JPS62202709A

JPS62202709A - 保護層の製造方法

Info

Publication number: JPS62202709A
Application number: JP62011480A
Authority: JP
Inventors: フリードリツヒ・ハルバツハ
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1986-01-25
Filing date: 1987-01-22
Publication date: 1987-09-07
Also published as: DE3602252A1; EP0230976A2; EP0230976A3

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、金属または非金属材料の部品のためのセラミ
ック材料から成る保護層の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

フレーム溶射またはプラズマ溶射により金属部品の上に
被着したセラミック保護層を有する高温ガスタービン及
びジェット推進装置用＃４酸化部品が、情報１１行物「
メタル３６　（Ｍｅｔ；ａｌ１３６）　Ｊ　　（１９８
２年）工部８２２頁以降および■部１０８８２頁以降で
公知である。この保護層を被着することによって、金属
部品は高温での腐蝕作用から守られる。保護は、部品に
対する望ましくない化学的作用を抑制し、ないしは保護
層の表面温度に比較して部品の表面区域の温度を引下げ
ることにある。

このフレーム溶射またはプラズマ溶射においては半溶融
または殆ど溶融状のセラミック粒子が、被保護部品の表
面に吹付けられる。付着する滴は凝固し、更に、加工条
件に応じて緩急様々に徐冷される。その場合、セラミッ
ク材料に相転移が存在するならば、滴はすべての相転移
を通過する。

保護層のセラミック粒子が凝固の直後に熱力学的に安定
な状態になければ、事情によっては付加的変態も起こる
。例えばこの層をプラズマ溶射するときは、酸化アルミ
ニウムの蒸着被覆の場合と同様に、まずη酸化アルミニ
ウムが形成される。

これはγ酸化アルミニウムに似ており、γ酸化アルミニ
ウムと同様、ただ一つ熱力学的に安定な酸化アルミニウ
ム変態であるα酸化アルミニウム、所謂コランダムより
も表面エネルギーが小さいからである。

その後に現れる安定なコランダム１ｕｌｌのセラミック
層の変態は、必ず８％の体積減少が伴うので内部応力を
もたらし、結局、保護層の割れや剥離さえ生じる。しか
も、従来公知の酸化アルミニウムベースのセラミック保
護層は、温度変化に対する耐性がすこぶる低い。

酸化アルミニウム・酸化チタン混合物または酸化ジルコ
ニウム（ＺｒＯ２＞・酸化ケイ素（ＳｉＯ２）混合物を
含む材料を使用しても類似の問題が起こる。

公知の方法では、酸化ジルコニウムの保護層を形成する
ときに安定剤、例えば酸化イツトリウム（Ｙ２０３　）
　、酸化マグネシウム（ＭＱＯ）　または酸化カルシウ
ム（Ｃａｂ）を添加し、室温に冷却するまで立方晶また
は正方品の高温相を安定化させる。こうして安定化され
た酸化ジルコニウムからなる保護層は、これまで多くの
場合に有効であることが証明されている。ところが、上
記の安置剤は腐蝕性高温雰囲気で浸蝕されるため、セラ
ミック材料の立方格子または正方格子が不安定化し、単
斜晶格子に変態することが欠点である。この変態によっ
て、酸化ジルコニウム層の機械的安定性が大幅に低下す
るため、層の剥離が起こるのである。

上述の問題が、これまで高温域でのセラミック材料の使
用を不可能にしていた。

そこで、本発明の目的とするところは、腐蝕性高温雰囲
気でも恒久的に安定で有効な、機械的に安定な、強固に
付着するセラミック材料の保護層を製造できる方法を提
供することである。

本発明に基づき、粉末状のセラミック材料を使用し、そ
の粒子の粒度が少なくとも３１１類あって、最大粒子と
最小粒子の比を２０未満、最大粒子と中間粒子の粒度の
比を４未満に選定し、セラミック材料を乾式または湿式
により部品に塗布し、所定の温度で無圧焼結または熱間
静的圧縮成形により粒子相互および粒子と部品を結合す
ることによって上記の目的が達成される。

被覆のために使用されるセラミック粉末を被覆される部
品の本体の上に融着せず、無圧焼結または熱間静的圧縮
成形によって被覆される部品の本体と直接に又は結合層
を介して結合し、またセラミック材料の粒子相互の結合
を同様にして行なうならば、本発明に基づくセラミック
保護層が被保護部品と安定に結合され、腐蝕性ａ渇雰囲
気でも耐性を有する。保護層の形成のためには、例えば
ミョウバン分解、噴霧分解、火炎熱分解、凍結乾燥、ゾ
ル・ゲル処理またはアーク処理によって製造されたセラ
ミック粉末のように、特に微細なセラミック粉末適当で
ある。最大粒子と最小粒子の粒度比は２０未満、最大粒
子と中間粒子の粒度比は４未満とする。粉末の平均粒度
を０．２〜５−に選定する。セラミック粉末を湿式また
は乾式により、被覆すべき部品の本体に塗布することが
できる。水または有機溶媒（例えばメタノールその他の
アルコール、ヘキサンその他のアルカン、トルエンその
他の芳香族等）を分散媒として含む懸濁液の状態で、粉
末を部品に付着することが好ましい。

被保護部品を懸濁液に１回または数回浸漬し、又は懸濁
液を部品に吹付けることにより、又は懸濁液に浸漬した
部品上にその懸濁液から電気泳動で析出することにより
、層の析出を行なうことができる。

上述の特徴を有する粉末は前記の塗布法とあいまって、
気孔率、熱伝導率、耐熱衝撃性、相状態その他に関して
所望の性質を有する安定な層を製造するために粉末の溶
融が必要でなく、１２００℃以下の温度で層の圧縮と同
化を行なうことができる。

従って、被保護部品に対して過度の負荷が生じないこと
を保証する。それと共に、１２００℃乃至融点の温度で
の有害な相転移のため、従来は信頼性をもって使用する
ことができなかった酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）又は
ジル：ｌ：／　（ＺｒＳ　１ｏ４）のようなセラミック
材料も、保護層のために利用できるようになる。しかも
、ＺｒＯ２の場合に高温相が安定であるため、Ｙ２０３
　、Ｍ（ＪＯ。

ＣａＯのような腐蝕を受は易い安定剤の添加を廃止する
ことができる。

本発明の本質をなすその他の特徴−は、特許請求の範囲
の欄に従属形式で記載された実施Ｒ櫟項に示されている
。

次に、図面に基づいて本発明を説明する。

単一の図は、高温ガスの作用に絶えずさらされるタービ
ンの部品１を示す。部品１は冷却路３が貫通する本体２
から成る。本体２はオーステナイト材料からなり、高温
ガス中に含まれる１τ蝕性成分の作用から保護するため
に、本発明に基づく保護層４で被覆されている。ここに
示す被覆された部品１の実施例では、本体２とセラミッ
ク保護層４の間に金属性結合層５が配設されている。セ
ラミック保護層の製造のために、本体２の被覆される表
面をまず機械的に清浄化する。条件的に必要とされるな
らば、次にプラズマ溶射によって金属性結合ＷＪ５を被
着する。次いで、セラミック保護１１４を結合１５の表
面に、又は本体２の清浄化された表面に直接に被着する
。セラミック保１１を形成する粉末は、湿式または乾式
により塗布することができる。セラミック保５！層を形
成する粉末を湿式により本体２に塗布する場合は、水ま
たは有機溶媒（例えばメタノールその他のアルコール、
ヘキサンその他のアルカン、トルエンその他の芳香族）
を分散媒として含む懸濁液によってこれを行なう。粉末
の湿式塗布のための可能な方法として、懸濁液に本体全
体を数回浸漬することが考えられる。吹付は又は電気泳
動析出によって懸？１液を塗布することもできる。これ
らの方法はセラミック材料、特に粉末の均一な析出が可
能であるため、好ましく用いられる。セラミック材料４
を専ら保護層として使用しようとするときは、０．１乃
乃２戸の厚さで塗布することが好ましい。保護層４が同
時に遮熱作用を担当する場合は、厚さ１１ｎＩｎ以下の
セラミック材料を本体２または金属性結合層５の上に被
着すればよい。

粉末粒子相互の安定な結合および粉末粒子と本体または
金属性結合層との結合は、無圧焼結または熱間静的圧縮
成形によって行なわれる。セラミック粉末を焼結して所
望の気孔率を有する恒久的に強固な層を作ることができ
る、そのためにはセラミック材料の融点より遥かに低い
温度でよい。

ミョウバン分解、ｇＩｎ分解、火炎熱分解、冷凍乾燥、
ゾル・ゲル処理またはアーク処理によって製造したセラ
ミック粉末を用いることにより、僅か１１００°Ｃの焼
結温度で気密の層が作られる。被覆される本体２は、こ
の１度では未だ過度の負荷を受けないから、これによる
損傷の恐れはない。適当なセラミック粉末としては酸化
アルミニウム（Ａｎ２０３　）　、または酸化アルミニ
ウム（Ａｆｆｉ２０３　）と酸化チタン（ｆｉｚ２）の
混合物を使用することが好ましい。純酸化ジルコニウム
（ＺｒＯ２）　　または酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）
と酸化ケイ素（Ｓｉ０２）からなる混合物を使用しても
良好な保護層が製造される。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に基づく保護層を被着したタービン部品の斜
視図である。１・・・部品、２・・・本体、３・・・冷却路、４・・
・セラミック保ｉｌ！、５・・・金属性結合層　。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属または非金属材料からなる部品（１）のため
のセラミック材料から成る保護層の製造方法において、
粉末状のセラミック材料を使用し、その粒子の粒度が少
なくとも３種類あって、最大粒子と最少粒子の粒度比を
２０未満、最大粒子と中間粒子の粒度比を４未満に選定
し、セラミック材料を乾式または湿式により部品（１）
に塗布し、所定の温度で無圧焼結または熱間静的圧縮成
形により粒子相互および粒子と部品（１）とを結合する
ことを特徴とする方法。
（２）粒子相互および粒子と部品（１）の強力な付着結
合を得るため、且つ所望の組織を調製するために、温度
１１００℃乃至１２００℃で無圧焼結または熱間静的圧
縮成形によりセラミック材料相互およびセラミック材料
と部品（１）を結合することを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項記載の方法。
（３）金属性結合層（５）を介して、セラミック材料を
部品（１）の本体（２）に被着することを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載の方法。
（４）最大粒子が２０μｍ未満、中間粒子が０．２乃至
５μｍ、最少粒子が０．１μｍより大きくなるように、
粉末状セラミック材料を選定することを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項〜第（３）項の何れか１項記載の
方法。
（５）酸化アルミニウム（Ａｌ＿２Ｏ＿３）または酸化
ジルコニウム（ＺｒＯ＿２）が４０％より多くなるよう
に配合した、酸化アルミニウム（Ａｌ＿２Ｏ＿３）と酸
化ジルコニウム（ＺｒＯ＿２）の混合物または酸化ジル
コニウム（ＺｒＯ＿２）と酸化ケイ素（ＳｉＯ＿２）の
混合物を含む粉末状セラミック材料を被覆のために使用
することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項〜第（
３）項の何れか１項に記載の方法。
（６）水、メタノール、ヘキサン、トルエンまたは他の
有機溶剤を分散媒として含む懸濁液の粉末状セラミック
材料を、被覆すべき部品（１）に塗布することを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項〜第（４）項の何れか１
項に記載の方法。
（７）粉末状セラミック材料（４）を０．１μｍ〜１ｍ
ｍ以下の厚さで部品（１）に塗布することを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項〜第（６）項の何れか１項に
記載の方法。
（８）懸濁液に含まれる粉末状セラミック材料を浸漬、
吹付けまたは電気泳動析出によって部品（１）に塗布す
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項〜第（７
）項の何れか１項に記載の方法。
（９）セラミック材料が粉末であり、その粒子が少なく
とも３種類の粒度を有し、最大粒子が２０μｍ未満、中
間粒子が０．２〜５μｍ、最小粒子が０．１μｍよりも
大であって、温度１１００〜１２００℃で無圧焼結また
は熱間静的圧縮成形によって粒子相互および粒子と部品
（１）の材料を結合したことを特徴とする金属または非
金属材料の部品（１）のためのセラミック材料からなる
保護層。