JPH09241818A - タービン部材の耐摩耗コーティング - Google Patents
タービン部材の耐摩耗コーティングInfo
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- JPH09241818A JPH09241818A JP8053494A JP5349496A JPH09241818A JP H09241818 A JPH09241818 A JP H09241818A JP 8053494 A JP8053494 A JP 8053494A JP 5349496 A JP5349496 A JP 5349496A JP H09241818 A JPH09241818 A JP H09241818A
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Abstract
受けない溶射によってコーティングすることにより摺動
摩耗、フレッティング摩耗等を防止することができるよ
うにする。 【解決手段】耐熱合金製タービン部材の表面に施される
耐摩耗コーティングであって、そのコーティング材料と
して、CrC等の炭化物系サーメットを適用する。炭化
物系サーメットは、重量パーセントで35%以上75%
以下のCr3 C2を含む。タービン部材に溶射する炭化
物系サーメットの金属バインダとして、重量パーセント
で65%以上90%以下のNi、10%以上30%以下
のCrを含む材料を使用する。
Description
ガスタービンに適用されるタービン部材の耐摩耗コーテ
ィングに係り、特に500℃以上の高温環境に曝される
部材の耐酸化および耐摩耗性の向上が図れるタービン部
材の耐摩耗コーティングに関するものである。
びにタービンの高効率化から蒸気温度がさらに高温化さ
れるとともに、ガスタービンでも高効率化を目指し13
00℃級から1400℃、1500℃級と一層高温化さ
れる傾向にある。このような高温化に伴い、蒸気タービ
ンではフェライト系鋼またはオーステナイト系鋼が適用
され、ガスタービンではNi基の超合金が主に適用され
ている。
部材において、蒸気タービンでは制御部材として適用さ
れる弁棒の高温酸化による固着を生じ、摩擦抵抗が大き
くなることによる動作不良を頻繁に繰返している。これ
らの部材には、表面処理として窒化処理を施工する場合
が多いが、摩耗の十分な低減には至っていない。また、
ガスタービン部材では、Ni基超合金同士またはステラ
イトNo.6(Co−28Cr−3Fe−1C)のようなC
o基合金を溶射して耐摩耗性を付与させているが、4年
の運用に耐える材料系が得られていないのが現状であ
る。
もので、蒸気タービン、ガスタービン部材を熱的影響を
受けない溶射によってコーティングすることにより摺動
摩耗、フレッティング摩耗等を防止することができるタ
ービン部材の耐摩耗コーティングを提供することを目的
とする。
ンの制御部材、ガスタービンの燃焼器部材等の耐摩耗性
向上を図るために種々の表面処理技術を評価および検討
し、これらのタービン部材の動摩擦摩耗試験を行った結
果、500℃以上の高温化において使用される蒸気ター
ビン、ガスタービン等の部材における耐摩耗性材料の溶
射によるコーティングに着目するに至った。
上策としては、窒化処理に代表される拡散浸透処理が一
般的に適用されているが、拡散浸透処理層は高温に曝さ
れると拡散処理時の元素がさらに拡散し、硬度の低下と
ともに摩擦係数が増加し、凝着摩耗を生じ易くなる。
擦摩耗を生じる部位(スプリングシール、ライナヘッド
カラー、ライナヘッド内面、火炎伝播管カラー、ライナ
胴内面)において片方の材料を犠牲にするか、ステライ
トNo.6のような耐摩耗性に優れる材料を溶射していた
が、恒久対策とはなり得なかった。
るためにはステライトNo.6のような硬さがHv500以
下では効果がないこと、大気圧プラズマ溶射のように気
孔率が約15%と大きい場合も効果がないことを確認し
た。そして、金属とセラミックスとを混合したサーメッ
トを高速ガス炎溶射(HVOF)によりコーティングす
ることで飛躍的に向上させることを見出すとともに、特
に500℃以上の高温雰囲気中で使用される蒸気タービ
ンおよびガスタービン部材の摺動摩耗やフレッティング
摩耗に対して効果的であることを確認した。
たものであり、請求項1の発明は、耐熱合金製タービン
部材の表面に施される耐摩耗コーティングであって、そ
のコーティング材料として、CrC等の炭化物系サーメ
ットを適用したことを特徴とする。
ン部材の耐摩耗コーティングにおいて、コーティング材
料である炭化物系サーメットは、重量パーセントで35
%以上75%以下のCr3 C2 を含むことを特徴とす
る。
のタービン部材の耐摩耗コーティングにおいて、タービ
ン部材に溶射する炭化物系サーメットの金属バインダと
して、重量パーセントで65%以上90%以下のNi、
10%以上30%以下のCrを含む材料を使用したこと
を特徴とする。
いずれかに記載のタービン部材の耐摩耗コーティングに
おいて、コーティング材料は、重量パーセントで35%
以上75%以下のCr3 C2 を含み、残部がNiCrか
らなるものであり、かつ前記コーティング材料は500
℃以上の高温環境下において一定の硬度を保持するもの
であることを特徴とする。
いずれかに記載のタービン部材の耐摩耗コーティングに
おいて、炭化物系サーメットであるCr3 C2 と金属バ
インダであるNiCrとの割合が、重量比で50:50
であり、かつ前記NiCrの組成は重量比で、Ni:C
rが80:20であることを特徴とする。
いずれかに記載のタービン部材の耐摩耗コーティングに
おいて、耐摩耗コーティング層は、500〜800℃の
高温環境下での外表面酸化スケールが30000時間経
過後、10μm以下であることを特徴とする。
いずれかに記載のタービン部材の耐摩耗コーティングに
おいて、炭化物系サーメットである耐摩耗コーティング
材料は、高速ガス炎溶射(HVOF)により施工された
ものであることを特徴とする。
いずれかに記載のタービン部材の耐摩耗コーティングに
おいて、炭化物系サーメットの線膨張係数が12.0〜
19.0×10-6であることを特徴とする。
いずれかに記載のタービン部材の耐摩耗コーティングに
おいて、炭化物系サーメットの縦弾性係数が700℃下
で13×103 kgf/mm2 以上であることを特徴とする。
のいずれかに記載のタービン部材の耐摩耗コーティング
において、炭化物系サーメットによる耐摩耗コーティン
グが施されている部材は、蒸気タービンにおける制御部
材、またはガスタービンにおける燃焼器部材であること
を特徴とする。
めに好適な炭化物であり、35%未満では硬度が低く、
また75%を超えると400℃以上に保持された場合、
安定型のCr7 C3 に変態し、ビッカース硬度で100
0以上と著しく硬化する。そこで、Cr3 C2 は、ビッ
カース硬度が約550と一定の値を示す含有量、即ち、
重量パーセントで35%以上75%以下の範囲が望まし
い。
るとともに、炭化物との合金化を行うために好適なもの
であり、重量パーセントでNiが65%未満、Crが1
0%未満では延性に乏しくなり、Niが90%、Crが
30%をそれぞれ超えると逆に延性、線膨張係数が大き
くなり、用途に耐えられなくなる。そこで、Niは65
%以上90%以下、Crは10%以上30%以下が望ま
しい。
ステナイト系の材料が多く、これらの材料は線膨張係数
が高く、コーティング材がこの線膨張係数より劣る場
合、コーティングの割れや剥離等の原因となるため、適
用材料の膨張係数とほぼ同等の特性を付与させることが
重要となる。
をオーステナイト系材料に同調させるには炭化物である
Cr3 C2 、金属バインダであるNiやCrの構造比が
大きく影響する。そこで、線膨張係数を12.0以上1
9.0×10-6以下とするために、Cr3 C2 とNiC
rとの重量割合を50:50とし、NiCrについては
重量パーセントでNiを40重量%、Crを10重量%
とした。また、縦弾性係数も混合比にて13×103 kg
f/mm2 以上とすることができる。
の耐摩耗コーティングの実施形態について、図面を参照
して説明する。
グ材料として炭化物系サーメットであるCr3 C2 と、
金属バインダであるNiCrとを下記の表1に示すよう
に、種々の組成割合に設定して、タービン部材としての
Ni基合金に対し、高速ガス炎溶射(HVOF)により
表面処理を施して試料を作成した。なお、本実施例のも
のでは金属バインダとして、重量パーセントでNiが6
5〜90%、Crが10〜30%含まれるものとした。
Ni基合金の試料、ステライトNo.6(APS材料)によ
る試料およびCr3 C2 とNiCrとAPS材料も作成
した。
下欄に記載した異種、または同種の摩耗試験片の組合せ
を行い、摩耗試験を行った。
ン燃焼器における現状の組合せであり、試験No.2は現状
の組合せをグレードアップし、試験No.1と同様に適用さ
れているものである。試験No.3,5,8は本発明の実施例で
あり、試験No.4,6,7は比較例である。なお、試験No.3,4
は溶射皮膜硬度を1000以上に硬化した場合の組合せ
としたものである。
せについて摩耗試験を実施し、それぞれの耐摩耗特性を
評価したものである(なお、Cr3 C2 の表示は、図1
〜図3では単にCrCとしてある)。
材である75Cr3 C2 −25NiCr(HVOF)コ
ーティング材は相手方材料を摩耗減量させ、またAPS
材は気孔率が大きいために逆に溶射コーティングの摩耗
減量が大きくなっている。これに対し、本発明の50C
r3 C2 −50NiCr溶射コーティングは従来材に比
べ約2倍以上の耐摩耗特性を示すとともに、相手方材料
の摩耗減量も少なくすることができ、優れた特性を有し
ていることが確認された。
耗減量比を示すが(試験No.3,5,6,7,8)、高硬度のCr
3 C2 量が75%を超えると相手方材料を摩耗減量する
傾向が大きくなり、凝集摩耗を生じるために使用に耐え
なくなることが認められた。
による50Cr3 C2 −50NiCrコーティングは、
500℃以上の高温における耐酸化性も合わせて要求さ
れる。このため、600℃の大気中酸化試験において酸
化スケールの生成状況を確認した。図3に酸化試験デー
タを示す。30000時間の加熱酸化試験においても酸
化スケールの生成は10μm以下、例えば4μmで、耐
酸化性に優れるとともに酸化スケールによる摩耗促進は
生じないことが判明した。
ーメットを適用することができ、その場合も同様の効果
が奏される。
ば、高温で適用される蒸気タービン制御部材、ガスター
ビン燃焼器部材表面にCrC等の炭化物系サーメットか
らなる溶射材料をコーティング材料として適用すること
により、耐摩耗性および耐酸化性の向上が図れるという
優れた効果が奏される。
グの試験結果を示す図。
いて示す図。
示す図。
Claims (10)
- 【請求項1】 耐熱合金製タービン部材の表面に施され
る耐摩耗コーティングであって、そのコーティング材料
として、CrC等の炭化物系サーメットを適用したこと
を特徴とするタービン部材の耐摩耗コーティング。 - 【請求項2】 請求項1記載のタービン部材の耐摩耗コ
ーティングにおいて、コーティング材料である炭化物系
サーメットは、重量パーセントで35%以上75%以下
のCr3 C2 を含むことを特徴とするタービン部材の耐
摩耗コーティング。 - 【請求項3】 請求項1または2記載のタービン部材の
耐摩耗コーティングにおいて、タービン部材に溶射する
炭化物系サーメットの金属バインダとして、重量パーセ
ントで65%以上90%以下のNi、10%以上30%
以下のCrを含む材料を使用したことを特徴とするター
ビン部材の耐摩耗コーティング。 - 【請求項4】 請求項1から3までのいずれかに記載の
タービン部材の耐摩耗コーティングにおいて、コーティ
ング材料は、重量パーセントで35%以上75%以下の
Cr3 C2 を含み、残部がNiCrからなるものであ
り、かつ前記コーティング材料は500℃以上の高温環
境下において一定の硬度を保持するものであることを特
徴とするタービン部材の耐摩耗コーティング。 - 【請求項5】 請求項1から4までのいずれかに記載の
タービン部材の耐摩耗コーティングにおいて、炭化物系
サーメットであるCr3 C2 と金属バインダであるNi
Crとの割合が、重量比で50:50であり、かつ前記
NiCrの組成は重量比で、Ni:Crが80:20で
あることを特徴とするタービン部材の耐摩耗コーティン
グ。 - 【請求項6】 請求項1から5までのいずれかに記載の
タービン部材の耐摩耗コーティングにおいて、耐摩耗コ
ーティング層は、500〜800℃の高温環境下での外
表面酸化スケールが30000時間経過後、10μm以
下であることを特徴とするタービン部材の耐摩耗コーテ
ィング。 - 【請求項7】 請求項1から6までのいずれかに記載の
タービン部材の耐摩耗コーティングにおいて、炭化物系
サーメットである耐摩耗コーティング材料は、高速ガス
炎溶射(HVOF)により施工されたものであることを
特徴とするタービン部材の耐摩耗コーティング。 - 【請求項8】 請求項1から7までのいずれかに記載の
タービン部材の耐摩耗コーティングにおいて、炭化物系
サーメットの線膨張係数が12.0〜19.0×10-6
であることを特徴とするタービン部材の耐摩耗コーティ
ング。 - 【請求項9】 請求項1から8までのいずれかに記載の
タービン部材の耐摩耗コーティングにおいて、炭化物系
サーメットの縦弾性係数が700℃下で13×103 kg
f/mm2 以上であることを特徴とするタービン部材の耐摩
耗コーティング。 - 【請求項10】 請求項1から9までのいずれかに記載
のタービン部材の耐摩耗コーティングにおいて、炭化物
系サーメットによる耐摩耗コーティングが施されている
部材は、蒸気タービンにおける制御部材、またはガスタ
ービンにおける燃焼器部材であることを特徴とするター
ビン部材の耐摩耗コーティング。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8053494A JPH09241818A (ja) | 1996-03-11 | 1996-03-11 | タービン部材の耐摩耗コーティング |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8053494A JPH09241818A (ja) | 1996-03-11 | 1996-03-11 | タービン部材の耐摩耗コーティング |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09241818A true JPH09241818A (ja) | 1997-09-16 |
Family
ID=12944397
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8053494A Pending JPH09241818A (ja) | 1996-03-11 | 1996-03-11 | タービン部材の耐摩耗コーティング |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09241818A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10183378A (ja) * | 1996-11-27 | 1998-07-14 | United Technol Corp <Utc> | ブラシシール用のコーティング |
JP2001073702A (ja) * | 1999-08-03 | 2001-03-21 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンの熱媒体供給部品の潤滑システム |
JP2003185140A (ja) * | 2001-12-25 | 2003-07-03 | Hitachi Ltd | ガスタービン燃焼器 |
JP2004019918A (ja) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Toshiba Corp | 弁装置およびその製造方法 |
JP2004183051A (ja) * | 2002-12-04 | 2004-07-02 | Hitachi Ltd | 弁棒とその製造法及びそれを用いた蒸気弁 |
JP2009041059A (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-26 | Hitachi Ltd | 高温耐摩耗性部材及び高温用耐摩耗部材の製造方法 |
JP2015503045A (ja) * | 2011-10-28 | 2015-01-29 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 耐熱性シール・システム |
CN113430480A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-09-24 | 安徽工业大学 | 一种Cr3C2增强NiCrMoW减摩耐磨耐蚀涂层、制备方法及其应用 |
-
1996
- 1996-03-11 JP JP8053494A patent/JPH09241818A/ja active Pending
Cited By (8)
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CN113430480A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-09-24 | 安徽工业大学 | 一种Cr3C2增强NiCrMoW减摩耐磨耐蚀涂层、制备方法及其应用 |
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