JPH0525934B2 - - Google Patents

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JPH0525934B2
JPH0525934B2 JP58235236A JP23523683A JPH0525934B2 JP H0525934 B2 JPH0525934 B2 JP H0525934B2 JP 58235236 A JP58235236 A JP 58235236A JP 23523683 A JP23523683 A JP 23523683A JP H0525934 B2 JPH0525934 B2 JP H0525934B2
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aluminum
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JPS59118847A (ja
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Aaru Nikoru Andoryuu
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ABB AB
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Asea Brown Boveri AB
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
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    • C23C4/073Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
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    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12931Co-, Fe-, or Ni-base components, alternative to each other

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はとくにガスタービン構造部材を被覆
する耐高温度保護層合金の成分に関する。
このような耐高温度保護層は中でも600℃以上
の温度において用いられるような耐熱鋼及び/又
は耐熱合金からなる構造部材の基材を保護しよう
とする場合に用いられる。この耐高温度保護層に
よつて、硫黄、油類の灰分、酸素、アルカリ土類
金属またはバナジウムによる高温腐蝕の作用が遅
延される。この耐高温度保護層はその構造部材の
基材の上に直接被覆される。ガスタービンの構造
部材においては耐高温度保護層は特に重要であ
る。これは中でもガスタービンブレード及びター
ビンノズル、並びに熱の蓄積する部分の表面に被
覆される。このような構造部材を作るのには、中
でもニツケル、コバルト又は鉄をベースとするオ
ーステナイト系材料が用いられる。ガスタービン
類の構造部材を製造する際には、中でも下地材料
としてニツケル超合金が用いられる。その被覆さ
れた耐高温度保護層は中でもクロム含有合金より
なるのが好ましい。
従来、基礎材料がコバルト、クロム、及びアル
ミニウムを含有する耐高温度保護層用合金は公知
である。このような耐高温度保護層は中でも本質
的に900℃以上の高い温度の作用に曝されるよう
な構造部材の表面に被覆される。このような耐高
温度被覆層の組織はコバルト、クロム及びアルミ
ニウムよりなる母相を有し、これにコバルト−ア
ルミニウム含有相が入り込んでいる。このような
耐高温度保護層は、この保護相が熱負荷を受ける
種々の運転条件のもとで、その表面上に酸化アル
ミニウムよりなる不働態被覆層を形成するという
性質をもつている。このような耐高温度保護層が
950℃の温度と空気との作用に継続的に曝らされ
た場合には、腐蝕減少が現れ、その際先づ最初に
上記の不働態保護層が少しづつはぎ取られて行
く。時間の経過と共にこの腐蝕は更に進行し、遂
には母材も侵されるに至る。その際、その耐高温
度保護層の機械的強度を決定する上記コバルト−
アルミニウム含有相も時間の経過につれてはぎ取
られ、それによつてその耐高温度保護層全体が破
壊されるに至る。
本発明の目的は、特に良好な機械的強度並びに
その基材の上への確実な接着性を保証し、そして
そのものの表面にすべての腐蝕作用に対して耐久
性のある酸化アルミニウム不働態被覆層を形成す
ることができるような、コバルト、クロム、及び
アルミニウムをベースとする耐高温度被覆層合金
を提供することにある。
この目的は本発明によつて、本願特許請求の範
囲第1項の特徴部に挙げた要件を採用することに
より達成された。
本発明に従う合金においては、特に酸化物分散
硬化された合金が対象となる。金属珪素の形の本
発明に従う添加材によつてこの耐高温度保護層合
金の耐酸化性の著しい改善が達成された。更にま
た、本発明に従う高温用保護層合金はその被覆さ
れた構造部材の上への著しく改善された接着強度
を示す。これは中でも合金の基礎材料に対して
0.7重量%合金の全重量に対して0.5重量%程度の
量でイツトリウムを含有させることによつて達成
される。金属珪素を1ないし2.5重量%の量で添
加した場合に特に合金被覆層の接着強度が向上
し、良好な結果が得られ、且つ耐久性のある酸化
アルミニウム不働態被覆層が形成される。このよ
うな酸化アルミニウム不働態被覆層は、次のよう
な過程を経て形成される。先ず、プラズマ溶射に
より基材上に合金保護層を形成する。合金保護層
は、CoCrAl母相のなかにCo−Al含有相が入り込
んだ組織であり、このようなCo−Al含有層によ
り母相が強化されている。次に、合金保護層を所
定条件下で焼なましすると、母層からM3C,M7
C3,M23C6などの複炭化物が析出する。この析出
炭化物は、コバルト及びクロムを含み、高温域で
安定である。複炭化物の析出により、母相中のア
ルミニウム濃度が相対的に高まる。このようなア
ルミニウム濃度が高い母相(アルミリツチ相)が
タービン運転などのときに空気中の酸素と反応
し、酸化アルミニウムの不働態層が合金保護層の
表面に形成される。上述の重量%の記載はその合
金の全重量についての値を表わす。このような約
29重量%のクロム、約6重量%のアルミニウム、
残部がコバルトからなる基礎材料に、1乃至2.5
重量%の珪素を添加したものをニツケル超合金基
板上にプラズマ溶射し、合金の保護層を形成する
と、その後の加熱により合金層の表面に酸化アル
ミニウムの不働態層が形成される。900℃以上の
温度におけるこの酸化アルミニウム不働態被覆層
のはぎ取り損耗は確認できない。この酸化アルミ
ニウム不働態被覆層によつて本来の高温用保護層
の急速な損耗が防止され、従つて長期間にわたつ
てその構造部材の保護に貢献することができる。
本発明に従う耐高温度保護層合金の基礎材料
は、29重量%のクロムと、6重量%のアルミニウ
ムとを含有し、残部はコバルトよりなる。上記の
重量%の値は合金の全重量についての値である。
この基礎材料に、本発明に従い、0.7重量%合金
の全重量に対して0.5重量%程度のイツトリウム
並びに1ないし2.5重量%の珪素を添加合金させ
る。
その母層への溶解度範囲についての種々の研究
において、1ないし2.5重量%の珪素の添加合金
化は1つの析出相しかもたらさないということを
確認することができた。2.5重量%の珪素を添加
合金するまでそれ以上の析出相は確認できなかつ
た。このような実験のためには、その合金を真空
のもとで溶融し、次いでそのようにして得られた
試料を交互に1000℃の温度に1時間炉の中で加熱
し、次いで再び30分以内に100℃に冷却する。こ
れらの試料の分析結果は31重量%のクロム、2重
量%のアルミニウム及び2.5重量%の珪素、並び
に残量のコバルトよりなる母材組成を与える。こ
の母材から析出した相は19重量%のクロム、13.5
重量%のアルミニウム、及び2重量%の珪素から
なる組成を示し、残部はコバルトよりなつてい
る。上記の重量%はそれぞれ母材の全重量又は析
出した相の全重量に関する値を示す。多くの試料
においてもその析出した相は0.5から2重量%ま
での間の珪素含有量を示した。
このような含Si析出相は、基材に対する保護層
の接着強度を高めるのに寄与する。
本発明に従い2.25重量%の珪素を添加合金する
ことによつて特に良好に接着した耐高温度保護層
が形成され、このものの酸化アルミニウム不働態
被覆層は種々の腐蝕作用に対して極めて良好な耐
久性を示した。
本発明に従えば、この合金は低圧法によつてプ
ラスマ溶射により基材に被覆され、これによつて
その保護されるべき構造部材とこの高温用保護層
との間の最適の結合が得られる。
被覆されたガスタービンの構造部材の製造につ
いての本発明の実施例によつて以下本発明を更に
詳細に説明をする。
その被覆されるべきガスタービン構造部材は、
中でもニツケル超合金のオーステナイト系材料か
ら作られた。被覆に先立つてこの構造部材を科学
的に清浄化し、次いでサンドブラストによつて粗
面化された。この構造部材の被覆はプラズマ溶射
法によつて真空のもとでこれを行つた。その耐高
温度保護層を構成する基礎材料合金は、29重量%
のクロム、6重量%のアルミニウム、及び残量の
コバルトよりなる粉末からなつている。本発明に
従つてこの基礎材料に0.7重量%のイツトリウム
及び2.25重量%の珪素を混合した。これらすべて
の重量%の記載はその合金の全重量についての値
である。この粉末の形の合金は45μmの粒度を示
した。その構造部材の被覆すべきでない部分は適
当な材料でカバーしておいた。例えば金属板ある
いはグラフアイトのカバーを用いることができ
る。耐高温度保護層を被覆するに先だつて、その
構造部材をプラズマジエツトによつて約800℃に
加熱した。その耐高温度保護層を構成する合金は
構造部材の基材の上に直接被覆される。プラズマ
用のガスとしてはアルゴンまたは水素が用いられ
た。プラズマ電流は580アンペアであり、そして
印加電圧は80Vであつた。この構造部材の上に上
記合金を被覆した後で、このものを熱処理にかけ
た。これは高真空焼なまし炉の中で行つた。この
炉の内部は5×10-3トールよりも低い圧力に保持
されていた。この真空度に達したならば炉を1100
℃の温度に加熱した。
この温度を約±4℃の許容限度内で約1時間保
持し、次いで炉の加熱を止めた。このように被覆
して上記熱処理を受けた構造部材はこの炉の中で
ゆつくりと冷却された。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基材、中でも高温に曝されるオーステナイト
    系材料よりなるガスタービン用構造部材を、高温
    下の腐食から保護するための耐高温度保護層合金
    において、合金の保護層を前記基材上に形成する
    前では、実質的に29重量%のクロム及び6重量%
    のアルミニウムと、残部がコバルトからなる基礎
    材料に、珪素が保護層となるべき合金の総重量に
    対して1乃至2.5重量%の割合で添加され、かつ、
    イツトリウムが保護層となるべき合金の総重量に
    対して0.5重量%の割合で添加されており、合金
    の保護層を低い圧力域におけるプラズマ溶射によ
    り前記基材上に形成した後では、前記合金の保護
    層を少なくとも1100℃±4℃の温度にて1時間保
    持する条件で焼なましすることにより安定な炭化
    物を析出させ、さらに前記合金の保護層の表面領
    域に酸化アルミニウムの不働態層を形成したこと
    を特徴とする耐高温度保護層合金。 2 基礎材料に、珪素が保護層となるべき合金の
    総重量に対して2.25重量%の割合で添加されてい
    ることを特徴とする請求項第1記載の耐高温度保
    護層合金。
JP58235236A 1982-12-16 1983-12-15 耐高温度保護層合金 Granted JPS59118847A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE19823246504 DE3246504A1 (de) 1982-12-16 1982-12-16 Hochtemperatur-schutzschicht
DE32465041 1982-12-16

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JPS59118847A JPS59118847A (ja) 1984-07-09
JPH0525934B2 true JPH0525934B2 (ja) 1993-04-14

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