JP3651710B2

JP3651710B2 - Chemical vapor deposition aluminized film forming method for gas turbine blade

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Publication number: JP3651710B2
Application number: JP00319796A
Authority: JP
Inventors: 正弘齋藤; 雅士高橋; 義康伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2016-01-11
Also published as: JPH09195049A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン翼の冷却孔または外表面に対する耐食または耐酸化性コーティングの形成技術に係り、特にハロゲン化アルミニウムの不均化反応を利用して化学蒸着法を行うガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発電用ガスタービンがエネルギー資源の有効利用の点から注目されており、そのガスタービンの高効率化の研究開発が積極的に行われている。ガスタービンにおいては、燃焼器出口ガス温度が高いほど発電効率が上昇するため、ガスタービン入口温度の高温化が推進されている。
【０００３】
しかしながら、燃料からの腐食成分や流入空気からの海塩腐食粒子等の混入によって著しい高温腐食や高温酸化の可能性があり、ガスタービンを構成する高温機器や部品の材料、特にガスタービン動翼ならびにガスタービン静翼の材料にとっては、極めて過酷な環境となっている。
【０００４】
したがって、ガスタービンの構成部品には耐熱性向上は勿論のこと、燃焼ガスへの耐食性、耐酸化性向上も併せて要求される。このような過酷な環境下では、動翼材料や静翼材料として一般に使用されるＮｉ基、あるいはＣｏ基の耐熱超合金鋼等の基材のみで対応するには限界に達しており、高温耐食コーティングに関する研究が併せて行われている。
【０００５】
図６は、ガスタービン翼１に作用する各種要因、すなわちガスタービン翼１が受ける各種の負荷等について、環境状況を模式的に示した図である。タービン入口温度が１３００℃を越える現在、ガスタービン翼１には冷却孔２が必須条件として形成されており、この冷却孔２には冷却媒体として空気、液体、ガスまたは蒸気等が流通される。
【０００６】
ところが、この冷却孔２への冷却媒体の供給によってガスタービン翼１には燃焼ガス温度との差による大きな熱応力が翼長さ方向ａに生じるとともに、さらに同方向ａには回転による遠心力が重畳される。
【０００７】
また、同時に矢印ｂで示すように、外部から翼外表面に向かって、高温酸化、硫化腐食または燃焼灰によるエロージョンなどの影響が及ぶものであり、これらが大きい問題となっている。一般に、前者の熱応力や遠心力は、高温強度に優れたガスタービン翼１の超合金基材部分３で受け持ち、後者の高温酸化、硫化腐食、エロージョン等は、翼表面の高温耐食コーティング被膜４で分担させることが考えられている。
【０００８】
従来の公知技術としては、例えば特開昭５９−６３３０３号（被覆超合金ガスタービン部品）、または特開昭５３−１１２２３４号（溶射被覆超合金製品と製法）などがある。これらの技術において、ガスタービン部品、特にガスタービン翼１の耐食コーティング技術は、ＭＣｒＡｌＹ（ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはそれらの複合材料等）の合金を、減圧プラズマ溶射、高速爆発溶射、真空蒸着、スパッタリングなどの物理的蒸着法（ＰＶＣ；Physical lVapor Deposition）を適用してコーティングされている。特に現在では、多種の合金被膜を形成できる点から減圧プラズマ溶射法が多用されている。減圧プラズマ溶射法では、従来の大気中プラズマ溶射と比べて不活性ガス減圧下での溶射施工が可能であり、溶射材料の酸化や窒化が防止でき、予定通りの清浄な被膜を形成することができる。
【０００９】
また、減圧プラズマ溶射、高速爆発溶射、真空蒸着、スパッタリング等の物理的蒸着法によりコーティングされたＭＣｒＡｌＹ合金被膜表面に、さらにＡｌパック法等によってアルミニウムの耐食および耐酸化コーティングを施し、よりー層の耐食および耐酸化性の向上を図ることも行われている。
【００１０】
Ａｌパック法は例えば図７に示すように、被処理品５をＡｌパック粉末６（被覆剤としてのアルミニウムまたはその合金と、キャリアあるいは活性剤としてのハロゲン化アンモニウムあるいはハロゲン化アルカリ金属等と、Ａｌ２０３のような不活性充填剤とを混合した粉末）中に埋没し、Ａｒガス等をキャリアガス７として、非酸化性雰囲気中にて１０００℃以上に加熱保持することによりアルミニウムを被処理品５に拡散浸透させ、ＮｉＡｌやＣｏＡｌなどの金属間化合物を形成する方法である。この化合物が高温域において酸素と結合し、Ａｌ2 Ｏ3 等の保護被膜を生成し、耐食および耐酸化性を向上させる。このＮｉＡｌやＣｏＡｌ等の金属間化合物の形成層の厚さは、処理時の保持時間および処理温度によって制御できる。また、ハロゲン化物は、アルミニウム源から被処理品５へのＡｌ移行を容易にするキャリアあるいは活性剤として作用している。このようなＡｌパック法を示す公知文献としては、例えば特公昭５９−３４２３０号、特公昭６１−１００３４号等がある。
【００１１】
ところで、タービン入口温度が１３００℃を越えるガスタービンにおいては、ガスタービン翼の使用中の温度を下げるために、ガスタービン翼内部に冷却孔を設け、この冷却孔に冷却媒体を流入させて冷却を行っている。
【００１２】
図８は、このようなガスタービン翼１内部の冷却孔２の形状を示している。この図８に示すように、冷却孔２は翼植込み部１ａ側から翼先端１ｂ側に向かって伸びた後、翼前縁部１ｃおよび翼後縁部１ｄ側で蛇行した複雑な形状の空洞となっており、冷却空気８は翼植込み部１ａ側から冷却孔２内に供給されて、翼先端１ｂおよび翼後縁部１ｄから排出されるようになっている。この冷却孔２の内表面に耐食および耐酸化性コーティングを施すことが望まれるが、コーティングに際しては種々の問題がある。
【００１３】
例えば、前述したＡｌパック法によってガスタービン翼１の冷却孔２の内表面にアルミニウムをコーティングしようとする場合、冷却孔２が単純形状であれば適用も可能であるが、ガスタービン翼１の冷却孔２が細孔で複雑形状の空洞となっているため、Ａｌパック粉末を充填することが困難である。
【００１４】
また、Ａｌパック法では、パック粉末剤中から被覆原料が供給されることから、目的のコーティング膜厚を得ようとした場合には、それに応じた量のパック粉末剤を必要とする。しかし、冷却孔２は細孔で複雑形状であるため、充填できるパック粉末剤の量は制限され、予定したコーティング膜厚を得ることができないばかりでなく、処理後は固化したパック粉末剤を完全に除去することができない等の問題がある。
【００１５】
このようなことから、ガスタービン翼１の冷却孔２のＡｌコーティングには、３価のハロゲン化アルミニウムの不均化反応を利用した化学蒸着法（ＣＶＤ：
Chemical Vapor Deposition) によりコーティングする方法が適用されている。
【００１６】
図９は、この化学蒸着法を実施するための従来技術を模式的に示したものである。すなわち化学蒸着法では、外部電気炉９で高温に加熱した反応容器１０内にガスタービン翼１を配置し、この反応容器１０内を減圧雰囲気にして、Η2 ガス１１、ＡｌＣｌガス１２およびΗＣｌガス１３等の反応ガスを供給し、被処理品であるガスタービン翼１に吹付け、その表面に金属間化合物を析出させるものである。
【００１７】
しかし、−般的にＡｌＣｌガスとＨ2 ガスとの還元作用によりアルミニウムを析出させようとすると、熱力学的な反応の自由エネルギーによって１０００℃以上の高い処理温度と長時間の処理時間を必要とする。したがって、被処理品は熱によるダメージを受けやすく、材料強度低下や製品の性能低下が起こるため、処理後の熱処理を必要とするなど、種々の問題がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ガスタービン翼１の冷却孔２が細孔で複雑形状であるため、従来のいずれの方法においても、急激なガス流速の変化、圧力の変動および反応生成ガスの逆拡散等によって、冷却孔２の内面にＡｌ被膜を均一にコーティングすることが困難である。
【００１９】
また、ガスタービン翼１の冷却空気流入側（翼植込み部１ａ側）からＡｌＣｌガスを流入するために、ＡｌＣｌガスの入口近傍の冷却孔２の内表面ではコーティング膜厚が厚く、中間部や冷却空気排出側（トレーリングエッジ部側）のＡｌＣｌガス出口近傍における膜厚が薄くなる。つまり、冷却空気流入側ではΑｌＣｌガスの濃度が高いためにＮｉＡｌなどの金属間化合物被膜が厚くなり、冷却孔２の内面を通過することにより、Ａｌが奪われて中間部や冷却空気排出側に到達したΑｌＣｌガスの反応ガスは、Ａｌガス濃度が極めて低下した３価のハロゲン化アルミニウムのΑｌＣｌ3 ガスとなる。このような低濃度状態のΑｌＣｌガスを冷却孔２に供給しても、金属間化合物被膜の形成速度は遅く、膜厚が薄くなる。
【００２０】
また、実稼働中のガスタービン翼１の表面温度は、冷却孔２の冷却空気流入側（翼植込み部１ａ側）では低温となり、冷却孔２の翼前縁部１ｃ（リーディングエッジ部）や冷却空気排出側（翼後縁部１ｄ側）では高温となる。したがって、高温になる翼前縁部１ｃ側や翼後縁部１ｄ側では金属間化合物の膜厚が薄いために、高温腐食および高温酸化が生じやすくなっていた。
【００２１】
また、ガスタービン翼１の冷却空気流入側からＡｌＣｌガスを流入した場合には、冷却空気排出側の出口付近では容積が急激に増大するため、急激なガス流速の変化や圧力変動が生じ、ΑｌＣｌガスの反応ガスの逆拡散等によって、冷却孔２の内面にＮｉＡｌの金属間化合物被膜を均一にコーティングすることが困難である。このため、冷却空気排出側の出口付近にガス流速を制御する特別な治具を用いていた。
【００２２】
さらに、図１０に示すように、冷却孔２のリターンフロー部２ａでは反応ガス１１，１２，１３の流速が減速しやすく、金属間化合物１４の膜厚が厚くなって冷却空気の流量低下が生じ、冷却効率が著しく低下する等の大きな問題があった。一方、減圧プラズマ溶射、高速爆発溶射、真空蒸着、スパッタリングなどの物理的蒸着法によりコーティングされたＭＣｒＡｌＹ合金被膜表面に、Ａｌパック法による耐食および耐酸化コーティングを施し、さらに耐食性、耐酸化性等の向上を図った場合においては、１０００℃以上の高温で加熱処理するために処理品が熱ダメージを受けやすく、材料の強度低下が生じやすく、できるだけ低温で処理することが望まれていた。
【００２３】
さらに、ガスタービン翼１の外表面のＡｌパック処理の後に、冷却孔２の化学蒸着によるＡｌコーティングを行う場合には、Ａｌパック法により１０００℃以上の高温にてＡｌナイジングを行っていた。また、ガスタービン翼１の冷却孔２の内表面は、Ａｌパック法による外表面のＡｌナイジング後、外表面をマスキングしたり、外表面に反応ガスが供給されないようにして、化学蒸着により９００℃以下の低温でＡｌナイジングを行っていた。しかしながら、冷却孔２の化学蒸着によるＡｌコーティングに際しては、ガスタービン翼１の外表面のマスキングが難しく、ΑｌＣｌガス２ｂの反応ガスが外表面に漏れ、Ａｌパック後の被膜と反応し、Αｌパックで得られた正常なコーティング膜を阻害する等の問題があった。
【００２４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、低い処理温度にて化学蒸着法によるＡｌコーティングを行うことができ、ガスタービン翼冷却孔内面の耐食性および耐酸化性を向上させるとともに、Αｌパック法の処理工程を廃止し、ガスタービン翼が熱ダメージを受けにくく、材料の強度低下や性能低下が起こり難い最適温度で処理できるガスタービン翼の化学蒸着アルミナイド被膜形成方法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、アルミニウムを主体とする金属原料を原料気化器内に収容して加熱するとともに、その原料気化器に塩素系ガスを流入してＡｌＣｌ3 ガスを生成させ、この生成したΑｌＣｌ3 ガスを、外部電気炉で高温に加熱した反応容器内に配置した溶湯器内のアルミニウム溶湯に減圧雰囲気中で吹き掛けて反応させることによりＡｌＣｌガスを生成させ、ΑｌＣｌ3 ガスおよびΑｌＣｌガスを反応容器内に設置した被処理品としてのガスタービン翼の冷却孔に供給して、その冷却孔の内面に不均化反応による化学蒸着を行わせるガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法であって、前記ガスタービン翼の冷却孔へのΑｌＣｌ3 ガスおよびΑｌＣｌガスの供給を、その冷却孔の冷却媒体排出側から行うとともに、当該ガスの排出を、ガスタービン翼の冷却媒体流入側から行うことを特徴とする。
【００２６】
上記の方法によると、ガスタービン翼の冷却空気排出側からΑＩＣｌ_３ガスおよびＡｌＣｌガス等の反応ガスを供給し、ガスタービン翼の冷却空気流入側から反応ガスを排出することで、ガスタービン翼の表面温度が高く、特に高温腐食、高温酸化の環境にある冷却孔の冷却空気排出側（トレーリングエッジ部）のＡｌコーティング膜厚を厚くし、かつ、ガスタービン翼の表面温度が比較的低く、高温腐食、高温酸化の問題が少ない冷却空気流入側（翼植込み部側）のＡｌコーティング膜厚を薄くすることができる。すなわち、アルミニウムの低次塩化物であるＡｌＣｌを作成して化学蒸着を行う方法を用いることにより、アルミニウムの化学蒸着の低温化を可能にし、例えば被処理品表面にアルミニウムを７００℃の低温でコーティングすることができる。
【００２７】
請求項２の発明は、請求項１記載のガスタービン翼の冷却孔内面への化学蒸着アルミナイズド被膜形成と同時に、ガスタービン翼の外表面への化学蒸着アルミナイズド被膜形成を行うことを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、ガスタービン翼の冷却孔内表面と外表面の内外面を同時に化学蒸着処理することで、ガスタービン翼の外表面のＡｌパック処理工程を廃止するとともに、Αｌパックよりも低い処理温度で、ガスタービン翼の外表面のＡｌナイジングが行える。
【００２９】
請求項３の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、ΑｌＣｌ3 ガスおよびΑｌＣｌガスのガスタービン翼への供給は、反応容器内に独立的に設けた反応ガス供給ラインを使用して行うことを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、反応容器内で被処理品に供給する反応ガスの供給ラインを、反応容器と独立したガスラインとすることで、ガスタービン翼の冷却孔内表面と外表面のＡｌ濃度を低下させることなく、Ａｌナイジングが行える。
【００３１】
請求項４の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、化学蒸着が完了したガスタービン翼を反応容器に挿入したままで、後の熱処理を行うことを特徴とする。
【００３２】
本発明によれば、化学蒸着が完了した被処理品を反応容器に挿入したまま熱処理を行うことで、製品の一連の製作時間が短縮するとともに、処理設備への過大な投資が不要となる。
【００３３】
請求項５の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、加熱した原料気化器に充填する金属原料として、アルミニウム金属または合金の溶融粉砕粉、ペレット、切削機切粉のいずれかを用いることを特徴とする。
【００３４】
本発明によれば、加熱した原料気化器に充填するアルミニウムまたはその合金として、溶融粉砕粉、ペレット、旋盤等のバイトにより切出した切粉のいずれかを用いることで、反応ガス生成の反応率を高めることができる。
【００３５】
請求項６の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、外部電気炉によって高温に加熱した反応容器内でアルミニウム溶湯を収容する溶湯器は、さらに内部電気炉で全周を均熱加熱することを特徴とする。
【００３６】
本発明によれば、外部電気炉にて高温に加熱した反応容器内に配置したアルミニウム溶湯を入れた溶湯器を、内部電気炉で全周を均熱加熱したことで、被処理品に供給するＡｌＣｌガス濃度を高めることができる。
【００３７】
請求項７の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、高温に加熱した反応容器内にＨＣｌガスまたはＨ2 ガスを直接流入することを特徴とする。
【００３８】
本発明によれば、高温に加熱した反応容器内にＨＣｌ、Η２ガスを直接流入して化学蒸着を行うことで、ＡｌＣｌ3 ガスを生成する原料気化器を廃止することができる。
【００３９】
請求項８の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、溶湯器およびこれに収容するアルミニウム溶湯の表面積を変化させることにより、アルミニウム溶湯とＡｌＣｌ3 ガスとの反応率を制御することを特徴とする。
【００４０】
本発明によれば、反応ガスを吹き付けるアルミニウム溶湯と溶湯器の表面積を変え、アルミニウム溶湯とＡｌＣｌ3 ガスの反応率を制御することで、ＡｌＣｌガスの生成濃度を制御し、反応ガスと被処理品との反応を加速することができる。
【００４１】
請求項９の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、アルミニウム溶湯を収容する溶湯器として、るつぼまたは蒸発皿のいずれかを用いることを特徴とする。
【００４２】
本発明によれば、反応ガスを吹き付けるアルミニウム溶湯の溶湯器として、るつぼ、蒸発皿のいずれかを用いることで、アルミニウム溶湯および溶湯器の表面積を制御することができる。
【００４３】
請求項１０の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、アルミニウム溶湯を収容する溶湯器の材料として、セラミックスまたはカーボンのいずれかを用いることを特徴とする。
【００４４】
本発明によれば、反応ガスを吹き付けるアルミニウム溶湯の溶湯器材料として、セラミックス、カーボンのいずれかを用いることで、アルミニウム溶湯と溶湯器との反応をなくし、濃度の高いＡｌＣｌガスを生成することができる。
【００４５】
請求項１１の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、ＡｌＣｌガスを被処理品としてのガスタービン翼に供給するために使用する供給管の材質として、金属、セラミックスまたはカーボンのいずれかを用いることを特徴とする。
【００４６】
本発明によれば、ＡｌＣｌガスを被処理品に供給する供給管の材質として、金属、セラミックス、カーボンのいずれかを用いることで、ＡｌＣｌガスを濃度を低下することなく、そのまま反応ガスを被処理品に供給することができる。
【００４７】
請求項１２の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、アルミニウム溶湯を収容する溶湯器の底部側から反応ガスを吹き付け、反応ガスとアルミニウム溶湯とをガス流速で撹拌することを特徴とする。
【００４８】
本発明によれば、アルミニウム溶湯を収容した溶湯器の底から反応ガスを吹き付け、反応ガスとアルミニウム溶湯とをガス流速で撹拌することで、濃度の高いＡｌＣｌガスを生成するとともに、反応率を向上させることができる。
【００４９】
請求項１３の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、外部電気炉によって高温に加熱する反応容器内の温度を上部から下部まで８５０℃に均熱化することを特徴とする。
【００５０】
本発明によれば、外部電気炉にて高温に加熱した反応容器内の温度を、上部から下部まで８５０℃に均熱化することで、最大の膜生成速度が得られ、短時間にコーティングの被膜の厚膜化が図れる。
【００５１】
請求項１４の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、外部電気炉によって高温に加熱する反応容器内の温度に、その反応容器の上部から下部までに亘る温度勾配を設定することを特徴とする。
【００５２】
本発明によれば、外部電気炉にて高温に加熱した反応容器内の温度に、上部から下部までに温度勾配を設定することで、被処理品の処理温度を低温化することができる。
【００５３】
請求項１５の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、外部電気炉によって高温に加熱する反応容器内の温度を、その上部で９５０℃とし、下部で９００℃以下とすることを特徴とする。
【００５４】
本発明によれば、外部電気炉にて高温に加熱した反応容器内の温度を上部では９５０℃とし、下部では９００℃以下とすることで、最大の膜生成速度が得られ、短時間にコーティングの厚膜化が図れる。
【００５５】
請求項１６の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、反応容器から排出されるＡｌＣｌ _３ガスを再度、同一反応容器に流入して閉ループ状の経路により化学蒸着を行わせることを特徴とする。
【００５６】
本発明によれば、排出したＡｌＣｌ3 ガスを再度、同一反応容器に流入して閉ループにより化学蒸着を行うことで、何度もＡｌＣｌ3 ガスを排気する必要なく、化学蒸着処理を連続して行うことができる。
【００５７】
請求項１７の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、反応容器から排出されるΑｌＣｌ3 ガスを再度、他の外部電気炉にて高温に加熱した他の反応容器内に流入させて、閉ループ状の経路により化学蒸着を行わせることを特徴とする。
【００５８】
本発明によれば、排出したＡｌＣｌ3 ガスを再度、他の外部電気炉にて高温に加熱した他の反応容器内に流入して閉ループにより化学蒸着を行うことで、生産性を向上することができる。
【００５９】
請求項１８の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、被処理品であるガスタービン翼として、空気冷却、液体冷却、ガス冷却または蒸気冷却による冷却孔を有するものを対象とすることを特徴とする。
【００６０】
本発明によれば、空気冷却あるいは液体冷却あるいはガス冷却あるいは蒸気冷却による冷却孔を有する処理品を対象としたことで、耐食性および耐酸化性を向上させ、冷却効率を高めることができる。
【００６１】
請求項１９の発明は、請求項１または２記載のガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法において、被処理品であるガスタービン翼として、コバルトまたはニッケルを含む金属群を基材とする超合金で製作されたものを対象とすることを特徴とする。
【００６２】
本発明によれば、コバルト（Ｃｏ）あるいはニッケル（Ｎｉ）を含む金属群を基材とする超合金で製作された処理品を対象とすることで、耐食性および耐酸化性が更に向上する。
【００６３】
したがって、本発明の方法によってコーティングされるガスタービン翼は、従来方法によるものに比較して、耐高温腐食性および耐高温酸化性が向上し、長時間のＡｌコーティングの被膜寿命特性を有するものとなる。
【００６４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００６５】
図１は、本発明の第１実施形態によるガスタービン翼の化学蒸着アルミナイズド被膜の形成方法を実施するための装置系統を示す全体図であり、図２は図１の要部を拡大して示す図である。図３は本実施形態の方法による作用を示すための特性図で、温度と膜厚との関係を示すグラフである。
【００６６】
本実施形態では概述して図１に示すように、アルミニウムを主体とする金属原料、例えばアルミニウムまたはその合金（以下、Ａｌ原料という）２１を、原料気化器２２内に収容して加熱するとともに、その原料気化器２２に、塩素系ガスとしてのＨＣｌガスおよびＨ_２ガスをボンベ２３，２４から流入させてＡｌＣｌ_３ガスを生成させる。生成したΑｌＣｌ_３ガスおよびＨ_２ガスは、外部電気炉２５で高温に加熱した反応容器２６内に配置した溶湯器２７内のＡｌ溶湯２８に減圧雰囲気中で吹き掛けて反応させ、これによりＡｌＣｌガスを生成させる。これらΑｌＣｌ_３、ΑｌＣｌガスおよびＨ_２ガスなどの反応ガスを、反応容器２６内に設置した被処理品としてのガスタービン翼２９の冷却孔３０に、その冷却孔３０の冷却媒体排出側（トレーリングエッジ部等の翼先端部および翼後縁部側）３０ａから供給するとともに、当該ガスの排出は冷却孔３０の冷却媒体流入側（翼植込み部側）３０ｂから行う。これにより、冷却孔３０の内表面に不均化反応による化学蒸着を行わせる。排出したガスは、真空ポンプ３１を介して排ガス処理装置３２に送って廃棄処理する。
【００６７】
詳述すると、図２に示すように、反応容器２６内にはΑｌＣｌ3 ガスおよびＨ2 ガスを供給するための独立した供給管３３が設けられている。この供給管３３の先端側に拡張して形成された拡大部分３３ａに前記溶湯器２７が収容されている。また、供給管３３のさらに先端側部分３３ｂがガスタービン翼２９の翼先端部および翼後縁部側の冷却媒体排出側３０ａに連通するとともに、この供給管３３の分離した排気用部分３３ｃがガスタービン翼２９の翼植込み部側に連通している。これにより、反応容器２６に供給される塩素系ガス２は、反応容器２６から真空ポンプ３１によって外部に排出されるまで、独立したガスの供給ライン内を流通し、反応容器２６内の供給管３３外には流出しない。
【００６８】
ここで、反応ガスの流れについて説明する。原料気化器２２は４８０℃に加熱され、この原料気化器２２の容器内にＨＣＩガスおよびＨ2 ガスが流入してＡｌ原料との反応によってΑｌＣｌ3 ガスが生成する。生成したΑｌＣｌ3 ガスを２００℃以上の温度に保持しながら、外部電気炉２５で９００℃以上に加熱された反応容器２６内の溶湯器２７に流入させる。ここで反応容器２６内の温度は、上部で９５０℃、下部で９００℃以下とすることが望ましい。この溶湯器２７としては、るつぼ、蒸発皿等のセラミックス材料や、カーボン材料のいずれかを用いる。
【００６９】
反応容器２６に流入したＡｌＣｌ3 ガスを、Ａｌ溶湯２８に適切に吹き掛け、反応ガスとしてのＡｌＣｌガスを生成する。なお、溶湯器２７を容量可変形とし、その溶湯器２７およびこれに収容するＡｌ溶湯２８の表面積を変化させることによって、反応率を制御することができる。また、溶湯器２７の底部側から反応ガスを吹付け、反応ガスとＡｌ溶湯２８とをガス流速で撹拌すれば、濃度の高いＡｌＣｌガスを生成するとともに、反応率を向上させることができる。
【００７０】
このＡｌＣｌガスをガスタービン翼２９の冷却孔３０の冷却空気排出側３０ａのトレーリングエッシ部から供給して化学蒸着を行う。ＡｌＣｌガスをガスタービン翼２９に供給する供給管３０の材質としては金属、セラミックス、カーボンのいずれかを用いる。化学蒸着が完了したＡｌＣｌガスは元のＡｌＣｌ_３ガスとなり、ガスタービン翼２９の冷却空気流入側３０ｂの植込み部から排出される。反応容器２６内の圧力は真空ポンプ３１で制御しており、ＡｌＣｌ_３ガスは真空ポンプ３１から排ガス処理装置３２へ排気される。排ガス処理装置３２はＡｌＣｌ_３ガス、ＨＣＩガス、その他のガスをＰＨ８〜１３程度の苛性ソーダにて中和処理し、大気へ放出する。
【００７１】
なお、原料気化器２２で生成したＡｌＣｌ_３ガスを、外部電気炉２５で加熱された反応容器２６に流入する場合、外部電気炉２５で反応容器２６の全周を８５０℃に均熱に加熱して供給する。反応容器２６内には内部電気炉３４が設けられ、この内部電気炉３４によって溶湯器２７が反応容器２６の温度と同一の８５０℃に加熱されるとともに、ガスタービン翼２９もこれらと同一の８５０℃に加熱されている。そして、反応容器２６に流入したＡｌＣｌ_３ガスを、このＡｌ２８に適切に吹き掛けることで、ＡｌＣｌガスが生成され、これがガスタービン翼２１の冷却孔３０の内表面に供給されて化学蒸着が行われる。
【００７２】
化学蒸着が完了した後は、ガスタービン翼２９を反応容器２６に挿入したままの状態で、反応容器２６内にＨ2 ガスを供給し、ガスタービン翼２９が酸化しない雰囲気を作る。この後、ガスタービン翼２９の材料強度の回復や組織の回復およびガスタービン翼２９の表面に析出する金属間化合物の組成を調整するために、外部電気炉２５にて反応容器２６を材料の溶体化処理温度に加熱して熱処理を行う。
【００７３】
ところで、冷却孔３０に冷却空気排出側３０ａから供給したＡｌＣｌガスは、例えばガスタービン翼材料であるＮｉやＣｏ等の超合金基材と反応してＮｉＡｌやＣｏＡｌの金属間化合物を形成する。反応の完了したＡｌＣｌガスは、Ａｌ濃度が低下した３価のハロゲン化アルミニウムであるＡｌＣｌ3 ガスとなって冷却空気流入側から排出される。この時の反応は次の反応式１、２、３で示すことができる。
【００７４】
原料気化器２２でＡｌＣｌ3 ガスを生成する場合。
【化１】

【００７５】
ＡｌＣｌ3 ガスからＡｌＣｌガスの反応ガスを生成する場合。
【化２】

【００７６】
超合金基材と反応してＮｉＡｌの金属間化合物を形成する場合。
【化３】

この時、ＡｌＣｌ2 ガスの生成量は極めて僅かである。
【００７７】
次に図３によって作用を説明する。図３はＡｌＣｌ_３ガスを外部電気炉２５で反応容器２６の全周を均熱に加熱して供給することで得られる温度と膜厚との関係を示した図である。
【００７８】
ガスタービン翼２９の冷却孔３０の冷却空気排出側３０ａのトレーリングエッジ部からＡｌＣｌガスを供給し、ガスタービン翼２９の冷却空気流入側の植込み部からＡｌＣｌ3 ガスの排気ガスを排出させることで、図３に示すように、ガスタービン翼２１の表面温度が最も高い冷却空気排出側（トレーリングエッジ部側）３０ａのＮｉＡｌの金属間化合物の膜厚を厚くすることができ、かつガスタービン翼２１の表面温度が比較的低く、高温腐食、高温酸化の問題が少ない冷却空気流入側（植込み部側）３０ｂのＡｌコーティング膜厚を薄くすることができる。また、冷却空気流入側付近では容積が急激に増大することもなく、急激なガス流速の変化や圧力変動が生じない。
【００７９】
さらに、反応容器２６に供給する塩素系ガスは反応容器２６から真空ポンプ３１によって外部に排出されるまで独立したガス供給ラインとし、反応容器２６内の供給管３３外にガスが流出しない構造としたことで、反応容器２６とＡｌＣｌガスとの反応を防止することができるとともに、処理を必要とする被処理品の表面にのみΑｌＣｌガスを１００％供給することができる。
【００８０】
また、化学蒸着が完了したガスタービン翼２９を反応容器２６に挿入したままの状態で、反応容器２６にΗ2 ガスを供給し、ガスタービン翼２９が酸化しない雰囲気を作り、外部電気炉２５にて反応容器２６を材料の溶体化処理温度に加熱して熱処理を行うことで、被処理品の取り出しや予熱の必要がなく、コーティング施工工程が短縮されるとともに、ガスタービン翼２９の材料強度の回復や組織の回復、およびガスタービン翼２１の表面に析出する金属間化合物の組成を調整することができる。
【００８１】
さらにまた、原料気化器２２で生成したＡｌＣｌ3 ガスを、外部電気炉２５で加熱された反応容器２６内に流入する場合、外部電気炉２５で反応容器２６の全周を８５０℃に均熱に加熱して供給することで、図３に示すように、処理温度の低温化および短時間で厚膜の金属間化合物を析出させることができる。
【００８２】
以上の第１実施形態によると、従来技術におけるガスタービン翼の冷却空気流入側からＡｌＣｌガスを供給していた場合の冷却空気入口近傍の冷却孔の金属間化合物の析出膜厚が厚く、中間部や冷却空気排出側の出口近傍における金属間化合物の膜厚が薄くなっていたことを防止でき、ガスタービン翼２９の冷却孔３０の冷却空気排出側３０ａのトレーリングエッジ部からの反応ガスの供給および冷却空気流入側３０ｂの植込み部からの反応ガスの排出により、表面温度が最も高く、高温酸化および高温腐食が最も顕著な部位に被膜の厚い耐食および耐酸化コーティング被膜層を形成することができ、高温酸化および高温腐食を十分に防止することができる。
【００８３】
また、冷却空気流入側付近では容積が急激に増大し、急激なガス流速の変化、圧力変動を生じたとしても、ガスタービン翼２９の表面温度が比較的低いために高温腐食および高温酸化の問題は少なく、均一な膜厚を必要としない。したがって、冷却空気排出側の出口付近にガス流速を制御する特別な治具を用いる必要がない。
【００８４】
しかも、反応容器２６に供給する塩素系ガスは、反応容器２６から真空ポンプ３１によって外部に排出されるまで独立したガス供給ラインとして、反応容器２６内にガスが流出しないようにするため、被処理品の表面のみにＡｌＣｌガス濃度の低下の少ない１００％のＡｌＣｌガスを供給することができ、ガスタービン翼２９の冷却孔３０やガスタービン翼２９の外表面に短時間で耐食および耐酸化コーティング被膜層を形成することができる。
【００８５】
さらに、ＡｌＣｌガスと反応容器２６との反応をも防止できるため、反応容器２６に付着するＡｌの除去掃除が不要であり、メンテナンスを簡単にすることができる。また、外部電気炉２５で反応容器２６の全周を８５０℃に均一に加熱して均熱させることで、ガスタービン翼２９の処理温度を低温化し、ガスタービン翼２９がＡｌナイジング時に受ける熱ダメージを低減することができ、材料強度や性能の低下を防止する効果が奏されるとともに、材料強度を回復させるための熱処理も不要とすることができる。さらにまた、化学蒸着が完了したガスタービン翼２９を反応容器２６に挿人したままの状態で、反応容器２６にΗ2 ガスを供給し、ガスタービン翼２９が酸化しない雰囲気を作り、外部電気炉２５によって反応容器２６を材料の溶体化処理温度に加熱して熱処理を行うことで、ガスタービン翼材料の強度回復や組織の回復、およびガスタービン翼表面に析出する金属間化合物の組成を調整できるため、コーティングしたガスタービン翼２９の信頼性や性能を更に向上できるようになる。
【００８６】
次に、本発明の第２実施形態について、図４を参照して説明する。図４はガスタービン翼２９の冷却孔３０の内表面とガスタービン翼２９の外表面とを同時に化学蒸着処理する場合を示す図である。
【００８７】
本実施形態では、反応ガスであるＡｌＣｌガスの供給管３３の先端側部分を拡大してマスキング槽３５を構成し、ガスタービン翼２９の外表面を覆うようにしている。これにより、冷却孔３０への反応ガスの供給と同時にガスタービン翼２９の外表面にも反応ガスを供給し、両面に同時に化学蒸着処理を施すものである。なお、マスキング槽３５には金属、セラミックス、カーボンのいずれかを用いる。その他の要件は前記の第１実施形態と同様であるから、説明を省略する。
【００８８】
このような第２実施形態によると、ガスタービン翼２９の冷却孔３０の内表面と、ガスタービン翼２９の外表面とを、マスキング槽３５によって同時に化学蒸着処理することで、Ａｌパック法による処理温度（１０００℃以上）に比べて、９００℃以下の低温で処理することができるとともに、ガスタービン翼２９の外表面のＡｌパック処理工程を廃止することができるので、ガスタービン翼２９がΑｌナイジング時に受ける熱ダメージを低減し、材料の強度低下および製品の性能低下を防止することができる。
【００８９】
また、ガスタービン翼２９の外表面のＡｌパック処理工程を廃止することができるため、Ａｌパック後の耐食および耐酸化コーティング被膜を化学蒸着Ａｌナイジングによって阻害することなく、処理時間を短縮するとともに、処理コストを低減することができる。
【００９０】
次に、本発明の第３実施形態について、図５を参照して説明する。図５は供給管３３を閉ループ状に構成して複数または同一の反応容器２６での化学蒸着を連続的に行えるようにした場合を示した図である。
【００９１】
本実施形態で使用する装置では、例えば１対の反応容器２６が閉ループ状の供給管３３によって連結されており、供給管３３の往復路部分にそれぞれポンプ３６，３７が設けられるとともに、流れ規制用の複数の弁３８，３９が設けられている。
【００９２】
そして、一方の反応容器２６から排出されるＡｌＣｌ3 ガスを再度、同一の反応容器２６あるいは他方の反応容器内２６に流入させて、閉ループにより化学蒸着を行うようにしている。
【００９３】
すなわち、一方の反応容器２６内のガスタービン翼２９で冷却空気排出側３０ａから供給される反応ガスは、例えばガスタービン翼材であるＮｉ基超合金と反応してＮｉＡｌの金属間化合物を形成し、反応の完了したガスはＡｌ濃度が低下した３価のハロゲン化アルミニウムのＡｌＣｌ3 ガスとなって冷却空気流入側３０ｂから排出される。この時の反応は下記の反応式４に示す通りである。
【００９４】
【化４】

【００９５】
ところが、次の反応式５で示されるように、反応が完了したＡｌＣｌ3 ガスを再度Ａｌに吹き付けることでＡｌ濃度が回復し、ＮｉＡｌの金属間化合物を形成するに十分なＡｌＣｌガスとすることができる。
【００９６】
【化５】

【００９７】
そこで、十分なＡｌＣｌ3 ガスを、入側の弁３８を開として一方の反応容器２６（２６ａ）に流入させた後、同弁３８を閉じ、出側の弁３９を開として各ポンプ３６，３７を起動する。これにより、一方の反応容器２６ａ内で反応が完了したＡｌＣｌ3 ガスを再度同一反応容器２６ａ，あるいは他の反応容器内２６（２６ｂ）に流入させることで、ＡｌＣｌ3 ガスを排気することなく、閉ループ作用によって化学蒸着処理を連続的に行うことができる。これらの反応容器２６を小型化し、装置を数多く設けることにより、初期のＡｌＣｌ3 ガスの供給量を必要最小限にすることができる。
【００９８】
このような第３実施形態によれば、反応が完了したＡｌＣｌ3 ガスを再度、同一反応容器あるいは他の反応容器内に流入することにより、生産性の向上が図れるとともに、化学蒸着処理コストを大幅に低減することができる等の利点が得られる。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によればガスタービン翼の表面温度が高く、高温腐食および高温酸化環境にある冷却孔の冷却空気排出側のＡｌコーティング膜厚を厚くするとともに、ガスタービン翼の表面温度が比較的低く、高温腐食および高温酸化の問題が少ない冷却空気流入側（植込み部）のＡｌコーティング膜厚を薄くして、温度とＡｌコーティング膜厚およびガス流速とＡｌコーティング膜厚との関係を最適化することができる。また、ガスタービン翼外表面のＡｌパック処理工程を廃止し、ガスタービン翼がＡｌナイジング時に受ける熱ダメージを低減でき、材料強度や性能の低下を防止することができる。したがって、本発明の方法によってコーティングされるガスタービン翼によれば、従来方法によってコーティングされるガスタービン翼と比較して、耐高温腐食性および耐高温酸化性が向上し、長時間のＡｌコーティング被膜寿命特性を有するものとなる等、多大な効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法を説明するための全体的模式図。
【図２】図１の要部を拡大して示す模式図。
【図３】本発明の第１実施形態における作用を説明するための温度と膜厚との関係を示すグラフ。
【図４】本発明の第２実施形態を説明するための模式図。
【図５】本発明の第３実施形態を説明するための模式図。
【図６】ガスタービン動翼が受ける各種の負荷、環境状況を示す模式図。
【図７】従来の物理的被膜形成方法方法を説明するための模式図。
【図８】ガスタービン翼の内部構成を示す翼断面図。
【図９】従来の化学蒸着アルミナイズド被膜形成方法を説明するための模式図。
【図１０】従来例によるガスタービン翼の冷却孔内の金属間化合物膜厚分布を示す翼断面図。
【符号の説明】
２１Ａｌ原料
２２原料気化器
２３，２４ボンベ
２５外部電気炉
２６反応容器
２７溶湯器
２８溶湯
２９ガスタービン翼
３０冷却孔
３１真空ポンプ
３２排ガス処理装置
３３供給管
３４内部電気炉
３５マスキング槽
３６，３７ポンプ
３８，３９弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology for forming a corrosion-resistant or oxidation-resistant coating on a cooling hole or an outer surface of a gas turbine blade, and more particularly, chemical vapor deposition of a gas turbine blade that performs chemical vapor deposition using a disproportionation reaction of aluminum halide. The present invention relates to an aluminized film forming method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, gas turbines for power generation have attracted attention from the viewpoint of effective use of energy resources, and research and development for improving the efficiency of gas turbines has been actively conducted. In the gas turbine, since the power generation efficiency increases as the combustor outlet gas temperature is higher, the gas turbine inlet temperature is being increased.
[0003]
However, there is a possibility of significant high-temperature corrosion and high-temperature oxidation due to the inclusion of corrosive components from fuel and sea salt corrosive particles from inflowing air, etc., and materials for high-temperature equipment and parts that constitute gas turbines, especially gas turbine blades and It is an extremely harsh environment for the gas turbine stationary blade material.
[0004]
Therefore, the components of the gas turbine are required not only to improve heat resistance, but also to improve corrosion resistance and oxidation resistance to the combustion gas. Under such harsh environment, it has reached the limit to deal with only Ni-base or Co-base heat-resistant superalloy steels that are generally used as moving blade materials and stationary blade materials. Research on coatings is also being conducted.
[0005]
FIG. 6 is a diagram schematically showing an environmental situation with respect to various factors that act on the gas turbine blade 1, that is, various loads that the gas turbine blade 1 receives. At present, the turbine inlet temperature exceeds 1300 ° C., the gas turbine blade 1 is formed with a cooling hole 2 as an essential condition, and air, liquid, gas, steam or the like is circulated as a cooling medium through the cooling hole 2.
[0006]
However, the supply of the cooling medium to the cooling hole 2 causes a large thermal stress in the gas turbine blade 1 due to the difference from the combustion gas temperature in the blade length direction a, and further, centrifugal force due to rotation occurs in the same direction a. Superimposed.
[0007]
At the same time, as indicated by an arrow b, the influence of high-temperature oxidation, sulfidation corrosion, erosion by combustion ash, and the like is exerted from the outside toward the blade outer surface, and these are major problems. In general, the former thermal stress and centrifugal force are handled by the superalloy base material portion 3 of the gas turbine blade 1 having excellent high-temperature strength, and the latter high-temperature oxidation, sulfidation corrosion, erosion, and the like are performed at the high-temperature corrosion-resistant coating film 4 on the blade surface. It is considered to share with.
[0008]
Conventionally known techniques include, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-63303 (coated superalloy gas turbine parts) or Japanese Patent Laid-Open No. 53-112234 (sprayed coated superalloy product and manufacturing method). In these technologies, the anti-corrosion coating technology for gas turbine parts, particularly the gas turbine blade 1, is made of MCrAlY (M is Ni, Co, Fe, or a composite material thereof), vacuum plasma spraying, high-speed explosion spraying, vacuum Physical vapor deposition (PVC; such as vapor deposition and sputtering)Physical lVapor Deposition) is applied. In particular, the low-pressure plasma spraying method is now widely used because various alloy coatings can be formed. Compared with conventional atmospheric plasma spraying, the low-pressure plasma spraying method enables spraying under reduced pressure of inert gas, can prevent oxidation and nitridation of the sprayed material, and form a clean coating as planned. it can.
[0009]
In addition, the MCrAlY alloy coating surface coated by physical vapor deposition such as low pressure plasma spraying, high-speed explosion spraying, vacuum deposition, sputtering, etc. is further subjected to corrosion and oxidation resistant coating of aluminum by Al pack method, etc. Improvement of corrosion resistance and oxidation resistance has also been attempted.
[0010]
In the Al pack method, for example, as shown in FIG. 7, an article 5 to be processed is made of Al pack powder 6 (aluminum or its alloy as a coating agent, ammonium halide or alkali metal halide as a carrier or activator, Al203, etc. In a powder mixed with an inert filler such as the above, aluminum is heated to 1000 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere using Ar gas or the like as a carrier gas 7, so that aluminum is treated. In this method, an intermetallic compound such as NiAl or CoAl is formed by diffusion. This compound combines with oxygen in a high temperature region to form a protective film such as Al2 O3 and improves corrosion resistance and oxidation resistance. The thickness of the formation layer of the intermetallic compound such as NiAl or CoAl can be controlled by the holding time and processing temperature during processing. Further, the halide acts as a carrier or an activator that facilitates Al migration from the aluminum source to the article 5 to be processed. As publicly known literatures showing such an Al pack method, there are, for example, Japanese Patent Publication Nos. 59-34230 and 61-10034.
[0011]
By the way, in a gas turbine in which the turbine inlet temperature exceeds 1300 ° C., in order to lower the temperature during use of the gas turbine blade, a cooling hole is provided inside the gas turbine blade, and a cooling medium is introduced into the cooling hole to cool it. Is going.
[0012]
FIG. 8 shows the shape of the cooling hole 2 inside the gas turbine blade 1. As shown in FIG. 8, the cooling hole 2 extends from the blade implantation portion 1a side toward the blade tip 1b side, and then has a complex-shaped cavity meandering on the blade leading edge portion 1c and the blade trailing edge portion 1d side. The cooling air 8 is supplied into the cooling hole 2 from the blade implantation part 1a side and is discharged from the blade tip 1b and the blade trailing edge 1d. Although it is desired to apply a corrosion-resistant and oxidation-resistant coating to the inner surface of the cooling hole 2, there are various problems in coating.
[0013]
For example, when aluminum is to be coated on the inner surface of the cooling hole 2 of the gas turbine blade 1 by the Al pack method described above, it can be applied if the cooling hole 2 has a simple shape, but the cooling of the gas turbine blade 1 is possible. Since the hole 2 is a fine hole having a complicated shape, it is difficult to fill the Al pack powder.
[0014]
Further, in the Al pack method, since the coating raw material is supplied from the pack powder agent, when an attempt is made to obtain a target coating film thickness, an amount of the pack powder agent corresponding to that is required. However, since the cooling hole 2 is a fine pore and has a complicated shape, the amount of pack powder that can be filled is limited, and it is not possible to obtain a predetermined coating film thickness. There is a problem that it cannot be removed.
[0015]
For this reason, the chemical vapor deposition (CVD: chemical vapor deposition) method using the disproportionation reaction of trivalent aluminum halide is applied to the Al coating of the cooling hole 2 of the gas turbine blade 1.
Chemical Vapor Deposition) is applied.
[0016]
FIG. 9 schematically shows a conventional technique for carrying out this chemical vapor deposition method. That is, in the chemical vapor deposition method, the gas turbine blade 1 is disposed in a reaction vessel 10 heated to a high temperature in an external electric furnace 9, and the inside of the reaction vessel 10 is placed in a reduced pressure atmosphere so that the soot 2 gas 11, the AlCl gas 12, and the soot Cl gas 13 are present. The reaction gas such as the above is supplied and sprayed onto the gas turbine blade 1 which is the object to be processed, and an intermetallic compound is deposited on the surface thereof.
[0017]
However, in general, when aluminum is deposited by the reduction action of AlCl gas and H2 gas, a high processing temperature of 1000 ° C. or more and a long processing time are required due to the free energy of the thermodynamic reaction. . Accordingly, the article to be treated is easily damaged by heat, and there are various problems such as the need for heat treatment after the treatment because the material strength and the product performance are lowered.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the cooling hole 2 of the gas turbine blade 1 is a fine hole and has a complicated shape, in any of the conventional methods, a sudden change in gas flow rate, fluctuation in pressure, back diffusion of reaction product gas, etc. It is difficult to uniformly coat the inner surface of the cooling hole 2 with an Al film.
[0019]
In addition, since the AlCl gas flows in from the cooling air inflow side (blade implanting portion 1a side) of the gas turbine blade 1, the coating film thickness is thick on the inner surface of the cooling hole 2 near the inlet of the AlCl gas, and the intermediate portion and the cooling The film thickness in the vicinity of the AlCl gas outlet on the air discharge side (trailing edge portion side) becomes thin. In other words, since the concentration of ΑCl gas is high on the cooling air inflow side, the intermetallic compound film such as NiAl becomes thick, and by passing through the inner surface of the cooling hole 2, Al is taken away to the intermediate part or the cooling air discharge side. The reached reaction gas of ΑlCl gas becomes ΑlCl3 gas of trivalent aluminum halide whose Al gas concentration is extremely reduced. Even if such a low-concentration ΑCl gas is supplied to the cooling hole 2, the formation rate of the intermetallic compound film is slow and the film thickness becomes thin.
[0020]
In addition, the surface temperature of the gas turbine blade 1 during actual operation is low on the cooling air inflow side (blade implantation portion 1a side) of the cooling hole 2, and the blade leading edge portion 1c (leading edge portion) of the cooling hole 2 or cooling The temperature is high on the air discharge side (blade trailing edge 1d side). Therefore, since the film thickness of the intermetallic compound is thin on the blade leading edge portion 1c side and the blade trailing edge portion 1d side that are at high temperatures, high temperature corrosion and high temperature oxidation are likely to occur.
[0021]
In addition, when AlCl gas is introduced from the cooling air inflow side of the gas turbine blade 1, the volume increases rapidly in the vicinity of the outlet on the cooling air discharge side. It is difficult to uniformly coat the inner surface of the cooling hole 2 with the NiAl intermetallic compound film due to the back diffusion of the reaction gas. For this reason, a special jig for controlling the gas flow rate is used near the outlet on the cooling air discharge side.
[0022]
Furthermore, as shown in FIG. 10, in the return flow part 2a of the cooling hole 2, the flow rates of the reaction gases 11, 12, and 13 are easy to decelerate, and the film thickness of the intermetallic compound 14 increases, resulting in a decrease in the flow rate of the cooling air. There were major problems such as a significant reduction in cooling efficiency. On the other hand, the MCrAlY alloy coating surface coated by physical vapor deposition such as low-pressure plasma spraying, high-speed explosion spraying, vacuum deposition, sputtering, etc. is subjected to corrosion resistance and oxidation resistance coating by Al pack method, and further, corrosion resistance, oxidation resistance, etc. In the case of improvement, since the heat treatment is performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher, the processed product is easily damaged by heat and the strength of the material is easily reduced.
[0023]
Furthermore, when Al coating by chemical vapor deposition of the cooling holes 2 is performed after the Al pack treatment of the outer surface of the gas turbine blade 1, Al nosing is performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher by the Al pack method. Further, the inner surface of the cooling hole 2 of the gas turbine blade 1 is 900 ° C. by chemical vapor deposition so that the outer surface is masked or no reaction gas is supplied to the outer surface after Al noging of the outer surface by the Al pack method. Al noging was performed at the following low temperature. However, in the Al coating by chemical vapor deposition of the cooling hole 2, it is difficult to mask the outer surface of the gas turbine blade 1, the reaction gas of ΑCl gas 2b leaks to the outer surface, reacts with the coating after the Al pack, There was a problem of inhibiting the obtained normal coating film.
[0024]
The present invention has been made in view of such circumstances, and can perform Al coating by chemical vapor deposition at a low processing temperature, improve the corrosion resistance and oxidation resistance of the gas turbine blade cooling hole inner surface, The object of the present invention is to provide a chemical vapor deposition aluminide film forming method for gas turbine blades that can be processed at an optimum temperature, which eliminates the pack process and makes the gas turbine blades less susceptible to thermal damage and less likely to reduce material strength and performance. And
[0025]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a metal raw material mainly composed of aluminum is accommodated in a raw material vaporizer and heated, and a chlorine-based gas is introduced into the raw material vaporizer to produce AlCl3 gas. The generated ClCl3 gas is sprayed and reacted in a reduced-pressure atmosphere on the molten aluminum in the melter disposed in the reaction vessel heated to a high temperature in an external electric furnace to generate AlCl gas. Chemical vapor deposition aluminum of a gas turbine blade that supplies gas and ΑCl gas to a cooling hole of a gas turbine blade as an article to be processed installed in a reaction vessel and performs chemical vapor deposition by disproportionation reaction on the inner surface of the cooling hole A method for forming a coated film comprising the steps of supplying ΑlCl3 gas and ΑlCl gas to the cooling holes of the gas turbine blade from the cooling medium discharge side of the cooling holes. Utotomoni, the discharge of the gas, and carrying out from the cooling medium inflow side of the gas turbine blade.
[0026]
According to the above method, from the cooling air discharge side of the gas turbine blade, soot ICl₃By supplying reaction gas such as gas and AlCl gas and exhausting the reaction gas from the cooling air inflow side of the gas turbine blade, the surface temperature of the gas turbine blade is high, especially the cooling hole in the environment of high temperature corrosion and high temperature oxidation The cooling air discharge side (trailing edge) of the cooling air inflow side (trailing edge) thicker, the surface temperature of the gas turbine blade is relatively low, and the problem of hot corrosion and high temperature oxidation is low (blade implantation part) Side) Al coating film thickness can be reduced. That is, by using a method in which AlCl, which is a low-order chloride of aluminum, is used to perform chemical vapor deposition, it is possible to reduce the temperature of chemical vapor deposition of aluminum,For exampleThe surface of the physical product can be coated with aluminum at a low temperature of 700 ° C.
[0027]
The invention of claim 2 is characterized in that the chemical vapor deposition aluminized film is formed on the outer surface of the gas turbine blade simultaneously with the chemical vapor deposition aluminized film formation on the inner surface of the cooling hole of the gas turbine blade according to claim 1. To do.
[0028]
According to the present invention, the inner surface and the outer surface of the cooling hole of the gas turbine blade are simultaneously subjected to chemical vapor deposition, thereby eliminating the Al pack processing step on the outer surface of the gas turbine blade and lower than that of the Α pack. Al noging of the outer surface of the gas turbine blade can be performed at the processing temperature.
[0029]
According to a third aspect of the present invention, in the chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to the first or second aspect, the supply of ΑlCl3 gas and ΑlCl gas to the gas turbine blade is independently provided in the reaction vessel. It is characterized by using a reaction gas supply line.
[0030]
According to the present invention, the reaction gas supply line supplied to the product to be processed in the reaction vessel is a gas line independent of the reaction vessel, so that the Al concentration in the cooling hole inner surface and outer surface of the gas turbine blade can be reduced. Al nodding can be performed without lowering.
[0031]
According to a fourth aspect of the present invention, in the chemical vapor deposition aluminized film forming method of the gas turbine blade according to the first or second aspect, the subsequent heat treatment is performed while the gas turbine blade having undergone chemical vapor deposition is inserted into the reaction vessel. It is characterized by.
[0032]
According to the present invention, by performing the heat treatment with the article to be processed after chemical vapor deposition is inserted in the reaction vessel, a series of production time of the product is shortened, and an excessive investment in the processing equipment is not required.
[0033]
According to a fifth aspect of the present invention, in the chemical vapor deposition aluminized film forming method of the gas turbine blade according to the first or second aspect, as the metal raw material to be filled in the heated raw material vaporizer, molten pulverized powder of aluminum metal or alloy, pellets, Any one of cutting machine chips is used.
[0034]
According to the present invention, as the aluminum or alloy thereof filled in the heated raw material vaporizer, the reaction rate of the reaction gas generation can be increased by using any one of the chips cut with a cutting tool such as molten pulverized powder, pellets, and lathe. Can be increased.
[0035]
A sixth aspect of the present invention is the chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to the first or second aspect, wherein the molten metal container for containing the molten aluminum in a reaction vessel heated to a high temperature by an external electric furnace further comprises an internal It is characterized in that the entire circumference is uniformly heated in an electric furnace.
[0036]
According to the present invention, a molten metal container containing molten aluminum disposed in a reaction vessel heated to a high temperature in an external electric furnace is supplied to the product to be processed by heating the entire circumference in the internal electric furnace. The AlCl gas concentration can be increased.
[0037]
A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to the first or second aspect, HCl gas or H2 gas is directly flowed into a reaction vessel heated to a high temperature.
[0038]
According to the present invention, the vaporizer for generating AlCl3 gas can be eliminated by performing chemical vapor deposition by directly flowing HCl and soot 2 gas into a reaction vessel heated to a high temperature.
[0039]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to the first or second aspect, wherein the molten aluminum and the AlCl3 gas are changed by changing the surface area of the molten metal and the molten aluminum contained therein. The reaction rate is controlled.
[0040]
According to the present invention, by changing the surface area of the molten aluminum to which the reaction gas is blown and the melter, and controlling the reaction rate between the molten aluminum and the AlCl3 gas, the generation concentration of the AlCl gas is controlled, Can accelerate the reaction.
[0041]
A ninth aspect of the present invention is the chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to the first or second aspect, wherein either a crucible or an evaporating dish is used as a molten metal container for containing molten aluminum. .
[0042]
According to the present invention, the surface area of the molten aluminum and the molten metal can be controlled by using either a crucible or an evaporating dish as the molten metal of the molten aluminum to which the reaction gas is blown.
[0043]
The invention of claim 10 is characterized in that, in the chemical vapor deposition aluminized film forming method of the gas turbine blade according to

claim

1 or 2, any one of ceramics or carbon is used as a material of a melter for containing molten aluminum. To do.
[0044]
According to the present invention, it is possible to eliminate the reaction between the molten aluminum and the molten metal by using either ceramic or carbon as a molten metal material of the molten aluminum to which the reactive gas is blown, and to generate a high concentration AlCl gas. it can.
[0045]
According to the eleventh aspect of the present invention, in the chemical vapor deposition aluminized film forming method for the gas turbine blade according to the first or second aspect, the material of the supply pipe used for supplying the AlCl gas to the gas turbine blade as the article to be processed Any one of metal, ceramics, and carbon is used.
[0046]
According to the present invention, by using any of metal, ceramics, and carbon as the material of the supply pipe for supplying the AlCl gas to the article to be treated, the reaction gas can be treated as it is without reducing the concentration of the AlCl gas. Can be supplied to the goods.
[0047]
The invention of claim 12 is the chemical vapor deposition aluminized film forming method of the gas turbine blade according to

claim

1 or 2, wherein the reaction gas is sprayed from the bottom side of the melter containing the molten aluminum, It is characterized by stirring at a gas flow rate.
[0048]
According to the present invention, a reactive gas is sprayed from the bottom of a melter containing molten aluminum, and the reaction gas and molten aluminum are stirred at a gas flow rate, thereby generating high-concentration AlCl gas and improving the reaction rate. Can be made.
[0049]
A thirteenth aspect of the invention is the chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to the first or second aspect, wherein the temperature in the reaction vessel heated to a high temperature by an external electric furnace is soaked from 850 ° C. to the lower part. It is characterized by becoming.
[0050]
According to the present invention, the temperature inside the reaction vessel heated to a high temperature in an external electric furnace is soaked to 850 ° C. from the upper part to the lower part, so that the maximum film formation rate can be obtained and the coating can be performed in a short time. The film thickness can be increased.
[0051]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to the first or second aspect, the temperature in the reaction vessel heated to a high temperature by an external electric furnace is increased from the upper part to the lower part of the reaction vessel. A temperature gradient over the range is set.
[0052]
According to the present invention, by setting a temperature gradient from the top to the bottom of the temperature in the reaction vessel heated to a high temperature in the external electric furnace, the processing temperature of the product to be processed can be lowered.
[0053]
The invention of claim 15 is the chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to

claim

1 or 2, wherein the temperature inside the reaction vessel heated to a high temperature by an external electric furnace is 950 ° C. And 900 ° C. or lower.
[0054]
According to the present invention, by setting the temperature in the reaction vessel heated to a high temperature in an external electric furnace to 950 ° C. at the upper part and 900 ° C. or less at the lower part, the maximum film formation rate can be obtained and coating can be performed in a short time. Can be made thicker.
[0055]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the chemical vapor deposition aluminized film forming method for the gas turbine blade according to the first or second aspect, the gas is discharged from the reaction vessel.AlCl ₃ gasIs again introduced into the same reaction vessel, and chemical vapor deposition is performed by a closed loop path.
[0056]
According to the present invention, the exhausted AlCl3 gas is again flowed into the same reaction vessel and chemical vapor deposition is performed in a closed loop, so that the chemical vapor deposition process can be continuously performed without the need to exhaust the AlCl3 gas many times. it can.
[0057]
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade according to the first or second aspect, the ΑCl3 gas discharged from the reaction vessel is again heated to a high temperature in another external electric furnace. The chemical vapor deposition is performed by a closed loop path.
[0058]
According to the present invention, the exhausted AlCl3 gas is again flowed into another reaction vessel heated to a high temperature in another external electric furnace, and chemical vapor deposition is performed in a closed loop, so that productivity can be improved. .
[0059]
The invention of claim 18 is the chemical vapor deposition aluminized film forming method of the gas turbine blade according to

claim

1 or 2,CoveredA gas turbine blade that is a processed product is characterized by having a cooling hole by air cooling, liquid cooling, gas cooling, or steam cooling.
[0060]
According to the present invention, by treating a processed product having cooling holes by air cooling, liquid cooling, gas cooling, or steam cooling, corrosion resistance and oxidation resistance can be improved, and cooling efficiency can be increased.
[0061]
The invention of claim 19 is the chemical vapor deposition aluminized film forming method of the gas turbine blade according to

claim

1 or 2,Product to be processedAs the gas turbine blade, the one made of a superalloy based on a metal group containing cobalt or nickel is a target.
[0062]
According to the present invention, corrosion resistance and oxidation resistance are further improved by targeting processed products made of a superalloy based on a metal group containing cobalt (Co) or nickel (Ni).
[0063]
Therefore, the gas turbine blade coated by the method of the present invention has improved high-temperature corrosion resistance and high-temperature oxidation resistance as compared with the conventional method, and has a long-life coating life characteristic of Al coating. Become.
[0064]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0065]
FIG. 1 is an overall view showing an apparatus system for carrying out a method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of an essential part of FIG. FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram for illustrating the operation of the method of the present embodiment, and is a graph showing the relationship between temperature and film thickness.
[0066]
In this embodiment, as schematically shown in FIG. 1, a metal raw material mainly composed of aluminum, for example, aluminum or an alloy thereof (hereinafter referred to as Al raw material) 21 is accommodated in a raw material vaporizer 22 and heated, In the raw material vaporizer 22, as chlorine gasHCl gasAnd H₂Gas is introduced from

cylinders

23 and 24 and AlCl₃Generate gas. Generated ΑCl₃Gas and H₂The gas is blown and reacted in a reduced pressure atmosphere to the Al melt 28 in the melter 27 disposed in the reaction vessel 26 heated to a high temperature in the external electric furnace 25, thereby generating AlCl gas. These ΑCl₃, ΑlCl gas and H₂A reaction gas such as a gas is introduced into a cooling hole 30 of a gas turbine blade 29 as an object to be processed installed in the reaction vessel 26, on the cooling medium discharge side of the cooling hole 30 (a blade tip portion such as a trailing edge portion and a blade). The gas is discharged from the cooling medium inflow side (blade implantation part side) 30b of the cooling hole 30 while being supplied from the rear edge part 30a. Thereby, chemical vapor deposition by a disproportionation reaction is performed on the inner surface of the cooling hole 30. The discharged gas is sent to the exhaust gas treatment device 32 via the vacuum pump 31 and discarded.
[0067]
More specifically, as shown in FIG. 2, an independent supply pipe 33 for supplying ＣｌCl3 gas and H2 gas is provided in the reaction vessel 26. The molten metal device 27 is accommodated in an enlarged portion 33 a formed to extend toward the distal end side of the supply pipe 33. Further, the tip portion 33b of the supply pipe 33 communicates with the cooling medium discharge side 30a on the blade tip portion and the blade trailing edge side of the gas turbine blade 29, and the separated exhaust portion 33c of the supply pipe 33 serves as a gas. The turbine blade 29 communicates with the blade implantation portion side. Thus, the chlorine-based gas 2 supplied to the reaction vessel 26 circulates in the independent gas supply line until it is discharged from the reaction vessel 26 to the outside by the vacuum pump 31, and the supply pipe 33 in the reaction vessel 26. It does not flow out.
[0068]
Here, the flow of the reaction gas will be described. The raw material vaporizer 22 is heated to 480 ° C., and HCI gas and H2 gas flow into the container of the raw material vaporizer 22 to generate ＣｌCl3 gas by reaction with the Al raw material. The generated ΑCl3 gas is allowed to flow into the melter 27 in the reaction vessel 26 heated to 900 ° C. or higher in the external electric furnace 25 while maintaining the temperature at 200 ° C. or higher. Here, the temperature in the reaction vessel 26 is desirably 950 ° C. at the upper part and 900 ° C. or lower at the lower part. As the melter 27, either a ceramic material such as a crucible or an evaporating dish, or a carbon material is used.
[0069]
The AlCl3 gas that has flowed into the reaction vessel 26 is appropriately blown onto the molten Al 28 to generate AlCl gas as a reaction gas. The reaction rate can be controlled by changing the surface area of the melter 27 and the Al melt 28 accommodated in the melter 27 to a variable capacity type. If reaction gas is sprayed from the bottom side of the melter 27 and the reaction gas and the Al melt 28 are stirred at a gas flow rate, a high concentration of AlCl gas can be generated and the reaction rate can be improved.
[0070]
This AlCl gas is supplied from the trailing edge portion on the cooling air discharge side 30a of the cooling hole 30 of the gas turbine blade 29 to perform chemical vapor deposition. The material of the supply pipe 30 for supplying the AlCl gas to the gas turbine blade 29 is any one of metal, ceramics, and carbon.Use. Chemical vapor depositionThe completed AlCl gas is the original AlCl₃It becomes gas and is discharged from the implanted portion on the cooling air inflow side 30 b of the gas turbine blade 29. The pressure in the reaction vessel 26 is controlled by a vacuum pump 31, and AlCl₃The gas is exhausted from the vacuum pump 31 to the exhaust gas treatment device 32. The exhaust gas treatment device 32 is made of AlCl₃Gas, HCI gas, and other gases are neutralized with caustic soda having a pH of about 8 to 13, and released to the atmosphere.
[0071]
In addition, AlCl produced | generated with the raw material vaporizer 22₃When the gas flows into the reaction vessel 26 heated by the external electric furnace 25, the entire circumference of the reaction vessel 26 is heated to 850 ° C. by the external electric furnace 25 and supplied. An internal electric furnace 34 is provided in the reaction vessel 26, and the internal electric furnace 34 causes the melter 27 to have the same temperature as the reaction vessel 26.850 ° CAnd the gas turbine blade 29 is the same as these.850 ° CHas been heated. Then, the AlCl flowing into the reaction vessel 26₃By appropriately blowing the gas onto the Al 28, AlCl gas is generated, which is supplied to the inner surface of the cooling hole 30 of the gas turbine blade 21 to perform chemical vapor deposition.
[0072]
After the chemical vapor deposition is completed, with the gas turbine blade 29 inserted into the reaction vessel 26, H2 gas is supplied into the reaction vessel 26 to create an atmosphere in which the gas turbine blade 29 is not oxidized. Thereafter, in order to recover the material strength of the gas turbine blade 29 and the structure, and to adjust the composition of the intermetallic compound deposited on the surface of the gas turbine blade 29, the reaction vessel 26 is dissolved in the material solution in the external electric furnace 25. Heat treatment is carried out by heating to the treatment temperature.
[0073]
By the way, the AlCl gas supplied to the cooling hole 30 from the cooling air discharge side 30a reacts with a superalloy substrate such as Ni or Co, which is a gas turbine blade material, to form an intermetallic compound of NiAl or CoAl. The AlCl gas that has completed the reaction is discharged from the cooling air inflow side as AlCl3 gas, which is a trivalent aluminum halide having a reduced Al concentration. The reaction at this time can be shown by the following

reaction formulas

1, 2, and 3.
[0074]
When AlCl3 gas is generated by the raw material vaporizer 22.
[Chemical 1]

[0075]
When a reaction gas of AlCl gas is generated from AlCl3 gas.
[Chemical 2]

[0076]
When reacting with a superalloy substrate to form an intermetallic compound of NiAl.
[Chemical 3]

At this time, the amount of AlCl2 gas produced is extremely small.
[0077]
Next, the operation will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows AlCl₃Gas is supplied to the reaction vessel 26 in the external electric furnace 25.Soaking all aroundIt is the figure which showed the relationship between the temperature obtained by heating and supplying to a film thickness.
[0078]
By supplying AlCl gas from the trailing edge portion of the cooling air discharge side 30a of the cooling hole 30 of the gas turbine blade 29 and discharging the exhaust gas of AlCl3 gas from the implanted portion of the cooling air inflow side of the gas turbine blade 29, As shown in FIG. 3, the thickness of the NiAl intermetallic compound on the cooling air discharge side (trailing edge portion side) 30a having the highest surface temperature of the gas turbine blade 21 can be increased, and the gas turbine blade 21 can be made thicker. The Al coating thickness of the cooling air inflow side (implanted part side) 30b can be reduced, since the surface temperature of the cooling air is relatively low, and there are few problems of high temperature corrosion and high temperature oxidation. In addition, the volume does not increase rapidly in the vicinity of the cooling air inflow side, and a rapid change in gas flow rate or pressure fluctuation does not occur.
[0079]
Furthermore, the chlorine-based gas supplied to the reaction vessel 26 is configured as an independent gas supply line until it is discharged from the reaction vessel 26 to the outside by the vacuum pump 31, so that the gas does not flow out of the supply pipe 33 in the reaction vessel 26. Thus, the reaction between the reaction vessel 26 and the AlCl gas can be prevented, and 100% of the ClCl gas can be supplied only to the surface of the product to be processed.
[0080]
Further, with the gas turbine blade 29 having been subjected to chemical vapor deposition being inserted into the

reaction vessel

26, 2 gas is supplied to the reaction vessel 26 to create an atmosphere in which the gas turbine blade 29 is not oxidized. By performing the heat treatment by heating the reaction vessel 26 to the material solution treatment temperature, it is not necessary to take out the pre-treated product or preheat, the coating process is shortened, and the material strength of the gas turbine blade 29 is restored. Further, the composition of the intermetallic compound deposited on the surface of the gas turbine blade 21 can be adjusted.
[0081]
Furthermore, when the AlCl3 gas generated in the raw material vaporizer 22 flows into the reaction vessel 26 heated in the external electric furnace 25, the entire circumference of the reaction vessel 26 is heated to 850 ° C. soaking in the external electric furnace 25. Thus, as shown in FIG. 3, a thick film intermetallic compound can be precipitated in a short time and in a short time.
[0082]
According to the above first embodiment, when AlCl gas is supplied from the cooling air inflow side of the gas turbine blade in the prior art, the deposited film thickness of the intermetallic compound in the cooling hole near the cooling air inlet is thick, and the intermediate portion And the supply of the reaction gas from the trailing edge of the cooling air discharge side 30a of the cooling hole 30 of the gas turbine blade 29 can be prevented. Further, by exhausting the reaction gas from the implanted portion of the cooling air inflow side 30b, it is possible to form a thick corrosion-resistant and oxidation-resistant coating film layer at a portion where the surface temperature is highest and high-temperature oxidation and high-temperature corrosion are most remarkable. High temperature oxidation and high temperature corrosion can be sufficiently prevented.
[0083]
Further, the volume rapidly increases in the vicinity of the cooling air inflow side, and even if a rapid gas flow rate change or pressure fluctuation occurs, the surface temperature of the gas turbine blade 29 is relatively low. There is little and does not need a uniform film thickness. Therefore, it is not necessary to use a special jig for controlling the gas flow rate in the vicinity of the outlet on the cooling air discharge side.
[0084]
In addition, the chlorine-based gas supplied to the reaction vessel 26 serves as an independent gas supply line until it is discharged from the reaction vessel 26 to the outside by the vacuum pump 31, so that the gas does not flow into the reaction vessel 26. 100% AlCl gas with little decrease in AlCl gas concentration can be supplied only to the surface of the product, and the corrosion-resistant and oxidation-resistant coating film can be applied to the cooling holes 30 of the gas turbine blade 29 and the outer surface of the gas turbine blade 29 in a short time. A layer can be formed.
[0085]
Further, since the reaction between the AlCl gas and the reaction vessel 26 can be prevented, the removal and cleaning of Al adhering to the reaction vessel 26 is unnecessary, and the maintenance can be simplified. Further, by uniformly heating the outer circumference of the reaction vessel 26 to 850 ° C. with the external electric furnace 25 so as to equalize the temperature, the processing temperature of the gas turbine blade 29 is lowered, and the heat damage that the gas turbine blade 29 is subjected to during Al nosing. As a result, the effect of preventing the material strength and performance from being deteriorated can be obtained, and the heat treatment for recovering the material strength can be eliminated. Furthermore, with the gas turbine blade 29 that has been subjected to chemical vapor deposition inserted into the

reaction vessel

26, 2 gas is supplied to the reaction vessel 26 to create an atmosphere in which the gas turbine blade 29 does not oxidize. By heating the reaction vessel 26 to the solution treatment temperature of the material by heat treatment, the strength recovery of the gas turbine blade material, the recovery of the structure, and the composition of the intermetallic compound deposited on the surface of the gas turbine blade can be adjusted. The reliability and performance of the coated gas turbine blade 29 can be further improved.
[0086]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing a case where the inner surface of the cooling hole 30 of the gas turbine blade 29 and the outer surface of the gas turbine blade 29 are simultaneously subjected to chemical vapor deposition.
[0087]
In the present embodiment, the front end side portion of the supply pipe 33 of the AlCl gas that is the reaction gas is enlarged to constitute the masking tank 35 so as to cover the outer surface of the gas turbine blade 29. As a result, the reaction gas is supplied to the outer surface of the gas turbine blade 29 simultaneously with the supply of the reaction gas to the cooling hole 30, and the chemical vapor deposition process is simultaneously performed on both surfaces. The masking tank 35 is made of metal, ceramics, or carbon. Since other requirements are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
[0088]
According to the second embodiment as described above, the inner surface of the cooling hole 30 of the gas turbine blade 29 and the outer surface of the gas turbine blade 29 are simultaneously subjected to chemical vapor deposition by the masking tank 35, whereby the treatment by the Al pack method is performed. Compared to the temperature (1000 ° C. or higher), it can be processed at a low temperature of 900 ° C. or lower, and the Al pack processing step on the outer surface of the gas turbine blade 29 can be eliminated. The thermal damage sometimes received can be reduced, and the strength of the material and the performance of the product can be prevented.
[0089]
In addition, since the Al pack treatment process on the outer surface of the gas turbine blade 29 can be abolished, the treatment time is shortened without hindering the corrosion resistance and oxidation resistance coating film after the Al pack by chemical vapor deposition Al nosing, Processing costs can be reduced.
[0090]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing a case where the supply pipe 33 is configured in a closed loop shape so that chemical vapor deposition can be continuously performed in a plurality of or the same reaction vessel 26.
[0091]
In the apparatus used in the present embodiment, for example, a pair of reaction vessels 26 are connected by a closed-loop supply pipe 33, and pumps 36 and 37 are provided in the reciprocating path portion of the supply pipe 33, respectively. A plurality of

valves

38 and 39 are provided.
[0092]
Then, the AlCl3 gas discharged from one reaction vessel 26 flows again into the same reaction vessel 26 or the other reaction vessel 26, and chemical vapor deposition is performed in a closed loop.
[0093]
That is, the reaction gas supplied from the cooling air discharge side 30a by the gas turbine blade 29 in one reaction vessel 26 reacts with, for example, a Ni-base superalloy that is a gas turbine blade material to form a NiAl intermetallic compound. After completion of the reaction, the AlCl3 gas of trivalent aluminum halide having a reduced Al concentration is discharged from the cooling air inflow side 30b. The reaction at this time is as shown in the following reaction formula 4.
[0094]
[Formula 4]

[0095]
However, as shown in the following reaction formula 5, the Al concentration is recovered by spraying AlCl 3 gas that has been reacted again onto Al, and the AlCl gas sufficient for forming an intermetallic compound of NiAl can be obtained. .
[0096]
[Chemical formula 5]

[0097]
Therefore, after allowing sufficient AlCl3 gas to flow into one reaction vessel 26 (26a) with the inlet valve 38 open, the valve 38 is closed and the outlet valve 39 is opened to turn on the

pumps

36, 37. to start. As a result, the AlCl3 gas that has completed the reaction in one reaction vessel 26a is allowed to flow again into the same reaction vessel 26a or the other reaction vessel 26 (26b), so that the AlCl3 gas is not exhausted and closed loop action is performed. Chemical vapor deposition can be performed continuously. By reducing the size of these reaction vessels 26 and providing a large number of apparatuses, the initial supply amount of AlCl3 gas can be minimized.
[0098]
According to the third embodiment, productivity can be improved and the chemical vapor deposition processing cost can be greatly increased by flowing the AlCl3 gas that has been reacted again into the same reaction vessel or another reaction vessel. Advantages such as being able to be reduced are obtained.
[0099]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the surface temperature of the gas turbine blade is high, the thickness of the Al coating on the cooling air discharge side of the cooling hole in the high temperature corrosion and high temperature oxidation environment is increased, and the surface temperature of the gas turbine blade is increased. Reducing the thickness of the Al coating on the cooling air inflow side (planting part) with relatively low temperature and low problems of high temperature corrosion and oxidation, and the relationship between temperature, Al coating thickness, gas flow rate, and Al coating thickness Can be optimized. In addition, the Al pack treatment process on the outer surface of the gas turbine blade can be eliminated, the thermal damage that the gas turbine blade receives during Al nosing can be reduced, and the material strength and performance can be prevented from being lowered. Therefore, according to the gas turbine blade coated by the method of the present invention, compared with the gas turbine blade coated by the conventional method, the high temperature corrosion resistance and the high temperature oxidation resistance are improved, and the Al coating film for a long time is improved. A great effect is exhibited such as having a life characteristic.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic view for explaining a chemical vapor deposition aluminized film forming method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged schematic view showing the main part of FIG.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between temperature and film thickness for explaining the operation in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing various loads and environmental conditions received by a gas turbine rotor blade.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a conventional physical film forming method.
FIG. 8 is a blade cross-sectional view showing an internal configuration of a gas turbine blade.
FIG. 9 is a schematic view for explaining a conventional chemical vapor deposition aluminized film forming method.
FIG. 10 is a blade cross-sectional view showing an intermetallic compound film thickness distribution in a cooling hole of a gas turbine blade according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
21 Al raw material
22 Raw material vaporizer
23, 24 cylinder
25 External electric furnace
26 reaction vessel
27 Molten metal heater
28 Molten metal
29 Gas turbine blade
30 Cooling hole
31 Vacuum pump
32 Exhaust gas treatment equipment
33 Supply pipe
34 Internal electric furnace
35 Masking tank
36, 37 pump
38,39 valves

Claims

A metal raw material mainly composed of aluminum is accommodated in a raw material vaporizer and heated, and a chlorine-based gas is introduced into the raw material vaporizer to generate AlCl ₃ gas. This generated ClCl ₃ gas is supplied to an external electric furnace. The AlCl gas is generated by spraying the molten aluminum in the molten metal vessel placed in the reaction vessel heated to a high temperature in a reduced-pressure atmosphere to cause the reaction, and the ΑlCl ₃ gas and the ΑlCl gas are installed in the reaction vessel. A chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade, wherein the gas turbine blade is supplied to a cooling hole of a gas turbine blade as a product, and chemical vapor deposition is performed on the inner surface of the cooling hole by a disproportionation reaction. the supply of ArufalCl ₃ gas and ArufalCl gas into the cooling holes, performs a coolant discharge side of the cooling holes, the discharge of the gas, Gaster Chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade, which comprises carrying out the cooling medium inflow side of the emission blade.

The chemical vapor deposition aluminized film is formed on the outer surface of the gas turbine blade simultaneously with the chemical vapor deposition aluminized film formation on the inner surface of the cooling hole of the gas turbine blade according to claim 1. Aluminized film forming method.

In chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein the supply to the gas turbine blade ArufalCl ₃ gas and ArufalCl gas, using a reactive gas supply line which is provided independently of the reaction vessel And a chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein the gas turbine blade subjected to chemical vapor deposition is inserted into a reaction vessel and a subsequent heat treatment is performed. Chemical vapor deposition aluminized film forming method.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein the metal raw material filled in the heated raw material vaporizer is any one of aluminum metal or an alloy melt pulverized powder, pellets, and cutting machine chips. A method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade, characterized in that

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein the molten metal container for containing molten aluminum in a reaction vessel heated to a high temperature by an external electric furnace is further uniformed by the internal electric furnace. A method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade, characterized by heat-heating.

In chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2 wherein the chemical vapor deposition of aluminum of a gas turbine blade, characterized in that flowing directly HCl gas or H ₂ gas into the reaction vessel heated to a high temperature A method for forming a film.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein the reaction rate between the molten aluminum and the AlCl ₃ gas is controlled by changing the surface area of the molten metal and the molten aluminum contained therein. A method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein either a crucible or an evaporating dish is used as a molten metal container for containing the molten aluminum. A method for forming a coated film.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein either a ceramic or carbon is used as a material of a melter for containing molten aluminum. Aluminized film forming method.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein a material of a supply pipe used for supplying AlCl gas to a gas turbine blade as an article to be processed is made of metal, ceramics or carbon. Any one of them is used. A method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein a reaction gas is sprayed from a bottom side of a molten metal containing molten aluminum, and the reaction gas and molten aluminum are stirred at a gas flow rate. A method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1, wherein the temperature in the reaction vessel heated to a high temperature by an external electric furnace is equalized to 850 ° C. from the upper part to the lower part. A method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein a temperature gradient from the upper part to the lower part of the reaction vessel is set to the temperature in the reaction vessel heated to a high temperature by an external electric furnace. A method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein the temperature in the reaction vessel heated to a high temperature by an external electric furnace is set to 950 ° C. at the upper portion and 900 ° C. or lower at the lower portion. A method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein the AlCl ₃ gas discharged from the reaction vessel again flows into the same reaction vessel to perform chemical vapor deposition through a closed loop path. A method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade.

3. The method of forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade according to claim 1, wherein the 1Cl gas discharged from the reaction vessel is caused to flow again into another reaction vessel heated to a high temperature in another external electric furnace. A chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade, characterized in that chemical vapor deposition is performed by a closed loop path.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein the gas turbine blade which is an object to be treated is one having cooling holes by air cooling, liquid cooling, gas cooling or steam cooling. A method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade.

3. The chemical vapor deposition aluminized film forming method for a gas turbine blade according to claim 1 or 2, wherein the gas turbine blade which is an article to be processed is made of a superalloy based on a metal group containing cobalt or nickel. A method for forming a chemical vapor deposition aluminized film on a gas turbine blade, which is an object.