JPH0653934B2 - Method of manufacturing thermal barrier coating - Google Patents
Method of manufacturing thermal barrier coatingInfo
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- JPH0653934B2 JPH0653934B2 JP12182189A JP12182189A JPH0653934B2 JP H0653934 B2 JPH0653934 B2 JP H0653934B2 JP 12182189 A JP12182189 A JP 12182189A JP 12182189 A JP12182189 A JP 12182189A JP H0653934 B2 JPH0653934 B2 JP H0653934B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はガスタービンエンジンの耐熱部品等に好適な
遮熱皮膜の製造方法に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a thermal barrier coating suitable for heat-resistant parts of gas turbine engines.
（従来の技術） ガスタービンエンジンの性能を向上するには、タービン
ブレード、ノズル、燃焼器等の耐熱部品の耐熱性を向上
させることが有効であり、そのため従来からこれらの耐
熱部品に遮熱皮膜（サーマルバリヤコーティング、ＴＢ
Ｃ）を施すことが知られている。従来の遮熱皮膜の製造
方法では、例えばNi-Al合金等で母材表面に下地皮膜を
形成し、その上に例えば安定化ジルコニア等のセラミッ
クを被覆してセラミック層を形成するようにしていた。
上記下地皮膜及びセラミック層はプラズマ溶射、真空蒸
着、スパッタリング等の手法で形成されるのが一般的で
ある。また下地皮膜は耐酸化性、耐蝕性の向上維持並び
にセラミック層の密着性改善のために形成されるもので
ある。(Prior Art) In order to improve the performance of a gas turbine engine, it is effective to improve the heat resistance of heat-resistant parts such as turbine blades, nozzles, and combustors. (Thermal barrier coating, TB
It is known to apply C). In the conventional method of manufacturing a thermal barrier coating, for example, a base coating is formed on the surface of a base material with a Ni-Al alloy or the like, and a ceramic such as stabilized zirconia is coated thereon to form a ceramic layer. .
The undercoat and the ceramic layer are generally formed by a method such as plasma spraying, vacuum deposition, sputtering or the like. The undercoat is formed to maintain and improve the oxidation resistance and corrosion resistance and to improve the adhesion of the ceramic layer.
以上の従来の方法によって製造された遮熱皮膜は、ガス
タービンエンジンの燃焼器のような静止部品に採用した
場合には、寿命が長く、好適である。The thermal barrier coating produced by the above-described conventional method has a long life and is suitable when it is used for a stationary component such as a combustor of a gas turbine engine.
この発明に関連する先行技術文献としては、例えば「Zr
O2遮熱コーティングと耐熱性の研究」（工業レアメタ
ル、No.91、1987、p15〜17）及び「プラズマ溶射による
セラミックコーティング」（素形材、1986、10月）があ
る。As prior art documents related to this invention, for example, "Zr
Research on O 2 thermal barrier coating and heat resistance ”(industrial rare metal, No. 91, 1987, p15-17) and“ ceramic coating by plasma spraying ”(molding material, 1986, October).
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、高温のガス流中に配置されるタービンノ
ズルや回転部品であるタービンブレードでは、遮熱皮膜
が剥離し易く、耐久性に乏しいということは否めない。(Problems to be Solved by the Invention) However, in a turbine nozzle or a turbine blade that is a rotating component arranged in a high-temperature gas flow, it is undeniable that the thermal barrier coating easily peels off and has poor durability.
この原因としては、下地皮膜の耐酸化性、耐蝕性の不足
による場合や、セラミック層との密着性が乏しいことに
よる場合等が考えられる。そこで、下地皮膜の耐酸化性
及び耐蝕性向上を図る手法として、下地皮膜の材料をNi
-Al合金からNi-Cr合金やMCrAlY合金（ＭはCoやNi）に変
更したり、MCrAlY合金とセラミック層との間にアルミナ
の薄層を挟み込むことが実施されているが、未だ不十分
である。This may be due to insufficient oxidation resistance or corrosion resistance of the undercoat, or poor adhesion to the ceramic layer. Therefore, as a method for improving the oxidation resistance and corrosion resistance of the base film, the material of the base film is Ni.
-Al alloys have been changed to Ni-Cr alloys or MCrAlY alloys (M is Co or Ni), and a thin layer of alumina has been sandwiched between MCrAlY alloys and ceramic layers, but this is still insufficient. is there.
（課題を解決するための手段） そこでこの発明の遮熱皮膜の製造方法においては、母材
上にアルミニウム含有合金からなる下地皮膜を形成し、
この下地皮膜に白金族元素からなる白金族層を形成し、
その後不活性雰囲気中で拡散処理を施して白金族元素の
アルミニウム化合物層を形成し、その上にセラミック層
を形成している。(Means for Solving the Problem) Therefore, in the method for producing a thermal barrier coating of the present invention, a base coating made of an aluminum-containing alloy is formed on a base material,
A platinum group layer made of a platinum group element is formed on this undercoat,
Then, diffusion treatment is performed in an inert atmosphere to form an aluminum compound layer of a platinum group element, and a ceramic layer is formed thereon.
（作用） 上記構成の遮熱皮膜の製造方法においては、耐酸性及び
耐蝕性の優れた白金属元素のアルミニウム化合物層上に
セラミック層を形成するので、耐久性に富む遮熱皮膜が
形成される。(Operation) In the method for producing a thermal barrier coating having the above-described structure, since the ceramic layer is formed on the aluminum compound layer of a white metal element having excellent acid resistance and corrosion resistance, a thermal barrier coating having high durability is formed. .
以下この発明による遮熱皮膜の製造方法について更に詳
述する。The method for producing the thermal barrier coating according to the present invention will be described in more detail below.
この発明においては、下地皮膜をMCrAlY合金のようなAl
を含有する合金にて形成し、そのような下地皮膜に、例
えばプラチナ、ロジウム、パラジウム等の白金族元素を
コーティングする。In the present invention, the undercoat is made of Al such as MCrAlY alloy.
And a platinum group element such as platinum, rhodium, or palladium is coated on such an undercoat.
上記下地皮膜上に白金族元素の合金化皮膜を形成する工
程においては、電気鍍金、真空蒸着及びイオンプレーテ
ィング等の手法を用いて下地皮膜上に白金族元素を３〜
10μｍの厚さで付着させた後に、800〜1000℃の高温で
数分から数時間の間加熱することにより、白金族元素と
下地皮膜のアルミニウムとを合金化させて、耐酸化性及
び耐蝕性が向上した化合物層を形成することが可能にな
る。In the step of forming an alloyed film of a platinum group element on the undercoat, electroplating, vacuum deposition, ion plating, or another technique is used to deposit the platinum group element in an amount of 3 to 3 on the undercoat.
After adhering to a thickness of 10 μm, by heating at a high temperature of 800 to 1000 ° C. for a few minutes to a few hours, the platinum group element and the aluminum of the underlying film are alloyed, and oxidation resistance and corrosion resistance are improved. It becomes possible to form an improved compound layer.
特に下地皮膜の材質がMCrAlY合金で、白金族元素がプラ
チナの場合には、下地皮膜の表層には極めて耐酸化性及
び耐蝕性に優れたPtAl2の皮膜を生成することが可能に
なる。In particular, when the material of the undercoat is an MCrAlY alloy and the platinum group element is platinum, it becomes possible to form a PtAl 2 film having extremely excellent oxidation resistance and corrosion resistance on the surface layer of the undercoat.
この白金族層の上に例えば安定化ジルコニア等のセラミ
ック層を形成することにより、セラミック層の密着性が
優れた耐久性に富む遮熱皮膜を形成することが可能にな
る。By forming a ceramic layer of, for example, stabilized zirconia on the platinum group layer, it is possible to form a highly heat-resistant coating having excellent adhesion to the ceramic layer.
以上のこの発明による遮熱皮膜の製造方法をガスタービ
ンエンジンのタービンブレードやノズルに適用すること
により、耐酸化性、耐蝕性が向上し、且つ密着性に優れ
た耐久性に富んだ遮熱皮膜を備えたタービンブレードや
ノズルを製造することが可能になる。By applying the method for producing a thermal barrier coating according to the present invention to a turbine blade or a nozzle of a gas turbine engine, a thermal barrier coating having improved oxidation resistance, corrosion resistance, and excellent adhesion is provided. It is possible to manufacture a turbine blade or a nozzle equipped with.
（発明の効果） 上記したように本発明による遮熱皮膜の製造方法におい
ては、従来より耐酸化性及び耐蝕性が向上した遮熱皮膜
を提供できる。(Effects of the Invention) As described above, the method for producing a thermal barrier coating according to the present invention can provide a thermal barrier coating having improved oxidation resistance and corrosion resistance as compared with conventional ones.
また母材との密着性を向上させることができ、高速で回
転する部品や高速ガス流に曝される部品に適用した場合
の遮熱皮膜の耐久性を向上することができる。Further, the adhesion with the base material can be improved, and the durability of the thermal barrier coating when applied to a part rotating at high speed or a part exposed to a high-speed gas flow can be improved.
以下に、この発明の実施例を説明するが、本発明は実施
例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で変更
することが可能である。例えば、ガスタービンエンジン
の耐熱部品に限らず、内燃機関の遮熱皮膜等にも応用で
きる。Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the examples and can be modified within the scope of the claims. For example, it can be applied not only to heat-resistant parts of gas turbine engines but also to thermal barrier coatings of internal combustion engines.
（実施例） この実施例ではプラズマ溶射法および電気鍍金法を用い
て遮熱皮膜を形成した。(Example) In this example, the thermal barrier coating was formed using the plasma spraying method and the electroplating method.
まず、母材上にNi-23Co-17Cr-12.5Al-0.5Y合金をプラズ
マ溶射法により、0.08〜0.13mmの厚さで形成し、その上
に電気鍍金法を用いて、５〜６μｍの厚さでプラチナ層
（白金族層）を形成した。その後、800℃の温度で1.5時
間の真空中拡散処理を実施し、PtAl2層を有する皮膜を
形成した。次に、イットリヤ（６〜８Y2O3）を含むジル
コニア（ZrO2）をプラズマ溶射により層状に付着させて
0.25〜0.3mmの厚さでセラミック層を形成し、合計厚さ
0.3〜0.4mmの遮熱皮膜を構成した。First, a Ni-23Co-17Cr-12.5Al-0.5Y alloy was formed on the base material by plasma spraying to a thickness of 0.08 to 0.13 mm, and then an electroplating method was used to form a thickness of 5 to 6 μm. Then, a platinum layer (platinum group layer) was formed. Then, a diffusion treatment in vacuum was performed at a temperature of 800 ° C. for 1.5 hours to form a film having a PtAl 2 layer. Next, zirconia (ZrO 2 ) containing yttria (6-8Y 2 O 3 ) was deposited in a layer by plasma spraying.
Form a ceramic layer with a thickness of 0.25-0.3 mm, total thickness
A thermal barrier coating of 0.3 to 0.4 mm was constructed.
この実施例による遮熱皮膜の金属組織の顕微鏡写真を第
１図に示す。A micrograph of the metal structure of the thermal barrier coating according to this example is shown in FIG.
一方、比較例として、母材上にMCrAlY合金をプラズマ溶
射法によって上記同様に形成した後、その上にプラチナ
鍍金を施すことなく、セラミック層を直接形成した。セ
ラミックは上記同様にイットリアを含むジルコニアであ
って、上記同様の厚さにプラズマ溶射法によって形成し
た。On the other hand, as a comparative example, an MCrAlY alloy was formed on a base material by a plasma spraying method in the same manner as above, and then a ceramic layer was directly formed thereon without performing platinum plating. The ceramic was zirconia containing yttria as above, and was formed by plasma spraying to the same thickness as above.
そして上記実施例と比較例とを使用してバーナーリグ試
験を実施した。この試験は、エンジン運転状態に類似さ
せたもので、900℃にて500時間にわたって行った。この
結果、比較例では剥離や割れ発生が多数認められたが、
実施例においては、燃焼生成物の付着と加熱による変色
は認められるものの、皮膜は健全であった。Then, a burner rig test was carried out using the above-mentioned examples and comparative examples. This test is similar to engine operating conditions and was conducted at 900 ° C for 500 hours. As a result, many peeling and cracking were observed in the comparative example,
In the examples, although the deposition of combustion products and discoloration due to heating were observed, the film was sound.
第１図は本発明の一実施例による遮熱皮膜の金属組織を
示す顕微鏡写真である。FIG. 1 is a photomicrograph showing the metal structure of a thermal barrier coating according to an embodiment of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西本 文一 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Bunichi Nishimoto 1-1 Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Prefecture Kawasaki Heavy Industries Ltd. Akashi Plant
Claims (1)
地皮膜を形成し、この下地皮膜に白金族元素からなる白
金族層を形成し、その後不活性雰囲気中で拡散処理を施
して白金族元素のアルミニウム化合物層を形成し、その
上にセラミック層を形成することを特徴とする遮熱皮膜
の製造方法。1. A platinum-group element is formed by forming an undercoat of an aluminum-containing alloy on a base material, forming a platinum-group layer of the platinum-group element on the undercoat, and then performing diffusion treatment in an inert atmosphere. 1. A method for producing a thermal barrier coating, which comprises forming the aluminum compound layer and forming a ceramic layer thereon.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12182189A JPH0653934B2 (en) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | Method of manufacturing thermal barrier coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12182189A JPH0653934B2 (en) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | Method of manufacturing thermal barrier coating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02301572A JPH02301572A (en) | 1990-12-13 |
| JPH0653934B2 true JPH0653934B2 (en) | 1994-07-20 |
Family
ID=14820768
Family Applications (1)
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| JP12182189A Expired - Lifetime JPH0653934B2 (en) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | Method of manufacturing thermal barrier coating |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0653934B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6387527B1 (en) * | 1999-10-04 | 2002-05-14 | General Electric Company | Method of applying a bond coating and a thermal barrier coating on a metal substrate, and related articles |
| JP5857794B2 (en) * | 2012-02-27 | 2016-02-10 | 株式会社Ihi | Metal material with diffusion layer and method for producing the same |
-
1989
- 1989-05-15 JP JP12182189A patent/JPH0653934B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH02301572A (en) | 1990-12-13 |
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