JPH0240730B2 - - Google Patents
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- JPH0240730B2 JPH0240730B2 JP60216303A JP21630385A JPH0240730B2 JP H0240730 B2 JPH0240730 B2 JP H0240730B2 JP 60216303 A JP60216303 A JP 60216303A JP 21630385 A JP21630385 A JP 21630385A JP H0240730 B2 JPH0240730 B2 JP H0240730B2
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- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- F01D5/12—Blades
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は陸上用燃焼タービン及び船舶用燃焼タ
ービンに関し、更に詳しくは耐スポーリング性及
び耐食性セラミツク皮膜をもつタービン羽根に関
する。
ービンに関し、更に詳しくは耐スポーリング性及
び耐食性セラミツク皮膜をもつタービン羽根に関
する。
船舶用燃焼タービン及び陸上用燃焼タービンは
航空機用タービン羽根とは異なるタイプの腐食を
受ける。これは船舶用燃焼タービン及び陸上用燃
焼タービンの羽根の少なくとも1部分が航空機用
タービン羽根より低い異なる温度領域で操作され
[従つて、硫化物腐食及び中位温度−593〜816℃
(1100〜1500〓)−での腐食を受ける]、またター
ビン羽根表面に沈着する高腐食性溶融塩を形成す
ることがある例えばバナジン酸塩を含有する安価
な燃料でしばしば運転されるためである。
航空機用タービン羽根とは異なるタイプの腐食を
受ける。これは船舶用燃焼タービン及び陸上用燃
焼タービンの羽根の少なくとも1部分が航空機用
タービン羽根より低い異なる温度領域で操作され
[従つて、硫化物腐食及び中位温度−593〜816℃
(1100〜1500〓)−での腐食を受ける]、またター
ビン羽根表面に沈着する高腐食性溶融塩を形成す
ることがある例えばバナジン酸塩を含有する安価
な燃料でしばしば運転されるためである。
過去に、種々の皮膜がタービン羽根の腐食を最
小限にするために工業的に使用されてきた。該皮
膜は拡散皮膜(例えばアルミニウム化白金)及び
表面皮膜(例えばMCrAlY、式中Mはコバルト
またはニツケルのような金属である)が含まれ
る。
小限にするために工業的に使用されてきた。該皮
膜は拡散皮膜(例えばアルミニウム化白金)及び
表面皮膜(例えばMCrAlY、式中Mはコバルト
またはニツケルのような金属である)が含まれ
る。
更に、断熱性皮膜もまたタービン羽根表面に実
験的に塗布されている。上述の皮膜はまた耐食性
を必要とするものであるが、しかし、上述の皮膜
の主な作用は断熱性を提供することにあり、その
結果としてガス流と冷却した金属羽根の間に温度
降下があるような比較的厚い厚さを必要とする。
上述の断熱性皮膜は通常ニツケル基スーパーアロ
イ羽根上に緻密セラミツク質外装、多孔質セラミ
ツク(すなわち断熱性)中間層及びMCrAlY結
合皮膜層をもつ。米国特許第4255495号明細書
[レビン(Levine)ら]は断熱性皮膜の例を記載
している。該皮膜は通常0.51〜0.76mm(20〜30ミ
ル)の厚さをもち、かなりの温度降下[通常55〜
110℃(100〜200〓)]を得るために充分な厚さの
多孔質セラミツク層を提供する。この技法はかな
りの期待をもつものであるが、しかし、かなりの
障害が該皮膜にあり、また該皮膜中の亀裂はセラ
ミツク皮膜のスポーリングを招き、またタービン
羽根表面に対して腐食性のある化合物例えば溶融
塩を捕捉する。
験的に塗布されている。上述の皮膜はまた耐食性
を必要とするものであるが、しかし、上述の皮膜
の主な作用は断熱性を提供することにあり、その
結果としてガス流と冷却した金属羽根の間に温度
降下があるような比較的厚い厚さを必要とする。
上述の断熱性皮膜は通常ニツケル基スーパーアロ
イ羽根上に緻密セラミツク質外装、多孔質セラミ
ツク(すなわち断熱性)中間層及びMCrAlY結
合皮膜層をもつ。米国特許第4255495号明細書
[レビン(Levine)ら]は断熱性皮膜の例を記載
している。該皮膜は通常0.51〜0.76mm(20〜30ミ
ル)の厚さをもち、かなりの温度降下[通常55〜
110℃(100〜200〓)]を得るために充分な厚さの
多孔質セラミツク層を提供する。この技法はかな
りの期待をもつものであるが、しかし、かなりの
障害が該皮膜にあり、また該皮膜中の亀裂はセラ
ミツク皮膜のスポーリングを招き、またタービン
羽根表面に対して腐食性のある化合物例えば溶融
塩を捕捉する。
従つて、本発明は、Ni−20重量%Co−40重量
%Cr−5.5重量%Al−0.5重量%YおよびNi−30重
量%Co−23重量%Cr−8.5重量%Al−0.5重量%
Yから選ばれた NiCoCrAlY合金から選ばれた結合促進用アン
ダーコートを後記タービン羽根板翼部分の少なく
とも下半部に被覆し、被覆した羽根を少なくとも
649℃(1200〓)に加熱し、前記アンダーコート
上にイツトリア安定化ジルコニア、アルミナ、
CaO−ZrO2、MgO−ZrO2から選ばれたセラミツ
クの皮膜を被覆することからなる陸上用燃焼ター
ビンまたは船舶用燃焼タービンに使用する型のタ
ービン羽根の製造方法において、前記セラミツク
の微細粒子をプラズマ溶射法により多孔質の単一
層として被覆し次に該多孔質単一層の表面をレー
ザー溶融により非透過性となすことにより少なく
とも20体積%の気孔率をもち厚さが0.0127mm〜
0.0889mm(0.5〜3.5ミル)の多孔質セラミツク層
と該多孔質セラミツク層上に被覆された厚さが
0.0127mm〜0.0381mm(0.5〜1.5ミル)の非透過性
セラミツク層とかからなる2つのセラミツク層の
合計の厚さが0.0254mm〜0.1016mm(1〜4ミル)
のセラミツク皮膜を被覆することを特徴とする、
陸上用燃焼タービンまたは船舶用燃焼タービンに
使用する型のタービン羽根の製造方法に関する。
%Cr−5.5重量%Al−0.5重量%YおよびNi−30重
量%Co−23重量%Cr−8.5重量%Al−0.5重量%
Yから選ばれた NiCoCrAlY合金から選ばれた結合促進用アン
ダーコートを後記タービン羽根板翼部分の少なく
とも下半部に被覆し、被覆した羽根を少なくとも
649℃(1200〓)に加熱し、前記アンダーコート
上にイツトリア安定化ジルコニア、アルミナ、
CaO−ZrO2、MgO−ZrO2から選ばれたセラミツ
クの皮膜を被覆することからなる陸上用燃焼ター
ビンまたは船舶用燃焼タービンに使用する型のタ
ービン羽根の製造方法において、前記セラミツク
の微細粒子をプラズマ溶射法により多孔質の単一
層として被覆し次に該多孔質単一層の表面をレー
ザー溶融により非透過性となすことにより少なく
とも20体積%の気孔率をもち厚さが0.0127mm〜
0.0889mm(0.5〜3.5ミル)の多孔質セラミツク層
と該多孔質セラミツク層上に被覆された厚さが
0.0127mm〜0.0381mm(0.5〜1.5ミル)の非透過性
セラミツク層とかからなる2つのセラミツク層の
合計の厚さが0.0254mm〜0.1016mm(1〜4ミル)
のセラミツク皮膜を被覆することを特徴とする、
陸上用燃焼タービンまたは船舶用燃焼タービンに
使用する型のタービン羽根の製造方法に関する。
こうして本発明方法により製造されたタービン
羽根は593〜816℃(1100〜1500〓)の範囲の温度
にさらされるタービン羽根板翼の少なくとも下半
部に0.0254〜0.1016mm(1〜4ミル)の厚さのセ
ラミツク皮膜をもち、前記皮膜は少なくとも649
℃(1200〓)の温度まで緻密に保たれるように被
覆されている。
羽根は593〜816℃(1100〜1500〓)の範囲の温度
にさらされるタービン羽根板翼の少なくとも下半
部に0.0254〜0.1016mm(1〜4ミル)の厚さのセ
ラミツク皮膜をもち、前記皮膜は少なくとも649
℃(1200〓)の温度まで緻密に保たれるように被
覆されている。
すなわち、セラミツクの非常に薄い皮膜
[0.0254〜0.1016(1〜4ミル)]を加熱[少なく
とも約649℃(1200〓)]状態で塗布すれば、該皮
膜は完全に耐スポーリング及び耐食性であること
が見出された。本発明の皮膜は断熱性皮膜を意図
するものではなく、また、皮膜の厚さが不足して
いるためにかなりの温度降下を提供することもで
きない。断熱性皮膜と同様に、結合層(アンダー
コート)〔上述のNiCoCrAlY合金(以下単に
MCrAlYという)〕をタービン羽根表面にまず塗
布する。次に多孔質セラミツクをMCrAlY上に
施し、次に緻密セラミツクを表面層として施こ
す。多孔質セラミツク及び緻密セラミツクはイツ
トリア安定化ジルコニアが好適である。多孔質区
分は熱膨張が相異する部分の結合を可能にする遷
移部であり、薄く、ほとんど熱の遮断を行なわな
いことを記憶すべきである。該皮膜を非常に薄い
厚さに保持し且つセラミツク皮膜を施す部分を少
なくとも649℃(1200〓)の温度に制御すること
は長く持続する皮膜を製造するために臨界的こと
であることを見出した。
[0.0254〜0.1016(1〜4ミル)]を加熱[少なく
とも約649℃(1200〓)]状態で塗布すれば、該皮
膜は完全に耐スポーリング及び耐食性であること
が見出された。本発明の皮膜は断熱性皮膜を意図
するものではなく、また、皮膜の厚さが不足して
いるためにかなりの温度降下を提供することもで
きない。断熱性皮膜と同様に、結合層(アンダー
コート)〔上述のNiCoCrAlY合金(以下単に
MCrAlYという)〕をタービン羽根表面にまず塗
布する。次に多孔質セラミツクをMCrAlY上に
施し、次に緻密セラミツクを表面層として施こ
す。多孔質セラミツク及び緻密セラミツクはイツ
トリア安定化ジルコニアが好適である。多孔質区
分は熱膨張が相異する部分の結合を可能にする遷
移部であり、薄く、ほとんど熱の遮断を行なわな
いことを記憶すべきである。該皮膜を非常に薄い
厚さに保持し且つセラミツク皮膜を施す部分を少
なくとも649℃(1200〓)の温度に制御すること
は長く持続する皮膜を製造するために臨界的こと
であることを見出した。
さて、本発明をより明確に理解するために、本
発明の好都合な実施態様を例として添付図面を参
照して記載する: 第1図は拡大した厚さの皮膜を示す羽根板翼部
分の断面図であり;また 第2図は皮膜塗布工程を示すブロツク図であ
る。
発明の好都合な実施態様を例として添付図面を参
照して記載する: 第1図は拡大した厚さの皮膜を示す羽根板翼部
分の断面図であり;また 第2図は皮膜塗布工程を示すブロツク図であ
る。
第1図について記載すると、断面で示すタービ
ン羽根10はタービン羽根の板翼部分上に結合層
(アンダーコート)12は、多孔質膨張層14及
び緻密外装16をもつ。根元部分は皮膜されてい
ない。板翼帯域の下半部の大部分は677〜816℃
(1250〜1500〓)の温度範囲で運転される重要な
区域であるから、また皮膜が816℃(1500〓)以
上の温度で効果的である皮膜があるから[816℃
(1500〓)以上の温度で未被覆羽根を運転するこ
とも可能である]、本発明の皮膜で板翼部分の根
元近くの下半部のみを被覆することが望ましい。
本明細書に使用する術語羽根は可動または静止板
翼部分をもつ部品に関する[また、静止板翼部分
は羽根(vanes)と呼ばれ、この羽根はしばしば
コバルト基スーパーアロイよりなり、これに対し
て可動部分はニツケル基スーパーアロイからな
る]。
ン羽根10はタービン羽根の板翼部分上に結合層
(アンダーコート)12は、多孔質膨張層14及
び緻密外装16をもつ。根元部分は皮膜されてい
ない。板翼帯域の下半部の大部分は677〜816℃
(1250〜1500〓)の温度範囲で運転される重要な
区域であるから、また皮膜が816℃(1500〓)以
上の温度で効果的である皮膜があるから[816℃
(1500〓)以上の温度で未被覆羽根を運転するこ
とも可能である]、本発明の皮膜で板翼部分の根
元近くの下半部のみを被覆することが望ましい。
本明細書に使用する術語羽根は可動または静止板
翼部分をもつ部品に関する[また、静止板翼部分
は羽根(vanes)と呼ばれ、この羽根はしばしば
コバルト基スーパーアロイよりなり、これに対し
て可動部分はニツケル基スーパーアロイからな
る]。
第2図は塗布操作の簡単な要約である。第1工
程20はタービン羽根へMCrAlY層(アンダー
コート)を塗布することにある。次に約649℃
(1200〓)へタービン羽根を加熱する工程30、
次に多孔質セラミツクを塗布する工程40、次に
緻密セラミツクを塗布する工程50[再度タービ
ン羽根温度を少なくとも約649℃(1200〓)に制
御する]が続く。
程20はタービン羽根へMCrAlY層(アンダー
コート)を塗布することにある。次に約649℃
(1200〓)へタービン羽根を加熱する工程30、
次に多孔質セラミツクを塗布する工程40、次に
緻密セラミツクを塗布する工程50[再度タービ
ン羽根温度を少なくとも約649℃(1200〓)に制
御する]が続く。
上述のような593〜816℃(1100〜1500〓)の温
度領域でのタービン羽根板翼は陸上用燃焼タービ
ン及び船舶用燃焼タービンにおいては特別の問題
が存在する。この中間領域において、タイプ−
として通常知られている「低温熱腐食機構」が特
にタービン羽根が回転する際に生じ、また、この
領域は高い応力を加えられる区域と一致するため
に、腐食と応力の組み合わせが表面感受性機構特
性の低減を導くことがある。
度領域でのタービン羽根板翼は陸上用燃焼タービ
ン及び船舶用燃焼タービンにおいては特別の問題
が存在する。この中間領域において、タイプ−
として通常知られている「低温熱腐食機構」が特
にタービン羽根が回転する際に生じ、また、この
領域は高い応力を加えられる区域と一致するため
に、腐食と応力の組み合わせが表面感受性機構特
性の低減を導くことがある。
業界の現在の状況は例えば板翼全体を高クロム
含有保護皮膜または貴金属含有保護皮膜で被覆す
ることによつて腐食に抵抗することにある。特
に、充填拡散(pack diffusion)、プラズマ溶射、
電子ビーム物理的蒸着またはクラツデイング技法
により被覆される。上述の金属皮膜の表面上に、
強力な侵食性をもつコバルト−ニツケル−硫酸塩
類が硫酸ナトリウムと共に液体皮膜として形成さ
れる。更に、CoCrAlY及びアルミニウム化白金
のような上述の皮膜の若干は704℃(1300〓)周
辺で延性が乏しく、亀裂を生じて溶融硫酸塩と高
い応力を加えられた基合金とが接触する。
含有保護皮膜または貴金属含有保護皮膜で被覆す
ることによつて腐食に抵抗することにある。特
に、充填拡散(pack diffusion)、プラズマ溶射、
電子ビーム物理的蒸着またはクラツデイング技法
により被覆される。上述の金属皮膜の表面上に、
強力な侵食性をもつコバルト−ニツケル−硫酸塩
類が硫酸ナトリウムと共に液体皮膜として形成さ
れる。更に、CoCrAlY及びアルミニウム化白金
のような上述の皮膜の若干は704℃(1300〓)周
辺で延性が乏しく、亀裂を生じて溶融硫酸塩と高
い応力を加えられた基合金とが接触する。
本発明に使用するセラミツク皮膜は低溶融温度
をもつ硫酸塩、バナジン酸塩及び塩化物が存在で
きる表面温度で金属の熱侵食劣化を防止するため
に特に製造されたものである。驚くべきことに、
薄い厚さ[0.0254〜0.1016mm(1〜4ミル)]の
セラミツク遮断層は多孔質熱膨張遷移部が前記遮
断層の厚さよりかなり薄い場合でさえ亀裂を受け
にくいことが見出された。該セラミツク遮断層は
皮膜/支持体界面で形成されることがある酸化コ
バルト及び酸化ニツケルからアルカリ金属−アル
カリ土類金属塩化物−バナジン酸塩沈着物を隔離
するのに充分なほど非透過性で、従つて、硫酸コ
バルト及び硫酸ニツケルの形成を防止するのに充
分なほど非透過性でなければならない。更に、も
し鉛、亜鉛、カドミウム、マンガン及びバナジウ
ム(銅及びリンが存在する可能性もある)が存在
するために低溶融温度をもつ硫酸塩を主体とする
液体が形成される場合にも、セラミツク遮断層は
支持体から該侵食性液体を遮断しなければなら
ず、また、該遮断層自体は腐食性液体からの侵食
に対して抵抗力があるものでなければならない。
をもつ硫酸塩、バナジン酸塩及び塩化物が存在で
きる表面温度で金属の熱侵食劣化を防止するため
に特に製造されたものである。驚くべきことに、
薄い厚さ[0.0254〜0.1016mm(1〜4ミル)]の
セラミツク遮断層は多孔質熱膨張遷移部が前記遮
断層の厚さよりかなり薄い場合でさえ亀裂を受け
にくいことが見出された。該セラミツク遮断層は
皮膜/支持体界面で形成されることがある酸化コ
バルト及び酸化ニツケルからアルカリ金属−アル
カリ土類金属塩化物−バナジン酸塩沈着物を隔離
するのに充分なほど非透過性で、従つて、硫酸コ
バルト及び硫酸ニツケルの形成を防止するのに充
分なほど非透過性でなければならない。更に、も
し鉛、亜鉛、カドミウム、マンガン及びバナジウ
ム(銅及びリンが存在する可能性もある)が存在
するために低溶融温度をもつ硫酸塩を主体とする
液体が形成される場合にも、セラミツク遮断層は
支持体から該侵食性液体を遮断しなければなら
ず、また、該遮断層自体は腐食性液体からの侵食
に対して抵抗力があるものでなければならない。
皮膜の内側の結合層(アンダーコート)は、金
属結合層(アンダーコート)が最小限の気孔率の
緊密に結合したミクロ構造をもつように低圧下ま
たはアルゴンで遮蔽したプラズマ溶射のような技
法により塗布することが好適である。結合皮膜層
はわずか約0.125mm[5ミル(125マイクロメータ
ー)]の厚さとすべきである。別法として、この
皮膜はスパツターまたはイオンめつき並びに電子
ビーム物理的蒸着により製造することができる。
この結合皮膜層は適当な低温[593℃(1100〓)
以下]延性をもち、溶融硫酸塩沈着物に対して抵
抗力があり且つ593℃(1100〓)以上の温度でア
ルミナ形成材(アルミナフオーマ)でなければな
らない。該皮膜は例えばニツケル−20重量%コバ
ルト−40重量%クロム−5.5重量%アルミニウム
−0.5重量%イツトリウム、及び添加する珪素が
存在するかまたは不在であるようなNiCoCrAlY
を包含する。
属結合層(アンダーコート)が最小限の気孔率の
緊密に結合したミクロ構造をもつように低圧下ま
たはアルゴンで遮蔽したプラズマ溶射のような技
法により塗布することが好適である。結合皮膜層
はわずか約0.125mm[5ミル(125マイクロメータ
ー)]の厚さとすべきである。別法として、この
皮膜はスパツターまたはイオンめつき並びに電子
ビーム物理的蒸着により製造することができる。
この結合皮膜層は適当な低温[593℃(1100〓)
以下]延性をもち、溶融硫酸塩沈着物に対して抵
抗力があり且つ593℃(1100〓)以上の温度でア
ルミナ形成材(アルミナフオーマ)でなければな
らない。該皮膜は例えばニツケル−20重量%コバ
ルト−40重量%クロム−5.5重量%アルミニウム
−0.5重量%イツトリウム、及び添加する珪素が
存在するかまたは不在であるようなNiCoCrAlY
を包含する。
皮膜のセラミツク部分はイツトリア安定化ジル
コニアであることができる。熱衝撃応力に完全な
抵抗力を示すZrO2−8Y2O3プラズマ溶射セラミ
ツクが好適である。最良の熱衝撃抵抗力は約20体
積%の気孔率をもつ耐熱皮膜により達成される。
より低い気孔率は熱応力寿命を短くすることが判
明した。セラミツク皮膜が金属表面と気孔率をも
つように接続すると遮断効果は犠牲になるから、
また皮膜の内側帯域が熱応力抵抗性を付与する気
孔率をもつようにしなければならないから、セラ
ミツク部分は多孔質層と非透過性層を必要とす
る。微細粒子セラミツクのプラズマ溶射を制御す
るか、または単層(多孔質)皮膜を塗布し、次に
表面をレーザー溶融して非透過性外装を得ること
によつて達成できる。
コニアであることができる。熱衝撃応力に完全な
抵抗力を示すZrO2−8Y2O3プラズマ溶射セラミ
ツクが好適である。最良の熱衝撃抵抗力は約20体
積%の気孔率をもつ耐熱皮膜により達成される。
より低い気孔率は熱応力寿命を短くすることが判
明した。セラミツク皮膜が金属表面と気孔率をも
つように接続すると遮断効果は犠牲になるから、
また皮膜の内側帯域が熱応力抵抗性を付与する気
孔率をもつようにしなければならないから、セラ
ミツク部分は多孔質層と非透過性層を必要とす
る。微細粒子セラミツクのプラズマ溶射を制御す
るか、または単層(多孔質)皮膜を塗布し、次に
表面をレーザー溶融して非透過性外装を得ること
によつて達成できる。
セラミツクの組成は好適であるイツトリア安定
化ジルコニアに限定されるものではなく、少なく
とも788℃(1450〓)の温度まで相安定性をもち
且つ溶融硫酸ナトリウム−鉛酸化物−塩化ナトリ
ウム塩類中での化学安定性を示すアルミナ、CaO
−ZrO2、MgO−ZrO2、または他の複合セラミツ
ク酸化物であつてもよい。
化ジルコニアに限定されるものではなく、少なく
とも788℃(1450〓)の温度まで相安定性をもち
且つ溶融硫酸ナトリウム−鉛酸化物−塩化ナトリ
ウム塩類中での化学安定性を示すアルミナ、CaO
−ZrO2、MgO−ZrO2、または他の複合セラミツ
ク酸化物であつてもよい。
セラミツク皮膜は最低0.0254mm(1ミル)から
最高0.1016mm(4ミル)の厚さをもたなければな
らないことが見出された。多孔質部分(多孔質
層)は0.0127mm(0.5ミル)〜0.889mm(3.5ミル)
の厚さであるべきであり)、また、緻密部分(緻
密層)は0.0127mm(0.5ミル)〜0.0381mm(1.5ミ
ル)の厚さであるべきである。
最高0.1016mm(4ミル)の厚さをもたなければな
らないことが見出された。多孔質部分(多孔質
層)は0.0127mm(0.5ミル)〜0.889mm(3.5ミル)
の厚さであるべきであり)、また、緻密部分(緻
密層)は0.0127mm(0.5ミル)〜0.0381mm(1.5ミ
ル)の厚さであるべきである。
過去に、セラミツク皮膜のプラズマ溶射は予熱
を行わずに支持体上へ行なわれており、支持体の
温度が被覆中に上昇し、支持体の温度を制御して
はいなかつた。本発明方法においては、セラミツ
クで被覆される部分はタービン羽根の実用中にセ
ラミツクと基合金の間の熱膨張率の不一致のため
にタービン羽根の低部上のセラミツクが圧縮され
るかまたはわずかに引張される最高温度であるよ
うな649℃(1200〓)以上の温度に予熱される。
これは熱サイクル及び実用条件下でセラミツク皮
膜のスポーリング傾向を最低限にするものであ
る。この薄い皮膜は厚い皮膜よりスポーリングに
対して抵抗力があることを示した。本明細書に教
示するように塗布した場合、運転中のセラミツク
皮膜の歪みは多孔質セラミツクの弾性限界歪み
(通常0.4%歪み)以下でなければならない。
を行わずに支持体上へ行なわれており、支持体の
温度が被覆中に上昇し、支持体の温度を制御して
はいなかつた。本発明方法においては、セラミツ
クで被覆される部分はタービン羽根の実用中にセ
ラミツクと基合金の間の熱膨張率の不一致のため
にタービン羽根の低部上のセラミツクが圧縮され
るかまたはわずかに引張される最高温度であるよ
うな649℃(1200〓)以上の温度に予熱される。
これは熱サイクル及び実用条件下でセラミツク皮
膜のスポーリング傾向を最低限にするものであ
る。この薄い皮膜は厚い皮膜よりスポーリングに
対して抵抗力があることを示した。本明細書に教
示するように塗布した場合、運転中のセラミツク
皮膜の歪みは多孔質セラミツクの弾性限界歪み
(通常0.4%歪み)以下でなければならない。
1実験において、スーパーアロイの中空状円筒
をニツケル、及びクロム20重量%、アルミニウム
10重量%及びイツトリウム約0.5重量%よりなる
結合皮膜で0.125mm(5ミル)の厚さに被覆した。
次に、この円筒をジルコニア−8重量%イツトリ
アプラズマ溶射セラミツク層で第1の円筒は
0.1016mm(4ミル)の厚さに、第2の円筒は0.30
mm(12ミル)の厚さに[通常少なくとも0.30mm
(12ミル)の厚さである熱遮蔽皮膜を模擬するた
めに]被覆した。
をニツケル、及びクロム20重量%、アルミニウム
10重量%及びイツトリウム約0.5重量%よりなる
結合皮膜で0.125mm(5ミル)の厚さに被覆した。
次に、この円筒をジルコニア−8重量%イツトリ
アプラズマ溶射セラミツク層で第1の円筒は
0.1016mm(4ミル)の厚さに、第2の円筒は0.30
mm(12ミル)の厚さに[通常少なくとも0.30mm
(12ミル)の厚さである熱遮蔽皮膜を模擬するた
めに]被覆した。
試験片を特別に設計した空気冷却ホルダーに装
填した。セラミツク被覆した試験片並びに未被覆
スーパーアロイ試験片及び低圧プラズマ溶射及び
MCrAlYで被覆したスーパーアロイ試験片及び
種々の拡散皮膜(アルミニウム化クロム、アルミ
ニウム及びアルミニウム化白金)で被覆したスー
パーアロイ試験片を海水塩(100ppmナトリウム)
及び海水塩+鉛を添加した2種のNo.2留出油燃料
の燃焼生成物のバーナーリグ中で試験した。ガス
温度を1038℃(1900〓)に保持し、金属温度を
593〜788℃(1100〜1450〓)の範囲とした。熱サ
イクルは加熱55分間及び強制空気冷却5分間より
構成された。試験片を300時間(300サイクル)試
験して評価した。
填した。セラミツク被覆した試験片並びに未被覆
スーパーアロイ試験片及び低圧プラズマ溶射及び
MCrAlYで被覆したスーパーアロイ試験片及び
種々の拡散皮膜(アルミニウム化クロム、アルミ
ニウム及びアルミニウム化白金)で被覆したスー
パーアロイ試験片を海水塩(100ppmナトリウム)
及び海水塩+鉛を添加した2種のNo.2留出油燃料
の燃焼生成物のバーナーリグ中で試験した。ガス
温度を1038℃(1900〓)に保持し、金属温度を
593〜788℃(1100〜1450〓)の範囲とした。熱サ
イクルは加熱55分間及び強制空気冷却5分間より
構成された。試験片を300時間(300サイクル)試
験して評価した。
0.30mm(12ミル)の厚さのセラミツク皮膜の初
期スポーリング時間は100時間であつた。0.1016
mm(4ミル)の厚さのセラミツク皮膜は試験の終
了時点(300時間)までスポーリングに抵抗力を
もつていた。
期スポーリング時間は100時間であつた。0.1016
mm(4ミル)の厚さのセラミツク皮膜は試験の終
了時点(300時間)までスポーリングに抵抗力を
もつていた。
0.30mm(12ミル)の厚さの皮膜のスポーリング
した区域の硫酸塩を主体とする沈着物は結合被覆
層と反応していることが視覚的に証明された。
0.1016mm(4ミル)の厚さの皮膜はスポーリング
がなく、また硫酸塩を主体とする沈着物と反応し
ていなかつた。未被覆スーパーアロイ及び金属−
スーパーアロイは種々の程度のタイプ−侵食を
示した。最良の結合金属組成物はニツケルと20%
コバルト、40%クロム、5.5%アルミニウム及び
0.5%イツトリウムよりなるプラズマ溶射したも
のである(ニツケル、コバルト30重量%、クロム
23重量%、アルミニウム8.5重量%及びイツトリ
ウム0.5重量%よりなるような他の結合被覆もま
た本発明に好適な結合被覆である)。
した区域の硫酸塩を主体とする沈着物は結合被覆
層と反応していることが視覚的に証明された。
0.1016mm(4ミル)の厚さの皮膜はスポーリング
がなく、また硫酸塩を主体とする沈着物と反応し
ていなかつた。未被覆スーパーアロイ及び金属−
スーパーアロイは種々の程度のタイプ−侵食を
示した。最良の結合金属組成物はニツケルと20%
コバルト、40%クロム、5.5%アルミニウム及び
0.5%イツトリウムよりなるプラズマ溶射したも
のである(ニツケル、コバルト30重量%、クロム
23重量%、アルミニウム8.5重量%及びイツトリ
ウム0.5重量%よりなるような他の結合被覆もま
た本発明に好適な結合被覆である)。
セラミツク皮膜は約816℃(1500〓)以下の温
度で操作することが意図される部分(従つてター
ビン羽根板翼部分の少なくとも下半部)にのみ被
覆することが好適である。例えばこれは被覆を行
わない区域をマスキングすることによつて達成で
きる。プラズマ溶射により塗布されるような皮膜
は通常100ミクロンRMSを超える粗面をもつ。表
面は処理により容易に汚染される。異なる物質が
表面温度で存在する場合、該物質が気化または焼
失せず、従つて早期セラミツク遮蔽層損傷の機会
が増加する。該物質は炭化水素類、鉛、亜鉛、銅
及びハロゲン化物塩類である。粗面はまた衝突す
る粒子をより多く捕捉し、従つて沈着物の堆積量
を増加する。これは熱伝達及びガス流の空気力学
を妨害することができる。緻密外装が取り除かれ
る可能性があるために、最終セラミツク皮膜の研
摩は注意深く行わなければならない(該皮膜はタ
ンブル研摩すべきではない)。かなりの仕上げ研
摩が必要な場合には、外装を再シールして多孔質
を予防しなければならない。
度で操作することが意図される部分(従つてター
ビン羽根板翼部分の少なくとも下半部)にのみ被
覆することが好適である。例えばこれは被覆を行
わない区域をマスキングすることによつて達成で
きる。プラズマ溶射により塗布されるような皮膜
は通常100ミクロンRMSを超える粗面をもつ。表
面は処理により容易に汚染される。異なる物質が
表面温度で存在する場合、該物質が気化または焼
失せず、従つて早期セラミツク遮蔽層損傷の機会
が増加する。該物質は炭化水素類、鉛、亜鉛、銅
及びハロゲン化物塩類である。粗面はまた衝突す
る粒子をより多く捕捉し、従つて沈着物の堆積量
を増加する。これは熱伝達及びガス流の空気力学
を妨害することができる。緻密外装が取り除かれ
る可能性があるために、最終セラミツク皮膜の研
摩は注意深く行わなければならない(該皮膜はタ
ンブル研摩すべきではない)。かなりの仕上げ研
摩が必要な場合には、外装を再シールして多孔質
を予防しなければならない。
薄いセラミツク皮膜は厚い皮膜より亀裂がかな
り入りにくい傾向にあるが、歪みが上述の遮蔽皮
膜の有効弾性限界を超えて金属成分中に存在する
場合には、まだ皮膜に亀裂が生ずることがある。
実際に、セラミツク皮膜がわずかな引張状態以上
となり且つ歪みが有効弾性限界を超えるるような
高温で操作する区域へ皮膜を塗布すべきでない。
皮膜はほぼ塗布温度以下の温度で圧縮状態とな
り、それ故、塗布温度より低いタービン羽根の部
分全てについて皮膜は満足のいくものである。支
持体の温度は649℃(1200〓)より高くてもよく、
基台金上の温度効果のみにより制限される。通
常、皮膜を塗布した時の支持体の温度より111〜
166℃(200〜300〓)高い温度までで操作するこ
とができる領域にのみ該皮膜を塗布すべきである
[すなわち、セラミツクが支持体温度871℃(1600
〓)で塗布される場合には、皮膜は1037℃(1900
〓)以下、好適には約1010℃(1850〓)以下の温
度で操作される領域にのみ塗布すべきである]。
前記最高温度に近い温度で塗布した時には全板翼
を被覆してもよい。
り入りにくい傾向にあるが、歪みが上述の遮蔽皮
膜の有効弾性限界を超えて金属成分中に存在する
場合には、まだ皮膜に亀裂が生ずることがある。
実際に、セラミツク皮膜がわずかな引張状態以上
となり且つ歪みが有効弾性限界を超えるるような
高温で操作する区域へ皮膜を塗布すべきでない。
皮膜はほぼ塗布温度以下の温度で圧縮状態とな
り、それ故、塗布温度より低いタービン羽根の部
分全てについて皮膜は満足のいくものである。支
持体の温度は649℃(1200〓)より高くてもよく、
基台金上の温度効果のみにより制限される。通
常、皮膜を塗布した時の支持体の温度より111〜
166℃(200〜300〓)高い温度までで操作するこ
とができる領域にのみ該皮膜を塗布すべきである
[すなわち、セラミツクが支持体温度871℃(1600
〓)で塗布される場合には、皮膜は1037℃(1900
〓)以下、好適には約1010℃(1850〓)以下の温
度で操作される領域にのみ塗布すべきである]。
前記最高温度に近い温度で塗布した時には全板翼
を被覆してもよい。
上述のように、本発明は回転部材が応力を受け
るから、特に回転部材について設計されたもので
あるが、本発明皮膜は更に静止部材の腐食保護の
ために使用することができる。
るから、特に回転部材について設計されたもので
あるが、本発明皮膜は更に静止部材の腐食保護の
ために使用することができる。
本発明は新規な特徴は加熱時の熱膨張率の相異
及びセラミツク塗布時に支持体を加熱することに
帰因する次工程での歪みを調節するために皮膜が
圧縮状態または単にわずかに引張された状態を残
存することができる温度で塗布帯域に塗布された
薄いセラミツク皮膜を使用すること及び薄い耐食
性皮膜(厚い熱遮蔽層より耐食性がある)として
セラミツク遮壁を使用することにある。
及びセラミツク塗布時に支持体を加熱することに
帰因する次工程での歪みを調節するために皮膜が
圧縮状態または単にわずかに引張された状態を残
存することができる温度で塗布帯域に塗布された
薄いセラミツク皮膜を使用すること及び薄い耐食
性皮膜(厚い熱遮蔽層より耐食性がある)として
セラミツク遮壁を使用することにある。
第1図は拡大した厚さの皮膜を示す羽根板翼部
分の断面図であり、第2図は皮膜塗布工程を示す
ブロツク図である。図中:10……タービン羽
根、12……結合層(アンダーコート)、14…
…多孔質膨張層、16……緻密外装。
分の断面図であり、第2図は皮膜塗布工程を示す
ブロツク図である。図中:10……タービン羽
根、12……結合層(アンダーコート)、14…
…多孔質膨張層、16……緻密外装。
Claims (1)
- 1 Ni−20重量%Co−40重量%Cr−5.5重量%Al
−0.5重量%YおよびNi−30重量%Co−23重量%
Cr−8.5重量%Al−0.5重量%Yから選ばれた
NiCoCrAlY合金から選ばれた結合促進用アンダ
ーコートを後記タービン羽根板翼部分の少なくと
も下半部に被覆し、被覆した羽根を少なくとも
649℃(1200〓)に加熱し、前記アンダーコート
上にイツトリア安定化ジルコニア、アルミナ、
CaO−ZrO2、MgO−ZrO2から選ばれたセラミツ
クの皮膜を被覆することからなる陸上用燃焼ター
ビンまたは船舶用燃焼タービンに使用する型のタ
ービン羽根の製造方法において、前記セラミツク
の微細粒子をプラズマ溶射法により多孔質の単一
層として被覆し次に該多孔質単一層の表面をレー
ザー溶融により非透過性となすことにより少なく
とも20体積%の気孔率をもち厚さが0.0127mm〜
0.0889mm(0.5〜3.5ミル)の多孔質セラミツク層
と該多孔質セラミツク層上に被覆された厚さが
0.0127mm〜0.0381mm(0.5〜1.5ミル)の非透過性
セラミツク層とからなる2つのセラミツク層の合
計の厚さが0.0254mm〜0.1016mm(1〜4ミル)の
セラミツク皮膜を被覆することを特徴とする、陸
上用燃焼タービンまたは船舶用燃焼タービンに使
用する型のタービン羽根の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US657421 | 1984-10-03 | ||
| US06/657,421 US4576874A (en) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | Spalling and corrosion resistant ceramic coating for land and marine combustion turbines |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6196064A JPS6196064A (ja) | 1986-05-14 |
| JPH0240730B2 true JPH0240730B2 (ja) | 1990-09-13 |
Family
ID=24637115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60216303A Granted JPS6196064A (ja) | 1984-10-03 | 1985-10-01 | タービン羽根の製造方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4576874A (ja) |
| EP (1) | EP0181087B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6196064A (ja) |
| KR (1) | KR860003407A (ja) |
| CN (1) | CN1005495B (ja) |
| CA (1) | CA1233705A (ja) |
| DE (1) | DE3569264D1 (ja) |
| IE (1) | IE56777B1 (ja) |
| IT (1) | IT1185371B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012172610A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遮熱コーティングの製造方法、該遮熱コーティングを備えるタービン部材及びガスタービン |
Families Citing this family (83)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| FR2615871B1 (fr) * | 1987-05-26 | 1989-06-30 | Snecma | Pieces de turbomachine en superalliage comportant un revetement protecteur metalloceramique |
| DE3718677A1 (de) * | 1987-06-04 | 1988-12-22 | Mtu Muenchen Gmbh | Formkoerper aus einem verbundwerkstoff von metallen und nichtmetallen |
| US4788077A (en) * | 1987-06-22 | 1988-11-29 | Union Carbide Corporation | Thermal spray coating having improved addherence, low residual stress and improved resistance to spalling and methods for producing same |
| US4877705A (en) * | 1988-03-03 | 1989-10-31 | Vesuvius Crucible Company | Plasma spray coated ceramic bodies and method of making same |
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