報告書番号

Q07008

タイトル（和文）

高温暴露を考慮した遮熱コーティングの残留応力評価

タイトル（英文）

Residual Stress Evaluation of Thermal Barrier Coating in Consideration of High-temperature Exposure

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）が発電用ガスタービン(GT)の高温部品に適用されている。プラズマ溶射プロセスによって成膜されたTBCにおいては、はく離損傷が、GT起動ー停止による繰り返し応力を受けることによってしばしば機器で発生する。このため、TBCのはく離寿命の高精度化のためには供用中のコーティング応力を把握することが重要となる。コーティング応力は、溶射プロセスによる残留応力と供用中の熱的、機械的応力とからなる。我々はすでに溶射条件が残留応力に及ぼす影響を明らかにするとともに、単一スプラット付着過程に基づいた残留応力評価手法について提案してきた。本報告は、熱的、機械的応力に注目する。高温暴露されたTBCの応力がひずみゲージ法により測定された。実験結果は、応力が未加熱BCに比べてより圧縮側へシフトすることがわかった。この圧縮応力はGT供用中にTBCはく離をもたらしうる。単一スプラット付着メカニズムに基づき、TBCの圧縮応力は温度保持中の応力緩和によって生じることが考えられた。これまでに提案してきた評価手法をこの応力緩和を考慮して拡張した。得られた結果は、実験結果とよく一致した。

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 spraying parameter on the residual stress, and proposed the residual stress evaluation method based on single splat deposition process. In this study, the thermo-mechanical stress evaluation is addressed. The stress for thermal exposed TBC samples was measured with strain gage method. The experimental results showed that the stress goes to more compressive in comparison with one of as-sprayed TBC sample. This high compresssive stress would bring TBC spallation in service of GT. It was considered based on single splat deposition mechanism that the compressive stress in TBC is brought with stress relaxation during holding constant temperature, which was caused due to cracking in ceramic coating layer and creep deformation of bond coating. The previous residual stress evaluation method was extended in consideration of the stress relaxation process. The results estimated by the extended method agreed with one measured by the strain gage method.

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