JPH02230902A - 回転する熱機関の羽根の耐腐食性および耐浸食性を向上する方法および保護皮膜 - Google Patents

回転する熱機関の羽根の耐腐食性および耐浸食性を向上する方法および保護皮膜

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JPH02230902A
JPH02230902A JP2015157A JP1515790A JPH02230902A JP H02230902 A JPH02230902 A JP H02230902A JP 2015157 A JP2015157 A JP 2015157A JP 1515790 A JP1515790 A JP 1515790A JP H02230902 A JPH02230902 A JP H02230902A
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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〕 本発明は適切な保護皮膜を施こす方法をさらに発展させ
ることに゜より、回転する熱機関、例えば蒸気タービン
、ガスタービン、ターホ式圧縮機等の羽根の耐腐食性お
よび耐浸食性の向上および酸化、腐食、摩耗および損傷
のような激しい侵害に対するその効果的保獲皮膜に関す
る。
特に本発明は回転する熱機関の、おもにフェライトのお
よび／またはフェライト・マルテンサイト基材よりなる
羽根の耐腐食性および耐浸食性を強固に固定する表面保
護皮膜を施すことにより向上する方法に関する。
〔従来の技術〕
数多くの要求を十分に満足させることができるだめには
回転する熱機関の羽根は幾重か保護皮膜が施される。蒸
気およびガスタービン羽根の場合でも圧縮機羽根の場合
でもこれが利用される。何よシもまづ腐食および酸化傷
害に対し浸 ならびに使食および消耗（摩耗）に対する耐久性を向上
させることが重要である。保護皮膜に使用する材質のう
ち酸化被覆膜な形成する元素Ｃｒ．ＡＺ，Ｓｉは特殊な
地位を占めている。なかんづくＭ高含有の皮膜は運転装
置構造においてカ一ノ々イド含有の皮膜（　Ｃｒ２Ｃ３
，ＷＣ　）に対する充填物質として使用されている。
従来技術に対しては次の刊行物を挙げる。
＊　Ｆ．　Ｎ．　Ｄａｖｉｓ，Ｃ．Ｅ．Ｇｒｉｎｎｅｌ
ｌ，”Ｅｎｇｉｎｅ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｆＴｕ
ｒｂｉｎｅ　Ｒｏｔｏｒ　Ｂｌａｄｅ　Ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ　ａｎｄ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ’，　ＴｈｅＡｍｅｒ
ｉｃａｎ　Ｓｏｏｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａ
ｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，　３４５Ｅ，　４７ｓｔ．Ｎ
ｅｗ　ｙｏｒｋ．　Ｎ．Ｙ．　１００１７．８２　ＧＴ
−２４４●ＳｅｒｍｅＴｅｌ　Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ　
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ：”Ｓｅｒｍａ１０ｙ　Ｊ−Ｐ
ｒｏｚｅｓｓ　ＳＴＳ”＋　ＳｅｒｍｅＴｅｌ　Ｇｍｂ
Ｈ，Ｗｅｉｌｅｎｂｕｒｇｓｔｒａｓｓｅ４９，Ｄ−５
６２８　Ｈｅｉｌｔｇｅｎｈａｕｓ．　ＢＲＤｅ　Ｍａ
ｒｋ　Ｆ．Ｍｏｓｓｅｒ　ａｎｄ　Ｂｒｕｃｅ　Ｇ．Ｍ
ｃＭｏｒｄｉｅ，’Ｅｖａｌｕａ−ｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａ
１ｕｍｉｎｉｕｒｒＬ／／Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｃｏａｔｉ
ｎｇ　ｏｎ　Ｆａｓｔｅｎｅｒｓ　　ｔｏＥｌｉｍｉｎ
ａｔｅ　Ｇａｌｖａｎｉｃ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ”，　
Ｒｅｐｒｉｎｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ＳＰ　−６４９−Ｇｏ
ｒｒｏｓｉｏｎ：　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　ａｎｄ　Ｓｔｅ
ｅｌｓ＋　ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｇｒｅａ
ｓ　ａｎｄ　Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ．　Ｄｅｔｒｏｉｔ
，Ｍｉｃｈｉｇａｎ，　　Ｆｅｂｒｕａｒｙ２４−２８
．１９８６，ＩＳＳＮ　　０１４８　　７１９１，Ｃｏ
ｐｙｒｉｇｈｔ１９８６　　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａ
ｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ＋Ｉｎｃ．＠
　Ｔｈｏｍａｓ　Ｆ．Ｌｅｗｉｓ　ＩＬＬ　’Ｇａｔｏ
ｒ−Ｇａｒ＋Ｌ　Ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅａａ　ｓＣｏａｔ
ｉｎｇｓ＋ａｎｄ　Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ａ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ“ｒ　Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｔ
　　ｔｈｅ　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｇａｓ　
Ｔｕｒｂｉｎｅ　　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　　
Ｅｘｈｉ−ｂｉＬ　ＤｕｇｓｅｌｄｏｒＬＷｅｓｔ　Ｇ
ｅｒｍａｎｙ−Ｊｕｎｅ　８　　１２　ｒ　１９８６　
ｒＴｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　ｌ３４
５Ｅ．４７　　ｓｔ，，Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ．Ｎ．Ｙ，１
００１７　，８６　　ＧＴ　　３０６＊　Ｈ，Ｊ．Ｋｏ
ｌｋｍａｎ＋　’Ｎｅｗ　Ｅｒｏｓｉｏｎ　Ｒｅｓｉｓ
ｔａｎｔ　Ｃａｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｃｏａｔｉｎｇｓ“
，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　Ｇａｓ　ｔｕｒ
ｂｉｎｅ　ａｎｄＡｅｒｏｅｎｇｉｎｅ　　Ｃｏｎｇｒ
ｅｓｓ，．Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，　　Ｔｈｅ　　Ｎｅｔ
ｈｅｒｌａｎｄｓ，−Ｊｕｎｅ　６−９＋　１９８８　
ｒ　Ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，３４５　Ｅ
　．　４７　Ｓｔ，　＋　　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ＋　Ｎ．
Ｙ．　１００１７　．８８−ＧＴ−１８６　． 〔発明が解決しようとする課題〕 従って本発明の課題はＨ２０蒸気の存在および比較のた
めに中庸温度（４５０℃）で回転するを向上する方法を
提供することであった。特に羽根のフェライトおよび／
またはフェライト・マルテンサイト基材に適切な方法で
、かつ経済的なコストで大きな出費なしに適切な界面皮
膜を得なくてはならない。特に羽根の長寿命を保証する
ためには点食の発生を避けるかまたは少くとも引き延さ
なければならない。
〔課題を解決するための手段〕 前記課題は本発明により冒頭に記載した方法において、
Ｓｉ６〜１５重量％、残余Ａｚよりな保 るｔｙ＝皮膜を高速度法により粒子速度少なくとも３０
０ｍ／ｓで基材の表面に溶射することにより解決される
。
〔実施例〕
本発明を次の実施例に基き説明する。
例１ 軸流圧縮機用圧縮羽根に保護皮膜を施した。
該皮膜は翼形断面で、羽根板は次の寸法を持つ。
巾　　　　　　＝　８　０關 最大厚さ−９龍 断面高さ＝１４朋 半径方向の長さ＝２１０闘 該羽根の材料はマルテンサイト鋼であり、これは完全に
熱処理された組織状態を呈し、次の紹成を持っていた。
Ｃｒ＝１２重量チ ＭＯ＝　１重量チ Ｎｉ＝０．５重−ｉｔチ Ｃ＝０．２５重量チ Ｆｅ−残余 まづ羽根をトリクロロエタンで脱脂し洗条し、その後で
板および板・脚部過渡部をサンドプラストした。羽根の
被覆は高速度・火炎溶射法により粒子速度４００ｍ／ｓ
およびガス速度１００Ｑｍ／ｓで窒素を搬送ガスとして
行った。被覆物質としては下記の組成の、粉状のアルミ
ニウム合金を使用した。
Ｓｉ＝１２．８重量チ Ｍｎ＝０．２２重量チ Ｍｇ＝０．３４重量チ Ｔｉ＝０．１　　重量チ Ａｚ＝　残余 ここに適用した“Ｊｅｔ−Ｋｏｔｅ″の商標を有する被
覆法に従ってアルミニウム合金粉末を窒素ガスを使用し
てプロ・ｆンおよび酸素で駆動する燃焼室に供給した。
液状化した粒子は微細な滴として高過圧下で該加工品に
射出された。この際該羽根は羽根脚を覆う装置に立てた
。保護皮膜の施工は手によって操作するスプレーガンで
行った。被覆した保護皮膜は金相学的研摩をして測定し
た。平均８〜１５μｍであった。この金属保護皮膜の上
に従来のラッカー吹付法によシ合成樹脂（現在の場合ポ
リテトラフ口口エチレン）を被覆した。この平滑な表面
層は平均厚さ６〜１０μｍで荒さ約２μｍであった。
該破覆した圧縮羽根を耐腐食性試験にかけた。
この目的のためにこれを試験溶液に漬けてその後で空調
棚に４時間放置した。該サイクルを全体で６０回繰返し
た。該試験溶液は次の塩の水溶液からなっていた： （ＮＨ４）２ＦｅＳＯ，・６Ｈ２０　　２２０？／ｚＮ
ａＣｔ５０９／１ ｐ｝Ｉ　　　　　　＝　３〜３．５ 空調棚温度　−４５℃ 空気湿度　　−１００チ 試験時間／サイクル＝４ｈ サイクル数　＝６０ 金相学試験は本腐食試験によれば施した皮膜にも基材に
もいづれも何らの変化も認められなかったことを示した
。
比較のため従来の溶射法の後にそれぞれアルミニウム皮
膜および合成樹脂皮膜を施した圧縮羽根を試験した。６
０試験サイクルの後保護皮膜は広く破壊され積鳩状の鱗
片が抜け出ていた。
汐１１２ 同じ寸法および組成の圧縮機羽根を例１に従いアルミニ
ウム合金および合成樹脂で被覆した。
今度は被覆した羽根の上に長軸に並行に掻き傷長さｌＱ
ｍｍで全体で平均深さ２５μｍを施した。
それ故その断面はその先端でどうにか基材にかすかに達
していた。それから該羽根を例１のように同じ腐食試験
に入れた。局部電池生成（アルミニウム皮膜は“犠性陰
極“とじて機能する）のために基材は広く保護され、一
方掻き傷の側面のアルミニウム合金はただ僅かに分解さ
れるにすぎなかった。電解質とする腐食媒体でのＡｚイ
オンの移動および基材の陽電極（Ｆｅ）でその放電によ
り該腐食被害は多くの場合に停止することになる。作業
中に発生する粒子およびその腐食性雰囲気における挙動
による表面損傷のこの模凝想定することによって、本発
明による保護皮膜は実際的使用条件下で長期寿命が期待
できることを実証した。
例３ 圧縮羽根を保護皮膜で被覆した。該羽根板の翼形は次の
寸法であった。
巾　　　　　　　　−　１　０　０朋 最大厚み　＝　１　０．　５朋 断面高　　＝１５ｉｉ＋ 半径方向の長さ＝２６５朋 該羽根の材料は僅少のオーステナイト成分を伴ったマル
テンサイト●オーステナイトニ相鋼埋 よｐなり熱クジ状態にあった。組成は次の通りであった
。
Ｃｒ＝１５．５重量チ ＭＯ＝１．２８重量チ Ｎｉ＝５．４　　重量チ Ｃ＝０．２　　重量チ Ｆｅ＝残余 通常の脱脂、洗条およびサンドブラストの後さらに羽根
板をショットピーニング行った。この表面処理すること
によって基材の周辺区域は冷開成形され密にされるので
、これは圧縮残留応力を持つ。これによって両振り疲れ
限度（耐疲労性）は運転では引張側に対する応カの解消
により向上することが達成された。粒子速度４５０ｍ／
ｓおよび搬送媒体として窒素によるガス速度１２００ｍ
／ｓの高速度火炎溶射法による羽根の被覆には次の組成
のアルミニウム合金を使用した。
Ｓｉ＝　　１ｏ．ａ５重量チ Ｍｎ＝　　　０．３７重量チ Ｍｇ＝　　　０．１重量チ Ａｔ＝残余 該アルミニウム合金の溶射は工業用ロボットで行った。
３回の溶射操作行った。塗布した皮膜の厚さは平均で９
０〜１００μｍであった。
該金属保護皮膜の上に通常のラッカー吹付法により合成
樹脂皮膜厚さ約１０〜１５μｍをさらに塗布した。
被覆した羽根は例１におけると同じ腐食に対する試験を
行った。この後では何ら損傷は確認されなかった。
例牛 翼形断面を有する使い古しの圧縮機羽根を保護皮膜で被
覆した。該羽根板は次の寸法であつた。
巾　　　　　　　　−　５３ｍｍ 最大厚み　＝　８朋 断面高さ　＝１２關 半径方向の長さ＝１４０朋 該羽根の基材は高硬熱処理組織状態のマルテンサイト鋼
であった。その組成を次に示す。
Ｃｒ＝　　１　１．　７　３　重量％ Ｍｏ＝　　　　０．８重ｔ％ Ｖ．＝　　　　０．１重量チ Ｃ＝０．２２重量チ Ｆｅ＝残余 この場合には通常法により被覆された羽根が重要で、こ
れは一部基材までにも達する点食の形のかなりの運転損
傷を受けていた。この使用済の羽根を先づ脱脂し、研摩
しおよびサンドプラストして損傷を除去した。それから
基材の衣面領域をショット●ビーニングで致密にした。
被覆は下記の組成のアルミニウム合金で行った。
Ｓｉ−＝ａ．ａ４重量チ Ｍｎ＝　　０．３重量チ Ｍｇ＝０．３６重量チ Ｔｉ＝　　Ｑ，１重量チ Ａｔ＝残余 金属皮膜の溶躬は高速度火炎溶射法により手動で行った
。保護皮膜の厚さは２５〜４５μｍの間に変動した。前
記記載の腐食試験によれば金相学的試験は不変の、浸食
されていない表面領域を示した。
本発明は本実加１例に限定されるものではない。
おもにフェライトのおよび／またはフェライト・マルテ
ンサイト基材よりなる回転する熱機関の羽根の耐腐食性
および耐浸食性を向上する本方法はＳｉ　６〜１５重量
％、残余Ａｔからな成する。該保護皮膜は有利にはＳｉ
１０〜１２重量％、残余Ａｚ金含む。該保護皮膜の上に
表面の微細化のため有利には付加的に耐熱性合成樹脂か
らなる皮膜を被覆する。
する表面保護皮膜を施こすことにより尖施τる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、強固に固着する表面保護皮膜を施こすことにより、
    おもにフェライトのおよび／またはフェライト・マルテ
    ンサイト基材よりなる回転する熱機関の羽根の耐腐食性
    および耐浸食性を向上する方法において、Ｓｉ６〜１５
    重量％、残余Ａｌからなる保護皮膜を高速度法により粒
    子速度少くとも３００ｍ／ｓで基材表面に溶射すること
    を特徴とする、回転する熱機関の羽根の耐腐食性および
    耐浸食性を向上する方法。 ２、前記基材がＣｒ１２〜１３重量％および別の添加物
    を有するクローム含有鋼からなる請求項１記載の方法。 ３、前記保護皮膜がＳｉ１０〜１２重量％、残余Ａｌを
    含む請求項１記載の方法。 ４、前記保護皮膜に付加的に耐熱性合成樹脂からなる被
    覆層を塗装する請求項１記載の方法。 ５、請求項１記載の方法により製造した、回転する熱機
    関の羽根のための強化耐腐食性および耐浸食性保護皮膜
    。
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