JPS6140022B2 - - Google Patents
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- JPS6140022B2 JPS6140022B2 JP55105013A JP10501380A JPS6140022B2 JP S6140022 B2 JPS6140022 B2 JP S6140022B2 JP 55105013 A JP55105013 A JP 55105013A JP 10501380 A JP10501380 A JP 10501380A JP S6140022 B2 JPS6140022 B2 JP S6140022B2
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- Japan
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- coating
- coating material
- resistance
- corrosion
- alloy
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- Expired
Links
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Classifications
-
- 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
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- 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
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/073—Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
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Description
本発明は、腐食性の激しい高温の燃焼ガス雰囲
気中において、優れた耐食性と耐酸化性を有する
と同時に、熱衝撃や機械的衝撃に対しても優れた
特性を示すコーテイング材の合金組成に関する。 Ni基あるいはCo基超合金製のガスタービンブ
レードやノズル等は一般に耐食、耐酸化性に優れ
る合金でコーテイングされる。従来のコーテイン
グ材の構造は、NiA，CoA等の金属間化合物
から成つており、超合金とアルミニウムとを反応
させることによつて得られる。そしてコーテイン
グ材表面に生成するＡ2O3型の酸化膜の保護的
性質によつて、耐食、耐酸化性を維持している。 しかし、ガスタービンの使用環境の多様化ある
いは使用燃料の劣化などの要因によりとくに600
〜900℃程度の温度における腐食が問題となり、
上記のコーテイングはその改良を迫られた。この
ため、上記金属間化合物中へCrを添加したコー
テイングが開発された。このコーテイングは耐食
性は著しく優れるが、900℃以上での耐酸化性が
劣る。Crの代りにPtなどの貴金属を添加したコ
ーテイングが次に開発され、大きな腐食酸化抵抗
が得られるに至つた。 これらのコーテイングはCr，Ptなどの前コー
テイング処理（拡散コーテイング、化学気相蒸着
法、電気メツキ法など）に続き、Ａの拡散コー
テイング処理を施すことによつて得られる。すな
わち、Ａと母材超合金との相互拡散をともな
う。このため、コーテイング材中には母材の微量
成分が混入し、耐食耐酸化性を悪化することがあ
り得る。また、コーテイング材の組成範囲を広く
自由に選ぶことは本質的に不可能であり、コーテ
イング材を構成する金属間化合物自体の特質、た
とえば熱的機械的衝撃に対する抵抗が低いこと、
を大きく改善できないという欠点がある。 このような事情に基づいて開発されたのが、物
理蒸着法、プラズマ溶射法などによるオーバーレ
イコーテイング（Overlay Coating）と呼ばれる
ところの相互拡散をともなわない方法である。こ
れによれば、母材の合金組成に関係なくコーテイ
ング材組成を広く選ぶことが可能である。このた
め、母材とコーテイング材の熱膨張係数を合わせ
ることも可能であり、また耐食耐酸化性を向上さ
せる元素であるＹなどの希土類元素を微量添加す
ることができる。しかし、この場合にも金属間化
合物相の出現が避けられず、コーテイング層の熱
的機械的衝撃に対する抵抗は必ずしも十分得られ
ないのが現状である。 本発明の目的は、従来のコーテイング材に見ら
れるような熱的機械的衝撃抵抗の低さを改善しよ
とすることにある。 コーテイング材を構成する金属間化合物NiA
，CoAの耐衝撃性を改善する方法を検討した
ところ、Ｂの微量添加が著しい効果を発揮するこ
とが判明した。すなわち、本発明の要点は従来の
オーバーレイコーテイングをＢの添加によつて一
層優れたものにすることである。 このような特性を有するコーテイング材組成は
予備的検討を十分行なつた結果以下のように決定
された。耐食、耐酸化性を基本的に維持するのは
金属間化合物NiA，CoAであり、またNi基、
Co基超合金の母材との適合性が必要であるため
コーテイング材はNi基またはCo基とする。コー
テイング材の保護性を維持するＡ2O3膜を表面
に形成させるためＡを重量で最低５％必要とす
る。しかし過剰にＡを添加するとＢを添加して
も改善できないほど、脆弱となるので最高45％と
する。ガスタービンブレード、ノズルなどのメタ
ル温度である700〜800℃前後での耐食性を改善す
るためCrを添加する必要があるが、そのの効果
が得られるのは10％以上であり上限は40％であ
る。40％以上ではやはりコーテイング材を脆弱な
ものとしてしまうことはもちろん、耐酸化性が極
端に劣化する。Crの添加は比較的低温でもＡ
2O3膜を生成しやすくするという触媒的な効果を
もつと考えられる。さらにＡ2O3膜の密着性を
良好にし、耐食耐酸化性を向上させる元素である
Ｙなどの希土類元素を0.01〜１％添加する。希土
類元素はコーテイング材の結晶粒界に一定量存在
させれば十分であり、１％以上添加すると耐衝撃
性を劣化させてしまう。以上の組成に本発明の要
点であるＢを添加する。希土類元素と同様Ｂも極
微量添加すれば十分であり、種々検討の結果、
0.005〜0.8％の範囲が適当であると結論された。
なお、残部はNiあるいはCoであるが、これらを
混合したものをベースとしても良い。 上記の組成を有するコーテイング材の保護すべ
き超合金表面へ適用する方法は、拡散コーテイン
グ（パツクセメンテーシヨン）法以外の方法であ
れば各種の方法をとることが可能である。すなわ
ち、物理蒸着法（スパツタリング法を含む）、プ
ラズマ溶射法、電気泳動法、スラリー法、薄膜接
着法などが利用できる。これらのうち、コーテイ
ング処理の簡便性、コーテイング層構造の健全性
あるいはコーテイング層と母材との密着性などを
比較した場合、物理蒸着法とくにスパツタリング
法が最も優れている。 本発明で、ターゲツト構造に特徴を有するスパ
ツタリング法によれば良好な結果が容易に得られ
る。従来のスパツタリング法ではコーテイング材
組成の合金のターゲツトを真空溶解、真空鋳造に
よつて製作しなければならない。この場合、ター
ゲツトに鋳造欠陥があるとコーテイング処理中に
ターゲツトが割れるという欠点もあり、高度な鋳
造技術が要求される。図に本発明のターゲツトの
側面図を示すが、基板上へ板状切片を設置した２
層構造としている。基板および切片はコーテイン
グ材中へ含有させるべき元素を単体あるいは合金
としたものである。コーテイング材の組成の制御
は、コーテイング方向への基板露出面と板状切片
との投影面積率を調整することによつて行なえ
る。 以下に本発明の実施例を述べる。 実施例 図において、基板１を電解Niによつて製作
し、この上へ純Cr、純Ａ、Ａ―Ｂ合金およ
びＡ―希土類合金から製作した板状切片２を適
当な面積率にて設置したターゲツトとした。被コ
ーテイング材としては代表的なNi基超合金Ｖ―
700を選び、市販のマグネトロンスパツタリング
装置を用いてコーテイングを行なつた。Ｖ―700
試片の形状は20mm×20mm×３mmである。予備的な
実験により、ターゲツト面上の各成分の面積率と
コーテイング材中に含有される各成分比との関係
を化学分析により明らかにしておいた。本実施例
でのコーテイング材の目標組成を第１表に示す。
各試片の上面下面をそれぞれ約１時間スパツタリ
ングを行ないコーテイング厚さを約70μｍとし
た。
気中において、優れた耐食性と耐酸化性を有する
と同時に、熱衝撃や機械的衝撃に対しても優れた
特性を示すコーテイング材の合金組成に関する。 Ni基あるいはCo基超合金製のガスタービンブ
レードやノズル等は一般に耐食、耐酸化性に優れ
る合金でコーテイングされる。従来のコーテイン
グ材の構造は、NiA，CoA等の金属間化合物
から成つており、超合金とアルミニウムとを反応
させることによつて得られる。そしてコーテイン
グ材表面に生成するＡ2O3型の酸化膜の保護的
性質によつて、耐食、耐酸化性を維持している。 しかし、ガスタービンの使用環境の多様化ある
いは使用燃料の劣化などの要因によりとくに600
〜900℃程度の温度における腐食が問題となり、
上記のコーテイングはその改良を迫られた。この
ため、上記金属間化合物中へCrを添加したコー
テイングが開発された。このコーテイングは耐食
性は著しく優れるが、900℃以上での耐酸化性が
劣る。Crの代りにPtなどの貴金属を添加したコ
ーテイングが次に開発され、大きな腐食酸化抵抗
が得られるに至つた。 これらのコーテイングはCr，Ptなどの前コー
テイング処理（拡散コーテイング、化学気相蒸着
法、電気メツキ法など）に続き、Ａの拡散コー
テイング処理を施すことによつて得られる。すな
わち、Ａと母材超合金との相互拡散をともな
う。このため、コーテイング材中には母材の微量
成分が混入し、耐食耐酸化性を悪化することがあ
り得る。また、コーテイング材の組成範囲を広く
自由に選ぶことは本質的に不可能であり、コーテ
イング材を構成する金属間化合物自体の特質、た
とえば熱的機械的衝撃に対する抵抗が低いこと、
を大きく改善できないという欠点がある。 このような事情に基づいて開発されたのが、物
理蒸着法、プラズマ溶射法などによるオーバーレ
イコーテイング（Overlay Coating）と呼ばれる
ところの相互拡散をともなわない方法である。こ
れによれば、母材の合金組成に関係なくコーテイ
ング材組成を広く選ぶことが可能である。このた
め、母材とコーテイング材の熱膨張係数を合わせ
ることも可能であり、また耐食耐酸化性を向上さ
せる元素であるＹなどの希土類元素を微量添加す
ることができる。しかし、この場合にも金属間化
合物相の出現が避けられず、コーテイング層の熱
的機械的衝撃に対する抵抗は必ずしも十分得られ
ないのが現状である。 本発明の目的は、従来のコーテイング材に見ら
れるような熱的機械的衝撃抵抗の低さを改善しよ
とすることにある。 コーテイング材を構成する金属間化合物NiA
，CoAの耐衝撃性を改善する方法を検討した
ところ、Ｂの微量添加が著しい効果を発揮するこ
とが判明した。すなわち、本発明の要点は従来の
オーバーレイコーテイングをＢの添加によつて一
層優れたものにすることである。 このような特性を有するコーテイング材組成は
予備的検討を十分行なつた結果以下のように決定
された。耐食、耐酸化性を基本的に維持するのは
金属間化合物NiA，CoAであり、またNi基、
Co基超合金の母材との適合性が必要であるため
コーテイング材はNi基またはCo基とする。コー
テイング材の保護性を維持するＡ2O3膜を表面
に形成させるためＡを重量で最低５％必要とす
る。しかし過剰にＡを添加するとＢを添加して
も改善できないほど、脆弱となるので最高45％と
する。ガスタービンブレード、ノズルなどのメタ
ル温度である700〜800℃前後での耐食性を改善す
るためCrを添加する必要があるが、そのの効果
が得られるのは10％以上であり上限は40％であ
る。40％以上ではやはりコーテイング材を脆弱な
ものとしてしまうことはもちろん、耐酸化性が極
端に劣化する。Crの添加は比較的低温でもＡ
2O3膜を生成しやすくするという触媒的な効果を
もつと考えられる。さらにＡ2O3膜の密着性を
良好にし、耐食耐酸化性を向上させる元素である
Ｙなどの希土類元素を0.01〜１％添加する。希土
類元素はコーテイング材の結晶粒界に一定量存在
させれば十分であり、１％以上添加すると耐衝撃
性を劣化させてしまう。以上の組成に本発明の要
点であるＢを添加する。希土類元素と同様Ｂも極
微量添加すれば十分であり、種々検討の結果、
0.005〜0.8％の範囲が適当であると結論された。
なお、残部はNiあるいはCoであるが、これらを
混合したものをベースとしても良い。 上記の組成を有するコーテイング材の保護すべ
き超合金表面へ適用する方法は、拡散コーテイン
グ（パツクセメンテーシヨン）法以外の方法であ
れば各種の方法をとることが可能である。すなわ
ち、物理蒸着法（スパツタリング法を含む）、プ
ラズマ溶射法、電気泳動法、スラリー法、薄膜接
着法などが利用できる。これらのうち、コーテイ
ング処理の簡便性、コーテイング層構造の健全性
あるいはコーテイング層と母材との密着性などを
比較した場合、物理蒸着法とくにスパツタリング
法が最も優れている。 本発明で、ターゲツト構造に特徴を有するスパ
ツタリング法によれば良好な結果が容易に得られ
る。従来のスパツタリング法ではコーテイング材
組成の合金のターゲツトを真空溶解、真空鋳造に
よつて製作しなければならない。この場合、ター
ゲツトに鋳造欠陥があるとコーテイング処理中に
ターゲツトが割れるという欠点もあり、高度な鋳
造技術が要求される。図に本発明のターゲツトの
側面図を示すが、基板上へ板状切片を設置した２
層構造としている。基板および切片はコーテイン
グ材中へ含有させるべき元素を単体あるいは合金
としたものである。コーテイング材の組成の制御
は、コーテイング方向への基板露出面と板状切片
との投影面積率を調整することによつて行なえ
る。 以下に本発明の実施例を述べる。 実施例 図において、基板１を電解Niによつて製作
し、この上へ純Cr、純Ａ、Ａ―Ｂ合金およ
びＡ―希土類合金から製作した板状切片２を適
当な面積率にて設置したターゲツトとした。被コ
ーテイング材としては代表的なNi基超合金Ｖ―
700を選び、市販のマグネトロンスパツタリング
装置を用いてコーテイングを行なつた。Ｖ―700
試片の形状は20mm×20mm×３mmである。予備的な
実験により、ターゲツト面上の各成分の面積率と
コーテイング材中に含有される各成分比との関係
を化学分析により明らかにしておいた。本実施例
でのコーテイング材の目標組成を第１表に示す。
各試片の上面下面をそれぞれ約１時間スパツタリ
ングを行ないコーテイング厚さを約70μｍとし
た。
【表】
＊ 希土類元素
このように準備された各試片について耐食性試
験と耐熱衝撃性試験を行なつた。第２表にその結
果を示す。耐食性試験は、実機のガスタービンで
問題となつている25％NaC＋75％Na2SO4混合
塩を、試片両面に塗布し800℃大気中に500時間放
置した後、生成したスケールを除去して重量減少
量により評価した。耐熱衝撃性試験は700℃１分
間保持→水冷サイクルを２回行ない、コーテイン
グ層に発生したクラツク数により評価した。両試
験とも実機の条件に比較して著しく激烈な条件で
ある。第２表より、明らかに本発明のコーテイン
グ材（試料No.2，３，４，11，12）が優れてい
ることがわかる。すなわち、Ｂの微量添加は耐食
性を劣化させず、耐熱衝撃性を向上させる。
このように準備された各試片について耐食性試
験と耐熱衝撃性試験を行なつた。第２表にその結
果を示す。耐食性試験は、実機のガスタービンで
問題となつている25％NaC＋75％Na2SO4混合
塩を、試片両面に塗布し800℃大気中に500時間放
置した後、生成したスケールを除去して重量減少
量により評価した。耐熱衝撃性試験は700℃１分
間保持→水冷サイクルを２回行ない、コーテイン
グ層に発生したクラツク数により評価した。両試
験とも実機の条件に比較して著しく激烈な条件で
ある。第２表より、明らかに本発明のコーテイン
グ材（試料No.2，３，４，11，12）が優れてい
ることがわかる。すなわち、Ｂの微量添加は耐食
性を劣化させず、耐熱衝撃性を向上させる。
図は、スパツタリング用ターゲツトの構造を示
す側面図である。 １…基板、２…板状切片。
す側面図である。 １…基板、２…板状切片。
Claims (1)
- １ アルミニウム５〜45重量％、クロム10〜40重
量％、希土類元素単体あるいは混合物0.01〜１重
量％、ボロン0.005〜0.8重量％および残部がニツ
ケルあるいはコバルトあるいはこれらの混合から
成ることを特徴とする耐食耐酸化性コーテイング
用合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10501380A JPS5732347A (en) | 1980-08-01 | 1980-08-01 | Alloy for coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10501380A JPS5732347A (en) | 1980-08-01 | 1980-08-01 | Alloy for coating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5732347A JPS5732347A (en) | 1982-02-22 |
| JPS6140022B2 true JPS6140022B2 (ja) | 1986-09-06 |
Family
ID=14396178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10501380A Granted JPS5732347A (en) | 1980-08-01 | 1980-08-01 | Alloy for coating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5732347A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01135213A (ja) * | 1987-11-20 | 1989-05-26 | Matsushima Kogyo Co Ltd | 圧電発振器 |
| JPH02141108A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-30 | Seiko Electronic Components Ltd | 圧電発振器の構造 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3620167A1 (de) * | 1986-06-14 | 1987-12-17 | Bayer Ag | Verwendung einer chromhaltigen legierung |
| JP3939362B2 (ja) * | 1997-10-30 | 2007-07-04 | アルストム | 高温保護コーティング |
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1980
- 1980-08-01 JP JP10501380A patent/JPS5732347A/ja active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5732347A (en) | 1982-02-22 |
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