JPH0436454A - 溶射被覆用材料及び溶射被覆耐熱部材 - Google Patents
溶射被覆用材料及び溶射被覆耐熱部材Info
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- JPH0436454A JPH0436454A JP2139605A JP13960590A JPH0436454A JP H0436454 A JPH0436454 A JP H0436454A JP 2139605 A JP2139605 A JP 2139605A JP 13960590 A JP13960590 A JP 13960590A JP H0436454 A JPH0436454 A JP H0436454A
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- thermal
- thermal spray
- heat
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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】
[産業上の利用分野コ
本発明はセラミックスや金属等の表面改善のための溶射
被服用として用いられる、耐熱性を付与された断熱性に
優れる溶射被覆用材料および、耐熱性部品の高温耐久性
向上技術のうちで、特にカスタービン等の部品としで、
これらの溶射被覆用材料を、最適なプラズマ溶射法によ
り被覆した耐熱部材に関する。
被服用として用いられる、耐熱性を付与された断熱性に
優れる溶射被覆用材料および、耐熱性部品の高温耐久性
向上技術のうちで、特にカスタービン等の部品としで、
これらの溶射被覆用材料を、最適なプラズマ溶射法によ
り被覆した耐熱部材に関する。
[従来の技術]
耐熱、耐熱衝撃部材に要求される高温特性は、年々苛酷
さを増している。なかでもカスタービンは、高温で稼動
されるほど高い効率を発揮するので、その稼動温度の上
昇を絶えず要求されている。そのため、それに対応でき
る耐熱性と耐熱衝撃性を兼ねている材料として53C、
513N4等のファインセラミックスが検討されている
が、現時点では衝撃強度的に問題かあるためガスタービ
ン部品は金属材料を基本に製造されている。
さを増している。なかでもカスタービンは、高温で稼動
されるほど高い効率を発揮するので、その稼動温度の上
昇を絶えず要求されている。そのため、それに対応でき
る耐熱性と耐熱衝撃性を兼ねている材料として53C、
513N4等のファインセラミックスが検討されている
が、現時点では衝撃強度的に問題かあるためガスタービ
ン部品は金属材料を基本に製造されている。
しかし、Ni基、Co基などの耐熱金属材料は、その使
用を1000℃以下に限定される。それ故それらがガス
タービン部品に適用されるにあたっては、冷却あるいは
熱遮蔽する方法が種々検討されてきた。熱遮蔽とはガス
タービン等の高温耐熱部品の金属(以下母材と称する)
の表面にセラミック層を形成し母材温度を下げることで
あり、以前から熱伝導率が低く、かつ耐熱衝撃性および
輻射率が高いセラミック粉末を溶射被覆用材料として用
いている。
用を1000℃以下に限定される。それ故それらがガス
タービン部品に適用されるにあたっては、冷却あるいは
熱遮蔽する方法が種々検討されてきた。熱遮蔽とはガス
タービン等の高温耐熱部品の金属(以下母材と称する)
の表面にセラミック層を形成し母材温度を下げることで
あり、以前から熱伝導率が低く、かつ耐熱衝撃性および
輻射率が高いセラミック粉末を溶射被覆用材料として用
いている。
これまでこのような用途に使用している材料として例え
ばY2O3等の希土類酸化物を安定化剤として添加した
ZrO2等があげられる。しかしながら、現在最良とさ
れているこの溶射材料を使用して得られる溶射被覆ても
急冷、急熱の激しい熱サイクルを加えられるガスタービ
ンでは被覆層は母材から剥離を生じ、その機能を失う傾
向が見られた。
ばY2O3等の希土類酸化物を安定化剤として添加した
ZrO2等があげられる。しかしながら、現在最良とさ
れているこの溶射材料を使用して得られる溶射被覆ても
急冷、急熱の激しい熱サイクルを加えられるガスタービ
ンでは被覆層は母材から剥離を生じ、その機能を失う傾
向が見られた。
また、これらの材料は希土類酸化物を使用しているため
単味で使用すると値段が高く、製造された溶射材料も非
常に高価なものとなり、工業用等の構造材料部材に多量
に使用することはコスト的にかなり問題がある。
単味で使用すると値段が高く、製造された溶射材料も非
常に高価なものとなり、工業用等の構造材料部材に多量
に使用することはコスト的にかなり問題がある。
一般に急熱、急冷の激しい熱サイクル下で溶射被覆部材
を使用すると母材と被膜の間に熱的歪か生じ、急激な母
材の熱膨張に追随できず被覆層の亀裂、剥離が生じ十分
な耐用性を示さない。これ故に、単に熱伝導率が低いだ
けでなく膨張係数も、母材のそれに近い値を有する溶射
材料の開発が種々行われている。また、剥離の主因であ
る金属とセラミック層との中間に両者を混合ないしは複
合してなる層を設けた(例えば特開昭55−11388
0等)、或いはセラミック層に高温、長時間の熱処理に
よって微細な割れを形成させ(例えば特開昭56−54
905等)だ部品やセラミック層形成後急冷することで
層内に微細な割れを形成させ(例えば特開昭58−87
273等)た部品等、種々の提案がなされている。
を使用すると母材と被膜の間に熱的歪か生じ、急激な母
材の熱膨張に追随できず被覆層の亀裂、剥離が生じ十分
な耐用性を示さない。これ故に、単に熱伝導率が低いだ
けでなく膨張係数も、母材のそれに近い値を有する溶射
材料の開発が種々行われている。また、剥離の主因であ
る金属とセラミック層との中間に両者を混合ないしは複
合してなる層を設けた(例えば特開昭55−11388
0等)、或いはセラミック層に高温、長時間の熱処理に
よって微細な割れを形成させ(例えば特開昭56−54
905等)だ部品やセラミック層形成後急冷することで
層内に微細な割れを形成させ(例えば特開昭58−87
273等)た部品等、種々の提案がなされている。
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、上記の従来の手段てはそれぞれ改善はさ
れてはいるものの、熱サイクル試験等の成績からその効
果は限定されていた。本発明はこうした現況を考慮し、
Y2O3ZrO2等に比べ非常に安価て製品収率かよく
経済的てかつ延長された寿命を有する耐熱、耐熱衝撃を
有する溶射被覆用材料、及びこれを施されたカスタービ
ン部品の如き溶射被覆耐熱部材を提供することを目的と
している。
れてはいるものの、熱サイクル試験等の成績からその効
果は限定されていた。本発明はこうした現況を考慮し、
Y2O3ZrO2等に比べ非常に安価て製品収率かよく
経済的てかつ延長された寿命を有する耐熱、耐熱衝撃を
有する溶射被覆用材料、及びこれを施されたカスタービ
ン部品の如き溶射被覆耐熱部材を提供することを目的と
している。
[課題を解決するための手段]
発明者等は、耐熱性、および耐熱衝撃性を具備するよう
な材料を見出すぺ〈鋭意研究を重ねてきた。その結果、
天然資源としても存在する珪酸マグネシウムとMg0・
4 ZrO2の組合せにより、耐熱性、耐熱衝撃性に優
れた希土類を使用しない安価な全く新しい溶射材料が得
られることを見出した。
な材料を見出すぺ〈鋭意研究を重ねてきた。その結果、
天然資源としても存在する珪酸マグネシウムとMg0・
4 ZrO2の組合せにより、耐熱性、耐熱衝撃性に優
れた希土類を使用しない安価な全く新しい溶射材料が得
られることを見出した。
すなわち、本発明は、
1 2 MgO−5iO2−lAg0・4 ZrO□系
酸化物で、組成は重量%表示て20≦2 MgO・5i
n2≦50.50≦MgO・4ZrO2≦80、かツ2
MgO−5iO□+ MgO・4ZrOZr02=
100から成ることを特徴とする溶射被覆用材料。
酸化物で、組成は重量%表示て20≦2 MgO・5i
n2≦50.50≦MgO・4ZrO2≦80、かツ2
MgO−5iO□+ MgO・4ZrOZr02=
100から成ることを特徴とする溶射被覆用材料。
2 耐熱金属材料で構成された部品においで、該部品は
その表面に設けられた前記耐熱金属材料と同等もしくは
より高温耐食性に富む金属被覆層を有し、更に該金属被
覆層上に上記第1項記載の溶射被覆用材料を溶射したこ
とを特徴とする溶射被覆耐熱部材。
その表面に設けられた前記耐熱金属材料と同等もしくは
より高温耐食性に富む金属被覆層を有し、更に該金属被
覆層上に上記第1項記載の溶射被覆用材料を溶射したこ
とを特徴とする溶射被覆耐熱部材。
3 上記第1項記載の各系酸化物材料か化合物、複合物
、または混合物の粒子であることを特徴とする溶射被覆
用材料。
、または混合物の粒子であることを特徴とする溶射被覆
用材料。
4 上記第1項記載の酸化物材料の粒径が5〜500μ
mに調整され、特に平均粒子径が10〜100μmであ
ることを特徴とする溶射被覆用材料。
mに調整され、特に平均粒子径が10〜100μmであ
ることを特徴とする溶射被覆用材料。
5 上記第2項記載の溶射被覆用材料が、上記第3項記
載の溶射被覆用材料であることを特徴とする溶射被覆耐
熱部材。
載の溶射被覆用材料であることを特徴とする溶射被覆耐
熱部材。
である。
以下に本発明について具体的に説明する。
高温安定性であり耐熱効果が高く比較的熱膨張率か大き
くかつ安価で製造できるセラミック材料について珪酸マ
グネシウムを出発原料として溶射被覆用材料の開発を試
みた。珪酸マグネシウム系化合物にはrMgo・SiO
2」r 2 MgO・5iO2J等が知られている。し
かしMgO・5in2は含有5in2量が相対的に高く
、溶射時の漏れ性の悪さから母材との密着性が悪くなり
、熱サイクルを加えることにより、亀裂を発生する。こ
のような結果から珪酸マグネシウム溶射材料には2 M
gO・SiO□を選択した。また断熱、耐熱性の効果を
一層上げるために、種々の研究からMgO・4 ZrO
2を選びだし、本発明溶射被覆用材料はこわらを複数で
用いた。これら耐熱、断熱効果を有する材料を複数で用
いることは、従来の断熱材料と比較してより優れた耐熱
、断熱性を発現し、信頼性の高い被覆層形成が期待でき
るからである。
くかつ安価で製造できるセラミック材料について珪酸マ
グネシウムを出発原料として溶射被覆用材料の開発を試
みた。珪酸マグネシウム系化合物にはrMgo・SiO
2」r 2 MgO・5iO2J等が知られている。し
かしMgO・5in2は含有5in2量が相対的に高く
、溶射時の漏れ性の悪さから母材との密着性が悪くなり
、熱サイクルを加えることにより、亀裂を発生する。こ
のような結果から珪酸マグネシウム溶射材料には2 M
gO・SiO□を選択した。また断熱、耐熱性の効果を
一層上げるために、種々の研究からMgO・4 ZrO
2を選びだし、本発明溶射被覆用材料はこわらを複数で
用いた。これら耐熱、断熱効果を有する材料を複数で用
いることは、従来の断熱材料と比較してより優れた耐熱
、断熱性を発現し、信頼性の高い被覆層形成が期待でき
るからである。
2 MgO−SiO2は混合物、複合物を用いることか
できるが純粋な鉱物(フォルステライト)を使用するの
が有効である。MgO・4 ZrO2も化合物、複合物
および混合物を用いることができるが、化合物もしくは
スプレードライヤー等で噴霧造粒した複合物が好ましい
。本発明材料は、粒径5〜500μmに調整され、特に
平均粒径が10〜100μmに調整されたものが好まし
い。
できるが純粋な鉱物(フォルステライト)を使用するの
が有効である。MgO・4 ZrO2も化合物、複合物
および混合物を用いることができるが、化合物もしくは
スプレードライヤー等で噴霧造粒した複合物が好ましい
。本発明材料は、粒径5〜500μmに調整され、特に
平均粒径が10〜100μmに調整されたものが好まし
い。
本発明について組成範囲を1記のように限定したものは
以下の理由による。2 MgO・SiO2が50重量%
より多い場合は熱膨張率が汁さく母材の熱膨張率に追随
できなくなるばかりでなく、含有5in2量が多くなる
につれ漏れ性も悪く、剥離を生ずる。
以下の理由による。2 MgO・SiO2が50重量%
より多い場合は熱膨張率が汁さく母材の熱膨張率に追随
できなくなるばかりでなく、含有5in2量が多くなる
につれ漏れ性も悪く、剥離を生ずる。
MgO・4 ZrO2が80重量%より多い場合は高温
安定作用の低下が起こり好ましくない。本発明溶射材料
の粒径が5μm以下の場合は溶射ガンへ供給される粉の
流れが悪く良好な被膜となりえず溶射時の歩留りも低下
する。また、500μm以上の場合は溶射波腹中に未溶
融粒子が形成され被膜の密着性の低下を招く。
安定作用の低下が起こり好ましくない。本発明溶射材料
の粒径が5μm以下の場合は溶射ガンへ供給される粉の
流れが悪く良好な被膜となりえず溶射時の歩留りも低下
する。また、500μm以上の場合は溶射波腹中に未溶
融粒子が形成され被膜の密着性の低下を招く。
本発明の溶射材料は、2種類の材料を種々の割合で化合
、複合もしくは混合することに特徴がある。これにより
耐用性の向上がはからねる。またこの材料を溶射した被
膜は、優れた耐熱性、断熱性を有しているばかりでなく
、母材と類似の熱間膨張挙動を示す。このことにより被
膜の剥M損傷を抑制できた本溶射材料の工業的意義は大
きい。
、複合もしくは混合することに特徴がある。これにより
耐用性の向上がはからねる。またこの材料を溶射した被
膜は、優れた耐熱性、断熱性を有しているばかりでなく
、母材と類似の熱間膨張挙動を示す。このことにより被
膜の剥M損傷を抑制できた本溶射材料の工業的意義は大
きい。
以下に本発明の種々の実施例について説明する。
寿命低下の主因であるセラミック層の剥離は、金属とセ
ラミックの膨張係数の相違に基づく熱応力に起因するた
め、これを緩和するために比較的熱膨張係数の大きなセ
ラミックを種々選択して熱衝撃試験を実施した。基材は
50x 50X 5 inIのNi基合金(lN939
:N1−Go−にr−W系合金)を用い、アルミナ粉末
でブラスト処理した後、まず高温耐食性に富む金属とし
てNlCrAIY合金を100μm減圧プラズマ溶射し
、更にその上に第1表に示す各セラミックスを平均粒径
約30μmに調整した溶射材料をプラズマ溶射した。得
られた試験片は1200℃で15分間加熱、室温で15
分間冷却という熱衝撃試験に供され、亀裂発生までの熱
サイクル回数を調査した。
ラミックの膨張係数の相違に基づく熱応力に起因するた
め、これを緩和するために比較的熱膨張係数の大きなセ
ラミックを種々選択して熱衝撃試験を実施した。基材は
50x 50X 5 inIのNi基合金(lN939
:N1−Go−にr−W系合金)を用い、アルミナ粉末
でブラスト処理した後、まず高温耐食性に富む金属とし
てNlCrAIY合金を100μm減圧プラズマ溶射し
、更にその上に第1表に示す各セラミックスを平均粒径
約30μmに調整した溶射材料をプラズマ溶射した。得
られた試験片は1200℃で15分間加熱、室温で15
分間冷却という熱衝撃試験に供され、亀裂発生までの熱
サイクル回数を調査した。
結果を第1表に示す。
本試験結果より、No、6の2 MgO−5iO2−5
0wt96Mg0・4Zr(J2からNo、11の2
MgO−SiO2−80wt’4 Mg0・4ZrO2
が耐熱衝$10回以上の耐用性を示し・良好な耐熱衝撃
性を有する事が判明した。
0wt96Mg0・4Zr(J2からNo、11の2
MgO−SiO2−80wt’4 Mg0・4ZrO2
が耐熱衝$10回以上の耐用性を示し・良好な耐熱衝撃
性を有する事が判明した。
尚、2 MgO−5iO2−MgO・4ZrOZrO2
系原料に関しては、複合物が最も良好で、次いで、化合
物、混合物の順で耐熱衝撃性に優れていることが本試験
で判明した。第1図に良好な耐熱衝撃性を示したNo、
10の2 MgO−SiO2−70wt!k MgO
・4ZrOZr0zを代表例として被膜の断面を示した
。被膜内に微細な垂直亀裂か多数存在し、この垂直亀裂
により耐熱衝撃性か向上したものと推定される。
系原料に関しては、複合物が最も良好で、次いで、化合
物、混合物の順で耐熱衝撃性に優れていることが本試験
で判明した。第1図に良好な耐熱衝撃性を示したNo、
10の2 MgO−SiO2−70wt!k MgO
・4ZrOZr0zを代表例として被膜の断面を示した
。被膜内に微細な垂直亀裂か多数存在し、この垂直亀裂
により耐熱衝撃性か向上したものと推定される。
[実施例コ
実施例1
灯油を使用している発電用ガスタービン1段、2段静翼
にNi(:rAIYを0.1mm減圧溶射し更に、その
上に平均粒径約30IJI11に調整された本発明溶射
被覆用材料、2 MgO・5iO2−50wt%; M
gO・4 Zr02(複合原料)、2 Mg(lSi0
2−70wt96vgo・4 ZrO2(複合原料)を
それぞれ0.2mm溶射し、タービン入口カス温度11
00℃て約1年間使用したが、本発明被覆の剥離などな
く良好に推移している。
にNi(:rAIYを0.1mm減圧溶射し更に、その
上に平均粒径約30IJI11に調整された本発明溶射
被覆用材料、2 MgO・5iO2−50wt%; M
gO・4 Zr02(複合原料)、2 Mg(lSi0
2−70wt96vgo・4 ZrO2(複合原料)を
それぞれ0.2mm溶射し、タービン入口カス温度11
00℃て約1年間使用したが、本発明被覆の剥離などな
く良好に推移している。
実施例2
実施例1の発電用ガスターヒンの燃焼器内面に下盛層と
してN1CrAIYを0.15+nm減圧溶射し、その
上に第1表で示す試験片N003、No、4、No、
10と同様の材料を大気中で各々0.3+n+nプラズ
マ溶射した燃焼器内筒を燃焼室温度1150〜1300
℃で1年間使用したが、本発明のNo、 10の被膜は
いずれも健全であり良好に推移している。尚、本実施例
で比較材料としたN083、No、4の被膜はいずれも
3〜6力月以内で亀甲状亀裂や剥離をおこした。
してN1CrAIYを0.15+nm減圧溶射し、その
上に第1表で示す試験片N003、No、4、No、
10と同様の材料を大気中で各々0.3+n+nプラズ
マ溶射した燃焼器内筒を燃焼室温度1150〜1300
℃で1年間使用したが、本発明のNo、 10の被膜は
いずれも健全であり良好に推移している。尚、本実施例
で比較材料としたN083、No、4の被膜はいずれも
3〜6力月以内で亀甲状亀裂や剥離をおこした。
[発明の効果コ
上記の結果から明らかな如く、本発明溶射被覆用材料は
耐熱性、耐熱衝撃性に対する抵抗性か極めて大きく機械
的強度も優れている。本発明溶射被覆用材料を溶射した
被覆層を用いれば、優れた熱遮蔽効果と耐熱性を有する
とともに信頼性の高い高効率なタービン翼を得ることか
でき、かつ希土類酸化物を使用しないことからコスト低
減に大きく貢献出来るなとの効果を奏する。
耐熱性、耐熱衝撃性に対する抵抗性か極めて大きく機械
的強度も優れている。本発明溶射被覆用材料を溶射した
被覆層を用いれば、優れた熱遮蔽効果と耐熱性を有する
とともに信頼性の高い高効率なタービン翼を得ることか
でき、かつ希土類酸化物を使用しないことからコスト低
減に大きく貢献出来るなとの効果を奏する。
第1図は、2 Mg(lsio2−75wt96Mgo
・4 Zr02(複合原料)溶射被膜の結晶の構造を示
す断面写真である。
・4 Zr02(複合原料)溶射被膜の結晶の構造を示
す断面写真である。
Claims (5)
- 1.2MgO・SiO_2−MgO・4ZrO_2系酸
化物で、組成は重量%表示で20≦2MgO・SiO_
2≦50、50≦MgO・4ZrO_2≦80、かつ2
MgO・SiO_2+MgO・4ZrO_2=100か
ら成ることを特徴とする溶射被覆用材料。 - 2.耐熱金属材料で構成された部品において、該部品は
その表面に設けられた前記耐熱金属材料と同等もしくは
より高温耐食性に富む金属被覆層を有し、更に該金属被
覆層上に請求項第1項記載の溶射被覆用材料を溶射した
ことを特徴とする溶射被覆耐熱部材。 - 3.請求項第1項記載の各系酸化物材料が化合物、複合
物、または混合物の粒子であることを特徴とする溶射被
覆用材料。 - 4.請求項第1項記載の酸化物材料の粒径が5〜500
μmに調整され、特に平均粒子径が10〜100μmで
あることを特徴とする溶射被覆用材料。 - 5.請求項第2項記載の溶射被覆用材料が、請求項第3
項記載の溶射被覆用材料であることを特徴とする溶射被
覆耐熱部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2139605A JP2747088B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 溶射被覆用材料及び溶射被覆耐熱部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2139605A JP2747088B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 溶射被覆用材料及び溶射被覆耐熱部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0436454A true JPH0436454A (ja) | 1992-02-06 |
| JP2747088B2 JP2747088B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=15249174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2139605A Expired - Fee Related JP2747088B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 溶射被覆用材料及び溶射被覆耐熱部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2747088B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100499360B1 (ko) * | 2002-11-08 | 2005-07-04 | 주식회사 원진 | 로벽 보수용 포스테라이트계 스프레이재 |
| US7445434B2 (en) | 2003-03-24 | 2008-11-04 | Tocalo Co., Ltd. | Coating material for thermal barrier coating having excellent corrosion resistance and heat resistance and method of producing the same |
| CN104195495A (zh) * | 2014-08-18 | 2014-12-10 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种氧化物纳米粒子掺杂的wo3气敏涂层及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100890626B1 (ko) * | 2008-08-29 | 2009-03-27 | (주)원진월드와이드 | 제철/제강용 설비의 내화성 보수재 원료, 그 제조방법 및 그를 포함하는 보수재 |
-
1990
- 1990-05-31 JP JP2139605A patent/JP2747088B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100499360B1 (ko) * | 2002-11-08 | 2005-07-04 | 주식회사 원진 | 로벽 보수용 포스테라이트계 스프레이재 |
| US7445434B2 (en) | 2003-03-24 | 2008-11-04 | Tocalo Co., Ltd. | Coating material for thermal barrier coating having excellent corrosion resistance and heat resistance and method of producing the same |
| CN104195495A (zh) * | 2014-08-18 | 2014-12-10 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种氧化物纳米粒子掺杂的wo3气敏涂层及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2747088B2 (ja) | 1998-05-06 |
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