(57)【要約】【課題】ジェットエンジンのタービンブレードの高耐食コーティングを提供する。【解決手段】Ｎｉ基またはＣｏ基の超合金製の高温機器部品の基材１にマトリックス２ａがＮｉまたはＣｏであり、分散させる微粒子がＰｔにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内の１または２以上を加えた合金である分散メッキ処理を行う第１工程と、アルミ拡散浸透処理１０をして（Ｐｔ、Ｎｉ）Ａｌまたは（Ｐｔ、Ｃｏ）ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内１または２以上を含む合金コーティング層４を形成する第２工程とからなる。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ基またはＣｏ基の超合金製の高温機器部品の基材にマトリックスがＮｉであり、分散させる微粒子がＰｔ＋ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内の１または２以上を加えた合金である分散メッキ処理を行う第１工程と、分散させた微粒子の金属をマトリックスに拡散させる熱処理をして（Ｐｔ、Ｎｉ）ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内１または２以上を含む合金コーティング層を形成する第２工程とからなることを特徴とする高温機器部品用耐食コーティング形成方法。
【請求項２】
分散メッキ処理におけるマトリックスがＮｉに代えてＣｏであり、合金コーティング層は（Ｐｔ、Ｃｏ）ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内１または２以上を含むものである請求項１記載の高温機器部品用耐食コーティング形成方法。
【請求項３】
Ｎｉ基またはＣｏ基の超合金製の高温機器部品の基材にＰｔメッキ処理を行なう第１工程と、その上にマトリックスがＮｉまたはＣｏであり、分散させる微粒子がＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内の１または２以上を加えた合金である分散メッキ処理を行う第２工程と、Ｐｔおよび分散させた微粒子の金属をマトリックスに拡散させる熱処理をして（Ｐｔ、Ｎｉ）Ａｌまたは（Ｐｔ、Ｃｏ）ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内１または２以上を含む合金コーティング層を形成する第３工程とからなることを特徴とする高温機器部品用耐食コーティング形成方法。
【請求項４】
Ｎｉ基またはＣｏ基の超合金製の高温機器部品の基材にマトリックスがＮｉまたはＣｏであり、分散させる微粒子がＰｔにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内の１または２以上を加えた合金である分散メッキ処理を行う第１工程と、アルミ拡散浸透処理をして（Ｐｔ、Ｎｉ）Ａｌまたは（Ｐｔ、Ｃｏ）ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内１または２以上を含む合金コーティング層を形成する第２工程とからなることを特徴とする高温機器部品用耐食コーティング形成方法。
【請求項５】
上記合金コーティング層の厚さは５０μｍ程度である請求項１ないし請求項４記載の高温機器部品用耐食コーティング形成方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５記載の高温機器部品用耐食コーティング形成方法によって基材に形成された耐食コーティング層。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジェットエンジンのタービンブレード等の高温に曝される部品の耐食コーティングの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機のジェットエンジンは効率を高めるためタービン入口温度が高温化しており、高圧タービンのブレードは高温に曝されるため酸化がはげしく、それを防ぐためＴＢＣ（熱遮蔽コーティング）が適用されている。ＴＢＣとはＮｉ基合金またはＣｏ基合金である基材に耐酸化性を有する金属コーティング（アンダーコート）施工し、その上にＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）などの熱遮蔽セラミックコーティング（トップコート）を形成するものであり、基材温度の低減と耐酸化性の向上の効果により基材の酸化を防ぐ技術である。通常アンダーコートはＡｌ系の拡散コーティングやＭＣｒＡｌＹ系のオーバーレイコーティングが用いられる。なお、ここでＭはＮｉ、Ｃｏ、ＮｉＣｏの総称である。本発明は、ＴＢＣのアンダーコートの耐酸化性向上に係るものであり、Ａｌ系の拡散コーティングの改良に関する。ただし、本発明の適用はＴＢＣのアンダーコートに限らず、通常の高温耐酸化コーティングとしても利用できる。
【０００３】
Ａｌの拡散コーティングでは、コーティング中の主要成分であるβ―ＮｉＡｌは使用中にＮｉＡｌ層中のＡｌの濃度が低下してγ’−Ｎｉ３Ａｌ、γ―Ｎｉに変化する。このような相変態は耐酸化性の低下を引き起こす。
【０００４】
これを改良するため現在使われている最も新しい方法は、基材にＰｔを薄く（たとえば、５μｍ程度）メッキし、その後ＣＶＤ法等によりＡｌ拡散コーティングを行なうものである。このプロセスで製作したＰｔＡｌのコーティングはＮｉＡｌにＰｔが固溶した（Ｎｉ、Ｐｔ）Ａｌ相からなる。このＰｔは組織安定性向上に効果があり、ＮｉＡｌがＮｉ３Ａｌになって劣化する時間を延伸化することができる。
【０００５】
しかし、このようなＰｔＡｌコーティングにおいても、ＮｉＡｌ相は時間とともにγ’−Ｎｉ３Ａｌさらにγ―Ｎｉに変化し、最終的には耐酸化性が劣化してしまうという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決する手段としてＰｔＡｌコーティング中にＺｒやＨｆなどの酸化抑制元素を混入させることが考えられる。これらの元素は高温使用時にコーティング表面に形成されるアルミ酸化物のスケール（Ａｌ２Ｏ３）の粒界やコーティング／スケール界面に偏析して、他元素特に金属元素や酸素などの拡散を著しく抑制させるため、以降の酸化を著しく抑制する。したがって、長時間使用し、たとえ（Ｎｉ、Ｐｔ）Ａｌがγ’−Ｎｉ３Ａｌやγ―Ｎｉに変化しても、良好な耐酸化性を維持できる。たとえば、特許文献１には、ＣＶＤ法によりＰｔＡｌコーティング層中にＨｆやＺｒを混入させる方法が開示されている。しかし、記載されている方法では、次のような問題がある。Ｈｆ、Ｚｒ、Ｓｉそれぞれの塩化物を装置内で形成させる必要があり、濃度制御が難しく、コーティング内の濃度コントロールが難しい。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第６２９１０１４Ｂ１号
【０００８】
本発明は、以上述べた問題点を解決するために案出されたもので、Ｎｉ基またはＣｏ基の超合金製の基材に（Ｐｔ、Ｎｉ）Ａｌまたは（Ｐｔ、Ｃｏ）ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内の１つまたは２以上を含んでいて、長時間耐酸化性を維持する合金コーティング層であって、ＴＢＣのアンダーコートあるいは単独の耐酸化コーティングとして使用でき、しかも、メッキ工程によりＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内の１つまたは２以上を、容易にかつ簡便な装置でコーティングへ混入させることができ、粉末の組成を変えればコーティング内の各成分濃度を制御できる、高温機器部品用耐食コーティング形成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願請求項１記載発明の高温機器部品用耐食コーティング形成方法は、Ｎｉ基またはＣｏ基の超合金製の高温機器部品の基材にマトリックスがＮｉであり、分散させる微粒子がＰｔ＋ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内の１または２以上を加えた合金である分散メッキ処理を行う第１工程と、分散させた微粒子の金属をマトリックスに拡散させる熱処理をして（Ｐｔ、Ｎｉ）ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内１または２以上を含む合金コーティング層を形成する第２工程とからなるものである。
【００１０】
上記形成方法において、分散メッキのマトリックスはＮｉに代えてＣｏであってもよい。
【００１１】
また、本願請求項３記載発明の高温機器部品用耐食コーティング形成方法は、Ｎｉ基またはＣｏ基の超合金製の高温機器部品の基材にＰｔメッキ処理を行なう第１工程と、その上にマトリックスがＮｉまたはＣｏであり、分散させる微粒子がＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内の１または２以上を加えた合金である分散メッキ処理を行う第２工程と、Ｐｔおよび分散させた微粒子の金属をマトリックスに拡散させる熱処理をして（Ｐｔ、Ｎｉ）Ａｌまたは（Ｐｔ、Ｃｏ）ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内１または２以上を含む合金コーティング層を形成する第３工程とからなるものである。
【００１２】
さらに、本願請求項４記載発明の高温機器部品用耐食コーティング形成方法は、Ｎｉ基またはＣｏ基の超合金製の高温機器部品の基材にマトリックスがＮｉまたはＣｏであり、分散させる微粒子がＰｔにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内の１または２以上を加えた合金である分散メッキ処理を行う第１工程と、アルミ拡散浸透処理をして（Ｐｔ、Ｎｉ）Ａｌまたは（Ｐｔ、Ｃｏ）ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内１または２以上を含む合金コーティング層を形成する第２工程とからなるものである。
【００１３】
上記合金コーティング層の厚さは特に制約は無いが、一般的に５０μｍ程度である。
【００１４】
次に本発明の作用を説明する。請求項１または請求項２記載の発明は、基材に、マトリックスがＮｉまたはＣｏであり、分散させる微粒子がＰｔ＋ＡｌにＨｆ、ＺｒやＳｉを加えた合金である分散メッキを行い、それを熱処理してマトリックス中にＰｔ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｓｉを拡散させる。また、請求項４記載の発明は、基材に、マトリックスがＮｉまたはＣｏであり、分散させる微粒子がＰｔにＨｆ、ＺｒやＳｉを加えた合金である分散メッキを行い、それをアルミ拡散浸透処理を行ってマトリックス中にＰｔ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｓｉを拡散させる。この合金コーティング層は高温酸化雰囲気中で使用すると酸化されて合金コーティング層の表面に薄いアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のスケールが形成される。合金コーティング層にはＨｆやＺｒが含まれているので、それら元素およびそれらの酸化物であるＨｆＯ２やＺｒＯ２がＡｌ２Ｏ３のスケールと合金コーティング層の境界やＡｌ２Ｏ３の結晶粒界に析出し、Ａｌ２Ｏ３のバリア性を向上させる。そのため使用時間の長時間化とともに、組織に変化が生じても良好な耐酸化性を維持できる。
【００１５】
請求項１または請求項２記載の発明ではＨｆやＺｒを含むＰｔＡｌコーティング層を形成するプロセスとして分散メッキ処理を採用しているので、▲１▼メッキのみの単一工程であり、プロセスが簡単で装置も安く、▲２▼原料に反応性や有害性が無く、▲３▼粉末の組成を変えればコーティング内の各成分濃度を制御できるので組成制御が容易である、など先に説明した特許文献１記載の発明のＣＶＤ法に比べて優れている。
【００１６】
一方、請求項４記載の発明では、特許文献１記載の発明に比べて、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｓｉのそれぞれの塩化物を装置内で形成する必要が無く、コーティング内のそれらの金属の濃度コントロールが容易である。また、請求項１記載の発明に比べて、▲１▼Ｐｔ＋ＡｌにＨｆ、Ｚｒ、Ｓｉを加えた微粒子よりも、ＰｔにＨｆ、Ｚｒ、Ｓｉを加えた微粒子の方が作製が容易であり、▲２▼Ｐｔ＋ＡｌにＨｆ、Ｚｒ、Ｓｉを加えた微粒子を分散メッキし、それを熱処理するよりも、ＰｔにＨｆ、Ｚｒ、Ｓｉを加えた微粒子を分散メッキし、それをアルミ拡散浸透処理する方が短時間、かつ、確実にＡｌ含有量の多い耐酸化皮膜を容易に作製できる、などの特徴がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は請求項１または請求項２記載発明の高温機器部品用耐食コーティング形成方法の説明図である。図において、Ａは第１工程の分散メッキ処理後の状態、Ｂは第２工程の拡散熱処理後の状態、Ｃは所用時間使用後の状態をそれぞれ示している。１は基材であり、ＮｉまたはＣｏ基の超合金製のタービンブレードなどである。２は分散メッキ層であり、２ａはＮｉまたはＣｏのマトリックスであり、２ｂはマトリックス２ａの中に含まれる合金の微粒子である。この合金はＰｔ＋ＡｌにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内の１または２以上を加えた合金である。微粒子の大きさは、特に制約は無いがたとえば１０μｍ程度であり、マトリックス２ａ中に一様に分布している。
【００１８】
分散メッキは、電気メッキ浴あるいは無電解メッキ浴に難溶性の微粒子を分散させておき、メッキを行なうと金属とともに微粒子が共析し、金属マトリックスの中に微粒子の分散相を含む複合皮膜を形成させたものである。分散メッキ皮膜は、電気メッキや無電解メッキにおいて成長する金属表面に分散粒子が吸着し、析出金属によって粒子が次々と埋め込まれて生成するものである。分散メッキは、同種の複合材料と比べて緻密で気孔率が少ない金属皮膜が比較的低温（１００℃以下）で製造でき、各種の素材表面を任意の厚さの皮膜で覆うことができるという特徴をもっている。
【００１９】
次に矢印３で示すように、熱処理を行なってマトリックス中に分散している合金粒子の金属をマトリックス中に拡散させて、図１のＢに示すように、合金コーティング層４を形成する。熱処理温度は、８００℃〜１１００℃程度で、時間は
０．５ｈ〜４ｈ程度である。
【００２０】
このように形成された合金コーティング層は、実機で酸化雰囲気で使用中に矢印５で示すように、酸化されて、図１のＣに示すように、合金コーティング層４の表面にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のスケール６が形成される。
【００２１】
次に本実施形態の作用を説明する。合金コーティング層４には、ＨｆやＺｒが含まれているので、それら元素およびそれらの酸化物であるＨｆＯ２やＺｒＯ２がＡｌ２Ｏ３のスケール６と合金コーティング層４との境界やＡｌ２Ｏ３の結晶粒界に析出する。そのためアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）スケール６の環境遮断性、金属の拡散抑制機能が向上し、従来のＰｔＡｌコーティングに比べて耐酸化性が著しく改善される。
【００２２】
ＨｆやＺｒが含む合金コーティング層４を形成するのに分散メッキ処理を採用しているので、▲１▼メッキのみの単一工程であり、プロセスが簡単で装置も安く、▲２▼原料に反応性や有害性が無く、▲３▼粉末の組成を変えればコーティング内の各成分濃度を制御できるので組成制御が容易である、など先に説明した特許文献１記載発明のＣＶＤ法に比べて優れている。
【００２３】
【変形例１】
図２は本発明の高温機器部品用耐食コーティング形成方法の他の実施形態の説明図である。図２で図１と異なるのは分散メッキの部分であり、他の部分は図１と共通なので、重複した説明は省略する。本変形例では、Ａ’に示すように、先ず基材１に、第１工程としてＰｔメッキ７を施す。その後に第２工程として分散メッキ層２を形成する。この際微粒子２ｂの合金中にはＰｔは含まない。
【００２４】
【変形例２】
図３は本発明の高温機器部品用耐食コーティング形成方法のさらに別の実施形態の説明図である。図３で図１と異なるのは分散メッキの部分と、その処理の部分であり、他の部分は図１と共通なので、重複した説明は省略する。図３は請求項４記載発明の高温機器部品用耐食コーティング形成方法の説明図である。図において、Ｄは第１工程の分散メッキ処理後の状態、Ｂは第２工程のアルミ拡散浸透処理後の状態、Ｃは所用時間使用後の状態をそれぞれ示している。１は基材であり、ＮｉまたはＣｏ基の超合金製のタービンブレードなどである。８は分散メッキ層であり、２ａはＮｉまたはＣｏのマトリックスであり、９はマトリックス２ａの中に含まれる合金の微粒子である。この合金はＰｔにＨｆ、ＺｒおよびＳｉの内の１または２以上を加えた合金である。微粒子の大きさは、特に制約は無いがたとえば１０μｍ程度であり、マトリックス２ａ中に一様に分布している。
【００２５】
次に矢印１０で示すように、アルミ拡散浸透処理を行なってマトリックス中にＡｌを拡散させるとともに、マトリックス中に分散している合金粒子の金属をマトリックス中に拡散させて、図３のＢに示すように、合金コーティング層４を形成する。アルミ拡散浸透処理とは、アルミニウムを含む金属粉末と活性剤（ＮＨ４Ｃｌなど）の粉末を適当な割合で混合した処理剤中に被処理物を埋め込む、あるいは処理剤上に被処理物を置くなどし、１０００〜１１００℃程度の温度に４時間程度保持することによりアルミニウムを被処理物中に拡散させ皮膜を形成させるものである。
【００２６】
次に、変形例２の作用を説明する。なお、合金コーティング層４の作用は既に段落番号００２１で説明済みである。変形例２は、特許文献１記載の発明に比べて、▲１▼簡便な装置でコーティング層４にＨｆ、Ｚｒ、Ｓｉを混入させることができ、▲２▼粉末の組成を変えれば、コーティング層４内のそれらの金属の濃度をコントロールすることができるという特徴がある。また、請求項１記載の発明に比べて、▲１▼Ｐｔ＋ＡｌにＨｆ、Ｚｒ、Ｓｉを加えた微粒子よりも、ＰｔにＨｆ、Ｚｒ、Ｓｉを加えた微粒子の方が作製が容易であり、▲２▼Ｐｔ＋ＡｌにＨｆ、Ｚｒ、Ｓｉを加えた微粒子を分散メッキし、それを熱処理するよりも、ＰｔにＨｆ、Ｚｒ、Ｓｉを加えた微粒子を分散メッキし、それをアルミ拡散浸透処理する方が短時間、かつ、確実にＡｌ含有量の多い耐酸化皮膜を容易に作製できる、という特徴がある。
【００２７】
本発明は以上述べた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の高温機器部品用耐食コーティング形成方法は、次のような優れた効果を有している。すなわち、使用中に酸化して生じる薄いＡｌ２Ｏ３スケール中あるいは境界にＨｆやＺｒなどの酸化抑制元素およびその酸化物が析出するため、ＰｔＡｌの組織が変化しても良好な耐酸化性を維持することが可能である。また、請求項１または請求項２記載の発明では、合金コーティング層を形成するのに、Ｐｔ＋ＡｌにＨｆなどを混入させた粉末の分散メッキ処理を採用しているので、▲１▼メッキのみの単一工程であり、プロセスが簡単で装置も安く、▲２▼原料に反応性や有害性が無く、▲３▼粉末の組成を変えればコーティング内の各成分濃度を制御できるので組成制御が容易である。さらに、請求項４記載の発明ではＰｔにＨｆなどを含む粉末を分散メッキ処理した後に、アルミ拡散浸透処理しているので、▲１▼簡便な装置でコーティングへＨｆなどを混入させることができ、▲２▼粉末の組成を変えればコーティング内の各成分濃度を制御でき、▲３▼Ｈｆなどを含むＰｔ粒子は比較的容易に作製可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高温機器部品用耐食コーティング形成方法の説明図である。
【図２】本発明の変形例１の説明図である。
【図３】本発明の変形例２の説明図である。
【符号の説明】
１    基材
２    分散メッキ層
２ａ  マトリックス
２ｂ  微粒子
３    熱処理
４    合金コーティング層
７    Ｐｔメッキ層
８    分散メッキ層
９    微粒子
１０  アルミ拡散浸透処理
【図１】
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【図２】
2004183088.tif 000004
【図３】
2004183088.tif 000005