WO2004106578A1 - 反応抑制タービン翼 - Google Patents

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Yasuhiro Aoki
Akihiro Sato
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Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a reaction-suppressing turbine blade that enhances the oxidation resistance of a Ni-based superalloy and suppresses the generation of a secondary reaction layer (SecondRayReactin: SRZ). Description of related technology
  • Ni-base superalloys applied to turbine blades are excellent in high-temperature strength, high-temperature ductility, and oxidation resistance. Further rises in temperature are being made in response to rising temperatures and reducing the amount of cooling air.
  • Ni-based superalloy fabrication methods is proceeding from ordinary structure to unidirectional solidification structure and single crystal structure.
  • single-crystal superalloys have been strengthened by adding heavy elements to strengthen the precipitation phase and solid solution.
  • the first generation (not including Re)
  • the second generation ( Development is progressing to the third generation (R e: 5-6 ⁇ vt%).
  • Table 1 shows typical single-crystal superalloys of the first to third generations and their compositions.
  • TMS-138 which suppresses the TCP phase by adding Ru and improves the composition stability at high temperature and long time.
  • Figure 1B shows the structure of TMS-138 after creep rupture, indicating that the TCP phase has been suppressed.
  • TMS-13'8 has particularly excellent clip endurance temperature, high cycle fatigue strength, and low cycle fatigue strength.
  • Table 2 shows the nominal composition of the TMS-138 single crystal superalloy.
  • Patent Document 2 “DIF FUSION ON BARR ER LAYER,” discloses that a diffusion barrier coating is applied to a Ni-based single crystal alloy (SC) and the coating layer is oxidized by aluminum diffusion coating. It improves the performance.
  • SC Ni-based single crystal alloy
  • Patent Document 3 Amethodofafalumininisingasasupera111oy ", suppresses the TCP phase or SRZ generated at the interface between the aluminum diffusion coating and the SC with the barrier layer.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-1131163, "Ni-based single crystal alloy and its manufacturing method”
  • an object of the present invention is to provide a reaction-suppressed turbine blade capable of improving the oxidation resistance of a Ni-based superalloy and suppressing the generation of SRZ.
  • reaction inhibitor made of Co, Cr, Ru or an alloy containing these as a main component is coated.
  • a reaction suppression turbine blade is provided.
  • the reaction inhibitor is pure Co, pure Cr, pure Ru, a Co-Cr-based alloy, a Co-Ru-based alloy, a Cr-Ru-based alloy, C o Solid solution, Cr solid solution, or Ru solid solution.
  • the Ni-based superalloy is a single crystal superalloy containing about 5 to 6% of 6, or a single crystal superalloy further containing Ru. Also preferably, the Ni-based superalloy is a single crystal superalloy containing Re of about 6 wt% or more, or a single crystal superalloy further containing Ru.
  • the Ni-based superalloy is a TMS-138 alloy containing about 5% of scale and about 2% of Ru, and the reaction inhibitor is mainly composed of Co and Ru. C 0 — Ru-based alloy. Also preferably, the Ni-based superalloy is a 1 ⁇ 3 alloy containing about 5 to 7% of 6 and about 4 to 7% of 1 !, and the reaction-suppressing material contains 0 and 111.
  • the main component is a Co-Ru alloy.
  • the reaction inhibitor by coating the reaction inhibitor before applying the aluminum diffusion coating, the oxidation resistance of the Ni-base superalloy constituting the evening bottle wing is increased, and the generation of SRZ is generated.
  • Example shows that can be suppressed Was done.
  • reaction-suppressing coating is also particularly effective for third- and fourth-generation single-crystal superalloys, which tend to produce SRZ due to aluminum diffusion coatings.
  • FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a conventional structure after cleave rupture.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams showing the results of an oxidation test of a conventional aluminum diffusion coating test piece.
  • FIG. 3A is an SEM image of the cross-sectional microstructure of the A1 diffusion coating after the oxidation test
  • FIG. 3B is its Ru map.
  • Fig. 4 is a diagram showing the relationship between sheet thickness and creep rupture life.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the cross-sectional structures before and after an oxidation test of a test piece on which pure Ru was coated under condition B and then aluminum diffusion coating was applied.
  • FIG. 6A and FIG. 6B are diagrams showing the cross-sectional structures before and after the oxidation test of the test piece obtained by coating the C 0 -Ru alloy under the condition B and then applying the aluminum diffusion coating.
  • FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the cross-sectional structures before and after the oxidation test of the test piece on which only the aluminum diffusion coating was applied.
  • FIG. 8 is a comparison diagram of the adhesion layer thickness after the oxidation test.
  • FIG. 9 is a first comparison diagram of the diffusion layer thickness after the oxidation test.
  • FIG. 10 is a first comparison diagram of the thickness of SRZ (secondary reaction layer) after the oxidation test.
  • FIG. 11 is a comparison diagram of the weight loss of each test piece after the oxidation test. .
  • FIG. 12 is a second comparison diagram of the diffusion layer thickness after the oxidation test.
  • FIG. 13 is a second comparison diagram of the thickness of the SRZ (secondary reaction layer) after the oxidation test. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the concept of the present invention will be described.
  • a Ni-based single crystal superalloy is called a so-called precipitation hardening type alloy, and has a form in which an a ′ phase as a precipitated phase is precipitated in an a phase as a mother phase.
  • the parent phase becomes r, phase, and in the parent phase? ⁇ It has a form in which a phase and a TCP phase are precipitated.
  • Ru is used not only to suppress the TCP phase but also to suppress the coarsening of the a phase.
  • Figure 3A is an SEM image of the cross-sectional microstructure of the A1 diffusion coating after the oxidation test, and Figure 3B is its Ru map. In Fig. 3B, the white part is the part containing much Ru.
  • Co and Cr are used to suppress the movement of this Ru (including not only Ru used in the reaction suppression coating but also Ru contained in the superalloy).
  • Co and Cr were used to improve the workability of Ru.
  • the reaction-suppressing turbine blade of the present invention achieves each purpose by optimally mixing these elements.
  • the applied thickness of the reaction suppression coating is preferably 1 to 60 microns, more preferably 1 to 20 microns, and still more preferably 1 to 10 microns.
  • test pieces with different thicknesses of 1 to 3 mm After preparing test pieces with different thicknesses of 1 to 3 mm, aluminum diffusion coating (including aging diffusion) was performed, and a creep rupture test was performed. The creep rupture test was performed according to ASTM E139. The test conditions are 1373 K and 13MPa. As a comparative test, a test piece (bare test piece) without aluminum diffusion coating was also tested under the same conditions.
  • the RC coating material was diffused into the base material using two conditions ((A): long diffusion time (B): short diffusion time).
  • A long diffusion time
  • B short diffusion time
  • An oxidation test for 500 hours was performed to confirm the suppression of the generation of SRZ.
  • the change in weight 500 hours after the oxidation test was also measured.
  • the surface of the test piece was polished with emery paper No. 800 before RC coating to reduce the effects of surface undulations and residual stress in the initial state.
  • the oxidation test conditions are shown below. After the oxidation test, the state of suppression of SRZ was evaluated by observing the cross-sectional structure.
  • Atmosphere Atmosphere
  • Fig. 4 shows a comparison of sheet thickness and creep rupture life. The value of each life was obtained by dividing each measured life by the average life of the bare material. The life of the bare material was almost constant even if the thickness changed, but the life of the coating material decreased as the thickness became thinner. From this figure, the logarithmic value of the thickness of the coating material and the logarithmic value of the service life can be expressed by linear functions. Extrapolate values where the effect of the coating is negligible Then, it is predicted that the minimum thickness, the minimum area is about 6 mm, and 18 mm 2 .
  • Figures 5A and B and Figs. 6A and 6B show examples of cross-sectional observation results before and after the oxidation test of the test piece on which the RC coating and aluminum diffusion coating were applied.
  • Fig. 7A and Fig. 7B show the cross-sectional observation results of a test piece on which only the aluminum diffusion coating was applied. No SRZ was observed in the cross sections before all the oxidation tests, but SRZ was observed in the cross sections after all the oxidation tests.
  • the values of the thickness of the coating layer (adhesion layer and diffusion layer) and the thickness of the SRZ at each cross section were dimensionless by the respective values at the cross section of the test piece on which only the aluminum diffusion coating was applied. It has become.
  • Figures 8 to 10 summarize the dimensionless values of the adhesion layer, diffusion layer, and SRZ for each type of RC coating.
  • the horizontal axis represents 100 without RC coating.
  • (A) and (B) show the difference in diffusion time before aluminum diffusion coating (A: long diffusion time, B: short diffusion time).
  • the coating materials evaluated were Co-based (Co, Co-Cr, Co-Ru), Cr-based (Cr, Co-Cr, Cr-Ru), and Ru-based (Ru, Co -Ru, Cr-Ru) and ternary system (Co-Cr-W).
  • reaction suppressors Co-based (Co, Co-Cr, Co-Ru), Cr-based (Cr, Co-Cr, Cr-Ru), and Ru-based (Ru, Co -Ru, Cr-Ru) and ternary system (Co-Cr-W).
  • FIG. 8 is a comparison diagram of the adhesion layer thickness after the oxidation test. From this figure, it can be seen that the adhesion layer thickness of pure Co (B) and the Co-Ru-based alloy is remarkably small.
  • FIG. 9 is a first comparison diagram of the diffusion layer thickness after the oxidation test. From this figure, it can be seen that the diffusion layer thicknesses of pure Co (A) (B) and Co-Ru alloys (A) (B) are remarkably small.
  • FIG. 10 is a first comparison diagram of the thickness of S RZ (secondary reaction layer) after the oxidation test. From this figure, it can be seen that the thickness of the secondary reaction layer of the Co—Ru-based alloy (B) and the Co—Cr—W alloy (B) is remarkably small.
  • Fig. 11 shows a comparison of the weight loss of each test piece after the oxidation test.
  • the weight loss was obtained by dimensioning the measured weight loss by the weight loss of bare test specimens (uncoated material). Compared to the weight loss of bare specimens, the weight loss of all RC coated specimens was about 1%. Also, since the absolute amount of weight reduction is small, it can be said that each coating layer has excellent oxidation resistance.
  • FIG. 12 is a second comparison diagram of the diffusion layer thickness after the oxidation test. From this figure, it can be seen that the diffusion layer thickness of 50 at% Co-50 at% Ru is remarkably small.
  • FIG. 13 is a second comparison diagram of the thickness of the S RZ (secondary reaction layer) after the oxidation test. From this figure, it can be seen that the thickness of the secondary reaction layer of 50 at% Co- 50 at% Ru and 10 at% Co-90 at% Ru is remarkably small.
  • the reaction-suppressing material before applying the aluminum diffusion coating, the oxidation resistance of the Ni-base superalloy that constitutes the turbine blade is increased and the formation of a secondary reaction layer is suppressed. It was confirmed by the examples that this was possible. In other words, the TCP phase, SR This not only suppressed Z, but also improved the oxidation resistance of the aluminum diffusion coating layer.
  • the reaction-suppressing coating is also particularly effective for third- and fourth-generation single-crystal superalloys, which tend to produce secondary reaction layers due to aluminum diffusion coatings.
  • the reaction-suppressing turbine blade of the present invention has excellent effects such as being able to increase the oxidation resistance of the Ni-based superalloy and to suppress the generation of the secondary reaction layer. It should be noted that the present invention 'is not limited to the above-described examples and embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

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Abstract

Ｎｉ基超合金の表面に、アルミ拡散コーティングを施工する前に、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｒｕ又はこれらを主成分とする合金からなる反応抑制材をコーティングする。これにより、Ｎｉ基超合金の耐酸化性を高めると共に２次反応層の発生を抑制することができる。

Description

反応抑制タービン翼 発明の背景
発明の技術分野
本発明は、 N i基超合金の耐酸化性を高めると共に 2次反応層 （S e c o n d a r y R e a c t i o n Z o n e : S R Z ) の発生を抑制する反応抑制ター ビン翼に関する。 関連技術の説明
航空エンジンの出力、 効率を向上させるためには、 高温部材の高温化、 高強度 化が必要である。 特に、 タービン翼に適用される N i基超合金は、 高温強度、 高 温延性、 耐酸化性に優れているため、 その特性向上がエンジン性能の向上に寄与 する割合は大きく、 タービン入口温度の上昇や冷却空気量の削減などに対応して 更なる高温化が図られている。
N i基超合金の铸造方法は、 普通铸造から、 一方向凝固铸造、 単結晶錶造へと 開発が進んでいる。 特に単結晶超合金は、 重元素の添加によって析出ァ'相強化 や固溶強化などが図られており、 R e含有量に応じて第 1世代（R eを含まない）、 第 2世代 （R e ：約 3w t %) 、 第 3世代 （R e ： 5〜6\v t %) へと開発が進 んでいる。 表 1に第 1世代から第 3世代までの代表的な単結晶超合金とその組成 を示す。
【表 1】 代表的な Ni基 SC超合金とその化学組成
Figure imgf000004_0001
第 3世代の単結晶超合金は、 耐用温度が最も高く、 先端的な航空エンジンの夕 —ビン翼に適用されている。 しかし、 これらの合金は、 図 1 Aに示すように高温 長時間での使用で TC P相と呼ばれる針状の有害相が発生し、 この TC P相の増 加とともに強度が低下する問題点があつた。
この問題点を克服するために、 Ru添加により TCP相を抑制し、 高温長時間 の組成安定性を向上させた第 4世代単結晶超合金 TMS-1 3 8が本願発明者等 により開発されている。 図 1 Bはこの TMS- 1 3 8のクリープ破断後の組織で あり、 TC P相が抑制されていることがわかる。 また、 TMS- 1 3' 8は、 クリ 一プ耐用温度、 高サイクル疲労強度、 及び低サイクル疲労強度が特に優れている ことが確認されている。 表 2に TMS- 1 3 8の単結晶超合金のノミナルの組成 を示す。
【表 2】
TMS-138の化学組成
元 素 ( wt¾ )
材料
AI Ti Ta Nb Mo W Re Y Hf Cr Co Ru Ni
TMS-138 5.9 ― 5.6 ― 2.9 5.9 4.9 ― 0.1O 2.9 5.9 2.0 残部 なお、 単結晶超合金に関して 、 特許文献 1及び非特許文献 1に、 TCP相及 び S RZに関しては、 特許文献 2、 3及び非特許文献 2に開示されている。
特許文献 2の，， D I F FU S I ON BARR I ER LAYER，，は、 拡散バ リアコ一ティングを N i基単結晶合金 （S C) に施工し、 アルミ拡散コーティン グをすることによりコーティング層の耐酸化性向上させるものである。
特許文献 3の，， A me t h o d o f a l um i n i s i n g a s u p e r a 1 1 o y"は、 アルミ拡散コーティングと S C界面に生成する T C P相 あるいは S R Zをバリァ層にて抑制するものである。
【特許文献 1】
特開平 1 1-1 3 1 1 63号公報、 「N i基単結晶合金とその製造方法」 【特許文献 2】
米国特許第 6 306 524号明細書
【特許文献 3】
欧州特許出願第 082 1 07 6号明細書
【非特許文献 1】
青木 祥宏、 他、 航空エンジン用タービン翼材料開発の現状と課題、 耐熱金 属材料 1 23委員会研究報告 Vo し 43 No. 3
【非特許文献 2】
W. S. Wa l s t o n e t a 1. , "A NEW TYPE OF M I CROSTRUCTURAL I NS TAB I L I TY I N SUPERA LLOYS-S RZ", S u p e r a l l o y s 1 9 9 6 タービン動翼では、 高温酸化を防ぐために表面に耐酸化コ一ティングを施す必 要があり、 アルミ拡散コーティングが従来から用いられている。 しかし、 上述し た単結晶超合金 （TMS- 1 3 8) を供試材としてアルミ拡散コーティングを行 つた後、酸化試験とラプチヤー試験を行った結果、 図 2 Aと図 2 Bに示すように、 コーティングによって S R Zがー様に発生し、 図 4に示すように、 クリープ破断 寿命が大きく低下することが明らかとなつた。 発明の要約 本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。 すなわち、 本 発明の目的は、 N i基超合金の耐酸化性を高めると共に S R Zの発生を抑制する ことができる反応抑制タービン翼を提供することにある。
本発明によれば、 N i基超合金の表面に、 アルミ拡散コーティングを施工する 前に、 C o、 C r、 R u又はこれらを主成分とする合金からなる反応抑制材をコ —ティングする、 ことを特徴とする反応抑制タービン翼が提供される。
本発明の好ましい実施形態によれば、 前記反応抑制材は、 純 C o、 純 C r、 純 Ru、 C o- C r系合金、 C o- Ru系合金、 C r- Ru系合金、 C o固溶体、 C r固溶体、 又は Ru固溶体である。 また好ましくは、 前記反応抑制材は、 C oと R uのみを主成分とし、 0〜： L 0 a t %C o、 90〜； 1 00 a t %Ru、 あるい は 50〜80 a t %C o、 20〜50 a t % R uの合金あるいは固溶体である。 さらに好ましくは、前記反応抑制材は、 C oと Ruのみを主成分とし、組成比（原 子％比） が C o : Ru= 5 : 9 5、 1 0 : 90、 5 0 : 5 0、 あるいは 80 ： 2 0となる合金あるいは固溶体である。
また好ましくは、 前記 N i基超合金は、 6を約5〜6 ％含む単結晶超合 金、 又は更に Ruを含む単結晶超合金である。 また好ましくは、 前記 N i基超合 金は、 R eを約 6 w t %以上含む単結晶超合金、 又は更に Ruを含む単結晶超合 金である。
また、 特に好ましくは、 前記 N i基超合金は、 尺€を約5 %、 Ruを約 2 %含 む TMS— 1 38合金であり、 前記反応抑制材は、 C oと Ruを主成分とする C 0— Ru系合金である。また好ましくは、前記 N i基超合金は、 6を約5〜7 %、 1!を約4〜7 %含む丁1^3合金でぁり、 前記反応抑制材は、 〇 0と1 11を主成 分とする C o— Ru系合金である。
上記本発明の方法によれば、 アルミ拡散コーティングを施工する前に反応抑制 材をコ一ティングすることにより、 夕一ビン翼を構成する N i基超合金の耐酸化 性を高めると共に S R Zの発生を抑制することができることが実施例により確認 された。
また、 この反応抑制コーティングは、 アルミ拡散コーティングによって S R Z が発生する傾向がある第 3世代及び第 4世代の単結晶超合金に特に有効である。 本発明のその他の目的及び有利な特徴は、 添付図面を参照した以下の説明か ら明らかになろう。
図面の簡単な説明
図 1 Aと図 1 Bは、 従来のクリーブ破断後の組織を示す図である。
図 2 Aと図 2 Bは、 従来のアルミ拡散コ一ティング試験片の酸化試験結果を示 す図である。
図 3 Aは、 A 1拡散コーティングの酸化試験後の断面ミクロ組織の S E M像、 図 3 Bはその R uマップである。
図 4は、 板厚とクリープ破断寿命との関係図である。
図 5 Aと図 5 Bは、 純 R uを条件 Bでコ一ティング後にアルミ拡散コーティン グを施工した試験片の酸化試験前後の断面組織を示す図である。
図 6 Aと図 6 Bは、 C 0 - R u合金を条件 Bでコ一ティング後にアルミ拡散コ 一ティングを施工した試験片の酸化試験前後の断面組織を示す図である。
図 7 Aと図 7 Bは、 アルミ拡散コーティングのみを施工した試験片の酸化試験 前後の断面組織を示す図である。
図 8は、 酸化試験後の付着層厚さの比較図である。
図 9は、 酸化試験後の拡散層厚さの第 1比較図である。
図 1 0は、 酸化試験後の S R Z ( 2次反応層） の厚さの第 1比較図である。 図 1 1は、 酸化試験後の各試験片重量減少量の比較図である。 .
図 1 2は、 酸化試験後の拡散層厚さの第 2比較図である。
図 1 3は、 酸化試験後の S R Z ( 2次反応層） の厚さの第 2比較図である。 好ましい実施例の説明 まず本発明の思想を説明する。
一般に、 N i基単結晶超合金は、 いわゆる析出硬化型合金と呼ばれており、 母 相であるァ相中に、 析出相であるァ'相が析出した形態を有している。 一方、 S
R Zは、 母相が r，相となり、 母相内に？·相と TCP相が析出した形態を有して いる。
単結晶超合金表面に A 1拡散コーティングされると、 超合金側の形態が、 S R Zの形態に変わる。 その時に超合金の析出相である τ，相が粗大化し、 S R Zの 母相となる。
本発明では、 Ruを、 TCP相を押さえるだけでなくァ ' 相の粗大化を抑える ために用いる。
図 3 Aは、 A 1拡散コーティングの酸化試験後の断面ミクロ組織の S EM像、 図 3 Bはその Ruマップである。 図 3 Bにおいて、 白い部分が Ruを多く含む部 分である。
この図からわかるように、 Ruは、 A 1拡散コ一ティングにより、 コ一ティン グの付着層側に移動する問題がある。 そこで、 本発明では Co、 C rを、 この R u (反応抑制コーティングに使用される R uだけでなく超合金に含まれる R uも 含む） の移動を抑制するために用いた。 さらに Co、 C rを、 Ruの施工性を向 上させるために使用した。
なおこれらの元素 （Ru、 Co、 C r) は、 A 1の拡散を抑制するためにも使 用した。
本発明の反応抑制タービン翼は、 これらの元素を最適に配合することでそれぞ れの目的を達成するものである。 なお、 反応抑制コーティングの施工厚さは、 1 〜 6 0ミクロンが好ましく、 1〜2 0ミクロンがより好ましく、 1〜 1 0ミクロ ンがさらに好ましい。 以下、 本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。 なお、 各図におい て共通する部分には同一の符号を付し、 重複した説明を省略する。
【実施例 1】
TMS— 1 38合金等の単結晶超合金を実機のタービンブレード （タービン 翼） へ適用するためには、 耐酸化コーティングシステムの確立が必要である。 そ こで、 耐酸化コーティングによる母材のクリ一プ寿命低下の把握と反応抑制コー ティングの評価試験を実施した。
上述したように、 薄板試験片を用いて TMS— 1 38合金におよぼすアルミ拡 散コ一ティングの影響を調査した結果、 S R Zの生成によりクリ一プ破断寿命が 低下する問題があった。
そこで、 この試験では、 母材板厚を変えた試験片を用い、 コーティングによる 寿命低下と板厚の関係を明確にすると共に、 アルミ拡散コーティングを施工する 場合に発生する S R Zの生成を抑制する可能性のある種々のコーティングを実施 し、 それによる S RZの抑制状況を評価した。 以下、 S RZの生成を抑制するた めにコーティングを反応抑制コ一ティング （R e a c t i o n C o n t r o l C o a t i n g : R Cコーティング） と呼ぶ。
(試験条件）
( 1 ) 耐酸化コーティングによる母材のクリーブ寿命低下の把握試験
1〜 3mmの板厚の異なる試験片を作成後、 アルミ拡散コーティング （時効拡 散を含む） し、 クリープラプチヤー試験を実施した。 クリープラプチヤー試験は、 ASTM E 1 39に準拠して実施した。 試験条件は 1 37 3 K、 1 3 7 MP a である。 また、 比較試験としてアルミ拡散コ一ティングしない試験片 （ベア材試 験片） についても、 同条件で試験を実施した。
(2) 反応抑制コーティング試験
直径 20mm、 厚さ 2〜 3mmの TMS— 1 3 8合金の試験片に S R Zを抑制 する可能性のある 7種類の RCコーティングを施工し、 その後 （ 1) と同様のァ ルミ拡散コーティングを施工した試験片を作製した。 表 3に RCコーティングの 種類を示す。 【表 3】
RCコーティング条件
RC material
100at%Co
40at%Co-60at%Cr
100at%Cr
80at%Cr-20at%Ru
100at%Ru*
80at%Co-2Qat%Ru
60at%Co-25at%Cr-15at%W
R Cコ一ティング施工後、 アルミ拡散コーティングの前に 2種類 （ （A) ：拡 散時間が長い （B ) ：拡散時間が短い） の条件を用い R Cコーティング材を母材 へ拡散させた。 S R Zの生成の抑制を確認するために 5 0 0時間の酸化試験を実 施した。 酸化試験後の 5 0 0時間後の重量変化も測定した。
試験片表面は R Cコーティング施工の前に、 初期状態での表面起伏、 残留応力 の影響を少なくするためにエメリー紙 8 0 0番を用い、 研磨している。 酸化試験 条件について以下に示す。 また酸化試験後、 断面組織観察により S R Zの抑制状 況を評価した。
酸化試験条件
試験温度： 1 3 7 3 K
試験時間： 0、 5 0 O H r
雰囲気：大気
(試験結果）
( 1 ) 耐酸化コーティングによる母材のクリーブ寿命低下
図 4に板厚とクリープ破断寿命比較を示す。 各寿命の値は、 各測定寿命をベア 材の平均寿命で除した値を用いた。 ベア材の寿命は、 板厚が変化してもほぼ一定 であったが、 コーティング施工材の寿命は、板厚が薄くなるにしたがい減少した。 この図より、 コーティング施工材の厚さを対数換算した値と寿命を対数換算した 値は一次関数で表すことができる。 コーティングの影響が無視しうる値を外挿す ると、 最小板厚、 最小面積約 6mm、 1 8mm2と予測される。
(2) 反応抑制コーティングの評価
図 5A, Bと図 6A, Bに RCコーティング +アルミ拡散コーティングを施工 した試験片の酸化試験前後の断面観察結果の例を示す。 また比較のため、 図 7 A と図 7 Bにアルミ拡散コ一ティングのみを施工した試験片の断面観察結果を示す。 全ての酸化試験前の断面では、 S RZは観察されていないが、 全ての酸化試験後 の断面では S R Zが観察されている。
定量的評価をするために、 各断面でのコーティング層 （付着層、 拡散層） の厚 さと S R Zの厚さの値をアルミ拡散コーティングのみを施工した試験片の断面で のそれぞれの値で無次元化した。
図 8〜図 1 0は、 付着層、 拡散層、 S RZの無次元化した値を RCコーティン グの種類別にまとめたものである。 また、 各図において、 横軸は RCコーティン グなしの場合を 1 0 0としている。 なお、 （A) (B) はアルミ拡散コーティン グの前の拡散時間の相違 （A :拡散時間が長い、 B ：拡散時間が短い） を示して いる。
評価したコーティング材は C 0系 （C o、 C o— C r、 C o— Ru) 、 C r系 (C r、 C o— C r、 C r— Ru) 、 Ru系 （Ru、 C o - Ru, C r— Ru) 、 3元系 （C o- C r- W) に大別できる。 以下、 これらのコーティング材を 「反 応抑制材」 と呼ぶ。
図 8は、 酸化試験後の付着層厚さの比較図である。 この図から、 純 C o (B) と C o— Ru系合金の付着層厚さが顕著に小さいことがわかる。
図 9は、酸化試験後の拡散層厚さの第 1比較図である。この図から、純 C o (A) (B) と C o— Ru系合金 （A) (B) の拡散層厚さが顕著に小さいことがわか る。
図 1 0は、 酸化試験後の S RZ (2次反応層） の厚さの第 1比較図である。 こ の図から、 C o— Ru系合金 （B) と C o— C r— W合金 （B) の 2次反応層厚 さが顕著に小さいことがわかる。
図 1 0に示したように、 C o— Ruを RCコーティングとして使用した場合、 アルミ拡散コーティングのみを施工した試験片の断面での S R Zの厚さと比較す ると、 約 3 0 %抑制される結果を得た。 これは、 アルミ元素の拡散抑制、 あるい はコーティング層の安定化が起こり、 S RZの成長が抑制されたと考えられる。 また、 その他の反応抑制材も、 コーティング条件 （厚さ、 温度等） を変えること により、 同様の効果が期待できる。
図 1 1に酸化試験後の各試験片重量減少量を比較したものを示す。 重量減少量 は、 測定された重量減少量をベアの試験片 （コ一ティング未施工材） の重量減少 量で無次元化したものを用いた。 ベア材試験片の重量減少量と比較すると、 RC コーティングを施した全ての試験片の重量減少量は 1 %程度であった。 また、 重 量減少量の絶対量が少ないことから、 各コ一ティング層の耐酸化性は優れている といえる。
【実施例 2】
表 4に示す RCコーティングを用いて、 実施例 1と同様の条件で反応抑制コー ティング試験を実施した。
【表 4】
RCコーティング条件
RC material
50at%Co-50at%Ru
0at%Co-90at%Ru
図 1 2は、 酸化試験後の拡散層厚さの第 2比較図である。 この図から、 50 a t % C o - 50 a t %Ruの拡散層厚さが顕著に小さいことがわかる。
図 1 3は、 酸化試験後の S RZ (2次反応層） の厚さの第 2比較図である。 こ の図から、 50 a t %C o— 50 a t %Ruと 1 0 a t %C o— 90 a t %Ru の 2次反応層厚さが顕著に小さいことがわかる。 上述したように、 アルミ拡散コーティングを施工する前に反応抑制材をコーテ ィングすることにより、 タービン翼を構成する N i基超合金の耐酸化性を高める と共に 2次反応層の発生を抑制することができることが実施例により確認された。 すなわち、 このコーティング （反応抑制コーティング） により、 TCP相、 S R Zを抑制するだけでなく、 アルミ拡散コーティング層の耐酸化性も向上すること がわかった。 また、 この反応抑制コーティングは、 アルミ拡散コ一ティングによ つて 2次反応層が発生する傾向がある第 3世代及び第 4世代の単結晶超合金に特 に有効である。
従って、 本発明の反応抑制タービン翼は、 N i基超合金の耐酸化性を高めると 共に 2次反応層の発生を抑制することができる、 等の優れた効果を有する。 なお、 本発明'は上述した実施例及び実施形態に限定されず、 本発明の要旨を逸 脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

Claims

請求の範囲
1. N i基超合金の表面に、 アルミ拡散コーティングを施工する前に、 C o、 C r、 Ru又はこれらを主成分とする合金からなる反応抑制材をコ一ティン グする、 ことを特徴とする反応抑制タービン翼。
2. 前記反応抑制材は、 純 C o、 純 C r、 純 Ru、 C o- C r系合金、 C o -; u系合金、 C r- R u系合金、 C o固溶体、 C r固溶体、 又は Ru固溶体 である、 ことを特徴とする請求項 1に記載の反応抑制夕一ビン翼。
3. 前記反応抑制材は、 C oと Ruのみを主成分とし、 0〜1 0 a t %C o、 90〜； L 0 0 a t %Ru、あるいは 50〜80 a t %C o、 20〜50 a t % Ruの合金あるいは固溶体である、 ことを特徴とする請求項 1に記載の反応抑制 タービン翼。
4. 前記反応抑制材は、 C 0と Ruのみを主成分とし、 組成比 （原子％比） が C o : Ru= 5 : 9 5、 1 0 : 90、 50 : 50、 あるいは 80 : 2 0となる 合金あるいは固溶体である、 ことを特徴とする請求項 1に記載の反応抑制^ービ ン翼。
5. 前記 N i基超合金は、 1 6を約5〜6 セ％含む単結晶超合金、 又は 更に Ruを含む単結晶超合金である、 ことを特徴とする請求項 1に記載の反応抑 制タービン翼。
6. 前記 N i基超合金は、 R eを約 6w t %以上含む単結晶超合金、 又は 更に Ruを含む単結晶超合金である、 ことを特徴とする請求項 1に記載の反応抑 制夕一ビン翼。
7. 前記 N i基超合金は、 €を約5 %、 Ruを約 2 %含む TMS— 1 3 8合金であり、 前記反応抑制材は、 C oと Ruを主成分とする C o— Ru系合金 である、 ことを特徴とする請求項 1に記載の反応抑制タービン翼。
8. 前記 N i基超合金は、 R eを約 5〜7 %、 Ruを約 4〜7 %含む TM S合金であり、 前記反応抑制材は、 C oと R uを主成分とする C o— R u系合金 である、 ことを特徴とする請求項 1に記載の反応抑制タービン翼。
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