WO2007096957A1

WO2007096957A1 - ポーラス金属の気孔形態制御方法

Info

Publication number: WO2007096957A1
Application number: PCT/JP2006/303167
Authority: WO
Inventors: Koki Taguchi; Akiyoshi Mizuta; Katsuhiko Ishida; Yuji Matsuzaki; Seiichi Nagatome; Hideo Nakajima; Soong-Keun Hyun
Original assignee: Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha; Osaka University
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-08-30
Also published as: EP1988184A4; US20090087584A1; EP1988184A1; EP1988184B1

Abstract

ポーラス金属の表面に対してプラズマ溶射を施すことにより、ポーラス金属の気孔の大きさや気孔率や気孔の分布などを制御する。

Description

明細書

ポーラス金属の気孔形態制御方法

技術分野

[0001] 本発明は、溶融状態の金属にガスを溶解し、溶融状態の金属を凝固する際に生成する気孔を含有するポーラス金属の気孔形態制御方法に関し、例えば、航空機用ガスタービンや産業用ガスタービンの燃焼器ライナやタービンシュラウドなどへ適用することが考えられるロータス型ポーラス金属の気孔の大きさや気孔率や気孔の分布などの気孔形態を制御する方法に適用することができる。

背景技術

[0002] 航空機や船舶や発電装置などに用いられるガスタービンに対しては、高効率と高出力化の要求があり、この解決手段の一つとして、ガスタービンの作動温度 (ガスタ一ビン入口温度）の上昇が図られている。そのため、極めて高い温度の燃焼ガスに晒される部品には耐熱合金を使用したり、遮熱コーティングを施したり、また冷却技術を駆使するなど様々な技術が適用されている。

[0003] しかし、ガスタービンの冷却部品のような複雑な構造を有する部品を機械加工で製作する場合、高度の加工技術が必要とされる。例えば、ガスタービンの燃焼器ライナのヒートシールドパネルには、現在、複雑な冷却孔の機械加工や部品接合を必要とするトランスビレーシヨン冷却構造が用いられている。例えば、図 8 (a) (b)および図 9 に示すように、現状のヒートシールドパネルの一例として、低温層 31、中間層 32、高温層 33からなるトランスビレーシヨン冷却構造のものがある力同図に示すように、このような構造のパネルは複雑な機械加工や部品分割等のための製作工程が複雑で、高コストとなる。

[0004] 一方、高温暴露部材の一つであるガスタービンの燃焼器ライナは、従来の一体型積層構造に加えて、タイル型積層冷却構造が採用されつつある。すなわち、図 10と図 11に示すように、燃焼器ライナ 41の内側に微細な気孔 43 (直径約 0. 7mm, 10⁵ 個 Zm²)を形成したニッケル基超合金力もなるヒートシールドパネル 42を設置し、燃焼器ライナ 41に形成された気孔 44とヒートシールドパネル 42に形成された気孔 43を冷却空気の通路として構造部材を熱から保護する試みが提案されて!ヽる。図 11は、ガスタービンの燃焼器の断面を示す図 10の丸印の拡大図であり、図 10において、実線の矢印は空気の流れを示し、点線の矢印は燃料の流れを示す。ところが、ヒートシールドパネルの材料であるニッケル基超合金は非常に難削性であり、ドリルなどの物理的機械加工で貫通孔を形成するのは困難である。そのため、現在、ヒートシ一ルドパネルにはレーザ力卩ェゃ放電カ卩ェなどで貫通孔を形成している。例えば、特許文献 1には、放電加工と塑性加工を組み合わせた金属の多孔質体の気孔率分布制御方法が記載されている。しかし、特許文献 1に記載されたような塑性加工では、微細な貫通孔を形成するのは不可能に近ぐ 1個の孔を形成するための製造コストゃ膨大な気孔数（10⁵個 Zm²)を考慮すると、放電加工では製造コストが非常に高くなるという不都合がある。

[0005] そこで、ヒートシールドパネルの製造方法として、金属部材のロータス化によりロータス型ポーラス金属を製造する方法を適用してヒートシールドパネルを製造する方法が提案されている（例えば、特許文献 2参照)。ロータス型ポーラス金属は種々の高圧ガス雰囲気下で液体金属中にガスを十分に溶解させ、铸造する際にそのガスを固相内に放出させることにより作製し、冷却流体の通路や断熱効果を発揮する空孔である複数の略直線状に形成された貫通孔及び Zまたは閉鎖孔カなる気孔を多数含有する多孔質金属でぁリ、この構造がレンコンに似ていることからレンコン金属とも言われる。以後、そのようなレンコン構造にすることをロータス化、そのような空孔をロータスポアという。

[0006] 近年、ロータス型ポーラス金属を連続帯溶融法により所定の板状または長尺の棒状に作製する技術が提案されており、凝固界面および液体界面の成長方向を制御することにより気孔の成長方向を制御し、ロータス化により微細な気孔を分散したパネルを作製することが可能である。また、連続铸造法により大型サイズのロータス型ポ一ラス金属を作製することも可能である。ロータス化を実施する際、铸造雰囲気を制御することにより 50%以上の高い気孔率を有するパネルを製造することもできる。

[0007] しかし、ロータス化は金属の铸造工程を応用したプロセスであるため、製造条件の制御が困難で铸造作業ごとに作製されるロータス型ポーラス金属の気孔形態 (気孔の大きさや気孔率や気孔の分布）は様々である。従って、安定した品質の製品を得ることが難しい上、以下に説明するような不都合がある。

[0008] すなわち、ヒートシールドパネルは構造部材を熱力も保護するものであるため、ロータス化プロセスにより製造したヒートシールドパネルの気孔を流通する空気量が多いことは有利である。し力し、図 10から分かるように、ヒートシールドパネル 42の気孔を通過する空気量が多くなると、燃焼のために使用される空気量 45は減少する。すなわち、燃焼部分の空燃比が小さくなり、火炎を希釈する空気が確保できないので燃焼部の温度が上昇する。この場合、窒素酸化物の発生量が増大したり、燃焼器各部の焼損などの問題が発生することがある。そのため、ヒートシールドパネルに形成される気孔率 (気孔の形成された素材の部位にぉ、て、気孔と素材の合計断面積に対する気孔の断面積の比率）は比較的低く抑え、ヒートシールドパネルに形成された気孔には適度の空気量が流通する構造であるのが好ましい。

[0009] ところが、気孔率が比較的低い (気孔率が約 5〜10%で、気孔の直径が 0. 2〜0.

5mm)ヒートシールドパネルをロータス化プロセスで製造する場合、気孔を偏在させることなく均一に分布させるのは困難で、その結果、パネル全体にわたる一様な冷却効果が得られなくなる恐れがある。

特許文献 1：特開 2002— 254253号公報

特許文献 2：特開 2004— 257335号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] 本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、様々な気孔形態 (気孔の大きさや気孔率や気孔の分布)のポーラス金属を容易に得ることができるポーラス金属の気孔形態制御方法を提供することにある。課題を解決するための手段

[0011] 上記目的を達成するために本発明は、ポーラス金属の表面に対してプラズマ溶射を施すことにより、ポーラス金属の気孔形態を制御することを特徴としている。

[0012] プラズマ溶射とは、大気プラズマ溶射法の原理を示す概略図である図 1に示すように、 +極と極の間に低電圧大電流を印加してアーク 1を発生させ、ここにアルゴンや水素ガスなどのガス 2を導入することでプラズマジェット 3を発生させ、そのプラズマジェット 3中にキヤリャガスとともに溶射材料粉末 4をカ卩えて溶融状態にし、ジェットの噴射力を利用して基板 5に溶滴を高速で吹き付けて被膜 6を形成する方法である。

[0013] ポーラス金属の表面に対して大気プラズマ溶射を施すことは、技術的に金属の表面をマスキングすることと同義であると思われるので、大気プラズマ溶射と同様の効果を発揮すると思われるマスキング手段として、例えば、 TIG溶接のような各種の公知の接合手段を利用して気孔を閉塞する方法を採用することもできる。

発明の効果

[0014] 本発明は上記のとおり構成されているので、次の効果を奏する。

( 1)プラズマ溶射という公知の技術を適用してポーラス金属の気孔形態を巧みに制御することができ、ポーラス金属の品質の向上と品質の安定ィ匕を図ることができる。

(2)一例として、燃焼器ライナのヒートシールドパネルにロータス型ポーラス金属を適用する場合、大気プラズマ溶射法を適用することで、生産工程を変化させることなぐ気孔サイズ、気孔率および気孔の分布などを制御することができる。

(3)一例として、微細孔を多数有するロータス型ポーラス金属の気孔形態を本発明の方法で適正に制御することにより、ヒートシールドパネルの冷却性能を向上することが可能である。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は大気プラズマ溶射法の原理を示す概略図である。

[図 2]図 2 (a) (b)はロータス型ポーラス金属製造装置の概略構成を示す図である。

[図 3]図 3は気孔率 26%のロータス型ポーラス Ni基超合金力もなる部材の外観写真（ 1倍)である。

[図 4]図 4 (a)は図 3と同じく気孔率 26%のロータス型ポーラス Ni基超合金力もなる部材の外観写真（1. 4倍)であり、図 4 (b)は図 3 (a)の部材の表面にプラズマ溶射を施した後の外観写真（1. 4倍)である。

[図 5]図 5 (a)は気孔率 5%のロータス型ポーラス Ni基超合金力もなる部材の外観写真（1倍)であり、図 5 (b)は気孔率 30%のロータス型ポーラス Ni基超合金力もなる部材の表面に対して部分的にマスキング (熱硬化榭脂による被覆)を施すことによって得た気孔率 5%のロータス型ポーラス Ni基超合金力もなる部材の外観写真（1倍)であり、図 5 (C)は図 5 (b)の一部を取り出して拡大して示す図である。

[図 6]図 6 (a)は図 5 (a)の部材をガスタービンの燃焼器ライナのヒートシールドパネルに適用した場合の冷却性能を推定する試験結果の試験要素表面の外縁部を除く中心部分の温度分布を示す図、図 6 (b)は図 5 (b)の部材をガスタービンの燃焼器ライナのヒートシールドパネルに適用した場合の冷却性能を推定する試験結果の試験要素表面の外縁部を除く中心部分の温度分布を示す図である。

[図 7]図 7 (a)は図 6 (a)の白黒の濃淡表示を指数に換算して拡大表示した図、図 7 (b )は図 6 (b)の白黒の濃淡表示を指数に換算して拡大表示した図である。

[図 8]図 8 (a)は従来のヒートシールドパネルの一例の斜視図であり、図 8 (b)はその分解斜視図である。

[図 9]図 9は図 8の一部を拡大して示す図である。

[図 10]図 10はガスタービン燃焼器の一例の断面を示す図である。

[図 11]図 11は図 10の一部を拡大して示す図である。

符号の説明

1 アーク

2 ガス

3 プラズマジェット

4 溶射材料粉末

5 基板

6 被膜

11 ストッパー

12 トップチャンノー

13 電磁誘導加熱コイル

14 坩堝

15 真空源に接続されたダクト

16 アルミナの筒体 18 銅製金型

19 冷却水の入'出口

20 ステンレス製の筒体

21a ガスの通入口

21b ガスの出口

22 圧力計

23 溶融金属

24 観察窓

25 ポーラス金属

41 燃焼器ライナ

42 ヒートシールドパネル

43 気孔

44 気孔

発明を実施するための最良の形態

[0017] ポーラス金属材料は立体的な網目構造を有し、気孔の大きさや気孔率や気孔の分布などを様々に調整することにより、例えば、自動車や鉄道車両や船舶等の輸送機械ゃ構造材料へ用いるための衝撃吸収材、あるいは、吸音、断熱、軽量化材料等として使用することができるものである。このようなポーラス金属材料の製造方法としては、以下のような方法が知られている。

[0018] 第 1の方法は铸造法と呼ばれるもので、発泡ポリウレタンのような多孔質高分子材料の空隙内に石膏等を流し込むようにして型どりし、その後加熱により高分子材料を焼失させると同時に铸型を焼成し、その铸型の空隙内に溶融金属を注入'凝固させた後、铸型を破砕除去することにより、ポーラス金属を得ることができる。

[0019] 第 2の方法はメツキ法と呼ばれるもので、榭脂製等の微小粒子の集合体の空間に無電解メツキ、例えばニッケルのドブ漬けメツキ等の手法で金属を充填し、その後カロ熱により微小粒子を焼失 ·除去するもので、その微小粒子の焼失によって空隙を形成し、ポーラス金属を得ることができる。

[0020] 第 3の方法は溶湯発泡法と呼ばれるもので、溶融した金属中に発泡材を混合し、その発泡材の発泡により生じたガスを多量に含んだ状態で溶融金属を凝固させ、ポーラス金属を得ることができる。

[0021] 第 4の方法はスペースホルダー法と呼ばれるもので、金属粉末と加熱により焼失するスぺーサ材料粉末とを混合して所定形状に成形し、その後加熱によりスぺーサ材料を焼失させた後、残った金属粉末を焼結温度で焼結させ、ポーラス金属を得ることができる。

[0022] 上記第 1ないし第 4のポーラス金属の製造方法にはそれぞれ長所と欠点があり、その長所を活力した分野に適した方法が採用されているが、本発明の方法は、上記第 1ないし第 4の方法で製造されるポーラス金属の気孔形態を制御することにも適用することがでさる。

[0023] 以下には、一例として、ガスタービン燃焼器で用いられる斜孔を有するヒートシールドパネルにポーラス金属を適用した場合の気孔形態の制御にっ、て説明する力他の断熱 (遮熱)構造部材ゃ強制冷却構造部材を初めとする様々な用途に使用されるポーラス金属にも本発明を適用できることは言うまでもない。

[0024] 例えば、航空機のガスタービンの燃焼器ライナでは、局所的に 2000°Cを超える燃焼ガスに晒される場合がある。このような環境では、ライナに局所的な熱勾配が生じて大きな熱応力が円周方向に働き、破損に至るケースがある。そうした応力を軽減しつつ最小限の冷却空気量でライナを冷却し、多くの燃焼用空気を確保するには効率的なライナの冷却ある、は断熱にっ、ての検討が重要になる。

[0025] 熱応力を軽減するための一つの手段として、燃焼器ライナの内側に複数個の耐熱パネルを円周方向及び軸方向に互いに隣接して配置し、厳、熱環境から保護することが考えられる。連続的なライナのみで構成されている場合は、一部が破損した際にライナ全体を交換する必要があるのに対して、パネル構造では、不具合が生じたパネルのみを交換すればよいという利点がある。そこで、燃焼器ライナの冷却 '断熱材としてロータス型ポーラス金属を適用する際にもパネルとして燃焼器ライナの内側に取り付ける構造力設備保全の上にぉヽて好まヽ。

[0026] 以下に本発明の具体的な実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではなぐ本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において、適宜変更や修正が可能である。

[0027] ロータス型ポーラス金属材料を燃焼器ライナのヒートシールドパネルに適用することが想定される Ni基超合金のハステロィ X (登録商標： Ni— 9Mo— 22Cr— 18. 5Fe - 1. 5Co)とし、このロータス型ポーラスハステロィ Xに大気プラズマ溶射法を適用して気孔形態を制御することを試みた。大気プラズマ溶射法はヒートシールドパネルの製造工程の一つである遮熱コーティング（Thermal Barrier Coating,以下、 TBCという）を施す方法であるため、製造工程を特に増やすことなぐ対象とする材料の気孔形態を制御することができる。

(1)ポーラス金属製造装置

まず、ロータス型ポーラスハステロィ Xの製造装置について説明する。図 2 (a) (b)に、そのポーラス金属製造装置の概略構成を示す。図 2 (a)において、 11はストッパー、 12はトップチャンバ一、 13は電磁誘導加熱コイル、 14は坩堝、 15は真空源に接続されたダクト、 16はアルミナの筒体、 17はヒータ、 18は銅製金型、 19は金型 18を冷却するための冷却水の入'出口、 20はステンレス製の筒体、 21aはガスの通入口、 2 lbはガスの排出口、 22は圧力計、 23は溶融金属、 24は観察窓、 25はポーラス金属である。

(2)ポーラス金属の製造

以上のように構成される装置を用いて、ハステロィ Xのインゴット約 lOOOgをアルミナ製の坩堝 14に入れ、装置内の雰囲気を水素分圧 0. 5MPaとアルゴン分圧 2. 0MP aの混合ガス雰囲気として高周波誘導加熱を行い、ハステロィ Xを溶解させた。坩堝 1 4には底部に直径 20mmの孔がある力溶融金属 23が漏れないように、アルミナ製のストッパー 11で閉栓されている。

[0028] ハステロィ Xの溶解後、水素を十分に溶融金属 23中に溶解させるため、溶融金属 2 3を 1200秒の間、坩堝 14内に保持した。

[0029] 次に、図 2 (b)に示すように、アルミナ製のストッパー 11を上昇させて、溶融金属 23 を、筒体 16と 20を経て銅製金型 18内に流入させ、一方向凝固させた。金型 18は銅製であり、入 ·出口 19から冷却水を通入して冷却した。また、金型 18の铸壁に焼き付き防止剤の BNをスプレーし、铸塊が金型 18と焼き付くことなく铸造できるようにした。以上のようにして得られた铸塊をワイヤ放電カ卩ェ機により凝固方向に垂直あるいは平行に切断し、ロータス型ポーラスハステロィ Xの基材を得た。その基材の気孔の伸び方向に垂直な断面の写真を計算機に取り込み、画像解析して、気孔率および平均気孔径を求めた。図 3にその基材の外観写真（1倍)を示す。図 3および後記する図 4、図 5において、黒い点が気孔を示す。図 3に示すロータス型ポーラスハステロィ Xの基材の気孔率 (気孔の形成された素材の部位にぉ、て、気孔と素材の合計断面積に対する気孔の断面積の比率）は 26%、平均気孔径は 0. 4mmであった。図 3に示すように、 0. 4mm前後の直径の気孔がほぼ均一に分散していることが分かる。 (3)気孔形態の制御

a.プラズマ溶射による気孔の遮蔽

図 1に示すような大気プラズマ溶射法に従って、プラズマを発生させるガスとして、アルゴンと水素の混合ガスを使用し、約 40kWの出力で発生したプラズマジェット中に平均粒径 40 μ mの NiCoCrAlYの粉末をカ卩えて、上記ロータス型ポーラスハステロイ X(気孔率が 26%のもの）の基材の表面に 0. 15mm厚の金属接合層を施工し、さらに、上記プラズマジェット中に平均粒径 40 mのセラミック (イットリア部分安定ィ匕ジルコユア）の粉末を加えて、上記金属溶射層の上に厚さ 0. 25mmのセラミック遮熱層を施工した。図 4 (a)に上記 TBC施工前の基材の外観写真（1. 4倍)を示し、図 4 (b) に TBC施工後の基材の外観写真（1. 4倍)を示す。図 4 (a)と図 4 (b)を比較すると分かるように、大気プラズマ溶射で TBCを施すことによりロータスポアをほぼ完全に閉塞することができる。

b.プラズマ溶射による気孔形態の制御

《本発明の試験素材と比較例の試験素材》

図 5 (a)は同上方法に準じて得た気孔率が 5%のロータス型ポーラスハステロィ Xの基材の外観写真（1倍）、図 5 (b)は同上方法に準じて得た気孔率が 30%のロータス型ポーラスハステロィ Xの基材に対して、プラズマ溶射による TBC施工を想定し、熱硬化榭脂により基材の表面に部分的にマスキング M (図 5 (c)参照）を施すことによつて気孔率を 5%に制御したものの外観写真（1倍)を示し、図 5 (c)は図 5 (b)の一部を取り出して拡大して示す図である。《冷却性能推定試験条件と試験結果の表示》

図 6 (a) (b)は、それぞれ図 5 (a) (b)に示す基材を、図 10に示すような構成のガスタービンの燃焼器ライナのヒートシールドパネルに適用した場合の冷却性能を推定する試験結果の試験要素表面の外縁部を除く中心部分の温度分布を示す図である。具体的には、ヒートシールドパネルに供給する冷却空気と燃焼ガスを想定した主流空気の間に温度差 20°C (冷却空気 = 30°C、燃焼ガス = 50°C)を設定し、ヒートシ一ルドパネルを模した長方形要素の表面温度分布を赤外線温度計で計測した。図 6 (a ) (b)は白黒の濃淡で表示されており、白っぽい部分に比べて黒っぽい部分は相対的に冷却が進んでいることを示すが、その差がやや分かりにくいので、白黒の濃淡表示で表されている温度計測結果を、最小値を 0、最大値を 1とする「冷却効率」という指数に換算し、より分力りやすくするために拡大して図 7 (a) (b)に示す。冷却効率の大小は、冷却能力の大小に対応している。冷却効率が 1となるのはヒートシールドパネルに対する完全な冷却がなされた場合、すなわち、ヒートシールドパネルの温度が冷却空気の温度に等しくなる場合である。冷却効率が 0となるのはヒートシールドパネルに対する冷却が全くなされなかった場合、すなわち、ヒートシールドパネルの温度が燃焼ガスの温度に等しくなる場合である。この冷却性能推定試験では、冷却空気と燃焼ガスの流速を 20mZ秒とした。実際の燃焼器における燃焼ガスの温度は約 15 00°C、冷却空気の温度は約 500°Cと仮定すると、冷却効率の 0. 1の差は、実温における温度差 100°C程度に相当すると思われる。

《冷却性能推定試験の技術的背景》

図 6 (a) (b)および図 7 (a) (b)において、燃焼ガスを想定した主流空気は左力右に向かって流れており、冷却空気はこの主流空気に対して直角方向、すなわち、紙面に対して垂直方向力主流空気に対して直角に交わるように流れている。図 7 (a) ( b)ともに、上流側から下流側に向力つて冷却効率が大きくなる傾向にある。これは、上流側で吹き出した冷却空気が下流側のパネル表面を冷却する効果によるものである。実際の燃焼器においては、一定の大きさのヒートシールドパネルが上流側から下流側に向けて連続して複数個配置されるとともに、このパネル列が複数並列して円周方向に配置される。すなわち、ヒートシールドパネルは碁盤の目状に配置されているので、各パネルの端部は隣接するパネルの気孔を流通する冷却空気を通して間接的に冷却される。すなわち、当該パネルの上流部はその上流側に隣接するパネルから吹き出した冷却空気により冷却され、当該パネルの下流部はその下流側に隣接するパネルを冷却する冷却空気を通して間接的に冷却され、当該パネルの上流部と下流部を接続する上縁部および下縁部はそれぞれ上縁と下縁で隣接するパネルを冷却する冷却空気を通して間接的に冷却される。従って、このような要素試験による冷却性能推定試験では、試験要素の左端部分、右端部分、下縁部分および上縁部分の冷却効率の数値が低くなることがあるが、それは問題ではない。問題となるのは、図 7 (a) (b)において、上縁部から下縁部に至る上下方向の冷却効率のバラツキと最低冷却効率の数値である。このような理由で、図 6 (a) (b)には、試験要素表面の外縁部を除く中心部分の温度分布を示したのである。

《試験結果の検討》

次に、以上の技術的背景に基づいて、図 6 (a) (b)および図 7 (a) (b)に示された試験結果について検討する。

[0031] ヒートシールドパネルの寿命は、最も高温となる部分の寿命に律速される。すなわち、必要冷却量は最も冷却効率の低!、部分が要求冷却性能を満足するように決定されるので、ヒートシールドパネルの表面の冷却効率の数値はできるだけ均一であることが好ましい。

[0032] 図 6 (a) (b)および図 7 (a) (b)にお、て、上流側で吹き出した冷却空気は下流側のパネル表面を冷却するので、上流側から下流側に向力つて冷却効率が大きくなるのは自然なことであり、上縁部から下縁部に至る紙面上下方向の冷却効率の数値が変化しているのは気孔分布の不均一によるものである。試験要素表面において気孔分布を完全に均一にするのは技術的に不可能だ力もである。

a.図 7 (a)について

気孔率が 5%の基材に対して冷却性能推定試験をした結果を示す図 7 (a)にお、ては、上縁部から下縁部に至る紙面上下方向の冷却効率の数値のバラツキが大きい。すなわち、冷却効率 0. 55の数値と 0. 65の数値が大きく下流側に向けて張り出しており、上縁部から下縁部に至る紙面上下方向で見た場合、冷却効率のバラツキが大きいと言える。

b.図 7 (b)について

一方、気孔率が 30%の基材に対して気孔率の制御をして気孔率を 5%に調整したものに対して冷却性能推定試験をした結果を示す図 7 (b)では、多少の出入りはある力上縁部から下縁部に至る紙面上下方向の冷却効率の数値のバラツキは小さくなつており、試験要素表面における冷却は均一化される方向にある。

[0033] なお、図 7 (b)の左方の 0. 6の線と 0. 65の線の間に 0. 65で囲まれた小さい 3つの領域と、 0. 65の線と 0. 7の線の間に 0. 70で囲まれた小さい 2つの領域と、中央部の 0. 7の線と右方の 0. 7の線の間に 0. 75で囲まれた小さい 4つの領域と、右方の 0 . 75の線で囲まれた中に 0. 8で囲まれた小さい領域とが見られるのは、それらの小さい領域を定める境界線上または境界線の極く近傍に冷却空気を吹き出す気孔が密に存在する力である。

[0034] また、上流側の気孔力吹き出される冷却空気による冷却効果が十分に期待できる下流部での冷却効率の数値をみると、図 7 (b)は図 7 (a)より 0. 1程度大きくなつていることが分力ゝる。

《試験結果のまとめ》

以上の結果力も明らかなように、本発明の気孔率制御方法を適用して、同一冷却空気量において構造部材の表面に部分的に大気プラズマ溶射を施して気孔率を制御することによって、冷却効率のバラツキを小さくすることができるとともに冷却効率を向上させることが可能である。従って、要求される冷却効率が同一の場合、本発明の方法により気孔率をさらに小さくするように制御することによって、冷却空気の消費量を抑えることができる。さらに、本発明の方法に従って構造部材の表面に部分的に大気プラズマ溶射を施して気孔率を制御する場合、気孔を任意の位置に配置できることはもちろんである。図 5 (b)では、気孔を燃焼主流空気の流れ方向に対して直角に交わる方向に配置したが、実際の燃焼器の構造上の特徴に対応して気孔の大きさや気孔率や気孔の分布などを適宜変更するようにプラズマ溶射を施すことにより、冷却効率のバラツキが小さくて、し力も、平均冷却効率の高いヒートシールドパネルを実現することが可能である。産業上の利用可能性

本発明の方法によって得ることができるポーラス金属は、航空機用ガスタービンや産業用ガスタービンの燃焼器ライナやタービンシュラウドなどを初め、自動車や鉄道車両や船舶等の輸送機械や構造材料へ用いるための衝撃吸収材、あるいは、吸音、断熱、軽量ィ匕材料等に適用することができる。

Claims

請求の範囲

ポーラス金属の表面に対してプラズマ溶射を施すことにより、ポーラス金属の気孔形態を制御することを特徴とするポーラス金属の気孔形態制御方法。

ポーラス金属がロータス型ポーラス金属である請求項 1記載のポーラス金属の気孔形態制御方法。