JPS6048590B2 - 被覆金属物品 - Google Patents

被覆金属物品

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JPS6048590B2
JPS6048590B2 JP53074929A JP7492978A JPS6048590B2 JP S6048590 B2 JPS6048590 B2 JP S6048590B2 JP 53074929 A JP53074929 A JP 53074929A JP 7492978 A JP7492978 A JP 7492978A JP S6048590 B2 JPS6048590 B2 JP S6048590B2
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General Electric Co
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は環境抵抗性、特に高温での耐熱腐食性が改善さ
れた金属物品、特に基体と複合的段階的被覆が相互拡散
された金属物品に関する。
ガスタービンエンジンの高温作動条件から、設計者はか
ゝる条件下での酸化の結果として生じる・部品表面の劣
化問題をか）えている。
その結果ガスタービンエンジンの作動中にタービンブレ
ードおよびベーンのような高温作動部品の表面を保護す
るための多数の被覆系が提案されている。しかし、この
ような装置を塩化付近または塩水を含むフ物体上で作動
する場合には、もう一つ熱腐食問題が生じる。熱腐食の
機構は酸化とは異なる。かなり以前から、アルミニウム
またはアルミナイジング被覆により金属物品の環境抵抗
性を改善することが知られている。しかし、最近の研究
て夕は、表面酸化物の種々のタイプおよび相互関係に関
する知見が報告されている。例えば、チヤン（Ｃｈａｎ
ｇ）の米国特許第３９９６０２１号（１９冗年１２月７
日）ては、被覆寿命を改善するために、表面被覆中に元
素Ｈｆを含有させてＨｆＯ。を形成することの効果が認
識されている。さらにチヤンの米国特許第３９７６４３
６号（１９７６年８月２４日）には、Ａ１およびＨｆと
共にＰｔ，ＲｈおよびＰｄのような元素を用いるのが、
環境抵抗性を改善するのに有利であることが記載されて
いる。アルミニウムのオーバーレイを用いることにより
得られる利益が、レイヤーデン■（Ｒａｌｒｄｅｎ）の
米国特許第３８７４９川号およびＪ第３９９８６０３号
に開示されている。広義には本発明は、Ｆｅ，ＣＯまた
はＮ１元素に基づく超合金に段階的被覆を拡散させて、
高温での良好な耐酸化性を得るのは勿論、耐熱腐食性を
増加した金属物品を提供する。
拡散された段階的被覆は内側および外側被覆部分よりな
る。内側被覆部分は、基体に隣接しかつこれと共に拡散
され、主としてＣｒとＦｅ，ＣＯおよびＮｉのうち少く
とも１種の元素とを、体および外側被覆部分から拡散さ
れた元素と共に含有する。内側被覆部分に隣接しかつこ
れと共に拡散された外側被覆部分は、主としてＮとＨｆ
，Ｐｔ，ＲｈおよびＰｄのうち少くとも１種の元素を、
基体および内側被覆部分から拡散された元素と共に含有
する。一例においては内側被覆部分もＡｌを含有し、実
質的に重量比でＡｌ８〜３０％、ＣｒｌＯ〜５０％、Ｈ
ｆｌＯ％以下、Ｐｔ，ＲｈおよびＰｄの中から選択され
た元素３０％以下、Ｙ３％以下と、基体元素、主として
Ｆｅ，ＣＯおよびＮ１から選択された元素残部量とから
なる。他の例においては、拡散外側被覆部分が、実質的
に重量比でＡＩＩＯ〜５０％、Ｈｆ，Ｐｔ，Ｒｈおよび
Ｐｄのうち少くとも１種の元素１〜４０％と基体および
内側被覆部分から拡散された元素とからなる。されに好
適な例ては、拡散外側被覆部分が実質的に重量比でＡＩ
ＩＯ〜３０％、Ｈｆ２〜５％、Ｐｔ５〜４０％と基体元
−素、主としてＦｅ，ＣＯおよびＮｌのうち少くとも１
種の元素残部量とからなる。他の好適例では、拡散内側
被覆部分が、実質的に重量比でＡｌ８〜２０％、Ｃｒｌ
Ｏ〜４０％、Ｈｆ５％以下、Ｐｔ２Ｏ％以下、Ｙ２％以
下と、Ｆｅ，ＣＯおよびＮｊのうち少くとも１つ・の元
素残部量とからなる。超合金物品の高温環境保護のため
の被覆として最近注目されているのはＭＣｒＡｌＹ型被
覆（Ｍは遷移三つ組元素Ｆｅ，ＣＯおよびＮｉのうち少
くとも１種を示す）である。
前記特許明細書によれば、かゝる被覆の有用範囲は重量
比でＡｌ８〜３０％、ＣｒｌＯ〜５０％、Ｙ３％以下お
よび少くとも１種のＭ元素残部量である。このような被
覆を基体に種々の方法、例えば物理的蒸着、溶射または
プラズマ溶射、スパッタリング、電子ビーム堆積などに
よつて被着することが報告されている。堆積後、被覆を
基体と共に拡散処理する。前記レイヤーデン■の米国特
許第３８７４９０１号には、複層被覆がアルミナイジン
グ上層を用いることにより優れた環境抵抗性を呈するこ
とが記載されている。
本発明は複数部分よりなる段階的被覆を設けることによ
り、上記のような既知の系、即ち被覆を大きく改善する
ことができる。内側部分はＭＣｒ基型拡散合金をなし、
内側部分に隣接しかつ主としてこれと共に拡散された被
覆の外側部分は、主として川とＨｆ，Ｐｔ，Ｒｈおよび
Ｐｄのうち少くとも１種の元素とを含有し、かくして前
記米国特許第３９７６４３６号および第３９９６０２１
号に規定されているような単一被覆部分に較べて有意義
な改善を達成する。特に、本発明によれば、オーバーレ
イ被覆においてＡｌを前記一群のＨｆおよびＰｔのよう
な元素と組合せることによつて、耐熱腐食性を著しく改
善することができる。この改善は基体、内側被覆部分お
よび外側被覆部分間の相互拡散後に達成され、相関酸化
物の再生外側障壁が生成し、これが被覆物品の高温作動
の間良好な耐酸化性とともに顕著な耐熱腐食性を維持し
続ける。本発明の物品は分解に抵抗する密なα−Ａｌ。
Ｏ。の形成に部分的に依存している。しかし、熱腐食性
環境下では、α−Ａｌ。Ｏ３の破砕に加えて、被覆の急
速な分解の原因となる要因がほかに少くとも２つなる。
一つは溶融塩によるＡｌ。Ｏ。の溶融であり、もう一つ
はスケールおよび被覆材料を経ての硫黄の迅速な拡散お
よび反応である。Ｈｆ，Ｐｔ，ＲｈおよびＰｄのような
添加金属を含むＡ１のオーバーレイを用いることで、Ａ
１活性が増し、これによるＮがＮ。Ｏ。の再形成に利用
される可能性が高められる。Ｈｆを添加すると、ＨｆＯ
。障壁の形成によりＮ。Ｏ。スケール付着および塩溶融
化抵抗性が改善される。これら２つの性質が有効である
ことが試験結果により示された。Ｈｆ添加をＰｔ，Ｒｈ
またはＰｄの添加と組合せることにより、被覆の性能が
さらに改善される。本発明で設けられる被覆は、種々の
元素の濃度が基体から内側被覆部分を経てさらに外側被
覆部分を経てこれらの基体および内外側部分間での相互
拡散度の函数として変化するという意味で１段階的ョ被
覆として定義される。
従つて、拡散後に内側被覆部分は主としてＭＣｒ基型、
好ましくはＭＣｒＡｌ基型となり、外側被覆部分は主と
してＡ１とＨｆ，Ｐｔ．ＲｈおよびＰｄのうち少くとも
１種の元素とを含み、これらの部分はそれぞれ基体、内
側被覆部分および外側被覆部分間の拡散に従う量および
種類の他の元素を含む。本発明の評価を行うために、種
々の組合せの被覆を評価した。
第１表に相互拡散後の被覆部分に３関する好適な組成範
囲を示す。段階的内側被覆部分は、重量比でＡｌ８〜３
０％、ＣｒｌＯ〜５０％、ＨｆｌＯ％以下、Ｐｔ，Ｒｈ
およびＰｄのうち少くとも１種の元素３０％以下、Ｙ３
％以下および残部主としてＦｅ，ＣＯおよびＮｉのうち
少くとも１種の元素の範囲から選択した。段階的外側部
分はある例では設けず、他の例では拡散元素を含む主と
してＡ１の部分として設けた。本発明を代表する例ては
外側部分が重量比でＡ１約１０〜５０％およびＨｆＩ〜
４０％および／またはＰｔｌ〜４０％、好ましくはＡｌ
ｌＯ〜３０％およびＨｆ２〜５％および／またはＰｔ２
Ｏ〜４０％を含有した。第■表は、第１表の実施例３お
よび４の組成で代表される本発明の物品の熱腐食寿命を
、ＣＯＣｒＡｌＹ型単一部分被覆（実施例１）および米
国特許第３８７４９川号に記載されたタイプのアルミニ
ウム上層を有するＣＯＣｒＡｌ型被覆（実施例２）と比
較して示す。
既知の被覆および本発明の被覆を、Ｒｅｎｅ’８０ニッ
ケル基超合金（公称重量組成ＣＯ．ｌ５％、Ｃｒｌ４％
、Ｔｌ５％、ＢＯ．Ｏｌ５％、Ａｌ３％、Ｗ４％、ＭＯ
４％、Ｃ〇９．５％、ＺｒＯ．Ｏ６％および残部Ｎｉお
よび付随的不純物）と称されるニッケル基合金の試験片
およびＸ−４０コバルト基超合金（公称重量組成ＣＯ．
５％、Ｃｒ２５．５％、Ｗ７．５％、ＮｉｌＯ％および
残部ＣＯおよび付随的不純物）と称されるコバルト基合
金の試験片に適用した。塩水の物体付近でのガスタービ
ンエンジン運転条件に模似させるために、循環動的試験
に５ｐｐｍ海水を用いた。試験ては試験片を１７００’
Ｆにさらし、１時間に１回試験片を５００゜Ｆに急速冷
却し、約１分後再び１７００゜Ｆに戻すことを繰返した
。ＭＣｒまたはＭＣｒＡｌ型である内側または第１被覆
部分は、実施例８以外の各例とも物理的蒸着により試験
片に被着した。
外側被覆部分にＡ１また−はＡ１およびＨｆを含有する
実施例では、レブイン（Ｌｅｖｌｎｅ）らの米国特許第
３６６７９８５号（１９７２年６月６日）に記載された
形式のバック被覆法を用いて外側部分の元素を適用した
。当業界で周知のようにバック成分を変えて所望の組成
物を得た。第；１表の実施例４の被覆系は、まず最初Ｃ
ＯＣｒＡｌの物理的蒸着、次にＰｔのスパッタリングに
より形成した。このように被覆した物品を前記米国特許
第３９９６０２１号に記載されたタイプの、元素Ａｌお
よびＨｆ双方を含む粉末バック中に入れた。第１表の実
施例８の被覆系は、Ｎ１およびＣｒの層を複数交互に基
体に電着し、しかる後前記粉末バック法により．Ａｌお
よびＨｆを被着することによつて得た。しかし、種々の
被覆部分を被着するのに種々の方法（その一部を前述し
た）を用いることができる。第■表から明らかなように
、既知の被覆系を代表する実施例／および２の被覆は、
本発明の段階的被覆系を代表する実施例３および４と較
べて熱腐食寿命が著しく短い。
本発明における環境抵抗性の予期し得ぬ特異な結果が、
熱腐食および酸化双方のデータを示す第■表により具体
的に示されている。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）Ｆｅ，ＣｏまたはＮｉ元素に基づく超合金の基
    体と、（ｂ）該基体の耐熱腐食性を増加するように基体
    と拡散された段階的被覆とを具える金属物品において、
    上記段階的被覆が（ｉ）基体に隣接しかつこれと共に拡
    散され、主としてＣｒとＦｅ，ＣｏおよびＮｉのうち少
    くとも１種の元素とを含み、残部が基体および外側被覆
    部分から拡散された元素である内側被覆部分、および、
    （ｉｉ）内側被覆部分に隣接しかつこれと共に拡散され
    、主としてＡｌとＨｆ，Ｐｔ，ＲｈおよびＰｄのうち少
    くとも１種の元素とを含み、残部が内側被覆部分から拡
    散された元素である外側被覆部分よりなることを特徴と
    する金属被覆物品。 ２ 内側被覆部分が重量比でＣｒ１０〜５０％、Ａｌ３
    ０％以下、Ｈｆ１０％以下、Ｐｔ，ＲｈおよびＰｄの中
    から選択された元素３０％以下、Ｙ３％以下と、Ｆｅ，
    ＣｏおよびＮｉのうち少くとも１種の元素残部量とから
    なり、外側被覆部分が重量比でＡｌ１０〜５０％とＨｆ
    ，Ｐｔ，ＲｈおよびＰｄの中から選択された元素１〜４
    ０％とからなる特許請求の範囲第１項記載の物品。 ３ 外側被覆部分がＡｌ１０〜３０％とＨｆ２〜５％お
    よび／またはＰｔ２０〜４０％とを含有する特許請求の
    範囲第２項記載の物品。 ４ 外側被覆部分がＡｌ１０〜３０％およびＰｔ５〜４
    ０％を含有する特許請求の範囲第２項記載の物品。 ５ 内側被覆部分が重量比でＡｌ８〜２０％、Ｃｒ１０
    〜４０％、Ｈｆ５％以下、Ｐｔ２０％以下、Ｙ２％以下
    と、Ｆｅ，ＣｏおよびＮｉのうち少くとも１種の元素残
    部量とからなる特許請求の範囲第２項記載の物品。 ６ Ａｌが８〜１６％、Ｃｒが１５〜３０％である特許
    請求の範囲第５項記載の物品。
JP53074929A 1977-09-22 1978-06-22 被覆金属物品 Expired JPS6048590B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/835,542 US4123594A (en) 1977-09-22 1977-09-22 Metallic coated article of improved environmental resistance
US835542 1977-09-22

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