(57)【要約】【課題】コーティングされた材料が高温にさらされても、基材中に生成するボイドを抑制し、基材の劣化を防止する基材のコーティング方法を提供する。【解決手段】基材を設けるステップと、ＰｔＩｒ中のＩｒ含有量が３〜５０質量％であるＰｔとＩｒの合金層を、前記基材の表面の上に堆積するＰｔＩｒ合金層の堆積ステップと、前記ＰｔＩｒ合金層の上に、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏのうち１種以上から選ばれる金属、またはこれらの合金によって形成されると共に、前記ＰｔＩｒ合金層の拡散係数よりも大きな拡散係数を有する上部被覆合金層の堆積ステップと、前記ＰｔＩｒ合金層と前記上部被覆合金層の積層ボンドコートを形成するように、前記の堆積された層とともに前記基材を熱処理する熱処理ステップと、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を設けるステップと、
ＰｔＩｒ中のＩｒ含有量が３〜５０質量％であるＰｔとＩｒの合金層を、前記基材の表面の上に堆積するＰｔＩｒ合金層の堆積ステップと、
前記ＰｔＩｒ合金層の上に、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏのうち１種以上から選ばれる金属、またはこれらの合金によって形成されると共に、前記ＰｔＩｒ合金層の拡散係数よりも大きな拡散係数を有する上部被覆合金層の堆積ステップと、
前記ＰｔＩｒ合金層と前記上部被覆合金層の積層ボンドコートを形成するように、前記の堆積された層とともに前記基材を熱処理する熱処理ステップと、
を備えることを特徴とする基材のコーティング方法。
【請求項２】
前記基材を設けるステップがＮｉ基合金からなる基材を含み、かつ
前記ＰｔＩｒ合金層の堆積ステップが、前記基材の表面上にＰｔＩｒ合金層を電気めっきすることを含むことを特徴とする請求項１に記載の基材のコーティング方法。
【請求項３】
前記ＰｔＩｒ合金層の堆積ステップが、６から１２μｍの範囲の厚さにＰｔＩｒ合金層を堆積することを含むことを特徴とする請求項１に記載の基材のコーティング方法。
【請求項４】
前記上部被覆合金層の堆積ステップが、電気めっきを用いて前記上部被覆合金層を堆積することを含むことを特徴とする請求項１に記載の基材のコーティング方法。
【請求項５】
前記上部被覆合金層の堆積ステップが、５〜２５質量％のＡｌと、残部がＮｉからなる上部被覆合金材料を堆積することを含むことを特徴とする請求項１に記載の基材のコーティング方法。
【請求項６】
前記上部被覆合金層の堆積ステップが、前記ＰｔＩｒ合金層の厚さの１／８から１／２で、前記上部被覆合金層の厚さで前記上部被覆合金材料を堆積することを含むことを特徴とする請求項１に記載の基材のコーティング方法。
【請求項７】
前記熱処理ステップが、前記積層ボンドコートを形成するように、温度を６５０〜１１５０°Ｃの範囲で、時間を０．５〜１５時間の範囲で、前記の堆積層とともに前記基材を熱処理することを含むことを特徴とする請求項１に記載の基材のコーティング方法。
【請求項８】
前記積層ボンドコートの上に、２５〜１５００μｍの範囲の厚さのセラミックトップコートを付加するステップをさらに含む請求項１に記載の基材のコーティング方法。
【請求項９】
前記セラミックトップコートを付加するステップが、７５〜４００μｍの範囲の厚さにセラミックトップコートを付加することを含むことを特徴とする請求項８に記載の基材のコーティング方法。
【請求項１０】
Ｎｉ基合金からなる基材と、
前記基材の表面に適用されたＰｔＩｒ合金層と、前記ＰｔＩｒ合金層の上に、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏのうち１種以上から選ばれる金属、またはこれらの合金によって形成されると共に、前記ＰｔＩｒ合金層の拡散係数よりも大きな拡散係数を有する上部被覆合金層よりなる積層ボンドコートと、
を備え、
前記積層ボンドコートが、６から１２μｍの範囲の厚さのＰｔＩｒ合金層と、前記上部被覆合金層が５〜２５質量％のＮｉと、残部がＡｌからなる組成を有する共に、前記上部被覆合金層の厚さが前記ＰｔＩｒ合金層の厚さの１／８から１／２であることを特徴とするタービンエンジン部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材のコーティング方法に関し、特にジェットエンジンやガスタービンのブレード等、高温環境下で用いられる材料への表面コーティングに用いて好適な基材のコーティング方法に関する。より詳しくは、コーティングを施した部材が高温にさらされた場合、基材内部の劣化を抑えるための表面コーティング方法に用いて好適な基材のコーティング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジェットエンジンやガスタービンのブレードといった高温で用いられる材料は、材料の表面が酸化や腐食によって浸食されるため、これらを防ぐコーティングが施される。たとえば、高温における機械的特性に優れたＮｉ基合金にコーティング材としては、融点が高く耐酸化特性に優れたＰｔをはじめとする白金族金属を表面に被覆し、その後高温にて時効処理を施すＰｔ拡散コーティングなどがあげられる（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、前記のように、Ｎｉ基合金の融点に比べてＰｔといった白金属金属は融点が高い。融点が高い合金は一般的に拡散速度が遅いため、Ｎｉ基合金の上にＰｔを被覆した材料に高温で時効処理を施したり、その後高温下で使用したりすると、Ｎｉ基合金とＰｔの拡散係数の差から、図１に示す様な元素の拡散によって基材中にボイドが生成し、基材の機械的特性を劣化させる（非特許文献１）。
【０００４】
他方、Ｐｔの代わりにＰｔＩｒ合金を被覆することで、Ｎｉ基超合金の種類によっては耐酸化特性を向上させ、またボイドの発生を抑える効果があることが確認されているが、このような特性は基材であるＮｉ基超合金に依存するという欠点がある（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６９７８３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】安井義人他、日本金属学会誌、第７３巻１２号（２００９）９１３−９１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような実情を鑑み、コーティングされた材料が高温にさらされても、基材中に生成するボイドを抑制し、基材の劣化を防止する耐酸化コーティング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の基材のコーティング方法は、基材を設けるステップと、ＰｔＩｒ中のＩｒ含有量が３〜５０質量％であるＰｔとＩｒの合金層を、前記基材の表面の上に堆積するＰｔＩｒ合金層の堆積ステップと、前記ＰｔＩｒ合金層の上に、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏのうち１種以上から選ばれる金属、またはこれらの合金によって形成されると共に、前記ＰｔＩｒ合金層の拡散係数よりも大きな拡散係数を有する上部被覆合金層の堆積ステップと、前記ＰｔＩｒ合金層と前記上部被覆合金層の積層ボンドコートを形成するように、前記の堆積された層とともに前記基材を熱処理する熱処理ステップと、を備えることを特徴とする。
このように構成された本発明の基材のコーティング方法によれば、例えば図２に示す様なＰｔＩｒ合金層と２層コーティングが形成されて、基材とコーティング材の相互拡散による基材のボイドの発生を抑制することができる。すなわち、ＰｔＩｒ合金層は基材のＮｉ基超合金よりも拡散係数が小さく、上部被覆合金層はＰｔＩｒ合金層の拡散係数よりも大きな拡散係数を有するため、基材でのボイドの発生を抑制できる。
【０００９】
本発明の基材のコーティング方法において、好ましくは、前記基材を設けるステップが、Ｎｉ基合金からなる基材を含み、かつ前記ＰｔＩｒ合金層の堆積ステップが、前記基材の表面上にＰｔＩｒ合金層を電気めっきすることを含むとよい。このように構成すると、電気めっきは安価で収率が高いため、各層のコーティングが安価にできる。
本発明の基材のコーティング方法において、好ましくは、前記ＰｔＩｒ合金層の堆積ステップが、６から１２μｍの範囲の厚さにＰｔＩｒ合金層を堆積するとよい。
【００１０】
本発明の基材のコーティング方法において、好ましくは、前記上部被覆合金層の堆積ステップが、電気めっきを用いて前記上部被覆合金層を堆積することを含むとよい。
本発明の基材のコーティング方法において、好ましくは、前記上部被覆合金層の堆積ステップが、５〜２５質量％のＡｌと、残部がＮｉからなる上部被覆合金材料を堆積することを含むとよい。
本発明の基材のコーティング方法において、好ましくは、前記上部被覆合金層の堆積ステップが、前記ＰｔＩｒ合金層の厚さの１／８から１／２で、前記上部被覆合金層の厚さで前記上部被覆合金材料を堆積することを含むとよい。
【００１１】
本発明の基材のコーティング方法において、好ましくは、前記熱処理ステップが、前記積層ボンドコートを形成するように、温度を６５０〜１１５０°Ｃの範囲で、時間を０．５〜１５時間の範囲で、前記の堆積層とともに前記基材を熱処理することを含むとよい。
本発明の基材のコーティング方法において、好ましくは、前記積層ボンドコートの上に、２５〜１５００μｍの範囲の厚さのセラミックトップコートを付加するステップをさらに含むとよい。
本発明の基材のコーティング方法において、好ましくは、前記セラミックトップコートを付加するステップが、７５〜４００μｍの範囲の厚さにセラミックトップコートを付加することを含むとよい。
【００１２】
本発明のタービンエンジン部品は、Ｎｉ基合金からなる基材と、前記基材の表面に適用されたＰｔＩｒ合金層と、前記ＰｔＩｒ合金層の上に、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏのうち１種以上から選ばれる金属、またはこれらの合金によって形成されると共に、前記ＰｔＩｒ合金層の拡散係数よりも大きな拡散係数を有する上部被覆合金層よりなる積層ボンドコートとを備え、前記積層ボンドコートが、６から１２μｍの範囲の厚さのＰｔＩｒ合金層と、前記上部被覆合金層が５〜２５質量％のＡｌと、残部がＮｉからなる組成を有する共に、前記上部被覆合金層の厚さが前記ＰｔＩｒ合金層の厚さの１／８から１／２であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の基材のコーティング方法では、ＰｔＩｒ合金層は基材のＮｉ基超合金よりも拡散係数が小さく、上部被覆合金層はＰｔＩｒ合金層の拡散係数よりも大きな拡散係数を有するため、基材でのボイドの発生を抑制できる。
【００１４】
本発明の基材のコーティング方法では、例えば請求項２、４に示すように、ＰｔＩｒ合金層と上部被覆合金層を電気めっきにより基材に被覆している。そこで、電気めっきでＰｔＩｒ合金層と上部被覆合金層を基材に被覆することで、ボイド発生を抑制するとともに、コーティング材の耐酸化特性を向上させる２層コーティングを、安価に施工できる。
【００１５】
さらに本発明の基材のコーティング方法によれば、Ｎｉ基合金からなる基材と、前記基材の表面に適用されたＰｔＩｒ合金層と、前記ＰｔＩｒ合金層の上に上部被覆合金層よりなる積層ボンドコートとを備えているので、Ｎｉ基合金基材に生じるボイドの抑制とともに、コーティング材の耐酸化特性も向上させることができる。
本発明のタービンエンジン部品によれば、上記発明の基材のコーティング方法を適用しているので、Ｎｉ基合金基材に生じるボイドの抑制とともに、コーティング材の耐酸化特性も向上させることができ、タービンエンジン部品の信頼性向上と長寿命化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ボイドが生じるような単層膜における元素の流れと、その結果生じたボイドを示している。
【図２】本発明におけるＰｔＩｒ合金層と上部被覆合金層よりなる２層膜の概念と、元素拡散の流れ方向を示している。
【図３】熱サイクル試験後の各試料の断面組織を示す写真である。
【図４】図３で説明した試料作成の後、熱サイクル試験を１００サイクル行った後の試料の表面状態を示す写真である。
【図５】図４で説明した試料表面に形成した構造物をＸ線解析によって同定したものである。
【図６】熱サイクル試験３０サイクル後及び１００サイクル後のＡｌ２Ｏ３とＮｉＡｌ２Ｏ４のＸＲＤ回折ピーク強度比を示している。
【図７】等温酸化試験における試験片のコーティング条件を説明する図である。
【図８】等温酸化試験中の試料質量変化を説明する図である。
【図９】等温酸化試験１００時間後の断面組織を表す断面写真図である。
【図１０】熱サイクル試験における試験片のコーティング条件を説明する図である。
【図１１】熱サイクル試験中の試料質量変化を説明する図である。
【図１２】熱サイクルが１００回経過後の断面組織を表す断面写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この出願の発明は前記の通りの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１８】
図２に示す様に基材Ｎｉ基超合金１の上に、基材の主要元素であるＮｉ、Ａｌよりも拡散係数の小さい元素、あるいは２種以上の合金で構成される膜２を被覆する。膜２は、例えばＰｔＩｒ合金層に相当する。
【００１９】
膜２の上に、膜２の金属元素、あるいは合金よりも拡散係数の大きい元素、あるいは２種以上の合金で構成される膜３を被覆する。膜３は、例えば上部被覆合金に相当する。
【００２０】
本発明においては、膜２の金属元素として、高融点である白金族金属が望ましい。Ｐｔ拡散膜は例示されているが、ここではＰｔにＩｒを添加することによって耐酸化特性の向上が見込まれること、またＰｔとＩｒの合金膜を被覆することによって、Ｎｉの基材からの拡散が抑えられる効果があることから、ＰｔＩｒ合金が最も望ましい。他方、Ｉｒの添加量が多くなると１１００℃以上の高温ではＩｒが昇華性の酸化物を生成し、耐酸化特性を示さなくなるため、ＰｔＩｒ合金中のＩｒ含有量としては３〜５０質量％含まれているものが望ましい。
【００２１】
また、膜３の元素としては、耐酸化特性を保つと言う観点から、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｏ等が候補としてあげられる。これらはＮｉ基合金に含まれている主要元素であり、すべて膜２のＰｔＩｒ合金よりも拡散係数が大きい。また、Ｐｔを被覆することも可能である。これは、ＩｒのＮｉに対する拡散係数が、ＰｔのＮｉに対する拡散係数の１／５であるために、Ｉｒを添加することで膜２の拡散係数がＰｔの拡散係数よりも小さくなるためである。また、膜３におけるＮｉＡｌ膜中のＡｌ量としては、酸化試験時の保護膜として有効であるＡｌ２Ｏ３スケールを効率的に生成させるという観点から、５質量％以上（１１原子％以上）が望ましく、また熱処理時に生じる膜２との爆発的な反応を抑えるためには２５質量％以下が望ましい。
【００２２】
さらに、膜２と膜３の厚さであるが、膜２が耐酸化特性を保つために最も重要な部位であるため、膜３よりも厚くなくてはならない。但し、膜３が膜２に対して薄すぎると、拡散によって生じるボイドの形成を抑止するには十分ではない。よって膜３の厚さは、膜２の１／８から１／２が適当である。
【００２３】
タービンエンジン部品としては、熱遮蔽効果を高めるため、セラミックトップコート（図示せず）が、当分野で公知の適宜なセラミック組成を用いて、ボンドコートの上に付加される。セラミックトップコートの好適な組成は、６〜８質量％Ｙ２Ｏ３部分安定化ＺｒＯ２である。セラミックトップコート層は、２５〜１２５０μｍ、好ましくは、７５〜４００μｍの範囲の厚さを有するとよい。
セラミックトップコートは、当分野で公知の適宜な堆積技術を用いて適用される。好ましい堆積技術は、大気プラズマ溶射法や電子ビーム蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ）である。
【００２４】
蒸着堆積技術によって形成される際に、セラミックトップコート層は、表面に対して実質的に垂直方向を向く柱状粒子つまり柱状部を伴う柱状晶ミクロ構造を有している。柱状晶つまり柱状部は、ボンドコートから、あるいはＡｌ２Ｏ３スケール層から、外側に向いて延びている。Ａｌ２Ｏ３のスケール層は、セラミック層の堆積前、または堆積中に、ボンドコートの上に意図的に形成される。また、基体の上に液滴を堆積することによる溶射コーティングは、固化した飛沫液滴スプラットがランダムに積み重なった多孔質のミクロ構造を有する。これらのスプラットは、通常、微小ひび割れ（マイクロクラック）が生じ、スプラット間に孔を捕捉し、従って、歪み耐性のミクロ構造となる。
【００２５】
ここで以下に実施例を示し、さらに詳しく例示説明する。なお、ここでは、基材にＰｔＩｒ合金層と上部被覆合金層を電気めっきで積層する場合を示しており、セラミックトップコートを蒸着させていない。
【実施例】
【００２６】
＜実施例＞
Ｎｉ基単結晶超合金上に、電気めっき法で膜２としてＰｔ−２５質量％Ｉｒを約８μｍ被覆した試料（ａ）を作製した。また、試料（ａ）の上部を被覆するように電気めっき法でＮｉを約２μｍ被覆した試料（ｂ）と、試料（ａ）の上部を被覆するように電気めっき法でＰｔを約２μｍ被覆した試料（ｃ）を作製した。さらに、Ｎｉ基単結晶超合金上にＰｔ単体を約８μｍ被覆した試料（ｄ）を作製した。
【００２７】
上記の試料（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）について１１００℃、１ｈ真空加熱を施した。熱処理温度と熱処理時間は、基材を被覆するＰｔＩｒ合金層と上部被覆合金層が変質することなく充分に基材に付着すると共に、セラミックトップコートを付加するのに十分な特性を有するように定める。過剰な熱処理時間は、生産性を低下させるため、適宜な値を上限値とする。
【００２８】
このようにして作製した試験片を大気中１１３５℃で１時間加熱保持後、１時間の空冷を１サイクルとした熱サイクル試験を行った。図３は３０サイクル後の各試料の断面組織を示す写真である。ここで、図３（ａ）は基材の上にＰｔ−２５原子％Ｉｒ（＝Ｐｔ−２５質量％Ｉｒ）膜を８μｍ被覆した場合、図３（ｂ）は基材の上にＰｔ−２５原子％Ｉｒ膜を８μｍ被覆し、その上に電気めっき法でＮｉを約２μｍ被覆した場合、図３（ｃ）は同じく基材の上にＰｔ−２５原子％Ｉｒ膜を８μｍ被覆し、その上にＰｔを約２μｍ被覆した場合、図３（ｄ）は基材の上にＰｔ単体を約８μｍ被覆した。そして、上記の試料（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）について、１１００℃、１ｈ真空加熱して作製した試験片を大気中１１３５℃で１時間加熱保持後、１時間の空冷を１サイクルとした熱サイクル試験を３０サイクル後の各試料の断面組織を示している。
単層コーティングであるＰｔＩｒ（図３（ａ））とＰｔ（図３（ｄ））では、基材内部にカーケンダルボイドが生成している。他方で、２層コーティングを行ったＰｔＩｒ／Ｎｉ（図３（ｂ））とＰｔＩｒ／Ｐｔ（図３（ｃ））では、そのようなボイドは存在していない。以上により、本発明の２層コーティングによるボイドの抑制が実験的に立証された。
【００２９】
同じ試料について１００サイクルの熱サイクル試験を行った試料の表面を図４に示す。図４は、図３で説明した試料作成の後、熱サイクル試験を１００サイクル行った後の試料の表面状態を示す写真である。図４（ａ）は基材の上にＰｔ−２５原子％Ｉｒ膜を８μｍ被覆した場合、図４（ｂ）は基材の上にＰｔ−２５原子％Ｉｒ膜を８μｍ被覆し、その上に電気めっき法でＮｉを約２μｍ被覆した場合、図４（ｃ）は基材の上にＰｔ−２５原子％Ｉｒ膜を８μｍ被覆し、その上にＰｔを約２μｍ被覆した場合、図４（ｄ）は基材の上にＰｔ単体を約８μｍ被覆した場合を示してある。
図４の写真中、基地よりも明度が暗い領域は、耐酸化特性が良好でないＮｉＡｌ２Ｏ４系酸化物の生成を示している。よって耐酸化特性に関しては、単層ＰｔＩｒ（図４（ａ））と複層ＰｔＩｒ／Ｐｔ（図４（ｃ））の試料が良好であると予測できる。
【００３０】
これら試料の表面酸化物を同定するために、Ｘ線回折による解析を行った。図５は、図４で説明した試料表面に形成した構造物をＸ線解析によって同定したものである。図５（ａ）は基材の上にＰｔ−２５原子％Ｉｒ膜を８μｍ被覆した場合、図５（ｂ）は基材の上にＰｔ−２５原子％Ｉｒ膜を８μｍ被覆し、その上に電気めっき法でＮｉを約２μｍ被覆した場合、図５（ｃ）は基材の上にＰｔ−２５原子％Ｉｒ膜を８μｍ被覆し、その上にＰｔを約２μｍ被覆した場合、図５（ｄ）は基材の上にＰｔ単体を約８μｍ被覆した場合を示してある。
図５に示す様に、金属表面のｆｃｃ相（Ｐｔ，Ｉｒ）Ｎｉに加え、Ａｌ２Ｏ３、ＮｉＡｌ２Ｏ４が同定されたが、耐酸化特性を保つために必要なＡｌ２Ｏ３の存在量は２層コーティングＰｔＩｒ／Ｐｔが最も多い。図６には、図５におけるＡｌ２Ｏ３（１０４）のピーク強度とＮｉＡｌ２Ｏ４（３１１）のピーク強度の比を示しているが、２層コーティングのＰｔＩｒ／Ｐｔ（図５（ｃ））が最も強度が高い。これは耐酸化特性が最も高いことを示唆している。
【００３１】
次に、本発明の基材のコーティング方法を適用した試験片に対して、等温酸化試験を行った結果を説明する。この等温酸化試験は、大気雰囲気で１１００℃に保持して行ったものである。
図７は試験片のコーティングの条件を説明する図である。ＰｔとＰｔＩｒは、従来公知の電気めっきにより基材を被覆している。Ｎｉ−１１原子％Ａｌ（Ｎｉ−５質量％Ａｌ）は、Ｎｉの電解液中にＡｌの微粒子を懸濁させる態様である複合めっきによって、基材を被覆している。
【００３２】
図８は、等温酸化試験中の試料質量変化を説明する図で、横軸は熱的暴露時間［ｈ］、縦軸は質量変化［ｍｇ／ｃｍ２］を示している。図中、黒丸はＰｔ−２０原子％Ｉｒ、菱形はＰｔ−２０原子％Ｉｒ／Ｎｉ−１１原子％Ａｌを表している。質量の減少は、試験片表面から酸化物やコーティング層が剥離したことを示すものである。コーティング層の複層化によって耐酸化特性が向上していることが、了解できる。
図９は、等温酸化試験１００時間後の断面組織を表す断面写真図である。単層材では、表面の起伏が激しくなっていることから、等温酸化試験による表面層の離脱が確認できると共に、基材中のボイドの生成も顕著である。他方、複層材では表面が平滑であり、基材中のボイドの生成も少ないことが判る。
【００３３】
続いて、本発明の基材のコーティング方法を適用した試験片に対して、熱サイクル試験を行った結果を説明する。この熱サイクル試験は、大気雰囲気で１１５０℃で１時間加熱し、２０分冷却を１サイクルとして、１００サイクルまで行うものである。
図１０は、熱サイクル試験における試験片のコーティングの条件を説明する図である。ＰｔとＰｔ−２０原子％Ｉｒは、従来公知の電気めっきにより基材を被覆している。Ｎｉ−１６原子％Ａｌ（Ｎｉ−８質量％Ａｌ）は、Ｎｉの電解液中にＡｌの微粒子を懸濁させる態様である複合めっきによって、基材を被覆している。単層材では、Ｐｔ−２０原子％Ｉｒの単層コーティングとしている。また、複層コーティングでは、Ｐｔ−２２原子％ＩｒとＮｉ−１６原子％Ａｌの積層構造と、ＰｔとＮｉ−１６原子％Ａｌの積層構造の２類型を示している。
【００３４】
図１１は、熱サイクル試験中の試料質量変化を説明する図で、横軸は熱サイクルの回数、縦軸は質量変化［ｍｇ／ｃｍ２］を示している。図中、黒丸はＰｔ−２０原子％Ｉｒ、菱形はＰｔ−２２原子％Ｉｒ／Ｎｉ−１６原子％Ａｌ、四角はＰｔ／Ｎｉ−１６原子％Ａｌを表している。質量減少は表面生成物と表面層の剥離、質量増加は表面酸化に起因する。Ｐｔ／Ｎｉ−１６原子％Ａｌ層では剥離が生じているが、ＰｔＩｒ被覆材は酸化が連続的に進んでいる。酸化速度は、Ｐｔ−２０原子％Ｉｒの単層材と比較して、Ｐｔ−２２原子％Ｉｒ／Ｎｉ−１６原子％Ａｌの複層材の方が遅く、良好な耐酸化特性を示している。
図１２は、熱サイクルが１００回経過後の断面組織を表す断面写真図である。ＰｔＩｒ単層材は、基材にボイドが生成している他、表面下部に酸化物が生成しており、酸化が進行していることを示唆している。他方、Ｐｔ−２２原子％Ｉｒ／Ｎｉ−１６原子％Ａｌ複層材は、表面酸化物も少なく、基材のボイドも抑制されている。Ｐｔ／Ｎｉ−１６原子％Ａｌ複層材においても基材中のボイドは抑制されているが、基材コーティング材界面における連続的なボイドの生成が顕著であり、これが剥離につながっている。ＰｔにＩｒを添加することによって組織安定性が増している。
【００３５】
なお、上記の実施例においては、ＰｔＩｒ合金層としてＰｔ−２２原子％Ｉｒ（Ｐｔ−２２質量％Ｉｒ）の組成比率の場合を示しているが、ＰｔＩｒ中のＩｒ含有量が３〜５０質量％であればよい。また、上部被覆合金層としてＮｉ−１１原子％ＡｌやＮｉ−１１原子％Ａｌの場合を示しているが、５〜２５質量％のＡｌと残部がＮｉからなるものでもよく、またＰｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏのうち１種以上を含んでいても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上詳しく説明した通り、本発明の基材のコーティング方法では、ＰｔＩｒ合金層と上部被覆合金層よりなる２層コーティングを形成している。この２層コーティングは、従来の単層コーティングと比して、基材の組織変化を抑制するという観点で一線を画すものであり、Ｎｉ基合金のみならずＴｉ基合金、Ｃｏ基合金、Ｆｅ基合金といった高温用合金の被覆法として適用可能である。さらに表面に耐酸化機能を持たせる合金を被覆することによって、従来通りの耐酸化特性も期待できる。そこで、タービンエンジン部品のような高温に曝される環境に用いて好適であり、航空機や火力発電所のエネルギー効率の向上に寄与する。
【符号の説明】
【００３７】
１    基材
２    ＰｔＩｒ合金層
３    上部被覆合金層
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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