本発明は、耐酸化性及び延性に優れ、超� ��温で使用されるガスタービンに適用可能な� ��高温腐食合金材、及び、これを備えた遮熱� ��ーティング材、タービン部材、ガスタービ� ��を提供する。

 本発明の耐高温腐食合金材は、重量比でC o:15~30%、Cr:10~30%、Al:4~15%、Y:0.1~3%、Re:0.1~1%を含 有し、残部が実質的にNiからなることを特徴� ��する。

 以下に、本発明のNiを素地とした耐高温腐� �合金材について、各成分の作用と含有量の� �定理由を説明する。
 Co:Coは、添加量を多くするほど耐高温腐食� �金材の延性を向上させる効果を有する。本� �明の耐高温腐食合金材では、15重量%以上30重 量%以下の含有量とされる。15重量%未満では� �延性向上の十分な効果が得られない。30重量 %を超えて含有させても得られる効果は変わ� �ない上、コスト増加を招く。

 Cr:Crは、高温で保護皮膜を形成するため� �含有量を多くするほど耐高温腐食合金材の� �酸化性を向上させる効果を有する。含有量� �10重量%未満では十分な耐酸化性を得ること� �できず、30重量%を超えると合金材が硬くな� �延性が低下する。耐酸化性と延性とのバラ� �スの点から、Cr含有量は10重量%以上30重量%以 下、好ましくは15重量%以上25重量%以下とされ る。

 Al:Alは、耐高温腐食合金材を遮熱コーティ� �グ材の金属結合層に用いた場合、金属結合� �表面に緻密なAl ₂ O ₃ スケールを形成し、金属結合層の耐酸化性を 向上させ、遮熱コーティング材の耐酸化性を 向上させる効果がある。本発明の耐高温腐食 合金材では、含有量を4重量%以上15重量%以下� ��好ましくは6重量%以上12重量%以下とされる� �含有量が4重量%未満では、(Ni,Co)(Cr,Al) ₂ O ₄ スピネル複合酸化物が生成し、緻密なAl ₂ O ₃ スケールが生成されなくなり、耐酸化性を向 上させる効果が得られない。また、(Ni,Co)(Cr� �Al) ₂ O ₄ スピネル複合酸化物は体積が大きいため、(Ni ,Co)(Cr、Al) ₂ O ₄ スピネル複合酸化物が生成すると、セラミッ クス層に応力が発生して亀裂発生や剥離が発 生しやすくなる。含有量が15重量%を超えると 、Niとの金属間化合物(Ni-Al)相が形成されるの で、耐高温腐食合金材が硬くなり延性が低下 する。

 Y:Yは、金属結合層上に発生したAl ₂ O ₃ スケールの剥離を防止する作用を有する。本 発明の耐高温腐食合金材では、0.1重量%以上3� ��量%以下、好ましくは0.1重量%以上1重量%以下 とされる。0.1重量%未満では、十分な効果が� �られない。含有量が3重量%を超えると、金属 結合層が脆くなり、耐熱衝撃性が低下する。

 Re:Reは、金属結合層表面に形成されるAl ₂ O ₃ スケールをより緻密なものとし、耐高温腐食 合金材の耐酸化性を向上させる効果がある。 また、Al ₂ O ₃ スケール直下に形成される酸化変質層におい て、CrRe化合物を形成して酸化変質層の脆化� �防止して耐熱衝撃性の低下を抑制し、かつ� �Al ₂ O ₃ スケールの成長を阻害して、割れや剥離の発 生を防止する。このため、遮熱コーティング 材の寿命を延ばす効果を有する。すなわち、 酸化変質層は、Al ₂ O ₃ スケールの形成により、金属結合層表面近傍 のAl濃度が低下し、CrやNiなどの濃度が相対的 に上昇することにより形成されるが、CrやNi� �濃度が濃い状態では酸化変質層内にNiCrO ₄ やCr ₂ O ₃ などの低密度で脆い化合物が生成しやすくな る。Reを含有することにより、酸化変質層に� ��いてCrRe化合物が形成されるため、酸化変質 層でのCr濃度が低下するので、上記の低密度� ��合物の生成を防止することができる。本発� ��の耐高温腐食合金材では、Re含有量は0.1重� �%以上1重量%以下、好ましくは0.2重量%以上1重 量%以下、より好ましくは0.4重量%以上0.6重量% 以下とされる。0.1重量%未満ではCrRe化合物が� ��とんど生成せず、1重量%を超えると耐高温� �食合金材が硬くなって延性が低下する。

 上記発明において、重量比でRu:0.1~1%を含� ��することが好ましい。

 Ru:Ruは、Ni素地中に固溶し、Alの拡散速度を� ��下させてAl ₂ O ₃ スケール及び酸化変質層の成長速度を低下さ せることによって、耐高温腐食合金材の耐酸 化性を向上させる効果がある。Reの場合、多� ��添加により耐高温腐食合金材の耐酸化性及� ��耐熱衝撃性を向上させることができるが、C rRe化合物の形成により耐高温腐食合金材の硬 さが上昇する。一方、Ruは固溶硬化であるの� ��硬さの上昇を抑制できる。従って、ReとRuと を含有することにより、延性及び耐酸化性の 両方を向上させることができる。本発明の耐 高温腐食合金材では、Ruの含有量は0.1重量%以 上1重量%以下とされる。含有量が0.1重量%未満 ではRuの効果を得ることができない。含有量� ��1重量%を超えると、固溶硬化により耐高温� �食合金材の延性が低下する。

 上記発明において、前記Reの含有量と前� �Ruの含有量との合計が、重量比で0.2~1%とされ ることが好ましい。

 Reの含有量とRuの含有量との合計が、0.2重量 %以上1重量%以下、好ましくは0.4重量%以上0.6� �量%以下の範囲とすることにより、優れた延� ��を有し、かつ、Al ₂ O ₃ スケールの成長速度が遅く耐酸化性に優れる 耐高温腐食合金材となる。

 また、本発明の耐高温腐食合金材は、重� ��比でNi:20~40%、Cr:10~30%、Al:4~15%、Y:0.1~3%、Re:0.1 ~5%を含有し、残部が実質的にCoからなること� ��特徴とする。

 以下に、本発明のCoを素地とした耐高温腐� �合金材について、各成分の作用と含有量の� �定理由を説明する。但し、上記Ni素地耐高温 腐食合金材と重複する部分は説明を省略する 。
 Ni:Niは、高温で保護皮膜を形成するため、� �有量が多くなるほど耐高温腐食合金材の延� �を向上させる効果を有する。本発明の耐高� �腐食合金材では、Niの含有量は20重量%以上40� ��量%以下とされる。20重量%未満では十分な効 果が得られず、40重量%を超えて含有させても 得られる効果は変わらない。

 Re:Reは、金属結合層表面に形成されるAl ₂ O ₃ スケールを緻密化して耐高温腐食合金材の耐 酸化性を向上させる。また、Al ₂ O ₃ スケール直下の酸化変質層内に低密度で脆い CoCrO ₄ やCr ₂ O ₃ などの化合物の生成を防止して、耐熱衝撃性 の低下を抑制する。本発明の耐高温腐食合金 材では、含有量は0.1重量%以上5重量%以下とさ れる。Re含有量が5重量%を超えると、CrRe層に� ��り耐高温腐食合金材が硬くなり延性が低下� ��る。

 上記発明において、重量比でRu:0.1~5%を含� ��することが好ましい。

 Ru:Ruの含有量は、0.1重量%以上5重量%以下� �される。5重量%を超えると、固溶硬化により 耐高温腐食合金材が硬くなり延性が低下する 。

 上記発明において、前記Reの含有量と前� �Ruの含有量との合計が、重量比で1~5%とされ� �ことが好ましい。

 Coを素地とした耐高温腐食合金材では、Reの 含有量とRuの含有量との合計が、1重量%以上5� ��量%以下、好ましくは2重量%以上4重量%以下� �範囲とすることにより、優れた延性を有し� �かつ、Al ₂ O ₃ スケールの成長速度が遅く耐酸化性が向上す る。

 また、本発明の遮熱コーティング材は、� ��熱合金基材上に、上記のNiまたはCoを素地と した耐高温腐食合金材を用いて形成された金 属結合層と、該金属結合層上に積層されたセ ラミックス層とが形成されたことを特徴とす る。

 上述したNiまたはCoを素地とした耐高温腐 食合金材を用いて形成された金属結合層は、 優れた耐酸化性と延性を有するため、剥離が 発生しにくく長寿命の金属結合層を構成する ことができる。従って、本発明に係る遮熱コ ーティング材は、酸化スケールの成長による セラミックス層の亀裂発生や剥離を防止する とともに、タービン発停などの熱サイクルに 伴う金属結合層の亀裂発生を防止することが できるため、耐久性に優れる。

 この場合、前記金属結合層が、上記したN iまたはCoを素地とした耐高温腐食合金材の粉 末を溶射することにより形成されることが好 ましい。溶射法により金属結合層を形成すれ ば、タービンなどの大型部材に対して金属結 合層を容易に形成することができる。

 本発明のタービン部材は、上記の遮熱コ� ��ティング材を備えることを特徴とする。上� ��遮熱コーティング材を用いることによって� ��セラミックス層の亀裂や剥離、及び、金属� ��合層の割れが発生しにくく、高温での耐久� ��に優れた長寿命のタービン部材を提供する� ��とができる。

 本発明のガスタービンは、上記タービン� ��材を備えることを特徴とする。本発明のガ� ��タービンは、耐酸化性及び延性に優れる金� ��結合層を備えた遮熱コーティング材が設け� ��れたタービン部材により構成されるため、1 700℃級の高温で長時間に渡り安定に運転する ことが可能である。

 本発明の耐高温腐食合金材は、重量比でC o:15~30%、Cr:10~30%、Al:4~15%、Y:0.1~3%、Re:0.1~1%を含 有し、残部が実質的にNiからなる組成とされ� ��。また、本発明の耐高温腐食合金材は、重� ��比でNi:20~40%、Cr:10~30%、Al:4~15%、Y:0.1~3%、Re:0.1 ~5%を含有し、残部が実質的にCoからなる組成� ��される。上記NiまたはCoを素地とした耐高温 腐食合金材を用いて遮熱コーティング材の金 属結合層を構成することにより、金属結合層 の耐酸化性及び延性を向上させることができ る。これにより、遮熱コーティング材のセラ ミックス層の剥離や金属結合層の割れなどの 発生を抑制し、超高温ガスタービンに適用可 能な遮熱コーティング材を提供することがで きる。