[发明专利]隔热涂层的制造方法，具备该隔热涂层的涡轮部件及燃气轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐久性优良的隔热涂层的制造方法，特别是涉及一种作为隔热涂层的外涂层使用的陶瓷层的制造方法。

背景技术

近年来，作为节省能量对策之一，研究提高火力发电的热效率。为了改善发电用燃气轮机的发电效率，使气体入口温度上升是有效的，其温度有时为1500℃程度。而且，为了这样实现发电装置的高温化，需要使构成燃气轮机的静叶片及动叶片或者燃烧器的壁材等由耐热部件构成。但是，虽然涡轮叶片的材料是耐热金属，但也不能耐受这种高温，因此，在这种耐热金属的基材上经由金属结合层形成通过喷镀等的成膜方法层叠由氧化物陶瓷构成的陶瓷层的隔热涂层(Thermal Barrier Coating，TBC)，相对于高温来保护耐热金属基材。作为陶瓷层，ZrO₂系的材料、特别是以Y₂O₃进行局部稳定或完全稳定的ZrO₂即YSZ(氧化钇稳定氧化锆)，由于在陶瓷材料中具有比较低的热传导率和比较高的热膨胀率而经常被使用。

根据燃气轮机的种类，可以考虑涡轮的入口温度上升到超过1500℃的温度。在利用具备由上述YSZ构成的陶瓷层的隔热涂层覆盖燃气轮机的动叶片及静叶片等的情况下，在超过1500℃严酷的运转条件下担心在燃气轮机的运转中上述陶瓷层的一部分剥离，损害耐热性。并且，从近年环境对策的关系出发，热效率较高的燃气轮机的开发正在进展，可以考虑涡轮的入口温度达到1600℃至1700℃，料想涡轮叶片的表面温度达到1300℃的高温。因此，对于隔热涂层要求更高的耐热性及隔热性。

上述YSZ构成的陶瓷层剥离的間題，是高温环境下的YSZ的结晶稳定性不充分，并且对于较大的热应力缺乏充分耐久性所导致的。因此，作为高温环境下的结晶稳定性优良、具有高热耐久性陶瓷层，例如开发有Yb₂O₃添加ZrO₂(专利文献1)、Dy₂O₃添加ZrO₂(专利文献2)、Er₂O₃添加ZrO₂(专利文献3)、SmYbZrO₇(专利文献4)等。

如专利文献5所公开，陶瓷层一般使用平均粒径10μm～100μm的粒子，利用喷镀法进行成膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2003-160852号公报(权利要求1，段落[0006]，[0027]～[0030])

专利文献2日本特开2001-348655号公报(权利要求4及5，段落[0010]～[0011]，[0015])

专利文献3特开2003-129210号公报(权利要求1，段落[0013]，[0015])

专利文献4特开2007-270245号公报(权利要求2，段落[0028]～[0029]

专利文献5特开2002-69607号公报(权利要求21，段落[0053][0054])

发明内容

发明要解决的技术问题

通过向陶瓷层导入气孔能够改善隔热性。通过调整喷镀条件能够控制陶瓷层中的气孔率。但是，喷镀法所获得的气孔率存在10％程度的上限。为了改善陶瓷层的隔热性，气孔率的增大是有效的。

本发明鉴于上述技术问题而提出，目的在于提供一种具有高隔热效果、热循环耐久性优良的隔热涂层的制造方法、及通过该制造方法形成隔热涂层的涡轮部件及燃气轮机。

解决技术问题的手段

为了解决上述技术问题，本发明提供一种隔热涂层的制造方法，包括：在耐热合金基材上形成金属结合层的工序；在上述金属结合层上喷镀具有累积粒度10％粒径为30μm以上、150μm以下的粒度分布的喷镀粒子而形成陶瓷层的工序。

在上述发明的一实施方式中，优选的是，上述喷镀粒子的最大粒径为150μm以下，以3％以下的比例含有粒径30μm的粒子，以8％以下的比例含有粒径40μm的粒子。