2015 Fiscal Year Research-status Report

次世代超高温ガスタービン用多孔質遮熱被膜のはく離強度と熱伝導特性評価

Research Project

Project/Area Number	15K05692
Research Institution	Tokyo University of Science
Principal Investigator	金子堅司東京理科大学, 工学部, 教授 (40016803)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	荒井正行東京理科大学, 工学部, 教授 (40371314)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords	遮熱被膜 / せん断剥離 / 熱伝導特性 / 空孔率依存性 / 剥離基準
Outline of Annual Research Achievements	1600℃級ガスタービンの翼などに利用が検討されている空孔を有する超高温遮熱セラミックコーティングの寿命の正確な評価・長寿命化のための検討を精度よく行うため，本研究では高温での酸化や熱負荷の繰り返しを受けた遮熱被膜の剥離強度および熱伝導特性を正確に評価し、その空孔率依存性について実験的に明らかにする。申請者が考案したねじりピンテスト法による実験を行うため、試料作りとそれへの被膜塗布を行ったが、被膜溶射塗布段階でセラミック被膜のバインダーとなる下地被膜を溶射塗布した後試料のピンがピン穴に入り込んだ被膜粒子のため抜けなくなるトラブルに遭い、実験予定が大幅に遅延する事態となった。急ぎ試料の形状を見直し、制作のし直しと被膜溶射塗布を行い、現時点においては剥離強度と熱伝導測定実験が始められる状況になっている。なお、従来はこうした問題は起きなかったのであるが、今回のトラブルを受けて試料の大幅な改善が図られたことは結果的に今後の研究を進める上で有益であったといえる。こうした実験準備を行う傍ら、ねじりピンテスト法およびせん断そぎ落とし法によって実験的かつ解析的に得られているWC-Coサーメット被膜と遮熱被膜の高温熱負荷後のせん断剥離強度や疲労強度について日本機械学会論文集やInt. J. of Fracture Mechanics などの内外の著名な学術誌への投稿活動を行い、問題なく受理されすでに掲載となっている。今年度は早々から作成した試料を用い、遮熱被膜のせん断剥離強度および熱伝導率に及ぼす空孔率の影響を実験的に調べ、対応する有限要素法解析によって剥離基準を策定することになる。その後、さらに高温熱負荷後の同様な検討を行う予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 申請者が考案したねじりピンテスト法による実験を行うため、試料作りとそれへの被膜溶射塗布を行ったが、被膜溶射塗布段階でセラミック被膜のバインダーとなる下地被膜を溶射塗布した後試料のピン穴に入り込んだ被膜粒子のためピンが抜けなくなるトラブルに遭い、実験予定が大幅に遅延する事態となった。しかしながら、結果的に試料の形状を改善し、作成しやすくかつ扱いやすい試料とすることができ、現時点で当面必要な試料作りを終え、今後の実験遂行においては特に困難はないと考えられるため短期間での成果を望むことができる。一方で有限要素法による解析手法について習熟した状況にもあり、実験結果に基づいた解析も円滑に進めることができることから、当面の目標である空孔を有する高機能遮熱被膜のせん断剥離強度および熱伝導率の空孔率依存性を２８年度の早い段階で定量的に評価できる見込みである。
Strategy for Future Research Activity	上記検討が終了すれば、次の目標はせん断疲労強度の空孔率依存性について定量的な評価を行うことである。疲労試験についてはすでに試作したピンテスト専用の引張りねじり複合負荷疲労試験装置を用いるため、特段の支障はない。本研究の次の段階では高温熱負荷後のせん断剥離強度と熱伝導率の空孔率依存性について定量的な評価を行うことになる。高温熱負荷後については試料の作成を追加する必要もあり、また被膜の変形特性を調べる必要があるため、微少圧子の押し込み解析による応力ひずみ曲線の同定も行う必要があり、研究成果を国際的な学術雑誌に投稿する作業もあることから、２８年度の研究の推進はこの段階で終了する見込みである。
Causes of Carryover	本欄に記載するような原因はない。予算と実支出は異なるのが通例である。残金は誤差範囲程度の額である。
Expenditure Plan for Carryover Budget	残金は次年度における消耗品購入に充てる予定である。