温度勾配を付与した傾斜組成セラミック遮熱コーティング材の超高温疲労強度特性

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452147
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 武藤 睦治 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (00107137)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古口 日出男 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (90143693) ; 岡崎 正和 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (00134974)
• Keywords: 傾斜機能材 / 疲労試験装置の開発 / 遮熱コーティング材 / 耐食コーティング材 / アルミナイドコート / 高温疲労 / 熱サイクル

Research Abstract

次世代のエネルギ開発のためには、高効率産業用ガスタービンの開発が必須となっている。この目的のためには、それらを構成している構造材料の健全性、信頼性を確保しながら、それらに極限状態下での使用に耐えうる機能を持たせる技術が必須である。このような背景に鑑み、本研究で行った研究とそれより得られた成果の概要は以下の通りである。
(1)実機ガスタービンの動翼の状態をシミュレートした温度勾配つき超高温疲労試験装置の開発に成功した。
(2)NI基超合金上にセラミックによる遮熱皮膜を形成させた遮熱コーティングを対象として、大気雰囲気中で高温加熱保持時間を変化させた2種類の熱サイクル試験を行い、熱サイクルによって発生した表面き裂,層間き裂等の熱サイクル損傷を定量評価した。また,熱サイクル繰返し数の増加に伴うしゃ熱特性の変化も明きからにした。
(3)傾斜機能コーティング材を対象として、真空中での熱サイクル損傷挙動を調べ,傾斜機能化による損傷緩和効果について定量的に明らかにした。
(4)Ni基超合金IN738LCの表面に各種MCRA1Y合金をコーティングした耐食コーティング材の高温疲労強度特性を調査し、基材の特性と比較検討を行った。また、同コーティング材中を進展する高温疲労き裂の伝ぱ特性について、特に界面近傍における特性に注目しながら詳細に調査し、あわせてそれらの特性に及ぼす因子とコーティング材質の影響などについて力学的観点から明らかにした。
(5)CVD法によりaluminizing処理を施したNi基超合金の高温疲労破壊特性を調査し、基材の特性と比較・検討するとともに、それらの特性に及ぼす試験温度、応力比等の因子の影響についても調査した。また、高温繰返し負荷中に試験片表面をその場観察できる装置を用いて、疲労き裂発生についての詳細な調査も行った。さらに、これより得られた知見をもとに、表面改質材の疲労寿命を推定する手法についても提案した。

Research Products

• [Publications] 貞末照輝、岡崎正和、武藤睦治、伊藤義康、斉藤正弘,: "高温耐食コーティング材の疲労破壊過程の力学的検討、" 日本材料学会第33回高温強度シンポジウム前刷. 26-30 (1995)
• [Publications] 貞末照輝、久保田和利、岡崎正和、武藤睦治、斉藤正弘,: "アルミナイドコーティングを施したNi基超合金の高温疲労破壊特性" 日本機械学会第73期講演会前刷. 96-1. 143-144 (1996)
• [Publications] 貞末照輝、久保田和利、岡崎正和、武藤睦治、斉藤正弘,: "Ni基超合金の高温疲労破壊特性に及ぼすアルミナイジングの影響" 日本材料学会第34回高温強度シンポジウム前刷. 104-108 (1996)
• [Publications] M.OHKI,M.KAMARAJ,Y.MUTOH,M.TAKAHASHI,: "EFFECT OF THERMAL CYCLE ON THERMAL BARRIER PROPERTIES OF THERMAL BARRIER COATINGS," Proceedings of Asian Pacific Conference for Fracture and Strength '96,. 99-104 (1996)
• [Publications] 大木基史,武藤睦治,東和田隆司,足立茂,高橋雅士,: "傾斜機能しゃ熱コーティング材の真空中における熱サイクル損傷特性," 材料. (掲載予定). (1997)
• [Publications] 貞末照輝、岡崎正和、武藤睦治、伊藤義康、斉藤正弘,: "MCrAlYコーティングを施したNi基超合金の高温疲労破壊特性," 材料. 46. 32-38 (1997)
• [Publications] 貞末照輝、岡崎正和、武藤睦治、伊藤義康、斉藤正弘,: "アルミナイジングしたNi基超合金の高温疲労破壊特性," 材料試験技術. 42. 59-68 (1997)
• [Publications] T.Sadasue,A.Fujita,M.Okazaki,Y.Mutoh and M.Saitoh,: "Effect of Aluminide Coating on Fatigue Strength of A Co-Ni-Cr-Al-Y Coated Ni-baseSuperalloy at Ambient and High temperatures." Proc.International Conference on Materials and Mechanics '97. (掲載予定). (1997)
• [Publications] T.SADASUE,M.OKAZAKI,Y.MUTOH,Y.ITOH and M.SAITOH,: "Fatigue damage process in M-Cr-Al-Y alloy protective coatings at high temperatures." Localised Damage : Computer Aided Assessment and Cotrol(1996).262-273 (1996)
• [Publications] 大木基史,武藤睦治,高橋雅士,: "組成傾斜しゃ熱コーティング材の熱サイクル損傷挙動," 日本機械学会第72期通常総会講演会. 187-188 (1995)
• [Publications] 大木基史,武藤睦治,高橋雅士,: "しゃ熱コーティング材の熱伝導率に及ぼす熱サイクルの影響," 日本機械学会関東支部・精密工学会共催 茨城講演会. 75-77 (1995)
• [Publications] 武藤睦治,大木基史,高橋雅士,: "セラミックコーティング材のしゃ熱特性に及ぼす熱サイクルの影響," 溶接構造シンポジウム'95. 45-50 (1995)
• [Publications] 大木基史,武藤睦治,岡田浩和,高橋雅士,: "熱サイクルを受けたセラミックしゃ熱コーティングのしゃ熱特性," 溶接学会平成8年度秋季全国大会講演会. 183-184 (1996)
• [Publications] 貞末照輝、岡崎正和、武藤睦治、伊藤義康、斉藤正弘,: "高温耐食コーティング材の疲労破壊特性," 日本機械学会講演会前刷. 957-1. 43-44 (1995)
• [Publications] 貞末照輝、岡崎正和、武藤睦治、伊藤義康、斉藤正弘,: "高温耐食コーティング材の疲労破壊過程のその場観察、" 日本機械学会第73期講演会前刷. 95-10. 198-199 (1995)