JPWO2016129521A1 - 遮熱コーティングの製造方法 - Google Patents

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Abstract

遮熱コーティング(100)は、タービン部材に用いられる耐熱合金基材と、前記耐熱合金基材上に形成され、厚さ方向に延びる縦割(C)が面方向に分散されて内部に複数の気孔(P)を含むセラミックス層(300)とを備える。積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子が溶射距離80mm以下で溶射され、縦割(C)が面方向に0.5本/mm以上40本/mm以下のピッチで分散されて、縦割(C)及び気孔(P)を合わせた気孔率が4%以上15%以下のセラミックス層(300)が形成される。

Description

本発明は、遮熱コーティング、タービン部材、ガスタービン及び遮熱コーティングの製造方法に関する。
本願は、2015年2月12日に出願された特願2015−025194号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
ガスタービンは、その効率を向上させるために、使用する燃焼ガスの温度を高く設定している。このような高温の燃焼ガスに晒される動翼や静翼のようなタービン翼には、表面に遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating:TBC)が施されている。遮熱コーティングは、被溶射物であるタービン部材の表面に、溶射により熱伝導率の小さい溶射材(例えば、熱伝導率の小さいセラミックス系材料)を被覆したものである。遮熱コーティングは、タービン部材の遮熱性及び耐久性を向上させている。
特許文献1に記載されているように、例えば、遮熱コーティングは、母材となる耐熱基材の表面に、アンダーコート層である金属結合層と、金属結合層の上に形成されたトップコート層であるセラミックス層とを備えている。このセラミックス層は、セラミック粉末に樹脂粉末を混合した混合粉末をアンダーコート層上に溶射することで形成される。特許文献1に記載されているセラミックス層は、厚さ方向に延びるき裂である縦割と気孔とが面方向に分散されて構成されている。
特開2013−181192号公報
ところで、上述した特許文献1に記載のような縦割を有する緻密なコーティングは、DVC(Dense Verticaly Crack)コーティングと称される。DVCコーティングは、縦割構造を有する緻密な組織となっていることで耐久性が向上されている。しかしながら、DVCコーティングは組織が緻密であるために、気孔率が小さくなってしまい、遮熱性が低下してしまう可能性がある。
本発明は、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させることが可能な遮熱コーティング、タービン部材、ガスタービン及び遮熱コーティングの製造方法を提供する。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様における遮熱コーティングは、タービン部材に用いられる耐熱合金基材と、前記耐熱合金基材上に形成され、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散されて内部に複数の気孔を含むセラミックス層とを備え、前記セラミックス層は、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子が溶射されて形成される。
このような構成によれば、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下のYbSZからなる溶射粒子を用いることで、溶射粒子は、耐熱合金基材に溶射されてセラミックス層を形成する際に、表面が溶融しつつもコアが溶融せずに残された状態となっている。そのため、セラミックス層には、溶融された溶射粒子の表面によって緻密な組織が形成されながら、残されている溶射粒子のコアによってポーラスな組織が形成される。したがって、十分な耐久性を確保するために必要な縦割を有する緻密な組織を有しながら、遮熱性を確保するために必要な量の気孔を含むポーラスな組織を有するセラミックス層を得ることができる。
上記遮熱コーティングでは、前記セラミックス層は、前記縦割が面方向に0.5本/mm以上40本/mm以下のピッチで分散され、気孔率が4%以上15%以下であってもよい。
上記遮熱コーティングでは、前記セラミックス層は、前記縦割が面方向に1本/mm以上6本/mm以下のピッチで分散され、気孔率が9%以上15%以下であってもよい。
上記遮熱コーティングでは、前記セラミックス層は、前記縦割が面方向に1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散され、気孔率が9%以上10%以下であってもよい。
このような構成によれば、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させたセラミックス層を高い精度で得ることができる。
本発明の第二の態様におけるタービン部材は、前記遮熱コーティングが形成されている。
本発明の第三の態様におけるガスタービンは、前記タービン部材を備える。
このように構成によれば、タービン部材が長期間に渡って高温に晒されて損傷することを抑制できる。メンテナンス周期を延ばすことができるため、ガスタービンを稼働停止させる頻度を低減することができる。
本発明の第四の態様における遮熱コーティングの製造方法は、タービン部材に用いられる耐熱合金基材上に、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子を溶射して、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散され、内部に複数の気孔を含むセラミックス層を形成するセラミックス層形成工程を含む。
このような構成によれば、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下のYbSZからなる溶射粒子を用いることで、溶射粒子は、耐熱合金基材に溶射されてセラミックス層を形成する際に、表面が溶融しつつもコアが溶融せずに残された状態となっている。そのため、セラミックス層には、溶融された溶射粒子の表面によって緻密な組織が形成されながら、残されている溶射粒子のコアによってポーラスな組織が形成される。したがって、十分な耐久性を確保するために必要な縦割を有する緻密な組織を有しながら、遮熱性を確保するために必要な量の気孔を含むポーラスな組織を有するセラミックス層を得ることができる。
上記遮熱コーティングの製造方法では、前記セラミックス層形成工程は、前記縦割が面方向に0.5本/mm以上40本/mm以下のピッチで分散し、気孔率が4%以上15%以下となるように前記セラミックス層を形成してもよい。
上記遮熱コーティングの製造方法では、前記セラミックス層形成工程は、前記縦割が面方向に1本/mm以上6本/mm以下のピッチで分散し、気孔率が9%以上15%以下となるように前記セラミックス層を形成してもよい。
上記遮熱コーティングの製造方法では、前記セラミックス層形成工程は、前記縦割が面方向に1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散し、気孔率が9%以上10%以下となるように前記セラミックス層を形成してもよい。
このような構成によれば、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させたセラミックス層を高い精度で得ることができる。
本発明によれば、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子を用いることで、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上することができる。
本発明の実施形態におけるガスタービンの概略構成図である。 本発明の実施形態における動翼が治具に固定された様子を示す模式図である。 本発明の実施形態における遮熱コーティングの概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態における溶射粒子の積算粒度分布50%粒径と各種特性との関係を表す図である。同図(a)は積算粒度分布50%粒径と溶射パス数との関係を表す図である。同図(b)は積算粒度分布50%粒径と熱サイクル耐久性との関係を表す図である。同図(c)は積算粒度分布50%粒径と熱伝導率との関係を表す図である。 本発明の実施形態における溶射粉末の製造方法のフロー図である。 本発明の実施形態における遮熱コーティングを説明する拡大写真である。
以下、本発明に係る実施形態について図1から図6を参照して説明する。
図1に示すように、この実施形態におけるガスタービン1は、圧縮機2と、燃焼器3と、タービン本体4と、ロータ5と、を備えている。
圧縮機2は、多量の空気を内部に取り入れて圧縮する。
燃焼器3は、圧縮機2にて圧縮された圧縮空気Aに燃料を混合して燃焼させる。
タービン本体4は、燃焼器3から導入された燃焼ガスGの熱エネルギーを回転エネルギーに変換する。このタービン本体4は、ロータ5に設けられた動翼(タービン部材)7に燃焼ガスGを吹き付けることで燃焼ガスGの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させる。タービン本体4には、ロータ5側の複数の動翼7の他に、タービン本体4のケーシング6に複数の静翼(タービン部材)8が設けられる。タービン本体4では、これら動翼7と静翼8とが、ロータ5の軸方向に交互に配列されている。
ロータ5は、タービン本体4の回転する動力の一部を圧縮機2に伝達して圧縮機2を回転させる。
以下、この実施形態においては、タービン本体4の動翼7を、本発明のタービン部材の一例として説明する。
図2に示すように、動翼7は、例えば、Ni基合金等の周知の耐熱合金により形成されている耐熱合金基材である。本実施形態の動翼7は、翼本体部71と、プラットフォーム部72と、不図示の翼根部と、を有している。翼本体部71は、ガスタービン1のケーシング6内の高温の燃焼ガスGが流れる燃焼ガス流路内に配置されている。プラットフォーム部72とは、翼本体部71の基端部に設けられて翼本体部71の延びる方向と交差する面を有している。翼根部は、プラットフォーム部72から翼本体部71と反対側へ突出している。
図3に示すように、遮熱コーティング100は、耐熱合金基材である動翼7の表面を覆うように形成される。遮熱コーティング100は、動翼7の表面のうち、翼本体部71の表面と、プラットフォーム部72の翼本体部71と接続されている側の表面とにそれぞれ形成される。本実施形態の遮熱コーティング100は、動翼7の表面上に積層される金属結合層200と、金属結合層200の表面に積層されるセラミックス層300と、を有している。
金属結合層200は、セラミックス層300が剥離すること抑制し、耐食性及び耐酸化性に優れたボンドコート層として形成される。金属結合層200は、例えば、溶射粒子としてMCrAlY合金の金属溶射粉を動翼7の表面に対して溶射することで形成される。ここで、金属結合層200を構成するMCrAlY合金の「M」は、金属元素を示し、例えば、NiCo、Ni、Co等の単独の金属元素又はこれらのうち2種以上の組み合わせを示している。本実施形態の金属結合層200は、翼本体部71の表面と、プラットフォーム部72の翼本体部71と接続されている側の表面とをそれぞれ覆うように一体をなして積層されている。本実施形態の金属結合層200は、0.05mmから0.2mm程度の膜厚で形成されている。
セラミックス層300は、金属結合層200が形成された動翼7の表面に向かって溶射粒子を溶射して形成されるトップコート層である。セラミックス層300は、セラミックス層300の厚さ方向に延びる縦割Cが面の広がる面方向に分散されて内部に複数の気孔Pを含む緻密なDVC(Dense Verticaly Crack)コーティングである。本実施形態のセラミックス層300は、1mm当たりの縦割Cの分布が、0.5本/mm以上40本/mm以下のピッチで分散し、気孔率が4%以上15%以下の範囲に収まるように形成されている。セラミックス層300は、0.2mmから1mm程度の膜厚で形成されている。
セラミックス層300は、1mm当たりの縦割Cの分布が、1本/mm以上6本/mm以下のピッチで分散し、気孔率が9%以上15%以下の範囲に収まるように形成されていることが好ましい。特に、セラミックス層300は、1mm当たりの縦割Cの分布が、1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散し、気孔率が9%以上10%以下の範囲に収まるように形成されていることがより好ましい。
なお、本実施形態における気孔率とは、単位体積当たりの気孔Pのみの占有率だけでなく、縦割C及び気孔Pを合わせた占有率である。したがって、仮に、上述したセラミックス層300の気孔率9%以上10%以下という範囲を単位体積当たりの気孔Pのみの占有率で表すならば、本実施形態のセラミックス層300の気孔率は、5%以上7%以下の範囲に収まるように形成されることが好ましい。
セラミックス層300を形成する溶射粒子は、Ybで部分安定化させたZrOであるYbS(イッテルビア安定化ジルコニア)からなる。本実施形態の溶射粒子は、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZである。
積算粒度分布50%粒径を100μm以下とするのは、図4(a)に示すように、溶射粒子の粒径が大きくなりすぎて100μmよりも大きくなってしまうと、溶射する際に成膜が完了するまでの溶射パス数が著しく増加してしまい、実際に製造することが困難となってしまうためである。図4(b)に示すように、溶射粒子の粒径が、積算粒度分布50%粒径100μmを超えてしまうと、セラミックス層300に縦割Cが入りづらくなってしまい、熱サイクル耐久性が低下してしまうためでもある。
積算粒度分布50%粒径を40μm以上とするのは、粒径が小さくなり過ぎて積算粒度分布50%粒径40μmよりも小さくなってしまうと、セラミックス層300が緻密になり過ぎてしまって気孔率が低下してしまう。その結果、図4(c)に示すように、セラミックス層300の熱伝導率が上昇してしまい、遮熱性が低下してしまうためである。
なお、本実施形態でいう積算粒度分布とは、粉体、つまり集合体としての粒子の大きさを表す値である。積算粒度分布は、多数個の測定結果を粒子径毎の存在比率の分布で表したものである。積算粒度分布50%粒径とは、メディアン径とも呼ばれる。積算粒度分布50%粒径は、粉体をある粒子径から2つに分けた際に、大きい側と小さい側が等量となる粒子径である。
なお、溶射粒子の粒子径毎の存在比率の分布は、例えは、レーザ散乱回折式粒度分布測定装置等を用いて測定することができる。
上記YbSZにより構成されるセラミックス層300において、安定化剤であるYbの添加割合は、Ybの添加量が2重量%以上となることで、熱サイクル耐久性が向上し始める。この効果は添加量35重量%直前まで有効に作用する。熱サイクル耐久性において、熱サイクル試験は、例えば特許第4388466号公報の図7や図8に示す装置を用いて行われる。この熱サイクル耐久性からみたYbの有効な添加量は4重量%以上30重量%以下である。8重量%以上27重量%以下のYbの添加量範囲とされているならば、本実施形態の遮熱コーティング100は、より優れた熱サイクル耐久性を発揮することができる。Yb添加量が上記範囲を超える場合には、熱サイクル耐久性が低下する。これは、上記添加量が8重量%未満の場合には、セラミックス層300に単斜晶相(m相)が残存する量が増えるために耐久性が低下し、25重量%を越える場合には、セラミックス層300が正方晶となり易く、耐久性に優れるt’相の割合が低下するために耐久性が低下するからである。
Yb添加量は、より好ましくは10重量%以上25重量%以下であり、12重量%以上20重量%以下とすることが最も好ましい。これらの範囲に添加量を制御することで、さらに熱サイクル耐久性に優れる遮熱コーティング100とすることができる。
次に、上記遮熱コーティング100を動翼7の表面に積層させる遮熱コーティングの製造方法について説明する。
遮熱コーティングの製造方法は、図2に示すように、動翼7を治具91上に固定して、動翼7の表面に溶射ガン92によって溶射粒子を溶射することで実施される。本実施形態の遮熱コーティングの製造方法は、動翼7の表面上に金属結合層200を形成する金属結合層形成工程と、金属結合層200上にセラミックス層300を形成するセラミックス層形成工程とを含む。
金属結合層形成工程は、治具91上に設置された動翼7の表面に対して金属溶射粉を溶射して金属結合層200を形成する。本実施形態の金属結合層形成工程は、動翼7の翼本体部71の表面と、翼本体部71が接続されている側のプラットフォーム部72の表面とに対して実施する。金属結合層形成工程は、例えば、MCrAlY合金の金属溶射粉を大気プラズマ溶射法により動翼7の表面に溶射ガン92で溶射することで、金属結合層200を形成する。
セラミックス層形成工程は、金属結合層形成工程で形成した金属結合層200上から動翼7の表面に向かってYbSZからなる溶射粒子を溶射してセラミックス層300を形成する。本実施形態のセラミックス層形成工程は、動翼7の表面に形成されている金属結合層200上に積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子を大気圧プラズマ溶射法によって溶射してセラミックス層300を形成する。セラミックス層形成工程は、例えば、溶射ガン92の出力を、電流500A〜800A、電圧55V〜70Vに設定して実施されることが好ましい。溶射ガン92の出口と溶射粒子を溶射する面との距離である溶射距離は、十分な耐久性を確保するために必要な縦割Cを有する緻密な組織を有しながら、遮熱性を確保するために必要な量の気孔Pを含むポーラスな組織を有するセラミックス層300を得るために、溶射に必要な最低限の距離以上から80mm以下に設定して実施されることが好ましく、より好ましくは70mm以下に設定する。本実施形態のセラミックス層形成工程では、例えば、溶射距離を70mmに設定する。
本実施形態で用いるYbSZからなる溶射粒子は、以下の手順により製造することができる。
図5に示すように、YbSZからなる溶射粒子の製造方法は、ZrO粉末と所定の添加割合のYb粉末を準備する(第一工程S11,S12)。準備したこれらの粉末を適当なバインダーや分散剤とともにボールミル中で混練してスラリーを作成する(第二工程S20)。次に、作成したスラリーをスプレードライヤーにより粒状にして乾燥させる(第三工程S30)。乾燥させた後に、1200〜1600℃に加熱する拡散熱処理により固溶化させる(第四工程S40)。これらにより、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子を得る。
上記のような遮熱コーティング100や遮熱コーティングの製造方法によれば、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下のYbSZからなる溶射粒子によってセラミックス層300が形成されている。このような溶射粒子は、動翼7に溶射されてセラミックス層300を形成する際に、表面が溶融しつつもコアが溶融せずに残された状態となっている。そのため、セラミックス層300には、溶融された溶射粒子の表面によって緻密な組織が形成されながら、残されている溶射粒子のコアによって部分的にポーラスな組織が形成される。
具体的には、下記表1の実施例や図6の拡大写真に示すように、縦割Cが面方向に1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散され、単位体積当たりの縦割C及び気孔Pを合わせた占有率である気孔率が9〜10%程度のセラミックス層300を形成することができる。
一方、表1の比較例1のように、同じYbSZであっても、積算粒度分布50%粒径が30μmのYbSZからなる溶射粒子を溶射することによって形成されたセラミックス層では、縦割Cが面方向に2本/mm以上40本/mm以下のピッチで分散され、単位体積当たりの縦割C及び気孔Pを合わせた占有率である気孔率が8%程度となってしまう。即ち、積算粒度分布50%粒径が40μm以下のYbSZからなる溶射粒子では、縦割Cが面方向に1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散され、かつ、気孔率が9〜10%程度の組織を有するセラミックス層300を得ることが難しい。
表1の実施例のように、積算粒度分布50%粒径が70μmのYbSZからなる溶射粒子によって形成されたセラミックス層300の特性は、熱伝導率の比率(比較例3に対する)が1.2〜1.5、熱サイクル耐久性の比率(比較例3に対する)が1.5程度となる。この特性は、表1の実施例と比較例1とを比較することでも明らかなように、積算粒度分布50%粒径が30μmのYbSZからなる溶射粒子によって形成されたセラミックス層の特性よりも優れた特性を示している。即ち、比較例1のセラミックス層300の熱伝導率の比率1.6〜1.8よりも実施例のセラミックス層300の熱伝導率は小さく、実施例のセラミックス層300の遮熱性が高くなっていることが分かる。比較例1のセラミックス層300の熱サイクル耐久性の比率1.5と実施例のセラミックス層300の熱サイクル耐久性とが同等であり、実施例のセラミックス層300に十分な耐久性が確保されていることが分かる。
したがって、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下のYbSZからなる溶射粒子によってセラミックス層300を形成することで、十分な耐久性を確保するために必要な縦割Cを有する緻密な組織を有しながら、遮熱性を確保するために必要な量の気孔Pを含むポーラスな組織を有するセラミックス層300を得ることができる。これにより、本実施形態の遮熱コーティング100は、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させることができる。
セラミックス層300が、縦割Cが面方向に0.5本/mm以上40本/mm以下のピッチで分散され、気孔率が4%以上15%以下となるように形成されることで、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させたセラミックス層300を高い精度で得ることができる。セラミックス層300が、縦割Cが面方向に1本/mm以上6本/mm以下のピッチで分散され、気孔率が9%以上15%以下となるように形成されることで、より高い性能を得ることができる。特に、セラミックス層300が、縦割Cが面方向に1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散され、気孔率が9%以上10%以下となるように形成されることで、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させたセラミックス層300をより一層高い精度で得ることができる。特に、YbSZからなる溶射粒子によって形成されることで、より高い性能のセラミックス層300を得ることができる。
具体的には、表1の比較例2のように、YbSZではなく、YSZからなる溶射粒子によって、縦割Cが面方向に1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散されたとしても、十分な遮熱性を得ることができない。例えば、比較例2のセラミックス層300の熱伝導率よりも実施例のセラミックス層300の熱伝導率が小さいことからも、比較例1のセラミックス層300では実施例のセラミックス層300と同等の遮熱性を得ることができていないことが分かる。
上記表1の比較例3のように、縦割Cを有しないポーラスな組織によって気孔率を10%程度にした場合の熱サイクル耐久性を1(ベース)とすると、同じYSZを溶射粒子とする比較例2の熱サイクル耐久性の比率1.3と比べて低くなっていることが分かる。比較例3の熱サイクル耐久性を、YbSZを溶射粒子とし縦割Cを有する実施例の熱サイクル耐久性の比率1.5及び比較例1の熱サイクル耐久性の比率1.5と比べると、さらに低くなっていることが分かる。
したがって、単に縦割Cが面方向に1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散された組織や、単に気孔率を10%程度の組織を有するYSZの溶射粒子で形成されたセラミックス層300に比べて、本実施形態のセラミックス層300は、より高い性能を得ることができる。
実施例と比較例1〜比較例3とを比べても明らかなように、TBC表面温度1100℃における高温環境下での摩擦特性を示す高温エロージョン特性も高い性能を示すことが分かる。したがって、耐エロージョン性も確保することができる。
ポリエステル樹脂やアクリル樹脂等の不純物をほとんど含むことのないYbSZのみからなる溶射粒子によって、セラミックス層300を形成することができる。そのため、溶射後に熱処理等を施すことなく、縦割Cを有する緻密な組織内に遮熱性を向上させるために必要な量の気孔Pを含ませることができる。したがって、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させた遮熱コーティング100を少ない工程で得ることができる。
上述した実施形態におけるタービン部材である動翼7によれば、長期間に渡って高温に晒されて損傷することを抑制できる。メンテナンス周期を延ばすことができるため、ガスタービン1を稼働停止させる頻度を低減することができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
なお、金属結合層200やセラミックス層300は、本実施形態以外の方法で形成されてもよい。例えば、大気圧プラズマ溶射以外の電気式溶射として減圧プラズマ溶射を用いてもよく、ガス式溶射として、フレーム溶射法、高速フレーム溶射を用いてよい。溶射法以外の方法で形成してもよく、例えば、電子ビーム物理蒸着法を用いてもよい。
金属結合層200やセラミックス層300は、本実施形態のように、全域にわたって同じ膜厚に形成されることに限定されるものではなく、使用される環境等の条件に応じて適宜設定されればよい。
本実施形態では、タービン部材として、動翼7を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、タービン部材は静翼8であってもよい。
本実施形態のセラミックス層形成工程は、溶射ガン92の出力を、電流500A〜800A、電圧55V〜70V、溶射距離を70mmとしたが、この条件に限定されるものではない。したがって、セラミックス層形成工程では、縦割Cが面方向に0.5本/mm以上40本/mm以下のピッチで分散され、気孔率が9%以上15%以下となるようにセラミックス層300を形成できればよく、出力や溶射速度などの条件を変えて実施してもよい。
上記した遮熱コーティング100及び遮熱コーティングの製造方法によれば、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子を用いることで、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上することができる。
1 ガスタービン
2 圧縮機
3 燃焼器
4 タービン本体
5 ロータ
A 圧縮空気
G 燃焼ガス
6 ケーシング
7 動翼
71 翼本体部
72 プラットフォーム部
8 静翼
100 遮熱コーティング
200 金属結合層
300 セラミックス層
C 縦割
P 気孔
91 治具
92 溶射ガン
S11,S12 第一工程
S20 第二工程
S30 第三工程
S40 第四工程
本発明は、熱コーティングの製造方法に関する。
本願は、2015年2月12日に出願された特願2015−025194号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明は、十分な耐久性を確保しつつ、遮熱性を向上させることが可能な遮熱コーティングの製造方法を提供する。
本発明の第の態様における遮熱コーティングの製造方法は、タービン部材に用いられる耐熱合金基材上に、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子を溶射距離80mm以下で溶射して、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散され、前記縦割が面方向に0.5本/mm以上40本/mm以下のピッチで分散されて内部に複数の気孔を有し、前記縦割及び前記気孔を合わせた気孔率が4%以上15%以下のセラミックス層を形成するセラミックス層形成工程を含む

Claims (8)

  1. タービン部材に用いられる耐熱合金基材と、
    前記耐熱合金基材上に形成され、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散されて内部に複数の気孔を含むセラミックス層とを備え、
    積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子が溶射距離80mm以下で溶射され、前記縦割が面方向に0.5本/mm以上40本/mm以下のピッチで分散されて、前記縦割及び前記気孔を合わせた気孔率が4%以上15%以下の前記セラミックス層が形成される遮熱コーティング。
  2. タービン部材に用いられる耐熱合金基材と、
    前記耐熱合金基材上に形成され、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散されて内部に複数の気孔を含むセラミックス層とを備え、
    積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子が溶射距離80mm以下で溶射され、前記縦割が面方向に1本/mm以上6本/mm以下のピッチで分散されて、前記縦割及び前記気孔を合わせた気孔率が9%以上15%以下の前記セラミックス層が形成される遮熱コーティング。
  3. タービン部材に用いられる耐熱合金基材と、
    前記耐熱合金基材上に形成され、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散されて内部に複数の気孔を含むセラミックス層とを備え、
    積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子が溶射距離80mm以下で溶射され、前記縦割が面方向に1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散されて、前記縦割及び前記気孔を合わせた気孔率が9%以上10%以下の前記セラミックス層が形成される遮熱コーティング。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の遮熱コーティングが形成されているタービン部材。
  5. 請求項4に記載のタービン部材を備えるガスタービン。
  6. タービン部材に用いられる耐熱合金基材上に、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子を溶射距離80mm以下で溶射して、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散され、前記縦割が面方向に0.5本/mm以上40本/mm以下のピッチで分散されて内部に複数の気孔を有し、前記縦割及び前記気孔を合わせた気孔率が4%以上15%以下のセラミックス層を形成するセラミックス層形成工程を含む遮熱コーティングの製造方法。
  7. タービン部材に用いられる耐熱合金基材上に、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子を溶射距離80mm以下で溶射して、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散され、前記縦割が面方向に1本/mm以上6本/mm以下のピッチで分散されて内部に複数の気孔を有し、前記縦割及び前記気孔を合わせた気孔率が9%以上15%以下のセラミックス層を形成するセラミックス層形成工程を含む遮熱コーティングの製造方法。
  8. タービン部材に用いられる耐熱合金基材上に、積算粒度分布50%粒径が40μm以上100μm以下とされる粒度分布を有するYbSZからなる溶射粒子を溶射距離80mm以下で溶射して、厚さ方向に延びる縦割が面方向に分散され、前記縦割が面方向に1本/mm以上2本/mm以下のピッチで分散されて内部に複数の気孔を有し、前記縦割及び前記気孔を合わせた気孔率が9%以上10%以下のセラミックス層を形成するセラミックス層形成工程を含む遮熱コーティングの製造方法。
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