本發(fā)明涉及熱障涂層以及渦輪構(gòu)件。

本申請(qǐng)基于在2014年11月11日向日本申請(qǐng)的日本特愿2014-228812號(hào)而主張優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援引于此。

背景技術(shù)：

在燃?xì)廨啓C(jī)中，為了提高效率，有時(shí)將使用的氣體溫度設(shè)定得較高。這樣的燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪構(gòu)件(動(dòng)葉、靜葉等)暴露于高溫的氣體。因此，在渦輪構(gòu)件的表面施加有熱障涂層(thermalbarriercoating：tbc)。該熱障涂層將熱傳導(dǎo)率低的陶瓷系材料等的噴鍍材料噴鍍形成于作為被噴鍍物的渦輪構(gòu)件的表面。利用這樣的熱障涂層來(lái)覆蓋渦輪構(gòu)件，由此提高渦輪構(gòu)件的隔熱性以及耐久性。

上述熱障涂層有時(shí)因燃燒氣體所包含的各種微粒而產(chǎn)生所謂的燒蝕，從而被減薄。

專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了在維持低熱傳導(dǎo)率的同時(shí)改善熱障涂層的耐燒蝕性的技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，作為熱障涂層，提出有如下的熱障涂層：具有約1.0117～約1.0148的范圍的氧化鋯晶格的c/a比，并且包括利用氧化釔單獨(dú)以外的穩(wěn)定化量的金屬氧化物穩(wěn)定劑穩(wěn)定化為正方晶相的含氧化鋯的陶瓷組成物，將其空隙率設(shè)為約0.1～0.25(換言之，氣孔率為10～25％)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2005-232590號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

在上述的專利文獻(xiàn)1所記載那樣的熱障涂層中，已知有耐燒蝕性和熱傳導(dǎo)率成為折衷選擇的關(guān)系。這是因?yàn)?，?dāng)使熱障涂層的氣孔率降低而形成為致密時(shí)，雖然能夠提高耐燒蝕性，但與形成為致密相應(yīng)地使熱傳導(dǎo)率上升。

已知上述熱障涂層的熱循環(huán)耐久性存在氣孔率越降低而變得越低的趨勢(shì)。若熱循環(huán)耐久性降低，則可能產(chǎn)生熱障涂層的剝離等。

換句話說(shuō)，在上述熱障涂層中，在為了提高耐燒蝕性而使氣孔率降低時(shí)，熱傳導(dǎo)率上升而隔熱性能降低。若為了彌補(bǔ)該熱傳導(dǎo)率的上升量而增大熱障涂層的厚度，則因熱循環(huán)耐久性降低而導(dǎo)致強(qiáng)度不足，熱障涂層變得容易剝離。

本發(fā)明的目的在于，提供能夠在確保足夠的隔熱性能以及強(qiáng)度的同時(shí)提高耐燒蝕性的熱障涂層以及渦輪構(gòu)件。

解決方案

根據(jù)本發(fā)明的第一方式，熱障涂層包括粘結(jié)涂層和外涂層。粘結(jié)涂層設(shè)為層疊于母材上的金屬結(jié)合層。外涂層層疊于所述粘結(jié)涂層之上而包含氧化鋯系陶瓷。所述外涂層的氣孔率為9％以下。

通常，外涂層的熱循環(huán)耐久性根據(jù)陶瓷的氣孔率的降低而降低。因此，熱障涂層所使用的陶瓷的氣孔率形成為比10％大的區(qū)域。然而，本發(fā)明人深入研究的結(jié)果是查明如下情況：在與利用超過(guò)800℃那樣的高溫的燃燒氣體來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)同等的條件下，在氣孔率為9％以下的區(qū)域中，與氣孔率降低無(wú)關(guān)地，熱循環(huán)耐久性上升。換句話說(shuō)，通過(guò)使氣孔率為9％以下，由于能夠提高熱循環(huán)耐久性，因此在因氣孔率的降低而提高耐燒蝕性的同時(shí)，與熱循環(huán)耐久性提高相應(yīng)地增大外涂層的厚度，從而能夠抑制隔熱性能的降低。

其結(jié)果是，能夠在確保足夠的隔熱性能以及強(qiáng)度的同時(shí)提高耐燒蝕性。

根據(jù)本發(fā)明的第二方式，也可以是，熱障涂層的第一方式中的氣孔率為6％以下。

通過(guò)這樣構(gòu)成，比起氣孔率為9％的情況，能夠進(jìn)一步提高耐燒蝕性，并且提高熱循環(huán)耐久性而進(jìn)一步增大外涂層的厚度。因此，能夠延長(zhǎng)直至因燒蝕使外涂層磨損而使母材暴露于高溫為止的時(shí)間。換言之，能夠延長(zhǎng)因外涂層而得到足夠的隔熱效果的持續(xù)時(shí)間。其結(jié)果是，由于能夠使維護(hù)的間隔變長(zhǎng)，因此能夠減輕用戶的負(fù)擔(dān)。

根據(jù)本發(fā)明的第三方式，也可以是，熱障涂層的第一方式中的外涂層的沿與層疊方向交叉的方向延伸的層狀缺陷的缺陷密度為250根/mm²以下。

通過(guò)這樣構(gòu)成，通過(guò)氣孔率的降低和層狀缺陷的降低，能夠確保足夠的強(qiáng)度。因此，能夠在增大外涂層的厚度而確保足夠的隔熱性能的同時(shí)進(jìn)一步提高耐燒蝕性。

根據(jù)本發(fā)明的第四方式，也可以是，熱障涂層的第三方式中的所述外涂層的所述層狀缺陷的缺陷密度為225根/mm²以下。

由于能夠使層狀缺陷的缺陷密度降低，因此能夠提高強(qiáng)度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時(shí)進(jìn)一步提高耐燒蝕性。

根據(jù)本發(fā)明的第五方式，也可以是，熱障涂層的第四方式中的所述外涂層的所述層狀缺陷的平均長(zhǎng)度為33.8μm以下。

由于能夠使層狀缺陷的平均長(zhǎng)度降低，因此能夠提高強(qiáng)度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時(shí)進(jìn)一步提高耐燒蝕性。

根據(jù)本發(fā)明的第六方式，也可以是，熱障涂層的第四或者第五方式中的所述外涂層的所述層狀缺陷的缺陷密度為196根/mm²以下。

由于能夠使層狀缺陷的缺陷密度進(jìn)一步降低，因此能夠進(jìn)一步提高強(qiáng)度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時(shí)進(jìn)一步提高耐燒蝕性。

根據(jù)本發(fā)明的第七方式，也可以是，熱障涂層的第六方式中的所述外涂層的所述層狀缺陷的平均長(zhǎng)度為31.7μm以下。

由于能夠使層狀缺陷的平均長(zhǎng)度降低，因此能夠進(jìn)一步提高強(qiáng)度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時(shí)進(jìn)一步提高耐燒蝕性。

根據(jù)本發(fā)明的第八方式，也可以是，熱障涂層的第四～第七方式的任一方式中的所述氣孔率為8.4％以下。

因氣孔率的降低，能夠提高強(qiáng)度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時(shí)進(jìn)一步提高耐燒蝕性。

根據(jù)本發(fā)明的第九方式，也可以是，熱障涂層的第八方式中的所述氣孔率為7.0％以下。

因氣孔率的降低，能夠進(jìn)一步提高強(qiáng)度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時(shí)進(jìn)一步提高耐燒蝕性。

根據(jù)本發(fā)明的第十方式，也可以是，熱障涂層的第三～第九方式的任一方式中的所述外涂層由zro2-8wt％y2o3構(gòu)成。

通過(guò)這樣構(gòu)成，能夠容易地得到耐燒蝕性、隔熱性能優(yōu)異的外涂層。

根據(jù)本發(fā)明的第十一方式，也可以是，熱障涂層的第三～第九方式的任一方式中的所述外涂層由zro2-16wt％yb2o3構(gòu)成。

通過(guò)這樣構(gòu)成，能夠容易地得到耐燒蝕性、隔熱性能優(yōu)異的外涂層。

根據(jù)本發(fā)明的第十二方式，渦輪構(gòu)件在表面具有第一或者第十一方式的熱障涂層。

通過(guò)這樣構(gòu)成，能夠抑制渦輪構(gòu)件長(zhǎng)期暴露在高溫下而受到損傷的情況。此外，由于能夠延長(zhǎng)維護(hù)周期，因此能夠降低使燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)停止的頻率。

發(fā)明效果

根據(jù)上述熱障涂層以及渦輪構(gòu)件，能夠不使熱循環(huán)耐久性降低而提高耐燒蝕性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的燃?xì)廨啓C(jī)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。

圖2是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的動(dòng)葉的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖3是放大本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的動(dòng)葉的主要部位的剖視圖。

圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的渦輪的形成方法的流程圖。

圖5是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的減耗深度的圖表。

圖6是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的熱傳導(dǎo)率的圖表。

圖7是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的熱循環(huán)耐久性的圖表。

圖8是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的熱循環(huán)試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。

圖9是示意性示出利用圖8所示的裝置用于熱循環(huán)試驗(yàn)的試料的溫度變化的圖表。

圖10是示出用于圖9的熱循環(huán)試驗(yàn)的試料的溫度測(cè)定點(diǎn)的圖。

圖11是與本發(fā)明的第一實(shí)施方式的變形例中的圖3相當(dāng)?shù)钠室晥D。

圖12是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的減耗深度的圖表。

圖13是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的熱傳導(dǎo)率的圖表。

圖14是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的熱循環(huán)耐久性的圖表。

圖15a是第一實(shí)施例中的氣孔率為8.4％且層狀缺陷密度為225根/mm²的情況的剖面照片。

圖15b是復(fù)寫(xiě)圖15a的層狀缺陷而成的圖畫(huà)。

圖16a是第二實(shí)施例中的氣孔率為7.0％且層狀缺陷密度為196根/mm²時(shí)的剖面照片。

圖16b是復(fù)寫(xiě)圖16a的層狀缺陷而成的圖畫(huà)。

圖17a是比較例中的氣孔率為12.9％且層狀缺陷密度為556根/mm²時(shí)的剖面照片。

圖17b是復(fù)寫(xiě)圖17a的層狀缺陷而成的圖畫(huà)。

具體實(shí)施方式

基于附圖，對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的熱障涂層以及渦輪構(gòu)件進(jìn)行說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的燃?xì)廨啓C(jī)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。

如圖1所示，該第一實(shí)施方式中的燃?xì)廨啓C(jī)1具備壓縮機(jī)2、燃燒器3、渦輪主體4以及轉(zhuǎn)子5。

壓縮機(jī)2將大量的空氣導(dǎo)入內(nèi)部并對(duì)其進(jìn)行壓縮。

燃燒器3將燃料與由壓縮機(jī)2壓縮后的壓縮空氣a混合并使該燃料燃燒。

渦輪主體4將從燃燒器3導(dǎo)入的燃燒氣體g的熱能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能量。該渦輪主體4通過(guò)向設(shè)于轉(zhuǎn)子5的動(dòng)葉7吹送燃燒氣體g而將燃燒氣體g的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械旋轉(zhuǎn)能量并產(chǎn)生動(dòng)力。在渦輪主體4中，除了設(shè)有轉(zhuǎn)子5側(cè)的多個(gè)動(dòng)葉7以外，還在渦輪主體4的外殼6設(shè)置多個(gè)靜葉8。在渦輪主體4中，這些動(dòng)葉7與靜葉8沿轉(zhuǎn)子5的軸向交替排列。

轉(zhuǎn)子5將渦輪主體4旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力的一部分傳導(dǎo)至壓縮機(jī)2而使壓縮機(jī)2旋轉(zhuǎn)。

以下，在該第一實(shí)施方式中，將渦輪主體4的動(dòng)葉7作為本發(fā)明的渦輪構(gòu)件的一例而進(jìn)行說(shuō)明。

圖2是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的動(dòng)葉的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的立體圖。

如圖2所示，動(dòng)葉7具備動(dòng)葉主體71、平臺(tái)72、葉片根73以及護(hù)罩74。動(dòng)葉主體71配置在渦輪主體4的外殼6內(nèi)的燃燒氣體g流路內(nèi)。平臺(tái)72設(shè)于動(dòng)葉主體71的基端。該平臺(tái)72在動(dòng)葉主體71的基端側(cè)劃分出燃燒氣體g的流路。葉片根73形成為從平臺(tái)72向與動(dòng)葉主體71相反的一側(cè)突出。護(hù)罩74設(shè)于動(dòng)葉主體71的前端。該護(hù)罩74在動(dòng)葉主體71的前端側(cè)劃分出燃燒氣體g的流路。

圖3是放大本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的動(dòng)葉的主要部位的剖視圖。

如圖3所示，動(dòng)葉7由母材10和熱障涂層11構(gòu)成。

母材10由ni(鎳)基合金等耐熱合金構(gòu)成。

熱障涂層11形成為覆蓋母材10的表面。該熱障涂層11具備粘結(jié)涂層12和外涂層13。

粘結(jié)涂層12抑制外涂層13從母材10剝離。該粘結(jié)涂層12是抗腐蝕性以及抗氧化性優(yōu)異的金屬結(jié)合層。粘結(jié)涂層12例如通過(guò)將作為噴鍍材料的mcraly合金的金屬噴鍍粉末向母材10的表面噴鍍來(lái)形成。在此，構(gòu)成粘結(jié)涂層12的mcraly合金的“m”表示金屬元素。該金屬元素“m”例如由nico(鎳-鈷)、ni(鎳)、co(鈷)等單獨(dú)的金屬元素或者這些中的兩種以上的組合構(gòu)成。

外涂層13層疊于粘結(jié)涂層12的表面。該外涂層13通過(guò)將包含陶瓷的噴鍍材料噴鍍于粘結(jié)涂層12的表面而形成。該第一實(shí)施方式中的外涂層13的氣孔率(每單位體積的氣孔的占有率)為9％以下，更優(yōu)選為6％以下。作為在形成外涂層13時(shí)使用的噴鍍材料，能夠使用氧化鋯系陶瓷。作為氧化鋯系陶瓷，舉出氧化釔穩(wěn)定化氧化鋯(ysz)、以及由氧化鐿(yb2o3)部分穩(wěn)定化后的氧化鋯(zro2)即氧化鐿穩(wěn)定化氧化鋯(ybsz)等。

接下來(lái)，對(duì)將上述的熱障涂層11形成于母材10的表面的渦輪構(gòu)件的形成方法的一例進(jìn)行說(shuō)明。

圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的渦輪的形成方法的流程圖。

如圖4所示，首先，作為母材形成工序s1，將母材10形成為目標(biāo)渦輪構(gòu)件、例如動(dòng)葉7的形狀。該第一實(shí)施方式中的母材10使用上述的ni基合金來(lái)形成。

接著，作為熱障涂層方法s2，依次進(jìn)行粘結(jié)涂層層疊工序s21、外涂層層疊工序s22以及表面調(diào)整工序s23。

在粘結(jié)涂層層疊工序s21中，在母材10的表面形成粘結(jié)涂層12。在該第一實(shí)施方式的粘結(jié)涂層層疊工序s21中，例如，利用低壓等離子體噴鍍法將mcraly合金的金屬噴鍍粉末噴鍍于母材10的表面。

在外涂層層疊工序s22中，在粘結(jié)涂層12上層疊外涂層13。在該第一實(shí)施方式的外涂層層疊工序s22中，例如，利用大氣壓等離子體噴鍍法(atmosphericpressureplasmaspray：aps)，將作為噴鍍材料的ysz的粉末噴鍍于粘結(jié)涂層12上。

在此，在外涂層層疊工序s22中，使外涂層13的氣孔率為9％以下，更優(yōu)選為6％以下。這樣，作為使外涂層13的氣孔率為9％以下、更優(yōu)選為6％以下的方法，例如，舉出使噴射上述的噴鍍材料的噴鍍裝置的噴嘴的前端(未圖示)與母材10的距離(換言之噴鍍距離)比氣孔率高于9％的情況短的方法。例如，使噴鍍裝置的噴鍍電流增加等，也能夠進(jìn)一步降低外涂層13的氣孔率。此外，在氣孔率為9％以下、更優(yōu)選為6％以下的情況下，通過(guò)控制上述的噴鍍距離和噴鍍電流這兩者，能夠得到所希望的氣孔率。

表面調(diào)整工序s23對(duì)熱障涂層11的表面的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。具體來(lái)說(shuō)，在表面調(diào)整工序s23中，略微切削外涂層13的表面而調(diào)整熱障涂層11的膜厚、或者使表面更光滑。根據(jù)該表面調(diào)整工序s23，例如，能夠使朝向動(dòng)葉7的熱傳導(dǎo)率降低。在該第一實(shí)施方式的表面調(diào)整工序s23中，通過(guò)將外涂層13切削數(shù)十μm，能夠使表面光滑并且調(diào)整膜厚。

圖5是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的減耗深度的圖表。圖6是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的熱傳導(dǎo)率的圖表。圖7是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的熱循環(huán)耐久性的圖表。

如圖5所示，比起氣孔率大于9％的區(qū)域(尤其是10％～15％左右的區(qū)域)，上述的外涂層13的減耗深度(mm)在氣孔率(％)為9％以下的區(qū)域中大幅降低。換句話說(shuō)，在氣孔率為9％以下的區(qū)域中，耐燒蝕性提高。在此，減耗深度是指，在以恒定的條件對(duì)外涂層13進(jìn)行燒蝕試驗(yàn)的情況下外涂層13減耗的深度。在此，恒定的條件是指，至少不使試驗(yàn)溫度、燒蝕劑速度、燒蝕劑的種類、燒蝕劑的供給量以及燒蝕劑碰撞角度發(fā)生變化而成為恒定值的試驗(yàn)條件。

在燒蝕試驗(yàn)中，使用與動(dòng)葉7同樣地在母材10的表面形成有熱障涂層的試料。

如圖6所示，外涂層13中，氣孔率(％)越是降低，熱傳導(dǎo)率越是上升。這意味著，在使外涂層13成為恒定的厚度的情況下，氣孔率越是降低，隔熱性越是降低。尤其是在氣孔率為9％以下的區(qū)域中，與氣孔率高于9％的區(qū)域相比，熱傳導(dǎo)率較大地上升。

外涂層13的熱循環(huán)耐久性之前被認(rèn)為是伴隨著外涂層13的氣孔率(％)的降低而降低。然而，這次在與以燃燒氣體超過(guò)800℃那樣的高溫環(huán)境進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)相同的條件下進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果是，得到如下見(jiàn)解：如圖7所示，在氣孔率為9％以下的區(qū)域中，熱循環(huán)耐久性轉(zhuǎn)為上升。該熱循環(huán)耐久性的上升通過(guò)使氣孔率為6％以下而更顯著地顯現(xiàn)。換句話說(shuō)，在使用非常高溫的燃燒氣體g的燃?xì)廨啓C(jī)的環(huán)境中，通過(guò)使氣孔率為9％以下、更優(yōu)選為6％以下，即便與熱循環(huán)耐久性的上升相應(yīng)地增大外涂層13的厚度，也能夠得到足夠的強(qiáng)度。因此，與增大其厚度相應(yīng)地能夠進(jìn)一步提高外涂層13中的隔熱性。

圖8是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的熱循環(huán)試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。

如圖8所示，熱循環(huán)試驗(yàn)裝置30形成為，在配設(shè)于主體部33上的試料保持架32上以使熱障涂層11成為外側(cè)的方式配置在母材10上形成有熱障涂層11的試料31，通過(guò)從co2激光裝置34對(duì)該試料31照射激光l而從熱障涂層11側(cè)加熱試料31。在基于co2激光裝置34的加熱的同時(shí)，利用從貫穿主體部33并配置于主體部33的內(nèi)部的同試料31背面?zhèn)葘?duì)置的位置處的冷卻氣體噴嘴35的前端噴出的氣體流f，從該背面?zhèn)壤鋮s試料31。

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)的熱循環(huán)試驗(yàn)裝置，能夠容易地在試料31內(nèi)部形成溫度梯度，能夠進(jìn)行符合應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)件等高溫部件的情況下的使用環(huán)境的評(píng)價(jià)。

圖9是示意性示出利用圖8所示的裝置進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)的試料的溫度變化的圖表。圖10是示出進(jìn)行圖9的熱循環(huán)試驗(yàn)的試料的溫度測(cè)定點(diǎn)的圖。圖9所示的曲線a～c分別與圖10所示的試料31中的溫度測(cè)定點(diǎn)a～c對(duì)應(yīng)。

如圖9所示，根據(jù)圖8所示的熱循環(huán)試驗(yàn)裝置，能夠以使溫度按照試料31的熱障涂層11表面(a)、熱障涂層11與母材10的界面(b)、母材10的背面?zhèn)?c)的順序變低的方式進(jìn)行加熱。因此，例如，通過(guò)將熱障涂層11的表面設(shè)為1200℃以上的高溫、將熱障涂層11與母材10之間的界面的溫度設(shè)為800～900℃，由此能夠設(shè)為與實(shí)機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)相同的溫度條件。該熱循環(huán)試驗(yàn)裝置的加熱溫度和溫度梯度能夠通過(guò)調(diào)整co2激光裝置34的輸出和氣體流f而容易地成為所希望的溫度條件。

在此，在上述的圖7所示的圖表中，縱軸所示的熱循環(huán)耐久性試驗(yàn)溫度(℃)是在進(jìn)行1000周期的反復(fù)加熱時(shí)熱障涂層11產(chǎn)生剝離的溫度。該第一實(shí)施方式中的熱循環(huán)試驗(yàn)進(jìn)行了將最高表面溫度(熱障涂層11表面的最高溫度)設(shè)為1300℃、將最高界面溫度(熱障涂層11與母材10之間的界面的最高溫度)設(shè)為950℃的反復(fù)的加熱。此時(shí)，設(shè)為加熱時(shí)間3分鐘、冷卻時(shí)間3分鐘的反復(fù)(冷卻時(shí)的表面溫度設(shè)定為100℃以下)。

因此，根據(jù)上述的第一實(shí)施方式的熱障涂層11，通過(guò)將外涂層13的氣孔率設(shè)為9％以下，能夠提高熱循環(huán)耐久性。因此，在因氣孔率的降低而提高耐燒蝕性的同時(shí)，與熱循環(huán)耐久性提高相應(yīng)地增大外涂層13的厚度，能夠抑制隔熱性能的降低。其結(jié)果是，能夠在確保足夠的隔熱性能以及強(qiáng)度的同時(shí)提高耐燒蝕性。

此外，在將氣孔率設(shè)為6％以下的情況下，與氣孔率為9％的情況相比，能夠進(jìn)一步提高外涂層13的耐燒蝕性，并且提高熱循環(huán)耐久性而進(jìn)一步增大外涂層13的厚度。因此，能夠延長(zhǎng)直至因燒蝕使外涂層13磨損而使母材10暴露在高溫下為止的時(shí)間。換言之，能夠延長(zhǎng)因外涂層13而得到足夠的隔熱效果的持續(xù)時(shí)間。其結(jié)果是，由于能夠使維護(hù)的間隔變長(zhǎng)，因此能夠減輕用戶的負(fù)擔(dān)。

此外，根據(jù)上述的第一實(shí)施方式中的渦輪構(gòu)件即動(dòng)葉7，能夠抑制在長(zhǎng)期范圍內(nèi)暴露于高溫而受到損傷的情況。此外，由于能夠延長(zhǎng)維護(hù)周期，因此能夠減小使燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)停止的頻率。

(第一實(shí)施方式的變形例)

本發(fā)明并不限于上述的第一實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，包含對(duì)上述的第一實(shí)施方式加以各種變更的情況。即，在第一實(shí)施方式中舉出的具體的形狀、結(jié)構(gòu)等只不過(guò)是一例，能夠進(jìn)行適宜地變更。

粘結(jié)涂層12、外涂層13也可以通過(guò)上述的第一實(shí)施方式以外的方法形成。例如，可以作為大氣壓等離子體噴鍍以外的電噴鍍而使用減壓等離子體噴鍍，可以作為氣體式噴鍍而使用火焰噴鍍法、高速火焰噴鍍。另外，可以通過(guò)噴鍍法以外的方法形成，例如，也可以使用電子束物理蒸鍍法。

此外，在上述的結(jié)構(gòu)中，作為渦輪構(gòu)件而以動(dòng)葉7為例進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以在其他渦輪構(gòu)件、例如燃?xì)廨啓C(jī)1的靜葉8、構(gòu)成燃燒器3的噴嘴、筒體等構(gòu)件中應(yīng)用本發(fā)明。

在形成上述的第一實(shí)施方式中的外涂層13時(shí)，逐漸縮短噴鍍距離，但此時(shí)，也可以形成圖11所示那樣的所謂的縱向裂紋。在如此形成縱向裂紋的情況下，外涂層13的楊氏模量變低且熱應(yīng)力降低，因此能夠進(jìn)一步提高熱循環(huán)耐久性。

(第二實(shí)施方式)

接下來(lái)，基于附圖對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的熱障涂層以及渦輪構(gòu)件進(jìn)行說(shuō)明。該第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，附加了層狀缺陷的條件。因此，對(duì)與第一實(shí)施方式相同的部分標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記而進(jìn)行說(shuō)明，并且省略重復(fù)的說(shuō)明。

第二實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)1具備壓縮機(jī)2、燃燒器3、渦輪主體4以及轉(zhuǎn)子5。動(dòng)葉7具備動(dòng)葉主體71、平臺(tái)72、葉片根73以及護(hù)罩74。

動(dòng)葉7包括母材10和熱障涂層11。熱障涂層11具備粘結(jié)涂層12和外涂層13。

接下來(lái)，對(duì)將第二實(shí)施方式的熱障涂層11形成于母材10的表面的渦輪構(gòu)件的形成方法進(jìn)行說(shuō)明。在該第二實(shí)施方式中的渦輪構(gòu)件的形成方法的說(shuō)明中，引用第一實(shí)施方式的圖4而進(jìn)行說(shuō)明。

如圖4所示，首先，作為母材形成工序s1，將母材10形成為目標(biāo)的渦輪構(gòu)件、例如動(dòng)葉7的形狀。該第二實(shí)施方式中的母材10與第一實(shí)施方式同樣地使用上述的ni(鎳)基合金來(lái)形成。

接著，作為熱障涂層方法s2，依次進(jìn)行粘結(jié)涂層層疊工序s21、外涂層層疊工序s22以及表面調(diào)整工序s23。

在粘結(jié)涂層層疊工序s21中，在母材10的表面上形成粘結(jié)涂層12。該第二實(shí)施方式的粘結(jié)涂層層疊工序s21中，例如，利用低壓等離子體噴鍍法將mcraly合金的金屬噴鍍粉末噴鍍于母材10的表面。

外涂層層疊工序s22中，在粘結(jié)涂層12上層疊外涂層13。該第二實(shí)施方式的外涂層層疊工序s22中，例如，利用大氣壓等離子體噴鍍法(atmosphericpressureplasmaspray：aps)，將作為噴鍍材料的ysz(氧化釔穩(wěn)定化氧化鋯)的粉末噴鍍于粘結(jié)涂層12上。在此，作為該第二實(shí)施方式中的ysz，能夠使用部分穩(wěn)定化氧化鋯即zro2-8wt％y2o3、或者zro2-16wt％yb2o3。

在此，在外涂層層疊工序s22中，將外涂層13的層狀缺陷密度設(shè)為250根/mm²以下。在該實(shí)施方式中，層狀缺陷密度為225根/mm²以下，更優(yōu)選為196根/mm²。

外涂層工序s22中，將外涂層13的氣孔率設(shè)為9％以下。在該實(shí)施方式中，將氣孔率設(shè)為8.4％以下，更優(yōu)選為7.0％以下。

作為將外涂層13的氣孔率設(shè)為9％以下且將外涂層13的層狀缺陷密度設(shè)為250根/mm²以下的方法，例如，舉出增大噴鍍裝置的噴鍍電流的方法。在該情況下，也可以與第一實(shí)施方式同樣地比起層狀缺陷密度高于250根/mm²的情況，縮短噴射上述的噴鍍材料的噴鍍裝置的噴嘴的前端(未圖示)與母材10的距離(換言之，噴鍍距離)。

表面調(diào)整工序s23中，對(duì)熱障涂層11的表面的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。具體來(lái)說(shuō)，在表面調(diào)整工序s23中，略微切削外涂層13的表面而調(diào)整熱障涂層11的膜厚、或者使表面更光滑。根據(jù)該表面調(diào)整工序s23，例如，能夠使朝向動(dòng)葉7的熱傳導(dǎo)率降低。在該第二實(shí)施方式的表面調(diào)整工序s23中，與第一實(shí)施方式同樣地通過(guò)將外涂層13切削數(shù)十μm，能夠使表面光滑并且調(diào)整膜厚。

圖12是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的減耗深度的圖表。圖13是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的熱傳導(dǎo)率的圖表。圖14是示出與外涂層的氣孔率對(duì)應(yīng)的熱循環(huán)耐久性的圖表。

在該第二實(shí)施方式中，在圖12～圖14中示出氣孔率為“4.5％”、“6.5％”、“7.0％”、“8.4％”、“11.4％”、“12.9％”、“14.9％”的情況。

在此，在氣孔率為8.4％的情況下，層狀缺陷密度(根/mm²)為225根/mm²，層狀缺陷平均長(zhǎng)度(μm)為33.8μm。在氣孔率為7.0％的情況下，層狀缺陷密度(根/mm²)為196根/mm²，層狀缺陷平均長(zhǎng)度(μm)為31.7μm。

此外，在氣孔率為12.9％的情況下，層狀缺陷密度(根/mm²)為556根/mm²，層狀缺陷平均長(zhǎng)度(μm)為37.9μm。

圖15a是第一實(shí)施例中的氣孔率為8.4％且層狀缺陷密度為225根/mm²的情況的剖面照片，圖15b是復(fù)寫(xiě)圖15a的層狀缺陷而成的圖畫(huà)。圖16a是第二實(shí)施例中的氣孔率為7.0％且層狀缺陷密度為196根/mm²時(shí)的剖面照片，圖16b是復(fù)寫(xiě)圖16a的層狀缺陷而成的圖畫(huà)。圖17a是比較例中的氣孔率為12.9％且層狀缺陷密度為556根/mm²時(shí)的剖面照片，圖17b是復(fù)寫(xiě)圖17a的層狀缺陷的圖畫(huà)。

形成于外涂層13的層狀缺陷與氣孔不同。層狀缺陷主要形成為，沿與外涂層13的層疊方向交叉的橫向延伸的微細(xì)的龜裂。層狀缺陷形成在外涂層13的整個(gè)區(qū)域內(nèi)。這些層狀缺陷的每單位面積的根數(shù)為“層狀缺陷密度”，這些層狀缺陷朝向橫向的長(zhǎng)度的平均值為“層狀缺陷平均長(zhǎng)度”。

如圖12所示，上述的外涂層13在氣孔率(％)為9％以下即氣孔率為8.4％、6.5％、7.0％、4.5％的情況下，比起氣孔率為11.4％、12.9％、14.9％的情況而使減耗深度(mm)大幅地降低。這認(rèn)為是基于如下的效果：通過(guò)改善噴鍍粒子的熔融狀態(tài)，在降低氣孔率之外，提高噴鍍粒子間的緊貼力，將被膜中的微細(xì)的剝離方向(橫向)的裂紋(層狀缺陷)降低至極低的水平。

換句話說(shuō)，在氣孔率為9％以下、具體來(lái)說(shuō)8.4％以下的區(qū)域中，耐燒蝕性提高。減耗深度是指，與第一實(shí)施方式同樣地在以恒定的條件對(duì)外涂層13進(jìn)行燒蝕試驗(yàn)的情況下，外涂層13減耗的深度。恒定的條件是指，至少不使試驗(yàn)溫度、燒蝕劑速度、燒蝕劑的種類、燒蝕劑的供給量以及燒蝕劑碰撞角度發(fā)生變化而成為恒定值的試驗(yàn)條件。在燒蝕試驗(yàn)中，與動(dòng)葉7同樣地使用在母材10的表面形成有熱障涂層的試料。

本燒蝕試驗(yàn)利用模擬實(shí)機(jī)的高溫高速燒蝕試驗(yàn)裝置而進(jìn)行評(píng)價(jià)。這是在三菱重工技報(bào)vol.52no.2(2015)所示的特殊裝置。該高溫高速燒蝕試驗(yàn)裝置能夠再現(xiàn)極其接近于實(shí)機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)的熱障涂層(tbc；thermalbarriercoating)的工作環(huán)境的環(huán)境，若不是本裝置，則難以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)熱障涂層。通常，燒蝕試驗(yàn)大多在室溫下進(jìn)行，并且，本裝置那樣的高速的氣體流速大多在高溫環(huán)境下也無(wú)法獲得。

如圖13所示，外涂層13如在第一實(shí)施方式也說(shuō)明過(guò)那樣，氣孔率(％)越是降低，熱傳導(dǎo)率越是上升。這意味著，在將外涂層13設(shè)為恒定的厚度的情況下，氣孔率越是降低且層狀缺陷密度越是降低，隔熱性越是降低。

在氣孔率為9％以下即8.4％、7.0％、6.5％、4.5％的各個(gè)情況下，比起氣孔率高于8.4％的情況(層狀缺陷密度高于225根/mm²、層狀缺陷平均長(zhǎng)度長(zhǎng)于33.8μm的情況)的比較例，熱傳導(dǎo)率較大地上升。這被認(rèn)為是因?yàn)?，噴鍍中的粒子的熔融進(jìn)展，氣孔率的降低以及噴鍍被膜特融的橫向的缺陷即層狀缺陷變得極少。

外涂層13的熱循環(huán)耐久性之前被認(rèn)為是伴隨著外涂層13的氣孔率(％)的降低而降低。然而，這次在與以燃燒氣體超過(guò)800℃且與實(shí)機(jī)同樣的100m/s以上的氣體流速的高溫環(huán)境進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)相同的條件下進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果是，得到如下見(jiàn)解：如圖14所示，在氣孔率為9％以下的區(qū)域，更具體來(lái)說(shuō)，氣孔率為8.4％以下(層狀缺陷密度為225根/mm²以下，層狀缺陷平均長(zhǎng)度為33.8μm以下)的情況下，熱循環(huán)耐久性轉(zhuǎn)為上升。

該熱循環(huán)耐久性的上升通過(guò)使氣孔率為7.0％(層狀缺陷密度為196根/mm²以下，層狀缺陷平均長(zhǎng)度為31.7μm以下)而更顯著地顯現(xiàn)。換句話說(shuō)，在使用非常高溫的燃燒氣體g的燃?xì)廨啓C(jī)的環(huán)境中，通過(guò)使氣孔率為8.4％以下、更優(yōu)選為7.0％以下，降低層狀缺陷密度，縮短層狀缺陷平均長(zhǎng)度，能夠使熱循環(huán)耐久性上升。因此，即便與該熱循環(huán)耐久性的上升相應(yīng)地增大外涂層13的厚度，也能夠得到足夠的強(qiáng)度。

這被認(rèn)為是因?yàn)椋瑖婂冎械牧Ｗ拥娜廴谶M(jìn)展，氣孔率的降低和層狀缺陷變得極少。

能夠發(fā)現(xiàn)如下情況：氣孔率的降低、層狀缺陷的降低對(duì)于膜厚的增加極為有效，即便使膜厚大幅增加至熱傳導(dǎo)率上升量以上，也具有足夠的耐久性以及對(duì)耐燒蝕極為有效。

因此，根據(jù)第二實(shí)施方式，通過(guò)將外涂層13的氣孔率設(shè)為9％以下且將層狀缺陷密度設(shè)為250根/mm²以下，能夠提高外涂層13中的隔熱性。此外，通過(guò)將氣孔率設(shè)為8.4％以下、更優(yōu)選為7.0％，將層狀缺陷密度設(shè)為225根/mm²、更優(yōu)選為196根/mm²以下，能夠提高隔熱性。

此外，通過(guò)將氣孔率設(shè)為8.4％以下、更優(yōu)選為7.0％，將層狀缺陷平均長(zhǎng)度設(shè)為33.8μm以下、更優(yōu)選為31.7μm以下，能夠提高隔熱性。

此外，能夠因氣孔率的降低、層狀缺陷的降低而增大膜厚。其結(jié)果是，即便為了成為由氣孔率的降低、層狀缺陷的降低引起的熱傳導(dǎo)率上升量以上的熱傳導(dǎo)率而大幅地增大膜厚，也能夠確保足夠的耐久性。

能夠在改善耐燒蝕性的基礎(chǔ)上增加外涂層13的膜厚而改善熱傳導(dǎo)性。因此，根據(jù)上述耐燒蝕性、熱傳導(dǎo)性這兩者的效果，能夠在長(zhǎng)期范圍內(nèi)提高可靠性。

工業(yè)實(shí)用性

本發(fā)明能夠應(yīng)用于熱障涂層以及渦輪構(gòu)件。根據(jù)應(yīng)用本發(fā)明的熱障涂層以及渦輪構(gòu)件，能夠不降低熱循環(huán)耐久性而提高耐燒蝕性。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1燃?xì)廨啓C(jī)

2壓縮機(jī)

3燃燒器

4渦輪主體

5轉(zhuǎn)子

6外殼

7動(dòng)葉

8靜葉

10母材

11熱障涂層

12粘結(jié)涂層

13外涂層

30熱循環(huán)試驗(yàn)裝置

31試料

32試料保持架

33主體部

40縱向裂紋

71動(dòng)葉主體

72平臺(tái)

73葉片根

74護(hù)罩