JPH09310168A - Heat resistant member and production of heat resistant member - Google Patents

Heat resistant member and production of heat resistant member

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JPH09310168A
JPH09310168A JP8124607A JP12460796A JPH09310168A JP H09310168 A JPH09310168 A JP H09310168A JP 8124607 A JP8124607 A JP 8124607A JP 12460796 A JP12460796 A JP 12460796A JP H09310168 A JPH09310168 A JP H09310168A
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oxide
ceramics
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base material
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一浩 安田
Seiichi Suenaga
誠一 末永
Kunihiko Wada
国彦 和田
Hirotaka Inagaki
浩貴 稲垣
Masako Nakabashi
昌子 中橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration caused by oxidation, corrosion or the like in a metallic substrate accompanying the depletion, damage or the like of an MCrAlY alloy layer in the case of being used for a long time in a high temp. atmosphere. SOLUTION: An MCrAlY alloy layer 2 (M denotes at least one kind of element selected from Ni, Co and Fe) is formed on a metallic substrate 1 composed of an alloy essentially consisting of at least one kind selected from Ni, Co and Fe by coating. The surface of this MCrAlY alloy layer is coated with a ceramics layer 3 having 1 to 50μm average thickness. This ceramics layer 3 is composed of a primary ceramics layer 4 essentially consisting of alumina and formed on the MCrAlY alloy layer and a secondary ceramics layer 5 consisting of oxide ceramics (excluding alumina) having oxygen dissociating performance in a low oxygen atmosphere and working as an oxygen feeding source at the time of forming the primary ceramics layer 4.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高温環境下で長時
間の高温強度、耐酸化性、耐食性等が要求される材料に
好適な耐熱部材およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat-resistant member suitable for a material which is required to have high-temperature strength, oxidation resistance, corrosion resistance and the like for a long time under a high temperature environment, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービン、航空機・自動車エンジン
等の熱機関を構成する金属部材には、高温強度、耐酸化
性、耐高温腐食性等を考慮して、NiやCoを主成分と
した超合金が基材として用いられている。特に、使用環
境温度が 1273Kを超えるようなガスタービンや航空機エ
ンジン用の動・静翼においては、超合金からなる金属基
材の酸化による劣化、特に減肉や損耗による強度低下を
抑制するために、MCrAlY(Μ:Ni、Co、Ni
Co、CoNi、Fe等)合金層と呼ばれる金属被覆層
を金属基材上に形成したり、さらにその上にAl富化層
を被覆形成することが行われている。
2. Description of the Related Art The metal members constituting a heat engine such as a gas turbine, an aircraft engine, an automobile engine, etc. are made of Ni or Co as a main component in consideration of high temperature strength, oxidation resistance and high temperature corrosion resistance. Alloys are used as substrates. In particular, in gas turbine and aircraft engine dynamic and stationary blades where the operating environment temperature exceeds 1273K, in order to suppress deterioration due to oxidation of the metal base material made of superalloy, especially strength reduction due to thinning and wear. , MCrAlY (M: Ni, Co, Ni
Co, CoNi, Fe, etc.) alloy layers called "alloy layers" are formed on a metal base material, and an Al-enriched layer is further formed thereon.

【0003】上述したように、金属基材の減肉による強
度低下や損耗を抑制する目的で、従来から金属基材表面
をMCrAlY合金層やさらにAl富化層で被覆するこ
とが行われているが、従来のMCrAlY合金層やAl
富化層で被覆した耐熱部材では、高温環境下で長時間使
用すると以下に示すような問題が生じている。
As described above, the surface of a metal base material has been conventionally coated with an MCrAlY alloy layer or an Al-rich layer for the purpose of suppressing the reduction in strength and wear due to the thinning of the metal base material. However, conventional MCrAlY alloy layer and Al
The heat-resistant member coated with the enriched layer has the following problems when used for a long time in a high temperature environment.

【0004】すなわち、高温雰囲気下で長時間使用する
とMCrAlY合金層の表面が酸化して、アルミナ、遷
移金属酸化物(酸化ニッケル、酸化コバルト等)、Al
と遷移金属との複合酸化物(スピネル)等の酸化物が生
成する。このうち、酸化ニッケルや酸化コバルトを多く
含有する酸化層が生成すると、酸化層とMCrAlY合
金層との界面にボイドが生成し、酸化層の剥離が生じや
すくなる。このため、高温環境下で長時間使用した場合
にMCrAlY層表面でたえず酸化層が生成され、その
剥離、再生成が繰り返されることになる。これによっ
て、MCrAlY合金層の減耗や損傷が起こり、金属基
材の酸化等による劣化を抑制する機能が長時間維持でき
ないという問題がある。
That is, when the MCrAlY alloy layer is used for a long time in a high temperature atmosphere, the surface of the MCrAlY alloy layer is oxidized, and alumina, transition metal oxides (nickel oxide, cobalt oxide, etc.), Al
An oxide such as a complex oxide (spinel) of a transition metal and a transition metal is generated. Of these, if an oxide layer containing a large amount of nickel oxide or cobalt oxide is generated, a void is generated at the interface between the oxide layer and the MCrAlY alloy layer, and the oxide layer is likely to peel off. Therefore, when used for a long time in a high temperature environment, an oxide layer is always formed on the surface of the MCrAlY layer, and the peeling and regeneration are repeated. As a result, the MCrAlY alloy layer is worn or damaged, and there is a problem that the function of suppressing deterioration of the metal base material due to oxidation or the like cannot be maintained for a long time.

【0005】そこで、長寿命の耐酸化コーティングの開
発のためには、NiやCo等の遷移金属の酸化物の生成
を可能な限り抑制し、高温雰囲気下で安定でかつ緻密な
被膜は耐酸化保護膜として使用し得るアルミナから主と
してなる酸化層を生成させることが望まれる。しかし、
MCrAlY合金層を単に高温雰囲気下で酸化すると、
アルミナ以外にも遷移金属酸化物、複合酸化物等の複数
の酸化物が形成され、緻密で一様なアルミナ層を生成す
ることはできない。
Therefore, in order to develop a long-life oxidation-resistant coating, formation of oxides of transition metals such as Ni and Co should be suppressed as much as possible, and a stable and dense coating in a high temperature atmosphere should be resistant to oxidation. It is desired to produce an oxide layer consisting mainly of alumina that can be used as a protective film. But,
When the MCrAlY alloy layer is simply oxidized in a high temperature atmosphere,
In addition to alumina, a plurality of oxides such as transition metal oxides and composite oxides are formed, and it is impossible to form a dense and uniform alumina layer.

【0006】また、ガスタービンやエンジン等を構成す
る金属部材は、酸化性雰囲気であると共に、SやV等を
含む腐食性の大きい環境下で使用される場合がある。こ
のような場合には、アルミナ主体の酸化層よりもクロミ
アやAlとCrとの複合酸化物等を主体とする酸化層を
MCrAlY合金層上に作製することによって、SやV
等に対する耐食性が向上することが知られている。しか
し、現状ではクロミアと同時にNiやCo等の遷移金属
の酸化物も同時に形成されるため、緻密なクロミアやA
lとCrとの複合酸化物等を主体とした酸化層を生成す
ることはできない。従って、長時間高温腐食環境下で使
用すると、SやV等の腐食性物質の侵入によりMCrA
lY合金層の劣化が起こり、金属基材の劣化抑制機能を
長時間維持することができないという問題がある。
Further, the metal members constituting the gas turbine, the engine, etc. may be used in an oxidizing atmosphere and in a highly corrosive environment containing S, V and the like. In such a case, by forming an oxide layer mainly containing chromia or a composite oxide of Al and Cr on the MCrAlY alloy layer rather than an oxide layer mainly containing alumina, S and V
It is known that the corrosion resistance against the like is improved. However, under the present circumstances, since oxides of transition metals such as Ni and Co are simultaneously formed at the same time as chromia, dense chromia and A
It is not possible to form an oxide layer mainly composed of a complex oxide of 1 and Cr. Therefore, when used in a high temperature corrosive environment for a long time, MCrA may enter due to the intrusion of corrosive substances such as S and V.
There is a problem that the deterioration of the LY alloy layer occurs and the deterioration suppressing function of the metal base material cannot be maintained for a long time.

【0007】さらに、Al富化層をMCrAlY合金層
の直上に作製することで、酸化物の生成、剥離が起こっ
た場合でも基材の減耗を防ぐような耐酸化構造も提案さ
れているが、基本的に酸化、剥離が繰り返して起こるた
め、基材の酸化を抑制する効果は十分ではない。また一
方で、長時間使用するとAl富化層とMCrAlY合金
層との間の組成の違いによる元素拡散が起り、被覆層内
に脆化相やボイドが生成して被覆層が剥離しやすくなっ
たり、Alの内方拡散によって外表面近傍でAl元素が
減少して耐酸化性の維持が困難になる等、不備な点も多
く、必ずしも良好な結果は得られていない。
Further, an oxidation resistant structure has been proposed in which an Al-enriched layer is formed directly on the MCrAlY alloy layer to prevent wear of the base material even when oxides are formed or peeled off. Basically, oxidation and peeling occur repeatedly, so the effect of suppressing the oxidation of the substrate is not sufficient. On the other hand, if it is used for a long time, elemental diffusion occurs due to the difference in composition between the Al-rich layer and the MCrAlY alloy layer, and an embrittlement phase or a void is generated in the coating layer, so that the coating layer easily peels off. However, due to the inward diffusion of Al, the amount of Al element decreases in the vicinity of the outer surface and it becomes difficult to maintain the oxidation resistance.

【0008】NiやCoの超合金からなる金属基材とM
CrAlY合金層との界面に関しても、長時間高温雰囲
気下で使用した際にこれらの組成の違いによる成分元素
の拡散が起こり、金属基材の強化相を消滅させたり、ま
た脆化相の生成が起こる等の問題がある。そこで、金属
基材とMCrAlY合金層との間に元素移動を抑制する
拡散バリヤー層を形成することが検討されている。
A metal base material composed of a superalloy of Ni or Co and M
Also at the interface with the CrAlY alloy layer, when used in a high temperature atmosphere for a long time, the diffusion of the component elements due to the difference in these compositions occurs, the strengthening phase of the metal base material disappears, and the embrittlement phase is generated. There are problems such as happening. Therefore, formation of a diffusion barrier layer that suppresses element transfer between the metal base material and the MCrAlY alloy layer has been studied.

【0009】従来、上記したような拡散バリヤー層とし
て、内部での元素の拡散係数が小さいAl等を主成分と
する酸化物、窒化物、酸窒化物等をCVD法等の成膜方
法により形成することが試みられているが、CVD法等
による拡散バリヤー層と金属基材またはMCrAlY合
金層との界面における密着性が悪く、これら界面で剥離
が起きやすいという問題が生じている。この界面での剥
離は耐熱部材の寿命低下の要因となっている。
Conventionally, as the diffusion barrier layer as described above, oxides, nitrides, oxynitrides, etc. containing Al or the like having a small diffusion coefficient of elements inside as a main component are formed by a film forming method such as a CVD method. However, the adhesion at the interface between the diffusion barrier layer formed by the CVD method or the like and the metal substrate or the MCrAlY alloy layer is poor, and peeling easily occurs at these interfaces. The peeling at the interface is a factor of shortening the life of the heat resistant member.

【0010】一方、さらなる高温化の流れの中で、金属
基材上に耐酸化・耐食コーティングとしてMCrAlY
合金層を被覆形成した上に、さらに遮熱コーティングと
してセラミックス層を 200〜 300μm 程度の厚さで被覆
することも検討されているが、長時間使用するとセラミ
ックス被覆層と金属被覆層との界面で酸化が起こり、C
oやNi等の遷移金属の酸化物や複合酸化物等を含む酸
化層が生成する。このため、セラミックス被覆層や酸化
層内で剥離が起こり、金属被覆層による金属基材の耐酸
化抑制効果が損われてしまうという問題がある。
On the other hand, in the flow of higher temperature, MCrAlY is used as an oxidation / corrosion resistant coating on a metal substrate.
It is also considered to coat the ceramic layer with a thickness of about 200 to 300 μm as a thermal barrier coating on top of the alloy layer coating, but if it is used for a long time, it may occur at the interface between the ceramic coating layer and the metal coating layer. Oxidation occurs, C
An oxide layer containing an oxide of a transition metal such as o or Ni or a complex oxide is generated. Therefore, there is a problem that peeling occurs in the ceramic coating layer or the oxide layer, and the effect of suppressing the oxidation resistance of the metal base material by the metal coating layer is impaired.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のMCrAlY合金層やさらにAl富化層で被覆した耐
熱部材では、高温環境下で長時間使用した場合に、MC
rAlY合金層表面等でNiやCo等の遷移金属の酸化
物を含む酸化層が生成され、これがMCrAlY合金層
の剥離等の原因となることから、金属基材の酸化や強度
低下を十分に抑制することができないという問題があ
る。また、金属基材とMCrAlY合金層との界面にお
いても、長時間高温環境下で使用した際に成分元素の拡
散が起こり、これによって金属基材の強度等が低下する
という問題がある。
As described above, the conventional MCrAlY alloy layer and the heat-resistant member coated with the Al-enriched layer have the same MC content when used for a long time in a high temperature environment.
An oxide layer containing an oxide of a transition metal such as Ni or Co is formed on the surface of the rAlY alloy layer, etc., which causes peeling of the MCrAlY alloy layer, etc., so that oxidation and strength reduction of the metal base material are sufficiently suppressed. There is a problem that you cannot do it. In addition, even at the interface between the metal base material and the MCrAlY alloy layer, when used in a high temperature environment for a long time, component elements diffuse, which causes a problem that the strength of the metal base material is reduced.

【0012】このようなことから、従来の金属被覆を適
用した耐熱部材においては、MCrAlY合金層のNi
やCo等の遷移金属の酸化物等の生成を伴う酸化や、金
属基材とMCrAlY合金層との界面における元素拡散
を抑えることによって、金属基材の酸化や強度低下等を
長時間にわたって抑制することが課題とされている。本
発明は、このような課題に対処するためになされたもの
で、長時間にわたってMCrAlY合金層上に生成する
酸化層の剥離を抑制することによって、あるいは金属基
材とMCrAlY合金層との界面における元素拡散を抑
制することによって、金属基材の特性を長時間にわたっ
て維持して長寿命化を図った耐熱部材およびその製造方
法を提供することを目的としている。
From the above, in the conventional heat resistant member to which the metal coating is applied, the Ni of the MCrAlY alloy layer is
Oxidation accompanied by the formation of oxides of transition metals such as Co and Co, and element diffusion at the interface between the metal base material and the MCrAlY alloy layer, thereby suppressing oxidation and strength reduction of the metal base material for a long time. That is a challenge. The present invention has been made to address such a problem, and suppresses peeling of an oxide layer formed on the MCrAlY alloy layer for a long time, or at the interface between the metal base material and the MCrAlY alloy layer. It is an object of the present invention to provide a heat-resistant member in which the characteristics of a metal base material are maintained for a long time and a long life is achieved by suppressing element diffusion, and a manufacturing method thereof.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明における第1の耐
熱部材は、請求項1に記載したように、Ni、Coおよ
びFeから選ばれる少なくとも 1種を含む合金からなる
金属基材と、前記金属基材上に被覆形成されたMCrA
lY合金層(ただし、MはNi、CoおよびFeから選
ばれる少なくとも 1種の元素を示す)と、前記MCrA
lY合金層上に設けられた平均厚さ 1〜50μm のセラミ
ックス層とを具備し、前記セラミックス層は前記MCr
AlY合金層上に形成された主としてアルミナからなる
第1のセラミックス層と、前記第1のセラミックス層上
に存在する酸素解離能を有する酸化物系セラミックス
(ただし、アルミナを除く)からなる第2のセラミック
ス層とを有することを特徴としている。
The first heat-resistant member according to the present invention is, as described in claim 1, a metal base material made of an alloy containing at least one selected from Ni, Co and Fe, and MCrA coated on a metal substrate
1Y alloy layer (where M represents at least one element selected from Ni, Co and Fe) and MCrA
a ceramic layer having an average thickness of 1 to 50 μm provided on the LY alloy layer, the ceramic layer being the MCr.
A first ceramics layer mainly made of alumina formed on the AlY alloy layer and a second ceramics oxide (excluding alumina) having oxygen dissociation ability existing on the first ceramics layer. It is characterized by having a ceramics layer.

【0014】また、本発明の耐熱部材の製造方法は、N
i、CoおよびFeから選ばれる少なくとも 1種を含む
合金からなる金属基材の表面に、MCrAlY合金層
(ただし、MはNi、CoおよびFeから選ばれる少な
くとも 1種の元素を示す)を形成する工程と、前記MC
rAlY合金層表面に溶射法を用いて、酸素解離能を有
する酸化物系セラミックス層(ただし、アルミナを除
く)を形成する工程と、前記酸化物系セラミックス層が
形成された金属基材を、低酸素雰囲気下で1373K 以上の
温度条件下で熱処理する工程とを有することを特徴とし
ている。
The method of manufacturing the heat-resistant member of the present invention is N
An MCrAlY alloy layer (where M represents at least one element selected from Ni, Co and Fe) is formed on the surface of a metal base material made of an alloy containing at least one selected from i, Co and Fe. Process and the MC
The step of forming an oxide ceramic layer having oxygen dissociation ability (excluding alumina) on the surface of the rAlY alloy layer by a thermal spraying method and the metal base material on which the oxide ceramic layer is formed are And a heat treatment step under a temperature condition of 1373 K or higher in an oxygen atmosphere.

【0015】本発明における第2の耐熱部材は、請求項
3に記載したように、Ni、CoおよびFeから選ばれ
る少なくとも 1種を含む合金からなる金属基材と、前記
金属基材上に直接もしくはAl富化層を介して被覆形成
されたセラミックス層とを具備し、前記セラミックス層
は前記金属基材またはAl富化層上に形成されたアルミ
ナおよびクロミアから選ばれる少なくとも 1種から主と
してなる第1のセラミックス層と、前記第1のセラミッ
クス層上に存在する酸素解離能を有する酸化物系セラミ
ックス(ただし、アルミナおよびクロミアを除く)から
なる第2のセラミックス層とを有することを特徴として
いる。
The second heat-resistant member according to the present invention comprises, as described in claim 3, a metal base material made of an alloy containing at least one selected from Ni, Co and Fe, and directly on the metal base material. Or a ceramics layer formed by coating via an Al-enriched layer, the ceramics layer being mainly composed of at least one selected from alumina and chromia formed on the metal substrate or the Al-enriched layer. It is characterized by having one ceramic layer and a second ceramic layer formed on the first ceramic layer and made of oxide ceramics having oxygen dissociation ability (excluding alumina and chromia).

【0016】本発明における他の耐熱部材は、請求項4
に記載したように、Ni、CoおよびFeから選ばれる
少なくとも 1種を含む合金からなる金属基材と、前記金
属基材の表面部に設けられた酸素拡散層または表面酸化
層、もしくは前記金属基材上に形成されたAl富化層に
設けられた表面酸化層と、前記酸素拡散層または表面酸
化層を介して前記金属基材またはAl富化層上に被覆形
成されたMCrAlY合金層(ただし、MはNi、Co
およびFeから選ばれる少なくとも 1種の元素を示す)
とを具備することを特徴としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided another heat resistant member.
As described above, a metal base material made of an alloy containing at least one selected from Ni, Co and Fe, and an oxygen diffusion layer or a surface oxidation layer provided on the surface portion of the metal base material, or the metal base material. Surface oxide layer provided on the Al-enriched layer formed on the material, and the MCrAlY alloy layer formed by coating on the metal base material or the Al-enriched layer through the oxygen diffusion layer or the surface oxide layer (however, , M is Ni, Co
And at least one element selected from Fe)
Are provided.

【0017】本発明の第1の耐熱部材においては、酸素
解離能を有する酸化物系セラミックスからなる第2のセ
ラミックス層を成膜しながら、もしくは成膜した後に熱
処理することによって、MCrAlY合金層と第2のセ
ラミックス層との界面に主としてアルミナからなる第1
のセラミックス層を形成しているため、MCrAlY合
金層の酸化による剥離原因となるNiやCo等の遷移金
属の酸化物、その複合酸化物等の生成が抑制される。従
って、MCrAlY合金層の減耗や損傷が抑えられ、こ
れによって金属基材の酸化や強度低下等を抑制すること
ができ、さらにセラミックス層の厚さを適正な範囲とし
ているために、上記した酸化抑制効果を長時間にわたっ
て安定して維持することが可能となる。
In the first heat-resistant member of the present invention, the MCrAlY alloy layer and the MCrAlY alloy layer are formed by heat-treating the second ceramics layer made of oxide-based ceramics having oxygen dissociation ability during or after the film formation. At the interface with the second ceramics layer, the first layer consisting mainly of alumina
Since the ceramics layer is formed, the generation of oxides of transition metals such as Ni and Co and their complex oxides, which cause exfoliation due to oxidation of the MCrAlY alloy layer, is suppressed. Therefore, the wear and damage of the MCrAlY alloy layer are suppressed, which can suppress the oxidation and strength decrease of the metal base material, and further, the thickness of the ceramic layer is set in an appropriate range. The effect can be stably maintained for a long time.

【0018】第2の耐熱部材においては、金属基材上に
直接もしくはAl富化層を介して第2のセラミックス層
を形成し、この第2のセラミックス層と金属基材または
Al富化層との界面に主としてアルミナやクロミアから
なる第1のセラミックス層を形成しているため、金属基
材の耐酸化性や耐食性を向上させることができ、さらに
セラミックス層の厚さを適正な範囲としているために、
上記した耐酸化性や耐食性を長時間にわたって安定して
維持することが可能となる。またさらに、金属被覆層を
形成した場合に生じるおそれがある金属基材の強化相消
滅や脆化相生成が解消でき、これらによる基材強度の低
下を防止することが可能となる。
In the second heat-resistant member, a second ceramics layer is formed on the metal base material directly or via the Al-rich layer, and the second ceramics layer and the metal base material or the Al-rich layer are formed. Since the first ceramics layer mainly made of alumina or chromia is formed at the interface of, it is possible to improve the oxidation resistance and corrosion resistance of the metal base material, and furthermore, the thickness of the ceramics layer is within the proper range. To
It becomes possible to stably maintain the above-mentioned oxidation resistance and corrosion resistance for a long time. Furthermore, it is possible to eliminate the disappearance of the strengthening phase and the formation of the embrittlement phase of the metal base material that may occur when the metal coating layer is formed, and it is possible to prevent the strength of the base material from decreasing due to these.

【0019】また、本発明の他の耐熱部材において、金
属基材の表面部に設けた酸素拡散層は、予備熱処理また
は実使用時に熱を受けることによって、アルミナもしく
はアルミナとΝi、Co、Cr等との複合酸化物を生成
させる。この酸化物層は、金属基材とΜCrAlY合金
層間における物質移動を抑制する拡散バリヤー層として
機能すると共に、界面反応によって生成した物質である
ために、金属基材やMCrAlY合金層に対して優れた
密着性を有する。従って、拡散バリヤー層が原因となる
剥離等を抑制することができる。また、金属基材または
Al富化層の表面酸化層も、同様に金属基材とΜCrA
lY合金層間における物質移動を抑制する拡散バリヤー
層として機能すると共に、金属基材またはAl富化層に
対して優れた密着性を有する。
In the other heat-resistant member of the present invention, the oxygen diffusion layer provided on the surface of the metal substrate is subjected to heat treatment during preliminary heat treatment or during actual use, so that alumina or alumina and alumina, Ni, Co, Cr, etc. To form a complex oxide. This oxide layer functions as a diffusion barrier layer that suppresses mass transfer between the metal base material and the ΜCrAlY alloy layer, and is superior to the metal base material and the MCrAlY alloy layer because it is a material generated by an interfacial reaction. Has adhesion. Therefore, peeling or the like caused by the diffusion barrier layer can be suppressed. In addition, the surface oxidation layer of the metal base material or the Al-enriched layer is also the same as the metal base material and ΜCrA.
It functions as a diffusion barrier layer that suppresses the mass transfer between the 1Y alloy layers and has excellent adhesion to the metal base material or the Al-rich layer.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0021】図1は、本発明の耐熱部材の一実施形態の
構造を模式的に示す断面図である。同図において、1は
金属基材であり、この金属基材1としてはNi、Coお
よびFeから選ばれる少なくとも 1種を主成分とする耐
熱合金が用いられ、使用用途等に応じて各種公知の耐熱
合金を適宜選択して使用することができる。実用上はI
N738、IN738LC、IN939、Μar−Μ2
47、RENE80、CM−247、CMSX−2、C
MSX−4等のNi基超耐熱合金や、FSX−414、
Mar−M509等のCo基超合金を用いることが有効
である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of one embodiment of the heat-resistant member of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a metal base material, and as the metal base material 1, a heat-resistant alloy containing at least one selected from Ni, Co and Fe as a main component is used. A heat resistant alloy can be appropriately selected and used. Practically I
N738, IN738LC, IN939, Μar-Μ2
47, RENE80, CM-247, CMSX-2, C
Ni-based superalloys such as MSX-4, FSX-414,
It is effective to use a Co-based superalloy such as Mar-M509.

【0022】上記した金属基材1上には、耐食・耐酸化
金属被覆としてΜCrAlY合金層(MはNi、Coお
よびFeから選ばれる少なくとも 1種の元素を示す)2
が被覆形成されている。このΜCrAlY合金層2とし
ては、耐食・耐酸化性金属被覆としての機能を得る上
で、一般的には 0.1〜20重量% のAl、10〜35重量% の
Cr、 0.1〜 5重量% のYを含み、残部がNi、Coお
よびFeから選ばれる少なくとも 1種のM元素から実質
的になる組成の合金が用いられ、具体的にはNiCoC
rAlY合金、CoNiCrAlY合金、NiCrAl
Y合金、CoCrAlY合金、FeCrAlY合金等が
挙げられる。また、用途によってはMCrAlY合金
に、Ti、Nb、Hf、Zr、TaおよびWから選ばれ
る少なくとも1種の添加元素を 5重量% 以下の範囲で微
量添加することも可能である。
On the above-mentioned metal substrate 1, a ΜCrAlY alloy layer (M represents at least one element selected from Ni, Co and Fe) 2 as a corrosion and oxidation resistant metal coating.
Is coated. The ΜCrAlY alloy layer 2 is generally 0.1 to 20% by weight of Al, 10 to 35% by weight of Cr, and 0.1 to 5% by weight of Y in order to obtain a function as a corrosion / oxidation resistant metal coating. An alloy having a composition substantially containing at least one M element selected from the group consisting of Ni, Co and Fe is used.
rAlY alloy, CoNiCrAlY alloy, NiCrAl
Examples include Y alloys, CoCrAlY alloys, FeCrAlY alloys, and the like. Depending on the application, it is possible to add a small amount of at least one additive element selected from Ti, Nb, Hf, Zr, Ta and W to the MCrAlY alloy within a range of 5% by weight or less.

【0023】上記したΜCrAlY合金層2の厚さは50
〜 300μm 程度とすることが、酸化寿命や応力緩和効果
等の観点から好ましい。また、ΜCrAlY合金層2の
形成方法としては、溶射法、PVD法、スパッタ法、C
VD法等が挙げられる。特に溶射法では、大気溶射法よ
りも緻密な被覆層が得られる減圧溶射法やHVOF法を
適用することが好ましく、これらによればさらに被覆層
形成時の巻き込み酸素によるMCrAlY合金層2の内
部酸化を抑えることができる。
The thickness of the above-mentioned ΜCrAlY alloy layer 2 is 50.
It is preferable to set the thickness to about 300 μm from the viewpoint of the oxidation life and the stress relaxation effect. Further, as a method of forming the ΜCrAlY alloy layer 2, a thermal spraying method, a PVD method, a sputtering method, C
VD method and the like. In particular, in the thermal spraying method, it is preferable to apply a reduced pressure spraying method or an HVOF method that can obtain a denser coating layer than the atmospheric spraying method. According to these methods, the internal oxidation of the MCrAlY alloy layer 2 by the entrained oxygen during the coating layer formation is further preferable. Can be suppressed.

【0024】さらに、上述したMCrAlY合金層2上
には、平均厚さが 1〜50μm の範囲のセラミックス層3
が被覆形成されている。セラミックス層3は、MCrA
lY合金層2上に形成された主としてアルミナからなる
第1のセラミックス層4と、この第1のセラミックス層
4上に存在するアルミナを除く酸化物系セラミックスか
らなる第2のセラミックス層5とを有しており、これら
によって実施形態の耐熱部材6が構成されている。主と
してアルミナからなる第1のセラミックス層4は、通常
MCrAlY合金層2中の成分元素と第2のセラミック
ス層5中の成分元素とからなり、その50重量% 以上がア
ルミナであるセラミックス層である。第1のセラミック
ス層4中のアルミナ量は75重量% 以上であることが好ま
しく、より好ましくは95重量% 以上である。
Further, on the above-mentioned MCrAlY alloy layer 2, a ceramic layer 3 having an average thickness in the range of 1 to 50 μm is formed.
Is coated. The ceramic layer 3 is MCrA
The first ceramic layer 4 mainly made of alumina formed on the 1Y alloy layer 2 and the second ceramic layer 5 made of oxide-based ceramics excluding alumina existing on the first ceramic layer 4 are provided. The heat-resistant member 6 of the embodiment is constituted by these. The first ceramics layer 4, which is mainly made of alumina, is a ceramics layer which is usually composed of the constituent elements in the MCrAlY alloy layer 2 and the constituent elements in the second ceramics layer 5, and 50% by weight or more of which is alumina. The amount of alumina in the first ceramics layer 4 is preferably 75% by weight or more, more preferably 95% by weight or more.

【0025】ここで、上記したセラミックス層3のう
ち、第2のセラミックス層5は低酸素雰囲気(低酸素ポ
テンシャル)下で酸素解離能を有する酸化物系セラミッ
クス材料からなり、この第2のセラミックス層5の成膜
過程で、もしくは第2のセラミックス層5を成膜した後
に熱処理することで、主としてアルミナからなる第1の
セラミックス層4がMCrAlY合金層2と第2のセラ
ミックス層5との界面に形成される。すなわち、第2の
セラミックス層5として低酸素雰囲気下で酸素解離能を
有する酸化物系セラミックス材料を用いると共に、後に
詳述する条件下での成膜もしくは熱処理を適用すること
によって、MCrAlY合金層2の構成成分のうちAl
の酸化物からなる第1のセラミックス層4をMCrAl
Y合金層2と第2のセラミックス層5との界面に選択的
に形成することができ、さらに得られる第1のセラミッ
クス層4を緻密化することができる。
Here, of the above-mentioned ceramic layers 3, the second ceramic layer 5 is made of an oxide ceramic material having oxygen dissociation ability in a low oxygen atmosphere (low oxygen potential). By performing heat treatment in the film formation process of 5 or after forming the second ceramic layer 5, the first ceramic layer 4 mainly made of alumina is formed at the interface between the MCrAlY alloy layer 2 and the second ceramic layer 5. It is formed. That is, an oxide-based ceramic material having oxygen dissociation ability in a low oxygen atmosphere is used as the second ceramic layer 5, and film formation or heat treatment is applied under the conditions described in detail later, whereby the MCrAlY alloy layer 2 is formed. Al among the components of
The first ceramic layer 4 made of oxide of MCrAl
It can be selectively formed at the interface between the Y alloy layer 2 and the second ceramic layer 5, and the obtained first ceramic layer 4 can be densified.

【0026】この第1のセラミックス層4は、厚すぎる
とMCrAlY合金層2との熱膨張率の違いによる剥離
等が生じやすくなることから、MCrAlY合金層2の
表面を一様に覆い得る範囲で薄い方がよく、具体的には
平均厚さで 3.5μm 以下とすることが好ましい。また、
第1のセラミックス層4の平均厚さが0.01μm 未満とな
ると、MCrAlY合金層2表面の一様な被覆性が低下
し、実用的には 0.1μm 以上とすることが好ましい。
If the first ceramic layer 4 is too thick, peeling or the like due to the difference in the coefficient of thermal expansion from the MCrAlY alloy layer 2 is likely to occur, so that the surface of the MCrAlY alloy layer 2 can be uniformly covered. The thinner the better, specifically the average thickness is preferably 3.5 μm or less. Also,
If the average thickness of the first ceramics layer 4 is less than 0.01 μm, the uniform coating property of the surface of the MCrAlY alloy layer 2 is deteriorated, and it is preferable to set it to 0.1 μm or more in practical use.

【0027】第2のセラミックス層5としての酸化物系
セラミックス材料としては、低酸素ポテンシャル下で酸
素を解離しやすい材料が好ましく、特にアルミナより酸
素解離能が高いものがよい。具体的には、ジルコニア、
安定化ジルコニア、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化
トリウム、希土類金属酸化物、酸化モリブデン、酸化ニ
オブ、酸化タンタル、アルカリ土類金属酸化物、これら
の複合酸化物、また蛍石構造から酸素を 1/8だけ規則的
に除いたバイクロア構造のセラミックス等が用いられ
る。これらの中でも安定化ジルコニアは金属部材に近い
熱膨張率を有し、かつ高融点材料であり、さらに高温安
定性に優れていることから、特に好ましい材料というこ
とができる。
As the oxide-based ceramic material for the second ceramic layer 5, a material that easily dissociates oxygen under a low oxygen potential is preferable, and one having a higher oxygen dissociation ability than alumina is particularly preferable. Specifically, zirconia,
1/8 oxygen from stabilized zirconia, titanium oxide, hafnium oxide, thorium oxide, rare earth metal oxides, molybdenum oxide, niobium oxide, tantalum oxide, alkaline earth metal oxides, their complex oxides and fluorite structure. Only ceramics with a bycrore structure that are regularly removed are used. Among these, stabilized zirconia is a particularly preferable material because it has a coefficient of thermal expansion close to that of a metal member, is a high melting point material, and is excellent in high temperature stability.

【0028】上述したように、MCrAlY合金層2の
表面側に、主としてアルミナからなる緻密な第1のセラ
ミックス層4を形成することによって、MCrAlY合
金層2からのCoやNi等の遷移金属の拡散が抑制され
る。すなわち、MCrAlY合金層2の剥離原因である
CoやNi等の遷移金属の酸化が抑制され、長時間使用
した場合でもCoやNi等の遷移金属の酸化物もしくは
それらの複合酸化物の生成に伴うMCrAlY合金層2
の減耗や損傷を抑えることができる。これによって、M
CrAlY合金層2に期待される金属基材1の酸化等に
よる劣化抑制機能が長時間維持され、金属基材1の耐酸
化性を向上させることが可能となる。
As described above, by forming the dense first ceramics layer 4 mainly made of alumina on the surface side of the MCrAlY alloy layer 2, diffusion of transition metal such as Co or Ni from the MCrAlY alloy layer 2 is achieved. Is suppressed. That is, the oxidation of the transition metal such as Co and Ni which is the cause of the exfoliation of the MCrAlY alloy layer 2 is suppressed, and the oxide of the transition metal such as Co and Ni or the composite oxide thereof is generated even when used for a long time. MCrAlY alloy layer 2
It is possible to suppress wear and tear of the. This gives M
The deterioration suppressing function expected by the CrAlY alloy layer 2 due to oxidation of the metal base material 1 is maintained for a long time, and the oxidation resistance of the metal base material 1 can be improved.

【0029】また、第1のセラミックス層4は、後に詳
述するように、成膜時の基板温度条件や熱処理条件を適
宜に設定することによって、xAl2 3 ・yY2 3
で示されるYAG、YAM等のAlとYとの複合酸化物
を含有させることができる。このAlとYとの複合酸化
物は拡散抑制効果がより大きいことから、CoやNi等
の遷移金属の酸化物もしくはそれらの複合酸化物の生成
に伴うMCrAlY合金層2の減耗や損傷をより一層効
果的に抑制することが可能となる。
Further, the first ceramics layer 4 can be made into xAl 2 O 3 · yY 2 O 3 by appropriately setting the substrate temperature condition and the heat treatment condition at the time of film formation, as described later in detail.
A composite oxide of Al and Y, such as YAG or YAM, can be included. Since the composite oxide of Al and Y has a larger diffusion suppressing effect, the wear and damage of the MCrAlY alloy layer 2 caused by the formation of the oxide of the transition metal such as Co and Ni or the composite oxide thereof is further enhanced. It can be effectively suppressed.

【0030】ここで、第2のセラミックス層5は、高温
雰囲気下で長時間使用した際の第1のセラミックス層4
の成長を抑制する機能を有しているものの、基本的には
主としてアルミナからなる緻密な第1のセラミックス層
4の形成に利用されるものであり、従来の遮熱層として
のセラミックス層とは異なるものである。よって、第2
のセラミックス層5の厚さは、第1のセラミックス層4
の形成に必要な酸素を供給し得る厚さを有していればよ
く、加えて第2のセラミックス層5を厚くしすぎると、
第1のセラミックス層4の生成が過剰となり、上述した
ような不都合を招くことになる。従って、第2のセラミ
ックス層5の厚さは、第1のセラミックス層4を含むセ
ラミックス層3の平均厚さとして50μm 以下とする。
Here, the second ceramics layer 5 is the first ceramics layer 4 when used for a long time in a high temperature atmosphere.
Although it has a function of suppressing the growth of Al, it is basically used to form the dense first ceramic layer 4 mainly made of alumina. It is different. Therefore, the second
The thickness of the ceramics layer 5 is equal to that of the first ceramics layer 4
It is sufficient if the second ceramics layer 5 is thick enough to supply oxygen necessary for forming
The formation of the first ceramics layer 4 becomes excessive, which causes the above-mentioned inconvenience. Therefore, the thickness of the second ceramic layer 5 is 50 μm or less as the average thickness of the ceramic layer 3 including the first ceramic layer 4.

【0031】すなわち、セラミックス層3の平均厚さが
50μm を超えると、第2のセラミックス層5を成膜した
後に熱処理により第1のセラミックス層4を生成する場
合、供給される酸素量が過剰となって、第1のセラミッ
クス層4が厚くなりすぎる。また、第2のセラミックス
層5の成膜と同時に第1のセラミックス層4を生成する
場合、後に詳述するように、基板加熱により第1のセラ
ミックス層4を生成するため、セラミックス層3の平均
厚さが50μm を超えると、言い換えると第2のセラミッ
クス層5の成膜時間が長くなりすぎると、それだけ成膜
時の熱処理効果が増大して第1のセラミックス層4が厚
くなりすぎて、上述したような不都合を招くことにな
る。ただし、セラミックス層3の厚さがあまり薄すぎる
と、酸化物層を緻密な被膜として形成することが困難と
なるため、セラミックス層3の平均厚さは 1μm 以上と
する。
That is, the average thickness of the ceramics layer 3 is
When it exceeds 50 μm, when the first ceramics layer 4 is formed by heat treatment after forming the second ceramics layer 5, the supplied oxygen amount becomes excessive and the first ceramics layer 4 becomes too thick. . When the first ceramics layer 4 is formed at the same time as the second ceramics layer 5 is formed, the first ceramics layer 4 is formed by heating the substrate, as will be described later in detail. If the thickness exceeds 50 μm, in other words, if the film formation time of the second ceramics layer 5 becomes too long, the heat treatment effect at the time of film formation increases, and the first ceramics layer 4 becomes too thick. This causes the inconvenience. However, if the thickness of the ceramic layer 3 is too thin, it becomes difficult to form the oxide layer as a dense coating, so the average thickness of the ceramic layer 3 is set to 1 μm or more.

【0032】セラミックス層3の平均厚さは、第1のセ
ラミックス層4の生成量制御に寄与するだけでなく、そ
れ自体の剥離や層内部での破壊等を防止する上において
も重要であり、この点からもセラミックス層3の平均厚
さは50μm 以下とする必要がある。すなわち、セラミッ
クス層3の平均厚さが50μm を超えると、MCrAlY
合金層2との熱膨張率の差により発生する熱応力、さら
にはそれ自体の強度低下や破壊起点の増加等によって、
セラミックス層3すなわち第2のセラミックス層5の剥
離、割れ等が生じやすくなる。第2のセラミックス層5
に剥離や割れ等が起こると、当然ながら第1のセラミッ
クス層4にも剥離等が生じやすくなり、上述したCoや
Ni等の遷移金属の酸化を抑制することができなくな
る。このような点から、セラミックス層3の平均厚さは
より良好な剥離・割れ抑制効果が得られる30μm 以下と
することが望ましい。
The average thickness of the ceramics layer 3 is important not only for controlling the amount of the first ceramics layer 4 produced, but also for preventing the peeling of itself and the destruction within the layer. From this point as well, the average thickness of the ceramic layer 3 must be 50 μm or less. That is, when the average thickness of the ceramic layer 3 exceeds 50 μm, MCrAlY
Due to the thermal stress generated due to the difference in the coefficient of thermal expansion from the alloy layer 2, as well as the decrease in the strength of the alloy layer itself and the increase in the fracture origin,
The ceramic layer 3, that is, the second ceramic layer 5 is likely to be peeled off, cracked, or the like. Second ceramic layer 5
When peeling or cracking occurs in the first ceramic layer 4, naturally, peeling or the like easily occurs in the first ceramics layer 4, and it becomes impossible to suppress the above-described oxidation of the transition metal such as Co or Ni. From this point of view, it is desirable that the average thickness of the ceramics layer 3 is 30 μm or less, which can obtain a better effect of suppressing peeling and cracking.

【0033】このように、本発明においてはセラミック
ス層3の平均厚さを50μm 以下とすることが重要であ
り、これによってはじめてMCrAlY合金層2におけ
る良好で安定なCoやNi等の遷移金属の酸化抑制効
果、ひいては金属基材1の安定した耐酸化性を得ること
が可能となる。
As described above, in the present invention, it is important that the average thickness of the ceramics layer 3 is 50 μm or less, and this is the first time that good and stable oxidation of transition metals such as Co and Ni in the MCrAlY alloy layer 2 is achieved. It is possible to obtain the suppressing effect, and eventually the stable oxidation resistance of the metal substrate 1.

【0034】また、特に酸化反応が激しく進行するよう
な、より厳しい高温環境下で使用する場合には、図2に
示すように、MCrAlY合金層2上にさらにアルミパ
ック法等でAl富化層7を形成し、このAl富化層7上
にセラミックス層3を形成することによって、主として
アルミナからなる第1のセラミックス層4を生成するよ
うにしてもよい。
Further, when used in a more severe high temperature environment in which the oxidation reaction particularly progresses violently, as shown in FIG. 2, an Al-rich layer is further formed on the MCrAlY alloy layer 2 by an aluminum pack method or the like. 7 may be formed, and the ceramics layer 3 may be formed on the Al-enriched layer 7 to form the first ceramics layer 4 mainly made of alumina.

【0035】上記実施形態では、第1のセラミックス層
を主としてアルミナにより構成する場合について説明し
たが、後に詳述するように、成膜時の基板温度条件や熱
処理条件を適宜に設定することによって、図3に示すよ
うに、アルミナに加えてクロミアを含む第1のセラミッ
クス層8、例えば主としてクロミアとアルミナとの混合
酸化物、もしくはクロミアとアルミナとの複合酸化物か
らなる第1のセラミックス層8とすることもできる。こ
の第1のセラミックス層8は、上述した主としてアルミ
ナからなる第1のセラミックス層4と同様に、通常MC
rAlY合金層2中の成分元素と第2のセラミックス層
5中の成分元素とからなり、その50重量% 以上がアルミ
ナやクロミアであるセラミックス層である。第1のセラ
ミックス層8中のアルミナやクロミアの量は75重量% 以
上であることが好ましく、より好ましくは95重量% 以上
である。
In the above embodiment, the case where the first ceramics layer is mainly composed of alumina has been described. However, as will be described later in detail, by appropriately setting the substrate temperature condition and the heat treatment condition during film formation, As shown in FIG. 3, a first ceramic layer 8 containing chromia in addition to alumina, for example, a first ceramic layer 8 mainly composed of a mixed oxide of chromia and alumina or a complex oxide of chromia and alumina. You can also do it. This first ceramics layer 8 is similar to the above-mentioned first ceramics layer 4 mainly made of alumina, and is usually made of MC.
The ceramic layer is composed of the constituent elements in the rAlY alloy layer 2 and the constituent elements in the second ceramic layer 5, and 50% by weight or more of which is alumina or chromia. The amount of alumina or chromia in the first ceramic layer 8 is preferably 75% by weight or more, more preferably 95% by weight or more.

【0036】金属基材1の耐酸化性のみを考慮した場
合、第1のセラミックス層は主としてアルミナからなる
層4とすることが好ましいが、SやV等を含む腐食性の
大きい環境下で使用される場合には、主としてクロミア
とアルミナとの混合酸化物、クロミアとアルミナとの複
合酸化物からなる第1のセラミックス層8とすることが
好ましい。これによって、耐食・耐酸化性に優れた耐熱
部材9が得られる。
Considering only the oxidation resistance of the metal base material 1, it is preferable that the first ceramic layer is a layer 4 mainly made of alumina, but it is used in an environment with high corrosiveness including S and V. In this case, it is preferable to form the first ceramic layer 8 mainly composed of a mixed oxide of chromia and alumina and a complex oxide of chromia and alumina. As a result, the heat resistant member 9 having excellent corrosion resistance and oxidation resistance can be obtained.

【0037】この場合、主としてクロミアとアルミナと
の混合酸化物、クロミアとアルミナとの複合酸化物から
なる第1のセラミックス層7の厚さ、セラミックス層3
の厚さ等の条件は前述した実施形態と同様である。
In this case, the thickness of the first ceramic layer 7 which is mainly composed of a mixed oxide of chromia and alumina, and a composite oxide of chromia and alumina, and the ceramic layer 3
The conditions such as the thickness are the same as those in the above-described embodiment.

【0038】上述した各実施形態の耐熱部材6、9にお
けるセラミックス層3は、例えば以下のようにして形成
することができる。まず、第2のセラミックス層5を形
成後に熱処理を施して第1のセラミックス層4、8を形
成する手法について述べる。この手法では、図4(a)
に示すように、MCrAlY合金層2上に第2のセラミ
ックス層5をPVD法や溶射法等で形成する。溶射法や
PVD法で第2のセラミックス層5を形成する場合、基
板加熱は973K以下とする。溶射法としてはプラズマ溶射
法が挙げられるが、酸素供給源となる第2のセラミック
ス層5の酸素量を低減する目的で、減圧雰囲気で溶射す
ることで酸素欠損を含むセラミックス層を形成してもよ
い。
The ceramic layer 3 in the heat-resistant members 6 and 9 of each of the above-mentioned embodiments can be formed, for example, as follows. First, a method for forming the first ceramics layers 4 and 8 by performing heat treatment after forming the second ceramics layer 5 will be described. In this method, FIG.
As shown in, the second ceramic layer 5 is formed on the MCrAlY alloy layer 2 by the PVD method, the thermal spraying method, or the like. When the second ceramics layer 5 is formed by the thermal spraying method or the PVD method, the substrate is heated to 973K or less. As the thermal spraying method, there is a plasma thermal spraying method, but even if a ceramic layer containing oxygen vacancies is formed by thermal spraying in a reduced pressure atmosphere for the purpose of reducing the amount of oxygen in the second ceramics layer 5 serving as an oxygen supply source. Good.

【0039】次いで、第2のセラミックス層5に対して
低酸素雰囲気中にて熱処理を施して、図4(b)に示す
ように、MCrAlY合金層2と第2のセラミックス層
5との界面に、第1のセラミックス層4、8を形成す
る。このように、低酸素雰囲気中で第2のセラミックス
層5に熱処理を施し、酸素を第2のセラミックス層5か
ら供給して界面反応の生成物として第1のセラミックス
層4、8を形成することによって、選択的に緻密なアル
ミナやクロミアを得ることができる。
Next, the second ceramics layer 5 is heat-treated in a low oxygen atmosphere so that the interface between the MCrAlY alloy layer 2 and the second ceramics layer 5 is formed as shown in FIG. 4 (b). , The first ceramic layers 4 and 8 are formed. Thus, the second ceramics layer 5 is heat-treated in a low oxygen atmosphere, and oxygen is supplied from the second ceramics layer 5 to form the first ceramics layers 4 and 8 as a product of the interfacial reaction. By this, dense alumina or chromia can be selectively obtained.

【0040】第1のセラミックス層4、8を生成する際
の熱処理雰囲気は 1Pa以下の真空中とすることが好まし
い。熱処理時の真空度が 1Paを超えると、雰囲気からの
酸素によりMCrAlY合金層2内で酸化が生じるおそ
れがある。これによって、MCrAlY合金層2の剥離
原因となるNiやCo等の遷移金属の酸化物等が生成す
るおそれがある。熱処理はより有効にMCrAlY合金
層2内の酸化を抑制し得る、 0.1〜10-4Paの低圧雰囲気
中で行うことがより好ましい。
The heat treatment atmosphere for forming the first ceramic layers 4 and 8 is preferably a vacuum of 1 Pa or less. If the degree of vacuum at the time of heat treatment exceeds 1 Pa, oxygen in the atmosphere may cause oxidation in the MCrAlY alloy layer 2. As a result, there is a possibility that oxides of transition metals such as Ni and Co that may cause the peeling of the MCrAlY alloy layer 2 may be generated. The heat treatment is more preferably performed in a low pressure atmosphere of 0.1 to 10 −4 Pa, which can more effectively suppress the oxidation in the MCrAlY alloy layer 2.

【0041】また、熱処理温度は第1のセラミックス層
を構成する成分により選択され、主としてアルミナから
なる第1のセラミックス層4を形成する場合には、 107
3K以上とすることが好ましい。熱処理温度が 1073K未満
であると、アルミナ以外の酸化物の生成量が増大するお
それがある。この際、特に熱処理温度を 1373K以上とす
ることによって、前述したように第1のセラミックス層
4にAlとYとの複合酸化物を含有させることができ、
CoやNi等の遷移金属の酸化物等の生成をより一層効
果的に抑制することが可能となる。熱処理時間は特に限
定されるものではないが、 1〜 100時間程度とすること
が好ましい。なお、この熱処理は金属基材1の特性維持
のために行われる多段階熱処理(溶体化処理+時効処
理)の一工程として行ってもよい。
The heat treatment temperature is selected depending on the components forming the first ceramics layer, and when the first ceramics layer 4 mainly made of alumina is formed, 107
It is preferably 3K or more. If the heat treatment temperature is less than 1073K, the amount of oxides other than alumina may increase. At this time, in particular, by setting the heat treatment temperature to 1373 K or higher, the first ceramics layer 4 can contain the composite oxide of Al and Y, as described above,
It is possible to more effectively suppress the production of oxides of transition metals such as Co and Ni. The heat treatment time is not particularly limited, but it is preferably about 1 to 100 hours. Note that this heat treatment may be performed as one step of a multi-step heat treatment (solution treatment + aging treatment) performed for maintaining the characteristics of the metal substrate 1.

【0042】一方、主としてクロミアとアルミナとの混
合酸化物、クロミアとアルミナとの複合酸化物からなる
第1のセラミックス層8を形成する場合には、熱処理温
度は973〜 1073Kの範囲とすることが好ましい。熱処理
温度が973K未満であると、酸化物の生成量が不足し、一
方 1073Kを超えるとアルミナの生成量が増大してクロミ
ア量が減少する。この際の熱処理温度の制御等によっ
て、第1のセラミックス層8は主としてクロミアからな
る層とすることもできる。なお、この熱処理温度は上述
した金属基材1の特性維持のために行われる多段階熱処
理温度より低いため、第1のセラミックス層8形成のた
めの熱処理を行う前に、上記した多段階熱処理を実施す
る。熱処理時間は特に限定されるものではないが、 1〜
100時間程度とすることが好ましい。
On the other hand, when forming the first ceramics layer 8 mainly composed of a mixed oxide of chromia and alumina and a complex oxide of chromia and alumina, the heat treatment temperature should be in the range of 973 to 1073K. preferable. If the heat treatment temperature is less than 973K, the amount of oxides produced will be insufficient, while if it exceeds 1073K, the amount of alumina produced will increase and the amount of chromia will decrease. The first ceramics layer 8 may be a layer mainly made of chromia by controlling the heat treatment temperature at this time. Since this heat treatment temperature is lower than the multi-step heat treatment temperature performed for maintaining the characteristics of the metal base material 1 described above, the multi-step heat treatment described above is performed before the heat treatment for forming the first ceramics layer 8. carry out. Although the heat treatment time is not particularly limited,
It is preferably about 100 hours.

【0043】次に、第1のセラミックス層4を第2のセ
ラミックス層5の成膜と同時に形成する手法について述
べる。
Next, a method of forming the first ceramics layer 4 simultaneously with the formation of the second ceramics layer 5 will be described.

【0044】この手法においては、MCrAlY合金層
2上にPVD法、スパッタ法、CVD法等によって、前
述した低酸素雰囲気下で酸素を解離する第2のセラミッ
クス層5を低酸素雰囲気下で被覆形成する。この低酸素
雰囲気下での成膜と同時に、第2のセラミックス層5か
ら解離した酸素でMCrAlY合金層2表面に緻密な主
としてアルミナからなる第1のセラミックス層4が形成
される。この場合、酸素ポテンシャルは低いほど望まし
く、例えば真空度は 1Pa以下とすることが好ましい。さ
らに 0.1Pa以下にするとより緻密な第1のセラミックス
層4がMCrAlY合金層2との界面に形成されるので
より好ましい。
In this method, the second ceramic layer 5 for dissociating oxygen in the low oxygen atmosphere described above is formed on the MCrAlY alloy layer 2 by the PVD method, the sputtering method, the CVD method or the like in the low oxygen atmosphere. To do. Simultaneously with the film formation in the low oxygen atmosphere, oxygen dissociated from the second ceramic layer 5 forms the dense first ceramic layer 4 mainly made of alumina on the surface of the MCrAlY alloy layer 2. In this case, the lower the oxygen potential, the more desirable. For example, the degree of vacuum is preferably 1 Pa or less. Further, if it is 0.1 Pa or less, the denser first ceramics layer 4 is formed at the interface with the MCrAlY alloy layer 2, which is more preferable.

【0045】またPVD法等では、MCrAlY合金層
2上に第2のセラミックス層5を被覆しただけでは、主
としてアルミナからなる第1のセラミックス層4を形成
することはできないため、金属基材1を加熱しながら第
2のセラミックス層5を成膜する。加熱温度は973K以上
とすることが好ましい。加熱温度が973K未満であると一
様な酸化物層の形成が困難となるおそれがある。さら
に、加熱温度が 1123K以上であると、緻密でMCrAl
Y合金層2との密着性に優れた酸化物層を形成すること
ができるのでより好ましい。またさらに、 1173K以上に
加熱しながら被覆することが望ましく、これによりMC
rAlY合金層2直上に粒子径 0.2〜 0.5μm 程度の粗
大なアルミナのみからなる第1のセラミックス層4が形
成され、酸素の拡散を抑制することができるため、より
一層良好な酸化反応の抑制効果が期待できる。
Further, in the PVD method or the like, the first ceramics layer 4 mainly made of alumina cannot be formed only by coating the second ceramics layer 5 on the MCrAlY alloy layer 2, so that the metal base material 1 is formed. The second ceramics layer 5 is formed while heating. The heating temperature is preferably 973K or higher. If the heating temperature is less than 973K, it may be difficult to form a uniform oxide layer. Furthermore, if the heating temperature is 1123K or higher, it will be dense and MCrAl
It is more preferable because an oxide layer having excellent adhesion to the Y alloy layer 2 can be formed. Furthermore, it is desirable to coat while heating above 1173K.
Since the first ceramics layer 4 made of only coarse alumina having a particle diameter of about 0.2 to 0.5 μm is formed directly on the rAlY alloy layer 2, the diffusion of oxygen can be suppressed, so that a better effect of suppressing the oxidation reaction can be obtained. Can be expected.

【0046】上述した各実施形態においては、セラミッ
クス層3をMCrAlY合金層2上に形成する場合につ
いて説明したが、本発明によるセラミックス層3、すな
わちアルミナやクロミアを主体する緻密な第1のセラミ
ックス層4、8と酸素供給源である第2のセラミックス
層5とからなるセラミックス層3は、図5に示すよう
に、金属基材1上に直接形成することもできる。
In each of the above-described embodiments, the case where the ceramic layer 3 is formed on the MCrAlY alloy layer 2 has been described, but the ceramic layer 3 according to the present invention, that is, the dense first ceramic layer mainly containing alumina or chromia. The ceramics layer 3 including the fourth ceramics layer 4 and 8 and the second ceramics layer 5 which is an oxygen supply source can be directly formed on the metal substrate 1, as shown in FIG.

【0047】例えば、金属基材1としてCMSX−2、
CMSX−4等のような単結晶基材を用いる場合に、組
成が異なるMCrAlY合金層を被覆形成して高温雰囲
気で長時間使用すると、元素の拡散によって金属基材1
の表面近傍組織が再結晶して基材強度が低下するおそれ
がある。このような場合には、主としてアルミナやクロ
ミアからなる緻密な第1のセラミックス層4、8と酸素
供給源である第2のセラミックス層5とからなるセラミ
ックス層3を、金属基材1上に直接形成するようにして
もよい。
For example, as the metal substrate 1, CMSX-2,
When a single crystal base material such as CMSX-4 is used, if an MCrAlY alloy layer having a different composition is formed by coating and used for a long time in a high temperature atmosphere, the metal base material 1 is diffused due to element diffusion.
There is a possibility that the structure in the vicinity of the surface will recrystallize and the strength of the base material will decrease. In such a case, the ceramic layer 3 composed of the dense first ceramic layers 4 and 8 mainly composed of alumina or chromia and the second ceramic layer 5 serving as an oxygen supply source is directly provided on the metal substrate 1. It may be formed.

【0048】また、より厳しい高温環境下で使用する場
合には、図6に示すように、金属基材1上にさらにアル
ミパック法等でAl富化層7を形成し、このAl富化層
7上にセラミックス層3を形成することによって、主と
してアルミナからなる第1のセラミックス層4を生成す
るようにしてもよい。
When used in a more severe high temperature environment, an Al-enriched layer 7 is further formed on the metal substrate 1 by the aluminum pack method or the like as shown in FIG. By forming the ceramic layer 3 on the first ceramic layer 7, the first ceramic layer 4 mainly made of alumina may be generated.

【0049】図5に示したように、金属基材1上に直接
セラミックス層3を形成する場合には、金属基材1の構
成元素により第1のセラミックス層4、8が生成され
る。また、図6に示したように、金属基材1上に設けた
Al富化層7を介してセラミックス層3を形成する場合
には、Al富化層7により主としてアルミナからなる第
1のセラミックス層4が生成される。各層の具体的な条
件や作製条件等はMCrAlY合金層2上に形成する場
合と同様であるが、主としてアルミナやクロミアからな
る第1のセラミックス層4、8と金属基材1とが直接接
する場合には、特に各層の厚さ制御等によって熱応力の
緩和を十分に考慮する必要がある。
As shown in FIG. 5, when the ceramic layer 3 is formed directly on the metal base material 1, the first ceramic layers 4 and 8 are produced by the constituent elements of the metal base material 1. Further, as shown in FIG. 6, when the ceramics layer 3 is formed via the Al-enriched layer 7 provided on the metal substrate 1, the Al-enriched layer 7 is used to form the first ceramics mainly made of alumina. Layer 4 is produced. The specific conditions and manufacturing conditions of each layer are the same as the case of forming on the MCrAlY alloy layer 2, but when the first ceramic layers 4 and 8 mainly made of alumina or chromia and the metal base material 1 are in direct contact with each other. In particular, it is necessary to fully consider the relaxation of thermal stress by controlling the thickness of each layer.

【0050】次に、本発明の他の耐熱部材の実施形態に
ついて説明する。
Next, another embodiment of the heat-resistant member of the present invention will be described.

【0051】図7は本発明の他の耐熱部材の一実施形態
を示す断面図である。同図において11は金属基材であ
り、この金属基材11としては前述した各実施形態と同
様なNi、CoおよびFeから選ばれる少なくとも 1種
を主成分とする耐熱合金が用いられる。
FIG. 7 is a sectional view showing an embodiment of another heat-resistant member of the present invention. In the figure, 11 is a metal base material, and as the metal base material 11, a heat-resistant alloy containing at least one selected from Ni, Co, and Fe as the main component is used as in the above-described embodiments.

【0052】上記金属基材11の表面近傍部には、酸素
拡散層12が形成されている。そして、この酸素拡散層
12を介してMCrAlY合金層13が耐食・耐酸化金
属被覆として形成されており、これらによって耐熱部材
14が構成されている。なおMCrAlY合金層13の
詳細は前述した実施形態と同様である。
An oxygen diffusion layer 12 is formed near the surface of the metal base material 11. Then, the MCrAlY alloy layer 13 is formed as a corrosion-resistant / oxidation-resistant metal coating via the oxygen diffusion layer 12, and the heat-resistant member 14 is constituted by these. The details of the MCrAlY alloy layer 13 are the same as those in the above-described embodiment.

【0053】上述した酸素拡散層12は、例えば酸素イ
オン注入や酸素イオンエッチング等により形成すること
ができる。酸素拡散層12の厚さは特に規定されるもの
ではないが、 100nm〜10μm の範囲とすることが好まし
い。なぜなら、酸素拡散層12の厚さが10μm を超える
と、金属基材11が劣化するおそれが大きくなり、一方
100nm未満であると、以下に詳述する拡散バリヤー層
(15)の形成が不均一もしくは不十分となるおそれが
あるためである。さらに、酸素拡散層12中の酸素濃度
は特に限定されないが、酸素は金属基材11中に固溶酸
素として存在することが好ましい。
The oxygen diffusion layer 12 described above can be formed, for example, by oxygen ion implantation or oxygen ion etching. The thickness of the oxygen diffusion layer 12 is not particularly limited, but it is preferably in the range of 100 nm to 10 μm. The reason is that if the thickness of the oxygen diffusion layer 12 exceeds 10 μm, the metal base material 11 is more likely to deteriorate.
This is because if it is less than 100 nm, the formation of the diffusion barrier layer (15) described in detail below may be uneven or insufficient. Furthermore, although the oxygen concentration in the oxygen diffusion layer 12 is not particularly limited, it is preferable that oxygen exists as solid solution oxygen in the metal substrate 11.

【0054】ここで、ΝiCoCrAlY合金等に代表
されるΜCrAlY合金層2は、耐酸化性向上の点か
ら、一般に金属基材1と比較してAl、Crの添加量が
多い。従って、耐熱部材14に予備熱処理を施したり、
あるいは実使用時に熱を受けることによって、酸素拡散
層12中の酸素とΜCrAlY合金層13中のAl等と
が反応して、図8に示すように、金属基材11とMCr
AlY合金層13との界面にアルミナ、アルミナとN
i、Cr等の酸化物との複合酸化物等からなる酸化物層
15が生成する。これらの酸化物はその物質中の金属元
素の拡散係数が小さく、拡散バリヤー層として有効に利
用するものである。
The ΜCrAlY alloy layer 2 typified by the ΝiCoCrAlY alloy or the like generally has a larger amount of Al and Cr added than the metal base material 1 from the viewpoint of improving the oxidation resistance. Therefore, the heat-resistant member 14 may be preheated,
Alternatively, when heat is applied during actual use, oxygen in the oxygen diffusion layer 12 reacts with Al or the like in the ΜCrAlY alloy layer 13 and, as shown in FIG.
At the interface with the AlY alloy layer 13, alumina, alumina and N
The oxide layer 15 is formed of a composite oxide or the like with an oxide such as i or Cr. These oxides have a small diffusion coefficient of the metal element in the substance and are effectively used as a diffusion barrier layer.

【0055】従って、酸化物層15からなる拡散バリヤ
ー層が形成された耐熱部材は、長時間高温環境下に晒さ
れるような条件下で使用したとしても、金属基材11と
ΜCrAlY合金層13との間の元素移動を抑制するこ
とができる。その結果として、金属基材11の高温強度
の低下等が防止でき、耐熱部材14を長期間安定に使用
することが可能となる。
Therefore, even if the heat-resistant member having the diffusion barrier layer formed of the oxide layer 15 is used under the condition of being exposed to a high temperature environment for a long time, the metal base material 11 and the ΜCrAlY alloy layer 13 are It is possible to suppress element transfer between the two. As a result, the high temperature strength of the metal base material 11 can be prevented from lowering, and the heat resistant member 14 can be used stably for a long period of time.

【0056】ここで、拡散バリヤー層としての酸化物層
15の従来のCVD法等による拡散バリヤー層との大き
な違いは、酸化物層15は金属基材11とΜCrAlY
合金層13との界面反応によって生成した物質であるた
め、金属基材11およびΜCrAlY合金層13に対す
る密着性が良好な点であり、これによって酸化物層15
を拡散バリヤー層として介在させたことによる界面剥離
を大幅に抑制することができる。このことは耐熱部材1
4の長寿命化に大きく貢献する。
Here, a major difference between the oxide layer 15 as the diffusion barrier layer and the diffusion barrier layer formed by the conventional CVD method is that the oxide layer 15 is different from the metal base material 11 and ΜCrAlY.
Since it is a substance generated by the interfacial reaction with the alloy layer 13, the adhesiveness to the metal base material 11 and the ΜCrAlY alloy layer 13 is good, which results in the oxide layer 15
The interfacial peeling due to the inclusion of as a diffusion barrier layer can be significantly suppressed. This is heat resistant member 1
4 greatly contributes to longer life.

【0057】また、図9に示す耐熱部材においては、金
属基材11表面に予め表面酸化層16が形成されてお
り、この表面酸化層16を介して金属基材11上にΜC
rΑlY合金層13が形成されている。これらにより耐
熱部材17が構成されている。上記した表面酸化層16
は、金属基材11を大気中または減圧雰囲気中で予備酸
化して形成したものであって、Νi、Co、Cr、Al
等の酸化物またはこれらの複合酸化物より構成されるも
のであり、金属基材11に対して優れた密着性を示すも
のである。表面酸化層16は、図8の酸化物層15と同
様に、拡散バリヤー層として機能する。
In the heat-resistant member shown in FIG. 9, the surface oxide layer 16 is formed on the surface of the metal base material 11 in advance.
The rAlY alloy layer 13 is formed. The heat-resistant member 17 is composed of these. Surface oxide layer 16 described above
Is formed by pre-oxidizing the metal base material 11 in the air or in a reduced pressure atmosphere, and is made of Ni, Co, Cr, Al.
It is composed of an oxide such as the above or a composite oxide thereof, and exhibits excellent adhesion to the metal substrate 11. The surface oxide layer 16 functions as a diffusion barrier layer similarly to the oxide layer 15 of FIG.

【0058】表面酸化層16を拡散バリヤー層として利
用する場合、例えば図10に示すように、金属基材11
の表面にまずアルミパック法等のAl拡散処理を施して
Al富化層18を形成し、このAl富化層18の表面に
予め表面酸化層19を形成し、この表面酸化層19を介
してΜCrΑlY合金層13を形成するようにしてもよ
い。表面酸化層19は、Al富化層18が形成された金
属基材11を大気中または減圧雰囲気中で予備酸化処理
することにより形成されたものであり、主にAlの酸化
物と、Νi、Co、Cr等の酸化物とAl酸化物との複
合酸化物とから構成されるものである。
When the surface oxide layer 16 is used as a diffusion barrier layer, for example, as shown in FIG.
First, Al diffusion treatment such as aluminum pack method is applied to the surface of Al to form an Al-enriched layer 18, a surface-oxidized layer 19 is formed in advance on the surface of the Al-enriched layer 18, The CrCrAlY alloy layer 13 may be formed. The surface oxide layer 19 is formed by pre-oxidizing the metal base material 11 on which the Al-enriched layer 18 is formed in the air or in a reduced pressure atmosphere. It is composed of a complex oxide of an oxide such as Co or Cr and an Al oxide.

【0059】このような耐熱部材17は、図7および図
8に示した耐熱部材14と同様に、表面酸化層16、1
9が拡散バリヤー層として有効に機能するため、長時間
高温環境下に晒されるような条件下で使用したとして
も、金属基材11とΜCrAlY合金層13との間の元
素移動を抑制することができる。その結果として、金属
基材11の高温強度の低下等が防止でき、耐熱部材17
を長期間安定に使用することが可能となる。
Like the heat-resistant member 14 shown in FIGS. 7 and 8, the heat-resistant member 17 as described above has surface oxide layers 16 and 1.
Since 9 effectively functions as a diffusion barrier layer, it is possible to suppress element transfer between the metal base material 11 and the ΜCrAlY alloy layer 13 even when used under the condition of being exposed to a high temperature environment for a long time. it can. As a result, deterioration of the high temperature strength of the metal base material 11 can be prevented, and the heat resistant member 17
Can be used stably for a long period of time.

【0060】なお、上述した各実施形態の耐熱部材1
4、17は、前述した実施形態によるセラミックス層3
と組合せてもよく、またこれとは別にMCrAlY合金
層13上に、窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ジル
コニア、窒化チタン、窒化アルミニウム、SiAlON
等のセラミックス材料からなる遮熱層を設けて使用して
もよい。
The heat-resistant member 1 of each of the above-mentioned embodiments.
4 and 17 are the ceramic layers 3 according to the above-described embodiment.
In addition to this, on the MCrAlY alloy layer 13, separately, silicon nitride, silicon carbide, alumina, zirconia, titanium nitride, aluminum nitride, SiAlON.
You may use, providing the heat shield layer which consists of ceramic materials, such as.

【0061】[0061]

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について述べ
る。
Next, specific examples of the present invention will be described.

【0062】実施例1 Ni基超合金IN738LC上に、低真空溶射法で厚さ
150μm のNiCoCrAlY合金層を形成した後、0.
01Paの真空中でEB−PVD法(基板加熱温度:1173K)
によりY安定化ジルコニア層を各種厚さで被覆形成し
た。Y安定化ジルコニア層の平均厚さは、それぞれ約30
μm(試料A)、約40μm(試料B)、約100μm(試料
C)、約 150μm(試料D)、約 200μm(試料E)とし
た。これらのうち、試料A、Bは本発明の実施例であ
り、試料C〜Eは比較例に相当する。
Example 1 On a Ni-base superalloy IN738LC, a thickness was prepared by a low vacuum spraying method.
After forming a NiCoCrAlY alloy layer of 150 μm,
EB-PVD method in 01Pa vacuum (substrate heating temperature: 1173K)
To form a Y-stabilized zirconia layer with various thicknesses. The average thickness of the Y-stabilized zirconia layers is about 30 each.
μm (Sample A), about 40 μm (Sample B), about 100 μm (Sample C), about 150 μm (Sample D), and about 200 μm (Sample E). Of these, samples A and B are examples of the present invention, and samples C to E correspond to comparative examples.

【0063】この際、上記した各試料の断面をSEΜ−
EDXで観察したところ、NiCoCrAlY層とジル
コニア層との界面に、試料A、Bでは平均厚さ約 1μm
のアルミナを主体とした酸化物層が形成されており、試
料C、D、Eでは平均厚さ約4.0〜 5.5μm のアルミナ
を主体とした酸化物層が形成されていた。
At this time, the cross section of each of the above-mentioned samples was
When observed by EDX, the average thickness of the samples A and B was about 1 μm at the interface between the NiCoCrAlY layer and the zirconia layer.
The oxide layer mainly composed of alumina was formed. In Samples C, D and E, the oxide layer mainly composed of alumina having an average thickness of about 4.0 to 5.5 μm was formed.

【0064】上述した各試料に対して 1373K× 8時間+
373K× 1時間を 1サイクルとした繰返し熱処理を1000サ
イクル行った後、セラミックス層の状態を観察した。そ
の結果、試料E、D、Cはそれぞれ 100サイクル、 300
サイクル、 500サイクルでセラミックス層に一部割れが
生じた。また、1000サイクルの繰返し熱処理試験後に
は、いずれもセラミックス層の剥離が著しく、NiCo
CrAlY層の酸化が表面から10μm 以上内部まで進行
して、アルミナ以外にも酸化ニッケル、酸化コバルトや
その他複合酸化物の生成が確認された。
For each of the above samples, 1373K x 8 hours +
After repeating the heat treatment for 1000 cycles with 373 K × 1 hour as one cycle, the state of the ceramic layer was observed. As a result, Samples E, D, and C have 100 cycles and 300 cycles, respectively.
Some cracks were found in the ceramic layer after 500 cycles. Moreover, after 1000 cycles of repeated heat treatment tests, the peeling of the ceramic layer was remarkable, and
It was confirmed that the oxidation of the CrAlY layer progressed from the surface to the inside by 10 μm or more, and nickel oxide, cobalt oxide and other complex oxides were formed in addition to alumina.

【0065】これに対して、実施例にあたる試料A、B
では外観上の変化は全く見られず、セラミックス層の損
傷は起っていなかった。また、断面組織を観察しても、
酸化物層は主としてアルミナで構成されており、試料
C、D、Eの剥離部等で見られた遷移金属酸化物やその
複合酸化物の存在は見られなかった。
On the other hand, samples A and B corresponding to the examples
No change in appearance was observed, and the ceramic layer was not damaged. Also, observing the cross-sectional structure,
The oxide layer was mainly composed of alumina, and the presence of the transition metal oxide or its composite oxide, which was observed in the exfoliated portions of Samples C, D, and E, was not seen.

【0066】実施例2 Ni基超合金IN738LC上に、低真空溶射法で厚さ
150μm のCoCrAlY合金層を形成し、さらにアル
ミパック処理を施して平均厚さ20μm のAl富化層を形
成した後、大気溶射法で平均厚さ30μm の 8重量% Y2
3 −ZrO2 溶射層を形成した。この後、 5×10-3Pa
の真空炉中で 1503Kで 2時間、引き続いて 1143Kで16時
間の予備熱処理を施し、Al富化層と 8重量% Y2 3
−ZrO2 溶射層との界面に平均厚さ約 2μm のアルミ
ナを主体とする酸化物層を形成して試料Aとした。
Example 2 On a Ni-base superalloy IN738LC, the thickness was reduced by a low vacuum spraying method.
After forming a CoCrAlY alloy layer with a thickness of 150 μm and further performing an aluminum pack treatment to form an Al-enriched layer with an average thickness of 20 μm, 8 wt% Y 2 with an average thickness of 30 μm was formed by atmospheric spraying.
O 3 was formed -ZrO 2 sprayed layer. After this, 5 × 10 -3 Pa
For 2 hours at 1503K in a vacuum oven, subjected to a preliminary heat treatment of 16 hours at 1143K Subsequently, Al-enriched layer and 8 wt% Y 2 O 3
Sample A was prepared by forming an oxide layer mainly composed of alumina and having an average thickness of about 2 μm at the interface with the —ZrO 2 sprayed layer.

【0067】一方、 5×10-3Paの真空炉中で 1503Kで 2
時間、引き続いて 1143Kで16時間の熱処理を施したNi
基超合金IN738LC上に、低真空溶射法で厚さ 150
μmのCoCrAlY合金層を形成し、さらにアルミパ
ック処理を施して平均厚さ20μm のAl富化層を形成し
た後、大気溶射法で平均厚さ30μm の 8重量% Y2 3
−ZrO2 溶射層を形成して試料Bとした。この試料B
では、Al富化層とZrO2 溶射層との界面に試料Aの
ような酸化物層は形成されておらず、本発明との比較例
に相当する。
On the other hand, 2 at 1503K in a vacuum furnace of 5 × 10 −3 Pa
Heat treated Ni at 1143K for 16 hours
The thickness of the base superalloy IN738LC is 150 by low vacuum spraying.
After forming a CoCrAlY alloy layer having a thickness of μm and further performing an aluminum pack treatment to form an Al-enriched layer having an average thickness of 20 μm, 8 wt% Y 2 O 3 having an average thickness of 30 μm was formed by atmospheric spraying.
It was used as a sample B to form -ZrO 2 sprayed layer. This sample B
In, the oxide layer like Sample A was not formed at the interface between the Al-enriched layer and the ZrO 2 sprayed layer, which corresponds to a comparative example with the present invention.

【0068】上述した各試料に対して 1273K× 0.5時間
+373K× 0.5時間を 1サイクルとした繰返し熱処理試験
を行って、各被膜の耐久性を調べた。その結果、試料B
では2000サイクルで端部のZrO2 溶射層が剥離し、被
膜全体に亀裂が発生した。さらに断面の組織観察を行っ
たところ、ZrO2 溶射層ジルコニアとの界面に生成す
る酸化物層は厚さ10μm 以上に達し、剥離はAl富化層
表面のアルミナ層内部でも起っていた。また、大部分の
未剥離部分でも、NiやCo等の遷移金属の酸化物やそ
の複合酸化物が認められ、一部酸化物とCoCrAlY
合金層との界面で剥離が進行している部分もあった。
Each sample described above was subjected to a repeated heat treatment test with 1273K × 0.5 hours + 373K × 0.5 hours as one cycle to examine the durability of each coating. As a result, sample B
In 2000 cycles, the ZrO 2 sprayed layer at the end portion peeled off and cracks were generated in the entire coating. Further observation of the structure of the cross section revealed that the oxide layer formed at the interface with the ZrO 2 sprayed layer zirconia had a thickness of 10 μm or more, and the exfoliation also occurred inside the alumina layer on the surface of the Al-enriched layer. Further, oxides of transition metals such as Ni and Co and complex oxides thereof are also observed in most of the unpeeled portions, and some oxides and CoCrAlY
There was also a part where peeling was progressing at the interface with the alloy layer.

【0069】一方、実施例にあたる試料Aでは、2000サ
イクル以上の繰返し熱処理試験後においても外観上の変
化はなく、セラミックス層の剥離も認められなかった。
また詳細に内部を調べても、アルミナを主体とした酸化
物層の厚さは 3μm で、剥離している部分や、NiやC
o等の遷移金属や遷移金属酸化物は認められず、CoC
rAlY合金層の耐酸化被覆機能は維持されていた。
On the other hand, in the sample A corresponding to the example, there was no change in appearance even after the repeated heat treatment test of 2000 cycles or more, and no peeling of the ceramic layer was observed.
Also, when the inside was examined in detail, the thickness of the oxide layer composed mainly of alumina was 3 μm, and there were peeled parts, Ni and C.
No transition metals such as o or transition metal oxides were observed, and CoC
The oxidation resistant coating function of the rAlY alloy layer was maintained.

【0070】実施例3 Ni基超耐熱合金CΜ−247からなる丸棒(直径10mm
×20mm)の表面に、減圧プラズマ溶射法により厚さ約 1
50μm のNiCoCrAlY合金層を形成した後、大気
プラズマ溶射法により平均厚さ50μm の 8重量% Y2
3 安定化ZrO2 層を形成した。この後、 5×10-3Paの
真空炉中で 1503Kで 2時間、引き続いて1143Kで16時間
の予備熱処理を施して試料Aとした。熱処理後のNiC
oCrAlY合金層と 8重量% Y2 3 安定化ZrO2
層との界面には、平均厚さ約1.3μm のアルミナおよび
AlとYとの複合酸化物からなる層が生成していた。一
方、本発明との比較例として、予め 1503Kで 2時間、引
き続いて 1143Kで16時間の熱処理を施したNi基超耐熱
合金CΜ−247からなる丸棒の表面に、減圧プラズマ
溶射法により厚さ約 150μm のNiCoCrAlY合金
層を形成した後、大気プラズマ溶射法により平均厚さ50
μm の 8重量% Y2 3 安定化ZrO2 層を形成して試
料Bとした。
Example 3 A round bar (diameter: 10 mm) made of Ni-base super heat-resistant alloy CΜ-247
X 20mm) surface, thickness of about 1 by low pressure plasma spraying method
After forming a NiCoCrAlY alloy layer of 50 μm, an atmospheric plasma spraying method was used to deposit 8 wt% Y 2 O with an average thickness of 50 μm.
A 3 stabilized ZrO 2 layer was formed. After that, a preheat treatment was performed at 1503 K for 2 hours and subsequently at 1143 K for 16 hours in a vacuum furnace of 5 × 10 −3 Pa to obtain a sample A. NiC after heat treatment
oCrAlY alloy layer and 8 wt% Y 2 O 3 stabilized ZrO 2
At the interface with the layer, a layer composed of alumina and a composite oxide of Al and Y having an average thickness of about 1.3 μm was formed. On the other hand, as a comparative example with the present invention, the thickness of a round bar made of Ni-base super heat-resistant alloy CΜ-247, which was previously heat-treated at 1503K for 2 hours and subsequently at 1143K for 16 hours, was formed by a reduced pressure plasma spraying method. After forming a NiCoCrAlY alloy layer of about 150 μm, an average thickness of 50 is obtained by atmospheric plasma spraying.
Sample B was prepared by forming an 8 wt% Y 2 O 3 -stabilized ZrO 2 layer of μm.

【0071】上記した各試料に、ガスタービン運転時に
部材が晒される雰囲気を模擬した1123Kでの大気中で250
MPaの応力を加え、12時間サイクルで室温との繰返し熱
処理試験を行った。その結果、試料Aでは 100回を超え
ても剥離は起こらなかった。試験後、試料の断面を観察
したところ、NiCoCrAlY合金層と 8重量%Y2
3 安定化ZrO2 層との界面には厚さ約 1.5μm の主
にアルミナからなる層が存在しており、NiやCoを含
有する酸化物層は検出されなかった。
Each of the above samples was subjected to 250 m in the atmosphere at 1123 K, which simulated the atmosphere to which the members were exposed during gas turbine operation.
A stress of MPa was applied and a repeated heat treatment test was performed at room temperature for 12 hours. As a result, in Sample A, peeling did not occur even after 100 times. After the test, the cross section of the sample was observed, and it was confirmed that the NiCoCrAlY alloy layer and the 8 wt% Y 2
At the interface with the O 3 -stabilized ZrO 2 layer, a layer having a thickness of about 1.5 μm and mainly made of alumina was present, and an oxide layer containing Ni or Co was not detected.

【0072】これに対して、被膜形成後に予備熱処理を
施していない試料Bでは60回を超えたところから、部分
的にNiCoCrAlY合金層表面の酸化物層と 8重量
% Y2 3 安定化ZrO2 層とが一体となって剥がれ落
ち出した。この試料を 100サイクルまで試験し続け、剥
離していない部分の断面を観察したところ、厚さ約 5μ
m の酸化物層が生成しており、この酸化物層内にはN
i、Co、Alの複合酸化物が層状に生成していること
が観察された。
On the other hand, in the case of the sample B which was not subjected to the preliminary heat treatment after forming the film, the number of times was more than 60 times.
% Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer was peeled off as one body. This sample was continuously tested up to 100 cycles, and the cross section of the part without peeling was observed.
An oxide layer of m has formed, and N is contained in this oxide layer.
It was observed that a complex oxide of i, Co, and Al was formed in layers.

【0073】実施例4 Ni基超耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面に、
減圧プラズマ溶射法により厚さ約 140μm のNiCoC
rAlY合金層を形成した後、大気プラズマ溶射法によ
り平均厚さ20μm の 8重量% Y2 3 安定化ZrO2
を形成した。この後、 8×10-3Paの真空炉中で 1588Kで
3時間、引き続いて 1323Kで16時間、1123Kで48時間の
予備熱処理を施して試料Aとした。熱処理後のNiCo
CrAlY合金層と 8重量% Y2 3 安定化ZrO2
との界面には、厚さ約 3μmのアルミナおよびAlとY
との複合酸化物からなる層が生成していた。
Example 4 On the surface of a round bar made of Ni-base super heat resistant alloy CMSX-2,
About 140 μm thick NiCoC by low pressure plasma spraying
After forming the rAlY alloy layer, an 8 wt% Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer having an average thickness of 20 μm was formed by an atmospheric plasma spraying method. After this, in a vacuum furnace of 8 × 10 -3 Pa at 1588K
Sample A was preheated at 1323K for 16 hours and 1123K for 48 hours for 3 hours. NiCo after heat treatment
At the interface between the CrAlY alloy layer and the 8 wt% Y 2 O 3 -stabilized ZrO 2 layer, about 3 μm thick alumina and Al and Y
A layer composed of a composite oxide of was formed.

【0074】一方、本発明との比較例として、予め 158
8Kで 3時間、引き続いて 1323Kで16時間、 1123Kで48時
間の熱処理を施したNi基超耐熱合金CMSX−2から
なる丸棒の表面に、減圧プラズマ溶射法により厚さ約 1
40μm のNiCoCrAlY合金層を形成した後、大気
プラズマ溶射法により平均厚さ20μm の 8重量% Y2
3 安定化ZrO2 層を形成して試料Bとした。
On the other hand, as a comparative example with the present invention,
The surface of a round bar made of Ni-based super heat-resistant alloy CMSX-2, which was heat-treated at 8K for 3 hours, then at 1323K for 16 hours, and at 1123K for 48 hours, had a thickness of about 1
After forming a NiCoCrAlY alloy layer of 40 μm, an average thickness of 20 μm of 8 wt% Y 2 O was formed by an atmospheric plasma spraying method.
A 3- stabilized ZrO 2 layer was formed to obtain Sample B.

【0075】上記した各試料に、ガスタービン運転時に
部材が晒される雰囲気を模擬した1123Kでの大気中で250
MPaの応力を加え、12時間サイクルで室温との繰返し熱
処理試験を行った。その結果、試料Aでは 100サイクル
を超えても剥離は起こらなかった。試験後、試料の断面
を観察したところ、NiCoCrAlY合金層と8重量%
2 3 安定化ZrO2 層との界面には厚さ約 4μm
の主にアルミナからなる酸化物層が存在しており、Ni
やCoを含有する酸化物層は検出されなかった。
Each of the above samples was subjected to 250 m in the atmosphere at 1123K which simulated the atmosphere to which the members were exposed during gas turbine operation.
A stress of MPa was applied and a repeated heat treatment test was performed at room temperature for 12 hours. As a result, in Sample A, peeling did not occur even after 100 cycles. After the test, the cross section of the sample was observed and found to contain 8% by weight of the NiCoCrAlY alloy layer.
At the interface with the Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer, the thickness is about 4 μm.
Has an oxide layer mainly composed of alumina.
No oxide layer containing Co or Co was detected.

【0076】これに対して、被膜形成後に予備熱処理を
施していない試料Bでは、50回を超えたところから部分
的にNiCoCrAlY合金層表面の酸化物層と 8重量
% Y2 3 安定化ZrO2 層とが一体となって剥がれ落
ち出した。この試料を 100サイクルまで試験し続け、剥
離していない部分の断面を観察したところ、厚さ約7μm
の酸化物層が生成しており、この酸化物層内にはN
i、Co、Alの複合酸化物が層状に生成していること
が観察された。
On the other hand, in the sample B which was not subjected to the preliminary heat treatment after the film formation, the oxide layer on the surface of the NiCoCrAlY alloy layer and the oxide layer on the surface of the NiCoCrAlY alloy layer partly exceeded the weight of 50 times.
% Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer was peeled off as one body. This sample was continuously tested up to 100 cycles, and the cross section of the part that did not peel off was observed.
Oxide layer has been formed, and N is contained in this oxide layer.
It was observed that a complex oxide of i, Co, and Al was formed in layers.

【0077】実施例5 Ni基超耐熱合金IN−738からなる丸棒の表面に、
減圧プラズマ溶射法により厚さ約 150μm のNiCoC
rAlY合金層を形成した後、大気プラズマ溶射法によ
り平均厚さ10μm の 8重量% Y2 3 安定化ZrO2
を形成した。この後、 2×10-2Paの真空炉中で 1393Kで
2時間、引き続いて 1123Kで24時間の予備熱処理を施し
て試料Aとした。熱処理後のNiCoCrAlY合金層
と 8重量% Y2 3 安定化ZrO2 層との界面には、平
均厚さ約 1μm の酸化物層が生成しており、この酸化物
層は主としてアルミナからなると共に、一部AlとYと
の複合酸化物の生成も認められた。
Example 5 On the surface of a round bar made of Ni-base super heat-resistant alloy IN-738,
NiCoC of about 150 μm thickness by low pressure plasma spraying
After forming the rAlY alloy layer, an 8 wt% Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer having an average thickness of 10 μm was formed by atmospheric plasma spraying. After this, at 1393K in a 2 × 10 -2 Pa vacuum furnace.
Sample A was preheated for 2 hours and then at 1123K for 24 hours. At the interface between the NiCoCrAlY alloy layer after heat treatment and the 8 wt% Y 2 O 3 -stabilized ZrO 2 layer, an oxide layer with an average thickness of about 1 μm is formed, and this oxide layer mainly consists of alumina. However, formation of a composite oxide of Al and Y was also partially observed.

【0078】一方本発明との比較例として、予め 1393K
で 2時間、引き続いて 1123Kで24時間の予備熱処理を施
したNi基超耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面
に、減圧プラズマ溶射法により厚さ約 150μm のNiC
oCrAlY合金層を形成した後、大気プラズマ溶射法
により平均厚さ10μm の 8重量% Y2 3 安定化ZrO
2 層を形成して試料Bとした。
On the other hand, as a comparative example with the present invention, 1393K was previously prepared.
The surface of a round bar made of Ni-based super heat-resistant alloy CMSX-2, which had been preheated for 2 hours at 1123K for 24 hours, was applied to the surface of NiC with a thickness of about 150 μm by low pressure plasma spraying.
After forming the oCrAlY alloy layer, 8 wt% Y 2 O 3 stabilized ZrO with an average thickness of 10 μm was formed by atmospheric plasma spraying.
Two layers were formed to obtain Sample B.

【0079】上記した各試料に、ガスタービン運転時に
部材が晒される雰囲気を模擬した1123Kでの大気中で250
MPaの応力を加え、12時間サイクルで室温との繰返し熱
処理試験を行った。その結果、試料Aでは 100サイクル
を超えても剥離は起こらなかった。試験後、試料の断面
を観察したところ、NiCoCrAlY合金層と8重量%
2 3 安定化ZrO2 層との界面には厚さ約 2μm
の主にアルミナからなる酸化物層が存在しており、Ni
やCoを含有する酸化物層は検出されなかった。
Each sample described above was simulated in an atmosphere at 1123 K in which the members were exposed during gas turbine operation.
A stress of MPa was applied and a repeated heat treatment test was performed at room temperature for 12 hours. As a result, in Sample A, peeling did not occur even after 100 cycles. After the test, the cross section of the sample was observed and found to contain 8% by weight of the NiCoCrAlY alloy layer.
At the interface with the Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer, the thickness is about 2 μm.
Has an oxide layer mainly composed of alumina.
No oxide layer containing Co or Co was detected.

【0080】これに対して、被膜形成後に予備熱処理を
施していない試料Bでは、40回を超えたところから部分
的にNiCoCrAlY合金層表面の酸化物層と 8重量
% Y2 3 安定化ZrO2 層とが一体となって剥がれ落
ち出した。この試料を 100サイクルまで試験し続け、剥
離していない部分の断面を観察したところ、厚さ約4.5
μm の酸化物層が生成しており、この酸化物層内にはN
i、Co、Alの複合酸化物が層状に生成していること
が観察された。
On the other hand, in the sample B which was not subjected to the preliminary heat treatment after the film formation, the oxide layer on the surface of the NiCoCrAlY alloy layer and the weight of 8 wt
% Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer was peeled off as one body. This sample was continuously tested up to 100 cycles, and the cross section of the part that did not peel off was observed.
A μm oxide layer has been formed, and N is contained in this oxide layer.
It was observed that a complex oxide of i, Co, and Al was formed in layers.

【0081】実施例6 Ni基超耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面に、
減圧プラズマ溶射法により厚さ約 140μm のNiCoC
rAlY合金層を形成した後、大気プラズマ溶射法によ
り平均厚さ20μm の 8重量% Y2 3 安定化ZrO2
を形成した。この後、 8×10-3Paの真空炉中で 1588Kで
3時間、引き続いて 1323Kで16時間、1123Kで48時間の
予備熱処理を施して試料Aとした。熱処理後のNiCo
CrAlY合金層と 8重量% Y2 3 安定化ZrO2
との界面には、厚さ約 3μmアルミナおよびAlとYと
の複合酸化物からなる層が生成していた。
Example 6 On the surface of a round bar made of Ni-base super heat resistant alloy CMSX-2,
About 140 μm thick NiCoC by low pressure plasma spraying
After forming the rAlY alloy layer, an 8 wt% Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer having an average thickness of 20 μm was formed by an atmospheric plasma spraying method. After this, in a vacuum furnace of 8 × 10 -3 Pa at 1588K
Sample A was preheated at 1323K for 16 hours and 1123K for 48 hours for 3 hours. NiCo after heat treatment
At the interface between the CrAlY alloy layer and the 8 wt% Y 2 O 3 -stabilized ZrO 2 layer, a layer having a thickness of about 3 μm alumina and a composite oxide of Al and Y was formed.

【0082】一方、本発明との比較例として、Ni基超
耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面に、減圧プラ
ズマ溶射法により厚さ約 140μm のNiCoCrAlY
合金層を形成し、これに 1588Kで 3時間、引き続いて 1
323Kで16時間、 1123Kで48時間の熱処理を施した後、大
気プラズマ溶射法により平均厚さ20μm の 8重量% Y2
3 安定化ZrO2 層を形成して試料Bとした。
On the other hand, as a comparative example with the present invention, a NiCoCrAlY layer having a thickness of about 140 μm was formed on the surface of a round bar made of Ni-base super heat-resistant alloy CMSX-2 by a low pressure plasma spraying method.
Form an alloy layer, which is 1588K for 3 hours, followed by 1
After heat treatment at 323K for 16 hours and 1123K for 48 hours, 8 wt% Y 2 with an average thickness of 20μm was formed by atmospheric plasma spraying.
An O 3 -stabilized ZrO 2 layer was formed to obtain Sample B.

【0083】上記した各試料に、ガスタービン運転時に
部材が晒される雰囲気を模擬した1123Kでの大気中で250
MPaの応力を加え、12時間サイクルで室温との繰返し熱
処理試験を行った。その結果、試料Aでは 100サイクル
を超えても剥離は起こらなかった。試験後、試料の断面
を観察したところ、NiCoCrAlY合金層と 8重量
% Y2 3 安定化ZrO2 層との界面には、厚さ約 3.5
μm のアルミナを主体とする酸化物層が存在しており、
NiやCoを含有する酸化物層は検出されなかった。
Each of the above-mentioned samples was subjected to 250 m in the atmosphere at 1123K which simulated the atmosphere to which the members were exposed during gas turbine operation.
A stress of MPa was applied and a repeated heat treatment test was performed at room temperature for 12 hours. As a result, in Sample A, peeling did not occur even after 100 cycles. After the test, observing the cross section of the sample, it was found that the NiCoCrAlY alloy layer and
At the interface with the% Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer, a thickness of about 3.5
There is an oxide layer consisting mainly of μm alumina,
No oxide layer containing Ni or Co was detected.

【0084】一方、被膜形成後に予備熱処理を施してい
ない試料Bでは、50回を超えたところから部分的にNi
CoCrAlY合金層表面の酸化物層と 8重量% Y2
3 安定化ZrO2 層とが一体となって剥がれ落ち出し
た。この試料を 100サイクルまで試験し続け、剥離して
いない部分の断面を観察したところ、厚さ約 7μm の酸
化物層が生成しており、この酸化物層内にはNi、C
o、Alの複合酸化物が層状に生成していることが観察
された。
On the other hand, in the sample B which was not subjected to the preliminary heat treatment after the film formation, the Ni content was partially exceeded from the point of exceeding 50 times.
Oxide layer on the surface of CoCrAlY alloy layer and 8 wt% Y 2 O
3 The stabilized ZrO 2 layer was peeled off as a unit. This sample was continuously tested up to 100 cycles, and the cross section of the non-exfoliated part was observed. As a result, an oxide layer with a thickness of about 7 μm was formed.
It was observed that composite oxides of o and Al were formed in layers.

【0085】実施例7 Ni基超耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面に、
減圧プラズマ溶射法により厚さ約 100μm のNiCoC
rAlY合金層を形成した後、大気プラズマ溶射法によ
り平均厚さ30μm の 8重量% Y2 3 安定化ZrO2
を形成し、さらに平均厚さ20μm の窒化ケイ素層を形成
した。この後、 8×10-3Paの真空炉中で1588Kで 3時
間、引き続いて 1323Kで16時間、 1123Kで48時間の予備
熱処理を施して試料Aとした。熱処理後のNiCoCr
AlY合金層と 8重量% Y2 3 安定化ZrO2 層との
界面には厚さ約 2.7μm のアルミナを主体とする層が生
成していた。
Example 7 On the surface of a round bar made of Ni-base super heat resistant alloy CMSX-2,
NiCoC of about 100 μm thickness by low pressure plasma spraying
After forming the rAlY alloy layer, an 8 wt% Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer having an average thickness of 30 μm was formed by an atmospheric plasma spraying method, and a silicon nitride layer having an average thickness of 20 μm was further formed. Then, a pre-heat treatment was performed in a vacuum furnace of 8 × 10 −3 Pa at 1588K for 3 hours, subsequently at 1323K for 16 hours, and at 1123K for 48 hours to obtain Sample A. NiCoCr after heat treatment
At the interface between the AlY alloy layer and the 8 wt% Y 2 O 3 -stabilized ZrO 2 layer, a layer mainly composed of alumina having a thickness of about 2.7 μm was formed.

【0086】一方、本発明との比較例として、Ni基超
耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面に、減圧プラ
ズマ溶射法により厚さ約 100μm のNiCoCrAlY
合金層を形成し、これに 1588Kで 3時間、引き続いて 1
323Kで16時間、 1123Kで48時間の熱処理を施した後、大
気プラズマ溶射法により平均厚さ20μm の 8重量% Y2
3 安定化ZrO2 層、平均厚さ20μm の窒化ケイ素層
を順に形成して試料Bとした。
On the other hand, as a comparative example with the present invention, a NiCoCrAlY film having a thickness of about 100 μm was formed on the surface of a round bar made of Ni-base super heat-resistant alloy CMSX-2 by a low pressure plasma spraying method.
Form an alloy layer, which is 1588K for 3 hours, followed by 1
After heat treatment at 323K for 16 hours and 1123K for 48 hours, 8 wt% Y 2 with an average thickness of 20μm was formed by atmospheric plasma spraying.
Sample B was prepared by sequentially forming an O 3 stabilized ZrO 2 layer and a silicon nitride layer having an average thickness of 20 μm.

【0087】上記した各試料に、ガスタービン運転時に
部材が晒される雰囲気を模擬した1123Kでの大気中で250
MPaの応力を加え、12時間サイクルで室温との繰返し熱
処理試験を行った。その結果、試料Aでは 100サイクル
を超えても剥離は起こらなかった。試験後、試料の断面
を観察したところ、NiCoCrAlY合金層と 8重量
% Y2 3 安定化ZrO2 層との界面には、厚さ約 2.8
μm のアルミナを主体する酸化物層が存在しており、N
iやCoを含有する酸化物層は検出されなかった。
Each of the above-mentioned samples was subjected to 250 m in the atmosphere at 1123K which simulated the atmosphere to which the members were exposed during gas turbine operation.
A stress of MPa was applied and a repeated heat treatment test was performed at room temperature for 12 hours. As a result, in Sample A, peeling did not occur even after 100 cycles. After the test, observing the cross section of the sample, it was found that the NiCoCrAlY alloy layer and
At the interface with the% Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer, a thickness of about 2.8
There is an oxide layer consisting mainly of μm alumina,
No oxide layer containing i or Co was detected.

【0088】一方、被膜形成後に予備熱処理を施してい
ない試料Bでは、55回を超えたところから部分的にNi
CoCrAlY合金層表面の酸化物層と 8重量% Y2
3 安定化ZrO2 層とが一体となって剥がれ落ち出し
た。この試料を 100サイクルまで試験し続け、剥離して
いない部分の断面を観察したところ、厚さ約 6.5μm の
酸化物層が生成しており、この酸化物層内にはNi、C
o、Alの複合酸化物が層状に生成していることが観察
された。
On the other hand, in the sample B which was not subjected to the preliminary heat treatment after the film formation, the Ni content was partially exceeded from 55 times.
Oxide layer on the surface of CoCrAlY alloy layer and 8 wt% Y 2 O
3 The stabilized ZrO 2 layer was peeled off as a unit. This sample was continuously tested up to 100 cycles, and the cross section of the part that had not been peeled off was observed. As a result, an oxide layer with a thickness of approximately 6.5 μm was formed. Ni and C were formed in this oxide layer.
It was observed that composite oxides of o and Al were formed in layers.

【0089】実施例8 予め調質化処理を施したNi基超耐熱合金IN−939
からなる丸棒の表面に、減圧プラズマ溶射法により厚さ
約 150μm のCoNiCrAlY合金層を形成し、続い
て大気プラズマ溶射法により平均厚さ50μm の 8重量%
2 3 安定化ZrO2 層を形成した。この後、 5×10
-1Paの真空炉中で 1023Kで 5時間の予備熱処理を施して
試料Aとした。熱処理後のCoNiCrAlY合金層と
8重量%Y2 3 安定化ZrO2 層との界面には、厚さ
約 2μm の主にアルミナとクロミアとからなる層が生成
していた。
Example 8 Ni-base super heat-resistant alloy IN-939 which has been subjected to a tempering treatment in advance.
A CoNiCrAlY alloy layer with a thickness of approximately 150 μm was formed on the surface of a round bar consisting of, by a low pressure plasma spraying method, and then with an atmospheric plasma spraying method, an average thickness of 50 μm was 8% by weight.
A Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer was formed. After this, 5 × 10
Sample A was preheated at 1023K for 5 hours in a vacuum furnace of -1 Pa. CoNiCrAlY alloy layer after heat treatment
At the interface with the 8 wt% Y 2 O 3 -stabilized ZrO 2 layer, a layer having a thickness of about 2 μm and mainly composed of alumina and chromia was formed.

【0090】一方、本発明との比較例として、予め調質
化処理を施したNi基超耐熱合金IN−939からなる
丸棒の表面に、減圧プラズマ溶射法により厚さ約 150μ
m のCoNiCrAlY合金層を形成して試料Bとし
た。
On the other hand, as a comparative example with the present invention, a thickness of about 150 μm was formed on the surface of a round bar made of a Ni-base superheat-resistant alloy IN-939 which had been subjected to tempering treatment by a low pressure plasma spraying method.
A CoNiCrAlY alloy layer of m 2 was formed to obtain Sample B.

【0091】上記した各試料に、ガスタービン運転時に
部材が晒される雰囲気を模擬した1023Kでの大気中で250
MPaの応力を加え、12時間サイクルで室温との繰返し熱
処理試験を行った。その結果、試料Aでは 100サイクル
を超えても剥離は起こらなかった。試験後、試料の断面
を観察したところ、CoNiCrAlY合金層と 8重量
% Y2 3 安定化ZrO2 層との界面には、厚さ約 3.5
μm の主にアルミナとクロミアとからなる酸化物層が存
在していた。
Each of the above samples was subjected to 250 m in the atmosphere at 1023 K simulating the atmosphere to which the members are exposed during gas turbine operation.
A stress of MPa was applied and a repeated heat treatment test was performed at room temperature for 12 hours. As a result, in Sample A, peeling did not occur even after 100 cycles. After the test, the cross section of the sample was observed, and it was found that the weight of the CoNiCrAlY alloy layer was 8%.
At the interface with the% Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 layer, a thickness of about 3.5
There was an oxide layer of μm mainly consisting of alumina and chromia.

【0092】一方、試料Bでは50回を超えたところから
部分的にCoNiCrAlY合金層表面の酸化物層が剥
がれ落ち出した。この試料を 100サイクルまで試験し続
け、剥離していない部分の断面を観察したところ、厚さ
約10μm のNi、Co、Cr、Alからなる粗い酸化物
層が生成しており、CoNiCrAlY合金層の消耗は
試料Aと比べて激しかった。
On the other hand, in the sample B, the oxide layer on the surface of the CoNiCrAlY alloy layer was partially peeled off after the number of times exceeded 50 times. This sample was continuously tested up to 100 cycles and the cross section of the part which was not peeled off was observed. As a result, a rough oxide layer consisting of Ni, Co, Cr and Al having a thickness of about 10 μm was formed. The consumption was greater than that of sample A.

【0093】実施例9 Ni基超合金CMSX−2上に、アルミパック処理を施
して平均厚さ 5μm のAl富化層を形成した後、その上
にEB−PVD法(基板加熱温度:1173K、真空度:0.00
1Pa)で平均厚さ50μm の 8重量% Y2 3 −ZrO2
射層を形成して試料Aとした。一方、同様に形成したA
l富化層上に、同一条件で平均厚さ 100μm の 8重量%
2 3 −ZrO2 溶射層を形成して試料B(比較例)
とした。これら各試料を 1.0×10-3Paの真空中で 1373K
で 2時間熱処理し、Al富化層とZrO2 溶射層との界
面に平均厚さ約 2μm(試料A)、約 4.5μm(試料B)の
アルミナを主とする酸化物層を形成した。
Example 9 An aluminum pack treatment was performed on a Ni-base superalloy CMSX-2 to form an Al-rich layer having an average thickness of 5 μm, and then an EB-PVD method (substrate heating temperature: 1173K, Vacuum degree: 0.00
Sample A was prepared by forming an 8 wt% Y 2 O 3 —ZrO 2 sprayed layer having an average thickness of 50 μm at 1 Pa). On the other hand, A similarly formed
l 8% by weight with an average thickness of 100 μm on the enriched layer under the same conditions
Sample B (Comparative Example) with Y 2 O 3 —ZrO 2 sprayed layer formed
And Each of these samples was subjected to 1373K in a vacuum of 1.0 × 10 -3 Pa.
Then, a heat treatment was performed for 2 hours to form an oxide layer mainly composed of alumina and having an average thickness of about 2 μm (Sample A) and about 4.5 μm (Sample B) at the interface between the Al-enriched layer and the ZrO 2 sprayed layer.

【0094】上述した各試料に対して 1273K× 0.5時間
+373K× 0.5時間を 1サイクルとした繰返し熱処理試験
を行って、各被膜の耐久性を調べた。その結果、試料B
では100サイクルでZrO2 溶射層の端部に剥離が発生
した。さらに 800サイクルまで試験を継続したところ、
ZrO2 溶射層がほとんど剥離して、Al富化層の酸化
が深さ 8μm 以上の内部まで進行しており、Al富化層
の損傷が著しかった。また、酸化物はアルミナ以外のも
遷移金属の酸化物(ニッケル酸化物)やその複合酸化物
(NiAlの複合酸化物)が認めらた。
Each sample described above was subjected to a repeated heat treatment test in which 1273K × 0.5 hours + 373K × 0.5 hours was set as one cycle to examine the durability of each coating. As a result, sample B
Then, peeling occurred at the end of the ZrO 2 sprayed layer after 100 cycles. After continuing the test for 800 more cycles,
Most of the ZrO 2 sprayed layer was peeled off, and the oxidation of the Al-enriched layer proceeded to the inside of the depth of 8 μm or more, and the Al-enriched layer was significantly damaged. Besides oxides, oxides of transition metals (nickel oxides) and their composite oxides (composite oxides of NiAl) were also found as oxides.

【0095】これに対して、試料Aでは 800サイクル以
上の繰返し熱処理試験後においても外観上の変化はな
く、セラミックス層の剥離も認められなかった。また、
詳細に内部を調べても、アルミナ層は厚さ 3.3μm 程度
には成長していたが、剥離している部分は認められず、
CoCrAlY層の耐酸化被覆機能は維持されていた。 実施例10 Ni基超耐熱合金CΜ−247からなる丸棒の表面に、
イオン注入装置により酸素イオンを注入して厚さ約 100
nmの酸素拡散層を形成した。この後、Ni基超耐熱合金
上に酸素拡散層を介して、EB−PVD法により厚さ約
150μm のNiCoCrAlY合金層を形成した。
On the other hand, in Sample A, there was no change in appearance even after the repeated heat treatment test for 800 cycles or more, and no peeling of the ceramic layer was observed. Also,
When the inside was examined in detail, the alumina layer had grown to a thickness of about 3.3 μm, but no peeled portion was observed,
The oxidation resistant coating function of the CoCrAlY layer was maintained. Example 10 On the surface of a round bar made of Ni-based super heat-resistant alloy C-247,
Oxygen ions are implanted with an ion implanter to a thickness of approximately 100
An oxygen diffusion layer of nm was formed. After that, the thickness of the Ni-base superalloy is reduced by the EB-PVD method through the oxygen diffusion layer.
A 150 μm NiCoCrAlY alloy layer was formed.

【0096】このようにして得た耐熱部材に、Ar雰囲
気炉中で 1373Kで 2時間、引き続いて 1123Kで16時間の
熱処理を施した。熱処理後のNi基超耐熱合金とNiC
oCrAlY合金層との界面には、厚さ約 100nmのアル
ミナ層が生成していた。この試料に、大気中にて 1173K
で250MPaの応力下でクリープ試験を行ったところ、100
時間保持しても破断は見られなかった。
The heat-resistant member thus obtained was subjected to heat treatment in an Ar atmosphere furnace at 1373K for 2 hours and subsequently at 1123K for 16 hours. Ni-base superalloy and NiC after heat treatment
An alumina layer having a thickness of about 100 nm was formed at the interface with the oCrAlY alloy layer. This sample, 1173K in air
When a creep test was carried out under a stress of 250 MPa at
No fracture was observed even after holding for a time.

【0097】また、本発明との比較例として、Ni基超
耐熱合金CΜ−247からなる丸棒の表面に、直接厚さ
約 150μm のNiCoCrAlY層をEB−PVD法に
より形成した。この試料に上記実施例と同一条件で熱処
理を施した後、クリープ試験を同一条件下で行ったとこ
ろ、80時間経過した時点で破断した。
As a comparative example with the present invention, a NiCoCrAlY layer having a thickness of about 150 μm was directly formed on the surface of a round bar made of Ni-base superheat-resistant alloy C-247 by the EB-PVD method. After heat-treating this sample under the same conditions as in the above-mentioned example, a creep test was conducted under the same conditions, whereupon it broke after 80 hours had elapsed.

【0098】この試料を切断して断面観察を行ったとこ
ろ、界面近傍の基材内では強化相(γ′相)の析出が乱
されている領域が約20μm 観察され、さらにCr、Wか
らなる脆弱な生成相が観察された。一方、上記実施例に
よる試料においては、このような領域や生成相は観察さ
れなかった。
When this sample was cut and its cross-section was observed, a region where the precipitation of the strengthening phase (γ ′ phase) was disturbed was observed in the substrate in the vicinity of the interface by about 20 μm, and it was composed of Cr and W. A fragile morphogenetic phase was observed. On the other hand, in the samples according to the above-described examples, such a region and the generated phase were not observed.

【0099】実施例11 Ni基超耐熱合金CMSΧ−2からなる丸棒の表面を、
マグネトロンスパッタ装置を用いて 0.5Paの減圧酸素雰
囲気中で酸素イオンエッチングし、表面近傍に厚さ約 1
00nmの酸素拡散層を形成した。この後、酸素拡散層を形
成した表面に連続して厚さ約 150μm のNiCoCrA
lY合金層を形成した。
Example 11 The surface of a round bar made of a Ni-base super heat-resistant alloy CMSΧ-2 was
Oxygen ion etching was performed in a reduced pressure oxygen atmosphere of 0.5Pa using a magnetron sputtering device, and the thickness near the surface was approximately 1
An oxygen diffusion layer of 00 nm was formed. After that, a NiCoCrA layer having a thickness of about 150 μm is continuously formed on the surface on which the oxygen diffusion layer is formed.
An IY alloy layer was formed.

【0100】このようにして得た耐熱部材に、Ar雰囲
気炉中で 1323Kで16時間、引き続いて 1123Kで48時間の
熱処理を施した。熱処理後のNi基超耐熱合金とNiC
oCrAlY合金層との界面には、厚さ約 100nmのアル
ミナ層が生成していた。この試料を、大気中にて 1173K
で250MPaの応力下でクリープ試験を行ったところ、100
時間保持しても破断は見られなかった。
The heat-resistant member thus obtained was subjected to heat treatment in an Ar atmosphere furnace at 1323K for 16 hours and subsequently at 1123K for 48 hours. Ni-base superalloy and NiC after heat treatment
An alumina layer having a thickness of about 100 nm was formed at the interface with the oCrAlY alloy layer. This sample in the atmosphere at 1173K
When a creep test was carried out under a stress of 250 MPa at
No fracture was observed even after holding for a time.

【0101】また、本発明との比較例として、Ni基超
耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面に、直接厚さ
約 150μm のNiCoCrAlY層をEB−PVD装置
で形成した。この試料に上記実施例と同一条件で熱処理
を施した後、クリープ試験を同一条件下で行ったとこ
ろ、90時間経過した時点で破断した。
As a comparative example with the present invention, a NiCoCrAlY layer having a thickness of about 150 μm was directly formed on the surface of a round bar made of Ni-base super heat-resistant alloy CMSX-2 by an EB-PVD apparatus. After heat-treating this sample under the same conditions as in the above example, a creep test was carried out under the same conditions, and it broke at the time when 90 hours had elapsed.

【0102】この試料を切断して断面観察を行ったとこ
ろ、界面近傍の基材内では強化相(γ′相)の析出が乱
されている領域が約20μm 観察され、さらにCr、Wか
らなる脆弱な生成相が観察された。−方、上記実施例に
よる試料においては、このような領域や生成相は観察さ
れなかった。
When this sample was cut and the cross-section was observed, a region where the precipitation of the strengthening phase (γ 'phase) was disturbed was observed in the base material in the vicinity of the interface by about 20 μm, and it was composed of Cr and W. A fragile morphogenetic phase was observed. On the other hand, in the samples according to the above-mentioned examples, such a region and a generated phase were not observed.

【0103】実施例12 Ni基超耐熱合金CMSΧ−2からなる丸棒の表面を、
大気を 0.5Paまで減圧したチャンバ内で 1273Kの温度で
5時間酸化処理し、AlとNiの複合酸化物層を形成し
た。この後、複合酸化物層を形成した表面に減圧プラズ
マ溶射法により厚さ約 100μm のCoNiCrAlY合
金層を作成した。
Example 12 The surface of a round bar made of Ni-based super heat-resistant alloy CMSΧ-2 was
At a temperature of 1273K in a chamber where the atmospheric pressure is reduced to 0.5Pa.
Oxidation treatment was performed for 5 hours to form a composite oxide layer of Al and Ni. Then, a CoNiCrAlY alloy layer having a thickness of about 100 μm was formed on the surface on which the complex oxide layer was formed by the low pressure plasma spraying method.

【0104】このようにして得た耐熱部材に、大気中で
1123Kで1000時間の熱処理を施した。この熱処理後の試
料を、大気中、 1173Kで250MPaの応力下でクリープ試験
を行ったところ、 100時間保持しても破断は見られなか
った。
The heat-resistant member thus obtained was placed in the atmosphere
Heat treatment was performed at 1123K for 1000 hours. When a creep test was performed on the sample after the heat treatment under a stress of 250 MPa at 1173 K in the air, no rupture was observed even after holding for 100 hours.

【0105】また、本発明との比較例として、Ni基超
耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面に、直接厚さ
約 150μm のCoNiCrAlY合金層をEB−PVD
装置で形成した。この試料に上記実施例と同一条件で熱
処理を施した後、クリープ試験を同一条件下で行ったと
ころ、70時間経過した時点で破断した。
As a comparative example with the present invention, a CB-PVD EB-PVD alloy layer having a thickness of about 150 μm was directly formed on the surface of a round bar made of Ni-base super heat-resistant alloy CMSX-2.
Formed by the device. After heat-treating this sample under the same conditions as in the above-mentioned example, a creep test was conducted under the same conditions. As a result, the sample fractured after 70 hours.

【0106】この試料を切断して断面観察を行ったとこ
ろ、界面近傍の基材内では強化相(γ′相)の析出が乱
されている領域が約30μm 観察され、さらにCr、Wか
らなる脆弱な生成相が観察された。一方、上記実施例に
よる試料においては、このような領域や生成相は観察さ
れなかった。
When this sample was cut and the cross-section was observed, a region where the precipitation of the strengthening phase (γ 'phase) was disturbed was observed in the base material in the vicinity of the interface by about 30 μm, and it was composed of Cr and W. A fragile morphogenetic phase was observed. On the other hand, in the samples according to the above-described examples, such a region and the generated phase were not observed.

【0107】実施例13 Ni基超耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面を、
大気を 0.5Paまで減圧したチャンバ内で 1273Kの温度で
5時間酸化処理し、AlとNiの複合酸化物層を形成し
た。この後、複合酸化物層を形成した表面に減圧プラズ
マ溶射法により厚さ約 100μm のCoNiCrAlY合
金層を形成した。
Example 13 The surface of a round bar made of Ni-base super heat-resistant alloy CMSX-2 was
At a temperature of 1273K in a chamber where the atmospheric pressure is reduced to 0.5Pa.
Oxidation treatment was performed for 5 hours to form a composite oxide layer of Al and Ni. Then, a CoNiCrAlY alloy layer having a thickness of about 100 μm was formed on the surface on which the complex oxide layer was formed by a low pressure plasma spraying method.

【0108】このようにして得た耐熱部材に、大気中で
1123Kで1000時間の熱処理を施した。この熱処理の試料
を、大気中、 1173Kで250MPaの応力下でクリープ試験を
行ったところ、 100時間保持しても破断は見られなかっ
た。
[0108] The heat-resistant member thus obtained was placed in the atmosphere
Heat treatment was performed at 1123K for 1000 hours. A creep test was performed on the heat-treated sample at 1173 K under a stress of 250 MPa in the air, and no fracture was observed even after holding for 100 hours.

【0109】また、本発明との比較例として、Ni基超
耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面に、直接厚さ
約 150μm のCoNiCrAlY合金層をEB−PVD
装置により形成した。この試料に上記実施例と同一条件
で熱処理を施した後、クリープ試験を同一条件下で行っ
たところ、70時間経過した時点で破断した。
As a comparative example of the present invention, a CoNiCrAlY alloy layer having a thickness of about 150 μm was directly formed on the surface of a round bar made of Ni-base super heat-resistant alloy CMSX-2 by EB-PVD.
Formed by the device. After heat-treating this sample under the same conditions as in the above-mentioned example, a creep test was conducted under the same conditions. As a result, the sample fractured after 70 hours.

【0110】この試料を切断して断面観察を行ったとこ
ろ、界面近傍の基材内では強化相(γ′相)の析出が乱
されている領域が約30μm 観察され、さらにCr、Wか
らなる脆弱な生成相が観察された。一方、上記実施例に
よる試料においては、このような領域や生成相は観察さ
れなかった。
When this sample was cut and the cross-section was observed, a region where the precipitation of the strengthening phase (γ 'phase) was disturbed was observed in the base material in the vicinity of the interface by about 30 μm, and it was composed of Cr and W. A fragile morphogenetic phase was observed. On the other hand, in the samples according to the above-described examples, such a region and the generated phase were not observed.

【0111】実施例14 Ni基超耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面に、
アルミパック法でAl富化層を形成した後、大気中にて
1273Kで30分間酸化処理し、Alの酸化物層を形成し
た。この酸化処理後、酸化物層を形成した表面に減圧プ
ラズマ溶射法により厚さ約 100μm のCoNiCrAl
Y層を形成した。
Example 14 On the surface of a round bar made of Ni-base super heat-resistant alloy CMSX-2,
After forming an Al-enriched layer by the aluminum pack method, in the atmosphere
Oxidation treatment was performed at 1273K for 30 minutes to form an Al oxide layer. After this oxidation treatment, a CoNiCrAl layer with a thickness of about 100 μm was formed on the surface on which the oxide layer was formed by low pressure plasma spraying.
The Y layer was formed.

【0112】このようにして得た耐熱部材に、 1123Kの
大気中で1000時間の熱処理を施した。この熱処理の試料
を、大気中、 1173Kで250MPaの応力下でクリープ試験を
行ったところ、 100時間保持しても破断は見られなかっ
た。
The heat-resistant member thus obtained was heat-treated for 1000 hours in the atmosphere of 1123K. A creep test was performed on the heat-treated sample at 1173 K under a stress of 250 MPa in the air, and no fracture was observed even after holding for 100 hours.

【0113】また、本発明との比較例として、Ni基超
耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面に、直接厚さ
約 150μm のCoNiCrAlY合金層をEB−PVD
装置により形成した。この試料に上記実施例と同一条件
で熱処理を施した後、クリープ試験を同一条件下で行っ
たところ、70時間経過した時点で破断した。
As a comparative example with the present invention, a CoNiCrAlY alloy layer having a thickness of about 150 μm was directly formed on the surface of a round bar made of Ni-base super heat-resistant alloy CMSX-2 by EB-PVD.
Formed by the device. After heat-treating this sample under the same conditions as in the above-mentioned example, a creep test was conducted under the same conditions. As a result, the sample fractured after 70 hours.

【0114】この試料を切断して断面観察を行ったとこ
ろ、界面近傍の基材内では強化相(γ′相)の析出が乱
されている領域が約30μm 観察され、さらにCr、Wか
らなる脆弱な生成相が観察された。一方、上記実施例に
よる試料においては、このような領域や生成相は観察さ
れなかった。
When this sample was cut and the cross-section was observed, a region where the precipitation of the strengthening phase (γ ′ phase) was disturbed was observed in the base material near the interface by about 30 μm, and it was composed of Cr and W. A fragile morphogenetic phase was observed. On the other hand, in the samples according to the above-described examples, such a region and the generated phase were not observed.

【0115】実施例15 Ni基超耐熱合金CMSΧ−2からなる丸棒の表面に、
イオン注入装置により酸素イオンを注入して厚さ約50nm
の酸素拡散層を形成した。この後、酸素拡散層表面に減
圧プラズマ溶射法により厚さ約 100μm のNiCoCr
AlY層を形成した。
Example 15 On the surface of a round bar made of Ni-based super heat-resistant alloy CMSΧ-2,
Oxygen ions are implanted with an ion implanter to a thickness of about 50 nm
The oxygen diffusion layer of was formed. After that, a NiCoCr layer having a thickness of about 100 μm was formed on the surface of the oxygen diffusion layer by low pressure plasma spraying.
An AlY layer was formed.

【0116】このようにして得た耐熱部材に、Ar雰囲
気炉中で 1323Kで16時間、引き続いて 1123Kで48時間の
熱処理を施した。熱処理後のNi基超耐熱合金とNiC
oCrAlY合金層との界面には、厚さ約50nmのアルミ
ナ層が生成していた。次に熱処理後のNiCoCrAl
Y合金層上に、さらに大気プラズマ溶射法により8重量%
2 3 部分安定化ZrO2 層を 200μm 形成した。
この試料を、大気中、 1173Kで250MPaの応力下でクリー
プ試験を行ったところ、 100時間保持しても破断は見ら
れなかった。
The heat-resistant member thus obtained was subjected to heat treatment in an Ar atmosphere furnace at 1323K for 16 hours and subsequently at 1123K for 48 hours. Ni-base superalloy and NiC after heat treatment
An alumina layer having a thickness of about 50 nm was formed at the interface with the oCrAlY alloy layer. Next, after heat treatment, NiCoCrAl
8% by weight on the Y alloy layer by the atmospheric plasma spraying method
A Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer having a thickness of 200 μm was formed.
When this sample was subjected to a creep test at 1173 K under a stress of 250 MPa in the atmosphere, no rupture was observed even after holding for 100 hours.

【0117】また、本発明との比較例として、Ni基超
耐熱合金CMSX−2からなる丸棒の表面に、直接厚さ
約 100μm のNiCoCrAlY合金層を減圧プラズマ
溶射法により形成し、Ar雰囲気炉中で 1323Kで16時
間、引き続いて 1123Kで48時間の熱処理を施した。熱処
理後のNiCoCrAlY合金層上に、さらに大気プラ
ズマ溶射法により 8重量% Y2 3 部分安定化ZrO2
層を 200μm 形成した。この試料のクリープ試験を実施
例と同一条件下で行ったところ、70時間経過した時点で
破断した。
As a comparative example with the present invention, a NiCoCrAlY alloy layer having a thickness of about 100 μm was directly formed on the surface of a round bar made of Ni-base super heat-resistant alloy CMSX-2 by a low pressure plasma spraying method, and an Ar atmosphere furnace was used. Heat treatment was carried out at 1323K for 16 hours and subsequently at 1123K for 48 hours. 8 wt% Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 was further formed on the NiCoCrAlY alloy layer after heat treatment by the atmospheric plasma spraying method.
The layer was formed to 200 μm. When the creep test of this sample was performed under the same conditions as those of the examples, the sample fractured after 70 hours.

【0118】この試料を切断して断面観察を行ったとこ
ろ、界面近傍の基材内では強化相(γ′相)の析出が乱
されている領域が約30μm 観察され、さらにCr、Wか
らなる脆弱な生成相が観察された。一方、上記実施例に
よる試料においては、このような領域や生成相は観察さ
れなかった。
When this sample was cut and the cross-section was observed, a region where the precipitation of the strengthening phase (γ 'phase) was disturbed was observed in the base material in the vicinity of the interface by about 30 μm, and it was composed of Cr and W. A fragile morphogenetic phase was observed. On the other hand, in the samples according to the above-described examples, such a region and the generated phase were not observed.

【0119】[0119]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の耐熱部材
によれば、高温雰囲気下で長時間使用しても金属基材の
酸化や腐食等に劣化を有効に抑制することができるた
め、耐熱部材の信頼性と寿命を格段に向上させることが
可能となる。
As described above, according to the heat-resistant member of the present invention, deterioration due to oxidation or corrosion of the metal base material can be effectively suppressed even when used for a long time in a high temperature atmosphere. It is possible to significantly improve the reliability and life of the heat resistant member.

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

【図1】 本発明の第1の耐熱部材の一実施形態の構造
を模式的に示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of an embodiment of a first heat-resistant member of the present invention.

【図2】 図1に示す耐熱部材の変形例を示す断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a modified example of the heat resistant member shown in FIG.

【図3】 本発明の第1の耐熱部材の他の実施形態の構
造を模式的に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of another embodiment of the first heat resistant member of the present invention.

【図4】 図1および図3に示す耐熱部材の製造工程の
一例を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a manufacturing process of the heat-resistant member shown in FIGS. 1 and 3.

【図5】 本発明の第2の耐熱部材の一実施形態の構造
を模式的に示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing a structure of an embodiment of a second heat resistant member of the present invention.

【図6】 本発明の第2の耐熱部材の他の実施形態の構
造を模式的に示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the structure of another embodiment of the second heat resistant member of the present invention.

【図7】 本発明の他の耐熱部材の一実施形態の構造を
模式的に示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view schematically showing the structure of another embodiment of the heat-resistant member of the present invention.

【図8】 図7に示す耐熱部材に予備熱処理等を施した
後の状態を模式的に示す断面図である。
8 is a cross-sectional view schematically showing a state after the heat-resistant member shown in FIG. 7 has been subjected to preliminary heat treatment or the like.

【図9】 本発明の耐熱部材の他の実施形態の構造を模
式的に示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the structure of another embodiment of the heat resistant member of the present invention.

【図10】 本発明の耐熱部材のさらに他の実施形態の
構造を模式的に示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view schematically showing the structure of still another embodiment of the heat-resistant member of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11……金属基材 2、13……MCrAlY合金層 3……セラミックス層 4、8……第1のセラミックス層 5……第2のセラミックス層 6、9、10、14、17……耐熱部材 7……Al富化層 12……酸素拡散層 15……拡散バリヤー層 16、19……表面酸化層 1, 11 ... Metal substrate 2, 13 ... MCrAlY alloy layer 3 ... Ceramics layer 4, 8 ... First ceramics layer 5 ... Second ceramics layer 6, 9, 10, 14, 17 ... Heat-resistant member 7 ... Al-enriched layer 12 ... Oxygen diffusion layer 15 ... Diffusion barrier layer 16, 19 ... Surface oxide layer

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23C 14/58 C23C 14/58 A 28/00 28/00 A (72)発明者 稲垣 浩貴 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中橋 昌子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication C23C 14/58 C23C 14/58 A 28/00 28/00 A (72) Inventor Hiroki Inagaki City, Kawasaki, Kanagawa Komukai-Toshiba-cho No. 1 Inside Toshiba Corporation R & D Center (72) Inventor Masako Nakahashi No. 1 Komukai-Toshiba Town, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Ni、CoおよびFeから選ばれる少な
くとも 1種を含む合金からなる金属基材と、前記金属基
材上に被覆形成されたMCrAlY合金層(ただし、M
はNi、CoおよびFeから選ばれる少なくとも 1種の
元素を示す)と、前記MCrAlY合金層上に設けられ
た平均厚さ 1〜50μm のセラミックス層とを具備し、前
記セラミックス層は前記MCrAlY合金層上に形成さ
れた主としてアルミナからなる第1のセラミックス層
と、前記第1のセラミックス層上に存在する酸素解離能
を有する酸化物系セラミックス(ただし、アルミナを除
く)からなる第2のセラミックス層とを有することを特
徴とする耐熱部材。
1. A metal base material made of an alloy containing at least one selected from Ni, Co and Fe, and an MCrAlY alloy layer formed by coating on the metal base material (provided that M
Represents at least one element selected from Ni, Co and Fe) and a ceramic layer having an average thickness of 1 to 50 μm provided on the MCrAlY alloy layer, and the ceramic layer is the MCrAlY alloy layer. A first ceramics layer formed mainly of alumina, and a second ceramics layer formed on the first ceramics layer and made of oxide-based ceramics having oxygen dissociation ability (excluding alumina) formed on the first ceramics layer. A heat resistant member having:
【請求項2】 請求項1記載の耐熱部材において、 前記第1のセラミックス層は、AlとYとの複合酸化物
を含有することを特徴とする耐熱部材。
2. The heat resistant member according to claim 1, wherein the first ceramic layer contains a composite oxide of Al and Y.
【請求項3】 Ni、CoおよびFeから選ばれる少な
くとも 1種を含む合金からなる金属基材と、前記金属基
材上に直接もしくはAl富化層を介して被覆形成された
セラミックス層とを具備し、前記セラミックス層は前記
金属基材またはAl富化層上に形成されたアルミナおよ
びクロミアから選ばれる少なくとも1種から主としてな
る第1のセラミックス層と、前記第1のセラミックス層
上に存在する酸素解離能を有する酸化物系セラミックス
(ただし、アルミナおよびクロミアを除く)からなる第
2のセラミックス層とを有することを特徴とする耐熱部
材。
3. A metal base material made of an alloy containing at least one selected from Ni, Co and Fe, and a ceramic layer formed on the metal base material directly or through an Al-rich layer. The ceramic layer is a first ceramic layer mainly composed of at least one selected from alumina and chromia formed on the metal base material or the Al-enriched layer, and oxygen existing on the first ceramic layer. A heat-resistant member, comprising: a second ceramic layer made of oxide-based ceramics (excluding alumina and chromia) having dissociation ability.
【請求項4】 Ni、CoおよびFeから選ばれる少な
くとも 1種を含む合金からなる金属基材と、前記金属基
材の表面部に設けられた酸素拡散層または表面酸化層、
もしくは前記金属基材上に形成されたAl富化層に設け
られた表面酸化層と、前記酸素拡散層または表面酸化層
を介して前記金属基材またはAl富化層上に被覆形成さ
れたMCrAlY合金層(ただし、MはNi、Coおよ
びFeから選ばれる少なくとも 1種の元素を示す)とを
具備することを特徴とする耐熱部材。
4. A metal base material made of an alloy containing at least one selected from Ni, Co and Fe, and an oxygen diffusion layer or a surface oxidation layer provided on the surface part of the metal base material.
Alternatively, a surface oxide layer provided on an Al-enriched layer formed on the metal substrate, and MCrAlY coated on the metal substrate or the Al-enriched layer via the oxygen diffusion layer or the surface oxide layer. A heat-resistant member, comprising an alloy layer (wherein M represents at least one element selected from Ni, Co, and Fe).
【請求項5】 Ni、CoおよびFeから選ばれる少な
くとも 1種を含む合金からなる金属基材の表面に、MC
rAlY合金層(ただし、MはNi、CoおよびFeか
ら選ばれる少なくとも 1種の元素を示す)を形成する工
程と、 前記MCrAlY合金層表面に溶射法を用いて、酸素解
離能を有する酸化物系セラミックス層(ただし、アルミ
ナを除く)を形成する工程と、 前記酸化物系セラミックス層が形成された金属基材を、
低酸素雰囲気下で1373K 以上の温度条件下で熱処理する
工程とを有することを特徴とする耐熱部材の製造方法。
5. MC on the surface of a metal substrate made of an alloy containing at least one selected from Ni, Co and Fe.
a step of forming an rAlY alloy layer (where M represents at least one element selected from Ni, Co and Fe), and an oxide system having an oxygen dissociation ability by using a thermal spraying method on the surface of the MCrAlY alloy layer. A step of forming a ceramics layer (excluding alumina), and a metal base material on which the oxide-based ceramics layer is formed,
And a heat treatment under a temperature condition of 1373 K or higher in a low oxygen atmosphere.
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