JPWO2006104138A1 - 耐熱部材 - Google Patents

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Abstract

Ni基超合金に、Ni基超合金との間に相互拡散を生じない一種もしくは複数種の物質をコーティングし、1100℃あるいは1100℃を超える高温でも基材/コーティング界面をとおしての元素の相互拡散が抑制された耐熱部材を提供する。

Description

本願発明は耐熱部材に関する。
従来、ジェットエンジンや産業用ガスターンビンなどのタービン動翼やタービン静翼に用いられるコーティング材として、Al、 Cr、Ni-Al、Pt-Al、MCrAlYなどがよく知られており、使用実績が多い。しかしこれらのコーティング材をNi基超合金製のタービン翼に適用し、タービン翼を高温で長時間使用した場合、Ni基超合金とコーティング材との界面をとおして元素の相互拡散が進み、この元素の相互拡散によって、Ni基超合金の材質が劣化し、強度低下や、コーティング材の耐環境性低下など、タービン翼自体の耐久性低下につながる材料技術的な問題が生じる。特に、近年、ジェットエンジンやガスタービンのガス温度は高くなり、必然的にタービン翼の温度が上昇し、そのような拡散現象がより加速される。また、高圧タービン翼は冷却のために中空構造を有しているが、薄肉化が進んでいるため、拡散領域の影響はますます大きな問題となる。
基材/コーティング界面をとおしての元素の拡散を抑えるために、拡散障壁コーティング（ディフュージョンバリアコーティング）が検討されている（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、拡散障壁コーティングは多層構造であり、コーティングプロセスを複雑にするに加え、基材とコーティング材とは熱力学平衡状態ではないため、効果に自ずと限度がある。
一方、最近公開されたUS2004/0229075（特許文献２）には、最も速く拡散し、拡散により有害相を生成させる元素であるAl元素の濃度を下げたPt系元素を含むγ+γ’相のコーティングにより、Alの拡散を少なくすることが開示されている。しかしながら、やはりこの場合にも基材とコーティング材とは熱力学平衡状態ではないため、高温・長時間での使用においてコーティング材からPtやAlが内方へ拡散し、基材から強化元素が外方に拡散して、部材としての劣化が進み、効果は限定的である。
US特許第US6830827号公報 US公開2004/0229075号公報
本願発明は、1100℃あるいは1100℃を超える高温でも基材/コーティング界面をとおしての元素の相互拡散が抑制された耐熱部材を提供することを課題としている。
上記の課題を解決するものとして、本願発明は、第１には、Ni基超合金に、Ni基超合金との間に相互拡散を生じない一種もしくは複数種の物質がコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第２には、Ni基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相、B2相のうちの少なくとも一種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第３には、Al:1.0重量%以上10.0重量%以下、Ta:0重量%以上14.0重量%以下、Mo:0重量%以上10.0重量%以下、W:0重量%以上15.0重量%以下、Re:0重量%以上10.0重量%以下、Hf:0重量%以上3.0重量%以下、Cr:0重量%以上20.0重量%以下、Co:0重量%以上20重量%以下、Ru:0重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上4.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第４には、Al:3.5重量%以上7.0重量%以下、Ta:2.0重量%以上12.0重量%以下、Mo:0重量%以上4.5重量%以下、W:0重量%以上10.0重量%以下、Re:0重量%以上8.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:1.0重量%以上15.0重量%以下、Co:2重量%以上16重量%以下、Ru:0重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第５には、Al:5.0重量%以上7.0重量%以下、Ta:4.0重量%以上10.0重量%以下、Mo:1.1重量%以上4.5重量%以下、W:4.0重量%以上10.0重量%以下、Re:3.1重量%以上8.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.0重量%以上10.0重量%以下、Co:0重量%以上15.0重量%以下、Ru:4.1重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第６には、Al:5.0重量%以上7.0重量%以下、Ta:4.0重量%以上8.0重量%以下、Mo:1.0重量%以上4.5重量%以下、W:4.0重量%以上8.0重量%以下、Re:3.0重量%以上6.0重量%以下、Hf:0.01重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.0重量%以上10.0重量%以下、Co:0.1重量%以上15.0重量%以下、Ru:1.0重量%以上4.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第７には、Al:5.5重量%以上6.5重量%以下、Ta:5.0重量%以上7.0重量%以下、Mo:1.0重量%以上4.0重量%以下、W:4.0重量%以上7.0重量%以下、Re:4.0重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上2.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、V:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:0.1重量%以上4.0重量%以下、Co:7.0重量%以上15.0重量%以下、Si:0.01重量%以上0.1重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第８には、Al:4.5重量%以上6.0重量%以下、Ta:5.0重量%以上8.0重量%以下、Mo:0.5重量%以上3.0重量%以下、W:7.0重量%以上10.0重量%以下、Re:1.0重量%以上3.0重量%以下、Ti:0.1重量%以上2.0重量%以下、Hf:0.01重量%以上0.50重量%以下、Cr:3.5重量%以上5.0重量%以下、Co:4.0重量%以上11.0重量%以下、Si:0.01重量%以上0.1重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第９には、Al:5.1重量%以上6.1重量%以下、Ta:4.5重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.1重量%以上7.1重量%以下、Re:6.4重量%以上7.4重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上7.0重量%以下、Co:5.1重量%以上6.1重量%以下、Ru:4.5重量%以上5.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.8重量%以上8.8重量%以下、Ta:7.0重量%以上9.0重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.0重量%以下、W:3.3重量%以上6.3重量%以下、Re:1.6重量%以上3.6重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.5重量%以上6.0重量%以下、Co:3.2重量%以上5.2重量%以下、Ru:2.9重量%以上4.9重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第１０には、Al:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ta:5.3重量%以上6.3重量%以下、Mo:2.4重量%以上4.4重量%以下、W:4.3重量%以上6.3重量%以下、Re:4.4重量%以上5.4重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:5.5重量%以上6.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.1重量%以上8.1重量%以下、Ta:4.8重量%以上6.8重量%以下、Mo:1.9重量%以上3.9重量%以下、W:3.8重量%以上6.8重量%以下、Re:1.4重量%以上3.4重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:1.3重量%以上6.0重量%以下、Co:4.0重量%以上6.0重量%以下、Ru:4.2重量%以上6.2重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第１１には、Al:5.2重量%以上6.2重量%以下、Ta:5.1重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.1重量%以上6.1重量%以下、Re:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.7重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:3.1重量%以上4.1重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.1重量%以上9.1重量%以下、Ta:7.2重量%以上9.2重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.5重量%以下、W:3.3重量%以上6.3重量%以下、Re:1.1重量%以上3.1重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.6重量%以上6.0重量%以下、Co:3.3重量%以上5.3重量%以下、Ru:1.8重量%以上3.8重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第１２には、Al:5.4量%以上6.4重量%以下、Ta:5.1重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.4重量%以上6.4重量%以下、Re:4.5重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.7重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:4.5重量%以上5.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.3重量%以上9.3重量%以下、Ta:7.2重量%以上9.2重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.5重量%以下、W:3.5重量%以上6.5重量%以下、Re:0.8重量%以上1.3重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.6重量%以上6.0重量%以下、Co:3.3重量%以上5.3重量%以下、Ru:0.5重量%以上2.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第１３には、Al:5.5量%以上6.5重量%以下、Ta:5.5重量%以上6.5重量%以下、Mo:1.5重量%以上2.5重量%以下、W:5.5重量%以上6.5重量%以下、Re:4.5重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上3.5重量%以下、Co:11.5重量%以上12.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.5重量%以上9.5重量%以下、Ta:8.3重量%以上10.3重量%以下、Mo:0重量%以上2.0重量%以下、W:4.8重量%以上6.8重量%以下、Re:0.6重量%以上1.8重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.4重量%以上2.4重量%以下、Co:8.2重量%以上10.2重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第１４には、Al:4.8重量%以上5.8重量%以下、Ta:5.5重量%以上6.5重量%以下、Mo:1.4重量%以上2.4重量%以下、W:8.2重量%以上9.2重量%以下、Re:1.6重量%以上2.6重量%以下、Ti:0重量%以上2.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:4.4重量%以上5.4重量%以下、Co:7.3重量%以上8.3重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.9重量%以上8.9重量%以下、Ta:8.5重量%以上10.5重量%以下、Mo:0重量%以上1.9重量%以下、W:6.2重量%以上8.2重量%以下、Re:0重量%以上1.5重量%以下、Ti:0重量%以上1.7重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.4重量%以上2.4重量%以下、Co:3.7重量%以上5.7重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第１５には、コーティング層はSi、Y、La、Ce、Zrのうちの一種もしくは複数種を0重量%以上1.0重量%以下含むことを特徴としている。
本願発明は、第１６には、コーティング層は、Ru、Ta、Mo、W、Reのうちの一種もしくは複数種を含まないことを特徴としている。
本願発明は、第１７には、コーティング層に含有されるAlがNi基超合金と熱力学平衡することを特徴としている。
本願発明は、第１８には、コーティング層の表面にセラミックがコーティングされたことを特徴としている。
本願発明は、第１９には、Al：6.1重量%以上10.6重量%以下、Ta：0重量%以上10.5重量%以下、Mo：0重量%以上3.9重量%以下、W：0重量%以上8.2重量%以下、Re：0重量%以上3.4重量%以下、Ti：0重量%以上1.7重量%以下、Hf：0重量%以上1.15重量%以下、Cr：0.4重量%以上4.0重量%以下、Co：3.2重量%以上10.2重量%以下、Ru：0重量%以上6.2重量%以下Nb：0重量%以上1.5重量%以下、Si：0重量%以上1.0重量%以下、Y：0重量%以上1.0重量%以下、La：0重量%以上1.0重量%以下、Ce：0重量%以上1.0重量%以下、Zr：0重量%以上1.0重量%以下を含有し、残部がNiと不可避的不純物からなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
本願発明の第１の耐熱部材によれば、基材となるNi基超合金と熱力学的平衡状態にある物質をNi基超合金にコーティングすることにより、1100℃あるいは1100℃を超えるような高温でも基材/コーティング界面をとおしての元素の相互拡散が抑制され、高温での長時間の耐久性を飛躍的に向上させることができる。
本願発明の第２の耐熱部材によれば、基材となるNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相、B2相はいずれも耐酸化性、耐高温腐食性、機械的特性の向上が期待できる相であり、したがって、優れた耐熱部材が得られる。
本願発明の第３の耐熱部材によれば、基材となる所定組成範囲のNi基超合金は耐熱材料として優れた特性を示し、高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
本願発明の第４の耐熱部材によれば、基材となる所定組成範囲内のNi基超合金はいわゆる単結晶合金に適したものであり、耐熱材料として優れた特性を示し、高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
本願発明の第５から第８の耐熱部材によれば、基材となる所定組成範囲内のNi基超合金はクリープ特性に優れた単結晶合金を実現するため、耐熱材料として優れた特性を示し、高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
本願発明の第９から第１４の耐熱部材によれば、基材となる所定組成範囲内のNi基超合金はより一層クリープ特性に優れた単結晶合金であり、コーティングする合金はNi基超合金に熱力学平衡を示すとともに、耐酸化性に優れる合金であるため、高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
本願発明の第１５の耐熱部材によれば、コーティング層に含有されるSi、Y、La、Ce、Zrはいずれもコーティング層の耐酸化性を向上させる。これらの元素は熱力学平衡に対して影響は少ないので、添加により高温耐久性が損なわれることはない。
本願発明の第１６の耐熱部材によれば、高価である、あるいは耐酸化性に悪影響を及ぼすRu、Ta、Mo、W、Reを含まないので、安価で耐酸化性のよいコーティング層が得られる。コーティング層に含まれる元素は基材となるNi基超合金と熱力学平衡状態にあり、高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
本願発明の第１７の耐熱部材によれば、最も拡散の速い元素であり、しかも拡散による変質層を作る原因となるコーティング層に含まれるAlを基材となるNi基超合金と熱力学平衡にすることにより高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
本願発明の第１８の耐熱部材によれば、セラミックによる熱遮蔽効果により、より高温での使用が可能な高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
本願発明の第１９の耐熱部材によれば、1100℃あるいは1100℃を超えるような高温でも基材/コーティング界面をとおしての元素の相互拡散が抑制され、高温での長時間の耐久性を飛躍的に向上させることができる。
従来技術１および実施例１で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真である。 図１に示した実施例１の試料についての拡大写真である。 従来技術１および実施例１で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のEPMAによる元素分析結果を示した図である。 実施例８および実施例１０で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真である。 実施例１１で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真である。 実施例２で得られた試料の1100℃×1Hサイクル酸化試験結果を基材に用いたNi基超合金と比較して示した図である。 実施例２０で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真である。
以下、実施例を示しつつ、本願発明の耐熱部材について説明する。
本願発明の耐熱部材は、基材となるNi基超合金に、Ni基超合金との間に相互拡散を生じない一種もしくは複数種の物質がコーティングされたものである。具体的には、基材と熱力学的平衡状態である物質がコーティングされたものである。このため、1100℃あるいは1100℃を超える高温でも基材/コーティング界面をとおしての元素の相互拡散が抑制され、本願発明の耐熱部材は、従来の耐熱部材に比べ、格段に高温での長時間の使用が可能になっている。その作製にあたっては、従来の多層の拡散障壁コーティングのように必ずしも複雑なコーティングプロセスを必要とせず、コーティングプロセスは特に制限されない。また、本願発明の耐熱部材では、前記特許文献２に開示されたPt系元素を含むγ+γ’相のコーティングと異なり、界面をとおしての元素の相互拡散が起こりにくいため、長時間安定性が保たれ、長時間安定を保ちつつAl濃度の高いγ’相、あるいはβ相、γ’+β相をNi基超合金にコーティングすることができる。γ+γ’相のコーティングも可能であり、この場合にも本願発明の耐熱部材ではコーティング層は熱力学的に基材となるNi基超合金と平衡するため、高温・長時間の使用においても元素の相互拡散が起こりにくい。
本願発明の耐熱部材は、ジェットエンジンや発電用ガスタービンなどのタービンブレード用の材料に特に適していると考えられ、実用化が見込まれる。
表１に基材としたNi基超合金の組成を、表２にコーティング材の組成を示した。表２には、コメント欄に表１に示したNi基超合金との関係を示した。
Figure 2006104138
Figure 2006104138
Ａｒ雰囲気下のアークメルト溶解により各成分を有するコーティング材を溶製し、1250℃、10Hの均質化処理を行った後、直径10mm、厚さ5mmの試験片を切り出した。基材については、真空中の一方向凝固法により単結晶合金棒（φ10×130mm）を鋳造し、溶体化熱処理を行った後、直径10mm、厚さ5mmの試験片を切り出した。このようにして切り出したコーティング材、基材のそれぞれを表面研磨した後、基材とコーティング材の拡散対を作製し、大気中1100℃で300Hの拡散熱処理を行い、拡散挙動を調べた。試験後、拡散対の断面を電子顕微鏡（SEM）により変質層の厚みを測定した。表３に変質層の厚み測定結果を示した。一部の試料については、さらに、電子プローブマイクロアナライザ（EPMA）により元素の拡散状態を分析した。また、大気中1100℃で1Hサイクルの繰り返し試験を行った。
Figure 2006104138
表３から明らかなように、実施例では、従来技術と比較して変質層の厚みが劇的に減っていることがわかる。実施例１〜６および実施例１１〜１５は全ての元素が熱力学的平衡しているコーティングの例であり、変質層の厚みは1μm以下とほとんど観察されなかった。実施例８〜１０は、Ru、Ta、Mo、W、Reなどの高価な元素を排除し、最も拡散が速く、変質層を作る原因となるAlを基材であるNi基超合金と熱力学平衡するコーティングの例であるが、実施例８〜１０においても従来技術と比較して変質層の劇的な低減が確認される。
図１に従来技術１および実施例１で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真を示す。図２に実施例1の試料についての拡大写真を示す。従来技術１では厚み123μmの変質層が生じているのに対し、実施例１では変質層が生じていない。
図３に従来技術１および実施例１で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のEPMAによる元素分析結果を示す。従来技術１では123μmの範囲でコーティング/基材界面の拡散が起こり、変質層が生じているのに対し、実施例１では元素の拡散が全く生じていないことが、元素分析の結果からもわかる。
図４に実施例８および実施例１０で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真を示す。図５に実施例１１で得られた試料の同様なミクロ写真を示す。図４および図５から明らかなように、実施例８、１０および１１では、変質層が劇的に少なくなっていることがわかる。
図６に実施例２で得られた試料の1100℃×1Hサイクル酸化試験結果を基材に用いたNi基超合金と比較して示す。実施例２で得られた試料は、基材と比較して優れた耐酸化性を示し、耐酸化性と安定性を両立し、高温耐久性に格段に優れた耐熱部材であると言える。
表４、表５に、別のNi基超合金基材の組成、コーティング材の組成を示した。いずれも重量％で示している。表１に示したNi基超合金基材を含め、表４に示したNi基超合金基材に表５に示したコーティング材をコーティングし、1100℃×300H加熱保持後の変質層の厚みを測定した。その結果を表６に示した。
実施例１６−２３および３２、３３については、実施例１−１５と同様に、基材とコーティング材との拡散対を作製し、試験を行った。実施例２４−３１および参考例１−６については、次のようにして試料を作製し、試験した。真空中の一方向凝固法により各成分を有する基材の単結晶合金棒（φ10×130mm）を鋳造し、溶体化熱処理を行った後、表面をエメリー紙#600まで研磨した。得られた基材に対し、減圧プラズマ溶射法によりコーティング材を約50μmコーティングし、大気中1100℃で300H保持した。試験後、断面を電子顕微鏡（SEM）によりコーティング/基材界面の変質層の厚みを測定した。
Figure 2006104138
Figure 2006104138
Figure 2006104138
表６から明らかなように、実施例では、既存のコーティング材をコーティングした参考例と比較して変質層の厚みが非常に少なくなっている。コーティング/基材界面の拡散が抑えられていることが確認される。
実施例２０で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真を図７に示す。

Claims (19)

  1. Ni基超合金に、Ni基超合金との間に相互拡散を生じない一種もしくは複数種の物質がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  2. 請求の範囲１記載の耐熱部材において、Ni基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相、B2相のうちの少なくとも一種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  3. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:1.0重量%以上10.0重量%以下、Ta:0重量%以上14.0重量%以下、Mo:0重量%以上10.0重量%以下、W:0重量%以上15.0重量%以下、Re:0重量%以上10.0重量%以下、Hf:0重量%以上3.0重量%以下、Cr:0重量%以上20.0重量%以下、Co:0重量%以上20重量%以下、Ru:0重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上4.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  4. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:3.5重量%以上7.0重量%以下、Ta:2.0重量%以上12.0重量%以下、Mo:0重量%以上4.5重量%以下、W:0重量%以上10.0重量%以下、Re:0重量%以上8.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:1.0重量%以上15.0重量%以下、Co:2重量%以上16重量%以下、Ru:0重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  5. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:5.0重量%以上7.0重量%以下、Ta:4.0重量%以上10.0重量%以下、Mo:1.1重量%以上4.5重量%以下、W:4.0重量%以上10.0重量%以下、Re:3.1重量%以上8.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.0重量%以上10.0重量%以下、Co:0重量%以上15.0重量%以下、Ru:4.1重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  6. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:5.0重量%以上7.0重量%以下、Ta:4.0重量%以上8.0重量%以下、Mo:1.0重量%以上4.5重量%以下、W:4.0重量%以上8.0重量%以下、Re:3.0重量%以上6.0重量%以下、Hf:0.01重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.0重量%以上10.0重量%以下、Co:0.1重量%以上15.0重量%以下、Ru:1.0重量%以上4.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  7. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:5.5重量%以上6.5重量%以下、Ta:5.0重量%以上7.0重量%以下、Mo:1.0重量%以上4.0重量%以下、W:4.0重量%以上7.0重量%以下、Re:4.0重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上2.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、V:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:0.1重量%以上4.0重量%以下、Co:7.0重量%以上15.0重量%以下、Si:0.01重量%以上0.1重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  8. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:4.5重量%以上6.0重量%以下、Ta:5.0重量%以上8.0重量%以下、Mo:0.5重量%以上3.0重量%以下、W:7.0重量%以上10.0重量%以下、Re:1.0重量%以上3.0重量%以下、Ti:0.1重量%以上2.0重量%以下、Hf:0.01重量%以上0.50重量%以下、Cr:3.5重量%以上5.0重量%以下、Co:4.0重量%以上11.0重量%以下、Si:0.01重量%以上0.1重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  9. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:5.1重量%以上6.1重量%以下、Ta:4.5重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.1重量%以上7.1重量%以下、Re:6.4重量%以上7.4重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上7.0重量%以下、Co:5.1重量%以上6.1重量%以下、Ru:4.5重量%以上5.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.8重量%以上8.8重量%以下、Ta:7.0重量%以上9.0重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.0重量%以下、W:3.3重量%以上6.3重量%以下、Re:1.6重量%以上3.6重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.5重量%以上6.0重量%以下、Co:3.2重量%以上5.2重量%以下、Ru:2.9重量%以上4.9重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  10. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ta:5.3重量%以上6.3重量%以下、Mo:2.4重量%以上4.4重量%以下、W:4.3重量%以上6.3重量%以下、Re:4.4重量%以上5.4重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:5.5重量%以上6.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.1重量%以上8.1重量%以下、Ta:4.8重量%以上6.8重量%以下、Mo:1.9重量%以上3.9重量%以下、W:3.8重量%以上6.8重量%以下、Re:1.4重量%以上3.4重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:1.3重量%以上6.0重量%以下、Co:4.0重量%以上6.0重量%以下、Ru:4.2重量%以上6.2重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  11. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:5.2重量%以上6.2重量%以下、Ta:5.1重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.1重量%以上6.1重量%以下、Re:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.7重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:3.1重量%以上4.1重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.1重量%以上9.1重量%以下、Ta:7.2重量%以上9.2重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.5重量%以下、W:3.3重量%以上6.3重量%以下、Re:1.1重量%以上3.1重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.6重量%以上6.0重量%以下、Co:3.3重量%以上5.3重量%以下、Ru:1.8重量%以上3.8重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  12. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:5.4量%以上6.4重量%以下、Ta:5.1重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.4重量%以上6.4重量%以下、Re:4.5重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.7重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:4.5重量%以上5.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.3重量%以上9.3重量%以下、Ta:7.2重量%以上9.2重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.5重量%以下、W:3.5重量%以上6.5重量%以下、Re:0.8重量%以上1.3重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.6重量%以上6.0重量%以下、Co:3.3重量%以上5.3重量%以下、Ru:0.5重量%以上2.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  13. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:5.5量%以上6.5重量%以下、Ta:5.5重量%以上6.5重量%以下、Mo:1.5重量%以上2.5重量%以下、W:5.5重量%以上6.5重量%以下、Re:4.5重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上3.5重量%以下、Co:11.5重量%以上12.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.5重量%以上9.5重量%以下、Ta:8.3重量%以上10.3重量%以下、Mo:0重量%以上2.0重量%以下、W:4.8重量%以上6.8重量%以下、Re:0.6重量%以上1.8重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.4重量%以上2.4重量%以下、Co:8.2重量%以上10.2重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  14. 請求の範囲２記載の耐熱部材において、Al:4.8重量%以上5.8重量%以下、Ta:5.5重量%以上6.5重量%以下、Mo:1.4重量%以上2.4重量%以下、W:8.2重量%以上9.2重量%以下、Re:1.6重量%以上2.6重量%以下、Ti:0重量%以上2.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:4.4重量%以上5.4重量%以下、Co:7.3重量%以上8.3重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.9重量%以上8.9重量%以下、Ta:8.5重量%以上10.5重量%以下、Mo:0重量%以上1.9重量%以下、W:6.2重量%以上8.2重量%以下、Re:0重量%以上1.5重量%以下、Ti:0重量%以上1.7重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.4重量%以上2.4重量%以下、Co:3.7重量%以上5.7重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  15. 請求の範囲１から１４のうちのいずれか１つに記載の耐熱部材において、コーティング層はSi、Y、La、Ce、Zrのうちの一種もしくは複数種を0重量%以上1.0重量%以下含むことを特徴とする耐熱部材。
  16. 請求の範囲１から８および請求の範囲１３から１５のうちのいずれか１つに記載の耐熱部材において、コーティング層は、Ru、Ta、Mo、W、Reのうちの一種もしくは複数種を含まないことを特徴とする耐熱部材。
  17. 請求の範囲１６記載の耐熱部材において、コーティング層に含有されるAlがNi基超合金と熱力学平衡することを特徴とする耐熱部材。
  18. 請求の範囲１から１７のうちのいずれか１つに記載の耐熱部材において、コーティング層の表面にセラミックがコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
  19. 請求の範囲１から８いずれか１つに記載の耐熱部材において、Al：6.1重量%以上10.6重量%以下、Ta：0重量%以上10.5重量%以下、Mo：0重量%以上3.9重量%以下、W：0重量%以上8.2重量%以下、Re：0重量%以上3.4重量%以下、Ti：0重量%以上1.7重量%以下、Hf：0重量%以上1.15重量%以下、Cr：0.4重量%以上4.0重量%以下、Co：3.2重量%以上10.2重量%以下、Ru：0重量%以上6.2重量%以下Nb：0重量%以上1.5重量%以下、Si：0重量%以上1.0重量%以下、Y：0重量%以上1.0重量%以下、La：0重量%以上1.0重量%以下、Ce：0重量%以上1.0重量%以下、Zr：0重量%以上1.0重量%以下を含有し、残部がNiと不可避的不純物からなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
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