2018 Fiscal Year Annual Research Report
Evaluation of delamination strength and thermal conductivity of porous thermal barrier coating for super high temperature gas turbine in the next generation
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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 / 疲労せん断剥離 / 剥離強度基準 / 空孔率依存性 / 熱伝導率 / 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疲労剥離強度および熱伝導特性を正確に評価し、その気孔率依存性について実験的かつ解析的に明らかにすることを目的とした。
最終年度である今年度においては３種類の気孔率を有する遮熱被膜の疲労せん断剥離実験を行い、遮熱被膜の疲労せん断剥離強度（S-N曲線）を求めると共にその気孔率依存性を明らかにした。2015.4~2019.4の本研究期間において、多孔質遮熱被膜を実機に採用する場合において寿命と安全性を評価する上で必要かつ重要な材料強度特性について以下の点を明らかにした。
（１）多孔質遮熱被膜のせん断剥離損傷強度基準及びその気孔率依存性を明らかにした。（２）臨界剥離条件を求めるための特異場応力解析に必要な多孔質遮熱被膜の変形特性（被膜の破断応力以下の負荷領域での弾性係数）及びその気孔率依存性を明らかにした。（３）遮熱被膜の疲労せん断剥離損傷強度（S-N曲線）を求めると共にその気孔率依存性を明らかにした。（４）多孔質遮熱被膜の熱伝導特性に関し、気孔率４０％程度の被膜の熱伝導率が気孔率５％程度のものに比べて４０％程度に小さくなること、その加熱負荷による影響はほとんどないことを確認した。また、トップコートとボンドコートの界面熱抵抗について考察し、トップコート３６μmに相当する界面熱抵抗があることを確認した。
なお、15%程度以上の高い気孔率の被膜は界面剥離強度よりも被膜自体の強度が劣ることが判明し、界面剥離強度評価を実験的に行うことはできないし、行うこと自体が無意味となる。また、加熱負荷後の疲労剥離強度評価については、設備上の問題で研究期間内での実施を断念した。
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