JPS62174377A - タ−ビン翼 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水蒸気タービンにおける耐エロージヨン性およ
び耐食性に優れた金属複合材料からなるタービン翼に関
する。

〔従来の技術〕

火力、原子力、地熱発電用の蒸気タービン翼は、蒸気中
に含まれる水滴や熱水により著しい二ローションをうけ
るため、優れた耐エロージヨン性や耐食性を有する金属
や合金。

例えばハステロイ、５ＵＳ３１６Ｌ、炭素鋼等により製
造されている。更に、耐二ローションや耐食性を高める
ために、タービン翼の蒸気流入側には、耐食性の金属材
料（例えばステライト）がろう付け、または溶接により
はりつけられていた。このためタービン翼は重量が大き
くなり、高速回転時には、タービン翼に大きい負担がか
かる。更にタービン翼へのステライト等の溶接時に、高
温加熱による悪影響（例えば母材への熱影響や材料劣化
等）などの問題点があった。

そこで、一般に翼材料にアルミニウム合金やチタン合金
などを母材とした繊維強化金属を低圧蒸気タービン動翼
に適用することにより、翼材料の軽量化と高強度化が達
成できることが最近実証された結果、繊維強化金属を用
いることにより、母材よりも耐エロージヨン性が同時に
向上することが判明し、繊維強化金属は有力な蒸気ター
ビン翼材料となることがわかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがタービン翼材料として金属複合材料を実用化す
るためには、さらに耐エロージヨン性と耐食性全向上さ
せることが望まれている。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明では、イオン注入により繊維強化金属の表
面に耐二ローション性と耐食性に優れた表面層を形成し
、軽量で耐エロージヨン性および耐食性の金属複合材料
からなる蒸気タービン翼を提供することを目的として。

アルミニウム合金またはチタン合金の母合金るセラミッ
クス長繊維またはウィスカーで複合強化させた繊維強化
金属からなる低圧蒸気タービン動翼の表面にクロム、チ
タン、ニッケル、モリブデン、タングステン、ケい素。

炭素、窒素、酸素、はう素、バリウム、カルシューム、
イツトリウム、アルミニウム、ジルコニウム、ストロン
チュームイオンのウチ少なくとも１〜３種のイオンを５
０〜５００ｋｅＶの加速電圧で、１ｏ１４〜ｔ０１Ｑ　
イオン／　ｃｒｌｌの量だけ逐次注入し、耐エロージヨ
ン性および耐食性の表面層を形成させるようにした。ま
た、イオン注入はタービン翼の全面に均一におこなうの
でなく、蒸気流入側のより耐エロージヨン性耐食性が要
求されるタービン翼部分に注入量全長くすることにより
、イオン注入による特性向上をより効果的にするように
実施する。

なお、タービン翼表面に注入するイオンの加速電圧が５
０ｋｅＶ以下ではイオンがタービン翼表面内に注入しに
くい不具合がある。従って、イオンのエネルギーが大き
い程好ましいが、イオンのエネルギー（加速電圧）が５
００ｋｅＶ以上になるとエネルギー発生装置（２００〜
３００ｋｅＶ　のものが実用されている。

が大型となり、経済的に不経済となり、注入面が損傷す
ることもある。

また、タービン翼表面内に注入するイオンの量が１０１
４イオン／Ｃａ以下と少ないと、イオン注入による耐二
ローション性および耐食性の効果向上が十分でなく、注
入するイオンの量が逆に１０１９イオン／ａｄ以上と多
くなると、母材の特性が変化して耐二ローション性およ
び耐食性の向上が期待できない不具合がある。

従って１本発明では、タービン翼表面にイオンを注入す
る際、イオンの加速電圧は５０〜５００ｋｅｖに、注入
量は１ｏ１４〜１ｏＩ　Ｑイオン／ｄに調整することが
好ましい。

〔作用〕

そこで繊維強化金属からなるタービン翼の表面に上記条
件に調整して注入したクロム。

ニッケルなどのイオンによりタービン翼表面に形成され
た多元系の合金層、または２種の）イオンを同時注入す
ることにより繊維強化金属のタービン翼表面に形成され
た酸化クロム。

炭化クロム、窒化チタンなどを含むセラミックス金属複
合層によりタービン翼の表面が硬化するとともに耐エロ
ージヨン性と耐食性が向上する。

〔実施例〕

炭化けい素ウィスカーにより強化されたアルミニウム合
金（Ａ６０６１　）からなる繊維強化金属の表面に、１
６０ｋｅＶのエネルギーでクロ私（オン’に２ｘ１０１
ａイオン／　ｃｒｌだけ注入した。第１表はこのイオン
を注入した試験材のキャビテーションエロージョン試験
をおこなうため、磁歪式エロージョン試験機により。

水道水中で振動数６．５　ｋ）（ｚ、振幅９０μｍで試
験片を３０分間振動させた後の試験材の重量減を測定し
た母材との比較結果を示している。

第１表 第１表の重量比較表によると、繊維強化材は母材に比較
して耐キャビテーションエロージヨン性が非常に優れて
いるが、イオン注入することによりさらに特性が向上す
ることがわかり、イオン注入が有効な表面処理手段であ
ることがわかった。また１００℃で亜硫酸ガスを含む水
蒸気雰囲気中で２００時間保持し。

イオン注入した試験材の腐食試１験をした結果。

重量変化は認められず、耐食性も優れていることがわか
った。なお、第１図は実際に試作したタービン動翼断面
を模式図として参考に示す横断面図である。図中、１は
繊維強化金属力らなるタービン翼を、２はタービン翼表
面内にクロムを注入した表面層を示している。

次に炭化けい素ウィスカーにより強化されたチタン合金
（Ｔｉ−６重量％Ａｔ−４チＶ）の表面に１６０ｋｅＶ
のエネルギーで窒素イオンを２Ｘ１０”イオン／　ｃｒ
Ａたけ注入した。第２表はこの材料のキャビテーション
エロージョン試験結果である。第２表からＦＲＭに窒素
イオンを注入することにより、耐キャビテーションエロ
ージヨン性が非常に優れていることがわかる。

以上のことからもイオン注入は有効な表面処理手段であ
ることが実証された。

第２表 〔発明の効果〕 本発明により繊維強化金属の低圧蒸気中における耐エロ
ージヨン性と耐食性を向上でき。

蒸気タービン動翼などのタービン部品の性能向上に効果
がある。タービン翼材料の表面にセラミックスを溶射に
より被覆したタービン翼では、セラミックスと母材との
熱膨張係数の差により、くり返し使用時の応力による劣
化などの可能性があるが、イオン注入した材料では注入
された元素の濃度は深さ方向に連続的に変化するので、
タービン部品の長寿命化ても効果がある等本発明は産業
の発達に寄するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例のタービン動翼断面を示
す横断面図である。 １・・・繊維強化金属（Ｓｉｃウィスカー／Ａ６０６１
）からなるタービン翼、２・・・クロムを含む４二ロー
ション性および耐食性を有する表面層。 ’？”：”、’：；Ｑ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミニウム合金またはチタン合金の母合金をボロン、
   炭化けい素、炭素、アルミナの単材もしくはこれらの２
   種以上の混合材からなるセラミックス長繊維またはウィ
   スカーで強化した繊維強化金属からなるタービン翼の金
   属複合材料の表面に、クロム、チタン、モリブデン、タ
   ングステン、ニッケル、けい素、炭素、窒素、酸素、ホ
   ウ素、バリウム、カルシューム、イットリウム、アルミ
   ニウム、ジルコニウム、ストロンチュームイオンのうち
   少なくとも１〜３種のイオンを注入してなることを特徴
   とするタービン翼。