JPH01306573A - 熱バリヤーを有する低膨張係数合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一般に熱バリヤー被覆物システムに関し、よ
り詳細には低膨張係数を有する合金用熱バリヤー被覆物
システムに関する。

背景技術 ガスタービン、往復エンジンなどの熱機関の効率を増大
するために、通常、これらの装置の操作温度および圧力
の付随の増大がなければならない。

不幸なことに、大抵の現在の材料システムは、高められ
た条件ドで結局破損し、それによって操作パラメーター
の実際的限定をもたらす。

多年にわたって、これらのエンジンの操作温度および圧
力を増強する各種の材料か、提案され「１つ紹介されて
きた。１つの普通のシステムは、ジルコニアを含めた熱
バリヤー被覆物（ｒＴＢｃＪ）をスパーアロイ基材に適
用することを包含する。

ＭＣｒＡｌＹの中間耐酸化性結合被覆物は、ＴＢＣと基
材との間に配置されている。

通常のスーパーアロイとセラミックＴＢＣとの間の熱膨
張食い違いは、セラミック被覆物１０”、。

を多孔性に故意にさせることを部分的に伴う。このこと
は、精々ハーフステップ（ｈａｌｆ’　５ｔｅｐ）であ
る。前記状況下では、ジルコニアは、膨張係数が今生産
生の入手可能なニッケル基スーパーアロイおよびコバル
ト基スーパーアロイの膨張係数と冷干類似しているので
、特別上等の材料である。史に、ＺｒＯ２は、普通の耐
火材料の最低の熱転専率をＨする。ＭｇＯおよびＡｌ２
Ｏ３は、熱転・９率かＺ　ｒ　０２よりもはるかに大き
いので、余り好適ではない。

入手可能なシステムの困難は、スーパーアロイがエンジ
ンの内部部品を作る時に考慮しなければならない中位の
膨張係数を白゛することである。例えば、ジェット機の
エンジンにおいては、タービンは、１０９３℃（２００
０’Ｆ）以上の温度に達することがある。耐火被覆物は
スーパーアロイを熱バリヤーとしてとともに合金の耐食
性の補助物として役立つこのような環境内で操作するこ
とをｉ＋Ｊ能にするが、スーパーアロイ基材材料の膨張
は、成る固有のデザインの無効力をエンジンに導入する
ことがある。臨界的部品の厳重な操作許容度は、タービ
ンデザインで絶対的に臨界的である。

このようなパワープラントで遭遇する極端な条件の結果
として、低膨張係数合金は、一般に、より臨界的な分野
では使用されていない。増大されたエンジン部品許容度
を可能にするであろうすばらしく低い膨張係数値を有す
るが、これらの合金は、一般に、ニッケル基スーパーア
ロイおよびコバルト基スーパーアロイが示すような必要
な高温特性および耐食特性を示さない。

低膨張鋳造および鍛錬合金、例えば、９００系列の鉄基
合金は、６４９℃（１２００下）以下て操作する部品に
限定されるガスタービンエンジン中で軸、シールおよび
シュラウド用に使用されている。これは、この温度およ
びそれ以上での減少された耐酸化性のためである。前記
課題は、約６４９℃（１２００丁）よりも高い温度では
合金か脆くする相変化を受けるという“］ｌ実によって
史に大きくなる。しかしながら、前記のように、より気
密なシールを通してエンジン効率を改良するために、ガ
スタービンの製造業者は、より高い操作温度および圧力
への低膨張合金の用途を拡大する機会を歓迎するであろ
うか、現在、合金の知覚された欠点に鑑みて邪魔されて
いる。

多数の被覆物システムが文献にある。米国特許箱４，０
５５，７０５号明細書、第４，２４８゜９４０号明細書
、第４，２５５，４９５号明前書、第４，４８５，１５
１号明細書、第４，５３５゜０３７号明細書、第４，３
７５，１９０号明細書は、スーパーアロイ基材上に付着
された耐火物に関連する。

発明の概要 従って、耐酸化性熱バリヤー二重被覆物をａする低膨張
鉄基合金が、提供される。９００系列の低膨張合金は、
部分安定化ジルコニア−イツトリア熱バリヤー被覆物お
よび中間耐酸化性被覆物を包含する。

得られたシステムは、同時に満足な耐酸化性を与えなが
ら、必要な低い膨張特性およびスーパーアロイ性を示す
。製品は、約８７１℃（１６００丁）の温へに耐えるこ
とができる。空冷を使用ならば、より高い温度に耐える
ことができる。

熱バリヤー被覆物は、所期の温度範囲内で鋳造および鍛
錬低膨張係数合金に許容Ｉｌ■能な程適合できる非常に
低い熱伝導率および膨張係数を有する。

予測される内部操作温度は本発明の結果よりも高いこと
があるか、熱バリヤーの断熱特性は、括＋４の温度を許
容口■能な水準に下げるであろう。

発明を実施するための好ましい１［ニ態本発明の最終要
点は、熱機関における低膨張係数鉄基合金の増大された
利用である。耐火熱バリヤーおよび中間結合層を合金に
適用することによって、合金の低膨張特性は、非常に白
゛利に使用できる。熱バリヤー、好ましくは部分安定化
ジルコニア（ｒＰｓＺＪ　−８％Ｙ　　ＯＺ　ｒ　Ｏ２
）は、９００系列の合金（９０３，９０７および９０９
）の基材の膨張係数とかなりマツチし且つそれらと適合
する。基材をエンジンの高い内温破壊から断熱すること
によって、本発明から作られる部品は、より厳重な製造
許容度を＋＋Ｊ能にし、それによってより大きい操作効
率を生ずることかできる。

９００系列の合金は、公称上、大体ニッケル３８％、コ
バルト１３〜１５％、ニオブ３〜４．５％、チタン１．
５％、任意のケイ素およびアルミニウム、少量の他の材
料（処方物に応じて）を含Ｈし且つ残部は木質１鉄であ
る（４２９ｏ）。

低膨張係数（ｒｃＯＥＪ　）を達成するためには、化学
組成は、制限される。特に、クロムおよびアルミニウム
は、他の種類のスーパーアロイに自白されるものよりも
通常少ない量に限定しなければならない。通常、これは
、高温での酸化並びにＣＯＨの上昇をを生ずるであろう
。しかしながら、これらの材料を被覆することによって
、耐酸化性は維１！ｉされ且つ基＋１内の温度応力は許
容ｎＳ能な水■に保たれる。

特に、９００系列の鉄基合金〔インコロ・ｒ（ＩＮｃｏ
Ｉ、ＯＹ　ｏ）　’ｍ合金　０３．９０７および９０９
として人手可能（譲受人の商標）〕を開発して、低ＣＯ
Ｈの利点を得た。例えば、合金ＱＯ９のＣＯＥは約６４
９℃（１２００丁）で約１０．３μｍ／ｍ／℃（５，７
×１０−６インチ／インチ／丁）である一方、ニッケル
基スーパーアロイインコネル０合金７１８（譲受人の商
標）、レネＣＩＩＩＥＮＩＥＯ）　４１　’（テレゲイ
ン・アル・・・ツクの＋！’＋ｉ　ｆ票）およびワスパ
ロイ（ＷＡＳＰＡｌ、０Ｙｏ）　　（ユナイテ・ソト・
チクノロシーズ・コーポレーションの商標）は、約６４
９℃（１２００丁）で組み合わされた・１也均ＣＯＥ約
約１５．３μｍ／ｍ／’Ｃ（８，５Ｘ１０−６インチ／
インチ／丁）を有する（　９　（Ｊ　９よりも約４８％
高い）。鉄基スーパーアロイＡ−２８６は、約６４９°
Ｃ（１２００°Ｆ）でのＣＯＥ約１７．ｅ＋μｍ／ｍ／
’Ｃ（９，８Ｘ１０　’インチ／インチ／丁）を有する
（９０９よりも約７１００高い）。

図は、各種の材料間の比較を与える。低膨張９００系列
の合金（特に９０７および９０９）は、典型的なニッケ
ル基（および鉄基およびコバルト基）スーパーアロイよ
りもジルコニアに近いことに留意すべきである。例えば
、−１８℃〜９３°Ｃ（０〜２００下）での合金９０７
および９０９のＣＯＥは、約８．０μｍ／ｍ／’Ｃ（４
，４６ｘ１０−６インチ／インチ／丁）である。この同
いＨ度範囲でのｐｓｚのＣＯＥは、約１１　、ＯＩｔ　
ｍ　／ｍ／　℃（６，Ｉ　Ｘ　１０−６インチ／インチ
／丁）である。興味のある温度でのＣＯＥは、余り変化
しないので、同）１である。

被覆物は、当業者に既知であり且つ人手できる技術によ
って基材に適用してもよい。プラズマ溶射は、ド記デー
タを古る際に利用できた。メトコ（ＭＥＴＣＯｏ）　９
　Ｍ　Ｂプラズマ溶射装置を使用した。

しかしながら、熱バリヤーおよび中間結合彼榎物を適用
するための他の好適な方法も、適当であることが認識さ
れるべきである。

ＭＣｒＡｌＹ（ＭはＮｉ、Ｆｅ、、Ｃｏ、ＮｉＦｅ、Ｎ
ｉＣｏまたはそれらの混合物である）は、必須の耐酸化
性に高度に釘効であるので、結合被覆物用に優先的に選
んだ。ＭＣｒＡｌおよびＭＡｌも、条件が余り苛酷でな
いならば、利用してもよい。

本明細書の目的で、八ＣＯＥは、対応のニッケル基スー
パーアロイ、鉄基スーパーアロイまたはコバルト基スー
パーアロイまたは所定のと反でそれらから作られる製品
よりも少なくとも２５００低い値であることを意味する
。

試験片を調製した。大抵の場合に、低ＣＯＥインコロイ
■合金９０９は、基材合金てあ−た。比較の目的で、イ
ンコネル０合金７１８およびインコロイ０合金８００を
５ツの晶相用に使用した。

中間結合被覆物の場合に使用する粉末を商業源から手に
入れた。表１は、基材および中間結合波π物の組成を表
示する。

表Ｉ 基材および中間層の組成 合金基材　　　Ｎ工　見＆旦！且些　エエΔ±旦土　謎
躬９０９　　　　３１１．２　１３．ＯＢａｔ　　　−
４，７１，５０，０３０，４−７１８５２，０敗１．Ｏ
Ｂａｌ　　１９．０　５．２　０．８　０．５　　ｊＶ
ｏ、３５　−８００　　　　３２．０　　−　　　Ｂａ
ｌ　　２１．０　−　　０．４　０．４　　敗１．０−
中間層 Ｎｉ２１１　８ａｌ−−２２，０−−１０，０−１ｓＦ
ｅ１２４　−　−　　Ｂａｌ　　２４　−　−　８　−
　　０．５ＹＮｉ％３　６０．０　−　　Ｂａ１　２２
．５　−　−　６．８−　　−表■および■は、試験ｙ
１の詳細を表示する。表■は全システムに関する一方、
表■は３つの５゛４する熱バリヤー彼題物の組成を詳述
する。

／ ／ ／ 表■ 試験ピン系列の組成 ８％Ｙ２Ｏ３−ＺＩ−０２ＰＳＺ粉末　中間層　　　粉
末の試料Ｎｏ、　　　　μ（ミル）　　の種類　　　μ
（ミル）　種類０　　　　５００（２０）　　　　　焼
結　　　　１００（４）　　　Ｎ　ｉ　２１１１、　　
　　　５００（２０）　　　　　融解　　　　１００＜
４）　　　Ｆ　ｅ　１２４２　　　　　５００（２０）
　　　　　融解　　　　１００（４）　　　Ｆ　ｅ１２
４３　　　　５００（２０）　　　　　融解　　　　１
００（４）　　　Ｆ　ｅ１２４４　　　　５００（２０
）　　　　　焼結　　　　１００（４）　　　Ｆ　ｅ　
１２４５　　　　５００（２０）　　　　　焼結　　　
　１００（４）　　　Ｆ　ｅ　１２４６　　　　５００
（２０）　　　　　焼結　　　　１００（４）　　　Ｆ
　ｅ　１２４７　　　　　５００　（２０）　　　　　
融解　　　　１００（４）　　　Ｎ　ｉ　２］　１８　
　　　５００（２０）　　　　　融解　　　　１００（
４）　　　Ｎ　ｉ　２１１９　　　　５００（２０）　
　　　　融解　　　　１００（４）　　　Ｎ　ｉ　２１
１１０　　　５００（２０）　　　　　焼結　　　　１
００（４）　　　Ｎ　ｉ　２１１１９　　　　５００（
２０）　　　　　融解　　　　１００（４）　　　Ｎ　
ｉ　２１１２０　　　　　５００（２０）　　　　　融
解　　　　１００（４）　　　Ｎ　ｉ　２１１２１　　
　　５００（２０）　　　　　焼結　　　　１００（４
）　　　Ｎ　ｉ　２１１２２　　　　１０００（４０）
　　　　　焼結　　　　１００（４）　　　Ｎ　ｉ　２
１１２３　　　　２０００（８０）　　　　　焼結　　
　　１００（４）　　　Ｎ　ｉ　２１１３０　　　　５
００（２０）　　　　　焼結　　　　２００（８）　　
　Ｎ　ｉ　２１１３１　　　　１０００（４０）　　　
　　焼結　　　　２００（８）　　　Ｎ　ｉ　２１１３
２　　　　　　　　　２０００（８０）　　　　　　　
　　灯を泉古　　　　　　　　２００（８）　　　　　
Ｎ　　ｉ　２１１３７　　　　１０００（４０）　　　
　　焼結　　　　１００（４）　　　Ｎ　ｉ　２１１３
９　　　　１０００（４［］）　　　　　焼結　　　　
２００（８）　　　Ｎ　ｉ　！ｌ１４２　　　　１００
０（４０）　　　　　焼結　　　　１００（４）　　　
Ｎ　ｉ　２］１（インコネル＠合金７１８であった１９
．２０．３７および３８およびインコロイ■合金８００
であった４２以外は、すべてのドーム状ピン基材はイン
コロイ■合金９０９〔直径１２．７ｍｍ（０，５インチ
）×長さ７６．２關（３，０インチ）〕である。） ★ビン＃１２を機械加工して、ビンのドームへの内部を
中空にした〔直径６．３ｍｍ（０，２５インチ）〕。

★★中間層はプラズマ蒸着層（ＰＶＤ）であった。

表■ Ｍ−２８％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２融解、破砕Ｍ　　　５　
　　　８　％　Ｙ　２０３−ＺｒＯ２焼結、破砕Ｍ　　
　７　　　　８％Ｙ　２０３　　Ｚ　ｒ　Ｏ２回転楕円
形ｂｘ−１ｏ　　　　１２９カＹ２Ｏ３−Ｚ「０２　　
融解、破砕Ｆｖ１　１１　　　１　’２　％　Ｙ　２０
３　’　Ｚ　ｒ　Ｏ２融解、破砕Ｍ　　１　Ｂ　　　　
２００（ｌ　Ｙ　２０３　　Ｚ　ｒ　Ｏ２融解、破砕試
験１１を（ｉ）好ましい被覆物システムを見出すだめの
熱疲労に対する比較抵抗（被覆物亀裂またはスポーリン
グ）　　；　　（ｉｉ）それ以下では破損か正しない操
作温度および（ｉｉｉ）熱バリヤー被覆物を満切っての
温度勾配を評価する口約の各種の条件下で循環酸化リグ
中で評価した。

表■のモノリスは、各種のＰＳＺ粉末を直径１２．５龍
（０，５インチ）Ｘ長さ７６．２關（３インチ）の銅基
材上に溶射した後、銅の酸溶解を施すことによって調製
した。

試験片からの熱サイクルデータを＆ＩＶ中の試験ランに
よって示す。各試験ランは、熱条件および期間が変化し
、従って、データを試験ラン魔（ＴＲ）によって報告す
る。モノリス（第二系タリの試験片）を受は取ったまま
の状態の相の分６ｉと一緒に表Ｖに記載する。表■から
のデータを人■に示して、インコロイ０合金９０９基材
を使用１してＦｅＣｒＡＩＹおよびＮｉＣｒＡｌＹ中間
層−にの両方の種類のＰＳＺ　（融解および焼結）被覆
物の熱サイクル抵抗に対する炉温の効果を示す。表■は
、異なる操作温度で測定した時の持効性温度勾配および
空冷（０，２ｒｒｌ／ｈｒ　（８立方フイート／ｈｒ）
）中空ビン１２の熱サイクル履歴を総括する。より詳細
な持効性温度勾配ｖｓ環境温度をビン１２の場合に表■
に与える。これらの温度の値は、四捨五入しない。表■
は、２つの炉温におけるインコロイ■合金９０９上のＮ
　ｉ　２１　ｌ　１１１間層上の焼結ＰＳＺ被覆物ｖｓ
インコネル■合金７１８基材の熱サイクル抵抗を比較す
る。＆Ｘは、炉温１０００℃（１８３０丁）におけるイ
ンコロイ０音金９０９のＮｉ２１１中間層の２つのＩＥ
ノさに対する焼結ＰＳＺ厚さの効果を示す。表ＸＩは、
１０００’Ｃ（１８３０丁）における均等の焼結ＰＳＺ
被覆物およびＮｉ２１１中間層１１ノさにおけるインコ
ロイ０音金９０９基材ＶＳインコネル■合金７１８およ
びインコロイ０音金８００７ＪＨの熱サイクル抵抗を示
す。

表■ ＰＳＺ被覆ピンの熱サイクル抵抗 ＲＩ 条件： 炉温：　　　　　　　　　　　　　９１５℃（１６８０
丁）炉中のビンの芯の温度：　　　　　７００℃（１２
９０’Ｆ）炉外でのビンの芯の温度：　　　　２０５℃
（４００’Ｆ）サイクル時間、　　　　　　　　　炉中
で１５分／炉外で５分ビンＮｏ、　　　　　　　　　　
　　　　　結果０　　破損なしに４５３６サイクル（６
３日）。金属組織学的試料を採取し、ビン０をＴＲ４て
再始動。

表■（続き） Ｒ２ 条件： 炉温：　　　　　　　　　　　　　９００℃（１６５０
°Ｆ）炉中のビンの芯の温度：　　　　　８２０℃（１
５１０”Ｆ）炉外てのビンの芯の温度：　　　　２０５
℃（４００”Ｆ）サイクル時間：　　　　　　　　　炉
中で３０分／炉外で１０分ピンλα　　　　　　　　　
　　　　　結果１　　１１５２サイクル（３２日）で破
損。縦方向の亀裂、露出端から副層。

４　　ビン１と同様に１２６０サイクル（３５日）で破
損。

７　　１２６０サイクル（３５印で破損。露出端から発
する小さい縦方向亀裂。

１０　　１２６０サイクル（３５日）後に破損なし。ビ
ン１０をＴＲ４て百始表■（続き） ＴＲ３ 条件： 炉Ｊ：　　　　　　　　　　　　　　　　８８０’Ｃ（
１６１０’Ｆ）気流でのビンの芯の温度＝　　　　　　
　７４０℃（１３６５゛Ｆ）気流なしてのビンの芯の温
度：　　　　　　８２０’Ｃ（１５１０’Ｆ）気流での
炉外でのビンの芯の温度：　　　７０℃（１６０下）サ
イクル時間：　　　　　　　　　　　　炉中で３０分／
炉外て１０分ビンＮｏ、　　　　　　　　　　　　　　
　結果１２（空冷）　　１０４４サイクル（２９日）後
に破損なし。ビン１２をＴＲ６で再始動。

表■（続き） ＴＲ４および５ 条件・ 炉温：　　　　　　　　　　　　　９００℃（１６５０
°Ｆ）炉中のピンノ芯の温度：　　　　　　８２０’Ｃ
（１５１０’Ｆ）炉外でのビンの芯の温度：　　　　２
０５℃（４００’Ｆ）サイクル時間：　　　　　　　　
　炉中で１５分／炉外で５分ビン＼へ　　　　　　　　
　　　　　　結果０　　次いで、３％サイクルをＴＲ６
て再始動。

１０　　３２４サイクル（９日）後に破ｔｊｔｏ　ｍい
縦方向亀裂。合計１５８４サイクル（ＴＲ２およびＴＲ
４）。

１６　　１４４サイクル（４日）後に破Ｉル多数の縦方
向亀裂。

１９★　３６０サイクル（１０日）後に破孔★７１８基
材 表■（続き） Ｒ６ 条件二 炉温：　　　　　　　　　　　　　１０１５℃（１８６
０’Ｆ）炉中のビンの芯の温度：　　　　　　９８０”
Ｃ（１７９５下）炉外でのビンの芯の温度：　　　　１
３５℃（２７５’Ｆ）炉中のビン１２の芯の温度：　　
　　９１０’Ｃ（１６７０下）炉外テノピン１２の芯”
ｉＲ度：　　　　７０℃（１６０’Ｆ）サイクル時間：
　　　　　　　　　炉中で３０分／炉外で１０分ビンＮ
ｏ、　　　　　　　　　　　　　　　　　　結果０　　
　　　１４４サイクルで破損ぼに亀裂）。合計５０７６
サイクル（ＴＲＩ、４および６）。

３　　　　７２サイクル（２印で破損。縦方向亀裂。

５　　　　２１６サイクル（６日）後に底でわずがの７
１離。ビン５をＴＲ７で再始動。

９　　　　７２サイクル（２日）で破損。縦方向亀裂。

１１　　　　　２１６サイクル（６日）実施。破損なし
。ビン１１をＴＲ７て再始動。

１７　　　　７サイクル（○、２日）で破損。Ｐｓｚ被
覆物で大きいスポーリング。

２０★　　　　７２サイクル（２印で破損。ドームて嶋
１２（島令）　　１４４サイクル（４日）で破損なし。

ビン１２をＴＲ７で１す始動。

★７１１材。

表■（続き） Ｒ７ 条件： 炉温：　　　　　　　　　　　　　６５０℃（１２００
丁）炉中のビンの芯の温度：　　　　　６４０℃（１１
８５’Ｆ）炉外でのビンの芯の温度：　　　　２０５℃
（４００’Ｆ）炉中のビン１２の芯の温度＝　　　４９
０℃（９００下）炉外てのビン１２の芯の温度＝　　　
７０℃（１６０丁）サイクル時間：　　　　　　　　　
炉中で３０分／炉外で１０分ピンに０．　　　　　　　
　　　　　　　　　　結果２　　　　　１８７７サイク
ル（５２日）後に破損なし。

５　　　　３％サイクル（１１日）プラスＴＲ６中での
２１６サイクル（６日）後に破損（ドームおよび底面積
で亀裂）６　　　　　１８７７サイクル（５２日）後に
破損なし。

８　　　　　１８７７サイクル（５２日）後に破損なし
。

１１　　　　　１８７７サイクル（５２日）プラスＴＲ
６中での２１６サイクル（６日）後に破損なし。

１２（空冷）　　５９５サイクル（１７日）後にドーム
で破損。亀裂を先ず３９０サイクル（１１日）後に観察
。ビン１２はＴＲ３，４，６および７で合計１７８３サ
イクル（５０山を有していた。

ビン１２をＴＲ６で再始動。

表■（続き） ＴＲ４および５と下記のものとの組み合わせ条件： 炉温：　　　　　　　　　　　　　９００℃（１６５０
°Ｆ）炉中のビンの芯の温度：　　　　　　８２０°Ｃ
（１５１０°Ｆ）炉外てのビンの芯の７１度：　　　　
２０５℃（４００°Ｆ）サイクル時間：　　　　　　　
　　炉中で１５分／炉外で５分子Ｒ８ 条件： 炉温：　　　　　　　　　　　　　１０００℃（１８３
０’Ｆ）炉中のピンの芯のｉ証文：　　　　　９９４℃
（１８３０’Ｆ）炉外でのピンの芯の温度：　　　　２
０５℃（４００丁）サイクル時間：　　　　　　　　　
炉中で６０分／炉外で１０分ビンＮα　　　　　　　　
　　　　　　　結果２１　　　７５０サイクル（３６日
）後に破損なし。

２２　　　１９０サイクル（９０）後にドームで亀裂〔
７５０サイクル（３６Ｂ）後に伝搬なし〕。

２３　　２５サイクル（１日）で破損。

３０　　　７５０サイクル（３６日）後に破損なし。

３１　　４０サイクル（２日）で破損。

３２　　２５サイクル（１日）で破損。

３７”　　　４１サイクル（２日）で破損。

３９”　　　２１サイクル（１日）で破損。

４２＊★　３リサイクル（２日）で破損。

表Ｖ Ｍ　−２８９ｏ　Ｙ　２０３　Ｐ　Ｓ　Ｚ−両￥　　　
１００％　−−Ｍ　　　５　　８％　Ｙ　２０３　Ｐ　
Ｓ　Ｚ−焼結　　　　　１００％　　　−−Ｍ−７８％
Ｙ２Ｏ３ＰＳＺ−回転楕円形　　１００％　　−−Ｍ−
１０１２％Ｙ２０３　Ｐ　Ｓ　Ｚ−ａｊｌイ５７％　　
４３％　　　−Ｍ−１１１２％ｙ　　ｏ　　ｐｓｚ−融
解　　　　４１％　　５９％　　−Ｍ−１３２０％Ｙ　
　ＯＰＳＺ−融解　　　　−１００％　　−表■表■ インコロイｏ合金９０９基材を使用してＦｅＣｒＡＩＹ
およびＮｉＣｒＡｌＹ中間層上の融解および焼結ＰＳＺ
被覆物の熱サイクル抵抗に対する炉温の効果 サイクル＠　サイクル＠　サイクル＠ 融解　　　　　Ｆｅ１２４　　　＞１８７７　　　１０
５２　　　　　７２焼結　　　　　Ｆｅ１２４　　　＞
１８７７　　　１１８６　　　　２０８Ｆｉｊｆｉ’４
　　　　　　　　　　　Ｎｉ２１１　　　　　　＞１８
７７　　　　　　１１８０　　　　　　　　　　７２焼
結　　　　　Ｎｉ２１１　　　＞１８７７　　　５０７
６　　　　２１６”★最初に６５０℃（１２００’Ｆ）
で３６０サイクル。

表■ ３　８．８０（１８１０）　　７４０（１３６５）　　
１４０（２４５）　　　１０４４６　１０１５＜１８８
０）　　９１０（１６７０）　　１０５（１９０）　　
　１４４表■ 経験される持続性忍度勾配 炉温、℃（下）　芯温度、℃（下）　差、℃（下）１０
１９（１８６Ｂ）　　　　　９１［１（１８１１０）　
　　　１０３（１８Ｂ）８０９（１４１１８）　　　　
　６５０（１２０２）　　　　１５９（２８Ｂ）７１９
（１３２５）　　　　　　　　　　５５Ｂ（１０３２）
　　　　　　　　　１６３（２９３）６０４（１１２０
＞　　　　　４４０（８２４）　　　　＋６４（２９０
）表■ ９００℃（１６５０’Ｆ）および１０１５℃（１８６０
丁）でのインコロイ■合金９００ｖ　ｓインコネル０合
金７１８）ｉ、材上のＮｉＣｒＡｌＹ（Ｎｉ２１１）中
間層上の焼結ＰＳＺ被覆物の熱１０１５（１８６０）　
　　　　２１Ｂ”　　　　７２★最初に６５０℃（１２
００’Ｆ）での３６０サイクル表Ｘ 炉温１０００℃（１８３０’Ｆ）でのインコロイ■合金
９０９上のＮｉＣｒＡｌＹ（Ｎｉ２１１）中２２　　　
　＋００（４）　　　　１０００（４０）　　　　１９
０　　（ドーム上に微小亀裂）２３　　　　１（１０（
４ン　　　　２０００＜８０）　　　　　２５３１　　
　２００（８）　　’　　１（］００（４０）　　　　
　４０表ｘ１ １０００℃（１８３０下）での均等の焼結ｐｓｚ被工物
およびＮ１ＣｒＡ２Ｙ　（Ｎｉ２１１）中間層厚さでの
インコロイｏ合金９０９ｖｓインコネル■合金７１８お
よびインコロイ［株］合金８００２！材の熱サイクル抵
抗の比較（ドーム上に微小亀裂） 結果は、（ｉ）二重ＰＳＺ被覆物と低ＣＯＥ合金、特に
９０９との適合性および（ｉｆ）二重ＰＳＺ肢覆インコ
ロイ■合金９０９が未被覆インコロイ■合金９０９より
も高い温度環境で使用できることを実証する、複合シス
テムとしての熱バリヤー被覆インコロイ■合金９０９は
、熱バリヤー被覆インコネル■合金７１８または熱バリ
ヤー被覆インコロイ■合金８００よりも大きい熱サイク
ル抵抗をＨすることが追加的に示された。本発明のシス
テムは、０．　２ｒｒｔ／ｈｒ　（８立方フイー）　／
　ｈ　ｒ　）のみの気流で少なくとも５０００サイクル
少なくとも８７１℃（１６００下）まで耐えることが示
された。それは、４００サイクル未満で破損した同一試
験の合金７１８ＮｉＣｒＡＩＹ拮合コート／ＰＳＺ複合
体よりも性能か優れていた。

表■は、各種の熱サイクル条件ドで試験された？！！合
試験片の熱サイクル抵抗を示す。試験を実施して好まし
い種類の８％Ｙ２０．、−ＺｒＯっ（融解または焼結）
およびＭＣｒＡｌＹ中間層（ＭはＮｉまたはＦｅである
）に好ましいものを選んだ。

追加的に、インコネル０合金７１８ＪＪ材を有する４つ
の二重被覆ピンをインコロイ０合金９０９との比較の目
的で試験した。インコロイｏ合金９０９上のプラズマ族
ａ（ｒＰＶＤＪ）中間層も５・ト価した。結果（表■）
は、９１０℃（１６７１１丁）付近およびそれ以上の温
度においては、焼結ＰＳＺが融解ＰＳＺよりも好ましい
ことを示唆する。好ましい性能の理由は、まだ既知では
ない。

同様に、表■にも示すように、２つの中間層（ＮｉＣｒ
ＡＩＹおよびＦｅＣｒＡＩＹ）の性能は、６５００Ｃ（
１２２０丁）で等価である。しかしながら、９１０℃（
１６７（１丁）以上においては、Ｎ　ｉ　Ｃｒ　Ａ　Ｉ
　Ｙ中間層（Ｎｉ２１１）は、ＦｅＣｒＡＩＹ中間層（
Ｆ　ｅ　１２４）よりも好ましい。再度、この結果の理
由は、また確立されていない。表Ｘは、インコロイ■合
金９０９をＮｉＣｒＡｌＹ　　（Ｎｉ２１１）　　［０
，ｌｏｏｍ（０，００４インチ）〕中間層上の焼結ｐｓ
ｚ被覆物（０，＋　５ｍｍ　（０，［、，１２インチ）
〕用基＋１として使用する時に達成される熱サイクル抵
抗の改良がインコ合金７１８上の二重被覆物の改良以上
の題名な改良であることを明示する（インコネル■合金
７１８およびインコロイ■合金８００との追加の比較に
関しては表ＸＩ参照）。Ｎ　ｉ　％　’３のＰＶＤ被覆
物をＰＶＤまたはプラズマ溶射（ＰＳＺ被覆物）前に粗
面化せず、従って、複合体は迅速に破損した（Ｔ０４お
よび５におけるピン１６、表■に示すデータ）。

表■に記載のピンを使用して、熱サイクル抵抗に対する
ｐｓｚｌ覆物厚さの効果を表Ｘに示す。

０．５ｍ（２０ミル）の被覆物は、より厚い被覆物厚さ
よりも好ましい。これらの同じ表（Ｘおよび■）は、０
．１ｍｍ（４ミル）のＮｉＣｒＡｌＹ中間層厚さと０．
　２市（８ミル）の ＮｉＣｒＡｌＹ中間層厚さとの間の性能差が本質上ない
ことを示唆するデータを示す。

ジルコニアは、冷却時に９５０℃付近で厳然な相変化を
受け、このことは３．５容量９ｏの膨張を生ずる。Ｙ２
Ｏ３の添加（６〜８０６）は、最初、高温正方晶相をは
るかに低い温度に対して安定化する。１２％Ｙ２Ｏ３−
Ｚ「０２付近の組成は、正方品５０％−ＦＣＣ’５０％
であるーｈ゛、２０％Ｙ　　Ｏ−−ＺｒＯ２付近めもの
は、全部ＦＣＣである。このことは、表■のモノリスの
場合の表ｖで確認される。８％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の種
類は相分布を変化しないことに留意。

表■からのピン＃１２を６．３ｍｍ　（０，２５□ｒン
チ）のドリルで機械加工して、穴を試験ピンのドームに
作り、小径のチューブおよび０．２Ｔｒｌ／ｈ「（８立
方フイート／ｈｒ）の実験室圧縮空気を使用して、Ｔ■
３．６および７で試験しなから、ピンを空冷した。各試
験温度における持続温度勾配および熱サイクルの数を表
■に１７え、６０４℃（１１２０下）から１０１９℃（
１８６６丁）までの持続性温度勾配のプロフィールを表
■に与える。持続性温度勾配は温度が０．　５ｍｃ　（
０，０２インチ）のＰＳＺ被覆物の場合に増大するにつ
れて徐々に減少することに留意。それにも拘らず、ここ
に開示の材料から作られる空冷エンンン部品は、許容可
能でありｎつ通常の９ｏ０系列の合金で想像される困難
を克服するらしい。

法令の条項に従って、本発明の特定の態様をここに例示
し且つ説明したが、当業者は、変更を特許請求の範囲に
よってカバーされる本発明の形態で施すことかできるこ
と、および本発明の成る特徴を他の特徴の対応の使用な
しに有利に時々使Ｉｆｆできることを理解するであろう
。

【図面の簡単な説明】

図は各種の材料の線熱膨張（９ｏ）ｖｓ湿温度示すグラ
フである。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ７１　　戊（０Ｆ） ノＡ　　／Ｉｔ　　（″Ｃ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）低膨張係数合金から作られた基材； （ｂ）基材と見当合わせされた耐酸化性中間結合被覆物
   ；および （ｃ）基材と適合する膨張係数を示す中間結合被覆物上
   の熱バリヤー被覆物 を具備することを特徴とする熱バリヤー被覆物システム
   を有する被覆製品。 ２、基材が、鉄基合金である、請求項１に記載の製品。 ３、基材が、９００系列の低膨張合金から選ばれる、請
   求項１に記載の製品。 ４、基材が、大体ニッケル３８％、コバルト１３％、ニ
   オブ４．７％、チタン１．５％および鉄４２％を包含す
   る、請求項１に記載の製品。 ５、中間結合被覆物が、ＭＣｒＡｌＹ（式中、ＭはＮｉ
   、Ｆｅ、Ｃｏおよびそれらの混合物からなる群から選ば
   れる）を包含する、請求項１に記載の製品。 ６、中間結合被覆物が、ＭＣｒＡｌ（式中、ＭはＮｉ、
   Ｆｅ、Ｃｏおよびそれらの混合物からなる群から選ばれ
   る）を包含する、請求項１に記載の製品。 ７、中間結合被覆物が、ＭＡｌ（式中、ＭはＮｉ、Ｆｅ
   、Ｃｏおよびそれらの混合物からなる群から選ばれる）
   を包含する、請求項１に記載の製品。 ８、熱バリヤーが、イットリアを包含する、請求項１に
   記載の製品。 ９、熱バリヤーが、焼結部分安定化ジルコニアを包含す
   る、請求項１に記載の製品。 １０、熱バリヤーが、 ８％Ｙ＿２Ｏ＿３−ＺｒＯ＿２を包含する、請求項１に
   記載の製品。 １１、合金９０９基材、ＮｉＣｒＡｌＹ中間被覆物およ
   び焼結部分安定化ジルコニア熱バリヤーを包含する、請
   求項１に記載の製品。 １２、中間被覆物が厚さ約０．１ｍｍを有し且つ熱バリ
   ヤー被覆物が厚さ約０．５ｍｍを有する、請求項１０に
   記載の製品。 １３、熱機関に配置されてなる、請求項１に記載の製品
   。 １４、内部冷却に適している、請求項１に記載の製品。 １５、熱バリヤー被覆物を有する製品を製造するにあた
   り、 （ａ）低膨張合金基材を供給し； （ｂ）基材を耐酸化性結合被覆物で被覆し；（ｃ）（ｂ
   ）の被覆物を、基材と適合する低膨張係数を有する熱バ
   リヤー被覆物で被覆する ことを特徴とする製品の製法。 １６、基材が、９００系列の低膨張合金から選ばれる、
   請求項１５に記載の方法。 １７、結合被覆物が、ＭＣｒＡｌＹ（式中、ＭはＮｉ、
   Ｆｅ、Ｃｏおよびそれらの混合物からなる群から選ばれ
   る）を包含する、請求項１５に記載の方法。 １８、結合被覆物が、ＭＣｒＡｌ（式中、ＭはＮｉ、Ｆ
   ｅ、Ｃｏおよびそれらの混合物からなる群から選ばれる
   ）を包含する、請求項１５に記載の方法。 １９、結合被覆物が、ＭＡｌ（式中、Ｍは Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏおよびそれらの混合物からなる群から
   選ばれる）を包含する、請求項１５に記載の方法。 ２０、熱バリヤー被覆物が、ジルコニアを包含する、請
   求項１５に記載の方法。 ２１、熱バリヤーが、イットリアを包含する、請求項１
   ５に記載の方法。 ２２、中間バリヤーが厚さ約０．１ｍｍを有するように
   させ且つ熱バリヤーが厚さ約０．５ｍｍを有するように
   させる、請求項１５に記載の方法。 ２３、熱バリヤーが、 ８％Ｙ＿２Ｏ＿３−ＺｒＯ＿２を包含する、請求項１５
   に記載の方法。 ２４、基材が合金９０９基材であり、結合被覆物がＮｉ
   ＣｒＡｌＹであり且つ熱バリヤーが焼結部分安定化ジル
   コニアを包含する、請求項１５に記載の方法。 ２５、内部冷却用製品に適合させる、請求項１５に記載
   の方法。