In-situ measurement of unstable thermal stresses in coating films

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遮熱コーティング(TBC)の熱的・機械的特性および残留応力は成膜方法により大きく異なる上に，熱サイクルに伴う温度環境によっても大きく変化する．近年，新たに開発されたサスペンション・プラズマ・スプレー(SPS)による方法は，ジルコニアを混濁液の状態でプラズマ溶射する方法である．これは，従来の大気プラズマスプレー(APS)と比較して耐熱サイクル性などの向上が期待されている．SPSは独特な柱状組織を形成し，その柱状組織が応力緩和機構を持っていることが，放射光およびラボＸ線の研究で明らかとなった．しかし，トップコートとボンドコートの界面での強度については，未開のままである．さらに，CdTeピクセル検出器を用いた熱サイクルに伴うTBCの非定常熱応力の高速その場測定に挑戦した．大型放射光施設SPring-8のビームラインBL02B1にCdTeピクセル検出器と電気炉を用意して，室温から1073 Kまでの熱サイクル下で応力測定を実施した．従来は，回折計を利用した熱サイクル試験であったために，長時間を要していた．そのため，各測定温度で一様な温度下で応力測定する定常熱応力しか測定できていなかった．本研究では，2次元検出器を利用して高速測定できることから，これまで計測でくなかった非定常熱応力挙動を測定することに成功した．試験片として，前述のAPSとSPSの2種類の試験片を用意して，それぞれ定常および非定常の熱応力を測定した．その結果，各TBCの定常熱応力と非定常熱応力の比較から，熱的・機械的特性がわかった．また，APSとSPSを比較することで，トップコートのラメラ組織のすべり機構と柱状組織による緩和機構の違い明らかにした．これらは今後の耐熱サイクル性と寿命評価に役立つものと考えられる．高速測定には試験片の回転速度を改善する必要があり，新たな計測方法を検討しなければならない．