[发明专利]具有隔热覆盖层的耐热构件

说明书

技术领域

本发明涉及具有隔热覆盖层的燃气轮机用耐热构件，特别是涉及耐热合金基体材料包含以Ni作为主成分的Ni基耐热超合金的具有隔热覆盖层的燃气轮机用的耐热构件。 

背景技术

燃气轮机以提高效率作为目的，其运转温度正在逐年升高。为了应对这样的高温化，燃气轮机部件的一部分使用高温强度优良的各种Ni基超合金的铸件，另外，以提高作为铸件的高温强度为目的，除了使用普通铸造材料以外，还使用作为定向凝固材料的柱状晶材料、单晶材料(例如，参照专利文献1)。 

另外，以降低燃气轮机部件的温度为目的，在部件表面施用包含陶瓷的隔热覆盖层(Thermal Barrier Coating：以下称为TBC)。TBC一般是在耐热合金基体材料上形成耐氧化性优良的MCrAlY合金层和低热传导性优良的氧化锆(ZrO₂)系陶瓷层(例如，参照专利文献2)。 

在MCrAlY合金层中，M表示从由Fe、Ni、Co构成的组中选择的至少1种，Cr表示铬、Al表示铝、Y表示钇。 

另外，由于在以Ni作为主成分的耐热合金(Ni基耐热合金)的铸件材料上施用TBC的燃气轮机部件其高温强度非常优良，所以在燃气轮机部件中，多使用于特别要求高温强度的部件(例如，转动叶片和定子叶片)。 

虽然受使用条件左右，但是一般通过使用TBC，耐热合金基体材料的温度可以降低50～100℃，在Ni基耐热合金的铸造材料上施用TBC是非常有效的。 

但是，在以过于苛刻的热负荷条件下使用的Ni基耐热合金的铸造 材料上施用TBC的燃气轮机部件存在以下2个课题。 

课题之一是，在高温下的运转中，因由合金形成的结合层(合金结合层)被氧化，在由陶瓷形成的隔热层(陶瓷隔热层)和合金结合层的界面上形成的界面氧化物层生长，容易发生陶瓷隔热层的剥离损伤。 

特别是对于运转温度高的燃气轮机，其界面氧化物层的生长加速，通过起因于与合金结合层的热膨胀差或燃气轮机的启动停止时的急剧的温度变化而作用的热应力，容易发生以生长的界面氧化物层为起点的陶瓷隔热层的剥离。 

另一课题是，在高温下的运转中，在合金结合层和Ni基耐热合金的铸造材料间因合金组成不同而发生相互扩散，在Ni基耐热合金的铸造材料的表面(与合金结合层连接的面)上生成变质层。 

由于通常由该相互扩散产生的变质层脆且强度也低，所以可能耐热合金基体材料的机械特性会降低。与普通铸造材料相比，由这样的变质层导致的耐热合金基体材料的机械特性的降低，在柱状晶材料、单晶材料中更为显著。这是由于柱状晶材料和单晶材料通过将合金组成和由定向凝固产生的组织控制组合起来可以使高温强度提高至极限，对于由扩散造成的组成的变化比较敏感。 

对于这2个课题，分别有各种改善方法的提案。 

对于前者的课题，例如专利文献3公开了可抑制界面氧化物层生长的合金结合层。 

另外，对于后者的课题，例如专利文献4公开了通过在单晶的Ni基耐热合金的铸造材料表面上隔着含碳层而覆盖铝层从而减少由耐热合金基体材料和覆盖层间的扩散造成的有害变质层的方法。 

【专利文献1】特开平09-272933号公报 

【专利文献2】特开昭62-211387号公报 

【专利文献3】特开2006-097042号公报 

【专利文献4】特开2005-133206号公报 

发明内容

但是，从同时改善2个课题的观点出发，这些现有的方法不能说是充分的。 

另外，也可以考虑通过将这些现有的方法组合起来实施而同时改善2个课题的方法，但是实际施工时，因材料的组合问题、工艺方面的限制、成本方面的限制等，将这些现有的方法组合起来实施并不容易。 

因此，在Ni基耐热合金的铸造材料、特别是柱状晶材料、单晶材料上施用TBC的燃气轮机部件虽然高温强度非常优良，但是长期运转时的耐久性、可靠性方面却不令人十分满意。 

本发明的目的在于，提供可以同时克服该2个课题、即使长期运转也具有充分的耐久性、可靠性的在Ni基耐热合金上施用TBC的燃气轮机部件。