遮熱コーティングの結晶構造変化に着目した温度推定方法の開発

开发关注热障涂层晶体结构变化的温度估算方法

• 批准号: 22K04777
• 负责人: 高橋 智
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04777/
• 关键词: 遮熱コーティング; ガスタービン; 結晶構造; 温度推定

高効率火力発電用ガスタービンなどの高温部品には，遮熱コーティング（以下，TBC）が必須の構成要素となっている。TBCは金属のボンドコートと，遮熱性に優れたセラミックスのトップコートから構成され，トップコートとしてZrO2-Y2O3（YSZ）が利用されている。高温部品の使用環境は極めて厳しく，高温部品の劣化評価技術や余寿命評価技術の確立が必要である。このためには高温部品の運転温度，すわなち，TBC表面温度を合理的に推定する技術が不可欠である。本研究では，TBCのトップコートであるYSZコーティングについて，温度と時間を変化させた熱時効による結晶構造の変化を調べ，単斜晶（m相）の生成メカニズムを解明する。さらに熱時効によって増加するm相の割合に着目し，m相の割合ー温度ー時間との関係式を導くとともに，この関係式を展開し，TBC表面温度を推定可能な温度推定方法を新たに開発することを目的とする。TBCの代表的な成膜方法であるプラズマ溶射法によって，Y2O3の割合が異なる数種類のYSZ溶射成膜体を購入し，ここから各種YSZコーティング試験片を作製した。これらの試験片に対して，現有の電気炉を用い，熱時効を施し，所定の時間毎に試験片を取り出し，熱時効条件が異なる各種試験片を用意した。熱時効によるm相の生成メカニズムの本質を解明するために，TEM観察に取組んだ。本物品費で購入したマイクロスコープやイオンミリング装置などを用いて観察用薄膜試料を作製した。カーボン蒸着を施した後，学内の原子分解能分析電子顕微鏡（TEM）を利用して観察・分析を行った。その結果，Yは拡散速度が遅いと言われているが，比較的短時間の熱時効でYの拡散が始まり，立方晶（c相）とm相でY濃度に違いが生じることが明らかになった。

High rate of unseen fire 発 electricity use ガ ス タ ー ビ ン な ど の high temperature part に は, covering hot コ ー テ ィ ン グ (TBC), at the が must の components と な っ て い る. TBC は metal の ボ ン ド コ ー ト と, covering hot に optimal れ た セ ラ ミ ッ ク ス の ト ッ プ コ ー ト か ら constitute さ れ, ト ッ プ コ ー ト と し て ZrO2 - Y2O3 (YSZ) が using さ れ て い る. The usage environment of high-temperature components is <s:1> extreme めて厳 く く, the deterioration assessment technology of high-temperature components 価, the residual life assessment technology 価, and the establishment of が necessity である. <s:1> ために ために ために high-temperature components <s:1> transportation 転 temperature, すわなち, TBC surface temperature を reasonable に presumption する technology が must not be lacking in である. This study で は, TBC の ト ッ プ コ ー ト で あ る YSZ コ ー テ ィ ン グ に つ い て, temperature と time を variations change さ せ た hot working に よ る crystal structure の - を adjustable べ, 単 inclined crystal phase (m) の generated メ カ ニ ズ ム を interpret す る. さ ら に hot working に よ っ て raised plus す る m phase の cut に the mesh し, m phase の cut close ー temperature ー time と の masato is を guide く と と も に, こ の masato し を system type, TBC surface temperature を presumption may な constructive methods を new た に open 発 す る こ と を purpose と す る. TBC の represent な film-forming method で あ る プ ラ ズ マ dissolve reflection に よ っ て, Y2O3 の cut close が different な る several kinds の YSZ dissolve shot phragmoplast を し acquired こ こ か ら all sorts of YSZ コ ー テ ィ ン グ test piece を cropping し た. こ れ ら の test piece に し seaborne て, existing の electric を use い 気 furnace, hot working を し, の prescribed time their に test piece を take り し, hot working conditions が different な る all kinds of test piece を intention し た. The thermal effect of the によるm phase <s:1> generates メカニズム <s:1> essence を clarification するために, TEM観 examination に set んだ. This item cost で buy し た マ イ ク ロ ス コ ー プ や イ オ ン ミ リ ン グ device な ど を with い て 観 examine with thin film sample を cropping し た. カ ー ボ ン steamed を shi し た after learning in の atomic decomposition can analyze electronic 顕 micro mirror (TEM) を using し て 観 examine, line analysis を っ た. そ の results, Y は company spread speed が 遅 い と said わ れ て い る が, a relatively short time の hot working で Y の company, scattered が beginning ま り, cubic phase (c) と で Y m phase concentration に violations い が raw じ る こ と が Ming ら か に な っ た.