JP3372185B2 - Heat resistant material - Google Patents
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- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス被覆
層を有する耐熱部材に関する。The present invention relates to relates to a heat-resistant member having a ceramic coating layer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】航空機用エンジンやガスタービン等の熱
機関を構成する燃焼器や静・動翼等は、高温かつ応力の
かかった過酷な環境で使用される。このため、これらの
機器材料には、従来、耐熱性合金からなる耐熱部材が用
いられている。2. Description of the Related Art Combustors, static / moving blades, etc., which constitute a heat engine such as an aircraft engine or a gas turbine, are used in a harsh environment under high temperature and stress. Therefore, heat-resistant members made of heat-resistant alloys have been conventionally used for these equipment materials.
【０００３】しかしながら、近年、エネルギー資源をよ
り有効に利用するため、上記のような機器の利用温度の
高温化要求が高まり、それにともない、これらに用いる
耐熱部材に対しさらなる耐熱性の向上が求められてい
る。However, in recent years, in order to utilize energy resources more effectively, there has been an increasing demand for a higher operating temperature of the above-mentioned equipment, and accordingly, the heat-resistant members used therefor are required to have further improved heat resistance. ing.
【０００４】そこで、このような要求に応えるべく、金
属基材上に熱伝導率の小さいセラミックスを遮熱層とし
て被覆した耐熱部材が用いられはじめている。Therefore, in order to meet such demands, a heat-resistant member in which a ceramic having a small thermal conductivity is coated as a heat shield layer on a metal base material has begun to be used.
【０００５】従来、この種のセラミックス材料として
は、ジルコニア、例えばＹ2 Ｏ3 安定化ジルコニア、Ｃ
ａＯ安定化ジルコニア、ＭｇＯ安定化ジルコニア等や、
ＣａＳｉＯ3 等が提案され、なかでも熱伝導率が小さ
く、かつ、熱膨張率の大きいジルコニアが広く用いられ
ている。熱膨張率の大きいセラミックスを使用するの
は、金属基材との整合性をよくするためである。Conventionally, as a ceramic material of this kind, zirconia, for example, Y 2 O 3 -stabilized zirconia, C
aO-stabilized zirconia, MgO-stabilized zirconia, etc.,
CaSiO 3 and the like have been proposed, and among them, zirconia having a low thermal conductivity and a high thermal expansion coefficient is widely used. The reason why ceramics having a large coefficient of thermal expansion is used is to improve the compatibility with the metal base material.
【０００６】また、これらのセラミックス材料を金属基
材上に被覆する手段としては、溶射法が経済性などの点
から一般に用いられている。[0006] As a means for coating these ceramic materials on a metal base material, a thermal spraying method is generally used from the viewpoint of economy.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のセラミックス被覆層を有する耐熱部材にあっ
ては、長期間使用される間にセラミックス被覆層内で割
れや剥離が生じ、本来の優れた耐熱性が維持できなくな
るという問題があった。これは、長期使用中に耐熱部材
の温度が繰り返し上下し、この温度の上下によって、セ
ラミックス被覆層中に熱応力が発生することが主たる原
因と考えられる。However, in such a heat-resistant member having a conventional ceramic coating layer, cracks and peeling occur in the ceramic coating layer during long-term use, and the original excellent heat resistance member is obtained. There was a problem that heat resistance could not be maintained. It is considered that this is mainly because the temperature of the heat-resistant member repeatedly rises and falls during long-term use, and the rise and fall of this temperature causes thermal stress in the ceramic coating layer.
【０００８】また、従来は、セラミックス被覆層の評価
基準が確立しておらず、そのため、長時間耐熱性を維持
することができる特性に優れた良好なセラミックス被覆
層を再現性良く形成することが困難であるという問題も
あった。Further, conventionally, the evaluation standard of the ceramic coating layer has not been established, and therefore, it is possible to form a good ceramic coating layer having excellent characteristics capable of maintaining heat resistance for a long time with good reproducibility. There was also the problem of difficulty.
【０００９】本発明はこのような点に対処してなされた
もので、セラミックス被覆層の耐熱疲労特性に優れ、長
期に亘って優れた耐熱性を維持することができる耐熱部
材を提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of such a point, and it is an object of the present invention to provide a heat resistant member which is excellent in the heat resistance fatigue property of the ceramic coating layer and can maintain the excellent heat resistance for a long period of time. To aim.
【００１０】また、本発明は、セラミックス被覆層の耐
熱疲労特性を容易にかつ精度よく評価判定することがで
き、これにより耐熱疲労特性に優れたセラミックス被覆
層、ひいては長期間に亘って優れた耐熱性を維持する耐
熱部材を再現性良く生産することを可能とする耐熱部材
の品質評価方法を提供する。Further, according to the present invention, the thermal fatigue resistance of the ceramic coating layer can be easily and accurately evaluated and judged, and as a result, the ceramic coating layer excellent in the thermal fatigue resistance characteristic, and thus the thermal resistance excellent over a long period of time, can be obtained. Provided is a heat-resistant member quality evaluation method which makes it possible to produce a heat-resistant member capable of maintaining heat resistance with good reproducibility.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本願の第１の発明は、金
属基材上に、断面曲線の最大高さＲmax が70μｍ以上、
１０点平均粗さＲZ が45μｍ以上であるセラミックス被
覆層を具備することを特徴とする耐熱部材である。According to a first aspect of the present invention, a maximum height R max of a sectional curve is 70 μm or more on a metal substrate.
A heat-resistant member comprising a ceramic coating layer having a 10-point average roughness R Z of 45 μm or more.
【００１２】また、本願の第２の発明は、金属基材上
に、ビッカース硬度が 650HV未満であるセラミックス被
覆層を具備することを特徴とする耐熱部材である。The second invention of the present application is a heat-resistant member characterized by comprising a ceramic coating layer having a Vickers hardness of less than 650 HV on a metal substrate.
【００１３】本願の第１の発明の耐熱部材においては、
金属基材上に、断面曲線の最大高さＲmaxが70μｍ以
上、１０点平均粗さＲZが45μｍ以上であるセラミック
ス被覆層を具備しており、この層が、高温環境下で使用
中に応力が作用しても微小クラックの発生により熱応力
を緩和するため、セラミックス被覆層内部の割れや剥離
が抑制される。したがって、優れた耐熱性が長期間維持
される。In the heat resistant member of the first invention of the present application ,
A metal coating material is provided with a ceramic coating layer having a maximum cross-sectional curve height Rmax of 70 μm or more and a 10-point average roughness RZ of 45 μm or more. Even if it acts, thermal stress is relieved by the generation of microcracks, so that cracking or peeling inside the ceramic coating layer is suppressed. Therefore, excellent heat resistance is maintained for a long time.
【００１４】同様に、本願の第２の発明の耐熱部材にお
いては、金属基材上に、ビッカース硬度が 650HV未満で
あるセラミックス被覆層を具備しており、この層が、高
温環境下で使用中に応力が作用しても微小クラックの発
生により熱応力を緩和するため、セラミックス被覆層内
部の割れや剥離が抑制される。したがって、優れた耐熱
性が長期間維持される。Similarly, in the heat-resistant member of the second invention of the present application, a ceramic coating layer having a Vickers hardness of less than 650 HV is provided on a metal base material, and this layer is used in a high temperature environment. Even if stress is applied to the ceramics, thermal stress is relieved by the generation of minute cracks, so that cracking or peeling inside the ceramic coating layer is suppressed. Therefore, excellent heat resistance is maintained for a long time.
【００１５】[0015]
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.
【００１７】図１は、本発明の耐熱部材の一実施形態の
構造を模式的に示す断面図である。図１において、１は
金属基材であり、この金属基材１上には、金属結合層
２、及び断面曲線の最大高さＲmax が70μｍ以上、１０
点平均粗さＲZ が45μｍ以上であるセラミックス被覆層
３が順に被覆形成されている。FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of one embodiment of the heat-resistant member of the present invention. In FIG. 1, 1 is a metal base material, and on this metal base material 1, a metal bonding layer 2 and a maximum height R max of a sectional curve of 70 μm or more, 10
A ceramic coating layer 3 having a point average roughness R Z of 45 μm or more is sequentially formed by coating.
【００１８】上記金属基材１の材料としては、Ｎｉ基合
金、Ｃｏ基合金等の耐熱性合金の使用が望ましく、実用
上は、特に、ハステロイＸ、Ｍａｒ−Ｍ２４７、ＩＮ７
３８ＬＣ、ＣＭＳＸ−２、ＣＭＳＸ−４、ＧＴＤ１１１
等のＮｉ基超合金や、ＦＳＸ４１４、Ｈａｙｎｅｓ１８
８、Ｌ−６０５、ＭＡＲ−Ｍ５０９等のＣｏ基超合金の
使用が望ましい。As the material of the metal base material 1, it is desirable to use a heat-resistant alloy such as a Ni-base alloy or a Co-base alloy, and in practice, particularly Hastelloy X, Mar-M247, IN7.
38LC, CMSX-2, CMSX-4, GTD111
Ni-based superalloys such as FSX414, Haynes18
8, the use of Co-based superalloys such as L-605 and MAR-M509 is preferred.
【００１９】金属結合層２は、本発明においては必ずし
も必須のものではないが、金属基材１とセラミックス被
覆層３との熱膨張係数の差によって生じる熱応力を緩和
することができ、また、酸化寿命特性等を向上させるこ
とができる点で好ましい。The metal bonding layer 2 is not essential in the present invention, but it can relieve the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate 1 and the ceramic coating layer 3, and It is preferable in that the oxidation life characteristics and the like can be improved.
【００２０】この金属結合層２の材料としては、ＮｉＣ
ｏＣｒＡｌＹ合金、ＮｉＣｒＡｌＹ合金、ＣｏＮｉＣｒ
ＡｌＹ合金、ＣｏＣｒＡｌＹ合金、ＮｉＣｒＡｌ合金等
があげられる。また、この金属結合層２の厚さは50〜25
0 μｍ程度が好ましく、通常、 150μｍ程度である。厚
すぎるとセラミックス被覆層３に加わる熱応力が大きく
なってセラミックス被覆層３の剥離や割れが生じやすく
なり、逆に薄すぎると、金属基材１の耐酸化性の改善や
熱応力の緩和効果が小さい。この金属結合層２の形成方
法としては、大気圧溶射法、低圧溶射法、ＰＶＤ法、Ｃ
ＶＤ法、パック法、スパッタ法等を用いることができ
る。The material of the metal bonding layer 2 is NiC.
oCrAlY alloy, NiCrAlY alloy, CoNiCr
Examples thereof include AlY alloy, CoCrAlY alloy, NiCrAl alloy and the like. The thickness of this metal bonding layer 2 is 50-25.
About 0 μm is preferable, and usually about 150 μm. If it is too thick, the thermal stress applied to the ceramic coating layer 3 will be large and the ceramic coating layer 3 will be easily peeled or cracked. On the contrary, if it is too thin, the oxidation resistance of the metal base material 1 will be improved and the thermal stress relaxation effect will be improved. Is small. As the method for forming the metal bonding layer 2, atmospheric pressure spraying method, low pressure spraying method, PVD method, C
A VD method, a pack method, a sputtering method, or the like can be used.
【００２１】セラミックス被覆層３と接する金属部、す
なわち、金属基材１あるいは金属結合層２の表面は、粗
さが大きければ大きいほど、セラミックス被覆層３との
密着性が増し、セラミックス被覆層３の耐熱疲労特性が
向上する。具体的には、金属基材１あるいは金属結合層
２の表面の粗さは、Ｒmax が70μｍ以上、１０点平均粗
さＲZ が40μｍ以上の範囲が望ましい。金属基材１の表
面の粗さを大きくするためには、セラミックス被覆層３
を形成する前にあらかじめサンドブラスト処理などの表
面加工処理を行っておくことも有効である。また、ブラ
スト処理をしなくとも金属結合層２については、その形
成に粗粒粉末を用いたり、大気圧溶射法を用いることが
表面粗さを大きくするうえで有効である。なお、まず、
低圧溶射法により金属基材１上に金属結合層を形成し、
次いでその表面に大気圧溶射法により粗さの大きい金属
結合層を形成すると、部材の耐酸化性も併せ向上させる
ことができ、より好ましい。さらに、低圧溶射法により
形成した、表面粗さが大きく、かつ、内部組織が緻密な
金属結合層（断面組織観察の画像解析処理で空隙率が 5
vol%以下）は、セラミックス被覆層３との密着性が高
く、かつ、酸化防止効果にも優れることからよりいっそ
う好ましい。The greater the roughness of the metal portion in contact with the ceramic coating layer 3, that is, the surface of the metal base material 1 or the metal bonding layer 2, the greater the adhesiveness with the ceramic coating layer 3, and the ceramic coating layer 3 The heat fatigue resistance property of is improved. Specifically, the surface roughness of the metal base material 1 or the metal bonding layer 2 is preferably such that R max is 70 μm or more and 10-point average roughness R Z is 40 μm or more. In order to increase the surface roughness of the metal substrate 1, the ceramic coating layer 3
It is also effective to perform surface treatment such as sandblasting in advance before forming the. Further, for the metal bonding layer 2 without using the blast treatment, it is effective to use a coarse particle powder or an atmospheric pressure spraying method for forming the surface roughness in order to increase the surface roughness. First,
Forming a metal bonding layer on the metal substrate 1 by a low pressure spraying method,
Next, it is more preferable to form a metal bonding layer having a large roughness on the surface thereof by the atmospheric pressure spraying method since the oxidation resistance of the member can be improved together. Furthermore, a metal bonding layer formed by the low-pressure thermal spraying method, which has a large surface roughness and a dense internal structure, has a porosity of 5
vol% or less) is more preferable because it has high adhesion to the ceramic coating layer 3 and also has an excellent antioxidant effect.
【００２２】上記セラミックス被覆層３の材料として
は、安定化ジルコニア、希土類酸化物、リン酸カルシウ
ム、アルミニウム−希土類複合酸化物などの熱膨張率が
大きいセラミックス材料があげられ、なかでも、熱膨張
率が大きく、かつ、熱伝導率が低い安定化ジルコニアの
使用が耐熱性の点から好ましい。安定化元素としては、
Ｙをはじめとする希土類元素があげられるが、特に、
Ｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｓｍが高温安定性や化学
的安定性に優れたセラミックス被覆層が得られることか
ら好ましい。Examples of the material of the ceramic coating layer 3 include ceramic materials having a large coefficient of thermal expansion such as stabilized zirconia, rare earth oxides, calcium phosphate, and aluminum-rare earth composite oxides. Among them, the coefficient of thermal expansion is large. In addition, it is preferable to use stabilized zirconia having low thermal conductivity from the viewpoint of heat resistance. As a stabilizing element,
There are rare earth elements such as Y, but especially,
Y, Nd, Ce, Pr, Pm and Sm are preferable because a ceramic coating layer excellent in high temperature stability and chemical stability can be obtained.
【００２３】安定化ジルコニアからなるセラミックス被
覆層３の場合、90vol%以上正方晶のジルコニアで構成さ
れることが望ましい。また、希土類安定化ジルコニアに
おいては安定化元素の固溶量は 4.0〜28.0 mol% である
ことが望ましい。 4.0 mol%以下であると化学的安定性
が不十分となり、28.0 mol% を越えるとセラミックス被
覆層３の強度が低下する。安定化元素の固溶量のより好
ましい範囲は 6.0〜25.0 mol% であり、機械的強度、耐
熱疲労特性に優れたセラミックス被覆層３を得ることが
できる。安定化元素の固溶量はＸ線回折法でジルコニア
の格子定数を測定して算出される。In the case of the ceramic coating layer 3 made of stabilized zirconia, it is desirable that it is made of tetragonal zirconia of 90 vol% or more. Further, in the rare earth-stabilized zirconia, the solid solution amount of the stabilizing element is preferably 4.0 to 28.0 mol%. If it is 4.0 mol% or less, the chemical stability becomes insufficient, and if it exceeds 28.0 mol%, the strength of the ceramic coating layer 3 decreases. A more preferable range of the solid solution amount of the stabilizing element is 6.0 to 25.0 mol%, and the ceramic coating layer 3 having excellent mechanical strength and heat fatigue resistance can be obtained. The solid solution amount of the stabilizing element is calculated by measuring the lattice constant of zirconia by the X-ray diffraction method.
【００２４】なお、化学的安定性や高温時の相安定性を
より高めるためには、安定化元素がミクロレベルで、で
きるだけ均一にジルコニア組織中に固溶していることが
望ましい。具体的には、安定化ジルコニアからなるセラ
ミックス被覆層において、ＥＰＭＡ（Electron probe m
icroanalyser）によるプローブ 1μｍφの測定領域で希
土類元素の濃度の分布を測定した際に、仕込み組成にお
ける希土類元素の濃度に対する各測定点の組成の標準偏
差（σ）が 0.8以内であることが望ましい。測定は、例
えばＹ2 Ｏ3 安定化ジルコニアの場合、3.0 mol%（5.4w
t%）Ｙ2 Ｏ3 安定化ジルコニア焼結体を用いて測定す
る。さらに、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による20nmφ
の測定領域で、仕込み組成における希土類元素の濃度に
対する各測定点の組成の標準偏差（σ）が 1.2以内であ
ることがより望ましい。このような希土類元素の濃度分
布の均一なセラミックス被覆層は、あらかじめ希土類元
素が均一に分布している粉末を金属基材に溶射すること
によって形成することができる。In order to further enhance the chemical stability and the phase stability at high temperature, it is desirable that the stabilizing element be solid-dissolved in the zirconia structure at the micro level as uniformly as possible. Specifically, in a ceramic coating layer made of stabilized zirconia, EPMA (Electron probe m
It is desirable that the standard deviation (σ) of the composition at each measurement point with respect to the concentration of the rare earth element in the charged composition is 0.8 or less when the distribution of the concentration of the rare earth element in the measurement area of the probe 1 μmφ by the icroanalyser) is measured. For example, in the case of Y 2 O 3 stabilized zirconia, 3.0 mol% (5.4 w
t%) Measured using a Y 2 O 3 stabilized zirconia sintered body. Furthermore, 20nmφ by TEM (transmission electron microscope)
It is more desirable that the standard deviation (σ) of the composition at each measurement point with respect to the concentration of the rare earth element in the charged composition is within 1.2 in the measurement region of. Such a ceramic coating layer having a uniform rare earth element concentration distribution can be formed by spraying a powder on which a rare earth element is uniformly distributed in advance onto a metal base material.
【００２５】このセラミックス被覆層３の厚さは、用途
によって異なるが、通常50〜1000μｍ程度あればよく、
ガスタービンの静翼や動翼の場合は 150〜300 μｍ程度
であればよい。The thickness of the ceramic coating layer 3 varies depending on the use, but it is usually about 50 to 1000 μm.
In the case of a stationary blade or a moving blade of a gas turbine, it may be about 150 to 300 μm.
【００２６】また、セラミックス被覆層３の粗さは、上
述した通り、断面曲線の最大高さＲmax が70μｍ以上、
１０点平均粗さＲZ が45μｍ以上である。ここでいう粗
さは、セラミックス被覆層３形成後の表面粗さや、セラ
ミックス被覆層３のＳＥＭによる断面組織観察から得ら
れる被覆層内部の粒子の界面により形成される断面曲線
から算出されるものを意味する。断面曲線は、連続した
測定距離 4mmの断面ＳＥＭ写真からセラミックス被覆層
３の粒子間の粒界の形状を、金属基材１表面とほぼ平行
な方向にトレースすることによって得ることができる。
粗さは、この断面曲線から JIS-B601-1982に準拠して算
出する。断面曲線は 5点以上とり、それぞれの曲線から
得られる粗さの値の平均値をとるこが望ましい。なお、
本発明で用いられているＲmax 、ＲZ 、断面曲線、平均
線は、いずれも JIS-B601-1982に準拠するものとする。
ＳＥＭ写真から良好な粒子間界面や界面が見えにくい場
合には、試験片に対しセラミックス被覆層が剥離しない
程度の温度差を加える熱サイクル、例えば 850〜1050℃
から 200℃への急冷、 200℃から 850〜1050℃への加熱
という熱サイクルを 1〜10回程度繰り返すことによって
粒界に微小クラックを生じさせ、この微小クラックに沿
って断面を形成する方法、あるいはセラミックス被覆層
内部の粒界に銅メッキ（荒田、大森、李 「高温学会
誌」14，5 (1988.9)78）やクロム酸（高橋、千田「溶
射」Vol.30,No.3,1993,9月）を含浸させるようにしてか
ら断面曲線を作成する方法を用いてもよい。The roughness of the ceramic coating layer 3 is, as described above, the maximum height R max of the sectional curve of 70 μm or more,
The 10-point average roughness R Z is 45 μm or more. The roughness referred to herein is calculated from the surface roughness after the formation of the ceramic coating layer 3 or the cross-sectional curve formed by the interface of the particles inside the coating layer obtained by observing the cross-sectional structure of the ceramic coating layer 3 by SEM. means. The cross-sectional curve can be obtained by tracing the shape of the grain boundary between the particles of the ceramic coating layer 3 in a direction substantially parallel to the surface of the metal substrate 1 from SEM photographs of cross-sections with continuous measurement distance of 4 mm.
Roughness is calculated from this cross section curve in accordance with JIS-B601-1982. It is desirable to take 5 or more cross-section curves and take the average value of the roughness values obtained from each curve. In addition,
The R max , R Z , cross-section curve, and average line used in the present invention all comply with JIS-B601-1982.
If it is difficult to see good inter-particle interfaces or interfaces from SEM photographs, a thermal cycle is applied to the test piece such that the temperature difference is such that the ceramic coating layer does not peel off.
To 200 ° C, rapid heating from 200 ° C to 850 to 1050 ° C, repeated 1 to 10 times to generate microcracks at grain boundaries, and a method to form a cross section along these microcracks. Or copper plating (Arata, Omori, Lee “High Temperature Society Journal” 14, 5 (1988.9) 78) and chromic acid (Takahashi, Senda “Spraying” Vol. 30, No. 3, 1993, on the grain boundaries inside the ceramic coating layer. The method of making a cross-sectional curve after impregnating (September) may be used.
【００２７】一般にセラミックス被覆層３を有する耐熱
部材は、使用温度に上下によって金属基材１との熱膨張
差にともなってセラミックス被覆層３内に熱応力が発生
し、その結果、セラミックス被覆層３内に微小クラック
が生じる。ここでセラミックス被覆層断面の微細構造を
図２に模式的に示す。図２に示すように、セラミックス
被覆層３の微細構造は、セラミックスの結晶粒が凝集し
た構造となっている。被覆層３内に生じた微小クラック
は、セラミックス被覆層３の結晶粒の粒界等を水平方向
に伝播進行して大きな亀裂となり、ついにはセラミック
ス被覆層３の剥離が生じることになる。Generally, in the heat-resistant member having the ceramic coating layer 3, thermal stress is generated in the ceramic coating layer 3 due to the difference in thermal expansion from the metal base material 1 depending on the temperature at which the ceramic coating layer 3 is used. Small cracks occur inside. Here, the fine structure of the cross section of the ceramic coating layer is schematically shown in FIG. As shown in FIG. 2, the fine structure of the ceramic coating layer 3 is a structure in which crystal grains of ceramics are aggregated. The minute cracks generated in the coating layer 3 propagate in the grain boundaries of the crystal grains of the ceramic coating layer 3 in the horizontal direction to form large cracks, and finally the ceramic coating layer 3 is peeled off.
【００２８】しかしながら、上記したような粗さの大き
いセラミックス被覆層３を形成したものにあっては、高
温環境下で使用中に、セラミックス被覆層３内部に多数
の微小クラックが形成され、これによって熱応力が緩和
されるため、長期間使用してもセラミックス被覆層３が
剥離することはなく、耐熱疲労特性に優れたセラミック
ス被覆層３を有する耐熱部材を得ることができる。However, in the case where the ceramic coating layer 3 having a large roughness as described above is formed, a large number of minute cracks are formed inside the ceramic coating layer 3 during use in a high temperature environment, which causes Since the thermal stress is relieved, the ceramic coating layer 3 does not peel off even after long-term use, and a heat resistant member having the ceramic coating layer 3 excellent in thermal fatigue resistance can be obtained.
【００２９】すなわち、セラミックス被覆層３内部に
は、セラミックスの結晶粒の粒界により形成される凹凸
があるが、セラミックス被覆層３の粗さＲmax 及びＲZ
が大きくなることは、図３の断面曲線Ａに例示されるよ
うに、結晶粒の存在により形成される凹凸の程度が大き
くなることを意味する。また、逆に、粗さＲmax 及びＲ
Z が小さくなることは、凹凸の程度が小さくなり平滑に
近づくことを意味する。本発明においては、セラミック
ス被覆層の粗さを特定の値より大きくする、すなわち、
セラミックス被覆層３内の凹凸の程度を大きくすること
により、被覆層３を構成する結晶粒子間の密着性を低下
させ、微小クラックを発生させやすくして熱応力を緩和
するものである。その結果、耐熱疲労特性に優れたセラ
ミックス被覆層３を得ることができる。That is, the ceramic coating layer 3 has irregularities formed by the grain boundaries of the crystal grains of the ceramic, but the roughness R max and R Z of the ceramic coating layer 3 is large.
Is larger means that the degree of unevenness formed by the presence of crystal grains is larger, as illustrated by the sectional curve A in FIG. On the contrary, the roughnesses R max and R
A decrease in Z means that the degree of unevenness becomes smaller and the surface becomes smoother. In the present invention, the roughness of the ceramic coating layer is made larger than a specific value, that is,
By increasing the degree of unevenness in the ceramic coating layer 3, the adhesion between the crystal grains forming the coating layer 3 is lowered, microcracks are easily generated, and the thermal stress is relaxed. As a result, it is possible to obtain the ceramic coating layer 3 having excellent thermal fatigue resistance.
【００３０】なお、凹凸は、亀裂が伝播する部分、すな
わち、金属部材よりも50〜100 μｍより外側（表面側）
で大きいことが望ましい。The unevenness is a portion where cracks propagate, that is, 50 to 100 μm outside the metal member (surface side).
It is desirable to be large.
【００３１】また、熱応力緩和効果の観点からは、セラ
ミックス被覆層３の粗さは大きければ大きいほどよく、
具体的には、Ｒmax が70μｍ以上 180μｍ以下、ＲZ が
45μｍ以上 140μｍ以下とすることが好ましい。より好
ましくは、Ｒmax が80μｍ以上 180μｍ以下、ＲZ が70
μｍ以上 140μｍ以下の範囲であり、Ｒmax が 120μｍ
以上 150μｍ以下、ＲZ が90μｍ以上 120μｍ以下の範
囲はさらに好ましく、Ｒmax が 120μｍ以上 140μｍ以
下、ＲZ が90μｍ以上 110μｍ以下の範囲はさらにいっ
そう好ましい。From the viewpoint of the thermal stress relaxation effect, the larger the roughness of the ceramic coating layer 3, the better.
Specifically, R max is 70 μm or more and 180 μm or less, and R Z is
The thickness is preferably 45 μm or more and 140 μm or less. More preferably, R max is 80 μm or more and 180 μm or less, and R Z is 70.
R max is 120 μm in the range of μm to 140 μm
The range of 150 μm or more and R Z of 90 μm or more and 120 μm or less is more preferable, and the range of R max of 120 μm or more and 140 μm or less and the range of R Z of 90 μm or more and 110 μm or less is more preferable.
【００３２】さらに、Ｒmax とＲZ が等しいか、もしく
はＲmax がＲZ より大きい方が好ましい。0.6 Ｒmax ≦
ＲZ ≦Ｒmax であると、セラミックス被覆層３内部に有
効に微小クラックを発生でき、熱応力を緩和することが
できるため、耐熱疲労特性や耐剥離特性の向上の点から
好ましい。Furthermore, if R max and R Z are equal or better R max is larger than R Z preferable. 0.6 R max ≤
When R Z ≦ R max , minute cracks can be effectively generated inside the ceramic coating layer 3 and thermal stress can be relaxed, which is preferable from the viewpoint of improving heat fatigue resistance and peeling resistance.
【００３３】さらに、用途によっては、エロージョン損
傷も割れや剥離の原因になることがあり、このような場
合には、セラミックス被覆層３形成後、研磨などの表面
平滑処理を施しておくことが望ましい。Further, depending on the application, erosion damage may cause cracking or peeling. In such a case, it is desirable to perform surface smoothing treatment such as polishing after forming the ceramic coating layer 3. .
【００３４】また、セラミックス被覆層３内部において
は、高低差の大きい凹凸部が多く存在していることが望
ましく、例えば、ＳＥＭ観察による断面曲線から得られ
る凹凸部の高さ（ＰＲ）の分布において、20μｍ以上の
高さが全高さ分布の 30%以上、より望ましくは 40%以上
を占めるセラミックス被覆層３であることが望ましい。
20μｍ以上の高さが全高さ分布の 30%以上を占めるセラ
ミックス被覆層３であれば、熱緩和に有効な微小クラッ
クが多数生じることになり、耐熱疲労特性に優れたセラ
ミックス被覆層が得られる。Further, it is desirable that there are many uneven portions having a large height difference inside the ceramic coating layer 3. For example, in the distribution of the height (PR) of the uneven portions obtained from the sectional curve by SEM observation. The ceramic coating layer 3 having a height of 20 μm or more occupies 30% or more, more preferably 40% or more of the total height distribution.
When the ceramic coating layer 3 having a height of 20 μm or more occupying 30% or more of the total height distribution, a large number of microcracks effective for thermal relaxation are generated, and a ceramic coating layer having excellent thermal fatigue resistance can be obtained.
【００３５】なお、上記凹凸部の高さ（ＰＲ）の分布
は、以下のようにして求められる。The distribution of the height (PR) of the uneven portion is obtained as follows.
【００３６】まず、図４に示すようなＳＥＭ観察から得
られる断面曲線において、曲線を例えば50μｍ間隔に分
割し、その分割区間内で極点を決定する。次にそれぞれ
の極点の平均の高さを有する平均線を引いた後、各凹凸
部の極値を通って前記平均線に平行な直線を引き、各凹
凸部から平均線までの距離を測り、それを各凹凸部の高
さ（ＰＲ）とする。次いで、基材に対して水平距離で 4
mmの範囲にある各高さ毎の凹凸部の数を求め、図５に示
すような、凹凸部の高さ（ＰＲ）の分布曲線を作成す
る。First, in a sectional curve obtained by SEM observation as shown in FIG. 4, the curve is divided into, for example, 50 μm intervals, and a pole point is determined within the divided section. Next, after drawing an average line having the average height of each pole, draw a straight line parallel to the average line through the extreme value of each uneven portion, measure the distance from each uneven portion to the average line, Let it be the height (PR) of each uneven portion. Then at a horizontal distance of 4 to the substrate
The number of uneven portions for each height in the range of mm is obtained, and a distribution curve of the height (PR) of the uneven portions as shown in FIG. 5 is created.
【００３７】セラミックス被覆層３の形成には、ガス溶
射、フレーム溶射、大気圧プラズマ溶射、低圧プラズマ
溶射等の溶射法を用いることができ、特にジルコニア等
の融点が高いセラミックス材料を用いる場合にはプラズ
マ溶射法が適しており、また、このプラズマ溶射法は、
粗さの大きいセラミックス被覆層を形成することができ
る点でも好ましい。プラズマ溶射法のなかでは、特に大
気圧溶射法が、熱応力の緩和に有効な気孔を多く含み、
耐剥離性に優れたセラミックス被覆層が形成されること
から、好ましい。The ceramic coating layer 3 can be formed by a gas spraying method, a flame spraying method, an atmospheric pressure plasma spraying method, a low pressure plasma spraying method, or the like. Particularly, when a ceramic material having a high melting point such as zirconia is used. The plasma spraying method is suitable, and this plasma spraying method is
It is also preferable in that a ceramic coating layer having a large roughness can be formed. Among the plasma spraying methods, the atmospheric pressure spraying method, in particular, contains many pores that are effective in relaxing thermal stress,
It is preferable because a ceramic coating layer having excellent peeling resistance is formed.
【００３８】このような溶射法による粗さの調節は、ガ
スの種類、溶射距離、溶射粉末の種類及び粒径、プラズ
マ電流値、プラズマ電圧値等の溶射条件を制御すること
により可能である。The roughness can be adjusted by the thermal spraying method by controlling the thermal spraying conditions such as the type of gas, the thermal spraying distance, the type and particle size of the thermal spraying powder, the plasma current value and the plasma voltage value.
【００３９】通常、一次ガスとしては、アルゴンガス、
窒素ガス等が、二次ガスとしては、水素ガス、ヘリウム
ガス、窒素ガス等が使用される。また、ガス圧は 50 〜
100PSI、溶射距離は70〜150mm 、プラズマ電流は 600〜
1000A 、プラズマ電圧は20〜80V 、プラズマ入力電力は
20〜45kW程度である。Usually, the primary gas is argon gas,
Nitrogen gas or the like is used, and hydrogen gas, helium gas, nitrogen gas or the like is used as the secondary gas. Also, the gas pressure is 50-
100PSI, spraying distance 70 ~ 150mm, plasma current 600 ~
1000A, plasma voltage is 20 ~ 80V, plasma input power is
It is about 20 to 45 kW.
【００４０】溶射粉末としては、粒径40〜160 μｍの造
粒粉末、粒径10〜160 μｍの造粒焼成粉末、粒径50〜16
0 μｍの電融粉砕粉末、粒径80〜160 μｍとなるように
電融粉砕粉末を造粒した粉末（造粒電融粉砕粉末）等の
使用が望ましい。粉末の種類によって望ましい粒径が異
なるのは、凹凸の大きいセラミックス被覆層の形成に要
求される溶射時の基板との衝突による反跳の大きさが粉
末の種類によって異なるからであり、粗さの大きいセラ
ミックス被覆層を得るには、平均粒径の大きい粉末を用
いればよい。As the thermal spraying powder, a granulated powder having a particle size of 40 to 160 μm, a granulated baked powder having a particle size of 10 to 160 μm, and a particle size of 50 to 16
It is desirable to use an electromelted powder of 0 μm, a powder obtained by granulating the electromelted powder so as to have a particle size of 80 to 160 μm (granulated electromelted powder), and the like. The reason why the desirable particle size differs depending on the type of powder is that the size of the recoil due to the collision with the substrate at the time of thermal spraying required for forming a ceramic coating layer having large irregularities differs depending on the type of powder, and To obtain a large ceramic coating layer, powder having a large average particle size may be used.
【００４１】さらに、造粒粉末としては、粒径が40〜10
0 μｍの範囲にある粒子を80Vol%以上含有する粒径分布
を有する粉末の使用が望ましい。Further, the granulated powder has a particle size of 40 to 10
It is desirable to use a powder having a particle size distribution containing 80 vol% or more of particles in the range of 0 μm.
【００４２】造粒焼成粉末としては、粒径が10〜130 μ
ｍの範囲にある粒子を80Vol%以上含有する粒径分布を有
する粉末の使用が望ましい。また、造粒焼成粉末を構成
する個々の微粒子の平均粒径が 0.1〜4.0 μｍにあるこ
とが望ましい。The granulated and fired powder has a particle size of 10 to 130 μm.
It is desirable to use a powder having a particle size distribution containing 80 vol% or more of particles in the range of m. Further, it is desirable that the average particle diameter of the individual fine particles constituting the granulated and fired powder is 0.1 to 4.0 μm.
【００４３】電融粉砕粉末としては、粒径が60〜160 μ
ｍの範囲にある粒子80Vol%以上含有する粒径分布を有す
る粉末の使用が望ましい。また、平均粒径が0.1 〜10μ
ｍの電融粉砕粉末を造粒乾燥した後、分級し、粒径が80
〜160 μｍの範囲にある粒子を90Vol%以上含有する粒径
分布を有する粉末としたものを用いてもよい。この場
合、造粒した後、熱処理（焼成）したものを用いてもよ
いし、熱処理せずに用いてもよい。熱処理（焼成）を行
うことにより、材料中の添加元素が均一に分散し、希土
類元素安定化ジルコニアを材料として用いた場合、耐化
学的安定性により優れたセラミックス被覆層を得ること
ができる。電融粉砕粉末を使用する場合、粉末形状が、
溶射後分裂・反跳しやすい形状、例えば多面体粒子ある
いは中空形状であると、粗さの大きいセラミックス被覆
層を得ることができる。The electromelted powder has a particle size of 60 to 160 μm.
It is desirable to use a powder having a particle size distribution containing 80 vol% or more of particles in the range of m. Also, the average particle size is 0.1-10μ
m of electro-melted pulverized powder is granulated and dried, then classified, and the particle size is 80
A powder having a particle size distribution containing 90 vol% or more of particles in the range of up to 160 μm may be used. In this case, after granulation, heat treatment (firing) may be used, or it may be used without heat treatment. By performing the heat treatment (calcination), the additive element in the material is uniformly dispersed, and when the rare earth element-stabilized zirconia is used as the material, a ceramic coating layer having excellent chemical resistance can be obtained. When using electrofused pulverized powder, the powder shape is
A ceramic coating layer having a large roughness can be obtained if it has a shape that easily splits and recoils after thermal spraying, such as polyhedral particles or a hollow shape.
【００４４】耐化学的安定性に優れたセラミックス被覆
層を得る必要がある場合には、化学試薬程度の均一性を
有する粉末で作製した造粒粉末、あるいは電融粉砕粉末
の使用が望ましく、特に、電融粉砕粉末は、組成の分布
がより均一なセラミックス被覆層が得られ、より優れた
耐化学的安定性を有するセラミックス被覆層を得ること
ができる。When it is necessary to obtain a ceramic coating layer having excellent chemical stability, it is preferable to use a granulated powder prepared by using a powder having a degree of uniformity of a chemical reagent or an electro-fused pulverized powder. With the electro-melted powder, a ceramic coating layer having a more uniform composition distribution can be obtained, and a ceramic coating layer having more excellent chemical stability can be obtained.
【００４５】また、希土類元素安定化ジルコニアを用い
る場合、電融粉砕粉末を使用すると、水蒸気劣化や、相
分離、相転移を起こしにくい希土類元素安定化ジルコニ
アからなるセラミックス被覆層を得ることができる。こ
れは、希土類元素安定化ジルコニアは希土類元素の分布
の均一性がその特性に大きく影響するが、電融粉砕粉末
は希土類元素が均一に分散されているからである。Further, when the rare earth element-stabilized zirconia is used, by using the electro-pulverized powder, it is possible to obtain the ceramic coating layer made of the rare earth element-stabilized zirconia which is less likely to undergo steam deterioration, phase separation and phase transition. This is because the rare earth element-stabilized zirconia greatly affects the characteristics of the distribution uniformity of the rare earth element, but the rare earth element is uniformly dispersed in the electromelt powder.
【００４６】セラミックス被覆層３は、１）セラミック
ス被覆層の内部のどの断面曲線をとっても、本発明に係
る粗さを有する状態のセラミックス被覆層であってもよ
いし、２）セラミックス被覆層の一部の断面曲線におい
て、本発明に係る粗さを有するものであってもよい。The ceramic coating layer 3 may be 1) any of the cross-section curves inside the ceramic coating layer, or the ceramic coating layer having the roughness according to the present invention, or 2) one of the ceramic coating layers. The sectional curve of the portion may have the roughness according to the present invention.
【００４７】１）の場合は、セラミックス被覆層の内部
の粗さと、表面粗さがほぼ等しくなるため、最外側の表
面粗さ（JIS-B601-1982 に準拠）で評価することができ
る。１）のようなセラミックス被覆層は、例えば溶射法
でセラミックス被覆層を形成する場合、形成開始から形
成終了まで同じ条件で溶射を行うことにより得ることが
できる。In the case of 1), since the internal roughness of the ceramic coating layer and the surface roughness are almost equal, the outermost surface roughness (according to JIS-B601-1982) can be evaluated. The ceramic coating layer as in 1) can be obtained by performing thermal spraying under the same conditions from the start of formation to the end of formation when the ceramic coating layer is formed by a thermal spraying method, for example.
【００４８】また、２）の場合は、セラミックス被覆層
の形成方法や形成条件を途中で変化させたり、形成条件
を連続的に変化させることにより得られる。すなわち、
例えば、まず溶射法でセラミックス被覆層の形成を開始
し、途中でその溶射条件を変化させたり、あるいは溶射
法からＣＶＤ法やＰＶＤ法なとの他の方法に変化させる
ことにより得られる。また、均一な方法や条件で形成し
たセラミックス被覆層に対し、表面研磨やレーザ処理な
どの表面処理を行うことによっても得られる。本発明に
おいては、上記実施形態における金属結合層２と断面曲
線の最大高さＲmax が70μｍ以上、１０点平均粗さＲZ
が45μｍ以上であるセラミックス被覆層３との間に、図
６に示すように、断面曲線の最大高さＲmax が70μｍ未
満、１０点平均粗さＲZ が45μｍ未満であるセラミック
ス被覆層４を設けた構造としてもよい。In the case of 2), it can be obtained by changing the forming method and forming conditions of the ceramic coating layer or changing the forming conditions continuously. That is,
For example, it can be obtained by first starting the formation of the ceramic coating layer by a thermal spraying method and changing the thermal spraying conditions during the process, or by changing the thermal spraying method to another method such as a CVD method or a PVD method. It can also be obtained by subjecting the ceramic coating layer formed by a uniform method and conditions to a surface treatment such as surface polishing or laser treatment. In the present invention, the maximum height R max of the metal bonding layer 2 and the sectional curve in the above-described embodiment is 70 μm or more and the 10-point average roughness R Z.
6, the ceramic coating layer 4 having a maximum cross-section curve height R max of less than 70 μm and a 10-point average roughness R Z of less than 45 μm is formed between the ceramic coating layer 4 and the ceramic coating layer 3 having a thickness of 45 μm or more. The structure may be provided.
【００４９】このように金属基材１側に、粗さの小さい
セラミックス被覆層４を形成することにより、耐熱部材
の寿命特性をさらに向上させることができる。By thus forming the ceramic coating layer 4 having a small roughness on the metal substrate 1 side, the life characteristics of the heat resistant member can be further improved.
【００５０】すなわち、粗さの小さいセラミックス被覆
層４は、個々の結晶粒子の密着力が強いため、熱応力に
よりセラミックス被覆層４内部に生じるクラックの発生
・進展が抑制され、これらが原因で生じていたセラミッ
クス被覆層の割れや剥離を抑制することができる。That is, since the ceramic coating layer 4 having a small roughness has a strong adhesive force between individual crystal grains, the generation and propagation of cracks generated inside the ceramic coating layer 4 due to thermal stress are suppressed, and these causes It is possible to suppress cracking and peeling of the conventional ceramic coating layer.
【００５１】これに対し、粗さの大きいセラミックス被
覆層３を、金属基材１あるいは金属結合層２の直上に形
成すると、熱応力を緩和するものの、金属部材直上では
応力が大きいため、セラミックス被覆層３の割れや剥離
の原因となるクラックの発生・進展を抑制することが困
難な場合がある。On the other hand, when the ceramic coating layer 3 having a large roughness is formed directly on the metal base material 1 or the metal bonding layer 2, the thermal stress is relieved, but the stress is large directly on the metal member. In some cases, it may be difficult to suppress the generation and development of cracks that cause cracking or peeling of the layer 3.
【００５２】しかしながら、一方、粗さの小さいセラミ
ックス被覆層４のみでセラミックス被覆層を構成した場
合には、例えばガスタービンやエンジン用の耐熱部材の
ように、厚膜（ 250μｍ以上）のセラミックス被覆層が
必要なものでは、膜厚が大きいために、割れや剥離が生
じやすい。すなわち、ガスタービンやエンジン用に用い
る耐熱部材、特に高温に曝される部分に使用する耐熱部
材においては、遮熱を目的としたセラミックス被覆層
は、熱勾配を適正にする必要から 250μｍ以上の膜厚が
必要である。一方、粗さの小さいセラミックス被覆層４
は、粗さを小さくすることによって、個々の結晶粒子間
の密着性を強め、これにより割れや剥離の原因となる亀
裂の発生・進展を抑制しようとしたものであり、膜厚の
増加とともにそれ自身に作用する応力が増加して、使用
条件にもよるが通常膜厚が 230μｍを越えると極端に剥
離しやすくなる。このため、粗さの小さいセラミックス
被覆層４の膜厚は 230μｍが限度であり、望ましくは10
0 μｍ以下、より望ましくは、50μｍ以下である。した
がって、セラミックス被覆層４単独では、割れや剥離の
生じない遮熱効果を有するセラミックス被覆層を形成す
ることは困難で、特に、 250μｍ以上の厚膜のセラミッ
クス被覆層の形成には不適当である。However, on the other hand, when the ceramic coating layer is composed only of the ceramic coating layer 4 having a small roughness, a thick film (250 μm or more) of the ceramic coating layer is formed, for example, as in a heat resistant member for a gas turbine or an engine. However, since the film thickness is large, cracks and peeling easily occur. In other words, in heat-resistant members used for gas turbines and engines, especially heat-resistant members used in parts exposed to high temperatures, the ceramic coating layer for heat shielding must have a film thickness of 250 μm or more because it is necessary to have an appropriate thermal gradient. Thickness is required. On the other hand, the ceramic coating layer 4 having a small roughness
Aims to increase the adhesion between individual crystal grains by reducing the roughness, thereby suppressing the generation and development of cracks that cause cracking and peeling. Although the stress acting on itself increases, it usually becomes extremely easy to peel off when the film thickness exceeds 230 μm, depending on the usage conditions. Therefore, the thickness of the ceramic coating layer 4 having a small roughness is limited to 230 μm, preferably 10 μm.
It is 0 μm or less, more preferably 50 μm or less. Therefore, it is difficult to form a ceramic coating layer having a heat shielding effect without cracking or peeling by using the ceramic coating layer 4 alone, and it is particularly unsuitable for forming a ceramic coating layer having a thickness of 250 μm or more. .
【００５３】なお、セラミックス被覆層４の膜厚が1 μ
ｍ未満では、これを設けたことによる効果がほとんど得
られず、したがって、セラミックス被覆層４の膜厚は 1
〜230 μｍの範囲が好ましく、より好ましくは20〜150
μｍの範囲であり、20〜100μｍの範囲であるとさらに
好ましく、極めて高温の雰囲気したでも長時間割れや剥
離が生ずることのないセラミックス被覆層を得ることが
できる。The thickness of the ceramic coating layer 4 is 1 μm.
If it is less than m, the effect of providing this is hardly obtained, so that the thickness of the ceramic coating layer 4 is 1
To 230 μm is preferable, and more preferably 20 to 150
It is in the range of μm, and more preferably in the range of 20 to 100 μm, and it is possible to obtain a ceramic coating layer that does not cause cracking or peeling for a long time even in an extremely high temperature atmosphere.
【００５４】また、このセラミックス被覆層４の粗さは
小さければ小さいほどよく、少なくとも金属結合層２の
粗さに対して、Ｒmax で20μｍ以上、ＲZ で10μｍ以上
小さくすることが好ましい。これは、金属結合層２の粗
さが少なからずセラミックス被覆層４の粗さに影響する
ためで、したがって、例えば金属結合層２の粗さがＲ
max 90μｍ、ＲZ 60μｍの場合、セラミックス被覆層４
の粗さは、Ｒmax が70μｍ以下、ＲZ が50以下とするこ
とが好ましい。より好ましくは、Ｒmax が50μｍ以下、
ＲZ が45μｍ以下の範囲であり、Ｒmax が40μｍ以下、
ＲZ が35μｍ以下の範囲であるとさらに好ましい。Further, the smaller the roughness of the ceramic coating layer 4, the better. It is preferable that at least the roughness of the metal bonding layer 2 is set to 20 μm or more for R max and 10 μm or more for R Z. This is because the roughness of the metal bonding layer 2 is not a little and affects the roughness of the ceramic coating layer 4. Therefore, for example, the roughness of the metal bonding layer 2 is R.
When max 90μm and R Z 60μm, ceramic coating layer 4
It is preferable that R max has R max of 70 μm or less and R Z of 50 or less. More preferably, R max is 50 μm or less,
R Z is in the range of 45 μm or less, R max is 40 μm or less,
More preferably, R Z is in the range of 35 μm or less.
【００５５】さらに、セラミックス被覆層３内部におい
ては、高低差の大きい凹凸部が多く存在していることが
望ましかったのに対し、粗さの小さいセラミックス被覆
層４の内部においては、高低差の小さい凹凸部が多く存
在していることが望ましく、例えば、ＳＥＭ観察による
断面曲線から得られる凹凸部の高さ（ＰＲ）の分布にお
いて、20μｍ以下の高さが全高さ分布の 50%以上である
ことか望ましく、 70%以上であるとより望ましい。20μ
ｍ以下の高さが全高さ分布の 50%以上を占めるセラミッ
クス被覆層４であれば、割れや剥離の原因となるクラッ
クの発生・進展を効果的に抑制することができる。Further, it was desired that there were many uneven portions having a large height difference inside the ceramic coating layer 3, whereas in the ceramic coating layer 4 having a small roughness, the height difference was large. It is desirable that there are many small uneven portions. For example, in the distribution of the height (PR) of the uneven portions obtained from the sectional curve by SEM observation, the height of 20 μm or less is 50% or more of the total height distribution. It is desirable, and it is more desirable that it is 70% or more. 20μ
If the ceramic coating layer 4 has a height of m or less and occupies 50% or more of the total height distribution, it is possible to effectively suppress the generation and progress of cracks that cause cracking and peeling.
【００５６】セラミックス被覆層４の形成には、セラミ
ックス被覆層３の場合に記したと同様の方法を用いるこ
とができ、被覆後のセラミックス被覆層の表面粗さが、
断面曲線の最大高さＲmax が70μｍ未満、１０点平均粗
さＲZ が45μｍ未満となるような方法、条件を適宜選択
することにより形成することができる。For the formation of the ceramic coating layer 4, the same method as described for the ceramic coating layer 3 can be used, and the surface roughness of the coated ceramic coating layer is
It can be formed by appropriately selecting the method and conditions such that the maximum height R max of the sectional curve is less than 70 μm and the 10-point average roughness R Z is less than 45 μm.
【００５７】なお、溶射法を用いる場合には、特に、粒
径 1〜60μｍの造粒粉末、粒径1 〜100 μｍの電融粉砕
粉末、粒径 1〜100 μｍの造粒電融粉砕粉末等の使用が
望ましい。これらの粉末はできるだけ細かい粉末を用い
ることがより望ましく、細かい粉末を多く含む粉末の使
用がより望ましい。粒径が 1μｍの粉末では溶射による
付着率が低くなる。When the thermal spraying method is used, in particular, a granulated powder having a particle size of 1 to 60 μm, an electromelted pulverized powder having a particle size of 1 to 100 μm, and a granulated electromelted powder having a particle size of 1 to 100 μm are used. It is desirable to use It is more preferable to use a powder that is as fine as possible, and it is more preferable to use a powder that contains a large amount of fine powder. With powder having a particle size of 1 μm, the adhesion rate due to thermal spraying is low.
【００５８】さらに、粒径が10〜50μｍの範囲にある造
粒粉末、粒径が 5〜50μｍの範囲にある電融粉砕粉末、
または粒径が10〜30μｍの範囲にある造粒電融粉砕粉末
の使用が望ましく、なかでも、電融粉砕粉末は、粗さの
小さいセラミックス被覆層を形成することができること
から望ましい。Further, a granulated powder having a particle size in the range of 10 to 50 μm, an electrofused pulverized powder having a particle size in the range of 5 to 50 μm,
Alternatively, it is desirable to use a granulated electro-fused pulverized powder having a particle size in the range of 10 to 30 μm. Among them, the electro-fused pulverized powder is desirable because it can form a ceramic coating layer having a small roughness.
【００５９】なお、このセラミックス被覆層４について
も、セラミックス被覆層３と同様、
１）セラミックス被覆層の内部のどの断面曲線をとって
も、本発明に係る粗さを有する状態のセラミックス被覆
層をあってもよいし、２）セラミックス被覆層の一部の
断面曲線において、本発明に係る粗さを有するものであ
ってもよい。As with the ceramic coating layer 3, the ceramic coating layer 4 has the following features: 1) Regardless of which cross-section curve is taken inside the ceramic coating layer, the ceramic coating layer has the roughness according to the present invention. 2) The cross-section curve of a part of the ceramic coating layer may have the roughness according to the present invention.
【００６０】１）の場合は、セラミックス被覆層４の内
部の粗さと、このセラミックス被覆層４施工時の表面粗
さがほぼ等しくなるため、表面粗さ（JIS-B601-1982 に
準拠）で評価することができる。In the case of 1), since the internal roughness of the ceramic coating layer 4 and the surface roughness when the ceramic coating layer 4 is applied are almost equal, the surface roughness (according to JIS-B601-1982) is evaluated. can do.
【００６１】本発明においては、さらに、図７に示すよ
うに、断面曲線の最大高さＲmax が70μｍ以上、１０点
平均粗さＲZ が45μｍ以上であるセラミックス被覆層３
の上にも、断面曲線の最大高さＲmax が70μｍ未満、１
０点平均粗さＲZ が45μｍ未満である粗さの小さいセラ
ミックス被覆層５を設けてもよい。このようなセラミッ
クス被覆層５を表層に設けることによって、耐エロージ
ョン特性が向上する。なお、セラミックス被覆層５の厚
さは 1〜50μｍの範囲が望ましく、より望ましくは 1〜
20μｍの範囲である。厚さが50μｍを越えると、セラミ
ックス被覆層全体に作用する熱応力が大きくなって、下
層のセラミックス被覆層３で剥離が起こりやすくなる。
また、 1μｍ未満になると、耐エロージョン特性が不十
分となる。 次に、本発明の他の耐熱部材の実施形態に
ついて説明する。Further, in the present invention, as shown in FIG. 7, the ceramic coating layer 3 having a maximum height R max of the sectional curve of 70 μm or more and a 10-point average roughness R Z of 45 μm or more.
Also, the maximum height R max of the section curve is less than 70 μm, 1
You may provide the ceramic coating layer 5 with a small roughness whose 0-point average roughness R Z is less than 45 μm. By providing such a ceramic coating layer 5 on the surface layer, the erosion resistance property is improved. The thickness of the ceramic coating layer 5 is preferably in the range of 1 to 50 μm, more preferably 1 to 50 μm.
It is in the range of 20 μm. If the thickness exceeds 50 μm, the thermal stress acting on the entire ceramic coating layer increases, and the lower ceramic coating layer 3 is likely to peel.
If it is less than 1 μm, the erosion resistance property becomes insufficient. Next, another embodiment of the heat-resistant member of the present invention will be described.
【００６２】図８は、本発明の他の耐熱部材の一実施形
態の構造を模式的に示す断面図、また、図９は、本発明
の他の耐熱部材の他の実施形態の構造を模式的に示す断
面図である。FIG. 8 is a sectional view schematically showing the structure of another embodiment of the heat-resistant member of the present invention, and FIG. 9 is a schematic view of the structure of another embodiment of the heat-resistant member of the present invention. FIG.
【００６３】図８において、１１は金属基材であり、こ
の金属基材１１上には、金属結合層１２、及びビッカー
ス硬度が 650HV未満である低硬度のセラミックス被覆層
１３が順に被覆形成されている。In FIG. 8, 11 is a metal base material, on which a metal bonding layer 12 and a low hardness ceramic coating layer 13 having a Vickers hardness of less than 650 HV are sequentially formed. There is.
【００６４】また、図９においては、上記金属結合層１
２と、ビッカース硬度が 650HV未満である低硬度のセラ
ミックス被覆層１３との間に、ビッカース硬度が 650HV
以上である高硬度のセラミックス被覆層１４が設けられ
ている。Further, in FIG. 9, the metal bonding layer 1 is formed.
2 and the low hardness ceramic coating layer 13 having a Vickers hardness of less than 650HV, a Vickers hardness of 650HV
The ceramic coating layer 14 having high hardness as described above is provided.
【００６５】ここでセラミックス被覆層１３、１４を規
定するビッカース硬度は、異なる10点以上の場所で荷重
200gで30秒間測定したときの平均値であり、その測定場
所は、表面でもあってもよいし、断面中間部であっても
よい。断面中間部で硬度を測定する場合、金属結合層１
２表面から50〜100 μｍより表面側で測定することが望
ましい。Here, the Vickers hardness that defines the ceramic coating layers 13 and 14 is different from each other at 10 points or more under different loads.
This is an average value when measured at 200 g for 30 seconds, and the measurement location may be on the surface or in the middle of the cross section. When measuring the hardness in the middle of the cross section, the metal bonding layer 1
2 It is desirable to measure on the surface side from 50 to 100 μm from the surface.
【００６６】上記金属基材１１および金属結合層１２の
詳細は、前述した実施形態と同様である。Details of the metal base material 11 and the metal bonding layer 12 are the same as those in the above-described embodiment.
【００６７】また、セラミックス被覆層１３、１４の材
料としては、硬度の大きいセラミックス、例えばアルミ
ナ、酸化チタン、安定化ジルコニア、希土類酸化物、酸
化マグネシウム、スピネルなどから選ばれた少なくとも
1種を用いることが望ましく、なかでも、融点の高いア
ルミナ、酸化チタン、安定化ジルコニアから選ばれた少
なくとも 1種を使用することが望ましい。さらに、高硬
度で、かつ、熱膨張率の大きい安定化ジルコニアの使用
がより望ましい。The material for the ceramic coating layers 13 and 14 is at least selected from ceramics having high hardness, such as alumina, titanium oxide, stabilized zirconia, rare earth oxides, magnesium oxide, and spinel.
It is preferable to use one kind, and it is particularly preferable to use at least one kind selected from alumina, titanium oxide, and stabilized zirconia having a high melting point. Further, it is more desirable to use stabilized zirconia having a high hardness and a large coefficient of thermal expansion.
【００６８】安定化ジルコニアで構成する場合、前述し
た実施形態と同様に、90vol%以上正方晶のジルコニアで
構成されることが望ましく、また、安定化元素の固溶量
が 4.0〜28.0 mol% であることが望ましい。When it is composed of stabilized zirconia, it is desirable that it is composed of tetragonal zirconia of 90 vol% or more as in the above-mentioned embodiment, and the amount of the stabilizing element in the solid solution is 4.0 to 28.0 mol%. Is desirable.
【００６９】また、低硬度のセラミックス被覆層１３
は、上記したアルミナ、酸化チタン、安定化ジルコニア
から選ばれた少なくとも 1種を用い、その層構造を制御
することにより形成すると、高温雰囲気に長時間保持さ
れても安定に存在することから好ましい。The low hardness ceramic coating layer 13
Is preferably formed by using at least one selected from the above-mentioned alumina, titanium oxide, and stabilized zirconia and controlling the layer structure thereof, because it exists stably even when kept in a high temperature atmosphere for a long time.
【００７０】さらに、図９に示すような、低硬度のセラ
ミックス被覆層１３と高硬度のセラミックス被覆層１４
の二層構造のセラミックス被覆層を有するものにあって
は、両層が同一組成であっても、また、異なる組成であ
ってもよいが、異なる組成の場合には、高温雰囲気で使
用中に層間の物質が反応して低融点の物質を生成するよ
うなことのない材料を選択することが望ましい。なお、
この点は、前述した実施形態でも同様である。Furthermore, as shown in FIG. 9, a low hardness ceramic coating layer 13 and a high hardness ceramic coating layer 14 are provided.
In the case of having a two-layer structure ceramic coating layer, both layers may have the same composition or different compositions. It is desirable to select a material that does not react with the materials between the layers to form a material with a low melting point. In addition,
This point is the same in the above-described embodiment.
【００７１】セラミックス被覆層１３、１４の形成に
は、溶射法、ＥＢ−ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スパッタ法等
を用いることができ、作業効率の点からは溶射法が適し
ている。 また、硬度の調節は、例えば溶射法を用いた
場合には、溶射粉末の粒径分布や溶射（ガン）距離等の
溶射条件を調整することにより、ＥＢ−ＰＶＤ法を用い
た場合には、基板加熱温度を調整することにより行うこ
とができる。The ceramic coating layers 13 and 14 can be formed by a thermal spraying method, an EB-PVD method, a CVD method, a sputtering method or the like, and the thermal spraying method is suitable from the viewpoint of work efficiency. Further, the hardness can be adjusted by adjusting the spraying conditions such as the particle size distribution of the sprayed powder and the spraying (gun) distance when the spraying method is used, and when the EB-PVD method is used. It can be performed by adjusting the substrate heating temperature.
【００７２】具体的には、低硬度のセラミックス被覆層
１３は、溶射法により、粒径の大きい粉末を用いて形成
することが好ましく、粒径40〜100 μｍの電融粉砕粉
末、粒径10〜100 μｍの造粒粉末、粒径10〜100 μｍの
造粒焼成粉末等の使用が、低硬度の被覆層が得られるこ
とから好ましい。なお、溶射法としては、大気圧プラズ
マ溶射法または低圧プラズマ溶射法が好ましく、なかで
も大気圧プラズマ溶射法が好適である。Specifically, the low hardness ceramic coating layer 13 is preferably formed by a thermal spraying method using a powder having a large particle size, such as an electro-melted powder having a particle size of 40 to 100 μm and a particle size of 10 It is preferable to use a granulated powder having a particle size of ˜100 μm, a granulated fired powder having a particle size of 10 to 100 μm, etc. because a coating layer having a low hardness can be obtained. As the thermal spraying method, the atmospheric pressure plasma spraying method or the low pressure plasma spraying method is preferable, and the atmospheric pressure plasma spraying method is particularly preferable.
【００７３】また、高硬度のセラミックス被覆層１４
は、溶射法を用いる場合、造粒粉末または電融粉砕粉
末、より好ましくは電融粉砕粉末で、できるだけ粒径の
小さい粉末もしくは溶融しやすい粉末、例えば10〜50μ
ｍの粉末の使用が、高硬度の被覆層が得られることから
好ましい。粒径分布の小さい粉末の使用はさらに好まし
い。なお、溶射法としては、プラズマ溶射法またはＨＶ
ＯＦ法が適しており、このうちプラズマ溶射法として
は、大気圧溶射法や低圧プラズマ溶射法が好適である。
ビッカース硬度が 650HV未満である低硬度のセラミッ
クス被覆層１３は、高温環境下で使用中に、セラミック
ス被覆層１３内部に微小クラックが形成されやすく、熱
応力の緩和に優れるため、耐熱疲労特性に優れたセラミ
ックス被覆層１３を有する耐熱部材を得ることができ
る。The high hardness ceramic coating layer 14
When using the thermal spraying method, granulated powder or electro-fused pulverized powder, more preferably electro-fused pulverized powder, a powder having a particle size as small as possible or a powder that easily melts, for example 10 to 50μ.
The use of powder of m is preferable because a coating layer having high hardness can be obtained. It is more preferable to use a powder having a small particle size distribution. The thermal spraying method may be plasma spraying method or HV.
The OF method is suitable, and as the plasma spraying method, the atmospheric pressure spraying method and the low pressure plasma spraying method are suitable.
The ceramic coating layer 13 of low hardness with a Vickers hardness of less than 650 HV is excellent in thermal fatigue resistance because micro cracks are easily formed inside the ceramic coating layer 13 during use in a high temperature environment and thermal stress is excellently relaxed. A heat resistant member having the ceramic coating layer 13 can be obtained.
【００７４】しかしながら、このような低硬度のセラミ
ックス被覆層１３を、金属基材１あるいは金属結合層２
の直上に形成すると、これらの金属部材直上では金属部
材とセラミックス被覆層１３の熱膨張率の差に起因する
大きな熱応力が発生するため、セラミックス被覆層１３
の割れや剥離の原因となる亀裂の発生・進展を抑制する
ことが困難な場合がある。ビッカース硬度が 650HV以上
である高硬度のセラミックス被覆層１４は、このような
金属部材直上での亀裂の発生・進展に有効で、低硬度の
セラミックス被覆層１３と金属部材との間に設けること
により、耐熱疲労特性により優れた耐熱部材を得ること
ができる。However, the ceramic coating layer 13 having such a low hardness is used as the metal base material 1 or the metal bonding layer 2.
If it is formed immediately above, a large thermal stress is generated immediately above these metal members due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the metal member and the ceramic coating layer 13.
In some cases, it may be difficult to suppress the occurrence and progress of cracks that cause cracking and peeling. The high-hardness ceramic coating layer 14 having a Vickers hardness of 650 HV or more is effective in generating and propagating cracks directly above such a metal member, and is provided between the low-hardness ceramic coating layer 13 and the metal member. It is possible to obtain a heat-resistant member having excellent heat fatigue resistance.
【００７５】なお、一方、高硬度のセラミックス被覆層
１４のみでは、前述した実施形態における粗さの小さい
セラミックス被覆層４の場合と同様、膜厚が 230μｍを
越えると、内部で熱応力による割れや剥離が極端に生じ
やすくなる。したがって、この高硬度のセラミックス被
覆層１４も、その膜厚は 1〜230 μｍの範囲が好まし
く、より好ましくは20〜150 μｍの範囲であり、20〜10
0 μｍの範囲であるとさらに好ましい。そして、遮熱効
果を持つに必要な残部膜厚を低硬度のセラミックス被覆
層１３で構成するようにすれば良い。On the other hand, with only the high hardness ceramic coating layer 14, as in the case of the ceramic coating layer 4 having a small roughness in the above-mentioned embodiment, when the film thickness exceeds 230 μm, cracks due to thermal stress are generated inside. Exfoliation becomes extremely easy to occur. Therefore, the thickness of the ceramic coating layer 14 having high hardness is preferably in the range of 1 to 230 μm, more preferably 20 to 150 μm, and 20 to 10 μm.
More preferably, it is in the range of 0 μm. Then, the remaining film thickness required to have a heat shielding effect may be formed by the low hardness ceramic coating layer 13.
【００７６】本発明においては、この実施形態において
も、上記低硬度のセラミックス被覆層１３上に高硬度を
有するセラミックス被覆層を設けてもよい。セラミック
ス被覆層１３上に、厚さ 1〜50μｍ程度、望ましくは 1
〜20μｍ程度の高硬度のセラミックス被覆層を設ける
と、耐エロージョン特性が向上する。なお、セラミック
ス被覆層１３の被覆後に表面研磨やレーザ処理等の表面
処理を行うことによっても、耐エロージョン特性を向上
させることができる。In the present invention, also in this embodiment, a ceramic coating layer having a high hardness may be provided on the ceramic coating layer 13 having a low hardness. A thickness of about 1 to 50 μm, preferably 1 on the ceramic coating layer 13.
Providing a ceramic coating layer having a high hardness of about 20 μm improves the erosion resistance. The erosion resistance can also be improved by performing surface treatment such as surface polishing or laser treatment after coating the ceramic coating layer 13.
【００７７】次に、本発明の耐熱部材の品質評価方法に
ついて説明する。Next, the quality evaluation method of the heat-resistant member of the present invention will be described.
【００７８】前述したように、セラミックス被覆層を有
する耐熱部材におけるセラミックス被覆層の粗さや硬度
は、耐熱疲労特性を評価する重要なパラメータとなる。
したがって、セラミックス被覆層施工後、あるいはセラ
ミックス被覆層施工中において、セラミックス被覆層の
表面粗さもしくは硬度を測定し、その測定値が特定の範
囲に入るように制御することにより、再現性よく耐熱疲
労特性に優れたセラミックス被覆層を得ることができ、
ひいては長時間耐熱性を維持できる耐熱部材を得ること
ができる。As described above, the roughness and hardness of the ceramic coating layer in the heat resistant member having the ceramic coating layer are important parameters for evaluating the thermal fatigue resistance.
Therefore, by measuring the surface roughness or hardness of the ceramic coating layer after the coating of the ceramic coating layer or during the coating of the ceramic coating layer and controlling the measured value so that the measured value falls within a specific range, the thermal fatigue resistance is reproducible. It is possible to obtain a ceramic coating layer with excellent characteristics,
As a result, it is possible to obtain a heat-resistant member that can maintain heat resistance for a long time.
【００７９】[0079]
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について記載
する。EXAMPLES Next, specific examples of the present invention will be described.
【００８０】実施例１
30mm×30mm×3mm のＮｉ基超合金ＩＮ７３８ＬＣからな
る金属基材（組成：61Ni-16Cr-8.5Co-3.4Al-1.7Mo-2.6W
-1.7Ta-0.9Nb-3.4Ti）上に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、
Ｙからなる厚さ150 μｍの金属結合層（組成：23Co-18C
r-12Al-0.3Y-Bal Ni）をプラズマ溶射法で形成した。金
属結合層を形成した直後の金属結合層の表面粗さを測定
したところ、Ｒmax は72μｍ、Ｒz は53μｍであった。
次いで、この金属結合層上に、Ｙ2 Ｏ3 濃度が8wt%の安
定化ジルコニアからなる粒径が44〜120 μｍの範囲にあ
る造粒焼成粉末をプラズマ溶射し、厚さ280 μｍのセラ
ミックス層を形成して試験片を作成した。Example 1 A metal substrate (composition: 61Ni-16Cr-8.5Co-3.4Al-1.7Mo-2.6W) made of a 30 mm × 30 mm × 3 mm Ni-base superalloy IN738LC.
-1.7Ta-0.9Nb-3.4Ti) on top of Ni, Co, Cr, Al,
150 μm thick metallic bonding layer of Y (composition: 23Co-18C
r-12Al-0.3Y-Bal Ni) was formed by plasma spraying. When the surface roughness of the metal bonding layer was measured immediately after forming the metal bonding layer, R max was 72 μm and R z was 53 μm.
Then, a granulated and fired powder of stabilized zirconia having a Y 2 O 3 concentration of 8 wt% and a particle size in the range of 44 to 120 μm was plasma sprayed on the metal bonding layer to form a ceramic layer having a thickness of 280 μm. To form a test piece.
【００８１】実施例２
セラミックス層の材料として、粒径が10〜100 μｍの範
囲にある造粒焼成粉末を用いた以外は実施例１と同様に
して試験片を作成した。Example 2 A test piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that a granulated and baked powder having a particle size in the range of 10 to 100 μm was used as the material for the ceramics layer.
【００８２】比較例１
セラミックス層の材料として、粒径が10〜44μｍの範囲
にある溶融粉砕粉末を用いた以外は実施例１と同様にし
て試験片を作成した。Comparative Example 1 A test piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that a melt pulverized powder having a particle size in the range of 10 to 44 μm was used as the material of the ceramic layer.
【００８３】比較例２
セラミックス層の材料として、粒径が10〜44μｍの範囲
にある造粒粉末を用いた以外は実施例１と同様にして試
験片を作成した。Comparative Example 2 A test piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that a granulated powder having a particle size in the range of 10 to 44 μm was used as the material of the ceramic layer.
【００８４】比較例３
実施例１と同様の金属基材上に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａ
ｌ、Ｙからなる厚さ150 μｍの金属結合層（組成：23Co
-18Cr-12Al-0.3Y-Bal Ni）をプラズマ溶射法で形成し
た。金属結合層を形成した直後の金属結合層の表面粗さ
を測定したところ、Ｒmax は40μｍ、Ｒz は30μｍであ
った。次いで、この金属結合層上に、Ｙ2Ｏ3 濃度が8wt
%の安定化ジルコニアからなる粒径が 5〜30μｍの範囲
にある造粒粉末をプラズマ溶射し、厚さ280 μｍのセラ
ミックス被覆層を形成して試験片を作成した。Comparative Example 3 Ni, Co, Cr and A were formed on the same metal substrate as in Example 1.
150 μm thick metal bonding layer (composition: 23Co
-18Cr-12Al-0.3Y-Bal Ni) was formed by plasma spraying. When the surface roughness of the metal bonding layer was measured immediately after forming the metal bonding layer, R max was 40 μm and R z was 30 μm. Then, a Y 2 O 3 concentration of 8 wt.
% Of stabilized zirconia having a particle size in the range of 5 to 30 μm was plasma sprayed to form a ceramic coating layer having a thickness of 280 μm to prepare a test piece.
【００８５】得られた各試験片のセラミックス層の表面
粗さを測定するとともに、ＳＥＭ写真から断面曲線を作
成して、Ｒmax 、Ｒz 、ＰＲ分布を求めた。The surface roughness of the ceramic layer of each of the obtained test pieces was measured, and a sectional curve was prepared from the SEM photograph to determine the R max , R z and PR distributions.
【００８６】また、各試験片に対して熱疲労試験（1000
℃と150 ℃の状態に各々１時間づつ連続して保持するサ
イクルを繰り返す）を行い、セラミックス層の剥離の有
無を確認した。これらの結果を表１に示す。A thermal fatigue test (1000
The cycle of continuously holding each state for 1 hour at temperatures of 150 ° C. and 150 ° C. was repeated), and the presence or absence of peeling of the ceramic layer was confirmed. The results are shown in Table 1.
【００８７】[0087]
【表１】
実施例３
30mm×30mm×3mm のＮｉ基超合金ＩＮ７３８ＬＣからな
る金属基材（組成：61Ni-16Cr-8.5Co-3.4Al-1.7Mo-2.6W
-1.7Ta-0.9Nb-3.4Ti）上に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、
Ｙからなる厚さ150 μｍの金属結合層（組成：23Co-18C
r-12Al-0.3Y-Bal Ni）をプラズマ溶射法で形成した。金
属結合層を形成した直後の金属結合層の表面粗さを測定
したところ、Ｒmax は72μｍ、Ｒz は53μｍであった。
次いで、この金属結合層上に、Ｙ2 Ｏ3 濃度が8wt%の安
定化ジルコニアからなる粒径が10〜44μｍの範囲にある
溶融粉砕粉末をプラズマ溶射し、厚さ120 μｍのセラミ
ックス層を形成した後、その上にＹ2 Ｏ3 濃度が8wt%の
安定化ジルコニアからなる粒径が10〜88μｍの範囲にあ
る造粒粉末をプラズマ溶射して、厚さ150 μｍのセラミ
ックス層を形成し、さらにその上に、Ｙ2 Ｏ3 濃度が8w
t%の安定化ジルコニアからなる粒径が10〜44μｍの溶融
粉砕粉末をプラズマ溶射して、厚さ20μｍのセラミック
ス層を形成して試験片を作成した。[Table 1] Example 3 A metal substrate (composition: 61Ni-16Cr-8.5Co-3.4Al-1.7Mo-2.6W) made of a 30 mm × 30 mm × 3 mm Ni-base superalloy IN738LC.
-1.7Ta-0.9Nb-3.4Ti) on top of Ni, Co, Cr, Al,
150 μm thick metallic bonding layer of Y (composition: 23Co-18C
r-12Al-0.3Y-Bal Ni) was formed by plasma spraying. When the surface roughness of the metal bonding layer was measured immediately after forming the metal bonding layer, R max was 72 μm and R z was 53 μm.
Next, on this metal-bonded layer, plasma-sprayed molten pulverized powder composed of stabilized zirconia having a Y 2 O 3 concentration of 8 wt% and having a particle size in the range of 10 to 44 μm, and a ceramic layer having a thickness of 120 μm was formed. After that, a granulated powder made of stabilized zirconia having a Y 2 O 3 concentration of 8 wt% and having a particle size in the range of 10 to 88 μm is plasma sprayed thereon to form a ceramic layer having a thickness of 150 μm, On top of that, the concentration of Y 2 O 3 is 8w.
A test piece was prepared by forming a ceramic layer having a thickness of 20 μm by plasma spraying a melt-pulverized powder having a particle diameter of 10 to 44 μm and made of t% of stabilized zirconia.
【００８８】実施例４
実施例３と同様にして金属基材上に金属結合層を形成し
た後、その上に粒径が10〜44μｍの範囲にあるＹ2 Ｏ3
濃度が8wt%の安定化ジルコニアからなる造粒粉末を溶射
して、厚さ130 μｍのセラミックス層を形成し、次いで
同組成の粒径が50〜100 μｍの範囲にある造粒焼成粉末
を溶射して、厚さ150 μｍのセラミックス層を形成し、
さらにその上に同組成の粒径が10〜44μｍの範囲にある
溶融粉砕粉末をプラズマ溶射して、厚さ10μｍのセラミ
ックス層を形成して試験片を作成した。Example 4 After forming a metal bonding layer on a metal substrate in the same manner as in Example 3, Y 2 O 3 having a particle size in the range of 10 to 44 μm was formed thereon.
Granulated powder consisting of stabilized zirconia with a concentration of 8 wt% is sprayed to form a ceramic layer with a thickness of 130 μm, and then granulated and fired powder with the same composition and a grain size in the range of 50 to 100 μm is sprayed. Then, a ceramic layer with a thickness of 150 μm is formed,
Further, a melt pulverized powder having the same composition and a particle size in the range of 10 to 44 μm was plasma sprayed thereon to form a ceramic layer having a thickness of 10 μm to prepare a test piece.
【００８９】実施例５
実施例３と同様にして金属基材上に金属結合層を形成し
た後、その上に粒径が10〜25μｍの範囲にあるＹ2 Ｏ3
濃度が8wt%の安定化ジルコニアからなる溶融粉砕粉末を
溶射して、厚さ90μｍのセラミックス層を形成し、次い
で同組成の粒径が10〜88μｍの範囲にある造粒焼成粉末
を溶射して、厚さ150 μｍのセラミックス層を形成し、
さらにその上に同組成の粒径が10〜44μｍの範囲にある
溶融粉砕粉末を溶射して厚さ50μｍのセラミックス層を
形成した。次いで、このセラミックス層の表面を研磨処
理して表面粗さＲmax を10μｍ以下に仕上げて試験片を
作成した。Example 5 After a metal bonding layer was formed on a metal substrate in the same manner as in Example 3, Y 2 O 3 having a particle size in the range of 10 to 25 μm was formed thereon.
A molten pulverized powder composed of stabilized zirconia with a concentration of 8 wt% is sprayed to form a ceramic layer with a thickness of 90 μm, and then a granulated and fired powder having the same composition and a particle size in the range of 10 to 88 μm is sprayed. , Forming a ceramic layer with a thickness of 150 μm,
Further, a melt-pulverized powder having the same composition and a particle diameter in the range of 10 to 44 μm was sprayed thereon to form a ceramic layer having a thickness of 50 μm. Then, the surface of this ceramic layer was polished to finish the surface roughness R max to 10 μm or less to prepare a test piece.
【００９０】実施例６
実施例３と同様にして金属基材上に金属結合層を形成し
た後、その上に粒径が10〜30 μｍの範囲にあるＹ2 Ｏ
3 濃度が8wt%の安定化ジルコニアからなる造粒粉末を溶
射して、厚さ120 μｍのセラミックス層を形成し、次い
で同組成の粒径が50〜100 μｍの範囲にあるＹ2 Ｏ3 濃
度が8wt%の安定化ジルコニアからなる電融粉末を溶射し
て、厚さ150 μｍのセラミックス層を形成し、さらにそ
の上に同組成の粒径が10〜44μｍの範囲にある溶融粉砕
粉末を溶射して、厚さ30μｍのセラミックス層を形成し
た。次いで、このセラミックス層の表面を研磨処理して
表面粗さＲmax を10μｍ以下に仕上げて試験片を作成し
た。Example 6 After forming a metal bonding layer on a metal substrate in the same manner as in Example 3, Y 2 O having a particle size in the range of 10 to 30 μm was formed thereon.
3 concentration by spraying a granulated powder comprising 8 wt% of stabilized zirconia, forming a ceramic layer having a thickness of 120 [mu] m, then Y 2 O 3 concentrations ranging particle size of 50 to 100 [mu] m having the same composition Of 8 wt% of stabilized zirconia is sprayed to form a ceramic layer with a thickness of 150 μm, and a pulverized powder of the same composition with a particle size in the range of 10 to 44 μm is sprayed on it. Then, a ceramic layer having a thickness of 30 μm was formed. Then, the surface of this ceramic layer was polished to finish the surface roughness R max to 10 μm or less to prepare a test piece.
【００９１】実施例７
実施例１と同様にして金属基材上に金属結合層を形成し
た後、その上に粒径が10〜88μｍの範囲にあるＹ2 Ｏ3
濃度が8wt%の安定化ジルコニアからなる造粒焼成粉末を
溶射して、厚さ280 μｍのセラミックス層を形成して試
験片を作成した。実施例８
実施例７のセラミックス層の表面を研磨処理して表面粗
さＲmax を10μｍ以下に仕上げた。Example 7 After a metal bonding layer was formed on a metal substrate in the same manner as in Example 1, Y 2 O 3 having a particle size in the range of 10 to 88 μm was formed thereon.
A granulated and fired powder of stabilized zirconia having a concentration of 8 wt% was sprayed to form a ceramic layer having a thickness of 280 μm to prepare a test piece. Example 8 The surface of the ceramic layer of Example 7 was polished to a surface roughness R max of 10 μm or less.
【００９２】実施例９
実施例１と同様にして金属基材上に金属結合層を形成し
た後、その上に粒径が10〜30μｍの範囲にあるＹ2 Ｏ3
濃度が8wt%の安定化ジルコニアからなる造粒電融粉末を
溶射して、厚さ150 μｍのセラミックス層を形成し、次
いで、その上に粒径が10〜88μｍの範囲にあるＹ2 Ｏ3
濃度が8wt%の安定化ジルコニアからなる造粒焼成粉末
と、同組成の粒径が1 〜40μｍの範囲にある造粒粉末を
用いてプラズマ溶射を行った。このとき下層のセラミッ
クス層側に造粒焼成粉末を多く使用し、表面側で溶融粉
砕粉末を多く使用して、成分が傾斜している厚さ280 μ
ｍのセラミックス層を形成し試験片を作成した。Example 9 After a metal bonding layer was formed on a metal substrate in the same manner as in Example 1, Y 2 O 3 having a particle size in the range of 10 to 30 μm was formed thereon.
A granulated electrofused powder made of stabilized zirconia having a concentration of 8 wt% is sprayed to form a ceramic layer having a thickness of 150 μm, and then Y 2 O 3 having a grain size in the range of 10 to 88 μm is formed thereon.
Plasma spraying was performed using a granulated and fired powder made of stabilized zirconia having a concentration of 8 wt% and a granulated powder having the same composition and a particle size in the range of 1 to 40 μm. At this time, a large amount of granulated and fired powder was used on the lower ceramics layer side, and a large amount of melt pulverized powder was used on the surface side.
A ceramic layer of m was formed to prepare a test piece.
【００９３】実施例１０
実施例９のセラミックス層の表面を研磨処理して表面粗
さＲmax を10μｍ以下に仕上げた。Example 10 The surface of the ceramic layer of Example 9 was polished to a surface roughness R max of 10 μm or less.
【００９４】実施例１１
実施例３と同様にして金属基材上に金属結合層を形成し
た後、その上に粒径が10〜60μｍの範囲にあるＹ2 Ｏ3
濃度が8wt%の安定化ジルコニアからなる造粒粉末を溶射
して、厚さ150 μｍのセラミックス層を形成し、次い
で、その上に同組成の粒径が10〜100 μｍの範囲にある
造粒焼成粉末を溶射して、厚さ100 μｍのセラミックス
層を形成し、さらにその上に同組成の粒径が10〜44μｍ
の範囲にある溶融粉砕粉末を溶射して、厚さ25μｍのセ
ラミックス層を形成した。次いで、このセラミックス層
の表面を研磨処理して表面粗さＲmax を10μｍ以下に仕
上げた。Example 11 After a metal bonding layer was formed on a metal substrate in the same manner as in Example 3, Y 2 O 3 having a particle size in the range of 10 to 60 μm was formed thereon.
Granulated powder consisting of stabilized zirconia with a concentration of 8 wt% is sprayed to form a ceramic layer with a thickness of 150 μm, and then a granule with the same composition and particle size within the range of 10 to 100 μm is formed on it. The fired powder is sprayed to form a ceramic layer with a thickness of 100 μm, and the particle size of the same composition is 10-44 μm.
Then, the melt-pulverized powder in the range was sprayed to form a ceramic layer having a thickness of 25 μm. Then, the surface of this ceramic layer was polished to finish the surface roughness R max to 10 μm or less.
【００９５】実施例１２
実施例３と同様にして金属基材上に金属結合層２を形成
した後、その上に粒径が 5〜25μｍの範囲にあるＹ2 Ｏ
3 濃度が8wt%の安定化ジルコニアからなる電融粉末を溶
射して、厚さ120 μｍのセラミックス層を形成し、次い
で、その上に同組成の粒径が10〜88μｍの範囲にある造
粒焼成粉末を溶射して、厚さ150 μｍのセラミックス層
を形成し、さらにその上に同組成の粒径が10〜44μｍの
範囲にある溶融粉砕粉末を溶射して厚さ30μｍのセラミ
ックス層を形成した。次いで、このセラミックス被覆層
の表面を研磨処理して表面粗さＲmax を10μｍ以下に仕
上げた。Example 12 After the metal bonding layer 2 was formed on the metal substrate in the same manner as in Example 3, Y 2 O having a particle size in the range of 5 to 25 μm was formed thereon.
3 Electrolytic powder of stabilized zirconia with a concentration of 8 wt% is sprayed to form a ceramic layer with a thickness of 120 μm, and then granulation with the same composition in the range of 10-88 μm in particle size. The fired powder is sprayed to form a ceramic layer with a thickness of 150 μm, and then the molten pulverized powder having the same composition in the particle size range of 10 to 44 μm is sprayed to form a ceramic layer with a thickness of 30 μm. did. Next, the surface of this ceramic coating layer was polished to finish the surface roughness R max to 10 μm or less.
【００９６】実施例３〜５の試験片についてＳＥＭ写真
をとり、各セラミックス層の粗さＲmax 、Ｒz を測定し
た。表面研磨を行った試験片については、表面粗さを測
定した。SEM photographs of the test pieces of Examples 3 to 5 were taken to measure the roughness R max and R z of each ceramic layer. The surface roughness of the surface-polished test piece was measured.
【００９７】また、実施例３〜１２の各試験片につい
て、熱疲労特性・耐エロージョン特性試験を行った。試
験は、各試験片を電気炉中に置き、電気炉内に粒径0.5
〜10μｍのＳｉＣ粉末を50ｍ／ｓの条件で流しながら10
00℃と150 ℃の状態に各々 1時間づつ連続して保持する
熱サイクルを繰り返すことにより行い、セラミックス層
の剥離あるいは表面が損傷するにいたった時の熱サイク
ル数を調べた。また、その際のセラミックス層の剥離状
態や表面の損傷状態も併せ観察した。これらの結果を表
２に示す。Further, the test pieces of Examples 3 to 12 were subjected to a thermal fatigue characteristic / erosion resistance characteristic test. In the test, each test piece was placed in an electric furnace and the particle size was 0.5 in the electric furnace.
While flowing SiC powder of ~ 10μm under the condition of 50m / s, 10
The number of thermal cycles was measured by repeating the thermal cycle of holding at 00 ° C and 150 ° C for 1 hour each, and when the ceramic layer was peeled or the surface was damaged. Moreover, the peeling state of the ceramic layer and the damage state of the surface at that time were also observed. The results are shown in Table 2.
【００９８】さらに、本発明との比較のために、前記比
較例１〜３について同様の熱疲労特性・耐エロージョン
特性試験を行った。これらの結果を表２に併記する。Further, for the purpose of comparison with the present invention, similar thermal fatigue characteristics and erosion resistance characteristics tests were conducted on Comparative Examples 1 to 3 above. The results are also shown in Table 2.
【００９９】[0099]
【表２】
実施例１３
Ｎｉ基超合金ＩＮ７３８ＬＣからなる金属基材（組成：
61Ni-16Cr-8.5Co-3.4Al-1.7Mo-2.6W-1.7Ta-0.9Nb-3.4T
i）上に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙからなる厚さ150
μｍの金属結合層（組成：23Co-18Cr-12Al-0.3Y-Bal N
i）をプラズマ溶射法で形成した。金属結合層を形成し
た直後の金属結合層の表面粗さを測定したところ、Ｒ
max は78μｍ、Ｒz は58μｍであった。次いで、この金
属結合層上に、Ｙ2 Ｏ3 濃度が8wt%の安定化ジルコニア
からなる粒径が 5〜40μｍの範囲にある溶融粉砕粉末を
プラズマ溶射し、厚さ120 μｍのセラミックス層を形成
した。形成直後にこのセラミックス層の表面粗さを測定
したところ、Ｒmax は50μｍ、Ｒz は38μｍであった。
この後、さらにその上に、同組成の粒径が10〜50μｍの
造粒焼成粉末を大気圧プラズマ溶射し、厚さ 150μｍの
セラミックス層を形成して試験片を作成した。形成直後
にこのセラミックス層の表面粗さを測定したところ、Ｒ
max は98μｍ、Ｒz は78μｍであった。[Table 2] Example 13 A metal substrate (composition: Ni-based superalloy IN738LC)
61Ni-16Cr-8.5Co-3.4Al-1.7Mo-2.6W-1.7Ta-0.9Nb-3.4T
i) with a thickness of 150 on Ni, Co, Cr, Al, Y
μm metal bonding layer (composition: 23Co-18Cr-12Al-0.3Y-Bal N
i) was formed by plasma spraying. The surface roughness of the metal bonding layer was measured immediately after the metal bonding layer was formed.
The max was 78 μm and the R z was 58 μm. Next, on this metal-bonded layer, plasma-sprayed molten pulverized powder composed of stabilized zirconia having a Y 2 O 3 concentration of 8 wt% and having a particle size in the range of 5 to 40 μm to form a ceramic layer having a thickness of 120 μm. did. When the surface roughness of this ceramic layer was measured immediately after formation, R max was 50 μm and R z was 38 μm.
Thereafter, a granulated and fired powder having the same composition and a particle size of 10 to 50 μm was further plasma-sprayed thereon under atmospheric pressure to form a ceramic layer having a thickness of 150 μm to prepare a test piece. When the surface roughness of this ceramic layer was measured immediately after formation, R
The max was 98 μm and the R z was 78 μm.
【０１００】実施例１４〜１９、比較例４〜６
各セラミックス層の形成に用いる溶射粉末を、表４に示
すように変えた以外は実施例１３と同様にして試験片を
作成した。Examples 14 to 19 and Comparative Examples 4 to 6 Test pieces were prepared in the same manner as in Example 13 except that the thermal spray powder used to form each ceramic layer was changed as shown in Table 4.
【０１０１】上記実施例１３〜１９及び比較例４〜６で
得られた各試験片について、ＳＥＭ写真により断面曲線
を作成し、この断面曲線から各セラミックス層の粗さＲ
max、Ｒz 、およびＰＲ分布を測定した。また、1100℃
で30分、室温で30分の熱サイクルを繰り返す熱疲労試験
を行い、セラミックス被覆層の剥離の有無を調べた。こ
れらの結果を表３に示す。なお、熱疲労試験結果は、セ
ラミックス被覆層の剥離が発生したときの熱サイクル数
で示した。また、断面曲線から得られた各セラミックス
層の粗さＲmax 、Ｒz は、各試験片のセラミックス層施
工時に測定した表面粗さから得られたＲmax 、Ｒz とほ
ぼ同じであった。With respect to each of the test pieces obtained in Examples 13 to 19 and Comparative Examples 4 to 6, a sectional curve was prepared by an SEM photograph, and the roughness R of each ceramic layer was calculated from the sectional curve.
The max , Rz , and PR distributions were measured. Also, 1100 ℃
A thermal fatigue test was repeated by repeating a thermal cycle of 30 minutes at room temperature and 30 minutes at room temperature to examine whether the ceramic coating layer was peeled. The results are shown in Table 3. The thermal fatigue test results are shown by the number of thermal cycles when peeling of the ceramic coating layer occurs. Further, the roughness R max and R z of each ceramic layer obtained from the cross-section curve were almost the same as the R max and R z obtained from the surface roughness measured at the time of applying the ceramic layer of each test piece.
【０１０２】[0102]
【表３】
実施例２０
Ｎｉ基超合金ＩＮ７３８ＬＣからなる金属基材（組成：
61Ni-16Cr-8.5Co-3.4Al-1.7Mo-2.6W-1.7Ta-0.9Nb-3.4T
i）上に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙからなる厚さ150
μｍの金属結合層（組成：23Co-18Cr-12Al-0.3Y-Bal N
i）をプラズマ溶射法で形成した。金属結合層を形成し
た直後の金属結合層の表面粗さを測定したところ、Ｒ
max は78μｍ、Ｒz は58μｍであった。次いで、この金
属結合層上に、アルミナからなる粒径が 5〜40μｍの溶
融粉砕粉末をプラズマ溶射し、厚さ30μｍのセラミック
ス層を形成した。形成後このセラミックス層表面のビッ
カース硬度を測定したところ（荷重200g）、700HV であ
った。[Table 3] Example 20 Metal base material composed of Ni-based superalloy IN738LC (composition:
61Ni-16Cr-8.5Co-3.4Al-1.7Mo-2.6W-1.7Ta-0.9Nb-3.4T
i) with a thickness of 150 on Ni, Co, Cr, Al, Y
μm metal bonding layer (composition: 23Co-18Cr-12Al-0.3Y-Bal N
i) was formed by plasma spraying. The surface roughness of the metal bonding layer was measured immediately after the metal bonding layer was formed.
The max was 78 μm and the R z was 58 μm. Next, on this metal bonding layer, melt-pulverized powder of alumina having a particle size of 5 to 40 μm was plasma sprayed to form a ceramic layer having a thickness of 30 μm. After formation, the Vickers hardness of the surface of this ceramic layer was measured (load 200 g), and it was 700 HV.
【０１０３】続いて、その上に、Ｙ2 Ｏ3 濃度が8wt%の
ジルコニア８ＹＺからなる粒径が10〜50μｍの範囲にあ
る造粒焼成粉末を大気圧プラズマ溶射し、厚さ 250μｍ
のセラミックス層を形成して試験片を作成した。形成後
このセラミックス層表面のビッカース硬度を測定したと
ころ（荷重200g）、500HV であった。Subsequently, a granulated and fired powder having a particle size in the range of 10 to 50 μm and made of zirconia 8YZ having a Y 2 O 3 concentration of 8 wt% was plasma-sprayed at atmospheric pressure to a thickness of 250 μm.
A ceramic layer was formed to prepare a test piece. After formation, the Vickers hardness of the surface of this ceramic layer was measured (load 200 g) and found to be 500 HV.
【０１０４】実施例２１〜２６、比較例７〜９
各セラミックス層の形成に用いる溶射粉末を、表４に示
すように変えた以外は実施例２０と同様にして試験片を
作成した。Examples 21 to 26, Comparative Examples 7 to 9 Test pieces were prepared in the same manner as in Example 20 except that the thermal spray powder used for forming each ceramic layer was changed as shown in Table 4.
【０１０５】上記実施例２０〜２６及び比較例７〜９で
得られた各試験片に、切断・埋め込み・研磨処理を施
し、断面方向から各セラミックス層のビッカース硬度を
測定した。また、1150℃で30分、室温で30分の熱サイク
ルを繰り返す熱疲労試験を施し、セラミックス被覆層の
剥離の有無を調べた。これらの結果を表４に示す。な
お、なお、熱疲労試験結果は、セラミックス被覆層の剥
離が発生したときの熱サイクル数で示した。また、上記
ビッカース硬度は、各試験片のセラミックス層施工時に
測定したビッカース硬度とほぼ同じであった。The test pieces obtained in Examples 20 to 26 and Comparative Examples 7 to 9 were cut, embedded and polished, and the Vickers hardness of each ceramic layer was measured from the cross-sectional direction. Further, a thermal fatigue test was repeated by repeating a thermal cycle of 1150 ° C. for 30 minutes and room temperature for 30 minutes, and the presence or absence of peeling of the ceramic coating layer was examined. The results are shown in Table 4. The results of the thermal fatigue test are shown by the number of thermal cycles when the ceramic coating layer peels off. The Vickers hardness was almost the same as the Vickers hardness measured when the ceramic layer of each test piece was applied.
【０１０６】[0106]
【表４】
実施例２７
Ｎｉ基超合金ＩＮ７３８ＬＣからなる金属基材（組成：
61Ni-16Cr-8.5Co-3.4Al-1.7Mo-2.6W-1.7Ta-0.9Nb-3.4T
i）上に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙからなる厚さ150
μｍの金属結合層（組成：23Co-18Cr-12Al-0.3Y-Bal N
i）をプラズマ溶射法で形成した。金属結合層を形成し
た直後の金属結合層の表面粗さを測定したところ、Ｒ
max は78μｍ、Ｒz は58μｍであった。[Table 4] Example 27 Metal base material composed of Ni-based superalloy IN738LC (composition:
61Ni-16Cr-8.5Co-3.4Al-1.7Mo-2.6W-1.7Ta-0.9Nb-3.4T
i) with a thickness of 150 on Ni, Co, Cr, Al, Y
μm metal bonding layer (composition: 23Co-18Cr-12Al-0.3Y-Bal N
i) was formed by plasma spraying. The surface roughness of the metal bonding layer was measured immediately after the metal bonding layer was formed.
The max was 78 μm and the R z was 58 μm.
【０１０７】次いで、この金属結合層上に、Ｙ2 Ｏ3 濃
度が8wt%の安定化ジルコニアからなる粒径が 5〜40μｍ
の範囲にある溶融粉砕粉末をプラズマ溶射し、厚さ130
μｍのセラミックス層を形成した。形成後このセラミッ
クス層表面のビッカース硬度を測定したところ（荷重20
0g）、750HV であった。Next, on this metal bonding layer, a particle size of 5-40 μm made of stabilized zirconia having a Y 2 O 3 concentration of 8 wt%.
Plasma-sprayed melt pulverized powder in the range of
A μm ceramic layer was formed. After formation, the Vickers hardness of the surface of this ceramic layer was measured (load 20
It was 750HV.
【０１０８】続いて、その上に、同組成の安定化ジルコ
ニアからなる粒径が10〜50μｍの範囲にある造粒焼成粉
末を大気圧プラズマ溶射し、厚さ 150μｍのセラミック
ス層を形成して試験片を作成した。形成後このセラミッ
クス層表面のビッカース硬度を測定したところ（荷重20
0g）、450HV であった。Subsequently, a granulated and fired powder of stabilized zirconia having the same composition and having a particle size in the range of 10 to 50 μm was sprayed thereon under atmospheric pressure plasma to form a ceramic layer having a thickness of 150 μm and tested. Created a piece. After formation, the Vickers hardness of the surface of this ceramic layer was measured (load 20
0g) and 450HV.
【０１０９】実施例２８〜３５
各セラミックス層の膜厚を、表５に示すように変えた以
外は実施例２７と同様にして試験片を作成した。Examples 28 to 35 Test pieces were prepared in the same manner as in Example 27 except that the thickness of each ceramic layer was changed as shown in Table 5.
【０１１０】上記実施例２７〜３５で得られた各試験片
に、切断・埋め込み・研磨処理を施し、断面方向から各
セラミックス層のビッカース硬度を測定した。また、10
50℃で30分、室温で30分の熱サイクルを繰り返す熱疲労
試験を行った。これらの結果を表５に示す。なお、熱疲
労試験結果は、セラミックス被覆層の剥離が発生したと
きの熱サイクル数で示した。また、上記ビッカース硬度
は、各試験片のセラミックス層施工時に測定したビッカ
ース硬度とほぼ同じであった。The test pieces obtained in Examples 27 to 35 were subjected to cutting, embedding, and polishing treatments, and the Vickers hardness of each ceramic layer was measured from the cross-sectional direction. Also, 10
A thermal fatigue test was carried out by repeating a thermal cycle of 50 ° C. for 30 minutes and room temperature for 30 minutes. The results are shown in Table 5. The thermal fatigue test results are shown by the number of thermal cycles when peeling of the ceramic coating layer occurs. The Vickers hardness was almost the same as the Vickers hardness measured when the ceramic layer of each test piece was applied.
【０１１１】[0111]
【表５】 [Table 5]
【０１１２】[0112]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の耐熱部材
は、耐熱疲労特性に優れるため、優れた耐熱性が長期間
維持される。As described above, the heat resistant member of the present invention is excellent in heat fatigue resistance, so that excellent heat resistance is maintained for a long period of time.
【０１１３】[0113]
【図１】本発明の第１の耐熱部材の一実施形態の構造を
模式的に示す断面図。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a structure of an embodiment of a first heat resistant member of the present invention.
【図２】セラミックス被覆層断面の微細構造を模式的に
示す図。FIG. 2 is a diagram schematically showing a fine structure of a cross section of a ceramic coating layer.
【図３】セラミックス被覆層断面の微細構造における断
面曲線を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a sectional curve in a fine structure of a ceramic coating layer section.
【図４】セラミックス被覆層のＳＥＭ観察から得られる
断面曲線の一例を示す図。FIG. 4 is a view showing an example of a sectional curve obtained by SEM observation of a ceramic coating layer.
【図５】セラミックス被覆層のＳＥＭ観察から得られた
断面曲線の凹凸部の高さ分布を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing the height distribution of the uneven portion of the cross-sectional curve obtained from the SEM observation of the ceramic coating layer.
【図６】本発明の第１の耐熱部材の他の実施形態の構造
を模式的に示す断面図。FIG. 6 is a sectional view schematically showing the structure of another embodiment of the first heat resistant member of the present invention.
【図７】本発明の第１の耐熱部材のさらに他の実施形態
の構造を模式的に示す断面図。FIG. 7 is a sectional view schematically showing the structure of still another embodiment of the first heat-resistant member of the present invention.
【図８】本発明の第２の耐熱部材の一実施形態の構造を
模式的に示す断面図。FIG. 8 is a sectional view schematically showing the structure of an embodiment of a second heat resistant member of the present invention.
【図９】本発明の第２の耐熱部材の他の実施形態の構造
を模式的に示す断面図。FIG. 9 is a sectional view schematically showing the structure of another embodiment of the second heat-resistant member of the present invention.
１、１１………金属基材 ２、１２………金属結合層 ３………粗さの大きいセラミックス被覆層 ４………粗さの小さいセラミックス被覆層 ５………粗さの小さいセラミックス被覆層 １３………低硬度のセラミックス被覆層 １４………高硬度のセラミックス被覆層 1, 11 ... Metal base material 2, 12 ... Metal bonding layer 3 ... Ceramic coating layer with large roughness 4 ... Ceramic coating layer with small roughness 5: Ceramic coating layer with low roughness 13 ... Low hardness ceramic coating layer 14 ... High hardness ceramic coating layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中橋 昌子 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番 地 株式会社東芝 京浜事業所内 (72)発明者 稲垣 浩貴 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 昭63−223156（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 30/00 C23C 4/10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Masako Nakahashi, Masako Nakahashi 2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Keihin Plant (72) Inventor Hiroki Inagaki Komukai-shishi-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 in Research & Development Center, Toshiba Corporation (56) Reference JP-A-63-223156 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 30/00 C23C 4/10
Claims (6)
x が70μｍ以上、１０点平均粗さＲZ が45μｍ以上であ
るセラミックス被覆層を具備することを特徴とする耐熱
部材。1. A maximum height Rma of a sectional curve on a metal substrate.
A heat resistant member comprising a ceramic coating layer having x of 70 μm or more and 10-point average roughness RZ of 45 μm or more.
xが70μｍ未満、１０点平均粗さＲZが45μｍ未満である
第１のセラミックス被覆層と、断面曲線の最大高さＲma
xが70μｍ以上、１０点平均粗さＲZが45μｍ以上である
第２のセラミックス被覆層とを順に具備することを特徴
とする耐熱部材。2. The maximum height Rma of a section curve on a metal substrate.
First ceramic coating layer with x less than 70 μm and 10-point average roughness RZ less than 45 μm, and maximum height Rma of sectional curve
A heat-resistant member comprising, in order, x and 70 μm or more, and a second ceramic coating layer having a 10-point average roughness RZ of 45 μm or more.
未満であるセラミックス被覆層を具備することを特徴と
する耐熱部材。3. A Vickers hardness of 650 HV on a metal substrate.
A heat-resistant member, characterized by comprising a ceramic coating layer of less than
以上である第１のセラミックス被覆層と、ビッカース硬
度が650HV未満である第２のセラミックス被覆層とを順
に具備することを特徴とする耐熱部材。4. A Vickers hardness of 650 HV on a metal substrate.
A heat-resistant member comprising, in order, a first ceramic coating layer as described above and a second ceramic coating layer having a Vickers hardness of less than 650 HV.
て、第１のセラミックス被覆層の厚さが1〜230μｍであ
ることを特徴とする耐熱部材。5. The heat resistant member according to claim 2, wherein the first ceramic coating layer has a thickness of 1 to 230 μm.
熱部材において、金属基材とセラミックス被覆層との間
に金属結合層を具備してなることを特徴とする耐熱部
材。6. The heat resistant member according to claim 1, further comprising a metal bonding layer between the metal base material and the ceramic coating layer.
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