JPH04503833A - 断熱層コーティングで被覆された基材及びその製造方法 - 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】 、　コーティング　び　の１゛１′ 泣１とた野 発明は、イツトリアによって部分安定化したジルコニアを含みかつコーティング 全体にわたり鉛直方向マクロクラックの実質的に均一な分散体を有して耐熱疲労 性を向上させた断熱層コーティング及び周期的高温環境において作動させる意図 の支持体用の該コーティングの製造方法に関する。

１豆皇１遣 近ごろのガスタービンエンジンは、高温ガスがタービン羽根の列を通って膨張さ れる２０００’　Ｆ　（１０９０℃）を越える高温環境において作動する。外側 空気シール或はシュラウドセグメントがタービン羽根に外接して羽根の先端より ガスが漏れるのを最少にする。ガスタービン羽根及びシュラウドセグメントのよ うな表面上に断熱層コーティングを用いることが、いくつかの利点を有すること が認められた。断熱層コーティングを用いることにより、羽根或はシュラウド温 度を保つのに要する冷却空気が少なくなることから、一層高い運転効率を得るこ とができる。加えて、断熱層の断熱効果によって、金属温度の変化速度が減少さ れるので、部材寿命は引き伸ばされる。

ジルコニアベースの断熱層コーティングは、熱伝導性が小さいことにより、金属 部材の表面に加えた場合、該金属部材を高温ガス流から断熱させる。安定化され たジルコニアが開発され、タービン及びシュラウド部材用断熱層コーティングと して用いられた。ＣａＯ安定化ジルコニア、ＭｇＯ安定化ジルコニア、Ｙ２Ｏ５ 安定化ジルコニアのようなコーティングが試験されて、ＹｚＯｓ部分安定化ジル コニアが最良の結果をもたらした。

米国特許４．３７７、３７１号は、好都合なりラックをわざとプラズマ吹付した セラミック層に導入するセラミック層の耐熱衝撃性の向上について開示している 。好都合なりラックは、レーザービームなプラズマを吹き付けたセラミック表面 上で走査して、ビームのすぐ下のセラミック材料が融解して薄い溶融層を生ずる 場合に、発生される。溶融層の冷却及び凝固に伴う収縮は、溶融層においてマイ クロクラックの網状組織を生じ、これは熱衝撃暴露の間の突発的クラックの形成 及び成長に耐える。セラミックコーティングの表面に微細なりラックを導入する ために開示される別の方法は、セラミックの表面を熱い間に、エタノール飽和ベ ーパーバッドで急冷することである。

１９８０年　６月３０日−７月　２日のＡＩＡＡ／ＳＡＥ／ＡＳＭＥ第１６回Ｊ ｏｉｎｔ　Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅにおいて　１．　Ｅ、 　Ｓｕｍｍｅｒ等が発表した論文ｒ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｉｍｐｒ ｏｖｅｄ−ＤｕｒａｂｉｌｉｔｙＰｌａｓｍａ　５ｐｒａｙｅｄ　Ｃｅｒａｍｉ ｃ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｆｏｒ　Ｇａｓ　ＴｕｒｂｉｎｅＥｎｇｉｎｅｓ　Ｊは 、周期的熱環境に暴露したプラズマを吹き付けたセラミックコーティングの耐久 性が、セラミック構造の歪許容度を向上させることによりかつまたコーティング を塗布する間支持体温度を調節することによって、相当に改良されたことを開示 する。その論文は、更に、歪許容度の改良が、増大した多孔度、マイクロクラッ キング或は分断を有するセラミック構造を用いることによって達成されたことを 記述する。

Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ、　Ａ３　（６）　１９８５年１１ 月７１２月においてＴ、　Ａ、　Ｔａｙｌｏｒ等が発表したｒ　Ｅｘｐｅｒｉｅ ｎｃｅ　ｗｉｔｈＭＣｒＡｌ　ａｎｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｃｏ ａｔｉｎｇｓ　Ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ＶｉａＩｎｅｒｔ　Ｇａｓ　５ｈｒｏｕｄｅ ｄ　Ｐｌａｓｍａ　ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＪなる表題の論文は、ＺｒＯ，−７重 量％Ｙ２０．のセラミックオキシドコーティングを塗布支持体に付着することを 開示している。セラミックオキシドコーティングは、わざと平均間隔約１５ミク ロンを有するマイクロクラックをコーチ本発明の目的は、断熱層コーティングが コーティング全体にわたって均一に分散されたマクロクラックをわざと生じて耐 熱疲労性を向上した周期的熱環境において用いる意図の部材用断熱層コーティン グを提供するにある。

本発明の別の目的は、コーティングがイツトリアによって部分的に安定化された ジルコニアで構成されかつコーティングが理論の約８８％より大きい密度を有す る、タービンエンジンの部材用断熱層コーティングを提供するにある。

本発明の別の目的は、クロム、アルミニウム、イツトリウムを、ニジケル、コバ ルト及び鉄から選ぶ金属と共に含有する合金の接着コーティング上の断熱層表面 コーティングを提供するにある。

本発明の別の目的は、ガスタービンエンジンの高温セクションにおいて暴露され るガスタービンブレード、羽根及びシール表面用の断熱層コーティングを提供す るにある。

本発明の別の目的は、良好な耐熱疲労性を有する断熱層コーティングの製造方法 を提供するにある。

Ｉ１立１力 発明は、イツトリアによって部分的に安定にされたジルコニアを含み、理論密度 の８８％より大きい密度を有し：複数の鉛直方向マクロクラックをコーティング 全体にわたって実質的に均一に分散させた、ガスタービンエンジンのブレード、 羽根及びシール表面のような基材を保護するための断熱層コーティングに関し、 該コーティングにおいて、基材の表面に対して直角なコーティングの断面領域は 複数の鉛直方向マクロクラックを暴露し、該マクロクラックの少なくとも７０％ 、好ましくは少なくとも９０％は、長さが少なくとも４ミル（０，１ｍｍ）、好 ましくは８ミル（０，２ｍｍ）に、コーティングの厚さにまで達しかつ基材の表 面に並行な線及び基材に対して垂直な面で測定して直線１インチ（２，５ｃｍ） 当り２０〜２００、好ましくは７５〜１００の鉛直方向マクロクラックを有する 。鉛直方向マクロクラックの少なくとも７０％、好ましくは９０％の長さは、マ クロクランクが付着した粉末の少なくとも５０スプラツトを通過するように、少 なくとも４ミルに達すべきである。

発明は、また、下記の工程を含む良好な耐熱疲労性を有する断熱層コーティング の製造方法に関する：ａ）ジルコニア−イツトリア粉末を基材に熱付着させて基 材上に付着した粉末の少なくとも２層を成したスプラットを有する単層を形成す るに、後に付着させるスプラットの温度を前に付着させたスプラットの温度より 高くシ； ｂ）単層を冷却して凝固させるに、該単層は理論密度の少なくとも８８％の密度 を有しかつ付着したスブラ・ントの収縮によって、複数の鉛直方向クラックを単 層に生じさせ： Ｃ）工程ａ）及びｂ）を少なくとも１回繰り返して各々の単層がスプラットを通 る鉛直方向クラ・ツクを生じておりかつ各々の単層における鉛直方向クラ・ツク の少なくとも７０％は隣接する単層における鉛直方向クラ・ツクと一列になって 長さ少なくとも　４ミル（０，１ｍｍ）〜コーティングの厚さまでを有する鉛直 方向マクロクラ・ツクを形成する総括塗布層であって、基材の表面に並行な線で 測定して直線１インチ（２，５ｃｍ）当り少なくとも２０の鉛直方向マクロクラ ックを有するものを形成する。

本明細書中で用いる通りのスプラットとは、基材の表面に衝突して広がって薄い 小板（ｐｌａｔｅｌｅｔ）を形成する単一融解粉末粒子を意味する０通常、これ らの小板は、直径５〜１００ミクロン、厚さ１〜５ミクロン、一層普通には厚さ 約２ミクロンである。

本明細書中で用いる通りの鉛直方向マクロクラックとは、延長するならば基材の 表面に接触して該接点から基材の表面に対して垂直に伸びる線と角度３０°〜０ °を形成するコーティングにおけるクラックである。鉛直方向マクロクラックは 、垂直線と角度１０°〜０″を形成するのが好ましい、鉛直方向マクロクラック に加えて、水平方向のマクロクラックが１つ或はそれ以上コーティングにおいて 発生し得る。コーティングは水平方向のマクロクラックを持たないのが好ましい 。水平方向マクロクラックは、クラックを二分しかつ基材の表面に平行に配置さ れた面と角度１０°〜０°を形成するクラックである。

水平方向マクロクラックは、存在するとすれば、１つより多くの鉛直方向マクロ クラックと接触する程に速達しないのが好ましい、と言うのは、そうなればコー ティングを弱めかつコーティングを剥離に会わせ得るからである。鉛直方向マク ロクラックの長さ寸法及び水平方向マクロクラックの長さ寸法は、クラ・ツクの 一端から他端までの直線距離である。水平方向マクロクラ・ツクは、存在すると すれば、その長さは水平方向マクロクラックの両側の鉛直方向マクロクラックの 平均長さの約５〜２５％になり得る。

はとんどの用途について、コーティングの密度は理論密度の９０〜９８％が好ま しく、理論密度の約９２％が最も好ましい、鉛直方向マクロクラックは、コーテ ィングの粉末を基材の表面に、各々の単層の厚さが少なくとも２層を成す付着粉 末のスプラット（約０．１６ミル（０，００４１ｍｍ））、好ましくは付着粉末 の約４〜５スプラツト（それぞれ約０．３２ミル（０，００８１ｍｍ）及び０． ４０ミル（０，０１０ｍｍ））を含有するばらばらの単層でプラズマ付着させる ことによってコーティングに形成する。理論によって束縛されるものではないが 、２或はそれ以上の層を成す粉末のスプラットを付着させる場合、第２或はその 後のスプラットは前のスプラットに比べて高い温度で付着されることになると考 えられる。これは、最初の粉末のスプラットは相対的に温度の低い基材に付着さ れるが、一方、第２及びその後のスプラットは次第に温度が高くなる前のスプラ ット上に付着されることによる。こうして、２或はそれ以上のスプラットの総括 的付着物は、表面の温度が高くなる温度勾配になる。単層付着物を冷却して凝固 させると、第２及びその後のスプラットは前のスプラットに比べて一層収縮し、 付着層を通る鉛直方向マイクロクラックを形成する。単層を更に基材上に重ねる と、各々の単層はｉ　前の単層において予め形成されたマクロクラックと一列に なる傾向を有する鉛直方向マクロクラックを形成する。これは、実質的にコーテ ィングの厚みを通って伸び旨　るマクロクラックをいくつか有効に生じる。鉛直 方向マイ　クロクラックの幅、すなわち鉛直方向マクロクラックを定める反対面 の間の距離は、約１ミル（０，０２５ｍｍ）より小さいのが普通であり、１／２ ミル（０，０１３ｍｍ）より小さいのが好ましい。

コーティングの密度が理論密度の８８％より小さければ、単層におけるスプラッ トの収縮によって引き起こされる応力は、コーティングの多孔性によって吸収或 は補整され得ることが認められた。これは、本発明に従って必要とする通りのコ ーティング全体にわたるマクロクラックの形成を有効に妨げかつ良好な耐熱疲労 性を有するコーティングを生じるのを妨げることになる０本発明が必要とする通 りのコーティング全体にわたる鉛直方向マークロクラックの実質的に均一な分布 は、コーティング構造の弾性率を減少させ、そのために局部応力を減少させるこ とになる。これはコーティングについて優れた耐熱疲労性を生じ、周期的熱環境 において破損しないで機能することを可能にする。

鉛直方向マクロクラックの密度は、基材の表面に平行な線に沿ったコーティング の横断平面に関する直線１インチ当りの鉛直方向マクロクラックが好ましくは７ ５或はそれ以上に、最も好ましくば１００或はそれ以上にすべきである。これは 、良好な耐熱疲労性をもたらすのに十分な鉛直方向マクロクラックがコーティン グ中に存在するのを確実にすることになる。このコーティングにおいて必要な鉛 直方向マクロクラックを得るためには、プラズマ装置はコーティングを付着する 期間にわたって高効率でありかつ安定であるべきである。スプレートーチな基材 から固定した距離に置き、トーチと基材との相対速度は、トーチの一吹付（スィ ーブ）によって即座に置かれる単層が、第２及びその後の付着スプラットが先に 検討した理由で前の付着スプラットに比べて高温になる粉末の付着スプラットの オーバーラツプを生じるのに十分なものになるのを確実にするように調節すべき である。コーティングの総括厚みは最終用途に応じて変わることができる。ガス タービンエンジンの部材の場合、コーティング厚みは０．００３〜０．１０イン チ（０，０７６〜２．５ｍｍ）の範囲になることができる。イツトリアによって 部分安定化された好ましいジルコニアは、イツトリア６〜８重量％で、残りがジ ルコニアであり、最も好ましくはイツトリア約７重量％で、残りが実質的にジル コニアである１本発明の断熱層コーティングは、ガスタービンエンジンのブレー ド、羽根及びシール等の金属性接着塗布基材用トップコートとして理想的に適し ている。好ましい金属性接着コーティングは、クロム、アルミニウム、イツトリ ウムをニッケル、コバルト及び鉄からなる群より選ぶ金属と共に含有する合金を 含む、この接着コーティングは、慣用のプラズマスプレー技法或は任意の他の慣 用の技法を用いて付着させることができる。基材は、ニッケルベース、コバルト ベース或は鉄ベース合金等の任意の適した材料にすることができる。

発明の好ましい実施態様を説明したが、発明の精神或は範囲から逸脱しないで断 熱層コーティングに種々の変更を成し得ることは認められるものと思う。

熱疲労試験 周期的高温暴露は、耐熱疲労性に関し多数の候補断熱層コーティングの間を区別 するのを助成することができる。良好な断熱層コーティングは、使用において有 用になるべきならば、高温への多数の熱サイクルを割れないで切り抜けなければ ならない。

本発明のサンプルを試験するために、断熱層コーティングを一面に被覆した円形 の金属合金ディスクを製造した。塗布面を高熱流束ガスバーナーに暴露し、金属 裏面を空気中対流によって冷却させた。装置を、塗布ディスクをガスバーナーの 火炎の中に決まった時間入れ、次いで火炎の外に出し、空気ブラストが塗布面を 冷却する第２の場所に移動させるタイマー及びステッピングモーターによって自 動化した。各々の位置における時間、並びに加熱位置において達する最高温度は 、調節可能である。本明細書中に記載する試験作業における試験の固定変数は下 記の通りであった： ・２０秒加熱して２５５０″’　Ｆ　（１３９９℃）（断熱層被覆面上で測定し た平均最高温度）にし、この際裏の金属面は約１４００’　Ｆ　（７６０’Ｃ） Ｃ’：＝達し、次いで、 ・２０秒ブラスト空気冷却して約１５００°Ｆ（８１６℃）にし、次いで、 ・４０秒自然対流冷却して８５０°Ｆ　（４５４℃）（断熱層被覆面上で測定し た平均最低温度）にし、・２０００加熱／冷却サイクルが全試験を構成する。

断熱層被覆層厚み及び組成は下記の通りであった：・組成Ｃｏ−３２Ｎ−２１Ｃ ｒ−８Ａｌ−０，５Ｙの厚さ６〜８ミル（０，１５〜０．２０ｍｍ）の接着コー ティング ・組成Ｚ　ｒ　Ｏｚ　−６〜８重量％Ｙ２Ｏ３の断熱層の厚さ４３〜４７ミル（ １，１〜１．２ｍｍ）のトップコート 熱試験を開始する前に、断熱層コーティングが熱試験によって発生され得る分離 クラックを表わすように、被覆ディスクの縁を磨いた。これらの分離クラックは 、磨いた縁において目に見える断熱層内の水平方向クラックである。コーティン グがこのクラッキングを受け易いならば、多数の短い水平方向クラックセグメン トが、断熱層の縁円周の回りに発生しかつ連結するのが見られるのが普通である 。これらのクラックの位置は、接着コート界面の５〜１５ミル（０，１３〜０． ３８ｍｍ）の範囲内であるのが普通である。これらの個々の或は連結したクラッ クの長さは、熱試験した後に測定する０倍率３０Ｘの実体顕微鏡を使用してかか るクラックを全て検査する。縁クラックの合計長さは、円周長さのバーセンテイ ジとして表わす。すなわち、１００％縁クラッキングは金縁円周の完全な回りに 可視クラックを有することになる。１００％縁クラッキングが生じるいくつかの 場合には、断熱層が剥離し得る。他の場合には、断熱層はコーティングに一層深 く入る未亀裂（ｕｎｃｒａｃｋ、ｅｄ）領域によって結合されたままになる。ど ちらの場合でも、１００％或は他の高バーセンテイジの縁クラッキング結果は、 その特定の断熱層試験片の耐熱疲労性が不良であることを示すものとみなす、試 験の完了時に縁クラッキングバーセンテイジの低い断熱層コーティングは、良好 な耐熱疲労性を有すると考える。試験の終わりに当た−って縁クラッキングがゼ ロ％の断熱層コーティングは、顕著な耐熱疲労性を有すると考える。

例」。

本例では、３種の異なるジルコニウム−イツトリウムオキシド断熱層コーティン グ（サンプルＡ、Ｂ及びＣ）を、異なるマクロクラック構造を有するように造り 、次いで熱サイクル試験を施した。コーティングは全て下記の表１に示す特性を 有する同じ出発粉末から作った。

光−−１ 組成：　Ｙ２Ｏ，７，１１重量％、Ｓ　ｊ、　Ｏｚ　０．２３、Ｔ　ｉ　Ｏｔ　 Ｏ，１５、Ａ　ｌ　＊　Ｏｓ　０．０？、　Ｆ　ｅｚｏｓＯ，０９，残りＺｒＯ ２ 粉末タイプ：融解及び破砕された 寸法分析：　＋２００メツシユ　０，０重量％＋２３０メツシユ　０．０重量％ ＋３２５メツシユ　１８．５５重量％ −３２５メツシユ　８１．４５重量％ Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ　（登録商標）分析を用いて、平均粒子直径寸法は４０．９ ５ミクロンであることが認められた。

Ｍｉ　ｃｒｏｔｒａｃ粉末寸法分析測定器、Ｌｅａｄｓａｎｄ　Ｎｏｒｔｈｒｕ ｐ　Ｃｏ、製Ｍｏｄｅ１３つのコーティング全てを直径１インチ（２，５ｃｍ） ×厚さ１７８インチ（３，２ｍｍ）のＩ　ｎｃｏｎｅ　１７１８デイスクに付着 させた。サンプルディスクは全てＣｏ−３２Ｎｉ−２１Ｃｒ−８Ａｌ−０，５Ｙ のプラズマ吹付した合金の６ミル（０，１５ｍｍ）接着アンダーコートを有して いた。

各々のサンプルについて数多くの試験片を作成した。

各々のサンプルの試験片をエポキシ樹脂の縁に取り付け、加圧下で硬化させ、次 いで構造を量的に分析し得るように断面を磨いた。高圧エポキシ硬化は、エポキ シがやや多孔質のジルコニウム−イツトリウムオキシド層に浸透し、次いで研磨 艶出しする間構造物の性質を一層良好に維持するのを可能にさせる。マイクロク ラック構造を分析するために、試験片を、Ｌｅ　ｉ　ｔｚＯｒｔｈｏｐｌａｎ顕 微鏡を使用して１００Ｘで検査した。断熱層サンプルの別々の試験片を注意深く 基材から取り去り、密度を測定した。水中浸漬法を用いた密度手順は、ＡＳＴＭ 　Ｂ−３２８に記載されている。全てを、同じユニオンカーバイドプラズマトー チＭｏｄｅ１１１０８を使用して吹き付けた６本例では、所定のトーチ操作パラ メーター、トーチから基材までのスタンドオフ間隔及びトーチスプレーを通り過 ぎる基材速度を変えていかに優れた耐熱疲労性を達成し得るかを示す、各々のサ ンプル試験片についての性質及び試験データを表２．３及び４に示す。

表−Ａ 熱度　言　士 ＊　およそ９００サイクル後、早期に破損した。

試験結果は、サンプルＣが試験した後に縁クラッキングが無く、最良の耐熱疲労 性を有することを示した。サンプルＡは、試験片ＡＩの縁クラッキングが３２％ でありかつ試験片Ａ２の縁クラッキングが０％であり、中間であった。サンプル Ｂは、縁ククッキングが１００％で、最悪であり、試験片Ｂ１は、試験が終る前 でさえ破損しサンプルＡとサンプルＢとを比較してコーティング構造におけるマ クロクラックの効果を見ることができる。

Ａ及びＢの密度は本質的に同じである。トーチ操作パラメータは同じであり、か つ最終コーティング温度は本質的に同じであった。実質的な相違は、サンプルＡ を基材速度６，０００インチ／分（１５２ｍ／分）で被覆し、サンプルＢを１２ ，０００インチ／分（３０５ｍ／分）で被覆したことであった。これは、サンプ ル上に断熱層の異なる付着比をもたらすために行った。サンプルＡの単１高さは ０．１６ミル（０，００４１ｍｍ）であり、これに対し、サンプルＢの単層高さ は単に０．０７ミル（０，００１８ｍｍ）にすぎなかった。サンプルへの単層高 さが一層高いことにより、Ｚ　ｒ　Ｏｆ　−Ｙｚ　Ｏｓ　コーティング層におい て十分な応力を生じてサンプルＡのコーティング全体にわたりマクロクラックを 生成した。サンプルＡは平均的７７．６クラツク／インチ（３０，６／　ｃ　ｍ 　）を有し、これに対し一層低い単層高さで被覆したサンプルＢは、クラックを 有していなかった。他のコ−ティング特性は全て同じであるので、サンプルＡに マクロクラックが大きい数で存在することが、マクロクラックを有していなかっ たサンプルＢに比べて、耐熱疲労性がずっと良好な理由である。

サンプルＣは、サンプルＡ及びＢの結果を適用して更にマクロクラック構造を調 節した場合である。この場合、トーチへの粉末供給速度を一層小さくしてサンプ ル試験片上に　１分当りほぼ同じコーティング付着容積を生じるように付着効率 を増大させるために、トーチ電流をわずかに大きくして用いた。更に高い単層高 さを生じてコーティングにおいてマクロクラックを更に多く発生させるために、 また、相当な変更を基材速度に対して行った。サンプルＣを、基材速度２７５０ インチ／分（７０ｍ／分）で被覆した。サンプルＣは単層高さ０．３４ミル（０ ，００８７ｍｍ）及び平均８６．４の鉛直方向マクロクラック／インチ（３４， ０／ｃｍ）を有していた。

２０００サイクル熱試験の後に検査して、縁クラッキングは認められなかった。

この研究は、コーティングパラメータを適当に調節することによって、マクロク ラックをＺｒＯ２Ｙ２Ｏ３コーティングの中に発生させることができかつマクロ クラックが熱疲労環境におけるコーティングの成功にとって重要であることを示 した。

箆ユ 本例では、例１のサンプルＣのパラメータを、構成を全く新しくして繰り返した 。そのコーティング材料の粉末特性を表５に示す。

組成：　Ｙｚ　Ｏｓ　７．０３重量％、Ｓ　ｉ　Ｏｚ　Ｏ，３３、Ｔ　ｉ　Ｏｚ 　０．１５、Ａ　ｌ　ｚ　Ｏｓ　Ｏ，０９３、ＦｅａｒｓＯ，０９，残りＺｒ０ ｚ 粉末タイプ：融解及び破砕された 寸法分析：　＋２００メツシユ　０００重量％＋２３０メツシユ　０．０重量％ ＋３２５メツシユ　１９．０９重量％ −３２５メツシユ　８０．８７重量％ Ｍｉ　ｃｒｏｔｒａｃ分析を用いて、平均粒子直径寸法は３９．８１ミクロンで あることが認められた。

同じタイプの直径１インチ（２，５ｃｍ）ディスク基材の内の２つに、再び例１ と同じアンダーコートを被覆した。トーチパラメータは例１、サンプルＣの場合 と同じであった。１つのサンプルに、表６に示す通りにトーチから基材へのスタ ンドオフ間隔をわずかに変えて被覆した。

表−」− 粉末　トーチ　スタンド　基材速度 供給速度　電流　オフ　（インチ７分）サンプル　」Ｌ丘−？ンベ７　ユ旦立虹 　」虹立１−Ｄ　５０　１７０　０．８７　２７５０（２，２）　ｆ６９．９） Ｅ　５０　１７０　１．０　２８００ （２，５）　（７１，１１ 熱試験する前の各々のサンプルの横断蘭を作った研磨領域を、光学顕微鏡を使用 して検査した。コーティング密度は、別々のサンプルに関して前の通りにして測 定した。得られたデータを表７に示す。サンプルＤ及びＥのコーティング特性は 例１、サンプルＣに匹敵し得、かつコーティング全体にわたって均一に生成した マクロクラックが再現可能に得られ得ることを示す。

表７に示す通りに、スタンドオフなわずかに近くして被覆したサンプルＤは、わ ずかに大きい密度、１インチ当りわずかに多い鉛直方向マクロクラックを得たが 、また鉛直方向マクロクラックに接続したわずかに長い水平方向枝分れクラック を有していた。実際、サンプルＤは、伸びて２つの隣接する鉛直方向マクロクラ ックに接触する水平方向枝分れクラックの例をいくつか有していた。

ディスク試験片を、熱サイクル試験を用い２０００サイクルについて例１と同じ に試験した。得られたデータを表８に示す。

族１立坦豆旦１ 結果は、マクロクラックを生成する熱吹付条件下で造ったこれらのサンプルにつ いて、再び良好であった。この極めて過酷な熱サイクル試験において、縁タラツ キングが１５％より少ない結果はいずれも優れていると考える。

熱サイクル試験においてサンプルＤについての結果は良好であるが、サンプルＥ 程には顕著で無い０表７は、サンプルＤ及びＥが特性において極めて類似するが 、サンプルＤが、伸びて２つの隣接する鉛直方向マクロクラックに接触する水平 方向枝分れクラックを有する例を有していたことを示す、この観察は、優れた耐 熱疲労性を得るために、水平方向クラックの度合いを減少させることが好ましい という結論に達する。

国際調査報告 １＋ｔ＋６＋″ａ１ｍＲ＠ｌ　１−＊ｌｋｍｌ°””　ＰＣＴ／ｌＪｓ　９０１ ０６２０１国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．イットリアによって部分的に安定にされたジルコニアを含みかつ理論密度の ８８％より大きい密度を有する基材用断熱層コーティングであって、複数の鉛直 方向マクロクラックがコーティング全体にわたって実質的に均一に分散され、基 材に対して垂直なコーティングの断面は複数の鉛直方向マクロクラックを暴露し 、該鉛直方向マクロクラックの少なくとも７０％は、長さが少なくとも４ミル（ ０．１ｍｍ）、コーティングの厚さにまで達しかつ基材の表面に並行な線及び基 材に対して垂直な面で測定して直線１インチ当り２０〜２００（８〜７９／ｃｍ ）の鉛直方向マクロクラックを有する断熱層コーティング。 ２．密度が理論密度の９０〜９８％でありかつ前記鉛直方向マクロクラックの少 なくとも９０％は、長さが少なくとも８ミル（０．２ｍｍ）に達する請求項１の 断熱層コーティング。 ３．前記コーティングが基材の表面に並行な線及び基材に対して垂直な面で測定 して直線１インチ当り約７５（３０／ｃｍ）の鉛直方向マクロクラックを有する 請求項１又は２の断熱層コーティング。 ４．前記コーティングが基材の表面に並行な線及び基材に対して垂直な面で測定 して直線１インチ当り約１００（３９／ｃｍ）の鉛直方向マクロクラックを有す る請求項３の断熱層コーティング。 ５．前記コーティングが基材の表面に平行なコーティング内に伸びる水平方向マ クロクラックを１つ或はそれ以上含有する請求項１又は２の断熱層コーティング 。 ６．水平方向マクロクラックが１つより多い鉛直方向マクロクラックと接触しな い請求項５の断熱層コーティング。 ７．鉛直方向マクロクラックの幅が１ミル（０．０２５ｍｍ）より小さい請求項 １又は２の断熱層コーティング。 ８．密度が理論密度の９０％より大きくかつコーティングが基材の表面に並行な 線及び基材に対して垂直な面で測定して直線１インチ当り少なくとも７５（３０ ／ｃｍ）の鉛直方向マクロクラックを有する請求項１又は２の断熱層コーティン グ。 ９．コーティングがイットリア６〜８重量％を含み、残りが実質的にジルコニア である請求項１又は２の断熱層コーティング。 １０．接着コーティングを基材と断熱層コーティングとの間に付着させ、該接着 コーティングはクロム、アルミニウム、イットリウムをニッケル、コバルト及び 鉄からなる群より選ぶ金属と共に含有する合金を含む請求項９の断熱層コーティ ング。 １１．密度が理論密度の少なくとも９０％でありかつコーティングが基材の表面 に並行な線及び基材に対して垂直な面で測定して直線１インチ当り少なくとも１ ００（３９／ｃｍ）の鉛直方向マクロクラックを有する請求項１０の断熱層コー ティング。 １２．前記断熱層コーティング厚みが０．００３〜０．１０インチ（０．０７６ 〜２．５ｍｍ）である請求項１１の断熱層コーティング。 １３．下記の工程を含む良好な耐熱疲労性を有する断熱層コーティングの製造方 法： ａ）ジルコニアーイットリウム粉末を基材に熱付着させて基材上に付着した粉末 の少なくとも２層を成したスプラットを有する単層を形成するに、後に付着させ るスプラットの温度を前に付着させたスプラットの温度より高くし； ｂ）工程ａ）の単層を冷却して凝固させるに、該単層は理論密度の少なくとも８ ８％の密度を有しかつ付着したスプラットの収縮によって、複数の鉛直方向クラ ックを単層において生成し； ｃ）工程ａ）及びｂ）を少なくとも１回繰り返して各々の単層がスプラットを通 る鉛直方向クラックを生じておりかつ各々の単層における鉛直方向クラックの少 なくとも７０％は隣接する単層における鉛直方向クラックと一列になって長さ少 なくとも４ミル（０．１ｍｍ）〜コーティングの厚さまでを有する鉛直方向マク ロクラックを形成する総括塗布層であって、基材の表面に並行な線及び基材に対 して垂直な面で測定して直線１インチ当り少なくとも２０（８／ｃｍ）の鉛直方 向マクロクラックを有するものを生成する。 １４．工程ａ）において、前記粉末がイットリア６〜８重量％を含み、残りが実 質的にジルコニアである請求項１３の方法。 １５．工程ａ）において、単層が少なくとも５層を成したスプラットを含む請求 項１３の方法。 １６．工程ｂ）において、密度が理論密度の少なくとも９０％である請求項１３ の方法。 １７．工程ｃ）におけるコーティングが基材の表面に並行な線及び基材に対して 垂直な面で測定して直線１インチ当り２０〜２００（８〜７９／ｃｍ）の鉛直方 向マクロクラックを有する請求項１５又は１６の方法。 １８．工程ａ）における基材が接着被覆基材を含み、接着コーティングはクロム 、アルミニウム、イットリウムをニッケル、コバルト及び鉄からなる群より選ぶ 金属と共に含有する合金を含む請求項１５又は１６の方法。 １９．工程ｃ）において、鉛直方向マクロクラックの長さが少なくとも８ミル（ ０．２ｍｍ）〜コーティングの厚さまでである請求項１８の方法。 ２０．工程ｃ）において、コーティングの厚さが０．００３〜０．１０インチ（ ０．０７６〜２．５ｍｍ）である請求項１９の方法。