WO2010016282A1 - 回転機械用の部品 - Google Patents

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WO2010016282A1
WO2010016282A1 PCT/JP2009/050732 JP2009050732W WO2010016282A1 WO 2010016282 A1 WO2010016282 A1 WO 2010016282A1 JP 2009050732 W JP2009050732 W JP 2009050732W WO 2010016282 A1 WO2010016282 A1 WO 2010016282A1
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fouling
steam turbine
turbine blade
hard
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勇哉 紺野
安井　豊明
恭一 池野
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rotating machine component.
  • rotating parts such as blades used in rotating machines such as steam turbines and compressor pumps have been subjected to surface treatment in consideration of heat resistance and corrosion resistance.
  • the steam turbine is driven by steam, which is a working fluid, being injected into the rotor blades of the turbine.
  • rotating blade parts (steam turbine blades) of the steam turbine, rotors and other parts of the rotating machine come into direct contact with the steam.
  • a compressor compressor pump used in a chemical plant or the like that compresses various fluids receives power from the outside and rotates an impeller to compress the fluid.
  • components of a rotating machine such as an impeller and a rotor are in direct contact with the gas.
  • a method of coating a film for suppressing the above phenomenon on the surface of the substrate is generally employed.
  • a method using a laminated structure as shown in FIGS. 17A and 17B is known. This is because a hard film 103a, 103b made of TiN, CrN or the like is formed on a substrate 101 by a physical vapor deposition (PVD) method, and further, an intermediate layer 102 made of Cr or the like if necessary. (See, for example, Patent Document 1).
  • PVD physical vapor deposition
  • a hard coating 104 made of WC-NiCo or the like is applied on the substrate 101 by thermal spraying.
  • a hard coating 104 made of WC-NiCo or the like is applied on the substrate 101 by thermal spraying.
  • the erosion-resistant hard coating as described above does not have fouling resistance, there is a problem that the fouling resistance is low although the erosion resistance is improved.
  • FIG. 18A a technique for forming a fluororesin particle-containing plating film 111 on a substrate 110 has been proposed.
  • the fluororesin particle-containing plating film 111 is obtained by dispersing the fluororesin particles 111b in the plating 111a (see, for example, Patent Documents 4 and 5).
  • FIG. 18B there is a method of coating a fluororesin layer 113 in which ceramic particles 113b are dispersed in a fluororesin 113a on a base 110 via a sprayed layer 112.
  • membrane are also known (for example, refer patent document 6).
  • a method of coating a fluororesin on a base material in a gas equipment component has been proposed.
  • a method for forming a film containing fluorine with reduced surface energy on a substrate has been proposed.
  • a method for smoothing the hard nitride film on the substrate and reducing physical adsorption has been proposed.
  • the film having the fouling resistance as described above is soft and has low erosion resistance, there is a problem that the film peels in an environment where erosion such as direct contact with gas is likely to occur. It was.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a rotating machine component that is excellent in erosion resistance and fouling resistance in an environment in direct contact with gas.
  • the component for a rotary machine according to the present invention is formed by laminating a hard film made of ceramics and a fouling prevention film made of a fluorine-containing diamond-like carbon film on the surface of a base material.
  • the fouling-preventing film having the above-described configuration is provided, thereby suppressing the occurrence of fouling to which the ceramic component contained in the gas adheres.
  • the rotating machine component having such a configuration even when the fouling prevention film is worn at the erosion occurrence site, the progress of the erosion can be suppressed in the hard film.
  • the said fouling prevention film of the components for rotary machines which concern on this invention may be uniform in the said structure in the range whose fluorine concentration is 10 mass% or more and 40 mass% or less. In the rotating machine component having such a configuration, fouling as described above is more effectively suppressed.
  • an intermediate hard film made of diamond-like carbon may be further formed between the hard film and the fouling prevention film.
  • the adhesion between the hard coating and the fouling prevention coating is further improved, and erosion is more effectively suppressed.
  • an intermediate layer may be further formed between the base material and the hard coating in the above configuration.
  • the intermediate layer by providing the intermediate layer, the internal stress generated in the hard coating is relieved, and the adhesion between the substrate and the hard coating is improved.
  • the anti-fouling coating of the rotating machine component according to the present invention has a concentration in the film thickness direction so that the fluorine concentration increases from the hard coating side toward the surface of the anti-fouling coating in the above configuration.
  • a gradient composition film in which a gradient is provided and the fluorine concentration on the surface is in the range of 10 mass% to 40 mass% may be used.
  • the rotating machine component according to the present invention is the above-described configuration in which the anti-fouling film that is a gradient composition film is provided, and the diamond-like carbon is further interposed between the hard film and the anti-fouling film.
  • An intermediate hard film may be formed.
  • the component for a rotating machine according to the present invention is provided with a fouling prevention film that is a gradient composition film, and further provided with an intermediate hard film, between the base material and the hard film, Further, an intermediate layer may be formed.
  • the component for a rotating machine having such a configuration is provided with the anti-fouling coating provided with the concentration gradient as described above, thereby imparting anti-fouling properties to the outermost surface of the anti-fouling coating.
  • the anti-fouling coating provided with the concentration gradient as described above, thereby imparting anti-fouling properties to the outermost surface of the anti-fouling coating.
  • erosion resistance is imparted by increasing the hardness, and adhesion to the hard film is improved.
  • the said hard film of the components for rotary machines which concern on this invention may consist of at least 1 or more types in TiN, TiAlN, CrN, TiC, TiCN, and ZrN in the said structure.
  • the erosion as described above is more effectively suppressed.
  • part of the components for rotary machines which concern on this invention may be worn in the said structure.
  • the part for a rotating machine having such a configuration even when the antifouling film at the erosion occurrence site is worn under actual use, the progress of the erosion is suppressed by the hard film therebelow.
  • a fouling prevention film made of a fluorine-containing diamond-like carbon film is formed on the surface of a base material.
  • the antifouling film is provided with a concentration gradient in the film thickness direction so that the fluorine concentration increases from the hard film side toward the surface of the antifouling film, and the fluorine concentration on the surface is 10% by mass or more.
  • membrane which is the range of 40 mass% or less.
  • the anti-fouling film on the outermost surface of the anti-fouling film is formed by forming the anti-fouling film with the concentration gradient as described above on the substrate. Is granted.
  • erosion resistance is imparted and adhesion is improved by increasing the hardness. This suppresses both fouling and erosion even in a single layer film structure.
  • an intermediate layer may be further formed between the base material and the fouling prevention film in the above configuration.
  • the intermediate layer by providing the intermediate layer, the internal stress generated in the fouling prevention film is relieved, and the adhesion between the base material and the fouling prevention film is improved.
  • the steam turbine according to the present invention is a steam turbine having a moving blade, and the moving blade has a hard film made of ceramic and a fouling prevention film made of a fluorine-containing diamond-like carbon film on the surface of the base material. Consists of laminated rotating machine parts.
  • both fouling and erosion are suppressed even when used in an environment that is in direct contact with gas. Therefore, it is possible to realize parts for rotating machines with low running costs.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a steam turbine blade that is an example of a component for a rotating machine according to the present invention, and is a schematic diagram illustrating a steam turbine in which the steam turbine blade is used. It is a perspective view explaining typically a 1st embodiment of a steam turbine blade concerning the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view schematically illustrating an example of a steam turbine blade according to the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a first embodiment of a steam turbine blade according to the present invention, and is a cross-sectional view illustrating a structure in which a hard coating and a fouling prevention coating are sequentially laminated on a substrate. It is a figure which illustrates typically 1st Embodiment of the steam turbine blade which concerns on this invention, and is a graph which shows the relationship between the fluorine content rate in a fouling prevention film, and a silica particle adhesion amount. It is a figure which illustrates typically 1st Embodiment of the steam turbine blade which concerns on this invention, and is a graph which shows the relationship between the fluorine content rate in a fouling prevention film, and hardness.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a second embodiment of a steam turbine blade according to the present invention, a cross-sectional view showing a structure in which a hard film and an anti-fouling film are sequentially laminated on a substrate, and an anti-fouling film It is a graph which shows the fluorine concentration gradient in the film thickness direction.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a fourth embodiment of a steam turbine blade according to the present invention, and is a cross section showing a structure in which an intermediate layer, a hard film, an intermediate hard film, and an anti-fouling film are sequentially laminated on a substrate.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a fourth embodiment of a steam turbine blade according to the present invention, and is a cross section showing a structure in which an intermediate layer, a hard film, an intermediate hard film, and an anti-fouling film are sequentially laminated on a substrate.
  • FIG. 3 It is a figure which illustrates typically 5th Embodiment of the steam turbine blade which concerns on this invention, and is sectional drawing which shows the structure where the fouling prevention film was laminated
  • FIG. 1 It is a figure which illustrates typically 6th Embodiment of the steam turbine blade which concerns on this invention, and is sectional drawing which shows the structure where the intermediate
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a seventh embodiment of the steam turbine blade according to the present invention, and a cross-sectional view showing a structure in which a hard film, an intermediate hard film, and an anti-fouling film are sequentially laminated on a substrate; It is a graph which shows the fluorine concentration gradient in the film thickness direction of a fouling prevention film.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an eighth embodiment of a steam turbine blade according to the present invention, a cross-sectional view showing a structure in which an intermediate layer, a hard coating, and a fouling prevention coating are sequentially laminated on a substrate; It is a graph which shows the fluorine concentration gradient in the film thickness direction of a ring prevention film.
  • FIG. 1 It is a figure which illustrates typically 9th Embodiment of the steam turbine blade which concerns on this invention, and is a cross section which shows the structure where the intermediate
  • SYMBOLS 1 Base material, 1a ... Surface (base material), 2 ... Hard film, 3, 31, 32 ... Anti-fouling film, 3a, 31a, 31a ... Surface (anti-fouling film), 4 ... Intermediate layer, 5 ... Intermediate hard film 10, 11, 12, 13, 13A, 14, 15, 16, 17, 18 ... steam turbine blades (parts for rotating machinery), 40 ... steam turbine, E ... region (erosion generation site)
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a steam turbine in which steam turbine blades are used.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a steam turbine blade.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure in which a hard coating and a fouling prevention coating are sequentially laminated on a substrate.
  • FIG. 5B are graphs showing changes in characteristics accompanying changes in fluorine content in the fouling prevention coating.
  • 6A, 6B, and 6C are graphs for explaining the operation and effect of the steam turbine blade.
  • FIG. 7 is a schematic view for explaining a second embodiment of the steam turbine blade according to the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the third embodiment.
  • 9A and 9B are schematic diagrams for explaining the fourth embodiment.
  • 10 and 11 are schematic views for explaining a fifth embodiment of the steam turbine blade according to the present invention.
  • 12 and 13 are schematic views for explaining the sixth embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic view for explaining a seventh embodiment of the steam turbine blade according to the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the eighth embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic diagram for explaining the ninth embodiment.
  • each drawing referred in the following description is a drawing for explaining a steam turbine blade (component for a rotating machine), and the size, thickness, dimension, etc. of each part shown
  • the steam turbine blade according to the present invention is, for example, a component for a rotating machine that is used as a moving blade (see the steam turbine blade 10 in the drawing) in the steam turbine 40 shown in FIG.
  • the steam turbine 40 is driven by steam, which is a working fluid, being injected into a steam turbine blade 10 (moving blade) attached to the turbine 41. Therefore, such a steam turbine 40 is configured such that the steam turbine blade 10 is in direct contact with the steam.
  • a hard coating 2 for improving drain erosion resistance is formed on the surface 1a of the substrate 1 as shown in the cross-sectional view of FIG.
  • an anti-fouling film 3 for improving the fouling resistance is formed.
  • the steam turbine blade 10 of the present embodiment is schematically configured by laminating a hard coating 2 and a fouling prevention coating 3 on the surface 1a of the substrate 1 (FIG. 3). (See also cross-sectional view).
  • the hard coating 2 is made of ceramic
  • the fouling prevention coating 3 is made of diamond-like carbon (DLC) containing fluorine.
  • membrane 3 which comprise the steam turbine blade 10 of this embodiment are explained in full detail.
  • the base material 1 for example, stainless steel including SUS410J1 can be used without any limitation in materials generally used in this field, and materials appropriately selected from these commonly used materials are used. It is possible.
  • the hard coating 2 is a coating formed on the surface 1 a of the substrate 1 in the steam turbine blade 10, and is a coating for imparting erosion resistance to the steam turbine blade 10.
  • Any material can be used as the material of the hard coating 2 as long as it has high adhesion and erosion resistance as the coating, but any of nitride, carbide, boride, or oxide can be used. It is preferable to consist of materials. Among these materials, a film made of at least one of TiN, TiAlN, CrN, TiC, TiCN, and ZrN is more preferable.
  • the film thickness of the hard coating 2 is preferably in the range of 1 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the film thickness of the hard coating 2 is more preferably in the range of 3 ⁇ m to 20 ⁇ m, and still more preferably in the range of 5 ⁇ m to 15 ⁇ m.
  • the fouling prevention coating 3 is a coating formed on the hard coating 2 described above in the steam turbine blade 10, and is a coating for imparting fouling resistance to the steam turbine blade 10.
  • the fouling prevention film 3 of this embodiment is made of DLC containing fluorine, and has excellent fouling resistance, strength and wear resistance. Such DLC (diamond-like carbon) is generally used as a material for parts and the like that require high strength and wear resistance. By adopting a configuration in which fluorine is contained in this DLC, the fouling prevention coating 3 is further imparted with fouling resistance.
  • the fouling-preventing film 3 is preferably made of DLC having a fluorine concentration in the range of 10% by mass to 40% by mass.
  • the fluorine concentration in the fouling prevention coating 3 is less than 10% by mass, the surface energy increases, and it becomes difficult to obtain the effect of improving the fouling resistance that reduces the amount of silica particles and the like. Therefore, it becomes difficult to extend the maintenance cycle of the steam turbine blade 10 for a long period of time.
  • the fluorine concentration is less than 10% by mass, for example, compared to the amount of ceramic component deposited on a film made of conventional TiN, the amount of ceramic component deposited is half or more, resulting in a significant fouling reduction effect. May not be obtained.
  • the anti-fouling film 3 is preferably made of DLC whose fluorine concentration is in the range of 10% by mass to 40% by mass, and the fluorine concentration is in the range of 15% by mass to 38% by mass. Is more preferable, and the range of 20% by mass to 35% by mass is more preferable.
  • the outline method of the silica particle adhesion amount measurement test described in Patent Document 4 is shown below.
  • the test piece the test piece obtained by the method for manufacturing the steam turbine blade of the first embodiment described later is used.
  • the test piece is fitted into a drum and subjected to a particle adhesion evaluation test.
  • the particle adhesion evaluation test is a test in which ultrafine particles of silica (SiO 2 ) conveyed by nitrogen (N 2 ) gas are sprayed and adhered to the surface of a test piece while rotating a drum. Nitrogen gas is injected through the nozzle. Silica particles are supplied from the particle supply device in the vicinity of the nozzle outlet. A water tank is installed below the drum.
  • the water in the water tank is boiled at 100 ° C., and moisture is supplied to the test piece.
  • the test piece is heated by a heater installed inside the drum.
  • the number of revolutions of the drum is 10 rpm, and the test piece is also rotated at the same number of revolutions as the drum.
  • silica particles fumed silica (grade 50) manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd. was used.
  • the heating temperature of the test piece was 80 ° C. Further, the collision speed of the silica particles is 300 m / sec.
  • the test time was 80 hours. (Evaluation methods) From the mass difference between the test pieces before and after the test, the amount of silica particles adhered was measured.
  • the ratio was calculated as the silica particle adhesion amount Z by the formula (3).
  • Z Y / X (3)
  • the graph of FIG. 5B shows the relationship between the fluorine content (fluorine concentration) in the fouling prevention film 3 provided in the steam turbine blade 10 and the hardness of the fouling prevention film 3.
  • fluorine content in the anti-fouling film 3 exceeds 40% by mass, the hardness of the anti-fouling film 3 is less than 200 Hv and the strength is insufficient.
  • the fluorine content in the fouling prevention film 3 was measured using an X-ray photoelectron spectrometer ESCA3400 (manufactured by KRATS) under the conditions of anode: Mg, excitation voltage: 10 kV, excitation current: 12 mA.
  • the concentration distribution in the depth direction was analyzed by the above-described method for measuring the fluorine content after the film was locally etched by Ar ion etching.
  • the film hardness was tested using a micro Vickers hardness tester with test loads of 10 gf and 50 gf.
  • the film thickness of the fouling prevention coating 3 is preferably in the range of 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less from the viewpoint that the fouling resistance can be effectively imparted to the steam turbine blade 10.
  • the film thickness of the fouling prevention film 3 is less than 0.1 ⁇ m, it is difficult to obtain fouling resistance.
  • the film thickness exceeds 10 ⁇ m, the stress in the film may increase to cause peeling, and the process time during film formation becomes long.
  • the film thickness of the fouling prevention film 3 is more preferably in the range of 0.5 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less, and further preferably in the range of 0.8 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the hard coating 2 and the fouling prevention coating 3 as described above are formed on the entire surface 1a of the substrate 1 in the steam turbine blade 10 as shown in FIG.
  • the effects of improving both the erosion resistance and the fouling resistance as described above can be obtained more effectively.
  • a gas including steam for driving the steam turbine 40 is supplied to the steam turbine 40 as shown in FIG.
  • the gas containing the steam collides with the steam turbine blade 10 shown in FIG. 2 from the direction of arrow S in the drawing.
  • the steam turbine blade 10 rotates in the direction of arrow R in FIG.
  • moisture (drain) such as steam contained in the gas is mainly in the vicinity of the region E of the steam turbine blade 10 (the erosion occurrence site: the thick line region indicated by the symbol E in FIG. 3). Collide at high speed. For this reason, erosion is likely to occur in the region E.
  • a region F other than the region E fouling generation region: thick line region indicated by a symbol F in FIG. 3
  • ceramic components such as silica contained in the gas are attached. Fouling is likely to occur.
  • the erosion generation site (region E shown in FIG. 3) and the fouling generation site (region F shown in FIG. 3) are different.
  • the hard coating 2 and the fouling prevention coating 3 having the above-described configuration are sequentially laminated on the surface 1a of the substrate 1. Therefore, in the region E where erosion is likely to occur during actual use, the soft anti-fouling coating 3 is worn by the high-speed collision of the drain contained in the gas. At this time, the steam turbine blade 10 is given erosion resistance by the hard coating 2 provided in the lower layer even when the fouling prevention coating 3 is worn away. For this reason, the progress of erosion in the region E is suppressed. In addition, the region other than the region E, that is, the region F is a region where erosion hardly occurs during actual use. Accordingly, the fouling prevention coating 3 is not worn in the region F, and the occurrence of fouling is suppressed. Accordingly, it is possible to ensure excellent erosion resistance and fouling resistance on the entire surface 1a of the base 1 of the steam turbine blade 10.
  • FIG. 6A shows the case where the steam turbine blade 10 provided with both fouling resistance and erosion resistance is mounted on the steam turbine 40 as shown in FIG. It is a graph which shows the relationship between operating time, the amount of wear (erosion amount), and the amount of fouling.
  • FIG. 6B shows the characteristics when a conventional steam turbine blade having a coating with only erosion resistance formed thereon is mounted on a steam turbine and continuously operated as described above. It is a graph.
  • FIG. 6C is a graph showing characteristics when a conventional steam turbine blade to which only fouling resistance is imparted is used.
  • the steam turbine blade 10 of the present embodiment is provided with both fouling resistance and erosion resistance.
  • a steam turbine blade 10 as shown in the graph of FIG. 6A, it can be seen that during continuous operation, it takes a very long time to reach the assumed reference value that requires inspection for both fouling and wear. Therefore, a maintenance cycle can be set in a long cycle, and it becomes possible to significantly reduce costs such as labor costs and parts costs.
  • the fouling to which the ceramic component contained in the gas adheres due to the provision of the fouling prevention coating 3 having the above-described configuration. Can be suppressed.
  • the steam turbine blade 10 is provided with the hard coating 2 having the above-described configuration, even if erosion occurs in the fouling prevention coating 3 which is a soft coating in an environment in direct contact with gas, the erosion Can be suppressed by the hard coating 2. Therefore, it is possible to realize the steam turbine blade 10 which is excellent in both fouling resistance and erosion resistance, can maintain a long maintenance interval, has a long life, and has a low running cost.
  • the manufacturing method of the steam turbine blade 10 of this embodiment is explained in full detail.
  • the surface smooth ceramic hard coating 3 provided in the laminated structure of the steam turbine blade 10 as shown in FIG. 4 is formed by the method described below.
  • a hard coating 2 is formed on the surface 1 a of the substrate 1, and a fouling prevention coating 3 made of diamond-like carbon containing fluorine is formed on the hard coating 2.
  • the fouling prevention film 3 is formed by ionization vapor deposition in which a reaction gas is ionized by electron beam discharge, and is formed using a gas containing at least hexafluorobenzene gas (C 6 F 6 ) as a reaction gas.
  • the ionized vapor deposition method as described above can freely control the amount and energy of ions, it is possible to form a thin film made of fluorine-containing DLC with good controllability. Further, by using hexafluorobenzene gas as the reaction gas at this time, the material ionized by the electron beam is efficiently formed on the substrate 1 (on the hard coating 2) as fluorine-containing DLC.
  • the base material for example, a material having a material of SUS410J1 and a size of about 20 ⁇ 30 ⁇ 5 mm can be used.
  • a hard film 2 made of TiN is formed by sputtering on the surface 1a of the pretreated base material 1 with the base material 1 disposed in the sputtering apparatus.
  • Ti is used as a target
  • nitrogen gas is used as a reaction gas.
  • the temperature of the base material 1 is controlled to 300 ° C. by heater heating.
  • glow discharge is performed under conditions where the film forming power is about 1000 W, the flow rate of nitrogen flowing through the apparatus is about 10 sccm, the bias voltage of the substrate is about 100 V, and the power applied to the target is about 4000 W.
  • a hard film 2 made of TiN is formed on the entire surface 1 a of the material 1.
  • a fouling prevention film 3 made of fluorine-containing DLC is formed on the hard film 2 by the ionization vapor deposition method described above.
  • the base material 1 on which the hard film 2 is formed on the surface 1a is introduced into an ionization vapor deposition apparatus, and the inside of the apparatus is vacuumed and decompressed to 3.0 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa or less.
  • hexafluorobenzene gas is introduced into the ionized vapor deposition apparatus so as to have a pressure in the range of 2.0 ⁇ 10 ⁇ 1 Pa or more and 6.5 ⁇ 10 ⁇ 1 Pa or less.
  • a fouling prevention coating 3 made of fluorine-containing DLC is formed on the entire surface of the hard coating 2.
  • the fluorine concentration in the fouling prevention film 3 is uniform in the range of 10% by mass or more and 40% by mass or less as described above, and can be, for example, about 30% by mass.
  • a test piece (20 ⁇ 30 ⁇ 5 mm) obtained by the above production method and having a fluorine concentration of 30 mass% in the fouling prevention coating 3 was used.
  • the hard coating 2 is formed on the surface 1 a of the base 1.
  • an anti-fouling film 3 is formed on the hard film 2 by an ionized vapor deposition method using a gas containing at least hexafluorobenzene gas as a reaction gas.
  • the anti-fouling coating 3 made of diamond-like carbon containing fluorine is formed, so that the fluorine is brought to an appropriate concentration in the diamond-like carbon.
  • the anti-fouling film 3 having high fouling resistance can be formed. Therefore, it is possible to manufacture the steam turbine blade 10 that is excellent in both fouling resistance and erosion resistance, has a long life, and has a low running cost with high production efficiency.
  • the method of forming the fouling prevention film 3 by the ionized vapor deposition method is described.
  • the present invention is not limited to this.
  • the film formation is performed by the sputtering method as in the case of the hard film 2 described above. It is also possible to do.
  • the steam turbine blade 11 of the present embodiment is configured such that a fouling prevention coating 31 is laminated on the hard coating 2 on the surface 1 a of the substrate 1.
  • the fouling prevention film 31 is provided with a concentration gradient in the film thickness T1 direction so that the fluorine concentration increases from the hard film 2 side toward the surface 31a of the fouling prevention film 31, and the fluorine concentration on the surface 31a is 10 mass. % Or more and 40% by mass or less.
  • it is set as the structure different from the steam turbine blade 10 of 1st Embodiment by the point by which the fouling prevention film
  • the fouling prevention film 31 provided in the steam turbine blade 11 of the present embodiment has a fluorine concentration gradient in the film thickness T1 direction of the fouling prevention film 31 as shown in the graph in the schematic diagram of FIG. Yes.
  • the fluorine concentration on the hard coating 2 side of the fouling prevention coating 31 is about 0% by mass.
  • the fluorine concentration on the surface 31a side of the fouling prevention film 31 is about 30% by mass.
  • the fluorine concentration gradient indicated by the solid line is about 30% by mass with the fluorine concentration gradually increasing from the hard coating 2 side of the fouling prevention coating 31 toward the thickness T1 in the middle.
  • the concentration gradient increases to When the fluorine concentration becomes 30% by mass, the fluorine concentration is uniform at about 30% by mass from the middle position in the film thickness T1 direction to the surface 31a in the film thickness T1 direction.
  • the steam turbine blade 11 of the present embodiment is provided with the fouling prevention coating 31 provided with the concentration gradient as described above. Accordingly, fouling resistance is imparted to the surface 31 a of the fouling prevention coating 31. On the other hand, erosion resistance is imparted to the hard coating 2 side of the fouling prevention coating 31 by increasing the hardness. Thereby, both fouling and erosion are effectively suppressed.
  • the fouling prevention film 31 provided in the steam turbine blade 11 of the present embodiment has a fluorine concentration in the range of 10 mass% or more and 40 mass% or less on the surface 31a side of the fouling prevention film 31 where the fluorine concentration is highest.
  • it is made of DLC. If the fluorine concentration exceeds 40% by mass on the surface 31a side of the fouling-preventing coating 31, the coating hardness becomes 200Hv or less, resulting in insufficient hardness. Such a fouling prevention film 31 may become unsuitable in an actual use environment.
  • the anti-fouling film 31 is preferably made of DLC having a fluorine concentration in the range of 10 mass% or more and 40 mass% or less on the surface 31a side of the anti-fouling film 31, and the fluorine concentration is 15 mass% or more. And it is more preferable that it is the range of 38 mass% or less, and it is still more preferable that it is the range of 20 mass% or more and 35 mass% or less.
  • the fluorine concentration may be 10 mass% on the hard coating 2 side of the fouling prevention coating 31.
  • the hard coating 2 is provided under the fouling prevention coating 31, both fouling and erosion can be effectively suppressed.
  • the fluorine concentration gradient in the film thickness T1 direction of the fouling prevention film 31 is not limited to the above.
  • the relationship between the fluorine concentration and the film thickness T1 may be linear.
  • the relationship between the fluorine concentration and the film thickness T1 can be a concentration gradient in which a steep gradient and a gentle gradient are combined.
  • the film thickness of the fouling prevention film 31 is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less from the viewpoint that the fouling resistance can be effectively imparted to the steam turbine blade 10. If the film thickness of the fouling prevention film 31 is less than 1 ⁇ m, it is difficult to provide the fluorine concentration gradient as described above, and it is difficult to obtain fouling resistance. On the other hand, if the film thickness exceeds 10 ⁇ m, the stress in the film may increase to cause peeling, and the process time during film formation becomes long.
  • the film thickness of the fouling prevention film 31 is more preferably in the range of 1.5 ⁇ m to 6 ⁇ m, and further preferably in the range of 2 ⁇ m to 4 ⁇ m.
  • a fouling prevention film 31 made of fluorine-containing DLC is formed with a concentration gradient in the film thickness T1 direction so that the fluorine concentration increases from the hard film 2 side toward the surface 31a of the fouling prevention film 31. How to do will be described.
  • the base material 1 on which the hard film 2 is formed on the surface 1a is introduced into an ionization vapor deposition apparatus, and the inside of the apparatus is vacuumed and decompressed to 3.0 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa or less. Then, a mixed gas of hexafluorobenzene and benzene is introduced into the ionized vapor deposition apparatus so as to have a pressure in the range of 2.0 ⁇ 10 ⁇ 1 Pa or more and 6.5 ⁇ 10 ⁇ 1 Pa or less. Then, discharge is performed under the conditions that the ion source anode current value is about 0.4 A, the ion source filament current value is about 30 A, and the bias voltage value of the substrate is about 1.5 kV.
  • the fouling prevention film 31 made of fluorine-containing DLC is formed on the entire surface of the hard film 2 formed on the surface 1a.
  • the mixing ratio is changed at a rate of 1% / min so that the ratio of hexafluorobenzene increases.
  • the discharge is maintained for about 20 minutes from the time when the ratio of hexafluorobenzene reaches 100%.
  • the ratio of the above mixed gas is a molar ratio.
  • the fouling prevention film 31 is provided with a concentration gradient in the film thickness T1 direction so that the fluorine concentration increases from the hard film 2 side toward the surface 31a. Can be formed.
  • a method for forming the fouling prevention film 31 by the ionized vapor deposition method is described as in the first embodiment described above, but it is also possible to form a film by the sputtering method.
  • the fouling prevention coating 31 of the steam turbine blade 11 according to the second embodiment of the present invention increases in fluorine concentration from the hard coating 2 side toward the surface 31a of the fouling prevention coating 31.
  • a gradient composition is provided in the direction of the film thickness T1 so that the fluorine concentration on the surface 31a is in the range of 10% by mass to 40% by mass. Accordingly, fouling resistance is imparted to the surface 31 a of the fouling prevention coating 31.
  • erosion resistance is imparted to the hard coating 2 side of the fouling prevention coating 31 by increasing the hardness. Thereby, both fouling and erosion can be effectively suppressed.
  • both the fouling resistance and the erosion resistance are excellent, the maintenance interval can be long, the life is long, and the running cost is low. An inexpensive steam turbine blade 11 can be realized.
  • the steam turbine blade 12 of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
  • symbol is provided to the structure similar to the steam turbine blade 10 of 1st Embodiment, the detailed description is abbreviate
  • the steam turbine blade 12 of this embodiment is configured differently from the steam turbine blade 10 of the first embodiment in that an intermediate layer 4 is provided between the base material 1 and the hard coating 2. .
  • the intermediate layer 4 has an effect of relaxing internal stress generated in the hard coating 2 and further improving the adhesion between the substrate 1 and the hard coating 2.
  • the material of the intermediate layer 4 is preferably Cr or Ti. By configuring the intermediate layer 4 with such a material, the internal stress generated in the hard coating 2 is more effectively relieved, and the adhesion between the substrate 1 and the hard coating 2 is further improved.
  • the film thickness of the intermediate layer 4 is in the range of 0.5 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less, which can effectively relieve the internal stress generated in the hard coating 2 as described above and further improve the adhesion. This is preferable.
  • a sputtering method similar to the method for forming the hard coating 2 can be employed without any limitation.
  • the turbine blade 12 of the present embodiment the effect of further improving the adhesion between the base material 1 and the hard coating 2 as described above can be obtained. Further, the turbine blade 12 can provide excellent erosion resistance and fouling resistance, similar to the steam turbine blade 10 and the steam turbine blade 11 of the first and second embodiments.
  • the steam turbine blade 13 of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 9A and 9B.
  • the same components as those of the steam turbine blade 10, the steam turbine blade 11, and the steam turbine blade 12 of the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • an intermediate layer 4 is provided between the base material 1 and the hard coating 2 as illustrated in FIG. 9A.
  • an intermediate hard film 5 made of diamond-like carbon is formed between the hard film 2 and the fouling prevention film 3.
  • the steam turbine blade 13 is different from the steam turbine blade 12 of the third embodiment.
  • the intermediate hard film 5 is preferably made of DLC and has a thickness in the range of 0.5 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less.
  • the intermediate hard film 5 made of DLC having a film thickness in such a range, the adhesion between the hard film 2 and the fouling prevention film 3 is improved. Further, even if wear of the fouling prevention film 3 occurs at the erosion generation site of the steam turbine blade 13 (see region E in FIG. 3), the action of the intermediate hard film 5 and the hard film 2 therebelow. Thus, the erosion at the site is effectively suppressed. Thereby, both the erosion resistance and the fouling resistance of the steam turbine blade 13 can be obtained more effectively.
  • a sputtering method similar to that for forming the hard film 2 can be employed without any limitation.
  • the steam turbine blade 13 of the present embodiment the effect of further improving the adhesion between the hard coating 2 and the fouling prevention coating 3 as described above can be obtained. Further, the steam turbine blade 13 can provide excellent erosion resistance and fouling resistance, similar to the steam turbine blade 10, the steam turbine blade 11, and the steam turbine blade 12 of the first to third embodiments.
  • the intermediate layer 4 is provided between the base material 1 and the hard coating 2 as in the steam turbine blade 12 of the third embodiment. It is not limited to.
  • the steam turbine blade 13 ⁇ / b> A in which the hard coating 2 is directly formed on the surface 1 a of the substrate 1 may be configured and can be appropriately employed.
  • the steam turbine blade 14 of the present embodiment is provided with a concentration gradient such that the fluorine concentration increases toward the surface 32a in the film thickness T2 direction, and the fluorine concentration on the surface 32a is 10% by mass or more and 40% by mass or less. It is a range.
  • the steam turbine blade 14 is common to the steam turbine blade 11 of the second embodiment in that the anti-fouling film 32 made of fluorine-containing DLC having the gradient composition film is provided. However, the steam turbine blade 14 is different from the steam turbine blade 11 of the second embodiment in that the anti-fouling film 32 has a single-layer film structure in which the anti-fouling film 32 is directly laminated on the surface 1a of the substrate 1. .
  • the anti-fouling film 32 provided in the steam turbine blade 14 of the present embodiment has a fluorine concentration gradient in the film thickness T2 direction of the anti-fouling film 32.
  • the fluorine concentration by the side of the base material 1 of the fouling prevention film 32 is about 0 mass%.
  • the fluorine concentration on the surface 32a side of the fouling prevention film 32 is about 30% by mass.
  • the fluorine concentration and the film thickness T2 have a linear relationship.
  • the hardness of the anti-fouling coating 32 of the steam turbine blade 14 shown in FIG. 10 changes when the concentration gradient of the fluorine concentration is in the above relationship.
  • the hardness on the surface layer 32a side where the fluorine concentration is about 30% by mass is soft at about 200 Hv
  • the hardness on the base material 1 side is hard at about 3000 Hv.
  • the fouling prevention film 32 has a certain thickness range from the surface layer 32a side, in the illustrated example, about 2/3 of the film thickness T2 from the surface layer 32a when the hardness is in the range of 200 Hv to 2000 Hv. Fouling resistance is imparted to the region G in the range up to.
  • the hardness is 2000 Hv or more and 3000 Hv or less, and the region H is in the range from the substrate 1 side to about 1/3 of the film thickness T2, and the erosion resistance High adhesion between the substrate 1 and the substrate 1 is imparted.
  • the hardness was measured by the same method as that described above.
  • the steam turbine blade 14 is provided with the anti-fouling film 32 as described above. Thereby, even if it is the structure which is not provided with the hard membrane
  • the hard anti-fouling film 32 of the region H on the substrate 1 side remains. Therefore, in the steam turbine blade 14, the progress of erosion is suppressed.
  • the steam turbine blade 14 according to the present embodiment has excellent erosion resistance and resistance as in the steam turbine blade 10, the steam turbine blade 11, the steam turbine blade 12, and the steam turbine blade 13 according to the first to fourth embodiments. Both fouling properties can be obtained effectively.
  • the fouling prevention film 32 has a fluorine concentration of 10% by mass or more on the surface 32a side where the fluorine concentration is highest for the same reason as the fouling prevention film 31 provided in the steam turbine blade 11 of the second embodiment. It is preferable that it consists of DLC made into the range of 40 mass% or less. By forming the fouling prevention film 32 from DLC having a fluorine concentration in the above range, high fouling resistance can be obtained more effectively.
  • the fouling prevention film 32 is more preferably composed of DLC having a fluorine concentration in the range of 15% by mass to 38% by mass on the surface 32a side, and in the range of 20% by mass to 5% by mass. More preferably it is.
  • the film thickness of the fouling prevention film 32 is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less from the viewpoint that both the fouling resistance and the erosion resistance can be effectively imparted to the steam turbine blade 14. If the film thickness of the anti-fouling film 32 is less than 1 ⁇ m, it is difficult to provide a fluorine concentration gradient as described above, and it may be difficult to obtain both fouling resistance and erosion resistance. On the other hand, when the film thickness of the fouling prevention film 32 exceeds 10 ⁇ m, stress in the film may increase to cause peeling, and the process time for film formation becomes long.
  • the film thickness of the fouling prevention film 32 is more preferably in the range of 3 ⁇ m to 9 ⁇ m, and further preferably in the range of 5 ⁇ m to 8 ⁇ m.
  • the film thickness that can provide fouling resistance that is, the minimum film thickness that allows the fluorine concentration to be 10% by mass or more is considered to be about 0.1 ⁇ m. It is done. Therefore, for example, in the graph of FIG. 10, sufficient fouling resistance can be obtained if the film thickness in the region where the fluorine concentration is 10% by mass or more is 0.1 ⁇ m or more.
  • the fluorine concentration in the region G on the surface side 32a of the fouling prevention film 32 is in a range of approximately 10% by mass to 30% by mass.
  • the film thickness that can provide erosion resistance that is, the minimum film thickness in the region where the fluorine concentration is less than 10% by mass is about 0.5 ⁇ m. it is conceivable that. Therefore, in the graph of FIG. 10, sufficient erosion resistance can be obtained by setting the film thickness in the region where the fluorine concentration is less than 10% by mass to 0.5 ⁇ m or more.
  • the fluorine concentration in the region H on the substrate 1 side of the fouling prevention film 32 is set to a range of approximately 0 mass% or greater than 0 mass% and less than 10 mass%.
  • the concentration gradient is such that the fluorine concentration and the film thickness T2 have a linear relationship, but the present invention is not limited to this.
  • the fluorine concentration is about 0% by mass in the region K in the range of about 1/3 from the base material 1 side of the fouling prevention film 32 in the film thickness T2 direction. And uniform.
  • the concentration of fluorine may be gradually increased and increased to about 30% by mass. good.
  • the fluorine concentration is uniform at about 30% by mass.
  • the hardness is about 200 Hv, and excellent fouling resistance is imparted by a high fluorine concentration.
  • the hardness is about 3000 Hv, and excellent erosion resistance is imparted. Thereby, both excellent fouling resistance and erosion resistance can be obtained more effectively.
  • the fluorine concentration gradient in the film thickness T2 direction of the fouling prevention film 32 is not limited to the above, and for example, the relationship of the concentration gradient can be configured as a curve (for example, FIG. 7). (See the curve shown by the dashed line in the graph.)
  • the anti-fouling film 32 made of DLC provided with a fluorine concentration gradient as described above it is formed by the same method as the anti-fouling film 31 described in the second embodiment. can do.
  • the steam turbine blade 14 of the present embodiment as with the steam turbine blade 10, the steam turbine blade 11, the steam turbine blade 12, and the steam turbine blade 13 of the first to fourth embodiments, excellent erosion resistance and Fouling resistance is obtained. Further, the steam turbine blade 14 includes the anti-fouling coating 32 having the above-described configuration, so that the hard coating 2 that is provided in the steam turbine blade 10, the steam turbine blade 11, the steam turbine blade 12, and the steam turbine blade 13 is unnecessary. Therefore, the steps can be omitted, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the steam turbine blade 15 of the present embodiment is the above in that an intermediate layer 41 is further provided between the base material 1 and the fouling prevention coating 32 provided with the fluorine concentration gradient as described above. It is set as the structure different from the steam turbine blade 14 of 5th Embodiment.
  • the intermediate layer 41 of the present embodiment has an effect of relaxing internal stress generated in the fouling prevention film 32 and further improving the adhesion between the substrate 1 and the fouling prevention film 32.
  • the same material as that of the intermediate layer 4 provided in the steam turbine blade 12 of the third embodiment can be used.
  • the film thickness of the intermediate layer 41 can also be the same as that of the intermediate layer 4.
  • the same sputtering method as that for the intermediate layer 4 can be employed without any limitation.
  • the steam turbine blade 15 of the present embodiment the effect of further improving the adhesion between the base material 1 and the fouling prevention coating 32 as described above can be obtained. Further, the steam turbine blade 15 has excellent erosion resistance and the same as the steam turbine blade 10, the steam turbine blade 11, the steam turbine blade 12, the steam turbine blade 13, and the steam turbine blade 14 of the first to fifth embodiments. Fouling resistance is obtained. Further, since the steam turbine blade 15 does not require a hard coating like the steam turbine blade 14 of the fifth embodiment, the manufacturing cost can be reduced.
  • the intermediate hard film 5 provided in the steam turbine blade 16 of the present embodiment is the same as that provided in the steam turbine blade 14 of the fifth embodiment.
  • the steam turbine blade 16 is provided with the intermediate hard film 5, thereby obtaining an effect of further improving the adhesion between the hard film 2 and the fouling prevention film 31.
  • the steam turbine blade 16 is provided with the anti-fouling coating 31 provided with a fluorine concentration gradient, like the steam turbine blade 11, thereby obtaining excellent erosion resistance and fouling resistance.
  • the intermediate layer 4 provided in the steam turbine blade 17 of the present embodiment is the same as that provided in the steam turbine blade 12 of the third embodiment.
  • the steam turbine blade 17 is provided with the intermediate layer 4, thereby obtaining an effect of further improving the adhesion between the base material 1 and the hard coating 2.
  • the steam turbine blade 17 is provided with the anti-fouling coating 31 provided with a fluorine concentration gradient, as described above, so that excellent erosion resistance and fouling resistance can be obtained.
  • the steam turbine blade 18 of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
  • symbol is provided about the structure similar to the steam turbine blade 11 grade
  • the detailed description is abbreviate
  • the intermediate layer 4 is further formed between the base material 1 and the hard film 2
  • the intermediate hard film 5 made of DLC is formed between the hard film 2 and the fouling prevention film 31. Is different from the steam turbine blade 12 of the second embodiment.
  • the intermediate layer 4 provided in the steam turbine blade 18 of the present embodiment is the same as that provided in the steam turbine blade 12 of the third embodiment.
  • middle hard film 5 is the same as that with which the steam turbine blade 14 of the said 5th Embodiment is equipped.
  • the adhesion between the base material 1 and the hard coating 2 is further enhanced by the intermediate layer 4.
  • the intermediate hard film 5 has an effect of further improving the adhesion between the hard film 2 and the fouling prevention film 31.
  • the steam turbine blade 18 is provided with the anti-fouling coating 31 provided with a fluorine concentration gradient, as described above, so that excellent erosion resistance and fouling resistance can be obtained.
  • a fauow similar to a steam turbine blade as shown in FIG. can be set as the structure which provided the ring prevention film and the hard film.
  • the impeller can suppress the occurrence of fouling, and can suppress the occurrence of erosion even when the gas directly contacts the impeller. It becomes possible.
  • the intermediate layer similar to the above steam turbine blade is provided between the impeller base material and the hard coating, the internal stress generated in the hard coating is relieved, and the base material and the hard coating are relieved. It is preferable at the point from which the effect which improves the adhesiveness between these is acquired (refer description of the steam turbine blade 12 of 3rd Embodiment). Further, if the intermediate hard film similar to the above steam turbine blade is provided between the impeller hard film and the fouling-preventing film, it is preferable in that the erosion resistance is further improved (fourth). (See the description of the steam turbine blade 13 of the embodiment).
  • each of the intermediate layer and the hard coating layer is a coating similar to the steam turbine blade
  • the material and In addition to the film thickness the manufacturing process such as the film forming method can be made common.
  • a method for forming a fouling prevention film on the impeller surface of the compressor pump as described above an ionized vapor deposition method in which a reactive gas is ionized and vapor deposited by an electron beam discharge is employed.
  • membrane excellent in the fouling resistance is obtained by forming a fouling prevention film

Abstract

　基材の表面上に、セラミックスからなる硬質皮膜と、ふっ素含有ダイヤモンドライクカーボンからなるファウリング防止皮膜とが積層されてなる、気体と直接接触する環境下における耐ドレンエロージョン性及び耐ファウリング性に優れた回転機械用の部品。

Description

回転機械用の部品
　本発明は、回転機械用部品に関する。
　本願は、２００８年８月６日に出願された特願２００８－２０３１９１号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、例えば、蒸気タービンやコンプレッサポンプ等の回転機械に用いられるブレード等の回転部品においては、耐熱性や耐食性等を考慮した表面処理が施されている。蒸気タービンは、作動流体である蒸気がタービンの動翼に噴射されて駆動されるものである。そして、蒸気タービンの動翼（蒸気タービンブレード）やロータ等の回転機械の部品が、直接蒸気と接触する。また、化学プラント等で用いられ、各種流体を圧縮する圧縮機（コンプレッサポンプ）は、外部から動力を与えられてインペラが回転し、前記流体を圧縮する。このようなコンプレッサポンプにおいても、インペラやロータ等の回転機械の部品が直接気体に接触する。
　ここで、気体に含まれる水滴が高速で衝突する部品、例えば、蒸気タービンのブレードや、コンプレッサポンプのインペラにおいては、衝突する水滴によって表面にエロージョン摩耗が発生するという問題がある。このようなエロージョン磨耗が生じた場合には、部品が振動し、この振動によって部品が破損するおそれがある。
　また、上述のような回転機械に用いられる部品においては、気体中に含まれるＳｉＯ２等のセラミック成分が付着する、所謂ファウリングと呼ばれる現象が発生することがある。このように、部品にセラミック成分が付着した場合には、部品の作動効率が低下するため、装置全体の効率が低下するという問題がある。
　上記エロージョン磨耗やファウリングを防止するための対策としては、基板の表面上に、上記現象を抑制するための皮膜をコーティングする方法が一般に採用されている。
　例えば、上記エロージョン磨耗を抑制するための対策としては、図１７Ａ、図１７Ｂに示すような積層構造を用いる方法が知られている。これは、ＴｉＮ、ＣｒＮ等からなる硬質皮膜１０３ａ、１０３ｂを、物理気相成長（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって基材１０１上に形成し、さらに、必要に応じてＣｒ等からなる中間層１０２を形成する技術である（例えば、特許文献１を参照）。また、エロージョン磨耗を抑制するための対策として、ステライト（登録商標）の肉盛溶接を施すことや、図１７Ｃに示すように、ＷＣ－ＮｉＣｏ等からなる硬質皮膜１０４を、溶射によって基材１０１上に形成すること等が知られている（例えば、特許文献２、３を参照）。
　しかしながら、上述のような耐エロージョン性硬質皮膜は、耐ファウリング性を持たないため、耐エロージョン性が向上しているのにも関わらず、耐ファウリング性が低いという問題があった。
　一方、上記ファウリングを防止するための対策としては、例えば、図１８Ａに示すように、基材１１０上に、ふっ素樹脂粒子含有めっき皮膜１１１を形成する技術が提案されている。ふっ素樹脂粒子含有めっき皮膜１１１は、ふっ素樹脂粒子１１１ｂがめっき１１１ａ中に分散されてなるものである（例えば、特許文献４、５も参照）。また、図１８Ｂに示すように、基材１１０上に、溶射層１１２を介して、セラミック粒子１１３ｂがふっ素樹脂１１３ａ中に分散されてなるふっ素樹脂層１１３をコーティングする方法がある。その他、ふっ素樹脂系皮膜であるサーマロンコーティングを形成する技術等も知られている（例えば、特許文献６を参照）。
　また、ファウリング防止策としては、上記の他、ガス設備用部品において、基材上にふっ素樹脂を塗装する方法（例えば、特許文献７を参照）が提案されている。また、表面エネルギーを低減させたふっ素を含有する皮膜を基材上に形成する方法（例えば、特許文献８を参照）が提案されている。さらに、基材上の窒化硬質膜を平滑化し、物理吸着を低減する方法（例えば、特許文献９を参照）が提案されている。
　しかしながら、上述のような耐ファウリング性を備える皮膜は、軟質で耐エロージョン性が低いため、気体と直接接触するようなエロージョンが発生し易い環境下において、皮膜が剥離してしまうという問題があった。
特公平８－３０２６４号公報 特開２００４－２７２８９号公報 特開２００３－２７２０６号公報 特開２００７－７１０３１号公報 特開２００７－７１０３２号公報 特開２００６－２９１３０７号公報 特開２００４－２８３６９９号公報 特開２００７－２１３７１５号公報 特開２００７－１６２６１３号公報
　上述したように、従来、耐エロージョン性及び耐ファウリング性を両立可能な技術は提案されておらず、これら両方の性質を同時に実現可能な回転機械用の部品が非常に求められていた。
　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、気体と直接接触する環境下における耐エロージョン性及び耐ファウリング性に優れた回転機械用の部品を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明では以下の構成を採用した。
　本発明に係る回転機械用の部品は、基材の表面上に、セラミックスからなる硬質皮膜と、ふっ素含有ダイヤモンドライクカーボン膜からなるファウリング防止膜とが積層されてなる。
　このような構成の回転機械用の部品では、上記構成のファウリング防止皮膜が備えられることにより、気体中に含まれるセラミック成分が付着するファウリングが発生するのが抑制される。また、このような構成の回転機械用の部品では、エロージョン発生部位においてファウリング防止膜が磨耗した場合でも、硬質皮膜においてエロージョンの進行を抑制することができる。
　また、本発明に係る回転機械用の部品の前記ファウリング防止皮膜は、上記構成において、ふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲で均一なものであってもよい。
　このような構成の回転機械用の部品では、上述したようなファウリングがより効果的に抑制される。
　また、本発明に係る回転機械用の部品は、上記構成において、前記硬質皮膜と前記ファウリング防止皮膜との間に、さらに、ダイヤモンドライクカーボンからなる中間硬質膜が形成されていてもよい。
　このような構成の回転機械用の部品では、硬質皮膜とファウリング防止皮膜との間の密着性がより向上するとともに、エロージョンがより効果的に抑制される。
　また、本発明に係る回転機械用の部品は、上記構成において、前記基材と前記硬質皮膜との間に、さらに中間層が形成されていてもよい。
　このような構成の回転機械用の部品では、中間層が設けられることにより、硬質皮膜に発生する内部応力が緩和され、基材と硬質皮膜との間の密着性が向上する。
　また、本発明に係る回転機械用の部品の前記ファウリング防止皮膜は、上記構成において、前記硬質皮膜側からファウリング防止皮膜の表面に向かうに従ってふっ素濃度が高くなるように、膜厚方向で濃度勾配が設けられ、前記表面におけるふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲である傾斜組成膜であってもよい。
　また、本発明に係る回転機械用の部品は、傾斜組成膜であるファウリング防止皮膜が設けられた上記構成において、前記硬質皮膜と前記ファウリング防止皮膜との間に、さらに、ダイヤモンドライクカーボンからなる中間硬質膜が形成されていてもよい。
　また、本発明に係る回転機械用の部品は、傾斜組成膜であるファウリング防止皮膜が設けられ、さらに中間硬質膜が設けられた上記構成において、前記基材と前記硬質皮膜との間に、さらに中間層が形成されていてもよい。
　このような構成の回転機械用の部品では、上述のような濃度勾配が設けられたファウリング防止皮膜が備えられることにより、ファウリング防止皮膜の最表面において耐ファウリング性が付与される。一方、ファウリング防止皮膜の硬質皮膜側においては硬度が高くなることで耐エロージョン性が付与されるとともに、硬質皮膜に対する密着性が向上する。
　また、本発明に係る回転機械用の部品の前記硬質皮膜は、上記構成において、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＺｒＮの内の少なくとも１種以上からなるものでもよい。
　このような構成の回転機械用の部品では、上述したようなエロージョンがより効果的に抑制される。
　また、本発明に係る回転機械用の部品のエロージョン発生部位における前記ファウリング防止膜は、上記構成において、磨耗されていてもよい。
　このような構成の回転機械用の部品では、実使用下において、エロージョン発生部位のファウリング防止膜が磨耗した状態であっても、その下の硬質皮膜によってエロージョンの進行が抑制される。
　本発明に係る回転機械用の部品は、基材の表面上に、ふっ素含有ダイヤモンドライクカーボン膜からなるファウリング防止膜が形成される。そして、ファウリング防止皮膜は、前記硬質皮膜側からファウリング防止皮膜の表面に向かうに従ってふっ素濃度が高くなるように、膜厚方向で濃度勾配が設けられ、前記表面におけるふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲である傾斜組成膜である。
　このような構成の回転機械用の部品では、上述のような濃度勾配が設けられたファウリング防止皮膜が基材上に形成されることにより、ファウリング防止皮膜の最表面においては耐ファウリング性が付与される。一方、ファウリング防止皮膜の基材側においては、硬度が高くなることで耐エロージョン性が付与されるとともに密着性が向上する。これにより、単層膜構造であっても、ファウリング及びエロージョンの両方が抑制される。
　また、本発明に係る回転機械用の部品は、上記構成において、前記基材と前記ファウリング防止皮膜との間に、さらに中間層が形成されていてもよい。
　このような構成の回転機械用の部品では、中間層が設けられることにより、ファウリング防止皮膜に発生する内部応力が緩和され、基材とファウリング防止皮膜との間の密着性が向上する。
　また、本発明に係る蒸気タービンは、動翼を有する蒸気タービンであって、動翼が、基材の表面上にセラミックスからなる硬質皮膜とふっ素含有ダイヤモンドライクカーボン膜からなるファウリング防止膜とを積層した回転機械用の部品からなる。
　本発明の回転機械用の部品によれば、気体と直接接触する環境下において使用した場合でも、ファウリング及びエロージョンの両方が抑制されるので、メンテナンス間隔を長くとることが可能であり、高寿命でランニングコストが安価な回転機械用の部品が実現できる。
本発明に係る回転機械用の部品の一例である蒸気タービンブレードを模式的に説明する斜視図であり、蒸気タービンブレードが用いられる蒸気タービンを示す概略図である。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第１の実施形態について模式的に説明する斜視図である。 本発明に係る蒸気タービンブレードの一例を模式的に説明する概略図であり、図２のＡ－Ａ断面図である。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第１の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上に硬質皮膜及びファウリング防止皮膜が順次積層された構造を示す断面図である。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第１の実施形態について模式的に説明する図であり、ファウリング防止皮膜中のふっ素含有率とシリカ粒子付着量との関係を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第１の実施形態について模式的に説明する図であり、ファウリング防止皮膜中のふっ素含有率と硬さとの関係を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第１の実施形態について模式的に説明する図であり、本発明に係る蒸気タービンブレードを用いた場合の連続稼動時間と磨耗量並びにファウリング量との関係を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第１の実施形態について模式的に説明する図であり、耐エロージョン性のみを付与した従来の皮膜が設けられた場合の、連続稼動時間と磨耗量並びにファウリング量との関係を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第１の実施形態について模式的に説明する図であり、耐ファウリング性のみを付与した従来の皮膜が設けられた場合の、連続稼動時間と磨耗量並びにファウリング量との関係を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第２の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上に硬質皮膜及びファウリング防止皮膜が順次積層された構造を示す断面図と、ファウリング防止皮膜の膜厚方向におけるふっ素濃度勾配を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第３の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上に中間層、硬質皮膜及びファウリング防止皮膜が順次積層された構造を示す断面図である。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第４の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上に中間層、硬質皮膜、中間硬質膜及びファウリング防止皮膜が順次積層された構造を示す断面図である。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第４の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上に硬質皮膜、中間硬質膜及びファウリング防止皮膜が順次積層された構造を示す断面図である。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第５の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上にファウリング防止皮膜が積層された構造を示す断面図と、ファウリング防止皮膜の膜厚方向におけるふっ素濃度勾配を示すグラフ、並びに、ふっ素濃度勾配（あるいは膜厚）と硬度の関係を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第５の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上にファウリング防止皮膜が積層された構造を示す断面図と、ファウリング防止皮膜の膜厚方向におけるふっ素濃度勾配を示すグラフ、並びに、ふっ素濃度勾配（あるいは膜厚）と硬度の関係を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第６の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上に中間層及びファウリング防止皮膜が積層された構造を示す断面図と、ファウリング防止皮膜の膜厚方向におけるふっ素濃度勾配を示すグラフ、並びに、ふっ素濃度勾配（あるいは膜厚）と硬度の関係を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第６の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上に中間層及びファウリング防止皮膜が積層された構造を示す断面図と、ファウリング防止皮膜の膜厚方向におけるふっ素濃度勾配を示すグラフ、並びに、ふっ素濃度勾配（あるいは膜厚）と硬度の関係を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第７の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上に硬質皮膜、中間硬質膜及びファウリング防止皮膜が順次積層された構造を示す断面図と、ファウリング防止皮膜の膜厚方向におけるふっ素濃度勾配を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第８の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上に中間層、硬質皮膜及びファウリング防止皮膜が順次積層された構造を示す断面図と、ファウリング防止皮膜の膜厚方向におけるふっ素濃度勾配を示すグラフである。 本発明に係る蒸気タービンブレードの第９の実施形態について模式的に説明する図であり、基材上に中間層、硬質皮膜、中間硬質膜及びファウリング防止皮膜が順次積層された構造を示す断面図と、ファウリング防止皮膜の膜厚方向におけるふっ素濃度勾配を示すグラフである。 従来の蒸気タービンブレードを説明する図であり、基材上に各皮膜が形成された積層構造を示す模式断面図である。 従来の蒸気タービンブレードを説明する図であり、基材上に各皮膜が形成された積層構造を示す模式断面図である。 従来の蒸気タービンブレードを説明する図であり、基材上に各皮膜が形成された積層構造を示す模式断面図である。 従来の蒸気タービンブレードを説明する図であり、基材上に各皮膜が形成された積層構造を示すとともに、最表面の拡大図を示す模式断面図である。 従来の蒸気タービンブレードを説明する図であり、基材上に各皮膜が形成された積層構造を示すとともに、最表面の拡大図を示す模式断面図である。
符号の説明
１…基材、１ａ…表面（基材）、２…硬質皮膜、３、３１、３２…ファウリング防止皮膜、３ａ、３１ａ、３１ａ…表面（ファウリング防止皮膜）、４…中間層、５…中間硬質膜、１０、１１、１２、１３、１３Ａ、１４、１５、１６、１７、１８…蒸気タービンブレード（回転機械用の部品）、４０…蒸気タービン、Ｅ…領域（エロージョン発生部位）
　以下、本発明に係る回転機械用の部品の好適な実施形態について、蒸気タービンブレードを例にして、図面を適宜参照しながら説明する。
　図１～図６は、本発明に係る蒸気タービンブレードの第１の実施形態を説明する模式図である。図１は蒸気タービンブレードが用いられる蒸気タービンの一例を示す模式図である。図２は蒸気タービンブレードを示す斜視図である。図３は図１の断面図である。図４は基材上に硬質皮膜及びファウリング防止皮膜が順次積層された構造を示す断面図である。図５Ａ、図５Ｂはファウリング防止皮膜中のふっ素含有率の変化にともなう特性変化を示すグラフである。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは蒸気タービンブレードの作用並びに効果について説明するためのグラフである。また、図７は本発明に係る蒸気タービンブレードの第２の実施形態を説明する模式図である。図８は第３の実施形態を説明する模式図である。図９Ａ、図９Ｂは第４の実施形態を説明する模式図である。また、図１０及び図１１は本発明に係る蒸気タービンブレードの第５の実施形態を説明する模式図である。図１２及び図１３は第６の実施形態を説明する模式図である。また、図１４は本発明に係る蒸気タービンブレードの第７の実施形態を説明する模式図である。図１５は第８の実施形態を説明する模式図である。図１６は第９の実施形態を説明する模式図である。
　なお、以下の説明において参照する各図面は、蒸気タービンブレード（回転機械用の部品）を説明するための図面であって、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の寸法関係とは異なっていることがある。
（第１の実施形態）
　以下、本発明に係る回転機械用の部品である蒸気タービンブレードの第１の実施形態について詳述する。
　本発明に係る蒸気タービンブレードは、例えば、図１に示す蒸気タービン４０において、動翼（図中における蒸気タービンブレード１０を参照）として用いられる回転機械用の部品である。蒸気タービン４０は、作動流体である蒸気が、タービン４１に取り付けられた蒸気タービンブレード１０（動翼）に噴射されて駆動されるものである。従って、このような蒸気タービン４０は、蒸気タービンブレード１０が直接蒸気と接触するような構成とされている。
　そして、本実施形態の蒸気タービンブレード１０は、図４の断面図に示すように、基材１の表面１ａ上に、耐ドレンエロージョン性を向上させるための硬質皮膜２が形成され、硬質皮膜２上に、耐ファウリング性を向上させるためのファウリング防止皮膜３が形成されている。
（第１の実施形態の蒸気タービンブレード）
　本実施形態の蒸気タービンブレード１０は、図４の断面図に示すように、基材１の表面１ａ上に、硬質皮膜２とファウリング防止皮膜３とが積層され、概略構成される（図３の断面図も参照）。そして、硬質皮膜２は、セラミックからなり、ファウリング防止皮膜３は、ふっ素を含有するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）からなる。
　以下に、本実施形態の蒸気タービンブレード１０を構成する基材１、硬質皮膜２並びにファウリング防止皮膜３について詳述する。
　基材１としては、例えば、ＳＵＳ４１０Ｊ１をはじめとするステンレス鋼等、この分野において一般に用いられている材料を何ら制限無く用いることができ、これら一般に用いられている材料から適宜選択される材料を用いることが可能である。
　硬質皮膜２は、蒸気タービンブレード１０において基材１の表面１ａ上にコーティングされてなる皮膜であり、蒸気タービンブレード１０に耐エロージョン性を付与するための皮膜である。
　硬質皮膜２の材質としては、皮膜としての高い密着性や耐エロージョン性を備えるものであれば如何なるものでも採用することが可能であるが、窒化物、炭化物、ホウ化物又は酸化物の何れかの材料からなることが好ましい。また、これらの材料の中でも、特に、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＺｒＮの内の少なくとも１種以上からなる皮膜であることがより好ましい。硬質皮膜２を上記材質から構成することにより、後述するように、耐摩耗性、耐エロージョン性に優れる蒸気タービンブレード１０を得ることが可能となる。
　硬質皮膜２の膜厚は、１μｍ以上かつ３０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。硬質皮膜２の膜厚が１μｍ未満だと、耐エロージョン性を向上させる効果が得られ難い。また、膜厚が１０μｍを超えると、膜中の応力が増大して剥離を招く可能性があるとともに、成膜時の工程時間が長くなる傾向が見られる。尚、これらの理由から膜厚が３０μｍを超えると、硬質皮膜２中の内部応力が高まり，皮膜のはく離が生じやすくなる。また、硬質皮膜２の膜厚は、３μｍ以上かつ２０μｍ以下の範囲であることがより好ましく、５μｍ以上かつ１５μｍ以下の範囲であることがさらに好ましい。
　ファウリング防止皮膜３は、蒸気タービンブレード１０において上記した硬質皮膜２の上に形成される皮膜であり、蒸気タービンブレード１０に対して耐ファウリング性を付与するための皮膜である。
　本実施形態のファウリング防止皮膜３は、ふっ素を含有するＤＬＣからなり、優れた耐ファウリング性、強度並びに耐摩耗性が得られるものである。このようなＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）は、一般に、高強度や耐摩耗性を必要とする部品等の材料として用いられる。このＤＬＣにふっ素を含有した構成とすることにより、さらにファウリング防止皮膜３に耐ファウリング性が付与される。
　ファウリング防止皮膜３は、ふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲とされたＤＬＣからなることが好ましい。ファウリング防止皮膜３において、ふっ素濃度が１０質量％未満だと、表面エネルギーが大きくなり、シリカ粒子等の付着量を低減する耐ファウリング性の向上効果が得られ難くなる。従って、蒸気タービンブレード１０のメンテナンスのサイクルを長期間化するのが困難になる。ふっ素濃度が１０質量％未満の場合、例えば、従来のＴｉＮからなる皮膜におけるセラミック成分の付着量と比較して、セラミック成分の付着量が半分もしくはそれ以上の付着量となり、大きなファウリング低減効果が得られないおそれがある。
　また、ふっ素濃度が４０質量％を超えると、皮膜硬度が２００Ｈｖ未満で硬度不足となり、実使用時の環境下において不適となるおそれがある。
　よって、ファウリング防止皮膜３は、ふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲とされたＤＬＣからなることが好ましく、ふっ素濃度が１５質量％以上かつ３８質量％以下の範囲であることがより好ましく、２０質量％以上かつ３５質量％以下の範囲であることがさらに好ましい。
　図５（ａ）のグラフに、シリカ粒子付着量測定試験（耐ファウリング性試験）を行なった場合の、本実施形態の蒸気タービンブレード１０に備えられるファウリング防止皮膜３中のふっ素含有率（ふっ素濃度）とシリカ粒子付着量との関係を示す。試験方法については、上記特許文献４：特開２００７－７１０３１号公報の段落００６４～００６６を参照する。
　図５Ａに示すように、ファウリング防止皮膜３中のふっ素含有率が１０質量％未満になると、シリカ粒子付着量（ファウリング量）が急激に上昇することがわかる。
　特許文献４に記載のシリカ粒子付着量測定試験の概略方法を以下に示す。
　試験片は、後述の第１の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法で得られた試験片を用いる。
（試験方法）
　試験片を、ドラムに嵌め込んで、粒子付着評価試験に供する。
　粒子付着評価試験は、ドラムを回転させながら、窒素（Ｎ2）ガスにより搬送されたシリカ（ＳｉＯ2）の超微粒子を試験片の表面に吹き付け、付着させる試験である。
　窒素ガスは、ノズルを通って噴射される。シリカ粒子は、粒子供給装置からノズルの出口近傍に供給される。ドラムの下方には、水タンクが設置されている。水タンク内の水は、１００℃で沸騰させられており、試験片に水分が供給される。また、試験片はドラムの内側に設置したヒータにより加熱される。
（試験条件）
　ドラムの回転数は１０ｒｐｍとし、試験片も、ドラムと同じ回転数で回転する。シリカ粒子は、日本アエロジル製のフュームドシリカ（グレード５０）を用いた。試験片の加熱温度は８０℃とした。また、シリカ粒子の衝突速度は３００ｍ／ｓｅｃ．とし、試験時間は８０時間とした。
（評価方法）
　試験前後における試験片の質量差から、シリカ粒子の付着量を測定した。試験片の表面に付着したシリカ粒子の付着量Ｙ（ｇ）と、試験片の基材（ＳＵＳ４１０Ｊ１）に硬質皮膜２（ＴｉＮ）を付与したものの表面に付着したシリカ粒子の付着量Ｘ（ｇ）との比を、シリカ粒子付着量Ｚとして式（３）により算出した。
　Ｚ＝Ｙ／Ｘ・・・（３）
　また、図５Ｂのグラフに、蒸気タービンブレード１０に備えられるファウリング防止皮膜３中のふっ素含有率（ふっ素濃度）とファウリング防止皮膜３の硬さとの関係を示す。
　図５Ｂに示すように、ファウリング防止皮膜３中のふっ素含有率が４０質量％を超えると、ファウリング防止皮膜３の硬さが２００Ｈｖ未満となり、強度不足となることが明らかである。
　ファウリング防止膜３中のフッ素含有率は、X線光電子分光分析装置　ESCA3400（KRATS製）を用いて、アノード：Ｍｇ，励起電圧：１０ｋＶ，励起電流：１２ｍＡの条件で測定した。深さ方向の濃度分布は膜をＡｒイオンエッチングにて局部的に削って上述のフッ素含有率の測定方法で分析し、これを繰り返し実施した。
　皮膜硬度はマイクロビッカース硬度計を用いて，試験荷重：１０ｇｆ、５０ｇｆにて試験を実施した。
　ファウリング防止皮膜３の膜厚は、０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲であることが、蒸気タービンブレード１０に対して効果的に耐ファウリング性を付与できる点から好ましい。ファウリング防止皮膜３の膜厚が０．１μｍ未満だと、耐ファウリング性が得られ難い。また、膜厚が１０μｍを超えると、膜中の応力が増大して剥離を招く可能性があるとともに、成膜時の工程時間が長くなる。また、ファウリング防止皮膜３の膜厚は、０．５μｍ以上かつ５μｍ以下の範囲であることがより好ましく、０．８μｍ以上かつ３μｍ以下の範囲であることがさらに好ましい。
　また、上述したような硬質皮膜２及びファウリング防止皮膜３は、図２に示すような蒸気タービンブレード１０において、基材１の表面１ａ全体に形成されていることが好ましい。これら各皮膜を基材１の表面１ａ全体に形成することにより、上述したような耐エロージョン性並びに耐ファウリング性の両方の向上効果が、より効果的に得られる。
　以下に、本発明に係る蒸気タービンブレード１０の、耐エロージョン性の向上効果、並びに、耐ファウリング性の向上効果について説明する。
　図１に示すような蒸気タービン４０に対して、蒸気タービン４０を駆動させるための蒸気を含む気体が供給される。この際、この蒸気を含む気体は、図２に示す蒸気タービンブレード１０に対し、図中の矢印Ｓ方向から衝突する。そして、図３の断面図（図２のＡ－Ａ断面図）に示すように、蒸気タービンブレード１０は、図３中の矢印Ｒの方向に回転する。
　この際、図３に示すように、気体中に含まれる蒸気等の水分（ドレン）は、主として蒸気タービンブレード１０の領域Ｅ（エロージョン発生部位：図３中の符号Ｅで示す太線領域）付近に高速で衝突する。このため、この領域Ｅにおいてエロージョンが発生し易くなる。一方、領域Ｅ以外の部位である領域Ｆ（ファウリング発生部位：図３中の符号Ｆで示す太線領域）においては、エロージョンは発生し難いものの、気体中に含まれるシリカ等のセラミック成分が付着するファウリングが発生し易い。また、上述の領域Ｅにおいては、仮にセラミック成分が付着した場合でも、ドレンの高速衝突によって付着物が除去されるため、ファウリングが発生し難い。
　このように、蒸気タービンに用いられる蒸気タービンブレードでは、エロージョン発生部位（図３に示す領域Ｅ）とファウリング発生部位（図３に示す領域Ｆ）が異なる。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１０は、基材１の表面１ａ上に、上記構成の硬質皮膜２及びファウリング防止皮膜３が順次積層されている。従って、実使用時、エロージョンが発生し易い部位である領域Ｅにおいては、気体中に含まれるドレンが高速衝突することによって軟質のファウリング防止皮膜３が磨耗する。この際、蒸気タービンブレード１０は、ファウリング防止皮膜３が磨耗して無くなった場合でも、その下層に設けられた硬質皮膜２によって耐エロージョン性が付与されている。このため、領域Ｅにおいてエロージョンの進行が抑制される。また、この領域Ｅ以外の部位、つまり領域Ｆは、実使用時においてエロージョンが発生し難い部位である。従って、領域Ｆにおいてファウリング防止皮膜３は磨耗せず、ファウリングの発生が抑制される。従って、蒸気タービンブレード１０の基材１の表面１ａ全体において、優れた耐エロージョン性及び耐ファウリング性を確保することが可能となる。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１０の作用並びに効果について、図６Ａ、図６Ｂ，図６Ｃのグラフを用いて以下に説明する。ここで、図６Ａは、耐ファウリング性及び耐エロージョン性の両方が付与されてなる蒸気タービンブレード１０を用い、図１に示すような蒸気タービン４０に実装して連続稼動を行った場合の、稼働時間と、磨耗量（エロージョン量）並びにファウリング量との関係を示すグラフである。また、図６Ｂは、基材上に、耐エロージョン性のみが付与された皮膜が形成された従来の蒸気タービンブレードを、上記同様、蒸気タービンに実装して連続稼動を行った場合の特性を示すグラフである。図６Ｃは、耐ファウリング性のみが付与された従来の蒸気タービンブレードを用いた場合の特性を示すグラフである。
　図６Ｂのグラフに示すように、耐エロージョン性のみが付与された蒸気タービンブレードの場合、ファウリングの発生量が多く、短い連続稼働時間で、付着物検査が必要な想定基準値に達することがわかる。また、図６Ｃのグラフに示すように、耐ファウリング性のみが付与された従来の蒸気タービンブレードの場合、短い連続稼働時間で、磨耗量（エロージョン量）の検査が必要な想定基準値に達することがわかる。このため、これら従来の蒸気タービンブレードを用いた場合、点検や部品交換のためのメンテナンスサイクルが必然的に短くなり、稼動コスト等が上昇することが明らかである。
　これに対し、本実施形態の蒸気タービンブレード１０は、耐ファウリング性及び耐エロージョン性の両方が付与されてなるものである。このような蒸気タービンブレード１０では、図６Ａのグラフに示すように、連続稼動時、ファウリング及び磨耗量の何れも検査が必要な想定基準値に達するまでの時間が非常に長いことがわかる。従って、メンテナンスサイクルを長いサイクルで設定することができ、人件費や部品代等のコストを大幅に低減することが可能となる。
　以上説明したような、本発明の第１の実施形態である蒸気タービンブレード１０によれば、上記構成のファウリング防止皮膜３が備えられることにより、気体中に含まれるセラミック成分が付着するファウリングの発生を抑制できる。また、蒸気タービンブレード１０は、上記構成の硬質皮膜２が備えられることにより、気体と直接接触する環境下において、仮に、軟質性皮膜であるファウリング防止皮膜３にエロージョンが発生した場合でも、エロージョンの進行を硬質皮膜２によって抑制できる。従って、耐ファウリング性及び耐エロージョン性の両方に優れ、メンテナンス間隔を長くとることが可能であり、高寿命でランニングコストが安価な蒸気タービンブレード１０が実現できる。
（第１の実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法）
　以下に、本実施形態の蒸気タービンブレード１０の製造方法について詳述する。本実施形態では、図４に示すような蒸気タービンブレード１０の積層構造に備えられる表面平滑セラミック硬質皮膜３を、以下に説明するような方法で形成する。
　本実施形態の蒸気タービンブレードの製造方法は、基材１の表面１ａ上に硬質皮膜２を形成し、硬質皮膜２上に、ふっ素を含有するダイヤモンドライクカーボンからなるファウリング防止皮膜３を形成する方法である。ファウリング防止皮膜３は、電子線の放電によって反応ガスをイオン化して蒸着するイオン化蒸着法で、反応ガスとして少なくともヘキサフルオロベンゼンガス（Ｃ６Ｆ６）を含有するガスを用いて形成する。
　上述のようなイオン化蒸着法は、イオンの量とエネルギーを自由にコントロールできる方法なので、良好な制御性で、ふっ素含有ＤＬＣからなる薄膜を成膜することが可能となる。また、この際の反応ガスとしてヘキサフルオロベンゼンガスを用いることにより、上記電子線によってイオン化された材料が、ふっ素含有ＤＬＣとして効率良く基材１上（硬質皮膜２上）に成膜される。
　本実施形態では、まず、基材１の表面１ａをＲｚ＝０．５μｍ程度に鏡面加工しておく。この際、基材１としては、例えば、材質がＳＵＳ４１０Ｊ１、大きさが２０×３０×５ｍｍ程度のものを用いることができる。
　次いで、本実施形態においては、基材１表面をエッチングする前処理を施すことが好ましい。この前処理は、以下の方法で行うことが好ましい。まず、基材１をアルコール中において超音波洗浄を施した後に乾燥させ、その後スパッタ装置内に導入して装置内部を３．０×１０－３Ｐａ以下に真空吸引減圧し、ヒータによってベーキングした後、さらにＡｒプラズマにさらすことで基材１表面をエッチングする。
　次いで、スパッタ装置内に基材１を配置した状態で、前処理を施した基材１の表面１ａ上に、ＴｉＮからなる硬質皮膜２をスパッタリング法によって成膜する。この際、ターゲットとしてＴｉを用い、反応ガスとして窒素ガスを用いる。
　まず、ヒータ加熱によって基材１の温度を３００℃に制御する。そして、成膜パワーを１０００Ｗ程度、装置内に流通させる窒素の流量を１０ｓｃｃｍ程度、基材のバイアス電圧を１００Ｖ程度、ターゲットに印加するパワーを４０００Ｗ程度の各条件とし、グロー放電させることにより、基材１の表面１ａ全体にＴｉＮからなる硬質皮膜２を成膜する。
　次いで、硬質皮膜２上に、ふっ素含有ＤＬＣからなるファウリング防止皮膜３を、上述したイオン化蒸着法によって成膜する。
　まず、表面１ａ上に硬質皮膜２が形成された基材１をイオン化蒸着装置内に導入し、装置内を３．０×１０－３Ｐａ以下に真空吸引減圧する。そして、イオン化蒸着装置内に、ヘキサフルオロベンゼンガスを、２．０×１０－１Ｐａ以上かつ６．５×１０－１Ｐａ以下の範囲の圧力となるように導入する。そして、イオン源アノード電流値を０．４Ａ程度、イオン源フィラメント電流値を３０Ａ程度、基材のバイアス電圧値を１．５ｋＶ程度の各条件として放電を行うことにより、表面１ａ上に形成された硬質皮膜２の表面全体に、ふっ素含有ＤＬＣからなるファウリング防止皮膜３を成膜する。この際の、ファウリング防止皮膜３中のふっ素濃度は、上述したように１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲で均一とし、例えば、３０質量％程度とすることができる。
　前述のシリカ粒子付着量測定試験では、以上の製造方法にて得られた、ファウリング防止皮膜３中のふっ素濃度が３０質量％である試験片（２０×３０×５ｍｍ）を用いた。
　以上説明したような、本発明の第１の実施形態である蒸気タービンブレード１０の製造方法では、基材１の表面１ａ上に硬質皮膜２を形成する。そして、この硬質皮膜２上に、ファウリング防止皮膜３を、反応ガスとして少なくともヘキサフルオロベンゼンガスを含有するガスを用いて、イオン化蒸着法によって形成する。この製造方法によって、ふっ素を含有するダイヤモンドライクカーボンからなるファウリング防止皮膜３を形成することにより、ダイヤモンドライクカーボン中においてふっ素が適正濃度とされる。このため、高い耐ファウリング性を備えるファウリング防止皮膜３が形成できる。従って、耐ファウリング性及び耐エロージョン性の両方に優れ、高寿命でランニングコストが安価な蒸気タービンブレード１０を、高い生産効率で製造することが可能となる。
　なお、本実施形態においては、ファウリング防止皮膜３をイオン化蒸着法によって形成する方法を説明しているが、これには限定されず、例えば、上述した硬質皮膜２と同様、スパッタリング法によって成膜することも可能である。
（第２の実施形態）
　以下に、本実施形態の蒸気タービンブレード１１について、図７を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、第１の実施形態の蒸気タービンブレード１０と同様の構成には共通の符号を付与するとともに、その詳しい説明を省略する。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１１は、基材１の表面１ａ上の硬質皮膜２の上にファウリング防止皮膜３１が積層された構成とされている。ファウリング防止皮膜３１は、硬質皮膜２側からファウリング防止皮膜３１の表面３１ａに向かうに従ってふっ素濃度が高くなるように、膜厚Ｔ１方向で濃度勾配が設けられ、表面３１ａにおけるふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲である。このようにファウリング防止皮膜３１が傾斜組成膜とされている点で、第１の実施形態の蒸気タービンブレード１０とは異なる構成とされている。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１１に備えられるファウリング防止皮膜３１は、図７の模式図中におけるグラフに示すように、ファウリング防止皮膜３１の膜厚Ｔ１方向でふっ素濃度の勾配が設けられている。そして、図示例においては、ファウリング防止皮膜３１の硬質皮膜２側のふっ素濃度が約０質量％である。これに対し、ファウリング防止皮膜３１の表面３１ａ側のふっ素濃度が約３０質量％とされている。また、図示例のグラフにおいて、実線で示すふっ素の濃度勾配は、ファウリング防止皮膜３１の硬質皮膜２側から膜厚Ｔ１方向で途中の厚さまではふっ素濃度が徐々に高くなって約３０質量％まで上昇する濃度勾配とされている。そして、ふっ素濃度が３０質量％となったときの、膜厚Ｔ１方向の途中の位置から膜厚Ｔ１方向で表面３１ａまでは、ふっ素濃度が約３０質量％で均一とされている。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１１は、上述のような濃度勾配が設けられたファウリング防止皮膜３１が備えられる。従って、ファウリング防止皮膜３１の表面３１ａにおいては耐ファウリング性が付与される。一方、ファウリング防止皮膜３１の硬質皮膜２側においては硬度が高くなることで耐エロージョン性が付与される。これにより、ファウリング及びエロージョンの両方が効果的に抑制される。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１１に備えられるファウリング防止皮膜３１は、最もふっ素濃度が高くなるファウリング防止皮膜３１の表面３１ａ側において、ふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲とされたＤＬＣからなることが好ましい。ふっ素濃度が、ファウリング防止皮膜３１の表面３１ａ側で４０質量％を超えると、皮膜硬度が２００Ｈｖ以下で硬度不足となる。このようなファウリング防止皮膜３１は、実使用時の環境下において不適となるおそれがある。また、ファウリング防止皮膜３１の表面３１ａ側で、ふっ素濃度が１０質量％未満となった場合には、表面エネルギーが大きくなり、シリカ粒子等の付着量を低減する耐ファウリング性の向上効果が得られ難くなる。
　よって、ファウリング防止皮膜３１は、ファウリング防止皮膜３１の表面３１ａ側においてふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲とされたＤＬＣからなることが好ましく、ふっ素濃度が１５質量％以上かつ３８質量％以下の範囲であることがより好ましく、２０質量％以上かつ３５質量％以下の範囲であることがさらに好ましい。
　図７の模式図に示す例のように、蒸気タービンブレード１１においては、例えば、ファウリング防止皮膜３１の硬質皮膜２側においてふっ素濃度が１０質量％であってもよい。また、このような場合もファウリング防止皮膜３１の下に硬質皮膜２が備えられているので、ファウリング及びエロージョンの両方を効果的に抑制することが可能である。
　また、ファウリング防止皮膜３１の膜厚Ｔ１方向におけるふっ素の濃度勾配は、上記に限定されるものではない。例えば、図７中のグラフにおいて破線で示すように、ふっ素濃度と膜厚Ｔ１との関係が直線性を有するものであっても良い。あるいは、ふっ素濃度と膜厚Ｔ１との関係を、急勾配と緩勾配とが組み合わされた濃度勾配とすることも可能である。
　ファウリング防止皮膜３１の膜厚は、１μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲であることが、蒸気タービンブレード１０に対して効果的に耐ファウリング性を付与できる点から好ましい。ファウリング防止皮膜３１の膜厚が１μｍ未満だと、上述のようなふっ素の濃度勾配を設けることが困難となり、耐ファウリング性が得られ難い。また、膜厚が１０μｍを超えると、膜中の応力が増大して剥離を招く可能性があるとともに、成膜時の工程時間が長くなる。また、ファウリング防止皮膜３１の膜厚は、１．５μｍ以上かつ６μｍ以下の範囲であることがより好ましく、２μｍ以上かつ４μｍ以下の範囲であることがさらに好ましい。
　以下に、ふっ素含有ＤＬＣからなるファウリング防止皮膜３１を、硬質皮膜２側からファウリング防止皮膜３１の表面３１ａに向かうに従ってふっ素濃度が高くなるように、膜厚Ｔ１方向で濃度勾配を設けて形成する方法について説明する。
　まず、表面１ａ上に硬質皮膜２が成膜された基材１をイオン化蒸着装置内に導入し、装置内を３．０×１０－３Ｐａ以下に真空吸引減圧する。そして、イオン化蒸着装置内に、ヘキサフルオロベンゼン及びベンゼンの混合ガスを、２．０×１０－１Ｐａ以上かつ６．５×１０－１Ｐａ以下の範囲の圧力となるように導入する。そして、イオン源アノード電流値を０．４Ａ程度、イオン源フィラメント電流値を３０Ａ程度、基材のバイアス電圧値を１．５ｋＶ程度の各条件として放電を行う。この条件により、表面１ａ上に形成された硬質皮膜２の表面全体に、ふっ素含有ＤＬＣからなるファウリング防止皮膜３１を成膜する。
　この際、ヘキサフルオロベンゼンとベンゼンの混合比は、放電開始（成膜開始）直後においては、ヘキサフルオロベンゼン：ベンゼン＝５０：５０の割合とする。そして、この混合比を１％／分の速度でヘキサフルオロベンゼンの割合が高くなるように変化させる。そして、ヘキサフルオロベンゼンの割合が１００％になった時点から、２０分間程度の時間放電を保持する。なお、上述の混合ガスの比はモル比とする。
　上記各手順により、図７の模式図に示すような、硬質皮膜２側から表面３１ａに向かうに従ってふっ素濃度が高くなるように、膜厚Ｔ１方向で濃度勾配が設けられてなるファウリング防止皮膜３１を成膜することができる。
　なお、本実施形態においては、上述の第１の実施形態と同様、ファウリング防止皮膜３１をイオン化蒸着法によって形成する方法を説明しているが、スパッタリング法によって成膜することも可能である。
　以上説明したような、本発明の第２の実施形態である蒸気タービンブレード１１の、ファウリング防止皮膜３１は、硬質皮膜２側からファウリング防止皮膜３１の表面３１ａに向かうに従ってふっ素濃度が高くなるように、膜厚Ｔ１方向で濃度勾配が設けられ、表面３１ａにおけるふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲である傾斜組成膜とされている。従って、ファウリング防止皮膜３１の表面３１ａにおいては耐ファウリング性が付与される。一方、ファウリング防止皮膜３１の硬質皮膜２側においては硬度が高くなることで耐エロージョン性が付与される。これにより、ファウリング及びエロージョンの両方を効果的に抑制することが可能となる。また、仮に、ファウリング防止皮膜３１が磨耗した場合であっても、下層である硬質皮膜２によってエロージョンが進行するのが抑制される。従って、本発明の第２の実施形態である蒸気タービンブレード１１によれば、耐ファウリング性及び耐エロージョン性の両方に優れ、メンテナンス間隔を長くとることが可能であり、高寿命でランニングコストが安価な蒸気タービンブレード１１が実現できる。
（第３の実施形態）
　以下に、本実施形態の蒸気タービンブレード１２について、図８を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、第１の実施形態の蒸気タービンブレード１０と同様の構成には共通の符号を付与するとともに、その詳しい説明を省略する。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１２は、基材１と硬質皮膜２との間に中間層４が設けられている点で、第１の実施形態の蒸気タービンブレード１０とは異なる構成とされている。
　中間層４は、硬質皮膜２に発生する内部応力を緩和し、基材１と硬質皮膜２との間の密着性をより高める効果がある。
　中間層４の材質は、Ｃｒ又はＴｉであることが好ましい。このような材質で中間層４を構成することにより、硬質皮膜２に発生する内部応力がより効果的に緩和され、基材１と硬質皮膜２との間の密着性がさらに向上する。
　中間層４の膜厚は０．５μｍ以上かつ２μｍ以下の範囲であることが、上述のような、硬質皮膜２に発生する内部応力を効果的に緩和し、密着性を一層向上させることができる点で好ましい。
　なお、中間層４の成膜方法としては、硬質皮膜２の成膜方法と同様のスパッタリング法を何ら制限無く採用することができる。
　本実施形態のタービンブレード１２によれば、上述したような、基材１と硬質皮膜２との間の密着性をより高める効果が得られる。更に、タービンブレード１２は、上記第１及び第２の実施形態の蒸気タービンブレード１０、蒸気タービンブレード１１と同様、優れた耐エロージョン性及び耐ファウリング性が得られる。
（第４の実施形態）
　以下に、本実施形態の蒸気タービンブレード１３について、図９Ａ、図９Ｂを参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上記第１～第３の実施形態の蒸気タービンブレード１０、蒸気タービンブレード１１、蒸気タービンブレード１２と同様の構成には共通の符号を付与するとともに、その詳しい説明を省略する。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１３は、図９Ａに例示するように、基材１と硬質皮膜２との間に中間層４が設けられている。更に、蒸気タービンブレード１３は、硬質皮膜２とファウリング防止皮膜３との間に、ダイヤモンドライクカーボンからなる中間硬質膜５が形成されている。この点で、蒸気タービンブレード１３は、第３の実施形態の蒸気タービンブレード１２とは異なる。
　中間硬質膜５は、ＤＬＣから構成するとともに、その膜厚が０．５μｍ以上かつ２μｍ以下の範囲であることが好ましい。このような範囲の膜厚とされたＤＬＣからなる中間硬質膜５が設けられることにより、硬質皮膜２とファウリング防止皮膜３との間の密着性が向上する。また、蒸気タービンブレード１３のエロージョン発生部位（図３中の領域Ｅを参照）において、仮に、ファウリング防止皮膜３の磨耗が生じた場合でも、その下の中間硬質膜５並びに硬質皮膜２の作用により、その部位におけるエロージョンが効果的に抑制される。これにより、蒸気タービンブレード１３の耐エロージョン性及び耐ファウリング性の両方がより一層効果的に得られる。
　なお、中間硬質膜５の成膜方法としては、硬質皮膜２の成膜方法と同様のスパッタリング法を何ら制限無く採用することができる。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１３によれば、上述したような、硬質皮膜２とファウリング防止皮膜３との間の密着性をより高める効果が得られる。更に、蒸気タービンブレード１３では、上記第１～第３の実施形態の蒸気タービンブレード１０、蒸気タービンブレード１１、蒸気タービンブレード１２と同様、優れた耐エロージョン性及び耐ファウリング性が得られる。
　なお、図９Ａに示す例の蒸気タービンブレード１３は、上記第３の実施形態の蒸気タービンブレード１２と同様、基材１と硬質皮膜２との間に中間層４が設けられているが、これには限定されない。例えば、図９Ｂに示す例のように、基材１の表面１ａ上に硬質皮膜２が直接形成された蒸気タービンブレード１３Ａとして構成しても良く、適宜採用することが可能である。
（第５の実施形態）
　以下に、本実施形態の蒸気タービンブレード１４について、図１０及び図１１を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上記第２の実施形態の蒸気タービンブレード１１と同様の構成については共通の符号を付与するとともに、その詳しい説明を省略する。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１４は、膜厚Ｔ２方向で表面３２ａ側に向かうに従ってふっ素濃度が高くなるように濃度勾配が設けられ、表面３２ａにおけるふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲である。蒸気タービンブレード１４は、このように傾斜組成膜とされたふっ素含有ＤＬＣからなるファウリング防止皮膜３２が備えられている点で、上記第２の実施形態の蒸気タービンブレード１１と共通する。しかし、蒸気タービンブレード１４は、ファウリング防止皮膜３２が基材１の表面１ａ上に直接積層された単層膜構造とされている点で、第２の実施形態の蒸気タービンブレード１１とは異なる。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１４に備えられるファウリング防止皮膜３２は、図１０の模式図中におけるグラフに示すように、ファウリング防止皮膜３２の膜厚Ｔ２方向でふっ素濃度の勾配が設けられている。そして、図１０に示す例においては、ファウリング防止皮膜３２の基材１側のふっ素濃度が約０質量％である。これに対し、ファウリング防止皮膜３２の表面３２ａ側のふっ素濃度が約３０質量％とされている。そして、ふっ素濃度と膜厚Ｔ２とが直線性を有する関係とされている。
　また、図１０に示す蒸気タービンブレード１４のファウリング防止皮膜３２は、ふっ素濃度の濃度勾配が上記関係とされることにより、その硬度が変化する。図中のグラフに示すように、ふっ素濃度が約３０質量％となる表層３２ａ側の硬度が約２００Ｈｖで軟質とされ、基材１側の硬度が約３０００Ｈｖで硬質とされている。これにより、ファウリング防止皮膜３２の、表層３２ａ側から一定の厚さの範囲、図示例では硬度が２００Ｈｖ以上かつ２０００Ｈｖ以下の範囲となる際の、表層３２ａから膜厚Ｔ２の約２／３程度までの範囲の領域Ｇに、耐ファウリング性が付与される。一方、ファウリング防止皮膜３２の膜厚Ｔ２方向で、硬度が２０００Ｈｖ以上かつ３０００Ｈｖ以下となる、基材１側から膜厚Ｔ２の約１／３程度までの範囲の領域Ｈに、耐エロージョン性と、基材１との間の高い密着性が付与される。
　なお、硬度は上述の硬さと同様の方法で測定した。
　蒸気タービンブレード１４は、上述のようなファウリング防止皮膜３２が備えられる。これにより、図４に示す蒸気タービンブレード１０のような硬質皮膜２が設けられていない構成であっても、耐ファウリング性とともに、優れた耐エロージョン性を有するものとなる。ここで、仮に、エロージョン発生部位（図３の領域Ｅを参照）において、軟質であるファウリング防止皮膜３２の表層３２ａ側の領域Ｇが剥離した場合であっても、硬質であるファウリング防止皮膜３２の基板１側の領域Ｈが残留する。従って蒸気タービンブレード１４では、エロージョンが進行するのが抑制される。これにより、本実施形態の蒸気タービンブレード１４は、第１～４の実施形態の蒸気タービンブレード１０、蒸気タービンブレード１１、蒸気タービンブレード１２、蒸気タービンブレード１３と同様、優れた耐エロージョン性及び耐ファウリング性の両方が効果的に得られる。
　ファウリング防止皮膜３２は、第２の実施形態の蒸気タービンブレード１１に備えられるファウリング防止皮膜３１と同様の理由により、最もふっ素濃度が高くなる表面３２ａ側において、ふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲とされたＤＬＣからなることが好ましい。ファウリング防止皮膜３２を、上記範囲のふっ素濃度とされたＤＬＣから構成することにより、高い耐ファウリング性がより効果的に得られる。また、ファウリング防止皮膜３２は、表面３２ａ側においてふっ素濃度が１５質量％以上かつ３８質量％以下の範囲とされたＤＬＣからなることがより好ましく、２０質量％以上かつ５質量％以下の範囲であることがさらに好ましい。
　ファウリング防止皮膜３２の膜厚は、１μｍ以上かつ１０μｍ以下の範囲であることが、蒸気タービンブレード１４に対して耐ファウリング性及び耐エロージョン性の両方を効果的に付与できる点から好ましい。ファウリング防止皮膜３２の膜厚が１μｍ未満だと、上述のようなふっ素の濃度勾配を設けることが困難となり、耐ファウリング性並びに耐エロージョン性がともに得られ難くなるおそれがある。また、ファウリング防止皮膜３２の膜厚が１０μｍを超えると、膜中の応力が増大して剥離を招く可能性があるとともに、成膜時の工程時間が長くなる。また、ファウリング防止皮膜３２の膜厚は、３μｍ以上かつ９μｍ以下の範囲であることがより好ましく、５μｍ以上かつ８μｍ以下の範囲であることがさらに好ましい。
　なお、ふっ素含有ＤＬＣからなるファウリング防止皮膜においては、耐ファウリング性を付与できる膜厚、つまり、ふっ素濃度を１０質量％以上とすることができる最小膜厚は０．１μｍ程度であると考えられる。このため、例えば、図１０のグラフ中において、ふっ素濃度が１０質量％以上の領域の膜厚を０．１μｍ以上とすれば、充分な耐ファウリング性が得られる。図示例においては、ファウリング防止皮膜３２の表面側３２ａの領域Ｇでのふっ素濃度が、概ね１０質量％以上かつ３０質量％以下の範囲とされている。
　また、上述のようなふっ素含有ＤＬＣからなるファウリング防止皮膜において、耐エロージョン性を付与できる膜厚、つまり、ふっ素濃度が１０質量％未満とされた領域の最小膜厚は０．５μｍ程度であると考えられる。このため、図１０のグラフ中において、ふっ素濃度が１０質量％未満とされた領域の膜厚を０．５μｍ以上とすれば、充分な耐エロージョン性が得られる。図示例においては、ファウリング防止皮膜３２の基材１側の領域Ｈでのふっ素濃度が、概ね０質量％または０質量％より大きく１０質量％未満の範囲とされている。
　また、図１０に示す例においては、ふっ素濃度と膜厚Ｔ２とが直線性を有する関係の濃度勾配とされているが、これには限定されない。例えば、図１１の模式図に示す例のように、ファウリング防止皮膜３２の基材１側から膜厚Ｔ２方向で約１／３程度の範囲の領域Ｋにおいては、ふっ素濃度が約０質量％で均一とされる。その上の、基材１側から膜厚Ｔ２方向で約２／３程度の範囲までの領域Ｊにおいては、ふっ素濃度が徐々に高くなって約３０質量％まで上昇する濃度勾配として構成しても良い。そして、図示例の、領域Ｊの上の膜厚Ｔ２方向で表面３２ａまでの領域Ｉにおいては、ふっ素濃度が約３０質量％で均一とされている。
　図１１に示す例の、ファウリング防止皮膜３２の領域Ｉにおいては硬度が２００Ｈｖ程度とされ、高いふっ素濃度によって優れた耐ファウリング性が付与される。一方、領域Ｋにおいては硬度が３０００Ｈｖ程度とされ、優れた耐エロージョン性が付与される。これにより、優れた耐ファウリング性並びに耐エロージョン性の両方がより効果的に得られる。
　また、ファウリング防止皮膜３２の膜厚Ｔ２方向におけるふっ素の濃度勾配は、上記に限定されるものではなく、例えば、濃度勾配の関係を曲線状として構成することも可能である（例えば、図７のグラフ中に破線で示す曲線を参照）。
　また、上述のような、ふっ素濃度の濃度勾配が設けられたＤＬＣからなるファウリング防止皮膜３２を形成する方法としては、上記第２の実施形態において説明したファウリング防止皮膜３１と同じ方法で形成することができる。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１４によれば、上記第１～第４の実施形態の蒸気タービンブレード１０、蒸気タービンブレード１１、蒸気タービンブレード１２、蒸気タービンブレード１３と同様、優れた耐エロージョン性及び耐ファウリング性が得られる。また、蒸気タービンブレード１４は、上記構成のファウリング防止皮膜３２を備えることにより、蒸気タービンブレード１０、蒸気タービンブレード１１、蒸気タービンブレード１２、蒸気タービンブレード１３に備えられるような硬質皮膜２が不要となるので、工程が省略でき、製造コストを低減できるという効果が得られる。
（第６の実施形態）
　以下に、本実施形態の蒸気タービンブレード１５について、図１２及び図１３を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上記第３の実施形態の蒸気タービンブレード１２、並びに第５の実施形態の蒸気タービンブレード１４と同様の構成については共通の符号を付与するとともに、その詳しい説明を省略する。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１５は、基材１と、上述のようなふっ素の濃度勾配が設けられたファウリング防止皮膜３２との間に、さらに中間層４１が設けられている点で、上記第５の実施形態の蒸気タービンブレード１４とは異なる構成とされている。
　本実施形態の中間層４１は、ファウリング防止皮膜３２に発生する内部応力を緩和し、基材１とファウリング防止皮膜３２との間の密着性をより高める効果がある。
　中間層４１の材質としては、上記第３の実施形態の蒸気タービンブレード１２に備えられる中間層４と同様の材料を用いることができる。また、中間層４１の膜厚も中間層４と同じ膜厚とすることができる。
　また、中間層４１の成膜方法としても、中間層４と同様のスパッタリング法を何ら制限無く採用することができる。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１５によれば、上述したような、基材１とファウリング防止皮膜３２との間の密着性をより高める効果が得られる。更に、蒸気タービンブレード１５は、上記第１～５の実施形態の蒸気タービンブレード１０、蒸気タービンブレード１１、蒸気タービンブレード１２、蒸気タービンブレード１３、蒸気タービンブレード１４と同様、優れた耐エロージョン性及び耐ファウリング性が得られる。また、蒸気タービンブレード１５は、上記第５の実施形態の蒸気タービンブレード１４と同様、硬質皮膜が不要となるので、製造コストを低減することが可能となる。
（第７の実施形態）
　以下に、本実施形態の蒸気タービンブレード１６について、図１４を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上記第２の実施形態の蒸気タービンブレード１１等と同様の構成については共通の符号を付与するとともに、その詳しい説明を省略する。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１６は、硬質皮膜２とファウリング防止皮膜３１との間に、さらに、ＤＬＣからなる中間硬質膜５が形成されている点で、第２の実施形態の蒸気タービンブレード１２とは異なる。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１６に備えられる中間硬質膜５は、上記第５の実施形態の蒸気タービンブレード１４に備えられるものと同様である。蒸気タービンブレード１６は、中間硬質膜５が備えられることにより、硬質皮膜２とファウリング防止皮膜３１との間の密着性をより高める効果が得られる。また、蒸気タービンブレード１６は、蒸気タービンブレード１１と同様、ふっ素の濃度勾配が設けられたファウリング防止皮膜３１が備えられることにより、優れた耐エロージョン性及び耐ファウリング性が得られる。
（第８の実施形態）
　以下に、本実施形態の蒸気タービンブレード１７について、図１５を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上記第２の実施形態の蒸気タービンブレード１１等と同様の構成については共通の符号を付与するとともに、その詳しい説明を省略する。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１７は、基材１と硬質皮膜２との間に、さらに、中間層４が形成されている点で、第２の実施形態の蒸気タービンブレード１２とは異なる。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１７に備えられる中間層４は、上記第３の実施形態の蒸気タービンブレード１２に備えられるものと同様である。蒸気タービンブレード１７は、中間層４が備えられることにより、基材１と硬質皮膜２との間の密着性をより高める効果が得られる。また、蒸気タービンブレード１７は、上記同様、ふっ素の濃度勾配が設けられたファウリング防止皮膜３１が備えられることにより、優れた耐エロージョン性及び耐ファウリング性が得られる。
（第９の実施形態）
　以下に、本実施形態の蒸気タービンブレード１８について、図１６を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上記第２の実施形態の蒸気タービンブレード１１等と同様の構成については共通の符号を付与するとともに、その詳しい説明を省略する。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１８は、さらに、基材１と硬質皮膜２との間に中間層４が形成され、硬質皮膜２とファウリング防止皮膜３１との間にＤＬＣからなる中間硬質膜５が形成されている点で、第２の実施形態の蒸気タービンブレード１２とは異なる。
　本実施形態の蒸気タービンブレード１８に備えられる中間層４は、上記第３の実施形態の蒸気タービンブレード１２に備えられるものと同様である。また、中間硬質膜５は、上記第５の実施形態の蒸気タービンブレード１４に備えられるものと同様である。
　蒸気タービンブレード１８は、中間層４によって基材１と硬質皮膜２との間の密着性がより高められる。また、中間硬質膜５によって硬質皮膜２とファウリング防止皮膜３１との間の密着性がより高められる効果が得られる。また、蒸気タービンブレード１８は、上記同様、ふっ素の濃度勾配が設けられたファウリング防止皮膜３１が備えられることにより、優れた耐エロージョン性及び耐ファウリング性が得られる。
（回転機械用の部品の他の例）
　本発明においては、上述の蒸気タービンブレードと同様のファウリング防止皮膜を基材の表面上に形成することにより、例えば、化学プラント等で用いられ、各種気体を圧縮するコンプレッサポンプに備えられるインペラやロータ等の回転機械用の部品を構成することが可能となる。
　本発明に係る回転機械用部品として、詳細な図示を省略するが、例えば、コンプレッサポンプのインペラを構成した場合には、インペラの表面に、図４等に示すような蒸気タービンブレードと同様のファウリング防止皮膜及び硬質皮膜を設けた構成とすることができる。これにより、上記本発明に係る蒸気タービンブレードと同様、インペラは、ファウリングが生じるのを抑制することができ、また、気体がインペラに直接接触しても、エロージョンが生じるのを抑制することが可能となる。
　さらに、上述の蒸気タービンブレードと同様の中間層が、インペラの基材と硬質皮膜との間に設けられている構成とすれば、硬質皮膜に発生する内部応力を緩和し、基材と硬質皮膜との間の密着性をより高める効果が得られる点で好ましい（第３の実施形態の蒸気タービンブレード１２の説明を参照）。
　さらに、上述の蒸気タービンブレードと同様の中間硬質膜が、インペラの硬質皮膜とファウリング防止皮膜との間に設けられている構成とすれば、耐エロージョン性がより高められる点で好ましい（第４の実施形態の蒸気タービンブレード１３の説明を参照）。
　また、ふっ素濃度の濃度勾配が設けられたＤＬＣからなるファウリング防止皮膜がインペラの基材の表面上に備えられた構成とすることにより、基材上に硬質皮膜を設けることなく、耐ファウリング性並びに耐エロージョン性の両方を得ることができる（第５及び第６の実施形態の蒸気タービンブレード１４、１５の説明を参照）。
　また、本実施形態の回転機械用の部品に備えられるファウリング防止皮膜及び硬質皮膜、さらに、中間層、硬質皮膜層の各々は、上記蒸気タービンブレードと同様の皮膜であることから、その材質や膜厚等の他、成膜方法等の製造工程も共通とすることが可能である。
　例えば、上述のようなコンプレッサポンプのインペラ表面にファウリング防止皮膜を形成する方法として、電子線の放電によって反応ガスをイオン化して蒸着するイオン化蒸着法を採用する。そして、上記蒸気タービンブレードと同様の条件で基材上にファウリング防止皮膜を形成することにより、耐ファウリング性に優れた皮膜が得られる。
　以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

Claims (12)

  1. 　基材の表面上に、セラミックスからなる硬質皮膜と、ふっ素含有ダイヤモンドライクカーボン膜からなるファウリング防止膜とが積層されてなる回転機械用の部品。
  2. 　前記ファウリング防止皮膜は、ふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲で均一である請求項１に記載の回転機械用の部品。
  3. 　前記硬質皮膜と前記ファウリング防止皮膜との間に、さらにダイヤモンドライクカーボンからなる中間硬質膜が形成されてなる請求項１に記載の回転機械用の部品。
  4. 　前記基材と前記硬質皮膜との間に、さらに中間層が形成されてなる請求項１に記載の回転機械用の部品。
  5. 　前記ファウリング防止皮膜は、前記硬質皮膜側からファウリング防止皮膜の表面に向かうに従ってふっ素濃度が高くなるように、膜厚方向で濃度勾配が設けられ、前記表面におけるふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲である傾斜組成膜である請求項１に記載の回転機械用の部品。
  6. 　前記硬質皮膜と前記ファウリング防止皮膜との間に、さらにダイヤモンドライクカーボンからなる中間硬質膜が形成されてなる請求項５に記載の回転機械用の部品。
  7. 　前記基材と前記硬質皮膜との間に、さらに中間層が形成されてなる請求項６に記載の回転機械用の部品。
  8. 　前記硬質皮膜は、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＺｒＮの内の少なくとも１種以上からなる請求項１に記載の回転機械用の部品。
  9. 　回転機械用の部品の内、エロージョン発生部位における前記ファウリング防止膜が磨耗されている請求項１に記載の回転機械用の部品。
  10. 　基材の表面上に、ふっ素含有ダイヤモンドライクカーボン膜からなるファウリング防止膜が形成され、ファウリング防止皮膜は、前記硬質皮膜側からファウリング防止皮膜の表面に向かうに従ってふっ素濃度が高くなるように、膜厚方向で濃度勾配が設けられ、前記表面におけるふっ素濃度が１０質量％以上かつ４０質量％以下の範囲である傾斜組成膜である回転機械用の部品。
  11. 　前記基材と前記ファウリング防止皮膜との間に、さらに中間層が形成されてなる請求項１０に記載の回転機械用の部品。
  12. 　動翼を有する蒸気タービンであって、
    　動翼が、基材の表面上にセラミックスからなる硬質皮膜とふっ素含有ダイヤモンドライクカーボン膜からなるファウリング防止膜とを積層した回転機械用の部品からなる蒸気タービン。
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