JPH09287065A - 耐熱被覆部材 - Google Patents
耐熱被覆部材Info
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温環境下での使用においてセラミック被覆
層の割れや亀裂を効果的に抑制してその遮熱機能を長時
間に亘って維持することが可能な耐熱被覆部材を提供す
るものである。 【解決手段】 Ｎｉ基合金またはＣｏ基合金からなる基
材上にＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒから選ばれる少なくとも
１種からなる金属結合層を介してセラミック被覆層を形
成した耐熱被覆部材において、前記セラミック被覆層
は、少なくとも希土類元素で安定化された安定化ジルコ
ニアとこの安定化ジルコニアに分散されたカルシウム化
合物とを含むことを特徴とする。
層の割れや亀裂を効果的に抑制してその遮熱機能を長時
間に亘って維持することが可能な耐熱被覆部材を提供す
るものである。 【解決手段】 Ｎｉ基合金またはＣｏ基合金からなる基
材上にＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒから選ばれる少なくとも
１種からなる金属結合層を介してセラミック被覆層を形
成した耐熱被覆部材において、前記セラミック被覆層
は、少なくとも希土類元素で安定化された安定化ジルコ
ニアとこの安定化ジルコニアに分散されたカルシウム化
合物とを含むことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱被覆部材に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】希土類酸化物やアルカリ土類酸化物を添
加して得られる安定化ジルコニアは、高融点、低熱伝導
率であることから、焼結体の形態や耐火物の形態で高温
構造材として使用されている。特に、安定化ジルコニア
は熱膨張率が大きいことや、イオン伝導性を有すること
から、金属材料との複合部材として用いられている。例
えば、ジルコニアの低熱伝導率を利用して航空機、ガス
タービンエンジン用の遮熱被覆層として、さらに燃料電
池の固体電解質として用いられている。
加して得られる安定化ジルコニアは、高融点、低熱伝導
率であることから、焼結体の形態や耐火物の形態で高温
構造材として使用されている。特に、安定化ジルコニア
は熱膨張率が大きいことや、イオン伝導性を有すること
から、金属材料との複合部材として用いられている。例
えば、ジルコニアの低熱伝導率を利用して航空機、ガス
タービンエンジン用の遮熱被覆層として、さらに燃料電
池の固体電解質として用いられている。
【０００３】航空機、ガスタービンエンジン部材におい
ては、金属基材の遮熱被覆層として用いられているが、
熱サイクルを受ける環境下で使用されると、前記金属基
材との熱膨張率の差によって生じる熱応力のために前記
ジルコニア被覆層が割れたり、剥離したりする問題があ
った。
ては、金属基材の遮熱被覆層として用いられているが、
熱サイクルを受ける環境下で使用されると、前記金属基
材との熱膨張率の差によって生じる熱応力のために前記
ジルコニア被覆層が割れたり、剥離したりする問題があ
った。
【０００４】また、長時間使用するガスタービンエンジ
ンでは前記ジルコニア被覆層の割れや剥離を抑制するた
めに溶射法やＥＢ−ＰＶＤ法で形成したジルコニア被覆
層が使用されている。しかしながら、溶射法で形成され
たジルコニア被覆層は長時間の熱サイクルを受ける環境
下で使用されると、内部で発生する亀裂の進展によって
割れ剥離が生じる。一方、ＥＢ−ＰＶＤ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ−Ｂｅａｍ−Ｐｈｙｓｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成されたジルコニア被覆層に
おいてもその直下に生じる酸化物の内部で起こる亀裂に
よって割れ剥離が生じる。
ンでは前記ジルコニア被覆層の割れや剥離を抑制するた
めに溶射法やＥＢ−ＰＶＤ法で形成したジルコニア被覆
層が使用されている。しかしながら、溶射法で形成され
たジルコニア被覆層は長時間の熱サイクルを受ける環境
下で使用されると、内部で発生する亀裂の進展によって
割れ剥離が生じる。一方、ＥＢ−ＰＶＤ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ−Ｂｅａｍ−Ｐｈｙｓｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成されたジルコニア被覆層に
おいてもその直下に生じる酸化物の内部で起こる亀裂に
よって割れ剥離が生じる。
【０００５】なお、溶射法により形成された被覆層にお
いて、亀裂の伝播を抑制する手段として気孔率を１０〜
１５％の構造にして熱応力を緩和することが考えられて
いるが、一般的に被覆層自体の組織等を改良することに
よって亀裂の進展を制御する手法は取られていなかっ
た。
いて、亀裂の伝播を抑制する手段として気孔率を１０〜
１５％の構造にして熱応力を緩和することが考えられて
いるが、一般的に被覆層自体の組織等を改良することに
よって亀裂の進展を制御する手法は取られていなかっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来法では、金属基材
上に遮熱を目的としたセラミック被覆層を形成した複合
部材を高温環境下で長時間使用すると、前記セラミック
被覆層内に割れや剥離が発生し、本来の遮熱特性を長時
間維持することができなかった。特に、亀裂の伝播を効
果的に回避することは極めて困難であった。さらに、セ
ラミック被覆層内に一度発生した亀裂は閉じることがな
いため、亀裂は使用中にセラミック被覆層全体に進展し
て割れや剥離の原因になっていた。セラミック被覆層の
剥離が広い範囲で生じると、遮熱性能が低下するばかり
か、金属基材の表面温度が上昇してその強度を低下させ
る。
上に遮熱を目的としたセラミック被覆層を形成した複合
部材を高温環境下で長時間使用すると、前記セラミック
被覆層内に割れや剥離が発生し、本来の遮熱特性を長時
間維持することができなかった。特に、亀裂の伝播を効
果的に回避することは極めて困難であった。さらに、セ
ラミック被覆層内に一度発生した亀裂は閉じることがな
いため、亀裂は使用中にセラミック被覆層全体に進展し
て割れや剥離の原因になっていた。セラミック被覆層の
剥離が広い範囲で生じると、遮熱性能が低下するばかり
か、金属基材の表面温度が上昇してその強度を低下させ
る。
【０００７】本発明は、高温環境下での使用においてセ
ラミック被覆層の割れや亀裂を効果的に抑制してその遮
熱機能を長時間に亘って維持することが可能な耐熱被覆
部材を提供しようとするものである。
ラミック被覆層の割れや亀裂を効果的に抑制してその遮
熱機能を長時間に亘って維持することが可能な耐熱被覆
部材を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる耐熱被覆
部材は、Ｎｉ基合金またはＣｏ基合金からなる基材上に
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒから選ばれる少なくとも１種か
らなる金属結合層を介してセラミック被覆層を形成した
耐熱被覆部材において、前記セラミック被覆層は、少な
くとも希土類元素で安定化された安定化ジルコニアとこ
の安定化ジルコニアに分散されたカルシウム化合物とを
含むことを特徴とするものである。
部材は、Ｎｉ基合金またはＣｏ基合金からなる基材上に
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒから選ばれる少なくとも１種か
らなる金属結合層を介してセラミック被覆層を形成した
耐熱被覆部材において、前記セラミック被覆層は、少な
くとも希土類元素で安定化された安定化ジルコニアとこ
の安定化ジルコニアに分散されたカルシウム化合物とを
含むことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の耐熱被覆部材につ
いて図１を参照して詳細に説明する。この耐熱被覆部材
は、図１に示すようにＮｉ基合金またはＣｏ基合金から
なる基材１上にＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒから選ばれる少
なくとも１種からなる金属結合層２を介してセラミック
被覆層３を形成した構造を有する。前記セラミック被覆
層３は、少なくとも希土類元素で安定化された安定化ジ
ルコニア４とこの安定化ジルコニア４に分散されたカル
シウム化合物（分散粒子）５とを含む組織を有する。前
記セラミック被覆層３は、１０〜１５％の気孔率を有す
ることが好ましい。
いて図１を参照して詳細に説明する。この耐熱被覆部材
は、図１に示すようにＮｉ基合金またはＣｏ基合金から
なる基材１上にＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒから選ばれる少
なくとも１種からなる金属結合層２を介してセラミック
被覆層３を形成した構造を有する。前記セラミック被覆
層３は、少なくとも希土類元素で安定化された安定化ジ
ルコニア４とこの安定化ジルコニア４に分散されたカル
シウム化合物（分散粒子）５とを含む組織を有する。前
記セラミック被覆層３は、１０〜１５％の気孔率を有す
ることが好ましい。
【００１０】前記Ｎｉ基合金としては、Ｎｉ基超合金が
好ましく、例えばハステロイＸ、Ｍａｒ−Ｍ２４７、Ｉ
Ｎ７３８ＬＣ、ＣＭＳＸ−２、ＣＭＳＸ−４、ＧＴＤ１
１１等を用いることができる。
好ましく、例えばハステロイＸ、Ｍａｒ−Ｍ２４７、Ｉ
Ｎ７３８ＬＣ、ＣＭＳＸ−２、ＣＭＳＸ−４、ＧＴＤ１
１１等を用いることができる。
【００１１】前記Ｃｏ基合金としては、Ｃｏ基超合金が
好ましく、例えばＦＳＸ４１４、Ｈａｙｎｅｓ１８８、
Ｌ−６０５、Ｍａｒ−Ｍ５０９等を用いることができ
る。前記金属結合層は、例えばＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣ
ｏＣｒＡｌＹ、ＣｏＣｒＡｌＹ、ＦｅＣｒＡｌＹ等のＭ
ＣｒＡｌＹ（Ｍ；Ｎｉ、Ｃｏ、ＮｉＣｏ、Ｆｅ）から形
成されることが好ましい。
好ましく、例えばＦＳＸ４１４、Ｈａｙｎｅｓ１８８、
Ｌ−６０５、Ｍａｒ−Ｍ５０９等を用いることができ
る。前記金属結合層は、例えばＮｉＣｒＡｌＹ、ＮｉＣ
ｏＣｒＡｌＹ、ＣｏＣｒＡｌＹ、ＦｅＣｒＡｌＹ等のＭ
ＣｒＡｌＹ（Ｍ；Ｎｉ、Ｃｏ、ＮｉＣｏ、Ｆｅ）から形
成されることが好ましい。
【００１２】前記安定化ジルコニアに添加される希土類
元素としては、例えばＬａを除くランタノイド系元素、
Ｓｃ、Ｙを挙げることができる。前記安定化ジルコニア
は、正方晶、立方晶等の結晶構造を有する。特に、Ｖ、
Ｓ、Ｎａ、Ｈ2 Ｏを含む腐食性の環境下で使用する場合
には前記安定化ジルコニアは立方晶の結晶構造を有する
ことが好ましい。
元素としては、例えばＬａを除くランタノイド系元素、
Ｓｃ、Ｙを挙げることができる。前記安定化ジルコニア
は、正方晶、立方晶等の結晶構造を有する。特に、Ｖ、
Ｓ、Ｎａ、Ｈ2 Ｏを含む腐食性の環境下で使用する場合
には前記安定化ジルコニアは立方晶の結晶構造を有する
ことが好ましい。
【００１３】前記カルシウム化合物としては、例えばＣ
ａＺｒＯ3 、ＣａＯ、Ｃａ安定化ジルコニア等を用いる
ことができる。前記カルシウム化合物は、厚さが０．１
〜３μｍで径が２〜４０μｍの形状を有する偏平状粒子
または同形状の球状粒子が好ましい。前記カルシウム化
合物粒子の径を２μｍ未満にすると、亀裂発生の防止に
関与する反応生成物が短時間で生じるために、ジルコニ
ア被覆層の割れや亀裂を長時間に亘って防止することが
困難になる。一方、前記カルシウム化合物粒子の径が４
０μｍを越えるとカルシウム化合物粒子またはこの粒子
とマトリックスである安定化ジルコニアとの反応生成物
の面積が大きくなって熱サイクルによる割れや亀裂を生
じるためである。
ａＺｒＯ3 、ＣａＯ、Ｃａ安定化ジルコニア等を用いる
ことができる。前記カルシウム化合物は、厚さが０．１
〜３μｍで径が２〜４０μｍの形状を有する偏平状粒子
または同形状の球状粒子が好ましい。前記カルシウム化
合物粒子の径を２μｍ未満にすると、亀裂発生の防止に
関与する反応生成物が短時間で生じるために、ジルコニ
ア被覆層の割れや亀裂を長時間に亘って防止することが
困難になる。一方、前記カルシウム化合物粒子の径が４
０μｍを越えるとカルシウム化合物粒子またはこの粒子
とマトリックスである安定化ジルコニアとの反応生成物
の面積が大きくなって熱サイクルによる割れや亀裂を生
じるためである。
【００１４】前記カルシウム化合物は、マトリックスで
ある前記安定化ジルコニアに対して１〜３０重量％の範
囲で分散されていることが好ましい。前記カルシウム化
合物の分散量を１重量％未満にすると亀裂発生の防止に
関与する反応生成物が短時間で生じるために、ジルコニ
ア被覆層の割れや亀裂を長時間に亘って防止することが
困難になる。一方、前記カルシウム化合物の分散量が３
０重量％を越えるとカルシウム化合物の固相反応によっ
てマトリックス層内の気孔が減少して熱応力の緩和が困
難になるために割れが生じ易くなる。
ある前記安定化ジルコニアに対して１〜３０重量％の範
囲で分散されていることが好ましい。前記カルシウム化
合物の分散量を１重量％未満にすると亀裂発生の防止に
関与する反応生成物が短時間で生じるために、ジルコニ
ア被覆層の割れや亀裂を長時間に亘って防止することが
困難になる。一方、前記カルシウム化合物の分散量が３
０重量％を越えるとカルシウム化合物の固相反応によっ
てマトリックス層内の気孔が減少して熱応力の緩和が困
難になるために割れが生じ易くなる。
【００１５】本発明に係わる耐熱被覆部材は、例えば次
のような方法により製造される。まず、Ｎｉ基合金また
はＣｏ基合金からなる基材上にＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ
から選ばれる少なくとも１種からなる金属結合層を溶射
法、スパッタ蒸着や真空蒸着のような蒸着法により被覆
する。つづいて、前記基材の金属結合層上に粒径が１０
〜９０μｍの安定化ジルコニア粒子およびカルシウム化
合物粒子の混合粒子を溶射法により被覆することにより
安定化ジルコニアにカルシウム化合物が分散されたセラ
ミック被覆層を形成して耐熱被覆部材を製造する。
のような方法により製造される。まず、Ｎｉ基合金また
はＣｏ基合金からなる基材上にＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ
から選ばれる少なくとも１種からなる金属結合層を溶射
法、スパッタ蒸着や真空蒸着のような蒸着法により被覆
する。つづいて、前記基材の金属結合層上に粒径が１０
〜９０μｍの安定化ジルコニア粒子およびカルシウム化
合物粒子の混合粒子を溶射法により被覆することにより
安定化ジルコニアにカルシウム化合物が分散されたセラ
ミック被覆層を形成して耐熱被覆部材を製造する。
【００１６】前記金属結合層を形成するための溶射法
は、特に制限がないが、金属結合層の酸化を抑制する観
点から低圧溶射法（ＶＰＳ）が好ましい。また、セラミ
ック被覆層の割れ、剥離を抑制する観点から前記金属結
合層は表面粗さがＲmax で７０μｍ以上、Ｒｚで５０μ
ｍにすることが好ましい。
は、特に制限がないが、金属結合層の酸化を抑制する観
点から低圧溶射法（ＶＰＳ）が好ましい。また、セラミ
ック被覆層の割れ、剥離を抑制する観点から前記金属結
合層は表面粗さがＲmax で７０μｍ以上、Ｒｚで５０μ
ｍにすることが好ましい。
【００１７】前記溶射法により形成されたセラミック被
覆層は、１０〜１５％の気孔率を有する。前記セラミッ
ク被覆層中に５μｍ以下のカルシウム化合物粒子を分散
させるには、中心のカルシウム化合物粒子の周囲を安定
化ジルコニア層で覆った複合粒子や中心のカルシウム化
合物粒子の周囲を安定化ジルコニア層で覆い、さらに安
定化ジルコニア層の表面に薄いカルシウム化合物層で覆
った構造の複合粒子を溶射粉末として用いることが好ま
しい。
覆層は、１０〜１５％の気孔率を有する。前記セラミッ
ク被覆層中に５μｍ以下のカルシウム化合物粒子を分散
させるには、中心のカルシウム化合物粒子の周囲を安定
化ジルコニア層で覆った複合粒子や中心のカルシウム化
合物粒子の周囲を安定化ジルコニア層で覆い、さらに安
定化ジルコニア層の表面に薄いカルシウム化合物層で覆
った構造の複合粒子を溶射粉末として用いることが好ま
しい。
【００１８】以上説明した本発明に係わる耐熱被覆部材
は、Ｎｉ基合金またはＣｏ基合金からなる基材上にＮ
ｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒから選ばれる少なくとも１種から
なる金属結合層を介して少なくとも希土類元素で安定化
された安定化ジルコニアとこの安定化ジルコニアに分散
されたカルシウム化合物とを含むセラミック被覆層を形
成した構造を有するため、高温環境下での使用において
前記セラミック被覆層の割れ、剥離を防止してその遮熱
作用を長時間維持することができる。
は、Ｎｉ基合金またはＣｏ基合金からなる基材上にＮ
ｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒから選ばれる少なくとも１種から
なる金属結合層を介して少なくとも希土類元素で安定化
された安定化ジルコニアとこの安定化ジルコニアに分散
されたカルシウム化合物とを含むセラミック被覆層を形
成した構造を有するため、高温環境下での使用において
前記セラミック被覆層の割れ、剥離を防止してその遮熱
作用を長時間維持することができる。
【００１９】すなわち、前記金属結合層は高温環境下で
の使用において前記基材と前記セラミック被覆層との間
の熱膨張率の差に起因する熱応力を緩和して前記セラミ
ック被覆層の亀裂発生等を抑制する。
の使用において前記基材と前記セラミック被覆層との間
の熱膨張率の差に起因する熱応力を緩和して前記セラミ
ック被覆層の亀裂発生等を抑制する。
【００２０】また、マトリックスである少なくとも希土
類元素で安定化された安定化ジルコニアは高温環境下に
おいて相互に固相反応を生じないためにセラミック被覆
層内部に生成された気孔の消滅を防止して前記気孔によ
り熱応力を緩和する作用を維持することができる。
類元素で安定化された安定化ジルコニアは高温環境下に
おいて相互に固相反応を生じないためにセラミック被覆
層内部に生成された気孔の消滅を防止して前記気孔によ
り熱応力を緩和する作用を維持することができる。
【００２１】さらに、使用環境下、つまり高温から低
温、低温から高温に移る熱サイクルを受けると基材とセ
ラミック被覆層との熱膨張率の差に起因して熱応力がセ
ラミック被覆層に加わって亀裂を発生する。前記セラミ
ック被覆層は、その構成成分である安定化ジルコニアと
このマトリックスに分散されたカルシウム化合物粒子と
の固相反応により反応生成物を生じるため、前記セラミ
ック被覆層内部に発生した亀裂個所を前記反応生成物に
より塞ぎ、結果的に亀裂の進展を防止することができ
る。また、前記反応生成物はマトリックスである安定化
ジルコニアとの熱膨張差の小さいＣａ安定化ジルコニア
であるため、反応生成後の劣化に原因にならない。
温、低温から高温に移る熱サイクルを受けると基材とセ
ラミック被覆層との熱膨張率の差に起因して熱応力がセ
ラミック被覆層に加わって亀裂を発生する。前記セラミ
ック被覆層は、その構成成分である安定化ジルコニアと
このマトリックスに分散されたカルシウム化合物粒子と
の固相反応により反応生成物を生じるため、前記セラミ
ック被覆層内部に発生した亀裂個所を前記反応生成物に
より塞ぎ、結果的に亀裂の進展を防止することができ
る。また、前記反応生成物はマトリックスである安定化
ジルコニアとの熱膨張差の小さいＣａ安定化ジルコニア
であるため、反応生成後の劣化に原因にならない。
【００２２】具体的には、ガスタービンを例えば１００
０℃以上の使用すると例えばＹ2 Ｏ3 で安定化されたジ
ルコニアをマトリックスとし、このマトリックスにＣａ
化合物分散粒子であるＣａＺｒＯ3 やＣａ安定化ジルコ
ニアを分散させたセラミック被覆層において、前記分散
粒子とマトリックスとの間で物質移動を伴う固相反応が
起こり、反応生成物を生じる。その結果、前述した熱応
力によってマトリックス−マトリックス粒子間に亀裂が
発生しても分散粒子−マトリックスの固相反応によって
生じた反応生成物により前記亀裂先端を塞ぐことができ
るため、亀裂の進展を防ぐことができる。
０℃以上の使用すると例えばＹ2 Ｏ3 で安定化されたジ
ルコニアをマトリックスとし、このマトリックスにＣａ
化合物分散粒子であるＣａＺｒＯ3 やＣａ安定化ジルコ
ニアを分散させたセラミック被覆層において、前記分散
粒子とマトリックスとの間で物質移動を伴う固相反応が
起こり、反応生成物を生じる。その結果、前述した熱応
力によってマトリックス−マトリックス粒子間に亀裂が
発生しても分散粒子−マトリックスの固相反応によって
生じた反応生成物により前記亀裂先端を塞ぐことができ
るため、亀裂の進展を防ぐことができる。
【００２３】なお、２種以上の分散粒子をマトリックス
に分散させてセラミック被覆層を構成し、２種以上の分
散粒子を相互に反応させて亀裂発生を防ぐ反応生成物を
作るようにしてもよい。例えば、ＣａＯと単斜晶ジルコ
ニアの混合粉末を分散粒子として安定化ジルコニアから
なるマトリックス粒子間に分散させ、高温環境下での使
用中に前記ＣａＯと単斜晶ジルコニアとの反応によりＣ
ａ安定化ジルコニアを生成させて亀裂の進展を防止する
ようにしてもよい。
に分散させてセラミック被覆層を構成し、２種以上の分
散粒子を相互に反応させて亀裂発生を防ぐ反応生成物を
作るようにしてもよい。例えば、ＣａＯと単斜晶ジルコ
ニアの混合粉末を分散粒子として安定化ジルコニアから
なるマトリックス粒子間に分散させ、高温環境下での使
用中に前記ＣａＯと単斜晶ジルコニアとの反応によりＣ
ａ安定化ジルコニアを生成させて亀裂の進展を防止する
ようにしてもよい。
【００２４】ただし、分散粒子としてＣａＯ−ＳｉＯ2
のような安定化ジルコニアとの反応により高温で液相を
生成するＣａ系酸化物は前述したマトリックスの熱応力
の緩和作用を示す気孔を塞ぐために好ましくない。ま
た、分散粒子として希土類系酸化物やその化合物を用い
ると高温環境下（７００〜１２００℃）でマトリックス
である安定化ジルコニアとの固相反応が十分に生じない
ために有効な手法ではない。さらに、分散粒子としてＭ
ｇＯ系化合物を用いるとマトリックスである安定化ジル
コニアとの固相反応において９００℃の以上の温度で単
斜晶ジルコニアとＭｇＯに分解されるＭｇＯ系安定化ジ
ルコニアが生成されるために不適切である。
のような安定化ジルコニアとの反応により高温で液相を
生成するＣａ系酸化物は前述したマトリックスの熱応力
の緩和作用を示す気孔を塞ぐために好ましくない。ま
た、分散粒子として希土類系酸化物やその化合物を用い
ると高温環境下（７００〜１２００℃）でマトリックス
である安定化ジルコニアとの固相反応が十分に生じない
ために有効な手法ではない。さらに、分散粒子としてＭ
ｇＯ系化合物を用いるとマトリックスである安定化ジル
コニアとの固相反応において９００℃の以上の温度で単
斜晶ジルコニアとＭｇＯに分解されるＭｇＯ系安定化ジ
ルコニアが生成されるために不適切である。
【００２５】したがって、基材表面の金属結合層上に形
成された希土類元素で安定化された安定化ジルコニアと
この安定化ジルコニアに分散されたカルシウム化合物と
を含むセラミック被覆層は、亀裂の進展を防止する自己
修復性を有するため、高温環境下での使用において割
れ、剥離が防止されその遮熱作用を長時間維持すること
ができる。
成された希土類元素で安定化された安定化ジルコニアと
この安定化ジルコニアに分散されたカルシウム化合物と
を含むセラミック被覆層は、亀裂の進展を防止する自己
修復性を有するため、高温環境下での使用において割
れ、剥離が防止されその遮熱作用を長時間維持すること
ができる。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 （実施例１〜６）Ｎｉ超合金（ＩＮ７３８ＬＣ）からな
る基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹの結合層上に、溶射法
により平均粒子径が１０μｍのカルシウム安定化ジルコ
ニア（ＣａＯ；４重量％、８重量％、１０重量％、１５
重量％、２０重量％、３０重量）粒子をイットリウム安
定化ジルコニア（Ｙ2 Ｏ3 ；８重量％）の粒子間に１５
重量％分散させた厚さ２５０μｍのジルコニア被覆層を
それぞれ形成することにより６種の耐熱被覆部材を製造
した。
る基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹの結合層上に、溶射法
により平均粒子径が１０μｍのカルシウム安定化ジルコ
ニア（ＣａＯ；４重量％、８重量％、１０重量％、１５
重量％、２０重量％、３０重量）粒子をイットリウム安
定化ジルコニア（Ｙ2 Ｏ3 ；８重量％）の粒子間に１５
重量％分散させた厚さ２５０μｍのジルコニア被覆層を
それぞれ形成することにより６種の耐熱被覆部材を製造
した。
【００２７】（比較例１）Ｎｉ超合金（ＩＮ７３８Ｌ
Ｃ）からなる基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹの結合層上
に、溶射法によりイットリウ安定化ジルコニア（Ｙ2 Ｏ
3 ；８重量％）からなる厚さ２５０μｍのジルコニア被
覆層を形成することにより耐熱被覆部材を製造した。
Ｃ）からなる基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹの結合層上
に、溶射法によりイットリウ安定化ジルコニア（Ｙ2 Ｏ
3 ；８重量％）からなる厚さ２５０μｍのジルコニア被
覆層を形成することにより耐熱被覆部材を製造した。
【００２８】得られた実施例１〜６および比較例１の耐
熱被覆部材について、１００℃から１０００℃まで昇温
し、１０００℃から１００℃に下げる熱サイクルを繰り
返す熱疲労試験を行った。その結果、実施例１〜６の耐
熱被覆部材は３０００回を越える熱サイクルを行っても
ジルコニア被覆層の剥離が生じなかった。これに対し、
比較例１の耐熱被覆部材は１０００回の熱サイクル試験
でジルコニア被覆層に割れや剥離を生じた。
熱被覆部材について、１００℃から１０００℃まで昇温
し、１０００℃から１００℃に下げる熱サイクルを繰り
返す熱疲労試験を行った。その結果、実施例１〜６の耐
熱被覆部材は３０００回を越える熱サイクルを行っても
ジルコニア被覆層の剥離が生じなかった。これに対し、
比較例１の耐熱被覆部材は１０００回の熱サイクル試験
でジルコニア被覆層に割れや剥離を生じた。
【００２９】（実施例７）粒径分布が１〜１０μｍのカ
ルシウム安定化ジルコニア（ＣａＯ；１０重量％）粒子
２０重量％と粒径１０〜８８μｍのイットリウム安定化
ジルコニア（Ｙ2Ｏ3 ；８重量％）粒子８０重量％とを
混合した混合粉末を溶射法によりＮｉ超合金（ＩＮ７３
８ＬＣ）からなる基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹの結合
層上に被覆して０．１〜４０μｍのカルシウム安定化ジ
ルコニア粒子がイットリウム安定化ジルコニアの粒子間
に１５重量％分散させた厚さ２３０μｍのジルコニア被
覆層を形成することにより耐熱被覆部材を製造した。
ルシウム安定化ジルコニア（ＣａＯ；１０重量％）粒子
２０重量％と粒径１０〜８８μｍのイットリウム安定化
ジルコニア（Ｙ2Ｏ3 ；８重量％）粒子８０重量％とを
混合した混合粉末を溶射法によりＮｉ超合金（ＩＮ７３
８ＬＣ）からなる基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹの結合
層上に被覆して０．１〜４０μｍのカルシウム安定化ジ
ルコニア粒子がイットリウム安定化ジルコニアの粒子間
に１５重量％分散させた厚さ２３０μｍのジルコニア被
覆層を形成することにより耐熱被覆部材を製造した。
【００３０】（実施例８、９）カルシウム安定化ジルコ
ニア（ＣａＯ；１０重量％）粒子として粒径分布１０〜
４０μｍ、１０〜８０μｍのものを用いた以外、実施例
７と同様な方法により耐熱被覆部材を製造した。
ニア（ＣａＯ；１０重量％）粒子として粒径分布１０〜
４０μｍ、１０〜８０μｍのものを用いた以外、実施例
７と同様な方法により耐熱被覆部材を製造した。
【００３１】得られた実施例７〜９の耐熱被覆部材につ
いて、１００℃から１０００℃まで昇温し、１０００℃
から１００℃に下げる熱サイクルを繰り返す熱疲労試験
を行った。その結果、実施例７〜９の耐熱被覆部材はい
ずれも３０００回を越える熱サイクルを行ってもジルコ
ニア被覆層の剥離が生じなかった。
いて、１００℃から１０００℃まで昇温し、１０００℃
から１００℃に下げる熱サイクルを繰り返す熱疲労試験
を行った。その結果、実施例７〜９の耐熱被覆部材はい
ずれも３０００回を越える熱サイクルを行ってもジルコ
ニア被覆層の剥離が生じなかった。
【００３２】（実施例１０）平均粒径１５μｍのカルシ
ウム安定化ジルコニア（ＣａＯ；１０重量％）粒子１０
重量％と平均粒径７０μｍのイットリウム安定化ジルコ
ニア（Ｙ2 Ｏ3 ；８重量％）粒子９０重量％とを混合し
た混合粉末を溶射法によりＮｉ超合金（ＩＮ７３８Ｌ
Ｃ）からなる基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹの結合層上
に被覆して０．１〜４０μｍのカルシウム安定化ジルコ
ニア粒子がイットリウム安定化ジルコニアの粒子間に８
重量％分散させた厚さ２３０μｍのジルコニア被覆層を
形成することにより耐熱被覆部材を製造した。
ウム安定化ジルコニア（ＣａＯ；１０重量％）粒子１０
重量％と平均粒径７０μｍのイットリウム安定化ジルコ
ニア（Ｙ2 Ｏ3 ；８重量％）粒子９０重量％とを混合し
た混合粉末を溶射法によりＮｉ超合金（ＩＮ７３８Ｌ
Ｃ）からなる基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹの結合層上
に被覆して０．１〜４０μｍのカルシウム安定化ジルコ
ニア粒子がイットリウム安定化ジルコニアの粒子間に８
重量％分散させた厚さ２３０μｍのジルコニア被覆層を
形成することにより耐熱被覆部材を製造した。
【００３３】（比較例２）平均粒径１５μｍのＣａＳｉ
Ｏ3 粒子１０重量％と平均粒径７０μｍのイットリウム
安定化ジルコニア（Ｙ2 Ｏ3 ；８重量％）粒子９０重量
％とを混合した混合粉末を溶射法によりＮｉ超合金（Ｉ
Ｎ７３８ＬＣ）からなる基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹ
の結合層上に被覆して０．１〜４０μｍのＣａＳｉＯ3
粒子がイットリウム安定化ジルコニアの粒子間に８重量
％分散させた厚さ２３０μｍのジルコニア被覆層を形成
することにより耐熱被覆部材を製造した。
Ｏ3 粒子１０重量％と平均粒径７０μｍのイットリウム
安定化ジルコニア（Ｙ2 Ｏ3 ；８重量％）粒子９０重量
％とを混合した混合粉末を溶射法によりＮｉ超合金（Ｉ
Ｎ７３８ＬＣ）からなる基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹ
の結合層上に被覆して０．１〜４０μｍのＣａＳｉＯ3
粒子がイットリウム安定化ジルコニアの粒子間に８重量
％分散させた厚さ２３０μｍのジルコニア被覆層を形成
することにより耐熱被覆部材を製造した。
【００３４】（比較例３）平均粒径１０μｍのＳｉＯ2
粒子１０重量％と平均粒径７０μｍのイットリウム安定
化ジルコニア（Ｙ2 Ｏ3 ；８重量％）粒子９０重量％と
を混合した混合粉末を溶射法によりＮｉ超合金（ＩＮ７
３８ＬＣ）からなる基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹの結
合層上に被覆して０．１〜４０μｍのＳｉＯ2 粒子がイ
ットリウム安定化ジルコニアの粒子間に８重量％分散さ
せた厚さ２３０μｍのジルコニア被覆層を形成すること
により耐熱被覆部材を製造した。
粒子１０重量％と平均粒径７０μｍのイットリウム安定
化ジルコニア（Ｙ2 Ｏ3 ；８重量％）粒子９０重量％と
を混合した混合粉末を溶射法によりＮｉ超合金（ＩＮ７
３８ＬＣ）からなる基材表面のＮｉＣｏＣｒＡｌＹの結
合層上に被覆して０．１〜４０μｍのＳｉＯ2 粒子がイ
ットリウム安定化ジルコニアの粒子間に８重量％分散さ
せた厚さ２３０μｍのジルコニア被覆層を形成すること
により耐熱被覆部材を製造した。
【００３５】得られた実施例１０および比較例２、３の
耐熱被覆部材について、１００℃から１０５０℃まで昇
温し、１０５０℃から１００℃に下げる熱サイクルを繰
り返す熱疲労試験を行った。その結果、実施例１０の耐
熱被覆部材は３０００回を越える熱サイクルを行っても
ジルコニア被覆層の剥離が生じなかった。これに対し、
比較例２、３の耐熱被覆部材はそれぞれ５００回、７０
０回の熱サイクル試験でジルコニア被覆層に割れや剥離
を生じた。
耐熱被覆部材について、１００℃から１０５０℃まで昇
温し、１０５０℃から１００℃に下げる熱サイクルを繰
り返す熱疲労試験を行った。その結果、実施例１０の耐
熱被覆部材は３０００回を越える熱サイクルを行っても
ジルコニア被覆層の剥離が生じなかった。これに対し、
比較例２、３の耐熱被覆部材はそれぞれ５００回、７０
０回の熱サイクル試験でジルコニア被覆層に割れや剥離
を生じた。
【００３６】また、熱疲労試験後に実施例１０および比
較例２、３の耐熱被覆部材の断面組織を調べた。その結
果、実施例１０の耐熱被覆部材は亀裂の伝播がＣａ安定
化ジルコニアで食い止められていた。これに対し、比較
例２、３の耐熱被覆部材は内部にＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ｚ
ｒＯ2 の反応物、ＺｒＳｉＯ4 の反応部が生成されてい
るものの、亀裂の伝播を食い止めていなかった。
較例２、３の耐熱被覆部材の断面組織を調べた。その結
果、実施例１０の耐熱被覆部材は亀裂の伝播がＣａ安定
化ジルコニアで食い止められていた。これに対し、比較
例２、３の耐熱被覆部材は内部にＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ｚ
ｒＯ2 の反応物、ＺｒＳｉＯ4 の反応部が生成されてい
るものの、亀裂の伝播を食い止めていなかった。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば高
温環境下での使用においてセラミック被覆層の割れや亀
裂を効果的に抑制してその遮熱機能を長時間に亘って維
持することが可能な航空機エンジン、ガスタービンエン
ジンなどの耐熱構造材として有用な耐熱被覆部材を提供
することができる。
温環境下での使用においてセラミック被覆層の割れや亀
裂を効果的に抑制してその遮熱機能を長時間に亘って維
持することが可能な航空機エンジン、ガスタービンエン
ジンなどの耐熱構造材として有用な耐熱被覆部材を提供
することができる。
【図１】本発明に係わる耐熱被覆部材を示す模式図。
１…Ｎｉ基合金またはＣｏ基合金からなる基材、 ２…結合層、 ３…セラミック被覆層、 ４…安定化ジルコニア、 ５…カルシウム化合物（分散粒子）。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｎｉ基合金またはＣｏ基合金からなる基
材上にＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒから選ばれる少なくとも
１種からなる金属結合層を介してセラミック被覆層を形
成した耐熱被覆部材において、 前記セラミック被覆層は、少なくとも希土類元素で安定
化された安定化ジルコニアとこの安定化ジルコニアに分
散されたカルシウム化合物とを含むことを特徴とする耐
熱被覆部材。 - 【請求項２】 前記セラミック被覆層は、溶射法により
形成されることを特徴とする請求項１記載の耐熱被覆部
材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8098419A JPH09287065A (ja) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | 耐熱被覆部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8098419A JPH09287065A (ja) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | 耐熱被覆部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09287065A true JPH09287065A (ja) | 1997-11-04 |
Family
ID=14219310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8098419A Pending JPH09287065A (ja) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | 耐熱被覆部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09287065A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11222661A (ja) * | 1997-11-18 | 1999-08-17 | Sermatech Internatl Inc | 歪み許容性セラミックコーティング |
| JP2001064783A (ja) * | 1999-06-21 | 2001-03-13 | General Electric Co <Ge> | セラミック超合金物品 |
| WO2003057941A1 (de) * | 2002-01-11 | 2003-07-17 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Herstellung eines keramischen werkstoffes fur eine warmedammschicht sowie den werkstoff enthaltene warmedämmschicht |
| JP2007270245A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遮熱コーティング部材及びその製造方法ならびに遮熱コート材料、ガスタービン及び焼結体 |
| JP2012122229A (ja) * | 2010-12-07 | 2012-06-28 | Yoshikawa Kogyo Co Ltd | 高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート |
| WO2016035618A1 (ja) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 溶射用粉末の製造方法、溶射用粉末の製造装置、該製造方法により製造された溶射用粉末、遮熱コーティングで被覆された高温部品、及び、該高温部品を備えるガスタービン |
-
1996
- 1996-04-19 JP JP8098419A patent/JPH09287065A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11222661A (ja) * | 1997-11-18 | 1999-08-17 | Sermatech Internatl Inc | 歪み許容性セラミックコーティング |
| JP2001064783A (ja) * | 1999-06-21 | 2001-03-13 | General Electric Co <Ge> | セラミック超合金物品 |
| WO2003057941A1 (de) * | 2002-01-11 | 2003-07-17 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Herstellung eines keramischen werkstoffes fur eine warmedammschicht sowie den werkstoff enthaltene warmedämmschicht |
| JP2007270245A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遮熱コーティング部材及びその製造方法ならびに遮熱コート材料、ガスタービン及び焼結体 |
| JP2012122229A (ja) * | 2010-12-07 | 2012-06-28 | Yoshikawa Kogyo Co Ltd | 高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート |
| WO2016035618A1 (ja) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 溶射用粉末の製造方法、溶射用粉末の製造装置、該製造方法により製造された溶射用粉末、遮熱コーティングで被覆された高温部品、及び、該高温部品を備えるガスタービン |
| TWI582058B (zh) * | 2014-09-05 | 2017-05-11 | Mitsubishi Hitachi Power Sys | A method for producing a powder for melting, a powder manufacturing apparatus for melting, a powder for melting produced by the production method, a high-temperature part coated with a heat-insulating coating, and a gas turbine |
| JPWO2016035618A1 (ja) * | 2014-09-05 | 2017-07-13 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 溶射用粉末の製造方法、溶射用粉末の製造装置、及び、該製造方法により製造された溶射用粉末 |
| US10150707B2 (en) | 2014-09-05 | 2018-12-11 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Method of producing thermal spray powder, manufacture apparatus of thermal spray powder, and thermal spray powder produced by the producing method |
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