2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K06490
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
高橋 智 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (80260785)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿子島 めぐみ 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (20356356)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 遮熱コーティング / 表面・界面物性 / 構造・機能材料 / 溶射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
火力発電の高効率化と省エネルギー化を図るため、高効率火力発電用ガスタービンの高温部材には、合金基材を高温の燃焼ガスから防ぐため、遮熱コーティング（以下TBC）の適用が必要不可欠となっている。TBCは、基材上に耐酸化金属コーティングをボンドコートとして成膜し、この表面にトップコートとしてセラミックコーティングを被覆した２層から構成される。このため、TBCの遮熱性能にはトップコートの熱伝導率に加え、トップコート／ボンドコート間の界面熱抵抗も重要である。特にトップコート／ボンドコート間には、実機稼働中に熱的成長酸化物（TGO）は発達し、トップコートのはく離要因の一つになるため、これら酸化物も含めた熱物性評価が必要である。
そこで本年度は、溶射したままのTBC試験片に加え、大気中で熱時効を施したTBC試験片等も準備し、開発した界面熱抵抗評価方法を用いて、界面熱抵抗に及ぼす熱時効の影響をコーティング組織と関連づけて調べた。その結果、溶射したままの状態では、ボンドコート表面の凹凸に対してトップコートが完全には付着できず、トップコート／ボンドコート界面に局所的な隙間（クラック）が存在することが分かった。それゆえ、これらが界面抵抗の主たる要因と考察できる。これに対して熱時効材では酸化物が発達し、むしろ熱伝導を高めることがわかった。これは遮熱性能を低下させる重要な現象であり、コーティング／酸化物界面の詳細な観察なども今後進めていく予定である。
また界面熱抵抗に及ぼす要因を様々な観点から検討するために、トップコートの板厚方向に加え、面内方向の熱拡散率及び熱伝導率の測定にも取り組んだ。その結果、板厚方向に比べて面内方向の熱伝導率が高く、トップコートの熱伝導率は熱的異方性を有することが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
界面熱抵抗に及ぼす熱時効や酸化物の影響を検討することを主たる目的として研究を進めたところ、酸化物の発達などが界面熱抵抗を高めるのではなく、むしろ熱伝導を助長することが分かり、実験前に予想していた結果とは逆になった。これはTBCの遮熱性能を低下させる現象なので、詳細な界面組織観察等が必要となり、熱サイクル試験の影響まで検討することができず、やや遅れている状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
トップコート／ボンドコート界面の酸化物の有無だけでなく、酸化物の組成・組織にも着目し、界面熱抵抗と関連づけて研究を進める。さらにトップコートが熱的異方性を有することもわかったので、コーティングプロセスと関連づけて検討する。
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