遮熱コーティング、これを備えたタービン部材及びガスタービン
【課題】遮熱性、熱サイクル耐久性及び耐エロージョン性を兼ね備えた遮熱コーティングと、これを備えたタービン部材及びガスタービンを提供することを目的とする。
【解決手段】遮熱コーティングは、耐熱基材１上に形成されたセラミックス層３を備える遮熱コーティングであって、セラミックス層３が耐熱基材１の側から表層に向かって、段階的にまたは連続的に気孔率が高くなるよう形成される。セラミックス層３が、気孔率が５％以下で、且つ、膜厚が２０μｍ以下の最表層を更に備えても良い。
【解決手段】遮熱コーティングは、耐熱基材１上に形成されたセラミックス層３を備える遮熱コーティングであって、セラミックス層３が耐熱基材１の側から表層に向かって、段階的にまたは連続的に気孔率が高くなるよう形成される。セラミックス層３が、気孔率が５％以下で、且つ、膜厚が２０μｍ以下の最表層を更に備えても良い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐久性に優れる遮熱コーティングに係り、特に遮熱コーティングのトップコートとして用いられるセラミックス層に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用ガスタービンの分野では、翼の形状や翼に設けられた冷却構造を変えずに、耐熱部材への熱負荷を低減することができる遮熱コーティング（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ，ＴＢＣ）が必須の技術となっている。
ＴＢＣは、一般に、ガスタービンを構成する静翼や動翼、あるいは燃焼器の壁材などの耐熱部材上に、耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍ：Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金）などからなるボンドコート層と、低熱伝導のセラミックス、例えば主として８質量％イットリア部分安定化ジルコニアなどからなるトップコート層とが順にコーティングされ、２層構造となっている。
ＴＢＣには、高い遮熱性と高い熱サイクル耐久性が要求されるが、これらを両立するのは非常に難しく、研究開発が積極的に進められている。
【０００３】
特許文献１には、金属またはセラミックスからなる基材に、少なくとも熱応力緩和層、遮熱層をこの順に積層して構成されたセラミックス被覆部材について開示されている。上記セラミックス被覆部材は、熱応力緩和層と遮熱層との境界層において、熱応力緩和層から遮熱層に向かって、熱応力緩和層を形成する第１のセラミックス材料の濃度が連続的に減少するとともに、遮熱層を形成する第２のセラミックス材料の濃度が連続的に増加することを特徴とする。それによって、遮熱性、熱サイクル耐久性に優れたセラミックス被覆部材としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０２０９２号公報（請求項１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、省エネルギー対策の一つとして、火力発電の熱効率を高めることが検討されている。発電用ガスタービンの発電効率を向上させるためには、ガス入口温度を上昇させることが有効であり、その温度は１５００℃程度とされる場合もある。ガスタービンの種類によっては、タービンの入口温度が１５００℃を超える温度に上昇することが考えられている。また、近年環境対策の関係から、より熱効率の高いガスタービンの開発が進められており、タービンの入口温度が１７００℃にも達すると考えられ、タービン翼の表面温度は１２００℃もの高温になることが予想される。
【０００６】
従来、ＴＢＣのトップコート層として使用されている８質量％イットリア部分安定化ジルコニアは、低熱伝導率、セラミックスとしては高い熱膨張係数、熱サイクル耐久性及び高温結晶安定性を有する。しかしながら、上記のような１７００℃級ガスタービンでは、ＴＢＣの表面温度が１２００℃を超え、遮熱コーティングの材質変化（結晶変化）などの問題を生じる可能性があり、更なる耐久性向上、高温安定性、遮熱性が望まれている。また、外部からの飛来物による損傷を防止できるとなお良い。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、遮熱性、熱サイクル耐久性及び耐エロージョン性を兼ね備えた遮熱コーティングと、これを備えたタービン部材及びガスタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、耐熱基材上に形成されたセラミックス層を備える遮熱コーティングであって、前記セラミックス層が前記耐熱基材の側から表層に向かって、段階的にまたは連続的に気孔率が高くなるよう形成される遮熱コーティングを提供する。上記セラミックス層は、気孔率の異なる２以上の皮膜から構成され、前記２以上の皮膜のうち、少なくとも、前記耐熱基材に隣接して配置される皮膜の気孔率が１０％以下であり、前記表層側に配置される別の皮膜の気孔率が１０％を超え、かつ、１５％以下であても良い。
【０００９】
本発明によれば、セラミックス層の表層の気孔率が高くなるため、熱伝導性は低くなる。また、セラミックス層の耐熱基材側は緻密な構造となるため、下地となるボンドコート層への密着性が高くなる。これによって、熱サイクル耐久性の高い遮熱コーティングとすることができる。
【００１０】
上記発明において、前記セラミックス層が、気孔率が５％以下で、且つ、膜厚が２０μｍ以下の最表層を更に備えることが好ましい。
最表層の気孔率は、５％以下であることが好ましい。気孔率の低い緻密な皮膜が設けられることで、耐エロージョン性を得ることができる。エロージョンとは、外部からの飛来物との接触によってセラミックス層が減肉される現象を意味する。皮膜、気孔が緻密であるほど、飛来物がセラミックス層に食い込むことが困難となるため、耐エロージョン性が向上する。表層側に緻密な層があると、熱伝導が良くなるため、遮熱コーティングとしての機能に反することになる。従って、最表層の膜厚は、２０μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明は、上記の遮熱コーティングを備えるタービン部材及びこれを備えたガスタービンを提供する。係る構成のタービン部材は、優れた遮熱性と耐久性を有するため、このタービン部材を用いることで、より信頼性に優れたガスタービンとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、気孔率が異なる複数の皮膜を適切に配置したセラミックス層とすることで、耐久性、遮熱性及び耐エロージョン性を兼ね備えた遮熱コーティングとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る遮熱コーティングの部分断面概略図である。
【図２】第２実施形態に係る遮熱コーティングの部分断面概略図である。
【図３】溶射電流と気孔率との関係を示すグラフである。
【図４】Ａｒ／Ｈ２比と気孔率との関係を示すグラフである。
【図５】溶射距離と気孔率との関係を示すグラフである。
【図６】熱サイクル耐久性の評価に用いたレーザ式熱サイクル試験装置の模式断面図である。
【図７】（ａ）は、図６に示す装置により熱サイクル試験に供された試料の温度変化を模式的に示すグラフである。（ｂ）は、（ａ）に示された曲線Ａ〜Ｃに対応する試料における温度測定点Ａ〜Ｃを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る遮熱コーティングの一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
本実施形態では、耐熱基材１上に、ボンドコート層（金属結合層）２が形成され、ボンドコート層２の上に、セラミックス層３が形成されている。
【００１５】
耐熱基材１としては、例えば、ガスタービン動翼に用いられるＣＭ２４７Ｌ（キャノンマスケゴン社製）や、ガスタービン静翼に用いられるＩＮ９３９（インコ社製）などの耐熱合金が用いられる。耐熱基材１を用いる部品としては、好ましくはガスタービン用部品であり、タービン動翼、タービン静翼、分割環、燃焼器等に用いる部品が挙げられる。求められる耐熱性としては、その用途により異なるが、少なくとも７００℃以上に耐えるものが好ましい。
【００１６】
ボンドコート層２は、高い耐酸化性を有するとともに、耐熱基材１とセラミックス層３との熱膨張係数差を小さくして熱応力を緩和させる役割を果たす。従って、高い耐酸化性による長時間耐久性と優れた熱サイクル耐久性を得ることができ、セラミックス層３のボンドコート層２からの剥離を防止することができる。また、ボンドコート層２は、耐熱基材１とセラミックス層２をより強固に接合させ、遮熱コーティング材の強度の向上にも寄与できる。
【００１７】
ボンドコート層２は、その上に気孔を有する層を設ける場合には、耐熱基材１の高温酸化、高温腐食を防止するために、耐酸化性、耐食性に優れた材料を用いることが好ましい。また、発生する応力を効率よく緩和するために延性に優れた材料を用いることが好ましい。
ボンドコート層２としては、耐食性及び耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金（「Ｍ」は金属元素を表す。）が好ましい。「Ｍ」は、好ましくは、ＮｉやＣｏ、Ｆｅ等の単独の金属元素又はこれらのうち２種以上の組み合わせである。
【００１８】
ボンドコート層２の厚さは、特に限定されないが、好ましくは０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。０．０１ｍｍ未満では耐酸化性が不十分となる場合がある。１ｍｍを超えると皮膜の延性や靱性が不十分となる場合がある。
【００１９】
ボンドコート層２の形成方法は、特に限定されず、低圧プラズマ溶射法や、電子ビーム物理蒸着法等を用いることができる。
【００２０】
セラミックス層３は、一般式Ａ２Ｚｒ２Ｏ７（式中、Ａは希土類元素を表す。）で表されるセラミックスである。ここで、希土類元素とは、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイドの１５元素を意味する。一般式Ａ２Ｚｒ２Ｏ７で表されるセラミックとしては、好ましくは、Ｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｎｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｓｍ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｄｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｅｒ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙｂ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｌｕ２Ｚｒ２Ｏ７が挙げられる。
なお、セラミックス層３は、一般式Ａ’１Ｂ１Ｚｒ２Ｏ７（但し、Ａ’及びＢはそれぞれＬａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｃｅ又はＹｂのいずれかを表し、Ａ’とＢとは互いに異なる元素である）で表されるセラミックスであっても良い。
【００２１】
セラミックス層３は、耐熱基材の側から表層に向かって、段階的に、または、連続的に気孔率が高くなるよう設けられる。気孔率とは、セラミックス層３内に形成された気孔のセラミックス層３に対する体積占有率のことである。
気孔率が段階的に高くなるようにセラミックス層３が設けられる場合、例えば、セラミックス層３は、耐熱基材１側に設けられる第１皮膜３ａと表層側に設けられる第２皮膜３ｂから構成される。第１皮膜３ａ及び第２皮膜３ｂは、同一の材料が用いられることが好ましい。第１皮膜３ａは気孔率が１０％以下、第２皮膜３ｂは気孔率が１０％より高く、且つ、１５％以下であるセラミックスからなる。気孔の存在は、セラミックス層３の遮熱特性や強度に影響する。気孔率が低いと、セラミックス層３は緻密な構造となるため、強度が増す。気孔率が高いと、セラミックス層３の熱伝導率が低下するため、遮熱性の高い層とすることができる。
【００２２】
セラミックス層３の厚さは、特に限定されないが、好ましくは０．１〜１ｍｍである。０．１ｍｍ未満では遮熱が不十分となる場合があり、１ｍｍを超えると熱サイクルの耐久性が不十分となる場合がある。
第１皮膜３ａ及び第２皮膜３ｂの膜厚は、略等しく、それぞれセラミックス層３の総膜厚に対して５０％程度となるようにするのが好ましい。
【００２３】
次に、セラミックス層３の形成方法を説明する。
Ａ２Ｚｒ２Ｏ７は、粉末混合法、共沈法、アルコキシド法等により合成される。粉末混合法は、Ａ２Ｏ３粉とＺｒＯ２粉をスラリー状態でボールミル等を使用して混合し、スラリーを乾燥した後、粉を熱処理して固相反応法によりＡ２Ｚｒ２Ｏ７を合成し、粉砕して粉を得る方法である。共沈法は、ＡとＺｒの塩溶液にアンモニア等の中和剤を添加して水和物沈殿を得た後、熱処理して反応させ、Ａ２Ｚｒ２Ｏ７とした後、粉砕して粉を得る方法である。アルコキシド法は、ＡとＺｒのアルコキシド有機溶媒に水を添加して水和物沈殿を得た後、熱処理して反応させＡ２Ｚｒ２Ｏ７とした後、粉砕して粉を得る方法である。
【００２４】
Ａ２Ｚｒ２Ｏ７を含んでなる遮熱コート材料は、例えば、Ａ２Ｚｒ２Ｏ７粉と水と分散剤とバインダーのスラリーをスプレードライヤーを用いて球状に造粒し、造粒物を熱処理することで得られる。また、Ａ２Ｚｒ２Ｏ７の原料を混合する段階で得られたスラリーを、スプレードライして球状に成形し、熱処理して粉を得ることによりＡ２Ｚｒ２Ｏ７を含んでなる遮熱コート材料とすることもできる。施工法として溶射法を用いる場合には、粒径を分級し、溶射に適した粒度に調整して用いる。
【００２５】
セラミックス層３の気孔率は、溶射条件（溶射電流、プラズマガス流量、溶射距離等）を調節することで制御する。溶射条件は、所望の気孔率が得られるよう適宜設定される。
【００２６】
セラミックス層３は、大気圧プラズマ溶射法によってボンドコート層２の上に形成させる。溶射電流：４００〜６００（Ａ）、溶射距離：７０〜１５０（ｍｍ）、粉末供給量：４０〜８０（ｇ／ｍｉｎ）、Ａｒ／Ｈ２量：３５／８〜３８／５（ｌ／ｍｉｎ）の条件により成膜することが可能である。
【００２７】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図２を用いて説明する。
本実施形態では、セラミックス層３の最表層に、第３皮膜３ｃが形成される以外の構成は、第１実施形態と同様とする。
【００２８】
第３皮膜３ｃは、第１皮膜３ａ及び第２皮膜３ｂと同様の材料を用いることができる。
第３皮膜３ｃの気孔率は、５％以下であることが好ましく、遮熱コーティングを適用する部材に応じて、適宜決定される。第３皮膜３ｃは、薄く、緻密な皮膜であることが好ましい。第３皮膜３ｃの膜厚は、２０μｍ以下が好ましい。この厚さは、溶射を１〜２回行ったときに形成される皮膜の膜厚に相当する。
【００２９】
第３皮膜３ｃは、好ましくは第１皮膜３ａ及び第２皮膜３ｂと同一の溶射粉末を用い、大気圧プラズマ溶射法によって、第２皮膜３ｂの上に形成される。溶射条件は、溶射電流：４００〜６００（Ａ）、溶射距離：７０〜１５０（ｍｍ）、粉末供給量：４０〜８０（ｇ／ｍｉｎ）、Ａｒ／Ｈ２量：３５／８〜３８／５（ｌ／ｍｉｎ）とする。
【実施例】
【００３０】
（溶射条件と気孔率との関係）
セラミックス層３の溶射条件（溶射電流、プラズマガス流量、溶射距離）と気孔率との関係を図３〜図５に示す。溶射粉末は、８質量％ＹＳＺ（イットリア部分安定化ジルコニア）及びＳｍ２Ｚｒ２Ｏ７を用いた。
プラズマガス流量及び溶射距離を一定として溶射電流を変化させた場合、セラミックス層３の気孔率は、溶射電流量の増加にともいない減少した。
溶射電流及び溶射距離を一定としてプラズマガス（Ａｒ／Ｈ２）の比率を変化させた場合、セラミックス層３の気孔率は、水素量の増加にともない減少した。
溶射電流及びプラズマガス流量を一定として溶射距離を変化させた場合、セラミックス層３の気孔率は、溶射距離を短くすることによって減少した。
上記溶射条件を組み合わせることにより、気孔率を１％程度から３０％程度の気孔率まで可変させることができる。
セラミックス層３の気孔率は、断面ミクロ組織観察の結果を画像解析により、気孔部とセラミックス部とを２値化することにより算出した。
【００３１】
（実施例１）
耐熱基材１上に、ボンドコート層２、第１皮膜３ａ、及び第２皮膜３ｂが順に積層された構成とした。
耐熱基材１としては、Ｎｉ基耐熱合金を用いた。その合金組成は、１６重量％のＣｒ、８．５重量％のＣｏ、１．７５重量％のＭｏ、２．６重量％のＷ、１．７５重量％のＴａ、０．９重量％のＮｂ、３．４重量％のＡｌ、３．４重量％のＴｉ、及び残部Ｎｉであった。耐熱基材１の寸法は、厚さ５ｍｍで、直径３０ｍｍの円板とした。
ボンドコート層２としては、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金を用いた。その合金組成は、３２重量％のＮｉ、２１重量％のＣｒ、８重量％のＡｌ、０．５重量％のＹ、及び残部Ｃｏであった。ボンドコート層２は、表面をＡｌ２Ｏ３粒でグリッドブラストした耐熱基材１の上に、低圧プラズマ溶射法により０．１ｍｍの厚さで形成した。
第１皮膜３ａは、溶射粉末として８質量％ＹＳＺを用いて、ボンドコート層２上に、大気圧プラズマ溶射法によって、膜厚２５０μｍ、気孔率８％の層を形成させた。溶射条件は、スルザーメテコ社製溶射ガン（Ｆ４ガン）を使用し、溶射電流：６００（Ａ）、溶射距離：９０（ｍｍ）、粉末供給量：４８（ｇ／ｍｉｎ）、Ａｒ／Ｈ２量：３６／６（ｌ／ｍｉｎ）とした。
第２皮膜３ｂは、溶射粉末として８質量％ＹＳＺを用いて、第１皮膜３ａ上に、大気圧プラズマ溶射法によって、膜厚２５０μｍ、気孔率１３％の層を形成させた。溶射条件は、スルザーメテコ社製溶射ガン（Ｆ４ガン）を使用し、溶射電流：４００（Ａ）、溶射距離：１５０（ｍｍ）、粉末供給量：７２（ｇ／ｍｉｎ）、Ａｒ／Ｈ２量：３８／５（ｌ／ｍｉｎ）とした。
【００３２】
（実施例２）
実施例１の第２皮膜３ｂの上に、第３皮膜３ｃを積層させた以外は、実施例１と同様の工程で作製した。
第３皮膜３ｃは、溶射粉末として８質量％ＹＳＺを用いて、第２皮膜３ｂ上に、大気圧プラズマ溶射法によって、膜厚５μｍ、気孔率５％の層を形成させた。溶射条件は、スルザーメテコ社製溶射ガン（Ｆ４ガン）を使用し、溶射電流：６００（Ａ）、溶射距離：７０（ｍｍ）、粉末供給量：４０（ｇ／ｍｉｎ）、Ａｒ／Ｈ２量：３５／８（ｌ／ｍｉｎ）とした。
【００３３】
（比較例１）
実施例１の第２皮膜３ｂを形成させないで、第１皮膜３ａの膜厚を５００μｍと厚くした以外は、実施例１と同様の工程で作製した。
【００３４】
（比較例２）
実施例１の第１皮膜３ａを形成させないで、第２皮膜３ｂの膜厚を５００μｍと厚くした以外は、実施例１と同様の工程で作製した。
【００３５】
（比較例３）
実施例１の第１皮膜３ａと第２皮膜３ｂを形成させる順番を変更した以外は、実施例１と同様の工程で作製した。
第２皮膜３ｂは、ボンドコート層２の上に形成させた。その上に、第１皮膜３ａを形成させた。
【００３６】
（熱伝導率）
実施例１、実施例２及び比較例１〜比較例３の試料について、ＪＩＳ Ｒ １６１１に規定されるレーザーフラッシュ法により、熱伝導率を測定した。熱伝導率は、１．０〜１．２ｋｃａｌ／ｍｈ℃のものを実用可能であるとの判断基準とした。
【００３７】
（熱サイクル耐久性）
実施例１、実施例２及び比較例１〜比較例３の試料について、熱サイクル耐久性の評価を行った。図６は、熱サイクル耐久性の評価に用いたレーザ式熱サイクル試験装置の模式断面図である。図６に示すレーザ式熱サイクル試験装置は、本体部１３３上に配設された試料ホルダ１３２に、耐熱基材１３１Ａ上に遮熱コーティング膜１３１Ｂが形成された試料１３１を、遮熱コーティング膜１３１Ｂが外側となるように配置し、この試料１３１に対して炭酸ガスレーザ装置１３０からレーザ光Ｌを照射することで試料１３１を、遮熱コーティング膜１３１Ｂ側から加熱するようになっている。また、レーザ装置１３０による加熱と同時に本体部１３３を貫通して本体部１３３の内部の試料１３１裏面側と対向する位置に配設された冷却ガスノズル１３４の先端から吐出されるガス流Ｆにより試料１３１をその裏面側から冷却するようになっている。
【００３８】
このレーザ式熱サイクル試験装置によれば、容易に試料１３１内部に温度勾配を形成することができ、ガスタービン部材などの高温部品に適用された場合の使用環境に即した評価を行うことができる。図７（ａ）は、図６に示す装置により熱サイクル試験に供された試料の温度変化を模式的に示すグラフである。この図に示す曲線Ａ〜Ｃは、それぞれ図７（ｂ）に示す試料１３１における温度測定点Ａ〜Ｃに対応している。図７に示すように、図６に示す装置によれば試料１３１の遮熱コーティング膜１３１Ｂ表面（Ａ）、遮熱コーティング膜１３１Ｂと耐熱基材１３１Ａとの界面（Ｂ）、耐熱基材１３１Ａの裏面側（Ｃ）の順に温度が低くなるように加熱することができる。
従って、例えば、遮熱コーティング膜１３１Ｂの表面を１２００℃以上の高温とし、遮熱コーティング膜１３１Ｂと耐熱基材１３１Ａとの界面の温度を８００〜１０００℃とすることで、実機ガスタービンと同様の温度条件とすることができる。なお、本試験装置による加熱温度と温度勾配は、レーザ装置１３０の出力とガス流Ｆとを調整することで、容易に所望の温度条件とすることができる。
【００３９】
本例では、図６に示すレーザ式熱サイクル試験装置を用い、最高表面温度（遮熱コーティング膜表面の最高温度）を１５００℃とし、最高界面温度（遮熱コーティング膜と耐熱基材との界面の最高温度）を１０００℃とする繰り返しの加熱を行った。その際、加熱時間３分、冷却時間３分の繰り返しとした（冷却時の表面温度は１００℃以下になるように設定）。この熱サイクル試験において遮熱コーティング膜に剥離が生じた時点でのサイクル数を熱サイクル寿命とした。
【００４０】
（耐エロージョン性）
実施例１、実施例２及び比較例１〜比較例３の試料について、耐エロージョン性の評価を行った。ＪＩＳ Ｒ ６００１（対応：ＩＳＯ８４８６−１）に規定される粒径１０μｍのグリッドブラスト（アルミナ粉）を試料のセラミックス層３側に吐出圧力０．５ＭＰａで当てて、セラミックス層３が剥離する（剥がれ落ちる）までの時間を測定した。
【００４１】
上記試験の結果を表１に示す。
【表１】
【００４２】
第１皮膜３ａのみを備える比較例１は、耐久性及び耐エロージョン性は優れた結果を示したが、熱伝導率が実用に適さない値にまで上昇した。第２皮膜３ｂのみを備える比較例２は、熱伝導率は実用可能な値であったが、耐久性が大きく低下し、耐エロージョン性も低かった。一方、実施例１では、熱伝導率が実用可能な値となり、耐久性が高く、耐エロージョン性も改善された。
【００４３】
比較例１及び比較例２によって、第１皮膜３ａと第２皮膜３ｂのどちらか一方のみでは、所望の熱伝導率、耐久性及び耐エロージョン性をすべて満たすことはできないことが確認された。そのため、比較例３では、第１皮膜３ａと第２皮膜３ｂを両方備えた構成としたが、熱伝導率は高く、耐久性及び耐エロージョン性は低い結果を示した。これによって、第１皮膜３ａ及び第２皮膜３ｂの形成させる順番も重要であることが確認された。
実施例２は、実施例１よりも耐エロージョン性が更に改善された。これは、セラミックス層３の最表層に緻密な層が設けられたことによると考えられる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 耐熱基材
２ ボンドコート層
３ セラミックス層
３ａ 第１皮膜
３ｂ 第２皮膜
３ｃ 第３皮膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐久性に優れる遮熱コーティングに係り、特に遮熱コーティングのトップコートとして用いられるセラミックス層に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用ガスタービンの分野では、翼の形状や翼に設けられた冷却構造を変えずに、耐熱部材への熱負荷を低減することができる遮熱コーティング（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ，ＴＢＣ）が必須の技術となっている。
ＴＢＣは、一般に、ガスタービンを構成する静翼や動翼、あるいは燃焼器の壁材などの耐熱部材上に、耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍ：Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはこれらの合金）などからなるボンドコート層と、低熱伝導のセラミックス、例えば主として８質量％イットリア部分安定化ジルコニアなどからなるトップコート層とが順にコーティングされ、２層構造となっている。
ＴＢＣには、高い遮熱性と高い熱サイクル耐久性が要求されるが、これらを両立するのは非常に難しく、研究開発が積極的に進められている。
【０００３】
特許文献１には、金属またはセラミックスからなる基材に、少なくとも熱応力緩和層、遮熱層をこの順に積層して構成されたセラミックス被覆部材について開示されている。上記セラミックス被覆部材は、熱応力緩和層と遮熱層との境界層において、熱応力緩和層から遮熱層に向かって、熱応力緩和層を形成する第１のセラミックス材料の濃度が連続的に減少するとともに、遮熱層を形成する第２のセラミックス材料の濃度が連続的に増加することを特徴とする。それによって、遮熱性、熱サイクル耐久性に優れたセラミックス被覆部材としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０２０９２号公報（請求項１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、省エネルギー対策の一つとして、火力発電の熱効率を高めることが検討されている。発電用ガスタービンの発電効率を向上させるためには、ガス入口温度を上昇させることが有効であり、その温度は１５００℃程度とされる場合もある。ガスタービンの種類によっては、タービンの入口温度が１５００℃を超える温度に上昇することが考えられている。また、近年環境対策の関係から、より熱効率の高いガスタービンの開発が進められており、タービンの入口温度が１７００℃にも達すると考えられ、タービン翼の表面温度は１２００℃もの高温になることが予想される。
【０００６】
従来、ＴＢＣのトップコート層として使用されている８質量％イットリア部分安定化ジルコニアは、低熱伝導率、セラミックスとしては高い熱膨張係数、熱サイクル耐久性及び高温結晶安定性を有する。しかしながら、上記のような１７００℃級ガスタービンでは、ＴＢＣの表面温度が１２００℃を超え、遮熱コーティングの材質変化（結晶変化）などの問題を生じる可能性があり、更なる耐久性向上、高温安定性、遮熱性が望まれている。また、外部からの飛来物による損傷を防止できるとなお良い。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、遮熱性、熱サイクル耐久性及び耐エロージョン性を兼ね備えた遮熱コーティングと、これを備えたタービン部材及びガスタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、耐熱基材上に形成されたセラミックス層を備える遮熱コーティングであって、前記セラミックス層が前記耐熱基材の側から表層に向かって、段階的にまたは連続的に気孔率が高くなるよう形成される遮熱コーティングを提供する。上記セラミックス層は、気孔率の異なる２以上の皮膜から構成され、前記２以上の皮膜のうち、少なくとも、前記耐熱基材に隣接して配置される皮膜の気孔率が１０％以下であり、前記表層側に配置される別の皮膜の気孔率が１０％を超え、かつ、１５％以下であても良い。
【０００９】
本発明によれば、セラミックス層の表層の気孔率が高くなるため、熱伝導性は低くなる。また、セラミックス層の耐熱基材側は緻密な構造となるため、下地となるボンドコート層への密着性が高くなる。これによって、熱サイクル耐久性の高い遮熱コーティングとすることができる。
【００１０】
上記発明において、前記セラミックス層が、気孔率が５％以下で、且つ、膜厚が２０μｍ以下の最表層を更に備えることが好ましい。
最表層の気孔率は、５％以下であることが好ましい。気孔率の低い緻密な皮膜が設けられることで、耐エロージョン性を得ることができる。エロージョンとは、外部からの飛来物との接触によってセラミックス層が減肉される現象を意味する。皮膜、気孔が緻密であるほど、飛来物がセラミックス層に食い込むことが困難となるため、耐エロージョン性が向上する。表層側に緻密な層があると、熱伝導が良くなるため、遮熱コーティングとしての機能に反することになる。従って、最表層の膜厚は、２０μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明は、上記の遮熱コーティングを備えるタービン部材及びこれを備えたガスタービンを提供する。係る構成のタービン部材は、優れた遮熱性と耐久性を有するため、このタービン部材を用いることで、より信頼性に優れたガスタービンとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、気孔率が異なる複数の皮膜を適切に配置したセラミックス層とすることで、耐久性、遮熱性及び耐エロージョン性を兼ね備えた遮熱コーティングとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る遮熱コーティングの部分断面概略図である。
【図２】第２実施形態に係る遮熱コーティングの部分断面概略図である。
【図３】溶射電流と気孔率との関係を示すグラフである。
【図４】Ａｒ／Ｈ２比と気孔率との関係を示すグラフである。
【図５】溶射距離と気孔率との関係を示すグラフである。
【図６】熱サイクル耐久性の評価に用いたレーザ式熱サイクル試験装置の模式断面図である。
【図７】（ａ）は、図６に示す装置により熱サイクル試験に供された試料の温度変化を模式的に示すグラフである。（ｂ）は、（ａ）に示された曲線Ａ〜Ｃに対応する試料における温度測定点Ａ〜Ｃを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る遮熱コーティングの一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
本実施形態では、耐熱基材１上に、ボンドコート層（金属結合層）２が形成され、ボンドコート層２の上に、セラミックス層３が形成されている。
【００１５】
耐熱基材１としては、例えば、ガスタービン動翼に用いられるＣＭ２４７Ｌ（キャノンマスケゴン社製）や、ガスタービン静翼に用いられるＩＮ９３９（インコ社製）などの耐熱合金が用いられる。耐熱基材１を用いる部品としては、好ましくはガスタービン用部品であり、タービン動翼、タービン静翼、分割環、燃焼器等に用いる部品が挙げられる。求められる耐熱性としては、その用途により異なるが、少なくとも７００℃以上に耐えるものが好ましい。
【００１６】
ボンドコート層２は、高い耐酸化性を有するとともに、耐熱基材１とセラミックス層３との熱膨張係数差を小さくして熱応力を緩和させる役割を果たす。従って、高い耐酸化性による長時間耐久性と優れた熱サイクル耐久性を得ることができ、セラミックス層３のボンドコート層２からの剥離を防止することができる。また、ボンドコート層２は、耐熱基材１とセラミックス層２をより強固に接合させ、遮熱コーティング材の強度の向上にも寄与できる。
【００１７】
ボンドコート層２は、その上に気孔を有する層を設ける場合には、耐熱基材１の高温酸化、高温腐食を防止するために、耐酸化性、耐食性に優れた材料を用いることが好ましい。また、発生する応力を効率よく緩和するために延性に優れた材料を用いることが好ましい。
ボンドコート層２としては、耐食性及び耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金（「Ｍ」は金属元素を表す。）が好ましい。「Ｍ」は、好ましくは、ＮｉやＣｏ、Ｆｅ等の単独の金属元素又はこれらのうち２種以上の組み合わせである。
【００１８】
ボンドコート層２の厚さは、特に限定されないが、好ましくは０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。０．０１ｍｍ未満では耐酸化性が不十分となる場合がある。１ｍｍを超えると皮膜の延性や靱性が不十分となる場合がある。
【００１９】
ボンドコート層２の形成方法は、特に限定されず、低圧プラズマ溶射法や、電子ビーム物理蒸着法等を用いることができる。
【００２０】
セラミックス層３は、一般式Ａ２Ｚｒ２Ｏ７（式中、Ａは希土類元素を表す。）で表されるセラミックスである。ここで、希土類元素とは、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイドの１５元素を意味する。一般式Ａ２Ｚｒ２Ｏ７で表されるセラミックとしては、好ましくは、Ｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｎｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｓｍ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｄｙ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｅｒ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙｂ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｌｕ２Ｚｒ２Ｏ７が挙げられる。
なお、セラミックス層３は、一般式Ａ’１Ｂ１Ｚｒ２Ｏ７（但し、Ａ’及びＢはそれぞれＬａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｃｅ又はＹｂのいずれかを表し、Ａ’とＢとは互いに異なる元素である）で表されるセラミックスであっても良い。
【００２１】
セラミックス層３は、耐熱基材の側から表層に向かって、段階的に、または、連続的に気孔率が高くなるよう設けられる。気孔率とは、セラミックス層３内に形成された気孔のセラミックス層３に対する体積占有率のことである。
気孔率が段階的に高くなるようにセラミックス層３が設けられる場合、例えば、セラミックス層３は、耐熱基材１側に設けられる第１皮膜３ａと表層側に設けられる第２皮膜３ｂから構成される。第１皮膜３ａ及び第２皮膜３ｂは、同一の材料が用いられることが好ましい。第１皮膜３ａは気孔率が１０％以下、第２皮膜３ｂは気孔率が１０％より高く、且つ、１５％以下であるセラミックスからなる。気孔の存在は、セラミックス層３の遮熱特性や強度に影響する。気孔率が低いと、セラミックス層３は緻密な構造となるため、強度が増す。気孔率が高いと、セラミックス層３の熱伝導率が低下するため、遮熱性の高い層とすることができる。
【００２２】
セラミックス層３の厚さは、特に限定されないが、好ましくは０．１〜１ｍｍである。０．１ｍｍ未満では遮熱が不十分となる場合があり、１ｍｍを超えると熱サイクルの耐久性が不十分となる場合がある。
第１皮膜３ａ及び第２皮膜３ｂの膜厚は、略等しく、それぞれセラミックス層３の総膜厚に対して５０％程度となるようにするのが好ましい。
【００２３】
次に、セラミックス層３の形成方法を説明する。
Ａ２Ｚｒ２Ｏ７は、粉末混合法、共沈法、アルコキシド法等により合成される。粉末混合法は、Ａ２Ｏ３粉とＺｒＯ２粉をスラリー状態でボールミル等を使用して混合し、スラリーを乾燥した後、粉を熱処理して固相反応法によりＡ２Ｚｒ２Ｏ７を合成し、粉砕して粉を得る方法である。共沈法は、ＡとＺｒの塩溶液にアンモニア等の中和剤を添加して水和物沈殿を得た後、熱処理して反応させ、Ａ２Ｚｒ２Ｏ７とした後、粉砕して粉を得る方法である。アルコキシド法は、ＡとＺｒのアルコキシド有機溶媒に水を添加して水和物沈殿を得た後、熱処理して反応させＡ２Ｚｒ２Ｏ７とした後、粉砕して粉を得る方法である。
【００２４】
Ａ２Ｚｒ２Ｏ７を含んでなる遮熱コート材料は、例えば、Ａ２Ｚｒ２Ｏ７粉と水と分散剤とバインダーのスラリーをスプレードライヤーを用いて球状に造粒し、造粒物を熱処理することで得られる。また、Ａ２Ｚｒ２Ｏ７の原料を混合する段階で得られたスラリーを、スプレードライして球状に成形し、熱処理して粉を得ることによりＡ２Ｚｒ２Ｏ７を含んでなる遮熱コート材料とすることもできる。施工法として溶射法を用いる場合には、粒径を分級し、溶射に適した粒度に調整して用いる。
【００２５】
セラミックス層３の気孔率は、溶射条件（溶射電流、プラズマガス流量、溶射距離等）を調節することで制御する。溶射条件は、所望の気孔率が得られるよう適宜設定される。
【００２６】
セラミックス層３は、大気圧プラズマ溶射法によってボンドコート層２の上に形成させる。溶射電流：４００〜６００（Ａ）、溶射距離：７０〜１５０（ｍｍ）、粉末供給量：４０〜８０（ｇ／ｍｉｎ）、Ａｒ／Ｈ２量：３５／８〜３８／５（ｌ／ｍｉｎ）の条件により成膜することが可能である。
【００２７】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図２を用いて説明する。
本実施形態では、セラミックス層３の最表層に、第３皮膜３ｃが形成される以外の構成は、第１実施形態と同様とする。
【００２８】
第３皮膜３ｃは、第１皮膜３ａ及び第２皮膜３ｂと同様の材料を用いることができる。
第３皮膜３ｃの気孔率は、５％以下であることが好ましく、遮熱コーティングを適用する部材に応じて、適宜決定される。第３皮膜３ｃは、薄く、緻密な皮膜であることが好ましい。第３皮膜３ｃの膜厚は、２０μｍ以下が好ましい。この厚さは、溶射を１〜２回行ったときに形成される皮膜の膜厚に相当する。
【００２９】
第３皮膜３ｃは、好ましくは第１皮膜３ａ及び第２皮膜３ｂと同一の溶射粉末を用い、大気圧プラズマ溶射法によって、第２皮膜３ｂの上に形成される。溶射条件は、溶射電流：４００〜６００（Ａ）、溶射距離：７０〜１５０（ｍｍ）、粉末供給量：４０〜８０（ｇ／ｍｉｎ）、Ａｒ／Ｈ２量：３５／８〜３８／５（ｌ／ｍｉｎ）とする。
【実施例】
【００３０】
（溶射条件と気孔率との関係）
セラミックス層３の溶射条件（溶射電流、プラズマガス流量、溶射距離）と気孔率との関係を図３〜図５に示す。溶射粉末は、８質量％ＹＳＺ（イットリア部分安定化ジルコニア）及びＳｍ２Ｚｒ２Ｏ７を用いた。
プラズマガス流量及び溶射距離を一定として溶射電流を変化させた場合、セラミックス層３の気孔率は、溶射電流量の増加にともいない減少した。
溶射電流及び溶射距離を一定としてプラズマガス（Ａｒ／Ｈ２）の比率を変化させた場合、セラミックス層３の気孔率は、水素量の増加にともない減少した。
溶射電流及びプラズマガス流量を一定として溶射距離を変化させた場合、セラミックス層３の気孔率は、溶射距離を短くすることによって減少した。
上記溶射条件を組み合わせることにより、気孔率を１％程度から３０％程度の気孔率まで可変させることができる。
セラミックス層３の気孔率は、断面ミクロ組織観察の結果を画像解析により、気孔部とセラミックス部とを２値化することにより算出した。
【００３１】
（実施例１）
耐熱基材１上に、ボンドコート層２、第１皮膜３ａ、及び第２皮膜３ｂが順に積層された構成とした。
耐熱基材１としては、Ｎｉ基耐熱合金を用いた。その合金組成は、１６重量％のＣｒ、８．５重量％のＣｏ、１．７５重量％のＭｏ、２．６重量％のＷ、１．７５重量％のＴａ、０．９重量％のＮｂ、３．４重量％のＡｌ、３．４重量％のＴｉ、及び残部Ｎｉであった。耐熱基材１の寸法は、厚さ５ｍｍで、直径３０ｍｍの円板とした。
ボンドコート層２としては、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金を用いた。その合金組成は、３２重量％のＮｉ、２１重量％のＣｒ、８重量％のＡｌ、０．５重量％のＹ、及び残部Ｃｏであった。ボンドコート層２は、表面をＡｌ２Ｏ３粒でグリッドブラストした耐熱基材１の上に、低圧プラズマ溶射法により０．１ｍｍの厚さで形成した。
第１皮膜３ａは、溶射粉末として８質量％ＹＳＺを用いて、ボンドコート層２上に、大気圧プラズマ溶射法によって、膜厚２５０μｍ、気孔率８％の層を形成させた。溶射条件は、スルザーメテコ社製溶射ガン（Ｆ４ガン）を使用し、溶射電流：６００（Ａ）、溶射距離：９０（ｍｍ）、粉末供給量：４８（ｇ／ｍｉｎ）、Ａｒ／Ｈ２量：３６／６（ｌ／ｍｉｎ）とした。
第２皮膜３ｂは、溶射粉末として８質量％ＹＳＺを用いて、第１皮膜３ａ上に、大気圧プラズマ溶射法によって、膜厚２５０μｍ、気孔率１３％の層を形成させた。溶射条件は、スルザーメテコ社製溶射ガン（Ｆ４ガン）を使用し、溶射電流：４００（Ａ）、溶射距離：１５０（ｍｍ）、粉末供給量：７２（ｇ／ｍｉｎ）、Ａｒ／Ｈ２量：３８／５（ｌ／ｍｉｎ）とした。
【００３２】
（実施例２）
実施例１の第２皮膜３ｂの上に、第３皮膜３ｃを積層させた以外は、実施例１と同様の工程で作製した。
第３皮膜３ｃは、溶射粉末として８質量％ＹＳＺを用いて、第２皮膜３ｂ上に、大気圧プラズマ溶射法によって、膜厚５μｍ、気孔率５％の層を形成させた。溶射条件は、スルザーメテコ社製溶射ガン（Ｆ４ガン）を使用し、溶射電流：６００（Ａ）、溶射距離：７０（ｍｍ）、粉末供給量：４０（ｇ／ｍｉｎ）、Ａｒ／Ｈ２量：３５／８（ｌ／ｍｉｎ）とした。
【００３３】
（比較例１）
実施例１の第２皮膜３ｂを形成させないで、第１皮膜３ａの膜厚を５００μｍと厚くした以外は、実施例１と同様の工程で作製した。
【００３４】
（比較例２）
実施例１の第１皮膜３ａを形成させないで、第２皮膜３ｂの膜厚を５００μｍと厚くした以外は、実施例１と同様の工程で作製した。
【００３５】
（比較例３）
実施例１の第１皮膜３ａと第２皮膜３ｂを形成させる順番を変更した以外は、実施例１と同様の工程で作製した。
第２皮膜３ｂは、ボンドコート層２の上に形成させた。その上に、第１皮膜３ａを形成させた。
【００３６】
（熱伝導率）
実施例１、実施例２及び比較例１〜比較例３の試料について、ＪＩＳ Ｒ １６１１に規定されるレーザーフラッシュ法により、熱伝導率を測定した。熱伝導率は、１．０〜１．２ｋｃａｌ／ｍｈ℃のものを実用可能であるとの判断基準とした。
【００３７】
（熱サイクル耐久性）
実施例１、実施例２及び比較例１〜比較例３の試料について、熱サイクル耐久性の評価を行った。図６は、熱サイクル耐久性の評価に用いたレーザ式熱サイクル試験装置の模式断面図である。図６に示すレーザ式熱サイクル試験装置は、本体部１３３上に配設された試料ホルダ１３２に、耐熱基材１３１Ａ上に遮熱コーティング膜１３１Ｂが形成された試料１３１を、遮熱コーティング膜１３１Ｂが外側となるように配置し、この試料１３１に対して炭酸ガスレーザ装置１３０からレーザ光Ｌを照射することで試料１３１を、遮熱コーティング膜１３１Ｂ側から加熱するようになっている。また、レーザ装置１３０による加熱と同時に本体部１３３を貫通して本体部１３３の内部の試料１３１裏面側と対向する位置に配設された冷却ガスノズル１３４の先端から吐出されるガス流Ｆにより試料１３１をその裏面側から冷却するようになっている。
【００３８】
このレーザ式熱サイクル試験装置によれば、容易に試料１３１内部に温度勾配を形成することができ、ガスタービン部材などの高温部品に適用された場合の使用環境に即した評価を行うことができる。図７（ａ）は、図６に示す装置により熱サイクル試験に供された試料の温度変化を模式的に示すグラフである。この図に示す曲線Ａ〜Ｃは、それぞれ図７（ｂ）に示す試料１３１における温度測定点Ａ〜Ｃに対応している。図７に示すように、図６に示す装置によれば試料１３１の遮熱コーティング膜１３１Ｂ表面（Ａ）、遮熱コーティング膜１３１Ｂと耐熱基材１３１Ａとの界面（Ｂ）、耐熱基材１３１Ａの裏面側（Ｃ）の順に温度が低くなるように加熱することができる。
従って、例えば、遮熱コーティング膜１３１Ｂの表面を１２００℃以上の高温とし、遮熱コーティング膜１３１Ｂと耐熱基材１３１Ａとの界面の温度を８００〜１０００℃とすることで、実機ガスタービンと同様の温度条件とすることができる。なお、本試験装置による加熱温度と温度勾配は、レーザ装置１３０の出力とガス流Ｆとを調整することで、容易に所望の温度条件とすることができる。
【００３９】
本例では、図６に示すレーザ式熱サイクル試験装置を用い、最高表面温度（遮熱コーティング膜表面の最高温度）を１５００℃とし、最高界面温度（遮熱コーティング膜と耐熱基材との界面の最高温度）を１０００℃とする繰り返しの加熱を行った。その際、加熱時間３分、冷却時間３分の繰り返しとした（冷却時の表面温度は１００℃以下になるように設定）。この熱サイクル試験において遮熱コーティング膜に剥離が生じた時点でのサイクル数を熱サイクル寿命とした。
【００４０】
（耐エロージョン性）
実施例１、実施例２及び比較例１〜比較例３の試料について、耐エロージョン性の評価を行った。ＪＩＳ Ｒ ６００１（対応：ＩＳＯ８４８６−１）に規定される粒径１０μｍのグリッドブラスト（アルミナ粉）を試料のセラミックス層３側に吐出圧力０．５ＭＰａで当てて、セラミックス層３が剥離する（剥がれ落ちる）までの時間を測定した。
【００４１】
上記試験の結果を表１に示す。
【表１】
【００４２】
第１皮膜３ａのみを備える比較例１は、耐久性及び耐エロージョン性は優れた結果を示したが、熱伝導率が実用に適さない値にまで上昇した。第２皮膜３ｂのみを備える比較例２は、熱伝導率は実用可能な値であったが、耐久性が大きく低下し、耐エロージョン性も低かった。一方、実施例１では、熱伝導率が実用可能な値となり、耐久性が高く、耐エロージョン性も改善された。
【００４３】
比較例１及び比較例２によって、第１皮膜３ａと第２皮膜３ｂのどちらか一方のみでは、所望の熱伝導率、耐久性及び耐エロージョン性をすべて満たすことはできないことが確認された。そのため、比較例３では、第１皮膜３ａと第２皮膜３ｂを両方備えた構成としたが、熱伝導率は高く、耐久性及び耐エロージョン性は低い結果を示した。これによって、第１皮膜３ａ及び第２皮膜３ｂの形成させる順番も重要であることが確認された。
実施例２は、実施例１よりも耐エロージョン性が更に改善された。これは、セラミックス層３の最表層に緻密な層が設けられたことによると考えられる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 耐熱基材
２ ボンドコート層
３ セラミックス層
３ａ 第１皮膜
３ｂ 第２皮膜
３ｃ 第３皮膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱基材上に形成されたセラミックス層を備える遮熱コーティングであって、
前記セラミックス層が前記耐熱基材の側から表層に向かって、段階的にまたは連続的に気孔率が高くなるよう形成される遮熱コーティング。
【請求項２】
前記セラミックス層が、気孔率の異なる２以上の皮膜から構成され、
前記２以上の皮膜のうち、少なくとも、
前記耐熱基材に隣接して配置される皮膜の気孔率が１０％以下であり、
前記表層側に配置される別の皮膜の気孔率が１０％を超え、かつ、１５％以下である請求項１に記載の遮熱コーティング。
【請求項３】
前記セラミックス層が、気孔率が５％以下で、且つ、膜厚が２０μｍ以下の最表層を更に備える請求項１または請求項２に記載の遮熱コーティング。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の遮熱コーティングを備えるタービン部材。
【請求項５】
請求項４に記載のタービン部材を備えるガスタービン。
【請求項１】
耐熱基材上に形成されたセラミックス層を備える遮熱コーティングであって、
前記セラミックス層が前記耐熱基材の側から表層に向かって、段階的にまたは連続的に気孔率が高くなるよう形成される遮熱コーティング。
【請求項２】
前記セラミックス層が、気孔率の異なる２以上の皮膜から構成され、
前記２以上の皮膜のうち、少なくとも、
前記耐熱基材に隣接して配置される皮膜の気孔率が１０％以下であり、
前記表層側に配置される別の皮膜の気孔率が１０％を超え、かつ、１５％以下である請求項１に記載の遮熱コーティング。
【請求項３】
前記セラミックス層が、気孔率が５％以下で、且つ、膜厚が２０μｍ以下の最表層を更に備える請求項１または請求項２に記載の遮熱コーティング。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の遮熱コーティングを備えるタービン部材。
【請求項５】
請求項４に記載のタービン部材を備えるガスタービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４０６９３（Ｐ２０１１−１４０６９３Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９９５（Ｐ２０１０−１９９５）
【出願日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【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２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【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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