(57)【要約】【課題】遮熱コーティングの耐久性を向上する。【解決手段】遮熱コーティングは、母材上に積層されるボンドコート層と、前記ボンドコート層上に積層されたセラミックス層と、前記セラミックス層上に積層された気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層と、を備える。【選択図】図１
2019173592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材上に積層されるボンドコート層と、
前記ボンドコート層上に積層されたセラミックス層と、
前記セラミックス層上に積層された気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層と、を備える
遮熱コーティング。
【請求項２】
前記酸化アルミニウム層は、大気プラズマ溶射によって生成された溶射層である
請求項１に記載の遮熱コーティング。
【請求項３】
前記酸化アルミニウム層上に積層された二酸化ナトリウムアルミニウム層をさらに備える
請求項１又は２に記載の遮熱コーティング。
【請求項４】
前記セラミックス層の厚さは、４００マイクロメートル以上６００マイクロメートル以下であり、
前記酸化アルミニウム層の厚さは、３０マイクロメートル以上１００マイクロメートル以下である、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の遮熱コーティング。
【請求項５】
前記遮熱コーティングは、入口ガス温度が１３００度以上、且つ、油燃料を使用するガスタービンにおけるタービン部材に施工される
請求項１乃至４の何れか一項に記載の遮熱コーティング。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の前記遮熱コーティングを有するタービン部材。
【請求項７】
請求項６に記載の前記タービン部材を有するガスタービン。
【請求項８】
母材上にボンドコート層を積層させる工程と、
前記ボンドコート層上にセラミックス層を積層させる工程と、
前記セラミックス層上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層を積層させる工程と、
を含む
遮熱コーティングの製造方法。
【請求項９】
母材上に積層されたボンドコート層と、前記ボンドコート層上に積層されたセラミックス層とを有する既設コーティング層に対し、前記セラミックス層上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層を積層させる工程、
を含む
遮熱コーティングの製造方法。
【請求項１０】
母材上に積層されたボンドコート層と、前記ボンドコート層上に積層されたセラミックス層と、前記セラミックス層上に積層された酸化アルミニウム層とを有する既設遮熱コーティング層に対し、前記酸化アルミニウム層を除去する工程と、
前記酸化アルミニウム層を除去した後の前記既設遮熱コーティング層に対し、前記セラミックス層上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層を積層させる工程と、
を含む
遮熱コーティングの製造方法。
【請求項１１】
前記セラミックス層の厚さを確認する工程と、
前記ボンドコート層及び前記セラミックス層を積層させた前記母材を時効熱処理する工程と、
前記時効熱処理を行った後、前記セラミックス層の表面を研磨する工程と、
をさらに含み、
前記酸化アルミニウム層を積層させる工程は、前記セラミックス層の表面を研磨する工程の後に実施される
請求項８乃至１０の何れか一項に記載の遮熱コーティングの製造方法。
【請求項１２】
前記セラミックス層の厚さを確認する工程と、
前記ボンドコート層及び前記セラミックス層を積層させた前記母材を時効熱処理する工程と、
前記時効熱処理を行った後、前記セラミックス層の表面を研磨する工程と、
をさらに含み、
前記酸化アルミニウム層を積層させる工程は、前記セラミックス層の厚さを確認する工程の後、且つ、前記母材を時効熱処理する工程の前に実施される
請求項８乃至１０の何れか一項に記載の遮熱コーティングの製造方法。
【請求項１３】
前記セラミックス層の厚さを確認する工程と、
前記ボンドコート層及び前記セラミックス層を積層させた前記母材を時効熱処理する工程と、
前記時効熱処理を行った後、前記セラミックス層の表面を研磨する工程と、
をさらに含み、
前記酸化アルミニウム層を積層させる工程は、前記時効熱処理する工程の後、且つ、前記セラミックス層の表面を研磨する工程の前に実施される
請求項８乃至１０の何れか一項に記載の遮熱コーティングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、遮熱コーティング、タービン部材、ガスタービン及び遮熱コーティングの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、高い遮熱性と熱サイクル耐久性を両立するために、所定の粒度分布を有する溶射粒子を溶射することでセラミックス層を形成する遮熱コーティングの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６０２１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば油燃料を使用する油焚きガスタービンのように、燃焼ガスに腐食性物質が含まれる場合がある。このような場合、腐食性物質が遮熱コーティングのセラミックス層の気孔からセラミックス層に浸透してセラミックス層を劣化させる場合があることが知られている。そのため、燃焼ガスに含まれる腐食性物質によって遮熱コーティングの耐久性が低下することがある。
そこで、例えば、遮熱コーティングのセラミックス層の気孔率を低減することで腐食性物質がセラミックス層に浸透することを抑制することが考えられる。しかし、セラミックス層の気孔率を低減させると、セラミックス層の熱伝導率が上昇してしまうため、遮熱コーティングの遮熱性が低下してしまう。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、遮熱コーティングの耐久性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る遮熱コーティングは、
母材上に積層されるボンドコート層と、
前記ボンドコート層上に積層されたセラミックス層と、
前記セラミックス層上に積層された気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層と、を備える。
【０００８】
石油を燃料とした油焚きガスタービンでは、燃焼ガスに含まれる腐食性物質には、例えば硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）が含まれる。
発明者らが鋭意検討した結果、セラミックス層の上に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の層を形成すると、燃焼ガスに含まれる硫酸ナトリウムのナトリウム分が酸化アルミニウムと反応することで二酸化ナトリウムアルミニウム（ＮａＡｌＯ２）が生成され、この生成された二酸化ナトリウムアルミニウムが酸化アルミニウム層の気孔を封止することを見出した。そして、発明者らは、二酸化ナトリウムアルミニウムによって気孔が封止された酸化アルミニウム層が酸化アルミニウム層よりも下の層への腐食性物質の浸透を抑制することを見出した。
【０００９】
上記（１）の構成によれば、セラミックス層上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層が積層されているので、酸化アルミニウム層の酸化アルミニウムと燃焼ガスに含まれる硫酸ナトリウムのナトリウム分とが反応して二酸化ナトリウムアルミニウムが生成され、この生成された二酸化ナトリウムアルミニウムが酸化アルミニウム層の気孔を封止する。これにより、燃焼ガスに含まれる腐食性物質のセラミックス層への浸透を酸化アルミニウム層が抑制するので、遮熱コーティングの耐食性を向上して、遮熱コーティングの耐久性を向上できる。また、腐食性物質のセラミックス層への浸透が抑制されるので、セラミックス層の気孔率を大きくしてセラミックス層における熱伝導率を下げることができ、遮熱コーティングの遮熱性を向上できる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記酸化アルミニウム層は、大気プラズマ溶射によって生成された溶射層である。
【００１１】
例えば化学蒸着法や物理蒸着法によって酸化アルミニウム層を生成する場合や、例えば減圧プラズマ溶射によって酸化アルミニウム層を生成する場合には、チャンバを備える大掛かりな装置が必要となり、装置の費用が高額になる他、段取り等の準備等を含めた工数が多くなりがちである。
その点、上記（２）の構成によれば、酸化アルミニウム層を大気プラズマ溶射によって生成することで、例えば化学蒸着法や物理蒸着法、減圧プラズマ溶射等によって酸化アルミニウム層を生成する場合と比べて、装置構成が簡素であるので、装置の費用を安価にできる他、段取り等の準備等を含めた工数を削減でき、タクトタイムを短縮できる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記酸化アルミニウム層上に積層された二酸化ナトリウムアルミニウム層をさらに備える。
【００１３】
上記（３）の構成によれば、二酸化ナトリウムアルミニウム層を酸化アルミニウム層上に予め積層させる過程で二酸化ナトリウムアルミニウムが酸化アルミニウム層の気孔を封止することが期待できる。これにより、二酸化ナトリウムアルミニウムによって気孔が封止された酸化アルミニウム層により、燃焼ガスに含まれる腐食性物質がセラミックス層へ浸透することを抑制できる。
【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記セラミックス層の厚さは、４００マイクロメートル以上６００マイクロメートル以下であり、
前記酸化アルミニウム層の厚さは、３０マイクロメートル以上１００マイクロメートル以下である。
【００１５】
上記（４）の構成によれば、セラミックス層の厚さが４００マイクロメートル以上６００マイクロメートル以下であるので、セラミックス層の厚さを必要以上に厚くすることなく必要な遮熱性を確保できる。酸化アルミニウム層の厚さが３０マイクロメートル以上であるので、例えば溶射によって安定的に被膜を形成できる。また、例えば母材が金属製である場合、母材に比べて熱膨張率が低い酸化アルミニウム層の厚さが厚いと、熱サイクル耐久性が低下するおそれがあるが、酸化アルミニウム層の厚さが１００マイクロメートル以下であるので、熱サイクル耐久性の低下を抑制できる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記遮熱コーティングは、入口ガス温度が１３００度以上、且つ、油燃料を使用するガスタービンにおけるタービン部材に施工される。
【００１７】
上記（５）の構成によれば、遮熱コーティングが上記（１）の構成を有するので、遮熱コーティングの耐久性や遮熱性を向上できる。したがって、上記（４）の構成によれば、入口ガス温度が１３００度以上、且つ、油燃料を使用するガスタービンにおけるタービン部材に施工される遮熱コーティングとして適している。
【００１８】
（６）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン部材は、上記構成（１）乃至（５）の何れかの遮熱コーティングを有するので、燃焼ガスに腐食性物質が含まれる環境下であってもタービン部材の耐久性を向上できる。
【００１９】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、上記構成（６）のタービン部材を有するので、燃焼ガスに腐食性物質が含まれる環境下であってもガスタービンにおけるタービン部材の耐久性を向上できる。
【００２０】
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、
母材上にボンドコート層を積層させる工程と、
前記ボンドコート層上にセラミックス層を積層させる工程と、
前記セラミックス層上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層を積層させる工程と、
を含む。
【００２１】
上記（８）の方法によれば、セラミックス層上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層を積層させることができる。これにより、酸化アルミニウム層の酸化アルミニウムと燃焼ガスに含まれる硫酸ナトリウムのナトリウム分とが反応して二酸化ナトリウムアルミニウムが生成され、この生成された二酸化ナトリウムアルミニウムが酸化アルミニウム層の気孔を封止する。これにより、燃焼ガスに含まれる腐食性物質のセラミックス層への浸透を酸化アルミニウム層が抑制するので、遮熱コーティングの耐食性を向上して、遮熱コーティングの耐久性を向上できる。また、腐食性物質のセラミックス層への浸透が抑制されるので、セラミックス層の気孔率を大きくしてセラミックス層における熱伝導率を下げることができ、遮熱コーティングの遮熱性を向上できる。
【００２２】
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、
母材上に積層されたボンドコート層と、前記ボンドコート層上に積層されたセラミックス層とを有する既設コーティング層に対し、前記セラミックス層上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層を積層させる工程、
を含む。
【００２３】
上記（９）の方法によれば、ボンドコート層とボンドコート層上に積層されたセラミックス層とを有する既設コーティング層に対して気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層を積層させることができる。これにより、酸化アルミニウム層を有していない既設コーティング層に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層を積層させることができる。
積層された酸化アルミニウム層の気孔は、上述したようにして生成された二酸化ナトリウムアルミニウムによって封止される。これにより、燃焼ガスに含まれる腐食性物質のセラミックス層への浸透を酸化アルミニウム層が抑制するので、既設コーティング層の耐久性を向上できる。
【００２４】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、
母材上に積層されたボンドコート層と、前記ボンドコート層上に積層されたセラミックス層と、前記セラミックス層上に積層された酸化アルミニウム層とを有する既設遮熱コーティング層に対し、前記酸化アルミニウム層を除去する工程と、
前記酸化アルミニウム層を除去した後の前記既設遮熱コーティング層に対し、前記セラミックス層上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層を積層させる工程と、
を含む。
【００２５】
上記（１０）の方法によれば、既設遮熱コーティング層の酸化アルミニウム層を除去して新たに気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層を積層させることができる。したがって、既設遮熱コーティング層における酸化アルミニウム層が劣化した場合などに、酸化アルミニウム層を新たに積層させることが可能となる。
新たに積層された酸化アルミニウム層の気孔は、上述したようにして生成された二酸化ナトリウムアルミニウムによって封止される。これにより、燃焼ガスに含まれる腐食性物質のセラミックス層への浸透を酸化アルミニウム層が抑制するので、既設遮熱コーティング層の耐久性を向上できる。
【００２６】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（８）乃至（１０）の何れかの方法において、
前記セラミックス層の厚さを確認する工程と、
前記ボンドコート層及び前記セラミックス層を積層させた前記母材を時効熱処理する工程と、
前記時効熱処理を行った後、前記セラミックス層の表面を研磨する工程と、
をさらに含み、
前記酸化アルミニウム層を積層させる工程は、前記セラミックス層の表面を研磨する工程の後に実施される。
【００２７】
上記（１１）の方法によれば、セラミックス層の表面を研磨する工程の後で酸化アルミニウム層を積層させるので、酸化アルミニウム層を研磨しないで済み、酸化アルミニウム層の厚さを確保できる。
【００２８】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（８）乃至（１０）の何れかの方法において、
前記セラミックス層の厚さを確認する工程と、
前記ボンドコート層及び前記セラミックス層を積層させた前記母材を時効熱処理する工程と、
前記時効熱処理を行った後、前記セラミックス層の表面を研磨する工程と、
をさらに含み、
前記酸化アルミニウム層を積層させる工程は、前記セラミックス層の厚さを確認する工程の後、且つ、前記母材を時効熱処理する工程の前に実施される。
【００２９】
上記（１２）の方法によれば、ボンドコート層上にセラミックス層を積層させる工程において溶射によってボンドコート層上にセラミックス層を積層させ、セラミックス層の厚さを確認した後、酸化アルミニウム層を積層させる工程において溶射によってセラミックス層上に酸化アルミニウム層を積層させることができる。これにより、溶射によって層を形成する２つの工程を連続的に実施できるので、効率的である。
【００３０】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（８）乃至（１０）の何れかの方法において、
前記セラミックス層の厚さを確認する工程と、
前記ボンドコート層及び前記セラミックス層を積層させた前記母材を時効熱処理する工程と、
前記時効熱処理を行った後、前記セラミックス層の表面を研磨する工程と、
をさらに含み、
前記酸化アルミニウム層を積層させる工程は、前記時効熱処理する工程の後、且つ、前記セラミックス層の表面を研磨する工程の前に実施される。
【００３１】
上記（１３）の方法によれば、時効熱処理する工程の後で酸化アルミニウム層を積層させるので、酸化アルミニウム層が時効熱処理の影響を受けずに済む。また、研磨工程により、酸化アルミニウム層の膜厚調整及び表面粗度をより精度高く制御できる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、遮熱コーティングの耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態に係る遮熱コーティングを備えるタービン部材の断面の模式図である。
【図２】実施形態に係る遮熱コーティングを備えるタービン部材の断面の模式図である。
【図３Ａ】遮熱コーティング層を有する試験片への腐食性物質の浸透状態を分析した結果を示す図であり、図１に示す一実施形態と同様に、酸化アルミニウム層を有する試験片について、その断面におけるナトリウム分の濃度をＥＰＭＡにより分析した結果を示す図である。
【図３Ｂ】遮熱コーティング層を有する試験片への腐食性物質の浸透状態を分析した結果を示す図であり、酸化アルミニウム層を有さない試験片について、その断面におけるナトリウム分の濃度をＥＰＭＡにより分析した結果を示す図である。
【図４】幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造工程についてのフローチャートである。
【図５】幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造工程についてのフローチャートである。
【図６】幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造工程についてのフローチャートである。
【図７】ガスタービン動翼の構成例を示す斜視図である。
【図８】ガスタービン静翼の構成例を示す斜視図である。
【図９】分割環の構成例を示す斜視図である。
【図１０】一実施形態係るガスタービンの部分断面構造を模式的に示す図である。
【図１１】既設コーティング層を備えるタービン部材の断面の模式図である。
【図１２】既設コーティング層に対して酸化アルミニウム層を形成する遮熱コーティングの製造工程についてのフローチャートである。
【図１３】既設遮熱コーティング層を備えるタービン部材の断面の模式図である。
【図１４】既設遮熱コーティング層の古い酸化アルミニウム層を除去して新たな酸化アルミニウム層を形成する遮熱コーティングの製造工程についてのフローチャートである。
【図１５】酸化アルミニウム層除去工程において古い酸化アルミニウム層を除去した後のタービン部材の断面の模式図である。
【図１６】遮熱コーティング層の気孔率を算出するにあたっての皮膜断面の光学顕微鏡写真の一例である。
【図１７】遮熱コーティング層の気孔率を算出するにあたっての皮膜断面の光学顕微鏡写真を２値化した画像の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３５】
（遮熱コーティング）
図１及び図２は、実施形態に係る遮熱コーティングを備えるタービン部材の断面の模式図である。図１及び図２に示すように、幾つかの実施形態では、タービンの動翼、静翼などの耐熱基材（母材）１１上に、遮熱コーティングとして金属結合層（ボンドコート層）１２及びトップコート層（セラミックス層）１４が順に形成される。即ち、図１及び図２に示すように、幾つかの実施形態では、遮熱コーティング（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ  ：  ＴＢＣ）層１０は、ボンドコート層１２及びセラミックス層１４を含んでいる。
ボンドコート層１２は、ＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等の金属元素またはこれらのうち２種類以上の組合せを示す）などで構成される。
【００３６】
図１及び図２に示した幾つかの実施形態では、セラミックス層１４は、ＹｂＳＺ（イッテルビア安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｍＹｂＺｒ２Ｏ７、ＤｙＳＺ（ジスプロシア安定化ジルコニア）、ＥｒＳＺ（エルビア安定化ジルコニア）などの何れかで構成される。
図１及び図２に示した幾つかの実施形態では、セラミックス層１４は、遮熱性を確保するため、気孔１６を含むポーラスな組織とされる。セラミックス層１４の気孔率及び厚さは、要求される熱伝導性に応じて適宜設定される。幾つかの実施形態では、セラミックス層１４の気孔率は、例えば１０％以上１５％以下とされる。
なお、気孔率は、遮熱コーティング層１０の断面における気孔の面積の割合として定義され、気孔の面積を断面の面積で除した値を百分率で表した値である。具体的には、次のようにして気孔率を求める。例えば、遮熱コーティング層１０の断面を研磨して光学顕微鏡で観察される像を撮影する。そして、撮影によって得られた写真（例えば図１６）に対して二値化処理を行うことで、気孔部（空隙部）と被膜部とを別々に抽出可能とする。そして、二値化した画像（例えば図１７）から気孔部の面積と被膜部の面積を算出し、気孔部の面積を気孔部と被膜部の面積の和、すなわち断面の面積で除して気孔率を算出する。または、二値化した画像から気孔部の面積と断面の面積を算出し、気孔部の面積を断面の面積で除して気孔率を算出する。セラミックス層１４の気孔率を算出する場合、上述のようにして求めたセラミックス層１４における気孔１６の面積をセラミックス層１４の断面の面積で除すことでセラミックス層１４の気孔率を求める。
なお、図１６は、遮熱コーティング層の気孔率を算出するにあたっての皮膜断面の光学顕微鏡写真の一例である。また、図１７は、遮熱コーティング層の気孔率を算出するにあたっての皮膜断面の光学顕微鏡写真を２値化した画像の一例である。
【００３７】
図１及び図２に示した幾つかの実施形態では、セラミックス層１４上に酸化アルミニウム層１５が積層される。幾つかの実施形態の酸化アルミニウム層１５の気孔率は、０．５％以上１０％以下である。
また、図２に示した一実施形態では、遮熱コーティング、すなわち遮熱コーティング層１０は、酸化アルミニウム層１５上に積層された二酸化ナトリウムアルミニウム層１７をさらに備える。
以下、幾つかの実施形態における酸化アルミニウム層１５の機能について説明する。
【００３８】
（酸化アルミニウム層１５について）
例えば油燃料を使用する油焚きガスタービンのように、燃焼ガスに腐食性物質が含まれる場合がある。具体的には、例えば重油等の石油を燃料とした油焚きガスタービンでは、燃焼ガスに含まれる腐食性物質には、例えば硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）や硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）等が含まれる。
燃焼ガスに腐食性物質が含まれる場合、腐食性物質が遮熱コーティング層１０のセラミックス層１４の気孔１６からセラミックス層１４に浸透してセラミックス層１４を劣化させてしまい、遮熱コーティング層１０の耐久性を低下させるおそれがあることが分かってきた。
そこで、例えば、遮熱コーティング層１０のセラミックス層１４の気孔率を低減することで腐食性物質がセラミックス層１４に浸透することを抑制することが考えられる。しかし、セラミックス層１４の気孔率を低減させると、セラミックス層１４の熱伝導率が上昇してしまうため、遮熱コーティング層１０の遮熱性が低下してしまう。
【００３９】
発明者らが鋭意検討した結果、セラミックス層１４の上に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の層を形成すると、以下の式（１）のように、燃焼ガスに含まれる硫酸ナトリウムのナトリウム分が酸化アルミニウムと反応することで二酸化ナトリウムアルミニウム（ＮａＡｌＯ２）が生成され、この生成された二酸化ナトリウムアルミニウムが酸化アルミニウム層の気孔を封止することを見出した。
Ｎａ２ＳＯ４＋Ａｌ２Ｏ３＝２ＮａＡｌＯ２＋ＳＯ２＋０．５Ｏ２    ・・・（１）
そして、発明者らは、二酸化ナトリウムアルミニウムによって気孔が封止された酸化アルミニウム層１５が酸化アルミニウム層１５よりも下の層への腐食性物質の浸透を抑制することを見出した。
また、発明者らは、硫酸ナトリウムの場合と同様に、燃焼ガスに含まれる硫酸カルシウムと酸化アルミニウムとの反応生成物が酸化アルミニウム層１５の気孔を封止して、酸化アルミニウム層１５よりも下の層への腐食性物質の浸透を抑制することを見出した。
【００４０】
図１及び図２に示した幾つかの実施形態では、セラミックス層１４上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層１５が積層されているので、酸化アルミニウム層１５の酸化アルミニウムと燃焼ガスに含まれる硫酸ナトリウムや硫酸カルシウム等との反応生成物が酸化アルミニウム層１５の気孔を封止する。これにより、燃焼ガスに含まれる腐食性物質のセラミックス層１４への浸透を酸化アルミニウム層１５が抑制するので、遮熱コーティング層１０の耐食性を向上して、遮熱コーティング層１０の耐久性を向上できる。また、腐食性物質のセラミックス層１４への浸透が抑制されるので、セラミックス層１４の気孔率を大きくしてセラミックス層１４における熱伝導率を下げることができ、遮熱コーティング層１０の遮熱性を向上できる。
【００４１】
図１及び図２に示した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングは、例えば、タービン入口温度が１３００度以上、且つ、油燃料を使用するガスタービンにおけるタービン部材に施工される。
図１及び図２に示した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングでは、遮熱コーティング層１０の耐久性や遮熱性を向上できる。したがって、図１及び図２に示した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングは、入口ガス温度が１３００度以上、且つ、油燃料を使用するガスタービンにおけるタービン部材に施工される遮熱コーティングとして適している。
【００４２】
図３Ａ及び図３Ｂは、遮熱コーティング層を有する試験片への腐食性物質の浸透状態を分析した結果を示す図である。なお、図３Ａは、図１に示す一実施形態と同様に、母材１１上に、ボンドコート層１２とセラミックス層１４と酸化アルミニウム層１５とを順に形成した試験片について、その断面におけるナトリウム分の濃度をＥＰＭＡにより分析した結果を示す図である。また、図３Ｂは、従来の遮熱コーティングと同様に、母材１１上に、ボンドコート層１２とセラミックス層１４とを順に形成し、酸化アルミニウム層１５を有さない試験片について、その断面におけるナトリウム分の濃度をＥＰＭＡにより分析した結果を示す図である。なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、図示の都合上、ナトリウム分の濃度が所定の濃度以上の場所をハッチングで示し、所定の濃度未満の場所を空白として表すこととしている。
【００４３】
図３Ａに示すように、セラミックス層１４上に酸化アルミニウム層１５が積層された試験片では、酸化アルミニウム層１５にナトリウム分が蓄積されているが、セラミックス層１４にはほとんどナトリウム分が浸透していないことが分かる。
これに対し、図３Ｂに示すように、セラミックス層１４上に酸化アルミニウム層１５が積層されていない試験片では、セラミックス層１４にナトリウム分が浸透していることが分かる。
【００４４】
このように、図１及び図２に示した幾つかの実施形態では、腐食性物質のナトリウム分を酸化アルミニウム層１５の酸化アルミニウムと反応させて犠牲防食させることにより、腐食性物質がセラミックス層１４に浸透することを抑制している。すなわち、酸化アルミニウム層１５の表面で優先的に酸化アルミニウムと腐食性物質のナトリウム分とを反応させて、反応生成物である二酸化ナトリウムアルミニウムで酸化アルミニウム層１５の気孔を封孔することで、腐食性物質のセラミックス層１４への浸透が効果的に抑制される。
【００４５】
発明者らが鋭意検討した結果、酸化アルミニウム層１５の気孔率が１０％以下であれば、腐食性物質のセラミックス層１４への浸透を効果的に抑制できることを見出した。
このように、酸化アルミニウム層１５に気孔率が１０％以下となる気孔１６の存在が許容されるため、酸化アルミニウム層１５を必要以上に緻密な層に形成する必要がないので、酸化アルミニウム層１５の形成が容易となる。
なお、酸化アルミニウム層１５に微細な亀裂が仮に存在したとしても、その微細な亀裂に浸透した腐食性物質のナトリウム分が酸化アルミニウムと反応し、反応生成物である二酸化ナトリウムアルミニウムが該亀裂を封止する。
【００４６】
酸化アルミニウム層１５の気孔率を０．５％未満にするためには、例えば化学蒸着法によるコーティングのように、チャンバを備える大掛かりな装置が必要となる。
その点、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティング層１０では、酸化アルミニウム層１５の気孔率の下限が０．５％であるので、例えば大気プラズマ溶射のように、チャンバが不要な形成方法によって酸化アルミニウム層１５を形成できるので、腐食性物質の浸透抑制を容易に実現できる。
なお、腐食性物質の浸透抑制の観点からは、酸化アルミニウム層１５の気孔率は、０．５％未満であってもよい。
【００４７】
反応生成物である二酸化ナトリウムアルミニウムは、その融点が約１８００度であるので、ボイラの運転環境下でも安定した生成物である。したがって、一度、二酸化ナトリウムアルミニウムが生成されると、腐食性物質のセラミックス層１４への浸透が安定的に抑制される。
【００４８】
図２に示した一実施形態では、上述したように、遮熱コーティング層１０は、酸化アルミニウム層１５上に積層された二酸化ナトリウムアルミニウム層１７をさらに備える。
これにより、二酸化ナトリウムアルミニウム層１７を酸化アルミニウム層１５上に予め積層させる過程で二酸化ナトリウムアルミニウムが酸化アルミニウム層１５の気孔を封止することが期待できる。これにより、二酸化ナトリウムアルミニウムによって気孔１６が封止された酸化アルミニウム層１５により、燃焼ガスに含まれる腐食性物質がセラミックス層１４へ浸透することを抑制できる。
なお、二酸化ナトリウムアルミニウム層１７は、酸化アルミニウム層１５上に予め積層されていてもよく、タービン部材の使用中に、酸化アルミニウム層１５の酸化アルミニウムと燃焼ガスに含まれる硫酸ナトリウムのナトリウム分とが反応して、酸化アルミニウム層１５上に二酸化ナトリウムアルミニウム層１７が事後的に生成されてもよい。
【００４９】
（セラミックス層１４及び酸化アルミニウム層１５の厚さについて）
図１及び図２に示した幾つかの実施形態では、セラミックス層１４の厚さは、４００マイクロメートル以上６００マイクロメートル以下であり、酸化アルミニウム層１５の厚さは、３０マイクロメートル以上１００マイクロメートル以下である。
【００５０】
図１及び図２に示した幾つかの実施形態では、セラミックス層１４の厚さが４００マイクロメートル以上６００マイクロメートル以下であるので、セラミックス層１４の厚さを必要以上に厚くすることなく必要な遮熱性を確保できる。
図１及び図２に示した幾つかの実施形態では、酸化アルミニウム層１５の厚さが３０マイクロメートル以上であるので、例えば溶射によって安定的に酸化アルミニウム層１５を形成できる。また、例えば母材１１が金属製である場合、母材１１に比べて熱膨張率が低い酸化アルミニウム層１５の厚さが厚いと、熱サイクル耐久性が低下するおそれがあるが、図１及び図２に示した幾つかの実施形態では、酸化アルミニウム層１５の厚さが１００マイクロメートル以下であるので、熱サイクル耐久性の低下を抑制できる。
【００５１】
（遮熱コーティングの製造方法について）
図４〜図６を参照して、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法について説明する。図４〜６は、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造工程についてのフローチャートである。
図４〜図６に示す幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、ボンドコート層積層工程Ｓ１０と、セラミックス層積層工程Ｓ２０と、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０とを含む。また、図４〜図６に示す幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、膜厚確認工程Ｓ３０と、時効熱処理工程Ｓ４０と、研磨工程Ｓ５０とを含む。
【００５２】
ボンドコート層積層工程Ｓ１０は、母材１１上にボンドコート層１２を積層させる工程である。ボンドコート層積層工程Ｓ１０では、例えば、前述のＭＣｒＡｌＹ合金等の溶射粉を母材１１の表面に溶射することでボンドコート層１２を形成する。
【００５３】
セラミックス層積層工程Ｓ２０は、ボンドコート層１２上にセラミックス層１４を積層させる工程である。セラミックス層積層工程Ｓ２０では、例えば、ＹＳＺの溶射粒子を大気プラズマ溶射によってボンドコート層１２の表面に溶射することでセラミックス層１４を形成する。
【００５４】
なお、セラミックス層積層工程Ｓ２０において、例えばゾルゲル法でセラミックス層１４を設けた場合、セラミックス層１４の焼成が必要となる。
これに対して、幾つかの実施形態では、セラミックス層１４の焼成が不要であり、セラミックス層積層工程Ｓ２０を簡素化できる。
【００５５】
膜厚確認工程Ｓ３０は、セラミックス層積層工程Ｓ２０でボンドコート層１２の表面に形成したセラミックス層１４の厚さを確認する工程である。
図４に示す実施形態では、膜厚確認工程Ｓ３０において確認されたセラミックス層１４の厚さが所定範囲内であれば、研磨表面の粗度の調整のためにセラミックス層１４の表面を研磨して、次の時効熱処理工程Ｓ４０へ進む。なお、該所定範囲は、後述する時効熱処理工程Ｓ４０の後、研磨工程Ｓ５０においてセラミックス層１４の厚さを所望の厚さにすることができるように設定された、セラミックス層１４の厚さの範囲である。
膜厚確認工程Ｓ３０において確認されたセラミックス層１４の厚さが所定範囲を下回れば、セラミックス層積層工程Ｓ２０に戻り、さらにＹＳＺの溶射粒子を大気プラズマ溶射によって溶射することでセラミックス層１４の厚さを増やす。
膜厚確認工程Ｓ３０において確認されたセラミックス層１４の厚さが所定範囲を上回れば、セラミックス層１４の厚さが４００マイクロメートル以上６００マイクロメートル以下となるようにセラミックス層１４の表面が研磨される。
【００５６】
時効熱処理工程Ｓ４０は、ボンドコート層１２及びセラミックス層１４を積層させた母材１１を時効熱処理する工程である。
【００５７】
図４に示す実施形態では、時効熱処理工程Ｓ４０の後、研磨工程Ｓ５０を実施する。研磨工程Ｓ５０は、セラミックス層１４の表面を研磨することで、セラミックス層１４の厚さを所望の厚さ、すなわち４００マイクロメートル以上６００マイクロメートル以下に調整する工程である。
【００５８】
酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０は、セラミックス層１４上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層１５を積層させる工程である。
図４に示す実施形態では、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０は研磨工程Ｓ５０の後に実施される。
図４に示す実施形態では、研磨工程Ｓ５０の後で酸化アルミニウム層１５を積層させるので、酸化アルミニウム層１５を研磨しないで済み、酸化アルミニウム層１５の厚さを確保できる。
【００５９】
なお、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０では、例えば、酸化アルミニウムの溶射粒子を大気プラズマ溶射によってセラミックス層１４の表面に溶射することで酸化アルミニウム層１５を形成する。すなわち、酸化アルミニウム層１５は、大気プラズマ溶射によって生成された溶射層である。
【００６０】
例えばゾルゲル法によって酸化アルミニウム層１５を形成した場合には、酸化アルミニウム層１５の焼成が必要となる。
これに対し、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０において、例えば、大気プラズマ溶射によって酸化アルミニウム層１５を形成することにより、酸化アルミニウム層１５の焼成が不要となり、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０を簡素化できる。
また、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０において、例えば、大気プラズマ溶射によって酸化アルミニウム層１５を形成することにより、例えばゾルゲル法によって酸化アルミニウム層１５を形成した場合と比べて、セラミックス層１４に対する酸化アルミニウム層１５の密着性を高めることができる。
【００６１】
酸化アルミニウムの溶射粒子をセラミックス層１４の表面に溶射する際、溶射ガンをタービン部材から離すことで、溶射作業をし易くなるが、酸化アルミニウム層１５の緻密性は低下する。しかし、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティング層１０では、酸化アルミニウム層１５の気孔率が１０％以下であればよく、酸化アルミニウム層１５の緻密性が多少低くても大丈夫なので、溶射作業を行い易い。
【００６２】
幾つかの実施形態に係る遮熱コーティング層１０では、酸化アルミニウム層１５の気孔率が１０％以下であればよいので、化学蒸着法や物理蒸着法によって緻密な酸化アルミニウム層１５を生成する必要がない。
例えば化学蒸着法や物理蒸着法によって酸化アルミニウム層１５を生成する場合や、例えば減圧プラズマ溶射によって酸化アルミニウム層１５を生成する場合には、チャンバを備える大掛かりな装置が必要となり、装置の費用が高額になる他、段取り等の準備等を含めた工数が多くなりがちである。
その点、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティング層１０では、酸化アルミニウム層１５を大気プラズマ溶射によって生成することで、例えば化学蒸着法や物理蒸着法、減圧プラズマ溶射等によって酸化アルミニウム層１５を生成する場合と比べて、装置構成が簡素であるので、装置の費用を安価にできる他、段取り等の準備等を含めた工数を削減でき、タクトタイムを短縮できる。
【００６３】
このように、幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法によれば、セラミックス層１４上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層１５を積層させることができる。これにより、酸化アルミニウム層１５の酸化アルミニウムと燃焼ガスに含まれる硫酸ナトリウムのナトリウム分とが反応して二酸化ナトリウムアルミニウムが生成され、この生成された二酸化ナトリウムアルミニウムが酸化アルミニウム層１５の気孔を封止する。これにより、燃焼ガスに含まれる腐食性物質のセラミックス層１４への浸透を酸化アルミニウム層１５が抑制するので、遮熱コーティング層１０の耐食性を向上して、遮熱コーティング層１０の耐久性を向上できる。また、腐食性物質のセラミックス層１４への浸透が抑制されるので、セラミックス層１４の気孔率を大きくしてセラミックス層１４における熱伝導率を下げることができ、遮熱コーティング層１０の遮熱性を向上できる。
【００６４】
なお、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０では、溶射粒子として例えば平均粒径が２０マイクロメートル以下の酸化アルミニウムの溶射粒子を用い、溶射距離を例えば１００ｍｍ以下の近距離に設定して、大気プラズマ溶射によって酸化アルミニウム層１５を形成してもよい。溶射粒子の平均粒径、及び、溶射距離を上記条件に設定することで、緻密な酸化アルミニウム層１５を形成することができる。
【００６５】
また、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０では、上述のようにして形成した酸化アルミニウム層１５を高速レーザスキャニングすることで酸化アルミニウム層１５の表層付近を溶融することで、表層付近の気孔率を低減させてもよい。
【００６６】
また、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０では、コールドスプレー法やエアロゾルデポジション法によって、低温で酸化アルミニウム層１５を形成するようにしてもよい。
【００６７】
図５に示す実施形態では、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０は、膜厚確認工程Ｓ３０の後、且つ、時効熱処理工程Ｓ４０の前に実施される。そして、図５に示す実施形態では、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０を実施した後、時効熱処理工程Ｓ４０及び研磨工程Ｓ５０を順次実施する。
図５に示す実施形態では、セラミックス層積層工程Ｓ２０において溶射によってボンドコート層１２上にセラミックス層１４を積層させ、膜厚確認工程Ｓ３０でセラミックス層１４の厚さを確認した後、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０において溶射によってセラミックス層１４上に酸化アルミニウム層１５を積層させることができる。これにより、溶射によって層を形成する２つの工程を連続的に実施できるので、効率的である。
【００６８】
なお、セラミックス層積層工程Ｓ２０において、例えばゾルゲル法でセラミックス層１４を設けた場合、上述したように、セラミックス層１４の焼成が必要となる。
これに対して、図５に示す実施形態では、セラミックス層１４の焼成が不要なので、例えば大気プラズマ溶射によってセラミックス層１４と酸化アルミニウム層１５を連続的に形成することが可能である。
【００６９】
図６に示す実施形態では、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０は、時効熱処理工程Ｓ４０の後、且つ、研磨工程Ｓ５０の前に実施される。
図６に示す実施形態では、時効熱処理工程Ｓ４０の後で酸化アルミニウム層１５を積層させるので、酸化アルミニウム層１５が時効熱処理の影響を受けずに済む。また、研磨工程により、酸化アルミニウム層の膜厚調整及び表面粗度をより精度高く制御できる。
【００７０】
（タービン部材及びガスタービン）
上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングは、産業用ガスタービンの動翼や静翼、あるいは燃焼器の内筒や尾筒、分割環などの高温部品に適用して有用である。また、産業用ガスタービンに限らず、自動車やジェット機などのエンジンの高温部品の遮熱コーティング膜にも適用することができる。これらの部材に上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングを設けることで、耐食性及び熱サイクル耐久性に優れるガスタービン翼や高温部品を構成することができる。
【００７１】
図７乃至９は、上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングを適用可能なタービン部材の構成例を示す斜視図である。図１０は、一実施形態係るガスタービン６の部分断面構造を模式的に示す図である。上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングを適用可能なタービン部材の構成例として、図７に示すガスタービン動翼４や、図８に示すガスタービン静翼５、図９に示す分割環７、及び図１０に示すガスタービン６の燃焼器８を挙げることができる。図７に示すガスタービン動翼４は、ディスク側に固定されるタブテイル４１、プラットフォーム４２、翼部４３等を備えて構成されている。また、図８に示すガスタービン静翼５は、内シュラウド５１、外シュラウド５２、翼部５３等を備えて構成されており、翼部５３にはシールフィン冷却孔５４、スリット５５等が形成されている。
【００７２】
図９に示す分割環７は、環状の部材を周方向に分割した部材であり、ガスタービン動翼４の外側に複数配置され、タービン６２のケーシングに保持される。図９に示す分割環７には冷却孔７１が形成されている。図１０に示すガスタービン６が備える燃焼器８は、ライナとして内筒８１と尾筒８２とを有する。
【００７３】
次に、上述したタービン部材を適用可能なガスタービンについて図１０を参照して以下に説明する。図１０は、一実施形態係るガスタービンの部分断面構造を模式的に示す図である。このガスタービン６は、互いに直結された圧縮機６１とタービン６２とを備える。圧縮機６１は、例えば軸流圧縮機として構成されており、大気又は所定のガスを吸込口から作動流体として吸い込んで昇圧させる。この圧縮機６１の吐出口には、燃焼器８が接続されており、圧縮機６１から吐出された作動流体は、燃焼器８によって所定のタービン入口温度まで加熱される。そして所定温度まで昇温された作動流体がタービン６２に供給されるようになっている。図１０に示すように、タービン６２のケーシング内部には、上述したガスタービン静翼５が、複数段設けられている。また、上述したガスタービン動翼４が、各静翼５と一組の段を形成するように主軸６４に取り付けられている。主軸６４の一端は、圧縮機６１の回転軸６５に接続されており、その他端には、図示しない発電機の回転軸が接続されている。
【００７４】
このような構成により、燃焼器８からタービン６２のケーシング内に高温高圧の作動流体を供給すれば、ケーシング内で作動流体が膨張することにより、主軸６４が回転し、このガスタービン６と接続された図示しない発電機が駆動される。即ち、ケーシングに固定された各静翼５によって圧力降下させられ、これにより発生した運動エネルギは、主軸６４に取り付けられた各動翼４を介して回転トルクに変換される。そして、発生した回転トルクは、主軸６４に伝達され、発電機が駆動される。
【００７５】
一般に、ガスタービン動翼に用いられる材料は、耐熱合金（例えばＩＮ７３８ＬＣ＝インコ社の市販の合金材料）であり、ガスタービン静翼に用いられる材料は、同様に耐熱合金（例えばＩＮ９３９＝インコ社の市販の合金材料）である。即ち、タービン翼を構成する材料は、上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングにおいて母材１１として採用可能な耐熱合金が使用されている。従って、上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングを、これらのタービン翼に適用すれば、遮熱効果と、耐食性及び耐久性に優れたタービン翼を得ることができるので、より高い温度環境で使用することができ、長寿命のタービン翼を実現することができる。また、より高い温度環境において適用可能であることは、作動流体の温度を高められることを意味し、これによりガスタービン効率を向上させることも可能となる。
このように、幾つかの実施形態に係るタービン部材であるタービン翼４，５は、上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングを有するので、燃焼ガスに腐食性物質が含まれる環境下であってもタービン部材の耐久性を向上できる。
また、幾つかの実施形態に係るガスタービン６は、上記タービン部材であるタービン翼４，５を有するので、燃焼ガスに腐食性物質が含まれる環境下であってもガスタービン６におけるタービン部材の耐久性を向上できる。
【００７６】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、ボンドコート層積層工程Ｓ１０と、セラミックス層積層工程Ｓ２０と、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０とを含む。しかし、既にボンドコート層１２及びセラミックス層１４が形成された母材１１に対して、上述した酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０によってセラミックス層１４の表面側に酸化アルミニウム層１５を形成するようにしてもよい。
これにより、例えば、セラミックス層１４と同様の層を有する従来のタービン部材に対して、酸化アルミニウム層１５を形成できる。
【００７７】
具体的には、例えば図１１に示すように、母材１１上にボンドコート層１２とセラミックス層１４と同様のセラミックス層１４Ａとが積層された既設コーティング層１０Ａに対して、図１２に示す遮熱コーティングの製造工程において、酸化アルミニウム層１５を形成できる。なお、図１１は、セラミックス層１４と同様のセラミックス層１４Ａとが積層された既設コーティング層１０Ａを備えるタービン部材の断面の模式図である。図１２は、既設コーティング層１０Ａに対して酸化アルミニウム層１５を形成する遮熱コーティングの製造工程についてのフローチャートである。
【００７８】
図１２に示す実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０を含む。また、図１２に示す実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、膜厚確認工程Ｓ３０と、時効熱処理工程Ｓ４０と、研磨工程Ｓ５０とを含む。図１２に示す実施形態に係る酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０、膜厚確認工程Ｓ３０、時効熱処理工程Ｓ４０、及び研磨工程Ｓ５０は、上述した図４〜図６に示す幾つかの実施形態に係る酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０、膜厚確認工程Ｓ３０、時効熱処理工程Ｓ４０、及び研磨工程Ｓ５０と同じである。
【００７９】
図１２に示す実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法では、まず、膜厚確認工程Ｓ３０において、上述した図４における膜厚確認工程Ｓ３０と同様に、図１１に示した既設コーティング層１０Ａのセラミックス層１４Ａの厚さを確認する。
図１２に示す実施形態では、膜厚確認工程Ｓ３０において確認されたセラミックス層１４Ａの厚さが所定範囲内であれば、研磨表面の粗度の調整のためにセラミックス層１４Ａの表面を研磨して、次の時効熱処理工程Ｓ４０へ進む。なお、該所定範囲は、上述したように時効熱処理工程Ｓ４０の後、研磨工程Ｓ５０においてセラミックス層１４Ａの厚さを所望の厚さにすることができるように設定された、セラミックス層１４Ａの厚さの範囲である。
図１２に示す実施形態では、膜厚確認工程Ｓ３０において確認されたセラミックス層１４Ａの厚さが所定範囲を下回れば、図１２において不図示のセラミックス層積層工程、すなわち、図４に示す実施形態に係るセラミックス層積層工程Ｓ２０と同様の工程に戻り、ＹＳＺの溶射粒子を大気プラズマ溶射によって溶射することでセラミックス層１４Ａの厚さを増やす。
図１２に示す実施形態では、膜厚確認工程Ｓ３０において確認されたセラミックス層１４Ａの厚さが所定範囲を上回れば、セラミックス層１４Ａの厚さが４００マイクロメートル以上６００マイクロメートル以下となるようにセラミックス層１４Ａの表面が研磨される。
膜厚確認工程Ｓ３０の実施後、図４における実施形態と同様に、図１２に示す時効熱処理工程Ｓ４０、研磨工程Ｓ５０、及び酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０を実施する。
【００８０】
すなわち、図１２に示す実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、母材１１上に積層されたボンドコート１２層と、ボンドコート層１２上に積層されたセラミックス層１４Ａとを有する既設コーティング層１０Ａに対し、セラミックス層１４Ａ上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層１５を積層させる酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０を含む。
【００８１】
これにより、上述した既設コーティング層１０Ａに対して気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層１５を積層させることができる。これにより、酸化アルミニウム層１５を有していない既設コーティング層１０Ａに気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層１５を積層させることができる。
積層された酸化アルミニウム層１５の気孔は、上述したようにして生成された二酸化ナトリウムアルミニウムによって封止される。これにより、燃焼ガスに含まれる腐食性物質のセラミックス層への浸透を酸化アルミニウム層１５が抑制するので、既設コーティング層１０Ａの耐久性を向上できる。
【００８２】
上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、ボンドコート層積層工程Ｓ１０と、セラミックス層積層工程Ｓ２０と、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０とを含む。しかし、上述した幾つかの実施形態に係る遮熱コーティング層１０を有するタービン部材のメンテナンスに際し、古い酸化アルミニウム層１５を除去した後に新たな酸化アルミニウム層１５を形成できる。
具体的には、例えば図１３に示すように、母材１１上に積層されたボンドコート１２層と、ボンドコート層１２上に積層されたセラミックス層１４と、セラミックス層１４上に積層された酸化アルミニウム層１５Ｂとを有する既設遮熱コーティング層１０Ｂに対し、図１４に示す遮熱コーティングの製造工程において、古い酸化アルミニウム層１５Ｂを除去して新たな酸化アルミニウム層１５を形成できる。なお、図１３は、既設遮熱コーティング層１０Ｂを備えるタービン部材の断面の模式図である。図１４は、既設遮熱コーティング層１０Ｂの古い酸化アルミニウム層１５Ｂを除去して新たな酸化アルミニウム層１５を形成する遮熱コーティングの製造工程についてのフローチャートである。
【００８３】
図１４に示す実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、酸化アルミニウム層除去工程Ｓ８０と、酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０を含む。また、図１４に示す実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、膜厚確認工程Ｓ３０と、時効熱処理工程Ｓ４０と、研磨工程Ｓ５０とを含む。図１４に示す実施形態に係る酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０、膜厚確認工程Ｓ３０、時効熱処理工程Ｓ４０、及び研磨工程Ｓ５０は、上述した図４〜図６に示す幾つかの実施形態に係る酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０、膜厚確認工程Ｓ３０、時効熱処理工程Ｓ４０、及び研磨工程Ｓ５０と同じである。
【００８４】
図１４に示す実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法では、まず、酸化アルミニウム層除去工程Ｓ８０において、図１３に示す既設遮熱コーティング層１０Ｂの古い酸化アルミニウム層１５Ｂを除去する。酸化アルミニウム層除去工程Ｓ８０では、例えばブラスト処理などによって、古い酸化アルミニウム層１５Ｂを除去する。図１５は、酸化アルミニウム層除去工程Ｓ８０において古い酸化アルミニウム層１５Ｂを除去した後のタービン部材の断面の模式図である。
【００８５】
次いで、膜厚確認工程Ｓ３０において、上述した図４における膜厚確認工程Ｓ３０と同様に、酸化アルミニウム層除去工程Ｓ８０で古い酸化アルミニウム層１５Ｂを除去した後の既設遮熱コーティング層１０Ｂのセラミックス層１４の厚さを確認する。
図１４に示す実施形態では、膜厚確認工程Ｓ３０において確認されたセラミックス層１４の厚さが所定範囲内であれば、研磨表面の粗度の調整のためにセラミックス層１４の表面を研磨して、次の時効熱処理工程Ｓ４０へ進む。なお、該所定範囲は、上述したように時効熱処理工程Ｓ４０の後、研磨工程Ｓ５０においてセラミックス層１４の厚さを所望の厚さにすることができるように設定された、セラミックス層１４の厚さの範囲である。
図１４に示す実施形態では、膜厚確認工程Ｓ３０において確認されたセラミックス層１４の厚さが所定範囲を下回れば、図１４において不図示のセラミックス層積層工程、すなわち、図４に示す実施形態に係るセラミックス層積層工程Ｓ２０と同様の工程に戻り、ＹＳＺの溶射粒子を大気プラズマ溶射によって溶射することでセラミックス層１４の厚さを増やす。
図１４に示す実施形態では、膜厚確認工程Ｓ３０において確認されたセラミックス層１４の厚さが所定範囲を上回れば、セラミックス層１４の厚さが４００マイクロメートル以上６００マイクロメートル以下となるようにセラミックス層１４の表面が研磨される。
膜厚確認工程Ｓ３０の実施後、図４における実施形態と同様に、図１４に示す時効熱処理工程Ｓ４０、研磨工程Ｓ５０、及び酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０を実施する。
【００８６】
すなわち、図１４に示す実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、母材１１上に積層されたボンドコート１２層と、ボンドコート層１２上に積層されたセラミックス層１４と、セラミックス１４層上に積層された酸化アルミニウム層１５Ｂとを有する既設遮熱コーティング層１０Ｂに対し、酸化アルミニウム層１５Ｂを除去する酸化アルミニウム層除去工程Ｓ８０を含む。また、図１４に示す実施形態に係る遮熱コーティングの製造方法は、酸化アルミニウム層１５Ｂを除去した後の既設遮熱コーティング層１０Ｂに対し、セラミックス層１４上に気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層１５を積層させる酸化アルミニウム層積層工程Ｓ６０を含む。
【００８７】
これにより、既設遮熱コーティング層１０Ｂの酸化アルミニウム層１５Ｂを除去して新たに気孔率が０．５％以上１０％以下の酸化アルミニウム層１５を積層させることができる。したがって、既設遮熱コーティング層１０Ｂにおける酸化アルミニウム層１５Ｂが劣化した場合などに、酸化アルミニウム層１５を新たに積層させることが可能となる。
新たに積層された酸化アルミニウム層１５の気孔は、上述したようにして生成された二酸化ナトリウムアルミニウムによって封止される。これにより、燃焼ガスに含まれる腐食性物質のセラミックス層への浸透を酸化アルミニウム層１５が抑制するので、既設遮熱コーティング層１０Ｂの耐久性を向上できる。
【符号の説明】
【００８８】
４  ガスタービン動翼
５  ガスタービン静翼
６  ガスタービン
７  分割環
８  燃焼器
１０  遮熱コーティング（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ  ：  ＴＢＣ）層
１１  耐熱基材（母材）
１２  金属結合層（ボンドコート層）
１４  トップコート層（セラミックス層）
１５  酸化アルミニウム層
１７  二酸化ナトリウムアルミニウム層
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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