JPS641551B2 - - Google Patents
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- JPS641551B2 JPS641551B2 JP57114757A JP11475782A JPS641551B2 JP S641551 B2 JPS641551 B2 JP S641551B2 JP 57114757 A JP57114757 A JP 57114757A JP 11475782 A JP11475782 A JP 11475782A JP S641551 B2 JPS641551 B2 JP S641551B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23D—ENAMELLING OF, OR APPLYING A VITREOUS LAYER TO, METALS
- C23D5/00—Coating with enamels or vitreous layers
- C23D5/10—Coating with enamels or vitreous layers with refractory materials
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属基質上に歪許容性セラミツク被覆
を施す方法に係る。
を施す方法に係る。
当技術分野に於ては、長年に亙りセラミツクの
特性と金属の特性とを組合わせる努力が払われて
いる。例えば、セラミツクの熱特性と金属の靭性
とを組合わせるべく、高温度に於て使用される金
属物品に保護セラミツク被覆を施す多くの試みが
なされている。
特性と金属の特性とを組合わせる努力が払われて
いる。例えば、セラミツクの熱特性と金属の靭性
とを組合わせるべく、高温度に於て使用される金
属物品に保護セラミツク被覆を施す多くの試みが
なされている。
これまで解決されていない主要な問題は、金属
とセラミツクとの熱膨張係数が実質的に異なるこ
とにより、冷熱サイクルを受ける条件下に於てセ
ラミツク被覆が破損するということである。
とセラミツクとの熱膨張係数が実質的に異なるこ
とにより、冷熱サイクルを受ける条件下に於てセ
ラミツク被覆が破損するということである。
かかる問題を克服せんとてこれまで採用された
一つの方法は、金属表面に於ける実質的に全て金
属である組成より被覆の外面に於ける全てセラミ
ツクである組成に順次被覆の組成を変化させるこ
と（グレーデイング）である。かかる方法に於て
は、熱膨張係数が被覆の厚さ方向に徐々に変化
し、冷熱サイクルにより惹起される応力はその被
覆を破損させるほどには至らないものと考えられ
る。かかる方法の一つが米国特許第3091548号に
記載されている。かかる組成を徐々に変化させる
方法に於ける問題は、その被覆内に離散的に分散
された金属粒子が酸化し且その体積を増大するこ
とにより、その被覆内に許容し難いほどの応力を
発生するということである。
一つの方法は、金属表面に於ける実質的に全て金
属である組成より被覆の外面に於ける全てセラミ
ツクである組成に順次被覆の組成を変化させるこ
と（グレーデイング）である。かかる方法に於て
は、熱膨張係数が被覆の厚さ方向に徐々に変化
し、冷熱サイクルにより惹起される応力はその被
覆を破損させるほどには至らないものと考えられ
る。かかる方法の一つが米国特許第3091548号に
記載されている。かかる組成を徐々に変化させる
方法に於ける問題は、その被覆内に離散的に分散
された金属粒子が酸化し且その体積を増大するこ
とにより、その被覆内に許容し難いほどの応力を
発生するということである。
金属とセラミツクとを組合わせる一般的な技術
分野に於ては、金属構造体を保護すべくその金属
構造体に接合されるタイルの如きセグメントに分
割されたセラミツク片を使用することが知られて
いる。一般に大きな物品に適用されるかかる方法
に於ては、各セラミツク片は互いに接合されず、
各セラミツク片間の間隙によつて金属構造体の熱
膨張が受入れられる。しかしかかる方法は、極端
な運転条件に曝され、また多数の小さな複雑な部
品が低コストにて被覆される必要のあるガスター
ビンエンジンの構成要素の場合には、実際上不可
能である。更に、かかるセグメントに分割された
セラミツク片を用いる方法を使用する場合には、
良好な金属―セラミツクボンドを得ることが困難
であるという問題がある。
分野に於ては、金属構造体を保護すべくその金属
構造体に接合されるタイルの如きセグメントに分
割されたセラミツク片を使用することが知られて
いる。一般に大きな物品に適用されるかかる方法
に於ては、各セラミツク片は互いに接合されず、
各セラミツク片間の間隙によつて金属構造体の熱
膨張が受入れられる。しかしかかる方法は、極端
な運転条件に曝され、また多数の小さな複雑な部
品が低コストにて被覆される必要のあるガスター
ビンエンジンの構成要素の場合には、実際上不可
能である。更に、かかるセグメントに分割された
セラミツク片を用いる方法を使用する場合には、
良好な金属―セラミツクボンドを得ることが困難
であるという問題がある。
本発明は金属基質上にセグメントに分割された
セラミツク被覆を形成する方法を提供することで
ある。本発明に於ては、金属製の物品はその外面
に付着性のセラミツク被覆を有しているものと仮
定される。基質とセラミツク被覆との間にはセラ
ミツク被覆の付着を補助すべく、ボンド被覆若し
くは介在層が介装されることが好ましい。セラミ
ツク表面層は強力な熱源を使用して割れ目を形成
されることによりセグメントに分割される。セラ
ミツク被覆の自由面は急激に溶融され、その凝固
時に割れ目が発生する。
セラミツク被覆を形成する方法を提供することで
ある。本発明に於ては、金属製の物品はその外面
に付着性のセラミツク被覆を有しているものと仮
定される。基質とセラミツク被覆との間にはセラ
ミツク被覆の付着を補助すべく、ボンド被覆若し
くは介在層が介装されることが好ましい。セラミ
ツク表面層は強力な熱源を使用して割れ目を形成
されることによりセグメントに分割される。セラ
ミツク被覆の自由面は急激に溶融され、その凝固
時に割れ目が発生する。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
に詳細に説明する。
に詳細に説明する。
本発明の用途は広い。本発明によるセグメント
に分割されたセラミツク被覆は、鉄基合金、ニツ
ケル基合金、コバルト基合金の如き多くの種々の
材料の基質に対し適用されてよいものである。同
様に、セラミツク被覆はジルコニア（好ましくは
イツトリアの如き元素にて安定化されたもの）、
アルミナ、セリア、ムラトン、ジルコン、シリ
カ、シリコンナイトランド、ハフニア、或る種の
ジルコン酸塩、ホウ化物、窒化物の如き広範囲の
セラミツクより選定されてよい。
に分割されたセラミツク被覆は、鉄基合金、ニツ
ケル基合金、コバルト基合金の如き多くの種々の
材料の基質に対し適用されてよいものである。同
様に、セラミツク被覆はジルコニア（好ましくは
イツトリアの如き元素にて安定化されたもの）、
アルミナ、セリア、ムラトン、ジルコン、シリ
カ、シリコンナイトランド、ハフニア、或る種の
ジルコン酸塩、ホウ化物、窒化物の如き広範囲の
セラミツクより選定されてよい。
本発明にとつて必須の予備工程は、稠密且連続
的な付着性のセラミツク被覆にて被覆された基質
を用意することである。今日までプラズマスプレ
ー法によりセラミツク被覆の着装が行なわれてい
るが、スラリー被覆法、スパツタリング法の如き
他の方法も使用されてよいことは明らかである。
セラミツク被覆は基質に付着したものでなければ
ならず、その場合の最良の付着性はセラミツク被
覆と基質との間にボンド被覆を介装することによ
つて得られる。ボンド被覆としては種々の被覆が
使用されてよい。例えばクロムの組成範囲が約20
〜45％であるMCr被覆、クロムの組成範囲が約
15〜45％でありアルミニウムの組成範囲が約７〜
15％であるMCrAl被覆、上記の組成以外の組成
を有するMCr被覆、コバルトの組成範囲が約15
〜45％でありアルミニウムの組成範囲が約７〜20
％でありイツトリウムの組成範囲が約0.1〜５％
であるMCrAlY被覆、クロムの組成範囲が約15
〜45％でありアルミニウムの組成範囲が約７〜15
％でありハフニウムの組成範囲が約0.5〜７％で
あるMCrAlHf被覆などであつてよい。尚これら
のボンド被覆に於て、Ｍはニツケル、コバルト、
鉄及びそれらの混合物よりなる群より選定された
ものであり、特にニツケルとコバルトとの混合物
が好ましい。またボンド被覆としての有用性に悪
影響を与えることのない範囲内に於て、上述のボ
ンド被覆に対しシリコンの如き他の元素が少量に
て添加されてよく、特にイツトリウムは一つ又は
それ以上の希土類元素にて部分的に置換されてよ
い。MCrAlYボンド被覆が好ましく、この被覆
によれば米国特許第4248940号に記載されている
如く、セラミツク被覆に対する優れた付着性が与
えられる。しかし、本発明にとつて重要なことは
セラミツク被覆を基質に対し付着させることであ
り、如何にすればかかる結果が得られるかについ
ての詳細な点は本発明の必須要件をなすものでは
ない。
的な付着性のセラミツク被覆にて被覆された基質
を用意することである。今日までプラズマスプレ
ー法によりセラミツク被覆の着装が行なわれてい
るが、スラリー被覆法、スパツタリング法の如き
他の方法も使用されてよいことは明らかである。
セラミツク被覆は基質に付着したものでなければ
ならず、その場合の最良の付着性はセラミツク被
覆と基質との間にボンド被覆を介装することによ
つて得られる。ボンド被覆としては種々の被覆が
使用されてよい。例えばクロムの組成範囲が約20
〜45％であるMCr被覆、クロムの組成範囲が約
15〜45％でありアルミニウムの組成範囲が約７〜
15％であるMCrAl被覆、上記の組成以外の組成
を有するMCr被覆、コバルトの組成範囲が約15
〜45％でありアルミニウムの組成範囲が約７〜20
％でありイツトリウムの組成範囲が約0.1〜５％
であるMCrAlY被覆、クロムの組成範囲が約15
〜45％でありアルミニウムの組成範囲が約７〜15
％でありハフニウムの組成範囲が約0.5〜７％で
あるMCrAlHf被覆などであつてよい。尚これら
のボンド被覆に於て、Ｍはニツケル、コバルト、
鉄及びそれらの混合物よりなる群より選定された
ものであり、特にニツケルとコバルトとの混合物
が好ましい。またボンド被覆としての有用性に悪
影響を与えることのない範囲内に於て、上述のボ
ンド被覆に対しシリコンの如き他の元素が少量に
て添加されてよく、特にイツトリウムは一つ又は
それ以上の希土類元素にて部分的に置換されてよ
い。MCrAlYボンド被覆が好ましく、この被覆
によれば米国特許第4248940号に記載されている
如く、セラミツク被覆に対する優れた付着性が与
えられる。しかし、本発明にとつて重要なことは
セラミツク被覆を基質に対し付着させることであ
り、如何にすればかかる結果が得られるかについ
ての詳細な点は本発明の必須要件をなすものでは
ない。
ボンド被覆は、もしそれが使用される場合に、
物理的蒸着法やプラズマスプレー法の如き種々の
方法により着装されてよい。経済性の観点からは
プラズマスプレー法が好ましい。ボンド被覆の厚
さは例えば0.025〜2.54mmの如く、広い範囲のも
のであつてもよい。
物理的蒸着法やプラズマスプレー法の如き種々の
方法により着装されてよい。経済性の観点からは
プラズマスプレー法が好ましい。ボンド被覆の厚
さは例えば0.025〜2.54mmの如く、広い範囲のも
のであつてもよい。
上述の如く、セラミツク被覆は稠密なものでな
ければならず、プラズマスプレー法の場合には、
セラミツク被覆を稠密にすることはプラズマスプ
レーのパラメータを制御することによつて達成さ
れる。一般に稠密な被覆は、粒子寸法の範囲が限
定された微細なセラミツク粉末を通常の入力電力
よりも高い入力電力との組合せにて使用すること
により得られる。Plasmadyne SG100ガンを使用
してスプレーされる安定化されたジルコンの場合
には、全粉末の20％以下の粉末が0.055mm以下で
あり且全粉末の10％以下の粉末が0.037mm以下で
ある平均0.044mmの粉末となるよう篩にかけられ
た粉末を使用すれば、最も良好な結果が得られる
ことが解つた。またこの場合、50ボルト、800ア
ンペアの入力電力が使用され、スプレーガンから
標本（基質）までの距離は約76.2mmであつた。セ
ラミツク被覆の着装は５％のヘリウムを含むアル
ゴンキヤリヤガスを使用して空気中にて行なわ
れ、基質316％以下の温度にまで冷却された。セ
ラミツク被覆の厚さは企図する用途に応じて広い
範囲のものであつてよい。被覆の厚さは0.025〜
6.35mm若しくはそれ以上であることが有用である
ものと考えられる。
ければならず、プラズマスプレー法の場合には、
セラミツク被覆を稠密にすることはプラズマスプ
レーのパラメータを制御することによつて達成さ
れる。一般に稠密な被覆は、粒子寸法の範囲が限
定された微細なセラミツク粉末を通常の入力電力
よりも高い入力電力との組合せにて使用すること
により得られる。Plasmadyne SG100ガンを使用
してスプレーされる安定化されたジルコンの場合
には、全粉末の20％以下の粉末が0.055mm以下で
あり且全粉末の10％以下の粉末が0.037mm以下で
ある平均0.044mmの粉末となるよう篩にかけられ
た粉末を使用すれば、最も良好な結果が得られる
ことが解つた。またこの場合、50ボルト、800ア
ンペアの入力電力が使用され、スプレーガンから
標本（基質）までの距離は約76.2mmであつた。セ
ラミツク被覆の着装は５％のヘリウムを含むアル
ゴンキヤリヤガスを使用して空気中にて行なわ
れ、基質316％以下の温度にまで冷却された。セ
ラミツク被覆の厚さは企図する用途に応じて広い
範囲のものであつてよい。被覆の厚さは0.025〜
6.35mm若しくはそれ以上であることが有用である
ものと考えられる。
本発明の目的で、稠密なセラミツク被覆は、金
属組織学的方法により測定して、約15％以下の有
孔度、好ましくは約10以下の有孔度を有するもの
である。特に本発明に於ては、被覆された物品が
幾つかのセクシヨンに分割され、樹脂に埋め込ま
れ、粒子を抜け出させることのない研磨法を使用
して研磨され、しかる後Quantimet（登録商標）
有孔度測定装置を用いて有孔度の測定が行なわれ
た。
属組織学的方法により測定して、約15％以下の有
孔度、好ましくは約10以下の有孔度を有するもの
である。特に本発明に於ては、被覆された物品が
幾つかのセクシヨンに分割され、樹脂に埋め込ま
れ、粒子を抜け出させることのない研磨法を使用
して研磨され、しかる後Quantimet（登録商標）
有孔度測定装置を用いて有孔度の測定が行なわれ
た。
上述の如き明らかに稠密であるセラミツク被覆
も、本発明の方法により以下の如くセグメントに
分割されなければ、過酷な冷熱サイクルを受ける
条件下に於ては損傷を生じる。被覆をセグメント
に分割することにより、その下層としての基質の
膨張を許し且つセラミツク被覆内の圧縮応力をセ
ラミツク被覆の損傷を生じる値以下のレベルに制
限する割れ目が形成される。
も、本発明の方法により以下の如くセグメントに
分割されなければ、過酷な冷熱サイクルを受ける
条件下に於ては損傷を生じる。被覆をセグメント
に分割することにより、その下層としての基質の
膨張を許し且つセラミツク被覆内の圧縮応力をセ
ラミツク被覆の損傷を生じる値以下のレベルに制
限する割れ目が形成される。
セラミツク被覆は、強力な熱源を用いてセラミ
ツク被覆を部分的に溶融させ、しかる後溶融され
たセラミツクを凝固させることにより、セグメン
トに分割される。溶融されたセラミツクが凝固す
る過程に於て発生する収縮により、セラミツク被
覆をセグメントに分割する効果が発生する。本発
明による方法に於ては強力な熱源が必要とされ
る。今日まで行なわれた実験的研究に於ては連続
波炭酸ガスレーザを使用することが含まれている
が、電子ビーム装置や水素が燃焼する際の火炎の
如き開放火炎などの他の熱源も使用されてよい。
約1.55×103watt／cm2エネルギー密度ぱ必要であ
るものと考えられる。しかし必要な条件は、基質
又はボンド被覆を溶融させることなくセラミツク
被覆をその厚さ方向に部分的に溶融させるエネル
ギ密度とドエルタイムとの組合せとして適宜に決
定される。ジルコニアは約2093℃にて溶融し、典
型的な基質及びボンド被覆の材料は約1316℃にて
溶融するので、基質を溶融させることなくセラミ
ツク被覆を溶融させるためには迅速な入熱が必要
である。他方、エネルギ密度が高過ぎるとセラミ
ツクが蒸発し、セラミツクの蒸発はセラミツク材
料を浪費することとなり、またそのことを制御す
ることが困難であるので、セラミツクが実質的に
蒸発することは回避されなければならない。従つ
てセラミツクの実質的な蒸発を惹起することなく
セラミツク被覆の厚さの10〜90％に当る深さにま
でセラミツク被覆を溶融させる条件が使用される
ことが好ましい。溶融された部分がセラミツク被
覆の厚さの約10％以下である場合には、所望の割
れ目ネツトワークは完全には発生しない。またセ
ラミツク被覆がその厚さの約90％以上に亙つて溶
融されると、基質及び／又はボンド被覆をも溶融
してしまう可能性が高くなつてしまう。セラミツ
ク被覆の溶融が行なわれると、熱が基質に伝達さ
れまた大気に伝達される結果として必然的に溶融
されたセラミツクの凝固が発生する。セラミツク
が溶融されているときには、その溶融されたセラ
ミツクは基質と応力が平衡した状態にある。しか
し凝固時には溶融されたセラミツクは体積が大き
く減少し、その結果その溶融され凝固する部分に
引張り応力が発生される。この引張り応力はセラ
ミツクの強度以上のものであり、セラミツク被覆
に割れ目を発生する。割れ目はセラミツク被覆の
凝固した部分を貫通して延在し、場合によつては
凝固した部分を越えて延在しており、これらの割
れ目は割れ目ネツトワークを形成し、セラミツク
被覆を一般に8.25mm程度の大きさであるセグメン
トに分割する。この割れ目ネツトワークはセラミ
ツク被覆内に実質的な量の歪許容性を与えるのに
必要とされるものである。割れ目の深さは実質的
に溶融された部分の深さに等しいが、セラミツク
の脆性のために、割れ目はボンド被覆の基質とに
界面に到達するまで容易に内方へ成長する。かか
る成長は、被覆された部材の使用中にそれが受け
る冷熱サイクルにより又は被覆された部材の使用
に先立つて割れ目を成長させるために故意に行な
われる冷熱サイクルにより惹起こされる周期的な
応力にセラミツク被覆が曝されたときに発生す
る。
ツク被覆を部分的に溶融させ、しかる後溶融され
たセラミツクを凝固させることにより、セグメン
トに分割される。溶融されたセラミツクが凝固す
る過程に於て発生する収縮により、セラミツク被
覆をセグメントに分割する効果が発生する。本発
明による方法に於ては強力な熱源が必要とされ
る。今日まで行なわれた実験的研究に於ては連続
波炭酸ガスレーザを使用することが含まれている
が、電子ビーム装置や水素が燃焼する際の火炎の
如き開放火炎などの他の熱源も使用されてよい。
約1.55×103watt／cm2エネルギー密度ぱ必要であ
るものと考えられる。しかし必要な条件は、基質
又はボンド被覆を溶融させることなくセラミツク
被覆をその厚さ方向に部分的に溶融させるエネル
ギ密度とドエルタイムとの組合せとして適宜に決
定される。ジルコニアは約2093℃にて溶融し、典
型的な基質及びボンド被覆の材料は約1316℃にて
溶融するので、基質を溶融させることなくセラミ
ツク被覆を溶融させるためには迅速な入熱が必要
である。他方、エネルギ密度が高過ぎるとセラミ
ツクが蒸発し、セラミツクの蒸発はセラミツク材
料を浪費することとなり、またそのことを制御す
ることが困難であるので、セラミツクが実質的に
蒸発することは回避されなければならない。従つ
てセラミツクの実質的な蒸発を惹起することなく
セラミツク被覆の厚さの10〜90％に当る深さにま
でセラミツク被覆を溶融させる条件が使用される
ことが好ましい。溶融された部分がセラミツク被
覆の厚さの約10％以下である場合には、所望の割
れ目ネツトワークは完全には発生しない。またセ
ラミツク被覆がその厚さの約90％以上に亙つて溶
融されると、基質及び／又はボンド被覆をも溶融
してしまう可能性が高くなつてしまう。セラミツ
ク被覆の溶融が行なわれると、熱が基質に伝達さ
れまた大気に伝達される結果として必然的に溶融
されたセラミツクの凝固が発生する。セラミツク
が溶融されているときには、その溶融されたセラ
ミツクは基質と応力が平衡した状態にある。しか
し凝固時には溶融されたセラミツクは体積が大き
く減少し、その結果その溶融され凝固する部分に
引張り応力が発生される。この引張り応力はセラ
ミツクの強度以上のものであり、セラミツク被覆
に割れ目を発生する。割れ目はセラミツク被覆の
凝固した部分を貫通して延在し、場合によつては
凝固した部分を越えて延在しており、これらの割
れ目は割れ目ネツトワークを形成し、セラミツク
被覆を一般に8.25mm程度の大きさであるセグメン
トに分割する。この割れ目ネツトワークはセラミ
ツク被覆内に実質的な量の歪許容性を与えるのに
必要とされるものである。割れ目の深さは実質的
に溶融された部分の深さに等しいが、セラミツク
の脆性のために、割れ目はボンド被覆の基質とに
界面に到達するまで容易に内方へ成長する。かか
る成長は、被覆された部材の使用中にそれが受け
る冷熱サイクルにより又は被覆された部材の使用
に先立つて割れ目を成長させるために故意に行な
われる冷熱サイクルにより惹起こされる周期的な
応力にセラミツク被覆が曝されたときに発生す
る。
或る条件の下では、セラミツク被覆の表面を溶
融させる工程前及びその工程中に被覆された基質
を予熱することが必要であることが解つている。
かくして被覆された基質を予熱することにより、
セラミツク被覆の表面溶融時にセラミツク被覆の
剥離が生じることを有効に防止する初期応力状態
が形成される。表面溶融工程中には、セラミツク
層は加熱され、セラミツク被覆が実際に溶融する
前にセラミツク被覆が圧縮応力により基質より剥
離する程度にまで膨張する。被覆された物品全体
を予熱することにより、金属基質はセラミツク被
覆よりも大きな比率にて膨張し、これによりセラ
ミツク被覆が初期引張り応力状態にもたらされ
る。表面溶融工程時には、セラミツク被覆の膨張
は破壊的な圧縮応力を発生するほどには至らな
い。予熱工程は金属基質がセラミツク被覆の厚さ
に比して実質的な断面積を有する場合に必要であ
る。シート金属製の部材の如き薄い金属よりなる
部材の場合には、被覆された基質は応力を解放す
べく僅かに撓むので、予熱工程は必要ではない。
基質がニツケルであり被覆がジルコニアである場
合には、予熱温度は少なくとも427℃であること
が好ましい。最大予熱温度を決定する場合には、
基質及び／又はボンド被覆を溶融してしまう危険
性があることに留意しなければならない。また基
質が高温度に加熱されると、セラミツク被覆の表
面溶融により基質が溶融されてしまう可能性が高
くなることに留意しなければならない。一般に
427〜982℃の予熱温度が使用されてよいものと考
えられる。
融させる工程前及びその工程中に被覆された基質
を予熱することが必要であることが解つている。
かくして被覆された基質を予熱することにより、
セラミツク被覆の表面溶融時にセラミツク被覆の
剥離が生じることを有効に防止する初期応力状態
が形成される。表面溶融工程中には、セラミツク
層は加熱され、セラミツク被覆が実際に溶融する
前にセラミツク被覆が圧縮応力により基質より剥
離する程度にまで膨張する。被覆された物品全体
を予熱することにより、金属基質はセラミツク被
覆よりも大きな比率にて膨張し、これによりセラ
ミツク被覆が初期引張り応力状態にもたらされ
る。表面溶融工程時には、セラミツク被覆の膨張
は破壊的な圧縮応力を発生するほどには至らな
い。予熱工程は金属基質がセラミツク被覆の厚さ
に比して実質的な断面積を有する場合に必要であ
る。シート金属製の部材の如き薄い金属よりなる
部材の場合には、被覆された基質は応力を解放す
べく僅かに撓むので、予熱工程は必要ではない。
基質がニツケルであり被覆がジルコニアである場
合には、予熱温度は少なくとも427℃であること
が好ましい。最大予熱温度を決定する場合には、
基質及び／又はボンド被覆を溶融してしまう危険
性があることに留意しなければならない。また基
質が高温度に加熱されると、セラミツク被覆の表
面溶融により基質が溶融されてしまう可能性が高
くなることに留意しなければならない。一般に
427〜982℃の予熱温度が使用されてよいものと考
えられる。
第１図及び第２図に本発明による方法の結果が
示されている。第１図及び第２図はレーザによる
表面溶融後に於けるセラミツク被覆を施されたニ
ツケル基質の断面を100倍にて示す写真である。
セラミツク材料は20重量％のイツトリウムを添加
することにより安定化されたジルコニアを含んで
おり、プラズマスプレー法により基質に着装され
たものである。被覆の初期厚さは約250μであつ
た。レーザ光線はそれが約66.0mmの長軸と254μの
短軸とを有する楕円形断面を有するよう調整され
た。入力は5kWであつた。第１図はレーザ光線
が254cm／minの走査速度にてセラミツク被覆の
表面に走査された後に於ける結果を示している。
かかる処理の結果セラミツク層の厚さの約半分が
溶融され、所望の割れ目構造が形成された。割れ
目はセラミツク被覆の溶融された部分を貫通して
延在しており、このことを第１図に於てセラミツ
ク被覆の溶融された部分に見ることができる。第
２図はレーザ光線の走査速度が127cm／minに低
減された点を除き第１図に示されたものと同一の
条件にて行なわれた処理の結果を示している。こ
の処理の結果溶融された部分の深さが実質的に増
大しており、また割れ目が溶融された部分の深さ
にまで延在していることが解る。
示されている。第１図及び第２図はレーザによる
表面溶融後に於けるセラミツク被覆を施されたニ
ツケル基質の断面を100倍にて示す写真である。
セラミツク材料は20重量％のイツトリウムを添加
することにより安定化されたジルコニアを含んで
おり、プラズマスプレー法により基質に着装され
たものである。被覆の初期厚さは約250μであつ
た。レーザ光線はそれが約66.0mmの長軸と254μの
短軸とを有する楕円形断面を有するよう調整され
た。入力は5kWであつた。第１図はレーザ光線
が254cm／minの走査速度にてセラミツク被覆の
表面に走査された後に於ける結果を示している。
かかる処理の結果セラミツク層の厚さの約半分が
溶融され、所望の割れ目構造が形成された。割れ
目はセラミツク被覆の溶融された部分を貫通して
延在しており、このことを第１図に於てセラミツ
ク被覆の溶融された部分に見ることができる。第
２図はレーザ光線の走査速度が127cm／minに低
減された点を除き第１図に示されたものと同一の
条件にて行なわれた処理の結果を示している。こ
の処理の結果溶融された部分の深さが実質的に増
大しており、また割れ目が溶融された部分の深さ
にまで延在していることが解る。
上述の如く、表面溶融により形成された割れ目
を冷熱サイクルによつてセラミツク被覆内に更に
成長させることができる。例えば割れ目を生じて
いる被覆された基質を538℃の温度に加熱し、次
いでそれを水にて焼入れすることにより基質又は
ボンド被覆へ向けて割れ目を成長させることがで
きる。
を冷熱サイクルによつてセラミツク被覆内に更に
成長させることができる。例えば割れ目を生じて
いる被覆された基質を538℃の温度に加熱し、次
いでそれを水にて焼入れすることにより基質又は
ボンド被覆へ向けて割れ目を成長させることがで
きる。
本発明による割れ目を生じている被覆は多数の
用途に用いられ得るものであり、ガスタービンエ
ンジンの超合金にて構成された部材を保護するた
めの熱障壁被覆として特に有望なものである。上
述の如く、既存のプラズマスプレーされた被覆は
上述の如き用途に於ては充分なものではあるが、
本発明による方法はセラミツク被覆の用途範囲を
拡大させ得るものである。本発明による方法は物
品の表面全体に対して適用される必要はなく、極
端な熱的条件に曝される特定の領域のみに制限さ
れてよいものであることは明らかであろう。
用途に用いられ得るものであり、ガスタービンエ
ンジンの超合金にて構成された部材を保護するた
めの熱障壁被覆として特に有望なものである。上
述の如く、既存のプラズマスプレーされた被覆は
上述の如き用途に於ては充分なものではあるが、
本発明による方法はセラミツク被覆の用途範囲を
拡大させ得るものである。本発明による方法は物
品の表面全体に対して適用される必要はなく、極
端な熱的条件に曝される特定の領域のみに制限さ
れてよいものであることは明らかであろう。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実
施例が可能であることは当業者にとつて明らかで
あろう。
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実
施例が可能であることは当業者にとつて明らかで
あろう。
第１図はレーザ光線が254cm／minの走査速度
にてセラミツク被覆の表面に走査されることによ
りセグメントに分割されたセラミツク被覆の断面
を100倍にて示す顕微鏡写真である。第２図はレ
ーザ光線が127cm／minの走査速度にてセラミツ
ク被覆の表面に走査されることによりセグメント
に分割されたセラミツク被覆の断面を100倍にて
示す顕微鏡写真である。
にてセラミツク被覆の表面に走査されることによ
りセグメントに分割されたセラミツク被覆の断面
を100倍にて示す顕微鏡写真である。第２図はレ
ーザ光線が127cm／minの走査速度にてセラミツ
ク被覆の表面に走査されることによりセグメント
に分割されたセラミツク被覆の断面を100倍にて
示す顕微鏡写真である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 金属基質上に歪許容性セラミツク熱障壁被覆
を施す方法にして、 ａ 金属基質の表面に稠密な付着性のセラミツク
被覆を着装する工程と、 ｂ セラミツクを大きく蒸発させることなく且金
属基質を溶融させることなくセラミツク被覆の
表面を溶融させる条件にてセラミツク被覆の表
面を加熱する工程と、 ｃ 溶融されたセラミツクを凝固させる凝固時に
セラミツク被覆の溶融された部分に割れ目を形
成せしめる工程と、 を含み、セラミツク被覆の溶融された部分にセラ
ミツク被覆の表面に対し実質的に垂直に配向され
た割れ目ネツトワークを形成せしめることを特徴
とする方法。 ２ 金属基質上に歪許容性セラミツク熱障壁被覆
を施す方法にして、 ａ 金属基質の表面に稠密な付着性のセラミツク
被覆を着装する工程と、 ｂ セラミツクを大きく蒸発させることなく且金
属基質を溶融させることなくセラミツク被覆の
表面を溶融させる条件にてセラミツク被覆の表
面を加熱する工程と、 ｃ 溶融されたセラミツクを凝固させる凝固時に
セラミツク被覆の溶融された部分に割れ目を形
成せしめる工程と、 ｄ 部分的に割れ目を形成されたセラミツク被覆
にて被覆された金属基質を周期的に加熱及び冷
却し前記割れ目を金属基質へ向けて内方へ伝播
せしめる工程と、 を含み、セラミツク被覆の溶融された部分にセラ
ミツク被覆の表面に対し実質的に垂直に配向され
た割れ目ネツトワークを形成せしめることを特徴
とする方法。 ３ 金属基質上に歪許容性セラミツク熱障壁被覆
を施す方法にして、 ａ 金属基質の表面に金属製ボンド被覆を装着す
る工程と、 ｂ 前記金属製ボンド被覆の上から金属基質の表
面に稠密な付着性のセラミツク被覆を着装する
工程と、 ｃ セラミツクを大きく蒸発させることなく且金
属基質を溶融させることなくセラミツク被覆の
表面を溶融させる条件にてセラミツク被覆の表
面を加熱する工程と、 ｄ 溶融されたセラミツクを凝固させる凝固時に
セラミツク被覆の溶融された部分に割れ目を形
成せしめる工程と、 を含み、セラミツク被覆の溶融された部分にセラ
ミツク被覆の表面に対し実質的に垂直に配向され
た割れ目ネツトワークを形成せしめることを特徴
とする方法。 ４ 金属基質上に歪許容性セラミツク熱障壁被覆
を施す方法にして、 ａ 金属基質の表面に金属製ボンド被覆を装着す
る工程と、 ｂ 前記金属製ボンド被覆の上から金属基質の表
面に稠密な付着性のセラミツク被覆を着装する
工程と、 ｃ セラミツクを大きく蒸発させることなく且金
属基質を溶融させることなくセラミツク被覆の
表面を溶融させる条件にてセラミツク被覆の表
面を加熱する工程と、 ｄ 溶融されたセラミツクを凝固させる凝固時に
セラミツク被覆の溶融された部分に割れ目を形
成せしめる工程と、 ｅ 部分的に割れ目を形成されたセラミツク被覆
にて被覆された金属基質を周期的に加熱及び冷
却し前記割れ目を金属基質へ向けて内方へ伝播
せしめる工程と、 を含み、セラミツク被覆の溶融された部分にセラ
ミツク被覆の表面に対し実質的に垂直に配向され
た割れ目ネツトワークを形成せしめることを特徴
とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US27893881A | 1981-06-30 | 1981-06-30 | |
| US278938 | 1981-06-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5816094A JPS5816094A (ja) | 1983-01-29 |
| JPS641551B2 true JPS641551B2 (ja) | 1989-01-11 |
Family
ID=23067030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57114757A Granted JPS5816094A (ja) | 1981-06-30 | 1982-06-30 | 金属基質上に歪許容性セラミツク熱障壁被覆を施す方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5816094A (ja) |
| DE (1) | DE3224305A1 (ja) |
| FR (1) | FR2508493B1 (ja) |
| GB (1) | GB2100621B (ja) |
| IL (1) | IL66081A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0551148U (ja) * | 1991-12-16 | 1993-07-09 | 孝 坂井 | 起床装置付きベッド |
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| DE3837617A1 (de) * | 1988-11-05 | 1990-05-10 | Semikron Elektronik Gmbh | Traegerkoerper zur elektrisch isolierten anordnung von bauteilen |
| DE3837618A1 (de) * | 1988-11-05 | 1990-05-10 | Semikron Elektronik Gmbh | Elektrische oder elektronische anordnung |
| JPH0791660B2 (ja) * | 1989-08-30 | 1995-10-04 | 株式会社日立製作所 | 環境遮断用耐熱壁を備えた地上機器 |
| US5073433B1 (en) * | 1989-10-20 | 1995-10-31 | Praxair Technology Inc | Thermal barrier coating for substrates and process for producing it |
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| US5993976A (en) * | 1997-11-18 | 1999-11-30 | Sermatech International Inc. | Strain tolerant ceramic coating |
| WO2005017226A1 (en) | 2003-01-10 | 2005-02-24 | University Of Connecticut | Coatings, materials, articles, and methods of making thereof |
| WO2004063416A2 (en) | 2003-01-10 | 2004-07-29 | Inframat Corporation | Apparatus and method for solution plasma spraying |
| JP3865705B2 (ja) | 2003-03-24 | 2007-01-10 | トーカロ株式会社 | 耐食性および耐熱性に優れる熱遮蔽皮膜被覆材並びにその製造方法 |
| US20100136258A1 (en) * | 2007-04-25 | 2010-06-03 | Strock Christopher W | Method for improved ceramic coating |
| DE102007028109A1 (de) | 2007-06-19 | 2008-12-24 | Märkisches Werk GmbH | Thermisch gespritzte, gasdichte Schutzschicht für metallische Substrate |
| JP5281995B2 (ja) * | 2009-09-24 | 2013-09-04 | 株式会社日立製作所 | 遮熱被覆を有する耐熱部材およびガスタービン |
| US9249514B2 (en) * | 2012-08-31 | 2016-02-02 | General Electric Company | Article formed by plasma spray |
| CN109321869B (zh) * | 2018-11-21 | 2021-11-09 | 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 | 一种钛合金零件离子氮化工装 |
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-
1982
- 1982-06-11 FR FR828210177A patent/FR2508493B1/fr not_active Expired
- 1982-06-11 GB GB08217014A patent/GB2100621B/en not_active Expired
- 1982-06-18 IL IL66081A patent/IL66081A/xx unknown
- 1982-06-29 DE DE19823224305 patent/DE3224305A1/de active Granted
- 1982-06-30 JP JP57114757A patent/JPS5816094A/ja active Granted
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|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2508493A1 (fr) | 1982-12-31 |
| DE3224305A1 (de) | 1983-02-03 |
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| DE3224305C2 (ja) | 1988-10-20 |
| FR2508493B1 (fr) | 1989-04-21 |
| IL66081A (en) | 1985-09-29 |
| GB2100621A (en) | 1983-01-06 |
| IL66081A0 (en) | 1982-09-30 |
| GB2100621B (en) | 1984-07-18 |
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