(57)【要約】【課題】本発明の目的は、熱特性および機械特性を最適化することである。【解決手段】本発明により提供される層系は多孔質層である２つの層を有し、精密に制御された適合する気孔率を有する。層系は、基板と、基板上の、特に基板上に直接存在する、金属結合層と、任意に金属結合層上に直接存在する酸化物層と、金属結合層または酸化物層の上の、体積％で表したとき８％以上１５％未満の、特に９％以上１４．５％未満の、とりわけ１１％から１３％の気孔率を有する内側セラミック層と、内側セラミック層上の、１５％超２２％以下の、特に１６％から２０％の、とりわけ１８％の気孔率を有する外側セラミック層、特に最も外側のセラミック層と、を少なくとも含む。【選択図】図１
2015054522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（４）と、
基板（４）上の、特に基板（４）上に直接存在する、金属結合層（７）と、
任意に金属結合層（７）上に直接存在する酸化物層と、
金属結合層（７）または酸化物層の上の、体積％で表したとき８％以上１５％未満の、特に９％以上１４．５％未満の、とりわけ１１％から１３％の気孔率を有する内側セラミック層（１９）と、
内側セラミック層（１０）上の、１５％超２２％以下の、特に１６％から２０％の、とりわけ１８％の気孔率を有する外側セラミック層（２２）、特に最も外側のセラミック層（２２）と、
を少なくとも含み、
下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）を有する、金属結合層（７）としての２層のＮｉＣｏＣｒＡｌＸ層、特に２層のみのＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（７）において、下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）におけるクロム（Ｃｒ）含量が、外側ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）におけるクロム（Ｃｒ）含量よりも少なくとも３重量％少ない、より詳細には少なくとも５重量％少ない、
層系。
【請求項２】
下部セラミック層（１９）の材料が酸化ジルコニウムを、特に部分的に安定化された酸化ジルコニウムを、とりわけイットリウムによって部分的に安定化された酸化ジルコニウムを含み、特にそれらからなる、
請求項１に記載の層系。
【請求項３】
外側セラミック層（２２）が酸化ジルコニウムを、特に部分的に安定化された酸化ジルコニウムを、とりわけイットリウムによって部分的に安定化された酸化ジルコニウムを含み、特にそれらからなる、
請求項１または２に記載の層系。
【請求項４】
基板（４）がニッケル系超合金、またはコバルト系超合金を含み、特にそれらからなる、
請求項１から３の何れか１項に記載の層系。
【請求項５】
セラミック層（１９、２２）の材料が異なり、特に外側セラミック層（２２）がパイロクロア材料を含み、とりわけガドリニウムジルコネートを含む、
請求項１から４の何れか１項に記載の層系。
【請求項６】
内側セラミック層（１９）が、最も外側のセラミック層（２２）と比較して、少なくとも１０％、特に少なくとも２０％薄い形態を有する、
請求項１から５の何れか１項に記載の層系。
【請求項７】
基板（４）と、
２層の金属結合層（７）と、
任意に金属結合層（７）上の酸化物層と、
内側セラミック層（１９）と、
外側セラミック層（２２）とからなる、
請求項１から６の何れか１項に記載の層系。
【請求項８】
下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）におけるコバルト（Ｃｏ）含量が、外側ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）におけるコバルト（Ｃｏ）含量と同じか、または同程度である、
特にコバルト（Ｃｏ）含量が同じである、とりわけ２４重量％から２６重量％である、
請求項１から７の何れか１項に記載の層系。
【請求項９】
金属層（１０、１３）におけるクロム（Ｃｒ）含量における差が、３重量％から１３重量％であり、特に少なくとも７重量％であり、とりわけ少なくとも１１重量％である、
請求項１、７、又は８に記載の層系。
【請求項１０】
下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）におけるアルミニウム（Ａｌ）含量が、外側ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）におけるアルミニウム（Ａｌ）含量と同じか、または同程度である、
特に同じである、
とりわけ１０．５重量％から１２．０重量％である、
請求項１、７、８、又は９に記載の層系。
【請求項１１】
下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）におけるイットリウム（Ｙ）含量が、外側ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）におけるイットリウム（Ｙ）含量と同じか、または同程度である、
特に０．２重量％から０．６重量％である、
請求項１、７、８、９、又は１０に記載の層系。
【請求項１２】
下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）が以下の組成（重量％）を有する、
コバルト（Ｃｏ）：２４％〜２６％、特に２５％
クロム（Ｃｒ）：１１％〜１５％、特に１２〜１４％、とりわけ１３％
アルミニウム（Ａｌ）：１０．０％〜１２．０％、特に１１．０％
イットリウム（Ｙ）：０．２％〜０．６％、特に０．３％〜０．５％
ニッケル、
特にそれらからなる、
請求項１、７、８、９、１０、又は１１に記載の層系。
【請求項１３】
上部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）が以下の組成（重量％）を有する、
コバルト（Ｃｏ）：２４％〜２６％、特に２５％
クロム（Ｃｒ）：２３％〜２５％、特に２４％
アルミニウム（Ａｌ）：９％〜１２．０％、特に１０．５％
イットリウム（Ｙ）：０．２％〜０．６％、特に０．３％〜０．５％
ニッケル、
特にそれらからなる、
請求項１、７、８、９、１０、１１、又は１２に記載の層系。
【請求項１４】
層（７）において、特に外側ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）において、クロム（Ｃｒ）含量に勾配がなく、とりわけクロムめっきされていない、
請求項１、７、８、９、１０、１１、１２、又は１３に記載の層系。
【請求項１５】
熱成長酸化物層が外側ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）上に形成される、または存在する、請求項１から１４の何れか１項に記載の層系。
【請求項１６】
金属結合層（７）の全厚みが１８０μｍから３００μｍである、請求項１から１５の何れか１項に記載の層系。
【請求項１７】
上部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）に使用される粉末が、下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）のための粉末の粒子直径と比較して粗く、特に２０％粗く、
上部層（１３）が下部層（１０）よりも大きな粒子を含むようにして、
特にＲａ＝９μｍから１４μｍの粗さが実現されるようにする、請求項１から１６の何れか１項に記載の層系。
【請求項１８】
金属層（７、１０、１３）にレニウム（Ｒｅ）を含まない、請求項１から１７の何れか１項に記載の層系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの異なる多孔質セラミック層を有する層系に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック保護層は、比較的高い温度から金属基板を保護するために、高温で使用される部品に関連して使用されることが多い。
【０００３】
この点において、セラミック層は、まず第１に熱伝導率を低減するために、そして若干の延性を持たせるために、ある程度の気孔率を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第１２０４７７６号明細書
【特許文献２】欧州特許第１３０６４５４号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書
【特許文献４】国際公開第９９／６７４３５号
【特許文献５】国際公開第００／４４９４９号
【特許文献６】米国特許第６０２４７９２号明細書
【特許文献７】欧州特許出願公開第０８９２０９０号明細書
【特許文献８】欧州特許第０４８６４８９号明細書
【特許文献９】欧州特許第０７８６０１７号明細書
【特許文献１０】欧州特許第０４１２３９７号明細書
【特許文献１１】欧州特許公開第１３０６４５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、熱特性および機械特性を最適化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に規定される層系によって達成される。
【０００７】
従属請求項は、要求に応じて互いに組み合わせることができる、さらなる有利な手段を列挙する。
【０００８】
セラミック層および金属層は、良好な酸化保護および良好な熱絶縁を確かなものとする。
【０００９】
記述および図面は本発明の単なる例示的な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】層系を示す。
【図２】ガスタービンを示す。
【図３】タービンブレードまたはベーンを示す。
【図４】燃焼チャンバを示す。
【図５】超合金の一覧を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は層系を概略的に示す。
【００１２】
層系１は、好ましくは、定置運転のための、または航空機のための、タービンの、蒸気タービンの、ガスタービン１００（図２）のタービンブレードまたはベーン１２０、１３０である。
【００１３】
基板４が、図５に示される合金で作られたニッケル系超合金またはコバルト系超合金を含むことが好ましい。これは、好ましくはニッケル系超合金である。
【００１４】
基板４上に、特にＭＣｒＡｌ型またはＭＣｒＡｌＸ型（Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、好ましくはＮｉ，Ｃｏ）の金属結合層７が存在することが好ましい。
【００１５】
セラミック層１６が金属結合層７に付けられ、酸化物層（ＴＧＯ）が、意図的に製造されるか、または金属層とセラミック層との間に付けられるか、またはセラミックコーティングの間に、若しくは金属層７を有する層系の操作の間に形成される。
【００１６】
セラミック層１６は、少なくとも２つの、特に２つのみの、異なるセラミック層１９、２２を有する。
【００１７】
下部セラミック層１９は、外側セラミック層２２と比較して低い気孔率を有する。
【００１８】
下部セラミック層１９の気孔率は８％から１５％未満であり、特に１１％から１３％（好ましくは、体積％）である。
【００１９】
内側セラミック層１９の層の厚みは、外側セラミック層２２の厚みと比較して、少なくとも１０％、特に２０％薄く、とりわけ５０％薄いことが好ましい。
【００２０】
下部セラミック層１９は１００±２５μｍの厚みを有し、一方で外側のセラミック層２２は１００μｍを超える厚みを有する。
【００２１】
外側セラミック層２２は１５％超２２％以下の、特に１６％から２０％の気孔率を有し、好ましくは最も外側のセラミック層２２である。
【００２２】
下部セラミック層１９の材料は、特にイットリウム、酸化ジルコニウムによって部分的に安定化される。
【００２３】
この材料は、好ましくは外側セラミック層２２にも使用されるが、ガドリニウムジルコネートなどのパイロクロア材料を使用することも可能である。
【００２４】
セラミック層の気孔率の選択により、意外にも、気孔率が高く厚みが等しい層と比較して、長い耐用年数がもたらされる。
【００２５】
金属層７のこれらの要素もまた拡散により基板４の基材と相互作用するという事実は、強く考慮されなくてはならない。
【００２６】
一般的には、層から、一般的に層と比較してクロム含量が低い基材内部へのクロムの内部拡散が比較的多く起こることから、層と基材との間のクロム含量の相違は約５％を超えるべきではないと考えられる。そうでなければ、多かれ少なかれ、深刻なカーケンドール気孔が生じ、基材を有する層アセンブリの早期故障につながる。これは、適切に実施されるモデル計算によって確認されてきた。この挙動は、ＩＮ  ７３８  ＬＣ上の低いクロム含量および高いクロム含量を有する層の比較によって証明され、実験的に確認されてきた。
【００２７】
一方で、層のクロム含量の上限に関して、層内の約１３重量％のクロム（Ｃｒ）という低いクロム含量の条件で、複数のクラッキングを伴うスピネル形成が表面においてしばしば生じること、同様に保護層システムの短い耐用年数をもたらすことは考慮されるべきである。非常にバランスが取れた保護層の組成物が既に良好な結果をもたらしているが、これはまだ最適値を構成していない。
【００２８】
上述の理由で、全ての利点を組み合わせる解決方法が追求されてきた。
【００２９】
ここで提案される解決方法は、二重層としての層組成物の組み合わせを提供し、これは今までの層組成物と比較して、上述の問題の観点からみて改良されたものである。
【００３０】
本明細書等において記載される主張は概略的に、かつ金属組織学的イメージとして示される。
【００３１】
提案されるのは保護層であり、今まで使用されている層と比較して、良好な耐酸化性および良好な熱機械特性を有し、レニウムの置換を理由として、高い費用対効果を有する。さらに、内部拡散挙動は同じか、またはより優れているといえる。従来の層組成物とは対照的に、二重層の上層は２０％を超えるクロム（Ｃｒ）含量を、特に２２％を超えるクロム含量を有する。これにより、ＴＧＯ内のスピネル形成および複数のクラッキングが回避される。最上層においてクロム（Ｃｒ）含量が高いのには２つの理由がある。一方では、溶液アニーリング処理の間のクロム（Ｃｒ）の蒸発にもかかわらず、アルミニウムの活性を高く保つために、十分なＣｒが最上層に存在したままであるか、他方では、クロムが安定なα−酸化アルミニウムのための核形成剤として働く。
【００３２】
二重層の下部層（基材に対する境界層）は、対照的に、実質的に低いクロム含量を有し、好ましくはクロム（Ｃｒ）が１１重量％から１５重量％である。これは、基材との界面において耐用年数を短くするカーケンドール気孔を防ぐ。
【００３３】
層の他の構成は、最適化された比率のニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、レアアース元素（Ｙ、…）などに基づくが、レニウム（Ｒｅ）を含まない。
【００３４】
実施例：
金属二重保護層７は少なくとも以下を含む。
下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層１０、
以下の組成（重量％で表される）を有するＮｉＣｏＣｒＡｌＹ保護層
Ｎｉ含量：残余
コバルト（Ｃｏ）：２４％〜２６％、特に２５％
クロム（Ｃｒ）：１１％〜１５％、特に１３％
アルミニウム（Ａｌ）：１０．０％〜１２．０％、特に１１．０％
イットリウム（Ｙ）：０．２％〜０．６％、特に０．３％〜０．５％
中程度に高いＣｏ含量：
β／γフィールドの拡大、脆性相の回避
中程度のＣｒ含量：
脆性相（α−クロムまたはσ相）を回避し、およびカーケンドール気孔を回避し、それにもかかわらず長期にわたる保護作用を保つのに十分な程度に低い。
中程度に高いＡｌ含量：
安定なＴＧＯを保つためにさらにＡｌを運ぶのに十分な程度に高い。良好な延性を実現し、かつ脆化傾向を回避するのに十分な程度に低い。
低いＹ含量：
酸素混入量が低いＹ含有ペグを形成するための、十分なアルミン酸イットリウムを形成するのに十分な程度に高い。
Ａｌ２Ｏ３層の酸化物層の成長を抑制するのに十分な程度に低い。
およびさらに、上部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）、
以下の組成（重量％で表される）を有するＮｉＣｏＣｒＡｌＹ保護層（１３）
Ｎｉ含量：残余
コバルト（Ｃｏ）：２４％〜２６％、好ましくは２５％
クロム（Ｃｒ）：２３％〜２５％、好ましくは２４％
アルミニウム（Ａｌ）：９％〜１２．０％、好ましくは１０．５％
イットリウム（Ｙ）：０．２％〜０．６％、好ましくは０．３％〜０．５％
高いクロム含量：
ＴＧＯにおけるスピネルおよび複数のクラッキングを回避するため、および低い酸化速度を有するＡｌ２Ｏ３の酸化層形成を改善するため
中程度に高いＡｌ含量：
Ｃｒ含量が高いことによる延性の低下を最小にするために、Ａｌ含量は下部層と比較して若干低い。
【００３５】
ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層／合金は、他のまたはさらなるレアアース元素、またはＴａ、Ｔｉ、Ｆｅ、…などの、ただしレニウム（Ｒｅ）以外の、追加の元素を含んでもよい。
【００３６】
層を付けるために均一な粉末が使用されるので、上部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層１３に関して、個々の層のクロムめっき処理は行われず、したがってクロムの勾配は存在しない。
【００３７】
各々の個々の層に関する熱力学相計算および試験結果は、酸化、ＴＧＯの形成、および機械的性質の観点から良好な結果が得られることを示している。
【００３８】
ブレードまたはベーン１２０、１３０上の金属層７の層全体の厚みは、好ましくは１８０μｍから３００μｍである。
【００３９】
下部金属層１０は、好ましくは微細な粒子を吹き付けられ、上部層１３は、酸化層の形成を改善するだけではなく、セラミック層の最適な結合に関してＲａ＝９μｍ〜１４μｍの大きな粗さが要求されるため、一部に比較的粗い粉末を有する、クロム含量が高い粉末からなる。
【００４０】
このようなやり方は、新たにコストを増大させる加工段階を必要としないという利点も有する。
【００４１】
図１は、基板４、および２つの異なる層組成物１０、１３で構成される２層のＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層７からなる層系を示す。
【００４２】
ニッケル系またはコバルト系超合金、特に図３に示されるような合金を、基板４として使用することができる。
【００４３】
図２は、例として、ガスタービン１００全体の部分的な縦断面を示す。
【００４４】
内部において、ガスタービン１００は、回転軸１０２の回りで回転することができるように取り付けられ、タービンローターとも呼ばれる、シャフトを備えたローター１０３を有する。
【００４５】
吸気ハウジング１０４、コンプレッサ１０５、複数の同軸状に配置されたバーナー１０７を備えた、特に環状燃焼チャンバである、例えばトロイダル燃焼チャンバ１１０、タービン１０８、および排出ガスハウジング１０９が、ローター１０３に沿って互いに位置する。
【００４６】
環状燃焼チャンバ１１０は、例えば環状熱ガス経路１１１と連通している。ここで、例えば４つの連続するタービン段１１２がタービン１０８を形成する。
【００４７】
各タービン段１１２は、例えば２つのブレードまたはベーンリングから形成される。作動媒体１１３の流れの方向から分かるように、熱ガス経路１１１において、ガイドベーン１１５の列の後にローターブレード１２０から形成された列１２５が続く。
【００４８】
ガイドベーン１３０は固定子１４３の内側ハウジング１３８に固定され、一方で列１２５のローターブレード１２０は、例えばタービンディスク１３３によってローター１０３に備えられる。
【００４９】
発電機（図示されない）はローター１０３に接続される。
【００５０】
ガスタービン１００が作動する間、コンプレッサ１０５は吸気ハウジング１０４を通じて空気１３５を吸い込み、それを圧縮する。コンプレッサ１０５のタービン側端において提供される圧縮空気はバーナー１０７に渡され、そこで燃料と混合される。その後混合物は、燃焼チャンバ１１０で燃焼され、作動媒体１１３を形成する。そこから、作動媒体１１３は、ガイドベーン１３０およびローターブレード１２０を過ぎて熱ガス経路１１１に沿って流れる。作動媒体１１３はローターブレード１２０において膨張し、その運動量を伝達し、ローターブレード１２０がローター１０３を動かし、次にローター１０３がそれに接続される発電機を動かす。
【００５１】
ガスタービン１００が運転される間、熱作動媒体１１３に曝される部品は熱応力を受ける。ガイドベーン１３０および第１タービン段１１２のローターブレード１２０は、作動媒体１１３の流れの方向に見られるように、環状燃焼チャンバ１１０を補強する遮熱要素とともに、最大熱応力を受ける。
【００５２】
その周囲の温度に耐えることを可能にするために、それらは冷却剤によって冷却されてよい。
【００５３】
部品の基板は同様に方向性のある構造を有してよく、すなわちそれらは単結晶形態（ＳＸ構造）であるか、または長手方向に配向したグレイン（ＤＳ構造）のみを有する。
【００５４】
例として、鉄系、ニッケル系、またはコバルト系超合金が、特にタービンブレードまたはベーン１２０、１３０、および燃焼チャンバ１１０のための部品の材料として使用される。
【００５５】
この種の超合金は、例えば欧州特許第１２０４７７６号明細書、欧州特許第１３０６４５４号明細書、欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書、国際公開第９９／６７４３５号、または国際公開第００／４４９４９号により知られている。
【００５６】
ガイドベーン１３０は、タービン１０８の内側ハウジング１３８と向かい合うガイドベーンルート（ここでは図示されない）、およびガイドベーンルートとは反対端のガイドベーンヘッドを有する。ガイドベーンヘッドは、ローター１０３と向かい合っており、固定子１４３の固定リング１４０に固定される。
【００５７】
図３は、長手方向の軸１２１に沿って延在する、ターボ機械のローターブレード１２０またはガイドベーン１３０の斜視図を示す。
【００５８】
ターボ機械は、航空機または電力を発生する発電所のガスタービン、蒸気タービン、またはコンプレッサであってよい。
【００５９】
ブレードまたはベーン１２０、１３０は、長手方向の軸１２１に沿って連続して、固定領域４００、隣接するブレードまたはベーンプラットホーム４０３、およびメインブレードまたはベーンパート４０６およびブレードまたはベーンチップ４１５を有してよい。
【００６０】
ガイドベーン１３０として、ベーン１３０はそのベーンチップ４１５においてさらなるプラットホーム（図示されない）を有してよい。
【００６１】
ブレードまたはベーンルート１８３（ローターブレード１２０、１３０をシャフトまたはディスク（図示されない）に固定するために使用される）は固定領域４００に形成される。
【００６２】
ブレードまたはベーンルート１８３は、例えばハンマーヘッド形に設計される。ファーツリー型、またはダブテールルート型などの他の構成も可能である。
【００６３】
ブレードまたはベーン１２０、１３０は、メインブレードまたはベーンパート４０６を過ぎて流れる媒体に対して前縁４０９および後縁４１２を有する。
【００６４】
従来のブレードまたはベーン１２０、１３０の場合、例として、固体金属材料、特に超合金が、ブレードまたはベーン１２０、１３０の全ての領域４００、４０３、４０６において使用される。
【００６５】
この種の超合金は、例えば欧州特許第１２０４７７６号明細書、欧州特許第１３０６４５４号明細書、欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書、国際公開第９９／６７４３５号、または国際公開第００／４４９４９号により知られている。
【００６６】
ブレードまたはベーン１２０、１３０は、この場合鋳造法によって、方向性凝固法によって、鍛造法によって、ミル加工によって、またはこれらの組み合わせによって製造されてよい。
【００６７】
１つ以上の単結晶構造を有するワークピースが、作動中、高い機械的、熱的、および／または化学的応力に曝される機械の部品として使用される。この種の単結晶ワークピースは、例えば溶融体から方向性凝固法によって製造される。これは、液体金属合金が固化して単結晶構造、すなわち単結晶ワークピースを形成する、または指向的に固化する、鋳造法を含む。
【００６８】
この場合、樹木状の結晶が熱流の方向に沿って配向し、柱状結晶グレイン構造（すなわち、ワークピース全体の長さに亘って存在するグレインであり、通常使用される用語に従って、ここでは指向性固化されたという）、または単結晶構造（すなわち、ワークピース全体が単結晶からなる）のどちらかを形成する。これらの方法において、非指向性の成長により横方向のおよび長手方向の粒界が不可避的に形成され、指向性固化されたまたは単結晶の部品の好ましい性質を打ち消すので、球形（多結晶）固化への移行は回避する必要がある。
【００６９】
本明細書は概括的用語として指向性固化ミクロ構造について言及するが、これは単結晶（粒界を持たないか、または持ったとしても小角粒界を有する）、および柱状結晶構造（長手方向に存在する粒界を有するが、横方向の粒界を持たない）の両方を意味すると理解される。この結晶構造の第２の形態もまた、指向性固化ミクロ構造（指向性固化構造）として記述される。
【００７０】
この種の方法は、米国特許第６０２４７９２号明細書および欧州特許出願公開第０８９２０９０号明細書によって知られている。
【００７１】
ブレードまたはベーン１２０、１３０は、同様に、腐食または酸化に対する保護を与えるコーティング（例えば、ＭＣｒＡｌＸ；Ｍは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）および／またはケイ素および／または少なくとも１つのレアアース元素、またはハフニウム（Ｈｆ）を表す）を有してよい。この種の合金は、欧州特許第０４８６４８９号明細書、欧州特許第０７８６０１７号明細書、欧州特許第０４１２３９７号明細書、または欧州特許公開第１３０６４５４号明細書によって知られている。
【００７２】
密度は、好ましくは理論密度の９５％である。
【００７３】
保護酸化アルミ層（ＴＧＯ＝熱成長酸化物層）が（中間層としての、または最外層としての）ＭＣｒＡｌＸ層上に形成される。
【００７４】
好ましくは、層はＣｏ−３０Ｎｉ−２８Ｃｒ−８Ａｌ−０．６Ｙ−０．７Ｓｉ、またはＣｏ−２８Ｎｉ−２４Ｃｒ−１０Ａｌ−０．６Ｙの組成を有する。これらのコバルト系保護コーティングに加えて、Ｎｉ−１０Ｃｒ−１２Ａｌ−０．６Ｙ−３Ｒｅ、またはＮｉ−１２Ｃｏ−２１Ｃｒ−１１Ａｌ−０．４Ｙ−２Ｒｅ、またはＮｉ−２５Ｃｏ−１７Ｃｒ−１０Ａｌ−０．４Ｙ−１．５Ｒｅなどの、ニッケル系保護層を使用することも好ましい。
【００７５】
好ましくは最外層であり、例えばＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、すなわち安定化されていないか、酸化イットリウムおよび／または酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムによって部分的に安定化された、または完全に安定化されたもの、からなる遮熱コーティングが、ＭＣｒＡｌＸ上に存在することも可能である。
【００７６】
遮熱コーティングは、ＭＣｒＡｌＸ層全体を覆う。
【００７７】
例えば電子ビーム物理蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ）などの適切なコーティング法によって、柱状グレインが遮熱コーティング内で形成される。
【００７８】
例えば、大気圧プラズマ溶射法（ＡＰＳ）、ＬＰＰＳ、ＶＰＳ、またはＣＶＤなどの、他のコーティング法が可能である。遮熱コーティングは、熱衝撃に対する耐性を向上するために、多孔質、またはミクロクラックを有する、またはマクロクラックを有するグレインを含むことができる。したがって、遮熱コーティングは、ＭＣｒＡｌＸ層と比較してより多孔質であることが好ましい。
【００７９】
ブレードまたはベーン１２０、１３０は形態が中空または中実であってよい。
【００８０】
もしもブレードまたはベーン１２０、１３０が冷却される場合、それは中空であり、フィルム冷却孔４１８（点線で示される）を有してもよい。
【００８１】
図４は、ガスタービン１００の燃焼チャンバ１１０を示す。
【００８２】
燃焼チャンバ１１０は、例えば、炎１５６を生成し、回転軸１０２の回りに円周方向に配置される複数のバーナー１０７が、共通の燃焼チャンバ空間１５４内部に開口する、環状燃焼チャンバとして知られるものとして、構成される。このために、燃焼チャンバ１１０全体が、回転軸１０２の回りに配置された環状の構成である。
【００８３】
比較的高い効率を実現するために、燃焼チャンバ１１０は、約１０００℃から１６００℃の、比較的高い温度の作動媒体Ｍに対して設計される。たとえ材料にとっては好ましくないこれらの作動パラメータを用いていても比較的長い耐用年数を可能にするために、作動媒体Ｍに面する側に、遮熱要素１５５から形成される内側ライニングを備える、燃焼チャンバ壁１５３が提供される。
【００８４】
さらに、燃焼チャンバ１１０の内部が高温であることを理由に、冷却システムが遮熱要素１５５および／またはその支持要素に対して提供されてよい。遮熱要素１５５は、例えば中空であり、燃焼チャンバ空間１５４内部に開いている冷却孔（図示されない）を有してもよい。
【００８５】
作動媒体側では、合金から作られた、各々の遮熱要素１５５が、とりわけ耐熱保護層（ＭＣｒＡｌＸ層および／またはセラミックコーティング）を備え、または高温に耐えることができる材料（中実セラミック煉瓦）から作られる。
【００８６】
これらの保護層は、タービンブレードまたはベーンと同様であってよく、すなわち、例えば、ＭＣｒＡｌＸであり、ここでＭは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる群から選択される少なくとも１つの要素であり、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）および／またはケイ素および／または少なくとも１つのレアアース元素またはハフニウム（Ｈｆ）を表す。この種の合金は、欧州特許第０４８６４８９号明細書、欧州特許第０７８６０１７号明細書、欧州特許第０４１２３９７号明細書、または欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書により知られている。
【００８７】
例えばＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、すなわち安定化されていないか、酸化イットリウムおよび／または酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムによって部分的に安定化された、または完全に安定化されたもの、からなるセラミック遮熱コーティングが、ＭＣｒＡｌＸ上に存在することも可能である。
【００８８】
例えば電子ビーム物理蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ）などの適切なコーティング法によって、柱状グレインが遮熱コーティング内で形成される。
【００８９】
例えば、大気圧プラズマ溶射法（ＡＰＳ）、ＬＰＰＳ、ＶＰＳ、またはＣＶＤなどの、他のコーティング法が可能である。遮熱コーティングは、熱衝撃に対する耐性を向上するために、多孔質、またはミクロクラックを有する、またはマクロクラックを有するグレインを含むことができる。
【００９０】
改修は、それらが使用された後、保護層がタービンブレードまたはベーン１２０、１３０、または遮熱要素１５５から（例えばサンドブラストによって）除去されなくてはならない場合があることを意味する。その後、腐食および／または酸化層および生成物が除去される。適切な場合には、タービンブレードまたはベーン１２０、１３０、または遮熱要素１５５におけるクラックも修理される。その後、タービンブレードまたはベーン１２０、１３０、または遮熱要素１５５の再コーティングが実施され、その後タービンブレードまたはベーン１２０、１３０、または遮熱要素１５５は再使用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
４  基板
７  金属層
１０  下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層
１３  上部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層
１６  セラミック層
１９  下部セラミック層、内側セラミック層
２２  上部セラミック層、外側セラミック層
１００  ガスタービン
１０２  回転軸
１０３  ローター
１０４  吸気ハウジング
１０５  コンプレッサ
１０７  バーナー
１０８  タービン
１０９  排出ガスハウジング
１１０  燃焼チャンバ
１１１  環状熱ガス経路
１１２  タービン段
１１３  作動媒体
１１５  ガイドベーン
１２０  タービンブレード、ローターブレード
１２１  長手方向の軸
１２５  列
１３０  タービンベーン
１３３  タービンディスク
１３８  内側ハウジング
１４３  固定子
１５３  燃焼チャンバ壁
１５４  燃焼チャンバ空間
１５５  遮熱要素
１５６  炎
１８３  ベーンルート
４００  固定領域
４０３  ベーンプラットホーム
４０６  ベーンパート
４０９  前縁
４１２  後縁
４１５  ベーンチップ
４１８  冷却孔
【図１】
2015054522.tif 000003
【図２】
2015054522.tif 000004
【図３】
2015054522.tif 000005
【図４】
2015054522.tif 000006
【図５】
2015054522.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月12日(2014.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（４）と、
基板（４）上の金属結合層（７）と、
金属結合層（７）の上の、体積％で表したとき８％以上１５％未満の気孔率を有する内側セラミック層（１９）と、
内側セラミック層（１０）上の、１５％超２２％以下の気孔率を有する外側セラミック層（２２）と、
を少なくとも含み、
下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）を有する、金属結合層（７）としての２層のＮｉＣｏＣｒＡｌＸ層において、下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）におけるクロム（Ｃｒ）含量が、外側ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）におけるクロム（Ｃｒ）含量よりも少なくとも３重量％少ない、
層系。
【請求項２】
金属結合層（７）上に直接存在する酸化物層をさらに含む、請求項１に記載の層系。
【請求項３】
下部セラミック層（１９）の材料が酸化ジルコニウムを含む、請求項１または２に記載の層系。
【請求項４】
外側セラミック層（２２）が酸化ジルコニウムを含む、請求項１から３の何れか１項に記載の層系。
【請求項５】
基板（４）がニッケル系超合金、またはコバルト系超合金を含む、請求項１から４の何れか１項に記載の層系。
【請求項６】
セラミック層（１９、２２）の材料が異なる、
請求項１から５の何れか１項に記載の層系。
【請求項７】
内側セラミック層（１９）が、最も外側のセラミック層（２２）と比較して、少なくとも１０％薄い形態を有する、
請求項１から６の何れか１項に記載の層系。
【請求項８】
基板（４）と、
２層の金属結合層（７）と、
内側セラミック層（１９）と、
最も外側のセラミック層（２２）とからなる、
請求項１から７の何れか１項に記載の層系。
【請求項９】
金属結合層（７）上に酸化物層をさらに含む、請求項８に記載の層系。
【請求項１０】
下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）におけるコバルト（Ｃｏ）含量が、外側ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）におけるコバルト（Ｃｏ）含量と同じか、または同程度である、
請求項１から９の何れか１項に記載の層系。
【請求項１１】
金属層（１０、１３）におけるクロム（Ｃｒ）含量における差が、３重量％から１３重量％である、
請求項１及び８〜１０の何れか１項に記載の層系。
【請求項１２】
下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）におけるアルミニウム（Ａｌ）含量が、外側ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）におけるアルミニウム（Ａｌ）含量と同じか、または同程度である、
請求項１及び８〜１１の何れか１項に記載の層系。
【請求項１３】
下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）におけるイットリウム（Ｙ）含量が、外側ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）におけるイットリウム（Ｙ）含量と同じか、または同程度である、
請求項１及び８〜１２の何れか１項に記載の層系。
【請求項１４】
下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）が以下の組成（重量％）を有する、
コバルト（Ｃｏ）：２４％〜２６％、
クロム（Ｃｒ）：１１％〜１５％、
アルミニウム（Ａｌ）：１０．０％〜１２．０％、
イットリウム（Ｙ）：０．２％〜０．６％、
ニッケル、
請求項１及び８〜１３の何れか１項に記載の層系。
【請求項１５】
上部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）が以下の組成（重量％）を有する、
コバルト（Ｃｏ）：２４％〜２６％、
クロム（Ｃｒ）：２３％〜２５％、
アルミニウム（Ａｌ）：９％〜１２．０％、
イットリウム（Ｙ）：０．２％〜０．６％、
ニッケル、
請求項１及び８〜１４の何れか１項に記載の層系。
【請求項１６】
層（７）において、クロム（Ｃｒ）含量に勾配がない、
請求項１及び８〜１５の何れか１項に記載の層系。
【請求項１７】
熱成長酸化物層が外側ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）上に形成される、または存在する、請求項１から１６の何れか１項に記載の層系。
【請求項１８】
金属結合層（７）の全厚みが１８０μｍから３００μｍである、請求項１から１７の何れか１項に記載の層系。
【請求項１９】
上部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１３）に使用される粉末が、下部ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ層（１０）のための粉末の粒子直径と比較して粗く、
上部層（１３）が下部層（１０）よりも大きな粒子を含むようにして、
Ｒａ＝９μｍから１４μｍの粗さが実現されるようにする、請求項１から１８の何れか１項に記載の層系。
【請求項２０】
金属層（７、１０、１３）にレニウム（Ｒｅ）を含まない、請求項１から１９の何れか１項に記載の層系。
【外国語明細書】
2015054522000001.pdf