JPS62207885A - 高温耐熱部材 - Google Patents

高温耐熱部材

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JPS62207885A
JPS62207885A JP61049905A JP4990586A JPS62207885A JP S62207885 A JPS62207885 A JP S62207885A JP 61049905 A JP61049905 A JP 61049905A JP 4990586 A JP4990586 A JP 4990586A JP S62207885 A JPS62207885 A JP S62207885A
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JP
Japan
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coating layer
heat
activator
thermal barrier
barrier coating
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JP61049905A
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English (en)
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Hiromitsu Takeda
博光 竹田
Kagetaka Amano
天野　景隆
Takao Suzuki
隆夫 鈴木
Masaaki Tamaya
正昭 玉谷
Masayuki Ito
伊藤　昌行
Yoshikazu Takahashi
高橋　由和
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • 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
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G01N2021/646—Detecting fluorescent inhomogeneities at a position, e.g. for detecting defects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12611—Oxide-containing component
    • Y10T428/12618—Plural oxides

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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は高温耐熱部材に関し、特にその遮熱コーティン
グ層を改良して使用寿命を非破壊的に検知し得るように
したものである。
（従来の技術） 高温耐熱部材、例えばガスタービンのタービンブレード
は、耐熱合金等の基材表面に遮熱コーティング層として
厚さ０．３麿程度の薄いセラミックス層を形成した構造
を有している。こうした構造の高温耐熱部材は、遮熱コ
ーティング層により基材を耐久限界以上の高温から保護
して長期間使用することができるので、種々の大型産業
用機器への適用が研究されている。
ところで、遮熱コーティング層は例えばＹ２Ｏ３　安定
化ｚｒＯ２のプラズマＷＪｔｆ４により形成されるが、
こうした遮熱コーティング層に関しては、高温ガス流中
に含まれる微粒子の衝突によって工ａ−ジョン損燗を受
けることが１２ｆｔ題となる。
すなわち、遮熱効果は外伝７ヱ率の影響も受けるが、遮
熱コーティング層自体の厚さと密接な関係を有し、遮熱
コーティング層がある厚さよりも薄くなると遮熱効果が
急激に低下する。そして、現在までの知見では所定の遮
熱効果を得るために遮熱コーティング層は０．２ａ以上
の厚さがあることが望ましく、通常は０．３〜０．５　
ｍの厚さにしている。
ところが、実使用に際して上述したエロージョン損傷を
受けると、遮熱コーティング層が薄くなって遮熱効果が
半減したり無効となり、基材にも重大な損傷が及ぶこと
になる。
したがって、点検時に遮熱コーティング層の残存厚さを
知ることが要請されているが、現在のところ有効な非破
壊検査がない。このため、充分なｉ能を有するにもかか
わらず新たに遮熱コーティング層を形成したり、危険な
状態でありながら放置するという事態が往々にして生じ
ている。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記問題点を解消するためになされたものであ
り、遮熱コーティング層が所定の遮熱効果を維持できる
必要厚さを有しているか否かを非破壊的に判定し得る高
温耐熱部材を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の高温耐熱部材は、遮熱コーティング届を、発光
性活剤を添加したＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２及び発光性活
剤を含まないＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２又は異なる発光性
活剤を添加したＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２の２ＷＪをｆａ
層した構造とし、基材に直接接している一方の層を遮熱
効果を発揮できる最少限の厚さとしたことを特徴とする
ものである。
（作用） 本発明はＺｒＯ２が紫外線の照射を受けると、軌道電子
が励起されて特有の光を発することに着目し、その発光
色がＺｒ０ｚ中に添加される各様酸化物によって異なる
ことを応用したちのである。
上述したように紫外線を照射すると、ＺｒＯ２単味では
燐光を伴う青白色を発するが、Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２
ではＹ２Ｏ３の固溶量の増加とともに赤色が増して暗橙
色になり燐光がなくなる。
この現象を利用して、Ｙ２Ｏ３添加量既知の標準となる
Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２を故ｌ類用意しておき、これら
と発光色を比較するという方法により、Ｙ２Ｏ３安定化
Ｚｒｏ２（７）Ｙ２Ｏ３（７）添加ｍが未知であったと
しても、それを簡便に知ることも可能である。
そして、遮熱コーティング層が必要最少限の厚さを有し
ているかどうかを判定するためには、遮熱コーティング
層を基材に直接接する必要最少限の厚さの下層とその上
に更に被覆される上層との２１１′ＭＡ造とし、紫外線
照射検査で上層と上層が損傷して露出した下層との発光
色が異なるようにしておけばよい。このような２）Ｉ４
Ｍ造の遮熱コーティング層を組成の異なるＹ２Ｏｓ安定
化ＺｒＯ２で形成することも考えられるが、この場合２
層の発光色の相違が顕著でないので遮熱コーティング層
が必要最少厚さを有するかどうかを判定するのは困難で
ある。
そこで、遮熱コーティング層を、紫外線を照射した場合
の発光色が互いに顕著に異なる、発光性活剤を添加した
Ｙ２Ｏ３安定化Ｚｒ０ｚ及び発光性活剤を含まないＹ２
Ｏ！安定化ＺｒＯ２又は異なる発光性活剤を添加したＹ
２Ｏ３安定化ＺｒＯ２の２１１を積層した構造とすれば
よい。上記のような発光性活剤としては、例えばＢｉ２
Ｏ３、ＴｉＯ２もしくはＴｂ＋　０７又はＥｕ２Ｏ３も
しくはＳｍ２Ｏ３を挙げることができる。すなわち、紫
外線照射により、Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２にＢｉ２Ｏ３
、ＴｉＯ２又はＴｂ４Ｏ７を添加したものは緑青系の蛍
光を発し、Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２にＥｕ２Ｏ３又はＳ
ｍ２Ｏ３を添加したものは赤色系の蛍光を発する。なお
、遮熱コーティング層の下層及び上層の構成は自由に選
択することができる。このような２１！１構造の遮熱コ
ーティング層を形成した高温耐熱部材では、紫外線照射
検査時の発光色を観察するだけで遮熱コーティング層が
必要最少厚さを有するかどうかを非破壊で極めて容易に
判定することができる。
（実施例） まず、ｌ’４ｉｌ超合金ｌＮ７３８の板に対し、１％の
ＴｉＯ２を添加した８％Ｙ２Ｏｚ　−Ｚｒ０２セラミツ
クスを２５譚厚／１パスの割合で８バスプラズマ溶射し
て２Ｏ０譚厚の下層の遮熱コーティング層を形成した。
引続き、Ｔ　ｉ　０２を含まない８％Ｙ２Ｏ３−Ｚ　ｒ
ｏ２セラミックスを上記と同一の割合で４パスプラズマ
溶射して１００ＩＪ！ｎ厚の上層の遮熱コーティング層
を形成した。このようにして得られた合計３００ｉａ厚
の遮熱コーティング層が形成されたｌＮ７３８試験片に
波長２５４ｎｍの紫外線を照射したところ、暗橙色の発
光を示した。
次に、ＡＱ２Ｏ３を用いたブラストにより上記試験片の
遮熱コーティング層を徐々に除去していき、遮熱コーテ
ィング層の厚さを測定すると同時に、波長２５４ｎｍの
紫外線を照射して発光を観察した。この結果、遮熱コー
ティング層の厚さが２ｏＯ譚となった時点で蛍光色が暗
橙色から緑色に変化した。
この消耗シュミレーション試験から、非破壊で遮熱コー
ティング層が必要な厚さを有するか否かを判定できるこ
とがｆｆ認された。
また、下層の遮熱コーティング層に添加される発光性活
剤として上記実施例のＴｉＯ２の代わりにＥｕ２Ｏ３を
用い、上記と全く同様な試験を行なったところ、遮熱コ
ーティング厚さが２Ｏ０ｐｎになった時点で蛍光色が暗
橙色から明橙色となった。
また、下層の遮熱コーティング層としてＴｉ０ｚを添加
したＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２，上層の遮熱コーティング
層としてＥｕ２Ｏ３を添加したＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２
をそれぞれ用い、上記と全く同様な試験を行なったとこ
ろ、遮熱コーティング厚さが２Ｏ０−になった時点で蛍
光色が明橙色から緑色という一層顕著な変化を示した。
なお、以上のいずれの試験でも発光性活剤の添加により
遮熱コーティング層の遮熱特性、熱特性が劣化すること
はなかった。
［発明の効果１ 以上詳述した如く本発明の高温耐熱部材によれば、遮熱
コーティング層が所定の遮熱効果を維持し得る必要厚さ
の管理を非破壊で極めて容易に実施できるものである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）基材表面にセラミックスからなる遮熱コーティン
    グ層を形成した高温耐熱部材において、前記遮熱コーテ
    ィング層を、発光性活剤を添加したＹ＿２Ｏ＿３安定化
    ＺｒＯ＿２及び発光性活剤を含まないＹ＿２Ｏ＿３安定
    化ＺｒＯ＿２又は異なる発光性活剤を添加したＹ＿２Ｏ
    ＿３安定化ＺｒＯ＿２の２層を積層した構造とし、前記
    基材に直接接している一方の層を遮熱効果を発揮できる
    最少限の厚さとしたことを特徴とする高温耐熱部材。
  2. （２）発光性活剤が緑青系の蛍光を生じさせるＢｉ＿２
    Ｏ＿３、ＴｉＯ＿２又はＴｂ＿４０＿７であることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の高温耐熱部材。
  3. （３）発光性活剤が赤色系の蛍光を生じさせるＥｕ＿２
    Ｏ＿３又はＳｍ＿２Ｏ＿３であることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の高温耐熱部材。
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