陶瓷涂层、涡轮构件及燃气轮机制造技术

本发明专利技术的至少一实施方式的陶瓷涂层具备：粘结涂层，其形成于基材上；以及陶瓷层，其形成于粘结涂层上。陶瓷层具有和该陶瓷层与粘结涂层的界面接触的第一区域、以及比第一区域远离界面的第二区域。在陶瓷层的沿着厚度方向的剖面中，陶瓷层内的两个以上的龟裂交叉的龟裂交叉点的每单位面积的数量在第一区域比第二区域多。域多。域多。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷涂层、涡轮构件及燃气轮机


[0001]本专利技术涉及陶瓷涂层、涡轮构件及燃气轮机。
[0002]本申请基于2020年3月30日在日本专利局申请的日本特愿2020
‑
059326号而主张优先权，并将其内容援引于此。

技术介绍

[0003]在燃气轮机中，为了提高其效率，将使用的气体的温度设定得较高。对于暴露于这样的高温气体的动叶、静叶这样的涡轮构件，在其表面实施有热障涂层(Thermal Barrier Coating：TBC)。热障涂层是指在作为被喷镀物的涡轮构件的表面通过喷镀而覆盖有导热率小的喷镀材料(例如导热率小的陶瓷系材料)。通过在表面形成热障涂层，从而暴露在高温及高压的环境下的高温构件的温度下降，耐久性提高(参照专利文献1)。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本专利第5602156号公报

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的课题
[0008]燃气轮机通常较多地反复进行起动、停止，因此对于热障涂层(陶瓷涂层)，除了要求隔热性等之外，还要求热循环耐久性。
[0009]鉴于上述情况，本专利技术的至少一实施方式的目的在于提高热障涂层的热循环耐久性。
[0010]用于解决课题的方案
[0011](1)本专利技术的至少一实施方式的陶瓷涂层具备：
[0012]粘结涂层，其形成于基材上；以及
[0013]陶瓷层，其形成于所述粘结涂层上，
[0014]所述陶瓷层具有和所述陶瓷层与所述粘结涂层的界面接触的第一区域、以及比所述第一区域远离所述界面的第二区域，
[0015]在所述陶瓷层的沿着厚度方向的剖面中，所述陶瓷层内的两个以上的龟裂交叉的龟裂交叉点的每单位面积的数量在所述第一区域比所述第二区域多。
[0016](2)本专利技术的至少一实施方式的涡轮构件具有上述(1)的结构的陶瓷涂层。
[0017](3)本专利技术的至少一实施方式的燃气轮机具有上述(2)的结构的涡轮构件。
[0018]专利技术效果
[0019]根据本专利技术的至少一实施方式，能够提高陶瓷涂层的热循环耐久性。
附图说明
[0020]图1是具备一实施方式的陶瓷涂层的涡轮构件的剖面的示意图。
[0021]图2是具备另一实施方式的陶瓷涂层的涡轮构件的剖面的示意图。
[0022]图3是示意性地示出涡轮构件的界面附近的剖面的图。
[0023]图4是示出龟裂交叉点的每单位面积的数量为15000个/mm2以上且35000个/mm2以下时的陶瓷层的剖面的图的一例。
[0024]图5是示出龟裂交叉点的每单位面积的数量小于15000个/mm2时的陶瓷层的剖面的图的一例。
[0025]图6是示出试验片的热循环耐久性的例子的柱状图。
[0026]图7是具备又一实施方式的陶瓷涂层的涡轮构件的剖面的示意图。
[0027]图8是燃气轮机动叶的立体图。
[0028]图9是燃气轮机静叶的立体图。
[0029]图10是分割环的立体图。
[0030]图11是示意性地示出一实施方式的燃气轮机的局部剖面结构的图。
具体实施方式
[0031]以下，参照附图对本专利技术的几个实施方式进行说明。其中，作为实施方式所记载的或附图中所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不旨在将本专利技术的范围限定于此，而只不过是说明例。
[0032]例如，“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或绝对的配置的表述不仅表示严格意义上这样的配置，还表示具有公差、或者可得到相同功能的程度的角度、距离而相对位移了的状态。
[0033]例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物相等的状态的表述不仅表示严格相等的状态，也表示存在公差、或者可得到相同功能的程度的差异的状态。
[0034]例如，四边形状、圆筒形状等表示形状的表述不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，也表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
[0035]另一方面，“具备”、“含有”、“配备”、“包括”或者“具有”一个构成要素这样的表述不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表述。
[0036](陶瓷涂层10)
[0037]图1是具备一实施方式的陶瓷涂层10的涡轮构件3的剖面的示意图。图2是具备另一实施方式的陶瓷涂层10的涡轮构件3的剖面的示意图。图7是具备又一实施方式的陶瓷涂层10的涡轮构件3的剖面的示意图。
[0038]在以下说明的几个实施方式中，作为陶瓷涂层10的一例，对用于涡轮构件3的隔热的热障涂层进行说明。
[0039]如图1、图2及图7所示，在几个实施方式中，在后述的燃气轮机6的动叶4、静叶5等涡轮构件3的耐热基材(母材)11上依次形成有金属结合层(粘结涂层)12以及作为热障涂层的陶瓷层15。即，如图1及图2所示，在几个实施方式中，陶瓷涂层10是热障涂层(Thermal Barrier Coating：TBC)层，包含陶瓷层15。
[0040]粘结涂层12由MCrAlY合金(M表示Ni、Co、Fe等金属元素或它们当中的两种以上的组合)等构成。
[0041]几个实施方式的陶瓷层15可以由ZrO2系的材料、例如用Y2O3部分稳定化或完全稳
定化后的ZrO2即YSZ(氧化钇稳定化氧化锆)构成。
[0042](关于龟裂交叉点33的多少与剥离龟裂的扩展抑制效果的关系)
[0043]如图1及图2所示，在几个实施方式中，陶瓷层15具有与和粘结涂层12的界面17接触的第一区域151、以及比第一区域151远离界面17的第二区域152。
[0044]在图2所示的另一实施方式的陶瓷涂层10中，陶瓷层15具有比第二区域152远离界面17的第三区域153。
[0045]在几个实施方式中，在陶瓷层15的沿着厚度方向的剖面中，陶瓷层15内的两个以上的龟裂交叉的龟裂交叉点33(参照图3)的每单位面积的数量在第一区域151比第二区域152多。这是为了如下详细说明那样抑制陶瓷层15中的剥离龟裂的扩展。
[0046]图3是示意性地示出图1及图2所示的涡轮构件3的界面17附近的剖面的图。需要说明的是，在图3中，用椭圆形来模拟示出后述的层片(splat)30的形状。因此，虽然在相邻的椭圆彼此之间存在间隙，但实际上也可以几乎不存在该间隙。
[0047]由于耐热基材11与陶瓷层15的线膨胀系数不同，因此由于温度的变化而在耐热基材11及陶瓷层15中作用热应力。因此，若反复进行耐热基材11及陶瓷层15的加热和冷却，则主要在陶瓷层15的界面17附近，有可能产生龟裂在沿着界面17的方向上延伸的横向裂纹(剥离龟裂)37。即，与第二区域152相比，在第一区域151中容易产生剥离龟裂37。若该剥离龟裂37的长度变长，则陶瓷层15有可能从耐热基材11剥离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种陶瓷涂层，其中，所述陶瓷涂层具备：粘结涂层，其形成于基材上；以及陶瓷层，其形成于所述粘结涂层上，所述陶瓷层具有和所述陶瓷层与所述粘结涂层的界面接触的第一区域、以及比所述第一区域远离所述界面的第二区域，在所述陶瓷层的沿着厚度方向的剖面中，所述陶瓷层内的两个以上的龟裂交叉的龟裂交叉点的每单位面积的数量在所述第一区域比所述第二区域多。2.根据权利要求1所述的陶瓷涂层，其中，所述第一区域中的所述龟裂交叉点的每单位面积的数量为15000个/mm2以上且35000个/mm2以下。3.根据权利要求2所述的陶瓷涂层，其中，所述第一区域的厚度为20μm以上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的陶瓷涂层，其中，所述第一区域中的所述龟裂交叉点的每单位面积的数量为所述第二区域中的所述龟裂交叉点的每单位面积的数量的1.2倍以上且3倍以下。5.根据权利要求1至4中任一项所述的陶瓷涂层，其中，所述第一区域的气孔率小于所述第二区域的气孔率。6.根据权利要求5所述的陶瓷涂层，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈岛芳史，鸟越泰治，妻鹿雅彦，小室裕贵，川澄草介，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：