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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

基本信息

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

项目摘要

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．

In the recent years, there have been a lot of changes in the absorption of trace inorganic impurities (CMAS), the development of new TBCs and the establishment of CMAS damage prevention strategies. The basic CMAS damage detection methods have been investigated. In this paper, we propose a CMAS damage reproduction test to investigate the basic CMAS damage propagation behavior in the electron physical vapor deposition (EB-PVD) film formation and TBCs. As a result, the damage of CMAS, the penetration of CMAS into the pores, the reaction of CMAS/CMAS materials, the microstructure and phase transformation of CMAS/CMAS materials, the promotion of the growth of thermal growth oxides (TGO), and the induction of CMAS/CMAS in the pores are discussed. The rate of continuous damage development depends strongly on the film forming method and film forming conditions. In particular, the penetration speed of CMAS, the growth speed of TGO and the growth speed of APS, the penetration speed of CMAS, the growth speed of TGO and the growth speed of TGO. The above knowledge is not only useful for CMAS damage, but also useful for CMAS damage evaluation. As a result, the LCR test piece is used to measure the electrostatic capacity of TBCs. The immersion of CMAS is accompanied by internal separation and detection. A series of electrostatic capacitance changes are discussed in detail in the analysis of electrical engineering. The electrostatic capacity of TBCs was measured quantitatively, and the damage of CMAS was measured quantitatively. The above results indicate that CMAS damage prevention and mitigation techniques are important indicators for the establishment of CMAS damage prevention and mitigation techniques.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
材料
影响因子：
0
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
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
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

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