(57)【要約】ＭＣｒＡｌＸ相及びアルミニウム濃縮相を含む高温ガスタービン構成部品のための被覆は、該構成部品の酸化及び亀裂に対する抵抗性を有意に増加し、それによりそれらの有用寿命を増加し、稼働費用を低減させる。該アルミニウム濃縮相はＭＣｒＡｌＸ合金中のアルミニウム濃度よりも高い濃度でアルミニウムを含み且つアルミニウム拡散阻止組成物を含む。このアルミニウム拡散阻止組成物には、コバルト、ニッケル、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ロジウム、カドミウム、インジウム、セリウム、鉄、クロム、タンタル、珪素、ホウ素、炭素、チタン、タングステン、レニウム、白金、及びこれらの組み合わせが含まれ、とりわけニッケル及び／又はレニウムが好ましい。該アルミニウム濃縮相はアルミニウムを含むコアとアルミニウム拡散阻止組成物を含む殻とを有する粒状アルミニウム複合物から誘導されうる。
2004518820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＣｒＡｌＸ合金中のアルミニウム濃度よりも高い濃度でアルミニウムを含むアルミニウム濃縮相であるＭＣｒＡｌＸ相、及び
アルミニウム拡散阻止相、
を含む高温被覆組成物であって、
Ｍがニッケル、コバルト、鉄、又はこれらの組み合わせであり、且つ、Ｘがイットリウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、レニウム、ロジウム、カドミウム、インジウム、チタン、ニオブ、珪素、ホウ素、炭素、ジルコニウム、セリウム、白金、又はこれらの組み合わせである高温被覆組成物。
【請求項２】
該アルミニウム濃縮相がさらにＭを含むものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項３】
該アルミニウム拡散阻止相が、コバルト、ニッケル、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ロジウム、カドミウム、インジウム、セリウム、鉄、クロム、タンタル、珪素、ホウ素、炭素、チタン、タングステン、レニウム、白金、ハフニウム、ランタン、オスミウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、スカンジウム、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも一つの金属を含むものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項４】
該アルミニウム拡散阻止相がレニウムを含むものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項５】
該アルミニウム拡散阻止相がニッケルを含むものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項６】
該アルミニウム拡散阻止相がニッケル及びレニウムの組み合わせを含むものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項７】
該少なくとも一つのアルミニウム拡散阻止相が１０〜９０重量％のニッケル及び９０〜１０重量％のレニウムを含むものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項８】
該少なくとも一つのアルミニウム拡散阻止相が４０〜６０重量％のニッケル及び６０〜４０重量％のレニウムを含むものである、請求項１記載の高温被覆組成物組成物。
【請求項９】
該ＭＣｒＡｌＸ相の量が５０〜９５重量部の範囲にあり、且つ、該アルミニウム濃縮相の量が５〜５０重量部の範囲にあるものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項１０】
該ＭＣｒＡｌＸ相の量が７０〜９０重量部の範囲にあり、且つ、該アルミニウム濃縮相の量が１０〜３０重量部の範囲にあるものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項１１】
該ＭＣｒＡｌＸ相の量が８５〜９０重量部の範囲にあり、且つ、該アルミニウム濃縮相の量が１０〜１５重量部の範囲にあるものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項１２】
該ＭＣｒＡｌＸ相が１０重量％未満のアルミニウムを含み、且つ該アルミニウム濃縮相が少なくとも１５重量％のアルミニウムを含むものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項１３】
該アルミニウム濃縮相が少なくとも４０重量％のアルミニウムを含むものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項１４】
該アルミニウム濃縮相が３０重量％のニッケル、２０重量％のレニウム及び５０重量％のアルミニウムを含むものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項１５】
該アルミニウム濃縮相が、
金属アルミニウムを含むコア、及び
少なくとも一つのアルミニウム拡散阻止金属を含む殻、
を含む粒状アルミニウム複合物から誘導されるものである、請求項１記載の高温被覆組成物。
【請求項１６】
該コアが少なくとも１５重量％のアルミニウムを含むものである、請求項１５記載の高温被覆組成物。
【請求項１７】
該コアが少なくとも４０重量％のアルミニウムを含むものである、請求項１５記載の高温被覆組成物。
【請求項１８】
該殻がコバルト、ニッケル、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ロジウム、カドミウム、インジウム、セリウム、鉄、クロム、タンタル、珪素、ホウ素、炭素、チタン、タングステン、レニウム、白金、ハフニウム、ランタン、オスミウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、スカンジウム、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも一つの金属を含むものである、請求項１５記載の高温被覆組成物。
【請求項１９】
該殻がニッケル、レニウム、又はこれらの組み合わせを含むものである、請求項１５記載の高温被覆組成物。
【請求項２０】
該殻がニッケルを含むものである、請求項１５記載の高温被覆組成物。
【請求項２１】
該殻がレニウムを含むものである、請求項１５記載の高温被覆組成物。
【請求項２２】
該殻がニッケルとレニウムの組み合わせを含むものである、請求項１５記載の高温被覆組成物。
【請求項２３】
該殻が第１の内層及び第２の外層を含むものである、請求項１５記載の高温被覆組成物。
【請求項２４】
該第１内層がレニウムを含み且つ該第２外層がニッケルを含むものである、請求項２３記載の高温被覆組成物。
【請求項２５】
該殻が
１０〜９０重量部のニッケル、及び
９０〜１０重量部のレニウム、
を含むものである、請求項１５記載の高温被覆組成物。
【請求項２６】
該殻が
４０〜６０重量部のニッケル、及び
６０〜４０重量部のレニウム、
を含むものである、請求項１５記載の高温被覆組成物。
【請求項２７】
金属アルミニウムを含むコア、及び
少なくとも一つのアルミニウム拡散阻止金属を含む殻、
を含む粒状アルミニウム複合物であって、該コアから該粒子の外部表面へのアルミニウムの拡散速度が低く抑えられているものである複合物。
【請求項２８】
２０〜９５重量部のコア、及び
５〜８０重量部の殻
を含む、請求項２７記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項２９】
約４０〜６０重量部のコア、及び
約６０〜４０重量部の殻、
を含む、請求項２７記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項３０】
該コアが少なくとも１５重量％のアルミニウムを含むものである、請求項２７記載のアルミニウム濃縮相。
【請求項３１】
該コアが少なくとも４０重量％のアルミニウムを含むものである、請求項２７記載の高温被覆物。
【請求項３２】
該殻がコバルト、ニッケル、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ロジウム、カドミウム、インジウム、セリウム、鉄、クロム、タンタル、珪素、ホウ素、炭素、チタン、タングステン、レニウム、白金、ハフニウム、ランタン、オスミウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、スカンジウム、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも一つの金属を含むものである、請求項２７記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項３３】
該殻がニッケル、レニウム、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも一つの金属を含むものである、請求項３１記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項３４】
該殻がニッケルを含むものである、請求項３２記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項３５】
該殻がレニウムを含むものである、請求項３２記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項３６】
該殻がニッケルとレニウムの組み合わせを含むものである、請求項３２記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項３７】
該コアが１００重量％のアルミニウムを含むものである、請求項２７記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項３８】
該殻が第１の内層及び第２の外層を含むものである、請求項２７記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項３９】
該第１の内層がレニウムを含むものであり、且つ該第２の外層がニッケルを含むものである、請求項３８記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項４０】
該殻が
１０〜９０重量部のニッケル、及び
９０〜１０重量部のレニウム、
を含むものである、請求項３３記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項４１】
該殻が
４０〜６０重量部のニッケル、及び
６０〜４０重量部のレニウム
を含むものである、請求項３３記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項４２】
全体で３０重量％のニッケル、２０重量％のレニウム及び５０重量％のアルミニウムを含むものである請求項２７記載の粒状アルミニウム複合物。
【請求項４３】
高温被覆組成物、及び
超合金基板
を含む亀裂抵抗性ガスタービン構成部品であって、
該高温被覆組成物が
ＭＣｒＡｌＸ相、
該ＭＣｒＡｌＸ合金内のアルミニウム濃度よりも高い濃度でアルミニウムを含むアルミニウム濃縮相、及び
アルミニウム拡散阻止相、
を含むものであり、
Ｍが鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの組み合わせであり、且つ、
Ｘがイットリウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、レニウム、ロジウム、カドミウム、インジウム、チタン、ニオブ、珪素、ホウ素、炭素、ジルコニウム、セリウム、白金、又はこれらの組み合わせであるガスタービン構成部品。
【請求項４４】
全体で２５〜１００重量％のＭ、５〜５５重量％のアルミニウム、及び０．０２５〜３６重量％のレニウムを含む、請求項１記載の高温被覆組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願に対する交差参照
本出願は２００１年２月１６日出願の米国仮出願番号６０／２６９，６８５号に基づく優先権を主張する。
【０００２】
連邦助成研究に基づく権利についての陳述
本発明は米国エネルギー省からグラントＮｏ．ＤＥ−ＰＳ３６−００ＧＯ１０５１８ による支援の下でなされたものである。米国連邦政府は本発明について権利を有する。
【０００３】
発明の分野
本発明は超合金基板の複合物ＭＣｒＡｌＸによる被覆に関する。
【０００４】
発明の背景
タービン製造業者は腐食や酸化に対するタービンの高温部分構成部品を保護するためＭＣｒＡｌＸ被覆を長年用いてきた。（Ｍは鉄、コバルト、ニッケル又はこれらの組み合わせであり、Ｘはイットリウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、レニウム、ロジウム、カドミウム、インジウム、チタン、ニオブ、珪素、ホウ素、炭素、ジルコニウム、セリウム、白金、又はこれらの組み合わせである。）稼働温度が上がるにつれタービン効率が増加するので、極めて高い点火温度で稼働することが望ましい。これらの極端に高い点火温度を受ける適用については、被覆の保護を増強するためより多くのアルミニウムが添加される。しかしながら、アルミニウム濃度が１０〜１３重量％を超えると、このＭＣｒＡｌＸ被覆は割れ易くなる傾向があり、しばしば基板から被覆が裂ける原因となる。薄層の裂けによる被覆の失敗を阻止しながら酸化耐性のために利用可能なアルミニウムの量を増加させるため、１０重量％以下のアルミニウムを含むＭＣｒＡｌＸ被覆の上に２５〜３５重量％のアルミニウムを含むアルミナイド（ａｌｕｍｉｎｉｄｅ）層を保護のために適用するのが通常の実務となってきた。不幸にも、アルミナイド層それ自体が割れや亀裂を受け、われ易いアルミナイド層中に形成された亀裂は下層のＭＣｒＡｌＸ層を透過しそして基板に達し、該構成部品の寿命を短くする。
【０００５】
従って、必要なものは、被覆内のアルミニウムの適当な量の存在によって与えられる必要な酸化耐性をなお保持しながら亀裂の進行を最小にする変形能を有する被覆である。
【０００６】
発明の概要
超合金基板の上への本発明の複合物被覆の使用はそれから作られた部品の性能を有意に改良することができるということが意外にも発見された。これらの複合物ＭＣｒＡｌＸ被覆は所望の変形能を保持しながら高濃度のアルミニウムを有するように設計される。これらの被覆はＭＣｒＡｌＸ相、及びＭＣｒＡｌＸ相のアルミニウム濃度よりも高いアルミニウム濃度を有するアルミニウム濃縮相を含み、そしてアルミニウム拡散阻止組成物を含む。該アルミニウム濃縮相は酸化によりアルミニウムが失われるのとほぼ同じ速度で該被覆にアルミニウムを供給し、該被覆のＭＣｒＡｌＸ相中のアルミニウムの濃度を顕著に増加若しくは減少させることがない。この結果は、割れ易さを増加させることのない優れた酸化耐性である。
【０００７】
さらに、そして多くのガスタービン構成部品に現在適用されているアルミニウム処理されたＭＣｒＡｌＸ被覆の適用のための２工程プロセスとは対照的に、本発明の被覆を適用するための１工程プロセスはプロセスの時間及び費用を節約させる結果となる。例えば、該２工程プロセスの費用は、大きな産業用ガスタービンバケットに適用するときは、第１工程バケット当たり ＄ ２，５００、又は ９２ 第１工程バケットの一組に対しては ＄ ２３０，０００．００ と見積もられる。本発明の被覆はアルミニウム処理工程を必要としないから、製造費用は半分に低減され、即ち、バケット当たりほぼ ＄１，２５０ 又は組当たり ＄ １１５，０００まで低減される。高価なニッケル系の超合金から作られる第１工程バケットの疲労寿命が２倍になることによりさらなる節約が実現されうる。全体としてこれらの節約は稼働効率における４．２５％と等価であると見積もられる。
【０００８】
アルミニウム処理工程の排除は環境に対する利点をも生ずる。パック・セメンテーション・アルミニウム処理又は「アバブ・ザ・バック」アルミニウム処理プロセスの実施のそれぞれは、ＥＰＡにより規制されている水溶性物質である６価クロムを１〜２％含む数百ポンドの廃棄粉末を生ずる。比較すると、本発明の被覆はＥＰＡの規制の対象でない物質を用い、アルミニウム処理プロセス無しで適用される。
【０００９】
従って、一つの側面で、本発明はＭＣｒＡｌＸ相及びアルミニウム濃縮相を含む高温被覆であって、ＭＣｒＡｌＸ相の量が５０〜９０重量部であり、且つ、アルミニウム濃縮相の量が１０〜５０重量部である高温被覆、とりわけ、ＭＣｒＡｌＸ相の量が７０〜９０重量部であり、且つ、アルミニウム濃縮相の量が１０〜３０重量部である高温被覆、より具体的にはＭＣｒＡｌＸ相の量が８５〜９０重量部であり、且つ、アルミニウム濃縮相の量が１０〜１５重量部である高温被覆に関する。本発明の文脈では、記載された数値は、任意の低い値と任意の高い値の間に少なくとも２単位の隔たりがあることを条件として、１単位の増加で低い値から高い値までの全ての値を含む。１例として、構成部品の量又は例えば、温度、圧力、時間などのプロセス変数の値が、例えば、１から９０まで、好ましくは２０から８０まで、より好ましくは３０から７０までと述べられる場合、１５〜８５、２２〜６８、４３〜５１、３０〜３２等などの値が本明細書中で明示的に数え挙げられたことを意味する。１より小さい値については、１単位は ０．０００１ 、０．００１ 、０．０１又は０．１ であると適当に解釈される。これらは、具体的に意図されるものの例に過ぎず、示された該最低の値と該最高の値の間の数値の全ての可能な組み合わせは同様に本出願で明示的に述べられていると考えるべきである。
【００１０】
別の一側面では、本発明は、アルミニウムを含むコアとアルミニウム拡散阻止組成物を含む殻であって、これにより該コアから粒子の外部表面へのアルミニウムの拡散速度が低減されるものである殻とを含む粒状アルミニウム複合物に関する。該コアの量は２０〜９５重量部の範囲であり、且つ、該殻の量は５〜８０重量部の範囲である。
【００１１】
さらに別の一側面では、本発明は本発明の高温被覆組成物及び超合金基板を含む亀裂耐性ガスタービン構成部品に関する。
【００１２】
発明の詳細な説明
本発明の高温被覆組成物はＭＣｒＡｌＸ相及びアルミニウムの拡散を阻止する組成物を含むアルミニウム濃縮相を含む。Ｍはニッケル、コバルト、鉄又はそれらの組み合わせであり、且つ、Ｘはイットリウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、レニウム、ロジウム、カドミウム、インジウム、チタン、ニオブ、珪素、ホウ素、炭素、ジルコニウム、セリウム、白金、又はそれらの組み合わせである。これは図１に図式的に示されている。アルミニウム濃縮相のアルミニウム濃度はＭＣｒＡｌＸ相におけるアルミニウム濃度よりも高い。このＭＣｒＡｌＸ相は通常連続相であり、そしてアルミニウム濃縮相がその中に分散している。ＭＣｒＡｌＸ合金は当分野で知られている。該被覆中のＭＣｒＡｌＸ相のアルミニウムの量は通常６〜１４％の範囲にある。該被覆中のＭＣｒＡｌＸ相の量は、５０〜９０重量％、とりわけ７０〜９０重量％、そしてさらに具体的には８５〜９０重量％の範囲にある。
【００１３】
該被覆は、１０〜５０重量％、とりわけ１０〜３０重量％、さらに具体的には１０〜１５重量％の量でアルミニウム濃縮相を含む。このアルミニウム濃縮相は、ＭＣｒＡｌＸ相にアルミニウムを供給するため、ＭＣｒＡｌＸ相における濃度よりも高い濃度でアルミニウムを含んでいる。例えば、ＭＣｒＡｌＸ相が６〜１４重量％のアルミニウムを含む場合は、アルミニウム濃縮相は通常少なくとも１５重量％のアルミニウムを含んでいる。アルミニウムの量は、アルミニウム濃縮相の約８０重量％までは、述べられた最小値よりも高くてもよい。アルミニウム濃縮相に含まれるアルミニウムの最大量はその中に含まれる拡散阻止組成物の量により制限される。
【００１４】
該アルミニウム濃縮相は拡散阻止組成物をも含み、そしてさらにＭＣｒＡｌＸ相の一次元素であるＭ（ニッケル、コバルト、又は鉄、又はそれらの組み合わせ）を含んでもよい。該拡散阻止組成物はコバルト、ニッケル、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ロジウム、カドミウム、インジウム、セリウム、鉄、クロム、タンタル、珪素、ホウ素、炭素、チタン、タングステン、レニウム、白金、及びこれらの組み合わせを含む。とりわけ、該拡散阻止組成物はレニウム、ニッケル、又はニッケル及びレニウムの組み合わせを含んでもよい。しかしながら、該拡散阻止組成物がニッケルである場合、該アルミニウム濃縮相はＮｉＡｌ又はＣｏＡｌ又は他の堅いがもろい合金相、又はそれらの混合物であってはならないことに注意すべきである。何故なら、このような組成物中では亀裂が容易に起こるからである。さらに、アルミニウム濃縮相はアルミニウムの急速な拡散を促進し又はその速度を増加させる、ＮｉＡｌ又はＮｉＡｌとＮｉ２ Ａｌ３ などの拡散促進組成物との混合物からなる組成物などの組成物の有効量を含むべきではない。アルミニウム濃縮相における拡散阻止組成物の量は５〜８０％、とりわけ４０〜６０％の範囲にある。該アルミニウム濃縮相における拡散阻止組成物の量はその中に含まれるアルミニウムの量により制限され、通常約８５％よりも少ない。望ましい場合は、該アルミニウム濃縮相は、ニッケル、コバルト、鉄、クロム、珪素、レニウム、白金、パラジウム、ジルコニウム、マンガン、タングステン、チタン、モリブデン、ロジウム、カドミウム、インジウム、ホウ素、炭素、ニオブ、ハフニウム、タンタル、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムをさらに含んでもよい。
【００１５】
一つの実施態様では、該アルミニウム濃縮相はアルミニウムを含むコア及びアルミニウム拡散阻止組成物を含む殻を有する粒状アルミニウム複合物から誘導される。このようなアルミニウム濃縮相を含む被覆は図２に図式的に示される。この図は該粒子を球状として描いているが、本発明の該被覆組成物は該アルミニウム濃縮相に関しては如何なる特定の形状にも限定されない。該粒子は２０〜９５重量部のコア及び５〜８０重量部の殻、とりわけ４０〜６０重量部のコア及び６０〜４０重量部の殻を含む。このコアはＭＣｒＡｌＸ相のレベル若しくは濃度よりも高いレベル若しくは濃度でアルミニウムを含み、通常少なくとも１５％、そして１００％であってもよい。望ましい場合、該コアはニッケル、コバルト、鉄、クロム、珪素、レニウム、白金、パラジウム、ジルコニウム、マンガン、タングステン、チタン、モリブデン、ロジウム、カドミウム、インジウム、ホウ素、炭素、ニオブ、ハフニウム、タンタル、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムをさらに含んでもよい。
【００１６】
該殻はアルミニウム拡散阻止組成物を含む。このアルミニウム拡散阻止組成物は、コバルト、ニッケル、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ロジウム、カドミウム、インジウム、セリウム、鉄、クロム、タンタル、珪素、ホウ素、炭素、チタン、タングステン、レニウム、白金及びこれらの組み合わせでありうる。とりわけ、該殻はニッケル又はレニウム又はこれらの組み合わせを含みうる。望ましいときは、該殻はパラジウム、マンガン、ハフニウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムをさらに含んでもよい。
【００１７】
該殻は、それぞれが異なる拡散阻止組成物から、又は拡散阻止組成物と別の組成物から構成される、２以上の層から構成されてもよい。特に、該殻は、該粒子と該マトリックスの間の融合性を増強するため、拡散阻止内層とＭＣｒＡｌＸ相の一次元素（単数又は複数）から構成される外層とから構成してもよい。例えば、一次元素Ｍとしてニッケルを有するＭＣｒＡｌＸマトリックス中の粒子において、該殻はレニウムの第１層即ち内層、及びニッケルの第２層即ち外層を有しうる。該粒子におけるニッケルのレニウムに対する割合は９：１の重量比から１：９の重量比までの範囲にある。本発明の複合物アルミニウム粒子はアルミニウム含有粒子の上に殻を作成することによって製造されうる。このアルミニウム含有粒子は球状であってもよく、薄片又は繊維状であってもよく、他の形状の部分を含んでもよく、又はこれらの１以上の混合物であってもよい。粒子の最終の大きさは通常１ミクロンから５０ミクロンまでの範囲にある。
【００１８】
本発明の高温被覆組成物の材料は、ＭＣｒＡｌＸ相の粉末及びアルミニウム濃縮相の単純な混合により調製しうる。該被覆は、例えば、真空プラズマ噴霧（ＶＰＳ）などの熱噴霧法、又は高速酸素燃料噴射若しくは高速空気燃料噴射（ＨＶＯＦ又はＨＶＡＦ）などの先行技術のＭＣｒＡｌＸ被覆と同じ装置及び手順を用いて適用しうる。先行技術のＭＣｒＡｌＸ被覆については、被覆中の過剰の酸化物又は孔の形成を避けるべきである。該複合物被覆が適用された後には高温熱処理は必要でない。ただし、所望であれば熱処理を適用してもよい。
【００１９】
実施例
実施例１（比較例）：裸の超合金
単一の結晶化、方向性固化超合金基板の試料は鋳造プロセスによって作成された。超合金の組成は、Ｎｉ ６０．５ ／Ｃｏ ９．５／Ｃｒ １４ ／Ａｌ ３／Ｘ １３ であった。ここで、ＸはＴａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃ、及び／又はＢである。
【００２０】
実施例２（比較例）：アルミニウム処理されたＭＣｒＡｌＸで被覆された超合金
周期的酸化試験及び低周期疲労試験（両方法とも以下に説明する）に適する大きさを持つ標本（複数）を実施例１の超合金標本から機械で作成した。Ｃｏ ３５．７ ／Ｎｉ ３２ ／Ｃｒ ２２ ／Ａｌ １０ ／Ｙ ０．３の組成を持つＭＣｒＡｌＸ被覆を、ＨＶＯＦ噴霧法を用いてそこに適用した。このＭＣｒＡｌＸ被覆の上にパック・セメンテーション・プロセスによりアルミニウム処理被覆を適用した。組成及び方法のデータを表１に要約する。
【００２１】
【表１】
2004518820.tif 000003
【００２２】
実施例３〜５：複合物被覆
実施例３：  Ｎｉ−Ｒｅ殻
Ｎｉ−３３．７９ 、Ａｌ−５８．１１ 、Ｒｅ−２５．３２ 重量％の組成を持つ粒状アルミニウム複合物を含む複合物被覆粉末を、ＨＶＯＦ法を用いて、実施例１の超合金試料から機械で作成された標本に適用した。この粒状アルミニウム複合物は、球状アルミニウムコア粒子にプレート法により殻を適用することにより調製した。この複合物被覆は、Ｃｏ ３８．５ ／Ｎｉ ３２ ／Ｃｒ ２１ ／Ａｌ ８／Ｙ ０．５の組成のＭＣｒＡｌＸマトリックス粉末を、該粒状アルミニウム複合物と機械的に混合することにより調製した。
【００２３】
実施例４：  Ｎｉ殻
Ｎｉ−４８．２４ 重量％、Ａｌ−４５．４６ 重量％の組成を持つ粒状アルミニウム複合物を含む複合物被覆粉末を、ＨＶＯＦ法を用いて、実施例１の超合金標本から機械で作成した標本に適用した。この粒状アルミニウム複合物はプレート法により球状アルミニウムコア粒子に殻を適用することにより調製した。該複合物被覆は、Ｃｏ ３８．５ ／Ｎｉ ３２ ／Ｃｒ ２１ ／Ａｌ ８／Ｙ ０．５の組成のＭＣｒＡｌＸマトリックス粉末を、該粒状アルミニウム複合物と機械的に混合することにより調製した。
【００２４】
実施例５：  Ｎｉ殻
Ｎｉ−４８．２４ 重量％、Ａｌ−４５．４６ 重量％の組成を持つ粒状アルミニウム複合物を含む複合物被覆粉末を、ＨＶＡＦ法を用いて、実施例１の超合金標本から機械で作成した標本に適用した。この粒状アルミニウム複合物はプレート法により球状アルミニウムコア粒子に殻を適用することにより調製した。該複合物被覆は、Ｃｏ ３８．５ ／Ｎｉ ３２ ／Ｃｒ ２１ ／Ａｌ ８／Ｙ ０．５の組成のＭＣｒＡｌＸマトリックス粉末を、該粒状アルミニウム複合物と機械的に混合することにより調製した。
【００２５】
【表２】
2004518820.tif 000004
【００２６】
実施例６：周期的酸化試験
直径 １．０インチ（２５ ｍｍ） で厚さ ０．１２５インチ（３ｍｍ） の超合金標本ボタンを実施例２（アルミニウム処理ＭＣｒＡｌＸ）及び実施例３（Ｎｉ−Ｒｅ殻複合物及びＭＣｒＡｌＸマトリックス）の手順に従って被覆し、試験炉の中に １６６０ 時間保持した。これらの被覆は試験前は等価の総アルミニウム含量を有していた。該試験炉の温度は周囲温から２０００°Ｆ （１０９３ ℃） まで上昇させ、２０００°Ｆ で ２０ 時間保持し、そして周囲温まで戻した。この試料を５サイクル毎に被覆の崩壊及び層の剥離について検査した。加熱／冷却サイクルを総試験時間 １６６０ 時間の間繰り返した。該標本の顕微鏡写真は １６６０ 時間の後にアルミニウムが酸化により実施例２の被覆から涸渇した（図３）が、実施例３の複合物被覆には残存するアルミニウムがあった（図４）ことを示す。図３はアルミニウム濃縮Ｎｉ３ Ａｌ相が完全に涸渇し、被覆が表面形態の崩壊を示したことを示す。これは厳しい酸化を示すものである。図４は残存するγ−Ｎｉ３ Ａｌ相が該被覆の中間層に残っており、被覆はその完全な姿を保持していたことを示す。これは酸化への抵抗性を示すものである。
【００２７】
実施例７：  低周期疲労試験
低周期疲労（ＬＣＦ）試験に適する超合金棒標本を実施例２〜５の手順に従って被覆し、熱及び機械的ストレスの周期に曝した後の疲労亀裂に対する抵抗性について評価した。この試験では、ＬＣＦ棒の二つのネジを切った末端を試験機械により掴み、１６００°Ｆ に加熱した。稼働条件の下で該部品が受けるストレスをシミュレートするため各サイクルの終わりに２分間保持して引っ張りストレスと圧縮ストレスを棒の軸に沿って交互に適用した。この試験は ０．８％及び １．０％の歪みレベルで行なった。亀裂が最初に検出されたとき（亀裂開始） のサイクルの数及び亀裂が棒全体に浸透した時 （破壊） のサイクル数を記録した。結果を表３、及び図５〜８に示す。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
表３から、本発明の複合物被覆を用いて作成された標本は全て、非被覆標本又はアルミニウム処理ＭＣｒＡｌＸ被覆で被覆された標本よりも試験条件下で有意に耐久性が大きかったことを見ることができる。ほとんどの場合、実験試料についての亀裂開始までのサイクルの数又は破壊までのサイクルの数は比較例のそれの約２倍であった。
【００３０】
図５は ６８４サイクルでの破壊の後の、実施例２のアルミニウム処理−ＭＣｒＡｌＸ被覆を持つ標本を示す。複数の大きな亀裂をそれらの間の大きな距離と共に該被覆の中に見ることができる。比較として、図６は １４８８ サイクルの後の実施例３の複合物被覆を持つ標本を示す。該被覆の表面で複数の小さな亀裂をそれらの間のより小さな距離と共に見ることができる。図７と図８の間の亀裂進行の様式の比較から、実施例２の被覆を持つ標本が該被覆から該基板内への進行した大きな亀裂を持っていたのに対し、実施例３の実験的被覆を持つ標本は表面近くに小さな亀裂を持ち、これらの亀裂は該被覆と該基板の間の境界に沿って進行したことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の高温複合物被覆の実施態様の断面概略図である。ここで、アルミニウム濃縮相はアルミニウム又はアルミニウム濃縮合金から構成され、そしてアルミニウム拡散阻止組成物はＭＣｒＡｌＸマトリックス中に分散される。
【図２】
図２は、ＭＣｒＡｌＸマトリックス中に分散されたアルミニウム濃縮相を有する本発明の高温複合物被覆の断面概略図である。このアルミニウム濃縮相はアルミニウム若しくはアルミニウム濃縮合金から構成されるコア及び拡散阻止物質若しくは組成物から構成される殻を有する粒状アルミニウム複合物から誘導される。
【図３】
図３は、２０００°Ｆ で１６６０時間のテストの後のアルミナイド−ＭＣｒＡｌＸ被覆を有する周期的酸化標本の表面を示す顕微鏡写真であり、アルミニウムの涸渇と該被覆の腐食を示す。
【図４】
図４は、２０００°Ｆ で１６６０時間のテストの後の本発明の複合物被覆を有する周期的酸化標本の表面を示す顕微鏡写真であり、アルミニウムの残存と完全な上部表面を示す。図３及び図４に示される被覆中のアルミニウム含量は該酸化テスト前は同じであった。
【図５】
図５は、１６００°Ｆ 及び２ 分保持時間での ０．８％歪みでテストされたアルミナイド＋ＭＣｒＡｌＸ被覆を有する低周期疲労標本の表面領域の顕微鏡写真であり、該標本が ６８４サイクルの後に破損した時、複数の大きな亀裂の開始及び該被覆を通って該基板内に達する亀裂の浸透を示す。
【図６】
図６は、１６００°Ｆ 及び２ 分保持時間での ０．８％歪みでテストされた本発明の複合物被覆を有する低周期疲労標本の表面領域の顕微鏡写真であり、該標本が １本の亀裂の浸透により １４８８ サイクルの後に破損した時、複数の小さな亀裂の開始はあるが、該被覆を通過する浸透がないことを示す。
【図７】
図７は、アルミナイド＋ＭＣｒＡｌＸ被覆を有する低周期疲労標本の表面の顕微鏡写真であり、該被覆から該基板中への断続した亀裂が進行したことを示す。
【図８】
図８は、本発明の複合物被覆を有する低周期疲労標本の表面の顕微鏡写真であり、該被覆と基板の間の界面に沿って断続した亀裂が進行したことを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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