1999 Fiscal Year Annual Research Report
先端ガスタービン用Ni基超合金とコーティングの高強度高機能化支援システム
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10555027
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡崎 正和 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (00134974)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
筧 幸次 東京都立大学, 工学部, 助教授 (70185726)
坂根 政男 立命館大学, 理工学部, 教授 (20111130)
北村 隆行 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20169882)
山崎 泰広 新潟工科大学, 工学部, 助手 (70291755)
多田 直哉 京都大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70243053)
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| Keywords | 産業用ガスタービン / 熱疲労 / コーティング材 / 寿命推定法 / モデル化 / 単結晶Ni基超合金 / 一方向凝固材 / 多結晶材 |
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| Research Abstract |
世界的に、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。本研究では、これらの発電用高効率ガスタービンの開発支援のため、主として、
(1)代表的なNi基超合金であるCMSX-4(単結晶材),CM247LC-DS(一方向凝固材)、IN738LC(多結晶材)を対象として、基材単体、および、コーティング試験片の準備と共同試験の開始、(2)IN738LCコーティング材を対象とした熱疲労強度の調査、(3)IN738LCコーティング材の寿命推定法の検討 などを行ってきた。
これまでに得られた主な成果を要約すると:
(i)等温低サイクル疲労試験において、裸材の寿命を900℃と400℃で比較した場合後者が長寿命となる。そして900℃ではデンドライト組織の影響を受けた粒界破壊の様相を示す一方で、400℃ではストライエーションの観察される粒内破壊が支配的である。一方、熱機械疲労特性は400℃と900℃における破壊特性特徴を併せ持つ。そして、寿命的に両者の中間に位置する。
(ii)コーティング材の等温低サイクル疲労と熱機械疲労の寿命を比較するといずれの場合も寿命に大きな相違は見られないものの、破壊の特徴は裸材の特徴とは必ずしも一致しなかった。したがってコーティング材の寿命評価には、機械的熱疲労試験そのものが不可欠である。
(iii)破壊寿命に及ぼすコーティングの影響から見ると、900℃の等温低サイクル疲労試験においては、コーティングにより寿命が向上するが、400℃においては低下をもたらした。従って、コーティング皮膜が十分延性を有する温度域ではコーティングはき裂発生を抑制するのに対し脆性的な特性を示す低温域では、き裂発生を加速させると言える。このような影響を反映しコーティング材の熱疲労寿命特性は、400℃におけるコーティング材の等温低サイクル疲労破損と特性を近い挙動を示した。
(iv)コーティングに後熱処理を施すことによって、400℃における等温低サイクル疲労寿命は、後熱処理の無い場合には比べ有為な低下を示した。しかし、後熱処理を施さない場合には、等温低サイクル疲労中に顕著なコーティング皮膜の剥離が確認され、基材保護の観点から後熱処理は必須である。
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[Publications] 岡崎正和: "Ni基超合金IN738LC耐食コーティング材の疲労強度推定法の検討"材料. 48. 181-188 (1999)
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[Publications] Masakazu OKAZAKI: "High-Cycle Fatigue Failure Modeling and The Endurance Predicion of Ni-Base Superalloy Protective Coatings"Proc. Int. Gas Turbine Congress. 983-988 (1999)
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[Publications] 岡崎正和: "Ni基超合金IN738LC耐食コーティング材の疲労強度推定法の検討"日本材料学会第49期学術講演会. (発表予定). (2000)
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[Publications] 岡崎正和: "ガスタービン用耐食コーティング皮膜の密着強度評価手法の一提案"日本機械学会総会講演会前刷. 99-1. 121-122 (1999)
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[Publications] Masakazu OKAZAKI: "Evaluation of Adhesive Strength of Coating Film on Ni-Base Superalloy For Gas Turbine"Proc. Int. Thermal Spray Conf.. (発表予定). (2000)
