JPS61243163A - 耐熱被覆の形成方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、耐熱部品の高温耐久性向上技術に係り、特
にセラミック耐熱被覆層を改良した耐熱被覆の形成方法
に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

耐熱合金部品に要求される高温特性は、年々苛酷になり
てゆく。なかでもガスタービン部材としての耐熱合金部
品は、ガス°タービンの高温化に伴ない、１４００℃以
上のガス温度に耐えることも要求され始めている。しか
し、従来の耐熱合金ではその高温に耐えることは難しく
、タービン部材に８ｉ、Ｎ４や８ｉＣのセラミック材料
が考えられているが、その実用化にはまだ時間を要する
。そこで耐熱合金を冷却しながら高温部材として使用す
る方法がとられているが、冷却に伴なう熱効率低下が問
題となっている。そして、現在は、セラミックスの低熱
伝導性を利用した耐熱被覆が重要視され始めている。

耐熱被覆は、従来の耐熱合金上に熱伝導度の低いセラミ
ックを被覆し、基材合金を高熱より保護する方法である
。この耐熱被覆は、断熱特性が優れ、適度な耐熱衝撃特
性を有し、しかも軽量であることが望ましい。これらを
ある程度溝たすため、溶射法によりセラミックスを耐熱
被覆する方法がある０ 溶射法によるセラミック耐熱被覆は１０％程度の気孔率
を有する。この気孔は、断熱特性、耐熱衝撃特性を向上
し、軽量化にも寄与する。しかし、この気孔率をさらに
高めた溶射被覆層は、大きな気孔が偏在するため、気密
性、機械的強度を劣化させてしまう。

そこで、気密性、機械的強度を維持しつつ、気孔率が高
く、断熱特性、耐熱衝撃特性を向上し軽量である耐熱被
覆の形成方法が望まれていた。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑み、断熱特性、耐熱衝撃特性、気
密性、機械的強度に優れ、しかも軽量な耐熱被覆層を得
る、耐熱被覆の形成方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は所定形状の耐熱合金等からなる基材表面に１セ
ラミツク粉末とアルミニウム系合金粉末とを含む粉末を
溶射被覆する工程と、前記溶射被覆層中のアルミニウム
系合金部分を化学的物理的に溶出除去して多孔化するこ
とを具備して成ることを特徴とする耐熱被覆の形成方法
で、例えば次のように行なわれる。

まず本発明におけるセラミック粉末としては、従来から
知られたセラミック粉末を適宜選択できるが、耐熱性に
優れ化学的にも強い、塙０．　、安定化ＺｒＯ！、を用
いることが好ましい。特に安定化ＺｒＯ。

は薬品に対しても化学的に強く耐熱特性も極めて優れて
いる。また、アルミニウム系合金には、Ａ４−８ｉ、　
Ａｔ−Ｍｇ、等を適宜選択できるが、Ｍ純度の高いもの
を用いることが好ましい。特に純Ａｔは化学的物理的な
溶出除去が容易で最適である。

前記セラミック粉末、アルミニウム系合金粉末共に１５
０メツシエ以下で且つ１０μｍ以上の粒径粉末であるこ
とが好ましい。これら、セラミック粉末とアルミニウム
系合金粉末とを、■ミキサー等の混合機で均一に混ざる
迄混合する。

次いで混合した粉末を、プラズマ溶射・火炎溶射等の溶
射装置を用いて、耐熱合金等から成る基材表面に溶射被
覆する。なお、前記混合粉末を溶射被覆する前工程とし
て、結合層を被覆形成することも可能であり、本発明の
特徴を維持するものであることは言うまでもない。こめ
結合層は、■耐熱合金からなる構造体の高温耐腐食特性
を向上させる、■耐熱合金からなる構造体と複合酸化物
被覆層との熱膨張差に起因する熱応力を緩和する、の２
点の役割をなす。したがりて、結合層は、優れた高温耐
腐食特性を有し、その熱膨張係数が耐熱合金基材のそれ
と複合酸化物被覆層のそれとの中間の値を有する、材料
が適切であり、本発明では特に高耐食性のＮｉ基または
ＣＯ基の合金が好ましい。

また、この結合層の形成手段としては上述した２点の役
割を有した方法であれば適宜選択でき、溶射法、ＣＶＤ
法、ＰＶＤ法等を用いる事ができる。実用上は溶射法を
用いる事により特に優れたものとなる。

溶射被覆後、被覆層中のアルミニウム系合金部分を化学
的物理的に溶出除去する。この処理は、被覆層中のセラ
ミック部分および基材、結合層を著しく溶出することな
く、被覆層中のアルミニウム系合金部分を溶出除去する
方法であれば適宜選択できるが、酸・アルカリの水溶液
に浸漬させて化学的に溶出除去する方法が好ましい。特
にＨＱ水溶液中での溶出除去は容易である。

溶出除去後、水、エタノール等で洗浄し、アルミニウム
系合金の除去残滓を取り除くと、本発明の効果が十分に
得られることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明方法によれば、形
成された耐熱被覆は■従来のものに比べてその断熱特性
が優れ、■耐熱衝撃特性に優れ、■かさ密度が小さく軽
量であり、得られた耐熱部材は■したがって、耐熱被覆
の厚みをうすくすることが可能となり、■軽量化でき、
■使用寿命が長くなる、などの効果を奏するので、本発
明方法の工業的価値は極めて大である。以千４０〔発明
の実施例〕 （実施例−１） 一３２５メツシａ−、＋１０μｍの３ｗｔ％Ｙ、０．安
定化ＺｒＯ。

粉末１＃と、−２００メツシエ、＋１０μ専の紅粉末５
００ｔとを秤量した後、■ミキサーにより約４５公理合
して、本発明に係るセラミック粉末とアルミニウム系合
金粉末とを含む粉末とした。

長さ３０ｍ幅１〇−厚み３置のＮｉ基合金（ＩＮ９３９
）の板材の全表面を粒径Ｉｍのアルミナ粉でサンドブラ
スト処理した。

次いで、この処理表面に、溶射距離１２５■、電流値７
００Ａ、電圧値３２ＶＣ１件テＮｉ　−２０Ｃｒ　　合
金粉末をプラズマ溶射した。この溶射層は結合層である
。厚みは、全表面共約１００励１ さらにその結合層表面に、前記の安定化ＺｒＯ，と紅の
混合粉末を、溶射距離１０（ｈｗａ、電流値８００Ａ。

電圧値３４Ｖの条件でプラズマ溶射により被覆した。

厚みは、全表面共約３００μ陽。

次いで、得られた耐熱被覆を形成した、Ｎ１合金を、ｅ
ＮｏＨｃｔ水溶液に約１時間浸漬して、溶射被覆層中の
Ｍ部分を溶出除去した。さらに、水中で超音波洗浄を５
分間実施して、本発明に係る形成方法で耐熱被覆し九Ｎ
ｉ基合金部材を得た。

得られた本発明の部材に、１０８０℃で６０分間加熱　
−２８０℃で６０分間冷却という熱疲労試験（大気中）
を施こし、被覆層内での亀裂発生の有無を肉眼観察した
。結果を、亀裂発生までの熱サイクル回数として第１表
に示した。比較のためにｇｗｔＸＹ、０．安定化Ｚｒへ
のみを溶射した、従来の耐熱被覆層の場合の結果も併記
した。この熱疲労試験は、熱衝撃特性、耐熱被覆として
の断熱特性、基材の酸化特性を総合評価試験するもので
ある。

第　　１　　表 （実施例−２） 長さ７０−幅５〇−厚み２ｍのＭの板材の一表面に形成
したこと、結合層を溶射被覆しなかったこと、６ＮのＨ
Ｃ１水溶液の浸漬を２時間にしたことを除いては実施例
１と同様にして耐熱被覆を形成した。

得られた部材は、基材のＭも溶出除去され、耐熱被覆層
だけであり、その部材について液中計量法により気孔率
を測定した。結果を第２表に示す。比較の九めにＢｗｔ
′！Ｘｙ、０．安定化ＺｒＯ！のみを溶射した従来の耐
熱被覆層の気孔率の測定結果も併記した。

第　　２　　表 （他１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基材表面に、セラミック粉末とアルミニウム系合金
   粉末とを含む粉末を溶射する工程と、溶射後、溶射層の
   アルミニウム系合金部分を化学的物理的に溶出除去して
   多孔化する工程とを具備したことを特徴とする耐熱被覆
   の形成方法。 ２）アルミニウム系合金粉末がアルミニウム粉末である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の耐熱被覆
   の形成方法。 ３）セラミック粉末が、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ＿２Ｏ＿３
   、ＣｅＯ＿２より成る群の少なくとも１種とＺｒＯ＿２
   より成る粉末であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の耐熱被覆の形成方法。