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

先进燃气轮机隔热涂层的剩余寿命评估和寿命

• 批准号: 13750067
• 负责人: 小川 和洋
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750067/
• 关键词: 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計測; 熱成長酸化層; ガスタービン; 高温環境下; in-situ計画

本研究において,熱遮へいコーティング(TBC)劣化の主要因と考えられるTBC/MCrAlYボンドコート界面の熱成長酸化物(TGO)の生成・成長挙動を評価した.トップコートであるイットリア安定化ジルコニア(YSZ)の存在によりYSZ/MCrAlY界面の酸化分圧がYSZの無いMCrAlYのみの表面に比べ低く,原子空孔の多いアルミナが生成することを突き止めた.それに伴い,Co, Ni, Crの酸化物層が生成しやすくなり,これらの酸化物が多くの気孔を含むことから,それが主因となり界面はく離を起こすことがわかった.YSZ有無材に対し1000℃,3000時間の時効処理を施した試験片においては,Co, Ni, Crの平均酸化物層厚さがYSZ無材の3μm弱からYSZ有材の約7μmと2倍以上の顕著な差が現れた.本結果は,YSZの酸素分圧をYSZの密度や組成の変化により制御できれば,TBC劣化の主要因と考えられるCo, Ni, Crの酸化物層を抑制することができ,TBC寿命向上の一助となる.また,気孔の多寡や層の緻密さは導電率や比誘電率等の電気的特性が支配的であり,これらの物性を評価可能なインピーダンス・スペクトロスコピー法を用い,TBC/MCrAlY界面の酸化挙動をモニタリングし,各種物性値と酸化挙動の関係を評価した.インピーダンス計測は,実機タービン一段動翼の表面温度を模擬し,1,000〜1,100℃の高温環境下で実施した.この際,得られたインピーダンス特性と等価回路モデルから逆問題解析を実施した.解析の結果,1000℃以上の高温環境下では,TBC劣化の等価回路に拡散の影響を考慮したWarburgインピーダンスを導入する必要があることがわかった.Warburgインピーダンスを考慮し,経年劣化によるTGOの物性値変化および厚さを評価した結果,感度の良い非破壊評価が可能となった.

This study に お い て, hot へ い コ ー テ ィ ン グ (TBC) degradation の primarily for と exam え ら れ る TBC/MCrAlY ボ ン ド コ ー の thermal growth acidification ト interface objects (TGO) の generation, growth dynamic を 挙 review 価 し た. ト ッ プ コ ー ト で あ る イ ッ ト リ ア stabilization ジ ル コ ニ ア (YSZ) の に よ り YSZ/MCrA LY interface の acidification points 圧 が YSZ の no い MCrAlY の み に の surface is lower than べ く, atom empty holes の い ア ル ミ ナ が generated す る こ と を tu き check め た. そ れ に companion い, Co, Ni, Cr の acidification content layer が generated し や す く な り, こ れ ら の acidification content more than が く の 気 hole を containing む こ と か ら, そ れ が main と な り interface は く from を up こ す こ と が わ か っ た. YSZ any material に し seaborne 1000 ℃, 3000 time の unseen 処 Richard を shi し た test piece に お い て は, Co, Ni, The average thickness of the acidified layer of Cr <s:1> YSZ is 3μm when there is no material, weak らYSZ is about 7μm when there is material, と is more than twice as thick, 顕 is な, and the difference が is れた. This result は, YSZ の acid element points 圧 を YSZ の density of や の variations change に よ り suppression で き れ ば, TBC degradation の primarily for と exam え ら れ る Co, Ni, Cr の acidification content layer を inhibit す る こ と が で き, TBC life upward の on help と な る. ま た, 気 hole の amount や layer dense の さ は conductivity や than の, such as electric rate of electric 気 lure が control according to the features of で あ り, こ れ ら の property を may review 価 な イ ン ピ ー ダ ン ス · ス ペ ク ト ロ ス コ ピ を ー method using い, TBC / の acidification 挙 MCrAlY interface Dynamic を モ ニ タ リ ン グ し, various physical numerical と acidification dynamic の 挙 を masato department review 価 し た. イ ン ピ ー ダ ン ス measuring は, be machine タ ー ビ ン a moving wing の を し simulation, surface temperature of 1000 ~ 1100 ℃ high temperature の environment で be applied し た. こ の international, have ら れ た イ ン ピ ー ダ ン ス characteristics と 価 loop モ デ ル か ら inverse problem parsing を be し Youdaoplaceholder0. Parsing の as a result, the high temperature above 1000 ℃ の environment で は, TBC degradation の 価 circuits such as に company の effect を consider し た Warburg イ ン ピ ー ダ ン ス を import す る necessary が あ る こ と が わ か っ た. Warburg イ ン ピ ー ダ ン ス を し, 経 years degradation に よ る TGO の property numerical variations change お よ び thick さ を review 価 し た As a result, the sensitivity <s:1> good 壊 non-broken 壊 evaluation 価が might be となった.

项目成果

小川和洋: "YSZ/MCrAlYCeSi熱遮へいコーティングの高温酸化挙動"溶射技術. 22巻・2号. 37-44 (2002)

Kazuhiro Okawa：“YSZ/MCrAlYCeSi 热屏蔽涂层的高温氧化行为”《热喷涂技术》第 22 卷，第 2. 37-44 期（2002 年）。

O.Solonenko, A.Mikhalchenko, E.Kartaev, K.Ogawa, T.Shoji: "Model Studying Zirconia Droplet Deposition and Solidification on Substrate Under Plasma Spraying"The fifth JSME-KSME Fluids Engineering Conference Abstract. (CD-ROM). (2002)

O.Solonenko、A.Mikhalchenko、E.Kartaev、K.Okawa、T.Shoji：“等离子喷涂下氧化锆液滴沉积和凝固在基材上的模型研究”第五届JSME-KSME流体工程会议摘要。

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)

Kazuhiro Okawa、Tetsuo Shoko、Hideki Chiba、Hiroki Abe、Yasuji Torigoe：“高温环境下热屏蔽涂层老化劣化的无损评估”无损检测，第 50 卷，第 3 期。 2001）

小野木伯薫, 主森哲郎, 小川和洋, 橋田俊之, 庄子哲雄, 円山政秀, 富樫博之, 鳥越泰治: "熱遮蔽コーティングの界面はく離挙動に及ぼす熱時効処理の影響"材料. (印刷中).

Hakukun Onogi、Tetsuro Shumori、Kazuhiro Okawa、Toshiyuki Hashida、Tetsuo Shoko、Masahide Maruyama、Hiroyuki Togashi、Yasuharu Torigoe：“热老化处理对热屏蔽涂层界面剥离行为的影响”材料（正在出版）。

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)

N.Gotoh、K.Okawa、T.Shoji、H.Togashi：“热障涂层高温氧化行为的无损评估”APCFS 论文集