(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理材の表面をＣＶＤ処理すると共に、該被処理材の基端部に形成された根部を非処理する処理方法であって、上記被処理材の基端部と根部との間に窪み部を形成し、被処理材を垂下させつつマスキング治具のフランジ部で上記窪み部を挟み込むと共に、該治具と根部との間の空間部分に、上記根部を覆うようにマスキング微粒子を充填し、ＣＶＤ処理ガスの非処理部への侵入を防止させ、上記マスキング微粒子が高純度のＡｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＣ，ＳｉＯ2 ，ＳｉＮ，Ｃｒ2 Ｏ3 のいずれか一種又はこれらの混合物であることを特徴とする熱ＣＶＤ処理方法。
【請求項２】
請求項１において、上記マスキング微粒子の粒径が、１０〜１００μｍであることを特徴とする熱ＣＶＤ処理方法。
【請求項３】
請求項１において、上記マスキング微粒子が、塩化物、有機物、鉛，亜鉛等の重金属酸化物を含まないことを特徴とする熱ＣＶＤ処理方法。
【請求項４】
被処理材の表面をＣＶＤ処理すると共に、該被処理材の基端部に形成された根部を非処理する処理方法であって、上記被処理材の基端部と根部との間に窪み部を形成し、被処理材を垂下させつつマスキング治具のフランジ部で上記窪み部を挟み込むと共に、該治具と根部との間の空間部分に、上記根部を覆うようにマスキング微粒子を充填し、ＣＶＤ処理ガスの非処理部への侵入を防止させ、上記ＣＶＤ処理がＣｒ拡散層を形成することを特徴とする熱ＣＶＤ処理方法。
【請求項５】
請求項４において、上記ＣＶＤ処理が、金属Ｃｒ粉末と焼結防止剤とを重量比で３０／７０〜８０／２０となるような割合で混合した混合物に塩化アンモニウム粉末を０．５重量％以上添加したＣｒ発生源粉末とを、上記被処理材とＣｒ発生源粉末との間にＮｉ又はセラミックの多孔質体からなる中間材を介在させて上記被処理材とＣｒ発生源粉末とが直接接触しない状態でＣＶＤ（化学気相蒸着）容器内に装填し、該ＣＶＤ容器を閉鎖し、該容器内に残留する空気を水素又は不活性ガスと置換した後、水素ガスを流通させながら９００〜１２００℃に昇温し、同温度で１５〜２５時間保持して被処理材表面にＣｒ拡散層を形成させることを特徴とする熱ＣＶＤ処理方法。
【請求項６】
請求項１において、上記ＣＶＤ処理がＡｌ拡散層を形成することを特徴とする熱ＣＶＤ処理方法。
【請求項７】
請求項６において、上記ＣＶＤ処理が、ニッケル、クロム、コバルト、アルミニウムのうち少なくとも２種を含むと共に、少なくとも１種の希土類元素を添加した金属材料のコーティングを施し、その後コーティング面にＡｌ拡散層を形成させることを特徴とする熱ＣＶＤ処理方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載された熱ＣＶＤ処理方法において、上記被処理材がタービン翼であることを特徴とする熱ＣＶＤ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンなどに適用される高温耐食性を有する動・静翼（以下、単に「翼」と称する）の熱ＣＶＤ処理方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
例えばコンバインド・サイクルプラントに代表される高効率化された最近の産業用ガスタービンのタービン入口温度は１３５０℃にも達している。このような高温の燃焼ガスに暴露されるガスタービンの１，２段動・静翼はＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍ：Ｃｏ，Ｎｉ，ＣｏＮｉなど）やＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 等のセラミックをコーティングすることによって、高温腐食損傷を防止する対策がとられている。
一方、３，４段動・静翼は燃焼ガス温度が低下（６５０〜８００℃）することもあり、通常は特に腐食防止対策はとられず、無処理のままで使用されていた。
【０００３】
ところが、近年、４段動翼等で高温腐食が原因でクリープ寿命が大幅に低下する事象が出現し、基材であるＮｉ基又はＣｏ基合金の表面にＡｌやＡｌ・Ｓｉを拡散浸透させることにより３，４段動翼へ耐食性を付与する処理が行われるようになってきている。
【０００４】
上記のＡｌやＡｌ・Ｓｉの拡散処理は、Ｎｉ基又はＣｏ基合金である基材への耐食性付与に有効であるが、表層に形成されるＡｌやＡｌ・Ｓｉの拡散層は延性が乏しく、ガスタービン運転中に生じる変形等によるクラックの発生が懸念されている。
【０００５】
そこで、Ｎｉ基又はＣｏ基合金基材の表面に、耐食性に優れた表面層を有し、しかも表面が平滑で、かつ処理前と同等の基材強度を有する耐食性表面処理合金の製造方法として、例えばＮｉ基又はＣｏ基合金からなる基材（被処理材）の表面に耐食性に優れたＣｒ拡散層を形成させる熱ＣＶＤ法が提案されている。
【０００６】
図４にタービン翼の取付けの一例を示す。
図４に示すように、ロータ円板１の側面から翼溝２内に挿入するいわゆるツリー状の翼根部３を有したタービン翼４が良く知られている。ここで、上記翼根部３はロータ円板１側に埋め込むのために、ＣＶＤ処理する必要がない非処理箇所である。
【０００７】
一般にコーティング処理する場合に、処理したくない箇所がある場合には、マスキング材料を該当部分に塗布して処理しているが、しかしながら、上記熱ＣＶＤ法では、９００〜１２００℃という高温で熱処理するので、良好なマスキング材がなく、またマスキング材を施した場合でも該マスキング材が剥離するなどして、結果的にＣＶＤ処理する必要がない箇所（根部）まで処理ガスが到達する場合がある。
このため、図５に示すような、結晶粒５が粒界腐蝕６するようなおそれがある。
【０００８】
以上の問題に鑑み、本発明は、タービン翼の特定の箇所においてＣＶＤ処理せずに、しかも良好なＣＶＤ処理ができるようにしたタービン翼の熱ＣＶＤ処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の［請求項１］の発明に係る熱ＣＶＤ処理方法は、被処理材の表面をＣＶＤ処理すると共に、該被処理材の基端部に形成された根部を非処理する処理方法であって、上記被処理材の基端部と根部との間に窪み部を形成し、被処理材を垂下させつつマスキング治具のフランジ部で上記窪み部を挟み込むと共に、該治具と根部との間の空間部分に、上記根部を覆うようにマスキング微粒子を充填し、ＣＶＤ処理ガスの非処理部への侵入を防止させ、上記マスキング微粒子が高純度のＡｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＣ，ＳｉＯ2 ，ＳｉＮ，Ｃｒ2 Ｏ3 のいずれか一種又はこれらの混合物であることを特徴とする。
【００１２】
［請求項２］の発明に係る熱ＣＶＤ処理方法は、請求項１において、上記マスキング微粒子の粒径が、１０〜１００μｍであることを特徴とする。
【００１３】
［請求項３］の発明に係る熱ＣＶＤ処理方法は、請求項１において、上記マスキング微粒子が、塩化物、有機物、鉛，亜鉛等の重金属酸化物を含まないことを特徴とする。
【００１４】
［請求項４］の発明に係る熱ＣＶＤ処理方法は、被処理材の表面をＣＶＤ処理すると共に、該被処理材の基端部に形成された根部を非処理する処理方法であって、上記被処理材の基端部と根部との間に窪み部を形成し、被処理材を垂下させつつマスキング治具のフランジ部で上記窪み部を挟み込むと共に、該治具と根部との間の空間部分に、上記根部を覆うようにマスキング微粒子を充填し、ＣＶＤ処理ガスの非処理部への侵入を防止させ、上記ＣＶＤ処理がＣｒ拡散層を形成することを特徴とする。
【００１５】
［請求項５］の発明に係る熱ＣＶＤ処理方法は、請求項４において、上記ＣＶＤ処理が、金属Ｃｒ粉末と焼結防止剤とを重量比で３０／７０〜８０／２０となるような割合で混合した混合物に塩化アンモニウム粉末を０．５重量％以上添加したＣｒ発生源粉末とを、上記被処理材とＣｒ発生源粉末との間にＮｉ又はセラミックの多孔質体からなる中間材を介在させて上記被処理材とＣｒ発生源粉末とが直接接触しない状態でＣＶＤ（化学気相蒸着）容器内に装填し、該ＣＶＤ容器を閉鎖し、該容器内に残留する空気を水素又は不活性ガスと置換した後、水素ガスを流通させながら９００〜１２００℃に昇温し、同温度で１５〜２５時間保持して被処理材表面にＣｒ拡散層を形成させることを特徴とする。
【００１６】
［請求項６］の発明に係る熱ＣＶＤ処理方法は、請求項１において、上記ＣＶＤ処理がＡｌ拡散層を形成することを特徴とする。
【００１７】
［請求項７］の発明に係る熱ＣＶＤ処理方法は、請求項６において、上記ＣＶＤ処理が、ニッケル、クロム、コバルト、アルミニウムのうち少なくとも２種を含むと共に、少なくとも１種の希土類元素を添加した金属材料のコーティングを施し、その後コーティング面にＡｌ拡散層を形成させることを特徴とする。
［請求項８］の発明に係る熱ＣＶＤ処理方法は、請求項１乃至請求項７の何れかに記載された熱ＣＶＤ処理方法において、上記被処理材がタービン翼であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１は本実施の形態にかかるＣＶＤ−Ｃｒ処理マスキング方法の概略図であり、図２は該処理装置の概略図である。
これらの図面に示すように、ＣＶＤ−Ｃｒ処理装置は、ＣＶＤ−Ｃｒ容器３１内に設けられたガス透過性の中間材（例えばポーラスニッケル等）３２を配してなると共に、該中間材３２の内部にＮＨ4 とＣｒとＡｌ2 Ｏ3 とからなる粉末を充填してなり、内部にＨ2 を供給し、内部をＨ2 ガス雰囲気としている。そして、図示しない加熱手段により所定の処理温度（９００〜１２００℃）で処理することで金属Ｃｒが翼１１の表面に処理され、Ｃｒ拡散層を形成している。
【００２０】
この処理において、本実施の形態では、タービン翼１４の基端部１２と翼根部１３との間に設けた窪み部１５を、上記翼根部１３を覆うように設けた天板２０から垂下するマスキング治具（Ｎｉ合金等）１６のフランジ部１７で挟み込み、密着させると共に、該治具１６と翼根部１３との間の空間部分に、マスキング微粒子２１を充填し、翼根部１３全体を上記マスキング微粒子２１で覆うようにすることで、ＣＶＤ−Ｃｒ処理の処理ガスの侵入を防止するようにしている。
【００２１】
このように、被処理材であるタービン翼１４はフランジ部により垂下されていると共に、上記マスキング微粒子２１が充填されているので、窪み部１５と翼根部１３とが密着すると共に、マスキング微粒子２１が細密充填されているので、該マスキング微粒子２１により、ＣＶＤ処理ガスが翼根部１３の表面に接触することがないので、ＣＶＤ−Ｃｒ処理をしたい翼１１及び翼基部１２には良好なＣｒ拡散層が形成されると共に、翼根部１３には処理がなされないので、当該箇所の結晶粒の粒界腐蝕が発生しないものとなる。
【００２２】
ここで、本発明で上記マスキング微粒子とは、例えば高純度Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＣ，ＳｉＯ2 ，ＳｉＮ，Ｃｒ2 Ｏ3 のいずれか一種を挙げることができる。
【００２３】
本発明で高純度とは、ＣＶＤ処理において皮膜形成に有害な有害ガスの要因となる物質を含まない微粒子をいう。
特に、マスキング微粒子内には、塩化物、有機物、鉛，亜鉛等の重金属の酸化物を全く含まないことがより好ましい。
【００２４】
また、上記マスキング微粒子の粒径は、１０〜１００μｍであることが好ましい。
これは、１０μｍよりも細かいと、微少な隙間からマスキング微粒子２１がこぼれ落ち、ＣＶＤ−Ｃｒ処理する翼１１の表面に該微粒子が付着してしまうことを防ぐためであり、一方、１００μｍを超えるような場合には、充填効果が低く、処理ガスが侵入してくるおそれがあるからである。
よって、より好適には、５０〜７０μｍとするのがよい。
【００２５】
なお、微粒子の粒径分布を調整して、フランジ部１７側の空間部内を細密充填できるような粒度分布とする場合には、上記粒径分布に限定されるものではない。
【００２６】
本発明で熱ＣＶＤ処理とは、特に限定されるものではないが、タービン翼表面に良好な皮膜を形成する方法として、例えばＣｒ拡散層を形成する熱ＣＶＤ−Ｃｒ処理を挙げることができる。
【００２７】
上記ＣＶＤ処理の一例として、例えば金属Ｃｒ粉末と焼結防止剤とを重量比で３０／７０〜８０／２０となるような割合で混合した混合物に塩化アンモニウム粉末を０．５重量％以上添加したＣｒ発生源粉末とを、上記被処理材とＣｒ発生源粉末との間にＮｉ又はセラミックの多孔質体からなる中間材を介在させて上記被処理材とＣｒ発生源粉末とが直接接触しない状態でＣＶＤ（化学気相蒸着）容器内に装填し、該ＣＶＤ容器を閉鎖し、該容器内に残留する空気を水素又は不活性ガスと置換した後、水素ガスを流通させながら９００〜１２００℃に昇温し、同温度で１５〜２５時間保持して被処理材表面にＣｒ拡散層を形成させるようにすればよい。これにより、被処理材であるタービン翼１４の表面に良好なＣｒ拡散層を形成することができる。
このように、高温でＣＶＤ処理するに際し、コーティング処理する部分と非処理部分とを区別する場合において、本発明方法が好適に適用することができる。
【００２８】
また、上記ＣＶＤ−Ｃｒ処理以外の処理としては、特に限定されるものではなく、例えばＣＶＤ−Ａｌ処理を挙げることができる。
このＣＶＤ−Ａｌ処理は、ニッケル、クロム、コバルト、アルミニウムのうち少なくとも２種を含むと共に、少なくとも１種の希土類元素を添加した金属材料のコーティングを施し、その後アルミニウムのＡｌ拡散層を形成させるようにしたものである。
【００２９】
この熱ＣＶＤ−Ａｌ処理の実施の形態を以下に示す。
【００３０】
［第２の実施の形態］
図３は本実施の形態にかかるＣＶＤ−Ａｌ処理装置の概略図である。
図３に示すように、ＣＶＤ−Ａｌ処理装置は、内部に溶融Ａｌ容器５１を設けたＣＶＤ容器５２と、該ＣＶＤ容器内にＡｌＣｌ3 （ガス状）を供給するＡｌ反応容器５３とから構成されてなり、ＨＣｌとＨ2 との混合ガス５４を上記Ａｌ反応容器５３内に供給することで、ガス状のＡｌＣｌ3 を形成して、ＣＶＤ容器５１内へ供給し、所定温度で加熱することで溶融Ａｌ容器５２からのＡｌとＡｌＣｌ3 とからＡｌ蒸気５５を形成して、翼の表面にＡｌ拡散層をする。
【００３１】
この処理において、本実施の形態では、タービン翼１４の基端部１２と翼根部１３との間に設けた窪み部１５を、上記翼根部１３を覆うように設けた天板２０から垂下するマスキング治具１６のフランジ部１７で挟み込むと共に、該治具１６と翼根部１３との間の空間部分に、マスキング微粒子２１を充填し、表面処理ガスの侵入を防止するようにしている。
【００３２】
本発明によれば、空冷翼の表面にはＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ａｌのうち少なくとも２種を含むと共に、少なくとも１種の希土類元素を含む溶射層又は蒸着層が形成され、ついでこのコーティング層の表層にＣＶＤ−Ａｌ法によってＡｌが拡散付与され、Ａｌ濃度が増加しているため、ガスタービンでの使用の際、高温腐食の進行に伴うＡｌの消耗が補われ、従って高温耐食性が向上する。
【００３３】
なお、上記方法によれば、ＣＶＤ−Ａｌ処理が高温において水素を含む雰囲気中で実施されるため、溶射層又は蒸着層中の相互拡散が進行すると共に、基材との相互拡散を生じ、密着性にすぐれた均一組織となるなど、膜質が改善される。
【００３４】
この処理において、本発明のようにマスキング微粒子２１で非処理部である翼根部１３を処理することがないので、、ＣＶＤ−Ａｌ処理をしたい翼１１及び翼基部１２には良好なＡｌ拡散層が形成されると共に、翼根部１３には処理がなされないので、当該箇所の結晶粒の粒界腐蝕が発生しないものとなる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の［請求項１］の発明によれば、被処理材の表面をＣＶＤ処理すると共に、該被処理材の基端部に形成された根部を非処理する処理方法であって、上記被処理材の基端部と根部との間に窪み部を形成し、被処理材を垂下させつつマスキング治具のフランジ部で上記窪み部を挟み込むと共に、該治具と根部との間の空間部分に、上記根部を覆うようにマスキング微粒子を充填して熱ＣＶＤ処理するので、ＣＶＤ処理ガスの非処理部への侵入を防止することができる。
【００３６】
［請求項２］の発明は、請求項１において、上記被処理材がタービン翼とするので、タービン翼の根部の結晶粒の粒界腐蝕が防止される。
【００３７】
［請求項３］の発明は、請求項１において、上記マスキング微粒子が高純度のＡｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＣ，ＳｉＯ2 ，ＳｉＮ，Ｃｒ2 Ｏ3 のいずれか一種又はこれらの混合物であるので、良好なマスキング効果を発揮する。
【００３８】
［請求項４］の発明は、請求項３において、上記マスキング微粒子の粒径が、１０〜１００μｍであるので、マスキング部分を良好に覆うようにして処理ガスの侵入を防ぐことができる。
【００３９】
［請求項５］の発明は、請求項３において、上記マスキング微粒子が、塩化物、有機物、鉛，亜鉛等の重金属酸化物を含まないので、マスキング部分への腐蝕を防止することできる。
【００４０】
［請求項６］の発明は、請求項１において、上記ＣＶＤ処理がＣｒ拡散層を形成するので、耐蝕性の優れたコーティングを施すことができる。
【００４１】
［請求項７］の発明は、請求項６において、上記ＣＶＤ処理が、金属Ｃｒ粉末と焼結防止剤とを重量比で３０／７０〜８０／２０となるような割合で混合した混合物に塩化アンモニウム粉末を０．５重量％以上添加したＣｒ発生源粉末とを、前記被処理材とＣｒ発生源粉末との間にＮｉ又はセラミックの多孔質体からなる中間材を介在させて前記被処理材とＣｒ発生源粉末とが直接接触しない状態でＣＶＤ（化学気相蒸着）容器内に装填し、該ＣＶＤ容器を閉鎖し、該容器内に残留する空気を水素又は不活性ガスと置換した後、水素ガスを流通させながら９００〜１２００℃に昇温し、同温度で１５〜２５時間保持して被処理材表面にＣｒ拡散層を形成させるので、処理前と同等の基材強度を保持しつつ表面を耐蝕性のコーティング面を形成することができる。
【００４２】
［請求項８］の発明は、請求項１において、上記ＣＶＤ処理がＡｌ拡散層を形成するので、耐蝕性の優れたコーティングを施すことができる。
【００４３】
［請求項９］の発明は、請求項８において、上記ＣＶＤ処理が、ニッケル、クロム、コバルト、アルミニウムのうち少なくとも２種を含むと共に、少なくとも１種の希土類元素を添加した金属材料のコーティングを施し、その後コーティング面にＡｌ拡散層を形成させるので、密着性に優れたＡｌ拡散層のコーティングを施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるＣＶＤ−Ｃｒ処理の概略図である。
【図２】第１の実施の形態にかかるＣＶＤ−Ｃｒ処理装置の概略図である。
【図３】第２の実施の形態にかかるＣＶＤ−Ａｌ処理の概略図である。
【図４】粒界腐蝕の概念図である。
【図５】タービン翼の取付け状態を示す概略図である。
【符号の説明】
１１  翼
１２  基端部
１３  翼根部
１４  タービン翼
１５  窪み部
２０  天板
１６  マスキング治具
１７  フランジ部
２１  マスキング微粒子
３１  ＣＶＤ−Ｃｒ容器
３２  中間材
５１  ＣＶＤ−Ｃｒ容器
５２  溶融Ａｌ容器
５３  Ａｌ反応容器
５４  混合ガス
５５  Ａｌ蒸気
【図１】
0003785028.tif 000002
【図２】
0003785028.tif 000003
【図３】
0003785028.tif 000004
【図４】
0003785028.tif 000005
【図５】
0003785028.tif 000006