JPS5816094A - 金属基質上に歪許容性セラミツク熱障壁被覆を施す方法 - Google Patents
金属基質上に歪許容性セラミツク熱障壁被覆を施す方法Info
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- JPS5816094A JPS5816094A JP57114757A JP11475782A JPS5816094A JP S5816094 A JPS5816094 A JP S5816094A JP 57114757 A JP57114757 A JP 57114757A JP 11475782 A JP11475782 A JP 11475782A JP S5816094 A JPS5816094 A JP S5816094A
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- ceramic
- coating
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- ceramic coating
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23D—ENAMELLING OF, OR APPLYING A VITREOUS LAYER TO, METALS
- C23D5/00—Coating with enamels or vitreous layers
- C23D5/10—Coating with enamels or vitreous layers with refractory materials
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属基質上に歪許容性セラミック被覆を施す方
法に係る。
法に係る。
当技術分野に於ては、長年に厘りセラミックの特性と金
属の特性とを組合わせる努力が払われている。例えば、
セラミックの熱特性と金属の靭性とを組合わせるべく、
高温度に於て使用される金属物品に保護セラミック被覆
を施す多くの試みがなされている。
属の特性とを組合わせる努力が払われている。例えば、
セラミックの熱特性と金属の靭性とを組合わせるべく、
高温度に於て使用される金属物品に保護セラミック被覆
を施す多くの試みがなされている。
これまで解決されていない主要な問題は、金属とセラミ
ックとの熱膨張係数が実質的に興なることにより、冷熱
サイクルを受ける条件下に於てセラミック被覆が破損す
るということである。
ックとの熱膨張係数が実質的に興なることにより、冷熱
サイクルを受ける条件下に於てセラミック被覆が破損す
るということである。
かかる問題を克服せんとしてこれまで採用された一つの
方法は、金属表面に於ける実質的に全て金属である組成
より被覆の外面に於ける全てセラミックである組成に順
次被覆の組成を変化させること（グレーディング）であ
る。かかる方法に於ては、熱膨張係数が被覆の厚さ方向
に徐々に変化し、冷熱サイクルにより惹起される応力は
その被覆を破損させるほどには至らないものと考えられ
る。かかる方汎の一つが米国特許第３．０９１゜５４８
号に記載されている。かかる組成を徐々に変化させる方
法に於ける問題は、その被覆内に離散的に分散された金
属粒子が酸化し且その体積を増大することにより、その
被−内に許容し難いほどの応力を発生するということで
ある。
方法は、金属表面に於ける実質的に全て金属である組成
より被覆の外面に於ける全てセラミックである組成に順
次被覆の組成を変化させること（グレーディング）であ
る。かかる方法に於ては、熱膨張係数が被覆の厚さ方向
に徐々に変化し、冷熱サイクルにより惹起される応力は
その被覆を破損させるほどには至らないものと考えられ
る。かかる方汎の一つが米国特許第３．０９１゜５４８
号に記載されている。かかる組成を徐々に変化させる方
法に於ける問題は、その被覆内に離散的に分散された金
属粒子が酸化し且その体積を増大することにより、その
被−内に許容し難いほどの応力を発生するということで
ある。
金属とセラミックとを組合わせる一般的な技術分野に於
ては、金属構造体を保護すべくその金属構造体に接合さ
れるタイルの如きセグメントに分割されたセラミック片
を使用することが知られている。一般に大きな物品に適
用されるかかる方法に於ては、各セラミック片は互いに
接合されず、各セラミック片間の間隙によって金属構造
体の熱膨張が受入れられる。しかしかかる方法は、極端
な運転条件に喝され、また多数の小さな複雑な部品が低
コストにて被覆される必要のあるガスタービンエンジン
の構成要素の場合には、実際上不可能である。更に、か
かるセグメントに分割されたセラミック片を用いる方法
を使用する場合には、良好な金属−セラミックボンドを
得ることが困難であるという問題がある。
ては、金属構造体を保護すべくその金属構造体に接合さ
れるタイルの如きセグメントに分割されたセラミック片
を使用することが知られている。一般に大きな物品に適
用されるかかる方法に於ては、各セラミック片は互いに
接合されず、各セラミック片間の間隙によって金属構造
体の熱膨張が受入れられる。しかしかかる方法は、極端
な運転条件に喝され、また多数の小さな複雑な部品が低
コストにて被覆される必要のあるガスタービンエンジン
の構成要素の場合には、実際上不可能である。更に、か
かるセグメントに分割されたセラミック片を用いる方法
を使用する場合には、良好な金属−セラミックボンドを
得ることが困難であるという問題がある。
本発明は金属基質上にセグメントに分割されたセラミッ
ク被覆を形成する方法を提供することである。本発明に
於ては、金属製の物品はその外面に付着性のセラミック
被覆を有しているものと仮定される。基質とセラミック
被覆との間にはセラミ）り被覆の付着を補助すべく、ボ
ンド被覆若しくは介在層が介装されることが好ましい。
ク被覆を形成する方法を提供することである。本発明に
於ては、金属製の物品はその外面に付着性のセラミック
被覆を有しているものと仮定される。基質とセラミック
被覆との間にはセラミ）り被覆の付着を補助すべく、ボ
ンド被覆若しくは介在層が介装されることが好ましい。
セラミック表面層は強力な熱源を使用して割れ目を形成
されることによりセグメントに分割される。セラミック
被覆の自由面は急激に溶融され、その凝固時に割れ目が
発生する。
されることによりセグメントに分割される。セラミック
被覆の自由面は急激に溶融され、その凝固時に割れ目が
発生する。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳７・報に説明する。
詳７・報に説明する。
本発明の用途は広い。本発明によるセグメントに分割さ
れたセラミック被覆は、鉄基合金、ニッケル基合金、コ
バルト基合金の如き多くの種々の材料の基質に対し適用
されてよいものである。同様に、セラミック被覆はジル
コニア（好ましくはイツトリアの如き元素にて安定化さ
れたもの）、アルミナ、セリア、ムライト、ジルコン、
シリカ、シリコンナイトライド、ハフニア、成る種のジ
ルコン酸塩、ホウ化物、窒化物の如き広範囲のセラミッ
クより選定されてよい。
れたセラミック被覆は、鉄基合金、ニッケル基合金、コ
バルト基合金の如き多くの種々の材料の基質に対し適用
されてよいものである。同様に、セラミック被覆はジル
コニア（好ましくはイツトリアの如き元素にて安定化さ
れたもの）、アルミナ、セリア、ムライト、ジルコン、
シリカ、シリコンナイトライド、ハフニア、成る種のジ
ルコン酸塩、ホウ化物、窒化物の如き広範囲のセラミッ
クより選定されてよい。
本発明にとって必須の予備工程は、稠密且達続的な付着
性のセラミック被覆にて被覆された基質を用意すること
である。今日までプラズマスプレー法によりセラミック
被覆の＠興が行なわれているが、スラリー被覆法、スパ
ッタリング法の如き他の方法も使用されてよいことは明
らかである。
性のセラミック被覆にて被覆された基質を用意すること
である。今日までプラズマスプレー法によりセラミック
被覆の＠興が行なわれているが、スラリー被覆法、スパ
ッタリング法の如き他の方法も使用されてよいことは明
らかである。
セラミック被覆は基質に付着したものでなければならず
、その場合の最良の付着性はセラミック被覆と基質との
藺にボンド被覆を介装することによって得られる。ボン
ド被覆としては種々の被覆が使用されてよい。例えばク
ロムの組成範囲が約２０〜４５％であるＭＣｒ被−、ク
ロムの組成範囲が約１５〜４５％でありアルミニウムの
組成範囲が約７〜１５％であるＭＣｒ Ａｌ被覆、上記
の組成以外の組成を有するＭＣｒ被覆、コバルトの組成
範囲が約１５〜４５％でありアルミニウムの組成範囲が
約７〜２０％でありイツトリウムの組成範囲が約０．１
〜５％であるＭＣｒＡＩＹ被−、クロムの組成範囲が約
１５〜４５％でありアルミニウムの組成範囲が約７〜１
５％であリハフニウムめ組成範囲が約０．５〜７％であ
るＭＣｒ Ａ１１−１ｆ被覆などであってよい。尚これ
らのボンド被覆に於て、Ｍはニッケル、コバルト、鉄及
びそれらの混合物よりなる群より選定されたものであり
、特にニッケルとコバルトとの混合物が好ましい。
、その場合の最良の付着性はセラミック被覆と基質との
藺にボンド被覆を介装することによって得られる。ボン
ド被覆としては種々の被覆が使用されてよい。例えばク
ロムの組成範囲が約２０〜４５％であるＭＣｒ被−、ク
ロムの組成範囲が約１５〜４５％でありアルミニウムの
組成範囲が約７〜１５％であるＭＣｒ Ａｌ被覆、上記
の組成以外の組成を有するＭＣｒ被覆、コバルトの組成
範囲が約１５〜４５％でありアルミニウムの組成範囲が
約７〜２０％でありイツトリウムの組成範囲が約０．１
〜５％であるＭＣｒＡＩＹ被−、クロムの組成範囲が約
１５〜４５％でありアルミニウムの組成範囲が約７〜１
５％であリハフニウムめ組成範囲が約０．５〜７％であ
るＭＣｒ Ａ１１−１ｆ被覆などであってよい。尚これ
らのボンド被覆に於て、Ｍはニッケル、コバルト、鉄及
びそれらの混合物よりなる群より選定されたものであり
、特にニッケルとコバルトとの混合物が好ましい。
またボンド被覆としての有用性に悪影響を与えることの
ない範囲内に於て、上述のボンド被覆に対しシリコンの
如き他の元素が少量にて添加されてよく、特にイツトリ
ウムは一つ又はそれ以上の希土類元素にて部分的に置換
されてよい。ＭＣｒ ＡＩＹボンド被覆が好ましく、こ
の被覆によれば米国特許第４．２４８．９４０号に記載
されている如く、セラミック被覆に対する優れた付着性
が与えられる。しかし、本発明にとって重要なことはセ
ラミック被覆を基質に対し付着させることであり、如何
にすればかかる結果が得られるかについての詳細な点は
本発明の必須要件をなすものではない。
ない範囲内に於て、上述のボンド被覆に対しシリコンの
如き他の元素が少量にて添加されてよく、特にイツトリ
ウムは一つ又はそれ以上の希土類元素にて部分的に置換
されてよい。ＭＣｒ ＡＩＹボンド被覆が好ましく、こ
の被覆によれば米国特許第４．２４８．９４０号に記載
されている如く、セラミック被覆に対する優れた付着性
が与えられる。しかし、本発明にとって重要なことはセ
ラミック被覆を基質に対し付着させることであり、如何
にすればかかる結果が得られるかについての詳細な点は
本発明の必須要件をなすものではない。
ボンド被覆は、もしそれが使用される場合には、物理的
蒸暑法やプラズマスプレー法の如き種々の方法により着
装されてよい。経済性の観点からはプラズマスプレー法
が好ましい。ボンド被覆の厚さは例えば０．０２５〜２
．５４−一の如く、広い範囲のものであってよい。
蒸暑法やプラズマスプレー法の如き種々の方法により着
装されてよい。経済性の観点からはプラズマスプレー法
が好ましい。ボンド被覆の厚さは例えば０．０２５〜２
．５４−一の如く、広い範囲のものであってよい。
上述の如く、セラミック被覆は稠密なものでなければな
らず、プラズマスプレー法の場合には、セラミック被覆
を稠密にすることはプラズマスプレーのパラメータを制
御することによって達成される。一般に稠密な被覆は、
粒子寸法の範囲が限定された微細なセラミック粉末を通
常の入力電力よりも高い入力電力との組合せにて使用す
ることにより得られる。Ｐ ｌａｓｍａｄｙｎｅ Ｓ
Ｇ １００ガンを使用してスプレーされる安定化された
ジルコンの場合には、全粉末の２０％以下の粉末が０．
０５５１以下であり且全粉末の１０％以下の粉末が０゜
０３７−以下である平均０．０４４−嘗の粉末となるよ
う篩にかけられた粉末を使用すれば、最も良好な結果が
得られることが解った。またこの場合、５０ボルト、８
００アンペアの入力電力が使用され、スプレーガンから
標本（基質）までの距離は約７６．２＋ｅ＊であった。
らず、プラズマスプレー法の場合には、セラミック被覆
を稠密にすることはプラズマスプレーのパラメータを制
御することによって達成される。一般に稠密な被覆は、
粒子寸法の範囲が限定された微細なセラミック粉末を通
常の入力電力よりも高い入力電力との組合せにて使用す
ることにより得られる。Ｐ ｌａｓｍａｄｙｎｅ Ｓ
Ｇ １００ガンを使用してスプレーされる安定化された
ジルコンの場合には、全粉末の２０％以下の粉末が０．
０５５１以下であり且全粉末の１０％以下の粉末が０゜
０３７−以下である平均０．０４４−嘗の粉末となるよ
う篩にかけられた粉末を使用すれば、最も良好な結果が
得られることが解った。またこの場合、５０ボルト、８
００アンペアの入力電力が使用され、スプレーガンから
標本（基質）までの距離は約７６．２＋ｅ＊であった。
セラミック被覆の着装は５％のヘリウムを含むアルゴン
キャリヤガスを使用して空気中にて行なわれ、基質は３
１６℃以下の温度にまで冷却された。セラミック被覆の
厚さは企図する用途に応じて広い範囲のものであってよ
い。被覆の厚さは０．０２５〜６．３５５ｍ若しくはそ
れ以上であることが有用であるものと考えられる。
キャリヤガスを使用して空気中にて行なわれ、基質は３
１６℃以下の温度にまで冷却された。セラミック被覆の
厚さは企図する用途に応じて広い範囲のものであってよ
い。被覆の厚さは０．０２５〜６．３５５ｍ若しくはそ
れ以上であることが有用であるものと考えられる。
本発明の目的で、稠密なセラミック被覆は、金属組織学
的方法により測定して、約１５％以下の有孔度、好まし
くは約１０以下の有孔度を有するものである。特に本発
明に於ては、被覆された物品が幾つかのセクションに分
割され、樹脂に埋め込まれ、粒子を抜は出させることの
ない研磨法を使用して研磨され、しかる後Ｑｕａｎｔｉ
ｍｅｔ （登録向ｌｌ）有孔度測定装置を用いて有孔度
の測定が行なわれた。
的方法により測定して、約１５％以下の有孔度、好まし
くは約１０以下の有孔度を有するものである。特に本発
明に於ては、被覆された物品が幾つかのセクションに分
割され、樹脂に埋め込まれ、粒子を抜は出させることの
ない研磨法を使用して研磨され、しかる後Ｑｕａｎｔｉ
ｍｅｔ （登録向ｌｌ）有孔度測定装置を用いて有孔度
の測定が行なわれた。
上述の如き明らかに稠密であるセラミック被覆も、本発
明の方法により以下の如くセグメントに分割されなけれ
ば、過酷な冷熱サイクルを受ける条件下に於ては損傷を
生じる。被覆をセグメントに分割することにより、その
下層としての基質の膨張を許し且セラミック被覆内の圧
縮応力をセラミック被覆の損傷を生じる値以下のレベル
に制限する割れ目が形成される。
明の方法により以下の如くセグメントに分割されなけれ
ば、過酷な冷熱サイクルを受ける条件下に於ては損傷を
生じる。被覆をセグメントに分割することにより、その
下層としての基質の膨張を許し且セラミック被覆内の圧
縮応力をセラミック被覆の損傷を生じる値以下のレベル
に制限する割れ目が形成される。
セラミック被覆は、強力な熱源を用いてセラミック被覆
を部分的に溶融させ、しかる後溶融されたセラミックを
凝固させることにより、セグメントに分割される。溶融
されたセラミックが凝固する過程に於て発生する収縮に
より、セラミック被覆をセグメントに分割する効果が発
生する。本発明による方法に於ては強力な熱源が必要と
される。
を部分的に溶融させ、しかる後溶融されたセラミックを
凝固させることにより、セグメントに分割される。溶融
されたセラミックが凝固する過程に於て発生する収縮に
より、セラミック被覆をセグメントに分割する効果が発
生する。本発明による方法に於ては強力な熱源が必要と
される。
今日まで行なわれた実験的研究に於ては連続波炭酸ガス
レーザを使用することが含まれているが、電子ビーム装
置や水素が燃焼する際の火炎の如き開放火炎などの他の
熱源も使用されてよい。約１゜５５ Ｘ １０３ｗａｔ
ｔ／ｌＩＩのエネルギ密度が必要であるものと考えられ
る。しかし必要な条件は、基質又はボンド被覆を溶融さ
せることなくセラミック被覆をその厚さ方向に部分的に
溶融させるエネルギ密度とドエルタイムとの組合せとし
て適宜に決定される。ジルコニアは約２０９３℃にて溶
融し、桑型的な基質及びボンド被覆の材料は約１３１６
℃にて溶融するので、基質を溶融させることなくセラミ
ック被覆を溶融させるためには迅速な入熱が必要である
。他方、エネルギ密度が＾過ぎるとセラミックが蒸発し
、セラミックの蒸発はセラミック材料を浪費することと
なり、またそのことを制御することが困難であるので、
セラミックが実質的に蒸発することは回避されなければ
ならない。
レーザを使用することが含まれているが、電子ビーム装
置や水素が燃焼する際の火炎の如き開放火炎などの他の
熱源も使用されてよい。約１゜５５ Ｘ １０３ｗａｔ
ｔ／ｌＩＩのエネルギ密度が必要であるものと考えられ
る。しかし必要な条件は、基質又はボンド被覆を溶融さ
せることなくセラミック被覆をその厚さ方向に部分的に
溶融させるエネルギ密度とドエルタイムとの組合せとし
て適宜に決定される。ジルコニアは約２０９３℃にて溶
融し、桑型的な基質及びボンド被覆の材料は約１３１６
℃にて溶融するので、基質を溶融させることなくセラミ
ック被覆を溶融させるためには迅速な入熱が必要である
。他方、エネルギ密度が＾過ぎるとセラミックが蒸発し
、セラミックの蒸発はセラミック材料を浪費することと
なり、またそのことを制御することが困難であるので、
セラミックが実質的に蒸発することは回避されなければ
ならない。
従ってセラミックの実質的な蒸発を惹起することなくセ
ラミック被覆の厚さの１０〜９０％に当る深さにまでセ
ラミック被覆を溶融させる条件が使用されることが好ま
しい。溶融された部分がセラミック被覆の厚さの約１０
％以下である場合には、所望の割れ目ネットワークは完
全には発生しない。
ラミック被覆の厚さの１０〜９０％に当る深さにまでセ
ラミック被覆を溶融させる条件が使用されることが好ま
しい。溶融された部分がセラミック被覆の厚さの約１０
％以下である場合には、所望の割れ目ネットワークは完
全には発生しない。
またセラミック被覆がその厚さの約９０％以上に亙って
溶融されると、基質及び／又はボンド被覆をも溶融して
しまう可能性が＾くなってしまう。
溶融されると、基質及び／又はボンド被覆をも溶融して
しまう可能性が＾くなってしまう。
セラミック被覆の溶融が行なわれると、熱が基質に伝達
されまた大気に伝達される結果として必然的に溶融され
たセラミックの凝固が発生する。セラミックが溶融され
ているときには、その溶融されたセラミックは基質と応
力が平衡した状態にある。しかし凝固時には溶融された
セラミックは体積が大きく減小し、その結果その溶融さ
れ凝固する部分に引張り応力が発生される。この引張り
応力はセラミックの強度以上のものであり、セラミック
被覆に割れ目を発生する。割れ目はセラミック被覆の凝
固した部分を貫通して延在し、場合によっては凝固した
部分を越えて延在しており、これらの割れ目は割れ目ネ
ットワークを形成し、セラミック被覆を一般に８．２５
ｇ＋ｓ程度の大きさであるセグメントに分割する。この
割れ目ネットワークはセラミック被覆内に実質的な量の
歪許容性を与えるのに必要とされるものである。割れ目
の深さは実質的に溶融された部分の深さに等しいが、セ
ラミックの脆性のために、割れ目はボンド被−の基質と
の界面に到達するまで容易に内方へ成長する。かかる成
長は、被覆された部材の使用中にそれが受ける冷熱サイ
クルにより又は被覆された部材の使用に先立って割れ目
を成長させるために故意に行なわれる冷熱サイクルによ
り惹起こされる周期的な応力にセラミック被覆が曝され
たときに発生する。
されまた大気に伝達される結果として必然的に溶融され
たセラミックの凝固が発生する。セラミックが溶融され
ているときには、その溶融されたセラミックは基質と応
力が平衡した状態にある。しかし凝固時には溶融された
セラミックは体積が大きく減小し、その結果その溶融さ
れ凝固する部分に引張り応力が発生される。この引張り
応力はセラミックの強度以上のものであり、セラミック
被覆に割れ目を発生する。割れ目はセラミック被覆の凝
固した部分を貫通して延在し、場合によっては凝固した
部分を越えて延在しており、これらの割れ目は割れ目ネ
ットワークを形成し、セラミック被覆を一般に８．２５
ｇ＋ｓ程度の大きさであるセグメントに分割する。この
割れ目ネットワークはセラミック被覆内に実質的な量の
歪許容性を与えるのに必要とされるものである。割れ目
の深さは実質的に溶融された部分の深さに等しいが、セ
ラミックの脆性のために、割れ目はボンド被−の基質と
の界面に到達するまで容易に内方へ成長する。かかる成
長は、被覆された部材の使用中にそれが受ける冷熱サイ
クルにより又は被覆された部材の使用に先立って割れ目
を成長させるために故意に行なわれる冷熱サイクルによ
り惹起こされる周期的な応力にセラミック被覆が曝され
たときに発生する。
成る条件の下では、セラミック被覆の表面を溶融させる
工程前及びその工程中に被覆された基質を予熱すること
が必要であることが解っている。
工程前及びその工程中に被覆された基質を予熱すること
が必要であることが解っている。
かくして被覆された基質を予熱することにより、セラミ
ックー被覆の表面溶融時にセラミック被覆の剥離が生じ
ることを有効に防止する初期応力状態が形成される。表
面溶融工程中には、セラミック層は加熱され、セラミッ
ク被覆が実際に溶融する前にセラミック被覆が圧縮応力
により基質より剥離する程度にまで膨張する。被覆され
た物品全体を予熱することにより、金属基質はセラミッ
ク被覆よりも大きな比率にて膨張し、これによりセラミ
ック被覆が初期引張り応力状態にもたらされる。
ックー被覆の表面溶融時にセラミック被覆の剥離が生じ
ることを有効に防止する初期応力状態が形成される。表
面溶融工程中には、セラミック層は加熱され、セラミッ
ク被覆が実際に溶融する前にセラミック被覆が圧縮応力
により基質より剥離する程度にまで膨張する。被覆され
た物品全体を予熱することにより、金属基質はセラミッ
ク被覆よりも大きな比率にて膨張し、これによりセラミ
ック被覆が初期引張り応力状態にもたらされる。
表面溶融工程時には、セラミック被覆の膨張は破壊的な
圧縮応力を発生するほどには至らない。予１１１１１ 熱工程は金属基質がセラミック被覆の厚さに比して実質
的な断面積を有する場合に必要である。シート金属顎の
部材の如き薄い金属よりなる部材の場合には、被覆され
た基質は応力を解放すべく僅かに撓むので、予熱工程は
必要ではない。基質がニッケルであり被覆がジルコニア
である場合には、予熱温度は少なくとも４２７℃である
ことが好ましい。最大予熱温度を決定する場合には、基
質及び／又はボンド被覆を溶融してしまう危険性がある
ことに留意しなければならない。また基質が高温度に加
熱されると、セラミック被覆の表面溶融により基質が溶
融されてしまう可能性が高くなることに留意しなければ
ならない。一般に４２７〜９８２℃の予熱温度が使用さ
れてよいものと考えられる。
圧縮応力を発生するほどには至らない。予１１１１１ 熱工程は金属基質がセラミック被覆の厚さに比して実質
的な断面積を有する場合に必要である。シート金属顎の
部材の如き薄い金属よりなる部材の場合には、被覆され
た基質は応力を解放すべく僅かに撓むので、予熱工程は
必要ではない。基質がニッケルであり被覆がジルコニア
である場合には、予熱温度は少なくとも４２７℃である
ことが好ましい。最大予熱温度を決定する場合には、基
質及び／又はボンド被覆を溶融してしまう危険性がある
ことに留意しなければならない。また基質が高温度に加
熱されると、セラミック被覆の表面溶融により基質が溶
融されてしまう可能性が高くなることに留意しなければ
ならない。一般に４２７〜９８２℃の予熱温度が使用さ
れてよいものと考えられる。
第１図及び第２図に本発明による方法の結果が示されて
いる。第１図及び第２図はレーザによる表面溶融後に於
けるセラミック被覆を施されたニッケル基質の断面を１
００倍にて示す写真である。
いる。第１図及び第２図はレーザによる表面溶融後に於
けるセラミック被覆を施されたニッケル基質の断面を１
００倍にて示す写真である。
セラミック材料゛は２０重最％のイツトリウムを添加す
ることにより安定化されたジルコニアを含んでおり、プ
ラズマスプレー法により基質に着装されたものである。
ることにより安定化されたジルコニアを含んでおり、プ
ラズマスプレー法により基質に着装されたものである。
被覆の初期厚さは約２５０μであった。レーザ光線はそ
れが約６６、’０＋＋ｎの長軸と２５４μの短軸とを有
する楕円形断面を有するよう調整された。入力は５ ｋ
Ｗであった。第１図はレーザ光線が２５４ｃｍ／ｓｉｎ
の走査速度にてセラミック被覆の表面に走査された後に
於ける結果を示している。かかる処理の結果セラミック
層の厚さの約半分が溶融され、所望の割れ目構造が形成
された。割れ目はセラミック被覆の溶融された部分を貫
通して延在しており、このことを第１図に於てセラミッ
ク被覆の溶融された部分に見ることができる。第２図は
レーザ光線の走査速度が１２７ｃｍ／ｇ＋ｉｎに低減さ
れた点を除き第１図に示されたものと同一の条件にて行
なわれた処理の結果を示している。この処理の結果溶融
された部分の深さが実質的に増大しており、また割れ目
が溶融された部分の深さにまで延在していることが解る
。
れが約６６、’０＋＋ｎの長軸と２５４μの短軸とを有
する楕円形断面を有するよう調整された。入力は５ ｋ
Ｗであった。第１図はレーザ光線が２５４ｃｍ／ｓｉｎ
の走査速度にてセラミック被覆の表面に走査された後に
於ける結果を示している。かかる処理の結果セラミック
層の厚さの約半分が溶融され、所望の割れ目構造が形成
された。割れ目はセラミック被覆の溶融された部分を貫
通して延在しており、このことを第１図に於てセラミッ
ク被覆の溶融された部分に見ることができる。第２図は
レーザ光線の走査速度が１２７ｃｍ／ｇ＋ｉｎに低減さ
れた点を除き第１図に示されたものと同一の条件にて行
なわれた処理の結果を示している。この処理の結果溶融
された部分の深さが実質的に増大しており、また割れ目
が溶融された部分の深さにまで延在していることが解る
。
上述の如く、表面溶融により形成された割れ目を冷熱サ
イクルによってセラミック被覆内に更に成長させること
ができる。例えば割れ目を生じている被覆された基質を
５３８℃の濃度に加熱し、次いでそれを水にて焼入れす
ることにより基質又はボンド被覆へ向けて割れ目を成長
させることができる。
イクルによってセラミック被覆内に更に成長させること
ができる。例えば割れ目を生じている被覆された基質を
５３８℃の濃度に加熱し、次いでそれを水にて焼入れす
ることにより基質又はボンド被覆へ向けて割れ目を成長
させることができる。
本発明による割れ目を生じている被覆は多数の用途に用
いられ得るものであり、ガスタービンエンジンの超合金
にて構成された部材を保護するための熱障壁被覆として
特に有望なものである。上述の如く、既存のプラズマス
プレーされた被覆は上述の如き用途に於ては充分なもの
ではあるが、本発明による方法はセラミック被覆の用途
範囲を拡大させ得るものである。本発明による方法は物
品の表面全体に対して適用される必要はなく、極端な熱
的条件に暉される特定の領域のみに制限されてよいもの
であることは明らかであろう。
いられ得るものであり、ガスタービンエンジンの超合金
にて構成された部材を保護するための熱障壁被覆として
特に有望なものである。上述の如く、既存のプラズマス
プレーされた被覆は上述の如き用途に於ては充分なもの
ではあるが、本発明による方法はセラミック被覆の用途
範囲を拡大させ得るものである。本発明による方法は物
品の表面全体に対して適用される必要はなく、極端な熱
的条件に暉される特定の領域のみに制限されてよいもの
であることは明らかであろう。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。
第１図はレーザ光線が２５４ｃｇｔ／ｓｉｎの走査速度
にてセラミック被覆の表面に走査されることによりセグ
メントに分割されたセラミック被覆の断面を１００倍に
て示す顕微鏡写真である。 第２図はレー・ザ光線が１２７ ｃｍ／ｓｉｎの走査速
度にてセラミック被覆の表面に走査されることによりセ
グメントに分割されたセラミック被覆の断面を１００倍
にて示す顕微鏡写真である。 特許出願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション 代 理 人 弁 理 士 明 石
昌 毅ｍ、／ １ｏｏｘ
ｎ６．２１００Ｘ
にてセラミック被覆の表面に走査されることによりセグ
メントに分割されたセラミック被覆の断面を１００倍に
て示す顕微鏡写真である。 第２図はレー・ザ光線が１２７ ｃｍ／ｓｉｎの走査速
度にてセラミック被覆の表面に走査されることによりセ
グメントに分割されたセラミック被覆の断面を１００倍
にて示す顕微鏡写真である。 特許出願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション 代 理 人 弁 理 士 明 石
昌 毅ｍ、／ １ｏｏｘ
ｎ６．２１００Ｘ
Claims (4)
- （１）金属基質上に歪許容性セラミック熱障壁被覆を施
す方法にして、 ａ、基質の表面に稠密な付着性のセラミック被覆を着装
する工程と、 ｂ、セラミックを大きく蒸発させることなく且金属基質
を溶融させることなくセラミックの表面を溶融させる条
件にてセラミック被覆の表面を加熱する工程と、 Ｃ０溶融されたセラミックを凝固させる工程と、を含み
、前記溶融されたセラミックの凝固時にセラミック被覆
の溶融された部分に割れ目のネットワークが形成され、
前記割れ目は前記セラミック被覆の表面に対し実質的に
垂直に配向されていることを特徴とする方法。 - （２）金属基質上に歪許容性セラミック熱障壁被覆を施
す方法にして、 ａ、基質の表面に稠密な付着性のセラミック被覆を着装
する工程と、 ｂ、セラミックを大きく蒸発させることなく且金属基質
を溶融させることなくセラミックの表面を溶融させる条
件にてセラミック被覆の表面を加熱する工程と、 Ｃ０溶融されたセラミックを凝固させる工程と、６０部
分的に割れ目を形成された被覆された基質を周期的に加
熱し冷却する工程と、 を含み、前記溶融されたセラミックの凝固時にセラミッ
ク被覆の溶融された部分に割れ目のネットワークが形成
され、前記割れ目は前記セラミック被覆の表面に対し実
質的に垂直に配向されており、前記周期的加熱及び冷却
の工程に於て前記割れ目が基質へ向けて内方へ伝播する
ことを特徴とする方法。 - （３）金属基質上に歪許容性セラミック熱障壁被覆を施
す方法にして、 ａ、基質の表面に金属製ボンド被覆を着装する工程と、 ｂ、基質の表面に稠密な付着性のセラミック被覆を着装
する工程と、 Ｃ，セラミックを大きく蒸発させることなく且金属基質
を溶融させることなくセラミックの表面を溶融させる条
件にてセラミック被覆の表面を加熱する工程と、 ｄ、溶融されたセラミックを凝固させる工程と、を含み
、前記溶融されたセラミックの凝固時にセラミック被覆
の溶融された部分に割れ目のネットワークが形成され、
前記割れ目は前記セラミック被覆の表面に対し実質的に
垂直に配向されていることを特徴とする方法。 - （４）金属基質上に歪許容性セラミック熱障壁被覆を施
す方法にして、 ａ、 １４質の表面に金属製ボンド被覆をＩＩ＠する工
程と、 ｂ８基質の表面に稠密な付着性のセラミック被覆を着装
する工程と、 Ｃ，セラミックを大きく蒸発させることなく且金属基質
を溶融させることなくセラミックの表面を溶融させる条
件にてセラミック被覆の表面を加熱する工程と、 ｄ、溶融されたセラミックを凝固させる工程と、８９部
分的に割れ目を形成された被覆された基質を周期的に加
熱し冷却する工程と、 を含み、前記溶融されたセラミックの凝固時にセラミッ
ク被覆の溶融された部分に割れ目のネットワークが形成
され、前記割れ目は前記セラミック被覆の表面に対し実
質的に垂直に配向されており、前記周期的加熱及び冷却
の工程に於て前記割れ目が基質へ向けて内方へ伝播する
ことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US27893881A | 1981-06-30 | 1981-06-30 | |
| US278938 | 1981-06-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5816094A true JPS5816094A (ja) | 1983-01-29 |
| JPS641551B2 JPS641551B2 (ja) | 1989-01-11 |
Family
ID=23067030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57114757A Granted JPS5816094A (ja) | 1981-06-30 | 1982-06-30 | 金属基質上に歪許容性セラミツク熱障壁被覆を施す方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5816094A (ja) |
| DE (1) | DE3224305A1 (ja) |
| FR (1) | FR2508493B1 (ja) |
| GB (1) | GB2100621B (ja) |
| IL (1) | IL66081A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0387379A (ja) * | 1989-08-30 | 1991-04-12 | Hitachi Ltd | 環境遮断用耐熱壁を備えた地上機器 |
| JPH11222661A (ja) * | 1997-11-18 | 1999-08-17 | Sermatech Internatl Inc | 歪み許容性セラミックコーティング |
| US7445434B2 (en) | 2003-03-24 | 2008-11-04 | Tocalo Co., Ltd. | Coating material for thermal barrier coating having excellent corrosion resistance and heat resistance and method of producing the same |
| JP2009299192A (ja) * | 2009-09-24 | 2009-12-24 | Hitachi Ltd | 遮熱被覆を有する耐熱部材およびガスタービン |
| JP2016500756A (ja) * | 2012-08-31 | 2016-01-14 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | プラズマスプレーによって形成された物品 |
| CN109321869A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-02-12 | 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 | 一种钛合金零件离子氮化工装 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE3512176A1 (de) | 1985-04-03 | 1986-10-09 | Winfried 7758 Meersburg Heinzel | Verfahren zur oberflaechenbehandlung eines druckmaschinenzylinders |
| DE3837617A1 (de) * | 1988-11-05 | 1990-05-10 | Semikron Elektronik Gmbh | Traegerkoerper zur elektrisch isolierten anordnung von bauteilen |
| DE3837618A1 (de) * | 1988-11-05 | 1990-05-10 | Semikron Elektronik Gmbh | Elektrische oder elektronische anordnung |
| US5073433B1 (en) * | 1989-10-20 | 1995-10-31 | Praxair Technology Inc | Thermal barrier coating for substrates and process for producing it |
| JPH0551148U (ja) * | 1991-12-16 | 1993-07-09 | 孝 坂井 | 起床装置付きベッド |
| DE4238369C2 (de) * | 1992-11-13 | 1996-09-26 | Mtu Muenchen Gmbh | Bauteil aus einem metallischen Grundsubstrat mit keramischer Beschichtung |
| US7112758B2 (en) | 2003-01-10 | 2006-09-26 | The University Of Connecticut | Apparatus and method for solution plasma spraying |
| WO2005017226A1 (en) | 2003-01-10 | 2005-02-24 | University Of Connecticut | Coatings, materials, articles, and methods of making thereof |
| US20100136258A1 (en) * | 2007-04-25 | 2010-06-03 | Strock Christopher W | Method for improved ceramic coating |
| DE102007028109A1 (de) | 2007-06-19 | 2008-12-24 | Märkisches Werk GmbH | Thermisch gespritzte, gasdichte Schutzschicht für metallische Substrate |
Family Cites Families (7)
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| US3091584A (en) * | 1961-02-24 | 1963-05-28 | Socony Mobil Oil Co Inc | Regulated hydrogen-to-naphtha mol ratio |
| NL7216832A (ja) * | 1972-12-12 | 1974-06-14 | ||
| CA1068178A (en) * | 1975-09-11 | 1979-12-18 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coating for nickel base super alloys |
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| US4280975A (en) * | 1979-10-12 | 1981-07-28 | General Electric Company | Method for constructing a turbine shroud |
-
1982
- 1982-06-11 FR FR828210177A patent/FR2508493B1/fr not_active Expired
- 1982-06-11 GB GB08217014A patent/GB2100621B/en not_active Expired
- 1982-06-18 IL IL66081A patent/IL66081A/xx unknown
- 1982-06-29 DE DE19823224305 patent/DE3224305A1/de active Granted
- 1982-06-30 JP JP57114757A patent/JPS5816094A/ja active Granted
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0387379A (ja) * | 1989-08-30 | 1991-04-12 | Hitachi Ltd | 環境遮断用耐熱壁を備えた地上機器 |
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| CN109321869A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-02-12 | 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 | 一种钛合金零件离子氮化工装 |
| CN109321869B (zh) * | 2018-11-21 | 2021-11-09 | 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 | 一种钛合金零件离子氮化工装 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3224305A1 (de) | 1983-02-03 |
| IL66081A (en) | 1985-09-29 |
| DE3224305C2 (ja) | 1988-10-20 |
| JPS641551B2 (ja) | 1989-01-11 |
| FR2508493A1 (fr) | 1982-12-31 |
| FR2508493B1 (fr) | 1989-04-21 |
| GB2100621A (en) | 1983-01-06 |
| IL66081A0 (en) | 1982-09-30 |
| GB2100621B (en) | 1984-07-18 |
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