ガスタービン動翼遮熱コーティングの熱衝撃破壊メカニズムの研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455314
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 川崎 亮 東北大学, 工学部, 助教授 (50177664)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 李 敬鋒 東北大学, 工学部, 助手 (50241542) ; 渡辺 龍三 東北学院大学, 工学部, 教授 (20005341)
• Keywords: セラミックコーティング / プラズマ溶射 / ガスタービンブレ-ド / 遮熱性 / 熱衝撃 / 熱疲労 / 脱落破壊 / アコースティックエミッション

Research Abstract

本研究の目的は、次世代ガスタービン動翼のための遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating)を対象として、その材料システム設計や正確な寿命評価を行う場合に欠くことのできない遮熱コーティングの熱疲労破壊メカニズムを材料科学と破壊力学的手法を融合することにより基礎的にかつ定量的に明らかにすることである。
本年度は遮熱コーティングの基礎評価試験を実施した。まず、次世代ガスタービン動翼の使用温度を考慮してプラズマ溶射法により遮熱コーティング試料を作製した。また、コーティング材は一般の溶製材とは全く組織が異なるので、溶射バルク材を作製し組織観察および物性評価を実施し、その組織の特徴および物性を詳細に明らかにした。さらに、酸化処理を行ってPSZとNiCoCrAIY界面での酸化挙動を観察し、材料強度などの機械的性質およぼす影響を明らかにした。特に、アコースティックエミッション(AE)法を併用し、剥離や微視割れとAE発生形態との関係について検討した。以下その項目を簡単に列記する。
(1)微視組織、マイクロ亀裂の解析(TEM, EDX, XRD, SEM...,現有装置)
(2)溶射皮膜の機械的性質:非線形変形、ヤング率、ポワソン比、強度、靭性
(インストロン試験装置;現有装置、AE装置;新規購入)
(3)溶射皮膜の熱物性:熱伝導率、熱膨張係数、比熱
(熱物性測定装置;現有装置)
(4)界面酸化挙動:酸化物種、酸化物形態、酸化速度