報告書番号

Q06012

タイトル（和文）

溶射条件を考慮した遮熱コーティングの残留応力評価手法の改良

タイトル（英文）

Improvement of Residual Stress Evaluation Method of Thermal Barrier Coating in Consideration of Thermal Process Condition

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)は、発電用ガスタービン(GT)の高温部品に施されている。プラズマ溶射法によって成膜されるTBCにおいては、はく離損傷がしばしばそのような部品において認められる。これは、GTの起動－定格運転－停止による繰返し応力を受けるためである。従って、TBCはく離寿命を正確に予測するためには、供用中にコーティングで発生する応力を把握する必要がある。コーティング応力は、プラズマ溶射法による残留応力と運転中の熱的機械的応力とからなる。残留応力は特に溶射条件（粒子速度、基材温度）によって異なった値をとることが知られる。本報告は溶射条件がTBCの残留応力に及ぼす影響を示す。さらに、既に提案している残留応力評価法を、溶射プロセスをモデル化した粒子付着過程に基づき改良する。得られた結果として、ひずみゲージ法により測定された残留応力は、粒子速度に伴って圧縮側へ増加することがわかった。残留応力に及ぼす基材温度の影響は小さかった。粒子付着モデルに基づいてつぎのことが考えられた。粒子の高速衝突によりスプラット間の密着性が向上したことでTBCの弾性係数が上昇し、残留応力が圧縮側へ増加した。このような粒子速度による変化を考慮して残留応力評価法を改良した。改良した方法により予測された結果はひずみゲージ法による測定結果と一致した。

概要 （英文）

Thermal barrier coating (TBC) is applied to high-temperature components of land-based gas turbine (GT). In TBC fabricated by thermal plasma process, a spallation damage is often observed in the components, because of subjecting to cyclic stress due to start-steady-stop operation of GT. Thus, it is necessary to grasp stress generated in the coating during service, in order to predict precisely life of the TBC spallation. The coating stress is composed of residual stress formed by thermal plasma process and thermo-mechanical stress generated during the operation. The residual stress is especially known to take different value with dependence on thermal spray conditions (powder velocity and substrate temperature). This report presents influence of the spray condition on the residual stress of TBC. Then, the residual stress evaluation method, which has been already proposed, is improved based on particle deposition process modeling thermal spray process. As obtained resutls, it was found that the residual stress measured by strain gage method increased compressively with higher particle velocity. Influence of substrate temperature on the residual stress increased compressively with elastic modulus of TBC due to forming stronger splat-to-splat cohesion by high-speed impact of particles. The residual stress evaluation method was improved in consideration of the elastic modulus changing by particle velocity. The result estimated by the improved method agreed with one measured by the strain gage method.

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