JPH01139749A - 翼部材の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、翼部材の表面処理方法に関し、特に火力、原
子力および地熱各発電用スチームタービン翼、各種送風
機翼、各種撹拌用プロペラおよびスクリュー、各種ポン
プスリーブなどの翼部材の耐エロージヨン性を改善する
のに有効な方法についての提案である。

（従来の技術） 一般に、質類とりわけスチームタービンは、火力発電プ
ラント、原子力発電プラントをはじめ地熱発電プラント
などで用いられているが、つぎのような性質を具備する
ことが要求されている。すなわち； ■　動翼については、運転中の遠心力やスチーム推力に
よる曲げ応力、および振動応力をうけることから、クリ
ープ破断強さなどの高温強度に優れていることが必要で
あり、またこの動翼が比較的低い温度環境下で使用され
る場合には、常温降伏強さと靭性とに優れていると共に
疲労強度や切欠き感受性、耐エロージヨン性などにも傍
れ、しかも鍛造および溶接加工が可能なことが要求され
る。

一方、静翼については、遠心力は受けないものの、高い
曲げ応力を受ける。このため良好な高温強度や溶接性が
必要となる。

従来、かかる動翼および静翼については、上述のごとき
要請に対してその使用温度に応じ、第１表に示すような
材料（この他最近ではＴｉ合金（Ｔｉ（残）−６ＡＩ−
４Ｖ）も使用されている）が使われている。

第１表 しかし、これらの材料で製造された動翼および静翼は、
長期間の使用により次の問題点が生じることが判った。

ｆｌ）　　スチーム中に含まれている各種成分（例えば
Ｓｉｎ、、　Ａ１．０．、　Ｆｅ、０．など）がタービ
ンの動翼・静翼に衝突するので、その翼部材の一部が、
いわゆるエロージョンを起こし、動・静翼としての性能
が低下、ひいてはタービン効率の低下を招く。

（２）高温、高圧のスチームを製造するボイラにお、い
ては、スチーム中に酸化生成したスケールが混入するの
で、このスチームがタービン部に供給されると、該スチ
ーム中の酸化スケール粒子によってタービン動・静翼が
エロージョンを受ける。

（３）スチームはタービン中を通過するに従って、その
温度ならびに圧力が低下するが、そのために該スチーム
の一部は水滴化して回転する動翼と衝突し、その結果、
翼部材表面はエロージョンによる損傷を引き起こす。一
般に、この損傷現象をドレンアタックと呼んでおり、こ
れもスチームタービンにおける重要な解決課題の１つで
ある。

スチームタービン翼が抱えている上述のような問題点に
対し、従来いくつかの解決方法が提案されている。例え
ば、特公昭６１−６２４２号公報に開示されているよう
に、スチーム中の固形水質成分やボイラチューブ材料の
酸化粒子によるエロージョンを防止するために、翼表面
、特に静翼の表面をボロンの拡散浸透によって硬質化す
る方法がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前述のような従来技術については、なお
つぎのような問題点が残っていた。すなわち、前者の“
ボロン拡散浸透法”は、翼部材をボロン含有の高温溶融
塩中に長時間浸漬したり、またボロンを含む粉末中やガ
ス中で長時間高温状態に維持することによりボロンを翼
部材中へ拡散浸透させるため、表面は硬化するものの翼
部材自身の機械的性質が劣化する欠点があった。しかも
、このようにして拡散浸透させたボロン層は、硬質では
あるが非常に脆い欠点があり、十分な対策とはなってい
なかった。

また、ドレンアタックを防止する方法として、古くから
行われている当該個所への硬質合金板（例えばハステロ
イ合金板）をライニングする方法は、流体力学的にドレ
ンアタックが発生する位置がほぼ限定されているため、
該当部に翼部材よりも硬質のステライト合金板を銀ロウ
を介して取付ける方法である。ところが、この方法は銀
ロウによるステライト合金板の取付作業に熟練を要する
ため、未だに手作業に頼っており、しかも熟練者が作業
してもなお合格率が低いのが実情であり、コストアンプ
と信頼性に乏しいという欠点があった。しかも、かかる
銀ロウは低融点金属（Ｃｄ）を含んでいるものがあって
、人体に有害である。さらに、タービン動翼として運転
中に銀ロウ部そのものの微小欠陥を因とする疲労亀裂が
多く発生し、ステライト合金板が翼部材表面から剥離飛
散してタービンプラントに重大な損傷を誘発させること
があった。

本発明の目的は、翼部材自体の劣化やライニングしたス
テライト合金板の劣化といった弊害のない耐エロージヨ
ン性に優れた翼部材を製作するのに有効な表面処理方法
を提案するところにある。

（問題点を解決するための手段） 前述の如き要請に対し本発明は、耐エロージヨン性に優
れたスチームタービン翼を製造するに当り、合金やサー
メット材料のごとき硬質材料を無酸素雰囲気下で溶射肉
盛りするという表面処理方法を採用することとした。

すなわち、まず翼部材を無酸素雰囲気下においてプラズ
マアークを使って予熱し、引き続きＮｉ。

Ｃｏ、　Ｆｅ系合金あるいは炭化物サーノ−／　）など
の硬質溶射材料を溶射することにより、そして場合によ
ってはさらに得られた上記溶射皮膜をプラズマアークを
使って加熱し溶融させることにより、さらにはまた上記
加熱溶融後に再び溶射を行うことにより、いわゆるター
ビン翼の表面に、酸化物を含まず無気孔で密着性に冨む
溶射皮膜を翼部材自体に熱的悪影響を与えることなく形
成するのである。

（作　用） 以下に、前記課題解決手段に想到するに至った背景につ
いて詳述し、合わせて表面処理方法の具体的内容につい
て説明する。

一般的な溶射法は、大気雰囲気中で溶射するので、溶射
材料は加熱溶融に伴って酸化物となる。

このようにして得られた酸化物を含む溶射皮膜は、一般
に塑性変形しにくくかつ脆い酸化物粒子を介して結合し
た堆積層であるから、上記粒子間には気孔発生の主因で
ある微少な空間が生成する。その結果、このような溶射
層は、その後加熱したとしても上記酸化物粒子の存在が
障害となって金属粒子どうしの相互融合が阻害されるか
らポーラスな皮膜しかできない。しかも、金属粒子を取
り囲む酸化物は、被処理材（翼部材）に対しても冶金的
結合作用の障害となるので、溶射材料成分が被処理材表
面に十分拡散浸透することなく、単なる機械的結合に止
まる。要するに、かかる理由で、従来の皮膜はこれが剥
離しやすいのである。

一方、このような状況の下で溶射層を単に厚く形成して
も、層が厚くなる分だけその表・裏面での冷却速度の違
いに起因した内部応力が発生し、却って容易に剥離しゃ
すくするので、通常大気溶射では０．５ｆｌ以下、厚く
ても１．０ｍを上廻る皮膜形成は行わない。

そこで本発明では、溶射環境から酸素を除き、低圧のア
ルゴンガス雰囲気中で被処理材を予熱して溶射を行うこ
ととした。その結果、溶射層を構成する金属粒子は、酸
化物を含まず、粒子は相互に融合しやすくなるため無気
孔な溶射層を形成し、さらに被処理材を予め予熱した場
合には内部応力が熱的に解放されるので、膜を厚くして
も前述の如き問題は発生しない。

さらに、酸化物粒子の存在がないので被処理材の表面で
は金属どうしが直接接触するので、両金属が相互に拡散
浸透し合い、冶金的に強固に結合した皮膜が形成される
。

次に、本発明処理方法の詳細を説明する。

第１図は、本発明にかかるタービン翼部材の表面処理方
法を実施する際に用いる装置について示す。この図にお
いて、図示の符号１は溶射雰囲気を画成するためのチャ
ンバーである。このチャンバー１には、排気用バルブ２
、吸気用バルブ３が配設してあり、またチャンバー１内
のガスを吸引する真空ポンプ４が、雰囲気ガス中の粉塵
類を除去するためのマルチサイクロン５およびフィルタ
ー６を介して接続しである。さらにこのチャンバー１に
は、内圧保持用のアルゴンガス供給管７、翼部材である
被処理材冷却用のアルゴンガス冷却管８、および溶射ロ
ボットモータ冷却のために用いるアルゴンガス冷却管９
が取付けられている。

上記チャンバー１内には、プラットフォーム１０が設置
してあり、そのプラットフォーム１０上には、溶射ロボ
ット１１と回転台１２が設置してあり、その回転台１２
上には被処理材１３が設置される。そして、該被処理材
１３に対しては、温度計測用の熱電対１４が、また溶射
ロボット１１の先端部には溶射ガン１５がそれぞれ取付
けてあり、いずれもチャンバー１の外から制御できるよ
うに構成しである。前記溶射ガン１５には、雰囲気調整
も考慮しプラズマ発生ガスとしてアルゴン、水素、窒素
などのガス類を用いる。そして、この溶射ガン１５と被
処理材１３とはチャンバー外に接続され、両者は必要に
応じて極性が変えられるようになっている。

次に、上記装置を使って硬質材料を溶射被覆する方法に
ついて具体的に説明する。

（１）　　チャンバー１に取付けられている吸・排気用
バルブ２．３およびアルゴンガス供給管７を閉とした後
、真空ポンプ４を作動させてチャンバー１内の空気を系
外に排出し、内圧をｌＸｌ０−”〜１０−’ｍｂｒ（ミ
リバール）とする。

（２）次に、アルゴンガス供給管７を開とし、チャンバ
ー１内に内圧：　６０　ｍｂｒ程度の希薄なアルゴンガ
ス雰囲気を構成する。

（３）その後、再び真空ポンプ４を作動させてチャンバ
ー１内のアルゴンガス圧力を２０　ｍｂｒとした後、溶
射ガン１５を作動させてプラズマアークを発生させると
共にそのアークの先端を翼部材である被処理材の表面近
傍へもって行き、該被処理材を加熱する。

（４）　　この被処理材の加熱は、外部電源の接続を、
溶射ガン１５の方を陰極とし被処理材工３の方を陽極と
して、プラズマアークを被処理材１３の表面を数回措定
させることにより行う。この処理によって被処理材１３
の表面は清浄化されるとともに加熱、昇温され、被処理
材１３の予熱が果たされる。予熱の温度は、Ｎｉ系、　
Ｃｏ系、　Ｆｅ系各合金材料の場合、通常５００〜９０
０℃が適温であるが、材質の機械的性質に悪影響を与え
ない限り任意に選択できる。

（５）なお、前記工程（３）と（４）の処理時、冷却用
のアルゴンガス供給管７は開とし、熱電対によって指示
される温度を監視しながら被処理材１３が過熱されない
ように制御する。もっとも、たとえ過熱されても雰囲気
中には酸素が含まれていないため該被処理材１３が酸化
されるおそれはないが、過熱による基質の冶金的変化を
少なくする意味で上記温度制御は必要である。

（６）被処理材１３の表面を清浄にするとともに予熱を
完了したら、再びアルゴンガス供給管７を開としてチャ
ンバー１内の圧力を２００ｍｂｒとする。

（７）その後、溶射ガン１５の極性を陰極から陽極へ、
また被処理材１３の方を陽極から陰極へそれぞれ切換え
、硬質溶射材料を被処理材１３の表面へ所定の厚さに溶
射する。

このようにして被覆形成した溶射皮膜は、雰囲気中に酸
素がないため酸化物をほとんど含まず、無気孔で緻密な
状態を呈し、大気中のプラズマ溶射皮膜特有の微小金属
粒子が堆積したような組織とは異なるものである。その
うえ、該溶射皮膜は酸化物を含まないために被処理材１
３の基地との結合も緊密であり、被処理材１３の予熱温
度および硬質溶射材料の化学組成の選択によっては両者
を冶金的に結合させることもできる。

本発明の別の工程例として上記（７）の処理後、引き続
き次のような処理を行えば、溶射皮膜の被処理材１３へ
の冶金的結合は一層確実なものとなる。

すなわち、 （８）　　（７１の処理後、溶射材料の供給を中止して
プラズマアークだけを発生させ、これを再び溶射加工面
へ近づけて生成した溶射皮膜を加熱溶融させる。

（９）溶射皮膜を厚くするには、（７）の処理によって
溶射厚さを大としてもよいが、（７）と（８）の処理を
繰返すことによっても可能である。

Ｑｌ　　本発明のさらに別の工程例として、上記（８）
の処理後に再び（７）の溶射処理を繰返して溶射皮膜を
被成させる。

αυ　（７）　、　（７１＋　（８）または［７１＋　
（８）＋αωの処理が終了すれば、真空ポンプ４と供給
アルゴンガス量を調整してチャンバー１内のガス圧力を
１０　ｍｂｒ程度とした後、再びアルゴンガスをチャン
バー１内に導入して　１０軸ｂｒ圧力とし、このままの
状態で３０〜６０分間放置する。

この処理中は常に真空ポンプ４を動かし、新しいアルゴ
ンガスを外部から供給しているため、被処理材１３の温
度は次第に低下してくる。

Ｑ２１３０〜６０分間放置後、アルゴンガス供給量を大
とし、大気圧程度にするとともに真空ポンプ４の運転を
中止する。次いで、吸気用バルブ３および排気用バルブ
２を開として、大気とチャンバー１内の圧力差がなくな
ったことを確認してから該チャンバー１の蓋を開き、被
処理材１３を外に取り出す。

このようにして各工程を経て翼部材表面に形成された溶
射皮膜は、粒子間および基地（翼部材）との結合力が非
常に大きいため、１〜２鶴の厚膜でも剥離することはな
く、硬質の溶射材料を適宜選択してタービン翼表面へ被
覆形成させることができる。

なお、上記溶射層をその後加熱して溶融させる処理を施
す場合、被処理用翼部材をマイナスに印加しておくと、
表面がより清浄化されるので、溶射時の必須工程である
ブラスト処理を施すまでもなく溶射作業の続行が可能で
ある。また、この溶射層の加熱溶融に際しては、被処理
材に熱電対を取付け、冷却用アルゴンガスを冷却管８を
通じて供給することによってその温度を制御すれば、被
処理材の材質に熱的な悪影響を与えることはない。

さらに本発明の表面処理方法によれば、炭化物を溶射し
ても酸化物に変化することがないので、その高い硬度を
そのまま維持することができる。

ただ炭化物と金属を混合したサーメットを溶射材料とし
て使う場合、工程（８）の溶射皮膜のプラズマアーク加
熱の際、金属のみが溶融する温度にとどめることが必要
である。

以上説明したような方法によって表面処理されたスチー
ムタービン翼は、その表面に従来の溶射層とは全く異な
った緻密で高密着性の皮膜を形成しているので、長期間
にわたって優れた対エロージヨン性を発揮し、現用の銀
ロウを用いたステライト合金板を取付けたタービン翼の
欠点を完全に解消できる。

（実施例） 例−１ 被処理材としてスチームタービン翼材料のＪＩＳＧ　４
３１９、ＳＯ５４０３ＦＢ材を選び、これを加熱炉中で
１１００〜１２００℃に加熱した後、炉外に取り出して
鍛造し、冷却後中５０×長さ１００×厚さ２０龍の寸法
に加工した。

一方、溶射材料として、第２表に示す化学成分（Ａ−Ｇ
）のものを用いた。すなわち、符号Ａ。

Ｂ、ＣはＣｏ系合金、Ｄ、ＦはＮｉ系合金、Ｅは鉄系合
金、Ｇはセラミックスと金属を混合させたサーメット材
料であり、いずれも皮膜を形成すれば高い硬度が得られ
るものである。

本発明の溶射皮膜形成のための処理は、第１図に示した
装置を用いて厚さ１．０鶴となるように行った。その結
果を第３表の試験Ｎ１１ｌ−１〜１−７として示した。

次に、比較例として、大気中のプラズマ溶射法、無処理
材およびスチームタービン翼用として市販されているス
テライト合金板（１，０ｍ厚）を市販の銀ロウで被処理
材の表面に貼り付けたものを用いた。その結果を第３表
中の試験隘１−８〜１−１６として示す。

第　　２　　表 第　　３　　表 とし℃、−ｔ″ＣＤ几で不し７こ。

溶射皮膜の耐エロージヨン性については、周波数：１８
．７ＫＨｚのフェライト振動子を備えた磁歪振動式キャ
ビテーションエロージョン試験装置を用い、その先端に
溶射肉盛り済みの被処理材から採取した磁歪用の試験片
を取付け、これを２０℃の水道水中に浸漬して１時間振
動させた後、これを取り出し、試験前後における試験片
の外観観察および重量減少比を調査した値である。磁歪
振動時キャビテーションエロージョン試験装置および同
試験片の形状を第２図および第３図に示す。

第３図に示す装置は、水槽系と振動子系からなり、水槽
２８中の水道水２５は、タンク２４からポンプ２７を作
動させることによって循環させることができ、水槽中に
は常に清浄な水道水が供給されるようになっている。一
方、振動子２１にはフォーン２２が設けられており、そ
の先端には試験片２３が取付けられている。該試験片２
３の表面には皮膜２９が形成されており、この部分が水
道水中に浸漬されている。超音波発生装置２６をＯＮに
すると振動子２１が振動し、フォーン２２を通じてその
振動が試験片２３に伝わり、上下動を繰返す。この振動
が非常に早いため、試験片２３の皮膜２９形成面にはキ
ャビテーション現象が発生するので、この作用を利用し
て皮膜の耐エロージヨン性を評価する。

第３表にその試験結果を示す。この第３表から判るよう
に、無処理材（Ｎｏ、１−１５）では、試験片の中央部
にキャビテーションエロージョンによって潰食孔が発生
した。これに対し現行のステライト合金板を貼付けたも
の（ｍｌ−１６）は、潰食孔は小さく、耐エロージヨン
は認められるものの、従来技術の項で述べたような工作
上の問題点が多く見られた。

また、大気中のプラズマ溶射皮膜（ｍｌ−８〜１−１４
）では、その硬さは本発明の皮膜とほぼ同等の値を示す
にも拘わらず、すべての試験片において大きな潰食孔の
発生と重量減少が認められて耐エロージヨン性に極めて
乏しいことが判明した。この原因は、大気中のプラズマ
溶射法では硬質の材料を溶射しても、その皮膜は酸化物
を含む多孔質なものとなるため、粒子間結合力が弱く、
超音波振動により発生したキャビテーション現象により
脱落したものと考えられる。

これに対し、本発明の表面処理方法で得られた皮膜（Ｎ
ｏ、１−１〜１−７）の大部分は、潰食の発生がなく、
潰食が発生したとしても、その程度は軽微であった。し
たがって、試験前後の重量差が少なく、耐エロージヨン
性に優れていることが判明した。

これは本発明の方法で得られる皮膜は緻密で酸化物を含
まないため、粒子の結合力が強く、又ＷＣのような炭化
物は酸化物へ変化せず高硬度を維持している結果が現れ
ているものと思われる。

炭二ｌ 実施例−１と同じ、巾５０×長さ１００×厚２０ｗｍの
寸法の試験片を製作し、アルミナ粉末を用いてブラスト
処理した後、次の要領で本発明方法に従う溶射肉盛りを
行った（　１ｌｈ２−１〜２−７）。

（１）溶射法により膜厚を１．１龍に形成させたもの（
上述した工程（７）で止めることによって膜厚を形成さ
せたもの） （２１（１１の皮膜をプラズマアークによって溶融させ
たもの（（７）および（８）の工程を経たもの）（３１
（２１の皮膜の上に再び溶射皮膜を形成させたもの（同
上（８）の工程後再び（７）の工程を経たもの）以上の
溶射肉盛りにより、従来の大気中のプラズマ溶射法では
不可能な厚膜が得られ、特に（３）の操作により形成さ
れた皮膜は１．４鶴に達した。

比較例（１ｋ２−８〜２−１４）として、大気中のプラ
ズマ溶射法により、皮膜厚さ０．５ｗと０．７０の試験
片を作り、８５０℃×１５分加熱；！２０℃の水中投入
の繰返しの熱衝撃試験を実施し、皮膜の剥離面積が全体
の１０％に達した時の回数でもって耐熱衝撃性を評価し
た。

第４表はその結果を示したもので、本発明の方法で形成
された皮膜（Ｎ［Ｌ２−１〜２−７）は、（１）溶射の
み、（２）その皮膜を溶融したもの、（３）溶融後の皮
膜上に再び溶射を加えたもの、のいずれも１０回以上の
熱衝撃試験に耐え、剥離するものはなかった。

すなわち大気中でプラズマ溶射した皮膜は、１〜３回の
熱衝撃回数で皮膜が剥離した。この原因は、この種の溶
射法では厚膜に属する０、５〜０．７鶴に達する溶射を
行ったため、内部応力が大きくなり、母材との結合力が
小さくなったためであり、在来の溶射法では肉盛り的な
皮膜形成ができないことを示している。

なお、本発明方法で得られた皮膜が良い結果を示すのは
、実施例−１でも述べたように、雰囲気中に酸素を含ま
ないために試験片の予熱を行っても酸化スケールのよう
な溶射皮膜の密着性を妨害するような異物が生成せず、
緻密で密着性に優れた皮膜が形成されたためである。ま
た、試験片を予熱しているため、この上に形成された皮
膜の応力は直に熱的に解放される結果、内部応力の小さ
い皮膜となるため密着性に富んだ厚膜形成が可能となっ
たものと思われる。

例−３ 実施例−１と同じ巾５０×長さ１００×厚さ２０重重寸
法の試験片を製作し、第２表に示す溶射材料ＢおよびＤ
を用い、該試験片上に次の要領で３．０鰭厚の溶射肉盛
りを行った。

＋１）　　実施例１および２と同じ要領で、０．５龍厚
の初期溶射皮膜を形成させ、次いで該皮膜をプラズマア
ークで加熱することにより皮膜全体を軟化させると同時
にその一部が溶融しはじめる状態にまで導いた後、アル
ゴンガスを導入して試験片の温度を９００℃に低下させ
、その後再びその表面に溶射皮膜を０．５ｍｍ形成させ
た。こうした操作を繰返すことによって膜厚３．０鶴の
溶射肉盛層を形成させた。

（２）上記ｆｌ）の方法において、最初の溶射皮膜をＤ
溶射材料を用いて０．５　ａｍ厚に形成させ、これをプ
ラズマアークで加熱溶融後火の溶射をＢ溶射材料を使っ
て０．５ｍｍ厚に溶射し、こうした加熱溶射の処理を繰
返すことによって、３．Ｑｍｍ厚の溶射肉盛層を形成さ
せた。

以上の溶射肉盛試験片（Ｉ’ｍ　３−１〜３−３）と、
比較例（Ｎ［Ｌ　３−４〜３−５）として大気中のプラ
ズマ溶射法によりＢとＤの溶射材料を用い、前者を厚さ
０．５　ｔｍ、後者を０．７　ｍに溶射した試験片を製
作した。（大気中のプラズマ溶射法では０．９鰭厚以上
の膜厚を形成すると、容易に剥離したので０．７龍厚に
とどめた。） 以上のようにして製作した試験片を、８５０℃×１５分
加熱後２０℃の水中投入の繰返しの熱衝撃試験を実施し
、皮膜の剥離面積が全体の１０％に達したときの回数で
もって耐熱衝撃性を評価した。第５表は、この結果を示
したもので、本発明の方法で得られた皮膜（ｌｌｈ　３
−１〜３−３）は、ＢおよびＤをそれぞれ単独で溶射肉
盛したものは勿論のこと、両者を交互に溶射肉盛したも
のも、すべて１０回以上の熱衝撃試験に耐え、剥離する
ものはなかった。

これに対し、大気中でプラズマで溶射した皮膜は、２〜
３回の熱衝撃回数で剥離した。

以上の結果から、本発明の溶射肉盛層の密着性が極めて
優れていること、および比較例の大気中のプラズマ溶射
皮膜が耐熱衝撃性に乏しい理由は実施例−２に記載した
通りであると推定される。

第５表 （備考）熱衝撃試験回数の数字は、溶射皮膜の剥離面積
が全体の１０％以上に達したときの回数を示した。

評価基準は第４表と同じ。

例−４ 被処理材として実施例−１と同じ材料と試験片を用い、
溶射材料としてＪＩＳ　Ｇ　４４０３の５ＫＩＩ２相当
、５ＫＩ（５３相当およびＳＫＩ＋　５９相当の粉末を
用い、第１図の装置により厚さ１．２鶴の皮膜を形成さ
せた。

その後１２５０°Ｃ油冷の焼入れ、５５０℃空冷の焼戻
し処理を行い、それぞれの皮膜について磁歪式振動試験
装置により耐エロージヨン性を調査した。

比較例としては、無処理材と市販ステライト合合板の銀
ロウ貼付は材を用いた。第５表は、これらの試験片の耐
エロージヨン性を示したもので、本発明実施例（ｌｌｈ
３−１〜３−３）において形成した皮膜は、高速度鋼の
ような材料に対しても十分適用できることが判明した。

第６表 実施例１〜４の結果から明らかなように、本発明の方法
によって得られる溶射肉盛層は、耐キャビテーションエ
ロージヨン性および耐熱衝撃性に優れていることが判明
した。そこで、本発明の方法をスチームタービン動翼へ
適用することとした。

第４図（ｅｌは、スチームタービン動翼の外観を示した
もので、Ａ部はタービン動翼として運転中、流動するス
チームや水滴（ドレン）に曝露される部分であり、Ｂ部
はタービンディスクにはめ込まれる部分の図である。

本発明の溶射肉盛は、上記Ａ部に対し以下の（ａ）。

（ｂ）、　（Ｃ）に示すような態様で施工する。

（ａｌは、スチームに曝露される部分を全面にわたって
溶射肉盛したもの、（第４図ａ） （ｂｌは、動翼の先端部と背面、腹面部のそれぞれ略１
／２の面積を溶射肉盛したもの、（第４図ｂ）（Ｃ）は
、動翼の翼尾部とその周辺に溶射肉盛を施したもの、（
第４図Ｃ） 第４図（ｄｌは、従来から行われている市販のステライ
ト合金板を銀ロウによって貼付けたものの例である。

１２％Ｃｒを用いたスチームタービン動翼（Ａ部の長さ
２８５ｍ、巾２６鰭）を製造し、その動翼に第２表のＡ
−ＧおよびＣｒ＋Ｃｚ（８０％）−Ｎｉ　（１６％）−
Ｃｒ（４％）の溶射材を、１．２　ｎ厚さの皮膜を、第
４図の（ａ）。

（ｂ）、　（Ｃ）のように形成させた。一方、比較例と
して、市販ステライト合金板１．２ｆｌ厚を銀ロウ付け
にて貼付けたものを用い、両者を約１カ年同条件で実機
タービン翼として運転させて比較した。運転時の水蒸気
温度は平均１３２℃、回転数は毎分３６００回転とした
。

１年後、使用したタービン動翼を点検したところ、本発
明の方法で製造された動翼には全く異常は認められなか
った。これに対し、在来工法のステライト合金板を貼付
けたものは、微小ではあるがエロージョンの発生が認め
られるとともに銀ロウ部に疲労亀裂と思われる欠陥の発
生が多く認められた。

例−に の例は、−６Ａｌ−４Ｖ−残Ｔｉを素材とする実施例５
と同寸法の動翼を製造し、又同じ溶射材料により第４図
の（ａ）、　（ｂｌ、　（ｃ）のように本発明の溶射加
工を行った。但し、溶射皮膜の厚さは０．５鰭である。

このタービン動翼を実施例５と同じ条件で運転中のスチ
ームタービンに取付け、約−年間連続運転させたが、全
く異常は認められなかった。

このように、本発明方法は、化学成分の異なる溶射材料
は勿論のこと、翼材質においても鉄鋼系材料に限定され
ず、酸化皮膜が形成され易く、従来方法では溶射加工が
困難で、高い密着性の皮膜が得られないＴｉ合金に対し
ても、十分適用できることが確認された。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の方法により製造したスチ
ームタービン翼は、その製造工程において大気中の酸素
の作用を防止できるので、形成される皮膜は酸化物を含
まず、翼材との密着力にも優れているために、卓越した
耐エロージヨン性を有することが明らかとなった。しか
も、翼材の予熱温度を高くすることができるので、高温
状態で形成された皮膜中の残留応力が熱的に解放された
状態となっているため、大気溶射法では不可能な厚膜、
優れた溶射肉盛りとも称し得る耐エロージヨン皮膜をつ
くることが可能であり、広範な用途に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の実施に用いる装置の路線図、 第２図は、キャビテーションエロージョン試験装置の路
線図、 第３図は、キャビテーションエロージョン試験片の側面
図、 第４図はスチームタービン動翼を示し、（ａ）〜（ｄｌ
は断面図、（ｉｌ）は部分斜視図である。 １・・・チャンバー、２・・・排気用バルブ、３・・・
吸気用バルブ、４・・・真空ポンプ、５・・・マルチサ
イクロン、６・・・フィルター、７・・・アルゴンガス
供給管、 ８・・・被処理材冷却用アルゴンガス供給管、９・・・
ロボットのモータ冷却用アルゴンガス供給管、１０・・
・プラットフォーム、１１・・・を容射ロボ・ノド、１
２・・・回転台、１３・・・被処理材、１４・・・温度
計測用熱電対、１５・・・溶射ガン、１６・・・直流電
源、１７・・・切換スイッチ。 第１図 第３図 図 （ｅ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、予熱した被処理材表面に対し、Ｎｉ系、Ｃｏ系、Ｆ
   ｅ系各合金あるいは炭化物と金属とのサーメットなどの
   硬質溶射材料を、実質的に酸素を含まない低圧アルゴン
   ガス雰囲気中で溶射することを特徴とする翼部材の表面
   処理方法。 ２、被処理材の上記予熱は、プラズマ溶射ガンを陰極と
   し、該被処理材を陽極としてアークを発生させることに
   より行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の表面処理方法。 ３、予熱した被処理材表面に対し、Ｎｉ系、Ｃｏ系、Ｆ
   ｅ系各合金あるいは炭化物と金属とのサーメットなどの
   硬質溶射材料を、実質的に酸素を含まない低圧アルゴン
   ガス雰囲気中で溶射し、引き続き上記硬質溶射材料の供
   給を止めてプラズマアークだけを発生させることにより
   溶射皮膜を加熱溶融させることを特徴とする翼部材の表
   面処理方法。 ４、被処理材の上記予熱は、プラズマ溶射ガンを陰極と
   し、該被処理材を陽極としてアークを発生させることに
   より行うことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
   の表面処理方法。 ５、予熱した被処理材表面に対し、Ｎｉ系、Ｃｏ系、Ｆ
   ｅ系各合金あるいは炭化物と金属とのサーメットなどの
   硬質溶射材料を、実質的に酸素を含まない低圧アルゴン
   ガス雰囲気中で溶射し、引き続き上記硬質溶射材料の供
   給を止めてプラズマアークだけを発生させることにより
   溶射皮膜を加熱溶融させ、その後上記硬質溶射材料をア
   ルゴンガス雰囲気下で再溶射することを特徴とする翼部
   材の表面処理方法。 ６、被処理材の上記予熱は、プラズマ溶射ガンを陰極と
   し、該被処理材を陽極としてアークを発生させることに
   より行うことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載
   の表面処理方法。