(57)【要約】  本発明は、高温にさらされる基板のためのクロムをベースとする酸化保護層であって、この層が、ベース層と機能層とを有するクロム含有層系を含み、ベース層が、基板と機能層との間に位置し、ベース層が、少なくとも大部分は窒化クロムを含有し、かつ機能層が酸化クロムを含有する酸化保護層に関する。また本発明は、高温にさらされる基板のためのクロムをベースとする酸化保護層であって、この層が、機能層を有するクロム含有層系を含み、機能層が、交互に析出された個々の層ＡおよびＢを含む多層構造を有し、個々の層Ａの組成が、個々の層Ｂの組成とは異なり、個々の層Ａが、少なくとも大部分は窒化アルミニウムクロム、また好ましくは窒化クロムを含有し、かつ個々の層Ｂが、少なくとも大部分は酸化アルミニウムクロムもしくは酸化クロム、また好ましくは酸窒化アルミニウムクロム、またはより好ましくは酸窒化クロムを含有する酸化保護層にも関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温にさらされる基板のためのクロムをベースとする酸化保護層であって、前記層が、ベース層と機能層とを有するクロム含有層系を含み、かつ前記ベース層が、前記基板と前記機能層との間に位置する酸化保護層において、前記ベース層が、少なくとも大部分は窒化クロムを含有し、かつ前記機能層が酸化クロムを含有することを特徴とする酸化保護層。
【請求項２】
前記ベース層が、窒化アルミニウムクロムから構成され、また好ましくは窒化クロムから構成されることを特徴とする、請求項１に記載の酸化保護層。
【請求項３】
前記機能層が、少なくとも大部分は酸化アルミニウムクロムを含有し、また好ましくは酸化アルミニウムクロムからなることを特徴とする、請求項１または２に記載の酸化保護層。
【請求項４】
前記機能層が、交互に析出された個々の層ＡおよびＢを含む多層構造を有し、かつ前記個々の層Ａの組成が、前記個々の層Ｂの組成とは異なることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化保護層。
【請求項５】
前記ベース層の層厚が、１μｍより大きく、好ましくは１．５μｍ〜１０μｍ、さらに好ましくは２μｍ〜７μｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化保護層。
【請求項６】
前記機能層の層厚と前記ベース層の層厚との比率が、０．５〜２、好ましくは０．２５〜１．５であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸化保護層。
【請求項７】
高温にさらされる基板のためのクロムをベースとする酸化保護層であって、前記層が、機能層を有するクロム含有層系を含む酸化保護層において、前記機能層が、交互に析出された個々の層ＡおよびＢを含む多層構造を有し、前記個々の層Ａの組成が、前記個々の層Ｂの組成とは異なり、前記個々の層Ａが、少なくとも大部分は窒化アルミニウムクロムを含有し、また好ましくは窒化クロムを含有し、かつ前記個々の層Ｂが、少なくとも大部分は酸化アルミニウムクロムもしくは酸化クロム、また好ましくは酸窒化アルミニウムクロム、またはより好ましくは酸窒化クロムを含有することを特徴とする酸化保護層。
【請求項８】
前記個々の層Ａが、少なくとも大部分は窒化アルミニウムクロムを含有し、また好ましくは窒化クロムを含有し、かつ前記個々の層Ｂが、少なくとも大部分は酸化アルミニウムクロムもしくは酸化クロムを含有し、また好ましくは酸窒化アルミニウムクロム、またはより好ましくは酸窒化クロムを含有することを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載の酸化保護層。
【請求項９】
ａ．前記個々の層Ａが、窒化アルミニウムクロムから構成され、かつ前記個々の層Ｂが、酸化アルミニウムクロム、もしくは好ましくは酸窒化アルミニウムクロムから構成されること、または
ｂ．前記個々の層Ａが窒化クロムから構成され、かつ前記個々の層Ｂが、酸化アルミニウムクロム、もしくは好ましくは酸窒化アルミニウムクロムから構成されること、また好ましくは
ｃ．前記個々の層Ａが、窒化クロムから構成され、かつ前記個々の層Ｂが、酸化クロム、また好ましくは酸窒化クロムから構成されること
を特徴とする、請求項７または８に記載の酸化保護層。
【請求項１０】
前記多層構造が、個々の層Ａと個々の層Ｂとの間に析出される、少なくとも１つの個々の層Ｃを含み、前記個々の層Ｃの組成が、前記個々の層Ａの組成および前記個々の層Ｂの組成のそれぞれとは異なり、かつ前記個々の層Ｃが、少なくとも大部分は酸窒化アルミニウムクロムを含有し、また好ましくは酸窒化クロムを含有することを特徴とする、請求項４〜９のいずれか一項に記載の酸化保護層。
【請求項１１】
前記個々の層Ｃが、酸窒化アルミニウムクロムから構成され、また好ましくは酸窒化クロムから構成されることを特徴とする、請求項１０に記載の酸化保護層。
【請求項１２】
互いの上に交互に析出された各個々の層Ａと個々の層Ｂとの間で、前記多層構造が、個々の層Ｃを有し、その窒素含有量が、直接隣接する個々の層Ｂの窒素含有量より多く、かつ直接隣接する個々の層Ａの窒素含有量より少ないことを特徴とする、請求項８または９に記載の酸化保護層。
【請求項１３】
各個々の層Ａおよび／またはＢの層厚が５０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする、請求項４〜１２のいずれか一項に記載の酸化保護層。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の酸化保護層によってコーティングされた基板。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の酸化保護層の製造方法であって、該方法がＰＶＤプロセス、好ましくはスパッタリングプロセス、またはより好ましくはアーク蒸発プロセスであり、かつ好ましくは４５０℃以下のプロセス温度が使用されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温にさらされる基板のための、クロムをベースとする酸化保護層に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１によると、酸化保護層は、例えば、ガスタービン構成部分、ガスタービン翼、燃焼室のプレートなどで使用される。上記特許には、層がいわゆるプラズマ噴霧によって、懸濁液から基板上に析出される方法が記載される。しかしながら、そのような方法で析出された層は、それらが比較的厚い層でのみ適用可能であり、そのうえ、接着能力に及ぼす悪影響を有するおそれのある応力を有するという不都合を有する。しかしながら、例えば、特許文献２に開示されるように、耐酸化性であり、かつ熱伝導度の低い００２０材料も、ピストンと関連して使用される。
【０００３】
したがって、使用の間に高温にさらされる基板に対して、良好な酸化保護を提供する層が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＤＥ １０ ２００５ ０６１０６０
【特許文献２】ＤＥ １０ ２００９ ０３５８４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の対象は、そのような層およびその製造方法を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、この対象は、クロム含有層系によって達成される。クロムは、金属クロムの形態であることも、または酸化クロムおよび／もしくは窒化クロムなどの化合物であることもできる。この層および／または層システムは、金属または化合物のいずれかの形態のアルミニウムなどの他の化学元素を含むことができる。好ましくは、中間層が最初に基板上に析出され、次いで、最上層が中間層上に析出される。
【０００７】
この層系は、気相から沈殿させることによって析出される。例えば、ＰＶＤおよび／またはＣＶＤプロセスをこれに使用することができる。ＰＶＤによって層系の層の一部分を適用し、そして層系の層の他の部分をＣＶＤによって適用することも可能である。例えば、真空条件下でのスパッタリングおよび／または蒸発を、ＰＶＤプロセスの間に使用することができる。蒸発の特に好ましい形態は、材料が、アークによってターゲット表面から局所的に蒸発されるアーク蒸発である。
【０００８】
ここで、本発明を、いくつかの実施例をベースとして、詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】球面キャロット研磨を示す。
【図２】電子顕微鏡像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の実施形態によって、厚さ３μｍのＣｒＮ中間層が基板に適用され、その上へ厚さ３μｍのＡｌＣｒＯ層が適用される。
【００１１】
本発明によって、ＡｌＣｒＯ層は、多層コーティングとして析出されることも可能であり、例えば、個々の層に対して異なる組成で析出されることができる。
【００１２】
本発明の第２の実施形態によって、厚さ３．５μｍのＣｒＮ中間層が基板に適用され、その上へ厚さ３．５μｍのＡｌＣｒＯ層が適用される。
【００１３】
本発明の第３の実施形態によって、厚さ１．７μｍのＣｒＮ中間層が基板に適用され、その上へ厚さ１．７μｍのＡｌＣｒＯ層が適用される。
【００１４】
本発明の第４の実施形態によって、厚さ５μｍのＣｒＮ中間層が基板に適用され、その上へ厚さ５μｍのＣｒＯ／Ｎ多層（ＣｒＯ／ＣｒＮ多層）が適用される。
【００１５】
上記実施形態において、コーティング温度は、例えば、４５０℃であることができる。
【００１６】
本発明の第５の好ましい実施形態によって、ＣｒＮ中間層が基板に適用され、その上へＣｒＮ／ＣｒＯＮ多層が適用される（これに関しては、図１に示される球面キャロット研磨を参照のこと）。図２の電子顕微鏡像から明白であるように、ＣｒＮ中間層の厚さは約２．４μｍであり、そして多層の厚さは約３μｍである。
【００１７】
実施例の多層は、１８層の個々のＣｒＮ層および１８層の個々のＣｒＯＮ層である、３６層の個々の層から構成される（図１を参照のこと）。層の適用に関しては、各層を適用するために約２分間を要したため、多層コーティングを製造するには約７２分要した。コーティングプロセスの間、約２３０℃のコーティング温度が維持された。これに関連して、個々の層の数およびそれらの厚さは、適用に適合するように選択することができる。その結果、酸化を保護する、薄くて高度に耐性のある保護層が得られ、これは特に、使用間に高温にさらされる基板、および酸化からの保護を必要とする基板に適切である。
【００１８】
実施例においては、ＣｒＮは中間層として使用された。しかしながら、本発明によると、中間層として、例えば、金属クロムなどの他の層を使用することも可能である。また、最初に金属クロムを基板表面に適用し、続いて、より厚いＣｒＮ層を適用し、次いで、より薄い個々の層から構成されるＣｒＮ／ＣｒＯＮ多層をその上に適用することも可能である。
【００１９】
本発明は、高温にさらされる基板のためのクロムをベースとする酸化保護層であって、層が、ベース層と機能層とを有するクロム含有層系を含み、かつベース層が、基板と機能層との間に位置し、ベース層が、少なくとも大部分は窒化クロムを含有し、かつ機能層が酸化クロムを含有する酸化保護層を開示する。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態によると、ベース層は窒化クロムから構成されるが、いくつかの用途に関しては、窒化アルミニウムクロムから構成されることも可能である。
【００２１】
本発明の別の実施形態によると、機能層は、少なくとも大部分は酸化アルミニウムクロムを含有するか、また好ましくは機能層は、酸化アルミニウムクロムから構成される。
【００２２】
特に好ましい実施形態によると、機能層は、交互に析出された個々の層ＡおよびＢを含む多層構造を有し、かつ個々の層Ａの組成は、個々の層Ｂの組成とは異なる。
【００２３】
ベース層の層厚は、好ましくは１μｍより大きく、いくつかの用途に関して、好ましくは１．５μｍ〜１０μｍ、またはさらに好ましくは２μｍ〜７μｍである。
【００２４】
機能層の層厚とベース層の層厚との比率は、好ましくは０．５〜２、またはいくつかの用途に関して、好ましくは０．２５〜１．５である。
【００２５】
本発明による別の酸化保護層は、高温にさらされる基板のためのクロムをベースとする酸化保護層であって、層が、機能層を有するクロム含有層系を含み、機能層が、交互に析出された個々の層ＡおよびＢを含む多層構造を有し、個々の層Ａの組成が、個々の層Ｂの組成とは異なり、個々の層Ａが、少なくとも大部分は窒化アルミニウムクロム、また好ましくは窒化クロムを含有し、かつ個々の層Ｂが、少なくとも大部分は酸化アルミニウムクロムもしくは酸化クロム、また好ましくは酸窒化アルミニウムクロム、またはより好ましくは酸窒化クロムを含有する。
【００２６】
一般に、本発明によると、個々の層Ａは、少なくとも大部分は窒化アルミニウムクロム、また好ましくは窒化クロムを含有し、かつ個々の層Ｂは、少なくとも大部分は酸化アルミニウムクロムもしくは酸化クロム、また好ましくは酸窒化アルミニウムクロム、またはより好ましくは酸窒化クロムを含有する。
【００２７】
本発明による酸化層の他の好ましい実施形態によると、
・個々の層Ａは、窒化アルミニウムクロムから構成され、かつ個々の層Ｂは、酸化アルミニウムクロム、もしくは好ましくは酸窒化アルミニウムクロムから構成されるか、または
・個々の層Ａは窒化クロムから構成され、かつ個々の層Ｂは、酸化アルミニウムクロム、もしくは好ましくは酸窒化アルミニウムクロムから構成され、また好ましくは
・個々の層Ａは、窒化クロムから構成され、かつ個々の層Ｂは、酸化クロム、また好ましくは酸窒化クロムから構成される。
【００２８】
多層構造は、個々の層Ａと個々の層Ｂとの間に析出される、個々の層Ｃを含むことも可能であり、個々の層Ｃの組成は、個々の層Ａの組成および個々の層Ｂの組成のそれぞれとは異なり、かつ個々の層Ｃは、少なくとも大部分は酸窒化アルミニウムクロム、また好ましくは酸窒化クロムを含有する。
【００２９】
好ましくは、そのような個々の層Ｃは、酸窒化アルミニウムクロム、またはより好ましくは酸窒化クロムから構成される。
【００３０】
好ましい実施形態によると、互いの上に交互に析出された各個々の層Ａと個々の層Ｂとの間で、多層構造は、その窒素含有量が、直接隣接する個々の層Ｂの窒素含有量より多く、かつ直接に隣接する個々の層Ａの窒素含有量より少ない、個々の層Ｃを有する。
【００３１】
各個々の層Ａおよび／またはＢの層厚は好ましくは５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３２】
本発明の上記実施形態の１つによる酸化層によってコーティングされた基板も本開示に含まれる。
【００３３】
さらにまた、本開示は、本発明の上記実施形態による酸化層の製造方法を含み、好ましくは、この方法はＰＶＤプロセス、例えば、スパッタリングプロセス、または用途によっては、好ましくはアーク蒸発プロセスである。好ましくは、コーティングプロセス間のプロセス温度は４５０℃以下である。
【図２】
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【図１】
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【国際調査報告】
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