炭化ケイ素耐磨耗コーティングのブッシュへの応用

ストップバルブコーティング向けの主要な TBC 技術

バルブ部品上の遮熱コーティングは、寸法適合性とシール完全性を維持しながら、密着性、侵食抵抗性、および断熱性を提供しなければなりません。

• 断熱性と熱疲労抵抗性のためのYSZ 系セラミックトップコート

• 酸化防止と TBC 定着のためのMCrAlY ボンドコート層

• 気孔率制御のための不活性雰囲気下でのプラズマ溶射

• 用途と暴露条件に応じて 80〜250 μm のコーティング厚さ

すべての工程は、AMS 2437、ISO 14923、および NADCAP コーティングガイドラインに従っています。

ストップバルブアセンブリで一般的にコーティングされる材料

これらの基材は、循環運転中の表面酸化と熱勾配を低減するセラミックコーティングの恩恵を受けます。

事例研究：蒸気タービン用の YSZ コーティング済み Inconel 625 バルブプラグ

プロジェクト背景

顧客は、920°C で動作する高圧蒸気タービンで使用される Inconel 625 製バルブプラグに、プラズマ溶射によるYSZコーティングを要求しました。コーティングの目標厚さは 150 μm、表面粗さは Ra ≤ 5 μm でした。まず MCrAlY ボンドコートを適用し、その後に YSZ トップ層を施しました。

一般的なコーティング済みバルブ部品と用途

コーティングは、長期間のサービス間隔にわたる断熱、シール面の保護、および寸法安定性のために設計されています。

ストップバルブ部品の遮熱コーティングにおける課題

1. コーティング前の基材表面粗さが Ra 6.0 μm を超えると、500 回の熱サイクル後にボンドコートの密着不良が発生します。

2. 蒸気中の微粒子による侵食により、流速 30 m/s のシステムにおいて 1000 時間以内に YSZ トップコートが 25% 以上薄くなります。

3. トップコート層の亀裂は、950°C 以上の熱衝撃下で半径 1.0 mm 未満の鋭い角部分から発生します。

4. 基材とセラミック層間の熱膨張係数の不一致が 15 × 10⁻⁶/K を超えると、剥離リスクが増加します。

5. Ra 5 μm 未満の表面仕上げ要件はシールゾーンにとって重要であり、コーティング後も維持されなければなりません。

ストップバルブアセンブリ向けのプラズマ TBC ソリューション

1. LPPS プラズマ溶射は、高サイクル熱環境向けに気孔率 5% 未満、結合強度 30 MPa 超を実現します。

2. ±0.1 mm のマスキング精度により、噴霧工程中にシール面を保護し、機械加工面にセラミックが付着しないことを保証します。

3. 8 wt.% Y₂O₃ 安定剤を含むYSZは、繰り返しの熱サイクル条件下で 1200°C まで正方晶相の安定性を維持します。

4. セラミック層適用前の内部気孔率を除去し、より良い密着性を得るために、1030°C で事前噴霧HIP 処理を行います。

5. CMM 検証により、コーティング後のすべての重要な寸法が±0.01 mm 以内に収まっていることを確認します。

結果と検証

製造方法

基材は、鍛造または鋳造されたインコネルおよびハステロイから CNC 加工されました。ボンドコートはプラズマ溶射され、その後、制御された温度と雰囲気下でセラミックトップコートが施されました。

精密仕上げ

噴霧後の表面仕上げは、Ra 4.8 μm までホーニング加工されました。重要な寸法はCMMによって再チェックされ、シール完全性が必要な箇所では手作業でラッピングされました。

後処理

部品は、ボンド安定化のために TBC 適用後に熱処理を受けました。最終的に残留汚染物質を除去するために、不動態化処理が行われました。

検査

X 線検査により、コーティングの密着性と層厚が検証されました。SEM（走査型電子顕微鏡）により、剥離や亀裂がないことが確認されました。すべてのコーティングは、密着性（≥30 MPa）および耐熱性に関する顧客仕様を満たしました。

よくある質問（FAQ）

1. バルブ用 TBC にはどのようなセラミック組成が使用されますか？

2. 曲面を持つバルブ表面でのコーティングの密着性をどのように確保しますか？

3. タービンストップバルブの典型的なコーティング厚さはどれくらいですか？

4. シール面にコーティングを施すことはできますか、それともマスキングする必要がありますか？

5. TBC はステンレス鋼製のバルブ本体にも適用可能ですか？