JPH03183754A - 耐熱複合体 - Google Patents

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

溶射用のニオブ粉末としては、純ニオブの粉末を用いた
。

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。

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。

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。

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。

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。

この蒸着により、Ｏを含むニオブ層４が得られた。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）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。
2. （２）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、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。
3. （３）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、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。
4. （４）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、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。
5. （５）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。
6. （６）ニッケル基またはコバルト基の超合金からなる基
   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
   。