JPS60238469A - Flame spray material and manufacture of ceramic coating - Google Patents
Flame spray material and manufacture of ceramic coatingInfo
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野:
本発明(・ま、低い熱伝導率を特性とする被膜7生じる
溶射r・変化ジルコニウム材料及びこのような被膜を溶
射により得る方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application: The present invention relates to a thermally sprayed modified zirconium material resulting in a coating 7 characterized by a low thermal conductivity and to a method for obtaining such a coating by thermal spraying.
従来技術:
溶射は、例えば金属又はセラミックのような熱融合可能
な材料の熱軟化と、被覆すべき表面に対して軟化材料乞
粒状で噴射することとt包含する。加熱された粒子は、
表面に衝突し、そこで結合する。常用の溶射ガンは、粒
子の加熱及び噴射の双方の目的のために使用される。溶
射ガンの1つの型において、熱融合可能な材料は、粉末
状でガンに供給される。このような粉末は、典型的には
、例えば米国標準篩寸法100メツシユ以下ないし約5
μの小さい粒子からなる。Prior Art: Thermal spraying involves the thermal softening of heat-fusible materials, such as metals or ceramics, and the spraying of the softened material onto the surface to be coated. The heated particles are
They collide with surfaces and bond there. Conventional thermal spray guns are used for both particle heating and spraying purposes. In one type of thermal spray gun, the heat-fusible material is supplied to the gun in powder form. Such powders typically have, for example, a US standard sieve size of less than 100 mesh to about 5
It consists of particles with a small μ.
溶射ガンは、通常火炎又はプラズマ溶射を利用し、粉床
粒子を溶徹するための熱?生じる。Thermal spray guns usually use flame or plasma spray to melt the powder bed particles. arise.
しかし、例えばアーク、抵抗加熱ヒーター又は誘導加熱
ヒーターのような他の加熱装置を使用することもでき、
かっこの加熱装置を単独で使用することができるか又は
他の形のヒーターと組合せて使用することができること
は、当業者によって認められている。、粉末型の火炎溶
射ガンの場合、粉末に対するキャリヤーガスは、燃焼ガ
スの1種であることができるか父は例えば窒素のような
不活性ガスであることができるか、或いはそれは、単に
圧縮空気であることができる。プラズマ溶射ガンの場合
、−次プラズマガスは、一般に窒素又はアルゴンである
。水素又はヘリウムは、通常−次ガスに添加される。他
のガス、例えば炭化水先は、一定の状態で使用すること
ができるのだけれども、キャリヤーガスは、一般に一次
プラズマガスと同じものである。However, other heating devices can also be used, such as for example arc, resistance or induction heaters;
It will be recognized by those skilled in the art that bracket heating devices can be used alone or in combination with other types of heaters. In the case of a powder-type flame spray gun, the carrier gas for the powder can be one of the combustion gases, or it can be an inert gas, such as nitrogen, or it can simply be compressed air. can be. For plasma spray guns, the secondary plasma gas is typically nitrogen or argon. Hydrogen or helium is usually added to the secondary gas. The carrier gas is generally the same as the primary plasma gas, although other gases, such as hydrocarbon pilots, can be used in some cases.
材料は、選択的にロンド又はワイヤーの形で加熱帯中に
供給することができる。ワイヤー型の溶射ガンの場合、
噴務すべき材料のロンド又はワイヤーは、幾つかの型の
火炎によって形成される加熱帯中に供給され、この加熱
帯中てこの材料は、溶融されるか又は少なくとも熱軟化
されかつ通常噴射ガスによって微粉化され、したがって
被覆すべき表面上に微粉状で噴射される。ロンド又はワ
イヤーは、當法で引抜きによって形成させることができ
るか、或いは微粉状材料と一緒に焼結させることによっ
て形成させることができるか又は加熱帯の熱の中で崩壊
する有機結合剤又は1mの適当な結合剤により微粉状材
料と一緒に結合させ、その後に噴霧すべき材料乞微粉状
で放出することによって形成さぜることができる。The material can optionally be fed into the heating zone in the form of ronds or wires. For wire type thermal spray guns,
A rond or wire of material to be injected is fed into a heating zone formed by some type of flame, in which the material is melted or at least thermally softened and usually exposed to the injecting gas. and is therefore sprayed in fine powder form onto the surface to be coated. The ronds or wires can be formed by pultrusion or by sintering together with finely divided materials or organic binders or 1 m which disintegrate in the heat of a heating zone. The powder may be formed by bonding the finely divided materials together with a suitable binder and then discharging the material to be sprayed in finely divided form.
耐火物、例えば酸化ジルコニウム乞含有する溶射セラミ
ック被膜は、例えばガスタービンエンジン中の金属Jf
?を成部材の断熱層保護のために屡々使用される。酸化
ジルコニウムは、幾らかの1招化ハフニウム及び(残分
の)不純物乞含有することができる。酸化ジルコニウム
は、典型的には酸化カルシウム又は酸化イツトリウムで
安定化されているか又はジルコン酸マグネシウムの形で
あることができる。酸化イツトリウムは、長期間高温安
定性にするので力半ネ1い安定剤である。このような酸
化ジルコニウム被膜は、一般に低い熱伝導率ならびに耐
熱8撃性、耐熱腐蝕性及び耐浸触性が要求される、例え
ばガスタービンエンジン中の断熱層のために使用される
。Sprayed ceramic coatings containing refractories, such as zirconium oxide, can be
? It is often used to protect the insulation layer of components. The zirconium oxide may contain some monomerized hafnium and (the remainder) impurities. Zirconium oxide is typically stabilized with calcium oxide or yttrium oxide or can be in the form of magnesium zirconate. Yttrium oxide is a powerful stabilizer because it provides long-term high temperature stability. Such zirconium oxide coatings are used, for example, for thermal insulation layers in gas turbine engines, where low thermal conductivity and heat resistance, heat corrosion resistance and erosion resistance are generally required.
溶射セラミック被膜は、通常組成、粒径分布、溶射法及
びパラメーターに応じて典型的には約20%までのある
程度の多孔率を有し、完全には緻密でない。高い多孔率
は、一般に低い熱伝導率及び緻密な被膜よりも高い耐熱
応力度に帰因する。しかし、より多孔性の被膜は、低い
耐蝕性蒸、び耐浸触性ならびにこのような被膜が使用さ
れる環境中に存在する他の摩耗条件を有するであろう。Thermal sprayed ceramic coatings usually have some degree of porosity, typically up to about 20%, depending on composition, particle size distribution, spraying method and parameters, and are not completely dense. High porosity is generally attributed to lower thermal conductivity and higher thermal stress resistance than dense coatings. However, more porous coatings will have lower corrosion resistance, steam and infiltration resistance, as well as other abrasion conditions that exist in the environment in which such coatings are used.
米国特許第3645894号明細1:には、一定の2成
分系−/又は6成分系金属酸化物粉末を噴霧乾燥するこ
とによって形成される球状凝集物粒子を一プラズマ溶射
することが記載されている。6成分系粒子は、安定下で
のポ素イオン導電率を%性とする第1の金属酸化物粉末
、安定化金属酸化物粉末及び9種類の酸化物からなる群
から選択された金属酸化物粉末からなる。No. 3,645,894 describes the plasma spraying of spherical agglomerate particles formed by spray drying certain binary and/or six component metal oxide powders. . The six-component particles are a metal oxide selected from the group consisting of a first metal oxide powder, a stabilized metal oxide powder, and nine types of oxides, each of which has a % ion conductivity under stable conditions. Consists of powder.
第1の成分は、酸化ジルコニウム又は酸化トリウムであ
ることができ、安定化酸化物は、酸化カルシウム、酸化
イツトリウム、酸化イッテルビウムであることができる
か又は稀土類酸化物の混合物であることができる。9f
m類の酸化物の群は、広範に酸化亜鉛を包含するが、2
柚類よりも多い成分7有する18例が記載された酸化亜
鉛を包含し、1ソ化亜鉛乞示″f2つの項目のみが存在
する。酸化ジルコニウム及び「調比カルシウムとの胡合
せ物の1つは、酸化亜鉛のむしろ高い?11合?有する
。他の項目は、酸化ジルコニウム及び14〃化イツトリ
ウム、ならびに酸化亜鉛よりも実質的に大きい−i:の
第4成分の酸化鉄との川合せ物の1り化亜鉛乞示す。米
国特許・l’ 3645894号明細書に記載の組合せ
物は、小1の金属酸化物の安定下での酸素イオン導電率
乞特性とし、かつ高温燃料容器に対する金属酸化物粉末
を調製するのに特に好適であることが教示されている。The first component can be zirconium oxide or thorium oxide, and the stabilizing oxide can be calcium oxide, yttrium oxide, ytterbium oxide, or a mixture of rare earth oxides. 9f
The group of oxides of class m broadly includes zinc oxide, but 2
18 cases include zinc oxide, which has more components than citrons, and there are only two items listed: zirconium oxide and one of the combinations with calcium. has a rather high concentration of zinc oxide.Other items include zirconium oxide and yttrium 14-oxide, as well as a combination with iron oxide of the fourth component of -i, which is substantially larger than zinc oxide. The combination described in U.S. Pat. It is taught that the method is particularly suitable for preparing powders.
発明が解決しようとする問題点:
前記の記載から、本発明の第1の課題は、低い熱伝導率
乞特性とするセラミック被膜’(l−製造するための新
規の溶射材料を得ることである。Problem to be Solved by the Invention: From the foregoing description, the first object of the present invention is to obtain a new thermal spray material for producing ceramic coatings with low thermal conductivity properties. .
本発明の他の課題は、低い熱伝導率ならびに高い耐熱衝
撃性、耐熱腐蝕性及び耐浸触性の結合された性質χ有す
るセラミック被膜乞製造するための新規の溶射材料を得
ることである。Another object of the present invention is to obtain new thermal spray materials for producing ceramic coatings having the combined properties of low thermal conductivity and high thermal shock resistance, thermal corrosion resistance and erosion resistance.
本発明のもう1つの課題は、低い熱伝尋率乞特性とする
セラミック被膜を製造するために改善された溶射法を得
ることである。Another object of the present invention is to provide an improved thermal spraying process for producing ceramic coatings with low thermal conductivity properties.
問題点ケ解決するための手段:
本発明の前記の課顕は、低い熱伝導率を特性とするセラ
ミック被膜を製造−1”るための溶射月料によって解決
される。本発明による溶射材料は、酸化ジルコニウム、
酸化イツトリウム、酸化亜鉛及び場合によっては有機結
合剤からなる。Means for Solving the Problems: The above-mentioned aspects of the invention are solved by a thermally sprayed material for producing ceramic coatings characterized by low thermal conductivity.The thermally sprayed material according to the invention , zirconium oxide,
Consists of yttrium oxide, zinc oxide and optionally an organic binder.
作用:
本発明によれば、セラミック組成物は、常用の溶射装置
によって基板上に溶射するために開示さ第1.た。新規
のセラミック組成物乞溶射することによって゛製造され
た被膜は、公知の溶射されたセラミック被膜に比して低
い熱伝導率7有する。この、・f1成物の緻密な被膜は
、優れた耐浸触性、耐熱腐蝕性及び耐熱衝撃性乞も有す
る。Operation: According to the present invention, the ceramic composition is disclosed for spraying onto a substrate by a conventional thermal spraying device. Ta. Coatings produced by thermal spraying of the new ceramic compositions have a lower thermal conductivity7 compared to known thermally sprayed ceramic coatings. This dense coating of the .f1 product also has excellent erosion resistance, heat corrosion resistance, and thermal shock resistance.
溶射材料は、酸化ジルコニウム、酸化イツトリウム、酸
化亜鉛及び場合によっては約10%までの量の有機結合
剤を有する均質セラミック組成物からなる。酸化イツト
リウムは、酸化ジルコニウム、酸化イツトリウム及び酸
化亜鉛の全体h1に対して約2〜40重量%、有利に約
5〜25i量チの量で存在する。重要なことは、高い骨
により軟質で多孔質で弱い劣った被膜Z生じることが見
い出されたので、酸化亜鉛は約8%な越えないことであ
る。The thermal spray material consists of a homogeneous ceramic composition having zirconium oxide, yttrium oxide, zinc oxide and optionally an organic binder in an amount up to about 10%. Yttrium oxide is present in an amount of about 2 to 40% by weight, preferably about 5 to 25% by weight, based on the total h1 of zirconium oxide, yttrium oxide and zinc oxide. Importantly, the zinc oxide should not exceed about 8% as it has been found that high bone results in an inferior coating Z that is soft, porous and weak.
溶射材料は、例えばロンド乞溶射するのに適当な任意の
形であることができるが、好ましくは粉末の形である。The thermal spray material can be in any form suitable for, for example, rond spraying, but is preferably in powder form.
粉末は、常用の寸法範囲、一般に約−100メツシユ(
米国標準篩の寸法)〜+5μ、有利に約−200メツシ
ユ〜+25μを有しなければならない。The powder has a conventional size range, generally about -100 mesh (
The size of the US standard sieve should have a mesh size of ~+5μ, preferably about -200 mesh ~+25μ.
溶射材料に関連してこの場合使用された用語”均質”は
、セラミック組成物の構造体を形成するそれぞれ個々の
酸化物成分の多数の二次粒子が存在することを意味し、
この場合二次粒子は、寸法が25μ未満、有利に10μ
未満である。1つ−の実施態様の場合、成分は、分子尺
度で完全に一緒に溶液であることができる。溶射材料が
粉末である場合には、個々の成分の二次粒子は、実質的
に粉末粒子の平均寸法よりも小さく、例えば平均寸法の
l/3未満である。The term "homogeneous" as used in this case in connection with thermal spray materials means that there are a large number of secondary particles of each individual oxide component forming the structure of the ceramic composition;
In this case the secondary particles have a size of less than 25μ, preferably 10μ.
less than In one embodiment, the components can be completely in solution together on a molecular scale. If the thermal spray material is a powder, the secondary particles of the individual components are substantially smaller than the average size of the powder particles, for example less than 1/3 of the average size.
組成物が均質であることの必要性に対する理由は、溶射
されたセラミック被膜中の結晶構造が顕微鏡的又はむし
ろ分子的な尺度で化学的組成物によって著1−り影響を
及ぼされ、したがってこのような尺度での被膜組成物が
車袂な緻の全酸化物成分ケ済液中に含有しなければなら
ないことにあるものと推測される。例えは、被覆粒子の
粉末乞形成させるために、秒上末が少なくとも1種類の
成分7他の成分の個々に大きい芯粒子の表面上に単に結
合させるとと如よって形成される場合(この粉末は、本
発明によれば均質でない。)、表面上に被覆される成分
が溶射の間に芯粒子中に十分に拡散しないことは明らか
である。The reason for the need for the composition to be homogeneous is that the crystal structure in sprayed ceramic coatings is significantly influenced by the chemical composition on a microscopic or rather molecular scale, and thus It is presumed that the reason is that the coating composition must contain all the oxide components in the coating solution at a certain level. For example, in order to form a powder of coated particles, the powder may be formed by simply bonding at least one component 7 onto the surface of an individually large core particle of another component (this powder is not homogeneous according to the invention), it is clear that the components coated on the surface do not diffuse sufficiently into the core particles during thermal spraying.
均質セラミック組成物は、任意の公知又は所望の方法に
よって形成させることができる。例えば、粉末は、6成
分の酸化物を一緒に融合又は焼結し、次に融合した生成
物乞破砕しかつ篩分けし、適当な寸法の粉末を形成させ
る常法によって製造することができる。他の選択的方法
は、先に常法により酸化イツトリウムで安定化されてい
る酸化(亜鉛)の二次粒子及び酸化ジルコニウムの二次
粒子ケ結合させかつ焼結させることにある。1つの好ま
しい方法は、100重量%で、有利に少なくとも0.2
重量%の量で存在することができる有機結合剤と結合(
また6種類の酸化物成分のそれぞれの多数の二次粒子ケ
含イイするそれぞれの複合粒子の形の粉末乞二次加工す
ることにある。このような粉末は、例えば米国特!1第
3617358号明細書に記載されているような噴霧乾
燥法によって製造することができる。この米国特許間1
細書に記載されているような任意の公知又は所望の結合
剤は、使用することができる。一般に、結合剤は、結合
剤成分を含有せずかつ耐熱衝撃性の所望の特性を有する
被膜を生じる溶射過程の熱の中で拐料から燃焼又は蒸発
される。Homogeneous ceramic compositions can be formed by any known or desired method. For example, the powder can be prepared by conventional methods of fusing or sintering the six component oxides together and then crushing and sifting the fused product to form a powder of appropriate size. Another alternative method consists in bonding and sintering the secondary particles of zirconium oxide and the secondary particles of zirconium oxide, which have previously been stabilized with yttrium oxide in a conventional manner. One preferred method is to use 100% by weight, advantageously at least 0.2
Binding with organic binders that can be present in amounts of % by weight (
The present invention also involves secondary processing of powders in the form of composite particles containing a large number of secondary particles of each of the six oxide components. Such powders are available for example in the United States! It can be produced by a spray drying method as described in No. 1, No. 3,617,358. This U.S. patent 1
Any known or desired binder as described in the specification can be used. Generally, the binder is burnt off or evaporated from the powder in the heat of the thermal spraying process resulting in a coating that is free of binder components and has the desired properties of thermal shock resistance.
粉末を製造する他の方法は、il」記のような噴霧乾燥
機を用いて複合粒子乞形成し、粒子火高い温度の帯域7
介して供給し、粒子乞融合し、粒子7個々に冷却し、固
化し、かつこうして形成された粉末粒子を捕集すること
にある。高い温度の帯域は、誘導プラズマで発生させる
ことができ、プラズマ溶射ガンによって粉末は、常法等
で供給することができる。捕集された粉末は、本発明に
よれば、均質である固体の、融合された、実質的に球状
の粒子からなる。Another method of producing powders is to form composite particles using a spray dryer such as Ill.
The purpose is to feed the particles through the powder, fuse the particles, cool and solidify the particles 7 individually, and collect the powder particles thus formed. The high temperature zone can be generated with an induced plasma, and the powder can be fed in a conventional manner by means of a plasma spray gun. The collected powder, according to the invention, consists of homogeneous, solid, fused, substantially spherical particles.
酸化ジルコニウム成分は、安定化されてない形で使用す
ることができるか、又は前記のようK N’dl化イツ
ドイツトリウム安定化させることができる。また、高度
に純粋にされていなくとも、tl+夕化ジルコニウムは
、典型的に同じ物理的及び化学的な特性7有する1致化
ハフニウムの少量χ詠有することかできかつ一定の核の
適用を除いて大賀的に被膜の物理的特性を食えない。酸
化ハフニウムは、例えば数比ジルコニウム及び酸化・・
フニウムの全体量に対して約10重i%までのカをで存
在1′ることかできる。この場合に使用されかつ特許請
求の範囲に記載された用語”r’!l 化ジルコニウム
”は、このような割合の酸化・・フニウムを含有するこ
とができる酸化ジルコニウム乞包含するものである。The zirconium oxide component can be used in unstabilized form or can be stabilized with KN'dl-deutrethorium as described above. Additionally, even if not highly purified, tl + zirconium can typically have the same physical and chemical properties as monomerized hafnium, except for certain nuclear applications. Therefore, the physical properties of the film cannot be considered in Ohga's sense. Hafnium oxide is, for example, zirconium oxide and...
Up to about 10% by weight, based on the total amount of funium, can be present. The term "zirconium oxide" as used in this case and in the claims includes all zirconium oxides which can contain such proportions of .
残分の不純物は、約11に−m:%までの賛で存在する
ことができる。しかし、酸化物の不純物がこの量よりも
著しく過剰で存在する場合には、生じる被、、:Xは、
劣った耐熱例撃性欠有する。これは、本発明による1、
、11成物でΔ造された被膜の’M舎P ++−]it
Olイ劣った耐熱衝撃性ン生じつる酸・出銑について′
−に当てはまる。Residue impurities can be present at up to about 11-m:%. However, if the oxide impurity is present in significant excess over this amount, the resulting
It has poor heat resistance and lacks striking properties. According to the present invention, 1,
, MshaP ++-]it of the film Δ formed with 11 products
Regarding acid and tapping that results in poor thermal shock resistance
− applies.
本発明による均質セラミック、岨成物は、そのまま使用
するのが好ましいが、同じ化成物は、場合により例えば
他のセラミック組成物又は金属のような他の溶射月料と
組合せることができる。例えば、材料が粉末である場合
には、均質セラミックI−1成物は、耐摩耗性のような
所望の−特性乞有する他の溶射セラミック粉末、例えば
酸化アルミニウムと配合することができる。このような
粉末配合物の溶射された被膜は、削浸蝕性と耐熱衝撃性
の結合さAまた性質7有するであろう。第2の粉末が金
屑である場合には、セラミック被膜は、金属によって改
善された性質7有するサーメットになるであろう。Although the homogeneous ceramic composition according to the invention is preferably used as is, the same composition can optionally be combined with other ceramic compositions or other thermally sprayed materials, such as metals. For example, if the material is a powder, the homogeneous ceramic I-1 composition can be blended with other thermally sprayed ceramic powders, such as aluminum oxide, that have the desired properties, such as wear resistance. Thermal sprayed coatings of such powder formulations will have a combination of erosion and thermal shock resistance properties. If the second powder is gold dust, the ceramic coating will be a cermet with properties 7 improved by the metal.
本発明による被成は、表面を高い温度の効果から保;1
イもするために断熱層を形成することが望まれるような
場所、殊に浸蝕、熱腐蝕又は熱衝撃の状態も存在してい
るような場所では何処でも使用することができる。典型
的な適用例は、ガスタービンバーナー容器、囲い板及び
他のり一ビンエンジン構成部材を包含する。他の適用領
域は、ロケット推力室及びノズル、炉室及び排気管、流
動床石炭ガス化装置、電力プラント伝熱面、ならびに内
燃機関、殊に断熱ディーゼルエンジンのピストンドーム
、シリンダーヘッド及びシリンダー璧である。The coating according to the invention protects the surface from the effects of high temperatures;
It can be used wherever it is desired to form a thermal barrier layer for protection purposes, especially where conditions of erosion, hot corrosion or thermal shock are also present. Typical applications include gas turbine burner vessels, shrouds and other single-bin engine components. Other areas of application are rocket thrust chambers and nozzles, furnace chambers and exhaust pipes, fluidized bed coal gasifiers, power plant heat transfer surfaces, and piston domes, cylinder heads and cylinder walls of internal combustion engines, especially adiabatic diesel engines. be.
本発明による被膜は、滑り摩耗特性Zも有しかつ例えば
ピストンリング面上に使用することができる。The coating according to the invention also has sliding wear properties Z and can be used, for example, on piston ring surfaces.
実施例: 次に、木登明乞実施例につき詳説する。Example: Next, an example of climbing a tree will be explained in detail.
例1
粒径10μ未満、平均的6μの酸化ジルコニウム(zr
o2)粉末9875.9’に、粒径5μ未満、平均的1
μの酸化イツトリウム(Y20r5)粉末908g及び
粒径5μ、平均的0.6の酸化亜鉛(zno) 567
gと配合した。ナトリウムカルざキシルメチルセルロ
ースの結合剤を水に溶解し、結合剤113.5 F及び
水4653.5 、@ ’Y金含有る濃厚な溶液を形成
する。Example 1 Zirconium oxide (zr
o2) Powder 9875.9', particle size less than 5μ, average 1
908 g of yttrium oxide (Y20r5) powder with a particle size of 5 μ and an average of 0.6 zinc oxide (zno) 567
It was mixed with g. Dissolve the binder of sodium carboxymethyl cellulose in water to form a concentrated solution containing 113.5 F of binder and 4653.5 F of water and gold.
スリップケ次表により適用しうる場所に指摘した割合で
前記の調整された濃度を使用して配合した:
第1表
全添加量 添 加 物 固体の重量液体の重量11.3
50gセラミック配合物 IL350g1.135g固
体10チでの結合剤溶液 113.5.!i’ 1,0
21.5.!i’3 、632.V 水 3,632
Fスリップを形成するための成分を配合する場合には、
全部の液体及び溶液χまず混合タンク中にミキサーを運
転しながら秤量した。次に、乾燥粉末ン解凝集が直ちに
起こるように混合タンク中に供給し、短い混合時間後、
スリップは稠度が一定になった。このスリップを米国特
許第3<517358号明細書の記載と同様に噴霧乾燥
した。加熱空気乞サイクロン流れ模様で垂直の直線円筒
形乾燥室の上面から導入した。スリップを微粒化し、圧
縮空気によって垂直の中心・j′rsに沿って上向きに
噴射した。Slipke was formulated using the above adjusted concentrations in the proportions indicated where applicable according to the following table: Table 1 Total Additives Additive Weight of Solid Weight of Liquid 11.3
50g ceramic formulation 350g IL 1.135g binder solution at 10 g solids 113.5. ! i' 1,0
21.5. ! i'3, 632. V Water 3,632
When blending ingredients to form F-slip,
All liquids and solutions were first weighed into the mixing tank with the mixer running. The dry powder is then fed into a mixing tank so that deagglomeration occurs immediately, and after a short mixing time,
The slip became constant in consistency. This slip was spray dried as described in US Pat. No. 3,517,358. Heated air was introduced from the top of the vertical straight cylindrical drying chamber in a cyclone flow pattern. The slip was atomized and sprayed upward along the vertical center j'rs with compressed air.
このスリップをポンプによって微粉砕ノズル中に供給し
、そこから微粉化されたスリップ乞乾燥室ケ介して噴射
し、最後に乾燥粉末として室及びナイフロン集塵器の中
に捕集した。噴霧乾燥室中に捕集された粉末乞200メ
ツシュの篩で篩分けし、−200メツシユ〜+25μの
範囲内の粒径7有するさらさらした粉末を生じた。、;
々l成物は、酸化物の全体量に対して酸化ジルコニウム
87重量%、酸化イツトリウム8重量%及び酸化亜鉛5
重量−であった。The slip was fed by a pump into a pulverizing nozzle, from where it was injected through a drying chamber and finally collected as a dry powder in the chamber and a Nylon dust collector. The powder collected in the spray drying chamber was sieved through a 200 mesh sieve to yield a free-flowing powder with a particle size ranging from -200 mesh to +25 microns. , ;
Each composition contained 87% by weight of zirconium oxide, 8% by weight of yttrium oxide, and 5% by weight of zinc oxide, based on the total amount of oxides.
The weight was -.
粉末?米国特許第3145287号明細書に記載されか
つ商標メトコ(MmTao )型7エム・ビー(MB
)の名称でメトコ社(MITC!O工nc、)、ウェス
トバリー(We8tbury)、ニューヨーク州、′に
よって販売された一般的な型の標準プラズマ溶射がン乞
用いて、陽2の粉末ポートを有するジー・エイッチ(G
H)ノズル及び米国特許第3501097号明細書に記
載されかつ商標メトコ(un+Tao)型6エムービー
(MP)の名称で販売されている型の粉末供給装置乞使
用して溶射した。パラメーターは、圧力的71j10a
”(100p、s、i、)及び流速的2.4 @3/h
r (800FH)でのアルゴンプラズマガス、圧力的
6.5KP/ cm” (50p、θ、1.)及び流速
的Q、457n3/hr(1507H)での水素第2ガ
ス、500アンペア、68がルト、キャリヤーガス約0
.45 m3/hr (1’ 5 ayH)、粉末供給
量的2.72 Kp / hr(61b/hr)、噴霧
距離約7.62cN&(!1インチ)であった。被膜の
硬さは、平均でRe 37であった。付着効率は約50
%であった。厚さ約0.32m(約l/8インチ)まで
の被膜を、米国特許第3322515号明細書の記載と
同様に溶射されたアルミニウム被覆ニッケル合金粉末の
結合被膜で調製されたニッケル合金基板上に噴霧した。Powder? MmTao Type 7 MB, described in U.S. Pat. No. 3,145,287 and under the trade name
A standard plasma spray spray gun of the general type sold by MITCO, Inc., Westbury, New York, under the name METCO Corporation (MITC, Inc.), Westbury, New York, is used and has a positive 2 powder port. G.H.
H) Thermal spraying was carried out using a nozzle and a powder feeder of the type described in US Pat. Parameters are pressure 71j10a
”(100p, s, i,) and velocity 2.4 @3/h
Argon plasma gas at r (800 FH), pressure 6.5 KP/cm" (50 p, θ, 1.) and flow rate Q, hydrogen secondary gas at 457 n3/hr (1507 H), 500 amps, 68 rut , carrier gas approx. 0
.. 45 m3/hr (1'5 ayH), powder supply rate of 2.72 Kp/hr (61 b/hr), and spray distance of approximately 7.62 cN&(!1 inch). The hardness of the coating was on average Re 37. Adhesion efficiency is approximately 50
%Met. Coatings up to about 0.32 m (about 1/8 inch) thick were applied to nickel alloy substrates prepared with a bond coat of aluminum coated nickel alloy powder sprayed as described in U.S. Pat. No. 3,322,515. Sprayed.
被膜の金属組織検査は、融合されてない粒子の不在及び
約6〜4チの多孔率を示した。Metallographic examination of the coating showed the absence of unfused particles and a porosity of about 6 to 4 inches.
例2
例1の方法を繰り返したが、酸化物粉末の割合を調整し
、複合粉末、酸化ジルコニウム82.81t%、酸化イ
ツトリウム7.2pAi%及び酸化亜鉛10重量%、本
発明の範囲外の組成物?生じた。被膜を同様の方法で溶
射し、この鴨合被i漠の硬さは、約Rb 93で比較的
低かった。Example 2 The method of Example 1 was repeated, but the proportions of the oxide powders were adjusted so that the composition of the composite powder, 82.81 t% of zirconium oxide, 7.2 pAi% of yttrium oxide and 10% by weight of zinc oxide, was outside the scope of the invention. thing? occured. The coating was sprayed in a similar manner and the hardness of the coating was relatively low at approximately Rb 93.
幾つかの被膜乞市場で入手しうる粉末から比較のために
製造した。試験される1つのこのような被膜を例1の方
法でではあるが酸化亜鉛なしに酸化ジルコニウムと酸化
イツトリウム20チの複合扮末乞用いて製造した。この
粉末は、メトコ社(METCO工nc、)、ウェストバ
リー(Weθtbury)、ニューヨーク州、によって
商標メトコ(MPTOO) 202−エヌ・ニス(NS
)の名称で販売されている。試験される他の市販の被j
嘆け、商標メトコ(M1!!TOO) 204−エヌ・
ニス(NS )の名称で販売されぞいる、酸化ジルコニ
ウム及び酸化イツトリウム8チの予め安定化された粉末
からのものであった。これらの市販の被膜は、一定のガ
スタービンエンジンの構成部材に使用するために特質さ
れる。Several coatings were prepared for comparison from commercially available powders. One such coating to be tested was prepared in the manner of Example 1, but without zinc oxide, using a composite powder of zirconium oxide and yttrium oxide of 20%. This powder is manufactured under the trademark METCO 202-NS by METCO, Inc., Westbury, New York.
) is sold under the name. Other commercially available products tested
Grieve, Trademark Metco (M1!!TOO) 204-N.
It was made from a pre-stabilized powder of 80% zirconium oxide and yttrium oxide, sold under the name Varnish (NS). These commercially available coatings are characterized for use on certain gas turbine engine components.
本例の被膜の熱伝導率及び酸化亜鉛5重量しない同様に
市販の被膜の熱伝導率を、レーデ−を利用する確認方法
によって測定した。詳細は、パーカー(Parker)
他、1ジヤーナル・オプ嗜アプライド・フイ〆イツクス
(Journa’l ofApp’1ied Phys
ics )”、第62巻、階9(1961年9月)、の
6フラツシユ・メソドeオゾーデイターミニング・サー
マ々・デイフユースイビテイ、ヒート・キャパシティー
アンド・サーマル・コンダクテイビテイ(F1a5h
Mθthodof DeterminingTherm
al Diffusivity、 HeatOapac
l、ty and Thermal Conducti
vity ) ’に記載されている。要するに、高強度
の短時間の光パルスを樟脳ブラックで被覆された、厚さ
数ミリメートルの1@熱された試験片の前面に吸収させ
、後面で生じるl晶度経過ンセンサーによって測定し、
オシロスコープ及びカメラで記録する。The thermal conductivity of the coating of this example and that of a similarly commercially available coating containing less than 5% zinc oxide were measured by a confirmation method using radar. For details, see Parker
Also, Journal'l of App'1ied Phys.
ics), Volume 62, Floor 9 (September 1961) F1a5h
Mθthodof DeterminingTherm
al Diffusivity, HeatOapac
l, ty and Thermal Conducti
vity)'. Briefly, a high-intensity, short-duration light pulse is absorbed into the front surface of a heated specimen several millimeters thick coated with camphor black, and measured by a crystallinity transition sensor generated at the back surface.
Record with an oscilloscope and camera.
温度拡散率を後面での時間曲線に対する温度の形状によ
って測定し、熱伝導率乞熱容量、温度拡散率及び密度の
積によって測定した。Temperature diffusivity was measured by the shape of the temperature versus time curve at the back surface, and by the product of thermal conductivity, thermal capacity, temperature diffusivity, and density.
熱サイクル試験のために、被膜7例1の場合と同杵に結
合被膜ン用いて調製されたニッケル合金基板上に約肌7
5謡の厚さで溶射した。試験片乞火炎と冷気噴、流との
交互の衝突に晒した。For thermal cycling testing, about 7 skins were deposited on a nickel alloy substrate prepared using the same punch as in Example 1.
It was sprayed to a thickness of 5 songs. The specimens were exposed to alternating collisions with flame, cold jets, and streams.
結毛は、サイクルの回数として報告されるか又はこのよ
うにして生じた破壊個所に対して報告される。Hair formation is reported as the number of cycles or on the breakage points thus created.
耐熱@撃性ン火炎/冷気サイクルで残存するような同じ
試験片について測定した。残存した試験片を炉中で10
00’Oに加熱し、次に室温で水中1F冷却した。結果
は、破砕によって定められる破壊個所に対するサイクル
数として報告さねろ。Heat resistance was measured on the same specimen as it survived the flame/cold cycle. The remaining test piece was placed in a furnace for 10 minutes.
Heated to 00'O and then cooled 1F in water at room temperature. Results should be reported as the number of cycles for the failure point defined by the fracture.
15”IIえばガスタービンエンジンに使用するための
被・1ウキ拐料の・向性ケ決定するためには、浸蝕試験
乞r皮晩の試験のために開発した。被模乞有する因根ケ
水冷却した試験片保持装置上に取付け、研14す剤供給
ノズルン取囲むプロパン−酸素バーナー環7試験片上へ
の衝突のために配置した。In order to determine the tropism of a coating material for use in a gas turbine engine, for example, it was developed for erosion tests and skin corrosion tests. Mounted on a water-cooled specimen holder, the propane-oxygen burner ring 14 surrounding the abrasive supply nozzle was positioned for impingement onto the specimen.
−270メツシユ〜+15μの酸化アルミニウム研磨剤
?直径4.9gのノズル火介して流速6ノ/ seaの
圧縮空気キャリヤーガスを用いて供給し、研磨剤送出の
一定速度Y生じた。バーナーからの火炎は、約980℃
の表面温度を生じた。この試験の結果は、単位時間当り
の被膜容量損失として表わされる。-270 mesh ~ +15μ aluminum oxide abrasive? It was fed with a compressed air carrier gas at a flow rate of 6 no/sea through a 4.9 g diameter nozzle fire, resulting in a constant rate of abrasive delivery Y. The flame from the burner is approximately 980℃
produced a surface temperature of . The results of this test are expressed as coating capacity loss per unit time.
前記試験の結果は、第1表に記載されている。The results of said tests are listed in Table 1.
第…表
例1 例2
多孔率 6−4チ 10チ
火炎/冷気噴流(サイクル試験) 500 、40(破
壊なし) (破壊なし)
多孔率 7% 7%
火炎/冷気噴流(サイクル 212 500試験)・
(破壊なし) (破壊なし)本発明による被膜は、75
0℃で29時間硫酸ナトリウムの溶融混合物に対して優
れた抵抗性iも示した。Table Example 1 Example 2 Porosity 6-4cm 10cm Flame/cold air jet (cycle test) 500, 40 (no destruction) (no destruction) Porosity 7% 7% Flame/cold air jet (cycle 212 500 test)・
(No destruction) (No destruction) The coating according to the present invention has 75
It also showed excellent resistance i to a molten mixture of sodium sulfate for 29 hours at 0°C.
Claims (1)
とを特性とする溶射材料において、均質セラミック組成
物が酸化ジルコニウム及び酸化ハフニウムの全重量に対
して約10チまでの酸化ハフニウム乞含有していてもよ
い酸化ジルコニウム;酸化イツトリウム;酸化亜鉛;セ
ラミック組成物に対して約1oxisまでの量であって
もよい有機結合剤;セラミック組成物に対して約1重量
%までの量である残分の不純物からなり;その際酸化イ
ツトリウムは酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化
イツ) IJウム及び酸化亜鉛の全重量に対して約2〜
40%の対で存在し;かつ酸化亜鉛は酸化ジルコニウム
、酸化ハフニウム、酸化イツ) IJウム及び酸化亜鉛
の全重量に対して約1〜8%の量で存在することを特徴
とする、溶射材料。 2、均質セラミック組成物が約−100メツシユ〜+5
μの大きさを有する粉末の形である、特許請求の範囲第
1項記載の溶射材料。 3、粉末がそれぞれ酸化ジルコニウム、酸化イツトリウ
ム及び酸化亜鉛の多数の二次粒子よりなる複合粒子の形
であり、この場合この二次粒子は約25μ未満の大きさ
を有する、特許請求の範囲第2項記載の溶射材料。 4、二次粒子が約10μ未満の大きさを有する、特許請
求の範囲第6項記載の溶射材料。 5、二次粒子が組成物に対して約0.2〜10重量%の
量で有機結合剤と結合している、特許請求の範囲第6項
記載の溶射材料。 6、複合粒子が焼結されている、特許請求の範囲第3項
記載の溶射材料。 l 粉末が融合粒子の形である、特許請求の範囲第2項
記載の溶射材料。 8、大?lさが一200メツシュ〜+25μの溶射部ψ
t−kaいて、均質セラミック組成物が酸化ジルコニウ
ム及び酸化ハフニウムの全重量に対して約10重量%ま
での酸化ハフニウムを含有する安定でない酸化ジルコニ
ウムの二次粒子;酸化イツ) IJウムの二次粒子:酸
化頓鉛の二次粒子;セラミック組成物に対して約052
重号俤〜10重量−の量である有機結合剤;及びセラミ
ック組成物に対して約1重Iii:チまでの量である残
分の不純物からなり:その際二次粒子は約10μ未満の
大きさt有し;E’l!化イツトリウムは酸化ジルコニ
ウム、液化ハフニウム、酸化イツトリウム及び酸化亜鉛
の全重量に対して約5〜25%の量で存在し:かつ酸化
亜鉛は酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化イツト
リウム及び酸化亜鉛の全重量に対して約2〜6%の量で
存在すること乞特徴とする、溶射粉末。 9 低い熱伝導率を有するセラミック被膜馨溶射材料の
溶射により製造する方法において、均質セラミック組成
物が酸化ジルコニウム及び酸化ハフニウムの全重量に対
して約10%までの酸化ハフニウムを含有していてもよ
い酸化ジルコニウム;酸化イツトリウム;酸化亜鉛;組
成物に対して約10重量%までの量であってもよい有機
結合剤;及び組成物に対して約1重量%までの量である
残分の不純物からなり;その際酸化イツトリウムは酸化
ジルコニウム、液化・・フニウム、酸化イツトリウム及
び酸化亜鉛の全重量に対して約2〜40チの量で存在し
;かつ酸化亜鉛は酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、
酸化イツトリウム及び酸化亜鉛の全重量に対して約1〜
8チの量で存在すること乞特徴とする、セラミック被膜
の製造法。 10、粉末はそれぞれ酸化ジルコニウム、酸化イツトリ
ウム及び酸化亜鉛のそれぞれの多数の二次粒子よりなる
複合粒子の形であり、この場合この二次粒子は約10μ
未満の大きさ7有する、特許請求の範囲第9項記載の方
法。[Claims] 1. A thermal spray material characterized in that it is possible to obtain a coating with a low thermal conductivity, in which the homogeneous ceramic composition contains up to about 10% oxide based on the total weight of zirconium oxide and hafnium oxide. Zirconium oxide which may contain hafnium; yttrium oxide; zinc oxide; an organic binder which may be present in an amount up to about 1 oxide based on the ceramic composition; an amount up to about 1% by weight based on the ceramic composition yttrium oxide (zirconium oxide, hafnium oxide, yttrium oxide), based on the total weight of zirconium oxide and zinc oxide
and zinc oxide is present in an amount of about 1 to 8% based on the total weight of zirconium oxide, hafnium oxide, zinc oxide) . 2. The homogeneous ceramic composition is about -100 mesh to +5
Thermal spray material according to claim 1, in the form of a powder having a size μ. 3. The powder is in the form of composite particles consisting of a large number of secondary particles of zirconium oxide, yttrium oxide and zinc oxide, respectively, wherein the secondary particles have a size of less than about 25 microns. Thermal spray materials listed in section. 4. The thermal spray material of claim 6, wherein the secondary particles have a size of less than about 10 microns. 5. The thermal spray material of claim 6, wherein the secondary particles are combined with an organic binder in an amount of about 0.2 to 10% by weight of the composition. 6. The thermal spray material according to claim 3, wherein the composite particles are sintered. 1. Thermal spray material according to claim 2, wherein the powder is in the form of fused particles. 8. Large? Thermal sprayed part ψ with a length of 1200 mesh to +25μ
Unstable secondary particles of zirconium oxide in which the homogeneous ceramic composition contains up to about 10% by weight of hafnium oxide based on the total weight of zirconium oxide and hafnium oxide; : Secondary particles of lead oxide; about 0.52% for ceramic compositions
an organic binder in an amount of 1 to 10 parts by weight; and a residual impurity in an amount of about 1 part to 1 part by weight of the ceramic composition, wherein the secondary particles are less than about 10 microns in size. Has size t; E'l! Yttrium oxide is present in an amount of about 5-25% based on the total weight of zirconium oxide, liquefied hafnium oxide, yttrium oxide and zinc oxide; The thermal spray powder is present in an amount of about 2 to 6%. 9. A process for producing ceramic coatings by thermal spraying of thermally sprayed materials with low thermal conductivity, in which the homogeneous ceramic composition may contain up to about 10% hafnium oxide based on the total weight of zirconium oxide and hafnium oxide. Zirconium oxide; yttrium oxide; zinc oxide; an organic binder which may be in an amount up to about 10% by weight of the composition; and residual impurities in an amount up to about 1% by weight of the composition. the yttrium oxide is present in an amount of about 2 to 40 g, based on the total weight of the zirconium oxide, the liquefied hfnium, the yttrium oxide and the zinc oxide;
From about 1 to the total weight of yttrium oxide and zinc oxide
A method for producing a ceramic coating characterized in that it is present in an amount of 8. 10. The powder is in the form of composite particles consisting of a large number of secondary particles of each of zirconium oxide, yttrium oxide and zinc oxide, in which case the secondary particles are approximately 10μ
10. The method of claim 9, having a magnitude of less than 7.
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