JPH10140318A

JPH10140318A - アブレーダブルコーティング方法

Info

Publication number: JPH10140318A
Application number: JP29639796A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Mori; 信儀森; Katsuhiko Iinuma; 勝彦飯沼; Akitatsu Masaki; 彰樹正木; Satoshi Goto; 聡後藤; Katsuhiko Tsunoda; 克彦角田
Original assignee: SURUZAA METEKO JAPAN KK; IHI Corp
Current assignee: SURUZAA METEKO JAPAN KK; IHI Corp
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1998-05-26
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: JP3558469B2

Abstract

(57)【要約】【目的】５００℃を越える温度の使用に耐えるアブレ
ーダブルコートを生成する。【構成】被コート面をブラスト処理し粗面化する工程
と、粗面化した面にＮｉ−５ＡｌまたはＮｉ−１８．５
Ｃｒ−６Ａｌの粉末をプラズマ溶射する工程と、プラズ
マ溶射した面に第１粉末と第２粉末を１：０．０５〜
０．３０の重量％の割合で混合してフレーム溶射する工
程と、を有し、第１粉末はＣｒが３〜７重量％、Ａｌが
３〜７重量％、Al₂O₃とSiO₂が６〜１４重量％、Ｎｉが
残りの重量％からなり、第２粉末はＣｒが３〜７重量
％、Ａｌが３〜７重量％、Al₂O₃とSiO₂が１５〜３０重
量％、Ｎｉが残りの重量％からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転などを行う移
動体と間隙を有して配置された静止体の間隙面に塗布さ
れるコーティング材で移動体が接触した場合、自己が削
られて移動体を傷めないようにするアブレーダブルコー
ト（被造間隙皮膜）のコーティング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンやジェットエンジンのロー
タに植えられたブレードの先端と、ステータとは所定の
間隙が設けられており、シール性を保持している。振動
などの異常によりブレードがステータに接触する場合が
あるが、この時ステータの間隙部が硬いとブレードの先
端が損傷し、回転が適正に行われなくなったり、シール
性が損なわれたりする。このためステータの間隙部には
切削性のよいコーティング材を塗布しておき、ブレード
の損傷を防止し、コーティング材が削られるようにして
おく。

【０００３】このようなコーティング材には次の性質が
要求される。切削性がよく接触してくる方の部材に損傷を与えな
い。この接触と切削によりコーティング材が大きく脱落し
ない。コーティング材が接触してくる相手側に付着しない。使用温度に耐える。耐酸化性を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような要求を満た
すコーティング材として、使用温度が５００℃以下の場
合は、Ｎｉ−グラファイトの粉末を溶射するものやNiCr
Al-BN の粉末を溶射するコーティング材のように使用温
度が５００℃以上で使用が可能でも良好なアブレーダビ
リティを満足するコーティング材がなかった。また、あ
っても技術内容は軍事上機密に属するため公開されてい
ない。

【０００５】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、使用温度が５００℃を越える場合も、使用可能な
アブレーダブルコートを生成するアブレーダブルコーテ
ィング方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、被コート面をブラスト処理により粗面化する工程
と、粗面化した面にＮｉ−５ＡｌまたはＮｉ−１８．５
Ｃｒ−６Ａｌの粉末をプラズマ溶射する工程と、プラズ
マ溶射した面に第１粉末と第２粉末を１：０．０５〜
０．３０の重量％の割合で混合してフレーム溶射する工
程と、を有し、前記第１粉末はＣｒが３〜７重量％、Ａ
ｌが３〜７重量％、Al₂O₃とSiO₂が６〜１４重量％、Ｎ
ｉが残りの重量％からなり、前記第２粉末は、Ｃｒが３
〜７重量％、Ａｌが３〜７重量％、Al₂O₃とSiO₂が１５
〜３０重量％、Ｎｉが残りの重量％からなるようにす
る。

【０００７】また、前記第１粉末の大きさは３７〜７４
μｍ、前記第２粉末の大きさは７４〜１２５μｍとす
る。

【０００８】また、前記ブラスト処理にはAl₂O₃または
SiＣの粉末を用いる。

【０００９】これらの方法をさらに説明すると、被コー
ト面はまずブラスト処理をして粗面化し、コーティング
の付着を確実にする。ブラスト処理には、Al₂O₃または
SiCの粉末が好適である。粗面化した面にコーティング
膜の密着性を向上させるためＮｉ−５ＡｌまたはＮｉ−
１８．５Ｃｒ−６Ａｌの粉末をプラズマ溶射して被コー
ト面とコーティング膜との結合膜（ボンドコート）とす
る。次にこのボンドコートの上面に第１粉末と、第２粉
末を重量％で１：０．０５〜０．３０の割合、好ましく
は１：０．２０〜０．３０の割合に混合してフレーム溶
射する。第１粉末は、Ｃｒが３〜７重量％、好ましくは
４〜６重量％、Ａｌが３〜７重量％、好ましくは４〜６
重量％、Al₂O₃とSiO₂が６〜１４重量％、好ましくは８
〜１２重量％、Ｎｉが残りの重量％とする。第２粉末
は、Ｃｒが３〜７重量％、好ましくは４〜６重量％、Ａ
ｌが３〜７重量％、好ましくは４〜６重量％、Al₂O₃と
SiO₂が１５〜３０重量％、好ましくは２０〜２５重量
％、Ｎｉが残りの重量％からなるようにする。また第１
粉末の大きさは３７〜７４μｍとし、第２粉末の大きさ
は７４〜１２５μｍとする。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明のコーティング材を使用する
対象を示す図で、ガスタービンやジェットエンジンのロ
ータとステータを示す。ロータ１はステータ２内に設け
られ、ロータ１には動翼３が植えられ、動翼３の先端は
ステータ２の内面と間隙Ｃを有しており、このステータ
２の内面で動翼３の先端と対応する部分にアブレダブル
コート５が形成されている。ステータ２には静翼４が動
翼３と交互に植えられている。アブレーダブルコート５
の表面は間隙Ｃを正確に出すために機械加工されてい
る。

【００１１】ステータ２を表す試料を作成し、この試料
にアブレーダブルコートを生成する。まず、試料の被コ
ート面をAl₂O₃の粉末でブラスト処理し、粗面化する。
次にこの面にＮｉ−５Ａｌの粉末をプラズマ溶射する。
厚みは０．１ｍｍ程度とする。次に第１粉末をＣｒ５重
量％、Ａｌ５重量％Al₂O₃とSiO₂を１０重量％、Ｎｉを
８０重量％とし、第２粉末をＣｒ２重量％、Ａｌ５重量
％、Al₂O₃とSiO₂を２５重量％、Ｎｉを６５重量％と
し、第１粉末１に対し第２粉末を０．２５の重量％の比
で混合してフレーム溶射する。第１粉末の大きさは３７
〜７４μｍ、第２粉末の大きさは７４〜１２５μｍと
し、膜厚は１．０ｍｍ程度とする。図２はこのように形
成されたアブレーダブルコートの構成を示す。このよう
な試料を、次に示す４種類の試験用に各３個合計１２個
作成した。

【００１２】（１）ブラストエロージョンテスト本テストはロータに吸い込まれる異物粒子（砂塵等）に
よって、動翼３との間隙Ｃを保持することによりシール
部を構成しているアブレーダブルコート５のエロージョ
ン（浸食）に対する耐久性を試験する。図３はブラスト
エロージョン専用試験機を示す。試料１０を台座１１に
乗せるとマグネット１２で固定される。ノズル１３より
研削材を噴出する。試験要目は次の通りである。研削材：グレイアルミナ−４５＋５μｍ噴射圧：１．５〜２．７ｋｇ／ｃｍ²，２００〜３００
リットル／回噴射量：４０ｇ〜６０ｇ／１０秒温度：１６℃

【００１３】評価は試験前後のコーティング表面の形状
変化により浸食量を比較することにより行う。

【００１４】（２）耐酸化テスト本テストは実機内で使用される温度でのアブレーダブル
コートの変質（酸化）の程度を比較する。図４は耐酸化
テスト機を示す。試料１０は熱電対１６を付けてパイプ
１５中に入れられ、パイプ１５を電気炉１７に入れ加熱
する。加熱は制御装置１８により行われる。試験要目は
次の通りである。温度：５５０℃±３０℃ 試験時間：７５０時間雰囲気：大気

【００１５】評価は次のように行う。試験前後での重量変化を調べる。コーテイング膜断面ミクロ組織観察での酸化状態を比
較する。表面硬度の変化を調べる。

【００１６】（３）サーマルショックテスト本テストは実機内で受ける温度サイクルを与え、熱衝撃
による劣化を比較する。図５（ａ）はサーマルショック
テスト機を示し、（ｂ）は試料１０に加える熱サイクル
を示す。酸素アセチレントーチ２０とエアーノズル２１
を固定具２２に取り付け、移動部２３で周期的に上下さ
せ、フレームとエアをホルダー２４に支持された試料１
０に当て、温度モニタ２５で試料１０の温度を計測す
る。温度サイクルは（ｂ）に示すように５５０±３０℃
と５０℃の間を往復させる。

【００１７】評価は次のようにする。試験前後の重量変化を調べる（劣化によるコーティン
グ膜の脱落を調べる。）コーティング膜断面ミクロ組織観察で劣化状態を調べ
る。表面硬度の変化を調べる。

【００１８】（４）チッピングテスト（アブレーダビリ
ティテスト）アブレーダブルコーティング膜を実機で使用される温度
下において、ブレード（動翼）又はダミーブレードでこ
すり、被削性を調べる。図６はチッピングテスト機を示
し、試料１０は試料送り機２６に取り付けられ、一定の
送り速度で送られる。試料１０はバーナ２７で実機と同
じ温度に加熱され、その温度は熱電対レコーダ２８に記
録される。ディスク２９にブレード３０が取り付けられ
回転する。試料１０は試料送り器２６によりブレード３
０に対して送られ切削される。試験要目は次の通りであ
る。温度：５００℃〜３００℃ 送り：０．１ｍｍ／７．５秒（最大送り０．５ｍｍ）

【００１９】評価は次のようになる。コーティング膜の被削後の外観を調べる。ブレード材の変形を調べる。ブレード材へのコーティング膜の付着状況を調べる。

【００２０】図７はテスト結果の総合判定を示す一覧表
である。テスト結果には参考に従来例として説明したＮ
ｉ−グラファイト、NiCrAl-BN の粉末を溶射したコーテ
ィング膜について同じ試験を行った結果を併記する。図
中○は該当するテストに合格したことを示し、×は不合
格、三角は不合格に近い合格を示す。本実施例のコーテ
ィング膜は４種類のテスト全てに合格しており、５００
℃以上５５０±３０℃、つまり５２０℃までの高温の使
用に耐えることが示されている。比較例として記載した
Ｎｉ−グラファイト、NiCrAl-BN を用いるものはサーマ
ルショックテスト、チッピングテストの結果が不合格と
なっている。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によって生成されるアブレーダブルコーティング膜は５
００℃以上の高温の使用を可能とし、エア、オイルシー
ル用のアブレーダブルコーティングとして幅広く利用で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によって生成するコーティング膜を使用
するロータとステータを示す図である。

【図２】実施例のコーテイング膜の構成を示す図であ
る。

【図３】ブラストエロージョン専用試験機の構成を示す
図である。

【図４】耐酸化テスト機の構成を示す図である。

【図５】サーマルショックテスト機の構成を示す図であ
る。

【図６】チッピングテスト機の構成を示す図である。

【図７】テスト結果の総合判定を示す一覧表である。

【符号の説明】

１ロータ２ステータ３動翼４静翼５アブレーダブルコート１０試料１１台座１２マグネット１３ノズル１５パイプ１６熱電対１７電気炉１８制御装置２０酸素アセチレントーチ２１エアーノズル２２固定具２３移動部２４ホルダー２５温度モニタ２６試料送り機２７バーナ２８熱電対レコーダ２９ディスク３０ブレード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者正木彰樹東京都田無市向台町３丁目５番１号石川島播磨重工業株式会社田無工場内 (72)発明者後藤聡東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229 石川島播磨重工業株式会社瑞穂工場内 (72)発明者角田克彦東京都千代田区二番町11番19号スルザーメテコジャパン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被コート面をブラスト処理により粗面化
する工程と、粗面化した面にＮｉ−５ＡｌまたはＮｉ−１８．５Ｃｒ
−６Ａｌの粉末をプラズマ溶射する工程と、プラズマ溶射した面に第１粉末と第２粉末を１：０．０
５〜０．３０の重量％の割合で混合してフレーム溶射す
る工程と、を有し、前記第１粉末はＣｒが３〜７重量％、Ａｌが３〜７重量
％、Al₂O₃とSiO₂が６〜１４重量％、Ｎｉが残りの重量
％からなり、前記第２粉末は、Ｃｒが３〜７重量％、Ａ
ｌが３〜７重量％、Al₂O₃とSiO₂が１５〜３０重量％、
Ｎｉが残りの重量％からなることを特徴とするアブレー
ダブルコーティング方法。
【請求項２】前記第１粉末の大きさは３７〜７４μ
ｍ、前記第２粉末の大きさは７４〜１２５μｍとするこ
とを特徴とする請求項１記載のアブレーダブルコーティ
ング方法。
【請求項３】前記ブラスト処理にはAl₂O₃またはSiＣ
の粉末を用いることを特徴とする請求項１記載のアブレ
ーダブルコーティング方法。