先進ガスタービン用熱遮へいコーティングの余寿命評価と長寿命化

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750067
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小川 和洋 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (50312616)
• Keywords: インピーダンス・スペクトロスコピー / 熱遮へいコーティング / in-situ計画 / 熱成長酸化層 / ガスタービン / 高温環境下

Research Abstract

本研究では,TBC劣化の一つであるはく離・脱落についてその発生機構を詳細に検討し,さらに実プラントの一段動翼表面温度である1000〜1100℃の環境下におけるTBCの劣化をin-situで非破壊的に精度よく評価する手法の開発を目的とする.これまでにTBCの劣化,特にはく離・脱落は,TBC/MCr・AlYボンドコート界面に生成する熱成長酸化物(TGO)の熱膨張ミスマッチによる熱応力が主要因と考えられてきた.しかし,本研究における詳細な検討の結果,TGO発生による熱応力以外にTBCあるいはTGO内に発生する微小き裂あるいは気孔が応力集中源になり,界面強度を低下させることで劣化を助長させることを明らかにした.
一方,これまでにインピーダンス・スペクトロスコピー(IS)法を用い,はく離・脱落の主要因と考えられているTBC/MCrAlYボンドコート界面に生成する熱成長酸化物(TGO)層の定性・定量を可能としてきたが、このインピーダンス評価にはTGO層の厚さ情報のみでなく,はく離・脱落の起点と成りうるTBC内部に発生する微小き裂・気孔に関する情報も含まれていた.これまでの検討においてTGO厚さと微小き裂発生の関係については未解明のままであったため,更なる劣化評価精度の向上を目的にアコースティック・エミッション(AE)法を併用し,高温環境下におけるTBC内部に発生する微小き裂の非破壊評価を実施した.その結果,インピーダンスの最大値とTG0の厚さには1対1の相関が認められ,一方,AEカウントと微小き裂発生率にも強い相関が認められた.これより,インピーダンス計測によりTG0厚さを非破壊で計測でき,AEにより微小き裂発生を評価可能なことが示された.さらに,AEカウントとインピーダンスの最大値にも良好な相関が認められたことから,TGOの厚さが直接,微小き裂の発生に関与していることが考えられた.

Research Products

• [Publications] 小川和洋, 庄子哲雄, 千葉秀樹, 阿部宏紀, 鳥越泰治: "高温環境下における熱遮へいコーティング経年劣化の非破壊評価"非破壊検査. 50巻・3号. 164-169 (2001)
• [Publications] K.OGAWA, T.SHOJI, H.AOKI, N.FUJITA, T. ORIGOE: "Mechanistic Understanding for Degraded Thermal Barrier Coatings"JSME International Journal Series A. Vol.44, No.4. 507-513 (2001)
• [Publications] N.Gotoh, K.Ogawa, T.Shoji, H.Togashi: "Nondestructive Evaluation of High-Temperature Oxidation Behavior in Thermal Barrier Coatings"Proceedings of APCFS & ATEM'01. Vol.1. 303-308 (2001)
• [Publications] N.Gotoh, K.Ogawa, T.Shoji, H.Chiba: "NDE of Degradation in Thermal Barrier Coatings Under The Influence of a High Temperature Environment"Proceedings of International Conference on Advances in Life Assessment and Optimization of Fossil Power Plants. (in press). (2002)