JPH06256926A - 遮熱コーティング膜 - Google Patents
遮熱コーティング膜Info
- Publication number
- JPH06256926A JPH06256926A JP5046554A JP4655493A JPH06256926A JP H06256926 A JPH06256926 A JP H06256926A JP 5046554 A JP5046554 A JP 5046554A JP 4655493 A JP4655493 A JP 4655493A JP H06256926 A JPH06256926 A JP H06256926A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- coating film
- zro2
- thermal barrier
- intermediate layer
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温部品用の遮熱コーティング膜に関する。
【構成】 母材表面上に順次密着して設けられてなる積
層膜であって、母材側から耐食・耐酸化性の高い金属
層、緻密で酸素導伝性のない中間層及び遮熱性に富むセ
ラミックス層からなる遮熱コーティング膜。
層膜であって、母材側から耐食・耐酸化性の高い金属
層、緻密で酸素導伝性のない中間層及び遮熱性に富むセ
ラミックス層からなる遮熱コーティング膜。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は遮熱コーティング膜に関
し、特にガスタービンのタービン動・静翼及び燃焼器
（内筒，尾筒）に有利に適用される遮熱コーティング膜
に関する。
し、特にガスタービンのタービン動・静翼及び燃焼器
（内筒，尾筒）に有利に適用される遮熱コーティング膜
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術によるガスタービン高温部品
（タービン動翼・静翼，燃焼器）用遮熱コーティング膜
は図２及び図３に示すような構造になっている。すなわ
ち、図２に示すように、母材１に金属層２及びセラミッ
クス層４が積層されているか、あるいは図３に示すよう
に、母材１に金属層２、金属−セラミックス混合層５及
びセラミックス層４が形成された多層構造である。何れ
の遮熱コーティング膜においても最外層はセラミックス
層４よりなっている。
（タービン動翼・静翼，燃焼器）用遮熱コーティング膜
は図２及び図３に示すような構造になっている。すなわ
ち、図２に示すように、母材１に金属層２及びセラミッ
クス層４が積層されているか、あるいは図３に示すよう
に、母材１に金属層２、金属−セラミックス混合層５及
びセラミックス層４が形成された多層構造である。何れ
の遮熱コーティング膜においても最外層はセラミックス
層４よりなっている。
【０００３】これらの遮熱コーティングにおいて、金属
層２は主に母材１とセラミックス層４あるいは母材１と
金属セラミックス混合層５との熱膨張率の差を小さく
し、これにより熱応力の緩和を図り、セラミックス層４
の剥離を防ぐためのものである。また、金属−セラミッ
クス混合層５についても、金属層２の役割りを一層積極
的に狙ったものである。なお、この金属層２には、高温
での耐食・耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金系（Ｍ：
Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅなどの一種以上の元素）が一般に使用
されている。また、セラミックス層４は遮熱を目的と
し、熱伝導率が低く、輻射率の高いＺｒＯ2 系セラミッ
クス（ＺｒＯ2 ・ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ・Ｙ2 Ｏ 3 など）が
主に使用されている。
層２は主に母材１とセラミックス層４あるいは母材１と
金属セラミックス混合層５との熱膨張率の差を小さく
し、これにより熱応力の緩和を図り、セラミックス層４
の剥離を防ぐためのものである。また、金属−セラミッ
クス混合層５についても、金属層２の役割りを一層積極
的に狙ったものである。なお、この金属層２には、高温
での耐食・耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金系（Ｍ：
Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅなどの一種以上の元素）が一般に使用
されている。また、セラミックス層４は遮熱を目的と
し、熱伝導率が低く、輻射率の高いＺｒＯ2 系セラミッ
クス（ＺｒＯ2 ・ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ・Ｙ2 Ｏ 3 など）が
主に使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年ガスタービンは高
効率化のため、タービン入口ガス温度の高温化が進んで
いる。これに伴ない、遮熱コーティング膜はガスタービ
ンの高温部品のメタル温度低減に非常に有効であるた
め、燃焼器内筒の他にガスタービン高温部品の中でも使
用条件に厳しいタービン静翼、燃焼器尾筒に適用されつ
ゝあり、さらにより使用条件の厳しいタービン動翼への
適用が期待されている。
効率化のため、タービン入口ガス温度の高温化が進んで
いる。これに伴ない、遮熱コーティング膜はガスタービ
ンの高温部品のメタル温度低減に非常に有効であるた
め、燃焼器内筒の他にガスタービン高温部品の中でも使
用条件に厳しいタービン静翼、燃焼器尾筒に適用されつ
ゝあり、さらにより使用条件の厳しいタービン動翼への
適用が期待されている。
【０００５】遮熱コーティングの損傷形態として、遮
熱コーティングの構成層と母材との熱膨張差、温度差に
起因する熱応力によるセラミックス層の剥離、金属層
が酸素（セラミックス層は一般にポーラスであり、これ
を通過して来た酸素）存在下で高温にさらされることに
起因する酸化により膨張し、金属層のセラミックス層近
傍での剥離、腐食性成分（Ｓ，Ｎａ，Ｖなど）による
金属層、セラミックス層の腐食、飛来微粒子に起因す
るエロージョンによるセラミックス層の損耗がある。タ
ービン入口ガス温度の高温化に伴ない、遮熱コーティン
グが受ける熱負荷が一段と高くなり、最も問題となる遮
熱コーティングの損傷形態は上述のである。すなわ
ち、耐酸化性に優れた金属層を用いているが、酸素存在
下でより高温にさらされ、金属層が酸化するため、これ
がセラミックス層の剥離に連がり、遮熱コーティングの
寿命が短かくなるという問題が生ずる。
熱コーティングの構成層と母材との熱膨張差、温度差に
起因する熱応力によるセラミックス層の剥離、金属層
が酸素（セラミックス層は一般にポーラスであり、これ
を通過して来た酸素）存在下で高温にさらされることに
起因する酸化により膨張し、金属層のセラミックス層近
傍での剥離、腐食性成分（Ｓ，Ｎａ，Ｖなど）による
金属層、セラミックス層の腐食、飛来微粒子に起因す
るエロージョンによるセラミックス層の損耗がある。タ
ービン入口ガス温度の高温化に伴ない、遮熱コーティン
グが受ける熱負荷が一段と高くなり、最も問題となる遮
熱コーティングの損傷形態は上述のである。すなわ
ち、耐酸化性に優れた金属層を用いているが、酸素存在
下でより高温にさらされ、金属層が酸化するため、これ
がセラミックス層の剥離に連がり、遮熱コーティングの
寿命が短かくなるという問題が生ずる。
【０００６】本発明は上述の事情を鑑み、この問題を解
決する遮熱コーティング膜を提供しようとするものであ
る。
決する遮熱コーティング膜を提供しようとするものであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は母材表面上に順
次密着して設けられてなる積層膜であって、母材側から
耐食、耐酸化性の高い金属層、緻密で酸素導伝性のない
中間層及び遮熱性に富むセラミックス層からなることを
特徴とする遮熱コーティング膜である。
次密着して設けられてなる積層膜であって、母材側から
耐食、耐酸化性の高い金属層、緻密で酸素導伝性のない
中間層及び遮熱性に富むセラミックス層からなることを
特徴とする遮熱コーティング膜である。
【０００８】本発明において、耐食・耐酸化性の高い金
属層としてはＭＣｒＡｌＹ（Ｙ：Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅなど
の一種以上の元素）が、緻密で酸素導伝性のない中間層
としては熱膨張係数が前記金属層と後記の遮熱性に富む
セラミックス層の中間のもので、ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｃｅ
Ｏ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 などが、また遮熱性に富むセラミック
ス層としてはＺｒＯ2 ・ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ・Ｙ2 Ｏ3 ，
ＺｒＯ2 ・ＣｅＯ2 などのＺｒＯ2 系セラミックスが用
いられる。
属層としてはＭＣｒＡｌＹ（Ｙ：Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅなど
の一種以上の元素）が、緻密で酸素導伝性のない中間層
としては熱膨張係数が前記金属層と後記の遮熱性に富む
セラミックス層の中間のもので、ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｃｅ
Ｏ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 などが、また遮熱性に富むセラミック
ス層としてはＺｒＯ2 ・ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ・Ｙ2 Ｏ3 ，
ＺｒＯ2 ・ＣｅＯ2 などのＺｒＯ2 系セラミックスが用
いられる。
【０００９】
【作用】本発明の遮熱コーティング膜は中間に酸素の侵
入を防止する中間層が存在するため金属層が酸化され
ず、また、最外層のセラミックス層の剥離が生ぜず遮熱
コーティング膜の寿命が長くなる。
入を防止する中間層が存在するため金属層が酸化され
ず、また、最外層のセラミックス層の剥離が生ぜず遮熱
コーティング膜の寿命が長くなる。
【００１０】
【実施例】本発明の遮熱コーティング膜の一実施例を図
１によって説明する。図１に示すように、母材１の上に
順に耐食・耐酸化性の高い金属層２、酸素の侵入を防止
する中間層３、最外層として遮熱特性の高いセラミック
ス層４が積層された多層構造を有している。
１によって説明する。図１に示すように、母材１の上に
順に耐食・耐酸化性の高い金属層２、酸素の侵入を防止
する中間層３、最外層として遮熱特性の高いセラミック
ス層４が積層された多層構造を有している。
【００１１】金属層２用溶射材にはＣｏＮｉＣｒＡｌＹ
（Ｃｏ−３２Ｎｉ−２１Ｃｒ−３Ａｌ−０．５Ｙ）を、
セラミックス層４用の溶射材にはＺｒＯ2 ・８Ｙ2 Ｏ3
を用い、中間層３用の溶射材あるいはコーティング材に
はＭｇＯあるいはＡｌ2 Ｏ3を用いた。
（Ｃｏ−３２Ｎｉ−２１Ｃｒ−３Ａｌ−０．５Ｙ）を、
セラミックス層４用の溶射材にはＺｒＯ2 ・８Ｙ2 Ｏ3
を用い、中間層３用の溶射材あるいはコーティング材に
はＭｇＯあるいはＡｌ2 Ｏ3を用いた。
【００１２】表１に示す４種類の供試材を上述の溶射材
あるいはコーティング材を用いて作製した。まず、試料
No.１では母材１である耐熱合金（Ｃｏ基合金：３０×
５０×３mmt ）の表面をＡｌ2 Ｏ3 粒でグリッドブラス
ト処理を施し、耐熱合金表面をプラズマ溶射に適した状
態にした。次に、耐食・耐酸化性の高い金属層を低圧プ
ラズマ溶射法により溶射した。その上に、中間層を電子
ビーム物理蒸着法によりコーティングし、最後にセラミ
ックス層を大気プラズマ溶射方法により溶射した。試料
No.２では、中間層を低圧プラズマ溶射法により溶射し
た以外は No.１と同じ要領で供試材を作製した。試料 N
o.３では、中間層の材質を変えた以外は No.１と同じ要
領で供試材を作製した。試料 No.４は従来の遮熱コーテ
ィングであり、比較材として、 No.１と同じ要領で作製
した。最後に、試料 No.１〜 No.４の遮熱コーティング
の付着強度を向上させるために、拡散熱処理として１０
００℃×２時間（真空中熱処理）を実施した。
あるいはコーティング材を用いて作製した。まず、試料
No.１では母材１である耐熱合金（Ｃｏ基合金：３０×
５０×３mmt ）の表面をＡｌ2 Ｏ3 粒でグリッドブラス
ト処理を施し、耐熱合金表面をプラズマ溶射に適した状
態にした。次に、耐食・耐酸化性の高い金属層を低圧プ
ラズマ溶射法により溶射した。その上に、中間層を電子
ビーム物理蒸着法によりコーティングし、最後にセラミ
ックス層を大気プラズマ溶射方法により溶射した。試料
No.２では、中間層を低圧プラズマ溶射法により溶射し
た以外は No.１と同じ要領で供試材を作製した。試料 N
o.３では、中間層の材質を変えた以外は No.１と同じ要
領で供試材を作製した。試料 No.４は従来の遮熱コーテ
ィングであり、比較材として、 No.１と同じ要領で作製
した。最後に、試料 No.１〜 No.４の遮熱コーティング
の付着強度を向上させるために、拡散熱処理として１０
００℃×２時間（真空中熱処理）を実施した。
【００１３】上述の供試材を用いて、大気電気炉中加熱
（１０５０℃×３００時間）による酸化試験を実施し
た。加熱後、断面ミクロ組織を観察し、金属層の耐酸化
性を評価した。次に、熱サイクル試験（９５０℃と２０
０℃の間の繰返し）を加熱前材及び大気電気炉中加熱
（１０５０℃×３００時間）後材について実施した。耐
剥離性は熱サイクル試験により遮熱コーティング層の剥
離が生ずるまでの熱サイクル数により評価した。これら
の試験結果を表２に示す。
（１０５０℃×３００時間）による酸化試験を実施し
た。加熱後、断面ミクロ組織を観察し、金属層の耐酸化
性を評価した。次に、熱サイクル試験（９５０℃と２０
０℃の間の繰返し）を加熱前材及び大気電気炉中加熱
（１０５０℃×３００時間）後材について実施した。耐
剥離性は熱サイクル試験により遮熱コーティング層の剥
離が生ずるまでの熱サイクル数により評価した。これら
の試験結果を表２に示す。
【００１４】表２より、本発明の遮熱コーティング膜は
従来のそれに比較して金属層の酸化が少ない、また、こ
のため、加熱材の熱サイクル試験による剥離までの繰返
し数が多く、本発明の遮熱コーティング膜の効果が立証
された。
従来のそれに比較して金属層の酸化が少ない、また、こ
のため、加熱材の熱サイクル試験による剥離までの繰返
し数が多く、本発明の遮熱コーティング膜の効果が立証
された。
【００１５】
【表１】 ＊ APS 大気プラズマ溶射法 LPPS 低圧プラズマ溶射法 EB・PVD 電子ビーム物理蒸着法
【００１６】
【表２】
【００１７】
【発明の効果】本発明の遮熱コーティング膜はセラミッ
クス層と金属層との間に中間層を設け、この中間層によ
り酸素の通過が防止されるので、金属層の酸化が生じに
くく、遮熱コーティング膜の寿命が向上する。したがっ
て、本発明による遮熱コーティング膜をガスタービンに
適用することにより、より入口ガス温度が高い厳しい使
用環境、あるいはより長時間の使用に耐えるガスタービ
ン高温部品（タービン動・静翼，燃焼器内筒・尾筒）を
提供することができる。
クス層と金属層との間に中間層を設け、この中間層によ
り酸素の通過が防止されるので、金属層の酸化が生じに
くく、遮熱コーティング膜の寿命が向上する。したがっ
て、本発明による遮熱コーティング膜をガスタービンに
適用することにより、より入口ガス温度が高い厳しい使
用環境、あるいはより長時間の使用に耐えるガスタービ
ン高温部品（タービン動・静翼，燃焼器内筒・尾筒）を
提供することができる。
【図１】本発明の一実施例の遮熱コーティング膜の説明
断面図。
断面図。
【図２】従来の遮熱コーティング膜の一態様の説明断面
図。
図。
【図３】従来の遮熱コーティング膜の他の態様の説明断
面図。
面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北井 敬人 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 広田 法秀 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内
Claims (1)
- 【請求項１】 母材表面上に順次密着して設けられてな
る積層膜であって、母材側から耐食・耐酸化性の高い金
属層、緻密で酸素導伝性のない中間層及び遮熱性に富む
セラミックス層からなることを特徴とする遮熱コーティ
ング膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5046554A JPH06256926A (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 遮熱コーティング膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5046554A JPH06256926A (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 遮熱コーティング膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06256926A true JPH06256926A (ja) | 1994-09-13 |
Family
ID=12750546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5046554A Pending JPH06256926A (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 遮熱コーティング膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06256926A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6042951A (en) * | 1997-02-06 | 2000-03-28 | Hitachi, Ltd. | Ceramic-coated blade of gas turbine and method of producing same |
| EP1158072A2 (en) * | 2000-04-18 | 2001-11-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Halogen gas plasma-resistive members and method for producing the same, laminates, and corrosion-resistant members |
| KR100345732B1 (ko) * | 1997-12-20 | 2002-09-18 | 주식회사 포스코 | 단열코팅방법 |
| JP2003524075A (ja) * | 2000-02-25 | 2003-08-12 | フォルシュングスツェントルム ユーリッヒ ゲーエムベーハー | 複合断熱層システム |
| EP1156130A4 (en) * | 1999-12-10 | 2005-07-20 | Tocalo Co Ltd | INTERNAL ELEMENT FOR PLASMA TREATMENT CONTAINERS AND MANUFACTURING METHOD |
| JP2006117975A (ja) * | 2004-10-19 | 2006-05-11 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 遮熱コーティング構造および遮熱コーティング製造方法 |
| US7695582B2 (en) * | 2005-04-28 | 2010-04-13 | General Electric Company | Method of forming ceramic layer |
| JP2010237046A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 試験片製造方法及びコーティング層の物性値測定方法 |
| US8877002B2 (en) | 2002-11-28 | 2014-11-04 | Tokyo Electron Limited | Internal member of a plasma processing vessel |
-
1993
- 1993-03-08 JP JP5046554A patent/JPH06256926A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6042951A (en) * | 1997-02-06 | 2000-03-28 | Hitachi, Ltd. | Ceramic-coated blade of gas turbine and method of producing same |
| KR100345732B1 (ko) * | 1997-12-20 | 2002-09-18 | 주식회사 포스코 | 단열코팅방법 |
| US7364798B2 (en) | 1999-12-10 | 2008-04-29 | Tocalo Co., Ltd. | Internal member for plasma-treating vessel and method of producing the same |
| EP1156130A4 (en) * | 1999-12-10 | 2005-07-20 | Tocalo Co Ltd | INTERNAL ELEMENT FOR PLASMA TREATMENT CONTAINERS AND MANUFACTURING METHOD |
| JP2003524075A (ja) * | 2000-02-25 | 2003-08-12 | フォルシュングスツェントルム ユーリッヒ ゲーエムベーハー | 複合断熱層システム |
| US6783875B2 (en) | 2000-04-18 | 2004-08-31 | Ngk Insulators, Ltd. | Halogen gas plasma-resistive members and method for producing the same, laminates, and corrosion-resistant members |
| KR100429058B1 (ko) * | 2000-04-18 | 2004-04-29 | 니뽄 가이시 가부시키가이샤 | 내할로겐 가스 플라즈마용 부재 및 그 제조 방법과,적층체, 내식성 부재 및 내할로겐 가스 플라즈마용 부재 |
| EP1158072A3 (en) * | 2000-04-18 | 2004-01-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Halogen gas plasma-resistive members and method for producing the same, laminates, and corrosion-resistant members |
| EP1892318A1 (en) | 2000-04-18 | 2008-02-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Halogen gas plasma-resistive members, laminates, and corrosion-resistant members |
| EP1158072A2 (en) * | 2000-04-18 | 2001-11-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Halogen gas plasma-resistive members and method for producing the same, laminates, and corrosion-resistant members |
| US8877002B2 (en) | 2002-11-28 | 2014-11-04 | Tokyo Electron Limited | Internal member of a plasma processing vessel |
| JP2006117975A (ja) * | 2004-10-19 | 2006-05-11 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 遮熱コーティング構造および遮熱コーティング製造方法 |
| US7695582B2 (en) * | 2005-04-28 | 2010-04-13 | General Electric Company | Method of forming ceramic layer |
| JP2010237046A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 試験片製造方法及びコーティング層の物性値測定方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990928 |