JPH0128099B2 - - Google Patents
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- JPH0128099B2 JPH0128099B2 JP57039504A JP3950482A JPH0128099B2 JP H0128099 B2 JPH0128099 B2 JP H0128099B2 JP 57039504 A JP57039504 A JP 57039504A JP 3950482 A JP3950482 A JP 3950482A JP H0128099 B2 JPH0128099 B2 JP H0128099B2
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Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はセラミツクスコーテイング用粉末およ
びセラミツクスコーテイング層を有する金属部材
に関するものである。 〔従来の技術〕 ガスタービン材料等の金属部材のセラミツクス
コーテイングに関して、Y2O3安定化ジルコニア
（ZrO2）粉末をプラズマ容射法で金属材料表面に
溶着する方法が知られている。部分安定化ジルコ
ニアとは、立方晶ジルコニアと単斜晶ジルコニア
が混在したジルコニア系セラミツクスのことをい
う。立方晶と単斜晶混合の部分安定化ジルコニア
の製法は、ジルコニア粉末に例えばY2O3の粉末
を所定量（５〜12重量％）添加して焼結すれば得
られる。Y2O3の含有量が過多では立方晶ジルコ
ニアのみが得られ、逆にY2O3の含有量が過少で
は単斜晶ジルコニアのみが得られ、いずれも部分
安定化ジルコニアとならない。 周知の如くY2O3安定化ZrO2はY2O3量が12wt
％以上になると立方晶単相になり1000℃以上でも
変態が起こらない安定化ZrO2となるが、この安
定化ZrO2には熱膨張係数が大きく耐熱衝撃性が
あまり良くないという問題がある。一方、Y2O3
量を少なくし立方晶ZrO2の一部を単斜晶ZrO2と
した混合組織の部分安定化ZrO2は熱膨張係数が
立方晶単相のものよりも低く耐熱衝撃性が大きい
ことが知られている（1979.1.24、NASA）。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら単斜晶ZrO2は1000℃で単斜晶
正方晶の変態にともなう大きな寸法変化があるの
で、使用温度が1000℃を越える場合には耐熱衝撃
性が著しく低下するという欠点があつた。 本発明の目的は上記の欠点を解決し、1000℃以
上でも大きな耐熱衝撃性を有するセラミツクスコ
ーテイング用粉末及びそれを用いたコーテイング
層を有する金属部材を提供することにある。 〔問題点を解決しようとする手段〕及び〔作用〕 本題第１の発明は、５〜12重量％のY2O3また
は３〜６重量％のCaOの少なくとも一種を含んで
なる立方晶と単斜晶混合の部分安定化ジルコニア
と、0.2〜２重量％のSiO2または0.05〜0.8重量％
のAl2O3の少なくとも一種とからなることを特徴
とするセラミツクスコーテイング用粉末である。 ここで、セラミツクコーテイング用粉末とは、
部分安定化ジルコニア及びSiO2等の各粉末を混
合し、それを焼結し、その焼結体を粉砕して微粉
末にしたものである。 また、本願第２の発明は、セラミツクスコーテ
イング層を含む皮膜が表面に形成された金属部材
であつて、前記セラミツクスコーテイングの成分
組成は５〜12重量％のY2O3または３〜６重量％
のCaOの少なくとも一種を含んでなる部分安定化
ジルコニアと、0.2〜２重量％のSiO2または0.05
〜0.8重量％のAl2O3の少なくとも一種とよりなる
ことを特徴とするセラミツクスコーテイング層を
有する金属部材である。 上記本発明の構成において、部分安定化ZrO2
にZrO2の単斜晶正方晶の変態を抑制する物質
を含有せしめることによつて、部分安定化ZrO2
中の単斜晶の1000℃における急激な寸法変化を抑
制し、部分安定化ZrO2の耐熱衝撃性を高めるこ
とができる。 このようにZrO2の単斜晶正方晶の変態が抑
制される原因について、明確ではないが、SiO2
あるいはAl2O3などがZrO2の境界に入り応力緩和
の役目をし、単斜晶ZrO2が変態しても混合物全
体としては大きな寸法変化を生じないことが推察
される。 なお、立方晶ZrO2と単斜晶ZrO2の混合比は、
単斜晶ZrO2を５〜40％、好ましくは10〜30％程
度にするのが適当である。 ZrO2の単斜晶正方晶変態を抑制する物質と
しては、上記のSiO2、Al2O3の他、各種のものが
採用されうるが、SiO2、Al2O3が特に好適であ
る。 SiO2、Al2O3は少なくとも一方が含有されれば
よく、双方が添加されてもよい。SiO2、Al2O3の
好適な含有範囲は、それぞれ0.2〜２重量％、
0.05〜0.8重量％である。SiO2、Al2O3の含有量が
多いと、ZrO2との複合材となつてしまい、ZrO2
の特性である耐食性、断熱性が低下し、コーテイ
ング層の強度が低下する。逆に、SiO2、Al2O3の
含有量が少ないと、応力緩和の程度が小さくな
る。すなわち、SiO2、Al2O3の含有範囲を上記値
にすることにより、部分安定化ジルコニアの特性
を劣化することなく、コーテイング層の耐熱衝撃
性を増大させることができる。 なお、ZrO2を安定化するには、ZrO2に固溶す
るY2O3、CaO等周知の各種のものが採用される
が、Y2O3、CaOを用いる場合の好適な含有量は
Y2O3は５〜12重量％、CaOは３〜６重量％であ
る。 Y2O3、CaOの場合、含有量が少ないとZrO2が
単斜晶単相となる。 これらの組成を有する粉末は、例えば調合→焼
結→粉砕→整粒などの工程によつて製造される。 しかして、このセラミツクスコーテイング用粉
末を用いて金属部材にコーテイングするにはプラ
ズマ溶射手段が好適であるが、その他の手段も採
用可能である。 金属部材表面にコーテイングするに際しては、
セラミツクス層と金属母相との間に結合力を高め
る中間層を形成するようにすれば好ましい。 このようなセラミツクスコーテイング層を形成
するに好適な実機部材としては、耐熱性、耐摩耗
性、あるいは耐食性を要求される部材が挙げられ
る。具体的には例えば燃焼器ライナー、ガスター
ビンブレード、同ノズル等、が挙げられる。 〔実施例〕 次に本発明の実施例について説明する。 試料として従来から知られた立方晶単相の
ZrO2、立方晶と単斜晶混合の部分安定化ZrO2、
および本発明に係るZrO2の３種を用いた。これ
ら３種のZrO2焼結体のおのおのについて熱膨張
を測定した。また、耐熱合金板に粉末をプラズマ
溶射したものについて熱衝撃試験を行つた。 第１図は試料作成過程を示す図である。図示の
如くZrO2、Y2O3、SiO2、Al2O3の各粉末を規定
量混合し1650℃で焼結して、立方晶と単斜晶混合
の部分安定化ジルコニアであつて、単斜晶ジルコ
ニアが立方晶のものに変態するのを抑制する物質
（SiO2、Al2O3）を含有させた焼結体とした後、
熱膨張測定用試料を加工した。大きさは３×３×
20mmである。また、焼結体を粉砕し微分末にした
後耐熱合金板にプラスマ溶射によりコーテイング
処理して熱衝撃試片とした。 第１表は用いた試料の詳細である。Y2O316％
のもの（）は100％立方晶、Y2O37％のもの
（）は単斜晶と立方晶の混合比が0.25である。
本発明のもの（）はY2O3以外に0.5％SiO2、0.1
％Al2O3を添加したものである。第２図は第１表
の〜の３種のセラミツクスの昇温過程におけ
る熱膨張量である。立方晶単相のもの（）は、
立方晶と単斜晶の混合組織のもの（、）に比
べて熱膨張量が大きい。また立方晶と単斜晶混合
のもの（）は1000℃で変態にともなう大きな寸
法変化があるが、発明材（）ではそれがほとん
どなくなつていることが認められる。
びセラミツクスコーテイング層を有する金属部材
に関するものである。 〔従来の技術〕 ガスタービン材料等の金属部材のセラミツクス
コーテイングに関して、Y2O3安定化ジルコニア
（ZrO2）粉末をプラズマ容射法で金属材料表面に
溶着する方法が知られている。部分安定化ジルコ
ニアとは、立方晶ジルコニアと単斜晶ジルコニア
が混在したジルコニア系セラミツクスのことをい
う。立方晶と単斜晶混合の部分安定化ジルコニア
の製法は、ジルコニア粉末に例えばY2O3の粉末
を所定量（５〜12重量％）添加して焼結すれば得
られる。Y2O3の含有量が過多では立方晶ジルコ
ニアのみが得られ、逆にY2O3の含有量が過少で
は単斜晶ジルコニアのみが得られ、いずれも部分
安定化ジルコニアとならない。 周知の如くY2O3安定化ZrO2はY2O3量が12wt
％以上になると立方晶単相になり1000℃以上でも
変態が起こらない安定化ZrO2となるが、この安
定化ZrO2には熱膨張係数が大きく耐熱衝撃性が
あまり良くないという問題がある。一方、Y2O3
量を少なくし立方晶ZrO2の一部を単斜晶ZrO2と
した混合組織の部分安定化ZrO2は熱膨張係数が
立方晶単相のものよりも低く耐熱衝撃性が大きい
ことが知られている（1979.1.24、NASA）。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら単斜晶ZrO2は1000℃で単斜晶
正方晶の変態にともなう大きな寸法変化があるの
で、使用温度が1000℃を越える場合には耐熱衝撃
性が著しく低下するという欠点があつた。 本発明の目的は上記の欠点を解決し、1000℃以
上でも大きな耐熱衝撃性を有するセラミツクスコ
ーテイング用粉末及びそれを用いたコーテイング
層を有する金属部材を提供することにある。 〔問題点を解決しようとする手段〕及び〔作用〕 本題第１の発明は、５〜12重量％のY2O3また
は３〜６重量％のCaOの少なくとも一種を含んで
なる立方晶と単斜晶混合の部分安定化ジルコニア
と、0.2〜２重量％のSiO2または0.05〜0.8重量％
のAl2O3の少なくとも一種とからなることを特徴
とするセラミツクスコーテイング用粉末である。 ここで、セラミツクコーテイング用粉末とは、
部分安定化ジルコニア及びSiO2等の各粉末を混
合し、それを焼結し、その焼結体を粉砕して微粉
末にしたものである。 また、本願第２の発明は、セラミツクスコーテ
イング層を含む皮膜が表面に形成された金属部材
であつて、前記セラミツクスコーテイングの成分
組成は５〜12重量％のY2O3または３〜６重量％
のCaOの少なくとも一種を含んでなる部分安定化
ジルコニアと、0.2〜２重量％のSiO2または0.05
〜0.8重量％のAl2O3の少なくとも一種とよりなる
ことを特徴とするセラミツクスコーテイング層を
有する金属部材である。 上記本発明の構成において、部分安定化ZrO2
にZrO2の単斜晶正方晶の変態を抑制する物質
を含有せしめることによつて、部分安定化ZrO2
中の単斜晶の1000℃における急激な寸法変化を抑
制し、部分安定化ZrO2の耐熱衝撃性を高めるこ
とができる。 このようにZrO2の単斜晶正方晶の変態が抑
制される原因について、明確ではないが、SiO2
あるいはAl2O3などがZrO2の境界に入り応力緩和
の役目をし、単斜晶ZrO2が変態しても混合物全
体としては大きな寸法変化を生じないことが推察
される。 なお、立方晶ZrO2と単斜晶ZrO2の混合比は、
単斜晶ZrO2を５〜40％、好ましくは10〜30％程
度にするのが適当である。 ZrO2の単斜晶正方晶変態を抑制する物質と
しては、上記のSiO2、Al2O3の他、各種のものが
採用されうるが、SiO2、Al2O3が特に好適であ
る。 SiO2、Al2O3は少なくとも一方が含有されれば
よく、双方が添加されてもよい。SiO2、Al2O3の
好適な含有範囲は、それぞれ0.2〜２重量％、
0.05〜0.8重量％である。SiO2、Al2O3の含有量が
多いと、ZrO2との複合材となつてしまい、ZrO2
の特性である耐食性、断熱性が低下し、コーテイ
ング層の強度が低下する。逆に、SiO2、Al2O3の
含有量が少ないと、応力緩和の程度が小さくな
る。すなわち、SiO2、Al2O3の含有範囲を上記値
にすることにより、部分安定化ジルコニアの特性
を劣化することなく、コーテイング層の耐熱衝撃
性を増大させることができる。 なお、ZrO2を安定化するには、ZrO2に固溶す
るY2O3、CaO等周知の各種のものが採用される
が、Y2O3、CaOを用いる場合の好適な含有量は
Y2O3は５〜12重量％、CaOは３〜６重量％であ
る。 Y2O3、CaOの場合、含有量が少ないとZrO2が
単斜晶単相となる。 これらの組成を有する粉末は、例えば調合→焼
結→粉砕→整粒などの工程によつて製造される。 しかして、このセラミツクスコーテイング用粉
末を用いて金属部材にコーテイングするにはプラ
ズマ溶射手段が好適であるが、その他の手段も採
用可能である。 金属部材表面にコーテイングするに際しては、
セラミツクス層と金属母相との間に結合力を高め
る中間層を形成するようにすれば好ましい。 このようなセラミツクスコーテイング層を形成
するに好適な実機部材としては、耐熱性、耐摩耗
性、あるいは耐食性を要求される部材が挙げられ
る。具体的には例えば燃焼器ライナー、ガスター
ビンブレード、同ノズル等、が挙げられる。 〔実施例〕 次に本発明の実施例について説明する。 試料として従来から知られた立方晶単相の
ZrO2、立方晶と単斜晶混合の部分安定化ZrO2、
および本発明に係るZrO2の３種を用いた。これ
ら３種のZrO2焼結体のおのおのについて熱膨張
を測定した。また、耐熱合金板に粉末をプラズマ
溶射したものについて熱衝撃試験を行つた。 第１図は試料作成過程を示す図である。図示の
如くZrO2、Y2O3、SiO2、Al2O3の各粉末を規定
量混合し1650℃で焼結して、立方晶と単斜晶混合
の部分安定化ジルコニアであつて、単斜晶ジルコ
ニアが立方晶のものに変態するのを抑制する物質
（SiO2、Al2O3）を含有させた焼結体とした後、
熱膨張測定用試料を加工した。大きさは３×３×
20mmである。また、焼結体を粉砕し微分末にした
後耐熱合金板にプラスマ溶射によりコーテイング
処理して熱衝撃試片とした。 第１表は用いた試料の詳細である。Y2O316％
のもの（）は100％立方晶、Y2O37％のもの
（）は単斜晶と立方晶の混合比が0.25である。
本発明のもの（）はY2O3以外に0.5％SiO2、0.1
％Al2O3を添加したものである。第２図は第１表
の〜の３種のセラミツクスの昇温過程におけ
る熱膨張量である。立方晶単相のもの（）は、
立方晶と単斜晶の混合組織のもの（、）に比
べて熱膨張量が大きい。また立方晶と単斜晶混合
のもの（）は1000℃で変態にともなう大きな寸
法変化があるが、発明材（）ではそれがほとん
どなくなつていることが認められる。
【表】
第３図は、熱衝撃試験片で上記３種のセラミツ
クス粉末を200mmφ×３mmtの母材耐熱合金板に溶
射したものである。セラミツクスコーテイング層
１０の厚さは300μである。母材３０とセラミツ
クス層１０との間には結合力を高めるためNi−
Cr−Al−Ｙの粉末を溶射して中間層２０を形成
し中間層の厚さは100μとした。 第２表は上記３種の試験片の熱衝撃試験結果で
ある。熱衝撃試験は990℃←→100℃、および1095℃
←→100℃の２条件で流動床式熱衝撃試験を行つた。
従来材同志を比較すると立方晶単相のもの（）
は、立方晶と単斜晶混合のもの（）に比べ明ら
かに耐熱衝撃性が劣ることがわかる。また、変態
点以下の990℃←→100℃では立方晶と単斜晶の混合
組織の方（、）が本発明のもの（）に比べ
てわずかにすぐれているが、変態点以上の1095℃
←→100℃では本発明材の方が明らかにすぐれてい
る。
クス粉末を200mmφ×３mmtの母材耐熱合金板に溶
射したものである。セラミツクスコーテイング層
１０の厚さは300μである。母材３０とセラミツ
クス層１０との間には結合力を高めるためNi−
Cr−Al−Ｙの粉末を溶射して中間層２０を形成
し中間層の厚さは100μとした。 第２表は上記３種の試験片の熱衝撃試験結果で
ある。熱衝撃試験は990℃←→100℃、および1095℃
←→100℃の２条件で流動床式熱衝撃試験を行つた。
従来材同志を比較すると立方晶単相のもの（）
は、立方晶と単斜晶混合のもの（）に比べ明ら
かに耐熱衝撃性が劣ることがわかる。また、変態
点以下の990℃←→100℃では立方晶と単斜晶の混合
組織の方（、）が本発明のもの（）に比べ
てわずかにすぐれているが、変態点以上の1095℃
←→100℃では本発明材の方が明らかにすぐれてい
る。
【表】
なおSiO2あるいはAl2O3の単独添加でも同様の
効果が得られることを確認している。 以上の通り本発明に係るセラミツクスコーテイ
ング用粉末は、耐熱衝撃性にすぐれる。またこの
粉末を用いたセラミツクスコーテイング層を含む
皮膜が形成された金属部材は耐熱衝撃性に優れる
とともに、耐熱性、耐摩耗性、耐食性が高めら
れ、特に1000℃以上となる部分に用いる部材とし
て有用である。
効果が得られることを確認している。 以上の通り本発明に係るセラミツクスコーテイ
ング用粉末は、耐熱衝撃性にすぐれる。またこの
粉末を用いたセラミツクスコーテイング層を含む
皮膜が形成された金属部材は耐熱衝撃性に優れる
とともに、耐熱性、耐摩耗性、耐食性が高めら
れ、特に1000℃以上となる部分に用いる部材とし
て有用である。
第１図はセラミツクス粉末及び熱膨張測定用試
料の作成過程を示す図、第２図は昇温過程におけ
るセラミツクスの熱膨張量を示すグラフ、第３図
は熱衝撃試験片の断面図である。 １０……セラミツクス層、２０……中間層、３
０……母材。
料の作成過程を示す図、第２図は昇温過程におけ
るセラミツクスの熱膨張量を示すグラフ、第３図
は熱衝撃試験片の断面図である。 １０……セラミツクス層、２０……中間層、３
０……母材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 1.5〜12重量％のY2O3または３〜６重量％の
CaOの少なくとも一種を含んでなる立方晶と単斜
晶混合の部分安定化ジルコニアと、0.2〜２重量
％のSiO2または0.05〜0.8重量％のAl2O3の少なく
とも一種とを成分とする焼結体を粉砕したもので
あるセラミツクスコーテイング用粉末。 ２ セラミツクスコーテイング層を含む皮膜が表
面に形成された金属部材であつて、前記セラミツ
クスコーテイング層の成分組成は５〜12重量％の
Y2O3または３〜６重量％のCaOの少なくとも一
種を含んでなる部分安定化ジルコニアと、0.2〜
２重量％のSiO2または0.05〜0.8重量％のAl2O3の
少なくとも一種とよりなることを特徴とするセラ
ミツクスコーテイング層を有する金属部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57039504A JPS58157974A (ja) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | セラミツクスコ−テイング用粉末及びセラミツクスコ−テイング層を有する金属部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57039504A JPS58157974A (ja) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | セラミツクスコ−テイング用粉末及びセラミツクスコ−テイング層を有する金属部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58157974A JPS58157974A (ja) | 1983-09-20 |
| JPH0128099B2 true JPH0128099B2 (ja) | 1989-06-01 |
Family
ID=12554870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57039504A Granted JPS58157974A (ja) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | セラミツクスコ−テイング用粉末及びセラミツクスコ−テイング層を有する金属部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58157974A (ja) |
Families Citing this family (10)
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| JPS6347138A (ja) * | 1986-08-15 | 1988-02-27 | 中部電力株式会社 | タイルライニング体 |
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| JP4644324B2 (ja) * | 1998-09-07 | 2011-03-02 | ズルツァー マーケッツ アンド テクノロジー アクチェンゲゼルシャフト | 断熱被覆の製造のための高温噴霧方法の使用 |
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-
1982
- 1982-03-15 JP JP57039504A patent/JPS58157974A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58157974A (ja) | 1983-09-20 |
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