JPS63235484A - チタン合金羽根を保護コーティングで被覆する方法及び該方法によってコーティングされた羽根 - Google Patents
チタン合金羽根を保護コーティングで被覆する方法及び該方法によってコーティングされた羽根Info
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- JPS63235484A JPS63235484A JP63053439A JP5343988A JPS63235484A JP S63235484 A JPS63235484 A JP S63235484A JP 63053439 A JP63053439 A JP 63053439A JP 5343988 A JP5343988 A JP 5343988A JP S63235484 A JPS63235484 A JP S63235484A
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-
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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-
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-
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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】
本発明は、チタン合金の羽根を保護コーティングで被覆
する方法及びこの方法によってコーティングされた羽根
に係わる。
する方法及びこの方法によってコーティングされた羽根
に係わる。
チタン合金の羽根は強度／密度の比が大きく、且つ腐食
性の極めて高い環境でも優れた機械的性能を示すという
利点を有する。
性の極めて高い環境でも優れた機械的性能を示すという
利点を有する。
しかしながら、蒸気タービンで使用されるチタン合金羽
根は、特にその周辺速度が高くなると蒸気中に形成され
る水滴によって損傷を受は易い。
根は、特にその周辺速度が高くなると蒸気中に形成され
る水滴によって損傷を受は易い。
従って、この種の羽根は周縁を保護する必要がある。
本発明は、マルテンサイト又はオーステノマルテンサイ
トステンレス鋼によって結合した炭化チタン、窒化チタ
ン又はホウ化チタンを重量で約１７３含む少なくとも１
ｖｌＩの厚さのコーティング層を周縁に含むチタン合金
羽根を提供する。前記コーティング層は、バナジウムか
らなる厚み０．５〜１．５１の下層を被覆する。
トステンレス鋼によって結合した炭化チタン、窒化チタ
ン又はホウ化チタンを重量で約１７３含む少なくとも１
ｖｌＩの厚さのコーティング層を周縁に含むチタン合金
羽根を提供する。前記コーティング層は、バナジウムか
らなる厚み０．５〜１．５１の下層を被覆する。
前記コーティングは下記の方法によって形成する：
コーティングすべき羽根部分にバナジウム粉末を配置し
、この粉末の温度をバナジウムの融点よりやや高い温度
まで上げる。
、この粉末の温度をバナジウムの融点よりやや高い温度
まで上げる。
次いで前記バナジウム層上に、主としてクロムを含み且
つ場合によってはコバルト及び／又はモリブデン及び／
又はニッケルも含むマルテンサイト又はオーステノマル
テンサイトステンレス鋼によって結合され、炭化チタン
、窒化チタン又はホウ化チタンを重量で約１７３含む不
均質粉末混合物を配置する。この粉末をその融点よりや
や高く且つバナジウムの融点よりやや低い温度まで加熱
する。
つ場合によってはコバルト及び／又はモリブデン及び／
又はニッケルも含むマルテンサイト又はオーステノマル
テンサイトステンレス鋼によって結合され、炭化チタン
、窒化チタン又はホウ化チタンを重量で約１７３含む不
均質粉末混合物を配置する。この粉末をその融点よりや
や高く且つバナジウムの融点よりやや低い温度まで加熱
する。
この方法では、最初のステップでチタン合金羽根の中に
溶は込む（希釈）バナジウムの量が極めて少ない。また
、第２ステツプでもバナジウム下層中に溶は込む前記合
金の量が極めて制限される。
溶は込む（希釈）バナジウムの量が極めて少ない。また
、第２ステツプでもバナジウム下層中に溶は込む前記合
金の量が極めて制限される。
更に、この合金層が融解しても、バナジウム下層と羽根
の間に既に樹立され結合には全く影響がない。
の間に既に樹立され結合には全く影響がない。
希釈現象を最大限に抑制するためには、高速局所加熱、
例えば高周波誘導加熱（可動誘導子を用いる）又はレー
ザ光加熱を使用するのが好ましい。
例えば高周波誘導加熱（可動誘導子を用いる）又はレー
ザ光加熱を使用するのが好ましい。
以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発明
をより詳細に説明する。
をより詳細に説明する。
第１図に示した蒸気タービンの羽根は、基部１と前縁３
及び後縁４を有する捩れベーン２とを含んでいる。この
羽根の上方部分には前縁３に沿って圧縮面側に保護コー
ティング層５が配置されている。前繰上のこのコーティ
ング層はベーン２の吸引面に配置することもできる。こ
のベーンと前記最終コーティング層との間にはバナジウ
ムの下層６が配置されている（第２図）。
及び後縁４を有する捩れベーン２とを含んでいる。この
羽根の上方部分には前縁３に沿って圧縮面側に保護コー
ティング層５が配置されている。前繰上のこのコーティ
ング層はベーン２の吸引面に配置することもできる。こ
のベーンと前記最終コーティング層との間にはバナジウ
ムの下層６が配置されている（第２図）。
この羽根は６％のアルミニウムと３．５〜４．５％のバ
ナジウムとを含むチタン合金からなる。
ナジウムとを含むチタン合金からなる。
レーザ光で繰り返し融解しながら保護コーティングをデ
ポジットする方法は、例えば下記のように実施し得る。
ポジットする方法は、例えば下記のように実施し得る。
羽根のコーティングすべき表面を通常の方法で予備処理
し、次いで粒径０．５ｐ−未満の球状粒子からなるほぼ
純粋な（〉９８％）バナジウムの粉末を前記表面に吹き
付けてレーザ光に当てる。反復融解によりデポジットす
る量は、最終的に得られるバナジウム下層６の厚みが１
＋ｕ＋＋を超えるようにする量である。
し、次いで粒径０．５ｐ−未満の球状粒子からなるほぼ
純粋な（〉９８％）バナジウムの粉末を前記表面に吹き
付けてレーザ光に当てる。反復融解によりデポジットす
る量は、最終的に得られるバナジウム下層６の厚みが１
＋ｕ＋＋を超えるようにする量である。
ＣＯ２レーザ光９はコーティングすべき羽根のベーン２
の表面に当てる。このレーザ光９はアルゴンのごとき不
活性ガスの流出口１０によって包囲されており、このガ
スもベーン２に吹き付けられる（第４図参照）。
の表面に当てる。このレーザ光９はアルゴンのごとき不
活性ガスの流出口１０によって包囲されており、このガ
スもベーン２に吹き付けられる（第４図参照）。
ノズル１１はコーティングすべきベーン２の表面に前記
粉末を噴出させる。
粉末を噴出させる。
雰囲気が不活性であるため、酸素、水素及び窒素の有害
な作用は回避される。
な作用は回避される。
この状態でバナジウム粉末の温度が１９５０℃〜２００
０ ’Ｃに上昇する。バナジウムの融点は１９００℃で
あり、前記チタン合金の融点は約２４００℃であるため
、バナジウムが融解する一方で羽根を構成するチタン合
金層はペースト状になる。これは、前記チタン合金層に
溶は込むバナジウムの量を抑えて完全な接合状態を得る
ための理想的な条件である。
０ ’Ｃに上昇する。バナジウムの融点は１９００℃で
あり、前記チタン合金の融点は約２４００℃であるため
、バナジウムが融解する一方で羽根を構成するチタン合
金層はペースト状になる。これは、前記チタン合金層に
溶は込むバナジウムの量を抑えて完全な接合状態を得る
ための理想的な条件である。
バナジウムを約４％含むチタン合金には少量のバナジウ
ムが溶は込み得（第３図）、その結果局所的にベータ（
Ｂ＠ｔａ）と称するＷｙｄｍａｎｓｔｊｉｔｔｅｎタイ
プの成層構造が生じる。
ムが溶は込み得（第３図）、その結果局所的にベータ（
Ｂ＠ｔａ）と称するＷｙｄｍａｎｓｔｊｉｔｔｅｎタイ
プの成層構造が生じる。
バナジウムが溶は込んだ前記合金層部分７の厚みは極め
て薄い（１／１０ｍｍ未満）。
て薄い（１／１０ｍｍ未満）。
冷却後、結合剤と結合した合金粉末をバナジウム下層の
上に配置する。
上に配置する。
この不均質粉末は重量で１７３の硬質成分、例えば炭化
チタン、窒化チタン又はホウ化チタンと結合剤とを含む
。この結合剤はクロム（９〜１８％）を含み、且つステ
ンレス特性を与えるべくモリブデン（１〜３％）及びコ
バルト（１〜８％）も任意に含むマルテンサイト鋼、又
は前記成分の他に３％〜８％のニッケルを含むオーステ
ツマルチンサイト鋼からなる。
チタン、窒化チタン又はホウ化チタンと結合剤とを含む
。この結合剤はクロム（９〜１８％）を含み、且つステ
ンレス特性を与えるべくモリブデン（１〜３％）及びコ
バルト（１〜８％）も任意に含むマルテンサイト鋼、又
は前記成分の他に３％〜８％のニッケルを含むオーステ
ツマルチンサイト鋼からなる。
炭化チタンの粒度は０．５ｐｍ未満にし、ホウ化チタン
又は窒化チタンの粒度は０．２１Ｊ１１未満、好ましく
は約０．１μｍにする。
又は窒化チタンの粒度は０．２１Ｊ１１未満、好ましく
は約０．１μｍにする。
前記不均質粉末は、炭化チタン、窒化チタン又はホウ化
チタンを含む合金とベーンを構成するチタン合金とが接
触しないように、バナジウム下層の縁から３〜４ｖａｍ
のところまで配置する。
チタンを含む合金とベーンを構成するチタン合金とが接
触しないように、バナジウム下層の縁から３〜４ｖａｍ
のところまで配置する。
レーザ光で繰り返し融解する方法を用いる場合には、第
４図に示した装置を用いてバナジウム下層に前記粉末を
吹き付は且つこの粉末を該合金の融点（１４００℃〜１
５００℃）より５０℃高い温度に加熱して融解する。前
記温度はバナジウムの融点を大幅に下回るため、前記合
金層がバナジウム中に溶は込む量は極めて少なく（第３
図参照）、該合金が溶は込んだバナジウム層部分８の厚
みが極めて薄い（１／１０ｎ＋ｍ未満）ことから、バナ
ジウム／ベーン間の結合に影響が及ぼされることはない
。
４図に示した装置を用いてバナジウム下層に前記粉末を
吹き付は且つこの粉末を該合金の融点（１４００℃〜１
５００℃）より５０℃高い温度に加熱して融解する。前
記温度はバナジウムの融点を大幅に下回るため、前記合
金層がバナジウム中に溶は込む量は極めて少なく（第３
図参照）、該合金が溶は込んだバナジウム層部分８の厚
みが極めて薄い（１／１０ｎ＋ｍ未満）ことから、バナ
ジウム／ベーン間の結合に影響が及ぼされることはない
。
デポジットした合金層の厚みは約１．５＋＋＋ｍである
。
。
次いで、通常の方法と同様に、約７００℃で応力緩和処
理にかける。結合剤がニッケルを３〜８％含む場合には
、炭化チタン、窒化チタン又はホウ化チタンをベースと
する層を４５０６Ｃ〜５００℃の温度で４時間硬化処理
して、６０より大きいＨＲＣＲｏｃｋｗｅｌｌ硬度を得
るようにする。
理にかける。結合剤がニッケルを３〜８％含む場合には
、炭化チタン、窒化チタン又はホウ化チタンをベースと
する層を４５０６Ｃ〜５００℃の温度で４時間硬化処理
して、６０より大きいＨＲＣＲｏｃｋｗｅｌｌ硬度を得
るようにする。
結合剤が３％未満のニッケルを含む場合には、窒素雰囲
気下で１０５０℃より高い温度で焼入れ処理して、６０
より大きいＨＲＣＲｏｃｋｗｅｌｌ硬度が得られるよう
にする。
気下で１０５０℃より高い温度で焼入れ処理して、６０
より大きいＨＲＣＲｏｃｋｗｅｌｌ硬度が得られるよう
にする。
このコーティング方法は、不活性ガスを噴出させながら
粉末を吹き付けてレーザ光に当てることにより実施する
のが好ましいが、別の方法、特に不活性ガス雰囲気下で
噴出した粉末をプラズマで融解するか、又は不活性ガス
雰囲気下の粉末を高周波誘導加熱により融解する方法を
使用することもできる。
粉末を吹き付けてレーザ光に当てることにより実施する
のが好ましいが、別の方法、特に不活性ガス雰囲気下で
噴出した粉末をプラズマで融解するか、又は不活性ガス
雰囲気下の粉末を高周波誘導加熱により融解する方法を
使用することもできる。
誘導加熱を用いる場合には、可動誘導子を備えた高周波
誘導炉を使用するのが好ましい。この炉を真空又は不活
性雰囲気（例えばアルゴン）下におき、その中に羽根を
配置し、この炉を予加熱し次いで粉末層を直径３０ｍｍ
のスポットで加熱するのである。スポットは２０〜７５
秒間静止させ、且つ２０ｍ＋ａずつ移動させる。
誘導炉を使用するのが好ましい。この炉を真空又は不活
性雰囲気（例えばアルゴン）下におき、その中に羽根を
配置し、この炉を予加熱し次いで粉末層を直径３０ｍｍ
のスポットで加熱するのである。スポットは２０〜７５
秒間静止させ、且つ２０ｍ＋ａずつ移動させる。
前述のごとく、第１操作ではバナジウム粉末層を加熱し
て融解する。次いで、このバナジウム層上に合金粉末を
配置した後、第２サイクルでこの合金層を加熱して、バ
ナジウムを融解せずに該合金層を融解する。
て融解する。次いで、このバナジウム層上に合金粉末を
配置した後、第２サイクルでこの合金層を加熱して、バ
ナジウムを融解せずに該合金層を融解する。
第１図は本発明の羽根の一具体例を示す斜視図、第２図
は第１図の羽根の線ＩＩ−ＩＩによる断面図、第３図は
第２図の断面図の詳細部分図、第４図は本発明の方法を
実施するのに使用し得る装置の説明図である。 ２・・・・・・ベーン、５・・・・・・保護コーティン
グ、６・・・・・・バナジウム下層、９・・・・・・レ
ーザ光、１０・・・・・・不活性ガス流出口、１１・・
・・・・粉末噴出ノズル。 代理人弁理士 船 山 武 ＦＩＧ、４
は第１図の羽根の線ＩＩ−ＩＩによる断面図、第３図は
第２図の断面図の詳細部分図、第４図は本発明の方法を
実施するのに使用し得る装置の説明図である。 ２・・・・・・ベーン、５・・・・・・保護コーティン
グ、６・・・・・・バナジウム下層、９・・・・・・レ
ーザ光、１０・・・・・・不活性ガス流出口、１１・・
・・・・粉末噴出ノズル。 代理人弁理士 船 山 武 ＦＩＧ、４
Claims (5)
- （１）チタン合金羽根を保護コーティングで被覆するた
めの方法であって、コーティングすべき羽根部分上に純
粋バナジウム粉末を配置し、この粉末の温度をバナジウ
ムの融点よりやや高い温度まで上げてバナジウム層を形
成し、その後主にクロムを９％〜１８％含むマルテンサ
イト又はオーステノマルテンサイトステンレス鋼によっ
て結合され、炭化チタン、窒化チタン又はホウ化チタン
を重量で約１／３含む不均質粉末混合物を前記バナジウ
ム層上に配置し、この不均質粉末をその融点より高く且
つバナジウムの融点より低い温度に加熱することからな
る方法。 - （２）粒径が約０．１μｍの窒化チタン又はホウ化チタ
ン粉末を使用する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - （３）粉末を不活性雰囲気下で噴出させ且つレーザ光を
用いて融解する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
の方法。 - （４）添付図面に基づき本明細書で説明したものと実質
的に等しい、チタン合金羽根を保護コーティングで被覆
する方法。 - （５）マルテンサイト又はオーステノマルテンサイトス
テンレス鋼で結合した炭化チタン、窒化チタン又はホウ
化チタンを重量で約１／３含む少なくとも１ｍｍの厚さ
のコーティング層を周縁に有し、このコーティング層が
バナジウムからなる厚み０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの下層
を覆うことを特徴とするチタン合金羽根。
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| FR8703172 | 1987-03-09 |
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