JPS62142789A - 高温防護被覆及びその製造方法 - Google Patents
高温防護被覆及びその製造方法Info
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- JPS62142789A JPS62142789A JP61291683A JP29168386A JPS62142789A JP S62142789 A JPS62142789 A JP S62142789A JP 61291683 A JP61291683 A JP 61291683A JP 29168386 A JP29168386 A JP 29168386A JP S62142789 A JPS62142789 A JP S62142789A
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- temperature protective
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- 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
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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】
この発明はセラミック材料、特にスーパアロイで形成さ
れた構成体用の高温防護被覆、及びその製造方法に関す
る。
れた構成体用の高温防護被覆、及びその製造方法に関す
る。
情報文献である“金属” 36 (1982)の第1部
、第882R−ノ及びそれ以下、並びに第2部第188
2ベーノ及びそれ以下の記載により、温湿ガスタービン
及びノエット推進機に用いられる耐酸化性を有する構成
体が知られている。この構成体は表面に、火炎スプレー
又はプラズマスプレーによって形成されたセラミックの
防護板&を有している。このような防護被覆を設けられ
た構成体の金属部分すなわち基体は高温腐食に対して防
護される。このような防護は、構成体に対する好ましく
ない化学的作用を減少させたこと、及び防護被覆の表面
温度に対して基体の表面温度を低下させたことの、一方
又は双方を行なうことによりて達成される。
、第882R−ノ及びそれ以下、並びに第2部第188
2ベーノ及びそれ以下の記載により、温湿ガスタービン
及びノエット推進機に用いられる耐酸化性を有する構成
体が知られている。この構成体は表面に、火炎スプレー
又はプラズマスプレーによって形成されたセラミックの
防護板&を有している。このような防護被覆を設けられ
た構成体の金属部分すなわち基体は高温腐食に対して防
護される。このような防護は、構成体に対する好ましく
ない化学的作用を減少させたこと、及び防護被覆の表面
温度に対して基体の表面温度を低下させたことの、一方
又は双方を行なうことによりて達成される。
上記防損被榎を形成するために、部分的に融解されたセ
ラミック粒子又は更に液状となったセラミック粒子が、
火炎スプレー又はプラズマスプレーによって防護される
基体の表面上に噴射される。
ラミック粒子又は更に液状となったセラミック粒子が、
火炎スプレー又はプラズマスプレーによって防護される
基体の表面上に噴射される。
酸化ジルコニウムを用いて、上記の高温防護被覆を形成
する試みは、このセラミック材料は安定化を必要とする
という事実のだめに成功しなかった。
する試みは、このセラミック材料は安定化を必要とする
という事実のだめに成功しなかった。
そのだめに酸化インドリウム又は酸化マグネシウムが用
いられるが、これらの材料は、ガスタービンを駆動する
高温ガスに含まれる五酸化パナノウムと反応して酸化ジ
ルコニウムの球状相の安定性を低下させる。しかしプラ
ズマスプレーKjって被覆されたセラミック材、特に上
記のようにして形成された構成体の防護被覆汐代わって
高温ガスの作用を引受け、該高温ガスによって基体に生
ずる腐食作用を阻止する。
いられるが、これらの材料は、ガスタービンを駆動する
高温ガスに含まれる五酸化パナノウムと反応して酸化ジ
ルコニウムの球状相の安定性を低下させる。しかしプラ
ズマスプレーKjって被覆されたセラミック材、特に上
記のようにして形成された構成体の防護被覆汐代わって
高温ガスの作用を引受け、該高温ガスによって基体に生
ずる腐食作用を阻止する。
この発明の目的は、セラミック材料で形成された高温防
護被覆及びその製造方法を提供すること特に高温ガスに
含捷れる腐食性成分の作用を防論するとともに特に金属
製の基体上に強く付着される高温防護被覆を提供するこ
とにろる。
護被覆及びその製造方法を提供すること特に高温ガスに
含捷れる腐食性成分の作用を防論するとともに特に金属
製の基体上に強く付着される高温防護被覆を提供するこ
とにろる。
上記目的は特許請求の範囲の第(り項に開示された技術
を用いることにより達成され、この発明の被覆の製造は
特許請求の範囲の2g(41項の記載に従うことにより
達成される。
を用いることにより達成され、この発明の被覆の製造は
特許請求の範囲の2g(41項の記載に従うことにより
達成される。
この発明の高温防護被覆は機械的安定性と熱衝撃に対抗
する性能及び耐食性を有し、酸化ジルコニウムの安定性
は金属酸化物、特に酸化イツトリウム又は酸化マグネシ
ウムを使用することによって得られる。酸化珪素、酸化
アルミニウムの形のセラミック材料、珪酸アルミニウム
、珪酸ジルコニウム又はチタン酸アルミニウム、並びに
これらの材料の混合体を追加することにより、酸化イツ
トリウム及び酸化マグネシウムによって安定化された酸
化ジルコニウムの周囲に、耐久性のある防護被包が形成
される。核防画被包は、高温ガス成分の作用による腐共
、特にその化学作用によって脱落することはない。
する性能及び耐食性を有し、酸化ジルコニウムの安定性
は金属酸化物、特に酸化イツトリウム又は酸化マグネシ
ウムを使用することによって得られる。酸化珪素、酸化
アルミニウムの形のセラミック材料、珪酸アルミニウム
、珪酸ジルコニウム又はチタン酸アルミニウム、並びに
これらの材料の混合体を追加することにより、酸化イツ
トリウム及び酸化マグネシウムによって安定化された酸
化ジルコニウムの周囲に、耐久性のある防護被包が形成
される。核防画被包は、高温ガス成分の作用による腐共
、特にその化学作用によって脱落することはない。
この発明の高温防護被覆を製造するために、酸化ジルコ
ニウムは、好ましい材料として酸化イツトリウム又は酸
化マグネシウム等の酸化金属の形を有する安定化用セラ
ミック材料すなわち第1の材料と、第2の材料すなわち
セラミック材料と混合され、粉砕され、続いて1500
℃の温度で焼結される。上記のようにして粉末によって
形成されだ材料の部分はその核の中に酸化ジルコニウム
及び酸化イツトリウムの化合物又は酸化ジルコニウム及
び酸化マグネシウムの化合物を含み、少くとも部分的に
は次に記載する材料から成る防護用の被覆が形成される
。上述の材料とは、酸化珪素、酸化アルミニウム、珪酸
ジルコニウム、チタン酸アルミニウム又は上記物質の混
合物を意味する。このようにして形成された粉末はグラ
ズマスプレー又は火炎スプレーによって金属製構成体の
基体上に被覆される。ただしこの場合に、上記基体の上
に先ずM1CrAtM2から成る付着用の中間被覆を施
すのが好ましい。上記分子式の中のM、はニッケル、コ
バルト、ニッケルコバルト合金、M2ハイットリウム、
イツトリウムと珪素の化合物又はこれと類似した性質を
有する材料を代表する。
ニウムは、好ましい材料として酸化イツトリウム又は酸
化マグネシウム等の酸化金属の形を有する安定化用セラ
ミック材料すなわち第1の材料と、第2の材料すなわち
セラミック材料と混合され、粉砕され、続いて1500
℃の温度で焼結される。上記のようにして粉末によって
形成されだ材料の部分はその核の中に酸化ジルコニウム
及び酸化イツトリウムの化合物又は酸化ジルコニウム及
び酸化マグネシウムの化合物を含み、少くとも部分的に
は次に記載する材料から成る防護用の被覆が形成される
。上述の材料とは、酸化珪素、酸化アルミニウム、珪酸
ジルコニウム、チタン酸アルミニウム又は上記物質の混
合物を意味する。このようにして形成された粉末はグラ
ズマスプレー又は火炎スプレーによって金属製構成体の
基体上に被覆される。ただしこの場合に、上記基体の上
に先ずM1CrAtM2から成る付着用の中間被覆を施
すのが好ましい。上記分子式の中のM、はニッケル、コ
バルト、ニッケルコバルト合金、M2ハイットリウム、
イツトリウムと珪素の化合物又はこれと類似した性質を
有する材料を代表する。
次に実施例について説明する。第1図は高温防護被覆を
形成する粉末の一部分1(以下粉末部分と記す)を示す
。このような部分の形成に特に用いられるのは、安定用
のセラミック材と耐食性を有するセラミック材を混合さ
れた酸化ジルコニウムである。上述の安定用のセラミッ
ク材としては、稀土類金属の酸化物が用いられ、好まし
いのは酸化イツトリウム、酸化ノスプロシウム、及び酸
化がトリウムである。アルカリ土類金属の酸化物も安定
用のセラミック材として使用され、中でも酸化マグネシ
ウムがすぐれている。この実施例に用いられ粉末部分1
の核を形成する粒子2は酸化イツトリウムを用いて安定
化された酸化ジルコニウムによって形成され、該粒子2
は、珪酸ジルコニウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、
チタン酸アルミニウム又はこれら化合物の沈澱によって
形成てれた耐食性被覆3に包囲されている。上記粉末部
分1の粉末を製造するために、酸化ジルコニウムは、セ
ラミック様の性質を有する上述の安定用金属酸化物と上
記耐食性材料と混合され、粉砕され約1500℃の温度
により焼結される。このようにして製造された粉末状の
材料は第1図の構造を有する粉体部分1を形成するため
に用いられる。
形成する粉末の一部分1(以下粉末部分と記す)を示す
。このような部分の形成に特に用いられるのは、安定用
のセラミック材と耐食性を有するセラミック材を混合さ
れた酸化ジルコニウムである。上述の安定用のセラミッ
ク材としては、稀土類金属の酸化物が用いられ、好まし
いのは酸化イツトリウム、酸化ノスプロシウム、及び酸
化がトリウムである。アルカリ土類金属の酸化物も安定
用のセラミック材として使用され、中でも酸化マグネシ
ウムがすぐれている。この実施例に用いられ粉末部分1
の核を形成する粒子2は酸化イツトリウムを用いて安定
化された酸化ジルコニウムによって形成され、該粒子2
は、珪酸ジルコニウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、
チタン酸アルミニウム又はこれら化合物の沈澱によって
形成てれた耐食性被覆3に包囲されている。上記粉末部
分1の粉末を製造するために、酸化ジルコニウムは、セ
ラミック様の性質を有する上述の安定用金属酸化物と上
記耐食性材料と混合され、粉砕され約1500℃の温度
により焼結される。このようにして製造された粉末状の
材料は第1図の構造を有する粉体部分1を形成するため
に用いられる。
酸化ジルコニウムと、安定材と、耐食性のセラミック材
との混合割合(モル%)は、次表によって求めることが
できる。この表に記載された記号Aは稀土類金属、特に
イツトリウム、ジスポロシウム及びガドリウムを意味し
、記号Bはアルカリ土類金属、特にマグネシウムを意味
する。
との混合割合(モル%)は、次表によって求めることが
できる。この表に記載された記号Aは稀土類金属、特に
イツトリウム、ジスポロシウム及びガドリウムを意味し
、記号Bはアルカリ土類金属、特にマグネシウムを意味
する。
上述の焼結行程間の固体反応によシ、安定化されたz
rO2(y203 )又はZ rO2(MgO) 、及
び安定化されない単斜晶系又は正方晶系の酸化ジルコニ
ウムとともに次の化合物が形成される。形成される化合
物の組合せは次のごとくである。すなわち酸化ジルコニ
ウムと酸化珪素すなわち石英から形成される珪酸ジルコ
ニウム及びアルファ酸化アルミニウムの一方又は双方の
化合物であシ、反応成分によっテハ、上記アルファ酸化
アルミニウムとともに珪酸アルミニウムが発生すること
もあシ、父上記アルファ酸化アルミニウムの代りに珪酸
アルミニウムが発生する場合もある。但し上記珪酸ジル
コニウムは酸化ジルコニウム及び酸化珪素すなわち石英
から形成され、上記珪酸アルミニウムは酸化珪素及び酸
化アルミニウムによって形成される。
rO2(y203 )又はZ rO2(MgO) 、及
び安定化されない単斜晶系又は正方晶系の酸化ジルコニ
ウムとともに次の化合物が形成される。形成される化合
物の組合せは次のごとくである。すなわち酸化ジルコニ
ウムと酸化珪素すなわち石英から形成される珪酸ジルコ
ニウム及びアルファ酸化アルミニウムの一方又は双方の
化合物であシ、反応成分によっテハ、上記アルファ酸化
アルミニウムとともに珪酸アルミニウムが発生すること
もあシ、父上記アルファ酸化アルミニウムの代りに珪酸
アルミニウムが発生する場合もある。但し上記珪酸ジル
コニウムは酸化ジルコニウム及び酸化珪素すなわち石英
から形成され、上記珪酸アルミニウムは酸化珪素及び酸
化アルミニウムによって形成される。
上述のようにして形成された反応生成物である珪酸ジル
コニウム、酸化珪素、アルファ酸化アルミニウム及び珪
酸アルミニウムは、酸化イツトリウム又は酸化マグネシ
ウムによって安定化された酸化ジルコニウム又は安定化
されない酸化ジルコニウムに対して全く反応しないか、
反応するとしても僅かであるにすぎない。そして、それ
らは、独立した相として、安定化された酸化ジルコニウ
ム結晶、特に酸化ジルコニウムと酸化イツトリウムの化
合物金属の粒界に沈澱するのが好ましい。
コニウム、酸化珪素、アルファ酸化アルミニウム及び珪
酸アルミニウムは、酸化イツトリウム又は酸化マグネシ
ウムによって安定化された酸化ジルコニウム又は安定化
されない酸化ジルコニウムに対して全く反応しないか、
反応するとしても僅かであるにすぎない。そして、それ
らは、独立した相として、安定化された酸化ジルコニウ
ム結晶、特に酸化ジルコニウムと酸化イツトリウムの化
合物金属の粒界に沈澱するのが好ましい。
適切に定められた焼結行程によれば、第1図に示すよう
に、安定化された酸化ジルコニウム結晶を囲む被覆が、
上記反応による生成物によって行なわれる。上記被覆に
より、五酸化パナノウム及び硫酸アルカリから得られる
と同様に、高温度に対する耐食性が得られる。周囲を囲
む上記反吐の生成物により安定化されているが耐食性の
ない酸化ジルコニウムは、損傷を受ける前に五酸化バナ
ジウム及び硫酸アルカリによって防御され、その結果セ
ラミック製の高温防護被覆の長い耐久性、特に高温ガス
に対する長期間にわたる耐食性を改良することができる
。又安定化用のセラミック材としてジスプロシウム又は
酸化ガドリニウムを用いると、これらの材料が五酸化バ
ナジウム及び硫酸アルカリと反応するという不都合が生
ずる。しかしそれらは酸化イツトリウム及び酸化マグネ
シウムより熱力学的に安定であり、従って安定化された
酸化ジルコニウム結晶を包む上述の被覆とともに、高温
防護被覆の耐食性を大きく上昇させることができる。
に、安定化された酸化ジルコニウム結晶を囲む被覆が、
上記反応による生成物によって行なわれる。上記被覆に
より、五酸化パナノウム及び硫酸アルカリから得られる
と同様に、高温度に対する耐食性が得られる。周囲を囲
む上記反吐の生成物により安定化されているが耐食性の
ない酸化ジルコニウムは、損傷を受ける前に五酸化バナ
ジウム及び硫酸アルカリによって防御され、その結果セ
ラミック製の高温防護被覆の長い耐久性、特に高温ガス
に対する長期間にわたる耐食性を改良することができる
。又安定化用のセラミック材としてジスプロシウム又は
酸化ガドリニウムを用いると、これらの材料が五酸化バ
ナジウム及び硫酸アルカリと反応するという不都合が生
ずる。しかしそれらは酸化イツトリウム及び酸化マグネ
シウムより熱力学的に安定であり、従って安定化された
酸化ジルコニウム結晶を包む上述の被覆とともに、高温
防護被覆の耐食性を大きく上昇させることができる。
第2図にはガスターピノ用の構造体の例を示す。
この構造体は五酸化パナゾウム及び硫化アルカリ等金含
んで形成され、連続的に高温ガスの中で使用される。構
造体11を高温ガスの腐食から護るために、該構造体1
ノにはこの発明の高温防護被覆14が形成される。構造
体11の基体10はオーステナイト組織の材料で作成さ
れる。基体10の清浄された衣面上には、先ず構成要素
として分子式M ICrAZM2を有する合金からなる
付着性の高い中間層が設けられる。上記式中のM、はニ
ッケル、コバルト又はニッケルとコバルトの合金全意味
しM2はイツトリウム又はインドリウムと珪素の化合物
を意味し、これらの合金はプラズマスプレーによって、
基体10の表面に被覆される。更に上記行程に梧いて一
高温訪劉ネオ覆を形成する粉末状のセラミック材が同じ
くプラズマスプレーを用いて、構成体1ノの基体10の
上に被覆される。この場合使用される粉末は25乃至6
3μmの直径を有し、セラミックの高温保護被覆の厚さ
は、プラズマスプレーによfil 00乃至400μm
の範囲に形成される。
んで形成され、連続的に高温ガスの中で使用される。構
造体11を高温ガスの腐食から護るために、該構造体1
ノにはこの発明の高温防護被覆14が形成される。構造
体11の基体10はオーステナイト組織の材料で作成さ
れる。基体10の清浄された衣面上には、先ず構成要素
として分子式M ICrAZM2を有する合金からなる
付着性の高い中間層が設けられる。上記式中のM、はニ
ッケル、コバルト又はニッケルとコバルトの合金全意味
しM2はイツトリウム又はインドリウムと珪素の化合物
を意味し、これらの合金はプラズマスプレーによって、
基体10の表面に被覆される。更に上記行程に梧いて一
高温訪劉ネオ覆を形成する粉末状のセラミック材が同じ
くプラズマスプレーを用いて、構成体1ノの基体10の
上に被覆される。この場合使用される粉末は25乃至6
3μmの直径を有し、セラミックの高温保護被覆の厚さ
は、プラズマスプレーによfil 00乃至400μm
の範囲に形成される。
第111はこの発明の方法を用いて製造された高温防護
被覆全形成する粉末の一部を示す説明図、第2図はガス
タービン用の構成体を示す斜視図である。 !・・・粉末部分、2・・・粒子、3・・・防護被覆、
10・・・基体、1ノ・・・構成体、13・・・付着性
中間層、1・)4・・・防護被覆。
被覆全形成する粉末の一部を示す説明図、第2図はガス
タービン用の構成体を示す斜視図である。 !・・・粉末部分、2・・・粒子、3・・・防護被覆、
10・・・基体、1ノ・・・構成体、13・・・付着性
中間層、1・)4・・・防護被覆。
Claims (7)
- (1)セラミック材料特にスーパアロイから成る構成体
用の高温防護被覆に於て、 元素の周期表の第4副族に属する少くとも一つの金属酸
化物が、少くとも一つの他の金属酸化物によって安定化
され、又少くとも一つのセラミック材料によって少くと
も部分的に、耐食性を有するように被覆されていること
を特徴とする高温防護被覆。 - (2)周期表第4副族に属する金属酸化物が酸化ジルコ
ニウムであること、 を特徴とする特許請求の範囲第(1)項に記載の高温防
護被覆。 - (3)上記安定化に用いられる金属が、稀土類金属の酸
化物特にイットリウム、ジスプロシウム又はガドリウム
の酸化物特にマグネシウムの酸化物であること、耐食性
を有するセラミック材料が酸化珪素、珪酸ジルコニウム
、酸化アルミニウム、珪酸アルミニウム、チタン酸アル
ミニウム、又は上記諸材料の混合物であること、 を特徴とする特許請求の範囲第(1)項及び第(2)項
のいずれか1に記載の高温防護被覆。 - (4)セラミック材料特にスーパアロイからなる構成体
用に用いられ、元素の周期表の第4副族に属する少くと
も一つの金属酸化物が、少くとも一つの他の金属酸化物
によって安定化され、又少くとも1つのセラミック材料
によって少くとも部分的に耐食性を有するように被覆さ
れている高温防護被覆を製造する方法に於て、上記第4
副族に属する少くとも1つの金属の酸化物が、安定化用
の金属酸化物、及び耐食性を有するセラミック材料と混
合され、粉砕され、続いて所定の温度によって焼結され
ること、 を特徴とする高温防護被覆製造方法。 - (5)酸化ジルコニウムと安定用の材料及び耐食性を有
する材料は、混合後粉砕され、1450℃及び1500
℃の間の温度で焼結されること、を特徴とする特許請求
の範囲第(4)項に記載の高温防護被覆製造方法。 - (6)上記酸化ジルコニウムは、安定な酸化ジルコニウ
ム結晶を形成するために、酸化イットリウム又は酸化マ
グネシウムと、又安定に形成された上記結晶のまわりに
耐食性被覆を形成するために、酸化珪素、珪酸ジルコニ
ウム、珪酸アルミニウム、アルファ酸化アルミニウム又
はチタン酸アルミニウムと混合され、粉砕され、145
0℃と1500℃の間の温度で焼結されること、 を特徴とする特許請求の範囲第(4)項及び第(5)項
のいずれか1に記載の高温防護被覆製造方法。 - (7)上記酸化ジルコニウムが酸化ジスプロシウム又は
酸化ガドリニウムによって安定化されていること、 を特徴とする特許請求の範囲第(4)項に記載の高温防
護被覆製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3543802.9 | 1985-12-12 | ||
DE19853543802 DE3543802A1 (de) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | Hochtemperatur-schutzschicht und verfahren zu ihrer herstellung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62142789A true JPS62142789A (ja) | 1987-06-26 |
Family
ID=6288201
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61291683A Pending JPS62142789A (ja) | 1985-12-12 | 1986-12-09 | 高温防護被覆及びその製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4996117A (ja) |
EP (1) | EP0230554B1 (ja) |
JP (1) | JPS62142789A (ja) |
DE (2) | DE3543802A1 (ja) |
Cited By (4)
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