新規プラズマスプレーによる遮熱ナノコーィング開発

使用新型等离子喷涂开发热障纳米涂层

基本信息

批准号：
04F04105
负责人：
吉田豊信
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04F04105/
关键词：
プラズマ粉末溶射プラズマスプレーPVD 熱遮蔽コーティングイットリア安定化ジルコニア t'相エッチング処理ナノインデンテーション強弾性熱プラズマ溶射熱プラズマ気相合成イットリア安定化ジルコニア(YSZ)エッチング準安定正方晶(t')YSZ 輻射加熱低減

项目摘要

昨年度の成果として、ツインハイブリッドプラズマシステムを用いた原料粉末の溶融/蒸発過程の制御により、空隙を効果的に含むポーラスナノ組織から特異な井桁構造を有する緻密気相合成ナノ組織を有するイットリア安定化ジルコニア(YSZ)皮膜の高速堆積に成功した。次世代熱遮蔽コーティング(TBC)には高い機械的強度と低い熱伝導度の相反する特性が求められる。そこで本年度は、これら種々の特性を有する皮膜を三層に複合化した多層熱遮蔽コーティングとして高機能化を図った。特に、本溶射・PVD(気相合成)複合プロセスでは、極めて数多くの制御パラメータが相互に関連し合うことから、本年度は、最適構造を実験的に調査するため、様々な分野に於いて品質向上のために多用されるタグチメソッドを適用してプロセスパラメータの最適化を行った。その結果、最適化されたコーティングは現状のタービン実作動動温度を上回る1200℃における130時間の加熱試験でも剥離が全く観察されず、優れた接合性を有することが判明した。界面近傍における電子顕微鏡観察(TEM)の結果からも、最下層に堆積した大粒径溶射スプラット構造が、インプロセスで堆積したボンドコートと良好な接合を呈することが確認され、接合強度を向上させていることが明らかになった。更にナノインデンテーション法による硬さ試験では、他の手法を用いて作製されたYSZコーティングの硬さを上回る8GPaを確認した。一方、化学エッチングを施したコーティングにおけるTEM、SEM観察によって、PVD層においてはt'双晶からなる井桁構造が、また、これら構造を挟む形で形成される溶射層においてはt'双晶とともにanti-phase粒界が確認された。本構造からなる多層薄膜は強弾性(伸縮)特性を有することから、これら特異な機械特性を通じてコーティングの耐応力向上に有効に作用しているものと推測された。更に、多層構造を有するコーティングの総括的な熱伝導度計測から、膜構造の最適化により1W/mk程度にまで低減させることが可能となった。以上より、高い機械・熱伝導特性を両立しうる次世代耐熱コーティングのプロトタイプを提示するとともに、本プロセスの優位性を示し得た。

去年，我们通过使用Twin hybrid plasma系统来控制原料粉末的融化/蒸发过程，成功地成功地实现了具有浓密的蒸气相合成纳米结构的高速沉积，具有致密的蒸气相合成纳米结构。下一代热屏蔽涂层（TBC）需要高机械强度和低导热率的相对特性。因此，今年，我们可以通过将这些薄膜与各种特性组合为三层来增加多层热屏蔽涂层的功能。特别是，在这种热喷涂/PVD（蒸气相合成）复合过程中，大量的控制参数相互关联，因此，今年为了实验研究最佳结构，我们应用了Takuchi方法，该方法经常在各个领域中使用以提高质量。结果，发现优化的涂层即使在1200°C的130小时加热测试中也具有出色的粘结性能，这超过了涡轮机的当前实际工作温度。界面附近的电子显微镜观测（TEM）结果还证实，沉积在底层上的大颗粒喷涂的SPLAT结构与沉积在进程中的粘结涂层表现出良好的键合，并发现键强度提高了。此外，在使用纳米引导方法的硬度测试中，8GPA超过了使用其他方法制造的YSZ涂层的硬度。另一方面，经过化学蚀刻的涂层中的TEM和SEM观测结果证实，凝胶结构由PVD层中的T'双胞胎组成，以及抗相晶边界以及T'T TWINS以及由夹层这些结构形成的热喷涂层中的T'双胞胎。由于由该结构组成的多层薄膜具有铁弹性（拉伸）特性，因此假定这些独特的机械性能在改善涂层的应力抗性方面具有有效的作用。此外，从具有多层结构的涂层的一般导热率测量，已经有可能将膜结构降低到约1W/mk。从上述过程中，提出了可以达到高机械和热导率特性的下一代耐热涂层的原型，还显示了此过程的优势。