JP2823086B2 - 連結部材およびその連結方法 - Google Patents
連結部材およびその連結方法Info
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- JP2823086B2 JP2823086B2 JP12924390A JP12924390A JP2823086B2 JP 2823086 B2 JP2823086 B2 JP 2823086B2 JP 12924390 A JP12924390 A JP 12924390A JP 12924390 A JP12924390 A JP 12924390A JP 2823086 B2 JP2823086 B2 JP 2823086B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミック部材と金属部材またはセラミッ
ク部材とセラミック部材からなる連結部材およびその連
結方法に関し、特にガスタービンまたは蒸気タービンの
動翼に関するものである。
ク部材とセラミック部材からなる連結部材およびその連
結方法に関し、特にガスタービンまたは蒸気タービンの
動翼に関するものである。
（従来の技術） 陸用、航空機用ガスタービンの性能は、作動媒体であ
る燃焼ガスの温度に依存し、ガス温度が高いほど性能は
向上し、消費される燃料量に対して得られる出力の割合
は大きくなる。このガス温度の向上を図るには、燃焼ガ
スが直接作用するガス通路部、とりわけ大きな遠心力の
作用する動翼を耐熱性に優れたものとする必要がある。
る燃焼ガスの温度に依存し、ガス温度が高いほど性能は
向上し、消費される燃料量に対して得られる出力の割合
は大きくなる。このガス温度の向上を図るには、燃焼ガ
スが直接作用するガス通路部、とりわけ大きな遠心力の
作用する動翼を耐熱性に優れたものとする必要がある。
そこで、従来はこの動翼をNi基超耐熱合金で構成した
うえ、動翼自体あるいは静翼に冷却用空気を導いて動翼
の温度が過度に上昇するのを防止している。しかしなが
ら、このような冷却用空気を流通させて内部冷却を行な
うことは、他方で効率低下の原因ともなることから、ガ
スタービンの性能を一層向上させるにはこの内部冷却を
低減できるように翼の耐用温度を高めることが必要であ
り、かかる視点から近年SiC,Si3N4等のセラミック材料
でガスタービンの翼を構成することが実用化されつつあ
る。このようなセラミックスは金属より格段に高い耐熱
温度を有し、しかも比重が金属の1/2以下と小さいた
め、ガスタービンの動翼として好ましい物性を備えてい
る。
うえ、動翼自体あるいは静翼に冷却用空気を導いて動翼
の温度が過度に上昇するのを防止している。しかしなが
ら、このような冷却用空気を流通させて内部冷却を行な
うことは、他方で効率低下の原因ともなることから、ガ
スタービンの性能を一層向上させるにはこの内部冷却を
低減できるように翼の耐用温度を高めることが必要であ
り、かかる視点から近年SiC,Si3N4等のセラミック材料
でガスタービンの翼を構成することが実用化されつつあ
る。このようなセラミックスは金属より格段に高い耐熱
温度を有し、しかも比重が金属の1/2以下と小さいた
め、ガスタービンの動翼として好ましい物性を備えてい
る。
また、蒸気タービンにおいては、その大容量化に伴い
タービン動翼が大型化、回転速度の高速化が行なわれて
いる。このため、動翼に作用する遠心力が大きくなり、
動翼植込部での破壊を生じる危険性がある。セラミック
スは前述したように金属に比べて比重が小さく、動翼に
発生する遠心力を小さくすることが可能となる。
タービン動翼が大型化、回転速度の高速化が行なわれて
いる。このため、動翼に作用する遠心力が大きくなり、
動翼植込部での破壊を生じる危険性がある。セラミック
スは前述したように金属に比べて比重が小さく、動翼に
発生する遠心力を小さくすることが可能となる。
ところが、セラミックスは金属に比べて靭性が極端に
劣るため、大きな遠心応力が作用する動翼の嵌合部にお
いて、接触部での応力集中や、わずかな擦れによる接触
応力により、本来よりも低荷重で破壊を生じてしまう問
題があった。特に、動翼側あるいは支持するディスク側
の加工において、現状の工業レベルで許容される範囲の
加工誤差などによって翼嵌合部にガタが生じた場合は、
遠心力に基づく偏荷重が作用するため顕著となる問題も
あった。
劣るため、大きな遠心応力が作用する動翼の嵌合部にお
いて、接触部での応力集中や、わずかな擦れによる接触
応力により、本来よりも低荷重で破壊を生じてしまう問
題があった。特に、動翼側あるいは支持するディスク側
の加工において、現状の工業レベルで許容される範囲の
加工誤差などによって翼嵌合部にガタが生じた場合は、
遠心力に基づく偏荷重が作用するため顕著となる問題も
あった。
（発明が解決しようとする課題） これらの問題を解消するため、従来、嵌合部に軟質金
属層を形成して応力集中を緩和する方法が試みられてい
る。軟質金属としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケ
ル、クロム、モリブデンなどの金属や白金、金、ロジウ
ム等の貴金属が一般的である。また、本出願人の出願に
よる特開昭63−315585号公報には金属層のほか、金属と
セラミックスとの複合被覆層を形成して、応力集中を緩
和する技術が開示されている。
属層を形成して応力集中を緩和する方法が試みられてい
る。軟質金属としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケ
ル、クロム、モリブデンなどの金属や白金、金、ロジウ
ム等の貴金属が一般的である。また、本出願人の出願に
よる特開昭63−315585号公報には金属層のほか、金属と
セラミックスとの複合被覆層を形成して、応力集中を緩
和する技術が開示されている。
しかしながら、軟質金属層としてアルミニウム、銅、
鉄等を使用した場合には、金属の融点が低いため使用温
度において変形量が大きすぎて十分な効果が得られない
問題があった。また、金属は使用雰囲気における金属層
の酸化およびブレード材との反応による劣化が生じて、
十分な効果が得られない問題もあった。さらに、耐酸化
性の良好な貴金属を使用する場合には、材料が非常に高
価であるとともに、蒸気圧が低いため化学蒸着法（CVD
法）、物理蒸着法（PVD法）等により被覆に十分な厚み
を与えることが困難な問題もあった。
鉄等を使用した場合には、金属の融点が低いため使用温
度において変形量が大きすぎて十分な効果が得られない
問題があった。また、金属は使用雰囲気における金属層
の酸化およびブレード材との反応による劣化が生じて、
十分な効果が得られない問題もあった。さらに、耐酸化
性の良好な貴金属を使用する場合には、材料が非常に高
価であるとともに、蒸気圧が低いため化学蒸着法（CVD
法）、物理蒸着法（PVD法）等により被覆に十分な厚み
を与えることが困難な問題もあった。
また、特開昭63−315585号公報において開示された金
属とセラミックスとの複合被覆層でも、上述した金属層
の問題があるとともに、使用するセラミックスの材料に
よっては、複合被覆層の耐衝撃性が不足する問題もあっ
た。
属とセラミックスとの複合被覆層でも、上述した金属層
の問題があるとともに、使用するセラミックスの材料に
よっては、複合被覆層の耐衝撃性が不足する問題もあっ
た。
本発明の目的は上述した課題を解消して、安価かつ簡
単に耐熱性および高強度を得ることができるセラミック
ス／金属またはセラミックス／セラミックスからなる連
結部材およびその連結方法を提供しようとするものであ
る。
単に耐熱性および高強度を得ることができるセラミック
ス／金属またはセラミックス／セラミックスからなる連
結部材およびその連結方法を提供しようとするものであ
る。
（課題を解決するための手段） 本発明の連結部材は、嵌合により連結されたセラミッ
ク部材と金属部材またはセラミック部材とセラミック部
材からなる連結部材であって、嵌合部での接触部位の少
なくとも一方に、チタン系炭化物またはチタン系窒化物
からなるセラミック被覆層を設け、両者を嵌合させたこ
とを特徴とするものである。
ク部材と金属部材またはセラミック部材とセラミック部
材からなる連結部材であって、嵌合部での接触部位の少
なくとも一方に、チタン系炭化物またはチタン系窒化物
からなるセラミック被覆層を設け、両者を嵌合させたこ
とを特徴とするものである。
本発明の連結部材の連結方法は、嵌合により連結され
たセラミック部材と金属部材またはセラミック部材とセ
ラミック部材からなる連結部材の連結方法において、嵌
合部での接触部位の少なくとも一方に、チタン系炭化物
またはチタン系窒化物からなるセラミック被覆層を化学
蒸着法により設けた後、嵌合することを特徴とするもの
である。
たセラミック部材と金属部材またはセラミック部材とセ
ラミック部材からなる連結部材の連結方法において、嵌
合部での接触部位の少なくとも一方に、チタン系炭化物
またはチタン系窒化物からなるセラミック被覆層を化学
蒸着法により設けた後、嵌合することを特徴とするもの
である。
（作 用） 上述した構造において、連結部材の嵌合部の少なくと
も一方に、チタン系炭化物またはチタン系窒化物からな
るセラミック被覆層を設けることにより、セラミック材
料を使用することで耐熱性、耐酸化性および低廉性を達
成できるとともに、セラミック材料の中でも比較的延性
の高いチタン系炭化物またはチタン系窒化物を使用する
ことで、耐応力性、耐衝撃性を改善している。
も一方に、チタン系炭化物またはチタン系窒化物からな
るセラミック被覆層を設けることにより、セラミック材
料を使用することで耐熱性、耐酸化性および低廉性を達
成できるとともに、セラミック材料の中でも比較的延性
の高いチタン系炭化物またはチタン系窒化物を使用する
ことで、耐応力性、耐衝撃性を改善している。
嵌合部で生じる応力は接触による圧縮応力と部材の微
動による摩擦力が考えられ、圧縮応力の緩和には延性に
よる変形が、摩擦力に対しては耐摩耗性が要求される。
また翼の微動により前記応力がくり返し発生するため、
発生応力下での疲労特性も重要となる。チタン系窒化物
および炭化物は前述のように延性を有するとともに、耐
摩耗性を有している。特に接触部表面では微小領域で酸
化チタンが生成し、耐摩耗性の向上に寄与していると考
えられる。
動による摩擦力が考えられ、圧縮応力の緩和には延性に
よる変形が、摩擦力に対しては耐摩耗性が要求される。
また翼の微動により前記応力がくり返し発生するため、
発生応力下での疲労特性も重要となる。チタン系窒化物
および炭化物は前述のように延性を有するとともに、耐
摩耗性を有している。特に接触部表面では微小領域で酸
化チタンが生成し、耐摩耗性の向上に寄与していると考
えられる。
ここで、セラミック被覆層のうち、チタン系炭化物と
してはTiCが、チタン系窒化物としてはTiN,TiAlN,TiAlZ
rNがそれぞれ好適に使用できる。
してはTiCが、チタン系窒化物としてはTiN,TiAlN,TiAlZ
rNがそれぞれ好適に使用できる。
また、本発明の連結方法では、所定のセラミック被覆
層を化学蒸着法（CVD法）により形成しているため、基
板である動翼と被覆層の密着性がPVD、溶射法に比べ良
好であり、接触部でのくり返し応力下でもはく離を生じ
ず、十分な特性を得ることができる。
層を化学蒸着法（CVD法）により形成しているため、基
板である動翼と被覆層の密着性がPVD、溶射法に比べ良
好であり、接触部でのくり返し応力下でもはく離を生じ
ず、十分な特性を得ることができる。
（実施例） 第１図および第２図はそれぞれ本発明の連結部材の一
例として、ガスタービンの動翼およびセラミックタイル
組立体に本発明を応用した例を示す。第１図に示すガス
タービンの動翼の例では、ガスタービンの金属製ディス
ク部１に接触する好ましくはSi3N4,SiCからなるセラミ
ック製動翼２のルート部３に、本発明のチタン系炭化物
またはチタン系窒化物からなるセラミック被覆層４を施
した例を示している。本実施例では、ルート部３と金属
製ディスク部１とが接触しても、ルート部３に施した延
性、耐酸化性、耐食性に優れたセラミック被覆層４によ
り、接触による集中荷重は緩和されてルート部３への応
力集中は生じない。第２図は裏面側に突出部12aを有す
るセラミックタイル12の表面を平面となるよう施工した
例を示し、セラミックタイル12の突出部12aを金属治具1
1の受部11aに嵌合するにあたり、金属治具11の受部11a
にチタン系炭化物またはチタン系窒化物からなるセラミ
ック被覆層13を設けている。
例として、ガスタービンの動翼およびセラミックタイル
組立体に本発明を応用した例を示す。第１図に示すガス
タービンの動翼の例では、ガスタービンの金属製ディス
ク部１に接触する好ましくはSi3N4,SiCからなるセラミ
ック製動翼２のルート部３に、本発明のチタン系炭化物
またはチタン系窒化物からなるセラミック被覆層４を施
した例を示している。本実施例では、ルート部３と金属
製ディスク部１とが接触しても、ルート部３に施した延
性、耐酸化性、耐食性に優れたセラミック被覆層４によ
り、接触による集中荷重は緩和されてルート部３への応
力集中は生じない。第２図は裏面側に突出部12aを有す
るセラミックタイル12の表面を平面となるよう施工した
例を示し、セラミックタイル12の突出部12aを金属治具1
1の受部11aに嵌合するにあたり、金属治具11の受部11a
にチタン系炭化物またはチタン系窒化物からなるセラミ
ック被覆層13を設けている。
上述した構造の嵌合により連結されたセラミック部材
と金属部材からなる連結部材を連結するには、嵌合部で
の接触部位の少なくとも一方、上述した実施例ではセラ
ミック部材側に、チタン系炭化物またはチタン系窒化物
からなるセラミック被覆層を化学蒸着法により設けた
後、嵌合する必要がある。
と金属部材からなる連結部材を連結するには、嵌合部で
の接触部位の少なくとも一方、上述した実施例ではセラ
ミック部材側に、チタン系炭化物またはチタン系窒化物
からなるセラミック被覆層を化学蒸着法により設けた
後、嵌合する必要がある。
以下、実際の例について説明する。
実施例 本発明の表面被覆連結部材の効果を確認するため、窒
化珪素焼結体に減圧熱CVD装置を用いて第１表に示す種
々の表面被覆層を形成し、模擬的な試験により評価を行
なった。
化珪素焼結体に減圧熱CVD装置を用いて第１表に示す種
々の表面被覆層を形成し、模擬的な試験により評価を行
なった。
まず、CVD被覆層の合成は次の原料を使用し、温度800
〜1000℃、圧力７〜60kPaの範囲で行ない、それぞれ第
１表に示す１〜５μｍの厚さの表面被覆層を形成した。
原料は、被覆層が、TiNの場合はTiCl4＋N2＋H2,TiCの場
合はTiCl4＋CH4＋H2,Al2O3およびTiB2の場合はAlCl3,BC
l3,CO2等のガスを用いた。
〜1000℃、圧力７〜60kPaの範囲で行ない、それぞれ第
１表に示す１〜５μｍの厚さの表面被覆層を形成した。
原料は、被覆層が、TiNの場合はTiCl4＋N2＋H2,TiCの場
合はTiCl4＋CH4＋H2,Al2O3およびTiB2の場合はAlCl3,BC
l3,CO2等のガスを用いた。
接触応力の緩和効果の評価として、第３図に示した状
態で評価試験を実施した。すなわち、上述して得た種々
の被覆層を有する40×４×4mmの試験片21または比較例
として未被覆で同じ形状の試験片21を、その被覆層が表
面となるよう第３図に示すようターンテーブル22中に設
置し、この状態で試験片21に窒化珪素製のピン23を押し
付け、一定速度でピン23に荷重を増加するとともにター
ンテーブル22を回転させてピン23を滑らせて、被覆層に
クラックが発生する荷重を測定した。クラックの発生
は、ターンテーブル22に取り付けたAEセンサ24で検出し
た。この評価試験では、クラックの発生荷重が大きいほ
ど接触応力に対する抵抗性があり、嵌合部への適用に好
適な材料であることがわかる。結果を第１表に示す。
態で評価試験を実施した。すなわち、上述して得た種々
の被覆層を有する40×４×4mmの試験片21または比較例
として未被覆で同じ形状の試験片21を、その被覆層が表
面となるよう第３図に示すようターンテーブル22中に設
置し、この状態で試験片21に窒化珪素製のピン23を押し
付け、一定速度でピン23に荷重を増加するとともにター
ンテーブル22を回転させてピン23を滑らせて、被覆層に
クラックが発生する荷重を測定した。クラックの発生
は、ターンテーブル22に取り付けたAEセンサ24で検出し
た。この評価試験では、クラックの発生荷重が大きいほ
ど接触応力に対する抵抗性があり、嵌合部への適用に好
適な材料であることがわかる。結果を第１表に示す。
第１表から明らかなように、TiNおよびTiC被覆におい
て基材よりもクラック発生荷重が増加しており、接触応
力が緩和されていることがわかる。
て基材よりもクラック発生荷重が増加しており、接触応
力が緩和されていることがわかる。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明の連結部材お
よびその連結方法によれば、嵌合部のいずれか一方に所
定組成のセラミック被覆層を設けているため、接触部で
の耐久性を改善することが可能であり、連結部を有する
部材の信頼性を向上することができ、ガスタービンブレ
ード等の構造部材に好適に適用できる。
よびその連結方法によれば、嵌合部のいずれか一方に所
定組成のセラミック被覆層を設けているため、接触部で
の耐久性を改善することが可能であり、連結部を有する
部材の信頼性を向上することができ、ガスタービンブレ
ード等の構造部材に好適に適用できる。
第１図および第２図はそれぞれ本発明の連結部材の一例
として、ガスタービンの動翼およびセラミックタイル組
立体に応用した例を示す図、 第３図は本発明の評価試験を実施する状態を示す図であ
る。 １……金属製ディスク部、２……セラミック製動翼 ３……ルート部、４……セラミック被覆層 11……金属治具、11a……受部 12……セラミックタイル、12a……突出部 13……セラミック被覆層、21……試験片 22……ターンテーブル、23……ピン 24……AEセンサ
として、ガスタービンの動翼およびセラミックタイル組
立体に応用した例を示す図、 第３図は本発明の評価試験を実施する状態を示す図であ
る。 １……金属製ディスク部、２……セラミック製動翼 ３……ルート部、４……セラミック被覆層 11……金属治具、11a……受部 12……セラミックタイル、12a……突出部 13……セラミック被覆層、21……試験片 22……ターンテーブル、23……ピン 24……AEセンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−131874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−204677（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−200872（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−282162（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 37/00 C04B 37/02
Claims (3)
- 【請求項１】嵌合により連結されたセラミック部材と金
属部材またはセラミック部材とセラミック部材からなる
連結部材であって、嵌合部での接触部位の少なくとも一
方に、チタン系炭化物またはチタン系窒化物からなるセ
ラミック被覆層を設け、両者を嵌合させたことを特徴と
する連結部材。 - 【請求項２】前記セラミック部材が、窒化珪素焼結体ま
たは炭化珪素焼結体である請求項１記載の連結部材。 - 【請求項３】嵌合により連結されたセラミック部材と金
属部材またはセラミック部材とセラミック部材からなる
連結部材の連結方法において、嵌合部での接触部位の少
なくとも一方に、チタン系炭化物またはチタン系窒化物
からなるセラミック被覆層を化学蒸着法により設けた
後、嵌合することを特徴とする連結部材の連結方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12924390A JP2823086B2 (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | 連結部材およびその連結方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12924390A JP2823086B2 (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | 連結部材およびその連結方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0426566A JPH0426566A (ja) | 1992-01-29 |
| JP2823086B2 true JP2823086B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=15004737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12924390A Expired - Fee Related JP2823086B2 (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | 連結部材およびその連結方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2823086B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11009339B2 (en) | 2018-08-23 | 2021-05-18 | Applied Materials, Inc. | Measurement of thickness of thermal barrier coatings using 3D imaging and surface subtraction methods for objects with complex geometries |
| US11015252B2 (en) | 2018-04-27 | 2021-05-25 | Applied Materials, Inc. | Protection of components from corrosion |
| WO2021101648A1 (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-27 | Applied Materials, Inc. | Methods for depositing protective coatings on turbine blades and other aerospace components |
| US11028480B2 (en) | 2018-03-19 | 2021-06-08 | Applied Materials, Inc. | Methods of protecting metallic components against corrosion using chromium-containing thin films |
| US11466364B2 (en) | 2019-09-06 | 2022-10-11 | Applied Materials, Inc. | Methods for forming protective coatings containing crystallized aluminum oxide |
| US11697879B2 (en) | 2019-06-14 | 2023-07-11 | Applied Materials, Inc. | Methods for depositing sacrificial coatings on aerospace components |
| US11732353B2 (en) | 2019-04-26 | 2023-08-22 | Applied Materials, Inc. | Methods of protecting aerospace components against corrosion and oxidation |
| US11739429B2 (en) | 2020-07-03 | 2023-08-29 | Applied Materials, Inc. | Methods for refurbishing aerospace components |
| US11794382B2 (en) | 2019-05-16 | 2023-10-24 | Applied Materials, Inc. | Methods for depositing anti-coking protective coatings on aerospace components |
-
1990
- 1990-05-21 JP JP12924390A patent/JP2823086B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US11753727B2 (en) | 2018-04-27 | 2023-09-12 | Applied Materials, Inc. | Protection of components from corrosion |
| US11761094B2 (en) | 2018-04-27 | 2023-09-19 | Applied Materials, Inc. | Protection of components from corrosion |
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| US11732353B2 (en) | 2019-04-26 | 2023-08-22 | Applied Materials, Inc. | Methods of protecting aerospace components against corrosion and oxidation |
| US11794382B2 (en) | 2019-05-16 | 2023-10-24 | Applied Materials, Inc. | Methods for depositing anti-coking protective coatings on aerospace components |
| US11697879B2 (en) | 2019-06-14 | 2023-07-11 | Applied Materials, Inc. | Methods for depositing sacrificial coatings on aerospace components |
| US11466364B2 (en) | 2019-09-06 | 2022-10-11 | Applied Materials, Inc. | Methods for forming protective coatings containing crystallized aluminum oxide |
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| EP4062035A4 (en) * | 2019-11-21 | 2023-12-27 | Applied Materials, Inc. | METHODS FOR DEPOSITING PROTECTIVE COATINGS ON TURBINE BLADES AND OTHER AEROSPACE COMPONENTS |
| US11739429B2 (en) | 2020-07-03 | 2023-08-29 | Applied Materials, Inc. | Methods for refurbishing aerospace components |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0426566A (ja) | 1992-01-29 |
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