[go: up one dir, main page]

JPH07258816A - Ceramic coating structure on metallic base material and its formation - Google Patents

Ceramic coating structure on metallic base material and its formation

Info

Publication number
JPH07258816A
JPH07258816A JP5564894A JP5564894A JPH07258816A JP H07258816 A JPH07258816 A JP H07258816A JP 5564894 A JP5564894 A JP 5564894A JP 5564894 A JP5564894 A JP 5564894A JP H07258816 A JPH07258816 A JP H07258816A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramic
metal
powder
coating structure
metal substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP5564894A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Takahashi
雅士 高橋
Yutaka Ishiwatari
裕 石渡
Yoshiyasu Ito
義康 伊藤
Takanari Okamura
隆成 岡村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5564894A priority Critical patent/JPH07258816A/en
Publication of JPH07258816A publication Critical patent/JPH07258816A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a metallic base material with a ceramic coating structure combining thermal stress relaxation and oxidation resistance only by a single layer, free from cracking and peeling, and excellent in durability and to form such a ceramic coating structure with high efficiency. CONSTITUTION:This coating structure is constituted by continuously changing, in a thickness direction, the composition ratio between metal 2 and ceramic 3, both constituting a coating layer 5, so that the proportion of the ceramic 3 increases from the interface between the layer and a metallic base material 1 toward the surface of the layer and also dispersing superfine grains 4 of a second ceramics in the metal. Further, such a structure can be formed by preparing a powder material, where the grains of the second ceramics are superfinely dispersed in the metal, and a ceramic powder, mixing these powders while changing mixing ratio so that the proportion of the ceramic powder increases along the thickness direction, laminating the resulting powder mixture on the metallic base material, and then applying sintering.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、金属基材へのセラミッ
クコーティング構造とその形成方法に係わり、さらに詳
述すると、材料の物性(物理的性質)と要求される機能
とを別々の構成材料に担わせることにより、物性に依存
する熱応力緩和特性と、耐食性や耐磨耗性などの表面機
能とを両立させた金属基材へのセラミックコーティング
構造、およびそのようなコーティング構造を形成する方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic coating structure on a metal substrate and a method for forming the same. More specifically, the physical properties (physical properties) of the material and the required function are separated from each other. The structure of a ceramic coating on a metal substrate having both thermal stress relaxation characteristics depending on physical properties and surface functions such as corrosion resistance and abrasion resistance, and a method for forming such a coating structure. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、耐熱性、耐食性、耐磨耗性などの
機能向上のために、金属基材へのセラミックコーティン
グが盛んに行われており、その適用分野も多岐にわたっ
ている。ところが、セラミックをコーティングした場
合、製造時や使用時にセラミック被膜に割れや剥離が生
じやすく、これが最も大きな問題となっている。このよ
うな割れや剥離は、非常に脆いというセラミック材料が
本来有する性質と、金属とセラミックとで、熱膨脹係
数、熱伝導率、ヤング率、ポアソン比などの材料物性
(物理的性質)が大幅に異なるために発生する熱応力が
大きな原因であり、セラミックをコーティングした効果
を十分に生かしきれないばかりでなく、使用時のトラブ
ルの原因となる場合が多い。特に、金属基材にセラミッ
クをコーティングした材料を、高温酸化雰囲気などで用
いる場合には、以下の理由でセラミック被膜の割れや剥
離が起こりやすく、コーティング材にとって非常に過酷
な条件といえる。すなわち、高温酸化雰囲気において
は、金属基材とセラミック被膜との熱膨脹係数の差に起
因し熱応力が発生すると同時に、酸化物が発生するなど
金属基材やセラミック被膜に材質変化が生じ、これによ
る被膜の強度や密着力の低下が付加されるためである。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to improve functions such as heat resistance, corrosion resistance and abrasion resistance, ceramic coating on a metal base material has been actively carried out, and its application fields are also diverse. However, when the ceramic is coated, cracks and peeling easily occur in the ceramic coating at the time of production and use, which is the biggest problem. Such cracking and peeling are very fragile, which is the inherent property of ceramic materials, and the physical properties (physical properties) of metals and ceramics such as coefficient of thermal expansion, thermal conductivity, Young's modulus, and Poisson's ratio. The thermal stress caused by the difference is a major cause, and not only the effect of coating the ceramic cannot be fully utilized, but it often causes a trouble during use. In particular, when a material in which a metal base material is coated with ceramic is used in a high temperature oxidizing atmosphere or the like, cracking or peeling of the ceramic coating is likely to occur for the following reasons, which can be said to be a very severe condition for the coating material. That is, in a high temperature oxidizing atmosphere, a thermal stress is generated due to a difference in coefficient of thermal expansion between the metal base material and the ceramic coating, and at the same time, a material change occurs in the metal base material or the ceramic coating such as generation of an oxide. This is because the strength and adhesion of the coating are reduced.

【0003】従来から、セラミック被膜の割れや剥離を
防止し信頼性を向上させるために、金属とセラミックな
どの異種材料が接合されたコーティング構造において、
熱応力の緩和や耐酸化性の向上などの試みが種々なされ
ている。すなわち、まず熱膨脹係数の差による熱応力を
低減するための試みとして、特開平4−214826号
公報に記載された発明(複合化材料の製造方法および複
合化材料、受熱材料の製造方法および受熱材料)や、特
願平3−110595号公報に記載された発明(傾斜機
能材料の製造方法)などがある。これらはいずれも、二
つの材料の界面での組成を連続的に変化させることで、
熱膨脹係数やヤング率などの材料物性が急激に変化する
部位をなくし、熱応力を低減しようとしたものであり、
異種材料の界面での機能が連続的に変化した傾斜機能材
料の製造方法に関するものである。
Conventionally, in order to prevent cracking and peeling of the ceramic coating and improve reliability, in a coating structure in which different materials such as metal and ceramic are joined,
Various attempts have been made to alleviate thermal stress and improve oxidation resistance. That is, first, as an attempt to reduce the thermal stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion, the invention described in JP-A-4-214826 (method for producing composite material and composite material, method for producing heat receiving material and heat receiving material) ), And the invention (method for producing functionally gradient material) described in Japanese Patent Application No. 3-110595. In each of these, by continuously changing the composition at the interface of the two materials,
It aims to reduce thermal stress by eliminating the parts where the material properties such as thermal expansion coefficient and Young's modulus change rapidly.
The present invention relates to a method for producing a functionally graded material in which the function at the interface between different materials is continuously changed.

【0004】これらのうちで特開平4−214826号
公報に記載された発明は、気孔率が連続的に変化した高
融点金属を作製した後、その気孔中に低融点金属を溶浸
することにより、傾斜機能材料を製造するものである。
また、特願平3−110595号公報に記載された発明
は、傾斜組成化が比較的容易に行える焼結法や溶射法な
どの方法を用いて傾斜組成ブロックを作製した後、押出
し、引抜き、圧延などの塑性加工により任意の形状に仕
上げるもので、主として長尺寸法の傾斜機能材料を製造
する方法に関している。
Among these, the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-214826 is one in which a low melting point metal is infiltrated into the pores after producing a high melting point metal whose porosity is continuously changed. , A functionally graded material is manufactured.
Further, the invention described in Japanese Patent Application No. 3-110595 discloses that a graded composition block is produced by using a method such as a sintering method or a thermal spraying method, in which graded composition can be relatively easily performed, and then extrusion, drawing, The present invention relates to a method for producing a functionally gradient material having a long dimension, which is finished into an arbitrary shape by plastic working such as rolling.

【0005】一方、酸化物の発生による金属基材とセラ
ミックコーティング被膜との密着力低下を低減するため
の試みとして、特開平3−20451号公報(セラミッ
ク被覆ガスタービン動翼)に記載された発明がある。こ
れは、表面のセラミックコーティング被膜の下に耐酸化
のための合金層を設けることにより、酸化物の形成を抑
制しようとしたものである。そして、このような合金層
を構成する材料として、CoあるいはNiのうちの少な
くとも一つと、CrとAl、さらにHf、Ta、Y、S
i、Zrのうちの少なくとも一つの元素を含む耐酸化性
に優れた合金が規定されている。
On the other hand, as an attempt to reduce the decrease in adhesion between the metal base material and the ceramic coating film due to the generation of oxides, the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-20451 (ceramic-coated gas turbine blade). There is. This is intended to suppress the formation of oxide by providing an alloy layer for oxidation resistance under the ceramic coating film on the surface. At least one of Co and Ni, Cr and Al, and further Hf, Ta, Y and S are used as materials for forming such an alloy layer.
An alloy excellent in oxidation resistance containing at least one element of i and Zr is defined.

【0006】さらに、別の観点から金属基材へのセラミ
ックコーティング被膜の割れや剥離を低減し、耐久性を
向上させようとした試みもある。すなわち、特願平4−
214422号公報に記載された金属基材へのセラミッ
クコーティング方法は、金属からセラミックまで組成を
徐々に変化させながら形成したものに加熱処理を施し、
セラミック被膜に任意の圧縮残留応力を印加させ、セラ
ミック被膜の強化や基材との密着性向上を図ったもので
ある。
From another point of view, there is also an attempt to reduce the cracking and peeling of the ceramic coating film on the metal substrate to improve the durability. That is, Japanese Patent Application No. 4-
The method of ceramic coating on a metal substrate described in Japanese Patent No. 214422 discloses a method in which a material formed by gradually changing the composition from metal to ceramic is subjected to heat treatment,
By applying an arbitrary compressive residual stress to the ceramic coating, the ceramic coating is strengthened and the adhesion to the substrate is improved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、高温酸
化雰囲気など過酷な条件下で使用されるセラミックコー
ティング材料においては、セラミック被膜の割れや剥離
を防止するためにいろいろな試みがなされている。これ
らの試みをまとめると、構造的な改善と材質そのものの
改善との二つに大別できる。このうちで構造的な改善
は、傾斜組成化などにより熱応力の緩和をめざすものが
主体であり、材質的な改善は、耐酸化層の付加などの経
年的な劣化特性の向上を図ったものが多い。しかしなが
ら、従来からの改善策には、熱応力の緩和だけを目的と
したもの、耐酸化性向上だけを目的としたもの、あるい
は熱応力緩和と耐酸化性とをそれぞれ別の層に担わせた
ものなど種々のものがあるが、一つの層で熱応力緩和と
耐酸化性とを兼備させようとしたものは未だ知られてい
ないのが現状であった。
As described above, in ceramic coating materials used under severe conditions such as a high temperature oxidizing atmosphere, various attempts have been made to prevent cracking and peeling of the ceramic coating. . Summarizing these efforts, we can roughly divide them into structural improvement and material improvement. Of these, structural improvements are mainly aimed at relaxing thermal stress by graded composition, etc., and material improvements aim at improving deterioration characteristics over time such as the addition of oxidation resistant layers. There are many. However, in the conventional improvement measures, those for the purpose of only relaxing the thermal stress, those for the purpose of only improving the oxidation resistance, or the thermal stress relaxation and the oxidation resistance are carried by different layers. Although there are various types of materials, it is the current situation that one layer that has both thermal stress relaxation and oxidation resistance is not yet known.

【0008】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、熱応力発生の原因となる材料物性を制
御する材料と、これとは別の耐酸化性などの表面機能を
担った材料とを含有させることにより、一つの層で熱応
力緩和と耐酸化性とを兼備させ、割れや剥離がなく耐久
性に優れた金属基材へのセラミックコーティング構造を
提供するとともに、そのようなセラミックコーティング
構造を効率的に形成する方法を提供することを目的とし
ている。
The present invention has been made to solve the above problems, and has a material for controlling the physical properties of the material that causes the generation of thermal stress and another surface function such as oxidation resistance. By including a material, it is possible to combine thermal stress relaxation and oxidation resistance in one layer to provide a ceramic coating structure on a metal substrate that is excellent in durability without cracking or peeling, and It is an object to provide a method of efficiently forming a ceramic coating structure.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の金属基材へのセ
ラミックコーティング構造は、金属基材上にセラミック
を主体とするコーティング層を設けたセラミックコーテ
ィング構造において、前記コーティング層を構成する金
属とセラミックとの組成比率を、セラミックの比率が前
記金属基材との界面からコーティング層の表面に向って
増大するように、厚さ方向に連続的に変化させるととも
に、この傾斜組成領域の前記金属中に、第2のセラミッ
クの超微細な粒子を分散させてなることを特徴とする。
A ceramic coating structure for a metal base material of the present invention is a ceramic coating structure in which a coating layer mainly composed of ceramic is provided on a metal base material, and the metal forming the coating layer is The composition ratio with the ceramic is continuously changed in the thickness direction so that the ratio of the ceramic increases from the interface with the metal substrate toward the surface of the coating layer, and in the metal of the gradient composition region. In addition, ultrafine particles of the second ceramic are dispersed.

【0010】本発明の金属基材へのセラミックコーティ
ング構造の形成方法は、金属基材上にセラミックを主体
とするコーティング層を形成する方法において、金属中
に第2のセラミックの超微細な粒子を分散させた粉末材
料と前記セラミックの粉末とをそれぞれ調製し、これら
の粉末を、前記セラミック粉末の比率が厚さ方向に沿っ
て増大するように、混合比率を変えて混合しながら前記
金属基材上に積層した後、焼結することを特徴とする。
The method for forming a ceramic coating structure on a metal substrate according to the present invention is a method of forming a coating layer mainly composed of ceramics on a metal substrate, wherein ultrafine particles of the second ceramic are formed in the metal. The dispersed powder material and the ceramic powder are respectively prepared, and the metal base material is mixed while changing the mixing ratio so that the ratio of the ceramic powder increases along the thickness direction. It is characterized in that after it is laminated on top, it is sintered.

【0011】また、本発明のセラミックコーティング構
造の第2の形成方法は、金属基材上にセラミックを主体
とするコーティング層を形成する方法において、金属中
に第2のセラミックの超微細な粒子を分散させた粉末材
料と前記セラミックの粉末とをそれぞれ調製し、これら
の粉末を、前記セラミック粉末の比率が経時的に増大す
るように、供給比率を変えて高温のフレーム中にそれぞ
れ供給し、前記金属基材上にプラズマ溶射した後、加熱
処理を行うことを特徴とする。
A second method of forming a ceramic coating structure of the present invention is a method of forming a coating layer mainly composed of ceramics on a metal substrate, wherein ultrafine particles of the second ceramic are formed in the metal. The dispersed powder material and the ceramic powder are respectively prepared, and these powders are respectively supplied into a high temperature flame while changing the supply ratio so that the ratio of the ceramic powder increases with time, The method is characterized in that a heat treatment is performed after plasma spraying on the metal base material.

【0012】さらに、本発明のセラミックコーティング
構造の第3の形成方法は、金属基材上にセラミックを主
体とするコーティング層を形成する方法において、金属
中に第2のセラミックの超微細な粒子を分散させた粉末
材料と前記セラミックの粉末とをそれぞれ調製し、これ
らの粉末を混合比率を変えて混合し次いで焼結して、前
記金属とセラミックとの組成比率の異なる複数枚の薄板
を製造した後、これらの薄板を、前記セラミックの組成
比率の低い順に積層し、加圧下に加熱して一体に成形す
ることを特徴とする。
Furthermore, a third method of forming a ceramic coating structure of the present invention is a method of forming a coating layer mainly composed of ceramics on a metal substrate, wherein ultrafine particles of the second ceramic are contained in the metal. The dispersed powder material and the ceramic powder were respectively prepared, and these powders were mixed at different mixing ratios and then sintered to manufacture a plurality of thin plates having different composition ratios of the metal and the ceramic. After that, these thin plates are laminated in order of increasing composition ratio of the ceramic, and heated under pressure to be integrally molded.

【0013】本発明の金属基材へのセラミックコーティ
ング構造およびその形成方法において、第2のセラミッ
クとしては、Al2 3 やY2 3 のような、硬質で化
学的に安定な酸化物系セラミックを使用し、かつ粒径が
0.1μm 以下の超微細な粉末を使用することが望まし
い。また、このような第2のセラミックの含有率は、分
散されるマトリクス金属の0.5〜10.0重量%とす
ることが望ましい。第2のセラミックの含有率が0.5
重量%未満では、セラミックコーティング層の耐酸化性
を向上させる効果が十分ではなく、また10.0重量%
を越えた場合には、物性特に靭性が極端に低下して好ま
しくない。
In the ceramic coating structure for a metal substrate and the method for forming the same according to the present invention, the second ceramic is a hard and chemically stable oxide system such as Al 2 O 3 or Y 2 O 3. It is desirable to use a ceramic and an ultrafine powder having a particle size of 0.1 μm or less. Further, the content of such a second ceramic is preferably 0.5 to 10.0% by weight of the matrix metal to be dispersed. The second ceramic content is 0.5
If it is less than 10% by weight, the effect of improving the oxidation resistance of the ceramic coating layer is not sufficient, and 10.0% by weight
If it exceeds, the physical properties, particularly toughness, are extremely deteriorated, which is not preferable.

【0014】さらに、本発明の金属基材へのセラミック
コーティング構造の第1、第2および第3の形成方法に
おいて、金属中に前記した超微細な第2のセラミック粒
子を分散させるには、金属の粉末と第2のセラミックの
粉末とを強力な機械エネルギーにより粉砕しながら混合
する、いわゆるメカニカルアロイ法を採ることが望まし
い。
Furthermore, in the first, second and third methods of forming a ceramic coating structure on a metal substrate of the present invention, in order to disperse the above-mentioned ultrafine second ceramic particles in the metal, It is desirable to employ a so-called mechanical alloy method in which the powder of No. 1 and the powder of the second ceramic are mixed while being crushed by strong mechanical energy.

【0015】[0015]

【作用】本発明の金属基材へのセラミックコーティング
構造においては、コーティング層を構成する金属とセラ
ミックとの組成比率が、厚さ方向に連続的に変えられ、
かつセラミックの組成比率が、金属基材との界面から表
面に向って徐々に増大するように形成されているので、
コーティング層の熱膨脹係数、ヤング率などの物性が厚
さ方向に連続的に変化し、物性の急激な変化がなくなっ
ている。そのため、熱膨脹の差に起因する熱応力が緩和
されている。また、このような傾斜組成領域において、
一方の構成成分である金属中に、第2のセラミックの超
微細粒子が分散されているので、材料物性を変えること
なく硬質で化学的に安定な第2のセラミック粒子による
機能が付加され、耐食性や耐磨耗性などの機能が向上さ
れる。
In the ceramic coating structure for a metal substrate of the present invention, the composition ratio of the metal and the ceramic constituting the coating layer is continuously changed in the thickness direction,
And since the composition ratio of the ceramic is formed so as to gradually increase from the interface with the metal substrate toward the surface,
The physical properties such as the coefficient of thermal expansion and Young's modulus of the coating layer continuously change in the thickness direction, and the rapid change of the physical properties disappears. Therefore, the thermal stress caused by the difference in thermal expansion is relaxed. Further, in such a gradient composition region,
Since the ultrafine particles of the second ceramic are dispersed in the metal, which is one of the constituents, the function of the hard and chemically stable second ceramic particles is added without changing the physical properties of the material, and corrosion resistance is improved. And functions such as abrasion resistance are improved.

【0016】本発明のセラミックコーティング構造の形
成方法においては、メカニカルアロイ法などにより、金
属中に第2のセラミックの粒子を超微細に分散させた粉
末材料と、第1のセラミックの粉末とを、混合比率を徐
々に変えて混合しながら金属基材上に積層した後焼結す
ることにより、金属と第1のセラミックとを傾斜組成化
させることができ、かつそのような傾斜組成領域で、金
属中に第2のセラミックが超微細分散したコーティング
層を形成することができる。
In the method for forming the ceramic coating structure of the present invention, the powder material in which the particles of the second ceramic are ultrafinely dispersed in the metal and the powder of the first ceramic are prepared by a mechanical alloy method or the like. The metal and the first ceramic can be made to have a graded composition by laminating on a metal base material while mixing while gradually changing the mixing ratio, and the metal can be made to have a graded composition. It is possible to form a coating layer in which the second ceramic is ultrafinely dispersed.

【0017】また、本発明のセラミックコーティング構
造の第2の形成方法においては、前記方法と同様にして
第2のセラミック粒子を超微細分散させた金属粉末材料
と、第1のセラミックの粉末とを、相互の供給比率を経
時的に変えながら高温のフレーム中にそれぞれ供給し、
こうして溶融された材料を高流速で金属基材上に吹き付
けた(プラズマ溶射)後加熱処理を行うことにより、金
属と第1のセラミックとが傾斜組成化され、かつそのよ
うな傾斜組成領域で金属中に第2のセラミックが超微細
分散したコーティング層を形成することができる。
In the second method of forming the ceramic coating structure of the present invention, the metal powder material in which the second ceramic particles are ultrafinely dispersed and the first ceramic powder are formed in the same manner as the above method. , While supplying each other in the high temperature frame while changing the mutual supply ratio,
By spraying the material thus melted at a high flow rate onto a metal base material (plasma spraying) and then performing a heat treatment, the metal and the first ceramic are made to have a graded composition, and the metal is formed in such a graded composition region. It is possible to form a coating layer in which the second ceramic is ultrafinely dispersed.

【0018】さらに、本発明の第3の形成方法において
は、第2のセラミック粒子を超微細分散させた金属粉末
材料と第1のセラミックの粉末とを、混合比率を変えて
混合し焼結して得られた組成比率の異なる複数枚の薄板
を、順に積層し加圧・加熱して成形一体化することによ
り、金属と第1のセラミックとが傾斜組成化され、かつ
そのような傾斜組成領域で金属中に第2のセラミックが
超微細分散したコーティング層を形成することができ
る。
Further, in the third forming method of the present invention, the metal powder material in which the second ceramic particles are ultrafinely dispersed and the first ceramic powder are mixed and sintered at different mixing ratios. By laminating a plurality of thin plates having different composition ratios obtained in this order, pressurizing and heating to form and integrate them, the metal and the first ceramic are made to have a graded composition, and such a graded composition region. Thus, it is possible to form a coating layer in which the second ceramic is ultrafinely dispersed in the metal.

【0019】またさらに、本発明のセラミックコーティ
ング構造の形成方法においては、前記した焼結法やプラ
ズマ溶射法により金属基材上にコーティング層を形成し
た後、真空中または加圧雰囲気中で熱処理を行うことに
より、あるいは圧延や押出しのような熱間での塑性加工
を行うことにより、コーティング層自体をさらに焼結す
ることができるうえに、コーティング層を構成する元素
と金属基材を構成する元素との相互拡散を生じさせるこ
とができる。したがって、このような熱処理や塑性加工
により、コーティング層自体の強度が向上されるうえ
に、金属基材とコーティング層との密着性が向上され
る。
Furthermore, in the method for forming a ceramic coating structure of the present invention, after forming a coating layer on a metal substrate by the above-mentioned sintering method or plasma spraying method, heat treatment is performed in a vacuum or a pressurized atmosphere. By performing or by performing hot plastic working such as rolling or extrusion, the coating layer itself can be further sintered, and at the same time, the elements constituting the coating layer and the elements constituting the metal base material. Mutual diffusion can be caused. Therefore, by such heat treatment or plastic working, the strength of the coating layer itself is improved and the adhesion between the metal base material and the coating layer is improved.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1は、本発明に係わる金属基材へのセラ
ミックコーティング構造の一実施例を模式的に示す断面
図である。この図において、符号1は、例えばNi、C
oまたはFeをベースとした耐熱合金(MCrAlY)
からなる基材を示し、その上に、耐熱合金のMCrAl
Y2と低熱伝導性のセラミックであるZrO2 −8wt%
2 3 3、および第2のセラミックであるAl2 3
4からなる以下に示すようなコーティング層5が設けら
れている。すなわち、このセラミックコーティング層5
は、耐熱合金の基材1上でMCrAlY2の組成比率が
100%になり、コーティング層5表面でZrO2 −8
wt%Y2 3 3の組成比率が100%になるように、耐
熱合金基材1上からコーティング層5表面まで、MCr
AlY2とZrO2 −8wt%Y2 3 3の組成比率を厚
さ方向に連続的に変化させており、このようにすること
で、図2(a)に示すように、線膨脹係数やヤング率、
ポアソン比などの材料物性が急激に変わらないように制
御され、製造時や使用時の熱応力の緩和が図られてい
る。また、コーティング層5のMCrAlY2とZrO
2 −8wt%Y2 3 3とが傾斜組成化された領域におい
ては、MCrAlY2のマトリクス中に第2のセラミッ
クであるAl2 3 4の超微細粒子が、0.5〜10.
0重量%の割合で含有分散されており、このような分散
により、図2(b)に示すように、耐酸化性や耐磨耗性
などの表面機能が顕著に付加されている。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an embodiment of a ceramic coating structure for a metal substrate according to the present invention. In this figure, reference numeral 1 indicates, for example, Ni or C.
Heat resistant alloy based on o or Fe (MCrAlY)
The base material is shown on top of which the heat-resistant alloy MCrAl
Y2 and ZrO 2 -8 wt% which is a ceramic with low thermal conductivity
Y 2 O 3 3 and Al 2 O 3 which is the second ceramic
A coating layer 5 consisting of 4 as described below is provided. That is, this ceramic coating layer 5
Has a composition ratio of MCrAlY2 of 100% on the heat-resistant alloy substrate 1, and ZrO 2 -8 on the surface of the coating layer 5.
From the top of the heat-resistant alloy substrate 1 to the surface of the coating layer 5, MCr so that the composition ratio of wt% Y 2 O 3 becomes 100%.
The composition ratio of AlY2 and ZrO 2 -8 wt% Y 2 O 3 3 is continuously changed in the thickness direction. By doing so, as shown in FIG. rate,
The physical properties of the material such as the Poisson's ratio are controlled so as not to change suddenly, and the thermal stress at the time of manufacturing and use is relaxed. In addition, the coating layer 5 of MCrAlY2 and ZrO
In the region where 2-8 wt% Y 2 O 3 3 is graded, the ultrafine particles of the second ceramic Al 2 O 3 in the matrix of MCrAlY 2 are 0.5-10.
It is contained and dispersed in a proportion of 0% by weight, and due to such dispersion, as shown in FIG. 2B, surface functions such as oxidation resistance and abrasion resistance are remarkably added.

【0022】この実施例における作用を、図3〜図5を
用いて以下に詳細に説明する。
The operation of this embodiment will be described in detail below with reference to FIGS.

【0023】実施例のセラミックコーティング層におい
ては、MCrAlYとZrO2 −8wt%Y2 3 の組成
比率が厚さ方向に連続的に変化されており、かつこのよ
うなMCrAlYとZrO2 −8wt%Y2 3 がそれぞ
れ線膨脹係数やヤング率などの物性を制御する粒子とし
て用いられ、物性が急激に(不連続に)変化する部位が
解消されているため、製造時および使用時の熱応力が緩
和されている。また実施例においては、物性が連続的に
変化されているので、物性が不連続に変化した場合に端
部に生じる応力特異点(板厚方向の応力とせん断応力の
特異点)を消滅させることができる。
In the ceramic coating layer of the example, the composition ratio of MCrAlY and ZrO 2 -8 wt% Y 2 O 3 was continuously changed in the thickness direction, and such MCrAlY and ZrO 2 -8 wt%. Y 2 O 3 is used as a particle to control the physical properties such as linear expansion coefficient and Young's modulus, and the portion where the physical properties change rapidly (discontinuously) is eliminated, so thermal stress during manufacturing and use Has been eased. Further, in the examples, since the physical properties are continuously changed, it is necessary to eliminate the stress singular points (singular points of the stress in the plate thickness direction and the shear stress) generated at the ends when the physical properties are discontinuously changed. You can

【0024】図3は、実施例のセラミックコーティング
構造と従来のコーティング構造(MCrAlYにZrO
2 −8wt%Y2 3 100%のコーティング層を直接
設けた2層体)について、加熱時の板厚に平行な方向の
熱応力の測定結果をそれぞれ示したものである。このグ
ラフから明らかなように、従来のコーティング構造が、
金属基材とセラミックコーティング層との界面で大きな
熱応力を持つのに対し、実施例のコーティング構造で
は、コーティング層表面や基材の裏面で熱応力が最大と
なっており、熱応力の分布形態が異なっている。また、
最大値で両者を比較すると、実施例のコーティング構造
の方が従来のものに比べて圧倒的にその絶対値が小さく
なっている。
FIG. 3 shows the ceramic coating structure of the embodiment and the conventional coating structure (MCrAlY and ZrO.
2 shows the measurement results of the thermal stress in the direction parallel to the plate thickness during heating for a two-layer body in which a coating layer of 2-8 wt% Y 2 O 3 100% was directly provided). As can be seen from this graph, the conventional coating structure
In contrast to the large thermal stress at the interface between the metal base material and the ceramic coating layer, in the coating structure of the embodiment, the thermal stress is maximum on the surface of the coating layer and the back surface of the base material. Are different. Also,
Comparing the two with the maximum value, the absolute value of the coating structure of the embodiment is overwhelmingly smaller than that of the conventional structure.

【0025】次に実施例の機能について考察すると、耐
熱合金であるMCrAlYマトリクス中に第2のセラミ
ックであるA12 03 の超微細な粒子が分散されており、
この微細分散されたAl2 3 粒子が、MCrAlY表
面でのAl2 3 やCr2 3 などの酸化皮膜の成長抑
制や安定化に有効に働くため、耐酸化性が大幅に向上す
る。図4は、耐酸化性を代表するパラメータとして酸化
増量を縦軸に取り、A12 03 の添加量(含有率)に対す
る酸化増量の変化を調べたものである。このグラフから
明らかなように、MCrAlY中へA12 03 粒子を超微
細分散させることにより、耐酸化性が大幅に向上する。
また図5は、MCrAlY中にAl2 3 を0.5〜1
0.0%の割合で超微細分散させた実施例のセラミック
コーティング層と、Al2 3 を含まない従来のセラミ
ックコーティング層について、高温酸化雰囲気での酸化
増量の時間変化をそれぞれ示したものである。このグラ
フから、実施例のコーティング層においては、従来にも
のに比べて高温酸化雰囲気での酸化増量が大幅に減少し
ており、酸素イオン透過材料であるセラミックの最大の
問題点である耐酸化性が大幅に向上されていることがわ
かる。
The now to consider the functions of the embodiment, and a second ceramic A1 2 0 3 of ultrafine particles is dispersed in MCrAlY matrix is heat-resistant alloy,
The finely dispersed Al 2 O 3 particles effectively act to suppress and stabilize the growth of oxide films such as Al 2 O 3 and Cr 2 O 3 on the surface of MCrAlY, so that the oxidation resistance is significantly improved. 4, taken on the vertical axis the oxidation weight gain as a parameter representative of the oxidation resistance, in which examine changes in oxidation weight gain relative to the addition amount of A1 2 0 3 (content). As is apparent from this graph, by ultrafine dispersing A1 2 0 3 particles into the MCrAlY, oxidation resistance is greatly improved.
Further, FIG. 5 shows that 0.5 to 1 of Al 2 O 3 was added to MCrAlY.
With respect to the ceramic coating layer of the example in which it is ultrafinely dispersed at a ratio of 0.0% and the conventional ceramic coating layer containing no Al 2 O 3 , the time variation of the oxidation weight increase in a high temperature oxidizing atmosphere is shown. is there. From this graph, in the coating layer of the example, the oxidation weight gain in the high temperature oxidizing atmosphere is significantly reduced as compared with the conventional one, and the oxidation resistance which is the biggest problem of the ceramic which is the oxygen ion permeable material is It can be seen that is greatly improved.

【0026】さらに、実施例のセラミックスコーティン
グ構造と従来からの種々のタイプのコーティング構造に
ついて、大気中で1100−200℃、2Hr保持の熱
サイクルを繰返し加えた(熱サイクル試験)結果を、図
6にそれぞれ示す。このグラフから明らかなように、実
施例のセラミックコーティング構造は、優れた熱サイク
ル特性を有しており、高温酸化雰囲気での繰り返し使用
において、割れや剥離が生じにくく優れた耐久性を示
す。
Further, the ceramic coating structure of the example and various conventional coating structures were repeatedly subjected to a thermal cycle of 1100-200 ° C. and 2 Hr holding in the atmosphere (thermal cycle test), and the results are shown in FIG. Are shown respectively. As is clear from this graph, the ceramic coating structures of the examples have excellent heat cycle characteristics, and show excellent durability with little cracking or peeling during repeated use in a high temperature oxidizing atmosphere.

【0027】次に、このような金属基材へのセラミック
コーティング構造を形成する方法について説明する。
Next, a method for forming such a ceramic coating structure on a metal substrate will be described.

【0028】第1の方法(焼結法)においては、まず図
7 (a)に示すように、MCrAlY粉末とAl2 3
末を原料としてメカニカルアロイ法で粉砕・混合を行
い、MCrAlYマトリクス6中にAl2 3 の超微細
な粒子7が分散された分散粉末(粉末A)8を調製す
る。一方、電融粉砕法や化学析出法などにより、ZrO
2−8wt%Y2 3 の粉末(粉末B)を調製する。次い
で図7 (b)に示すように、前記した粉末A8とZrO2
−8wt%Y2 3 粉末(粉末B)9とを、ボールミルな
どにより均一に混合する。このとき、粉末A8と粉末B
9との混合比率が異なる数種類の混合粉末を調製する。
次いで、図7 (c)に示すように、MCrAlYのような
金属基材10上に、前記した混合粉末をMCrAlYの
比率が大きいものから順に用いて、混合粉末層11を積
層した後、図7 (d)に示すように、このように積層され
た粉末層11に対して、金型による一軸成形や常温等方
性加圧(CIP)成形を行い、粉末の緻密化を図る。最
後に図7 (e)に示すように、成形された粉末層11を電
気炉等の加熱炉12により焼結し、コーティング層の強
度を向上させるとともに、コーティング層と金属基材1
0との間の元素の相互拡散により密着性の向上を図る。
こうして、前記実施例の金属基材へのセラミックコーテ
ィング構造を容易に形成することができる。なお、この
ような焼結法では、CIP成形などによる粉末の緻密化
と焼結を、加圧しながら焼結するというように一つの工
程で同時に行うことも可能である。すなわち、ホットプ
レス焼結法や熱間等方性加圧法(HIP)等により積層
粉末層11を成形することも可能である。
In the first method (sintering method), as shown in FIG. 7 (a), first, MCrAlY powder and Al 2 O 3 powder are used as raw materials and pulverized and mixed by a mechanical alloy method to form an MCrAlY matrix 6 A dispersion powder (powder A) 8 in which ultrafine particles 7 of Al 2 O 3 are dispersed is prepared. On the other hand, ZrO
Of 2 -8wt% Y 2 O 3 powder (powder B) is prepared. Then, as shown in FIG. 7 (b), the powder A8 and ZrO 2
-8 wt% Y 2 O 3 powder (powder B) 9 is uniformly mixed by a ball mill or the like. At this time, powder A8 and powder B
Several kinds of mixed powders having different mixing ratios with 9 are prepared.
Then, as shown in FIG. 7 (c), a mixed powder layer 11 is laminated on the metal base material 10 such as MCrAlY by using the mixed powders in order of the ratio of MCrAlY being larger, and then, as shown in FIG. As shown in (d), the powder layer 11 thus laminated is subjected to uniaxial molding by a mold or normal temperature isotropic pressure (CIP) molding to densify the powder. Finally, as shown in FIG. 7 (e), the formed powder layer 11 is sintered in a heating furnace 12 such as an electric furnace to improve the strength of the coating layer, and the coating layer and the metal substrate 1
The adhesion is improved by mutual diffusion of elements with 0.
In this way, the ceramic coating structure on the metal substrate of the above embodiment can be easily formed. In such a sintering method, it is possible to simultaneously perform densification and sintering of the powder by CIP molding or the like in one step such as sintering while applying pressure. That is, the laminated powder layer 11 can be formed by a hot press sintering method, a hot isotropic pressing method (HIP), or the like.

【0029】次に、実施例のセラミックコーティング構
造を形成するための他の方法について説明する。
Next, another method for forming the ceramic coating structure of the embodiment will be described.

【0030】すなわち第2の方法においては、図8 (a)
に示すように、前記実施例と同様に、MCrAlY粉末
とAl2 3 粉末を原料としてメカニカルアロイングす
ることにより、MCrAlYマトリクス6中にAl2
3 の超微細粒子7が分散された分散粉末(粉末A)8を
調製する一方、電融粉砕法や化学析出法などにより、Z
rO2 −8wt%Y2 3 の粉末(粉末B)9を調製す
る。次いで、図8 (b)に示すように、MCrAlYのよ
うな金属基材10表面にAl2 3 粒子などの硬質粒子
13を高速で噴射し、基材10表面を粗面化(ブラスト
処理)する。次いで、金属基材10の表面をクリーニン
グする。すなわち、図8 (c)に示すように、非酸化性雰
囲気中で基材10を正極にしたトランスファードアーク
14により、基材表面の酸化物の除去を行う。次に、図
8 (d)に示すように、プラズマ溶射法により粉末Aと粉
末Bを溶融させた粒子を、プラズマジェット15として
高速で金属基材10表面に衝突させる。このとき、粉末
Bの供給比率が経時的に増大するように、粉末Aと粉末
Bの比率を変えて高温のフレーム中に供給する。最後
に、図8 (e)に示すように、溶射形成されたコーティン
グ被膜16に対して、緻密化並びに基材との密着性向上
のために、真空中または不活性ガス雰囲気で加熱処理を
行う。
That is, in the second method, as shown in FIG.
As shown in, as in the example, by mechanical alloying of MCrAlY powder and Al 2 O 3 powder as raw material, Al 2 O during MCrAlY matrix 6
While preparing a dispersion powder (powder A) 8 in which the ultrafine particles 3 of 3 are dispersed, Z is prepared by an electrofusion pulverization method or a chemical deposition method.
A powder (powder B) 9 of rO 2 -8 wt% Y 2 O 3 is prepared. Then, as shown in FIG. 8 (b), hard particles 13 such as Al 2 O 3 particles are jetted at high speed onto the surface of the metal base material 10 such as MCrAlY to roughen the surface of the base material 10 (blast treatment). To do. Then, the surface of the metal substrate 10 is cleaned. That is, as shown in FIG. 8C, the oxide on the surface of the base material is removed by the transferred arc 14 in which the base material 10 is used as a positive electrode in a non-oxidizing atmosphere. Next, as shown in FIG. 8D, particles obtained by melting the powder A and the powder B by the plasma spraying method are made to collide with the surface of the metal substrate 10 at high speed as the plasma jet 15. At this time, the ratio of the powder A and the powder B is changed and supplied into the high temperature flame so that the supply ratio of the powder B increases with time. Finally, as shown in FIG. 8 (e), the coating film 16 formed by thermal spraying is subjected to a heat treatment in a vacuum or in an inert gas atmosphere in order to densify and improve the adhesion with the substrate. .

【0031】さらに、第3の方法においては、図9 (a)
に示すように、前記実施例と同様にメカニカルアロイ法
により、MCrAlYマトリクス6中にAl2 3 の超
微細粒子7が分散された分散粉末(粉末A)8を調製す
る一方、電融粉砕法や化学析出法などにより、ZrO2
−8wt%Y2 3 の粉末(粉末B)9を調製した後、こ
れらの粉末を、図9 (b)に示すように、ボールミルなど
で均一に混合する。このとき、粉末Aと粉末Bの混合比
率が異なる数種類の混合粉末を調製する。次いで、図9
(c)に示すように、これらの混合粉末を用い、焼結法な
どにより粉末Aと粉末Bの組成比率の異なる数種類の薄
い板17をそれぞれ作製する。次いで、図9 (d)に示す
ように、これらの薄板17をMCrAlYの組成比率が
大きい順に積層した後、図9 (e)に示すように、容器1
8中にキャニングする。そして、このようにキャニング
した積層板19に対し、高温加圧雰囲気での処理すなわ
ちHIP処理を行い一体化させる。最後に、キャニング
容器18から一体化した積層板19を取り出すと同時
に、所定の寸法に機械加工して仕上げる。
Further, in the third method, as shown in FIG.
As shown in FIG. 5, a mechanical alloying method is used to prepare a dispersion powder (powder A) 8 in which ultrafine particles 2 of Al 2 O 3 are dispersed in an MCrAlY matrix 6 as in the above-described embodiment, while an electro-melting method is used. ZrO 2
After preparing a powder (powder B) 9 of −8 wt% Y 2 O 3 , these powders are uniformly mixed by a ball mill or the like as shown in FIG. 9 (b). At this time, several kinds of mixed powders having different mixing ratios of the powder A and the powder B are prepared. Then, FIG.
As shown in (c), using these mixed powders, several kinds of thin plates 17 having different composition ratios of powder A and powder B are produced by a sintering method or the like. Then, as shown in FIG. 9 (d), these thin plates 17 are laminated in the descending order of composition ratio of MCrAlY, and then as shown in FIG.
Canning in 8. Then, the laminated plate 19 thus canned is subjected to a treatment in a high-temperature pressurized atmosphere, that is, a HIP treatment to be integrated. Finally, the integrated laminated plate 19 is taken out from the canning container 18 and, at the same time, is machined to a predetermined size for finishing.

【0032】以上説明した第1、第2および第3の方法
で形成された金属基材へのセラミックコーティング構造
においては、金属基材との界面からコーティング層の表
面まで、MCrAlYとzrO2-8wt%Y2 03 の組成比率が
厚さ方向に沿って徐々に変えられており、線膨脹係数や
ヤング率などの物性が制御されているので、製造時や使
用時など加熱時に発生する熱応力が緩和される。
In the ceramic coating structure on the metal substrate formed by the first, second and third methods described above, MCrAlY and zr O2 -8wt from the interface with the metal substrate to the surface of the coating layer. % Y 2 0 3 of which are gradually changed along the thickness direction composition ratio, since the physical properties such as coefficient of linear expansion and Young's modulus are controlled, thermal stress generated during heating such as during manufacture or use Is alleviated.

【0033】また、このようにMCrAlYとZrO2
−8wt%Y2 3 の組成比率が連続的に変えられたコー
ティング層の傾斜組成領域において、MCrAlYのマ
トリクス中に超微細なAl2 3 粒子が分散されている
ので、線膨脹係数やヤング率などの物性がほとんど変化
することなく、耐酸化性が向上されているうえに、優れ
た熱サイクル特性を有しており、高温酸化雰囲気中での
耐久性に優れている。
Further, in this way, MCrAlY and ZrO 2
In the gradient composition region of the coating layer in which the composition ratio of −8 wt% Y 2 O 3 is continuously changed, ultrafine Al 2 O 3 particles are dispersed in the matrix of MCrAlY. The oxidation resistance is improved with almost no change in the physical properties such as the rate, and it also has excellent heat cycle characteristics and has excellent durability in a high temperature oxidizing atmosphere.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の金属基材へのセラミックコーティング構造によれば、
熱応力発生の原因となる線膨脹係数やヤング率などの材
料物性の制御と耐酸化性などの機能を、別々の材料に持
たせることにより、一つのコーティング層に熱応力の緩
和と耐酸化性などの所望の機能を兼備させることができ
る。したがって、高温酸化雰囲気においても割れや剥離
が生じることがなく、耐久性に優れたセラミックコーテ
ィング層を得ることができる。
As is apparent from the above description, according to the ceramic coating structure for a metal substrate of the present invention,
Controlling physical properties of materials such as linear expansion coefficient and Young's modulus that cause thermal stress and functions such as oxidation resistance are provided in different materials, so that one coating layer relaxes thermal stress and oxidation resistance. It is possible to combine desired functions such as. Therefore, a ceramic coating layer having excellent durability can be obtained without cracking or peeling even in a high temperature oxidizing atmosphere.

【0035】また、本発明の方法によれば、このように
優れた物性と機能をあわせ持ち耐久性に優れたセラミッ
クコーティング層を、容易かつ安定的に形成することが
できる。
Further, according to the method of the present invention, a ceramic coating layer having such excellent physical properties and functions and excellent durability can be easily and stably formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる金属基材へのセラミックコーテ
ィング構造の一実施例を模式的に示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a ceramic coating structure for a metal substrate according to the present invention.

【図2】同実施例において、コーティング層の厚さ位置
と物性および機能との関係を概略的に示すグラフ。
FIG. 2 is a graph schematically showing the relationship between the thickness position of the coating layer and the physical properties and functions in the same example.

【図3】同実施例のセラミックコーティング構造と従来
からのコーティング構造について、加熱時の板厚に平行
な熱応力の測定結果をそれぞれ示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing measurement results of thermal stress parallel to the plate thickness during heating for the ceramic coating structure of the example and the conventional coating structure.

【図4】MCrAlY中へのAl2 3 の添加量に対す
る酸化増量の変化を概略的に示すグラフ。
FIG. 4 is a graph schematically showing a change in the amount of oxidation increase with respect to the amount of Al 2 O 3 added to MCrAlY.

【図5】実施例のコーティング層とAl2 3 を含まな
い従来のセラミックコーティング層について、高温酸化
雰囲気での酸化増量の経時変化をそれぞれ示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing changes over time in the amount of oxidation increase in a high temperature oxidizing atmosphere for the coating layer of the example and the conventional ceramic coating layer not containing Al 2 O 3 .

【図6】実施例のコーティング構造と従来からの種々の
タイプのコーティング構造について、大気中で熱サイク
ル試験を行った結果を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing the results of a thermal cycle test in the atmosphere for the coating structure of the example and various conventional coating structures.

【図7】本発明のセラミックコーティング構造の形成方
法の一実施例(焼結法)において、各工程を模式的に示
す図。
FIG. 7 is a diagram schematically showing each step in one embodiment (sintering method) of the method for forming a ceramic coating structure of the present invention.

【図8】本発明のセラミックコーティング構造の形成方
法の第2の実施例(プラズマ溶射法)において、各工程
を模式的に示す図。
FIG. 8 is a diagram schematically showing each step in the second embodiment (plasma spraying method) of the method for forming a ceramic coating structure of the present invention.

【図9】本発明のセラミックコーティング構造の形成方
法の第3の実施例(薄板のHIPによる一体化方法)に
おいて、各工程を模式的に示す図。
FIG. 9 is a diagram schematically showing each step in the third embodiment (method of integrating thin plates by HIP) of the method for forming a ceramic coating structure of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1………耐熱合金(MCrAlY)基材 2………MCrAlY 3………ZrO2 −8wt%Y2 3 4………Al2 3 5………コーティング層 8………分散粉末(粉末A) 9………ZrO2 −8wt%Y2 3 粉末(粉末B) 10………金属基材 11………混合粉末層 15………プラズマジェット 16………薄板1 ... Heat resistant alloy (MCrAlY) substrate 2 ... MCrAlY 3 ... ZrO 2 -8 wt% Y 2 O 3 4 Al 2 O 3 5 coating layer 8 Dispersed powder ( Powder A) 9 ... ZrO 2 -8 wt% Y 2 O 3 powder (powder B) 10 ... Metal substrate 11 ... Mixed powder layer 15 Plasma jet 16 Thin plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡村 隆成 神奈川県横浜市鶴見区末広町2の4 株式 会社東芝京浜事業所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takanari Okamura 4-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Keihin office

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属基材上にセラミックを主体とするコ
ーティング層を設けたセラミックコーティング構造にお
いて、 前記コーティング層を構成する金属とセラミックとの組
成比率を、セラミックの比率が前記金属基材との界面か
らコーティング層の表面に向って増大するように、厚さ
方向に連続的に変化させるとともに、この傾斜組成領域
の前記金属中に、第2のセラミックの超微細な粒子を分
散させてなることを特徴とする金属基材へのセラミック
コーティング構造。
1. In a ceramic coating structure in which a coating layer composed mainly of ceramic is provided on a metal substrate, the composition ratio of the metal and the ceramic constituting the coating layer is set such that the ratio of the ceramic to the metal substrate is Continuously changing in the thickness direction so as to increase from the interface toward the surface of the coating layer, and superfine particles of the second ceramic are dispersed in the metal of the gradient composition region. A ceramic coating structure on a metal substrate characterized by:
【請求項2】 第2のセラミックが、硬質で化学的に安
定な酸化物系セラミックであり、かつその粒径が0.1
μm 以下で、金属への含有率が0.5〜10.0重量%
である請求項1記載の金属基材へのセラミックコーティ
ング構造。
2. The second ceramic is a hard and chemically stable oxide ceramic and has a grain size of 0.1.
If the particle size is less than μm, the content of metal is 0.5-10.0% by weight.
A ceramic coating structure on a metal substrate according to claim 1.
【請求項3】 金属基材上にセラミックを主体とするコ
ーティング層を形成する方法において、 金属中に第2のセラミックの超微細な粒子を分散させた
粉末材料と前記セラミックの粉末とをそれぞれ調製し、
これらの粉末を、前記セラミック粉末の比率が厚さ方向
に沿って増大するように、混合比率を変えて混合しなが
ら前記金属基材上に積層した後、焼結することを特徴と
する金属基材へのセラミックコーティング構造の形成方
法。
3. A method of forming a ceramic-based coating layer on a metal substrate, wherein a powder material in which ultrafine particles of a second ceramic are dispersed in a metal and a powder of the ceramic are prepared respectively. Then
These metal powders are laminated on the metal base material while mixing while changing the mixing ratio so that the ratio of the ceramic powder increases along the thickness direction, and then sintered. Method for forming ceramic coating structure on wood.
【請求項4】 金属基材上にセラミックを主体とするコ
ーティング層を形成する方法において、 金属中に第2のセラミックの超微細な粒子を分散させた
粉末材料と前記セラミックの粉末とをそれぞれ調製し、
これらの粉末を、前記セラミック粉末の比率が経時的に
増大するように、供給比率を変えて高温のフレーム中に
それぞれ供給し、前記金属基材上にプラズマ溶射した
後、加熱処理を行うことを特徴とする金属基材へのセラ
ミックコーティング構造の形成方法。
4. A method for forming a ceramic-based coating layer on a metal substrate, wherein a powder material in which ultrafine particles of a second ceramic are dispersed in a metal, and a powder of said ceramic are prepared, respectively. Then
These powders are respectively supplied into the high temperature flame by changing the supply ratio so that the ratio of the ceramic powder increases with time, plasma-sprayed on the metal base material, and then heat treatment is performed. A method of forming a ceramic coating structure on a featured metal substrate.
【請求項5】 金属基材上にセラミックを主体とするコ
ーティング層を形成する方法において、 金属中に第2のセラミックの超微細な粒子を分散させた
粉末材料と前記セラミックの粉末とをそれぞれ調製し、
これらの粉末を混合比率を変えて混合し次いで焼結し
て、前記金属とセラミックとの組成比率の異なる複数枚
の薄板を製造した後、これらの薄板を、前記セラミック
の組成比率の低い順に積層し、加圧下に加熱して一体に
成形することを特徴とする金属基材へのセラミックコー
ティング構造の形成方法。
5. A method for forming a ceramic-based coating layer on a metal substrate, wherein a powder material in which ultrafine particles of a second ceramic are dispersed in a metal, and a powder of said ceramic are prepared, respectively. Then
These powders are mixed in different mixing ratios and then sintered to produce a plurality of thin plates having different composition ratios of the metal and the ceramic, and then these thin plates are laminated in order of increasing composition ratio of the ceramics. A method for forming a ceramic coating structure on a metal substrate, which comprises heating under pressure and integrally molding.
【請求項6】 第2のセラミックが、硬質で化学的に安
定な酸化物系セラミックであり、かつその粒径が0.1
μm 以下で、金属への含有率が0.5〜10.0重量%
である請求項3乃至5のいずれか1項記載の金属基材へ
のセラミックコーティング構造の形成方法。
6. The second ceramic is a hard and chemically stable oxide ceramic and has a grain size of 0.1.
If the particle size is less than μm, the content of metal is 0.5-10.0% by weight.
The method for forming a ceramic coating structure on a metal substrate according to any one of claims 3 to 5.
【請求項7】 金属中に第2のセラミックの超微細な粒
子を分散させた粉末材料が、前記金属の粉末と第2のセ
ラミックの粉末とを、メカニカルアロイ法によって調製
されたものである請求項3乃至6のいずれか1項記載の
金属基材へのセラミックコーティング構造の形成方法。
7. A powder material in which ultrafine particles of a second ceramic are dispersed in a metal, wherein the powder of the metal and the powder of the second ceramic are prepared by a mechanical alloy method. Item 7. A method for forming a ceramic coating structure on a metal substrate according to any one of items 3 to 6.
JP5564894A 1994-03-25 1994-03-25 Ceramic coating structure on metallic base material and its formation Withdrawn JPH07258816A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5564894A JPH07258816A (en) 1994-03-25 1994-03-25 Ceramic coating structure on metallic base material and its formation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5564894A JPH07258816A (en) 1994-03-25 1994-03-25 Ceramic coating structure on metallic base material and its formation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07258816A true JPH07258816A (en) 1995-10-09

Family

ID=13004652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5564894A Withdrawn JPH07258816A (en) 1994-03-25 1994-03-25 Ceramic coating structure on metallic base material and its formation

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07258816A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100250217B1 (en) * 1995-12-22 2000-04-01 이구택 Inclined Function Explosion Spray Coating of Continuous Casting Molds
KR100863699B1 (en) * 2007-12-31 2008-11-28 주식회사 코미코 Thermal spray coating film and preparation method thereof
KR20170077835A (en) * 2015-12-28 2017-07-06 아이원스 주식회사 Composite structure and forming method thereof
CN113347815A (en) * 2021-05-31 2021-09-03 Oppo广东移动通信有限公司 Shell, preparation method thereof and electronic equipment

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100250217B1 (en) * 1995-12-22 2000-04-01 이구택 Inclined Function Explosion Spray Coating of Continuous Casting Molds
KR100863699B1 (en) * 2007-12-31 2008-11-28 주식회사 코미코 Thermal spray coating film and preparation method thereof
KR20170077835A (en) * 2015-12-28 2017-07-06 아이원스 주식회사 Composite structure and forming method thereof
CN113347815A (en) * 2021-05-31 2021-09-03 Oppo广东移动通信有限公司 Shell, preparation method thereof and electronic equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101313470B1 (en) Heat Resistant Coated Member, Making Method, and Treatment Using the Same
EP0499656B1 (en) A roll for use in heat treating furnace and method of producing the same
CN102395701A (en) Production method with thermal projection of a target
CN104611662B (en) Partially-alloyed zirconia powder
JP2001303233A (en) Member for molten metal excellent in erosion resistance to molten metal and producing method thereof
JPH07258816A (en) Ceramic coating structure on metallic base material and its formation
US6123998A (en) Ceramic coating method for metallic substrate utilizing a transitional layer of ceramic-metal
KR101189184B1 (en) Sintered body for thermal barrier coating, method for manufacturing the same and method for manufacturing double-layered thermal barrier using the same
JPH0645863B2 (en) Thermal spray material excellent in high temperature wear resistance and build-up resistance and its coated article
Xinhua et al. Fabrication and microstructure of ZrO2/NiCrCoAlY graded coating by plasma spraying
WO2006067937A1 (en) Sb-Te ALLOY SINTERING PRODUCT TARGET AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME
KR102638851B1 (en) Non-adhesive protective coating method
JPS59126772A (en) Melt spraying material having build-up resistance
KR102741009B1 (en) Coated body and manufacturing method thereof
JP7393166B2 (en) Method for producing thermal spray powder, thermal spray slurry, and thermal barrier coating
JP4409067B2 (en) Molten metal member having excellent corrosion resistance against molten metal and method for producing the same
JPH0499146A (en) Powder sintered material and its manufacture
JPH11209863A (en) Production of wear resistant parts
WO2014073392A1 (en) Powder for use in formation of sprayed layer
WO1997019201A1 (en) Process for making complex-shaped ceramic-metal composite articles
JPH05262585A (en) Sic-based highly heat-resistant composite part
CN115896583B (en) A kind of Al-containing oxidation-resistant refractory high-entropy alloy powder and its preparation method and application in plasma spraying bonding layer
JP4081574B2 (en) Method for manufacturing heat-resistant coated member
CN109112379B (en) High-temperature oxidation resistant W-Si-Al-Ti-Zr-Y multi-element light composite material and preparation method thereof
Hur et al. Graded coatings by gradient temperature densification

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20010605