2017 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
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15K05692
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
金子 堅司 東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (40016803)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒井 正行 東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (40371314)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 遮熱被膜, / 剥離強度基準、 / せん断剥離、 / 空孔率依存性、 / 熱負荷依存性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1600℃級ガスタービンの翼に利用が検討されているボイドを有する超高温遮熱セラミックコーティングの正確な寿命評価や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ボイドを有する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かつ解析的に明らかにする。
今年度においては4種類の気孔率を有する遮熱被膜剥離実験を行った後、遮熱被膜の熱伝導特性の熱負荷依存性を実験的に評価した。
つぎに、得られた剥離強度実験結果から有限要素解析によって臨界剥離条件を求めるためのボイド率が異なる各被膜の変形特性を求めた。被膜に硬質ボール圧子を押し込むときの押し込み深さを測定し、有限要素法とHertzの接触理論を用いた解析から被膜の弾性変形特性を探索する手法によって４種類の気孔率の遮熱被膜の弾性係数を得た。脆弱な高気孔率の被膜を均質体と捉えての平均的な弾性変形特性を押し込み試験から求めたものであり、その成果は日本機械学会において発表すると共に日本機械学会論文集に投稿している。
以上の検討結果を用いて、来年度は4種類の気孔率を有する遮熱被膜のせん断剥離強度基準および被膜自体の強度評価を解析的に行うとともにせん断疲労剥離強度の検討のための疲労強度実験用試料作成・加熱処理・疲労実験を順次行う計画である。
なお、最も高い気孔率の被膜は剥離強度よりも被膜自体の強度が劣ることが判明したので疲労剥離実験の対象から除外することとした。結果が整い次第、Int. J. of Fracture Mechanics などの著名な学術誌への投稿活動を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
一昨年度のピンテスト試料のトラブルにより、実験予定が大幅に遅延する事態となった。逆に、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たのであるが、試料の加熱処理は装置の能力から一つずつ行わざるを得ず、相当の時間を要したため思ったほど研究の遅延を取り戻すことができなかった。被膜の熱伝導特性については今年度において一応の成果を得ている。一方で被膜の変形特性の評価の段階で押し込み試験をやり直す事態となり、再び研究の進展が足踏み状態となったことが今年度の遅延の理由である。高気孔率の遮熱被膜が予想以上に脆弱で従来の手法をそのまま用いることができず、新規に測定手法を開拓することになったことが原因である。
しかしながら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、被膜自体の変形特性が求まったので、被膜のせん断剥離強度基準とボイド率が高い被膜の被膜強度解析および疲労剥離実験は速やかかつ円滑に進めることができる見込みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記被膜のせん断剥離強度基準とボイド率が高い被膜の被膜強度解析が終了すれば、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、試料の作成を行えば特段の支障はない。
これらが順調に進めば、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、来年度の研究の推進はこの段階で終了する見込みである。
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| Causes of Carryover |
試料の作成においてトラブルがあったため研究の進展が全体的に遅れている。今年度に作成して実験を進める予定であった疲労剥離強度実験が次年度にずれ込んだためその関連の予算の執行ができなかったためである。
使用計画
従って繰越した予算は疲労剥離強度試験用の試料の作成と実験遂行上の諸費用に使用する。
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