JPS60243259A - 耐熱構造体 - Google Patents
耐熱構造体Info
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- JPS60243259A JPS60243259A JP59096581A JP9658184A JPS60243259A JP S60243259 A JPS60243259 A JP S60243259A JP 59096581 A JP59096581 A JP 59096581A JP 9658184 A JP9658184 A JP 9658184A JP S60243259 A JPS60243259 A JP S60243259A
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Classifications
-
- 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
- C23C28/00—Coating 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
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、耐熱合金部品の高温耐久性向上技術i二係
シ、特にセラミック耐熱被覆層を改良した耐熱構造体に
関する。
シ、特にセラミック耐熱被覆層を改良した耐熱構造体に
関する。
耐熱合金部品(=要求される高温特性は、年々苛酷にな
ってゆく。なかでもガスタービン部材としての耐熱合金
部品は、ガスタービンの高温化に伴ない、1400℃以
上のガス温度に耐えることも要求され始めている。しか
し、従来の耐熱合金ではその高温に耐えることは難しく
、タービン部材にSi、N、やSiCのセラミック材料
が考えられているが、その実用化にはまだ時間を要する
。そこで耐熱合金を冷却しながら高温部材として使用す
る方法がとられているが、冷却に伴なう熱効率低下が問
題となっている。そして、現在は、セラミックスの低熱
伝導性を利用した耐熱被覆が重要視され始めてい・る〇 耐熱被覆は、従来の耐熱合金上(:熱伝導度の低いセラ
ミックを被覆し、基材合金を高熱よ)保護する方法であ
る。セラミックは一般に熱膨張係数が小さく、セラミッ
ク被覆後基材合金との熱膨張差によシセラミック層は剥
離を生じ易い。したがって、耐熱被覆に適用されるセラ
ミック材料は、単に熱伝導度が低いだけでなく、熱膨張
係数も耐熱合金のそれに近い値を有することが好ましい
。
ってゆく。なかでもガスタービン部材としての耐熱合金
部品は、ガスタービンの高温化に伴ない、1400℃以
上のガス温度に耐えることも要求され始めている。しか
し、従来の耐熱合金ではその高温に耐えることは難しく
、タービン部材にSi、N、やSiCのセラミック材料
が考えられているが、その実用化にはまだ時間を要する
。そこで耐熱合金を冷却しながら高温部材として使用す
る方法がとられているが、冷却に伴なう熱効率低下が問
題となっている。そして、現在は、セラミックスの低熱
伝導性を利用した耐熱被覆が重要視され始めてい・る〇 耐熱被覆は、従来の耐熱合金上(:熱伝導度の低いセラ
ミックを被覆し、基材合金を高熱よ)保護する方法であ
る。セラミックは一般に熱膨張係数が小さく、セラミッ
ク被覆後基材合金との熱膨張差によシセラミック層は剥
離を生じ易い。したがって、耐熱被覆に適用されるセラ
ミック材料は、単に熱伝導度が低いだけでなく、熱膨張
係数も耐熱合金のそれに近い値を有することが好ましい
。
そこで、そのようなセラミック材料を耐熱被覆した耐熱
構造体が望まれていた。
構造体が望まれていた。
本発明は上記の点に鑑み、しや熱効果の優れた耐熱被覆
を具備し、しかも温度変化の激しい高温度下で使用して
も劣化の生じることの少ない熱衝撃特性の優れた耐熱構
造体を提供することを目的とする。
を具備し、しかも温度変化の激しい高温度下で使用して
も劣化の生じることの少ない熱衝撃特性の優れた耐熱構
造体を提供することを目的とする。
本発明は所定形状の耐熱合金からなる構造体表面に、結
合層を介して5〜55mo1%の酸化セリウムと35〜
95mo1% (奸才しく #i 20〜5Qmo1%
)の酸化ジルコニウムとを含む耐熱被覆層を具備した
ことを特徴とする。耐熱構造体である。
合層を介して5〜55mo1%の酸化セリウムと35〜
95mo1% (奸才しく #i 20〜5Qmo1%
)の酸化ジルコニウムとを含む耐熱被覆層を具備した
ことを特徴とする。耐熱構造体である。
才ず本発明における耐熱合金としては、用魂等(二よシ
従来から知られた耐熱合金を適宜選択できるが、実用上
lN939 、lN738LCなどのNi基耐熱合金、
またはX −40、MAR−M−509表どのCO基耐
熱合金を用いる事が好ましい。次に前記耐熱合金からな
る構造体の被覆層を設ける表面は必要(:応じ、入/、
0.粒等によシサンドブラスト処、理を施し、表面な溶
射被覆に適した状態とした後、例えば高耐食性のN1−
Cr−AI−Y系等のNi基合金。
従来から知られた耐熱合金を適宜選択できるが、実用上
lN939 、lN738LCなどのNi基耐熱合金、
またはX −40、MAR−M−509表どのCO基耐
熱合金を用いる事が好ましい。次に前記耐熱合金からな
る構造体の被覆層を設ける表面は必要(:応じ、入/、
0.粒等によシサンドブラスト処、理を施し、表面な溶
射被覆に適した状態とした後、例えば高耐食性のN1−
Cr−AI−Y系等のNi基合金。
Co−Cr−AI −Y系等のCO基合金、又ハN1c
ocrAl!Y等の粉末を300μm 以下被覆して結
合層を形成する。との結合層は、■耐熱合金からなる構
造体の高温耐腐食特性を向上させる、■耐熱合金からな
る構造体と複合酸化物被覆層との熱膨張差l二起因する
熱応力を緩和する、02点の役割をなす。
ocrAl!Y等の粉末を300μm 以下被覆して結
合層を形成する。との結合層は、■耐熱合金からなる構
造体の高温耐腐食特性を向上させる、■耐熱合金からな
る構造体と複合酸化物被覆層との熱膨張差l二起因する
熱応力を緩和する、02点の役割をなす。
したがって、結合iは、優れた高温耐腐食特性を有し、
その熱膨張係数が耐熱合金基材のそれと複合酸化物被覆
層のそれとの中間の値を有する、材料が適切であシ、本
発明では特に高耐食性のNi基またはCe基の合金が好
ましい。
その熱膨張係数が耐熱合金基材のそれと複合酸化物被覆
層のそれとの中間の値を有する、材料が適切であシ、本
発明では特に高耐食性のNi基またはCe基の合金が好
ましい。
また、この結合層の形成手段としては上述した2点の役
割を有した方法であれば適宜選択でき、溶射法、、CV
D法、PVD法等を用いる事ができる。実用上は溶射法
を用いる事により特に優れたものとなる。
割を有した方法であれば適宜選択でき、溶射法、、CV
D法、PVD法等を用いる事ができる。実用上は溶射法
を用いる事により特に優れたものとなる。
また耐熱被覆層は、酸化セリウムと酸化ジルコニウムと
を主成分とする粉末を例えば溶射して、5〜55no
1 %の酸化セリウムと35〜95mo 1 %の酸化
ジルコニウムからなる耐熱被覆層1龍厚さ以下形成する
。辷の耐熱被覆層は、酸化セリウムと酸化ジルコニウム
とを合わせ、上述した範囲に々るように、溶射等で被覆
形成することで初めて、優れたじゃ熱特性を有するもの
となる。
を主成分とする粉末を例えば溶射して、5〜55no
1 %の酸化セリウムと35〜95mo 1 %の酸化
ジルコニウムからなる耐熱被覆層1龍厚さ以下形成する
。辷の耐熱被覆層は、酸化セリウムと酸化ジルコニウム
とを合わせ、上述した範囲に々るように、溶射等で被覆
形成することで初めて、優れたじゃ熱特性を有するもの
となる。
なお、本発明における耐熱゛被覆層としての酸化セリウ
ム−酸化ジルコニウム層は、酸化セリウム−酸化ジルコ
ニラ文自体でも良いし、さらにimol係以下、好まし
くは10mol %以下のY、O8,CaO、MgO等
を含むものでも本願効果を逸脱しないものであれば適宜
選択できることは言うまでもない。
ム−酸化ジルコニウム層は、酸化セリウム−酸化ジルコ
ニラ文自体でも良いし、さらにimol係以下、好まし
くは10mol %以下のY、O8,CaO、MgO等
を含むものでも本願効果を逸脱しないものであれば適宜
選択できることは言うまでもない。
さらに本発明においては、前記耐熱被覆層の下地として
、つまシ結合層と前記耐熱被覆層との間に100〜30
0μm程度の酸化セリウムを設ける事ができる。この様
に酸化セリウム層を設ける事にょシ結合層、酸化セリウ
ム層、耐熱被援層と熱膨張係数が大きいものから順次積
層された事となル°、熱膨張係数の差に起因する熱応力
の発生を最少限C:抑える効果を生じる。
、つまシ結合層と前記耐熱被覆層との間に100〜30
0μm程度の酸化セリウムを設ける事ができる。この様
に酸化セリウム層を設ける事にょシ結合層、酸化セリウ
ム層、耐熱被援層と熱膨張係数が大きいものから順次積
層された事となル°、熱膨張係数の差に起因する熱応力
の発生を最少限C:抑える効果を生じる。
以上の如く構成された、本発明蓋:係る耐熱構造体に右
いては、前述の如き特定の耐熱被覆層を形成したために
、極めて低い熱伝導度と適切な熱膨張係数を有する耐熱
被覆層が実現し、優れた熱衝撃特性と優れたしゃ熱、耐
熱特性を有する耐・熱構造体を得ることができる。
いては、前述の如き特定の耐熱被覆層を形成したために
、極めて低い熱伝導度と適切な熱膨張係数を有する耐熱
被覆層が実現し、優れた熱衝撃特性と優れたしゃ熱、耐
熱特性を有する耐・熱構造体を得ることができる。
〔発明の実施例1〕
耐熱合金からなる構造体として第1表に示す組成を有す
るNi基合金を(資)x 10 X 3 (11113
)に切断加工し、その表面を約1n粒径のA403粒子
によルサンドブラスト処理した。そして、そのNi基合
金表面C;結合層としてのNi−170r −6AI!
−0,6Y合金粉末をプラズマ溶射装置によシ溶射距離
125m1%電流値700A、電圧値34Vの条件で約
100μm厚さとなるよう溶射被覆した。さらに、前記
結合層上へ酸化セリウム−酸化ジルコニウム粉末を同装
置によシ溶射距@95wx、電流値80QAlii圧値
asv。
るNi基合金を(資)x 10 X 3 (11113
)に切断加工し、その表面を約1n粒径のA403粒子
によルサンドブラスト処理した。そして、そのNi基合
金表面C;結合層としてのNi−170r −6AI!
−0,6Y合金粉末をプラズマ溶射装置によシ溶射距離
125m1%電流値700A、電圧値34Vの条件で約
100μm厚さとなるよう溶射被覆した。さらに、前記
結合層上へ酸化セリウム−酸化ジルコニウム粉末を同装
置によシ溶射距@95wx、電流値80QAlii圧値
asv。
条件で約300μm厚さとなるように溶射を施し、25
CeO,−75Zrotの耐熱被覆層を形成し耐熱構
造体を得た。また、第2表に合わせ示す耐熱被覆層を有
する耐熱構造体も、上記と同様な方法にょシ得た。第2
表中、B、C,Dが本発明に係る耐熱構造体であシ、F
、Gが従来の耐熱被覆を有する耐熱構造体である。
CeO,−75Zrotの耐熱被覆層を形成し耐熱構
造体を得た。また、第2表に合わせ示す耐熱被覆層を有
する耐熱構造体も、上記と同様な方法にょシ得た。第2
表中、B、C,Dが本発明に係る耐熱構造体であシ、F
、Gが従来の耐熱被覆を有する耐熱構造体である。
次いで、それらの耐熱構造体の熱衝撃試験を行なった。
これは、大気中で1250℃×(資)−加熱、250℃
×60m+冷却の熱衝撃試験なく)返し、肉眼C:よシ
龜裂発生が観察されるまでの〈)返し回数を測定するも
のである。第3表にその結果を示す。
×60m+冷却の熱衝撃試験なく)返し、肉眼C:よシ
龜裂発生が観察されるまでの〈)返し回数を測定するも
のである。第3表にその結果を示す。
第 1 表
(以下余白)
第2表
第 3 表
〔実施例2〕
Mを8φ×6φx50(−) 寸法のパイプ形状に切断
加工し、その外表面を約111I11粒径のA401粒
子によ如すンドブラスト熟理した。そして、そのMパイ
プ外側表面1: 50ZrO,−45CeO,−5Y、
0.粉末を実施例1と同様な条件で約500μm厚さと
なるよう溶射被覆した。
加工し、その外表面を約111I11粒径のA401粒
子によ如すンドブラスト熟理した。そして、そのMパイ
プ外側表面1: 50ZrO,−45CeO,−5Y、
0.粉末を実施例1と同様な条件で約500μm厚さと
なるよう溶射被覆した。
上記のようにして得た構造体を、16N塩酸中に、浸し
て、 A/パイプを溶解除去し、耐熱被覆層だけヨ)成
るパイプを得た。次いでそのパイプを用いて、押棒式示
差熱膨張計によp、その熱膨張率を測定した。その結果
を、第2表中F、G耐熱構造体の耐熱被覆層の測定結果
と合わせ、第1図に示す。なお図中曲線aは第2表中C
を、曲線すは第2表Fを、曲線Cは第2表中Gの耐熱構
造体をそれぞれ示す。
て、 A/パイプを溶解除去し、耐熱被覆層だけヨ)成
るパイプを得た。次いでそのパイプを用いて、押棒式示
差熱膨張計によp、その熱膨張率を測定した。その結果
を、第2表中F、G耐熱構造体の耐熱被覆層の測定結果
と合わせ、第1図に示す。なお図中曲線aは第2表中C
を、曲線すは第2表Fを、曲線Cは第2表中Gの耐熱構
造体をそれぞれ示す。
この結果によシ、本発明に係る耐熱構造体の耐熱被覆層
の熱膨張率が、従来の安定化ZrO,耐熱被覆層のそれ
よJ)4大きく、且つ、従来のCeO。
の熱膨張率が、従来の安定化ZrO,耐熱被覆層のそれ
よJ)4大きく、且つ、従来のCeO。
耐熱被覆層のそれよシも温度(:対する変化の小さいこ
とが判る。辷れは、本発明に係る耐熱構造体が優れた熱
衝撃特性を有することの理論的裏付けを示すものと言え
る。
とが判る。辷れは、本発明に係る耐熱構造体が優れた熱
衝撃特性を有することの理論的裏付けを示すものと言え
る。
〔実施例3〕
A/を8φx3(at)の円板状に切断加工し、その表
面を約1m粒径のA40.粒子によ)サンドブ2スト処
理した。そして、その片表面に50ZrO,−45Ce
O1−5Y、 0.粉末を実施例1と同様な条件で約I
m厚さとなるよう溶射被覆した。次いで、16N塩酸中
に浸して、M板を溶解除去し、耐熱被覆層だけよシ成る
円板を得た。
面を約1m粒径のA40.粒子によ)サンドブ2スト処
理した。そして、その片表面に50ZrO,−45Ce
O1−5Y、 0.粉末を実施例1と同様な条件で約I
m厚さとなるよう溶射被覆した。次いで、16N塩酸中
に浸して、M板を溶解除去し、耐熱被覆層だけよシ成る
円板を得た。
上記のようにして得た耐熱被覆層の円板の熱伝導度を、
レーザフラッシュ法によ)測定した。また、比較例とし
て、第2表中F、G耐熱構造体の耐熱被覆層の測定結果
と合わせ、第2図に示す。
レーザフラッシュ法によ)測定した。また、比較例とし
て、第2表中F、G耐熱構造体の耐熱被覆層の測定結果
と合わせ、第2図に示す。
なお図中の曲線符号は第1図と同じ亀のを用いた。
この結果によシ、本発明に係る耐熱構造体の耐熱被覆層
の熱伝導度が、従来の安定化ZrO,耐熱被覆層のそれ
、および従来のCe O,耐熱被覆層のそれよりも、高
温に2いては低い熱伝導度を有し、耐熱被覆として優れ
なしや熱特性を有することが判る。
の熱伝導度が、従来の安定化ZrO,耐熱被覆層のそれ
、および従来のCe O,耐熱被覆層のそれよりも、高
温に2いては低い熱伝導度を有し、耐熱被覆として優れ
なしや熱特性を有することが判る。
〔実施例4〕
実施例1と同様の条件でサンドブラスト処理したNi基
合金表面に200 torrアルゴン雰囲気中、37V
800 A (7)条件でNi ′−170 r −
6AI!−0,6Y合金粉末を約100μm厚さとなる
よう溶射被覆し結合層を得た。さらにとの結合層上に同
装置によシ溶射路離100間、電流値800 A 、電
圧値あ■の条件でCeO鵞被覆層を約150μm 得た
。次いで、その表面に45CeO,・50ZrO2・4
y、o3粉末を、37V 、 800 Aの条件で約関
μm 被覆した後、さらC″−ZrO,−sy、o、被
覆層を約100pm 被覆した。Ce O,とZr0t
−sy、o。
合金表面に200 torrアルゴン雰囲気中、37V
800 A (7)条件でNi ′−170 r −
6AI!−0,6Y合金粉末を約100μm厚さとなる
よう溶射被覆し結合層を得た。さらにとの結合層上に同
装置によシ溶射路離100間、電流値800 A 、電
圧値あ■の条件でCeO鵞被覆層を約150μm 得た
。次いで、その表面に45CeO,・50ZrO2・4
y、o3粉末を、37V 、 800 Aの条件で約関
μm 被覆した後、さらC″−ZrO,−sy、o、被
覆層を約100pm 被覆した。Ce O,とZr0t
−sy、o。
よシなる、いわゆるグレーディング構造の耐熱被覆層を
得た。
得た。
上記のようにして得た本発明に係る耐熱構造体の耐酸化
試験を行った。これは耐熱構造体を大気中で1080℃
炉中保持し、肉眼によシ亀裂発生が観察されるまでの時
間を測定したものである。同時に耐熱被覆層がCe O
,単体からなる耐熱構造体の耐酸化試験を同様にして行
った。結果を第4表に示す。
試験を行った。これは耐熱構造体を大気中で1080℃
炉中保持し、肉眼によシ亀裂発生が観察されるまでの時
間を測定したものである。同時に耐熱被覆層がCe O
,単体からなる耐熱構造体の耐酸化試験を同様にして行
った。結果を第4表に示す。
第4表
第1図は、本発明(二係る耐熱構造体の耐熱被覆層の熱
伝導度を示す曲線図、 第2図は、本発明に係る耐熱構造体の耐熱被覆層の熱膨
張係数を示す曲線図。 代理人 弁理士 則近憲佑(他1名) 第 1 図 且崖tK] 第2図 3乱崖 [K)
伝導度を示す曲線図、 第2図は、本発明に係る耐熱構造体の耐熱被覆層の熱膨
張係数を示す曲線図。 代理人 弁理士 則近憲佑(他1名) 第 1 図 且崖tK] 第2図 3乱崖 [K)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 、l) 耐熱合金からなる構造体と、前記構造体表面に
、結合層を介して、b〜55mo1 %の酸化セリウム
と35〜95mo1 %の酸化ジルコニウムとを含む耐
熱被覆層を具備したことを特徴とする耐熱構造体。 2)耐熱被覆層が茄〜’7mo1 %の酸化セリウムを
含む事を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の耐熱構
造体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59096581A JPS60243259A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 耐熱構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59096581A JPS60243259A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 耐熱構造体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60243259A true JPS60243259A (ja) | 1985-12-03 |
Family
ID=14168916
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59096581A Pending JPS60243259A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 耐熱構造体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60243259A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5147731A (en) * | 1990-08-30 | 1992-09-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Stabilized zirconia/CoCRAlY high temperature coating |
JPH07144971A (ja) * | 1993-11-18 | 1995-06-06 | Chichibu Onoda Cement Corp | 溶射材料 |
JP2021116466A (ja) * | 2020-01-28 | 2021-08-10 | 川研ファインケミカル株式会社 | 耐熱性部材およびその製造方法 |
-
1984
- 1984-05-16 JP JP59096581A patent/JPS60243259A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5147731A (en) * | 1990-08-30 | 1992-09-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Stabilized zirconia/CoCRAlY high temperature coating |
JPH07144971A (ja) * | 1993-11-18 | 1995-06-06 | Chichibu Onoda Cement Corp | 溶射材料 |
JP2021116466A (ja) * | 2020-01-28 | 2021-08-10 | 川研ファインケミカル株式会社 | 耐熱性部材およびその製造方法 |
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