| 研究課題/領域番号 |
15360046
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
機械材料・材料力学
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
岡崎 正和 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (00134974)
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| 研究分担者 |
北村 隆行 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20169882)
小川 和洋 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50312616)
今谷 勝次 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (70191898)
山崎 泰広 新潟工科大学, 工学部, 助教授 (70291755)
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| 研究期間 (年度) |
2003 – 2005
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| キーワード | 遮熱コーティング(TBCs) / 熱サイクルと熱応力 / 皮膜物性測定 / プロセス依存性 / Ni基超合金 / 溶射スプラット / 寸法効果 / ボンドコート |
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| 研究概要 |
世界的に、CO_2削減、起動性能、熱効率などの観点から、産業用ガスタービンが次世代のエネルギー源の主役になるであろうことは疑いのない事実であろう。これらの発電用高効率ガスタービンの開発のためには、超高温環境下で高い強度と信頼性を有する材料・部材、とりわけ遮熱コーティング部材(TBCs)の開発がキーテクノロジーとなっている。これまでにも、主に軍需産業に先導される形で、これに関する研究が行われてきたが、産業用に応用するには、信頼性、価格、効率等、克服しなければならない多くの独自の問題が山積している。そこで本研究では、TBCs皮膜の密着機構・強度の支配因子解明と熱疲労寿命延伸・設計への展開をめざし、コーティングプロセス、評価手法、実稼働状況を基本軸とする三次元的な研究展開を行った。具体的には、まず、皮膜の基礎物性として、弾性係数、引張強度、破断伸び、熱膨張係数を取り上げ、それらの測定を行った。いずれもこれまでにデータが取得さえていなかった物性値である。また、皮膜内空隙率、空隙の形状等の測定を通じて、皮膜の組織の特徴づけ、および、凝固した溶射スプラット形状の予測も試みた。皮膜の弾性係数のについての知見に言及すれば、(i)皮膜の局所的な弾性係数はプロセスによって強く影響されること、とりわけ溶射に用いるセラミック粒子の大きさの影響が大きいこと、(ii)溶射皮膜の弾性係数はその構造を反映した異方性を示すこと、(iii)皮膜の弾性的特性は一定値ではなく加える負荷の大きさに依存しており、従って、注目する現象の負荷レベルに応じた扱いをすべきであることなどを明らかにした。これらの知見を受け、コーティング部材の健全性評価の際に不可欠となる指標として、コーティング内残留応力と皮膜密着強度に注目した。後者については、十分であるか否かはべつとして、JISH8666やASTM等の既存規格があるため、その妥当性の議論とともに、それらの物理的意味の議論も行った。その一方で、これら既存規格とは独立に、いくつかの独自手法を提案し、これらによる皮膜密着強度の評価も行った。さらに、長時間稼働を意識し、長時間時効に伴う密着強度の変化を明らかにしながら、それらの変化をもたらす機構を提示した。
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