＜耐熱耐食皮膜、耐熱耐食部材及び耐熱耐食皮膜の製造方法＞

技術概要

従来の皮膜は、１５００℃を超える高温に対しても耐熱性を有する優れた皮膜である。一方で、タービン等は少しでも高い熱効率を実現することが求められているため、１８００℃を超える温度環境下でも動作できる部材が求められており、本発明は、高温環境下でも耐食性に優れる耐熱耐食皮膜及びその製造方法を提供することができる。

用途・応用

高温環境機器

背景

高温ガスタービン、自動車エンジン用部材、航空機用耐熱部材等は、非常に高温かつ水
蒸気の存在する環境下で使用される。そのため、耐熱性及び耐食性に優れた部材が求めら
れている。

　例えば、特許文献１には、超合金基材上に、ＭＣｒＡｌＸ（ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅから
選択される１種以上の元素、ＸはＹ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｓ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｔｈ、Ｗ、Ｓｉ、
Ｐｔ、Ｙｂから選択される１種以上の元素）とＡｌ合金溶射皮膜とを被覆した部材が記載
されている。

　しかしながら、特許文献１に記載の部材は超合金基材自体の耐熱性が１３５０℃前後で
あり、ＭＣｒＡｌＸで表記される中間層の耐酸化性も８００℃前後である。そのため、耐
熱性及び耐食性が充分とは言えなかった。

　そこで、窒化ケイ素セラミック構造体の表面にＹ、Ｙｂ、Ｅｒ及びＤｙ等の希土類シリ
ケート皮膜を成膜した部材が検討されている（例えば、特許文献２〜４）。しかしながら
、希土類シリケート皮膜は多結晶構造であり、粒界に粒界ガラス相を有する。粒界ガラス
相は、１５００度を超える条件になると選択的に腐食され、多孔質化する。そのため、こ
れらの部材も十分な耐熱性を有するとは言えなかった。

　一方で、本発明者らは、これらの部材とは別の系として、粒界ガラス相を内在しない複
数の金属酸化物の共晶構造体を皮膜として備えた部材を開発した（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】

【特許文献１】特開２０００−９６２０６号公報
【特許文献２】特開平１１−１３９８８３号公報
【特許文献３】特開平１１−１２０５０号公報
【特許文献４】特開平１０−８７３８６号公報
【特許文献５】特開２０１６−６９２２９号公報

課題

特許文献５に記載の皮膜は、１５００℃を超える高温に対しても耐熱性を有する優れた
皮膜である。一方で、タービン等は少しでも高い熱効率を実現することが求められている
。そのため、１８００℃を超える温度環境下でも動作できる部材が求められており、より
耐熱性及び耐食性に優れる皮膜が求められている。

　本発明は、高温環境下でも耐食性に優れる耐熱耐食皮膜及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

手段

　発明者らは、鋭意検討の結果、皮膜を構成する共晶をより緻密にすることで、より耐熱
性及び耐食性に優れた耐熱耐食皮膜を得ることができることを見出した。
　すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）第１の態様にかかる耐熱耐食皮膜は、基材上に被覆される耐熱性及び耐腐食性を有
する耐熱耐食皮膜であって、ＺｒＯ ２ 又はＨｆＯ ２ を含む共晶を有する共晶構造層を備え
、前記共晶構造層を前記基材と反対側の面から見た表面において、前記共晶構造層を構成
する共晶のラメラ構造のラメラ幅が１μｍ以下である。

（２）上記態様にかかる耐熱耐食皮膜において、前記共晶構造層がカルシアで安定化され
たジルコニア又はハフニアを含んでもよい。

（３）上記態様にかかる耐熱耐食皮膜において、前記表面におけるラメラ構造の形状が不
定形であってもよい。

（４）上記態様にかかる耐熱耐食皮膜において、前記基材側の一面に、前記基材の酸化を
防止する中間層をさらに備えてもよい。

（５）上記態様にかかる耐熱耐食皮膜において、前記基材と反対側の面に、前記共晶構造
層を構成する元素を含むポーラス酸化物を含む遮熱層をさらに備えてもよい。

（６）第２の態様にかかる耐熱耐食部材は、基材と、前記基材の外表面を被覆する上記態
様にかかる耐熱耐食皮膜と、を備える。

（７）第２の態様にかかる耐熱耐食皮膜の製造方法は、上記態様にかかる耐熱耐食皮膜の
製造方法であって、基材の一面に、共晶組成物を含む塗膜を形成する塗布工程と、前記塗
膜の一部を集光加熱により溶融する溶融工程と、溶融位置を移動させながら、溶融箇所を
急冷する急冷凝固工程と、を有し、前記溶融位置の移動速度が５００ｍｍ／ｈ以上である
。

（８）上記態様にかかる耐熱耐食皮膜の製造方法において、前記溶融位置の移動速度が２
０００ｍｍ／ｈ以上であってもよい。

効果

　上記態様にかかる耐熱耐食皮膜及び耐熱耐食部材によれば、１８００℃を超える温度に
対しても耐熱性及び耐食性を維持することができる。

　上記態様にかかる耐熱耐食皮膜の製造方法によれば、均一で微細な共晶構造を有する耐
熱耐食皮膜を製造することができる。

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