JPH11268175A - セラミックス遮熱コーティング - Google Patents
セラミックス遮熱コーティングInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属下地層（金属ボンド層）の酸化及び腐食
を抑制して、セラミックス遮熱層の剥離を防止し、セラ
ミックス遮熱コーティング（皮膜）の長寿命化を図る。 【解決手段】 金属基材１０を被覆する第１層がＮｉ基
合金、Ｃｏ基合金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかから
なる金属ボンド層１２であり、この第１層を被覆する第
２層がＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかから構
成される金属ボンド層１２の酸化及び腐食を抑制するた
めの金属中間層１６であり、この第２層を被覆する第３
層が低熱伝導性のセラミックスからなるセラミックス遮
熱層１４で構成されている。
を抑制して、セラミックス遮熱層の剥離を防止し、セラ
ミックス遮熱コーティング（皮膜）の長寿命化を図る。 【解決手段】 金属基材１０を被覆する第１層がＮｉ基
合金、Ｃｏ基合金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかから
なる金属ボンド層１２であり、この第１層を被覆する第
２層がＰｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかから構
成される金属ボンド層１２の酸化及び腐食を抑制するた
めの金属中間層１６であり、この第２層を被覆する第３
層が低熱伝導性のセラミックスからなるセラミックス遮
熱層１４で構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの動
静翼（動翼、静翼）、燃焼器などの金属製部材を燃焼ガ
スによる高温環境から保護するためのセラミックス遮熱
コーティング（皮膜）に関するものである。
静翼（動翼、静翼）、燃焼器などの金属製部材を燃焼ガ
スによる高温環境から保護するためのセラミックス遮熱
コーティング（皮膜）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ガスタービンの動静翼、燃焼
器などの金属製部材を燃焼ガスによる高温環境から保護
するための遮熱コーティング（ｔｈｅｒｍａｌ ｂａｒ
ｒｉｅｒ ｃｏａｔｉｎｇ、ＴＢＣ）は、図３に示すよ
うに、金属基材１０上に施工される１００ミクロン程度
の金属ボンド層（金属接合層）１２（ＭＣｒＡｌＹ、Ｍ
＝Ｎｉ、Ｃｏ）、及び燃焼ガスに曝される面に施工され
る安定化ジルコニアに代表される低熱伝導性のセラミッ
クスからなる２００ミクロン程度のセラミックス遮熱層
１４から構成される２層構造が一般的である。通常、金
属ボンド層は低圧溶射で施工され、セラミックス遮熱層
は大気プラズマ溶射で施工される。プラズマ溶射で施工
されたジルコニアセラミックス遮熱層は、気孔あるいは
微小クラックを多く含むため、セラミックス遮熱層を酸
素あるいは燃焼ガス中の腐食成分が透過し、金属ボンド
層を酸化あるいは腐食させ、これがセラミックス遮熱層
の剥離を誘発する。そこで、従来は、金属ボンド層の酸
化あるいは腐食を防ぐために、ジルコニアセラミックス
遮熱層表面に緻密なセラミックス層を設置する、あるい
はガラスにより封孔処理を行う方法が提案されている。
器などの金属製部材を燃焼ガスによる高温環境から保護
するための遮熱コーティング（ｔｈｅｒｍａｌ ｂａｒ
ｒｉｅｒ ｃｏａｔｉｎｇ、ＴＢＣ）は、図３に示すよ
うに、金属基材１０上に施工される１００ミクロン程度
の金属ボンド層（金属接合層）１２（ＭＣｒＡｌＹ、Ｍ
＝Ｎｉ、Ｃｏ）、及び燃焼ガスに曝される面に施工され
る安定化ジルコニアに代表される低熱伝導性のセラミッ
クスからなる２００ミクロン程度のセラミックス遮熱層
１４から構成される２層構造が一般的である。通常、金
属ボンド層は低圧溶射で施工され、セラミックス遮熱層
は大気プラズマ溶射で施工される。プラズマ溶射で施工
されたジルコニアセラミックス遮熱層は、気孔あるいは
微小クラックを多く含むため、セラミックス遮熱層を酸
素あるいは燃焼ガス中の腐食成分が透過し、金属ボンド
層を酸化あるいは腐食させ、これがセラミックス遮熱層
の剥離を誘発する。そこで、従来は、金属ボンド層の酸
化あるいは腐食を防ぐために、ジルコニアセラミックス
遮熱層表面に緻密なセラミックス層を設置する、あるい
はガラスにより封孔処理を行う方法が提案されている。
【０００３】例えば、米国特許公報第５，０８０，９７
７号の明細書及び図面には、金属ボンド層を被覆するよ
うにジルコニア遮熱層を設け、このジルコニア遮熱層を
被覆するようにガラス含有ジルコニア層を設けるか、又
は、金属ボンド層を被覆するようにガラス含有ジルコニ
ア層を設け、このガラス含有ジルコニア層を被覆するよ
うにジルコニア遮熱層を設け、さらにこのジルコニア遮
熱層を被覆するようにガラス含有ジルコニア層を設けて
形成した複合遮熱コーティングが記載されている。な
お、特開平９−２６８３６６号公報には、チタン−アル
ミニウム系合金の遮熱コーティングにおいて、皮膜のＴ
ｉＡｌ合金への密着性をよくするために、金属ボンド層
を構成する合金成分にＰｔを含む材料を用いることが記
載されている。このように、Ｐｔの高い密着性に着目し
て、金属ボンド層を構成する合金成分にＰｔを含む材料
（例えば、ＭＣｒＡｌＹＰｔ）を用い、遮熱コーティン
グの特性向上を図るという技術は既に存在する。
７号の明細書及び図面には、金属ボンド層を被覆するよ
うにジルコニア遮熱層を設け、このジルコニア遮熱層を
被覆するようにガラス含有ジルコニア層を設けるか、又
は、金属ボンド層を被覆するようにガラス含有ジルコニ
ア層を設け、このガラス含有ジルコニア層を被覆するよ
うにジルコニア遮熱層を設け、さらにこのジルコニア遮
熱層を被覆するようにガラス含有ジルコニア層を設けて
形成した複合遮熱コーティングが記載されている。な
お、特開平９−２６８３６６号公報には、チタン−アル
ミニウム系合金の遮熱コーティングにおいて、皮膜のＴ
ｉＡｌ合金への密着性をよくするために、金属ボンド層
を構成する合金成分にＰｔを含む材料を用いることが記
載されている。このように、Ｐｔの高い密着性に着目し
て、金属ボンド層を構成する合金成分にＰｔを含む材料
（例えば、ＭＣｒＡｌＹＰｔ）を用い、遮熱コーティン
グの特性向上を図るという技術は既に存在する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】セラミックス遮熱層の
最表面部分に緻密なセラミックス層を設置して酸素ある
いは腐食成分の浸透を防止する従来方法は、緻密質セラ
ミックスが熱衝撃に弱いことから亀裂が発生しやすく、
また、何らかの原因で亀裂が発生した場合に、そこから
酸素あるいは腐食成分が浸透する可能性がある。また、
ガラス成分により封孔処理を実施するか、あるいはガラ
ス成分を含む複合セラミックスにより酸素等の浸透を防
止する方法は、ガラス成分をなるべく多く含有させた方
がより効果的であるが、その量によってはコーティング
の特性を劣化させ、皮膜の寿命を短くする可能性があ
る。例えば、米国特許第５，０８０，９７７号の明細書
及び図面においては、ガラス層の割合は１０vol ％とさ
れている。
最表面部分に緻密なセラミックス層を設置して酸素ある
いは腐食成分の浸透を防止する従来方法は、緻密質セラ
ミックスが熱衝撃に弱いことから亀裂が発生しやすく、
また、何らかの原因で亀裂が発生した場合に、そこから
酸素あるいは腐食成分が浸透する可能性がある。また、
ガラス成分により封孔処理を実施するか、あるいはガラ
ス成分を含む複合セラミックスにより酸素等の浸透を防
止する方法は、ガラス成分をなるべく多く含有させた方
がより効果的であるが、その量によってはコーティング
の特性を劣化させ、皮膜の寿命を短くする可能性があ
る。例えば、米国特許第５，０８０，９７７号の明細書
及び図面においては、ガラス層の割合は１０vol ％とさ
れている。
【０００５】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、セラミックス遮熱コーティング
（皮膜）を構成するセラミックス遮熱層と金属下地層
（金属ボンド層）との中間に、白金等の酸素や腐食成分
の透過を抑制する材料からなる層を酸素バリアとして設
置することにより、金属下地層（金属ボンド層）の酸化
及び腐食を抑制して、セラミックス遮熱層の剥離を防止
し、皮膜の長寿命化を図ることができるセラミックス遮
熱コーティングを提供することにある。
で、本発明の目的は、セラミックス遮熱コーティング
（皮膜）を構成するセラミックス遮熱層と金属下地層
（金属ボンド層）との中間に、白金等の酸素や腐食成分
の透過を抑制する材料からなる層を酸素バリアとして設
置することにより、金属下地層（金属ボンド層）の酸化
及び腐食を抑制して、セラミックス遮熱層の剥離を防止
し、皮膜の長寿命化を図ることができるセラミックス遮
熱コーティングを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のセラミックス遮熱コーティング（皮膜）
は、金属基材を被覆する第１層がＮｉ基合金、Ｃｏ基合
金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかからなる金属ボンド
層であり、この第１層を被覆する第２層がＰｔ、Ｉｒ及
びＡｕの少なくともいずれかから構成される金属ボンド
層の酸化及び腐食を抑制するための金属中間層であり、
この第２層を被覆する第３層が低熱伝導性のセラミック
スからなるセラミックス遮熱層であることを特徴として
いる（図１参照）。
めに、本発明のセラミックス遮熱コーティング（皮膜）
は、金属基材を被覆する第１層がＮｉ基合金、Ｃｏ基合
金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかからなる金属ボンド
層であり、この第１層を被覆する第２層がＰｔ、Ｉｒ及
びＡｕの少なくともいずれかから構成される金属ボンド
層の酸化及び腐食を抑制するための金属中間層であり、
この第２層を被覆する第３層が低熱伝導性のセラミック
スからなるセラミックス遮熱層であることを特徴として
いる（図１参照）。
【０００７】また、本発明のセラミックス遮熱コーティ
ングは、金属基材を被覆する第１層がＮｉ基合金、Ｃｏ
基合金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかからなる金属ボ
ンド層であり、この第１層を被覆する第２層がＰｔ、Ｉ
ｒ及びＡｕの少なくともいずれかを主成分とする合金か
らなる金属ボンド層の酸化及び腐食を抑制するための金
属中間層であり、この第２層を被覆する第３層が低熱伝
導性のセラミックスからなるセラミックス遮熱層である
ことを特徴としている（図１参照）。
ングは、金属基材を被覆する第１層がＮｉ基合金、Ｃｏ
基合金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかからなる金属ボ
ンド層であり、この第１層を被覆する第２層がＰｔ、Ｉ
ｒ及びＡｕの少なくともいずれかを主成分とする合金か
らなる金属ボンド層の酸化及び腐食を抑制するための金
属中間層であり、この第２層を被覆する第３層が低熱伝
導性のセラミックスからなるセラミックス遮熱層である
ことを特徴としている（図１参照）。
【０００８】これらの本発明のセラミックス遮熱コーテ
ィングにおいて、第２層である金属中間層の厚さは、
０．１〜２０μmの範囲とすることが好ましい。なお、
より好ましい金属中間層の厚さは、下限値が３μmであ
り、上限値が１０μmである。金属中間層の厚さが好ま
しい範囲より薄い場合は、酸素又は腐食成分の透過抑制
効果が小さくなり、一方、金属中間層の厚さが好ましい
範囲より厚い場合は、金属中間層の表面粗度が低下し
（表面が平滑になり）、セラミックス遮熱層の密着性が
低下することになる。また、これらの本発明のセラミッ
クス遮熱コーティングにおいて、第３層であるセラミッ
クス遮熱層における低熱伝導性のセラミックスは、安定
化ジルコニア及び部分安定化ジルコニアのいずれかとす
ることが好ましい。
ィングにおいて、第２層である金属中間層の厚さは、
０．１〜２０μmの範囲とすることが好ましい。なお、
より好ましい金属中間層の厚さは、下限値が３μmであ
り、上限値が１０μmである。金属中間層の厚さが好ま
しい範囲より薄い場合は、酸素又は腐食成分の透過抑制
効果が小さくなり、一方、金属中間層の厚さが好ましい
範囲より厚い場合は、金属中間層の表面粗度が低下し
（表面が平滑になり）、セラミックス遮熱層の密着性が
低下することになる。また、これらの本発明のセラミッ
クス遮熱コーティングにおいて、第３層であるセラミッ
クス遮熱層における低熱伝導性のセラミックスは、安定
化ジルコニア及び部分安定化ジルコニアのいずれかとす
ることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することができる
ものである。図１は、本発明の実施の形態によるセラミ
ックス遮熱コーティング（皮膜）を概念図として示して
いる。本実施の形態は、金属基材１０の表面に、第１層
として金属ボンド層（金属接合層）１２、第１層につい
で施工される第２層として金属ボンド層の酸化及び腐食
を抑制するための金属中間層１６、さらに、第３層とし
て安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアを施
工したセラミックス遮熱層１４からなる遮熱コーティン
グシステムである。
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することができる
ものである。図１は、本発明の実施の形態によるセラミ
ックス遮熱コーティング（皮膜）を概念図として示して
いる。本実施の形態は、金属基材１０の表面に、第１層
として金属ボンド層（金属接合層）１２、第１層につい
で施工される第２層として金属ボンド層の酸化及び腐食
を抑制するための金属中間層１６、さらに、第３層とし
て安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアを施
工したセラミックス遮熱層１４からなる遮熱コーティン
グシステムである。
【００１０】第１層である金属ボンド層１２としては、
ＭＣｒＡｌＹ（Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ）が一般的に用いられ、
その厚さは５０〜１５０μmである。金属ボンド層１２
は、例えば、減圧プラズマ溶射等の溶射又は物理蒸着
（ＰＶＤ）等にて、金属基材１０の表面に施工される。
また、第３層であるセラミックス遮熱層１４は、セラミ
ックスとして、通常、安定化ジルコニア又は部分安定化
ジルコニアが用いられるが、特に、安定化剤として、Ｍ
ｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3及びＣｅＯのいずれか
を使用した部分安定化ジルコニアを用いることが好まし
い。セラミックス遮熱層１４は、例えば、大気プラズマ
溶射等の溶射又は物理蒸着（ＰＶＤ）等にて、厚さ１０
０〜５００μmに施工される。
ＭＣｒＡｌＹ（Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ）が一般的に用いられ、
その厚さは５０〜１５０μmである。金属ボンド層１２
は、例えば、減圧プラズマ溶射等の溶射又は物理蒸着
（ＰＶＤ）等にて、金属基材１０の表面に施工される。
また、第３層であるセラミックス遮熱層１４は、セラミ
ックスとして、通常、安定化ジルコニア又は部分安定化
ジルコニアが用いられるが、特に、安定化剤として、Ｍ
ｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3及びＣｅＯのいずれか
を使用した部分安定化ジルコニアを用いることが好まし
い。セラミックス遮熱層１４は、例えば、大気プラズマ
溶射等の溶射又は物理蒸着（ＰＶＤ）等にて、厚さ１０
０〜５００μmに施工される。
【００１１】金属ボンド層１２とセラミックス遮熱層１
４との中間に施工される第２層である金属中間層１６
は、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれか、あるい
はこれらの金属の少なくともいずれかを主成分とする合
金からなる材料で構成される。第２層である金属中間層
１６は、第１層の金属ボンド層１２に対する酸素あるい
は腐食成分の浸透を抑制し、その結果、金属ボンド層１
２の酸化及び腐食が抑制されて、第３層であるセラミッ
クス遮熱層１４の剥離が防止され、セラミックス遮熱コ
ーティング（皮膜）の寿命が延長される。金属中間層１
６は、例えば、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）
又はメッキ等にて、厚さ０．１〜２０μm、望ましく
は、３〜１０μmに施工される。
４との中間に施工される第２層である金属中間層１６
は、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれか、あるい
はこれらの金属の少なくともいずれかを主成分とする合
金からなる材料で構成される。第２層である金属中間層
１６は、第１層の金属ボンド層１２に対する酸素あるい
は腐食成分の浸透を抑制し、その結果、金属ボンド層１
２の酸化及び腐食が抑制されて、第３層であるセラミッ
クス遮熱層１４の剥離が防止され、セラミックス遮熱コ
ーティング（皮膜）の寿命が延長される。金属中間層１
６は、例えば、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）
又はメッキ等にて、厚さ０．１〜２０μm、望ましく
は、３〜１０μmに施工される。
【００１２】つぎに、本発明の実施の形態によるセラミ
ックス遮熱コーティングにおいて、図１を参照しなが
ら、コーティングの施工方法の一例を説明する。超合金
等からなる金属基材１０上に、第１層として、減圧プラ
ズマ溶射等の溶射又は物理蒸着（ＰＶＤ）等にて、Ｎｉ
ＣｏＣｒＡｌＹ合金からなる金属ボンド層１２を５０〜
１５０μmの厚さで施工した後、その上に第２層とし
て、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）又はメッキ
等にて、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれか、あ
るいはこれらの金属の少なくともいずれかを主成分とす
る合金からなる材料で構成される金属中間層１６を、
０．１〜２０μm、望ましくは、３〜１０μmの厚さで施
工し、さらに第３層として、大気プラズマ溶射等の溶射
又は物理蒸着（ＰＶＤ）等にて、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2
Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3及びＣｅＯのいずれかの安定化剤を使用
した部分安定化ジルコニアからなるセラミックス遮熱層
１４を、１００〜５００μmの厚さで施工する。これに
より、本発明の実施の形態によるセラミックス遮熱コー
ティングが得られる。
ックス遮熱コーティングにおいて、図１を参照しなが
ら、コーティングの施工方法の一例を説明する。超合金
等からなる金属基材１０上に、第１層として、減圧プラ
ズマ溶射等の溶射又は物理蒸着（ＰＶＤ）等にて、Ｎｉ
ＣｏＣｒＡｌＹ合金からなる金属ボンド層１２を５０〜
１５０μmの厚さで施工した後、その上に第２層とし
て、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）又はメッキ
等にて、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれか、あ
るいはこれらの金属の少なくともいずれかを主成分とす
る合金からなる材料で構成される金属中間層１６を、
０．１〜２０μm、望ましくは、３〜１０μmの厚さで施
工し、さらに第３層として、大気プラズマ溶射等の溶射
又は物理蒸着（ＰＶＤ）等にて、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2
Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3及びＣｅＯのいずれかの安定化剤を使用
した部分安定化ジルコニアからなるセラミックス遮熱層
１４を、１００〜５００μmの厚さで施工する。これに
より、本発明の実施の形態によるセラミックス遮熱コー
ティングが得られる。
【００１３】なお、本発明のセラミックス遮熱コーティ
ングを、ガスタービン部品等の高温環境で使用される金
属製部材に対して適用する場合は、施工コストを考慮
し、タービン部品等に施される遮熱コーティング全体に
本発明を適用する必要はなく、特に使用条件の厳しい部
位（例えば、タービン翼におけるリーディングエッジ
部）にのみ本発明の遮熱コーティングを採用し、その他
の部位は従来コーティングで対応することも可能であ
る。
ングを、ガスタービン部品等の高温環境で使用される金
属製部材に対して適用する場合は、施工コストを考慮
し、タービン部品等に施される遮熱コーティング全体に
本発明を適用する必要はなく、特に使用条件の厳しい部
位（例えば、タービン翼におけるリーディングエッジ
部）にのみ本発明の遮熱コーティングを採用し、その他
の部位は従来コーティングで対応することも可能であ
る。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるもの
ではなく、適宜変更して実施することができるものであ
る。 実施例１ 図１を参照して説明すると、ガスタービン翼に用いられ
る超合金からなる平板の金属基材１０上に、第１層とし
て減圧プラズマ溶射にてＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金からな
る金属ボンド層１２を１００μm施工した後、その上に
第２層としてＰｔからなる金属中間層１６をスパッタリ
ング法にて約５μm施工し、さらに第３層としてＹ2Ｏ3
で安定化したジルコニアからなるセラミックス遮熱層１
４を大気プラズマ溶射にて２５０μm施工した。このよ
うにして形成したセラミックス遮熱コーティングを有す
る超合金基材を９５０℃の高温大気炉中に１３００時間
設置して酸化試験を行った。耐酸化性の評価は、金属ボ
ンド層が酸化することにより生成する酸化物（主とし
て、アルミニウム酸化物（Ａｌ2Ｏ3））層の厚さにより
評価した。その結果を表１に示す。また、上記の遮熱コ
ーティングを有する超合金基材について、１０５０℃
で、５０時間を１サイクルとする酸化試験を１１サイク
ル（５５０時間）まで実施した。このときの酸化による
重量増加率を図２に示す。
に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるもの
ではなく、適宜変更して実施することができるものであ
る。 実施例１ 図１を参照して説明すると、ガスタービン翼に用いられ
る超合金からなる平板の金属基材１０上に、第１層とし
て減圧プラズマ溶射にてＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金からな
る金属ボンド層１２を１００μm施工した後、その上に
第２層としてＰｔからなる金属中間層１６をスパッタリ
ング法にて約５μm施工し、さらに第３層としてＹ2Ｏ3
で安定化したジルコニアからなるセラミックス遮熱層１
４を大気プラズマ溶射にて２５０μm施工した。このよ
うにして形成したセラミックス遮熱コーティングを有す
る超合金基材を９５０℃の高温大気炉中に１３００時間
設置して酸化試験を行った。耐酸化性の評価は、金属ボ
ンド層が酸化することにより生成する酸化物（主とし
て、アルミニウム酸化物（Ａｌ2Ｏ3））層の厚さにより
評価した。その結果を表１に示す。また、上記の遮熱コ
ーティングを有する超合金基材について、１０５０℃
で、５０時間を１サイクルとする酸化試験を１１サイク
ル（５５０時間）まで実施した。このときの酸化による
重量増加率を図２に示す。
【００１５】比較例１ 図３を参照して説明すると、実施例１において用いられ
たものと同じガスタービン翼に用いられる超合金からな
る平板の金属基材１０上に、第１層として減圧プラズマ
溶射にてＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金からなる金属ボンド層
１２を１００μm施工した後、その上に第２層としてＹ2
Ｏ3で安定化したジルコニアからなるセラミックス遮熱
層１４を大気プラズマ溶射にて２５０μm施工した。こ
のようにして形成したセラミックス遮熱コーティングを
有する超合金基材を９５０℃の高温大気炉中に１３００
時間設置して酸化試験を行った。その結果を表１に示
す。また、上記の遮熱コーティングを有する超合金基材
について、１０５０℃で、５０時間を１サイクルとする
酸化試験を１１サイクル（５５０時間）まで実施した。
このときの酸化による重量増加率を図２に示す。
たものと同じガスタービン翼に用いられる超合金からな
る平板の金属基材１０上に、第１層として減圧プラズマ
溶射にてＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金からなる金属ボンド層
１２を１００μm施工した後、その上に第２層としてＹ2
Ｏ3で安定化したジルコニアからなるセラミックス遮熱
層１４を大気プラズマ溶射にて２５０μm施工した。こ
のようにして形成したセラミックス遮熱コーティングを
有する超合金基材を９５０℃の高温大気炉中に１３００
時間設置して酸化試験を行った。その結果を表１に示
す。また、上記の遮熱コーティングを有する超合金基材
について、１０５０℃で、５０時間を１サイクルとする
酸化試験を１１サイクル（５５０時間）まで実施した。
このときの酸化による重量増加率を図２に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１の結果からわかるように、９５０℃で
１３００時間経過した後の酸化物層厚さは、本発明のセ
ラミックス遮熱コーティング（実施例１）の方が、比較
例１に比べて大幅に薄く、皮膜の耐酸化特性が向上して
いることがわかる。また、図２においても、５０時間毎
の各サイクルでの重量増加率を比較すると、本発明のセ
ラミックス遮熱コーティング（実施例１）の方が比較例
１よりも重量増加率が小さく、皮膜の耐酸化特性が向上
していることがわかる。
１３００時間経過した後の酸化物層厚さは、本発明のセ
ラミックス遮熱コーティング（実施例１）の方が、比較
例１に比べて大幅に薄く、皮膜の耐酸化特性が向上して
いることがわかる。また、図２においても、５０時間毎
の各サイクルでの重量増加率を比較すると、本発明のセ
ラミックス遮熱コーティング（実施例１）の方が比較例
１よりも重量増加率が小さく、皮膜の耐酸化特性が向上
していることがわかる。
【００１８】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） セラミックス遮熱コーティング（皮膜）を構成
するセラミックス遮熱層と金属ボンド層（金属接合層）
との中間に、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれ
か、あるいはこれらの金属の少なくともいずれかを主成
分とする合金からなる材料で構成される金属中間層を設
置しているので、燃焼ガス等による高温環境下において
も金属ボンド層への酸素や腐食成分の透過が抑制され、
その結果、金属ボンド層の酸化や腐食によるセラミック
ス遮熱層の剥離が防止されて、セラミックス遮熱コーテ
ィング（皮膜）の長寿命化を図ることができる。 （２） 本発明のセラミックス遮熱コーティングを、ガ
スタービンの動静翼（動翼、静翼）、燃焼器などの金属
製部材に適用する場合は、これらの部材の長寿命化によ
る性能向上が図れる。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） セラミックス遮熱コーティング（皮膜）を構成
するセラミックス遮熱層と金属ボンド層（金属接合層）
との中間に、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれ
か、あるいはこれらの金属の少なくともいずれかを主成
分とする合金からなる材料で構成される金属中間層を設
置しているので、燃焼ガス等による高温環境下において
も金属ボンド層への酸素や腐食成分の透過が抑制され、
その結果、金属ボンド層の酸化や腐食によるセラミック
ス遮熱層の剥離が防止されて、セラミックス遮熱コーテ
ィング（皮膜）の長寿命化を図ることができる。 （２） 本発明のセラミックス遮熱コーティングを、ガ
スタービンの動静翼（動翼、静翼）、燃焼器などの金属
製部材に適用する場合は、これらの部材の長寿命化によ
る性能向上が図れる。
【図１】本発明の実施の形態によるセラミックス遮熱コ
ーティングの概念断面図である。
ーティングの概念断面図である。
【図２】実施例１及び比較例１における酸化試験結果を
示し、酸化試験による重量増加率を示す線図である。
示し、酸化試験による重量増加率を示す線図である。
【図３】従来のセラミックス遮熱コーティングの概念断
面図である。
面図である。
１０ 金属基材 １２ 金属ボンド層（金属接合層） １４ セラミックス遮熱層 １６ 金属中間層
【手続補正書】
【提出日】平成１１年２月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のセラミックス遮熱コーティング（皮膜）
は、金属基材を被覆する第１層がＮｉを主成分とするＭ
ＣｒＡｌＹ（ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ）からなる金属ボンド
層であり、この第１層を被覆する第２層がＰｔ、Ｉｒ及
びＡｕの少なくともいずれかから構成される金属ボンド
層の酸化及び腐食を抑制するための厚さが３〜２０μm
の範囲である金属中間層であり、この第２層を被覆する
第３層が低熱伝導性のセラミックスからなるセラミック
ス遮熱層であることを特徴としている（図１参照）。
めに、本発明のセラミックス遮熱コーティング（皮膜）
は、金属基材を被覆する第１層がＮｉを主成分とするＭ
ＣｒＡｌＹ（ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ）からなる金属ボンド
層であり、この第１層を被覆する第２層がＰｔ、Ｉｒ及
びＡｕの少なくともいずれかから構成される金属ボンド
層の酸化及び腐食を抑制するための厚さが３〜２０μm
の範囲である金属中間層であり、この第２層を被覆する
第３層が低熱伝導性のセラミックスからなるセラミック
ス遮熱層であることを特徴としている（図１参照）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】また、本発明のセラミックス遮熱コーティ
ングは、金属基材を被覆する第１層がＮｉを主成分とす
るＭＣｒＡｌＹ（ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ）からなる金属ボ
ンド層であり、この第１層を被覆する第２層がＰｔ、Ｉ
ｒ及びＡｕの少なくともいずれかを主成分とする合金か
らなる金属ボンド層の酸化及び腐食を抑制するための厚
さが３〜２０μmの範囲である金属中間層であり、この
第２層を被覆する第３層が低熱伝導性のセラミックスか
らなるセラミックス遮熱層であることを特徴としている
（図１参照）。
ングは、金属基材を被覆する第１層がＮｉを主成分とす
るＭＣｒＡｌＹ（ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ）からなる金属ボ
ンド層であり、この第１層を被覆する第２層がＰｔ、Ｉ
ｒ及びＡｕの少なくともいずれかを主成分とする合金か
らなる金属ボンド層の酸化及び腐食を抑制するための厚
さが３〜２０μmの範囲である金属中間層であり、この
第２層を被覆する第３層が低熱伝導性のセラミックスか
らなるセラミックス遮熱層であることを特徴としている
（図１参照）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】これらの本発明のセラミックス遮熱コーテ
ィングにおいて、第２層である金属中間層の厚さは、３
〜２０μmの範囲とする。なお、より好ましい金属中間
層の厚さは、上限値が１０μmである。金属中間層の厚
さが好ましい範囲より薄い場合は、酸素又は腐食成分の
透過抑制効果が小さくなり、一方、金属中間層の厚さが
好ましい範囲より厚い場合は、金属中間層の表面粗度が
低下し（表面が平滑になり）、セラミックス遮熱層の密
着性が低下することになる。また、これらの本発明のセ
ラミックス遮熱コーティングにおいて、第３層であるセ
ラミックス遮熱層における低熱伝導性のセラミックス
は、安定化ジルコニア及び部分安定化ジルコニアのいず
れかとすることが好ましい。
ィングにおいて、第２層である金属中間層の厚さは、３
〜２０μmの範囲とする。なお、より好ましい金属中間
層の厚さは、上限値が１０μmである。金属中間層の厚
さが好ましい範囲より薄い場合は、酸素又は腐食成分の
透過抑制効果が小さくなり、一方、金属中間層の厚さが
好ましい範囲より厚い場合は、金属中間層の表面粗度が
低下し（表面が平滑になり）、セラミックス遮熱層の密
着性が低下することになる。また、これらの本発明のセ
ラミックス遮熱コーティングにおいて、第３層であるセ
ラミックス遮熱層における低熱伝導性のセラミックス
は、安定化ジルコニア及び部分安定化ジルコニアのいず
れかとすることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】金属ボンド層１２とセラミックス遮熱層１
４との中間に施工される第２層である金属中間層１６
は、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれか、あるい
はこれらの金属の少なくともいずれかを主成分とする合
金からなる材料で構成される。第２層である金属中間層
１６は、第１層の金属ボンド層１２に対する酸素あるい
は腐食成分の浸透を抑制し、その結果、金属ボンド層１
２の酸化及び腐食が抑制されて、第３層であるセラミッ
クス遮熱層１４の剥離が防止され、セラミックス遮熱コ
ーティング（皮膜）の寿命が延長される。金属中間層１
６は、例えば、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）
又はメッキ等にて、厚さ３〜２０μm、望ましくは、３
〜１０μmに施工される。
４との中間に施工される第２層である金属中間層１６
は、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれか、あるい
はこれらの金属の少なくともいずれかを主成分とする合
金からなる材料で構成される。第２層である金属中間層
１６は、第１層の金属ボンド層１２に対する酸素あるい
は腐食成分の浸透を抑制し、その結果、金属ボンド層１
２の酸化及び腐食が抑制されて、第３層であるセラミッ
クス遮熱層１４の剥離が防止され、セラミックス遮熱コ
ーティング（皮膜）の寿命が延長される。金属中間層１
６は、例えば、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）
又はメッキ等にて、厚さ３〜２０μm、望ましくは、３
〜１０μmに施工される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】つぎに、本発明の実施の形態によるセラミ
ックス遮熱コーティングにおいて、図１を参照しなが
ら、コーティングの施工方法の一例を説明する。超合金
等からなる金属基材１０上に、第１層として、減圧プラ
ズマ溶射等の溶射又は物理蒸着（ＰＶＤ）等にて、Ｎｉ
ＣｏＣｒＡｌＹ合金からなる金属ボンド層１２を５０〜
１５０μmの厚さで施工した後、その上に第２層とし
て、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）又はメッキ
等にて、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれか、あ
るいはこれらの金属の少なくともいずれかを主成分とす
る合金からなる材料で構成される金属中間層１６を、３
〜２０μm、望ましくは、３〜１０μmの厚さで施工し、
さらに第３層として、大気プラズマ溶射等の溶射又は物
理蒸着（ＰＶＤ）等にて、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙ
ｂ2Ｏ3及びＣｅＯのいずれかの安定化剤を使用した部分
安定化ジルコニアからなるセラミックス遮熱層１４を、
１００〜５００μmの厚さで施工する。これにより、本
発明の実施の形態によるセラミックス遮熱コーティング
が得られる。
ックス遮熱コーティングにおいて、図１を参照しなが
ら、コーティングの施工方法の一例を説明する。超合金
等からなる金属基材１０上に、第１層として、減圧プラ
ズマ溶射等の溶射又は物理蒸着（ＰＶＤ）等にて、Ｎｉ
ＣｏＣｒＡｌＹ合金からなる金属ボンド層１２を５０〜
１５０μmの厚さで施工した後、その上に第２層とし
て、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）又はメッキ
等にて、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれか、あ
るいはこれらの金属の少なくともいずれかを主成分とす
る合金からなる材料で構成される金属中間層１６を、３
〜２０μm、望ましくは、３〜１０μmの厚さで施工し、
さらに第３層として、大気プラズマ溶射等の溶射又は物
理蒸着（ＰＶＤ）等にて、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙ
ｂ2Ｏ3及びＣｅＯのいずれかの安定化剤を使用した部分
安定化ジルコニアからなるセラミックス遮熱層１４を、
１００〜５００μmの厚さで施工する。これにより、本
発明の実施の形態によるセラミックス遮熱コーティング
が得られる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） セラミックス遮熱コーティング（皮膜）を構成
するセラミックス遮熱層とＮｉを主成分とするＭＣｒＡ
ｌＹ（ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ）からなる金属ボンド層（金
属接合層）との中間に、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくと
もいずれか、あるいはこれらの金属の少なくともいずれ
かを主成分とする合金からなる材料で構成される金属中
間層を厚さ３〜２０μmで設置しているので、燃焼ガス
等による高温環境下においても金属ボンド層への酸素や
腐食成分の透過が抑制され、その結果、金属ボンド層の
酸化や腐食によるセラミックス遮熱層の剥離が防止され
て、セラミックス遮熱コーティング（皮膜）の長寿命化
を図ることができる。 （２） 本発明のセラミックス遮熱コーティングを、ガ
スタービンの動静翼（動翼、静翼）、燃焼器などの金属
製部材に適用する場合は、これらの部材の長寿命化によ
る性能向上が図れる。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） セラミックス遮熱コーティング（皮膜）を構成
するセラミックス遮熱層とＮｉを主成分とするＭＣｒＡ
ｌＹ（ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ）からなる金属ボンド層（金
属接合層）との中間に、Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくと
もいずれか、あるいはこれらの金属の少なくともいずれ
かを主成分とする合金からなる材料で構成される金属中
間層を厚さ３〜２０μmで設置しているので、燃焼ガス
等による高温環境下においても金属ボンド層への酸素や
腐食成分の透過が抑制され、その結果、金属ボンド層の
酸化や腐食によるセラミックス遮熱層の剥離が防止され
て、セラミックス遮熱コーティング（皮膜）の長寿命化
を図ることができる。 （２） 本発明のセラミックス遮熱コーティングを、ガ
スタービンの動静翼（動翼、静翼）、燃焼器などの金属
製部材に適用する場合は、これらの部材の長寿命化によ
る性能向上が図れる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日野 春樹 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 岡崎 章三 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内
Claims (4)
- 【請求項１】 金属基材を被覆する第１層がＮｉ基合
金、Ｃｏ基合金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかからな
る金属ボンド層であり、この第１層を被覆する第２層が
Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかから構成され
る金属ボンド層の酸化及び腐食を抑制するための金属中
間層であり、この第２層を被覆する第３層が低熱伝導性
のセラミックスからなるセラミックス遮熱層であること
を特徴とするセラミックス遮熱コーティング。 - 【請求項２】 金属基材を被覆する第１層がＮｉ基合
金、Ｃｏ基合金及びＮｉ−Ｃｏ基合金のいずれかからな
る金属ボンド層であり、この第１層を被覆する第２層が
Ｐｔ、Ｉｒ及びＡｕの少なくともいずれかを主成分とす
る合金からなる金属ボンド層の酸化及び腐食を抑制する
ための金属中間層であり、この第２層を被覆する第３層
が低熱伝導性のセラミックスからなるセラミックス遮熱
層であることを特徴とするセラミックス遮熱コーティン
グ。 - 【請求項３】 第２層である金属中間層の厚さが０．１
〜２０μmの範囲である請求項１又は２記載のセラミッ
クス遮熱コーティング。 - 【請求項４】 第３層であるセラミックス遮熱層におけ
る低熱伝導性のセラミックスが、安定化ジルコニア及び
部分安定化ジルコニアのいずれかである請求項１、２又
は３記載のセラミックス遮熱コーティング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9230298A JP3040747B2 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | セラミックス遮熱コーティング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9230298A JP3040747B2 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | セラミックス遮熱コーティング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11268175A true JPH11268175A (ja) | 1999-10-05 |
| JP3040747B2 JP3040747B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=14050626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9230298A Expired - Fee Related JP3040747B2 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | セラミックス遮熱コーティング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3040747B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003155935A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-05-30 | United Technol Corp <Utc> | 孔を有するガスタービン構成要素の修理方法 |
| JP2006097042A (ja) * | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Hitachi Ltd | 遮熱被覆を有する耐熱部材およびガスタービン |
| JP2007146299A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | General Electric Co <Ge> | アルミナイド表面上にボンディングコート及び断熱皮膜を施工する方法 |
| JP2015101788A (ja) * | 2013-11-22 | 2015-06-04 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 冷却チャンネルを形成および成形するための方法、ならびに関連製品 |
| JP2022519444A (ja) * | 2018-12-29 | 2022-03-24 | 昆明理工大学 | 超合金及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-03-19 JP JP9230298A patent/JP3040747B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003155935A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-05-30 | United Technol Corp <Utc> | 孔を有するガスタービン構成要素の修理方法 |
| JP2006097042A (ja) * | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Hitachi Ltd | 遮熱被覆を有する耐熱部材およびガスタービン |
| JP4607530B2 (ja) * | 2004-09-28 | 2011-01-05 | 株式会社日立製作所 | 遮熱被覆を有する耐熱部材およびガスタービン |
| US7901790B2 (en) | 2004-09-28 | 2011-03-08 | Hitachi, Ltd. | High temperature component with thermal barrier coating and gas turbine using the same |
| EP1640477B2 (en) † | 2004-09-28 | 2018-11-07 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | High temperature component with thermal barrier coating and gas turbine using the same |
| JP2007146299A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | General Electric Co <Ge> | アルミナイド表面上にボンディングコート及び断熱皮膜を施工する方法 |
| JP4643546B2 (ja) * | 2005-11-29 | 2011-03-02 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | アルミナイド表面上にボンディングコート及び断熱皮膜を施工する方法 |
| JP2015101788A (ja) * | 2013-11-22 | 2015-06-04 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 冷却チャンネルを形成および成形するための方法、ならびに関連製品 |
| JP2022519444A (ja) * | 2018-12-29 | 2022-03-24 | 昆明理工大学 | 超合金及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3040747B2 (ja) | 2000-05-15 |
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