JPH0832960B2 - 熱バリヤーを有する低膨張係数合金 - Google Patents
熱バリヤーを有する低膨張係数合金Info
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- JPH0832960B2 JPH0832960B2 JP1098661A JP9866189A JPH0832960B2 JP H0832960 B2 JPH0832960 B2 JP H0832960B2 JP 1098661 A JP1098661 A JP 1098661A JP 9866189 A JP9866189 A JP 9866189A JP H0832960 B2 JPH0832960 B2 JP H0832960B2
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一般に熱バリヤー被覆物システムに関し、
より詳細には低膨張係数を有する合金用熱バリヤー被覆
物システムに関する。
より詳細には低膨張係数を有する合金用熱バリヤー被覆
物システムに関する。
背景技術 ガスタービン、往復エンジンなどの熱機関の効率を増
大するために、通常、これらの装置の操作温度および圧
力の付随の増大がなければならない。不幸なことに、大
抵の現在の材料システムは、高められた条件下で結局破
損し、それによって操作パラメーターの実際的限定をも
たらす。
大するために、通常、これらの装置の操作温度および圧
力の付随の増大がなければならない。不幸なことに、大
抵の現在の材料システムは、高められた条件下で結局破
損し、それによって操作パラメーターの実際的限定をも
たらす。
多年にわたって、これらのエンジンの操作温度および
圧力を増強する各種の材料が、提案され且つ紹介されて
きた。１つの普通のシステムは、ジルコニアを含めた熱
バリヤー被覆物（「TBC」）をスーパーアロイ基材に適
用することを包含する。MCrAlYの中間耐酸化性結合被覆
物は、TBCと基材との間に配置されている。
圧力を増強する各種の材料が、提案され且つ紹介されて
きた。１つの普通のシステムは、ジルコニアを含めた熱
バリヤー被覆物（「TBC」）をスーパーアロイ基材に適
用することを包含する。MCrAlYの中間耐酸化性結合被覆
物は、TBCと基材との間に配置されている。
通常のスーパーアロイとセラミックTBCとの間の熱膨
張食い違いは、セラミック被覆物10％を多孔性に故意に
させることを部分的に伴う。このことは、精々ハーフス
テップ（half step）である。前記状況下では、ジルコ
ニアは、膨張係数が今生産中の入手可能なニッケル基ス
ーパーアロイおよびコバルト基スーパーアロイの膨張係
数と若干類似しているので、特別上等の材料である。更
に、ZrO2は、普通の耐火材料の最低の熱伝導率を有す
る。MgOおよびAl2O3は、熱伝導率がZrO2よりもはるかに
大きいので、余り好適ではない。
張食い違いは、セラミック被覆物10％を多孔性に故意に
させることを部分的に伴う。このことは、精々ハーフス
テップ（half step）である。前記状況下では、ジルコ
ニアは、膨張係数が今生産中の入手可能なニッケル基ス
ーパーアロイおよびコバルト基スーパーアロイの膨張係
数と若干類似しているので、特別上等の材料である。更
に、ZrO2は、普通の耐火材料の最低の熱伝導率を有す
る。MgOおよびAl2O3は、熱伝導率がZrO2よりもはるかに
大きいので、余り好適ではない。
入手可能なシステムの困難は、スーパーアロイがエン
ジンの内部部品を作る時に考慮しなければならない中位
の膨張係数を有することである。例えば、ジェット機の
エンジンにおいては、タービンは、1093℃（2000゜F）
以上の温度に達することがある。耐火被覆物はスーパー
アロイを熱バリヤーとしてとともに合金の耐食性の補助
物として役立つこのような環境内で操作することを可能
にするが、スーパーアロイ基材材料の膨張は、或る固有
のデザインの無効力をエンジンに導入することがある。
臨界的部品の厳重な操作許容度は、タービンデザインで
絶対的に臨界的である。
ジンの内部部品を作る時に考慮しなければならない中位
の膨張係数を有することである。例えば、ジェット機の
エンジンにおいては、タービンは、1093℃（2000゜F）
以上の温度に達することがある。耐火被覆物はスーパー
アロイを熱バリヤーとしてとともに合金の耐食性の補助
物として役立つこのような環境内で操作することを可能
にするが、スーパーアロイ基材材料の膨張は、或る固有
のデザインの無効力をエンジンに導入することがある。
臨界的部品の厳重な操作許容度は、タービンデザインで
絶対的に臨界的である。
このようなパワープラントで遭遇する極端な条件の結
果として、低膨張係数合金は、一般に、より臨界的な分
野では使用されていない。増大されたエンジン部品許容
度を可能にするであろうすばらしく低い膨張係数値を有
するが、これらの合金は、一般に、ニッケル基スーパー
アロイおよびコバルト基スーパーアロイが示すような必
要な高温特性および耐食特性を示さない。
果として、低膨張係数合金は、一般に、より臨界的な分
野では使用されていない。増大されたエンジン部品許容
度を可能にするであろうすばらしく低い膨張係数値を有
するが、これらの合金は、一般に、ニッケル基スーパー
アロイおよびコバルト基スーパーアロイが示すような必
要な高温特性および耐食特性を示さない。
低膨張鋳造および鍛錬合金、例えば、900系列の鉄基
合金は、649℃（1200゜F）以下で操作する部品に限定さ
れるガスタービンエンジン中で軸、シールおよびシュラ
ウド用に使用されている。これは、この温度およびそれ
以上での減少された耐酸化性のためである。前記課題
は、約649℃（1200゜F）よりも高い温度では合金が脆く
する相変化を受けるという事実によって更に大きくな
る。しかしながら、前記のように、より気密なシールを
通してエンジン効率を改良するために、ガスタービンの
製造業者は、より高い操作温度および圧力への低膨張合
金の用途を拡大する機会を歓迎するであろうが、現在、
合金の知覚された欠点に鑑みて邪魔されている。
合金は、649℃（1200゜F）以下で操作する部品に限定さ
れるガスタービンエンジン中で軸、シールおよびシュラ
ウド用に使用されている。これは、この温度およびそれ
以上での減少された耐酸化性のためである。前記課題
は、約649℃（1200゜F）よりも高い温度では合金が脆く
する相変化を受けるという事実によって更に大きくな
る。しかしながら、前記のように、より気密なシールを
通してエンジン効率を改良するために、ガスタービンの
製造業者は、より高い操作温度および圧力への低膨張合
金の用途を拡大する機会を歓迎するであろうが、現在、
合金の知覚された欠点に鑑みて邪魔されている。
多数の被覆物システムが文献にある。米国特許第4,05
5,705号明細書、第4,248,940号明細書、第4,255,495号
明細書、第4,485,151号明細書、第4,535,037号明細書、
第4,375,190号明細書は、スーパーアロイ基材上に付着
された耐火物に関連する。
5,705号明細書、第4,248,940号明細書、第4,255,495号
明細書、第4,485,151号明細書、第4,535,037号明細書、
第4,375,190号明細書は、スーパーアロイ基材上に付着
された耐火物に関連する。
発明の概要 従って、耐酸化性熱バリヤー二重被覆物を有する低膨
張鉄基合金が、提供される。900系列の低膨張合金は、
部分安定化ジルコニア−イットリア熱バリヤー被覆物お
よび中間耐酸化性被覆物を包含する。
張鉄基合金が、提供される。900系列の低膨張合金は、
部分安定化ジルコニア−イットリア熱バリヤー被覆物お
よび中間耐酸化性被覆物を包含する。
得られたシステムは、同時に満足な耐酸化性を与えな
がら、必要な低い膨張特性およびスーパーアロイ性を示
す。製品は、約871℃（1600゜F）の温度に耐えることが
できる。空冷を使用ならば、より高い温度に耐えること
ができる。
がら、必要な低い膨張特性およびスーパーアロイ性を示
す。製品は、約871℃（1600゜F）の温度に耐えることが
できる。空冷を使用ならば、より高い温度に耐えること
ができる。
熱バリヤー被覆物は、初期の温度範囲内で鋳造および
鍛錬低膨張係数合金に許容可能な程適合できる非常に低
い熱伝導率および膨張係数を有する。予測される内部操
作温度は本発明の結果よりも高いことがあるが、熱バリ
ヤーの断熱特性は、基材の温度を許容可能な水準に下げ
るであろう。
鍛錬低膨張係数合金に許容可能な程適合できる非常に低
い熱伝導率および膨張係数を有する。予測される内部操
作温度は本発明の結果よりも高いことがあるが、熱バリ
ヤーの断熱特性は、基材の温度を許容可能な水準に下げ
るであろう。
発明を実施するための好ましい形態 本発明の最終要点は、熱機関における低膨張係数鉄基
合金の増大された利用である。耐火熱バリヤーおよび中
間結合層を合金に適用することによって、合金の低膨張
特性は、非常に有利に使用できる。熱バリヤー、好まし
くは部分安定化ジルコニア（「PSZ」−８％Y2O3−Zr
O2）は、900系列の合金（903、907および909）の基材の
膨張係数とかなりマッチし且つそれらと適合する。基材
をエンジンの高い内温破壊から断熱することによって、
本発明から作られる部品は、より厳重な製造許容度を可
能にし、それによってより大きい操作効率を生ずること
ができる。
合金の増大された利用である。耐火熱バリヤーおよび中
間結合層を合金に適用することによって、合金の低膨張
特性は、非常に有利に使用できる。熱バリヤー、好まし
くは部分安定化ジルコニア（「PSZ」−８％Y2O3−Zr
O2）は、900系列の合金（903、907および909）の基材の
膨張係数とかなりマッチし且つそれらと適合する。基材
をエンジンの高い内温破壊から断熱することによって、
本発明から作られる部品は、より厳重な製造許容度を可
能にし、それによってより大きい操作効率を生ずること
ができる。
900系列の合金は、公称上、大体ニッケル38％、コバ
ルト13〜15％、ニオブ３〜4.5％、チタン1.5％、任意の
ケイ素およびアルミニウム、少量の他の材料（処方物に
応じて）を含有し且つ残部は本質上鉄である（42％）。
低膨張係数（「COE」）を達成するためには、化学組成
は、制限される。特に、クロムおよびアルミニウムは、
他の種類のスーパーアロイに含有されるものよりも通常
少ない量に限定しなければならない。通常、これは、高
温での酸化並びにCOEの上昇をを生ずるであろう。しか
しながら、これらの材料を被覆することによって、耐酸
化性は維持され且つ基材内の温度応力は許容可能な水準
に保たれる。
ルト13〜15％、ニオブ３〜4.5％、チタン1.5％、任意の
ケイ素およびアルミニウム、少量の他の材料（処方物に
応じて）を含有し且つ残部は本質上鉄である（42％）。
低膨張係数（「COE」）を達成するためには、化学組成
は、制限される。特に、クロムおよびアルミニウムは、
他の種類のスーパーアロイに含有されるものよりも通常
少ない量に限定しなければならない。通常、これは、高
温での酸化並びにCOEの上昇をを生ずるであろう。しか
しながら、これらの材料を被覆することによって、耐酸
化性は維持され且つ基材内の温度応力は許容可能な水準
に保たれる。
特に、900系列の鉄基合金〔インコロイ（INCOLOY ）
合金903、907および909として入手可能（譲受人の商
標）〕を開発して、低COEの利点を得た。例えば、合金9
09のCOEは約649℃（1200゜F）で約10.3μm/m/℃（5.7×
10-6インチ／インチ／゜F）である一方、ニッケル基ス
ーパーアロイインコネル 合金718（譲受人の商標）、
レネ（RENE ）41（テレダイン・アルバックの商標）お
よびワスパロイ（WASPALOY ）（ユナイテッド・テクノ
ロジーズ・コーポレーションの商標）は、約649℃（120
0゜F）で組み合わされた平均COE約約15.3μm/m/℃（8.5
×10-6インチ／インチ／゜F）を有する（909よりも約48
％高い）。鉄基スーパーアロイＡ−286は、約649℃（12
00゜F）でのCOE約17.6μm/m/℃（9.8×10-6インチ／イ
ンチ／゜F）を有する。（909よりも約71％高い）。
合金903、907および909として入手可能（譲受人の商
標）〕を開発して、低COEの利点を得た。例えば、合金9
09のCOEは約649℃（1200゜F）で約10.3μm/m/℃（5.7×
10-6インチ／インチ／゜F）である一方、ニッケル基ス
ーパーアロイインコネル 合金718（譲受人の商標）、
レネ（RENE ）41（テレダイン・アルバックの商標）お
よびワスパロイ（WASPALOY ）（ユナイテッド・テクノ
ロジーズ・コーポレーションの商標）は、約649℃（120
0゜F）で組み合わされた平均COE約約15.3μm/m/℃（8.5
×10-6インチ／インチ／゜F）を有する（909よりも約48
％高い）。鉄基スーパーアロイＡ−286は、約649℃（12
00゜F）でのCOE約17.6μm/m/℃（9.8×10-6インチ／イ
ンチ／゜F）を有する。（909よりも約71％高い）。
図は、各種の材料間の比較を与える。低膨張900系列
の合金（特に907および909）は、典型的なニッケル基
（および鉄基およびコバルト基）スーパーアロイよりも
ジルコニアに近いことに留意すべきである。例えば、−
18℃〜93℃（０〜200゜F）での合金907および909のCOE
は、約8.0μm/m/℃（4.46×10-6インチ／インチ／゜F）
である。この同じ温度範囲でのPSZのCOEは、約11.0μm/
m/℃（6.1×10-6インチ／インチ／゜F）である。興味の
ある温度でのCOEは、余り変化しないので、同様であ
る。
の合金（特に907および909）は、典型的なニッケル基
（および鉄基およびコバルト基）スーパーアロイよりも
ジルコニアに近いことに留意すべきである。例えば、−
18℃〜93℃（０〜200゜F）での合金907および909のCOE
は、約8.0μm/m/℃（4.46×10-6インチ／インチ／゜F）
である。この同じ温度範囲でのPSZのCOEは、約11.0μm/
m/℃（6.1×10-6インチ／インチ／゜F）である。興味の
ある温度でのCOEは、余り変化しないので、同様であ
る。
被覆物は、当業者に既知であり且つ入手できる技術に
よって基材に適用してもよい。プラズマ溶射は、下記デ
ータを得る際に利用できた。メトコ（METCO ）9MBプラ
ズマ溶射装置を使用した。しかしながら、熱バリヤーお
よび中間結合被覆物を適用するための他の好適な方法
も、適当であることが認識されるべきである。
よって基材に適用してもよい。プラズマ溶射は、下記デ
ータを得る際に利用できた。メトコ（METCO ）9MBプラ
ズマ溶射装置を使用した。しかしながら、熱バリヤーお
よび中間結合被覆物を適用するための他の好適な方法
も、適当であることが認識されるべきである。
MCrAlY（ＭはNi、Fe、Co、NiFe、NiCoまたはそれらの
混合物である）は、必須の耐酸化性に高度に有効である
ので、結合被覆物用に優先的に選んだ。MCrAlおよびMAl
も、条件が余り苛酷でないならば、利用してもよい。
混合物である）は、必須の耐酸化性に高度に有効である
ので、結合被覆物用に優先的に選んだ。MCrAlおよびMAl
も、条件が余り苛酷でないならば、利用してもよい。
本明細書の目的で、低COEは、対応のニッケル基スー
パーアロイ、鉄基スーパーアロイまたはコバルト基スー
パーアロイまたは所定の温度でそれらから作られる製品
よりも少なくとも25％低い値であることを意味する。
パーアロイ、鉄基スーパーアロイまたはコバルト基スー
パーアロイまたは所定の温度でそれらから作られる製品
よりも少なくとも25％低い値であることを意味する。
試験片を調製した。大抵の場合に、低COEインコロイ
合金909は、基材合金であった。比較の目的で、イン
コネル 合金718およびインコロイ 合金800を５ツの基
材用に使用した。中間結合被覆物の場合に使用する粉末
を商業源から手に入れた。表Ｉは、基材および中間結合
被覆物の組成を表示する。
合金909は、基材合金であった。比較の目的で、イン
コネル 合金718およびインコロイ 合金800を５ツの基
材用に使用した。中間結合被覆物の場合に使用する粉末
を商業源から手に入れた。表Ｉは、基材および中間結合
被覆物の組成を表示する。
表IIおよびIIIは、試験片の詳細を表示する。表IIは
全システムに関する一方、表IIIは３つの異なる熱バリ
ヤー被覆物の組成を詳述する。
全システムに関する一方、表IIIは３つの異なる熱バリ
ヤー被覆物の組成を詳述する。
（インコネル 合金718であった19、20、37および38お
よびインコロイ 合金800であった42以外は、すべての
ドーム状ピン基材はインコロイ 合金909〔直径12.7mm
（0.5インチ）×長さ76.2mm（3.0インチ）〕である。）★ ピン＃12を機械加工して、ピンのドームへの内部を中
空にした〔直径6.3mm（0.25インチ）〕。★★ 中間層はプラズマ蒸着層（PVD）であった。
よびインコロイ 合金800であった42以外は、すべての
ドーム状ピン基材はインコロイ 合金909〔直径12.7mm
（0.5インチ）×長さ76.2mm（3.0インチ）〕である。）★ ピン＃12を機械加工して、ピンのドームへの内部を中
空にした〔直径6.3mm（0.25インチ）〕。★★ 中間層はプラズマ蒸着層（PVD）であった。
試験片を（ｉ）好ましい被覆物システムを見出すため
の熱疲労に対する比較抵抗（被覆物亀裂またはスポーリ
ング）；（ii）それ以下では破損が正じない操作温度お
よび（iii）熱バリヤー被覆物を横切っての温度勾配を
評価する目的の各種の条件下で循環酸化リグ中で評価し
た。
の熱疲労に対する比較抵抗（被覆物亀裂またはスポーリ
ング）；（ii）それ以下では破損が正じない操作温度お
よび（iii）熱バリヤー被覆物を横切っての温度勾配を
評価する目的の各種の条件下で循環酸化リグ中で評価し
た。
表IIIのモノリスは、各種のPSZ粉末を直径12.5mm（0.
5インチ）×長さ76.2mm（３インチ）の銅基材上に溶射
した後、銅の酸溶解を施すことによって調製した。
5インチ）×長さ76.2mm（３インチ）の銅基材上に溶射
した後、銅の酸溶解を施すことによって調製した。
試験片からの熱サイクルデータを表IV中の試験ランに
よって示す。各試験ランは、熱条件および期間が変化
し、従って、データを試験ランNo.（TR）によって報告
する。モノリス（第二系列の試験片）を受け取ったまま
の状態の相の分布と一緒に表Ｖに記載する。表IVからの
データを表VIに示して、インコロイ合金909基材を使
用してFeCrAlYおよびNiCrAlY中間層上の両方の種類のPS
Z（融解および焼結）被覆物の熱サイクル抵抗に対する
炉温の効果を示す。表VIIは、異なる操作温度で測定し
た時の持効性温度勾配および空冷〔0.2m3/hr（８立方フ
ィート/hr）〕中空ピン12の熱サイクル履歴を総括す
る。より詳細な特効性温度勾配vs環境温度をピン12の場
合に表VIIIに与える。これらの温度の値は、四捨五入し
ない。表IXは、２つの炉温におけるインコロイ 合金90
9上のNi211中間層上の焼結PSZ被覆物vsインコネル 合
金718基材の熱サイクル抵抗を比較する。表Ｘは、炉温1
000℃（1830゜F）におけるインコロイ 合金909のNi211
中間層の２つの厚さに対する焼結PSZ厚さの効果を示
す。表XIは、1000℃（1830゜F）における均等の焼結PSZ
被覆物およびNi211中間層厚さにおけるインコロイ 合
金909基材vsインコネル 合金718およびインコロイ 合
金800基材の熱サイクル抵抗を示す。
よって示す。各試験ランは、熱条件および期間が変化
し、従って、データを試験ランNo.（TR）によって報告
する。モノリス（第二系列の試験片）を受け取ったまま
の状態の相の分布と一緒に表Ｖに記載する。表IVからの
データを表VIに示して、インコロイ合金909基材を使
用してFeCrAlYおよびNiCrAlY中間層上の両方の種類のPS
Z（融解および焼結）被覆物の熱サイクル抵抗に対する
炉温の効果を示す。表VIIは、異なる操作温度で測定し
た時の持効性温度勾配および空冷〔0.2m3/hr（８立方フ
ィート/hr）〕中空ピン12の熱サイクル履歴を総括す
る。より詳細な特効性温度勾配vs環境温度をピン12の場
合に表VIIIに与える。これらの温度の値は、四捨五入し
ない。表IXは、２つの炉温におけるインコロイ 合金90
9上のNi211中間層上の焼結PSZ被覆物vsインコネル 合
金718基材の熱サイクル抵抗を比較する。表Ｘは、炉温1
000℃（1830゜F）におけるインコロイ 合金909のNi211
中間層の２つの厚さに対する焼結PSZ厚さの効果を示
す。表XIは、1000℃（1830゜F）における均等の焼結PSZ
被覆物およびNi211中間層厚さにおけるインコロイ 合
金909基材vsインコネル 合金718およびインコロイ 合
金800基材の熱サイクル抵抗を示す。
結果は、（ｉ）二重PSZ被覆物と低COE合金、特に909
との適合性および（ii）二重PSZ被覆インコロイ 合金9
09が未被覆インコロイ 合金909よりも高い温度環境で
使用できることを実証する、複合システムとしての熱バ
リヤー被覆インコロイ 合金909は、熱バリヤー被覆イ
ンコネル 合金718または熱バリヤー被覆インコロイ
合金800よりも大きい熱サイクル抵抗を有することが追
加的に示された。本発明のシステムは、0.2m3/hr（８立
方フィート/hr）のみの気流で少なくとも5000サイクル
少なくとも871℃（1600゜F）まで耐えることが示され
た。それは、400サイクル未満で破損した同一試験の合
金718NiCrAlY結合コート/PSZ複合体よりも性能が優れて
いた。
との適合性および（ii）二重PSZ被覆インコロイ 合金9
09が未被覆インコロイ 合金909よりも高い温度環境で
使用できることを実証する、複合システムとしての熱バ
リヤー被覆インコロイ 合金909は、熱バリヤー被覆イ
ンコネル 合金718または熱バリヤー被覆インコロイ
合金800よりも大きい熱サイクル抵抗を有することが追
加的に示された。本発明のシステムは、0.2m3/hr（８立
方フィート/hr）のみの気流で少なくとも5000サイクル
少なくとも871℃（1600゜F）まで耐えることが示され
た。それは、400サイクル未満で破損した同一試験の合
金718NiCrAlY結合コート/PSZ複合体よりも性能が優れて
いた。
表IVは、各種の熱サイクル条件下で試験された複合試
験片の熱サイクル抵抗を示す。試験を実施して好ましい
種類の８％Y2O3−ZrO2（融解または焼結）およびMCrAlY
中間層（ＭはNiまたはFeである）に好ましいものを選ん
だ。追加的に、インコネル 合金718基材を有する４つ
の二重被覆ピンをインコロイ 合金909との比較の目的
で試験した。インコロイ 合金909上のプラズマ蒸着
（「PVD」）中間層も評価した。結果（表VI）は、910℃
（1670゜F）付近およびそれ以上の温度においては、焼
結PSZが溶解PSZよりも好ましいことを示唆する。好まし
い性能の理由は、まだ既知ではない。同様に、表VIにも
示すように、２つの中間層（NiCrAlYおよびFeCrAlY）の
性能は、650℃（1220゜F）で等価である。しかしなが
ら、910℃（1670゜F）以上においては、NiCrAlY中間層
（Ni211）は、FeCrAlY中間層（Fe124）よりも好まし
い。再度、この結果の理由は、まだ確立されていない。
表Ｘは、インコロイ 合金909をNiCrAlY（Ni211）〔0.1
mm（0.004インチ）〕中間層上の焼結PSZ被覆物〔0.5mm
（0.02インチ）〕用基材として使用する時に達成される
熱サイクル抵抗の改良がインコ合金718上の二重被覆物
の改良以上の顕著な改良であることを明示する（インコ
ネル 合金718およびインコロイ 合金800との追加の比
較に関しては表XI参照）。Ni963のPVD被覆物をPVDまた
はプラズマ溶射（PSZ被覆物）前に粗面化せず、従っ
て、複合体は迅速に破損した（Ｔ ４および５における
ピン16、表IVに示すデータ）。
験片の熱サイクル抵抗を示す。試験を実施して好ましい
種類の８％Y2O3−ZrO2（融解または焼結）およびMCrAlY
中間層（ＭはNiまたはFeである）に好ましいものを選ん
だ。追加的に、インコネル 合金718基材を有する４つ
の二重被覆ピンをインコロイ 合金909との比較の目的
で試験した。インコロイ 合金909上のプラズマ蒸着
（「PVD」）中間層も評価した。結果（表VI）は、910℃
（1670゜F）付近およびそれ以上の温度においては、焼
結PSZが溶解PSZよりも好ましいことを示唆する。好まし
い性能の理由は、まだ既知ではない。同様に、表VIにも
示すように、２つの中間層（NiCrAlYおよびFeCrAlY）の
性能は、650℃（1220゜F）で等価である。しかしなが
ら、910℃（1670゜F）以上においては、NiCrAlY中間層
（Ni211）は、FeCrAlY中間層（Fe124）よりも好まし
い。再度、この結果の理由は、まだ確立されていない。
表Ｘは、インコロイ 合金909をNiCrAlY（Ni211）〔0.1
mm（0.004インチ）〕中間層上の焼結PSZ被覆物〔0.5mm
（0.02インチ）〕用基材として使用する時に達成される
熱サイクル抵抗の改良がインコ合金718上の二重被覆物
の改良以上の顕著な改良であることを明示する（インコ
ネル 合金718およびインコロイ 合金800との追加の比
較に関しては表XI参照）。Ni963のPVD被覆物をPVDまた
はプラズマ溶射（PSZ被覆物）前に粗面化せず、従っ
て、複合体は迅速に破損した（Ｔ ４および５における
ピン16、表IVに示すデータ）。
表IIに記載のピンを使用して、熱サイクル抵抗に対す
るPSZ被覆物厚さの効果を表Ｘに示す。0.5mm（20ミル）
の被覆物は、より厚い被覆物厚さよりも好ましい。これ
らの同じ表（ＸおよびII）は、0.1mm（４ミル）のNiCrA
lY中間層厚さと0.2mm（８ミル）のNiCrAlY中間層厚さと
の間の性能差が本質上ないことを示唆するデータを示
す。
るPSZ被覆物厚さの効果を表Ｘに示す。0.5mm（20ミル）
の被覆物は、より厚い被覆物厚さよりも好ましい。これ
らの同じ表（ＸおよびII）は、0.1mm（４ミル）のNiCrA
lY中間層厚さと0.2mm（８ミル）のNiCrAlY中間層厚さと
の間の性能差が本質上ないことを示唆するデータを示
す。
ジルコニアは、冷却時に950℃付近で激烈な相変化を
受け、このことは3.5容量％の膨張を生ずる。Y2O3の添
加（６〜８％）は、最初、高温正方晶相をはるかに低い
温度に対して安定化する。12％Y2O3−ZrO2付近の組成
は、正方晶50％−FCC50％である一方、20％Y2O3−ZrO2
付近のものは、全部FCCである。このことは、表IIIのモ
ノリスの場合の表Ｖで確認される。８％Y2O3−ZrO2の種
類は相分布を変化しないことに留意。
受け、このことは3.5容量％の膨張を生ずる。Y2O3の添
加（６〜８％）は、最初、高温正方晶相をはるかに低い
温度に対して安定化する。12％Y2O3−ZrO2付近の組成
は、正方晶50％−FCC50％である一方、20％Y2O3−ZrO2
付近のものは、全部FCCである。このことは、表IIIのモ
ノリスの場合の表Ｖで確認される。８％Y2O3−ZrO2の種
類は相分布を変化しないことに留意。
表IIからのピン＃12を6.3mm（0.25インチ）のドリル
で機械加工して、穴を試験ピンのドームに作り、小径の
チューブおよび0.2m3/hr（８立方フィート/hr）の実験
室圧縮空気を使用して、Ｔ３、６および７で試験しな
がら、ピンを空冷した。各試験温度における持続温度勾
配および熱サイクルの数を表VIIIに与え、604℃（1120
゜F）から1019℃（1866゜F）までの持続性温度勾配のプ
ロフィールを表IXに与える。持続性温度勾配は温度が0.
5mm（0.02インチ）のPSZ被覆物の場合に増大するにつれ
て徐々に減少することに留意。それにも拘らず、ここに
開示の材料から作られる空冷エンジン部品は、許容可能
であり且つ通常の900系列の合金で想像される困難を克
服するらしい。
で機械加工して、穴を試験ピンのドームに作り、小径の
チューブおよび0.2m3/hr（８立方フィート/hr）の実験
室圧縮空気を使用して、Ｔ３、６および７で試験しな
がら、ピンを空冷した。各試験温度における持続温度勾
配および熱サイクルの数を表VIIIに与え、604℃（1120
゜F）から1019℃（1866゜F）までの持続性温度勾配のプ
ロフィールを表IXに与える。持続性温度勾配は温度が0.
5mm（0.02インチ）のPSZ被覆物の場合に増大するにつれ
て徐々に減少することに留意。それにも拘らず、ここに
開示の材料から作られる空冷エンジン部品は、許容可能
であり且つ通常の900系列の合金で想像される困難を克
服するらしい。
法令の条項に従って、本発明の特定の態様をここに例
示し且つ説明したが、当業者は、変更を特許請求の範囲
によってカバーされる本発明の形態で施すことができる
こと、および本発明の或る特徴を他の特徴の対応の使用
なしに有利に時々使用できることを理解するであろう。
示し且つ説明したが、当業者は、変更を特許請求の範囲
によってカバーされる本発明の形態で施すことができる
こと、および本発明の或る特徴を他の特徴の対応の使用
なしに有利に時々使用できることを理解するであろう。
図は各種の材料の線熱膨張（％）vs温度を示すグラフで
ある。
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン、ジョセフ、デバーバディロ アメリカ合衆国ウェストバージニア州、バ ーバースビル、ウォーター、ストリート、 804エー (56)参考文献 特開 昭62−222052（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−54932（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−112804（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−207885（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−211362（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−487（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−4705（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (5)
- 【請求項１】基材とこの基材に見当合わせされた中間結
合被覆物とこの中間結合被覆物上に設けられた熱バリヤ
ー被覆物とを含む熱バリヤー被覆システムを有する、製
品を被覆するための物品であって、前記基材は649℃で1
0μm/m/℃の低い線膨張係数であるFe−Ni含有合金から
なり、このFe−Ni含有合金の線膨張係数は前記熱バリヤ
ー被覆物の線膨張係数にほぼ等しいことを特徴とする、
製品を被覆するための物品。 - 【請求項２】基材が、重量％で、Ni38％、Co13％、Nb4.
7％、Ti1.5％および残部Feからなることを特徴とする請
求項１に記載の製品を被覆するための物品。 - 【請求項３】熱バリヤー被覆物が、安定正方晶系相から
なる微細構造を有する焼結された８％Y2O3−ZrO2を含有
することを特徴とする請求項１に記載の製品を被覆する
ための物品。 - 【請求項４】中間結合被覆物が、ZA1を含有し、ＺはN
i、Fe、Co、Cr、Ｙ及びそれらの混合物から選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の製品を被覆するため
の物品。 - 【請求項５】製品を冷却するための製品内部に形成され
た空気通路を有することを特徴とする請求項１に記載の
製品を被覆するための物品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US183675 | 1988-04-19 | ||
| US07/183,675 US4900640A (en) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | Low coefficient of expansion alloys having a thermal barrier |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01306573A JPH01306573A (ja) | 1989-12-11 |
| JPH0832960B2 true JPH0832960B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=22673846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1098661A Expired - Lifetime JPH0832960B2 (ja) | 1988-04-19 | 1989-04-18 | 熱バリヤーを有する低膨張係数合金 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4900640A (ja) |
| EP (1) | EP0338520B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0832960B2 (ja) |
| CA (1) | CA1338806C (ja) |
| DE (1) | DE68905854T2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5015502A (en) * | 1988-11-03 | 1991-05-14 | Allied-Signal Inc. | Ceramic thermal barrier coating with alumina interlayer |
| US5066458A (en) * | 1989-02-22 | 1991-11-19 | Carpenter Technology Corporation | Heat resisting controlled thermal expansion alloy balanced for having globular intermetallic phase |
| US5498484A (en) * | 1990-05-07 | 1996-03-12 | General Electric Company | Thermal barrier coating system with hardenable bond coat |
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