1997 Fiscal Year Annual Research Report
次世代ガスタービン動翼用耐熱疲労セラミックコーテイングの最適化
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09305048
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
渡辺 龍三 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20005341)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 葉子 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20271877)
李 敬鋒 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50241542)
川崎 亮 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50177664)
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| Keywords | 傾斜機能材料 / 耐熱材料 / セラミックコーティング / 溶射皮膜 / 熱衝撃試験 / 熱機械的性質 / 破壊力学 / 材料設計 |
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| 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、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により,高信頼性の超耐熱・遮熱型セラミックコーティングの材料システム設計とプロセス開発を行うことである。
具体的に、まず、申請者らグループが開発したガスバ-ナ加熱衝撃試験法により,コーティング試料の熱疲労破壊メカニズムを明らかにする。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、その組織の特徴および物性を詳細に調べる必要がある。バ-ナ加熱衝撃試験法を通じて,特に、アコースティックエミッション(AE)法を併用し、熱サイクルを受けるコーティング材の剥離や微視割れを検出する。最近その重要性が指摘されながら依然として不明瞭なボンドコート界面に生成する酸化物に対し、どのような酸化物が、どのような形態で形成されるか、また、特にそれが温度によってどのように変わってくるか、等を定量的に明らかにする。また、ガスバ-ナ局所加熱試験法により熱疲労試験を行い、亀裂の発生および伝播形態をコーティングとボンドコートとの界面酸化物と関係付けて明かにする。そして、実際に使用される温度および機械的拘束条件下での熱応力に酸化物形成による内部応力を加え、その応力場から破壊力学的に割れの発生、伝播およびスポーリング破壊を定量的に考察する。破壊モデルを提案し、熱疲労破壊メカニズムの解明を目指す。
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。その溶射材の組織観察及び,改良型小型パンチ試験法などによる機械的特性評価物性評価を実施した。さらに、バーナー炎加熱熱衝撃試験を行い,プラズマ溶射コーティング材の破壊メカニズムについての基礎研究を行い,これからの研究指針を得た。
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