JPS5811796A - 熱保護耐熱合金構造体 - Google Patents

熱保護耐熱合金構造体

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JPS5811796A
JPS5811796A JP57038249A JP3824982A JPS5811796A JP S5811796 A JPS5811796 A JP S5811796A JP 57038249 A JP57038249 A JP 57038249A JP 3824982 A JP3824982 A JP 3824982A JP S5811796 A JPS5811796 A JP S5811796A
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JP
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heat
resistant
alloy
coating layer
nickel
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JP57038249A
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JPH0249392B2 (ja
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サイ−クウイング・ラウ
レイモンド・ジヨセフ・ブラツトン
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Westinghouse Electric Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

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】 本発明は高温で使用するタービン羽根、翼板、燃焼器及
び遷移部品表面の耐熱合金のような熱保護ニッケル基台
金及びコバルト基合金に関する。
先行技術 □ タービンに使用される燃焼ガスの動作温度は約1093
℃(−〇00″F)又はそれ以上に達し、その丸め多く
の商業的に入手できる金属は溶融する。その結果、エン
ジンの設計技師はタービン羽根、翼板、燃焼器及び遷移
部品の製造に使用する新規な合金を開発してきた。さら
に、タービン羽根及び羽根部品が高温雰囲気で有効に動
作するように羽根部品特にタービン羽根は典蓋的には金
属をベースにしたオーバーレイコーティング及び外匈の
オーバーコートすなわち断熱層によって被榎される。
断熱層としてセラ2ツクコーテイングヲ使用することに
より空冷金属部品表面に絶熱性且つ耐蝕性層を形成する
。このようなセラ2ツクコーテイングは簡単な回収−併
合サイクルのタービン性能を改善し、発電費用を減少さ
せるが、タービン入口温度の上昇とセラミックコーティ
ング導入とに付随する発電効率の増大と発電コストの改
善の面から見た最大の利14I/Ii併合サイクルの場
合に生ずるのである。発電効率の増大と発電コスト減少
との最大の一つの飛曜的改畳はセラミックコーティング
の使用によってタービン入口温度を10デ3℃(−〇0
0″F)から/ J 04g ’(:(ココ00”P 
)へ、を九は1314℃(J l o o”F )へ昇
温することによって生ずる。さらに所定燃料プロセスに
おいて、残油燃料で置き換えれば種々のサイクルタイプ
の発電コストが顕著に低下される。
セラミックコーティングを使用することによって得られ
る重大な性能向上及び燃料の融通性ある使用可能性に対
して従前から約θ、lコク諺(3ミル)の厚さのプラズ
マ溶射Ni0rAJYコーテイング及び約o、3t■(
/1ξル)の厚さのZrO,・/コY、Osオーバーコ
ートの利用が提案されている。しかし試験の結果、Zr
O2・/コ’Y、O,プラズマ溶射コーティングは清浄
な燃焼されたガス雰囲気では安定であるが、ナトリウム
、イオウ、バナジウム−マグネシウム(マグネシウムは
バナジウム酸マグネシウムの形成の目的でバナジウムを
含有した低質燃料に加えられた燃料添加剤である)不純
物を含む燃焼環境中では50時間の短い試験時間にもひ
どい亀裂や割れを生じたことが示され九。
加うるに、酸化ジルコニウムをベースにした複合コーテ
ィング系より4爽に耐久力の大きい複合ケイ酸カルシウ
ム(0& * 810 a )/′Ni 0rAIYコ
ーテイング系を使用することが提唱された。ガス/金属
温度がそれぞれ1sto℃/ t l J ’Cでのマ
ツへ〇、Jバーナーリグテスト(mach O,3bu
rnθr rig test)においてナトリウム又は
バナジウム不純物を含み相対的に低いイオウ含有量の燃
料を使用した場合、複合Z rO*・lコYt o i
 /Ni0rムIYコーティングは1時間サイクルの6
0回後使用不能となり、一方、複合Oa、8104/N
i0rAJYコーティングはそれよシはるかに長時間持
続することが見出された。さらにZ rOt・I Y 
z Os / M i OrムAYコーティングは1時
間サイクルの370回後使用不能となシ、一方複合○a
、8104/Ni0rムIYコーティングはそれより更
に長時間持続することが見出され友。これらの試験は複
合Oa 28104 / N i OrAjY コーテ
ィング系は大気中バーナーリグテスト(burner 
rigtest ) I/Cおいて複合酸化ジルコニウ
ムベースのコーティング系よりも耐久力が大きいことを
確随しているが、実用的なタービン硬質保護には#1と
んど満足できるものではない。
重質石油燃料を燃焼させて実#!に使用するガスタービ
ンを仮想した圧力、温度及び汚染状態での加圧流通試験
によりCa、B104/ Ni0rAJY 試料片は重
囲する用途に対して期待される有効寿命より遥かに短い
1時間サイクルコ0回後に被覆面に広範なスポーリング
を生じた。試験後の検査からOa、SiO4はしばしば
通常の使用で存在するバナジウム、マグネシウム、イオ
ウを含んだ燃焼環境では化学的に不安定であることが示
された。
接着コーティング及びオーバーコートを含む先行技術に
よる断熱コーティング系の欠点はタービン部材例えば翼
板、タービン羽根、燃焼器及び遷移部品の利用価値を限
定してしまう点にある。
接着コーティング層と、該金属接着コーティング層上に
施した三元ケイ酸塩の竜ラミック断熱コーティング層と
から成る熱保謙合金コーティング構造体に関する。
本発明はさらに、本質的にNi0rAJY又は−ティン
グし、コーティングし九表面をOaOlMgO及びS1
0.から形成した三元系ケイ酸塩から本質的に成るセラ
ミック断熱コーティング層でコーティングすることから
なるニッケル耐熱基合金又はコバルト耐熱基合金表面の
コーティング方法にも関する。
こうして、上述した耐熱コーティングの欠点を除去する
ためのコーティング系が提供される。
断熱コーティング系は1ltL<はMOrAJY(ここ
でMはニッケル又はコバルトである)を含む接着コーテ
ィング層と、Oak、 MgO及び810.から成る三
元ケイ酸塩の断熱コーティング層とからなる。三元ケイ
酸塩はバナジウム−マグネシウム及びイオウを含む燃焼
ガス中及び他の環境中でCa、8104よりも化学的に
安定である。最も高い熱膨張率を有するものとして我々
が見出した上記接着コーティング層と最もよく適合する
三元ケイ酸塩はOaO・MgO−8iO,及びJCao
−MgO・−810,である。
基材に所定のコーティング層を施す場合、MOrムバ(
Mt;tニッケル又はコバルトである)を含む接着コー
ティング層がまず@lに施され、続いて接着コーティン
グ層をコーティングしfe、lR面に三元ケイ酸塩から
なる断熱コーティング層がコーティングされる。コーテ
ィング系(二重−1 塗装系   にはプラズマ溶射、スパッター法、OVD
 (化学蒸着)、PVD又は他の適切な蒸着技術を適用
してもよい。
タービン部品たとえば翼板、タービン羽根、燃焼器及び
遷移部品の基材金属はニッケル耐熱1音金又はコバルト
耐熱基金属である。セ、9Zツクコーティング層は熱伝
導率が低くその結果高温燃焼ガスと、空冷金属部分例え
ば燃焼器又はタービン羽根及びエンジン、発電タービン
の翼板又は他の空気/液体冷却部品との間の断熱層に使
用される。それによってガス温度を高くすることができ
、このガス温度の上昇j(作動効率を改善して発電コス
トの低下をもたらす0例えばタービン入口温度は109
3℃(−000ν)から1314℃(λpoo′P)に
上昇することができる。“種々の作動条件に対して高品
質燃料に代わって残油燃料が使用できるので燃料代は顕
著に減少させる仁とができる。
例えばNi0rAiYから成る接着コーティング層はプ
ラズマ溶射、被覆、スラリースプレー及び燃結法により
金属基材に適用してもよい、このようなコーティング法
は先行技術による特許すなわち米国特許3.!f l 
J、j J O号、同j、Aり4.Ot 1号及び同J
、? j 4t、903号などがあり、他はi業界で周
知であるのでここでの記述は必要でない。
しかし選択された接着コーティング法Fi緻密な接着コ
ーティング層を形成することが重要である。三元ケイ酸
塩を含有する断熱オーバーコート層はアークプラズマ溶
射法又は火炎溶射方法又は他の既知の施用方法を使用し
て接着コーティング層に適用することができる。接着コ
ーティング層の厚さは楢々変更できるが好適には約0、
/λ?■(1ミル)の厚さである。同様に断熱コーティ
ング層の厚さは掴々変更できるが好適にはθ、31簡(
tSミル)程良の厚さである。コーティング層の厚さは
断熱コーティング層を横切る所望の温度降下を達成する
九めに檀々変更してもよい。特に有用であることが確か
められ友三元ケイ酸塩はCab、 MgO及びS10.
から成シ、OaO−MgO−8iO,並びにJ OaO
−MgO・コS10.が好適である。
適用するコーティング温度は変更でき、選択された個々
の適用方法に適合する温度が使用される。
本発明によるコーティング系の各成分は通常の手法によ
シ造ることができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l ニッケル耐熱基合金又はコノ(ルト耐熱基合金であ
    る基材と、該基材上に施した金属接着コーティング層と
    、咳金属接着コーティング層上に施したセラミック断熱
    コーティング層とから成シ、該セラミック断熱コーティ
    ング層が三元ケイ酸塩から成る仁とを特徴とする熱保護
    耐熱合金構造体。 ユ セラミック断熱コーティング層がOaOlMgO及
    びB10.から成る三元ケイ酸塩である特許請求の範囲
    第1項記載の熱保護耐熱合金構造体。 J セラミック断熱コーティング層がOaO・MgO・
    EliO,である特許請求の範囲第一項記載の熱保験耐
    熱合金構造体。 倶 セラミック断熱コーティング層が30aO・MgO
    ・−〇10.である特許請求の範囲第コ項記載O熱保験
    耐熱合金構造体。 よ 金属接着コーティング層がクロム、アル電ニウム及
    びイツトリウム及びニッケル又はコバルトを含む合金で
    ある特許請求の範囲第7項な―し第参項のいずれかに記
    載の熱保護耐熱合金構造体。 4 基材がニッケル耐熱基合金又はコバルト耐熱基合金
    である特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれかに
    記載の熱保護耐熱合金構造体。 75ツケル耐熱基合金又はコバルト耐熱基合金表面を実
    質的にMICrムIY又は0oOrムIYから成る金属
    接着コーティング層でコーティングし、次いで#表面を
    O&Q、 MgO及び5102 から成る三元ケイ酸塩
    から実質的に成るセラミック断熱コーティング層でコー
    ティングすることを特徴とするニッケル耐熱基合金又は
    コバルト耐熱基合金表面のコーティング方法。 よ セラミック断熱コーティング層がOaO・MgO・
    S10.から成る特許請求の範囲第7項記載の耐熱合金
    表面のコーティング方法。 責 セラ建ツク断熱コーティング層がjoao・MgO
    −一810.から成る特許請求の範囲第7項記載の耐熱
    合金表面のコーティング方法ミ10 コーティングされ
    る耐熱合金基材表面がニッケル耐熱基合金又はコバルト
    耐熱基合金である特許請求の範囲第り項記載の耐熱合金
    表面のコーティング方法。
JP57038249A 1981-07-14 1982-03-12 熱保護耐熱合金構造体 Granted JPS5811796A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US28299281A 1981-07-14 1981-07-14
US282992 1981-07-14

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JPH0249392B2 JPH0249392B2 (ja) 1990-10-30

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GB (1) GB2101910B (ja)
IT (1) IT1159755B (ja)
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