KR20170102963A - 용사 입자의 제조 방법, 터빈 부재, 가스 터빈, 및 용사 입자 - Google Patents
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Abstract
두께 방향으로 연장되는 세로 균열이 면 방향으로 분산되며 내부에 복수의 기공을 포함하는 세라믹스 층을 형성하는 용사 입자의 제조 방법이다. 용사 입자의 제조 방법은, 슬러리(13)의 고형분 농도를 75 중량% 이상 85 중량% 이하로 조정하고, 슬러리(13)를 분무 건조 장치(10)의 원반 형상의 애토마이저(12)에 공급하고, 애토마이저(12)로부터 슬러리(13)가 돌출되는 돌출 속도를 60 m/초 이상 90 m/초 이하로 하고, 슬러리(13)가 건조된 용사 입자 본체(22)를 열 처리하여, 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하의 YbSZ로 이루어지는 용사 입자를 제조한다.
Description
본 발명은 용사 입자의 제조 방법, 터빈 부재, 가스 터빈, 및 용사 입자에 관한 것이다.
본원은 2015년 2월 12일에 출원된 일본 특허 출원 제 2015-025195 호에 대하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈은, 그 효율을 향상시키기 위해서, 사용하는 연소 가스의 온도를 높게 설정하고 있다. 이러한 고온의 연소 가스에 노출되는 동익이나 정익과 같은 터빈 날개에는, 표면에 차열 코팅(Thermal Barrier Coating : TBC)이 실시되어 있다. 차열 코팅은, 피용사물인 터빈 부재의 표면에, 용사에 의해 열전도율이 작은 용사재(예를 들면, 열전도율이 작은 세라믹스계 재료)를 피복한 것이다. 차열 코팅은 터빈 부재의 차열성 및 내구성을 향상시키고 있다.
특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 예를 들면, 차열 코팅은, 모재가 되는 내열 기재의 표면에, 언더코트 층인 금속 결합 층과, 금속 결합 층 위에 형성된 탑코트 층인 세라믹스 층을 구비하고 있다. 이 세라믹스 층은, 세라믹 분말에 수지 분말을 혼합한 혼합 분말을 언더코트 층 상에 용사하는 것에 의해 형성된다. 특허문헌 1에 기재되어 있는 세라믹스 층은 두께 방향으로 연장되는 균열인 세로 균열과 기공이 면 방향으로 분산되어 구성되어 있다.
그런데, 상술한 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 세로 균열을 갖는 치밀한 코팅은 DVC(Dense Verticaly Crack) 코팅이라 불려진다. DVC 코팅은 세로 균열 구조를 갖는 치밀한 조직으로 되어 있는 것에 의해 내구성이 향상되어 있다. 그렇지만, DVC 코팅은 조직이 치밀하기 때문에, 기공율이 작아져 버려, 차열성이 저하되어 버릴 가능성이 있다.
본 발명은, 충분한 내구성을 확보하면서, 차열성을 향상시킨 세라믹스 층을 형성하는 것이 가능한 용사 입자의 제조 방법, 터빈 부재, 가스 터빈, 용사 입자를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 제안하고 있다.
본 발명의 제 1 태양에 있어서의 용사 입자의 제조 방법은, 터빈 부재에 이용되는 내열 합금 기재 상에 형성되는 세라믹스 층을 형성하는 용사 입자의 제조 방법으로서, 상기 용사 입자의 원료 및 물 및 분산제를 혼합하여 이루어지는 슬러리의 고형분 농도를 75 중량% 이상 85 중량% 이하로 조정하고, 상기 슬러리를 분무 건조 장치의 원반 형상의 애토마이저에 공급하고, 상기 애토마이저의 회전 속도를 조정하여, 상기 애토마이저로부터 상기 슬러리가 돌출하는 돌출 속도를 60 m/초 이상 90 m/초 이하로 하고, 상기 슬러리가 상기 분무 건조 장치 내에서 건조되어 용사 입자 본체를 형성하며, 이것을 열 처리하여, 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하의 YbSZ로 이루어지는 용사 입자를 제조한다.
이러한 구성에 의하면, 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하가 되는 입도 분포를 갖는 용사 입자를 얻을 수 있다. 따라서, 용사 입자의 표면이 용융되면서도 코어가 용융되지 않고 남겨진 상태에서 세라믹스 층을 형성하는 것이 가능한 용사 입자를 얻을 수 있다. 이러한 용사 입자에 의해 형성된 세라믹스 층에는, 용융된 용사 입자의 표면에 의해 치밀한 조직이 형성되면서, 남아 있는 용사 입자의 코어에 의해 포러스한 조직이 형성된다. 이에 의해, 충분한 내구성을 확보하기 위해서 필요한 세로 균열을 갖는 치밀한 조직을 가지면서, 차열성을 확보하기 위해서 필요한 양의 기공을 포함하는 포러스한 조직을 갖는 세라믹스 층을 얻을 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 있어서의 터빈 부재는, 상기 용사 입자의 제조 방법으로 얻어진 용사 입자에 의해 형성된 세로 균열 및 기공을 갖는 세라믹스 층을 갖는 차열 코팅을 구비한다.
본 발명의 제 3 태양에 있어서의 가스 터빈은 터빈 부재를 구비한다.
이와 같이 구성에 의하면, 터빈 부재가 장기간에 걸쳐서 고온에 노출되어 손상되는 것을 억제할 수 있다. 유지 보수 주기를 연장시킬 수 있기 때문에, 가스 터빈을 가동 정지시키는 빈도를 저감할 수 있다.
본 발명의 제 4 태양에 있어서의 용사 입자는, 터빈 부재에 이용되는 내열 합금 기재 상에 형성되는 세라믹스 층을 형성하는 용사 입자로서, 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하의 YbSZ로 이루어진다.
이러한 구성에 의하면, 용사 입자의 표면이 용융되면서도 코어가 용융되지 않고 남겨진 상태에서 세라믹스 층을 형성할 수 있는 용사 입자를 얻을 수 있다. 이러한 용사 입자를 이용하는 것에 의해, 세라믹스 층에, 용융된 용사 입자의 표면에 의해 치밀한 조직을 형성하면서, 남아 있는 용사 입자의 코어에 의해 포러스한 조직을 형성할 수 있다. 이에 의해, 충분한 내구성을 확보하기 위해 필요한 세로 균열을 갖는 치밀한 조직을 가지면서, 차열성을 확보하기 위해 필요한 양의 기공을 포함하는 포러스한 조직을 갖는 세라믹스 층을 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하가 되는 입도 분포를 갖는 YbSZ로 이루어지는 용사 입자를 얻을 수 있어서, 충분한 내구성을 확보하면서, 차열성을 향상시킨 세라믹스 층을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 동익이 지그에 고정된 형태를 도시하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 있어서의 차열 코팅의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서의 용사 입자의 제조 방법의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 용사 입자의 제조 방법에서 이용되는 분무 건조 장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 분무 건조 장치가 구비하는 애토마이저의 설명도로서, 도 6의 (a)는 그 평면을 도시하고 있고, 도 6의 (b)는 그 측면을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 동익이 지그에 고정된 형태를 도시하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 있어서의 차열 코팅의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서의 용사 입자의 제조 방법의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 용사 입자의 제조 방법에서 이용되는 분무 건조 장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 분무 건조 장치가 구비하는 애토마이저의 설명도로서, 도 6의 (a)는 그 평면을 도시하고 있고, 도 6의 (b)는 그 측면을 도시하고 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시형태에 대하여 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 이 실시형태에 있어서의 가스 터빈(1)은 압축기(2)와, 연소기(3)와, 터빈 본체(4)와, 로터(5)를 구비하고 있다.
압축기(2)는 다량의 공기를 내부에 도입하고 압축한다.
연소기(3)는 압축기(2)에서 압축된 압축 공기(A)에 연료를 혼합하고 연소시킨다.
터빈 본체(4)는 연소기(3)로부터 도입된 연소 가스(G)의 열 에너지를 회전 에너지로 변환한다. 이 터빈 본체(4)는, 로터(5)에 마련된 동익(터빈 부재)(7)에 연소 가스(G)를 불어 넣는 것에 의해 연소 가스(G)의 열 에너지를 기계적인 회전 에너지로 변환하여 동력을 발생시킨다. 터빈 본체(4)에는, 로터(5)측의 복수의 동익(7) 이외에, 터빈 본체(4)의 케이싱(6)에 복수의 정익(터빈 부재)(8)이 마련된다. 터빈 본체(4)에서는, 이들 동익(7)과 정익(8)이 로터(5)의 축 방향으로 교대로 배열되어 있다.
로터(5)는 터빈 본체(4)의 회전하는 동력의 일부를 압축기(2)에 전달하여 압축기(2)를 회전시킨다.
이하, 이 실시형태에 있어서는, 터빈 본체(4)의 동익(7)을 본 발명의 터빈 부재의 일 예로서 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 동익(7)은, 예를 들면, Ni기 합금 등의 주지의 내열 합금에 의해 형성되어 있는 내열 합금 기재이다. 본 실시형태의 동익(7)은 날개 본체부(71)와, 플랫폼부(72)와, 도시하지 않은 익근부를 갖고 있다. 날개 본체부(71)는 가스 터빈(1)의 케이싱(6) 내의 고온의 연소 가스(G)가 흐르는 연소 가스 유로 내에 배치되어 있다. 플랫폼부(72)는, 날개 본체부(71)의 기단부에 마련되며 날개 본체부(71)가 연장되는 방향과 교차하는 면을 갖고 있다. 익근부는 플랫폼부(72)로부터 날개 본체부(71)와 반대측으로 돌출되어 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 차열 코팅(100)은 내열 합금 기재인 동익(7)의 표면을 덮도록 형성된다. 차열 코팅(100)은 동익(7)의 표면 중, 날개 본체부(71)의 표면과, 플랫폼부(72)의 날개 본체부(71)와 접속되어 있는 측의 표면에 각각 형성된다. 본 실시형태의 차열 코팅(100)은 동익(7)의 표면 상에 적층되는 금속 결합 층(200)과, 금속 결합 층(200)의 표면에 적층되는 세라믹스 층(300)을 갖고 있다.
금속 결합 층(200)은, 세라믹스 층(300)이 박리되는 것을 억제하여, 내식성 및 내산화성이 뛰어난 본드 코트 층으로서 형성된다. 금속 결합 층(200)은, 예를 들면, 용사 입자로서 MCrAlY 합금의 금속 용사분을 동익(7)의 표면에 대하여 용사하는 것에 의해 형성된다. 여기서, 금속 결합 층(200)을 구성하는 MCrAlY 합금의 "M"은 금속 원소를 나타내며, 예를 들면, NiCo, Ni, Co 등의 단독의 금속 원소 또는 이들 중 2종 이상의 조합을 나타내고 있다. 본 실시형태의 금속 결합 층(200)은, 날개 본체부(71)의 표면과, 플랫폼부(72)의 날개 본체부(71)와 접속되어 있는 측의 표면을 각각 덮도록 일체를 이루며 적층되어 있다. 본 실시형태의 금속 결합 층(200)은 0.05㎜ 내지 0.2㎜ 정도의 막 두께로 형성되어 있다.
세라믹스 층(300)은, 금속 결합 층(200)이 형성된 동익(7)의 표면을 향하여 용사 입자를 용사하여 형성되는 탑코트 층이다. 세라믹스 층(300)은, 세라믹스 층(300)의 두께 방향으로 연장되는 세로 균열(C)이 면의 넓어지는 면 방향으로 분산되며 내부에 복수의 기공(P)을 포함하는 치밀한 DVC(Dense Verticaly Crack) 코팅이다. 본 실시형태의 세라믹스 층(300)은 1㎜ 당의 세로 균열(C)의 분포가 1 개/㎜ 이상 2 개/㎜ 이하의 피치로 분산되어 있다. 세라믹스 층(300)은 기공율이 9% 이상 10% 이하의 범위에 들어가도록 형성되어 있다. 세라믹스 층(300)은 0.2㎜ 내지 1㎜ 정도의 막 두께로 형성되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 기공율이란, 단위 체적 당의 기공(P)만의 점유율 뿐만 아니라, 세로 균열(C) 및 기공(P)을 합한 점유율이다. 따라서, 만일, 상술한 세라믹스 층(300)의 기공율 9% 이상 10% 이하라는 범위를 단위 체적 당의 기공(P)만의 점유율로 나타낸다면, 본 실시형태의 세라믹스 층(300)의 기공율은 5% 이상 7% 이하의 범위에 들어가도록 형성되는 것이 바람직하다.
세라믹스 층(300)을 형성하는 용사 입자는 Yb2O3에서 부분 안정화시킨 ZrO2인 YbS(이테르비아 안정화 지르코니아)로 이루어진다. 본 실시형태의 용사 입자는 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하가 되는 입도 분포를 갖는 YbSZ이다.
또한, 본 실시형태에서 말하는 적산 입도 분포란, 분체, 즉 집합체로서의 입자의 크기를 나타내는 값이다. 적산 입도 분포는 다수개의 측정 결과를 입자 직경마다의 존재 비율의 분포로 나타낸 것이다. 적산 입도 분포 50% 입경이란, 미디언 직경이라고도 불린다. 적산 입도 분포 50% 입경은, 분체를 어느 입자 직경으로부터 2개로 나누었을 때에, 큰 측과 작은 측이 동일한 양이 되는 입자 직경이다.
또한, 용사 입자의 입자 직경마다의 존재 비율의 분포는, 예를 들어, 레이저 산란 회절식 입도 분포 측정 장치 등을 이용하여 측정할 수 있다.
상술한 입도 분포를 갖는 용사 입자는 도 4에 나타내는 순서로 제조된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 최초에, 용사 입자를 구성하는 각종 원료(용사 입자의 원료)를, 슬러리 제작 시의 각종 방법에 따라서 목적의 조성이 되도록 칭량한다(단계 S1). 이어서, 단계 S1에서 칭량한 각종 원료를 이용하여, 혼련(고상 혼합), 공침법, 용융법 중 어느 하나의 방법으로 슬러리(분말, 물 및 분산제의 혼합물)를 제작한다. 슬러리의 고형분 농도는 75 중량% 이상 85 중량% 이하, 바람직하게는 78 중량% 이상 82 중량% 이하가 되도록 조정된다. 고형분 농도는 슬러리(분말과 물과 분산제) 중에 있어서의 분말의 비율을 중량%로 나타낸다.
혼련은, 단계 S1에서 칭량한 분말, 분산제, 순수(純水), 및 볼을 포트(용기)에 투입하고, 볼 밀에서 1시간 이상 혼련하여, 균일한 슬러리를 제작하는 방법이다(단계 S2-1).
공심법에서는, 단계 S1에서 칭량한 금속염 용액에 암모니아 등의 중화제를 첨가하여 침전물을 형성한다. 공심법에서는, 이것을 열처리한 후에 분쇄하는 것에 의해 분말을 얻는다. 이것을 혼련법과 마찬가지로, 분산제 및 순수를 혼합하여 슬러리를 제작하는 방법이다(단계 S2-2).
용융법에서는, 단계 S1에서 칭량한 분말을 혼합하고, 이것에 아크 방전에 의해 용융한 후, 냉각하여 잉곳을 제작한다. 제작한 잉곳을 분쇄하고, 혼련법과 마찬가지로, 분산제 및 순수를 혼합하여 슬러리를 제작하는 방법이다(단계 S2-3).
상술한 단계 S2-1, S2-2, S2-3에서 얻어진 슬러리를 이용하여 스프레이 드라이에 의해 용사 입자 본체를 제작한다(단계 S3).
여기서, 스프레이 드라이에 이용되는 분무 건조 장치에 대해 도 5를 참조하여 설명한다. 분무 건조 장치(10)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 건조실(11), 가스 공급관(17), 가스 배출관(19), 및 포집기(21)를 구비한다. 가스 공급관(17)은 건조실(11)의 측벽부에 있어서의 천정부 근방에 연통하여 마련된다. 이에 의해, 계외로부터 가스(18)가 건조실(11) 내로 공급된다. 가스 배출관(19)은 건조실(11)의 측벽부의 대략 중앙 부분에 연통하여 마련된다. 이에 의해, 건조실(11) 내에서 선회한 가스(18)가 계외로 배출된다. 포집기(21)는 건조실(11)의 바닥부의 대략 중앙 부분에 연통하는 연통관(20)에 접속하여 마련된다. 또한, 건조실(11)의 내부에는 상세에 대하여 후술하는 애토마이저(12)가 마련되어 있다. 애토마이저(12)에 의해 건조실(11) 내에서 건조실(11)의 중앙 부분을 중심으로 하는 선회류를 생성하고 있다. 이에 의해, 애토마이저(12)로부터 슬러리(13)가 돌출되면, 건조실(11) 내에서 선회하는 가스(18)와 함께 선회하면서 하강되어 간다. 이 때, 슬러리(13)의 수분이 건조되어 가고, 용사 입자 본체(22)가 조립된다. 그리고, 용사 입자 본체(22)가 포집기(21) 내에 저류된다. 건조실(11)로서는, 직경(D1)이 1m 이상이며, 건조실(11)의 천정부로부터 포집기(21)의 바닥판부까지의 높이(H1)가 수 m 내지 수십 m 정도이며, 가스 공급관(17)으로부터 가스 배출관(19)까지의 높이(H2)가 H1의 1/1.5 내지 1/4 정도의 것을 예로 들 수 있다.
건조실(11)의 천정부의 대략 중앙 부분에는 애토마이저(12)가 마련되어 있다. 애토마이저(12)에는, 상술한 단계에서 제작된 슬러리(13)를 공급하는 슬러리 공급관(14)이 연통하여 마련된다. 슬러리 공급관(14)의 도중에는, 슬러리를 송급하는 펌프(15)가 마련된다.
애토마이저(12)는, 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 원반 형상이다. 애토마이저(12)는, 천정판과 이에 대향하여 마련되는 바닥판의 윤곽부 근방에 복수의 세로판(12a)이 소정의 간격(슬릿)(12b)으로 인접하여 마련된 것이다. 애토마이저(12)로서는, 그 직경(D1)이 50㎜ 이상 150㎜ 이하, 바람직하게는 50㎜이며, 높이(H1)가 5㎜ 내지 20㎜, 바람직하게는 10㎜인 것을 예로 들 수 있다. 애토마이저(12)에는, 공급구(도시하지 않음)를 통하여 내부로 슬러리(13)가 공급된다. 공급된 슬러리(13)는 용사 입자 본체(22)로서 회전하고 있는 애토마이저(12)의 슬릿(12b)으로부터 건조실(11) 내로 배출된다.
여기서, 애토마이저(12)로부터의 슬러리(13)가 배출될 때의 돌출 속도를 지연시키면 시킬수록, 용사 입자 본체(22)의 입경이 커진다. 구체적으로는, 본 실시형태에서는, 돌출 속도를 60 m/초 정도로 하는 것에 의해, 적산 입도 분포 50% 입경이 100㎛ 정도의 용사 입자 본체(22)를 작성할 수 있다. 돌출 속도를 90 m/초 정도로 하는 것에 의해, 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 정도의 용사 입자 본체(22)를 작성할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 애토마이저(12)는, 도시하지 않은 제어 장치에 의해 그 회전 속도, 환언하면 애토마이저(12)로부터의 슬러리(13)의 돌출 속도를 60 m/초 이상 90 m/초 이하로 조정하는 것에 의해, 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하의 입도 분포를 갖는 용사 입자 본체(22)를 작성한다. 애토마이저(12)로부터의 슬러리(13)의 돌출 속도는, 70 m/초 이상 80 m/초 이하가 되도록 제어되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 슬러리(13)는 애토마이저(12)로부터 돌출되며, 건조실(11) 내에서 선회하면서 하강해 나간다. 연통관(20)을 통하여 포집기(21)에서, 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하의 입도 분포를 갖는 용사 입자 본체(22)가 포집된다. 포집한 용사 입자 본체(22)를 케이스에 넣어, 두께를 5cm 이하로 하여 노 내에 넣고, 1300 내지 1600℃로 1 내지 10 시간의 조건으로 열처리한다. 이에 의해, 소결과 동시에 고융이 실행된다. 열 처리에 의해, 부드러운 덩어리가 되므로, 막자사발 내에서 막자 등으로 부드럽게 치는 것에 의해 덩어리는 갈라지고, 용사 입자가 얻어진다. 또한, 이 작업을 실행하여도, 용사 입자는 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하의 입도 분포를 갖는 것으로, 분말이 분쇄되어 입경이 작아지는 일은 없다.
따라서, 본 실시형태에 따른 용사 입자의 제조 방법에 의하면, 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하가 되는 입도 분포를 갖는 용사 입자, 즉, 소망의 입경의 용사 입자를 얻을 수 있다. 따라서, 분급 작업을 실행할 필요가 없으며, 분무 건조 장치(10)에 의해 소망의 입경의 용사 입자를 효율적으로 얻을 수 있다. 또한, 슬러리(13)의 고형분 농도의 조정, 및 애토마이저(12)의 회전 속도의 조정 자체가 비교적 간이한 작업이다.
적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하가 되는 입도 분포를 갖는 용사 입자가 얻어지는 것에 의해, 용사 입자의 표면이 용융되면서도 코어가 용융되지 않고 남겨진 상태에서 세라믹스 층(300)을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 이러한 용사 입자에 의해 형성된 세라믹스 층(300)에는, 용융된 용사 입자의 표면에 의해 치밀한 조직이 형성되면서, 남아 있는 용사 입자의 코어에 의해 포러스한 조직이 형성된다.
따라서, 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하의 YbSZ로 이루어지는 용사 입자에 의해 세라믹스 층(300)을 형성하는 것에 의해, 충분한 내구성을 확보하기 위해서 필요한 세로 균열(C)을 갖는 치밀한 조직을 가지면서, 차열성을 확보하기 위해서 필요한 양의 기공(P)을 포함하는 포러스한 조직을 갖는 세라믹스 층(300)을 얻을 수 있다. 이에 의해, 충분한 내구성을 확보하면서, 차열성을 향상시킨 세라믹스 층(300)을 형성할 수 있다.
세라믹스 층(300)이 세로 균열(C)이 면 방향으로 1 개/㎜ 이상 2 개/㎜ 이하의 피치로 분산되며, 기공율이 9% 이상 10% 이하가 되도록 형성되는 것에 의해, 충분한 내구성을 확보하면서, 차열성을 향상시킨 세라믹스 층(300)을 높은 정밀도로 얻을 수 있다. 특히, YbSZ로 이루어지는 용사 입자에 의해 형성되는 것에 의해, 보다 높은 성능의 세라믹스 층(300)을 얻을 수 있다.
상술한 실시형태에 있어서의 터빈 부재인 동익(7)에 의하면, 장기간에 걸쳐서 고온에 노출되어 손상되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 유지 보수 주기를 연장시킬 수 있기 때문에, 가스 터빈(1)을 가동 정지시키는 빈도를 저감할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상술했지만, 각 실시형태에 있어서의 각 구성 및 그들 조합 등은 일 예이며, 본 발명의 취지로부터 일탈하지 않는 범위 내에서 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 이외의 변경이 가능하다. 또한, 본 발명은 실시형태에 의해 한정되는 일은 없으며, 특허 청구의 범위에 의해서만 한정된다.
또한, 금속 결합 층(200)이나 세라믹스 층(300)은 본 실시형태 이외 방법으로 형성되어도 좋다. 예를 들면, 대기압 플라스마 용사 이외의 전기식 용사로 하여 감압 플라스마 용사를 이용하여도 좋고, 가스식 용사로서 프레임 용사법, 고속 프레임 용사를 이용하여도 좋다. 용사법 이외 방법으로 형성하여도 좋고, 예를 들면, 전자 비임 물리 증착법을 이용하여도 좋다.
금속 결합 층(200)이나 세라믹스 층(300)은, 본 실시형태와 같이, 전역에 걸쳐서 동일한 막 두께로 형성되는 것에 한정되는 것이 아니며, 사용되는 환경 등의 조건에 따라서 적절히 설정되면 좋다.
본 실시형태에서는, 터빈 부재로서, 동익(7)을 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 터빈 부재는 정익(8)이어도 좋다.
상기한 용사 입자의 제조 방법은 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하가 되는 입도 분포를 갖는 YbSZ로 이루어지는 용사 입자를 얻을 수 있어서, 충분한 내구성을 확보하면서, 차열성을 향상시킨 세라믹스 층을 형성할 수 있다
1: 가스 터빈
2: 압축기
3: 연소기 4: 터빈 본체
5: 로터 A: 압축 공기
G: 연소 가스 6: 케이싱
7: 동익 71: 날개 본체부
72: 플랫폼부 8: 정익
100: 차열 코팅 200: 금속 결합 층
300: 세라믹스 층 C: 세로 균열
P: 기공 10: 분무 건조 장치
11: 건조실 12: 애토마이저
12a: 세로판 12b: 슬릿
13: 슬러리 14: 슬러리 공급관
15: 펌프 17: 가스 공급관
18: 가스 19: 가스 배출관
20: 연통관 21: 포집기
22: 용사 입자 본체
3: 연소기 4: 터빈 본체
5: 로터 A: 압축 공기
G: 연소 가스 6: 케이싱
7: 동익 71: 날개 본체부
72: 플랫폼부 8: 정익
100: 차열 코팅 200: 금속 결합 층
300: 세라믹스 층 C: 세로 균열
P: 기공 10: 분무 건조 장치
11: 건조실 12: 애토마이저
12a: 세로판 12b: 슬릿
13: 슬러리 14: 슬러리 공급관
15: 펌프 17: 가스 공급관
18: 가스 19: 가스 배출관
20: 연통관 21: 포집기
22: 용사 입자 본체
Claims (2)
- 터빈 부재에 이용되는 내열 합금 기재 상에 형성되며, 두께 방향으로 연장되는 세로 균열이 면 방향으로 분산되며 내부에 복수의 기공을 포함하는 세라믹스 층을 형성하는 용사 입자의 제조 방법에 있어서,
상기 용사 입자의 원료 및 물 및 분산제를 혼합하여 이루어지는 슬러리의 고형분 농도를 75 중량% 이상 85 중량% 이하로 조정하고,
상기 슬러리를 분무 건조 장치의 원반 형상의 애토마이저에 공급하고,
상기 애토마이저의 회전 속도를 조정하고, 상기 애토마이저로부터 상기 슬러리가 돌출되는 돌출 속도를 60 m/초 이상 90 m/초 이하로 하고,
상기 슬러리가 상기 분무 건조 장치 내에서 건조되어 용사 입자 본체를 형성하고, 이것을 열 처리하여, 적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하의 YbSZ로 이루어지는 용사 입자를 제조하는
용사 입자의 제조 방법. - 터빈 부재에 이용되는 내열 합금 기재 상에 형성되며, 두께 방향으로 연장되는 세로 균열이 면 방향으로 분산되며 내부에 복수의 기공을 포함하는 세라믹스 층을 형성하는 용사 입자의 사용 방법에 있어서,
적산 입도 분포 50% 입경이 40㎛ 이상 100㎛ 이하의 YbSZ로 이루어지는 용사 입자를 용사하여 상기 세라믹스 층을 형성하는
용사 입자의 사용 방법.
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