JPH07278721A - 金属基材被覆用の粒状合金組成物及び被覆法 - Google Patents
金属基材被覆用の粒状合金組成物及び被覆法Info
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- JPH07278721A JPH07278721A JP7104684A JP10468495A JPH07278721A JP H07278721 A JPH07278721 A JP H07278721A JP 7104684 A JP7104684 A JP 7104684A JP 10468495 A JP10468495 A JP 10468495A JP H07278721 A JPH07278721 A JP H07278721A
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
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- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
- C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/288—Protective coatings for blades
Abstract
(57)【要約】
【目的】 タービン構成要素の金属基材を酸化、腐食又
はこれら両方から保護するオーバーレイ組成物を提供す
る。 【構成】 オーバーレイ組成物は、硫黄を含有するガス
状環境に暴露されるベース基材合金の耐酸化性及び耐食
性を向上させる。少量の酸化アルミニウム、好ましく
は、Ａｌ2 Ｏ3 をオーバーレイ被膜組成物に添加すると
保護特性が向上する。シリコン及びハフニウムの添加に
よっても有利な保護特性が得られる。改良したオーバー
レイ被膜をタービン構成要素、動翼及び静翼に施すと良
い。
はこれら両方から保護するオーバーレイ組成物を提供す
る。 【構成】 オーバーレイ組成物は、硫黄を含有するガス
状環境に暴露されるベース基材合金の耐酸化性及び耐食
性を向上させる。少量の酸化アルミニウム、好ましく
は、Ａｌ2 Ｏ3 をオーバーレイ被膜組成物に添加すると
保護特性が向上する。シリコン及びハフニウムの添加に
よっても有利な保護特性が得られる。改良したオーバー
レイ被膜をタービン構成要素、動翼及び静翼に施すと良
い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属基材を酸化、腐
食、又はこれら両方から保護するのに用いられるオーバ
ーレイ被膜組成物に関する。特に、本発明は、オーバー
レイ組成物中への酸化アルミニウム粒子、好ましくはＡ
ｌ2 Ｏ3 粒子の混入に関する。
食、又はこれら両方から保護するのに用いられるオーバ
ーレイ被膜組成物に関する。特に、本発明は、オーバー
レイ組成物中への酸化アルミニウム粒子、好ましくはＡ
ｌ2 Ｏ3 粒子の混入に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】保護被
膜は通常、タービンの燃焼区分中で用いられる金属基材
の寿命を伸ばすのに用いられる。金属基材は、ニッケ
ル、コバルト、又は鉄を基材とする合金、或いはこれら
の組合せのいずれかである従来超合金材料であり、通常
は他の元素、例えばクロム、アルミニウム、チタン、及
び耐熱金属をかなり多くの量含有する。種々の超合金が
米国特許第４，９３３，２３９号及び第３，７５４，９
０２号に示されている。
膜は通常、タービンの燃焼区分中で用いられる金属基材
の寿命を伸ばすのに用いられる。金属基材は、ニッケ
ル、コバルト、又は鉄を基材とする合金、或いはこれら
の組合せのいずれかである従来超合金材料であり、通常
は他の元素、例えばクロム、アルミニウム、チタン、及
び耐熱金属をかなり多くの量含有する。種々の超合金が
米国特許第４，９３３，２３９号及び第３，７５４，９
０２号に示されている。
【０００３】超合金基材は、ガスタービンの燃焼器、移
行部、動翼及び静翼のような用途での使用中、酸化環境
及び腐食環境に晒される。この苛酷な環境が原因とな
り、基材の構造、寸法及び形状が時間の経過につれ劣化
するので、構成要素の有効寿命が短くなる。
行部、動翼及び静翼のような用途での使用中、酸化環境
及び腐食環境に晒される。この苛酷な環境が原因とな
り、基材の構造、寸法及び形状が時間の経過につれ劣化
するので、構成要素の有効寿命が短くなる。
【０００４】超合金基材の表面を保護するための種々の
被膜が開発された。かかる被膜の一タイプは、「オーバ
ーレイ」被膜と称されるものである。これら被膜は一般
に、ＭＣｒＡｌＹ被膜と呼ばれる。この化学式中、Ｍ
は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅのような元素及びこれらの組合せ
を示す。これら被膜は、外側の露出面又は暴露面上に薄
いアルミナスケール層を形成できるということから保護
能力を発揮する。このアルミナ層は、耐酸化性において
極めて有益であることが分かった。しかしながら、アル
ミナスケールは剥落傾向があり、基材の使用中に再度形
成する必要がある。被膜の総合的性能及び基材へのアル
ミナ付着性を向上させると共にアルミナスケールの再生
を助長するためにイットリウム、ハフニウム、及びシリ
コンのような添加剤をかかるオーバーレイ被膜に加えて
いた。オーバーレイ被膜は典型的には、低圧プラズマ溶
射法、物理的蒸着法、イオンめっき法、及びスパッタリ
ング法又はスラリー焼結法のような種々の方法により基
材表面に施される。かかるオーバーレイ被膜の種々の例
が、米国特許第４，６１５，８６５号、第４，５８５，
４８１号、第４，１９８，４４２号、第４，１０１，７
１５号、第３，７５４，９０３号に記載されている。
被膜が開発された。かかる被膜の一タイプは、「オーバ
ーレイ」被膜と称されるものである。これら被膜は一般
に、ＭＣｒＡｌＹ被膜と呼ばれる。この化学式中、Ｍ
は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅのような元素及びこれらの組合せ
を示す。これら被膜は、外側の露出面又は暴露面上に薄
いアルミナスケール層を形成できるということから保護
能力を発揮する。このアルミナ層は、耐酸化性において
極めて有益であることが分かった。しかしながら、アル
ミナスケールは剥落傾向があり、基材の使用中に再度形
成する必要がある。被膜の総合的性能及び基材へのアル
ミナ付着性を向上させると共にアルミナスケールの再生
を助長するためにイットリウム、ハフニウム、及びシリ
コンのような添加剤をかかるオーバーレイ被膜に加えて
いた。オーバーレイ被膜は典型的には、低圧プラズマ溶
射法、物理的蒸着法、イオンめっき法、及びスパッタリ
ング法又はスラリー焼結法のような種々の方法により基
材表面に施される。かかるオーバーレイ被膜の種々の例
が、米国特許第４，６１５，８６５号、第４，５８５，
４８１号、第４，１９８，４４２号、第４，１０１，７
１５号、第３，７５４，９０３号に記載されている。
【０００５】酸化及び腐食からの基材保護のための別種
の被膜は、「アルミナイド（aluminide)」被膜である。
これら被膜は、アルミ化技術、例えばパック拡散法又は
化学的蒸気拡散法により得られる。アルミニウムは、コ
バルト基超合金基材及びニッケル基超合金基材の表面に
それぞれコバルトアルミナイド及びニッケルアルミナイ
ドを形成する。これら被膜の特性は、基材の化学的性質
及び蒸着法のパラメーターで大きな影響を受ける。かか
る被膜の例が米国特許第５，０００，７８２号に示され
ている。
の被膜は、「アルミナイド（aluminide)」被膜である。
これら被膜は、アルミ化技術、例えばパック拡散法又は
化学的蒸気拡散法により得られる。アルミニウムは、コ
バルト基超合金基材及びニッケル基超合金基材の表面に
それぞれコバルトアルミナイド及びニッケルアルミナイ
ドを形成する。これら被膜の特性は、基材の化学的性質
及び蒸着法のパラメーターで大きな影響を受ける。かか
る被膜の例が米国特許第５，０００，７８２号に示され
ている。
【０００６】また、これら２種類の被膜の組合せを用
い、米国特許第４，９３３，２３９号、第４，９１０，
０９２号及び第４，８９７，３１５号に示されているよ
うなオーバーレイ被膜をアルミ化することにより保護被
膜を形成していた。
い、米国特許第４，９３３，２３９号、第４，９１０，
０９２号及び第４，８９７，３１５号に示されているよ
うなオーバーレイ被膜をアルミ化することにより保護被
膜を形成していた。
【０００７】上述のオーバーレイ及びアルミナイド被膜
は好ましくは、アルミナイドスケール形成及び保持を助
けるための添加剤としてイットリウムを含有する。しか
しながら、基材を苛酷な腐食環境に暴露すると、例え
ば、硫黄その他塩不純物を含有する燃料をタービン内で
酸化させると、イットリウムは本質的に非活性化する。
かくして、現在、硫黄その他塩不純物を含有する燃料を
取入れ不純空気で酸化する際の基材の耐酸化性及び耐食
性を向上させることができる添加剤又は添加化合物を含
有する保護被膜を開発することが要望されている。
は好ましくは、アルミナイドスケール形成及び保持を助
けるための添加剤としてイットリウムを含有する。しか
しながら、基材を苛酷な腐食環境に暴露すると、例え
ば、硫黄その他塩不純物を含有する燃料をタービン内で
酸化させると、イットリウムは本質的に非活性化する。
かくして、現在、硫黄その他塩不純物を含有する燃料を
取入れ不純空気で酸化する際の基材の耐酸化性及び耐食
性を向上させることができる添加剤又は添加化合物を含
有する保護被膜を開発することが要望されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、硫黄化合物を
含有するガス状環境に暴露される際における優れた耐酸
化性及び耐食性を発揮する改良型オーバーレイ被膜組成
物を提供する。オーバーレイ被膜組成物は、ニッケル、
８〜５０重量％クロム、６〜４０重量％アルミニウム、
１０〜４０重量％コバルト及び０．１〜１０重量％粒子
状の酸化アルミニウムを含む。酸化アルミニウムはオー
バーレイ被膜組成物全体にわたり均一に分布しており、
これにより被膜の保護特性が向上していることが分かっ
た。オーバーレイ被膜組成物は、従来通りニッケル基超
合金又はコバルト基超合金で構成された被覆されていな
い状態の基材に従来法により付着される。
含有するガス状環境に暴露される際における優れた耐酸
化性及び耐食性を発揮する改良型オーバーレイ被膜組成
物を提供する。オーバーレイ被膜組成物は、ニッケル、
８〜５０重量％クロム、６〜４０重量％アルミニウム、
１０〜４０重量％コバルト及び０．１〜１０重量％粒子
状の酸化アルミニウムを含む。酸化アルミニウムはオー
バーレイ被膜組成物全体にわたり均一に分布しており、
これにより被膜の保護特性が向上していることが分かっ
た。オーバーレイ被膜組成物は、従来通りニッケル基超
合金又はコバルト基超合金で構成された被覆されていな
い状態の基材に従来法により付着される。
【０００９】オーバーレイ被膜の耐酸化性及び耐食性
は、ハフニウム、シリコン又はこれらの混合物を組成物
中に混入することにより向上する。Ａｌ2 Ｏ3 とシリコ
ンの組合せが特に好ましい。
は、ハフニウム、シリコン又はこれらの混合物を組成物
中に混入することにより向上する。Ａｌ2 Ｏ3 とシリコ
ンの組合せが特に好ましい。
【００１０】オーバーレイ被膜は金属基材の保護に役立
つ。被覆状態の金属基材はタービン又はエンジン内部の
部品として有用である。オーバーレイ被膜の好ましい用
途は、燃焼タービン又はガスタービンの金属基材表面の
寿命を伸ばすことにある。
つ。被覆状態の金属基材はタービン又はエンジン内部の
部品として有用である。オーバーレイ被膜の好ましい用
途は、燃焼タービン又はガスタービンの金属基材表面の
寿命を伸ばすことにある。
【００１１】本発明は、例えばガスタービン、燃焼ター
ビン及び航空機用ジェットエンジンの高温区分で用いら
れる金属基材の寿命を伸ばす際に用いられる改良型被膜
組成物を提供する。かかる被膜組成物を使用できるター
ビン構成要素の例としては、例えばガスタービン燃焼
器、移行部、動翼及び静翼が挙げられる。被膜組成物を
用いて、硫黄その他の塩不純物を含有する燃料の燃焼生
成物に暴露される基材を被覆して保護すると、有利であ
る。本発明の被膜では、被膜のマトリックス内に酸化ア
ルミニウムが用いられ、酸化アルミニウムスケールが被
膜の暴露面上に生じやすくなると共に基材への形成スケ
ールの付着性が向上する。また、他の不活性金属酸化
物、例えば酸化セリウム、酸化スカンジウム、酸化イン
ジウム、及び酸化トリウムもＡｌ2 Ｏ3 に代えて使用で
き、同等の作用効果を得ることができるが、Ａｌ2 Ｏ3
が好ましい。
ビン及び航空機用ジェットエンジンの高温区分で用いら
れる金属基材の寿命を伸ばす際に用いられる改良型被膜
組成物を提供する。かかる被膜組成物を使用できるター
ビン構成要素の例としては、例えばガスタービン燃焼
器、移行部、動翼及び静翼が挙げられる。被膜組成物を
用いて、硫黄その他の塩不純物を含有する燃料の燃焼生
成物に暴露される基材を被覆して保護すると、有利であ
る。本発明の被膜では、被膜のマトリックス内に酸化ア
ルミニウムが用いられ、酸化アルミニウムスケールが被
膜の暴露面上に生じやすくなると共に基材への形成スケ
ールの付着性が向上する。また、他の不活性金属酸化
物、例えば酸化セリウム、酸化スカンジウム、酸化イン
ジウム、及び酸化トリウムもＡｌ2 Ｏ3 に代えて使用で
き、同等の作用効果を得ることができるが、Ａｌ2 Ｏ3
が好ましい。
【００１２】被膜組成物を付着させるベース金属基材は
任意の金属基材であるのが良いが、基材は好ましくは、
ニッケル、コバルト又はこれらの組合せから成るベース
合金である超合金である。ニッケル基合金又はコバルト
基合金は、鋳造又は鍛造のいずれかの形態であるのが良
い。ニッケル基超合金の機械的高温強度は主として析出
硬化法により得られる。主要な沈殿物は、Ｎｉ3 Ａｌ又
はＮｉ3 ＡｌＴｉタイプの組成のγ′である。ニッケル
基超合金は通常、タービンで用いられる静翼の基材とし
て使用されている。コバルト基合金は固溶体硬化法によ
り強化される。コバルト基合金は通常、タービンで用い
られる静翼の基材として使用されている。他の溶液強化
（solution-strengthened)Ｎｉ基合金又はＦｅ基合金も
使用できる。超合金は一般に、固溶体硬化のための耐熱
性元素、例えばタングステン、タンタル、モリブデン、
及びニオブと共に鉄、ホウ素、炭素、及びジルコニウム
のような元素を含む。ニッケル基超合金の例が米国特許
第３，７５４，９０２号に示されている。
任意の金属基材であるのが良いが、基材は好ましくは、
ニッケル、コバルト又はこれらの組合せから成るベース
合金である超合金である。ニッケル基合金又はコバルト
基合金は、鋳造又は鍛造のいずれかの形態であるのが良
い。ニッケル基超合金の機械的高温強度は主として析出
硬化法により得られる。主要な沈殿物は、Ｎｉ3 Ａｌ又
はＮｉ3 ＡｌＴｉタイプの組成のγ′である。ニッケル
基超合金は通常、タービンで用いられる静翼の基材とし
て使用されている。コバルト基合金は固溶体硬化法によ
り強化される。コバルト基合金は通常、タービンで用い
られる静翼の基材として使用されている。他の溶液強化
（solution-strengthened)Ｎｉ基合金又はＦｅ基合金も
使用できる。超合金は一般に、固溶体硬化のための耐熱
性元素、例えばタングステン、タンタル、モリブデン、
及びニオブと共に鉄、ホウ素、炭素、及びジルコニウム
のような元素を含む。ニッケル基超合金の例が米国特許
第３，７５４，９０２号に示されている。
【００１３】次に、超合金基材をオーバーレイ被膜合金
で被覆する。被膜合金組成物は、酸化環境への暴露中に
保護クロミアスケール又はアルミナスケールを形成する
のに十分な量のクロム及びアルミニウムを含有する。ク
ロムの存在により、「ゲッタリング（gettering)」効果
によりアルミナスケールを形成するのに必要なアルミニ
ウムの量が減る。被膜合金組成物中のクロムの上限は、
耐酸化性の低下により機能的に制限され、その下限は、
耐食性の低下により制限される。過剰のアルミニウム
は、被膜の延性に対して有害であり、また耐食性を低下
させる一方、酸化性能を向上させるためには十分な量の
アルミニウムが必要である。これら要因のバランスによ
り一般に、被膜合金組成物中のクロム及びアルミニウム
の適当なレベルが定まる。クロムは、被膜合金組成物の
約８〜５０重量％、好ましくは、１５〜３５重量％、よ
り好ましくは２０〜３０重量％の量で存在し、アルミニ
ウムは、被膜合金組成物の約６〜４０重量％、好ましは
６〜２０重量％、より好ましくは８〜１２重量％の量で
存在する。
で被覆する。被膜合金組成物は、酸化環境への暴露中に
保護クロミアスケール又はアルミナスケールを形成する
のに十分な量のクロム及びアルミニウムを含有する。ク
ロムの存在により、「ゲッタリング（gettering)」効果
によりアルミナスケールを形成するのに必要なアルミニ
ウムの量が減る。被膜合金組成物中のクロムの上限は、
耐酸化性の低下により機能的に制限され、その下限は、
耐食性の低下により制限される。過剰のアルミニウム
は、被膜の延性に対して有害であり、また耐食性を低下
させる一方、酸化性能を向上させるためには十分な量の
アルミニウムが必要である。これら要因のバランスによ
り一般に、被膜合金組成物中のクロム及びアルミニウム
の適当なレベルが定まる。クロムは、被膜合金組成物の
約８〜５０重量％、好ましくは、１５〜３５重量％、よ
り好ましくは２０〜３０重量％の量で存在し、アルミニ
ウムは、被膜合金組成物の約６〜４０重量％、好ましは
６〜２０重量％、より好ましくは８〜１２重量％の量で
存在する。
【００１４】また、被膜合金組成物は、コバルト及びニ
ッケルを含む。コバルト及びニッケルの含有量は、基材
ベース合金がニッケル基合金であるかコバルト基合金で
あるかで決まることになる。オーバーレイ被膜をニッケ
ル基合金に用いようとする場合、コバルトは、被膜合金
組成物の約１０〜４０重量％、好ましくは１５〜３５重
量％、より好ましくは２０〜３０重量％の量で存在す
る。この場合、ニッケルは本質的には、上述の添加剤元
素又は本明細書に記載の化合物を除き、ニッケルを基材
とするオーバーレイ被膜の残部を占める。コバルトは本
質的には、上述の添加剤元素又は本明細書に記載の化合
物を除き、コバルトを基材とするオーバーレイ被膜の残
部を占める。
ッケルを含む。コバルト及びニッケルの含有量は、基材
ベース合金がニッケル基合金であるかコバルト基合金で
あるかで決まることになる。オーバーレイ被膜をニッケ
ル基合金に用いようとする場合、コバルトは、被膜合金
組成物の約１０〜４０重量％、好ましくは１５〜３５重
量％、より好ましくは２０〜３０重量％の量で存在す
る。この場合、ニッケルは本質的には、上述の添加剤元
素又は本明細書に記載の化合物を除き、ニッケルを基材
とするオーバーレイ被膜の残部を占める。コバルトは本
質的には、上述の添加剤元素又は本明細書に記載の化合
物を除き、コバルトを基材とするオーバーレイ被膜の残
部を占める。
【００１５】オーバーレイ被膜、例えばNiCoCrAlタイプ
のものが合金基材を保護する方法は、強固且つ均一で、
ゆっくりと生じる薄い保護酸化スケール、通常、アルミ
ナスケールを熱の作用で形成することによる。アルミナ
スケールは、Ａｌ及びＯ2 のそれ以上の拡散に対するバ
リアとして働き、それによりアルミナスケールの生成を
低定常終端速度に減速する。このスケールの厚さは、プ
ロセス条件への暴露の際、時間の経過につれ増加する。
このスケールは非常に延性が高いというわけではなく、
最終的には亀裂及び剥落が熱サイクルプロセス中に生じ
る。スケールの再形成は剥落位置に高速度で生じ、かく
してこれが原因となってＡｌが被膜から迅速に失われ
る。Ａｌが被膜から失われると、ベース金属の非保護性
酸化物スケールが生じ、スケール浸透が起こり、その結
果ベース合金基材の保護が失われることになる。
のものが合金基材を保護する方法は、強固且つ均一で、
ゆっくりと生じる薄い保護酸化スケール、通常、アルミ
ナスケールを熱の作用で形成することによる。アルミナ
スケールは、Ａｌ及びＯ2 のそれ以上の拡散に対するバ
リアとして働き、それによりアルミナスケールの生成を
低定常終端速度に減速する。このスケールの厚さは、プ
ロセス条件への暴露の際、時間の経過につれ増加する。
このスケールは非常に延性が高いというわけではなく、
最終的には亀裂及び剥落が熱サイクルプロセス中に生じ
る。スケールの再形成は剥落位置に高速度で生じ、かく
してこれが原因となってＡｌが被膜から迅速に失われ
る。Ａｌが被膜から失われると、ベース金属の非保護性
酸化物スケールが生じ、スケール浸透が起こり、その結
果ベース合金基材の保護が失われることになる。
【００１６】本発明の被膜合金組成物は、特に基材を硫
黄又は他の塩を含有した燃料及び空気の燃焼生成物を含
む雰囲気中で使用する場合、或いはガス状ＳＯ2 又はＳ
Ｏ3（ＳＯx ）化合物が存在している場合、耐酸化性及
び耐食性を向上させるために酸化アルミニウムを更に有
する。不活性酸化物は、約０．１〜１０重量％、好まし
くは０．１〜５重量％、より好ましくは０．５〜３重量
％の量で被膜合金組成物中に存在している。好ましい酸
化物は、酸化アルミニウム、Ａｌ2 Ｏ3 である。
黄又は他の塩を含有した燃料及び空気の燃焼生成物を含
む雰囲気中で使用する場合、或いはガス状ＳＯ2 又はＳ
Ｏ3（ＳＯx ）化合物が存在している場合、耐酸化性及
び耐食性を向上させるために酸化アルミニウムを更に有
する。不活性酸化物は、約０．１〜１０重量％、好まし
くは０．１〜５重量％、より好ましくは０．５〜３重量
％の量で被膜合金組成物中に存在している。好ましい酸
化物は、酸化アルミニウム、Ａｌ2 Ｏ3 である。
【００１７】被膜合金組成物は又、アルミナスケールを
オーバーレイ被膜の表面に付着させるのに役立つ他の添
加剤を含有するのが良い。代表的な添加剤としては、ハ
フニウム及びシリコンがある。ハフニウムは、０．０１
〜４重量％、好ましくは０．１〜２重量％の量そで存在
し、シリコンは０．０１〜５重量％、好ましくは０．１
〜２．５重量％の量で存在するのが良く、これら数値は
全て総オーバーレイ被膜合金組成物に基づいている。も
う一つの元素であるセシウムを０．０１〜１０重量％、
好ましくは約０．１〜５重量％、より好ましくは０．１
〜２．５重量％の量、被膜合金組成物中に添加するのが
良い。さらに、耐酸化性を向上させるためにレニウムを
約０．０１〜４０重量％、好ましくは約０．０１〜８重
量％、より好ましくは０．０１〜４重量％の量添加する
のが良い。
オーバーレイ被膜の表面に付着させるのに役立つ他の添
加剤を含有するのが良い。代表的な添加剤としては、ハ
フニウム及びシリコンがある。ハフニウムは、０．０１
〜４重量％、好ましくは０．１〜２重量％の量そで存在
し、シリコンは０．０１〜５重量％、好ましくは０．１
〜２．５重量％の量で存在するのが良く、これら数値は
全て総オーバーレイ被膜合金組成物に基づいている。も
う一つの元素であるセシウムを０．０１〜１０重量％、
好ましくは約０．１〜５重量％、より好ましくは０．１
〜２．５重量％の量、被膜合金組成物中に添加するのが
良い。さらに、耐酸化性を向上させるためにレニウムを
約０．０１〜４０重量％、好ましくは約０．０１〜８重
量％、より好ましくは０．０１〜４重量％の量添加する
のが良い。
【００１８】種々の他の添加剤、例えばＳｃ、Ｌａ、Ｇ
ｄ及びこれらの組合せをオーバーレイ被膜合金組成物中
に混入するのが良い。これら添加剤は個々に０．１〜１
９重量％の量で存在するのがよいが、これら添加剤の総
量は、被膜組成物の好ましくは約２０重量％以下、より
好ましくは約１５重量％以下である。
ｄ及びこれらの組合せをオーバーレイ被膜合金組成物中
に混入するのが良い。これら添加剤は個々に０．１〜１
９重量％の量で存在するのがよいが、これら添加剤の総
量は、被膜組成物の好ましくは約２０重量％以下、より
好ましくは約１５重量％以下である。
【００１９】また、イットリウムを約０．０１〜１０重
量％、好ましくは０．１〜４重量％の量、被膜組成物中
に添加するのが良いが、硫黄含有燃料を用い場合の使用
に関しては望ましくない。イットリウムが酸化される
と、これは硫酸化に対する耐性がなく、それに応じて酸
化アルミニウムスケールの接合性が減少すると考えられ
る。
量％、好ましくは０．１〜４重量％の量、被膜組成物中
に添加するのが良いが、硫黄含有燃料を用い場合の使用
に関しては望ましくない。イットリウムが酸化される
と、これは硫酸化に対する耐性がなく、それに応じて酸
化アルミニウムスケールの接合性が減少すると考えられ
る。
【００２０】オーバーレイ被膜の厚さは一般に、少なく
とも約０．００２インチ（０．００５cm）、好ましくは
少なくとも約０．００３インチ（０．００７６cm）、よ
り好ましくは約０．００３インチ（０．００７６cm）〜
０．０１５インチ（０．０３８cm）、さらに好ましく
は、約０．００４インチ（０．０１cm）〜約０．０１イ
ンチ（０．０２５cm）である。酸化アルミニウムは、デ
ィスペロイド（disperoids）として被膜の厚さ全体にわ
たり存在しており、表面上ではなく、好ましくは実質的
に均一の量で存在し、より好ましくはオーバーレイ被膜
の厚さ全体にわたり均一均等な量で存在する。
とも約０．００２インチ（０．００５cm）、好ましくは
少なくとも約０．００３インチ（０．００７６cm）、よ
り好ましくは約０．００３インチ（０．００７６cm）〜
０．０１５インチ（０．０３８cm）、さらに好ましく
は、約０．００４インチ（０．０１cm）〜約０．０１イ
ンチ（０．０２５cm）である。酸化アルミニウムは、デ
ィスペロイド（disperoids）として被膜の厚さ全体にわ
たり存在しており、表面上ではなく、好ましくは実質的
に均一の量で存在し、より好ましくはオーバーレイ被膜
の厚さ全体にわたり均一均等な量で存在する。
【００２１】被膜合金組成物の調製にあたり、先ず最初
に、酸化アルミニウムの場合を除き、被膜合金組成物中
に元素及び化合物の合金メルトを作る。次に、被膜合金
のこのメルト部分をスプレー霧化し、従来技術、例えば
アルゴンスプレー霧化を用いて粒状合金を形成する。
に、酸化アルミニウムの場合を除き、被膜合金組成物中
に元素及び化合物の合金メルトを作る。次に、被膜合金
のこのメルト部分をスプレー霧化し、従来技術、例えば
アルゴンスプレー霧化を用いて粒状合金を形成する。
【００２２】次に、粒状合金を粒状酸化アルミニウムと
配合して均質の粒状被膜合金組成物を形成する。霧化合
金部分の平均粒径は、好ましくは約５〜約５０μであ
り、酸化アルミニウムの平均粒径は約０．５〜約３μで
ある。この粒径分布は適用方法とプロセスパラメーター
の選択に応じて異なる。
配合して均質の粒状被膜合金組成物を形成する。霧化合
金部分の平均粒径は、好ましくは約５〜約５０μであ
り、酸化アルミニウムの平均粒径は約０．５〜約３μで
ある。この粒径分布は適用方法とプロセスパラメーター
の選択に応じて異なる。
【００２３】次に、粒状被膜合金を基材表面上に付着さ
せる。付着方法は好ましくは低圧プラズマ溶射（ＬＰＰ
Ｓ）法である。高速オキシ燃料（ＨＶＯＦ）及びスパッ
タリングを含む他の熱スプレー法を利用して本発明のオ
ーバーレイ組成物被膜を付着させても良い。
せる。付着方法は好ましくは低圧プラズマ溶射（ＬＰＰ
Ｓ）法である。高速オキシ燃料（ＨＶＯＦ）及びスパッ
タリングを含む他の熱スプレー法を利用して本発明のオ
ーバーレイ組成物被膜を付着させても良い。
【００２４】また、本発明の被膜をボンドコート（bond
coat)又はベースコート（base coat)として頂部のサー
マルバリア被膜下に使用しても良く、この場合、タイコ
ート（tie coat）又は中間被膜を設けても、設けなくて
も良い。
coat)又はベースコート（base coat)として頂部のサー
マルバリア被膜下に使用しても良く、この場合、タイコ
ート（tie coat）又は中間被膜を設けても、設けなくて
も良い。
【００２５】循環高温腐食／酸化に関する研究 Ａｌ2 Ｏ3 及びＡｌ2 Ｏ3 ／ＳｉにＹ又はＨｆを追加し
たNiCoCrAlの挙動を分析するための試験を行った。CoNi
CrAlY 被膜を基準被膜として使用した。ベース基材合金
はインコネルＩＮ７３８ＬＣであり、この組成は、１６
重量％Ｃｒ、８．５重量％Ｃｏ、３．４重量％Ａｌ、
３．４重量％Ｔｉ、１．６重量％Ｍｏ、１．６重量％Ｔ
ａ、２．５重量％Ｗ、１重量％Ｎｂ、０．１重量％Ｃ、
残部Ｎｉである。下記の表１．１に、ベース合金に付着
させた３つのオーバーレイ被膜を体積％表示のを除き、
重量％表示で記載している。
たNiCoCrAlの挙動を分析するための試験を行った。CoNi
CrAlY 被膜を基準被膜として使用した。ベース基材合金
はインコネルＩＮ７３８ＬＣであり、この組成は、１６
重量％Ｃｒ、８．５重量％Ｃｏ、３．４重量％Ａｌ、
３．４重量％Ｔｉ、１．６重量％Ｍｏ、１．６重量％Ｔ
ａ、２．５重量％Ｗ、１重量％Ｎｂ、０．１重量％Ｃ、
残部Ｎｉである。下記の表１．１に、ベース合金に付着
させた３つのオーバーレイ被膜を体積％表示のを除き、
重量％表示で記載している。
【００２６】
【表１】 ＩＮ７３８ＬＣ基材を汚れその他の汚染物の無い状態で
調製した。３つの互いに異なる被膜を低圧プラズマ溶射
法（ＬＰＰＳ）を用いて付着させた。被覆法の実施に用
いた装置は、エレクトロ・プラズマイ・インコーポレイ
テッドより入手できるモデルＥＰＩ０３Ｃ８であり、基
材をアルゴン約３５トルの圧力状態に維持された閉鎖室
内で被覆処理を行った。アルゴン及びヘリウムの混合物
を用いてプラズマを発生させた。NiCoCrAlHf及びNiCoCr
AlSiHfの粉末をボールミル粉砕法によりＡｌ2 Ｏ3 と均
質に予備混合した。ベース被膜粉末及びＡｌ2 Ｏ3 粉末
の粒径分布はそれぞれ、１０〜４０μｍ、０．６〜２．
５μｍであった。基材に付着させた被膜厚さは、均一に
６ミル±１ミルであった。
調製した。３つの互いに異なる被膜を低圧プラズマ溶射
法（ＬＰＰＳ）を用いて付着させた。被覆法の実施に用
いた装置は、エレクトロ・プラズマイ・インコーポレイ
テッドより入手できるモデルＥＰＩ０３Ｃ８であり、基
材をアルゴン約３５トルの圧力状態に維持された閉鎖室
内で被覆処理を行った。アルゴン及びヘリウムの混合物
を用いてプラズマを発生させた。NiCoCrAlHf及びNiCoCr
AlSiHfの粉末をボールミル粉砕法によりＡｌ2 Ｏ3 と均
質に予備混合した。ベース被膜粉末及びＡｌ2 Ｏ3 粉末
の粒径分布はそれぞれ、１０〜４０μｍ、０．６〜２．
５μｍであった。基材に付着させた被膜厚さは、均一に
６ミル±１ミルであった。
【００２７】サイクル高温腐食試験を約１８５０°Ｆに
維持した実験用電気炉を用いて行った。浸漬−乾燥法に
より被覆基材に約１mg/cm2のＮａ2 ＳＯ4 の層を付着さ
せた。次に、このように被覆したサンプルを炉条件に暴
露した。サンプルの熱サイクル操作を一日につき３回実
施した。すなわち、これらサンプルを炉から取り出し、
約３５０°Ｆまでファン冷却し、再び炉内へ入れた。定
期的に、即ち、１６８時間ごとに一回、サンプルを炉か
ら取り出し、周囲温度まで冷却し、秤量し、Ｎａ2 ＳＯ
4 で新たに被覆し、炉内へ戻した。
維持した実験用電気炉を用いて行った。浸漬−乾燥法に
より被覆基材に約１mg/cm2のＮａ2 ＳＯ4 の層を付着さ
せた。次に、このように被覆したサンプルを炉条件に暴
露した。サンプルの熱サイクル操作を一日につき３回実
施した。すなわち、これらサンプルを炉から取り出し、
約３５０°Ｆまでファン冷却し、再び炉内へ入れた。定
期的に、即ち、１６８時間ごとに一回、サンプルを炉か
ら取り出し、周囲温度まで冷却し、秤量し、Ｎａ2 ＳＯ
4 で新たに被覆し、炉内へ戻した。
【００２８】試験結果が図１に示されており、図中、ｘ
軸は熱サイクル操作における暴露時間、ｙ軸はサンプル
の重量変化である。重量変化は、アルミナスケール形成
による重量増加分と、スケール亀裂及びスケール／被膜
剥落による重量減少分との差を表す。重量変化が小さい
と反応速度及びスケール剥落が小さく、これは被膜寿命
が長いこと及び被膜により得られる保護の度合いが高い
ことを表している。図１から理解されるように、Ｙの置
換及びＡｌ2 Ｏ3 の添加により改良された重量変化（Ｓ
ｉを含む場合と含まない場合につき）がマークされてい
るが、Ｓｉの添加により被膜寿命特性が更に向上した。
軸は熱サイクル操作における暴露時間、ｙ軸はサンプル
の重量変化である。重量変化は、アルミナスケール形成
による重量増加分と、スケール亀裂及びスケール／被膜
剥落による重量減少分との差を表す。重量変化が小さい
と反応速度及びスケール剥落が小さく、これは被膜寿命
が長いこと及び被膜により得られる保護の度合いが高い
ことを表している。図１から理解されるように、Ｙの置
換及びＡｌ2 Ｏ3 の添加により改良された重量変化（Ｓ
ｉを含む場合と含まない場合につき）がマークされてい
るが、Ｓｉの添加により被膜寿命特性が更に向上した。
【００２９】
【図１】Ａｌ2 Ｏ3 粒子を被膜組成物中へ加えることに
より得られる被膜保護特性の向上を示す実験結果のグラ
フ図である。
より得られる被膜保護特性の向上を示す実験結果のグラ
フ図である。
Claims (22)
- 【請求項１】 硫黄含有燃料の燃焼生成物へのタービン
又はエンジン内部の金属基材の暴露の際における耐酸化
性を向上させるために金属基材を被覆するのに有効な粒
状合金組成物であって、ニッケルと、コバルトと、８〜
５０重量％のクロムと、６〜４０重量％のアルミニウム
と、０．１〜１０重量％の粒状不活性金属酸化物とを含
み、酸化アルミニウムが組成物中に均一に分布している
ことを特徴とする粒状合金組成物。 - 【請求項２】 ニッケル、クロム、アルミニウム、及び
コバルトは、粒子の形態 ベース微粒化合金組成物とし
て存在し、不活性金属酸化物は、酸化アルミニウムを含
んでいて、ベース合金組成物と混合されることを特徴と
する請求項１の粒状合金組成物。 - 【請求項３】 合金組成物中に０．０１〜５重量％のシ
リコンを更に含むことを特徴とする請求項２の粒状合金
組成物。 - 【請求項４】 合金組成物中に０．０１〜４重量％のハ
フニウムを更に含むことを特徴とする請求項２の粒状合
金組成物。 - 【請求項５】 合金組成物中に０．０１〜１０重量％の
イットリウムを更に含むことを特徴とする請求項２の粒
状合金組成物。 - 【請求項６】 酸化アルミニウムは、合金組成物中に
０．５〜３重量％の量で存在することを特徴とする請求
項２の粒状合金組成物。 - 【請求項７】 合金組成物中に０．０１〜５重量％のシ
リコンを更に含むことを特徴とする請求項６の粒状合金
組成物。 - 【請求項８】 合金組成物中に０．０１〜４重量％のハ
フニウムを更に含むことを特徴とする請求項７の粒状合
金組成物。 - 【請求項９】 合金組成物中に０．０１〜４重量％のハ
フニウムを更に含むことを特徴とする請求項６の粒状合
金組成物。 - 【請求項１０】 コバルトは、合金組成物中に１０〜４
０重量％の量で存在し、残部は本質的にニッケルである
ことを特徴とする請求項９の粒状合金組成物。 - 【請求項１１】 ニッケルは、合金組成物中に１０〜４
０重量％の量で存在し、残部は本質的にコバルトである
ことを特徴とする請求項９の粒状合金組成物。 - 【請求項１２】 硫黄含有燃料の燃焼生成物への暴露の
際における酸化を阻止するための合金被膜を有するター
ビン金属基材において、暴露面を備えたタービン構成要
素金属基材と、金属基材の暴露面に被着させた合金被膜
とを有し、該合金被膜は、ニッケルと、コバルトと、８
〜５０重量％のクロムと、６〜４０重量％のアルミニウ
ムと、０．１〜１０重量％の酸化アルミニウムとを含
み、酸化アルミニウムは組成物中に均一に分布している
ことを特徴とする被覆金属基材。 - 【請求項１３】 被膜は、暴露面に接合された第１の表
面と、第１の表面と反対側の第２の表面とを有し、第１
の表面と第２の表面との間の距離は、被膜の厚さを定
め、該厚さは、約０．００３インチ（０．００７６cm）
〜約０．０１インチ（０．０２５cm）であり、酸化アル
ミニウムの分布状態は、被膜の厚さ全体にわたり均一で
あることを特徴とする請求項１２の被覆金属基材。 - 【請求項１４】 合金被膜は、０．０１〜５重量％のシ
リコンを更に含むことを特徴とする請求項１３の被覆金
属基材。 - 【請求項１５】 合金被膜は、０．０１〜４重量％のハ
フニウムを更に含むことを特徴とする請求項１３の被覆
金属基材。 - 【請求項１６】 合金被膜は、０．０１〜１０重量％の
イットリウムを更に含むことを特徴とする請求項１３の
被覆金属基材。 - 【請求項１７】 酸化アルミニウムは、合金被膜中０．
５〜３重量％の量で存在していることを特徴とする請求
項１３の被覆金属基材。 - 【請求項１８】 合金被膜は、０．０１〜５重量％のシ
リコンを更に含むことを特徴とする請求項１７の被覆金
属基材。 - 【請求項１９】 合金被膜は、０．０１〜４重量％のハ
フニウムを更に含むことを特徴とする請求項１８の被覆
金属基材。 - 【請求項２０】 合金被膜は、０．０１〜４重量％のハ
フニウムを更に含むことを特徴とする請求項１７の被覆
金属基材。 - 【請求項２１】 硫黄含有燃料の燃焼生成物への暴露の
際における耐酸化性を向上させるためにタービン金属基
材を被覆する方法において、暴露面を備えるタービン構
成要素金属基材を準備し、該金属基材の暴露面を合金で
被覆し、該合金被膜は、ニッケルと、コバルトと、８〜
５０重量％のクロムと、６〜４０重量％のアルミニウム
と、０．１〜１０重量％の酸化アルミニウムとを含み、
酸化アルミニウムの分布状態は、被膜の厚さ全体にわた
り実質的に均一であり、該厚さは、約０．００３インチ
（０．００７６cm）〜約０．０１インチ（０．０２５c
m）であることを特徴とする方法。 - 【請求項２２】 合金被膜は、０．０１〜５重量％のシ
リコンを更に含み、酸化アルミニウムは、合金被膜組成
物中０．５〜３重量％の量で存在していることを特徴と
する請求項２１の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US22437994A | 1994-04-07 | 1994-04-07 | |
| US08/224379 | 1994-04-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07278721A true JPH07278721A (ja) | 1995-10-24 |
Family
ID=22840418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7104684A Withdrawn JPH07278721A (ja) | 1994-04-07 | 1995-04-04 | 金属基材被覆用の粒状合金組成物及び被覆法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07278721A (ja) |
| KR (1) | KR950032712A (ja) |
| CA (1) | CA2146503A1 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008169481A (ja) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | General Electric Co <Ge> | 合金組成物及びそれを含む物品 |
| JP2011001943A (ja) * | 2009-06-22 | 2011-01-06 | Hitachi Ltd | 蒸気タービンケーシング |
| US8007178B2 (en) | 2004-09-29 | 2011-08-30 | Mahle Engine Systems Ltd. | Bearing materials and method for the production thereof |
| JP2013216969A (ja) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Sulzer Metco Ag | 超フェライト系鉄基化合物を伴う溶射用粉末、及び基板、特に溶射層を伴うブレーキディスク |
| JP2017014573A (ja) * | 2015-07-01 | 2017-01-19 | 国立大学法人東北大学 | 熱遮蔽被膜被覆部材、熱遮蔽被膜の製造方法およびボンドコート用粉末 |
| JP2020517821A (ja) * | 2017-04-21 | 2020-06-18 | シーアールエス ホールディングス, インコーポレイテッドCrs Holdings, Incorporated | 析出硬化型コバルト−ニッケル基超合金およびそれから製造された物品 |
-
1995
- 1995-04-04 JP JP7104684A patent/JPH07278721A/ja not_active Withdrawn
- 1995-04-06 KR KR1019950007953A patent/KR950032712A/ko not_active Application Discontinuation
- 1995-04-06 CA CA002146503A patent/CA2146503A1/en not_active Abandoned
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8007178B2 (en) | 2004-09-29 | 2011-08-30 | Mahle Engine Systems Ltd. | Bearing materials and method for the production thereof |
| JP2008169481A (ja) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | General Electric Co <Ge> | 合金組成物及びそれを含む物品 |
| JP2011001943A (ja) * | 2009-06-22 | 2011-01-06 | Hitachi Ltd | 蒸気タービンケーシング |
| JP2013216969A (ja) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Sulzer Metco Ag | 超フェライト系鉄基化合物を伴う溶射用粉末、及び基板、特に溶射層を伴うブレーキディスク |
| JP2017014573A (ja) * | 2015-07-01 | 2017-01-19 | 国立大学法人東北大学 | 熱遮蔽被膜被覆部材、熱遮蔽被膜の製造方法およびボンドコート用粉末 |
| JP2020517821A (ja) * | 2017-04-21 | 2020-06-18 | シーアールエス ホールディングス, インコーポレイテッドCrs Holdings, Incorporated | 析出硬化型コバルト−ニッケル基超合金およびそれから製造された物品 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2146503A1 (en) | 1996-01-05 |
| KR950032712A (ko) | 1995-12-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020604 |