JPS62250142A

JPS62250142A - 高温保護被覆

Info

Publication number: JPS62250142A
Application number: JP62090013A
Authority: JP
Inventors: ローレンツ・ジンクハイザー; ゲオルク・バール; ベルント・ヤーンケ
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: 1986-04-15
Filing date: 1987-04-14
Publication date: 1987-10-31
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: EP0241807B1; EP0241807A3; EP0241807A2; JP2574287B2; US4909984A; DE3612568A1; DE3771546D1

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】この発明は、ニッケル、コバルト、クロムアルミニウム
及び多くはイツトリウムを含む合金、特にオーステナイ
ト組織の構成部材に使用する高温保護層に関する。

上述の高温保護層は、耐熱性を有する鋼や合金からなり
、６００℃を越える温度で使用される構成部材を保護す
るために用いられた。

バナジウムの高温度に対する腐蝕を遅延又は妨げること
ができる。このような高温保護層は保護されるべき構成
部材の材料の上に直接ｋｍされる。

上部高温保護層は、ガスタービン用部品の構成部材にと
って特別の意味をもち、何よりも回転羽根、固定羽根及
びガスタービンの局部的に熱が集中する部材の上に形成
される。

上記のような構成部材を製造するために、ベースとして
オーステナイト組織のニッケル、コバルト又は鉄を用い
るのが好ましい。ガスタービン用の構成部材の製造には
、特に母材として、ニッケル超合金を用いるのがよい。

ガスタービン用に定められた構成部材には、たとえばニ
ッケル、コバルト、クロム、アルミニウム及びイツトリ
ウムで形成された合金を用いる高温保護層を設けられる
。

としてクロム含有量が少いことによる。

上述の合金で製造された高温保護層は、使用状態に於て
、特に９００℃以上の高温にさらされた場合に、酸化ア
ルミニウムを含む表面層が形成さ保持させるように働く
。

しかしこの高温保護層はアルミニウムを含む相と、これ
を保持するマトリックスがら成り、更に酸化が進むと、
高温保護層の表面付近に急速にアルミニウムの不足状態
が発生し、高温保護層は極めて腐蝕しやすい状態となる
という欠点がある。

又次のような不都合もある。すなわち、このような高温
保護層は保護するべき構成部材の母材に対して適当でな
いことである。望ましい機能は、特に高温に対して、従
来にない程耐えるということである。

この発明の目的は、酸化ｌ速度が遅く、耐腐蝕性をＲし
、高温度下の使用に適する構成部材に設けられる高温保
護層を提供することにある。

発明の上記目的は、特許請求の範囲第（１）項に記載し
たように、使用する合金に周期表の第４主族の金属類似
の元素を添加することによって達成される。

次にこの発明の詳細な説明する。この発明によれば、硅
素を添加することにより、それ自体に生ずる金属酸化層
、特に表面に生ずるアルミニラのクロムを含むけ金属に
、硅素及びジルコニウムを加えて製造した合金の耐酸化
性及び耐腐食性を高めることができる。上記合金に加え
るジルコニラムは、よって生じた合金の全重量に対する
重量％で０．２乃至２％であればよく、特に約１％であ
ることが好ましい。ニッケルベースの合金に対するジル
コニウムの溶解性は低いので、ジルコニウムに富んだＩ
ｌｌが析出される。又このような合金に対して少量のイ
ツトリウムはイツトリウム追加後の全重量（但しイツト
リウムの重量を除いた全重量を用いても大差ない）に対
して、たとえば０．１乃至１重量％である。

又高温保護層用の合金に対して、タンタルを加えること
により、耐酸化性及び耐腐蝕性を向上させることができ
る。加えられたタンタルは、マトリクス中に溶は込んで
おり、該タンタルの添加量が、追加後の合金の全重量に
対してｍ　＝比（以下全重量比と記す）Ｏ２５乃至３％
でよいが、特に約１％であることが好ましい。このよう
にタンタルを加える場合には、硅素の追加を止めること
ができる。

一般に耐腐蝕性を存する高温保護層を形成する場合には
、合金に対しタンタルの他更に硅素を添加するのがよい
。又実際にチタニウムが混入していても、それが全重量
比で０．１乃至２％であれば差し支えない。合金か極め
て多くのクロム、アルミニウム及びコバルトを含んでい
ても、硅素、硅素とジルコニウム又は硅素とタンタルを
添加することができる。この発明の合金に於ては、その
成分はそれぞれ全重量比でクロムは１８乃至２７％、コ
バルトは２０％を越えぬ計、アルミニウムは１２％を越
えぬ量に選ぶことかできる。上記成分の合金を用いるこ
とにより、ニッケルを含をする構成部材に対して、極め
て適切な高温保護層を設けることができる。上記の記載
は、酸化物の分散によって強化した構成部材用合金に対
して宵１てはまる。この場合、高温保護層と」１記構成
部材とは、構成部材と高温保護層から成る構成部品が非
常な高湿度に加熱されても高温保護層の機能が低下する
ことはない。中でも、クロム、アルミニウム、及びコバ
ルトの量を適切に選ぶこにより、９５０℃を越す高温度
に於ても、内部拡散や、これに基づ（使用材料の機能低
下、又は機能喪失は生ずることはない。極めて高い耐酸
化性及び耐腐蝕性を−９する、特にすぐれた高温保護層
は、次の合金から得られる。すなわち全電量比がそれぞ
れ１８乃至２５％のクロム、７乃至１２％のアルミニウ
ム、０．１５乃至３％の硅素、０．１５乃至１％のイツ
トリウム、３乃至１５％のコバルトと、残部がニッケル
で形成された合金である。この合金に対して今市は比で
Ｏ，ｌＪ’Ｊ至２％のチタンを添加することができる。

又自然に生じたアルミニウム酸化物の彼覆層の付層を確
実にするために、タンタルを加えた合金が特に可動であ
り、その成分の全重量比は、クロムが１８乃至２５％、
アルミニウムが７乃至１２％、硅素が０．５％乃至３％
、イツトリウムが０．１５乃至１％タンタルが１％、コ
バルトが３乃至１５％であり、残部はニッケルである。

」二記合金に対して、必要であれば全Ｉｒ　Ｈ比０．１
乃至２％のチタンを追加してもよい。イツトリウムを使
用しない高温保護層を形成するには、それぞれ全重量比
で、１８乃至２７％のクロムと、８乃至１２％のアルミ
ニウムと、０．５乃至３％の硅素と、１％のジルコニウ
ムと、５乃至２０％のコバルトと、残部にニッケルを使
用した合金を用いるのがよい。

これら合金によって形成される高温保護層は、多くのク
ロムと少いアルミニウムを含むマトリックスと、多くの
アルミニウムを含む相から成り、ジルコニウムと硅素の
ｔｌｉ出が無いように形成される。

すでに記載した合金は、高温保護層の製造を行なうのに
適している。上述のどの合金を用いて形成された高温保
護層も、使用中に印加される温度が９００℃以上となっ
ても、脱落することはない。

次に本発明の実施例を、高温保護層を設けたガスタービ
ン用部品に関連して、更に詳細に説明する。該部品の高
温保護層が設けられる構成部材は、オーステナイト組織
の材料、特にニッケル超合金によって製造され、高温保
護層を形成する前に、該構成材は化学的に清掃され、そ
の後砂吹き工法により表面あらさの増加が行なわれる。

高温保護層の形成は、真空下のプラズマ溶射法で行なわ
れる。上記高温保護層の形成には、全重量比が１８乃至
２５％のクロム、７乃至１２％のアルミニウム、０．５
乃至３％の硅素、０．５乃至１％のイツトリウム及び３
乃至１５％のコバルトと、残余がニッケルである合金が
用いられる。

上述の合金の代りに、次のような全重量比、すなわち１
８乃至２７％のクロム、８乃至１２％のアルミニウム、
０．５乃至３％の硅素、１％のジルコニウム、５乃至２
０％コバルトを有し、残部はニッケルから成る合金を用
いることができる。

またプラズマ溶射法を用いることにより、全重量比で１
８乃至２５％のクロム、７乃至１２％のアルミニウム、
０．５乃至３％の硅素、０．５乃至１％のイツトリウム
、１％のタンタル、３乃至１５％のコバルト及び残余は
ニッケルから成る合金を用いることができる。この場合
合金を形成する物質は粉末状であり、粉末の直径は約４
５μｍであることが好ましい。ガスタービン川部品に高
温保護層を形成する前に、特に該部品の構成部材は、プ
ラズマを用いて約８００℃に加熱され、合金は直接上記
構成部材上に被覆される。このときプラズマガスとして
アルゴンと水素が用いられる。合金の被覆が終了した後
、上記ガスタービン部品には熱処理が施される。上記熱
処理は高真空化の焼鈍炉を用いて行なわれる。上記真空
は５Ｘ１０’トール以下であり、この真空状態を形成後
、焼鈍炉の温度は１１００℃に上昇される。上述の温度
は±４℃の誤差範囲内に約１時間維持される。

］二記のようにして高温保護層は形成され、熱処理後の
該部品の温度は徐々に降下され、この温度降下の終了と
ともに、該部品の製造は終了する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ニッケル、コバルト、クロム、アルミニウム及び
多くはイットリウムを含む合金、特にオーステナイト組
織の材料から成る構成部材に使用される高温保護層に於
て、上記合金が、周期表の第４主族の金属類似の元素を第１
の添加物として混合されていること；を特徴とする高温
保護層。
（２）上記第１の添加物として用いられる硅素の重量は
合金の全重量に対して０．５％乃至５％であること、を
特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の高温保護
層。
（３）その他の添加物として、第４族の副族の金属又は
第５族の副族の遷移元素が更に添加されること、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に記載の高温保護層。
（４）上記添加物の他に合金の全重量に対して重量％が
、０．５乃至３％、好ましくは１％のタンタルが添加物
として更に含まれていること、を特徴とする特許請求の
範囲第（３）項に記載の高温保護層。
（５）上記添加物が、合金の全重量に対する重量％で、
０．２乃至２％、好のましくは１％のジルコニウムを更
に含むこと、を特徴とする特許請求の範囲第（３）項に
記載の高温保護層。
（６）上記合金の中に、合金の全重量に対する重量％で
、０．５乃至１％のイットリウムを含むこと、を特徴と
する特許請求の範囲第（１）項乃至第（５）項のいずれ
か１に記載の高温保護層。
（７）上記合金の中に、合金の全重量に対する重量％で
、１８乃至２７％のクロム、７乃至１２％のアルミニウ
ム及び５乃至２０％のコバルトを含むこと、を特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項乃至第（６）項のいずれか
１に記載の高温保護層。
（８）上記合金の中に、全重量に対する重量％で、１８
乃至２５％のクロム、７乃至１２％のアルミニウム、０
．５乃至３％の硅素、０．５乃至１％のイットリウム、
１％のタンタル、３乃至１５％のコバルト及びその残部
を占めるニッケルが含まれていること、を特徴とする特
許請求の範囲第（１）項乃至第（６）項のいずれか１に
記載の高温保護層。
（９）上記合金の中の、全重量に対する重量で、１８乃
至２５％のクロム、７乃至１２％のアルミニウム、０．
５乃至３％の硅素、０．５乃至１％のイットリウム、３
％乃至１５％のコバルト及びその残部を占めるニッケル
が含まれていること、を特徴とする特許請求の範囲第（
１）項乃至第（８）項のいずれか１に記載の高温保護層
。
（１０）ニッケル、コバルト、クロム及びアルミニウム
を含む合金から成り、特にオーステナイト状の材料で形
成された構成部のための高温保護層であって、上記合金が合金全重量に対する重量％で、１８乃至２７
％のクロム、８乃至１２％のアルミニウム、０．５乃至
３％の硅素、１％のジルコニウム、５乃至２０％のコバ
ルト及び残部を占めるニッケルからなること、を特徴と
する高温保護層。