(57)【要約】【課題】耐熱部材にセラミックス材料からなる遮熱コーティング層を適用するにあたって、耐熱サイクル特性や耐エロージョン特性などを維持した上で、遮熱効果の向上を図る。【解決手段】耐熱合金やセラミックス部材からなる基材２と、この基材２上に順に被覆形成されたボンドコーティング層３および遮熱コーティング層４とを具備する耐熱部材１である。例えばセラミックス材料からなる遮熱コーティング層４は、基材２またはボンドコーティング層３の鉛直方向に対して鋭角を成す方向、具体的に１〜８０°の角度を成す方向に成長した柱状組織を有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材表面に被覆形成されたボンドコーティング層と、前記ボンドコーティング層上に形成された遮熱コーティング層とを具備する耐熱部材において、
前記遮熱コーティング層は、前記基材または前記ボンドコーティング層の鉛直方向に対して鋭角を成す方向に成長した柱状組織を有することを特徴とする耐熱部材。
【請求項２】
請求項１記載の耐熱部材において、
前記遮熱コーティング層の柱状組織は、前記鉛直方向に対して１〜８０°の角度を成す方向に成長していることを特徴とする耐熱部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の耐熱部材において、
前記遮熱コーティング層は、ジルコニア、ハフニア、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化チタン、および窒化アルミニウムから選ばれる少なくとも１種を主成分とするセラミックス材料からなることを特徴とする耐熱部材。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の耐熱部材において、
前記基材はＮｉ、ＣｏおよびＦｅから選ばれる少なくとも１種の元素を主成分とする耐熱合金またはセラミックス部材からなり、かつ前記ボンドコーティング層はＭ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金（ただし、ＭはＮｉ、ＣｏおよびＦｅから選ばれる少なくとも１種の元素を示す）からなることを特徴とする耐熱部材。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の耐熱部材において、
前記耐熱部材はタービンの動翼または静翼の構成材料であることを特徴とする耐熱部材。
【請求項６】
基材表面にボンドコーティング層を被覆形成する工程と、
前記ボンドコーティング層上に、前記基材または前記ボンドコーティング層の鉛直方向に対して鋭角を成す方向に柱状組織を成長させて遮熱コーティング層を形成する工程と
を具備することを特徴とする耐熱部材の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の耐熱部材の製造方法において、
前記遮熱コーティング層の柱状組織を形成する材料の蒸気または粒子の流束方向を、前記基材または前記ボンドコーティング層の鉛直方向に対して鋭角を成すようにして、前記柱状組織を成長させることを特徴とする耐熱部材の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の耐熱部材の製造方法において、
前記材料の蒸気または粒子の流束方向を、前記基材または前記ボンドコーティング層の鉛直方向に対して１０〜８０°の角度を成す方向に設定することを特徴とする耐熱部材の製造方法。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれか１項記載の耐熱部材の製造方法において、
前記遮熱コーティング層を電子ビームＰＶＤ法で形成することを特徴とする耐熱部材の製造方法。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれか１項記載の耐熱部材の製造方法において、
前記遮熱コーティング層は、ジルコニア、ハフニア、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化チタン、および窒化アルミニウムから選ばれる少なくとも１種を主成分とするセラミックス材料からなることを特徴とする耐熱部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温腐食性雰囲気や高温酸化性雰囲気などで使用される耐熱部材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発電用やエンジン用のガスタービンに代表される高温機器の高効率化や高性能化が精力的に進められている。このような高温機器の高性能化などを達成するための最も有効な手段としては、機器運転温度の高温化が挙げられる。そこで、機器構成材料には機器運転温度の高温化に対応するために、より一層の高温強度、耐食性、耐酸化性、並びに耐エロージョン性などが要求されている。
【０００３】
このような点に対して、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅなどをベースとする超合金単体の材料開発では材料特性の向上に限界があることから、発電用ガスタービンや航空機用ジェットエンジンなどの分野においては、超合金にＭ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金（Ｍ：Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ）などからなる耐食・耐酸化金属コーティングを施す技術が開発され、高温化を達成するために不可欠な技術として認知されている。また、さらなる高温環境下での使用を可能にするために、耐食・耐酸化金属コーティング層上に熱伝導率が低いセラミックス層を遮熱コーティング（ＴＢＣ）層として形成し、基材の冷却効率を高める技術が開発されている。
【０００４】
上述したような遮熱コーティング層は、既に応力負荷の低いタービン静翼などで実機への適用が進められている。遮熱コーティング層の形成材料には、ジルコニア、ハフニア、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化チタン、窒化アルミニウムなどのセラミックス材料を適用することができる。また、遮熱コーティング層を適用する場合、Ｍ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金などからなる耐食・耐酸化金属コーティング層は、基材とセラミックス材料との熱膨張差に起因する熱応力を緩和する役割も担っており、基材と遮熱コーティング層との間のボンドコーティング層としても機能するものである。
【０００５】
セラミックス材料からなる遮熱コーティング層を形成するにあたっては、プラズマ溶射法、高速ガス炎溶射（ＨＶＯＦ）法などの溶射法、ＰＶＤ（物理的蒸着）法、ＣＶＤ（化学的蒸着）法、スピンコーティング法などの各種の製膜法を適用することができる。特に、プラズマ溶射法は厚膜の形成が容易であると共に、被覆材料の選択の幅が広いことなどから、ガスタービンやジェットエンジンなどの動・静翼用の遮熱コーティングに使用されている。しかし、溶射法で形成した遮熱コーティング層は熱サイクルやエロージョンによって、特に層内部から剥離が生じやすく、また基材の曲率の小さな部位に均質な被膜が形成しにくいなどの問題を有している。
【０００６】
一方、耐熱サイクル性と耐エロージョン性を改善するための方法として、電子ビームＰＶＤ（ＥＢ−ＰＶＤ）法を適用することが検討されている。ＥＢ−ＰＶＤ法によれば、ボンドコーティング層との界面に対して垂直方向に成長する柱状組織を有するセラミックス層を得ることができる。このような柱状組織を有する遮熱コーティング層は、例えばクラックの界面に平行な方向への伝播を抑制することができ、またプラズマ溶射法などに比べて高硬度を有していることから、耐熱サイクル性や耐エロージョン性を高めることができる。
【０００７】
上述したようなプラズマ溶射法による層状のセラミックスの剥離を防止するために、複合酸化物からなる分散粒子をセラミックス層内部に分散配置させる技術も開発されている（例えば特許文献１参照）。また、プラズマ溶射法による層状のセラミックス層とＥＢ−ＰＶＤ法による柱状のセラミックス層とを耐熱部材の部位により使い分けた例もある（例えば特許文献２参照）。
【０００８】
しかしながら、ＥＢ−ＰＶＤ法による遮熱コーティング層は、熱伝導の障害となり得る柱状組織の界面や空隙を有しているにもかかわらず、これらは熱伝導方向と平行に存在することから、熱伝導の経路を稼ぐことができない。このために、ＥＢ−ＰＶＤ法による遮熱コーティング層の熱伝導率は、プラズマ溶射法などによる遮熱コーティング層に比べて２倍程度高く、遮熱コーティング本来の遮熱性に難点を有している。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２６４０８４号公報
【特許文献２】特開平９−１９５０６７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、遮熱コーティング層の形成方法としては、プラズマ溶射法などに比べて耐熱サイクル性や耐エロージョン性に優れたセラミックス層を得ることが可能なＥＢ−ＰＶＤ法が期待されている。しかしながら、従来のＥＢ−ＰＶＤ法では界面に対して垂直方向に成長する柱状組織構造に起因して、熱伝導の経路を稼ぐことができず、このために遮熱コーティング本来の遮熱性を十分に高めることができないという難点を有している。
【００１１】
このようなことから、発電用ガスタービンや航空機用ジェットエンジンの動・静翼などに用いられる高温機器用部品、いわゆる耐熱部品においては、それらの使用環境下で生じる問題、すなわち熱サイクルやエロージョンなどによる遮熱コーティング層の剥離を防止した上で、遮熱コーティング本来の特性である遮熱性を高めることが求められている。そして、このような遮熱コーティング層を適用することによって、機器運転温度の上昇による高効率化を図ると共に、長寿命化や高信頼性化を実現した耐熱部材の出現が強く望まれている。
【００１２】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、耐熱サイクル性や耐エロージョン性などを損なうことなく、遮熱コーティング層の遮熱性を向上させることによって、機器運転温度の上昇による高効率化、長寿命化、高信頼性化などを図った耐熱部材およびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の耐熱部材は、基材と、前記基材表面に被覆形成されたボンドコーティング層と、前記ボンドコーティング層上に形成された遮熱コーティング層とを具備する耐熱部材において、前記遮熱コーティング層は前記基材または前記ボンドコーティング層の鉛直方向に対して鋭角を成す方向に成長した柱状組織を有することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の耐熱部材の製造方法は、基材表面にボンドコーティング層を被覆形成する工程と、前記ボンドコーティング層上に、前記基材または前記ボンドコーティング層の鉛直方向に対して鋭角を成す方向に柱状組織を成長させて遮熱コーティング層を形成する工程とを具備することを特徴としている。
【００１５】
本発明の耐熱部材においては、柱状組織を有する遮熱コーティング層を適用し、その上で柱状組織を基材またはボンドコーティング層の鉛直方向に対して鋭角を成す方向に成長させている。このような柱状組織の成長方向を有する遮熱コーティング層では、柱状組織の界面や空隙が熱伝導方向に対して角度を持って配置されることから、これら柱状組織の界面や空隙を熱伝導の障害として有効に利用することができる。従って、柱状組織を有する遮熱コーティング層の熱伝導経路を稼ぐことができ、これによって遮熱性を高めることが可能となる。その上で、柱状組織を有する遮熱コーティング層は耐熱サイクル性や耐エロージョン性などに優れることから、耐熱温度の向上、長寿命化、高信頼性化などを図った耐熱部材を提供することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による耐熱部材の概略構造を示す断面図である。同図に示す耐熱部材１は、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅから選ばれる少なくとも１種の元素を主成分とする耐熱合金、あるいはセラミックス部材からなる基材２を有している。基材２の構成材料には、使用用途などに応じて各種公知の耐熱合金、もしくはセラミックス部材を適宜選択して使用することができる。
【００１７】
耐熱部材１の基材２に有効な耐熱合金としては、例えばＩＮ７３８、ＩＮ９３９、Ｍａｒ−Ｍ２４７、ＲＥＮＥ８０、ＣＭＳＸ−２、ＣＭＳＸ−４などのＮｉ基超合金、ＦＳＸ−４１４、Ｍａｒ−Ｍ５０９などのＣｏ基超合金などが挙げられる。また、基材２にセラミックス部材を適用する場合には、炭化ケイ素焼結体、窒化ケイ素焼結体、サイアロン焼結体、ジルコニア焼結体などを使用することができる。
【００１８】
上記した基材２の表面には、ボンドコーティング層３が被覆形成されている。ボンドコーティング層３は、耐食・耐酸化性に優れると共に、基材２と後述する遮熱コーティング層４との中間の熱膨張係数を有するＭ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金（ＭはＮｉ、ＣｏおよびＦｅから選ばれる少なくとも１種の元素を示す）で形成することが好ましい。ボンドコーティング層３の厚さは１０〜５００μｍの範囲から用途に応じて適宜選択することができる。例えば、ガスタービン翼部では５０〜３００μｍ程度が、酸化寿命や基材２／遮熱コーティング層４間の応力緩和効果などの観点から適当である。
【００１９】
Ｍ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金からなるボンドコーティング層３は、耐食・耐酸化性を保証すると同時に、基材２／遮熱コーティング層４間の熱膨張差に起因する熱応力の緩和を図るものである。従って、これらの性能を総合的に考慮して、一般的には０．１〜２０質量％のＡｌ、１０〜３５質量％のＣｒ、０．１〜５質量％のＹを含み、残部がＮｉ、ＣｏおよびＦｅから選ばれる少なくとも１種（特にＮｉおよびＣｏから選ばれる少なくとも１種）のＭ元素から実質的になる組成を有するＭ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金を適用することが好ましい。また、用途によってはＭ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金にＴｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗなどの１種または２種以上を５質量％以下の範囲で添加してもよい。ここでは、これらの添加元素を含有する合金を含めてＭ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金と呼ぶものとする。
【００２０】
ボンドコーティング層３は、プラズマ溶射法、高速ガス炎溶射（ＨＶＯＦ）法、ＰＶＤ（物理的蒸着）法、ＣＶＤ（化学的蒸着）法などの成膜方法を適用して形成することができる。例えば、プラズマ溶射法の一種で、減圧雰囲気中で溶射プロセスを行う減圧プラズマ溶射法によれば、成膜時のボンドコーティング層３の酸化を抑制して、優れた耐酸化性を付与することができる。このように、減圧プラズマ溶射法はボンドコーティング層３の形成方法として好適である。
【００２１】
上述したボンドコーティング層３上には、遮熱コーティング層４が被覆形成されている。遮熱コーティング層４は、例えば耐熱性に優れると共に、金属材料などに比べて熱伝導性が低いセラミックス材料からなるものである。このような遮熱コーティング層４の厚さは用途に応じて、例えば５０〜３０００μｍの範囲から適宜選択される。例えば、耐熱部材１をガスタービン翼部などに適用する場合には１００〜３００μｍの範囲とすることが好ましい。
【００２２】
遮熱コーティング層４の形成材料としては、ジルコニア、ハフニア、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化チタン、窒化アルミニウムなどのセラミックス材料を使用することができる。これらのうちでも、特に熱伝導率が低く、かつ熱膨張係数が大きくて比較的金属に近いことから、ジルコニア（ＺｒＯ２）やハフニア（ＨｆＯ２）を適用することが好ましい。ジルコニアやハフニアは相変化を抑制するための安定化剤として、イットリア、カルシア、マグネシアなどを含有するものがより好ましく用いられる。
【００２３】
上述したようなセラミックス材料からなる遮熱コーティング層４は、図２に拡大して示すように柱状組織５を有している。そして、遮熱コーティング層４を構成する柱状組織５は、基材２またはボンドコーティング層３の鉛直方向ａ（基材２またはボンドコーティング層３の表面に対して垂直な方向）に対する角度αが鋭角を成す方向ｂに成長している。このような柱状組織５で構成された遮熱コーティング層４は、例えば電子ビームＰＶＤ（ＥＢ−ＰＶＤ）法を適用することにより再現性よく得ることができるが、成膜条件により柱状組織を制御することが可能であれば他の成膜法、例えばＣＶＤ法やＥＢ−ＰＶＤ法以外のＰＶＤ法などを適用して形成してもよい。
【００２４】
基材２またはボンドコーティング層３の鉛直方向ａに対する角度αが鋭角を成す方向ｂに成長させた柱状組織５を有する遮熱コーティング層４においては、柱状組織５の界面５ａや空隙５ｂなどが熱伝導方向、すなわち遮熱コーティング層４の表面から基材２への最短経路となる方向に対して角度を持って配置される。従って、これら柱状組織５の界面５ａや空隙５ｂなどが熱伝導の障害となり、遮熱コーティング層４の熱伝導経路を稼ぐことができる。これによって、柱状組織５を有する遮熱コーティング層４による遮熱効果を高めることが可能となる。言い換えると、遮熱コーティング層４の熱伝導性を低下させることができる。
【００２５】
基材２またはボンドコーティング層３の鉛直方向ａと遮熱コーティング層４の柱状組織５の成長方向ｂとの成す角度αは、具体的には１〜８０°の範囲に設定することが好ましい。柱状組織５の成長角度αが１°未満の場合には、熱伝導の障害となり得る柱状組織５の界面５ａや空隙５ｂなどが熱伝導方向とほぼ平行になり、熱伝導の経路を稼ぐことができない。従って、遮熱コーティング層４の遮熱効果を十分に高めることができない。一方、柱状組織５の成長角度αが８０°を超えると、実際の製造工程で遮熱コーティング層４の形成が困難となる。
【００２６】
これらのことから、柱状組織５の成長角度αを１〜８０°の範囲にすることによって、遮熱コーティング層４による遮熱効果を再現性よくかつ実用的に高めることが可能となる。柱状組織５の成長角度αは２０〜７０°の範囲とすることがより好ましく、さらには３０〜６０°の範囲とすることが望ましい。なお、遮熱コーティング層４を構成する柱状組織５の成長角度α（基材２またはボンドコーティング層３の鉛直方向ａと柱状組織５の成長方向ｂとの成す角度α）は、例えば遮熱コーティング層４の任意の断面を鏡面仕上げした後、光学顕微鏡（金属顕微鏡）または電子顕微鏡を用いて組織観察を行うことにより求めることができる。
【００２７】
その上で、柱状組織５を有する遮熱コーティング層４は、ボンドコーティング層３との界面に平行な方向へのクラックの伝播を抑制することができ、また柱状組織５や成膜法などに基づいて比較的高硬度を有している。これらによって、遮熱コーティング層４の耐熱サイクル性や耐エロージョン性を高めることができる。すなわち、耐熱サイクル性や耐エロージョン性などに優れ、かつ遮熱効果を向上させた遮熱コーティング層４を得ることができる。このような遮熱コーティング層４を適用することによって、耐熱温度の向上や高信頼性化などを図ると共に、長寿命化を達成した耐熱部材１を提供することが可能となる。
【００２８】
次に、上述したような構成を有する耐熱部材１の製造工程について、図３を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示すように、耐熱合金やセラミックス部材などからなる基材２の表面に、例えばＭ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金からなるボンドコーティング層３を被覆形成する。ボンドコーティング層３は、前述したようにプラズマ溶射法、ＨＶＯＦ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などの成膜方法を適用して形成することができる。
【００２９】
このようなボンドコーティング層３上に、例えばＥＢ−ＰＶＤ法で遮熱コーティング層４を形成する。この際、図３（ｂ）に示すように、遮熱コーティング層４の柱状組織を形成する材料の蒸気あるいは粒子の流束方向ｃを、基材２またはボンドコーティング層３の鉛直方向ａに対する角度βが鋭角を成すようにして、遮熱コーティング層４の形成する。この遮熱コーティング層４の材料流束方向ｃの鉛直方向ａに対する角度（材料流束角度）βは、具体的には１０〜８０°の範囲に設定することが好ましい。
【００３０】
材料流束角度βが１０°未満の場合には、柱状組織５の成長過程において、柱状組織５の成長方向ｂを基材２またはボンドコーティング層３の鉛直方向ａに対して角度を付けることができず、柱状組織５の成長角度αがほぼ０°になってしまう。これでは熱伝導の障害となり得る柱状組織５の界面や空隙が熱伝導方向とほぼ平行になり、熱伝導経路を稼ぐことができない。一方、材料流束角度βが８０°を超えると、実際の遮熱コーティング層４の製造工程において、柱状組織５を有する遮熱コーティング層４の形成が困難となる。
【００３１】
これらのことから、遮熱コーティング層４の材料流束方向ｃの鉛直方向ａに対する角度βは１０〜８０°の範囲に設定することが好ましく、これによって遮熱効果を向上させた遮熱コーティング層４を再現性よく得ることができる。材料流束角度βは２０〜７０°の範囲に設定することがより好ましく、さらには３０〜６０°の範囲に設定することが望ましい。ここで、ＥＢ−ＰＶＤ法においては、例えば材料流束方向ｃに対して鉛直方向ａが所定の角度βを成すように、予め基材２を傾斜させたり、また希ガスや不活性ガスなどのガス流により材料流束方向ｃを制御することによって、形成材料の流束方向ｃと基材２またはボンドコーティング層３の鉛直方向ａとの成す角度βを鋭角にすることができる。
【００３２】
上述したような遮熱コーティング層４の形成工程を適用することによって、図３（ｃ）に示すように、基材２またはボンドコーティング層３の鉛直方向ａと柱状組織の成長方向ｂとの成す角度αを鋭角、より具体的には１〜８０°の範囲とした遮熱コーティング層４が得られる。このような遮熱コーティング層４を有する耐熱部材１は、耐熱温度の向上に基づく機器運転温度の上昇による高効率化、さらには高信頼性化や長寿命化などを実現可能にしたものである。
【００３３】
このような遮熱コーティング層４を有する耐熱部材１は、発電用やエンジン用のガスタービンなどに代表される高温機器の構成材料、より具体的には発電用ガスタービンや航空機用ジェットエンジンなどの動翼や静翼に好適に用いられるものである。ただし、本発明の耐熱部材はガスタービンの動・静翼の構成材料に限られるものではなく、各種高温機器の構成材料に適用することが可能である。
【００３４】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について説明する。
【００３５】
実施例１
基材としてＮｉ基超合金ＣＭＳＸ−２を用意し、これを３０×３０×３ｍｍの寸法に加工した。このＮｉ基超合金板材の表面に、厚さ１００μｍのＮｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金からなるボンドコーティング層をプラズマ溶射法で形成した。次いで、このボンドコーティング層上にイットリアで安定化したジルコニアからなる遮熱コーティング層をＥＢ−ＰＶＤ法で形成した。
【００３６】
安定化ジルコニアからなる遮熱コーティング層の形成にあたって、ＥＢ−ＰＶＤ装置中で基材の傾斜角を制御することによって、ジルコニア蒸気もしくは粒子の流束方向がボンドコーティング層の鉛直方向に対して４５°となるように設定した。このような条件下で、厚さ２００μｍの遮熱コーティング層（安定化ジルコニア層）を形成した。
【００３７】
このようにして得た耐熱部材について、遮熱コーティング層の任意の断面を鏡面仕上げした後、電子顕微鏡を用いて組織観察を行ったところ、遮熱コーティング層はジルコニア結晶の柱状組織により構成されており、かつこのジルコニア結晶の柱状組織の成長方向とボンドコーティング層の鉛直方向との成す角度は約４５°であることが確認された。また、本発明との比較例として、ジルコニアの柱状組織をボンドコーティング層の鉛直方向に成長させた遮熱コーティング層（柱状組織の成長方向と鉛直方向との成す角度が０°の遮熱コーティング層）を形成し、この遮熱コーティング層についても熱伝導率を測定した。
【００３８】
上記した実施例１および比較例１の耐熱部材の遮熱効果を確認するために、遮熱コーティング層の熱伝導率をそれぞれ測定した。その結果、比較例１の遮熱コーティング層の熱伝導率は約１．７Ｗ／ｍ  Ｋであったのに対して、実施例１では遮熱コーティング層の熱伝導率が約１．２Ｗ／ｍ  Ｋと比較例１の約７０％まで低下していた。さらに、実施例１と比較例１の耐熱部材をそれぞれ熱サイクル試験に供したところ、同等の熱サイクル特性を示すことが確認された。
【００３９】
実施例２
基材としてＮｉ基超合金ＩＮ−７３８を用意し、これを３０×３０×３ｍｍの寸法に加工した。このＮｉ基超合金板材の表面に、厚さ１００μｍのＮｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金からなるボンドコーティング層をプラズマ溶射法で形成した。次いで、このボンドコーティング層上にイットリアで安定化したハフニアからなる遮熱コーティング層をＥＢ−ＰＶＤ法で形成した。
【００４０】
安定化ハフニアからなる遮熱コーティング層の形成にあたって、ＥＢ−ＰＶＤ法装置中でハフニア蒸気もしくは粒子の流束方向をアルゴンガスのガス流により制御することによって、ハフニア蒸気もしくは粒子の流束方向がボンドコーティング層の鉛直方向に対して４５°となるように設定した。このような条件下で、厚さ２００μｍの遮熱コーティング層（安定化ハフニア層）を形成した。
【００４１】
このようにして得た耐熱部材について、遮熱コーティング層の任意の断面を鏡面仕上げした後、電子顕微鏡を用いて組織観察を行ったところ、遮熱コーティング層はハフニア結晶の柱状組織により構成されており、かつこのハフニア結晶の柱状組織の成長方向とボンドコーティング層の鉛直方向との成す角度は約４５°であることが確認された。また、本発明との比較例として、ハフニアの柱状組織をボンドコーティング層の鉛直方向に成長させた遮熱コーティング層を形成し、この遮熱コーティング層についても熱伝導率を測定した。
【００４２】
上記した実施例２および比較例２の耐熱部材の遮熱効果を確認するために、遮熱コーティング層の熱伝導率をそれぞれ測定した。その結果、比較例２の遮熱コーティング層の熱伝導率は約１．７Ｗ／ｍ  Ｋであったのに対して、実施例２では遮熱コーティング層の熱伝導率が約１．３Ｗ／ｍ  Ｋと比較例１の約７５％まで低下していた。さらに、実施例２と比較例２の耐熱部材をそれぞれ熱サイクル試験に供したところ、同等の熱サイクル特性を示すことが確認された。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば遮熱コーティング層の遮熱効果を高めた耐熱部材を提供することができる。従って、ガスタービンやジェットエンジンなどの高温部に適用される耐熱部材の耐熱温度の向上、それに基づく機器運転温度の上昇による高効率化、高信頼性化、長寿命化などを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による耐熱部材の要部構造を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す耐熱部材の遮熱コーティング層の微構造を拡大して示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態による耐熱部材の製造工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１……耐熱部材，２……基材，３……ボンドコーティング層，４……遮熱コーティング層，５……柱状組織
【図１】
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【図２】
2005042144.tif 000004
【図３】
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