JPH0118993B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 耐久性のある柱状晶セラミツク熱障壁被覆を
有する超合金物品にして、 超合金基質と、 前記超合金基質上に設けられ該超合金基質より
隔たつた側の表面部が酸化されてアルミナ層とな
つているＭ Cr Al Ｙ層と、 前記Ｍ Cr Al Ｙ層上に設けられた柱状晶セ
ラミツク層にして各柱状晶がその根元部にて前記
Ｍ Cr Al Ｙ層のアルミナを含む表面部と接続
されこれより先端部へ向けて該Ｍ Cr Al Ｙ層
より遠去かる方向へ延在している如き柱状晶セラ
ミツク層と、 を含んでいることを特徴とする超合金物品。 ２ 耐久性のある柱状晶セラミツク熱障壁被覆を
有する超合金物品を製造する方法にして、 清浄な表面を有する超合金基質を用意すること
と、 前記超合金基質の表面上に密着したＭ Cr Al
Ｙ層を設けることと、 前記Ｍ Cr Al Ｙ層の表面部を酸化すること
により該表面部にアルミナを形成することと、 前記Ｍ Cr Al Ｙ層上にセラミツクを蒸着に
より付加することにより各柱状晶がその根元部に
て前記Ｍ Cr Al Ｙ層のアルミナを含む表面部
と接合されこれより先端部へ向けて前記Ｍ Cr
Al Ｙ層より遠去かる方向へ延在する柱状晶セラ
ミツク層を形成することと、 を含むことを特徴とする方法。 技術分野 本発明は金属基質上に施されたセラミツク被覆
の技術分野に係る。本発明による被覆及び方法は
ガスタービンエンジンの構成要素に保護セラミツ
ク熱障壁被覆を施すのに有用である。本発明によ
る被覆を用いることにより、ガスタービンエンジ
ンの運転温度を実質的に高くすることができる。 背景技術 本発明は本願と同日付にて出願されたPCT／
US81／00022（特願昭56−50061号）に係る発明と
ある点で類似している。 超合金の技術分野に於ては、長年に亙りセラミ
ツクの特性と金属の特性とを組合わせる努力が払
われている。例えば、セラミツクの熱特性と金属
の延性とを組合わせるべく、高温度に於て使用さ
れる金属物品に保護セラミツク被覆を施す多くの
試みがなされている。 これまで解決されていない主要な問題は、金属
とセラミツクとの熱膨張係数が実質的に異なるこ
とにより、過酷な熱サイクル条件下に於てセラミ
ツク被覆が破損するということである。 かかる問題を克服せんとしてこれまで採用され
た一つの方法は、金属表面に於ける実質的に全て
金属である組成より被覆の外面に於ける全てセラ
ミツクである組成に順次被覆の組成を変化させる
こと（グレーデイング）である。かかる方法に於
ては、熱膨張係数が被覆の厚さ方向に徐々に変化
し、熱サイクルにより惹起される応力はその被覆
を破損させるほどには至らないものと考えられ
る。かかる方法の一つが米国特許第3091548号に
記載されている。かかる組成を徐々に変化させる
方法に於ける問題は、その被覆内の離散的に分散
された金属粒子が酸化し且その体積を増大するこ
とにより、その被覆内に許容し難いほどの応力を
発生するということである。 金属とセラミツクとを組合わせる一般的な技術
分野に於ては、金属構造体を保護すべくその金属
構造体に接合されるタイルの如きセグメントに分
割されたセラミツク片を使用することが知られて
いる。一般に大きな物品に適用されるかかる方法
に於ては、各セラミツク片は互いに接合さねず、
各セラミツク片間の間隙によつて金属構造体の熱
膨張が受入れられる。しかしかかる方法は、極端
な運転条件に曝され、また多数の小さな複雑な部
品が低コストにて被覆される必要のあるガスター
ビンエンジン構成要素の場合には実際上不可能で
ある。更に、かかるセグメントに分割されたセラ
ミツク片を用いる方法を使用する場合には、良好
な金属−セラミツクボンドを得ることが困難であ
るという問題がある。 他の技術分野に於ては、蒸着によりセラミツク
及び金属の被覆を施すことが知られている。蒸着
の一般的な内容が、1974年７月／８月号として出
版された「Journal of Vacuum Science of
Technology」のVol.11、No.４にR.F.Bunshahに
より著わされた記事に記載されている。蒸着によ
りセラミツクを着装することは主に極端に薄い被
覆が使用される半導体工業や光学工業に於て採用
されている。 蒸着に於ては、被覆されるべき物品が、蒸発し
その蒸気が物品上に凝結して被覆となる適当な組
成の材料よりなる溶融池の上方に保持される。か
かる方法はガスタービンエンジンの部品に金属被
覆を施す場合の如き種々の用途に於て使用されて
いる。ガスタービンエンジンの部品に金属被覆を
施すことが、前述の「Journal of Vacuum
Science of Technology」の第641頁乃至第646頁
にBoone等により著わされた記事に記載されてい
る。 またこの記事には蒸着された被覆中に発生する
ことがある欠陥の種類が記載されている。記載さ
れている欠陥のうち最も重大な欠陥は柱状欠陥と
呼ばれており、この柱状欠陥は被覆が互いに他に
対する接着が不充分である柱状晶となつたもので
ある。かかる柱状構造は有害であるとして記載さ
れている。何故ならば、かかる柱状構造の露呈面
はその周りの環境に対し露呈された表面積が非常
に大きく、また各柱状体間の間隙が被覆の機械的
性質に悪影響を及ぼすからである。また前述の記
事に於ては、蒸着された被覆を実際に使用するに
は、柱状の構造が最小限に抑えられる必要がある
ことが記載されている。 「High Rate Sputtered Deposition of
Protective Coatings on Marine Gas Turbine
Hot Section Superalloys」と題してJ.
Fairbanks等により著わされた論文が1974年７月
に、「Gas Tubine Materials in the Marine
Environment」と題する会議に於て提出され、そ
の後the Metals Information Center of the
Department of Defenseによる報告書（MCIC75
−27）として提出された。この論文には、柱状に
成長した欠点がスパツタリングにより着装された
セラミツク被覆に観察されたことが示されてい
る。またこの論文に於ては、柱状構造を有する被
覆の応力緩和を達成し、これにより被覆の寿命を
高めるであろうとの仮説を提起している。 前記論文の著者の一人によるかかる概念のその
後の発展が、1978年７月19日に発行された
NASA封告書NASA−CR−159412に詳細に記載
されている。この報告書には、ジルコニア基柱状
被覆を銅基質上にスパツタリングにより着装する
ことが記載されている。しかしこの研究は、−196
〓と400〓（−127℃と204℃）との間の冷熱サイ
クルに耐え得る被覆を形成することについては不
成功であつた。また研究者等は、セラミツクの着
装前にチタニウムの中間層が着装される実験を行
なつた。しかし、その方法により得られた被覆は
中程度の冷熱サイクル条件下に於て剥離した。報
告書の結論に於て、研究者等はその被覆の性能は
組成を徐々に変化させた被覆を用いて先に行なつ
た研究に於て観察された性能よりも実質的に劣つ
ていると記載している。また研究者等は、スパツ
タリングにより着装され柱状被覆が形成された組
成が徐々に変化する金属−セラミツク被覆につい
て、Naval Sea Systems Commandのために研
究を行なつた。これらの被覆は過酷な冷熱サイク
ル条件下に於ける剥離を低減することに関しては
不成功であつた。このことに関する報告書は、
「Develop Sputter Deposited Graded Metal
ZrO₂ Coating Technology for Application to
Turbine Hot Section Components」（契約書No.
N00024−75−Ｃ−4333、1976年10月11日）なる
表題が付けられている。 またセラミツク被覆は従来よりプラズマスプレ
ー法によつても着装されている。現在までの最も
優れたプラズマスプレー被覆は、それまで金属ボ
ンド被覆にて被覆されていた物品に対し施されて
いる。ボンド被覆のうちＭ Cr Al Ｙクラスの
材料については研究されている。かかる状況に於
て、ボンド被覆は、プラズマスプレーされた粒子
が埋込まれこれにより機械的ボンドを構成する柔
軟で粗い層として作用することにより、ボンドし
て機能するものと考えられる。このことが米国特
許第4055705号及び米国特許出願第811807号に記
載されている。 発明の開示 本発明は、特に高温度条件下に於て金属物品を
その環境による損傷より保護する複合被覆及びそ
の被覆の製造方法を提供することを目的としてい
る。 本発明によれば、保護されるべき物品には一様
な密着性Ｍ Cr Al Ｙ層が着装される。そして
このＭ Cr Al Ｙ層上に、特に新規な柱状微細
組織を有するセラミツク被覆が着装される。 セラミツク被覆は、保護されるべき物品に強固
に接合されているが互いに他に対しては接合され
ていない多数の個々の柱状体よりなつている。各
柱状体間に間隙を与えることにより、金属基質は
セラミツク被覆内に損傷を惹起こすほどの応力を
発生することなく膨張することが可能となる。 セラミツク被覆は蒸着法により着装される。Ｍ
Cr Al Ｙ層と柱状セラミツク被覆との間には
連続的なアルミナ層が存在する。このアルミナ層
はセラミツク被覆をＭ Cr Al Ｙ層に接合する
ことに関し重要な役割を果す。

【図面の簡単な説明】

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を詳細に
説明する。尚、第１図は本発明による被覆を示す
解図的縦断面図、第２図及び第３図は実験的被覆
を示す顕微鏡写真である。 発明を実施するための最良の形態 本発明の熱障壁被覆は、それぞれ異なつた機能
を果す三つの相互に関連する要素を含む複合被覆
である。本発明の被覆の性能は、ガスタービンエ
ンジンの環境に於て評価した場合、他の任意の公
知の高温被覆の性能よりも優れている。また本発
明の被覆によれば、優れた熱障壁能力または断熱
能力との組合わせに於て、現段階に於て最も優れ
ている被覆の耐酸化性及び耐蝕性に等しい耐酸化
性及び耐蝕性が得られる。本発明の被覆の主要な
用途は超合金物品の保護の分野である。 超合金は高温度に於て優れた性質を有するニツ
ケル基台金、コバルト基合金、または鉄基合金で
ある。超合金の典型的な組成が下記の表１に示さ
れている。

【表】 本発明の熱障壁被覆は主にガスタービンエンジ
ンに適用されるものであり、かかる用途を念頭に
置いて開発されたものである。しかし、かかる本
発明の熱障壁被覆またはそのバリエーシヨンに非
常に適した他の有望な用途が多数存在する。 本発明の被覆は、Ｍ Cr Al Ｙ合金よりなる
金属層と、該金属層上に形成された連続的な密着
性アルミナ層と、該アルミナ層上に形成された特
定の柱状形態の非連続的な純粋セラミツク層とよ
りなつている。 金属層は、10〜30％のクロムと、５〜15％のア
ルミニウムと、0.01〜１％のイツトリウム（また
はハフニウム、ランタン、セリウム、スカンジウ
ム）と、鉄、コバルト、ニツケル、及びそれらの
混合物よりなる群より選択された残部とよりなる
広い組成を有するＭ Cr Al Ｙ合金よりなつて
いる。また少量の他の元素も存在している。かか
る合金は保護被覆としてそれのみを使用すること
が従来より知られているものであり、米国特許第
3542530号、同第3676085号、同第3754903号、同
第3928026号の如き種々の米国特許に記載されて
いる。 また本発明は、超合金基質とＭ Cr Al Ｙ層
との間に種々の中間層を使用することを企図する
ものである。特に、米国特許第4005989号より、
基質とＭ Cr Al Ｙ層との間にアルミナイド層
（アルミナイジングにより形成されたアルミナイ
ド層）を使用することにより、被覆の耐久性が改
善されることが知られている。プラチナの如き他
の材料についても中間層として使用することが提
案されている。勿論、かかる中間層は必要な場合
にのみ、またその中間層が基質とＭ Cr Al Ｙ
層との間のボンド部に悪影響を及ぼさない場合に
のみ使用される。 このＭ Cr Al Ｙ層は蒸着により着装される
のが好ましい。ピーニングや熱処理との組合わせ
でかかる蒸着法を用いれば、根本的に欠陥のない
比較的一様な厚さの稠密な密着層が得られる。厚
さとしては１〜10mil（25.4〜254μｍ）が適当であ
る。 厚さが一様で一体性の高い所要の組成の被覆を
形成し得る限り、Ｍ Cr Al Ｙ層を形成するた
めに、おそらくは被覆の後処理との関連で、スパ
ツタリングやプラズマスプレーの如き他の着装法
が採用されてよい。 Ｍ Cr Al Ｙ層上のアルミナ層はＭ Cr Al
Ｙ層を酸化することによつて形成される。このア
ルミナ層は比較的薄いものであり（0.01〜0.1mil
（0.254〜2.54μｍ））、また一様であり且密着性を
有するものである。アルミナ層の密着性は、イツ
トリウムまたはこれと同様の活性元素を含有しな
い同様の合金の密着性に比べ、Ｍ Cr Al Ｙ合
金に於てはかなり改善されている。かくしてアル
ミナ層の密着性が改善されることは、Ｍ Cr Al
Ｙ層内へ延在し且つアルミナ層に密着し、これに
よりアルミナ層を固定し且つその割れを最小限に
抑える酸化イツトリウム（イツトリア）が形成さ
れることによる。 アルミナ層の密着性は柱状セラミツク層の密着
性にとつて重要であり、金属層中にイツトリウ
ム、またはランタン、セリウム、ハフニウム、ス
カンジウム、及びそれらの酸化物粒子の混合物の
如きイツトリウムと等価な酸素活性元素が存在す
ることは、本発明の被覆が適正に機能する上で重
要である。 本発明の熱障壁被覆の他の一つ（最表面）の構
成要素は、アルミナ層に密に密着しユニークな柱
状晶セラミツク表面層である。各柱状晶は基質の
表面に対し実質的に垂直に配向されており、各柱
状晶の間の自由面はアルミナ層まで下方へ延在し
ている。 このセラミツク表面層は、被覆中に実質的な量
の金属を含み組成を徐々に変化された層（グレー
デツド層）を使用することを提案する従来技術の
ものとは明確に異なる純粋セラミツクである。 セラミツク表面層の柱状体としての性質によ
り、基質と被覆との間の熱膨張係数の差（従来技
術のセラミツク熱障壁被覆に於ける破損の原因と
考えられている）が低減される。基質は加熱され
るとセラミツク表面層よりも大きな割合にて膨張
し、個々のセラミツク柱状体間の柱状界面は互い
に離れて熱膨張の不均衡による応力を受入れる。
このことにより基質と柱状セラミツクとの間の界
面に於ける応力が、セラミツク表面層の破断に至
るレベル以下のレベルに低減される。セラミツク
表面層の各柱状体は断面の寸法が0.1mil（2.54μ
ｍ）程度である。 柱状のセラミツク表面層は多くのセラミツク組
成のうちの一つのものであつてよい。現在まで行
なわれている実験的研究の多くは、関係する全て
の温度に於てキユービツク構造であるよう20％ま
たは35％のイツトリアを添加することにより安定
化されたキユービツクジルコニアよりなるセラミ
ツクついてのものである。 柱状セラミツク表面層として使用されるセラミ
ツク材料に必要とされる特性を正確に特定するこ
とは困難である。柱状のセラミツク材とアルミナ
との間にある程度の固溶性がなければならないも
のと考えられる。この固溶性は、アルミナ層に対
する柱状セラミツク表面層の密着性に最も影響す
る主要な因子であるものと考えられる。他の特性
も必要である。柱状のセラミツク材は高温に於て
アルミナと接触した場合にも低融点化合物（共
晶）を生成しないものでなければならない。柱状
のセラミツク材の融点（及び昇華点）は使用温度
よりもはるかに高いものでなければならない。 最後に、柱状のセラミツク材は所定の環境に於
て安定なものでなければならない。即ちセラミツ
ク材はかなりの程度まで所定の環境に於て酸化せ
ず、またその環境と反応しないものでなければな
らない（Si₃N₄の如く、セラミツクの中には高温
に於て酸化するものがある。しかしその場合の酸
化は生成される酸化物（SiO₂）がそれ以上の酸
化を防止するので自己制限的なものである）。ジ
ルコニア（イツトリアの如き材料にて安定化され
たものであるのが好ましい）、アルミナ、セリア、
ムライト、ジルコン、シリカ、窒化シリコン、ハ
フニア、ある種のジルコン酸塩、ホウ酸塩、窒化
物の如きセラミツクは、本発明に於ける柱状セラ
ミツク材として有用なものであると考えられる。 以上要するに、柱状のセラミツク材はアルミナ
中に於てある程度の固溶性を有するものでなけれ
ばならず、また所期の用途環境に於て安定なもの
でなければならない。当業者は上述のガイドライ
ンに基いて容易に適当なセラミツクを選定するこ
とができる。 Ｍ Cr Al Ｙ層の機能は基質に強固に固着し
且強力で連続的な密着性酸化物表面層を形成する
ことである。かくして形成されるアルミナ層は酸
化及び高温腐食よりその下層のＭ Cr Al Ｙ層
及び基質を保護し、また柱状晶セラミツク表面層
のための強固な基礎を与える。 柱状晶セラミツク表面層はその下にある基質及
び被覆層の温度を低下させる。多くのセラミツク
の性質及び各柱状体間に互いに離れた界面が存在
することにより、セラミツク表面層は比較的酸素
を透過させ易いものであり、下層（Ｍ Cr Al
Ｙ層及びアルミナ層）の温度を低下させることに
よつて酸化速度を低下させることはさせるが、下
層の酸化を低減する主要な役割を果たす訳ではな
い。5mil（127μｍ）厚のジルコニア基被覆は、冷
却式ブレードを組込まれた現在のガスタービンエ
ンジンに於ける通常の条件下に於て基質の温度を
50〜200〓（10〜93℃）低下させることができる
ことが知られている。 セラミツク表面層は、その下層のＭ Cr Al
Ｙ層とこれまで高温腐食を惹起こす原因であるこ
とがある種々の液体及び固体燃焼生成物との間の
障壁として作用することにより、高温腐食を低減
する役割を果たす。またセラミツク表面層は、そ
の断熱能力が高いことによつてその表面温度が高
くなる結果として、ある環境に於て表面付着物の
蒸発速度を増大させることにより、高温腐食より
基質を保護する点で有効であるものと考えられ
る。 第１図は本発明による被覆の断面を示す解図的
縦断面図である。基質材料１にはＭ Cr Al Ｙ
層２が被覆されている。このＭ Cr Al Ｙ層に
は密着性アルミナ層３が形成されている。そして
柱状のセラミツク層４がアルミナ層３に固着して
いる。第２図は例示的な顕微鏡写真である。この
第２図に於ける数字は第１図に付された符号に対
応している。 以上に被覆された物品の構造について説明した
ので、これよりブレードがベーンの如きガスター
ビンエンジン構成要素上にかかる被覆を形成する
好ましい方法について説明する。 被覆を施す方法の第１段階は被覆されるべき表
面を用意することである。被覆されるべき表面は
埃やグリースや酸化物等のない清浄なものでなけ
ればならい。 本願発明者が採用した浄化方法は、被覆される
べき表面に付着した全ての物質をその表面より除
去するに充分な力にて、浄化されるべき表面に対
し衝突せしめられる水溶研磨性スラリーを使用す
る蒸気ホーニングである。かかる浄化工程の後、
浄化されるべき表面は蒸気脱脂されるのが好まし
い。かかるプロセスは満足し得る浄化プロセスで
あるが、他の多数のプロセスが採用されてもよ
い。 次いでＭ Cr Al Ｙ層が着装される。このＭ
Cr Al Ｙ層は蒸着によつて着装されるのが好
ましい。Ｍ Cr Al Ｙ層の着装プロセスは、被
覆されるべき表面を真空室内に於てＭ Cr Al
Ｙ材料の溶融池上に保持することによつて行なわ
れる。Ｍ Cr Al Ｙ材料を溶融状態に維持する
ために使用される熱源は一般に電子ビームであ
る。 被覆されるべき表面はかかるＭ Cr Al Ｙ着
装プロセス中約1600〜1800〓（871〜982℃）の温
度に維持されるのが好ましい。 Ｍ Cr Al Ｙ層は約１〜10mil（25.4〜254μｍ）
の厚さを有しているのが好ましい。Ｍ Cr Al
Ｙ層の厚さが約1mil（25.4μｍ）以下の場合には基
質の表面に対する保護が不充分となり、またその
厚さが約10mil（254μｍ）以上の場合には繰返し
熱サイクルを受けている間にその層が波打つた状
態となつてしまう。 従来のＭ Cr Al Ｙ被覆法に於ては、被覆内
の空所を充填しまた被覆構造を改善すべく、乾燥
ガラスビーズによるピーニングが行なわれる。か
かるピーニングは好ましいものであるが、本発明
の被覆法に於ては必須ではないことが解つた。 次いで被覆は水素中に於て1975〓（1079℃）の
温度にて熱処理されるのが好ましい。しかし熱処
理時間及び温度が特に重要であるという訳ではな
い。本願発明者は、基質に対する被覆の密着性を
改善すべく、４時間の熱処理を行なつた。 特定の好ましい処理法に於ては、この水素熱処
理は所要のアルミナ層を形成する働きもなす。こ
の場合のアルミナ層の形成、即ちＭ Cr Al Ｙ
層の酸化は水素中に不純物としての酸素が存在す
ることによつて生ずる。また本願発明者は約500
〜2000〓（260〜1093℃）の温度範囲にて空気中
に於て行なわれる酸化工程を採用し、同様の結果
を得た。かかる熱酸化法はアルミナ層を形成する
ための好ましい方法の代表的なものである。 また、柱状晶セラミツク層を着装した後、アル
ミナ層を形成することも可能である。この方法
は、酸素に対する透過性が非常に大きいジルコニ
ア基セラミツクの場合に特に適している。しか
し、柱状晶セラミツク層を着装する前にアルミナ
層を形成するのが好ましい。 Ｍ Cr Al Ｙ層の着装及び酸化層（アルミナ
層）の形成の後、柱状晶セラミツク表面層が蒸着
法により着装される。 着装されるべきセラミツクは溶融され、溶融池
または蒸発源として維持される。本願発明者は開
始材料として10〜20メツシユのセラミツク粉末を
使用したが、他の開始材料であつてもよい。被覆
されるべき基質が蒸発源の上方に配置され、一様
な被覆厚としまた柱状構造の形成を促進するよう
操作される。セラミツク層の厚さは約１〜50mil
（25.4〜127μｍ）の範囲であつてよい。 セラミツク層被覆工程中には、比較的粗い柱状
構造としまた比較的化学量論的な被覆組成とする
ために、基質を比較的低温度、例えば1000〜1500
〓（538〜816℃）に維持するのが望ましいことが
解つている。 本発明による被覆は、従来技術が一般に被覆欠
陥とみなされている柱状構造の生成を回避せんと
することに終始しているという意味に於て、新規
なものである。本発明は被覆の性能を改善するの
に、これまで被覆欠陥とみなされていたもの、即
ち柱状構造を使用するものである。 これより本発明を幾つかの例について説明す
る。 例 １ 被覆された構成要素は、推力が約50000ポンド
（2680Kg）である商業用航空機エンジンである
JT9Dガスタービンエンジンの第１段階タービン
ブレードであつた。 このブレードは９％クロム、10％コバルト、
12.5％タングステン、１％クロンビウム、２％チ
タニウム、５％アルミニウム、1.5％ハフニウム、
0.015％ボロン、0.05％ジルコニウム、0.15％炭
素、残部ニツケルなる公称組成を有する合金
MAR M200＋ハフニウムよりなつていた。 Ｍ Cr Al Ｙ被覆を着装する準備として、鋳
造されたブレードが、ブレードの表面に対し約
60psi（4.2Kg／cm²）の圧力にて衝突せしめられる
−200メツシユのシリカ水溶スラリーを使用して、
蒸気ホーニングにより浄化された。 蒸気ホーニングの後、ブレードは蒸気脱脂さ
れ、18％クロム、23％コバルト、12.5％アルミニ
ウム、0.3％イツトリウム、残部ニツケルなる公
称組成を有するNi Co Cr Al Ｙの厚さ5mil
（127μｍ）の被覆が真空室内に於て電子ビーム蒸
着により着装された。 Ni Co Cr Al Ｙ被覆を着装した後、ブレード
は空気圧により加速された微細なガラスビーズを
用いてピーニングされた。かかるピーニングプロ
セスにより被覆が稠密化される。ピーニング後の
被覆の表面粗さは35〜40μinch RMS（889〜1016
ｍμ RMS）であつた。ピーニング後被覆され
た物品は酸素を含む水素中にて４時間1975〓
（1079℃）の温度にて熱処理され、室温に冷却さ
れた。かかる熱処理中にＭ Cr Al Ｙ被覆上に
アルミナ層が形成された。 Ｍ Cr Al Ｙ被覆の着装の後、柱状セラミツ
クが蒸着により着装され、かかるセラミツクの着
装中基質は約1000〓（538℃）の温度に維持され
た。着装されたセラミツクは20wt％のY₂O₃によ
り安定化されたキユービツクジルコニアZrO₂で
あつた。開始材料としてのセラミツクは10〜20メ
ツシユの粉末であつた。 セラミツクは電子ビームにより溶融され、約１
インチ（2.54cm）の直径を有する溶融池に維持さ
れた。ブレードはその溶融池の上方約５インチ
（127mm）の位置に維持され、その溶融池の上方に
て約４時間約3rpmの回転速度にて回転された。 得られたセラミツク被覆は厚さが約5mil（127μ
ｍ）であり、各柱状体は約0.01mil²（6.45μm²）の
平均断面積を有していた。このセラミツク被覆構
造体の光学顕微鏡写真が第３図に図示されてい
る。 次いでかくして被覆されたブレードは1600〓
（871℃）にて32時間熱処理された。かかる熱処理
の目的は、ジルコニアZrO₂が化学量論的量の酸
素を含有することを確保することであつた。着装
されたままのセラミツクは暗い色を有している
が、熱処理の後にはセラミツク層は化学量論的セ
ラミツクに一般的である明るい色を有していた。 被覆されたブレードは試験のために試験用エン
ジンに装着された。約100時間の試験運転の後ブ
レードを観察したところ、被覆は良好な状態にあ
ることが認められた。 例 ２ 幾つかのサンプルが被覆され、バーナ装置によ
り熱サイクル試験に於て試験された。この試験に
於て、各サンプルは回転プラツトフオーム上に装
着され、噴射燃料の燃焼により生成された火炎が
各サンプル上に衝突せしめられた。この場合サン
プルを制御された温度に維持する制御系が使用さ
れた。 この例に於て使用された熱サイクルに於ては、
各サンプルは1850〓（1010℃）の温度に加熱さ
れ、その温度に４分間維持され、次いで火炎を取
去つてサンブルを２分以内に400〓（204℃）以下
に冷却すべく、冷却空気が噴射された。この熱サ
イクルは被覆の破損の兆候が現われるまで繰返さ
れた。 Ｍ Cr Al Ｙ層が着装されず、清浄な超合金
基質に直接柱状セラミツク層が蒸着された点を除
き、前述の例１に従つて１組（第一の組）のサン
プルが用意された。使用された超合金は前述の
MAR M200と同一のものであつた。 蒸着により着装された厚さ0.005インチ（0.127
mm）のNi Co Cr Al Ｙ層上に厚さ0.005インチ
（0.127mm）のジルコニア層をプラズマスプレー法
により着装することにより第二の組のサンプルが
用意された。このプロセスは米国特許出願第
811807号の教えるところに従つたものである。 第三の組のサンプルが本発明に従つて用意され
た。厚さ0.005インチ（0.127mm）のNi Co Cr Al
Ｙ層が蒸着により着装され、次いで厚さ0.005イ
ンチ（0.127mm）のジルコニア層が蒸着により着
装された。処理順序は前述の例１に於て説明した
のと同一であつた。 前述の熱サイクルを使用して行なわれたバーナ
装置による試験の結果は以下の如くであつた。第
一の組のサンプル、即ちＭ Cr Al Ｙ中間層を
着装されなかつたサンプルは、200サイクル、即
ち20時間の試験以内に破損した。 第二の組のサンプル、即ちセラミツクがプラズ
マスプレーにより着装されたサンプルは、1210サ
イクル、即ち121時間のバーナ装置試験後に破損
した。 第三の組のサンプル、即ち本発明により製造さ
れたサンプルは、破損を生じることなく29000サ
イクル、即ち2900時間の試験以上に耐え、現在も
試験が行なわれている。 最初の二つの組（第一及び第二の組）のサンプ
ルは基質よりセラミツクが剥離することによつて
破損した。第一組のサンプルと第三の組のサンプ
ルとを比較することにより、セラミツク層の密着
性を向上させんとすればＭ Cr Al Ｙ中間層が
必要であることが明瞭に解る。Ｍ Cr Al Ｙ中
間層を設けることにより、セラミツク被覆性能及
び密着性が100倍以上に改善されるものと考えら
れる。 第二及び第三の組のサンプルを比較することに
より、特定のセラミツク構造の重要性及びセラミ
ツク層の着装の手段の重要性が解る。蒸着によつ
て柱状セラミツク層を着装することにより、被覆
の寿命がプラズマスプレー法により着装された同
一組成のセラミツク層の寿命の少なくとも20倍も
改善されることが解る。 以上に於ては本発明を特定の実施例及び幾つか
の例について詳細に説明したが、本発明はこれら
の実施例や例に限定されるものではなく、本発明
の範囲内にて種々の修正ならびに省略が可能であ
ることは当業者にとつて明らかであろう。