JPS58157974A - セラミツクスコ−テイング用粉末及びセラミツクスコ−テイング層を有する金属部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミックスコーティング用粉末およびセラミ
ックスコーティング層を有する金属部材に関するもので
ある。

ガスタービン材料等の金属部材のセラミックスコーティ
ングに関して、Ｙ、Ｏ，安定化ジルコニア（Ｚ　ｒ　ｏ
　ｔ　＞粉末・をプラズマ溶射法で金属材料表面に以上
になると立方晶単相になり１ｏｏｏｃ以上でも変態が起
こらない安定化ｚｒｏ、となるが、この安定化ＺｒＯ，
には熱膨張係数が大きく耐熱衝撃性があまり良くないと
いう問題がある。一方、ＹｍＯｓ量を少なくし立方晶ｚ
ｒｏ、の一部を単斜晶ｚｒｏ。

とじた混合組織の部分安定化ＺｒＯ，は熱膨張係数が立
方晶単相のものよりも低く耐熱衝撃性が大きいことが知
られている（１９７９．１．２４．ＮＡＳＡ）。

しかしながら単斜晶ｚｒｏ、は１０００Ｃで単斜晶＃正
方晶の変態にともなう大きな寸法変化があるので、使用
温度が１０００Ｃを越える場合には耐熱衝撃性が著しく
低下するという欠点があった。

本発明の目的は上記の欠点を解決し、１０００Ｃ以上で
も大きな耐熱衝撃性を有するセラミックスコーティング
用粉末及びそれを用いたコーティング層を有する金属部
材を提供することにある。

本発明は、部分安定化ＺｒＯ＊にｚｒｏ、の単斜晶＃正
方晶の変態を抑制する物質を含有せしめることによって
、部分安定化ｚｒｏｗ中の単斜晶の１ｏｄｏｃにおける
急激な寸法変化を抑制し、部分安定化ｚｒｏ、の耐熱衝
撃性を高めるようＫＬＪものである。

このようＫＺｒＯ，の単斜晶−正方晶の変態が抑制され
る原因については、明確ではないが、８１０□あるいは
ＡＪｍＯｓ　などがｚｒｏ、の境界に入り応力緩和の役
目をし、単斜晶Ｚｒ０１が費趨して４混合物全体として
は大きな寸法変化を生じないことが推察される。

なお、立方晶ｚｒｏ、と単斜晶ｚｒｏ、の混合比は、単
斜晶ｚｒｏ、を５〜４０％、好ましくは１０〜３０％程
度にするのが適当である。

ｚｒＱ、の単斜晶＃正方晶の変態を抑制する物質として
は、上記の８１０□ＡＪ、０．の他、各種のものが採用
されうるが、Ｓ直０□ＡＪ、Ｏ，が４１）Ｋ好適゛であ
る。

８１０ｓ　、　１４０ｍは少なくとも一方が含有されれ
ばよく、双方が添加されて４よい。８１０．、ム鳥ｏ。

の好適な含有範囲は、それぞれα２〜２重量％。

α０５〜α８重量％である。

□なお、ｚｒｏ、を安定化す、６には、’　＊　Ｏｓ　
ｅ　Ｍ　ｇ　Ｏ＊ＣａＯ等周知の各種の４のが採用され
るが、　ｙ、ｏ、　。

ＭｇＯ，ＣａＯを用いる場合の好適な含有量はｙ、ｏ。

は５〜１２重量％、Ｍｇｏは２〜４重量％、ｃａ。

は３〜６重量％である。

ｙ、ｏ、　、　ｃ暑００場合、含有量が少ないとＺｒＯ
。

が単斜晶単相となってしまい、逆に過多であると立方晶
単相となる。ＭｆＯが過少であると、安定化が不十分と
なり、逆に過多であるとＭｇＯが単相として晶出してく
る。

これらの組成を有する粉末は、例えば調合→焼結→粉砕
→整粒などの１福によって製造される。

しかして、このセラミックスコーティング用粉末を用い
て金属部材にコーティングするＫはプラズマ溶射手段が
好適であるが、その他の手段も採用可能である。

金属部材表面にコーティングするに際しては、七フォッ
クス層と金属母相との関に結合力を高める中間層を形成
するようＫすれば好ましい。

このようなセラミックスコーティング層を形成するに好
適な実機部材としては、耐熱性、耐摩耗性、あるいは耐
食性を要求される部材が挙げられる。具体的には例えば
燃焼器ライナー、ガスタービンブレード、同ノズル等、
が挙げられる。

以下実施例を説明する。

試料として従来から知られた立方晶単相のＺ’Ｑ％立方
晶と単斜晶混合の部分安定化ｚｒＯいおよび本発明に係
るＺｒＯ，０３種を用いた。これら３種のｚｒｏ、焼結
体のおのおのについて熱膨張を測定した。１＋、耐熱合
金板に粉末をプラズマ溶射し九ものについて熱衝撃試験
を行った。

第１図は試料作成過程を示す図である０図示の如＜　Ｚ
ｒ０ｔ　ａ　Ｙ＊　Ｏｓ、　８１０ｍｍ　Ａ４０ｍの各
粉末を規定量混合し１６５０Ｃ’で焼結し九俵、熱膨張
測定用試料を加工し九、大きさは３Ｘ３Ｘ２０■である
。

また、焼結体を粉砕し微粉末にし九後耐熱合金板にプラ
ズマ溶射によりコーティング処理して熱衝撃試片とした
。

第１表は用い九試料の詳細である−　Ｙ＊Ｏｓ　１６％
のものΦは１００％立方晶、Ｙ、０．７％のもの（■）
は単斜晶と立方晶の混合比がα２５である。

本発明のもの（■）ＦｉＹｌｏ　ｍ以外Ｋ　Ｏ，５％８
１０．。

α１％ＡＪ＊Ｏｓを添加したものである。第２図は第１
表の■〜■の３種のセフィックスの昇温過程における熱
膨張量である。立方晶単相のもの（■）は、立方晶と単
斜晶の混合組織のもの（■、■）Ｋ比べて熱膨張量が大
きい、ｔた立方晶と単斜晶混合のもの（■）はＩＧＯＯ
ｒで変ＩＩＫともなう大きな寸法変化があるが、発明材
■）ではそれかはとんとなくなっていることが認められ
る。

第１表 クス扮末を２０■φ×３■１．の母材耐熱合金板に溶射
し九ものである。セラミックスコーティング層１Ｇの厚
さは３００１である。母材ｓＯと竜うイックス層１０と
の間には結合力を高めるためＮ１−ｃｒ−ムＪ−Ｙｔ）
粉末を溶射して中間層２０を形成し中間層の厚さは１０
０ＪＩとし九。

１ｍ２表は上記３樵の試験片の熱衝撃試験片果である。

熱衝１試験は９９０Ｃ８１００Ｃ，およびｔｏｅｓｃ４
−４ｉｏａｃｏｓ条件で流動床式熱衝撃試験を行つえ、
従来材同志を比吠すると立方晶単相のものΦ）は、立方
晶と単斜晶混合の４のゆ）に比べ明らかに耐熱衝撃性が
劣ることがわかる。ｔた、変態点以下の９９０Ｃ８１０
０ｔｌｌ’では立方晶と単斜晶の混合組織の方（■、■
）が本発明のもの＠）Ｋ比べてわずかにすぐれているが
、変態点以上の１０１ｉ１１１’８１００Ｇでは本発明
材の方が明らか圧すぐれている。

なお８ｉＯ８あるいはＡＪ＊Ｏｓの単独添加でも同様の
効果が得られることを確認している。

以上の通シ本発ＱＩＩＫ係る七りィックスコーティング
用粉末は、耐熱衝撃性にすぐれる。またとの粉末を用い
たセラミックスコーティング層を含む皮膜が形成された
金属部材は耐熱衝撃性に優れるとともに、耐熱性、耐摩
耗性、耐食性が高められ、特に１０００ｔ：’以上とな
る部分に用いる部材として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はセラミックス粉末及び熱膨張測定用試料の作成
過程を示す図、第２図は昇温過程におけるセラきツクス
の熱膨張量を示すグラフ、第３図は熱衝撃試験片の断面
図である。 １０・・・セラミックス層、２０・・・中間層、３０・
・・母第　／　（２） 第２図 ５００　　　　　　　　　　１０００ 着度（°Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、部分安定化ジルコニアと、ジルコニアの単斜晶と正
   方晶との変態を抑制する物質と、が含有されている七フ
   ィックスコーティング用粉末。 ２　部分安定化ジルコニアは、Ｙ＊Ｏｓ−ＭｆＯおよび
   ＣａＯの少なくとも一種がジルコニアに添加されてなる
   特許請求の範囲第１項記載のセラミックスコーティング
   用粉末。 λ　Ｙ、０．０含有量は５〜１２重量％である特許請求
   の範囲第２項記載のセラミックスコーティング用粉末。 ４　　ＭＩＯ含有量は２〜４重量％である特許請求の範
   囲第２項記載のセラミックスコーティング用粉末。 ＆　　ＣａＱ含有量は３〜６重量％である特許請求の範
   囲第２項記載のセラミックスコーティング用粉末。 ａ　ジルフェアの単斜晶と正方晶との変態を抑制する物
   質はｓｔｏｗまたはＡＪ、０．である特許請求の範囲第
   １項ないし第５項のいずれか１項に記載のセラミックス
   コーティング用粉末。 ７、　　ｓｔｏｗとムＪ、０．をともに含有する特許請
   求の範囲第６項記載のセラミックスコーティング用粉末
   。 ａ　　８１０ｍの含有量はα２〜２重量％である特許請
   求の範囲第６項を九は第７項記載のセラきツクスコーテ
   ィング用粉末、　　　　− １ｔ　　ｋＪ＠Ｏｈの含有量はα０５〜α８重量％であ
   る特許請求の範囲第６項または第７項記載のセラミック
   スコーティング用粉末。 １α　セラミックスコーティング層を含む皮膜が表面に
   形成された金属部材であって、前記セラミックスコーテ
   ィング層は、部材安定化ジルコニアと、ジルコニアの単
   斜晶と正方晶との変態を抑制する物質とを含むことを特
   徴とするセラきツクスコーティング層を有する金属部材
   。 １１、　　セラずツクスコーティング層と金属母材との
   関には、両者の結合力を高めるための中間層が形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の
   金属部材。