ガスタービン用遮熱セラミックコーティングの試作と寿命予測システムの開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555027
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 橋田 俊之 東北大学, 工学部, 助教授 (40180814)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河合 久孝 三菱重工業株式会社, 高砂研究所, 主査(研究職) ; 佐藤 一志 宮城工業高等専門学校, 機械工学科, 講師 (80235324) ; 川崎 亮 東北大学, 工学部, 助教授 (50177664)
• Keywords: ガスタービン / 遮熱セラミックコーティング / 動翼リーディングエッジ / プラズマ溶射 / EB-PVD / レーザ加熱試験 / 熱疲労 / 界面破壊力学

Research Abstract

ガスタービン動翼のリーディングエッジTBCを対象に、以下の研究(1)と(2)を実施し、TBCの作製技術および特製評価技術の基礎を構築した。
研究(1)プラズマ溶射法およびEB-PVD法によるTBCの試作
ZrO_2とNiCrAlYを各々遮熱層およびボンドコートとするコーティングシステムを対象に、プラズマ溶射法およびEB-PVD法を用いた成膜技術の開発を行った。これにより、Ni合金を基材とし、上述のTBCシステムからなる円筒型試作片を作成した。
研究(2)TBC損傷の界面破壊力学的評価に関する研究
(2-1)レーザ加熱試験による特性評価:動翼リーディングエッジ部を模擬した円筒試験片を用い、レーザ加熱による熱衝撃/熱疲労の加速試験法を開発した。トリップ時の熱衝撃を模擬するために強制冷却サイクルを組み込んだ試験を実施し、AE法を併用した損傷過程、機構を追跡し、界面近傍での破壊挙動に関する基礎的知見を取得した。
(2-2)界面はく離進展特性の破壊力学的評価:DCB、4点曲げ(サンターバラ法)の各試験法を開発することを目的に界面き裂進展特性を評価するための高温海面破壊試験装置を設計、試作した。現在、本装置を用いた実験を実施している。
(2-3)界面き裂進展の数値シュミレーションコードの構成:動翼リーディングエッジ部を模擬した円筒モデルを対象にして、実際の計上と熱的環境を模擬した非定常熱応用力解析に基づく界面はく離き裂進展の有限要素解析コードを構成した。以上により成膜技術および評価技術の基礎が整備することができたといえる。

Research Products

• [Publications] 河 済昌, 橋田俊之, 庄子哲雄, 河合久孝, 佐藤 実, 橋本英雄: "遮熱セラミックスコーティングの界面破壊特性に及ぼす高温酸化の影響に関する研究" 日本機械学会 第75期通常総会講演会. (発表予定). (1998)