JP2002115081A - 活性元素を含むアルミナイドを単独形コーティングおよび結合コーティングとして形成する方法およびコーティングされた部材 - Google Patents
活性元素を含むアルミナイドを単独形コーティングおよび結合コーティングとして形成する方法およびコーティングされた部材Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】１種類以上の酸素活性元素を含む改善されたア
ルミニウムを形成するプロセスを提供する。 【解決手段】低圧プラズマ溶射といった一般的なオーバ
ーレイプロセスによって、１種類以上の酸素活性元素
（例えば、イットリウム、ハフニウムおよびシリコン）
を含有するオーバーレイコーティング（例えば、ＭＣｒ
Ａｌコーティング）を金属基材に施す。金属（好ましく
は、プラチナといったＶＩＩＩ族の遷移金属）を、例え
ば電気めっきによって前記基材上に施す。前記基材を、
例えば化学蒸着によってアルミナ化し、好ましくは続い
て加熱処理する。さらに、断熱セラミックを施す。本発
明によって、組成が安定しているとともに、耐性が改善
された、活性元素を含有するアルミナイドコーティング
が得られる。このようなコーティングは、単独形コーテ
ィングとしても、続いて施される断熱コーティングのた
めの結合コーティングとしても、利用することができ
る。
ルミニウムを形成するプロセスを提供する。 【解決手段】低圧プラズマ溶射といった一般的なオーバ
ーレイプロセスによって、１種類以上の酸素活性元素
（例えば、イットリウム、ハフニウムおよびシリコン）
を含有するオーバーレイコーティング（例えば、ＭＣｒ
Ａｌコーティング）を金属基材に施す。金属（好ましく
は、プラチナといったＶＩＩＩ族の遷移金属）を、例え
ば電気めっきによって前記基材上に施す。前記基材を、
例えば化学蒸着によってアルミナ化し、好ましくは続い
て加熱処理する。さらに、断熱セラミックを施す。本発
明によって、組成が安定しているとともに、耐性が改善
された、活性元素を含有するアルミナイドコーティング
が得られる。このようなコーティングは、単独形コーテ
ィングとしても、続いて施される断熱コーティングのた
めの結合コーティングとしても、利用することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に、耐酸化性お
よび耐腐食性を有するコーティングに関し、特に、１種
類あるいは複数の種類の活性元素を含有するとともに、
耐酸化性および耐腐食性が改善されたアルミナイドコー
ティングに関する。
よび耐腐食性を有するコーティングに関し、特に、１種
類あるいは複数の種類の活性元素を含有するとともに、
耐酸化性および耐腐食性が改善されたアルミナイドコー
ティングに関する。
【０００２】
【従来の技術】オーバーレイコーティングは、下方にあ
る基板に高温での耐酸化性および耐腐食性を与えるため
に、単独形コーティングとして、もしくは、続いて施さ
れるセラミック断熱層のための付着性結合被覆として、
高温環境および腐食が起こる環境（例えばガスタービン
エンジン内部）において、広く利用されている。一般的
なオーバーレイコーティングは、ＭＣｒ型、ＭＣｒＡｌ
型もしくはＭＣｒＡｌＹ型コーティングであり、このよ
うなコーティングは、ガプタ（Gupta）等に付与され、
本発明の出願人が所有している米国特許第４，５８５，
４８１号および再発行特許第３２，１２１号に開示され
ている。Ｍは、ニッケル、コバルト、鉄およびこれらの
元素を組み合わせたものからなる群から選択されたもの
である。Ｙは、通常、イットリウムを意味するが、シリ
コンおよび／または他の活性元素（例えばハフニウム）
もこれに含まれる。オーバーレイコーティングは、必ず
しもそれに限られないが、一般的に、プラズマ溶射によ
って施される。例えば、米国特許第４，３２１，３１１
号、米国特許第４，５８５，４８１号および再発行特許
第３２，１２１号を参照されたい。他の方法によって、
オーバーレイコーティングを施すことも可能である。こ
の方法として、電子ビーム物理蒸着、化学蒸着、陰極ア
ークおよび電気めっきが含まれるが、これらに制限され
るわけではない。結合被覆の厚さは、特定の組成および
用途によって変えることができるが、図示されている結
合コーティングの厚さは、通常、約５ミルより小さい。
しかし、コーティングの厚さをこれより大きく、もしく
は小さくする場合もある。
る基板に高温での耐酸化性および耐腐食性を与えるため
に、単独形コーティングとして、もしくは、続いて施さ
れるセラミック断熱層のための付着性結合被覆として、
高温環境および腐食が起こる環境（例えばガスタービン
エンジン内部）において、広く利用されている。一般的
なオーバーレイコーティングは、ＭＣｒ型、ＭＣｒＡｌ
型もしくはＭＣｒＡｌＹ型コーティングであり、このよ
うなコーティングは、ガプタ（Gupta）等に付与され、
本発明の出願人が所有している米国特許第４，５８５，
４８１号および再発行特許第３２，１２１号に開示され
ている。Ｍは、ニッケル、コバルト、鉄およびこれらの
元素を組み合わせたものからなる群から選択されたもの
である。Ｙは、通常、イットリウムを意味するが、シリ
コンおよび／または他の活性元素（例えばハフニウム）
もこれに含まれる。オーバーレイコーティングは、必ず
しもそれに限られないが、一般的に、プラズマ溶射によ
って施される。例えば、米国特許第４，３２１，３１１
号、米国特許第４，５８５，４８１号および再発行特許
第３２，１２１号を参照されたい。他の方法によって、
オーバーレイコーティングを施すことも可能である。こ
の方法として、電子ビーム物理蒸着、化学蒸着、陰極ア
ークおよび電気めっきが含まれるが、これらに制限され
るわけではない。結合被覆の厚さは、特定の組成および
用途によって変えることができるが、図示されている結
合コーティングの厚さは、通常、約５ミルより小さい。
しかし、コーティングの厚さをこれより大きく、もしく
は小さくする場合もある。
【０００３】アルミナイドコーティングもまた、下方に
ある基板に高温での耐酸化性および耐腐食性を与えるた
めに、単独形コーティングとして、もしくは、続いて施
されるセラミック断熱層のための付着性結合被覆とし
て、高温の環境および腐食し易い環境（例えばガスター
ビンエンジン内部）で利用されている。ある種のアルミ
ナイドコーティングは、さらに、１種類あるいは複数の
種類の貴金属を含んでおり、これによって、耐浸食性お
よび／または耐腐食性が向上されている。例えば、マー
フィー（Murphy）に付与された米国特許第５，８５６，
０２７号を参照されたい。このような貴金属を含むアル
ミナイドコーティングは、一般的に、容器プロセスもし
くは化学蒸着（ＣＶＤ）によって施される。一般的な
「容器」プロセスでは、通常、コーティングされるべき
部材がまず貴金属により電気めっきされ、続いて、アル
ミニウム、活性剤（例えばハロゲン化物）および不活性
材料（例えばアルミナ）のソースを収容している容器の
内部に配置される。続いて、容器および部材が加熱され
ることによって、気体状のアルミニウムが発生し、これ
が部材内のニッケルもしくはコバルトと反応してアルミ
ナイドが形成される。コーティングにさらに熱処理を行
うことによって、所望の特性を有するコーティングを形
成することができる。一般的なＣＶＤプロセスでは、個
々の発生装置によって気体状アルミニウムが発生され、
このアルミニウム気体がチャンバ内のコーティングされ
るべき加熱された部材へと送られる。アルミニウム気体
は、部材内のニッケルもしくはコバルトと反応してアル
ミナイドとなる。
ある基板に高温での耐酸化性および耐腐食性を与えるた
めに、単独形コーティングとして、もしくは、続いて施
されるセラミック断熱層のための付着性結合被覆とし
て、高温の環境および腐食し易い環境（例えばガスター
ビンエンジン内部）で利用されている。ある種のアルミ
ナイドコーティングは、さらに、１種類あるいは複数の
種類の貴金属を含んでおり、これによって、耐浸食性お
よび／または耐腐食性が向上されている。例えば、マー
フィー（Murphy）に付与された米国特許第５，８５６，
０２７号を参照されたい。このような貴金属を含むアル
ミナイドコーティングは、一般的に、容器プロセスもし
くは化学蒸着（ＣＶＤ）によって施される。一般的な
「容器」プロセスでは、通常、コーティングされるべき
部材がまず貴金属により電気めっきされ、続いて、アル
ミニウム、活性剤（例えばハロゲン化物）および不活性
材料（例えばアルミナ）のソースを収容している容器の
内部に配置される。続いて、容器および部材が加熱され
ることによって、気体状のアルミニウムが発生し、これ
が部材内のニッケルもしくはコバルトと反応してアルミ
ナイドが形成される。コーティングにさらに熱処理を行
うことによって、所望の特性を有するコーティングを形
成することができる。一般的なＣＶＤプロセスでは、個
々の発生装置によって気体状アルミニウムが発生され、
このアルミニウム気体がチャンバ内のコーティングされ
るべき加熱された部材へと送られる。アルミニウム気体
は、部材内のニッケルもしくはコバルトと反応してアル
ミナイドとなる。
【０００４】一般的に、活性元素を含有するアルミナイ
ドを一貫して高品質に形成することは困難であると考え
られている。さらに、一般的に、複数の種類の活性元素
を含有するアルミナイドコーティングを一定に形成する
ことは、いずれにせよ困難であると考えられている。
ドを一貫して高品質に形成することは困難であると考え
られている。さらに、一般的に、複数の種類の活性元素
を含有するアルミナイドコーティングを一定に形成する
ことは、いずれにせよ困難であると考えられている。
【０００５】多数の特許に、様々なオーバーレイコーテ
ィングおよびアルミナイドコーティングの組成およびプ
ロセスが開示されている。これらの特許の例を、以下に
示す。
ィングおよびアルミナイドコーティングの組成およびプ
ロセスが開示されている。これらの特許の例を、以下に
示す。
【０００６】米国再発行特許３２，１２１号には、プラ
ズマ溶射によるＭＣｒＡｌ型（Ｍには、ニッケル、コバ
ルトおよびこれらを組み合わせたものが含まれる）の結
合コーティングが開示されており、このＭＣｒＡｌは、
約０．１〜０．７％のシリコンおよび０．１〜２％のハ
フニウムを含むものである。
ズマ溶射によるＭＣｒＡｌ型（Ｍには、ニッケル、コバ
ルトおよびこれらを組み合わせたものが含まれる）の結
合コーティングが開示されており、このＭＣｒＡｌは、
約０．１〜０．７％のシリコンおよび０．１〜２％のハ
フニウムを含むものである。
【０００７】米国特許第４，８９７，３１５号には、プ
ラズマ溶射によるＮｉＣｏＣｒＡｌＹオーバーレイが開
示されており、このオーバーレイが続いてアルミナ化さ
れることによって、基板状にアルミナイドコーティング
が形成されるようになっている。
ラズマ溶射によるＮｉＣｏＣｒＡｌＹオーバーレイが開
示されており、このオーバーレイが続いてアルミナ化さ
れることによって、基板状にアルミナイドコーティング
が形成されるようになっている。
【０００８】米国特許第５，６５８，６１４号には、プ
ラチナを基板上に電気めっきし、続いてＣＶＤによりア
ルミナ化することにより形成されるプラチナアルミナイ
ドコーティング（ＭＣｒＡｌが施されないもの）が開示
されている。
ラチナを基板上に電気めっきし、続いてＣＶＤによりア
ルミナ化することにより形成されるプラチナアルミナイ
ドコーティング（ＭＣｒＡｌが施されないもの）が開示
されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
特性が改善されたコーティングを提供することである。
特性が改善されたコーティングを提供することである。
【００１０】他の目的は、アルミナイドコーティング、
および耐性が改善されたアルミナイドを施すためのプロ
セスを提供することである。
および耐性が改善されたアルミナイドを施すためのプロ
セスを提供することである。
【００１１】さらに他の目的は、活性元素を含有し、か
つ一貫して高品質のアルミナイドコーティングを形成す
るためのプロセスを提供することである。
つ一貫して高品質のアルミナイドコーティングを形成す
るためのプロセスを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの形態によ
ると、基板の耐腐食性および耐酸化性を改善する方法が
開示されている。この方法では、超合金基板を形成し、
続いて、オーバーレイステップによって、少なくとも１
種類の酸素活性元素を含有しているオーバーレイコーテ
ィングをこの基板上に施す。プラチナや他のＶＩＩＩ族
の遷移金属をオーバーレイコーティングの上に施す。続
いて、例えば化学蒸着によって、オーバーレイコーティ
ングおよび金属を、アルミナ化する。セラミック断熱コ
ーティングをさらに施すことが可能である。コーティン
グされた部材もまた、開示されている。
ると、基板の耐腐食性および耐酸化性を改善する方法が
開示されている。この方法では、超合金基板を形成し、
続いて、オーバーレイステップによって、少なくとも１
種類の酸素活性元素を含有しているオーバーレイコーテ
ィングをこの基板上に施す。プラチナや他のＶＩＩＩ族
の遷移金属をオーバーレイコーティングの上に施す。続
いて、例えば化学蒸着によって、オーバーレイコーティ
ングおよび金属を、アルミナ化する。セラミック断熱コ
ーティングをさらに施すことが可能である。コーティン
グされた部材もまた、開示されている。
【００１３】
【発明を実施するための最良の形態】ここで図１に戻る
と、本発明のアルミナイドコーティングを備えた基板
が、参照符号１０によって示されている。このコーティ
ングは、例えば高温での耐酸化性を得るための単独形コ
ーティング、もしくは、セラミック材料（例えば安定化
ジルコニア）の層といった次に施される断熱層のための
付着性結合コーティングとして利用することができる。
図１に示された実施例では、セラミック層がアルミナイ
ドの上に施されて断熱層を構成している。このセラミッ
ク層として、ストラングマンに付与された米国特許第
４，３２１，３１１号、もしくはマロニーの米国特許出
願０９／１６４，７００号に開示されているような安定
化ジルコニアを用いることができる。これらの特許は、
本発明の出願人が所有しており、この点について明確に
開示している。
と、本発明のアルミナイドコーティングを備えた基板
が、参照符号１０によって示されている。このコーティ
ングは、例えば高温での耐酸化性を得るための単独形コ
ーティング、もしくは、セラミック材料（例えば安定化
ジルコニア）の層といった次に施される断熱層のための
付着性結合コーティングとして利用することができる。
図１に示された実施例では、セラミック層がアルミナイ
ドの上に施されて断熱層を構成している。このセラミッ
ク層として、ストラングマンに付与された米国特許第
４，３２１，３１１号、もしくはマロニーの米国特許出
願０９／１６４，７００号に開示されているような安定
化ジルコニアを用いることができる。これらの特許は、
本発明の出願人が所有しており、この点について明確に
開示している。
【００１４】基板１２は、通常、ニッケル、コバルトお
よび／または鉄をベースとした超合金材料である。図２
を参照しながら以下でより詳しく説明するように、ＭＣ
ｒＡｌ型コーティングのようなオーバーレイコーティン
グ１４を、好ましくは、低圧プラズマ溶射により、１種
類あるいは複数の種類の酸素活性元素（oxygen active
element）（例えば、ハフニウム、イットリウム、シリ
コンなど）とともに、最初に基板に施す。続いて、金属
（例えば、プラチナのようなＶＩＩＩ属の遷移金属）
を、好ましくは電気めっきにより施し、続いて、アルミ
ナ化して付着性アルミナ層１６を形成する。さらに、こ
の部材に熱処理を行うことによって、このコーティング
が、所望の特性（例えば、改善された機械的特性）を有
するものとする。図３に示されているように、本発明に
よって、特性（例えば、耐腐食性、耐酸化性および耐
性）が従来のコーティングよりも改善されたコーティン
グが得られる。以下に示された発明には、ニッケルベー
ス、コバルトベースもしくは鉄ベースの超合金材料が利
用されているが、本発明は、これらの材料を使用したも
のに制限されない。
よび／または鉄をベースとした超合金材料である。図２
を参照しながら以下でより詳しく説明するように、ＭＣ
ｒＡｌ型コーティングのようなオーバーレイコーティン
グ１４を、好ましくは、低圧プラズマ溶射により、１種
類あるいは複数の種類の酸素活性元素（oxygen active
element）（例えば、ハフニウム、イットリウム、シリ
コンなど）とともに、最初に基板に施す。続いて、金属
（例えば、プラチナのようなＶＩＩＩ属の遷移金属）
を、好ましくは電気めっきにより施し、続いて、アルミ
ナ化して付着性アルミナ層１６を形成する。さらに、こ
の部材に熱処理を行うことによって、このコーティング
が、所望の特性（例えば、改善された機械的特性）を有
するものとする。図３に示されているように、本発明に
よって、特性（例えば、耐腐食性、耐酸化性および耐
性）が従来のコーティングよりも改善されたコーティン
グが得られる。以下に示された発明には、ニッケルベー
ス、コバルトベースもしくは鉄ベースの超合金材料が利
用されているが、本発明は、これらの材料を使用したも
のに制限されない。
【００１５】このような合金の一般的な組成が表１に示
されている。円柱状結晶合金、単結晶合金および方向付
けられて固化された合金について開示している米国特許
の例として、第４，２０９，３４８号、第４，７１７，
４３２号、４，７１９，０８０号および第５，０６８，
０８４号が挙げられるが、これらは、それぞれ、この点
について明確に開示している。冷却孔は、タービンブレ
ードの１つあるいは複数の位置に配置することが可能で
あるが、従来技術において周知のように、このような冷
却孔を設けることによって、運転中に、エアロフォイル
の特定の部分に亘って冷却空気を流すことができる。
されている。円柱状結晶合金、単結晶合金および方向付
けられて固化された合金について開示している米国特許
の例として、第４，２０９，３４８号、第４，７１７，
４３２号、４，７１９，０８０号および第５，０６８，
０８４号が挙げられるが、これらは、それぞれ、この点
について明確に開示している。冷却孔は、タービンブレ
ードの１つあるいは複数の位置に配置することが可能で
あるが、従来技術において周知のように、このような冷
却孔を設けることによって、運転中に、エアロフォイル
の特定の部分に亘って冷却空気を流すことができる。
【００１６】
【表１】
【００１７】他の合金として、例えば、従来技術に記載
されているレーンＮ４（Rane N4)およびＣＭＳＸ−２が
挙げられる。
されているレーンＮ４（Rane N4)およびＣＭＳＸ−２が
挙げられる。
【００１８】通常、活性元素を、例えばＭＣｒ型やＭＣ
ｒＡｌ型のオーバーレイコーティングの一部として、一
般的なオーバーレイプロセスによって施す。このとき、
他の元素を取り入れることも可能であり、もしくはこれ
を取り入れないことも可能である。本発明では、ＭＣｒ
Ａｌのようなオーバーレイコーティングを、低圧プラズ
マ溶射といった一般的なオーバーレイプロセスによって
基板表面に施す。他の方法によってオーバーレイを施す
ことも可能である。この方法として、例えば、電子ビー
ム物理蒸着、陰極アーク、電気めっき、スパッタおよび
物理蒸着が挙げられるが、これらに制限されるわけでは
ない。周知のように、Ｍは、ニッケル、コバルト、鉄お
よびこれらの混合物を意味する。結合コーティングに
は、少なくとも１種類の酸素活性元素（例えば、イット
リウム、ハフニウム、シリコンなど）が含まれることが
好ましい。本発明のオーバーレイコーティングは、施さ
れた状態で、厚さが約１〜５ミル（０．００１〜０．０
０５インチ）（０．０２５４〜０．１２７ｍｍ）である
ことが好ましいが、このコーティングの厚さを別の大き
さにすることも可能である。
ｒＡｌ型のオーバーレイコーティングの一部として、一
般的なオーバーレイプロセスによって施す。このとき、
他の元素を取り入れることも可能であり、もしくはこれ
を取り入れないことも可能である。本発明では、ＭＣｒ
Ａｌのようなオーバーレイコーティングを、低圧プラズ
マ溶射といった一般的なオーバーレイプロセスによって
基板表面に施す。他の方法によってオーバーレイを施す
ことも可能である。この方法として、例えば、電子ビー
ム物理蒸着、陰極アーク、電気めっき、スパッタおよび
物理蒸着が挙げられるが、これらに制限されるわけでは
ない。周知のように、Ｍは、ニッケル、コバルト、鉄お
よびこれらの混合物を意味する。結合コーティングに
は、少なくとも１種類の酸素活性元素（例えば、イット
リウム、ハフニウム、シリコンなど）が含まれることが
好ましい。本発明のオーバーレイコーティングは、施さ
れた状態で、厚さが約１〜５ミル（０．００１〜０．０
０５インチ）（０．０２５４〜０．１２７ｍｍ）である
ことが好ましいが、このコーティングの厚さを別の大き
さにすることも可能である。
【００１９】成功的に利用されているオーバーレイコー
ティング（以下で、さらに例に挙げられる）の例とし
て、Ｙ、Ｈｆおよび／またはＳｉが添加されたＮｉＣｏ
ＣｒＡｌコーティングが挙げられる。広義の形態では、
このようなコーティングは、約５〜４０ｗｔ．％のＣ
ｒ、約８〜３５ｗｔ．％のＡｌ、約２ｗｔ．％までの
Ｙ、約０．１〜７ｗｔ．％のＳｉ、約０．１〜５．５ｗ
ｔ．％のＨｆおよび残量分のＮｉおよび／またはＣｏか
らなる。
ティング（以下で、さらに例に挙げられる）の例とし
て、Ｙ、Ｈｆおよび／またはＳｉが添加されたＮｉＣｏ
ＣｒＡｌコーティングが挙げられる。広義の形態では、
このようなコーティングは、約５〜４０ｗｔ．％のＣ
ｒ、約８〜３５ｗｔ．％のＡｌ、約２ｗｔ．％までの
Ｙ、約０．１〜７ｗｔ．％のＳｉ、約０．１〜５．５ｗ
ｔ．％のＨｆおよび残量分のＮｉおよび／またはＣｏか
らなる。
【００２０】続いて、１種類もしくは複数の種類のＶＩ
ＩＩ族の遷移金属を、ＭＣｒＡｌコーティングの上に堆
積する。コーティングは、最終的に、このような金属
（例えば、Ｐｔ）を約１〜３０ｗｔ．％、より好ましく
は約５〜２０ｗｔ．％含有すべきであると考えられてお
り、以下で述べるように、約１０〜１１ｗｔ．％のＰｔ
を含んでいる場合に、良好な結果が得られた。このよう
な金属は、周知の方法で電気めっきにより堆積すること
が好ましいが、遷移金属をオーバーレイコーティングと
同時に施すこともできることは、当業者であれば気づく
だろう。金属を約０．０５〜０．１５ミル（０．００１
２７〜０．００３８１ｍｍ）の厚さにめっきすることに
よって、コーティングの最終的な遷移金属の含有量が、
上述した所望の量となる。本発明にはプラチナを利用す
ることが好ましいが、他の金属（例えば、パラジウム、
イリジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、およ
びこれらの元素を組み合わせたもの）を利用することも
可能である。めっきプロセスは、一般的に周知であるた
め、本願では詳細に説明しない。代わりの実施例とし
て、噴射蒸着（jet vapor deposition）（ＪＤＰ）、陰
極アーク、もしくはＣＶＤによって、このような金属を
施すことも可能である。噴射蒸着については、これにつ
いて開示している例えば米国特許第４，７８８，０８２
号やジェットプロセスコーポレイション社（Jet Proces
s Corporation）に譲渡された他の特許を参照された
い。
ＩＩ族の遷移金属を、ＭＣｒＡｌコーティングの上に堆
積する。コーティングは、最終的に、このような金属
（例えば、Ｐｔ）を約１〜３０ｗｔ．％、より好ましく
は約５〜２０ｗｔ．％含有すべきであると考えられてお
り、以下で述べるように、約１０〜１１ｗｔ．％のＰｔ
を含んでいる場合に、良好な結果が得られた。このよう
な金属は、周知の方法で電気めっきにより堆積すること
が好ましいが、遷移金属をオーバーレイコーティングと
同時に施すこともできることは、当業者であれば気づく
だろう。金属を約０．０５〜０．１５ミル（０．００１
２７〜０．００３８１ｍｍ）の厚さにめっきすることに
よって、コーティングの最終的な遷移金属の含有量が、
上述した所望の量となる。本発明にはプラチナを利用す
ることが好ましいが、他の金属（例えば、パラジウム、
イリジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、およ
びこれらの元素を組み合わせたもの）を利用することも
可能である。めっきプロセスは、一般的に周知であるた
め、本願では詳細に説明しない。代わりの実施例とし
て、噴射蒸着（jet vapor deposition）（ＪＤＰ）、陰
極アーク、もしくはＣＶＤによって、このような金属を
施すことも可能である。噴射蒸着については、これにつ
いて開示している例えば米国特許第４，７８８，０８２
号やジェットプロセスコーポレイション社（Jet Proces
s Corporation）に譲渡された他の特許を参照された
い。
【００２１】続いて、アルミニウムがこの部分に施され
る。この部分をアルミナ化するのに化学蒸着を用いるこ
とが好ましいが、物理蒸着や他の適した堆積法を利用す
ることも可能である。ＣＶＤによるアルミナ化工程は一
般的に周知であるため、本願では詳細には説明しない
が、コーティングガスには、水素といったキャリアガス
が数ｖｏｌ．％、およびアルミニウムコーティングガス
が幾らか（Ｖｏｌ．％）含まれる。アルミニウムコーテ
ィングガスは、キャリアガスをアルミニウムソースに通
すことによって形成することができる。この部分の表面
上に所定量のアルミニウムが施されるように、上述した
工程を所望どおりに調節する。続いて、通常、約１８０
０〜２２００°Ｆ（約９８２〜１２０４℃）、好ましく
は約１９５０〜２０００°Ｆ（約１０６６〜１０９３
℃）にまで基板が加熱された状態で、アルミニウムコー
ティングガスを、所定の移送速度でこの加熱された基板
の上に衝突させる。
る。この部分をアルミナ化するのに化学蒸着を用いるこ
とが好ましいが、物理蒸着や他の適した堆積法を利用す
ることも可能である。ＣＶＤによるアルミナ化工程は一
般的に周知であるため、本願では詳細には説明しない
が、コーティングガスには、水素といったキャリアガス
が数ｖｏｌ．％、およびアルミニウムコーティングガス
が幾らか（Ｖｏｌ．％）含まれる。アルミニウムコーテ
ィングガスは、キャリアガスをアルミニウムソースに通
すことによって形成することができる。この部分の表面
上に所定量のアルミニウムが施されるように、上述した
工程を所望どおりに調節する。続いて、通常、約１８０
０〜２２００°Ｆ（約９８２〜１２０４℃）、好ましく
は約１９５０〜２０００°Ｆ（約１０６６〜１０９３
℃）にまで基板が加熱された状態で、アルミニウムコー
ティングガスを、所定の移送速度でこの加熱された基板
の上に衝突させる。
【００２２】アルミナ化の後、被覆された部分に拡散熱
処理を行う。しかし、拡散熱処理が不要の場合もある。
上述した例を使用した場合、拡散熱処理では、好ましく
は、十分な時間（例えば３時間）、部材を通常約１９７
５°Ｆ（約１０７９℃）の温度に加熱し、続いて、例え
ば約１６００°Ｆ（約８７１℃）で約１６時間、析出熱
処理（precipitation heat treatment）を行う。温度お
よび時間は、組成および所望の性質によって変化させる
ことができ、概して、高温にするほど時間を短縮するこ
とができる。形成されたコーティングが図１に示されて
おり、このコーティングには、粒子が円柱状のセラミッ
ク断熱層が続いて施されている。
処理を行う。しかし、拡散熱処理が不要の場合もある。
上述した例を使用した場合、拡散熱処理では、好ましく
は、十分な時間（例えば３時間）、部材を通常約１９７
５°Ｆ（約１０７９℃）の温度に加熱し、続いて、例え
ば約１６００°Ｆ（約８７１℃）で約１６時間、析出熱
処理（precipitation heat treatment）を行う。温度お
よび時間は、組成および所望の性質によって変化させる
ことができ、概して、高温にするほど時間を短縮するこ
とができる。形成されたコーティングが図１に示されて
おり、このコーティングには、粒子が円柱状のセラミッ
ク断熱層が続いて施されている。
【００２３】上述したように、本発明のコーティング
は、単独形コーティング、もしくは、続いて施されるセ
ラミック断熱コーティングのための接着被覆として利用
できる。一般的なセラミックは、ジルコニアをベースと
し、イットリアもしくは他の適した安定剤を添加するこ
とによって、部分的もしくは完全に安定化させることが
可能なものである。イットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）からなるセラミックコーティングの例は、例えば、
本発明の出願人が所有する米国特許第４，３２１，３１
１号および第５，２６２，２４５号に開示されている。
このようなセラミックは、ＥＢ−ＰＶＤ、プラズマ溶射
もしくは他の適した方法によって施すことができる。
は、単独形コーティング、もしくは、続いて施されるセ
ラミック断熱コーティングのための接着被覆として利用
できる。一般的なセラミックは、ジルコニアをベースと
し、イットリアもしくは他の適した安定剤を添加するこ
とによって、部分的もしくは完全に安定化させることが
可能なものである。イットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）からなるセラミックコーティングの例は、例えば、
本発明の出願人が所有する米国特許第４，３２１，３１
１号および第５，２６２，２４５号に開示されている。
このようなセラミックは、ＥＢ−ＰＶＤ、プラズマ溶射
もしくは他の適した方法によって施すことができる。
【００２４】本発明に従って超合金基板を用いてサンプ
ルを形成し、これらのうちの幾つかのサンプルには、標
準的なジルコニアベースの円柱状断熱コーティングをさ
らに施した。上述したようなオーバーレイコーティング
は、低圧プラズマ溶射によって施し、続いて周知の方法
でプラチナによりめっきした。これらのサンプルを、約
８０Ｖｏｌ．％のキャリアガス（例えば水素）および約
２０Ｖｏｌ．％のアルミニウムコーティングガス（この
場合はＡｌＣｌ3）を含むコーティングガスを用いてア
ルミナ化した。コーティングガスは、ＨＣｌを約６００
℃のアルミニウムのソースに通すことによって形成し
た。基板が約１９５０〜２０００°Ｆ（約１０６６〜１
０９３℃）の公称温度に加熱された状態で、このような
コーティングガスを、約２２４標準立方フィート／分の
移送速度で、この加熱された基板の上に衝突させた。続
いて、幾つかのサンプルには、例えば以上で参照され
た、ストラングマンの特許‘３１１号に記載されている
ようにイットリア安定化ジルコニアからなるセラミック
断熱コーティングを施し、残りのサンプルには、このよ
うなセラミックコーティングを施さずに、試験を行っ
た。
ルを形成し、これらのうちの幾つかのサンプルには、標
準的なジルコニアベースの円柱状断熱コーティングをさ
らに施した。上述したようなオーバーレイコーティング
は、低圧プラズマ溶射によって施し、続いて周知の方法
でプラチナによりめっきした。これらのサンプルを、約
８０Ｖｏｌ．％のキャリアガス（例えば水素）および約
２０Ｖｏｌ．％のアルミニウムコーティングガス（この
場合はＡｌＣｌ3）を含むコーティングガスを用いてア
ルミナ化した。コーティングガスは、ＨＣｌを約６００
℃のアルミニウムのソースに通すことによって形成し
た。基板が約１９５０〜２０００°Ｆ（約１０６６〜１
０９３℃）の公称温度に加熱された状態で、このような
コーティングガスを、約２２４標準立方フィート／分の
移送速度で、この加熱された基板の上に衝突させた。続
いて、幾つかのサンプルには、例えば以上で参照され
た、ストラングマンの特許‘３１１号に記載されている
ようにイットリア安定化ジルコニアからなるセラミック
断熱コーティングを施し、残りのサンプルには、このよ
うなセラミックコーティングを施さずに、試験を行っ
た。
【００２５】本発明に従って被覆された部材を、バーナ
ー式掘削装置（burner rig）によって試験した。断熱層
が続いて施されたサンプルについて行われた試験によっ
て、本発明のコーティングの耐性が、現在のＴＢＣの２
〜３倍であることが分かった。本発明に従って被覆され
た部材を、単独形コーティング（例えば、オーバーレイ
コーティングが施されないセラミック層）としても試験
したが、同様に、保護能力（protection）および耐性が
改善されていることが分かった。
ー式掘削装置（burner rig）によって試験した。断熱層
が続いて施されたサンプルについて行われた試験によっ
て、本発明のコーティングの耐性が、現在のＴＢＣの２
〜３倍であることが分かった。本発明に従って被覆され
た部材を、単独形コーティング（例えば、オーバーレイ
コーティングが施されないセラミック層）としても試験
したが、同様に、保護能力（protection）および耐性が
改善されていることが分かった。
【００２６】これらのサンプルを、さらに、高温のバー
ナー式掘削装置によって試験した。この試験では、１サ
イクル毎に、標準的なプラチナアルミナイドとともに、
１１７分間２１５０°Ｆ（約１１７７℃）に露出させ、
続いて３分間冷却空気に露出させた。本発明に従って形
成されたサンプルは、標準的なアルミナイドが施された
サンプルよりも、寿命が約２．５倍も改善されていた。
ナー式掘削装置によって試験した。この試験では、１サ
イクル毎に、標準的なプラチナアルミナイドとともに、
１１７分間２１５０°Ｆ（約１１７７℃）に露出させ、
続いて３分間冷却空気に露出させた。本発明に従って形
成されたサンプルは、標準的なアルミナイドが施された
サンプルよりも、寿命が約２．５倍も改善されていた。
【００２７】試験の結果から、本発明により最終的に得
られるコーティングの組成は、Ｐｔが約１〜３０ｗｔ．
％、Ｓｉが約２〜４．５ｗｔ．％、Ａｌが約１３〜１４
ｗｔ．％、Ｈｆが１〜５．５ｗｔ．％、およびＮｉ、Ｃ
ｏおよびＣｒが残量分であり、より好ましくは、Ｐｔが
約１０〜１１ｗｔ．％、Ｓｉが約２．６〜４．２ｗｔ．
％、Ａｌが約１３．４〜１３．６ｗｔ．％、Ｈｆが３．
９〜５．３ｗｔ．％、およびＮｉ、ＣｏおよびＣｒが残
量分であると考えられる。他の組成によっても、存続期
間が、周知のアルミナイドコーティングよりもはるかに
改善されるはずである（断熱コーティングを施した場合
も施さない場合も）。
られるコーティングの組成は、Ｐｔが約１〜３０ｗｔ．
％、Ｓｉが約２〜４．５ｗｔ．％、Ａｌが約１３〜１４
ｗｔ．％、Ｈｆが１〜５．５ｗｔ．％、およびＮｉ、Ｃ
ｏおよびＣｒが残量分であり、より好ましくは、Ｐｔが
約１０〜１１ｗｔ．％、Ｓｉが約２．６〜４．２ｗｔ．
％、Ａｌが約１３．４〜１３．６ｗｔ．％、Ｈｆが３．
９〜５．３ｗｔ．％、およびＮｉ、ＣｏおよびＣｒが残
量分であると考えられる。他の組成によっても、存続期
間が、周知のアルミナイドコーティングよりもはるかに
改善されるはずである（断熱コーティングを施した場合
も施さない場合も）。
【００２８】本発明によって、従来のプロセスよりも大
きな利点が得られる。この改善されたプロセスによっ
て、活性元素を含有し、かつ組成が非常に安定したアル
ミナイドコーティングを形成することが可能となり、こ
れによって、特性を非常に安定させるとともに耐性を改
善することができる。得られるコーティングの耐性も、
同様に改善される。
きな利点が得られる。この改善されたプロセスによっ
て、活性元素を含有し、かつ組成が非常に安定したアル
ミナイドコーティングを形成することが可能となり、こ
れによって、特性を非常に安定させるとともに耐性を改
善することができる。得られるコーティングの耐性も、
同様に改善される。
【００２９】本発明は、以上で詳細に説明されたが、本
発明の主旨および請求項の範囲から逸脱することなく、
大きな変更および置き換えも可能である。従って、本発
明は、実施例により説明され、これに制限されるもので
はないことは理解すべきである。
発明の主旨および請求項の範囲から逸脱することなく、
大きな変更および置き換えも可能である。従って、本発
明は、実施例により説明され、これに制限されるもので
はないことは理解すべきである。
【図１】セラミックコーティングを有する本発明のコー
ティングの顕微鏡写真。
ティングの顕微鏡写真。
【図２】本発明のコーティングを形成するための好適な
プロセスの流れ図。
プロセスの流れ図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｃ (72)発明者 ウォルター イー．オルソン アメリカ合衆国，コネチカット，ヴァーノ ン，ウィンディング ブルック トレイル 46 (72)発明者 デイヴィッド エヌ．デゥール アメリカ合衆国，コネチカット，ニューイ ントン，ビーコン ストリート 31 Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA06 EA08 4K024 AA12 AA15 AB02 AB03 AB15 AB19 BA01 BB01 DA10 DB01 DB10 GA04 GA16 4K031 AA02 AB02 AB08 CB22 CB26 CB27 DA04 FA01 FA06 4K044 AA06 BA02 BA06 BA08 BA10 BA12 BB04 BC11 CA11 CA13 CA14 CA18 CA62
Claims (33)
- 【請求項１】 基材の耐腐食性および耐酸化性を改善す
る方法であって、 超合金基材を形成するステップと、 オーバーレイステップによって、少なくとも１種類の酸
素活性元素を含有するＭＣｒＡｌオーバーレイコーティ
ングを前記基板上に施すステップと、 ＶＩＩＩ族の遷移金属を前記オーバーレイコーティング
の上に施すステップと、 前記オーバーレイコーティングおよび前記金属をアルミ
ナ化するステップと、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記オーバーレイコーティングは、公称
的に、約５〜４０ｗｔ．％のＣｒ、約８〜３５ｗｔ．％
のＡｌ、約２％までのＹ、約０．１〜７ｗｔ．％のＳ
ｉ、約０．１〜５．５ｗｔ．％のＨｆおよび残量分のＮ
ｉおよび／またはＣｏからなることを特徴とする請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 前記の少なくとも１種類の酸素活性元素
を含有するオーバーレイコーティングを施すステップ
は、プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射、スパッタ、陰極
アーク、電気めっきおよび物理蒸着からなる群から選択
したプロセスによって行うことを特徴とする請求項１記
載の方法。 - 【請求項４】 前記の遷移金属を施すステップは、電気
めっき、噴射蒸着（jet vapor deposition）、物理蒸
着、スパッタおよび陰極アークからなる群から選択した
プロセスによって、行うことを特徴とする請求項１記載
の方法。 - 【請求項５】 前記のアルミナ化するステップは、化学
蒸着、噴射蒸着（jetvapor deposition）、および物理
蒸着からなる群から選択したプロセスによって行うこと
を特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記ＶＩＩＩ族の遷移金属は、プラチ
ナ、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウムお
よびオスミウムからなる群から選択したものであること
を特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記金属は、プラチナであることを特徴
とする請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 前記部材に熱処理を行うステップを含む
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 前記アルミナイドの上に、断熱セラミッ
クを堆積するステップを含むことを特徴とする請求項１
記載の方法。 - 【請求項１０】 前記セラミックは、安定化ジルコニア
からなることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】 基材の耐酸化性を改善する方法であっ
て、 ニッケルおよび／またはコバルトをベースとする超合金
材料からなる基材を形成するステップと、 低圧プラズマ溶射によって、少なくとも１種類の酸素活
性元素を含有するオーバーレイコーティングを前記基板
上に施すステップと、 電気めっきによって、ＶＩＩＩ族の遷移金属を前記基板
の上に施すステップと、 前記の結合コーティング、前記の少なくとも１種類の酸
素活性元素および前記金属を化学蒸着によりアルミナ化
して、前記基板上にアルミナイドを形成するステップ
と、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項１２】 前記オーバーレイコーティングは、イ
ットリウム、ハフニウムおよび／またはシリコンを含む
ことを特徴とする請求項１１記載の方法。 - 【請求項１３】 前記オーバーレイコーティングは、公
称的に、約５〜４０ｗｔ．％のＣｒ、約８〜３５ｗｔ．
％のＡｌ、約２％までのＹ、約０．１〜７ｗｔ．％のＳ
ｉ、約０．１〜５．５ｗｔ．％のＨｆおよび残量分のＮ
ｉおよび／またはＣｏからなることを特徴とする請求項
１１記載の方法。 - 【請求項１４】 前記金属は、プラチナ、パラジウム、
イリジウム、ロジウム、ルテニウムおよびオスミウムか
らなる群から選択したものであることを特徴とする請求
項１１記載の方法。 - 【請求項１５】 前記金属は、プラチナであることを特
徴とする請求項１１記載の方法。 - 【請求項１６】 前記部材に熱処理を行うステップを含
むことを特徴とする請求項１１記載の方法。 - 【請求項１７】 前記アルミナイドの上に、断熱セラミ
ックを堆積するステップを含むことを特徴とする請求項
１１記載の方法。 - 【請求項１８】 前記セラミックは、安定化ジルコニア
からなることを特徴とする請求項１１記載の方法。 - 【請求項１９】 耐腐食性、耐酸化性および耐性が改善
されたコーティングを有する超合金部材であって、 超合金基材を形成するステップと、 オーバーレイプロセスによって、少なくとも１種類の酸
素活性元素を含有するオーバーレイコーティングを前記
基板上に施すステップと、 金属を前記オーバーレイコーティングの上に施すステッ
プと、 前記オーバーレイコーティングおよび前記金属をアルミ
ナ化するステップと、を含むことを特徴とする超合金部
材。 - 【請求項２０】 前記オーバーレイコーティングは、公
称的に、約５〜４０ｗｔ．％のＣｒ、約８〜３５ｗｔ．
％のＡｌ、約２％までのＹ、約０．１〜７ｗｔ．％のＳ
ｉ、約０．１〜５．５ｗｔ．％のＨｆおよび残量分のＮ
ｉおよび／またはＣｏからなることを特徴とする請求項
１９記載の超合金部材。 - 【請求項２１】 前記の少なくとも１種類の酸素活性元
素を含有するオーバーレイコーティングを施すステップ
は、空気プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射、スパッタ、
陰極アーク、物理蒸着および電気めっきからなる群から
選択したプロセスによって行うことを特徴とする請求項
１９記載の超合金部材。 - 【請求項２２】 前記の金属を施すステップは、電気め
っき、噴射蒸着（jetvapor deposition）および物理蒸
着からなる群から選択したプロセスによって、行うこと
を特徴とする請求項１９記載の超合金部材。 - 【請求項２３】 前記のアルミナ化するステップは、化
学蒸着、噴射蒸着（jet vapor deposition）、および物
理蒸着からなる群から選択したプロセスによって行うこ
とを特徴とする請求項１９記載の超合金部材。 - 【請求項２４】 前記金属は、プラチナ、パラジウム、
イリジウム、ロジウム、ルテニウムおよびオスミウムか
らなる群から選択されたＶＩＩＩ族の遷移金属であるこ
とを特徴とする請求項１９記載の超合金部材。 - 【請求項２５】 前記金属は、プラチナであることを特
徴とする請求項１９記載の超合金部材。 - 【請求項２６】 前記部材に熱処理を行うステップを含
むことを特徴とする請求項１９記載の超合金部材。 - 【請求項２７】 前記アルミナイドの上に、断熱セラミ
ックを堆積するステップを含むことを特徴とする請求項
１９記載の超合金部材。 - 【請求項２８】 前記セラミックは、安定化ジルコニア
からなることを特徴とする請求項１９記載の超合金部
材。 - 【請求項２９】 前記ジルコニアは、イットリアもしく
はガドリニア（gadolinia）によって安定化されたもの
であることを特徴とする請求項２８記載の超合金部材。 - 【請求項３０】 形成されるコーティングは、公称的
に、約５〜４０ｗｔ．％のＣｒ、約８〜３５ｗｔ．％の
Ａｌ、約５〜２０ｗｔ．％のＶＩＩＩ族の遷移金属、約
２ｗｔ．％までのＹ、約０．１〜７ｗｔ．％のＳｉ、約
０．１〜５．５ｗｔ．％のＨｆおよび残量分のＮｉ、Ｃ
ｏおよびＣｒからなることを特徴とする請求項１記載の
超合金部材。 - 【請求項３１】 前記のコーティングは、公称的に、約
９〜１２ｗｔ．％のＰｔ、約１３〜１４ｗｔ．％のＡ
ｌ、約３．９〜５．５ｗｔ．％のＨｆ、約２．５〜４．
５ｗｔ．％のＳｉ、および残量分のＮｉおよび／または
Ｃｏからなることを特徴とする請求項３０記載の超合金
部材。 - 【請求項３２】 形成されるコーティングは、公称的
に、約５〜４０ｗｔ．％のＣｒ、約８〜３５ｗｔ．％の
Ａｌ、約５〜２０ｗｔ．％のＶＩＩＩ族の遷移金属、約
２ｗｔ．％までのＹ、約０．１〜７ｗｔ．％のＳｉ、約
０．１〜５．５ｗｔ．％のＨｆおよび残量分のＮｉおよ
び／またはＣｏからなることを特徴とする請求項１記載
の方法。 - 【請求項３３】 前記のコーティングは、公称的に、約
９〜１２ｗｔ．％のＰｔ、約１３〜１４ｗｔ．％のＡ
ｌ、約３．９〜５．５ｗｔ．％のＨｆ、約２．５〜４．
５ｗｔ．％のＳｉ、および残量分のＮｉおよび／または
Ｃｏからなることを特徴とする請求項３２記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17282499P | 1999-12-21 | 1999-12-21 | |
| US09/735223 | 2000-12-12 | ||
| US60/172824 | 2000-12-12 | ||
| US09/735,223 US20020132132A1 (en) | 2000-12-12 | 2000-12-12 | Method of forming an active-element containing aluminide as stand alone coating and as bond coat and coated article |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002115081A true JP2002115081A (ja) | 2002-04-19 |
Family
ID=26868500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000388097A Pending JP2002115081A (ja) | 1999-12-21 | 2000-12-21 | 活性元素を含むアルミナイドを単独形コーティングおよび結合コーティングとして形成する方法およびコーティングされた部材 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1111091B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002115081A (ja) |
| DE (1) | DE60044574D1 (ja) |
| SG (1) | SG98436A1 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004190140A (ja) * | 2002-12-06 | 2004-07-08 | Alstom Technology Ltd | 局部的なＭＣｒＡｌＹコーティングを付着させる方法 |
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