| 研究概要 |
ガスタービンの高温燃焼と高信頼性を目的として基板を回転して電子ビーム物理蒸着(Electron Beam-Physical Vapor Deposition)法で成膜したジルコニア遮熱コーティングの応力と強度評価について研究を行った.EB-PVDによるジルコニア遮熱コーティングは複雑かつ強い配向組織のために,従来のX線応力測定法が適用できない.回転しない場合は,基材に垂直方向に<111>の優先方位をもつ柱状晶であり,5rpm,10rpmおよび20rpmでは基材に垂直方向に<100>の優先方位をもつ柱状晶であった.特に,回転成膜した場合は,羽毛状の形態をし,(111)面がピラミッドの4面をなして成長する.
このような配向膜の残留応力測定方法を確立するために,X線回折装置を改良して側傾法試料台に面内回転装置を試作して,面内方向の残留応力測定を可能にした.また,高エネルギー放射光を利用して,面外方向の残留ひずみを測定した.
これらの結果をあわせて,EB-PVDジルコニア遮熱コーティングの3次元の残留応力分布を解析した.これらの結果から,回転成膜をしないジルコニア膜は,大きな圧縮残留応力によりコーティングの破壊が促進されること,回転成膜速度が0,5,10,20rpmの順で圧縮残留応力が低下することが明らかとなった.1273K,200時間の高温酸化させた残留応力も解析し,圧縮残留応力の低下および焼結の影響が確認された.
一方,熱サイクルをに伴う内部応力の変化挙動も解明した.その結果,熱サイクルによる内部応力の変化を基板回転法により低減できることも5rpmおよび10rpmの熱サイクル実験から得られ,より高強度・信頼性の成膜の可能性が明らかとなった.
|
