(57)【要約】本発明は、一般分子式ＡｌwＣｏxＭyの化合物であって、ＭがＮｉ、Ｃｒの群から選択された少なくとも１つあるいは２つの金属であり、前記化合物の少なくとも３０質量％が準結晶組織や近似物として存在するものに関し、前記ｗ,ｘ,ｙは原子％において、７０≦ｗ≦７６およびｗ＋ｘ＋ｙ＝１００であることを特徴とする。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般分子式ＡｌwＣｏxＭyの化合物であって、前記化合物におけるＭがＮｉ、Ｃｒの群から選択された少なくとも１つあるいは２つの金属であり、かつ前記化合物の少なくとも３０質量％が準結晶組織や近似物として存在するものとし、
前記ｗ,ｘ,ｙは原子％において、７０≦ｗ≦７６およびｗ＋ｘ＋ｙ＝１００であることを特徴とする化合物。
【請求項２】
Ｍ＝Ｎｉであり、１０＜ｘ≦１５および１０＜ｙ≦２０であり、特に、１１≦ｘ≦１４および１２＜ｙ≦１８であることを特徴とする請求項１に記載の化合物。
【請求項３】
Ｍ＝Ｃｒであり、７０≦ｗ≦７５、１０≦ｘ≦１５および１０≦ｙ≦２０であり、特に、７１≦ｗ≦７４、１１≦ｘ≦１４および１２≦ｙ≦１８であることを特徴とする請求項１に記載の化合物。
【請求項４】
Ｍ＝ＣｒとＮｉであり、７０≦ｗ≦７５、特に７１≦ｗ≦７４であることを特徴とする請求項１に記載の化合物。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の化合物から成っているか、その化合物を含んでいることを特徴とする被覆。
【請求項６】
請求項５に記載の被覆を備えていることを特徴とする被覆系。
【請求項７】
もう１つの金属層を備えていることを特徴とする請求項６に記載の被覆系。
【請求項８】
請求項５に記載の被覆の下側に前記金属層が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の被覆系。
【請求項９】
請求項５に記載の被覆の上側に前記金属層が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の被覆系。
【請求項１０】
前記金属層がＮｉとＡｌを含み、好適には、Ｎｉ＝９５、Ａｌ＝５の原子比で含んでいることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１つに記載の被覆系。
【請求項１１】
前記金属層が薄い結合層として形成されていることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１つに記載の被覆系。
【請求項１２】
請求項６ないし１１のいずれか１つに記載の被覆系が２つ以上重ね合わせて構成されていることを特徴とする多重被覆系。
【請求項１３】
高温に曝される部品（３３３、３５７）に対する断熱層として利用されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の化合物の利用。
【請求項１４】
ＡｌとＭｎを含み、少なくとも３０質量％が準結晶組織や近似物として存在する化合物が、高温に曝される部品（３３３、３５７）に対する断熱層として利用されることを特徴とする化合物の利用。
【請求項１５】
部品が特に蒸気タービン（３００、３０３）のタービン翼（３５７）であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の利用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般分子式ＡｌwＣｏxＭyの化合物であって、ＭがＮｉ、Ｃｒの群から選択された少なくとも１つの元素であり、少なくとも３０質量％が準結晶組織や近似物として存在するものに関し、また本発明は、その化合物から成るかその化合物を含む被覆に関し、また本発明は、この被覆と金属層を有する被覆系に関し、さらに本発明は、高温に曝される部品に対する断熱層としての化合物の利用に関する。
【０００２】
部品が高温状態において腐食条件下で利用されるとき、多くの場合、部品に保護被覆を設ける必要がある。即ち、断熱層の採用によって、部品の寿命が高められるだけでなく、部分的に運転温度も高められ、これは効率を向上させる。このことは特に、ガスタービンや蒸気タービンに利用される部品に当てはまる。
【０００３】
かかる断熱層に対して、通常、例えば酸化イットリウムで安定化された酸化ジルコニウムが利用されている。かかるセラミック断熱層は、プラズマ溶射のような方法を利用して金属基材上に設けられる。しかしそのセラミック層は金属基材上に十分良好には接着しないので、部品上にまず接着下地ＭＣｒＡｌＹ層を設ける必要がある。ここで、Ｍは鉄、コバルト、ニッケルの群における少なくとも１つの元素、Ｙは活性元素であり、イットリウムおよび／又は珪素および／又は少なくとも１つの希土類元素ないしハフニウムである。
【０００４】
被保護部品上に２つの層を設けることは経費がかかり、従って、セラミック化合物に代わる材料を開発する努力が払われている。その場合、準結晶材料が適していることが確認され、即ち、これは、酸化および腐食に対して大きな抵抗性を有し、小さな熱膨張率を有し、被覆に対する良好な加工性を有し、とりわけ小さな熱伝導率を有する。
【０００５】
狭い意味での用語「準結晶」は、古典的結晶相の並進格子（Translationsgitter）の対称と一致しない５回、１０回あるいは１２回の回転対称をもつ相である。５倍、８倍、１０倍あるいは１２倍の無秩序対称の回折像を有する並進周期の金属間化合物を準結晶の近似物と呼ぶ。
【０００６】
準結晶合金は例えば米国特許第５４３２０１１号明細書に記載されている。そこに記載された合金は特に被覆に対して利用され、これはまた断熱層としても採用される。もっとも、その米国特許明細書には、種々の元素を種々の組成で含む多くの考え得る合金が開示されている。
【０００７】
独国特許出願公開第１０３５８８１３号明細書にも、準結晶合金およびその被覆としての利用が記載されている。そこでは、準結晶合金に対する従来技術が要約して報告されている。
【０００８】
そこに記載の準結晶合金は、とりわけルテニウム、白金やパラジウムのような稀で高価な金属も含んでいる。また、その合金の製造に対して、部分的に六種類以上の異なった金属が含まれるという問題があり、これは、各成分の正確な定量を困難にし、特に経費を高める。さらにすべての場合、合金の非常に多くの割合が準結晶形状あるいは近似物で存在せず、また熱伝導率も部分的に断熱層としての利用に対しては高すぎる。
【０００９】
本発明の課題は、僅かな良好な金属元素から成り、少なくとも３０質量％が準結晶組織や近似物として存在する化合物を用意することにある。本発明の他の課題は、その化合物を利用して被覆や被覆系を開発すること、およびその化合物を部品に対する断熱層として採用することにある。
【００１０】
この課題は、本発明に基づいて、Ｍが１つあるいは２つの金属である一般分子式ＡｌwＣｏxＭyの化合物において、７０≦ｗ≦７６およびｗ＋ｘ＋ｙ＝１００（ｗ,ｘ,ｙは原子％）であることによって解決される。
【００１１】
即ち、本発明の考えは、すべて比較的安価に入手でき、主成分としてのアルミニウムに７０〜７６原子％の範囲で含まれる最大で３つあるいは４つの金属元素から成る化合物を提供することにある。
【００１２】
３つの金属元素
【００１３】
本発明の実施態様において、Ｍ＝Ｎｉであり、１０＜ｘ≦１５および１０＜ｙ≦２０である。この化合物は、３つの元素だけで成り、付加的に非常に良好な耐熱性を有する。
【００１４】
また実験の結果、Ｍ＝Ｃｒであり、７０≦ｗ≦７５、１０≦ｘ≦１５および１０≦ｙ≦２０であるとき、特に小さな熱伝導率の化合物が得られることが確認されている。
【００１５】
４つの金属元素
【００１６】
本発明の他の実施態様において、化合物がアルミニウムとコバルトのほかに、クロムおよびニッケル（Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｒ）から成り、その場合、７０≦ｗ＜７５である。
【００１７】
被覆および被覆系
【００１８】
その化合物は基材上に被覆として設けられる。この化合物を被覆内に複数の成分の１つとして含むこともできる。
【００１９】
さらに、本発明に基づく被覆によって被覆系を形成することができる。好適には、本発明に基づく化合物から成る被覆の下側に金属層が配置されている。ここでは、その金属層がニッケルとアルミニウムを含み、好適には、これらが９５：５の原子比で含んでいることが有利である。
【００２０】
金属層は薄い結合層として形成することもでき、これは被覆の接着性を向上する。
【００２１】
被覆と金属層から成る被覆系が数回重ね合わせて構成されることによって、特に良好な耐食性と小さな熱伝導率を有する多重被覆系が得られる。
【００２２】
本発明に基づく化合物は、高温に曝される部品（図１の３３３、３５７）に対する断熱層としても利用できる。
【００２３】
アルミニウムとマンガンを含み、少なくとも３０質量％が準結晶組織や近似物として存在する化合物も、同じようにして利用できる。本発明に基づく利用は、特に（図１における）蒸気タービン３００、３０３のタービン翼３５７のような部品に対して適している。
【００２４】
図１に、回転軸線３０６に沿って延びるタービン軸３０９を備えた蒸気タービン３００、３０３が示されている。
【００２５】
この蒸気タービンは高圧部分タービン３００と中圧部分タービン３０３を有し、その両部分タービン３００、３０３はそれぞれ、内部車室３１２とこれを包囲する外部車室３１５を有している。高圧部分タービン３００は例えば壺形に形成されている。中圧部分タービン３０３は例えば両向き流れ式に形成されている。中圧部分タービン３０３を片向き流れ式に形成することもできる。
【００２６】
回転軸線３０６の方向において高圧部分タービン３００と中圧部分タービン３０３との間に軸受３１８が配置され、タービン軸３０９はこの軸受３１８において軸受部位３２１を有している。タービン軸３０９は高圧部分タービン３００の側のもう１つの軸受３２４で支持されている。高圧部分タービン３００はその軸受３２４の範囲に軸封装置３４５を有している。タービン軸３０９は中圧部分タービン３０３の外部車室３１５に対してその両側の軸封装置３４５によって漏れ止めされている。タービン軸３０９は、高圧部分タービン３００において、高圧蒸気入口室３４８と蒸気排気室３５１との間に、複数の高圧動翼列３５７を有し、これらの高圧動翼列３５７は、好適には、被覆として本発明に基づく化合物を有している。これらの高圧動翼列３５７は、詳細に示されていない対応した静翼列（図示せず）と共に第１の翼列装置３６０となっている。
【００２７】
中圧部分タービン３０３は中央に蒸気入口室３３３を有し、この蒸気入口室３３３は、好適には、被覆として本発明に基づく化合物を有している。タービン軸３０９は蒸気入口室３３３に関連づけて、一方では、蒸気流を中圧部分タービン３０３の両向き流れに分割するため、並びに他方では、高温蒸気とタービン軸３０９との直接接触を防止するためのラジアル対称の軸遮蔽体３６３、即ち、覆い板を有している。タービン軸３０９は中圧部分タービン３０３において中圧動翼列３５４を備えた第２の翼列装置３６６を有している。第２の翼列装置３６６を貫流する高温蒸気は、中圧部分タービン３０３から排気口３６９を通して流出し、流れ技術的に後置接続された低圧部分タービン（図示せず）に導かれる。
【００２８】
タービン軸３０９は例えば軸受３１８の範囲で互いに固く結合された２個の部分タービン軸３０９ａ、３０９ｂで構成されている。その各部分タービン軸３０９ａ、３０９ｂは回転軸線３０６に沿った中央孔３７２ａとして形成された冷却路３７２を有している。この冷却路３７２はラジアル孔３７５ａを有する流入路３７５を介して蒸気排気室３５１に接続されている。この冷却路３７２は中圧部分タービン３０３において軸遮蔽体の半径方向内側における空洞（図示せず）に接続されている。流入路３７５はラジアル孔３７５ａとして形成され、これによって、高圧部分タービン３００からの「低温」蒸気が中央孔３７２ａに流入できる。その蒸気は特に半径方向に向けられた孔３７５ａとして形成された流出路を介して、軸受部位３２１を貫流して中圧部分タービン３０３に到達し、そこで、蒸気入口室３３３におけるタービン軸３０９の外周面３３０に達する。冷却路を通して流れる蒸気は、蒸気入口室３３３に流入する再熱蒸気よりかなり低い温度を有し、これにより、中圧部分タービン３０３の第１動翼列３４２並びにその動翼列３４２の範囲における外周面３３０の効果的冷却が保証される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】蒸気タービンの概略構成図。
【符号の説明】
【００３０】
３００    高圧部分タービン
３０３    中圧部分タービン
３５７    翼列装置
【図１】
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【国際調査報告】
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