JPH0853748A - Production of thermal spraying-coated superalloy member - Google Patents

Production of thermal spraying-coated superalloy member

Info

Publication number
JPH0853748A
JPH0853748A JP18753794A JP18753794A JPH0853748A JP H0853748 A JPH0853748 A JP H0853748A JP 18753794 A JP18753794 A JP 18753794A JP 18753794 A JP18753794 A JP 18753794A JP H0853748 A JPH0853748 A JP H0853748A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
powder
coating
aluminum
sprayed
coating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP18753794A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaki Tamura
雅貴 田村
Yutaka Ishiwatari
裕 石渡
Yoshiyasu Ito
義康 伊藤
Masahiro Saito
正弘 齋藤
Masashi Takahashi
雅士 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP18753794A priority Critical patent/JPH0853748A/en
Publication of JPH0853748A publication Critical patent/JPH0853748A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To provide a method for a thermal spraying-coated superalloy member improved in high temp. corrosion and oxidation resistance and capable of withstanding use at a high temp. for long time by forming sprayed coating having a uniform aluminum concn. distribution on the surface. CONSTITUTION:The surface of an Ni-base or Co-base superalloy base material is coated with thermally spraying powder of an MCrAl-base alloy or the like having a coating layer constituted of Al or an intermetallic compound contg. Al and Ni or an intermetallic compound contg. Al and Co by thermal spraying. Moreover, in the method for producing the same thermally spraying-coated superalloy member, the surface of the superalloy base material is thermal- sprayed with thermally spraying powder of an MCrAl-base alloy or the like having no coating layer essentially consisting of Al or the like to form coating, and after that, in the vicinity of the surface of the sprayed coating thereon, thermally spraying powder having the same coating layer is thermal-sprayed to form coating having 20 to 150mum thickness.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ニッケル基またはコバ
ルト基の超合金基材の上に、耐蝕・耐酸化性合金の溶射
粉末をプラズマ溶射により被覆し、高温における耐酸化
性および耐蝕性を有する溶射被覆超合金部材を製造する
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention coats a nickel-based or cobalt-based superalloy substrate with a sprayed powder of a corrosion-resistant / oxidation-resistant alloy by plasma spraying to improve oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures. A method of manufacturing a thermal spray coated superalloy member having the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、ガスタービンの動翼、静翼や燃
焼器のように1000℃以上の高温に長時間さらされる部材
には、高温強度に優れたニッケル(Ni)基またはコバ
ルト(Co)基の超耐熱合金(超合金)が用いられてい
る。そしてこのような超合金は、酸化や腐食に対して十
分な耐性を有しているとはいえないため、基材表面を特
定の合金粉末の火炎溶射またはプラズマ溶射により被覆
し、耐蝕・耐酸化性の向上を図っている。
2. Description of the Related Art Generally, a member such as a moving blade, a stationary blade or a combustor of a gas turbine, which is exposed to a high temperature of 1000 ° C. or more for a long time, has a high temperature strength of nickel (Ni) group or cobalt (Co) A base super heat-resistant alloy (super alloy) is used. Since such superalloys do not have sufficient resistance to oxidation and corrosion, the surface of the base material is coated by flame spraying or plasma spraying of a specific alloy powder to prevent corrosion and oxidation. We are trying to improve sex.

【0003】すなわち、超合金のプラズマ溶射被覆に関
しては、MCr基合金(Mは鉄、コバルト、ニッケル、
アルミニウムの中から選択される少なくとも1種の元
素)粉末を、アルゴンおよび水素ガスの不活性雰囲気中
でプラズマ溶射し、加熱粒子の蒸着中の酸化を低減する
方法が、ベッセンの米国特許 3957454号明細書に記され
ている。またこの方法では、冷却に際し蒸着粒子におけ
る変形抵抗を高めるため、粒子の溶融を回避し、溶融粒
子よりもむしろ加熱粒子を噴射して基材に衝突させるこ
とが行われている。また、ハワードの日本特許(特開平
1-119657号公報)には、クロム、鉄、コバルトおよびニ
ッケルから選ばれた少なくとも1種の元素を含む粉末中
に、アルミナ、トリア、イットリアから選ばれた分散材
を高エネルギーミル粉砕により分散させた溶射粉末を、
超合金基材に火炎溶射することが記載されている。
That is, regarding plasma spray coating of superalloys, MCr-based alloys (M is iron, cobalt, nickel,
A method of plasma spraying at least one element selected from aluminum) powder in an inert atmosphere of argon and hydrogen gas to reduce oxidation during vapor deposition of heated particles is disclosed in US Pat. It is written in the book. Further, in this method, in order to increase the deformation resistance of the vapor-deposited particles during cooling, melting of the particles is avoided, and heated particles, rather than molten particles, are jetted to collide with the base material. Also, Howard's Japanese patent
1-119657), a dispersion material selected from alumina, thoria and yttria is dispersed in a powder containing at least one element selected from chromium, iron, cobalt and nickel by high energy milling. Sprayed powder,
Flame spraying on superalloy substrates is described.

【0004】しかし、超合金を基材とする部材において
は、使用環境が過酷になるにしたがってより高温におけ
る耐蝕・耐酸化性が要求されているが、前記した従来の
方法では要求を十分に満足させることができなかった。
However, in a member having a superalloy as a base material, corrosion resistance and oxidation resistance at a higher temperature are required as the use environment becomes more severe, but the conventional method described above sufficiently satisfies the requirement. I couldn't do it.

【0005】したがって、高温における耐蝕・耐酸化性
の要求に対応するため、以下に示す二つの方法がそれぞ
れ検討されている。すなわち、その一つは、溶射粉末に
含まれるアルミニウム量を増加させる方法である。しか
しこの方法によれば、アルミニウムを増量(例えば 10w
t%以上含有)させた溶射粉末は、脆性材料である金属間
化合物で構成されるため、良好な溶射層の形成が困難で
あった。またもう一つの方法は、溶射後に溶射層の表面
からアルミニウムを浸透させる方法である。この方法に
は、アルミナイジング法と化学的気相メッキ法の2つの
方法があり、近年広く実施されている。
Therefore, in order to meet the requirements for corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures, the following two methods have been studied. That is, one of them is a method of increasing the amount of aluminum contained in the thermal spray powder. However, this method increases the amount of aluminum (eg 10w
Since the thermal sprayed powder containing t% or more) is composed of an intermetallic compound which is a brittle material, it is difficult to form a favorable thermal sprayed layer. Another method is to infiltrate aluminum from the surface of the sprayed layer after spraying. There are two methods, an aluminizing method and a chemical vapor deposition method, which have been widely used in recent years.

【0006】溶射被覆超合金部材の表面に、アルミナイ
ジング法および化学的気相メッキ法によりアルミニウム
の拡散層を形成する方法を、図6のフローチャートに示
す。アルミナイジング法では、まず超合金からなる基材
の表面をブラスト処理により粗面化した後、その上に、
MCrAl基合金(ただし、Mはニッケル、コバルトの
うちで少なくとも1種の元素を表す。)の溶射粉末を、
減圧下またはアルゴン中でのプラズマ溶射により被覆す
る。そして、こうして形成された溶射層表面の凹凸を研
磨により低減した後、溶射被覆超合金部材をアルミニウ
ムを主成分とする粉末とともに容器内に密封した上で加
熱(アルミナイジング)することにより、部材(溶射
層)の表面からアルミニウムを拡散・浸透させる。ま
た、化学的気相メッキ法では、同様に溶射層表面の凹凸
を研磨により低減した後、溶射被覆超合金部材を加熱し
た状態でアルミニウムを含む蒸気と接触させ、部材(溶
射層)の表面からアルミニウムを拡散・浸透させる。
A flow chart of FIG. 6 shows a method of forming an aluminum diffusion layer on the surface of a spray-coated superalloy member by an aluminizing method and a chemical vapor deposition method. In the aluminizing method, the surface of the base material made of superalloy is first roughened by blasting, and then,
A sprayed powder of MCrAl-based alloy (where M represents at least one element of nickel and cobalt),
Coat under reduced pressure or by plasma spraying in argon. Then, after reducing the irregularities on the surface of the sprayed layer thus formed by polishing, the sprayed coating superalloy member is sealed in a container together with a powder containing aluminum as a main component, and then heated (aluminizing), so that the member ( Aluminum is diffused and permeated from the surface of the sprayed layer. Further, in the chemical vapor deposition method, after unevenness on the surface of the sprayed layer is similarly reduced by polishing, the sprayed coating superalloy member is brought into contact with steam containing aluminum in a heated state, and the surface of the member (sprayed layer) is removed. Diffuses and penetrates aluminum.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ナイジング法、化学的気相メッキ法のいずれの方法にお
いても、溶射層の表面からのアルミニウムの拡散を利用
しているため、加熱に要する時間が長いという問題があ
った。すなわち、周知のように溶射層は多孔質であり、
粉末間の接触面を通してアルミニウムが拡散するため、
所定のアルミニウム拡散層を得るための加熱時間が長く
なるという問題があった。
However, in both the aluminizing method and the chemical vapor deposition method, since the diffusion of aluminum from the surface of the sprayed layer is used, the heating time is long. There was a problem. That is, as is well known, the sprayed layer is porous,
Because aluminum diffuses through the contact surfaces between the powders,
There is a problem that the heating time for obtaining a predetermined aluminum diffusion layer becomes long.

【0008】また、部材の表面全体ではなく、限られた
一部の領域にのみアルミニウムの拡散層を形成させたい
場合には、不要の領域をマスキングする必要がある。例
えばガスタービンの動翼や静翼において、高温ガスにさ
らされる部分にはアルミニウムを拡散させる必要がある
が、動翼を支えるルート部にはアルミニウムを拡散する
必要はおろか、溶射層も必要としない。そのため、アル
ミナイジング法では、マスキングする領域付近にアルミ
ニウムの拡散を抑制する成分の粉末を配合し、また化学
的気相メッキ法では、アルミニウムを含む蒸気の侵入を
妨げるように、マスキングする領域を金属製の容器で遮
蔽することが行われており、いずれの方法においても、
マスキングのために複雑な作業または治具を必要とする
という問題があった。さらに、溶射後の溶射層表面には
大きな凹凸があるが、アルミニウムの拡散は表面の凹部
で速く凸部で遅いため、アルミニウムの拡散層は表面の
凹凸に対応した形状になる。したがって、均一な厚さの
アルミニウム拡散層を得るには、溶射層の表面の凹凸が
0.01mm以下になるように研磨する必要があり、かつアル
ミニウムの拡散処理の後にも研磨しなければならず、製
造に多くのプロセスを要し製造コストがかかるという問
題があった。
If it is desired to form the aluminum diffusion layer only on a limited partial area of the surface of the member, it is necessary to mask unnecessary areas. For example, in a turbine blade or stationary blade of a gas turbine, aluminum needs to be diffused in the part exposed to high-temperature gas, but it is not necessary to diffuse aluminum in the root part that supports the blade, nor is a sprayed layer necessary. . Therefore, in the aluminizing method, a powder of a component that suppresses the diffusion of aluminum is blended in the vicinity of the masked area, and in the chemical vapor deposition method, the masked area is metalized so as to prevent the invasion of vapor containing aluminum. Shielding is done with a container made of, and in any method,
There is a problem that complicated work or a jig is required for masking. Further, although there are large irregularities on the surface of the thermal sprayed layer after thermal spraying, the diffusion of aluminum is fast at the concave portions on the surface and slow at the convex portions, so the aluminum diffusion layer has a shape corresponding to the irregularities on the surface. Therefore, in order to obtain an aluminum diffusion layer with a uniform thickness, the irregularities on the surface of the sprayed layer should be
There is a problem that it is necessary to polish it to be 0.01 mm or less, and it is necessary to polish it even after the aluminum diffusion treatment, which requires many processes for the production and the production cost is high.

【0009】またさらに、アルミナイジング法、化学的
気相メッキ法のいずれの方法においても、アルミニウム
を拡散させた溶射被覆部材には、拡散された溶射層の表
面に、アルミニウムの酸化物であるアルミナの緻密な層
が形成される。そのため、使用時における高温耐酸化性
が向上されるが、アルミナの形成によりアルミナ層近傍
にはアルミニウム欠乏層が生じるという不都合があっ
た。すなわち、アルミニウムが拡散した溶射層表面のア
ルミニウム濃度は均一ではなく、表面から基材に向かっ
て減少しているため、何等かの衝撃によりアルミナ層の
一部に剥離が生じた場合や、長時間の使用によりアルミ
ナ層が減じて行くような場合には、アルミニウムの供給
が十分でなくアルミナの形成が速やかには起こりにくく
なる。そのため、酸化や腐食の進行を抑えることが困難
となる欠点があった。
Further, in any of the aluminizing method and the chemical vapor deposition method, aluminum is an oxide of aluminum, which is an oxide of aluminum. A dense layer of is formed. Therefore, the high temperature oxidation resistance during use is improved, but there is a disadvantage that an aluminum-deficient layer is formed in the vicinity of the alumina layer due to the formation of alumina. That is, since the aluminum concentration on the surface of the sprayed layer in which aluminum is diffused is not uniform and decreases from the surface toward the substrate, if some kind of impact causes peeling of a part of the alumina layer, or for a long time. In the case where the alumina layer decreases due to the use of Al, the supply of aluminum is not sufficient, and the formation of alumina is less likely to occur quickly. Therefore, there is a drawback that it is difficult to suppress the progress of oxidation and corrosion.

【0010】本発明はこれらの問題を解決するためにな
されたもので、表面に均一なアルミニウム濃度分布を有
する溶射被覆を形成することにより、高温耐蝕・耐酸化
性の向上を図り、高温における長時間の使用に耐えるこ
とができる溶射被覆超合金部材を製造する方法を提供す
ることを目的としている。
The present invention has been made to solve these problems. By forming a thermal spray coating having a uniform aluminum concentration distribution on the surface, it is possible to improve corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures, and to achieve long-term corrosion at high temperatures. It is an object of the present invention to provide a method for producing a spray-coated superalloy member that can withstand the use of time.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の溶射被覆超合金
部材の製造方法は、ニッケル基またはコバルト基の超合
金基材の上に、アルミニウム、またはアルミニウムとニ
ッケルを含む金属間化合物、またはアルミニウムとコバ
ルトを含む金属間化合物からなる被覆層を有する耐蝕・
耐酸化性合金の溶射粉末を、溶射により被覆することを
特徴とする。
The method for producing a spray-coated superalloy member according to the present invention comprises: a nickel-based or cobalt-based superalloy substrate; aluminum; or an intermetallic compound containing aluminum and nickel; or aluminum. Corrosion resistance with a coating layer consisting of an intermetallic compound containing cobalt and cobalt
It is characterized in that a thermal spraying powder of an oxidation resistant alloy is coated by thermal spraying.

【0012】また、このような溶射被覆超合金部材の製
造方法において、前記超合金基材の上に、前記被覆層を
持たない耐蝕・耐酸化性合金の溶射粉末を溶射すること
により被覆を形成した後、その上の溶射被覆の表面近傍
において、前記被覆層を有する溶射粉末を溶射すること
により、厚さ20〜 150μm の被覆を形成することを特徴
とする。
Further, in such a method for producing a spray-coated superalloy member, a coating is formed on the superalloy substrate by spraying a sprayed powder of a corrosion-resistant / oxidation-resistant alloy having no coating layer. After that, the thermal spraying powder having the coating layer is sprayed in the vicinity of the surface of the thermal sprayed coating thereon to form a coating having a thickness of 20 to 150 μm.

【0013】本発明の製造方法において、基材を構成す
る超合金としては、ニッケルまたはコバルトを主成分と
する任意の組成の超合金を選ぶことができる。使用する
ことができる代表的なニッケル基の超合金としては、例
えばIN-738、 MAR-200、NX-188、Reno95、TAZ-8B、TRWV
IA、およびWAZ-20等が挙げられ、コバルト基の超合金と
しては、例えば FSX-414、 FSX-430、MAR-M509、X-45等
があげられる。
In the manufacturing method of the present invention, as the superalloy constituting the base material, a superalloy containing nickel or cobalt as a main component and having an arbitrary composition can be selected. Typical nickel-based superalloys that can be used include, for example, IN-738, MAR-200, NX-188, Reno95, TAZ-8B, TRWV.
Examples of the cobalt-based superalloy include FSX-414, FSX-430, MAR-M509, and X-45.

【0014】また、このような超合金からなる基材の表
面に、溶射により被覆を形成する溶射粉末としては、ニ
ッケルおよび/またはコバルトを主成分としクロムとア
ルミニウムとを必須成分として含む、任意の組成を有す
るMCrAl基合金(Mは、ニッケルとコバルトの中か
ら選択される少なくとも1種の元素を表す。)粉末の表
面に、アルミニウム、またはアルミニウムとニッケルを
含む金属間化合物、またはアルミニウムとコバルトを含
む金属間化合物からなる被覆層が形成された粉末が使用
される。ここで、前記したMCrAl基合金には、例え
ばモリブデン、タングステン、チタン、ジルコニウム、
あるいはイットリウムやそのほかの希土類元素のような
金属元素を適宜配合することができる。
Further, as a thermal spraying powder for forming a coating by thermal spraying on the surface of the base material made of such a superalloy, any powder containing nickel and / or cobalt as a main component and chromium and aluminum as essential components is used. On the surface of the MCrAl-based alloy (M represents at least one element selected from nickel and cobalt) having a composition, aluminum, or an intermetallic compound containing aluminum and nickel, or aluminum and cobalt is formed on the surface of the powder. A powder having a coating layer made of an intermetallic compound containing is used. Here, the above-mentioned MCrAl-based alloy includes, for example, molybdenum, tungsten, titanium, zirconium,
Alternatively, a metal element such as yttrium or another rare earth element can be appropriately mixed.

【0015】本発明において、前記MCrAl基合金粉
末の表面に、前記したアルミニウムを主成分とする被覆
層を形成する方法としては、(a)化学的気相メッキ
法、(b)高エネルギーボールミル法、(c)高エネル
ギー粉末混合法の3つの方法がある。(c)は機械的合
金化法(メカニカルアロイング法)という点で、(b)
とほぼ同じであると考えられるので、以下に(a)、
(b)の両法について説明する。
In the present invention, as a method for forming the above-mentioned coating layer containing aluminum as a main component on the surface of the MCrAl-based alloy powder, (a) a chemical vapor deposition method and (b) a high energy ball mill method. , (C) high energy powder mixing method. (C) is in terms of mechanical alloying method (mechanical alloying method).
It is considered that it is almost the same as
Both methods (b) will be described.

【0016】(a)化学的気相メッキ法 Al等の被覆層を有する溶射粉末を製造するための化学
的気相メッキ装置の一例を、図1に模式的に示す。この
装置1は、Al等の供給装置2とAlのコーティングを
行う細長円筒状の炉3とからなり、コーティング炉3内
にはコーティング基台4が数段に亘って配置されてい
る。このような装置において、コーティング基台4の上
に、MCrAl基合金等の粉末5をいれた容器6をそれ
ぞれ配置した後、コーティング炉3内をアルゴンで置換
し、次いで炉3外に配置されたヒーター7により容器6
ごと粉末5を加熱しつつ、供給装置2からAlCl等の
Alを含む化合物の蒸気8を蒸気用パイプ9を通して供
給することにより、粉末5表面からAlを浸透・拡散さ
せる。なお、このような化学的気相メッキ方法で、粉末
容器6としては、前記した蒸気の通りが良いように、粉
末5の平均粒径よりも目の小さいメッシュで囲んだもの
を使用することが望ましく、また粉末5自体は非常に熱
伝導性が悪いため、予め十分に加熱してから蒸気を供給
するようにする。
(A) Chemical Vapor Plating Method An example of a chemical vapor plating apparatus for producing a thermal spray powder having a coating layer such as Al is schematically shown in FIG. This apparatus 1 comprises a supply apparatus 2 for Al or the like and an elongated cylindrical furnace 3 for coating Al, and a coating base 4 is arranged in several stages in the coating furnace 3. In such an apparatus, a container 6 containing powder 5 of MCrAl-based alloy or the like was placed on a coating base 4, the inside of the coating furnace 3 was replaced with argon, and then placed outside the furnace 3. Container 6 by heater 7
While heating the powder 5 together, the vapor 8 of the compound containing Al such as AlCl is supplied from the supply device 2 through the vapor pipe 9 so that Al permeates and diffuses from the surface of the powder 5. In this chemical vapor deposition method, it is preferable to use the powder container 6 surrounded by a mesh having a mesh smaller than the average particle size of the powder 5 as the powder container 6 so that the above-mentioned vapor can flow through easily. Desirably, the powder 5 itself has a very poor thermal conductivity, so that the powder 5 is sufficiently heated in advance and then steam is supplied.

【0017】この方法では、加熱温度と時間により、粉
末5表面に形成されるAl等を主成分とする被覆層の厚
さがコントロールされるので、1バッチで被覆層の厚さ
の異なる溶射粉末を同時に製造することができる。すな
わち、ヒーター7の加熱温度を各段ごとに分割して調整
することができるようになっているので、各コーティン
グ基台4ごとに被覆層の厚さを変化させ、被覆層の厚さ
の異なる数種類の溶射粉末を製造することができる。し
たがってこの方法は、通常のアトマイズ法のような1バ
ッチの製造量の多い粉末製造方法でAl量を抑制するの
に比べ、少量多品種の溶射粉末の製造に好適しており、
コストメリットが大きい。
In this method, the thickness of the coating layer formed mainly on Al or the like formed on the surface of the powder 5 is controlled by the heating temperature and time, so that the thermal spray powders having different coating layer thicknesses in one batch can be obtained. Can be manufactured simultaneously. That is, since the heating temperature of the heater 7 can be adjusted separately for each stage, the thickness of the coating layer is changed for each coating base 4 and the thickness of the coating layer is different. Several types of thermal spray powders can be produced. Therefore, this method is suitable for producing a small amount of a variety of thermal spraying powders, as compared with suppressing the amount of Al by a powder production method that produces a large amount of one batch such as a normal atomization method.
Great cost advantage.

【0018】(b)高エネルギーボールミル法 Al等を主成分とする被覆層を有する溶射粉末を製造す
るための高エネルギーボールミル装置の一例を、図2に
模式的に示す。この装置10は、回転可能なポット11
と、この中に収容され粉末の混合を促進するボール12
とからなり、ボール12としては、粉末への不純物の混
入を抑制するため、混合される粉末であるMCrAl基
合金等の粉末13と同じ材質のものが用いられる。この
ような装置において、ポット11内にMCrAl基合金
等の粉末13とAlまたはAlとNiを含む金属間化合
物等の粉末14を入れ、ポット11ごと回転させる。そ
してポット11内で、二つのボール12に挟まれたMC
rAl基合金等の粉末13と前記したAl等の粉末14
とをそれぞれ塑性変形させ、特に延性のあるAl等の粉
末14を著しく変形させて、MCrAl基合金等の粉末
13の周辺を囲むように付着させる。こうして、MCr
Al基合金等の粉末13の表面にAl等を主成分とする
粉末14が被覆され、両者が機械的な力によって結合さ
れた溶射粉末が得られるが、さらに拡散熱処理を行うこ
とにより、粉末間の密着性を高め結合を確実にすること
ができる。
(B) High-energy ball mill method An example of a high-energy ball mill device for producing a thermal spray powder having a coating layer containing Al as a main component is schematically shown in FIG. This device 10 comprises a rotatable pot 11
And a ball 12 housed therein to facilitate mixing of the powder
The ball 12 is made of the same material as the powder 13 such as MCrAl-based alloy, which is the powder to be mixed, in order to suppress the mixing of impurities into the powder. In such an apparatus, a powder 13 such as an MCrAl-based alloy and a powder 14 such as Al or an intermetallic compound containing Al and Ni are put in the pot 11 and rotated together with the pot 11. And in the pot 11, the MC sandwiched between the two balls 12
Powder 13 such as rAl-based alloy and powder 14 such as Al described above
And are plastically deformed, and particularly the ductile powder 14 of Al or the like is remarkably deformed to be attached so as to surround the periphery of the powder 13 of MCrAl-based alloy or the like. Thus, MCr
The surface of the powder 13 such as an Al-based alloy is coated with the powder 14 containing Al as a main component, and a thermal spraying powder in which both are bonded by mechanical force is obtained. It is possible to increase the adhesiveness of and secure the bonding.

【0019】本発明において、これらの方法によりMC
rAl基合金等の粉末表面に形成されるAl等を主成分
とする被覆層の厚さは、 1〜15μm とすることが望まし
い。被覆層の厚さが 1μm 未満では、被覆層形成による
高温耐蝕性等の向上の効果がほとんどなく、反対に厚さ
が15μm を越えると、溶射粉末の脆化が進み良好な溶射
被覆が得られない。
In the present invention, MC is obtained by these methods.
The thickness of the coating layer mainly composed of Al or the like formed on the powder surface of the rAl-based alloy or the like is preferably 1 to 15 μm. If the thickness of the coating layer is less than 1 μm, there is almost no effect of improving the high temperature corrosion resistance by forming the coating layer.On the contrary, if the thickness exceeds 15 μm, embrittlement of the thermal spray powder proceeds and good thermal spray coating can be obtained. Absent.

【0020】本発明においては、前記した化学的気相メ
ッキ法、高エネルギーボールミル法、あるいは高エネル
ギー粉末混合法により、表面にのみAl等を主成分とす
る被覆層を形成させ、かつ中心部付近に元の粉末成分で
あるMCrAl基合金等を残すことにより、脆化が抑え
られた溶射粉末が製造される。そして、このような溶射
粉末を用いて超合金基材の表面にプラズマ溶射を行うこ
とにより、特性の良好な溶射被覆を形成することができ
る。溶射の手順を図3に示す。すなわち、まず超合金基
材の表面をブラスト処理した後、Al等の被覆層を有す
る溶射粉末を不活性ガスまたは減圧下でプラズマ溶射す
る。次いで、溶射層の密着性を高めかつ溶射被覆中のア
ルミニウム分布の均一化を図るために、拡散熱処理を行
った後、溶射被覆表面を研磨により滑らかにする。この
ようにして得られた溶射被覆超合金部材の断面構造を、
図4に示す。図中、符号15は超合金基材を示し、16
はAl等の被覆層を有する溶射粉末の溶射被覆を示す。
In the present invention, a coating layer containing Al or the like as the main component is formed only on the surface by the chemical vapor deposition method, the high energy ball mill method, or the high energy powder mixing method described above, and the vicinity of the central portion is formed. By leaving the MCrAl-based alloy or the like, which is the original powder component, in the powder, a thermal spray powder with reduced embrittlement is manufactured. Then, by performing plasma spraying on the surface of the superalloy substrate using such a sprayed powder, it is possible to form a sprayed coating having good characteristics. The procedure of thermal spraying is shown in FIG. That is, first, after blasting the surface of the superalloy substrate, the thermal spraying powder having a coating layer such as Al is plasma sprayed under an inert gas or under reduced pressure. Next, in order to improve the adhesion of the thermal sprayed layer and to make the aluminum distribution in the thermal spray coating uniform, after the diffusion heat treatment, the surface of the thermal spray coating is smoothed by polishing. The cross-sectional structure of the thermal spray coating superalloy member thus obtained,
As shown in FIG. In the figure, reference numeral 15 indicates a superalloy substrate, and 16
Indicates a thermal spray coating of a thermal spray powder having a coating layer such as Al.

【0021】また本発明においては、超合金基材上に、
まずAl等の被覆層を持たない通常のMCrAl基合金
等の溶射粉末を溶射した後、その上にAl等の被覆層を
有する溶射粉末を溶射し、表面近傍のみをAlの濃化さ
れた溶射被覆とすることができる。こうして得られた溶
射被覆超合金部材の断面構造を、図5に模式的に示す。
図中、符号17はMCrAl基合金等の溶射粉末の溶射
被覆を示し、18は、Al等の被覆層を有する溶射粉末
を溶射して形成されたAlの濃化された溶射被覆を示
す。ここでAlの濃化された溶射被覆18の厚さは、20
〜 150μm とすることが望ましい。すなわち、このAl
濃化被覆18の厚さが20μm 未満では、例えばバーナー
リグ試験を実施した場合被覆がほとんど残留せず、濃化
被覆18形成による高温耐蝕性等の向上の効果がほとん
ど見られない。また、反対にAl濃化被覆18の厚さが
150μm を越えると、溶射被覆全体として脆性が著しく
増大して好ましくない。
Further, in the present invention, on the superalloy substrate,
First, a thermal spraying powder such as an ordinary MCrAl-based alloy having no coating layer such as Al is sprayed, and then a thermal spraying powder having a coating layer such as Al is sprayed thereon, and only the surface vicinity is sprayed with Al enriched. It can be a coating. The cross-sectional structure of the spray-coated superalloy member thus obtained is schematically shown in FIG.
In the figure, reference numeral 17 indicates a thermal spray coating of a thermal spray powder such as MCrAl-based alloy, and 18 indicates an Al-enriched thermal spray coating formed by thermal spray coating of a thermal spray powder having a coating layer such as Al. Here, the thickness of the sprayed coating 18 enriched with Al is 20
~ 150μm is desirable. That is, this Al
When the thickness of the thickened coating 18 is less than 20 μm, for example, when the burner rig test is performed, the coating hardly remains, and the effect of improving the high temperature corrosion resistance and the like due to the formation of the thickened coating 18 is hardly seen. On the contrary, if the thickness of the Al-enriched coating 18 is
If it exceeds 150 μm, the brittleness of the entire thermal spray coating increases significantly, which is not preferable.

【0022】[0022]

【作用】本発明の製造方法においては、溶射被覆の表面
層に均一な濃度のアルミニウム濃化層を形成させること
により、高温における長時間の使用に耐え特性が変化し
ない良好な被覆を得ることができ、溶射被覆超合金部材
の高温における耐蝕・耐酸化性の向上を図ることができ
る。
In the production method of the present invention, by forming an aluminum-concentrated layer having a uniform concentration on the surface layer of the thermal spray coating, it is possible to obtain a good coating that can be used for a long time at a high temperature and whose characteristics do not change. Therefore, it is possible to improve the corrosion resistance and the oxidation resistance of the spray-coated superalloy member at high temperatures.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0024】実施例 前記した化学的気相メッキ法あるいは高エネルギーボー
ルミル法により、Cr29wt%−Al6wt%−Y1wt% −C
o残部からなる合金(Co−29Cr− 6Al−1Y合
金)の粉末表面に、Al等を主成分とした数μm 厚の被
覆層を形成し、こうして得られた溶射粉末を用いて、超
合金基材の表面に溶射を行った。すなわち、 IN738から
なる基材の表面をブラスト処理した後、その上にCo−
29Cr− 6Al− 1Y合金粉末を 180μm の厚さに溶射
被覆し、さらにその上に、前記したAl等の被覆層を有
する溶射粉末を20μm の厚さに溶射被覆した。
EXAMPLE Cr29wt% -Al6wt% -Y1wt% -C was formed by the chemical vapor deposition method or the high energy ball mill method described above.
o On the powder surface of the alloy (Co-29Cr-6Al-1Y alloy) consisting of the balance, a coating layer containing Al or the like as a main component and having a thickness of several μm is formed, and the thermal spray powder thus obtained is used to form a superalloy base. The surface of the material was sprayed. That is, after blasting the surface of a substrate made of IN738, Co-
The 29Cr-6Al-1Y alloy powder was spray-coated to a thickness of 180 μm, and the spray-coated powder having a coating layer such as Al was spray-coated to a thickness of 20 μm thereon.

【0025】また比較のために、実施例と同じ超合金基
材の表面に、Co−29Cr− 6Al− 1Y合金粉末を 2
00μm の厚さに溶射被覆した溶射被覆部材(比較例1)
と、こうして得られた溶射被覆に、さらに常法によりア
ルミナイジング処理を施した部材(比較例2)をそれぞ
れ用意した。
For comparison, a Co-29Cr-6Al-1Y alloy powder was formed on the surface of the same superalloy substrate as in the example.
Thermal spray coating member having a thickness of 00 μm (Comparative Example 1)
Then, a member (Comparative Example 2) in which the thermal spray coating thus obtained was further subjected to aluminizing treatment by a conventional method was prepared.

【0026】次いで、実施例および比較例で得られた溶
射被覆部材に対して、ガスタービンで経験される高度の
腐食条件のシュミレーション試験として、ホットコロー
ジョンバーナーリグ(HCBR)試験をそれぞれ行った。こ
の試験では、ガスタービン用燃料の燃焼により得られる
温度1200℃のバーナーに、溶射被覆を曝露させ、曝露時
間が2000hrになった時点で部材を試験装置から取り出
し、溶射被覆の断面組織を観察した。観察の結果、実施
例においては、溶射被覆のほぼ全層が残留しており、粒
子間の浸蝕がほとんどないのに対し、比較例1において
は、厚さ 100μmの溶射被覆が残留しているのみで一部
に基材への浸蝕が生じており、また比較例2において
は、ほぼ溶射被覆の全層が残留しているが、一部に粒子
間の浸蝕が生じていることがわかった。
Next, a hot corrosion burner rig (HCBR) test was carried out on each of the spray-coated members obtained in the examples and comparative examples as a simulation test under high corrosion conditions experienced in a gas turbine. In this test, the thermal spray coating was exposed to a burner at a temperature of 1200 ° C obtained by combustion of fuel for gas turbine, and when the exposure time reached 2000 hr, the member was taken out of the test apparatus and the cross-sectional structure of the thermal spray coating was observed. . As a result of the observation, in the Example, almost all layers of the thermal spray coating remained, and there was almost no erosion between particles, whereas in Comparative Example 1, only the thermal spray coating having a thickness of 100 μm remained. It was found that the base material was partially corroded in Example 1, and in Comparative Example 2, almost all the layer of the thermal spray coating remained, but part of the base material was corroded.

【0027】また、実施例および比較例2で得られた溶
射被覆部材について、バーナーリグ試験後の溶射被覆中
のアルミニウム濃度分布を調べたところ、比較例2の溶
射被覆においては、表面に緻密なアルミナ層の形成が見
られるが、アルミナ層の近くにアルミニウム欠乏層が生
じていることがわかった。これに対して実施例の溶射被
覆においては、表面に緻密なアルミナ層の形成が見ら
れ、かつその近傍にアルミニウム欠乏層が生じていない
ことがわかった。また詳細な観察の結果、比較例2で
は、溶射被覆の一部に見られた粒子間の浸蝕部分が、ア
ルミナ層が薄いかまたはほとんどない部分であり、アル
ミニウム欠乏層を通して浸蝕が生じていることがわかっ
た。
Further, with respect to the thermal spray coating members obtained in Examples and Comparative Example 2, the aluminum concentration distribution in the thermal spray coating after the burner rig test was examined, and in the thermal spray coating of Comparative Example 2, a dense alumina surface was obtained. Although a layer was formed, it was found that an aluminum deficient layer was formed near the alumina layer. On the other hand, in the thermal spray coating of the example, it was found that a dense alumina layer was formed on the surface and no aluminum deficient layer was formed in the vicinity thereof. Further, as a result of detailed observation, in Comparative Example 2, the corroded portion between particles found in a part of the thermal spray coating was a portion where the alumina layer was thin or almost absent, and the corroded portion was generated through the aluminum deficient layer. I understood.

【0028】このように本発明においては、超合金基材
への溶射被覆の形成において、被覆の表面のみを、Al
等を主成分とした被覆層を有するMCrAl基合金の溶
射粉末を用いて溶射を行うことにより、高温における耐
蝕・耐酸化性に優れた溶射被覆が得られる。また、溶射
後拡散熱処理を行うことにより、溶射被覆の密着性を高
めアルミニウム濃度分布の均一化を図ることができる。
さらに、本発明の方法は、溶射被覆表面のアルミニウム
の拡散層を得るにあたり、従来からのアルミナイジング
法や化学的気相メッキ法に比べて、マスキングの際に複
雑な治具や作業を必要とせず、市販のガムテープやガラ
ステープを貼るだけで良い。したがって、マスキング作
業が容易であり、製造プロセスを簡略化することができ
る。
As described above, according to the present invention, in the formation of the thermal spray coating on the superalloy substrate, only the surface of the coating is Al
By performing thermal spraying using a thermal spraying powder of MCrAl-based alloy having a coating layer containing, for example, as a main component, a thermal spray coating excellent in corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures can be obtained. Further, by performing the diffusion heat treatment after the thermal spraying, the adhesion of the thermal spray coating can be improved and the aluminum concentration distribution can be made uniform.
Further, the method of the present invention requires a complicated jig or work at the time of masking in order to obtain an aluminum diffusion layer on the surface of thermal spray coating, as compared with the conventional aluminizing method or chemical vapor deposition method. Instead, you only need to attach commercially available gum tape or glass tape. Therefore, the masking work is easy and the manufacturing process can be simplified.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、溶射被覆表面において均一なアルミニウム濃
度分布を有する被覆を形成することにより、耐蝕・耐酸
化性の向上を図り、高温における長時間の使用に耐える
溶射被覆超合金部材を得ることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, by forming a coating having a uniform aluminum concentration distribution on the surface of the thermal spray coating, it is possible to improve corrosion resistance and oxidation resistance and It is possible to obtain a spray-coated superalloy member that can be used for a long time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の製造方法において、Al等の被覆層を
有する溶射粉末を製造するための化学的気相メッキ装置
の一例を模式的に示す図。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a chemical vapor deposition apparatus for producing a thermal spray powder having a coating layer of Al or the like in the production method of the present invention.

【図2】本発明の製造方法において、Al等の被覆層を
有する溶射粉末を製造するための高エネルギーボールミ
ル装置の一例を模式的に示す図。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a high energy ball mill device for producing a thermal spray powder having a coating layer of Al or the like in the production method of the present invention.

【図3】本発明の溶射被覆超合金部材の製造方法を示す
フローチャート。
FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing a spray-coated superalloy member of the present invention.

【図4】本発明により得られた溶射被覆超合金部材の一
例を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing an example of a spray-coated superalloy member obtained by the present invention.

【図5】本発明により得られた溶射被覆超合金部材の別
の例を示す断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the spray-coated superalloy member obtained by the present invention.

【図6】溶射被覆表面にアルミニウムの拡散層を形成す
る従来からの方法を示すフローチャート。
FIG. 6 is a flow chart showing a conventional method of forming an aluminum diffusion layer on a spray coated surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1………化学的気相メッキ装置 2………Al等の供給装置 3………コーティング炉 5、13………MCrAl基合金等の粉末 7………ヒーター 10………高エネルギーボールミル装置 11………ポット 12………ボール 14………Al等の粉末 15………超合金基材 16………Al等の被覆層を有する溶射粉末の溶射被覆 17………MCrAl基合金等の溶射粉末の溶射被覆 18………Alの濃化された溶射被覆 1 ………… Chemical vapor plating apparatus 2 ………… Al supply equipment 3 ………… Coating furnace 5,13 ………… MCrAl-based alloy powder 7 ………… Heater 10 ………… High energy ball mill equipment 11 ………… Pot 12 ………… Ball 14 ………… Al powder etc. 15 ………… Superalloy base material 16 ………… Sprayed coating of sprayed powder having a coating layer such as Al 17 ………… MCrAl based alloy etc. Spray coating of thermal spray powder of 18 ......... Al-enriched thermal spray coating

フロントページの続き (72)発明者 齋藤 正弘 神奈川県横浜市鶴見区末広町2の4 株式 会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 高橋 雅士 神奈川県横浜市鶴見区末広町2の4 株式 会社東芝京浜事業所内Front page continued (72) Masahiro Saito, Inventor Masahiro Saito, 4 of 2 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Corporation (72) Masashi Takahashi, 4 Shares, 2 of Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Keihin In the office

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ニッケル基またはコバルト基の超合金基
材の上に、アルミニウム、またはアルミニウムとニッケ
ルを含む金属間化合物、またはアルミニウムとコバルト
を含む金属間化合物からなる被覆層を有する耐蝕・耐酸
化性合金の溶射粉末を、溶射により被覆することを特徴
とする溶射被覆超合金部材の製造方法。
1. A corrosion-resistant and oxidation-resistant material having a coating layer made of aluminum, an intermetallic compound containing aluminum and nickel, or an intermetallic compound containing aluminum and cobalt on a nickel-based or cobalt-based superalloy substrate. A method for producing a spray-coated superalloy member, which comprises coating a sprayed powder of a heat-resistant alloy by spraying.
【請求項2】 前記溶射粉末が、ニッケルおよび/また
はコバルトを主成分としクロムとアルミニウムとを必須
成分として含む耐蝕・耐酸化性合金粉末の表面に、アル
ミニウム、またはアルミニウムとニッケルを含む金属間
化合物、またはアルミニウムとコバルトを含む金属間化
合物からなる厚さ 1〜15μm の被覆層を有するものであ
ることを特徴とする請求項1の溶射被覆超合金部材の製
造方法。
2. An intermetallic compound containing aluminum or aluminum and nickel on the surface of a corrosion-resistant and oxidation-resistant alloy powder, wherein the thermal spraying powder contains nickel and / or cobalt as main components and chromium and aluminum as essential components. Or a coating layer made of an intermetallic compound containing aluminum and cobalt and having a thickness of 1 to 15 .mu.m.
【請求項3】 前記溶射粉末の製造において、アルミニ
ウム、またはアルミニウムとニッケルを含む金属間化合
物、またはアルミニウムとコバルトを含む金属間化合物
からなる被覆層を、化学的気相メッキ法により形成する
ことを特徴とする請求項1または2記載の溶射被覆超合
金部材の製造方法。
3. In the production of the thermal spraying powder, a coating layer made of aluminum, an intermetallic compound containing aluminum and nickel, or an intermetallic compound containing aluminum and cobalt is formed by a chemical vapor deposition method. The method for producing a spray-coated superalloy member according to claim 1 or 2.
【請求項4】 前記溶射粉末の製造において、アルミニ
ウム、またはアルミニウムとニッケルを含む金属間化合
物、またはアルミニウムとコバルトを含む金属間化合物
からなる被覆層を、高エネルギーボールミル法により形
成することを特徴とする請求項1または2記載の溶射被
覆超合金部材の製造方法。
4. In the production of the thermal spraying powder, a coating layer made of aluminum, an intermetallic compound containing aluminum and nickel, or an intermetallic compound containing aluminum and cobalt is formed by a high energy ball mill method. The method for producing a spray-coated superalloy member according to claim 1 or 2.
【請求項5】 前記超合金基材の上に、前記被覆層を持
たない耐蝕・耐酸化性合金の溶射粉末を溶射することに
より被覆を形成した後、その上の溶射被覆の表面近傍に
おいて、前記被覆層を有する溶射粉末を溶射することに
より、厚さ20〜 150μm の被覆を形成することを特徴と
する請求項1乃至4のいずれか1項記載の溶射被覆超合
金部材の製造方法。
5. A coating is formed on the superalloy base material by spraying a sprayed powder of a corrosion-resistant / oxidation-resistant alloy having no coating layer, and then in the vicinity of the surface of the sprayed coating thereon. The method for producing a spray-coated superalloy member according to any one of claims 1 to 4, wherein a coating having a thickness of 20 to 150 µm is formed by spraying a sprayed powder having the coating layer.
JP18753794A 1994-08-09 1994-08-09 Production of thermal spraying-coated superalloy member Withdrawn JPH0853748A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18753794A JPH0853748A (en) 1994-08-09 1994-08-09 Production of thermal spraying-coated superalloy member

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18753794A JPH0853748A (en) 1994-08-09 1994-08-09 Production of thermal spraying-coated superalloy member

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0853748A true JPH0853748A (en) 1996-02-27

Family

ID=16207831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18753794A Withdrawn JPH0853748A (en) 1994-08-09 1994-08-09 Production of thermal spraying-coated superalloy member

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0853748A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011132565A (en) * 2009-12-24 2011-07-07 Hitachi Ltd Heat-resistant alloy coating film forming method, and composite powder for use in the same
KR101641017B1 (en) 2015-03-16 2016-07-20 한밭대학교 산학협력단 METHOD FOR FABRICATING Ni-BASE SUPERALLOY AND Ni-BASED SUPERALLOY FABRICATING BY THE SAME

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011132565A (en) * 2009-12-24 2011-07-07 Hitachi Ltd Heat-resistant alloy coating film forming method, and composite powder for use in the same
KR101641017B1 (en) 2015-03-16 2016-07-20 한밭대학교 산학협력단 METHOD FOR FABRICATING Ni-BASE SUPERALLOY AND Ni-BASED SUPERALLOY FABRICATING BY THE SAME

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5238752A (en) Thermal barrier coating system with intermetallic overlay bond coat
US5866271A (en) Method for bonding thermal barrier coatings to superalloy substrates
JPH11172404A (en) Execution of bonding coat for heat shielding coating system
JP2001179431A (en) Method for forming bond coat and thermally insulating film on metallic base material and related article
JPH04254567A (en) Film for preventing titanium from oxidation
JPH11229161A (en) Method for promoting densification and intergranular bonding of bonding coat for heat insulating coating system
JP5645093B2 (en) Ni-base superalloy member provided with heat-resistant bond coat layer
GB2129017A (en) Forming protective diffusion layer on nickel cobalt and iron base alloys
JP2001152310A (en) Method of improving oxidation resistance of metallic base material coated with thermal barrier coating
JPS61501637A (en) Manufacturing method for high temperature materials
JP5802372B2 (en) Method for depositing metal film using spray spray
JPH0251978B2 (en)
JPH0447018B2 (en)
US20080166589A1 (en) Component having a coating
JP2001295021A (en) Method for depositing protective film on metallic substrate and article obtained thereby
CN101365815B (en) Alloy composition for protective coating preparation, application thereof, high-temperature alloy product applying method and high-temperature alloy product coated with the composition
RU2264480C2 (en) Method of deposition of protective coatings on details made out of refractory alloys
US6620518B2 (en) Vapor phase co-deposition coating for superalloy applications
JP3898082B2 (en) Method for producing composite metal and composite metal member
US6485792B1 (en) Endurance of NiA1 coatings by controlling thermal spray processing variables
US20080187773A1 (en) Method for the Protection of Titanium Alloys Against High Temperatures and Material Produced
JPH0563555B2 (en)
JPH0853748A (en) Production of thermal spraying-coated superalloy member
EP2739760B1 (en) Method for forming an improved thermal barrier coating (tbc) and a thermal-barrier-coated article
JP4313459B2 (en) High temperature exposed member and manufacturing method thereof

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: 20011106