(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ni基超合金に、Ni基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相、B2相のうちの少なくとも一種を含む層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項２】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:1.0重量%以上10.0重量%以下、Ta:0重量%以上14.0重量%以下、Mo:0重量%以上10.0重量%以下、W:0重量%以上15.0重量%以下、Re:0重量%以上10.0重量%以下、Hf:0重量%以上3.0重量%以下、Cr:0重量%以上20.0重量%以下、Co:0重量%以上20重量%以下、Ru:0重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上4.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項３】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:3.5重量%以上7.0重量%以下、Ta:2.0重量%以上12.0重量%以下、Mo:0重量%以上4.5重量%以下、W:0重量%以上10.0重量%以下、Re:0重量%以上8.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:1.0重量%以上15.0重量%以下、Co:2重量%以上16重量%以下、Ru:0重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項４】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:5.0重量%以上7.0重量%以下、Ta:4.0重量%以上10.0重量%以下、Mo:1.1重量%以上4.5重量%以下、W:4.0重量%以上10.0重量%以下、Re:3.1重量%以上8.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.0重量%以上10.0重量%以下、Co:0重量%以上15.0重量%以下、Ru:4.1重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項５】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:5.0重量%以上7.0重量%以下、Ta:4.0重量%以上8.0重量%以下、Mo:1.0重量%以上4.5重量%以下、W:4.0重量%以上8.0重量%以下、Re:3.0重量%以上6.0重量%以下、Hf:0.01重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.0重量%以上10.0重量%以下、Co:0.1重量%以上15.0重量%以下、Ru:1.0重量%以上4.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項６】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:5.5重量%以上6.5重量%以下、Ta:5.0重量%以上7.0重量%以下、Mo:1.0重量%以上4.0重量%以下、W:4.0重量%以上7.0重量%以下、Re:4.0重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上2.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、V:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:0.1重量%以上4.0重量%以下、Co:7.0重量%以上15.0重量%以下、Si:0.01重量%以上0.1重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項７】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:4.5重量%以上6.0重量%以下、Ta:5.0重量%以上8.0重量%以下、Mo:0.5重量%以上3.0重量%以下、W:7.0重量%以上10.0重量%以下、Re:1.0重量%以上3.0重量%以下、Ti:0.1重量%以上2.0重量%以下、Hf:0.01重量%以上0.50重量%以下、Cr:3.5重量%以上5.0重量%以下、Co:4.0重量%以上11.0重量%以下、Si:0.01重量%以上0.1重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項８】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:5.1重量%以上6.1重量%以下、Ta:4.5重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.1重量%以上7.1重量%以下、Re:6.4重量%以上7.4重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上7.0重量%以下、Co:5.1重量%以上6.1重量%以下、Ru:4.5重量%以上5.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.8重量%以上8.8重量%以下、Ta:7.0重量%以上9.0重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.0重量%以下、W:3.3重量%以上6.3重量%以下、Re:1.6重量%以上3.6重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.5重量%以上6.0重量%以下、Co:3.2重量%以上5.2重量%以下、Ru:2.9重量%以上4.9重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項９】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ta:5.3重量%以上6.3重量%以下、Mo:2.4重量%以上4.4重量%以下、W:4.3重量%以上6.3重量%以下、Re:4.4重量%以上5.4重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:5.5重量%以上6.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.1重量%以上8.1重量%以下、Ta:4.8重量%以上6.8重量%以下、Mo:1.9重量%以上3.9重量%以下、W:3.8重量%以上6.8重量%以下、Re:1.4重量%以上3.4重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:1.3重量%以上6.0重量%以下、Co:4.0重量%以上6.0重量%以下、Ru:4.2重量%以上6.2重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項１０】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:5.2重量%以上6.2重量%以下、Ta:5.1重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.1重量%以上6.1重量%以下、Re:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.7重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:3.1重量%以上4.1重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.1重量%以上9.1重量%以下、Ta:7.2重量%以上9.2重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.5重量%以下、W:3.3重量%以上6.3重量%以下、Re:1.1重量%以上3.1重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.6重量%以上6.0重量%以下、Co:3.3重量%以上5.3重量%以下、Ru:1.8重量%以上3.8重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項１１】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:5.4量%以上6.4重量%以下、Ta:5.1重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.4重量%以上6.4重量%以下、Re:4.5重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.7重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:4.5重量%以上5.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.3重量%以上9.3重量%以下、Ta:7.2重量%以上9.2重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.5重量%以下、W:3.5重量%以上6.5重量%以下、Re:0.8重量%以上1.3重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.6重量%以上6.0重量%以下、Co:3.3重量%以上5.3重量%以下、Ru:0.5重量%以上2.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項１２】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:5.5量%以上6.5重量%以下、Ta:5.5重量%以上6.5重量%以下、Mo:1.5重量%以上2.5重量%以下、W:5.5重量%以上6.5重量%以下、Re:4.5重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上3.5重量%以下、Co:11.5重量%以上12.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.5重量%以上9.5重量%以下、Ta:8.3重量%以上10.3重量%以下、Mo:0重量%以上2.0重量%以下、W:4.8重量%以上6.8重量%以下、Re:0.6重量%以上1.8重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.4重量%以上2.4重量%以下、Co:8.2重量%以上10.2重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項１３】
請求の範囲１記載の耐熱部材において、Al:4.8重量%以上5.8重量%以下、Ta:5.5重量%以上6.5重量%以下、Mo:1.4重量%以上2.4重量%以下、W:8.2重量%以上9.2重量%以下、Re:1.6重量%以上2.6重量%以下、Ti:0重量%以上2.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:4.4重量%以上5.4重量%以下、Co:7.3重量%以上8.3重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.9重量%以上8.9重量%以下、Ta:8.5重量%以上10.5重量%以下、Mo:0重量%以上1.9重量%以下、W:6.2重量%以上8.2重量%以下、Re:0重量%以上1.5重量%以下、Ti:0重量%以上1.7重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.4重量%以上2.4重量%以下、Co:3.7重量%以上5.7重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項１４】
請求の範囲１から１３のうちのいずれか１つに記載の耐熱部材において、コーティング層はSi、Y、La、Ce、Zrのうちの一種もしくは複数種を0重量%以上1.0重量%以下含むことを特徴とする耐熱部材。
【請求項１５】
請求の範囲１から７および請求の範囲１２から１４のうちのいずれか１つに記載の耐熱部材において、コーティング層は、Ru、Ta、Mo、W、Reのうちの一種もしくは複数種を含まないことを特徴とする耐熱部材。
【請求項１６】
請求の範囲１５記載の耐熱部材において、コーティング層に含有されるAlがNi基超合金と熱力学平衡することを特徴とする耐熱部材。
【請求項１７】
請求の範囲１から１６のうちのいずれか１つに記載の耐熱部材において、コーティング層の表面にセラミックがコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【請求項１８】
請求の範囲１から７いずれか１つに記載の耐熱部材において、Al：6.1重量%以上10.6重量%以下、Ta：0重量%以上10.5重量%以下、Mo：0重量%以上3.9重量%以下、W：0重量%以上8.2重量%以下、Re：0重量%以上3.4重量%以下、Ti：0重量%以上1.7重量%以下、Hf：0重量%以上1.15重量%以下、Cr：0.4重量%以上4.0重量%以下、Co：3.2重量%以上10.2重量%以下、Ru：0重量%以上6.2重量%以下Nb：0重量%以上1.5重量%以下、Si：0重量%以上1.0重量%以下、Y：0重量%以上1.0重量%以下、La：0重量%以上1.0重量%以下、Ce：0重量%以上1.0重量%以下、Zr：0重量%以上1.0重量%以下を含有し、残部がNiと不可避的不純物からなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴とする耐熱部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は耐熱部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ジェットエンジンや産業用ガスターンビンなどのタービン動翼やタービン静翼に用いられるコーティング材として、Al、 Cr、Ni-Al、Pt-Al、MCrAlYなどがよく知られており、使用実績が多い。しかしこれらのコーティング材をNi基超合金製のタービン翼に適用し、タービン翼を高温で長時間使用した場合、Ni基超合金とコーティング材との界面をとおして元素の相互拡散が進み、この元素の相互拡散によって、Ni基超合金の材質が劣化し、強度低下や、コーティング材の耐環境性低下など、タービン翼自体の耐久性低下につながる材料技術的な問題が生じる。特に、近年、ジェットエンジンやガスタービンのガス温度は高くなり、必然的にタービン翼の温度が上昇し、そのような拡散現象がより加速される。また、高圧タービン翼は冷却のために中空構造を有しているが、薄肉化が進んでいるため、拡散領域の影響はますます大きな問題となる。
【０００３】
基材/コーティング界面をとおしての元素の拡散を抑えるために、拡散障壁コーティング（ディフュージョンバリアコーティング）が検討されている（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、拡散障壁コーティングは多層構造であり、コーティングプロセスを複雑にするに加え、基材とコーティング材とは熱力学平衡状態ではないため、効果に自ずと限度がある。
【０００４】
一方、最近公開されたUS2004/0229075（特許文献２）には、最も速く拡散し、拡散により有害相を生成させる元素であるAl元素の濃度を下げたPt系元素を含むγ+γ’相のコーティングにより、Alの拡散を少なくすることが開示されている。しかしながら、やはりこの場合にも基材とコーティング材とは熱力学平衡状態ではないため、高温・長時間での使用においてコーティング材からPtやAlが内方へ拡散し、基材から強化元素が外方に拡散して、部材としての劣化が進み、効果は限定的である。
【特許文献１】
US特許第US6830827号公報
【特許文献２】
US公開2004/0229075号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明は、1100℃あるいは1100℃を超える高温でも基材/コーティング界面をとおしての元素の相互拡散が抑制された耐熱部材を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するものとして、本願発明は、第１には、Ni基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相、B2相のうちの少なくとも一種を含む層がコーティングされたことを特徴としている。
【０００７】
本願発明は、第２には、Al:1.0重量%以上10.0重量%以下、Ta:0重量%以上14.0重量%以下、Mo:0重量%以上10.0重量%以下、W:0重量%以上15.0重量%以下、Re:0重量%以上10.0重量%以下、Hf:0重量%以上3.0重量%以下、Cr:0重量%以上20.0重量%以下、Co:0重量%以上20重量%以下、Ru:0重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上4.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
【０００８】
本願発明は、第３には、Al:3.5重量%以上7.0重量%以下、Ta:2.0重量%以上12.0重量%以下、Mo:0重量%以上4.5重量%以下、W:0重量%以上10.0重量%以下、Re:0重量%以上8.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:1.0重量%以上15.0重量%以下、Co:2重量%以上16重量%以下、Ru:0重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
【０００９】
本願発明は、第４には、Al:5.0重量%以上7.0重量%以下、Ta:4.0重量%以上10.0重量%以下、Mo:1.1重量%以上4.5重量%以下、W:4.0重量%以上10.0重量%以下、Re:3.1重量%以上8.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.0重量%以上10.0重量%以下、Co:0重量%以上15.0重量%以下、Ru:4.1重量%以上14.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Si:0重量%以上2.0重量%以下%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
【００１０】
本願発明は、第５には、Al:5.0重量%以上7.0重量%以下、Ta:4.0重量%以上8.0重量%以下、Mo:1.0重量%以上4.5重量%以下、W:4.0重量%以上8.0重量%以下、Re:3.0重量%以上6.0重量%以下、Hf:0.01重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.0重量%以上10.0重量%以下、Co:0.1重量%以上15.0重量%以下、Ru:1.0重量%以上4.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
【００１１】
本願発明は、第６には、Al:5.5重量%以上6.5重量%以下、Ta:5.0重量%以上7.0重量%以下、Mo:1.0重量%以上4.0重量%以下、W:4.0重量%以上7.0重量%以下、Re:4.0重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上2.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、V:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:0.1重量%以上4.0重量%以下、Co:7.0重量%以上15.0重量%以下、Si:0.01重量%以上0.1重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
【００１２】
本願発明は、第７には、Al:4.5重量%以上6.0重量%以下、Ta:5.0重量%以上8.0重量%以下、Mo:0.5重量%以上3.0重量%以下、W:7.0重量%以上10.0重量%以下、Re:1.0重量%以上3.0重量%以下、Ti:0.1重量%以上2.0重量%以下、Hf:0.01重量%以上0.50重量%以下、Cr:3.5重量%以上5.0重量%以下、Co:4.0重量%以上11.0重量%以下、Si:0.01重量%以上0.1重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、このNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相のうちの一種もしくは二種を含む層が一層あるいは多層にコーティングされたことを特徴としている。
【００１３】
本願発明は、第８には、Al:5.1重量%以上6.1重量%以下、Ta:4.5重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.1重量%以上7.1重量%以下、Re:6.4重量%以上7.4重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上7.0重量%以下、Co:5.1重量%以上6.1重量%以下、Ru:4.5重量%以上5.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.8重量%以上8.8重量%以下、Ta:7.0重量%以上9.0重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.0重量%以下、W:3.3重量%以上6.3重量%以下、Re:1.6重量%以上3.6重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.5重量%以上6.0重量%以下、Co:3.2重量%以上5.2重量%以下、Ru:2.9重量%以上4.9重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
【００１４】
本願発明は、第９には、Al:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ta:5.3重量%以上6.3重量%以下、Mo:2.4重量%以上4.4重量%以下、W:4.3重量%以上6.3重量%以下、Re:4.4重量%以上5.4重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:5.5重量%以上6.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.1重量%以上8.1重量%以下、Ta:4.8重量%以上6.8重量%以下、Mo:1.9重量%以上3.9重量%以下、W:3.8重量%以上6.8重量%以下、Re:1.4重量%以上3.4重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:1.3重量%以上6.0重量%以下、Co:4.0重量%以上6.0重量%以下、Ru:4.2重量%以上6.2重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
【００１５】
本願発明は、第１０には、Al:5.2重量%以上6.2重量%以下、Ta:5.1重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.1重量%以上6.1重量%以下、Re:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.7重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:3.1重量%以上4.1重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.1重量%以上9.1重量%以下、Ta:7.2重量%以上9.2重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.5重量%以下、W:3.3重量%以上6.3重量%以下、Re:1.1重量%以上3.1重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.6重量%以上6.0重量%以下、Co:3.3重量%以上5.3重量%以下、Ru:1.8重量%以上3.8重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
【００１６】
本願発明は、第１１には、Al:5.4量%以上6.4重量%以下、Ta:5.1重量%以上6.1重量%以下、Mo:2.1重量%以上3.3重量%以下、W:4.4重量%以上6.4重量%以下、Re:4.5重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.7重量%以上7.0重量%以下、Co:5.3重量%以上6.3重量%以下、Ru:4.5重量%以上5.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.3重量%以上9.3重量%以下、Ta:7.2重量%以上9.2重量%以下、Mo:0.5重量%以上2.5重量%以下、W:3.5重量%以上6.5重量%以下、Re:0.8重量%以上1.3重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.6重量%以上6.0重量%以下、Co:3.3重量%以上5.3重量%以下、Ru:0.5重量%以上2.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
【００１７】
本願発明は、第１２には、Al:5.5量%以上6.5重量%以下、Ta:5.5重量%以上6.5重量%以下、Mo:1.5重量%以上2.5重量%以下、W:5.5重量%以上6.5重量%以下、Re:4.5重量%以上5.5重量%以下、Ti:0重量%以上0.5重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:2.5重量%以上3.5重量%以下、Co:11.5重量%以上12.5重量%以下、Nb:0重量%以上1.0重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:7.5重量%以上9.5重量%以下、Ta:8.3重量%以上10.3重量%以下、Mo:0重量%以上2.0重量%以下、W:4.8重量%以上6.8重量%以下、Re:0.6重量%以上1.8重量%以下、Ti:0重量%以上1.5重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.4重量%以上2.4重量%以下、Co:8.2重量%以上10.2重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
【００１８】
本願発明は、第１３には、Al:4.8重量%以上5.8重量%以下、Ta:5.5重量%以上6.5重量%以下、Mo:1.4重量%以上2.4重量%以下、W:8.2重量%以上9.2重量%以下、Re:1.6重量%以上2.6重量%以下、Ti:0重量%以上2.0重量%以下、Nb:0重量%以上2.0重量%以下、Hf:0重量%以上0.50重量%以下、Cr:4.4重量%以上5.4重量%以下、Co:7.3重量%以上8.3重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有するNi基超合金に、Al:6.9重量%以上8.9重量%以下、Ta:8.5重量%以上10.5重量%以下、Mo:0重量%以上1.9重量%以下、W:6.2重量%以上8.2重量%以下、Re:0重量%以上1.5重量%以下、Ti:0重量%以上1.7重量%以下、Hf:0重量%以上1.15重量%以下、Cr:0.4重量%以上2.4重量%以下、Co:3.7重量%以上5.7重量%以下、Nb:0重量%以上1.5重量%以下含有し、残部がNiと不可避的不純物とからなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
【００１９】
本願発明は、第１４には、コーティング層はSi、Y、La、Ce、Zrのうちの一種もしくは複数種を0重量%以上1.0重量%以下含むことを特徴としている。
【００２０】
本願発明は、第１５には、コーティング層は、Ru、Ta、Mo、W、Reのうちの一種もしくは複数種を含まないことを特徴としている。
【００２１】
本願発明は、第１６には、コーティング層に含有されるAlがNi基超合金と熱力学平衡することを特徴としている。
【００２２】
本願発明は、第１７には、コーティング層の表面にセラミックがコーティングされたことを特徴としている。
【００２３】
本願発明は、第１８には、Al：6.1重量%以上10.6重量%以下、Ta：0重量%以上10.5重量%以下、Mo：0重量%以上3.9重量%以下、W：0重量%以上8.2重量%以下、Re：0重量%以上3.4重量%以下、Ti：0重量%以上1.7重量%以下、Hf：0重量%以上1.15重量%以下、Cr：0.4重量%以上4.0重量%以下、Co：3.2重量%以上10.2重量%以下、Ru：0重量%以上6.2重量%以下Nb：0重量%以上1.5重量%以下、Si：0重量%以上1.0重量%以下、Y：0重量%以上1.0重量%以下、La：0重量%以上1.0重量%以下、Ce：0重量%以上1.0重量%以下、Zr：0重量%以上1.0重量%以下を含有し、残部がNiと不可避的不純物からなる組成を有する合金層がコーティングされたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本願発明の第１の耐熱部材によれば、基材となるNi基超合金と熱力学的平衡状態にある物質をNi基超合金にコーティングすることにより、1100℃あるいは1100℃を超えるような高温でも基材/コーティング界面をとおしての元素の相互拡散が抑制され、高温での長時間の耐久性を飛躍的に向上させることができる。また、基材となるNi基超合金と熱力学平衡する組成を有するγ相、γ’相、B2相はいずれも耐酸化性、耐高温腐食性、機械的特性の向上が期待できる相であり、したがって、優れた耐熱部材が得られる。
【００２５】
本願発明の第２の耐熱部材によれば、基材となる所定組成範囲のNi基超合金は耐熱材料として優れた特性を示し、高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
【００２６】
本願発明の第３の耐熱部材によれば、基材となる所定組成範囲内のNi基超合金はいわゆる単結晶合金に適したものであり、耐熱材料として優れた特性を示し、高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
【００２７】
本願発明の第３から第７の耐熱部材によれば、基材となる所定組成範囲内のNi基超合金はクリープ特性に優れた単結晶合金を実現するため、耐熱材料として優れた特性を示し、高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
【００２８】
本願発明の第８から第１３の耐熱部材によれば、基材となる所定組成範囲内のNi基超合金はより一層クリープ特性に優れた単結晶合金であり、コーティングする合金はNi基超合金に熱力学平衡を示すとともに、耐酸化性に優れる合金であるため、高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
【００２９】
本願発明の第１４の耐熱部材によれば、コーティング層に含有されるSi、Y、La、Ce、Zrはいずれもコーティング層の耐酸化性を向上させる。これらの元素は熱力学平衡に対して影響は少ないので、添加により高温耐久性が損なわれることはない。
【００３０】
本願発明の第１５の耐熱部材によれば、高価である、あるいは耐酸化性に悪影響を及ぼすRu、Ta、Mo、W、Reを含まないので、安価で耐酸化性のよいコーティング層が得られる。コーティング層に含まれる元素は基材となるNi基超合金と熱力学平衡状態にあり、高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
【００３１】
本願発明の第１６の耐熱部材によれば、最も拡散の速い元素であり、しかも拡散による変質層を作る原因となるコーティング層に含まれるAlを基材となるNi基超合金と熱力学平衡にすることにより高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
【００３２】
本願発明の第１７の耐熱部材によれば、セラミックによる熱遮蔽効果により、より高温での使用が可能な高温耐久性に優れた耐熱部材が得られる。
【００３３】
本願発明の第１８の耐熱部材によれば、1100℃あるいは1100℃を超えるような高温でも基材/コーティング界面をとおしての元素の相互拡散が抑制され、高温での長時間の耐久性を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来技術１および実施例１で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真である。
【図２】図１に示した実施例１の試料についての拡大写真である。
【図３】従来技術１および実施例１で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のEPMAによる元素分析結果を示した図である。
【図４】実施例８および実施例１０で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真である。
【図５】実施例１１で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真である。
【図６】実施例２で得られた試料の1100℃×1Hサイクル酸化試験結果を基材に用いたNi基超合金と比較して示した図である。
【図７】実施例２０で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、実施例を示しつつ、本願発明の耐熱部材について説明する。
【００３６】
本願発明の耐熱部材は、基材となるNi基超合金に、Ni基超合金との間に相互拡散を生じない一種もしくは複数種の物質がコーティングされたものである。具体的には、基材と熱力学的平衡状態である物質がコーティングされたものである。このため、1100℃あるいは1100℃を超える高温でも基材/コーティング界面をとおしての元素の相互拡散が抑制され、本願発明の耐熱部材は、従来の耐熱部材に比べ、格段に高温での長時間の使用が可能になっている。その作製にあたっては、従来の多層の拡散障壁コーティングのように必ずしも複雑なコーティングプロセスを必要とせず、コーティングプロセスは特に制限されない。また、本願発明の耐熱部材では、前記特許文献２に開示されたPt系元素を含むγ+γ’相のコーティングと異なり、界面をとおしての元素の相互拡散が起こりにくいため、長時間安定性が保たれ、長時間安定を保ちつつAl濃度の高いγ’相、あるいはβ相、γ’+β相をNi基超合金にコーティングすることができる。γ+γ’相のコーティングも可能であり、この場合にも本願発明の耐熱部材ではコーティング層は熱力学的に基材となるNi基超合金と平衡するため、高温・長時間の使用においても元素の相互拡散が起こりにくい。
【００３７】
本願発明の耐熱部材は、ジェットエンジンや発電用ガスタービンなどのタービンブレード用の材料に特に適していると考えられ、実用化が見込まれる。
【実施例】
【００３８】
表１に基材としたNi基超合金の組成を、表２にコーティング材の組成を示した。表２には、コメント欄に表１に示したNi基超合金との関係を示した。
【００３９】
【表１】
0004845140.tif 000002
【００４０】
【表２】
0004845140.tif 000003
【００４１】
Ａｒ雰囲気下のアークメルト溶解により各成分を有するコーティング材を溶製し、1250℃、10Hの均質化処理を行った後、直径10mm、厚さ5mmの試験片を切り出した。基材については、真空中の一方向凝固法により単結晶合金棒（φ10×130mm）を鋳造し、溶体化熱処理を行った後、直径10mm、厚さ5mmの試験片を切り出した。このようにして切り出したコーティング材、基材のそれぞれを表面研磨した後、基材とコーティング材の拡散対を作製し、大気中1100℃で300Hの拡散熱処理を行い、拡散挙動を調べた。試験後、拡散対の断面を電子顕微鏡（SEM）により変質層の厚みを測定した。表３に変質層の厚み測定結果を示した。一部の試料については、さらに、電子プローブマイクロアナライザ（EPMA）により元素の拡散状態を分析した。また、大気中1100℃で1Hサイクルの繰り返し試験を行った。
【００４２】
【表３】
0004845140.tif 000004
【００４３】
表３から明らかなように、実施例では、従来技術と比較して変質層の厚みが劇的に減っていることがわかる。実施例１〜６および実施例１１〜１５は全ての元素が熱力学的平衡しているコーティングの例であり、変質層の厚みは1μm以下とほとんど観察されなかった。実施例８〜１０は、Ru、Ta、Mo、W、Reなどの高価な元素を排除し、最も拡散が速く、変質層を作る原因となるAlを基材であるNi基超合金と熱力学平衡するコーティングの例であるが、実施例８〜１０においても従来技術と比較して変質層の劇的な低減が確認される。
【００４４】
図１に従来技術１および実施例１で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真を示す。図２に実施例1の試料についての拡大写真を示す。従来技術１では厚み123μmの変質層が生じているのに対し、実施例１では変質層が生じていない。
【００４５】
図３に従来技術１および実施例１で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のEPMAによる元素分析結果を示す。従来技術１では123μmの範囲でコーティング/基材界面の拡散が起こり、変質層が生じているのに対し、実施例１では元素の拡散が全く生じていないことが、元素分析の結果からもわかる。
【００４６】
図４に実施例８および実施例１０で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真を示す。図５に実施例１１で得られた試料の同様なミクロ写真を示す。図４および図５から明らかなように、実施例８、１０および１１では、変質層が劇的に少なくなっていることがわかる。
【００４７】
図６に実施例２で得られた試料の1100℃×1Hサイクル酸化試験結果を基材に用いたNi基超合金と比較して示す。実施例２で得られた試料は、基材と比較して優れた耐酸化性を示し、耐酸化性と安定性を両立し、高温耐久性に格段に優れた耐熱部材であると言える。
【００４８】
表４、表５に、別のNi基超合金基材の組成、コーティング材の組成を示した。いずれも重量％で示している。表１に示したNi基超合金基材を含め、表４に示したNi基超合金基材に表５に示したコーティング材をコーティングし、1100℃×300H加熱保持後の変質層の厚みを測定した。その結果を表６に示した。
【００４９】
実施例１６−２３および３２、３３については、実施例１−１５と同様に、基材とコーティング材との拡散対を作製し、試験を行った。実施例２４−３１および参考例１−６については、次のようにして試料を作製し、試験した。真空中の一方向凝固法により各成分を有する基材の単結晶合金棒（φ10×130mm）を鋳造し、溶体化熱処理を行った後、表面をエメリー紙#600まで研磨した。得られた基材に対し、減圧プラズマ溶射法によりコーティング材を約50μmコーティングし、大気中1100℃で300H保持した。試験後、断面を電子顕微鏡（SEM）によりコーティング/基材界面の変質層の厚みを測定した。
【００５０】
【表４】
0004845140.tif 000005
【００５１】
【表５】
0004845140.tif 000006
【００５２】
【表６】
0004845140.tif 000007
【００５３】
表６から明らかなように、実施例では、既存のコーティング材をコーティングした参考例と比較して変質層の厚みが非常に少なくなっている。コーティング/基材界面の拡散が抑えられていることが確認される。
【００５４】
実施例２０で得られた試料の1100℃×300H加熱保持試験後のコーティング/基材界面のミクロ写真を図７に示す。
【図１】
0004845140.tif 000008
【図２】
0004845140.tif 000009
【図３】
0004845140.tif 000010
【図３−１】
0004845140.tif 000011
【図４】
0004845140.tif 000012
【図５】
0004845140.tif 000013
【図６】
0004845140.tif 000014
【図７】
0004845140.tif 000015