耐氧化膜及其形成方法、隔热涂层、耐热构件和燃气轮机的制作方法

专利名称：耐氧化膜及其形成方法、隔热涂层、耐热构件和燃气轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及耐氧化膜及其形成方法、隔热涂层、耐热构件和燃气轮机。
背景技术：
近年来，作为一种节能方法，正在研究提高火力发电的热效率的方法。提高气体入口温度对于提高发电用燃气轮机的发电效率很有效，也有使该温度达到1500℃左右的情况。而且，为了如上地实现发电装置的高温化，有必要使构成燃气轮机的静叶、动叶或燃烧器的壁材等由耐热构件构成。但是，虽然涡轮叶片的材料是耐热金属，但也不能承受上述的高温，因此在该耐热金属的基材上通过喷镀等成膜方法形成层压了陶瓷层的隔热涂层(热障涂层，TBC)，从而抵御高温。作为该陶瓷层，作为用ZrO2类的材料、特别是Y2O3部分稳定化或完全稳定化的ZrO2的YSZ(氧化钇稳定化氧化锆)，由于在陶瓷材料中具有比较低的热导率和比较高的热膨胀率而优选使用。
但是，作为该隔热涂层的技术课题，由于隔热涂层是将构成基材的耐热金属和物性值有很大不同的陶瓷层组合而成，所以基材与陶瓷层的密合结构及其可靠性成为问题。特别是在燃气轮机等中，由于启动、停止等的热循环，产生陶瓷层的剥离、脱落等损伤。因此，作为解决上述问题的方法，可以实施在基材与陶瓷层之间用喷镀法或蒸镀法使由金属组成的粘合层成膜的方法。在用该方法形成的隔热涂层中，粘合层主要减小由陶瓷层构成的外涂层与基材的热膨胀系数的差，从而缓和热应力，提高陶瓷层与基材的密合性。
该粘合层通常使用高温下耐腐蚀、耐氧化性优良的M-Cr-Al-Y合金类(M是选自Ni、Co和Fe的1种或2种元素)，例如可以使用Co-Ni-Cr-Al-Y(例如，参考日本专利第2977369号公报)。
另外，外涂层以隔热和缓和热冲击为目的，主要使用热导率低、辐射率高的稳定化氧化锆，特别是Y2O3∶ZrO2＝8∶92(质量比)的氧化钇稳定化氧化锆(下面记作“8YSZ”)，由于在陶瓷中的机械特性优良而最常使用。
由上述可知，作为隔热涂层的粘合层使用的M-Cr-Al-Y合金虽具有高的耐氧化性，但由于用作外涂层的稳定化氧化锆等的陶瓷可以透过氧气，所以伴随着隔热涂层的长时间使用，在粘合层中生成TGO(Thermally Grown Oxide热生长氧化物)，剥离方向的内部应力作用在外涂层上。因此，为确保隔热涂层的长时间可靠性，有必要应用具有更高的耐氧化性的粘合层。为了提高粘合层的耐氧化性，可以考虑增加M-Cr-Al-Y合金中的Al含量的方法，但粘合层整体变硬、延展性和韧性降低，有可能引发裂缝等的产生。

发明内容
本发明的目的在于，提供长时间使用时兼具耐氧化性以及延展性和韧性的耐氧化膜及其形成方法。另外，本发明的目的还在于，提供具有上述耐氧化膜，而且长时间可靠性优良的隔热涂层、耐热构件和燃气轮机。
本发明的耐氧化膜的形成方法包括在具有耐热金属的基材上，通过喷镀或蒸镀，形成含M-Cr-Al-Y合金(其中，M表示Co和Ni中的至少一种元素)为主的M-Cr-Al-Y层的工序；和在上述M-Cr-Al-Y层上，使铝或铝和硅从与上述基材相反侧的面向该M-Cr-Al-Y层的厚度方向的一部分扩散的扩散渗透工序。
根据该耐氧化膜的形成方法形成的耐氧化膜中，用上述扩散渗透工序使铝或铝和硅扩散的部分提高了耐氧化性。另外，耐氧化膜中没有铝或铝和硅扩散的部分，维持M-Cr-Al-Y层的延展性和韧性。
在上述扩散渗透工序中，优选使铝或铝和硅扩散的扩散层的厚度为上述M-Cr-Al-Y层厚度的1％以上、90％以下。
通过使扩散层的厚度在上述范围，可以形成兼具提高耐氧化性的效果以及延展性和韧性的耐氧化膜。
本发明的耐氧化膜，是在具有耐热金属的基材上形成的含M-Cr-Al-Y合金(其中，M表示Co和Ni中的至少一种元素)为主的耐氧化膜，具有铝或铝和硅从与上述基材相反侧的面向其厚度方向的一部分扩散的扩散层。
该耐氧化膜由于具有铝或铝和硅扩散的部分，故而具有优良的耐氧化性。而且，没有铝或铝和硅扩散的部分具有与M-Cr-Al-Y合金同样的延展性和韧性。
从兼具耐氧化性以及延展性和韧性的观点出发，优选使上述扩散层的厚度为耐氧化膜厚度的1％以上、90％以下。
本发明的隔热涂层，具备上述本发明的耐氧化膜和设置在该耐氧化膜的上述扩散层侧、具有陶瓷的外涂层。
由于该隔热涂层，将上述耐氧化膜作为具有优良的耐氧化性及延展性和韧性的粘合层，使基材与外涂层结合起来，所以即使长时间使用，粘合层中也不容易生成TGO，而且由于粘合层的基材跟随性较好，所以不容易产生剥离、裂缝，具有长时间可靠性。
本发明的耐热构件，具备具有耐热金属的基材和上述本发明的隔热涂层，该隔热涂层将所述扩散层相反侧的面配置在所述基材侧而进行设置的。
该耐热构件即使长时间在高温下使用，也能维持优良的隔热效果和耐剥离性。因此，该耐热构件耐用性优良，寿命长。
本发明的燃气轮机，设有上述本发明的耐热构件。
通过使用本发明的耐热构件制造燃气轮机的动叶、静叶或者燃烧器的衬套、套筒座等高温配件，可以提高燃气轮机中工作流体的温度，所以能够提高燃气轮机效率。而且，由于可以减少燃气轮机中使用的冷却用空气流量，因此燃气轮机的性能提高。
本发明提供长时间使用时兼具耐氧化性以及延展性和韧性的耐氧化膜及其形成方法。本发明的隔热涂层不容易产生剥离、裂缝，具有长时间可靠性。本发明的耐热构件即使长时间在高温下使用，也能维持优良的隔热效果和耐剥离性。本发明的燃气轮机由于能提高工作流体的温度，所以可以提高燃气轮机效率，而且由于能减少燃气轮机中使用的冷却用空气流量，所以燃气轮机的性能提高。


图1是表示本发明的耐热构件的一个例子的概略部分剖面图。
图2是表示本发明的耐热构件的一个例子的概略部分剖面图。
图3是表示本发明的耐热构件的一个例子的概略部分剖面图。
图4是表示扩散渗透处理的抛物线规则的图。
图5是表示作为本发明的耐热构件而形成的涡轮构件的一个例子的动叶的立体图。
图6是表示作为本发明的耐热构件而形成的涡轮构件的一个例子的静叶的立体图。
图7是表示设有图5和图6所示的燃气轮机构件的燃气轮机的一个例子的部分剖面图。
具体实施例方式
下面参考附图对本发明的实施方式进行说明。
第1实施方式图1到图3是用本发明的实施方式形成的耐热构件的概略部分剖面图。
作为本发明中用作基材21的耐热金属，可以采用通常用作耐热构件的耐热合金，特别是可以优选采用镍基或钴基的耐热合金。例如，INCO公司的Ni基耐热合金IN738LC可以作为本发明中基材21的材料使用。IN738LC的主要化学成分如下。
Ni-16Cr-8.5Co-1.75Mo-2.6W-1.75Ta-0.9Nb-3.4Ti-3.4Al (质量％)在上述的基材21上，含M-Cr-Al-Y合金(其中，M表示Co和Ni中的至少一种元素)为主的M-Cr-Al-Y层作为进行扩散渗透处理前的粘合层(耐氧化膜)22(后述)而形成。作为该M-Cr-Al-Y合金，可以使用通常的隔热涂层中作为粘合层使用的M-Cr-Al-Y合金，例如，为Co-Ni-Cr-Al-Y时，可以采用具有Co-32Ni-21Cr-8Al-0.5Y(质量％)的组成的物质。上述M-Cr-Al-Y层使用具有规定的组成的M-Cr-Al-Y合金材料，可以通过进行金属材料的喷镀中采用的通常的喷镀法形成，例如低压等离子体喷镀(LPPS)、高速火焰喷镀(HVOF)、大气等离子体喷镀(APS)等。形成的M-Cr-Al-Y层的厚度，即通过本发明形成的粘合层22的厚度优选为10μm以上、500μm以下的范围。当M-Cr-Al-Y层(粘合层22)的厚度小于10μm时，粘合层22的被膜变得不均匀，部分地出现粘合层22不成膜的部位，有在隔热涂层的耐氧化性上产生问题的情况，因此不优选。另一方面，若M-Cr-Al-Y层(粘合层22)的厚度超过500μm，则粘合层22上容易产生裂纹、剥离，同时最终得到的耐热构件的形状改变，所以因耐热构件的设计性能变化而成为问题。
在本发明中，形成上述M-Cr-Al-Y层后，从与该M-Cr-Al-Y层的基材21相反侧的表面进行铝扩散渗透处理。通过该处理，在与M-Cr-Al-Y层中的基材21相反侧，形成铝以高浓度扩散的扩散层22a，M-Cr-Al-Y层成为本发明的粘合层22。上述扩散层22a的厚度优选为M-Cr-Al-Y层(粘合层22)厚度的1％以上、90％以下的范围。当扩散层22a的厚度小于粘合层22厚度的1％时，有得不到充分提高耐氧化性的效果的情况，因此不优选。另外，若扩散层22a的厚度超过粘合层22厚度的90％，则虽然由于几乎全部的粘合层22都由铝的扩散层22a构成故而耐氧化性较好，但是粘合层22的延展性和韧性降低，因此不优选。
上述铝扩散渗透处理，例如，可以在由氯化铝气体(AlCl3)和氢气(H2)组成的混合气氛中，在700℃以上、1100℃以下的温度下，对形成M-Cr-Al-Y层的基材21进行2小时以上、50小时以下的加热处理，通过该处理，形成铝的浓层(扩散层22a)。
铝的扩散层22a中的铝浓度，从兼具提高耐氧化性的效果以及维持延展性和韧性的观点出发，优选在20原子％以上、80原子％以下左右。
在本实施方式中，使铝从与延展性优良的粘合层22的基材相反侧的表面扩散渗透，形成该表面附近的铝浓度提高的扩散层22a，通过上述构成，在提高粘合层22的耐氧化性的同时，粘合层22中的基材21侧存在没有铝扩散渗透、延展性优良的原有的粘合层，所以也可以确保粘合层22的延展性。
在本发明中，代替上述的铝扩散渗透处理，也可以进行铝硅共扩散渗透处理。铝硅共扩散渗透处理，例如可以反复进行数次将Al-Si(Al/Si＝92/8(摩尔比))磷酸性水溶液淤浆涂布在M-Cr-Al-Y层上，并在350℃左右进行干燥的处理，然后在氩气气氛中以700℃以上、1100℃以下的温度进行2小时以上、50小时以下的加热处理，通过该处理，形成铝和硅的浓层(扩散层22a)。
从兼具提高耐氧化性的效果以及维持延展性和韧性的观点出发，在铝和硅的扩散层22a中，铝浓度优选在20原子％以上、80原子％以下左右，硅浓度优选在2原子％以上、50原子％以下左右。
铝硅共扩散渗透处理，既可以如上所述进行使铝和硅同时扩散渗透的处理，也可以分别进行铝的扩散渗透和硅的扩散渗透的处理。但是，从减少工序数、降低成本的方面出发，优选进行使铝和硅同时扩散渗透的处理。
在本实施方式中，使铝和硅从与延展性优良的粘合层22的基材相反侧的表面扩散渗透，形成该表面附近的铝浓度和硅浓度提高的扩散层22a，通过上述构成，在提高粘合层22的耐氧化性的同时，粘合层22中的基材21侧存在没有铝和硅扩散渗透、延展性优良的原有的粘合层，所以也可以确保粘合层22的延展性。与上述实施了铝扩散渗透处理的粘合层22的氧化速度相比，实施了铝硅扩散渗透处理的粘合层22的氧化速度降低约10％左右。
而且，在铝扩散渗透处理和铝硅扩散渗透处理中，扩散层22a的厚度遵循图4所示的扩散渗透处理的抛物线规则。在图4中，各线上标示的温度表示扩散渗透处理的处理温度。
因此，在本发明的铝扩散渗透处理和铝硅扩散渗透处理中，可以通过根据上述抛物线规则选择处理条件，而将扩散层22a的厚度控制在上述的范围。
在这样形成的粘合层22的扩散层22a侧表面，使外涂层24、34、44成膜，形成具有高的耐氧化性的隔热涂层25、35、45。
作为外涂层24、34、44，例如可以采用氧化锆类陶瓷或复合氧化物类陶瓷。
作为氧化锆类陶瓷，可以列举添加了作为稳定剂的稀土氧化物的氧化锆，例如可以列举ZrO2·8％Y2O3、ZrO2·16％Yb2O3和ZrO2·15.5％Er2O3(其中，用百分率表示的数字表示稀土氧化物相对于氧化锆和稀土氧化物的总量的质量比)。ZrO2·8％Y2O3是作为隔热涂层的外涂层而被广泛使用的材料。ZrO2·16％Yb2O3和ZrO2·15.5％Er2O3具有提高高温中结晶稳定性的效果。
另外，作为复合氧化物类陶瓷，可以采用隔热涂层的外涂层使用或公开的各种复合氧化物，例如可以列举Sm2Zr2O7和Gd2Zr2O7等锆酸盐化合物。Sm2Zr2O7和Gd2Zr2O7等锆酸盐化合物热导率低，而且高温稳定性优良。
外涂层24、34、44通过用于隔热涂层的外涂层的形成而通常进行的方法形成，例如通过大气等离子体喷镀(APS)、电子束物理气相沉积(EB-PVD)形成。通过这些方法，也可以形成图1所示的具有气孔24P的外涂层24、图2所示的具有纵向裂纹34C的外涂层34、以及图3所示的具有柱状结晶44L的外涂层44。
具有气孔24P的外涂层24可以通过大气等离子体喷镀形成。此时，外涂层24优选具有1％以上、30％以下的气孔率(外涂层24内形成的气孔相对于外涂层24的体积占有率)。由于气孔的存在，可以提高外涂层24的隔热特性，同时即使当高的热应力作用于因杨氏率下降而伴随热循环的外涂层24时，也能缓和该应力。因此，可以得到热循环耐用性优良的隔热涂层25。
当气孔率小于1％时，由于致密故而杨氏率提高、热应力增加，容易产生剥离。另外，若气孔率超过30％，则与粘合层22的密合性不充分，存在耐用性下降的情况。
外涂层的气孔率能够通过调节喷镀条件而容易地控制，可以形成具有适当的气孔率的陶瓷层。作为能够调节的喷镀条件，可以列举喷镀电流、等离子气体流量、喷镀距离等。
通过将喷镀电流例如由通常的600(A)降低到400(A)，可以使气孔率由5％左右增加到8％左右。另外，通过增加电流，也可以使气孔率降低。
通过将等离子气体流例如由通常的Ar/H2量35/7.4(l/min)到37.3/5.1(l/min)地增加氢气流量比例，可以使气孔率由5％左右增加到8％左右。另外，增加氢气量时，也可以使气孔率降低。
通过将喷镀距离例如由通常的150mm增加到210mm，可以使气孔率由5％左右增加到8％左右。另外，通过缩短喷镀距离，也可以使气孔率降低。而且，通过这些组合，可以使气孔率在1％左右到最大30％左右的气孔率范围内变化。
具有多条纵向裂纹34C的外涂层34也可以通过大气等离子体喷镀形成。该纵向裂纹34C，为提高外涂层34的耐剥离性而期望在外涂层34成膜时导入。
与由耐热金属构成的基材21、粘合层22相比，由热膨胀系数小的陶瓷构成的外涂层34，当施加伴随着涡轮的启动停止等的热循环时，因与基材21、粘合层22的热膨胀系数的差别而引起的应力的作用，由于纵向裂纹34C使作用于外涂层34的应力的幅度扩大或缩小而得到缓和。
因此，伴随着热循环的膨胀收缩而产生的应力对外涂层34本身几乎不起作用，极难引起外涂层34的剥离，故得到热循环耐用性优良的隔热涂层35。
根据本发明，可以在使用喷镀粉末进行喷镀时，将纵向裂纹34C导入外涂层34。用喷镀法成膜可以如下进行将粉末以熔融或半熔融状态喷镀到基材21上的粘合层22上，然后使其快速地冷却凝固。增大该凝固时的温度变化，期望使成膜的外涂层34上产生凝固裂纹，由此可以将纵向裂纹34C导入外涂层34。
外涂层上产生的裂缝成为以往构成的隔热涂层中外涂层上产生剥离的原因，但本发明的导入外涂层34的纵向裂纹34C不会成为剥离的原因。这是因为纵向裂纹34C与因热循环而产生的外涂层的裂缝，其周围的结晶结构不同。即，因热循环而产生的裂缝是由于如下原因而形成，例如当外涂层是氧化锆类陶瓷时，高温中ZrO2的结晶相由t’相(亚稳定正方晶相)变为t相(正方晶相)和C相(立方晶)，隔热涂层材料的温度降低时，作为在高温相中稳定的t相由于温度的下降而成为m相(单斜晶相)和C相(立方晶)，在m相生成时产生体积变化而形成。在因该体积变化而形成的裂缝的周围部分，观测到m相。因此，由于热循环，m相与t相的相变反复进行，所以裂缝缓慢扩大，最终使外涂层剥离。
与此相对，本发明的导入外涂层34的裂纹，由于其周围部分几乎不存在m相，所以在热循环中几乎没有伴随外涂层34内的相变而出现的体积变化，也几乎没有由于伴随热循环的温度变化而导致的纵向裂纹34C扩大的现象。因此，认为外涂层34的寿命没有因导入该纵向裂纹34C而缩短。
纵向裂纹34C的延伸方向优选在相对于膜面的法线方向±40°以内。由于外涂层34在面方向的裂缝容易引起外涂层34的剥离，所以纵向裂纹34C的延伸方向在可能的情况下优选与外涂层34的膜面的法线方向平行。但是，相对于法线方向±40°以内的倾斜，也能够充分地得到防止外涂层34剥离的效果。
纵向裂纹34C的延伸方向更优选的范围为相对于外涂层34的膜面的法线方向±20°以下的范围。
外涂层34中纵向裂纹34C之间的间隔(间距)优选为耐热基材上形成的总的膜厚度(但是，除去粘合层22)的5％以上、100％以下。例如，若使外涂层34的膜厚为0.5mm，则纵向裂纹34C之间的间隔优选为0.025mm以上、0.5mm以下的范围。以这样的间隔将纵向裂纹34C导入外涂层34，可以得到具有优良的耐剥离性的外涂层34的隔热涂层35。
间距若小于5％，则与底层的粘合层22的接触面积减小，粘着力不足，从而存在容易剥离的情况。若间隔超过100％，则在裂缝前端的剥离方向上的特殊应力增大，从而存在诱发剥离的情况。
具有纵向裂纹34C的外涂层，例如可以通过喷镀法或电子束物理气相沉积法在外涂层34成膜时形成。
通过喷镀法形成具有纵向裂纹34C的外涂层34时，使喷镀距离(喷镀枪与基材21上的粘合层22的距离)为以往用于氧化锆层的成膜的喷镀距离的1/4左右到接近2/3左右，或者使喷镀距离与以往相同，将向喷镀枪中输入的电力由以往使用的电力的2倍左右提高到25倍左右，由此可以将纵向裂纹34C导入外涂层34。即，提高通过喷镀而射在具有粘合层22的基材21上的熔融或半熔融状态的粒子的温度，增大基材21上急冷凝固时的温度梯度，可以通过凝固时的收缩将纵向裂纹34C导入。该方法通过调整喷镀距离和/或向喷镀枪输入的电力，可以容易地控制纵向裂纹34C的间隔、频率(纵向裂纹34C的面积密度)，形成具有所期望的特性的外涂层34。由此，可以容易地形成具有优良的耐剥离性、热循环耐用性的隔热涂层35。
通过电子束物理气相沉积法形成具有纵向裂纹34C的外涂层34时，例如，使用アルデンヌ公司制造的电子束蒸镀装置(例如TUBA150)，将由规定的外涂层34原料构成的锭用作靶材料，在以电子束输出功率为50kW、气氛气体为10-4torr的减压环境、耐热基材温度为1000℃为代表的条件下，可以容易地形成具有纵向裂纹34C的外涂层34。
具有柱状结晶44L的外涂层44可以通过电子束物理气相沉积形成。
柱状结晶44L是在粘合层22表面上核生长的结晶在优先结晶生长的方向以单结晶状态生长的，因此，即使对由耐热金属构成的基材21施加变形作用，由于柱状结晶44L的结晶相互分离，所以外涂层44以及包含它的隔热涂层45也显示出高的耐用性。
在本实施方式中，对将本发明的耐氧化膜作为结合具有耐热金属的基材21与具有陶瓷的外涂层24、34、44的粘合层22，由外涂层24、34、44和粘合层构成隔热涂层25、35、45的方式进行了说明，但是本发明并不限定于此，当制造的构件在温度不太高的地方使用、不需要隔热涂层时，也可以不形成外涂层24、34、44，将本实施方式中说明的粘合层22作为耐氧化覆层使用。
试验例将基材上用等离子体喷镀法形成厚度约为100μm的Co-Ni-Cr-Al-Y层而作为供试体，研究铝扩散渗透处理和铝硅共扩散渗透处理的效果。将对上述Co-Ni-Cr-Al-Y层不实施扩散渗透处理的供试体作为供试体1，将实施第1实施方式中列举的铝扩散渗透处理、形成厚度约为50μm的扩散层的供试体作为供试体2，将实施第1实施方式中列举的铝硅扩散渗透处理、形成厚度约为50μm的扩散层的供试体作为供试体3。
将各供试体在大气中以1000℃加热3000小时，测定Co-Ni-Cr-Al-Y层氧化形成的氧化皮的厚度。供试体1到供试体3的氧化皮的厚度分别为12μm、6μm和4μm。
可知与没有实施扩散渗透处理的供试体1相比，实施了本发明的铝扩散渗透处理和铝硅共扩散渗透处理的供试体2和供试体3，氧化皮的厚度小，Co-Ni-Cr-Al-Y层的耐氧化性优良。另外，可知实施了铝硅共扩散渗透处理的供试体3的氧化皮厚度最小，Co-Ni-Cr-Al-Y层的耐氧化性特别优良。已知粘合层的氧化特性通常对TBC(Thermal BarrierCoating热障涂层)的具有陶瓷的外涂层的剥离有非常大的影响。因此，若该氧化皮厚度增加，则外涂层容易剥离。进行本发明的Al扩散渗透处理或Al-Si共扩散渗透处理的粘合层，氧化物生成速度比通常的粘合层单体慢，具有外涂层的TBC的剥离寿命延长，所以本发明可以提供热循环耐用性优良、寿命长的隔热涂层。
第2实施方式本发明形成的隔热涂层适合用作工业用燃气轮机的动叶、静叶或者燃烧器的衬套、套筒座等高温配件。另外，不限于工业用燃气轮机，还可以作为汽车、喷气式飞机等的发动机的高温配件的隔热涂层使用。通过将本发明的隔热涂层覆盖在这些构件上，可以构成热循环耐用性优良的燃气轮机构件、高温配件。
图5和图6是表示能够使用本发明的隔热涂层的涡轮叶片(涡轮构件)的构成例子的立体图。图5所示的燃气轮机动叶140由固定在圆盘侧的楔形榫141、平台142、叶片部143等构成。另外，图6所示的燃气轮机静叶150由内挡板151、外挡板152、叶片部153等构成，在叶片部153上形成密封片冷却孔154、狭缝155等。
参考图7对能够使用图5和图6所示的涡轮叶片140、150的燃气轮机进行说明。图7是模式地表示本发明的燃气轮机的部分剖面结构的图。该燃气轮机160设有相互直接连接的压缩机161和涡轮162。压缩机161例如由轴流压缩机构成，将大气或规定的气体作为工作流体由吸入口吸入从而升压。该压缩机161的排出口上连接燃烧器163，从压缩机161排出的工作流体通过燃烧器163加热到规定的涡轮入口温度。并将升温到规定温度的工作流体提供给涡轮162。如图7所示，在涡轮162的套管内部设有多段(图7中为4段)上述燃气轮机静叶150。而且，上述燃气轮机动叶140与各静叶150形成一组段地安装在主轴164上。主轴164的一端连接在压缩机161的转轴165上，另一端上连接图上未示出的发电机的转轴。
若通过这样的构成将高温高压的工作流体从燃烧器163提供到涡轮162的套管内，则工作流体在套管内膨胀，由此，主轴164旋转，与该燃气轮机160连接的图上未示出的发电机被驱动。即，通过固定在套管上的各静叶150，可以降低压力，由此产生的动能通过安装在主轴164上的各动叶140转化为转矩。然后，产生的转矩传递给转轴165，从而驱动发电机。
在具有耐热金属的基材上形成本发明的隔热涂层，若将由其构成的耐热构件用于上述的涡轮叶片，由于可以得到隔热效果和耐剥离性优良的涡轮叶片，故而可以在更高的温度环境下使用，而且可以得到耐剥离性优良、寿命长的涡轮叶片。另外，能够在更高的温度环境中使用是指可以提高工作流体的温度，由此也可以提高燃气轮机的效率。而且，本发明的耐热构件由于隔热性优良，所以可以减少燃气轮机中使用的冷却用空气流量，提高燃气轮机的性能。
本发明的耐热构件不限于燃气轮机，也可以用于柴油发动机的活塞顶、喷气式发动机配件等。
权利要求
1.一种耐氧化膜的形成方法，包括在具有耐热金属的基材上，通过喷镀或蒸镀形成含M-Cr-Al-Y合金为主的M-Cr-Al-Y层的工序，其中，M表示Co和Ni中的至少一种元素；和在所述M-Cr-Al-Y层上，使铝从与所述基材相反侧的面向该M-Cr-Al-Y层的厚度方向的一部分扩散的扩散渗透工序。
2.根据权利要求1所述的耐氧化膜的形成方法，所述扩散渗透工序是在所述M-Cr-Al-Y层上，使所述铝和硅从与所述基材相反侧的面向该M-Cr-Al-Y层的厚度方向的一部分扩散的工序。
3.根据权利要求1所述的耐氧化膜的形成方法，在所述扩散渗透工序中，使铝扩散的层的厚度为所述M-Cr-Al-Y层厚度的1％以上、90％以下。
4.根据权利要求2所述的耐氧化膜的形成方法，在所述扩散渗透工序中，使铝和硅扩散的层的厚度为所述M-Cr-Al-Y层厚度的1％以上、90％以下。
5.一种耐氧化膜，是在具有耐热金属的基材上形成的含M-Cr-Al-Y合金为主的耐氧化膜，其中，M表示Co和Ni中的至少一种元素，其特征在于，具有铝从与所述基材相反侧的面向其厚度方向的一部分扩散的扩散层。
6.根据权利要求5所述的耐氧化膜，所述扩散层是所述铝和硅从与所述基材相反侧的面向其厚度方向的一部分扩散的层。
7.根据权利要求5所述的耐氧化膜，所述扩散层的厚度为耐氧化膜厚度的1％以上、90％以下。
8.根据权利要求6所述的耐氧化膜，所述扩散层的厚度为耐氧化膜厚度的1％以上、90％以下。
9.一种隔热涂层，具备权利要求5～8中任一项所述的耐氧化膜和设置在该耐氧化膜的所述扩散层侧的、具有陶瓷的外涂层。
10.一种耐热构件，具备具有耐热金属的基材和权利要求9所述的隔热涂层，该隔热涂层将所述扩散层相反侧的面配置在所述基材侧而进行设置的。
11.一种燃气轮机，设有权利要求10所述的耐热构件。
全文摘要
本发明提供长时间使用时兼具耐氧化性以及延展性和韧性的耐氧化膜及其形成方法、隔热涂层、耐热构件和燃气轮机。在具有耐热金属的基材上，通过喷镀或蒸镀，形成含M－Cr－Al－Y合金(其中，M表示Co和Ni中的至少一种元素)为主的M－Cr－Al－Y层，接着在所述M－Cr－Al－Y层上，使铝从与所述基材相反侧的面向该M－Cr－Al－Y层的厚度方向的一部分扩散。
文档编号B32B15/04GK101045981SQ2007100083
公开日2007年10月3日 申请日期2007年1月29日 优先权日2006年3月27日
发明者鸟越泰治, 冈田郁生, 汤村友亮, 小熊英隆, 佐近淑郎, 川田裕 申请人:三菱重工业株式会社