JPH1129822A - 酸化抑制前処理 - Google Patents
酸化抑制前処理Info
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- JPH1129822A JPH1129822A JP18347497A JP18347497A JPH1129822A JP H1129822 A JPH1129822 A JP H1129822A JP 18347497 A JP18347497 A JP 18347497A JP 18347497 A JP18347497 A JP 18347497A JP H1129822 A JPH1129822 A JP H1129822A
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- Japan
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- oxidation
- heat treatment
- pretreatment
- partial pressure
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低ＣｒのＮｉ基超合金で作製された高温部品に
おいて、材料に新たな熱履歴を加えずに構造的にコーテ
ィングが施せない部位に保護性酸化物皮膜をつける酸化
抑制前処理の提供にある。 【解決手段】材料の組織を調整するためにまたはコーテ
ィングの密着性を向上させるために行われる熱処理プロ
セスにおいて、途中から同時に行うか、また材料に保護
性酸化物皮膜をつけるため酸素分圧を下げた雰囲気に部
位を曝す。
おいて、材料に新たな熱履歴を加えずに構造的にコーテ
ィングが施せない部位に保護性酸化物皮膜をつける酸化
抑制前処理の提供にある。 【解決手段】材料の組織を調整するためにまたはコーテ
ィングの密着性を向上させるために行われる熱処理プロ
セスにおいて、途中から同時に行うか、また材料に保護
性酸化物皮膜をつけるため酸素分圧を下げた雰囲気に部
位を曝す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高温で使用される部
品、特にガスタービン翼冷却孔の酸化抑制前処理に関す
る。
品、特にガスタービン翼冷却孔の酸化抑制前処理に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービン等の高温機器で用いられる
高温部品の外表面は、コーティング処理により耐食性お
よび耐酸化性を保っているが、内部の冷却孔は外表面の
ようなコーティング処理は施すことができない。これま
で無コーティングで用いるか、もしくは冷却孔側面にＡ
ｌパックを施し耐酸化性向上を図っていた。
高温部品の外表面は、コーティング処理により耐食性お
よび耐酸化性を保っているが、内部の冷却孔は外表面の
ようなコーティング処理は施すことができない。これま
で無コーティングで用いるか、もしくは冷却孔側面にＡ
ｌパックを施し耐酸化性向上を図っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ガスタービン等の高温
機器は、その効率向上のため高温化を図っており、高温
強度を得るため低Ｃｒ化したＮｉ基超合金を用いてい
る。ガスタービンの場合、使用時の冷却孔側面のメタル
温度は最高８００℃程度に達する。また冷却媒体とし
て、空気だけでなく水蒸気も検討されるようになった。
水蒸気は空気よりも酸化を加速させる可能性があり、高
温化とともに冷却孔の酸化環境を厳しくする。このよう
な温度域では、これまで使用されてきた高ＣｒのＮｉ基
超合金は、Ｃｒ2Ｏ3の保護性酸化層を生成するため、耐
酸化性が期待できる。しかし低Ｃｒ化したＮｉ基超合金
は、ＮｉＯやスピネル構造酸化物を生成するため、耐酸
化性が期待できない。
機器は、その効率向上のため高温化を図っており、高温
強度を得るため低Ｃｒ化したＮｉ基超合金を用いてい
る。ガスタービンの場合、使用時の冷却孔側面のメタル
温度は最高８００℃程度に達する。また冷却媒体とし
て、空気だけでなく水蒸気も検討されるようになった。
水蒸気は空気よりも酸化を加速させる可能性があり、高
温化とともに冷却孔の酸化環境を厳しくする。このよう
な温度域では、これまで使用されてきた高ＣｒのＮｉ基
超合金は、Ｃｒ2Ｏ3の保護性酸化層を生成するため、耐
酸化性が期待できる。しかし低Ｃｒ化したＮｉ基超合金
は、ＮｉＯやスピネル構造酸化物を生成するため、耐酸
化性が期待できない。
【０００４】冷却孔側面をＡｌパックした場合、Ａｌと
基材の間に脆い化合物が生成するため、そこからクラッ
クが生じる危険性がある。
基材の間に脆い化合物が生成するため、そこからクラッ
クが生じる危険性がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】低Ｃｒ化したＮｉ基超合
金の中で、図１のハッチングで示す領域のＡｌおよびＣ
ｒ組成をもつ合金は、前記［式１］，［式２］で示され
１,０００〜１,２００℃では保護性の緻密なＡｌ2Ｏ3層
およびＣｒ2Ｏ3層を生成する。しかし酸素分圧が高いと
ＮｉＯなど成長速度が速い酸化層が現れるので、酸素分
圧を制御する必要がある。
金の中で、図１のハッチングで示す領域のＡｌおよびＣ
ｒ組成をもつ合金は、前記［式１］，［式２］で示され
１,０００〜１,２００℃では保護性の緻密なＡｌ2Ｏ3層
およびＣｒ2Ｏ3層を生成する。しかし酸素分圧が高いと
ＮｉＯなど成長速度が速い酸化層が現れるので、酸素分
圧を制御する必要がある。
【０００６】そこで酸素分圧をＮｉＯが現れない１０-8
気圧以下、好ましくは１０-10 気圧以下に制御する。酸
素分圧の制御は、ＣＯ／Ｃｏ2 もしくはＨ2 ／Ｈ2Ｏ 混
合ガスを用いて、その混合比をＣＯ／Ｃｏ2 混合ガスの
場合１／５０以上に、Ｈ2 ／Ｈ2Ｏ 混合ガスの場合１／
１００以上に制御することにより行う。
気圧以下、好ましくは１０-10 気圧以下に制御する。酸
素分圧の制御は、ＣＯ／Ｃｏ2 もしくはＨ2 ／Ｈ2Ｏ 混
合ガスを用いて、その混合比をＣＯ／Ｃｏ2 混合ガスの
場合１／５０以上に、Ｈ2 ／Ｈ2Ｏ 混合ガスの場合１／
１００以上に制御することにより行う。
【０００７】また別の方法として、ＮｉＯより酸素の解
離圧が低い酸化物であるＣｒ2Ｏ3，ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2
やＡｌ2Ｏ3を冷却孔に充填し、密閉したものを加熱する
ことが挙げられる。
離圧が低い酸化物であるＣｒ2Ｏ3，ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2
やＡｌ2Ｏ3を冷却孔に充填し、密閉したものを加熱する
ことが挙げられる。
【０００８】高温部品の熱処理は、材料の適当な組織を
得るため、またコーティングの密着性を向上させるた
め、通常様々な温度と時間の熱処理が組み合わせられた
ものである。またこれらの熱処理は酸化を防ぐため通常
真空中や不活性ガス雰囲気下で行われる。
得るため、またコーティングの密着性を向上させるた
め、通常様々な温度と時間の熱処理が組み合わせられた
ものである。またこれらの熱処理は酸化を防ぐため通常
真空中や不活性ガス雰囲気下で行われる。
【０００９】一連の熱処理の中で、温度が１,０００〜
１,２００℃の範囲で行われる熱処理時に、前記雰囲気
に所定の部位を曝すことにより酸化抑制前処理を行うこ
とができる。このとき材料にとって新たな熱履歴が加わ
らないので、本プロセスを加えることによる材料の機械
的性質に及ぼす影響はない。また以後の熱処理において
も、前記雰囲気に曝すほうが好ましい。
１,２００℃の範囲で行われる熱処理時に、前記雰囲気
に所定の部位を曝すことにより酸化抑制前処理を行うこ
とができる。このとき材料にとって新たな熱履歴が加わ
らないので、本プロセスを加えることによる材料の機械
的性質に及ぼす影響はない。また以後の熱処理において
も、前記雰囲気に曝すほうが好ましい。
【００１０】
（実施例１）本発明の酸化抑制前処理を、図２に示すガ
スタービン動翼、図３および図４に示すガスタービン静
翼および図５に示すガスタービンシュラウドに実施した
例を以下説明する。
スタービン動翼、図３および図４に示すガスタービン静
翼および図５に示すガスタービンシュラウドに実施した
例を以下説明する。
【００１１】前記ガスタービン部品は、精密鋳造法，粉
末冶金法または鍛造法と機械加工によりそれぞれの形状
に成形される。本実施例では、Ｎｉ基単結晶合金を用い
て精密鋳造法で作製されたものについて説明する。
末冶金法または鍛造法と機械加工によりそれぞれの形状
に成形される。本実施例では、Ｎｉ基単結晶合金を用い
て精密鋳造法で作製されたものについて説明する。
【００１２】成形された部品は適当な材料組織を得るた
め、またコーティングの密着性を向上させるため、例え
ば図６のような一連の熱処理が施される。通常雰囲気は
酸化を防ぐため真空中である。これらの熱処理の内、１
０８０℃，４時間の熱処理は、ガスタービンの動静翼で
はコーティングの拡散熱処理と兼ねて行われる。この熱
処理時に冷却孔を混合比１／５０以上のＣＯ／Ｃｏ2 混
合ガスに曝した。この時雰囲気の酸素分圧１０-10 気圧
以下となる。
め、またコーティングの密着性を向上させるため、例え
ば図６のような一連の熱処理が施される。通常雰囲気は
酸化を防ぐため真空中である。これらの熱処理の内、１
０８０℃，４時間の熱処理は、ガスタービンの動静翼で
はコーティングの拡散熱処理と兼ねて行われる。この熱
処理時に冷却孔を混合比１／５０以上のＣＯ／Ｃｏ2 混
合ガスに曝した。この時雰囲気の酸素分圧１０-10 気圧
以下となる。
【００１３】この熱処理は、図７のようにガスタービン
部品を大気から遮断した容器に入れ、容器内を真空にす
るかもしくは不活性ガスで置換したあと前記混合ガスを
導入して行った。この熱処理では冷却孔以外の表面も酸
化されたが、図８のように冷却孔のみに前記混合ガスが
流れるようにすれば、他表面が酸化されるのを防ぐこと
ができた。また混合ガスは、混合比１／１００以上のＨ
2 ／Ｈ2Ｏ 混合ガスを用いることも可能である。
部品を大気から遮断した容器に入れ、容器内を真空にす
るかもしくは不活性ガスで置換したあと前記混合ガスを
導入して行った。この熱処理では冷却孔以外の表面も酸
化されたが、図８のように冷却孔のみに前記混合ガスが
流れるようにすれば、他表面が酸化されるのを防ぐこと
ができた。また混合ガスは、混合比１／１００以上のＨ
2 ／Ｈ2Ｏ 混合ガスを用いることも可能である。
【００１４】続く熱処理、すなわち図６に示す８７０
℃，２０時間の熱処理は、真空中で行えば先の熱処理で
付いた酸化皮膜が解離するため、先の熱処理と同じ雰囲
気で行った。
℃，２０時間の熱処理は、真空中で行えば先の熱処理で
付いた酸化皮膜が解離するため、先の熱処理と同じ雰囲
気で行った。
【００１５】熱処理を施したガスタービン部品を切断
し、冷却孔の断面を観察したところ、緻密で薄い酸化膜
が生成していた。また本発明の酸化抑制前処理を施した
ガスタービン部品について、５００〜８００℃で酸化試
験を行ったところ、酸化量は酸化抑制前処理を施さなか
ったガスタービン部品よりも大幅に減少していた。
し、冷却孔の断面を観察したところ、緻密で薄い酸化膜
が生成していた。また本発明の酸化抑制前処理を施した
ガスタービン部品について、５００〜８００℃で酸化試
験を行ったところ、酸化量は酸化抑制前処理を施さなか
ったガスタービン部品よりも大幅に減少していた。
【００１６】なお、実施例を用いる酸化物粉末を表１に
示す。
示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】（実施例２）実施例１で行った酸化抑制前
処理では、ＣＯ／Ｃｏ2 もしくはＨ2 ／Ｈ2Ｏ 混合ガス
を用いた。本実施例では混合ガスを流す代わりに、前記
ガスタービン部品の冷却孔に表１に示すＣｒ2Ｏ3，Ｓｉ
Ｏ2 ，ＴｉＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3の粉末または混合粉末を充填
後密閉し、図６に示す熱処理の内１０８０℃，４時間と
８７０℃，２０時間を行った。いずれの酸化物粉末を用
いた場合も、緻密な酸化皮膜が生成し、酸化試験の結果
酸化量が抑制できた。
処理では、ＣＯ／Ｃｏ2 もしくはＨ2 ／Ｈ2Ｏ 混合ガス
を用いた。本実施例では混合ガスを流す代わりに、前記
ガスタービン部品の冷却孔に表１に示すＣｒ2Ｏ3，Ｓｉ
Ｏ2 ，ＴｉＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3の粉末または混合粉末を充填
後密閉し、図６に示す熱処理の内１０８０℃，４時間と
８７０℃，２０時間を行った。いずれの酸化物粉末を用
いた場合も、緻密な酸化皮膜が生成し、酸化試験の結果
酸化量が抑制できた。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、高温機器の酸化が危惧
される部位の内、コーティングが行えない部位に対し
て、酸化を抑制することができる。またＣｒ2Ｏ3被膜に
よる耐酸化性が期待できない低ＣｒのＮｉ基超合金の耐
酸化性を向上させることができる。さらに一連の材料の
熱処理プロセスの途中から同時に行うため、材料に新た
な熱履歴を加えずに処理を施すことができる。
される部位の内、コーティングが行えない部位に対し
て、酸化を抑制することができる。またＣｒ2Ｏ3被膜に
よる耐酸化性が期待できない低ＣｒのＮｉ基超合金の耐
酸化性を向上させることができる。さらに一連の材料の
熱処理プロセスの途中から同時に行うため、材料に新た
な熱履歴を加えずに処理を施すことができる。
【図１】酸化抑制前処理が有効なＡｌおよびＣｒの組成
範囲を示す図。
範囲を示す図。
【図２】ガスタービン動翼の斜視図。
【図３】ガスタービン静翼の斜視図。
【図４】ガスタービン静翼の斜視図。
【図５】ガスタービンシュラウドの斜視図。
【図６】Ｎｉ基合金に施される熱処理例の説明図。
【図７】酸化抑制前処理の実施例の説明図。
【図８】酸化抑制前処理実施例の説明図。
１…本発明の酸化抑制前処理が有効である組成領域、２
…ガスタービン動翼、３…単翼型ガスタービン静翼、４
…多翼型ガスタービン静翼、５…ガスタービンシュラウ
ド、６…熱処理用装置その１、７…熱処理用装置その
２、６１…排気装置、６２…三方弁、６３…熱処理炉と
容器、６４…混合ガス製造装置、６５…原料ガス、６６
…パージ用及びキャリアガス用Ａｒガス、７１…排気装
置、７２…三方弁、７３…熱処理炉と容器、７４…混合
ガス製造装置、７５…原料ガス、７６…パージ用及びキ
ャリアガス用Ａｒガス、７７…混合ガス流入用治具。
…ガスタービン動翼、３…単翼型ガスタービン静翼、４
…多翼型ガスタービン静翼、５…ガスタービンシュラウ
ド、６…熱処理用装置その１、７…熱処理用装置その
２、６１…排気装置、６２…三方弁、６３…熱処理炉と
容器、６４…混合ガス製造装置、６５…原料ガス、６６
…パージ用及びキャリアガス用Ａｒガス、７１…排気装
置、７２…三方弁、７３…熱処理炉と容器、７４…混合
ガス製造装置、７５…原料ガス、７６…パージ用及びキ
ャリアガス用Ａｒガス、７７…混合ガス流入用治具。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６４０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６４０Ｂ ６５１ ６５１Ｂ ６９１ ６９１Ｂ 1/10 1/10 Ｈ (72)発明者 森本 忠興 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 ブレント・オネイ 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 今野 晋也 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】高温で用いられる部材を、使用前、特に熱
処理プロセスの中で、高温で低酸素分圧の雰囲気下に曝
すことを特徴とする酸化抑制前処理。 - 【請求項２】前記の高温で用いられる部材は、部材内部
に冷却孔等空間をもつ請求項１記載の酸化抑制前処理。 - 【請求項３】温度は９００℃以上、酸素分圧は１０-8気
圧以下である請求項１記載の酸化抑制前処理。 - 【請求項４】前記酸化抑制前処理を、ＡｌおよびＣｒの
組成が［式１］かつ［式２］で示される領域のＮｉ基合
金に施すことを特徴とする請求項１記載の酸化抑制前処
理。 【数１】 ［at.％Ａｌ］≧１０ …［式１］ ［at.％Ａｌ］≧３０−４.７［at.％Ｃｒ］ …［式２］ - 【請求項５】前記酸化抑制前処理を、ガスタービン部品
である静翼，動翼およびシュラウドに対して行う請求項
１記載の酸化抑制前処理。 - 【請求項６】前記熱処理プロセスは、１,０００〜１,２
００℃で行われる外表面のコーティング拡散熱処理であ
る請求項１，２または５に記載の酸化抑制前処理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18347497A JPH1129822A (ja) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | 酸化抑制前処理 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18347497A JPH1129822A (ja) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | 酸化抑制前処理 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1129822A true JPH1129822A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=16136436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18347497A Pending JPH1129822A (ja) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | 酸化抑制前処理 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1129822A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1647609A1 (en) * | 2004-10-13 | 2006-04-19 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | A method of producing a NI based alloy |
| JP2009138796A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Nippon Valqua Ind Ltd | ベローズの製造方法 |
| KR101065519B1 (ko) * | 2006-04-12 | 2011-09-19 | 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드 | Ｃｒ 함유 니켈기 합금관의 제조 방법 및 Ｃｒ 함유 니켈기합금관 |
| DE102012002283B3 (de) * | 2012-02-06 | 2013-06-06 | Audi Ag | Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors |
| JP2014066145A (ja) * | 2012-09-25 | 2014-04-17 | Toshiba Corp | タービン用部品、タービン、およびタービン用部品の製造方法 |
| EP2913419A2 (en) * | 2014-02-11 | 2015-09-02 | Rolls-Royce plc | Ni superalloy component production method |
-
1997
- 1997-07-09 JP JP18347497A patent/JPH1129822A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1647609A1 (en) * | 2004-10-13 | 2006-04-19 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | A method of producing a NI based alloy |
| KR100765015B1 (ko) | 2004-10-13 | 2007-10-09 | 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드 | 산화 피막을 가지는 니켈기 합금의 제조 방법 |
| KR101065519B1 (ko) * | 2006-04-12 | 2011-09-19 | 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드 | Ｃｒ 함유 니켈기 합금관의 제조 방법 및 Ｃｒ 함유 니켈기합금관 |
| JP2009138796A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Nippon Valqua Ind Ltd | ベローズの製造方法 |
| DE102012002283B3 (de) * | 2012-02-06 | 2013-06-06 | Audi Ag | Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors |
| JP2014066145A (ja) * | 2012-09-25 | 2014-04-17 | Toshiba Corp | タービン用部品、タービン、およびタービン用部品の製造方法 |
| EP2913419A2 (en) * | 2014-02-11 | 2015-09-02 | Rolls-Royce plc | Ni superalloy component production method |
| EP2913419A3 (en) * | 2014-02-11 | 2015-12-16 | Rolls-Royce plc | Ni superalloy component production method |
| US9850563B2 (en) | 2014-02-11 | 2017-12-26 | Rolls-Royce Plc | Ni superalloy component production method |
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