次世代遮熱/耐環境性コーティング材のCMAS損傷シミュレーション技術の構築

下一代热障/耐环境涂层材料CMAS损伤模拟技术构建

• 批准号: 21K14414
• 负责人: 河合 江美
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Japan Fine Ceramics Center
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14414/
• 关键词: 遮熱/耐環境コーティング; CMAS融液浸透試験; 高分解能SEM-EDS; 浸透機構; 遮熱/耐環境性コーティング; CMAS損傷; 融液浸透シミュレーション

高圧タービンの使用温度の高温化とともに，火山灰や砂などの微小な無機不純物(CMAS)による遮熱/耐環境コーティング(T/EBC)の損傷が問題となっている．この課題を解決するために，本研究では，熱力学平衡計算(T/EBC材‐CMAS融液間の反応)と有限要素法(FEM)による流体計算(微細構造を考慮したT/EBC層内へのCMAS融液の浸透)の連成解析を可能にする計算スキームを構築することを目的とする．計算スキームの妥当性を検証するためには，実験により得られる融液浸透挙動との比較が重要である．そこで，次世代のT/EBC材として期待されるYb2Si2O7焼結体に対して，熱衝撃試験炉を活用したCMAS融液浸透試験を実施した．試験時間が異なる焼結体断面を，エネルギー分散型X線分光器を搭載した高分解能透過型電子顕微鏡を用いて観察・分析し，CMAS浸透深さの時間依存性を明らかにし，融液浸透機構を推察した．

随着高压涡轮机的工作温度升高，由于小小的无机杂质（CMA）（例如火山灰和沙子），对热屏蔽/耐候涂层（T/EBC）的损害也成为一个问题。为了解决这个问题，本研究的目的是构建一种计算方案，该方案能够对热力学平衡计算进行耦合分析（T/EBC材料和CMAS熔体之间的反应）和流体计算（CMAS渗透到T/EBC层中的渗透到T/EBC层渗透到T/EBC层中，考虑使用有限元元素方法）（fem）。为了验证计算方案的有效性，重要的是将其与通过实验获得的熔融渗透行为进行比较。因此，使用YB2SI2O7烧结物体上的热休克测试炉进行了CMAS熔融测试，该测试预期是下一代T/EBC材料。使用配备具有能量分散X射线光谱仪的高分辨率透射电子显微镜观察并分析了测试时间不同的烧结身体部分，并阐明了CMAS穿透深度的时间依赖性，并推断了熔体渗透机制。