報告書番号

T99032

タイトル（和文）

遮熱コーティング層のき裂発生・はく離損傷評価法の提案

タイトル（英文）

Proposal of Crack Initiation and Delamination Damage Evaluation Methods for Thermal Barrier Coating Layer

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

燃焼器，トランジッションピース，静翼そして動翼といったガスタービンの主要機器は，高温環境やガス環境によるアタックを防止するためにセラミック材料でコーティングされている．供用中にそれらのコーティングされた機器は，機器中の温度勾配による熱応力や起動・停止と定格運転による熱－機械的負荷をしばしば受ける．最近，き裂やはく離といった多くの損傷がそれらの機器において報告されてきた．このため，セラミックコーティングされた機器でのき裂発生やはく離損傷のための評価法を確立することが重要となってきている．この研究では，セラミックコーティング層のき裂発生やはく離損傷を精度よく評価するための統一的な方法が取り扱われる．この研究で得られた幾つかの結果として，(1)温度に伴うセラミックコーティング層の物理的特性，機械的特性の変化が直接測定された．(2)温度と熱応力分布がセラミックコーティングのそれらの特性を用いて解析された．(3)曲げ荷重と熱衝撃条件下でのセラミックコーティング層のき裂発生強度が，ワイブル統計理論と熱応力解析結果に基づいたき裂発生強度評価法によって推定することがでた．(4)はく離強度を測定するための試験方法が開発された．そして，はく離応力は熱時効中に形成された熱成長酸化の影響によって低下することが明らかとなった．(5)熱サイクル下でのはく離寿命評価が実際のはく離挙動に基づいて提案された．そして，提案された手法はよい精度をもって実際の寿命を推定することができた．(6)これまでに提案された手法を実際の複雑な応力場へ適用するための簡単な手順を示した．

概要 （英文）

Main components in a gas turbine such as combustor, transition duct, first-stage nozzles and blades are coated with a ceramic material to prevent attacks by high-temperature and burnt gas environments. These coated components in service are subjected to frequent thermal stress by temperature gradient in the components and thermo-mechanical laoding due to start-stop and steady operations. Recently, many damages, such as microcrack and/or delamination, have also been reported in these components. Importance to construct the evaluation method of the crack initiation and delamination damages in the ceramic coated component is increasing considerably. In this study, an unique damage evaluation method for estimating precisely crack initiation and delamination in the ceramic coating layer is treated. As some results obtained in this study, (1) variation of some phisycal and mechanical properties of the ceramic coating layer with temperature were measured dilectly, (2) temperatures and thermal stress distributions were analyzed by using these properties of the ceramic coating, (3) crack initiation strength of the ceramic coating layer under a bending load and thermal shock conditions could be estimated from the fracture strength of the coating material by using the proposed crack initiation evaluation method, which is on Weibull statical theory and thermal stress analysis results, (4) the test procedure for measuring a delamination strength was developed here and then it was found that delamination strength is reduced by the effect of thermal growth oxidation formed during a thermal aging, (5) delamination life estimation method under thermal cycling was proposed based on actual delamination behaviour and the proposed method could estimate an actual life with a good accuracy, and (6) a simple procedure for applying the above proposed methods to an actual complex stress filed such as combustor was shown.

報告者

キーワード