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JPH1161438A - Heat shielding coating member and its production - Google Patents

Heat shielding coating member and its production

Info

Publication number
JPH1161438A
JPH1161438A JP9231042A JP23104297A JPH1161438A JP H1161438 A JPH1161438 A JP H1161438A JP 9231042 A JP9231042 A JP 9231042A JP 23104297 A JP23104297 A JP 23104297A JP H1161438 A JPH1161438 A JP H1161438A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
porosity
partially stabilized
thermal barrier
stabilized zirconia
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.)
Pending
Application number
JP9231042A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Takahashi
雅士 高橋
Kunihiko Wada
国彦 和田
Masahiro Saito
正弘 齋藤
Keizo Honda
啓三 本多
Masako Nakabashi
昌子 中橋
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 JP9231042A priority Critical patent/JPH1161438A/en
Publication of JPH1161438A publication Critical patent/JPH1161438A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • C23C28/3215Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer at least one MCrAlX layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C23C28/3455Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve shielding performance for use, to prevent production of cracks and peeling, and to improve durability by forming a dense MCrAlY alloy layer and a partially stabilized zirconia layer having specified porosity to form a heat shielding coating film on the surface of a sintered hard alloy member of a gas turbine or jet engine. SOLUTION: An MCrAlY alloy layer 2 having excellent corrosion resistance and oxidation resistance and a Y2 O3 partially stabilized zirconia layer 3 which has low thermal conductivity and is chemically stable are formed by thermal spraying on a sintered hard alloy metal base body 1 essentially comprising Ni, Co or Fe to obtain a heat-shielding coating member. In this method, the MCrAlY alloy layer 2 as a first layer is made dense having <=2% porosity of pores 4 in the layer, while the partially stabilized zirconia layer 3 is made porous with 5 to 60% porosity. The partially stabilized zirconia essentially consists of ZrO2 and is stabilized by adding Y3 O3 , MgO, CaO2 , etc.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン、ジ
ェットエンジンなど高温の酸化、あるいは腐食性雰囲気
で使用される高温部品材料の中で、金属基材表面に断熱
性材料のコーティングを施した遮熱コーティング部材及
びその製造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 high-temperature component material used in a high-temperature oxidizing or corrosive atmosphere, such as a gas turbine or a jet engine, in which a metal substrate is coated with a heat-insulating material. The present invention relates to a thermal coating member and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービンやジェットエンジンなどの
原動機においては、熱効率の向上を目的とした開発研究
が精力的に行われている。この熱効率の向上のための最
も有力な手段の一つは運転ガス温度の高温化であるため
に、熱効率の向上は一般的には構成部材をより高温の過
酷な使用環境に強いる方向にある。したがって、動翼、
静翼、燃焼器などの燃焼ガスに直接接する高温部品は、
高温環境での使用に耐え得るように大きく2つの観点か
ら検討がなされている。
2. Description of the Related Art In motors such as gas turbines and jet engines, research and development for the purpose of improving thermal efficiency has been vigorously conducted. Since one of the most influential means for improving the thermal efficiency is to raise the operating gas temperature, the improvement in the thermal efficiency generally tends to force the components to a higher temperature in a harsh use environment. Therefore, the rotor blade,
High-temperature parts that come into direct contact with combustion gas, such as vanes and combustors,
Investigations have been made from two viewpoints so as to withstand use in a high-temperature environment.

【0003】まず、第1は部品材料の温度を下げるため
の冷却特性向上策の検討である。冷却特性を向上するた
めには、原理的には冷却用ガス(空気)流量を増加する
のが効果的である。ところが、単に冷却用ガス流量を増
大させるだけでは燃焼ガス温度が低下してしまい、逆に
熱効率は低下する場合が多い。
[0003] First, there is a study on measures for improving cooling characteristics for lowering the temperature of component materials. In order to improve the cooling characteristics, it is effective in principle to increase the flow rate of the cooling gas (air). However, simply increasing the flow rate of the cooling gas decreases the combustion gas temperature, and conversely, the thermal efficiency often decreases.

【0004】そこで、冷却用ガス流量を増大せずに冷却
性能を上げる方法として、フィルム冷却やインピンジ冷
却に代表される材料/冷却ガス間の熱伝達率を増大する
方法や翼冷却流路のリターンフロー構造に代表される材
料/冷却ガスの接触面積を増大させる方法など、少ない
冷却用ガス流量でより効率的に徐熱する方法が提案され
ている。
Therefore, as a method of improving the cooling performance without increasing the flow rate of the cooling gas, a method of increasing the heat transfer coefficient between the material and the cooling gas typified by film cooling or impingement cooling, a return of the blade cooling passage, and the like. There has been proposed a method of gradually reducing heat with a small flow rate of a cooling gas, such as a method of increasing a contact area between a material and a cooling gas represented by a flow structure.

【0005】しかし、これらの方法は何ずれの場合も装
置構造や部品構造の複雑化に繋がるために、装置制御の
複雑化や製造コストの上昇を招くことが欠点として上げ
られていた。
[0005] However, any of these methods leads to complication of the device structure and component structure in any case. Therefore, it has been pointed out that the control of the device becomes complicated and the manufacturing cost increases.

【0006】また、第2の検討は材料の耐熱温度向上策
である。すでに、高温部品用構造材料として、Ni、C
oまたはFe基の超合金の開発が進められている。ま
た、一方向凝固や単結晶にすることで、さらに高温強度
を向上させる試みもある。
A second study is a measure for improving the heat resistant temperature of a material. Already, Ni, C
The development of o- or Fe-based superalloys is underway. There is also an attempt to further improve the high-temperature strength by using unidirectional solidification or single crystal.

【0007】しかし、これらの方法では前述した超合金
の融点から考えても精々1000℃が使用限界温度であ
る。さらに、耐熱性を高める方法として、融点が高く、
且つ耐酸化性や耐蝕性にも優れたセラミック材料の適用
が考えられる。
However, in these methods, the use limit temperature is at most 1000 ° C. even from the above-mentioned melting point of the superalloy. Furthermore, as a method of improving heat resistance, the melting point is high,
In addition, use of a ceramic material having excellent oxidation resistance and corrosion resistance can be considered.

【0008】実際にSiCやSi34 をベースとした
セラミックでの試みもあるが、金属材料に比べるとじん
性が劣り、加工性も悪いという欠点がある。したがっ
て、高温部品構造材料としての幅広い適用のためには信
頼性やコストの面で多くの課題が残されていた。
[0008] Although there have been trials with ceramics based on SiC or Si 3 N 4 , there are drawbacks in that the toughness is inferior and the workability is inferior to metal materials. Therefore, there have been many problems in terms of reliability and cost for wide application as a high-temperature component structural material.

【0009】一方、じん性に優れる金属材料を強度メン
バーとして用いながら耐熱性を向上させる方法として、
遮熱コーティングがある。この遮熱コーティングは、金
属基材表面に低熱伝導率の酸化物系セラミック層(遮熱
セラミック層)を形成することで熱を遮断し、金属基材
の温度上昇を防止するものである。数百μmk遮熱セラ
ミック層を形成することにより、金属基材の表面温度上
昇を数十℃も低減させることができるという報告もある
(特開昭62−211387号公報)。
On the other hand, as a method for improving heat resistance while using a metal material having excellent toughness as a strength member,
There is a thermal barrier coating. The thermal barrier coating forms an oxide-based ceramic layer (thermal barrier ceramic layer) having a low thermal conductivity on the surface of the metal substrate to block heat and prevent a temperature rise of the metal substrate. There is also a report that the formation of a heat insulating ceramic layer of several hundred μm can reduce the surface temperature rise of a metal substrate by several tens of degrees Celsius (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-211387).

【0010】これにより、強度メンバーとなる金属基材
の温度上昇を抑制でき、ガスタービンの高温化が可能と
なる。すなわち、遮熱コーティングでは、定性的には遮
熱セラミック層の厚さが大きいほど遮熱性能に優れ、よ
り金属基材の温度が低減できる。また、この遮熱コーテ
ィングにより、燃焼ガス側から冷却空気側に向っての熱
流束が小さくなり、冷却ガス流量も低減できるという長
所もある。
[0010] Thereby, the temperature rise of the metal base material serving as the strength member can be suppressed, and the temperature of the gas turbine can be increased. That is, in the thermal barrier coating, qualitatively, the greater the thickness of the thermal barrier ceramic layer, the better the thermal barrier performance and the lower the temperature of the metal substrate. Further, the heat shield coating has an advantage that the heat flux from the combustion gas side to the cooling air side is reduced, and the flow rate of the cooling gas can be reduced.

【0011】しかし、遮熱コーティングを幅広く適用す
るためには課題も多い。特にコーティングした遮熱セラ
ミック層の割れや剥離が最大の問題点である。この遮熱
セラミック層の割れや剥離は、じん性が低いというセラ
ミック材料自身の本質的な性質と、金属基材と遮熱セラ
ミックの熱膨脹差より発生する熱応力や遮熱セラミック
層直下の金属表面の酸化に伴う材料劣化などが原因と考
えられる。
However, there are many problems in applying the thermal barrier coating widely. In particular, the biggest problem is cracking or peeling of the coated thermal barrier ceramic layer. This cracking and peeling of the thermal barrier ceramic layer is due to the inherent properties of the ceramic material itself, which is low in toughness, the thermal stress generated by the thermal expansion difference between the metal substrate and the thermal barrier ceramic, and the metal surface immediately below the thermal barrier ceramic layer. This is considered to be due to deterioration of the material due to oxidation of the material.

【0012】一旦、遮熱セラミック層に剥離が生じると
遮熱性能が低下するために、金属基材温度が上昇する。
これにより金属基材の溶融、金属基材のクリープや疲労
破壊など、機器の運転にも支障をきたす大きなトラブル
の原因となる可能性も考えられる。
Once the heat-insulating ceramic layer is peeled off, the heat-insulating performance deteriorates, so that the temperature of the metal substrate rises.
This may cause major troubles such as melting of the metal base material, creep and fatigue fracture of the metal base material, which also hinder the operation of the equipment.

【0013】一方、従来よりこの遮熱コーティングの剥
離低減を目指した種々の検討がなされている。遮熱コー
ティングとしては、金属基材上にMCrAlY合金層と
低熱伝導セラミックのジルコニア系セラミックなどの酸
化物系セラミック層を形成させた二層構造のものが代表
的である。
On the other hand, various studies have hitherto been made with the aim of reducing the peeling of the thermal barrier coating. A typical example of the thermal barrier coating is a two-layer structure in which an MCrAlY alloy layer and an oxide-based ceramic layer such as a low thermal conductive ceramic zirconia-based ceramic are formed on a metal substrate.

【0014】このMCrAlY合金層は、金属基材と遮
熱セラミック層との密着性の向上や金属基材の腐食や酸
化の防止を考えてのものであり、溶射法により形成され
ることが多い。溶射法によれば、金属とセラミックを問
わず材料の種類が任意に選択できるという利点はあるも
のの、例えばMCrAlY合金を高温の熱源を有するプ
ラズマ溶射法を用いて大気中で被覆した場合、(1) 多孔
質である、(2) 金属基材との密着性に乏しい、(3) 耐蝕
・耐酸化性に劣るなどの欠点があった。
The MCrAlY alloy layer is intended to improve the adhesion between the metal substrate and the thermal barrier ceramic layer and to prevent corrosion and oxidation of the metal substrate, and is often formed by a thermal spraying method. . According to the thermal spraying method, although there is an advantage that the type of material can be arbitrarily selected irrespective of metal and ceramic, for example, when the MCrAlY alloy is coated in the atmosphere using a plasma spraying method having a high-temperature heat source, (1) ) There are drawbacks such as being porous, (2) poor adhesion to metal substrates, and (3) poor corrosion and oxidation resistance.

【0015】この点に関しては、近年実質的に空気を含
まない減圧の不活性ガス雰囲気中でプラズマ溶射する方
法(一般的には、減圧プラズマ溶射法と呼ばれている)
が開発され、これらの欠点は大幅に改善され、遮熱コー
ティングの耐久性も飛躍的に向上した。また、遮熱セラ
ミック層についても、ジルコニアの相安定化や熱サイク
ル特性の向上のために、安定化のための添加剤の種類や
量などからの検討は多くなされている。
In this regard, in recent years, a method of performing plasma spraying in a reduced pressure inert gas atmosphere substantially free of air (generally referred to as a reduced pressure plasma spraying method).
Has been developed, these disadvantages have been greatly improved, and the durability of the thermal barrier coating has been dramatically improved. Regarding the thermal barrier ceramic layer, many studies have been made on the type and amount of additives for stabilization in order to stabilize the phase of zirconia and improve the thermal cycle characteristics.

【0016】しかし、層の構造面からは、一部で柱状組
織に特徴を持つ電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD
法)の検討はあるものの殆ど成されていないのが現状で
ある。特に起動停止時など遮熱セラミック層内に急激な
温度変化が生じた場合には、遮熱セラミック層の低じん
性に起因した割れや剥離が生じることがあった。このこ
とは、厚膜の遮熱セラミック層を形成した場合などにお
いて顕著に発生し、問題となることが多かった。
However, from the viewpoint of the structure of the layer, the electron beam physical vapor deposition (EB-PVD) partially having a columnar structure is characterized.
At present, there has been little study on the law. In particular, when a sudden temperature change occurs in the heat-insulating ceramic layer such as at the time of starting and stopping, cracking or peeling may occur due to the low toughness of the heat-insulating ceramic layer. This remarkably occurs, for example, when a thick heat insulating ceramic layer is formed, and often causes a problem.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】このようにガスタービ
ンのように高温酸化、高温腐食雰囲気条件下で使用する
遮熱コーティングにおいて、遮熱セラミック皮膜の割れ
や剥離が生じる問題があり、十分な耐久性や信頼性を有
しているとは言い難いのが現状である。特に金属基材温
度の大幅な低減のために膜厚の遮熱セラミック層からな
る遮熱コーティングにおいて、耐久性や信頼性に大きな
課題がある。
As described above, the thermal barrier coating used under high-temperature oxidation and high-temperature corrosive atmosphere conditions, such as a gas turbine, has a problem that the thermal barrier ceramic film is cracked or peeled off, and has a sufficient durability. At present, it is difficult to say that it has reliability and reliability. In particular, there is a large problem in durability and reliability in a thermal barrier coating composed of a thermal barrier ceramic layer having a large thickness in order to greatly reduce the temperature of a metal substrate.

【0018】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、ガスタービンやジェットエンジンな
どの高温の酸化腐食雰囲気で使用する高温部品を対象と
して、遮熱性能と耐久性に優れた遮熱コーティング部材
及びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve such problems, and is intended for high-temperature parts used in a high-temperature oxidizing and corrosive atmosphere such as gas turbines and jet engines, and has excellent heat-shielding performance and durability. And a method of manufacturing the same.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段を講じたものである。請求
項1に対応する発明は、金属基材上にMCrAlY合金
(M:Ni、Co、Feまたはそれらの元素を組合せた
合金)層と部分安定化ジルコニア層を形成してなる遮熱
コーティング部材において、前記部分安定化ジルコニア
層の気孔率を5〜60%とする。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures. The invention corresponding to claim 1 is a thermal barrier coating member formed by forming an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or an alloy combining these elements) layer and a partially stabilized zirconia layer on a metal substrate. The porosity of the partially stabilized zirconia layer is 5 to 60%.

【0020】上記請求項1に対応する発明の遮熱コーテ
ィング部材にあっては、部分安定化ジルコニア層の気孔
率を上げることにより、熱伝導率を低くすることができ
ると共に、割れや剥離を低減できる。また、単位厚さ当
りの遮熱性能が向上するために、要求される遮熱性能に
対して遮熱のための部分安定化ジルコニア層の厚さを薄
くできる。
In the thermal barrier coating member according to the first aspect of the present invention, by increasing the porosity of the partially stabilized zirconia layer, the thermal conductivity can be reduced, and cracking and peeling can be reduced. it can. Further, since the heat insulation performance per unit thickness is improved, the thickness of the partially stabilized zirconia layer for heat insulation can be reduced with respect to the required heat insulation performance.

【0021】請求項2に対応する発明は、金属基材上に
MCrAlY合金(M:Ni、Co、Feまたはそれら
の元素を組合せた合金)層と部分安定化ジルコニア層を
形成してなる遮熱コーティング部材において、前記部分
安定化ジルコニア層の気孔率を10〜30%とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a heat shield formed by forming an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or an alloy thereof) and a partially stabilized zirconia layer on a metal substrate. In the coating member, the porosity of the partially stabilized zirconia layer is set to 10 to 30%.

【0022】上記請求項2に対応する発明の遮熱コーテ
ィング部材にあっては、部分安定化ジルコニア層の気孔
率を10〜30%とすることにより、部分安定化ジルコ
ニア層内に生じた亀裂は気孔でエネルギを吸収できるた
めに、じん性と強度の双方を向上させることができる。
In the thermal barrier coating member according to the second aspect of the present invention, by setting the porosity of the partially stabilized zirconia layer to 10 to 30%, cracks generated in the partially stabilized zirconia layer are reduced. Since energy can be absorbed by the pores, both toughness and strength can be improved.

【0023】請求項3に対応する発明は、金属基材上に
MCrAlY合金(M:Ni、Co、Feまたはそれら
の元素を組合せた合金)層を形成する工程と、二次粒子
の粒径が50〜100μmのものを95%以上有し、且
つ一次粒子の充填率が70%以下である酸化物系セラミ
ック原料粉末を高温雰囲気中に供給して溶融し、それを
前記MCrAlY合金層の上に高速で吹付けて高い気孔
率を有する部分安定化ジルコニア層を形成する工程とを
具備する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for forming an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or an alloy thereof) layer on a metal substrate, An oxide-based ceramic raw material powder having a particle size of 50 to 100 μm having 95% or more and a primary particle filling rate of 70% or less is supplied into a high-temperature atmosphere and melted, and is melted on the MCrAlY alloy layer. Spraying at a high speed to form a partially stabilized zirconia layer having a high porosity.

【0024】上記請求項3に対応する発明の遮熱コーテ
ィング部材の製造方法にあっては、高い気孔率を有する
部分安定化ジルコニア層が形成できるので、じん性に優
れたものとなり、例えばガスタービンの起動停止時など
の大きな温度変化に伴う部分安定化ジルコニア層の割れ
や剥離が低減する。
In the method for manufacturing a thermal barrier coating member according to the third aspect of the present invention, a partially stabilized zirconia layer having a high porosity can be formed, so that the toughness is excellent. Cracking and peeling of the partially stabilized zirconia layer due to a large temperature change at the time of starting and stopping of the device are reduced.

【0025】請求項4に対応する発明は、金属基材上に
MCrAlY合金(M:Ni、Co、Feまたはそれら
の元素を組合せた合金)層を形成する工程と、酸化物系
セラミックとカーボンや有機物などの高温雰囲気で昇華
する材料Aとを混合したものを原料粉末として用い、そ
の原料粉末を高温雰囲気中に供給して、材料Aは昇華さ
せながら溶融した酸化物系セラミックをMCrAlY合
金層の上に吹付けて高い気孔率を有する部分安定化ジル
コニア層を形成する工程を具備する。
The invention corresponding to claim 4 is a step of forming an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or an alloy combining these elements) layer on a metal base material, and a step of forming an oxide ceramic and carbon or carbon. A mixture of a material A that sublimates in a high-temperature atmosphere such as an organic substance is used as a raw material powder, and the raw material powder is supplied into a high-temperature atmosphere. Spraying over to form a partially stabilized zirconia layer having a high porosity.

【0026】上記請求項4に対応する発明の遮熱コーテ
ィング部材の製造方法にあっては、部分安定化ジルコニ
ア層とカーボンや有機物の混合粉末を高温雰囲気中に供
給して金属基材表面に吹付けることにより、粉末の飛行
中、または基材への堆積後にカーボンや有機物が堆積す
るため、高い気孔率を持つ部分安定化ジルコニア層を形
成できる。
In the method for manufacturing a thermal barrier coating member according to the present invention, a partially stabilized zirconia layer and a mixed powder of carbon and an organic substance are supplied into a high-temperature atmosphere and blown onto the surface of a metal substrate. Since carbon and organic matter are deposited during the flight of the powder or after the powder is deposited on the base material, a partially stabilized zirconia layer having a high porosity can be formed.

【0027】請求項5に対応する発明は、金属基材上に
MCrAlY合金(M:Ni、Co、Feまたはそれら
の元素を組合せた合金)層を形成する工程と、酸化物系
セラミックと酸化物系セラミックより蒸気圧が高い金
属、または無機化合物との混合物を原料粉末として用
い、その原料粉末を高温雰囲気中に供給して溶融し、そ
れを前記MCrAlY合金層の上に高速で吹付けること
で酸化物系セラミックと金属、または無機化合物の混合
皮膜を形成した後、高温中で金属、または無機化合物を
蒸発除去して高い気孔率を有する部分安定化ジルコニア
層を形成する工程を具備する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for forming an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or an alloy combining these elements) layer on a metal substrate, comprising the steps of: A mixture with a metal or an inorganic compound having a higher vapor pressure than the base ceramic is used as a raw material powder, and the raw material powder is supplied and melted in a high-temperature atmosphere, and is sprayed at high speed onto the MCrAlY alloy layer. After forming a mixed film of an oxide-based ceramic and a metal or an inorganic compound, a step of forming a partially stabilized zirconia layer having a high porosity by removing the metal or the inorganic compound by evaporation at a high temperature is provided.

【0028】上記請求項5に対応する発明の遮熱コーテ
ィング部材の製造方法にあっては、酸化物セラミック
と、酸化物セラミックより蒸気圧が高い金属、または無
機化合物の混合物を原料粉末を高温雰囲気中に供給して
溶融し、それを金属基材上に高速で吹付けて混合皮膜を
形成した後、高温中で金属または無機化合物を蒸発除去
すれば高い気孔率を持つ部分安定化ジルコニア層が形成
できる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a thermal barrier coating member, comprising mixing a raw material powder with a mixture of an oxide ceramic and a metal or an inorganic compound having a higher vapor pressure than the oxide ceramic in a high-temperature atmosphere. After melted and supplied into a metal substrate and spraying it on a metal substrate at high speed to form a mixed film, a partially stabilized zirconia layer with high porosity can be obtained by removing the metal or inorganic compound by evaporation at high temperature. Can be formed.

【0029】請求項6に対応する発明は、金属基材上に
MCrAlY合金(M:Ni、Co、Feまたはそれら
の元素を組合せた合金)層を形成する工程と、酸化物系
セラミックと金属の混合物を原料粉末として用い、その
原料粉末を高温雰囲気中に供給して溶融したものを前記
MCrAlY合金層の上に高速で吹付け、酸化物セラミ
ックと金属の混合皮膜を形成した後、酸またはアルカリ
で金属だけを溶解除去して高い気孔率を有する部分安定
化ジルコニア層を形成する工程を具備する。
The invention corresponding to claim 6 includes a step of forming an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or an alloy combining these elements) layer on a metal substrate, and a step of forming an oxide ceramic and a metal. The mixture was used as a raw material powder, and the raw material powder was supplied into a high-temperature atmosphere and melted and sprayed onto the MCrAlY alloy layer at a high speed to form a mixed film of an oxide ceramic and a metal. Forming a partially stabilized zirconia layer having high porosity by dissolving and removing only the metal.

【0030】上記請求項6に対応する発明の遮熱コーテ
ィング部材の製造方法にあっては、酸化物セラミックと
金属の混合物を原料粉末として高温雰囲気中に供給して
溶融し、それを金属基材上に高速に吹付けて混合皮膜を
形成した後、酸、またはアルカリで金属だけを溶解除去
すれば高い気孔率を持つ部分安定化ジルコニア層が形成
できる。
[0030] In the method for manufacturing a thermal barrier coating member according to the invention, the mixture of the oxide ceramic and the metal is supplied as a raw material powder into a high-temperature atmosphere and melted. After spraying the mixture at high speed to form a mixed film, only a metal is dissolved and removed with an acid or an alkali to form a partially stabilized zirconia layer having a high porosity.

【0031】請求項7に対応する発明は、金属基材上に
MCrAlY合金(M:Ni、Co、Feまたはそれら
の元素を組合せた合金)層と部分安定化ジルコニア層を
形成してなる遮熱コーティング部材において、前記部分
安定化ジルコニア層はコーティング表面側を気孔率が5
〜60%の多孔質な部分安定化ジルコニア層部とし、前
記MCrAlY合金層との界面近傍側を気孔率が前記コ
ーティング表面側より緻密な部分安定化ジルコニア層部
とする気孔率の異なる2層に形成される。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a heat shield formed by forming an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or an alloy combining these elements) layer and a partially stabilized zirconia layer on a metal substrate. In the coating member, the partially stabilized zirconia layer has a porosity of 5 on the coating surface side.
A partially stabilized zirconia layer having a porosity of about 60% and a layer having a porosity closer to the interface with the MCrAlY alloy layer and a partially stabilized zirconia layer having a porosity denser than that of the coating surface. It is formed.

【0032】上記請求項7に対応する発明の遮熱コーテ
ィング部材にあっては、例えばガスタービンの起動停止
時に大きな温度高倍を持つコーティング表面側は気孔率
5〜60%の多孔質な部分安定化ジルコニア層部として
じん性を持たせ、定常運転時の熱応力が大きいMCrA
lY合金層との界面近傍ではそれより緻密で気孔率が低
い高強度な部分安定化ジルコニア層部とし、気孔率が異
なる2層の部分安定化ジルコニア層とすることで、割れ
や剥離を低減させることができる。
In the thermal barrier coating member according to the present invention, for example, when the gas turbine is started and stopped, the coating surface side having a large temperature increase has a porous partial stabilization having a porosity of 5 to 60%. MCrA with toughness as zirconia layer and high thermal stress during steady operation
In the vicinity of the interface with the 1Y alloy layer, a high-strength partially stabilized zirconia layer having a higher porosity and a lower density is used, and cracking and peeling are reduced by forming two partially stabilized zirconia layers having different porosity. be able to.

【0033】請求項8に対応する発明は、金属基材上に
MCrAlY合金(M:Ni、Co、Feまたはそれら
の元素を組合せた合金)層と部分安定化ジルコニア層を
形成してなる遮熱コーティング部材において、前記部分
安定化ジルコニア層は気孔率がコーティング表面側が多
孔質に、前記MCrAlY合金層との界面側が緻密にな
るように徐々に変化させて形成される。
[0033] The invention corresponding to claim 8 is a heat shield formed by forming an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or an alloy combining these elements) layer and a partially stabilized zirconia layer on a metal substrate. In the coating member, the partially stabilized zirconia layer is formed by gradually changing the porosity so that the coating surface side is porous and the interface side with the MCrAlY alloy layer is dense.

【0034】請求項9に対応する発明は、請求項3に対
応する発明の遮熱コーティング部材の製造方法におい
て、酸化物系セラミック原料粉末の二次粒子の粒径や一
次粒子の充填率を変化させたものを用いて部分安定化ジ
ルコニア層の気孔率を変化させる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a thermal barrier coating member according to the third aspect of the present invention, the particle size of the secondary particles and the packing ratio of the primary particles of the oxide ceramic raw material powder are changed. The porosity of the partially stabilized zirconia layer is changed using the resulting zirconia layer.

【0035】請求項10に対応する発明は、請求項4に
対応する発明の遮熱コーティング部材の製造方法におい
て、酸化物系セラミックとカーボンや有機物などの高温
雰囲気出昇華する材料Aとの混合割合を変化させた原料
粉末を用いて部分安定化ジルコニア層の気孔率を変化さ
せる。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a thermal barrier coating member according to the fourth aspect, wherein the mixing ratio of the oxide-based ceramic and the material A which sublimes out of a high-temperature atmosphere such as carbon or an organic substance. The porosity of the partially stabilized zirconia layer is changed by using the raw material powder having changed.

【0036】請求項11に対応する発明は、請求項5に
対応する発明の遮熱コーティング部材の製造方法におい
て、酸化物系セラミックと酸化物系セラミックより蒸気
圧が高い金属、または無機化合物との混合割合を変化さ
せた原料粉末を用いて部分安定化ジルコニア層の気孔率
を変化させる。
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a thermal barrier coating member according to the fifth aspect of the present invention, wherein the oxide ceramic and a metal or an inorganic compound having a higher vapor pressure than the oxide ceramic. The porosity of the partially stabilized zirconia layer is changed by using the raw material powder having the changed mixing ratio.

【0037】請求項12に対応する発明は、請求項6に
対応する発明の遮熱コーティング部材の製造方法におい
て、酸化物系セラミックと金属の混合割合を変化させた
原料粉末を用いて部分安定化ジルコニア層の気孔率を変
化させる。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a thermal barrier coating member according to the sixth aspect of the present invention, wherein the material is partially stabilized by using a raw material powder in which the mixing ratio of the oxide ceramic and the metal is changed. Changes the porosity of the zirconia layer.

【0038】上記請求項8乃至請求項12に対応する発
明の遮熱コーティング部材の製造方法にあっては、例え
ばガスタービンの起動停止時に大きな温度高倍を持つコ
ーティング表面側は気孔率が高く、定常運転時の熱応力
が大きいMCrAlY合金層との界面近傍の気孔率が低
く、その間を表面から界面に向って徐々に気孔率を低く
した部分安定化ジルコニア層とすることで、割れや剥離
を低減させることができる。
In the method for manufacturing a thermal barrier coating member according to the invention according to claims 8 to 12, for example, the coating surface having a large temperature increase when the gas turbine is started and stopped has a high porosity and a steady porosity. Low porosity near the interface with the MCrAlY alloy layer, which has a large thermal stress during operation, and reduces the cracking and peeling by using a partially stabilized zirconia layer with a porosity that gradually decreases from the surface to the interface. Can be done.

【0039】請求項13に対応する発明は、金属基材上
にMCrAlY合金(M:Ni、Co、Feまたはそれ
らの元素を組合せた合金)層と部分安定化ジルコニア層
を形成してなる遮熱コーティング部材において、前記部
分安定化ジルコニア層の気孔率を5〜60%とし、且つ
前記MCrAlY合金層は気孔率が2%以下とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a heat shield formed by forming an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or an alloy combining these elements) layer and a partially stabilized zirconia layer on a metal substrate. In the coating member, the partially stabilized zirconia layer has a porosity of 5 to 60%, and the MCrAlY alloy layer has a porosity of 2% or less.

【0040】請求項14に対応する発明は、金属基材上
にMCrAlY合金(M:Ni、Co、Feまたはそれ
らの元素を組合せた合金)層と部分安定化ジルコニア層
を形成してなる遮熱コーティング部材において、前記部
分安定化ジルコニア層の気孔率を10〜30%とし、且
つ前記MCrAlY合金層は気孔率が2%以下とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a heat shield formed by forming an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or an alloy thereof) and a partially stabilized zirconia layer on a metal substrate. In the coating member, the partially stabilized zirconia layer has a porosity of 10 to 30%, and the MCrAlY alloy layer has a porosity of 2% or less.

【0041】上記請求項13及び請求項14に対応する
発明の遮熱コーティング部材にあっては、MCrAlY
合金層の気孔率を低くすることで、腐食酸化性ガスから
金属基材を保護できる。さらに、MCrAlY合金層が
腐食酸化性ガスと接する面積が小さいために腐食酸化の
絶対量が低減し、その腐食酸化に伴うMCrAlY合金
層の体積膨脹により部分安定化ジルコニア層に発生する
応力が低減するため、部分安定化ジルコニア層の割れや
剥離が低減できる。
In the thermal barrier coating member according to the present invention, the MCrAlY
By reducing the porosity of the alloy layer, the metal substrate can be protected from corrosive oxidizing gas. Further, since the area of the MCrAlY alloy layer in contact with the corrosive oxidizing gas is small, the absolute amount of corrosive oxidation is reduced, and the stress generated in the partially stabilized zirconia layer due to the volume expansion of the MCrAlY alloy layer due to the corrosive oxidation is reduced. Therefore, cracking and peeling of the partially stabilized zirconia layer can be reduced.

【0042】請求項15に対応する発明は、請求項1、
請求項2、請求項7、請求項8、請求項13、請求項1
4の何ずれか一項に対応する発明の遮熱コーティング部
材において、MCrAlY合金層はその表面のAl濃度
を10%以上とする。
The invention corresponding to claim 15 is claim 1,
Claim 2, Claim 7, Claim 8, Claim 13, Claim 1
In the thermal barrier coating member of the invention corresponding to any one of the above items 4, the MCrAlY alloy layer has an Al concentration on its surface of 10% or more.

【0043】上記請求項15に対応する発明の遮熱コー
ティング部材にあっては、MCrAlY合金層表面のA
l濃度を10%以上とすることで、腐食酸化性ガスに接
するMCrAlY合金層表面にAl系保護皮膜が形成さ
れる。そのため、腐食酸化の絶対量が低減し、MCrA
lY合金層の腐食酸化に起因した体積膨脹により部分安
定化ジルコニア層に作用する応力が低減し、部分安定化
ジルコニア層の割れや剥離が低減できる。
According to the thermal barrier coating member of the invention corresponding to claim 15, the ACr on the surface of the MCrAlY alloy layer
By setting the 1 concentration to 10% or more, an Al-based protective film is formed on the surface of the MCrAlY alloy layer in contact with the corrosive oxidizing gas. Therefore, the absolute amount of corrosion oxidation is reduced, and MCrA
The stress acting on the partially stabilized zirconia layer is reduced due to volume expansion caused by the corrosion oxidation of the 1Y alloy layer, and cracking and peeling of the partially stabilized zirconia layer can be reduced.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明による遮熱コーティン
グ部材の第1の実施の形態を示す断面模式図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a thermal barrier coating member according to the present invention.

【0045】本遮熱コーティング部材は、Ni、Co、
またはFeをベースとした高温強度に優れた超合金の金
属基材1上に、耐蝕耐酸化性に優れたMCrAlY合金
層2と低熱伝導率で化学的に安定な部分安定化ジルコニ
ア(ZrO2 を主成分とし、Y23 、MgO、CeO
2 などを添加し安定化したもので、ここではY23
分安定化ZrO2 とする)層3の2層が形成されたもの
である。ここで、MCrAlY合金層2は、気孔4の割
合(気孔率)が2%以下の非常に緻密なもの、Y23
部分安定化ZrO2 層3は気孔率を5〜60%とした多
孔質なものである。
The thermal barrier coating member is made of Ni, Co,
Alternatively, an MCrAlY alloy layer 2 having excellent corrosion resistance and oxidation resistance and a partially stabilized zirconia (ZrO 2) having low thermal conductivity and being chemically stable are formed on a metal base 1 of a superalloy excellent in high-temperature strength based on Fe. Main component: Y 2 O 3 , MgO, CeO
In this case, two layers of Y 2 O 3 ( partially stabilized ZrO 2 ) are formed. Here, the MCrAlY alloy layer 2 is a very dense one in which the ratio of the pores 4 (porosity) is 2% or less, and Y 2 O 3
The partially stabilized ZrO 2 layer 3 is porous with a porosity of 5 to 60%.

【0046】次に図1に示した遮熱コーティング部材の
製造方法の一例を説明する。MCrAlY合金層2は、
水素または炭化水素系燃料(例えばCH4 )と酸素の燃
焼ガスが熱源であり、圧縮空気などの高圧ガスを利用し
た溶射ガン中に原料粉末のMCrAlY合金粉末を挿入
し、溶融したMCrAlY合金粒子を高速で金属基材上
に吹付けることで形成する。
Next, an example of a method for manufacturing the thermal barrier coating member shown in FIG. 1 will be described. The MCrAlY alloy layer 2 is
Combustion gas of hydrogen or hydrocarbon-based fuel (eg, CH 4 ) and oxygen is a heat source, and raw material MCrAlY alloy powder is inserted into a thermal spray gun using high-pressure gas such as compressed air to melt the molten MCrAlY alloy particles. It is formed by spraying onto a metal substrate at high speed.

【0047】このような方法を用いることで、金属基材
上に非常に緻密なMCrAlY合金層が形成される。さ
らに、金属基材上にMCrAlY合金層を形成した後、
加熱温度が700℃から1100℃の真空、または不活
性ガス雰囲気中で熱処理することにより、さらに緻密で
金属基材との密着性の高いMCrAlY合金層となし得
る。
By using such a method, a very dense MCrAlY alloy layer is formed on the metal substrate. Further, after forming the MCrAlY alloy layer on the metal substrate,
By performing the heat treatment in a vacuum at a heating temperature of 700 ° C. to 1100 ° C. or in an inert gas atmosphere, a more dense MCrAlY alloy layer having high adhesion to a metal substrate can be obtained.

【0048】一方、Y23 部分安定化ZrO2 層3
は、二次粒子径が50〜100μmの範囲の粉末を95
%以上含む部分安定化ジルコニア中空粉末を高温プラズ
マ中に供給し溶解し、プラズマジェトにのせ溶融したも
のを金属基材上に高速で吹付けることにより形成され
る。
On the other hand, the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 3
Is a powder having a secondary particle diameter in the range of 50 to 100 μm.
% Or more of the partially stabilized zirconia hollow powder is supplied into a high-temperature plasma and melted, and the melt is placed on a plasma jet and sprayed at high speed onto a metal substrate.

【0049】このような方法を用いることで、金属基材
上に非常に多孔質なY23 部分安定化ZrO2 層が形
成される。さらに、このY23 部分安定化ZrO2
を多孔質にするためには、カーボンや有機物などの昇華
し易い粉末との混合粉末を用いること、金属や無機化合
物との複合皮膜を形成した後、酸、アルカリ、または加
熱蒸発により金属や無機化合物だけを除去して気孔とし
て残す方法も有効である。
By using such a method, a very porous Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer is formed on a metal substrate. Further, in order to make the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer porous, a mixed powder with a powder that easily sublimates, such as carbon or an organic substance, was used, and a composite film with a metal or an inorganic compound was formed. Thereafter, a method of removing only the metal or the inorganic compound by acid, alkali, or heat evaporation and leaving it as pores is also effective.

【0050】次に上記のように構成された遮熱コーティ
ング部材の作用を図2乃至図5により説明する。図2は
遮熱セラミック層として用いるY23 部分安定化Zr
2 層の気孔率と熱伝導率との関係を示したものであ
る。この図よりY23 部分安定化ZrO2 層では、気
孔率が大きくなるほど(多孔質にするほど),熱伝導率
が低下する傾向にあることは明らかである。
Next, the operation of the thermal barrier coating member configured as described above will be described with reference to FIGS. Figure 2 is used as a thermal barrier ceramic layer Y 2 O 3 partially stabilized Zr
3 shows the relationship between the porosity of the O 2 layer and the thermal conductivity. From this figure, it is clear that in the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer, the thermal conductivity tends to decrease as the porosity increases (the porousness increases).

【0051】これは気孔で熱を遮断する能力が代表的な
低熱伝導性材料のY23 部分安定化ZrO2 層よりも
さらに大きいことを示すものである。すなわち、Y2
3 部分安定化ZrO2 層を多孔質化することによりさら
に低熱伝導率化を図ることが可能である。
This indicates that the ability to block heat at the pores is even greater than the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer of a typical low thermal conductivity material. That is, Y 2 O
By making the three- part stabilized ZrO 2 layer porous, it is possible to further reduce the thermal conductivity.

【0052】次に図3はY23 部分安定化ZrO2
の気孔率と破壊じん性値の関係を示したものである。こ
こで、縦軸の破壊じん性値は、インデンテーション法を
用いビッカース圧痕をつけた時の亀裂長さから算出した
ものである。この図よりY23 部分安定化ZrO2
では、多孔質にするほど破壊じん性値が増大するのは明
らかである。
Next, FIG. 3 shows the relationship between the porosity of the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer and the fracture toughness value. Here, the fracture toughness value on the vertical axis was calculated from the crack length when Vickers indentation was made using the indentation method. From this figure, it is clear that the more tough the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer, the greater the fracture toughness value.

【0053】このように多孔質にするほど破壊じん性値
が増大するのは、気孔が亀裂の伝搬エネルギの吸収に有
効に作用しているためと考えられる。すなわち、Y2
3 部分安定化ZrO2 層を多孔質化することにより破壊
じん性の向上が可能である。
The reason why the fracture toughness value increases as the material becomes more porous is considered to be because the pores effectively act to absorb the propagation energy of the crack. That is, Y 2 O
The fracture toughness can be improved by making the partially stabilized ZrO 2 layer porous.

【0054】次に図4では金属基材の耐蝕耐酸化及び金
属基材との密着性を向上させるためのMCrAlY合金
層の高温燃焼ガス雰囲気中での酸化増量を示している。
ここでは、気孔率が大きいMCrAlY合金層(5%)
と気孔率が小さくて緻密なMCrAlY合金層(1%)
の2種類について、酸化増量を比較している。この図よ
りMCrAlY合金層の酸化増量は気孔率に大きく影響
され、気孔率が大きいほど酸化増量も大きくなることが
明らかかである。
Next, FIG. 4 shows the increase in oxidation of the MCrAlY alloy layer in a high-temperature combustion gas atmosphere for improving the corrosion resistance and oxidation resistance of the metal substrate and the adhesion to the metal substrate.
Here, an MCrAlY alloy layer having a large porosity (5%)
And small porosity and dense MCrAlY alloy layer (1%)
The oxidation increase is compared for the two types. From this figure, it is clear that the increase in oxidation of the MCrAlY alloy layer is greatly affected by the porosity, and the larger the porosity, the greater the oxidation increase.

【0055】これは、MCrAlY合金層の気孔の大半
が外部とも通じた開気孔であるために、気孔率が大きな
ものほど高温の燃焼ガスに晒される面積が増大するため
と考えられる。
It is considered that this is because most of the pores of the MCrAlY alloy layer are open pores communicating with the outside, and the larger the porosity, the larger the area exposed to the high-temperature combustion gas.

【0056】一方、図5にMCrAlY合金層の酸化に
よりMCrAlYはAl23 に変化するとし、その時
の体積膨脹によりY23 部分安定化ZrO2 層に生じ
る剥離方向の応力を解析的に求めている。また、MCr
AlY合金層とY23 部分安定化ZrO2 層の界面は
10μm程度の凹凸を持たせている。この図より、MC
rAlY合金層の酸化増量が増加すると共に、Y23
部分安定化ZrO2 層に生じる剥離方向の最大応力も大
きくなる傾向にあることが明らかである。
On the other hand, FIG. 5 shows that MCrAlY changes to Al 2 O 3 due to oxidation of the MCrAlY alloy layer, and the stress in the peeling direction generated in the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer due to volume expansion at that time is analyzed. I'm asking. Also, MCr
The interface between the AlY alloy layer and the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer has irregularities of about 10 μm. From this figure, MC
As the amount of oxidation of the rAlY alloy layer increases, Y 2 O 3
It is clear that the maximum stress in the peeling direction generated in the partially stabilized ZrO 2 layer also tends to increase.

【0057】逆に言えばMCrAlY合金層の酸化増量
を抑制すれば、Y23 部分安定化ZrO2 層に生じる
剥離方向の最大応力を低減できることを意味している。
すなわち、図4に示した気孔率を変えたMCrAlY合
金層での酸化増量の結果と考え合わせると、気孔率が小
さくて緻密なMCrAlY合金層にするほど、Y23
部分安定化ZrO2 層に生じる剥離方向の最大応力を低
減できる。
Conversely, if the increase in the oxidation of the MCrAlY alloy layer is suppressed, the maximum stress in the peeling direction generated in the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer can be reduced.
That is, in consideration of the result of the oxidation increase in the MCrAlY alloy layer with the changed porosity shown in FIG. 4, the smaller the porosity and the denser the MCrAlY alloy layer, the more Y 2 O 3
The maximum stress in the peeling direction generated in the partially stabilized ZrO 2 layer can be reduced.

【0058】図6は本発明による遮熱コーティング部材
の第2の実施の形態を示す断面模式図である。本遮熱コ
ーティング部材は、図1と同様にNi、Co、またはF
eをベースとした高温強度に優れた超合金の金属基材1
上に、耐蝕耐酸化性に優れたMCrAlY合金層2と低
熱伝導率で化学的に安定なY23 部分安定化ZrO2
層3から形成されたものである。ここで、MCrAlY
合金層2は、気孔4の割合(気孔率)が2%以下の非常
に緻密なもの、Y23 部分安定化ZrO2 層3は表面
が気孔率を5〜60%とした多孔質なY23 部分安定
化ZrO2 層部5とし、MCrAlY合金層2との界面
は気孔率がそれより小さい緻密なY23 部分安定化Z
rO2 層部6とした気孔率の異なる2層構造としたもの
である。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the thermal barrier coating member according to the present invention. This thermal barrier coating member is made of Ni, Co, or F, as in FIG.
e-based superalloy metal substrate 1 with excellent high-temperature strength
On top, an MCrAlY alloy layer 2 having excellent corrosion resistance and oxidation resistance, and chemically stabilized Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 having low thermal conductivity.
It is formed from layer 3. Here, MCrAlY
Alloy layer 2, the proportion of the pores 4 (porosity) of 2% or less of the extremely dense, porous I Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 3 which surface has a porosity of between 5% to 60% Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer unit and 5, the interfacial porosity is less than dense Y 2 O 3 portion of the MCrAlY alloy layer 2 stabilized Z
The rO 2 layer 6 has a two-layer structure with different porosity.

【0059】次に上記のように構成された遮熱コーティ
ング部材の作用について述べる。図2に示したようにY
23 部分安定化ZrO2 層を多孔質化により低熱伝導
率化が図れるために、Y23 部分安定化ZrO2 層の
表面側の気孔率を大きくすれば、Y23 部分安定化Z
rO2 層全体とすれば熱伝導率を低下させることができ
る。
Next, the operation of the thermal barrier coating member configured as described above will be described. As shown in FIG.
Since the thermal conductivity can be reduced by making the 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer porous, the porosity on the surface side of the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer can be increased to make the Y 2 O 3 partially stable. Chemical Z
If the entire rO 2 layer is used, the thermal conductivity can be reduced.

【0060】また、図3に示したようにY23 部分安
定化ZrO2 層の多孔質化により破壊じん性が向上す
る。すなわち、例えばガスタービンの起動停止時など急
激な温度変化を生じるY23 部分安定化ZrO2 層の
表面側を多孔質化することにより、その急激な温度変化
に伴い大きな熱衝撃が加わるY23 部分安定化ZrO
2 層の表面側での損傷が低減できる。
Further, as shown in FIG. 3, the fracture toughness is improved by making the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer porous. That is, for example, by porous surface side of producing rapid temperature changes such as during start-stop of the gas turbine Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer, applied a large thermal shock due to the rapid temperature change Y 2 O 3 Partially stabilized ZrO
Damage on the surface side of the two layers can be reduced.

【0061】図7は本発明による遮熱コーティング部材
の第3の実施の形態を示す断面模式図である。本遮熱コ
ーティング部材は、図1と同様にNi、Co、またはF
eをベースとした高温強度に優れた超合金の金属基材1
上に、耐蝕耐酸化性に優れたMCrAlY合金層2と低
熱伝導率で化学的に安定なY23 部分安定化ZrO2
層3から形成されたものである。ここで、MCrAlY
合金層2は、気孔4の割合(気孔率)が2%以下の非常
に緻密なものである。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the thermal barrier coating member according to the present invention. This thermal barrier coating member is made of Ni, Co, or F, as in FIG.
e-based superalloy metal substrate 1 with excellent high-temperature strength
On top, an MCrAlY alloy layer 2 having excellent corrosion resistance and oxidation resistance, and chemically stabilized Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 having low thermal conductivity.
It is formed from layer 3. Here, MCrAlY
The alloy layer 2 is very dense with a ratio of the pores 4 (porosity) of 2% or less.

【0062】一方、Y23 部分安定化ZrO2 層3は
表面が気孔率を大きくした多孔質なものであり、MCr
AlY合金層2との界面に向って徐々に緻密になるよう
にY23 部分安定化ZrO2 層3内の気孔率を変化さ
せている。
On the other hand, the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 3 has a porous surface with an increased porosity,
The porosity in the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 3 is changed so that the porosity gradually increases toward the interface with the AlY alloy layer 2.

【0063】次に上記のように構成された遮熱コーティ
ング部材の作用について述べる。図2に示したようにY
23 部分安定化ZrO2 層を多孔質化により低熱伝導
率化が図れるために、Y23 部分安定化ZrO2 層の
表面側の気孔率を大きくすれば、Y23 部分安定化Z
rO2 層全体とすれば熱伝導率を低下させることができ
る。
Next, the operation of the thermal barrier coating member configured as described above will be described. As shown in FIG.
Since the thermal conductivity can be reduced by making the 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer porous, the porosity on the surface side of the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer can be increased to make the Y 2 O 3 partially stable. Chemical Z
If the entire rO 2 layer is used, the thermal conductivity can be reduced.

【0064】また、図3に示したようにY23 部分安
定化ZrO2 層の多孔質化により破壊じん性が向上す
る。すなわち、例えばガスタービンの起動停止時など急
激な温度変化を生じるY23 部分安定化ZrO2 層の
表面側ほど破壊じん性に優れ、その急激な温度変化に伴
い大きな熱衝撃が加わるY23 部分安定化ZrO2
の表面側での損傷が低減できる。
Further, as shown in FIG. 3, the fracture toughness is improved by making the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer porous. That is, for example, results in a rapid temperature change, such as during start and stop of the gas turbine Y 2 O 3 portions as the surface side of the stabilized ZrO 2 layer excellent in fracture toughness, high thermal shock due to the sudden change in temperature is applied Y 2 Damage on the surface side of the O 3 partially stabilized ZrO 2 layer can be reduced.

【0065】図8は本発明による遮熱コーティング部材
の第4の実施の形態を示す断面模式図である。本遮熱コ
ーティング部材は、図1と同様にNi、Co、またはF
eをベースとした高温強度に優れた超合金の金属基材1
上に、耐蝕耐酸化性に優れたMCrAlY合金層2、合
金中間層7、低熱伝導率で化学的に安定なY23 部分
安定化ZrO2 層3から形成されたものである。ここ
で、MCrAlY合金層2は、気孔4の割合(気孔率)
が2%以下の非常に緻密なものである。合金中間層7
は、耐酸化性元素のAlを濃度比で10%以上含む層で
ある。Y23 部分安定化ZrO2 層3は、気孔率を5
〜60%とした非常に多孔質なものである。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a fourth embodiment of the thermal barrier coating member according to the present invention. This thermal barrier coating member is made of Ni, Co, or F, as in FIG.
e-based superalloy metal substrate 1 with excellent high-temperature strength
It is formed of a MCrAlY alloy layer 2 having excellent corrosion resistance and oxidation resistance, an alloy intermediate layer 7, and a chemically stabilized Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 3 having low thermal conductivity. Here, the MCrAlY alloy layer 2 has a ratio of porosity 4 (porosity).
Is very dense, not more than 2%. Alloy intermediate layer 7
Is a layer containing Al of the oxidation-resistant element in a concentration ratio of 10% or more. The Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 3 has a porosity of 5
It is a very porous material with a content of 6060%.

【0066】次に上記のように構成された遮熱コーティ
ング部材の作用について述べる。図2に示したようにY
23 部分安定化ZrO2 層を多孔質化により低熱伝導
率化が図れるために、Y23 部分安定化ZrO2 層全
体としての熱伝導率を低下させることができる。
Next, the operation of the thermal barrier coating member configured as described above will be described. As shown in FIG.
Since the thermal conductivity can be reduced by making the 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer porous, the thermal conductivity of the entire Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer can be reduced.

【0067】また、図3に示したようにY23 部分安
定化ZrO2 層の多孔質化により破壊じん性が向上す
る。すなわち、例えばガスタービンの起動停止時など急
激な温度変化に伴って大きな熱衝撃が加わった場合もY
23 部分安定化ZrO2 層の損傷が低減できる。
Further, as shown in FIG. 3, the fracture toughness is improved by making the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer porous. That is, for example, when a large thermal shock is applied due to a rapid temperature change such as when the gas turbine is started or stopped, Y
Damage to the 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer can be reduced.

【0068】さらに、図4に示したように気孔率が2%
以下の緻密なMCrAlY合金層にすることにより高温
の燃焼ガス雰囲気での酸化増量が低減し、耐酸化性が向
上する。また、図9に示すようにMCrAlY合金層の
表面に耐酸化正元素のAlを濃度比で10%以上含む合
金中間層を設けることにより、さらに高温の燃焼ガス雰
囲気での酸化増量が低下し、耐酸化性が向上する。
Further, as shown in FIG. 4, the porosity is 2%.
By forming the following dense MCrAlY alloy layer, the increase in oxidation in a high-temperature combustion gas atmosphere is reduced, and the oxidation resistance is improved. Further, as shown in FIG. 9, by providing an alloy intermediate layer containing 10% or more of Al, which is an oxidation-resistant element, at a concentration ratio of 10% or more on the surface of the MCrAlY alloy layer, the increase in oxidation in a higher-temperature combustion gas atmosphere is reduced. Oxidation resistance is improved.

【0069】これは、合金中間層では高温の燃焼ガス中
で緻密で、且つ酸素の体積拡散係数が小さいAl23
が形成されるため、合金中への酸素の侵入が防止され、
酸素が抑制されるためである。すなわち、MCrAlY
合金層の表面にAlを濃度比で10%以上含む合金中間
層を持つ遮熱コーティングとすることで、酸化増量が抑
制できる。結果として、図5に示すようにMCrAlY
合金層及び合金中間層の酸化に伴い、Y23 部分安定
化ZrO2 層に生じる剥離方向の最大応力を低減でき、
23 部分安定化ZrO2 層に生じる剥離が低減でき
る。
This is because Al 2 O 3 is dense in the high temperature combustion gas in the alloy intermediate layer and has a small volume diffusion coefficient of oxygen.
Is formed, preventing oxygen from entering the alloy,
This is because oxygen is suppressed. That is, MCrAlY
By using a thermal barrier coating having an alloy intermediate layer containing Al at a concentration ratio of 10% or more on the surface of the alloy layer, the increase in oxidation can be suppressed. As a result, MCrAlY as shown in FIG.
With the oxidation of the alloy layer and the alloy intermediate layer, the maximum stress in the peeling direction generated in the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer can be reduced,
The peeling generated in the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer can be reduced.

【0070】以上述べた本発明の各実施の形態によれ
ば、次のような効果を得ることができる。まず、本発明
の第1の実施の形態において、5〜60%の気孔率の多
孔質なY23 部分安定化ZrO2 層で遮熱性能が向上
できるのは、図2に示した気孔率と熱伝導率との関係を
見ても明らかである。
According to each embodiment of the present invention described above, the following effects can be obtained. First, in the first embodiment of the present invention, the heat shielding performance can be improved by the porous Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer having a porosity of 5 to 60%, as shown in FIG. It is clear from the relationship between the coefficient and the thermal conductivity.

【0071】また、図10では本遮熱コーティング部材
をガスタービンの高温部品に適用した時の有効性を従来
のものと比較評価した。試験方法として、運転環境を模
擬したLNGと空気の燃焼ガスによる加熱/冷却の繰返
しのバーナリング試験法を適用し、皮膜の剥離寿命を比
較している。
Further, in FIG. 10, the effectiveness when the present thermal barrier coating member is applied to a high-temperature component of a gas turbine is compared with a conventional one. As a test method, a burner test in which heating / cooling is repeated by using LNG and air combustion gas simulating an operating environment is applied, and the peeling life of the coating is compared.

【0072】この図より、遮熱コーティング部材では、
従来の大気中プラズマ溶射によるMCrAlY合金層と
遮熱セラミック層からなる遮熱コーティング部材に比べ
て熱サイクル剥離寿命が著しく向上しているのは明らか
である。その結果は、特に遮熱セラミック層の厚さが
1.0mmのように膜厚の場合に大きい。
As shown in this figure, in the thermal barrier coating member,
It is clear that the thermal cycle peeling life is remarkably improved as compared with a conventional thermal barrier coating member composed of an MCrAlY alloy layer and a thermal barrier ceramic layer formed by plasma spraying in the atmosphere. The result is particularly large when the thickness of the thermal barrier ceramic layer is as thick as 1.0 mm.

【0073】次に本発明の他の実施の形態の効果を列挙
すると次の通りである。 (1)Y23 部分安定化ZrO2 層を多孔質化によ
り、遮熱セラミック層として主機能である遮熱性能の向
上が図れ、薄い遮熱セラミック層厚さでも要求される遮
熱性能を満足させることが可能である。 (2)Y23 部分安定化ZrO2 層を多孔質化するこ
とによりじん性が向上するため、ガスタービンの起動停
止時など急激な温度変化により大きな熱衝撃が加わった
時にY23 部分安定化ZrO2 層に生じる割れや剥離
を低減できる。 (3)表面は気孔率の大きい多孔質なY23 部分安定
化ZrO2 であり、またMCrAlY合金層との界面近
傍は気孔率が小さいY23 部分安定化ZrO2と気孔
率が異なる2層からなるY23 部分安定化ZrO2
では、ガスタービンの起動停止時など急激な温度変化が
生じる表面での破壊じん性とMCrAlY合金層での界
面近傍で大きな強度を有する。すなわち、気孔率を制御
することをにより機能を分離させたY23 部分安定化
ZrO2 層では、耐熱衝撃性と強度を両立するために、
割れや剥離が低減できる。 (4)表面は気孔率の大きい多孔質なY23 部分安定
化ZrO2 層であり、MCrAlY合金層との界面に向
って気孔率が小さく、且つ気孔率が傾斜したY23
分安定化ZrO2 層では、ガスタービンの起動停止時な
ど急激な温度変化が生じる表面での破壊じん性とMCr
AlY合金層との界面近傍で大きな応力が生じるMCr
AlY合金層との界面近傍で大きな強度を有する。すな
わち、気孔率を制御することにより機能を分離させたY
23 部分安定化ZrO2 層では、耐熱耐衝撃と強度を
両立させるために、割れや剥離が低減できる。 (6)MCrAlY合金層の表面に耐酸化性元素のAl
を濃度比で10%以上含む合金中間層を設けることによ
り耐酸化性が向上するために、Y23 部分安定化Zr
2 層に生じる剥離方向の最大応力を低減でき、Y2
3 部分安定化ZrO2 層に生じる剥離が低減できる。
Next, the effects of another embodiment of the present invention will be listed as follows. (1) Y 2 by O 3 partially stabilized ZrO 2 layer a porous, model improves thermal barrier performance is a primary function as a thermal barrier ceramic layer, a thin barrier thermal barrier performance required in thermal ceramic layer thickness Can be satisfied. (2) Y 2 O 3 portions for toughness by a stabilized ZrO 2 layer made porous is enhanced, Y 2 O 3 when the large thermal shock is applied by sudden temperature changes such as during start-stop of the gas turbine Cracking and peeling occurring in the partially stabilized ZrO 2 layer can be reduced. (3) The surface is made of porous Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 having a large porosity, and the vicinity of the interface with the MCrAlY alloy layer has a porosity of Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 having a small porosity. the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer consisting of two different layers, has a high strength in the vicinity of the interface at the fracture toughness and the MCrAlY alloy layer on the surface of start and stop time of such sudden changes in temperature of the gas turbine occurs. That is, in the Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer whose functions are separated by controlling the porosity, in order to achieve both thermal shock resistance and strength,
Cracking and peeling can be reduced. (4) surface is larger porous Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer porosity, low porosity toward the interface between the MCrAlY alloy layer, and Y 2 O 3 portion porosity is inclined In the stabilized ZrO 2 layer, the fracture toughness on the surface where a sudden temperature change occurs, such as when the gas turbine starts and stops, and the MCr
MCr where large stress occurs near the interface with the AlY alloy layer
It has large strength near the interface with the AlY alloy layer. That is, Y whose functions are separated by controlling the porosity.
In the 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer, cracking and peeling can be reduced in order to achieve both thermal shock resistance and strength. (6) The surface of the MCrAlY alloy layer is coated with the oxidation-resistant element Al.
For oxidation resistance is improved by the provision of the alloy interlayer comprising at least 10% at a concentration ratio, Y 2 O 3 partially stabilized Zr
The maximum stress in the peeling direction generated in the O 2 layer can be reduced, and Y 2 O
(3) Delamination occurring in the partially stabilized ZrO 2 layer can be reduced.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、遮熱
性能と耐久性の向上を図ることができ、ガスタービンや
ジェットエンジンなどの高温の酸化腐食雰囲気で使用す
る高温部品として好適な遮熱コーティング部材及びその
製造方法を提供できる。
As described above, according to the present invention, the heat shielding performance and the durability can be improved, and the present invention is suitable as a high-temperature component used in a high-temperature oxidizing and corrosive atmosphere such as a gas turbine or a jet engine. A thermal barrier coating member and a method for manufacturing the same can be provided.

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

【図1】本発明による遮熱コーティング部材の第1の実
施の形態を示す断面模式図。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a thermal barrier coating member according to the present invention.

【図2】同実施の形態において、Y23 部分安定化Z
rO2 層の気孔率と熱伝導率との関係を示した図。
FIG. 2 shows a partially stabilized Z 2 O 3 according to the embodiment.
diagram showing the relationship between the porosity and thermal conductivity of and rO 2 layers.

【図3】同実施の形態において、Y23 部分安定化Z
rO2 層の気孔率と破壊じん性値との関係を示した図。
[FIG. 3] In the embodiment, Y 2 O 3 partially stabilized Z
diagram showing the relationship between the porosity and the fracture toughness value of and rO 2 layers.

【図4】同実施の形態において、気孔率が異なるMCr
AlY合金層で構成した2種類の遮熱コーディング部材
について、高温の燃焼ガス雰囲気中での酸化増量を比較
した図。
FIG. 4 is a view showing the MCr having different porosity in the embodiment.
The figure which compared the oxidation increase in high-temperature combustion gas atmosphere about two types of thermal barrier coding members comprised by the AlY alloy layer.

【図5】同実施の形態において、遮熱コーディング部材
におけるMCrAlY合金層の成長に伴う体積膨脹によ
りY23 部分安定化ZrO2 層に発生する剥離方向の
応力を示した図。
FIG. 5 is a view showing stress in a peeling direction generated in a Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer due to volume expansion accompanying growth of an MCrAlY alloy layer in a thermal barrier coding member in the embodiment.

【図6】本発明による遮熱コーティング部材の第2の実
施の形態を示す断面模式図。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the thermal barrier coating member according to the present invention.

【図7】本発明による遮熱コーティング部材の第3の実
施の形態を示す断面模式図。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the thermal barrier coating member according to the present invention.

【図8】本発明による遮熱コーティング部材の第4の実
施の形態を示す断面模式図。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a fourth embodiment of the thermal barrier coating member according to the present invention.

【図9】同実施の形態において、MCrAlY合金層の
表面にAl濃度が大きい合金中間層がある場合とない場
合の2種類の遮熱コーティング部材について、高温の燃
焼ガス雰囲気中での酸化増量を比較した図。
FIG. 9 shows an increase in oxidation in a high-temperature combustion gas atmosphere of two types of thermal barrier coating members in a case where an alloy intermediate layer having a high Al concentration is present on the surface of an MCrAlY alloy layer and in a case where no alloy intermediate layer is present. FIG.

【図10】本発明による遮熱コーティング部材の各実施
の形態の効果を従来と対比して説明するためのもの図
で、バーナリグ試験装置による熱サイクル剥離寿命を比
較した図。
FIG. 10 is a diagram for explaining an effect of each embodiment of the thermal barrier coating member according to the present invention in comparison with a conventional example, and comparing thermal cycle peeling life by a burner rig test apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……金属基材 2……MCrAlY合金層 3……Y23 部分安定化ZrO2 層 4……気孔 5……多孔質なY23 部分安定化ZrO2 層部 6……緻密なY23 部分安定化ZrO2 層部 7……合金中間層1 ...... metal substrate 2 ...... MCrAlY alloy layer 3 ...... Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 4 ...... pores 5 ...... porous Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 6 ...... dense a Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 layer 7 ...... alloy intermediate layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 啓三 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 中橋 昌子 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Keizo Honda 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Keihin Works, Toshiba Corporation (72) Masako Nakahashi 2-chome, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 4 Toshiba Keihin Works Co., Ltd.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属基材上にMCrAlY合金(M:N
i、Co、Feまたはそれらの元素を組合せた合金)層
と部分安定化ジルコニア層を形成してなる遮熱コーティ
ング部材において、前記部分安定化ジルコニア層の気孔
率を5〜60%としたことを特徴とする遮熱コーティン
グ部材。
1. An MCrAlY alloy (M: N) on a metal substrate.
i, Co, Fe or an alloy thereof) and a partially stabilized zirconia layer, wherein the partially stabilized zirconia layer has a porosity of 5 to 60%. Characterized thermal barrier coating member.
【請求項2】 金属基材上にMCrAlY合金(M:N
i、Co、Feまたはそれらの元素を組合せた合金)層
と部分安定化ジルコニア層を形成してなる遮熱コーティ
ング部材において、前記部分安定化ジルコニア層の気孔
率を10〜30%としたことを特徴とする遮熱コーティ
ング部材。
2. An MCrAlY alloy (M: N) on a metal substrate.
i, Co, Fe or an alloy comprising a combination of these elements) and a partially stabilized zirconia layer, wherein the partially stabilized zirconia layer has a porosity of 10 to 30%. Characterized thermal barrier coating member.
【請求項3】 金属基材上にMCrAlY合金(M:N
i、Co、Feまたはそれらの元素を組合せた合金)層
を形成する工程と、二次粒子の粒径が50〜100μm
のものを95%以上有し、且つ一次粒子の充填率が70
%以下である酸化物系セラミック原料粉末を高温雰囲気
中に供給して溶融し、それを前記MCrAlY合金層の
上に高速で吹付けて高い気孔率を有する部分安定化ジル
コニア層を形成する工程とを具備したことを特徴とする
遮熱コーティング部材の製造方法。
3. An MCrAlY alloy (M: N) on a metal substrate.
i, Co, Fe or an alloy combining these elements) layer, and the secondary particles have a particle diameter of 50 to 100 μm.
95% or more, and the filling ratio of primary particles is 70%.
% Of an oxide-based ceramic raw material powder having a high porosity and a high-porosity partially-stabilized zirconia layer. A method for producing a thermal barrier coating member, comprising:
【請求項4】 金属基材上にMCrAlY合金(M:N
i、Co、Feまたはそれらの元素を組合せた合金)層
を形成する工程と、酸化物系セラミックとカーボンや有
機物などの高温雰囲気で昇華する材料Aとを混合したも
のを原料粉末として用い、その原料粉末を高温雰囲気中
に供給して、材料Aは昇華させながら溶融した酸化物系
セラミックをMCrAlY合金層の上に吹付けて高い気
孔率を有する部分安定化ジルコニア層を形成する工程を
具備したことを特徴とする遮熱コーティング部材の製造
方法。
4. An MCrAlY alloy (M: N) on a metal substrate.
i, Co, Fe or an alloy comprising a combination of these elements) and a mixture of an oxide-based ceramic and a material A that sublimes in a high-temperature atmosphere, such as carbon or an organic substance, is used as a raw material powder. Supplying a raw material powder into a high-temperature atmosphere and spraying a molten oxide ceramic onto the MCrAlY alloy layer while sublimating the material A to form a partially stabilized zirconia layer having a high porosity; A method for producing a thermal barrier coating member.
【請求項5】 金属基材上にMCrAlY合金(M:N
i、Co、Feまたはそれらの元素を組合せた合金)層
を形成する工程と、酸化物系セラミックと酸化物系セラ
ミックより蒸気圧が高い金属、または無機化合物との混
合物を原料粉末として用い、その原料粉末を高温雰囲気
中に供給して溶融し、それを前記MCrAlY合金層の
上に高速で吹付けることで酸化物系セラミックと金属、
または無機化合物の混合皮膜を形成した後、高温中で金
属、または無機化合物を蒸発除去して高い気孔率を有す
る部分安定化ジルコニア層を形成する工程を具備したこ
とを特徴とする遮熱コーティング部材の製造方法。
5. An MCrAlY alloy (M: N) on a metal substrate.
i, Co, Fe or an alloy of these elements) forming a layer, and using a mixture of an oxide-based ceramic and a metal or an inorganic compound having a higher vapor pressure than the oxide-based ceramic as a raw material powder, The raw material powder is supplied and melted in a high-temperature atmosphere, and is sprayed at a high speed onto the MCrAlY alloy layer, so that the oxide-based ceramic and the metal are melted.
Or a thermal barrier coating member comprising a step of forming a partially stabilized zirconia layer having a high porosity by removing a metal or an inorganic compound by evaporation at a high temperature after forming a mixed film of an inorganic compound. Manufacturing method.
【請求項6】 金属基材上にMCrAlY合金(M:N
i、Co、Feまたはそれらの元素を組合せた合金)層
を形成する工程と、酸化物系セラミックと金属の混合物
を原料粉末として用い、その原料粉末を高温雰囲気中に
供給して溶融したものを前記MCrAlY合金層の上に
高速で吹付け、酸化物セラミックと金属の混合皮膜を形
成した後、酸またはアルカリで金属だけを溶解除去して
高い気孔率を有する部分安定化ジルコニア層を形成する
工程を具備したことを特徴とする遮熱コーティング部材
の製造方法。
6. An MCrAlY alloy (M: N) on a metal substrate.
i, Co, Fe or an alloy which combines these elements) layer, and using a mixture of an oxide-based ceramic and a metal as a raw material powder, supplying the raw material powder into a high-temperature atmosphere, and melting the raw material powder. A step of spraying the MCrAlY alloy layer at a high speed to form a mixed film of an oxide ceramic and a metal, and then dissolving and removing only the metal with an acid or an alkali to form a partially stabilized zirconia layer having a high porosity. A method for producing a thermal barrier coating member, comprising:
【請求項7】 金属基材上にMCrAlY合金(M:N
i、Co、Feまたはそれらの元素を組合せた合金)層
と部分安定化ジルコニア層を形成してなる遮熱コーティ
ング部材において、前記部分安定化ジルコニア層はコー
ティング表面側を気孔率が5〜60%の多孔質な部分安
定化ジルコニア層部とし、前記MCrAlY合金層との
界面近傍側を気孔率が前記コーティング表面側より緻密
な部分安定化ジルコニア層部とする気孔率の異なる2層
に形成されたことを特徴とする遮熱コーティング部材。
7. An MCrAlY alloy (M: N) on a metal substrate.
i, Co, Fe or an alloy thereof) and a partially stabilized zirconia layer, wherein the partially stabilized zirconia layer has a porosity of 5 to 60% on the coating surface side. A partially stabilized zirconia layer portion having a porosity closer to the interface with the MCrAlY alloy layer and a partially stabilized zirconia layer portion having a denser porosity than the coating surface side. A thermal barrier coating member, characterized in that:
【請求項8】 金属基材上にMCrAlY合金(M:N
i、Co、Feまたはそれらの元素を組合せた合金)層
と部分安定化ジルコニア層を形成してなる遮熱コーティ
ング部材において、前記部分安定化ジルコニア層は気孔
率がコーティング表面側が多孔質に、前記MCrAlY
合金層との界面側が緻密になるように徐々に変化させて
形成されたことを特徴とする遮熱コーティング部材。
8. An MCrAlY alloy (M: N) on a metal substrate.
i, Co, Fe or an alloy thereof) and a partially stabilized zirconia layer, wherein the partially stabilized zirconia layer has a porosity of which the coating surface is porous, MCrAlY
A thermal barrier coating member formed by gradually changing the interface side with the alloy layer to be dense.
【請求項9】 請求項3記載の遮熱コーティング部材の
製造方法において、酸化物系セラミック原料粉末の二次
粒子の粒径や一次粒子の充填率を変化させたものを用い
て部分安定化ジルコニア層の気孔率を変化させたことを
特徴とする遮熱コーティング部材の製造方法。
9. The method for producing a thermal barrier coating member according to claim 3, wherein the oxide-based ceramic raw material powder is obtained by changing the particle size of the secondary particles or the packing ratio of the primary particles. A method for producing a thermal barrier coating member, wherein the porosity of the layer is changed.
【請求項10】 請求項4記載の遮熱コーティング部材
の製造方法において、酸化物系セラミックとカーボンや
有機物などの高温雰囲気で昇華する材料Aとの混合割合
を変化させた原料粉末を用いて部分安定化ジルコニア層
の気孔率を変化させたことを特徴とする遮熱コーティン
グ部材の製造方法。
10. The method for manufacturing a thermal barrier coating member according to claim 4, wherein the raw material powder is prepared by changing a mixing ratio of an oxide-based ceramic and a material A, such as carbon or an organic substance, which sublimes in a high-temperature atmosphere. A method for producing a thermal barrier coating member, wherein the porosity of the stabilized zirconia layer is changed.
【請求項11】 請求項5記載の遮熱コーティング部材
の製造方法において、酸化物系セラミックと酸化物系セ
ラミックより蒸気圧が高い金属、または無機化合物との
混合割合を変化させた原料粉末を用いて部分安定化ジル
コニア層の気孔率を変化させたことを特徴とする遮熱コ
ーティング部材の製造方法。
11. The method for manufacturing a thermal barrier coating member according to claim 5, wherein a raw material powder in which a mixing ratio of an oxide ceramic and a metal having a higher vapor pressure than the oxide ceramic or an inorganic compound is changed. Characterized in that the porosity of the partially stabilized zirconia layer has been changed by heating.
【請求項12】 請求項6記載の遮熱コーティング部材
の製造方法において、酸化物系セラミックと金属の混合
割合を変化させた原料粉末を用いて部分安定化ジルコニ
ア層の気孔率を変化させたことを特徴とする遮熱コーテ
ィング部材の製造方法。
12. The method for manufacturing a thermal barrier coating member according to claim 6, wherein the porosity of the partially stabilized zirconia layer is changed by using a raw material powder in which a mixing ratio of an oxide ceramic and a metal is changed. A method for producing a thermal barrier coating member.
【請求項13】 金属基材上にMCrAlY合金(M:
Ni、Co、Feまたはそれらの元素を組合せた合金)
層と部分安定化ジルコニア層を形成してなる遮熱コーテ
ィング部材において、前記部分安定化ジルコニア層の気
孔率を5〜60%とし、且つ前記MCrAlY合金層は
気孔率が2%以下としたことを特徴とする遮熱コーティ
ング部材。
13. An MCrAlY alloy (M:
Ni, Co, Fe or alloys combining these elements)
In a thermal barrier coating member comprising a layer and a partially stabilized zirconia layer, the partially stabilized zirconia layer has a porosity of 5 to 60%, and the MCrAlY alloy layer has a porosity of 2% or less. Characterized thermal barrier coating member.
【請求項14】 金属基材上にMCrAlY合金(M:
Ni、Co、Feまたはそれらの元素を組合せた合金)
層と部分安定化ジルコニア層を形成してなる遮熱コーテ
ィング部材において、前記部分安定化ジルコニア層の気
孔率を10〜30%とし、且つ前記MCrAlY合金層
は気孔率が2%以下としたことを特徴とする遮熱コーテ
ィング部材。
14. An MCrAlY alloy (M:
Ni, Co, Fe or alloys combining these elements)
In a thermal barrier coating member comprising a layer and a partially stabilized zirconia layer, the partially stabilized zirconia layer has a porosity of 10 to 30%, and the MCrAlY alloy layer has a porosity of 2% or less. Characterized thermal barrier coating member.
【請求項15】 請求項1、請求項2、請求項7、請求
項8、請求項13、請求項14の何ずれか一項に記載の
遮熱コーティング部材において、MCrAlY合金層は
その表面のAl濃度を10%以上としたことを特徴とす
る遮熱コーティング部材。
15. The thermal barrier coating member according to any one of claims 1, 2, 7, 8, 13, and 14, wherein the MCrAlY alloy layer has a surface. A thermal barrier coating member having an Al concentration of 10% or more.
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