JP2012012622A - System and method for thermal spraying - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,溶射システムおよび溶射方法に関する。 The present invention relates to a thermal spraying system and a thermal spraying method.
ガスタービンやジェットエンジンなどの原動機において,熱効率の向上を目的とする研究開発が進められている。熱効率の向上のための最も有力な手段の一つは運転ガス温度の高温化である。このため,熱効率の向上は一般的には構成部材をより高温の過酷な使用環境に強いる方向にある。 Research and development aimed at improving thermal efficiency is underway in prime movers such as gas turbines and jet engines. One of the most effective means for improving thermal efficiency is to increase the operating gas temperature. For this reason, the improvement in thermal efficiency is generally in the direction of forcing the component members to a higher temperature and severe use environment.
動翼,静翼,燃焼器などの燃焼ガスに直接接する高温部品は,高温環境での使用に耐え得るように,2つの観点から検討されている。 High-temperature components that are in direct contact with combustion gases such as moving blades, stationary blades, and combustors are being studied from two viewpoints to withstand use in high-temperature environments.
まず,第一の観点での検討は,部品材料の温度を下げるための冷却特性の向上である。冷却特性を向上するためには,原理的には冷却ガス(空気)流量を増加するのが効果的である。ところが,単に冷却用ガス流量を増大させるだけでは燃焼ガス温度が低下してしまい,逆に熱効率が低下する場合が多い。 First, the study from the first point of view is to improve the cooling characteristics to lower the temperature of the component materials. In principle, it is effective to increase the cooling gas (air) flow rate in order to improve the cooling characteristics. However, simply increasing the cooling gas flow rate decreases the combustion gas temperature, and conversely, the thermal efficiency often decreases.
そこで,冷却用ガス流量を増大せずに冷却性能を上げる方法として,少ない冷却用ガス流量でより効率的に徐熱する方法が提案されている。フィルム冷却やインピンジ冷却に代表される材料/冷却ガス間の熱伝達を増大する方法や翼冷却流路のリターンフロー構造に代表される材料/冷却ガスの接触面積を増大させる方法などである。
しかし,これらの方法は,何れの場合も装置構造や部品構造の複雑化に繋がるため,装置制御の複雑化や製造コストの上昇を招くことが欠点として挙げられていた。
Therefore, as a method of improving the cooling performance without increasing the cooling gas flow rate, a method of gradually heating more efficiently with a small cooling gas flow rate has been proposed. There are a method of increasing heat transfer between a material / cooling gas typified by film cooling and impingement cooling, and a method of increasing a contact area of material / cooling gas typified by a return flow structure of a blade cooling channel.
However, since these methods lead to complicated device structures and component structures in any case, it has been pointed out that the device control is complicated and the manufacturing cost is increased.
また,第二の観点での検討は,材料の耐熱温度の向上である。既に,高温部品用構造材料としてNi,CoまたはFe基の超合金の開発が進められている。また,一方向凝固や単結晶にすることで,さらに高温強度を向上させている。しかし,これらの方法では,前述した超合金の融点から考えて精々1000℃が使用限界である。さらに,耐熱性を高める方法として,融点が高く,かつ耐酸化性や耐食性にも優れたセラミックス材料の適用が行われている。 The second point of study is to improve the heat-resistant temperature of the material. Already, Ni, Co or Fe-based superalloys are being developed as structural materials for high-temperature parts. In addition, high-temperature strength is further improved by unidirectional solidification and single crystal. However, in these methods, the use limit is at most 1000 ° C. in view of the melting point of the superalloy described above. Furthermore, as a method for improving heat resistance, ceramic materials having a high melting point and excellent oxidation resistance and corrosion resistance are being applied.
実際にSiCやSi3N4をベースとしたセラミックスの試みもあるが,金属材料に比べると靭性に劣り,加工性も悪く欠点も多い。したがって,高温部品構造材料としての幅広い適用のためには信頼性やコストの面で課題が残されている。 Although there are actually attempts to use ceramics based on SiC or Si 3 N 4 , they are inferior in toughness, workability, and have many drawbacks compared to metal materials. Therefore, problems remain in terms of reliability and cost for wide application as high-temperature component structural materials.
一方,靭性に優れる金属材料を強度メンバー(強度保持部材)として用いながら耐熱性を向上させる方法として,遮熱コーティングがある。この遮熱コーティングでは,基材に低熱伝導性の酸化物セラミックス層(遮熱セラミック層)を形成することで熱を遮断し,金属基材の温度上昇を防止する。数百ミクロン(μm)の遮熱セラミック層を形成することにより,金属基材の表面温度上昇を数十℃も低減させることができるとの報告がある(特許文献1参照)。 On the other hand, there is a thermal barrier coating as a method for improving heat resistance while using a metal material having excellent toughness as a strength member (strength holding member). In this thermal barrier coating, a low thermal conductivity oxide ceramic layer (thermal barrier ceramic layer) is formed on the substrate to block heat and prevent the metal substrate from rising in temperature. There is a report that the surface temperature rise of a metal substrate can be reduced by several tens of degrees Celsius by forming a heat-shielding ceramic layer of several hundred microns (μm) (see Patent Document 1).
これにより,強度メンバー(強度保持部材)となる金属基材の温度上昇を抑制でき,ガスタービンの高温化が可能となる。すなわち,遮熱コーティングでは,定性的には遮熱セラミック層が厚いほど遮熱性能に優れ,より金属基材の温度を低減できる。また,この遮熱コーティングにより,燃焼ガス側から冷却空気に向かっての熱流束が小さくなり,冷却ガス流量も低減できる。 Thereby, the temperature rise of the metal base material used as a strength member (strength holding member) can be suppressed, and the temperature of the gas turbine can be increased. That is, in the thermal barrier coating, qualitatively, the thicker the thermal barrier ceramic layer, the better the thermal barrier performance, and the temperature of the metal substrate can be further reduced. In addition, this thermal barrier coating reduces the heat flux from the combustion gas side to the cooling air, thereby reducing the cooling gas flow rate.
しかし,遮熱コーティングを幅広く適用するためには課題がある。特に,コーティングした遮熱セラミック層の割れやはく離が最大の問題である。この遮熱セラミック層のはく離は,靭性が低いというセラミックス材料自身の本質的な性質と,金属基材と遮熱セラミック材との熱膨張差より発生する熱応力や遮熱セラミック層直下の金属表面の酸化に伴う材料劣化などが原因と考えられる。 However, there are problems in applying thermal barrier coatings widely. In particular, cracking and peeling of the coated thermal barrier ceramic layer is the biggest problem. The separation of the thermal barrier ceramic layer is due to the inherent properties of the ceramic material itself, which have low toughness, the thermal stress generated by the difference in thermal expansion between the metal substrate and the thermal barrier ceramic material, and the metal surface directly under the thermal barrier ceramic layer. This may be due to material deterioration associated with oxidation of the material.
一旦,遮熱セラミック層にはく離が生じると遮熱性能が低下するため,金属基材の温度が上昇する。これにより,金属基材の溶融,金属基材のクリープや疲労破壊など,機器の運転にも支障をきたす大きなトラブルの原因となる可能性も考えられる。 Once delamination occurs in the thermal barrier ceramic layer, the thermal barrier performance decreases, and the temperature of the metal substrate rises. This may cause major troubles that hinder the operation of the equipment, such as melting of the metal base material, creep of the metal base material, and fatigue failure.
一方,従来からこの遮熱コーティングのはく離低減を目的にした種々の検討がなされている。遮熱コーティングとしては,金属基材上にMCrAlY合金層と低熱伝導セラミックスのジルコニア系セラミックスなどの酸化物系セラミックス層を形成させた二層構造のものが代表的である。このMCrAlY合金層は,金属基材と遮熱セラミックス層との密着性の向上や金属基材の腐食や酸化の防止を考えてのものであり,溶射法により形成されることが多い。 On the other hand, various studies have been made for the purpose of reducing the peeling of the thermal barrier coating. A typical thermal barrier coating is a two-layer structure in which an MCrAlY alloy layer and an oxide ceramic layer such as a zirconia ceramic of low thermal conductivity ceramic are formed on a metal substrate. This MCrAlY alloy layer is intended to improve the adhesion between the metal substrate and the thermal barrier ceramic layer and to prevent corrosion and oxidation of the metal substrate, and is often formed by a thermal spraying method.
溶射法によれば,金属とセラミックスを問わず材料の種類が任意に選択できるという利点はあるものの,例えばMCrAlY合金を高温の熱源を有するプラズマ溶射法を用いて大気中で被覆した場合,(1)多孔質となる,(2)金属基材との密着性に乏しい,(3)耐食,耐酸化性に劣る,などの欠点があった。この点に関しては,近年実質的に空気を含まない減圧の不活性ガス雰囲気中でプラズマ溶射する方法(減圧プラズマ溶射法)によりこれらの欠点が大きく改善されている。 According to the thermal spraying method, there is an advantage that the kind of material can be arbitrarily selected regardless of whether it is a metal or a ceramic. However, when the MCrAlY alloy is coated in the atmosphere using a plasma spraying method having a high-temperature heat source, for example, (1 There were drawbacks such as :) porousness, (2) poor adhesion to metal substrates, and (3) poor corrosion resistance and oxidation resistance. With regard to this point, these drawbacks have been greatly improved in recent years by a plasma spraying method (low pressure plasma spraying method) in a reduced pressure inert gas atmosphere substantially free of air.
また,遮熱セラミック層についても,ジルコニアの相安定化や熱サイクル特性向上のために,安定化のための添加剤の種類や量などの検討や,層の構造面からは,一部で柱状組織に特徴を持つ電子ビーム物理蒸着法(EB−PVD法)の検討がなされている。特に,起動停止時など遮熱セラミック層内に急激な温度変化が生じた場合には,遮熱セラミック層の低靭性に起因した割れやはく離が生じることがあった。このことは,厚膜の遮熱セラミックス層を形成した場合などにおいて発生し易い。 In addition, for the thermal barrier ceramic layer, in order to stabilize the phase of zirconia and improve the thermal cycle characteristics, the types and amounts of additives for stabilization are examined, and the layer structure is partly columnar. An electron beam physical vapor deposition method (EB-PVD method) characterized by the structure has been studied. In particular, when a sudden temperature change occurs in the thermal barrier ceramic layer, such as when starting and stopping, cracking and peeling may occur due to the low toughness of the thermal barrier ceramic layer. This is likely to occur when a thick thermal barrier ceramic layer is formed.
この解決方法として,遮熱セラミックス層の気孔率を5〜60%とし,気孔率を上げることで熱伝導率を低減させ,割れやはく離を低減できる(特許文献2参照)。また,遮熱セラミックス層(部分安定化ジルコニア層)内に生じた亀裂は気孔でエネルギーを吸収できるため,靭性と強度の双方を向上させることができるとしている。 As a solution to this, it is possible to reduce the thermal conductivity by increasing the porosity of the heat-shielding ceramic layer from 5 to 60%, and to reduce cracking and peeling (see Patent Document 2). In addition, cracks generated in the thermal barrier ceramic layer (partially stabilized zirconia layer) can absorb energy through pores, so that both toughness and strength can be improved.
さらに,遮熱セラミック層の最表面は気孔率が5〜60%の多孔質層とし,MCrAlY合金層との界面近傍側を気孔率が遮熱セラミックス層最表面側より緻密な部分安定化ジルコニア層とする。即ち,定常運転時の熱応力が大きいMCrAlY合金層との界面近傍では,それより緻密で気孔率が低い高強度な部分安定化ジルコニア層とし,気孔率が低い高強度な部分安定化ジルコニア層部となる。この結果,割れやはく離を低減できるとしている。 Furthermore, the outermost surface of the thermal barrier ceramic layer is a porous layer having a porosity of 5 to 60%, and the partially stabilized zirconia layer whose porosity is closer to the interface with the MCrAlY alloy layer than the outermost surface side of the thermal barrier ceramic layer. And That is, in the vicinity of the interface with the MCrAlY alloy layer having a large thermal stress during steady operation, a high-strength partially stabilized zirconia layer having a denser and lower porosity and a high-strength partially stabilized zirconia layer having a lower porosity. It becomes. As a result, cracking and peeling can be reduced.
しかしながら,遮熱セラミック層最表面の気孔率が高く,MCrAlY合金層との界面で緻密な遮熱セラミックス層では,遮熱セラミックス層最表面の気孔が多いため,燃料に含まれるスラッジや腐食生成物,配管系から流出した腐食酸化物の固体によるエロージョンを受け,粒子間結合力の弱さに起因した減肉が起こる。 However, since the porosity of the outermost surface of the thermal barrier ceramic layer is high and the dense thermal barrier ceramic layer at the interface with the MCrAlY alloy layer has many pores on the outermost surface of the thermal barrier ceramic layer, sludge and corrosion products contained in the fuel , Erosion due to the solid of the corrosive oxide flowing out from the piping system causes thinning due to weak interparticle bonding force.
また,MCrAlY合金層界面と遮熱セラミックス層との界面近傍の部分安定化ジルコニア皮膜の気孔を緻密にすることで,密着力が高くなるとしても,熱膨張係数差による熱応力が大きく発生し易くなり,耐はく離性が低下する。 In addition, by making the pores of the partially stabilized zirconia film near the interface between the MCrAlY alloy layer interface and the thermal barrier ceramic layer dense, thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient is likely to occur even if the adhesion is increased. As a result, the peel resistance decreases.
この解決策として,特許文献3記載の技術が提案されている。この技術では,酸化物セラミックス層が,前記金属中間層側から前記酸化物セラミックス層の表面側に向かって徐々に気孔率が低下するように設けられた気孔を有し,かつ前記金属中間層との界面から前記酸化物セラミックス層の表面にわたる前記酸化物セラミックス層の厚さ方向に亀裂を有する。
As a solution, a technique described in
遮熱コーティング部材の製造方法としては,部分安定化ジルコニア層の気孔率を15%から5%に傾斜させる製造方法とは,金属基材上にMCrAlY合金層を形成後,部分安定化ジルコニア粉末を大気プラズマ溶射法により形成する。 As a manufacturing method of the thermal barrier coating member, the manufacturing method in which the porosity of the partially stabilized zirconia layer is inclined from 15% to 5% is that the MCrAlY alloy layer is formed on the metal substrate, and then the partially stabilized zirconia powder is used. It is formed by atmospheric plasma spraying.
このとき,用いる大気プラズマ溶射ガンから発生するプラズマフレーム(炎)で縦き裂が発生可能な温度領域650℃以上に予熱により加熱し,部分安定化ジルコニア粉末の溶射を開始する。大気プラズマ溶射ガンから発生するプラズマフレーム(炎)で650℃以上に予熱,加熱することで,また,部分安定化ジルコニア層を形成中は650℃以下の温度に低下させないとで,溶射終了後,の圧縮エアー等を吹きつける冷却方法にて急冷してやることで部分安定化ジルコニア層中に縦き裂が発生する。 At this time, the plasma flame (flame) generated from the atmospheric plasma spray gun to be used is heated by preheating to a temperature region of 650 ° C. or higher where a vertical crack can be generated, and spraying of the partially stabilized zirconia powder is started. By preheating and heating to 650 ° C or higher with a plasma flame (flame) generated from an atmospheric plasma spray gun, and without lowering the temperature to 650 ° C or lower during the formation of the partially stabilized zirconia layer, A vertical crack is generated in the partially stabilized zirconia layer by quenching with a cooling method of blowing compressed air or the like.
予熱,加熱や溶射中の温度が650℃以下では,縦き裂と同時に横き裂が発生し,耐はく離寿命が低下する。この横き裂は,部分安定化ジルコニア皮膜の層状に伝播し,層間でのはく離,急激な温度差による熱応力を吸収しにくく,はく離寿命が低下する。 If the temperature during preheating, heating, or thermal spraying is 650 ° C or less, a transverse crack is generated at the same time as the longitudinal crack, and the peel life is reduced. This transverse crack propagates in a layer of a partially stabilized zirconia film, and it is difficult to absorb thermal stress due to delamination and rapid temperature difference between layers, resulting in a decrease in delamination life.
溶射は熟練の作業者が基本的に操作するが,溶射中の温度管理は極めて困難であり,定量的に温度管理する必要がある。特に,縦き裂を導入するためには先の温度を維持する必要があるため,温度測定により定量的に管理が必要である。
この場合,熱電対を金属基材に取りつけて施工中の温度を測定し,温度管理することが最も重要である。赤外線放射温度計でもそれなりに効果があるが,プラズマフレームや被測定体の放射率が影響することから,熱電対の使用が効果的である。
Thermal spraying is basically operated by skilled workers, but temperature control during spraying is extremely difficult, and it is necessary to control temperature quantitatively. In particular, in order to introduce a vertical crack, it is necessary to maintain the previous temperature, and therefore it is necessary to manage it quantitatively by measuring the temperature.
In this case, it is most important to control the temperature by attaching a thermocouple to the metal substrate and measuring the temperature during construction. Infrared radiation thermometers are also effective, but the use of thermocouples is effective because of the influence of the emissivity of the plasma flame and the object being measured.
しかしながら,これらの方法は例えば動翼の場合,大気プラズマ溶射ガンから発生するプラズマフレーム(炎)だけで予熱および溶射するため,予熱時には動翼を高温(650℃以上)に加熱することが困難であり,溶射中も動翼に大気プラズマ溶射ガンから発生するプラズマフレーム(炎)が常時あたっていないことから,溶射時の動翼温度も650℃以下に低下する。 However, these methods, for example, in the case of a moving blade, are preheated and sprayed only by a plasma flame (flame) generated from an atmospheric plasma spray gun, so it is difficult to heat the moving blade to a high temperature (650 ° C. or higher) during preheating. In addition, since the plasma flame (flame) generated from the atmospheric plasma spray gun does not always hit the blade during spraying, the blade temperature during spraying also drops to 650 ° C. or less.
このことによって,予熱,加熱や溶射中の温度が650℃以下では,縦き裂と同時に横き裂が発生し,耐はく離寿命が低下する。この横き裂は,部分安定化ジルコニア皮膜の層状に伝播し,層間でのはく離,急激な温度差による熱応力を吸収しにくく,はく離寿命が低下する。
このように,いずれも大きな効果が得られず,加熱方法の改善によるはく離寿命の向上,熱応力緩和,遮熱性能向上策が今も要求されている。
As a result, when the temperature during preheating, heating, or thermal spraying is 650 ° C. or less, a transverse crack is generated simultaneously with the longitudinal crack, and the peel life is reduced. This transverse crack propagates in a layer of a partially stabilized zirconia film, and it is difficult to absorb thermal stress due to delamination and rapid temperature difference between layers, resulting in a decrease in delamination life.
As described above, none of the effects can be obtained, and there are still demands for improvement of the peeling life, thermal stress relaxation, and thermal barrier performance improvement by improving the heating method.
本発明はこの様な実情に鑑みてなされたもので,ガスタービンやジェットエンジンなどの高温の酸化腐食雰囲気で使用する高温部品を対象として,遮熱性能と耐久性に優れた熱応力緩和遮熱コーティング被覆を施す溶射システムおよび溶射方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is intended for high-temperature parts used in high-temperature oxidative corrosion environments such as gas turbines and jet engines. It is an object of the present invention to provide a thermal spraying system and a thermal spraying method for applying a coating.
本発明の一態様に係る溶射システムは,基材が配置される回転テーブルと,前記回転テーブルに配置され,前記基材の第1の部位を加熱する第1の加熱手段と,前記第1の加熱手段によって加熱される基材が配置される回転テーブルを回転させるモータと,前記回転の軸に沿った方向に走査され,かつ前記回転される回転テーブル上の前記基材の第2の部位をプラズマまたは炎によって加熱する第2の加熱手段と,前記第2の加熱手段により加熱された前記第2の部位に部分安定化ジルコニア層を形成するプラズマ溶射ガンと,を具備する。 A thermal spraying system according to an aspect of the present invention includes a rotary table on which a base material is disposed, a first heating unit that is disposed on the rotary table and heats a first portion of the base material, and the first A motor for rotating a rotary table on which a base material heated by heating means is disposed, and a second portion of the base material on the rotary table scanned and rotated in the direction along the axis of rotation. A second heating means for heating with plasma or flame; and a plasma spray gun for forming a partially stabilized zirconia layer on the second portion heated by the second heating means.
本発明によれば,遮熱性能と耐久性に優れた熱応力緩和遮熱コーティング被覆を施す溶射システムおよび溶射方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a thermal spraying system and a thermal spraying method for applying a thermal stress relaxation thermal barrier coating excellent in thermal barrier performance and durability.
以下,図面を参照して,本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は,本発明の第1の実施の形態に係る溶射システムを表す模式図である。
溶射システムは,動翼8(被施行品,金属基体)上にMCrAlY合金(M:Ni,Co,Feまたはそれらの元素を組み合わせた合金)層と,部分安定化ジルコニア層(熱応力緩和遮熱コーティング被覆)を形成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a thermal spraying system according to a first embodiment of the present invention.
The thermal spray system consists of an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe, or an alloy combining these elements) layer and a partially stabilized zirconia layer (thermal stress relaxation and heat shield) on the moving blade 8 (worked product, metal substrate). Coating coating).
溶射システムは,溶射ガン1,回転用モータ2,基礎テーブル3,回転テーブル軸4,回転テーブル5,ヒーター6,マスキング7,動翼8,保護蓋9,ヒーター用スリップリング10,温度測定用スリップリング11,熱電対12,ヒーターコントローラ13,赤外線サーモグラフィーカメラ14,溶射ロボット15,ロボット制御装置16,赤外線サーモグラフィーコントローラ17,温度測定装置18で構成される。
Thermal spraying system consists of
溶射ガン1は,プラズマを発生するプラズマガンを有する。プラズマガンから発生されるプラズマ等に粉末材料を供給することで,この粉末材料が熔解,飛散し,動翼8への溶射(成膜)が行われる。
The
溶射ガン1は,動翼8への成膜(溶射)以外に,動翼8の加熱にも利用できる。プラズマは1〜3万度のフレーム炎を得ることができ,加熱時の熱容量が大きい。後述のように,溶射ガン1およびヒーター6によって,動翼8が加熱される。
なお,溶射ガン1として,水素ガスと窒素ガスの混合ガスでプラズマを生成するプラズマ溶射ガン,大気でプラズマを生成する大気プラズマ溶射ガンを利用できる。
The
As the
溶射ガン1(プラズマガン)は,基体(例えば,動翼8)の第2の部位(例えば,上部)をプラズマまたは炎によって加熱する第2の加熱手段(プラズマ・炎加熱手段)として機能する。後述のように,溶射ガン1は,溶射ロボット15によって,回転の軸(回転テーブル軸4)に沿った方向(例えば,後述のDz方向(上下方向))に走査される。
The thermal spray gun 1 (plasma gun) functions as a second heating means (plasma / flame heating means) for heating a second part (for example, the upper part) of the substrate (for example, the moving blade 8) with plasma or flame. As will be described later, the
ここで,プラズマガンに替えて,ガスバーナ等をプラズマ・炎加熱手段として利用できる。LPG(液化石油ガス,プロパンガス),水素ガス,または酸素アセチレンガス(酸素とアセチレンの混合ガス)の燃焼炎を利用して,動翼8への成膜(溶射),動翼8の加熱を実行できる。また,高温に加熱された空気,高温に加熱された不活性ガスを用いて,動翼8への成膜(溶射),動翼8の加熱を実行しても良い。
Here, instead of the plasma gun, a gas burner or the like can be used as a plasma / flame heating means. Using a combustion flame of LPG (liquefied petroleum gas, propane gas), hydrogen gas, or oxygen acetylene gas (mixed gas of oxygen and acetylene), film formation (spraying) on the
溶射ガン1は溶射ロボット15の先端に取付けられる。溶射ロボット15が,ロボット制御装置16のプログラム制御によって駆動されることで,溶射ガン1が動翼8上を走査され,動翼8の広範囲への加熱,溶射が可能となる。
The
動翼8は,回転用モータ2によって回転される回転テーブル5上に設置される。即ち,動翼8は,回転用モータ2によって回転される。回転用モータ2は回転テーブル軸4,回転テーブル5,および回転テーブル5に設置されているもの(ヒーター6,マスキング7,動翼8,保護蓋9)を回転させる働きがあり,正回転,逆回転,逐次回転,連続回転が可能である。
溶射ガン1が動翼8を加熱あるいは溶射する場合,動翼8が回転用モータ2によって回転法あるいは,逐次法により駆動される。なお,回転法,逐次法の詳細は後述する。
The moving
When the
回転テーブル5に,ヒーター6を取り付けて固定し,さらに動翼8,保護蓋9を設置する。回転テーブル5は金属材料を用いることが望ましい。ここで,非鉄金属材料,特にアルミニウム合金材料を用いることで,回転時の回転用モータ2への重量負荷を軽減できる。
A
回転テーブル軸4は,回転用モータ2の駆動力を伝達すると共に,ヒーター用スリップリング10,温度測定用スリップリング11を固定して,ヒーター6の電力と熱電対12の起電力を回転側から静止側あるいは静止側から回転側に供給,伝達する。
The
ヒーター6は,ヒーターコントローラ13の指令により動翼8を均一に加熱する装置である。ヒーター6は,回転テーブルに配置され,基体(例えば,動翼8)の第1の部位(例えば,下部)を加熱する第1の加熱手段として機能する。
本溶射システムでは,プラズマガン(溶射ガン1)等のプラズマ・炎加熱手段により動翼8を高温に加熱し,その後,溶射により動翼8表面に熱応力緩和コーティング被覆を形成する。しかし,溶射ガン1だけでは熱応力緩和コーティング被覆を形成するための加熱能力が足りない。このため,ヒーター6により動翼8を補助的に常時加熱し,溶射ガン1による加熱時に不足する熱エネルギーを補う。
The
In this thermal spraying system, the moving
ヒーター6として,保護蓋9付きの電気炉,帯状の巻付きヒーター,赤外線加熱ヒーター,高周波誘導加熱ヒーターのいずれか一種類または二種以上の複合を用いることができる。
電気炉は大容量での加熱可能なため動翼8の短時間加熱,均一加熱が可能である。また,動翼8を複合的に加熱すると,加熱時間の短縮を図ることができる。例えば,赤外線加熱ヒーターやガスバーナ炎により,動翼8を複合して加熱することにより,加熱効果がさらに大きくなる。
As the
Since the electric furnace can be heated with a large capacity, the moving
ヒーターコントローラ13はヒーター6の温度を熱電対12にて測定した結果に基づいて,ヒーター6に供給する電力の量の制御,調整,指令を行う。ヒーターコントローラ13は,基体の前記第1の部位が650℃以上となるように,前記第1の加熱手段を制御する制御部および第4の摺動子と電気的に接続される温度測定器として機能する。
The
保護蓋9は加熱した熱を外部に逃がさない働きがある。なお,保護蓋9は,溶射ガン1による加熱時,溶射により動翼8面に皮膜を形成する場合(溶射時)には,取り外される。保護蓋9は,内部に耐熱性の断熱材を内張りしたもので,動翼8の加熱された熱を外部に逃がさない構造とする。また,内部にヒーターを内臓することで被施行品の動翼8を短時間に所定の温度に加熱することができ,熱応力緩和コーティング被覆の製造時間を短縮できる。
The protective lid 9 has a function of not releasing the heated heat to the outside. The protective lid 9 is removed when the
マスキング7は,溶射施工時の不要な部位への皮膜の付着を防ぐためのマスキング部材であり,熱応力緩和コーティング被覆の溶射施行後の動翼8の表面仕上げを簡略化する効果があり,熱応力緩和コーティング被覆の製造時間を短縮できる。
The masking member 7 is a masking member for preventing the film from adhering to unnecessary parts during thermal spraying, and has the effect of simplifying the surface finish of the moving
赤外線サーモグラフィーカメラ14は,加熱時および溶射時の被施行品(基体)である動翼8の表面温度を測定し,赤外線サーモグラフィーコントローラ17へ伝達し,表示する加熱温度によって加熱の終了を判断する温度情報を提供する。
また,赤外線サーモグラフィーコントローラ17は,赤外線サーモグラフィーカメラ14で測定した被施行品である動翼8の溶射中の赤外線情報温度を連続でリアルタイムに計測し,その温度履歴を記録する。
The
The
ヒーター用スリップリング10(第1のスリップリング)と温度測定用スリップリング11は回転側接点(端子)と静止側接点(端子)を有し,カーボンブラシまたは接点材料同士の回転接触により,電気信号または電力を伝達する。ヒーター用スリップリング10は100V〜250V等のヒーター6に必要な電力を静止側から回転側に供給し,回転テーブル軸4を介して,回転側に伝達された電力をヒーター6に供給する。また,温度測定用スリップリング11(第2のスリップリング)はヒーター6の温度を熱電対12にて測定して静止側のヒーターコントローラ13,温度測定装置18に伝達する。
The heater slip ring 10 (first slip ring) and the temperature
図2は,静止側のヒーターコントローラ13から回転側のヒーター6までの電源供給状態の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a power supply state from the
回転側のヒーター6への電源は,次のようにして,回転側の回転側摺動端子10dに供給される。即ち,静止側のヒーターコントローラ13の電源出力部13aから陽極と陰極の電源ケーブル13bをヒーター用スリップリング10内部に設置された静止側摺動端子10a(第1の摺動子)に接続され,この静止側摺動子10bとヒーター用スリップリング10内部に設置され,かつ回転テーブル軸4に固定された回転側摺動子10c(第2の摺動子)が摺動接触する。
Power to the
通電された電源は回転テーブル軸4の中心孔4aを通した電源ケーブル13cで回転テーブル5に固定されたヒーター6の電源入力部13dに接続され,抵抗体13eに通電される。この抵抗体13eが通電された電源により発熱し,動翼8を加熱する。
The energized power is connected to the power input portion 13d of the
回転テーブル5は,例えば,260回転/分の高速で回転し,かつ100V以上の電源電圧が供給される。すなわち,回転体への電力を初めとする電気信号の伝達のためには,静止側と回転側の端子(接点)10a,10dが必要であり,従来,電気炉などのヒーター6が回転側に用いられることがほとんど無かった。しかし,100V以上の電力電圧を供給可能なヒーター用スリップリング10を用いることで,被施行品である動翼8の常時加熱が回転運動を行いながら可能となった。
The
図3は,被施行品(基体)である動翼8の温度およびヒーター6の温度を測定するための熱電対12までの配線経路の一例を示す図である。
温度測定装置18に接続した熱電対12を温度測定用スリップリング11の静止側接続端子12aを介して静止側摺動子12b(第4の摺動子)に接続する。次に,動翼8の一部に取付けた熱電対12を回転テーブル5に接続された回転テーブル軸4の中心孔4aを通して温度測定用スリップリング11の回転側摺動子12c(第3の摺動子)に接続する。動翼8の温度信号は,これらの接続経路を通って静止側摺動子12bに伝達され,静止側接続端子12aを介して温度測定装置18に伝達される。伝達された温度信号は温度測定装置18にて記録される。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a wiring route to the
The
また,熱電対12はヒーター6の内部にも設置し,同様に回転テーブル軸4の中心孔4aを通して温度測定用スリップリング11の回転側摺動子12cに接続される。ヒーター6の温度信号は,これらの接続経路を通って静止側摺動子12bに伝達され,静止側接続端子12aを介して温度測定装置18およびヒーターコントローラ13に伝達される。伝達されたヒーター6の温度信号はヒーターコントローラ13にて分析して,ヒーター6へのフィードバック制御を行う。
The
(溶射システムによる溶射の手順)
以下,溶射システムによる熱応力緩和コーティングの手順を説明する。
(1)MCrAlY合金層の形成
動翼8上にMCrAlY合金(M:Ni,Co,Feまたはそれらの元素を組み合わせた合金)層が形成される。動翼8上へのMCrAlY合金層の形成は,減圧プラズマ溶射法,複合メッキ法,高速フレーム溶射法,超高速フレーム溶射法のいずれかを用いて行える。
(The procedure of thermal spraying by thermal spraying system)
The thermal stress relaxation coating procedure using the thermal spray system is described below.
(1) Formation of MCrAlY Alloy Layer An MCrAlY alloy layer (M: Ni, Co, Fe or an alloy combining these elements) layer is formed on the
(2)予熱
部分安定化ジルコニア層の形成に先だって,MCrAlY合金層が形成された動翼8を予熱する。例えば,溶射に用いる大気プラズマ溶射ガンから発生するプラズマフレーム(炎)で,動翼8を加熱する。なお,この詳細は後述する。
(2) Preheating Prior to the formation of the partially stabilized zirconia layer, the
(3)部分安定化ジルコニア層の形成
動翼8上へのMCrAlY合金層の形成後,大気プラズマ溶射法等を用いて部分安定化ジルコニア層を形成することができる。大気プラズマ溶射法では,プラズマガン出力20Kwから180Kwの出力制御が可能なガンを用いることで,広範囲な機能の部分安定化ジルコニア層を形成することが可能となる。大気プラズマにより,部分安定化ジルコニア粉末を溶射することで,部分安定化ジルコニア層が形成される。
(3) Formation of Partially Stabilized Zirconia Layer After the MCrAlY alloy layer is formed on the
動翼8の予熱後に,大気プラズマ溶射ガンからのプラズマフレーム(炎)内に部分安定化ジルコニア粉末が供給され,部分安定化ジルコニアの溶射が開始される。このとき,後述の理由から,動翼8の温度を800℃以下とすることが好ましい。
After preheating the
ここで,部分安定化ジルコニア層の気孔率を傾斜させるために,大気プラズマ溶射に用いる部分安定化ジルコニア粉末の粒子径を時間的に切り替える。即ち,粒子径が異なる複数の部分安定化ジルコニアセラミックス粉体を用意しておき,時間と共に溶射に用いる粉体を切り替える。 Here, in order to incline the porosity of the partially stabilized zirconia layer, the particle diameter of the partially stabilized zirconia powder used for atmospheric plasma spraying is switched over time. That is, a plurality of partially stabilized zirconia ceramic powders having different particle diameters are prepared, and the powder used for thermal spraying is switched over time.
通常の部分安定化ジルコニアセラミックス粉末は,平均粒子径が決められ,何種類かの部分安定化ジルコニアセラミックス粉末を準備することが可能である。例えば,MCrAlY合金層と部分安定化ジルコニア層との界面近傍では,平均粒子径45〜75ミクロン,部分安定化ジルコニア層の表面層では20〜40ミクロンの平均粒子径の溶射粉末を用いることができる。
この場合,溶射装置の粉末供給装置のポートを2台以上準備し,目標とする各層の厚さに施工完了したら次々とポートを切り替えて異なった粒子径の部分安定化ジルコニア溶射粉末を供給し,段階的に傾斜する気孔率を有する部分安定化ジルコニア層を形成する。
The average particle diameter of ordinary partially stabilized zirconia ceramic powder is determined, and several types of partially stabilized zirconia ceramic powder can be prepared. For example, thermal spray powder having an average particle diameter of 45 to 75 microns can be used near the interface between the MCrAlY alloy layer and the partially stabilized zirconia layer, and an average particle diameter of 20 to 40 microns can be used for the surface layer of the partially stabilized zirconia layer. .
In this case, prepare two or more ports of the powder supply device of the thermal spraying device, and after completing the construction to the target thickness of each layer, switch the ports one after another to supply partially stabilized zirconia sprayed powder with different particle sizes, A partially stabilized zirconia layer having a graded porosity is formed.
(4)冷却
溶射終了後,部分安定化ジルコニア層が形成された動翼8を冷却する。例えば,圧縮エアー等を吹きつけて,動翼8を急冷することで,部分安定化ジルコニア層中に層方向(縦方向)の亀裂が発生する。なお,冷却速度は,30〜100℃/minが好ましく,さらに好ましくは,30〜60℃/minである。なお,冷却方式は空冷に限られるものではない。
(4) Cooling After the thermal spraying, the moving
(5)熱処理
以上のような部分安定化ジルコニア層の形成後,動翼8の溶体化処理温度あるいは時効処理温度の併用した熱処理を行う。これにより拡散により,MCrAlY合金層と動翼8間での密着性が向上する。また,この熱処理後に圧縮エアー等により急冷することで,部分安定化ジルコニア層内に縦方向の亀裂が追加される。すなわち横割れの発生を低減し,縦割れを多く導入できる。
(5) Heat treatment After the formation of the partially stabilized zirconia layer as described above, a heat treatment using a solution treatment temperature or an aging treatment temperature of the
(予熱の詳細)
以下,予熱の詳細を説明する。
溶射中の温度が750℃以上,800℃以下の範囲とすることが好ましい。このために,予備加熱時の温度を750℃以上とすることが好ましい。溶射中の温度を750℃以下とすると,縦方向の亀裂と同時に横方向の亀裂が発生し,耐はく離寿命が低下する可能性がある。この横方向の亀裂は,部分安定化ジルコニア層の層内を伝播し,MCrAlY合金層と部分安定化ジルコニア層間でのはく離が生じやすくなる。
(Details of preheating)
Details of preheating will be described below.
The temperature during thermal spraying is preferably in the range of 750 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. For this reason, it is preferable that the temperature at the time of preheating shall be 750 degreeC or more. If the temperature during thermal spraying is 750 ° C. or less, there is a possibility that a transverse crack will be generated simultaneously with a longitudinal crack, resulting in a decrease in the peel life. This lateral crack propagates in the partially stabilized zirconia layer, and peeling between the MCrAlY alloy layer and the partially stabilized zirconia layer is likely to occur.
既述のように,縦方向の亀裂を導入するためには,溶射中の温度を750℃以上,800℃以下の範囲することが好ましい。この場合,熱電対12を動翼8に取りつけて施工中の温度を測定し,温度管理することが重要となる。赤外線放射温度計でもそれなりに効果があるが,プラズマフレームや被測定体の放射率が影響することから,熱電対12の使用が好ましい。
As described above, in order to introduce longitudinal cracks, it is preferable to set the temperature during thermal spraying to a range of 750 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. In this case, it is important to control the temperature by attaching the
図4は,溶射ガン1にて被施行品の動翼8を加熱している状態を赤外線サーモグラフィーカメラ14にて測定した実測定状態を示す図である。
溶射ガン1にて動翼8が高温に均一に加熱されている状態が分る。ヒータ6は,動翼8の均一加熱に寄与する。
FIG. 4 is a diagram showing an actual measurement state in which a state in which the moving
It can be seen that the
具体的には,次の(1),(2)の手順で,動翼8を加熱する。
(1)ヒータ6のみによる動翼8の加熱
ヒータ6(例えば,電気炉)により,動翼8を加熱する。動翼8の下部が加熱される。このとき,動翼8に保護蓋9を被せ,動翼8ができるだけ均一に加熱されることが好ましい。また,保護蓋9に内蔵されたヒータによって,動翼8全体が加熱されるようにすることがより好ましい。
Specifically, the moving
(1) Heating of the moving
(2)ヒータ6および溶射ガン1による動翼8の加熱
ヒータ6および溶射ガン1により,動翼8を加熱する。動翼8の下部がヒータ6により加熱され,動翼8の上部(ヒータ6により覆われていない部分)が溶射ガン1(プラズマガン)により加熱される。手順(1)において,動翼8に保護蓋9を被せていた場合,保護蓋9が取り除かれ,回転用モータ2により動翼8が回転される(回転法)。
(2) Heating of the moving
回転法では,次のa)〜d)が同時並行的になされる。
a)ヒータ6による動翼8の下部の加熱
b)溶射ガン1による動翼8の上部の加熱
c)回転用モータ2による動翼8の回転
d)溶射ロボット15による溶射ガン1の移動
In the rotation method, the following a) to d) are performed in parallel.
a) Heating of the lower part of the moving
動翼8の回転および溶射ガン1の移動の併用により,溶射ガン1からのプラズマが動翼8の上部全体に均一に照射される。この結果,ヒータ6による動翼8の下部の加熱と相まって,動翼8の上部が均一な高温状態に保たれる。なお,溶射ガン1からのプラズマ出力が,例えば,500kW以上に設定される。また,動翼8の下部の温度が,例えば,650℃以上となるように,ヒータコントローラ13がヒータ6での加熱を制御する。
By combining the rotation of the moving
図5は,回転法にて動翼8を加熱する場合の溶射ガン1と動翼8の動きを示す図である。動翼8が回転テーブル軸4(Z軸方向の回転軸Sz)で回転される。また,溶射ガン1が回転軸Szに沿う方向(例えば,Z軸に平行なDz方向(上下方向))に繰り返し移動される。即ち,上から下,下から上への移動が繰り返される(一軸方向での繰り返し移動)。
FIG. 5 is a diagram showing the movement of the
このとき,動翼8は同一の向きに回転し続けることができる。例えば,連続的に左回転あるいは右回転することができる。また,動翼8の回転方向が変化しても良い。例えば,一定時間の連続的な左回転,一定時間の連続的な右回転を繰り返しても良い。この場合,回転方向が変化する瞬間は,動翼8の回転が停止すると観念することができるが,このような瞬間的あるいは一時的な回転の停止は許容される。
At this time, the moving
また,図5に示すように,Dz方向の繰り返し移動に加えて,Y方向に平行なDy方向での繰り返し移動をしても良い(二軸方向での繰り返し移動)。動翼8での温度の均一性をより向上できる。この場合,Dy方向での繰り返しの周期Tyが,Dz方向での繰り返しの周期Tzより小さくすることができる。このようにすると,YZ平面上で見ると,溶射ガン1の軌跡は,Z軸方向(上下方向)にジグザグな移動を繰り返すことになる。即ち,溶射ガン1からのプラズマがY方向に幅が実質的に広がる。
Further, as shown in FIG. 5, in addition to the repetitive movement in the Dz direction, repetitive movement in the Dy direction parallel to the Y direction may be performed (repetitive movement in the biaxial direction). The uniformity of temperature at the moving
ここで,溶射ガン1の移動は直線状で無くても良い。例えば,Dz方向を回転軸として,溶射ガン1を回転させても良い。この場合,溶射ガン1の先端は円弧状に移動することになる。
Here, the movement of the
図6は,逐次(インデックス)法にて動翼8を加熱する場合の溶射ガン1と動翼8の動きを示す図である。
逐次(インデックス)法では,動翼8が逐次的に回転される。即ち,動翼8の回転(例えば,数分の一回転),停止が繰り返される。そして,回転用モータ2による動翼8の回転と,溶射ロボット15による溶射ガン1の移動とは,基本的に同時には行われない。即ち,動翼8がステップ的に回転し,その回転の停止時に,溶射ガン1が移動する。例えば,Dx,Dy,Dz方向への移動,Dz方向の回転軸での回転である。
FIG. 6 is a diagram showing the movement of the
In the sequential (index) method, the
動翼8の回転が停止される前に,溶射ガン1の移動が開始されると,瞬間的あるいは一時的には,動翼8の回転と,溶射ガン1の移動が同時に行われることになるが,これは逐次(インデックス)法の範疇に属すると考えられる。
If the movement of the
このような限界的な場合を考えると,回転法と逐次法は,動翼8の回転と溶射ガン1の移動が同時に行われる時間の割合によって区分できる。例えば,溶射ガン1によって動翼8が加熱されている全時間に対して,動翼8の回転と溶射ガン1の移動が同時に行われる時間の割合Rが80%以上であれば,回転法に属し,この割合Rが20%以下であれば,逐次法に属し,この割合Rが20%より大きく,80%より小さければ,これらの中間,即ち,回転法,逐次法のいずれでもないと判定できる。但し,回転法であれば,割合Rが大きい方が好ましい。例えば,割合Rが90%以上,95%以上,99%以上として大きくする方がより好ましい。
Considering such a limit case, the rotation method and the sequential method can be classified according to the ratio of time during which the rotation of the moving
図5では,既述のように,例えば,動翼8を回転テーブル5にて回転させて一方向あるいは正回転,逆回転を連続で繰返し,溶射ガン1を左右方向及び上下方向に連続で移動させる。この結果,常時溶射ガン1のフレームが動翼8の全体を加熱する状態になるため,加熱温度は上昇を続け,一度加熱された動翼8の温度低下は少なく,短時間に加熱が完了する。
In FIG. 5, as described above, for example, the moving
一方,図6では,既述のように,動翼8は逐次停止しながら溶射ガン1のフレームは動翼8の一部分のみ加熱する。この結果,動翼8裏面や溶射ガン1のフレームがあたっていない部位の動翼8温度は低下する。このため,一度低下した動翼8の温度を再度加熱して動翼8の温度を上昇させるため,加熱時間に多大な時間を要する。
On the other hand, in FIG. 6, as described above, the frame of the
基本的に加熱時,溶射ガン1のフレーム炎が動翼8を炙る部位としては,動翼8の表裏面いずれか一方であり,表面を溶射ガン1にて炙っている時には,裏面は溶射ガン1のフレーム炎があたっていないために温度が低下する。そのために,加熱あるいは溶射時に動翼8に対して常時全体に加熱のフレーム炎があたっていると,動翼8の温度低下はほとんど無くなることになる。
Basically, the flame flame of the
図7は,回転法にて動翼8を加熱した場合の溶射ガン1と動翼8の温度状態を赤外線サーモグラフィーカメラ14により測定した熱画像を示す図である。
FIG. 7 is a view showing a thermal image obtained by measuring the temperature state of the
図8は,逐次(インデックス)法にて動翼8を加熱した場合の溶射ガン1と動翼8の温度状態を示した赤外線サーモグラフィーカメラ14により測定した熱画を示す図である。
FIG. 8 is a view showing a thermal image measured by the
回転法にて溶射ガン1で動翼8を加熱した場合の動翼8の温度は,逐次法にて溶射ガン1で動翼8を加熱した場合の動翼8温度より,低い。図7に示されるように,回転法では高温の領域A11が広く,低温の領域A12が狭い。一方,図8に示されるように,逐次法では高温の領域A21が狭く,低温の領域A22が広い。
このように,回転法は動翼8全体に溶射ガン1からのフレームが照射され,逐次法に比べて加熱時間の短縮,加熱温度の高温化等の効果が大きい。
The temperature of the moving
As described above, the rotating method irradiates the entire moving
また,加熱時間が長くなることは,プラズマフレームを発生させるための燃焼ガスを多量に消費することであり,CO2の排出量も増加することである。
すなわち,本発明の回転法にて動翼8を加熱することは,CO2の排出量を削減する大きな効果がある。
Further, the longer heating time means that a large amount of combustion gas for generating the plasma flame is consumed, and the amount of CO 2 emission is also increased.
That is, heating the moving
表1に,逐次法,回転法での加熱の結果を示す。逐次法では,被施行品である動翼8を逐次停止しながら動翼8表面を,溶射ガンを上下方向,左右方向に逐次移動しながら動翼8形状に沿って移動させた。回転法では,動翼8を回転テーブル5を回転させて一方向あるいは正回転,逆回転を連続で繰返し,溶射ガン1を左右方向及び上下方向に連続で移動させた。ここで,プラズマ出力70kw,被施行品である動翼8と溶射ガン1との距離90mm,溶射ガン1の移動ピッチ5mm,溶射ガン1の移動速度500mm/秒の条件を用いた。
表1に示すように,回転法と逐次法(インデックス)では,加熱時間が約3倍異なり,回転法が約1/3で加熱完了できる。
Table 1 shows the results of heating by the sequential method and the rotation method. In the sequential method, the surface of the moving
As shown in Table 1, the rotation method and the sequential method (index) differ in heating time by about three times, and the rotation method can be completed in about 1/3.
(その他の実施形態)
図9は,他の実施形態に係る溶射システムを表す模式図である。ここでは,高周波誘導加熱コイル19,高周波発信装置20により,動翼8を加熱し,所定の温度で溶射ガン1にてプラズマ溶射を開始する。即ち,ヒータ6に替えて,高周波誘導加熱コイル19を用いている。
(Other embodiments)
FIG. 9 is a schematic diagram showing a thermal spraying system according to another embodiment. Here, the moving
プラズマ溶射による動翼8の加熱時間は,溶射ガン1の出力によっても異なるが,溶射ガン1の出力が80kwの場合,およそ10〜20分で750℃に加熱できる。
Although the heating time of the moving
一方,高周波誘導加熱によれば,5〜10分の時間で750℃に加熱できるため,加熱時間の短縮に大きな効果があると共に,CO2の排出削減に効果がある。 On the other hand, high-frequency induction heating can be heated to 750 ° C. in a time of 5 to 10 minutes, so that it has a great effect on shortening the heating time and an effect on reducing CO 2 emission.
プラズマ炎を発生する場合,プラズマ燃焼ガスに窒素ガスやアルゴンガスを用いてプラズマ燃焼フレーム炎を発生させるため,燃焼時に発生するCO2の量は莫大となる。 When a plasma flame is generated, a plasma combustion flame flame is generated using nitrogen gas or argon gas as a plasma combustion gas, so that the amount of CO2 generated during combustion becomes enormous.
一方,電気的に燃焼フレームを発生させない加熱方法は,環境低負荷な技術として優れている。今後,CO2削減に寄与する。 On the other hand, a heating method that does not generate a combustion flame electrically is excellent as a technology with a low environmental load. In the future, it will contribute to CO 2 reduction.
上記実施形態では,金属基体上にMCrAlY合金(M:Ni,Co,Feまたはそれらの元素を組み合わせた合金)層と部分安定化ジルコニア層を形成して成る熱応力緩和遮熱コーティング被覆を形成できる。 In the above embodiment, a thermal stress relaxation thermal barrier coating formed by forming an MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or an alloy thereof) and a partially stabilized zirconia layer on a metal substrate can be formed. .
上記実施形態では,溶射ガン1,回転用モータ2,基礎テーブル3,回転テーブル軸4,回転テーブル5,ヒーター6,マスキング7,動翼8,保護蓋9,ヒーター用スリップリング10,温度測定用スリップリング11,熱電対12,ヒーターコントローラ13,赤外線サーモグラフィーカメラ14,溶射ロボット15,ロボット制御装置16,赤外線サーモグラフィーコントローラ17,温度測定装置18のいずれかまたはその複合で加熱システム(溶射システム)が構成される。
In the above-described embodiment, the
動翼8(被施行品,基体)を第1の加熱手段(ヒータ6等)および第2の加熱手段(プラズマガン等)で加熱できる。
The moving blade 8 (the article to be processed, the substrate) can be heated by the first heating means (
(1)第1の加熱手段としてのヒーター6として,電気炉,帯状巻き付けヒーター,赤外線加熱ヒーター,高周波誘導加熱ヒーターのいずれか1種または2種以上の複合を用いることができる。
(2)高周波誘導加熱ヒーターは,被施行品の周りを非接触でコイル状に巻きつけても良い。
(1) As the
(2) The high-frequency induction heater may be wound around the article to be enforced in a coil shape without contact.
(3)第2の加熱手段として,プラズマガンとしての溶射ガン1を用い,そのプラズマ出力を50kw以上として,動翼8(被施行品,基体)を加熱できる。
(4)第2の加熱手段として,LPGガス燃焼炎,酸素とアセチレンガス混合燃焼炎,高温に加熱された空気,高温に加熱された不活性ガスのいずれか1種または2種以上の複合を用いることができる。
(5)電気炉の炉内温度を650℃以上に自動制御加熱することができる。
(3) As the second heating means, the
(4) As the second heating means, LPG gas combustion flame, oxygen and acetylene gas mixed combustion flame, air heated to high temperature, inert gas heated to high temperature, or a combination of two or more types Can be used.
(5) The furnace temperature of the electric furnace can be automatically controlled and heated to 650 ° C. or higher.
(6)被施行品(動翼8)を回転させるための回転テーブル5に固定し,かつヒーター6も回転テーブルに固定し,被施行品と一緒に回転することができる。
(6) The product to be executed (the moving blade 8) is fixed to the rotary table 5 for rotating, and the
(7)ヒーター6への電源供給は,ヒーター用のスリップリング10を回転テーブル5に取付け,ヒーター6の電源入力部からの電源ケーブルをヒーター用スリップリング10の回転側摺動端子に取付け,この摺動側と静止側摺動端子の接触部の接点を介して静止側外部のヒータコントローラ13から電源を供給することができる。
(8)被施行品を加熱する場合,被施行品の一部に熱対電12を取付け,温度測定用スリップリング11を回転テーブル5に取付け,熱電対12のケーブル端子を温度測定用スリップリング11の回転側摺動端子に取付け,この摺動側と静止側摺動端子の接触部の接点を介して静止側の温度測定機器18に信号を送ることができる。
(7) To supply power to the
(8) When heating a product to be processed, a
この結果,被施行品の予熱時間,加熱時間を短縮し,CO2の排出削減に極めて大きな効果があり,環境低負荷な熱応力緩和遮熱コーティング被覆の製造方法を提供できる。 As a result, pre-heating time of the enforcement products, shorten the heating time, there is a very large effect on the emissions of CO 2, can provide a method for manufacturing environment friendly thermal stress relieving thermal barrier coating covering.
また,被施行品の加熱温度が高く均一に加熱されかつ溶射中の温度低下が無く,予熱,加熱や溶射中の温度が650℃以下で発生する横き裂を防止し,耐はく離寿命と遮熱性能の向上を図ることができ,ガスタービンやジェットエンジンなどの高温の酸化腐食雰囲気で使用する高温部品として好適な熱応力緩和遮熱コーティング部材およびその製造方法を提供できる。 In addition, the heating temperature of the workpieces is high and evenly heated, and there is no temperature drop during spraying. This prevents precracking, lateral cracking that occurs when the temperature during heating and spraying is 650 ° C or less, and prevents the peeling life and shielding. The thermal performance can be improved, and a thermal stress relaxation thermal barrier coating member suitable as a high-temperature component used in a high-temperature oxidative corrosion atmosphere such as a gas turbine or a jet engine, and a method for manufacturing the thermal stress relaxation thermal barrier coating member can be provided.
1…溶射ガン,2…回転用モータ,3…基礎テーブル,4…回転テーブル軸,4a…中心孔,5…回転テーブル,6…ヒーター,7…マスキング,8…動翼,9…保護蓋,10…ヒーター用スリップリング,10a…静止側摺動端子,10b…静止側摺動子,10c…回転側摺動子,10d…回転側摺動端子,11…温度測定用スリップリング,12…熱電対,12a…静止側接続端子,12b…静止側摺動子,12c…回転側摺動子,13…ヒーターコントローラ,13a…電源出力部,13b…電源ケーブル,13c…電源ケーブル,13d…電源入力部,13e…抵抗体,14…赤外線サーモグラフィーカメラ,15…溶射ロボット,16…ロボット制御装置,17…赤外線サーモグラフィーコントローラ,18…温度測定装置,19…高周波誘導加熱コイル,20…高周波発信装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記回転テーブルに配置され,前記基体の第1の部位を加熱する第1の加熱手段と,
前記第1の加熱手段によって加熱される基体が配置される回転テーブルを回転させるモータと,
前記回転の軸に沿った方向に走査され,かつ前記回転される回転テーブル上の前記基体の第2の部位をプラズマまたは炎によって加熱する第2の加熱手段と,
前記第2の加熱手段により加熱された前記第2の部位に部分安定化ジルコニア層を形成するプラズマ溶射ガンと,
を具備する溶射システム。 A turntable on which the substrate is placed;
A first heating means disposed on the turntable for heating a first portion of the base;
A motor for rotating a turntable on which a substrate heated by the first heating means is disposed;
Second heating means that scans in a direction along the axis of rotation and heats a second portion of the substrate on the rotating rotary table by plasma or flame;
A plasma spray gun for forming a partially stabilized zirconia layer on the second portion heated by the second heating means;
A thermal spraying system comprising:
請求項1記載の溶射システム。 The thermal spraying system according to claim 1, wherein the second heating means is the plasma spray gun.
請求項2に記載の溶射システム。 The thermal spray system according to claim 2, wherein the plasma spray gun generates plasma by a mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の溶射システム。 The first heating means is any one of an electric furnace, a belt-like winding heater, an infrared heating heater, a high-frequency induction heating heater, or a combination of two or more.
The thermal spraying system according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の溶射システム。 The thermal spraying system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a control unit that controls the first heating unit so that the first portion of the substrate has a temperature of 650 ° C or higher.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の溶射システム。 A first slider electrically connected to the power source, and a second slider that is rotatably contacted with the first slider and is electrically connected to the first heating means The thermal spraying system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a first slip ring attached to the rotary table.
前記熱電対と電気的に接続される第3の摺動子と,この第3の摺動子と回転可能に接触する第4の摺動子と,を有し,前記回転テーブルに取り付けられる第2のスリップリングと,
前記第4の摺動子と電気的に接続される温度測定器と,
をさらに具備する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の溶射システム。 A thermocouple attached to the substrate;
A third slider that is electrically connected to the thermocouple; and a fourth slider that rotatably contacts the third slider, and is attached to the rotary table. Two slip rings,
A temperature measuring device electrically connected to the fourth slider;
The thermal spraying system according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
前記基体の第1の部位を第1の加熱手段によって加熱しながら,回転させる工程と,
前記回転の軸に沿った方向に第2の加熱手段を走査しながら,前記回転される前記基体の第2の部位をプラズマまたは炎によって加熱する第2の加熱手段と,
前記基体の第2の部位に部分安定化ジルコニア層を形成する工程と,
を具備する溶射方法。 Forming a MCrAlY alloy (M: Ni, Co, Fe or a combination of these elements) layer on at least a part of the substrate;
Rotating the first portion of the substrate while being heated by a first heating means;
Second heating means for heating the second portion of the rotated substrate by plasma or flame while scanning the second heating means in a direction along the axis of rotation;
Forming a partially stabilized zirconia layer on the second portion of the substrate;
A thermal spraying method comprising:
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014237891A (en) * | 2013-06-05 | 2014-12-18 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Deposition method and coated article |
JP2015145515A (en) * | 2014-01-31 | 2015-08-13 | 三菱重工業株式会社 | Film deposition apparatus, film deposition method, high-temperature part, and gas turbine |
CN110144542A (en) * | 2019-06-21 | 2019-08-20 | 南昌航空大学 | A kind of preparation method of supersonic flame spraying system and iron-based amorphous coating |
CN110846640A (en) * | 2018-08-21 | 2020-02-28 | 馗鼎奈米科技股份有限公司 | Plasma coating device |
CN111562189A (en) * | 2020-05-31 | 2020-08-21 | 太原理工大学 | Ultrahigh-temperature gas jet erosion test device for diversion trench material |
KR20220103425A (en) * | 2021-01-15 | 2022-07-22 | 주식회사 그린리소스 | Plasma spray device and method for controlling the same |
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---|---|---|---|---|
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08284604A (en) * | 1995-04-14 | 1996-10-29 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Repairing method of gas turbine blade |
JPH11124663A (en) * | 1997-10-17 | 1999-05-11 | Nakashima:Kk | Glass thermal spraying method for metallic roll and device therefor |
JP2004115846A (en) * | 2002-09-25 | 2004-04-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Automatic thermal spraying system, and automatic thermal spraying method |
JP2004526056A (en) * | 2001-02-14 | 2004-08-26 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | Plasma coating method for turbine blades |
JP2006144061A (en) * | 2004-11-18 | 2006-06-08 | Toshiba Corp | Thermal barrier coating member, and its forming method |
-
2010
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08284604A (en) * | 1995-04-14 | 1996-10-29 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Repairing method of gas turbine blade |
JPH11124663A (en) * | 1997-10-17 | 1999-05-11 | Nakashima:Kk | Glass thermal spraying method for metallic roll and device therefor |
JP2004526056A (en) * | 2001-02-14 | 2004-08-26 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | Plasma coating method for turbine blades |
JP2004115846A (en) * | 2002-09-25 | 2004-04-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Automatic thermal spraying system, and automatic thermal spraying method |
JP2006144061A (en) * | 2004-11-18 | 2006-06-08 | Toshiba Corp | Thermal barrier coating member, and its forming method |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014237891A (en) * | 2013-06-05 | 2014-12-18 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Deposition method and coated article |
JP2015145515A (en) * | 2014-01-31 | 2015-08-13 | 三菱重工業株式会社 | Film deposition apparatus, film deposition method, high-temperature part, and gas turbine |
CN110846640A (en) * | 2018-08-21 | 2020-02-28 | 馗鼎奈米科技股份有限公司 | Plasma coating device |
CN110144542A (en) * | 2019-06-21 | 2019-08-20 | 南昌航空大学 | A kind of preparation method of supersonic flame spraying system and iron-based amorphous coating |
CN110144542B (en) * | 2019-06-21 | 2021-06-15 | 南昌航空大学 | Supersonic flame spraying system and preparation method of iron-based amorphous coating |
CN111562189A (en) * | 2020-05-31 | 2020-08-21 | 太原理工大学 | Ultrahigh-temperature gas jet erosion test device for diversion trench material |
CN111562189B (en) * | 2020-05-31 | 2022-06-28 | 太原理工大学 | Ultrahigh-temperature gas jet erosion test device for diversion trench material |
KR20220103425A (en) * | 2021-01-15 | 2022-07-22 | 주식회사 그린리소스 | Plasma spray device and method for controlling the same |
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