JP3212469B2 - 耐高温酸化性表面処理方法 - Google Patents
耐高温酸化性表面処理方法Info
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- JP3212469B2 JP3212469B2 JP01521595A JP1521595A JP3212469B2 JP 3212469 B2 JP3212469 B2 JP 3212469B2 JP 01521595 A JP01521595 A JP 01521595A JP 1521595 A JP1521595 A JP 1521595A JP 3212469 B2 JP3212469 B2 JP 3212469B2
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- temperature oxidation
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン等の動・静
翼に代表される高温使用部材の表面処理方法に関する。
翼に代表される高温使用部材の表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近のコンバインドサイクルプラントに
代表される高効率化された産業用ガスタービンの入口ガ
ス温度の上昇は著しく、１３００℃以上となっている。
このような高温ガスにさらされる動・静翼に使用される
耐熱合金に対しては精力的な開発が行われ、その許容温
度も年々上昇しているが、実用合金では８５０〜９００
℃程度である。このため実機ガスタービンでは、薄肉化
した内部空気冷却翼が用いられているが、高温ガスと接
する翼表面では高温酸化や高温腐食が避けられない為、
ＭＣｒＡｌＹ（Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ等を表す）のコーティン
グやＭＣｒＡｌＹコーティングの上に熱伝導率の低いＺ
ｒＯ2 系セラミックをコーティングした、遮熱コーティ
ング（ＴＢＣ）等が用いられている。
代表される高効率化された産業用ガスタービンの入口ガ
ス温度の上昇は著しく、１３００℃以上となっている。
このような高温ガスにさらされる動・静翼に使用される
耐熱合金に対しては精力的な開発が行われ、その許容温
度も年々上昇しているが、実用合金では８５０〜９００
℃程度である。このため実機ガスタービンでは、薄肉化
した内部空気冷却翼が用いられているが、高温ガスと接
する翼表面では高温酸化や高温腐食が避けられない為、
ＭＣｒＡｌＹ（Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ等を表す）のコーティン
グやＭＣｒＡｌＹコーティングの上に熱伝導率の低いＺ
ｒＯ2 系セラミックをコーティングした、遮熱コーティ
ング（ＴＢＣ）等が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】高温化されたガスター
ビンの動・静翼で代表される高温部品は取扱い温度の上
昇にともなって、前記のような耐食、耐酸化コーティン
グを行った場合でも顕著な高温酸化損傷を受ける場合が
出現しており、より一層高温酸化性にすぐれた表面処理
方法の出現が望まれている。本発明は上記要望とガスタ
ービン入口温度のさらなる上昇をはかるため、高温耐酸
化性にすぐれた表面処理方法を提供することを目的とす
るものである。
ビンの動・静翼で代表される高温部品は取扱い温度の上
昇にともなって、前記のような耐食、耐酸化コーティン
グを行った場合でも顕著な高温酸化損傷を受ける場合が
出現しており、より一層高温酸化性にすぐれた表面処理
方法の出現が望まれている。本発明は上記要望とガスタ
ービン入口温度のさらなる上昇をはかるため、高温耐酸
化性にすぐれた表面処理方法を提供することを目的とす
るものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、Ｆｅ、Ｎ
ｉ及びＣｏ基合金及び炭素基複合材料から選ばれる高温
使用材料にＭｏを被覆し、次いでＳｉ拡散浸透処理を行
って該高温使用材料に耐高温酸化性を付与することを特
徴とする高温使用材料の耐高温酸化性処理方法によって
達成することができる。
ｉ及びＣｏ基合金及び炭素基複合材料から選ばれる高温
使用材料にＭｏを被覆し、次いでＳｉ拡散浸透処理を行
って該高温使用材料に耐高温酸化性を付与することを特
徴とする高温使用材料の耐高温酸化性処理方法によって
達成することができる。
【０００５】本発明で用いられる高温使用材料は、一般
的にはボイラやガスタービン等の高温取扱いプラントの
主要構成部材であり、高温下での機械的強度（クリー
プ、疲労等）と共に耐高温強化性、耐食性に優れている
ことが必要である。これらの使用温度（被曝温度）は通
常９００℃前後である。この高温使用材料の代表的なも
のは、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等で、これ
らはＮｉ基超合金等と呼ばれ、夫々Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの
ほかに、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃ
等を種々の割合で含んでいる。一方、カーボンコンポジ
ットはこれらの金属材料より高温下での機械的特性に優
れ、被曝温度を大巾に上昇させる可能性があるが、高温
酸化し易い欠点があり通常の燃焼ガス環境では耐酸化表
面処理が必要となる。すなわち、本発明はＦｅやＮｉ、
Ｃｏ基合金及び炭素基複合材料等で代表される高温使用
材料に耐高温酸化性を付与することを目的に、Ｍｏを溶
射法（例えば低圧プラズマ溶射）や蒸着法（真空蒸着、
イオンプレーティング、スパッタリング等）によってコ
ーティングした後、Ｓｉの拡散浸透処理を行い、コーテ
ィング層の大部分を高温耐酸化性にすぐれたＭｏ−Ｓｉ
化合物とすることを特徴とするものである。
的にはボイラやガスタービン等の高温取扱いプラントの
主要構成部材であり、高温下での機械的強度（クリー
プ、疲労等）と共に耐高温強化性、耐食性に優れている
ことが必要である。これらの使用温度（被曝温度）は通
常９００℃前後である。この高温使用材料の代表的なも
のは、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等で、これ
らはＮｉ基超合金等と呼ばれ、夫々Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの
ほかに、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃ
等を種々の割合で含んでいる。一方、カーボンコンポジ
ットはこれらの金属材料より高温下での機械的特性に優
れ、被曝温度を大巾に上昇させる可能性があるが、高温
酸化し易い欠点があり通常の燃焼ガス環境では耐酸化表
面処理が必要となる。すなわち、本発明はＦｅやＮｉ、
Ｃｏ基合金及び炭素基複合材料等で代表される高温使用
材料に耐高温酸化性を付与することを目的に、Ｍｏを溶
射法（例えば低圧プラズマ溶射）や蒸着法（真空蒸着、
イオンプレーティング、スパッタリング等）によってコ
ーティングした後、Ｓｉの拡散浸透処理を行い、コーテ
ィング層の大部分を高温耐酸化性にすぐれたＭｏ−Ｓｉ
化合物とすることを特徴とするものである。
【０００６】上記方法で、Ｍｏのコーティングは通常の
溶射法や蒸着法で行うが、例えば溶射法は低圧プラズマ
溶射法（圧力：２０〜１５０Ｔｏｒｒ、その他の条件：
Ａｒガス雰囲気中）で行い、上記高温使用材料からなる
基材にＭｏを２０〜５０μｍの厚さでコーティングす
る。又、蒸着法は、例えばＭｏＣｌ6 ガスを次の反応に
より５０Ｔｏｒｒ、１１００℃で水素ガスにより還元し
てＭｏを蒸着することにより行う： ＭｏＣｌ6 ＋３Ｈ2 →Ｍｏ＋６ＨＣｌ コーティングした基材は、パックセメンテーション法と
いわれる拡散浸透処理又は拡散被覆処理に付す。すなわ
ち、コーティング金属を含む粉末中に被処理材を埋込
み、８００〜１２００℃程度の高温下、還元雰囲気中で
処理し、被処理材表面へコーティング金属を析出、拡散
させる。例えば、上記コーティングした基材をケイ素粉
末に埋込み水素ガス流中で１１００℃で２時間保持す
る。
溶射法や蒸着法で行うが、例えば溶射法は低圧プラズマ
溶射法（圧力：２０〜１５０Ｔｏｒｒ、その他の条件：
Ａｒガス雰囲気中）で行い、上記高温使用材料からなる
基材にＭｏを２０〜５０μｍの厚さでコーティングす
る。又、蒸着法は、例えばＭｏＣｌ6 ガスを次の反応に
より５０Ｔｏｒｒ、１１００℃で水素ガスにより還元し
てＭｏを蒸着することにより行う： ＭｏＣｌ6 ＋３Ｈ2 →Ｍｏ＋６ＨＣｌ コーティングした基材は、パックセメンテーション法と
いわれる拡散浸透処理又は拡散被覆処理に付す。すなわ
ち、コーティング金属を含む粉末中に被処理材を埋込
み、８００〜１２００℃程度の高温下、還元雰囲気中で
処理し、被処理材表面へコーティング金属を析出、拡散
させる。例えば、上記コーティングした基材をケイ素粉
末に埋込み水素ガス流中で１１００℃で２時間保持す
る。
【０００７】（１）コーティング層の大部分を構成する
Ｍｏ−Ｓｉ化合物は高温下で、その表面にＳｉＯ2 皮膜
を形成し、すぐれた耐高温酸化性を発揮する。 （２）Ｍｏ−Ｓｉ化合物の高温酸化加速要因としてマイ
クロクラックや気孔の存在があるが、本処理はＭｏへＳ
ｉを拡散浸透させることにより、それらの存在をなくす
ことができる。 （３）基材とＭｏ−Ｓｉ化合物の界面に高温強度に強い
Ｍｏ（Ｓｉ≠０）が存在するとともに、表面に向って徐
々にＳｉ／Ｍｏが大きくなる傾斜構造となっているた
め、基材とＭｏ−Ｓｉ化合物の物性値差に基づく応力発
生と剥離に対してもすぐれた抵抗力を示す。
Ｍｏ−Ｓｉ化合物は高温下で、その表面にＳｉＯ2 皮膜
を形成し、すぐれた耐高温酸化性を発揮する。 （２）Ｍｏ−Ｓｉ化合物の高温酸化加速要因としてマイ
クロクラックや気孔の存在があるが、本処理はＭｏへＳ
ｉを拡散浸透させることにより、それらの存在をなくす
ことができる。 （３）基材とＭｏ−Ｓｉ化合物の界面に高温強度に強い
Ｍｏ（Ｓｉ≠０）が存在するとともに、表面に向って徐
々にＳｉ／Ｍｏが大きくなる傾斜構造となっているた
め、基材とＭｏ−Ｓｉ化合物の物性値差に基づく応力発
生と剥離に対してもすぐれた抵抗力を示す。
【０００８】
実施例１ 表１に示される組成を有するＦｅ基合金Ａ２８６、Ｃｏ
基合金ＥＣＹ７６８、Ｎｉ基合金ＩＮ７３８Ｌｃ及び炭
素基複合材料（カーボンコンポジット）を基材として、
Ｍｏ（＞９９．９９％）を膜厚１００μｍ程度を目標に
低圧プラズマ溶射を行った。次に３％ＮＨ4 Ｃｌを含む
ケイ素粉末中へこれら被処理材を埋め込み、水素
（Ｈ2 ）ガスを流しつつ、１１００℃で２時間保持しケ
イ素拡散処理を行った。得られた各試料は、図１に示さ
れる表面構造を有していた。
基合金ＥＣＹ７６８、Ｎｉ基合金ＩＮ７３８Ｌｃ及び炭
素基複合材料（カーボンコンポジット）を基材として、
Ｍｏ（＞９９．９９％）を膜厚１００μｍ程度を目標に
低圧プラズマ溶射を行った。次に３％ＮＨ4 Ｃｌを含む
ケイ素粉末中へこれら被処理材を埋め込み、水素
（Ｈ2 ）ガスを流しつつ、１１００℃で２時間保持しケ
イ素拡散処理を行った。得られた各試料は、図１に示さ
れる表面構造を有していた。
【０００９】実施例２ 実施例１と同様のＦｅ基合金Ａ２８６、Ｃｏ基合金ＥＣ
Ｙ７６８、Ｎｉ基合金ＩＮ７３８ＬＣ及び炭素基複合材
料（カーボンコンポジット）を基材として、ＣＶＤ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
法によりＭｏを５０μｍを目標にコーティングを行った
後、実施例１と同様にパックセメンテーション法により
Ｓｉの拡散処理を行った。得られた各試料は、図１に示
される表面構造を有していた。
Ｙ７６８、Ｎｉ基合金ＩＮ７３８ＬＣ及び炭素基複合材
料（カーボンコンポジット）を基材として、ＣＶＤ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
法によりＭｏを５０μｍを目標にコーティングを行った
後、実施例１と同様にパックセメンテーション法により
Ｓｉの拡散処理を行った。得られた各試料は、図１に示
される表面構造を有していた。
【００１０】
【表１】
【００１１】上記実施例１及び２で得られた各試料（本
発明品）と無処理品（比較品）を対象に、１０００℃と
１５００℃の空気雰囲気中で各々１００時間の高温酸化
試験を行った。それらの結果を図３にとりまとめて示し
たが、無処理品のカーボンコンポジットは、１０００
℃、１５００℃とも燃焼、消失してしまったのに対し、
カーボンコンポジットの実施例１及び実施例２ともわず
かに増量している程度であり、外観上著しい寸法変化等
はみられなかった。一方、カーボンコンポジット以外の
金属材料（Ａ２８６、ＥＣＹ７６８、ＩＮ７３８ＬＣ）
に対しては無処理材はいずれも大きな増量を示したのに
対し、実施例１及び実施例２での増量はいずれもその１
／１０以下であった。なお、図３における酸化量は、各
温度におけるＡ２８６の酸化増量を１００として示し
た。無処理のカーボンコンポジットは燃焼、消失した。
発明品）と無処理品（比較品）を対象に、１０００℃と
１５００℃の空気雰囲気中で各々１００時間の高温酸化
試験を行った。それらの結果を図３にとりまとめて示し
たが、無処理品のカーボンコンポジットは、１０００
℃、１５００℃とも燃焼、消失してしまったのに対し、
カーボンコンポジットの実施例１及び実施例２ともわず
かに増量している程度であり、外観上著しい寸法変化等
はみられなかった。一方、カーボンコンポジット以外の
金属材料（Ａ２８６、ＥＣＹ７６８、ＩＮ７３８ＬＣ）
に対しては無処理材はいずれも大きな増量を示したのに
対し、実施例１及び実施例２での増量はいずれもその１
／１０以下であった。なお、図３における酸化量は、各
温度におけるＡ２８６の酸化増量を１００として示し
た。無処理のカーボンコンポジットは燃焼、消失した。
【００１２】
【発明の効果】本発明の方法により、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ
基合金やカーボンコンポジット等の高温材料を耐高温酸
化性表面処理をすると、優れた耐高温酸化性が得られる
と共に表面に向ってＳｉ／Ｍｏ比が大きくなる傾斜構造
となっているので基材とコーティング層の物性値の差異
に基く応力発生と剥離に対して高い抵抗力を示す。従っ
て本発明は、ガスタービン等の動・静翼等の高温使用部
材の処理に適する。
基合金やカーボンコンポジット等の高温材料を耐高温酸
化性表面処理をすると、優れた耐高温酸化性が得られる
と共に表面に向ってＳｉ／Ｍｏ比が大きくなる傾斜構造
となっているので基材とコーティング層の物性値の差異
に基く応力発生と剥離に対して高い抵抗力を示す。従っ
て本発明は、ガスタービン等の動・静翼等の高温使用部
材の処理に適する。
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る耐高温酸化処
理して得られた試料の断面模式図である。
理して得られた試料の断面模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施例２に係る耐高温酸化処
理して得られた試料の断面模式図である。
理して得られた試料の断面模式図である。
【図３】図３は実施例１，２で得られた試料の高温酸化
試験結果を示すグラフでＡは１０００℃におけるもの、
Ｂは１５００℃におけるものである。
試験結果を示すグラフでＡは１０００℃におけるもの、
Ｂは１５００℃におけるものである。
１．基材 ２．Ｍｏ ３．Ｓｉ拡散浸透処理層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 10/46 C23C 10/02 C23C 10/44
Claims (1)
- 【請求項１】Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏ基合金及び炭素基複合
材料から選ばれる高温使用材料にＭｏを被覆し、次いで
Ｓｉ拡散浸透処理を行って該高温使用材料に耐高温酸化
性を付与することを特徴とする高温使用材料の耐高温酸
化性処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01521595A JP3212469B2 (ja) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | 耐高温酸化性表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01521595A JP3212469B2 (ja) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | 耐高温酸化性表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08209328A JPH08209328A (ja) | 1996-08-13 |
| JP3212469B2 true JP3212469B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=11882661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01521595A Expired - Fee Related JP3212469B2 (ja) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | 耐高温酸化性表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3212469B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102246754B1 (ko) * | 2019-09-06 | 2021-04-29 | 박연조 | 식별 코드를 통해 영상 선택이 가능한 합성 방법, 장치 및 컴퓨터-판독가능 기록 매체 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100745495B1 (ko) * | 1999-03-10 | 2007-08-03 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 반도체 제조방법 및 반도체 제조장치 |
| WO2020065817A1 (ja) * | 2018-09-27 | 2020-04-02 | 中国電力株式会社 | 耐熱合金製部品の補修方法 |
-
1995
- 1995-02-01 JP JP01521595A patent/JP3212469B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102246754B1 (ko) * | 2019-09-06 | 2021-04-29 | 박연조 | 식별 코드를 통해 영상 선택이 가능한 합성 방법, 장치 및 컴퓨터-판독가능 기록 매체 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08209328A (ja) | 1996-08-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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