JP4410357B2 - シュラウドコンタクト面のコーティング方法およびシュラウド付き動翼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シュラウドコンタクト面のコーティング皮膜が剥離しにくいシュラウドコンタクト面のコーティング方法およびシュラウド付き動翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、シュラウド付き動翼を示す一部斜視図である。この動翼１の先端には、流体の漏れを防止すると共に動翼１のねじれを拘束するＺ型シュラウド２が形成されており、さらに、隣接する動翼１のシュラウド２との間にコンタクト面３を有している。また、動翼１には、偏流や静翼ノズルパッシング、フラッタなどに起因した各種の振動が発生するため、前記シュラウド２のコンタクト面３には、耐磨耗処理が施されるのが通常である。従来では、ＡＰＳ溶射（大気圧プラズマ溶射）によりトリバロイ（Ｔ−８００：コバルト基耐磨耗材）コーティングを施していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＡＰＳ溶射では、シュラウド２のコンタクト面３における母材との密着性が低く、剥離しやすいという問題点があった。これは、溶射を行うにあたっては、グリッドブラスト処理などによる前処理を施すことで溶射表面を粗面状態にし、さらに洗浄処理を施すなどして皮膜との密着性を確保するようにするが、これでは不十分で、皮膜の気孔や粒子界面の酸化物が作用して母材との密着性を悪くしているものと考えられる。
【０００４】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シュラウドコンタクト面のコーティング皮膜が剥離しにくいシュラウドコンタクト面のコーティング方法およびシュラウド付き動翼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明にかかるシュラウドコンタクト面のコーティング方法は、タービン動翼の先端に設けたシュラウドのコンタクト面に、高速フレーム溶射により耐磨耗性を高める皮膜を形成するものである。高速フレーム溶射によってコバルト基耐磨耗材を高速で溶射することにより、溶融した金属粒子がコンタクト面に衝突し、緻密な皮膜を形成する。また、溶射温度がＡＰＳ溶射に比べて低いことにより、溶射中における粒子の酸化が阻害される。これにより、気泡が少なく粒界の酸化物が少ない皮膜が形成され、拡散熱処理をすることによりコンタクト面の母材に対する密着性が向上する。
【０００６】
また、本発明にかかるシュラウドコンタクト面のコーティング方法は、タービン動翼の先端に設けたシュラウドのコンタクト面に、減圧プラズマ溶射あるいは雰囲気プラズマ溶射により耐磨耗性を高める皮膜を形成するものである。減圧下あるいは不活性ガス雰囲気下で溶射を行うことにより、粒子の酸化を防止できると共に皮膜を緻密化することができる。このため、コンタクト面の母材に対する皮膜の密着性が向上する。
【０００７】
また、本発明にかかるシュラウドコンタクト面のコーティング方法は、上記シュラウドコンタクト面のコーティング方法において、さらに、前記皮膜を形成した後、熱拡散処理を施したものである。皮膜の不均一性、密着性などを改善するため、熱拡散処理を施す。この熱拡散処理は、動翼の熱処理と一括して行うようにしても良い。熱拡散処理により、コンタクト面の母材との密着性がさらに向上する。
【０００８】
また、本発明にかかるシュラウド付き動翼は、タービン動翼の先端にシュラウドが設けられ、隣接する動翼のシュラウドとの間にコンタクト面を有するシュラウド付き動翼において、耐磨耗材を高速フレーム溶射することで前記コンタクト面に密着性を高める皮膜を形成したものである。
【０００９】
また、本発明にかかるシュラウド付き動翼は、タービン動翼の先端にシュラウドが設けられ、隣接する動翼のシュラウドとの間にコンタクト面を有するシュラウド付き動翼において、耐磨耗材を減圧プラズマ溶射あるいは雰囲気プラズマ溶射することで前記コンタクト面に耐磨耗性を高める皮膜を形成したものである。
【００１０】
上記高速フレーム溶射、減圧プラズマ溶射あるいは雰囲気プラズマ溶射により形成した皮膜は、緻密で粒界に存在する酸化物が少ないため、コーティング面の母材との密着性がよく、剥離し難い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるシュラウドコンタクト面のコーティング方法およびシュラウド付き動翼につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
（実施の形態１）
図１を参照して説明すると、実施の形態１のコーティング方法では、シュラウド２のコンタクト面３に対して、高速ガス炎溶射（ＨＶＯＦ：High Velocity Oxy-Fuel）によりトリバロイコーティングを施す。溶射するトリバロイ（Ｔ−８００）の化学組成を次表に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
上記トリバロイは粉末状態で溶射ガンに供給され、フレーム温度約２０００℃で一気に加熱溶融されコンタクト面３に対して射出される。ＨＶＯＦのフレーム速度は３００〜５００ｍ／ｓ以上であり、これにより溶射材料がコンタクト面３に衝突し、緻密な皮膜を成膜する。ＨＶＯＦによるコーティング皮膜は、気孔が少ないこと、溶射温度が低いことにより酸化され難いため皮膜の粒界に酸化物が少ないことなどから、拡散熱処理によってコンタクト面３の母材との密着性が優れたものになる。具体的なコーティング皮膜の膜厚は、０．２ｍｍ程度である。また、ＨＶＯＦの他に、ＨＶＡＦ（High Velocity Air Fuel）を用いるようにして、緻密で酸化物の少ない皮膜を得ることができる。このためコンタクト面３の母材との密着性が向上する。
【００１５】
続いて、コンタクト面３にコーティングを施した後は、膜質改善のため真空炉にて拡散熱処理を施す。その熱処理工程の具体例は、つぎの通りである。
【００１６】
この拡散熱処理は、動翼１自体に対する熱処理と一括して行うことができる。なお、以上のように、ＨＶＯＦを用いて溶射を行い、拡散熱処理を施すことにより、コンタクト面３の母材に対して剥離し難いコーティング皮膜を得ることができる。
【００１７】
（実施の形態２）
また、ＨＶＯＦに代えて、減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ：Low Pressure Plasma Spraying）を用いて成膜するようにしてもよい。プラズマの作動ガスには、アルゴン、アルゴンと窒素の混合ガスなどを用いる。減圧雰囲気中で溶射した皮膜には酸化物の形成がないため、緻密になり、母材との密着性に優れたものとなる。さらに、拡散熱処理により膜質改善することにより、密着性がさらに向上する。なお、減圧プラズマ溶射の他に雰囲気プラズマ溶射を用いることもできる。
【００１８】
なお、上記コーティング皮膜は、高温ガスに曝露され摩擦部分を有するタービン部材にも適用することができる。たとえばシールピンなどのコーティング皮膜形成に有用である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明にかかるシュラウドコンタクト面のコーティング方法は、タービン動翼の先端に設けたシュラウドのコンタクト面に、高速フレーム溶射（請求項１）、または減圧プラズマ溶射あるいは雰囲気プラズマ溶射（請求項２）により耐磨耗性を高める皮膜を形成するようにしたので、気孔が少なく粒界の酸化物が少ない皮膜が形成され、コンタクト面の母材との密着性が向上する。さらに、密着性向上のためには、皮膜を形成した後、これに熱拡散処理を施すのが好ましい（請求項３）。
【００２０】
また、この発明にかかるシュラウド付き動翼は、タービン動翼の先端にシュラウドが設けられ、隣接する動翼のシュラウドとの間にコンタクト面を有するシュラウド付き動翼において、耐磨耗材を高速フレーム溶射（請求項４）または減圧プラズマ溶射あるいは雰囲気プラズマ溶射（請求項５）することで前記コンタクト面に密着性を高める皮膜を形成したものである。かかる方法により形成した皮膜は、緻密で粒界に存在する酸化物が少ないため、コンタクト面の母材との密着性がよく、剥離し難い。
【図面の簡単な説明】
【図１】シュラウド付き動翼を示す一部斜視図である。
【符号の説明】
１ 動翼
２ シュラウド
３ コンタクト面
【発明の属する技術分野】
この発明は、シュラウドコンタクト面のコーティング皮膜が剥離しにくいシュラウドコンタクト面のコーティング方法およびシュラウド付き動翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、シュラウド付き動翼を示す一部斜視図である。この動翼１の先端には、流体の漏れを防止すると共に動翼１のねじれを拘束するＺ型シュラウド２が形成されており、さらに、隣接する動翼１のシュラウド２との間にコンタクト面３を有している。また、動翼１には、偏流や静翼ノズルパッシング、フラッタなどに起因した各種の振動が発生するため、前記シュラウド２のコンタクト面３には、耐磨耗処理が施されるのが通常である。従来では、ＡＰＳ溶射（大気圧プラズマ溶射）によりトリバロイ（Ｔ−８００：コバルト基耐磨耗材）コーティングを施していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＡＰＳ溶射では、シュラウド２のコンタクト面３における母材との密着性が低く、剥離しやすいという問題点があった。これは、溶射を行うにあたっては、グリッドブラスト処理などによる前処理を施すことで溶射表面を粗面状態にし、さらに洗浄処理を施すなどして皮膜との密着性を確保するようにするが、これでは不十分で、皮膜の気孔や粒子界面の酸化物が作用して母材との密着性を悪くしているものと考えられる。
【０００４】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シュラウドコンタクト面のコーティング皮膜が剥離しにくいシュラウドコンタクト面のコーティング方法およびシュラウド付き動翼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明にかかるシュラウドコンタクト面のコーティング方法は、タービン動翼の先端に設けたシュラウドのコンタクト面に、高速フレーム溶射により耐磨耗性を高める皮膜を形成するものである。高速フレーム溶射によってコバルト基耐磨耗材を高速で溶射することにより、溶融した金属粒子がコンタクト面に衝突し、緻密な皮膜を形成する。また、溶射温度がＡＰＳ溶射に比べて低いことにより、溶射中における粒子の酸化が阻害される。これにより、気泡が少なく粒界の酸化物が少ない皮膜が形成され、拡散熱処理をすることによりコンタクト面の母材に対する密着性が向上する。
【０００６】
また、本発明にかかるシュラウドコンタクト面のコーティング方法は、タービン動翼の先端に設けたシュラウドのコンタクト面に、減圧プラズマ溶射あるいは雰囲気プラズマ溶射により耐磨耗性を高める皮膜を形成するものである。減圧下あるいは不活性ガス雰囲気下で溶射を行うことにより、粒子の酸化を防止できると共に皮膜を緻密化することができる。このため、コンタクト面の母材に対する皮膜の密着性が向上する。
【０００７】
また、本発明にかかるシュラウドコンタクト面のコーティング方法は、上記シュラウドコンタクト面のコーティング方法において、さらに、前記皮膜を形成した後、熱拡散処理を施したものである。皮膜の不均一性、密着性などを改善するため、熱拡散処理を施す。この熱拡散処理は、動翼の熱処理と一括して行うようにしても良い。熱拡散処理により、コンタクト面の母材との密着性がさらに向上する。
【０００８】
また、本発明にかかるシュラウド付き動翼は、タービン動翼の先端にシュラウドが設けられ、隣接する動翼のシュラウドとの間にコンタクト面を有するシュラウド付き動翼において、耐磨耗材を高速フレーム溶射することで前記コンタクト面に密着性を高める皮膜を形成したものである。
【０００９】
また、本発明にかかるシュラウド付き動翼は、タービン動翼の先端にシュラウドが設けられ、隣接する動翼のシュラウドとの間にコンタクト面を有するシュラウド付き動翼において、耐磨耗材を減圧プラズマ溶射あるいは雰囲気プラズマ溶射することで前記コンタクト面に耐磨耗性を高める皮膜を形成したものである。
【００１０】
上記高速フレーム溶射、減圧プラズマ溶射あるいは雰囲気プラズマ溶射により形成した皮膜は、緻密で粒界に存在する酸化物が少ないため、コーティング面の母材との密着性がよく、剥離し難い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるシュラウドコンタクト面のコーティング方法およびシュラウド付き動翼につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
（実施の形態１）
図１を参照して説明すると、実施の形態１のコーティング方法では、シュラウド２のコンタクト面３に対して、高速ガス炎溶射（ＨＶＯＦ：High Velocity Oxy-Fuel）によりトリバロイコーティングを施す。溶射するトリバロイ（Ｔ−８００）の化学組成を次表に示す。
【００１３】
【表１】
上記トリバロイは粉末状態で溶射ガンに供給され、フレーム温度約２０００℃で一気に加熱溶融されコンタクト面３に対して射出される。ＨＶＯＦのフレーム速度は３００〜５００ｍ／ｓ以上であり、これにより溶射材料がコンタクト面３に衝突し、緻密な皮膜を成膜する。ＨＶＯＦによるコーティング皮膜は、気孔が少ないこと、溶射温度が低いことにより酸化され難いため皮膜の粒界に酸化物が少ないことなどから、拡散熱処理によってコンタクト面３の母材との密着性が優れたものになる。具体的なコーティング皮膜の膜厚は、０．２ｍｍ程度である。また、ＨＶＯＦの他に、ＨＶＡＦ（High Velocity Air Fuel）を用いるようにして、緻密で酸化物の少ない皮膜を得ることができる。このためコンタクト面３の母材との密着性が向上する。
【００１５】
続いて、コンタクト面３にコーティングを施した後は、膜質改善のため真空炉にて拡散熱処理を施す。その熱処理工程の具体例は、つぎの通りである。
この拡散熱処理は、動翼１自体に対する熱処理と一括して行うことができる。なお、以上のように、ＨＶＯＦを用いて溶射を行い、拡散熱処理を施すことにより、コンタクト面３の母材に対して剥離し難いコーティング皮膜を得ることができる。
【００１７】
（実施の形態２）
また、ＨＶＯＦに代えて、減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ：Low Pressure Plasma Spraying）を用いて成膜するようにしてもよい。プラズマの作動ガスには、アルゴン、アルゴンと窒素の混合ガスなどを用いる。減圧雰囲気中で溶射した皮膜には酸化物の形成がないため、緻密になり、母材との密着性に優れたものとなる。さらに、拡散熱処理により膜質改善することにより、密着性がさらに向上する。なお、減圧プラズマ溶射の他に雰囲気プラズマ溶射を用いることもできる。
【００１８】
なお、上記コーティング皮膜は、高温ガスに曝露され摩擦部分を有するタービン部材にも適用することができる。たとえばシールピンなどのコーティング皮膜形成に有用である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明にかかるシュラウドコンタクト面のコーティング方法は、タービン動翼の先端に設けたシュラウドのコンタクト面に、高速フレーム溶射（請求項１）、または減圧プラズマ溶射あるいは雰囲気プラズマ溶射（請求項２）により耐磨耗性を高める皮膜を形成するようにしたので、気孔が少なく粒界の酸化物が少ない皮膜が形成され、コンタクト面の母材との密着性が向上する。さらに、密着性向上のためには、皮膜を形成した後、これに熱拡散処理を施すのが好ましい（請求項３）。
【００２０】
また、この発明にかかるシュラウド付き動翼は、タービン動翼の先端にシュラウドが設けられ、隣接する動翼のシュラウドとの間にコンタクト面を有するシュラウド付き動翼において、耐磨耗材を高速フレーム溶射（請求項４）または減圧プラズマ溶射あるいは雰囲気プラズマ溶射（請求項５）することで前記コンタクト面に密着性を高める皮膜を形成したものである。かかる方法により形成した皮膜は、緻密で粒界に存在する酸化物が少ないため、コンタクト面の母材との密着性がよく、剥離し難い。
【図面の簡単な説明】
【図１】シュラウド付き動翼を示す一部斜視図である。
【符号の説明】
１ 動翼
２ シュラウド
３ コンタクト面
Claims (2)
- タービン動翼の先端に設けたシュラウドのコンタクト面に、高速フレーム溶射により耐磨耗性を高める皮膜を形成し、
さらに、前記皮膜を形成した後、前記シュラウドのコンタクト面に拡散熱処理を施したことを特徴とするシュラウドコンタクト面のコーティング方法。 - タービン動翼の先端にシュラウドが設けられ、隣接する動翼のシュラウドとの間にコンタクト面を有するシュラウド付き動翼において、
耐磨耗材を高速フレーム溶射することで前記コンタクト面に密着性が高められた皮膜が形成され、
さらに、前記皮膜が形成された後、前記シュラウドのコンタクト面に拡散熱処理が施されることを特徴とするシュラウド付き動翼。
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|---|---|---|---|
| JP34129899A JP4410357B2 (ja) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | シュラウドコンタクト面のコーティング方法およびシュラウド付き動翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34129899A JP4410357B2 (ja) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | シュラウドコンタクト面のコーティング方法およびシュラウド付き動翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001152803A JP2001152803A (ja) | 2001-06-05 |
| JP4410357B2 true JP4410357B2 (ja) | 2010-02-03 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34129899A Expired - Fee Related JP4410357B2 (ja) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | シュラウドコンタクト面のコーティング方法およびシュラウド付き動翼 |
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| WO2018087945A1 (ja) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 株式会社Ihi | 耐摩耗被膜を備えた摺動部品及び耐摩耗被膜の形成方法 |
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1999
- 1999-11-30 JP JP34129899A patent/JP4410357B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2001152803A (ja) | 2001-06-05 |
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