JPH05117064A - ガスタービン用翼およびその製造方法 - Google Patents
ガスタービン用翼およびその製造方法Info
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- JPH05117064A JPH05117064A JP4357692A JP4357692A JPH05117064A JP H05117064 A JPH05117064 A JP H05117064A JP 4357692 A JP4357692 A JP 4357692A JP 4357692 A JP4357692 A JP 4357692A JP H05117064 A JPH05117064 A JP H05117064A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐酸化性、耐腐蝕性を向上させたガスタービ
ン用翼を提供する。 【構成】 ガスタービン用翼の窒化珪素焼結部材の表面
に高温強度、耐熱性に優れた酸化物の被覆層を形成す
る。酸化物は、アルミナ、ムライト、ジルコニア、イッ
トリア、ジルコンから選ばれる１種以上である。前記酸
化物の被覆層は、プラズマ溶射により窒化珪素焼結部材
の表面に薄膜状に形成される。
ン用翼を提供する。 【構成】 ガスタービン用翼の窒化珪素焼結部材の表面
に高温強度、耐熱性に優れた酸化物の被覆層を形成す
る。酸化物は、アルミナ、ムライト、ジルコニア、イッ
トリア、ジルコンから選ばれる１種以上である。前記酸
化物の被覆層は、プラズマ溶射により窒化珪素焼結部材
の表面に薄膜状に形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン用翼およ
びその製造方法に関する。
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、高温で過酷な条件下で高度の
機械的特性が求められるガスタービン用翼に用いられる
材料としては、窒化珪素、炭化珪素等のセラミック材料
が知られている。耐熱性の良好なセラミック材料として
は、特開昭６２−７２５８２号公報に示されるジルコニ
ア被覆層をもつ窒化珪素焼結部材が知られている。
機械的特性が求められるガスタービン用翼に用いられる
材料としては、窒化珪素、炭化珪素等のセラミック材料
が知られている。耐熱性の良好なセラミック材料として
は、特開昭６２−７２５８２号公報に示されるジルコニ
ア被覆層をもつ窒化珪素焼結部材が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな窒化珪素あるいは炭化珪素等の高温耐熱材料といえ
ども、これらの材料がガスタービン用翼に用いられる場
合、このガスタービン用翼は高速の流速をもつ燃焼ガス
に晒されるため、従来の材料では高温酸化、高温腐蝕等
によりガスタービン用翼が減肉されることが多い。
うな窒化珪素あるいは炭化珪素等の高温耐熱材料といえ
ども、これらの材料がガスタービン用翼に用いられる場
合、このガスタービン用翼は高速の流速をもつ燃焼ガス
に晒されるため、従来の材料では高温酸化、高温腐蝕等
によりガスタービン用翼が減肉されることが多い。
【０００４】このため、高速の流速をもつ燃焼ガスに晒
されるガスタービン用翼に使用される材料については、
耐久性を向上するために耐酸化性を向上させることが最
大の課題である。本発明の目的は、酸化物の被覆層を高
温強度、耐熱性に優れた非酸化物セラミックスの表面に
被覆することにより耐酸化性、耐腐蝕性を向上させるよ
うにしたガスタービン用翼を提供することにある。ま
た、本発明は、耐酸化性、耐腐蝕性を向上した前記ガス
タービン用翼の製造方法を提供することを目的とする。
されるガスタービン用翼に使用される材料については、
耐久性を向上するために耐酸化性を向上させることが最
大の課題である。本発明の目的は、酸化物の被覆層を高
温強度、耐熱性に優れた非酸化物セラミックスの表面に
被覆することにより耐酸化性、耐腐蝕性を向上させるよ
うにしたガスタービン用翼を提供することにある。ま
た、本発明は、耐酸化性、耐腐蝕性を向上した前記ガス
タービン用翼の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の第１発明によるガスタービン用翼は、ガスタ
ービンに用いられる翼形状の窒化珪素基焼結部材の表面
に酸化物の薄膜を形成したことを特徴とする。前記目的
を達成するための本発明の第２発明によるガスタービン
用翼は、前記酸化物は、アルミナ、ムライト、ジルコニ
ア、イットリア、ジルコンから選ばれる１種以上である
ことを特徴とする。
の本発明の第１発明によるガスタービン用翼は、ガスタ
ービンに用いられる翼形状の窒化珪素基焼結部材の表面
に酸化物の薄膜を形成したことを特徴とする。前記目的
を達成するための本発明の第２発明によるガスタービン
用翼は、前記酸化物は、アルミナ、ムライト、ジルコニ
ア、イットリア、ジルコンから選ばれる１種以上である
ことを特徴とする。
【０００６】前記目的を達成するための本発明の第３発
明によるガスタービン用翼は、前記酸化物はプラズマ溶
射によりガスタービン用翼窒化珪素基焼結部材の表面に
薄膜形成されることを特徴とする。前記目的を達成する
ための本発明の第４発明によるガスタービン用翼は、窒
化珪素基焼結部材の表面を、表面粗さとして十点平均粗
さ（記号Ｒｚ）が１．５μｍ以上、中心線平均粗さ（記
号Ｒａ）が０．２μｍ以上になる程度に部材の表面を機
械加工、熱処理または化学的処理し、次いで部材の表面
に、アルミナ、ムライト、ジルコニア、イットリア、ジ
ルコンから選択される少なくとも１種以上をプラズマ溶
射することを特徴とする。
明によるガスタービン用翼は、前記酸化物はプラズマ溶
射によりガスタービン用翼窒化珪素基焼結部材の表面に
薄膜形成されることを特徴とする。前記目的を達成する
ための本発明の第４発明によるガスタービン用翼は、窒
化珪素基焼結部材の表面を、表面粗さとして十点平均粗
さ（記号Ｒｚ）が１．５μｍ以上、中心線平均粗さ（記
号Ｒａ）が０．２μｍ以上になる程度に部材の表面を機
械加工、熱処理または化学的処理し、次いで部材の表面
に、アルミナ、ムライト、ジルコニア、イットリア、ジ
ルコンから選択される少なくとも１種以上をプラズマ溶
射することを特徴とする。
【０００７】本発明は、窒化珪素あるいは炭化珪素粒
子、ウィスカー等を分散強化した窒化珪素複合材を部材
に用い、この部材の表面をアルミナ、ムライト、ジルコ
ニア、イットリア、ジルコン等の酸化物で被覆したもの
である。この被覆された酸化物層の厚さは１００μｍ以
下が望ましい。これは、窒化珪素または炭化珪素分散強
化窒化珪素複合材と酸化物層とは熱膨張率が異なるの
で、酸化物層の膜厚が厚すぎると、加熱、冷却の繰返し
により剥離や貫入が生じやすく、また酸化性、腐蝕性の
改善には１００μｍ以下の厚さでも十分であるからであ
る。
子、ウィスカー等を分散強化した窒化珪素複合材を部材
に用い、この部材の表面をアルミナ、ムライト、ジルコ
ニア、イットリア、ジルコン等の酸化物で被覆したもの
である。この被覆された酸化物層の厚さは１００μｍ以
下が望ましい。これは、窒化珪素または炭化珪素分散強
化窒化珪素複合材と酸化物層とは熱膨張率が異なるの
で、酸化物層の膜厚が厚すぎると、加熱、冷却の繰返し
により剥離や貫入が生じやすく、また酸化性、腐蝕性の
改善には１００μｍ以下の厚さでも十分であるからであ
る。
【０００８】次に、本発明によるガスタービン用動翼お
よび静翼部品の製造方法を述べる。まず、ガスタービン
用動翼および静翼部品の部材については、窒化珪素およ
び炭化珪素分散強化窒化珪素複合材のいずれか一種を用
いる。この部材の表面は一般に焼成面あるいは加工面で
あるため、酸化物焼付け層あるいは溶射層との結合力を
高めるために粗面化あるいは反応性を上げる処理が必要
である。その処理は例えば、砥粒による研磨加工、空気
中加熱による酸化あるいはフッ化水素酸等によるエッチ
ングが挙げられる。部材を粗面化する処理あるいは部材
の表面の反応性を上げる処理は、部材の性質に応じて適
宜最適方法により行なう。ここに、部材の表面粗さは、
ＪＩＳ規格Ｂ０６０１で、十点平均粗さ（記号Ｒｚ）が
１．５μｍ以上、中心線平均粗さ（記号Ｒａ）が０．２
μｍ以上にするのが望ましい。これは、部材の表面に酸
化物を密着させるのに少なくともＪＩＳ規格Ｂ０６０１
で十点平均粗さ（記号Ｒｚ）が１．５μｍ以上、中心線
平均粗さ（記号Ｒａ）が０．２μｍ以上の表面粗さにす
ると密着度が高いからである。
よび静翼部品の製造方法を述べる。まず、ガスタービン
用動翼および静翼部品の部材については、窒化珪素およ
び炭化珪素分散強化窒化珪素複合材のいずれか一種を用
いる。この部材の表面は一般に焼成面あるいは加工面で
あるため、酸化物焼付け層あるいは溶射層との結合力を
高めるために粗面化あるいは反応性を上げる処理が必要
である。その処理は例えば、砥粒による研磨加工、空気
中加熱による酸化あるいはフッ化水素酸等によるエッチ
ングが挙げられる。部材を粗面化する処理あるいは部材
の表面の反応性を上げる処理は、部材の性質に応じて適
宜最適方法により行なう。ここに、部材の表面粗さは、
ＪＩＳ規格Ｂ０６０１で、十点平均粗さ（記号Ｒｚ）が
１．５μｍ以上、中心線平均粗さ（記号Ｒａ）が０．２
μｍ以上にするのが望ましい。これは、部材の表面に酸
化物を密着させるのに少なくともＪＩＳ規格Ｂ０６０１
で十点平均粗さ（記号Ｒｚ）が１．５μｍ以上、中心線
平均粗さ（記号Ｒａ）が０．２μｍ以上の表面粗さにす
ると密着度が高いからである。
【０００９】部材の表面に形成する酸化物は、アルミ
ナ、ムライト、ジルコニア、イットリア、ジルコンから
選択し、これらのいずれかの単層または複合層に形成す
る。さらに部材と酸化物との熱膨張差による剥離や貫入
を防止するため、部材の熱膨長率と酸化物の熱膨張率と
の中間の熱膨張率をもつ中間層をあらかじめ形成させて
も良い。
ナ、ムライト、ジルコニア、イットリア、ジルコンから
選択し、これらのいずれかの単層または複合層に形成す
る。さらに部材と酸化物との熱膨張差による剥離や貫入
を防止するため、部材の熱膨長率と酸化物の熱膨張率と
の中間の熱膨張率をもつ中間層をあらかじめ形成させて
も良い。
【００１０】部材の表面に酸化物を形成する手段として
は、好ましくは、プラズマ溶射により酸化物を被覆す
る。他の手段としては、スラリーを塗布するか、あるい
は部材を酸化物中に浸漬するか、スプレーにより酸化物
層を形成させ焼成し焼付けるか、またはある種の金属元
素とその酸化物混合物を塗布あるいは浸漬、スプレーに
より積層し反応焼結させる。
は、好ましくは、プラズマ溶射により酸化物を被覆す
る。他の手段としては、スラリーを塗布するか、あるい
は部材を酸化物中に浸漬するか、スプレーにより酸化物
層を形成させ焼成し焼付けるか、またはある種の金属元
素とその酸化物混合物を塗布あるいは浸漬、スプレーに
より積層し反応焼結させる。
【００１１】
【作用】本発明のガスタービン用翼によると、耐クリー
プ特性等の高温での機械的特性に優れ、かつ高温での酸
化性、腐蝕性を大幅に改善する。また、本発明のガスタ
ービン用翼の製造方法によると、酸化物被覆層と部材の
密着性が良好でかつ耐熱サイクル性の高いガスタービン
用翼を製作できる。
プ特性等の高温での機械的特性に優れ、かつ高温での酸
化性、腐蝕性を大幅に改善する。また、本発明のガスタ
ービン用翼の製造方法によると、酸化物被覆層と部材の
密着性が良好でかつ耐熱サイクル性の高いガスタービン
用翼を製作できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。実施例１ Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 を添加物とする窒化珪素焼結体、
およびＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ 2 Ｏ3 を添加物とする窒化珪素を
母材とし、強化材として炭化珪素粒子あるいはウィスカ
ーを添加した複合焼結体を用いた。幅４ｍｍ、高さ３ｍ
ｍ、長さ４０ｍｍ全面Ｃ取り加工した試験片を空気中、
窒化珪素焼結体と複合焼結体は１４００℃で１００時間
酸化し表面に酸化層を形成させ、プラズマ溶射用部材と
した。この部材の全面に表１の溶射材を５０〜１００μ
ｍの厚さとなるようにプラズマ溶射した。
およびＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ 2 Ｏ3 を添加物とする窒化珪素を
母材とし、強化材として炭化珪素粒子あるいはウィスカ
ーを添加した複合焼結体を用いた。幅４ｍｍ、高さ３ｍ
ｍ、長さ４０ｍｍ全面Ｃ取り加工した試験片を空気中、
窒化珪素焼結体と複合焼結体は１４００℃で１００時間
酸化し表面に酸化層を形成させ、プラズマ溶射用部材と
した。この部材の全面に表１の溶射材を５０〜１００μ
ｍの厚さとなるようにプラズマ溶射した。
【００１３】酸化試験および腐食試験を行なった。酸化
試験条件は空気中、１４００℃で１００時間行なった。
酸化試験はＪＩＳ Ｒ１６０９非酸化物系ファインセラ
ミックスの耐酸化性試験方法に準拠した。腐食試験は高
速燃焼ガスバーナー試験で評価した。試験条件は軽油を
燃料とし、圧力１ａｔａ、ガス流速２００ｍ／ｓｅｃ、
温度１４００℃で１０時間曝露した。高速燃焼ガス曝露
前後の試験片表面を表面粗さ計にてプロファイルし腐食
度を測定した。酸化試験および腐食試験の結果を表１、
表２にそれぞれ示す。
試験条件は空気中、１４００℃で１００時間行なった。
酸化試験はＪＩＳ Ｒ１６０９非酸化物系ファインセラ
ミックスの耐酸化性試験方法に準拠した。腐食試験は高
速燃焼ガスバーナー試験で評価した。試験条件は軽油を
燃料とし、圧力１ａｔａ、ガス流速２００ｍ／ｓｅｃ、
温度１４００℃で１０時間曝露した。高速燃焼ガス曝露
前後の試験片表面を表面粗さ計にてプロファイルし腐食
度を測定した。酸化試験および腐食試験の結果を表１、
表２にそれぞれ示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】実施例２ 窒化珪素を部材に用い、部材表面粗さと酸化物被覆層の
密着性について調べた。詳細は下記表３に示す。実施例
２１〜２５の部材は、加工後、大気中、温度１４００℃
で１０時間の熱処理を行なった。実施例２６〜３０の部
材は、焼成面を＃３６炭化珪素砥粒５０ｗｔ％と＃３６
アルミナ砥粒５０ｗｔ％でサンドブラスト処理を行なっ
た。比較例１１〜１５の部材は、焼成面を＃１４０砥石
で機械加工した加工面である。比較例１６〜２０の部材
は、加工後、大気中、温度１３００℃で１時間熱処理を
行なった。
密着性について調べた。詳細は下記表３に示す。実施例
２１〜２５の部材は、加工後、大気中、温度１４００℃
で１０時間の熱処理を行なった。実施例２６〜３０の部
材は、焼成面を＃３６炭化珪素砥粒５０ｗｔ％と＃３６
アルミナ砥粒５０ｗｔ％でサンドブラスト処理を行なっ
た。比較例１１〜１５の部材は、焼成面を＃１４０砥石
で機械加工した加工面である。比較例１６〜２０の部材
は、加工後、大気中、温度１３００℃で１時間熱処理を
行なった。
【００１７】これらの部材に、アルミナ、ムライト、ジ
ルコニア、イットリア、ジルコンの酸化物被覆層が約１
００μｍの厚さになるようにプラズマ溶射により形成し
た。そしてプラズマ溶射において形成された酸化物被覆
層の付着状態および室温と１４００℃間の加熱、冷却の
繰り返しによる耐熱サイクル特性を測定評価した。その
結果は表３に示すとおりである。
ルコニア、イットリア、ジルコンの酸化物被覆層が約１
００μｍの厚さになるようにプラズマ溶射により形成し
た。そしてプラズマ溶射において形成された酸化物被覆
層の付着状態および室温と１４００℃間の加熱、冷却の
繰り返しによる耐熱サイクル特性を測定評価した。その
結果は表３に示すとおりである。
【００１８】
【表３】
【００１９】表３において、被覆層の付着状態は部材の
表面に酸化物被覆層が均一に被覆されているかを目視に
より評価した。実施例２１〜３０および比較例１６〜２
０については酸化物被覆層の付着状態は良好であった。
比較例１１〜１５については酸化物被覆層が部材の一部
にのみ付着しただけで被覆不能であった。部材と酸化物
被覆層の密着性は、室温と１４００℃との間の加熱、冷
却の繰り返しによる耐熱サイクルを行ない、サイクル１
回毎に光学顕微鏡にて部材と被覆層界面を観察した。そ
の結果、実施例２１〜３０は室温と１４００℃との間の
２０回の加熱、冷却の繰り返しによっても剥離が生じな
かった。比較例１６〜２０は室温と１４００℃との間の
１回の加熱、冷却の繰り返しによって剥離が生じた。
表面に酸化物被覆層が均一に被覆されているかを目視に
より評価した。実施例２１〜３０および比較例１６〜２
０については酸化物被覆層の付着状態は良好であった。
比較例１１〜１５については酸化物被覆層が部材の一部
にのみ付着しただけで被覆不能であった。部材と酸化物
被覆層の密着性は、室温と１４００℃との間の加熱、冷
却の繰り返しによる耐熱サイクルを行ない、サイクル１
回毎に光学顕微鏡にて部材と被覆層界面を観察した。そ
の結果、実施例２１〜３０は室温と１４００℃との間の
２０回の加熱、冷却の繰り返しによっても剥離が生じな
かった。比較例１６〜２０は室温と１４００℃との間の
１回の加熱、冷却の繰り返しによって剥離が生じた。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の酸化物被
覆を施したガスタービン用翼によれば、ガスタービン用
翼の表面が、耐酸化性、耐蝕性に優れるため、高温で過
酷な使用条件下においても減肉せずに長期にわたり使用
することができるという効果がある。また、本発明のガ
スタービン用翼の製造方法によると、酸化物被覆層と部
材の密着性および耐熱サイクル性も良好であるため、高
温使用に十分耐えるという効果がある。
覆を施したガスタービン用翼によれば、ガスタービン用
翼の表面が、耐酸化性、耐蝕性に優れるため、高温で過
酷な使用条件下においても減肉せずに長期にわたり使用
することができるという効果がある。また、本発明のガ
スタービン用翼の製造方法によると、酸化物被覆層と部
材の密着性および耐熱サイクル性も良好であるため、高
温使用に十分耐えるという効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 廣道 三重県四日市市浮橋１丁目11番地の１ (72)発明者 阪井 博明 愛知県名古屋市瑞穂区釜塚町１丁目54番地 の３ (72)発明者 大威 宏之 愛知県名古屋市北区丸新町51番地
Claims (4)
- 【請求項１】 ガスタービンに用いられる翼形状の窒化
珪素基焼結部材の表面に酸化物の薄膜を形成したことを
特徴とするガスタービン用翼。 - 【請求項２】 前記酸化物は、アルミナ、ムライト、ジ
ルコニア、イットリア、ジルコンから選ばれる１種以上
であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン
用翼。 - 【請求項３】 前記酸化物はプラズマ溶射によりガスタ
ービン用翼窒化珪素基焼結部材の表面に薄膜形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン用翼。 - 【請求項４】 窒化珪素基焼結部材の表面を、表面粗さ
として十点平均粗さ（記号Ｒｚ）が１．５μｍ以上、中
心線平均粗さ（記号Ｒａ）が０．２μｍ以上になる程度
に部材の表面を機械加工、熱処理または化学的処理し、
次いで部材の表面に、アルミナ、ムライト、ジルコニ
ア、イットリア、ジルコンから選択される少なくとも１
種以上をプラズマ溶射することを特徴とするガスタービ
ン用翼の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP92303083A EP0508731B1 (en) | 1991-04-09 | 1992-04-08 | Use of an oxide coating to enhance the resistance to oxidation and corrosion of a silicon nitride based gas turbine blade |
| DE69213802T DE69213802T2 (de) | 1991-04-09 | 1992-04-08 | Verwendung einer Oxidschicht zur Verbesserung der Oxydation- und Korrosionswiderstand einer Gasturbinenschaufeln aus Siliziumnitrid |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-104722 | 1991-04-09 | ||
| JP10472291 | 1991-04-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05117064A true JPH05117064A (ja) | 1993-05-14 |
Family
ID=14388386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4357692A Pending JPH05117064A (ja) | 1991-04-09 | 1992-02-28 | ガスタービン用翼およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05117064A (ja) |
Cited By (11)
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|---|---|---|---|---|
| JP2002511834A (ja) * | 1998-04-27 | 2002-04-16 | ゼネラル エレクトリック カンパニイ | 優先的に酸素と反応する層を含むセラミック材 |
| US6783863B2 (en) | 1999-12-10 | 2004-08-31 | Tocalo Co., Ltd. | Plasma processing container internal member and production method thereof |
| JP2005255491A (ja) * | 2004-03-12 | 2005-09-22 | Kyocera Corp | 焼成用部材およびそれを用いた焼結体の製造方法 |
| JP2005351183A (ja) * | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 高温耐湿構造部材およびガスタービン |
| JP2007197320A (ja) * | 2007-03-22 | 2007-08-09 | Kyocera Corp | 耐食性セラミックス及びその製造方法 |
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| US7648782B2 (en) | 2006-03-20 | 2010-01-19 | Tokyo Electron Limited | Ceramic coating member for semiconductor processing apparatus |
| US7767268B2 (en) | 2005-09-08 | 2010-08-03 | Tocalo Co., Ltd. | Spray-coated member having an excellent resistance to plasma erosion and method of producing the same |
| US7850864B2 (en) | 2006-03-20 | 2010-12-14 | Tokyo Electron Limited | Plasma treating apparatus and plasma treating method |
| US8231986B2 (en) | 2005-08-22 | 2012-07-31 | Tocalo Co., Ltd. | Spray coating member having excellent injury resistance and so on and method for producing the same |
| US8877002B2 (en) | 2002-11-28 | 2014-11-04 | Tokyo Electron Limited | Internal member of a plasma processing vessel |
-
1992
- 1992-02-28 JP JP4357692A patent/JPH05117064A/ja active Pending
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