JPH0580549B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の分野 本発明は、耐侵食性（erosion resistant）窒化
ジルコニウム被覆羽根に関し、特にはフアンブレ
ード、コンプレツサブレード、タービンブレー
ド、インペラ等の動翼、ベーンやデイフユーザの
ような静翼その他の耐侵食性窒化ジルコニウム被
覆翼表面に関する。 発明の背景 灰、塵或いは砂のような空気浮遊研摩性粒子の
環境中でのターボ機械の運転においてこれら粒子
により生ずる侵食（浸蝕、erosion）は重大な問
題である。侵食は一般に、入来する灰、塵及び或
いは砂の衝撃を受けるターボ機械のブレード、イ
ンペラ或いはベーンの翼表面において発生する。
90°侵食損傷即ち砂、塵或いは灰粒子が翼表面に
正面から、例えば90°の角度で衝突することから
生ずる損傷は、主として翼表面の前縁において起
り、他方低角度侵食損傷即ちこれら粒子が翼表面
に90°未満の角度、例えば20乃至30°の角度で衝突
することから生ずる損傷は主に翼の圧力表面及び
尾縁において現れる。前者は、翼表面の前縁の翼
弦巾の減少及び／或いは寸法形状の歪みをもたら
す。後者は、翼の圧力表面の孔食や粗化及び／或
いは一般に薄い翼尾縁の侵食による翼弦巾の損失
をもたらす。侵食の結果として、翼の空気力学的
性能は劇的に減じそして有用翼寿命は短縮され
る。 従来技術 これまで、フアン、コンプレツサ或いはタービ
ン翼は、灰、塵及び／或いは砂のような研磨性粒
子により生ずる侵食に対する耐性を改善する為広
く様々の耐食性材料で被覆されるか或いはそうし
た材料で作製されてきた。米国特許第4418124号
は、低圧／高速プラズマスプレイキヤステイング
による、0.2〜0.5ミクロンの粒寸を有するガスタ
ービンエンジン、スプレイキヤスト、スーパアイ
ロン製翼の製造を開示する。ここでは、融点直上
のスーパアロイ微粒子がプラズマ粒中高速度にお
いて形成され、中性雰囲気の低圧室内の基材上に
付着される。続いての熱処理が必要でありそして
例えば２〜３ミクロンの粒成長をもたらす。生成
翼は対侵食性試験に供されていない。その耐侵食
性は使用されたスーパアロイに対して知られる比
較的低い耐侵食性に近いものと予想されうる。 米国特許第4318672号は、フアン及びタービン
翼が被る侵食問題とこの問題を単一材料で解決す
ることの困難さを記載している。この特許は翼へ
の付着層として２種の耐摩耗性層の使用を教示す
る。一方の耐摩耗性層は、45°〜90°の衝撃角度に
おける研摩粒子に対して比較的耐性があるが15〜
30°の衝撃角度において最大侵食感受性を有する
比較的延性の材料から成る。他方の耐摩耗性材料
は、0°〜45°で衝突する粒子による侵食に対して
は比較的耐性があるが75°〜90°の範囲の衝撃角度
において最大侵食感受性を有する、比較的硬質
の、脆い材料である。２種の耐摩耗性材料は重ね
られそして翼の前縁に沿つての切除部において取
外し自在に固着される。 米国特許第3699623号において、チタン表皮層
がアルミニウム、マグネシウム或いはその合金製
のタービン翼の外面に耐侵食性を改善するために
拡散結合される。 米国特許第4492522号は、炭化ケイ素や窒化ケ
イ素のようなセラミツク材料に化学的蒸着
（CVD）或いは物理的蒸着（PVD）により被覆
されたTiN、TiC、B₄C、BN或いはTi（Ｃ、Ｎ）
の層を被覆して成るフアン或いはタービン翼を開
示する。この特許は、侵食耐性に対する衝撃角度
の影響を認識しておらずそしてこの特許により教
示されたコーテイングは幾つかの場合殊に低衝撃
角度においてセラミツク基材よりもつと侵食を受
けやすくなることさえあつた。 液体及び固体衝撃による侵食についての第６回
国際会議論文集に収められた、オランダ国アムス
テルダムの国立宇宙研究所NLRの、H.J.
Kelkmanの「ジエツトエンジンコンプレツサ用
耐食性コーテイングの侵食性」と題する論文は、
AISI410ステンレス鋼基材上での１未満のEr
（90°）／Er（20°）比を有するSermetel735（アルミ
ニウム含浸ベースコートをトープコートで密封）
のような軟質コーテイングは基材に対して侵食保
護を不十分にしか或いは全く与えないことを報告
した。 Thin Solid Films、63、1979年、289〜297頁
におけるDuckworth等の論文は、約1000℃にお
いて小さなロツド状ターゲツトの高速r.f.スパツ
タリングにより付着されるZrNコーテイングを開
示する。しかし、使用に当り、タービン機械翼の
ような、高角度衝突を受ける表面と低角度衝突を
受ける表面とを有する、ZrN被覆基材についての
開示や示唆は全くない。また、3000Å以下の制御
された粒寸を有するZrNコーテイングについての
開示や示唆は全くなく、そしてZrNコーテイング
の付着にここで使用された高温（1000℃）は実際
上、コーテイングにおいて3000Å越えるZrN粒の
成長を促進しているはずである。 This Selid Films、107、1983年、141−147頁
及び118、1984頁、279−284頁に発表されたW.D.
Sproulの論文は、非常に高速の反応性スパツタ
リングを使用しての、工具の非常に薄い（即ち約
5μｍ未満）窒化ジルコニウムコーテイングを開
示する。更に、上記Sproulは、1984年AVSナシ
ヨナルシンポジウムにおいて提出した論文におい
て、反応性スパツタリングにより非常に薄い窒化
ジルコニウムによる工具のコーテイングを開示し
た。Vacuum、36、１−３、1986年、33−35頁に
おいて、K.Salmenojaは、三極管イオンプレーテ
イングにより調製された窒化ジルコニウムコーテ
イングを記載した。しかし、これら文献のいずれ
も、使用に当りタービン機械エンジン翼のような
高角度衝突を受ける表面と低角度衝突を受ける表
面とを有する基材上で厚い（即ち約5μｍを越え
る）窒化ジルコニウムのコーテイングを開示或い
は示唆しない。90°の衝突角度での侵食速度対20°
の衝突角度での侵食速度の比が1.5以下であるよ
うな或いは20°〜90°の全衝突角度での侵食速度が
同じ衝突角度での基材の侵食速度より少くとも２
倍小さいような窒化ジルコニウムについての開示
或いは示唆はない。 これまで、フアン、コンプレツサ或いはタービ
ン翼の使用寿命を延長せんとする試みにおいて硬
質コーテイングが使用されてきた。しかし、多く
の炭化物、硼化物、窒化物、酸化物及びサーメツ
トを含めて硬質の（即ち脆い）材料は低角度侵食
（例えば30°未満）の場合と比較する時90°侵食に
おいて相当に低い耐性特性しか示さない。代表的
に、硬質及び／或いは脆性材料の侵食速度（Er）
は粒子の衝突角度の関数である。即ち、こうした
硬質コーテイングに対しては90°対20°侵食速度の
比率、Er（90°）／Er（20°）は約8.5である。そう
した場合、コーテイングがフアン、コンプレツサ
或いはタービン翼に対して低角度侵食において有
意義な保護を与えることができても、コーテイン
グされた翼の全体としての使用寿命は90°侵食に
対するコーテイング耐性の不足により制限されて
しまう。 ガスタービンエンジンにおけるコンプレツサ翼
用の保護コーテイングとして爆発銃コーテイング
が使用されてきた。粉塵環境中での運転後こうし
たコーテイング翼には苛酷な前縁侵食損傷が観察
された。20°衝突角度でのこれらコーテイングの
耐侵食性は裸の即ちコーテイングの無い翼（Ti
−6Al−4V或いはインコネル−718）の約２倍で
あつたが、90°衝突でのそれらの侵食耐性値は無
コーテイング翼の僅か約1/2であつた。明らかに、
これらコーテイングは高角度侵食を受けるコンプ
レツサ翼の表面に対しては保護を全く或いはほと
んど全く与えない。 最近、物理的蒸着（PVD）アーク蒸発法によ
り生成された窒化チタンコーテイングが高性両衝
突角度において優れた耐食性を示すことが見出さ
れそしてそれらのEr（90°）／Er（20°）値は2.6〜
3.2であることが見出された。しかし、侵食によ
るコーテイング翼の総重量損失が無コーテイング
翼のそれの少くとも1/10小さいとしても、窒化チ
タンコーテイングコンプレツサ翼の前縁は、翼の
圧力表面の場合よりも90°粒子衝突により実質上
高い侵食を受ける。 発明の目的 本発明は、高角度衝突を受ける表面と低角度衝
突を受ける表面を有する羽根において侵食耐性の
良好なコーテイングを形成する技術を確立するこ
とを目的とする。 発明の概要 本発明に従えば、物理的蒸着により被覆され
る、3000Å以下の平均粒寸を有するZrNコーテイ
ングが20°〜90°の全衝突角度において耐侵食性の
向上を提供することが判明した。 本発明は、使用中高角度衝突を受ける表面と低
角度衝突を受ける表面とを具備し、そして高融点
金属、チタン金属、高融点合金、アルミニウム合
金、Fe、Co或いはNiを基とするスーパーアロ
イ、ステンレス鋼或いはサーメツト複合体、セラ
ミツク等から成る基材と、該基材表面に物理的蒸
着により被覆される、約3000Å以下の平均粒寸を
有し且つ少くとも約5μｍ厚の窒化ジルコニウム
耐侵食性コーテイングとを備える耐侵食性物品を
提供する。好ましくは、ZrNコーテイングはま
た、90°の衝突角度における侵食速度対20°の衝突
角度における侵食速度の比が約1.5以下であるこ
と或いは20°〜90°のすべての衝突角度における侵
食速度がすべての衝突角度における基材の侵食速
度より少くとも1/2以下であることにより特徴づ
けられる。本発明のZrNコーテイングの粒寸が小
さい程、コーテイングの耐侵食性は増大し、従つ
て約1800Å以下の粒寸を有するZrNコーテイング
が好ましく、特には約600Å以下の粒寸を有する
ものがもつとも好ましい。 本発明は更に、（200）面に主結晶方位を有する
ZrNコーテイング或いは（111）面に主結晶方位
を有するZrNコーテイングを提供し、これらは
90°侵食速度対20°侵食速度の比率が低い良好な耐
侵食性を与える。約８を越える強度比Ｉ（200）／
Ｉ（100）を有するZrNコーテイング或いは約20を
越える強度比Ｉ（111）／Ｉ（200）を有するZrNコ
ーテイングが好ましい。 更に、本発明においては、多結晶ZrNコーテイ
ングの高角度（例えば90°）衝撃耐侵食性及び侵
食機構の特性は、結晶方位が主に（111）面にあ
る場合には（111）回折面の面間隔d₁₁₁或いは結
晶方位が主に（200）面にある場合には（200）回
折面の面間隔d₂₀₀により決定されるものとしての
残留コーテイング応力の関数であることが認めら
れた。従つて、多結晶ZrNの高角度衝撃侵食耐性
及び機構は、（111）面の或いは（200）面の面間
隔をコントロールすることにより制御されうる。 多結晶ZrNコーテイングに対しては最大面間隔
d₁₁₁或いはd₂₀₀が存在する。それより小さいと、
高角度（90°）衝撃侵食を受ける時一様に侵食さ
れた表面及び低い侵食速度が観測され、そしてそ
れより大きいとコーテイング内スポーリングに由
る比較的大きな侵食ピツトと比較的高い侵食速度
がコーテイングの侵食表面に起る。（111）面に主
として結晶方位を有するZrNコーテイングに対し
ては約2.660Åの面間隔d₁₁₁以下で、或いは（200）
面に主として結晶方位を有するZrNコーテイング
に対しては約2.292Åの面間隔d₂₀₀以下で、高角度
（90°）衝撃侵食を受けた後一様に侵食された表面
及び比較的低い侵食速度が観察され、他方これら
値を越えるとコーテイング内スポーリングと比較
的高い侵食速度を生じた。コーテイング内スポー
リングは、一般に大きなフレークの形での材料の
剥離につながり、早期損傷或いは大災害を生ずる
危険がある。 発明の具体的説明 第１図は、適当な翼形状に成形された基材１
と、前縁３、圧力表面４、尾縁５及び吸引表面６
を含めて翼の全表面に結合された比較的厚いZrN
コーテイング２を具備するタービン機械翼の弦巾
輪郭を示す。翼弦周囲全体が第１図に示されるよ
うに包被されてもよいし、コーテイングが前縁、
圧力表面及び尾縁に限定されてもよいし、コーテ
イングが翼軸線長さ（即ち第１図に示される弦断
面に垂直な方向）の任意の部分に限定されてもよ
いし、またコーテイングがフアンブレード、コン
プレツサブレード、タービンブレード、インペ
ラ、ベーン及びデイフユーザの終端即ちチツプ
（即ち第１図に示した弦断面の面における）にも
被覆されうることを当業者は理解すべきである。
ZrNコーテイング２は、任意の適当な物理的蒸着
方法及び装置により被覆され、好ましくは、米国
特許第4895765号に記載される物理的蒸着方法及
び装置により被覆される被覆される。 第１図のコーテイング２は、誇張して示してあ
るが、翼の表面における様々の部位でのコーテイ
ングの相対厚さを例示する。PVDプロセスにお
いては、前及び尾縁における電界の集中により、
翼の前縁３及び尾縁５における付着速度は、翼の
圧力面４或いは吸引面６いずれかの付着速度より
大きい（例えば少なくとも約1.5倍）。即ち、前縁
３におけるコーテイングの厚さが圧力面４におけ
るコーテイング厚さの1.5倍以下に維持されるな
ら、コーテイングの侵食速度比Er（90°）／Er
（20°）は、圧力面４にコーテイングが残留してい
る限り前縁３にコーテイングが残存することを保
証する為に約1.5以下であるよう制限されねばな
らない。前縁３は主に90°侵食を受け他方圧力面
４は主に低角度（例えば20〜30°）侵食に曝され
るから、侵食速度比Er（90°）／Er（20°）は、コー
テイングが薄い方の帯域がコーテイングが厚い方
の帯域（例えば前縁３）より遅い速度で侵食によ
り減る時、圧力面４での厚さに比較しての前縁３
での厚さの比率以下でなければならない。コーテ
イング内スポーリングを回避する為には、前縁３
におけるコーテイングの厚さはそれが起らない最
大値に制限される。空気力学的及び経済的観点両
方から、最小限に薄い有効コーテイングが好まし
い。圧力面４におけるコーテイングの代表的厚さ
は少くとも約5μｍでありそして約５〜20μｍ、好
ましくは約10〜15μｍの範囲をとりうる。圧力面
４におけるコーテイングの厚さの少くとも約1.5
倍となりやすい前縁３或いは尾縁５のような帯域
においてPVDコーテイングの厚さをコントロー
ルする為には、多くの方法が斯界で知られてい
る。例えば、犠牲電極を厚く被覆すべき部位近傍
に配置してコーテイング物質蒸気をその部位の方
に多く引きつけるようにすることもできるし、ま
たコーテイングすべき物品、例えば翼の場合前縁
或いは尾縁がコーテイング物質蒸気の暴露される
のを最小限としつつ（つき回り量を少なくする）、
圧力面における厚さを最大限とするように圧力面
がコーテイング物質蒸気に直接暴露されるように
コーテイング物質蒸気源に対する物品の配向及び
離間距離を選定することにより実施できる。マス
クを使用して厚く被覆すべき部位を優先的にまず
被覆し、その後全体的に被覆を行う段階的な方法
も使用できるし、邪魔板を設けてコーテイング蒸
気を誘導することもできる。更には、コーテイン
グ厚さは物品に適用されるバイアス電圧により調
節でき、バイアス電圧が高いほど薄いコーテイン
グを形成し得るから、物品の配向を変えるか或い
はマスクを使用してコーテイング厚さを局所的に
変更することができる。 ZrNコーテイングは、約3000Å以下、好ましく
は約1800Å以下、より好ましくは約600Å以下の
粒寸を有するものとされる。 本明細書において粒寸は次の通り定義される。
2000Å以下の粒寸は、「Ｘ線回折要論」−株式会社
アグネ出版−101頁に記載されるようなScherrer
の式（ｔ＝0.9λ／Bcosθ_B；Ｂ：ブラツグ角、
Ｂ：回折曲線の最大強度の半分のところでの巾
（ラジアン）λ：波長）を使用してのＸ線回折技
術により測定される。これは、回折曲線の幅を選
定することによつて非常に細かい結晶粒の大きさ
を測るのに使用されるものであり、多数の粒の平
均寸法を有効に与える。2000Åを越える粒寸を測
定するには、走査型電子顕微鏡（SEM）技術が
使用される。試験片の破断面或いはエツチング面
から電子顕微鏡写真が撮られる。100前後の多数
の結晶粒の寸法が目視により測定され、合計さ
れ、そして測定粒数により割算されて平均粒寸を
与える。 ZrNコーテイングの粒寸は、ZrNコーテイング
蒸気が基材上に付着中の基材の温度である付着温
度をコントロールすることにより制御されうる。
ZrNコーテイングの粒寸は付着温度の増加と共に
増大する。したがつて、なるたけ小さい粒寸を与
えるためには、可能な範囲で最低限の温度を使用
せねばならない。約300〜900℃の範囲の付着温度
を使用しうるが、好ましくは付着温度は350〜750
℃の範囲に維持されるべきである。付着温度は、
蒸気器電流、バイアス電圧、及び蒸発源と物品と
の離間距離のような操作パラメータの調節により
制御されうる。 コーテイングの侵食速度を減ずるのにZrNコー
テイングの粒寸が小さい程よいことの効果は第２
及び第３図に例示される。これらは20℃の低衝突
角度に対しての（第２図）そして90°衝突角度に
対しての（第３図）侵食速度への粒寸の影響を示
す。コーテイングの侵食速度は、ASTMG76−
83ガイドラインに基づく試験装置を使用しそして
少くとも200ｇの角ばつた50μｍアルミナ粒を５
mm径ノズルを通して450ｇ／分の公称流量でそし
て60ｍ／秒の公称速度と試片表面に20°或いは90°
の衝突角度で10cmのノズル〜試片離間距離を要い
て投射するべく248KPaの圧縮空気を用いての試
験（以下「50μｍアルミナ衝撃試験」と呼ぶ）に
より測定された。コーテイングの侵食速度（Er）
は、試片に衝突せしめられたアルミナ粒子の単位
ｇ当りのコーテイング容積損失として測定され
た。約600〜800ｇのアルミナが20°衝突角度侵食
試験に使用されそして約200−300ｇのアルミナが
90°衝突角度侵食試験に使用された。第２及び３
図は、窒化ジルコニウムコーテイングの粒寸が減
少するにつれ20°及び90°侵食速度いずれも減ずる
ことを示す。 第４図は、90°衝突における侵食速度対20°衝突
における侵食速度の比、Er（90°）／Er（20°）への
粒寸の影響を例示する。 第５図は、90°衝突における耐侵食性対20°衝突
における耐侵食性の比率に及ぼす、（111）面に主
結晶方位を有するZrNコーテイングの（111）面
からのＸ線回折強度対（200）面からのＸ線回折
強度の比、Ｉ（111）／Ｉ（200）の影響を例示する
（実線ZrN（111）と表記）。第５図はまた、90°侵
食速度対20°侵食速度の比に及ぼす（200面）から
のＸ線回折強度対（111）面からのＸ線回折強度
の比、Ｉ（200）／Ｉ（111）の影響をも例示する。
第５図は、強度比Ｉ（111）／Ｉ（200）或いはＩ
（200）／Ｉ（111）が増加するにつれ、90°衝突角
度での侵食速度が20°衝突角度での侵食速度より
一層急速に減少することを示す。第５図はまた、
PVDにより被覆された窒化チタンの高角度
（90°）侵食測度が20°衝突角度での侵食速度より
かなり大きいことも併せて示す。強度比Ｉ
（111）／Ｉ（200）が増加するにつれてTiNに対
する高角度侵食速度対低角度侵食速度比は減少す
るけれども、実際上、この比はZrNコーテイング
に対する値には決して達しない。 ZrNコーテイング羽根のユニークな特性は、侵
食比Er（90°）／Er（20°）が約1.5以下であること
である。ZrNコーテイングのEr（90°）／Er（20°）
の値は粒寸と結晶方位の関数である。Er（90°）／
Er（20°）の比は、粒寸400Åにおける1.18の比か
ら粒寸20000Åにおける0.92の比まで粒寸の増加
に伴つて、Ｉ（111）／Ｉ（200）＝１における1.5の
比からＩ（111）／Ｉ（200）＝95における0.8の比ま
でIogI（111）／Ｉ（200）の増大に伴つて或いはＩ
（200）／Ｉ（111）＝１における1.5の比からＩ
（200）／Ｉ（111）＝20における0.85の比までlogI
（200）／Ｉ（111）の増加に伴つて直線的に減少す
る。 羽根、例えばターボ機械翼の最大限の侵食保護
を得るためには、ZrNコーテイングは、(a)面間隔
d₁₁₁2.660Å或いはd₂₀₀2.292Å、(b)約30000Å
未満の、好ましくは1800Å未満のそしてもつとも
好ましくは約600Å未満の粒寸、そして(c)高いＩ
（111）／Ｉ（200）或いは（200）／Ｉ（111）比に
より特徴づけられるべきである。 本発明の新規なコーテイング羽根は、Cr、Ｖ、
Ta、Me、Nb及びＷを含む高融点金属及び合
金；インコネル718、インコネ738、ハイパロイ及
びＡ−286等を含むFe、Co或いはNiを基とする
スーパーアロイ；17−４PH、AISI304、AISI316、
AISI403、AISI422、AISI410、AM350及び
AM355等を含めてのステンレス鋼；Ti−6Al−
4V、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Me、Ti−8Al−
1Mo−1V等を含むTi合金；6061、7075等のアル
ミニウム合金；WC−Co等サーメツト；並びに
Al₂O₃等セラミツクのような多くの基材材料の任
意のものに上述した結晶学的性質を持つZrNコー
テイングを付着して成る。上述した基材は、
「Materials Engineering／Materials Selector‘
82」（Penton／IPC1981年出版）や「Alloy
Digest」（Alloy Digest社1980年出版）に詳しく
記載されている。更に、PVDプロセスの温度そ
の他の条件に耐えうる任意の基材が本発明の物品
の製造に使用されうる。 表は、幾つかの材料に対する「50μｍアルミ
ナ衝撃試験」を使用して測定した90°衝突角度で
の侵食試験及び20°衝突角度での侵食試験を、第
２及び３図に示したような2000Å未満の平均粒寸
を有する本発明窒化ジルコニウムコーテイングの
対応侵食速度と比較したものとして与えるもので
ある。

【表】 表１に示される結果において、WT−１材料は
爆発銃を用いての溶射コーテイングであつた。
TiNコーテイングは2.455Åのd₁₁₁と620のＩ
（111）／Ｉ（200）の強度比を有した。表１に与え
られた結果は、17−４PH、Ti−6Al−4V及びイ
ンコネルフ718のような基材材料が代表的な延性
侵食即ち高角度侵食速度より低角度侵食速度の方
が大きい、換言すれば比較的低いEr（90°）／Er
（20°）比（即ち約0.61以下）を有するような侵食
を示した。他方、TiN及びWT−１は代表的な脆
性侵食（Er（90°）／Er（20°）比が２以上）を示し
た。しかし、ZrNコーテイングは0.8〜1.5のEr
（90°）／Er（20°）比を有した。17−４PH、Ti−
6Al−4V及びインコネル718のような基材材料と
比較して、ZrNコーテイングの侵食耐性は、20°
及び90°侵食に対してそれぞれ基材材料のそれの
少くとも約4.4倍及び2.6倍である。加えて、第２
及び３図に示されるように、約3000Å未満の粒寸
の有するZrNコーテイングはすべて両方の衝突角
度において表１の基材材料の侵食耐性の少くとも
約２倍の侵食特性を有する。表１及び第２、３図
に呈示された結果は、本発明のZrNコーテイング
の侵食耐性が衝突角度に対して実質上感受性を示
さないことを示している。 発明の効果 翼と3000Å未満の粒寸の有するZrNコーテイン
グの新規な組合せは、これまで知られたコーテイ
ング付き翼より一層高い侵食耐性を持つ。翼の最
大使用寿命は、実際上、ZrNコーテイングのEr
（90°）／Er（20°）比とその翼に沿つての厚さ分布
をバランスすることにより実現される。即ち、
Er（90°）／Er（20°）比が1.5以下であるZrNコーテ
イングが使用される時、ZrNコーテイングは、前
縁（衝突角度が高い）上でのZrNコーテイングの
厚さを、衝突角度の低い圧力表面を含めて他の翼
表面上のコーテイングの厚さの少くとも約1.5倍
であるように付着される。ZrNコーテイングは、
高水準の耐腐食性に加えて高温での向上せる耐侵
食性を与える。更に、ZrNコーテイングは撓み疲
労にも耐性がありそして翼の鋭尖な角隅やエツジ
を被覆することができる。 例１及び２ 例１及び２は、特許第4895765号に記載された
方法及び装置により実施され、以下の表２に示す
材料及びプロセスパラメータを用いて（111）面
或いは（200）面に主結晶方位を持つコーテイン
グを有するZrNコーテイング基材を製造した本発
明の実施例を示す。 寸法“Ｘ”はカソード凹みの深さ即ちカソード
からカソードシールドの開口までの距離を表す。 加えて、面間隔値d₁₁₁或いはd₂₀₀、強度比Ｉ
（111）／Ｉ（200）或いはＩ（200）／Ｉ（111）、
ZrNコーテイングの粒寸並びに90°及び20°容積侵
食速度が例１及び２の各々に対して表２に呈示さ
れている。

【表】

【表】 ング厚さ

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の耐侵食性ZrNコーテイング
を備えたターボ機械翼の翼弦の断面図である。第
２図は、本発明のZrNコーテイングの粒寸の20°
衝突角度での侵食速度への影響を示すグラフであ
る。第３図は、本発明のZrNコーテイングの粒寸
の90°衝突角度での侵食速度への影響を示すグラ
フである。第４図は、本発明のZrNコーテイング
の粒寸の高角度衝突侵食速度対低角度衝突侵食速
度の比Er（90°）／Er（20°）への影響を示すグラフ
である。第５図は、本発明のZrNコーテイングの
強度比Ｉ（200）／Ｉ（111）或いはＩ（111）／Ｉ
（200）の高角度衝突侵食速度対低角度衝突侵食速
度比Er（90°）／Er（20°）比への影響を示すグラフ
である。 １：基材、２：ZrNコーテイング、３：前縁、
４：圧力表面、５：尾縁、６：吸引表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 使用中粒子の高角度衝突を主として受ける前
   縁と粒子の低角度衝突を主として受ける圧力表面
   及び尾縁とを具備し、そして高融点金属、チタン
   合金、高融点金属基合金、アルミニウム合金、
   Fe、Co乃至Ni基スーパーアロイ、ステンレス
   鋼、サーメツト或いはセラミツクからなる基材
   と、該基材の表面上に形成される窒化ジルコニウ
   ムコーテイングとを備える羽根において、 (a) 前記窒化ジルコニウムコーテイングが前記圧
   力表面において５〜20μｍの厚さを有しそして
   少なくとも前記前縁が該圧力表面の厚さの1.5
   倍以上の厚さを有する窒化ジルコニウムの物理
   的蒸着コーテイングであり、 (b) 前記窒化ジルコニウムコーテイングが3000Å
   以下の平均粒寸を有し、 (c) 前記窒化ジルコニウムコーテイングが（111）
   面或いは（200）面に主結晶方位を有し、 (d) その場合、該窒化ジルコニウムコーテイング
   が（111）面に主結晶方位を有するとき、2.660
   Å以下のＸ線回折面間隔d₁₁₁を有し且つ20を超
   えるＩ（111）／Ｉ（200）のＸ線回折強度比を有
   し、他方該窒化ジルコニウムコーテイングが
   （200）面に主結晶方位を有するとき、2.292Å
   以下のＸ線回析面間隔d₂₀₀を有し且つ８を超え
   るＩ（200）／Ｉ（111）のＸ線回析強度比を有
   し、 (e) 90°の衝突角度における侵食速度対20°の衝突
   角度における侵食速度の比が1.5以下である ことを特徴とする窒化ジルコニウムコーテイング
   付き耐侵食性羽根。 ２ 窒化ジルコニウムコーテイングが1800Å以下
   の平均粒寸を有する特許請求の範囲第１項記載の
   窒化ジルコニウムコーテイング付き耐侵食性羽
   根。 ３ 窒化ジルコニウムコーテイングが600Å以下
   の平均粒寸を有する特許請求の範囲第１項記載の
   窒化ジルコニウムコーテイング付き物耐侵食性羽
   根。 ４ ターボ機械の動翼である特許請求の範囲第１
   項記載の窒化ジルコニウムコーテイング付き耐侵
   食性羽根。 ５ コンプレツサブレート或いはインペラである
   特許請求の範囲第４項記載の窒化ジルコニウムコ
   ーテイング付き耐侵食性羽根。 ６ ターボ機械の静翼である特許請求の範囲第１
   項記載の窒化ジルコニウムコーテイング付き耐侵
   食性羽根。 ７ コンプレツサベーンである特許請求の範囲第
   ６項記載の窒化ジルコニウムコーテイング付き耐
   侵食性羽根。 ８ 翼が窒化ジルコニウムコーテイングで完全に
   包被される特許請求の範囲第４項乃至６項記載の
   窒化ジルコニウムコーテイング付き耐侵食性羽
   根。