JPS61243164A - 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８１、Ｎ、−？ｓｉｃ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
問題となりている。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
被覆する方法がおる。溶射法によるセラミック耐熱被覆
はＩＯＸ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、
炭化物、窒化物、ホウ化物より成る群の少なくとも１種
よりなる昇華する材料粉末と、酸化物の材料粉末とより
なる粉末を溶射被覆する工程により、多孔質な溶射被覆
層を得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、本発明における昇華する材料粉末としては、従来
から知られた炭化物、窒化物、ホウ化物の粉末を適宜選
択できるが、溶射時に昇華しやすい、Ｓｉ、Ｎ、　、　
Ｓｉｎ、　ＢＮ、を用いることが好ましい。

特にＳｔ、Ｎ、は溶射時に他材料粉末との反応や酸化が
起こり難く昇華し易い。また、酸化物の材料粉末には、
従来から知られた酸化物粉末を適宜選択できるが、耐熱
性に優れ化学的にも強い払０．．安定化２１０．．ムラ
イト、ジルコンを用いることが好ましい。特に安定化Ｚ
ｒＯ，は耐熱特性に極めて優れている。前記粉末は１５
０メツシユ以下で且つ１０μｍ以上の粒径粉末であるこ
とが好ましい。これら、昇華する材料粉末と酸化物の材
料粉末とを、■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。この
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、０２
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、ＰＶｆ）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。

本発明に係る形成方法で溶射被覆した耐熱被覆層は、酸
化物を主構成材料とする多孔質層となる。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明方法にょれば、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、ｌ、得られた耐熱部材は■したがりて、耐熱被覆
の厚みをうず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。

〔発明の実施例〕

（実施例−１） 一２５０メｙ　Ｖ　エ、　＋１０／Ｊ”のｇｗ　ｔ　Ｘ
　Ｙ、Ｏ，安定化ＺｒＯ。

粉末５００ｆと、−３２５メッシェ、＋１０μ簿の８ｉ
、Ｎ、粉末５００ｆとを秤量した後、■ミキサーにより
約４５分間混合して、本発明に係る酸化物粉末と、昇華
する材料粉末とより成る粉末とした。

長さ３０■幅１０■厚み３８のＮ１基合金（ｌＮ９３９
）の板材の全表面を粒径ｌ■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３２Ｖ（Ｄ条件”ｔ’　Ｎｉ−２０Ｃｒ
合金粉末をプラズマ溶射した。仁の溶射層は結合層であ
る。

厚みは、全表面共約１００μ屏。

さらにその結合層表面に、前記の安定化ＺｒＯ。

とＡｔの混合粉末を、溶射距離１００ｗｇ　、電流値８
００Ａ、。

電圧値３４Ｖの条件でプラズマ溶射により被覆した０厚
みは、全表面共約３００μ鴇。

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３ｗｔ％Ｙ！０．安定化ＺｒＱ
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７０ｍ幅５０＋ｍ厚み２■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つたことを除いて
は実施例１と同様にして耐熱被覆を形成した。

次いで得られた部材を６ＮのＨＣｔ水溶液に約２時間浸
漬して、Ｍ基材部分を溶解除去した。そして、耐熱被覆
層のみの部材について液中秤量法により気孔率を測定し
た。結果を第２表に示す。

比較のために８ＷｔＸＹ、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、炭化物、窒化物、ホウ化物よりなる群
   の少なくとも１種より成る昇華する材料粉末と、酸化物
   とより成る粉末を溶射被覆する工程を具備して、多孔質
   な溶射層を得ることを特徴とする耐熱被覆の形成方法。 ２）昇華する材料粉末がＳｉ＿３Ｎ＿４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）酸化物が安定化ＺｒＯ＿２であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項および第２項記載の耐熱被覆の形
   成方法。