(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に金属からなるアンダーコート層と、ＺｒＯ２系セラミックスからなるトップコート層と、が順に形成された耐熱部材において、前記トップコート層の表面に損傷により生じた凹部をＺｒＯ２系セラミックスからなる補修部で埋める、耐熱部材の補修方法であって、
前記補修部の周囲に配置される健全部を形成するのに用いられた健全部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末よりも粒度が大きく、かつ中実な粒子から構成される補修部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末を、
前記凹部に向けて溶射することで前記補修部を形成する、
ことを特徴とする耐熱部材の補修方法。
【請求項２】
前記補修部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末は、
分級することにより前記健全部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末よりも粒度が大きい、
請求項１に記載の耐熱部材の補修方法。
【請求項３】
前記健全部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末の粒度（Ｄ５０）が４０〜８０μｍであり、
前記補修部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末の粒度（Ｄ５０）が６０〜１００μｍである、
請求項１又は２に記載の耐熱部材の補修方法。
【請求項４】
前記健全部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末は、
中空の粒子から構成される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の耐熱部材の補修方法。
【請求項５】
前記健全部及び前記補修部を構成する前記ＺｒＯ２系セラミックスが、
Ｙ２Ｏ３及びＹｂ２Ｏ３の１種又は２種を安定化材とする部分安定化ＺｒＯ２系セラミックスである、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の耐熱部材の補修方法。
【請求項６】
前記補修部は、
前記補修部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末を溶射することで得られる下層と、
前記下層の上に形成され、前記健全部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末と同じＺｒＯ２系セラミックス粉末を溶射することで得られる上層と、
からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の耐熱部材の補修方法。
【請求項７】
基材上に金属からなるアンダーコート層と、ＺｒＯ２系セラミックスからなるトップコート層と、が順に形成された耐熱部材であって、
前記トップコート層は、
前記トップコート層の表面に損傷により生じた凹部を埋める、ＺｒＯ２系セラミックスからなる補修部と、
前記補修部の周囲に配置される健全部と、を備え、
前記補修部の気孔率が、前記健全部の気孔率よりも大きい、
ことを特徴とする補修耐熱部材。
【請求項８】
前記健全部の気孔率は７〜１５％、
前記補修部の気孔率は１５〜２５％である、
請求項７に記載の補修耐熱部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン部材に代表される耐熱部材の遮熱コーティングに生じた損傷を補修する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、発電装置の高温化を実現するためには、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を耐熱部材で構成する必要がある。これら耐熱部材は、通常、耐熱性の高いＮｉ基あるいはＣｏ基の超合金から構成されているが、それでも要求される高温化には耐えることが難しい。そこで、耐熱部材の基材上に金属からなるアンダーコート層（または、ボンディングコート層）を介して溶射等の成膜方法によって酸化物セラミックスからなるトップコート層を積層した遮熱コーティング（Thermal Bailer Coating、ＴＢＣ）を形成して高温から保護することが行われている。
ＴＢＣにおけるアンダーコート層には、耐食性及び耐酸化性に優れたＭ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金（「Ｍ」は金属元素を表す。）が好適とされている。なお、「Ｍ」は、典型的には、Ｎｉ及びＣｏの１種又は２種が用いられている。
また、トップコート層には、比較的低い熱伝導率と比較的高い熱膨張率を有している、ＺｒＯ2系の材料、特にＹ２Ｏ３で部分安定化したＺｒＯ２であるＹＳＺ（Yttria-Stabilized-Zirconia，イットリア安定化ジルコニア）が好適とされている。
【０００３】
しかしながら、ＴＢＣを備えた耐熱部材であっても、過酷な条件では運転中にトップコート層の一部が剥離、欠落等により損傷することがある。そこで、この損傷した部分を補修することが行なわれている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
特許文献１は、機械的プロセスによりトップコート層を除去するステップと、アンダーコート層７を部分的に剥取るステップと、損傷を補修するステップと、新たなアンダーコート層７を施工するステップと、新たなアンダーコート層を覆って新しいトップコート層を施工するステップと、を含む補修方法を提案している。ところが、特許文献１はトップコート層を広域に亘って除去することを前提としているので、コスト高になるという問題がある。
これに対して特許文献２は、損傷を受けたトップコート層の損傷部及びこの損傷部に対応したアンダーコート層の変質部を除去し、次いで、アンダーコート層の損傷部に溶射により別なアンダーコート層を形成し、更にトップコート層の損傷部に別なトップコート層を形成する。これにより、コート層を部分的に補修することを可能とし、コスト低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２６８１２号公報
【特許文献２】特許第３９０５７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２のように、トップコート層を部分的に補修する場合、補修部の耐久性が、損傷が生じていない健全部と同等であることが好ましい。ところが、部分的な補修を行なった場合には、どうしても健全部に比べて補修部の耐久性が劣り、健全部よりも早く剥離が生じる傾向にある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、部分的な補修を行なった場合でも、健全部と同等の耐久性を有する補修部を得ることのできる補修方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、そのような補修方法が適用された耐久性の高い耐熱部材、特にタービン部材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】
【０００６】
トップコート層は、その遮熱特性を向上させること、及び、ヤング率を低下させることによって熱サイクルに伴って作用する熱応力を緩和すること、を目的として、その組織内に当初から意図的に気孔を形成している。本発明者等は、補修部についても健全部と気孔率を同等にすれば足りるものと判断して補修部の検討を行なったところ、それでは熱サイクルに対して極めて脆弱であることを知った。そして、補修部の気孔率を健全部よりも大きくしたところ、熱サイクルに対する耐久性を格段に向上できることを確認して本発明をなすに到った。すなわち本発明は、基材上に金属からなるアンダーコート層と、ＺｒＯ２系セラミックスからなるトップコート層と、が順に形成された耐熱部材において、トップコート層の表面に損傷により生じた凹部をＺｒＯ２系セラミックスからなる補修部で埋める、耐熱部材の補修方法に関し、補修部の周囲に配置される健全部を形成するのに用いられた健全部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末よりも粒度が大きく、かつ中実な粒子から構成される補修部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末を、凹部に向けて溶射することで補修部を形成する、
ことを特徴とする。
【０００７】
本発明において、健全部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末よりも粒度が大きい補修部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末を得るのに分級を用いることができる。そうすることで、必要とする粒度の補修部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末を容易に得ることができる。
本発明において、健全部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末の粒度（Ｄ５０）が４０〜８０μｍであり、補修部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末の粒度（Ｄ５０）が６０〜１００μｍであることが好ましい。そうすることで、補修後においても遮熱性、耐久性に優れたトップコート層を得ることができるので好ましい。
本発明において、健全部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末を中空の粒子から構成すると、トップコート層に高い遮熱性を付与することができる。
【０００８】
本発明において、健全部及び補修部を構成するＺｒＯ２系セラミックスとしては、Ｙ２Ｏ３及びＹｂ２Ｏ３の１種又は２種を安定化材とする部分安定化ＺｒＯ２系セラミックスが好ましい。これらの部分安定化ＺｒＯ２系セラミックスは、破壊靱性に優れている。
本発明において、補修部は、補修部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末を溶射することで得られる下層と、下層の上に形成され、健全部形成用ＺｒＯ２系セラミックス粉末と同じＺｒＯ２系セラミックス粉末を溶射することで得られる上層と、の二層構造とすることができる。Ｙ２Ｏ３を安定化材とする部分安定化ＺｒＯ２とＹｂ２Ｏ３を安定化材とする部分安定化ＺｒＯ２とは色調が相違するが、外観上、健全部と補修部の色調を合わせたいときに、この二層構造は有益である。
【０００９】
本発明は、以上の補修方法に加えて、補修耐熱部材を提供する。この補修耐熱部材は、基材上に金属からなるアンダーコート層と、ＺｒＯ２系セラミックスからなるトップコート層と、が順に形成された耐熱部材であって、トップコート層は補修部と健全部とから構成される。そして、この補修部は、トップコート層の表面に損傷により生じた凹部を埋める、ＺｒＯ２系セラミックスからなる。健全部は、補修部の周囲に配置される。そして、補修部の気孔率が、健全部の気孔率よりも大きい、ことを本発明の補修耐熱部材は特徴としている。
本発明の補修耐熱部材において、健全部の気孔率が５〜２０％、補修部の気孔率が１５〜３０％であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、部分的な補修を行なった場合でも、健全部と同等の耐久性を有する補修部を得ることのできる補修方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態におけるタービン部材の構成を模式的に示す部分断面図である。
【図２】本実施の形態において、（ａ）は損傷が生じたタービン部材を示し、（ｂ）は補修の準備がなされたタービン部材を示す。
【図３】本実施の形態において、（ａ）は補修部が溶射により施工されたタービン部材を示し、（ｂ）は二層の補修部が施工されたタービン部材を示す。
【図４】熱サイクル試験の概要を示す断面図であり、（ａ）はトップコート層が単一の要素で構成される例を示し、（ｂ）はトップコート層が軸方向に配置される２つの要素で構成される例を示す。
【図５】供試体の断面ミクロ組織写真を示し、（ａ）は供試体Ａの写真、（ｂ）は供試体Ｄ（ただし、トップコート層２７ｂの範囲）の写真である。
【図６】熱サイクル試験が終了した供試体の断面ミクロ組織写真を示し、（ａ）は供試体Ｃの写真、（ｂ）は供試体Ｄの写真である。
【図７】供試体Ｂの断面ミクロ組織写真を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［健全なタービン部材１］
本実施形態にかかるタービン部材１は、図１に示すように、基材３と、基材３の表面に形成される遮熱コーティング（以下、ＴＢＣ）５と、を備えている。ＴＢＣ５は、アンダーコート層７と、トップコート層９と、を備え、基材３側からアンダーコート層７、トップコート層９の順に配置されている。図１は、損傷が生じていない健全なタービン部材１を示している。以下、要素ごとに説明する。
【００１３】
＜基材３＞
本実施形態に用いる基材３としては、Ｎｉ基又はＣｏ基の超合金（Super Alloy）が用いられる。超合金としては、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）であり、ガスタービン静翼に用いられるＩＮ９３９（スペシャルメタル社製）が挙げられる。基材３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℃以上の温度で耐えるものが好ましい。
【００１４】
＜ＴＢＣ５＞
基材３は耐熱性の優れた金属材料から構成されるが、それのみでは発電用ガスタービンの高温度化に対応するのに不十分なために、ＴＢＣ５を備えている。したがって、ＴＢＣ５は十分な耐熱性を備えている。ただし、基材３上に耐熱性の高いトップコート層９を直接設けることは困難であることから、アンダーコート層７を介してトップコート層９が基材３上に形成される。
【００１５】
＜アンダーコート層７＞（層自体、形成方法）
基材３上に形成されるアンダーコート層７は、高温度雰囲気で高い耐酸化性、耐食性を有するとともに、基材３とトップコート層９との熱膨張係数差を小さくして熱応力を緩和する。従って、アンダーコート層７はＴＢＣ５に高い耐酸化性、耐食性による長時間耐久性と優れた熱サイクル耐久性を与え、トップコート層９のアンダーコート層７からの剥離を防止する。また、アンダーコート層７は、基材３とトップコート層９をより強固に接合させ、ＴＢＣ５全体の強度の向上にも寄与する。
【００１６】
アンダーコート層７は、その上に気孔を有するトップコート層９を形成するので、耐酸化性、耐食性に優れる他に、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。この観点から、アンダーコート層７としては、耐食性及び耐酸化性に優れた前述のＭ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金が好適である。Ｍ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金は、例えば、３１〜３３質量％Ｎｉ−２０〜２２質量％Ｃｒ−７〜９質量％Ａｌ−０．３５〜０．６５質量％Ｙ−残部Ｃｏ及び不可避的不純物の化学組成を有している。
【００１７】
アンダーコート層７は、低圧プラズマ溶射法や、高速フレーム溶射法、電子ビーム物理蒸着法等により、緻密に形成される。
アンダーコート層７の厚さは、特に限定されないが、好ましくは０．０１ｍｍ〜０．３０ｍｍである。０．０１ｍｍ未満では耐酸化性が不充分となる場合があり、０．３０ｍｍを超えると皮膜の延性や靱性が不充分となる場合がある。
【００１８】
＜トップコート層＞
トップコート層９は、部分安定化又は完全安定化したＺｒＯ２から構成される。好ましくは、完全安定化よりも破壊じん性が大幅に改善される部分安定化ＺｒＯ２（以下、ＰＳＺ（Partially Stabilized Zirconia)）から構成される。安定化材は、希土類元素及びＹの１種又は２種以上の酸化物から選択される。典型的には、Ｙ２Ｏ３及びＹｂ２Ｏ３の１種又は２種が安定化材として用いられる。Ｙ２Ｏ３及びＹｂ２Ｏ３の１種又は２種を安定化材とする場合、７〜９ｍｏｌ％、典型的には８ｍｏｌ％の安定化材を含む部分安定化ＺｒＯ２が構成される。なお、Ｙ２Ｏ３及びＹｂ２Ｏ３の１種又は２種が安定化材は好ましい安定化材であって、本発明はＣａＯ、ＭｇＯ、Ｅｒ２Ｏ３、Ｈｆ２Ｏ３などの公知の安定化材を用いることを許容する。
【００１９】
トップコート層９は、５〜２０％の気孔率を有していることが好ましい。なお、この気孔率は、トップコート層９内に形成された気孔のトップコート層９に対する体積占有率により特定される。トップコート層９は、５〜２０％の気孔が存在することにより、遮熱特性を向上させることができる。また、５〜２０％の気孔が存在することにより、ヤング率が低下することから熱サイクルに伴い高い熱応力がトップコート層９に作用した場合にもその応力を緩和することができる。従って、熱サイクル耐久性に優れたＴＢＣ５とすることができる。
気孔率が５％未満では組織が緻密であるためにトップコート層９のヤング率が高くなり、熱応力が高くなった場合にアンダーコート層７からの剥離が生じやすくなる。また、気孔率が２０％を超えると、アンダーコート層７との密着性が不足し、耐久性が低下する場合がある。そこで、トップコート層９の気孔率を５〜２０％とするのが好ましく、より好ましくは７〜１５％である。
【００２０】
トップコート層９は、原料となる遮熱コート材料を溶射法、物理蒸着法などの成膜法により形成することができる。溶射法としては、例えば大気プラズマ溶射法、減圧溶射法、高速フレーム溶射法を適用することができる。また、物理蒸着法としては、例えば電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法を適用することができる。
原料となる遮熱コート材料としては、施工に溶射法を適用する場合には溶射に適した粒度に調整したＰＳＺ粉末が用いられる。また、物理蒸着法を用いる場合には、焼結されたターゲット部材を遮蔽コート材料に用いることができる。
【００２１】
溶射法でトップコート層９を形成する場合には、遮熱コート材料となるＰＳＺ粉末として、中空状粉末を用いることができる。中空状粉末を用いることにより、トップコート層９の遮熱特性を向上させることができる。そのようなＰＳＺ粉末は中空部分の熱伝導性が低いためである。ただし、ＰＳＺ粉末を溶射すると粉末が潰れるので、中空部の体積は溶射前に比べて減少する。
ＰＳＺ粉末は、公知の方法で作製することができくる。例えば、原料ＺｒＯ２粉末と所定の添加割合の安定化材粉末を用意し、バインダや分散剤とともにボールミル中で混合してスラリ状にする。次に、これをスプレードライヤにより粒状にして乾燥させ、次いで拡散熱処理（１２００〜１６００℃）により固溶化させて、Ｙ２Ｏ３などの安定化材が均一に拡散されたＰＳＺ粉末を得ることができる。また、中空状のＰＳＺ粉末を得るのも、樹脂球体の周囲に原料ＺｒＯ２粉末、安定化材粉末を付着させて拡散熱処理する、といった公知の方法で作製することができる。
トップコート層９の気孔率は、ＰＳＺ粉末の粒径を調整することによって容易に制御することができる。具体的には、平均粒径を大きく（小さく）すれば、気孔率を下げる（上げる）ことができる。本実施形態においてトップコート層９を形成するためのＰＳＺ粉末は、メジアン径(Ｄ５０)が４０〜８０μｍのものを用いることが好ましく、４５〜６５μｍのものを用いるのがより好ましい。気孔率を上げるには、平均粒径を大きくするのに加えて、粒径の小さい粒子を含まないように分級することが効果的である。この点については、トップコート層９の補修に関する説明において言及する。
【００２２】
また、トップコート層９の気孔率は、大気プラズマ溶射法によりトップコート層９を形成する場合、溶射電流、プラズマガス流、溶射距離を調節することで容易に制御することができ、適切な気孔率を備えたトップコート層９を形成することができる。これにより、耐剥離性に優れた遮熱コーティング部材を得ることができる。
溶射電流を増加（減少）することにより空孔率を下げる（上げる）ことができる。一例として、溶射電流を６００（Ａ）としたときの気孔率が５％程度、溶射電流を４００（Ａ）としたときの気孔率が８％程度、という結果が得られている。
プラズマガス流については、例えば、ＡｒとＨ２の混合ガスを用いる場合、Ａｒ／Ｈ２（流量）の比率を調整することにより空孔率を変動させることができる。具体的には、水素量を増加（減少）することにより気孔率を下げる（上げる）ことができる。一例として、Ａｒ／Ｈ２を３５／７．４（ｌ/ｍｉｎ）としたときの気孔率が５％程度、Ａｒ／Ｈ２を３７.３／５．１（ｌ／ｍｉｎ）としたときの気孔率が８％程度、という結果が得られている。
溶射距離を短く（長く）することにより、気孔率を下げる（上げる）ことができる。一例として、溶射距離を１５０ｍｍとしたときの気孔率が５％程度、溶射距離を２１０ｍｍとしたときの気孔率が８％程度、という結果が得られている。
溶射電流、プラズマガス流、溶射距離のそれぞれの条件を調整することにより、気孔率をより大きな範囲で制御できる。
【００２３】
［損傷の補修］
さて、以上説明したタービン部材１には、図２（ａ）に示すように、トップコート層９に剥離部（損傷，凹部）９ｃが生じることがある。この剥離部９ｃは、専らタービン部材１が使用中に生ずるが、トップコート層９を施工してから使用に供される前に生ずることもある。剥離部９ｃをそのままにしておくとトップコート層９の耐久性が劣るので、剥離部９ｃを埋める補修を行なう。補修は以下の手順で行なうことができる。なお、本実施形態では、大気プラズマ溶射法により、補修部９ｂを形成する例を示す。また、補修部９ｂは、健全部９ａよりも気孔率を高くする。
【００２４】
はじめに、剥離部９ｃの周囲の健全部９ａを、剥離部９ｃに対応する部分が開口したマスキング材１１で保護する（図２（ｂ））。
マスキング材１１で健全部９ａを保護した後に、剥離部９ｃの表面をブラスト処理することにより、粗面化する。この粗面化は、補修により剥離部９ｃを生める補修部９ｂが健全部９ａに接合される強度を向上するために行なわれる。粗面化は、望ましくは、表面粗さが７Ｒａ以上となるように行なわれる。この時のブラスト材としては、例えば、褐色アルミナ（＃２４〜＃６０）を用いることができる。また、剥離部９ｃに露出する健全部９ａが剥離しないようにブラスト圧力を選定することが必要であり、例えば０．２ＭＰａ以下の圧力とする。または、ブラスト圧力は、ブラスト装置の設定を調整することで制御してもよいが、剥離部９ｃまでの距離を調整することで制御してもよい。
【００２５】
一方で、補修部形成用ＰＳＺ粉末を用意する。
このＰＳＺ粉末は、健全部９ａを構成するＰＳＺと同じ組成のＰＳＺを用いることが好ましい。つまり、健全部９ａを構成するＰＳＺがＹ２Ｏ３を安定化材とする場合には、補修部形成用ＰＳＺもＹ２Ｏ３を安定化材とすることが推奨される。ただし、これは必須ではなく、健全部９ａを構成するＰＳＺがＹ２Ｏ３を安定化材とする場合に、補修部形成用ＰＳＺの安定化材をＹｂ２Ｏ３などの他の材質にすることを許容する。また、Ｙ２Ｏ３を安定化材とするＰＳＺ粉末とＹｂ２Ｏ３を安定化材とするＰＳＺ粉末との混合粉末を用いて補修部９ｂを形成することもできる。
【００２６】
補修部形成用ＰＳＺ粉末は、中実な粒子から構成される。これは、補修部９ｂの気孔率を健全部９ａよりも高くすることを意図していることに基づいている。つまり、健全部９ａのように中空粉を用いて溶射を行なうと、粒子が潰れて堆積されるために、粒子間に気孔を形成させにくいのに対して、中実粉は溶射により剥離部９ｃに堆積しても粒子が潰れにくいので気孔を組織内に残留させやすい。
【００２７】
補修部形成用ＰＳＺ粉末は、トップコート層９（健全部９ａ）を形成する際に用いたＰＳＺ粉末よりも平均粒径の大きい粒度分布のものを用いることが好ましい。補修部９ｂの気孔率を大きくするためである。このような粒度分布のＰＳＺ粉末を得るのに、分級を利用することができる。つまり、前述したトップコート層９形成用のＰＳＺ粉末と同程度の粒径（Ｄ５０＝４０〜８０μｍ）のＰＳＺ粉末を用意し、これを分級する。例えば、メッシュ＃３２５の篩と、メッシュ＃１００の篩を用い、メッシュ＃１００の篩を通過し、かつ、メッシュ＃３２５の篩を通過しない粉末を、補修部形成用ＰＳＺ粉末として使用することができる。この分級を経たＰＳＺ粉末のＤ５０は概ね６０〜１００μｍの範囲になり、好ましくは６０〜８０μｍである。
【００２８】
以上の補修部形成用ＰＳＺ粉末を用いて補修部９ｂを大気プラズマ溶射法により形成する（図３（ａ））。補修部９ｂの気孔率が１５〜３０％、好ましくは１５〜２５％となるように、溶射の条件が設定される。溶射条件と気孔率の関係は上述した通りである。
溶射が終了したならば、マスキング材１１を取り除いた後に、補修部９ｂの表面を研磨紙（例えば、ダイヤモンド砥粒電着研磨紙＃８０〜＃４００など）で研磨して平坦にする。
【００２９】
補修されたタービン部材１は、トップコート層９が健全部９ａと補修部９ｂから構成される。
気孔率が、健全部９ａは５〜２０％、好ましくは７〜１５％であるのに対して、補修部９ｂは１５〜３０％、好ましくは１５〜２５％であり、補修部９ｂは健全部９ａよりも大きい。このように、補修部９ｂは健全部９ａよりもポーラスな組織を有しているために、健全部９ａよりも熱応力を緩和しやすい。特に、補修部９ｂは健全部９ａから剥離しやすいので、健全部９ａよりも補修部９ｂの気孔率を大きくすることが極めて重要である。また、後述する実施例から明らかなように、健全部９ａよりも補修部９ｂの気孔率を大きくすることで、補修部９ｂの耐久性を大幅に向上することができることは、本発明による顕著な効果である。
【００３０】
前述したように、補修部９ｂを、Ｙ２Ｏ３を安定化材とするＰＳＺ（ＹＳＺ）粉末とＹｂ２Ｏ３を安定化材とするＰＳＺ（ＹｂＳＺ）粉末との混合粉末を用いて形成することができる。このように混合粉末を用いることにより、健全部９ａと補修部９ｂの色調を合わせることができる。例えば、中空のＹＳＺ粉末を用いて得られた健全部９ａは薄黄色を呈しており、一方、中実のＹＳＺ粉末は黄色を、中実のＹｂＳＺ粉末は白色を呈しているので、ＹＳＺ粉末とＹｂＳＺ粉末を混合して補修部９ｂを形成すれば、補修部９ｂの色調を健全部９ａに合わせることができる。
【００３１】
また、本発明は、補修部９ｂの全部を補修部形成用ＰＳＺ粉末により補修する形態に限定されない。つまり、図３（ｂ）に示すように、補修部９ｂの下層側（アンダーコート層７側）は補修部形成用ＰＳＺ粉末を用いて溶射施工し（図中、符号９１ｂ）、その上に健全部９ａと同じ中空ＰＳＺ粉末を用いて溶射施工する（図中、符号９２ｂ）ことで、トップコート層９を二層構成にすることができる。そうすることで、補修部９ｂの表面の色調を健全部９ａと同じにすることができる。
なお、図３（ｂ）に示す形態の場合、健全部９ａと同じ中空ＰＳＺ粉末を用いて溶射施工する領域を必要最小限に抑えることが、補修部９ｂの耐久性の観点から望ましい。剥離部９ｃの容積、形状などによって設定されるべきであるが、当該領域は剥離部９ｃの容積の３０％以下とするのが好ましく、１０％以下にするのがより好ましい。
【００３２】
以上説明した実施形態では、トップコート層９のみに剥離が生じたものとしているが、アンダーコート層７にも剥離（損傷）が及んでいる場合には、アンダーコート層７の剥離を補修した後に、上述したようにトップコート層９の補修を行なえばよい。
【００３３】
［実施例］
本発明の効果を確認するために行なった実施例を説明する。
図４（ａ）に示す供試体２０を作製して、熱サイクル試験を行なった。
供試体２０は、中空円筒状の本体２１と、本体２１の中央部外周面に形成された遮熱コーティング２３を備えている。本体２１は、タービン部材１の基材３と同様の超合金から構成される。また、遮熱コーティング２３は、前述したＭ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ（Ｍ：Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等）合金からなるアンダーコート層２５と、ＰＳＺからなるトップコート層２７とを積層したものである。
熱サイクル試験は、本体２１の中空部を冷却媒体としてのエアＡｉｒを通過させながら、供試体２０に対してレーザ光Ｌを照射して加熱する。レーザ光Ｌは断続的に照射することで、供試体２０の遮熱コーティング２３に加熱、冷却を繰り返す熱サイクルを付与する。本実施例では、最高表面温度（遮熱コーティング２３表面の最高温度）を１４００℃とし、加熱時間３分、冷却時間３分の合計３分を１サイクルとし、遮熱コーティング２３に剥離が生じた時点でのサイクル数を熱サイクル耐久性の評価値とした。なお、冷却時（レーザ光Ｌの照射中断）の遮熱コーティング２３の表面温度は１００℃以下になるように設定した。
なお、熱サイクル試験を行う装置の具体的な構成は、本出願人による特開２００４−１８４２３８号公報に開示されている。
【００３４】
本実施例では、遮熱コーティング２３を構成するために以下のＰＳＺ粉末を用意した。
（１）ＰＳＺ粉末I
組成；ＺｒＯ２−８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３（ＰＳＺ）  粒度（Ｄ５０）；５５μｍ  形態；中空粉
（２）ＰＳＺ粉末II（分級）
組成；ＺｒＯ２−８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３（ＰＳＺ）  粒度（Ｄ５０）；６０μｍ  形態；中実粉
上記ＰＳＺ粉末を、メッシュ＃３２５の篩と、メッシュ＃１００の篩を用い、メッシュ＃１００の篩を通過し、かつ、メッシュ＃３２５の篩を通過しない粉末を補修部形成用ＰＳＺ粉末II（粒度（Ｄ５０；７０〜７５μｍ））とした。
（３）ＰＳＺ粉末III（分級）
組成；ＺｒＯ２−８ｍｏｌ％Ｙｂ２Ｏ３（ＰＳＺ）  粒度（Ｄ５０）；６０μｍ  形態；中実粉
上記ＰＳＺ粉末を、メッシュ＃３２５の篩と、メッシュ＃１００の篩を用い、メッシュ＃１００の篩を通過し、かつ、メッシュ＃３２５の篩を通過しない粉末を補修部形成用ＰＳＺ粉末III（粒度（Ｄ５０；７０〜７５μｍ））とした。
【００３５】
以上のＰＳＺ粉末を用い、以下に示すトップコート層を有する９種類の供試体Ａ〜Ｇを作製し、上述の熱サイクル試験を行なった。なお、いずれの供試体Ａ〜Ｃのトップコート層も、溶射電流６００（Ａ）、溶射距離１５０（ｍｍ）、粉末供給量６０（ｇ/ｍｉｎ）、Ａｒ/Ｈ２量；３５/７．４（ｌ/ｍｉｎ）の条件により、スルザーメテコ社製溶射ガン（Ｆ４ガン）を使用し大気圧プラズマ溶射法は、により形成した。また、いずれの供試体Ａ〜Ｇのアンダーコート層２５も、上述したＭ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ（Ｍ：Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等）合金により形成した（厚さ：０．０５〜０.３０ｍｍ）。
（１）供試体Ａ（ＰＳＺ粉末I）
トップコート層２７の軸方向の全域をＰＳＺ粉末Iにより形成する（図４（ａ））。この供試体Ａは、健全部を模擬している。
熱サイクル試験は、トップコート層２７がアンダーコート層２５から剥離するまでのサイクルをカウントした。
図５（ａ）に、供試体Ａの断面ミクロ組織写真を示す。トップコート層２７の気孔率は１０％であった。
（２）供試体Ｂ（ＰＳＺ粉末II）
トップコート層２７の軸方向の全域をＰＳＺ粉末IIにより形成する（図４（ａ））。この供試体Ｂも、健全部を模擬している。
熱サイクル試験は、供試体Ａと同様にトップコート層２７がアンダーコート層２５から剥離するまでのサイクルをカウントした。
図７に、供試体Ｂの断面ミクロ組織写真を示す。トップコート層２７の気孔率は２２％であった。
【００３６】
（３）供試体Ｃ（健全部：ＰＳＺ粉末I−補修部：ＰＳＺ粉末I）
軸方向の半分をＰＳＺ粉末Iによりトップコート層２７ａを形成し、しかる後に残りの半分をＰＳＺ粉末IIによりトップコート層２７ｂを形成する。この際、トップコート層２７ａとトップコート層２７ｂの境界部は、トップコート層２７ａの上にトップコート層２７ｂが載り、両者が重なるように溶射を行った。
熱サイクル試験は、トップコート層２７ｂがトップコート層２７ａから剥離するまでのサイクルをカウントした。以下の供試体Ｄ〜Ｇも同様である。
なお、この供試体Ｃは、トップコート層２７ａが健全部を、また、トップコート層２７ｂが補修部を模擬している。
図６（ａ）に、トップコート層２７ａからトップコート層２７ｂが剥離した後の境界部の断面ミクロ組織写真を示す。トップコート層２７ａの気孔率は８％、トップコート層２７ｂの気孔率は９％であった。
【００３７】
（４）供試体Ｄ（健全部：ＰＳＺ粉末I−補修部：ＰＳＺ粉末II）
軸方向の半分をＰＳＺ粉末Iによりトップコート層２７ａを形成し、しかる後に残りの半分をＰＳＺ粉末IIによりトップコート層２７ｂを形成する。トップコート層２７ａとトップコート層２７ｂの境界部が重なるのは、供試体Ｃと同様である。
図５（ｂ）に、供試体Ｄ（ただし、トップコート層２７ｂの範囲）の断面ミクロ組織写真を示す。図５（ａ）と比較すれば、供試体Ｄのトップコート層２７ｂの気孔率が供試体Ａのトップコート層２７の気孔率に比べて大きいことが判る。
なお、この供試体Ｄも、トップコート層２７ａが健全部を、また、トップコート層２７ｂが補修部を模擬している。
図６（ｂ）に、トップコート層２７ａからトップコート層２７ｂが剥離した後の境界部の断面ミクロ組織写真を示す。トップコート層２７ａの気孔率は９％、トップコート層２７ｂの気孔率は１８％であった。
【００３８】
（５）供試体Ｅ（健全部：ＰＳＺ粉末I−補修部：ＰＳＺ粉末III）
軸方向の半分をＰＳＺ粉末Iによりトップコート層２７ａ（気孔率は８％）を形成し、しかる後に残りの半分をＰＳＺ粉末IIIによりトップコート層２７ｂ（気孔率は１７％）を形成する。トップコート層２７ａとトップコート層２７ｂの境界部が重なるのは、供試体Ｃと同様である。
【００３９】
（６）供試体Ｆ（健全部：ＰＳＺ粉末I−補修部：ＰＳＺ粉末I＋II）
軸方向の半分をＰＳＺ粉末Iによりトップコート層２７ａ（気孔率は９％）を形成し、しかる後に残りの半分をＰＳＺ粉末IとＰＳＺ粉末IIの混合粉（５０質量％ずつ）によりトップコート層２７ｂ（気孔率は１４％）を形成した。トップコート層２７ａとトップコート層２７ｂの境界部が重なるのは、供試体Ｂと同様である。
【００４０】
（７）供試体Ｇ（健全部：ＰＳＺ粉末I−補修部：ＰＳＺ粉末I＋III）
軸方向の半分をＰＳＺ粉末Iによりトップコート層２７ａ（気孔率は９％）を形成し、しかる後に残りの半分をＰＳＺ粉末IとＰＳＺ粉末IIIの混合粉（５０質量％ずつ）によりトップコート層２７ｂ（気孔率は１５％）を形成する。トップコート層２７ａとトップコート層２７ｂの境界部が重なるのは、供試体Ｃと同様である。
【００４１】
熱サイクル試験の結果は以下の通りであり、
供試体Ａ：１０００サイクル（剥離なし）
供試体Ｂ：１０００サイクル（剥離なし）
供試体Ｃ：３０サイクル
供試体Ｄ：１０００サイクル（剥離なし）
供試体Ｅ：１０００サイクル（剥離なし）
供試体Ｆ：１０００サイクル（剥離なし）
供試体Ｇ：１０００サイクル（剥離なし）
【００４２】
以上説明したように、分級調整した中実なＰＳＺ粉末を用いると、緻密組織を形成する微粉が除かれるので、粒子間の空隙が形成されやすく、気孔率の大きいポーラスな組織を容易に形成することができる。このポーラスな組織が熱応力を緩和することで、部分的になされる補修部（トップコート）の耐剥離性（耐熱サイクル性）が著しく向上する。また、ポーラスな組織により、遮熱性にも優れる。
【００４３】
なお、上記実施の形態ではタービン部材について説明したが、本発明はタービン部材に限るものでなく、温度も含めて同等の環境で使用される耐熱部材に広く適用することができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１    タービン部材
３    基材
５，２３    遮熱コーティング（ＴＢＣ）
７，２５    アンダーコート層
９，２７ａ，２７ｂ    トップコート層
９ａ    健全部
９ｂ    補修部
９ｃ    剥離部
１１    マスキング材
２０    供試体
【図１】
0005705627.tif 000002
【図２】
0005705627.tif 000003
【図３】
0005705627.tif 000004
【図４】
0005705627.tif 000005
【図５】
0005705627.tif 000006
【図６】
0005705627.tif 000007
【図７】
0005705627.tif 000008