汽轮机动叶片及汽轮机动叶片的制造方法技术

本发明专利技术提供兼顾耐磨耗性和可靠性的汽轮机动叶片及能够获得这样的汽轮机动叶片的汽轮机动叶片的制造方法。本发明专利技术的汽轮机动叶片的特征在于，具有叶片基材和形成于上述叶片基材的表面的防蚀罩，上述叶片基材由钛合金构成，上述防蚀罩由包含母相(30)和分散在上述母相中的硬质相(31)的熔接增厚层构成，该母相由固溶有金属元素的纯钛或固溶有金属元素的钛合金构成。

The manufacturing method of motor blade and motor blade of steam turbine

The invention provides a manufacturing method for a turbine blade with both wear resistance and reliability, and a turbine blade capable of obtaining such a turbine blade. Is that the characteristics of steam turbine blades of the invention, a substrate and formed on the surface of the leaf blade base anti erosion cover, the blade base made of titanium alloy, the anti-corrosion cover consists of the parent phase (30) and carbide dispersed in the parent phase (31) of the weld thickening layer. The parent phase by solid solution of titanium metal or solid solution composed of titanium alloy metal elements.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】汽轮机动叶片及汽轮机动叶片的制造方法
本专利技术涉及汽轮机动叶片及汽轮机动叶片的制造方法。
技术介绍
近年来，从节能(例如，节约化石燃料)以及防止地球温暖化(例如，抑制CO2气体的产生量)的观点考虑，期望提高火力发电厂的效率(例如，提高汽轮机中的效率)。作为使汽轮机的效率提高的有效的方法之一，有汽轮机长叶片(动叶片)的变长加大。对于汽轮机长叶片而言，由水滴的冲击导致的尖端部的磨耗(腐蚀)成为问题。由于尖端部的圆周速度因汽轮机长叶片的变长加大而增加，因此腐蚀变得越发苛刻。以往，汽轮机长叶片中使用钛系合金和钢铁材料。钛系材料由于与钢铁材料相比比重轻，因此是适合于汽轮机长叶片的变长加大的材料。一般而言，在汽轮机长叶片上被称为防蚀罩的耐磨耗性优异的锻造板与叶片尖端部接合。作为钛系长叶片(使用了钛系材料的长叶片)的防蚀罩材，为了使热膨胀系数合适，会使用钛系材料，但钛系材料与钢铁系材料相比耐磨耗性低，因此不易进一步长叶片化。因此，为了兼顾汽轮机的高效率化和可靠性，要求用于钛系长叶片的耐磨耗性优异的防蚀罩。作为防护方法的例子，有在叶片尖端部通过蒸镀等而将硬质的陶瓷被膜成型的方法(例如，参照专利文献1)。此外，专利文献2中公开了一种汽轮机动叶片的表面处理方法，其特征在于，通过机械加工将由钛合金构成的汽轮机低压末级叶片的叶片尖端前缘部制成预定的形状后，利用高能量密度源使基材表面熔融，并使陶瓷粉末在基材中分散增厚熔接。此外，专利文献3中公开了一种耐蚀合金的制造方法，其特征在于，通过调制包含体积比为20～60％的陶瓷粉末和剩余成分实质上为钛或钛合金粉末的混合物后，将该混合物在真空中或非活性气体中烧成，且进行热等静压处理从而成型。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开昭63-255357号公报专利文献2:日本特开平6-287770号公报专利文献3:日本特开平3-150331号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，上述专利文献1中所记载的通过蒸镀形成的防蚀罩的膜厚极薄仅为数十μm，可能无法获得充分的可靠性。此外，专利文献2中所记载的技术中，硬质皮膜的厚度并不充分，仍然可能无法获得充分的强度和可靠性。进一步，即便是专利文献3中所记载的技术，强度也可能不充分。即，对于以往的防蚀罩而言，不足以兼顾耐磨耗性和可靠性。鉴于上述实际情况，本专利技术提供兼顾耐磨耗性和可靠性的汽轮机动叶片及能够获得这样的汽轮机动叶片的汽轮机动叶片的制造方法。用于解决课题的方法本专利技术的汽轮机动叶片的一方式的特征在于，具有叶片基材和形成于上述叶片基材的表面的防蚀罩，上述叶片基材由钛合金构成，上述防蚀罩由包含母相和分散于上述母相中的硬质相的熔接增厚层构成，该母相由固溶有金属元素的纯钛或固溶有金属元素的钛合金构成。此外，本专利技术的汽轮机动叶片的另一方式的特征在于，具有叶片基材和形成于上述叶片基材的表面的防蚀罩，上述叶片基材由钛合金构成，上述防蚀罩是使母相粒子与无机化合物粒子熔融而形成的熔接增厚层，上述母相粒子由纯钛或钛合金构成，上述无机化合物粒子的一部分固溶于上述母相粒子，另一部分与上述母相粒子的一部分发生反应而生成硬质相且分散在上述母相中。此外，本专利技术的汽轮机动叶片的制造方法是具有由钛合金构成的叶片基材和形成于上述叶片基材的表面的防蚀罩的汽轮机动叶片的制造方法，其特征在于，具有在上述叶片基材的表面形成上述防蚀罩的工序，形成上述防蚀罩的工序包括将包含由纯钛或钛合金构成的母相粒子的原料粉末和无机化合物粒子的原料粉末的熔接原料粉末在上述叶片基材上利用热源进行熔融而形成熔接增厚层的工序，上述无机化合物粒子的一部分固溶于上述母相粒子，另一部分与上述母相粒子的一部分发生反应而生成硬质相且分散在上述母相中。专利技术效果根据本专利技术，能够提供兼顾耐磨耗性和可靠性的汽轮机动叶片及能够获得这样的汽轮机动叶片的汽轮机动叶片的制造方法。附图说明图1是表示本专利技术的汽轮机动叶片的一例的模式图。图2A是示意性表示图1的叶片基材和防蚀罩的截面的一例的图。图2B是示意性表示图1的叶片基材和防蚀罩的截面的另一例的图。图3是实施例(No.2)的熔接增厚层的光学显微镜照片。具体实施方式以下，对于本专利技术的汽轮机动叶片及汽轮机动叶片的制造方法进行详细说明。但是，本专利技术并不限定于这里例举的实施方式，在不改变主旨的范围内可以进行适当组合、改良。1.汽轮机动叶片图1是表示本专利技术的汽轮机动叶片的一例的模式图。如图1所示，本专利技术的汽轮机动叶片10具有由钛合金构成的叶片基材11和形成于叶片基材11的表面的防蚀罩15。图1中，在圆周速度快、磨耗更大的叶片基材11的尖端形成有防蚀罩15。此外，叶片基材11具有用于通过扭矩而与相邻的叶片一体化的拉筋凸台14和连续围带13。该汽轮机动叶片10是叶片根部12为倒圣诞树形状的轴向进气型。图2A是示意性表示图1的叶片基材和防蚀罩的A-A’线截面的一例的图，图2B是示意性表示图1的叶片基材和防蚀罩的A-A’线截面的另一例的图。如图2A和图2B所示，本专利技术的防蚀罩15由熔接增厚层(以下，也称为“增厚层”)形成(以下，也将符号15称为“熔接增厚层”)。熔接增厚层15可以如图2A那样形成在叶片基材11的侧端至展宽面，也可以如图2B那样仅在叶片基材11的侧端形成。该熔接增厚层15的特征在于包含由固溶有金属元素的纯钛或固溶有金属元素的钛合金构成的母相和分散在该母相中的硬质相。以下，对于各相进行详细说明。(1)母相构成熔接增厚层15的母相(基质)与叶片基材11为相同材料，即在纯钛或钛合金中固溶有金属元素。作为钛合金，例如可以使用6Al-4V-Ti或15Mo-5Zr-3Al-Ti。通过将熔接增厚层15的母相设为与叶片基材11相同的材料，从而能够减小与叶片基材11的热膨胀系数之差，提高叶片基材11与熔接增厚层15的密合性。本专利技术的熔接增厚层15在上述母相中固溶有金属元素。如此通过在母相中固溶金属元素，从而能够将母相硬质化，提高熔接增厚层15的硬度而提高耐磨耗性。该金属元素来源于后述的制造方法中说明的无机化合物粒子。金属元素作为在母相中固溶而硬质化的物质是必要的，具体优选为铬(Cr)和铁(Fe)等。另外，关于上述金属元素在母相中固溶的状态，可以通过X射线衍射测定(X-Raydiffraction：XRD)来求出熔接增厚层15的母相的结晶结构和晶格常数从而进行评价。(2)硬质相本专利技术的熔接增厚层15具有分散在母相中的硬质相。通过包含这样的硬质相，从而能够提高上述金属元素所固溶的母相乃至熔接增厚层15的硬度。该硬质相是通过来源于后述的制造方法中说明的无机化合物粒子的物质与母相的一部分发生反应而生成。作为硬质相，可以例举含有钛碳化物、钛硅化物和钛硼化物中的至少一种的硬质相。另外，该硬质相可以通过熔接增厚层15的XRD测定来分析。本专利技术的防蚀罩15是包含上述母相和硬质相的熔接增厚层，由于具有熔融凝固组织，因此与上述专利文献1的通过蒸镀形成的硬质膜的组织明显不同。此外，本专利技术的熔接增厚层的厚度没有特别限定，可以形成具有20mm以上的厚度的熔接增厚层，比专利文献1中记载的膜厚为数十μm的硬质膜更厚，从而能够提高汽轮机动叶片的可靠性。专利文献2中通过将叶片基材表面熔融、且在被熔融的部位供给陶瓷粉末而形成熔接增厚层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽轮机动叶片，其特征在于，具有叶片基材和形成于所述叶片基材的表面的防蚀罩，所述叶片基材由钛合金构成，所述防蚀罩由包含母相和分散在所述母相中的硬质相的熔接增厚层构成，所述母相由固溶有金属元素的纯钛或固溶有金属元素的钛合金构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.17 JP 2015-0849601.一种汽轮机动叶片，其特征在于，具有叶片基材和形成于所述叶片基材的表面的防蚀罩，所述叶片基材由钛合金构成，所述防蚀罩由包含母相和分散在所述母相中的硬质相的熔接增厚层构成，所述母相由固溶有金属元素的纯钛或固溶有金属元素的钛合金构成。2.根据权利要求1所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述熔接增厚层具有熔融凝固组织。3.根据权利要求1或2所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述金属元素是铬和铁中的至少一种。4.根据权利要求1至3中任一项所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述硬质相含有钛碳化物、钛硅化物和钛硼化物中的至少一种。5.根据权利要求1至4中任一项所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述防蚀罩具有20mm以上的厚度。6.根据权利要求1至5中任一项所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述钛合金是6Al-4V-Ti或15Mo-5Zr-3Al-Ti。7.根据权利要求1至6中任一项所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述防蚀罩设于所述汽轮机动叶片的尖端部。8.根据权利要求1至7中任一项所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述汽轮机动叶片是用于汽轮机的末级的长叶片。9.一种汽轮机动叶片，其特征在于，具有叶片基材和形成于所述叶片基材的表面的防蚀罩，所述叶片基材由钛合金构成，所述防蚀罩是使母相粒子和无机化合物粒子熔融而形成的熔接增厚层，所述母相粒子由纯钛或钛合金构成，所述无机化合物粒子的一部分固溶于所述母相粒子，另一部分与所述母相粒子的一部分发生反应而生成硬质相且分散在所述母相中。10.根据权利要求9所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述熔接增厚层具有熔融凝固组织。11.根据权利要求9或10所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述无机化合物粒子含有铬碳化物、铬硅化物、铬硼化物和铁硼化物中的至少一种。12.根据权利要求9至11中任一项所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述硬质相含有钛碳化物、钛硅化物和钛硼化物中的至少一种。13.根据权利要求9至12中任一项所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述防蚀罩具有20mm以上的厚度。14.根据权利要求9至13中任一项所述的汽轮机动叶片，其特征在于，所述钛合金是6Al-4V-Ti或15Mo-5Zr-3Al-Ti。15.根据权利要求9至14中任一项所述的汽轮机动叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：及川慎司，新井将彦，土井裕之，依田秀夫，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP