JPH0688197A - 動・静翼表面層 - Google Patents

動・静翼表面層

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JPH0688197A
JPH0688197A JP4125240A JP12524092A JPH0688197A JP H0688197 A JPH0688197 A JP H0688197A JP 4125240 A JP4125240 A JP 4125240A JP 12524092 A JP12524092 A JP 12524092A JP H0688197 A JPH0688197 A JP H0688197A
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忠良 遠藤
Masaharu Nakamori
正治 中森
Isamu Kayano
勇 榧野
Koji Takahashi
孝二 高橋
Takahito Kitai
敬人 北井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービンの高温化、高効率化に対応可能
な動・静翼表面層に関する。 【構成】 NiCrAlY又はCoNiCrAlY合金
を低圧プラズマ溶射してコーティングした第1層、Zr
2 −Y2 3 を大気プラズマ溶射してコーティングし
た第2層及び化学的蒸着又は低圧プラズマ溶射してコー
ティングした緻密なセラミック層よりなる第3層からな
る動・静翼表面層。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの高温化、
高効率化に対応可能な動・静翼表面層に関する。
【0002】
【従来の技術】コンバインドサイクルプラントに代表さ
れる高効率化された最近の産業用ガスタービンのタービ
ン入口ガス温度の上昇は著しく1300℃以上となって
いる。このような高温ガスに曝露される動・静翼に使用
される耐熱合金は精力的に研究開発が行なわれ、その許
容使用温度も年々上昇しているが、実用合金では850
〜900℃程度である。このため、実機ガスタービンで
は薄肉化した内部空気冷却翼が用いられている。
【0003】一方、使用される燃料はLNG、副生ガス
や重油におよび最近では石炭を液化又はガス化して利用
することも研究されており、空気冷却翼の高温酸化や高
温腐食防止を目的として低圧プラズマ溶射法(以下、V
PSという)によりNiCrAlY又はCoNiCrA
lYなどの耐食合金のコーティングを施した後、ZrO
2 −Y2 3 を大気プラズマ溶射法(以下、APSとい
う)でコーティングし、この遮熱効果を利用して基材合
金の温度を低下させ、その結果としてガス温度の高温化
に対処している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】高温化されたガスター
ビンにおいて、直接燃焼ガスと接触する動・静翼はガス
温度の上昇にともなって酸化速度が増加し、前記のよう
な遮熱コーティングを行った場合でも燃料や燃焼空気よ
り高温腐食成分がもち込まれると、これらが最表層のZ
rO2 −Y2 3 層を透過して中間層のNiCrAlY
又はCoNiCrAlYまで到達し、これを腐食又は高
温酸化させる。このため中間層と最表層の境界部に腐食
又は酸化生成物ができ、これらは体積膨張を伴なうた
め、ZrO2−Y2 3 層が剥離することがしばしば見
受けられる。このため、より高温耐食、耐酸化性にすぐ
れたコーティングをもつ動・静翼の開発がまたれてい
る。
【0005】本発明は上記技術水準及び上記要望に応
じ、耐熱性、耐酸化性及び耐食性にすぐれた動・静翼の
表面層を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はNiCrAlY
又はCoNiCrAlY合金を低圧プラズマ溶射にてコ
ーティングした第1層、ZrO2 −Y2 3 を大気プラ
ズマ溶射してコーティングした第2層及び化学的蒸着又
は低圧プラズマ溶射にてコーティングした緻密なセラミ
ック層よりなる第3層からなる動・静翼表面層である。
【0007】本発明は従来のものと同様に、中間層であ
るNiCrAlYまたはCoNiCrAlYとZrO2
−Y2 3 セラミック層をコーティングした構成は同一
であるが、本発明はさらに第3層として酸素透過量が少
なくなるようなセラミックよりなる材質(成分)、例え
ばAl2 3 ,Cr2 3 ,MgO,CaO,SiO 2
などを選択し、これらを緻密にコーティングする手法、
例えば化学的蒸着法(CVDという)またはVPSを採
用して付加したことに特徴があり、本発明の動・静翼表
面層はこれら3層をコーティングした後、熱処理するこ
とによって得られる。
【0008】本発明の第1層であるNiCrAlYは2
0〜25wt%Cr,6〜8wt%Al,0.5〜1w
t%Y,残部:Niよりなる合金が、CoNiCrAl
Yは20〜25wt%Cr,6〜8wt%Al,0.5
〜1wt%Y,残部:Co,NiよりなりCo/Ni比
が任意な合金が一般的に使用され、そのコーティングは
VPSで行われ、層厚は20〜50μmである。
【0009】本発明の第2層であるZrO2 −Y2 3
セラミック層としては8〜20wt%Y2 3 ,残部Z
rO2 よりなる安定化ジルコニアが一般的に用いられ、
そのコーティングはAPSで行われ、その層厚は一般的
に100〜500μmである。
【0010】本発明の第3層である緻密なセラミック層
としては上述したものが使用されるが、第2層のZrO
2 −Y2 3 層の熱膨張率に近いものを選択して、熱膨
張率の差によって剥離、割れが生じ難くすることが好ま
しい。ZrO2 −Y2 3 の熱膨張率は10×10-6
Kであるので、これに比較的に熱膨張率が近いAl2
3 (8.1×10-6/K)、Cr2 3 (8.7×10
-6/K)などが好ましく、また、これらのコーティング
方法は酸素及び腐食性成分の透過を抑える目的で緻密な
膜とする必要からCVD,VPSを採用すべきである。
また、その層厚は一般的には10〜50μmである。
【0011】
【作用】本発明方法で製作した3層構造の表面層の遮熱
コーティングの作用は、最表面層の緻密セラミックコー
ティングが酸素又は腐食性成分を母材から隔離し、母材
の酸化、腐食を防止する。すなわち、ZrO2 −Y2
3 は遮熱効果は有するが酸素透過性能が大きいため簡単
に酸素を母材まで移動させ、その結果、母材を酸化、腐
食させるが、本発明の第3層のコーティングにより外界
からの酸素、腐食性成分を遮断させることを可能とする
ほか、それ自身も遮熱効果を有するので表面層の耐熱性
も向上させる。
【0012】本発明の動・静翼表面層による遮熱効果の
原理を図2に示す。図2において、TBCとは熱遮蔽コ
ーティング( Thermal Barrer Coating ) を意味する。
【0013】
【実施例】本発明の実施例を図1によって説明する。図
1はガスタービン動・静翼材に用いられる耐熱合金EC
Y768(Coベース)、IN738LC(Niベー
ス)の合金基材1に、先ずVPSにてNiCrAlY
(20〜25wt%Cr,6〜8wt%Al,0.5〜
1wt%Y,残部Ni)又はCoNiCrAlY(20
〜25wt%Cr,6〜8wt%Al,0.5〜1wt
%Y,残部Co,Ni、Co/Ni比は任意)よりなる
20〜50μm厚の第1層2を形成し、その上にAPS
にてZrO2 −Y2 3 (Y2 3 :8〜20%、Zr
2 :残部)よりなる100〜500μm厚の第2層3
を形成し、さらにその上にCVD又はVPSにてセラミ
ック層よりなる10〜50μm厚の第3層4を形成させ
た後、熱処理して動・静翼表面層を得た。
【0014】その具体例を下記表1に示す。
【表1】
【0015】上記具体例の動・静翼表面層及び第1層が
CoNiCrAlY:50μm、第2層がZrO2 −Y
2 3 :200μmよりなるコーティング層の従来例
9、第1層がNiCrAlY:30μm、第2層がZr
2 −Y2 3 :250μmよりなるコーティング層の
従来例10を、900℃(15分間)と室温(15分
間)の間のヒートサイクル試験によるコーティング層の
密着性確認試験結果を、まとめて図3に示す。図3よ
り、従来例9,10では450〜500サイクルでZr
2 −Y2 3 層が剥離したのに対し、本発明の具体例
では最低でも850サイクル(具体例8)の耐久性を示
し、具体例3,6などでは1000サイクル以上の耐久
性を示した。
【0016】また、1000℃大気中、5000時間加
熱による高温酸化条件における高温酸化試験の結果を図
4に示す。この結果、従来例9,10はCoNiCrA
lY又はNiCrAlYとZrO2 −Y2 3 の界面に
11〜15μm厚さの酸化皮膜が生成したのに対し、本
発明ではその酸化皮膜は約2μm以下であって、酸素透
過防止効果が優れていることが確認された。
【0017】
【発明の効果】本発明の動・静翼表面層は3層構造を有
しているので、耐熱性、耐酸化性及び耐食性に優れてい
るものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の動・静翼表面層の構成の説明図
【図2】本発明の動・静翼表面層による遮熱効果の説明
【図3】本発明の動・静翼表面層のヒートサイクル試験
の結果を示す図表
【図4】本発明の動・静翼表面層の高温酸化試験の結果
を示す図表
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 孝二 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 北井 敬人 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NiCrAlY又はCoNiCrAlY
    合金を低圧プラズマ溶射にてコーティングした第1層、
    ZrO2 −Y2 3 を大気プラズマ溶射してコーティン
    グした第2層及び化学的蒸着又は低圧プラズマ溶射にて
    コーティングした緻密なセラミック層よりなる第3層か
    らなる動・静翼表面層。
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