耐高温腐食合金材、遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービン
【課題】耐酸化性及び延性に優れ、超高温で使用されるガスタービンに適用可能な耐高温腐食合金材、及び、これを備えた遮熱コーティング材、タービン部材、ガスタービンを提供する。
【解決手段】重量比でＣｏ：１５〜３０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜１％を含有し、残部が実質的にＮｉからなることを特徴とする耐高温腐食合金材。及び、重量比でＮｉ：２０〜４０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜５％を含有し、残部が実質的にＣｏからなることを特徴とする耐高温腐食合金材。
【解決手段】重量比でＣｏ：１５〜３０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜１％を含有し、残部が実質的にＮｉからなることを特徴とする耐高温腐食合金材。及び、重量比でＮｉ：２０〜４０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜５％を含有し、残部が実質的にＣｏからなることを特徴とする耐高温腐食合金材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐高温腐食合金材、これを備えた遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービンに関し、特に優れた耐酸化性と延性とを備えた耐高温腐食合金材に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、産業用ガスタービンにおいて、遮熱コーティング材（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ）は、動翼や静翼などのタービン部材の形状や冷却構造を変えずに耐熱合金基材の温度を低減できることから、必須の技術となっている。
【０００３】
一般に、遮熱コーティング材は、耐熱合金基材上に、耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金を表す）からなる金属結合層と、主としてジルコニア系セラミックスからなる低熱伝導性のセラミックス層とを順次積層させた２層構造となっている。
【０００４】
遮熱コーティング材の問題の１つとして、例えば１５００℃を超える高温でガスタービンを長時間使用することによって、金属結合層上に酸化スケール（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｇｒｏｗｎ Ｏｘｉｄｅ）が発生することが挙げられる。酸化スケールが成長すると、セラミックス層内に応力が生じて亀裂が発生し、セラミックス層の剥離に繋がる恐れがある。従って、金属結合層の耐酸化性を向上させて酸化スケールの成長速度を抑制する必要がある。
【０００５】
また、タービンの発停に伴う温度変化により、タービン部材に熱応力が発生する。そのため、タービンの運転中に金属結合層に割れが発生する恐れがある。従って、金属結合層の延性を向上させることも必要である。
【０００６】
ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ（Ｃｏ−３２Ｎｉ−２１Ｃｒ−８Ａｌ−０．５Ｙ）合金が金属結合層材料として多用されるが、１５００℃級のガスタービンでの使用には耐えられるものの、近年開発が進んでいる１７００℃級の超高温ガスタービンに適用するには耐酸化性及び延性が不十分である。そのため、超高温での使用に耐え得る合金の開発が行われている。例えば、特許文献１及び特許文献２に、耐酸化性及び延性を向上させた耐高温腐食合金材が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１８３７５２号公報
【特許文献２】特開２００３−１８３７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、耐酸化性及び延性に優れ、超高温で使用されるガスタービンに適用可能な耐高温腐食合金材、及び、これを備えた遮熱コーティング材、タービン部材、ガスタービンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の耐高温腐食合金材は、重量比でＣｏ：１５〜３０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜１％を含有し、残部が実質的にＮｉからなることを特徴とする。
【０００９】
以下に、本発明のＮｉを素地とした耐高温腐食合金材について、各成分の作用と含有量の限定理由を説明する。
Ｃｏ：Ｃｏは、添加量を多くするほど耐高温腐食合金材の延性を向上させる効果を有する。本発明の耐高温腐食合金材では、１５重量％以上３０重量％以下の含有量とされる。１５重量％未満では、延性向上の十分な効果が得られない。３０重量％を超えて含有させても得られる効果は変わらない上、コスト増加を招く。
【００１０】
Ｃｒ：Ｃｒは、高温で保護皮膜を形成するため、含有量を多くするほど耐高温腐食合金材の耐酸化性を向上させる効果を有する。含有量が１０重量％未満では十分な耐酸化性を得ることができず、３０重量％を超えると合金材が硬くなり延性が低下する。耐酸化性と延性とのバランスの点から、Ｃｒ含有量は１０重量％以上３０重量％以下、好ましくは１５重量％以上２５重量％以下とされる。
【００１１】
Ａｌ：Ａｌは、耐高温腐食合金材を遮熱コーティング材の金属結合層に用いた場合、金属結合層表面に緻密なＡｌ２Ｏ３スケールを形成し、金属結合層の耐酸化性を向上させ、遮熱コーティング材の耐酸化性を向上させる効果がある。本発明の耐高温腐食合金材では、含有量を４重量％以上１５重量％以下、好ましくは６重量％以上１２重量％以下とされる。含有量が４重量％未満では、（Ｎｉ，Ｃｏ）（Ｃｒ，Ａｌ）２Ｏ４スピネル複合酸化物が生成し、緻密なＡｌ２Ｏ３スケールが生成されなくなり、耐酸化性を向上させる効果が得られない。また、（Ｎｉ，Ｃｏ）（Ｃｒ、Ａｌ）２Ｏ４スピネル複合酸化物は体積が大きいため、（Ｎｉ，Ｃｏ）（Ｃｒ、Ａｌ）２Ｏ４スピネル複合酸化物が生成すると、セラミックス層に応力が発生して亀裂発生や剥離が発生しやすくなる。含有量が１５重量％を超えると、Ｎｉとの金属間化合物（Ｎｉ−Ａｌ）相が形成されるので、耐高温腐食合金材が硬くなり延性が低下する。
【００１２】
Ｙ：Ｙは、金属結合層上に発生したＡｌ２Ｏ３スケールの剥離を防止する作用を有する。本発明の耐高温腐食合金材では、０．１重量％以上３重量％以下、好ましくは０．１重量％以上１重量％以下とされる。０．１重量％未満では、十分な効果が得られない。含有量が３重量％を超えると、金属結合層が脆くなり、耐熱衝撃性が低下する。
【００１３】
Ｒｅ：Ｒｅは、金属結合層表面に形成されるＡｌ２Ｏ３スケールをより緻密なものとし、耐高温腐食合金材の耐酸化性を向上させる効果がある。また、Ａｌ２Ｏ３スケール直下に形成される酸化変質層において、ＣｒＲｅ化合物を形成して酸化変質層の脆化を防止して耐熱衝撃性の低下を抑制し、かつ、Ａｌ２Ｏ３スケールの成長を阻害して、割れや剥離の発生を防止する。このため、遮熱コーティング材の寿命を延ばす効果を有する。すなわち、酸化変質層は、Ａｌ２Ｏ３スケールの形成により、金属結合層表面近傍のＡｌ濃度が低下し、ＣｒやＮｉなどの濃度が相対的に上昇することにより形成されるが、ＣｒやＮｉの濃度が濃い状態では酸化変質層内にＮｉＣｒＯ４やＣｒ２Ｏ３などの低密度で脆い化合物が生成しやすくなる。Ｒｅを含有することにより、酸化変質層においてＣｒＲｅ化合物が形成されるため、酸化変質層でのＣｒ濃度が低下するので、上記の低密度化合物の生成を防止することができる。本発明の耐高温腐食合金材では、Ｒｅ含有量は０．１重量％以上１重量％以下、好ましくは０．２重量％以上１重量％以下、より好ましくは０．４重量％以上０．６重量％以下とされる。０．１重量％未満ではＣｒＲｅ化合物がほとんど生成せず、１重量％を超えると耐高温腐食合金材が硬くなって延性が低下する。
【００１４】
上記発明において、重量比でＲｕ：０．１〜１％を含有することが好ましい。
【００１５】
Ｒｕ：Ｒｕは、Ｎｉ素地中に固溶し、Ａｌの拡散速度を低下させてＡｌ２Ｏ３スケール及び酸化変質層の成長速度を低下させることによって、耐高温腐食合金材の耐酸化性を向上させる効果がある。Ｒｅの場合、多量添加により耐高温腐食合金材の耐酸化性及び耐熱衝撃性を向上させることができるが、ＣｒＲｅ化合物の形成により耐高温腐食合金材の硬さが上昇する。一方、Ｒｕは固溶硬化であるので硬さの上昇を抑制できる。従って、ＲｅとＲｕとを含有することにより、延性及び耐酸化性の両方を向上させることができる。本発明の耐高温腐食合金材では、Ｒｕの含有量は０．１重量％以上１重量％以下とされる。含有量が０．１重量％未満ではＲｕの効果を得ることができない。含有量が１重量％を超えると、固溶硬化により耐高温腐食合金材の延性が低下する。
【００１６】
上記発明において、前記Ｒｅの含有量と前記Ｒｕの含有量との合計が、重量比で０．２〜１％とされることが好ましい。
【００１７】
Ｒｅの含有量とＲｕの含有量との合計が、０．２重量％以上１重量％以下、好ましくは０．４重量％以上０．６重量％以下の範囲とすることにより、優れた延性を有し、かつ、Ａｌ２Ｏ３スケールの成長速度が遅く耐酸化性に優れる耐高温腐食合金材となる。
【００１８】
また、本発明の耐高温腐食合金材は、重量比でＮｉ：２０〜４０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜５％を含有し、残部が実質的にＣｏからなることを特徴とする。
【００１９】
以下に、本発明のＣｏを素地とした耐高温腐食合金材について、各成分の作用と含有量の限定理由を説明する。但し、上記Ｎｉ素地耐高温腐食合金材と重複する部分は説明を省略する。
Ｎｉ：Ｎｉは、高温で保護皮膜を形成するため、含有量が多くなるほど耐高温腐食合金材の延性を向上させる効果を有する。本発明の耐高温腐食合金材では、Ｎｉの含有量は２０重量％以上４０重量％以下とされる。２０重量％未満では十分な効果が得られず、４０重量％を超えて含有させても得られる効果は変わらない。
【００２０】
Ｒｅ：Ｒｅは、金属結合層表面に形成されるＡｌ２Ｏ３スケールを緻密化して耐高温腐食合金材の耐酸化性を向上させる。また、Ａｌ２Ｏ３スケール直下の酸化変質層内に低密度で脆いＣｏＣｒＯ４やＣｒ２Ｏ３などの化合物の生成を防止して、耐熱衝撃性の低下を抑制する。本発明の耐高温腐食合金材では、含有量は０．１重量％以上５重量％以下とされる。Ｒｅ含有量が５重量％を超えると、ＣｒＲｅ層により耐高温腐食合金材が硬くなり延性が低下する。
【００２１】
上記発明において、重量比でＲｕ：０．１〜５％を含有することが好ましい。
【００２２】
Ｒｕ：Ｒｕの含有量は、０．１重量％以上５重量％以下とされる。５重量％を超えると、固溶硬化により耐高温腐食合金材が硬くなり延性が低下する。
【００２３】
上記発明において、前記Ｒｅの含有量と前記Ｒｕの含有量との合計が、重量比で１〜５％とされることが好ましい。
【００２４】
Ｃｏを素地とした耐高温腐食合金材では、Ｒｅの含有量とＲｕの含有量との合計が、１重量％以上５重量％以下、好ましくは２重量％以上４重量％以下の範囲とすることにより、優れた延性を有し、かつ、Ａｌ２Ｏ３スケールの成長速度が遅く耐酸化性が向上する。
【００２５】
また、本発明の遮熱コーティング材は、耐熱合金基材上に、上記のＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材を用いて形成された金属結合層と、該金属結合層上に積層されたセラミックス層とが形成されたことを特徴とする。
【００２６】
上述したＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材を用いて形成された金属結合層は、優れた耐酸化性と延性を有するため、剥離が発生しにくく長寿命の金属結合層を構成することができる。従って、本発明に係る遮熱コーティング材は、酸化スケールの成長によるセラミックス層の亀裂発生や剥離を防止するとともに、タービン発停などの熱サイクルに伴う金属結合層の亀裂発生を防止することができるため、耐久性に優れる。
【００２７】
この場合、前記金属結合層が、上記したＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材の粉末を溶射することにより形成されることが好ましい。溶射法により金属結合層を形成すれば、タービンなどの大型部材に対して金属結合層を容易に形成することができる。
【００２８】
本発明のタービン部材は、上記の遮熱コーティング材を備えることを特徴とする。上記遮熱コーティング材を用いることによって、セラミックス層の亀裂や剥離、及び、金属結合層の割れが発生しにくく、高温での耐久性に優れた長寿命のタービン部材を提供することができる。
【００２９】
本発明のガスタービンは、上記タービン部材を備えることを特徴とする。本発明のガスタービンは、耐酸化性及び延性に優れる金属結合層を備えた遮熱コーティング材が設けられたタービン部材により構成されるため、１７００℃級の高温で長時間に渡り安定に運転することが可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の耐高温腐食合金材は、重量比でＣｏ：１５〜３０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜１％を含有し、残部が実質的にＮｉからなる組成とされる。また、本発明の耐高温腐食合金材は、重量比でＮｉ：２０〜４０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜５％を含有し、残部が実質的にＣｏからなる組成とされる。上記ＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材を用いて遮熱コーティング材の金属結合層を構成することにより、金属結合層の耐酸化性及び延性を向上させることができる。これにより、遮熱コーティング材のセラミックス層の剥離や金属結合層の割れなどの発生を抑制し、超高温ガスタービンに適用可能な遮熱コーティング材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る遮熱コーティング材を適用したタービン部材の断面の模式図である。タービン動翼などの耐熱合金基材１１上に金属結合層１２が形成され、金属結合層１２上にセラミックス層１３が形成される。
【００３２】
本実施形態に係る金属結合層１２は、重量比でＣｏ：１５〜３０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜１％を含有し、残部が実質的にＮｉからなる耐高温腐食合金材を用いて形成される。上記組成の耐高温腐食合金材は、更に重量比でＲｕ：０．１〜１％を含有することができる。この場合、Ｒｅの含有量とＲｕの含有量との合計が重量比で０．２〜１％であることが好ましい。
【００３３】
また、本実施形態に係る金属結合層１２は、重量比でＮｉ：２０〜４０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜５％を含有し、残部が実質的にＣｏからなる耐高温腐食合金材を用いて形成されても良い。上記組成の耐高温腐食合金材は、更に重量比でＲｕ：０．１〜５％を含有することができる。この場合、Ｒｅの含有量とＲｕの含有量との合計が重量比で１〜５％であることが好ましい。
【００３４】
上記ＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材は、耐酸化性及び延性に優れる。従って、本実施形態に係る金属結合層１２は、セラミックス層の剥離や金属結合層の割れなどが発生しにくく、そのため、遮熱性及び耐熱衝撃性に優れる遮熱コーティング材となる。
【００３５】
上記金属結合層１２は、溶射法によって製膜される。上記ＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材は、ＡｌやＣｒ等の活性な金属元素を含むため、溶射用粉末はガスアトマイズ法を用いて製造される。製膜方法は、低圧プラズマ溶射法が好適である。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例により本実施形態の耐高温腐食合金材を詳細に説明する。
（実施例１）
厚さ５ｍｍの合金金属基材（商標名：ＩＮ−７３８ＬＣ、化学組成：Ｎｉ−１６Ｃｒ−８．５Ｃｏ−１．７５Ｍｏ−２．６Ｗ−１．７５Ｔａ−０．９Ｎｂ−３．４Ｔｉ−３．４Ａｌ（質量％））上に、表１に示す各組成の合金粉末を低圧プラズマ溶射法にて製膜し、膜厚１００μｍの金属結合層を形成した試料を作製した。なお、比較合金とは、従来より金属結合層として使用されているＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金とした。
【００３７】
各試料の金属結合層のビッカース硬さ測定を、荷重０．１ｋｇにて実施した。各試料を９００℃１０００時間の条件で熱処理した後、試料の断面を走査型電子顕微鏡で観察して金属結合層上に形成された酸化スケール層の厚さを計測し、酸化量とした。表１に、ビッカース硬さと酸化量の結果を示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
合金Ａ及び合金Ａ−１乃至合金Ａ−４は、Ｃｏ含有量のみを変えた結果である。合金Ａ及び合金Ａ−１乃至合金Ａ−４は、比較合金よりも酸化量が少なく、耐酸化性が向上した。合金Ａ−１（Ｃｏ含有量１０ｗｔ％）は、比較合金よりも硬さが大幅に大きかった。合金Ａ−３と合金Ａ−４とでは、硬さがほぼ同程度であり、含有量が３０ｗｔ％を超えるとＣｏによる延性向上の効果が変わらないとの結果を得た。
【００４０】
合金Ａ及び合金Ａ−５乃至合金Ａ−８は、Ｃｒ含有量のみを変えた結果である。Ｃｒ含有量が多くなると耐酸化性が向上し硬さが上昇する傾向が見られた。合金Ａ−５（Ｃｒ含有量９ｗｔ％）は、硬さが低く延性に優れるが、耐酸化性が比較合金よりも悪かった。合金Ａ−８（Ｃｒ含有量３５ｗｔ％）は、耐酸化性に優れるが、比較合金よりも大幅に硬くなった。Ｃｒ含有量が１０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００４１】
合金Ａ及び合金Ａ−９乃至合金Ａ−１２は、Ａｌ含有量のみを変えた結果である。Ｃｒと同様に、Ａｌ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。Ａｌ含有量が４ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００４２】
合金Ａ及び合金Ａ−１３乃至合金Ａ−１６は、Ｙ含有量のみを変えた結果である。Ｙ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。特に、合金Ａ−１３（Ｙ含有量５ｗｔ％）は、比較合金と比べて硬さが非常に大きくなった。Ｙ含有量０．１ｗｔ％以上３ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００４３】
合金Ａ及び合金Ａ−１７乃至合金Ａ−２０は、Ｒｅ含有量のみを変えた結果である。Ｒｅ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。Ｒｅ含有量０．１ｗｔ％以上１ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００４４】
合金Ａ−２１乃至合金Ａ−２５は、更にＲｕを含有させた結果である。Ｒｕ含有量０．１ｗｔ％以上１ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。合金Ａ−２３及び合金Ａ−２４は、Ｒｅ含有量とＲｕ含有量との合計が０．２ｗｔ％から１ｗｔ％の範囲内であり、硬さ及び耐酸化性のバランスが良好であった。
また、合金ＡのＲｅ含有量と、合金Ａ−２３のＲｅ含有量とＲｕ含有量の合計は同じであるが、合金Ａ−２３の方が硬さが小さくなった。すなわち、Ｒｕを含有させることにより、硬さ上昇を抑えることができた。
【００４５】
本発明の範囲内の組成例である合金Ｂでも、耐酸化性に優れ硬さが良好な金属結合層を得ることができた。
【００４６】
（実施例２）
厚さ５ｍｍの合金金属基材（商標名：ＩＮ−７３８ＬＣ、化学組成：Ｎｉ−１６Ｃｒ−８．５Ｃｏ−１．７５Ｍｏ−２．６Ｗ−１．７５Ｔａ−０．９Ｎｂ−３．４Ｔｉ−３．４Ａｌ（質量％））上に、表２に示す各組成の合金粉末を低圧プラズマ溶射法にて製膜し、膜厚１００μｍの金属結合層を形成した試料を作製した。なお、比較合金とは、従来より金属結合層として使用されているＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金とした。
【００４７】
各試料の金属結合層のビッカース硬さ及び酸化量を、実施例１と同様にして測定した。表２に、ビッカース硬さと酸化量の結果を示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
合金Ｃ及び合金Ｃ−１乃至合金Ｃ−４は、Ｎｉ含有量のみを変えた結果である。合金Ｃ及び合金Ｃ−１乃至合金Ｃ−４は、比較合金よりも酸化量が少なく、耐酸化性が向上した。合金Ｃ−１（Ｎｉ含有量１５ｗｔ％）は、比較合金よりも硬さが大幅に大きかった。合金Ａ−３と合金Ａ−４とでは、硬さがほぼ同程度であり、Ｎｉ含有量が４０ｗｔ％を超えた場合には、Ｎｉ添加による延性向上の効果が得られなかった。
【００５０】
合金Ｃ及び合金Ｃ−５乃至合金Ｃ−８は、Ｃｒ含有量のみを変えた結果である。Ｃｒ含有量が多くなると耐酸化性が向上し硬さが上昇する傾向が見られた。合金Ｃ−５（Ｃｒ含有量９ｗｔ％）は、硬さが低く延性に優れるが、耐酸化性が比較合金よりも悪かった。合金Ｃ−８（Ｃｒ含有量３５ｗｔ％）は、耐酸化性に優れるが、比較合金よりも大幅に硬くなった。Ｃｒ含有量が１０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さを有する金属結合層が得られた。
【００５１】
合金Ｃ及び合金Ｃ−９乃至合金Ｃ−１２は、Ａｌ含有量のみを変えた結果である。Ａｌ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。Ａｌ含有量が４ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００５２】
合金Ｃ及び合金Ｃ−１３乃至合金Ｃ−１６は、Ｙ含有量のみを変えた結果である。Ｙ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。Ｙ含有量０．１ｗｔ％以上３ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００５３】
合金Ｃ及び合金Ｃ−１７乃至合金Ｃ−２０は、Ｒｅ含有量のみを変えた結果である。Ｒｅ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。Ｒｅ含有量０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００５４】
合金Ｃ−２１乃至合金Ｃ−２５は、更にＲｕを含有させた結果である。Ｒｕ含有量が多くなると耐酸化性が向上し硬さが上昇する傾向が見られた。Ｒｕ含有量０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。合金Ｃ−２２及び合金Ｃ−２３は、Ｒｅ含有量とＲｕ含有量との合計が１ｗｔ％から５ｗｔ％の範囲内であり、硬さ及び耐酸化性のバランスが良好であった。
【００５５】
合金Ｄは、本発明の範囲内の組成例である。合金Ｄでも、耐酸化性に優れ硬さが良好な金属結合層を得ることができた。
【００５６】
合金Ｄ−１乃至合金Ｄ−３は、合金Ｄの組成に対して、更にＲｕを含有させた結果である。いずれも、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。合金Ｄ−１は、Ｒｅ含有量とＲｕ含有量との合計が１ｗｔ％から５ｗｔ％の範囲内であり、硬さ及び耐酸化性のバランスが良好であった。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の遮熱コーティング材を適用したタービン部材の断面の模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１ 耐熱合金基材
１２ 金属結合層
１３ セラミックス層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐高温腐食合金材、これを備えた遮熱コーティング材、タービン部材、及びガスタービンに関し、特に優れた耐酸化性と延性とを備えた耐高温腐食合金材に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、産業用ガスタービンにおいて、遮熱コーティング材（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ）は、動翼や静翼などのタービン部材の形状や冷却構造を変えずに耐熱合金基材の温度を低減できることから、必須の技術となっている。
【０００３】
一般に、遮熱コーティング材は、耐熱合金基材上に、耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金を表す）からなる金属結合層と、主としてジルコニア系セラミックスからなる低熱伝導性のセラミックス層とを順次積層させた２層構造となっている。
【０００４】
遮熱コーティング材の問題の１つとして、例えば１５００℃を超える高温でガスタービンを長時間使用することによって、金属結合層上に酸化スケール（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｇｒｏｗｎ Ｏｘｉｄｅ）が発生することが挙げられる。酸化スケールが成長すると、セラミックス層内に応力が生じて亀裂が発生し、セラミックス層の剥離に繋がる恐れがある。従って、金属結合層の耐酸化性を向上させて酸化スケールの成長速度を抑制する必要がある。
【０００５】
また、タービンの発停に伴う温度変化により、タービン部材に熱応力が発生する。そのため、タービンの運転中に金属結合層に割れが発生する恐れがある。従って、金属結合層の延性を向上させることも必要である。
【０００６】
ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ（Ｃｏ−３２Ｎｉ−２１Ｃｒ−８Ａｌ−０．５Ｙ）合金が金属結合層材料として多用されるが、１５００℃級のガスタービンでの使用には耐えられるものの、近年開発が進んでいる１７００℃級の超高温ガスタービンに適用するには耐酸化性及び延性が不十分である。そのため、超高温での使用に耐え得る合金の開発が行われている。例えば、特許文献１及び特許文献２に、耐酸化性及び延性を向上させた耐高温腐食合金材が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１８３７５２号公報
【特許文献２】特開２００３−１８３７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、耐酸化性及び延性に優れ、超高温で使用されるガスタービンに適用可能な耐高温腐食合金材、及び、これを備えた遮熱コーティング材、タービン部材、ガスタービンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の耐高温腐食合金材は、重量比でＣｏ：１５〜３０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜１％を含有し、残部が実質的にＮｉからなることを特徴とする。
【０００９】
以下に、本発明のＮｉを素地とした耐高温腐食合金材について、各成分の作用と含有量の限定理由を説明する。
Ｃｏ：Ｃｏは、添加量を多くするほど耐高温腐食合金材の延性を向上させる効果を有する。本発明の耐高温腐食合金材では、１５重量％以上３０重量％以下の含有量とされる。１５重量％未満では、延性向上の十分な効果が得られない。３０重量％を超えて含有させても得られる効果は変わらない上、コスト増加を招く。
【００１０】
Ｃｒ：Ｃｒは、高温で保護皮膜を形成するため、含有量を多くするほど耐高温腐食合金材の耐酸化性を向上させる効果を有する。含有量が１０重量％未満では十分な耐酸化性を得ることができず、３０重量％を超えると合金材が硬くなり延性が低下する。耐酸化性と延性とのバランスの点から、Ｃｒ含有量は１０重量％以上３０重量％以下、好ましくは１５重量％以上２５重量％以下とされる。
【００１１】
Ａｌ：Ａｌは、耐高温腐食合金材を遮熱コーティング材の金属結合層に用いた場合、金属結合層表面に緻密なＡｌ２Ｏ３スケールを形成し、金属結合層の耐酸化性を向上させ、遮熱コーティング材の耐酸化性を向上させる効果がある。本発明の耐高温腐食合金材では、含有量を４重量％以上１５重量％以下、好ましくは６重量％以上１２重量％以下とされる。含有量が４重量％未満では、（Ｎｉ，Ｃｏ）（Ｃｒ，Ａｌ）２Ｏ４スピネル複合酸化物が生成し、緻密なＡｌ２Ｏ３スケールが生成されなくなり、耐酸化性を向上させる効果が得られない。また、（Ｎｉ，Ｃｏ）（Ｃｒ、Ａｌ）２Ｏ４スピネル複合酸化物は体積が大きいため、（Ｎｉ，Ｃｏ）（Ｃｒ、Ａｌ）２Ｏ４スピネル複合酸化物が生成すると、セラミックス層に応力が発生して亀裂発生や剥離が発生しやすくなる。含有量が１５重量％を超えると、Ｎｉとの金属間化合物（Ｎｉ−Ａｌ）相が形成されるので、耐高温腐食合金材が硬くなり延性が低下する。
【００１２】
Ｙ：Ｙは、金属結合層上に発生したＡｌ２Ｏ３スケールの剥離を防止する作用を有する。本発明の耐高温腐食合金材では、０．１重量％以上３重量％以下、好ましくは０．１重量％以上１重量％以下とされる。０．１重量％未満では、十分な効果が得られない。含有量が３重量％を超えると、金属結合層が脆くなり、耐熱衝撃性が低下する。
【００１３】
Ｒｅ：Ｒｅは、金属結合層表面に形成されるＡｌ２Ｏ３スケールをより緻密なものとし、耐高温腐食合金材の耐酸化性を向上させる効果がある。また、Ａｌ２Ｏ３スケール直下に形成される酸化変質層において、ＣｒＲｅ化合物を形成して酸化変質層の脆化を防止して耐熱衝撃性の低下を抑制し、かつ、Ａｌ２Ｏ３スケールの成長を阻害して、割れや剥離の発生を防止する。このため、遮熱コーティング材の寿命を延ばす効果を有する。すなわち、酸化変質層は、Ａｌ２Ｏ３スケールの形成により、金属結合層表面近傍のＡｌ濃度が低下し、ＣｒやＮｉなどの濃度が相対的に上昇することにより形成されるが、ＣｒやＮｉの濃度が濃い状態では酸化変質層内にＮｉＣｒＯ４やＣｒ２Ｏ３などの低密度で脆い化合物が生成しやすくなる。Ｒｅを含有することにより、酸化変質層においてＣｒＲｅ化合物が形成されるため、酸化変質層でのＣｒ濃度が低下するので、上記の低密度化合物の生成を防止することができる。本発明の耐高温腐食合金材では、Ｒｅ含有量は０．１重量％以上１重量％以下、好ましくは０．２重量％以上１重量％以下、より好ましくは０．４重量％以上０．６重量％以下とされる。０．１重量％未満ではＣｒＲｅ化合物がほとんど生成せず、１重量％を超えると耐高温腐食合金材が硬くなって延性が低下する。
【００１４】
上記発明において、重量比でＲｕ：０．１〜１％を含有することが好ましい。
【００１５】
Ｒｕ：Ｒｕは、Ｎｉ素地中に固溶し、Ａｌの拡散速度を低下させてＡｌ２Ｏ３スケール及び酸化変質層の成長速度を低下させることによって、耐高温腐食合金材の耐酸化性を向上させる効果がある。Ｒｅの場合、多量添加により耐高温腐食合金材の耐酸化性及び耐熱衝撃性を向上させることができるが、ＣｒＲｅ化合物の形成により耐高温腐食合金材の硬さが上昇する。一方、Ｒｕは固溶硬化であるので硬さの上昇を抑制できる。従って、ＲｅとＲｕとを含有することにより、延性及び耐酸化性の両方を向上させることができる。本発明の耐高温腐食合金材では、Ｒｕの含有量は０．１重量％以上１重量％以下とされる。含有量が０．１重量％未満ではＲｕの効果を得ることができない。含有量が１重量％を超えると、固溶硬化により耐高温腐食合金材の延性が低下する。
【００１６】
上記発明において、前記Ｒｅの含有量と前記Ｒｕの含有量との合計が、重量比で０．２〜１％とされることが好ましい。
【００１７】
Ｒｅの含有量とＲｕの含有量との合計が、０．２重量％以上１重量％以下、好ましくは０．４重量％以上０．６重量％以下の範囲とすることにより、優れた延性を有し、かつ、Ａｌ２Ｏ３スケールの成長速度が遅く耐酸化性に優れる耐高温腐食合金材となる。
【００１８】
また、本発明の耐高温腐食合金材は、重量比でＮｉ：２０〜４０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜５％を含有し、残部が実質的にＣｏからなることを特徴とする。
【００１９】
以下に、本発明のＣｏを素地とした耐高温腐食合金材について、各成分の作用と含有量の限定理由を説明する。但し、上記Ｎｉ素地耐高温腐食合金材と重複する部分は説明を省略する。
Ｎｉ：Ｎｉは、高温で保護皮膜を形成するため、含有量が多くなるほど耐高温腐食合金材の延性を向上させる効果を有する。本発明の耐高温腐食合金材では、Ｎｉの含有量は２０重量％以上４０重量％以下とされる。２０重量％未満では十分な効果が得られず、４０重量％を超えて含有させても得られる効果は変わらない。
【００２０】
Ｒｅ：Ｒｅは、金属結合層表面に形成されるＡｌ２Ｏ３スケールを緻密化して耐高温腐食合金材の耐酸化性を向上させる。また、Ａｌ２Ｏ３スケール直下の酸化変質層内に低密度で脆いＣｏＣｒＯ４やＣｒ２Ｏ３などの化合物の生成を防止して、耐熱衝撃性の低下を抑制する。本発明の耐高温腐食合金材では、含有量は０．１重量％以上５重量％以下とされる。Ｒｅ含有量が５重量％を超えると、ＣｒＲｅ層により耐高温腐食合金材が硬くなり延性が低下する。
【００２１】
上記発明において、重量比でＲｕ：０．１〜５％を含有することが好ましい。
【００２２】
Ｒｕ：Ｒｕの含有量は、０．１重量％以上５重量％以下とされる。５重量％を超えると、固溶硬化により耐高温腐食合金材が硬くなり延性が低下する。
【００２３】
上記発明において、前記Ｒｅの含有量と前記Ｒｕの含有量との合計が、重量比で１〜５％とされることが好ましい。
【００２４】
Ｃｏを素地とした耐高温腐食合金材では、Ｒｅの含有量とＲｕの含有量との合計が、１重量％以上５重量％以下、好ましくは２重量％以上４重量％以下の範囲とすることにより、優れた延性を有し、かつ、Ａｌ２Ｏ３スケールの成長速度が遅く耐酸化性が向上する。
【００２５】
また、本発明の遮熱コーティング材は、耐熱合金基材上に、上記のＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材を用いて形成された金属結合層と、該金属結合層上に積層されたセラミックス層とが形成されたことを特徴とする。
【００２６】
上述したＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材を用いて形成された金属結合層は、優れた耐酸化性と延性を有するため、剥離が発生しにくく長寿命の金属結合層を構成することができる。従って、本発明に係る遮熱コーティング材は、酸化スケールの成長によるセラミックス層の亀裂発生や剥離を防止するとともに、タービン発停などの熱サイクルに伴う金属結合層の亀裂発生を防止することができるため、耐久性に優れる。
【００２７】
この場合、前記金属結合層が、上記したＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材の粉末を溶射することにより形成されることが好ましい。溶射法により金属結合層を形成すれば、タービンなどの大型部材に対して金属結合層を容易に形成することができる。
【００２８】
本発明のタービン部材は、上記の遮熱コーティング材を備えることを特徴とする。上記遮熱コーティング材を用いることによって、セラミックス層の亀裂や剥離、及び、金属結合層の割れが発生しにくく、高温での耐久性に優れた長寿命のタービン部材を提供することができる。
【００２９】
本発明のガスタービンは、上記タービン部材を備えることを特徴とする。本発明のガスタービンは、耐酸化性及び延性に優れる金属結合層を備えた遮熱コーティング材が設けられたタービン部材により構成されるため、１７００℃級の高温で長時間に渡り安定に運転することが可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の耐高温腐食合金材は、重量比でＣｏ：１５〜３０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜１％を含有し、残部が実質的にＮｉからなる組成とされる。また、本発明の耐高温腐食合金材は、重量比でＮｉ：２０〜４０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜５％を含有し、残部が実質的にＣｏからなる組成とされる。上記ＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材を用いて遮熱コーティング材の金属結合層を構成することにより、金属結合層の耐酸化性及び延性を向上させることができる。これにより、遮熱コーティング材のセラミックス層の剥離や金属結合層の割れなどの発生を抑制し、超高温ガスタービンに適用可能な遮熱コーティング材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る遮熱コーティング材を適用したタービン部材の断面の模式図である。タービン動翼などの耐熱合金基材１１上に金属結合層１２が形成され、金属結合層１２上にセラミックス層１３が形成される。
【００３２】
本実施形態に係る金属結合層１２は、重量比でＣｏ：１５〜３０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜１％を含有し、残部が実質的にＮｉからなる耐高温腐食合金材を用いて形成される。上記組成の耐高温腐食合金材は、更に重量比でＲｕ：０．１〜１％を含有することができる。この場合、Ｒｅの含有量とＲｕの含有量との合計が重量比で０．２〜１％であることが好ましい。
【００３３】
また、本実施形態に係る金属結合層１２は、重量比でＮｉ：２０〜４０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜５％を含有し、残部が実質的にＣｏからなる耐高温腐食合金材を用いて形成されても良い。上記組成の耐高温腐食合金材は、更に重量比でＲｕ：０．１〜５％を含有することができる。この場合、Ｒｅの含有量とＲｕの含有量との合計が重量比で１〜５％であることが好ましい。
【００３４】
上記ＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材は、耐酸化性及び延性に優れる。従って、本実施形態に係る金属結合層１２は、セラミックス層の剥離や金属結合層の割れなどが発生しにくく、そのため、遮熱性及び耐熱衝撃性に優れる遮熱コーティング材となる。
【００３５】
上記金属結合層１２は、溶射法によって製膜される。上記ＮｉまたはＣｏを素地とした耐高温腐食合金材は、ＡｌやＣｒ等の活性な金属元素を含むため、溶射用粉末はガスアトマイズ法を用いて製造される。製膜方法は、低圧プラズマ溶射法が好適である。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例により本実施形態の耐高温腐食合金材を詳細に説明する。
（実施例１）
厚さ５ｍｍの合金金属基材（商標名：ＩＮ−７３８ＬＣ、化学組成：Ｎｉ−１６Ｃｒ−８．５Ｃｏ−１．７５Ｍｏ−２．６Ｗ−１．７５Ｔａ−０．９Ｎｂ−３．４Ｔｉ−３．４Ａｌ（質量％））上に、表１に示す各組成の合金粉末を低圧プラズマ溶射法にて製膜し、膜厚１００μｍの金属結合層を形成した試料を作製した。なお、比較合金とは、従来より金属結合層として使用されているＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金とした。
【００３７】
各試料の金属結合層のビッカース硬さ測定を、荷重０．１ｋｇにて実施した。各試料を９００℃１０００時間の条件で熱処理した後、試料の断面を走査型電子顕微鏡で観察して金属結合層上に形成された酸化スケール層の厚さを計測し、酸化量とした。表１に、ビッカース硬さと酸化量の結果を示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
合金Ａ及び合金Ａ−１乃至合金Ａ−４は、Ｃｏ含有量のみを変えた結果である。合金Ａ及び合金Ａ−１乃至合金Ａ−４は、比較合金よりも酸化量が少なく、耐酸化性が向上した。合金Ａ−１（Ｃｏ含有量１０ｗｔ％）は、比較合金よりも硬さが大幅に大きかった。合金Ａ−３と合金Ａ−４とでは、硬さがほぼ同程度であり、含有量が３０ｗｔ％を超えるとＣｏによる延性向上の効果が変わらないとの結果を得た。
【００４０】
合金Ａ及び合金Ａ−５乃至合金Ａ−８は、Ｃｒ含有量のみを変えた結果である。Ｃｒ含有量が多くなると耐酸化性が向上し硬さが上昇する傾向が見られた。合金Ａ−５（Ｃｒ含有量９ｗｔ％）は、硬さが低く延性に優れるが、耐酸化性が比較合金よりも悪かった。合金Ａ−８（Ｃｒ含有量３５ｗｔ％）は、耐酸化性に優れるが、比較合金よりも大幅に硬くなった。Ｃｒ含有量が１０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００４１】
合金Ａ及び合金Ａ−９乃至合金Ａ−１２は、Ａｌ含有量のみを変えた結果である。Ｃｒと同様に、Ａｌ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。Ａｌ含有量が４ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００４２】
合金Ａ及び合金Ａ−１３乃至合金Ａ−１６は、Ｙ含有量のみを変えた結果である。Ｙ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。特に、合金Ａ−１３（Ｙ含有量５ｗｔ％）は、比較合金と比べて硬さが非常に大きくなった。Ｙ含有量０．１ｗｔ％以上３ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００４３】
合金Ａ及び合金Ａ−１７乃至合金Ａ−２０は、Ｒｅ含有量のみを変えた結果である。Ｒｅ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。Ｒｅ含有量０．１ｗｔ％以上１ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００４４】
合金Ａ−２１乃至合金Ａ−２５は、更にＲｕを含有させた結果である。Ｒｕ含有量０．１ｗｔ％以上１ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。合金Ａ−２３及び合金Ａ−２４は、Ｒｅ含有量とＲｕ含有量との合計が０．２ｗｔ％から１ｗｔ％の範囲内であり、硬さ及び耐酸化性のバランスが良好であった。
また、合金ＡのＲｅ含有量と、合金Ａ−２３のＲｅ含有量とＲｕ含有量の合計は同じであるが、合金Ａ−２３の方が硬さが小さくなった。すなわち、Ｒｕを含有させることにより、硬さ上昇を抑えることができた。
【００４５】
本発明の範囲内の組成例である合金Ｂでも、耐酸化性に優れ硬さが良好な金属結合層を得ることができた。
【００４６】
（実施例２）
厚さ５ｍｍの合金金属基材（商標名：ＩＮ−７３８ＬＣ、化学組成：Ｎｉ−１６Ｃｒ−８．５Ｃｏ−１．７５Ｍｏ−２．６Ｗ−１．７５Ｔａ−０．９Ｎｂ−３．４Ｔｉ−３．４Ａｌ（質量％））上に、表２に示す各組成の合金粉末を低圧プラズマ溶射法にて製膜し、膜厚１００μｍの金属結合層を形成した試料を作製した。なお、比較合金とは、従来より金属結合層として使用されているＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金とした。
【００４７】
各試料の金属結合層のビッカース硬さ及び酸化量を、実施例１と同様にして測定した。表２に、ビッカース硬さと酸化量の結果を示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
合金Ｃ及び合金Ｃ−１乃至合金Ｃ−４は、Ｎｉ含有量のみを変えた結果である。合金Ｃ及び合金Ｃ−１乃至合金Ｃ−４は、比較合金よりも酸化量が少なく、耐酸化性が向上した。合金Ｃ−１（Ｎｉ含有量１５ｗｔ％）は、比較合金よりも硬さが大幅に大きかった。合金Ａ−３と合金Ａ−４とでは、硬さがほぼ同程度であり、Ｎｉ含有量が４０ｗｔ％を超えた場合には、Ｎｉ添加による延性向上の効果が得られなかった。
【００５０】
合金Ｃ及び合金Ｃ−５乃至合金Ｃ−８は、Ｃｒ含有量のみを変えた結果である。Ｃｒ含有量が多くなると耐酸化性が向上し硬さが上昇する傾向が見られた。合金Ｃ−５（Ｃｒ含有量９ｗｔ％）は、硬さが低く延性に優れるが、耐酸化性が比較合金よりも悪かった。合金Ｃ−８（Ｃｒ含有量３５ｗｔ％）は、耐酸化性に優れるが、比較合金よりも大幅に硬くなった。Ｃｒ含有量が１０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さを有する金属結合層が得られた。
【００５１】
合金Ｃ及び合金Ｃ−９乃至合金Ｃ−１２は、Ａｌ含有量のみを変えた結果である。Ａｌ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。Ａｌ含有量が４ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００５２】
合金Ｃ及び合金Ｃ−１３乃至合金Ｃ−１６は、Ｙ含有量のみを変えた結果である。Ｙ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。Ｙ含有量０．１ｗｔ％以上３ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００５３】
合金Ｃ及び合金Ｃ−１７乃至合金Ｃ−２０は、Ｒｅ含有量のみを変えた結果である。Ｒｅ含有量が多くなると耐酸化性が向上するが、硬さが上昇した。Ｒｅ含有量０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。
【００５４】
合金Ｃ−２１乃至合金Ｃ−２５は、更にＲｕを含有させた結果である。Ｒｕ含有量が多くなると耐酸化性が向上し硬さが上昇する傾向が見られた。Ｒｕ含有量０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下で、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。合金Ｃ−２２及び合金Ｃ−２３は、Ｒｅ含有量とＲｕ含有量との合計が１ｗｔ％から５ｗｔ％の範囲内であり、硬さ及び耐酸化性のバランスが良好であった。
【００５５】
合金Ｄは、本発明の範囲内の組成例である。合金Ｄでも、耐酸化性に優れ硬さが良好な金属結合層を得ることができた。
【００５６】
合金Ｄ−１乃至合金Ｄ−３は、合金Ｄの組成に対して、更にＲｕを含有させた結果である。いずれも、耐酸化性に優れ、比較合金と同程度の硬さが得られた。合金Ｄ−１は、Ｒｅ含有量とＲｕ含有量との合計が１ｗｔ％から５ｗｔ％の範囲内であり、硬さ及び耐酸化性のバランスが良好であった。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の遮熱コーティング材を適用したタービン部材の断面の模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１ 耐熱合金基材
１２ 金属結合層
１３ セラミックス層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量比でＣｏ：１５〜３０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜１％を含有し、残部が実質的にＮｉからなることを特徴とする耐高温腐食合金材。
【請求項２】
重量比でＲｕ：０．１〜１％を含有することを特徴とする請求項１に記載の耐高温腐食合金材。
【請求項３】
前記Ｒｅの含有量と前記Ｒｕの含有量との合計が、重量比で０．２〜１％とされたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の耐高温腐食合金材。
【請求項４】
重量比でＮｉ：２０〜４０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜５％を含有し、残部が実質的にＣｏからなることを特徴とする耐高温腐食合金材。
【請求項５】
重量比でＲｕ：０．１〜５％を含有することを特徴とする請求項４に記載の耐高温腐食合金材。
【請求項６】
前記Ｒｅの含有量と前記Ｒｕの含有量との合計が、重量比で１〜５％とされたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の耐高温腐食合金材。
【請求項７】
耐熱合金基材上に、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の耐高温腐食合金材を用いて形成された金属結合層と、該金属結合層上に積層されたセラミックス層とが形成されたことを特徴とする遮熱コーティング材。
【請求項８】
前記金属結合層が、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の耐高温腐食合金材の粉末を溶射することにより形成されたことを特徴とする請求項７に記載の遮熱コーティング材。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の遮熱コーティング材を備えることを特徴とするタービン部材。
【請求項１０】
請求項９に記載のタービン部材を備えることを特徴とするガスタービン。
【請求項１】
重量比でＣｏ：１５〜３０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜１％を含有し、残部が実質的にＮｉからなることを特徴とする耐高温腐食合金材。
【請求項２】
重量比でＲｕ：０．１〜１％を含有することを特徴とする請求項１に記載の耐高温腐食合金材。
【請求項３】
前記Ｒｅの含有量と前記Ｒｕの含有量との合計が、重量比で０．２〜１％とされたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の耐高温腐食合金材。
【請求項４】
重量比でＮｉ：２０〜４０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ａｌ：４〜１５％、Ｙ：０．１〜３％、Ｒｅ：０．１〜５％を含有し、残部が実質的にＣｏからなることを特徴とする耐高温腐食合金材。
【請求項５】
重量比でＲｕ：０．１〜５％を含有することを特徴とする請求項４に記載の耐高温腐食合金材。
【請求項６】
前記Ｒｅの含有量と前記Ｒｕの含有量との合計が、重量比で１〜５％とされたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の耐高温腐食合金材。
【請求項７】
耐熱合金基材上に、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の耐高温腐食合金材を用いて形成された金属結合層と、該金属結合層上に積層されたセラミックス層とが形成されたことを特徴とする遮熱コーティング材。
【請求項８】
前記金属結合層が、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の耐高温腐食合金材の粉末を溶射することにより形成されたことを特徴とする請求項７に記載の遮熱コーティング材。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の遮熱コーティング材を備えることを特徴とするタービン部材。
【請求項１０】
請求項９に記載のタービン部材を備えることを特徴とするガスタービン。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２４２８３６（Ｐ２００９−２４２８３６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８８５９１（Ｐ２００８−８８５９１）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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