熱障涂層以及渦輪構件的制作方法

本發明涉及熱障涂層以及渦輪構件。

本申請基于在2014年11月11日向日本申請的日本特愿2014-228812號而主張優先權，并將其內容援引于此。

背景技術：

在燃氣輪機中，為了提高效率，有時將使用的氣體溫度設定得較高。這樣的燃氣輪機的渦輪構件(動葉、靜葉等)暴露于高溫的氣體。因此，在渦輪構件的表面施加有熱障涂層(thermalbarriercoating：tbc)。該熱障涂層將熱傳導率低的陶瓷系材料等的噴鍍材料噴鍍形成于作為被噴鍍物的渦輪構件的表面。利用這樣的熱障涂層來覆蓋渦輪構件，由此提高渦輪構件的隔熱性以及耐久性。

上述熱障涂層有時因燃燒氣體所包含的各種微粒而產生所謂的燒蝕，從而被減薄。

專利文獻1公開了在維持低熱傳導率的同時改善熱障涂層的耐燒蝕性的技術。具體來說，作為熱障涂層，提出有如下的熱障涂層：具有約1.0117～約1.0148的范圍的氧化鋯晶格的c/a比，并且包括利用氧化釔單獨以外的穩定化量的金屬氧化物穩定劑穩定化為正方晶相的含氧化鋯的陶瓷組成物，將其空隙率設為約0.1～0.25(換言之，氣孔率為10～25％)。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2005-232590號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

在上述的專利文獻1所記載那樣的熱障涂層中，已知有耐燒蝕性和熱傳導率成為折衷選擇的關系。這是因為，當使熱障涂層的氣孔率降低而形成為致密時，雖然能夠提高耐燒蝕性，但與形成為致密相應地使熱傳導率上升。

已知上述熱障涂層的熱循環耐久性存在氣孔率越降低而變得越低的趨勢。若熱循環耐久性降低，則可能產生熱障涂層的剝離等。

換句話說，在上述熱障涂層中，在為了提高耐燒蝕性而使氣孔率降低時，熱傳導率上升而隔熱性能降低。若為了彌補該熱傳導率的上升量而增大熱障涂層的厚度，則因熱循環耐久性降低而導致強度不足，熱障涂層變得容易剝離。

本發明的目的在于，提供能夠在確保足夠的隔熱性能以及強度的同時提高耐燒蝕性的熱障涂層以及渦輪構件。

解決方案

根據本發明的第一方式，熱障涂層包括粘結涂層和外涂層。粘結涂層設為層疊于母材上的金屬結合層。外涂層層疊于所述粘結涂層之上而包含氧化鋯系陶瓷。所述外涂層的氣孔率為9％以下。

通常，外涂層的熱循環耐久性根據陶瓷的氣孔率的降低而降低。因此，熱障涂層所使用的陶瓷的氣孔率形成為比10％大的區域。然而，本發明人深入研究的結果是查明如下情況：在與利用超過800℃那樣的高溫的燃燒氣體來運轉的燃氣輪機同等的條件下，在氣孔率為9％以下的區域中，與氣孔率降低無關地，熱循環耐久性上升。換句話說，通過使氣孔率為9％以下，由于能夠提高熱循環耐久性，因此在因氣孔率的降低而提高耐燒蝕性的同時，與熱循環耐久性提高相應地增大外涂層的厚度，從而能夠抑制隔熱性能的降低。

其結果是，能夠在確保足夠的隔熱性能以及強度的同時提高耐燒蝕性。

根據本發明的第二方式，也可以是，熱障涂層的第一方式中的氣孔率為6％以下。

通過這樣構成，比起氣孔率為9％的情況，能夠進一步提高耐燒蝕性，并且提高熱循環耐久性而進一步增大外涂層的厚度。因此，能夠延長直至因燒蝕使外涂層磨損而使母材暴露于高溫為止的時間。換言之，能夠延長因外涂層而得到足夠的隔熱效果的持續時間。其結果是，由于能夠使維護的間隔變長，因此能夠減輕用戶的負擔。

根據本發明的第三方式，也可以是，熱障涂層的第一方式中的外涂層的沿與層疊方向交叉的方向延伸的層狀缺陷的缺陷密度為250根/mm²以下。

通過這樣構成，通過氣孔率的降低和層狀缺陷的降低，能夠確保足夠的強度。因此，能夠在增大外涂層的厚度而確保足夠的隔熱性能的同時進一步提高耐燒蝕性。

根據本發明的第四方式，也可以是，熱障涂層的第三方式中的所述外涂層的所述層狀缺陷的缺陷密度為225根/mm²以下。

由于能夠使層狀缺陷的缺陷密度降低，因此能夠提高強度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時進一步提高耐燒蝕性。

根據本發明的第五方式，也可以是，熱障涂層的第四方式中的所述外涂層的所述層狀缺陷的平均長度為33.8μm以下。

由于能夠使層狀缺陷的平均長度降低，因此能夠提高強度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時進一步提高耐燒蝕性。

根據本發明的第六方式，也可以是，熱障涂層的第四或者第五方式中的所述外涂層的所述層狀缺陷的缺陷密度為196根/mm²以下。

由于能夠使層狀缺陷的缺陷密度進一步降低，因此能夠進一步提高強度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時進一步提高耐燒蝕性。

根據本發明的第七方式，也可以是，熱障涂層的第六方式中的所述外涂層的所述層狀缺陷的平均長度為31.7μm以下。

由于能夠使層狀缺陷的平均長度降低，因此能夠進一步提高強度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時進一步提高耐燒蝕性。

根據本發明的第八方式，也可以是，熱障涂層的第四～第七方式的任一方式中的所述氣孔率為8.4％以下。

因氣孔率的降低，能夠提高強度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時進一步提高耐燒蝕性。

根據本發明的第九方式，也可以是，熱障涂層的第八方式中的所述氣孔率為7.0％以下。

因氣孔率的降低，能夠進一步提高強度。因此，能夠在確保足夠的隔熱性能的同時進一步提高耐燒蝕性。

根據本發明的第十方式，也可以是，熱障涂層的第三～第九方式的任一方式中的所述外涂層由zro2-8wt％y2o3構成。

通過這樣構成，能夠容易地得到耐燒蝕性、隔熱性能優異的外涂層。

根據本發明的第十一方式，也可以是，熱障涂層的第三～第九方式的任一方式中的所述外涂層由zro2-16wt％yb2o3構成。

通過這樣構成，能夠容易地得到耐燒蝕性、隔熱性能優異的外涂層。

根據本發明的第十二方式，渦輪構件在表面具有第一或者第十一方式的熱障涂層。

通過這樣構成，能夠抑制渦輪構件長期暴露在高溫下而受到損傷的情況。此外，由于能夠延長維護周期，因此能夠降低使燃氣輪機運轉停止的頻率。

發明效果

根據上述熱障涂層以及渦輪構件，能夠不使熱循環耐久性降低而提高耐燒蝕性。

附圖說明

圖1是本發明的第一實施方式中的燃氣輪機的簡要結構圖。

圖2是示出本發明的第一實施方式中的動葉的簡要結構的立體圖。

圖3是放大本發明的第一實施方式中的動葉的主要部位的剖視圖。

圖4是本發明的第一實施方式中的渦輪的形成方法的流程圖。

圖5是示出與外涂層的氣孔率對應的減耗深度的圖表。

圖6是示出與外涂層的氣孔率對應的熱傳導率的圖表。

圖7是示出與外涂層的氣孔率對應的熱循環耐久性的圖表。

圖8是示出本發明的第一實施方式中的熱循環試驗裝置的結構的局部剖視圖。

圖9是示意性示出利用圖8所示的裝置用于熱循環試驗的試料的溫度變化的圖表。

圖10是示出用于圖9的熱循環試驗的試料的溫度測定點的圖。

圖11是與本發明的第一實施方式的變形例中的圖3相當的剖視圖。

圖12是示出與外涂層的氣孔率對應的減耗深度的圖表。

圖13是示出與外涂層的氣孔率對應的熱傳導率的圖表。

圖14是示出與外涂層的氣孔率對應的熱循環耐久性的圖表。

圖15a是第一實施例中的氣孔率為8.4％且層狀缺陷密度為225根/mm²的情況的剖面照片。

圖15b是復寫圖15a的層狀缺陷而成的圖畫。

圖16a是第二實施例中的氣孔率為7.0％且層狀缺陷密度為196根/mm²時的剖面照片。

圖16b是復寫圖16a的層狀缺陷而成的圖畫。

圖17a是比較例中的氣孔率為12.9％且層狀缺陷密度為556根/mm²時的剖面照片。

圖17b是復寫圖17a的層狀缺陷而成的圖畫。

具體實施方式

基于附圖，對本發明的第一實施方式所涉及的熱障涂層以及渦輪構件進行說明。

圖1是本發明的第一實施方式中的燃氣輪機的簡要結構圖。

如圖1所示，該第一實施方式中的燃氣輪機1具備壓縮機2、燃燒器3、渦輪主體4以及轉子5。

壓縮機2將大量的空氣導入內部并對其進行壓縮。

燃燒器3將燃料與由壓縮機2壓縮后的壓縮空氣a混合并使該燃料燃燒。

渦輪主體4將從燃燒器3導入的燃燒氣體g的熱能轉換為旋轉能量。該渦輪主體4通過向設于轉子5的動葉7吹送燃燒氣體g而將燃燒氣體g的熱能轉換為機械旋轉能量并產生動力。在渦輪主體4中，除了設有轉子5側的多個動葉7以外，還在渦輪主體4的外殼6設置多個靜葉8。在渦輪主體4中，這些動葉7與靜葉8沿轉子5的軸向交替排列。

轉子5將渦輪主體4旋轉的動力的一部分傳導至壓縮機2而使壓縮機2旋轉。

以下，在該第一實施方式中，將渦輪主體4的動葉7作為本發明的渦輪構件的一例而進行說明。

圖2是示出本發明的第一實施方式中的動葉的簡要結構的立體圖。

如圖2所示，動葉7具備動葉主體71、平臺72、葉片根73以及護罩74。動葉主體71配置在渦輪主體4的外殼6內的燃燒氣體g流路內。平臺72設于動葉主體71的基端。該平臺72在動葉主體71的基端側劃分出燃燒氣體g的流路。葉片根73形成為從平臺72向與動葉主體71相反的一側突出。護罩74設于動葉主體71的前端。該護罩74在動葉主體71的前端側劃分出燃燒氣體g的流路。

圖3是放大本發明的第一實施方式中的動葉的主要部位的剖視圖。

如圖3所示，動葉7由母材10和熱障涂層11構成。

母材10由ni(鎳)基合金等耐熱合金構成。

熱障涂層11形成為覆蓋母材10的表面。該熱障涂層11具備粘結涂層12和外涂層13。

粘結涂層12抑制外涂層13從母材10剝離。該粘結涂層12是抗腐蝕性以及抗氧化性優異的金屬結合層。粘結涂層12例如通過將作為噴鍍材料的mcraly合金的金屬噴鍍粉末向母材10的表面噴鍍來形成。在此，構成粘結涂層12的mcraly合金的“m”表示金屬元素。該金屬元素“m”例如由nico(鎳-鈷)、ni(鎳)、co(鈷)等單獨的金屬元素或者這些中的兩種以上的組合構成。

外涂層13層疊于粘結涂層12的表面。該外涂層13通過將包含陶瓷的噴鍍材料噴鍍于粘結涂層12的表面而形成。該第一實施方式中的外涂層13的氣孔率(每單位體積的氣孔的占有率)為9％以下，更優選為6％以下。作為在形成外涂層13時使用的噴鍍材料，能夠使用氧化鋯系陶瓷。作為氧化鋯系陶瓷，舉出氧化釔穩定化氧化鋯(ysz)、以及由氧化鐿(yb2o3)部分穩定化后的氧化鋯(zro2)即氧化鐿穩定化氧化鋯(ybsz)等。

接下來，對將上述的熱障涂層11形成于母材10的表面的渦輪構件的形成方法的一例進行說明。

圖4是本發明的第一實施方式中的渦輪的形成方法的流程圖。

如圖4所示，首先，作為母材形成工序s1，將母材10形成為目標渦輪構件、例如動葉7的形狀。該第一實施方式中的母材10使用上述的ni基合金來形成。

接著，作為熱障涂層方法s2，依次進行粘結涂層層疊工序s21、外涂層層疊工序s22以及表面調整工序s23。

在粘結涂層層疊工序s21中，在母材10的表面形成粘結涂層12。在該第一實施方式的粘結涂層層疊工序s21中，例如，利用低壓等離子體噴鍍法將mcraly合金的金屬噴鍍粉末噴鍍于母材10的表面。

在外涂層層疊工序s22中，在粘結涂層12上層疊外涂層13。在該第一實施方式的外涂層層疊工序s22中，例如，利用大氣壓等離子體噴鍍法(atmosphericpressureplasmaspray：aps)，將作為噴鍍材料的ysz的粉末噴鍍于粘結涂層12上。

在此，在外涂層層疊工序s22中，使外涂層13的氣孔率為9％以下，更優選為6％以下。這樣，作為使外涂層13的氣孔率為9％以下、更優選為6％以下的方法，例如，舉出使噴射上述的噴鍍材料的噴鍍裝置的噴嘴的前端(未圖示)與母材10的距離(換言之噴鍍距離)比氣孔率高于9％的情況短的方法。例如，使噴鍍裝置的噴鍍電流增加等，也能夠進一步降低外涂層13的氣孔率。此外，在氣孔率為9％以下、更優選為6％以下的情況下，通過控制上述的噴鍍距離和噴鍍電流這兩者，能夠得到所希望的氣孔率。

表面調整工序s23對熱障涂層11的表面的狀態進行調整。具體來說，在表面調整工序s23中，略微切削外涂層13的表面而調整熱障涂層11的膜厚、或者使表面更光滑。根據該表面調整工序s23，例如，能夠使朝向動葉7的熱傳導率降低。在該第一實施方式的表面調整工序s23中，通過將外涂層13切削數十μm，能夠使表面光滑并且調整膜厚。

圖5是示出與外涂層的氣孔率對應的減耗深度的圖表。圖6是示出與外涂層的氣孔率對應的熱傳導率的圖表。圖7是示出與外涂層的氣孔率對應的熱循環耐久性的圖表。

如圖5所示，比起氣孔率大于9％的區域(尤其是10％～15％左右的區域)，上述的外涂層13的減耗深度(mm)在氣孔率(％)為9％以下的區域中大幅降低。換句話說，在氣孔率為9％以下的區域中，耐燒蝕性提高。在此，減耗深度是指，在以恒定的條件對外涂層13進行燒蝕試驗的情況下外涂層13減耗的深度。在此，恒定的條件是指，至少不使試驗溫度、燒蝕劑速度、燒蝕劑的種類、燒蝕劑的供給量以及燒蝕劑碰撞角度發生變化而成為恒定值的試驗條件。

在燒蝕試驗中，使用與動葉7同樣地在母材10的表面形成有熱障涂層的試料。

如圖6所示，外涂層13中，氣孔率(％)越是降低，熱傳導率越是上升。這意味著，在使外涂層13成為恒定的厚度的情況下，氣孔率越是降低，隔熱性越是降低。尤其是在氣孔率為9％以下的區域中，與氣孔率高于9％的區域相比，熱傳導率較大地上升。

外涂層13的熱循環耐久性之前被認為是伴隨著外涂層13的氣孔率(％)的降低而降低。然而，這次在與以燃燒氣體超過800℃那樣的高溫環境進行運轉的燃氣輪機相同的條件下進行試驗的結果是，得到如下見解：如圖7所示，在氣孔率為9％以下的區域中，熱循環耐久性轉為上升。該熱循環耐久性的上升通過使氣孔率為6％以下而更顯著地顯現。換句話說，在使用非常高溫的燃燒氣體g的燃氣輪機的環境中，通過使氣孔率為9％以下、更優選為6％以下，即便與熱循環耐久性的上升相應地增大外涂層13的厚度，也能夠得到足夠的強度。因此，與增大其厚度相應地能夠進一步提高外涂層13中的隔熱性。

圖8是示出本發明的第一實施方式中的熱循環試驗裝置的結構的局部剖視圖。

如圖8所示，熱循環試驗裝置30形成為，在配設于主體部33上的試料保持架32上以使熱障涂層11成為外側的方式配置在母材10上形成有熱障涂層11的試料31，通過從co2激光裝置34對該試料31照射激光l而從熱障涂層11側加熱試料31。在基于co2激光裝置34的加熱的同時，利用從貫穿主體部33并配置于主體部33的內部的同試料31背面側對置的位置處的冷卻氣體噴嘴35的前端噴出的氣體流f，從該背面側冷卻試料31。

根據以上結構的熱循環試驗裝置，能夠容易地在試料31內部形成溫度梯度，能夠進行符合應用于燃氣輪機構件等高溫部件的情況下的使用環境的評價。

圖9是示意性示出利用圖8所示的裝置進行熱循環試驗的試料的溫度變化的圖表。圖10是示出進行圖9的熱循環試驗的試料的溫度測定點的圖。圖9所示的曲線a～c分別與圖10所示的試料31中的溫度測定點a～c對應。

如圖9所示，根據圖8所示的熱循環試驗裝置，能夠以使溫度按照試料31的熱障涂層11表面(a)、熱障涂層11與母材10的界面(b)、母材10的背面側(c)的順序變低的方式進行加熱。因此，例如，通過將熱障涂層11的表面設為1200℃以上的高溫、將熱障涂層11與母材10之間的界面的溫度設為800～900℃，由此能夠設為與實機燃氣輪機相同的溫度條件。該熱循環試驗裝置的加熱溫度和溫度梯度能夠通過調整co2激光裝置34的輸出和氣體流f而容易地成為所希望的溫度條件。

在此，在上述的圖7所示的圖表中，縱軸所示的熱循環耐久性試驗溫度(℃)是在進行1000周期的反復加熱時熱障涂層11產生剝離的溫度。該第一實施方式中的熱循環試驗進行了將最高表面溫度(熱障涂層11表面的最高溫度)設為1300℃、將最高界面溫度(熱障涂層11與母材10之間的界面的最高溫度)設為950℃的反復的加熱。此時，設為加熱時間3分鐘、冷卻時間3分鐘的反復(冷卻時的表面溫度設定為100℃以下)。

因此，根據上述的第一實施方式的熱障涂層11，通過將外涂層13的氣孔率設為9％以下，能夠提高熱循環耐久性。因此，在因氣孔率的降低而提高耐燒蝕性的同時，與熱循環耐久性提高相應地增大外涂層13的厚度，能夠抑制隔熱性能的降低。其結果是，能夠在確保足夠的隔熱性能以及強度的同時提高耐燒蝕性。

此外，在將氣孔率設為6％以下的情況下，與氣孔率為9％的情況相比，能夠進一步提高外涂層13的耐燒蝕性，并且提高熱循環耐久性而進一步增大外涂層13的厚度。因此，能夠延長直至因燒蝕使外涂層13磨損而使母材10暴露在高溫下為止的時間。換言之，能夠延長因外涂層13而得到足夠的隔熱效果的持續時間。其結果是，由于能夠使維護的間隔變長，因此能夠減輕用戶的負擔。

此外，根據上述的第一實施方式中的渦輪構件即動葉7，能夠抑制在長期范圍內暴露于高溫而受到損傷的情況。此外，由于能夠延長維護周期，因此能夠減小使燃氣輪機運轉停止的頻率。

(第一實施方式的變形例)

本發明并不限于上述的第一實施方式，在不脫離本發明的主旨的范圍內，包含對上述的第一實施方式加以各種變更的情況。即，在第一實施方式中舉出的具體的形狀、結構等只不過是一例，能夠進行適宜地變更。

粘結涂層12、外涂層13也可以通過上述的第一實施方式以外的方法形成。例如，可以作為大氣壓等離子體噴鍍以外的電噴鍍而使用減壓等離子體噴鍍，可以作為氣體式噴鍍而使用火焰噴鍍法、高速火焰噴鍍。另外，可以通過噴鍍法以外的方法形成，例如，也可以使用電子束物理蒸鍍法。

此外，在上述的結構中，作為渦輪構件而以動葉7為例進行了說明，但也可以在其他渦輪構件、例如燃氣輪機1的靜葉8、構成燃燒器3的噴嘴、筒體等構件中應用本發明。

在形成上述的第一實施方式中的外涂層13時，逐漸縮短噴鍍距離，但此時，也可以形成圖11所示那樣的所謂的縱向裂紋。在如此形成縱向裂紋的情況下，外涂層13的楊氏模量變低且熱應力降低，因此能夠進一步提高熱循環耐久性。

(第二實施方式)

接下來，基于附圖對本發明的第二實施方式的熱障涂層以及渦輪構件進行說明。該第二實施方式與第一實施方式的不同點在于，附加了層狀缺陷的條件。因此，對與第一實施方式相同的部分標注相同的附圖標記而進行說明，并且省略重復的說明。

第二實施方式的燃氣輪機1具備壓縮機2、燃燒器3、渦輪主體4以及轉子5。動葉7具備動葉主體71、平臺72、葉片根73以及護罩74。

動葉7包括母材10和熱障涂層11。熱障涂層11具備粘結涂層12和外涂層13。

接下來，對將第二實施方式的熱障涂層11形成于母材10的表面的渦輪構件的形成方法進行說明。在該第二實施方式中的渦輪構件的形成方法的說明中，引用第一實施方式的圖4而進行說明。

如圖4所示，首先，作為母材形成工序s1，將母材10形成為目標的渦輪構件、例如動葉7的形狀。該第二實施方式中的母材10與第一實施方式同樣地使用上述的ni(鎳)基合金來形成。

接著，作為熱障涂層方法s2，依次進行粘結涂層層疊工序s21、外涂層層疊工序s22以及表面調整工序s23。

在粘結涂層層疊工序s21中，在母材10的表面上形成粘結涂層12。該第二實施方式的粘結涂層層疊工序s21中，例如，利用低壓等離子體噴鍍法將mcraly合金的金屬噴鍍粉末噴鍍于母材10的表面。

外涂層層疊工序s22中，在粘結涂層12上層疊外涂層13。該第二實施方式的外涂層層疊工序s22中，例如，利用大氣壓等離子體噴鍍法(atmosphericpressureplasmaspray：aps)，將作為噴鍍材料的ysz(氧化釔穩定化氧化鋯)的粉末噴鍍于粘結涂層12上。在此，作為該第二實施方式中的ysz，能夠使用部分穩定化氧化鋯即zro2-8wt％y2o3、或者zro2-16wt％yb2o3。

在此，在外涂層層疊工序s22中，將外涂層13的層狀缺陷密度設為250根/mm²以下。在該實施方式中，層狀缺陷密度為225根/mm²以下，更優選為196根/mm²。

外涂層工序s22中，將外涂層13的氣孔率設為9％以下。在該實施方式中，將氣孔率設為8.4％以下，更優選為7.0％以下。

作為將外涂層13的氣孔率設為9％以下且將外涂層13的層狀缺陷密度設為250根/mm²以下的方法，例如，舉出增大噴鍍裝置的噴鍍電流的方法。在該情況下，也可以與第一實施方式同樣地比起層狀缺陷密度高于250根/mm²的情況，縮短噴射上述的噴鍍材料的噴鍍裝置的噴嘴的前端(未圖示)與母材10的距離(換言之，噴鍍距離)。

表面調整工序s23中，對熱障涂層11的表面的狀態進行調整。具體來說，在表面調整工序s23中，略微切削外涂層13的表面而調整熱障涂層11的膜厚、或者使表面更光滑。根據該表面調整工序s23，例如，能夠使朝向動葉7的熱傳導率降低。在該第二實施方式的表面調整工序s23中，與第一實施方式同樣地通過將外涂層13切削數十μm，能夠使表面光滑并且調整膜厚。

圖12是示出與外涂層的氣孔率對應的減耗深度的圖表。圖13是示出與外涂層的氣孔率對應的熱傳導率的圖表。圖14是示出與外涂層的氣孔率對應的熱循環耐久性的圖表。

在該第二實施方式中，在圖12～圖14中示出氣孔率為“4.5％”、“6.5％”、“7.0％”、“8.4％”、“11.4％”、“12.9％”、“14.9％”的情況。

在此，在氣孔率為8.4％的情況下，層狀缺陷密度(根/mm²)為225根/mm²，層狀缺陷平均長度(μm)為33.8μm。在氣孔率為7.0％的情況下，層狀缺陷密度(根/mm²)為196根/mm²，層狀缺陷平均長度(μm)為31.7μm。

此外，在氣孔率為12.9％的情況下，層狀缺陷密度(根/mm²)為556根/mm²，層狀缺陷平均長度(μm)為37.9μm。

圖15a是第一實施例中的氣孔率為8.4％且層狀缺陷密度為225根/mm²的情況的剖面照片，圖15b是復寫圖15a的層狀缺陷而成的圖畫。圖16a是第二實施例中的氣孔率為7.0％且層狀缺陷密度為196根/mm²時的剖面照片，圖16b是復寫圖16a的層狀缺陷而成的圖畫。圖17a是比較例中的氣孔率為12.9％且層狀缺陷密度為556根/mm²時的剖面照片，圖17b是復寫圖17a的層狀缺陷的圖畫。

形成于外涂層13的層狀缺陷與氣孔不同。層狀缺陷主要形成為，沿與外涂層13的層疊方向交叉的橫向延伸的微細的龜裂。層狀缺陷形成在外涂層13的整個區域內。這些層狀缺陷的每單位面積的根數為“層狀缺陷密度”，這些層狀缺陷朝向橫向的長度的平均值為“層狀缺陷平均長度”。

如圖12所示，上述的外涂層13在氣孔率(％)為9％以下即氣孔率為8.4％、6.5％、7.0％、4.5％的情況下，比起氣孔率為11.4％、12.9％、14.9％的情況而使減耗深度(mm)大幅地降低。這認為是基于如下的效果：通過改善噴鍍粒子的熔融狀態，在降低氣孔率之外，提高噴鍍粒子間的緊貼力，將被膜中的微細的剝離方向(橫向)的裂紋(層狀缺陷)降低至極低的水平。

換句話說，在氣孔率為9％以下、具體來說8.4％以下的區域中，耐燒蝕性提高。減耗深度是指，與第一實施方式同樣地在以恒定的條件對外涂層13進行燒蝕試驗的情況下，外涂層13減耗的深度。恒定的條件是指，至少不使試驗溫度、燒蝕劑速度、燒蝕劑的種類、燒蝕劑的供給量以及燒蝕劑碰撞角度發生變化而成為恒定值的試驗條件。在燒蝕試驗中，與動葉7同樣地使用在母材10的表面形成有熱障涂層的試料。

本燒蝕試驗利用模擬實機的高溫高速燒蝕試驗裝置而進行評價。這是在三菱重工技報vol.52no.2(2015)所示的特殊裝置。該高溫高速燒蝕試驗裝置能夠再現極其接近于實機的燃氣輪機的熱障涂層(tbc；thermalbarriercoating)的工作環境的環境，若不是本裝置，則難以準確地評價熱障涂層。通常，燒蝕試驗大多在室溫下進行，并且，本裝置那樣的高速的氣體流速大多在高溫環境下也無法獲得。

如圖13所示，外涂層13如在第一實施方式也說明過那樣，氣孔率(％)越是降低，熱傳導率越是上升。這意味著，在將外涂層13設為恒定的厚度的情況下，氣孔率越是降低且層狀缺陷密度越是降低，隔熱性越是降低。

在氣孔率為9％以下即8.4％、7.0％、6.5％、4.5％的各個情況下，比起氣孔率高于8.4％的情況(層狀缺陷密度高于225根/mm²、層狀缺陷平均長度長于33.8μm的情況)的比較例，熱傳導率較大地上升。這被認為是因為，噴鍍中的粒子的熔融進展，氣孔率的降低以及噴鍍被膜特融的橫向的缺陷即層狀缺陷變得極少。

外涂層13的熱循環耐久性之前被認為是伴隨著外涂層13的氣孔率(％)的降低而降低。然而，這次在與以燃燒氣體超過800℃且與實機同樣的100m/s以上的氣體流速的高溫環境進行運轉的燃氣輪機相同的條件下進行試驗的結果是，得到如下見解：如圖14所示，在氣孔率為9％以下的區域，更具體來說，氣孔率為8.4％以下(層狀缺陷密度為225根/mm²以下，層狀缺陷平均長度為33.8μm以下)的情況下，熱循環耐久性轉為上升。

該熱循環耐久性的上升通過使氣孔率為7.0％(層狀缺陷密度為196根/mm²以下，層狀缺陷平均長度為31.7μm以下)而更顯著地顯現。換句話說，在使用非常高溫的燃燒氣體g的燃氣輪機的環境中，通過使氣孔率為8.4％以下、更優選為7.0％以下，降低層狀缺陷密度，縮短層狀缺陷平均長度，能夠使熱循環耐久性上升。因此，即便與該熱循環耐久性的上升相應地增大外涂層13的厚度，也能夠得到足夠的強度。

這被認為是因為，噴鍍中的粒子的熔融進展，氣孔率的降低和層狀缺陷變得極少。

能夠發現如下情況：氣孔率的降低、層狀缺陷的降低對于膜厚的增加極為有效，即便使膜厚大幅增加至熱傳導率上升量以上，也具有足夠的耐久性以及對耐燒蝕極為有效。

因此，根據第二實施方式，通過將外涂層13的氣孔率設為9％以下且將層狀缺陷密度設為250根/mm²以下，能夠提高外涂層13中的隔熱性。此外，通過將氣孔率設為8.4％以下、更優選為7.0％，將層狀缺陷密度設為225根/mm²、更優選為196根/mm²以下，能夠提高隔熱性。

此外，通過將氣孔率設為8.4％以下、更優選為7.0％，將層狀缺陷平均長度設為33.8μm以下、更優選為31.7μm以下，能夠提高隔熱性。

此外，能夠因氣孔率的降低、層狀缺陷的降低而增大膜厚。其結果是，即便為了成為由氣孔率的降低、層狀缺陷的降低引起的熱傳導率上升量以上的熱傳導率而大幅地增大膜厚，也能夠確保足夠的耐久性。

能夠在改善耐燒蝕性的基礎上增加外涂層13的膜厚而改善熱傳導性。因此，根據上述耐燒蝕性、熱傳導性這兩者的效果，能夠在長期范圍內提高可靠性。

工業實用性

本發明能夠應用于熱障涂層以及渦輪構件。根據應用本發明的熱障涂層以及渦輪構件，能夠不降低熱循環耐久性而提高耐燒蝕性。

附圖標記說明：

1燃氣輪機

2壓縮機

3燃燒器

4渦輪主體

5轉子

6外殼

7動葉

8靜葉

10母材

11熱障涂層

12粘結涂層

13外涂層

30熱循環試驗裝置

31試料

32試料保持架

33主體部

40縱向裂紋

71動葉主體

72平臺

73葉片根

74護罩