JPS5810987B2 - フレ−ムスプレ−用粉体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコーティング材料、特に粉体状のコ−ティング
材料に関するものである。

効率と性能を向上させるために、ガスタービンエンジン
の運転に要求される部品の温度はますます上昇しつつあ
る。

このために、部品を特殊な材料で作ることや複雑な冷却
システムを設けることが必要となる。

このような高価な手段を避けるために、これらの部品を
セラミック材料でコーティングして熱障壁を作り１部品
温度を確実に許容限界内に維持することが提案されてき
た。

このセラミックコーティングは例えばフレームスプレー
のような技術を用いて施工できる。

しかしながらセラミックは非常に脆く、部品が温度変化
で膨張収縮するときに部品から剥離し易い。

この欠点はセラミックコーティングの厚さを薄くすれば
減らせるが、コーティング厚さが薄くなれば明らかにそ
れだけ熱障壁としての効果は小さくなる。

表面にコーティングしたとき有効な熱障壁を与えるべく
、熱伝導率が比較的小さく、シかも該表面とコーティン
グとの熱膨張差があっても該表面から剥離しにくいほど
十分延性があるコーティング材料を提供することが本発
明の目的でもある。

フレームスプレーに適した本発明の粉体は、ガラスの粒
子を含み、上記の各ガラス粒子は中空であり、かつ金属
で被覆されている。

本発明の上記のガラス粒子は中空であるから、コーティ
ングの熱伝導率が小さく、コーティングの熱障壁として
の効果が太きい。

又、コーティングが摩擦されたとき、ガラス粒子が中空
であるため局部的に容易に摩耗するので、コーティング
の剥離が防止される。

本明細書を通じて、「フレームスプレー」という用語は
燃焼フレームスプレーとプラズマスプレーとの両方を含
むものとする。

上記金属としてはニッケルベース或いはコバルトベース
の合金が好ましい。

上記合金はアルミニウム及びクロームを含んでもよい。

上記合金はそのほかに一種以上の希土類金属又はシリコ
ンを含んでもよい。

上記ガラスとしてはアルミノ旺酸塩ガラスが好ましい。

上記ガラスは重量比で各粒子の５乃至９０％を構成する
のが好ましい。

上記粒子は、粒径が２０乃至２５０μｍの範囲にあるの
が好ましい。

本発明の表面コーティング方法は、本発明の前記の粉体
を０．２乃至７ｍｍの範囲の厚さでフレームスプレーす
るものである。

上記粉体にはフレームスプレーの前に更に金属又はセラ
ミックの粉体を混合してもよい。

本発明のコーチ・インクは、多層コーティングの一層を
構成してもよい。

この場合、他の層は金属又はセラミックの性質をもつ層
である。

本発明の表面コーティング方法は１本発明の前記の粉体
を一層とて塗布し、次にその粉体を焼結するに十分な高
温に加熱するものである。

本発明の粉体は塗布し易いように溶液バインダに懸濁さ
せてもよい。

本発明によるコーティング材料を用いたコーティングの
熱伝導率を調査するために、一連の比較試験を実施した
。

即ち、本発明による粉体をフレームスプレーした一枚の
ニッケル試験片の熱伝導率を、二枚の同様な試験片でそ
の１枚はコーティングせず、他の一枚は周知のセラミッ
クコーティングを施したものの熱伝導率と比較した。

本発明による粉体としては、中空のアルミノ狂酸塩ガラ
スの球に、重量比で８０％ニッケル、２．５％アルミニ
ウム、１５．７％クローム及び１８％シリコンの組成の
合金を被覆したものを用いた。

ガラスはやはり重量比で３１．９７％Ａｔ２０３，６０
．７５％５ｉｎ２．４．１８％Ｆｅ２Ｏ３，１，９１％
Ｋ ２０及び０．８１％Ｎａの組成のものであった。

被覆しないままの球は直径が約２０−２００μｍで殻の
肉厚は２−１０μｍであった。

この粉体では、ガラスは重量比で各液種粒子の１０％を
構成していた。

しかしながらガラスは重量比で各粒子の５乃至９０％を
占めることができる。

ふるい分析の結果粉体の粒径分布は以下の通りであった
。

粉体の比重は１．２８ ？ｌｃｒ！であった。

しかしながら粉体の粒径は２０〜２５０μｍの範囲でよ
い。

粉体は、アセチレン／酸素燃焼ガスを用いて、スプレー
ガンノズルから２０ｃｍ離れた２ｍｍ厚のニッケル板に
スプレーした。

コーティング厚は２ｍｍ厚となりその比重は２．７ｇ／
ｘｍ２であった。

同様な第２の試験片に、先ず重量比８０％Ｎｉと２０％
Ｃｒの０．１５ｍｍ厚のボンドコートを施した後、アセ
チレン／酸素燃焼ガスを用いてジルコニアをフレームス
プレーでコーティングした。

最終的なコーティングの全厚はＱ、 ７５ ｍｍで、こ
れはこの種のコーティングの推奨最大厚さである。

第３の試験片は、コーティングなしの上記試験片に用い
られたものと同様なニッケル板で２ｍｍ厚であった。

この三種類の試験片について、添付図の側断面スケッチ
に示す装置を用いて熱伝導率を測定した。

全体を１０で示すこの装置は断熱材を施した銅及び鋼の
容器１１を含み、それに略Ｕ字形のパイプ１２が増付け
られている。

試験片１３はパイプ１２の中間点に増付け、適当なバー
ナー（図示せず）の酸素／アセチレンフレームの標的を
構成している。

容器１１とパイプ１２は８．２ｋｇの水を収容し、その
温度は温度計１４に指示される。

装置１０では、試験片１３が酸素／アセチレン、フレー
ムで加熱されると、パイプ１２中の水、ひいては容器１
１中の水の温度が上昇する。

従って試験片１３の熱伝導率が犬であればあるほど水の
温度上昇も大きいことを示す。

各試験片１３の８ｃｍ２の面積を２０ｃｍ離れたところ
から酸素／アセチレンフレームで加熱し、水の室温から
の過度上昇を正確に記録していった。

試験片を横切るフレームの平均温度は光学的高温計で測
定して７７５℃であった。

下記の試験結果が得られた。

各試験片の熱伝導率Ｋを計算する際に下記の通り仮定し
た。

ａ）各試験片の加熱表面温度は７７５℃で一定である。

ｂ）水の温度も２０℃＋温度上昇／２で一定である。

Ｃ）非加熱表面と水との境界に自由な対流状態が存在す
る。

計算の結果下記の値が得られた。

このように本発明のコーティングを施したコーティング
試験片の熱伝導率は、ジルコニアコーティング試験片の
値より小である。

ジルコニアコーティングの厚さは本発明によるコーティ
ングの厚さよりも小である。

しかしながらジルコニアコーティングの０．７５ｍｍと
いう厚さは推奨最大厚さであるのにひきかえ、本発明に
よる２ｍｍの厚さはその最大厚さではないということに
留意すべきである。

実際、本発明によるコーティングは約７ｍｍ位の厚さま
で可能でしかも有効に機能を果し割れや剥離の恐れはな
い。

又、本発明によるコーティングは０．２ ｍｍの厚さま
で薄くすることができ、このような薄いコーティングで
も有効な熱障壁を提供する。

表面の熱伝導率はその吸収特性（換言すれば反射特性）
に大きく影響される。

本発明によるコーティングは黒っぽく、低密度である。

従って、場合によっては、その反射率を上げるために本
発明のコーティングの上に追加コーティングを施すこと
が好ましい。

追加コーティングとして適当なものには例えば一般に明
るい色をしたジルコニアの高密度で薄いフレームスプレ
ーコーティングがある。

本発明によるコーティングの上に施す追加コーティング
は、耐摩耗性や耐食性を向上する目的の場合もある。

このような追加コーティングは特殊用途に応じてセラミ
ック或いはメタルである。

更に本発明によるコーティングは、例えば本発明ニヨル
コーティングとコーティングされる地金との間の接着力
を向上させる目的で既存のコーティングの上に施す場合
もある。

又、本発明による粉体をフレームスプレーする前に別の
金属或いはセラミックの粉体を混合することが望ましい
場合もある。

本発明の粉体は、燃焼フレームスプレーに適切であるは
かりでなく、プラズマスプレーするとと、或いは適当な
液体バインダでスラリ状にして施すことも可能である。

粉体をスラリ状で施すときは、バインダを燃焼し尽くし
て粉体を焼結させるための加熱工程が必要である。

適当なバインダとしては燃焼後残渣物が殆んど残らない
有機樹脂、例えばポリメタアクリルエステル樹脂がある
。

スラリ法で形成されるコーティングは熱障壁として効果
的である一方、その多孔性により摩耗し易いシールの製
作にも適している。

従って、本発明のコーティングは、軸流カスタービンエ
ンジン圧縮機の半径方向内面に施し、圧縮機の動翼の先
端により該内面が摩耗し得るようにすることができる。

本発明の実施例を、表面をニッケル、アルミニウム、ク
ローム及びシリコンの合金で被覆された中空珪酸アルミ
ナガラス球から成る粉体に関して説明してきた。

しかしながらその他の適当な合金やガラスを用いてもよ
い。

例えば合金としてニッケルベース或いはコバルトベース
でアルミニウム、クローム及び任意に一種以上の希土類
金属或いはシリコンを含むものでもよい。

従って、本発明による粉体は金属成分を含むので、この
粉体を表面にフレームスプレーした結果のコーティング
はセラミックコーティングより延性がある。

従って地金の温度変化或いは地金とコーティングの間の
温度変化の結果中じる割れや剥離に対する抵抗性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

図面はコーティングの熱伝導率を測定するための試験装
置の側断面図。 １０……試験装置、１１……容器、１２……Ｕ字形パイ
プ、１３……試験片、１４……温度計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属で被覆された中空ガラス粒子を含むフレームス
   プレー用粉体。 ２ 上記金属がコバルトベース合金及びニッケルベース
   合金を含むグループから選択されたものである特許請求
   の範囲第１項の粉体。 ３ 上記合金がアルミニウム及びクロームを含む特許請
   求の範囲第２項の粉体。 ４ 上記合金が少くとも一種以上の希土類金属を含む特
   許請求の範囲第３項の粉体。 ５ 上記合金がシリコンを含む特許請求の範囲第３項の
   粉体。 ６ 上記合金がシリコンを含む特許請求の範囲第４項の
   粉体。 ７ 上記ガラスが重量比で各粒子の５乃至９０％を構成
   する特許請求の範囲第１項の粉体。 ８ 上記ガラスはアルミノ旺酸塩ガラスである特許請求
   の範囲第１項の粉体。 ９ 上記粒子の粒径が２０乃至２５０μｍの範囲にある
   特許請求の範囲第１項の粉体。 １０上記金属が重量比で８０％ニッケル、２，５％アル
   ミニウム、１５．７％クローム及び１．８％シリコンを
   含む合金であり、上記ガラスが重量比で３１．９７％Ａ
   ｔ２０ ｇ 、 ６０．７５％８１０２、４．１８％Ｆ
   ６２０３ ｙ Ｉ−９１Ｋ ２０及び０．８１％Ｎａ２
   ｏを含みかつ重量比で上記各粒子の１０％を構成する特
   許請求の範囲第１項の粉体。 １１ 金属で液種された中空ガラス粒子を含む粉体を０
   ．２乃至７ｍｍの範囲の厚さにフレームスプレーするこ
   とを含む表面コーティング方法。 １２金属及びセラミックから選択された追加コーティン
   グを施すことを含む特許請求の範囲第１１項の表面コー
   ティング方法。 １３金属で被罹された中空ガラス粒子を含む粉体に、金
   属及びセラミックから選択された粉体をフレームスプレ
   ーの前に混合する特許請求の範囲第１１項の表面コーテ
   ィングの方法。 １４金属で被覆された中空ガラス粒子を含む粉体を表面
   に塗布し、続いて該粉体が表面に焼結するに十分な高温
   に加熱することを含む表面コーティングの方法。 １５上記粉体を、表面への塗布が容易なように液体バイ
   ンダに懸濁させた特許請求の範囲第１４項の表面コーテ
   ィングの方法。