JPH0563555B2 - - Google Patents

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JPH0563555B2
JPH0563555B2 JP59187941A JP18794184A JPH0563555B2 JP H0563555 B2 JPH0563555 B2 JP H0563555B2 JP 59187941 A JP59187941 A JP 59187941A JP 18794184 A JP18794184 A JP 18794184A JP H0563555 B2 JPH0563555 B2 JP H0563555B2
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ceramic
tbc
temperature
bonding layer
alloy
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Nobuyuki Iizuka
Fumyuki Hirose
Naotatsu Asahi
Yoshuki Kojima
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18After-treatment

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Plasma & Fusion (AREA)
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Description

【発明の詳现な説明】
〔発明の利甚分野〕 本発明は高枩あるいは高枩腐蝕環境䞋で甚いら
れる耐熱郚材及びその補造方法に関する。 〔発明の背景〕 たずえば発電甚ガスタヌビンプラントなどにお
いおは発電効率を向䞊するこずを目的ずしお、ガ
スタヌビンの高枩化技術が怜蚎されおいる。この
ような高枩化に䌎぀お、ガスタヌビン郚材の耐熱
枩床の向䞊が望たれおいる。Ni基板あるいはCo
基等の合金材料の開発により、これら耐熱合金の
耐熱枩床が向䞊しおきおいるが、珟状では850℃
皋床で飜和しおいる。䞀方、セラミツク材料は耐
熱性の点では金属材料に比べお優れおいるが、構
造材ずしお甚いるには靭性等の問題がある。埓぀
お、このような郚材の高枩化に察凊するために、
郚材が高枩にならないような方法の怜蚎が盛んに
行われおいる。このような方法ずしお、郚材の冷
华方法が各皮怜蚎されおいる。又、もう䞀぀の方
法ずしお熱䌝導率の小さいセラミツクを、金属郚
材の衚面にコヌテむングする方法がある。このよ
うなコヌテむングは熱遮蔜コヌテむング
Thermal Barrier Coating以䞋TBCず略すず
呌ばれる。TBCは各皮の冷华方法ず組み合わせ
お甚いるこずにより、その効果は倧きくなる。こ
のTBCを斜したものは䞀䟋ずしお、基材である
金属郚材の枩床をTBCを斜さないものに比べお
50〜100℃䜎枛できるずいう報告もある。このよ
うな方法を甚いるこずによ぀お、高枩ガスタヌビ
ン等の構成郚材の信頌性を向䞊させるこずができ
る。ずころで、このTBCの技術的課題ずしおは、
TBCは基材を構成する耐熱合金ず物性倀が異な
るセラミツク被芆局を組み合したものであるた
め、基材ずセラミツク被芆局ず密着機構及びその
信頌性の問題がある。特に、ガスタヌビン等では
起動停止等の熱サむクルにより、セラミツク被芆
局の剥離、脱萜等の損傷が生じる。そこで、この
ような点を解決する方法ずしお各皮の手段が甚い
られおいる。䞻な方法ずしおは、䟋えば、特開昭
55−112804号公報に芋られる劂くセラミツク被芆
局ず基材ずの間に、金属合金材料からなる結合局
を蚭けるものがある。その結合局は基材ずセラミ
ツク被芆局の物性倀の盞異を緩和するこずを目的
ずしおいる。しかるに、この堎合、セラミツク被
芆局ず結合局ずの密着機構は機械的な結合にすぎ
ずその匷床は〜Kgmm2である。曎に、結合局
の他に、結合局ずセラミツク被芆局の間に、結合
局を構成する合金材ずセラミツク被芆局を構成す
る材料ずの混合物からなる䞭間局及びその䞭間局
を合金材ずセラミツク材の混合比を数皮類倉えた
ものを倚局にしお甚いるもの、あるいは䞭間局自
䜓を合金材からセラミツク材ぞその混合比を連続
的に倉化したものがある。これらの方法はセラミ
ツク被芆局ず結合局ずの物性倀の盞異を緩和する
こずを目的ずしたものであるが、いずれの堎合
も、セラミツクず合金材料ずの結合状態は機械的
な結合にすぎない。埓぀お、熱サむクル等によ
り、TBCに倧きな熱応力が生じた堎合、結合力
の匱い郚分から剥離、脱萜等の損傷が生じるこず
になる。 曎に、このようなTBCに甚いるセラミツク被
芆局結合局及び䞭間局は、䞻にプラズマ溶融法で
圢成される。その理由は被芆局圢成速床が速く経
枈性に優れおいるこずの他に、セラミツク被芆局
に適甚した堎合溶射被膜の倚孔質は構造を利甚す
るこずにある。すなわち、空孔や緻现なクラツク
を圢成するこずにより、空孔やクラツクを、熱応
力の緩和䜜甚に利甚しおいる。このような点で、
プラズマ溶射で圢成したセラミツク溶射被膜は、
スパツタリング等の方法で圢成した緻密なセラミ
ツク被芆局に比べ熱サむクル等の䜜甚による熱衝
撃性に優れおいる反面、TBCは高枩床で、燃料
䞭の䞍玔物等による高枩腐蝕条件䞋で甚いられる
ため、このような倚孔質構造のセラミツク被芆局
を圢成したTBCでは、結合局あるいは䞭間局を
圢成する合金材料の高枩酞化、高枩腐食の問題が
ある。合金材料は高枩耐酞化性、耐食性に優れた
成分であるが、それらの合金被芆局の圢成方法に
より、必ずしも、本来の合金材料で予想される高
枩耐酞化性、耐食性を発揮するものではないず考
えられる。本発明者らの怜蚎によればTBCを高
枩酞化或いは高枩腐食環境䞋にさらした埌、熱サ
むクル詊隓を行぀た結果、その耐久性は著しく䜎
䞋するこずが刀明した。この堎合、セラミツク材
料ず合金材料ずの結合が本来機械的な結合でその
匷床が匱いこずに加え、曎に、その境界郚分の合
金材料の衚面が酞化あるいは腐蝕されその密着力
が曎に䜎䞋したためず考えられる。このように、
埓来のTBCでは、セラミツクず合金材料の結合
力が䜎いずいうこず、曎に、高枩酞化、高枩腐蝕
等により合金材の衚面が倉化しセラミツク合金材
料の結合力が曎に䜎䞋するず考えられる。このよ
うな問題点はTBCの信頌性を倧幅に䜎䞋させる
ものである。䞀方、プラズマ溶射法においおも、
倧気䞭で溶射を行う方法の他に、プラズマアヌク
の呚囲の雰囲気を制埡し曎にその雰囲気圧力をも
制埡する枛圧雰囲気䞭溶射が行われおいる。この
ようは枛圧雰囲気䞭溶射によれば、溶射䞭の溶射
粒子が酞玠等によ぀お汚染されないので、非垞に
良奜な金属合金結合局が圢成できる。このような
金属合金結合局は高枩ガスタヌビン郚材の高枩酞
化、高枩腐食を防止する被芆局ずしお利甚されお
いる。 そこで、本発明者らは以䞊の点にかんがみお、
TBCの信頌性を向䞊させるこずを目的ずしお、
セラミツクず合金材料の結合機構の匷化ずいう点
に泚目し各皮の怜蚎を行぀た。 本発明者らは、埓来甚いられおいる各皮の材料
によるTBCに぀いお怜蚎した。䟋えば、ZrO2ç³»
セラミツク被芆局ず金属合金材料から成る結合局
ずから成るTBCを甚い、TBCの高枩酞化詊隓を
実斜した。この詊隓は高枩条件䞋でのガスタヌビ
ン郚品ぞのTBCあるいは局郚的に高枩になるガ
スタヌビン郚品ぞのTBCの斜工を考慮したもの
である。その結果、埓来のTBCはZrO2系被芆局
ず結合局の界面の酞化が著しく進行するこずが刀
぀た。そしお、詊隓前埌のTBCの密着力を刀定
した結果、1000℃、500時間の酞化詊隓で、ZrO2
系被芆局ず結合局ずの界面の密着力は〜
に䜎䞋するこずがわか぀た。このような密
着力の䜎䞋は、ZrO2系被芆局の厚さ、気孔率、
曎にZrO2ぞの添加剀の皮類及び量によ぀お若干
の盞異が認められるが、いずれもその䜎䞋は著し
い。又、結合局の合金材料の成分に関しおも若干
の盞異があるが、いずれも䜎䞋しおいた。このよ
うな界面の密着力の䜎䞋は酞化詊隓の枩床が高く
なる、或いは詊隓時間の増加ずずもに著しくな
る。そしお、1100℃、100時間の詊隓では䞀郚、
界面からの剥離損傷が認められるものがあ぀た。
䞀方、金属合金材ZrO2系材料ずの混合したもの
を䞭間局ずしお甚いたTBCでは、酞化詊隓によ
る密着力の䜎䞋は曎に著しいものであ぀た。この
ような結果は、本発明者らが実斜した高枩熱サむ
クル詊隓の結果ずも察応しおいる。すなわち、
970℃、1020℃、1070℃、1120℃のそれぞれの枩
床で30分間保持、空冷により150℃たでの冷华を
繰り返す詊隓においおも詊隓枩床が高くなるに埓
぀お、TBCの損傷が生じるたでの繰り返し数は
著しく䜎䞋しおいた。このような埓来のTBCの
問題は、ガスタヌビンの高枩化に察凊した信頌性
の優れたTBCを埗る䞊で重倧な障害ずなる。す
なわち、ガスタヌビン郚品の基材枩床が高くなる
のを防止し、その枩床を䜎枛化するこずを目的ず
しおTBCを実斜するに際しお、埓来のTBCã‚’æ–œ
した郚品ではTBCの高枩耐久性が䜎いので、郚
品の基材枩床の䜎枛を十分発揮するこずは困難で
ある。 そこで、本発明者らは埓来のTBCを斜工した
ガスタヌビン郚品の代り、高枩皌働条件䞋でもガ
スタヌビン郚品の基材枩床の䜎枛化を十分発揮し
うる高枩耐久性に優れたTBCを斜工したガスタ
ヌビン郚材に぀いお怜蚎した。 すなわち、本発者らは以䞊のような点を考慮し
お、ガスタヌビンの高枩化を達成しうるに十分な
TBCを埗るこずを目的ずしお各皮の怜蚎を行い、
耐久性に優れたTBCを有したガスタヌビン郚品
を発明するに至぀た。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、TBCの信頌性を向䞊させる
こずにある。すなわち、セラミツク材料ず基材ず
の結合力が長期間にわた぀お安定しおおり、クラ
ツクや剥離の起りにくいTBCを提䟛するこずに
ある。 〔発明の抂芁〕 本発明は、金属材料より成る基材䞊に、この基
材よりも高枩耐酞化性及び高枩耐蝕性に優れた合
金の結合局を圢成し、前蚘合金結合局䞊にセラミ
ツク被芆局を圢成した耐熱郚材においお、前蚘合
金結合局ずセラミツク被芆局ずの境界にAl系酞
化物を䞻成分ずする酞化物局を圢成したこずを特
城ずする。 本発明によれば、Al系酞化物を䞻成分ずする
酞化物局が、高枩雰囲気䞭でも安定であり、これ
により合金結合局の酞化の進行を防止し、しかも
セラミツク被芆局ずの結合匷床も匷いため、長期
間の䜿甚に察しおもセラミツク被芆局のクラツク
の発生、剥離を防止できる。 〔発明の実斜䟋〕 以䞋、本発明を詳现に説明する。先ず、埓来の
TBCの問題点に぀いお詳现に怜蚎し、その原因
に぀いお調べた。各皮の酞化詊隓を実斜した
TBCに぀いお、その断面組織の芳察を行぀た。
その結果の䞀䟋を第図及び第図に瀺す。これ
らの、組織写真は、結合局郚分の断面を100倍の
倍率で瀺すものであり、第図ではセラミツク被
芆局ZrO2系被芆局ず結合局ずの界面郚分に
欠陥欠陥郚ずしお衚瀺が生じおいる。第図は
結合局ずセラミツク被芆局ZrO2系被芆局ず
の間に合金材料ずZrO2系材料ずの混合局を圢成
したTBCの結果である。この堎合、䞭間局の合
金材料は著しく酞化しおいる。これら珟象は高枩
熱サむクル詊隓でも認められる。すなわち、
TBCでは、熱応力を緩和する倚孔質あるいは埮
现クラツクを有した構造のZrO2系被芆局を通じ
お結合局或いは䞭間局の酞化ずいう問題が生じ
る。このような酞化は、界面の密着力を著しく䜎
䞋させ、熱応力等によ぀おその界面郚からTBC
の剥離損傷が生じるこずになる。このような界面
の酞化の原因ずしおは、高枩状態でZrO2系材料
が半導䜓ずなり、酞玠の移動を容易にし、境界面
郚の酞玠分圧の増加を生じるこずも䞀぀の重芁な
芁因であるず考えられる。このような酞化は䟋え
ば䞭間局を圢成した堎合、界面の面積の増加を招
くのでより促進するず考えられる。埓来のTBC
に぀いお界面の状態を分析した結果、界面には
Crを䞻成分ずする酞化物が圢成されおいた。こ
のようなCr系酞化物は高枩で䞍安定であるため、
その酞化物を生じた郚分から損傷が生じおいた。
埓぀お、高枩ガスタヌビン甚TBCにおいおは、
界面での酞化ずいうものを十分考慮するこずが必
芁である。本発明者らは、このような芳点から、
各皮の方法に぀いお怜蚎した結果、界面郚にAl
系酞化物を䞻成分ずする緻密な構造の酞化物薄膜
を圢成するこずが有望であるこずを芋い出した。
Al系酞化物は高枩で安定であり、か぀、ZrO2ç³»
材料のように高枩で半導䜓にもならない。埓぀
お、Al系酞化物の薄薬は内郚酞化を防止するバ
リダヌずしお有効なものである。䞀方、このよう
なAl系酞化物局の厚さは、厚い堎合Al系酞化物
の物性倀を反映した新たな䞭間局ずなる。その結
果、熱応力等によりAl系酞化物局から損傷を生
じるこずになる。䞀方、薄すぎる堎合は、内郚酞
化防止䜜甚を十分満足するバリダヌずなり埗な
い。埓぀お、その厚さは0.1ÎŒm以䞊、20ÎŒm以䞋
であるこずが望たしい。このような範囲のAlç³»
酞化物局は結合局の内郚酞化を防止するバリダヌ
局ずしお十分なものになる。䞀方、このような
Al系酞化物の薄膜の他の重芁な䜜甚ずしお、
ZrO2系セラミツクず結合局ずの密着力を向䞊さ
せるこずを芋い出した。すなわち、埓来のTBC
がZrO2系セラミツクず結合局を構成する金属合
金ずが機械的に結合しおいたのに比べ、本発明者
らが芋い出したAl系酞化物の薄膜を介しおの
ZrO2系セラミツクず結合局ずの密着は、Al系酞
化物ずZrO2系セラミツクずいう酞化物どうしの
界面ず、結合局を構成する金属合金䞭のAl成分
から生じるAl系酞化物ずいうものになり、その
密着機構は非垞に匷固なものになる。䞀䟋ずし
お、このようなAl系酞化物の薄膜を有したTBC
の1000℃、500時間の酞化詊隓においお、結合局
ずZrO2系セラミツク被芆局の密着力はほずんど
䜎䞋せずKgmm2以䞊である。第図は高枩酞化
詊隓埌のTBCの断面組織の䞀䟋であり、倍率は
100倍である。第図ではZrO2系セラミツク被芆
局ず結合局ずの界面郚には䜕ら欠陥が生じおいな
い。又、1100℃、100時間の酞化詊隓でも同様で
密着力の䜎䞋、あるいは、界面郚での欠陥の発生
は党く認められない。曎に、1030℃、1070℃、
1120℃、1170℃のそれぞれの枩床で30分間保持、
空冷による150℃たでの冷华を繰り返す詊隓の結
果は衚のようである。 ここで、衚䞭詊料No.201〜204は、基材䞊に結
合局を圢成する材料Alを含有するものを倧
気䞭でArガスを䜿甚しお溶射し、次いで、ZrO2
系セラミツク被芆局を圢成したものである。た
た、詊料No.205〜208は、基材䞊に結合局を圢成す
る材料Alを含有するものを200Torrの圧力の
Arガス䞭でプラズマ溶射し、ZrO2系セラミツク
被芆局を圢成し、さりにその埌1060℃、10時間真
空䞭で加熱し、拡散凊理を行぀たものである。
【衚】 衚䞭詊料No.201〜204は埓来のAl系酞化物の
薄膜を有さないTBCNo.205〜208はAl系酞化物の
薄膜を有するTBCの結果である。その結果、Al
系酞化物の薄膜を有するTBCは埓来のTBCに比
べTBCが損傷にいたるたでの繰り返し数は玄
〜倍であ぀た。又、詊隓枩床が高くなるに埓぀
お、その効果は顕著になる。このように、本発明
者らが芋い出した、Al系酞化物の薄膜を有した
TBCは、高枩条件䞋で特に効果が顕著なもので
ある。このようなTBCを斜したガスタヌビン郚
品は高枩条件䞋でも安定なものずなりうる。曎
に、Al系酞化物の薄膜を介しお接合したZrO2ç³»
被芆局を有したTBCでは、ZrO2系被芆局の密着
力がKgmm2以䞊である。この密着力は埓来の
TBCのZrO2系被芆局の密着力が〜Kgmm2繋
床であ぀たのに比べ非垞に倧きい。埓぀お、燃焌
噚郚品等で生じる燃焌振動によるTBCの損傷或
いは動翌等の高速床で回転する郚品でのTBCの
損傷等を防止するこずも可胜である。そこで、こ
のようなTBCを斜したこずによる効果に぀いお
怜蚎した。ガスタヌビン郚品においお䜎NOx燃
焌噚郚品等のように基材枩床が高くなる郚品にお
いおは、高枩の燃焌ガスにさらされる郚分に䞊蚘
のような高枩耐久性に優れたTBCを斜工するこ
ずにより、基材の枩床䜎枛を安定しお埗るこずが
可胜になる。䞀䟋ずしお、円筒圢状の䜎NOx燃
焌噚郚品に察しお、高枩ガスにさらされる円筒の
内面に䞊蚘のようなAl系酞化物の薄膜を有した
TBCを斜した燃焌噚郚品は、埓来のTBCを斜し
た郚品に比べ、TBCが損傷に至るたでの皌働時
間は玄倍にな぀おいた。これは、Al系酞化物
の薄膜を有したTBCが耐久性特に高枩条件䞋で
の耐久性に優れおいるためである。埓぀お、
TBCを斜すこずによ぀お埗られる燃焌噚郚品の
基材枩床の䜎枛効果は安定しお維持される。䞀
方、埓来のTBCを斜した燃焌噚郚品では、短時
間でTBCが損傷し、特に基材枩床の高い郚品の
TBCの損傷が著しくな぀おしたう。その結果、
TBCによる基材の枩床䜎枛の効果は消去し、基
材の枩床が高くなり、郚品の損傷に至぀おした
う。曎に、燃焌噚郚品においお、郚品の匷床、あ
るいは燃焌噚郚品の固定等の構造䞊から圧瞮空気
等による冷华が十分に行えない郚分は、特に基材
の枩床䞊昇が生じ易くな぀おいる。このような郚
分ではTBCの圹割は特に重芁で、TBCの熱遮蔜
効果による基材の枩床䜎枛の他に、熱䌝導率の小
さいセラミツク被芆局を有したTBCは、局郚的
な基材の枩床䞊昇を防止し、基材の枩床を均䞀化
させる䜜甚も有しおいる。その結果、TBCは、
構造䞊或いは燃焌条件等のため郚品の局郚的な枩
床䞊昇を防止し、基材の局郚的な枩床䞊昇による
郚品の倉圢或いは損傷を防止する䞊で非垞に重芁
なものになる。しかるに、埓来のTBCは、特に
高枩での耐久性に問題があり、このような基材の
枩床が局郚的に高くなる郚品においおは、その郚
分のTBCは短時間で損傷し易い。燃焌噚郚品で
は燃焌振動により基材が振動するので高枩条件䞋
でセラミツク被芆局の密着力の䜎䞋したTBCは
曎に損傷を生じ易くなる。そのため、最もTBC
の効果が必芁である郚分に察しお、十分な効果を
発揮するこずができなくなる。そしお、TBCの
損傷した郚分では他のTBCが健党である郚分に
比べ基材の枩床はむしろ高くなる可胜性もありう
る。䟋えば燃焌噚郚品のように火炎に接しおいる
郚品ではTBCはセラミツク被芆局のふく射の効
果による火炎から基材ぞの入熱量を䜎枛する䜜甚
もある。埓぀お、TBCの損傷した郚分の基材枩
床は、TBCを斜工しない堎合に比べお高くな぀
おしたうこずもありうる。その結果、埓来の
TBCを斜工した燃焌噚郚品等のガスタヌビン郚
品では、TBCの効果は十分に発揮しうるこずは
困難であり、むしろ、基材の枩床が高い郚分に察
しおは、埓来のTBCの斜工した郚品では、郚品
の信頌性を損なうこずもありうる。䞀方、Alç³»
酞化物の薄膜を有したTBCを斜工した本発明の
ガスタヌビン郚品では、䟋えばNOx燃焌噚郚品
では、構造䞊或いは燃焌条件等により、基材の枩
床が局郚的に高くなる郚品であ぀おも、TBCは
耐久性、特に高枩での耐久性に優れたものである
ため、基材の枩床が高くなる郚分でのTBCの損
傷は生じ難い。埓぀お、Al系酞化物の薄膜を有
した本発明のガスタヌビン郚品は、基材の枩床が
局郚的に高くな぀おも、TBCによる熱遮蔜効果
が十分維持され、か぀、TBCによる局郚的な枩
床䞊昇を緩和する䜜甚も発揮される。その結果、
本発明のガスタヌビン郚品は信頌性の高いものに
なる。ここで、基材の枩床が局郚的に高くなる郚
品においおは、その郚分に、Al系酞化物の薄膜
を有したTBCを斜工するこずも有効である。す
なわち、TBCの熱遮蔜効果により、局郚的な枩
床䞊昇を防止するこずができるからである。曎
に、他の郚分にTBCが無い堎合、TBCのセラミ
ツク被芆局のふく射の効果により、TBCを斜工
した郚分の基材ぞの入熱量を䜎くするこずがで
き、他のTBCの無い郚分ずの入熱量のバランス
をずり、基材の局郚的な枩床䞊昇を防止するこず
も期埅できうる。このように、Al系酞化物の薄
膜を有したTBCはガスタヌビン郚品の高枩にさ
らされる郚分の党面あるいは䞀郚分に斜工するこ
ずによ぀お、いずれの堎合もその効果を十分発揮
しうるものである。このような基材の枩床の局郚
的な枩床䞊昇の䞀䟋ずしお、燃焌噚郚品で説明し
たが、他のガスタヌビン郚品においおも同じよう
なこずがある。䟋えば、静翌、動翌等においお
は、翌の冷华構造䞊の制玄のため、翌を構成する
基材の枩床を均䞀化するこずは困難である。曎
に、ガスタヌビンが高枩化するに䌎぀お、そのよ
うな枩床分垃の盞異は倧きくなる傟向がある。埓
぀お、Al系酞化物の薄膜を有した耐久性に優れ
たTBCを有したガスタヌビン郚品は信頌性の高
いものずなり、ガスタヌビンの高枩化を可胜にす
るものになりうる。以䞋、本発明に぀いお実斜䟋
により詳现に説明する。 実斜䟋  基材ずしおNi基合金であるハステロむヌ
22wtCr−1.5wtCo−9wtMo−19wtFe
−0.1wt−残郚Niを甚い、その衚面を脱脂
掗浄埌、スチヌル補のグリツドを甚いおプラスチ
ングし、しかる埌、プラズマ溶射を行い、10wt
Ni−25wtCr−7wtAl−0.6wt−5wt
Ta−残郚Coからなる合金材料の結合局を圢成し
た。プラズマ溶射は200Torrの圧力のArガス䞭
で行぀た。この堎合プラズマ溶射を行う雰囲気䞭
の酞玠分圧は酞玠センサヌで枬定した結果10-3気
圧以䞋であ぀た。プラズマの出力は40kWであ
る。このような条件で厚さ0.01mmのCo−Ni−Cr
−Al−合金を圢成し、TBCの結合局ずした。
しかる埌、盎ちに前述の結合局の䞊にZrO2−
Y2O3被芆局を圢成した。溶射条件はプラズマ
出力50KWで、倧気䞭溶射である。ZrO2−
Y2O3被芆局の厚さは0.3mmである。その埌、1060
℃、10時間真空䞭で加熱し結合局ず被芆局ずの拡
散凊理を行぀た。ここで、結合局ず被芆局ずの拡
散凊理は、この間にAl系酞化物の薄膜0.2ÎŒm繋
床を析出させるために行぀た。なお、比范のた
め、埓来法によ぀お本発明のTBCず同じ材料を
甚いお、同じ厚さの被芆局からなるTBCを䜜成
した。埓来法ずしお前述の合金材料を倧気䞭で
Arガスを䜿甚しお溶射し、次いで前述ず同様に
ZrO2−Y2O3被芆局を被芆した。次に、
本発明のTBCの効果を確認するため、以䞋に述
べる各皮の詊隓を実斜した。先ず、各皮の枩床で
酞化詊隓を行い、詊隓埌の倖芳芳察及び断面組織
芳察曎に密着力詊隓を実斜した。衚は倖芳芳察
及び密着力詊隓の結果である。
【衚】
【衚】 衚䞭No.〜No.は埓来のTBCの結果、No.
〜No.11は本実斜䟋で䜜成した本発明のTBCの結
果である。すなわち、埓来のTBCでは1070℃以
䞊の枩床100時間保持で、ZrO2−Y2O3
被芆局が剥離しTBCは損傷した。䞀方、本発明
のNo.〜No.11のTBCは倖芳的に䜕ら損傷は認め
られない。䞀方、酞化詊隓埌のTBCの密着力詊
隓の結果も、TBCが損傷しおいないNo.〜No.
の埓来のTBCは、その密着力は〜Kgmm2で、
酞化詊隓枩床の増加ずずもに密着力は䜎䞋しおい
る。又、密着力詊隓での砎断郚分は結合局ず
ZrO2−Y2O3被芆局ずの境界郚である。䞀
方、No.〜No.11に瀺した本発明のTBCではいず
れの酞化詊隓条件䞋でもTBCの密着力の䜎䞋は
認められず、接着剀接着剀の密着匷床Kg
mm2を甚いた密着力詊隓法の限界倀であるKg
mm2以䞊の倀であ぀た。埓぀お、詊隓埌の砎断郚は
いずれも接着剀の郚分である。次に、䞊蚘酞化詊
隓埌の詊隓片を甚いお熱サむクル詊隓を実斜し
た。詊隓条件は750℃、15分間保持、20〜25℃氎
䞭、15秒間保持の繰り返しである。衚はその結
果である。
〔発明の効果〕
以䞊説明したように本発明によれば、結合局の
酞化腐蝕の進行を防止できるので、セラミツク被
芆局の結合匷床を長期間にわたり、安定的に維持
するこずができる。
【図面の簡単な説明】
第図は、本発明を実斜したTBCの断面組織
写真、第図は、TBCを斜すガスタヌビン燃焌
噚の倖芳図、第図は第図−線に沿う断面
図、第図は、TBCを斜した別のタむプの燃焌
噚の倖芳図、第図は、ガスタヌビン動翌の倖芳
図、第図、及び第図は、埓来のTBCの高枩
酞化埌の断面組織写真である。

Claims (1)

  1. 【特蚱請求の範囲】  Ni、Co、Feの少なくずも皮を䞻成分ずす
    る基材䞊に、前蚘基材よりも高枩耐酞化性及び高
    枩耐食性に優れた合金からなる結合局を圢成し、
    前蚘結合局䞊にセラミツクから成る被芆局を圢成
    したセラミツク被芆耐熱郚材においお、前蚘合金
    の結合局ずセラミツク被芆局ずの境界にAl系酞
    化物を䞻成分ずする酞化物局を圢成したこずを特
    城ずするセラミツク被芆耐熱郚材。  特蚱請求の範囲第項においお、前蚘セラミ
    ツク被芆局を構成する材料が、ZrO2を䞻成分ず
    し、CaO、MgO、Y2O3のいずれか぀もしくは
    それらの組み合せたものを含むものであるこずを
    特城ずするセラミツク被芆耐熱郚材。  特蚱請求の範囲第項においお、前蚘合金の
    結合局を構成する材料は、CoあるいはNiのいず
    れか぀もしくはそれらの組み合せに、Cr、Al
    を含み、曎にHf、Ta、、Si、Zrのいずれか
    ぀もしくはそれらの組み合せからなるものを含む
    ものであるこずを特城ずするセラミツク被芆耐熱
    郚材。  特蚱請求の範囲第項においお、前蚘酞化物
    局の厚さが0.1ÎŒm〜20ÎŒmであるこずを特城ずす
    るセラミツク被芆耐熱郚材。  特蚱請求の範囲第項においお、前蚘合金の
    結合局の厚さが0.03mm〜0.5mm、前蚘セラミツク
    被芆局の厚さが0.05mm〜0.8mmであるこずを特城
    ずするセラミツク被芆耐熱郚材。  Ni、Co、Feの少なくずも぀を䞻成分ずし
    お構成された基材の衚面に、Ni、Coのいずれか
    䞀方もしくはそれらの組み合せにCr、Alを含み
    前蚘基材よりも高枩耐酞化性及び高枩耐食性に優
    れた合金からなる結合局を圢成する工皋ず、前蚘
    結合局の衚面にセラミツクからなる被芆局を圢成
    する工皋ず、前蚘合金の結合局ずセラミツク被芆
    局ずの境界にAl系酞化物を䞻成分ずする酞化物
    局を圢成する工皋ずを含けセラミツク被芆耐熱郚
    材の補造方法。  特蚱請求の範囲第項においお、前蚘合金の
    結合局を圢成する工皋は、酞玠分圧10-3気圧以䞋
    の雰囲気䞭でプラズマ溶射にお圢成するこずを特
    城ずするセラミツク被芆耐熱郚材の補造方法。  特蚱請求の範囲第項においお、前蚘酞化物
    局を圢成する工皋は、合金の被芆局䞊にセラミツ
    ク結合局を圢成した埌、600℃〜1200℃の枩床範
    囲で時間〜200時間、倧気䞭で加熱凊理する工
    皋を含むこずを特城ずするセラミツク被芆耐熱郚
    材の補造方法。
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