報告書番号

M10001

タイトル（和文）

ガスタービン遮熱コーティングの耐熱サイクル特性評価手法の開発 －等温場熱サイクル試験と温度勾配下熱サイクル試験における劣化損傷状態の相違－

タイトル（英文）

Development of an Evaluation Method for Resistance to Thermal Cycling of TBC -Difference in degradation and damage between thermal cycling tests under isothermal state and under temperature gradient-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

遮熱コーティング（TBC）試験片の等温場熱サイクル試験では、トップコート／ボンドコート界面方向に進展するき裂（横き裂）が界面酸化層（TGO）中あるいはその近傍で発生した。一方、温度勾配下熱サイクル試験では、トップコートの焼結によってコーティング厚さ方向に進展するき裂（縦き裂）が発生するとともに、界面近くのトップコート中に横き裂が発生した。このことから、等温場熱サイクル試験は、TGOの成長など主に界面組織劣化が損傷に及ぼす影響の検討に適しており、温度勾配下熱サイクル試験は、焼結など主にトップコートの組織劣化が損傷に及ぼす影響の検討に適していると考えられる。また、等温場熱サイクル試験におけるTGOの成長を詳細に観察すると、界面に沿って連続酸化物層（Alが主体である酸化層）が成長するとともに、こぶ状酸化物（Ni、Co、Cr、Alの複合酸化物）の生成が増加した。そして、こぶ状酸化物やその近傍のトップコートで損傷が観察されたことから、このようなこぶ状酸化物が損傷の起点になる可能性が高いと考えられる。さらに、こぶ状酸化物の生成メカニズムを明らかにするため等温酸化試験を実施し、酸化初期の未溶着粒子に起因したメカニズムだけでなく、連続酸化物層の成長とボンドコート外面の形状により、界面の凸部に十分なAlが供給されないことに起因した形成メカニズムがあることを明らかにした。

概要 （英文）

Thermal cycling tests were carried out using thermal barrier coating (TBC) specimens under temperature gradient and isothermal state. After the thermal cycling test under the isothermal state, cracks growing in the direction of the boundary (transverse cracks) were initiated in the thermally grown oxide (TGO) or in its vicinity. After the thermal cycling test under temperature gradient, vertical cracks were initiated due to the sintering of the top coat, and transverse cracks were initiated in the top coat near the boundary between the top coat and the bond coat. These suggest that the thermal cycling test under isothermal state is appropriate for the examination on the influence of the microstructural degradation at the boundary such as TGO growth on the damage, and that the thermal cycling test under the temperature gradient is appropriate for the examination on the influence of the microstructural degradation of the top coat such as sintering on the damage. The observation on TGO growth in the thermal cycling tests under isothermal state shows that formation of wart-like oxides (mixtures of Ni, Co, Cr and Al oxides) increases as continuous oxide layer (Al-rich oxide) grows along the boundary. And damage is initiated in the wart-like oxide or in its vicinity. This mechanism implies that the wart-like oxide is the origin of the damage. Result of the oxidation tests at a constant temperature clarifies that the formation of the wart-like oxide is caused not only by the unmelted particle in the early stage of the oxidation but by insufficient supply of aluminum to the convex shape of the boundary due to the growth of the continuous oxide layer.

報告者

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