JPH03183754A - Heat resisting composite - Google Patents
Heat resisting compositeInfo
- Publication number
- JPH03183754A JPH03183754A JP2162716A JP16271690A JPH03183754A JP H03183754 A JPH03183754 A JP H03183754A JP 2162716 A JP2162716 A JP 2162716A JP 16271690 A JP16271690 A JP 16271690A JP H03183754 A JPH03183754 A JP H03183754A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- niobium
- refractory metal
- superalloy
- alloy
- 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
Links
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
この発明は、高温において優れた強度を有する耐熱複合
体に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) This invention relates to a heat-resistant composite having excellent strength at high temperatures.
(従来の技術)
最近、省資源の観点からガスタービンに代表される大型
のエネルギー変換機器の高効率化が重要視されている。(Prior Art) Recently, from the viewpoint of resource conservation, increasing the efficiency of large energy conversion devices such as gas turbines has become important.
高効率化を実現する基本的手段としては、変換機器の動
作温度の高温化を挙げることができる。この場合、機器
に使用される部材はその耐用温度が構造上問題となる。A basic means of achieving higher efficiency is increasing the operating temperature of conversion equipment. In this case, the withstand temperature of the members used in the equipment poses a structural problem.
このエネルギー変換機器の材料として、従来より鉄基(
Fe基)、コバルト基(Co基)またはニッケル基(N
ip)等の超合金が使用されている。しかしながら、こ
れらの超合金を用いても、耐用温度を上昇させるための
材料開発は限界に近い状況である。Traditionally, iron-based materials (
Fe group), cobalt group (Co group) or nickel group (N
Superalloys such as ip) are used. However, even with the use of these superalloys, the development of materials to increase the withstand temperature is nearing its limit.
この様な状況から、次世代の耐熱材料として、耐火金属
繊維で上記超合金を強化した複合体が注目され始めてい
る。この複合体として、例えば、耐火金属繊維であるタ
ングステン線(W線)を超合金に埋め込んで一体化した
ものが挙げられる。Under these circumstances, composites made of the above-mentioned superalloys reinforced with refractory metal fibers are beginning to attract attention as next-generation heat-resistant materials. An example of this composite is one in which a tungsten wire (W wire), which is a refractory metal fiber, is embedded and integrated into a superalloy.
この複合体はW線の高温での優れた機械的性質と超合金
の高温での優れた耐食性との複合化を意図17たちので
ある。こうした耐火金属繊維と超合金との組合わせにお
いては、高温での相互拡散が問題となるが、これを解決
するために、比較的相互拡散の程度が低い組合わせとし
てW!I強化Fe基合金複合体が既に提案されている。This composite is intended to combine the excellent high-temperature mechanical properties of W wire with the high-temperature corrosion resistance of superalloys. In such combinations of refractory metal fibers and superalloys, interdiffusion at high temperatures becomes a problem, but in order to solve this problem, W! I-reinforced Fe-based alloy composites have already been proposed.
しかしながら、このW線強化Fed合金複合体を使用し
ても、1100℃以上の高温では相互拡散のために、W
線の強度劣化を阻止することができず、現実には変換機
器の使用温度は1000℃以下に制限されてしまうとい
う問題がある。また、W線を含めた耐火金属繊維の多く
は熱膨張係数が他の金属に比べて小さいために、複合化
により超合金の熱膨張係数の違いにより生じる熱応力を
避けることができず、この熱応力のために、超合金とW
線が遊離してしまい十分な高温強度が得られない問題が
あった。However, even if this W-line reinforced Fed alloy composite is used, at high temperatures of 1100°C or higher, W
There is a problem in that the deterioration of the wire strength cannot be prevented, and in reality, the operating temperature of the conversion equipment is limited to 1000° C. or less. In addition, many refractory metal fibers, including W wire, have a smaller coefficient of thermal expansion than other metals, so when composited, it is impossible to avoid thermal stress caused by the difference in the thermal expansion coefficient of superalloys. Due to thermal stress, superalloys and W
There was a problem in that the wires became loose and sufficient high-temperature strength could not be obtained.
(発明が解決しようとする課題)
この発明は、このような点を考慮してなされたもので、
その目的は、高温で十分高い強度が得られ、しかも長期
間にわたって安定して使用できる耐熱複合体を提供する
ことにある。(Problem to be solved by the invention) This invention was made in consideration of the above points,
The purpose is to provide a heat-resistant composite that has sufficiently high strength at high temperatures and can be used stably for a long period of time.
[発明の構成]
(課題を解決するための手段および作用)本発明は、鉄
基、ニッケル基またはコバルト基の超合金からなる超合
金基体と、この超合金基体中に配設された耐火金属繊維
と、この耐火金属繊維を覆いニオブまたはニオブ合金か
らなるニオブ層と、ニオブ層の表面上に形成されたニオ
ブ−アルミニウム合金層とを有していることを特徴とす
る耐熱複合体を提供する。基体としてコバルト基超合金
またはニッケル基超合金を用いる場合には、ニオブ−ア
ルミニウム合金層の上に鉄基超合金からなる超合金層を
形成することが好ましい。[Structure of the Invention] (Means and Effects for Solving the Problems) The present invention provides a superalloy base made of an iron-based, nickel-based, or cobalt-based superalloy, and a refractory metal disposed in the superalloy base. Provided is a heat-resistant composite comprising fibers, a niobium layer made of niobium or a niobium alloy covering the refractory metal fibers, and a niobium-aluminum alloy layer formed on the surface of the niobium layer. . When a cobalt-based superalloy or a nickel-based superalloy is used as the substrate, it is preferable to form a superalloy layer made of an iron-based superalloy on the niobium-aluminum alloy layer.
このような耐熱複合体は、耐火金属繊維と超合金との中
間の熱膨張係数を有するニオブもしくはニオブ合金から
なるニオブ層で耐火金属繊維を被覆しているために、高
温から常温との間の繰返し熱負荷を与えても熱変形を抑
制することができ、しかも、このニオブ層の表面がニオ
ブ−アルミニウム合金層で被覆されているために、マト
リックスとしてのニッケル基またはコバルト基の超合金
と耐火金属繊維との間の高温における相互拡散が防止さ
れ、耐火金属繊維からなる強化体の劣化を防止すること
ができる。従って、この耐熱複合体は、十分な高温強度
を有する。Such heat-resistant composites coat refractory metal fibers with a niobium layer made of niobium or niobium alloy, which has a coefficient of thermal expansion between that of refractory metal fibers and superalloys, so that they can withstand temperatures between high temperatures and room temperature. Thermal deformation can be suppressed even when subjected to repeated heat loads, and since the surface of this niobium layer is covered with a niobium-aluminum alloy layer, it is highly resistant to fire and nickel-based or cobalt-based superalloys as a matrix. Mutual diffusion with the metal fibers at high temperatures is prevented, and deterioration of the reinforcing body made of refractory metal fibers can be prevented. Therefore, this heat-resistant composite has sufficient high temperature strength.
このニオブ−アルミニウム合金層はマトリックスとして
のニッケル基またはコバルト基の超合金から耐火金属繊
維に種々の元素が拡散するのを阻止する障壁層として機
能する。このニオブ−アルミニウム合金層は、ニオブも
しくはニオブ合金からなるニオブ層の表面にニオブ−ア
ルミニウム合金を被着することにより形成することがで
きる。The niobium-aluminum alloy layer acts as a barrier layer to prevent the diffusion of various elements from the nickel-based or cobalt-based superalloy matrix into the refractory metal fibers. This niobium-aluminum alloy layer can be formed by depositing a niobium-aluminum alloy on the surface of a niobium layer made of niobium or a niobium alloy.
実用上の観点からは、ニオブ層の表面に、アルミニウム
もしくはアルミニウムを主体とした合金からなるアルミ
ニウム層を真空蒸着法、PVD法(Ph1scal V
apor Deposltion)、CVD法(Che
mlcal Vapor Deposltlon) s
プラズマ溶射等により形成した後に加熱することにより
、ニオブ層のニオブとアルミニウム層のアルミニウムと
を反応させて、ニオブ層とこのアルミニウム層との界面
にニオブ−アルミニウム合金層を形成することが好まし
い。このニオブ−アルミニウム合金層を形成する加熱処
理は、アルミニウム層を形成した後にこの耐火金属繊維
を加熱して行ってもよく、また、アルミニウム層を形成
した後に耐火金属繊維を超合金中に埋め込む際の加熱で
によっても行なうことができる。この場合のアルミニウ
ム層の厚さは0.001鵬■から0.05m−が好まし
い。膜厚が0.001 am未満の場合はニオブ層上に
連続的にアルミニウム層が形成できず、0.05s■を
超えるとこのアルミニウム層にクラックが生じたり、剥
がれたりする。From a practical point of view, an aluminum layer made of aluminum or an aluminum-based alloy can be formed on the surface of the niobium layer by vacuum evaporation method or PVD method (Ph1scal V
apor deposition), CVD method (Che
mlcal Vapor Deposltlon)
It is preferable to form a niobium-aluminum alloy layer at the interface between the niobium layer and the aluminum layer by heating the niobium layer after forming it by plasma spraying or the like to cause the niobium in the niobium layer to react with the aluminum in the aluminum layer. The heat treatment for forming the niobium-aluminum alloy layer may be performed by heating the refractory metal fibers after forming the aluminum layer, or when embedding the refractory metal fibers in the superalloy after forming the aluminum layer. This can also be done by heating. In this case, the thickness of the aluminum layer is preferably from 0.001 m to 0.05 m. If the film thickness is less than 0.001 am, an aluminum layer cannot be formed continuously on the niobium layer, and if it exceeds 0.05 s, the aluminum layer will crack or peel off.
上記ニオブ層は、ニオブもしくはニオブ合金からなり、
耐火金属繊維の表面にニオブ等の粉末を有機系粘着剤と
共に塗布した後、粉末冶金的手法で一体化するか、プラ
ズマ溶射によって被覆して一体化することにより形成す
ることができる。ここで、ニオブ合金としては、WSZ
r% Mo。The niobium layer is made of niobium or a niobium alloy,
It can be formed by applying powder such as niobium together with an organic adhesive to the surface of refractory metal fibers, and then integrating the fibers using a powder metallurgy method or by coating and integrating the fibers by plasma spraying. Here, as the niobium alloy, WSZ
r% Mo.
Hfs V、Ti5Yの少なくとも1種を25vt%程
度まで含み、残部が実質的にニオブからなるものを用い
ることができる。このニオブ層の厚さは0.01mmか
ら0.1msの範囲が好ましい。この厚さが0.01m
g未満の場合は耐火金属繊維を完全に被覆できず、また
、0,1雪■をこえると耐火金属繊維の体積率が低下し
耐熱複合体としての十分な強度が得られない。It is possible to use a material containing up to about 25 vt% of at least one of Hfs V and Ti5Y, with the remainder essentially consisting of niobium. The thickness of this niobium layer is preferably in the range of 0.01 mm to 0.1 ms. This thickness is 0.01m
If it is less than 1 g, the refractory metal fibers cannot be completely covered, and if it exceeds 0.1 g, the volume fraction of the refractory metal fibers decreases, and sufficient strength as a heat-resistant composite cannot be obtained.
鉄基超合金からなる超合金層は、ニオブ−アルミニウム
層と共に、ニッケル基またはコバルト基の超合金から耐
火金属繊維に種々の元素が拡散するのを阻止する障壁層
として機能する。この超合金層の厚さは、0.01mm
から0.1−一の範囲が好ましい。この厚さが0.01
mm未満の場合は、ニオブ層表面のニオブ−アルミニウ
ム層を完全に被覆できず、また、0.1園−を超えると
耐火金属繊維の体積率が低下してしまい耐熱複合体とし
ての十分な強度が得られない。このような鉄基超合金と
しては、重量比で20%以下のアルミニウムを含む鉄基
超合金であることが好ましい。具体的には、重量比で1
0〜35%のCr、5〜20%のAlおよび残部Fe、
または20%以下のAlおよび残部Feの組成を有する
鉄基超合金を用いることができる。The iron-based superalloy superalloy layer, along with the niobium-aluminum layer, functions as a barrier layer to prevent the diffusion of various elements from the nickel-based or cobalt-based superalloy into the refractory metal fibers. The thickness of this superalloy layer is 0.01 mm
A range of from 0.1 to 1 is preferable. This thickness is 0.01
If it is less than 0.1 mm, the niobium-aluminum layer on the surface of the niobium layer cannot be completely covered, and if it exceeds 0.1 mm, the volume fraction of the refractory metal fibers will decrease and the strength as a heat-resistant composite will not be sufficient. is not obtained. Such an iron-based superalloy is preferably an iron-based superalloy containing 20% or less of aluminum by weight. Specifically, the weight ratio is 1
0-35% Cr, 5-20% Al and balance Fe,
Alternatively, an iron-based superalloy having a composition of 20% or less Al and the balance Fe can be used.
この超合金層は溶射または粉末焼結法等により形成する
ことができる。粉末焼結法を用いる場合には、溶射装置
、CVD5PVD装置等が不要で簡便に形成することが
できる。This superalloy layer can be formed by thermal spraying, powder sintering, or the like. When a powder sintering method is used, a thermal spraying device, a CVD5PVD device, etc. are not required, and formation can be performed easily.
本発明の耐火金属繊維としては、タングステン、モリブ
デン、タンタル、もしくはその合金からなる耐火金属繊
維を用いることができるが、実用上は、タングステン合
金を用いることが好ましい。As the refractory metal fiber of the present invention, a refractory metal fiber made of tungsten, molybdenum, tantalum, or an alloy thereof can be used, but it is practically preferable to use a tungsten alloy.
また、耐火金属繊維の高温強度特性を向上させるために
レニウム(Re)を3〜30wt%含有させると良いが
、この含有量が3Vt%を下回ると効果が期待できず、
30wt%を超えると耐火金属繊維の強度が低下する。In addition, in order to improve the high-temperature strength characteristics of refractory metal fibers, it is good to include 3 to 30 wt% of rhenium (Re), but if this content is less than 3 Vt%, no effect can be expected.
If it exceeds 30 wt%, the strength of the refractory metal fiber will decrease.
また、耐火金属繊維に酸化トリウム(ThO2)、カリ
ウム、シリコン、アルミニウムのいずれかをドープ等に
より含有させることにより同様に耐火金属繊維の強度を
さらに増すことができる。この含有量は酸化トリウムの
場合、0. 5vt%〜8wL%の範囲である。また、
カリウム、シリコンもしくはアルミニウムを単体もしく
は複合で用いる場合の含有量は、50 ppm+〜30
0 ppmの範囲である。ThO2の添加は分散強化を
期待しており、0.5vt%未満ではその効果が期待で
きず、また、8vt%を超えるとむしろ欠陥となる。K
−S l s Allについては、粒界への析出を生じ
、再結晶に対する抵抗を持たせるので、50〜300
ppmの範囲外では期待できないこのタングステン合金
は1000℃以上の高温での強度劣化の要因となる再結
晶化を起こし難いために好適である。こうした、耐火金
属繊維の寸法は取扱いの観点から下限を直径0.1−一
、強度向上の観点から上限を0.5−一とするのが望ま
しい。Furthermore, the strength of the refractory metal fiber can be further increased by doping the refractory metal fiber with any one of thorium oxide (ThO2), potassium, silicon, and aluminum. In the case of thorium oxide, this content is 0. It is in the range of 5vt% to 8wL%. Also,
When potassium, silicon or aluminum is used alone or in combination, the content is 50 ppm+ to 30
It is in the range of 0 ppm. Addition of ThO2 is expected to strengthen dispersion, but if it is less than 0.5 vt%, this effect cannot be expected, and if it exceeds 8 vt%, it will rather become a defect. K
-S l s All causes precipitation at grain boundaries and has resistance to recrystallization, so it is 50 to 300
This tungsten alloy, which cannot be expected outside the ppm range, is suitable because it is unlikely to undergo recrystallization, which causes strength deterioration at high temperatures of 1000° C. or higher. As for the dimensions of such refractory metal fibers, it is desirable that the lower limit is 0.1-1 in diameter from the viewpoint of handling, and the upper limit is 0.5-1 in terms of improving strength.
基体としてのニッケル基またはコバルト基の超合金とし
ては、fmffi比で5〜30%のCr s 5〜20
%のAI、0.3〜1.5%のYSO〜30%のCo、
Q〜30%のFeおよび残部Niの組成を有するもの、
および5〜35%のCr、5〜20%のA、l!、0.
3〜1.5%のY、0〜20%のNiおよび残部COの
組成を有するものを夫々用いることができる。また、基
体としての鉄基超合金としては、上述の鉄基超合金層と
同様のものを用いることができる。For nickel-based or cobalt-based superalloys as substrates, Cr s 5-20 with an fmffi ratio of 5-30%
% AI, 0.3-1.5% YSO ~ 30% Co,
Q~30% Fe and balance Ni,
and 5-35% Cr, 5-20% A, l! ,0.
A composition having a composition of 3 to 1.5% Y, 0 to 20% Ni, and the balance CO can be used. Further, as the iron-based superalloy as the base, the same material as the above-mentioned iron-based superalloy layer can be used.
本発明は、また、鉄基、コバルト基、またはニッケル基
超合金からなる超合基体と、この超合金基体中に配設さ
れた耐火金属繊維と、この耐火金属繊維を覆いニオブま
たはニオブ合金からなるニオブ層と、このニオブ層の表
面に被覆されたセラミックス層とを有していることを特
徴とする耐熱複合体を提供する。基体としてコバルト基
超合金またはニッケル基超合金を用いる場合には、セラ
ミックス層の上に鉄基超合金からなる超合金層を形成す
ることが好ましい。The present invention also provides a superalloy base made of an iron-based, cobalt-based, or nickel-based superalloy, a refractory metal fiber disposed in the superalloy base, and a refractory metal fiber covering the refractory metal fiber made of niobium or a niobium alloy. The present invention provides a heat-resistant composite body characterized by having a niobium layer having the following properties and a ceramic layer coated on the surface of the niobium layer. When a cobalt-based superalloy or a nickel-based superalloy is used as the base, it is preferable to form a superalloy layer made of an iron-based superalloy on the ceramic layer.
このような耐熱複合体は、耐火金属繊維を、耐火金属繊
維と超合金との中間の熱膨張係数を有するニオブもしく
はニオブ合金からなるニオブ層で被覆しているために、
高温から常温との間の繰り返し熱負荷を与えても熱変形
を抑制することができ、しかも、このニオブ層の表面が
セラミックス層で被覆されているために、マトリックス
としての超合金と耐火金属繊維との間の高温における相
互拡散が防止され、耐火金属繊維からなる強化体の劣化
を防止することができる。従って、この耐熱複合体は、
十分な高温強度を有する。このセラミックス層は、マト
リックスとしての超合金から耐火金属繊維に種々の元素
が拡散するのを阻止する障壁層として機能する。このセ
ラミックス層が、ニオブもしくはニオブ合金からなるニ
オブ層の表面に被覆する成形方法としては、真空蒸着法
、PVD法(Phfslcall Vapor Dep
osltlon)、CVD法(Chemical Va
por Deposition) 、プラズマ溶射法等
を用いることができる。Such heat-resistant composites have refractory metal fibers coated with a niobium layer made of niobium or niobium alloy, which has a coefficient of thermal expansion between that of refractory metal fibers and superalloys.
It is possible to suppress thermal deformation even when subjected to repeated thermal loads between high temperature and room temperature, and since the surface of this niobium layer is covered with a ceramic layer, the superalloy and refractory metal fiber as a matrix can be suppressed. Interdiffusion at high temperatures between the two is prevented, and deterioration of the reinforcing body made of refractory metal fibers can be prevented. Therefore, this heat-resistant composite is
Has sufficient high temperature strength. This ceramic layer acts as a barrier layer that prevents the diffusion of various elements from the superalloy matrix into the refractory metal fibers. Forming methods for coating the surface of the niobium layer made of niobium or niobium alloy with this ceramic layer include vacuum evaporation method, PVD method (Phfslcall Vapor Dep.
osltlon), CVD method (Chemical Va.
por deposition), plasma spraying, etc. can be used.
セラミックス層としては、アルミナ(All 203)
、シリカ(S i O) 、等の酸化物セラミックス、
または、窒化アルミ (Ai)N) 、窒化珪素(Si
3N4)、窒化チタン(T i N)等の窒化物セラミ
ックスを用いることができる。この場合のセラミックス
層の厚さは、0.001−一から0.(15msが好ま
しい。膜厚が0.OOlm−未満の場合はニオブ層上に
連続的にセラミックス層が形成できず、0.05s■を
超えるとこのセラミックス層にクラックが生じたり、剥
がれたりする。Alumina (All 203) is used as the ceramic layer.
, oxide ceramics such as silica (S i O),
Or aluminum nitride (Ai)N), silicon nitride (Si)
Nitride ceramics such as titanium nitride (T i N) and titanium nitride (T i N) can be used. The thickness of the ceramic layer in this case ranges from 0.001-1 to 0.001-1. (15 ms is preferable. If the film thickness is less than 0.OOlm-, a ceramic layer cannot be formed continuously on the niobium layer, and if it exceeds 0.05 s, the ceramic layer will crack or peel.
形成すべきセラミックス層がアルミナ層であって、この
アルミナ層の上に鉄基超合金層または鉄基超合金基体が
形成される場合には、ニオブ層または鉄基超合金にOお
よびAIを含有させ、あるいはこれらの一方にO5他方
にAllを含有させて、複合体を加熱することにより、
ニオブ層と鉄基超合金層の間にアルミナのセラミックス
層を形成することができる。典型的には、ニオブ層にO
を含有させ、鉄基超合金にANを含有させて加熱し、こ
れらの間にアルミナ層を形成する。すなわち、次のよう
な化学反応により、拡散防止層(障壁層)としてのアル
ミナ層が生成される。When the ceramic layer to be formed is an alumina layer and an iron-based superalloy layer or iron-based superalloy substrate is formed on this alumina layer, the niobium layer or iron-based superalloy may contain O and AI. or by heating the composite with O5 in one and All in the other,
An alumina ceramic layer can be formed between the niobium layer and the iron-based superalloy layer. Typically, the niobium layer is
is added to the iron-based superalloy, and AN is added to the iron-based superalloy and heated to form an alumina layer therebetween. That is, the following chemical reaction produces an alumina layer as a diffusion prevention layer (barrier layer).
2 [All ] −−p−−allof + 3 [
01Nh→Af120s
ただし、[1] 、、、、、10.は鉄基超合金層に含
まれるAI−[01pibはニオブ層に含まれるOを意
味する。2 [All] --p---allof + 3 [
01Nh→Af120s However, [1] , , , , 10. is AI contained in the iron-based superalloy layer. [01pib means O contained in the niobium layer.
このように加熱処理により拡散防止層としてのアルミナ
層が形成されることは、本願発明者らが鋭意研究を重ね
た結果初めて見出した事項である。The formation of an alumina layer as a diffusion prevention layer by heat treatment was first discovered by the inventors of the present invention after extensive research.
このような方法を用いることにより、高度の技術を必要
とする、CVD、PVD等によるアルミナaMを用いな
くても、確実なアルミナ層生成が可能である。なお、基
体としてコバルト基超合金またはニッケル基超合金を用
い、鉄基超合金層を形成しない場合でも、例えば基体に
Alを含有させ、ニオブ層にOを含有させて加熱処理を
行うことにより、同様にアルミナからなるセラミックス
層を形成することができる。このようにして加熱処理に
よりアルミナ層を形成する場合には、結果としてニオブ
層と超合金とが拡散接合されたこととなる。これにより
、耐火金属繊維の機械的性質を損なわずに界面結合の良
い複合体が得られ、かなりの耐火金属繊維の体積比まで
、複合剤から予想される強さに近いものが得られる。特
に、超合金としてバルク状のFeCrA1合金を用いる
ことにより、極めて緻密な超合金層あるいは基体を得る
ことができる。By using such a method, it is possible to reliably generate an alumina layer without using alumina aM by CVD, PVD, etc., which require advanced technology. Note that even when using a cobalt-based superalloy or a nickel-based superalloy as the base and not forming an iron-based superalloy layer, for example, by making the base contain Al and the niobium layer containing O and performing heat treatment, Similarly, a ceramic layer made of alumina can be formed. When the alumina layer is formed by heat treatment in this manner, the niobium layer and the superalloy are diffusion bonded as a result. This results in a composite with good interfacial bonding without compromising the mechanical properties of the refractory metal fibers, and, up to a significant volume fraction of refractory metal fibers, provides strength close to that expected from the composite. In particular, by using bulk FeCrA1 alloy as the superalloy, an extremely dense superalloy layer or substrate can be obtained.
鉄基、コバルト基、ニッケル基超合金からなる超合金基
体としては、MCrAjlXで表される化合物(ここで
、MはN15FeSCoあるいはそれらの合金、またX
はY、Zr、Hf等の酸化物固定元素である)を用いる
ことができる。このMCrAjlXで表される化合物と
して、10〜35vt%のCr s 5〜20 vt%
のAjl、0.3〜2.0w1%のY10〜20vt%
のNi、および残部FeからなるFeCrAIYや、1
0〜35vt%のCrs 5〜20 wt%のAfI、
0.3〜1.5vt%のYSO〜20vt%のNi、0
〜30vt%のF e sおよび残部CoからなるCo
CrAjpYや、10〜40vt%のCr s 5〜2
0 vt%のAjl、0.3〜1.5vt%のY%O〜
20vt%のC010〜30vt%のFe、および残部
NLからなるN1CrAIYが用いられる。As a superalloy substrate consisting of an iron-based, cobalt-based, or nickel-based superalloy, a compound represented by MCrAjlX (where M is N15FeSCo or an alloy thereof, or
is an oxide fixed element such as Y, Zr, Hf, etc.) can be used. As a compound represented by this MCrAjlX, 10 to 35 vt% Cr s 5 to 20 vt%
Ajl, 0.3-2.0w1% Y10-20vt%
FeCrAIY consisting of Ni and the balance Fe,
0-35 vt% Crs, 5-20 wt% AfI,
0.3-1.5vt% YSO-20vt% Ni, 0
Co consisting of ~30vt% Fes and the balance Co
CrAjpY or 10-40vt% Cr s 5-2
0 vt% Ajl, 0.3-1.5 vt% Y%O~
N1CrAIY consisting of 20 vt% CO10 to 30 vt% Fe and the balance NL is used.
鉄基超合金層としては上に示した基体と同じものを用い
ることができる。また、鉄基超合金層は上述したのと同
様、溶射または粉末焼結法等により形成することができ
る。As the iron-based superalloy layer, the same substrate as shown above can be used. Furthermore, the iron-based superalloy layer can be formed by thermal spraying, powder sintering, or the like, as described above.
なお、耐火金属繊維、およびニオブ層としては、上述し
た第1発明の場合と同様のものを用いることができる。In addition, as the refractory metal fiber and the niobium layer, the same ones as in the case of the first invention described above can be used.
(実施例) 以下、本発明の実施例について説明する。(Example) Examples of the present invention will be described below.
実施例1
1.7wt%の酸化トリウムを含有する直径0.3■の
タングステン線を、低圧雰囲気プラズマ溶射にて厚さが
Q、(13mmのニオブからなるニオブ層で被覆した。Example 1 A tungsten wire with a diameter of 0.3 cm containing 1.7 wt % of thorium oxide was coated with a niobium layer of niobium having a thickness of Q (13 mm) by plasma spraying in a low-pressure atmosphere.
このニオブ層上に、真空蒸着により厚さ0.02gvの
アルミニウムからなる被膜を形成した。この被膜の上に
、低圧プラズマ溶射により、0.05mg+の厚さを有
し、24 wt%のC「、8vt%の/l 、0.5v
t%のY1残部Feからなる鉄基超合金を被覆した。さ
らに、この上に、低圧プラズマ溶射により、Q、1mm
の厚さを有し、20vt%のCOs 16 wt%のC
r s 13wt%のAll、0.5wt%のY1残部
NiからなるN1CoCrANYの超合金を被覆して、
W/Nb/AD/FeCrAIY/N1CoCrAIY
の耐熱複合体を得た。On this niobium layer, a coating made of aluminum with a thickness of 0.02 gv was formed by vacuum evaporation. This coating was coated by low-pressure plasma spraying with a thickness of 0.05 mg+, 24 wt% C', 8 vt%/l, 0.5 v
An iron-based superalloy consisting of t% Y1 and balance Fe was coated. Furthermore, on top of this, Q, 1 mm was applied by low-pressure plasma spraying.
with a thickness of 20 vt% COs and 16 wt% C
rs Coating a superalloy of N1CoCrANY consisting of 13 wt% All, 0.5 wt% Y1 balance Ni,
W/Nb/AD/FeCrAIY/N1CoCrAIY
A heat-resistant composite was obtained.
得られた耐熱複合体について、1200℃に加熱して5
00時間保持した後、引張り試験を行った。その結果、
この耐熱複合体は210kg/sm2の引張り強さを有
しており、このタングステン線は強度劣化を起こしてお
らず、十分な高温強度を有することが確認された。The obtained heat-resistant composite was heated to 1200°C for 5
After holding for 00 hours, a tensile test was conducted. the result,
This heat-resistant composite had a tensile strength of 210 kg/sm2, and it was confirmed that this tungsten wire had no strength deterioration and had sufficient high-temperature strength.
実施例2
1.7vt%の酸化トリウムを含有する直径0.3−■
のタングステン線を30本用意し、このタングステン線
を0.1mmの間隔で横に一列に並べて枠に固定し、こ
れらタングステン線上に低圧雰囲気プラズマ溶射により
、ニオブを0.08−一の厚さに被覆した。つづいて、
真空蒸着により、アルミニウムを0.008m−の厚さ
に被覆した。さらに、低圧雰囲気プラズマ溶射により、
0.03mmの厚さを有し、24 vt%のC「、8v
t%のAN 、 0. 5vt%のY1残部Feからな
る鉄基超合金を被覆した。さらに、低圧プラズマ溶射に
より、0.15mmの厚さを有し、20vt%のCOs
16 vt%のC「、13vt%のAD 、 0.5
vt%のY1残部Niからなる−”/ケル基超合金を被
覆して、シート状の耐熱複合体を得た。次いで、このシ
ート10枚を、それらの間にNi基ろう材を挟み込んで
積層し、真空中で1200℃で15分間の加熱処理を施
すことにより耐熱複合体を得た。この耐熱複合体におけ
るタングステン線の体積含有率は30%であった。Example 2 0.3-■ diameter containing 1.7 vt% thorium oxide
Prepare 30 tungsten wires, arrange the tungsten wires in a line horizontally at intervals of 0.1 mm, fix them to a frame, and coat these tungsten wires with niobium to a thickness of 0.08-1 by plasma spraying in a low-pressure atmosphere. coated. Continuing,
Aluminum was coated to a thickness of 0.008 m by vacuum evaporation. Furthermore, by low pressure atmosphere plasma spraying,
with a thickness of 0.03 mm, 24 vt% C'', 8v
t% AN, 0. An iron-based superalloy consisting of 5vt% Y1 and balance Fe was coated. Furthermore, by low-pressure plasma spraying, it has a thickness of 0.15 mm and a COs content of 20 vt%.
16 vt% C', 13 vt% AD, 0.5
A sheet-like heat-resistant composite was obtained by coating a -''/Kel-based superalloy consisting of vt% Y1 with the remainder being Ni.Next, ten of these sheets were laminated with a Ni-based brazing material sandwiched between them. A heat-resistant composite was obtained by heat-treating in vacuum at 1200° C. for 15 minutes.The volume content of the tungsten wire in this heat-resistant composite was 30%.
得られた耐熱複合体は、1100℃で30粒/llI2
の荷重に対して、1300時fljlのクリープ破断強
度を有することが分った。また、室温と1100℃εの
間を5000回以上往復させる熱負荷を与えても変形す
ることはなく、十分な高温強度を有することが確認され
た。The obtained heat-resistant composite has a density of 30 grains/llI2 at 1100°C.
It was found that the material had a creep rupture strength of 1300 fljl under a load of . Furthermore, it was confirmed that it did not deform even when subjected to a thermal load of reciprocating between room temperature and 1100°C ε more than 5000 times, and had sufficient high-temperature strength.
実施例3
1.7vt%の酸化トリウムを含有する直径0.311
1iのタングステン線を、低圧雰囲気プラズマ溶射にて
厚さが0.03ainのニオブ層で被覆したこのニオブ
層上に、CVDにより厚さ0.003svのAgNから
なる被膜を形成した。この被膜の上に、低圧雰囲気プラ
ズマ溶11=j Iこより、厚さ0.1mmを有し、2
4vt%のC「、8wt%のAi! 、 0. 5wt
%のY1残部Feからなる超合金基体を被覆し、耐熱複
合体を得た。Example 3 0.311 diameter containing 1.7 vt% thorium oxide
A 1i tungsten wire was coated with a niobium layer having a thickness of 0.03 ain by plasma spraying in a low-pressure atmosphere, and on this niobium layer, a coating made of AgN with a thickness of 0.003 sv was formed by CVD. On this coating, a low-pressure atmosphere plasma melt 11=j I was applied with a thickness of 0.1 mm, and 2
4vt% of C', 8wt% of Ai!, 0.5wt
A heat-resistant composite was obtained by coating a superalloy substrate consisting of % Y1 with the remainder being Fe.
得られた耐熱複合体について、1200℃に加熱して5
00時間保持した後、引張試験を行った。The obtained heat-resistant composite was heated to 1200°C for 5
After holding for 00 hours, a tensile test was conducted.
その結果、この耐熱複合体は、220kg/ms7の引
張り強さを有しており、このタングステン線は強度劣化
を起こしておらず、十分な高温強度を有することが確認
された。As a result, this heat-resistant composite had a tensile strength of 220 kg/ms7, and it was confirmed that this tungsten wire had no strength deterioration and had sufficient high-temperature strength.
実施例4
1.7シt%の酸化トリウムを含有する直径0.3mm
のタングステン線を30本用意し、このタングステン線
を0.1mmの間隔で横に一列に並べて枠に固定し、こ
れらタングステン線上に低圧雰囲気プラズマ溶射により
、ニオブを0.081mの厚さに被覆した。つづいて、
アルミナ(AIIzOs)を0.01mmの厚さに被覆
した。さらに、低圧雰囲気プラズマ溶射により厚さ0.
15m5で、24 wt%のCr。Example 4 0.3 mm diameter containing 1.7 sit% thorium oxide
Thirty tungsten wires were prepared, and these tungsten wires were lined up horizontally in a row at 0.1 mm intervals and fixed to a frame, and these tungsten wires were coated with niobium to a thickness of 0.081 m by low-pressure plasma spraying. . Continuing,
Alumina (AIIzOs) was coated to a thickness of 0.01 mm. Furthermore, the thickness is reduced to 0.0mm by low-pressure atmosphere plasma spraying.
15 m5, 24 wt% Cr.
8vt%のAl7 、0.5vt%のY1残部Feから
なる組成の超合金基体を被覆し、シート状の耐熱複合体
を得た。次いで、このシート10枚を、それらの間にF
e基ろう材を挟み込んで積層し、真空中で1200℃で
15分間の加熱処理を施すことにより耐熱複合体を得た
。この耐熱複合体におけるタングステン線の体積含有率
は、30%であった。A superalloy substrate having a composition of 8vt% Al7 and 0.5vt% Y1 with the balance Fe was coated to obtain a sheet-like heat-resistant composite. Next, place these 10 sheets between them.
A heat-resistant composite was obtained by sandwiching and laminating the e-based brazing material and heat-treating in vacuum at 1200° C. for 15 minutes. The volume content of tungsten wire in this heat-resistant composite was 30%.
得られた耐熱複合体は、1100℃で30kg/1m2
の荷重に対して、1300時間のクリープ破断強度を有
することが分かった。また、室温と1100℃との間を
5000回以上往復させる熱負荷を与えても変形するこ
ともなく、十分な高温強度を有することが確認された。The obtained heat-resistant composite was heated to 30 kg/1 m2 at 1100°C.
It was found that the material had a creep rupture strength of 1,300 hours under a load of 1,300 hours. Furthermore, it was confirmed that the material did not deform even when subjected to a thermal load of reciprocating between room temperature and 1,100° C. 5,000 times or more, and had sufficient high-temperature strength.
実施例5
1.7シt%のTh02を含有する直径0.3mmのW
線30本を0,1■間隔で一列に並べて枠に固定し、こ
れらW線の表面を低圧雰囲気プラズマ溶射により厚さが
0.03m5のNb層で被覆した。引き続いて、このN
b層上に上記と同様にプラズマ溶1(により厚さが0.
O1+u+アルミナ(ANzOi)層を被覆した。さら
に、このアルミナ層上に低圧雰囲気プラズマ溶射により
厚さが0.03m5であって、24vt%のC「、8w
t%のAD 、 0. 5vt%のY1残部Feの組成
を有するFeCrApY合金層を形成した。さらに、F
eCrAIY層上にプラズマ溶射より厚さが0.15m
1であって、20vt%のCOs 16vt%のC「、
13vt%のAl 、 0.5 wt%のY、残部Ni
の組成を有する
N1CoCrAj!Y合金層を形成し、W/Nb/Af
f 203 /FeCrAJ7 Y/N i CoCr
AIIYの構成を有し、厚さが0.75gvの耐熱複合
体シートを作製した。Example 5 W with a diameter of 0.3 mm containing 1.7 sit% Th02
Thirty wires were arranged in a line at intervals of 0.1 cm and fixed to a frame, and the surfaces of these W wires were coated with a Nb layer having a thickness of 0.03 m5 by plasma spraying in a low-pressure atmosphere. Subsequently, this N
Plasma melt 1 (with a thickness of 0.5 mm) is deposited on layer b in the same manner as above.
A layer of O1+u+alumina (ANzOi) was coated. Further, on this alumina layer, a thickness of 0.03 m5 was applied by low-pressure atmosphere plasma spraying, and 24vt% C', 8w
t% AD, 0. A FeCrApY alloy layer having a composition of 5vt% Y1 and balance Fe was formed. Furthermore, F
0.15m thick by plasma spraying on eCrAIY layer
1, 20vt% COs 16vt% C',
13vt% Al, 0.5wt% Y, balance Ni
N1CoCrAj! having the composition of Form a Y alloy layer, W/Nb/Af
f 203 /FeCrAJ7 Y/N i CoCr
A heat-resistant composite sheet having a structure of AIIY and having a thickness of 0.75 gv was produced.
次いで、このシート10枚を間にNi基ろう材を挟み込
んで積層し、真空中で、1200℃、15分間の過熱処
理を施して、W線を約30体積%含む耐熱複合体を得た
。Next, 10 of these sheets were stacked with a Ni-based brazing material sandwiched between them, and heated in a vacuum at 1200° C. for 15 minutes to obtain a heat-resistant composite containing about 30% by volume of W wire.
この耐熱複合体は、1100℃で28kg/−一2の荷
重に対し、1300時間のクリープ破断強度を有するこ
とが分かった。また、室温と1100℃との間を500
0回以上往復する熱負荷を与えても変形することはなか
った。さらに、大気中で1100℃、3000時間加熱
してもN1CoCrAjJY基体中に配設されたW線や
Nb層は酸化することはなかった。This heat resistant composite was found to have a creep rupture strength of 1300 hours at 1100° C. under a load of 28 kg/-12. Also, the temperature between room temperature and 1100℃ is 500℃.
There was no deformation even when a heat load was applied over 0 cycles. Further, even when heated in the air at 1100° C. for 3000 hours, the W wires and Nb layer provided in the N1CoCrAjJY substrate were not oxidized.
比較例として、実施例と同様なW線をNb層のみで被覆
した耐火金属繊維を用いて、実施例と同様なNi基超超
合金中配設したNi基超超合金作製した。この耐熱複合
体は、800”Cで5)tgf/1ml’荷重に対して
、5時間のクリープ破断強度であった。As a comparative example, a Ni-based superalloy was prepared in which the same W wire as in the example was placed in a Ni-based superalloy using a refractory metal fiber coated with only an Nb layer. This heat-resistant composite had a creep rupture strength of 5 hours at 800''C under a load of 5)tgf/1ml'.
実施例6 第1図はこの実施例に係る耐熱複合体の断面図である。Example 6 FIG. 1 is a sectional view of the heat-resistant composite according to this example.
耐熱複合体1は、約0.5−一の厚さを有し、鉄基超合
金よりなる基体2と、この基体2の中に、約0.15m
−の間隔で簾状に横に配列されて埋め込まれた30本の
耐火金属繊維3とを有している。これらの耐火金属繊維
3としては、長さ10011%1.7vt%のTh02
を含有する直径0.3amのタングステン繊維(1,7
Th02−W)を用いた。The heat-resistant composite 1 has a thickness of about 0.5-1, and includes a base body 2 made of an iron-based superalloy, and about 0.15 m in the base body 2.
It has 30 refractory metal fibers 3 which are arranged horizontally in a blind shape and embedded at intervals of -. These refractory metal fibers 3 are Th02 with a length of 10011% and 1.7vt%.
Tungsten fiber (1,7
Th02-W) was used.
このタングステン繊維の表面上に、低圧雰囲気プラズマ
溶射により、厚さが約50μmのニオブ層4を被覆した
。溶射用のニオブ粉末としては、純ニオブの粉末を用い
た。A niobium layer 4 having a thickness of about 50 μm was coated on the surface of this tungsten fiber by low-pressure plasma spraying. Pure niobium powder was used as the niobium powder for thermal spraying.
溶射雰囲気中の酸素ガスの分圧を、通常の油回転ポンプ
で得られる真空内での残留酸素の分圧程度に調節すると
、溶射中にニオブが酸素を取り込み、0を含むニオブ層
4が得られた。When the partial pressure of oxygen gas in the thermal spraying atmosphere is adjusted to about the partial pressure of residual oxygen in a vacuum obtained with a normal oil rotary pump, niobium takes in oxygen during thermal spraying, and a niobium layer 4 containing 0 is obtained. It was done.
鉄基超合金基体2Q材料としては、Cr22vt%、A
fI5.8νt%で残部Feの組成を有するFeCrA
1合金を用いた。但しFeCrAj!合金には、深さ約
0.15sv、幅約0.3m−の矩形の溝つけた。その
溝の中にニオブ層に埋設されたタングステン繊維を載置
して、FeCrA1合金で挾んだ。これを約200kg
r/c1の加圧下のもとで、真空中で、1200℃、4
時間加圧加熱することにより、拡散接合を行った。なお
、母材の、FeCrAfI合金同士の良好な拡散接合を
得るためのFeCrAj7含CrA4の前処理としては
、接合の直前に、大気中で、FeCrAf1合金表面を
0.08μmのアルミナ粒による研磨までを行い、その
後、アセトンで超音波洗浄するだけで十分であった。The iron-based superalloy substrate 2Q material includes Cr22vt%, A
FeCrA with an fI of 5.8 νt% and a balance of Fe
1 alloy was used. However, FeCrAj! The alloy was grooved with a rectangular groove about 0.15 sv deep and about 0.3 m wide. A tungsten fiber embedded in a niobium layer was placed in the groove and sandwiched between FeCrA1 alloys. Approximately 200 kg of this
4 at 1200°C in vacuum under a pressure of r/c1.
Diffusion bonding was performed by pressurizing and heating for a period of time. In order to obtain good diffusion bonding between FeCrAfI alloys as base materials, the FeCrAj7-containing CrA4 pretreatment includes polishing the FeCrAf1 alloy surface with 0.08 μm alumina grains in the air immediately before bonding. and then ultrasonic cleaning with acetone was sufficient.
上記プロセスにより、拡散接合時に、Nb層4と、鉄基
超合金基体2との境界にアルミナ層5が生成し、金属の
拡散によるタングステン繊維の脆化が防がれた。Through the above process, an alumina layer 5 was generated at the boundary between the Nb layer 4 and the iron-based superalloy substrate 2 during diffusion bonding, and embrittlement of the tungsten fibers due to metal diffusion was prevented.
この耐熱複合体1は、1100℃で28kgf’/1l
l12の加重に対し、1000時間のクリープ破断強度
を有することが分かった。また、室温と1100℃との
間を3000回以上往復する熱負荷を与えても変形しな
かった。なお、もともと緻密なFeCrA、Q合金のバ
ルクの板を材料として用いたため、この方法で形成され
た耐熱複合体の鉄基超合金層2は、きわめて緻密であっ
た。This heat-resistant composite 1 has a weight of 28 kgf'/1l at 1100°C.
It was found that the material had a creep rupture strength of 1000 hours under a load of 112 hours. Further, it did not deform even when subjected to a heat load of going back and forth between room temperature and 1100°C more than 3000 times. Note that since a bulk plate of FeCrA, Q alloy, which was originally dense, was used as the material, the iron-based superalloy layer 2 of the heat-resistant composite formed by this method was extremely dense.
比較例として、実施例と同様なタングステン繊維を、O
を含まないニオブ層で被覆した耐火金属繊維を用いて、
実施例と同様な鉄基超合金中に配設した耐熱複合体を作
成した。この耐熱複合体では、拡散防止層は生成されず
、高温高強度をまったく示さなかった。As a comparative example, tungsten fiber similar to the example was
Using refractory metal fiber coated with a niobium layer that does not contain
A heat-resistant composite disposed in an iron-based superalloy similar to that of the example was created. In this heat-resistant composite, no anti-diffusion layer was formed and it did not exhibit any high-temperature high strength.
実施例7
第2図(a)はこの実施例に係る耐熱複合体の断面図、
(b)はその耐火金属繊維部分を拡大して示す図である
。まず、耐火金属繊維13として、1.7vt%のTh
02を含有する直径0.3■1のタングステン繊維(1
,7Th02−W) 30本を0.15mm間隔で一
列に並べて枠に固定し、これらのタングステン繊維の表
面を低圧雰囲気プラズマ溶射により厚さが0.03o+
■のニオブ層14で被覆した。Example 7 FIG. 2(a) is a cross-sectional view of a heat-resistant composite according to this example,
(b) is an enlarged view of the refractory metal fiber portion. First, as the refractory metal fiber 13, 1.7vt% Th
Tungsten fiber (1
, 7Th02-W) 30 tungsten fibers were arranged in a row at 0.15 mm intervals and fixed to a frame, and the surface of these tungsten fibers was coated with a thickness of 0.03o+ by plasma spraying in a low-pressure atmosphere.
(2) Covered with niobium layer 14.
溶射用のニオブ粉末としては、純ニオブの粉末を用いた
。Pure niobium powder was used as the niobium powder for thermal spraying.
溶射雰囲気中の酸素ガスの分圧を、通常の油回転ポンプ
で得られる真空内の、残留酸素の分圧程度に調節すると
、溶射中にニオブが酸素を取り込み、Oを含むニオブ層
14が得られた。When the partial pressure of oxygen gas in the thermal spraying atmosphere is adjusted to about the partial pressure of residual oxygen in the vacuum obtained with a normal oil rotary pump, niobium takes in oxygen during thermal spraying, and a niobium layer 14 containing O is obtained. It was done.
引き続いて、このニオブ層14上に上記と同様にプラズ
マ溶射により厚さが0.05+u+であって、24 v
t%のC「、8wt%のAN 、 0.5vt%のイツ
トリウム、残部鉄の組成を有する
FeCrAfIY合金からなる鉄基超合金基体2を形成
して、シートを形成した。Subsequently, the niobium layer 14 is coated with a film having a thickness of 0.05+u+ and 24 V by plasma spraying in the same manner as described above.
An iron-based superalloy substrate 2 made of an FeCrAfIY alloy having a composition of t% C, 8wt% AN, 0.5vt% yttrium, and the balance iron was formed to form a sheet.
次いで、このシート10枚を間に厚さ約0.01mmの
Niろう材6を挟み込んで積層し、真空中で1200℃
15分間の加熱処理を施すことにより、タングステン繊
維を約30体積%含む耐熱複合体11が得られた。Next, 10 of these sheets were stacked with a Ni brazing material 6 of about 0.01 mm thick sandwiched between them, and heated at 1200°C in a vacuum.
By performing the heat treatment for 15 minutes, a heat-resistant composite 11 containing about 30% by volume of tungsten fibers was obtained.
この耐熱複合体は、1100℃で28kgf/■2の加
重に対し、1000時間のクリープ破断強度を有するこ
とがわかった。また、室温ε1100℃との間を300
0回以上往復する熱負荷を与えても変形することは無か
った。This heat-resistant composite was found to have a creep rupture strength of 1000 hours under a load of 28 kgf/2 at 1100°C. Also, the temperature between room temperature ε1100℃ is 300℃.
There was no deformation even when a heat load was applied over 0 cycles.
実施1PJ8
この実施例では第1図に示す構造の耐熱複合体を形成し
た。ここで、耐熱複合体1は、約0.5s■の厚さを有
し、鉄基超合金の基体2と、この基体2の中に、約0.
15mg+の間隔で譲状に横に配列されて埋め込まれた
30本の耐火金属繊維3とを有する。これらの耐火金属
繊維3としては、長さ100mm、1.7vt%のT
h O2を含有する直径0.3− のタングステン繊
維(1,77h02−W)を用いた。このタングステン
繊維の表面上に、蒸着法により、厚さが約50μmのニ
オブ層4を被覆した。蒸着材料としては、約10at%
の0を含む、ニオブとニオブ酸化物の混合物を用いた。Example 1 PJ8 In this example, a heat-resistant composite having the structure shown in FIG. 1 was formed. Here, the heat-resistant composite 1 has a thickness of about 0.5 sec, and includes a base 2 of iron-based superalloy and a base 2 of about 0.5 sec.
It has 30 refractory metal fibers 3 embedded in a horizontal arrangement at intervals of 15 mg+. These refractory metal fibers 3 have a length of 100 mm and a T content of 1.7 vt%.
Tungsten fibers (1,77h02-W) containing hO2 and having a diameter of 0.3- were used. A niobium layer 4 having a thickness of about 50 μm was coated on the surface of this tungsten fiber by a vapor deposition method. As a vapor deposition material, about 10 at%
A mixture of niobium and niobium oxide was used, containing 0 of niobium.
この蒸着により、Oを含むニオブ層4が得られた。Through this vapor deposition, a niobium layer 4 containing O was obtained.
鉄基超合金基体2の材料としては、Cr22wt%、A
f!5.8wt%、球部FeのFeCrAff合金を用
いた。但しFeCrAj7含CrA4深さ約0.151
1%幅約0.3mmの矩形の溝をつけた。その溝の中に
ニオブ層に埋設されたタングステン繊維を載置して、F
eCrAj!合金で挟んだ。これを約200kgf/e
12の加圧下のもとで、真空中で、1200℃、4時間
加圧加熱することにより、拡散接合を行った。このよう
にして拡散接合することにより、耐火金属繊維の配列性
が良く、高い耐熱金属繊維の体積比の耐熱複合体を正確
に形成することができる。The materials of the iron-based superalloy substrate 2 include Cr22wt%, A
f! A FeCrAff alloy with 5.8 wt % Fe in the spherical portion was used. However, the depth of FeCrAj7 containing CrA4 is approximately 0.151
A rectangular groove with a 1% width of about 0.3 mm was formed. A tungsten fiber embedded in a niobium layer is placed in the groove, and F
eCrAj! Sandwiched with alloy. This is approximately 200kgf/e
Diffusion bonding was performed by pressurizing and heating at 1200° C. for 4 hours in a vacuum under a pressure of 12°C. By performing diffusion bonding in this manner, it is possible to accurately form a heat-resistant composite with good arrangement of the refractory metal fibers and a high volume ratio of the heat-resistant metal fibers.
なお、母材の、FeCrAf1合金同士の良好な拡散接
合を得るためのFeCrA1合金の表面の前処理として
は、接合の直前に、大気中で、FeCrAfI合金表面
を0.06μmのアルミナ粒による研磨までを行い、そ
の後、アセトンで超音波洗浄するだけで十分であった。In order to obtain good diffusion bonding between FeCrAf1 alloys as base materials, the surface of the FeCrAf1 alloy is pretreated by polishing the surface of the FeCrAfI alloy with 0.06 μm alumina grains in the atmosphere immediately before bonding. It was sufficient to perform ultrasonic cleaning with acetone.
このプロセスにより、Nb溶射層と、
FeCrAl合金の境界に厚さ数μmのアルミナ層5が
生成し、金属の拡散によるタングステン繊維の脆化は防
がれた。Through this process, an alumina layer 5 with a thickness of several μm was generated at the boundary between the Nb sprayed layer and the FeCrAl alloy, and embrittlement of the tungsten fibers due to metal diffusion was prevented.
この耐熱複合体は、1100℃で28kgf/■12の
加重に対し、1000時間のクリープ破断強度を有する
ことがわかった。また、室温と1100℃との間を30
00回以上往復する熱負荷を与えても変形することは無
かった。This heat-resistant composite was found to have a creep rupture strength of 1000 hours under a load of 28 kgf/12 at 1100°C. Also, the temperature between room temperature and 1100℃ is 30℃.
There was no deformation even after applying a heat load of more than 00 cycles.
なお、もともと緻密なFeCrA1合金のバルクの板を
材料として用いたため、この方法で形成された耐熱複合
体の母材層は、きわめて緻密であった。また、ニオブ層
の厚さの均一性も良好であった。Note that since a bulk plate of FeCrA1 alloy, which was originally dense, was used as the material, the base material layer of the heat-resistant composite formed by this method was extremely dense. Further, the uniformity of the thickness of the niobium layer was also good.
溝の形状を矩形にする代わりに、7字、半円、U字にし
ても同様な結果が得られた。Similar results were obtained when the shape of the groove was made into a 7-shape, a semicircle, or a U-shape instead of a rectangle.
実施例9
この実施例では第1図に示す構造の耐熱複合体を形成し
た。ここで、耐熱複合体1は、約2■の厚さを有し、鉄
基超合金の基体2と、この基体2の中に、約1■の間隔
で譲状に横に配列されて埋め込まれた5本の耐火金属繊
維3とを有する。これらの耐火金属繊維3としては、長
さ100■、1.7vt%のThe、を含有する直径0
.3mgのタングステン繊維(1,7Th02−W)を
用いた。このタングステン繊維の表面上に、厚さが約0
.5−一の粉末ニオブ層4を被覆した。材料としては、
約10at%の0を含む、ニオブとニオブ酸化物の混合
物の粉末を用いた。Example 9 In this example, a heat-resistant composite having the structure shown in FIG. 1 was formed. Here, the heat-resistant composite 1 has a thickness of about 2 cm, and is embedded in a base 2 of iron-based superalloy and in this base 2, arranged horizontally at intervals of about 1 cm. It has five refractory metal fibers 3. These refractory metal fibers 3 have a length of 100mm and a diameter of 0 containing 1.7vt% The.
.. 3 mg of tungsten fiber (1,7Th02-W) was used. On the surface of this tungsten fiber, the thickness is approximately 0.
.. 5-1 powdered niobium layer 4 was coated. As for the material,
A powder of a mixture of niobium and niobium oxide containing about 10 at% 0 was used.
鉄基超合金層2の材料としては、Cr22wt%、Al
5.8vt%残りFeの FeCrAl1合金の粉末
を用いた。これを約200 kg f / cdの加圧
下のもとで、真空中で、1200℃、4時間加圧加熱す
ることにより、拡散接合を行った。The materials for the iron-based superalloy layer 2 include 22wt% Cr, Al
FeCrAl1 alloy powder with 5.8 vt% remaining Fe was used. Diffusion bonding was performed by pressurizing and heating this in vacuum at 1200° C. for 4 hours under a pressure of about 200 kg f/cd.
このプロセスにより、ニオブ層4と、
FeCrAl1合金の境界にアルミナ層5が生成し、金
属の拡散によるタングステン繊維の脆化は防がれた。Through this process, an alumina layer 5 was formed at the boundary between the niobium layer 4 and the FeCrAl1 alloy, and embrittlement of the tungsten fibers due to metal diffusion was prevented.
実施例10
第3図(a)はこの実施例に係る耐熱複合体の断面図、
第3図(b)はその耐火金属繊維部を拡大して示す図で
ある。まず、耐火金属繊維23として、1.7vt%の
The2を含有する直径0.31のタングステン繊維(
1,7Th02−W)、30本を0.15m5間隔で一
列に並べて枠に固定し、これらのタングステン繊維の表
面を低圧雰囲気プラズマ溶射により厚さが0.03+s
mのニオブ層24で被覆した。溶射用のニオブ粉末とし
ては、純ニオブの粉末を用いた。Example 10 FIG. 3(a) is a cross-sectional view of a heat-resistant composite according to this example,
FIG. 3(b) is an enlarged view of the refractory metal fiber portion. First, as the refractory metal fiber 23, a tungsten fiber with a diameter of 0.31 containing 1.7 vt% The2 (
1,7Th02-W), 30 tungsten fibers were lined up in a row at 0.15m5 intervals and fixed to a frame, and the surface of these tungsten fibers was coated with a low-pressure plasma spray to a thickness of 0.03+s.
It was coated with a niobium layer 24 of m. Pure niobium powder was used as the niobium powder for thermal spraying.
溶射雰囲気中の酸素ガスの分圧を、通常の油回転ポンプ
で得られる真空内の、残留酸素の分圧程度に調節すると
、溶射中にニオブが酸素を取り込み、0を含むニオブ層
24が得られた。When the partial pressure of oxygen gas in the thermal spraying atmosphere is adjusted to about the partial pressure of residual oxygen in the vacuum obtained with a normal oil rotary pump, niobium takes in oxygen during thermal spraying, and a niobium layer 24 containing 0 is obtained. It was done.
引き続いて、このニオブ層24上に上記と同様にプラズ
マ溶射により厚さが0.05+ugであって、24 w
t%のCr、8wt%のAIl、、0.5vt%のイツ
トリウム、残部鉄の組成を有するFeCrAIY合金か
らなる鉄基超合金層22を形成した。この様にして得た
ニオブ層24及び鉄基超合金層22の中に埋設された耐
火金属繊維30本全体に対して、低圧雰囲気プラズマ溶
射を行い、20vt%のCo、16wt%のCr s
13vt%のAN 、 0. 5wt%のY1残部Ni
の組成を有スルN1CoCrAj1合金からなるNi基
合金基体27を形成し、W/N b/ F e Cr
AIIY/N1CoCrAfJYの構成を有し、厚さが
約0.51量のNll超超合金シート作成した。Subsequently, this niobium layer 24 is coated with a film having a thickness of 0.05+ug and 24w by plasma spraying in the same manner as above.
An iron-based superalloy layer 22 was formed of a FeCrAIY alloy having a composition of t% Cr, 8wt% AlI, 0.5vt% yttrium, and the balance iron. All 30 refractory metal fibers embedded in the niobium layer 24 and the iron-based superalloy layer 22 thus obtained were subjected to low-pressure plasma spraying, and 20vt% Co and 16wt% Cr s were applied.
13vt% AN, 0. 5wt% Y1 balance Ni
A Ni-based alloy substrate 27 is formed of a N1CoCrAj1 alloy having a composition of W/N b/ Fe Cr
An Nll super superalloy sheet having a structure of AIIY/N1CoCrAfJY and a thickness of about 0.51 was prepared.
次いで、このシート10枚を間に厚さ約0.01m5の
Niろう材26を挟み込んで積層し、真空中で、120
0℃、15分間の加熱処理を施すことにより、タングス
テン繊維を約30体積%含む耐熱複合体21をえた。Next, 10 of these sheets were stacked with a Ni brazing material 26 with a thickness of about 0.01 m5 sandwiched between them, and 120
By performing heat treatment at 0° C. for 15 minutes, a heat-resistant composite 21 containing about 30% by volume of tungsten fibers was obtained.
この耐熱複合体は、1100℃で28kgf/−■2の
加重に対し、1250時間のクリープ破断強度を有する
ことがわかった。また、室温と1100℃との間を30
00回以上往復する熱負荷を与えても変形することは無
かった。This heat-resistant composite was found to have a creep rupture strength of 1250 hours under a load of 28 kgf/-2 at 1100°C. Also, the temperature between room temperature and 1100℃ is 30℃.
There was no deformation even after applying a heat load of more than 00 cycles.
なお、本発明の耐熱複合体は、平板状の構造体であるセ
ラミックタービン翼の芯金、柱状の構造体である耐熱性
のボルト、ナツト、ピン、線状の構造体である耐熱性ロ
ープ、管状の構造体である耐熱性のパイプ等の用途に用
いることができる。The heat-resistant composite of the present invention includes core metal of a ceramic turbine blade which is a flat plate-like structure, heat-resistant bolts, nuts, and pins which are columnar structures, heat-resistant rope which is a linear structure, It can be used for applications such as heat-resistant pipes that are tubular structures.
[発明の効果]
以上の様に、本発明によれば、高温で十分高い強度が得
られ、しかも長時間にわたって安定して使用できる耐熱
複合体を提供することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to provide a heat-resistant composite that has sufficiently high strength at high temperatures and can be used stably for a long period of time.
第1図乃至WS3図はこの発明の実施例に係る耐熱複合
体を示す図である。
1.11.21・・・耐熱複合体、2,12゜27・・
・基体、3,13.23・・・耐火金属繊維、4゜14
.24・・・ニオブ層、5,15.25・・・セラミッ
クス層、22・・・超合金層1 to WS3 are diagrams showing a heat-resistant composite according to an embodiment of the present invention. 1.11.21...Heat-resistant composite, 2,12°27...
・Substrate, 3,13.23... Fireproof metal fiber, 4゜14
.. 24... Niobium layer, 5, 15.25... Ceramic layer, 22... Superalloy layer
Claims (6)
なる超合金基体と、この超合金基体中に配設された耐火
金属繊維と、この耐火金属繊維を覆いニオブまたはニオ
ブ合金からなるニオブ層と、ニオブ層の表面上に形成さ
れたニオブ−アルミニウム合金層とを有していることを
特徴とする耐熱複合体。(1) A superalloy base made of an iron-based, nickel-based, or cobalt-based superalloy, a refractory metal fiber disposed in the superalloy base, and a niobium layer made of niobium or a niobium alloy covering the refractory metal fiber. and a niobium-aluminum alloy layer formed on the surface of the niobium layer.
なる超合金基体と、この超合金基体中に配設された耐火
金属繊維と、この耐火金属繊維を覆いニオブまたはニオ
ブ合金からなるニオブ層と、このニオブ層を覆いアルミ
ニウムもしくはアルミニウム合金からなるアルミニウム
層と、ニオブ層とアルミニウム層との間に形成されたニ
オブ−アルミニウム合金層とを有していることを特徴と
する耐熱複合体。(2) A superalloy base made of an iron-based, nickel-based, or cobalt-based superalloy, a refractory metal fiber disposed in the superalloy base, and a niobium layer made of niobium or a niobium alloy covering the refractory metal fiber. A heat-resistant composite body comprising: an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy covering the niobium layer; and a niobium-aluminum alloy layer formed between the niobium layer and the aluminum layer.
合金基体と、この超合金基体中に配設された耐火金属繊
維と、この耐火金属繊維を覆いニオブまたはニオブ合金
からなるニオブ層と、このニオブ層を覆い鉄基の超合金
からなる超合金層と、ニオブ層と超合金層との間に形成
されたニオブ−アルミニウム合金層とを有していること
を特徴とする耐熱複合体。(3) a superalloy base made of a nickel-based or cobalt-based superalloy; a refractory metal fiber disposed in the superalloy base; a niobium layer made of niobium or a niobium alloy covering the refractory metal fiber; A heat-resistant composite comprising: a superalloy layer made of an iron-based superalloy covering a niobium layer; and a niobium-aluminum alloy layer formed between the niobium layer and the superalloy layer.
合金基体と、この超合金基体中に配設された耐火金属繊
維と、この耐火金属繊維を覆いニオブまたはニオブ合金
からなるニオブ層と、このニオブ層を覆い鉄基の超合金
からなる超合金層と、このニオブ層を覆いアルミニウム
もしくはアルミニウム合金からなるアルミニウム層と、
ニオブ層とアルミニウム層との間に形成されたニオブ−
アルミニウム合金層とを有しでいることを特徴とする耐
熱複合体。(4) a superalloy base made of a nickel-based or cobalt-based superalloy; a refractory metal fiber disposed in the superalloy base; a niobium layer made of niobium or a niobium alloy covering the refractory metal fiber; a superalloy layer made of an iron-based superalloy covering the niobium layer; an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy covering the niobium layer;
Niobium formed between the niobium layer and the aluminum layer
A heat-resistant composite comprising an aluminum alloy layer.
なる超合基体と、この超合金基体中に配設された耐火金
属繊維と、この耐火金属繊維を覆いニオブまたはニオブ
合金からなるニオブ層と、このニオブ層の表面に被覆さ
れたセラミックス層とを有していることを特徴とする耐
熱複合体。(5) A superalloy base made of an iron-based, cobalt-based, or nickel-based superalloy, a refractory metal fiber disposed in the superalloy base, and a niobium layer made of niobium or a niobium alloy covering the refractory metal fiber. and a ceramic layer coated on the surface of the niobium layer.
体と、この基体中に配設された耐火金属繊維と、この耐
火金属繊維を覆いニオブまたはニオブ合金からなるニオ
ブ層と、このニオブ層の表面に形成されたセラミックス
層と、セラミックス層の表面に形成され鉄基の超合金か
らなる超合金層とを有することを特徴とする耐熱複合体
。(6) A base made of a nickel-based or cobalt-based superalloy, a refractory metal fiber disposed in the base, a niobium layer made of niobium or a niobium alloy covering the refractory metal fiber, and a surface of the niobium layer. 1. A heat-resistant composite comprising: a ceramic layer formed on the surface of the ceramic layer; and a superalloy layer made of an iron-based superalloy formed on the surface of the ceramic layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2162716A JPH03183754A (en) | 1989-09-05 | 1990-06-22 | Heat resisting composite |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23006689 | 1989-09-05 | ||
| JP1-230066 | 1989-09-05 | ||
| JP2162716A JPH03183754A (en) | 1989-09-05 | 1990-06-22 | Heat resisting composite |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03183754A true JPH03183754A (en) | 1991-08-09 |
Family
ID=26488414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2162716A Pending JPH03183754A (en) | 1989-09-05 | 1990-06-22 | Heat resisting composite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03183754A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102400100A (en) * | 2010-09-09 | 2012-04-04 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Coated parts and preparation method thereof |
-
1990
- 1990-06-22 JP JP2162716A patent/JPH03183754A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102400100A (en) * | 2010-09-09 | 2012-04-04 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Coated parts and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6335105B1 (en) | Ceramic superalloy articles | |
| US5993980A (en) | Protective coating for protecting a component from corrosion, oxidation and excessive thermal stress, process for producing the coating and gas turbine component | |
| US4198442A (en) | Method for producing elevated temperature corrosion resistant articles | |
| US8133595B2 (en) | Multilayer alloy coating film, heat-resistant metal member having the same, and method for producing multilayer alloy coating film | |
| EP2193225B1 (en) | Bimetallic bond layer for thermal barrier coating on superalloy | |
| JP3464003B2 (en) | Erosion and corrosion protection coatings for hot components | |
| GB2095700A (en) | Superalloy coating compositions | |
| JPH08225959A (en) | Method of coating thermal barrier coating on superalloy article and thermal barrier coating | |
| US10549378B2 (en) | Method for producing a nickel aluminide coating on a metal substrate, and part having one such coating | |
| CN111334797A (en) | A kind of strong chemical adsorption interface thermal barrier coating adhesive layer material and preparation method thereof | |
| Ma et al. | Superior high-temperature oxidation resistance of a novel (Al2O3–Y2O3)/Pt laminated coating | |
| JPH01215937A (en) | Heat resistant composite material | |
| US6277499B1 (en) | Oxidation resistant coatings for copper | |
| JP3857690B2 (en) | Re alloy film for diffusion barrier | |
| JPH03183754A (en) | Heat resisting composite | |
| JP6712801B2 (en) | Thermal barrier coating method and thermal barrier coating material | |
| JP3857689B2 (en) | ReCrNi alloy coating for diffusion barrier | |
| JP3910588B2 (en) | ReCr alloy coating for diffusion barrier | |
| US20080187773A1 (en) | Method for the Protection of Titanium Alloys Against High Temperatures and Material Produced | |
| JP2868893B2 (en) | Metal wire reinforced heat-resistant ceramic composite | |
| JPH01252739A (en) | Heat-resisting composite body | |
| US10047614B2 (en) | Coating system including alternating layers of amorphous silica and amorphous silicon nitride | |
| JP2000511236A (en) | Structural component having superalloy substrate and layer structure provided thereon, and method of manufacturing the same | |
| JP3641500B2 (en) | Gas turbine high temperature component and manufacturing method thereof | |
| JP2003253302A (en) | Oxidation resistant coated niobium-based alloy and method for producing the same |