JPH02521B2 - - Google Patents

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JPH02521B2
JPH02521B2 JP59175285A JP17528584A JPH02521B2 JP H02521 B2 JPH02521 B2 JP H02521B2 JP 59175285 A JP59175285 A JP 59175285A JP 17528584 A JP17528584 A JP 17528584A JP H02521 B2 JPH02521 B2 JP H02521B2
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ductility
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Arufuretsudo Kuronbii Za Saado Edoin
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Westinghouse Electric Corp
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Westinghouse Electric Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • 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
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、陸用又は船舶用燃焼タービンのター
ビン羽根に関し、特に羽根保護用の皮膜を備えた
タービン羽根に関するものである。
陸用又は船舶用燃焼タービンは、羽根材料につ
いて難しい問題を持つている。羽根先端の近くで
は、温度はしばしば927℃（華氏1700）かそれ以
上である。下の羽根基部の近く（軸の近く）で
は、温度はもつと低く例えば約538℃（華氏1000）
である。また、かかるタービンは硫黄及びバナジ
ユウムのような腐食性不純物を含む燃料で運転さ
れるのが普通である。更に、海塩又は化学肥料の
ような腐食を招来する化合物が、タービン圧縮機
によつて吸気される空気と一緒にしばしば取り入
れられてしまう。この問題は、航空機（航空機タ
ービンはもつとクリーンな燃料及び汚染の少ない
空気で運転される）の場合と比較して、陸用及び
海上用燃焼タービンでは重要な価値がある。
本発明によれば、少なくとも一部が815℃以上
の温度で作動するように設計されている高温端部
と、少なくとも一部が677℃以下の温度で作動す
るように設計されている低温端部と、少なくとも
一部が677℃及び815℃の間で作動するように設計
されている中間部とを備える燃焼タービンのター
ビン羽根において、高温端部は、高温酸化に対し
て抵抗力のある低クリープタイプの皮膜で被覆さ
れており、低温端部は、硫化物腐食に対して抵抗
力のある延性タイプの皮膜で被覆されており、中
間部は、低温端部及び高温端部の前記皮膜の混合
物で被覆されている。
高温端部を高温酸化タイプの腐食から守らねば
ならないだけでなく、タービン羽根のこの部分の
皮膜が耐クリープ性でなければならないことを知
つておくのは重要である。逆に、タービン羽根の
低温端部（677℃＝華氏1250以下の部分）は硫化
物タイプの腐食から保護しなければならず、しか
も亀裂伝播を防ぐために皮膜が高い延性を有して
いなければならない。更に、皮膜はプラズマ吹付
けによつて施され、また、中間部は高温端部の皮
膜から低温端部の皮膜へのスムーズな転移を可能
にする傾斜皮膜である。
次に、本発明の好適な実施例を添付図面に関連
して詳細に説明する。
多くのガスタービン羽根（ここで「羽根」とい
う用語は、回転していても静止していても翼状部
分を持つタービン構成要素、例えばしばしば「ベ
ーン」と呼ばれる静止部を含む意味で使用してい
る）の温度範囲は、どんな皮膜でも一種だけであ
るとその有効性の範囲を一般に超えている。これ
は、種々の有害腐食環境における皮膜の化学的・
熱的安定性に部分的に依存し、また、皮膜自体の
物理的・機械的性質に一部依存している。本発明
は、設計者が通常の妥協（特に、ある皮膜組成物
に対して固有の延性・脆性転移温度以上又は以下
での物理的・機械的性質の低下に関する妥協）を
せずに皮膜の能力を最高にしうる複合皮膜組成物
の使用を可能にするものである。
図面を参照すると、第１図は、高温端部として
の部分１０と低温端部１２とを持つ羽根を示して
いる。
ガスタービン羽根の作動温度プロフイールは、
ガス通路表面の底部での約538℃（華氏1000）か
ら最外側の先端領域での約982℃（華氏1800）ま
での範囲にわたる場合がある。有害な種及び化合
物はある温度範囲の間だけで安定であるから、単
一の皮膜組成分を適用しても固有の限界がある。
538℃から788℃（華氏1450）の範囲のクラスタ
イプの低温腐食を防止するのに最も有効な皮膜組
成物は、例えば翼状部分の下端部に用いることが
でき、耐高温腐食性の組成物は温度が最高の翼状
部分の上方部（中心軸から離れている）に用いら
れる。
羽根の高温端では、環境保護のため現在採用さ
れている大部分の皮膜に固有の延性は、該皮膜が
付けられている基合金の延性に大体等しいか、そ
れより大きい。従つて、脆性皮膜の挙動や亀裂発
生による羽根の早期破損は多分起こらない。その
ため、最上の環境保護を行う皮膜を使用して差し
支えない。
羽根の低温端１２（一般に温度が538℃に近い
端）では、硫化物タイプの低温腐食に対する抵抗
性に加えて、このような温度についての著しく高
い延性が必要であることが分かつた。この明細書
で使用している「延性タイプの皮膜」という用語
は、所定の作動温度で基合金の延性と同等か、そ
れより大きい延性を有する皮膜を意味している。
皮膜及び基合金の延性は第４図に示すように表す
ことができる。
第２図は、頂端に高温端皮膜１４、低端に低温
端皮膜１６、中間部分に中間皮膜１８のある３つ
の皮膜領域を示している。中間の皮膜領域は、低
温端皮膜及び高温端皮膜の混合物で皮覆されてい
る。この中間皮膜１８は高温端皮膜と低温端皮膜
との間の急激な転移を防止する。急激な態様での
皮膜の変化は、熱的・機械的特性の劣化や、完全
な整合ではないことから生じる未皮覆領域の可能
性になるので、転移は徐々でなければならない。
この中間領１８は、高さが少なくとも大体12.8mm
（1/2in）である。
皮膜はプラズマ吹付けで付着するのが好適であ
る。パツク浸炭技術を使用した場合には、付帯的
な処理が要求され、また、マスキングがマスク領
域間の相互拡散作用を全く又は殆ど制御できない
問題を生起する。従つて、一つの皮膜化学物質か
ら隣接する皮膜化学物質への転移を制御すること
は非常に困難である。
どんなタイプのプラズマ吹付けでも使用できる
が、非酸化性のプラズマ吹付け方式が最も実際的
であると考えられる。大部分のこのような皮膜は
不活性雰囲気又は真空を必要とするので、かかる
プラズマ吹付けはアルゴン流入又は低圧プラズマ
吹付けと共に例えば行うことができる。
中間領域は皮膜組成物を一度に一つ付着させる
ことによつて形成できるが（例えば、高温端皮膜
をその厚さが中間領域の上端での最大値から中間
領域の下端での実質的にゼロの値まで徐々に減少
するように付着させ、その後低温端皮膜をその厚
さが中間領域下方での最大値から中間領域の上端
でのゼロ値近くまで徐々に減少するように付着さ
せる。尚、この際後から適切な熱処理を行うのが
好ましい）、皮膜は第３図に示したようなシステ
ムによつて付着させるのが好ましい。このシステ
ムにおいて、中間皮膜１８はホツパーで予混合さ
れた粉末を吹き付けることによつて得られる。従
つて、高温端の皮膜組成物（“Ａ”と表示）及び
低温端の皮膜組成物（“Ｂ”と表示）は、別個の
ホツパー２０，２２に入れられている。プラズマ
ガン２４は羽根の翼部を横断するときに（皮膜厚
さのプロフイールを維持するためプログラムされ
コンピユータ制御の下に）、Ａ及びＢの組成物が
入つている粉末ホツパーの給送機構は適切な粉末
又は粉末組成物を混合容器２６に配送し、該容器
がプラズマガン２４に供給するようにプログラム
することができる。プラズマガン２４が翼部の下
方へ移動するとき、組成物は最初100％がＡであ
り、次にＡの多い混合物中のＢが段々増えて、Ｂ
の多い組成物となり最終的に100％Ｂの皮膜にな
る。一般に３つの領域（１４，１８及び１６）は
少なくとも12.7mm（1/2in）の高さを有する。
米国特許第3545944号明細書には別の目的で使
用する類似のシステムが記載されている。
第３図のものに類似する皮覆システムを使用し
て３つ以上の領域に皮覆することができる。例え
ば、羽根のある特定の部分について侵食（又は腐
食、皮膜延性）が問題であるなら、“Ｃ”タイプ
の皮膜組成物を有する第３のホツパーを設けて、
この領域において（付加的な中間領域を用いるの
が好ましい）、耐侵食性皮膜（又は拡大腐食又は
低温延性皮膜等）を付着させることができる。
先行技術の単一皮膜はクリープ強さが不十分で
あるために機械的な破損が生じるかもしれない
が、この問題は被覆の延性／脆性転移温度を超え
る高温領域においてであることに注目されたい。
また、このような単一皮膜の脆性／延性転移温度
以下で、弱い延性により破損が生じうる。高温領
域及び低温領域において異なる皮膜を用いること
により、良好な低温延性を有する耐低温腐食性皮
膜を羽根翼部の下方部分表面に使用することがで
きる。良好な高温クリープ抵抗を有する耐高温腐
食性皮膜は翼部の上方部分に付着される。２つの
領域の境界での問題は、翼部の中間領域において
混合組成物を使用することにより回避される。
現在の被覆システムは広範囲の条件にわたつて
適切に行おうとして妥協しており、高温端におい
て要求される高クリープ強さを有する高温腐食抵
抗か、低温端において要求される低温腐食高延性
かを与えるために最適ではない。
一般に、高温端（約815℃＝華氏1500）以上で
運転するように制計されている）は例えば
MCrAIY皮膜（ＭはNi又は／及びCOでよい）を
使用できると予期される。同様に、低温端皮膜は
MCrAIY（ＭはFe又はFeNi又はそれ等の化合物
でよい）と同様のものであると予期される。
第４図は諸皮膜及びニツケル基スーパアロイに
ついての温度に対する典型的な延性変化を示して
いる。皮膜Ａの延性は、約732℃＝華氏1350以上
の温度で卑金属合金に等しいかそれより大きく、
また、皮膜Ｂの延性は約565℃＝華氏1050以上の
温度で卑金属合金に等しいかそれより大きい。皮
膜Ａの腐食抵抗は約760℃＝華氏1400以上で皮膜
Ｂより大きいが、約705℃＝華氏1300以下では、
皮膜Ｂは少なくとも皮膜Ａと同様に良好な腐食抵
抗を有する。従つて、本発明の被覆方法は皮膜の
低延性問題（例えば538℃以上）及び腐食問題に
対して改良された保護を与えるものである。
繰り返して言うと、複数の皮膜の混合物で被覆
された中間領域は高さが12.7mm（1/2in）以下で
あるべきである。中間領域の場所は多種の皮膜に
応じて変えることができるが、この中間領域の少
なくとも一部は677〜815℃の温度で運転するよう
に設計された羽根の一部である。好適には、中間
領域の少なくとも一部が、705〜788℃の間、好ま
しくは732℃で運転するように設計された羽根の
一部であることである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、典型的な先端、中間及び基部温度を
示す羽根の立面図、第２図は、３つの皮膜領域を
示す羽根の立面図、第３図は、本発明の皮膜を付
着させるシステムの説明図、第４図は、種々の温
度における諸皮膜及び卑金属スーパアロイの典型
的な延性をグラフで示す図である。 １０……高温端部、１２……低温端部、１４…
…高温皮膜、１６……低温皮膜、１８……中間皮
膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 少なくとも一部が815℃以上の温度で作動す
    るように設計されている高温端部と、少なくとも
    一部が677℃以下の温度で作動するように設計さ
    れている低温端部と、少なくとも一部が677℃及
    び815℃の間で作動するように設計されている中
    間部とを備える燃焼タービンのタービン羽根であ
    つて、高温端部は、高温酸化に対して抵抗力のあ
    る低クリープタイプの皮膜で被覆されており、低
    温端部は、硫化物腐食に対して抵抗力のある延性
    タイプの皮膜で被覆されており、中間部は、低温
    端部及び高温端部の前記皮膜の混合物で被覆され
    ている燃焼タービンのタービン羽根。
JP59175285A 1983-08-29 1984-08-24 燃焼タービンのタービン羽根 Granted JPS6062603A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US52760683A 1983-08-29 1983-08-29
US527606 1983-08-29

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JPS6062603A JPS6062603A (ja) 1985-04-10
JPH02521B2 true JPH02521B2 (ja) 1990-01-08

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