A JP2016148077A (ja) 2016-08-18

Family

ID=56102951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015025195A Active JP5932072B1 (ja) 2015-02-12 2015-02-12 溶射粒子の製造方法及び溶射粒子の使用方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180023178A1 (ja)
JP (1) JP5932072B1 (ja)
KR (1) KR20170102963A (ja)
CN (1) CN107208247A (ja)
DE (1) DE112016000735T5 (ja)
WO (1) WO2016129522A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714452C1 (ru) * 2019-09-28 2020-02-17 ООО "Т-Сфера" Способ получения порошков диоксида циркония со сфероидальной формой частиц

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111876722A (zh) * 2020-07-24 2020-11-03 沈阳富创精密设备有限公司 一种去除陶瓷层表面凸起的方法
MX2024006112A (es) * 2021-11-22 2024-07-30 SpecGx LLC Composicion farmaceutica inyectable de liberacion sostenida.

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004149915A (ja) * 2002-09-06 2004-05-27 Kansai Electric Power Co Inc:The 熱遮蔽セラミックコーティング部品とその製造方法
JP2005163185A (ja) * 2004-12-27 2005-06-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン、遮熱コーティング材、その製造方法及びタービン部材
JP2010144211A (ja) * 2008-12-18 2010-07-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 遮熱コーティング層、タービン部材及び遮熱コーティング層の形成方法
JP2011213520A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶射粉末の製造方法、タービン部材及びガスタービン
JP2012224893A (ja) * 2011-04-18 2012-11-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 耐熱部材の補修方法、補修耐熱部材
JP2013181192A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 遮熱コーティング材の製造方法
WO2014002580A1 (ja) * 2012-06-27 2014-01-03 日本イットリウム株式会社 溶射材料及びその製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3631982B2 (ja) * 2000-06-16 2005-03-23 三菱重工業株式会社 遮熱コーティング材の製造方法
JP2003160852A (ja) * 2001-11-26 2003-06-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 遮熱コーティング材、その製造方法、タービン部材及びガスタービン
CN101723667B (zh) * 2009-11-18 2012-09-05 北京航空航天大学 带有网状裂纹结构的多元稀土氧化物掺杂氧化锆热障涂层及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004149915A (ja) * 2002-09-06 2004-05-27 Kansai Electric Power Co Inc:The 熱遮蔽セラミックコーティング部品とその製造方法
JP2005163185A (ja) * 2004-12-27 2005-06-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン、遮熱コーティング材、その製造方法及びタービン部材
JP2010144211A (ja) * 2008-12-18 2010-07-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 遮熱コーティング層、タービン部材及び遮熱コーティング層の形成方法
JP2011213520A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶射粉末の製造方法、タービン部材及びガスタービン
JP2012224893A (ja) * 2011-04-18 2012-11-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 耐熱部材の補修方法、補修耐熱部材
JP2013181192A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 遮熱コーティング材の製造方法
WO2014002580A1 (ja) * 2012-06-27 2014-01-03 日本イットリウム株式会社 溶射材料及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714452C1 (ru) * 2019-09-28 2020-02-17 ООО "Т-Сфера" Способ получения порошков диоксида циркония со сфероидальной формой частиц

Also Published As

Publication number Publication date
US20180023178A1 (en) 2018-01-25
KR20170102963A (ko) 2017-09-12
JP2016148077A (ja) 2016-08-18
DE112016000735T5 (de) 2018-01-11
WO2016129522A1 (ja) 2016-08-18
CN107208247A (zh) 2017-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110055486A (zh) 双层热障/高温低红外发射率一体化涂层、带涂层的金属复合材料及其制备方法
WO2016129521A1 (ja) 遮熱コーティング、タービン部材、ガスタービン及び遮熱コーティングの製造方法
CN101125753B (zh) 可磨耗的氧化镝稳定的氧化锆
CN104451519B (zh) 一种多层热障涂层及其形成方法
JP4969094B2 (ja) 遮熱コーティング部材及びその製造並びにガスタービン
CN106435432B (zh) 一种孔隙率及孔隙形貌可控的热障涂层及其制备方法
JP5932072B1 (ja) 溶射粒子の製造方法及び溶射粒子の使用方法
KR101155932B1 (ko) 열차폐 코팅 장치 및 그 방법
CN110117764A (zh) 一种热障/高温低红外发射率一体化涂层、带涂层的金属复合材料及其制备方法
JP2013181192A (ja) 遮熱コーティング材の製造方法
TWI588116B (zh) 渦輪構件
US20200048751A1 (en) Thermal barrier coating formation method, thermal barrier coating, and high-temperature member
CN108467265B (zh) 一种热障涂层用核壳结构粉末及其制备方法与应用、发动机部件
KR102013652B1 (ko) 기공도 제어를 통해 향상된 열내구성을 가지는 세라믹 열차폐코팅층의 제조방법
JP2012062511A (ja) 耐高温部材及びガスタービン
JP4388466B2 (ja) ガスタービン、遮熱コーティング材、その製造方法及びタービン部材
JP2013129917A (ja) 耐高温部材及びガスタービン
JP5606125B2 (ja) 溶射粉末の製造方法、タービン部材及びガスタービン
KR101598858B1 (ko) Ni-YSZ 복합재료 분말의 제조방법, 이에 의해 제조된 Ni-YSZ 복합재료 분말 및 상기 Ni-YSZ 복합재료 분말을 사용한 경사기능 열 차폐 코팅 방법
CN107602096B (zh) 一种高能氧乙炔火焰束流改性氧化铝基陶瓷大尺寸构件表面局部纳米共晶强韧化的方法
JP2011214054A (ja) 遮熱コーティング用溶射粉、遮熱コーティング、タービン部材及びガスタービン、並びに遮熱コーティング用溶射粉の製造方法
JP2013136845A (ja) 耐高温部材及びガスタービン
JP6821496B2 (ja) 遮熱コーティング形成方法、遮熱コーティング、及び高温部材
CN105088123A (zh) 一种含有抗氧化粘结层的热障涂层及其制作方法
KaBner et al. Influence of Porosity on Thermal Conductivity and Sintering in Suspension Plasma Sprayed Thermal Barrier Coatings

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160329

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160427

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5932072

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350