JPH09228021A - 高温耐食性複合表面処理方法 - Google Patents
高温耐食性複合表面処理方法Info
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- Y10T428/12931—Co-, Fe-, or Ni-base components, alternative to each other
Abstract
方法に関する。 【解決手段】 高温使用金属材料基材へNiCr合金ま
たはMCrAlY合金(但し、MはFe,Ni及びCo
よりなる群のうちの1種以上)を低圧プラズマ溶射法に
てコーティングして第一合金層を形成させ、該第一合金
層上に、同じ組成の合金を大気プラズマ溶射法にてコー
ティングして第二合金層を形成させた後、真空炉または
不活性ガス雰囲気炉中で熱拡散処理を行う高温耐食性複
合表面処理方法。
Description
耐高温腐食性を付与する方法に関し、特にガスタービン
等の動、静翼へ適用される高温耐食性表面処理方法に関
する。
れる高効率化された最近の産業用ガスタービンのタービ
ン入口ガス温度の上昇は著しく1300℃以上となって
いる。このような高温ガスに曝露される動・静翼に使用
される耐熱合金は精力的な研究開発が行われ、その許容
使用温度も年々上昇しているが、実用合金では850〜
900℃程度である。このため、実機ガスタービンでは
薄肉化した内部空気冷却翼が用いられている。一方、使
用される燃料はLNG、副生ガスや重油におよび最近で
は石炭を液化又はガス化して利用することも研究されて
いるため、空気冷却翼の高温酸化や高温腐食防止を目的
として低圧プラズマ溶射法(以下、VPSという)によ
りNiCoCrAlYやCoCrAlYなどの耐食合金
のコーティングが行われている。
ビンにおいて、直接燃焼ガスと接触する動・静翼はガス
温度の上昇にともなって酸化速度や腐食速度が増加し、
前記のような耐食コーティングを行った場合でも燃料や
燃焼空気より高温腐食成分が持込まれると顕著な腐食損
傷を受ける事態が出現している。このため、より一層高
温耐食性にすぐれた表面処理方法の出現が望まれてい
る。本発明は上記技術水準及び上記要望に応じ、高温耐
食性にすぐれた表面処理方法を提供しようとするもので
ある。
料基材へNiCr合金またはMCrAlY合金(但し、
MはFe,Ni及びCoよりなる群のうちの1種以上)
を低圧プラズマ溶射法にてコーティングして第一合金層
を形成させ、該第一合金層上に、同じ組成の合金を大気
プラズマ溶射法にてコーティングして第二合金層を形成
させた後、真空炉または不活性ガス雰囲気炉中で熱拡散
処理を行うことを特徴とする高温耐食性複合表面処理方
法である。
eやNiまたはCo基合金に代表される高温使用材料基
材に耐高温腐食性を付与することを目的に、 被処理
材(基材)へNiCr合金またはMCrAlY合金(M
はFe,Ni,Coよりなる群のうち1種以上)を低圧
プラズマ溶射法にてコーティングした後、 その上
に、同組成合金を通常の大気プラズマ溶射にてコーティ
ングし、 次に真空炉または不活性ガス(Ar,N2
等)雰囲気炉を利用し、コーティング層と基材、コーテ
ィング層相互間の熱拡散処理を行い、密着性、均一性、
高温耐食性にすぐれたコーティング層とする方法であ
る。
またはMCrAlY合金の低圧プラズマ及び大気プラズ
マ溶射条件の一般的な溶射条件及びコーティング層厚の
一般的な範囲を下記表1に示す。NiCr合金もMCr
AlY合金も同じ条件である。
溶射後の真空炉または不活性雰囲気炉中での熱拡散処理
の一般的条件は下記のとおりである。 ○真空炉:900〜1150℃,2〜24時間 10〜50Torr(N2 またはAr雰囲気) ○不活性ガス雰囲気炉:900〜1150℃,2〜24
時間 大気圧〜2ata.(ArまたはH2 雰囲気)
またはMCrAlY合金と基材構成元素は相互拡散し、
基材とコーティング層の密着性を保つ。また、低圧プラ
ズマ溶射層の表面は大気プラズマ溶射に必要な適当な面
粗度を有しているため、大気プラズマ溶射前処理として
のブラストが不必要となり、低圧および大気プラズマ溶
射間にブラスト材等の異物混入を防止することができる
ばかりでなく、低圧プラズマ溶射層と大気プラズマ溶射
層とすることにより両溶射層間の熱膨張率差による剥離
を防止することができる。
化し、酸化物(Cr2 O3 ,Al2O3 等)皮膜におお
われるが、この酸化物皮膜層は溶融塩や腐食性ガスに対
してすぐれた耐食性を有しているため、腐食の進行を抑
制することができる。また、大気プラズマ溶射層は貫通
孔を有し、その孔より腐食性成分(例えば酸素等の気体
や燃料灰等の液体)が侵入して被処理材との境界で腐食
(内部酸化、内部腐食)を発生し、溶射層の剥離をまね
く場合があるが、本発明では大気プラズマ溶射層の下地
として耐酸化性、耐食性にすぐれたNiCr合金又はM
CrAlY合金の低圧プラズマ溶射層を使用しているた
め、この内部酸化又は内部腐食の進行をおくらせ、溶射
層の剥離を抑制することができる。
ング層は実使用に伴い、クラックを生じ、基材強度を大
幅に低下させる場合があるが、本発明ではクラックは大
気プラズマ溶射層にとどまり、基材強度への影響を避け
ることができる。
明の効果を明らかにする。
ビン動翼用Ni基合金IN738LC(重量%で、C
o:8.3,Cr:15.9,Ti:1.75,W:
2.54,Ta:1.73,C:0.09,Al:3.
42,Zr:0.03,B:0.008,Fe:0.
1,Si<0.05,Mn<0.05,S<0.00
5,Ni:残部)を基材1としてアルミナにてブラスト
した後、低圧プラズマ溶射容器(以下、単に溶射容器と
いう)内に設置し、50Ni−50Cr合金2を膜厚1
00μmを目標に低圧プラズマ溶射を行った。次に溶射
容器内に乾燥空気を導入した後、50Ni−50Cr合
金3を500μm厚さを目標に大気プラズマ溶射を行っ
た。溶射終了後、Arガス雰囲気炉中で1050℃×4
時間の熱拡散処理を行った。この低圧プラズマ溶射条件
及び大気プラズマ溶射条件は後記表2に示す。
ビン静翼用Co基合金ECY768(重量%で、Cr:
23.5,Ni:9.86,Ti:0.22,W:7.
18,Ta:3.75,C:0.61,Al:0.2
1,Zr:0.01,B:0.001,Fe:0.0
6,Si<0.1,Mn<0.1,S<0.001,C
o:残部)を基材1としてアルミナにてブラストした
後、溶射容器内に設置し、Co−30wt%Cr−8w
t%Al−0.5wt%Y合金2を膜厚200μmを目
標に低圧プラズマ溶射を行った。次に溶射容器内に乾燥
空気を導入した後、Co−30wt%Cr−8wt%A
l−0.5wt%Y合金を300μm厚さを目標に大気
プラズマ溶射を行った。溶射終了後、真空炉中で115
0℃×2時間の熱拡散処理を行った。
マ溶射及び大気プラズマ溶射の条件を下記表2に併せて
示す。
験片および50wt%Ni−50wt%Cr合金および
Co−30wt%Cr−8wt%Al−0.5wt%Y
合金を低圧プラズマ溶射または大気プラズマ溶射単独で
膜厚500μmを目標にコーティングした試験片(基
材:IN738LCおよびECY768)を用い、Na
2 SO4 −V 2O5 合成灰塗布高温腐食試験による耐食
性の評価と1150℃とRT(室温)の繰返しによるヒ
ートサイクル試験で密着性を評価した。
量は低圧プラズマ溶射材に比べ50Ni−50Crでは
60%程度、CoCrAlYでは65%程度であった。
一方、大気プラズマ溶射材とはほぼ同等乃至若干少ない
程度であった。また、最大浸食深さによる評価でも腐食
減量とほぼ同様の結果であった。なお、表3において
は、低圧プラズマ溶射による腐食試験結果の評価は50
Ni−50Cr合金コーティング試験片の腐食減量およ
び最大浸食深さを100として示した。
溶射材がクラック又は剥離を生じたのに対し、実施例
1,2は低圧プラズマ溶射材と同様、若干変色を生じた
程度であり、特に異常はみられなかった。
よれば、高温使用金属材料へ優れた耐高温腐食性を付与
する方法を提供することができ、その工業的効果は顕著
なものである。
図。
図。
Claims (1)
- 【請求項1】 高温使用金属材料基材へNiCr合金ま
たはMCrAlY合金(但し、MはFe,Ni及びCo
よりなる群のうちの1種以上)を低圧プラズマ溶射法に
てコーティングして第一合金層を形成させ、該第一合金
層上に、同じ組成の合金を大気プラズマ溶射法にてコー
ティングして第二合金層を形成させた後、真空炉または
不活性ガス雰囲気炉中で熱拡散処理を行うことを特徴と
する高温耐食性複合表面処理方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8028866A JP2934599B2 (ja) | 1996-02-16 | 1996-02-16 | 高温耐食性複合表面処理方法 |
US08/874,252 US5843587A (en) | 1996-02-16 | 1997-06-13 | Process for treating high temperature corrosion resistant composite surface |
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---|---|---|---|
JP8028866A JP2934599B2 (ja) | 1996-02-16 | 1996-02-16 | 高温耐食性複合表面処理方法 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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- 1996-02-16 JP JP8028866A patent/JP2934599B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP2934599B2 (ja) | 1999-08-16 |
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