JPH09316622A - Gas turbine member and its thermal insulation coating method - Google Patents
Gas turbine member and its thermal insulation coating methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、ジェットエンジ
ン又は発電用ガスタービンの動翼、静翼、燃焼器等のガ
スタービン部材及びその遮熱コーティング方法に係り、
特にボンドコート及びトップコートの溶射条件及び溶射
材料等の工夫に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine member such as a moving blade, a stationary blade, a combustor of a jet engine or a gas turbine for power generation, and a thermal barrier coating method therefor,
In particular, it relates to devising conditions such as bond spraying and top coat spraying conditions and spraying materials.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、ジェットエンジン又は発電用ガ
スタービンは、コンプレッサからの圧縮空気をジェット
用燃料又はLNG等で燃焼させ、その燃焼ガスを作動媒
体として回転エネルギーに変換しているため、その構成
部材である動翼や静翼、燃焼器等を、1000℃以上の
高温環境下で使用可能なガスタービン部材、例えばNi
基やCo基超合金で形成している。2. Description of the Related Art In general, a jet engine or a gas turbine for power generation has a structure in which compressed air from a compressor is combusted with jet fuel or LNG and the combustion gas is converted into a rotational energy as a working medium. A gas turbine member that can be used in a high temperature environment of 1000 ° C. or higher, such as a moving blade, a stationary blade, a combustor, etc., such as Ni
It is made of a base or Co base superalloy.
【0003】このようなガスタービン部材には、冷却空
気に対する温度上昇を防止する構造のほか、その外側表
面に遮熱コーティングによる保護皮膜(溶射皮膜)が形
成されている。この保護皮膜は、通常、ボンドコート及
びトップコートの2層の皮膜構造を有し、大気圧プラズ
マ放射法を用いて形成されている。In such a gas turbine member, in addition to a structure for preventing a temperature rise with respect to cooling air, a protective film (sprayed film) formed by a thermal barrier coating is formed on the outer surface thereof. This protective film usually has a two-layer film structure of a bond coat and a top coat, and is formed by using the atmospheric pressure plasma radiation method.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たガスタービン部材に形成される保護皮膜にあっては、
大気圧プラズマ溶射法に起因して、その遮熱特性を長時
間、発揮させることが困難となる場合があった。However, in the protective film formed on the gas turbine member described above,
Due to the atmospheric pressure plasma spraying method, it may be difficult to exert its heat shielding property for a long time.
【0005】例えば、大気圧プラズマ溶射法による遮熱
コーティングを実施しているため、保護皮膜の気孔率が
10%以上と高く、皮膜自体の積層密着強度が弱く、特
に皮膜中の気孔を介して酸化が進行し、動翼、静翼、燃
焼器等の基材(母材)と溶射皮膜との界面で剥離が生
じ、溶射皮膜が脱落しやすい等の耐久性の面で問題があ
った。For example, since the thermal barrier coating is carried out by the atmospheric pressure plasma spraying method, the porosity of the protective film is as high as 10% or more, the laminated adhesion strength of the film itself is weak, especially through the pores in the film. There is a problem in terms of durability such that oxidation progresses, peeling occurs at the interface between the base material (base material) such as a moving blade, a stationary blade, and a combustor and the thermal spray coating, and the thermal spray coating is likely to fall off.
【0006】このような問題を解決する方法としては、
構成材料の変更が想至されるが、これらの構成材料は高
温下で使用される材料としては最先端のものであるた
め、材料変更のみの改善策では実用上、殆ど困難であっ
た。また、遮熱コーティングにおいては、従来の溶射法
をそのまま用いて溶射材料のみを変更しても殆ど意味を
なさない。As a method for solving such a problem,
Although it is conceivable to change the constituent materials, since these constituent materials are the most advanced materials to be used at high temperature, practically it is difficult to improve only by changing the material. Further, in the thermal barrier coating, it does not make much sense to use the conventional thermal spraying method as it is and change only the thermal spraying material.
【0007】この発明は、上述した従来の課題を解決す
るためになされたもので、最適な溶射条件及び溶射材料
を同時に構築し、より緻密で且つ密着強度を高めた遮熱
コーティング層を形成して高温酸化に伴う界面剥離等に
対する耐久性を改善することを、目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems. The optimum thermal spraying conditions and thermal spraying materials are constructed at the same time to form a thermal barrier coating layer having higher density and higher adhesion strength. It is intended to improve durability against interfacial peeling and the like accompanying high temperature oxidation.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため、所望の気孔率及び密着強度を達成可能な
溶射速度及び溶射材料について鋭意研究を続けた。一般
に、図1に示すように、溶射速度が高くなる程、気孔率
が減少し、接着力(密着強度)が高くなることが知られ
ている。例えば、従来の大気圧プラズマ溶射法の場合に
は、最大溶射速度が300〜350m/sであり、この
条件で形成される溶射皮膜中の気孔率は約15%であっ
た。In order to achieve the above object, the inventor of the present invention has conducted extensive studies on a thermal spray rate and a thermal spray material capable of achieving a desired porosity and adhesion strength. In general, as shown in FIG. 1, it is known that the porosity decreases and the adhesive strength (adhesion strength) increases as the spraying speed increases. For example, in the case of the conventional atmospheric pressure plasma spraying method, the maximum spraying speed was 300 to 350 m / s, and the porosity in the sprayed coating formed under these conditions was about 15%.
【0009】この点を踏まえ、本発明者は、所望の気孔
率を5%以下、望ましくは2%以下と考え、各種実験等
を行った結果、この気孔率を達成させる溶射速度として
450〜900m/sが最適であるとの知見を得た。即
ち、気孔率を5%以下にするには450m/s以上必要
であると共に、900m/sを超えると気孔率が0.2
5%以下となるが、基材表面に対する圧縮残留応力が強
くなって良好な皮膜が形成されないためである。Based on this point, the present inventor considered that the desired porosity was 5% or less, preferably 2% or less, and as a result of various experiments, as a result, the spraying rate for achieving this porosity was 450 to 900 m. We have found that / s is optimal. That is, 450 m / s or more is required to reduce the porosity to 5% or less, and when it exceeds 900 m / s, the porosity is 0.2
This is because it is 5% or less, but the compressive residual stress on the surface of the substrate is so strong that a good film cannot be formed.
【0010】そこで、本発明者は、従来の溶射法の制約
を超えた溶射速度を実現可能な方法として、研究を重ね
た結果、高速ガス炎溶射法と、水素燃料を用いた溶射法
とに着目すると共に、これら溶射法を使用したときの最
適な溶射材料(組成、粉末粒径等)について更に各種実
験を行った結果、以下の知見を得て本発明を完成するに
至った。Therefore, the present inventor has conducted extensive research as a method capable of realizing a thermal spraying rate exceeding the limitation of the conventional thermal spraying method, and as a result, a high-speed gas flame thermal spraying method and a thermal spraying method using hydrogen fuel have been obtained. In addition to paying attention, various experiments were further conducted on optimum spray materials (composition, powder particle size, etc.) when using these spray methods, and as a result, the present invention was completed with the following findings.
【0011】即ち、この発明の最大の特徴は、ガスター
ビン部品用の金属基材と、この金属基材上に遮熱コーテ
ィング層とを備え、この遮熱コーティング層をボンドコ
ート及びトップコートで構成したガスタービン部材にお
いて、上記ボンドコートは、MCrAlY系の組成を有
し且つ上記トップコートよりも小さい気孔率を有するこ
とにある。That is, the greatest feature of the present invention is that it comprises a metal base material for gas turbine parts and a thermal barrier coating layer on the metal base material, and the thermal barrier coating layer is composed of a bond coat and a top coat. In the above gas turbine member, the bond coat has a composition of MCrAlY system and has a porosity smaller than that of the top coat.
【0012】請求項2記載の発明では、前記ボンドコー
トは、重量%でCrを11.00以上乃至32.00以
下、Alを5.00以上乃至14.00以下、Yを0.
20以上乃至1.90以下、およびO2 を1.00以下
とし、Niを残部又はCoを17.00以上乃至38.
00以下とし、不可避的不純物を含むMCrAlY系の
組成を有している。この組成は、上記溶射速度の利点を
活用しつつ、耐酸化性向上を重点とし、以下の理由で各
元素毎に成分範囲(重量%)を設定した。In a second aspect of the present invention, the bond coat contains Cr in an amount of 11.00 or more and 32.00 or less, Al in an amount of 5.00 or more and 14.00 or less, and Y in an amount of 0.
20 or more and 1.90 or less, O 2 is 1.00 or less, and Ni is the balance or Co is 17.00 or more and 38.
It is set to 00 or less, and has an MCrAlY-based composition containing inevitable impurities. In this composition, the composition range (% by weight) was set for each element for the following reasons, while focusing on improving the oxidation resistance while taking advantage of the above-mentioned spray rate.
【0013】「Cr」は、耐酸化性向上のための必須元
素であり11%よりも小さいと、例えばガスタービン環
境中で殆ど効果がなく、32%を超えると過剰品質とな
るため、「11.00%以上乃至32.00%以下」の
範囲に設定した。"Cr" is an essential element for improving the oxidation resistance. If it is less than 11%, it has almost no effect in, for example, the gas turbine environment, and if it exceeds 32%, it becomes an excessive quality. It was set in the range of "0.00% or more to 32.00% or less".
【0014】「Al」は、金属基材に拡散してCrと同
様に耐酸化性を向上させる性質を有するが、5%よりも
小さいと拡散量が少なく、14%を超えると大気中の酸
素と結合してAl2 O3 となって逆に皮膜強度を低下さ
せると共に耐酸化性を低下させるため、「5.00%以
上乃至14.00%以下」の範囲に設定した。"Al" has the property of diffusing into a metal base material and improving the oxidation resistance like Cr. However, if it is less than 5%, the diffusion amount is small, and if it exceeds 14%, oxygen in the atmosphere is increased. In order to reduce the film strength and the oxidation resistance by binding with Al 2 O 3 and conversely, the range is set to “5.00% or more and 14.00% or less”.
【0015】「Y」は、0.20%よりも小さいとY2
O3 として安定な酸化物を形成しないし、1.90%を
超えると必要以上の酸化物を形成して基材との線膨脹係
数を損ねることになるため、「0.20%以上乃至1.
90%以下」の範囲に設定した。「O2 」は、酸化物量
を示す量でありこの定量値が1.00%を超えると皮膜
が脆弱となるため、「1.00%以下」の範囲に設定し
た。If "Y" is less than 0.20%, Y 2
Do not form a stable oxide as O 3, since that would detract from the linear expansion coefficient between the formation of the oxide of unnecessarily exceeds 1.90 percent base, "0.20% or more to 1 .
90% or less ". “O 2 ” is an amount showing the amount of oxides, and if this quantitative value exceeds 1.00%, the film becomes brittle, so it was set in the range of “1.00% or less”.
【0016】「Co」は、17.00%よりも小さいと
耐酸化性に問題があり、38.00%を超えると過剰品
質となるため、「17.00%以上乃至38.00%以
下」の範囲に設定した。If "Co" is less than 17.00%, there is a problem in oxidation resistance, and if it exceeds 38.00%, it becomes an excess quality, so "17.00% to 38.00%". Set to the range of.
【0017】請求項3記載の発明では、前記ボンドコー
トは、2%以下の気孔率を有している。この気孔率のボ
ンドコートにより、溶射皮膜及び母材の界面での母材酸
化を抑制できる。In the invention according to claim 3, the bond coat has a porosity of 2% or less. The bond coat having this porosity can suppress base material oxidation at the interface between the thermal spray coating and the base material.
【0018】請求項4記載の発明では、前記ボンドコー
トは、前記金属基材に対する密着強度が100MPa以
上である。In the invention of claim 4, the bond coat has an adhesion strength of 100 MPa or more with respect to the metal substrate.
【0019】請求項5記載の発明では、前記トップコー
トは、ZrO2 −Y2 O3 系の組成を有し且つ5%以下
の気孔率を有している。In a fifth aspect of the invention, the top coat has a ZrO 2 --Y 2 O 3 system composition and a porosity of 5% or less.
【0020】請求項6記載の発明では、前記ボンドコー
トは、厚さが0.02mm以上乃至0.20mm以下で
あり、前記トップコートは、厚さが0.10mm以上乃
至0.50mm以下である。In the invention according to claim 6, the bond coat has a thickness of 0.02 mm to 0.20 mm, and the top coat has a thickness of 0.10 mm to 0.50 mm. .
【0021】請求項7記載の発明に係るガスタービン部
材の遮熱コーティング方法は、溶射速度を450m/s
以上乃至900m/s以下とした溶射法を使用して、ガ
スタービン部品用の金属基材上に遮熱コーティング層の
ボンドコートを一体に形成することを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a thermal barrier coating method for a gas turbine member, wherein a thermal spraying rate is 450 m / s.
It is characterized in that the bond coat of the thermal barrier coating layer is integrally formed on the metal base material for the gas turbine component by using the thermal spraying method of not less than 900 m / s and not more than 900 m / s.
【0022】請求項8記載の発明では、前記ボンドコー
トの溶射材料として、重量%でCrを11.00以上乃
至32.00以下、Alを5.00以上乃至14.00
以下、Yを0.20以上乃至1.90以下、およびO2
を1.00以下とし、Niを残部又はCoを17.00
以上乃至38.00以下とし、不可避的不純物を含む組
成を有するMCrAlY系材料を用いている。In the invention according to claim 8, as a thermal spraying material for the bond coat, Cr is 11.00 or more and 32.00 or less and Al is 5.00 or more and 14.00 in weight%.
Hereinafter, Y is 0.20 or more and 1.90 or less, and O 2
Of 1.00 or less, the balance of Ni or Co of 17.00
The MCrAlY-based material having a composition containing inevitable impurities is used.
【0023】請求項9記載の発明では、前記ボンドコー
トの溶射材料として、20μm以上乃至50μm以下の
粉末粒径を有するMCrAlY系材料を用いている。
「粉末粒径」は、正規分布曲線で25〜40μmをピー
ク値として最大粒径を50μmとし、最小粒径を20μ
mとする「20μm以上乃至50μm以下」の範囲に設
定した。これは、50μmを超えると溶射皮膜中の未溶
融粒子として残存する割合が高くなり、20μmより小
さいと溶射中に溶融気化して皮膜形成に至らないためで
ある。In a ninth aspect of the present invention, as the thermal spray material for the bond coat, an MCrAlY-based material having a powder particle size of 20 μm or more and 50 μm or less is used.
The "powder particle size" is a normal distribution curve with a peak value of 25 to 40 m, a maximum particle size of 50 m, and a minimum particle size of 20 m.
It was set in the range of “20 μm or more and 50 μm or less” where m This is because if it exceeds 50 μm, the proportion of the unmelted particles remaining in the thermal spray coating increases, and if it is less than 20 μm, it is melted and vaporized during the thermal spraying and the coating is not formed.
【0024】請求項10記載の発明では、前記溶射法と
して、高速ガス炎溶射法を、また請求項11記載の発明
では、前記溶射法として、水素燃料を使用した溶射法を
夫々用いている。「高速ガス炎溶射法」としては、例え
ばプロピレンや水素の混合ガスを燃料とし、超音速溶射
装置で加工物表面に皮膜を形成させるダイヤモンドジェ
ット法等が望ましい。In a tenth aspect of the invention, a high-speed gas flame spraying method is used as the thermal spraying method, and in the eleventh aspect of the invention, a thermal spraying method using hydrogen fuel is used as the thermal spraying method. As the "high-speed gas flame spraying method", for example, a diamond jet method in which a mixed gas of propylene and hydrogen is used as a fuel and a film is formed on the surface of a workpiece by a supersonic spraying apparatus is desirable.
【0025】請求項12記載の発明に係るガスタービン
部材の遮熱コーティング方法は、ガスタービン部品用の
金属基材上に遮熱コーティング層のボンドコートを一体
に形成し、その後、溶射速度を350m/s以上乃至9
00m/s以下とした溶射法を使用して、上記ボンドコ
ート上に上記遮熱コーティング層のトップコートを一体
に形成することを特徴とする。According to a twelfth aspect of the present invention, in a thermal barrier coating method for a gas turbine member, a bond coat of a thermal barrier coating layer is integrally formed on a metal base material for a gas turbine component, and then a thermal spraying speed is set to 350 m. / S or more to 9
It is characterized in that the top coat of the thermal barrier coating layer is integrally formed on the bond coat by using a thermal spraying method at a speed of 00 m / s or less.
【0026】請求項13記載の発明では、前記トップコ
ートの溶射材料として、5μm以上乃至75μm以下の
粉末粒径を有するZrO2 −Y2 O3 系材料を用いてい
る。In the thirteenth aspect of the present invention, as the thermal spray material for the top coat, a ZrO 2 —Y 2 O 3 based material having a powder particle size of 5 μm to 75 μm is used.
【0027】請求項14記載の発明に係るガスタービン
部材の遮熱コーティング方法は、溶射速度を450m/
s以上乃至900m/s以下とした溶射法を使用して、
ガスタービン部材用の金属基材上に遮熱コーティング層
のボンドコートを一体に形成し、その後、溶射速度を3
50m/s以上乃至900m/s以下とした溶射法を使
用して、上記ボンドコート上に上記遮熱コーティング層
のトップコートを一体に形成することを特徴とする。According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a thermal barrier coating method for a gas turbine member, wherein the thermal spraying rate is 450 m /
Using the thermal spraying method of s or more and 900 m / s or less,
The bond coat of the thermal barrier coating layer is integrally formed on the metal base material for the gas turbine member, and then the thermal spray rate is set to 3
A top coat of the thermal barrier coating layer is integrally formed on the bond coat by using a thermal spraying method of 50 m / s or more and 900 m / s or less.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
2に基づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【0029】図2は、本発明に係るガスタービン部材の
模式的な断面構造を説明するものである。図2に示すガ
スタービン部材は、Ni基又はCo基等の超耐熱合金か
ら成るガスタービン部品用の金属基材1上に遮熱コーテ
ィング層2を被覆したものである。遮熱コーティング層
2は、MCrAlY系のボンドコート3及びZrO2−
Y2 O3 系のトップコート4で形成される。FIG. 2 illustrates a schematic sectional structure of the gas turbine member according to the present invention. The gas turbine member shown in FIG. 2 is obtained by coating a thermal barrier coating layer 2 on a metal base material 1 for a gas turbine component, which is made of a super heat resistant alloy such as Ni base or Co base. The thermal barrier coating layer 2 includes the MCrAlY-based bond coat 3 and ZrO 2 −.
It is formed of a Y 2 O 3 -based top coat 4.
【0030】ボンドコート3は、上述したMCrAlY
系の溶射材料、粉末粒径(20〜50μm)及び溶射速
度(450〜900m/s)の条件下でダイヤモンドジ
ェット法等の高速ガス炎溶射法(以下、「HVOF」と
呼ぶ)を用いて金属基材1上に0.02〜0.20mm
の皮膜厚さで一体に形成したため、2%以下の気孔率及
び100MPa以上の密着強度を達成している。The bond coat 3 is the above-mentioned MCrAlY.
-Based thermal spraying material, metal using a high-speed gas flame spraying method (hereinafter referred to as "HVOF") such as a diamond jet method under the conditions of powder particle size (20 to 50 μm) and spraying speed (450 to 900 m / s) 0.02 to 0.20 mm on the base material 1
Since it is integrally formed with the film thickness of 2), a porosity of 2% or less and an adhesion strength of 100 MPa or more are achieved.
【0031】トップコート4は、上述したZrO2 −Y
2 O3 系の溶射材料、粉末粒径(5〜75μm)及び溶
射速度(350〜900m/s)の条件下でHVOFを
用いてボンドコート3上に0.10〜0.50mmの皮
膜厚さで一体に形成したため、5%以下の気孔率を達成
している。この気孔率に関しては、ボンドコート3の方
がトップコート4よりも小さい。The top coat 4 is made of ZrO 2 --Y described above.
A coating thickness of 0.10 to 0.50 mm on the bond coat 3 using HVOF under the conditions of 2 O 3 based thermal spraying material, powder particle size (5 to 75 μm) and thermal spraying speed (350 to 900 m / s). Since it is integrally formed with, the porosity of 5% or less is achieved. Regarding the porosity, the bond coat 3 is smaller than the top coat 4.
【0032】なお、この実施形態では溶射法としてHV
OFを用いてあるが、この発明はこれに限定されるもの
ではなく、水素燃料を用いた溶射法でもよい。また、ト
ップコートに関しては、必ずしもこれら溶射法に限定さ
れるものではなく、従来の大気圧プラズマ溶射法を用い
てもよい。In this embodiment, HV is used as the thermal spraying method.
Although OF is used, the present invention is not limited to this, and a thermal spraying method using hydrogen fuel may be used. The top coat is not necessarily limited to these thermal spraying methods, and a conventional atmospheric pressure plasma thermal spraying method may be used.
【0033】[0033]
【実施例】次に、この発明の実施例を表及び図面を参照
して説明する。この実施例では、ガスタービン部品用の
金属基材としてNi基超耐熱合金を使用し、この金属基
材上の遮熱コーティング層(ボンドコート、トップコー
ト)の皮膜形成状況(気孔率、密着強度)、耐酸化性及
び剥離特性を調べた。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the tables and the drawings. In this example, a Ni-base super heat-resistant alloy is used as a metal base material for a gas turbine component, and a film formation state (porosity, adhesion strength) of a thermal barrier coating layer (bond coat, top coat) on the metal base material is used. ), Oxidation resistance and peeling properties were investigated.
【0034】(実施例1)実施例1では、この発明に係
るガスタービン部材の皮膜形成状況を検討した。まず、
同一の溶射条件で溶射材料(MCrAlY系のボンドコ
ート材料)を変えたときの皮膜形成状況を表1〜表3に
基づいて説明する。(Example 1) In Example 1, the state of film formation of the gas turbine member according to the present invention was examined. First,
The coating formation conditions when the thermal spraying material (MCrAlY-based bond coat material) is changed under the same thermal spraying conditions will be described based on Tables 1 to 3.
【0035】表1は、HVOFを用いた溶射試験の施工
条件(溶射条件)を、表2は、試験対象の3種の溶射材
料(粉末A、B、C)の組成及びその平均粉末粒径を、
表3は、所定の光学顕微鏡写真による気孔率測定法を用
いた皮膜の気孔率(%)の試験結果を説明するものであ
る。Table 1 shows the construction conditions (spraying conditions) of the spraying test using HVOF, and Table 2 shows the compositions of the three types of spraying materials (powder A, B, C) to be tested and their average powder particle diameters. To
Table 3 explains the test results of the porosity (%) of the film using the porosity measuring method by a predetermined optical micrograph.
【0036】[0036]
【表1】 [Table 1]
【0037】[0037]
【表2】 [Table 2]
【0038】[0038]
【表3】 [Table 3]
【0039】この結果、同一の溶射条件であっても、溶
射材料の条件、主に平均粒径の違い等で皮膜の気孔率が
異なること、特に粉末Cで気孔率が最も小さいこと(溶
射距離が180mmのときに2%以下)、また粉末Bの
場合には平均粒径が本発明の20〜50mmから逸脱し
て75mmと大きいため、殆ど皮膜が形成されないこと
が確認された。As a result, even under the same thermal spraying conditions, the porosity of the coating differs depending on the conditions of the thermal spraying material, mainly the difference in the average particle size, and in particular, the porosity of powder C is the smallest (spraying distance). Was less than 2% at 180 mm), and in the case of powder B, the average particle size deviated from 20 to 50 mm of the present invention and was as large as 75 mm, so it was confirmed that almost no film was formed.
【0040】次に、同一の溶射材料で溶射条件(溶射速
度)を変えたときの皮膜形成状況を表4、図3及び図4
に基づいて説明する。溶射材料としては、上記で最も良
好な皮膜形成が得られた粉末Cを使用し、溶射速度とし
ては、比較のため、本発明の溶射法(500、750、
900m/s)と従来の大気圧プラズマ溶射法(30
0、400m/s)とを用いた。溶射距離は、上記粉末
Cで気孔率2%以下を達成した180mmとした。Next, the state of film formation when the spraying conditions (spraying speed) are changed with the same spraying material are shown in Table 4, FIG. 3 and FIG.
It will be described based on. As the thermal spraying material, the powder C for which the best film formation was obtained was used, and the thermal spraying rate was, for comparison, the thermal spraying method (500, 750,
900 m / s) and the conventional atmospheric pressure plasma spraying method (30
0, 400 m / s) was used. The spraying distance was set to 180 mm, which achieved a porosity of 2% or less with the powder C.
【0041】表4は、上記と同じ測定法を用いた皮膜の
気孔率(%)及び所定の密着強さ試験法を用いた密着強
度(MPa)の試験結果を示すものであり、図3及び図
4は、試験片の断面粒子構造を示す光学顕微鏡写真であ
る。この内、図3は、本発明(表4中の750m/sの
溶射速度の場合)の試験片を、図4は比較例(表4中の
300m/sの溶射速度の場合)の試験片を説明するも
のである。Table 4 shows the test results of the porosity (%) of the coating film using the same measurement method as above and the adhesion strength (MPa) using the predetermined adhesion strength test method. FIG. 4 is an optical micrograph showing a cross-sectional grain structure of the test piece. Of these, FIG. 3 shows a test piece of the present invention (in the case of a spraying speed of 750 m / s in Table 4), and FIG. 4 shows a test piece of a comparative example (in the case of a spraying speed of 300 m / s in Table 4). To explain.
【0042】[0042]
【表4】 [Table 4]
【0043】上記の結果、同一の溶射材料であっても、
溶射速度の違いで皮膜の気孔率が著しく改善され、密着
強度が従来の2倍以上高くなることが確認された (実施例2)実施例2では、この発明のガスタービン部
材の耐酸化性及び剥離特性を検討した。試験法として
は、試験対象を室温〜900℃で繰り返し加熱して耐酸
化性及び剥離特性を調べる所定の熱サイクル試験法を用
いた。As a result of the above, even if the same thermal spray material is used,
It was confirmed that the porosity of the coating was remarkably improved due to the difference in the spraying rate, and the adhesion strength was more than double that of the conventional example. (Example 2) In Example 2, oxidation resistance and The peeling characteristics were examined. As the test method, a predetermined thermal cycle test method was used in which the test object was repeatedly heated at room temperature to 900 ° C. to examine the oxidation resistance and the peeling property.
【0044】表5は、この耐酸化性及び剥離特性の試験
結果を説明するものである。試験対象としては、上記実
施例1のHVOFを用いた溶射法でMCrAlY系の上
記粉末Cによるボンドコートを厚さ0.15mmの条件
で金属基材上に溶射施工し、そのボンドコート上に所定
のZrO2 −Y2 O3 系の組成で平均粒径が70mmの
粉末によるトップコート(気孔率が3.5%)を溶射し
た本発明の遮熱コーティング試験片と、上記と同じ粉末
を従来の大気圧プラズマ溶射法で作製した比較例の試験
片とを使用した。Table 5 explains the test results of this oxidation resistance and peeling property. As a test object, a bond coat of the above-mentioned powder C of MCrAlY system was sprayed on a metal base material under the condition of a thickness of 0.15 mm by the thermal spraying method using the HVOF of the above-mentioned Example 1, and the predetermined on the bond coat. Of the ZrO 2 —Y 2 O 3 composition having a mean particle diameter of 70 mm and a top coat (porosity: 3.5%) sprayed onto the thermal barrier coating test piece of the present invention; The test piece of Comparative Example prepared by the atmospheric pressure plasma spraying method of No. 2 was used.
【0045】[0045]
【表5】 [Table 5]
【0046】この結果、表5に示すように、本発明の試
験片は、従来のものよりも耐酸化性及び耐剥離性により
一層優れていることが確認された。As a result, as shown in Table 5, it was confirmed that the test piece of the present invention was more excellent in oxidation resistance and peeling resistance than the conventional one.
【0047】[0047]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、遮熱コーティング層として、トップコートよりも小
さい気孔率を有するMCrAlY系のボンドコートを形
成することを必須とし、特に溶射速度を450〜900
m/sとした溶射法(例えば、高速ガス炎溶射法又は水
素燃料を使用した溶射法)を使用し、粉末粒径が20〜
50μmの条件で溶射皮膜を形成したため、最適な溶射
条件及び溶射材料を構築できると共に、従来と比べてよ
り一層緻密で且つ密着強度を高めた遮熱コーティング層
を形成でき、その結果、高温酸化に伴う界面剥離等に対
する耐久性を各段に改善できた。As described above, according to the present invention, it is essential to form an MCrAlY-based bond coat having a porosity smaller than that of the top coat as the thermal barrier coating layer, and especially the thermal spray rate is 450. ~ 900
m / s spraying method (for example, a high-speed gas flame spraying method or a spraying method using hydrogen fuel) is used, and the powder particle size is 20 to
Since the thermal spray coating was formed under the condition of 50 μm, it is possible to construct the optimal thermal spray conditions and thermal spray material, and it is possible to form a thermal barrier coating layer with higher density and higher adhesion strength than the conventional one, resulting in high temperature oxidation. The durability against the interfacial peeling, etc. was improved.
【図1】溶射速度に対する気孔率及び接着力の関係を説
明する概略特性図。FIG. 1 is a schematic characteristic diagram illustrating a relationship between a porosity and an adhesive force with respect to a thermal spray rate.
【図2】この発明に係るガスタービン部材の要部構成を
説明する概略断面図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a main part of a gas turbine member according to the present invention.
【図3】本発明(試験片)の断面の粒子構造を示す光学
顕微鏡写真。FIG. 3 is an optical micrograph showing a particle structure of a cross section of the present invention (test piece).
【図4】従来の比較例(試験片)の断面の粒子構造を示
す光学顕微鏡写真。FIG. 4 is an optical micrograph showing a particle structure of a cross section of a conventional comparative example (test piece).
1 金属基材 2 遮熱コーティング層 3 ボンドコート 4 トップコート 1 Metal substrate 2 Thermal barrier coating layer 3 Bond coat 4 Top coat
Claims (14)
金属基材上に遮熱コーティング層とを備え、この遮熱コ
ーティング層をボンドコート及びトップコートで構成し
たガスタービン部材において、上記ボンドコートは、M
CrAlY系の組成を有し且つ上記トップコートよりも
小さい気孔率を有することを特徴とするガスタービン部
材。1. A gas turbine member comprising a metal base material for a gas turbine component and a thermal barrier coating layer on the metal base material, wherein the thermal barrier coating layer comprises a bond coat and a top coat. The coat is M
A gas turbine member having a CrAlY-based composition and having a porosity smaller than that of the top coat.
1.00以上乃至32.00以下、Alを5.00以上
乃至14.00以下、Yを0.20以上乃至1.90以
下、およびO2 を1.00以下とし、Niを残部又はC
oを17.00以上乃至38.00以下とし、不可避的
不純物を含むMCrAlY系の組成を有する請求項1記
載のガスタービン部材。2. The bond coat contains 1 wt% of Cr.
1.00 or more and 32.00 or less, Al is 5.00 or more and 14.00 or less, Y is 0.20 or more and 1.90 or less, and O 2 is 1.00 or less, and Ni is the balance or C.
The gas turbine member according to claim 1, wherein o is 17.00 or more and 38.00 or less and has an MCrAlY-based composition containing inevitable impurities.
を有する請求項1又は2記載のガスタービン部材。3. The gas turbine component according to claim 1, wherein the bond coat has a porosity of 2% or less.
する密着強度が100MPa以上である請求項1乃至3
のいずれか1項記載のガスタービン部材。4. The bond coat has an adhesion strength with respect to the metal base material of 100 MPa or more.
The gas turbine member according to claim 1.
3 系の組成を有し且つ5%以下の気孔率を有する請求項
1乃至4のいずれか1項記載のガスタービン部材。5. The top coat is ZrO 2 —Y 2 O.
The gas turbine member according to any one of claims 1 to 4, which has a composition of 3 system and has a porosity of 5% or less.
m以上乃至0.20mm以下であり、前記トップコート
は、厚さが0.10mm以上乃至0.50mm以下であ
る請求項1乃至5のいずれか1項記載のガスタービン部
材。6. The bond coat has a thickness of 0.02 m.
The gas turbine member according to any one of claims 1 to 5, wherein the top coat has a thickness of 0.10 mm or more and 0.20 mm or less and the top coat has a thickness of 0.10 mm or more and 0.50 mm or less.
m/s以下とした溶射法を使用して、ガスタービン部品
用の金属基材上に遮熱コーティング層のボンドコートを
一体に形成することを特徴とするガスタービン部材の遮
熱コーティング方法。7. A spraying speed of 450 m / s or more to 900
A thermal barrier coating method for a gas turbine member, which comprises integrally forming a bond coat of a thermal barrier coating layer on a metal base material for a gas turbine component by using a thermal spraying method at m / s or less.
量%でCrを11.00以上乃至32.00以下、Al
を5.00以上乃至14.00以下、Yを0.20以上
乃至1.90以下、およびO2 を1.00以下とし、N
iを残部又はCoを17.00以上乃至38.00以下
とし、不可避的不純物を含む組成を有するMCrAlY
系材料を用いた請求項7記載のガスタービン部材の遮熱
コーティング方法。8. The thermal spray material for the bond coat, wherein Cr is 11.00 or more and 32.00 or less in weight%, Al
Is 5.00 or more and 14.00 or less, Y is 0.20 or more and 1.90 or less, and O 2 is 1.00 or less, and N
MCrAlY in which i is the balance or Co is 17.00 or more and 38.00 or less and the composition contains inevitable impurities.
The thermal barrier coating method for a gas turbine member according to claim 7, wherein a system material is used.
0μm以上乃至50μm以下の粉末粒径を有するMCr
AlY系材料を用いた請求項7又は8記載のガスタービ
ン部材の遮熱コーティング方法。9. The thermal spray material of the bond coat is 2
MCr having a powder particle size of 0 μm to 50 μm
The thermal barrier coating method for a gas turbine member according to claim 7, wherein an AlY-based material is used.
を用いた請求項7乃至9のいずれか1項記載のガスター
ビン部材の遮熱コーティング方法。10. The thermal barrier coating method for a gas turbine member according to claim 7, wherein a high-speed gas flame spraying method is used as the spraying method.
た溶射法を用いた請求項7乃至9のいずれか1項記載の
ガスタービン部材の遮熱コーティング方法。11. The thermal barrier coating method for a gas turbine member according to claim 7, wherein a thermal spraying method using hydrogen fuel is used as the thermal spraying method.
熱コーティング層のボンドコートを一体に形成し、その
後、溶射速度を350m/s以上乃至900m/s以下
とした溶射法を使用して、上記ボンドコート上に上記遮
熱コーティング層のトップコートを一体に形成すること
を特徴とするガスタービン部材の遮熱コーティング方
法。12. A thermal barrier coating layer is integrally formed on a metal base material for gas turbine parts, and then a thermal spraying method is used in which the thermal spray rate is 350 m / s or more to 900 m / s or less. A thermal barrier coating method for a gas turbine member, wherein a top coat of the thermal barrier coating layer is integrally formed on the bond coat.
5μm以上乃至75μm以下の粉末粒径を有するZrO
2 −Y2 O3 系材料を用いた請求項12記載のガスター
ビン部材の遮熱コーティング方法。13. The thermal spray material for the top coat,
ZrO having a powder particle size of 5 μm or more and 75 μm or less
The thermal barrier coating method for a gas turbine member according to claim 12, wherein a 2- Y 2 O 3 based material is used.
0m/s以下とした溶射法を使用して、ガスタービン部
材用の金属基材上に遮熱コーティング層のボンドコート
を一体に形成し、その後、溶射速度を350m/s以上
乃至900m/s以下とした溶射法を使用して、上記ボ
ンドコート上に上記遮熱コーティング層のトップコート
を一体に形成することを特徴とするガスタービン部材の
遮熱コーティング方法。14. A spraying speed of 450 m / s or more to 90 or more.
A bond coat of a thermal barrier coating layer is integrally formed on a metal base material for a gas turbine member by using a thermal spraying method at 0 m / s or less, and then a thermal spraying speed of 350 m / s or more to 900 m / s or less. The thermal barrier coating method for a gas turbine member, wherein the top coat of the thermal barrier coating layer is integrally formed on the bond coat by using the thermal spraying method described above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8156068A JPH09316622A (en) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | Gas turbine member and its thermal insulation coating method |
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JP8156068A JPH09316622A (en) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | Gas turbine member and its thermal insulation coating method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=15619608
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