無機質燃焼生成物によるガスタービン遮熱コーティングの損傷機構解明と防止策の検討

无机燃烧产物对燃气轮机热障涂层损伤机理的阐明及预防措施的思考

• 批准号: 16J05759
• 负责人: 林 勇貴
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J05759/
• 关键词: ガスタービン; 超高温部材; 遮熱コーティング; 無機質燃焼生成物（CMAS）; CMAS損傷; 非破壊検出

ガスタービンエンジンにおいてごく最近顕在化しつつある吸気や燃料に混入した微小な無機不純物（CMAS）による遮熱コーティング（TBCs）の損傷（CMAS損傷）に焦点を当て，耐CMAS特性を向上させた新規TBCsの開発ならびにCMAS損傷の防止策の確立を目的とし，基本的CMAS損傷発達挙動を調査するとともに，CMAS損傷を非破壊的に検出する手法を探求した．まず，提案CMAS損傷再現試験を介して，大気プラズマ溶射（APS）もしくは電子ビーム物理蒸着（EB-PVD）によって成膜したTBCs試験片における基本的CMAS損傷発達挙動を調査した．その結果，CMAS損傷は，トップコート気孔中へのCMASの浸入とCMAS/トップコート材の材料的反応を伴って進行し，トップコートの組織変化および相変態，熱成長酸化物（TGO）の成長の促進，さらには，トップコートのはく離を誘発することを明らかにした．一連の損傷発達速度はトップコートの成膜方法と成膜条件に強く依存した．特に，CMASの浸入速度，トップコートの組織変化領域の拡大速度およびTGOの成長速度はAPSトップコートよりもEB-PVDトップコートのほうが著しく速いことを実験的に示した． 以上の知見をもとに，CMAS損傷を非破壊的かつ簡便に評価する手法を検討した．その結果，LCRメーターを用いてTBCs試験片の静電容量を測定することにより，CMASの浸入とそれに伴う内部はく離き裂の検出が可能であることを実験的に示した．また，一連の静電容量変化は，コンデンサモデルを用いた解析的検討によって電気工学的にも合理的であることを示した．このモデルによれば，予めTBCs部材の静電容量を測定しておくことで，CMAS損傷を定量的に非破壊測定できることも示した．以上の成果は，CMAS損傷の防止・軽減技術の確立に向けて重要な指標を与えるものと期待される．

ガ ス タ ー ビ ン エ ン ジ ン に お い て ご く 顕 recently in the し つ つ あ る 気 absorption were mixed with や fuel に し た tiny な inorganic impurity content (CMAS) に よ る covering hot コ ー テ ィ ン グ (TBCs) の damage injury (CMAS) に focus を when て, CMAS resistant characteristic を upward さ せ た new rules on TBCs の open 発 な ら び に CMAS damage の protect policy の establish を purpose と し, basic CMAS damage 発 reached the 挙 を survey す る と と も に, CMAS damage を not broken 壊 に 検 out す る gimmick を explore し た. ま ず, damage reappearance test proposal CMAS を interface し て, big 気 プ ラ ズ マ dissolve shot (APS) も し く は electronic ビ ー ム physical steamed (EB - PVD) に よ っ て film-forming し た TBCs test piece に お け る damage basic CMAS 発 reached the 挙 を survey し た. Damage は そ の results, CMAS, ト ッ プ コ ー ト 気 hole へ の CMAS の immersed と CMAS / ト ッ プ コ ー ト materials の materials of 応 を with っ て し, ト ッ プ コ ー ト の organization - the お よ び - state, thermal growth acidification (TGO) の の promote growth, さ ら に は, ト ッ プ コ ー ト の は く from を 発 lure す る こ と を Ming ら か に し た. The occurrence rate of continuous radial injury と トップコ ト ト <s:1> film-forming method と film-forming conditions に strong く dependence た. に, CMAS の speed, ト ッ プ コ ー ト の organization - the field の company, big speed お よ び TGO の growth は APS ト ッ プ コ ー ト よ り も EB - PVD ト ッ プ コ ー ト の ほ う が the し く speed い こ と を be 験 に し in た. The above <s:1> views are を とに とに, the damage of CMAS is を, the non-destruction of 壊 is, the simplicity is に, the evaluation is 価する, the method is を検, and the damage is た. そ の as a result, the LCR メ ー タ ー を with い て TBCs test piece の を electrostatic capacity determination す る こ と に よ り, CMAS の immersed と そ れ に with internal は う く from き crack の 検 out が may で あ る こ と を be 験 に し in た. ま た for の electrostatic capacity - は, コ ン デ ン サ モ デ ル を with い た of parsing 検 に よ っ て electric 気 engineering に も reasonable で あ る こ と を shown し た. こ の モ デ ル に よ れ ば, to め TBCs を の electrostatic capacity determination of material し て お く こ と で, CMAS damage を quantitative に not broken 壊 determination で き る こ と も shown し た. The above <s:1> achievements <e:1>, CMAS damage <s:1> prevention · 軽 reduction technology <e:1> establishes に towards けて important な indicators を and える <s:1> と と expectations される.

项目成果

大気プラズマ溶射遮熱コーティングのCMAS損傷発達挙動に及ぼすトップコート溶射条件の影響

面漆喷涂条件对大气等离子喷涂热障涂层CMAS损伤发展行为的影响

• 发表时间: 2017
• 期刊: 材料
• 作者: 林 勇貴，Siddharth LOKACHARI;山岸郷志，岡崎正和，深沼博隆
• 通讯作者: 山岸郷志，岡崎正和，深沼博隆

CMAS damage in thermal barrier coatings: an exploration via single crystal bulk YSZ specimen

热障涂层中的 CMAS 损伤：通过单晶块体 YSZ 样品的探索

• DOI: 10.1299/mel.16-00240
• 发表时间: 2016
• 期刊: Mechanical Engineering Letters
• 作者: Yuki HAYASHI;Siddharth LOKACHARI;Satoshi YAMAGISHI and Masakazu OKAZAKI
• 通讯作者: Satoshi YAMAGISHI and Masakazu OKAZAKI

遮熱コーティング皮膜の無機質燃焼生成物による反応・損傷プロセスに及ぼすコーティング成膜方法の影響

涂层沉积方法对热障涂膜无机燃烧产物反应及损伤过程的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: Toshiyuki Kondo;Akihiro Shin;Masaya Akasaka;Hiroyuki Hirakata and Kohji Minoshima;山岸郷志
• 通讯作者: 山岸郷志

Material and mechanical aspects of CMAS damage progression on thermal barrier coatings and its non-destructive detection

热障涂层 CMAS 损伤进展的材料和机械方面及其无损检测

• 发表时间: 2016
• 作者: Yuki Hayashi;Siddharth Lokachari;Satoshi Yamagishi;and Masakazu Okazaki
• 通讯作者: and Masakazu Okazaki

Non-destructive detection of CMAS damage on thermal barrier coatings using AC impedance technique

利用交流阻抗技术无损检测热障涂层的 CMAS 损伤

• DOI: 10.1299/mej.16-00280
• 发表时间: 2016
• 期刊: Mechanical Engineering Journal
• 影响因子: 0.5
• 作者: Yuki HAYASHI;Satoshi YAMAGISHI;Masakazu OKAZAKI
• 通讯作者: Masakazu OKAZAKI